JP4309757B2

JP4309757B2 - セラミックヒーター

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Publication number: JP4309757B2
Application number: JP2003434067A
Authority: JP
Inventors: 信行堀田; 正也伊藤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP2005190948A

Description

本発明は、ディーゼルエンジンなどの始動促進用に、エンジンの燃焼室などに取り付けられるグロープラグなど、通電により発熱体部分の温度を上昇させうるセラミックヒーターに関する。

図９は、このようなセラミックヒーターの代表例である、グロープラグ１００の１例を示したものである（特許文献１）。このものは、通電することによって発熱する発熱部９１をセラミックなどの絶縁部材９３内に備えてなるセラミックヒーター素子１０１が、筒状（管状）をなす金属製本体（以下、単に本体ともいう）１０３の先端寄り部位１０３ａに固定されている。同図のものにおけるその固定は、金属筒１０５にセラミックヒーター素子（以下、ヒーター素子ともいう）１０１を内挿して例えば圧入によって固定した後、この金属筒１０５を本体１０３にレーザー溶接するなどによって行われている。このものでは、ヒーター素子１０１の一方（図示左）の電極９５が金属製本体１０３に金属筒１０５を介して電気的に接続されている。そして、他方（図示右）の電極９７が、金属製本体１０３内において、ヒーター素子１０１の後端より後方に配置されかつ金属製本体１０３と絶縁されたリード用軸部材１０７を介して、外部接続端子をなす端子部材１０９に電気的に接続（以下、単に接続ともいう）されている。同図においてヒーター素子１０１の他方の電極９７とリード用軸部材１０７とは中継線（例えばコイル状の配線）９９を介して接続されている。

このようなリード用軸部材１０７は、本体１０３の後端寄り部位において、外周面にガラス１１１をリング状に充填して、本体１０３との絶縁を保持するとともに、ブッシュ１１３や固定リング１１５などで固定されている。なお、本明細書において、セラミックヒーター、及びその１例であるグロープラグ、又はその構成部材に関して先端というときは、図における下方の端をいい、逆に後端とは同図における上方の端をいう。

このようなグロープラグ１００は、そのリード用軸部材１０７が通常、剛性のある鉄系金属からなり、太さが直径で数ｍｍと太いことから、曲りにくく、しかも、電気的特性にすぐれている。したがって、本体１０３と共にこのリード用軸部材１０７を長くすることで、ヒーター素子１０１と端子部材１０９との間の寸法を大きくとることができる。このため、グロープラグ１００の長寸化が容易であり、燃料直噴型エンジンへの取り付け用のものに好適である。ところが、このようなリード用軸部材１０７は細いリード線と異なり重量がある。一方でその固定は、本体１０３の後端（発熱側の端と反対側の端）寄り部位に充填されたガラス１１１に依存している。ここで、本体１０３の後端寄り部位での固定となるのは、次の理由による。このグロープラグ１００の組立は、ヒーター素子１０１とこれに接続されたリード用軸部材１０７を本体１０３内に組込んだ後で、リング状のガラス（肉厚円筒状の粉体プレス体）１１１をリード用軸部材１０７に外嵌、装填するという作業手順となる。このため、ガラス１１１のセット位置は後端寄り部位にならざるをえない。これがその主な理由である。
特開２００２−３５９０６０

ところが、上記した従来のグロープラグ１００におけるリード用軸部材（以下、単に軸部材ともいう）１０７の固定構造では基本的にその固定力が小さいといった問題があった。しかも、その固定は後端寄り部位での、いわば片持ち状態による固定となるため、エンジンの燃焼過程における熱衝撃等によって同軸部材が共振し易く、これによって破断等してショートや断線を招く恐れがあるといった問題があった。すなわち、グロープラグはエンジンの振動や爆風或いは熱衝撃に晒されているため、このようなリード用軸部材１０７の固定構造では、それが本体１０３内で弛緩し、或いは折損や破断を起して短絡を招くなどの故障の原因となることがある。そして、こうした問題は、リード用軸部材が長くなるほど発生しやすくなり、したがって、グロープラグの長寸化を妨げる理由ともなっていた。

加えて、リード用軸部材１０７をこのようにガラスによって固定する場合には、グロープラグの組立ての最終工程で、ガラスを同軸部材１０７に外嵌めし、本体１０３の後端部内に嵌め込んだ後で、それを加熱溶融する工程を要する。このような熱処理は工程の複雑化を招き、高コスト化の原因でもある。しかも、グロープラグの各構成部材（部品）、及び部位には、その熱処理に対する耐熱性を考慮した設計をしなければならず、したがって、その分、設計の自由度が奪われていた。

本発明は、こうした従来のグロープラグにおける問題点に鑑みてなされたもので、ガラスの加熱、溶融のための熱処理を要することなく、リード用軸部材を本体内に絶縁を保持して、強固に固定できる構造のグロープラグを提供することをその目的とする。

請求項１に記載の本発明は、通電することによって発熱する発熱部を備えてなるセラミックヒーター素子が、筒状をなす金属製本体の先端寄り部位に固定され、一方の電極が該金属製本体に電気的に接続され、他方の電極が、該金属製本体内において前記セラミックヒーター素子の後端より後方に該金属製本体と絶縁されて配置された金属製のリード用軸部材に電気的に接続されてなるセラミックヒーターにおいて、
前記リード用軸部材の少なくとも一部の外周面に酸化皮膜を形成し、該リード用軸部材を該酸化皮膜を介して前記金属製本体との絶縁を保持しつつ該金属製本体内に固定したことを特徴とするセラミックヒーターである。

請求項２に記載の本発明は、通電することによって発熱する発熱部を備えてなるセラミックヒーター素子が、筒状をなす金属製本体の先端寄り部位に固定され、一方の電極が該金属製本体に電気的に接続され、他方の電極が、該金属製本体内において前記セラミックヒーター素子の後端より後方に該金属製本体と絶縁されて配置された金属製のリード用軸部材に電気的に接続されてなるセラミックヒーターにおいて、
前記リード用軸部材が、大径軸部と小径軸部を有するものであり、この大径軸部の外周面に酸化皮膜を形成し、該リード用軸部材を該酸化皮膜を介して前記金属製本体との絶縁を保持しつつ該金属製本体内に固定したことを特徴とするセラミックヒーターである。

請求項３に記載の本発明は、前記リード用軸部材が、アルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックヒーターである。

請求項４に記載の本発明は、通電することによって発熱する発熱部を備えてなるセラミックヒーター素子が、筒状をなす金属製本体の先端寄り部位に固定され、一方の電極が該金属製本体に電気的に接続され、他方の電極が、該金属製本体内において前記セラミックヒーター素子の後端より後方に該金属製本体と絶縁されて配置された金属製のリード用軸部材に電気的に接続されてなるセラミックヒーターにおいて、
前記金属製本体の内周面と、前記リード用軸部材の外周面との間に、内面、外面の両方に酸化皮膜が形成された金属製のスペーサーを配置し、該リード用軸部材を、該スペーサーの酸化皮膜を介して前記金属製本体との絶縁を保持しつつ該金属製本体内に固定したことを特徴とする。

請求項５に記載の本発明は、前記スペーサーがアルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項４に記載のセラミックヒーターである。

請求項６に記載の本発明は、前記リード用軸部材は、前記金属製本体が径方向に圧縮変形されることによって固定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のセラミックヒーターである。

請求項７に記載の本発明は、前記リード用軸部材は、前記金属製本体内に締りばめによって固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミックヒーターである。

請求項８に記載の本発明は、前記酸化皮膜が、陽極酸化処理されてなるものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のセラミックヒーターである。前記酸化皮膜を例えば高温加熱することによって形成することは理論的には可能であるが、ある程度の厚さを形成するためには陽極酸化処理によって形成することが容易であり、一定の厚さを形成する上でも陽極酸化処理であることが好ましい。

本発明において、前記酸化皮膜は、請求項９に記載のように、その厚みを５μｍ以上とするのが、絶縁の信頼性を高めるために好ましい。５μｍ未満であると、前記酸化皮膜自身の抵抗値が小さいこと、また圧縮変形させた際に前記酸化皮膜が破壊されてしまうというおそれがある。なお、酸化皮膜の厚みが厚いほど絶縁の信頼性が高められるが、それを厚くするほど形成に時間及びコストがかかる。この点を考慮すると実用的には１００μｍが限界と考えられる。したがって、酸化皮膜は、その厚みを５μｍ〜１００μｍの範囲にするのがよい。なお、本発明に係るセラミックヒーターは、グロープラグとして具体化されるものが代表例といえるが、これに限定されることなく広くセラミックヒーター素子を備えてなるセラミックヒーターに具体化できる。

本発明に係る請求項１に係るセラミックヒーターでは、リード用軸部材を該酸化皮膜を介して金属製本体との絶縁を保持しつつ金属製本体内に固定した構造とされているため、リード用軸部材における酸化皮膜を形成した部位で、金属製本体を径方向に圧縮変形（カシメ変形）させたり、同金属製本体内に締りばめにすることによってリード用軸部材を固定できる。このため、リード用軸部材の固定に熱処理を要しない上に、強固な固定が得られる。しかも、その固定部位は、ガラスによる固定の場合のように、リード用軸部材の後端寄り部位に制限されることもない。加えて、酸化皮膜は、耐熱性、耐候性等の耐久性に優れるばかりか、経時的な劣化もないことから、絶縁不良を招きにくく、したがって、セラミックヒーターの電気的信頼性を損なうこともない。

請求項２に係るセラミックヒーターでは、次のような特有の効果がある。リード用軸部材には、通常、ストレートの、同径の円断面のものが使用される。しかし、請求項２に記載の発明のもののように、リード用軸部材に、大径軸部と小径軸部を有するものを用い、この大径軸部の外周面に酸化皮膜を形成し、該リード用軸部材を該酸化皮膜を介して前記金属製本体との絶縁を保持しつつ該金属製本体内に固定する場合には、固定される部位以外では、本体の内周面と軸部材の外周面との間の間隙を大きくとれる。したがって、小径軸部の外周面に酸化皮膜を形成しなくとも、短絡もなくその固定を容易にできるという効果がある。

請求項３に係るセラミックヒーターでは、リード用軸部材が、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものであるため、陽極酸化により、酸化皮膜の形成が容易にできる上に、リード用軸部材としての導電性もよく、しかも、軽量化を図ることもできる。

請求項４に係るセラミックヒーターでは、別部品であるスペーサーに酸化皮膜を形成するものであるため、その酸化皮膜の形成が容易となる上に、信頼性の高い絶縁性を容易に確保できるという効果がある。すなわち、リード用軸部材の外周面に酸化皮膜を形成する場合には、少なくとも、ヒーター素子の電極との接続用の中継線を接続するための端子、或いは外部接続端子の形成のための部位には、酸化皮膜の形成前にマスキングをしておくか、全面に酸化皮膜の形成した後で、端子の形成のための部位の酸化皮膜を除去する必要がある。ところが、別部品であるスペーサーに酸化皮膜を形成する場合には、単にそのスペーサーの全面に酸化皮膜の形成をすればよい。しかも、このように形成する場合には、スペーサーにおける、リード用軸部材の外周面に接する面（内面）と、金属製本体内の内周面に接する面（外面）とに、それぞれ酸化皮膜が形成される。すなわち、スペーサーが筒状体をなすものであれば、その内外面（内、外周面）の各面に、あわせて２層の酸化皮膜が形成されることになるため、信頼性の高い絶縁性が容易に確保できるという効果がある。

請求項５に係るセラミックヒーターでは、前記スペーサーがアルミニウム又はアルミニウム合金からなるものであるため、陽極酸化により、酸化皮膜の形成が容易にできる上に、重量の増大も小さくできる。請求項６に係るセラミックヒーターでは、前記リード用軸部材は、前記金属製本体が径方向に圧縮変形されることによって固定されているため、その固定が、セラミックヒーターの組み立て後においてプレス装置などによって簡易に実施できる。

請求項６に記載したことからも明らかであるが、前記リード用軸部材の固定手段は、本体を縮径状にカシメ或いはプレスすることが例示される。しかし、縮径状にカシメる場合には、多角形のダイ（ダイス）で、両側方から挟み付けることによるのが普通である。しかし、この方法では、リード用軸部材の外周面のうち、ダイスの内角に対応する部位に引っ張り応力が集中し易く、したがって、表面の酸化皮膜に傷がついたり同皮膜が破損する危険性がある。

このような危険がある場合には、請求項７に記載したように、前記リード用軸部材を、前記金属製本体内に締りばめによって固定するとよい。締りばめは、本体の内周面のうち、固定状態においてリード用軸部材の皮膜形成部位に対応する部位を、その皮膜形成部位が締りばめとなるように、同対応部位の外径より微量、その内径を小さくしておき、リード用軸部材を本体内にその軸方向に押込むことによる圧入が容易であり、好ましい手法である。もつとも、締りばめは、このような圧入に限定されるものではなく、本体を加熱して熱膨張させている状態において本体内に軸部材を隙間嵌め状態で配置（セット）し、熱収縮によって締りばめを得る、いわゆる焼きばめ、或いは、逆に冷間ばめとすることでも得られる。このような、締りばめによる固定によれば、前記リード用軸部酸化皮膜に、ダイスに起因する傷がついたり酸化皮膜が破損する危険性を低減できる。

なお、いずれの発明においても、前記酸化皮膜のある部位において該リード用軸部材の外周面をカシメ等によって固定する位置は、固定力が得られるかぎりどこであってもよい。また、固定する箇所は、リード用軸部材の軸方向（長手方向）において１箇所でもよいが、間隔を設けて２箇所（又は３箇所以上）としてもよい。また、軸方向において固定する領域（範囲）は、その位置、数、リード用軸部材の長さ、或いは必要な固定力に応じて適宜に設定すればよい。

本発明の実施の形態について、図１〜図４に基いて詳細に説明する。図中１は、ディーゼルエンジン用のグロープラグであり、全体が筒状（管状）に形成された、例えば炭素鋼からなる本体１０３と、セラミックヒーター素子１０１、リード用軸部材１０７などから構成されている。本体１０３は、内周面１０４が軸（線）方向（長手方向）の略全域においてストレート（同径）で、一部が径違いの段付き円筒状をなしている。そして、先端（図示下端）寄り部位は、外周面もストレートの円筒部１０３ａとされ、この円筒部１０３ａより後端（図示上端）寄り部位には、エンジンにねじ込み方式で固定するための雄ネジ１０３ｂが形成され、そのさらに後方には後方円筒部１０３ｃを介し、詳しくは図示しないが、エンジンへのねじ込みにおいて工具を掛けるための工具係合部１０３ｄが径大で、軸Ｇ方向から見て六角状に形成されている。なお、本体１０３の後端寄り部位の内側には気密保持を兼ねた絶縁ブッシュ１１３を装填するための装填部１０３ｅが拡径状に形成されている。ただし、このような本体１０３は、グロープラグ１の完成状態では、軸方向における雄ネジ１０３ｂと後方円筒部１０３ｃとの間（軸方向における後端寄り部位）が、軸方向から見て例えば六角形（又は八角形）で、縮径状（くびれ状）にかしめられており、かしめ部１０３ｆをなしている。詳しくは後述する。なお、本体１０３は、Ｓ４５Ｃ、ＳＵＭ２４Ｌ、ＳＷＣＨ６又はＳＵＳ４３０などから形成されており、リード用軸部材１０７は、鋼材製などとしてもよいが、本例ではアルミニウム製又はアルミニウム合金製とされている。

このような本体１０３の内側（内周面）の先端寄り部位には、円柱状のセラミックヒーター素子１０１がその先端寄り部位を突出させて配置されている。本形態において、セラミックヒーター素子１０１は、絶縁性セラミック９３内に、先端側においてＵ字状に折り返し曲げられた形の発熱部９１が埋設され、その各端部は、セラミックヒーター素子１０１の中間部位と後端寄り部位との両側面に各電極９５、９７として露出状に設けられている。なお、セラミックヒーター素子１０１の軸線方向における中間部位には金属筒１０５が圧入により外嵌めされている。

そして、後述するようにして、その金属筒１０５の後端寄り部位における大径部１０５ａの外周に周方向に凹設された嵌合部１０５ｂに、本体１０３の先端寄り部位の円筒部１０３ａの内周面１０４が嵌合され、溶接により固定されている。こうして、ヒーター素子１０１は、本体１０３内に固定された状態において、その図示左側の電極９５が金属筒１０５を介して本体１０３と電気的に接続されている。なお、本形態では、ヒーター素子１０１が、金属筒１０５を介して本体１０３に固定されているが、このような金属筒１０５を介することなく、直接固定されていてもよい。すなわち、本形態における本体と金属筒１０５とが一体となって本発明の金属製本体をなすものとしてもよい。

一方、リード用軸部材１０７は、本体１０３内のセラミックヒーター素子１０１の後端１０１ｂよりも後方に配置されている。この軸部材１０７は、本形態では例えばアルミニウム（又はアルミニウム合金）製の円断面をなす丸棒からなり、その長手方向における中間部位が、他の軸部に対し、同心（同軸）で、大径の大径軸部１２７をなし、その上下が小径軸部１２８とされている。なお、大径軸部１２７は、上記した本体のかしめ部１０３ｆに対応する部位及びその上下に跨る部位（範囲）に配置されている。本形態では、この大径軸部１２７を除き、軸部材１０７の周囲と、本体１０３の内周面１０４と間には絶縁用の空隙が保持されており、同軸部材１０７は本体１０３内に同心状に配置されている。ただし、リード用軸部材１０７における大径軸部１２７の外周面（表面）１２７ａ、および大径軸部１２７の両端面１２７ｂ、１２７ｃには、ダブルハッチングで示したように絶縁層をなす酸化皮膜１０６が形成されている。本形態においてこの酸化皮膜１０６は例えば、組立前のリード用軸部材１０７の製造過程で、同酸化皮膜１０６形成個所以外にはマスキングをして、陽極酸化処理をすることによって形成されている。なお、酸化皮膜の厚さは、上記もしたように５〜１００μｍの範囲とするのが好ましいが、特に好ましくは、３０〜５０μｍの範囲である。したがって、本実施例ではその厚さを４０μｍに設定している。

このようなグロープラグ（完成品）１は、リード用軸部材１０７におけるその酸化皮膜１０６の部位（大径軸部１２７）において、本体１０３が縮径されるように多角形状にかしめられている。こうして、そのカシメ変形された本体１０３の内周面１０４で、リード用軸部材１０７におけるその酸化皮膜１０６のある部位、すなわち、大径軸部１２７の外周面１２７ａを固定している。なお、同軸部材１０７の先端寄り部位１０７ｂと、ヒーター素子１０１の後端１０１ｂに露出する（図示右側）の電極９７に導通を保持して固定された端子金具９８とが、中継線９９を介して電気的に接続されている。また、リード用軸部材１０７の後端部１０７ｃは本体１０３の後端から突出しており、本形態では突出しているその後端部１０７ｃが外部接続端子をなすように形成されている。

一方、このような軸部材１０７の後端寄り部位の外周には、絶縁材からなるリング状の絶縁ブッシュ１１３が嵌着され、軸部材１０７と本体１０３との絶縁が確保されている。ただし、この絶縁ブッシュ１１３は、本体１０３の後端寄り部位の内周面の拡径された装填部１０３ｅに装填されている。そして軸部材１０７の突出する後端部１０７ｃにキャップ状の端子部材１０９がその筒部１０９ａを介して外嵌状に取付けられている。そして、この筒部１０９ａにて絶縁ブッシュ１１３を先端側に押し込む状態としつつ、筒部１０９ａを半径方向にかしめることで端子部材１０９を軸部材１０７に、後端部（以下、外部接続端子ともいう）１０７ｃを突出させて固定している。このようなグロープラグ１は、ヒーター素子１０１の先端が、図示しないエンジンの燃焼室内に位置するように、その雄ネジ１０３ｂを介してねじ込み方式で固定される。そして、外部接続端子１０７ｃから、リード用軸部材１０７、中継線９９、発熱部９１、そして本体１０３へと電流を流すことで、ヒーター素子１０１の先端を発熱し、燃料の着火を促進するようにされている。

さて、このようなグロープラグ１は、上記したように、リード用軸部材１０７をその大径軸部１２７の外周面１２７ａに形成された酸化皮膜１０６の部分（ダブルハッチング部分）で、本体１０３を半径方向に圧縮してかしめ変形を付与してリード用軸部材１０７を固定している。このようなリード用軸部材１０７の固定には、ガラスによる固定の場合のような熱処理を要しない上に、強固な固定が得られる。しかも、大径軸部１２７の外周面１２７ａに形成された酸化皮膜１０６の部分で、本体１０３を半径方向に圧縮してかしめ変形を付与して固定できるため、少ない変形量で固定できる。さらに、その固定部位は、ガラスによる固定の場合のように、リード用軸部材１０７の後端寄り部位に制限されることもない。加えて、本体１０３とリード用軸部材１０７の絶縁を確保している酸化皮膜１０６は、耐熱性、耐候性等の耐久性に優れるばかりか、経時的な劣化もないことから、絶縁不良を招きにくく、したがって、グロープラグの電気的信頼性を損なうおそれを低減できる。

なお、本体１０３の内周面１０４で、酸化皮膜の形成部位を固定できる限り、軸部材１０７は同径でストレートのものとしてもよいが、本形態では、大径軸部１２７と小径軸部１２８を有するものを用い、その大径軸部１２７の外周面に酸化皮膜１０６を形成し、この酸化皮膜１０６を介してリード用軸部材１０７を金属製本体１０３内において絶縁を保持しつつ固定した。このため、この固定部位以外では、本体１０３の内周面１０４と軸部材１０７の外周面との間の間隙を大きくとれるから、小径軸部１２８の外周面に酸化皮膜を形成しなくとも、短絡もなく少ない圧縮変形で軸部材１０７の固定を容易に確保できるという効果がある。

なお、酸化皮膜１０６の形成は、熱処理等によっても形成できるが、本形態では、リード用軸部材１０７をアルミニウム又はアルミニウム合金製としたため、陽極酸化処理によって簡易に形成できる。また、上記形態では、軸部材１０７のうち、固定（圧縮圧入）されることになる部位、つまり、大径軸部のみに、酸化皮膜１０６を形成したが、端子部位を除く全体に酸化皮膜１０６を形成しておいてもよい。

なお、前記形態のグロープラグ１は、次のようにして組立てられる（図２〜図４参照）。まず、図２に示したように、軸部材１０７の大径軸部１２７の外周面１２７ａ及びその両端面１２７ｂ、１２７ｃに、同図右に示したように、酸化皮膜１０６を形成しておく。この場合、酸化皮膜１０６を形成すべきでない部位にマスキングをして酸化処理すればよい。ただし、軸部材１０７の外面の全体に酸化皮膜を形成し、その後、外部端子（電極）部位又は中継線接続用の端子部位における酸化皮膜を削り落とすこととしてもよい。

一方、金属筒１０５にヒーター素子１０１を圧入して一体化し、一方の電極９５と金属筒１０５との導通を確保する（図３参照）。また、ヒーター素子１０１の他方の電極９７に端子金具９８を固定し、その端子金具９８と軸部材１０７とを中継線９９を介して接続しておく。このようにして、図３の左側に示したヒーター素子１０１と軸部材１０７の組立て体を作る。そして、このような組立体を、図３の右側に示した本体１０３内に内挿して位置決めし、図４左側（Ａ）に示した状態とし、その後、本体１０３の先端と、金属筒１０５の後端とを嵌合し、その嵌合部を溶接する。次いで、図４右側（Ｂ）に示したように、図示はしないが、かしめ装置の例えば軸方向から見て六角を二分割してなるダイスによって、軸部材１０７の大径軸部１２７に対応する本体１０３の外周面の部位（かしめ部）１０３ｆを半径方向に圧縮してかしめる。その後、絶縁ブッシュ１１３を本体１０３の後端にセットし、端子部材１０９を軸部材１０７の後端部１０７ｃに嵌合し、端子部材１０９の筒部１０９ａをかしめることで、図１に示したグロープラグ１となる。

本形態では、軸部材１０７を内挿した後で本体１０３を径方向に圧縮変形することで、リード用軸部材１０７における酸化皮膜１０６の部位を固定した場合を説明したが、この固定は、本体１０３内にリード用軸部材１０７をその軸方向に圧入することとしてもよい。このように圧入による場合には、本体１０３の内径よりも、上記の形態では大径軸部１２７の外径を若干（圧入代分）大きくしておく。なお、酸化皮膜１０６が薄いと、かしめによる変形、或いは圧入時に、それが破壊又は破れて絶縁不良を招く危険がある。このため、酸化皮膜１０６はなるべく厚く形成するのが好ましく、少なくとも５μｍ以上とするのが好ましい。

なお、上記形態において、軸部材１０７が長いものであれば、軸方向に間隔をおいて複数箇所（例えば２箇所）に大径軸部１２７を設けておき、かつその各大径軸部１２７の外周面に酸化皮膜１０６を形成しておき、本体１０３における軸方向のその大径軸部１２７に対応する外周面の複数箇所を上記のように圧縮変形又はかしめるなどして固定するとよい。このように、固定箇所を増やせば軸部材１０７をより強固に固定でき、耐振性にも優れた構造となる。

さて次ぎに本発明の別の実施の形態について、図５〜図８に基づいて説明する。ただし、前記形態のものが、酸化皮膜１０６をリード用軸部材１０７自体の外周面、すなわち、その大径軸部１２７の外周面に形成したのに対し、本形態はこれとは基本的に次の点で相違するだけである。すなわち、本形態のグロープラグ２１では、軸部材２０７を同径のストレートのものとしている。一方で、この軸部材２０７の外周面と本体１０３の内周面１０４との間に、表面全体（内外周面及び全端面）に酸化皮膜１０６を形成した、スリーブ状（管状）のスペーサー１３１を介在させ、この酸化皮膜１０６によって、本体１０３内に軸部材２０７を絶縁を確保しつつ固定したという点で相違するだけである。このため、その相違点を中心として説明し、同一の部位には、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。

すなわち、本形態では図５に示したように、軸部材２０７は一定の円断面でストレートの丸棒とされている。この軸部材２０７の先端寄り部位２０７ｂと、ヒーター素子１０１の後端寄りの電極９７とは前記形態と同様に中継線９９及び端子金具９８を介して接続されている。そして、ヒーター素子１０１は金属筒１０５の内側に固定され、その金属筒１０５の後端と本体１０３の先端とが前記形態と同様に接合されている。

一方、軸部材２０７には、その上下の各端寄り部位を除いた軸Ｇ方向の所定範囲にわたって、アルミニウム（又はアルミニウム合金）製で、その表面の全体に酸化皮膜（図６中ダブルハッチングで示す）が形成された、円筒状をなすスペーサー１３１が外嵌状に配置されている。このスペーサー１３１は、その空孔１３２をなす内周面の内径がグロープラグの完成品前においては軸部材２０７の外径より若干大き目とされ、その外側の円筒部１３３の外径は本体１０３の内径より若干小さ目とされ、完成品前において、それぞれに対し隙間ばめで嵌合するように形成されている。そして、本形態では、上端部外周にリング状のフランジ１３４が突出形成され、下端部外周１３５は段付状に小径とされている。なお、このように下端部外周１３５を小径としたのは次の理由による。このようなスペーサー１３１を陽極酸化処理によって酸化皮膜を形成する場合、表面全体に同皮膜を形成することは難しく、陽極酸化処理時の治具（通電治具）のクリップ痕として一部に酸化皮膜１０６が施されていない箇所（例えば、図６の右図の表面のダブルハッチングのない部位）１３６ができる。このため、このような下端部外周１３５の小径部分を治具でクリップしてその処理をすることで、酸化皮膜１０６が施されない箇所１３６をその小径部分の外周面に位置させるようにしたものである。すなわち、このようにすれば、酸化皮膜が施されない箇所１３６が、本体１０３の内周面１０４と直接接触（通電）するのを防止できるためである。ただし、本形態では、スペーサー１３１の内周面１３２にも酸化皮膜１０６が施されるために絶縁は確保されているが、このようにすることでスペーサー１３１の内、外周面での絶縁が確保される。

軸部材２０７は、このようなスペーサー１３１の空孔１３２をなす内周面内を通され、そのスペーサー１３１が、上端部のフランジ１３４の下面を、本体１０３の上部のねじ込み回動用の工具係合部（六角部）１０３ｄの上端に当接状とし、本体１０３の上端寄り部位内に内嵌状に配置されている。そして、その状態の下で、スペーサー１３１に対応する本体１０３の外周面を側方から圧縮変形し、同時に、そのスペーサー１３１を圧縮変形することで、同スペーサー１３１を介して軸部材２０７を締付けている。なお、軸部材２０７の上端部２０７ｃには、外部接続端子をなす端子部材１０９が嵌められ、その下端部外周のフランジ１０９ｂの下面をスペーサー１３１のフランジ１３４の上面に当接した状態で、その筒部１０９ａを径方向にカシメられて固定されている。こうして、この端子部材１０９と本体１０３との絶縁、そして軸部材２０７と本体１０３との絶縁が、それぞれスペーサー１３１の表面の酸化皮膜１０６を介して保持され、その状態の下で軸部材２０７は本体１０３の内側に固定されている。

しかして、このような本形態のグロープラグ２１では、軸部材２０７ではなく、別部品であるスペーサー１３１の表面に酸化皮膜１０６を形成したため、例えば、これを陽極酸化する際にはマスキングをする必要がない。また、そのスペーサー１３１の内外周面を含む全体に酸化皮膜が形成されているため、いわば絶縁層を二重に備えていることから、信頼性の高い絶縁を得ることができる。しかも、本形態では、スペーサー１３１はその上端部にフランジ１３４を設け、そのフランジの表面にも酸化皮膜（絶縁層）１０６を備えているため、上記の形態のような絶縁ブッシュを要しないため、部品点数の増大を招くこともない。

なお、本形態のグロープラグ２１の組み立ては次のようである。すなわち、図６に示したように、別途にスペーサー１３１を、その表面の全体に酸化皮膜１０６を形成して製造しておく。そして、図７に示したように、前記形態におけるのと同様、軸部材２０７とセンサ素子（金属筒付）１０１を含んでなる組立て体を、その軸部材２０７の後端側から、本体１０３の内側に挿入するとともに、酸化処理したスペーサー１３１を本体１０３の後端側開口からその内部に挿入する。この挿入時に、本体１０３内に１０３挿入したスペーサー１３１の内側（空孔１３２内）に、軸部材２０７を挿入する。次に、本体１０３と金属筒１０５とを溶接等により接合する。そして、図８に示したように、スペーサー１３１の外周面に対応する本体１０３の外周面（１０３ｃ）を側方から圧縮してかしめ、スペーサー１３１を介して軸部材２０７を本体１０３内に固定する。最後に端子部材１０９を軸部材２０７の後端にかぶせてカシメることにより固定することで、図５に示したグロープラグが得られる。

なお、本形態において、軸部材２０７が長いものであれば、酸化皮膜を形成するスペーサー１３１を長いものとし、或いは、酸化皮膜を形成した複数のスペーサー１３１を軸方向に配置し、本体１０３における軸方向のそのスペーサー１３１に対応する外周面の複数箇所をかしめるなどして固定してもよい。また、スペーサー１３１を本体１０３内に圧入してから、軸部材２０７をそのスペーサー１３１内にすきま嵌めで挿入し、或いは、スペーサー１３１内に軸部材２０７を圧入したものを本体１０３内に隙間羽嵌めで挿入し、その後において、本体１０３を径方向に圧縮変形して軸部材２０７を固定してもよい。

前記形態ではスペーサーは、筒状（管状）のものとして具体化したが、本発明におけるスペーサーは、このような形態のものに限定されるものではない。自身の表面に酸化処理を施し、これを軸部材と本体との間に介在させることで、絶縁が確保できる形状、構造のものであればよい。さらに、スペーサーを管状のものとする場合でも、全表面に酸化皮膜を施した径の異なるものを、複数、年輪状に重ねた多層管状としたものとしても具体化できる。このようにすれば、絶縁層が重ねた管ごと２層づつ増えるため、絶縁の信頼性をより高めることができる。

なお、本発明は、上記した各実施例のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更できる。酸化皮膜の形成は、陽極酸化により形成するのが好ましいが、これに限定されるものではなく、絶縁の確保できる酸化皮膜であれば、いずれの方法で形成してもよい。なお、陽極酸化した表面には着色しておくと、目視により瞬時に酸化皮膜の有無の識別ができるので部品管理上において便利である。

また、陽極酸化によって、軸部材の外周面やスペーサーの表面に酸化皮膜を形成する場合には、これらの部材をアルミニウム又はアルミニウム合金製とするのが好ましいが、そのほか、陽極酸化に適した、例えば、Ｍｇ、Ｔａ、或いはＴｉとするのもよい。そして、リード用軸部材は鉄系金属とすることも、もちろん可能であり、その場合には熱処理などで酸化皮膜層を形成することとしてもよい。さらに、本発明におけるセラミックヒーター素子は、絶縁部材の中に通電することによって発熱する抵抗発熱体を備えてなるものでもよいし、導電性セラミックによって形成されたセラミックシースであってそれ自体を発熱させる形態のものであってもよい。さらに、上記においては、セラミックヒーターがグロープラグである場合で説明したが、本発明のセラミックヒーターはグロープラグに限定されるものではなく、これ以外のセラミックヒーターに広く適用できる。

本発明を具体化した実施の形態の正面縦断面図及び要部拡大図。図１のグロープラグに用いたリード用軸部材の図。図１のグロープラグの製造（組立て）工程を説明する図。図１のグロープラグの製造（組立て）工程を説明する図。本発明を具体化した別の実施の形態の正面縦断面図。図５のグロープラグに用いたスペーサーの説明図。図５のグロープラグの製造（組立て）工程を説明する図。図５のグロープラグの製造（組立て）工程を説明する図。従来のグロープラグの正面縦断面図。

符号の説明

１、２１グロープラグ
９５，９７ヒーター素子の電極
１０１ヒーター素子
１０１ｂヒーターの後端
１０３金属製本体
１０４金属製本体の内周面
１０６酸化皮膜
１０７、２０７リード用軸部材
１２７リード用軸部材の大径軸部
１２７ａリード用軸部材の大径軸部の外周面
１２８リード用軸部材の小径軸部
１３１スペーサー

Claims

通電することによって発熱する発熱部を備えてなるセラミックヒーター素子が、筒状をなす金属製本体の先端寄り部位に固定され、一方の電極が該金属製本体に電気的に接続され、他方の電極が、該金属製本体内において前記セラミックヒーター素子の後端より後方に該金属製本体と絶縁されて配置された金属製のリード用軸部材に電気的に接続されてなるセラミックヒーターにおいて、
前記リード用軸部材の少なくとも一部の外周面に酸化皮膜を形成し、該リード用軸部材を該酸化皮膜を介して前記金属製本体との絶縁を保持しつつ該金属製本体内に固定したことを特徴とするセラミックヒーター。
通電することによって発熱する発熱部を備えてなるセラミックヒーター素子が、筒状をなす金属製本体の先端寄り部位に固定され、一方の電極が該金属製本体に電気的に接続され、他方の電極が、該金属製本体内において前記セラミックヒーター素子の後端より後方に該金属製本体と絶縁されて配置された金属製のリード用軸部材に電気的に接続されてなるセラミックヒーターにおいて、
前記リード用軸部材が、大径軸部と小径軸部を有するものであり、この大径軸部の外周面に酸化皮膜を形成し、該リード用軸部材を該酸化皮膜を介して前記金属製本体との絶縁を保持しつつ該金属製本体内に固定したことを特徴とするセラミックヒーター。
前記リード用軸部材が、アルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックヒーター。
通電することによって発熱する発熱部を備えてなるセラミックヒーター素子が、筒状をなす金属製本体の先端寄り部位に固定され、一方の電極が該金属製本体に電気的に接続され、他方の電極が、該金属製本体内において前記セラミックヒーター素子の後端より後方に該金属製本体と絶縁されて配置された金属製のリード用軸部材に電気的に接続されてなるセラミックヒーターにおいて、
前記金属製本体の内周面と、前記リード用軸部材の外周面との間に、内面、外面の両方に酸化皮膜が形成された金属製のスペーサーを配置し、該リード用軸部材を、該スペーサーの酸化皮膜を介して前記金属製本体との絶縁を保持しつつ該金属製本体内に固定したことを特徴とするセラミックヒーター。
前記スペーサーがアルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項４に記載のセラミックヒーター。
前記リード用軸部材は、前記金属製本体が径方向に圧縮変形されることによって固定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のセラミックヒーター。
前記リード用軸部材は、前記金属製本体内に締りばめによって固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミックヒーター。
前記酸化皮膜が、陽極酸化処理されてなるものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のセラミックヒーター。
前記酸化皮膜の厚みが５μｍ以上あることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のセラミックヒーター。
請求項１〜９のいずれか１項に記載のセラミックヒーターがグロープラグであることを特徴とするセラミックヒーター。