JP5215788B2 - セラミックヒータの製造方法、グロープラグの製造方法及びセラミックヒータ - Google Patents
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Description
第1の製造方法は、発熱抵抗体を射出成形する方法である。即ち、未焼成絶縁性セラミックからなる2つの半割り基体を形成する。つまり、焼成後に絶縁基体の一部となる第1未焼成絶縁基体と、焼成後に絶縁基体の残部となる第2未焼成絶縁基体とをそれぞれ形成する。これら第1,第2未焼成絶縁基体には、それぞれ発熱抵抗体の形状に対応した開口形状をなす凹部を形成しておく。
また、リード部に対応した開口形状をなす第2リード対応凹部を少なくとも含む、発熱抵抗体に対応した開口形状をなす第2抵抗体対応凹部を有する第2未焼成絶縁基体を形成する(第2未焼成基体形成工程)。そして、一又は複数種の第2マスクを用いたスクリーン印刷により、この第2未焼成絶縁基体に、焼成後に発熱抵抗体の残部となる第2未焼成発熱抵抗体を形成する(第2印刷工程)。
よって、本発明によれば、発熱部の抵抗を大きく、また、リード部の抵抗を小さくして、発熱部でより集中して発熱させることができると共に、生産性を向上させることができる。
「セラミックヒータ」及び「絶縁基体」の形態は、上記の要件を満たす限りにおいて特に限定されず、例えば、これらの形態として、軸線方向に延びる棒状や、板状などの形態が挙げられる。
なお、「第2印刷工程」ついても、「第1印刷工程」と同様に考えることができる。
未焼成発熱部を、第1抵抗体対応凹部ではなく、第1主面上に形成することにより、未焼成発熱部の厚み、従って断面積を特に小さくでき、焼成後の発熱部の断面積を特に小さくできるからである。
このような方法では、未焼成絶縁基体の抵抗体対応凹部の深さ、より具体的には、リード対応凹部の深さを適宜変更するだけで、発熱抵抗体のリード部の厚み、更にはリード部の断面積を容易に変更できる。このため、従来の発熱抵抗体を印刷形成する方法に比して、発熱抵抗体のリード部の断面積を容易に大きくできる。従って、リード部にタングステン線などの金属材料を用いなくても、リード部の抵抗を小さくでき、発熱抵抗体の消費電力を小さくできる。
よって、発熱部の抵抗を大きく、また、リード部の抵抗を小さくできると共に、生産性を向上させることができる。
仮に未焼成リード部の断面積にバラツキが生じると、焼成後のリード部の抵抗値にもバラツキが生じるおそれがある。しかし、本発明では、未焼成リード部の断面積を安定化できるので、焼成後のリード部の抵抗値バラツキも抑制できる。従って、発熱抵抗体の抵抗値バラツキが少ないセラミックヒータを容易に製造できる。
なお、上記のセラミックヒータの製造方法であって、前記セラミックヒータは、通電して発熱させたときに、このセラミックヒータの前記軸線方向の先端面近傍が最高温度となる形態とされてなるのが、特に好適である。
なお、上記のセラミックヒータの製造方法であって、前記セラミックヒータは、通電して発熱させたときに、このセラミックヒータの前記軸線方向の先端面近傍が最高温度となる形態とされてなるのが、特に好適である。
棒状部105rc1,105rc2の先端(図2中、下端)は、発熱部105hの両端部105hk1,105hk2にぞれぞれ繋がる一方、基端(図2中、上端)は、絶縁基体103の基端部103k内まで延設されている。各々の棒状部105rc1,105rc2の軸線AXに直交する横断面の断面積(自身の延伸方向に直交する断面積)は、それぞれ約1.5mm2 である。
なお、発熱温度は、放射温度計により測定した。セラミックヒータ101の先端部101sはR形状であるため、先端から距離r(R/2)の範囲は、放射温度計による測定の都合上、実際の温度とは異なる。
このうち主体金具本体121は、軸線AX方向に基端部121kから先端部121sまで延びる筒状をなしている。主体金具本体121の基端部121kには、このグロープラグ100をディーゼルエンジンに取り付けるに際して、トルクレンチ等の工具を係合させるための六角断面形状の工具係合部121eが形成されている。また、主体金具本体121のうち、工具係合部121eよりも先端側の外周には、取付用のねじ部121fが形成されている。
一方、金属端子軸125の先端部125sは、筒状の接続リング135に挿入されて、これに溶接されている。また、この接続リング135には、他方でセラミックヒータ101の基端部101kが圧入され、基端部101kに設けられた一方の電極部105rd1(図1では不図示)が、接続リング135に電気的に接続されている。これにより、セラミックヒータ101の一方の電極部105rd1と、金属端子軸125とが電気的に接続されている。なお、セラミックヒータ101のもう一方の電極部105rd2(図1では不図示)は、セラミックヒータ101を保持するヒータ保持部材123、従って、主体金具120に電気的に接続されている。
まず、第1未焼成基体形成工程において、絶縁性セラミック粉末、バインダ等を含有するセラミック粒子を、金型でプレス成型して、焼成後に絶縁基体103の一部となる第1未焼成絶縁基体151を形成する(図8及び図9参照)。
なお、第1抵抗体対応凹部151jの深さFAは、適宜変更できるが、第1発熱部対応凹部151jaにおける最大深さF3を40μm〜1mm程度、第1リード対応凹部151jbにおける最大深さF1を0.5mm〜2mm程度とするのが好ましい。
第1透孔TC1は、第1未焼成絶縁基体151の第1抵抗体対応凹部151jの全体に対応した開口形状をなす。具体的には、第1透孔TC1は、第1抵抗体対応凹部151jの第1発熱部対応凹部151jaに対応した開口形状をなす第1発熱部対応孔部TC1aと、第1抵抗体対応凹部151jの第1リード対応凹部151jbに対応した開口形状をなす第1リード対応孔部TC1bとからなる。
なお、上記厚みE1は適宜設計変更できるが、20μm〜300μm程度とするのが好ましい。また、上記幅H1も適宜設計変更できるが、20μm〜500μm程度とするのが好ましい。
この第2未焼成絶縁基体153は、絶縁基体103を、図2に示した断面図が見られるように軸線AX方向に沿って二分割したもののもう一方に対応する形状を有する。具体的には、図12及び図13に示すように、第2未焼成絶縁基体153は、第2主面153aを有する概略半円柱状をなす。そして、この第2主面153aには、発熱抵抗体105に対応した形状をなす第2抵抗体対応凹部153jが凹設されている。この第2抵抗体対応凹部153jは、発熱抵抗体105のリード部105r1,105r2に対応した開口形状をなす第2リード対応凹部153jbのみからなり、発熱部105hに対応した部分は有しない。
なお、この第2リード対応凹部153jbの深さFBも適宜変更できるが、最大深さF2を0.5mm〜2mm程度とするのが好ましい。
なお、上記厚みE2も適宜設計変更できるが、20μm〜300μm程度とするのが好ましい。また、上記幅H2も適宜設計変更できるが、20μm〜500μm程度とするのが好ましい。
よって、発熱部105hの抵抗を大きく、また、リード部105r1,105r2の抵抗を小さくして、発熱部105hでより集中して発熱させることができる。また、生産性を向上させることができる。
従って、第1,第2未焼成リード部161r,163rの断面積を安定化できると共に、これらを一体化した未焼成リード部173rの形状も安定化できるので、焼成後のリード部105r1,105r2の抵抗値バラツキも抑制できる。よって、発熱抵抗体105の抵抗値バラツキが少ないセラミックヒータ101を容易に製造できる。
従って、第1,第2未焼成発熱抵抗体161,163の断面積にバラツキが生じることを抑制し、焼成後の発熱抵抗体105の抵抗値バラツキを抑制できる。
次いで、第2の実施形態について説明する。上記実施形態1のセラミックヒータ101の製造方法では、第1印刷工程で用いる第1未焼成導電性セラミックペーストDP1と、第2印刷工程で用いる第2未焼成導電性セラミックペーストDP2を同じものとした。これに対し、本実施形態2では、第1印刷工程で用いる第1未焼成導電性セラミックペーストDP1と、第2印刷工程で用いる第2未焼成導電性セラミックペーストDP3を異なるものとする。それ以外は、上記実施形態1と同様であるので、上記実施形態1と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
その際、本実施形態2では、第1未焼成導電性セラミックペーストDP3として、上記実施形態1よりも焼成後に高抵抗となる未焼成導電性セラミックペーストを用いる。具体的には、第1未焼成導電性セラミックペーストDP3として、導電性セラミック粉末64重量%、絶縁性セラミック粉末36重量%からなるセラミック粉末、バインダ等からなる未焼成導電性セラミックペーストを用いる。これにより、未焼成発熱部261hと第1未焼成リード部261rとからなる第1未焼成発熱抵抗体261は、焼成すると、上記実施形態1よりも(導電性が低く)高抵抗なものとなる(図19参照)。
次いで、第3の実施形態について説明する。上記実施形態1では、第2未焼成基体形成工程を行って第2未焼成絶縁基体153を形成し、更に第2印刷工程を行って第2未焼成発熱抵抗体163を形成し、これらを第1未焼成絶縁基体151及び第1未焼成発熱抵抗体161に合わせて一体化し、未焼成セラミックヒータ170を形成している。これに対し、本実施形態3では、第2未焼成基体形成工程や第2印刷工程を行わずに、第1未焼成絶縁基体151及び第1未焼成発熱抵抗体161上に、未焼成絶縁基体371の残部を直接形成して、未焼成セラミックヒータ370を形成している。それ以外は、上記実施形態1と同様であるので、上記実施形態1と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
その後は、第2未焼成基体形成工程及び第2印刷工程を行わずに、焼成工程に進む。そして、本実施形態3の焼成工程では、第1印刷工程後の第1未焼成絶縁基体151の第1主面151a上に、絶縁性セラミック粉末、バインダ等を含有するセラミック粉末を載せて、プレス加工を行うことにより、未焼成絶縁基体371の残部を直接形成して、図22及び図23に示すように、未焼成セラミックヒータ370を形成する。
次いで、第4の実施形態について説明する。上記実施形態1では、第1印刷工程において、一回の印刷により第1未焼成発熱抵抗体161を形成している(図10及び図11参照)。これに対し、本実施形態4では、第1印刷工程において、複数回(具体的には二回)の印刷により、第1未焼成発熱抵抗体461を形成している(図24〜図27参照)。それ以外は、上記実施形態1と同様であるので、上記実施形態1と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
次に、第1印刷工程を行い、焼成後に発熱抵抗体405となる第1未焼成発熱抵抗体461を形成する(図24〜図27参照)。具体的には、第1−1透孔TC11を有する第1−1メタルマスクMM11を用意する(図24参照)。なお、この第1−1メタルマスクMM11は、本発明の第1リード対応メタルマスクに相当する。
なお、上記厚みE3も適宜設計変更できるが、20μm〜300μm程度とするのが好ましい。また、上記幅H3も適宜設計変更できるが、20μm〜500μm程度とするのが好ましい。
なお、上記厚みE4も適宜設計変更できるが、20μm〜300μm程度とするのが好ましい。また、上記幅H4も適宜設計変更できるが、20μm〜500μm程度とするのが好ましい。
このように本実施形態4では、第1−1,第1−2メタルマスクMM11,MM12と第1−1,第1−2未焼成導電性セラミックペーストDP11,DP12を変更して、二度印刷を行うことにより、第1未焼成発熱抵抗体461を形成する。
更に、上記実施形態1と同様に、焼成工程を行い、図28に示すように、焼成後にセラミックヒータ401となる未焼成セラミックヒータ470を形成する。これにより、第1未焼成絶縁基体151と第2未焼成絶縁基体153とから、焼成後に絶縁基体103となる未焼成絶縁基体471ができる。また、第1未焼成発熱抵抗体461と、第2未焼成発熱抵抗体163とから、焼成後に発熱抵抗体405となる未焼成発熱抵抗体473ができる。具体的には、第1未焼成発熱抵抗体461のうち、焼成後に高抵抗となる第1−2未焼成導電性セラミックペーストDP12からなる未焼成発熱部461hから、焼成後に発熱部405hとなる未焼成発熱部473hが形成される。また、第1未焼成発熱抵抗体461のうち、焼成後に低抵抗となる第1−1未焼成導電性セラミックペーストDP11からなる第1未焼成リード部461rと、同じく焼成後に低抵抗となる第2未焼成導電性セラミックペーストDP2からなる第2未焼成発熱抵抗体163(第2未焼成リード部163r)とから、焼成後にリード部405r1,405r2となる未焼成リード部473rが形成される。
続いて、焼成を行い、上記実施形態1と同様に、セラミックヒータ401を完成させる。
例えば、上記実施形態1等では、第1未焼成絶縁基体151に、発熱抵抗体105の発熱部105hとリード部105r1,105r2とに対応した第1抵抗体対応凹部151jを設けている。しかし、図29に示すように、第1抵抗体対応凹部551jを、発熱抵抗体505のリード部505r1,505r2のみに対応した形状とすることもできる。
101,201,301,401 セラミックヒータ
101s 先端部
103,303 絶縁基体
103s 先端部
105,205,305,405,505 発熱抵抗体
105h,205h,305h,405h,505h 発熱部
105r1,105r2,205r1,205r2,305r1,305r2,405r1,405r2,505r1,505r2 リード部
151,551 第1未焼成絶縁基体
151a,551a 第1主面
151j,551j 第1抵抗体対応凹部
151jf 開口縁
151ja 第1発熱部対応凹部
151jaf 開口縁
151jb 第1リード対応凹部
151jbf 開口縁
153 第2未焼成絶縁基体
153a 第2主面
153j 第2抵抗体対応凹部
153jf 開口縁
153jb 第2リード対応凹部
153jbf 開口縁
161,261,461,561 第1未焼成発熱抵抗体
161h,261h,461h,561h 未焼成発熱部
161r,261r,461r,561r 第1未焼成リード部
163 第2未焼成発熱抵抗体
163r 第2未焼成リード部
170,270,370,470 未焼成セラミックヒータ
171,271,371,471 未焼成絶縁基体
173,273,373,473 未焼成発熱抵抗体
173h,273h,373h,473h 未焼成発熱部
173r,273r,373r,473r 未焼成リード部
AX 軸線
B,C 長さ
r 半径
R 直径(最大幅)
F1,F2 最大深さ
E1,E2,E3,E4 厚み
H1,H2,H3,H4 幅
MM1 第1メタルマスク
TC1 第1透孔
TC1a 発熱部対応孔部
TC1b リード部対応孔部
MM11 第1−1メタルマスク
TC11 第1−1透孔
TC11b リード部対応孔部
MM12 第1−1メタルマスク
TC12 第1−2透孔
TC12a 発熱部対応孔部
MM2 第2メタルマスク
TC2 第2透孔
TC2b リード部対応孔部
SK スキージ
DP1,DP3 第1未焼成導電性セラミックペースト
DP11 第1−1未焼成導電性セラミックペースト
DP12 第1−2未焼成導電性セラミックペースト
DP2 第2未焼成導電性セラミックペースト
Claims (9)
- 絶縁性セラミックからなる絶縁基体と、
この絶縁基体内に埋設され、導電性セラミックからなり、通電により発熱する発熱部及びこの発熱部に接続するリード部を有する発熱抵抗体と、
を備えるセラミックヒータの製造方法であって、
第1主面、及び、この第1主面に凹設され、前記発熱抵抗体に対応した開口形状をなす第1抵抗体対応凹部であって、前記リード部に対応した開口形状をなす第1リード対応凹部を少なくとも含む第1抵抗体対応凹部を有し、未焼成絶縁性セラミックからなり、焼成後に前記絶縁基体の一部となる第1未焼成絶縁基体、を形成する第1未焼成基体形成工程と、
一又は複数種の第1マスクを用いたスクリーン印刷により、前記第1未焼成絶縁基体に、焼成後に前記発熱抵抗体の一部となる第1未焼成発熱抵抗体を形成する第1印刷工程であって、
前記第1未焼成発熱抵抗体のうち、少なくとも、焼成後に前記リード部の一部となる第1未焼成リード部については、前記第1リード対応凹部に対応した第1リード対応孔部を含む第1透孔を有する第1リード対応マスクであって、その厚みが前記第1リード対応凹部の最大深さよりも小さい第1リード対応マスクを、前記第1未焼成絶縁基体の前記第1主面上に載置し、前記第1抵抗体対応凹部内及び前記第1透孔内に第1未焼成導電性セラミックペーストを印刷充填することにより形成する第1印刷工程と、
第2主面、及び、この第2主面に凹設され、前記発熱抵抗体に対応した開口形状をなす第2抵抗体対応凹部であって、前記リード部に対応した開口形状をなす第2リード対応凹部を少なくとも含む第2抵抗体対応凹部を有し、未焼成絶縁性セラミックからなり、焼成後に前記絶縁基体の残部となる第2未焼成絶縁基体、を形成する第2未焼成基体形成工程と、
一又は複数種の第2マスクを用いたスクリーン印刷により、前記第2未焼成絶縁基体に、焼成後に前記発熱抵抗体の残部となる第2未焼成発熱抵抗体を形成する第2印刷工程であって、
前記第2未焼成発熱抵抗体のうち、少なくとも、焼成後に前記リード部の残部となる第2未焼成リード部については、前記第2リード対応凹部に対応した第2リード対応孔部を含む第2透孔を有する第2リード対応マスクであって、その厚みが前記第2リード対応凹部の最大深さよりも小さい第2リード対応マスクを、前記第2未焼成絶縁基体の前記第2主面上に載置し、前記第2抵抗体対応凹部内及び前記第2透孔内に第2未焼成導電性セラミックペーストを印刷充填することにより形成する第2印刷工程と、
前記第1印刷工程後の前記第1未焼成絶縁基体の前記第1主面と、前記第2印刷工程後の前記第2未焼成絶縁基体の前記第2主面とを合わせ、前記第1未焼成絶縁基体、前記第2未焼成絶縁基体、前記第1未焼成発熱抵抗体及び前記第2未焼成発熱抵抗体からなり、焼成後に前記セラミックヒータとなる未焼成セラミックヒータを焼成して、前記セラミックヒータを形成する焼成工程と、
を備えるセラミックヒータの製造方法。 - 請求項1に記載のセラミックヒータの製造方法であって、
前記第1リード対応マスクの前記第1透孔は、
この第1リード対応マスクを前記第1未焼成絶縁基体の前記第1主面上に重ね、この第1透孔の前記第1リード対応孔部を前記第1抵抗体対応凹部の前記第1リード対応凹部上に重ねたときに、
前記第1リード対応孔部に沿って、かつ、前記第1リード対応孔部よりも内側に、前記第1リード対応凹部の開口縁全体が露出する形態とされてなり、
前記第2リード対応マスクの前記第2透孔は、
この第2リード対応マスクを前記第2未焼成絶縁基体の前記第2主面上に重ね、この第2透孔の前記第2リード対応孔部を前記第2抵抗体対応凹部の前記第2リード対応凹部上に重ねたときに、
前記第2リード対応孔部に沿って、かつ、前記第2リード対応孔部よりも内側に、前記第2リード対応凹部の開口縁全体が露出する形態とされてなる
セラミックヒータの製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載のセラミックヒータの製造方法であって、
前記第1印刷工程では、
焼成後に前記発熱部の全体となる未焼成発熱部と、前記第1未焼成リード部とからなる前記第1未焼成発熱抵抗体を形成し、
前記第2印刷工程では、
前記第2未焼成リード部のみからなる前記第2未焼成発熱抵抗体を形成する
セラミックヒータの製造方法。 - 絶縁性セラミックからなる絶縁基体と、
この絶縁基体内に埋設され、導電性セラミックからなり、通電により発熱する発熱部及びこの発熱部に接続するリード部を有する発熱抵抗体と、
を備えるセラミックヒータの製造方法であって、
主面、及び、この主面に凹設され、前記発熱抵抗体に対応した開口形状をなす抵抗体対応凹部であって、前記リード部に対応した開口形状をなすリード対応凹部を少なくとも含む抵抗体対応凹部を有し、未焼成絶縁性セラミックからなり、焼成後に前記絶縁基体の一部となる未焼成絶縁基体、を形成する未焼成基体形成工程と、
一又は複数種のマスクを用いたスクリーン印刷により、前記未焼成絶縁基体に、焼成後に前記発熱抵抗体の全体となる未焼成発熱抵抗体を形成する印刷工程であって、
前記未焼成発熱抵抗体のうち、少なくとも、焼成後に前記リード部となる未焼成リード部については、前記リード対応凹部に対応したリード対応孔部を含む透孔を有するリード対応マスクであって、その厚みが前記リード対応凹部の最大深さよりも小さいリード対応マスクを、前記未焼成絶縁基体の前記主面上に載置し、前記抵抗体対応凹部内及び前記透孔内に未焼成導電性セラミックペーストを印刷充填することにより形成する印刷工程と、
前記印刷工程後の前記未焼成絶縁基体及び前記未焼成発熱抵抗体を用いて、焼成後に前記セラミックヒータとなる未焼成セラミックヒータを形成し、これを焼成して、前記セラミックヒータを形成する焼成工程と、
を備えるセラミックヒータの製造方法。 - 請求項4に記載のセラミックヒータの製造方法であって、
前記リード対応マスクの前記透孔は、
このリード対応マスクを前記未焼成絶縁基体の前記主面上に重ね、この透孔の前記リード対応孔部を前記抵抗体対応凹部の前記リード対応凹部上に重ねたときに、
前記リード対応孔部に沿って、かつ、前記リード対応孔部よりも内側に、前記リード対応凹部の開口縁全体が露出する形態とされてなる
セラミックヒータの製造方法。 - 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のセラミックヒータの製造方法であって、
前記セラミックヒータは、
グロープラグに用いられるグロープラグ用ヒータであり、
軸線方向に延びる棒状をなし、通電して発熱させたときに、このセラミックヒータの軸線方向先端から2mm以内の部位が最高温度となる形態とされてなる
セラミックヒータの製造方法。 - 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のセラミックヒータの製造方法であって、
前記セラミックヒータは、
グロープラグに用いられるグロープラグ用ヒータであり、
軸線方向に延びる棒状をなし、
このセラミックヒータの前記軸線に直交する方向の最大幅をR(mm)としたとき、前記発熱抵抗体の前記発熱部の全体が、このセラミックヒータの軸線方向先端からR(mm)以内の部位に埋設されてなる
セラミックヒータの製造方法。 - 絶縁性セラミックからなる絶縁基体と、この絶縁基体内に埋設され、導電性セラミックからなり、通電により発熱する発熱部及びこの発熱部に接続するリード部を有する発熱抵抗体と、を備えるグロープラグ用のセラミックヒータ、
を備えるグロープラグの製造方法であって、
請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載のセラミックヒータの製造方法により、前記セラミックヒータを製造するヒータ製造工程と、
前記セラミックヒータを用いて、前記グロープラグを組み立てるプラグ組立工程と、
を備えるグロープラグの製造方法。 - 絶縁性セラミックからなる絶縁基体と、
この絶縁基体内に埋設され、導電性セラミックからなり、通電により発熱する発熱部及びこの発熱部に接続するリード部を有する発熱抵抗体と、を備え、
軸線方向に延びる棒状をなす
セラミックヒータであって、
前記リード部は、
焼成後に前記リード部の一部となる第1未焼成リード部と、焼成後に前記リード部の残部となる第2未焼成リード部とを合わせて焼成したものであり、
前記セラミックヒータを前記軸線に直交する横断面で見たときに、
前記第1未焼成リード部と前記第2未焼成リード部とを合わせた境界に沿って、径方向外側に突条状に膨出する外側膨出部と、
前記境界に沿って径方向内側に突条状に膨出する内側膨出部とを有する形態とされてなる
セラミックヒータ。
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