JP5765949B2 - セラミックグロープラグ及びセラミックグロープラグの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はグロープラグに関し、特にセラミックヒータの後端部に金属製のリング部材が接合された構成を備えるセラミックグロープラグ及びその製造方法に関する。

従来から、自動車用のディーゼルエンジン等の内燃機関に使用されるグロープラグとして、特許文献１に記載されるグロープラグが知られている。このグロープラグは、燃焼室を加熱するためにセラミックヒータが用いられる。セラミックヒータへの電力の供給は柱状をなし後端にバッテリ等の外部電源が接続される金属製の中軸が用いられる。この中軸の先端には円筒状をなした金属製のリング部材が接続され、さらにそのリング部材の先端側にはセラミックヒータが接続される。セラミックヒータは比較的に抵抗値の大きい発熱部とこれに接続する比較的に抵抗値が小さいリード部とを有している。リード部の一方はセラミックヒータの側面に露出する部位を有し、この露出した部位（電極取出部ともいう）とリング部材とが電気的に接続され、当該リード部を経由して発熱部へ電力が供給される。また、セラミックヒータは径方向外側から金属製の筒状体（以降、ヒータ保持外筒ともいう）に保持されている。発熱部に接続するリード部の他方は前記同様に電極取出部がセラミックヒータの側面に形成され、ヒータ保持外筒と接触してこれと導通状態となる。ヒータ保持外筒は取り付け用の雄ねじ等が形成されたハウジングに保持されており、セラミックヒータ（厳密には発熱部）に供給された電力は、他方のリード部、ヒータ保持外筒、ハウジングを介してアースされる。

セラミックヒータは発熱部やリード部及びこれらを保持する基体等、導電性あるいは絶縁性のセラミックを構成の主体とする。このため、耐熱性に優れる一方で、外部からの衝撃や内部に生じた応力により折損・損傷するおそれがある。これに対応すべく、特許文献２に記載されるセラミックグロープラグがある。

グロープラグの後端には電力供給のためのコネクタが接続・装着される。コネクタを装着する際にはある程度の力を要して嵌め込むため、中軸には自身の延びる方向に垂直な方向（径方向）への力が及ぶことがある。また、エンジンが駆動しているときには、装着されたコネクタがあたかも錘の如く中軸を揺動するように作用し、同様な力が中軸に及ぶことがある。さらには、エンジンの振動により中軸自身が振動することもある。いずれにしてもこれらの衝撃や力は中軸からリング部材へ、さらにはセラミックヒータへと伝達し、その応力によりセラミックヒータが破損するおそれがある。これを解消すべく、中軸の一部を細径化することで応力の伝達を緩和しようとする技術が特許文献２に記載されている。

特開２００３−１３０３４９号公報 特開２００６−２０７９８８号公報

ところで、グロープラグには省電力化が求められている。セラミックヒータの消費電力を下げ、急速昇温性能を高めたり、燃費を向上させるためである。こうした要求は以前からあり、これに応えるべくセラミックヒータの細径化が望まれる。このセラミックヒータの細径化の要求はさらに激化し、今日では、セラミックヒータの外径寸法は例えばφ３．１ｍｍ以下などの細いものが要求され始めている。しかしながら、セラミックヒータは外径寸法が小さくなると破壊靭性が低くなり、僅かな衝撃が伝わっただけで破損してしまうおそれも高くなる。また、一方では、燃焼効率の改善に伴うエンジン性能の向上により、グロープラグへの衝撃が大きくなり、これにより、従来同等の外径寸法を有するセラミックヒータであっても損傷するおそれが増大している背景もある。

本発明は、斯かる実情に鑑み、従前同様にヒータとしての通電耐久性などの基本性能を満足するためにセラミックヒータの形状変更を伴わずに、中軸を介してセラミックヒータへ伝達される衝撃や応力をさらに緩和し、耐折損性に優れるグロープラグを提供し、また、セラミックヒータが発熱できないような導通不良の事態を招来しないようにするものである。また、その製造方法を提供するものである。

本発明のセラミックグロープラグの第１の構成は、
セラミックを主体に構成され軸線方向に柱状をなすセラミックヒータと、
円筒状をなし、前記セラミックヒータの後端部を内部に嵌入して接続される金属製のリング部材と、
前記リング部材の後端部に接合される柱状をなす金属製の中軸と、
前記セラミックヒータの側面を保持するヒータ保持外筒と、
前記ヒータ保持外筒と接続し、機関への取付部を有するハウジングと
を有し、
前記リング部材は、内径が略一定に形成されるとともに、先端側の第１部位が後端側の第２部位に比較して厚肉に形成されてなることを特徴とする。

上記第１の構成を備えるセラミックグロープラグは、リング部材の後端部と柱状の中軸とが接合されて一体をなし、機械的に強固な（剛な）接合構造を有する。一方、セラミックヒータは円筒形状のリング部材の内孔へ挿入、嵌合されており、リング部材を介して中軸からの振動はセラミックヒータへ伝達されうる構成を採る。このため、セラミックヒータへは中軸から伝達されうる応力による破損が懸念されるところ、リング部材には、比較的厚肉に形成された先端側の第１部位と比較的薄肉に形成された後端側の第２部位との境界が存在し、この両者の境界を含む部位が軸方向への応力の伝達を緩和する作用をなす。これにより、セラミックヒータが破損・折損するほどの応力の伝達が抑制され、セラミックヒータの耐折損性を向上させることが可能となる。上記構成が有用であるのは、セラミックヒータがヒータ保持外筒やハウジングによってエンジンのシリンダヘッド等の機関へ固定され、セラミックヒータへの衝撃や応力がグロープラグの外部に吸収、あるいは外部へ解放できない構成であるためである。

本発明のセラミックグロープラグの第２の構成は、前記第１の構成に加えて、
前記中軸の先端部が前記リング部材の内部に圧入されるとともに、当該中軸の先端部と前記セラミックヒータの後端面とが互いに前記軸線方向に離間した間隙を有し、当該間隙の位置する前記軸線方向範囲に前記第１部位と前記第２部位との境界が存在することを特徴とする。

上記第２の構成を備えるセラミックグロープラグは、中軸の先端面とセラミックヒータの後端面とがともにリング部材の内側に挿入・固定されるが、互いに離れた位置にある。したがって、両者の間には空間が存在する。加えて、この空間の位置する部分に、厚肉の第１部位と薄肉の第２部位との境界が位置している。リング部材の内側に中軸やセラミックヒータが存在しないので、応力を緩和すべくリング部材が変形を生じる際に、その変形を抑制してしまうこともなく、あるいはその変形に伴ってセラミックヒータへ応力が伝わってしまうおそれを低減することができる。なお、この「変形」とは主として弾性変形であるが、塑性変形することも除外しない。

本発明のセラミックグロープラグの第３の構成は、前記第２の構成に加えて、
前記境界が前記リング部材の後端寄りに形成されていることを特徴とする。

上記第３の構成を備えるセラミックグロープラグは、厚肉に形成された先端側の第１部位とこれに対して薄肉に形成された後端側の第２部位との間の境界が、リング部材の内の後端寄りに形成される。このため、リング部材の変形を生じる部位が後端寄りとなる。したがって、リング部材が変形する部位は、リング部材とセラミックヒータが接合した部位から後端側へ離れて位置することとなり、リング部材の変形がセラミックヒータへ影響（応力）を与えるおそれを低減し、セラミックヒータが破損するおそれを大幅に低減することが可能となる。

さらに中軸とリング部材との接合は金属同士の接合であるから、金属同士の凝着効果に拠るものであったり、或いは溶接を用いることで、強固な接合が期待できる。その一方、セラミックヒータとリング部材との接合は嵌入（圧入を含む締まり嵌め状態による接合）であるから、中軸−リング部材接合に比較するとセラミックヒータ−リング部材接合の接合力は比して小さいものとなる。このときにリング部材に変形が生じると、嵌入によるセラミックヒータ−リング部材接合が弱まるおそれがあるところ、第３の構成によれば、リング部材の変形が生じうる部位をセラミックヒータから離れるように構成することができ、このおそれを解消することができる。

セラミックヒータとリング部材との間にすき間を生じると、両者の接合界面では酸化反応が生じやすくなり、両者の接合力が低下してしまうおそれがあるが、中軸−リング部材接合は比して強固な接合であるから、リング部材の変形しうる部位が近づいても、セラミックヒータ−リング部材接合では生じる上記懸念が少なく、セラミックグロープラグにとって致命的なエラーを生じるおそれが少ない。特に、セラミックヒータの側面に電極取出部が形成され、これとリング部材とが嵌入によって導通状態に接続される構成を備える場合は、より一層にこの構成の効果を得ることができる。電極取出部は導電性を有して形成されるため、上記酸化によって絶縁されてしまう懸念があるためである。

本発明のセラミックグロープラグの第４の構成は、前記構成に加えて、
前記セラミックヒータが備える発熱部への導電経路をなすリード部の少なくとも一部が前記リング部材の内部へ嵌入された前記セラミックヒータの外周面に形成されるとともに、当該外周面に当接する前記リング部材の第１内周面と当該第１内周面よりも後端側の第２内周面とを比較したときに、当該第２内周面は、前記第１内周面の表面粗さよりも大きい表面粗さを有する部位を含むことを特徴とする。

上記のように、セラミックヒータの側面に電極取出部を形成した場合には、電極取出部と接続するリング部材が、当該接続部位の付近で変形を生じることは好ましくない。そこで、リング部材のうち、当該接続部位を含む第１内周面よりも後端側の第２内周面の表面粗さを第１内周面よりも粗くする構成を、第４の構成では採用している。この構成により、上述した電極取出部における酸化を回避する効果に加え、リング部材に変形が生じる際は、後端側（第２内周面側）で生じるようにすべく、第１内周面よりも第２内周面の表面粗さを粗いものとしている。

本発明のセラミックグロープラグの第５の構成は、前記第４の構成に加えて、
前記第２内周面の内、前記第１内周面よりも大きい表面粗さを有する部位が前記中軸の先端面よりも後端側の部位であることを特徴とする。

前述の如く、金属同士では金属の凝着が生じ得る。凝着は金属部材の材料、面の性状、部材の径差等によってその程度は異なるものの、凝着が生じれば圧入荷重が増大する。すなわち、リング部材へ中軸の先端部を圧入することが困難となる。圧入荷重が過大であると、リング部材と中軸の先端部との接合が不完全なものとなるおそれがあったり、中軸に変形が生じたセラミックグロープラグとなってしまう問題がある。

そこで、上記第５の構成を備えるセラミックグロープラグは、第１内周面よりも大きい表面粗さを有する部位（以降、粗化部位ともいう）が、中軸の先端面よりも後端側に来るように、リング部材の後端寄りの部位である第２部位へ当該粗化部位を積極的に位置させている。これにより、中軸の先端部の外周面とリング部材との接合界面には当該粗化部位が存在することとなり、圧入時の荷重を低減して不完全な接合が回避された、良好な中軸−リング部材接合を得ることが可能となる。

また、本発明のセラミックグロープラグの第１の製造方法は、
セラミックを主体に構成され軸線方向に柱状をなすセラミックヒータと、
円筒状をなし、前記セラミックヒータの後端部が内孔に圧入接続される金属製のリング部材と、
前記リング部材の後端部に接合される柱状をなす金属製の中軸と、
前記セラミックヒータの側面を保持するヒータ保持外筒と、
前記ヒータ保持外筒と接続し、機関への取付部を有するハウジングと
を有するセラミックグロープラグの製造方法であって、
前記リング部材は、
内径及び外径がともに自身の軸線方向に亘って一定の径を有する筒部材の一端を他端よりも外径を小さくする縮径工程を経て形成され、
前記他端を先端側の第１部位が、前記一端を後端側の第２部位がそれぞれ有し、前記軸線方向の後方から前記第２部位の内孔へ前記セラミックヒータが挿入され、前記第１部位の内孔で前記セラミックヒータの後端部が圧入固定されるヒータ圧入工程により、前記セラミックヒータと接続され、
前記軸線方向の後方から、前記第２部位の内孔へ前記中軸が圧入される中軸圧入工程により、前記中軸と接続されることを特徴とする。

また、本発明のセラミックグロープラグの第２の製造方法は、前記第１の製造方法に加えて、
断面円形の棒状をなす出発金属材料に対して、当該出発金属材料の外周面を基準に同軸状に中穴を形成する中穴形成工程と、
前記中穴の形成された前記出発金属材料の一端側である前記第２部位に位置する当該中穴の表面に、前記出発金属材料の他端側である前記第１部位に位置する当該中穴の表面に対して表面粗さが粗い粗化部位が存在することを区別する粗化部位画定工程と、
を経て前記筒部材を形成し、
前記縮径工程は、前記粗化部位を含む前記軸線方向範囲の外周面を縮径する工程であることを特徴とする。

前記第１の製造方法によれば、内径と外径とが一定の筒部材、すなわち円筒状のパイプの一端の外径を小さくする加工（縮径工程）がなされてリング部材が形成される。これにより形成されたリング部材の外観形状は、外径が小さく形成された後端側（一端）を有する第２部位と、外径が後端側に比べて大きく形成された先端側（他端）を有する第１部位とから構成されたものとなる。またリング部材は一定の内径を有している。

リング部材へセラミックヒータを圧入する際に両者が接する起点となるリング部材後端の肉厚は先端側に比較して薄い。このため、圧入に要する初期荷重の低減効果が見込まれる。圧入の初期は、リング部材の軸とセラミックヒータの軸とが微少にずれることがあり、圧入の初期から十分に大きい荷重で圧入がなされるとセラミックヒータが破損するおそれがあるところ、本発明によれば、圧入の初期の荷重を低減することができるため、この問題を回避することが可能である。加えて、内径を軸線方向に一定に保っているので、セラミックヒータの先端側からリング部材へ圧入し、そのリング部材がセラミックヒータの後端に達するまで圧入により挿通させた際に、セラミックヒータを破損させてしまうおそれが殆ど無くなる。なお「内径が軸線方向に亘って一定の径を有する」とは、内径に０．１ｍｍ以上の差が無いことを意味する。

これにより、リング部材へ中軸を圧入する際の製造過程は勿論のこと、完成したセラミックグロープラグの使用の最中に、軸線と交わる方向、すなわちセラミックヒータを破損させるような方向に応力が働いたとしても、リング部材の第１部位と第２部位との境界がその応力を吸収・緩和するように機能し、セラミックヒータが破損してしまう事態を回避することが可能となる。

第２の製造方法では、第２部位の中穴の表面に第１部位の中穴の表面よりも表面粗さが粗い粗化部位が存在することを特定する粗化部位画定工程を有する。詳細には、前記リング部材の後端側であり、第１部位よりも外径が小さく形成される第２部位に形成された中穴の表面、すなわち第２部位の軸線位置に対応する内周面を粗面化する工程、或いは、前記リング部材の先端側であり、第２部位よりも外径が大きく形成される第１部位に形成された中穴の表面、すなわち第１部位の軸線位置に対応する内周面を平滑化する工程のいずれかを経て、粗化部位の存在を特定するのである。

これにより、リング部材の前記第２部位の内孔へ中軸を圧入する際、当該粗化部位は中軸の先端部との接触面積が低減されることに因由する圧入荷重の低減を見込むことができる。なお、第２部位の内周面の粗面化は、その一部を粗面化することでもよく、一方、第１部位の内周面を平滑化するに際しては、その全てを平滑化することが好ましい。このように、第２の製造方法の粗化部位画定工程における「区別する」とは、リング部材を構成する筒部材の中穴の表面に粗化部位が存在することを特定するか、粗化した部分と滑らかにした部分とを作り出すことを意とする。

中穴形成工程は、棒状の出発金属材料に対して、後にセラミックヒータや中軸の先端部が圧入される内孔となる中穴を形成する工程である。この工程は、少なくとも、表面粗さにおいて上記粗化部位よりも滑らかな中穴の表面を形成することが好ましい。また、縮径工程は、切削で行ってもよく塑性加工を行ってもよい。
なお、中穴形成工程、粗化部位画定工程及び縮径工程は順序が特定されるものではなく、順序の入れ替え或いは、同時処理（同時加工）を行ってもよい。

上記工程により、一端側の外径が他端側より小さくされた外観を呈し、その内周面（中穴の表面）の少なくとも一部が粗化部位とされたリング部材が形成される。逆説的には、大径の他端側の内周面には粗化部位が存在しない構成となる。リング部材の一端とは、前述の第１の製造方法にて説明した如くに、後端側の第２部位である。他方、リング部材の他端とは、先端側の第１部位である。このように、リング部材の内孔（内表面）の表面粗さの粗い部分が、リング部材の軸線方向においてどちら側に形成されているかを外観から判断することが可能となる。粗化部位の特定がリング部材の外観から判断することが可能となるので、セラミックグロープラグを多量に生産する自動機（自動組立機）を用いた際にも、中軸の先端部をリング部材へ圧入するときに、その荷重を低減した、良好な中軸−リング部材接合を得ることが可能となる。また、リング部材へセラミックヒータを挿入し、第１部位の内孔でセラミックヒータの後端部を圧入固定する際にも、セラミックヒータ−リング部材接合部における接合界面の酸化反応を抑制したセラミックヒータの製造を容易にすることができる。

（ａ）は本発明のグロープラグ１の側面図であり、（ｂ）はグロープラグ１の断面図である。 リング部材６を中心に示す部分拡大断面図である。 リング部材６の断面図（ａ）と立体斜視図（ｂ）である。 リング部材６の製造方法についてその加工過程を示す図である。 リング部材６へセラミックヒータ４を圧入するヒータ圧入工程を示す図である。 リング部材６、ヒータ保持外筒５が接合されたセラミックヒータ４と中軸３とを接合する工程を示す図である。

以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。まず、本発明に係るセラミックヒータ４を備えるセラミックグロープラグ１（以下、「グロープラグ１ともいう」）について、図１（ａ），（ｂ）及び図２を参照しつつ説明する。図１（ａ）は、グロープラグ１の正面図（側面図）であり、図１（ｂ）は、グロープラグ１の縦断面図である。また、図２は、リング部材６を中心に示す部分拡大断面図である。なお、以下の説明においては、特に断りのない限りは図の上下方向を軸線Ｏ方向とし、下側をグロープラグ１（セラミックヒータ４）の先端側、上側を後端側として説明する。また、いずれの図面も説明のため、要部を誇張して図示するものもあり、実際の寸法とは異なるものであり、図面の明りょう性の確保のために一部のハッチングは表記していない。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、グロープラグ１は、ハウジング２、中軸３、セラミックヒータ４、ヒータ保持外筒５、リング部材６、ピン端子７等を備えている。

ハウジング２は、所定の金属材料（例えば、Ｓ４５Ｃ等の鉄系素材）によって形成され、軸線Ｏ方向に沿って略一定内径の軸孔２１を有する円筒形状の部材である。当該軸孔２１の後端は、ハウジング２の後端面との間に面取り部を形成するかたちで、先端側に向けて先細るテーパ部７１が形成されている。また、前記ハウジング２の外周には、グロープラグ１をエンジンのシリンダヘッド等の機関の取付孔の雌ねじ部（図示しない）に取付けるための雄ねじ部２２が形成されている。併せて、ハウジング２の後端部の外周は断面形状が六角形状に形成されており、前記取付孔にグロープラグ１を取り付ける際に使用するレンチ等の工具が係合する工具係合部２３を構成している。

ハウジング２の軸孔２１には、金属製で丸棒状をなす前記中軸３が収容されている。当該中軸３の先端は、やや大径に形成された先端大径部３１と、そのさらに先側に、これと比較して小径に形成された先端小径部３２が形成されている。さらに、前記中軸３は、金属材料（例えば、ＳＵＳ４１０等の鉄系素材）によって形成された円筒状のリング部材６を介して、前記セラミックヒータ４の後端部に対して接続されている。リング部材６に関しては詳細を後述する。

一方で、前記中軸３の前記先端大径部３１よりも後端側は当該先端大径部３１よりも小径に構成された中軸本体部３０が後方へ延設されている。中軸３はハウジング２の後端部付近にてやや大径とされ、ハウジング２の後方へ突出した後端部３３は再び小径とされている。この後端部３３には、金属製の前記ピン端子７が加締め固定されている。また、当該ピン端子７の先端部及び前記ハウジング２のテーパ部７１との間には、両者間における直接的な電気的導通を防止すべく、樹脂等の絶縁性素材よりなる絶縁ブッシュ１１が設けられている。絶縁ブッシュ１１は全体として円筒形状をなし、内孔１１ｈ及び大径の後端部１１ｒと小径の先端部１１ｆと、両者を繋ぐ先細り状のテーパ部１１ｔとから外形が構成されている。中軸３は内孔１１ｈ内を挿通し、テーパ部１１ｔは前記ハウジング２のテーパ部７１に当接し、さらに後端面が前記ピン端子７の先端面に押圧されるかたちで絶縁ブッシュ１１は位置決めされている。さらに、前記軸孔２１内の気密性の向上等を図るべく、前記ハウジング２及び前記中軸３の間には、絶縁性素材からなるＯリング１２が設けられている。

前記ヒータ保持外筒５は、金属材料によって筒状に形成されている。また、当該ヒータ保持外筒５は、前記セラミックヒータ４の軸線Ｏ方向に沿った略中央部分を保持しており、セラミックヒータ４の先端部は前記ヒータ保持外筒５の先端から露出した状態となっている。さらに、前記ヒータ保持外筒５は、先端側に比較的薄肉に形成された小径部５１と、当該小径部５１の後端側に、軸線Ｏ方向の後方へ向けて拡径するテーパ部５２と、当該テーパ部５２の後端から連続して形成され、前記ハウジング２の先端の外径と略同一の外径を有する大径部５３と、当該大径部５３の後端側において前記ハウジング２の軸孔２１の先端部の内径と略同一の外径を有する小径の係合部５４とを備えている。そして、前記係合部５４が前記軸孔２１の先端部に嵌合された状態で、レーザ溶接等によってハウジング２及び前記ヒータ保持外筒５の当接面に溶接部が形成されることによって、前記ヒータ保持外筒５が前記ハウジング２に対して接合されている。なお、グロープラグ１を内燃機関に取付けた際には、前記テーパ部５２が燃焼室との気密を確保するシールとしての役割を担うこととなる。

次に、セラミックヒータ４の詳細について、図２を主として参照しつつ説明する。セラミックヒータ４は、絶縁性セラミックによって構成されるとともに、軸線Ｏ方向に延びる略同径で丸棒状の基体４１を有し、その内部に、導電性セラミックよりなる長細いＵ字状をなす抵抗体４２が埋設されたかたちで保持されている。また、当該抵抗体４２は、一対の棒状のリード部４３，４４と、当該リード部４３，４４の先端部同士を連結する連結部４５とを備える。連結部４５は、抵抗体４２のうち比較的に断面積が小さく形成されるため抵抗値は大きく、セラミックヒータ４の発熱の主部をなし、本発明における「発熱部」に相当する。

また、前記リード部４３，４４は、それぞれセラミックヒータ４の後端側に向けて互いに略平行に延設されている。加えて、一方のリード部４３の後端寄り位置には、電極取出部４３ｅが外径方向に突設されている。そして、当該電極取出部４３ｅは、セラミックヒータ４の外周面に露出している。同様に、他方のリード部４４には、前記電極取出部４３ｅよりも先端側の位置に電極取出部４４ｅが外径方向に突設されており、当該電極取出部４４ｅが、セラミックヒータ４の外周面に露出している。

加えて、電極取出部４３ｅの露出部分は、前記リング部材６の内周面（内孔６１の表面）に接触している。その結果、リング部材６に接続された中軸３と前記リード部４３との電気的導通が図られている。また、前記電極取出部４４ｅの露出部分は、ヒータ保持外筒５の内周面に対して接触している。これにより、ヒータ保持外筒５に接合されたハウジング２とリード部４４との電気的導通が図られている。すなわち、本実施形態では、前記中軸３とハウジング２とが、グロープラグ１において、セラミックヒータ４の抵抗体４２に通電するための陽極・陰極として機能するようになっている。

ここで、本発明の要点であるリング部材６について図２及び図３を中心に説明する。
前述の通りリング部材６はステンレス等の鉄系素材から形成され、全体としては円筒形状を呈する。詳細には、先端側である第１部位６ａは肉厚が０．５５ｍｍと厚肉に形成される一方、後端側の第２部位６ｂは肉厚が０．４５ｍｍと比較的薄肉に形成される。リング部材６の内孔６１はφ３．０ｍｍの一定の内径である。したがって、後端側の第２部位６ｂは先端側の第１部位６ａよりも小径に構成されている。なお、上記寸法は中軸３やセラミックヒータ４と接合する前の寸法であるとともに一例を示すものであり、本発明の主旨を逸脱しない範囲での寸法の変更は可能である。なお、本発明のリング部材６における「第１部位と第２部位との境界」とは、一定外径の第１部位６ａと、一定外径の第２部位６ｂとの遷移部（図２ではテーパー状をなす）の中点を通る位置（図２では仮想線ＶＢにて示す）とされる。

次いで、リング部材６の製造方法について図４を中心に説明し、併せて、リング部材６と中軸３及びセラミックヒータ４との接合について図５，６を中心に説明する。

図４（ａ）に示すようにリング部材６の出発材料はステンレスのコイル材１６０であり、その外周を旋盤等の加工機の支持機構１６０Ｍで支持しつつコイル材１６０の端面１６１へドリルや中ぐりバイト等の穴空け用工具１６３を当てて研削し、中穴１６０Ｈを有する筒部材を作製する（中穴形成工程）。次いで、片刃バイト１６５等でコイル材の側面を加工し、一端側が他端側に対して小さい外径を有する形状に加工する（図４（ｂ））。この加工を縮径工程という。さらに、小さい外径に加工した部位（第２部位）の内部に対して別の中ぐりバイト１６７を用いて表面を粗くする粗面化加工を施すことにより、第２部位６ｂの内周面（中穴１６０Ｈの表面）には、粗化部位Ｒが形成される（粗化部位画定工程：図４（ｃ））。最後に、加工部をコイル材１６０からカッタ１６９等で切り取り、リング部材６を完成させる（図４（ｄ））。

このようにして得られたリング部材６に対してセラミックヒータ４や中軸３との接合が行われる。具体的には、リング部材６の小径の第２部位６ｂを上方に向け、大径の第１部位６ａを固定治具２１０へセットする。ここへ、第２部位６ｂ側からリング部材６の内孔６１へセラミックヒータ４が圧入される（図５（ａ））。リング部材６の第１部位６ａ内にセラミックヒータ４の後端部に形成された電極取出部４３ｅが来ると、セラミックヒータ４とリング部材６との圧入接合が完了される。この工程がヒータ圧入工程である。

上記圧入接合の際、リング部材６の第２部位６ｂは第１部位６ａに比して薄肉に形成されているため、圧入の初期における、セラミックヒータ４がリング部材６（の第２部位６ｂ）から受ける荷重が低減される。このため、セラミックヒータ４を破損させてしまうおそれが低減される。

リング部材６が接合されたセラミックヒータ４には、さらにヒータ保持外筒５が接合される。セラミックヒータ４とヒータ保持外筒５との接合は、リング部材６との接合と同様に圧入接合でもよく、ろう材を用いたろう付けなどの公知の手法も利用できる。

さらにリング部材６に中軸３が接合される。リング部材６はセラミックヒータ４やヒータ保持外筒５と一体化、固着されているため、セラミックヒータ４やヒータ保持外筒５により間接的に支持される。例えば、図６では、ヒータ保持外筒５の外観形状に相当する形状のキャビティを有する固定治具２１５の、当該キャビティへヒータ保持外筒５をセットし、セラミックヒータ４を通じてリング部材６が支持される。このリング部材６の後端から中軸３の先端小径部３２が圧入され、先端大径部３１の先端向きの面３１ｆがリング部材６の後端面６ｒと当接して中軸３とリング部材６とが接合される。このとき、その当接面へレーザービームＬＢを照射してレーザ溶接を追加的に行うことも可能である。こうして、セラミックヒータ４と中軸３とはリング部材６を介して接合され、さらにヒータ保持外筒５を有する一体物が構成される。この中軸３リング部材６へ圧入する際、粗化部位Ｒの存在によりリング部材６の内孔６１（中穴１６０Ｈ）と中軸３の先端小径部３２との過剰な接触面積の増大を低減することができ、圧入荷重が過大となることに伴う不具合を解消しつつ製造を行うことが可能である。

前述の如く、この一体物のヒータ保持外筒５の係合部５４に軸孔２１を嵌合するとともにレーザ溶接によってハウジング２が接合され、さらにその後端に、前記絶縁ブッシュ１１及びＯリング１２を、ハウジング２及び中軸３間の所定位置に配置した上で、ハウジング２の後端側から突出した中軸３の後端部に予め形成したピン端子７を加締め固定することでグロープラグ１が完成する。

こうして得られたグロープラグ１は、中軸３に形成された小径の中軸本体部３０に加え、リング部材６には比較的厚肉に形成された先端側の第１部位６ａと比較的薄肉形成された後端側の第２部位６ｂとの境界が存在するため、セラミックヒータ４へ中軸３から伝達されてしまう応力のさらなる緩和が可能である。したがって、ピン端子７へコネクタを接続する際の応力やエンジン駆動中における中軸の揺動による応力などがリング部材６において緩和、吸収されるため、これらを遠因とするセラミックヒータ４の不具合を回避することが可能となる。

加えて、セラミックヒータ４の電極取出部４３ｅと接するリング部材６の内孔６１の表面（本発明の第１内周面に相当する）は粗化部位Ｒが存在しないように形成されている。このため、その表面は滑らかな表面であり、長期間の使用にも耐えうる、高い信頼性を確保しやすい。一方で、当該第１内周面よりも後端側のリング部材６の内孔６１の表面である第２内周面の、特に中軸３の先端面よりも後端側には、粗化部位Ｒが存在することにより、良好な中軸３とリング部材６との接合がなされている。

また、上記製造方法により、粗化部位Ｒはリング部材６の第２部位６ｂ側となる。このため、リング部材６の外観から粗化部位Ｒの形成されている側を特定することができる。したがって、上記リング部材６とセラミックヒータ４との組付けの際、リング部材６を固定治具２１０へセットするが、パーツフィーダー等から供給されるリング部材６に向きが一様に揃っていなくても、筒状をなすリング部材６の内孔６１を調査して粗化部位Ｒの形成されている側がどちら側であるかを直接的に確認することなく、外観からその位置を特定し向きを整えることができ、自動組立機を用いた効率的な製造が可能である。

なお、本発明はその主旨を逸脱しない範囲で適宜変形が可能である。
例えば上記実施例においてはリング部材６の第１部位６ａと第２部位６ｂとの境界が存在する部位の内側は空間（図２中、符号ＳＰにて示す）としているが、中軸３またはセラミックヒータ４のいずれか一方が存在する構成を妨げない。

また、上記実施例においてはリング部材６の後端寄りに前記境界が位置するようリング部材６を形成した。しかしながら、当該境界の位置は、リング部材６の中央や先端側となることを妨げない。

さらに、上記実施例においてはヒータ保持外筒５には大径部５３を設け、当該部位とハウジング２とを接合する形態としたが、例えばヒータ保持外筒５を単純な筒状とするとともに、当該ヒータ保持外筒５をハウジング２の内孔へ圧入・溶接等により接合する形態とすることも可能である。加えて、セラミックヒータ４への電気的な接続が可能であれば、ヒータ保持外筒５とセラミックヒータ４の電極取出部４４ｅとの接続やリング部材６とセラミックヒータ４の電極取出部４３ｅとの接続についても適宜変更しても構わない。

また、上記実施例においては中軸３の先端には先端大径部３１に先端向きの面３１ｆを境界とする先端小径部３２を形成した上でリング部材６との接合を行ったが、本発明はこれに限られるものではない。つまり、中軸３の先端形状を単純な円柱状とし、そのままリング部材６の内孔へ圧入する構成としてもよい。

またリング部材の作製に関して、上記実施例においては切削により形成したが、例えば、中実状の柱状部材に対して塑性加工を施して中穴や外形形状を形成するような、塑性加工を利用して作製するようにしてもよい。さらに、例えば、特開２００８−１７８８８５に記載される「円筒形状部品の製造方法」を利用し、底部を有する円筒部材を作製し、当該底部を打ち抜いて貫通させることにより、打ち抜かれた底部の中穴の表面の残部を、本発明における粗化部位としてもよい。

粗化部位の形成に際しては、上記実施例においては中ぐりバイトを用いて形成した。この形成の際は、先行する中穴形成の際に使用したバイトを使用しつつ送り速度を変えたり、種類の異なるバイトを使用することとしてもよい。さらには、ショットブラストやヘアライン加工等の処理により粗化部位を形成してもよく、逆に粗化部位を除いた部位を平滑化する処理を行うものとしてもよい。

１ セラミックグロープラグ
２ ハウジング
３ 中軸
４ セラミックヒータ
５ ヒータ保持外筒
６ リング部材
６ａ リング部材の第１部位
６ｂ リング部材の第２部位
７ ピン端子

Claims (7)

1. セラミックを主体に構成され軸線方向に柱状をなすセラミックヒータと、
   円筒状をなし、前記セラミックヒータの後端部を内部に嵌入して接続される金属製のリング部材と、
   前記リング部材の後端部に接合される柱状をなす金属製の中軸と、
   前記セラミックヒータの側面を保持するヒータ保持外筒と、
   前記ヒータ保持外筒と接続し、機関への取付部を有するハウジングと
   を有するセラミックグロープラグであって、
   前記リング部材は、内径が略一定に形成されるとともに、先端側の第１部位が後端側の第２部位に比較して厚肉に形成されてなることを特徴とするセラミックグロープラグ。
2. 前記中軸の先端部が前記リング部材の内部に圧入されるとともに、当該中軸の先端部と前記セラミックヒータの後端面とが互いに前記軸線方向に離間した間隙を有し、当該間隙の位置する前記軸線方向範囲に前記第１部位と前記第２部位との境界が存在することを特徴とする請求項１に記載のセラミックグロープラグ。
3. 前記境界が前記リング部材の後端寄りに形成されていることを特徴とする請求項２に記載のセラミックグロープラグ。
4. 前記セラミックヒータが備える発熱部への導電経路をなすリード部の少なくとも一部が前記リング部材の内部へ嵌入された前記セラミックヒータの外周面に形成されるとともに、当該外周面に当接する前記リング部材の第１内周面と当該第１内周面よりも後端側の第２内周面とを比較したときに、当該第２内周面は、前記第１内周面の表面粗さよりも大きい表面粗さを有する部位を含むことを特徴とする請求項２または３のいずれか１項に記載のセラミックグロープラグ。
5. 前記第２内周面の内、前記第１内周面よりも大きい表面粗さを有する部位が前記中軸の先端面よりも後端側の部位であることを特徴とする請求項４に記載のセラミックグロープラグ。
6. セラミックを主体に構成され軸線方向に柱状をなすセラミックヒータと、
   円筒状をなし、前記セラミックヒータの後端部が内孔に圧入接続される金属製のリング部材と、
   前記リング部材の後端部に接合される柱状をなす金属製の中軸と、
   前記セラミックヒータの側面を保持するヒータ保持外筒と、
   前記ヒータ保持外筒と接続し、機関への取付部を有するハウジングと
   を有するセラミックグロープラグの製造方法であって、
   前記リング部材は、
   内径及び外径がともに自身の軸線方向に亘って一定の径を有する筒部材の一端を他端よりも外径を小さくする縮径工程を経て形成され、
   前記他端を先端側の第１部位が、前記一端を後端側の第２部位がそれぞれ有し、前記軸線方向の後方から前記第２部位の内孔へ前記セラミックヒータが挿入され、前記第１部位の内孔で前記セラミックヒータの後端部が圧入固定されるヒータ圧入工程により、前記セラミックヒータと接続され、
   前記軸線方向の後方から、前記第２部位の内孔へ前記中軸が圧入される中軸圧入工程により、前記中軸と接続されることを特徴とするセラミックグロープラグの製造方法。
7. 断面円形の棒状をなす出発金属材料に対して、当該出発金属材料の外周面を基準に同軸状に中穴を形成する中穴形成工程と、
   前記中穴の形成された前記出発金属材料の一端側である前記第２部位に位置する当該中穴の表面に、前記出発金属材料の他端側である前記第１部位に位置する当該中穴の表面に対して表面粗さが粗い粗化部位が存在することを区別する粗化部位画定工程と、
   を経て前記筒部材を形成し、
   前記縮径工程は、前記粗化部位を含む前記軸線方向範囲の外周面を縮径する工程であることを特徴とする請求項６に記載のセラミックグロープラグの製造方法。

Images