JP6101145B2 - ヒータモジュールの製造方法、および、グロープラグの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属外筒と、金属外筒に圧入されたセラミックヒータと、を含むヒータモジュールに関するものである。

従来から、内燃機関の始動補助などのために、通電によって発熱するグロープラグが利用されている。グロープラグとしては、例えば、金属外筒と、金属外筒に圧入されたセラミックヒータと、を含むヒータモジュールを含むものが提案されている。セラミックヒータと金属外筒との機械的な接合強度及び電気的な接続信頼性を圧入によって確保する場合、金属外筒の弾性変形によってセラミックヒータに対する締め付け力を十分に確保する必要がある。この締め付け力は、圧入した後に分解して測定されるセラミックヒータの外径と金属外筒の内径との径差である締め代と相関があることが知られている。

特許第４５６２３１５号公報

十分な締め代を確保するためには、圧入する前に測定されるセラミックヒータの外径と金属外筒の内径との径差である圧入代を大きくして、金属外筒の変形量を大きくする必要がある。しかしながら、圧入代が大きいと圧入荷重も大きくなりやすく、圧入時にセラミックヒータの折損が発生したりや圧入ができない等の問題が発生する場合があった。また、圧入代が小さいと十分な締め代を確保することができず、セラミックヒータと金属外筒との機械的な接合強度及び電気的な接続信頼性を確保することができない場合があった。

本発明の主な利点は、セラミックヒータを金属外筒に圧入する場合の不具合の可能性を低減することである。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
金属外筒と、前記金属外筒に圧入されたセラミックヒータと、を備えるヒータモジュールを製造する製造方法であって、
金属外筒に、ダミー部材を圧入し、
前記圧入されたダミー部材を、前記金属外筒から取り外し、
前記ダミー部材が取り外された後に、前記金属外筒に、セラミックヒータを圧入する、
製造方法。

この構成によれば、セラミックヒータを圧入する際の圧入荷重が、ダミー部材の圧入によって低減されるので、セラミックヒータを金属外筒に圧入する場合の不具合の可能性を低減できる。

［適用例２］
適用例１に記載の製造方法であって、
前記ダミー部材のうち前記圧入によって前記金属外筒の内周面と接触する部分を含む同一外径部の長さは、前記セラミックヒータの同一外径部のうち前記圧入後に前記金属外筒の前記内周面と接触している部分の長さよりも短い、製造方法。

この構成によれば、長いダミー部材を用いる場合と比べて、ダミー部材の金属外筒への圧入を容易に行うことができる。

［適用例３］
適用例１または２に記載の製造方法であって、
前記ダミー部材の外径は、前記ダミー部材が圧入される前の前記金属外筒の内径よりも大きく、かつ、前記セラミックヒータの外径以下である、製造方法。

この構成によれば、ダミー部材の外径が、ダミー部材が圧入される前の金属外筒の内径よりも大きいので、ダミー部材を金属外筒に圧入することによって、金属外筒の内径を拡張することができる。従って、セラミックヒータを圧入する際の圧入荷重を低減することができる。また、ダミー部材の外径が、セラミックヒータの外径以下であるので、金属外筒の内径がセラミックヒータの外径よりも大きく拡張されることを抑制できる。以上により、セラミックヒータを金属外筒に圧入する場合の不具合の可能性を低減できる。

［適用例４］
適用例１ないし３に記載の製造方法であって、
前記ダミー部材の硬さは、前記金属外筒の硬さよりも大きい、製造方法。

この構成によれば、金属外筒にダミー部材を圧入する場合に、ダミー部材の変形を抑制できるので、金属外筒の内径を確実に拡張することができる。従って、セラミックヒータを金属外筒に圧入する場合の不具合の可能性を低減できる。

［適用例５］
適用例４に記載の製造方法であって、
前記ダミー部材の硬さは、セラミックの硬さ以上である、製造方法。

この構成によれば、金属外筒にダミー部材を圧入する場合に、ダミー部材の変形を効果的に抑制できるので、金属外筒の内径をより確実に拡張することができる。従って、セラミックヒータの圧入時の不具合の要因を、適切に軽減することができる。

［適用例６］
グロープラグを製造する製造方法であって、
適用例１ないし５のいずれかに記載の製造方法に従って、ヒータモジュールを製造し、
前記製造されたヒータモジュールを、主体金具に固定する、
製造方法。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ヒータモジュールの製造方法、その方法に従って製造されたヒータモジュール、グロープラグの製造方法、その方法に従って製造されたグロープラグ、等の態様で実現することができる。

本発明の一実施例としてのグロープラグを示す説明図である。 グロープラグ１０の製造方法のフローチャートである。 ヒータモジュール７４０の製造方法を示す概略図である。

Ａ．実施例：
Ａ１．グロープラグの構成：
本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、本発明の一実施例としてのグロープラグを示す説明図である。グロープラグ１０は、図示しない内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）の始動補助等のための熱源として機能する。図１（Ａ）は、グロープラグ１０の縦断面図であり、図１（Ｂ）は、グロープラグ１０の一部分（ヒータモジュール７４０を含む部分）を示す拡大断面図である。図示されたラインＣＬは、グロープラグ１０の中心軸を示している。以下、中心軸ＣＬのことを「軸線ＣＬ」とも呼び、中心軸ＣＬと平行な方向を「軸線方向」とも呼ぶ。図中の第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とは、軸線ＣＬと平行であり、第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１と反対の方向である。後述するように、通電によって発熱するヒータモジュール７４０は、グロープラグ１０の第１方向Ｄ１側の端部を形成している。以下、このような第１方向Ｄ１側を「先端側」とも呼び、第２方向Ｄ２側を「後端側」とも呼ぶ。また、グロープラグ１０の種々の部材の第１方向Ｄ１側の端を「先端」とも呼び、第２方向Ｄ２側の端を「後端」とも呼ぶ。

グロープラグ１０は、主体金具２０と、中軸３０と、セラミックヒータ４０と、Ｏリング５０と、絶縁部材６０と、金属外筒７０（以下、単に「外筒７０」とも呼ぶ）と、端子部材８０と、を含んでいる。主体金具２０は、中心軸ＣＬに沿って延びる貫通孔２０ｘを有する筒状の部材である。また、主体金具２０は、第２方向Ｄ２側の端部に形成された工具係合部２８と、工具係合部２８よりも第１方向Ｄ１側に設けられた雄ネジ部２２と、を含んでいる。工具係合部２８は、グロープラグ１０の脱着時に、図示しない工具と係合する部分である。雄ネジ部２２は、図示しない内燃機関の取付孔の雌ネジに螺合するためのネジ山を含んでいる。主体金具２０は、導電性材料（例えば、炭素鋼等の金属）で形成されている。

主体金具２０の貫通孔２０ｘには、中軸３０が収容されている。中軸３０は、丸棒状の部材である。中軸３０の先端部３１は、貫通孔２０ｘの内部に位置している。中軸３０の後端部３９は、主体金具２０の第２方向Ｄ２側の開口ＯＰ２から第２方向Ｄ２に向かって突出している。中軸３０は、導電材料（例えば、ステンレス鋼）で形成されている。

開口ＯＰ２の近傍において、中軸３０の外面と、主体金具２０の貫通孔２０ｘの内面と、の間には、Ｏリング５０が設けられている。Ｏリング５０は、弾性材料（例えば、ゴム）で形成されている。さらに、主体金具２０の開口ＯＰ２には、リング状の絶縁部材６０が装着されている。絶縁部材６０は、筒状部６２と、筒状部６２の第２方向Ｄ２側に設けられたフランジ部６８と、を含んでいる。筒状部６２は、中軸３０の外面と、主体金具２０の開口ＯＰ２の内面と、の間に挟まれている。絶縁部材６０は、例えば、樹脂で形成されている。主体金具２０は、これらの部材５０、６０を介して、中軸３０を支持している。

主体金具２０よりも後端側（具体的には、絶縁部材６０の第２方向Ｄ２側）には、端子部材８０が配置されている。端子部材８０は、キャップ状の部材であり、導電材料（例えば、ニッケル等の金属）で形成されている。端子部材８０と主体金具２０との間には、絶縁部材６０のフランジ部６８が挟まれている。端子部材８０には、中軸３０の後端部３９が挿入されている。端子部材８０が加締められることによって、端子部材８０が後端部３９に固定されている。これにより、端子部材８０は、後端部３９に、電気的に接続される。

主体金具２０の先端部（具体的には、第１方向Ｄ１側の開口ＯＰ１）には、外筒７０が固定されている。外筒７０は、中心軸ＣＬに沿って延びる貫通孔７０ｘを有する筒状の部材である。外筒７０は、第１薄肉部７１と、第１薄肉部７１の第２方向Ｄ２側に設けられた厚肉部７５と、厚肉部７５の第２方向Ｄ２側に設けられた第２薄肉部７９と、を含んでいる。第２薄肉部７９は、主体金具２０の開口ＯＰ１に圧入されている。外筒７０は、導電性材料（本実施例では、ステンレス鋼）で形成されている。

外筒７０の貫通孔７０ｘには、通電によって発熱するセラミックヒータ４０が圧入されている。セラミックヒータ４０は、中心軸ＣＬに沿って延びるように配置された丸棒状の部材である。セラミックヒータ４０の外周面は、外筒７０によって保持されている。セラミックヒータ４０の先端部４１は、外筒７０の先端よりも第１方向Ｄ１側に突出し、セラミックヒータ４０の後端部４９は、外筒７０の後端よりも第２方向Ｄ２側に突出している。セラミックヒータ４０の後端部４９は、主体金具２０の貫通孔２０ｘに挿入されている。以下、外筒７０とセラミックヒータ４０との全体を、「ヒータモジュール７４０」とも呼ぶ。

セラミックヒータ４０の後端部４９には、接続部材９０が固定されている。接続部材９０は、中心軸ＣＬに沿って延びる貫通孔を有する円筒状の部材であり、導電性材料（例えば、ステンレス鋼）で形成されている。接続部材９０の先端側には、セラミックヒータ４０の後端部４９が圧入されている。接続部材９０の後端側には、中軸３０の先端部３１が圧入されている。これにより、先端部３１は、接続部材９０に電気的に接続される。

次に、ヒータモジュール７４０の詳細について、説明する。図１（Ｂ）には、外筒７０とセラミックヒータ４０とのより詳細な断面図が示されている。セラミックヒータ４０は、軸線ＣＬに沿って延びる丸棒状の基体２１０と、基体２１０の内部に埋設された、略Ｕ字状の発熱素子２２０（「発熱体２２０」とも呼ぶ）と、を含んでいる。

基体２１０は、絶縁性セラミック（本実施例では、窒化珪素）で形成されている。基体２１０の先端部４１は、先端側に向かって徐々に細くなっている。発熱素子２２０は、導電性セラミックで形成されている。本実施例では、発熱素子２２０は、基体２１０と同じ窒化珪素に、導電材料としてのタングステンカーバイトを混合して得られるセラミックで形成されている。

発熱素子２２０は、２本のリード部２２１、２２２と、それらのリード部２２１、２２２を接続する接続部２２３と、電極取出部２８１、２８２と、を含んでいる。各リード部２２１、２２２は、セラミックヒータ４０の後端部４９から先端部４１の近傍まで軸線ＣＬと平行に延びている。接続部２２３は、セラミックヒータ４０の先端部４１に埋設され、第１リード部２２１の先端と第２リード部２２２の先端とを接続する。接続部２２３の形状は、セラミックヒータ４０の先端部４１の丸い形状に合わせて湾曲する略Ｕ字状である。接続部２２３の断面積は、リード部２２１、２２２のそれぞれの断面積よりも、小さい。従って、通電時には、接続部２２３の温度が、他の部分と比べて、急速に上昇する。

第１リード部２２１の第２方向Ｄ２側の部分には、第１電極取出部２８１が接続されている。第１電極取出部２８１は、径方向に沿って延びる部材であり、内側の端部は第１リード部２２１に接続され、外側の端部は、セラミックヒータ４０の外面に露出する。第１電極取出部２８１の露出部分は、外筒７０の内周面に接触している。これにより、外筒７０と第１リード部２２１とが、電気的に接続される。

第２リード部２２２の第２方向Ｄ２側の部分には、第２電極取出部２８２が接続されている。第２電極取出部２８２は、径方向に沿って延びる部材であり、第１電極取出部２８１よりも、第２方向Ｄ２側に配置されている。第２電極取出部２８２の内側の端部は、第２リード部２２２に接続され、外側の端部は、セラミックヒータ４０の外面に露出する。第２電極取出部２８２の露出部分は、接続部材９０の内周面に接触している。これにより、接続部材９０と第２リード部２２２とが、電気的に接続される。

Ａ２．グロープラグの製造方法：
図２は、グロープラグ１０の製造方法のフローチャートである。図２のフローチャートは、セラミックヒータ４０と外筒７０と用いてヒータモジュール７４０を製造する方法を詳細に示している。図３は、ヒータモジュール７４０の製造方法を示す概略図である。図中には、ダミー部材４０ｄと、外筒７０と、セラミックヒータ４０との断面図が示されている。製造工程は、図３（Ａ）〜図３（Ｅ）の順番に、進行する。

図２の最初のステップＳ１００では、セラミックヒータ４０と、外筒７０と、ダミー部材４０ｄと、を含むグロープラグ１０の部材が準備される。セラミックヒータ４０（図３（Ｄ））は、例えば、未焼成のセラミック材料をプレス成形することによって得られる成形体を、焼成することによって、製造される。ただし、製造する代わりに、購入することによって、セラミックヒータ４０を準備してもよい。図３（Ｄ）には、準備されるセラミックヒータ４０の外径Ｄ４０が示されている。この外径Ｄ４０は、完成したヒータモジュール７４０（図３（Ｅ））のセラミックヒータ４０のうちの、外筒７０の貫通孔７０ｘの内周面に接触して、外筒７０によって保持される部分４５の外径である。

外筒７０（図３（Ａ））は、例えば、導電性材料を用いた鍛造、または、切削によって、製造される。ただし、製造する代わりに、購入することによって、外筒７０を準備してもよい。図３（Ａ）には、準備される外筒７０の内径Ｄ７０と外径Ｄ７１、Ｄ７５とが示されている。内径Ｄ７０は、貫通孔７０ｘの内径である。第１外径Ｄ７１は、薄肉部７１、７９に共通な外径である。第２外径Ｄ７５は、厚肉部７５の外径である。外筒７０の内径Ｄ７０は、セラミックヒータ４０の外径Ｄ４０よりも小さい。

ダミー部材４０ｄ（図３（Ａ））は、本実施例では、セラミックヒータ４０の長さを短くすることによって得られる形状とおおよそ同じ形状を有する部材であり、セラミックヒータ４０の絶縁性セラミック（すなわち、基体２１０）と同じ材料（ここでは、窒化珪素）で形成されている。ダミー部材４０ｄの先端部４１ｄは、セラミックヒータ４０の先端部４１（図３（Ｄ））と同様に、先端側に向かって徐々に細くなっている。ダミー部材４０ｄは、例えば、未焼成のセラミック材料をプレス成形することによって得られる成形体を、焼成することによって、製造される。ただし、製造する代わりに、購入することによって、ダミー部材４０ｄを準備してもよい。図３（Ａ）には、準備されるダミー部材４０ｄの外径Ｄ４０ｄが示されている。この外径Ｄ４０ｄは、後述のステップＳ１１０で、図３（Ｂ）に示すように、ダミー部材４０ｄが外筒７０に圧入される場合に、外筒７０の貫通孔７０ｘの内周面に接触する部分の外径である。ダミー部材４０ｄの外径Ｄ４０ｄは、外筒７０の内径Ｄ７０よりも大きく、セラミックヒータ４０の外径Ｄ４０以下である。

グロープラグ１０の他の部材の準備方法（例えば、製造方法）としては、公知の方法を採用可能であり、詳細な説明を省略する。

図２の次のステップＳ１１０では、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、外筒７０の貫通孔７０ｘに、ダミー部材４０ｄが圧入される。例えば、ダミー部材４０ｄよりも細い圧入部材９００を用いて、ダミー部材４０ｄの後端部４９ｄに、第１方向Ｄ１の力が印加される。ダミー部材４０ｄは、外筒７０の後端側から第１方向Ｄ１に向かって、圧入される（図３（Ａ）、図３（Ｂ））。ダミー部材４０ｄの先端部４１ｄは、先端側に向かって徐々に細くなるので、ダミー部材４０ｄの圧入を、容易に行うことができる。

上述したように、ダミー部材４０ｄの外径Ｄ４０ｄは、外筒７０の第１内径Ｄ７０よりも大きい。従って、ダミー部材４０ｄを外筒７０に圧入することによって、外筒７０の貫通孔７０ｘの内径を拡げることができる。なお、図３（Ａ）に示す内径Ｄ７０は、外筒７０にダミー部材４０ｄが圧入される前の内径である（以下、「第１内径Ｄ７０」とも呼ぶ）。

図２の次のステップＳ１２０では、図３（Ｃ）に示すように、外筒７０から、ダミー部材４０ｄが、取り外される。例えば、圧入部材９００を、外筒７０の先端７１ｅまで押し込むことによって、ダミー部材４０ｄを、外筒７０の第１方向Ｄ１側から取り外すことができる。これにより、押し広げられた貫通孔７０ｘの内径は、若干小さくなる。ただし、ダミー部材４０ｄが圧入される前の第１内径Ｄ７０（図３（Ａ））と比べ、圧入されたダミー部材４０ｄが取り外された後の貫通孔７０ｘの内径Ｄ７０ｎ（図３（Ｃ））は、若干大きい。このように、負荷を取り除くことによって内径が小さくなり、かつ、負荷を取り除いた後の内径Ｄ７０ｎが、負荷を印加する前の内径Ｄ７０よりも大きくなる理由は、金属外筒７０の塑性変形と弾性変形との両方が起きるからである。以下、圧入されたダミー部材４０ｄが取り外された後の外筒７０の内径Ｄ７０ｎを「第２内径Ｄ７０ｎ」とも呼ぶ。

図２の次のステップＳ１３０では、図３（Ｄ）、図３（Ｅ）に示すように、外筒７０の貫通孔７０ｘに、セラミックヒータ４０が、圧入される。この圧入は、ダミー部材４０ｄの圧入と同様に、行われる。上述のステップＳ１１０、Ｓ１２０で、貫通孔７０ｘの第２内径Ｄ７０ｎはダミー部材４０ｄによって拡げられているので、セラミックヒータ４０の圧入を容易に行うことができる。以上により、ヒータモジュール７４０が形成される。なお、図３（Ｄ）、図３（Ｅ）の例では、事前に接続部材９０がセラミックヒータ４０に装着されているが、接続部材９０の装着は、セラミックヒータ４０の圧入の後に行われてもよい。

図２の次のステップＳ１４０では、グロープラグ１０の組み立てが行われる。組み立て方法としては、公知の種々の方法を採用可能である。例えば、中軸３０が接続部材９０に固定される。そして、中軸３０の後端部３９が主体金具２０の開口ＯＰ１に挿入され、そして、ヒータモジュール７４０（具体的には、外筒７０（図１）の第２薄肉部７９）が、主体金具２０の開口ＯＰ１に、圧入される。これにより、ヒータモジュール７４０が、主体金具２０に、固定される。次に、Ｏリング５０が中軸３０の後端部３９に嵌め込まれ、さらに、絶縁部材６０が中軸３０の後端部３９に嵌め込まれる。そして、端子部材８０が、中軸３０の後端部３９に加締められる。以上により、グロープラグ１０が完成する。

セラミックヒータ４０の外径Ｄ４０は、締め代を確保するために外筒７０の内径が十分に拡張される値に設定される。このとき、ダミー部材４０ｄを外筒７０に圧入すると、外筒７０の第１内径Ｄ７０は第２内径Ｄ７０ｎまで拡張され（図３（Ｃ））、拡張後の外筒７０に圧入されるセラミックヒータ４０の圧入代は、ダミー部材４０ｄを圧入せずにセラミックヒータ４０を圧入する場合と比べて、相対的に小さくなる。このため、セラミックヒータ４０を外筒７０に圧入する際の圧入荷重を低減することができる。以上により、セラミックヒータ４０を外筒７０に圧入する場合の不具合の可能性を低減できる。

また、本実施例では、ダミー部材４０ｄの外径Ｄ４０ｄは、セラミックヒータ４０の外径Ｄ４０（図３（Ｄ））以下である。従って、ダミー部材４０ｄの圧入によって、外筒７０の内径が、セラミックヒータ４０の外径Ｄ４０よりも大きく拡張されることが、抑制される。この結果、外筒７０によるセラミックヒータ４０を保持する十分な力を容易に実現できる。また、外筒７０と、セラミックヒータ４０の発熱素子２２０（より具体的には、第１電極取出部２８１（図１））と、の間の良好な電気的接触を容易に実現できる。

また、ダミー部材４０ｄの圧入と取り外しによって、外筒７０の貫通孔７０ｘの内周面の面粗度と外筒７０の内径を、それぞれ、ダミー部材４０ｄの圧入と取り外しとを行わない場合よりも狭い範囲に揃えることができる。以上により、セラミックヒータ４０の折損等の不具合の可能性を低減できる。

また、上述したように、ダミー部材４０ｄは、窒化珪素で構成され、外筒７０は、ステンレス鋼で構成されている。一般に、窒化珪素は、ステンレス鋼よりも硬い。すなわち、ダミー部材４０ｄは、外筒７０よりも、硬い。従って、ダミー部材４０ｄの圧入時にダミー部材４０ｄが変形することを抑制できるので、外筒７０の内径を確実に拡張することができる。このため、セラミックヒータ４０を外筒７０に圧入する際の圧入荷重をより低減することができる。なお、セラミックヒータ４０と外筒７０との硬さとしては、いわゆるビッカース硬さを採用可能である（ビッカース硬さが大きいほど、硬い）。また、上述したように、ダミー部材４０ｄは、セラミックヒータ４０の基体２１０と同じ材料で形成されているので、ダミー部材４０ｄの硬さは、セラミックヒータ４０の硬さと、同じである。このように、ダミー部材４０ｄの硬さをセラミックの硬さ以上（セラミックヒータ４０の硬さ以上）にすると、外筒７０の内径をより確実に拡張することができ、セラミックヒータ４０を外筒７０に圧入する際の圧入荷重を十分に低減することができる。

また、図３に示すように、ダミー部材４０ｄのうち圧入によって外筒７０の内周面（すなわち、貫通孔７０ｘの内周面）と接触する部分を含む同一外径部４０ｄｓの長さＬ４０ｄｓは、セラミックヒータ４０の同一外径部４０ｓのうち圧入後に外筒７０の内周面と接触している部分（ここでは、部分４５（「接触部分４５」とも呼ぶ））の長さＬ４５よりも短いことが好ましい。これにより、ダミー部材４０ｄの同一外径部４０ｄｓの長さＬ４０ｄｓがセラミックヒータ４０の同一外径部４０ｓのうちの接触部分４５の長さＬ４５以上である場合と比べて、ダミー部材４０ｄを外筒７０に圧入するときにダミー部材４０ｄと外筒７０との間に発生する摩擦力を低減することができ、ダミー部材４０ｄを外筒７０に圧入する際の圧入荷重を効果的に低減することができる。このため、ダミー部材４０ｄの同一外径部４０ｄｓの長さＬ４０ｄｓがセラミックヒータ４０の同一外径部４０ｓのうちの接触部分４５の長さＬ４５以上である場合と比べて、ダミー部材４０ｄの外筒７０への圧入を容易に行うことができる。ただし、ダミー部材４０ｄの同一外径部４０ｄｓの長さＬ４０ｄｓが、セラミックヒータ４０の同一外径部４０ｓのうちの接触部分４５の長さＬ４５以上であってもよい。なお、図３の実施例では、接触部分４５の長さＬ４５は、外筒７０の貫通孔７０ｘの長さＬ７０と、同じである。

Ａ３．評価試験：
次に、種々のダミー部材を用いた評価試験の結果について説明する。以下の表１は、１番から７番までの７つの試験の結果を示している。

１番から７番の各試験では、上記の実施例に従って、５つのヒータモジュール７４０（図１、図３（Ｅ））が製造された。１番から６番の各試験では、図２のステップＳ１１０〜Ｓ１３０の製造方法に従って、ダミー部材４０ｄを用いて、ヒータモジュール７４０が製造された。７番の試験では、ダミー部材４０ｄを用いずに、すなわち、ステップＳ１２０、Ｓ１３０を省略して、ヒータモジュール７４０が製造された。

各試験では、５つのヒータモジュール７４０（図１）を製造した場合の、平均圧入荷重と、平均接触抵抗と、が測定され、そして、セラミックヒータ４０の折損の割合が、計算された。平均圧入荷重は、セラミックヒータ４０を所定速度で圧入した場合の最大荷重の平均値（すなわち、５つのヒータモジュール７４０の平均値）である。平均接触抵抗は、外筒７０と、セラミックヒータ４０の発熱素子２２０と、の間の電気抵抗値の平均値である。折損割合は、５つのヒータモジュール７４０を製造した場合の、圧入によって折損したセラミックヒータ４０の数の割合である。

各試験に共通な寸法は、以下の通りである。
外筒７０（図３（Ａ））の第１内径Ｄ７０ ：３．０ｍｍ
薄肉部７１、７９の第１外径Ｄ７１ ：４．４ｍｍ
厚肉部７５の第２外径Ｄ７５ ：８．０ｍｍ
セラミックヒータ４０（図３（Ｄ））の外径Ｄ４０ ：３．１ｍｍ
なお、ダミー部材４０ｄの外径Ｄ４０ｄの数値は、実測値であり、他の寸法Ｄ７０、Ｄ７１、Ｄ７５、Ｄ４０の数値は、いずれも、設計値である。

表１に示すように、１番から６番のダミー部材４０ｄの外径は、それぞれ、３．１２ｍｍ、３．１０ｍｍ、３．０８ｍｍ、３．０６ｍｍ、３．０４ｍｍ、３．０２ｍｍである。このように、６種類のダミー部材４０ｄの外径は、いずれも、外筒７０の第１内径Ｄ７０（３．０ｍｍ）よりも大きい。また、１番の試験のダミー部材４０ｄの外径（３．１２ｍｍ）は、セラミックヒータ４０の外径Ｄ４０（３．１ｍｍ）よりも大きい。２番から６番の試験のダミー部材４０ｄの外径は、セラミックヒータ４０の外径Ｄ４０以下である。なお、外筒７０の第１内径Ｄ７０（３．０ｍｍ）は、セラミックヒータ４０の外径Ｄ４０（３．１ｍｍ）よりも小さい。

また、平均圧入荷重は、ダミー部材４０ｄの外径が小さいほど大きく、ダミー部材４０ｄを用いない場合が、最も大きかった。具体的には、１番から７番の平均圧入荷重は、それぞれ、２４、１９３、２９９、２９９、５５９、７３６、８４６であった（単位は、ｋｇｆ）。

また、平均接触抵抗については、以下の通りである。すなわち、１番の平均接触抵抗は、ゼロより大きく（具体的には、４．０オーム）、２番から７番の平均接触抵抗は、ゼロであった。すなわち、ダミー部材４０ｄの外径Ｄ４０ｄがセラミックヒータ４０の外径Ｄ４０以下である場合（２番から７番）、外筒７０と、セラミックヒータ４０の発熱素子２２０と、の間の良好な電気的接触が実現された。ダミー部材４０ｄの外径Ｄ４０ｄがセラミックヒータ４０の外径Ｄ４０よりも大きい場合（１番）、外筒７０と、セラミックヒータ４０の発熱素子２２０と、の間の電気的接触が、緩かった。この理由は、セラミックヒータ４０よりも太いダミー部材４０ｄによって、外筒７０の貫通孔７０ｘが過剰に拡げられたからと推定される。

折損割合については、以下の通りである。すなわち、１番から４番の折損割合はゼロであった。５番、６番、７番の折損割合は、それぞれ、３／５、３／５、２／５であった。このように、ダミー部材４０ｄの外径Ｄ４０ｄが小さい場合（具体的には、外径が３．０４ｍｍ以下の場合）に、折損割合がゼロよりも大きかった。この理由は、ダミー部材４０ｄの外径Ｄ４０ｄが小さい場合には、外筒７０の貫通孔７０ｘの拡張が十分ではなく、圧入に用いられる荷重が大きいからと推定される。

以上のように、ダミー部材４０ｄの外径Ｄ４０ｄは、セラミックヒータ４０の外径Ｄ４０以下であることが好ましい。外筒７０の構成やセラミックヒータ４０の構成が、上記サンプルと異なっていても、ダミー部材４０ｄの外径Ｄ４０ｄが、セラミックヒータ４０の外径Ｄ４０以下であれば、外筒７０の貫通孔７０ｘがセラミックヒータ４０の外径Ｄ４０よりも拡張されることを抑制できる。従って、外筒７０の構成やセラミックヒータ４０の構成に寄らず、ダミー部材４０ｄの実際の外径Ｄ４０ｄが、セラミックヒータ４０の実際の外径Ｄ４０以下となるようにダミー部材４０ｄを形成すれば、外筒７０によるセラミックヒータ４０を保持する力が弱くなることを抑制できる、と推定される。

ダミー部材４０ｄの外径Ｄ４０ｄの下限は、ヒータモジュール７４０の構成に応じて、折損割合が小さくなるように、実験的に決定可能である。いずれの場合も、外筒７０の貫通孔７０ｘを押し広げるためには、ダミー部材４０ｄの実際の外径Ｄ４０ｄが、外筒７０の実際の第１内径Ｄ７０よりも大きくなるように、ダミー部材４０ｄが形成される。

Ｂ．変形例：
（１）セラミックヒータ４０の構成としては、図１で説明した構成に限らず、種々の構成を採用可能である。例えば、発熱素子２２０の材料としては、導電性セラミックに限らず、他の導電性材料を採用可能である。例えば、高融点金属（例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、レニウム（Ｒｅ）等の融点が摂氏２０００度以上の金属）を採用してもよい。

また、セラミックヒータの一部の形状が、外径が変化するテーパ状であってもよい。例えば、図３（Ｅ）に示す実施例において、セラミックヒータのうちの外筒７０内の途中の位置から先端までの部分が、先端に向かって外径が徐々に小さくなるテーパ部分であってもよい。このようなテーパ部分は、セラミックヒータの圧入後に外筒７０の内周面と接触していない。従って、セラミックヒータの同一外径部のうちの、圧入後に外筒７０の内周面と接触している接触部分の長さは、外筒７０の貫通孔７０ｘの長さＬ７０よりも短くなる。この場合も、ダミー部材４０ｄの同一外径部４０ｄｓの長さＬ４０ｄｓは、セラミックヒータの同一外径部のうちの接触部分の長さよりも、短いことが好ましい。こうすれば、ダミー部材４０ｄを外筒７０に圧入する際の圧入荷重を低減できる。

（２）外筒７０の構成としては、図１で説明した構成に限らず、種々の構成を採用可能である。例えば、厚肉部７５が省略されてもよい。一般的には、外筒７０の形状としては、セラミックヒータ４０が圧入される貫通孔を有し、主体金具２０への固定に適した任意の形状を採用可能である。また、外筒７０の材料としては、ステンレス鋼に限らず、種々の金属を採用可能である。例えば、炭素鋼を採用してもよい。

（３）ヒータモジュール７４０の構成としては、図１で説明した構成に限らず、種々の構成を採用可能である。例えば、電極取出部２８１、２８２の少なくとも一方が省略され、この代わりに、省略された電極取出部を代替する端子（すなわち、発熱素子２２０に接続された端子）が設けられても良い。

（４）ダミー部材４０ｄの構成としては、図３で説明した構成に限らず、種々の構成を採用可能である。例えば、ダミー部材４０ｄの材料が、セラミックヒータ４０とは異なるセラミック（例えば、アルミナ）であってもよい。この場合も、ダミー部材４０ｄの圧入によって、外筒７０の貫通孔７０ｘの内周面がセラミックによって研磨されるので、セラミックヒータ４０の圧入時の不具合の要因（例えば、セラミックに対する外筒７０の内周面の粗さ）を、適切に軽減することができる。また、ダミー部材４０ｄの構成が、セラミックヒータ４０の構成と、同一であってもよい。

一般的には、ダミー部材４０ｄの表面（特に、圧入時に外筒７０の内周面と接触する表面。以下「接触表面」とも呼ぶ）を形成する部分が、セラミックで形成されていることが好ましい。さらに、ダミー部材４０ｄの接触表面は、セラミックヒータ４０の絶縁性セラミック（特に、外筒７０の内周面と接触して、外筒７０に保持される部分の表面を形成するセラミック）と同じセラミックで形成されていることが特に好ましい。ダミー部材４０ｄの内部には、別の材料で形成された部分（例えば、金属で形成された芯）が、埋め込まれていてもよい。

いずれの場合も、ダミー部材４０ｄの硬さと、外筒７０の硬さとを比較する場合には、ダミー部材４０ｄの接触表面を形成する材料と同じ材料の硬さと、外筒７０の貫通孔７０ｘの内周面を形成する材料と同じ材料の硬さと、を比較することが好ましい。同様に、ダミー部材４０ｄの硬さと、セラミックヒータ４０の硬さとを比較する場合には、ダミー部材４０ｄの接触表面を形成する材料と同じ材料の硬さと、セラミックヒータ４０の表面（特に、圧入時に外筒７０の内周面と接触する表面）を形成する材料と同じ材料の硬さと、を比較することが好ましい。

また、図３（Ｂ）に示す実施例では、ダミー部材４０ｄの長さ（特に接触表面を形成する部分の長さ。図３（Ｂ）の例では、同一外径部４０ｄｓの長さＬ４０ｄｓ）が、外筒７０の貫通孔７０ｘの長さ（図３の実施例では、セラミックヒータ４０と接触してセラミックヒータ４０を保持する部分の長さＬ７０と同じ）よりも短い。この代わりに、ダミー部材４０ｄの同一外径部４０ｄｓの長さＬ４０ｄｓが、外筒７０の貫通孔７０ｘの長さＬ７０以上であってもよい。

なお、ダミー部材４０ｄの材料としては、セラミック以外の材料（例えば、炭化タングステン等の超硬合金）を採用してもよい。また、ダミー部材４０ｄの硬さが、外筒７０の硬さ以下であってもよい。また、ダミー部材４０ｄの硬さが、セラミックヒータ４０の硬さ未満であってもよい。

（５）グロープラグ１０とヒータモジュール７４０とのそれぞれの製造方法としては、上記実施例の方法とは異なる種々の方法を採用可能である。例えば、図３の実施例において、ダミー部材４０ｄは、外筒７０の後端側（第２方向Ｄ２側）から、取り外されてもよい。この場合、ダミー部材４０ｄを取り外す前に、外筒７０の貫通孔７０ｘの後端側から、貫通孔７０ｘの先端部（第１方向Ｄ１側の端部）まで、ダミー部材４０ｄの同一外径部４０ｄｓを押し込むことが好ましい。こうすれば、貫通孔７０ｘの全体を拡張することができる。ただし、拡張される部分が、貫通孔７０ｘの一部のみであってもよい。いずれの場合も、取り外されたダミー部材４０ｄは、他のヒータモジュール７４０の製造に、再利用可能である。

また、ダミー部材４０ｄを外筒７０に圧入する方法としては、ダミー部材４０ｄの側面を保持する部材を用いてダミー部材４０ｄに荷重を印加する方法を採用可能である。セラミックヒータ４０の圧入についても、同様である。また、ヒータモジュール７４０（具体的には、外筒７０）を主体金具２０に固定する方法としては、圧入に限らず、溶接（例えば、レーザ溶接）やロウ付等の任意の方法を採用可能である。

（６）グロープラグ１０の構成としては、図１の構成に限らず、種々の構成を採用可能である。例えば、中軸３０の後端部３９に雄ねじを形成し、端子部材８０に雌ねじを形成して、端子部材８０を後端部３９にねじ込んでもよい。

また、上記実施例のヒータモジュールは、内燃機関の始動補助のために利用されるグロープラグに限らず、種々のグロープラグに適用可能である。例えば、排気ガスを昇温するための排気ガスヒータ装置や、触媒やディーゼル粒子フィルタ（DPF: Diesel Particulate Filter）を再活性化するためのバーナーシステムや、冷却水を昇温するためのウォータヒータ装置等の種々の装置に利用されるグロープラグに、上記実施例のヒータモジュールを適用可能である。

以上、実施例、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。

１０...グロープラグ、２０...主体金具、２０ｘ...貫通孔、２２...雄ネジ部、２８...工具係合部、３０...中軸、３１...先端部、３９...後端部、４０...セラミックヒータ、４１...先端部、４９...後端部、４０ｄ...ダミー部材、４１ｄ...先端部、５０...Ｏリング、６０...絶縁部材、６２...筒状部、６８...フランジ部、７０...金属外筒、７０ｘ...貫通孔、７１...第１薄肉部、７５...厚肉部、７９...第２薄肉部、８０...端子部材、９０...接続部材、２１０...基体、２２０...発熱素子（発熱体）、２２１...第１リード部、２２２...第２リード部、２２３...接続部、２８１...第１電極取出部、２８２...第２電極取出部、７４０...ヒータモジュール、Ｄ１...第１方向、Ｄ２...第２方向、ＣＬ...中心軸（軸線）、ＯＰ１...開口、ＯＰ２...開口

Claims (6)

1. 金属外筒と、前記金属外筒に圧入されたセラミックヒータと、を備えるヒータモジュールを製造する製造方法であって、
   金属外筒に、ダミー部材を圧入し、
   前記圧入されたダミー部材を、前記金属外筒から取り外し、
   前記ダミー部材が取り外された後に、前記金属外筒に、セラミックヒータを圧入する、
   製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法であって、
   前記ダミー部材のうち前記圧入によって前記金属外筒の内周面と接触する部分を含む同一外径部の長さは、前記セラミックヒータの同一外径部のうち前記圧入後に前記金属外筒の前記内周面と接触している部分の長さよりも短い、製造方法。
3. 請求項１または２に記載の製造方法であって、
   前記ダミー部材の外径は、前記ダミー部材が圧入される前の前記金属外筒の内径よりも大きく、かつ、前記セラミックヒータの外径以下である、製造方法。
4. 請求項１ないし３に記載の製造方法であって、
   前記ダミー部材の硬さは、前記金属外筒の硬さよりも大きい、製造方法。
5. 請求項４に記載の製造方法であって、
   前記ダミー部材の硬さは、セラミックの硬さ以上である、製造方法。
6. グロープラグを製造する製造方法であって、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の製造方法に従って、ヒータモジュールを製造し、
   前記製造されたヒータモジュールを、主体金具に固定する、
   製造方法。

Images