JP6265570B2 - セラミックスヒータ型グロープラグの製造方法及びセラミックスヒータ型グロープラグ - Google Patents
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Description
本発明は、ディーゼルエンジンの始動補助用として使用されるセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法及びセラミックスヒータ型グロープラグに関する。
ディーゼルエンジンの始動補助に使用されるセラミックスヒータ型グロープラグが知られている。セラミックスヒータ型グロープラグは、発熱部を有するセラミックスヒータと、発熱部を外部に突出させた状態でセラミックスヒータの一端側を保持する金属製の外筒とを備えている。このようなグロープラグは、外筒の一端側がエンジンのシリンダヘッドへの取り付け金具であるハウジング内に挿入されて固定されている（例えば、特許文献１参照）。
また、グロープラグの製造コストは、セラミックスヒータの長さに大きく依存することから、セラミックスヒータの長さを短くして製造コストを低減したグロープラグも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、グロープラグの製造コストは、セラミックスヒータの長さに大きく依存することから、セラミックスヒータの長さを短くして製造コストを低減したグロープラグも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
セラミックスヒータを外筒に保持させる方法について具体的に説明すると、まず、先端部に段差を有するステンレス製の外筒を準備し、この外筒の外面及び内面にニッケルのメッキ層を形成する。次いで、一部の表面にメタライズ層が形成されたセラミックスヒータを外筒内に挿入して位置決めし、外筒の内面の段差部分にロウ材を載置する。次いで、これらをロウ材が溶ける温度まで加熱し、溶けたロウ材をセラミックスヒータの表面と外筒の内面との間に重力と表面張力を利用して流動させ、その後、冷却することでセラミックスヒータと外筒とを接合し、セラミックスヒータを外筒に保持させている（例えば、特許文献３参照）。
しかしながら、セラミックスヒータを外筒に保持させるために上記のような接合方法を用いると、外筒内にロウ材を載置する段差を形成する必要があり、外筒の製作に手間がかかる。その結果、セラミックスヒータの長さを短くしても、外筒の構造が複雑になり、製造コストの低減が困難である。
また、外筒とセラミックスヒータとを接合するロウ材は、接合後もセラミックスヒータの発熱部に近接した位置にあるため、セラミックスヒータの熱によってロウ材に含まれる銅成分が酸化されてしまい、セラミックスヒータと外筒の接合強度を十分に保持できなくなるおそれがある。
また、外筒とセラミックスヒータとを接合するロウ材は、接合後もセラミックスヒータの発熱部に近接した位置にあるため、セラミックスヒータの熱によってロウ材に含まれる銅成分が酸化されてしまい、セラミックスヒータと外筒の接合強度を十分に保持できなくなるおそれがある。
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、構造を簡素化して製造コストを低減するとともに、セラミックスヒータと外筒の接合強度を十分に保持することができるセラミックスヒータ型グローブラグの製造方法及びセラミックスヒータ型グロープラグを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、セラミックスヒータと、一端で前記セラミックスヒータを保持すると共に他端がハウジングに固定される金属製の外筒とを備えるセラミックスヒータ型グローブラグの製造方法であって、前記セラミックスヒータにおける前記外筒に保持される少なくとも一部の表面領域にメタライズ層を形成するステップと、前記セラミックスヒータの少なくとも前記メタライズ層を前記外筒に圧入するステップと、前記メタライズ層を形成する材料が半溶融状態となる温度で、前記セラミックスヒータ及び前記外筒を加熱して、前記外筒と前記メタライズ層の固層間での物質移動による接合を行うステップと、を有することを特徴としている。
この発明の一態様として、前記外筒と前記セラミックスヒータとを接合する前に、前記外筒における前記メタライズ層と接合される領域に銀メッキを施すステップを有することが好ましい。
この発明の一態様として、前記メタライズ層全体の重量に対して３０％以下の銅と、１０％以下のチタンとを含む銀ペーストを用いて前記メタライズ層を形成することが好ましい。
この発明の一態様として、前記セラミックスヒータに通電するリード線における前記セラミックスヒータとの接続部位に、耐酸化性材料による酸化防止層を形成することが好ましい。
この発明の一態様として、前記耐酸化性材料は、銀又はニッケルであることが好ましい。
この発明の一態様として、前記外筒と前記メタライズ層の固層間での物質移動による接合と同時に、前記セラミックスヒータに通電するリード線と前記セラミックスヒータとをロウ付けすることが好ましい。
この発明の一態様として、前記リード線と前記セラミックスヒータとをロウ付けした後に、前記外筒をかしめて、前記リード線を前記外筒に固定することが好ましい。
この発明の一態様として、前記セラミックスヒータに通電するリード線を前記セラミックスヒータに押しつけた状態で前記外筒をかしめて、前記リード線を前記外筒に固定すると共に前記セラミックスヒータに接続することが好ましい。
この発明の一態様として、前記外筒のかしめ部分に対向する前記リード線の表面に耐熱樹脂を設けることが好ましい。
この発明の一態様として、前記外筒のかしめ部分に対向する前記リード線の表面にローレット加工を施すことが好ましい。
また、本発明は、セラミックスヒータと、一端で前記セラミックスヒータを保持すると共に他端がハウジングに固定される金属製の外筒とを備えるセラミックスヒータ型グローブラグであって、前記セラミックスヒータは、前記外筒に保持される少なくとも一部の表面領域にメタライズ層を有し、前記セラミックスヒータと前記外筒は、前記セラミックスヒータにおける前記メタライズ層の前記外筒への圧入と、前記メタライズ層を形成する材料が半溶融状態となる温度での前記セラミックスヒータ及び前記外筒の加熱とによって、前記外筒と前記メタライズ層の固層間での物質移動により接合されていることを特徴としている。
この発明の一態様として、前記外筒における前記メタライズ層と接合される領域に銀メッキが施されていることが好ましい。
この発明の一態様として、前記メタライズ層は、層全体の重量に対して３０％以下の銅と、１０％以下のチタンを含む銀ペーストから形成されていることが好ましい。
この発明の一態様として、前記セラミックスヒータに通電するリード線の先端部における前記セラミックスヒータとの接続部位に、耐酸化性材料による酸化防止層を有することが好ましい。
この発明の一態様として、前記耐酸化性材料は、銀又はニッケルであることが好ましい。
この発明の一態様として、前記セラミックスヒータに通電するリード線を備え、前記リード線は、前記外筒がかしめられることによって前記外筒に固定されていることが好ましい。
この発明の一態様として、前記外筒のかしめ部分に対向する前記リード線の表面に耐熱樹脂が設けられていることが好ましい。
この発明の一態様として、前記外筒のかしめ部分に対向する前記リード線の表面にローレット加工が施されていることが好ましい。
本発明によれば、構造を簡素化して製造コストを低減するとともに、セラミックスヒータと外筒の接合強度を十分に保持することができる。
本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す実施形態は一つの例示であり、本発明の範囲において、種々の実施形態をとり得る。
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１にかかるディーゼルエンジン用のセラミックスヒータ型グロープラグ１の縦断面図である。図２は、図１において、セラミックスアセンブリ付近を拡大視したセラミックスヒータ型グロープラグの縦断面図である。図１、２に示すように、グロープラグ１は、セラミックスヒータアセンブリ１０と、ハウジング１４と、リード棒１６等を備えている。なお、以下で使用される横断面とは、セラミックスヒータ型グロープラグ１の長手方向の軸線に垂直な切断面を意味する。また、以下で使用される縦断面とは、セラミックスヒータ型グロープラグ１の長手方向の軸線を含む切断面を意味する。
図１は、本発明の実施形態１にかかるディーゼルエンジン用のセラミックスヒータ型グロープラグ１の縦断面図である。図２は、図１において、セラミックスアセンブリ付近を拡大視したセラミックスヒータ型グロープラグの縦断面図である。図１、２に示すように、グロープラグ１は、セラミックスヒータアセンブリ１０と、ハウジング１４と、リード棒１６等を備えている。なお、以下で使用される横断面とは、セラミックスヒータ型グロープラグ１の長手方向の軸線に垂直な切断面を意味する。また、以下で使用される縦断面とは、セラミックスヒータ型グロープラグ１の長手方向の軸線を含む切断面を意味する。
＜セラミックスヒータ型グロープラグの構成＞
（セラミックスヒータ型アセンブリ）
セラミックスヒータアセンブリ１０は、セラミックスヒータ１１と、金属製の外筒（シース）１２と、太径リード部１３等を備えている。
セラミックスヒータ１１は、通電により加熱される部位であり、セラミックスヒータ１１には、その本体部を構成するセラミックス絶縁基体１１１の内部に、Ｕ字状に形成されたセラミックス発熱体１１２が埋設されている。このセラミックス発熱体１１２の両端側には、それぞれ金属リード１１３を介して正側電極１１４及び負側電極１１５が設けられている。負側電極１１５は、セラミックス絶縁基体１１１の外周面に取り出され、負側電極１１５を含むセラミックス絶縁基体１１１の外周面には、メタライズ層としての負極側メタライズ部１１６が形成されている。
負極側メタライズ部１１６は、例えば、負極側メタライズ部１１６全体の重量に対して３０重量％以下の銅（Ｃｕ）と、１０重量％以下のチタン（Ｔｉ）を含有する銀ペーストから形成されている。
（セラミックスヒータ型アセンブリ）
セラミックスヒータアセンブリ１０は、セラミックスヒータ１１と、金属製の外筒（シース）１２と、太径リード部１３等を備えている。
セラミックスヒータ１１は、通電により加熱される部位であり、セラミックスヒータ１１には、その本体部を構成するセラミックス絶縁基体１１１の内部に、Ｕ字状に形成されたセラミックス発熱体１１２が埋設されている。このセラミックス発熱体１１２の両端側には、それぞれ金属リード１１３を介して正側電極１１４及び負側電極１１５が設けられている。負側電極１１５は、セラミックス絶縁基体１１１の外周面に取り出され、負側電極１１５を含むセラミックス絶縁基体１１１の外周面には、メタライズ層としての負極側メタライズ部１１６が形成されている。
負極側メタライズ部１１６は、例えば、負極側メタライズ部１１６全体の重量に対して３０重量％以下の銅（Ｃｕ）と、１０重量％以下のチタン（Ｔｉ）を含有する銀ペーストから形成されている。
セラミックスヒータ１１のうち、少なくとも負極側メタライズ部１１６は、外筒１２の一端側の内面に接合され、負側電極１１５は外筒１２に電気的に接続されている。すなわち、外筒１２は、導電性を有する金属材料から形成されている。外筒１２は、その内径がセラミックスヒータ１１を圧入できる程度の大きさに形成されており、セラミックスヒータ１１を外筒１２に圧入した際に、外筒１２の内周面１２３とセラミックスヒータ１１の外周面１１８との間に大きな隙間がほとんどできないように形成されている。
具体的に、セラミックスヒータ１１と外筒１２との接合は、外筒１２内にセラミックスヒータ１１の負極側メタライズ部１１６を圧入、固定した状態で、負極側メタライズ部１１６を形成する材料が半溶融状態となる温度で、セラミックスヒータ１１及び外筒１２を加熱して、外筒１２と負極側メタライズ部１１６の固層間での物質移動によって行われる。
具体的に、セラミックスヒータ１１と外筒１２との接合は、外筒１２内にセラミックスヒータ１１の負極側メタライズ部１１６を圧入、固定した状態で、負極側メタライズ部１１６を形成する材料が半溶融状態となる温度で、セラミックスヒータ１１及び外筒１２を加熱して、外筒１２と負極側メタライズ部１１６の固層間での物質移動によって行われる。
正側電極１１４は、セラミックス発熱体１１２が埋設されている先端側とは反対の後端側においてセラミックス絶縁基体１１１の外面に取り出されている。正側電極１１４を含むセラミックス絶縁基体１１１の後端面には正極側メタライズ部１１７が形成されている。この正極側メタライズ部１１７はロウ付け等によって太径リード部１３の先端面１３１に接合され、正側電極１１４と太径リード部１３とが電気的に接続されている。
ここで、セラミックス絶縁基体１１１の後端面には、面取加工部１１１ａが形成されている。これによって、セラミックス絶縁基体１１１と太径リード部１３の接合部の周囲において、セラミックス絶縁基体１１１と外筒１２との距離を稼ぐことができる。したがって、ロウ付けする場合において、ロウ材と外筒１２との絶縁性が高められ、絶縁破壊を低減することができるようになっている。
グロープラグ１の作動時において、太径リード部１３には高温かつ大きな電流（例えば４〜３０アンペア）が流れることから、太径リード部１３の直径が例えば１ｍｍ未満のように小さすぎると、自己発熱も加わって、短時間で酸化するおそれがある。そのため、太径リード部１３は、例えば、セラミックス絶縁基体１１１の横断面積の２０％以上の横断面積を有する、比較的太い直径を有するリード棒（セラミックスヒータへの通電のためのリード線）として形成されている。
一方で、太径リード部１３の直径が大きすぎると、太径リード部１３と外筒１２との間の距離を十分に確保することができず、絶縁破壊を生じるおそれがある。よって、太径リード部１３の横断面積は、例えば、セラミックス絶縁基体１１１の横断面積の４０％以下であることが好ましい。また、太径リード部１３の長さは、太径リード部１３の直径の２倍以上の長さとすることが好ましい。
一方で、太径リード部１３の直径が大きすぎると、太径リード部１３と外筒１２との間の距離を十分に確保することができず、絶縁破壊を生じるおそれがある。よって、太径リード部１３の横断面積は、例えば、セラミックス絶縁基体１１１の横断面積の４０％以下であることが好ましい。また、太径リード部１３の長さは、太径リード部１３の直径の２倍以上の長さとすることが好ましい。
太径リード部１３は、外部接続端子として機能するリード棒１６（セラミックスヒータへの通電のためのリード線）よりも剛性が低く、電気導電率が高い材料からなる。このような材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）、あるいはそれらの合金が挙げられる。あるいは、低剛性であり電気導電率が高い鉄合金や鋳鉄とすることもできる。
太径リード部１３の先端面１３１を含む先端部には、耐酸化性を向上させるために酸化防止層１３５としての銀ペーストが被覆されている。なお、酸化防止層１３５は、銀ペーストに限らず、ニッケル等の耐酸化性を有する材料を焼き付けてもよい。また、太径リード部１３には、耐熱性を改善するためにニッケル（Ｎｉ）メッキ等を施してもよい。
太径リード部１３の軸線方向の中央部表面には、全周にわたってローレット加工が施されており、このローレット加工部１３３と外筒１２との間には、耐熱樹脂１３６が充填されている。ここで、耐熱樹脂１３６としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等を用いることが好ましい。
耐熱樹脂１３６は、外筒１２と共にかしめられており、外筒１２が他の部分よりも縮径されている。外筒１２をかしめることにより、外筒１２及び耐熱樹脂１３６は、太径リード部１３のローレット加工部１３３に押しつけられ、外筒１２に太径リード部１３を固定することができる。すなわち、外筒１２のかしめ部分に対向する太径リード部１３の表面には、ローレット加工部１３３が形成されるとともに、耐熱樹脂１３６が設けられている。
太径リード部１３の先端面１３１を含む先端部には、耐酸化性を向上させるために酸化防止層１３５としての銀ペーストが被覆されている。なお、酸化防止層１３５は、銀ペーストに限らず、ニッケル等の耐酸化性を有する材料を焼き付けてもよい。また、太径リード部１３には、耐熱性を改善するためにニッケル（Ｎｉ）メッキ等を施してもよい。
太径リード部１３の軸線方向の中央部表面には、全周にわたってローレット加工が施されており、このローレット加工部１３３と外筒１２との間には、耐熱樹脂１３６が充填されている。ここで、耐熱樹脂１３６としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等を用いることが好ましい。
耐熱樹脂１３６は、外筒１２と共にかしめられており、外筒１２が他の部分よりも縮径されている。外筒１２をかしめることにより、外筒１２及び耐熱樹脂１３６は、太径リード部１３のローレット加工部１３３に押しつけられ、外筒１２に太径リード部１３を固定することができる。すなわち、外筒１２のかしめ部分に対向する太径リード部１３の表面には、ローレット加工部１３３が形成されるとともに、耐熱樹脂１３６が設けられている。
（ハウジング）
ハウジング１４は、図示しないエンジンのシリンダヘッドへの取付金具であり、外筒１２や太径リード部１３を収容するものである。ハウジング１４は、例えば、円筒状に形成され、上記のように構成されるセラミックスヒータアセンブリ１０が、ロウ付け等により固定されている。図１の例では、ハウジング１４の内部に外筒１２の他端側がロウ付け等により固定されているが、その他の形態として、外筒１２を金属管等（図示せず）の内部にロウ付け等によって固定し、その金属管とハウジング本体を構成する部材とを溶接して、一体のハウジング１４として形成することもできる。
ハウジング１４は、図示しないエンジンのシリンダヘッドへの取付金具であり、外筒１２や太径リード部１３を収容するものである。ハウジング１４は、例えば、円筒状に形成され、上記のように構成されるセラミックスヒータアセンブリ１０が、ロウ付け等により固定されている。図１の例では、ハウジング１４の内部に外筒１２の他端側がロウ付け等により固定されているが、その他の形態として、外筒１２を金属管等（図示せず）の内部にロウ付け等によって固定し、その金属管とハウジング本体を構成する部材とを溶接して、一体のハウジング１４として形成することもできる。
（リード棒）
リード棒１６は、ハウジング１４内に収容され、太径リード部１３の後端部に溶接によって接合されている。
リード棒１６は、ハウジング１４の後端側でインシュレータ１７１に保持されるとともに、その後端部はハウジング１４外部に露出して、ラウンドピン１７２と接続されている。
すなわち、リード棒１６は、その先端側で太径リード部１３を介して外筒１２にかしめによって保持、固定されており、後端側でインシュレータ１７１に保持、固定されている。
リード棒１６は、ハウジング１４内に収容され、太径リード部１３の後端部に溶接によって接合されている。
リード棒１６は、ハウジング１４の後端側でインシュレータ１７１に保持されるとともに、その後端部はハウジング１４外部に露出して、ラウンドピン１７２と接続されている。
すなわち、リード棒１６は、その先端側で太径リード部１３を介して外筒１２にかしめによって保持、固定されており、後端側でインシュレータ１７１に保持、固定されている。
＜製造方法＞
図３に基づいて、ディーゼルエンジン用グロープラグ１の製造方法について説明する。
図３は、本発明の実施形態にかかるセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法を説明する図である。
最初に、セラミックスヒータ１１と外筒１２を準備する。ここで、セラミックスヒータ１１の一端（組み立てた際の後端側）近傍には、その外周面に負極側メタライズ部１１６を形成する。
次に、図３（ａ）に示すように、外筒１２の内部孔１２１内にセラミックスヒータ１１を圧入する。圧入に際しては、図３（ｂ）に示すように、少なくともセラミックスヒータ１１に形成された負極側メタライズ部１１６の全域が外筒１２内に収容される位置までセラミックスヒータ１１を外筒１２内に圧入する。
図３に基づいて、ディーゼルエンジン用グロープラグ１の製造方法について説明する。
図３は、本発明の実施形態にかかるセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法を説明する図である。
最初に、セラミックスヒータ１１と外筒１２を準備する。ここで、セラミックスヒータ１１の一端（組み立てた際の後端側）近傍には、その外周面に負極側メタライズ部１１６を形成する。
次に、図３（ａ）に示すように、外筒１２の内部孔１２１内にセラミックスヒータ１１を圧入する。圧入に際しては、図３（ｂ）に示すように、少なくともセラミックスヒータ１１に形成された負極側メタライズ部１１６の全域が外筒１２内に収容される位置までセラミックスヒータ１１を外筒１２内に圧入する。
次に、図３（ｂ）に示すように、ローレット加工を施した太径リード部１３の先端面１３１を、セラミックスヒータ１１の正極側メタライズ部１１７上に置く。その際、正極側メタライズ部１１７と太径リード部１３との間には、ロウ材１７５を置く。また、太径リード部１３のローレット加工部１３３と外筒１２の内周面との間に耐熱樹脂１３６を充填する。
その後、外筒１２、セラミックスヒータ１１、太径リード部１３を仮組みした状態で、このアッセンブリを真空又は不活性ガスの環境下で８００〜９００℃まで加熱する。ここで、８００〜９００℃という温度は、負極側メタライズ部１１６を形成する銀ペーストが半溶融状態となる温度であるため、加熱により負極側メタライズ部１１６は半溶融状態となり、外筒１２の内周面と負極側メタライズ部１１６の固層間での物質移動による接合が行われる。これによって、外筒１２とセラミックスヒータ１１とが接合される。この接合と同時に、セラミックスヒータ１１と太径リード部１３とが、ロウ材１７５によってロウ付けされる。
その後、外筒１２、セラミックスヒータ１１、太径リード部１３を仮組みした状態で、このアッセンブリを真空又は不活性ガスの環境下で８００〜９００℃まで加熱する。ここで、８００〜９００℃という温度は、負極側メタライズ部１１６を形成する銀ペーストが半溶融状態となる温度であるため、加熱により負極側メタライズ部１１６は半溶融状態となり、外筒１２の内周面と負極側メタライズ部１１６の固層間での物質移動による接合が行われる。これによって、外筒１２とセラミックスヒータ１１とが接合される。この接合と同時に、セラミックスヒータ１１と太径リード部１３とが、ロウ材１７５によってロウ付けされる。
次に、図３（ｃ）に示すように、外筒１２をかしめて外筒１２に太径リード部１３を固定する。また、リード棒１６と太径リード部１３とを溶接（例えばスポット溶接）よって接合し、固定する。
なお、太径リード部１３の端部をセラミックスヒータ１１の端部に所定の力で押しつけた状態で外筒１２をかしめることにより、太径リード部１３を外筒１２に固定するとともに、太径リード部１３とセラミックスヒータ１１とを接続するような方法を用いてもよい。
なお、太径リード部１３の端部をセラミックスヒータ１１の端部に所定の力で押しつけた状態で外筒１２をかしめることにより、太径リード部１３を外筒１２に固定するとともに、太径リード部１３とセラミックスヒータ１１とを接続するような方法を用いてもよい。
次に、図３（ｄ）に示すように、ハウジング１４の先端面１４１が外筒１２の突出部１２４の後端面１２５に当接するまで、ハウジング１４を下降させる。このように当接した状態で、ハウジング１４の先端面１４１と外筒１２の突出部１２４の後端面１２５とを溶接する。なお、ハウジング１４の内周面と外筒１２の外周面とをロウ付けすることで、ハウジング１４と外筒１２とを固定してもよい。
最後に、図３（ｅ）に示すように、ハウジング１４の内部孔１４３の後端を、インシュレータ１７１によって塞ぎ、リード棒１６の後端部にラウンドピン１７２を接続する。この際、インシュレータ１７１とハウジング１４との間にはＯリング１７７を設ける。
上述した構成によれば、セラミックスヒータ１１の少なくとも負極側メタライズ部１１６を外筒１２に圧入し、負極側メタライズ部１１６を形成する銀ペーストが半溶融状態となる温度で、セラミックスヒータ１１及び外筒１２を加熱して、外筒１２と負極側メタライズ部１１６の固層間での物質移動による接合を行っているので、外筒１２とセラミックスヒータ１１との接合の際に、ロウ材を外筒１２内に載置する必要がない。これにより、外筒１２の内側にロウ材を載置する段差を形成する必要もなく、外筒１２の構成を簡素化することができる。また、外筒１２内に載置したロウ材を用いてセラミックスヒータ１１と外筒１２とを接合する際には、溶けたロウ材の濡れ性を向上させるために外筒１２の外面及び内面にメッキ層を形成する必要があったが、そのようなメッキ層の形成も必要がなくなるので、メッキ層の形成のための工程を省くことができ、製造工程を簡素化することができる。
よって、セラミックスヒータ型グローブラグ１の構造及び製造工程を簡易なものとして製造コストを低減することができる。
よって、セラミックスヒータ型グローブラグ１の構造及び製造工程を簡易なものとして製造コストを低減することができる。
また、外筒１２をかしめることによって太径リード部１３に外筒１２を固定することができるので、太径リード部１３と外筒１２との間に充填剤を充填する等による太径リード部１３の固定を行う必要がない。また、かしめるという一つの作業で太径リード部１３を外筒１２に固定することができるので、この工程を簡易に短時間で行うことができる。
また、太径リード部１３を用いてセラミックスヒータ１１の正極側メタライズ部１１７をリード棒１６に接続しているので、太径リード部１３の抵抗を低減させることができ、構成を簡素化できる。また、高温かつ大きな電流が流れた場合であっても自己発熱が抑えられ、太径リード部１３の温度がその耐熱温度以上になることを防ぐことができる。よって、太径リード部１３の酸化による劣化を、長期間に亘って防ぐことができる。また、太径リード部１３を用いることで、他の構成部材の形態も簡素なものとすることができ、製造工程をも簡素化することができる。
また、太径リード部１３の剛性をリード棒１６よりも低くすることにより、太径リード部１３が撓みやすくなって、太径リード部１３とセラミックスヒータ１１の正極側メタライズ部１１７との接合部への応力集中を緩和することができる。具体的には、エンジン駆動時の振動や、グロープラグ１の組み立て時に各接合部周辺に印加される応力によって当該接合部に曲げ応力が生じた場合であっても、太径リード部１３が撓んで当該接合部への曲げ応力の集中を避けることができる。
また、太径リード部１３が銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、又は鋳鉄からなることにより、比較的剛性が低く、電気導電率の高い太径リード部１３とすることができる。電気導電率を高くすることにより、リード線の太径化による自己発熱抑制の効果をさらに高めることができる。
また、太径リード部１３の直径を１．０としたときに、太径リード部１３の軸方向長さを２．０以上の値とすることにより、太径リード部１３を十分に撓ませることが可能になる。よって、エンジン駆動時の振動や、グロープラグ１の組み立て時に各接合部周辺に印加される応力によって当該接合部に曲げ応力が生じた場合であっても、太径リード部１３が撓んで当該接合部への曲げ応力の集中を避けることができる。
また、太径リード部１３の直径を１．０としたときに、太径リード部１３の軸方向長さを２．０以上の値とすることにより、太径リード部１３を十分に撓ませることが可能になる。よって、エンジン駆動時の振動や、グロープラグ１の組み立て時に各接合部周辺に印加される応力によって当該接合部に曲げ応力が生じた場合であっても、太径リード部１３が撓んで当該接合部への曲げ応力の集中を避けることができる。
また、セラミックスヒータ１１の横断面積を１．０としたときに、太径リード部１３の横断面積を０．２〜０．４の範囲内の値とすることにより、太径リード部１３と正極側メタライズ部１１７との接合部との接合部の接合強度を高めることができる。よって、車両のエンジン等に固定されて使用される場合に発生する振動や、グロープラグ１製造時に付加される応力等にも耐え得る接合強度を得ることができる。さらに、太径リード部１３と外筒１２との電気絶縁性を確保することができる。
また、太径リード部１３にニッケル（Ｎｉ）メッキ等を施すことにより、太径リード部１３の耐熱性をより高めることができる。また、太径リード部１３の熱伝導率をより高くすることで、セラミックヒータ１１から伝達される熱を効率的にリード棒１６に伝達させることができ、太径リード部１３の耐熱性をさらに高めることができる。
また、太径リード部１３を銀（Ａｇ）により被覆することで、太径リード部４０の耐久性（特に耐酸化性）を向上させることができる。
また、太径リード部１３に酸化防止層１３５として銀ペーストを設けることで、太径リード部１３の先端に可撓性が付与され、正極側メタライズ部１１７との接触面積が増加し、結果として接触抵抗を軽減できる。
また、太径リード部１３を銀（Ａｇ）により被覆することで、太径リード部４０の耐久性（特に耐酸化性）を向上させることができる。
また、太径リード部１３に酸化防止層１３５として銀ペーストを設けることで、太径リード部１３の先端に可撓性が付与され、正極側メタライズ部１１７との接触面積が増加し、結果として接触抵抗を軽減できる。
［実施形態２］
図４は、本発明の実施形態２にかかるセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、セラミックスアセンブリ付近を拡大視したセラミックスヒータ型グロープラグの縦断面図である。図５は、本発明の実施形態２にかかるセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法を説明する図である。なお、図４、図５において、実施形態１と同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
実施形態２においては、セラミックスヒータ１１が挿入される外筒１２の先端部の内周面及び外周面に銀メッキ層１２２が形成されている。ここで、銀メッキ層１２２は、少なくともセラミックスヒータ１１を外筒１２内に圧入した際に、負極側メタライズ部１１６に対向する領域に形成されていればよい。
図４は、本発明の実施形態２にかかるセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、セラミックスアセンブリ付近を拡大視したセラミックスヒータ型グロープラグの縦断面図である。図５は、本発明の実施形態２にかかるセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法を説明する図である。なお、図４、図５において、実施形態１と同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
実施形態２においては、セラミックスヒータ１１が挿入される外筒１２の先端部の内周面及び外周面に銀メッキ層１２２が形成されている。ここで、銀メッキ層１２２は、少なくともセラミックスヒータ１１を外筒１２内に圧入した際に、負極側メタライズ部１１６に対向する領域に形成されていればよい。
図５に基づいて、ディーゼルエンジン用グロープラグ２の製造方法について説明する。
図５は、本発明の実施形態にかかるセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法を説明する図である。
最初に、セラミックスヒータ１１と外筒１２を準備する。ここで、セラミックスヒータ１１の一端（組み立てた際の後端側）近傍には、その外周面に負極側メタライズ部１１６を形成する。また、外筒１２における負極側メタライズ部１１６との接合面を含む内周面及び外周面にわたって銀メッキ層１２２を形成する。
次に、図５（ａ）に示すように、外筒１２の内部孔１２１内にセラミックスヒータ１１を圧入する。圧入に際しては、図５（ｂ）に示すように、少なくともセラミックスヒータ１１に形成された負極側メタライズ部１１６の全域が外筒１２内に収容されると共に、負極側メタライズ部１１６が外筒１２の銀メッキ層１２２に対向する位置までセラミックスヒータ１１を外筒１２内に圧入する。
図５は、本発明の実施形態にかかるセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法を説明する図である。
最初に、セラミックスヒータ１１と外筒１２を準備する。ここで、セラミックスヒータ１１の一端（組み立てた際の後端側）近傍には、その外周面に負極側メタライズ部１１６を形成する。また、外筒１２における負極側メタライズ部１１６との接合面を含む内周面及び外周面にわたって銀メッキ層１２２を形成する。
次に、図５（ａ）に示すように、外筒１２の内部孔１２１内にセラミックスヒータ１１を圧入する。圧入に際しては、図５（ｂ）に示すように、少なくともセラミックスヒータ１１に形成された負極側メタライズ部１１６の全域が外筒１２内に収容されると共に、負極側メタライズ部１１６が外筒１２の銀メッキ層１２２に対向する位置までセラミックスヒータ１１を外筒１２内に圧入する。
次に、図５（ｂ）に示すように、ローレット加工を施した太径リード部１３の先端面１３１を、セラミックスヒータ１１の正極側メタライズ部１１７上に置く。その際、正極側メタライズ部１１７と太径リード部１３との間には、ロウ材１７５を置く。また、太径リード部１３のローレット加工部１３３と外筒１２の内周面との間に耐熱樹脂１３６を充填する。
その後、外筒１２、セラミックスヒータ１１、太径リード部１３を仮組みした状態で、このアッセンブリを真空又は不活性ガスの環境下で８００〜９００℃まで加熱する。ここで、８００〜９００℃という温度は、負極側メタライズ部１１６を形成する銀ペーストが半溶融状態となる温度であるため、加熱により負極側メタライズ部１１６は半溶融状態となり、外筒１２の内周面に形成された銀メッキ層１２２と負極側メタライズ部１１６の固層間での物質移動による接合が行われる。これによって、外筒１２とセラミックスヒータ１１とが接合される。この接合と同時に、セラミックスヒータ１１と太径リード部１３とが、ロウ材１７５によってロウ付けされる。
その後、外筒１２、セラミックスヒータ１１、太径リード部１３を仮組みした状態で、このアッセンブリを真空又は不活性ガスの環境下で８００〜９００℃まで加熱する。ここで、８００〜９００℃という温度は、負極側メタライズ部１１６を形成する銀ペーストが半溶融状態となる温度であるため、加熱により負極側メタライズ部１１６は半溶融状態となり、外筒１２の内周面に形成された銀メッキ層１２２と負極側メタライズ部１１６の固層間での物質移動による接合が行われる。これによって、外筒１２とセラミックスヒータ１１とが接合される。この接合と同時に、セラミックスヒータ１１と太径リード部１３とが、ロウ材１７５によってロウ付けされる。
次に、図５（ｃ）に示すように、外筒１２をかしめて外筒１２に太径リード部１３を固定する。また、リード棒１６と太径リード部１３とを溶接（例えばスポット溶接）よって接合し、固定する。
次に、図５（ｄ）に示すように、ハウジング１４の先端面１４１が外筒１２の突出部１２４の後端面１２５に当接するまで、ハウジング１４を下降させる。このように当接した状態で、ハウジング１４の先端面１４１と外筒１２の突出部１２４の後端面１２５とを溶接する。なお、ハウジング１４の内周面と外筒１２の外周面とをロウ付けすることで、ハウジング１４と外筒１２とを固定してもよい。
最後に、図５（ｅ）に示すように、ハウジング１４の内部孔１４３の後端を、インシュレータ１７１によって塞ぎ、リード棒１６の後端部にラウンドピン１７２を接続する。この際、インシュレータ１７１とハウジング１４との間にはＯリング１７７を設ける。
このような構成においては、実施形態１と同様、外筒１２とセラミックスヒータ１１との接合の際に、ロウ材を外筒１２内に載置する必要がない。これにより、外筒１２の内側にロウ材を載置する段差を形成する必要もなく、外筒１２の構成を簡素化することができる。よって、セラミックスヒータ型グローブラグ１の構造及び製造工程を簡易なものとして製造コストを低減することができる。
また、外筒１２とセラミックスヒータ１１とを接合するロウ材に代えて、外筒１２の内周面に銀メッキ層１２２を形成してセラミックスヒータ１１を圧入したので、セラミックスヒータ１１の発熱によってロウ材に含まれる銅成分が酸化されることもなくなり、セラミックスヒータ１１と外筒１２の接合強度を十分に保持することができる。また、銀メッキ層１２２は、従来のニッケルメッキ層とロウ材のコストに比べて安価であるため、製造コストを低減することができる。
また、外筒１２とセラミックスヒータ１１とを接合するロウ材に代えて、外筒１２の内周面に銀メッキ層１２２を形成してセラミックスヒータ１１を圧入したので、セラミックスヒータ１１の発熱によってロウ材に含まれる銅成分が酸化されることもなくなり、セラミックスヒータ１１と外筒１２の接合強度を十分に保持することができる。また、銀メッキ層１２２は、従来のニッケルメッキ層とロウ材のコストに比べて安価であるため、製造コストを低減することができる。
［実施形態３］
図６は、本発明の実施形態３にかかるディーゼルエンジン用のセラミックスヒータ型グロープラグの縦断面図である。なお、図６において、実施形態１と同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
実施形態３は、ハウジング１４内における太径リード部１３の固定を、図６に示すような構成にしたものである。
ディーゼルエンジン用グロープラグ３においては、太径リード部１３を外筒１２に固定するのではなく、リード棒１６をハウジング１４の内面に固定することにより、リード棒１６に接合されている太径リード部１３もハウジング１４内に固定するものである。
具体的に、リード棒１６は、ハウジング１４内に収容され、ハウジング１４との間に充填された樹脂又は低融点ガラス等からなる充填剤１７３及びシールリング１７４によって固定されている。
図６は、本発明の実施形態３にかかるディーゼルエンジン用のセラミックスヒータ型グロープラグの縦断面図である。なお、図６において、実施形態１と同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
実施形態３は、ハウジング１４内における太径リード部１３の固定を、図６に示すような構成にしたものである。
ディーゼルエンジン用グロープラグ３においては、太径リード部１３を外筒１２に固定するのではなく、リード棒１６をハウジング１４の内面に固定することにより、リード棒１６に接合されている太径リード部１３もハウジング１４内に固定するものである。
具体的に、リード棒１６は、ハウジング１４内に収容され、ハウジング１４との間に充填された樹脂又は低融点ガラス等からなる充填剤１７３及びシールリング１７４によって固定されている。
このような構成においては、充填剤１７３及びシールリング１７４を設ける必要があるものの、外筒１２をかしめる必要がないため、外筒１２と太径リード部１３との間に耐熱樹脂１３６を充填する必要がない。また、太径リード部１３にローレット加工部１３３も形成する必要がない。
以上説明したグロープラグは、本発明の一態様を示すものであってこの発明を限定するものではなく、それぞれの実施形態は本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
Claims (16)
- セラミックスヒータと、一端で前記セラミックスヒータを保持すると共に他端がハウジングに固定される金属製の外筒とを備えるセラミックスヒータ型グローブラグの製造方法であって、
前記セラミックスヒータにおける前記外筒に保持される少なくとも一部の表面領域にメタライズ層を形成するステップと、
前記セラミックスヒータの少なくとも前記メタライズ層を前記外筒に圧入するステップと、
前記メタライズ層を形成する材料が半溶融状態となる温度で、前記セラミックスヒータ及び前記外筒を加熱して、前記外筒と前記メタライズ層の固層間での物質移動による接合を行うステップと、
を有し、
前記外筒と前記セラミックスヒータとを接合する前に、前記外筒における前記メタライズ層と接合される領域に銀メッキを施すステップを有することを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法。 - 前記メタライズ層全体の重量に対して３０％以下の銅と、１０％以下のチタンとを含む銀ペーストを用いて前記メタライズ層を形成することを特徴とする請求項１に記載のセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法。
- セラミックスヒータと、一端で前記セラミックスヒータを保持すると共に他端がハウジングに固定される金属製の外筒とを備えるセラミックスヒータ型グローブラグの製造方法であって、
前記セラミックスヒータにおける前記外筒に保持される少なくとも一部の表面領域にメタライズ層を形成するステップと、
前記セラミックスヒータの少なくとも前記メタライズ層を前記外筒に圧入するステップと、
前記メタライズ層を形成する材料が半溶融状態となる温度で、前記セラミックスヒータ及び前記外筒を加熱して、前記外筒と前記メタライズ層の固層間での物質移動による接合を行うステップと、
を有し、
前記セラミックスヒータに通電するリード線における前記セラミックスヒータとの接続部位に、耐酸化性材料による酸化防止層を形成することを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法。 - 前記耐酸化性材料は、銀又はニッケルであることを特徴とする請求項３に記載のセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法。
- セラミックスヒータと、一端で前記セラミックスヒータを保持すると共に他端がハウジングに固定される金属製の外筒とを備えるセラミックスヒータ型グローブラグの製造方法であって、
前記セラミックスヒータにおける前記外筒に保持される少なくとも一部の表面領域にメタライズ層を形成するステップと、
前記セラミックスヒータの少なくとも前記メタライズ層を前記外筒に圧入するステップと、
前記メタライズ層を形成する材料が半溶融状態となる温度で、前記セラミックスヒータ及び前記外筒を加熱して、前記外筒と前記メタライズ層の固層間での物質移動による接合を行うステップと、
を有し、
前記外筒と前記メタライズ層の固層間での物質移動による接合と同時に、前記セラミックスヒータに通電するリード線と前記セラミックスヒータとをロウ付けすることを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法。 - 前記リード線と前記セラミックスヒータとをロウ付けした後に、前記外筒をかしめて、前記リード線を前記外筒に固定することを特徴とする請求項５に記載のセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法。
- セラミックスヒータと、一端で前記セラミックスヒータを保持すると共に他端がハウジングに固定される金属製の外筒とを備えるセラミックスヒータ型グローブラグの製造方法であって、
前記セラミックスヒータにおける前記外筒に保持される少なくとも一部の表面領域にメタライズ層を形成するステップと、
前記セラミックスヒータの少なくとも前記メタライズ層を前記外筒に圧入するステップと、
前記メタライズ層を形成する材料が半溶融状態となる温度で、前記セラミックスヒータ及び前記外筒を加熱して、前記外筒と前記メタライズ層の固層間での物質移動による接合を行うステップと、
を有し、
前記セラミックスヒータに通電するリード線を前記セラミックスヒータに押しつけた状態で前記外筒をかしめて、前記リード線を前記外筒に固定すると共に前記セラミックスヒータに接続することを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法。 - 前記外筒のかしめ部分に対向する前記リード線の表面に耐熱樹脂を設けることを特徴とする請求項６又は７に記載のセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法。
- 前記外筒のかしめ部分に対向する前記リード線の表面にローレット加工を施すことを特徴とする請求項６から８までのいずれか一項に記載のセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法。
- セラミックスヒータと、一端で前記セラミックスヒータを保持すると共に他端がハウジングに固定される金属製の外筒とを備えるセラミックスヒータ型グローブラグであって、
前記セラミックスヒータは、前記外筒に保持される少なくとも一部の表面領域にメタライズ層を有し、
前記セラミックスヒータと前記外筒は、前記セラミックスヒータにおける前記メタライズ層の前記外筒への圧入と、前記メタライズ層を形成する材料が半溶融状態となる温度での前記セラミックスヒータ及び前記外筒の加熱とによって、前記外筒と前記メタライズ層の固層間での物質移動により接合され、
前記外筒における前記メタライズ層と接合される領域に銀メッキが施されていることを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグ。 - 前記メタライズ層は、層全体の重量に対して３０％以下の銅と、１０％以下のチタンを含む銀ペーストから形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
- セラミックスヒータと、一端で前記セラミックスヒータを保持すると共に他端がハウジングに固定される金属製の外筒とを備えるセラミックスヒータ型グローブラグであって、
前記セラミックスヒータは、前記外筒に保持される少なくとも一部の表面領域にメタライズ層を有し、
前記セラミックスヒータと前記外筒は、前記セラミックスヒータにおける前記メタライズ層の前記外筒への圧入と、前記メタライズ層を形成する材料が半溶融状態となる温度での前記セラミックスヒータ及び前記外筒の加熱とによって、前記外筒と前記メタライズ層の固層間での物質移動により接合され、
前記セラミックスヒータに通電するリード線の先端部における前記セラミックスヒータとの接続部位に、耐酸化性材料による酸化防止層を有することを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグ。 - 前記耐酸化性材料は、銀又はニッケルであることを特徴とする請求項１２に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
- セラミックスヒータと、一端で前記セラミックスヒータを保持すると共に他端がハウジングに固定される金属製の外筒とを備えるセラミックスヒータ型グローブラグであって、
前記セラミックスヒータは、前記外筒に保持される少なくとも一部の表面領域にメタライズ層を有し、
前記セラミックスヒータと前記外筒は、前記セラミックスヒータにおける前記メタライズ層の前記外筒への圧入と、前記メタライズ層を形成する材料が半溶融状態となる温度での前記セラミックスヒータ及び前記外筒の加熱とによって、前記外筒と前記メタライズ層の固層間での物質移動により接合され、
前記セラミックスヒータに通電するリード線を備え、
前記リード線は、前記外筒がかしめられることによって前記外筒に固定されていることを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグ。 - 前記外筒のかしめ部分に対向する前記リード線の表面に耐熱樹脂が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
- 前記外筒のかしめ部分に対向する前記リード線の表面にローレット加工が施されている
ことを特徴とする請求項１４又は１５に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
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