WO2015163112A1 - 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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- F23Q2007/004—Manufacturing or assembling methods
Definitions
- the present invention relates to a method for manufacturing a ceramic heater type glow plug used as a starting aid for a diesel engine and a ceramic heater type glow plug.
- a ceramic heater type glow plug used to assist starting of a diesel engine is known.
- the ceramic heater type glow plug includes a ceramic heater having a heat generating portion and a metal outer cylinder that holds one end of the ceramic heater in a state where the heat generating portion protrudes to the outside.
- one end side of the outer cylinder is inserted and fixed in a housing which is an attachment fitting to a cylinder head of an engine (see, for example, Patent Document 1).
- Patent Document 1 since the manufacturing cost of the glow plug largely depends on the length of the ceramic heater, a glow plug in which the manufacturing cost is reduced by shortening the length of the ceramic heater has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
- a stainless steel outer cylinder having a step at the tip is prepared, and a nickel plating layer is formed on the outer and inner surfaces of the outer cylinder.
- a ceramic heater having a metallized layer formed on a part of the surface is inserted and positioned in the outer cylinder, and a brazing material is placed on the step portion on the inner surface of the outer cylinder.
- these are heated to a temperature at which the brazing material melts, and the melted brazing material is caused to flow between the surface of the ceramic heater and the inner surface of the outer cylinder using gravity and surface tension, and then cooled to cool the ceramic heater.
- the outer cylinder are joined together, and the ceramic heater is held by the outer cylinder (see, for example, Patent Document 3).
- the above-described joining method is used to hold the ceramic heater in the outer cylinder, it is necessary to form a step for placing the brazing material in the outer cylinder, and it takes time to manufacture the outer cylinder.
- the brazing material that joins the outer cylinder and the ceramic heater remains in the position close to the heat generating part of the ceramic heater even after joining, so the copper component contained in the brazing material is oxidized by the heat of the ceramic heater, and the ceramic There is a possibility that the bonding strength between the heater and the outer cylinder cannot be sufficiently maintained.
- the present invention has been made in view of the above problems, and a ceramic heater-type globe lug capable of simplifying the structure and reducing the manufacturing cost and sufficiently maintaining the bonding strength between the ceramic heater and the outer cylinder. And a ceramic heater type glow plug.
- the present invention is a method for manufacturing a ceramic heater-type globe lug comprising a ceramic heater and a metal outer cylinder that holds the ceramic heater at one end and is fixed to the housing at the other end. Forming a metallized layer on at least a part of the surface region held by the outer cylinder in the ceramic heater; pressing the metallized layer of the ceramic heater into the outer cylinder; and Heating the ceramic heater and the outer cylinder at a temperature at which a material to be formed is in a semi-molten state, and performing bonding by mass transfer between the solid layers of the outer cylinder and the metallized layer. It is said.
- the metallized layer it is preferable to form the metallized layer using a silver paste containing 30% or less of copper and 10% or less of titanium with respect to the weight of the entire metallized layer.
- an anti-oxidation layer made of an oxidation-resistant material at a connection portion of the lead wire for supplying current to the ceramic heater with the ceramic heater.
- the oxidation resistant material is preferably silver or nickel.
- the lead wire for energizing the ceramic heater and the ceramic heater are brazed simultaneously with the joining by mass transfer between the outer cylinder and the metallized layer between the solid layers.
- the outer cylinder is caulked to fix the lead wire to the outer cylinder.
- the outer cylinder is caulked in a state where a lead wire for energizing the ceramic heater is pressed against the ceramic heater, and the lead wire is fixed to the outer cylinder and connected to the ceramic heater. preferable.
- the surface of the lead wire facing the caulking portion of the outer cylinder is knurled.
- the present invention is a ceramic heater type globe lug comprising a ceramic heater and a metal outer cylinder that holds the ceramic heater at one end and is fixed to the housing at the other end,
- the ceramic heater and the outer cylinder have a metallized layer in at least a part of the surface region held by the outer cylinder, and the metallized layer is press-fitted into the outer cylinder and the metallized layer is formed in the ceramic heater.
- the ceramic heater and the outer cylinder are heated at a temperature at which the material is in a semi-molten state, and bonded by mass transfer between the solid layers of the outer cylinder and the metallized layer.
- silver plating is applied to a region of the outer cylinder to be joined to the metallized layer.
- the metallized layer is preferably formed from a silver paste containing 30% or less of copper and 10% or less of titanium with respect to the weight of the entire layer.
- an oxidation-preventing layer made of an oxidation-resistant material at the connection portion with the ceramic heater at the tip of the lead wire that supplies current to the ceramic heater.
- the oxidation resistant material is preferably silver or nickel.
- a lead wire for energizing the ceramic heater is provided, and the lead wire is fixed to the outer cylinder by caulking the outer cylinder.
- a heat resistant resin is provided on the surface of the lead wire facing the caulked portion of the outer cylinder.
- the surface of the lead wire facing the caulking portion of the outer cylinder is knurled.
- the structure can be simplified to reduce the manufacturing cost, and the bonding strength between the ceramic heater and the outer cylinder can be sufficiently maintained.
- FIG. 1 it is the longitudinal cross-sectional view of the ceramic heater type glow plug which expanded the ceramic assembly vicinity. It is a figure explaining the manufacturing method of the ceramic heater type glow plug concerning Embodiment 1 of this invention.
- the ceramic heater type glow plug concerning Embodiment 2 of this invention it is a longitudinal cross-sectional view of the ceramic heater type glow plug which expanded the ceramic assembly vicinity. It is a figure explaining the manufacturing method of the ceramic heater type glow plug concerning Embodiment 2 of this invention. It is a longitudinal cross-sectional view of the ceramic heater type glow plug concerning Embodiment 3 of this invention.
- FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a ceramic heater glow plug 1 for a diesel engine according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a ceramic heater type glow plug in which the vicinity of the ceramic assembly in FIG. 1 is enlarged.
- the glow plug 1 includes a ceramic heater assembly 10, a housing 14, a lead bar 16 and the like.
- the cross section used below means a cut surface perpendicular to the longitudinal axis of the ceramic heater type glow plug 1.
- the longitudinal section used below means a cut surface including the longitudinal axis of the ceramic heater type glow plug 1.
- the ceramic heater assembly 10 includes a ceramic heater 11, a metal outer cylinder (sheath) 12, a large-diameter lead portion 13, and the like.
- the ceramic heater 11 is a portion that is heated by energization, and a ceramic heating element 112 formed in a U shape is embedded in the ceramic heater 11 inside the ceramic insulating base 111 that constitutes the main body of the ceramic heater 11. .
- a positive electrode 114 and a negative electrode 115 are provided on both ends of the ceramic heating element 112 via metal leads 113, respectively.
- the negative electrode 115 is taken out on the outer peripheral surface of the ceramic insulating substrate 111, and a negative electrode side metallized portion 116 as a metallized layer is formed on the outer peripheral surface of the ceramic insulating substrate 111 including the negative electrode 115.
- the negative electrode side metallized part 116 is formed of, for example, a silver paste containing 30% by weight or less of copper (Cu) and 10% by weight or less of titanium (Ti) with respect to the total weight of the negative electrode side metallized part 116. .
- the outer cylinder 12 is formed of a conductive metal material.
- the outer cylinder 12 has an inner diameter that is large enough to allow the ceramic heater 11 to be press-fitted.
- the ceramic heater 11 and the outer cylinder 12 are joined by semi-melting the material forming the negative electrode side metallized part 116 in a state where the negative electrode side metallized part 116 of the ceramic heater 11 is press-fitted and fixed in the outer cylinder 12. This is performed by heating the ceramic heater 11 and the outer cylinder 12 at a temperature at which the state is reached, and transferring the substance between the solid layers of the outer cylinder 12 and the negative electrode side metallized portion 116.
- the positive electrode 114 is taken out to the outer surface of the ceramic insulating substrate 111 on the rear end side opposite to the front end side where the ceramic heating element 112 is embedded.
- a positive side metallized portion 117 is formed on the rear end surface of the ceramic insulating base 111 including the positive side electrode 114.
- the positive side metallized portion 117 is joined to the tip surface 131 of the large diameter lead portion 13 by brazing or the like, and the positive side electrode 114 and the large diameter lead portion 13 are electrically connected.
- a chamfered portion 111 a is formed on the rear end surface of the ceramic insulating base 111.
- the distance between the ceramic insulating base 111 and the outer cylinder 12 can be increased around the joint between the ceramic insulating base 111 and the large-diameter lead portion 13. Therefore, in the case of brazing, the insulation between the brazing material and the outer cylinder 12 is enhanced, and the dielectric breakdown can be reduced.
- the large-diameter lead portion 13 is formed, for example, as a lead rod (lead wire for energizing the ceramic heater) having a relatively large diameter and having a cross-sectional area of 20% or more of the cross-sectional area of the ceramic insulating base 111. Has been.
- the cross-sectional area of the large-diameter lead portion 13 is preferably 40% or less of the cross-sectional area of the ceramic insulating base 111, for example. Further, the length of the large-diameter lead portion 13 is preferably set to be twice or more the diameter of the large-diameter lead portion 13.
- the large-diameter lead portion 13 is made of a material having lower rigidity and higher electrical conductivity than the lead rod 16 (lead wire for energizing the ceramic heater) that functions as an external connection terminal. Examples of such a material include copper (Cu), aluminum (Al), and alloys thereof. Alternatively, an iron alloy or cast iron having low rigidity and high electrical conductivity can be used.
- the distal end portion including the distal end surface 131 of the large-diameter lead portion 13 is coated with a silver paste as the antioxidant layer 135 in order to improve oxidation resistance.
- the antioxidant layer 135 is not limited to silver paste, and may be baked with a material having oxidation resistance such as nickel.
- the large diameter lead portion 13 may be subjected to nickel (Ni) plating or the like in order to improve heat resistance.
- Ni nickel
- the surface of the central portion in the axial direction of the large-diameter lead portion 13 is knurled over the entire circumference, and a heat resistant resin 136 is filled between the knurled portion 133 and the outer cylinder 12.
- the heat resistant resin 136 it is preferable to use polyphenylene sulfide (PPS) resin, polyether ether ketone (PEEK) resin, or the like.
- PPS polyphenylene sulfide
- PEEK polyether ether ketone
- the outer cylinder 12 and the heat-resistant resin 136 are pressed against the knurled portion 133 of the large-diameter lead portion 13, and the large-diameter lead portion 13 can be fixed to the outer cylinder 12. That is, a knurled portion 133 is formed on the surface of the large-diameter lead portion 13 facing the caulked portion of the outer cylinder 12, and a heat resistant resin 136 is provided.
- the housing 14 is a fitting for attaching to a cylinder head of an engine (not shown), and accommodates the outer cylinder 12 and the large-diameter lead portion 13.
- the housing 14 is formed in a cylindrical shape, for example, and the ceramic heater assembly 10 configured as described above is fixed by brazing or the like.
- the other end of the outer cylinder 12 is fixed to the inside of the housing 14 by brazing or the like.
- the outer cylinder 12 is brazed to the inside of a metal tube or the like (not shown). It is also possible to fix the metal tube and the member constituting the housing main body, and form the housing 14 integrally.
- the lead bar 16 is accommodated in the housing 14 and joined to the rear end portion of the large-diameter lead portion 13 by welding.
- the lead rod 16 is held by the insulator 171 on the rear end side of the housing 14, and the rear end portion is exposed to the outside of the housing 14 and connected to the round pin 172. That is, the lead bar 16 is held and fixed to the outer cylinder 12 by caulking through the large-diameter lead portion 13 at the front end side, and is held and fixed to the insulator 171 at the rear end side.
- FIG. 3 is a diagram for explaining a method of manufacturing a ceramic heater type glow plug according to an embodiment of the present invention.
- the ceramic heater 11 and the outer cylinder 12 are prepared.
- the negative electrode side metallized portion 116 is formed on the outer peripheral surface thereof.
- the ceramic heater 11 is press-fitted into the inner hole 121 of the outer cylinder 12.
- the ceramic heater 11 is press-fitted into the outer cylinder 12 to a position where at least the entire area of the negative side metallized portion 116 formed in the ceramic heater 11 is accommodated in the outer cylinder 12. To do.
- the tip surface 131 of the large-diameter lead portion 13 subjected to knurling is placed on the positive side metallized portion 117 of the ceramic heater 11.
- a brazing material 175 is placed between the positive electrode side metallized portion 117 and the large-diameter lead portion 13.
- a heat resistant resin 136 is filled between the knurled portion 133 of the large diameter lead portion 13 and the inner peripheral surface of the outer cylinder 12.
- the assembly is heated to 800 to 900 ° C. in a vacuum or an inert gas environment in a state where the outer cylinder 12, the ceramic heater 11, and the large-diameter lead portion 13 are temporarily assembled.
- the temperature of 800 to 900 ° C. is a temperature at which the silver paste forming the negative electrode side metallized portion 116 is in a semi-molten state. Bonding by mass transfer between the solid surface of the peripheral surface and the negative electrode side metallized portion 116 is performed. Thereby, the outer cylinder 12 and the ceramic heater 11 are joined. Simultaneously with the joining, the ceramic heater 11 and the large-diameter lead portion 13 are brazed by the brazing material 175.
- the outer cylinder 12 is caulked and the large-diameter lead portion 13 is fixed to the outer cylinder 12. Further, the lead rod 16 and the large-diameter lead portion 13 are joined and fixed by welding (for example, spot welding). In addition, by crimping the outer cylinder 12 with the end of the large-diameter lead 13 pressed against the end of the ceramic heater 11 with a predetermined force, the large-diameter lead 13 is fixed to the outer cylinder 12 and the thick A method of connecting the diameter lead portion 13 and the ceramic heater 11 may be used.
- the housing 14 is lowered until the front end surface 141 of the housing 14 comes into contact with the rear end surface 125 of the protruding portion 124 of the outer cylinder 12.
- the front end surface 141 of the housing 14 and the rear end surface 125 of the protruding portion 124 of the outer cylinder 12 are welded.
- the housing 14 and the outer cylinder 12 may be fixed by brazing the inner peripheral surface of the housing 14 and the outer peripheral surface of the outer cylinder 12.
- At least the negative electrode side metallized portion 116 of the ceramic heater 11 is press-fitted into the outer cylinder 12, and the ceramic heater 11 and the outer cylinder are at a temperature at which the silver paste forming the negative electrode side metalized portion 116 is in a semi-molten state. 12 is heated and bonded by mass transfer between the solid layers of the outer cylinder 12 and the negative electrode side metallized portion 116, so that the brazing material is bonded to the outer cylinder 12 when the outer cylinder 12 and the ceramic heater 11 are bonded. There is no need to place it inside. Thereby, it is not necessary to form the level
- the outer surface and the inner surface of the outer cylinder 12 are improved in order to improve the wettability of the molten brazing material.
- a process for forming the plating layer can be omitted, and the manufacturing process can be simplified. Therefore, the manufacturing cost can be reduced by simplifying the structure and the manufacturing process of the ceramic heater type globe lug 1.
- the outer cylinder 12 can be fixed to the large-diameter lead portion 13 by caulking the outer cylinder 12, the large-diameter lead by filling a filler between the large-diameter lead portion 13 and the outer cylinder 12 or the like. There is no need to fix the portion 13. Further, since the large-diameter lead portion 13 can be fixed to the outer cylinder 12 by one operation of caulking, this process can be performed easily and in a short time.
- the positive electrode side metallized portion 117 of the ceramic heater 11 is connected to the lead bar 16 using the large diameter lead portion 13, the resistance of the large diameter lead portion 13 can be reduced, and the configuration can be simplified. Further, even when a high temperature and a large current flow, self-heating is suppressed, and the temperature of the large-diameter lead portion 13 can be prevented from exceeding the heat resistance temperature. Therefore, deterioration due to oxidation of the large diameter lead portion 13 can be prevented over a long period of time. Further, by using the large-diameter lead portion 13, the form of the other constituent members can be simplified, and the manufacturing process can be simplified.
- the large-diameter lead portion 13 is easily bent, and the joint portion between the large-diameter lead portion 13 and the positive side metallized portion 117 of the ceramic heater 11 is obtained.
- the stress concentration on can be relaxed. Specifically, even when bending stress is generated in the joint due to vibration during driving of the engine or stress applied to the periphery of each joint during assembly of the glow plug 1, the large-diameter lead portion 13 is bent. Thus, concentration of bending stress on the joint can be avoided.
- the large diameter lead part 13 consists of copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, or cast iron, it can be set as the large diameter lead part 13 with comparatively low rigidity and high electrical conductivity. By increasing the electrical conductivity, the effect of suppressing self-heating by increasing the diameter of the lead wire can be further enhanced. Moreover, when the diameter of the large-diameter lead portion 13 is 1.0, the large-diameter lead portion 13 is sufficiently bent by setting the axial length of the large-diameter lead portion 13 to a value of 2.0 or more. It becomes possible.
- the cross-sectional area of the ceramic heater 11 is 1.0
- the cross-sectional area of the large-diameter lead portion 13 is set to a value within the range of 0.2 to 0.4.
- the joint strength of the joint part with the joint part with the side metallized part 117 can be increased. Therefore, it is possible to obtain a bonding strength that can withstand vibrations that occur when used while being fixed to a vehicle engine or the like, and stress that is applied when the glow plug 1 is manufactured. Furthermore, electrical insulation between the large-diameter lead portion 13 and the outer cylinder 12 can be ensured.
- the heat resistance of the large diameter lead portion 13 can be further increased. Further, by increasing the thermal conductivity of the large-diameter lead portion 13, the heat transmitted from the ceramic heater 11 can be efficiently transmitted to the lead rod 16, and the heat resistance of the large-diameter lead portion 13 is further increased. Can be increased. Moreover, the durability (especially oxidation resistance) of the large diameter lead part 40 can be improved by covering the large diameter lead part 13 with silver (Ag).
- FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a ceramic heater type glow plug in an enlarged view of the vicinity of the ceramic assembly in the ceramic heater type glow plug according to the second embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a view for explaining a method of manufacturing a ceramic heater type glow plug according to the second embodiment of the present invention. 4 and 5, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
- the silver plating layer 122 is formed in the inner peripheral surface and outer peripheral surface of the front-end
- the silver plating layer 122 should just be formed in the area
- FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a ceramic heater type glow plug in an enlarged view of the vicinity of the ceramic assembly in the ceramic heater type glow plug according to the second embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing a ceramic heater type glow plug according to an embodiment of the present invention.
- the ceramic heater 11 and the outer cylinder 12 are prepared.
- the negative electrode side metallized portion 116 is formed on the outer peripheral surface thereof.
- the silver plating layer 122 is formed over the inner peripheral surface and outer peripheral surface including the joint surface with the negative electrode side metallization part 116 in the outer cylinder 12.
- the ceramic heater 11 is press-fitted into the inner hole 121 of the outer cylinder 12. At the time of press-fitting, as shown in FIG.
- the ceramic heater 11 is press-fitted into the outer cylinder 12 to a position facing the silver plating layer 122.
- the tip surface 131 of the large-diameter lead portion 13 subjected to knurling is placed on the positive side metallized portion 117 of the ceramic heater 11.
- a brazing material 175 is placed between the positive electrode side metallized portion 117 and the large-diameter lead portion 13.
- a heat resistant resin 136 is filled between the knurled portion 133 of the large diameter lead portion 13 and the inner peripheral surface of the outer cylinder 12.
- the assembly is heated to 800 to 900 ° C. in a vacuum or an inert gas environment in a state where the outer cylinder 12, the ceramic heater 11, and the large-diameter lead portion 13 are temporarily assembled.
- the temperature of 800 to 900 ° C. is a temperature at which the silver paste forming the negative electrode side metallized portion 116 is in a semi-molten state.
- Joining is performed by mass transfer between the solid layers of the silver plating layer 122 and the negative side metallized portion 116 formed on the peripheral surface. Thereby, the outer cylinder 12 and the ceramic heater 11 are joined. Simultaneously with the joining, the ceramic heater 11 and the large-diameter lead portion 13 are brazed by the brazing material 175.
- the outer cylinder 12 is caulked to fix the large-diameter lead portion 13 to the outer cylinder 12. Further, the lead rod 16 and the large-diameter lead portion 13 are joined and fixed by welding (for example, spot welding).
- the housing 14 is lowered until the front end surface 141 of the housing 14 comes into contact with the rear end surface 125 of the protruding portion 124 of the outer cylinder 12. In the state of contact, the front end surface 141 of the housing 14 and the rear end surface 125 of the protruding portion 124 of the outer cylinder 12 are welded.
- the housing 14 and the outer cylinder 12 may be fixed by brazing the inner peripheral surface of the housing 14 and the outer peripheral surface of the outer cylinder 12.
- the copper component contained in the material is not oxidized, and the bonding strength between the ceramic heater 11 and the outer cylinder 12 can be sufficiently maintained. Moreover, since the silver plating layer 122 is cheaper than the cost of the conventional nickel plating layer and brazing material, the manufacturing cost can be reduced.
- FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a ceramic heater type glow plug for a diesel engine according to Embodiment 3 of the present invention.
- the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
- the large lead portion 13 in the housing 14 is fixed as shown in FIG.
- the glow plug 3 for a diesel engine the large-diameter lead joined to the lead rod 16 by fixing the lead rod 16 to the inner surface of the housing 14 instead of fixing the large-diameter lead portion 13 to the outer cylinder 12.
- the part 13 is also fixed in the housing 14.
- the lead bar 16 is accommodated in the housing 14 and fixed by a filler 173 and a seal ring 174 made of resin or low melting point glass filled between the housing 14.
- the glow plug described above shows one aspect of the present invention and does not limit the present invention, and each embodiment can be arbitrarily changed within the scope of the present invention.
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Abstract
Description
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
Claims (18)
- 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。
- 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又は2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請求項1から3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。
- 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4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請求項1から5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。
- 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6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請求項1から5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。
- 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7又は8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7から9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請求項11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11又は12に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
- 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請求項11から13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。
- 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14に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
- 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請求項11から15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。 - 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16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16又は17に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
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