(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスヒータを一端側に保持する金属製外筒の他端側をハウジングの内部孔に挿入して固定したセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法において、
前記セラミックスヒータの周方向外周部に露出させた電極を覆うように第１のメタライズ部を形成するとともに、前記第１のメタライズ部よりも先端側の前記金属製外筒の先端部に対応する位置に、表面濡れ性改善のための第２のメタライズ部を形成する工程と、
前記金属製外筒の少なくとも内周面に金属層を設ける一方、前記金属製外筒の先端部に形成された前記金属層を剥離して金属層剥離部を形成する工程と、
前記セラミックスヒータの後端を前記金属製外筒の一端側に挿入し、前記セラミックスヒータと前記金属製外筒との間隙の入り口部分にロウ材を配置する工程と、
前記セラミックスヒータ及び前記金属製外筒を加熱し、前記ロウ材を溶融して前記間隙に流し込む工程と、
前記ロウ材を冷却して、前記セラミックスヒータ及び前記金属製外筒をそれぞれ前記第１のメタライズ部及び前記金属層が形成された領域において接合する工程と、
を含み、
前記第２のメタライズ部の表面積を、前記第１のメタライズ部の表面積よりも小さく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。
【請求項２】
前記ロウ材を配置し、溶融する工程においては、前記セラミックスヒータ及び前記金属製外筒の先端側を上方にして配置するとともに、前記金属製外筒の先端部上に前記ロウ材を載置し、溶融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。
【請求項３】
前記第１のメタライズ部及び前記第２のメタライズ部あるいはその一方を、複数の区分に分割して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。
【請求項４】
前記複数の区分に分割されたそれぞれの第２のメタライズ部における前記セラミックスヒータの軸方向の長さを、周方向の長さよりも長くす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。
【請求項５】
前記金属製外筒の内周面の金属層を、前記金属製外筒の先端部から前記セラミックスヒータに形成された前記第１のメタライズ部の後端側の端部に対応する位置までの領域に設けることを特徴とする請求項１〜４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。
【請求項６】
セラミックスヒータと、前記セラミックスヒータが一端側に保持されるとともに他端側がハウジングの内部孔に挿入されて固定された金属製外筒と、を備えたセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、
前記セラミックスヒータは、周方向外周部に一方の電極を有するとともに前記一方の電極を覆うように第１のメタライズ部を有しており、
前記金属製外筒の少なくとも内周面には金属層が設けられる一方、前記金属製外筒は、該金属製外筒の先端部に形成されている金属層剥離部を含み、
前記セラミックスヒータにおける前記第１のメタライズ部と、前記金属製外筒における前記金属層が形成された領域とを接合するロウを備え、
前記セラミックスヒータの前記第１のメタライズ部よりも先端側の前記金属製外筒の先端部に対応する位置に、表面濡れ性改善のための第２のメタライズ部を備え、
前記第２のメタライズ部の表面積は、前記第１のメタライズ部の表面積よりも小さいことを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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及びその製造方法に関する。特に、セラミックスヒータがロウ付けにより金属製外筒に固定された構造を有するセラミックスヒータ型グロープラグ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの始動補助用として用いられるセラミックスヒータ型グロープラグは、一般に、セラミックスヒータの先端側の発熱部を外部に突出させた状態で、後端側をロウ付けにより金属製外筒内に接合した構造を有している。かかるセラミックスヒータ型グロープラグは、金属製外筒の後端側が、エンジンのシリンダヘッドへの取り付け金具である筒状ハウジングの先端部内に挿入されて固定されている。【０００３】
一般に、ロウ付け工程においては、セラミックスヒータと金属製外筒との接合部近傍にロウ材を配置し、ロウ材を溶融温度以上に加熱して表面張力により接合部の間隙にロウ材を流し込んで接合する。この際、接合部の材料に対するロウ材の濡れ性が重要であり、接触角が大きいと接合部の間隙にロウ材が流れ込みにくくなる。そのために、金属製外筒１１８の表面に合金メッキ１１８ｄを施すことが開示されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３１５４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のグロープラグの製造方法のように、金属製外筒１１８の表面に合金メッキ１１８ｄ処理を施すことによって、ロウ材の接触角がほぼゼロとなるため、合金メッキ１１８ｄ表面でのロウ材の流動性は極めて高くなる。このようなグロープラグにおいて、ロウ付けを行う際には、一般的に、金属製外筒１１８の内部にロウ材を置いて、加熱処理等を行うことになる。【０００６】
ここで、金属製外筒１１８の表面に施される合金メッキ１１８ｄは、ロウ材が置かれる位置と、接合部（ロウ付け部）１１９にのみ存在すれば足りるものであるが、そのようにエリアを限定してメッキ処理を施すには、金属製外筒１１８の表面にマスク処理をする必要があり、製造コストの上昇につながるおそれがある。そのため、特許文献１では、金属製外筒１１８の先端側の内周面１１８ｃ及び外周面１１８ｂの表面全体にメッキ処理を施した後、金属製外筒１１８の先端部に形成されたメッキを機械的に除去してメッキ剥離部１１８ａを形成し、ロウ材が金属製外筒１１８の外周面１１８ｂ側に回り込むことを防いでいる。仮に、ロウ材が金属製外筒１１８の外周面１１８ｂ側等の、本来配置する必要がない領域にまで移動したとすると、接合部１１９の間隙に多数の巣が形成されてしまい、接合強度が低下することとなってしまう。【０００７】
また、特許文献１のグロープラグでは、金属製外筒１１８の先端側の表面全体に表面濡れ性の高い合金メッキ１１８ｄを形成することとしているために、ロウ材は、接合とは関係のないエリアにまで移動しやすくなる。セラミックスヒータ１３０の表面と、それに対応する金属製外筒１１８の内周面１１８ｃとの間に均一にロウ材を充填するためには、その間隙の体積の、例えば３〜１０倍の容量のロウ材を金属製外筒１１８の内部に配置しなければならず、比較的高価なロウ材の消費量が増え、グロープラグの製造コストの上昇につながるおそれがある。【０００８】
本発明の発明者はこのような問題にかんがみて、セラミックスヒータの外周面に設けられるメタライズ部の配置を改良することによってこのような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。したがって、セラミックスヒータと金属製外筒とをロウ付けにより接合する際に、接合部以外へのロウ材の回り込みをできる限り防止し、できる限り少ない量のロウ材を効率的に接合部に供給することができるセラミックスヒータ型グロープラグ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、セラミックスヒータを一端側に保持する金属製外筒の他端側をハウジングの内部孔に挿入して固定したセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法において、前記セラミックスヒータの周方向外周部に露出させた電極を覆うように第１のメタライズ部を形成するとともに、前記第１のメタライズ部よりも先端側の前記金属製外筒の先端部に対応する位置に、表面濡れ性改善のための第２のメタライズ部を形成する工程と、前記金属製外筒の少なくとも内周面に金属層を設ける一方、前記金属製外筒の先端部に形成された前記金属層を剥離して金属層剥離部を形成する工程と、前記セラミックスヒータの後端を前記金属製外筒の一端側に挿入し、前記セラミックスヒータと前記金属製外筒との間隙の入り口部分にロウ材を配置する工程と、前記セラミックスヒータ及び前記金属製外筒を加熱し、前記ロウ材を溶融して前記間隙に流し込む工程と、前記ロウ材を冷却して、前記セラミックスヒータ及び前記金属製外筒を接合する工程と、を含む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が提供され、上述した問題を解決することができる。【００１０】
すなわち、本発明のセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法によれば、金属製外筒の先端部に金属層剥離部を形成するとともに、セラミックスヒータの外周部に設けるメタライズ部として、電極を覆う接合部分となる第１のメタライズ部と、ロウ材をセラミックスヒータと金属製外筒との間隙に流し込むための第２のメタライズ部とを形成することにより、ロウ材が間隙以外に回り込みにくくなり、ロウ材を効率的に間隙に流し込むことができる。また、ロウ材が広がる面積を小さくできることから、ロウ材の使用量を少なくすることができる。したがって、セラミックスヒータ型グロープラグの製造コストの上昇を抑えることができる。また、セラミックスヒータと金属製外筒との接合面積が小さくなるために、セラミックスヒータ及び金属製外筒の接合部に発生する熱応力を低減することができる。【００１１】
また、本発明のセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法を実施するにあたり、前記ロウ材を配置し、溶融する工程においては、前記セラミックスヒータ及び前記金属製外筒の先端側を上方にして配置するとともに、前記金属製外筒の先端部上に前記ロウ材を載置し、溶融することが好ましい。このようにロウ材を配置し、溶融することにより、金属製外筒の先端部の金属層剥離部によって金属製外筒の外周面側へのロウ材の回り込みを防ぐとともに、第２のメタライズ部によってセラミックスヒータと金属製外筒との接合部へロウ材を効率的に流し込むことができる。【００１２】
また、本発明のセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法を実施するにあたり、前記第２のメタライズ部の表面積を、前記第１のメタライズ部の表面積よりも小さくすることが好ましい。このように第１及び第２のメタライズ部を形成することにより、セラミックスヒータと金属製外筒との間隙にロウ材を導くための第２のメタライズ部については、できる限りロウ材の使用量を少なくして、ロウ材の全体としての使用量を抑えることができる。【００１３】
また、本発明のセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法を実施するにあたり、前記第１のメタライズ部及び前記第２のメタライズ部あるいはその一方を、複数の区分に分割して形成することが好ましい。このように第１のメタライズ部及び第２のメタライズ部を形成することにより、セラミックスヒータ及び金属製外筒の接合面積がより小さくなって、それぞれの接合部に発生する熱応力をより低減することができる。【００１４】
また、本発明のセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法を実施するにあたり、前記複数の区分に分割されたそれぞれの第２のメタライズ部における前記セラミックスヒータの軸方向の長さを、周方向の長さよりも長くすることが好ましい。このように第２のメタライズ部を形成することにより、金属製外筒の先端側から流れ込むロウ材を効率的に第１のメタライズ部まで導くことができる。【００１５】
また、本発明のセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法を実施するにあたり、前記金属製外筒の内周面の金属層を、前記金属製外筒の先端部から前記セラミックスヒータに形成された前記第１のメタライズ部の後端側の端部に対応する位置までの領域に設けることが好ましい。このように金属層を形成することにより、接合に寄与しない金属製外筒の奥側の領域にまでロウ材が流れ込むことを防ぐことができ、ロウ材の使用量を低減することができる。【００１６】
また、本発明の別の態様は、セラミックスヒータと、前記セラミックスヒータが一端側に保持されるとともに他端側がハウジングの内部孔に挿入されて固定された金属製外筒と、を備えたセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、前記セラミックスヒータは、周方向外周部に一方の電極を有するとともに前記一方の電極を覆うように第１のメタライズ部を有しており、前記金属製外筒の少なくとも内周面には金属層が設けられる一方、前記金属製外筒の先端部には金属層剥離部が形成され、前記セラミックスヒータ及び前記金属製外筒はそれぞれ前記第１のメタライズ部及び前記金属層が形成された領域においてロウ付けにより接合されており、前記セラミックスヒータの前記第１のメタライズ部よりも先端側の前記金属製外筒の先端部に対応する位置に、表面濡れ性改善のための第２のメタライズ部を備え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である。【００１７】
すなわち、本発明のセラミックスヒータ型グロープラグによれば、金属製外筒の先端部に金属層剥離部を有するとともに、セラミックスヒータの外周部に設けるメタライズ部として、電極を覆う接合部分となる第１のメタライズ部と、ロウ材をセラミックスヒータと金属製外筒との間隙に流し込むための第２のメタライズ部とを有することにより、ロウ材の使用量が少なく、製造コストの上昇が抑えられたセラミックスヒータ型グロープラグとすることができる。また、セラミックスヒータと金属製外筒との接合面積が小さくされているために、セラミックスヒータ及び金属製外筒の接合部に発生する熱応力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるグロープラグの軸方向断面図である。
【図２】第１の実施の形態にかかるグロープラグのセラミックスヒータアセンブリの軸方向断面図である。
【図３】セラミックスヒータアセンブリの変形例の軸方向断面図である。
【図４】セラミックスヒータアセンブリの製造方法を説明するために示す図である。
【図５】セラミックスヒータアセンブリの製造方法を説明するために示す図である。
【図６】セラミックスヒータアセンブリの製造方法を説明するために示す図である。
【図７】セラミックスヒータアセンブリの製造方法を説明するために示す図である。
【図８】第２の実施の形態にかかるグロープラグのセラミックスヒータアセンブリの軸方向断面図である。
【図９】第３の実施の形態にかかるグロープラグのセラミックスヒータアセンブリの軸方向断面図である。
【図１０】従来のグロープラグのセラミックスヒータアセンブリの構成を説明するために示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明にかかるセラミックスヒータ型グロープラグ及びその製造方法に関する実施の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
なお、それぞれの図中において同じ符号が付されているものは、特に説明がない限り同一の構成要素を示しており、適宜説明が省略されている。
【００２０】
［第１の実施の形態］
１．グロープラグの全体的構成
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるディーゼルエンジン用グロープラグ１０の軸方向断面図である。
図１に示すグロープラグ１０は、セラミックスヒータアセンブリ２０を備えたセラミックスヒータ型グロープラグとして構成されている。セラミックスヒータアセンブリ２０は、セラミックスヒータ２１と、金属製外筒（シース）２５と、太径リード部４０等を主な構成要素として備えている。
なお、図１においては、セラミックスヒータ２１、太径リード部４０、外部接続端子１５等が断面図ではなく、側面図として示されている。
【００２１】
セラミックスヒータ２１は、その本体部を構成するセラミックス絶縁基体３９の内部に、Ｕ字状のセラミックス発熱体３７が埋設されている。このセラミックス発熱体３７の両端側には、それぞれ金属リード３５を介して正側電極３１及び負側電極３３が設けられている。このうち、負側電極３３は、セラミックス絶縁基体３９の外周面に取り出され、負側電極３３を含むセラミックス絶縁基体３９の外周面には第１のメタライズ部（負極側メタライズ部）２４ａが形成されている。この第１のメタライズ部２４は金属製外筒２５の内面にロウ付けによって接合され、負側電極３３は金属製外筒２５に電気的に接続されている。
【００２２】
また、正側電極３１は、セラミックス発熱体３７が埋設されている先端側とは反対側の後端部においてセラミックス絶縁基体３９の外面に取り出されている。正側電極３１を含むセラミックス絶縁基体３９の後端面は、ロウ材２３を用いたロウ付けにより太径リード部４０の先端面に接合され、正側電極３１と太径リード部４０とが電気的に接続されている。
【００２３】
このように構成されるセラミックスヒータアセンブリ２０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る円筒状のハウジング１１に圧入され、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１１の内部に金属製外筒２５がロウ付け等により固定されているが、金属製外筒２５を金属管等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１１として形成することもできる。
【００２４】
ハウジング１１内においては、太径リード部４０の後端面が外部接続端子１５の先端面に溶接等により接合され、電気的に接続されている。外部接続端子１５はハウジング１１の後端部でインシュレータ１２に保持されるとともに、その後端部はハウジング１１外部に露出して、ラウンドピン１４と接続されている。
【００２５】
ここで、本実施の形態のグロープラグ１０に備えられた太径リード部４０は、例えば、セラミックス絶縁基体３９の断面積の２０％以上の断面積を有する、比較的太い直径を有するリード棒として定義される。グロープラグ１０の作動時において、太径リード部４０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４０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。これに対して、太径リード部４０の断面積がセラミックス絶縁基体３９の断面積の２０％以上であれば、セラミックスヒータ２１の後端面と太径リード部４０の先端面との接合部の面積を大きく確保することができ、接合強度を確保することができる。すなわち、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１０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。
【００２６】
一方で、太径リード部４０の直径が大きすぎると、太径リード部４０と金属製外筒２５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ことから、太径リード部４０の断面積は、例えば、セラミックス絶縁基体３９の断面積の７０％以下とすることが好ましい。太径リード部４０の断面積をセラミックス絶縁基体３９の断面積の５０％以下とすることがより好ましく、４０％以下とすることがさらに好ましい。
【００２７】
また、太径リード部４０は、外部接続端子１５としてのリード棒よりも剛性の低い材料からなることが好ましい。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、低剛性の鉄合金や鋳鉄とすることもできる。このように比較的小さい剛性を有する太径リード部４０とすれば、エンジン駆動時の振動や、グロープラグ１０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セラミックスヒータ２１と太径リード部４０との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４０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、そのような曲げ応力の集中を避けるべく、太径リード部４０を撓みやすくするには、太径リード部４０の長さを、直径の２倍以上とすることが好ましい。
【００２８】
このような太径リード部４０であれば、太径リード部４０の抵抗値を低減することができるため、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、長期間に渡って酸化による劣化を防ぐことができる。また、この太径リード部４０にニッケル（Ｎｉ）メッキ等を施すことによって、より耐熱性を高めることができる。さらに、太径リード部４０の熱伝導率をより高くすれば、セラミックヒータ２０から伝達される熱を効率的に外部接続端子１５に伝達させることができ、太径リード部４０の耐熱性をさらに高めることができる。
【００２９】
また、本実施の形態にかかるグロープラグ１０においては、外部接続端子１５は、ハウジング１１内において、外部接続端子１５とハウジング１１との間に樹脂又は低融点ガラス等からなる充填剤１７を充填することによって固定されている。したがって、ラウンドピン１４に図示しないコネクタを挿入したり、あるいは、ねじ止めしたりする際に、外部接続端子１５に付加される応力が、外部接続端子１５と太径リード部４０との接合部に印加されることがなく、当該接合部が破断することを防ぐことができる。また、グロープラグ１０がエンジンに装着された状態でエンジンから印加される振動によってグロープラグ１０の各部位に応力が生じる場合があるが、外部接続端子１５が充填剤１７によって固定されているために、外部接続端子１５と太径リード部４０との接合部、及び、太径リード部４０とセラミックスヒータ２１との接合部への応力の付加を低減することができる。さらに、セラミックヒータ２１から太径リード部４０を介して伝達される熱を、充填剤１７を介してハウジング１１に逃がすこともできるようになる。
【００３０】
そして、このような構造を有するグロープラグ１０は、セラミックスヒータ２１を短くすることができるとともに、金属製外筒２５内へ粉末を充填する工程や、金属製外筒２５を縮径する工程を省略することができ、製造工程を簡素にすることができる。また、本実施の形態のグロープラグ１０は、金属製外筒２５を圧入ではなくロウ付けによりハウジング１１内に固定することとしているために、当該工程自体も簡略化される。さらに、外部接続端子１５や太径リード部４０、金属製外筒２５等の各構成部材が複雑な形状、構造ではなく、簡素化されていることから、製造コストを低減することもできる。
【００３１】
２．セラミックスヒータアセンブリ
図２は、本実施の形態にかかるグロープラグ１０に備えられたセラミックスヒータアセンブリ２０の軸方向断面図を示しており、セラミックスヒータ２１及び太径リード部４０については断面図ではなく側面図として示している。
【００３２】
本実施の形態にかかるグロープラグ１０に備えられたセラミックスヒータアセンブリ２０においては、金属製外筒２５の内周面及び外周面に金属層２６が設けられている。一方、金属製外筒２５の先端部は、金属層２６を有しない金属層剥離部２６ａとされている。この金属層２６は、例えばＮｉ−Ｂ（ニッケル−ボロン）合金メッキを施すことによって形成される。ロウ材が銀ロウである場合には、Ｎｉ−Ｂ合金メッキに対する銀ロウの接触角がほぼゼロであるために最適な金属層２６となる。ただし、Ｎｉ−Ｂ合金メッキ以外の材料であっても、銀ロウ等のロウ材との濡れ性が高い材料であれば、好適に用いることができる。
【００３３】
また、セラミックスヒータ２１の径方向外周面には、第１のメタライズ部（負極側メタライズ部）２４ａだけでなく、第２のメタライズ部２４ｂが設けられている。これらのメタライズ部は、例えば、チタン（Ｔｉ）を含有する銀−銅（Ａｇ−Ｃｕ）系のロウ材を用いて形成される。第１のメタライズ部２４ａ及び第２のメタライズ部２４ｂは、セラミックスヒータ２１の外周面と金属製外筒２５の内周面とをロウ材２７によって接合するために設けられている。
【００３４】
このうち、第１のメタライズ部２４ａを介して、負側電極３３と金属製外筒２５とが電気的に接続される。これに対して、第２のメタライズ部２４ｂは、セラミックスヒータ２１と金属製外筒２５との接合に供されるものではあるが、その主たる機能は、セラミックスヒータ２１の表面の濡れ性を改善して、セラミックスヒータ２１と金属製外筒２５とを接合する際に、接合部分となる間隙にロウ材２７を効率的に流し込むことにある。また、その際に、金属製外筒２５の先端部に上述した金属層剥離部２６ａが設けられていることから、ロウ材２７が金属製外筒２５の外周面側に回り込みにくくされている。
【００３５】
このとき、第１のメタライズ部２４ａと第２のメタライズ部２４ｂとを分割せずに一体のメタライズ部として形成したとすると、メタライズ部を形成するための高価な材料の使用量が増えることになる。また、メタライズ部の材料と、セラミックスヒータ２１及び金属製外筒２５との熱膨張係数の違いによって、セラミックス絶縁基体３９の表面に過大な熱応力が発生し、高温状態と室温状態とが繰り返されることによって、セラミックス絶縁基体３９の表面が破損するおそれがある。したがって、第１のメタライズ部２４ａと第２のメタライズ部２４ｂとが分割して形成されている。
【００３６】
また、第２のメタライズ部２４ｂの表面積が第１のメタライズ部２４ａの表面積よりも小さくなっている。したがって、負側電極３３と金属製外筒２５との電気的な接続に寄与しない第２のメタライズ部２４ｂについてはロウ材２７が十分に存在していなくてもよいために、ロウ材２７の使用量を減らすことができ、製造コストの低下に寄与することができる。
【００３７】
図３は、本実施の形態のグロープラグの変形例に用いられるセラミックスヒータアセンブリ２０を示している。このセラミックスヒータアセンブリ２０においては、金属製外筒２５の先端部の金属層剥離部２６ａだけでなく、金属製外筒２５の内周面にも金属層剥離部２６ｂが設けられている。この金属層剥離部２６ｂは、第１のメタライズ部２４ａに対応する領域よりも後端側の位置に設けられたものであり、第１のメタライズ部２４ａとの接合に用いられることのない領域にまでロウ材２７が流れ込むことを防ぐためのものとなっている。この金属層剥離部２６ａによっても、ロウ材２７の使用量を低減することができる。
【００３８】
３．グロープラグの製造方法
次に、図４〜図７を参照しつつ、本実施の形態にかかるグロープラグ１０の製造方法について説明する。以下のグロープラグ１０の製造方法においては、図３に示すセラミックスヒータアセンブリ１０の構成を採用する場合を例示している。
【００３９】
まず、図４（ａ）〜（ｂ）に示すように、例えばチタン（Ｔｉ）を含有する銀−銅（Ａｇ−Ｃｕ）系のロウ材を用いて、セラミックスヒータ２１の径方向外周面に第１のメタライズ部２４ａ及び第２のメタライズ部２４ｂを形成する。第１のメタライズ部２４ａは、負側電極３３が設けられた位置に対応して形成される。また、第２のメタライズ部２４ｂは、金属製外筒に組み付ける際に、金属製外筒の先端部の位置に対応する位置に形成される。
【００４０】
次いで、図示しないものの、正側電極３１が露出したセラミックスヒータ２１の後端面に、ロウ材２７を用いて太径リード部４０を接合する。
【００４１】
次いで、図５（ａ）〜（ｂ）に示すように、ニッケル−ボロン（Ｎｉ−Ｂ）メッキにより金属製外筒２５の内周面及び外周面全体に金属層２６を形成した後、その金属層２６の一部を機械的に除去して、図５（ｃ）に示すように金属層剥離部２６ａ，２６ｂを形成する。金属層剥離部２６ａは金属製外筒２５の先端部の金属層を除去して形成され、金属層剥離部２６ｂは、セラミックスヒータ２１を組み付けた際に、セラミックスヒータ２１の外周面に設けられた第１のメタライズ部２４ａよりも後端側に位置する領域の金属層を除去して形成される。
【００４２】
次いで、図６（ａ）に示すように、金属製外筒２５内にセラミックスヒータ２１を挿入し、図６（ｂ）に示すように、セラミックスヒータ２１及び金属製外筒２５をその先端側が上方を向くように保持した状態で、セラミックスヒータ２１の外周面と金属製外筒２５の内周面との間隙の入り口部分に銀ロウ等のロウ材２７ａを配置する。本実施の形態においては、セラミックスヒータ２１の正側電極３３を外部に取り出す電極取出リードとして太径リード部４０を用いていることから、ロウ材を金属製外筒２５の内部に置くことができないものとなっている。そのため、間隙の入り口部分に載置することとしている。
【００４３】
次いで、図７（ａ）に示すように、ロウ材２７ａを加熱して溶融し、セラミックスヒータ２１の外周面と金属製外筒２５の内周面との間隙に流し込む。このとき、金属製外筒２５の先端部に金属層剥離部２６ａが設けられていることから、ロウ材２７ａが金属製外筒２５の外周面側に流れにくくなる。さらに、金属製外筒２５の先端部に対応するセラミックスヒータ２１の外周面に、表面濡れ性を改善するための第２のメタライズ部２４ｂが形成されていることから、ロウ材２７ａが効率的に間隙内に流れ込むようになっている。そして、セラミックスヒータ２１及び金属製外筒２５をその先端側が上方を向くように保持した状態でロウ材２７ａを流し込むこととしているために、第１のメタライズ部２４ａの領域にロウ材２７ａが到達しやすくなり、ロウ材２７ａの使用量を低減しやすくなっている。
【００４４】
さらに、図３に示すセラミックスヒータアセンブリ２０の場合には、金属製外筒２５の内周面に形成された金属層２６のうち、第１のメタライズ部２４ａが設けられた領域よりも後端側に位置する部分にも金属層剥離部２６ｂが設けられている。したがって、ロウ材２７ａが接合に寄与しない領域にまで流れ出すことが防止されている。
【００４５】
次いで、ロウ材２７ａが第１のメタライズ部２４ａが形成された領域にまで流れ込んだ状態で、ロウ材２７ａを冷却することにより、図７（ｂ）に示すように、セラミックスヒータ２１と金属製外筒２５とが接合されて、セラミックスヒータアセンブリ２０が得られる。この後は、図示しないものの、ハウジング１１内にセラミックスヒータアセンブリ２０を接合するとともに、外部接続端子１５を電気的に接続する等の工程を経て、図１に示すセラミックスヒータ型グロープラグ１０を製造することができる。
【００４６】
４．本実施の形態にかかるグロープラグ及びその製造方法の効果
以上説明したように、本実施の形態にかかるセラミックスヒータ型グロープラグ１０及びその製造方法によれば、金属製外筒２５の先端部に金属層剥離部２６ａを形成するとともに、セラミックスヒータ２１の外周部に設けるメタライズ部として、負側電極３３を覆う接合部分となる第１のメタライズ部２４ａと、ロウ材２７をセラミックスヒータ２１と金属製外筒２５との間隙に流し込むための第２のメタライズ部２４ｂとを形成することにより、ロウ材２７が間隙以外に回り込みにくくなり、ロウ材２７を効率的に間隙に流し込むことができる。したがって、ロウ材２７の使用量を低減することができる。
【００４７】
また、本実施の形態にかかるグロープラグ１０及びその製造方法においては、第１のメタライズ部２４ａと第２のメタライズ部２４ｂとを分割して形成することとしているために、広範囲で一つのメタライズ部を形成する場合に比べて負側電極３３と金属製外筒２５との電気的な接続に寄与する接合部の面積を小さくでき、ロウ材２７の使用量を低減しやすくなる。また、メタライズ部２４ａ，２４ｂを形成するための材料の使用量を低減することにもなっている。したがって、セラミックスヒータ型グロープラグ１０の製造コストの上昇を抑えることができる。また、メタライズ部による接合面積が小さくなることから、メタライズ部と、セラミックス絶縁基体３９及び金属製外筒２５との熱膨張係数の違いからセラミックス絶縁基体３９の表面に過大な熱応力が生じ、高温と室温とが繰り返されることによる破損を防ぐことができる。
【００４８】
また、本実施の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においては、ロウ材２７ａを配置し、溶融する工程において、セラミックスヒータ２１及び金属製外筒２５の先端側を上方にして配置するとともに、金属製外筒２５の先端部上にロウ材２７ａを載置し、溶融することとしている。このようにロウ材２７ａを配置し、溶融することにより、金属製外筒２５の先端部の金属層剥離部２６ａによって金属製外筒２５の外周面側へのロウ材の回り込みを防ぐとともに、第２のメタライズ部２４ｂによってセラミックスヒータ２１と金属製外筒２５との接合部へロウ材２７ａを効率的に流し込むことができる。
【００４９】
また、本実施の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においては、第２のメタライズ部２４ｂの表面積を、第１のメタライズ部２４ａの表面積よりも小さくすることとしている。このように第１のメタライズ部２４ａ及び第２のメタライズ部２４ｂを形成することにより、セラミックスヒータ２１と金属製外筒２５との間隙にロウ材２７ａを導くための第２のメタライズ部２４ｂについては、できる限りロウ材の使用量を少なくして、製造コストの低下に寄与している。
【００５０】
また、本実施の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においては、金属製外筒２５の内周面の金属層２６を、金属製外筒２５の先端部からセラミックスヒータ２１に形成された第１のメタライズ部２４ａの後端側の端部に対応する位置までの領域に設けることとしている。このように金属層２６を形成することにより、接合に寄与しない金属製外筒２５の奥側の領域にまでロウ材２７が流れ込むことを防ぐことができる。
【００５１】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態にかかるグロープラグ及びその製造方法は、第１のメタライズ部２４ａ及び第２のメタライズ部２４ｂの少なくとも一方を複数の区分に分割して形成する点で、第１の実施の形態にかかるグロープラグと異なるものとなっている。
【００５２】
図８（ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態にかかるグロープラグのセラミックスヒータアセンブリ２０Ａ，２０Ｂの軸方向断面図を示している。
図８（ａ）に示すセラミックスヒータアセンブリ２０Ａは、第２のメタライズ部２４ｂが複数の区分２４ｂａ，２４ｂｂに分割されている。また、図８（ｂ）に示すセラミックスヒータアセンブリ２０Ｂは、第１のメタライズ部２４ａが複数の区分２４ａａ，２４ａｂに分割されている。さらに、図示しないものの、第１のメタライズ部２４ａ及び第２のメタライズ部２４ｂをともに複数の区分に分割して構成してもよい。
【００５３】
したがって、本実施の形態にかかるグロープラグ及びその製造方法によれば、第１の実施の形態で説明した効果に併せて、セラミックスヒータ２１と金属製外筒２５との接合面積をより小さくすることができ、それぞれの接合部に発生する熱応力をより低減することができるという効果を得ることができる。その結果、セラミックスヒータ２１表面の破損をより低減することができる。
【００５４】
［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態にかかるグロープラグ及びその製造方法は、第２のメタライズ部２４ｂを複数の区分に分割する場合において、分割されたそれぞれの区分におけるセラミックスヒータ２１の軸方向の長さを、周方向の長さよりも長くする点で、第１及び第２の実施の形態にかかるグロープラグと異なるものとなっている。
【００５５】
図９は、本実施の形態にかかるグロープラグのセラミックスヒータアセンブリ２０Ｃの軸方向断面図を示している。
このセラミックスヒータアセンブリ２０Ｃにおいては、分割された第２のメタライズ部２４ｂの各区分２４ｂａ，２４ｂｂ，２４ｂｃが、セラミックスヒータ２１の軸方向（Ｘ方向）に沿う長さが、周方向（Ｙ方向）に沿う長さよりも長く形成されている。そのため、ロウ材２７を溶融して、セラミックスヒータ２１と金属製外筒２５との間隙に流し込む際に、ロウ材２７を効率的に第１のメタライズ部２４ａの接合部分まで移動させることができる。
【００５６】
したがって、第３の実施の形態にかかるグロープラグ及びその製造方法によれば、第１及び第２の実施の形態で説明した効果に併せて、さらに、第１のメタライズ部２４ａへのロウ材２７の流し込みが効率的に行われ、セラミックスヒータ２１の負側電極３３と金属製外筒２５との電気的な接続の信頼性を高めることができる効果を得ることができる。
【００５７】
以上説明した本発明の実施の形態にかかるグロープラグは、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、それぞれの実施の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。例えば、第１〜第３の実施の形態にかかるグロープラグにおいては、セラミックスヒータ２１の正側電極３１を金属製外筒２５の外部に取り出す電極取出部材として太径リード部４０を用いたセラミックスヒータアセンブリ２０の例を説明したが、そのような構成に限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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