特許 5844621 セラミックヒータの製造方法、グロープラグの製造方法、セラミックヒータ及びグロープラグ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5844621

(24)【登録日】2015年11月27日

(45)【発行日】2016年1月20日

(54)【発明の名称】セラミックヒータの製造方法、グロープラグの製造方法、セラミックヒータ及びグロープラグ

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/18 20060101AFI20151224BHJP

   H05B 3/48 20060101ALI20151224BHJP

   F23Q 7/00 20060101ALI20151224BHJP

【ＦＩ】

   H05B3/18

   H05B3/48

   F23Q7/00 V

   F23Q7/00 605M

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2011-250172(P2011-250172)

(22)【出願日】2011年11月15日

(65)【公開番号】特開2013-105682(P2013-105682A)

(43)【公開日】2013年5月30日

【審査請求日】2014年4月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】特許業務法人コスモス特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】関口 豊

(72)【発明者】

【氏名】猪飼 良仁

(72)【発明者】

【氏名】光岡 健

【審査官】 礒部 賢

(56)【参考文献】

【文献】 再公表特許第２００８／１２３２９６（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−０７３４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００６２６６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 再公表特許第２００９／０５７５９６（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−２５７５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３２７４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０８６０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ３／０２ − ３／１８

Ｈ０５Ｂ ３／４０ − ３／８２

Ｆ２３Ｑ ７／００ − ７／２６

Ｂ２８Ｂ １／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁性セラミックからなり、軸線に沿って延びる形状を有する絶縁基体と、
この絶縁基体内に埋設され、導電性セラミックからなる発熱抵抗体であって、
上記絶縁基体の先端部内に配置され、上記軸線に沿う軸線方向のうち先端方向に曲げ返し部を向けたＵ字状をなし、通電により発熱する発熱部、及び、
この発熱部の両端から、上記軸線方向のうち上記先端方向とは逆の基端方向に向けて延びるリード部を有する
発熱抵抗体と、を備える
セラミックヒータの製造方法であって、
第１絶縁性セラミック粉末を含み、焼成により上記絶縁基体の一部となる第１成形体を成形する第１成形体成形工程と、
導電性セラミック粉末を含み、焼成により上記発熱抵抗体となる未焼成発熱抵抗体を成形する抵抗体成形工程と、
第２絶縁性セラミック粉末を含み、焼成により上記絶縁基体の残部となる第２成形体を成形する第２成形体成形工程と、を備え、
上記抵抗体成形工程は、
上記未焼成発熱抵抗体を成形する際の抵抗体成形型の一部に、上記第１成形体を用いて、射出成形法により、上記未焼成発熱抵抗体を上記第１成形体と一体に成形し、
上記第２成形体成形工程は、
上記第２成形体を成形する際の第２成形体成形型の一部に、上記第１成形体及び上記未焼成発熱抵抗体を用いて、上記第２成形体を上記第１成形体及び上記未焼成発熱抵抗体と一体に成形し、
前記第１成形体成形工程は、
前記第１成形体に、前記未焼成発熱抵抗体の形態に適合した凹部を形成する
セラミックヒータの製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載のセラミックヒータの製造方法であって、
前記抵抗体成形工程は、
前記抵抗体成形型が構成する抵抗体用キャビティ内に、その基端から先端に向けて、前記導電性セラミック粉末を含む発熱体用混合物を射出して、前記未焼成発熱抵抗体を成形する
セラミックヒータの製造方法。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のセラミックヒータの製造方法であって、
前記第１成形体成形工程は、
前記第１成形体に、前記未焼成発熱抵抗体との接合面を形成する抵抗体側金型と、
上記第１成形体のうち、焼成により前記絶縁基体の外周面の一部となる部位を形成する外側金型と、を用いて、上記第１成形体を成形し、
前記抵抗体成形工程は、
成形した上記第１成形体を上記外側金型内に配置した状態で、上記外側金型及び上記第１成形体を前記抵抗体成形型の一部として用いて、上記未焼成発熱抵抗体を成形し、
前記第２成形体成形工程は、
上記未焼成発熱抵抗体及びこれと一体化した上記第１成形体を上記外側金型内に配置した状態で、上記外側金型、上記第１成形体及び上記未焼成発熱抵抗体を前記第２成形体成形型の一部として用いて、前記第２成形体を成形する
セラミックヒータの製造方法。

【請求項4】

請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のセラミックヒータの製造方法であって、
前記第１成形体成形工程は、
射出成形法により、前記第１成形体を成形し、
前記第２成形体成形工程は、
射出成形法により、前記第２成形体を成形する
セラミックヒータの製造方法。

【請求項5】

請求項４に記載のセラミックヒータの製造方法であって、
前記第２成形体成形工程は、
前記第２成形体成形型が構成する第２成形体用キャビティ内に、その基端から先端に向けて、前記第２絶縁性セラミック粉末を含む第２基体用混合物を射出して、前記第２成形体を成形する
セラミックヒータの製造方法。

【請求項6】

絶縁性セラミックからなり、軸線に沿って延びる形状を有する絶縁基体と、
この絶縁基体内に埋設され、導電性セラミックからなる発熱抵抗体であって、
上記絶縁基体の先端部内に配置され、上記軸線に沿う軸線方向のうち先端方向に曲げ返し部を向けたＵ字状をなし、通電により発熱する発熱部、及び、
この発熱部の両端から、上記軸線方向のうち上記先端方向とは逆の基端方向に向けて延びるリード部を有する
発熱抵抗体と、を備えるグロープラグ用のセラミックヒータを有する
グロープラグの製造方法であって、
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のセラミックヒータの製造方法により、上記セラミックヒータを製造するヒータ製造工程と、
上記セラミックヒータを用いて、上記グロープラグを組み立てるプラグ組立工程と、
を備えるグロープラグの製造方法。

【請求項7】

絶縁性セラミックからなり、軸線に沿って延びる形状を有する絶縁基体と、
この絶縁基体内に埋設され、導電性セラミックからなる発熱抵抗体であって、
上記絶縁基体の先端部内に配置され、上記軸線に沿う軸線方向のうち先端方向に曲げ返し部を向けたＵ字状をなし、通電により発熱する発熱部、及び、
この発熱部の両端から、上記軸線方向のうち上記先端方向とは逆の基端方向に向けて延びるリード部を有する
発熱抵抗体と、を備え、
上記発熱抵抗体の上記リード部は、
これに接する絶縁基体から、上記絶縁性セラミックが上記リード部内に膜状に延びる膜状絶縁性セラミック部を有する
セラミックヒータ。

【請求項8】

請求項７に記載のセラミックヒータを備えるグロープラグ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、絶縁性セラミックからなる絶縁基体と、この絶縁基体内に埋設され、導電性セラミックからなる発熱抵抗体とを備えるセラミックヒータの製造方法、セラミックヒータを有するグロープラグの製造方法、セラミックヒータ及びこれを有するグロープラグに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、絶縁性セラミックからなる絶縁基体と、この絶縁基体内に埋設され導電性セラミックからなる発熱抵抗体とを備えるセラミックヒータの製造方法として、種々の方法が提案されている。例えば特許文献１には、導電性セラミック粉末及びバインダを含む通電部用混合物を用いて通電部用成形体を作製する工程と、通電部用成形体を金型内に保持し、絶縁性セラミック粉末及びバインダを含む基体用混合物を上述の金型内に充填することにより、通電部用成形体を基体用混合物で覆った素子成形体を作製する工程と、素子成形体を焼成する工程と、を備えた製造方法が開示されている。まず、素子成形体を作製するに当たっては、対向配置した一対の金型を用いて、まず通電部用成形体を成形する。その後、基体成形用の第１の金型部材の内面に、通電部用成形体をその一方側の面が接するように配置する。続いて、他方側に配置された基体成形用の第２の金型部材の内面と、通電部用成形体の他方側の表面との間（キャビティ）に、基体用混合物を充填して絶縁基体の一部（概略半分）となる成形体（以下、第１基体成形体）を射出成形する。次いで、基体成形用の第１の金型部材を基体成形用の第３の金型部材と交換し、この第３の金型部材の内面と、通電部用成形体の一方側の表面及び第１基体成形体からなる面との間（キャビティ）に、基体用混合物を射出して、素子成形体を得る手順が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】ＷＯ２００９／０５７５９６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の製造方法では、発熱抵抗体となる通電部用成形体を予め作製し、その後、基体成形用の第１の金型部材の内面に、通電部用成形体をその一方側の面が接するように配置するので、この配置の際に、位置合わせにおける誤差を生じやすい。また、通電部用成形体は、焼成前においては、発熱部となるＵ字状の曲げ返し部や軸線方向に延びるリード部の形が崩れやすい。このため、通電部用成形体を、形崩れすることなく、かつ、位置ずれの無い状態で、基体成形用の第１の金型部材の内面に配置するのは難しい。
また、これに続いて、他方側に配置された基体成形用の第２の金型部材と、通電部用成形体の他方側の表面との間に構成されるキャビティに、基体用混合物を充填して第１基体成形体を成形する。このとき、第１の金型部材に配置された通電部用成形体は、この第１の金型部材に密着しているとは限らず、通電部用成形体の一部、特に、Ｕ字状の曲げ返し部が、第１の金型部材から浮き上がって配置される場合がある。このような状態で、基体用混合物を充填した場合には、曲げ返し部が偏った状態で、通電部用成形体及び第１基体成形体が成形されてしまう。
このように、通電部用成形体と第１基体成形体との間の位置ずれや、通電部用成形体の形崩れ、通電部用成形体の曲げ返し部の偏りなどが生じたものを用いて、セラミックヒータを形成しても、発熱抵抗体の発熱性能が低下したり、絶縁基体の絶縁性能が低下したりして、セラミックヒータの本来の性能を発揮できない虞があった。

【0005】

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、絶縁性セラミックからなる絶縁基体と、この絶縁基体内に埋設され導電性セラミックからなる発熱抵抗体とを備え、信頼性の高いセラミックヒータの製造方法、セラミックヒータを有するグロープラグの製造方法、セラミックヒータ及びこれを有するグロープラグ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】

【0006】

その態様は、絶縁性セラミックからなり、軸線に沿って延びる形状を有する絶縁基体と、この絶縁基体内に埋設され、導電性セラミックからなる発熱抵抗体であって、上記絶縁基体の先端部内に配置され、上記軸線に沿う軸線方向のうち先端方向に曲げ返し部を向けたＵ字状をなし、通電により発熱する発熱部、及び、この発熱部の両端から、上記軸線方向のうち上記先端方向とは逆の基端方向に向けて延びるリード部を有する発熱抵抗体と、を備えるセラミックヒータの製造方法であって、第１絶縁性セラミック粉末を含み、焼成により上記絶縁基体の一部となる第１成形体を成形する第１成形体成形工程と、導電性セラミック粉末を含み、焼成により上記発熱抵抗体となる未焼成発熱抵抗体を成形する抵抗体成形工程と、第２絶縁性セラミック粉末を含み、焼成により上記絶縁基体の残部となる第２成形体を成形する第２成形体成形工程と、を備え、上記抵抗体成形工程は、上記未焼成発熱抵抗体を成形する際の抵抗体成形型の一部に、上記第１成形体を用いて、射出成形法により、上記未焼成発熱抵抗体を上記第１成形体と一体に成形し、上記第２成形体成形工程は、上記第２成形体を成形する際の第２成形体成形型の一部に、上記第１成形体及び上記未焼成発熱抵抗体を用いて、上記第２成形体を上記第１成形体及び上記未焼成発熱抵抗体と一体に成形し、前記第１成形体成形工程は、前記第１成形体に、前記未焼成発熱抵抗体の形態に適合した凹部を形成するセラミックヒータの製造方法である。

【0007】

このセラミックヒータの製造方法では、予め第１成形体成形工程で、焼成により絶縁基体の一部となる第１成形体を成形しておき、抵抗体成形工程では、焼成により発熱抵抗体となる未焼成発熱抵抗体を成形する際の抵抗体成形型の一部に、第１成形体を用いる。さらに、第２成形体成形工程では、焼成により絶縁基体の残部となる第２成形体を成形する際の第２成形体成形型の一部に、第１成形体及び未焼成発熱抵抗体を用いる。これにより、未焼成発熱抵抗体は第１成形体を基準に成形され、さらに、第２成形体は、第１成形体及び未焼成発熱抵抗体を基準に成形される。このため、第１成形体と未焼成発熱抵抗体と第２成形体のそれぞれの間で位置ずれが生じにくい。また、先に第１成形体を成形し、この第１成形体を抵抗体成形型の一部として、未焼成発熱抵抗体を成形するので、未焼成発熱抵抗体を配置する際の形崩れの問題も生じない。また、未焼成発熱抵抗体は、第１成形体と一体に成形されるので、未焼成発熱抵抗体が金型から浮いてしまう問題も生じない。従って、従来の製造方法と比して、発熱性能の低下や絶縁性能の低下を生じにくい、信頼性の高いセラミックヒータを製造することができる。

【0008】

加えて、抵抗体成形工程において、抵抗体成形型の一部に、第１成形体を用いて、未焼成発熱抵抗体を射出成形法により成形するので、未焼成発熱抵抗体の成形型のうち、一部（第１成形体に相当する部分）の金型を作製する必要がない。
このため、前述の従来技術に比して、セラミックヒータを容易かつ安価に製造することができる。
さらに、このセラミックヒータの製造方法では、第１成形体成形工程で、第１成形体に、未焼成発熱抵抗体の形態に適合した凹部を形成する。これにより、抵抗体成形工程では、抵抗体成形型の一部に、この第１成形体の凹部を用いて、未焼成発熱抵抗体を成形することができる。このため、未焼成発熱抵抗体を第１成形体と確実に一体化できるとともに、未焼成発熱抵抗体と第１成形体との位置ずれもより生じにくい。従って、さらに性能の低下を生じにくく、信頼性の高いセラミックヒータを製造することができる。

【0009】

なお、「セラミックヒータ」としては、例えば、グロープラグに用いるセラミックヒータや、ガスセンサのセンサ部を加熱するのに用いるセラミックヒータなどが挙げられる。
また、「軸線に沿って延びる形状を有する絶縁基体」の形態としては、例えば、円柱状、楕円柱状、長円柱状、四角柱などの多角柱状などが挙げられる。但し、一部にくびれ部分や径大部分を有するものであっても良い。

【0010】

なお、第１成形体成形工程で成形する第１成形体及び第２成形体成形工程で成形する第２成形体の成形方法は、射出成形法でも良いし、それ以外の方法、例えば、粉末プレス、スリップキャスティングなどの方法を用いても良い。
また、第１成形体を構成する第１絶縁性セラミック粉末と第２成形体を構成する第２絶縁性セラミック粉末とは、同一の粉末を用いても良いし、製法や成分が異なる粉末を用いても良い。

【0013】

更に、上述のセラミックヒータの製造方法であって、前記抵抗体成形工程は、前記抵抗体成形型が構成する抵抗体用キャビティ内に、その基端から先端に向けて、前記導電性セラミック粉末を含む発熱体用混合物を射出して、前記未焼成発熱抵抗体を成形するセラミックヒータの製造方法とすると良い。

【0014】

射出された発熱体用混合物は、射出直後は高温であるが、抵抗体用キャビティ内を移動した後は、比較的低温となる。一方、抵抗体成形型が構成する抵抗体用キャビティは、金型の他に、第１成形体がその一部を構成している。従って、第１成形体成形工程で成形された第１成形体は、その後の抵抗体成形工程において、高温とされた発熱体用混合物によって、表面の一部が溶ける場合があり、射出直後の射出口付近でそれが顕著となる。ところで、第１成形体の表面の一部が溶けると、この第１成形体をなす第１絶縁性セラミック粉末が、成形された未焼成発熱抵抗体中に膜状（断面においてヒゲ状）をなして巻き込まれることがある。これにより、焼成後のセラミックヒータの発熱抵抗体中に、絶縁性セラミックが膜状に延びた膜状絶縁性セラミック部が形成されうる。この膜状絶縁性セラミック部は、セラミックヒータの絶縁性能を低下させる危険性は無い。しかし、曲げ返し部を含む発熱部内に、膜状絶縁性セラミック部が形成されている場合は、セラミックヒータの発熱性能に影響する虞がある。

【0015】

これに対し、このセラミックヒータの製造方法では、抵抗体用キャビティ内に、その基端から先端に向けて、発熱体用混合物を射出している。これにより、未焼成発熱抵抗体のうち、焼成前の曲げ返し部（以下、未焼成曲げ返し部）付近では、発熱体用混合物は比較的低温となるので、第１成形体の表面が溶けにくく、未焼成曲げ返し部中に第１絶縁性セラミック粉末が膜状に巻き込まれにくい。従って、焼成後のセラミックヒータの発熱性能の低下を抑制できる。

【0016】

更に、上述のセラミックヒータの製造方法であって、前記第１成形体成形工程は、前記第１成形体に、前記未焼成発熱抵抗体との接合面を形成する抵抗体側金型と、上記第１成形体のうち、焼成により前記絶縁基体の外周面の一部となる部位を形成する外側金型と、を用いて、上記第１成形体を成形し、前記抵抗体成形工程は、成形した上記第１成形体を上記外側金型内に配置した状態で、上記外側金型及び上記第１成形体を前記抵抗体成形型の一部として用いて、上記未焼成発熱抵抗体を成形し、前記第２成形体成形工程は、上記未焼成発熱抵抗体及びこれと一体化した上記第１成形体を上記外側金型内に配置した状態で、上記外側金型、上記第１成形体及び上記未焼成発熱抵抗体を前記第２成形体成形型の一部として用いて、前記第２成形体を成形するセラミックヒータの製造方法とすると良い。

【0017】

このセラミックヒータの製造方法では、外側金型を、第１成形体成形工程、抵抗体成形工程、及び第２成形体成形工程のいずれの工程でも用いる。これにより、第１成形体を成形した後に、外側金型を交換せずに、未焼成発熱抵抗体及び第２成形体を成形できるので、金型交換に伴う位置ずれが生じない。また、金型交換に要する工数を削減できると共に、必要とする金型を少なくできるので、セラミックヒータを容易かつ安価に製造することができる。

【0018】

更に、上述のセラミックヒータの製造方法であって、前記第１成形体成形工程は、射出成形法により、前記第１成形体を成形し、前記第２成形体成形工程は、射出成形法により、前記第２成形体を成形するセラミックヒータの製造方法とすると良い。

【0019】

このセラミックヒータの製造方法では、未焼成発熱抵抗体に加えて、第１成形体及び第２成形体も射出成形法により成形する。このため、第１成形体、未焼成発熱抵抗体及び第２成形体の全てで、射出成形法を用いることとなり、製造設備の共通化やコストダウンを図ることができる。

【0020】

更に、上述のセラミックヒータの製造方法であって、前記第２成形体成形工程は、前記第２成形体成形型が構成する第２成形体用キャビティ内に、その基端から先端に向けて、前記第２絶縁性セラミック粉末を含む第２基体用混合物を射出して、前記第２成形体を成形するセラミックヒータの製造方法とすると良い。

【0021】

前述の通り、抵抗体成形工程では、高温とされた発熱体用混合物により、第１成形体の表面の一部が溶ける場合があった。一方、第２成形体成形工程においても、高温の第２基体用混合物を射出するので、この第２基体用混合物により、第１成形体及び未焼成発熱抵抗体の表面の一部が溶ける場合がある。この場合も、未焼成曲げ返し部付近でこれが起きると、焼成後の発熱抵抗体の性能が低下する虞がある。
そこで、このセラミックヒータの製造方法では、第２成形体成形工程で、第２成形体用キャビティ内に、その基端から先端に向けて、第２基体用混合物を射出して、第２成形体を成形している。これにより、第２成形体成形工程において、高温とされた第２基体用混合物により、未焼成発熱抵抗体の未焼成曲げ返し部及びこの付近の第１成形体の表面が溶けだすおそれを小さくできる。従って、焼成後のセラミックヒータの性能の低下を抑制できる。

【0022】

他の態様は、絶縁性セラミックからなり、軸線に沿って延びる形状を有する絶縁基体と、この絶縁基体内に埋設され、導電性セラミックからなる発熱抵抗体であって、上記絶縁基体の先端部内に配置され、上記軸線に沿う軸線方向のうち先端方向に曲げ返し部を向けたＵ字状をなし、通電により発熱する発熱部、及び、この発熱部の両端から、上記軸線方向のうち上記先端方向とは逆の基端方向に向けて延びるリード部を有する発熱抵抗体と、を備えるグロープラグ用のセラミックヒータを有するグロープラグの製造方法であって、上記のいずれかに記載のセラミックヒータの製造方法により、上記セラミックヒータを製造するヒータ製造工程と、上記セラミックヒータを用いて、上記グロープラグを組み立てるプラグ組立工程と、を備えるグロープラグの製造方法である。

【0023】

このグロープラグの製造方法では、ヒータ製造工程で得た、信頼性が高く、良好な特性を有するセラミックヒータを用いてグロープラグを製造するので、グロープラグにおいても、良好な特性を得ることができる。

【0024】

他の態様は、セラミックヒータであって、絶縁性セラミックからなり、軸線に沿って延びる形状を有する絶縁基体と、この絶縁基体内に埋設され、導電性セラミックからなる発熱抵抗体であって、上記絶縁基体の先端部内に配置され、上記軸線に沿う軸線方向のうち先端方向に曲げ返し部を向けたＵ字状をなし、通電により発熱する発熱部、及び、この発熱部の両端から、上記軸線方向のうち上記先端方向とは逆の基端方向に向けて延びるリード部を有する発熱抵抗体と、を備え、上記発熱抵抗体の上記リード部は、これに接する絶縁基体から、上記絶縁性セラミックが上記リード部内に膜状に延びる膜状絶縁性セラミック部を有するセラミックヒータである。

【0025】

リード部内に膜状絶縁性セラミック部を備えるセラミックヒータは、焼成前の成形過程において、絶縁性セラミックの粉末を含む第１成形体を予め成形した後、これに接するように、導電性セラミックの粉末を含む未焼成発熱抵抗体を射出成形することにより、製造される。
一方、この成形順序を採用したヒータとは、逆の順序で成形した場合、即ち、従来のように、未焼成発熱抵抗体を成形した後に第１成形体を成形した場合には、リード部内に膜状絶縁性セラミック部は形成されない。この場合は、未焼成発熱抵抗体の表面の一部が第１成形体内に溶け出すことにより、絶縁基体のうち、第１成形体に対応する部位内に、膜状の導電性セラミック部ができる。
従って、膜状絶縁性セラミック部を有するヒータは、第１成形体を予め成形した後に、未焼成発熱抵抗体を成形したものであり、前述の通り、この成形順序を採用することにより、性能が良好な信頼性の高いセラミックヒータが得られる。

【0026】

他の態様は、上記に記載のセラミックヒータを備えるグロープラグである。

【0027】

このグロープラグでは、信頼性の高いセラミックヒータを備えており、グロープラグ自身も信頼性を高くできる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】実施形態に係るグロープラグの縦断面図である。

【図2】実施形態に係るセラミックヒータの縦断面図である。

【図3】実施形態に係るセラミックヒータの図２と直交する方向から見た縦断面図である。

【図4】実施形態に係るセラミックヒータの製造方法のうち、第１成形体成形工程を説明する説明図である。

【図5】実施形態に係るセラミックヒータの製造方法のうち、抵抗体成形工程を説明する説明図である。

【図6】実施形態に係るセラミックヒータの製造方法のうち、第２成形体成形工程を説明する説明図である。

【図7】実施形態に係る焼成前のセラミックヒータの縦断面図である。

【図8】実施形態に係るセラミックヒータの横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に、本実施形態に係るセラミックヒータ２を用いたグロープラグ１の縦断面図を示す。
本実施形態に係るグロープラグ１は、図１に示すように、その軸線ＡＸに沿う軸線方向ＨＪのうち先端方向ＨＳ（図１において下方）に、通電により発熱するセラミックヒータ２を有する。
また、このセラミックヒータ２の基端側の部位を保持する筒状の主体金具３を有する。
この主体金具３は、自身の先端方向ＨＳに位置し、セラミックヒータ２を保持するヒータ保持部材４と、このヒータ保持部材４の基端方向ＨＫに位置する主体金具本体５とから構成されている。
このうち主体金具本体５は、軸線ＡＸに沿って基端部５ｋから先端部５ｓまで延びる筒状をなしている。主体金具本体５の基端部５ｋには、六角断面形状の工具係合部５ｅが形成されている。また、主体金具本体５のうち、工具係合部５ｅよりも先端側の外周には、取付用のねじ部５ｆが形成されている。

【0030】

この主体金具本体５の内側には、その基端方向ＨＫから、セラミックヒータ２に電力を供給するための棒状の金属端子軸６が、絶縁ブッシュ７を介して主体金具本体５と電気的に絶縁した状態で配置されている。

【0031】

ヒータ保持部材４は、筒状をなし、その基端部４ｋが主体金具本体５の先端部５ｓに溶接されている。このヒータ保持部材４には、前述のセラミックヒータ２の基端側の部位が挿入され固定されている。具体的には、セラミックヒータ２は、先端部２ｓ及び基端部２ｋがそれぞれヒータ保持部材４から突出するようにして、ヒータ保持部材４内に圧入されて、これに保持されている。

【0032】

主体金具本体５に挿通された金属端子軸６の基端部６ｋは、主体金具本体５よりも基端方向ＨＫに突出して配置されている。そして、この基端部６ｋには、前述の絶縁ブッシュ７を介して端子金具８が取り付けられている。
一方、金属端子軸６の先端部６ｓは、筒状の接続リング９に挿入されて、これに溶接されている。また、この接続リング９には、他方でセラミックヒータ２の基端部２ｋが圧入され、基端部２ｋに設けられた一方の電極部１８（図１では不図示。図２を参照）が、接続リング９に電気的に接続されている。これにより、セラミックヒータ２の一方の電極部１８と、金属端子軸６とが電気的に接続されている。なお、セラミックヒータ２のもう一方の電極部１９（図１では不図示。図２を参照）は、セラミックヒータ２を保持するヒータ保持部材４、従って、主体金具３に電気的に接続されている。

【0033】

次に、本実施形態に係るセラミックヒータ２について説明する。図２及び図３に、セラミックヒータ２の縦断面図を示す。

【0034】

セラミックヒータ２は、図２及び図３に示すように、軸線ＡＸに沿って基端部２ｋ（図２及び図３の右側。図１では上側）から先端部２ｓ（図２及び図３の左側。図１では下側）まで延びる円柱状をなす。そして、このセラミックヒータ２は、外形が円柱状をなす絶縁基体１０の中に、通電によって発熱する発熱抵抗体１１が埋設されたものである。

【0035】

このうち絶縁基体１０は、絶縁性セラミック（具体的には、窒化珪素質セラミック）からなる。この絶縁基体１０は、セラミックヒータ２の基端部２ｋに対応した基端部１０ｋから、セラミックヒータ２の先端部２ｓに対応した先端部１０ｓまで、軸線ＡＸ方向に延びている。なお、先端部２ｓは、円柱角部がＲ面取りされている。

【0036】

絶縁基体１０に埋設された発熱抵抗体１１は、発熱部１２と、これに繋がる一対のリード部１４，１５とから一体的に構成されている。この発熱抵抗体１１は、導電性セラミック（具体的には、導電成分として炭化タングステンを含有する窒化珪素質セラミック）から形成されている。

【0037】

このうち発熱部１２は、絶縁基体１０の先端部１０ｓ内に配置され、曲げ返し部１３を軸線ＡＸに沿う軸線方向ＨＪのうち先端方向ＨＳに向けたＵ字状をなしており、通電により発熱する部分となる。
また、一対のリード部１４，１５は、発熱部１２の両端１２ａ，１２ｂから、軸線方向ＨＪのうち先端方向ＨＳとは逆の基端方向ＨＫに向けて、互いに平行に延びている。
発熱抵抗体１１の一方のリード部１４は、絶縁基体１０の基端部１０ｋ付近に位置し、絶縁基体１０の外周面１０ｇに露出して、接続リング９と電気的に接続する電極部１８を有している。また、他方のリード部１５は、電極部１８よりもやや先端方向ＨＳに位置し、絶縁基体１０の外周面１０ｇに露出して、ヒータ保持部材４と電気的に接続する電極部１９を有している。また、電極部１８，１９は、それぞれ軸線ＡＸから見て、軸線方向ＨＪに直交し且つリード部１４，１５が平行に並ぶ平行方向ＨＨの外側に向けて延びている（図２参照）。なお、図２と直交する方向から見た図３では、電極部１８，１９の記載を省略している。

【0038】

次に、本実施形態に係るセラミックヒータ２及びグロープラグ１の製造方法について説明する（図４〜図６参照）。
まず、第１成形体成形工程について図４を参照して説明する。この工程では、抵抗体側金型３０と外側金型３１を用いて、焼成により絶縁基体１０の一部となる第１成形体３５を成形する。

【0039】

このうち、図４中、下方に配置された外側金型３１は、焼成により絶縁基体１０の外周面１０ｇの一部となる第１成形体３５の外周面３９（図４中、下側面）を形成する金型である。
一方、図４中、上方に配置された抵抗体側金型３０は、焼成により発熱抵抗体１１となる未焼成発熱抵抗体４４のうち、その一方側の部位（図３に示す発熱抵抗体１１の概略下側半分の部位）の外形に適合した凹部３８を、第１成形体３５に形成する金型である。
なお、抵抗体側金型３０は、この凹部３８の形状に対応した凸部を有している。

【0040】

そして、これら抵抗体側金型３０と外側金型３１とを組み合わせることにより、２つの金型３０，３１の間に第１成形体用キャビティＣＡを構成する。また、外側金型３１のうち、第１成形体用キャビティＣＡの先端側ＧＳ（図４中、左側）には、充填口３２、ゲート３４、及び、これらを結び次述する第１基体用混合物ＫＫ１の通り道となる射出路ＳＡを形成してある。

【0041】

次いで、図示しない射出装置を用いて、第１絶縁性セラミック粉末（主として窒化珪素質セラミック粉末）及び第１バインダを混合した第１基体用混合物ＫＫ１を加熱して流動体とした上で、充填口３２から第１成形体用キャビティＣＡに向けて射出する。このようにして射出成形法によって、第１成形体用キャビティＣＡ内に、その先端ＣＡＳから基端ＣＡＫに向けて、第１基体用混合物ＫＫ１を射出、充填して、凹部３８と半円筒状の外周面３９を有する第１成形体３５を成形する。この際、第１成形体３５の成形と共に、充填口３２からゲート３４までの射出路ＳＡには、第１成形体ランナ３３が形成される。

【0042】

次に、抵抗体成形工程について図５を参照して説明する。この工程では、まず外側金型３１の内側に、先の第１成形体成形工程で成形した第１成形体３５を残したままとする一方、抵抗体側金型３０に代えて抵抗体成形金型４０を用いる。図５中、上方に配置された抵抗体成形金型４０は、未焼成発熱抵抗体４４のうち他方側の外形（図３に示す発熱抵抗体１１の概略上側半分）を形成する金型である。
そして、この抵抗体成形金型４０と外側金型３１とを組み合わせると共に、先に成形した第１成形体３５を抵抗体成形型の一部として用いることにより、第１成形体３５に形成した凹部３８と抵抗体成形金型４０との間に抵抗体用キャビティＣＢを構成する。また、抵抗体成形金型４０のうち、抵抗体用キャビティＣＢの基端側ＧＫ（図５中、右側）には、充填口４１、ゲート４３、及び、これらを結び次述する発熱体用混合物ＫＨの通り道となる射出路ＳＢを形成してある。

【0043】

次いで、図示しない射出装置を用いて、導電性セラミック粉末（導電成分として炭化タングステン粉末を含有する窒化珪素質セラミック粉末）及び第２バインダを混合した発熱体用混合物ＫＨを加熱して流動体とした上で、充填口４１から抵抗体用キャビティＣＢに向けて射出する。このようにして射出成形法によって、抵抗体用キャビティＣＢ内に、その基端ＣＢＫから先端ＣＢＳに向けて、発熱体用混合物ＫＨを射出、充填して、未焼成発熱抵抗体４４を第１成形体３５と一体に成形する。また、未焼成発熱抵抗体４４の成形と共に、充填口４１からゲート４３までの射出路ＳＢには、抵抗体ランナ４２が形成される。

【0044】

これによって、未焼成発熱抵抗体４４は、第１成形体３５に概略半分（図５中、下側）が埋められて、残り（図５中、上側）が第１成形体３５から露出かつ突出した形態に成形される。また、この未焼成発熱抵抗体４４は、焼成によりリード部１４，１５となる未焼成リード部５３，５４を有し、先端側ＧＳには、焼成により発熱抵抗体１１の曲げ返し部１３となる未焼成曲げ返し部４５を有する。なお、高温とされた発熱体用混合物ＫＨによって、未焼成発熱抵抗体４４内には、抵抗体成形型の一部として用いた第１成形体３５の表面の一部が溶けて、この第１成形体３５をなす第１絶縁性セラミック粉末が、膜状（断面においてヒゲ状）をなして巻き込まれる場合がある。このため、焼成後のセラミックヒータ２の発熱抵抗体１１中には、絶縁基体１０から絶縁性セラミックが膜状に延びた膜状絶縁性セラミック部７０が形成されることがある（図８参照）。ただし、本実施形態では、抵抗体用キャビティＣＢ内に、その基端ＣＢＫから先端ＣＢＳに向けて、発熱体用混合物ＫＨを射出しているので、焼成前の未焼成発熱抵抗体４４のうち、先端側ＧＳの未焼成曲げ返し部４５付近では、発熱体用混合物ＫＨが比較的低温となる。このため、焼成後の発熱抵抗体１１のうち、リード部１４，１５に比べて、曲げ返し部１３を含む発熱部１２には、上述の膜状絶縁性セラミック部７０は、形成されにくい。

【0045】

その後、ランナ除去工程で、次の第２成形体成形工程の前に、抵抗体ランナ４２と第１成形体ランナ３３とを、ゲート４３及びゲート３４の部分から折り取って除去する。

【0046】

次に、第２成形体成形工程について図６を参照して説明する。この工程では、まず互いに一体となった第１成形体３５と未焼成発熱抵抗体４４とを外側金型３１に残したまま、抵抗体成形金型４０に代えて第２成形体金型６０を用いる。図６中、上方に配置された第２成形体金型６０は、焼成後に絶縁基体１０の残部となる第２成形体６４の外周面を形成する金型である。
そして、この第２成形体金型６０と外側金型３１とを組み合わせると共に、先に成形した第１成形体３５及び未焼成発熱抵抗体４４を第２成形体成形型の一部として用いることにより、これら第１成形体３５及び未焼成発熱抵抗体４４と第２成形体金型６０との間に第２成形体用キャビティＣＣを構成する。また、第２成形体金型６０のうち、第２成形体用キャビティＣＣの基端側ＧＫ（図６中、右側）には、充填口６１、ゲート６３、及び、これらを結び次述する第２基体用混合物ＫＫ２の通り道となる射出路ＳＣを形成してある。

【0047】

次いで、図示しない射出装置を用いて、第２絶縁性セラミック粉末（主として窒化珪素質セラミック粉末）及び第３バインダを混合した第２基体用混合物ＫＫ２を加熱して流動体とした上で、充填口６１から第２成形体用キャビティＣＣに向けて射出する。このようにして射出成形法によって、第２成形体用キャビティＣＣ内に、その基端ＣＣＫから先端ＣＣＳに向けて、第２基体用混合物ＫＫ２を射出、充填して、第２成形体６４を第１成形体３５及び未焼成発熱抵抗体４４と一体に成形する。また、第２成形体６４の成形と共に、充填口６１からゲート６３までの射出路ＳＣには、第２成形体ランナ６２が形成される。なお、本実施形態では、第１基体用混合物ＫＫ１と第２基体用混合物ＫＫ２は、同じ成分の絶縁性セラミック粉末及びバインダで構成されている。即ち、第１絶縁性セラミック粉末と第２絶縁性セラミック粉末、第１バインダと第３バインダは、それぞれ同じ成分で構成されている。

【0048】

この後、第２成形体ランナ６２を除去した、第１成形体３５、未焼成発熱抵抗体４４及び第２成形体６４からなる一体成形物６５（図７参照）を、公知の焼成工程によって焼成することにより、セラミックヒータ２を製造する。

【0049】

さらに、このセラミックヒータ２とは別に、図１に示すグロープラグ１を構成する各部材（ヒータ保持部材４、主体金具本体５、金属端子軸６、など）を用意する。そして、公知のプラグ製造工程によって、これらの各部材を組み立てることにより、グロープラグ１が完成する。

【0050】

以上で説明したように、本実施形態のセラミックヒータの製造方法では、第１成形体成形工程で、予め第１成形体３５を成形しておき、抵抗体成形工程では、未焼成発熱抵抗体４４を成形する際の抵抗体成形型の一部に、第１成形体３５を用いている。さらに、第２成形体成形工程では、第２成形体６４を成形する際の第２成形体成形型の一部に、第１成形体３５及び未焼成発熱抵抗体４４を用いている。これにより、未焼成発熱抵抗体４４は第１成形体３５を基準に成形され、さらに、第２成形体６４は、第１成形体３５及び未焼成発熱抵抗体４４を基準に成形される。このため、第１成形体３５と未焼成発熱抵抗体４４と第２成形体６４のそれぞれの間で位置ずれが生じにくい。また、先に第１成形体３５を成形し、この第１成形体３５を抵抗体成形型の一部として、未焼成発熱抵抗体４４を成形するので、未焼成発熱抵抗体４４を配置する際の形崩れの問題も生じない。また、未焼成発熱抵抗体４４は、第１成形体３５と一体に成形されるので、未焼成発熱抵抗体４４が金型から浮いてしまう問題も生じない。従って、従来の製造方法と比して、発熱性能の低下や絶縁性能の低下を生じにくい、信頼性の高いセラミックヒータ２を製造することができる。

【0051】

加えて、本実施形態では、抵抗体成形工程において、抵抗体成形型の一部に、第１成形体３５を用いて、未焼成発熱抵抗体４４を射出成形法により成形するので、未焼成発熱抵抗体４４の成形型のうち、一部（第１成形体３５に相当する部分）の金型を作製する必要がない。
このため、前述の従来技術に比して、セラミックヒータを容易かつ安価に製造することができる。

【0052】

また、本実施形態では、第１成形体成形工程で、第１成形体３５に、未焼成発熱抵抗体４４の形態に適合した凹部３８を形成している。これにより、抵抗体成形工程では、抵抗体成形型の一部に、この第１成形体３５の凹部３８を用いて、未焼成発熱抵抗体４４を成形することができる。このため、未焼成発熱抵抗体４４を第１成形体３５と確実に一体化できるとともに、未焼成発熱抵抗体４４と第１成形体３５との位置ずれもより生じにくい。従って、さらに性能の低下を生じにくく、信頼性の高いセラミックヒータ２を製造することができる。

【0053】

焼成後のセラミックヒータ２の発熱抵抗体１１中に、絶縁性セラミックが膜状に延びた膜状絶縁性セラミック部７０が形成されることがある。この膜状絶縁性セラミック部７０は、セラミックヒータ２の絶縁性能を低下させる危険性は無いが、曲げ返し部１３を含む発熱部１２内に、膜状絶縁性セラミック部７０が形成されると、セラミックヒータ２の発熱性能に影響する虞がある。
これに対し、本実施形態では、抵抗体成形工程で、抵抗体成形型が構成する抵抗体用キャビティＣＢ内に、その基端ＣＢＫから先端ＣＢＳに向けて、発熱体用混合物ＫＨを射出して、未焼成発熱抵抗体４４を成形している。
これにより、未焼成発熱抵抗体４４の未焼成曲げ返し部４５付近では、発熱体用混合物ＫＨは比較的低温となるので、第１成形体３５の表面が溶けにくく、未焼成曲げ返し部４５中に第１絶縁性セラミック粉末が膜状に巻き込まれにくい。従って、焼成後のセラミックヒータ２の発熱性能の低下を抑制できる。

【0054】

また、本実施形態では、外側金型３１を、第１成形体成形工程、抵抗体成形工程、及び第２成形体成形工程のいずれの工程でも用いている。これにより、第１成形体３５を成形した後に、外側金型３１を交換せずに、未焼成発熱抵抗体４４及び第２成形体６４を成形できるので、金型交換に伴う位置ずれが生じない。また、金型交換に要する工数を削減できると共に、必要とする金型を少なくできるので、セラミックヒータ２を容易かつ安価に製造することができる。

【0055】

また、本実施形態では、未焼成発熱抵抗体４４に加えて、第１成形体３５及び第２成形体６４も射出成形法により成形している。このため、第１成形体３５、未焼成発熱抵抗体４４及び第２成形体６４の全てで、射出成形法を用いることととなり、製造設備の共通化やコストダウンを図ることができる。

【0056】

また、本実施形態では、第２成形体成形工程で、第２成形体成形型が構成する第２成形体用キャビティＣＣ内に、その基端ＣＣＫから先端ＣＣＳに向けて、第２基体用混合物ＫＫ２を射出して、第２成形体６４を成形している。このため、第２成形体成形工程において、高温とされた第２基体用混合物ＫＫ２により、未焼成発熱抵抗体４４の未焼成曲げ返し部４５及びこの付近の第１成形体３５の表面が溶けだすおそれを小さくできる。従って、焼成後のセラミックヒータ２の性能の低下を抑制できる。

【0057】

また、本実施形態に係るグロープラグ１の製造方向では、ヒータ製造工程で製造した、信頼性が高く、良好な特性を有するセラミックヒータ２を用いることができるので、グロープラグ１も、良好な特性を得ることができる。

【0058】

リード部１４，１５内に膜状絶縁性セラミック部７０を有するセラミックヒータ２は、焼成前の成形過程において、絶縁性セラミックの粉末を含む第１成形体３５を予め成形した後、これに接するように、導電性セラミックの粉末を含む未焼成発熱抵抗体４４を射出成形することにより、製造される。
そして、この成形順序を採用した本実施形態のセラミックヒータ２では、これとは逆の順序で成形した従来のヒータに比して、性能が良好な信頼性の高いセラミックヒータ２が得られる。

【0059】

また、本実施形態に係るグロープラグ１では、このような信頼性の高いセラミックヒータ２を備えているので、グロープラグ１自身も信頼性を高くできる。

【0060】

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、上述の実施形態では、セラミックヒータ２及び絶縁基体１０の外形を円柱状としたが、この他に、楕円柱状、長円柱状、四角柱などの多角柱状などでも良く、一部にくびれ部分や径大部分を有するものであっても良い。
また、上述の実施形態では、未焼成発熱抵抗体４４のほか、第１成形体３５及び第２成形体６４も射出成形法により、成形したが、第１成形体３５及び第２成形体６４の成形方法は、粉末プレス、スリップキャスティングなどの射出成形法以外の成形方法を用いても良い。
また、上述の実施形態では、第１基体用混合物ＫＫ１及び第２基体用混合物ＫＫ２を共に、同じ絶縁性セラミック粉末（主として窒化珪素質セラミック粉末）及びバインダからなる構成とした。しかし、用いる絶縁性セラミック粉末は、同一の粉末を用いても良いし、製法や成分が異なる粉末を用いても良い。

【符号の説明】

【0061】

ＡＸ 軸線
１ グロープラグ
２ セラミックヒータ
２ｋ （セラミックヒータの）基端部
２ｓ （セラミックヒータの）先端部
１０ 絶縁基体
１０ｋ （絶縁基体の）基端部
１０ｓ （絶縁基体の）先端部
１０ｇ 絶縁基体の外周面
ＨＪ 軸線方向
ＨＳ 先端方向
ＨＫ 基端方向
ＨＨ 平行方向
ＧＳ 先端側
ＧＫ 基端側
１１ 発熱抵抗体
１２ 発熱部
１３ 曲げ返し部
１４，１５ リード部
１８，１９ 電極部
３０ 抵抗体側金型
３１ 外側金型
３３ 第１成形体ランナ
３４ ゲート
３５ 第１成形体
ＣＡ 第１成形体用キャビティ
ＣＡＳ （第１成形体用キャビティの）先端
ＣＡＫ （第１成形体用キャビティの）基端
３８ 凹部
３９ 第１成形体の外周面
ＫＫ１ 第１基体用混合物
４０ 抵抗体成形金型
４２ 抵抗体ランナ
４３ ゲート
４４ 未焼成発熱抵抗体
４５ 未焼成曲げ返し部
ＣＢ 抵抗体用キャビティ
ＣＢＳ （抵抗体用キャビティの）先端
ＣＢＫ （抵抗体用キャビティの）基端
ＫＨ 発熱体用混合物
６４ 第２成形体
ＣＣ 第２成形体用キャビティ
ＣＣＳ （第２成形体用キャビティの）先端
ＣＣＫ （第２成形体用キャビティの）基端
ＫＫ２ 第２基体用混合物
６５ 一体成形物
７０ 膜状絶縁性セラミック部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】