JP6697271B2 - セラミックグロープラグ - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の始動のために用いられるセラミックグロープラグに関する。

従来、ディーゼルエンジンにおいては、低温時の燃料の着火を補助するために、グロープラグが用いられる。具体的には、グロープラグによって燃焼室が昇温されることにより、低温時にもディーゼルエンジンの始動が可能となる。このようなグロープラグとして、金属外筒に、発熱体が埋設された棒状のセラミックヒータが嵌め込まれて保持されたセラミックグロープラグが広く用いられている。

なお、金属外筒にセラミックヒータを保持させる構成としては、セラミックヒータと金属外筒との間にロウ材を配置させ、セラミックヒータと金属外筒とをロウ付けにより接合した構成（特許文献１）や、セラミックヒータを金属外筒に圧入し、セラミックヒータと金属外筒とが締まり嵌めにより固定された構成（特許文献２）が知られている。

特開２００４−２８４１３号公報 特開２００２−３６４８４２号公報

ところで、熱膨張に起因した、金属外筒とセラミックヒータとの体積膨張差により、セラミックヒータ内に埋設された発熱体が断線する虞があった。具体的には、金属外筒とセラミックヒータとの線膨張係数は大きく異なっており、セラミックグロープラグの使用温度において、金属外筒がセラミックヒータに対して軸線方向に大きく伸びる傾向がある。一方、特許文献１や、特許文献２のように、セラミックヒータと金属外筒とはロウ付けや圧入によりセラミックヒータが金属外筒に保持されている構造である。そのため、セラミックヒータのうち金属外筒に保持された保持部に軸線方向に沿う引張応力が発生し、その結果、セラミックヒータ（保持部）内に埋設された発熱体に亀裂が入り断線する虞があった。特に、近年、エンジンの高出力化の影響により、燃焼状態が高温化する傾向となっており、上述のような、熱膨張に起因した金属外筒とセラミックヒータとの体積膨張差がますます大きくなる傾向となっている。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、セラミックヒータが金属外筒に保持されてなるセラミックグロープラグにおいて、セラミックヒータ内の発熱体の断線を抑制することを目的とする。

セラミックグロープラグは、軸線方向に延びるセラミックヒータであり、前記セラミックヒータの先端側から後端側に亘って埋設されてなる発熱体を有する棒状のセラミックヒータと、前記セラミックヒータの先端側を突出させつつ、前記セラミックヒータの周囲を取り囲み、前記セラミックヒータが嵌め込まれてなる筒状の金属外筒と、を備え、
前記セラミックヒータのうち、前記金属外筒に保持されてなる保持部には、前記軸線方向に沿う圧縮応力が付与されていてもよい。

このセラミックグロープラグによれば、セラミックヒータのうち、金属外筒に保持されてなる保持部には、軸線方向に沿う圧縮応力が付与されている。これにより、エンジンの燃焼状態が高温化によって、金属外筒とセラミックヒータとの体積膨張差がますます大きくなる傾向となったとしても、セラミックヒータの保持部内に埋設された発熱体が断線することを抑制できる。これは、セラミックヒータの保持部に予め圧縮応力を与えておく（残留させておく）ことで、保持部に、金属外筒とセラミックヒータとの体積膨張差に起因する引張応力が発生したとしても、この引張応力と圧縮応力とが互いを打消すことができ、保持部に応力が加わることを抑制できるからである。

また、セラミックグロープラグは、前記保持部の先端側部位よりも先端側には、径方向内側に向かって縮径し、前記金属外筒の内面に対して前記軸線方向に係合可能な段差部、又は先端側に向かうにつれて径方向内側に縮径し、前記金属外筒の内面に対して前記軸線方向に係合可能なテーパ部の何れか一方が設けられていてもよい。このように、保持部の先端側部位よりも先端側に金属外筒に軸線方向に係合可能な段差部又はテーパ部が設けられることで、セラミックヒータが金属外筒に機械的に係合することができ、セラミックヒータの保持部に先端側に向かう引張応力が発生したとしても、段差部又はテーパ部によりセラミックヒータが軸線方向先端側に延びることを抑制でき、保持部に引張応力が加わることを抑制できる。

また、セラミックグロープラグは、前記保持部の後端側部位よりも後端側には、径方向内側に向かって縮径し、前記金属外筒の内面に対して前記軸線方向に係合可能な段差部、又は後端側に向かうにつれて径方向内側に縮径し、前記金属外筒の内面に対して前記軸線方向に係合可能なテーパ部の何れか一方が設けられていてもよい。このように、保持部の後端側部位よりも後端側に金属外筒に軸線方向に係合可能な段差部又はテーパ部が設けられることで、セラミックヒータが金属外筒に機械的に係合することができ、セラミックヒータの保持部に後端側に向かう引張応力が発生したとしても、段差部又はテーパ部によりセラミックヒータが軸線方向後端側に延びることを抑制でき、保持部に引張応力が加わることを抑制できる。

本発明のセラミックグロープラグの製造方法は、軸線方向に延びるセラミックヒータであり、前記セラミックヒータの先端側から後端側に亘って埋設されてなる発熱体を有する棒状のセラミックヒータと、前記セラミックヒータの先端側を突出させつつ、前記セラミックヒータの周囲を取り囲み、前記セラミックヒータが嵌め込まれてなる筒状の金属外筒と、を備えるセラミックグロープラグであり、
前記セラミックヒータを前記金属外筒に挿入すると共に、前記セラミックヒータに固化した環状又はＣ字状のロウ材を嵌め込む配置工程と、前記ロウ材を加熱により溶融させ、その後、冷却により固化させることで、前記セラミックヒータの外表面及び前記金属外筒の内表面に前記ロウ材を介在させて、前記セラミックヒータと前記金属外筒とを接合するロウ付け工程とを有し、前記ロウ付け工程より前の工程において、前記セラミックヒータを前記軸線方向に沿って圧縮し、前記ロウ付け工程後に前記セラミックヒータへの前記圧縮を開放することを特徴とする。

本発明のセラミックグロープラグの製造方法によれば、ロウ付け工程より前の工程において、セラミックヒータを軸線方向に沿って圧縮し、ロウ付け工程後にセラミックヒータへの圧縮を開放している。これにより、ロウ付けにより金属外筒に保持されたセラミックヒータの保持部に圧縮応力が付与された状態となる。そのため、エンジンの燃焼状態が高温化によって、金属外筒とセラミックヒータとの体積膨張差がますます大きくなる傾向となったとしても、セラミックヒータの保持部内に埋設された発熱体が断線することを抑制できる。

本発明のセラミックグロープラグの製造方法は、軸線方向に延びるセラミックヒータであり、前記セラミックヒータの先端側から後端側に亘って埋設されてなる発熱体を有する棒状のセラミックヒータと、前記セラミックヒータの先端側を突出させつつ、前記セラミックヒータの周囲を取り囲み、前記セラミックヒータが嵌め込まれてなる筒状の金属外筒と、を備えるセラミックグロープラグであり、
前記セラミックヒータの外表面及び金属外筒の内表面の少なくとも一方に潤滑剤を配置する潤滑剤配置工程と、前記セラミックヒータを前記金属外筒に圧入する圧入工程と、前記セラミックヒータのうち前記金属外筒に圧入された部位を熱処理する熱処理工程とを有し、前記熱処理工程より前の工程において、前記セラミックヒータを前記軸線方向に沿って圧縮し、前記熱処理工程後に前記セラミックヒータへの前記圧縮を開放することを特徴とする。

本発明のセラミックグロープラグの製造方法によれば、圧入工程より前の工程において、セラミックヒータを軸線方向に沿って圧縮し、圧入工程後にセラミックヒータへの圧縮を開放している。これにより、圧入により金属外筒に保持されたセラミックヒータの保持部に圧縮応力が付与された状態となる。そのため、エンジンの燃焼状態が高温化によって、金属外筒とセラミックヒータとの体積膨張差がますます大きくなる傾向となったとしても、セラミックヒータの保持部内に埋設された発熱体が断線することを抑制できる。

実施形態１、２のセラミックグロープラグ１０、１００の全体断面概略図である。 実施形態１の金属外筒３０とセラミックヒータ４０との断面図である。 実施形態１のセラミックグロープラグ１０の製造方法を表す工程図である。 図３のステップＳ１１０を表す説明図である。 実施形態２の金属外筒３０とセラミックヒータ４０との断面図である。 実施形態２のセラミックグロープラグ１００の製造方法を表す工程図である。 図６のステップＳ２１０を表す説明図である。

図１は、実施形態１のセラミックグロープラグ１０の全体断面概略図である。セラミックグロープラグ１０は、主体金具２０と、金属外筒３０と、セラミックヒータ４０と、リング４５と、中軸５０と、Ｏリング５５と、絶縁部材６０と、端子７０とを備えている。セラミックグロープラグ１０の中心軸Ａｃを、図１において、一点鎖線で示す。

セラミックグロープラグ１０は、主体金具２０においてディーゼルエンジンのシリンダーヘッドに固定される。セラミックグロープラグ１０がシリンダーヘッドに固定された状態において、セラミックグロープラグ１０の先端に位置するセラミックヒータ４０の先端は、ディーゼルエンジンの燃焼室内に露出する。一方、セラミックグロープラグ１０の後端に位置する端子７０には、コード（図示せず）が接続され、電力が供給される。実施形態１の本明細書では、セラミックグロープラグ１０において、セラミックヒータ４０が配されている側の端を「先端」と呼び、端子７０が配されている側の端を「後端」と呼ぶ。

主体金具２０は、略筒状の形状を有する。主体金具２０は、導電性を有する素材で構成される。本実施形態において、主体金具２０は、鉄等の金属で形成される。主体金具２０の内部には、金属外筒３０の一部と、セラミックヒータ４０の一部と、リング４５と、中軸５０の一部と、Ｏリング５５と、絶縁部材６０の一部と、が配置される。

金属外筒３０は、導電性を有する素材で構成される。本実施形態において、外筒３０は、ステンレス鋼等の金属で形成される。金属外筒３０は、主体金具２０の先端に取り付けられる。その結果、外筒３０は、主体金具２０と電気的に接続される。金属外筒３０は、セラミックヒータ４０を保持する。

セラミックヒータ４０は、長手方向の中央近傍の部分Ｐｓを金属外筒３０によって囲まれて、保持されている。セラミックヒータ４０の先端側および後端側は、金属外筒３０から露出している。
セラミックヒータ４０は、発熱体４２と、発熱体４２が埋設された基体４４とを備える。基体４４は窒化珪素等の絶縁体である。発熱体４２は炭化タングステン等の導電性を有するセラミック部材である。発熱体４２は２箇所において基体４４の表面から露出し、一方の箇所４２７において金属外筒３０に電気的に接続されている。また、他方の箇所４２５においてリング４５を介して中軸５０に電気的に接続されている。発熱体４２は、外筒３０や中軸５０を介して電圧を印加されることにより、発熱する。なお、セラミックヒータ４０と金属外筒３０との関係の詳細については、後述する。

リング４５は、両端に開口を有する略筒状の形状を有する。リング４５は、導電性を有する素材で構成される。本実施形態において、リング４５は、ステンレス鋼等の金属で形成される。リング４５は、先端側の開口を通じて空隙内にセラミックヒータ４０の後端部を受け入れ、これを保持している。また、リング４５は、後端側の開口を通じて空隙内に中軸５０の先端部を受け入れ、これを保持している。その結果、セラミックヒータ４０と中軸５０は、リング４５を介して接続される。また、セラミックヒータ４０の発熱体４２は、基体４４の表面から露出している他方の箇所４２５において、リング４５を介して中軸５０に電気的に接続される。

中軸５０は、導電性を有する素材で構成される。本実施形態において、中軸５０は、ステンレス鋼等の金属で形成される。中軸５０は、主体金具２０の内部において、リング４５を介してセラミックヒータ４０の後端側と接続される。その結果、中軸５０は、リング４５を介してセラミックヒータ４０の発熱体４２と電気的に接続される。中軸５０は、絶縁部材６０を介して、主体金具２０に保持される。また、中軸５０は、主体金具２０の内部において、主体金具２０の内壁とは空隙をあけて位置している。その結果、中軸５０と主体金具２０とは、絶縁されている。

Ｏリング５５は、絶縁性の弾性体（例えば、ゴム等）で構成される。Ｏリング５５は、中軸５０の外周であって、絶縁部材６０の先端と接する位置に配される。Ｏリング５５の外周は、主体金具２０の内周面と接する。その結果、主体金具２０の内壁と中軸５０の外周との間の空隙は、後端部側においてＯリング５５によって気密に封止されている。

絶縁部材６０は、絶縁性の樹脂等で構成されており、主体金具２０の後端部において、筒状の主体金具２０の空隙内に一部を配されて、固定されている。絶縁部材６０の後端部は、主体金具２０から露出している。絶縁部材６０は、中軸５０を保持している。中軸５０は、絶縁部材６０を貫通している。その結果、中軸５０の後端部は、主体金具２０から露出している。主体金具２０の外部に露出している中軸５０の後端部には、端子７０が接続される。

端子７０は、導電性を有する素材で構成される。本実施形態において、端子７０は、鉄等の金属で形成される。端子７０は、中軸５０に固定されている。その結果、端子７０は、中軸５０と電気的に接続されている。一方、端子７０と主体金具２０の間には、絶縁部材６０が介在する。このため、端子７０と主体金具２０は、絶縁されている。

端子７０に接続されたプラグコード（図示せず）によって、端子７０と主体金具２０の間に電圧が印加されることにより、端子７０、中軸５０、リング４５、発熱体４２、金属外筒３０、主体金具２０に電流が流れ、発熱体４２が発熱する。金属外筒３０および主体金具２０は、ディーゼルエンジンのシリンダーヘッド（図示せず）を介して接地されている。

図２は、金属外筒３０及びセラミックヒータ４０の断面図である。なお、金属外筒３０は点線で示している。セラミックヒータ４０は、先端部４４１及び後端部４４３が金属外筒３０から露出し、保持部４４２が金属外筒３０に囲まれて、保持されている。具体的には、セラミックヒータ４０は、金属外筒３０に圧入により挿入されてなる。

発熱体４２は基体４４内に保持されている。発熱体４２は、一対の導電部４２４，４２６と、発熱部４２８とを備える。一対の導電部４２４、４２６は、グロープラグ１０の中心軸Ａｃの方向（以下、軸線方向Ｄ１と言う）に沿って伸びている。導電部４２４の他方の箇所４２５は、基体４４から露出している。他方の箇所４２５は、リング４５を介して中軸５０と電気的に接続される。導電部４２６の一方の箇所４２７は、基体４４から露出している。一方の箇所４２７は、外筒３０と電気的に接続される。

そして、実施形態１においては、セラミックヒータ４０のうち金属外筒３０に保持されている保持部４４２に、軸線方向Ｄ１に沿う圧縮応力Ｔが付与されている。具体的には、図２に示すように、保持部４４２の先端側には軸線方向Ｄ１の後端側に向かう応力Ｔ１が付与されており、また、保持部４４２の後端側には軸線方向Ｄ１の先端側に向かう応力Ｔ２が付与されている。このように、保持部４４２に軸線方向にＤ１に沿う圧縮応力Ｔが付与されているので、エンジンの燃焼状態が高温化によって、金属外筒３０とセラミックヒータ４０との体積膨張差がますます大きくなる傾向となったとしても、セラミックヒータ４０の保持部４４２内に埋設された発熱体４２（導電部４２４，４２６）が断線することを抑制できる。これは、セラミックヒータ４０の保持部４４２に予め圧縮応力Ｔを与えておく（残留させておく）ことで、保持部４４２に、金属外筒３０とセラミックヒータ４０との体積膨張差に起因する引張応力（図２におけるＳ）が発生したとしても、この引張応力Ｓと圧縮応力Ｔとが互いを打消すこととなり、保持部４４２に応力が加わることを抑制できるからである。

なお、「セラミックヒータ４０の保持部４４２に圧縮応力Ｔが付与されている」ことは、以下の方法にて確認することが可能である。例えば、金属外筒３０に圧入されたセラミックヒータ４０を金属外筒３０から取り外した際に、取り外す前のセラミックヒータ４０の軸線方向長さが取り外した後のセラミックヒータ４０の軸線方向長さよりも短いことで確認可能である。
また、実施形態１のような、金属外筒３０に圧入したセラミックヒータ４０の場合、圧入によってセラミックヒータ４０が軸線方向に延び、圧入前のセラミックヒータ４０よりも軸線方向長さが長くなる場合がある。すると、後述するような方法にて保持部４４２に圧縮応力を付与するようにしたセラミックヒータ４０の軸線方向長さが、圧入する前のセラミックヒータ４０の軸線方向長さよりも長くなる場合が考えられる。そのため、例えば、金属外筒３０に圧入されたセラミックヒータ４０を金属外筒３０から取り外した後、再度、金属外筒３０にセラミックヒータ４０を圧入し、この圧入したセラミックヒータ４０の軸線方向長さよりも、取り外す前のセラミックヒータ４０の軸線方向長さが短いかどうかで、「セラミックヒータ４０の保持部４４２に圧縮応力Ｔが付与されている」かどうかを確認することも可能である。

さらに、取り外す前のセラミックヒータ４０の軸線方向長さが、取り外した後のセラミックヒータ４０の軸線方向長さの１００ｐｐｍ以上短いことが好ましい。もしくは、再度、金属外筒３０に圧入した後のセラミックヒータ４０の軸線方向長さよりも、取り外す前のセラミックヒータ４０の軸線方向長さが１００ｐｐｍ以上短いことが好ましい。これにより、保持部４４２に軸線方向にＤ１に沿う圧縮応力Ｔが十分に付与されることとなる。

また、実施形態１においては、図２の右下拡大図に示すように、保持部４４２の先端側部位Ｐ１よりも先端側には、先端側に向かうにつれて径方向内側に向かって縮径するテーパ部４３０が設けられてなる。これにより、セラミックヒータ４０が金属外筒３０（の縮径部Ｐ２）に機械的に係合することができ、セラミックヒータ４０の保持部４４２に先端側に向かう引張応力Ｓが発生したとしても、テーパ部４３０によりセラミックヒータ４０が軸線方向Ｄ１先端側に延びることを抑制でき、保持部４４２に引張応力Ｓが加わることを抑制できる。

次に、実施形態１のセラミックグロープラグ１０の製造方法を説明する。図３は、実施形態１のセラミックグロープラグ１０の製造方法を表わす工程図である。セラミックグロープラグ１０を製造する際には、まず、リング４５内にセラミックヒータ４０を挿入固定する（ステップＳ１００）。なお、リング４５内にセラミックヒータ４０を挿入固定する方法としては、圧入やロウ付け等が挙げられる。これにより、導電部４２４の他方の箇所４２５がリング４５の内壁に接触して、導電部４２４とリング４５とが電気的に接続される。

その後、金属外筒３０にセラミックヒータ４０を圧入し、金属外筒３０の先端からセラミックヒータ４０の先端部４４１を突出させる（ステップＳ１１０）。これにより、導電部４２６の一方の箇所４２７が金属外筒３０の内壁に接触して、導電部４２６と金属外筒３０とが電気的に接続される。なお、ステップＳ１１０の金属外筒３０にセラミックヒータ４０を圧入する工程の詳細については、後述する。

次に、リング４５に中軸５０の先端側を圧入、溶接する（ステップＳ１２０）。そして、セラミックヒータ４０、外筒３０、リング４５、中軸５０が一体となった部材を主体金具２０に組み付け、金属外筒３０と主体金具２０とを溶接、ロウ付け等により接合する（ステップＳ１３０）その後、主体金具２０および中軸５０の後端部の間に、Ｏリング５５及び絶縁部材６０を配置し、中軸５０の後端にさらに端子７０を取り付けて（ステップＳ１４０）、グロープラグ１０を完成する。

図４は、図３のステップＳ１１０の詳細を示す説明図である。
リング４５が挿入固定されたセラミックヒータ４０を金属外筒３０に圧入するにあたり、図４（ａ）に示すように、まず、セラミックヒータ４０の外表面と、金属外筒３０の内表面とに潤滑剤８０を配置する（特許請求の範囲の潤滑剤配置工程に相当）。潤滑剤８０は、セラミックヒータ４０を金属外筒３０に圧入する際の摩擦を低減させて、圧入荷重を抑えるためのものである。そのため、セラミックヒータ４０の先端から、少なくとも金属外筒３０が配置される位置まで、潤滑剤８０を付着させればよい。なお、図４（ａ）では、リング４５を除くセラミックヒータ４０の外表面全体に潤滑剤８０を配置する様子を示している。また、図４（ａ）では、セラミックヒータ４０の外表面と、金属外筒３０の内表面との両方に潤滑剤８０を配置しているが、セラミックヒータ４０の外表面のみ、又は金属外筒３０の内表面のみに潤滑剤８０を配置してもよい。なお、潤滑剤８０としては、例えば、パスキン（商品名：共栄社化学株式会社）を用いている。

次に、図４（ｂ）に示すように、リング４５が圧入されたセラミックヒータ４０の先端側を金属外筒３０に圧入する（特許請求の範囲の圧入工程に相当）。
そして、図４（ｃ）に示すように、金属外筒３０が圧入されたセラミックヒータ４０に対して、セラミックヒータ４０の軸線方向長さが短くなる方向に荷重をかけ、セラミックヒータ４０に圧縮を加える。後述する熱処理工程の前であれば、セラミックヒータ４０や金属外筒３０に配置した潤滑剤が分解除去される前であり、セラミックヒータ４０と金属外筒３０との摩擦係数が低いため、金属外筒３０に圧入されたセラミックヒータ４０の保持部４４２を含めてセラミックヒータ４０全体に圧縮を加えることができる。

次に、図４（ｄ）に示すように、セラミックヒータ４０に圧縮を加えたまま、リング４５および金属外筒３０が圧入されたセラミックヒータ４０を熱処理する（特許請求の範囲の熱処理工程に相当）。これにより、セラミックヒータ４０の外表面と金属外筒３０の内表面に配置された潤滑剤を分解除去する。これにより、セラミックヒータ４０に金属外筒３０が固定されることになる。
その後、セラミックヒータ４０に加えていた圧縮を開放する。この際、セラミックヒータ４０のうち金属外筒３０が圧入された保持部４４２については、潤滑剤が既に分解除去されてセラミックヒータ４０に金属外筒３０が固定された状態であるため、保持部４４２には圧縮応力が付与された（圧縮応力が残留した）ままの状態となる。

このように、実施形態１のセラミックグロープラグ１０の製造方法によれば、熱処理工程より前の工程において、セラミックヒータ４０を軸線方向に沿って圧縮し、熱処理工程後にセラミックヒータ４０への圧縮を開放している。これにより、圧入により金属外筒３０に保持されたセラミックヒータ４０の保持部４４２に圧縮応力が付与された状態となる。そのため、エンジンの燃焼状態が高温化によって、金属外筒３０とセラミックヒータ４０との体積膨張差がますます大きくなる傾向となったとしても、セラミックヒータ４０の保持部４４２内に埋設された発熱体４２が断線することを抑制できる。

次に、実施形態２のセラミックグロープラグ１００について説明する。なお、実施形態２のセラミックグロープラグ１００は、金属外筒３０がセラミックヒータ４０に圧入により保持されていた実施形態１のセラミックグロープラグ１０とは異なり、金属外筒３０がセラミックヒータ４０にロウ付により保持されている。つまり、実施形態１のセラミックヒータ１０と実施形態２のセラミックヒータ１００とは、上述のセラミックヒータ４０による金属外筒３０の保持方法が異なるだけであり、同じ構成である部分については、同符号を用いて説明するか、もしくは省略する。

実施形態２のセラミックグロープラグ１００は、実施形態１のセラミックグロープラグ１０と同様に、図１に示すように、主体金具２０と、金属外筒３０と、セラミックヒータ４０と、リング４５と、中軸５０と、Ｏリング５５と、絶縁部材６０と、端子７０とを備えている。

図５は、金属外筒３０及びセラミックヒータ４０の断面図である。セラミックヒータ４０は、先端部４４１及び後端部４４３が金属外筒３０から露出し、保持部４４２が金属外筒３０に囲まれて、ロウ付けにより保持されている。

具体的には、セラミックヒータ４０の基体４４の外表面と、金属外筒３０の内表面との間には、ロウ材層９０が介在する。ロウ材層９０は、セラミックヒータ４０と金属外筒３０とをそれぞれ接合し、セラミックヒータ４０に金属外筒３０を固定する。ロウ材層９０は、導体部４２６の一方の箇所４２７まで覆うように形成されている。よって、ロウ材層９０を形成するロウ材としては、導電性を有する材質が好ましく、具体的には、銀ロウを用いている。

そして、実施形態２においても、セラミックヒータ４０のうち金属外筒３０に保持されている保持部４４２には、軸線方向Ｄ１に沿う圧縮応力Ｔが付与されている。具体的には、図５に示すように、保持部４４２の先端側には軸線方向Ｄ１の後端側に向かう応力Ｔ１が付与されており、また、保持部４４２の後端側には軸線方向Ｄ１の先端側に向かう応力Ｔ２が付与されている。このように、保持部４４２に軸線方向にＤ１に沿う圧縮応力Ｔが付与されているので、エンジンの燃焼状態が高温化によって、金属外筒３０とセラミックヒータ４０との体積膨張差がますます大きくなる傾向となったとしても、セラミックヒータ４０の保持部４４２内に埋設された発熱体４２（導電部４２４，４２６）が断線することを抑制できる。これは、セラミックヒータ４０の保持部４４２に予め圧縮応力Ｔを与えておく（残留させておく）ことで、保持部４４２に、金属外筒３０とセラミックヒータ４０との体積膨張差に起因する引張応力（図５におけるＳ）が発生したとしても、この引張応力Ｓと圧縮応力Ｔとが互いを打消すこととなり、保持部４４２に応力が加わることを抑制できるからである。

なお、「セラミックヒータ４０の保持部４４２に圧縮応力Ｔが付与されている」ことは、以下の方法にて確認することが可能である。例えば、金属外筒３０にロウ付けセラミックヒータ４０を金属外筒３０から取り外した際に、取り外す前のセラミックヒータ４０の軸線方向長さが取り外した後のセラミックヒータ４０の軸線方向長さよりも短いことで確認可能である。

さらに、取り外す前のセラミックヒータ４０の軸線方向長さが、取り外した後のセラミックヒータ４０の軸線方向長さの１００ｐｐｍ以上短いことが好ましい。これにより、保持部４４２に軸線方向にＤ１に沿う圧縮応力Ｔが十分に付与されることとなる。

また、実施形態２においては、図５の右下拡大図に示すように、保持部４４２の先端側部位Ｐ１よりも先端側には、先端側に向かうにつれて径方向内側に向かって縮径するテーパ部４３０が設けられてなる。これにより、セラミックヒータ４０が金属外筒３０（縮径部Ｐ２）に機械的に係合することができ、セラミックヒータ４０の保持部４４２に先端側に向かう引張応力Ｓが発生したとしても、テーパ部４３０によりセラミックヒータ４０が軸線方向Ｄ１先端側に延びることを抑制でき、保持部４４２に引張応力Ｓが加わることを抑制できる。

次に、実施形態２のセラミックグロープラグ１００の製造方法を説明する。図６は、実施形態２のセラミックグロープラグ１００の製造方法を表わす工程図である。なお、実施形態２のセラミックグロープラグ１００の製造方法は、実施形態１のセラミックグロープラグ１０の製造方法のステップＳ１１０と、ステップＳ２１０とが異なるだけであり、他のステップについては、同符号を用いて簡略化する。

実施形態２のセラミックグロープラグ１００を製造する際においても、まず、リング４５内にセラミックヒータ４０を挿入固定する（ステップＳ１００）。なお、リング４５内にセラミックヒータ４０を挿入固定する方法としては、圧入やロウ付け等が挙げられる。これにより、導電部４２４の他方の箇所４２５がリング４５の内壁に接触して、導電部４２４とリング４５とが電気的に接続される。

その後、金属外筒３０とセラミックヒータ４０とをロウ付けして、金属外筒３０の先端からセラミックヒータ４０の先端部４４１を突出させる（ステップＳ２１０）。これにより、導電部４２６の一方の箇所４２７が金属外筒３０の内壁に接触して、導電部４２６と金属外筒３０とが電気的に接続される。なお、ステップＳ２１０の金属外筒４０にセラミックヒータ４０をロウ付けする工程の詳細については、後述する。

次に、リング４５内に中軸５０の先端側を圧入、溶接する（ステップＳ１２０）。そして、セラミックヒータ４０、外筒３０、リング４５、中軸５０が一体となった部材を主体金具２０に組み付け、金属外筒３０と主体金具２０とを溶接、ロウ付け等により接合する（ステップＳ１３０）その後、主体金具２０および中軸５０の後端部の間に、Ｏリング５５及び絶縁部材６０を配置し、中軸５０の後端にさらに端子７０を取り付けて（ステップＳ１４０）、グロープラグ１００を完成する。

図７は、図６のステップＳ２１０の詳細を示す説明図である。
リング４５が挿入固定されたセラミックヒータ４０と金属外筒３０とをロウ付けするにあたり、図７（ａ）に示すように、金属外筒３０内にセラミックヒータ２を挿通すると共に、ロウ材９１をセラミックヒータ４０に嵌め込み、金属外筒３０の後端側に配置する（特許請求の範囲の配置工程に相当）。

そして、図７（ｂ）に示すように、金属外筒３０が挿入されたセラミックヒータ４０に対して、セラミックヒータ４０の軸線方向長さが短くなる方向に荷重をかけ、セラミックヒータ４０に圧縮を加える。後述するロウ付け工程の前であれば、セラミックヒータ４０と金属外筒３０とが遊嵌状であるため、セラミックヒータ４０の保持部４４２を含めてセラミックヒータ４０全体に圧縮を加えることができる。

次に、図７（ｃ）に示すように、金属外筒３０の後端側に配置したロウ材９１を加熱する。これにより、ロウ材９１は溶融し、金属外筒３０の内表面とセラミックヒータ４０の外表面との間に流れ込む。ロウ材９１は、冷却によって固化すると、金属外筒３０の内表面とセラミックヒータ４０との間にロウ材層９０として介在し、金属外筒３０とセラミックヒータ４０とを接合する（特許請求の範囲のロウ付け工程に相当）。
その後、セラミックヒータ４０に加えていた圧縮を開放する。この際、セラミックヒータ４０のうち金属外筒３０がロウ付けされた保持部４４２については、金属外筒３０とセラミックヒータ４０とが接合された状態であるため、保持部４４２には圧縮応力が付与された（圧縮応力が残留した）ままの状態となる。

このように、実施形態２のセラミックグロープラグ１０の製造方法によれば、ロウ付け工程より前の工程において、セラミックヒータ４０を軸線方向に沿って圧縮し、ロウ付け工程後にセラミックヒータ４０への圧縮を開放している。これにより、ロウ付けにて金属外筒３０に保持されたセラミックヒータ４０の保持部４４２に圧縮応力が付与された状態となる。そのため、エンジンの燃焼状態が高温化によって、金属外筒３０とセラミックヒータ４０と体積膨張差がますます大きくなる傾向となったとしても、セラミックヒータ４０の保持部４４２内に埋設された発熱体４２が断線することを抑制できる。

以上、本発明の実施形態１、実施形態２について説明したが、本発明は実施形態１、実施形態２に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、実施形態１、実施形態２では、保持部４４２は、金属外筒３０の軸線方向Ｄ１の全体に亘って設けられていたが、これに限られるものではない。例えば、保持部は、金属外筒の軸線方向の一部に設けられていても良い。具体的には、セラミックヒータの軸線方向の中央部に径方向外側に突出する部位を設け、この突出する部位を金属外筒に圧入する、又はこの突出する部位と金属外筒とをロウ付け接合する構成であっても良い。もしくは金属外筒の内側に径方向内側に突出する部位を設け、セラミックヒータをこの突出する部位に圧入する、又はセラミックヒータとこの突出する部位をロウ付け接合する構成であっても良い。

また、実施形態１、実施形態２では、保持部４４２の先端側部位Ｐ１には、先端側に向かうにつれて径方向内側に向かって縮径するテーパ部を設けていたが、これに限られるものではない。例えば、保持部の先端側部位に、保持部から縮径する段差部を設けても良い。
さらに、保持部の後端側部位よりも後端側に、径方向内側に向かって縮径し、金属外筒の内面に対して軸線方向に係合可能な段差部、又は後端側に向かうにつれて径方向内側に縮径し、前記金属外筒の内面に対して前記軸線方向に係合可能なテーパ部の何れか一方が設けてもよい。このように、保持部の後端側部位よりも後端側に金属外筒に軸線方向に係合可能な段差部又はテーパ部が設けられることで、セラミックヒータが金属外筒に機械的に係合することができ、セラミックヒータの保持部に後端側に向かう引張応力が発生したとしても、段差部又はテーパ部によりセラミックヒータが軸線方向後端側に延びることを抑制でき、保持部に引張応力が加わることを抑制できる。

また、実施形態１では、金属外筒３０にセラミックヒータ４０を圧入した後、セラミックヒータ４０に圧縮を加えていたが、これに限られるものではない。例えば、金属外筒にセラミックヒータを圧入する前に、セラミックヒータに圧縮を加え、その後、セラミックヒータに圧縮を加えたまま、金属外筒にセラミックヒータを圧入しても良い。

また、実施形態２では、金属外筒３０が挿入されたセラミックヒータ４０に対して圧縮を加えていたが、これに限られるものではない。例えば、金属外筒にセラミックヒータを挿入する前に、セラミックヒータに圧縮を加え、その後、セラミックヒータに圧縮を加えたまま、金属外筒にセラミックヒータを挿入しても良い。

さらに、実施形態１、実施形態２では、セラミックヒータ４０の発熱体４２は、一方の箇所４２７、他方の箇所４２５が基体から露出した略Ｕ字状の形態を有していたが、これに限られるものではない。

１、１００・・・セラミックグロープラグ
２０・・・主体金具
３０・・・金属外筒
４０・・・セラミックヒータ
４２・・・発熱体
４４２・・・保持部
４３０・・・テーパ部
５０・・・中軸
６０・・・絶縁部材
７０・・・端子
８０・・・潤滑剤
９０・・・ロウ材層
９１・・・ロウ材

Claims (2)

1. 軸線方向に延びるセラミックヒータであり、前記セラミックヒータの先端側から後端側に亘って埋設されてなる発熱体を有する棒状のセラミックヒータと、
   前記セラミックヒータの先端側を突出させつつ、前記セラミックヒータの周囲を取り囲み、前記セラミックヒータが嵌め込まれてなる筒状の金属外筒と、
   を備えるセラミックグロープラグの製造方法であって、
   前記セラミックヒータを前記金属外筒に挿入すると共に、前記セラミックヒータに固化した環状又はＣ字状のロウ材を嵌め込む配置工程と、
   前記ロウ材を加熱により溶融させ、その後、冷却により固化させることで、前記セラミックヒータの外表面及び前記金属外筒の内表面に前記ロウ材を介在させて、前記セラミックヒータと前記金属外筒とを接合するロウ付け工程とを有し、
   前記ロウ付け工程より前の工程において、前記セラミックヒータを前記軸線方向に沿って圧縮し、前記ロウ付け工程後に前記セラミックヒータへの前記圧縮を開放することを特徴とするセラミックグロープラグの製造方法。
2. 軸線方向に延びるセラミックヒータであり、前記セラミックヒータの先端側から後端側に亘って埋設されてなる発熱体を有する棒状のセラミックヒータと、
   前記セラミックヒータの先端側を突出させつつ、前記セラミックヒータの周囲を取り囲み、前記セラミックヒータが嵌め込まれてなる筒状の金属外筒と、
   を備えるセラミックグロープラグの製造方法であって、
   前記セラミックヒータの外表面及び金属外筒の内表面の少なくとも一方に潤滑剤を配置する潤滑剤配置工程と、
   前記セラミックヒータを前記金属外筒に圧入する圧入工程と、
   前記セラミックヒータのうち前記金属外筒に圧入された部位を熱処理する熱処理工程とを有し、
   前記熱処理工程より前の工程において、前記セラミックヒータを前記軸線方向に沿って圧縮し、前記熱処理工程後に前記セラミックヒータへの前記圧縮を開放することを特徴とするセラミックグロープラグの製造方法。