[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2003074849A - Glow plug and method for producing it - Google Patents

Glow plug and method for producing it

Info

Publication number
JP2003074849A
JP2003074849A JP2001258574A JP2001258574A JP2003074849A JP 2003074849 A JP2003074849 A JP 2003074849A JP 2001258574 A JP2001258574 A JP 2001258574A JP 2001258574 A JP2001258574 A JP 2001258574A JP 2003074849 A JP2003074849 A JP 2003074849A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
terminal
heater
metal
terminal ring
ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2001258574A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4559671B2 (en
Inventor
Nobuyuki Hotta
信行 堀田
Takaya Yoshikawa
孝哉 吉川
Hiroyuki Suzuki
啓之 鈴木
Masaya Ito
正也 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2001258574A priority Critical patent/JP4559671B2/en
Publication of JP2003074849A publication Critical patent/JP2003074849A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4559671B2 publication Critical patent/JP4559671B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a glow plug and a method for producing it in which a metallic lead part is simply attached to a ceramic heater and the attaching strength of the metallic lead part and the electric conduction can be assuredly ensured. SOLUTION: The glow plug 50 has a rod shape and the ceramic heater 1 in which a heating resistor 11 is embedded. In the ceramic heater 1, a heater terminal 12a for energizing the heating resistor 11 is exposed on an outer peripheral surface. A metallic terminal ring 14 electrically connected to the heater terminal is fastened and fitted to the heater terminal so as to cover the heater terminal. Then, on the surface of the terminal ring 14, the metallic lead part 17 is connected by an ultrasonic welding part.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン予熱用のグロープラグと、その製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a glow plug for preheating a diesel engine and a method for manufacturing the glow plug.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、上記のようなグロープラグとし
て、筒状の主体金具の先端部内側に、棒状のセラミック
ヒータの先端部を突出させる形で配置したものが広く使
用されている。セラミックヒータへの通電は、主体金具
の後端部に設けられた金属軸(電源に接続される)と、
該金属軸及びセラミックヒータを接続する金属リード部
を介して行われる。従来のグロープラグにおいてセラミ
ックヒータと金属リード部との接続は、例えば特開平1
0−205753号公報に開示されているように、金属
リード部の先端部をコイル状に形成し、ヒータ端子が露
出形成されたセラミックヒータの後端部をその内側に挿
入して、両者をろう付けすることにより行われてきた。
2. Description of the Related Art Heretofore, as the glow plug as described above, a glow plug having a rod-shaped ceramic heater disposed so as to protrude from the inside thereof is widely used. To energize the ceramic heater, a metal shaft (connected to the power supply) provided at the rear end of the metal shell,
It is performed through a metal lead portion that connects the metal shaft and the ceramic heater. In the conventional glow plug, the connection between the ceramic heater and the metal lead is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 0-205753, the front end of the metal lead portion is formed into a coil shape, and the rear end portion of the ceramic heater having the heater terminal formed exposed is inserted into the inside thereof to braze them. It has been done by attaching.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ろう付
けによる接合形態は、ろう材を挟み込む形で被接合材を
組み立てる工程や、ろう材を溶融させる加熱工程など工
数が多いため能率が悪い欠点がある。また、セラミック
と金属リード部あるいは金属リング等の金属部材の接合
であるため、高価な活性ろう材を使用しなければなら
ず、さらにろう付けのための加熱温度や雰囲気等も調整
が微妙であり、前記した工数増大の問題とも相俟って製
造コストの高騰につながりやすい。
However, the joining form by brazing has a drawback that it is inefficient because it requires many steps such as a step of assembling the materials to be joined by sandwiching the brazing material and a heating step of melting the brazing material. . In addition, since the ceramic is joined to a metal member such as a metal lead portion or a metal ring, an expensive active brazing material must be used, and the heating temperature and atmosphere for brazing are slightly adjusted. Combined with the problem of increased man-hours described above, the manufacturing cost is likely to increase.

【0004】本発明の課題は、金属リード部のセラミッ
クヒータへの組付けが簡便であって、しかも金属リード
部の組付け強度及び導通の確保も確実に行なうことがで
きるグロープラグと、その製造方法とを提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a glow plug which is easy to assemble the metal lead portion to the ceramic heater, and can surely secure the metal lead portion assembling strength and continuity, and a manufacturing method thereof. And to provide a method.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記の課
題を解決するために、本発明のグロープラグの第一の構
成は、棒状の形態を有するとともに抵抗発熱体が埋設さ
れ、また、抵抗発熱体に通電するためのヒータ端子が外
周面に露出形成されたセラミックヒータと、ヒータ端子
を覆う形でセラミックヒータの外周面に締まり嵌め状態
にて取り付けられることにより、ヒータ端子と導通する
金属製の端子リングと、端子リングの表面に超音波溶接
部を介して溶接された金属リード部と、を備えたことを
特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the first structure of the glow plug of the present invention has a rod-shaped form, and a resistance heating element is embedded in the glow plug. A ceramic heater having a heater terminal for energizing a heating element exposed on the outer peripheral surface, and a metal heater that is electrically fitted to the heater terminal by being fitted onto the outer peripheral surface of the ceramic heater in an interference fit manner so as to cover the heater terminal. And a metal lead portion welded to the surface of the terminal ring via an ultrasonic welding portion.

【0006】また、本発明のグロープラグの製造方法
は、棒状の形態を有するとともに抵抗発熱体が埋設さ
れ、また、抵抗発熱体に通電するためのヒータ端子が外
周面に露出形成されたセラミックヒータと、ヒータ端子
を覆う形でセラミックヒータの外周面に締まり嵌め状態
にて取り付けられることにより、ヒータ端子と導通する
金属製の端子リングと、端子リングの表面に溶接される
金属リード部とを備えたグロープラグの製造するため
に、金属リード部と端子リングとの溶接接合部を超音波
溶接により形成することを特徴とする。
The glow plug manufacturing method of the present invention is a ceramic heater having a rod-like shape, a resistance heating element embedded therein, and a heater terminal for energizing the resistance heating element formed on the outer peripheral surface. And a metal terminal ring that is electrically fitted to the outer peripheral surface of the ceramic heater so as to cover the heater terminal and is electrically connected to the heater terminal, and a metal lead portion welded to the surface of the terminal ring. In order to manufacture the glow plug, the welded joint between the metal lead portion and the terminal ring is formed by ultrasonic welding.

【0007】上記本発明のグロープラグの構成では、セ
ラミックヒータの外周面に形成された端子リングを覆う
形で金属製の端子リングを締まり嵌めにより配置し、こ
こに金属リード部を超音波溶接するようにした。これに
より、金属リード部のセラミックヒータへの組付け部分
から、工数を要する金属/セラミックのろう付け構造を
排除でき、ひいては金属リード部のセラミックヒータへ
の組付けを簡便に行なうことができる。また、超音波溶
接の採用により、溶接時の入熱量が制限されることか
ら、得られる溶接接合部あるいはその近傍は、残留する
熱応力が軽減される。従って、溶接割れ等の欠陥が生じ
にくくなり、金属リード部のセラミックヒータへの組み
付け強度が高いグロープラグを実現できる。
In the structure of the glow plug of the present invention, the metal terminal ring is arranged by interference fitting so as to cover the terminal ring formed on the outer peripheral surface of the ceramic heater, and the metal lead portion is ultrasonically welded thereto. I did it. As a result, the metal / ceramic brazing structure that requires man-hours can be eliminated from the assembly portion of the metal lead portion to the ceramic heater, and as a result, the metal lead portion can be easily assembled to the ceramic heater. Further, since the amount of heat input at the time of welding is limited due to the adoption of ultrasonic welding, residual thermal stress at the welded joint obtained or in the vicinity thereof is reduced. Therefore, defects such as welding cracks are less likely to occur, and it is possible to realize a glow plug having high assembly strength of the metal lead portion to the ceramic heater.

【0008】端子リングのセラミックヒータへの組み付
けと、金属リード部の端子リングへの溶接との実施順序
は、以下の2つのいずれかとなる。 端子リングをセラミックヒータに締まり嵌め嵌合させ
た後、その端子リングに金属リード部を溶接する。 端子リングに金属リード部を溶接した後、その端子リ
ングをセラミックヒータに締まり嵌め嵌合させる。
The assembling order of the assembling of the terminal ring to the ceramic heater and the welding of the metal lead portion to the terminal ring is either of the following two. After fitting the terminal ring onto the ceramic heater by interference fit, the metal lead is welded to the terminal ring. After welding the metal lead portion to the terminal ring, the terminal ring is tightly fitted to the ceramic heater.

【0009】の方法を採用した場合、本発明の構造に
よると、超音波溶接の採用により溶接時の入熱量が小さ
いため、端子リングに生じている嵌合の応力が解放され
にくく、ひいては嵌合の緊束力が溶接後も高く維持でき
る。その結果、グロープラグ使用時の温度上昇により端
子リングが熱膨張して緩みが生じやすくなる場合でも、
緊束力のマージンが高められるため、端子リングとヒー
タ側端子との導通状態をより高温まで維持できる。他
方、の方法を採用した場合、溶接後に端子リングのセ
ラミックヒータへの嵌合を行なうので、溶接の影響が嵌
合の緊束力に本質的に及ばず、嵌合の緊束力を高く確保
できる。また、前記した通り、超音波溶接による接合部
には熱応力が残留し難いので、端子リングを嵌合する際
の応力が新たに付加されても、溶接接合部に割れ等の不
具合が生じ難い。いずれの場合も、本発明の構造を採用
した結果として、端子リングを介した金属リード部とヒ
ータ端子との導通確保を確実に行なうことができる。
According to the structure of the present invention, when the method (1) is adopted, since the amount of heat input at the time of welding is small due to the adoption of ultrasonic welding, the stress of fitting generated in the terminal ring is difficult to be released, and by extension, fitting is performed. The tight binding force can be maintained high even after welding. As a result, even if the terminal ring thermally expands and loosens easily due to the temperature rise when using the glow plug,
Since the margin of the tight binding force is increased, the conduction state between the terminal ring and the heater side terminal can be maintained at a higher temperature. On the other hand, when adopting method (2), since the terminal ring is fitted to the ceramic heater after welding, the effect of welding does not essentially affect the tight binding force of the fitting, and a high tight binding force is secured. it can. Further, as described above, since thermal stress is unlikely to remain in the joint portion by ultrasonic welding, even if a stress is newly added when the terminal ring is fitted, it is unlikely that a defect such as a crack occurs in the weld joint portion. . In any case, as a result of adopting the structure of the present invention, it is possible to reliably ensure conduction between the metal lead portion and the heater terminal via the terminal ring.

【0010】超音波溶接を採用する上記方法では、金属
リード部と端子リングとを加圧接触させながら超音波に
よる高速で微細な機械振動(以下、超音波機械振動とい
う)を与え、金属リード部と端子リングとの間に金属/
金属接触状態(あるいは塑性流動による合金化状態)を
形成して両者を接合する。該超音波溶接は、被接合部材
同士を接触状態で高速回転させることにより接合する摩
擦圧接等と異なり、接合時に生ずる摩擦発熱が非常に小
さい。また、金属リード部と端子リングとを加圧接触さ
せて超音波機械振動を加えることにより、接触面の酸化
物や汚れの層が瞬時に破壊され、清浄な金属層同士の接
触と塑性流動とが進行するので、強固な接合状態を実現
できる。
In the above method employing ultrasonic welding, high-speed minute mechanical vibration (hereinafter referred to as ultrasonic mechanical vibration) is applied by ultrasonic waves while the metal lead portion and the terminal ring are in pressure contact with each other, and the metal lead portion is pressed. Between the terminal ring and the metal /
A metal contact state (or an alloyed state due to plastic flow) is formed to join the two. In the ultrasonic welding, unlike friction pressure welding or the like in which members to be joined are rotated at high speed in a contact state, friction heat generation during joining is extremely small. In addition, the metal lead portion and the terminal ring are brought into pressure contact with each other and ultrasonic mechanical vibration is applied to instantaneously destroy the oxide or dirt layer on the contact surface, resulting in contact between clean metal layers and plastic flow. As a result, the solid state of joining can be realized.

【0011】超音波溶接により得られる溶接接合部は、
機械振動による塑性流動に基づき、合金化して形成され
るものと考えられる。従って、その溶接接合部の成分分
布も、熱拡散が主体となる抵抗溶接等による溶接部とは
明らかに異なるものとなる。本発明のグロープラグの第
二の構成は、この観点から特徴部を捉えなおしたもので
あり、具体的には、棒状の形態を有するとともに抵抗発
熱体が埋設され、また、抵抗発熱体に通電するためのヒ
ータ端子が外周面に露出形成されたセラミックヒータ
と、ヒータ端子を覆う形でセラミックヒータの外周面に
締まり嵌め状態にて取り付けられることにより、ヒータ
端子と導通する金属製の端子リングと、端子リングの表
面に溶接された金属リード部とを備え金属リード部と端
子リングとの溶接接合部には、該金属リード部)と端子
リングとの接合界面から金属リード部側に、該金属リー
ド部の構成金属成分と端子リングの構成金属成分(リン
グ構成成分)との合金化層が形成されており、該合金化
層には、リング構成成分の濃度が、接合界面に近い側に
おいて遠い側よりも相対的に低くなる濃度反転領域が識
別可能に形成されていることを特徴とする。
The welded joint obtained by ultrasonic welding is
It is considered to be formed by alloying based on plastic flow due to mechanical vibration. Therefore, the component distribution of the welded joint is also clearly different from that of the welded portion such as resistance welding whose main component is thermal diffusion. The second configuration of the glow plug of the present invention recaptures the characteristic part from this point of view. Specifically, the glow plug has a rod-like shape and the resistance heating element is embedded, and the resistance heating element is energized. A ceramic heater having a heater terminal for exposing the outer peripheral surface is formed, and a metal terminal ring that is electrically connected to the heater terminal by being fitted onto the outer peripheral surface of the ceramic heater in an interference fit state so as to cover the heater terminal. , A metal lead portion welded to the surface of the terminal ring, and a welded joint portion between the metal lead portion and the terminal ring is provided with a metal lead portion from the joint interface between the metal lead portion and the terminal ring to the metal lead portion An alloyed layer of the constituent metal component of the lead portion and the constituent metal component of the terminal ring (ring constituent component) is formed, and the concentration of the ring constituent component is close to the bonding interface. Concentration inversion region is relatively lower than the side farther in the side is characterized in that it is formed so as to be identified.

【0012】図3は、金属リード部と端子リングとの溶
接接合部において、接合界面と交差する向きにリング構
成成分の濃度分布プロファイルを測定した模式図であ
る。この図は、例えばリング構成金属の主成分元素であ
るFeの場合を例示しているが、これに限定されるもの
ではない。発熱の大きい抵抗溶接等の場合は、端子リン
グ側から金属リード部側への成分移動が、主に熱拡散機
構により進行するので、成分拡散はおおむねフィックの
法則に従う。このため、金属リード部側の合金化層のリ
ング構成成分は、図3に一点鎖線で示すように、接合界
面から離れるにつれて単調に減少するプロファイル形状
を示す。他方、超音波溶接を用いた場合は、熱拡散の進
行は抵抗溶接等に比較すれば鈍くなる。しかし、金属リ
ード部と端子リングとの接触界面付近で機械振動付加に
伴う材料の塑性流動が生じ、それによる合金化が主体と
なる。その結果、図3に実線で示すように、リング構成
成分の濃度が相対的に高い第一領域Pよりも接合界面に
近い側に、リング構成成分の濃度が相対的に低くなる第
二領域Sが、濃度反転領域の形で形成される。
FIG. 3 is a schematic view showing the concentration distribution profile of the ring constituents measured at the welded joint between the metal lead portion and the terminal ring in the direction intersecting the joint interface. This figure illustrates, for example, the case of Fe, which is the main element of the ring-constituting metal, but is not limited to this. In the case of resistance welding, which generates a large amount of heat, component movement from the terminal ring side to the metal lead portion side proceeds mainly by the heat diffusion mechanism, so the component diffusion generally follows Fick's law. Therefore, the ring constituent component of the alloyed layer on the metal lead portion side exhibits a profile shape that monotonically decreases with distance from the bonding interface, as indicated by the alternate long and short dash line in FIG. On the other hand, when ultrasonic welding is used, the progress of heat diffusion is slower than in resistance welding or the like. However, plastic flow of the material occurs due to the addition of mechanical vibration in the vicinity of the contact interface between the metal lead portion and the terminal ring, and alloying due to the plastic flow mainly occurs. As a result, as shown by the solid line in FIG. 3, the second region S in which the concentration of the ring constituent is relatively lower on the side closer to the bonding interface than in the first region P in which the concentration of the ring constituent is relatively high. Are formed in the form of density reversal regions.

【0013】上記のようなプロファイルは、上記のよう
な塑性流動に基づく合金化が主体となる場合に特有のも
のであり、超音波特有の高速機械振動により接触面の酸
化物や汚れの層の破壊が瞬時に起こり、清浄な金属層同
士の接触及び塑性流動が進行することを意味する。その
結果、端子リングと金属リード部との間に強固な接合状
態を実現できる。
The above profile is peculiar to the case where the alloying based on the above plastic flow is the main, and the high speed mechanical vibration peculiar to ultrasonic waves causes the formation of oxide and dirt layers on the contact surface. It means that the destruction instantly occurs, and the contact between the clean metal layers and the plastic flow proceed. As a result, a strong joining state can be realized between the terminal ring and the metal lead portion.

【0014】なお、上記のような合金化層を形成する場
合、金属リード部の構成金属を、端子リングの構成金属
よりも軟質のものとすることが、超音波振動による塑性
流動ひいては合金化を促進する上で望ましい。一例とし
て、端子リングをFeを主成分とする金属とし、金属リ
ード部をNiを主成分とする金属とする組合せを例示で
きる。
In the case of forming the alloyed layer as described above, it is preferable that the constituent metal of the metal lead portion is softer than the constituent metal of the terminal ring so that the plastic flow and the alloying due to the ultrasonic vibration are caused. Desirable to promote. As an example, a combination in which the terminal ring is made of a metal containing Fe as a main component and the metal lead portion is made of a metal containing Ni as a main component can be exemplified.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を用いて説明する。図1は、本発明のグロープラグの
一例を、その内部構造とともに示すものである。また、
図2は、その要部を拡大して示すものである。該グロー
プラグ50は、セラミックヒータ1とこれを保持する主
体金具4とを有する。セラミックヒータ1は棒状の形態
を有し、自身の先端部2に抵抗発熱体11が埋設されて
いる。また、抵抗発熱体11に通電するための第一ヒー
タ端子12aが自身の後端部外周面に露出形成されてい
る。また、主体金具4は、セラミックヒータ1の外側を
同軸的に覆う筒状に形成され、軸線O方向における内周
面前端部がヒータ保持面4aとされている。そして、該
ヒータ保持面4aにてセラミックヒータ1を、他部材で
ある円筒状の第二端子リング3を介して間接的に、かつ
前記先端部2を突出させる形で保持している(従って、
セラミックヒータ1を直接保持するのは第二端子リング
3の内周面である)。さらに、ヒータ保持面4aよりも
後方側において、セラミックヒータ1の後端部外周面と
主体金具4の内周面との間には、リング配置隙間Gが形
成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of the glow plug of the present invention together with its internal structure. Also,
FIG. 2 is an enlarged view of the main part. The glow plug 50 has a ceramic heater 1 and a metal shell 4 that holds the ceramic heater 1. The ceramic heater 1 has a rod-like shape, and the resistance heating element 11 is embedded in the tip portion 2 of the ceramic heater 1. A first heater terminal 12a for energizing the resistance heating element 11 is formed on the outer peripheral surface of the rear end portion of itself. Further, the metal shell 4 is formed in a cylindrical shape that coaxially covers the outside of the ceramic heater 1, and the front end portion of the inner peripheral surface in the direction of the axis O is the heater holding surface 4a. Then, the ceramic heater 1 is held by the heater holding surface 4a indirectly via the cylindrical second terminal ring 3 which is another member, and in a form in which the tip portion 2 is projected (hence,
It is the inner peripheral surface of the second terminal ring 3 that directly holds the ceramic heater 1). Further, a ring arrangement gap G is formed between the outer peripheral surface of the rear end portion of the ceramic heater 1 and the inner peripheral surface of the metal shell 4 on the rear side of the heater holding surface 4a.

【0016】次に、主体金具4の外周面には、図示しな
いエンジンブロックにグロープラグ50を固定するため
の、取付部としてのねじ部5が形成され、後端部には金
属軸6が取り付けられている。該外金属軸6は棒状の形
態をなし、主体金具4の後端部内側に軸線O方向に挿入
されるとともに、該軸線O方向において自身の先端面6
fがセラミックヒータ1の後端面2rと対向する形で配
置されている。他方、リング配置隙間Gにおいてセラミ
ックヒータ1の後端部外周面には、第一ヒータ端子12
aと導通する金属製の第一端子リング14が、締まり嵌
め状態にて該第一ヒータ端子12aを覆うように取り付
けられている。そして、金属軸6と第一ヒータ端子12
aとは、一端が第一端子リング14に結合され、他端が
金属軸6に結合された金属リード部17により、電気的
に接続されている。
Next, on the outer peripheral surface of the metal shell 4, a screw portion 5 is formed as an attachment portion for fixing the glow plug 50 to an engine block (not shown), and a metal shaft 6 is attached to the rear end portion. Has been. The outer metal shaft 6 has a rod-like shape, is inserted in the rear end portion of the metal shell 4 in the direction of the axis O, and has its front end surface 6 in the direction of the axis O.
f is arranged so as to face the rear end surface 2r of the ceramic heater 1. On the other hand, in the ring arrangement gap G, the first heater terminal 12 is provided on the outer peripheral surface of the rear end portion of the ceramic heater 1.
A first terminal ring 14 made of metal and electrically connected to a is attached so as to cover the first heater terminal 12a in an interference fit state. Then, the metal shaft 6 and the first heater terminal 12
It is electrically connected to a by a metal lead portion 17 having one end coupled to the first terminal ring 14 and the other end coupled to the metal shaft 6.

【0017】セラミックヒータ1の外周面には、軸線O
方向において第一ヒータ端子12aよりも前方側に、抵
抗発熱体11に通電するための第二ヒータ端子12bが
露出形成されている。そして、該第二ヒータ端子12b
を覆うとともにこれと導通する円筒状の第二端子リング
3が、セラミックヒータ1の後端部を自身の後方側に突
出させた状態にて、該セラミックヒータ1の外周面に締
まり嵌め状態にて取り付けられている。そして、主体金
具4は、円筒状のヒータ保持面4aにおいて該第二端子
リング3の外周面に取り付けられている。
An axis O is formed on the outer peripheral surface of the ceramic heater 1.
A second heater terminal 12b for energizing the resistance heating element 11 is exposed and formed on the front side of the first heater terminal 12a in the direction. Then, the second heater terminal 12b
A cylindrical second terminal ring 3 that covers and is electrically connected to the ceramic heater 1 with the rear end portion of the ceramic heater 1 projecting to the rear side of the ceramic heater 1 in an interference fit state on the outer peripheral surface of the ceramic heater 1. It is installed. The metal shell 4 is attached to the outer peripheral surface of the second terminal ring 3 at the cylindrical heater holding surface 4a.

【0018】主体金具4のヒータ保持面4aとセラミッ
クヒータ1の外周面との間に介挿された第二端子リング
3をスペーサとすることで、該第二端子リング3よりも
後方側に突出させたセラミックヒータ1の後端部外周面
と、主体金具4のヒータ保持面4aよりも後方側の内周
面との間にリング配置隙間Gを適度な量で形成すること
ができる。該リング配置隙間Gを利用することで、セラ
ミックヒータ1の後端部に第一端子リング14を配置す
ることが可能となる。金属リード部17はこの第一端子
リング14に金属/金属接合により取り付ければよいか
ら、金属/セラミックのろう付け構造や、金属リード部
17のセラミックヒータ1への埋め込み接合といった、
工数を要する複雑な構造が排除され、安価に製造可能で
ある。また、第一端子リング14をセラミックヒータ1
に締まり嵌めにより嵌合させるので、ろう付けによる従
来構造のようにろう材層が介在せず、金属軸6と第一端
子リング14との同軸度を確保しやすい。これにより、
金属リード部17と、金属軸6あるいは第一端子リング
14との接合面にずれ等を生じにくくなり、ひいては良
好で高強度の接合部を形成できる。
By using the second terminal ring 3 interposed between the heater holding surface 4a of the metal shell 4 and the outer peripheral surface of the ceramic heater 1 as a spacer, the second terminal ring 3 projects rearward from the second terminal ring 3. An appropriate amount of the ring arrangement gap G can be formed between the outer peripheral surface of the rear end portion of the ceramic heater 1 and the inner peripheral surface of the metal shell 4 on the rear side of the heater holding surface 4a. By using the ring arrangement gap G, the first terminal ring 14 can be arranged at the rear end portion of the ceramic heater 1. Since the metal lead portion 17 may be attached to the first terminal ring 14 by metal / metal joining, a metal / ceramic brazing structure or a buried joining of the metal lead portion 17 to the ceramic heater 1 is required.
A complicated structure that requires man-hours is eliminated, and it can be manufactured at low cost. In addition, the first terminal ring 14 is connected to the ceramic heater 1.
Since the fitting is performed by interference fitting, the brazing material layer is not present unlike the conventional structure by brazing, and the coaxiality between the metal shaft 6 and the first terminal ring 14 can be easily secured. This allows
The joining surface between the metal lead portion 17 and the metal shaft 6 or the first terminal ring 14 is less likely to be displaced, and thus a good and high-strength joining portion can be formed.

【0019】本実施形態では、主体金具4もヒータ保持
面4aにおいて、第二端子リング3の外周面に締まり嵌
め状態にて取り付けるようにしている。これにより、グ
ロープラグ50の組立て工程を一層簡略化することがで
きる。また、主体金具4の第二端子リング3に対する嵌
合面(ヒータ保持面4a)が、第二端子リング3とセラ
ミックヒータ1との嵌合面と重なる形となるので、セラ
ミックヒータ1に対する第二端子リング3の緊束力に主
体金具4の緊束力が重畳され、第二端子リング3とセラ
ミックヒータ1との嵌合の気密性を一層高めることがで
きる。
In the present embodiment, the metal shell 4 is also attached to the outer peripheral surface of the second terminal ring 3 in a tight fit state on the heater holding surface 4a. Thereby, the assembly process of the glow plug 50 can be further simplified. Further, since the fitting surface (heater holding surface 4a) of the metal shell 4 to the second terminal ring 3 overlaps with the fitting surface of the second terminal ring 3 and the ceramic heater 1, the second surface to the ceramic heater 1 The tight binding force of the metal shell 4 is superimposed on the tight binding force of the terminal ring 3, and the airtightness of the fitting between the second terminal ring 3 and the ceramic heater 1 can be further enhanced.

【0020】セラミックヒータ1への各端子リング1
4,3の組み付けは、図6に示すように、個々の端子リ
ング14あるいは3をセラミックヒータ1に対し、端部
から軸線方向に挿入しつつ圧入する方法で組み付けるこ
とができる。なお、圧入に代えて焼き嵌めを用いてもよ
い。このうち、第一端子リング14については、第一ヒ
ータ端子12aとの導通が確保できる程度の緊束力が得
られればよい。他方、第二端子リング3については、第
二ヒータ端子12bとの導通確保に加え、嵌合面におけ
る気密性を確保する必要があることから、第一端子リン
グ14よりは強い緊束力が求められる。いずれも、室温
ではもちろん、各部に熱膨張が生ずるセラミックヒータ
1の温度上昇時においても、必要十分な緊束力が確保さ
れていることが重要である。一般に、セラミックと金属
を比較した場合、インバーなどの特殊な合金を除けば、
金属のほうが線膨張係数が高く、端子リング14,3は
昇温時には緊束力が緩みやすくなる傾向にある。
Each terminal ring 1 to the ceramic heater 1
As shown in FIG. 6, each of the terminal rings 14 and 3 can be assembled into the ceramic heater 1 by inserting the terminal rings 14 and 3 into the ceramic heater 1 while inserting the terminal rings 14 and 3 in the axial direction. Note that shrink fitting may be used instead of press fitting. Of these, the first terminal ring 14 only needs to have a tight binding force enough to ensure conduction with the first heater terminal 12a. On the other hand, the second terminal ring 3 is required to have a tighter binding force than the first terminal ring 14 because it is necessary to secure the airtightness on the fitting surface in addition to ensuring the conduction with the second heater terminal 12b. To be In any case, it is important to secure a necessary and sufficient cohesive force not only at room temperature but also when the temperature of the ceramic heater 1 in which thermal expansion occurs in each part rises. Generally, when comparing ceramic and metal, except for special alloys such as Invar,
Metal has a higher coefficient of linear expansion, and the binding force of the terminal rings 14 and 3 tends to loosen more easily when the temperature rises.

【0021】この場合、リングの材質や肉厚tによって
も昇温時に確保される緊束力のレベルは異なるが、図4
に示すように、セラミックヒータ1から第一端子リング
14あるいは第二端子リング3を取り外した分解状態に
おいて、第一端子リング14の内径をd1、同じく該分
解状態における第一ヒータ端子12aの形成位置でのセ
ラミックヒータ1の外径をd2として、d2−d1(以
下、第一端子リング14の分解後締め代という:本明細
書では、室温状態での値を意味する)が、8μm以上で
あって第一端子リング14の取付位置におけるセラミッ
クヒータ1の外径の2%以下の範囲に調整されているこ
とが望ましい。また、セラミックヒータ1から第二端子
リング3を取り外した分解状態において、第二端子リン
グ3の内径をd1’、同じくセラミックヒータ1の外径
をd2’として、d2’−d1’(以下、第二端子リン
グ3の分解後締め代という:本明細書では、室温状態で
の値を意味する)も同様に、8μm以上であって第二端
子リング3の取付位置におけるセラミックヒータ1の外
径の2%以下の範囲に調整されていることが望ましい。
In this case, the level of the tight binding force secured at the time of temperature rise also depends on the material of the ring and the wall thickness t.
As shown in FIG. 3, in the disassembled state in which the first terminal ring 14 or the second terminal ring 3 is removed from the ceramic heater 1, the inner diameter of the first terminal ring 14 is d1, and the formation position of the first heater terminal 12a in the disassembled state is also the same. And the outer diameter of the ceramic heater 1 is d2-d1 (hereinafter, referred to as a tightening margin after disassembly of the first terminal ring 14: in the present specification, a value at room temperature) is 8 μm or more. It is desirable that the outer diameter of the ceramic heater 1 at the mounting position of the first terminal ring 14 is adjusted to 2% or less. Further, in the disassembled state in which the second terminal ring 3 is removed from the ceramic heater 1, the inner diameter of the second terminal ring 3 is d1 ′ and the outer diameter of the ceramic heater 1 is d2 ′, and d2′−d1 ′ (hereinafter, referred to as (Tightening margin after disassembly of the two terminal ring 3: In the present specification, it means a value at room temperature). Similarly, the outer diameter of the ceramic heater 1 at the mounting position of the second terminal ring 3 is 8 μm or more. It is desirable that the range is adjusted to 2% or less.

【0022】上記分解後締め代は、セラミックヒータ1
から取り外したときのリング14,3の弾性復帰量、つ
まり、リング14,3によるセラミックヒータ1への弾
性緊束力を反映したパラメータと見ることができる。該
分解後締め代が8μm未満では、前記温度範囲にリング
3あるいは4が昇温したとき、必要な緊束力が確保でき
なくなる。例えば、第一端子リング14においては第一
ヒータ端子12aとの接触抵抗の増大が、第二端子リン
グ3においては第一ヒータ端子12bとの接触抵抗の増
大と気密性の低下とが、具体的な不具合として発生する
ことにつながる。他方、分解後締め代が100μmを超
えるとセラミックヒータ1に過剰な緊束力が作用し、割
れやクラック等の発生につながる場合がある。なお、リ
ング3,14の肉厚が小さい場合は、リング自体の塑性
変形量が増加するため、分解後締め代を100μm以上
に設定することが本質的に不可能な場合がある。なお、
上記分解後締め代d2−d1あるいはd2’−d1’
は、より望ましくは15〜40μmの範囲に調整するの
がよい。また、同じ分解後締め代の値であっても、弾性
緊束力の値を高める観点においてはリングの肉厚が大き
い方がより有利である。
After the disassembly, the tightening margin is the ceramic heater 1
It can be regarded as a parameter that reflects the elastic return amount of the rings 14 and 3 when removed from the substrate, that is, the elastic binding force of the rings 14 and 3 to the ceramic heater 1. If the tightening margin after disassembly is less than 8 μm, the necessary binding force cannot be secured when the temperature of the ring 3 or 4 rises within the above temperature range. For example, in the first terminal ring 14, an increase in the contact resistance with the first heater terminal 12a, and in the second terminal ring 3 an increase in the contact resistance with the first heater terminal 12b and a decrease in airtightness are concrete. It will lead to the occurrence of a malfunction. On the other hand, if the tightening margin after disassembly exceeds 100 μm, an excessive binding force acts on the ceramic heater 1, which may lead to cracks or cracks. When the thickness of the rings 3 and 14 is small, the amount of plastic deformation of the rings itself increases, and it may be essentially impossible to set the post-disassembly tightening margin to 100 μm or more. In addition,
Tightening allowance after disassembly d2-d1 or d2'-d1 '
Is more preferably adjusted in the range of 15 to 40 μm. Further, even if the value of the tightening margin after disassembly is the same, it is more advantageous that the thickness of the ring is larger from the viewpoint of increasing the value of the elastic binding force.

【0023】第一端子リング14及び第二端子リング3
の材質としては、高温強度と材料コストとのバランスを
考慮して、一定以上の硬さ及び耐熱性を有したFe系合
金を使用することが望ましい。特に、分解後締め代を高
めて弾性緊束力を十分に確保するためには、ビッカース
硬さ(JIS:Z2244(1998)に規定の方法に
より荷重10Nにて測定した値)Hvが170以上(望
ましくは350以上)のFe系合金の使用が推奨され
る。このようなFe系合金として、ステンレス鋼、例え
ばSUS630あるいはSUS631等の析出硬化系ス
テンレス鋼を好適に使用できる。SUS630は、JI
SG4303(1988)に規定されたH900、H1
025、H1075あるいはH1105のいずれかの熱
処理により時効析出硬化させることができ、特にH90
0処理を行ったものはHv350以上を確保できる。他
方、SUS631は同規格のTH1050あるいはRH
950の熱処理により時効析出硬化させることができ、
いずれもHv350以上を確保できる。また、硬さの点
では若干劣るが、SUS430等のフェライト系ステン
レス鋼を使用することもできる。
First terminal ring 14 and second terminal ring 3
As a material for the above, it is desirable to use an Fe-based alloy having hardness and heat resistance above a certain level in consideration of the balance between high temperature strength and material cost. In particular, in order to increase the tightening margin after disassembly and ensure a sufficient elastic binding force, the Vickers hardness (value measured at a load of 10 N by the method prescribed in JIS: Z2244 (1998)) Hv is 170 or more ( The use of Fe-based alloys of 350 or more) is recommended. As such an Fe-based alloy, stainless steel, for example, precipitation hardening stainless steel such as SUS630 or SUS631 can be preferably used. SUS630 is JI
H900, H1 specified in SG4303 (1988)
Aging precipitation hardening can be performed by heat treatment of any one of 025, H1075, and H1105.
Those subjected to 0 treatment can secure Hv350 or higher. On the other hand, SUS631 is TH1050 or RH of the same standard.
It can be aged precipitation hardened by the heat treatment of 950,
Both can secure Hv350 or higher. Further, although it is slightly inferior in hardness, ferritic stainless steel such as SUS430 can also be used.

【0024】次に、図2に示すように、金属リード部1
7は、金属軸6と第一端子リング14との間で屈曲した
形で配置されている。これにより、セラミックヒータ1
の発熱により加熱/冷却サイクルが加わった場合でも、
金属リード部17は、その屈曲部分で膨張/収縮を吸収
することができ、ひいては金属リード部17と第一端子
リング14との接合部に過度の応力が集中して接触不良
や断線等の不具合が生ずることを防止できる。また、金
属リード部17と金属軸6との接合を容易にかつ強固に
行なうために、金属リード部17の金属軸6との接合端
部が金属軸6の外周面先端部に対し、平面状の接合面を
もって結合されている。例えば、金属リード部17と金
属軸6とを抵抗溶接により接合する場合、接合面を平面
状としておくことは、抵抗溶接時の加圧力を均等に付加
し、欠陥の少ない溶接接合部を形成する上でも有利とな
る。
Next, as shown in FIG. 2, the metal lead portion 1
7 is arranged in a bent shape between the metal shaft 6 and the first terminal ring 14. As a result, the ceramic heater 1
Even if a heating / cooling cycle is added due to the heat generated by
The metal lead portion 17 can absorb the expansion / contraction at its bent portion, and excessive stress is concentrated on the joint portion between the metal lead portion 17 and the first terminal ring 14, resulting in defects such as contact failure and disconnection. Can be prevented. Further, in order to easily and firmly join the metal lead portion 17 and the metal shaft 6, the joining end portion of the metal lead portion 17 with the metal shaft 6 is formed into a planar shape with respect to the outer peripheral surface tip end portion of the metal shaft 6. Are joined with the joint surface of. For example, when the metal lead portion 17 and the metal shaft 6 are joined by resistance welding, making the joint surface planar makes it possible to evenly apply a pressing force during resistance welding and form a welded joint portion with few defects. It is also advantageous in the above.

【0025】他方、金属リード部17は、その前端部に
おいて第一端子リング14の外周面に溶接接合されてい
る。本発明においては、接合時の温度上昇が小さい溶接
方法として、例えば後述する超音波溶接を採用する。こ
れにより、図3に示すように、金属リード部17と端子
リング14との溶接接合部には、金属リード部17と端
子リング14との接合界面から金属リード部17側に、
該金属リード部17の構成金属成分と端子リング14の
構成金属成分(リング構成成分)との合金化層が形成さ
れ、該合金化層には、リング構成成分の濃度が、接合界
面に近い側において遠い側よりも相対的に高くなる濃度
反転領域Sが識別可能に形成される。換言すれば、接合
界面を横切る断面において、リング構成成分の濃度が極
大値を示す第一領域Pと、極小値を示す第二領域(濃度
反転領域)Sとが、接合方向に交互に形成された濃度分
布が形成される。
On the other hand, the metal lead portion 17 is welded to the outer peripheral surface of the first terminal ring 14 at its front end portion. In the present invention, for example, ultrasonic welding, which will be described later, is adopted as a welding method in which the temperature rise during joining is small. Thereby, as shown in FIG. 3, at the welded joint between the metal lead portion 17 and the terminal ring 14, from the joint interface between the metal lead portion 17 and the terminal ring 14 to the metal lead portion 17 side,
An alloyed layer of the constituent metal component of the metal lead portion 17 and the constituent metal component of the terminal ring 14 (ring constituent component) is formed, and the alloyed layer has a concentration of the ring constituent component close to the bonding interface. A density inversion region S that is relatively higher than that on the far side is formed to be distinguishable. In other words, in the cross section that crosses the bonding interface, the first regions P in which the concentration of the ring constituent component has the maximum value and the second regions (concentration inversion region) S in which the concentration has the minimum value are alternately formed in the bonding direction. A concentrated concentration distribution is formed.

【0026】金属リード部17の第一端子リング14へ
の溶接は、図7(a)に示すように、第一端子リング1
4をセラミックヒータ1に圧入により締まり嵌め嵌合さ
せた後、その第一端子リング14に金属リード部17を
溶接する工程を採用できる。金属製の第一端子リング1
4は、溶接時の入熱量が大きいと、その温度上昇により
材料の降伏点が下がり、締まり嵌め時に生じたリングの
弾性ひずみが塑性変形歪に転化され、弾性緊束力が損な
われてしまう場合がある。しかし、超音波溶接の採用に
より溶接時の入熱を抑制することで、上記のような弾性
緊束力の低下を効果的に抑制することができる。
The metal lead portion 17 is welded to the first terminal ring 14 as shown in FIG. 7 (a).
It is possible to adopt a process of welding the metal lead portion 17 to the first terminal ring 14 of the ceramic heater 1 after press-fitting the ceramic heater 4 into the ceramic heater 1 so as to be fitted. Metal first terminal ring 1
In No. 4, when the heat input during welding is large, the yield point of the material decreases due to the temperature rise, and the elastic strain of the ring generated during the interference fitting is converted into plastic deformation strain, and the elastic binding force is impaired. There is. However, by suppressing the heat input at the time of welding by adopting ultrasonic welding, it is possible to effectively suppress the above-mentioned decrease in elastic binding force.

【0027】一方、図7(b)に示すように、第一端子
リング14に金属リード部17を溶接した後、その第一
端子リング14をセラミックヒータ1に締まり嵌め嵌合
させる工程を用いることもできる。この場合は、嵌合の
緊束力に対し溶接の影響が本質的に及ばなくなる。ま
た、溶接接合部への熱応力残留が抑制される結果、端子
リングを嵌合する際の応力が新たに付加されても、溶接
接合部に割れ等の不具合が生じ難い。
On the other hand, as shown in FIG. 7B, after the metal lead portion 17 is welded to the first terminal ring 14, the step of fitting the first terminal ring 14 into the ceramic heater 1 by interference fit is used. You can also In this case, the effect of welding essentially does not affect the tight binding force of the fitting. Further, as a result of suppressing residual thermal stress in the welded joint, even if a new stress is applied when the terminal ring is fitted, the welded joint is unlikely to have a defect such as cracking.

【0028】次に、セラミックヒータ1は、絶縁性セラ
ミックからなるセラミック基体13中に抵抗発熱体11
が埋設された棒状のセラミックヒータ素子として構成さ
れている。本実施形態においては、セラミックヒータ1
は、絶縁性セラミックからなるセラミック基体13中に
導電性セラミックからなるセラミック抵抗体10が埋設
されたものとして構成されている。セラミック抵抗体1
0は、セラミックヒータ1の先端部に配置される第一導
電性セラミックからなり、抵抗発熱体として機能する第
一抵抗体部分11と、各々該第一抵抗体部分11の後方
側において、セラミックヒータ1の軸線O方向に延伸す
る形で配置され、先端部が第一抵抗体部分11の通電方
向における両端部にそれぞれ接合されるとともに、第一
導電性セラミックよりも抵抗率が低い第二導電性セラミ
ックからなる1対の第二抵抗体部分12,12とを有す
る。そして、セラミック抵抗体10の1対の第二抵抗体
部分12,12には、それぞれ軸線O方向における互い
に異なる位置に分岐部が形成され、それら分岐部の、セ
ラミックヒータ1の表面への露出部が、それぞれ第一ヒ
ータ端子12a及び第二ヒータ端子12bを形成してな
る。
Next, the ceramic heater 1 has a resistance heating element 11 in a ceramic base 13 made of an insulating ceramic.
Is embedded as a rod-shaped ceramic heater element. In this embodiment, the ceramic heater 1
Is configured such that a ceramic resistor 10 made of a conductive ceramic is embedded in a ceramic base 13 made of an insulating ceramic. Ceramic resistor 1
Reference numeral 0 indicates a first resistor portion 11 which is made of a first conductive ceramic and is disposed at the tip of the ceramic heater 1, and which functions as a resistance heating element, and a ceramic heater on the rear side of each first resistor portion 11. No. 1 is arranged so as to extend in the direction of the axis O, and the tip end is joined to both ends of the first resistor portion 11 in the energization direction, and the second conductivity is lower in resistivity than the first conductive ceramic. And a pair of second resistor portions 12 and 12 made of ceramic. Then, branch portions are formed in the pair of second resistor portions 12, 12 of the ceramic resistor 10 at different positions in the direction of the axis O, and the exposed portions of the branch portions on the surface of the ceramic heater 1. , Respectively, forming a first heater terminal 12a and a second heater terminal 12b.

【0029】なお、抵抗発熱体11への通電は、例えば
図10に示すように、セラミック基体13中に埋設され
るW等の高融点金属線材からなる埋設リード線18,1
9を介して行なうこともできる。この場合、第一ヒータ
端子は埋設リード線18の、また第二ヒータ端子は埋設
リード線19の、各露出部18a及び19aとして形成
される。
The resistance heating element 11 is energized by, for example, as shown in FIG. 10, the embedded lead wires 18, 1 made of a high melting point metal wire material such as W embedded in the ceramic substrate 13.
It can also be done via 9. In this case, the first heater terminal is formed of the embedded lead wire 18, and the second heater terminal is formed of the embedded lead wire 19 as the exposed portions 18a and 19a.

【0030】次に、セラミック基体13を構成する絶縁
性セラミックとして、本実施形態では窒化珪素質セラミ
ックが採用されている。窒化珪素質セラミックの組織
は、窒化珪素(Si)を主成分とする主相粒子
が、後述の焼結助剤成分等に由来した粒界相により結合
された形態のものである。なお、主相は、Siあるいは
Nの一部が、AlあるいはOで置換されたもの、さらに
は、相中にLi、Ca、Mg、Y等の金属原子が固溶し
たものであってもよい。
Next, in this embodiment, a silicon nitride ceramic is used as an insulating ceramic forming the ceramic base 13. The structure of the silicon nitride ceramic is such that main phase particles containing silicon nitride (Si 3 N 4 ) as a main component are bonded by a grain boundary phase derived from a sintering aid component described later. The main phase may be one in which a part of Si or N is replaced with Al or O, and further, one in which metal atoms such as Li, Ca, Mg, and Y are solid-dissolved in the phase. .

【0031】窒化珪素質セラミックには、周期律表の3
A、4A、5A、3B(例えばAl)及び4B(例えば
Si)の各族の元素群及びMgから選ばれる少なくとも
1種を前記のカチオン元素として、焼結体全体における
含有量にて、酸化物換算で1〜10質量%含有させるこ
とができる。これら成分は主に酸化物の形で添加され、
焼結体中においては、主に酸化物あるいはシリケートな
どの複合酸化物の形態にて含有される。焼結助剤成分が
1質量%未満では緻密な焼結体が得にくくなり、10質
量%を超えると強度や靭性あるいは耐熱性の不足を招
く。焼結助剤成分の含有量は、望ましくは2〜8質量%
とするのがよい。焼結助剤成分として希土類成分を使用
する場合、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、
Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、L
uを用いることができる。これらのうちでもTb、D
y、Ho、Er、Tm、Ybは、粒界相の結晶化を促進
し、高温強度を向上させる効果があるので好適に使用で
きる。
For silicon nitride ceramics, 3 of the periodic table is used.
At least one selected from the group of elements of each group of A, 4A, 5A, 3B (for example, Al) and 4B (for example, Si) and Mg is used as the cation element, and the oxide is contained in the whole sintered body. It can be contained in an amount of 1 to 10 mass% in terms of conversion. These components are added mainly in the form of oxides,
In the sintered body, it is contained mainly in the form of oxide or complex oxide such as silicate. If the sintering additive component is less than 1% by mass, it is difficult to obtain a dense sintered body, and if it exceeds 10% by mass, the strength, toughness, or heat resistance becomes insufficient. The content of the sintering aid component is preferably 2 to 8% by mass.
It is good to say When a rare earth component is used as the sintering aid component, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm,
Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, L
u can be used. Among these, Tb, D
y, Ho, Er, Tm, and Yb have the effect of promoting crystallization of the grain boundary phase and improving high-temperature strength, and thus can be preferably used.

【0032】次に、セラミック抵抗体10を構成する第
一抵抗体部分11及び第二抵抗体部分12,12は、前
記した通り電気抵抗率の異なる導電性セラミックにて構
成されている。両導電性セラミックの電気抵抗率を互い
に異なるものとする方法は特に限定されず、例えば、 同種の導電性セラミック相を用いつつ、その含有量を
互いに異ならせる方法; 電気抵抗率の異なる異種の導電性セラミック相を採用
する方法; との組合せによる方法; 等、種々例示できるが、本実施形態ではの方法を採用
している。
Next, the first resistor portion 11 and the second resistor portions 12, 12 constituting the ceramic resistor 10 are made of conductive ceramics having different electric resistivities as described above. The method of making the electric resistances of both conductive ceramics different from each other is not particularly limited, and, for example, a method of making the contents different from each other while using the same kind of conductive ceramic phase; Various methods can be exemplified, such as a method in which a characteristic ceramic phase is adopted; a method in combination with, and the like, but the method in this embodiment is adopted.

【0033】導電性セラミック相としては、例えば、炭
化タングステン(WC)、二珪化モリブデン(MoSi
)及び二珪化タングステン(WSi)等、周知のも
のを採用できる。本実施形態ではWCを採用している。
なお、セラミック基体13との線膨張係数差を縮小して
耐熱衝撃性を高めるために、セラミック基体13の主成
分となる絶縁性セラミック相、ここでは窒化珪素質セラ
ミック相を配合することができる。従って、絶縁性セラ
ミック相と導電性セラミック相との含有比率を変化させ
ることにより、抵抗体部分を構成する導電性セラミック
の電気抵抗率を所望の値に調整することができる。
Examples of the conductive ceramic phase include tungsten carbide (WC) and molybdenum disilicide (MoSi).
2 ) and tungsten disilicide (WSi 2 ) can be used. In this embodiment, WC is adopted.
In order to reduce the difference in linear expansion coefficient from the ceramic base 13 and improve the thermal shock resistance, an insulating ceramic phase, which is the main component of the ceramic base 13, here a silicon nitride ceramic phase can be blended. Therefore, by changing the content ratio of the insulating ceramic phase and the conductive ceramic phase, the electric resistivity of the conductive ceramic forming the resistor portion can be adjusted to a desired value.

【0034】具体的には、抵抗発熱部をなす第一抵抗体
部分11の材質である第一導電性セラミックは、導電性
セラミック相の含有率を10〜25体積%、残部を絶縁
性セラミック相とするのがよい。導電性セラミック相の
含有率が25体積%を超えると、導電率が高くなりすぎ
て十分な発熱量が期待できなくなり、10体積%未満に
なると逆に導電率が低くなりすぎ、同様に発熱量が十分
に確保できなくなる。
Concretely, the first conductive ceramics, which is the material of the first resistor portion 11 forming the resistance heating portion, has a conductive ceramic phase content of 10 to 25% by volume, and the remaining insulating ceramic phase. It is good to say If the content rate of the conductive ceramic phase exceeds 25% by volume, the electrical conductivity becomes too high and a sufficient calorific value cannot be expected, and if it is less than 10% by volume, the electrical conductivity becomes too low and the calorific value becomes the same. Can not be secured enough.

【0035】他方、第二抵抗体部分12,12は、その
第一抵抗体部分11に対する導通経路となるものであ
り、その材質である第二導電性セラミックは導電性セラ
ミック相の含有率を15〜30体積%、残部を絶縁性セ
ラミック相とするのがよい。導電性セラミック相の含有
率が30体積%を超えると焼成による緻密化が困難とな
り、強度不足を招きやすくなるほか、エンジン予熱のた
めに通常使用される温度域に到達しても電気抵抗率の上
昇が不十分となり、電流密度を安定化させるための自己
飽和機能が実現できなくなる場合がある。他方、15体
積%未満では第二抵抗体部分12,12での発熱が大き
くなりすぎて、第一抵抗体部分11の発熱効率が悪化す
ることにつながる。本実施形態では、第一導電性セラミ
ック中のWCの含有率を16体積%(55質量%)、第
二導電性セラミック中のWCの含有率を20体積%(7
0質量%)としている(残部いずれも窒化珪素質セラミ
ック(焼結助剤含む)。
On the other hand, the second resistor portions 12 and 12 serve as conduction paths to the first resistor portion 11, and the second conductive ceramic, which is the material thereof, has a conductive ceramic phase content of 15%. ˜30% by volume, and the balance is preferably an insulating ceramic phase. If the content rate of the conductive ceramic phase exceeds 30% by volume, it becomes difficult to densify it by firing, resulting in insufficient strength, and even if the temperature range normally used for engine preheating is reached, the electrical resistivity The rise may be insufficient, and the self-saturation function for stabilizing the current density may not be realized. On the other hand, if it is less than 15% by volume, the heat generation in the second resistor portions 12 and 12 becomes too large, which leads to deterioration in heat generation efficiency of the first resistor portion 11. In the present embodiment, the content ratio of WC in the first conductive ceramic is 16% by volume (55 mass%), and the content ratio of WC in the second conductive ceramic is 20% by volume (7%).
0% by mass) (the rest are all silicon nitride ceramics (including a sintering aid)).

【0036】本実施形態においてセラミック抵抗体10
は、第一抵抗体部分11がU字形状をなし、そのU字底
部がセラミックヒータ1の先端側に位置するように配置
され、第二抵抗体部分12,12は、該U字形状の第一
抵抗体部分11の両端部からそれぞれ軸線O方向に沿っ
て後方に延伸する、互いに略平行な棒状部とされてい
る。
In this embodiment, the ceramic resistor 10
Is arranged such that the first resistor portion 11 has a U-shape, and the U-shaped bottom portion is located on the tip side of the ceramic heater 1, and the second resistor portions 12 and 12 have the U-shaped first portion. It is a rod-shaped portion that extends rearward from both ends of the one resistor portion 11 along the axis O direction and is substantially parallel to each other.

【0037】セラミック抵抗体10において第一抵抗体
部分11は、動作時に最も高温となるべき先端部11a
に対して電流を集中するために、該先端部11aを両端
部11b、11bよりも細径としている。そして、第二
抵抗体部分12,12との接合面15は、その先端部1
1aよりも径大となった両端部11b、11bに形成さ
れている。
In the ceramic resistor 10, the first resistor portion 11 has a tip portion 11a which should have the highest temperature during operation.
In order to concentrate the electric current, the tip portion 11a has a smaller diameter than the both end portions 11b and 11b. The joint surface 15 with the second resistor portions 12 and 12 has a tip portion 1
It is formed on both ends 11b, 11b having a diameter larger than that of 1a.

【0038】なお、図10のように、埋設リード線1
8,19をセラミック中に配置する構造では、高温下で
ヒータ駆動用の電圧を印加したときに、埋設リード線1
12を構成する金属原子が、その電界勾配による電気化
学的な駆動力を受けてセラミック側に強制拡散する、い
わゆるエレクトロマイグレーション効果によって消耗
し、断線等を生じやすくなる場合がある。しかし、図2
の構成では埋設リード線が廃止されていることから、上
記エレクトロマイグレーション効果の影響を本質的に受
けにくい利点がある。
As shown in FIG. 10, the embedded lead wire 1
In the structure in which 8 and 19 are arranged in the ceramic, when the voltage for driving the heater is applied at high temperature, the embedded lead wire 1
In some cases, the metal atoms forming 12 are consumed by the so-called electromigration effect of being forcibly diffused to the ceramic side by receiving an electrochemical driving force due to the electric field gradient, and thus wire breakage or the like is likely to occur. However, FIG.
Since the embedded lead wire is abolished in the above configuration, there is an advantage that it is essentially not affected by the electromigration effect.

【0039】次に、図1に示すように、主体金具4の後
端部内側には、前述の通り、セラミックヒータ1に電力
を供給するための金属軸6が主体金具4と絶縁状態にて
配置されている。本実施形態では、金属軸6の後端側外
周面と主体金具4の内周面との間にセラミックリング3
1を配置し、その後方側にガラス充填層32を形成して
固定する形としている。なお、セラミックリング31の
外周面には、径大部の形でリング側係合部31aが形成
され、主体金具4の内周面後端寄りに、周方向段部の形
で形成された金具側係合部4eに係合することで、軸線
方向前方側への抜け止めがなされている。また、金属軸
6のガラス充填層32と接触する外周面部分には、ロー
レット加工等による凹凸が施されている(図では網掛け
を描いた領域)。さらに、金属軸6の後端部は主体金具
4の後方に延出し、その延出部に絶縁ブッシュ8を介し
て端子金具7がはめ込まれている。該端子金具7は、周
方向の加締め部9により、金属軸6の外周面に対して導
通状態で固定されている。
Next, as shown in FIG. 1, inside the rear end portion of the metal shell 4, the metal shaft 6 for supplying electric power to the ceramic heater 1 is insulated from the metal shell 4 as described above. It is arranged. In this embodiment, the ceramic ring 3 is provided between the outer peripheral surface of the metal shaft 6 on the rear end side and the inner peripheral surface of the metal shell 4.
1 is arranged, and a glass filling layer 32 is formed on the rear side of the No. 1 and fixed. A ring-side engagement portion 31a is formed on the outer peripheral surface of the ceramic ring 31 in the form of a large diameter portion, and a metal fitting formed in the shape of a circumferential step portion near the rear end of the inner peripheral surface of the metal shell 4. By engaging with the side engaging portion 4e, the retaining to the front side in the axial direction is prevented. Further, the outer peripheral surface portion of the metal shaft 6 which is in contact with the glass filling layer 32 is provided with unevenness by knurling or the like (a shaded area in the drawing). Further, the rear end portion of the metal shaft 6 extends rearward of the metal shell 4, and the terminal metal fitting 7 is fitted into the extending portion via an insulating bush 8. The terminal fitting 7 is fixed to the outer peripheral surface of the metal shaft 6 in a conductive state by a caulking portion 9 in the circumferential direction.

【0040】グロープラグ50は、主体金具4の取付部
5において、セラミックヒータ1の先端部2が燃焼室内
に位置するようにディーゼルエンジンに取り付けられ
る。そして、端子金具7を電源に接続することで、金属
軸6→金属リード部17→第一端子リング14→セラミ
ックヒータ1→第二端子リング3→主体金具4→(エン
ジンブロックを介して接地)の順序で電流が流れ、セラ
ミックヒータ1の先端部2が発熱して、燃焼室内の予熱
を行なうことができる。
The glow plug 50 is attached to the diesel engine so that the tip portion 2 of the ceramic heater 1 is located in the combustion chamber in the attachment portion 5 of the metal shell 4. Then, by connecting the terminal metal fitting 7 to a power source, the metal shaft 6 → the metal lead portion 17 → the first terminal ring 14 → the ceramic heater 1 → the second terminal ring 3 → the metal shell 4 → (grounded through the engine block) In this order, a current flows, the tip portion 2 of the ceramic heater 1 generates heat, and the inside of the combustion chamber can be preheated.

【0041】以下、グロープラグ50の製造方法につい
て説明する。まず、図5(a)に示すように、セラミッ
ク抵抗体10となるべき抵抗体粉末成形部34を、射出
成形により作成する。また、セラミック基体13を形成
するための原料粉末を予め金型プレス成形することによ
り、上下別体に形成された基体成形体としての分割予備
成形体36,37を用意しておく。これら分割予備成形
体36,37には、上記抵抗体粉末成形部34に対応し
た形状の凹部37a(分割予備成形体36側の凹部は図
面に表れていない)をその合わせ面に形成しておき、こ
こに抵抗体粉末成形部34を収容して分割予備成形体3
6,37を上記合わせ面において嵌め合わせ、さらにプ
レス・圧縮することにより、図5(b)に示すように、
これらが一体化された複合成形体39を作る。
The method of manufacturing the glow plug 50 will be described below. First, as shown in FIG. 5A, a resistor powder molding portion 34 to be the ceramic resistor 10 is formed by injection molding. Further, the raw material powder for forming the ceramic base 13 is press-molded in advance with a die to prepare divided preforms 36 and 37 as separate base upper and lower bodies. A concave portion 37a having a shape corresponding to the resistor powder molding portion 34 (a concave portion on the divided preliminary molded body 36 side is not shown in the drawing) is formed on the mating surface of each of the divided preliminary molded bodies 36 and 37. , The resistor powder molding part 34 is housed therein, and the divided preform 3
As shown in FIG. 5 (b), by fitting 6, 37 on the mating surface, and further pressing and compressing,
A composite molded body 39 in which these are integrated is produced.

【0042】こうして得られた複合成形体39を脱バイ
ンダ処理後、ホットプレス等により1700℃以上、例
えば約1800℃前後で焼成することにより、焼成体と
し、さらに外周面を円筒状に研磨にすればセラミックヒ
ータ1が得られる。そして、図6に示すように、該セラ
ミックヒータ1に第一端子リング14及び第二端子リン
グ3を例えば圧入により締まり嵌め嵌合させる。
The composite molded body 39 thus obtained is subjected to binder removal processing, and is then fired at 1700 ° C. or higher, for example, about 1800 ° C. by a hot press or the like to obtain a fired body, and the outer peripheral surface is polished into a cylindrical shape. For example, the ceramic heater 1 is obtained. Then, as shown in FIG. 6, the first terminal ring 14 and the second terminal ring 3 are tightly fitted to the ceramic heater 1 by, for example, press fitting.

【0043】また、金属リード部17を第一端子リング
14に対し超音波溶接により接合する。この接合の順序
は、前記した通り、第一端子リング14のセラミックヒ
ータ1への組み付け後であっても組み付け前であっても
いずれでもよい。超音波溶接は、例えば市販の超音波溶
接機(例えば、商品名:USW−610Z20S等(超
音波工業株式会社)を用いて行なうことができる。図8
に、その工程の概略を示す。すなわち、被溶接接合部材
である第一端子リング14を図示しない受台の上に置
き、その外周面に金属リード部17を重ね合わせる。他
方、図示しない超音波発振機に接続された振動アーム5
0の先端に振動子51を取り付ける。そして、該振動子
51を一定の荷重Pにて金属リード部17に押し付け、
その状態で振動アーム50を振幅A、周波数Qにて超音
波振動させることにより、第一端子リング14と金属リ
ード部17との接合面同士が塑性流動を介した固相接合
により強固に接合される。
The metal lead portion 17 is joined to the first terminal ring 14 by ultrasonic welding. As described above, the order of this joining may be either after the first terminal ring 14 is assembled to the ceramic heater 1 or before it is assembled. The ultrasonic welding can be performed using, for example, a commercially available ultrasonic welder (for example, trade name: USW-610Z20S (Ultrasonic Industrial Co., Ltd.).
Shows the outline of the process. That is, the first terminal ring 14, which is a member to be welded, is placed on a pedestal (not shown), and the metal lead portion 17 is superposed on the outer peripheral surface thereof. On the other hand, a vibrating arm 5 connected to an ultrasonic oscillator (not shown)
The vibrator 51 is attached to the tip of 0. Then, the vibrator 51 is pressed against the metal lead portion 17 with a constant load P,
By ultrasonically vibrating the vibrating arm 50 at the amplitude A and the frequency Q in that state, the joint surfaces of the first terminal ring 14 and the metal lead portion 17 are firmly joined by solid-phase joining via plastic flow. It

【0044】そして、溶接接合部の金属リード部側の領
域には、このときの機械振動による塑性流動に基づき、
図3に示すように、リング構成成分の濃度が極大値を示
す第一領域Pと、極小値を示す第二領域(濃度反転領
域)Sとが、交互に形成された濃度分布構造を有する合
金化層が形成される。これにより、端子リング14と金
属リード部7との間に強固な接合状態が形成される。該
合金化層の厚みは、厚さ最大となる位置にて10μm以
上となっていることが、接合強度を十分に確保する観点
において望ましい。
Then, in the region on the metal lead side of the welded joint, based on the plastic flow due to mechanical vibration at this time,
As shown in FIG. 3, an alloy having a concentration distribution structure in which a first region P in which the concentration of the ring constituent component has a maximum value and a second region (concentration inversion region) S in which the concentration has a minimum value are alternately formed. A layer is formed. As a result, a strong joined state is formed between the terminal ring 14 and the metal lead portion 7. It is desirable that the thickness of the alloyed layer be 10 μm or more at the position where the thickness is maximum, from the viewpoint of ensuring sufficient bonding strength.

【0045】良好な接合状態を得るには、超音波振動の
運動エネルギーが、第一端子リング14と金属リード部
17との接合面に沿った相対運動のエネルギーに効率よ
く変換されることが必要である。そのためには、振動子
51の振動に伴う金属リード部17の追従移動性を高め
ること、具体的には、振動子51の先端面にローレット
パターンなどの凹凸部を形成し、その凹凸部を金属リー
ド部17に加圧により食い込ませた状態で溶接を行なう
ことが有効である。この場合、溶接後の金属リード部1
7には、図9に示すように、その凹凸部の食い込みパタ
ーン17aが転写される。
In order to obtain a good joining state, it is necessary that the kinetic energy of ultrasonic vibration is efficiently converted into the energy of relative kinematics along the joining surface between the first terminal ring 14 and the metal lead portion 17. Is. For that purpose, the follow-up mobility of the metal lead portion 17 accompanying the vibration of the vibrator 51 is enhanced, and more specifically, a concavo-convex portion such as a knurl pattern is formed on the tip end surface of the vibrator 51, and the concavo-convex portion is formed with It is effective to perform welding while the lead portion 17 is pressed into the lead portion. In this case, the metal lead portion 1 after welding
As shown in FIG. 9, the biting pattern 17a of the concave and convex portion is transferred to 7.

【0046】例えば、第一端子リング14がFe系材
料、例えばステンレス鋼にて構成される場合は、金属リ
ード部17はNiを主成分(50質量%以上)とする金
属や、あるいはNi含有量が比較的高いFe系合金(例
えばインバーなど、Niを20〜50質量%含有するも
の:以上を総称してNi含有金属という)を採用する
と、ステンレス鋼中のFeと、金属リード部17中のN
iとの親和性が高いため、得られる超音波溶接接合部の
強度を高めることができる。この場合、超音波溶接時の
前記した押付力Pは5〜50kgが適当である。また、
超音波振動の周波数Qは19〜100kHz、振幅Aは
10〜25μmが適当である。また、加振時間は0.0
2〜2秒程度が適当である。
For example, when the first terminal ring 14 is made of an Fe-based material such as stainless steel, the metal lead portion 17 is a metal containing Ni as a main component (50 mass% or more), or the Ni content. When a Fe-based alloy having a relatively high value (for example, Invar or the like containing Ni in an amount of 20 to 50 mass%: the above are collectively referred to as Ni-containing metal) is adopted, Fe in the stainless steel and the metal lead portion 17 N
Since the affinity with i is high, the strength of the obtained ultrasonic welded joint can be increased. In this case, the pressing force P during ultrasonic welding is suitably 5 to 50 kg. Also,
It is suitable that the frequency Q of ultrasonic vibration is 19 to 100 kHz and the amplitude A is 10 to 25 μm. The vibration time is 0.0
About 2 to 2 seconds is suitable.

【0047】[0047]

【実施例】以下、本発明の効果を確認するために行なっ
た実験結果について説明する。まず、図1に示す形態の
セラミックヒータ1を、上記説明した方法により作製し
た。ただし、セラミックヒータ1の長さは40mm、外
径は3.5mmであり、第二抵抗体部分12,12の太
さは1mm、さらに第一ヒータ端子12a及び第二ヒー
タ端子12bは、各々直径0.8mmの円状領域とし
た。
EXAMPLES The results of experiments conducted to confirm the effects of the present invention will be described below. First, the ceramic heater 1 having the form shown in FIG. 1 was produced by the method described above. However, the length of the ceramic heater 1 is 40 mm, the outer diameter is 3.5 mm, the thickness of the second resistor portions 12 and 12 is 1 mm, and the first heater terminal 12a and the second heater terminal 12b are each a diameter. The circular area was 0.8 mm.

【0048】他方、前記したSUS630(H900時
効硬化処理品:Hv=約400)を用いて第一端子リン
グ14及び第二端子リング3を作製した。第一端子リン
グ14の肉厚は0.5mmとし、その内径d1iは、セ
ラミックヒータ1への組み付け前の外径をd2iとし
て、d2i−d1iにて規定される初期締め代が50μ
mとなるように調整したものを用意した。他方、第二端
子リング3の肉厚は0.85mmとし、その内径d1
i’は、第一端子リング14と同様に定義された初期締
め代が50μmとなるように固定的に設定した。
On the other hand, the first terminal ring 14 and the second terminal ring 3 were produced using the above-mentioned SUS630 (H900 age hardening treated product: Hv = about 400). The wall thickness of the first terminal ring 14 is 0.5 mm, and the inner diameter d1i is 50 μ in the initial tightening margin defined by d2i-d1i, where d2i is the outer diameter before assembly to the ceramic heater 1.
What was adjusted to be m was prepared. On the other hand, the wall thickness of the second terminal ring 3 is 0.85 mm, and its inner diameter d1
i ′ was fixedly set so that the initial tightening margin defined similarly to the first terminal ring 14 was 50 μm.

【0049】そして、上記の第一端子リング14及び第
二端子リング3を、セラミックヒータ1の所定位置に圧
入により組み付けた。なお、圧入時において各リングの
内面には潤滑剤(パスキンM30(商品名:共栄社化学
(株))を適量塗布し、圧入後に300℃にて該潤滑剤
の分解処理を行なっている。その後、第一端子リングに
は、金属リード部17として、線径0.8mmの純Ni
線(接合端部側をプレスにより扁平化している)を以下
の条件により超音波溶接した; ・超音波周波数:19kHz ・超音波出力:600W ・加振時間:0.1秒 ・振幅:25μm ・押付力:25kg。 他方、比較のため、上記の金属リード部17を抵抗溶接
により第一端子リング14に接合した試験品も同様に作
製した。
Then, the above-mentioned first terminal ring 14 and second terminal ring 3 were assembled into the ceramic heater 1 at predetermined positions by press fitting. At the time of press fitting, an appropriate amount of lubricant (Paskin M30 (trade name: Kyoeisha Chemical Co., Ltd.)) is applied to the inner surface of each ring, and after press fitting, the lubricant is decomposed at 300 ° C. In the first terminal ring, as the metal lead portion 17, pure Ni having a wire diameter of 0.8 mm is used.
The wire (the end of the joint was flattened by pressing) was ultrasonically welded under the following conditions: -Ultrasonic frequency: 19 kHz-Ultrasonic output: 600 W-Excitation time: 0.1 seconds-Amplitude: 25 μm- Pressing force: 25 kg. On the other hand, for comparison, a test product in which the above-mentioned metal lead portion 17 was joined to the first terminal ring 14 by resistance welding was similarly prepared.

【0050】上記の試験品を用いて、室温(20℃)か
ら400℃までの種々の温度での、第一端子リング14
及び第二端子リング3間の直列抵抗値を測定した。その
結果を図11に示す。これによると、抵抗溶接を用いた
比較例品は300℃以上の温度域で抵抗値が急上昇して
いるのに対し、超音波溶接を用いたものはそのような抵
抗値の急上昇は見られず、高温でも良好な導通状態が保
たれていることがわかる。また、上記の抵抗測定が終了
後、第一端子リング14をセラミックヒータ1から取り
外し、前記した分解後締め代を測定した。その結果、抵
抗溶接を用いた比較例品は分解後締め代が略ゼロに近い
値であったのに対し、超音波溶接を用いたものは17μ
mの分解後締め代が確保できていたことがわかった。
Using the above test product, the first terminal ring 14 at various temperatures from room temperature (20 ° C.) to 400 ° C.
And the series resistance value between the second terminal ring 3 was measured. The result is shown in FIG. According to this, the resistance value of the comparative example product using resistance welding sharply increases in the temperature range of 300 ° C. or higher, whereas that of ultrasonic welding does not show such a sharp increase in resistance value. It can be seen that good conduction is maintained even at high temperatures. Further, after the above resistance measurement was completed, the first terminal ring 14 was removed from the ceramic heater 1, and the above-described disassembled interference was measured. As a result, the comparative example product using resistance welding had a tightening margin after disassembly close to zero, whereas the product using ultrasonic welding had a friction coefficient of 17μ.
It was found that the tightening allowance was secured after the disassembly of m.

【0051】図12は、第一端子リング14と金属リー
ド部17との溶接接合部分を、接合界面と直交する向き
に切断・研磨し、Feの濃度分布を、走査型電子顕微鏡
(SEM)に内蔵したEPMA(Electron Probe Micro
Analyzer)により面分析した、二次元マッピング画像
を示すものであり、(a)が超音波溶接品、(b)が抵
抗溶接品である。画像中、白く現われている領域ほどF
e濃度が高いことを意味する。いずれも、接合界面から
金属リード部側に離間する向きに、Fe濃度が減少する
合金化層が形成されているが、(a)の超音波溶接品で
は、接合界面から離間する向きにおいてFe濃度が大き
く変動している結果、縞状の濃淡模様が見られる。これ
は、超音波振動による塑性流動により生じたものと考え
られ、接合界面から離間する向きにおいて、Fe濃度が
極大となる第一領域(白く現われている部分)と、極小
となる第二領域(濃度反転領域:黒く現われている部
分)とがはっきり識別される。他方、(b)の抵抗溶接
品は、Fe濃度が単調に減少する均一なグラデーション
模様が接合界面から金属リード部側に形成され、上記の
第一領域と第二領域とは識別されない。これは、第一端
子リング14のFe成分が、金属リード部17側に向け
フィックの法則に従い熱拡散したためであると考えられ
る。
In FIG. 12, the welded joint portion between the first terminal ring 14 and the metal lead portion 17 is cut and polished in a direction orthogonal to the joint interface, and the Fe concentration distribution is measured by a scanning electron microscope (SEM). Built-in EPMA (Electron Probe Micro
(A) is an ultrasonic welded product, and (b) is a resistance welded product. In the image, the whiter area is F
e means high concentration. In each case, an alloyed layer having a reduced Fe concentration is formed in the direction away from the bonding interface toward the metal lead portion. However, in the ultrasonic welded product of (a), the Fe concentration is decreased in the direction away from the bonding interface. As a result of a large fluctuation, a striped shading pattern is seen. It is considered that this is caused by plastic flow due to ultrasonic vibration, and in the direction away from the bonding interface, the first region where the Fe concentration is maximum (the white region) and the second region where the Fe concentration is minimum ( The density inversion area: the part that appears in black) is clearly identified. On the other hand, in the resistance welded product (b), a uniform gradation pattern in which the Fe concentration monotonically decreases is formed on the metal lead portion side from the bonding interface, and the above-mentioned first region and second region are not distinguished. It is considered that this is because the Fe component of the first terminal ring 14 thermally diffused toward the metal lead portion 17 side according to Fick's law.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のグロープラグの一実施例を示す縦断面
図。
FIG. 1 is a vertical sectional view showing an embodiment of a glow plug of the present invention.

【図2】図1の要部を示す縦断面図。FIG. 2 is a vertical sectional view showing a main part of FIG.

【図3】溶接接合部に形成される合金化層の概念説明
図。
FIG. 3 is a conceptual explanatory view of an alloyed layer formed in a welded joint.

【図4】分解後締め代の算出に使用する部位を説明する
図。
FIG. 4 is a diagram illustrating a part used for calculating a post-disassembly tightening margin.

【図5】図1のグロープラグの製造工程の説明図。FIG. 5 is an explanatory view of a manufacturing process of the glow plug of FIG.

【図6】図5に続く説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram following FIG. 5;

【図7】図6に続く説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram following FIG. 6;

【図8】超音波溶接の工程説明図。FIG. 8 is a process explanatory diagram of ultrasonic welding.

【図9】超音波溶接部の外観上の特徴を説明する図。FIG. 9 is a diagram for explaining the external characteristics of the ultrasonic welded portion.

【図10】図1のグロープラグの一変形例を示す要部縦
断面図。
10 is a longitudinal cross-sectional view of a main part showing a modified example of the glow plug of FIG.

【図11】実施例の実験結果を示すグラフ。FIG. 11 is a graph showing the experimental results of the examples.

【図12】超音波溶接及び抵抗溶接による端子リングと
金属リード部との接合部断面をEPMA面分析したとき
の、Fe濃度の二次元マッピング画像。
FIG. 12 is a two-dimensional mapping image of Fe concentration when an EPMA surface analysis is performed on a cross section of a joint between a terminal ring and a metal lead portion by ultrasonic welding and resistance welding.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 セラミックヒータ 2 先端部 3 第二端子リング 4 主体金具 4a ヒータ保持面 10 セラミック抵抗体 11 第一抵抗体部分(抵抗発熱体) 12,12 第二抵抗体部分 12a 第一ヒータ端子 12b 第二ヒータ端子 14 第一端子リング(端子リング) 17 金属リード部 50 グロープラグ 1 Ceramic heater 2 Tip 3 Second terminal ring 4 metal shell 4a Heater holding surface 10 Ceramic resistor 11 First resistor part (resistance heating element) 12,12 Second resistor part 12a First heater terminal 12b Second heater terminal 14 First terminal ring (terminal ring) 17 Metal lead part 50 glow plug

フロントページの続き (72)発明者 鈴木 啓之 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 伊藤 正也 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内Continued front page    (72) Inventor Hiroyuki Suzuki             14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture             Inside this special ceramics company (72) Inventor Masaya Ito             14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture             Inside this special ceramics company

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 棒状の形態を有するとともに抵抗発熱体
(11)が埋設され、また、前記抵抗発熱体に通電する
ためのヒータ端子(12a)が外周面に露出形成された
セラミックヒータ(1)と、 前記ヒータ端子(12a)を覆う形で前記セラミックヒ
ータ(1)の外周面に締まり嵌め状態にて取り付けられ
ることにより、前記ヒータ端子(12a)と導通する金
属製の端子リング(14)と、 前記端子リング(14)の表面に超音波溶接部を介して
溶接された金属リード部(17)と、 を備えたことを特徴とするグロープラグ。
1. A ceramic heater (1) having a rod-like shape, in which a resistance heating element (11) is embedded, and a heater terminal (12a) for energizing the resistance heating element is exposed and formed on the outer peripheral surface. And a metal terminal ring (14) that is electrically connected to the heater terminal (12a) by being fitted onto the outer peripheral surface of the ceramic heater (1) in an interference fit state so as to cover the heater terminal (12a). A glow plug comprising: a metal lead portion (17) welded to the surface of the terminal ring (14) through an ultrasonic welding portion.
【請求項2】 棒状の形態を有するとともに抵抗発熱体
(11)が埋設され、また、前記抵抗発熱体に通電する
ためのヒータ端子(12a)が外周面に露出形成された
セラミックヒータ(1)と、 前記ヒータ端子(12a)を覆う形で前記セラミックヒ
ータ(1)の外周面に締まり嵌め状態にて取り付けられ
ることにより、前記ヒータ端子(12a)と導通する金
属製の端子リング(14)と、 前記端子リング(14)の表面に溶接された金属リード
部(17)とを備え前記金属リード部(17)と前記端
子リング(14)との溶接接合部には、該金属リード部
(17)と端子リング(14)との接合界面から前記金
属リード部(17)側に、該金属リード部(17)の構
成金属成分と前記端子リング(14)の構成金属成分
(以下、リング構成成分という)との合金化層が形成さ
れており、該合金化層には、前記リング構成成分の濃度
が、前記接合界面に近い側において遠い側よりも相対的
に低くなる濃度反転領域が識別可能に形成されているこ
とを特徴とするグロープラグ。
2. A ceramic heater (1) having a rod-like shape, in which a resistance heating element (11) is embedded, and a heater terminal (12a) for energizing the resistance heating element is exposed and formed on the outer peripheral surface. And a metal terminal ring (14) that is electrically connected to the heater terminal (12a) by being fitted onto the outer peripheral surface of the ceramic heater (1) in an interference fit state so as to cover the heater terminal (12a). A metal lead portion (17) welded to the surface of the terminal ring (14), and the metal lead portion (17) at a welded joint portion between the metal lead portion (17) and the terminal ring (14). ) And the terminal ring (14) from the joint interface to the metal lead portion (17) side, the metal component of the metal lead portion (17) and the metal component of the terminal ring (14) (hereinafter, ring). (Hereinafter referred to as a component) is formed, and the alloyed layer has a concentration inversion region in which the concentration of the ring constituent component is relatively lower on the side closer to the bonding interface than on the far side. A glow plug characterized by being formed to be distinguishable.
【請求項3】 前記断面において、最も厚くなる位置に
おける前記合金化層の厚みが10μm以上である請求項
2記載のグロープラグ(50)。
3. The glow plug (50) according to claim 2, wherein the thickness of the alloying layer at the thickest position in the cross section is 10 μm or more.
【請求項4】 前記端子リング(14)がステンレス鋼
により構成され、前記金属リード部(17)がNiを主
成分とする金属により構成されている請求項1ないし3
のいずれか1項に記載のグロープラグ(50)。
4. The terminal ring (14) is made of stainless steel, and the metal lead portion (17) is made of a metal containing Ni as a main component.
The glow plug (50) according to any one of items 1.
【請求項5】 棒状の形態を有するとともに抵抗発熱体
(11)が埋設され、また、前記抵抗発熱体に通電する
ためのヒータ端子(12a)が外周面に露出形成された
セラミックヒータ(1)と、 前記ヒータ端子(12a)を覆う形で前記セラミックヒ
ータ(1)の外周面に締まり嵌め状態にて取り付けられ
ることにより、前記ヒータ端子(12a)と導通する金
属製の端子リング(14)と、 前記端子リング(14)の表面に溶接される金属リード
部(17)と、 を備えたグロープラグの製造するために、 前記金属リード部(17)と前記端子リング(14)と
の溶接接合部を超音波溶接により形成することを特徴と
するグロープラグ(50)の製造方法。
5. A ceramic heater (1) having a rod-like shape, in which a resistance heating element (11) is embedded, and a heater terminal (12a) for energizing the resistance heating element is formed exposed on the outer peripheral surface. And a metal terminal ring (14) that is electrically connected to the heater terminal (12a) by being fitted onto the outer peripheral surface of the ceramic heater (1) in an interference fit state so as to cover the heater terminal (12a). A welded joint between the metal lead portion (17) and the terminal ring (14) for producing a glow plug comprising: a metal lead portion (17) welded to the surface of the terminal ring (14); A method for manufacturing a glow plug (50), characterized in that the portion is formed by ultrasonic welding.
【請求項6】 前記端子リング(14)を前記セラミッ
クヒータ(1)に締まり嵌め嵌合させた後、その端子リ
ング(14)に前記金属リード部(17)を超音波溶接
する請求項5記載のグロープラグ(50)の製造方法。
6. The metal lead portion (17) is ultrasonically welded to the terminal ring (14) after the terminal ring (14) is press-fit and fitted to the ceramic heater (1). A method for manufacturing the glow plug (50).
【請求項7】 前記端子リング(14)に前記金属リー
ド部(17)を超音波溶接した後、その端子リング(1
4)を前記セラミックヒータ(1)に締まり嵌め嵌合さ
せる請求項5記載のグロープラグ(50)の製造方法。
7. The terminal ring (1) is formed by ultrasonically welding the metal lead portion (17) to the terminal ring (14).
The method for manufacturing a glow plug (50) according to claim 5, wherein 4) is fitted into the ceramic heater by interference fit.
JP2001258574A 2001-08-28 2001-08-28 Glow plug and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP4559671B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001258574A JP4559671B2 (en) 2001-08-28 2001-08-28 Glow plug and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001258574A JP4559671B2 (en) 2001-08-28 2001-08-28 Glow plug and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003074849A true JP2003074849A (en) 2003-03-12
JP4559671B2 JP4559671B2 (en) 2010-10-13

Family

ID=19086071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001258574A Expired - Fee Related JP4559671B2 (en) 2001-08-28 2001-08-28 Glow plug and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4559671B2 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7034253B2 (en) * 2003-04-07 2006-04-25 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ceramic heater with ring member electrically connecting the heater to lead terminal core rod
JPWO2005080877A1 (en) * 2004-02-19 2007-10-25 日本特殊陶業株式会社 Glow plug
JP2010521645A (en) * 2007-03-15 2010-06-24 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Glow plug seal
US20100288747A1 (en) * 2007-10-29 2010-11-18 Kyocera Corporation Ceramic heater and glow plug provided therewith
JP2011033318A (en) * 2009-08-05 2011-02-17 Ngk Spark Plug Co Ltd Ceramic glow plug
US20110114622A1 (en) * 2008-02-20 2011-05-19 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ceramic heater and glow plug
JP5632958B2 (en) * 2011-09-27 2014-11-26 日本特殊陶業株式会社 Ceramic glow plug
US20160177909A1 (en) * 2014-12-22 2016-06-23 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Glow plug with pressure sensor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6048422A (en) * 1983-08-26 1985-03-16 Ngk Spark Plug Co Ltd Ceramic glow plug
JPH10148332A (en) * 1996-11-18 1998-06-02 Jidosha Kiki Co Ltd Heating element made of ceramic, and its manufacture
JPH10185192A (en) * 1996-12-21 1998-07-14 Denso Corp Ceramic glow plug and manufacture thereof
JPH10205753A (en) * 1996-11-19 1998-08-04 Ngk Spark Plug Co Ltd Ceramic glow plug
JP2001043960A (en) * 1999-07-30 2001-02-16 Kyocera Corp Silicon nitride ceramic heater

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6048422A (en) * 1983-08-26 1985-03-16 Ngk Spark Plug Co Ltd Ceramic glow plug
JPH10148332A (en) * 1996-11-18 1998-06-02 Jidosha Kiki Co Ltd Heating element made of ceramic, and its manufacture
JPH10205753A (en) * 1996-11-19 1998-08-04 Ngk Spark Plug Co Ltd Ceramic glow plug
JPH10185192A (en) * 1996-12-21 1998-07-14 Denso Corp Ceramic glow plug and manufacture thereof
JP2001043960A (en) * 1999-07-30 2001-02-16 Kyocera Corp Silicon nitride ceramic heater

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7034253B2 (en) * 2003-04-07 2006-04-25 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ceramic heater with ring member electrically connecting the heater to lead terminal core rod
JPWO2005080877A1 (en) * 2004-02-19 2007-10-25 日本特殊陶業株式会社 Glow plug
JP4536065B2 (en) * 2004-02-19 2010-09-01 日本特殊陶業株式会社 Glow plug
JP2010521645A (en) * 2007-03-15 2010-06-24 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Glow plug seal
US20100288747A1 (en) * 2007-10-29 2010-11-18 Kyocera Corporation Ceramic heater and glow plug provided therewith
US20110114622A1 (en) * 2008-02-20 2011-05-19 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ceramic heater and glow plug
US8378273B2 (en) * 2008-02-20 2013-02-19 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ceramic heater and glow plug
JP2011033318A (en) * 2009-08-05 2011-02-17 Ngk Spark Plug Co Ltd Ceramic glow plug
JP5632958B2 (en) * 2011-09-27 2014-11-26 日本特殊陶業株式会社 Ceramic glow plug
JPWO2013046650A1 (en) * 2011-09-27 2015-03-26 日本特殊陶業株式会社 Ceramic glow plug
US20160177909A1 (en) * 2014-12-22 2016-06-23 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Glow plug with pressure sensor
US10253982B2 (en) * 2014-12-22 2019-04-09 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Glow plug with pressure sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JP4559671B2 (en) 2010-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3816073B2 (en) Glow plug and method of manufacturing glow plug
JP4751392B2 (en) Brazing structure, ceramic heater and glow plug
JP2002334768A (en) Ceramic heater and glow plug using it
JP2003022889A (en) Ceramic heater, glow plug using the same and method of manufacturing the ceramic heater
JP2003056848A (en) Glow plug
JP2003074849A (en) Glow plug and method for producing it
JP4093175B2 (en) Glow plug
JP2000356343A (en) Ceramic heater type glow plug
JP2000088248A (en) Ceramic heater
JP4536065B2 (en) Glow plug
JP4562315B2 (en) Ceramic heater, ceramic heater manufacturing method, and glow plug
EP1477740B1 (en) Heater
JP4126854B2 (en) Glow plug
JP4672910B2 (en) Glow plug manufacturing method
JP4673503B2 (en) Glow plug
JP4425017B2 (en) heater
JP2001052845A (en) Ceramic heater
JP4434516B2 (en) Glow plug
JP2003056849A (en) Glow plug
JP4596684B2 (en) Glow plug
JP4651227B2 (en) Glow plug
JP2002124363A (en) Ceramic heater
JP2002349852A (en) Glow plug and method of manufacturing glow plug
JP3924378B2 (en) Ceramic heater
JP4019004B2 (en) Ceramic heater and glow plug using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071127

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100122

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100126

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100302

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100628

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100723

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130730

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130730

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees