专利名称：陶瓷加热器与其生产方法以及具有该陶瓷加热器的电热塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种陶瓷加热器的生产方法、利用该方法生产的陶瓷加热器、以及包括有该陶瓷加热器的电热塞，其中在该陶瓷加热器中，导电加热电阻固定在含有绝缘陶瓷的基底上。
背景技术：
传统上，用于促使启动柴油发动机的电热塞由如下部件构成容纳在通电时产生热量的加热元件内的杆状加热器；包围并且保持该加热器的圆柱形部件，以使得该加热器的主要的发热部分从其顶端突出；保持该圆柱形部件外周面的圆柱形金属壳体，以使得该加热器的顶端突出；其它部件等。在陶瓷加热器中，具体的，用于向加热元件的加热电阻施加电压的两个电极或阴极和阳极均设置在后端侧。其中一个电极电连接至金属壳体，并且另一个电极电连接至被绝缘且固定在金属壳体的后端侧的中心柱体。
近来，作为这种类型的加热器的一种陶瓷加热器已得以应用，其中将加热元件固定在由具有优良的抗腐蚀性能的陶瓷材料制成的基底上。这种陶瓷加热器通常以如下方式形成。首先，通过注模工艺形成由绝缘陶瓷材料制成的平面本体。接着，将加热元件夹在该平面本体中，并且对其整体进行压制处理以便一体化模制。对于模制本体施行脱粘工艺，并且然后对模制本体进行焙烧。将外周面进行抛光以便成形，由此陶瓷加热器的制造完成。
在这种陶瓷加热器中，已经提出在加热元件中使用一种导电陶瓷。陶瓷材料制成的加热元件也可以与基底一样的方式利用注模工艺形成。例如，在JP-A-2002-364842中公开了一种加热器构造，其中主要用于产生热量的加热电阻(电阻加热器)、以及延伸至陶瓷加热器外部的分别连接至加热电阻的两个电极的两个引导部一体的制造成为U形形状。
然而，在焙烧过程之前，陶瓷材料制成的加热元件处于陶瓷粉末被压缩并且封装的状态(此后，处于该状态的元件也被称为“元件坯体”)，因此是脆性的。特别是，在焙烧过程之后将成为加热电阻的部分在焙烧过程之后支撑两个引导部，并且因此由于该引导部的重量而产生的载荷施加在将形成加热电阻的部分上。当在陶瓷加热器的生产过程中对加热元件的处理未加谨慎时，则因此存在对该加热元件造成损坏的可能性。
发明内容
本发明意在解决上述问题。因此本发明的一个目的在于提供一种陶瓷加热器的生产方法、利用该生产方法生产的陶瓷加热器、以及包括有该陶瓷加热器的电热塞，其中所述生产方法提高了元件坯体的机械强度，并且在该陶瓷加热器的生产过程中，能够更加方便的对元件坯体进行处理。
(1)本发明的上述目的通过提供一种陶瓷加热器的生产方法已经得以实现，其中当将元件坯体保持在将于焙烧之后形成基底的绝缘陶瓷的粉末或者坯体之上时进行焙烧，在该元件坯体中，至少一个部分含有将在焙烧之后形成加热元件的导电陶瓷，由此生产具有基底和加热元件的陶瓷加热器。该方法包括以下步骤形成具有环形部的元件坯体的模制步骤；利用绝缘陶瓷的粉末或者坯体保持元件坯体的保持步骤，以形成元件保持本体；以及将该元件保持本体焙烧以形成焙烧本体的焙烧步骤，该环形部的第一部分形成加热元件。
(2)在如(1)中所述的陶瓷加热器的生产方法的一个优选实施例中，在模制步骤中，通过注模工艺，由导电陶瓷粉末形成具有将在焙烧之后成为加热元件的部分的元件坯体，并且该方法还包括打开步骤，即在保持步骤之后将环形部的第一部分切削或者磨削，从而保留加热元件。
(3)在另一个优选实施例中，在如(1)中所述的陶瓷加热器的生产方法中，该陶瓷加热器具有杆状形状(杆状陶瓷加热器)。在模制步骤中，具有环形部的元件坯体包括沿着该陶瓷加热器的纵向方向设置的两个引导部；将各引导部的一个端侧连接在一起的加热部；以及在相对于加热部的另一个端侧将引导部连接在一起的连接部。在打开步骤中，连接部的至少一部分被除去。
(4)在又一个优选实施例中，在如(3)中所述的陶瓷加热器的生产方法中，分别电连接至引导部的电极引出部设置在陶瓷加热器的侧面。该方法还包括无心抛光步骤，即对焙烧本体施行无心抛光工艺的步骤；以及将位于焙烧本体的一个端侧的顶端部抛光成为曲面形状的曲面抛光步骤。
(5)在又一个优选实施例中，在如(4)中所述的陶瓷加热器的生产方法中，电极引出部与引导部分别成一体的形成，并且利用无心抛光步骤将每个电极引出部均从该焙烧本体的侧面暴露出来。
(6)在又一个优选实施例中，在如(4)或(5)中所述的陶瓷加热器的生产方法中，利用无心抛光步骤至少将加热部暴露出来。
(7)在又一个优选实施例中，在如(4)至(6)中任何一个所述的陶瓷加热器的生产方法中，相对于电极引出部所形成的位置，沿着引导部的伸长方向，在另一端侧形成连接部。
(8)本发明还涉及根据如(4)至(7)中任何一个所述的陶瓷加热器的生产方法所生产的陶瓷加热器。
(9)在一个优选实施例中，在如(8)所述的陶瓷加热器中，该陶瓷加热器包括设置在含有绝缘陶瓷的基底的顶端侧的加热部；一对引导部，其一端分别连接至加热部的两个电极上，并且另一端设置在基底的后端侧；以及电极引出部，其分别从所述的一对引导部分出，并且延伸至基底的侧面。
(10)本发明还涉及一种电热塞，包括根据如(8)或(9)所述的陶瓷加热器；圆柱形部件，其如此围绕该陶瓷加热器以使得陶瓷加热器的另一端侧暴露出来，并且还如此固定该陶瓷加热器，使得该圆柱形部件与所述的一对暴露的电极引出部的其中一个相接触；金属壳体，其如此固定该圆柱形部件，以使得该金属壳体在(该金属壳体的)顶端侧连接至该圆柱形部件的周边，并且该陶瓷加热器的另一端侧暴露出来；以及外部接头，将其固定为使得该外部接头电连接至另一个电极引出部，并且在金属壳体的后端侧该外部接头与该金属壳体绝缘。
(11)本发明还涉及一种陶瓷加热器，包括含有绝缘陶瓷的基底；设置在基底一个端侧的加热部；一对具有前端和后端的引导部，前端与加热部相连，后端从基底的后端面露出来；以及分别从一对引导部分开并延伸到基底侧部的电机引出部，其中，引导部的后端通过烧结后将连接彼此的连接部去除而相互分离。
在根据(1)所述的陶瓷加热器的生产方法中，具有将在焙烧之后成为加热元件的第一部分的元件坯体形成环形部。该元件坯体在焙烧之前处于被压缩并且封装的陶瓷粉末状态，因此是脆性的。然而，当将元件坯体形成为具有环形部时，其结构脆性被降低，或者结构被增强，并且有利于在生产过程(特别是将继续进行焙烧的步骤)中对元件坯体的处理。该环形部可以是圆环形的、矩环形的或者半圆(D形)环形的。可以是元件坯体其整体为环形的，或者是元件坯体的一部分是环形的。即，当构成元件坯体的部分是连续的以便具有环形形状时，由于所施加的重量而引起的载荷可以被分散，从而不会集中作用在一个特定的部分处，至少不会集中作用在该环形部分中。
在元件坯体中，至少将成为加热元件的部分含有导电陶瓷。当利用切削或磨削将环形部的第二部分打开，以成为通过根据(2)的陶瓷加热器生产方法的打开步骤留下的非环形部(环形部的第一部分)时，在焙烧之后形成的加热元件不具有构成为闭合电路的部分。因此，不存在形成短路的可能性。这样，该加热元件可以用作陶瓷加热器。优选的，在利用将在焙烧之后成为基底的绝缘陶瓷材料的粉末或者坯体将元件坯体保持的步骤之后，执行该打开步骤。以如此方式，该元件坯体不会被单独的处理。
根据(3)的陶瓷加热器的生产方法是根据(2)的生产方法的一个更加具体的形式。当元件坯体的环形部由加热部、引导部、以及连接部构成时，将在焙烧之后成为加热元件的该加热部和引导部可以在结构脆性被降低或者结构被加强的状态下，在生产陶瓷加热器的工艺中进行处理。在打开步骤中除去的连接部是这样一个部分，其被连接以便有利于对元件坯体的处理。当该部分设置为最小程度的影响陶瓷加热器加热效果的部分时，则可以保持该陶瓷加热器的初始性能和形状。
在保持步骤中，将元件坯体保持为该元件坯体被嵌入绝缘陶瓷材料的粉末或者坯体的状态下。可选的，该元件坯体可以完全嵌入，或者可以部分的或者完全的暴露。特别是在该加热元件的加热部从基底暴露的状态下，在该加热部中所产生的热量能够有效的传导至陶瓷加热器的周围物质。因此，这种形态是优选的。相反，当该元件坯体完全嵌入在基底中时，则可以保护加热元件，从而延长陶瓷加热器的使用寿命。
根据(4)的陶瓷加热器的生产方法涉及到焙烧本体的外表面的形状。其中对焙烧本体的侧表面和厚度进行加工的无心抛光步骤以及其中对顶端部的形状进行加工的曲面抛光步骤中的任何一个步骤均可首先施行。更加优选的，在无心抛光步骤之后进行曲面抛光步骤，由此陶瓷加热器的邻近顶端部的一部分侧表面能够更加准确的形成。经过曲面抛光步骤，结合在陶瓷加热器的顶端部之中的加热元件的加热电阻与该顶端部的表面之间的距离被缩短，从而对在加热电阻中所产生的热量有效的进行传导。
在根据(5)的陶瓷加热器的生产方法中，利用无心抛光步骤，每个电极引出部均可从陶瓷加热器的侧表面暴露出来。由此无需预先形成将成为电极引出部的部分或者对该部分进行处理。
在根据(6)的陶瓷加热器的生产方法中，加热元件的加热部可以利用无心抛光步骤暴露出来。将加热部进行暴露使得能够将在该加热部中所产生的热量有效的传导至陶瓷加热器的周围。
在根据(7)的陶瓷加热器的生产方法中，将形成彼此连接的引导部的连接部相对于电极引出部形成在加热电阻的相对侧，即陶瓷加热器的后端侧中，其中在该连接部处，将成为引导部的部分被连接在一起。因此，在打开步骤中，该连接部易于在保留电极引出部的状态下被去除。而且，可影响陶瓷加热器的通电和生热功能的部分并不具有该连接部的连接痕迹，并且可以消除由于形成连接部而产生的影响。
可以应用上述生产方法生产根据(8)的陶瓷加热器。因此，实现一种具有更少缺陷的陶瓷加热器是可能的。
在根据(9)的陶瓷加热器中，相对于传统的加热器，其元件坯体易于处理，并且不易破碎。因此，可以提高陶瓷加热器的产量。
根据(10)的电热塞包括有根据(8)或(9)的陶瓷加热器，并且因此相对于传统的加热器，在生产过程中元件坯体易于处理，并且不易破碎。因此可以提高陶瓷加热器的产量，并且相应的还可以提高电热塞的产量。
附图简要说明
图1为根据本发明的一个实施例的电热塞1的纵向截面视图。
图2为位于电热塞1的陶瓷加热器100附近的主要部分的放大截面视图。
图3为示出陶瓷加热器100的生产步骤的流程图。
图4为在注模步骤中生产的元件坯体110的平面视图。
图5为示出陶瓷基底120和元件坯体110在其通过压制工艺在整体压模步骤中相互结合之前的立体图。
图6为元件保持本体130的平面视图，其中陶瓷基底120保持元件坯体110，并且元件坯体110在整体压模步骤中通过压制工艺与陶瓷基底120结合成一体。
图7为焙烧本体140的平面视图，示出在焙烧步骤中进行焙烧的陶瓷基底125和加热元件180。
图8为切削本体150的平面视图，其在端面切削步骤中被切下，并且其中环形部112被打开，显示出陶瓷基底125和加热元件180。
图9为进行无心抛光过的本体160的平面视图，示出在无心抛光步骤中进行无心抛光之后的陶瓷基底125和加热元件180。
图10为进行R-抛光过的本体170的平面视图，示出在R-抛光步骤中进行R-抛光之后的陶瓷基底125和加热元件180。
图11为电热塞的主要部分的放大截面视图，示出根据一种实施例变型的陶瓷加热器200的构造。
图12为电热塞的主要部分的放大截面视图，示出根据一种实施例变型的陶瓷加热器300的构造。
图13为电热塞的主要部分的放大截面视图，示出根据一种实施例变型的陶瓷加热器400的构造。
图14为电热塞的主要部分的放大截面视图，示出根据一种实施例变型的陶瓷加热器500的构造。
图15为示意从陶瓷加热器500引出电极的一种构造的立体图。
附图标记描述用于指示附图中各种结构特征的附图标记如下1电热塞3中心柱体4金属壳体8圆柱形部件100陶瓷加热器110元件坯体111加热部(坯体)112环形部115、116引导部(坯体)117、118电极引出部(坯体)119支撑部120陶瓷基底(坯体)125陶瓷基底130元件保持本体140焙烧本体171顶端部180、280、380、480、580加热元件181、281、381、481、581加热部185、186、285、286、385、386、485、486、585、586引导部187、188、287、288、387、388、487、488电极引出部具体实施方式
下面参考附图描述本发明的陶瓷加热器生产方法的一个实施例。然而，本发明不应理解为限制于此。
首先，参考图1和2描述包括有根据本发明生产的陶瓷加热器的电热塞的实例。图1为根据该实施例的电热塞1的纵向截面视图。图2为位于电热塞1的陶瓷加热器100附近的主要部分的放大截面视图。在图1和2中，电热塞1的轴线O的方向为附图的垂直方向，下侧为电热塞1的顶端侧，并且上侧为其后端侧。
如图1所示，该电热塞1构造为使得陶瓷加热器100具有圆杆形形状并且用做电极引出部的中心柱体3与其并置并使得二者的轴线与轴线O对齐，并且圆柱形金属壳体4围绕它们的周边。
该陶瓷加热器100具有加热元件180(见图2)，其由焙烧的导电陶瓷材料制成并且以嵌入状态保持在陶瓷基底125中。该陶瓷基底125由绝缘陶瓷材料制成、具有圆杆形形状并且经过焙烧，具有被加工为曲面的顶端。圆柱形部件8以围绕形式固定陶瓷加热器100的桶形部的外周边。该圆柱形部件8由金属部件构成。在该圆柱形部件的后端侧形成有厚的凸缘81。该凸缘81的后端周边形成为阶状接合部82。圆柱形金属壳体4的顶端部41的内周边与该接合部82相接合。形成接合时，陶瓷加热器100和金属壳体4的轴线与轴线O重合。在此状态下，相对于圆柱形部件8位于后端侧的陶瓷加热器100的一部分容纳在金属壳体4中，并且该金属壳体4利用圆柱形部件8的接合部82进行定位。因此，陶瓷加热器100的后端部不与金属壳体4形成接触。
沿着轴线O的方向，在基本位于金属壳体4的中部处形成用于将该电热塞1连接至内燃机的机头(未示出)的阳螺纹部42。在金属壳体4后端的外周边上形成垂直于轴线O的方向并且具有六边形截面形状的凸缘状工具接合部43。当将该电热塞1拧到机头上时，所使用的工具将与该工具接合部43相接合。
具有圆杆形形状的金属制中心柱体3插入到金属壳体4的后端内周边中，并大致插入至该金属壳体的中部。在中心柱体3的外周边和金属壳体4的内周边之间设置有环形绝缘部件7。中心柱体3固定为使得该中心柱体3和金属壳体4的轴线在轴线O上相互重合。具有凸缘的环形绝缘部件6装配在金属壳体4的后端内，从而该部件的一部分在中心柱体3穿过该部件的状态下置于中心柱体3和金属壳体4之间。在该绝缘部件6的后端侧上，将圆柱形卷边部件(crimp member)5装配到中心柱体3上。卷边部件5的桶形部51的外周边在该卷边元件抵靠绝缘部件6的状态下被卷边，从而将绝缘部件6压配在中心柱体3和金属壳体4之间。这种结构可防止绝缘部件6从中心柱体3滑出。中心柱体3对应于本发明中的“外部接头”。
中心柱体3的顶端形成为小直径部31，并且基本位于金属壳体4的中部。利用导线32，装配到陶瓷加热器100的后端上的环形电极环21和中心柱体3的小直径部31相互电连接在一起。
下面更加详细的描述该陶瓷加热器100。如上所述，图2中所示的陶瓷加热器100具有通过焙烧绝缘陶瓷而形成的圆杆形陶瓷基底125，其沿着轴线O的方向延伸，并且具有基本恒定的直径。通过焙烧导电陶瓷而形成的并且具有大致为U形的截面形状的加热元件180固定在基底内部。该加热元件180主要由产生热量的加热部181以及引导部185、186构成，其中所述引导部分别连接至加热部181的两个电极以为该加热部181供给电力。陶瓷基底125对应于本发明中的“基底”。
加热部181是用做加热电阻的部分。在形成为曲面的陶瓷加热器100的顶端侧中，相应于所述曲面的具有大致为U形形状的端部被向后折叠。引导部185、186分别连接至加热部181的端部，并且沿着轴线O朝向陶瓷加热器100的后端平行延伸。电极引出部187突出的设置在靠近引导部185后端的位置处，并且从陶瓷加热器100的外周面上暴露出来。类似的，电极引出部188从引导部186突出，并且从陶瓷加热器100的外周面上暴露出来。沿着轴线O的方向，电极引出部188比电极引出部187设置在更加靠近陶瓷加热器100中部的位置处。
在电极引出部188中，从陶瓷加热器100的外周面暴露出来的部分与圆柱形部件8的内周面处于接触状态，从而将圆柱形部件8和引导部186电连接。上述的电极环21装配到电极引出部187的暴露部分上，并且电极引出部187与电极环21的内周面处于接触状态，由此将电极环21和引导部185电连接。即，通过导线32电连接至电极环21的中心柱体3，以及与圆柱形部件8相接合以便与之电连接的金属壳体4，用做阳极或者阴极，以便为陶瓷加热器100的加热部181供电。
在该实施例中，陶瓷基底125由氮化硅(Si3N4)制成，并且加热元件180由其中添加有体积百分比为20％的碳化钨(WC)的主要包括氮化硅的导电陶瓷制成。加热部181以如此方式模制，使其与引导部185、186相比具有更小的截面积。因此，当通电时，热量主要产生在加热部181中，从而该加热部181用做加热电阻。加热部181和引导部185、186的材料相互不同，从而引导部185、186可具有比加热部181更高的导电率。
在此实施例中，当生产电热塞1的如此构成的陶瓷加热器100时，使用下面的生产方法以有利于对用以生产加热元件180的元件坯体110的处理。下面参考图3至10描述用于生产陶瓷加热器100的方法。
图3为示出陶瓷加热器100的生产步骤的流程图。图4为在注模步骤中生产的元件坯体110的平面视图。图5为示出陶瓷基底120和元件坯体110在其通过压制工艺在整体压模步骤中相互结合之前的立体图。图6为元件保持本体130的平面视图，其中陶瓷基底120保持元件坯体110，从而在整体压模步骤中通过压制工艺与元件坯体110结合成一体。图7为焙烧本体140的平面视图，显示出在焙烧步骤中进行焙烧的陶瓷基底125和加热元件180。图8为切削本体150的平面视图，其在端面切削步骤中被切下，并且其中环形部112被打开，显示出陶瓷基底125和加热元件180。图9为进行无心抛光过的本体160的平面视图，示出在无心抛光步骤中进行无心抛光之后的陶瓷基底125和加热元件180。图10为进行R-抛光过的本体170的平面视图，示出在R-抛光步骤中进行R-抛光之后的陶瓷基底125和加热元件180。下面，该流程图中的各步骤由“S”表示。
在陶瓷加热器100的生产过程中，如在图3的流程图中所示，首先生产元件坯体110。该元件坯体110利用添加有添加剂例如粘结剂的导电陶瓷作为原料粉末通过注模工艺进行生产(S1)。注模步骤S1对应于本发明中的“模制步骤”。
如图4所示，模制的元件坯体110具有如此形状，其中分别连接至具有大致为U形形状的加热部坯体111的两个电极的引导部坯体115、116相互平行的定位，并且形成在引导部115、116的终端处将它们相互连接的支撑部坯体119。该支撑部119形成为具有比引导部115、116的截面更小的截面。引导部185、186的从电极引出部187向支撑部119延伸的部分形成为沿着轴线O的方向具有稍微延长的距离。在焙烧之前，陶瓷具有较弱的机械强度。因此在该实施例中，设置支撑部119，并且环行部112由加热部111、引导部115和116，以及支撑部119形成，由此，由于引导部115、116的重量而引起的载荷被分散到加热部111和支撑部119上。如上所述，支撑部119形成为其截面小于引导部115、116的截面。对此情形，当在将于下面描述的端面切削步骤(S6)中从其后端侧对陶瓷基底125(见图8)进行磨削以打开环行部112时，该环行部可被充分的打开，即使磨削量设置的较小。然而，将支撑部119形成为具有较小的截面并不总是必须的。该支撑部可以形成为具有与引导部115、116相同的厚度，或者形成为比引导部115、116更厚。该支撑部119对应于本发明中的“连接部”。
虽然未加示意，在不同于注模步骤的粉末模制步骤中，利用添加有添加剂例如粘结剂的绝缘陶瓷作为原料粉末施行注模工艺，由此生产陶瓷基底坯体120。如图5所示，将该陶瓷基底120模制为一对平板，其形式为切成两个半部的坯体，并且在配合面中形成用于容纳元件坯体110的凹槽121。在陶瓷基底120与所述配合面相对的外侧面上，沿其纵向延伸的边缘可被倒角，由此将外侧面形成为曲面。该陶瓷基底120对应于本发明中的“绝缘陶瓷的坯体”。
在形成元件坯体110和陶瓷基底120形成之后，如图3所示，执行整体压模步骤(S2)。在该步骤中，如图5所示，将元件坯体110容纳在陶瓷基底120的两个半部中的一个的凹槽121中，然后利用陶瓷基底120的相配合的另一个半部覆盖。然后，压机(未示出)在陶瓷基底上施加压力以形成元件保持本体130，其中元件坯体110被保持并且以嵌入状态与陶瓷基底120集成一体。该压机使用模具进行压制。在该模具中，形成有凹槽以使得所成形的元件保持本体130的截面形状大致为椭圆形，其中，所述椭圆形形状的主轴线与陶瓷基底120的两个半部的配合线重合。所述整体压模步骤S2对应于本发明中的“保持步骤”。
在下一步即脱粘步骤中，施行除去含在陶瓷中的粘结剂的工艺(S3)。在该脱粘工艺中，在800℃的温度下，将元件保持本体130置于氮气气氛中处理1小时。然后进行施加分离剂(release agent)的步骤，以在元件保持本体130的整个外表面上施加分离剂(S4)。
下面施行焙烧步骤(S5)。在该步骤中，利用已知的热压成形方法对陶瓷进行焙烧。即，使用其中形成有同陶瓷加热器的形状一样的凹槽的模具，并且在1800℃时，在300kgf/cm2的热压成形压力下，在非氧化气氛中进行1小时的加压和热处理，由此生产出图7所示的焙烧本体140。此时，使用热压成形机以利用模具执行热压成形工艺，在所述模具中，形成有用于对形状进行校正的凹槽，以使得焙烧的元件保持本体130具有大致的柱状形状。元件保持本体130放置在模具的凹槽中，从而使得轴向截面的大致的椭圆形形状的主轴线(即陶瓷基底120的配合线)的方向与压制方向(压缩方向)一致，并且在压制时进行焙烧。通过在焙烧之前对元件保持本体130的形状进行热压成形并且使得该形状适合于模具的凹槽，而使得该成形的焙烧本体140具有通过压缩和变形而得到的形状。在该实施例中，将焙烧本体制成为具有圆杆形的形状，其具有垂直于轴向方向的大致恒定的截面。
然后，施行将焙烧本体140的后端侧切除的端面切削步骤(S6)。在该步骤中，如图8所示，焙烧本体140的后端侧在垂直于轴向方向的截面中被切除，以去除固定在焙烧陶瓷基底125上的支撑部189(见图7)，由此获得切削本体150，其中引导部185、186在端面暴露出来。施行该切削步骤以防止加热元件180的引导部185、186避免不经过加热部181而形成短路。切除位置选择为相对于电极引出部187处于后端侧(支撑部189一侧)，并且欲被去除的部分包括引导部185、186的一部分。由此，在注模步骤中由加热部111、引导部115、116，以及支撑部119构成的元件坯体110的环行部112被打开以成为非环形部。例如使用已知的金刚石刀具施行切削步骤。可通过切削后端侧而将支撑部189除去。该端面切削步骤对应于本发明中的“打开步骤”。
下面施行无心抛光步骤(S7)。在该步骤中，使用已知的无心抛光机对切削本体150的外周面进行抛光。如在图9中所示，电极引出部187、188从外周面上暴露出来。以如此方式，获得无心抛光的本体160。
进一步，施行R(圆形)抛光步骤(S8)。在该步骤中，如图10所示，无心抛光的本体160的顶端部171被抛光以获得R抛光的本体170，其被加工成具有弯曲的表面，即成品陶瓷加热器100。加热元件180的加热部181由顶端部171固定。经过R抛光工艺，磨削出沿着加热部181的外侧面延伸并且具有大致为U形截面形状的曲面。因此，根据加热部181的形状，加热部181和顶端部171的外表面之间的距离是基本一致的并且更小。这样，在加热部181中产生的热量能够有效的传导至外部。该R抛光步骤S8对应于本发明中的“曲面抛光步骤”。
施加压力以便将如此生产的陶瓷加热器100插入圆柱形部件8中，并且通过无心抛光步骤暴露出来的电极引出部188电连接至该圆柱形部件。类似的，施加压力以便将陶瓷加热器100的后端插入电极环21中，并且电极引出部187与该环电连接。如上所述，陶瓷加热器100结合在金属壳体4中，并且电极与之电连接，从而构成电热塞1。
当然本发明可以进行各种改变。例如，图5所示的元件坯体110的截面形状可以是圆形的、矩形的或多边形的。在陶瓷基底120的一对半部的坯体中，可仅有其中一个半部构成为具有用于容纳元件坯体110的凹槽121。可选的，可以不形成凹槽121。不需要将陶瓷基底120形成为一对平面部件。在该实施例中，陶瓷基底120在注模步骤中形成为一对平面半部，并且在整体压模步骤中进行压制处理以使得元件坯体110夹在陶瓷基底120的所述一对半部之间。这两个步骤可以相结合以简化为连续的步骤。即，在粉末模制步骤中，注模制造陶瓷基底120的两个半部的坯体，并且，以与该实施例相同的方式，在注模步骤中注模制造元件坯体110。然后在整体压模步骤中将元件坯体110放置在陶瓷基底120的半部的凹槽121中。下面，施加绝缘陶瓷的原料粉末以形成陶瓷基底120的另一个半部。当在此状态下进行压制处理时，可以得到与在该实施例中类似的元件保持本体130。可选的，可以省略粉末模制步骤，并且可以如此获得元件保持本体130在整体压模步骤中，将用于形成陶瓷基底120的半部的绝缘陶瓷的原料粉末填充到模具中；将元件坯体110放置在粉末上；并且，以与上述相类似的方式，在加载用于形成陶瓷基底120的另一个半部的绝缘陶瓷的原料粉末之后进行压制处理。换言之，可以利用已知的生产方法生产出元件保持本体130，而无需具体的限制，只要预先生产的元件坯体110如此放置以使其被陶瓷基底120所保持，并且元件保持本体130可通过压制而得到。
在焙烧步骤之后、并且在无心抛光步骤之前施行端面切削步骤。可选的，只要预先施行整体压模步骤(保持步骤)，则端面切削步骤可在任一步骤之后进行。
在该实施例中，在生产元件坯体110的过程期间，设置支撑部119以将引导部115、116的缘端相互连接。可选的，该支撑部可以形成在任何部分中，只要其相对于加热部111沿着轴线O的方向位于后端侧(加热部111设置侧的相对侧)，更优选的位于相对于电极引出部117、118设置位置的后端侧。然而，在端面切削步骤中，支撑部119被除去或者切断电连接。相反，在完成陶瓷加热器100时，如果焙烧的支撑部189是不导电的，则该支撑部无需被除去。在形成图4所示的元件坯体110时，例如，元件坯体由两种不同的陶瓷材料一体的形成。即，加热部111和引导部115、116由导电陶瓷形成，而支撑部19则由绝缘陶瓷形成。在使用如此形成的元件坯体生产如图11所示的陶瓷加热器200时，即使省略端面切削步骤(打开步骤)并且未将焙烧的支撑部289除去，也不会通过该支撑部289而在焙烧的引导部285、286之间形成短路。这是由于支撑部119是由绝缘陶瓷形成的。可以将支撑部289固定为使其嵌入在陶瓷基底225中，如图11所示，或者从陶瓷基底225的外侧暴露出来。
当使用这样的绝缘部件时，可以将在焙烧之后将形成在引导部285、286之间进行桥接的支撑部284的部分形成为如图11所示的情况，由此将由于元件坯体的部分的重量而产生的载荷进行分散。在形成有将成为支撑部284的这样的部分的情况下，则无需形成在引导部115、116的终端处将它们相互连接的支撑部119(见图4)。
陶瓷加热器100可构成为使得加热元件180从外周面暴露出来。根据此构造，在加热部181中所产生的热量不经过陶瓷基底125而直接传导至陶瓷加热器100的外部。由于加热元件180由导电陶瓷制成，因此可以采用下面的构造。例如在图12中所示的陶瓷加热器300中，对应于加热部381的放置位置附近的陶瓷基底325的顶端部326的直径被减小，并且加热元件380的外周面与陶瓷基底325的外周面之间是连续的。为了以如此方式构造陶瓷加热器300，以与实施例相同的方式在无心抛光步骤中进行抛光的该陶瓷加热器的顶端部被进一步抛光以将加热元件380暴露出来。可选的，在需要生产陶瓷基底坯体(未示出)的情况下，可预先形成该陶瓷基底的顶端部以与元件坯体(未示出)的尺寸和形状相一致，并且，在元件保持本体(未示出)处于元件坯体和陶瓷基底在其中形成一体的状态下，它们可以形成连续的外表面。可选的，优选将元件坯体的截面形状制成为矩形。这样，即使当元件坯体夹在陶瓷基底的一对半部之间时，在将元件坯体暴露出来的部分中也难以形成在陶瓷基底和元件坯体之间的间隙。
与实施例的加热元件180相比，在图13中所示的陶瓷加热器400中，加热元件480的尺寸和形状被放大以与陶瓷基底425的尺寸和形状相一致。以如此方式，在加热部481的设置位置附近，加热元件480的外周面与陶瓷基底425的顶端部426的外周面相连续。
在图14所示的陶瓷加热器500中，包括引导部585、586的加热元件580的外周面可与陶瓷基底525的外周面相连续。根据该构造，在焙烧之后将形成为加热元件580的元件坯体(未示出)的形状可以被简化。即，该元件坯体可构造为，在其中将电极引出部117、118从实施例的元件坯体110中省去。并且，固定在陶瓷基底上并且进行焙烧的焙烧本体的形状可以形成为直的圆杆形形状，并且能够容易的施行无心抛光工艺。在另一方面，由导电陶瓷制成的加热元件580从陶瓷加热器500的外侧暴露出来。因此，可以使用C形环等将电极引出，并且可利用绝缘材料形成圆柱形部件508。
例如如图14、15所示，用于将引导部586与金属壳体4电连接的C形环591与陶瓷加热器500的桶形部相接合，并且此时该环591的开口部592放置在引导部585的位置处以使得引导部585与环591相互间不形成电连接。类似的，用于将引导部585与导线32电连接的C形环593与陶瓷加热器500相接合，使得开口部594放置在引导部586的位置处。环593构造为具有小的外直径以便不会与金属壳体4的内周面形成接触。相反，环591构造为具有大的外直径以便与金属壳体4的内周面形成接触。在环591与593之间设置有绝缘分隔件595，从而所述的两个环相互间不形成电连接。在绝缘分隔件595的内周面上，可以形成与形成在陶瓷加热器500的桶形部中的凹槽509相接合的凸起596，以便相对于陶瓷加热器500将绝缘分隔件595定位。而且，在绝缘分隔件595的放置环593的一侧的端面上的一定位置处，可设置凸起597，并且对应于引导部586。同样，在绝缘分隔件595的放置环591的一侧的端面上的一定位置处，可设置凸起598，并且对应于引导部585。因此，环593、591的开口部594、592分别抵靠凸起597、598。由此可以控制环593、591相对于陶瓷加热器500的位置移动，从而防止所述环分别与引导部586、585电连接。
不同于设置电极引出部187、188，可以使用引导部185、186的在端面切削步骤中因切除陶瓷加热器100的后端侧而暴露出来的部分形成与金属壳体4和中心柱体3之间的电连接如电极。
在无心抛光步骤或者R抛光步骤之后，将陶瓷加热器100的顶端侧的外周面进一步抛光以形成渐缩的形状。根据此构造，当施加压力以将陶瓷加热器100插入圆柱形部件8中时，所施加的插入压力不易作用到陶瓷加热器100的顶端部。这样可避免该顶端部受到损坏。
实施例的陶瓷加热器100具有圆杆形的形状，即圆形的轴向截面形状。其形状并不限制于此，并且可以是椭圆形、正方形、或矩形，或者具有任意的多边形形状。
在该说明书中，“加热部”、“引导部”、“电极引出部”、以及“连接部”分别指的是它们的相应部分，但是这并不必须要求所述各个部分以独立部件的形式存在。在陶瓷加热器中，例如，“加热部”表示包括有最高温度部分的部件，并且在元件坯体中，表示在完成陶瓷加热器时被称为“加热部”的部件。描述语句“相对于加热部在其它端侧将引导部连接在一起的连接部”表示该连接部设置在与加热部相分隔的一定位置处。当加热部和连接部相互间过于靠近时，则元件坯体的结构脆性仅有很小程度的改进，其中在所述加热部和连接部的每一个中将两个引导部连接在一起。然而，当将连接部形成在引导部的与加热部相对的端部中时，结构脆性则有较大程度的改进(即，降低结构脆性)。
本发明可应用于生产用于电热塞中以有助于启动柴油发动机的陶瓷加热器、点火加热器例如燃烧器、以及用于加热气敏传感器的加热器等的方法；使用该生产方法生产的陶瓷加热器；包括有所述陶瓷加热器的电热塞以及各种加热器。
而且，对于本领域普通技术人员而言显然的是，对于如上所示和描述的本发明的形式和细节可以做出各种改变。意在将这些改变包括在所附的权利要求的精神和范围内。
本申请基于在2004年6月25日提交的日本专利申请No.2004-188839，其全部内容结合在此以作参考，如同对其进行详细描述一样。
权利要求
1.一种陶瓷加热器的生产方法，在该方法中，将元件坯体保持在将于焙烧之后形成基底的绝缘陶瓷的粉末或者坯体之上时进行焙烧，在该元件坯体中，至少一个部分含有将在焙烧之后形成加热元件的导电陶瓷，所述陶瓷加热器包括所述基底和所述加热元件，其中所述方法包括以下步骤模制具有环形部的元件坯体；利用绝缘陶瓷的粉末或者坯体保持所述元件坯体，以形成元件保持本体；和将所述元件保持本体进行焙烧以形成焙烧本体，而将所述环形部的第一部分形成加热元件。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述模制步骤包括通过注模工艺，由导电陶瓷粉末形成具有第一部分的所述元件坯体，并且所述方法还包括在保持步骤之后通过将环形部的第二部分切削或者磨削以将所述环形部打开，从而保留加热元件。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述陶瓷加热器为杆状的陶瓷加热器，在所述模制步骤中，具有所述环形部的所述元件坯体包括沿着所述陶瓷加热器的纵向方向设置的两个引导部；将所述各引导部的一个端侧连接在一起的加热部；以及在相对于所述加热部的另一个端侧将所述引导部连接在一起的连接部，并且所述打开步骤包括将所述连接部的至少一个部分去除。
4.如权利要求3所述的方法，其中，分别电连接至所述引导部的电极引出部设置在所述陶瓷加热器的侧表面上，所述方法还包括将所述焙烧本体进行无心抛光；以及将所述焙烧本体的顶端部进行曲面抛光，使其成为具有曲面形状的表面。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述电极引出部与所述引导部分别成一体的形成，并且通过所述无心抛光工艺将所述电极引出部的每一个均从所述电极引出部的侧表面暴露出来。
6.如权利要求4所述的方法，其中，通过所述无心抛光工艺至少将所述加热部暴露出来。
7.如权利要求4所述的方法，其中，沿着所述引导部的伸长方向，相对于所述电极引出部所形成的位置，在另一端侧形成所述连接部。
8.一种如权利要求(1)所述方法生产的陶瓷加热器。
9.如权利要求8所述的陶瓷加热器，其中所述陶瓷加热器包括含有绝缘陶瓷的基底；设置在所述基底的顶端侧的加热部；一对引导部，其一端分别连接至所述加热部的两个电极上，并且另一端设置在所述基底的后端侧上；以及电极引出部，其分别从所述的一对引导部分出，并且延伸至所述基底的侧表面。
10.一种电热塞，包括如权利要求(9)所述的陶瓷加热器；圆柱形部件，其围绕所述陶瓷加热器以使得所述陶瓷加热器的另一端侧暴露出来，并且固定所述陶瓷加热器以使得该圆柱形部件与所述的一对暴露的电极引出部的其中一个相接触；金属壳体，其固定所述圆柱形部件以使得所述金属壳体在其顶端侧连接至所述圆柱形部件的周边，并且所述陶瓷加热器的另一端侧暴露出来；以及外部接头，其与所述电极引出部的另一个电连接，所述外部接头在金属壳体的后端侧上与所述金属壳体绝缘。
11.一种陶瓷加热器，包括含有绝缘陶瓷的基底；设置在基底顶端侧的加热部；一对具有前端和后端的引导部，前端与加热部相连，后端从基底的后端面暴露出来；和电极引出部，分别从一对引导部分出来并延伸到基底侧面；其中，通过在烧结后去除连接引导部后端的连接部，所述引导部的后端彼此脱离接合。
全文摘要
一种陶瓷加热器的生产方法。当将元件坯体保持在将于焙烧之后形成基底的绝缘陶瓷的粉末或者坯体之上时进行焙烧，在该元件坯体中，至少一个部分含有将在焙烧之后形成加热元件的导电陶瓷。该陶瓷加热器具有基底和加热元件。该方法包括模制步骤、保持步骤以及焙烧步骤。
文档编号F23Q7/00GK1713785SQ200510081119
公开日2005年12月28日 申请日期2005年6月27日 优先权日2004年6月25日
发明者小西雅弘 申请人:日本特殊陶业株式会社