JP2000130752A

JP2000130752A - グロープラグ

Info

Publication number: JP2000130752A
Application number: JP10308035A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Kumada; 智哲熊田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】主に大型ディーゼルエンジンに使用され急速
昇温が可能であって、典型的な過昇防止型昇温特性を示
すとともに、耐久性も良好なグロープラグを提供するも
のである。【解決手段】シーズチューブ１１の先端側を突出さ
せ、その外側に配置される筒状の主体金具３と、その内
で軸線方向に配置された複数の抵抗線コイルとを備え、
その抵抗線コイルは、主体金具の突出部内の先端側に配
置される発熱コイル２１と、その後方側にこれと直列接
続されるとともに、発熱コイル２１よりも抵抗温度係数
の大きい制御コイル２３とを含む。シーズチューブ１１
の制御コイル部シーズ径を発熱コイル部シーズ径よりも
大きく設定するとともに、発熱コイル２１は線径をφ
０．１５〜０．３ｍｍであってかつその融点を１３５０
℃以上とし、制御コイル２３は線径をφ０．１５〜０．
３ｍｍとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン予熱用等に使用されるグロープラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のようなグロープラグは一般に、耐
熱性金属で構成されたシーズチューブの内側に、抵抗発
熱線により構成された発熱コイルを絶縁粉末とともに封
入したシーズヒータを用いるものが知られている。そし
て、このシーズヒータに主体金具を取り付け、その外周
面に形成されたねじ部により、先端の発熱部が燃焼室内
に位置するように、ディーゼルエンジンのエンジンブロ
ックに取り付けて使用される。この場合、ヒータ昇温性
能に対しては、エンジンの始動性を向上させるためにな
るべく短時間で飽和温度に到達する、いわゆる速熱性が
要求されることが多い。一法として、通電初期において
発熱コイルに大電流を通じることにより昇温速度を高め
ることが考えられるが、コイル温度が過昇しやすくな
り、コイルの断線やシーズチューブの溶損といったトラ
ブルにつながる問題がある。

【０００３】そこで、例えば特開平３−９９１２２号公
報には、発熱コイルよりも大きい正の抵抗温度係数を有
する材料にて構成された制御コイルを、シーズチューブ
内において該発熱コイルと直列に設けるとともに該シー
ズチューブの該発熱チューブを埋設する部分を該制御コ
イルを埋設する部分よりも細くすることによって、速熱
性を高めつつコイル温度の過昇も生じにくくしたグロー
プラグが開示されている。該構造のグロープラグにおい
ては、通電初期においては制御コイルの温度が低く電気
抵抗値が小さいため、発熱コイルには比較的大きな電流
が流れてこれを急速昇温させる。そして、発熱コイルの
温度が上昇すると、その発熱により制御コイルが加熱さ
れて電気抵抗値が増大し、発熱コイルへの通電電流値が
減少する。これにより、ヒータの昇温特性は、通電初期
に急速昇温した後、以降は制御コイルの働きにより通電
電流が抑制されて温度が飽和する形となる。

【発明が解決しようとする課題】

【０００４】ところで、乗用車に使用される小型ディー
ゼルエンジンでは１２Ｖ定格のバッテリーが使用される
のに対し、トラックのような大型ディーゼルエンジンで
は２４Ｖ定格のバッテリーが使用されている。このよう
な大型ディーゼルエンジンにおいてもエンジンの始動性
を向上させるためになるべく短時間で始動可能の目安と
なる温度（約８００℃）に到達する、いわゆる速熱性が
要求されるようになってきた。しかし、従来からグロー
プラグ関係で出願されている公報に開示されている１２
Ｖ定格バッテリー使用を前提とした技術を、そのまま２
４Ｖ定格バッテリーを使用するディーゼルエンジンに適
用することはできない。即ち、２４Ｖ定格バッテリーは
１２Ｖ定格バッテリーの２倍の電圧をかけることができ
るため、１２Ｖ定格バッテリーを前提としたグロープラ
グをそのまま使うことにより昇温速度を高めることも考
えられる。しかし、この方法では、コイル温度がコイル
材料の溶融温度以上に昇温してしまい、コイルの断線や
シーズチューブの溶損といったトラブルにつながる問題
がある。

【０００５】また、この場合、グロープラグは、２４Ｖ
定格バッテリーといっても、常に一定のバッテリー電圧
にて通電されるのではなく、エンジン始動後はこれにオ
ルタネータ等からの重畳電圧が加わり、バッテリーの定
格電圧よりも高圧側（例えば２７Ｖ程度）に変動した形
で通電されることのほうが多い。そして、このような高
圧側への変動を伴う形で通電された場合、ヒータの昇温
特性が通電初期において単調に温度を増加させた後、ピ
ークを形成することなく温度が飽和する特性であると、
通電電圧レベルが高くなるほど飽和温度も高くなり、ヒ
ータが過昇温しやすい難点がある。これを防止するため
には、通電初期にピーク温度となった後、そのピーク温
度よりも低温にて飽和する昇温特性（以下、これを過昇
防止型昇温特性という）とすることが望ましいのであ
る。

【０００６】しかしながら、従来の１２Ｖ定格バッテリ
ーを前提としたグロープラグからは２４Ｖ定格バッテリ
ーを使用するディーゼルエンジンのための良好な過昇防
止型昇温特性を持つグロープラグを実現することは非常
に困難であった。すなわち、２４Ｖ定格のバッテリーで
８００℃まで７秒以下で昇温させ、かつ長時間の使用に
も耐える耐久性を持たせることのできる過昇防止型昇温
特性を確保することとは、現状の技術常識からは両立が
非常に難しい課題であり、現に２４Ｖ定格のバッテリー
で典型的な過昇防止型昇温特性を備えたシーズヒータを
有するグロープラグは実現されていなかったのである。

【０００７】困難である点を詳細に以下に説明する。例
えば上述した特開平３−９９１２２号公報には、１２Ｖ
定格のバッテリーを使用することを前提として、発熱コ
イルよりも大きい正の抵抗温度係数を有する材料にて構
成された制御コイルを、シーズチューブ内において該発
熱コイルと直列に設け、速熱性を高めつつコイル温度の
過昇も生じにくくしたシーズ型グロープラグが開示され
ている。該構造のグロープラグにおいては、通電初期に
おいては制御コイルの温度が低く電気抵抗値が小さいた
め、発熱コイルには比較的大きな電流が流れてこれを急
速昇温させる。そして、発熱コイルの温度が上昇する
と、その発熱により制御コイルが加熱されて電気抵抗値
が増大し、発熱コイルへの通電電流値が減少する。これ
により、ヒータの昇温特性は、通電初期に急速昇温した
後、以降は制御コイルの働きにより通電電流が抑制され
て温度が飽和する過昇防止型昇温特性となる。ところ
で、上記公報においては、発熱コイルを埋設するシーズ
径と制御コイルを埋設するシーズ径との比を１．３以上
にするとこのような過昇防止型昇温特性が得られること
が記載されているが、具体的なコイルの線径は記載され
ていない。

【０００８】一方、特開昭５９−６０１２５号公報に
は、これも１２V定格のバッテリーを使用することを前
提としたシーズ型グロープラグであって、発熱コイルを
埋設する部分及び制御コイルを埋設する部分ともにシー
ズ径が一定のグロープラグについて開示されている。当
該公報には、発熱コイルよりも大きい正の抵抗温度係数
を有する材料にて構成された制御コイルを、シーズチュ
ーブ内において該発熱コイルと直列に設け、速熱性を高
めつつコイル温度の過昇も生じにくくしたグロープラグ
が開示されている。該構造のグロープラグにおいては、
通電初期においては制御コイルの温度が低く電気抵抗値
が小さいため、発熱コイルには比較的大きな電流が流れ
てこれを急速昇温させる。そして、発熱コイルの温度が
上昇すると、その発熱により制御コイルが加熱されて電
気抵抗値が増大し、発熱コイルへの通電電流値が減少す
る。これにより、ヒータの昇温特性は、通電初期に急速
昇温した後、以降は制御コイルの働きにより通電電流が
抑制されて温度が飽和する形となる。そして、その具体
的なコイルの線径として、発熱体５（本発明における発
熱コイルに相当）のコイル線径は０．３５mmであり、発
熱体６（本発明における制御コイルに相当）のコイル線
径は０．３８mmである。

【０００９】そしていずれのシーズ型グロープラグとも
最高温度が１０００℃以上１２００℃以下となるように
設定されている。

【００１０】このように１２Ｖ定格のバッテリーを使用
するシーズ型グロープラグでは、一般にコイルの線径は
０．３mmよりも太い線を用いている。しかし、これらの
コイルをそのまま２４V定格のバッテリーに使用した場
合には、コイルの抵抗値が同じで印加される電圧が倍に
なるため、印加される電力は４倍になる。従って、最高
温度は１２００℃をはるかに越えてコイルの融点をも越
えてしまうであろうことは容易に推測されることであ
る。これを防止するためには、印加される電力を一定に
する必要が有るため、コイルの抵抗値を４倍にしなけれ
ばならない。コイルの抵抗値を４倍にするためにはコイ
ルの全長を変えないでコイルの断面積を１／４にする
（コイル線径を１／２にする）か、コイルの線径を変え
ないで全長を４倍にする方法が考えられる。

【００１１】１２Ｖ定格のバッテリーに使用するグロー
プラグでさえもφ０．３ｍｍ程度の線径しかないコイル
の線径を単純に１／２にした場合には、φ０．１５ｍｍ
程度にまで細くする必要が有り、耐久性の面で問題が生
じることは容易に予想されることである。また、コイル
の全長を４倍に長くする方法では、グロープラグのシー
ズチューブ部分を４倍の長さにする必要が生じる。燃焼
室内においてはグロープラグは着火以外には燃焼に寄与
せず、燃焼する際に生じるスワールの妨げになるもので
あるため、燃焼室内にこれほどの長さのシーズチューブ
を突出すことは実用的でない。

【００１２】さらに、２４Ｖ定格バッテリーといって
も、常に一定のバッテリー電圧にて通電されるのではな
く、エンジン始動後はこれにオルタネータ等からの重畳
電圧が加わるため、２７Ｖ程度に変動した形でグロープ
ラグに通電される。このような高い電圧を通電しても実
用上十分な耐久性を確保するためにはコイル線径をむや
みに細くすることはできず、コイルの材質も重要な要素
となる。

【００１３】本発明の課題は、２４Ｖ定格のバッテリー
に使用する場合においても急速昇温が可能であって、典
型的な過昇防止型昇温特性を示すとともに、耐久性も良
好なグロープラグを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために、本発明のグロープラグは、先端側が
閉じたシーズチューブと、前記シーズチューブの先端側
を突出させた状態でその外側に配置される筒状の主体金
具と、そのシーズチューブ内において軸線方向に配置さ
れた複数の抵抗線コイルとを備え、その抵抗線コイル
は、前記シーズチューブの前記主体金具からの突出部内
において、その先端側に配置される発熱コイルと、その
発熱コイルの後方側にこれと直列接続されるとともに、
該発熱コイルよりも抵抗温度係数の大きい制御コイルと
を含み、前記制御コイルを埋設する前記シーズチューブ
の制御コイル部シーズ径を前記発熱コイルを埋設する前
記シーズチューブの発熱コイル部シーズ径よりも大きく
設定するとともに、前記発熱コイルは線径をφ０．１５
〜０．３ｍｍであってかつその融点を１３５０℃以上と
し、前記制御コイルは線径をφ０．１５〜０．３ｍｍと
したことを特徴とする。

【００１５】すなわち、グロープラグにおいて急速昇温
を可能にしつつ、過昇防止型昇温特性を実現し、さらに
耐久性を確保するためには、コイルにはφ０．３ｍｍよ
りも太い線径を用いることが必須であるとの認識がほと
んど常識化しており、２４Ｖ定格のバッテリーを使用す
るディーゼルエンジンにおいてこのような要求を満足す
ることは不可能であると考えられていた。しかしなが
ら、本発明者らが鋭意検討した結果、２４Ｖ定格バッテ
リーという高い電圧に耐えるために、発熱コイルと制御
コイルとの抵抗値を可能な限り高くするため、線径を細
くするとともに、発熱コイルの融点を一定値以上のもの
にすることで、意外にも良好な急速昇温が可能でしかも
過昇防止型昇温特性、すなわち通電初期にピーク温度Ｔ
Pを有して該ピーク温度ＴP以下で飽和する昇温特性が実
現されることが明かとなり、本発明が完成したのであ
る。

【００１６】その結果、上記現状の技術常識からは両立
が極めて困難と見られていた、２４Ｖ定格のバッテリー
に使用するグロープラグにおいても、８００℃まで７秒
以下（望ましくは５秒以下）という急速昇温が可能で過
昇防止型昇温特性の確保ができるという長寿命のグロー
プラグを実現できることとなったのである。

【００１７】一方、制御コイル部シーズ径に対する発熱
コイル部シーズ径の比を（発熱コイル部シーズ径／制御
コイル部シーズ径）≦０．９に設定することで、過昇防
止型の昇温特性を得ることが容易になる。

【００１８】また、発熱コイル部のシーズ径を細くした
方がこの部分の熱容量を小さくできるため急速昇温を実
現しやすいが、制御コイル部シーズ径との差が大きくな
ると加工度が高くなり、性能のばらつきが大きくなると
ともに歩留まりが悪くなる傾向にある。従って、（発熱
コイル部シーズ径／制御コイル部シーズ径）≧０．８と
することが望ましい。

【００１９】制御コイルは、発熱コイルの後端に対し、
該発熱コイルの巻線ピッチよりも大きいコイル間ギャッ
プを隔てた形でこれに直結することができる。この場
合、該コイル間ギャップの大きさは１〜３ｍｍに調整す
るのがよい。コイル間ギャップの大きさが３ｍｍを超え
ると、発熱コイルによる制御コイルの加熱が進みにくく
なり、発熱コイルが過昇しやすくなる。他方、コイル間
ギャップの大きさが１ｍｍ未満になると、制御コイルの
抵抗値が急激に大きくなり過ぎて速熱性が確保されなか
ったり、飽和温度が低くなり過ぎて十分な発熱性能が得
られなくなったりする場合がある。なお、本発明におい
てコイル間ギャップは、発熱コイルと制御コイルとの接
続点から発熱コイルに沿って半巻分移動した位置と、同
じく制御コイル側に半巻分移動した位置との間の、コイ
ル軸線方向における距離として定義する。

【００２０】上記ギャップ量は、前記特開昭５９−６０
１２５号公報に開示された、シーズチューブ外径５ｍｍ
のグロープラグにおいて、過昇防止型昇温特性を得るの
に必要なギャップ量（第７図：約５ｍｍ前後）に比較す
ると小さい値になっている。これは、以下の理由による
ものである。即ち、バッテリー電圧が定格２４Ｖである
ため、通常使用される１２Ｖのバッテリーと比較して倍
の電圧がグロープラグに印加されるため、通電初期にお
ける発熱コイルの温度は上昇しやすい。しかし、発熱コ
イルを埋設したシーズ部は位置による温度のばらつきを
生じ易いため、制御コイル自体の発熱による電流制御機
能を待つのみでなく、発熱コイルから制御コイルへの熱
移動をより積極的に行って制御コイルの温度を早く上昇
させて電流制御機能を働かせることが必要だからであ
る。従って、本発明のグロープラグにおいては、従来の
１２Ｖ定格のバッテリーに使用するグロープラグと比較
して、両コイル間の距離を多少近付けたほうが、良好な
過昇防止型昇温特性を得る上では有利であるということ
ができる。

【００２１】なお、上記コイル間ギャップの大きさは、
より望ましくは１〜２ｍｍに調整するのがよい。

【００２２】上記ピーク温度ＴPは、９００〜１１５０
℃となっているのがよい。ピーク温度ＴPが９００℃未
満になると、発熱が不十分となり、エンジン予熱等の機
能が十分に果たされなくなる場合がある。他方、ピーク
温度ＴPが１１５０℃を超えると、発熱が大きくなり過
ぎ、発熱コイルの寿命低下を招く場合がある。なお、ピ
ーク温度ＴPは、望ましくは９５０〜１０５０℃となっ
ているのがよい。

【００２３】次に、上記グロープラグにおいては、室温
において通電電圧２３Ｖにて上記昇温特性を測定したと
きに、そのピーク温度ＴPと通電開始から４０秒後の温
度（以下、４０秒後温度という）ＴSとの差ＴP−ＴSが
５０〜２００℃となっていることが望ましい。ＴP−ＴS
が５０℃未満になると、通電電圧が高くなる方向に変動
した場合、ヒータの過昇を招きやすくなる。他方、ＴP
−ＴSが２００℃を超えると飽和温度が低くなり過ぎ、
必要な発熱性能が確保できなくなる。ＴP−ＴSは、望ま
しくは８０〜１５０℃となっているのがよい。

【００２４】また、本発明のグロープラグは、速熱性の
要求を満足するために、室温において通電電圧２３Ｖに
て昇温特性を測定したときに、ピーク温度ＴPが８００
℃以上であり、かつそのピーク温度ＴPに到達する途上
において８００℃に到達するまでの通電時間ｔ800が７
秒以下（望ましくは５秒以下）となっていることが望ま
しい。

【００２５】また、発熱コイル及び制御コイルの外径ｄ
1は、φ１．５〜３．０ｍｍとするのがよい。該外径ｄ1
がφ１．５ｍｍ未満になると、必要な発熱性能が得られ
なくなる場合がある。他方、φ３．０ｍｍを超えると、
シーズチューブの外径をあまり大きくし過ぎると、グロ
ープラグをエンジンに装着した場合に燃焼を妨げること
になることからシーズチューブの外径は事実上φ５．０
ｍｍ以下に制限されている関係上、その肉厚ｔが小さく
なり過ぎ、強度が不足する不具合につながる。また、上
記コイルの外径ｄ１とシーズチューブの内径Ｄ２との比
ｄ１／Ｄ２は０．５〜０．８の範囲で調整されているの
がよい。ｄ１／Ｄ２が０．８を超えると、発熱性能の低
下を招く場合があるほか、シーズチューブ内面と発熱コ
イル及び制御コイルとの間で短絡を生じやすくなる。ま
た、ｄ１／Ｄ２が０．５未満になると、コイルがシーズ
チューブ内にて蛇行しやすくなり、同様に短絡を生じや
すくなる。

【００２６】なお、シーズチューブは、例えばステンレ
ス鋼、鉄基耐熱合金及びＮｉ基耐熱合金のいずれかによ
り構成することができる。エンジン燃焼室内にて高温の
ガス流に直接さらされるシーズチューブをこれら材質に
て構成することにより、その耐久性を向上させることが
できる。ステンレス鋼としては、各種オーステナイト系
ステンレス鋼が、耐食性が特に良好であるので本発明に
好適に使用できる。

【００２７】この場合、特に耐熱性が要求される場合に
はＮｉ基耐熱合金、例えばInconel601（Inconelは商標
名）等のＮｉ基超耐熱合金を好適に使用できる。また、
高速インジェクション型ディーゼルエンジンのように、
スワール流速の大きい環境下で使用する場合において
は、高温ガス流による酸化消耗を抑制するため、オース
テナイト系ステンレス鋼のうちでも特にＮｉ含有量の高
い組成を有するもの（例えばＳＵＳ３１０Ｓ）や、これ
と類似の組成を有するオーステナイト系耐熱鋼（例えば
ＳＵＨ３０９、ＳＵＨ３１０、ＳＵＨ３３０など）を好
適に使用できる。

【００２８】また、発熱コイルの材質は、公知のグロー
プラグと同様の材質、例えば鉄−クロム系合金（例えば
鉄を主体としてクロムを１３〜３０重量％含有する合
金）を好適に使用できる。耐久性をそれほど要求されな
い場合にはニッケル−クロム合金（例えばニッケルを主
体としてクロムを８〜２２重量％含有する合金）も使用
可能である。他方、制御コイルの材質としては、上記発
熱コイルの材質よりも電気比抵抗の温度係数が大きい材
質が用いられ、例えばコバルト−鉄合金（コバルトを主
体として鉄を６〜１８重量％程度含有するもの）が、耐
久性に優れているので本発明に好適に使用できるが、こ
のほか、ニッケルメッキ鉄線やニッケル線等も使用でき
る。

【００２９】そして、発熱コイルと制御コイルとは、材
質、線径及びコイル長を選択することにより、発熱コイ
ルの電気抵抗値をＲH、同じく制御コイルの電気抵抗値
をＲCとして、室温での電気抵抗比（ＲH／ＲC）RTの値
が１以上となり、かつ８００℃での電気抵抗比（ＲH／
ＲC）800の値が０．１〜０．４となるように調整するの
がよい。（ＲH／ＲC）RTの値が１未満になると、ヒータ
の速熱性が十分に確保できなくなる場合がある。他方、
（ＲH／ＲC）800の値が０．１未満になると、制御コイ
ルによる通電制御が過剰となり、発熱コイルが十分に発
熱できなくなる場合がある。また、（ＲH／ＲC）800が
０．４を超えると、制御コイルによる通電制御効果が不
十分となり、発熱コイルの過昇が生じやすくなる。

【００３０】次に、シーズチューブの主体金具からの突
出部長さは２４〜５０ｍｍとするのがよい。突出部長さ
が２４ｍｍ未満になると、該突出部内における発熱コイ
ルと制御コイルとの収容スペースが不十分となるととも
に、カーボン堆積を防止するべく金具の中にコイルが入
らない様に設計しているため、ひいては所期の昇温特性
（あるいは発熱性能）を得るのに必要なコイル長を確保
できなくなる場合がある。他方、該長さが５０ｍｍを超
えると、燃焼室内における燃焼の妨げになりやすい。な
お、該突出長さは、望ましくは２６〜３６ｍｍとするの
がよい。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例に基づいて説明する。図１は、本発明のグ
ロープラグの一例を示す全体図であり、図２はその縦断
面図である。該グロープラグ１は、シーズヒータ２と、
その外側に配置された主体金具３とを備える。シーズヒ
ータ２は、図２に示すように、先端側が閉じたシーズチ
ューブ１１の内側に、２つの抵抗線コイル、すなわち先
端側に配置された発熱コイル２１と、その後端に溶接等
により直列接続された制御コイル２３とが、絶縁材料と
してのマグネシア粉末２７とともに封入されて形成され
ている。

【００３２】図１及び図２に示すように、シーズチュー
ブ１１の発熱コイル２１を埋設する発熱コイル埋設部分
１１ａの径Ｄ１は、制御コイル２３を埋設する制御コイ
ル埋設部分１１ｂの径Ｄ２よりも細く（ただし、先端部
は丸められている）形成されて、発熱コイル埋設部分１
１ａ及び制御コイル埋設部分１１ｂは、先端側が主体金
具３から突出して突出部を形成している。このそして、
該Ｄ１がφ３．０〜４．５ｍｍ（望ましくはφ４．５ｍ
ｍ）とされている。ここで、発熱コイル２１はその先端
においてシーズチューブ１１と導通しているが、発熱コ
イル２１及び制御コイル２３の外周面とシーズチューブ
１１の内周面とは、マグネシア粉末２７の介在により絶
縁された状態となっている。

【００３３】図２において、発熱コイル２１は、例えば
その２０℃での電気比抵抗ρ20が８０〜１８０μΩ・ｃ
ｍ、８００℃での電気比抵抗をρ800として、ρ800／ρ
20が０．９〜１．２程度の材料、具体的には鉄−クロム
合金線（融点１３５０℃〜１５００℃）あるいはニッケ
ル−クロム合金線（融点１２００℃〜１４００℃）等に
より構成されている。そのコイルの線径ｋはφ０．１５
〜０．３ｍｍ、コイル長ＣＬ1は５〜１２ｍｍ、コイル
外径ｄ１はφ１．５〜３．０ｍｍ、巻線ピッチＰは０．
２〜０．８ｍｍ、巻線ターン数Ｎは８〜１５である。

【００３４】また、制御コイル２３は、例えばその２０
℃での電気比抵抗ρ20が５〜２５μΩ・ｃｍ、８００℃
での電気比抵抗をρ800として、ρ800／ρ20が７〜１２
程度の材料、具体的には鉄−クロム合金線あるいはニッ
ケル−クロム合金線等により構成されている。そのコイ
ルの線径ｋはφ０．１５〜０．３ｍｍ、コイル長ＣＬ2
は１０〜３２ｍｍ、コイル外径ｄ２はφ１．５〜３．０
ｍｍ、巻線ピッチＰは０．２〜０．８ｍｍ、巻線ターン
数Ｎは２５〜４０である。

【００３５】また、発熱コイル２１と制御コイル２３と
は、発熱コイルの電気抵抗値をＲH、同じく制御コイル
の電気抵抗値をＲCとして、室温での電気抵抗比（ＲH／
ＲC）RTの値が１以上となり、かつ８００℃での電気抵
抗比（ＲH／ＲC）800の値が０．１〜０．４となるよう
に調整されている。これら発熱コイル２１及び制御コイ
ル２３の間には、発熱コイル２１の巻線ピッチよりも大
きいコイル間ギャップ２５が形成されている。このコイ
ル間ギャップ２５の大きさＪＬは、φ０．８〜３ｍｍ、
望ましくはφ１〜２ｍｍの範囲で調整される。また、こ
れを発熱コイル２１の巻線ピッチＰにて捉えた場合は、
０．２〜０．８ピッチ（望ましくは０．３〜０．６ピッ
チ）の範囲で調整される。

【００３６】次に、シーズチューブ１１の発熱コイル埋
設部分１１ａの肉厚ｔは０．３〜０．７５ｍｍ（望まし
くは０．４５〜０．６ｍｍ）であり、かつｔ／Ｄ１の値
が０．０８〜０．２（望ましくは０．１１〜０．１７）
となっている。また、発熱コイル埋設部分１１ａの内径
をＤ’１、発熱コイル２１の外径をｄ１、制御コイル埋
設部分１１ｂの内径をＤ’２、制御コイル２３の外径を
ｄ２としたときの、それらの半径差ＣＧ１＝（Ｄ’１−
ｄ１）／２及びＣＧ２＝（Ｄ’２−ｄ２）／２の値は、
各々０．１〜０．８ｍｍ（望ましくは０．２〜０．６ｍ
ｍ）とされている。さらに、上記発熱コイル２１の外径
ｄ１と発熱コイル埋設部分１１ａの内径Ｄ’１との比ｄ
１／Ｄ’１及び制御コイル２３の外径ｄ２と制御コイル
埋設部分１１ｂの内径Ｄ’２との比ｄ２／Ｄ’２は各々
０．５〜０．８（望ましくは０．６〜０．７）とされて
いる。

【００３７】シーズチューブ１１には、基端側から棒状
の通電端子軸１３が挿入され、その先端が制御コイル２
３の後端に溶接等により接続されている。他方、図２に
示すように、該通電端子軸１３の後端部には雄ねじ部１
３ａが形成されている。

【００３８】このようなシーズヒータ２の構造は、例え
ば次のようにして製造することができる。すなわち、図
３（ｂ）に示すように、最終寸法よりも加工代分だけ大
径に形成されたシーズチューブ１１’内に、発熱コイル
及び制御コイルをマグネシア粉末とともに封入し、この
状態でシーズチューブ１１’に回転鍛造加工（スエージ
加工）を施すことにより、発熱コイル埋設部分１１ａと
制御コイル埋設部分１１ｂとを形成する。

【００３９】上記スエージ加工は、例えば図３（ａ）に
示すスエージングマシン７０を用いて行うことができ
る。該スエージングマシン７０においては、シーズチュ
ーブ１１’を取り囲むように配置された複数のダイス７
３がそれぞれ対応するハンマ７２によって支えられてお
り、それらが回転主軸７４内に配置されて一体的に回転
させられる。この回転主軸７４は、焼き入れ鋼等で構成
された複数のローラ７１を有するケージ７５の内側で回
転するようになっており、回転主軸７４とともに回転し
ながらハンマ７２がローラ７１の位置にくると、ダイス
７３が圧縮され、ハンマ７２が隣接するローラ７１，７
１の間にくるとダイス７３は遠心力によって開く。従っ
て、回転主軸７４の回転数を一定以上に上げれば、ダイ
ス７３による圧縮加工を何度も繰り返すことができる。

【００４０】次に、主体金具３は、図２に示すように軸
方向の貫通孔４を有する筒状に形成され、ここにシーズ
ヒータ２が、一方の開口端からシーズチューブ１１の先
端側を所定長突出させた状態で挿入・固定されている。
該主体金具３の外周面には、グロープラグ１をディーゼ
ルエンジンに取り付けるに際して、トルクレンチ等の工
具を係合させるための六角断面形状の工具係合部９が形
成されており、これに続く形で取付け用のねじ部７が形
成されている。

【００４１】主体金具３の貫通孔４は、シーズチューブ
１１が突出する開口側に位置する大径部４ｂと、これに
続く小径部４ａとを備え、この小径部４ａに制御コイル
埋設部分１１ｂの基端側に形成された大径部１１ｃが圧
入され、固定されている。他方、貫通孔４の反対側の開
口部には座ぐり部３ａが形成され、ここに、通電端子軸
１３に外装されたゴム製のＯリング１５と絶縁ブッシュ
（例えばナイロン製のもの）１６とが嵌め込まれてい
る。そして、そのさらに後方側において通電端子軸１３
には、絶縁ブッシュ１６の脱落を防止するための押さえ
リング１７が装着されている。該押さえリング１７は、
外周面に形成された加締め部１７ａにより通電端子軸１
３に固定されるとともに、通電端子軸１３の対応する表
面には、加締め結合力を高めるためのローレット部１３
ｂが形成されている。なお、１９は、通電用のケーブル
を通電端子軸１３に固定するためのナットである。

【００４２】シーズチューブ１１の、主体金具３からの
突出長Ｌ2は２４〜５０ｍｍ（望ましくは２６〜３６ｍ
ｍ）に調整されている。また、図２に示すように、通電
端子軸１３の先端位置は主体金具３の開口端面とほぼ一
致している。

【００４３】以下、図１及び図２のグロープラグ１の各
部の寸法等を具体的に例示する（図２も参照）。・全長Ｌ1＝１０３ｍｍ。（発熱コイル２１）・材質：鉄−クロム合金（組成：Ａｌ＝７．５重量％；
Ｃｒ＝２６重量％；Ｆｅ＝残部、ρ20＝１６０μΩ・ｃ
ｍ、ρ800／ρ20＝１．０、融点１４９０℃）。・寸法：ｋ＝０．２２ｍｍ、ＣＬ1＝１０ｍｍ、ｄ１＝
２．２ｍｍ、Ｐ＝０．３７ｍｍ、Ｎ＝１５。コイル全体
の２０℃での電気抵抗値ＲHは３Ω。（制御コイル２３）・材質：コバルト−鉄合金（組成：Ｆｅ＝８重量％；Ｃ
ｏ＝残部、ρ20＝８μΩ・ｃｍ、ρ800／ρ20＝９．
８、８００℃まで抵抗値は温度上昇とともに下に凸に上
昇する）。・寸法：ｋ＝０．１７ｍｍ、ＣＬ2＝１３ｍｍ、ｄ２＝
２．５ｍｍ、Ｐ＝０．３４ｍｍ、Ｎ＝４５。コイル全体
の室温での電気抵抗値ＲCは１Ω。

【００４４】・（ＲH／ＲC）RT：３。・（ＲH／ＲC）800：０．３。（コイル間ギャップ２５）・ＪＬ：２ｍｍ。

【００４５】（シーズチューブ１１）・材質：ＳＵＳ３１０Ｓ。・寸法：Ｄ１＝４．５ｍｍ、ｔ＝０．７５ｍｍ、ｔ／Ｄ
１＝０．１７、ＣＧ１＝０．３９、Ｄ２＝５．０ｍｍ、
ｔ／Ｄ２＝０．１５、ＣＧ２＝０．４、Ｌ2＝２８ｍ
ｍ。

【００４６】（主体金具３）・材質：機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）。・寸法：ねじ部７よりも先端側に位置する部分（以下、
主要部５という）の長さＬ３＝２２．５ｍｍ、主要部５
の外径Ｄ４＝８．２ｍｍ、ねじ部７の長さＬ４＝１９ｍ
ｍ、ねじ部７の外径Ｄ５＝１０ｍｍ。

【００４７】以下、図１及び図２のグロープラグ１の作
用について説明する。グロープラグ１は、主体金具３の
ねじ部７においてディーゼルエンジンのシリンダブロッ
クに取り付けられる。これにより、発熱コイル２１及び
制御コイル２３が収容されたシーズチューブ１１の先端
部は、エンジンの燃焼室（あるいは副燃焼室）内に位置
決めされる。この状態で、通電端子軸１３に車載のバッ
テリーを電源として電圧を印加すると、通電端子軸１３
→制御コイル２３→発熱コイル２１→シーズチューブ１
１→主体金具３→（エンジンブロックを介して接地）の
経路にて通電される。

【００４８】これにより、グロープラグ１のシーズヒー
タ２は、通電初期においては制御コイル２３の温度が低
く電気抵抗値が小さいため、発熱コイル２１には比較的
大きな電流が流れてこれを急速昇温させる。そして、発
熱コイル２１の温度が上昇すると、その発熱により制御
コイル２３が加熱されるとともに制御コイル２３自体も
通電により発熱することによって電気抵抗値が増大し、
発熱コイル２１への通電電流値が減少する。これによ
り、ヒータの昇温特性は、通電初期に急速昇温した後、
以降は制御コイルの働きにより通電電流が抑制されて温
度が飽和する形となる。

【００４９】そして、発熱コイル２１の線径をφ０．２
２ｍｍ、かつ、融点を１３５０℃以上、制御コイル２３
の線径をφ０．１７ｍｍに設定し、さらに、シーズチュ
ーブ１１の発熱コイル埋設部分１１ａがほぼ一様な外径
Ｄ１を有する円筒状とされ、かつ制御コイル埋設部分１
１ｂの径Ｄ２とをＤ1＜Ｄ２に設定することで、２４Ｖ
定格のバッテリーに使用されるグロープラグであるにも
かかわらず、前述の過昇防止型昇温特性、具体的にはピ
ーク温度ＴPと６０秒後温度ＴSとの差ＴP−ＴSが５０〜
２００℃、ピーク温度ＴPが９００〜１１５０℃、及び
８００℃に到達するまでの通電時間ｔ800が５秒以下
の、速熱性に優れ耐久性も良好な特性を安定して実現す
ることが可能となる。

【００５０】さらに、シーズチューブ１１の肉厚ｔが
０．３〜０．７５ｍｍであり、かつ外径をＤ１としたと
きのｔ／Ｄ１の値が０．０８〜０．２となっていること
で、所期の発熱性能が確保され、かつシーズチューブ１
１の強度も十分なものとなり、例えば取付け時に落下さ
せたりした場合もヒータに破損が生じにくい。また、シ
ーズチューブ１１の本体部１１ａの内径と、発熱コイル
２１及び制御コイル２３の外径との半径差ＣＧが０．１
〜０．８ｍｍの範囲にて調整されていることで、シーズ
チューブ１１の内面と各コイル２１，２３との間での短
絡が生じにくくなり、製造歩留まりを向上させることが
できる。

【００５１】

【実施例】（実施例１）図１及び図２のグロープラグ１
を、以下に特記する条件を除いて、先に例示した寸法及
び材質により各種作製した。まず、シーズチューブ１１
の発熱コイル埋設部分１１ａの外径Ｄ１のみをφ４．０
及び４．５ｍｍの２種類作製し、これに合わせて発熱コ
イル２１及び制御コイル２３は外径ｄ1のみ１．５〜
２．５ｍｍの範囲で適宜変化させた。また、発熱コイル
２１の線径を０．１２〜０．３５ｍｍの範囲にて変化さ
せるとともに、制御コイル２３の線径も０．１２〜０．
３５ｍｍの範囲で変化させた。そして、発熱コイル２１
の材質として融点１４９０℃の鉄−クロム系合金及び融
点１３９０℃のニッケル−クロム系合金を用い、制御コ
イル２３の材質として、前記したコバルト−鉄合金製及
びニッケルメッキ鉄線（線径はφ０．２ｍｍ、メッキ厚
さは約１μｍ）を用いたものを作製した。これらの試験
品を用いて下記の昇温特性試験及び耐久性試験を行っ
た。結果を表１に示す。

【００５２】昇温特性試験これらグロープラグを室温中に保持し、通電電圧２３Ｖ
にて通電したときの昇温特性曲線（温度−時間曲線）
を、以下のようにして測定した。温度測定は、グロープ
ラグ１を図５に示すような治具２００に取り付けた状態
で行った。該治具２００は、縦長円柱状（外径２３ｍ
ｍ）の炭素鋼製のものであり、中心部に軸線方向のプラ
グ装着孔２０１が貫通形態で形成されている。図１に示
すグロープラグ１は、先端側をプラグ装着孔２０１内に
挿入し、該プラグ装着孔２０１の一方の端部側に形成さ
れた雌ねじ部２０１ａに対してねじ部７を螺合させるこ
とにより、治具２００に取り付けられる。治具２００の
各部の寸法は図面中に記載した通りである（単位：ｍ
ｍ）。また、グロープラグ１のシーズチューブ１１の先
端部は、上記装着状態において治具２００の端面より５
ｍｍ突出するようになっている。そして、シーズチュー
ブ１１の突出部において、その先端から軸線方向に５ｍ
ｍまでの測定区間を設定し、その測定区間における最高
温度位置を予め調べておくとともに、該位置に熱電対
（Ｐｔ／Ｐｔ−Ｒｈ）を固定してシーズヒータ２に連続
通電し、温度の時間変化を測定して昇温特性曲線を得た
（以上の測定方法は、ＩＳＯ７５７８（１９８６）に規
定された方法に準拠するものである）。得られた昇温特
性曲線から、前述の８００℃到達時間（ｔ800）の値を
それぞれ算出した。

【００５３】耐久性試験昇温特性試験に使用した治具２００と同じ治具に上述の
グロープラグを装着して室温中に保持し、通電電圧２６
Ｖにて１８０秒通電―６０秒通電中止の繰り返し試験を
行なった。なお、本試験で通電電圧を２６Ｖとしたのは
以下の理由による。即ち、定格２４Ｖバッテリーを用い
たエンジンの場合は、異常電圧として最高３０V印加さ
れる可能性がある。ところが実際のエンジンでは燃焼室
内でのスワールの影響及び吸気工程における温度の比較
的低い吸気によってグロープラグが冷却される。従っ
て、本試験のような強制冷却されない耐久性試験の場合
には、通電電圧２６Ｖとすると実際のエンジンに装着し
た場合の耐久性の評価に相当すると考えられるためであ
る。

【００５４】

【表１】

【００５５】上記表において、昇温特性試験及び耐久性
試験の判断基準は以下の通りである。即ち、昇温特性試
験において、ｔ800が５秒以下のものを優（◎）、５秒
を超え７秒以下のものを良（○）、７秒を超えるものを
不可（×）とした。また、耐久性試験では、５０００サ
イクル以上の耐久性を持つものを優（◎）、３０００サ
イクル以上５０００サイクル未満を良（○）３０００サ
イクル未満を不可（×）とした。

【００５６】この結果から、発熱コイル２１の材料に鉄
−クロム系、線径φ０．２２ｍｍを用いた場合であっ
て、制御コイル２３の材料をコバルト−鉄系、線径φ
０．１７ｍｍを用いた場合には、発熱コイル埋設部分１
１ａの外径Ｄ１がφ４．０ｍｍである番号２及び同外径
Ｄ１がφ４．５ｍｍである番号３のいずれのグロープラ
グでもｔ800が５秒以下となり良好な速熱性を示す。ま
た、制御コイル２３の材料のみをニッケルメッキ鉄線、
線径φ０．２ｍｍに変更した場合には、発熱コイル埋設
部分１１ａの外径Ｄ１がφ４．０ｍｍである番号３のみ
がｔ800が５秒以下となり良好な速熱性を示す。また、
番号４の発熱コイル埋設部分１１ａの外径Ｄ１をφ４．
５ｍｍに変更した番号５の場合にはｔ800が５秒〜７秒
となりやや速熱性が低下する。以上の番号２〜５では、
５０００サイクル以上の耐久性を持ち良好であることが
わかる。

【００５７】これに対し、発熱コイル２１の材料に鉄−
クロム系、線径φ０．１２ｍｍを用いた場合には、この
発熱コイル２１との抵抗バランスを合わせるため制御コ
イル２３もφ０．１２ｍｍ若しくはφ０．１３５ｍｍの
細い線径のものを用いざるを得ず、番号６〜９のいずれ
のグロープラグにおいても速熱性がやや低下すると同時
に、耐久性も３０００サイクル未満に低下する。一方、
番号１０の発熱コイル２１の材料にニッケル−クロム
系、線径φ０．２２ｍｍを用いた場合には、制御コイル
２３の材料をコバルト−鉄系、線径φ０．１７ｍｍのも
のを用いることができるが、ｔ800が５秒〜７秒となり
やや速熱性が低下する。そして、発熱コイル２１の融点
が低いため耐久性も３０００サイクル以上５０００サイ
クル未満になりやや低下する。

【００５８】（実施例２）実施例１の番号２のグロープ
ラグを、昇温特性試験と同じ治具２００に装着し、実施
例１と同様にして印加電圧１９Ｖ、２３Ｖ、２７Ｖの各
条件にて昇温特性曲線（温度−時間曲線）を測定し、得
られた昇温特性曲線から、前述の８００℃到達時間（ｔ
800）、ピーク温度（ＴＰ）及び４０秒後温度（ＴＳ）
の値をそれぞれ算出した。以上の結果を図４に示す。

【００５９】この結果から、ｔ800は印加電圧２３Ｖに
おいて約４．５秒で良好な速熱性を示している。また、
印加電圧２３Ｖ以上ではピーク温度ＴＰと４０秒後温度
（飽和温度を反映したものとなる）ＴSの差ＴP−ＴSも
５０℃以上となっており、良好な過昇防止型昇温特性が
得られていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のグロープラグの一例を示す全体図及び
縦断面図。

【図２】そのシーズヒータの内部構造を示す断面図及び
その要部拡大模式図。

【図３】スエージングマシンの概念と、スエージングの
作用とを示す説明図。

【図４】実施例１の番号２のグロープラグの昇温特性曲
線。

【図５】グロープラグの温度測定に使用する治具の縦断
面図。

【符号の説明】

１グロープラグ２シーズヒータ３主体金具７ねじ部１１シーズチューブ１１ａ本体部１１ｂ拡径部１３通電端子軸２１発熱コイル２３制御コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端側が閉じたシーズチューブと、前記シーズチューブの先端側を突出させた状態でその外
側に配置される筒状の主体金具と、そのシーズチューブ内において軸線方向に配置された複
数の抵抗線コイルとを備え、その抵抗線コイルは、前記シーズチューブの前記主体金
具からの突出部内において、その先端側に配置される発
熱コイルと、その発熱コイルの後方側にこれと直列接続
されるとともに、該発熱コイルよりも抵抗温度係数の大
きい制御コイルとを含み、前記制御コイルを埋設する前記シーズチューブの制御コ
イル部シーズ径を前記発熱コイルを埋設する前記シーズ
チューブの発熱コイル部シーズ径よりも大きく設定する
とともに、前記発熱コイルは線径をφ０．１５〜０．３ｍｍであっ
てかつその融点を１３５０℃以上とし、前記制御コイル
は線径をφ０．１５〜０．３ｍｍとしたことを特徴とす
るグロープラグ。
【請求項２】前記制御コイル部シーズ径に対する前記
発熱コイル部シーズ径の比が（発熱コイル部シーズ径／
制御コイル部シーズ径）≦０．９に設定されている請求
項１記載のグロープラグ。
【請求項３】前記制御コイル部シーズ径に対する前記
発熱コイル部シーズ径の比が（発熱コイル部シーズ径／
制御コイル部シーズ径）＞０．８に設定されていること
を特徴とする請求項２に記載のグロープラグ。
【請求項４】前記制御コイルは前記発熱コイルの後端
に対し、該発熱コイルの巻線ピッチよりも大きいコイル
間ギャップを隔てた形でこれに直結されており、該コイ
ル間ギャップの大きさが１〜３ｍｍに設定されている請
求項１乃至３のいずれかに記載のグロープラグ。
【請求項５】前記シーズチューブの先端部表面におけ
る昇温特性が、通電初期にピーク温度ＴPを有して該ピ
ーク温度ＴP以下で飽和するものとなるようにしたこと
を特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のグロープ
ラグ。
【請求項６】室温において通電電圧２３Ｖにて前記昇
温特性を測定したときに、前記ピーク温度ＴPが８００
℃以上であり、かつそのピーク温度ＴPに到達する途上
において８００℃に到達するまでの通電時間ｔ800が７
秒以下である請求項１乃至５のいずれかに記載のグロー
プラグ。
【請求項７】前記ピーク温度ＴPが９００〜１１５０
℃となっている請求項５に記載のグロープラグ。
【請求項８】先端側が閉じたシーズチューブと、前記シーズチューブの先端側を突出させた状態でその外
側に配置される筒状の主体金具と、そのシーズチューブ内において軸線方向に配置された複
数の抵抗線コイルとを備え、その抵抗線コイルは、前記シーズチューブの前記主体金
具からの突出部内において、その先端側に配置される発
熱コイルと、その発熱コイルの後方側にこれと直列接続
されるとともに、該発熱コイルよりも抵抗温度係数の大
きい制御コイルとを含み、前記制御コイルを埋設する前記シーズチューブの制御コ
イル部シーズ径を前記発熱コイルを埋設する前記シーズ
チューブの発熱コイル部のシーズ径よりも大きく設定す
るとともに、前記シーズチューブの先端部表面における昇温特性が、
室温において通電電圧２３Ｖにて前記昇温特性を測定し
たときに、通電初期にピーク温度ＴPを有して該ピーク
温度ＴP以下で飽和するものとなるようにし、かつ前記
ピーク温度ＴPが８００℃以上であり、かつそのピーク
温度ＴPに到達する途上において８００℃に到達するま
での通電時間ｔ800が７秒以下であることを特徴とする
グロープラグ。
【請求項９】前記発熱コイルは、その融点が１３５０
℃以上の材料を使用したものであることを特徴とする請
求項８に記載のグロープラグ。