JP2001033037A - セラミック加熱ロッド及び該セラミック加熱ロッドを備えたグロープラグ及びこれらの製造方法 - Google Patents

セラミック加熱ロッド及び該セラミック加熱ロッドを備えたグロープラグ及びこれらの製造方法

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JP2001033037A
JP2001033037A JP2000200410A JP2000200410A JP2001033037A JP 2001033037 A JP2001033037 A JP 2001033037A JP 2000200410 A JP2000200410 A JP 2000200410A JP 2000200410 A JP2000200410 A JP 2000200410A JP 2001033037 A JP2001033037 A JP 2001033037A
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heating
heating rod
ceramic material
heating element
glow plug
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Helmut Mueller
ミュラー ヘルムート
Jens Hillius
ヒリウス イエンズ
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BorgWarner Ludwigsburg GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造が簡単で、大量生産が可能で、高い機能
性と寸法精度及び構成の小型化を実現するグロープラグ
を提供する。 【解決手段】 一対の導電体が一体に連接されてなる長
手方向断面Ｕ字形状の加熱領域（１１）を有する導電性
セラミック材料の加熱要素を備えた加熱ロッドにおい
て、該加熱要素（１ａ）は射出成形法により断面Ｕ字形
状の要素として成形されるとともに、加熱ロッド本体
（１ｂ）を形成する電気絶縁性セラミック材料（３）で
押し出しコーティングされて、該絶縁性セラミック材料
（３）からなる加熱ロッド本体（１ｂ）に埋め込まれて
いることを特徴とする加熱ロッド。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、導電性セラミック
材料の加熱要素を備えた加熱ロッド、１個のこうした加
熱ロッドを備えたグロープラグ、及びこれらの製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】導電性セラミック材料の加熱要素を備え
た加熱ロッドはドイツ特許出願公開公報第ＤＥ４１１７
２５３Ａ１号により公知である。この構成では、加熱部
分は、中空のホルダの先端部において不支持の状態で外
方に向けて整列させられてグロープラグ本体内に取り付
けられており、また、セラミックヒータのホルダの前端
領域に対応する導電体部分間に絶縁層を挿入しそこに嵌
着させている。これらの導電体部分と絶縁層とは、Ｃｕ
−Ａｌ−Ｔｉ合金からなるろう付けハンダ充填金属によ
って連結される。異なる材料からなる各種の絶縁層を使
用したり、また、これらの層を接合かつ結合する必要性
があることから、こうしたグロープラグの構造は複雑な
ものとなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、導電
性セラミック材料の加熱要素を備えた加熱ロッド、及び
１個のこうした加熱ロッドを備えた棒状グロープラグを
提供することにある。この加熱ロッドの製造方法は簡単
であるため、加熱ロッドまたは棒状グロープラグの大量
生産が可能になると同時に、高い機能性、寸法精度なら
びに構成の小型化を実現することが可能である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、一対の
導電体が一体に連接されてなる長手方向断面Ｕ字形状の
加熱領域を有する導電性セラミック材料の加熱要素を備
えた加熱ロッドにおいて、該加熱要素は射出成形法によ
り断面Ｕ字形状の要素として成形されるとともに、加熱
ロッド本体を形成する電気絶縁性セラミック材料で押し
出しコーティングされて、該絶縁性セラミック材料から
なる加熱ロッド本体に埋め込まれていることを特徴とす
る加熱ロッドによって達成される。
【０００５】本発明の加熱ロッドにおいて、前記加熱要
素は射出成形法により成形されたスリーブ形状を備え、
加熱ロッド本体を形成する絶縁性セラミック材料で押し
出しコーティングされてよい。また、前記加熱領域にお
いて開口部が設けられてよい。また、前記スリーブ形状
の加熱要素の端部は接触面を有する端子管状部分として
形成され、加熱要素の先端部への供給線は前記スリーブ
の中心を通じて延設されてもよい。
【０００６】本発明の加熱ロッドにおいて、前記加熱要
素の一方の脚部が端子として前記加熱ロッド本体の外部
へと延設され、この脚部または場合に応じて加熱ロッド
本体の外部へと同様に延設される他方の脚部は電子要素
の支持部として構成されてもよい。
【０００７】本発明の加熱ロッドにおいて、加熱ロッド
の加熱領域にて、加熱要素のＵ字形状屈曲部は、外表面
に絶縁性セラミック材料を有さなくてもよい。
【０００８】本発明の加熱ロッドにおいて、前記加熱要
素は、加熱ロッド本体内に埋め込まれるとともに、中央
部に配置された電流供給線を備え、該供給線は、好まし
くは同様の導電性セラミック材料にて形成された比較的
大きな断面積を有する線を介して外部に延設されてもよ
い。
【０００９】本発明の他の局面によれば、上記加熱ロッ
ドと、これが組み込まれたグロープラグ本体とからなる
棒状グロープラグが提供される。この棒状グロープラグ
は、グロープラグ本体内の、Ｕ字形状の加熱要素の一方
の脚部の表面上、すなわち、内側を向いた表面上に、該
脚部の端部を通じて流れる電流を、測定、制御、または
サイクル動作させるための電子要素を有してよい。
【００１０】本発明の更に他の局面によれば、加熱要素
を導電性セラミック材料から製造した後、加熱ロッド本
体とその内部に埋設された加熱要素に対して電気絶縁性
セラミック材料を押し出しコーティングしてなる、上記
加熱ロッドを製造するための方法が提供される。
【００１１】この方法は、マルチコンポーネント射出成
形法において、２基の射出ユニットを用い、１個の金型
にて行われるとよい。また、押し出しコーティングの
後、得られた加熱ロッドを温度処理するとともに、セラ
ミックの構成要素同士を焼成により焼結させて中実かつ
互いに一体化された材料にするとよい。
【００１２】本発明の他の特徴については、図面を参照
して行う以下の説明からも明らかである。
【００１３】
【発明の実施の形態】図面を参照しながら、本発明を以
下に詳述する。
【００１４】図１に示されるように、棒状グロープラグ
における使用を目的とした、本発明の加熱ロッドの一実
施形態は、従来と同様の棒状の外形を有する。該加熱ロ
ッドは、Ｕ字形状の要素（図５ａ及び図５ｂ）として、
またはスリーブ形状の要素（図６）として構成された加
熱要素１ａを有する。この加熱要素１ａは加熱領域１１
においてＵ字形状に屈曲せられた領域（図５ａ／５ｂ）
または半球状外殻の形状をなす領域を有し、ここで、ロ
ッド形状（図５ａ／５ｂ）またはスリーブ形状（図６）
に形成された同様の導電性セラミック材料２からなる領
域１１ａ及び１１ｂを互いに一体に連接させている。
【００１５】加熱要素１ａは、絶縁性セラミック材料３
によって側面の全てを覆われ、好ましくは更なる中間層
を配することなくこれに密着させて連結される。絶縁性
セラミック材料３はその内部に加熱要素１ａを埋め込
み、加熱ロッド本体１ｂを形成する。
【００１６】加熱領域１１とは反対側の加熱ロッドの端
部側では、加熱ロッド本体１ｂから供給線１１ａ／１１
ｂが延出し、接触面９を形成する。ここで、供給線１１
ａまたは１１ｂの所定の領域を電子要素８の支持部とし
て構成することも可能である。この電子要素８は、加熱
要素１ａの診断、センサ作用、またはトリガリングを制
御する目的で使用することが可能である。
【００１７】シール面１０は、図に示されていない棒状
グロープラグ本体への密封嵌合を達成するために設けら
れている。
【００１８】加熱要素１ａは、射出成形法にて、対応す
る金型に導電性セラミック２を充填して製造することが
好ましい。この後、噴射コーティングされた部分１ａは
絶縁性セラミック３で押し出しコーティングされる。こ
れらの加工工程は、連続した２工程としてマルチコンポ
ーネント射出成形法によって１つのユニットにて行われ
る場合に特に有利である。その場合、導電性セラミック
材料は例えばシアロン（Ｓｉａｌｏｎ）粉末からなり、
シアロン粉末はデュロプラスチック樹脂や熱可塑性樹脂
の材料と混合されて射出可能な材料を形成する。
【００１９】この後、射出工程において必要とされる充
填剤は、射出される部品から熱処理によって除去され
る。射出品はこの場合、２個の要素を１個の緻密なセラ
ミック未加工部品として製造され、最終的な焼成に先だ
って、例えば研削によって機械的な仕上げをこれに行う
ことが可能である。
【００２０】加熱領域１１は、供給線１１ａ／１１ｂの
厚さを必要な大きさとすることにより、すなわち、加熱
要素１ａの断面積を変化させることにより、加熱ロッド
の先端部内に制御して配置することが可能であり、逆
に、端子領域においては、生じる加熱力を最低限に抑え
るために断面積を増大させている。
【００２１】図２は、本発明の加熱ロッドの別の一実施
形態としての先端部領域を概略的に示したものである。
この場合、加熱領域１１は、絶縁性セラミック３を有さ
ず、加熱要素１ａの領域を外部に向けて、導電性セラミ
ック材料２を露出させるようにしている。これは、本発
明の加熱ロッドをイオン電流測定に使用する場合に特に
有利である。更に、絶縁性セラミック３はこの領域にお
いて除去されているので、もはや加熱される必要もない
ため、この構成により加熱特性を向上させることが可能
である。導電性セラミック２は、加熱ロッドの先端部に
おいてのみ表面に露出させることが特に有利であるが、
これは、設置領域において、例えばグレージングによる
更なる絶縁を施す必要がないためである。
【００２２】図３は、本発明の加熱ロッドの別の一実施
形態を、単一ピン型棒状グロープラグの構成要素として
示したものであり、加熱要素１ａは加熱領域１１におい
て加熱ロッドの表面に露出している。この例では、加熱
要素１ａは、加熱ロッドの先端部への予熱電流の供給
が、比較的大きな断面積を有する中央供給線を介して行
われるように構成されている。加熱ロッドの先端部から
は、予熱電流は、加熱領域１１を介して、フレーム端子
として用いられるグロープラグ本体６上のジャケット面
に流れる。この例では、加熱領域は図示のようにその表
面全体であってもよく、または、絶縁性セラミック材料
３の被覆の介在によって１以上の部分に分割されていて
もよい。
【００２３】加熱要素１ａの電気端子は、例えばコネク
タ４と嵌合接続するように外部に向けて延設することが
可能である。フレーム端子は、シール面１０において、
導電性セラミックを少なくとも部分的に露出させて構成
することが可能であり、これにより金属製本体６への電
気的接続が与えられ、この接続を介して加熱要素１ａが
接地されることにより、ディーゼルエンジンまたはヒー
タ用のグロープラグとして構成することが可能な単一ピ
ン型のプラグが得られる。
【００２４】本発明のグロープラグの別の一実施形態が
図４に概略的に示されている。この場合、図１に示され
る加熱ロッドがグロープラグ本体６に挿入されている。
加熱要素１ａは本体６内への設置領域においても絶縁性
セラミック３にて包囲され、本体６との接触は阻まれて
いる。端子領域５又は７は電子要素８に接続され、加熱
要素１ａの一部が電子要素８の支持部として同時に使用
されるようにしている。この電子要素８により、加熱要
素１ａは予熱動作と測定動作との間で制御、サイクル動
作、または切り換えを行うことが可能である。このグロ
ープラグを電子要素８を介してイオン化測定に使用する
場合、図２の例に述べられるように、加熱ロッドの導電
性セラミック層２の少なくとも１箇所の部分的領域を、
測定に好適な位置で露出させるように構成するとよい。
【００２５】図５ａは、例えば、本発明の加熱ロッドの
図１に基づく一実施形態の加熱要素１ａを概略側面図に
て示したものである。この要素は射出成形の第１の製造
工程において製造され、電子要素８の支持部７としての
脚部１１ｂの延長部を有するように形成される。
【００２６】この要素は最終的には、図５ｂに示される
ように後の第２の製造工程において絶縁性セラミック３
にて押出しコーティングされ、加熱要素１ａが加熱ロッ
ド本体１ｂ内に埋め込まれるように加熱ロッド本体１ｂ
が形成されることにより最終的な形態となる。この第２
の製造工程は、金型送り台が引かれて鋳型空間が第２の
製造工程のために空にされた後に同じ金型において第２
の射出ユニットによって行われる場合に特に有利であ
る。
【００２７】押出しコーティングの後、充填剤は温度処
理によって製品から除去され、セラミックの構成要素１
と２とは互いに燒結されて最終的な焼成によって中実の
一体要素として形成される。必要に応じて加熱ロッドの
表面、例えばシール肩部を研削またはグレージングによ
って仕上加工することも可能である。
【００２８】図６に示されるように、加熱要素１ａはス
リーブ形状に形成された導電性セラミック材料２にて構
成することも可能である。この実施形態では、予熱電流
のための中央供給線７が設けられ、これも同様に導電性
セラミック材料２から形成されることが好ましい。図示
の実施形態では接触面９は環状に形成されている。
【００２９】この加熱要素１ａは加熱領域１１において
開口部１２を有する。開口部１２により、絶縁性セラミ
ック３による最終的な押し出しコーティングが行われる
際に加熱要素１ａの内部空間がよりよく充填される一方
で、スリーブ形状の導電体の断面積が小さくなる。これ
により、加熱要素１ａの電気抵抗をこの領域において適
宜増大させることができ、そこでの加熱がより速やかに
行われるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱ロッドの一実施形態の概略縦断面
図。
【図２】本発明の加熱ロッドの別の一実施形態の先端部
の概略縦断面図。
【図３】棒状グロープラグ本体内に配置された本発明の
加熱ロッドの別の一実施形態を部分的に断面で示した概
略側面図。
【図４】本発明の加熱ロッドの別の一実施形態を図３と
同様にして示す概略縦断面図。
【図５】（ａ）は本発明の加熱ロッドの一実施形態の２
つの製造工程の内の一方を示す図。（ｂ）は本発明の加
熱ロッドの一実施形態の２つの製造工程の内の他方を示
す図。
【図６】本発明の加熱ロッドの加熱要素の別の一実施形
態を示す概略斜視図。
【符号の説明】
１ａ…加熱要素 １ｂ…加熱ロッド本体 ２…導電性セラミック材料 ３…電気絶縁性セラミック材料 ６…グロープラグ本体 ８…電子要素 ９…接触面 １１…加熱領域 １１ａ…脚部 １１ｂ…脚部 １２…開口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596055006 Ｍｏｅｒｉｋｅｓｔｒａｓｓｅ 155, 71636 Ｌｕｄｗｉｇｓｂｕｒｇ，Ｇｅｒ ｍａｎｙ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一対の導電体が一体に連接されてなる長
    手方向断面Ｕ字形状の加熱領域（１１）を有する導電性
    セラミック材料の加熱要素を備えた加熱ロッドにおい
    て、該加熱要素（１ａ）は射出成形法により断面Ｕ字形
    状の要素として成形されるとともに、加熱ロッド本体
    （１ｂ）を形成する電気絶縁性セラミック材料（３）で
    押し出しコーティングされて、該絶縁性セラミック材料
    （３）からなる加熱ロッド本体（１ｂ）に埋め込まれて
    いることを特徴とする加熱ロッド。
  2. 【請求項２】 前記加熱要素（１ａ）は射出成形法によ
    り成形されたスリーブ形状を備え、加熱ロッド本体（１
    ｂ）を形成する絶縁性セラミック材料（３）で押し出し
    コーティングされている請求項１に記載の加熱ロッド。
  3. 【請求項３】 前記加熱領域（１１）において開口部
    （１２）が設けられている請求項２に記載の加熱ロッ
    ド。
  4. 【請求項４】 前記加熱要素（１ａ）の一方の脚部（１
    １ｂ）が端子（５）として前記加熱ロッド本体（１ｂ）
    の外部へと延設され、この脚部（１１ｂ）または場合に
    応じて加熱ロッド本体（１ｂ）の外部へと同様に延設さ
    れる他方の脚部（１１ａ）は電子要素（８）の支持部と
    して構成される請求項１に記載の加熱ロッド。
  5. 【請求項５】 前記スリーブ形状の加熱要素（１ａ）の
    端部は接触面（９）を有する端子管状部分として形成さ
    れ、加熱要素の先端部への供給線は前記スリーブの中心
    を通じて延設される請求項２または３に記載の加熱ロッ
    ド。
  6. 【請求項６】 加熱ロッドの加熱領域（１１）におい
    て、加熱要素（１ａ）のＵ字形状屈曲部は、外表面に絶
    縁性セラミック材料（３）を有さない請求項１乃至５の
    いずれか１項に記載の加熱ロッド。
  7. 【請求項７】 前記加熱要素（１ａ）は、加熱ロッド本
    体（１ｂ）内に埋め込まれるとともに、中央部に配置さ
    れた電流供給線を備え、該供給線は、好ましくは同様の
    導電性セラミック材料（２）にて形成された比較的大き
    な断面積を有する線を介して外部に延設されている請求
    項１乃至６のいずれか１項に記載の加熱ロッド。
  8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれか１項の加熱ロ
    ッドと、これが組み込まれたグロープラグ本体（６）と
    からなる棒状グロープラグ。
  9. 【請求項９】 前記棒状グロープラグは、グロープラグ
    本体（６）内の、Ｕ字形状の加熱要素（１ａ）の一方の
    脚部（１１ａ／１１ｂ）の表面上、すなわち、内側を向
    いた表面上に、該脚部の端部を通じて流れる電流を、測
    定、制御、またはサイクル動作させるための電子要素を
    有する請求項８に記載の棒状グロープラグ。
  10. 【請求項１０】 加熱要素（１ａ）を導電性セラミック
    材料（２）から製造した後、加熱ロッド本体（１ｂ）と
    その内部に埋設された加熱要素（１ａ）に対して電気絶
    縁性セラミック材料（３）を押し出しコーティングして
    なる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の加熱ロッ
    ドを製造するための方法。
  11. 【請求項１１】 前記方法は、マルチコンポーネント射
    出成形法において、２基の射出ユニットを用い、１個の
    金型にて行われる請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 押し出しコーティングの後、得られた
    加熱ロッドを温度処理するとともに、セラミックの構成
    要素同士を焼成により焼結させて中実かつ互いに一体化
    された材料にする請求項１０または１１に記載の方法。
JP2000200410A 1999-07-02 2000-07-03 セラミック加熱ロッド及び該セラミック加熱ロッドを備えたグロープラグ及びこれらの製造方法 Pending JP2001033037A (ja)

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