JP2017089948A - Ceramic glow plug - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic glow plug which can protect both a peripheral side of an anode and a peripheral side of a cathode in a ceramic heater from stress.SOLUTION: A ceramic glow plug comprises a ceramic heater 2, a sleeve 31, a housing 32, an energization terminal 4 and a cap 5. The ceramic heat 2 has a rod-shaped ceramic base body 21, a heater element 22, lead parts 221, 222, an anode 23 and a cathode 24. A side face 201 of the ceramic base body 21 including a surface of the anode 23 and the cap 5 are joined to each other via an active-metal metallized layer 6, a plated layer 63 and a solder material 65. The side face 201 of the ceramic base body 21 including a surface of the cathode 24 and the sleeve 31 are joined to each other via a glass metallized layer 7, a plated layer 73 and a solder material 75.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関における、燃料の圧縮着火を補助するセラミックグロープラグに関する。   The present invention relates to a ceramic glow plug for assisting compression ignition of fuel in an internal combustion engine such as a diesel engine.

グロープラグは、例えば、ディーゼルエンジンに形成されたプラグ取付孔に挿入されており、エンジンの冷間時における、圧縮着火を補助するために用いられる。また、セラミックグロープラグは、少なくとも、発熱抵抗体が埋設された棒状のセラミック基体と、セラミック基体の周囲に設けられた金属管により構成されている。セラミック基体の表面には、その内部の発熱抵抗体に通電をするために、発熱抵抗体の両端部に位置する一対の電極引出部が配置されている。   The glow plug is inserted into, for example, a plug mounting hole formed in a diesel engine, and is used to assist compression ignition when the engine is cold. The ceramic glow plug includes at least a rod-shaped ceramic base in which a heating resistor is embedded and a metal tube provided around the ceramic base. On the surface of the ceramic substrate, a pair of electrode lead portions located at both ends of the heating resistor is arranged to energize the heating resistor inside.

このような構造を有するセラミックグロープラグとしては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。特許文献１においては、陰極を構成する第１の電極引出部はセラミック基体の側面に配置されており、陽極を構成する第２の電極引出部はセラミック基体の端面に配置されている。また、セラミック基体の側面における、第１の電極引出部にはメタライズ層を設け、メタライズ層を覆うようにセラミック基体の外側に金属管を設けて、ロウ材を介してメタライズ層と金属管とを接合している。また、メタライズ層は、第１の電極引出部に接合して形成された、活性金属を含む第１メタライズ層と、第１の電極引出部との接合部以外の部分に形成された、ガラスを含む第２メタライズ層とから構成されている。そして、セラミック基体及び第１の電極引出部との反応性及び密着性を高めることができる第１メタライズ層により、メタライズ層が第１の電極引出部から剥離することを抑制している。また、柔らかい材料であって高温時の応力発生を軽減できる第２メタライズ層により、エンジンの燃焼に伴う冷熱サイクルによる金属管からセラミック基体へのダメージを抑制している。   An example of a ceramic glow plug having such a structure is disclosed in Patent Document 1. In Patent Document 1, the first electrode lead part constituting the cathode is arranged on the side surface of the ceramic base, and the second electrode lead part constituting the anode is arranged on the end face of the ceramic base. Further, a metallized layer is provided on the first electrode lead portion on the side surface of the ceramic substrate, a metal tube is provided outside the ceramic substrate so as to cover the metalized layer, and the metallized layer and the metal tube are connected via a brazing material. It is joined. In addition, the metallized layer is formed by bonding glass formed on a portion other than the bonded portion between the first metalized layer containing the active metal formed on the first electrode lead portion and the first electrode lead portion. And a second metallized layer. The metallized layer is prevented from peeling from the first electrode lead-out portion by the first metallized layer that can enhance the reactivity and adhesion between the ceramic substrate and the first electrode lead-out portion. In addition, the second metallized layer, which is a soft material and can reduce the generation of stress at high temperatures, suppresses damage from the metal tube to the ceramic substrate due to the cold cycle accompanying combustion of the engine.

特開２０１２−３３３４０号公報JP 2012-33340 A

しかしながら、特許文献１においては、セラミック基体における陰極を構成する第１の電極引出部が活性金属を含む第１メタライズ層によって金属管に接合されていることにより、次の課題が生じる。すなわち、エンジンの燃焼に伴う冷熱サイクルによって金属管が膨張・収縮を繰り返す際には、金属管とセラミック基体との線膨張係数の差によって、金属管から第１メタライズ層と第２メタライズ層の両方に同等に熱応力が加わることになる。この時、ガラスを含む第２メタライズ層においては熱応力が吸収されたとしても、活性金属を含む第１メタライズ層においては熱応力が十分に吸収されず、金属管からセラミック基体に加わる熱応力によって、セラミック基体の第１メタライズ層の周辺が損傷するおそれがある。   However, in patent document 1, the following subject arises because the 1st electrode extraction part which comprises the cathode in a ceramic base | substrate is joined to the metal pipe by the 1st metallization layer containing an active metal. That is, when the metal tube repeatedly expands and contracts due to the cold cycle accompanying the combustion of the engine, both the first metallized layer and the second metallized layer are separated from the metal tube due to the difference in coefficient of linear expansion between the metal tube and the ceramic substrate. As a result, thermal stress is equally applied. At this time, even if thermal stress is absorbed in the second metallized layer including glass, the thermal stress is not sufficiently absorbed in the first metallized layer including active metal, and the thermal stress applied to the ceramic base from the metal tube The periphery of the first metallization layer of the ceramic substrate may be damaged.

また、特許文献１においては、セラミック基体における陽極を構成する第２の電極部は、ロウ付けのみによりロウ接合されている。そのため、特許文献１においては、第２の電極引出部を応力から保護するための特別な工夫はなされていない。特に、陽極を構成する第２の電極引出部をセラミック基体の側面に配置したい場合には、グロープラグをエンジンヘッドに形成されたプラグ取付孔に締結する際に生じる捩り応力、グロープラグ自体を組み付け固定する際に生じる捩り応力等から、陽極の周辺を如何にして保護することができるかが課題となる。   In Patent Document 1, the second electrode part constituting the anode in the ceramic substrate is brazed only by brazing. Therefore, in Patent Document 1, no special device for protecting the second electrode lead portion from stress is made. In particular, when the second electrode lead portion constituting the anode is to be arranged on the side surface of the ceramic base, the torsional stress generated when the glow plug is fastened to the plug mounting hole formed in the engine head, the glow plug itself is assembled. The problem is how to protect the periphery of the anode from torsional stress and the like generated during fixing.

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、陽極と陰極をセラミック基体の側面に配置し、陰極を金属管としてのスリーブに固定する場合において、セラミック基体における陽極の周辺と陰極の周辺の両方を応力から保護することができるセラミックグロープラグを提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a background, and in the case where the anode and the cathode are arranged on the side surface of the ceramic substrate and the cathode is fixed to a sleeve as a metal tube, the periphery of the anode and the periphery of the cathode in the ceramic substrate. It is an object of the present invention to provide a ceramic glow plug that can protect both from stress.

本発明の一態様は、棒状のセラミック基体（２１）、該セラミック基体に埋設されて通電によって発熱するヒータ素子（２２）、該ヒータ素子の一端に接続され、上記セラミック基体の基端部（２１１）における側面（２０１）に設けられた陽極（２３）、及び上記ヒータ素子の他端に接続され、上記セラミック基体の側面における、上記陽極よりも先端側に設けられた陰極（２４）を有するセラミックヒータ（２）と、
エンジンヘッド（１１）のプラグ取付孔（１２）内に締結されるハウジング（３２）と、
該ハウジングの先端側に連結されると共に、上記セラミックヒータの先端部（２１２）を露出させる状態で上記セラミックヒータの側面に装着され、かつ上記陰極と導通されたスリーブ（３１）と、
上記ハウジング内に挿通された通電端子（４）と、
上記セラミック基体の上記基端部の側面と上記通電端子の側面とに装着され、上記陽極と導通されたキャップ（５）と、を備え、
上記陽極の表面を含む上記セラミック基体の側面と上記キャップとは、上記セラミック基体との反応層（６１）を有する活性金属メタライズ層（６）と、該活性金属メタライズ層と上記キャップとを接合するロウ材（６５）とを介して接合されており、
上記陰極の表面を含む上記セラミック基体の側面と上記スリーブとは、上記セラミック基体に接着されるガラス成分及び導通性を有する金属成分を含有するガラスメタライズ層と（７）、該ガラスメタライズ層と上記スリーブとを接合するロウ材（７５）とを介して接合されている、セラミックグロープラグ（１）にある。 One embodiment of the present invention includes a rod-shaped ceramic base (21), a heater element (22) embedded in the ceramic base and generating heat when energized, connected to one end of the heater element, and a base end (211 of the ceramic base) And a cathode (24) provided on the side surface (201) of the ceramic substrate, and a cathode (24) connected to the other end of the heater element and provided on the side of the ceramic substrate on the tip side of the anode. A heater (2);
A housing (32) fastened in the plug mounting hole (12) of the engine head (11);
A sleeve (31) connected to the front end side of the housing and attached to the side surface of the ceramic heater in a state in which the front end portion (212) of the ceramic heater is exposed and electrically connected to the cathode;
An energization terminal (4) inserted into the housing;
A cap (5) attached to a side surface of the base end portion of the ceramic substrate and a side surface of the energization terminal and electrically connected to the anode;
The side surface of the ceramic substrate including the surface of the anode and the cap join the active metal metallization layer (6) having a reaction layer (61) with the ceramic substrate, and the active metal metallization layer and the cap. It is joined via a brazing material (65),
The side surface of the ceramic substrate including the surface of the cathode and the sleeve are a glass metallized layer containing a glass component and a conductive metal component to be bonded to the ceramic substrate, and the glass metallized layer and the glass metallized layer. The ceramic glow plug (1) is joined via a brazing material (75) that joins the sleeve.

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記セラミックグロープラグにおいては、陰極の表面を含むセラミック基体の側面とスリーブとは、ガラスメタライズ層とロウ材とを介して接合されている。セラミックグロープラグの使用時において、エンジンの燃焼に伴う冷熱サイクルを受けて、セラミック基体及びスリーブは、熱膨張及び熱収縮を繰り返す。そして、スリーブとセラミック基体との線膨張係数の差によって、スリーブの熱膨張・熱収縮による体積変化量は、セラミック基体の熱膨張・熱収縮による体積変化量よりも大きくなる。このとき、スリーブと、セラミック基体における陰極の周辺とが、反応層を形成しないガラスメタライズ層を介して接合されていることにより、溶接などで強固に結合された場合よりも、ガラスメタライズ層が応力緩衝部として作用することができ、スリーブからセラミック基体における陰極の周辺に加わる熱応力をガラスメタライズ層によって吸収することができる。これにより、セラミック基体における陰極の周辺に、スリーブの膨張・収縮に伴う熱応力が加わることを抑制することができる。 Next, the effect of this embodiment is demonstrated.
In the ceramic glow plug, the side surface of the ceramic substrate including the surface of the cathode and the sleeve are joined via a glass metallized layer and a brazing material. When the ceramic glow plug is used, the ceramic base body and the sleeve repeat thermal expansion and thermal contraction in response to a cooling cycle accompanying combustion of the engine. Due to the difference in linear expansion coefficient between the sleeve and the ceramic base, the volume change due to thermal expansion / shrinkage of the sleeve becomes larger than the volume change due to thermal expansion / heat shrinkage of the ceramic base. At this time, since the sleeve and the periphery of the cathode in the ceramic substrate are bonded via a glass metallized layer that does not form a reaction layer, the glass metallized layer is more stressed than when it is firmly bonded by welding or the like. It can act as a buffer part, and thermal stress applied from the sleeve to the periphery of the cathode in the ceramic substrate can be absorbed by the glass metallized layer. Thereby, it can suppress that the thermal stress accompanying expansion | swelling and shrinkage | contraction of a sleeve is added to the periphery of the cathode in a ceramic base | substrate.

一方、陽極の表面を含むセラミック基体の側面とキャップとは、活性金属メタライズ層とロウ材とを介して接合されている。活性金属メタライズ層は、セラミック基体の反応成分と反応した活性金属成分による反応層によって、接合されている。セラミック基体における陽極の周辺は、反応層を介してキャップに強固に接合することができる。これにより、セラミック基体と活性金属メタライズ層の反応層とが一体化され、セラミック基体における陽極の周辺において、セラミックグロープラグをエンジンヘッドのプラグ取付孔に締結する際に生じる捩り応力、セラミックグロープラグ自体を組み付ける際に生じる捩り応力等から保護することができる。   On the other hand, the side surface of the ceramic substrate including the surface of the anode and the cap are joined via an active metal metallized layer and a brazing material. The active metal metallization layer is joined by a reaction layer of an active metal component that has reacted with a reaction component of the ceramic substrate. The periphery of the anode in the ceramic substrate can be firmly bonded to the cap via the reaction layer. Thereby, the ceramic base and the reaction layer of the active metal metallization layer are integrated, and the torsional stress generated when the ceramic glow plug is fastened to the plug mounting hole of the engine head around the anode in the ceramic base, the ceramic glow plug itself It is possible to protect against torsional stress or the like generated when assembling.

また、セラミック基体における陽極の周辺は、スリーブよりも小型であるキャップに接合されている。また、キャップにおける、セラミック基体の側面との接合部分の厚みは、スリーブの厚みよりも薄い。それ故、セラミックグロープラグの使用時において、キャップの熱膨張・熱収縮による体積変化量は、スリーブの熱膨張・熱収縮による体積変化量よりも小さくなり、キャップからセラミック基体に加わる熱応力は、スリーブからセラミック基体に加わる熱応力に比べて小さくなる。そのため、セラミック基体における陽極の周辺とキャップとは、活性金属メタライズ層を介して強固に接合したとしても、キャップから陽極の周辺に加わる熱応力を小さく維持することができる。これにより、セラミック基体にクラック等が生じないようにし、ヒータ素子のリード部を断線等から保護することができる。   In addition, the periphery of the anode in the ceramic substrate is joined to a cap that is smaller than the sleeve. Further, the thickness of the joint portion of the cap with the side surface of the ceramic substrate is smaller than the thickness of the sleeve. Therefore, when the ceramic glow plug is used, the volume change due to thermal expansion / shrinkage of the cap is smaller than the volume change due to thermal expansion / thermal shrinkage of the sleeve, and the thermal stress applied from the cap to the ceramic substrate is This is smaller than the thermal stress applied from the sleeve to the ceramic substrate. Therefore, the thermal stress applied from the cap to the periphery of the anode can be kept small even if the periphery of the anode in the ceramic substrate and the cap are firmly bonded via the active metal metallization layer. As a result, cracks and the like are not generated in the ceramic substrate, and the lead portion of the heater element can be protected from disconnection or the like.

以上のごとく、上記セラミックグロープラグによれば、陽極と陰極をセラミック基体の側面に配置し、陰極をスリーブに固定する場合において、セラミック基体における陽極の周辺と陰極の周辺の両方を応力から保護することができる。   As described above, according to the ceramic glow plug, when the anode and the cathode are arranged on the side surface of the ceramic substrate and the cathode is fixed to the sleeve, both the periphery of the anode and the periphery of the cathode in the ceramic substrate are protected from stress. be able to.

実施形態１における、セラミックグロープラグの断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a ceramic glow plug in the first embodiment. 実施形態１における、セラミックヒータ周辺の断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view around the ceramic heater in the first embodiment. 実施形態１における、陽極周辺の拡大断面図。FIG. 3 is an enlarged sectional view around the anode in the first embodiment. 実施形態１における、陰極周辺の拡大断面図。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view around the cathode in the first embodiment. 実施形態１における、活性金属メタライズ層及びガラスメタライズ層が形成されたセラミックヒータの断面図。1 is a cross-sectional view of a ceramic heater in which an active metal metallization layer and a glass metallization layer are formed in Embodiment 1. FIG.

（実施形態１）
セラミックグロープラグの実施形態につき、図１〜図５を用いて説明する。
本実施形態のセラミックグロープラグ１は、図１に示すごとく、セラミックヒータ２、スリーブ３１、ハウジング３２、通電端子４及びキャップ５を備える。
セラミックヒータ２は、図２に示すごとく、棒状のセラミック基体２１、ヒータ素子２２、リード部２２１、２２２、陽極２３及び陰極２４を有する。ヒータ素子２２は、セラミック基体２１に埋設されており、通電によって発熱する。ヒータ素子２２の一端は、リード部２２１によって陽極２３に接続されており、ヒータ素子２２の他端は、リード部２２２によって陰極２４に接続されている。陽極２３は、リード部２２１の一端に位置し、セラミック基体２１の基端部２１１における側面２０１に設けられている。陰極２４は、リード部２２２の他端に位置し、セラミック基体２１の側面２０１における、陽極２３よりも先端側に設けられている。 (Embodiment 1)
An embodiment of a ceramic glow plug will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the ceramic glow plug 1 of this embodiment includes a ceramic heater 2, a sleeve 31, a housing 32, a current-carrying terminal 4, and a cap 5.
As shown in FIG. 2, the ceramic heater 2 includes a rod-shaped ceramic base 21, a heater element 22, lead portions 221 and 222, an anode 23, and a cathode 24. The heater element 22 is embedded in the ceramic base 21 and generates heat when energized. One end of the heater element 22 is connected to the anode 23 by a lead portion 221, and the other end of the heater element 22 is connected to the cathode 24 by a lead portion 222. The anode 23 is located at one end of the lead portion 221 and is provided on the side surface 201 of the base end portion 211 of the ceramic base 21. The cathode 24 is located at the other end of the lead portion 222, and is provided on the side of the side surface 201 of the ceramic base 21 on the tip side of the anode 23.

ハウジング３２は、エンジンヘッド１１のプラグ取付孔１２内に締結されている。スリーブ３１は、ハウジング３２の先端側にレーザー溶接によって接合されている。また、スリーブ３１は、セラミックヒータ２の先端部２１２を露出させる状態でセラミックヒータ２の側面２０１に装着されており、陰極２４と導通されている。通電端子４は、陽極２３に通電を行うための棒形状を有しており、ハウジング３２内に挿通されている。キャップ５は、セラミック基体２１の基端部２１１の側面２０１と通電端子４の側面とに装着されており、陽極２３と通電端子４とを導通させている。   The housing 32 is fastened in the plug mounting hole 12 of the engine head 11. The sleeve 31 is joined to the distal end side of the housing 32 by laser welding. In addition, the sleeve 31 is attached to the side surface 201 of the ceramic heater 2 so as to expose the front end portion 212 of the ceramic heater 2, and is electrically connected to the cathode 24. The energization terminal 4 has a bar shape for energizing the anode 23 and is inserted into the housing 32. The cap 5 is attached to the side surface 201 of the base end portion 211 of the ceramic base 21 and the side surface of the energizing terminal 4, and electrically connects the anode 23 and the energizing terminal 4.

陽極２３の表面を含むセラミック基体２１の側面２０１とキャップ５とは、図３に示すごとく、活性金属メタライズ層６、メッキ層６３及びロウ材６５を介して接合されている。活性金属メタライズ層６は、セラミック基体２１との反応層６１及び導通層６２を有する。メッキ層６３は、活性金属メタライズ層６の表面に設けられている。ロウ材６５は、メッキ層６３とキャップ５とを接合している。   The side surface 201 of the ceramic substrate 21 including the surface of the anode 23 and the cap 5 are joined via an active metal metallized layer 6, a plating layer 63 and a brazing material 65 as shown in FIG. 3. The active metal metallization layer 6 has a reaction layer 61 and a conductive layer 62 with the ceramic substrate 21. The plating layer 63 is provided on the surface of the active metal metallization layer 6. The brazing material 65 joins the plating layer 63 and the cap 5.

陰極２４の表面を含むセラミック基体２１の側面２０１とスリーブ３１とは、図４に示すごとく、ガラスメタライズ層７、メッキ層７３及びロウ材７５を介して接合されている。ガラスメタライズ層７は、セラミック基体２１に接着されるガラス成分及び導通性を有する金属成分を含有する。メッキ層７３は、ガラスメタライズ層７の表面に設けられている。ロウ材７５は、メッキ層７３とスリーブ３１とを接合している。また、本形態のロウ材６５、７５による接合は、ロウ材６５、７５による一般的な融着のみによるロウ接合ではなく、ロウ材６５、７５による融着と、所謂締まりばめとを組み合わせた接合としている。
なお、図３、図４等においては、説明を分かりやすくするために、活性金属メタライズ層６、反応層６１、導通層６２、メッキ層６３、ロウ材６５、ガラスメタライズ層７、メッキ層７３及びロウ材７５の厚みを誇張して示す。 The side surface 201 of the ceramic substrate 21 including the surface of the cathode 24 and the sleeve 31 are bonded together via a glass metallized layer 7, a plating layer 73, and a brazing material 75 as shown in FIG. 4. The glass metallized layer 7 contains a glass component bonded to the ceramic substrate 21 and a metal component having electrical conductivity. The plating layer 73 is provided on the surface of the glass metallized layer 7. The brazing material 75 joins the plating layer 73 and the sleeve 31. In addition, the joining by the brazing materials 65 and 75 of this embodiment is not the brazing joining only by the general fusion by the brazing materials 65 and 75 but the fusion by the brazing materials 65 and 75 and the so-called interference fit. Joining.
3 and 4 and the like, for the sake of easy understanding, the active metal metallized layer 6, the reaction layer 61, the conductive layer 62, the plating layer 63, the brazing material 65, the glass metallized layer 7, the plating layer 73 and The thickness of the brazing material 75 is exaggerated.

セラミックグロープラグ１は、図１に示すごとく、エンジンヘッド１１の燃焼室１３内にセラミックヒータ２の先端部２１２を突出させるようにして、プラグ取付孔１２に配置される。セラミックグロープラグ１は、セラミックヒータ２のヒータ素子２２に陽極２３と陰極２４を介して通電を行って、燃焼室１３内における燃料混合気の予熱を行うものである。   As shown in FIG. 1, the ceramic glow plug 1 is disposed in the plug mounting hole 12 so that the tip end portion 212 of the ceramic heater 2 protrudes into the combustion chamber 13 of the engine head 11. The ceramic glow plug 1 energizes the heater element 22 of the ceramic heater 2 through an anode 23 and a cathode 24 to preheat the fuel mixture in the combustion chamber 13.

セラミックグロープラグ１は、スリーブ３１の一部をエンジンヘッド１１のプラグ取付孔１２に当接させ、ハウジング３２の基端部に形成された雄螺子部を、エンジンヘッド１１のプラグ取付孔１２に形成された雌螺子部に螺合させてプラグ取付孔１２に取り付けられる。セラミックグロープラグ１において、エンジンヘッド１１の燃焼室１３側に位置する側を先端側といい、その反対側を基端側という。   In the ceramic glow plug 1, a part of the sleeve 31 is brought into contact with the plug mounting hole 12 of the engine head 11, and a male screw portion formed at the base end portion of the housing 32 is formed in the plug mounting hole 12 of the engine head 11. It is screwed into the female screw part and attached to the plug attachment hole 12. In the ceramic glow plug 1, the side of the engine head 11 located on the combustion chamber 13 side is referred to as the distal end side, and the opposite side is referred to as the proximal end side.

セラミックヒータ２は、図１に示すごとく、スリーブ３１及びハウジング３２の先端側の内周に配置されており、セラミックヒータ２の先端部２１２はスリーブ３１の先端から突出している。
セラミックヒータ２のセラミック基体２１は、円形状の断面を有しており、Ｓｉ3Ｎ4等のセラミックから構成されている。 As shown in FIG. 1, the ceramic heater 2 is disposed on the inner periphery of the sleeve 31 and the housing 32 on the front end side, and the front end portion 212 of the ceramic heater 2 protrudes from the front end of the sleeve 31.
The ceramic base 21 of the ceramic heater 2 has a circular cross section, and is made of ceramic such as Si 3 N 4 .

セラミックヒータ２は、図２に示すごとく、セラミック基体２１と、セラミック基体２１の先端部分に配置された発熱部としてのヒータ素子２２と、ヒータ素子２２と陽極２３とを接続するリード部２２１と、ヒータ素子２２と陰極２４とを接続するリード部２２２と、陽極２３及び陰極２４とを有している。ヒータ素子２２は、リード部２２１、２２２に比べて抵抗値が高い材料から構成されている。陽極２３及び陰極２４から各リード部２２１、２２２を介してヒータ素子２２に通電することにより、ヒータ素子２２が発熱してセラミックヒータ２による燃焼室１３内の燃料混合気の加熱を行う。ヒータ素子２２は、先端側に折り返し部を有するＵ字形状に形成されている。ヒータ素子２２は、例えばＳｉ3Ｎ4（窒化ケイ素）とＷＣ（タングステンカーバイト）から構成されており、リード部２２１、２２２は、例えばＷ（タングステン）から構成されている。陽極２３及び陰極２４は、ＷＣ等から構成されている。陽極２３は、セラミック基体２１の側面２０１における、周方向の一部に配置されており、陰極２４は、セラミック基体２１の側面２０１における、周方向の一部であって、陽極２３が配置された周方向の位置とは反対側に配置されている。 As shown in FIG. 2, the ceramic heater 2 includes a ceramic base 21, a heater element 22 as a heat generating part disposed at a tip portion of the ceramic base 21, a lead part 221 that connects the heater element 22 and the anode 23, A lead portion 222 that connects the heater element 22 and the cathode 24, an anode 23, and a cathode 24 are provided. The heater element 22 is made of a material having a higher resistance value than the lead portions 221 and 222. When the heater element 22 is energized from the anode 23 and the cathode 24 through the lead portions 221 and 222, the heater element 22 generates heat, and the fuel mixture in the combustion chamber 13 is heated by the ceramic heater 2. The heater element 22 is formed in a U shape having a folded portion on the tip side. The heater element 22 is made of, for example, Si 3 N 4 (silicon nitride) and WC (tungsten carbide), and the lead portions 221 and 222 are made of, for example, W (tungsten). The anode 23 and the cathode 24 are made of WC or the like. The anode 23 is disposed in a part of the side surface 201 of the ceramic base 21 in the circumferential direction, and the cathode 24 is a part of the side surface 201 of the ceramic base 21 in the circumferential direction, and the anode 23 is disposed. It is arrange | positioned on the opposite side to the position of the circumferential direction.

スリーブ３１は、ハウジング３２の先端側に連結されており、ハウジング３２よりも縮径して形成されている。スリーブ３１は、プラグ取付孔１２に当接させるための第１厚肉部３１１と、第１厚肉部３１１の先端側に隣接して設けられ、第１厚肉部３１１よりも外径が縮小した第２厚肉部３１２と、第２厚肉部３１２の先端側に隣接して設けられ、第２厚肉部３１２よりも外径が縮小した薄肉部３１３とを有している。陰極２４は、セラミック基体２１における、第２厚肉部３１２との対向部分に設けられている。スリーブ３１は、ガラスメタライズ層７、メッキ層７３及びロウ材７５を介して、セラミックヒータ２に接合されている。セラミックヒータ２の陰極２４は、スリーブ３１を介してエンジンヘッド１１に導通されている。   The sleeve 31 is connected to the distal end side of the housing 32 and is formed with a diameter smaller than that of the housing 32. The sleeve 31 is provided adjacent to the first thick portion 311 for contacting the plug mounting hole 12 and the distal end side of the first thick portion 311, and the outer diameter is smaller than that of the first thick portion 311. The second thick part 312 and the thin part 313 which is provided adjacent to the distal end side of the second thick part 312 and whose outer diameter is smaller than that of the second thick part 312 are included. The cathode 24 is provided in a portion of the ceramic base 21 that faces the second thick portion 312. The sleeve 31 is joined to the ceramic heater 2 via the glass metallized layer 7, the plating layer 73 and the brazing material 75. The cathode 24 of the ceramic heater 2 is electrically connected to the engine head 11 via the sleeve 31.

ハウジング３２には、図１に示すごとく、雄螺子部が形成されており、プラグ取付孔１２の内周面には、雌螺子部が形成されている。この雄螺子部を雌螺子部に螺合することにより、セラミックグロープラグ１をエンジンヘッド１１に締結している。また、プラグ取付孔１２の先端側部分１２１は、図２に示すごとく、基端側部分１２２に比べて縮径しており、先端側部分１２１と基端側部分１２２との間には段部１２３が形成されている。この段部１２３に、スリーブ３１の第１厚肉部３１１が当接している。これにより、燃焼室１３内の燃焼ガスが外部に漏出することを防止している。スリーブ３１は、ステンレス鋼等の金属から構成されている。ハウジング３２は、炭素鋼等の金属から構成されている。   As shown in FIG. 1, a male screw portion is formed in the housing 32, and a female screw portion is formed on the inner peripheral surface of the plug mounting hole 12. The ceramic glow plug 1 is fastened to the engine head 11 by screwing the male screw portion with the female screw portion. Further, as shown in FIG. 2, the distal end portion 121 of the plug mounting hole 12 has a diameter smaller than that of the proximal end portion 122, and a step portion is provided between the distal end portion 121 and the proximal end portion 122. 123 is formed. The first thick portion 311 of the sleeve 31 is in contact with the step portion 123. Thereby, the combustion gas in the combustion chamber 13 is prevented from leaking outside. The sleeve 31 is made of a metal such as stainless steel. The housing 32 is made of a metal such as carbon steel.

通電端子４の先端部は、キャップ５の基端側の内周面に嵌合している。通電端子４の基端部は、セラミックグロープラグ１の外部に配置された電源と接続されている。通電端子４は、炭素鋼等の金属から構成されている。   The distal end portion of the energizing terminal 4 is fitted to the inner peripheral surface on the proximal end side of the cap 5. The base end portion of the energization terminal 4 is connected to a power source disposed outside the ceramic glow plug 1. The energizing terminal 4 is made of a metal such as carbon steel.

キャップ５は、セラミックヒータ２の基端部２１１の外周面に嵌合している。キャップ５の全体の厚みは、スリーブ３１の第２厚肉部３１２の厚みよりも薄く形成されている。ヒータ素子２２の陽極２３は、キャップ５を介して通電端子４に導通されている。キャップ５は、ステンレス鋼等の金属から構成されている。   The cap 5 is fitted to the outer peripheral surface of the base end portion 211 of the ceramic heater 2. The entire thickness of the cap 5 is formed thinner than the thickness of the second thick part 312 of the sleeve 31. The anode 23 of the heater element 22 is electrically connected to the energization terminal 4 through the cap 5. The cap 5 is made of a metal such as stainless steel.

活性金属メタライズ層６は、セラミック基体２１の表面に形成された反応層６１と、反応層６１の表面に形成された導通層６２とを有している。
反応層６１は、図３に示すように、陽極２３の表面を含むセラミック基体２１の基端部２１１の側面２０１の全周に形成されている。反応層６１は、活性金属メタライズ層６中の活性金属成分であるＴｉが、セラミック基体２１中のセラミック成分であるＳｉ3Ｎ4と反応したＴｉ5Ｓｉ3の層から構成されている。反応層６１は、キャップ５と、セラミック基体２１及び陽極２３との密着性を確保するものである。なお、活性金属メタライズ層６は、Ｍｇ等を活性金属成分として用いてもよい。 The active metal metallization layer 6 has a reaction layer 61 formed on the surface of the ceramic substrate 21 and a conductive layer 62 formed on the surface of the reaction layer 61.
As shown in FIG. 3, the reaction layer 61 is formed on the entire circumference of the side surface 201 of the base end portion 211 of the ceramic base 21 including the surface of the anode 23. The reaction layer 61 is composed of a layer of Ti 5 Si 3 in which Ti which is an active metal component in the active metal metallization layer 6 reacts with Si 3 N 4 which is a ceramic component in the ceramic substrate 21. The reaction layer 61 ensures adhesion between the cap 5 and the ceramic base 21 and the anode 23. The active metal metallized layer 6 may use Mg or the like as an active metal component.

導通層６２は、反応層６１の表面の全周に形成されており、活性金属メタライズ層６中の導通成分であるＡｇから構成されている。導通層６２は、キャップ５と、陽極２３との導通性を確保するものである。なお、活性金属メタライズ層６は、Ｃｕ等を導通成分として用いてもよい。
また、導通層６２の表面には、ロウ材６５の流動性を改善するためのメッキ層６３が形成されている。メッキ層６３は、導通層６２の表面の全周に形成されており、Ｎｉ等から構成されている。
セラミック基体２１の側面２０１とキャップ５とは、セラミック基体２１におけるメッキ層６３とキャップ５との隙間に配置されたロウ材６５によって接合されている。ロウ材６５は、メッキ層６３の表面の全周に形成されており、Ａｇ等から構成されている。 The conductive layer 62 is formed on the entire circumference of the surface of the reaction layer 61 and is composed of Ag which is a conductive component in the active metal metallized layer 6. The conductive layer 62 ensures the conductivity between the cap 5 and the anode 23. The active metal metallized layer 6 may use Cu or the like as a conductive component.
A plating layer 63 for improving the fluidity of the brazing material 65 is formed on the surface of the conductive layer 62. The plating layer 63 is formed on the entire circumference of the surface of the conductive layer 62 and is made of Ni or the like.
The side surface 201 of the ceramic base 21 and the cap 5 are joined together by a brazing material 65 disposed in the gap between the plated layer 63 and the cap 5 in the ceramic base 21. The brazing material 65 is formed all around the surface of the plating layer 63 and is made of Ag or the like.

ガラスメタライズ層７は、図４に示すように、陰極２４の表面を含むセラミック基体２１の基端部２１１を除く側面２０１の全周に形成されている。ガラスメタライズ層７は、金属成分であるＭｎと、ガラス成分であるＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3とを含んでいる。金属成分は、スリーブ３１と陰極２４との導通性を確保するものである。ガラス成分は、スリーブ３１とセラミック基体２１との線膨張係数の差を小さくするとともに、ガラスメタライズ層７の強度を向上させて、セラミック基体２１の耐クラック性を向上させるものである。なお、ガラスメタライズ層７は、Ｎｉ等を金属成分として用いてもよく、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3等をガラス成分として用いてもよい。 As shown in FIG. 4, the glass metallized layer 7 is formed on the entire circumference of the side surface 201 excluding the base end portion 211 of the ceramic base 21 including the surface of the cathode 24. The glass metallized layer 7 contains Mn as a metal component and SiO 2 —B 2 O 3 as a glass component. The metal component ensures electrical conductivity between the sleeve 31 and the cathode 24. The glass component serves to reduce the difference in linear expansion coefficient between the sleeve 31 and the ceramic base 21 and improve the strength of the glass metallized layer 7 to improve the crack resistance of the ceramic base 21. The glass metallizing layer 7 may be a Ni, etc. as a metal component, may be used SiO 2 -Al 2 O 3 or the like as a glass component.

また、ガラスメタライズ層７の表面には、ロウ材７５の流動性を改善して、スリーブ３１とセラミックヒータ２との隙間へのロウ材７５の充填性を向上させるためのメッキ層７３が形成されている。メッキ層７３は、ガラスメタライズ層７の表面の全周に形成されており、Ｎｉ等から構成されている。
セラミック基体２１の側面２０１とスリーブ３１とは、セラミック基体２１におけるメッキ層７３とスリーブ３１との隙間に配置されたロウ材７５によって接合されている。ロウ材７５は、ガラスメタライズ層７の表面の全周に形成されており、Ａｇ等から構成されている。スリーブ３１とメッキ層７３は、後述する締まりばめとロウ材７５によって接合されている。 Further, a plating layer 73 is formed on the surface of the glass metallized layer 7 to improve the fluidity of the brazing material 75 and improve the filling property of the brazing material 75 into the gap between the sleeve 31 and the ceramic heater 2. ing. The plating layer 73 is formed on the entire circumference of the surface of the glass metallized layer 7 and is made of Ni or the like.
The side surface 201 of the ceramic base 21 and the sleeve 31 are joined together by a brazing material 75 disposed in the gap between the plating layer 73 and the sleeve 31 in the ceramic base 21. The brazing material 75 is formed all around the surface of the glass metallized layer 7 and is made of Ag or the like. The sleeve 31 and the plating layer 73 are joined by an interference fit and a brazing material 75 described later.

次に、本実施形態のセラミックヒータ２の接合方法及びセラミックグロープラグ１の組付方法につき、説明する。
セラミック基体２１の側面２０１に活性金属メタライズ層６を形成するにあたっては、活性金属メタライズ層６を形成するための第１ペーストを、陽極２３の表面を含むセラミック基体２１の基端部２１１の側面２０１の全周に塗布する。そして、この第１ペーストを熱処理して、活性金属メタライズ層６を基端部２１１の側面２０１の全周に形成する。この第１ペーストは、Ａｇ等の金属粉末及びＴｉ等の活性金属を含むものである。第１ペーストの熱処理を行うときには、第１ペースト中の活性金属成分であるＴｉが、セラミック基体２１中のセラミック成分であるＳｉ3Ｎ4と反応し、セラミック基体２１の側面２０１には、反応層６１であるＴｉ5Ｓｉ3の層を形成する。そして、反応層６１の表面には、Ａｇによる導通層６２が形成される。こうして、反応層６１と導通層６２とを有する活性金属メタライズ層６が形成される。また、活性金属メタライズ層６の表面には、ロウ材６５の流動性を改善するためのＮｉ等のメッキ層６３を形成する。 Next, a method for joining the ceramic heater 2 and a method for assembling the ceramic glow plug 1 according to the present embodiment will be described.
In forming the active metal metallization layer 6 on the side surface 201 of the ceramic substrate 21, the first paste for forming the active metal metallization layer 6 is applied with the side surface 201 of the base end portion 211 of the ceramic substrate 21 including the surface of the anode 23. Apply to the entire circumference. The first paste is then heat-treated to form the active metal metallized layer 6 on the entire circumference of the side surface 201 of the base end portion 211. The first paste contains a metal powder such as Ag and an active metal such as Ti. When heat treatment of the first paste is performed, Ti which is an active metal component in the first paste reacts with Si 3 N 4 which is a ceramic component in the ceramic substrate 21, and a reaction layer is formed on the side surface 201 of the ceramic substrate 21. A Ti 5 Si 3 layer 61 is formed. Then, a conductive layer 62 made of Ag is formed on the surface of the reaction layer 61. Thus, the active metal metallized layer 6 having the reaction layer 61 and the conductive layer 62 is formed. Further, a plating layer 63 of Ni or the like for improving the fluidity of the brazing material 65 is formed on the surface of the active metal metallized layer 6.

また、セラミック基体２１の側面２０１にガラスメタライズ層７を形成するに当たっては、ガラスメタライズ層７を形成するための第２ペーストを、陰極２４の表面を含むセラミック基体２１の側面２０１の全周に塗布する。この第２ペーストは、セラミック基体２１の基端部２１１の側面２０１を除く部分に塗布する。そして、この第２ペーストを熱処理して、ガラスメタライズ層７をセラミック基体２１の側面２０１の全周に形成する。この第２ペーストは、Ｍｎ等の金属成分及びＳｉＯ2等のガラス成分を含むものである。第２ペーストの熱処理を行うときには、第２ペースト中の金属成分であるＭｎ及びガラス成分であるＳｉＯ2は、セラミック基体２１中のセラミック成分であるＳｉ3Ｎ4と反応せず、反応層は形成されない。そして、セラミック基体２１の側面２０１には、金属成分とガラス成分とが混合されたガラスメタライズ層７が形成される。このガラスメタライズ層７は反応層を有していないことにより、セラミック基体２１の側面２０１に接着された状態で形成される。また、ガラスメタライズ層７の表面には、ロウ材７５の流動性を改善し充填性を向上するためのＮｉ等のメッキ層７３を形成する。
このようにして、セラミック基体２１の側面には、活性金属メタライズ層６及びガラスメタライズ層７が形成される。 In forming the glass metallized layer 7 on the side surface 201 of the ceramic substrate 21, the second paste for forming the glass metallized layer 7 is applied to the entire circumference of the side surface 201 of the ceramic substrate 21 including the surface of the cathode 24. To do. This second paste is applied to the portion excluding the side surface 201 of the base end portion 211 of the ceramic substrate 21. And this 2nd paste is heat-processed, and the glass metallizing layer 7 is formed in the perimeter of the side surface 201 of the ceramic base | substrate 21. As shown in FIG. This second paste contains a metal component such as Mn and a glass component such as SiO 2 . When the heat treatment of the second paste is performed, the metal component Mn and the glass component SiO 2 in the second paste do not react with the ceramic component Si 3 N 4 in the ceramic substrate 21, and a reaction layer is formed. Not. A glass metallized layer 7 in which a metal component and a glass component are mixed is formed on the side surface 201 of the ceramic base 21. Since this glass metallized layer 7 does not have a reaction layer, it is formed in a state where it is adhered to the side surface 201 of the ceramic substrate 21. Further, a plated layer 73 of Ni or the like is formed on the surface of the glass metallized layer 7 in order to improve the fluidity of the brazing material 75 and improve the filling property.
In this way, the active metal metallized layer 6 and the glass metallized layer 7 are formed on the side surface of the ceramic substrate 21.

次いで、活性金属メタライズ層６及びガラスメタライズ層７が形成されたセラミックヒータ２をスリーブ３１内に配置すると共に、セラミックヒータ２の外周にキャップ５を装着して、セラミックグロープラグ１を組み付ける。
セラミックヒータ２をスリーブ３１内に配置するに当たっては、スリーブ３を加熱すると共に、スリーブ３１の内周とセラミックヒータ２の外周（側面２０１）との隙間に、溶融させたロウ材７５を流し込む。この時、メッキ層７３によってロウ材７５の流れが円滑になり、スリーブ３１の内周とセラミックヒータ２の外周との隙間がロウ材７５によって充填される。その後、スリーブ３１が冷却されるときに、ロウ材７５が凝固すると共に、スリーブ３１の内径が収縮し、スリーブ３１からセラミックヒータ２に圧力が加わった状態で、セラミックヒータ２とスリーブ３１とが、充填されたロウ材７５によってロウ接合されるとともに、所謂締まりばめとなって固定される。こうして、ガラスメタライズ層７、メッキ層７３及びロウ材７５を介して、セラミックヒータ２の側面２０１とスリーブ３１とが固定される。 Next, the ceramic heater 2 on which the active metal metallized layer 6 and the glass metallized layer 7 are formed is disposed in the sleeve 31, and the cap 5 is attached to the outer periphery of the ceramic heater 2 to assemble the ceramic glow plug 1.
In disposing the ceramic heater 2 in the sleeve 31, the sleeve 3 is heated and a molten brazing material 75 is poured into a gap between the inner periphery of the sleeve 31 and the outer periphery (side surface 201) of the ceramic heater 2. At this time, the flow of the brazing material 75 is smoothed by the plating layer 73, and the gap between the inner periphery of the sleeve 31 and the outer periphery of the ceramic heater 2 is filled with the brazing material 75. Thereafter, when the sleeve 31 is cooled, the brazing material 75 is solidified, the inner diameter of the sleeve 31 is contracted, and the pressure is applied from the sleeve 31 to the ceramic heater 2. While being brazed by the filled brazing material 75, it is fixed as a so-called interference fit. Thus, the side surface 201 of the ceramic heater 2 and the sleeve 31 are fixed via the glass metallized layer 7, the plating layer 73 and the brazing material 75.

また、セラミックヒータ２の外周にキャップ５を装着するに当たっては、キャップ５をロウ付けのために約８６０℃程度に加熱して膨張させ、キャップ５とセラミックヒータ２との隙間を更に拡大させる。そして、キャップ５の内周とセラミックヒータ２の外周（側面２０１）との隙間に、溶融させたロウ材６５を流し込む。この時、メッキ層６３によってロウ材６５の流れが円滑になり、キャップ５の内周とセラミックヒータ２の外周との隙間がロウ材６５によって充填される。その後、キャップ５が冷却されるときに、ロウ材６５が凝固すると共に、キャップ５の内径が収縮し、セラミックヒータ２とキャップ５とがロウ材６５によってロウ接合される。こうして、活性金属メタライズ層６、メッキ層６３及びロウ材６５を介して、セラミックヒータ２の側面２０１とキャップ５とが固定される。   Further, when attaching the cap 5 to the outer periphery of the ceramic heater 2, the cap 5 is heated to about 860 ° C. and expanded for brazing, and the gap between the cap 5 and the ceramic heater 2 is further expanded. Then, the molten brazing material 65 is poured into the gap between the inner periphery of the cap 5 and the outer periphery (side surface 201) of the ceramic heater 2. At this time, the flow of the brazing material 65 is smoothed by the plating layer 63, and the gap between the inner periphery of the cap 5 and the outer periphery of the ceramic heater 2 is filled with the brazing material 65. Thereafter, when the cap 5 is cooled, the brazing material 65 is solidified, the inner diameter of the cap 5 is contracted, and the ceramic heater 2 and the cap 5 are brazed by the brazing material 65. Thus, the side surface 201 of the ceramic heater 2 and the cap 5 are fixed via the active metal metallized layer 6, the plating layer 63 and the brazing material 65.

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
本形態のセラミックグロープラグ１においては、陰極２４の表面を含むセラミック基体２１の側面２０１とスリーブ３１とは、ガラスメタライズ層７とメッキ層７３とロウ材７５とを介して締まりばめとロウ接合により接合固定されている。セラミックグロープラグ１の使用時において、エンジンの燃焼に伴う冷熱サイクルを受けて、セラミック基体２１及びスリーブ３１は、熱膨張及び熱収縮を繰り返す。そして、スリーブ３１とセラミック基体２１との線膨張係数の差によって、スリーブ３１の熱膨張・熱収縮による体積変化量は、セラミック基体２１の熱膨張・熱収縮による体積変化量よりも大きくなる。 Next, the effect of this embodiment is demonstrated.
In the ceramic glow plug 1 of the present embodiment, the side surface 201 of the ceramic base 21 including the surface of the cathode 24 and the sleeve 31 are tightened and brazed via the glass metallized layer 7, the plating layer 73, and the brazing material 75. Is fixed by joining. When the ceramic glow plug 1 is used, the ceramic base 21 and the sleeve 31 repeat thermal expansion and thermal contraction in response to a cooling cycle accompanying combustion of the engine. Due to the difference in the linear expansion coefficient between the sleeve 31 and the ceramic base 21, the volume change due to the thermal expansion / thermal contraction of the sleeve 31 becomes larger than the volume change due to the thermal expansion / thermal contraction of the ceramic base 21.

このとき、スリーブ３１と、セラミック基体２１における陰極２４の周辺とは、反応層を形成しないガラスメタライズ層７を介して接合されている。そのため、スリーブ３１とセラミック基体２１との線膨張係数の差によって、スリーブ３１からセラミック基体２１における陰極２４の周辺に加わる熱応力を小さくするとともに、ガラスメタライズ層７のガラス成分によってセラミック基体２１の耐クラック性を向上させることができる。これにより、セラミック基体２１における陰極２４の周辺に、スリーブ３１の膨張・収縮に伴う熱応力によるクラック等が発生することを抑制し、リード部２２１、２２２に断線等の不具合が発生することを抑制することができる。   At this time, the sleeve 31 and the periphery of the cathode 24 in the ceramic substrate 21 are joined via the glass metallized layer 7 that does not form a reaction layer. Therefore, the thermal stress applied from the sleeve 31 to the periphery of the cathode 24 in the ceramic base 21 is reduced due to the difference in the coefficient of linear expansion between the sleeve 31 and the ceramic base 21, and the resistance of the ceramic base 21 is improved by the glass component of the glass metallized layer 7. Cracking properties can be improved. This suppresses occurrence of cracks or the like due to thermal stress accompanying expansion / contraction of the sleeve 31 around the cathode 24 in the ceramic substrate 21, and suppresses occurrence of defects such as disconnection in the lead portions 221 and 222. can do.

一方、陽極２３の表面を含むセラミック基体２１の側面２０１とキャップ５とは、活性金属メタライズ層６とメッキ層６３とロウ材６５とを介して接合固定されている。活性金属メタライズ層６は、セラミック基体２１の反応成分と反応した活性金属成分による反応層６１によって、接合されている。セラミック基体２１における陽極２３の周辺は、反応層６１を介してキャップ５に強固に接合することができる。これにより、セラミック基体２１と活性金属メタライズ層６の反応層６１とが一体化され、セラミック基体２１における陽極２３の周辺において、セラミックグロープラグ１をエンジンヘッド１１のプラグ取付孔１２に締結する際に生じる捩り応力、セラミックグロープラグ１自体を組み付ける際に生じる捩り応力等から保護することができる。   On the other hand, the side surface 201 of the ceramic substrate 21 including the surface of the anode 23 and the cap 5 are bonded and fixed via the active metal metallized layer 6, the plating layer 63, and the brazing material 65. The active metal metallized layer 6 is joined by a reaction layer 61 of an active metal component that has reacted with a reaction component of the ceramic substrate 21. The periphery of the anode 23 in the ceramic substrate 21 can be firmly bonded to the cap 5 via the reaction layer 61. Thereby, the ceramic base 21 and the reaction layer 61 of the active metal metallization layer 6 are integrated, and when the ceramic glow plug 1 is fastened to the plug mounting hole 12 of the engine head 11 around the anode 23 in the ceramic base 21. It is possible to protect against torsional stress generated and torsional stress generated when the ceramic glow plug 1 is assembled.

また、セラミック基体２１における陽極２３の周辺は、スリーブ３１よりも小型であるキャップ５に接合されている。また、キャップ５における、セラミック基体２１の側面２０１との接合部分の厚みは、スリーブ３１の第２厚肉部３１２の厚みよりも薄い。それ故、セラミックグロープラグ１の使用時において、キャップ５の熱膨張・熱収縮による体積変化量は、スリーブ３１の熱膨張・熱収縮による体積変化量よりも小さくなり、キャップ５からセラミック基体２１に加わる熱応力は、スリーブ３１からセラミック基体２１に加わる熱応力に比べて小さくなる。そのため、セラミック基体２１における陽極２３の周辺とキャップ５とは、活性金属メタライズ層６を介して強固に接合したとしても、キャップ５から陽極２３の周辺に加わる熱応力を小さく維持することができる。これにより、セラミック基体２１にクラック等が生じないようにし、ヒータ素子２２のリード部２２１、２２２を断線等から保護することができる。
以上のごとく、本形態のセラミックグロープラグ１によれば、陽極２３と陰極２４をセラミック基体２１の側面２０１に配置し、陰極２４をスリーブ３１に固定する場合において、セラミック基体２１における陽極２３の周辺と陰極２４の周辺の両方を応力から保護することができる。 The periphery of the anode 23 in the ceramic base 21 is joined to the cap 5 that is smaller than the sleeve 31. Further, the thickness of the joint portion of the cap 5 with the side surface 201 of the ceramic base 21 is smaller than the thickness of the second thick portion 312 of the sleeve 31. Therefore, when the ceramic glow plug 1 is used, the volume change amount due to the thermal expansion / shrinkage of the cap 5 is smaller than the volume change amount due to the thermal expansion / thermal shrinkage of the sleeve 31, and the cap 5 is transferred to the ceramic base 21. The applied thermal stress is smaller than the thermal stress applied from the sleeve 31 to the ceramic substrate 21. Therefore, the thermal stress applied from the cap 5 to the periphery of the anode 23 can be kept small even if the periphery of the anode 23 in the ceramic substrate 21 and the cap 5 are firmly bonded via the active metal metallization layer 6. As a result, cracks and the like are not generated in the ceramic base 21, and the lead portions 221 and 222 of the heater element 22 can be protected from disconnection or the like.
As described above, according to the ceramic glow plug 1 of the present embodiment, when the anode 23 and the cathode 24 are disposed on the side surface 201 of the ceramic base 21 and the cathode 24 is fixed to the sleeve 31, the periphery of the anode 23 in the ceramic base 21. And the periphery of the cathode 24 can be protected from stress.

また、本形態のセラミックグロープラグ１においては、第１厚肉部３１１、第２厚肉部３１２及び薄肉部３１３の３段階に厚みが変化したスリーブ３１を用いることにより、次の効果を得ることができる。具体的には、セラミックヒータ２の陰極２４は、薄肉部３１３よりも厚く形成された第２厚肉部３１２と対向する部分に設けられている。これにより、陰極２４からスリーブ３１への熱の移動を促進することができ、セラミックヒータ２に生じる熱をスリーブ３１を介してエンジンヘッド１１へ迅速に逃がすことができる。   Further, in the ceramic glow plug 1 of this embodiment, the following effects can be obtained by using the sleeve 31 whose thickness is changed in three stages of the first thick part 311, the second thick part 312, and the thin part 313. Can do. Specifically, the cathode 24 of the ceramic heater 2 is provided at a portion facing the second thick portion 312 formed thicker than the thin portion 313. Thereby, the heat transfer from the cathode 24 to the sleeve 31 can be promoted, and the heat generated in the ceramic heater 2 can be quickly released to the engine head 11 via the sleeve 31.

セラミックヒータ２は、ヒータ素子２２の発熱によって先端側部分が最も加熱され、セラミックヒータ２における熱は、先端側から基端側へと移動することになる。このとき、第２厚肉部３１２が薄肉部３１３よりも厚く形成されていることにより、第２厚肉部３１２における熱の移動速度は薄肉部３１３における熱の移動速度よりも早くなる。そして、陰極２４が、熱の移動速度が速くなる第２厚肉部３１２と対向する部分に設けられていることにより、陰極２４に熱が滞留しにくくすることができる。これにより、陰極２４に熱応力が生じにくくすることができる。   The tip of the ceramic heater 2 is heated most by the heat generated by the heater element 22, and the heat in the ceramic heater 2 moves from the tip side to the base side. At this time, since the second thick part 312 is formed thicker than the thin part 313, the heat transfer speed in the second thick part 312 is faster than the heat transfer speed in the thin part 313. And the cathode 24 is provided in the part facing the 2nd thick part 312 in which the moving speed of heat becomes quick, and it can make it hard to retain heat in the cathode 24. FIG. Thereby, it is possible to make it difficult for thermal stress to occur in the cathode 24.

一方、薄肉部３１３に厚みは、極力薄くしていることにより、薄肉部３１３とエンジンヘッド１１のプラグ取付孔１２とのクリアランスを極力大きくすることができる。そして、このクリアランスを大きくすることにより、燃焼室１３内の燃料混合気が薄肉部３１３とプラグ取付孔１２とのクリアランスに流入しやすくなる。これにより、セラミックグロープラグ１を使用して燃焼室１３内の燃料混合気の燃焼を行う際に、スリーブ３１の表面又はプラグ取付孔１２の表面に付着するカーボンを焼失させることが可能になる。そのため、セラミックグロープラグ１を使用するエンジンの耐カーボン性を向上させることができる。
また、薄肉部３１３の厚みを薄くすることにより、プラグ取付孔１２を小径化して、エンジンヘッド１１の強度を向上させることもできる。 On the other hand, by making the thickness of the thin portion 313 as small as possible, the clearance between the thin portion 313 and the plug mounting hole 12 of the engine head 11 can be maximized. By increasing the clearance, the fuel mixture in the combustion chamber 13 can easily flow into the clearance between the thin portion 313 and the plug mounting hole 12. This makes it possible to burn out carbon adhering to the surface of the sleeve 31 or the surface of the plug mounting hole 12 when the fuel mixture in the combustion chamber 13 is burned using the ceramic glow plug 1. Therefore, the carbon resistance of the engine using the ceramic glow plug 1 can be improved.
Further, by reducing the thickness of the thin portion 313, the plug mounting hole 12 can be reduced in diameter, and the strength of the engine head 11 can be improved.

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、ロウ材６５、７５は、Ａｇに限らずＣｕ系のロウ材料にしてもよい。Ｃｕ系のロウ材６５、７５を用いる場合には、応力緩和効果を更に高めることができる。   The present invention is not limited to the above embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the scope of the invention. For example, the brazing materials 65 and 75 are not limited to Ag but may be Cu-based brazing materials. When Cu-based brazing materials 65 and 75 are used, the stress relaxation effect can be further enhanced.

１ セラミックグロープラグ
２ セラミックヒータ
３１ スリーブ
３２ ハウジング
４ 通電端子
５ キャップ
６ 活性金属メタライズ層
６３ メッキ層
６５ ロウ材
７ ガラスメタライズ層
７３ メッキ層
７５ ロウ材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramic glow plug 2 Ceramic heater 31 Sleeve 32 Housing 4 Current supply terminal 5 Cap 6 Active metal metallization layer 63 Plating layer 65 Brazing material 7 Glass metallization layer 73 Plating layer 75 Brazing material

Claims (3)

棒状のセラミック基体（２１）、該セラミック基体に埋設されて通電によって発熱するヒータ素子（２２）、該ヒータ素子の一端に接続され、上記セラミック基体の基端部（２１１）における側面（２０１）に設けられた陽極（２３）、及び上記ヒータ素子の他端に接続され、上記セラミック基体の側面における、上記陽極よりも先端側に設けられた陰極（２４）を有するセラミックヒータ（２）と、
エンジンヘッド（１１）のプラグ取付孔（１２）内に締結されるハウジング（３２）と、
該ハウジングの先端側に連結されると共に、上記セラミックヒータの先端部（２１２）を露出させる状態で上記セラミックヒータの側面に装着され、かつ上記陰極と導通されたスリーブ（３１）と、
上記ハウジング内に挿通された通電端子（４）と、
上記セラミック基体の上記基端部の側面と上記通電端子の側面とに装着され、上記陽極と導通されたキャップ（５）と、を備え、
上記陽極の表面を含む上記セラミック基体の側面と上記キャップとは、上記セラミック基体との反応層（６１）を有する活性金属メタライズ層（６）と、該活性金属メタライズ層と上記キャップとを接合するロウ材（６５）とを介して接合されており、
上記陰極の表面を含む上記セラミック基体の側面と上記スリーブとは、上記セラミック基体に接着されるガラス成分及び導通性を有する金属成分を含有するガラスメタライズ層と（７）、該ガラスメタライズ層と上記スリーブとを接合するロウ材（７５）とを介して接合されている、セラミックグロープラグ（１）。 A rod-shaped ceramic base (21), a heater element (22) embedded in the ceramic base and generating heat when energized, connected to one end of the heater element, and on the side surface (201) of the base end (211) of the ceramic base A ceramic heater (2) having a provided anode (23) and a cathode (24) connected to the other end of the heater element and provided on the side of the ceramic substrate on the tip side of the anode;
A housing (32) fastened in the plug mounting hole (12) of the engine head (11);
A sleeve (31) connected to the front end side of the housing and attached to the side surface of the ceramic heater in a state in which the front end portion (212) of the ceramic heater is exposed and electrically connected to the cathode;
An energization terminal (4) inserted into the housing;
A cap (5) attached to a side surface of the base end portion of the ceramic substrate and a side surface of the energization terminal and electrically connected to the anode;
The side surface of the ceramic substrate including the surface of the anode and the cap join the active metal metallization layer (6) having a reaction layer (61) with the ceramic substrate, and the active metal metallization layer and the cap. It is joined via a brazing material (65),
The side surface of the ceramic substrate including the surface of the cathode and the sleeve are a glass metallized layer containing a glass component and a conductive metal component to be bonded to the ceramic substrate, and the glass metallized layer and the glass metallized layer. A ceramic glow plug (1) joined via a brazing material (75) joining the sleeve. 上記スリーブは、上記陰極の表面を含む上記セラミック基体の側面の一部に対向する円筒状の厚肉部（３１２）と、該厚肉部の先端側に隣接して設けられ、該厚肉部よりも外径が縮小した円筒状の薄肉部（３１３）とを有しており、
上記陰極は、上記セラミック基体における、上記厚肉部との対向部分に設けられている、請求項１に記載のセラミックグロープラグ。 The sleeve is provided with a cylindrical thick part (312) facing a part of the side surface of the ceramic base including the surface of the cathode, and adjacent to the distal end side of the thick part, the thick part A thin cylindrical portion (313) having a reduced outer diameter than
2. The ceramic glow plug according to claim 1, wherein the cathode is provided on a portion of the ceramic substrate facing the thick portion. 上記キャップにおける、上記セラミック基体の側面との接合部分の厚みは、上記厚肉部の厚みよりも薄い、請求項２に記載のセラミックグロープラグ。   The ceramic glow plug according to claim 2, wherein a thickness of a joint portion of the cap with a side surface of the ceramic base is thinner than a thickness of the thick portion.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2019096579A (en) * 2017-11-28 2019-06-20 京セラ株式会社 heater

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