JP3623297B2 - Glow plug - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミックヒータを用いたグロープラグに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ディーゼルエンジン等の始動促進に使用されるグロープラグとして、例えば図7に示すように、筒状の金属ホルダ101の先端にセラミックヒータ102を保持させたものが知られている。セラミックヒータ102は、例えば棒状の絶縁性セラミック基体103の先端部に、導電性セラミックスにより形成されたU字形のセラミック発熱体104を埋設し、その両端に接続された電極部105を介して通電することによりこれを抵抗発熱させるものとして構成される。ここで、セラミックヒータ102の先端部分における発熱効率を高めるために、そのU字底部を形成する方向変換部104aが直線部104bよりも小さい断面積を有するように、セラミック発熱体104が形成される場合がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなグロープラグ100に使用されるセラミックヒータ102においては、セラミック発熱体104を構成する導電性セラミックスと、セラミック基体103を構成する絶縁性セラミックスとの間で線膨張係数が異なるため、発熱・冷却のサイクルを繰り返すと、セラミック発熱体104の方向変換部104aの先端近傍において、上記線膨張係数の差異に基づく応力集中が起こりやすい傾向にある。方向変換部104aは、断面積が比較的小さく設定されていることも関係して、上述のような応力集中が起こると破断等を起こすことも考えられ、ひいてはセラミック発熱体104の寿命を縮めることにもつながる。
【0004】
本発明の課題は、セラミック発熱体の耐久性に優れたグロープラグを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明は、セラミック基体と、そのセラミック基体に埋設され、その両端に接続された電極部を介して通電されることにより抵抗発熱するセラミック発熱体とを備えたセラミックヒータを発熱素子とするグロープラグに係り、上述の課題を解決するために下記の特徴を有して構成される。すなわち、セラミック発熱体は、一方の基端部から延び先端部で方向変換して他方の基端部へ至る方向変換部と、その方向変換部の各基端部から同方向に延びるとともに、該方向変換部よりも大きい断面を有する2本の直線部とを備えている。そして、その方向変換部内において、その先端部の断面積が基端部の断面積よりも大きく設 定され、各基端部の断面幅Aに対する先端部の幅Bの比B/Aが、1.0〜2.5の範囲内で設定される。
【0006】
すなわち、セラミック発熱体の方向変換部は、その先端部の断面積が基端部の断面積よりも大きく設定されており、応力集中が特に起こりやすい該先端部の強度が向上する。そして、各基端部の断面幅Aに対する先端部の幅Bの比B/Aを1.0〜2.5の範囲内で設定することで、上記先端部の強度を確保しつつ方向変換部全体を均一に発熱させることができ、温度ムラに基づく応力等も生じにくくなる。このようなことから、セラミックヒータの耐久性が向上し、ひいてはグロープラグの寿命を延ばすことができる。なお、上記比B/Aは、1.3〜1.7の範囲内で設定することがより望ましい。
【0007】
【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を参照しつつ説明する。
図1は、本発明に係るグロープラグを、その内部構造とともに示すものである。すなわち、グロープラグ50は、その一端側に設けられたセラミックヒータ1と、セラミックヒータ1の先端部2が突出するようにその外周面を覆う金属製の外筒3、さらにその外筒3を外側から覆う筒状の金属ハウジング4等を備えており、セラミックヒータ1と外筒3との間及び外筒3と金属ハウジング4との間は、それぞれろう付けにより接合されている。また、セラミックヒータ1の後端部には、金属線により両端が弦巻ばね状に形成された結合部材5の一端が外側から嵌合するとともに、その他端側は、金属ハウジング4内に挿通された金属軸6の一方の端部に嵌着されている。そして、金属軸6の他方の端部側は金属ハウジング4の外側へ延びるとともに、その外周面に形成されたねじ部6aにナット7が螺合し、これを金属ハウジング4に向けて締めつけることにより、金属軸6が金属ハウジング4に対して固定されている。また、ナット7と金属ハウジング4との間には絶縁ブッシュ8が嵌め込まれている。そして、金属ハウジング4の外周面には、図示しないエンジンブロックにグロープラグ50を固定するためのねじ部5aが形成されている。
【0008】
セラミックヒータ1は、図2に示すように、一方の基端部から延び先端部で方向変換して他方の基端部へ至る方向変換部10aと、その各基端部から同方向に延びる直線部10bとを備えたU字状のセラミック発熱体10を備え、その両端部に線状又はロッド状の電極部11及び12の先端部が埋設されている。そのセラミック発熱体10は、セラミックヒータ1の先端部2において、ほぼ円形の断面を有するセラミック基体13中に、その方向変換部10aがセラミックヒータ1の先端側を向くように埋設されている。また、セラミックヒータ1の先端部2における発熱効率を高めるために、方向変換部10aの断面積が直線部10bの断面積よりも小さく設定されている。
【0009】
また、各電極部11及び12は、セラミック基体13中においてセラミック発熱体10から離間する方向に延びるとともに、その一方のもの(12)は外筒3内において、他方のもの(11)はセラミック基体13の他方の端部近傍において、それぞれその後端部がセラミック基体13の表面に露出して、露出部12a及び11aを形成している。
【0010】
セラミック発熱体10は、導電性を有するセラミックス、例えば炭化タングステン(WC)、硅化モリブデン(Mo2Si3)、炭化タングステンと窒化硅素(Si3N4)との複合物等により構成されるが、炭化硅素(SiC)など半導体セラミックスを使用することもできる。また、電極部11及び12はタングステン(W)あるいはタングステン−レニウム(Re)合金等の高融点金属材料で構成される。一方、セラミック基体13は、主に絶縁性のセラミックス、例えばアルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)、ジルコニア(ZrO2)、チタニア(TiO2)、マグネシア(MgO)、ムライト(3Al2O3・2SiO2)、ジルコン(ZrO2・SiO2)、コージェライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2)、窒化硅素(Si3N4)、窒化アルミニウム(AlN)等により構成される。
【0011】
図2において、セラミック基体13の表面には、その電極部12の露出部12aを含む領域に、ニッケル等の金属薄層(図示せず)が所定の方法(例えばメッキや気相製膜法など)により形成され、該金属薄層を介してセラミック基体13と外筒3とがろう付けにより接合されるとともに、電極部12がその接合部を介して外筒3と導通している。また、電極部11の露出部11aを含む領域にも同様に金属薄層が形成されており、ここに結合部材5がろう付けされている。このように構成することで、図示しない電源から、金属軸6(図1)、結合部材5及び電極部11を介してセラミック発熱体10に対して通電され、さらに電極部12、外筒3、金属ハウジング4(図1)、及び図示しないエンジンブロックを介して接地される。この通電により、セラミック発熱体10は抵抗発熱することとなる。
【0012】
ここで、図3(a)及び(b)に示すように、セラミック発熱体10の方向変換部10aは、先端部の断面積が基端部の断面積よりも大きく設定され、その先端部における断面幅Bと基端部における断面幅Aとの比B/Aが、1.0〜2.5の範囲内で設定される。B/Aが1.0未満になると、方向変換部10aの先端部における強度が不足し、発熱・冷却のサイクルを繰り返した場合の応力集中により、該先端部において破断等を生ずる場合がある。一方、B/Aが2.5を越えて設定されると、先端部近傍での抵抗発熱量が減少することから、方向変換部10a全体の発熱温度分布にムラが生じ、該温度ムラに基づく熱応力のため方向変換部10aが破断する等の問題が生じうる。なお、B/Aは、1.3〜1.7の範囲内で設定することがより望ましい。
【0013】
セラミックヒータ1は、例えば下記のような方法により製造することができる。まず、図4(a)に示すように、セラミック発熱体10に対応したU字形状のキャビティ32を有した金型31に対し電極材30を、その先端部が該キャビティ32内に入り込むように配置する。そして、その状態で、導電性セラミック粉末とバインダとを含有するコンパウンド33を射出することにより、同図(b)に示すように、電極材30とU字状の導電性セラミック粉末成形部34とが一体化された一体射出成形体35を作成する。なお、導電性セラミック粉末成形部34の断面寸法は、焼成後におけるセラミック発熱体10の方向変換部10aの断面寸法が前述のものとなるように調整される。
【0014】
一方これとは別に、セラミック基体13を形成するセラミック粉末を予め金型プレス成形することにより、図5(a)に示すような、上下別体に形成された予備成形体36及び37を用意しておく。これら予備成形体36及び37は、セラミック基体13を、その軸線とほぼ平行な断面により2分割したと仮定した場合の、その各分割部に対応する形状に形成されており、各々その分割面に相当する部分に、上記一体射出成形体35に対応した形状の凹部38が形成されている。そして、この凹部38に一体射出成形体35を収容し、上下の予備成形体36及び37を型合わせするとともに、その状態でこれら予備成形体36、37及び一体射出成形体35をさらに金型を用いてプレス・一体化することにより、図5(b)に示すような、複合成形体39を作成する。
【0015】
こうして得られた複合成形体39は、成形のために原料粉体に添加されているバインダ成分を除去するために仮焼され、続いて図6(a)に示すように、グラファイト等で構成された成形型40の間で加圧しながら所定の温度でホットプレス焼成を行うことにより、同図(b)に示すような焼成体41となる。このとき、図5(b)に示す導電性セラミック粉末成形部34がセラミック発熱体10を、予備成形体36及び37がセラミック基体13を、さらに電極材30が電極部11及び12をそれぞれ形成することとなる。その後、焼成体41の外面に、必要に応じて研磨等の加工を施すことにより、図2に示すようなセラミックヒータ1が得られる。
【0016】
なお、図6(a)に示すように、複合成形体39の断面形状を、U字型の導電性セラミック粉末成形部34の2本の直線部(焼成後にセラミック発熱体10の直線部10bとなる部分)10bの配列方向にその長軸が沿う楕円状に形成しておき、その長軸方向に圧力を付加しながら前述のホットプレス焼成を行うことができる。このようにすれば、同図(b)に示すように、セラミック発熱体10は、直線部10b及び方向変換部10aの断面が、焼成体41の周方向に長軸が沿う楕円状に形成される。このような焼成体41を使用すれば、セラミックヒータ1の表面からセラミック発熱体10までの距離が均一化するので、セラミックヒータ1の表面の温度分布をより均一なものとすることができ、方向変換部10aの耐久性も一層向上する。
【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正面部分断面図。
【図2】そのセラミックヒータの正面断面図。
【図3】セラミックヒータに使用されるセラミック発熱体の断面寸法設定の説明図。
【図4】セラミックヒータの製造工程説明図。
【図5】図4に続く工程説明図。
【図6】図5に続く工程説明図。
【図7】従来のグロープラグのセラミックヒータの構造を示す模式図。
【符号の説明】
1 セラミックヒータ
10 セラミック発熱体
10a 方向変換部
10b 直線部
11、12 電極部
13 セラミック基体
50 グロープラグ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a glow plug using a ceramic heater.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a glow plug used for promoting start-up of a diesel engine or the like, for example, as shown in FIG. 7, a
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the
[0004]
The subject of this invention is providing the glow plug excellent in durability of a ceramic heat generating body.
[0005]
[Means for solving the problems and actions / effects]
The present invention relates to a glow plug using a ceramic heater including a ceramic base and a ceramic heating element embedded in the ceramic base and generating heat as a resistance when energized through electrodes connected to both ends of the ceramic base. In order to solve the above-described problems, the apparatus has the following features. That is, the ceramic heating element extends in the same direction from each base end portion of the direction changing portion, extending from one base end portion, changing the direction at the tip portion and reaching the other base end portion, And two straight portions having a larger cross section than the direction changing portion. Then, within that direction changing part, the cross-sectional area of the distal end portion is larger set than the cross-sectional area of the proximal end portion, the ratio B / A of the width B of the tip relative to the cross-sectional width A of the base end portion, It is set within the range of 1.0 to 2.5.
[0006]
That is, the direction changing portion of the ceramic heating element is set such that the cross-sectional area of the tip end portion is larger than the cross-sectional area of the base end portion, and the strength of the tip end portion where stress concentration is particularly likely to occur is improved. And by setting ratio B / A of the width B of the front-end | tip part with respect to the cross-sectional width A of each base end part within the range of 1.0-2.5, direction change part, ensuring the intensity | strength of the said front-end | tip part The whole can generate heat uniformly, and stress based on temperature unevenness is less likely to occur. For this reason, the durability of the ceramic heater is improved, and as a result, the life of the glow plug can be extended. The ratio B / A is more preferably set within the range of 1.3 to 1.7.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to examples shown in the drawings.
FIG. 1 shows a glow plug according to the present invention together with its internal structure. That is, the
[0008]
As shown in FIG. 2, the
[0009]
Each of the
[0010]
The
[0011]
In FIG. 2, a thin metal layer (not shown) such as nickel is formed on the surface of the
[0012]
Here, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the
[0013]
The
[0014]
On the other hand, separately from this, by pre-molding the ceramic powder forming the
[0015]
The composite molded
[0016]
As shown in FIG. 6A, the cross-sectional shape of the composite molded
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial front sectional view showing an example of a glow plug of the present invention.
FIG. 2 is a front sectional view of the ceramic heater.
FIG. 3 is an explanatory diagram for setting a cross-sectional dimension of a ceramic heating element used in a ceramic heater.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a ceramic heater.
FIG. 5 is a process explanatory diagram following FIG. 4;
6 is a process explanatory diagram following FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a schematic view showing the structure of a conventional glow plug ceramic heater.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記セラミック発熱体は、一方の基端部から延び先端部で方向変換して他方の基端部へ至る方向変換部と、その方向変換部の各基端部から同方向に延びるとともに、該方向変換部よりも大きい断面を有する2本の直線部とを備えてなり、
前記方向変換部内において、その先端部の断面積が前記基端部の断面積よりも大きく設定され、前記各基端部の断面幅Aに対する前記先端部の幅Bの比B/Aが、1.0〜2.5の範囲内で設定されたことを特徴とするグロープラグ。In a ceramic heater comprising a ceramic substrate and a ceramic heating element that is embedded in the ceramic substrate and that generates resistance by being energized through electrode portions connected to both ends thereof,
The ceramic heating element extends from one base end portion, changes its direction at the tip portion and reaches the other base end portion, and extends in the same direction from each base end portion of the direction change portion. Two linear portions having a cross section larger than the conversion portion,
In the direction changing portion , the cross-sectional area of the tip end portion is set larger than the cross-sectional area of the base end portion, and the ratio B / A of the width B of the tip end portion to the cross-sectional width A of each base end portion is: A glow plug characterized by being set within a range of 1.0 to 2.5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35333895A JP3623297B2 (en) | 1995-12-29 | 1995-12-29 | Glow plug |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35333895A JP3623297B2 (en) | 1995-12-29 | 1995-12-29 | Glow plug |
Publications (2)
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JPH09184624A JPH09184624A (en) | 1997-07-15 |
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Family
ID=18430177
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35333895A Expired - Lifetime JP3623297B2 (en) | 1995-12-29 | 1995-12-29 | Glow plug |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3623297B2 (en) |
-
1995
- 1995-12-29 JP JP35333895A patent/JP3623297B2/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09184624A (en) | 1997-07-15 |
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