JP3737845B2 - グロープラグ - Google Patents
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Description
【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8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。
【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、図9に示すように、特にセラミック発熱体104のU字湾曲部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。そのため、例えば上記湾曲部104aにおいて、セラミック発熱体104の耐久性に問題が生ずることもありうる。
【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】
本発明のグロープラグは、セラミック基体と、そのセラミック基体に埋設されるU字形に形成され、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し、上述の課題を解決するために下記の特徴を有する。すなわち、そのU字形のセラミック発熱体が、U字底部を形成する湾曲部と、その湾曲部の各端部から同方向に延びる2本の直線部とを備えてなり、湾曲部の断面が各直線部の断面よりも大きく形成される。そして、そのU字状の内側外形線に対する、直線部から湾曲部への移行点が、同じくU字状の外側外形線に対する移行点よりも、当該セラミック発熱体のU字開口部側に位置するように設定される。
【0006】
このように構成することにより、U字形セラミック発熱体の湾曲部、あるいは直線部から湾曲部への移行部分の強度が増大するので、発熱体の耐久性が向上し、ひいてはグロープラグの寿命を延ばすことができる。
【0007】
ここで、さらに具体的には、湾曲部の内側外形線と外側外形線とは互いに同心円弧をなすように形成することができる。この場合、その同心円弧の半径方向における上記湾曲部の幅が、同心円弧の中心を通り、上記直線部の軸線と直交する方向における該直線部の幅よりも大きくなるように設定することができる。このように構成することにより、上述の効果をさらに高めることができる。
【0008】
【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、そのセラミックヒータ1の先端部2が突出するようにその外周面を覆う金属スリーブ3、さらにその金属スリーブ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と金属スリーブ3との間及び金属スリーブ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の対応する端部に嵌着されている。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。
【0009】
セラミックヒータ1は、図2に示すように、U字状に形成されたセラミック発熱体10を備え、その各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るとともに、セラミック発熱体10と電極部11及び12の全体が、ほぼ円形の断面を有するセラミック基体13中に埋設されている。セラミック発熱体10は、そのU字底部を形成する湾曲部10aがセラミック基体13の一方の端部近傍に位置するように配置されている。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)は金属スリーブ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と金属スリーブ3とがろう付けにより接合されるとともに、電極部12がこれら接合部を介して金属スリーブ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、金属スリーブ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。
【0012】
図3に示すように、セラミック発熱体10は、U字底部を形成する湾曲部10aと、その湾曲部10aの各端部から同方向に延びる2本の直線部10bとを備えており、湾曲部10aの断面は各直線部10bの断面よりも大きく形成されている。より具体的には、湾曲部10aの内側外形線20aと外側外形線21aとは互いに同心円弧をなすように形成され、その同心円弧の半径方向における湾曲部10aの幅l1が、同心円弧の中心を通り、直線部10bの軸線と直交する方向における該直線部10bの幅l0よりも大きく設定されている。また、セラミック発熱体10のU字状の内側外形線20に対する、直線部10bから湾曲部10aへの移行点Q0が、同じくU字状の外側外形線21に対する移行点Q1よりも、セラミック発熱体10のU字開口部側に位置するように設定されている。すなわち、移行点Q0から湾曲部10aの先端Bまでの距離P0が、同じく移行点Q1からBまでの距離P1よりも大きく設定されている。ここで、湾曲部10aの幅l1は、例えばセラミック発熱体10の通電耐久特性が不足しない範囲内でなるべく小さく設定することが、該湾曲部10aにおける発熱効率を高める観点において望ましい。
【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、U字状の一体射出成形体35の各部の寸法は、焼成後におけるセラミック発熱体10の湾曲部10a及び直線部10bの寸法関係が図3に示す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、まず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、また電極材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】
【実施例】
図2に示すセラミックヒータ1として、図3に示すセラミック発熱体10の各部の寸法に対し、l1−l0の値、及びP0−P1の値(単位、各mm )を各種変化させたものを作成し、さらにこれを用いて作成した図1に示す構成のグロープラグ50に対し、その通電耐久特性を調べた。具体的には上記セラミックヒータ1に対し、その最高到達温度が1400℃となるように5分間通電し、続いて通電を停止して3分間室温で冷却する操作を1サイクルとしてこれを繰返し、1万サイクルの通電耐久特性を評価した。その結果を図7に示す。本発明の寸法条件を満たすセラミック発熱体を使用したグロープラグ(No.1〜No.6)は、良好な通電耐久特性を示し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要部を拡大して示す図。
【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】実施例におけるグロープラグにおいて、そのセラミック発熱体の寸法と通電耐久特性の関係を示す説明図。
【図8】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。
【図9】同じく、その先端部の拡大図。
【符号の説明】
1 セラミックヒータ
10 セラミック発熱体
10a 湾曲部
10b 直線部
20 内側外形線
21 外側外形線
Q0、Q1 移行点
11、12 電極部
13 セラミック基体
50 グロープラグ
Claims (4)
- セラミック基体と、そのセラミック基体に埋設されるU字形に形成され、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おいて、
前記セラミック発熱体は自身の断面形状を楕円形としてなり、U字底部を形成する湾曲部と、その湾曲部の各端部から同方向に延びる2本の直線部とを備えてなり、前記湾曲部の断面が前記各直線部の断面よりも大きく形成されるとともに、
そのU字状の内側外形線に対する、前記直線部から前記湾曲部への移行点が、同じくU字状の外側外形線に対する移行点よりも、当該セラミック発熱体のU字開口部側に位置するように設定されたことを特徴とするグロープラグ。 - セラミック基体と、そのセラミック基体に埋設されるU字形に形成され、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おいて、
前記セラミック発熱体は自身の断面形状を楕円形としてなり、U字底部を形成する湾曲部と、その湾曲部の各端部から同方向に延びる2本の直線部とを備えてなり、前記湾曲部の幅が前記各直線部の幅よりも大きく形成されるとともに、
そのU字状の内側外形線に対する、前記直線部から前記湾曲部への移行点が、同じくU字状の外側外形線に対する移行点よりも、当該セラミック発熱体のU字開口部側に位置するように設定されたことを特徴とするグロープラグ。 - セラミック基体と、そのセラミック基体に埋設されるU字形に形成され、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おいて、
前記セラミック発熱体は自身の断面形状を楕円形としてなり、U字底部を形成する湾曲部と、その湾曲部の各端部から同方向に延びる2本の直線部とを備えてなり、前記湾曲部のU字底位置における幅が前記各直線部の幅よりも大きく形成されるとともに、
そのU字状の内側外形線に対する、前記直線部から前記湾曲部への移行点が、同じくU字状の外側外形線に対する移行点よりも、当該セラミック発熱体のU字開口部側に位置するように設定されたことを特徴とするグロープラグ。 - 前記湾曲部の内側外形線と外側外形線とは互いに同心円弧をなすように形成され、その同心円弧の半径方向における前記湾曲部の幅が、前記同心円弧の中心を通り、かつ前記直線部の軸線と直交する方向における該直線部の幅よりも大きく設定されている請求項1ないし3のいずれかに記載のグロープラグ。
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