JP3810947B2

JP3810947B2 - Ceramic heater type glow plug

Info

Publication number: JP3810947B2
Application number: JP17001499A
Authority: JP
Inventors: 有仁田中; 千尋桜井; 艱趙; 隆青田; 俊嗣三浦
Original assignee: Bosch Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 1999-06-16
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2019-06-16
Also published as: DE10029004C2; JP2000356343A; DE10029004A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの始動補助用として使用される高温用のセラミックヒータ型グロープラグに関し、特に排ガス規制に対応するためにディーゼルエンジンの直噴多弁化に移行するなかで、セラミックス発熱体（セラミックヒータ）と、これを保持する金属製外筒と取付け金具との接合構造および接合方法を改良し、グロープラグの細径化を図るとともに、軸線方向への突き出し長さを長くすることにより全体の細径化、長尺化を図ったセラミックヒータ型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の始動補助用に使用されるセラミックヒータ型グロープラグは、セラミックス発熱体と、これを先端部に保持しエンジンのシリンダヘッドに取付けられる管状ハウジングによる取付け金具と、この取付け金具の先端で前記セラミックス発熱体を保持する金属製外筒とを備えている。このグロープラグでは、一般にセラミックス発熱体と金属製外筒とを銀ろう等でろう付けすることにより接合し、さらにセラミックス発熱体を保持した金属製外筒を取付け金具の先端部に銀ろう等でろう付けすることにより接合している。
【０００３】
また、この種のグロープラグはそれ自体がエンジンのシリンダと外気とを遮断する圧力隔壁の一部を構成することから、上述したセラミックヒータ型グロープラグも気密を保持する機能が必要であり、従来は上述したように銀ろう等を全周にわたって付着させてセラミックス発熱体と金属製外筒との間に充満させることにより、気密性を確保できるようにしている。
【０００４】
すなわち、従来この種のセラミックヒータ型グロープラグでは、エンジン燃焼室と外部との気密保持のために、セラミックス発熱体と金属製外筒との間と、金属製外筒と取付け金具との間とをろう付けにより一体に結合していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、地球温暖化などへの対策として、エンジンの熱効率を向上させることが重要課題となっており、これに伴ってディーゼルエンジンにおいても直噴化、４バルブ化による低燃費化が急速に進展してきている。
【０００６】
しかし、上述したような直噴化、４バルブ化の影響で、エンジンのシリンダヘッド周りの空間の制約が大きくなり、グロープラグの直径を小さくするとともにその長さをより一層長くして、グロープラグの細径化と長尺化を図ることによって、特に取付け金具のエンジンのシリンダヘッドへのシート部（グロープラグのエンジンのシリンダヘッドとの気密保持部）から、発熱体の先端発熱部までの長さ（いわゆる突き出し長さ）を長くすることによって、エンジンのシリンダヘッド周りでの設計の自由度を向上させることが求められている。
【０００７】
しかし、セラミックヒータ型グロープラグにおいて、前述したようなろう付けによる接合ではセラミックス発熱体、金属製外筒、取付け金具のそれぞれの接合面二箇所にろう付け箇所が存在することから、セラミックス発熱体と取付け金具との同芯性を確保することが困難であった。そして、同芯性が悪いと、発熱部の突き出し長さを長くしたグロープラグをエンジンのシリンダヘッドに取付けるときに、セラミックス発熱体がシリンダヘッドのグロープラグ挿入孔の内面にあたってしまうおそれがある。
【０００８】
しかも、従来のセラミックヒータ型グロープラグでは、金属製外筒でセラミックス発熱体を貫通保持しているので、同芯がずれても修正することができなかった。そのため、セラミックヒータ型グロープラグでは、セラミックス発熱体の突き出し長さを長くすることができず、設計、構造上で大きな制約があった。
【０００９】
セラミックヒータ型グロープラグにおいて、発熱部の突き出し長さを長くするにはセラミックス発熱体を長尺に形成すればよいが、コスト高となる。しかも、従来のセラミックス発熱体では後端側の電極取出し部が嵩張るために、細径化を図っている金属製外筒の先端側部分にのみこのセラミックス発熱体を保持させることもできない。
【００１０】
このような制約を解消するものとしてたとえば特開昭６３−２５４１６号公報には、金属製外筒と取付け金具との間を圧入で接合した構造が提案されている。しかし、取付け金具に金属製外筒を圧入する際に発生するセラミックス発熱体の割れを防ぐ対策が必要であり、また圧入後に亀裂が発生したか否かの検査が必要で、その検査コストも嵩むという問題があり、現実的に実用化するには至っていない。
【００１１】
また、従来のグロープラグにおいて、金属製外筒と取付け金具とのろう付けは、高周波加熱によるろう付け（高周波ろう付け）が一般的である。しかし、高周波ろう付けは、金属製外筒内に保持したセラミックス発熱体への局部的な熱影響を避けることができず、その条件によっては、セラミックス発熱体の破損を生じる可能性があった。しかも、このようなセラミックス発熱体の破損を非破壊検査で検出することは非常に困難であり、検査コストが増大し、製造が難しいとともにコスト高となっている。
【００１２】
また、グロープラグの細径化のために、グロープラグをエンジンのシリンダヘッドに取付ける取付け金具のねじ径をたとえば従来のＭ１０サイズからＭ８サイズにしようとすると次のような問題を生じる。すなわち、取付け金具のねじ径サイズを小さくしようとすると、取付け金具の断面積が減少するため、エンジンへの取付け時における締付けトルクにより取付け金具の軸部への引っ張り応力が非常に大きくなる。したがって、取付け金具の軸部に熱処理等を施し、引っ張り応力に対する変形を防止する必要がある。
【００１３】
金属製シース型グロープラグには、たとえば特開平１０−２２０７５９号公報に示すような熱処理を施す工法が開示されている。このような熱処理方法としては、浸炭焼入、軟窒化、高周波焼入などがあるが、処理費用や変形を抑制する観点から、高周波焼入を軸部全体に施すことが有効である。
【００１４】
しかし、この高周波焼入は、処理温度が９００℃前後であることや処理の容易さから、取付け金具単体でグロープラグの組立て前に実施するのが現実的である。このようにして高周波焼入、または多くのその他の熱処理で硬化させた取付け金具を、前述したように高周波ろう付けで加熱すると、当然ながらその熱影響によって熱処理部全体に著しい軟化が生じる。したがって、このように熱処理と高周波ろう付けは両立が著しく困難である。
【００１５】
また、上述した細径化、長尺化の状況に対応したセラミックス発熱体と金属製外筒の接合方法について、たとえば特開昭６１−８５２６号公報に示す構造が提案されている。この公報によれば、耐熱性が問題となる金属製外筒の先端部分には銅系のろう付けを、気密性を確保するために温度が上がらない取付け金具側には銀ろう付けを組み合わせて接合するとされている。しかし、銅ろう付けは気密性がよくないばかりでなく、このように二種類のろう付けを複合させることは、融点が大きく異なること、および低融点側に施す銀ろうの大量の蒸散を招くこと、コスト高を招くこと等から、実用化に至っていない。
【００１６】
以上のような理由から、従来のセラミックヒータ型グロープラグは、取付け金具のねじ径をたとえばＭ８のねじ径サイズにするという細径化や長尺化に著しく不適であったため、セラミックヒータを用いることによる優れた特性を最新のエンジンに生かすことができないというジレンマがあった。
このため、セラミックヒータ型グロープラグでは、取付け金具、金属製外筒、セラミックス発熱体の接合構造を簡単にし、しかもこのような接合部分の気密性を向上させることができる何らかの対策を講じることが望まれている。
【００１７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、取付け金具の先端に金属製外筒を介してセラミックス発熱体を保持するにあたって、取付け金具のねじ径の細径化に対応できるとともに、セラミックス発熱体の取付け金具の先端からの突き出し長さを長くする長尺化に対応することができるセラミックヒータ型グロープラグを得ることを目的とする。
【００１８】
また、本発明は、取付け金具の先端に金属製外筒を介してセラミックス発熱体を保持するにあたって、これらの接合部分での気密性を低コストで実現できるとともに、これらの部品の同芯性を確保することが可能で、しかも従来の銀ろう等によるろう付けのように手間とコストが嵩む方法に代えて簡単に組立てが行え、コスト低減が図れるセラミックヒータ型グロープラグを得ることを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、取付け金具の先端に金属製外筒を介してセラミックス発熱体を保持するにあたって、セラミックス発熱体におけるセラミックス部分に亀裂等が入らず、製品品質を確保できるセラミックヒータ型グロープラグを得ることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
このような要請に応えるために本発明に係るセラミックヒータ型グロープラグは、無機導電材または高融点金属材からなる発熱体をセラミックス中に埋設したセラミックス発熱体と、このセラミックス発熱体を保持する金属製外筒と、この金属製外筒を保持する取付け金具を有するセラミックヒータ型グロープラグであって、前記セラミックス発熱体の前記取付け金具側の最後端を前記金属製外筒内に位置付け、前記金属製外筒の前記セラミックス発熱体が内側に位置していない後端側部分の外周部を前記取付け金具の取付け孔に圧入して固定したことを特徴とする。
【００２１】
本発明（請求項１に記載の発明）によれば、金属製外筒の後端側であってセラミックス発熱体を保持していない部分を、取付け金具の取付け孔に圧入して接合させることができる。換言すれば、取付け金具に対する金属製外筒の圧入工程において、セラミックス発熱体には金属製外筒と取付け金具との圧入による接合時の過剰な応力が生じない。
【００２２】
また、本発明によれば、セラミックス発熱体の長さを長くすることなく、金属製外筒の長さを変えることで、セラミックス発熱体の取付け金具の先端からの突き出し長さを長くすることができる。
【００２３】
また、本発明によれば、金属製外筒と取付け金具との圧入による接合時において、金属製外筒の後端部分が圧入時のガイドの役割を果たし、圧入荷重の管理が容易である。また、圧入に際して、両部材間での同芯をとることが容易になり、圧入後の同芯度が向上する。
【００２７】
本発明によれば、金属製外筒のセラミックス発熱体を保持していない部分を圧入で取付け金具に固定することが可能で、しかもこの圧入による接合部分の気密性を確保することができる。また、本発明によれば、圧入で金属製外筒を取付け金具に圧入で保持させて接合しているから、これらの同芯性を確保することができる。
【００２８】
また、本発明（請求項２に記載の発明）に係るセラミックヒータ型グロープラグは、請求項１において、前記金属製外筒の後端側外周部または前記取付け金具の取付け孔の少なくともいずれか一方に前記圧入のためのガイドを形成したことを特徴とする。
【００２９】
本発明（請求項２に記載の発明）によれば、金属製外筒または取付け金具に設けた圧入のためのガイドによって、圧入が容易にしかも円滑に行え、しかもこれらの同芯度を確保することができる。
【００３０】
また、本発明（請求項３に記載の発明）に係るセラミックヒータ型グロープラグは、請求項１または請求項２において、前記金属製外筒と前記取付け金具との圧入長さを、前記セラミックス発熱体の径寸法の少なくとも２〜１０倍の長さ（たとえば７．５ｍｍ以上であってかつ３０ｍｍ以下の範囲内）に設定したことを特徴とする。
【００３１】
本発明（請求項３に記載の発明）によれば、金属製外筒と取付け金具とを所定の圧入長さで圧入することにより、これらの部材の圧入による接合強度、たとえば抜け出し荷重を充分に確保することができる。そして、これらの接合部において気密性を確保することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
図１ないし図４は本発明に係るセラミックヒータ型グロープラグの一つの実施の形態を示す。これらの図において、図３および図４を用いて全体を符号１０で示すセラミックヒータ型グロープラグの概要を以下に説明する。
【００４４】
図中符号１１は後述するように発熱体を埋設した絶縁性セラミックスからなるセラミックス発熱体（セラミックヒータ）、２１はこのセラミックス発熱体１１の外周部に嵌装されろう付け等で接合されているパイプ形状の金属製外筒、２２はこの金属製外筒２１を先端部に保持するとともにこのグロープラグ１０のエンジンヘッドへの取付け金具（管状ハウジング）である。
【００４５】
ここで、前記金属製外筒２１はたとえば快削鋼、炭素鋼等を材質とした金属製パイプによって形成されている。また、前記取付け金具２２はステンレス鋼などで全体が略管状を呈するように形成され、後端側外周部にエンジンのシリンダヘッドの取付け穴（図示せず）へのねじ込み手段であるねじ部２２ａが形成されている。
【００４６】
２４は取付け金具２２の後端部に絶縁ブッシュ２５を介して保持した外部接続端子である。なお、この外部接続端子２４の内方端部分には、前記セラミックス発熱体１１と電気的接続を行う電極取出し金具１８の接続端１８ｂを接続する接続端２４ａが形成されている。
【００４７】
ここで、このようなセラミックヒータ型グロープラグ１０において、シリンダヘッドに設けた取付孔にねじ込み固定するためのねじ部２２ａを有する取付け金具２２の外周部で少なくともねじ部２２ａを除いてシート面部となる先端部に至る部分に、熱処理として高周波焼入れを施すとよい。
なお、このようなグロープラグ１０の構造や機能は従来から広く知られている通りであり、ここでは詳しい説明を省略する。
【００４８】
前記セラミックス発熱体１１の外殻を構成するセラミックス絶縁体１２中には、図１、図３、図４に示すように無機導電材または高融点金属材からなる発熱体１３とこの発熱体１３の両端部１３ａ，１３ｂに一端１４ａ，１５ａが接続されヒータ外部への電極取出しを行うリード部１４，１５とを絶縁性セラミックス中に埋設している。
なお、この実施の形態では、発熱体１３とリード部１４，１５を別部材で構成しているが、一体に構成してもよい。
【００４９】
そして、一方のリード部１４の接続端１４ｂは、セラミックス絶縁体１２の後端部寄りの外周部に露出され、金属製外筒２１とろう付けなどにより電気的に接合されている。この電気的接合部は一般には負極となる。なお、このリード部接続端１４ｂの露出部と金属製外筒２１との電気的接合が確実に行えるようにセラミックス絶縁体１２の周囲（前記接続部１４ｂに対応する部分）に導電層（図示せず）を形成するとよい。
【００５０】
また、他方のリード部１５の接続端１５ｂは、セラミックス絶縁体１２の後端部において最後端部には露出しない位置で筒状セラミックス成形体または焼結体１７（以下、成形体１７として略す）内で電極取出し金具１８と電気的に接合されている。この電気的接合部は一般には正極となる。この電極取出し金具１８がセラミックス絶縁体１２の後端部から取出され、後方に延設されている。
【００５１】
なお、筒状セラミックス成形体１７は、円筒形状または角筒形状を呈するものであって、その内孔１７ａ内に前記リード部１５の接続端１５ｂを差込んだ状態でホットプレスを行い、その後筒状セラミックス成形体１７の一方に開いた穴から電極取出し金具１８の接続端１８ａを差込み、ろう付けを行うことにより、接合され全体が一体化された状態となる。
【００５２】
この実施の形態では、セラミックス発熱体１１の後端部における電極取出し部分を、図１、図３、図４に示すように構成している。すなわち、セラミックス発熱体１１において、リード部１５の接続端を、セラミックス絶縁体１２の後端部において最後端部に露出しない位置で電極取出し金具１８と電気的に接合するが、この電気的な接合をセラミックス絶縁体１２の最先端部からこのセラミックス絶縁体１２の径寸法（たとえば３．５ｍｍφ）の少なくとも５倍以上（たとえば５〜１２倍程度；２０〜４０ｍｍ以上）後端側にある位置で行い、発熱部１３の熱の影響を受けないように構成している。
【００５３】
このような電極取出し部を含めたセラミックス発熱体１１の製造方法を以下に説明する。すなわち、発熱体１３およびリード部１４，１５をセラミックス絶縁体１２を形成するためのセラミックス成形体中に埋設する。この埋設方法としては、従来から一般的な方法である、射出成形法、一軸プレス法、鋳込み成型法、ゲルキャスティング法等を採ることができる。その中で、一軸プレス法が歩留まり、成形性、自動化等の面からは最も好ましい。
【００５４】
これを詳述すると、セラミックス絶縁体１２とする量の半分の顆粒粉体を成形型内に入れ、その上に発熱体１３、リード部１４，１５となる、たとえばタングステン（Ｗ）からなるフィラメントを置き、さらにその後端部まで延設されているリード部１５の接続端１５ｂが筒状に成形したセラミックス成形体（または焼結体）１７の中に一部通し、その上に残り半分の顆粒粉末を被せて成形する。
【００５５】
このとき、リード部１５が酸化しないように、筒状セラミックス成形体１７の穴１７ａの他端はセラミックス絶縁体１２の最後端部分に露呈していなくてもよい。後述するホットプレス後にこのセラミックス絶縁体１２の最後端を切断し、穴１７ａの開口端を露呈させることができればよい。
【００５６】
上述したように成形したセラミックス絶縁体１２となる成形体を脱脂した後、ホットプレス焼成を行う。
【００５７】
その後、発熱体１３を埋設したセラミックス絶縁体１２を円柱状に、その最先端を半球状に研削加工する。その最後端部には筒状セラミックス成形体１７が埋め込んであるため、穴１７ａが開いている。なお、前述したようにリード部１５が酸化しないように筒状セラミックス成形体１７の穴１７ａの開口部分が最後端に露呈させていない場合には、セラミックス絶縁体１２の最後端を切断し、穴１７ａを露呈させる。
【００５８】
そして、このセラミックス絶縁体１２の最後端に露呈している筒状セラミックス成形体１７の穴１７ａ内に、たとえば耐酸化性に優れたＮｉ線、Ｎｉめっきを施したＦｅ線、ステンレス線等からなる電極取出し金具１８を通し、その穴の中に延設されている、たとえばタングステン（Ｗ）からなるリード部１５と接触させ、銀ろう付け等により電気的に接続させることができる。
【００５９】
ここで、セラミックス発熱体１１となるセラミックス絶縁体１２を形成するセラミックスとは無機材料全般のことをいう。たとえばアルミナ、ジルコニア、コーディエライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素、あるいはそれらの複合体を含む。特に、この中では液層を介して焼結が行われ、高温強度が大きく、耐熱衝撃性に優れている窒化ケイ素、炭化ケイ素が望ましい。
【００６０】
一方、前記筒状セラミックス成形体（あるいは焼結体）１７は、セラミックス絶縁体１２と同じ材料で形成してもよいし、導電性のある無機導電材あるいは高融点金属が含まれる無機材料で形成してもよい。無機導電材とは、たとえば周期律表における４ａ、５ａ、６ａ族の窒化物、ケイ化物、炭化物、ホウ化物のうちの一種以上が含まれる導電性の無機物である。高融点金属材が含まれる無機材料としては、たとえば融点が２０００℃以上となる、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｒｅ（レニウム）等の高融点金属が無機物の中に分散していて導電性があるものである。
【００６１】
上述したように筒状セラミックス成形体１７を導電性のある無機導電材あるいは高融点金属が含まれる無機材料にすれば、リード部１５と電極取出し金具１８との電気的接続がより確実に得られるようになる。
【００６２】
前記発熱体１３やリード部１４，１５は、無機導電材あるい高融点金属材で形成されるが、この無機導電材は上述した無機導電材と同じ材質であり、高融点金属材は上述した高融点金属やその合金である。
【００６３】
本発明によれば、以上のような構造をもつセラミックヒータ型グロープラグ１０において、図１および図３に示すように、セラミックス発熱体１１を金属製外筒２１に対して前記グロープラグ１０の先端側すなわち図示しないエンジン燃焼室に臨む先端側に延設させた状態で保持させ、その最後端１１ａすなわち先端発熱部１１ｂと反対側であって前記取付け金具２２側の端部が前記金属製外筒２１の内部であって前記取付け金具２２とは反対側の先端寄りの部分に位置するように構成したところを特徴とする。
【００６４】
ここで、この実施の形態では、上述したセラミックス発熱体１１を金属製外筒２１の先端側に一部を挿入し、この挿入部分をたとえば銀ろう付け等で気密を保持しながら固定する。このとき、セラミックス発熱体１１の後端部は、前記金属製外筒２１の内部でこの金属製外筒２１の取付け金具２２への接合部分にセラミックス発熱体１１が存在しないように位置付けて固定する。
【００６５】
前記金属製外筒２１は、前記取付け金具２２の先端部において取付け孔２２ｂ内に圧入することにより、気密を保持しながら固定している。このような構造では、金属製外筒２１のセラミックス発熱体１１を保持していない後端側部分を取付け金具２２の取付け孔２２ｂに圧入することから、セラミックス発熱体１１にはこの圧入時の過剰な応力は作用しない。
【００６６】
したがって、このような構造では、従来問題であったセラミックス発熱体１１に亀裂を生じるおそれがなく、しかもセラミックス発熱体１１の取付け金具２２の先端からの突き出し長さを長くすることができる。
また、このようにセラミックス発熱体１１を保持する金属製外筒２１を取付け金具２２に圧入で接合しているから、従来のようなろう付けによる熱影響がセラミックス発熱体１１と金属製外筒２１との間のろう付けなどの接合部分に及ぶことを防止できる。
【００６７】
また、このような構造では、セラミックス発熱体１１の長さを短くすることができるから、グロープラグ１０の長尺化に際しては、金属製外筒２１の長さを長くすることで対応できるようになる。そこで、たとえばセラミックス発熱体１１の長さを一定として共通部品とし、金属製外筒２１や取付け金具２２を変えることにより種々の構造、タイプの異なるグロープラグに対応することができるようになる。また、セラミックス発熱体１１からの電極取出し金具１８の取出しを最後端１１ａより行っているから、取出し金具２２や金属製外筒２１の細径化に対応することができ、グロープラグの細径化に対応することが可能となる。
【００６８】
また、上述した構造では、セラミックス発熱体１１を保持した金属製外筒２１を取付け金具２２の取付け孔２２ｂに圧入する際に、この金属製外筒２１自体がガイドの役割を果たし、圧入荷重の管理が容易である。しかも、この圧入に際して、これらの部材の同芯性を確保することが容易になり、圧入後の同芯度が向上する。さらに、圧入時に何らかの理由で同芯度がずれたとしても、そのずれの修正を比較的簡単に行うことができる。
【００６９】
また、上述した構造では、金属製外筒２１を取付け金具２２に圧入して金属製外筒２１と取付け金具２２とを固定する固定強度としての抜け出し荷重と取付け金具２２に対するセラミックス発熱体１１の同芯度とを両立させるとともに、取付け金具２２の内周面と金属製外筒２１の外周面との間の気密性の保持を確保する必要がある。
【００７０】
そこで、圧入長さと圧入代とを種々変更して抜け出し荷重と同芯度の測定および気密試験を行った。試験試料は、取付け金具２２の内径を４．５ｍｍφとして、金属製外筒２１の外径を種々変えて圧入代を０．０２〜０．１ｍｍの範囲で５種類設定するとともに、圧入長さを５〜４０ｍｍの範囲で８種類設定して、それらの組合せで作成し、実験を行った結果を表１に示す。
【００７１】
【表１】

【００７２】
また、この表１によれば、圧入代を０．０２〜０．１ｍｍに変化させても、抜け出し荷重には影響を与えず、圧入長さだけにほぼ一元的に支配されていることが理解できる。
【００７３】
圧入長さが７．５〜３０ｍｍの範囲で、圧入代を０．０２〜０．１ｍｍの範囲で変化させた試験試料は、全て抜け出し荷重、同芯度、気密試験ともに合格と判定されたが、圧入長さが５ｍｍの試験試料では、抜け出し荷重と同芯度は全て不合格と判定され、気密試験も一部不合格になっている。
また、圧入長さが４０ｍｍの試験試料では、抜け出し荷重と気密試験は全て合格と判断されたが、同芯度が不合格と判定された。また、圧入長さ４０ｍｍの試験試料では、全ての試料に金属製外筒の座屈変形が生じている。
【００７４】
この結果より、セラミックヒータ型グロープラグ１０のセラミックス発熱体１１の外径はおよそ３．５ｍｍφであり、金属製外筒２１の外径は４．５ｍｍφにほぼ制約されることから、抜け出し荷重、同芯度と気密試験を満足するとともに、座屈変形を生じることがなく、また適正な圧入荷重を維持するには、圧入長さを７．５〜３０ｍｍとすることが望ましい。
【００７５】
ここで、上述した表１で説明した圧入時の各部の寸法関係、芯ずれ（同芯度）の測定方法を図５、図６に示す。
すなわち、金属製外筒２１の先端側（図５中下端側）にセラミックス発熱体１１を保持させ、たとえばろう付けで固着する。この状態で圧入用治具３０に設けた保持孔に金属製外筒２１を立設し、この状態で取付け金具２２の取付け孔２２ｂを嵌装させる。そして、上方から取付け金具２２に加圧力を与えて圧入することにより、所要の圧入長さで両部材が一体的に結合される。
【００７６】
また、図６は上述した図５によって圧入により一体化したセラミックヒータ型グロープラグ１０を、測定治具３１上に設置し、取付け金具２２の先端から長さｌ（たとえば５０ｍｍ）の位置でのセラミックス発熱体１１の位置を測定器３２で測定する。このような測定を前記グロープラグ１０を回転させながら行うことにより、同芯度のずれを測定することができる。
【００７７】
上述した図１では、取付け金具２２の取付け孔２２ｂに対してストレート形状のパイプからなる金属製外筒２１を、所定の圧入代をもって単純に圧入させて結合した場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。
たとえば図２（ａ），（ｂ）に示すように、取付け金具２２の取付け孔２２ｂの圧入側の端部寄りの部分に大径なガイド孔４１を形成したり、金属製外筒２１の圧入側の端部寄りの部分に小径なガイド部４２を形成するとよい。このように構成すれば、金属製外筒２１を取付け金具２２の取付け孔２２ｂに圧入するときに、金属製外筒２１が圧入のためのガイド孔４１やガイド部４２に案内されながら圧入されるので、取付け金具２２に対しての圧入が容易に行えるとともに、両部材の同芯度が出しやすくなる。
【００７８】
また、この実施の形態では、前述したようにセラミックス発熱体１１における後端側の電極取出し部において、図１、図３、図４に示すように、セラミックス発熱体１１内の一方のリード部１５と電極取出し金具１８との電気的な接続を、このセラミックス発熱体１１内で行うとともに、前記電極取出し金具１８の一端をセラミックス発熱体１１の後端面から取出す構造を採用している。このような構造を採用することにより、上述したようにセラミックス発熱体１１の最後端を、金属製外筒２１の内部に位置付けることができる。
【００７９】
すなわち、セラミックス発熱体１１の後端側の電極取出し構造を、たとえば本出願人が先に提案した特願平１０−２２６９３６号に示した構造とすることにより、セラミックス発熱体１１を、金属製外筒２１の先端側部分に嵌挿して保持させることができる。したがって、従来のようにセラミックス発熱体１１を金属製外筒２１に貫通させて保持していた場合とは異なり、セラミックス発熱体１１を金属製外筒２１の先端側にのみ取付ける長さで形成することができる。その結果、取付け金具２２の先端からの発熱部の突き出し長さを長くすることができる一方、セラミックス発熱体１１としては一般的な長さで形成すればよく、汎用性に優れている。
【００８０】
このような構造によれば、セラミックス発熱体１１を金属製外筒２１の先端側部分にのみ配置させて保持することにより、セラミックス発熱体１１の長さが短くてもよく、取付け金具２２からの発熱部の突き出し長さが異なるものに対して共通に使用することができる。また、金属製外筒２１のセラミックス発熱体１１を保持していない部分を圧入で取付け金具２１に固定することが可能で、しかもセラミックス発熱体１１に亀裂が生じたりすることがない。また、圧入によって金属製外筒２１を取付け金具２２に保持させて接合できるから、これらの同芯性を確保することができる。したがって、セラミックヒータ型グロープラグ１０において、実用に耐え得る圧入で接合することができる。
【００８１】
上述した本発明において特徴となる同芯性についてを図７（ａ），（ｂ）を用いて説明する。
図７（ａ）は本発明による実施の形態を示し、図７（ｂ）は従来例を示す。
ここで、符号５１はセラミックス発熱体１１を金属製外筒２１に接合しているろう付け部、５２は金属製外筒２１を取付け金具２２に接合している従来例のろう付け部である。
【００８２】
図７（ｂ）の従来例では、金属製外筒２１の外径と取付け金具２２の内径には、ろう付け部５２の厚さの分だけ隙間があり、その隙間により金属製外筒２１は取付け金具２２の軸線方向に対して傾く可能性があり、同芯性が確保できない。
【００８３】
これに対して図７（ａ）の実施の形態では、金属製外筒２１の外径と取付け金具２２の内径は、圧入する構造であるから上述した従来例のような隙間は存在しない。したがって、金属製外筒２１は取付け金具２２の軸線方向に対して傾くことがなく、その分従来例よりは同芯性が向上することになる。
【００８４】
また、上述した図７（ａ）と図８とによって明らかなように、本発明によれば、セラミックス発熱体１１の取付け金具２２の先端からの突き出し長さを、セラミックス発熱体１１の金属製外筒２１への接合位置や金属製外筒２１の取付け金具２２への圧入長さ、圧入位置によって任意に調整することができる。そして、このような構造によれば、セラミックス発熱体１１の長さは同じであっても、突き出し長さを任意に選択できることになる。したがって、セラミックス発熱体１１の長さは短くてよく、種々の構造、タイプの異なるグロープラグ１０において共通部品として用いることが可能となる。
【００８５】
図９は本発明の参考になる技術を示す。すなわち、この参考技術では、金属製外筒２１にセラミックス発熱体１１を挿入し、これらをたとえば銀ろう付けや銅ろう付け等のろう付けにより接合固定している。そして、金属製外筒２１を取付け金具２２に圧入して、気密を保持しながら固定しているが、この参考技術では、金属製外筒２１内のセラミックス発熱体１１が圧入部分に位置する部位まで圧入している。
【００８６】
このように圧入すると、金属製外筒２１が変形して金属製外筒２１の内周面とセラミックス発熱体１１の外周面とが密着するので、金属製外筒２１の内周面とセラミックス発熱体１１の外周面との気密を保持することができる。また、金属製外筒２１の外周面と取付け金具２２の内周面との間の気密を圧入により保持することができる。
【００８７】
なお、ここでは、取付け金具２２の取付け孔２２ｂの先端側開口部内周縁、金属製外筒２１の圧入部（後端部）の先端側外周縁、セラミックス発熱体１１の後端側の外周端にテーパ面６１，６２，６３を形成しておく。このようにすると、内側にセラミックス発熱体１１が位置する金属製外筒２１が取付け金具２２の取付け孔２２ｂに圧入されたとき、なだらかに外筒２１が変形するので、セラミックス発熱体１１に無理な力がかからない。
【００８８】
したがって、圧入によりセラミックス発熱体１１が破損することがない。また、上述したように圧入により各部の気密を保持できるから、金属製外筒２１とセラミックス発熱体１１とのろう付けは気密を保持する必要がなくなるのでろう付けが容易になる。
【００８９】
図１０は本発明の他の実施の形態を示す。この実施の形態では、金属製外筒２１にセラミックス発熱体１１を挿入し、たとえば銀ろう付けや銅ろう付け等のろう付けによってセラミックス発熱体１１と金属製外筒２１とを固定するとともに、耐熱性を有し変形し易い材質による円柱状部材７０をセラミックス発熱体１１の後端面に接するように配置している。
【００９０】
そして、金属製外筒２１をこの円柱状部材７０の圧入位置になるまで取付け金具２２に圧入する。なお、取付け金具２２の取付け孔２２ｂの開口部、円柱状部材７０の外周端部にテーパ面６１，７１を成形しておくと、円滑な圧入が可能となる。
【００９１】
このような構成を採用しても、上述した実施の形態と同様にセラミックス発熱体１１に無理な力がかからないばかりでなく、各部の気密性を得ることができ、しかも圧入によってセラミックス発熱体１１が破損することがないグロープラグ１０を得ることができる。
【００９２】
この実施の形態では、金属製外筒２１が取付け金具２２に圧入されることにより変形し、金属製外筒２１の内周面と円柱状部材７０の外周面とが密着するので、金属製外筒２１の内周面と円柱状部材７０の外周面との間の気密が保持されるとともに、圧入により金属製外筒２１の外周面と取付け金具２２の内周面との気密を保持することができる。
【００９３】
なお、金属製外筒２１を取付け金具２２に接合するに当たっては、圧入とかしめ等の塑性加工を併用して金属製外筒２１と取付け金具２２との固定や各部の気密を保持するようにしてもよい。
【００９４】
図１１は本発明のさらに別の実施の形態を示す。この実施の形態では、金属製外筒２１の内側の所定の位置に圧入部材７２を圧入し、セラミックス発熱体１１を金属製外筒２１内に挿入して所定の荷重でセラミックス発熱体１１の後端部に形成したテーパ面７２ｂを同じ角度の圧入部材７２のテーパ面７２ａに当接させながら外筒２１とセラミックス発熱体１１との間のろう付けを行っている。
【００９５】
その後、金属製外筒２１を取付け金具２２に圧入する。これによって、金属製外筒２１と取付け金具２２との固定を行うとともに、金属製外筒２１と取付け金具２２との間の気密保持を行う。また、圧入部材７２と外筒２１との圧入面および圧入部材７２とセラミックス発熱体１１のテーパ面７２ｂとで気密性を保って保持することができる。
【００９６】
この実施の形態でも、上述したと同様に圧入とかしめ等の塑性加工を併用することにより金属製外筒２１と取付け金具２２との固定や気密保持を行うようにしてもよい。
【００９７】
このような構造によれば、セラミックス発熱体１１と金属製外筒２１との間のろう付け等による接合部には、気密を保持する機能を持たせることが不要になるので、従来採用が困難であった銅ろう付け、Ｔｉろう付けなどによる接合が可能になり、より高温で機械的接合を果たす接合方法を広範に採用することが可能となる。さらに、場合によっては、焼きばめなどの接合方法を採用することも可能である。
【００９８】
なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。
たとえば上述した実施の形態では、セラミックス発熱体１１、金属製外筒２１、取付け金具２２の取付け孔２２ｂを断面が円形状を呈するように形成した場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、断面が楕円形状や角形形状であってもよい。
【００９９】
また、上述した実施の形態では、セラミックス発熱体１１を保持している金属製外筒２１と取付け金具２２とを圧入によって接合した例を主に述べたが、圧入とかしめ等の塑性加工を併用してもよい。また、上述した実施の形態では、セラミックス発熱体１１、金属製外筒２１、取付け金具２２の適宜の位置にテーパ面を形成した例を説明したが、各部材の多縁部分にＲまたはＣ字状の面取り加工を適宜施すようにしてもよい。
【０１００】
【実施例】
本発明の構造による効果を確認するため、上述した実験結果を表１に記載した圧入確認実験とは別に圧入に関する実験を行ったので、以下に説明する。
（確認実験１）
Ｓｉ3Ｎ4 ９０重量％、Ａｌ2Ｏ3 ５重量％、Ｙ2Ｏ3 ５重量％をエタノール中で、固体分濃度４０重量％となるように混合し、バインダを添加した状態で、窒化ケイ素製ボール、および窒化ケイ素製ポット中で２４時間混合、粉砕した後、スプレードライヤで乾燥させ、約１００μの顆粒体を得る。
この顆粒体の内部に発熱体１３をインサートした状態でプレス成形を実施し、脱脂後にホットプレスで１８００℃を１時間保持して焼結した後、円筒研削加工を行い、径寸法が３．５ｍｍφ、長さが４０ｍｍのセラミックス発熱体１１を得る。
【０１０１】
このセラミックス発熱体１１に、Ｎｉメッキを一部施して、金属製外筒２１（外径４．５ｍｍφ）との間でろう付けを行い、セラミックス発熱体１１と金属製外筒２１を一体化することにより、セラミックヒータ組立体を得る。
このセラミックヒータ組立体と、内径４．４７ｍｍφを有する取付け金具２２とを、圧入長さが１５ｍｍの条件で圧入することによりこれらを一体的に結合する。
【０１０２】
このようにして得られたセラミックヒータ型グロープラグ１０は、気密試験において６Ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で、水中で気泡観察を行っても、一切漏れが発生しなかった。
また、このときの圧入荷重は１３０Ｋｇｆで、抜け出し荷重（圧入方向と逆の方向にセラミックス発熱体１１を引っ張り出すのに要する荷重）は、１３４Ｋｇｆであった。また、このときの同芯度は０．０２であった。
【０１０３】
比較例として、従来の工法であるろう付けによる接合を行った。この場合、抜け出し強度は１４０Ｋｇｆであったが、同芯度は０．１５と、圧入工法によるものと比較して大きなものとなることが確認されている。
【０１０４】
（確認実験２）
取付け金具２２側の取付け孔２２ｂの内径加工を二段形状とし、圧入の際のガイドの機能をもたせる構造を試みた。この構造により、圧入時の同芯度はさらに向上し、上述した実施例１と同じ１５ｍｍの圧入長さで、同芯度は０．０２から０．０１へと向上することが確認されている。
また、このような構造を採用することにより、取付け金具２２の電気亜鉛メッキ時に、取付け金具２２側の取付け孔２２ｂの内径圧入部分へのメッキ付着が減少し、圧入品質に対する工程能力が向上する。
【０１０５】
（確認実験３）
本発明による構造の効果を確認するために、同一圧入諸元において、本発明の構造と従来一般的に検討されてきた構造とで圧入実験を行って結果を比較した。ここで、金属製外筒２１の外径は４．５ｍｍφ、取付け金具２２の内径は４．４７ｍｍφ、圧入長さは１５ｍｍとした。
【０１０６】
すると、圧入荷重は、本発明の構造によるものは１３５Ｋｇｆ、従来の構造によるものは１５０Ｋｇｆと大差なく、抜け出し強度はそれぞれ１４１Ｋｇｆ、１５３Ｋｇｆであった。
また、気密試験、Ｘ線透過観察などでは、両者とも問題は認められなかったが、切断検査を行った結果、従来工法のものでは圧入部分のセラミックス発熱体１１に、亀裂が生じているのが観察された。
【０１０７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るセラミックヒータ型グロープラグによれば、セラミックス発熱体を金属製外筒の一部にのみ挿入しているから、グロープラグ先端の長尺化を図るにあたっても、短いセラミックス発熱体を用いることが可能で、グロープラグのコスト低減を図れる。また、本発明によれば、このように短いセラミックス発熱体を用い、グロープラグの種々の長さに対応するにあたっても、セラミックス発熱体の長さを一定にし、金属製外筒の長さのみを変更することによって対応することができるから、経済的である。
【０１０８】
また、本発明によれば、金属製外筒を取付け金具に圧入することにより気密を保持した状態で固定しているから、取付け金具の熱処理時の熱影響やセラミックス発熱体と金属製外筒とのろう付けに対しての配慮が必要がなくなり、生産性が向上する。このような本発明によれば、金属製外筒と取付け金具とのろう付けが不要になることから、この点でも生産性が向上し、コスト低減が図れるという利点がある。
【０１０９】
また、本発明によれば、セラミックス発熱体と取付け金具との同芯度が向上するので、グロープラグにおけるヒータ部分の細径化、長尺化への対応が容易になる。
【０１１１】
また、本発明によれば、セラミックヒータ型グロープラグにおいても、圧入工法を安全に実施出来るとともに、取付け金具への組み付けにおいて、同芯度を格段に向上させることができ、取付け金具からの突き出し長さを長くした構造を採用しても、エンジンのシリンダヘッドとの干渉の結果として生じるセラミックス発熱体部分の破損という事態を避けることができる。
したがって、直接噴射式マルチバルブタイプのディーゼルエンジンにおいても、セラミックヒータ型グロープラグの採用が可能になり、排ガス対策を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るセラミックヒータ型グロープラグの一つの実施の形態を示し、要部構造を説明するための断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は本発明に係るセラミックヒータ型グロープラグの変形例を示す図である。
【図３】本発明に係るセラミックヒータ型グロープラグおよびその製造方法の一つの実施の形態を示す全体の断面図である。
【図４】本発明に係るセラミックヒータ型グロープラグにおいて、セラミックヒータの一例を示す断面図である。
【図５】セラミックヒータ型グロープラグにおいて、金属製外筒と取付け金具との圧入時の各部の寸法関係を説明するための図である。
【図６】取付け金具の中心線に対してのセラミックス発熱体（セラミックヒータ）の芯ずれを測定する方法を説明するための図である。
【図７】（ａ）は本発明に係るセラミックヒータ型グロープラグの要部構造を示す要部断面図、（ｂ）は従来のセラミックヒータ型グロープラグの芯ずれ状態を説明するための要部断面図である。
【図８】本発明に係るセラミックヒータ型グロープラグにおいて、突き出し長さを変更した一例を説明するための要部断面図である。
【図９】本発明の参考技術を示す断面図である。
【図１０】本発明に係るセラミックヒータ型グロープラグの他の実施の形態を示す要部断面図である。
【図１１】本発明に係るセラミックヒータ型グロープラグのさらに別の実施の形態を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１０…セラミックヒータ型グロープラグ、１１…セラミックヒータ、１１ａ…後端面、１２…セラミックス絶縁体、１３…発熱体、１３ａ，１３ｂ…端部、１４，１５…リード部、１４ａ，１５ａ…一端、１４ｂ，１５ｂ…接続端、１７…筒状セラミックス成形体あるいは焼結体、１８…電極取出し金具、１８ａ…接続端、１８ｂ…接続端、２１…金属製外筒、２２…取付け金具、２２ａ…ねじ部、２２ｂ…取付け孔、２４…外部接続端子、２４ａ…接続端、２５…絶縁ブッシュ、２８…ろう材、３０…圧入用治具、３１…測定治具、４１…ガイド孔、４２…ガイド部、５１…ろう付け部、６１，６２，６３…テーパ面、７０…円柱状部材、７１…テーパ面、７２…圧入部材、７２ａ，７２ｂ…テーパ面。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-temperature ceramic heater type glow plug used as a starting aid for a diesel engine, and more particularly to a ceramic heating element (ceramic) in the transition to direct injection multi-valve in a diesel engine in order to comply with exhaust gas regulations. (Heater) and the metal outer cylinder that holds the heater and the mounting bracket are improved and the joining method is improved, the glow plug is reduced in diameter, and the protruding length in the axial direction is increased. The present invention relates to a ceramic heater type glow plug that is reduced in diameter and length.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a ceramic heater type glow plug used for assisting starting of a diesel engine is composed of a ceramic heating element, a mounting bracket by a tubular housing that is attached to the cylinder head of the engine while holding the ceramic heating element, and a tip of the mounting bracket. And a metal outer cylinder for holding the ceramic heating element. In this glow plug, generally, a ceramic heating element and a metal outer cylinder are joined by brazing with silver brazing or the like, and further a metal outer cylinder holding the ceramic heating element is attached to the tip of the mounting bracket with silver brazing or the like. They are joined by brazing.
[0003]
In addition, since this type of glow plug itself constitutes a part of the pressure partition that shuts off the cylinder of the engine and the outside air, the ceramic heater type glow plug described above must also have a function of maintaining airtightness. As described above, silver brazing or the like is attached over the entire circumference to fill the space between the ceramic heating element and the metal outer cylinder, thereby ensuring airtightness.
[0004]
That is, in the conventional ceramic heater type glow plug, in order to keep the engine combustion chamber and the outside airtight, between the ceramic heating element and the metal outer cylinder, and between the metal outer cylinder and the mounting bracket. Were joined together by brazing.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, improving the thermal efficiency of the engine has become an important issue as a countermeasure against global warming, and along with this, fuel efficiency has been rapidly advancing in diesel engines as well, with direct injection and four valves. ing.
[0006]
However, due to the effects of direct injection and four valves as described above, the space restriction around the cylinder head of the engine is increased, the diameter of the glow plug is reduced and the length is further increased. By reducing the diameter and length of the heater, the length from the seat part of the mounting bracket to the cylinder head of the engine (airtight holding part of the glow plug to the cylinder head of the engine) to the tip heating part of the heating element is increased. It is required to increase the degree of freedom of design around the cylinder head of the engine by increasing the length (so-called protruding length).
[0007]
However, in the ceramic heater type glow plug, in the joining by brazing as described above, since there are brazed portions at two joint surfaces of the ceramic heating element, the metal outer cylinder, and the mounting bracket, It was difficult to ensure concentricity with the mounting bracket. If the concentricity is poor, the ceramic heating element may hit the inner surface of the glow plug insertion hole of the cylinder head when a glow plug having a longer protruding length of the heat generating portion is attached to the cylinder head of the engine.
[0008]
Moreover, in the conventional ceramic heater type glow plug, since the ceramic heating element is penetrated and held by the metal outer cylinder, it cannot be corrected even if the concentricity is shifted. Therefore, in the ceramic heater type glow plug, the protruding length of the ceramic heating element cannot be increased, and there is a great limitation in design and structure.
[0009]
In the ceramic heater type glow plug, in order to increase the protruding length of the heat generating portion, the ceramic heating element may be formed long, but the cost increases. Moreover, the conventional ceramic heating element cannot hold the ceramic heating element only at the front end side portion of the metal outer cylinder whose diameter is reduced because the electrode lead-out portion on the rear end side is bulky.
[0010]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-25416 proposes a structure in which a metal outer cylinder and a mounting bracket are joined by press fitting. However, it is necessary to take measures to prevent cracking of the ceramic heating element that occurs when a metal outer cylinder is press-fitted into the mounting bracket, and it is necessary to inspect whether cracks have occurred after the press-fitting, and the inspection cost also increases. However, it has not been put into practical use.
[0011]
In the conventional glow plug, brazing of the metal outer cylinder and the mounting bracket is generally brazing by high frequency heating (high frequency brazing). However, high-frequency brazing cannot avoid a local heat effect on the ceramic heating element held in the metal outer cylinder, and depending on the conditions, the ceramic heating element may be damaged. In addition, it is very difficult to detect such breakage of the ceramic heating element by nondestructive inspection, which increases inspection costs, makes manufacturing difficult, and increases costs.
[0012]
Further, in order to reduce the diameter of the glow plug, if the screw diameter of the fitting for attaching the glow plug to the cylinder head of the engine is changed from the conventional M10 size to the M8 size, for example, the following problems occur. That is, if the screw diameter size of the mounting bracket is to be reduced, the cross-sectional area of the mounting bracket is reduced, so that the tensile stress on the shaft portion of the mounting bracket becomes very large due to the tightening torque at the time of mounting to the engine. Accordingly, it is necessary to perform heat treatment or the like on the shaft portion of the mounting bracket to prevent deformation due to tensile stress.
[0013]
For the metal sheath type glow plug, for example, a method of performing heat treatment as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-220759 is disclosed. Such heat treatment methods include carburizing quenching, soft nitriding, induction hardening, and the like. From the viewpoint of suppressing processing costs and deformation, it is effective to apply induction hardening to the entire shaft portion.
[0014]
However, the induction hardening is practically performed before the assembly of the glow plug with a single mounting bracket because the processing temperature is around 900 ° C. and the processing is easy. When the mounting bracket cured by induction hardening or many other heat treatments as described above is heated by high frequency brazing as described above, naturally, the entire heat treatment portion is significantly softened due to the heat effect. Therefore, it is extremely difficult to achieve both heat treatment and high-frequency brazing.
[0015]
Further, for example, a structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-8526 has been proposed as a method for joining a ceramic heating element and a metal outer cylinder corresponding to the above-described situation of a reduction in diameter and an increase in length. According to this publication, copper brazing is combined at the tip of a metal outer cylinder where heat resistance is a problem, and silver brazing is combined on the mounting bracket side where the temperature does not rise to ensure airtightness. It is supposed to be joined. However, copper brazing is not only hermetic, but the combination of the two types of brazing in this way results in very different melting points and a large amount of transpiration of silver brazing applied to the low melting point side. However, it has not been put into practical use due to high costs.
[0016]
For the reasons described above, the conventional ceramic heater type glow plug is extremely unsuitable for reducing the diameter or lengthening the screw diameter of the mounting bracket to, for example, the screw diameter size of M8. There was a dilemma that the superior characteristics of can not be utilized in the latest engine.
For this reason, in ceramic heater type glow plugs, it is hoped that some measures can be taken to simplify the joining structure of mounting brackets, metal outer cylinders, and ceramic heating elements, and to improve the airtightness of such joining parts. It is rare.
[0017]
The present invention has been made in view of such circumstances, and when holding the ceramic heating element through the metal outer cylinder at the tip of the mounting bracket, it can cope with a reduction in the screw diameter of the mounting bracket, An object of the present invention is to obtain a ceramic heater-type glow plug that can cope with an increase in the length of the ceramic heating element protruding from the tip of the mounting bracket.
[0018]
Further, according to the present invention, when the ceramic heating element is held at the tip of the mounting bracket via the metal outer cylinder, the airtightness at these joint portions can be realized at a low cost, and the concentricity of these parts can be achieved. The objective is to obtain a ceramic heater-type glow plug that can be secured and can be easily assembled instead of the conventional method of brazing with silver brazing or the like, which can be easily assembled and reduced in cost. .
[0019]
In addition, the present invention provides a ceramic heater type glow plug that can secure product quality without cracks or the like in the ceramic portion of the ceramic heating element when holding the ceramic heating element through the metal outer cylinder at the tip of the mounting bracket. The purpose is to obtain.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
  In order to meet such a demand, the ceramic heater type glow plug according to the present invention includes a ceramic heating element in which a heating element made of an inorganic conductive material or a refractory metal material is embedded in ceramics, and a metal that holds the ceramic heating element. A ceramic heater type glow plug having an outer cylinder and a mounting bracket for holding the metal outer cylinder, the rear end of the ceramic heating element on the mounting bracket side being positioned in the metal outer cylinderThe outer peripheral portion of the rear end side portion where the ceramic heating element of the metal outer cylinder is not positioned inside is press-fitted into the mounting hole of the mounting bracket and fixed.It is characterized by that.
[0021]
According to the present invention (the invention described in claim 1), the portion on the rear end side of the metal outer cylinder that does not hold the ceramic heating element can be press-fitted into the mounting hole of the mounting bracket and joined. it can. In other words, in the press-fitting process of the metal outer cylinder with respect to the mounting bracket, excessive stress is not generated in the ceramic heating element due to the press-fitting of the metal outer cylinder and the mounting bracket.
[0022]
Further, according to the present invention, the length of the ceramic heating element protruding from the tip of the mounting bracket can be increased by changing the length of the metal outer cylinder without increasing the length of the ceramic heating element. it can.
[0023]
In addition, according to the present invention, when the metal outer cylinder and the mounting bracket are joined by press-fitting, the rear end portion of the metal outer cylinder serves as a guide for press-fitting, and the press-fitting load can be easily managed. Moreover, it becomes easy to take concentricity between both members in press-fitting, and the concentricity after press-fitting is improved.
[0027]
  According to the present inventionIn addition, the portion of the metal outer cylinder that does not hold the ceramic heating element can be fixed to the mounting bracket by press-fitting, and the airtightness of the joined portion by this press-fitting can be ensured. In addition, according to the present invention, since the metal outer cylinder is press-fitted and joined to the mounting bracket by press-fitting, the concentricity can be ensured.
[0028]
  The present invention (Claim 2The ceramic heater-type glow plug according to the invention described inClaim 1The guide for press-fitting is formed in at least one of a rear end side outer peripheral portion of the metal outer cylinder and a mounting hole of the mounting bracket.
[0029]
  The present invention (Claim 2According to the invention described in (1), the press-fitting guide provided on the metal outer cylinder or the mounting bracket can be easily and smoothly press-fitted, and the concentricity can be ensured.
[0030]
  The present invention (Claim 3The ceramic heater-type glow plug according to the invention described inClaim 1 or claim 2The press-fitting length of the metal outer cylinder and the mounting bracket is at least 2 to 10 times the diameter of the ceramic heating element (for example, not less than 7.5 mm and not more than 30 mm) It is characterized by being set to.
[0031]
  The present invention (Claim 3According to the invention described in (1), by press-fitting the metal outer cylinder and the mounting bracket with a predetermined press-fitting length, it is possible to sufficiently secure the joining strength, for example, the pull-out load, due to the press-fitting of these members. And airtightness is securable in these junction parts.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 4 show one embodiment of a ceramic heater type glow plug according to the present invention. In these drawings, an outline of a ceramic heater type glow plug, which is generally indicated by reference numeral 10, will be described below using FIGS.
[0044]
In the figure, reference numeral 11 denotes a ceramic heating element (ceramic heater) made of insulating ceramics in which a heating element is embedded as will be described later, and 21 is a pipe that is fitted to the outer periphery of the ceramic heating element 11 and joined by brazing or the like. A metal outer cylinder 22 having a shape is a metal fitting (tubular housing) for holding the metal outer cylinder 21 at the tip and attaching the glow plug 10 to the engine head.
[0045]
Here, the metal outer cylinder 21 is formed of a metal pipe made of, for example, free-cutting steel or carbon steel. Further, the mounting bracket 22 is formed of stainless steel or the like so as to have a substantially tubular shape as a whole, and a threaded portion 22a as a screwing means into a mounting hole (not shown) of the cylinder head of the engine is formed on the outer peripheral portion on the rear end side. Is formed.
[0046]
An external connection terminal 24 is held at the rear end portion of the mounting bracket 22 via an insulating bush 25. A connection end 24 a for connecting the connection end 18 b of the electrode extraction fitting 18 that is electrically connected to the ceramic heating element 11 is formed at the inner end portion of the external connection terminal 24.
[0047]
Here, in such a ceramic heater type glow plug 10, at least the screw portion 22 a at the outer peripheral portion of the mounting bracket 22 having a screw portion 22 a for screwing and fixing to a mounting hole provided in the cylinder head becomes a seat surface portion. It is preferable to subject the portion reaching the tip to induction hardening as a heat treatment.
Note that the structure and function of such a glow plug 10 are well known in the art and will not be described in detail here.
[0048]
The ceramic insulator 12 constituting the outer shell of the ceramic heating element 11 includes a heating element 13 made of an inorganic conductive material or a refractory metal material and a heating element 13 as shown in FIGS.

Ends

14a and 15a are connected to both

ends

13a and 13b, and lead

portions

14 and 15 for taking out electrodes to the outside of the heater are embedded in the insulating ceramics.
In this embodiment, the heating element 13 and the

lead portions

14 and 15 are formed as separate members, but may be configured integrally.
[0049]
The connection end 14b of one lead portion 14 is exposed to the outer peripheral portion near the rear end portion of the ceramic insulator 12, and is electrically joined to the metal outer cylinder 21 by brazing or the like. This electrical junction is generally a negative electrode. It should be noted that a conductive layer (not shown) is provided around the ceramic insulator 12 (a portion corresponding to the connecting portion 14b) so that the exposed portion of the lead connecting end 14b and the metal outer cylinder 21 can be securely joined. Z).
[0050]
The connecting end 15b of the other lead portion 15 is a cylindrical ceramic molded body or sintered body 17 (hereinafter abbreviated as a molded body 17) at a position where it is not exposed at the rearmost end portion of the ceramic insulator 12 at the rear end portion. It is electrically joined to the electrode extraction fitting 18 inside. This electrical junction is generally the positive electrode. The electrode extraction fitting 18 is taken out from the rear end portion of the ceramic insulator 12 and extends rearward.
[0051]
The cylindrical ceramic molded body 17 has a cylindrical shape or a rectangular tube shape, and is hot-pressed in a state where the connection end 15b of the lead portion 15 is inserted into the inner hole 17a. By inserting the connecting end 18a of the electrode take-out metal fitting 18 from a hole opened in one side of the shaped ceramic molded body 17 and performing brazing, the whole is joined and integrated.
[0052]
In this embodiment, the electrode lead-out portion at the rear end of the ceramic heating element 11 is configured as shown in FIGS. That is, in the ceramic heating element 11, the connection end of the lead portion 15 is electrically joined to the electrode extraction fitting 18 at a position not exposed to the rearmost end portion at the rear end portion of the ceramic insulator 12. Is performed at a position on the rear end side at least 5 times (for example, about 5 to 12 times; 20 to 40 mm or more) of the diameter (for example, 3.5 mmφ) of the ceramic insulator 12 from the most advanced portion of the ceramic insulator 12. The heat generating unit 13 is configured not to be affected by heat.
[0053]
A method for manufacturing the ceramic heating element 11 including such an electrode extraction portion will be described below. That is, the heating element 13 and the

lead portions

14 and 15 are embedded in a ceramic molded body for forming the ceramic insulator 12. As this embedding method, conventionally used methods such as an injection molding method, a uniaxial press method, a cast molding method, a gel casting method and the like can be adopted. Among them, the uniaxial press method is most preferable from the viewpoints of yield, formability, automation, and the like.
[0054]
More specifically, a half of the amount of granular powder to be the ceramic insulator 12 is placed in a mold, and a heating element 13 and lead

parts

14 and 15 are formed thereon, for example, a filament made of tungsten (W). Further, the connecting end 15b of the lead portion 15 extending to the rear end portion is partially passed through a cylindrically formed ceramic molded body (or sintered body) 17, and the remaining half of the granular powder is placed thereon. To form.
[0055]
At this time, the other end of the hole 17a of the cylindrical ceramic molded body 17 may not be exposed to the rearmost end portion of the ceramic insulator 12 so that the lead portion 15 is not oxidized. It suffices if the rear end of the ceramic insulator 12 is cut after hot pressing described later to expose the open end of the hole 17a.
[0056]
After degreasing the molded body to be the ceramic insulator 12 molded as described above, hot press firing is performed.
[0057]
Thereafter, the ceramic insulator 12 in which the heating element 13 is embedded is ground into a columnar shape, and its tip is ground into a hemisphere. Since the cylindrical ceramic molded body 17 is embedded in the rearmost end portion, a hole 17a is opened. As described above, when the opening portion of the hole 17a of the cylindrical ceramic molded body 17 is not exposed at the rear end so that the lead portion 15 is not oxidized, the rear end of the ceramic insulator 12 is cut and the hole 17a is exposed.
[0058]
  And in the hole 17a of the cylindrical ceramic molded body 17 exposed at the rearmost end of this ceramic insulator 12, it is made of, for example, Ni wire excellent in oxidation resistance, Fe wire plated with Ni, stainless steel wire, etc. Contact with the lead portion 15 made of, for example, tungsten (W), extending through the electrode extraction fitting 18 and extending into the hole.LetIt can be electrically connected by silver brazing or the like.
[0059]
Here, the ceramic forming the ceramic insulator 12 that becomes the ceramic heating element 11 refers to all inorganic materials. For example, alumina, zirconia, cordierite, silicon nitride, silicon carbide, or a composite thereof is included. Among these, silicon nitride and silicon carbide are preferable because they are sintered through a liquid layer, have high strength at high temperatures, and are excellent in thermal shock resistance.
[0060]
  On the other hand, the cylindrical ceramic molded body (or sintered body) 17 may be formed of the same material as the ceramic insulator 12, or formed of a conductive inorganic conductive material or an inorganic material containing a refractory metal. May be. The inorganic conductive material is, for example, a conductive inorganic substance containing one or more of nitrides, silicides, carbides, and borides of groups 4a, 5a, and 6a in the periodic table. As an inorganic material including a refractory metal material, for example, a refractory metal such as W (tungsten), Mo (molybdenum), Hf (hafnium), Re (rhenium) having a melting point of 2000 ° C. or higher is included in the inorganic substance. Dispersed and conductiveIs something.
[0061]
As described above, if the cylindrical ceramic molded body 17 is made of a conductive inorganic conductive material or an inorganic material containing a refractory metal, the electrical connection between the lead portion 15 and the electrode extraction fitting 18 can be obtained more reliably. It becomes like this.
[0062]
  The heating element 13 and the lead part14, 15 are formed of an inorganic conductive material or a refractory metal material. This inorganic conductive material is the same material as the above-described inorganic conductive material, and the refractory metal material is the above-described refractory metal or an alloy thereof. .
[0063]
According to the present invention, in the ceramic heater type glow plug 10 having the above-described structure, as shown in FIGS. 1 and 3, the ceramic heating element 11 is placed on the tip of the glow plug 10 with respect to the metal outer cylinder 21. It is held in a state of being extended to the side, that is, the tip side facing an engine combustion chamber (not shown), and its end end 11a, that is, the side opposite to the tip heat generating portion 11b and the end portion on the mounting bracket 22 side is the metal outer cylinder. It is characterized in that it is configured so as to be located in a portion near the tip on the opposite side to the mounting bracket 22 inside 21.
[0064]
Here, in this embodiment, a part of the ceramic heating element 11 described above is inserted into the distal end side of the metal outer cylinder 21, and the inserted portion is fixed while being kept airtight, for example, by silver brazing. At this time, the rear end portion of the ceramic heating element 11 is positioned and fixed so that the ceramic heating element 11 does not exist in the joint portion of the metal outer cylinder 21 to the mounting bracket 22 inside the metal outer cylinder 21. .
[0065]
The metal outer cylinder 21 is fixed while keeping hermeticity by press-fitting into the mounting hole 22b at the tip of the mounting bracket 22. In such a structure, since the rear end side portion of the metal outer cylinder 21 that does not hold the ceramic heating element 11 is press-fitted into the mounting hole 22b of the mounting bracket 22, the ceramic heating element 11 is excessively pressed during this press-fitting. No stress is applied.
[0066]
Therefore, with such a structure, there is no possibility of causing cracks in the ceramic heating element 11 which has been a problem in the past, and the length of protrusion of the ceramic heating element 11 from the tip of the mounting bracket 22 can be increased.
In addition, since the metal outer cylinder 21 holding the ceramic heating element 11 is press-fitted and joined to the mounting bracket 22 in this way, the heat effect caused by brazing as in the prior art is caused by the ceramic heating element 11 and the metal outer cylinder 21. It can be prevented that it reaches the joint part such as brazing between the two.
[0067]
  Further, in such a structure, the length of the ceramic heating element 11 can be shortened, so that the length of the glow plug 10 can be increased by increasing the length of the metal outer cylinder 21. Become. Therefore, for example, by changing the length of the ceramic heating element 11 to be a common part and changing the metal outer cylinder 21 and the mounting bracket 22, it is possible to cope with various types of glow plugs having different structures and types. Further, the removal of the electrode extraction fitting 18 from the ceramic heating element 11 is performed at the rearmost end 11a.More linesTherefore, the diameter of the extraction fitting 22 and the metal outer cylinder 21 can be reduced, and the glow plug can be reduced in diameter.
[0068]
Further, in the structure described above, when the metal outer cylinder 21 holding the ceramic heating element 11 is press-fitted into the mounting hole 22b of the mounting bracket 22, the metal outer cylinder 21 itself serves as a guide, and the press-fitting load is reduced. Easy to manage. Moreover, it is easy to ensure the concentricity of these members during the press-fitting, and the concentricity after press-fitting is improved. Further, even if the concentricity is deviated for some reason at the time of press-fitting, the deviation can be corrected relatively easily.
[0069]
Further, in the structure described above, the metal outer cylinder 21 is press-fitted into the mounting bracket 22, and the pull-out load as a fixing strength for fixing the metal outer cylinder 21 and the mounting bracket 22 is the same as that of the ceramic heating element 11 with respect to the mounting bracket 22. It is necessary to make the cores compatible with each other and to maintain airtightness between the inner peripheral surface of the mounting bracket 22 and the outer peripheral surface of the metal outer cylinder 21.
[0070]
Therefore, various changes were made in the press-fitting length and the press-fitting allowance, and the measurement of the unloading load and concentricity and the airtight test were performed. For the test sample, the inner diameter of the mounting bracket 22 is set to 4.5 mmφ, the outer diameter of the metal outer cylinder 21 is changed variously, and the press-fitting allowance is set within a range of 0.02 to 0.1 mm, and the press-fitting length is set. Table 1 shows the results of experiments conducted by setting eight types within a range of 5 to 40 mm and combining them.
[0071]
[Table 1]

[0072]
In addition, according to Table 1, it is understood that even if the press-fitting allowance is changed to 0.02 to 0.1 mm, there is no influence on the slip-out load, and it is governed almost exclusively by the press-fitting length. it can.
[0073]
All the test samples in which the press-fitting length was in the range of 7.5 to 30 mm and the press-fitting allowance was changed in the range of 0.02 to 0.1 mm were all determined to be acceptable in terms of the unloading load, concentricity, and airtightness test. In the test sample having a press-fitting length of 5 mm, the pull-out load and the concentricity are all determined to be rejected, and the airtight test is partially rejected.
Further, in the test sample having a press-fit length of 40 mm, the pull-out load and the airtight test were all determined to be acceptable, but the concentricity was determined to be unacceptable. Further, in the test sample having a press-fitting length of 40 mm, the buckling deformation of the metal outer cylinder occurs in all the samples.
[0074]
From this result, the outer diameter of the ceramic heating element 11 of the ceramic heater type glow plug 10 is about 3.5 mmφ, and the outer diameter of the metal outer cylinder 21 is almost restricted to 4.5 mmφ. It is desirable that the press-fitting length is 7.5 to 30 mm in order to satisfy the coreness and the airtight test, without causing buckling deformation and maintaining an appropriate press-fitting load.
[0075]
Here, FIG. 5 and FIG. 6 show the measurement method of the dimensional relationship of each part at the time of press-fitting described in Table 1 and the misalignment (concentricity).
That is, the ceramic heating element 11 is held on the tip end side (the lower end side in FIG. 5) of the metal outer cylinder 21 and fixed by, for example, brazing. In this state, the metal outer cylinder 21 is erected in a holding hole provided in the press-fitting jig 30, and the mounting hole 22 b of the mounting bracket 22 is fitted in this state. Then, by applying pressure to the mounting bracket 22 from above and press-fitting, both members are integrally coupled with each other with a required press-fitting length.
[0076]
6 shows a ceramic heater type glow plug 10 integrated by press-fitting according to FIG. 5 described above, placed on a measuring jig 31 and ceramics at a position of length l (for example, 50 mm) from the tip of the mounting bracket 22. The position of the heating element 11 is measured by the measuring device 32. By performing such measurement while rotating the glow plug 10, it is possible to measure the deviation of the concentricity.
[0077]
In FIG. 1 described above, the case where the metal outer cylinder 21 formed of a straight pipe is simply press-fitted with a predetermined press-fitting margin into the mounting hole 22b of the mounting bracket 22 is illustrated. It is not limited to this.
For example, as shown in FIGS. 2A and 2B, a large-diameter guide hole 41 is formed near the press-fitting side end of the mounting hole 22b of the mounting bracket 22, or the metal outer cylinder 21 is press-fitted. A small-diameter guide portion 42 may be formed in a portion near the side end portion. With this configuration, when the metal outer cylinder 21 is press-fitted into the mounting hole 22b of the mounting bracket 22, the metal outer cylinder 21 is press-fitted while being guided by the guide hole 41 or the guide portion 42 for press-fitting. Therefore, it is easy to press-fit the mounting bracket 22, and the concentricity of both members can be easily obtained.
[0078]
In this embodiment, as described above, in the electrode lead-out portion on the rear end side of the ceramic heating element 11, as shown in FIGS. 1, 3, and 4, one lead portion 15 in the ceramic heating element 11. A structure is employed in which the electrical connection between the electrode and the metal fitting 18 is made within the ceramic heating element 11 and one end of the electrode metallic fitting 18 is taken out from the rear end face of the ceramic heating element 11. By adopting such a structure, the rear end of the ceramic heating element 11 can be positioned inside the metal outer cylinder 21 as described above.
[0079]
That is, the ceramic heating element 11 is made of a metal outer surface by making the electrode extraction structure on the rear end side of the ceramic heating element 11 as shown in, for example, Japanese Patent Application No. 10-226936 previously proposed by the present applicant. The tube 21 can be fitted and held in the tip side portion. Therefore, unlike the conventional case where the ceramic heating element 11 is held through the metal outer cylinder 21, the ceramic heating element 11 is formed with a length that is attached only to the distal end side of the metal outer cylinder 21. be able to. As a result, the protruding length of the heat generating portion from the tip of the mounting bracket 22 can be increased, while the ceramic heating element 11 may be formed with a general length, and is excellent in versatility.
[0080]
According to such a structure, the length of the ceramic heating element 11 may be short by arranging and holding the ceramic heating element 11 only at the tip side portion of the metal outer cylinder 21, and It can be used in common for those having different protruding lengths of the heat generating portion. In addition, the portion of the metal outer cylinder 21 that does not hold the ceramic heating element 11 can be fixed to the mounting bracket 21 by press fitting, and the ceramic heating element 11 is not cracked. Further, since the metal outer cylinder 21 can be held and joined to the mounting bracket 22 by press-fitting, the concentricity of these can be ensured. Therefore, the ceramic heater glow plug 10 can be joined by press-fitting that can withstand practical use.
[0081]
The concentricity that is a feature of the present invention described above will be described with reference to FIGS.
FIG. 7A shows an embodiment according to the present invention, and FIG. 7B shows a conventional example.
Here, reference numeral 51 denotes a brazing portion that joins the ceramic heating element 11 to the metal

outer cylinder

21, and 52 denotes a brazing portion of a conventional example that joins the metal outer cylinder 21 to the mounting bracket 22.
[0082]
In the conventional example of FIG. 7B, there is a gap corresponding to the thickness of the brazed portion 52 between the outer diameter of the metal outer cylinder 21 and the inner diameter of the mounting bracket 22. The mounting bracket 22 may be inclined with respect to the axial direction, and concentricity cannot be ensured.
[0083]
On the other hand, in the embodiment of FIG. 7A, the outer diameter of the metal outer cylinder 21 and the inner diameter of the mounting bracket 22 are press-fitted so that there is no gap as in the conventional example described above. Therefore, the metal outer cylinder 21 is not inclined with respect to the axial direction of the mounting bracket 22, and the concentricity is improved as compared with the conventional example.
[0084]
Further, as apparent from FIG. 7A and FIG. 8 described above, according to the present invention, the protruding length of the ceramic heating element 11 from the front end of the mounting bracket 22 is set to the outside of the ceramic heating element 11 made of metal. It can be arbitrarily adjusted by the joining position to the cylinder 21, the press-fitting length of the metal outer cylinder 21 to the mounting bracket 22, and the press-fitting position. And according to such a structure, even if the length of the ceramic heating element 11 is the same, the protrusion length can be arbitrarily selected. Therefore, the length of the ceramic heating element 11 may be short, and it can be used as a common component in the glow plugs 10 having various structures and types.
[0085]
FIG. 9 shows the present invention.Reference technologyIndicates. That is, thisReference technologyThen, the ceramic heating element 11 is inserted into the metal outer cylinder 21, and these are joined and fixed by brazing such as silver brazing or copper brazing. Then, the metal outer cylinder 21 is press-fitted into the mounting bracket 22 and fixed while maintaining airtightness.Reference technologyThen, the ceramic heating element 11 in the metal outer cylinder 21 is press-fitted to the part located at the press-fitting part.
[0086]
When the press fitting is performed in this manner, the metal outer cylinder 21 is deformed and the inner peripheral surface of the metal outer cylinder 21 and the outer peripheral surface of the ceramic heating element 11 are in close contact with each other. Airtightness with the outer peripheral surface of the body 11 can be maintained. Further, the airtightness between the outer peripheral surface of the metal outer cylinder 21 and the inner peripheral surface of the mounting bracket 22 can be maintained by press-fitting.
[0087]
Here, the inner peripheral edge of the opening on the front end side of the mounting hole 22 b of the mounting bracket 22, the outer peripheral edge on the front end side of the press-fitted portion (rear end portion) of the metal outer cylinder 21, and the outer peripheral end on the rear end side of the ceramic heating element 11.

Tapered surfaces

61, 62, and 63 are formed. In this way, when the metal outer cylinder 21 in which the ceramic heating element 11 is located is press-fitted into the mounting hole 22b of the mounting bracket 22, the outer cylinder 21 is gently deformed, which is impossible for the ceramic heating element 11. Power is not applied.
[0088]
Therefore, the ceramic heating element 11 is not damaged by press fitting. Moreover, since the airtightness of each part can be maintained by press fitting as described above, the brazing between the metal outer cylinder 21 and the ceramic heating element 11 is not necessary to maintain the airtightness, so that the brazing is facilitated.
[0089]
FIG. 10 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, the ceramic heating element 11 is inserted into the metal outer cylinder 21, and the ceramic heating element 11 and the metal outer cylinder 21 are fixed by brazing, for example, silver brazing or copper brazing. A cylindrical member 70 made of a material that is easy to deform and is arranged so as to be in contact with the rear end face of the ceramic heating element 11.
[0090]
Then, the metal outer cylinder 21 is press-fitted into the mounting bracket 22 until the cylindrical member 70 is in the press-fitting position. If the

tapered surfaces

61 and 71 are formed at the opening of the mounting hole 22b of the mounting bracket 22 and the outer peripheral end of the cylindrical member 70, smooth press-fitting is possible.
[0091]
Even if such a configuration is adopted, not only an excessive force is not applied to the ceramic heating element 11 as in the above-described embodiment, but also airtightness of each part can be obtained, and the ceramic heating element 11 can be formed by press-fitting. A glow plug 10 that is not damaged can be obtained.
[0092]
In this embodiment, the metal outer cylinder 21 is deformed by being press-fitted into the mounting bracket 22, and the inner peripheral surface of the metal outer cylinder 21 and the outer peripheral surface of the columnar member 70 are in close contact with each other. Airtightness between the inner peripheral surface of the cylinder 21 and the outer peripheral surface of the columnar member 70 is maintained, and airtightness between the outer peripheral surface of the metal outer cylinder 21 and the inner peripheral surface of the mounting bracket 22 is maintained by press-fitting. Can do.
[0093]
  In joining the metal outer cylinder 21 to the mounting bracket 22,You may make it hold | maintain the fixation of the metal outer cylinder 21 and the attachment bracket 22, and the airtightness of each part using plastic processing, such as press-fit and caulking.
[0094]
FIG. 11 shows still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the press-fitting member 72 is press-fitted into a predetermined position inside the metal outer cylinder 21, the ceramic heating element 11 is inserted into the metal outer cylinder 21, and the ceramic heating element 11 is placed behind the ceramic heating element 11 with a predetermined load. The outer cylinder 21 and the ceramic heating element 11 are brazed while the tapered surface 72b formed at the end is brought into contact with the tapered surface 72a of the press-fitting member 72 having the same angle.
[0095]
Thereafter, the metal outer cylinder 21 is press-fitted into the mounting bracket 22. Thus, the metal outer cylinder 21 and the mounting bracket 22 are fixed, and the metal outer cylinder 21 and the mounting bracket 22 are kept airtight. Further, the press-fitting surfaces of the press-fitting member 72 and the outer cylinder 21 and the press-fitting member 72 and the tapered surface 72b of the ceramic heating element 11 can be held with airtightness.
[0096]
  In this embodiment, as described above,Combined with plastic working such as press fitting and caulkingAs a result, the metal outer cylinder 21 and the mounting bracket 22 are fixed and hermetically maintained.Also good.
[0097]
According to such a structure, since it is not necessary to provide a function of maintaining airtightness in the joint portion by brazing or the like between the ceramic heating element 11 and the metal outer cylinder 21, it is difficult to adopt the conventional technique. Thus, bonding by copper brazing, Ti brazing and the like can be performed, and a bonding method that performs mechanical bonding at a higher temperature can be widely adopted. Further, in some cases, a joining method such as shrink fitting can be employed.
[0098]
Note that the present invention is not limited to the structure described in the above-described embodiment, and it goes without saying that the shape and structure of each part can be appropriately modified and changed.
For example, in the above-described embodiment, the case where the ceramic heating element 11, the metal outer cylinder 21, and the mounting hole 22b of the mounting bracket 22 are formed so as to have a circular cross section has been described, but the present invention is not limited thereto. Instead, the cross section may be oval or square.
[0099]
  In the embodiment described above, an example in which the metal outer cylinder 21 holding the ceramic heating element 11 and the mounting bracket 22 are joined by press fitting is mainly used.As stated, plastic working such as press fitting and caulkingMay be used in combination. In the above-described embodiment, the example in which the tapered surfaces are formed at appropriate positions of the ceramic heating element 11, the metal outer cylinder 21, and the mounting bracket 22 has been described. You may make it perform a chamfering process of a shape suitably.
[0100]
【Example】
In order to confirm the effect of the structure of the present invention, the experiment result described above was conducted separately from the press-fit confirmation experiment described in Table 1, and will be described below.
(Confirmation experiment 1)
In a silicon nitride ball and a silicon nitride pot, 90% by weight of Si3N4, 5% by weight of Al2O3 and 5% by weight of Y2O3 are mixed in ethanol to a solid concentration of 40% by weight and a binder is added. After mixing and pulverizing for 24 hours, the mixture is dried with a spray dryer to obtain granules of about 100 μm.
This granule was press-molded with the heating element 13 inserted, and after degreasing, it was sintered by holding at 1800 ° C. for 1 hour with a hot press and then subjected to cylindrical grinding, and the diameter was 3.5 mmφ. A ceramic heating element 11 having a length of 40 mm is obtained.
[0101]
The ceramic heating element 11 is partially plated with Ni and brazed with a metal outer cylinder 21 (outer diameter 4.5 mmφ) to integrate the ceramic heating element 11 and the metal outer cylinder 21. Thus, a ceramic heater assembly is obtained.
The ceramic heater assembly and the mounting bracket 22 having an inner diameter of 4.47 mmφ are press-fitted under a condition that the press-fitting length is 15 mm, thereby integrally connecting them.
[0102]
The ceramic heater type glow plug 10 obtained in this way has a capacity of 6 kgf / cm in an airtight test.²Even when bubbles were observed in water at a pressure of, no leakage occurred.
Further, the press-fitting load at this time was 130 kgf, and the pull-out load (load required to pull out the ceramic heating element 11 in the direction opposite to the press-fitting direction) was 134 kgf. Further, the concentricity at this time was 0.02.
[0103]
As a comparative example, joining by brazing, which is a conventional method, was performed. In this case, the pull-out strength was 140 kgf, but the concentricity was 0.15, which was confirmed to be larger than that obtained by the press-fitting method.
[0104]
(Confirmation experiment 2)
An inner diameter machining of the mounting hole 22b on the mounting bracket 22 side was made into a two-stage shape, and a structure having a function of a guide at the time of press fitting was tried. With this structure, it is confirmed that the concentricity at the time of press-fitting is further improved, and the concentricity is improved from 0.02 to 0.01 with the same press-fitting length of 15 mm as in Example 1 described above. .
Further, by adopting such a structure, when the mounting bracket 22 is electrogalvanized, the plating adhesion to the inner diameter press-fitting portion of the mounting hole 22b on the mounting bracket 22 side is reduced, and the process capability for press-fit quality is improved.
[0105]
(Confirmation experiment 3)
In order to confirm the effect of the structure according to the present invention, a press-fitting experiment was performed with the structure of the present invention and the structure that has been generally studied in the same press-fitting specifications, and the results were compared. Here, the outer diameter of the metal outer cylinder 21 was 4.5 mmφ, the inner diameter of the mounting bracket 22 was 4.47 mmφ, and the press-fitting length was 15 mm.
[0106]
The press-fit loads were 135 Kgf for the structure according to the present invention and 150 Kgf for the conventional structure, and the pull-out strengths were 141 Kgf and 153 Kgf, respectively.
In both the airtight test and the X-ray transmission observation, no problem was observed. However, as a result of the cutting inspection, the ceramic heating element 11 in the press-fitted portion was cracked in the conventional method. Observed.
[0107]
【The invention's effect】
  As described above, according to the ceramic heater type glow plug according to the present invention, since the ceramic heating element is inserted only in a part of the metal outer cylinder, the length of the tip of the glow plug is short. A ceramic heating element can be used, and the cost of the glow plug can be reduced. In addition, according to the present invention, when using such a short ceramic heating element and dealing with various lengths of glow plugs, the length of the ceramic heating element is made constant, and only the length of the metal outer cylinder is set. Respond by changingbe able toIt is economical.
[0108]
Further, according to the present invention, the metal outer cylinder is fixed in an airtight state by press-fitting into the mounting bracket, so that the heat influence during heat treatment of the mounting bracket and the ceramic heating element and the metal outer cylinder This eliminates the need for brazing and improves productivity. According to the present invention as described above, since the brazing between the metal outer cylinder and the mounting bracket is unnecessary, there is an advantage that productivity can be improved and cost can be reduced.
[0109]
In addition, according to the present invention, the concentricity between the ceramic heating element and the mounting bracket is improved, so that it is easy to cope with the reduction in the diameter and the length of the heater portion in the glow plug.
[0111]
Further, according to the present invention, the ceramic heater type glow plug can be safely subjected to the press-fitting method, and the concentricity can be remarkably improved in the mounting to the mounting bracket, and the protrusion length from the mounting bracket Even if the structure having a longer length is adopted, it is possible to avoid a situation where the ceramic heating element portion is damaged as a result of the interference with the cylinder head of the engine.
Therefore, even in a direct injection type multi-valve type diesel engine, it is possible to employ a ceramic heater type glow plug, and it is possible to easily take measures against exhaust gas.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a main part structure of an embodiment of a ceramic heater type glow plug according to the present invention.
FIGS. 2A and 2B are views showing a modification of the ceramic heater type glow plug according to the present invention.
FIG. 3 is an overall sectional view showing one embodiment of a ceramic heater type glow plug and a method for manufacturing the same according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a ceramic heater in a ceramic heater type glow plug according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a dimensional relationship of each part at the time of press-fitting a metal outer cylinder and a mounting bracket in a ceramic heater type glow plug.
FIG. 6 is a view for explaining a method of measuring misalignment of a ceramic heating element (ceramic heater) with respect to the center line of the mounting bracket.
7A is a cross-sectional view of a main part showing a main part structure of a ceramic heater type glow plug according to the present invention, and FIG. 7B is a main part for explaining a misalignment state of a conventional ceramic heater type glow plug. It is sectional drawing.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part for explaining an example in which the protruding length is changed in the ceramic heater type glow plug according to the present invention.
FIG. 9 shows the present invention.Cross section showing reference technologyIt is.
FIG. 10 is a cross-sectional view of an essential part showing another embodiment of a ceramic heater type glow plug according to the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part showing still another embodiment of a ceramic heater type glow plug according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Ceramic heater type glow plug, 11 ... Ceramic heater, 11a ... Rear end surface, 12 ... Ceramic insulator, 13 ... Heat generating body, 13a, 13b ... End part, 14, 15 ... Lead part, 14a, 15a ... One end, 14b , 15b ... connection end, 17 ... cylindrical ceramic molded body or sintered body, 18 ... electrode extraction fitting, 18a ... connection end, 18b ... connection end, 21 ... metal outer cylinder, 22 ... mounting bracket, 22a ... screw part , 22b ... mounting hole, 24 ... external connection terminal, 24a ... connection end, 25 ... insulating bush, 28 ... brazing material, 30 ... press-fitting jig, 31 ... measuring jig, 41 ... guide hole, 42 ... guide part, DESCRIPTION OF SYMBOLS 51 ... Brazing part, 61, 62, 63 ... Tapered surface, 70 ... Cylindrical member, 71 ... Tapered surface, 72 ... Press-fit member, 72a, 72b ... Tapered surface.

Claims

A ceramic heater comprising a ceramic heating element in which a heating element made of an inorganic conductive material or a refractory metal material is embedded in ceramics, a metal outer cylinder holding the ceramic heating element, and a mounting bracket for holding the metal outer cylinder In the type glow plug, the rear end of the ceramic heating element on the side of the mounting bracket is positioned in the metal outer cylinder, and the outer periphery of the rear end side portion of the metal outer cylinder where the ceramic heating element is not positioned inside A ceramic heater type glow plug characterized in that the portion is press-fitted and fixed in the mounting hole of the mounting bracket .

In the ceramic heater type glow plug according to claim 1,
A ceramic heater glow plug characterized in that a guide for the press-fitting is formed in at least one of a rear end side outer peripheral portion of the metal outer cylinder and an attachment hole of the attachment fitting .

In the ceramic heater type glow plug according to claim 1 or 2,
A ceramic heater type glow plug characterized in that the press-fitting length of the metal outer cylinder into the mounting hole of the mounting bracket is set to at least 2 to 10 times the diameter of the ceramic heating element .