JP5612208B2 - セラミックスヒータ型グロープラグ - Google Patents
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Description
なお、それぞれの図中において同じ符号が付されているものは、特に説明がない限り同一の構成要素を示しており、適宜説明が省略されている。
1.グロープラグの基本的構成
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかるディーゼルエンジン用グロープラグ10の断面図である。
図1に示すグロープラグ10は、セラミックスヒータアセンブリ20を備えたセラミックスヒータ型グロープラグとして構成されている。セラミックスヒータアセンブリ20は、セラミックスヒータ21と、電極取出金具23と、電極取出ロッド27と、金属製外筒(シース)25等を主な構成要素として備えている。
図2(a)〜(e)は、グロープラグ10に備えられるセラミックスヒータアセンブリ20の製造工程を示している。なお、図2(a)〜(e)についての説明中、「先端側」は図の右側を指し、「後端側」は図の左側を指している。
次に、本実施の形態にかかるグロープラグ10において、金属製外筒25内に封入される絶縁体混合粉末29について説明する。
絶縁体混合粉末29は、電極取出ロッド27と電極取出金具23、及び、電極取出金具23とセラミックスヒータ21を強固に固定するとともに、金属製外筒25と電極取出ロッド27及び電極取出金具23との電気絶縁性を確保する機能を有している。また、絶縁体混合粉末29は、セラミックスヒータ21の動作時において、大電流が電極取出金具23に流れるときに発生する熱を金属製外筒25及びハウジング11に伝導させ散逸させる機能を有している。
以上説明した本実施の形態にかかるグロープラグ10は、金属製外筒25内に封入される絶縁体粉末として、耐熱絶縁体粒子29aと潤滑性向上材29bとを混合した絶縁体混合粉末29を用いることとしている。そのため、製造時においてスエージング加工を施した際に、金属製外筒25が細径化されて金属製外筒25の内部に応力が負荷された場合であっても、耐熱絶縁体粒子29a間のすべりが生じることで金属製外筒25内の偏加重分布を緩和して、電極取出金具23とセラミックスヒータ21の後端部との接続部30に伝播される応力を緩和させることができる。この効果は、スエージング加工時にかかわらず、金属製外筒25内に応力が負荷されるような金属製外筒25の変形が生じた場合にも得ることができる。したがって、セラミックスヒータ21及び電極取出金具23の破損を低減することができる。
以上説明した本実施の形態にかかるグロープラグ10は、本発明の一態様を示すものであってこの発明を限定するものではなく、それぞれの実施の形態は本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。本実施の形態にかかるグロープラグ10は、例えば、以下のように変更することができる。
絶縁体混合粉末の総重量を100重量%として、六方晶系窒化ホウ素の混合量がそれぞれ0重量%、5重量%、10重量%、13重量%、15重量%である絶縁体混合粉末を作製し、絶縁体混合粉末のタッピング密度(g/ccm)を測定した。
タッピング密度は、メスシリンダー内に絶縁体混合粉末を10ccm投入するとともに、手作業にて180回タッピングした後の体積を測定した。
図5に示すように、表1に示すマグネシア及び六方晶系窒化ホウ素を用いた場合には、六方晶系窒化ホウ素の混合量が約10重量%のときにタッピング密度が最大となった。したがって、六方晶系窒化ホウ素の混合量を約10重量%とした場合には、スエージング加工を施すことによって、電極取出金具、電極取出ロッド、及びそれらの接続部をより強固に保持できることが理解できる。
次に、上述のとおりに作製した絶縁体混合粉末のうち、六方晶系窒化ホウ素の混合量が0重量%、10重量%、15重量%の絶縁体混合粉末を用いて、図2(a)〜(e)に示す手順に沿ってセラミックスヒータアセンブリを作製した。すなわち、金属製外筒25内の全体にわたって同じ絶縁体混合粉末29を封入したセラミックスヒータアセンブリを作製した。六方晶系窒化ホウ素の混合量が異なる絶縁体混合粉末ごとに3つのセラミックスヒータアセンブリを作製した。
図7に示すように、六方晶系窒化ホウ素の混合量が0重量%であるマグネシアのみの絶縁体粉末を用いた場合には高い抵抗値が検出される一方、六方晶系窒化ホウ素を混合した絶縁体混合粉末を用いた場合には抵抗値が低く安定しており、抵抗値を維持できることが確認された。
次に、作製したセラミックスヒータアセンブリのうち、六方晶系窒化ホウ素の混合量ごとに1個のセラミックスヒータアセンブリを抜き出し、それぞれのセラミックスヒータアセンブリに通電した時のセラミックスヒータの表面温度を測定した。表面温度は、セラミックスヒータの先端から1mmごとに、放射温度計を用いて測定した。図8に測定結果を示す。
図8に示すように、六方晶系窒化ホウ素を混合した場合であっても、セラミックスヒータの表面温度にはほとんど影響がなかった。
次に、作製したセラミックスヒータアセンブリのうち、六方晶系窒化ホウ素の混合量ごとに1個のセラミックスヒータアセンブリを抜き出し、それぞれのセラミックスヒータアセンブリに通電して、先端から2mmの位置の温度が1,100℃、1,200℃、1,300℃それぞれのときのセラミックスヒータの消費電力を測定した。図9に測定結果を示す。
図9に示すように、六方晶系窒化ホウ素を混合した場合であっても、セラミックスヒータの消費電力が増大することはなく、六方晶系窒化ホウ素の混合量が多いほど、同じ温度であっても消費電力が小さくなる傾向が見られた。
表1に示すように、用いた六方晶系窒化ホウ素の大気中における耐熱温度はマグネシアと比較して低くなっているものの、グロープラグの使用時においても金属製外筒25内は500℃以上になる場合が無いことが確認されているため、耐熱性は確保される。
また、六方晶系窒化ホウ素の熱伝導率はマグネシアに比べても高い値を示しており、六方晶系窒化ホウ素を混合した絶縁体混合粉末29を用いてグロープラグを製造した場合には、マグネシアのみを充填した場合よりも高い熱伝導率を示すことが理解できる。
また、六方晶系窒化ホウ素の比誘電率はマグネシアに比べて小さい値を示しており、六方晶系窒化ホウ素を混合した絶縁体混合粉末29を用いてグロープラグを製造した場合には、マグネシアを充填した場合よりも電気絶縁性に優れていることが理解できる。
Claims (5)
- セラミックスヒータと、前記セラミックスヒータが一端側に保持されるとともに、他端側がハウジングの内部孔に挿入されて固定された金属製外筒と、前記金属製外筒内で前記セラミックスヒータの一方の電極に接続された電極取出部材と、を備え、
前記金属製外筒内に封止材として耐熱絶縁体粒子を封入したセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、
少なくとも前記一方の電極と前記電極取出部材との接続部の周囲に、前記耐熱絶縁体粒子間の潤滑性を向上させるための潤滑性向上材を混合した絶縁体混合粉末を充填し、前記潤滑性向上材の平均粒径が前記耐熱絶縁体粒子の平均粒径よりも小さいことを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグ。 - セラミックスヒータと、前記セラミックスヒータが一端側に保持されるとともに、他端側がハウジングの内部孔に挿入されて固定された金属製外筒と、前記金属製外筒内で前記セラミックスヒータの一方の電極に接続された電極取出部材と、を備え、
前記金属製外筒内に封止材として耐熱絶縁体粒子を封入したセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、
少なくとも前記一方の電極と前記電極取出部材との接続部の周囲に、前記耐熱絶縁体粒子間の潤滑性を向上させるための潤滑性向上材を混合した絶縁体混合粉末を充填し、前記絶縁体混合粉末のタッピング密度が、前記耐熱絶縁体粒子のタッピング密度よりも大きくなるように、前記耐熱絶縁体粒子と前記潤滑性向上材との混合比率を決定することを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグ。 - 前記潤滑性向上材の熱伝導率が前記耐熱絶縁体粒子の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
- 前記耐熱絶縁体粒子がマグネシア(MgO)であり、前記潤滑性向上材が六方晶系窒化ホウ素(h−BN)であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
- 前記金属製外筒内の全体に前記絶縁体混合粉末を封入することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
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