JPH031014A - 自己制御型セラミックグロープラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、主としてディーゼルエンジンに装着され始動
時に副燃焼室等を予熱する急速加熱型の自己制御型セラ
ミックグロープラグに関するものである。

（従来の技術） 一般にディーゼルエンジンは低温時における始動性が悪
いために、エンジンヘッドに設けた副燃焼室等にグロー
プラグを装着して、これに通電して赤熱させ室内に噴射
される燃料の一部を燃焼させて予熱する方法がとられて
おり、始動時に急速な昇温特性をもつことが要求される
とともに、始動後においても燃焼安定化のためのアフタ
ーグローとして長時間使用される傾向となっており、そ
の耐久性の向上が益々要望されてきている。

この目的に応する急速加熱型グロープラグとして、高融
点金属の線材からなる発熱線をセラミック粉体中に埋設
し焼結してなるセラミックヒータを発熱体として用い、
更に急速昇温時における発熱線の溶断あるいは熱衝撃に
よるセラミック割れの発生等を防止するため、発熱線に
、該発熱線よりも大きい正の抵抗温度係数をもつ線材を
用いた抵抗体を直列に接続し、通電昇温時における発熱
体の加熱電流を制御するようにした自己制御型セラミッ
クグーロープラグが知られている。

第３図は、従来の自己制御型セラミックグーロープラグ
の一例の縦断面図で、発熱体となるセラミックヒータ１
は抵抗温度係数の小さい線材からなる発熱コイル２をセ
ラミック焼結体３中に埋設してなり、金属外筒４の内腔
にろう接されるとともに、これに発熱コイル２に接続さ
れたリード線５ａの一端が電気的に接続され、金属外筒
４は取付金具６の先端部内腔にろう接されてなり、一方
発熱コイル２に接続されたリード線５ｂの一端はセラミ
ックヒータ１の後端部に冠着された金属キャップ７を介
して、発熱コイル２より大きな正の抵抗温度係数を有す
る線材からなる抵抗コイル８に電気的に接続され、抵抗
コイル８の他端は端子ねじを有する金属端子軸９に接続
されており、そして取付金具６の後端開口部に絶縁ブツ
シュ１０を介在させて金属端子軸９を固定ナツト１１で
締付けて固定して構成されている。

第４図は、従来の自己制御型セラミックグーロープラグ
の他の一例の縦断面図で、上記第３図と同一部分は同一
符号にて示し説明を省く。同図において、発熱体となる
セラミックヒータＩ２は先端部にＵ字形状に折り返され
た発熱コイル１３の両端に、該発熱コイル１３よりも大
きな正の抵抗温度係数を有する線材からなる抵抗コイル
１４ａ及び１４ｂが接続され、これら抵抗コイルにはそ
れぞれリード線１５ａ及び１５ｂが接続され、これらを
セラミック焼結体１６中に埋設してなり、抵抗コイル１
５ａの他端は金属外筒４に電気的に接続され、抵抗コイ
ル１５ｂの他端はリード線１７を介して金属端子軸９に
接続され、該金属端子軸９及び金属外筒４を前記第３図
の場合と同様に取付金具６の内腔に固定して構成されて
いる。

（発明が解決しようとする課題） 前記の第３図に示す如き抵抗コイルがセラミックヒータ
の外に設けられているプラグでは抵抗コイルにて消費さ
れる電力はヒータの発熱には殆ど有効に利用されない。

また、第４図に示す如く抵抗コイルをヒータの内部に埋
設した構造のものは、発熱コイルと抵抗コイルとの接続
が極めて面倒であり、また、セラミック焼結体の十分な
強度が得られないという難点がある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記の如き課題を解決するためになされたも
のであり、窒化珪素を主成分とする電気絶縁性セラミッ
ク基体中に通電により発熱する導電性セラミックスより
なる発熱ヒータと、該発熱ヒータを形成する導電性セラ
ミックスよりも抵抗値の大きな導電性セラミックスより
なる抵抗ヒータとが、それぞれ先端部をＵ字形状に折り
返して形成され、抵抗ヒータの先端部が発熱ヒータの先
端部より後方に位置させて並列に埋設されるとともに、
これらヒータが端部において電気的に並列に接続されて
なるセラミックヒータを有する自己制御型セラミックグ
ロープラグを提供するものである。

発熱ヒータ及び抵抗ヒータに使用する導電性セラミック
スとしては、Ｔｉ−Ｚｒｓ　Ｈｆｓ　Ｌａ、■、Ｎｂ。

Ｔａ、　Ｃｒ、　ＭＯ％　Ｗ等の窒化物及び炭化物、こ
れらの窒化物または炭化物、あるいはこれらと窒化珪素
（ＳｉＪ４）との混合物からなり、抵抗値の調節には混
合物における混合割合、またはヒータの膜厚あるいは径
方向の幅等のヒータ形状を変更して行う。

なお、発熱ヒータと抵抗ヒータとは、それぞれ複数で構
成されてもよく、その場合は抵抗ヒータが発熱ヒータよ
りも表面側に位置するよう配置する。

（作用） 上記構造を有するセラミックヒータにおいて、弄温時及
び定格電圧印加時には、主にセラミックヒータ中の発熱
ヒータ近傍（発熱ヒータの埋設部分である先端部分）で
赤熱する。これに対し、飽和時及び過電圧印加時（ダイ
ナモが作動したとき）には、セラミックヒータの先端よ
り抵抗ヒータ付近までの全体が赤熱する。第５図は電圧
と抵抗値の関係を示したもので、発熱ヒータ単体あるい
は抵抗ヒータ単体のそれぞれ抵抗値及びその変化に対し
、本発明の抵抗値は略定格電圧（１０，５Ｖまたは２２
．５Ｖ）を境にして増大する。従って、セラミックヒー
タの温度分布は第６図のように、特に発熱ヒータ単体の
一材ヒータに比べて略定格電圧を境にして第５図の抵抗
値の増加により飽和温度及びアフターグローの過電圧印
加時には温度力ｌ色和し過昇温を防止することができる
。

（実施例） 第１図において、（ａ）は本発明による実施例の自己制
御型セラミックグロープラグの全体縦断面図であり、従
来例の第４図と同一部分は同一符号を付し説明は省く。

（′ｂ）は（ａ）における要部の一部切断した断面図、
（Ｃ）及び（ｄｌはそれぞれｆｂ）におけるＡ−入線及
びＢ　−Ｂ　ＮＩＡに沿って切截した断面図であり、（
ｅ）〜（ｈ）はそれぞれ（ｂ）におけるＣ−Ｃ線、Ｄ−
Ｄ線、Ｅ−Ｅ線、Ｆ−Ｆ線に沿って切截したセラミック
ヒータの断面図である。これらの図において、２０はセ
ラミックヒータであり、２１は窒化珪素（ＳｈＮｔ）を
主体とする絶縁性セラミック基体であり、この内部に通
電により発熱する導電性セラミックスからなる発熱ヒー
タ２２と抵抗ヒータ２３とが、それぞれ（１３１〜（ｈ
）の断面図により理解されるように発熱ヒータ２２の先
端部より後方に抵抗ヒータ２３の先端部が位置するよう
にして並列に配置されている。そして発熱ヒータ２２及
び抵抗ヒータ２３の各端末はセラミック基体２１の表面
に裸出され、負電極となる金属外筒４及び正電極となる
金属端子板１８にろう接され発熱ヒータ２２と抵抗ヒー
タ２３とが電気的に並列に接続される。

発熱ヒータ２２及び抵抗ヒータ２３は共にＴｘ、Ｚｒｘ
ｔｌｆ、Ｌａ、Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｃｒ、　Ｍｏ、
　Ｗ等の窒化物および炭化物、これらの窒化物または炭
化物、あるいはこれらと窒化珪素（ＳｉＪ４）との混合
物からなる導電性セラミックスにより形成されており、
例えば、ＷＣと（ＳｉＪ＊）　との混合物とし、この両
者の配合比またはヒータの膜厚あるいは径方向の幅等の
ヒータ形状により抵抗値の調節を行って抵抗ヒータ２３
の抵抗値が発熱ヒータ２２のそれらよりも大きくなるよ
う調節される。このようにして構成されたセラミックヒ
ータ２０は第１図（ａ）に示す如く取付金具６の内腔に
取付けられる。

上記の如きセラミックヒータの特性は前記第５図及び第
６図の如くなる。

因みに、セラミックヒータ２０の製造方法の概要を述べ
ると、第２図に示す如くドクターブレード法により成形
されたセラミックシート３０及び３１にそれぞれ前記導
電性セラミックスを塗布して発熱ヒータ２２及び抵抗ヒ
ータ２３を形成し、これらのセラミックシート３０及び
３１をセラミックシート３２及び３３と重ね合わせてプ
レスして一体化させ、これを更に１６００℃程度の温度
でホットプレス焼成してのち切削加工により所要の形状
に仕上げて得られる。

なお、発熱ヒータと抵抗ヒータとは、それぞれ複数で構
成してもよく、その場合は発熱ヒータをＡ１抵抗ヒータ
をＢとしたとき、例えば、ＢＡＢ、ＢＡＡＢのように抵
抗ヒータＢが発熱ヒータＡよりも表面側に位置するよう
に配置する。また、発熱ヒータと抵抗ヒータのＵ字形状
の先端部分を接続側部分に比べて径方向の断面積を小さ
くし、昇温特性を向上させてもよい。更には抵抗ヒータ
は抵抗値だけでなく抵抗温度係数をも発熱ヒータより大
きくし昇温特性を向上させてもよい。

（発明の効果） 本発明のセラミックグロープラグでは、発熱ヒータと共
に抵抗値の大きい抵抗ヒータもセラミックヒータ内に配
置されているので、プラグに供給される電力が全て発熱
部で消費されるので電力を有効に利用でき省電力化がで
きる。また、発熱ヒータと抵抗ヒータとの接続が直列配
置の場合と異なり各端末部で金属外筒及び金属端子板に
同時にろう接してなさるので接続が容易になるとともに
セラミックヒータ自身の強度が大となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の自己制御型セラミックグロープラグ
の実施例の、（ａｌは全体縦断面図、（ｂ）は要部の一
部切断断面図、（Ｃ）及び（ｄ）はそれぞれ（ｂ）にお
けるＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿って切截した断面図、（
ｅ）　〜（ｈ）はそれぞれ（ｂｌにおけるＣ−Ｃ線、Ｄ
−り線、Ｅ−ＦＪ、Ｆ−Ｆ線に沿って切截したセラミッ
クヒータの断面図、第２図は上記実施例におけるセラミ
ックヒータの製造を説明するための分解図、第３図及び
第４図は自己制御型セラミックグロープラグの従来例の
縦断面図、第５図は本発明によるプラグの発熱ヒータ及
び抵抗ヒータの抵抗値並びにこれらの合成値の電圧特性
図、第６図は同じくセラミックヒータの温度の電圧特性
図である。 ２１：セラミック基体、２２：発熱ヒータ、２３：抵抗
ヒータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、窒化珪素を主成分とする絶縁性セラミック基体中に
   通電により発熱する導電性セラミックスよりなる発熱ヒ
   ータと、該発熱ヒータを形成する導電性セラミックスよ
   りも抵抗値の大きな導電性セラミックスよりなる抵抗ヒ
   ータとが、それぞれ先端部をＵ字形状に折り返して形成
   され、抵抗ヒータの先端部が発熱ヒータの先端部より後
   方に位置させて並列に埋設されるとともに、これらヒー
   タが端部において電気的に並列に接続されてなるセラミ
   ックヒータを有することを特徴とする自己制御型セラミ
   ックグロープラグ。