JPH0432615A - ディーゼルエンジン用グロープラグ - 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〕 本発明はディーゼルエンジンの副燃焼室または燃焼室内
の予熱に使用するグロープラグに関し特に速熱型の機能
を有し、かつ長時間のアフターグロー化を達成し得る自
己飽和性を有するセラミックヒータを備えたディーゼル
エンジン用グロープラグの改良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の始動性が悪いため
、副燃焼室または燃焼室内にグロープラグを設置し２通
電発熱により、吸気温度の上昇または着火源用として、
エンジンの始動性を向上させる方法を採用している。こ
の種のグロープラグとしては、従来金属製シース内に耐
熱絶縁粉末を充填し、鉄クロム、ニッケル等からなるコ
イル状発熱線を埋設した。いわゆるシース型と称するも
のが一般的である。またそれ以外にも特開昭５７４１５
２３号公報等に示されるように、タングステン等による
発熱線を、絶縁性を有する窒化ケイ素等のセラミック材
中に埋設した棒状ヒータを使用したセラミックヒータ型
も知られている。このようなセラミックヒータ型は、耐
熱絶縁粉末およびシースを介して間接加熱するシース型
に比べ、熱伝達効率を向上させ得ると共に１発熱特性の
面でも優れ、加熱時に短時間で赤熱して温度立ち上り特
性を大幅に向上させ、速熱型の性能を有するため近年盛
んに採用されるようになっている。

しかしながら、上記セラミックヒータ型のグロープラグ
は９例えば窒化ケイ素のような絶縁性セラミック材の内
部に、タングステン等の金属製発熱線を埋設した構造で
あり、しかもこれら両部材間の熱膨張率が異なるため、
特に発熱時における急激な温度上昇とその繰り返し使用
とが、セラミックヒータの耐久性を減するおそれがある
。従って耐熱強度等の信転性の面で問題があり、さらに
コスト高を招くという欠点があった。

上記問題点を解消するものとして３発熱線を絶縁性セラ
ミック材と略同等の熱膨張率を有する導電性セラミック
材で形成したセラミックヒータ構造が１例えば特開昭６
０−９０８５号公報や、同６０１４７８４号公報等によ
り提案されている。しかしいずれもグロープラグとして
使用するには、構造上および機能面からも未だ問題があ
り、実用化するには至っていない。

すなわち速熱型としての機能が不充分、成形加工が煩雑
、電極の取出し構造が複雑、アフターグロー時間の長時
間化が困難等の問題点がある。

上記の問題点を解決するために９本出願人はＵ字状に形
成した導電性セラミック材からなるセラミックヒータを
中空状ホルダ内に接合保持したディーゼルエンジン用グ
ロープラグについての発明をすでに出願している（特願
昭６０−２９９３３８号、同６０−２９９３３９号、同
６１−２５６３５４号、同６１−２５６３５５号同６２
−１３３６８２号、同６２−１３４０４０号、実願昭６
２８１６５１号等）。

第１図は上記ディーゼルエンジン用グロープラグの例を
示す要部縦断面図、第２図は第１図におけるＡ−Ａ線要
部断面図である。両図において全体を符号１０で示すグ
ロープラグの概略構成を説明する。グロープラグ１０は
、先端側が発熱体として機能する棒状のセラミックヒー
タ１１と、このセラミックヒータ１１を先端において保
持する略管状を呈する例えばステンレス鋼等の金属製の
ホルダ１２を有する。ホルダ１２の外周にはねし部１２
ａを形成し、エンジンのシリンダヘッド側のねし穴（図
示せず）と螺合し、セラミックヒータ１１の先端を燃焼
室若しくは副燃焼室内に突出させた状態で保持する。ホ
ルダ１２の後端部には外部接続端子（図示せず）を設け
ると共に、これらの端子と前記セラミンクヒータ１１を
構成するリード部２１．２２とは２例えばフレキシブル
ワイヤ等の金属導線１６．１７およびターミナルキャン
プ２８．２９を介して接続する。なお、この場合リード
部２１，２２０後端にはターミナルキャップ２８．２９
を固着するため、この後端部の外径寸法をリード部２１
．２２の他の部分の外径寸法より小に形成すると、ター
ミナルキャップ２８．２９がホルダ１２の内面と接触す
ることによる電気的短絡事故を回避するために好ましい
。

セラミックヒータ１１は２例えば導電性サイアロン粉末
を熱可塑性樹脂等と混練し、所定のキャビティを有する
金型中に射出成形し、この成形体を焼成して形成するか
、若しくは予め棒状に成形した素材を放電加工や研削加
工によって所定の形状に成形することができる。そして
発熱部２０　＋、より一ド部２１．２２よりも肉厚が薄
くなるよう小径に形成すると共に、セラミックヒータ１
１の中央部には９発熱部２０からリート′部２１．２２
間にかけて長手方向にスリント２５を形成する。なおセ
ラミックヒータ１１はスラント２５内に絶縁シート２４
を介装し、リード部２１．２２の外周に絶縁層２３を被
着させ更にその外方に接合層（図示せず）を設けた状態
でホルダ１２内に嵌着する。次に２６は接合層であり、
リード部２１２２と絶縁シート２４との間に介在させて
１両者を一体に接合する。なお絶縁層２３およびその外
方に設ける接合層は７セラミツクヒータ１１とホルダ１
２との間の電気的絶縁を確保すると共にエンジン内の燃
焼圧の外部漏洩を防止するための気密性を確保する必要
があるため、絶縁層２３を形成する材料としては９例え
ば軟化点が７００℃以上の非晶質ガラスを１接合層を形
成する材料としては例えば銀パラジウムろうを使用する
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の発明および考案により、従来技術に存在する問題
点を解決することができたが、その後の実験、研究によ
り若干の問題点があることが解明された。すなわち絶縁
層２３の膜厚減少により絶縁耐圧が低下し、漏電すると
いう事故が経験された。

第３図は第２図におけるＢ部を拡大して模式的に示す図
であり、同一部分は前記第１図および第２図と同一の参
照符号で示す。第３図において３０は酸化膜であり、リ
ード部２１　（図示省略したリード部２２も同様）と絶
縁シート２４とを接合層２６を介して一体に接合した後
１表面に絶縁層２３を被着する前に、この絶縁層２３の
被着を確実にする目的で行なう酸化処理によって形成さ
れる。３１は接合層であり、前記第１図に示すホルダ１
２との接合を確実にするために、絶縁層２３の外方に設
けである。

上記構成になるセラミックヒータ１１の酸化膜３０を形
成する酸化処理時において、第３図に示すように接合層
２６の外周部にフクレ３２が発生する。これは接合層２
６を形成するろう材としてＣｕ−Ｔｉ合金からなるもの
を使用しているため。

リード部２１および絶縁シート２４との境界領域がＴｉ
リッチ層となり、中間部がＣｕリッチ層となる結果であ
る。すなわちＣｕリッチ層はＴ　ｉ　’Ｊッチ層より酸
化され易いことが、上記フクレ３２の発生に関与するも
のと認められる。このようなフクレ３２が発生すると９
通常２０μｍ程度の厚さに過ぎない絶縁層２３の厚さが
更に減少し、絶縁耐圧を低下させ、漏電事故に至るとい
う問題点がある。

本発明は上記従来技術に存在する問題点を解決し、前記
発明および考案の完全化を図り、信頼性が高く、かつ長
寿命であるディーゼルエンジン用グロープラグを提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため９本発明においては。

Ｕ字状に形成した発熱部と、この発熱部の両端部から後
方に延設した１対のリード部とを、導電性セラミック材
によって一体に構成してなるセラミックヒータを、少な
くとも発熱部を外部に突出させた状態で、中空状に形成
したホルダの先端部に保持し、前記セラミンクヒータの
少なくともホルダ先端部に対応する部分の１対のリード
部間に絶縁シートを介装固着して構成したディーゼルエ
ンジン用グロープラグにおいて、リード部と絶縁シート
とをＣｕ−Ａｌ−Ｔｉ合金からなるろう材によって接合
する。という技術的手段を採用した。

〔作　用〕

上記の構成により、リード部と絶縁シートとの間におけ
る接合層中のＣｕリッチ層の酸化を防止し、この結果フ
クレの発生を防止することができリード部外周に被着す
べき絶縁層を所望の膜厚に形成することができるのであ
る。

［実施例］ まず第１図および第２図に示すように形成した導電性サ
イアロンからなるリード部２１．２２とムライト（３Ａ
ｆ、○、・２ＳｉＯ２）からなる絶縁シート２４との間
に、厚さ約１２μｍのＴｉＦｆｉと、厚さ約４０μｍの
Ｃｕ−１，０％Ａ２合金箔とを介装する。次にこれらを
圧着した状態で真空中において約１１５０’ＣＸ　６０
分の加熱を行ない、リード部２１．２２と絶縁シート２
４とを接合した。

次にこれらの接合体を大気中において約８３０°Ｃ×１
０分の加熱により、リード部２１．２２および絶縁シー
ト２４の外周面に第３図に示すような酸化１１９３０を
形成した。酸化１１３０を形成後、切断して横断面を顕
微鏡により観察したところ、第３図に示すようなフクレ
３２は全く認められなかった。なお接合層２６はＣｕ−
Ａｊ！−Ｔｉ合金からなると共に、リード部２１　（お
よび２２）および絶縁シート２４内に一部侵入しており
、接合が完全であることを確認した。次に上記酸化膜３
０の外周に絶縁層２３を被着さセる手段について記述す
ると、まず軟化点７００°Ｃ以上の非晶質ガラスを粉砕
して例えばエチル・セルロース系のバインダーおよび溶
剤と混合してペーストを形成する。次に例えばステンレ
ス鋼からなる３００メツシユの金網を介して、スクリー
ン印刷により上記ペーストを予め成形したセラミックヒ
ータ１１の外周面に塗布する。この場合、刷毛を使用し
、かつセラミックヒータ１１を金網の下面において転動
させるようにすると絶縁層２３の層厚寸法を均一に形成
することができる。なお上記のようにして形成される絶
縁層２３の層厚寸法は１５μｍ前後であるが、上記スク
リーン印刷において、ペーストの塗膜の厚さを変更する
場合には、ペーストの粘度を変更するか、金網のメツシ
ュを変更すればよい。

ペースト塗布後、大気中約８３０°ｃｘｉｏ分の熱処理
により膜付けし、更に銀パラジウムろうによる接合層３
１を形成しく大気中約８３０°ｃｘｉｏ分）。

第１図に示すようにホルダ１２に固着する。なお上記絶
縁シート２４を形成するセラミック材としては、セラミ
ンクヒータ１１を構成するセラミック材と熱膨張係数を
近似させると好ましい。セラミックヒータ１１を構成す
るセラミック材を例えば３ｉ、−、Ａｊ！□Ｏ−Ｎｍ−
で示されるβ型サイアロンのＺが０を越え１未満の組成
物に対し２０ｖｏｌ、％を越え５Ｑｖｏ１．％未満のＴ
ｉＮを添加してなる導電性サイアロン焼結体で構成した
場合に、絶縁層２３を構成するセラミック材として上記
組成物に対し５〜１５ｖｏ１．％のＴｉＮを添加してな
る絶縁性サイアロン焼結体で構成すると１両者の熱膨張
係数を極めて近似させることができる。

以上のようにしてセラミックヒータ１１全体を約５閣φ
×５０閣程度１発熱部２０を約３ｍφ×１０ｍ程度に形
成してグロープラグ１０として組立てて実験したところ
、８００°Ｃ到達時間約３．５秒飽和温度をその許容範
囲１２００℃以下とした上で約１１００’Ｃとし得る性
能を確認した。なお絶縁耐圧は。

従来５０Ｖであったものが１５０■に向上することがで
きた。

本実施例においてはセラミックヒータの横断面形状が円
形の場合について記述したが１円形以外に矩形、正方形
、多角形、楕円等の形状とすることができると共に、各
構成部分の形状、構造等を適宜変更することは自由であ
り９作用は同一である。

第４図はＣｕ−Ａｎ！合金におけるＡｆｆｉ含有量と酸
化増量との関係を示す図であり、夫々のＡｌ含有量のＣ
ｕ−Ａｌ合金からなる試料を大気中にて約８３０°Ｃ×
１０分の加熱を行なった結果である。

第４図から明らかなように、Ｃｕ単独では酸化増量が極
めて大であり、耐酸化性が低いが、Ａｌ含有量の増加に
つれて酸化増量が低減し、耐酸化性が向上する。しかし
ながら、ＡｉＶ、含有量１０重量％を越えると上記作用
が略飽和状態に到達することが認められる。第４図にお
ける酸化増量と前記第３図に示すフクレ３２とは、相関
があると認められ、ＡＩ！含有量が４重量％以上であれ
ば、フクレ３２の発生を防止し得るものと推定できる。

次に第５図はＡｌ含有量と絶縁耐圧との関係を示す図で
あり、Ｔｊ含有量約１５．５重量％からなるＣｕ−Ａｎ
−Ｔｉ合金を使用し、　１１００°Ｃ×６０分の加熱に
より第１図および第２図に示すリード部２１．２２およ
び絶縁シート２４を接合したものについて測定した結果
である。第５図から明らかなように、Ｃｕ−Ｔｉ合金よ
りもＣｕ　−Ａ　Ｉ！　−Ｔｉ合金の方が絶縁耐圧が向
上していることがわかる。

〔発明の効果］ 本発明のディーゼルエンジン用グロープラグは以上記述
のような構成であるから、下記の効果を奏することがで
きる。

（１）　　リード部と絶縁シートとの間における接合層
中のＣｕリンチ層の酸化を防止し、この結果フクレの発
生を防止することができ、リード部外周に被着すべき絶
縁層を所望の膜厚に形成することができる。

（２）セラミックヒータとホルダとの電気的絶縁を確保
し得ると共に３両者の接合を確実にし得るため、気密不
良、絶縁不良を防止し、グロープラグの寿命と信転性を
増大させ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の対象であるディーゼルエンジン用グロ
ープラグの例を示す要部縦断面図、第２図は第１図にお
けるＡ−Ａ線要部断面図、第３図は第２図におけるＢ部
を拡大して模式的に示す図。 第４図はＣｕ−Ａｌ合金におけるＡｌ含有量と酸化増量
との関係を示す図、第５図はＡ２含有量と絶縁耐圧との
関係を示す図である。 １１：セラミックヒータ、２１，２２：リード部、２３
：絶縁層、２４：絶縁シー）、２６：接合層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｕ字状に形成した発熱部と，この発熱部の両端部から後
   方に延設した１対のリード部とを，導電性セラミック材
   によって一体に構成してなるセラミックヒータを，少な
   くとも発熱部を外部に突出させた状態で，中空状に形成
   したホルダの先端部に保持し，前記セラミックヒータの
   少なくともホルダ先端部に対応する部分の１対のリード
   部間に絶縁シートを介装固着して構成したディーゼルエ
   ンジン用グロープラグにおいて，リード部と絶縁シート
   とをＣｕ−Ａｌ−Ｔｉ合金からなるろう材によって接合
   したことを特徴とするディーゼルエンジン用グロープラ
   グ。