JPH07217882A - セラミックグロープラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属外筒とセラミックヒータの熱膨張差によ
るリード線取出部のはがれを防止し、安定したグロープ
ラグ性能を得る。 【構成】 発熱抵抗体の両端にリード線を接続してセラ
ミック燒結体中に埋設され、該リード線の他端はセラミ
ック燒結体の表面に裸出して接点を形成してなるセラミ
ックヒーターが、その外側に挿嵌された金属外筒から先
端部を突き出してその内腔に該接点の一方が金属外筒と
電気的に導通を持つべく接合され、この金属外筒が取付
金具の先端部内腔に接合され、前記セラミックヒーター
の先端部が燃焼室の壁面から内部に突出するセラミック
グロープラグであって、前記セラミックヒーターの外側
に挿嵌される金属外筒が、燃焼室側に位置する先端側外
筒と、これに連接する後端側とに分割されてなり、先端
側材質に耐熱合金を用い、後端側外筒の材質は線熱膨張
率が１２×１０^-6／℃以下の低熱膨張の耐食合金であっ
て、セラミックヒーターと金属外筒及び取付金具との間
の接合に単一のろう材を使用することを特徴とするセラ
ミックグロープラグ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主として始動のためのデ
ィーゼルエンジンに装着されるセラミックグロープラグ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にディーゼルエンジンでは始動性を
向上させるため主燃焼室等にグロープラグを装着しこれ
に通電して室内に噴射される燃料の一部を加熱燃焼させ
予熱する方法がとられており、始動時に急速な昇温特性
を持つことが要求されると共に、近時は始動後において
も燃焼の安定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きているためその耐久性の向上が益
々要望されており、この目的に応ずる急速加熱型グロー
プラグとして発熱抵抗体と高融点金属のリード線をセラ
ミック粉末中に埋設し燒結してなるセラミックヒーター
を発熱体としたセラミックグロープラグが知られてい
る。

【０００３】第２図は、主燃焼室等に装着されたセラミ
ックグロープラグの従来例構造を示す要部断面図で、セ
ラミックグロープラグ１は、発熱抵抗体をセラミック燒
結体中に埋設してなるセラミックヒーター２が急速加熱
性を持つように細径とされ、外側に挿嵌された金属外筒
３の内腔に先端部を突出させてろう接され補強されてな
ると共に、金属外筒がさらに取付金具４の内腔にろう接
されてなる構造を持つもので、図に見られるように金属
外筒３で覆われたセラミックヒーター２の先端部を燃焼
室等の内壁５から突き出させて装着される。

【０００４】この突き出し部分は高温の燃焼ガスに直接
曝されるセラミックヒーターを保護するため金属外筒３
はできるだけ高耐熱性を有する材料が選ばれ、金属外筒
は一体の一部品として形成されていた。

【０００５】この場合セラミックヒーター２と金属外筒
３とはできるだけ高融点のろう材を用いてろう接される
ことが望ましいが、高融点を持つろう材はろう接時の流
動性が悪くろう接性が劣り接合部の強度、気密性等に不
安があるため、従来は６００〜８００℃の融点を持つ通
常用いられる単一の銀ろうでろう接していた。

【０００６】このろう材はろう付け時の流動性が良く、
強度及び機密性の優れた接合部が得られるが、主燃焼室
等へ突き出すセラミックヒーター２と金属外筒３が９０
０℃以上の高温ガスに曝されると接合部のろう材が消失
し、接合強度が低下すると共に密着性が失われることに
よってセラミックヒーターの温度特性が変化しプラグ性
能の安定性を欠くという問題があった。

【０００７】この問題を解決するため、特開昭６１−２
９６１９号の発明は、金属外筒３を主燃焼室等に装着さ
れた時に室内に突き出す先端側外筒と、これに連接する
後端側外筒との二つの部分からなるものとし、セラミッ
クヒーターと先端側外筒との接合部を融点１０００℃以
上の高融点ろう材を用いてろう接し、また後端側外筒と
の接合部は融点約８００℃の低融点ろう材でろう接する
と共に、これらの先端側と後端側部分の連接部を含む金
属外筒を取付金具の先端側内腔に融点６００〜７００℃
の低融点ろう材でろう接してなるものとすることによっ
てセラミックヒーターと金属外筒とが高温に曝される先
端部では耐熱性を有して強固に接合され、またその後端
部では十分な機密性を保持してなるセラミックグロープ
ラグとした。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この発明は、
ろう材を数種類用いることによって工程が非常に複雑化
し、工数が非常に増大する。

【０００９】即ち、高融点ろう材を使用するセラミック
ヒーターと金属外筒の先端部を先ずろう付けし、ろう材
のはみ出し部分を仕上げ、その後に低融点ろう材を使用
する後端部及び取付金具部をろう付けする。

【００１０】これは、低融点ろう材使用部を先にろう付
けすると高融点ろう材を使用するろう付けを行う際に、
低融点ろう材が溶融し、位置決めが不可能となるためで
ある。

【００１１】一方、高融点ろう材のろう付け後はみ出し
部分の仕上げを行わないと、後端側外筒が挿入できな
い。また、セラミックヒーターとろう材の濡れの悪さ故
に両者は直接接合できないため、接合を行う目的で、該
セラミックヒーターには予め部分的にガラスを塗布して
あるが、このガラス塗布部分を仕上げることのないよう
に注意して高融点ろう材のはみ出し部分の仕上げを行う
必要がある。

【００１２】また、後端側外筒に安価な炭素鋼等を用い
た場合耐食性が不十分で、ろう付けによる接合を不活性
ガス中等で行うことによって、ろう付け時の酸化は防止
できてもエンジン運転時の冷熱の繰り返しにより酸化腐
食を起こし、セラミックヒーターの電極取出部と金属外
筒の導電性能の劣化を起こし、セラミックヒーターの温
度特性が変化しプラグ性能の安定性を欠く場合があると
いう新たな問題が生じた。

【００１３】

【課題を解決するための手段】従って、発熱抵抗体の両
端にリード線を接続してセラミック燒結体中に埋設さ
れ、該リード線の他端はセラミック燒結体の表面に裸出
して接点を形成してなるセラミックヒーターが、その外
側に挿嵌された金属外筒から先端部を突き出してその内
腔に該接点の一方が金属外筒と電気的に導通を持つべく
接合され、この金属外筒が取付金具の先端部内腔に接合
され、前記セラミックヒーターの先端部が燃焼室の壁面
から内部に突出するセラミックグロープラグであって、
前記セラミックヒーターの外側に挿嵌される金属外筒
が、主燃焼室等に装着されたときの室内側に位置する先
端側外筒と、これに連接する後端側とに分割されてな
り、先端側材質に耐熱合金を用い、後端側外筒の材質は
線熱膨張率が１２×１０^-6／℃以下の低熱膨張の耐食合
金であって、セラミックヒーターと金属外筒及び取付金
具との間の接合に単一のろう材を使用することを特徴と
するセラミックグロープラグであることを発明の要旨と
する。

【００１４】

【作用】以上の構成とすることによって、セラミックヒ
ーターと金属外筒の線熱膨張率の差が小さくなり、熱膨
張差によるセラミックヒーターの電極取り出し部と金属
外筒とのはがれを防止でき、ろう付け時の内面酸化によ
るろう付け性の低下も防止できるため、エンジンの主燃
焼室等にセラミックヒーターを保護する金属外筒が突き
出さないように装着することによって、一種類の比較的
低融点（８００℃程度）のろう材のみでも十分に性能を
確保することができる。

【００１５】後端側外筒の線膨張率を１２×１０^-6／℃
以下の金属としたのは、ろう材にて接合するセラミック
ヒーター素材の主成分である窒化珪素の線膨張係数が４
×１０^-6／℃程度であるため、後端側外筒の線膨張率を
窒化珪素の線膨張係数よりも小さくするとセラミックヒ
ータに引張の残留応力が発生しセラミックヒーターにク
ラックが生ずる可能性があり、１２×１０^-6／℃よりも
大きいとろう接の際の熱膨張差によるセラミックヒータ
ーの表面に裸出した接点と後端側外筒間のはがれが発生
しやすいためである。

【００１６】

【実施例】

実施例１ 以下本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。第
１図は本発明セラミックグロープラグの実施例の要部を
示した縦断面図で、図中２は発熱体となるセラミックヒ
ーターであり、中央部でＵ時状に折り曲げられてなる発
熱抵抗体８にはその両端にリード線９１及び９２が溶接
され、これを例えばＳｉ₃Ｎ₄を主成分としたセラミック
燒結体に埋設してなる物であって、好ましくはこのセラ
ミックヒーターは金属外筒の嵌合性を簡素にするため及
び例えば楕円形状をしていた場合にエンジンにセラミッ
クグロープラグを装着するときのねじ込み具合により燃
焼室における長軸の方向が変わることによる燃焼室内の
渦流に影響を与える度合いを少なくするため真円を有す
る棒状に形成される。

【００１７】このセラミックヒーター２は、その外側に
挿嵌されこれを補強する金属外筒３の内壁に勘合され、
その先端を該金属外筒３の先端より適宜突き出させて保
持されている。

【００１８】また、金属外筒３は、燃焼室に装着された
時にその内壁側にある先端側外筒３１とその後端部に連
接する後端側外筒３２との二つの部分に分割されてな
り、セラミックヒーター２と先端側外筒３１及び後端側
外筒３２の内面との接合部は、ろう材６によりろう接さ
れてなる構造を持つ。

【００１９】この先端側外筒３１には、耐熱合金で、例
えば商品名インコネル６０１、インコロイ８００等のＮ
ｉを含む金属を使用する。

【００２０】また、後端側外筒３２には、線膨張率が４
×１０^-6／℃以上１２×１０^ー6／℃以下の金属で、例え
ばＳＵＳ４３０、コバール等の合金を使用する。

【００２１】発熱抵抗体８には、タングステン、モリブ
デン、タングステン−レニウム合金等の高融点金属の発
熱線の他に、珪化モリブデン、ＩＶａ族・Ｖａ族・ＶＩ
ａ族遷移元素であるＴｉ・Ｚｒ・Ｈｆ・Ｌａ・Ｖ・Ｎｂ
・Ｔａ・Ｃｒ・Ｍｏ・Ｗよりなる群より選ばれた金属の
一種又は二種以上の炭化物及び／又は窒化物を含む導電
性セラミック等を使用しても良い。

【００２２】また、発熱抵抗体８の一端に接合されたリ
ード線９１はセラミックヒーター２の表面に露出した接
点９１１により、該セラミックヒーターの一部分と共に
ろう材６によりろう付けされて電気的に接続され、この
金属外筒３は機関取付ネジを設けた取付金具４の内腔に
挿嵌されろう材６によってろう付けされてマイナス電極
を構成し、一方発熱抵抗体８の他端に接合されたリード
線９２はセラミックヒーター２の後端部表面に露出した
接点９２１でリード棒１０を備えた金属キャップ１１と
電気的に接続されプラス電極となる構造を持つものであ
る。

【００２３】先端側の金属外筒３１に耐熱合金を用いる
のはこの部分が燃焼室側に面し、９００℃以上の高温ガ
スに曝される可能性があるため、耐熱性の高い合金を用
いることによって、高温腐食を防止できるためである。

【００２４】図３は、各種線膨張係数を有する金属を用
いて後端側外筒３２を製作した場合の導通不良による製
品の不良率を現す。

【００２５】これより、後端側外筒３２の線熱膨張率が
１２×１０^-6／℃以下であれば製品の不良率は低く、十
分に実用化が可能である。

【００２６】後端側外筒３２を、耐食合金とすることに
よってエンジンにおける使用時に先端側外筒３１ほどの
高温の燃焼ガスに曝されることはないものの、加熱冷却
の繰り返しによる該外筒３２の腐食を防止でき、これに
よってセラミックグロープラグとしての性能の変化を防
止することができる。

【００２７】なお、後端側外筒３２の温度はエンジンの
使用時においては最高でも８００℃には至らないため、
この程度の温度に耐える耐熱性を持つものであれば上記
の線膨張率を満たす限りいかなる金属を使用することも
できる。

【００２８】但し、８００℃程度の耐熱性を持つ金属を
使用する場合は、製作の際のろう付け時に少なくとも８
００℃以上の融点を持つろう材を使用する必要があるた
め、金属外筒の内面が酸化するのを防止するために、不
活性ガス中で又はろう付け用のペーストを適宜選択して
ろう付け作業を行うことが必要となる。

【００２９】セラミックヒーター２と金属外筒及び取付
金具の間の接合を単一のろう材としたのは、工数低減の
ためである。

【００３０】先の説明に用いた特開昭６１−２９６１９
号公報の発明は、金属外筒の先端部が燃焼室内に突き出
すことにより必要となった技術であるが、近年の燃焼状
況の解析技術の進歩により金属外筒先端まで燃焼室等内
に突き出すことが不要となり、現在においては金属外筒
の先端部を燃焼室等内部に突き出す必要性は薄れ、それ
に従って、金属外筒が到達する最高温度が低下したた
め、比較的低融点の６００℃〜８００℃程度融点を持つ
ろう材のみの使用で十分に安定した性能を有することが
できる。

【００３１】即ち、従来のエンジンにおいては金属外筒
まで燃焼室内部に突き出していたのは、セラミックグロ
ープラグの発熱部を可能な限り燃焼室の内部に位置させ
ることにより始動時において燃料に当たる機会を増やす
ことによって始動性を改善させ、また、アフターグロー
時において該発熱部を燃焼室の中央付近に位置させるこ
とによって燃焼を安定させるためであるが、近年の燃焼
状況の解析技術の進歩及び、セラミックグロープラグの
改善により発熱部の昇温速度を上昇させることによっ
て、金属外筒を燃焼室内に突き出す必要性が低下した。

【００３２】実施例２、３ 本例のセラミックグロープラグは、実施例１のように金
属外筒の先端側外筒と後端側外筒との連接部を、平面上
の端面同士を当接させる代わりに、第４図及び第５図に
示すように端面を互いにかみ合わせてなるものとしても
良く、そのほかは、実施例１と同様であり、本例におい
ても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

【００３３】実施例４ 本例は、図６に示すように、金属外筒の先端側外筒と後
端側外筒との連接部を、平面上の当接させた端面の外周
に切り欠き溝７を設け取付金具とのろう接時にろう材を
溝内に侵入させる構造とし、そのほかは実施例１と同様
である。本例の構造により接合強度を増大させるように
することもできる。

【００３４】尚、上記実施例においてセラミックヒータ
ー２中に使用するリード９１及び９２には高融点金属で
あるタングステンを使用したが、発熱抵抗体よりも径を
太くする等により抵抗値を小さくした発熱抵抗体８と同
じ材料を使用しても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明セラミックグロープラグ１は、セラミックヒーター２
を外側から補強する金属外筒３がエンジンの燃焼室側に
位置する先端側外筒３１と、これに連接する後端側外筒
３２と二分割され、先端側外筒は耐熱合金を使用するこ
とによって、高温燃焼ガスによる腐食を防止することが
できる。

【００３６】また、後端側外筒に線膨張率１２×１０^-6
／℃以下の耐食合金とすることによってセラミックヒー
ターのリード取り出し部のはがれを防止でき、抵抗値不
良あるいは断線、通電性能の劣化を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【第１図】本発明セラミックグロープラグの実施例１の
断面図を示す。

【第２図】燃焼室又は副室（渦流室）に装着されたセラ
ミックグロープラグの従来例を示す要部縦断面図であ
る。

【第３図】後端側外筒３を各種線膨張係数の金属で製作
した場合の製品の不良率を示す。

【第４図】本発明セラミックグロープラグの実施例２の
要部断面図を示す。

【第５図】本発明セラミックグロープラグの実施例３の
要部断面図を示す。

【第６図】本発明セラミックグロープラグの実施例４の
要部断面図を示す。

【符号の説明】

１ セラミックグロープラグ ２ セラミックヒータ ３ 金属外筒 ４ 取付金具 ５ 内壁 ６ ろう材 ８ 発熱抵抗体 ３１ 先端側外筒 ３２ 後端側外筒

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱抵抗体の両端にリード線を接続して
   セラミック燒結体中に埋設され、該リード線の他端はセ
   ラミック燒結体の表面に裸出して接点を形成してなるセ
   ラミックヒーターが、その外側に挿嵌された金属外筒か
   ら先端部を突き出してその内腔に該接点の一方が金属外
   筒と電気的に導通を持つべく接合され、この金属外筒が
   取付金具の先端部内腔に接合され、前記セラミックヒー
   ターの先端部がエンジンの主燃焼室若しくはエンジンヘ
   ッドに設けられた渦流室等の副室（以下「燃焼室」とい
   う。）の壁面から内部に突出するセラミックグロープラ
   グであって、 前記セラミックヒーターの外側に挿嵌される金属外筒
   が、燃焼室側に位置する先端側外筒と、これに連接する
   後端側とに分割されてなり、先端側材質に耐熱合金を用
   い、後端側外筒の材質は線熱膨張率が１２×１０^-6／℃
   以下の低熱膨張の耐食合金であって、セラミックヒータ
   ーと金属外筒及び取付金具との間の接合に単一のろう材
   を使用することを特徴とするセラミックグロープラグ。