JPH09184623A - グロープラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミック発熱体の耐久性に優れたグロープ
ラグを提供する。 【解決手段】 グロープラグ５０は、外筒３内にセラミ
ックヒータ１を、そのヒータ先端部２が該外筒３の端面
３ａから突出するように配置した構造を有する。また、
セラミックヒータ１は、セラミック基体１３と、先端部
２においてそのセラミック基体１３に埋設されたＵ字状
のセラミック発熱体１０とを備える。セラミック発熱体
１０は、その方向変換部１０ａがセラミックヒータ１の
上記先端部２側を向くように配置されるとともに、自身
の両端部にそれぞれ一端が埋設される電極部１１、１２
を介して通電されることにより抵抗発熱する。そして電
極部１１、１２は、セラミック発熱体１０に埋設された
その先端１１ｂ、１２ｂが、外筒３の端面３ａよりも該
外筒３側に入り込むように配置され、かつ該先端１１
ｂ、１２ｂから外筒３の端面３ａまでの距離ｌが２〜１
０mmの範囲で設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセラミックヒータを
用いた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等の始動促進
に使用されるグロープラグとして、例えば図７（ａ）に
示すように、金属製の外筒１０１の先端にセラミックヒ
ータ１０２を保持させたものが知られている。セラミッ
クヒータ１０２は、例えば棒状の絶縁性セラミック基体
１０３の先端部に、導電性セラミックスにより形成され
たＵ字形のセラミック発熱体１０４を埋設し、その両端
に接続された電極部１０５を介して通電することにより
これを抵抗発熱させるものとして構成される。ここで、
電極部１０５は、その末端部をセラミック発熱体１０４
の各端部内に埋設することによりこれに接続される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のようなグロープ
ラグ１００においては、セラミックヒータ１０２に対す
る通電やエンジン燃焼時の被熱・冷却の繰返しにより外
筒１０１の膨張／収縮が起こり、セラミックヒータ１０
２に圧縮応力が繰返し付加される。この圧縮応力は、セ
ラミック発熱体１０４の発熱やエンジンからの被熱を受
けやすい外筒１０１の先端部分１０１ａで特に大きくな
りやすい傾向にある。ところで、この先端部分１０１ａ
内には、電極部１０５が埋設されたセラミック発熱体１
０４の端部１０４ａが位置しているが、図７（ｂ）に示
すように、電極部１０５とセラミック発熱体１０４との
界面には、両部の熱膨張率の差に基づき、例えば焼成後
の冷却時等において隙間１０５ａ等の微小な欠陥が形成
されていることがある。このような部分に外筒１０１の
膨張／収縮に基づく圧縮応力が繰返し作用すると、上記
欠陥を起点としてセラミック発熱体１０４にクラック等
が発生することも考えられ、ひいては発熱体１０４の寿
命を縮めることにもつながる。

【０００４】本発明の課題は、セラミック発熱体の耐久
性に優れたグロープラグを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】本発明
は、外筒内にセラミックヒータを、その先端部が該外筒
の端面から突出するように配置した構造を有するグロー
プラグに係り、上述の課題を解決するために下記の特徴
を有する。すなわち、該セラミックヒータは、セラミッ
ク基体と、外筒から突出するヒータ先端部においてその
セラミック基体に埋設され、自身の両端部にそれぞれ一
端が埋設される電極部を介して通電されることにより抵
抗発熱するセラミック発熱体とを備える。セラミック発
熱体は、一方の基端部から延びて方向変換した後、他方
の基端部へ至る方向変換部と、その方向変換部の各基端
部から同方向に延びる２本の直線部とを備え、その方向
変換部が前記ヒータ先端部側を向くように配置される。
そして電極部は、セラミック発熱体に埋設されたその先
端が、外筒の端面よりも該外筒側に入り込むように配置
され、かつ該先端から外筒の端面までの距離が２〜１０
mmの範囲で設定される。

【０００６】すなわち、セラミック発熱体に埋設された
電極部の先端を、外筒の端面よりも該外筒側に入り込む
ように配置すれば、電極部とセラミック発熱体との界面
部分が、セラミックヒータの通電発熱やエンジンからの
被熱により膨張／収縮しやすい外筒の端面近傍部から外
れて位置するので、上記膨張／収縮に伴う外筒からの圧
縮応力が、該界面部分に作用しにくくなる。そして、電
極部の先端から外筒の端面までの距離を２〜１０mmの範
囲に設定することで、上記圧縮応力に基づきセラミック
発熱体にクラック等が発生することが効果的に防止ない
し抑制される。なお、上記距離は、３〜１０mmの範囲で
設定することがより望ましい。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例を参照しつつ説明する。図１は、本発明に
係るグロープラグを、その内部構造とともに示すもので
ある。すなわち、グロープラグ５０は、その一端側に設
けられたセラミックヒータ１と、セラミックヒータ１の
先端部２が突出するようにその外周面を覆う金属製の外
筒３、さらにその外筒３を外側から覆う筒状の金属ハウ
ジング４等を備えており、セラミックヒータ１と外筒３
との間及び外筒３と金属ハウジング４との間は、それぞ
れろう付けにより接合されている。また、セラミックヒ
ータ１の後端部には、金属線により両端が弦巻ばね状に
形成された結合部材５の一端が外側から嵌合するととも
に、その他端側は、金属ハウジング４内に挿通された金
属軸６の一方の端部に嵌着されている。そして、金属軸
６の他方の端部側は金属ハウジング４の外側へ延びると
ともに、その外周面に形成されたねじ部６ａにナット７
が螺合し、これを金属ハウジング４に向けて締めつける
ことにより、金属軸６が金属ハウジング４に対して固定
されている。また、ナット７と金属ハウジング４との間
には絶縁ブッシュ８が嵌め込まれている。そして、金属
ハウジング４の外周面には、図示しないエンジンブロッ
クにグロープラグ５０を固定するためのねじ部５ａが形
成されている。

【０００８】セラミックヒータ１は、図２に示すよう
に、一方の基端部から延びた後方向変換して他方の基端
部へ至る方向変換部１０ａと、その方向変換部１０ａの
各基端部から同方向に延びる２本の直線部１０ｂとを有
するＵ字状のセラミック発熱体１０を備え、その各両端
部に線状又はロッド状の電極部１１及び１２の先端部が
埋設される。そのセラミック発熱体１０は、セラミック
ヒータ１の先端部２において、ほぼ円形の断面を有する
セラミック基体１３中に、その方向変換部１０ａがヒー
タ１の先端側を向くように埋設されている。なお、セラ
ミック発熱体１０に電極部１１及び１２を介して通電し
たときのその抵抗発熱が、主にその方向変換部１０ａ
（すなわち、セラミックヒータ１の先端近傍）で生ずる
ように、該方向変換部１０ａの断面積は直線部１０ｂよ
りも小さくされている。なお、方向変換部１０ａと直線
部１０ｂは、断面積が互いにほぼ等しくなるように形成
することもできる。

【０００９】また、各電極部１１及び１２は、セラミッ
ク基体１３中においてセラミック発熱体１０から離間す
る方向に延びるとともに、その一方のもの（１２）は外
筒３内において、他方のもの（１１）はセラミック基体
１３の他方の端部近傍において、それぞれその後端部が
セラミック基体１３の表面に露出して、露出部１２ａ及
び１１ａを形成している。そして、セラミック発熱体１
０に埋設された各先端１１ｂ及び１２ｂは、外筒３の端
面３ａよりも該外筒側に入り込むように配置され、図３
に示すように、該先端から外筒３の端面３ａまでの距離
ｌが２〜１０mm、望ましくは３〜１０mmの範囲で設定さ
れている。

【００１０】セラミック発熱体は、導電性を有するセラ
ミックス、例えば炭化タングステン（ＷＣ）、硅化モリ
ブデン（Ｍｏ₂Ｓｉ₃）、炭化タングステンと窒化硅素
（Ｓｉ₃Ｎ₄）との複合物等により構成されるが、炭化硅
素（ＳｉＣ）など半導体セラミックスを使用することも
できる。また、電極部１１及び１２はタングステン
（Ｗ）あるいはタングステン−レニウム（Ｒｅ）合金等
の高融点金属材料で構成される。一方、セラミック基体
１３は、主に絶縁性のセラミックス、例えばアルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）、シリカ（ＳｉＯ₂）、ジルコニア（Ｚｒ
Ｏ₂）、チタニア（ＴｉＯ₂）、マグネシア（ＭｇＯ）、
ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、ジルコン（Ｚｒ
Ｏ₂・ＳｉＯ₂）、コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂
Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）、窒化硅素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、窒化アルミ
ニウム（ＡｌＮ）等により構成される。

【００１１】図２において、セラミック基体１３の表面
には、その電極部１２の露出部１２ａを含む領域に、ニ
ッケル等の金属薄層（図示せず）が所定の方法（例えば
メッキや気相製膜法など）により形成され、該金属薄層
を介してセラミック基体１３と外筒３とがろう付けによ
り接合されるとともに、電極部１２がこれら接合部を介
して外筒３と導通している。また、電極部１１の露出部
１１ａを含む領域にも同様に金属薄層が形成されてお
り、ここに結合部材５がろう付けされている。このよう
に構成することで、図示しない電源から、金属軸６（図
１）、結合部材５及び電極部１１を介してセラミック発
熱体１０に対して通電され、さらに電極部１２、外筒
３、金属ハウジング４（図１）、及び図示しないエンジ
ンブロックを介して接地される。この通電により、セラ
ミック発熱体１０は抵抗発熱することとなる。

【００１２】ここで、図３に示すように、電極部１１及
び１２の各先端１１ｂ及び１２ｂが、外筒３の端面３ａ
よりも該外筒３側に入り込むように配置することで、電
極部１１及び１２とセラミック発熱体１０との界面部分
Ｐが、セラミックヒータの通電発熱やエンジンからの被
熱により膨張／収縮しやすい外筒３の端面近傍部から外
れて位置することとなり、上記膨張／収縮に伴う外筒３
からの圧縮応力が、該界面部分Ｐに作用しにくくなる。
その結果、該界面部分Ｐの近傍においてセラミック発熱
体１０にクラック等が発生することが防止ないし抑制さ
れる。ここで、電極部１１及び１２の各先端１１ｂ及び
１２ｂから外筒３の端面３ａまでの距離ｌが２mm未満に
なると、上記効果が達成されなくなる場合がある。距離
ｌは、より望ましくは３mm以上に設定するのがよい。一
方、距離ｌが１０mmを超過した場合は、セラミック発熱
体１０の外筒３内に存在する長さが長くなり、外筒３と
セラミックヒータ１とを接合しているろう材が、発熱体
１０からの発熱を過度に受けて溶融・流出する等の問題
が生ずる場合がある。それ故、距離ｌは１０mm以下に設
定される。

【００１３】セラミックヒータ１は、例えば下記のよう
な方法により製造することができる。まず、図４（ａ）
に示すように、セラミック発熱体１０に対応したＵ字形
状のキャビティ３２を有した金型３１に対し電極材３０
を、その端部が該キャビティ３２内に入り込むように配
置する。そして、その状態で、導電性セラミック粉末と
バインダとを含有するコンパウンド３３を射出すること
により、同図（ｂ）に示すように、電極材３０とＵ字状
の導電性セラミック粉末成形部３４とが一体化された一
体射出成形体３５を作成する。

【００１４】一方これとは別に、セラミック基体１３を
形成するセラミック粉末を予め金型プレス成形すること
により、図５（ａ）に示すような、上下別体に形成され
た予備成形体３６及び３７を用意しておく。これら予備
成形体３６及び３７は、セラミック基体１３を、その軸
線とほぼ平行な断面により２分割したと仮定した場合
の、その各分割部に対応する形状に形成されており、各
々その分割面に相当する部分に、上記一体射出成形体３
５に対応した形状の凹部３８が形成されている。そし
て、この凹部３８に一体射出成形体３５を収容し、上下
の予備成形体３６及び３７を型合わせするとともに、そ
の状態でこれら予備成形体３６、３７及び一体射出成形
体３５をさらに金型を用いてプレス・一体化することに
より、図５（ｂ）に示すような、複合成形体３９を作成
する。

【００１５】こうして得られた複合成形体３９は、まず
射出成形による導電性セラミック粉末成形部３４あるい
は予備成形体３６及び３７からバインダ成分を除去する
ために仮焼され、続いて図６（ａ）に示すように、グラ
ファイト等で構成された成形型４０の間で加圧しながら
所定の温度でホットプレス焼成を行うことにより、同図
（ｂ）に示すような焼成体４１となる。このとき、図５
（ｂ）に示す導電性セラミック粉末成形部３４がセラミ
ック発熱体１０を、予備成形体３６及び３７がセラミッ
ク基体１３を、さらに電極材３０が電極部１１及び１２
をそれぞれ形成することとなる。その後、焼成体４１の
外面に、必要に応じて研磨等の加工を施すことにより、
図２に示すようなセラミックヒータ１が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のグロープラグの一例を示す正面部分断
面図。

【図２】そのセラミックヒータの正面断面図。

【図３】セラミック発熱体と外筒との位置関係を示す正
面部分断面図。

【図４】セラミックヒータの製造工程説明図。

【図５】図４に続く工程説明図。

【図６】図５に続く工程説明図。

【図７】従来のグロープラグのセラミックヒータの構造
を示す模式図。

【符号の説明】

１ セラミックヒータ ３ 外筒 ３ａ 端面 １０ セラミック発熱体 １０ａ 方向変換部 １１、１２ 電極部 １１ｂ、１２ｂ 先端 １３ セラミック基体 ５０ グロープラグ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外筒内にセラミックヒータを、そのヒー
   タ先端部が該外筒の端面から突出するように配置した構
   造を有するグロープラグであって、 前記セラミックヒータは、 セラミック基体と、 前記外筒から突出するヒータ先端部においてそのセラミ
   ック基体に埋設され、自身の両端部にそれぞれ一端が埋
   設される電極部を介して通電されることにより抵抗発熱
   するセラミック発熱体とを備え、 前記セラミック発熱体は、一方の基端部から延びて方向
   変換した後、他方の基端部へ至る方向変換部と、その方
   向変換部の各基端部から同方向に延びる２本の直線部と
   を備え、その方向変換部が前記ヒータ先端部側を向くよ
   うに配置されるとともに、 前記電極部は、前記セラミック発熱体に埋設されたその
   先端が、前記外筒の端面よりも該外筒側に入り込むよう
   に配置され、かつ該先端から前記外筒の端面までの距離
   が２〜１０mmの範囲で設定されたことを特徴とするグロ
   ープラグ。
2. 【請求項２】 前記距離が３〜１０mmの範囲で設定され
   ている請求項１記載のグロープラグ。