JPH09184624A - 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】 グロープラグは、セラミック基体１３
と、そのセラミック基体１３に埋設されるＵ字形に形成
され、その両端に接続された電極部１１及び１２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１０とを備えたセラミックヒータ１を発熱素子とし、
下記の特徴を有する。すなわち、Ｕ字形のセラミック発
熱体１０は、そのＵ字底部側を形成する方向変換部１０
ａと、その方向変換部１０ａの各端部から同方向に延び
るとともに、該方向変換部１０ａよりも大きい断面積を
有する２本の直線部１０ｂとを備える。そして、その方
向変換部１０ａは、その先端部断面幅Ｂと基端部におけ
る断面幅Ａとの比Ｂ／Ａが、１．０〜２．５の範囲内で
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に示すよ
うに、筒状の金属ホルダ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１
０３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、セ
ラミックヒータ１０２の先端部分における発熱効率を高
めるために、そのＵ字底部を形成する方向変換部１０４
ａが直線部１０４ｂよりも小さい断面積を有するよう
に、セラミック発熱体１０４が形成される場合がある。

【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に使用されるセラミックヒータ１０２におい
ては、セラミック発熱体１０４を構成する導電性セラミ
ックスと、セラミック基体１０３を構成する絶縁性セラ
ミックスとの間で線膨張係数が異なるため、発熱・冷却
のサイクルを繰り返すと、セラミック発熱体１０４の方
向変換部１０４ａの先端近傍において、上記線膨張係数
の差異に基づく応力集中が起こりやすい傾向にある。方
向変換部１０４ａは、断面積が比較的小さく設定されて
いることも関係して、上述のような応力集中が起こると
破断等を起こすことも考えられ、ひいてはセラミック発
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、セラミック基体と、そのセラミック基体に埋設さ
れ、その両端に接続された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たセラ
ミックヒータを発熱素子と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して構成され
る。すなわち、セラミック発熱体は、一方の基端部から
延び先端部で方向変換して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と
ともに、該方向変換部よりも大きい断面を有する２本の
直線部とを備えている。そして、その方向変換部は、各
基端部の断面幅Ａに対する先端部の幅Ｂの比Ｂ／Ａが、
１．０〜２．５の範囲内で設定される。

【０００６】すなわち、セラミック発熱体の方向変換部
は、その先端部の断面積が基端部の断面積よりも大きく
設定されており、応力集中が特に起こりやすい該先端部
の強度が向上する。そして、各基端部の断面幅Ａに対す
る先端部の幅Ｂの比Ｂ／Ａを１．０〜２．５の範囲内で
設定することで、上記先端部の強度を確保しつつ方向変
換部全体を均一に発熱させることができ、温度ムラに基
づく応力等も生じにくくなる。このようなことから、セ
ラミックヒータの耐久性が向上し、ひいてはグロープラ
グの寿命を延ばすことができる。なお、上記比Ｂ／Ａ
は、１．０〜１．７の範囲内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先端部で方向変換して他方の
基端部へ至る方向変換部１０ａと、その各基端部から同
方向に延びる直線部１０ｂとを備えたＵ字状のセラミッ
ク発熱体１０を備え、その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ている。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がセラミックヒータ１の先
端側を向くように埋設されている。また、セラミックヒ
ータ１の先端部２における発熱効率を高めるために、方
向変換部１０ａの断面積が直線部１０ｂの断面積よりも
小さく設定されている。

【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。

【００１０】セラミック発熱体１０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がその接合部を介し
て外筒３と導通している。また、電極部１１の露出部１
１ａ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（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、セラミック発熱体１０の方向変換部１０ａは、その
先端部における断面幅Ｂと基端部における断面幅Ａとの
比Ｂ／Ａが、１．０〜２．５の範囲内で設定される。Ｂ
／Ａが１．０未満になると、方向変換部１０ａの先端部
における強度が不足し、発熱・冷却のサイクルを繰り返
した場合の応力集中により、該先端部において破断等を
生ずる場合がある。一方、Ｂ／Ａが２．５を越えて設定
されると、先端部近傍での抵抗発熱量が減少することか
ら、方向変換部１０ａ全体の発熱温度分布にムラが生
じ、該温度ムラに基づく熱応力のため方向変換部１０ａ
が破断する等の問題が生じうる。なお、Ｂ／Ａは、１．
０〜１．７の範囲内で設定することがより望ましい。

【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、その先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。なお、導電性セラミッ
ク粉末成形部３４の断面寸法は、焼成後におけるセラミ
ック発熱体１０の方向変換部１０ａの断面寸法が前述の
ものとなるように調整される。

【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、成形
のために原料粉体に添加されている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４
１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。

【００１６】なお、図６（ａ）に示すように、複合成形
体３９の断面形状を、Ｕ字型の導電性セラミック粉末成
形部３４の２本の直線部（焼成後にセラミック発熱体１
０の直線部１０ｂとなる部分）１０ｂの配列方向にその
長軸が沿う楕円状に形成しておき、その長軸方向に圧力
を付加しながら前述のホットプレス焼成を行うことがで
きる。このようにすれば、同図（ｂ）に示すように、セ
ラミック発熱体１０は、直線部１０ｂ及び方向変換部１
０ａの断面が、焼成体４１の周方向に長軸が沿う楕円状
に形成される。このような焼成体４１を使用すれば、セ
ラミックヒータ１の表面からセラミック発熱体１０まで
の距離が均一化するので、セラミックヒータ１の表面の
温度分布をより均一なものとすることができ、方向変換
部１０ａの耐久性も一層向上する。

【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】セラミックヒータに使用されるセラミック発熱
体の断面寸法設定の説明図。

【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 １０ セラミック発熱体 １０ａ 方向変換部 １０ｂ 直線部 １１、１２ 電極部 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】 セラミック基体と、そのセラミック基体
   に埋設され、その両端に接続された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
   えたセラミックヒータにおいて、 前記セラミック発熱体は、一方の基端部から延び先端部
   で方向変換して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とともに、該
   方向変換部よりも大きい断面を有する２本の直線部とを
   備えてなり、 前記方向変換部は、前記各基端部の断面幅Ａに対する前
   記先端部の幅Ｂの比Ｂ／Ａが、１．０〜２．５の範囲内
   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】 前記比Ｂ／Ａが、１．３〜１．７の範囲
   内で設定される請求項１記載のグロープラグ。