JPH112406A - グロープラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】グロープラグのリード部材をエンジン個別の実
機での評価や専用設計を行うことなく、エンジンの振動
によるリード部材の共振破断を防止したグロープラグを
安価に製造でき、かつ直噴型のディーゼルエンジンの始
動促進をはじめ、船舶や発電用の各種ディーゼルエンジ
ンのあらゆるモードの運転状態にも適用可能な全長の長
い内燃機関用各種グロープラグを得る。 【解決手段】通電により発熱する無機導電材から成る発
熱部２と、セラミック焼結体から成る絶縁部材３とから
成るセラミック発熱体４と、その一端に固定したハウジ
ング金具５の外周より加締め６により一方の電極１０に
接続したリード部材７を、ハウジング金具５の内部に絶
縁された状態で固定してハウジング金具５と絶縁された
外部接続端子８に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃費改善や出力向
上、及び排気ガス改善を目指した自動車用の直噴型のデ
ィーゼルエンジンの始動促進をはじめ、船舶用あるいは
発電用等の大型ディーゼルエンジンに用いられる全長の
長い各種内燃機関用グロープラグに適用されるグロープ
ラグに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ディーゼルエンジンの始動時
やアイドリング時に副燃焼室内を急速に予熱するために
用いられる内燃機関用グロープラグとしては、耐熱金属
製のシース内に高融点金属線から成る発熱抵抗体を耐熱
絶縁粉末と共に埋設した各種シーズヒータが多用されて
いたが、それらはいずれも急速昇温が困難であり、その
上、耐摩耗性や耐熱性、耐食性等の耐久性に劣るという
欠点があった。

【０００３】そこで熱伝達効率が優れ、急速昇温が可能
で、耐摩耗性や耐熱性、耐食性等の耐久性に優れた信頼
性の高い内燃機関用のグロープラグとして、熱伝導性が
良好な電気絶縁性セラミック焼結体に、高融点金属やそ
の化合物、及びそれらを主成分とする各種無機導電材か
ら成る発熱抵抗体を担持したり、接合したり、あるいは
埋設したりして一体化したセラミック発熱体が、広く利
用されるようになってきた。

【０００４】かかるセラミック発熱体は、その一方の電
極がハウジング金具に電気的に接続され、他方の電極が
リード部材を介してハウジング金具と絶縁された外部接
続端子に電気的に接続されてセラミックグロープラグと
して構成されている。

【０００５】このようなセラミックグロープラグには、
従来から大別して二種の形態に分類され、一つはセラミ
ック発熱体に直接電圧が印加される特公昭５９−５２７
２５号公報に示される構成を基本とする発熱温度の自己
飽和型が、他は過昇温を抑制するためのブレーキングコ
イル、即ち抵抗体がセラミック発熱体電極部と外部接続
端子部との間に直列に接続された発熱温度の自己制御型
がある。

【０００６】一方、昨今のディーゼルエンジンは燃費改
善や出力向上、及び排気ガス改善を目指して従来の副燃
焼室型から直噴型へ移行しつつあり、これに伴ってエン
ジンへの組み付け上、グロープラグはその全長を長くす
る必要が生じており、発熱体を構成する発熱部と絶縁部
材の構造は従来のままで、金属ハウジングを延長すると
共に、前記発熱体と外部接続端子間のリード部材を延長
した構造が採用されている。

【０００７】しかし、前記リード部材として線材やコイ
ル等を採用し、発熱体と外部接続端子間を電気的に接続
した構造では、全長の長い線材やコイルが屈曲してハウ
ジング金具と接触し、短絡する恐れがあった。

【０００８】そこで、リード部材の屈曲等によるハウジ
ング金具との短絡を防止するために、例えば前記自己飽
和型のグロープラグでは図５に示すように、リード部材
１５を円筒状や円柱状の導電材料から成る棒で形成して
強度を向上させたり、また、前記自己制御型のグロープ
ラグにおいては図６に示すように、セラミックヒーター
１６に接続用金属棒１７の両端をリードコイル１８で接
続し、更に前記接続用金属棒１７を絶縁チューブ１９で
被覆すること等が提案されている（特開平７−５５１４
４号公報参照）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記提
案のようにリード部材を棒状の導電材料で構成した場
合、該リード部材とハウジング金具との短絡は回避され
るものの、通常、エンジンには燃焼爆発による振動で重
力加速度が発生し、例えば一般的な４気筒ディーゼルエ
ンジンでは前記振動により発生する重力加速度のピーク
は５００Ｈｚ付近にあり、他方、前記全長を延長したグ
ロープラグのリード部材の固有振動数が５００Ｈｚ前後
となっていることから、重量の大なる金属棒をリードコ
イル等で接続した場合、該金属棒はハウジング金具の中
空部分に固定することなく配設されているため、大きな
負荷がリードコイルに加わり、共振の影響を受け易くな
り、リード部材が共振してそれ自体が、あるいはその接
続部分で断線する恐れがある他、リード部材のコストが
大幅に増加し、更にはエンジンの振動が直接発熱体に負
荷を与えるため、とりわけセラミック焼結体から成る絶
縁部材の場合、該絶縁部材自体が破壊される可能性もあ
るという課題があった。

【００１０】

【発明の目的】本発明は前記課題に鑑み成されたもの
で、その目的は、グロープラグのリード部材をエンジン
個別の実機での評価や専用設計を行うことなく、エンジ
ンの振動で発生する重力加速度により発熱体と外部接続
端子間を電気的に接続するリード部材の共振破断を有効
に防止したグロープラグを安価に製造でき、かつ直噴型
のディーゼルエンジンの始動促進をはじめ、各種エンジ
ンのあらゆるモードの運転状態にも適用可能な全長の長
い内燃機関用各種グロープラグを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題につ
いて種々検討した結果、前記発熱体の一方の電極と外部
接続端子を電気的に接続する各種リード部材を、ハウジ
ング金具と電気的に絶縁した状態で少なくとも一個所以
上、共振防止のために固定することにより、前記課題が
解消できることを見いだし、あらゆるモードの運転状態
下でも適用可能であることが明らかとなった。

【００１２】即ち、本発明のグロープラグは、少なくと
も通電により発熱する無機導電材から成る発熱部と絶縁
部材とで構成される発熱体の一方の電極が、ハウジング
金具に電気的に接続され、他方の電極が、ハウジング金
具と絶縁された状態で少なくとも一個所以上で固定した
リード部材を介して、ハウジング金具と絶縁された外部
接続端子に電気的に接続されていることを特徴とするも
のである。

【００１３】とりわけ、前記絶縁部材は窒化珪素質焼結
体等の非酸化物系セラミック焼結体から成るものが望ま
しく、また、前記リード部材は、例えばハウジング金具
内径より細く、絶縁被覆を施した導電性の線材を使用
し、該線材をハウジング金具内に挿入後、ハウジング金
具の外周面から加締めて固定したり、前記導電性の線材
単体や絶縁被覆を施した線材をハウジング金具内に挿入
する際、ハウジング金具との空隙に絶縁性樹脂や無機絶
縁物を充填固化して固定することがより望ましい。

【００１４】

【作用】本発明のグロープラグは、発熱体の電極とハウ
ジング金具から絶縁された外部接続端子とを電気的に接
続するリード部材を少なくとも一個所以上、ハウジング
金具と絶縁して該ハウジング金具内部に固定したことか
ら、あらゆるモードの運転状態下でもリード部材自体や
その接続部分で共振破断することがなく、とりわけ自動
車用の直噴型のディーゼルエンジンや船舶用あるいは発
電用等の大型ディーゼルエンジンに用いられる発熱体の
電極と外部接続端子との距離を延長した全長の長いグロ
ープラグを、より安価に高い信頼性を保持して提供でき
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のグロープラグにつ
いて一実施例を図面に基づき詳述する。図１は本発明の
グロープラグのリード部材をハウジング金具外周より一
個所、加締めて固定したことを示す断面図であり、図２
は本発明のグロープラグのリード部材をハウジング金具
外周より二個所、加締めて固定したことを示す断面図で
ある。

【００１６】図１及び図２において、１は通電により発
熱する無機導電材から成る発熱部２と、セラミック焼結
体から成る絶縁部材３とから成る発熱体４と、発熱体４
を一端に固定したハウジング金具５と、ハウジング金具
５の外周より加締め６によりハウジング金具５の内部に
絶縁された状態で固定されたリード部材７と、ハウジン
グ金具５と絶縁された外部接続端子８とから成るグロー
プラグである。

【００１７】前記グロープラグ１は、発熱体４の一方の
電極９がパイプ状の金具１３を介してハウジング金具５
にろう付け等により電気的に接続され、他方の電極１０
にはハウジング金具５の内径より若干小さな外径の絶縁
被覆１４が施されたリード部材７が接続され、更にリー
ド部材７の他端にはハウジング金具５と電気的に絶縁さ
れた外部接続端子８が接続されており、リード部材７は
ハウジング金具５の外周より一個所以上、加締め６によ
り絶縁被覆１４と共にハウジング金具５の内側に固定さ
れている。

【００１８】本発明において、加締めはハウジング金具
外周全面に施しても良いが、リード部材がエンジンの振
動に耐えるようにハウジング金具に十分に固定されてお
ればいかような形状形態でも良く、例えば前記外周を断
続的に加締めても、あるいは多角形状に加締めることも
可能であり、固定個所も一個所以上であれば何箇所でも
良い。

【００１９】また、前記絶縁被覆はその材質は問わず、
有機樹脂等の柔軟性を有する素材あるいは絶縁碍子の如
く固体の素材のいずれでも良い。

【００２０】また、図３及び図４は本発明のグロープラ
グの他の実施例を示す断面図であり、それぞれリード部
材を絶縁性樹脂及び、又は無機絶縁物をほぼ全空隙に充
填し、固定数を一箇所としたことを示す断面図及び二個
所に分割充填して固定したことを示す断面図である。

【００２１】図３及び図４において、グロープラグ１の
ハウジング金具５の内部で、発熱体４の電極１０と外部
接続端子８とを電気的に接続するリード部材７はハウジ
ング金具との空隙１１に、絶縁性樹脂及び、又は無機絶
縁物１２が充填されて固定されている。

【００２２】本発明の絶縁性樹脂は、絶縁性樹脂粉末を
充填後、接着固化し得るもの、あるいは溶融固化し得る
もの、固体状樹脂を圧入、加締め、接着、嵌着等により
固定し得るもの等であればいずれでも良く、特に限定す
るものではないが、実機搭載時には固定部が１００℃以
上に達する場合も考えられることから、シリコン系やＰ
ＰＳ系、ＴＴＦＥ系のような耐熱性の樹脂が望ましい。

【００２３】また、前記無機絶縁物は、無機絶縁物粉末
を充填後、固化し得るもの、あるいは無機絶縁物粉末を
接着材等で固化し得るもの、固体状無機絶縁物、例えば
絶縁碍子を圧入、加締め、接着、嵌着等により固定し得
るもの等であればいずれでも良く、特に限定するもので
はないが、固化後酸性成分等が残留してリード部材やハ
ウジング金具に腐食等の悪影響を与えないものが望まし
い。

【００２４】更に、前記絶縁性樹脂と無機絶縁物とを組
み合わせてリード部材を固定しても良く、それらを前記
空隙に装着後、ハウジング金具外周より加締めて固定し
たり、前記個々の固化処理方法を適用することも可能で
ある。

【００２５】尚、本発明におけるリード部材の固定位置
は、適用される内燃機関のあらゆるモードにおける各種
振動波形の最大振幅を示す部分に設けることが、共振破
断を防止する上で最も効果的である。

【００２６】

【実施例】次に、本発明のグロープラグを以下に詳述す
るようにして評価した。先ず、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 粉末に希土類
元素の酸化物等の焼結助剤を加えたセラミック粉末を周
知のプレス成形法等で平板状の成形体に成形し、該成形
体上にＷＣを主成分とするペーストを用いてスクリーン
印刷法によりＵ字状のパターンで発熱部を形成し、同様
にしてセラミック成形体の側面まで電極部を形成する。

【００２７】次に、前記発熱部と電極部を電気的に接続
するようにリード線を載置し、その上に別の成形体を重
ねた後、還元性雰囲気下、１７００〜１９００℃の温度
で焼成一体化してセラミック発熱体を作製した。

【００２８】かくして得られたセラミック発熱体を用い
て、ハウジング金具の長さを種々設定し、それと共に絶
縁被覆を施した表１に示すリード線から成るリード部材
の長さを変更し、それらを互いにろう付け接合して作製
した自己飽和型のセラミックグロープラグを評価用のグ
ロープラグとした。

【００２９】一方、代表的な４気筒のディーゼルエンジ
ンでのグロープラグに加わる振動により発生する重力加
速度Ｇを測定した結果、０〜２０００Ｈｚの範囲におい
て、５００Ｈｚ付近での共振によると判断される１００
Ｇを最大値としてそれ以外の振動領域では３０Ｇ以下で
あることが明らかとなった。

【００３０】そこで、前記評価用のグロープラグをそれ
ぞれ１０本づつ用いて、振動試験器を用いて、周波数０
〜２０００Ｈｚの全領域に対して３００Ｇに達するまで
の負荷を与えて振動試験を行い、振動試験後の通電テス
トにより断線発生本数を求めた。

【００３１】尚、通電テスト後のグロープラグはＸ線透
過検査による非破壊検査と共に、ハウジング金具を分解
してリード部材の破断の有無を確認した。

【００３２】

【表１】

【００３３】表から明らかなように、リード部材をハウ
ジング金具と固定していない試料番号１、３、６、１
３、１４、１６、２２では、いずれもリード部材の断線
が確認されたのに対して、本発明に係るグロープラグは
いずれも、全くリード部材の断線は発生しておらず、前
記通電テスト後の分解確認においてもリード部材の劣化
も全く認められなかった。

【００３４】尚、前記実施例では自己飽和型のセラミッ
ク焼結体を絶縁部材とするグロープラグについて説明し
たが、本発明のグロープラグは前記実施例に限定される
のではなく、本発明の主旨を逸脱しないものであればい
かなるものでもでも良く、自己制御型のグロープラグは
勿論、従来のシーズヒータを用いたグロープラグに適用
しても同様の効果を奏するものである。

【００３５】

【発明の効果】叙上の如く、本発明のグロープラグは発
熱体の電極とハウジング金具から絶縁された外部接続端
子とを電気的に接続するリード部材を少なくとも一個所
以上、ハウジング金具と絶縁して該ハウジング金具内部
に固定したことから、グロープラグのリード部材をエン
ジン個別の実機での評価や専用設計を行うことなく、エ
ンジンの振動で発生する重力加速度によるリード部材の
共振破断は勿論、絶縁部材自体の破壊をも有効に防止で
きると共に、直噴型のディーゼルエンジンの始動促進を
はじめ、各種エンジンのあらゆるモードの運転状態にも
適用可能な全長の長い内燃機関用各種グロープラグを安
価に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のグロープラグのリード部材をハウジン
グ金具外周より一個所、加締めて固定したことを示す断
面図である。

【図２】本発明のグロープラグのリード部材をハウジン
グ金具外周より二個所、加締めて固定したことを示す断
面図である。

【図３】本発明のグロープラグのリード部材を絶縁性樹
脂及び、又は無機絶縁物をハウジング金具のほぼ全空隙
に充填し、固定数を一箇所とした他の実施例を示す断面
図である。

【図４】本発明のグロープラグのリード部材を絶縁性樹
脂及び、又は無機絶縁物をハウジング金具の空隙に固定
数が二個所で充填して固定した他の実施例を示す断面図
である。

【図５】従来の自己飽和型のグロープラグの例を示す断
面図である。

【図６】従来の自己制御型のグロープラグの例を示す断
面図である。

【符号の説明】

１ グロープラグ ２ 発熱部 ３ 絶縁部材 ４ 発熱体 ５ ハウジング金具 ６ 加締め ７ リード部材 ８ 外部接続端子 ９、１０ 電極 １１ 空隙 １２ 絶縁性樹脂及び、又は無機絶縁物

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも通電により発熱する無機導電材
   から成る発熱部と、絶縁部材とで構成される発熱体の一
   方の電極が、ハウジング金具に電気的に接続され、他方
   の電極がリード部材を介してハウジング金具と絶縁され
   た外部接続端子に電気的に接続されたグロープラグであ
   って、前記リード部材は少なくとも一個所以上、ハウジ
   ング金具と絶縁された状態で固定されていることを特徴
   とするグロープラグ。
2. 【請求項２】前記絶縁部材が非酸化物系のセラミック焼
   結体から成ることを特徴とする請求項１記載のグロープ
   ラグ。
3. 【請求項３】前記リード部材は、ハウジング金具外周よ
   り該ハウジング金具を加締めて固定されていることを特
   徴とする請求項１記載のグロープラグ。
4. 【請求項４】前記リード部材は、ハウジング金具との空
   隙に絶縁性樹脂及び、又は無機絶縁物を充填して固定さ
   れていることを特徴とする請求項１記載のグロープラ
   グ。