JPS59230285A - セラミツクヒ−タ棒 - 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】 本発明は、ディーゼルエンジンのシリンダ内を予熱する
グロープラグに用いて好適なセラミックヒータ棒に関す
る。

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、シリンダ内にグロープラグを設けこれに電流を流し
て加熱することによシ、シリンダ内部の温度を上昇させ
てエンジンの始動性を向上させる方法が用いられている
。

この種のグロープラグとして従来のものでは、耐熱金属
製のシース内に耐熱絶縁粉末を充填してコイル状発熱線
を埋設してなる、いわゆるシーズヒータを用いておシ、
これが間接加熱であることからシリンダ内の昇温に時間
がかかりすぎるという問題があった。すなわち、発熱線
に電流を流して加熱することによ多発生する熱は耐熱絶
縁粉末を経てシース側に伝達され、とのシースから熱が
シリンダ内に放射されるもので、熱伝達効率の面で問題
である。たとえばシリンダ内の温度を１１００℃とする
には約１０秒の時間を必要としている。そして、このよ
うな長い昇温時間を短縮するために通電電流を増加する
と、発熱線の溶断あるいは高熱によるシースの破損など
が生じ易くなる。さらに、上述した構造では、発熱線の
埋設時にシースとの間の短絡などが生じないようにする
ととが望まれ、このために発熱線を予め絶縁物で覆った
シ、シース内壁に絶縁層を形成するといった手段を講じ
る必要があシ、その製造作業が面倒であるという問題も
ある。

また、特開昭５４−１０９５３６号公報には、上述した
熱伝達効率を向上させるものとして多層基板の技術を応
用したグロープラグ用セラミックヒータが開示されてい
るが、これは抵抗体を印刷した円板上のうすいセラミッ
クグリーンシートを多数枚積層して一体化し棒状とした
もので、その製造にあたって困難さが伴い非常に繁雑外
作業を必要としている。特に、狭少なグリーンシート面
に抵抗体を設けたものを多数必要とし、さらに各シート
上の抵抗体を接続するためにはシート外周部に露呈する
抵抗体の両端を直列あるいは並列に結線しなければなら
ず、このための作業が繁雑で、しかも所望の結線状態を
容易に得ることができるとは考えられかい。

特に、上述したディーゼルエンジン用グロープラグを形
成するうえで、問題と嘔れることは、そのヒータ発熱部
分の発熱特性を適切に制御し、そのヒータ先端部の急速
な赤熱化を達成するとともに、その熱影響がヒータ部分
を始めとする各部材に及ぶことがないようにすることで
、このような点を考慮して、前述したように速熱性に優
れしかもその構造が簡単で製造が容易に行なえ、式らに
各部の耐久性の面でも優れてなるディーゼルエンジン用
グロープラグを開発することが望まれている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであシ、
シリコン系材料にて略楕円形状を呈するように形成され
るセラミックヒータ棒内に設けられる抵抗体を、ヒータ
棒外周面までの距離が略等しく表るように埋設するとい
う簡単な構成によっテ、ソのヒータ発熱部分をセラミッ
クヒータ棒ニて簡単かつ適切に形成し、しかもその内部
に埋設した所要の抵抗値をもつ抵抗体による直接的な熱
伝達構造によシ加熱時にヒータ棒先端を短時間で赤熱さ
せてその温度立上シ特性を向上させ、速熱型としてその
性能を充分に発揮し得るばかシでたく、ヒータ棒部分で
の発熱特性をその長手方向に沿って均一な温度分布とな
るように適切に制御することができ、過大な熱応力の発
生を防止するとともに、その必要以上の温度上昇等によ
る各部への悪影響を簡単かつ確実に防止することが可能
で、これによシ強度上の信頼性、耐久性、さらにコスト
面で優れて表るディーゼルエンジン用グロープラグ等に
用いて好適なセラミックヒータ棒を提供するものである
。

以下、本発明を図面に示した実施例を用いて詳細に説明
する。

第１図および第３図は本発明に係るセラミックヒータ棒
を採用したディーゼルエンジン用グロープラグの一実施
例を示し、これらの図において、全体を符号１０で示す
グロープラグは、その一方の接合面に導電材による抵抗
体１１を有しとれを介装した状態で加圧焼成されるシリ
コン系セラミック材からなる一対のセラミック棒体１２
，１３によシ形成されたセラミックヒータ棒１４と、こ
のヒータ棒１４を先端部において保持する略々管状のホ
ルダ１５を備え、このホルダ１５の後端部には合成樹脂
材などからなる絶縁ブツシュ１６を介して外部接続端子
１Ｔが嵌め込まれ、またこの外部接続端子１Ｔは前記ヒ
ータ棒１４の後端部に所要の柔軟性をもつ導線１８を介
して接続されている。

前記ヒータ棒１４は断面が略々楕円状を呈し、一対のセ
ラミック棒体１２，１３を接合して圧縮焼成することに
よって成形される。この場合、ヒータ棒１４の断面形状
を略々楕円状としたのは、円形に比べてセラミック材の
密度を向上させ、その耐熱強度、絶縁性さらには熱伝導
率をよシ効果的とするためである。

さらに、上述した一対のセラミック神体１２゜１３の材
質としては、絶縁性、耐熱衝撃性などに優れてなる、い
わゆるファインセラミックスと言われているシリコン系
セラミック材料としてのシリコン系非酸化物、たとえに
シリコン系窒化物などが好ましいものである。

また、前記ヒータ棒１４内の抵抗体１１は、第２図に示
すような状態で前記一方のセラミック棒体１２の接合面
１２ａ上に形成されている。すなわち、抵抗体１１は、
セラミック棒体１２の先端部側に設けられたヒータ部１
１ａと、とのヒータ部１１＆の一端からセラミック棒体
１２の後方に延設されその後端部から棒体外に露出する
第１のＩＪ−ド部１１ｂと、前記ヒータ部１１ｍの他端
から後方に延設されセラミック棒体１２の中央部側方か
ら棒体外に露出する第２のリード部１１ｅとからなシ、
これらが前記接合面１２＆上に一連に形成されている。

この場合、注意すべき点は、抵抗体１１のヒータ部１１
１部分の抵抗が大きくなるようにその幅が充分に狭く形
成され、一方各リード部１１ｂ。

１１ｃは抵抗が小さくなるようにヒータ部１１＆　よシ
も広い幅をもって形成されることである。また、ヒータ
部１１ｍと各リード部１１ｂ、１１ｅとはセラミック棒
体１２，１３の接合時においてヒータ棒１４内部に完全
に埋設され、各リード部１１ｂ、１１ｅの端部のみがセ
ラミック棒体１２，１３の接合部から外部に露出される
。

また、本発明において、特徴とすべきことは、この抵抗
体１１の各部を、ヒータ棒１４の外周面までの距離が略
等しくなるようにこのヒータ棒１４内に埋設することで
、とのようにすることによって、この抵抗体１１からの
発熱によるヒータ棒１４内での温度分布を全体にわたっ
て均一化し、これによシ過大女熱応力の発生を防止し、
ヒータ棒１４の耐久性や信頼性を向上式せることが可能
とまる。

表お、前記抵抗体１１はセラミック棒体１２の接合面１
２ａ上に薄い導電膜として印刷配線したシ、高融点金属
の線条または板状のものを貼着、あるいは焼付け、蒸着
などの手法によシ容易に得られ、またその材料としては
タングステンなどの金属材料が考えられる。これはセラ
ミック焼成温度が高く、このために抵抗体１１が耐熱材
である必要か　゛らである。

また、上述したようにして形成されるヒータ棒１４の中
央部外周と後端部外周およびその端面とのそれぞれには
、第１図および第３図から明らかなように、金属コーテ
ィング層１９．２０が形成されている。これらの金属コ
ーティング層１９゜２０は前記ヒータ棒１４内に埋設さ
れる抵抗体口の両端、すなわち各リード部１１ｂ、１１
ｅの端部を外部に電気的に接続するためのもので、各リ
ード部１　ｌ　ｂ　＊　１１　ｃの棒体外の露出する端
部に接触してヒータ棒１４外部に形成される。これはセ
ラミック材からカるヒータ棒１４には金属部材を直接溶
接あるいはろう付けすることができないためである。

そして、前記ヒータ棒１４の中央部分には補強用の金属
製パイプ２１が嵌合され、かつその後端部側には前記導
線１Ｂを結線するためのターミナルキャップ２２が被冠
され、それぞれヒータ棒１４に対し銀ろう付けなどによ
シ固着される。すまわち、このヒータ棒１４は前記ホル
ダ１５の先端部に保持された状態で組込まれるが、この
場合その断面形状が略々楕円状をなすためにこれを確実
に固定するにはホルダ１５の先端部開口をヒータ棒１４
に合わせて形成する必要がある。しかし、このようた楕
円状開口ホルダ１５の先端部に成形するといった作業は
面倒でまたコスト的にも好ましくない。このために、ヒ
ータ棒１４の形状に合わせて形成した略々楕円状をなす
貫通孔２１＆を有する金属製パイプ２１をホルダ１５と
別個に準備し、このパイプ２１をヒータ棒１４に固定し
た後これをホルダ１５の先端部に嵌合して固定すれば、
各部の成形加工が容易で、コスト的にも安価となり、し
かもヒータ棒１４のホルダ１５に対する取付けを簡単か
つ確実に行なえ、その強度屯充分に保障式れる。特に、
この種のグロープラグ１０が取付けられるディーゼルエ
ンジンはその動作時にかなりの震動等を生じるもので、
ホルダ１５へのヒータ棒１４の保持状態が問題とまる。

なお、金属製パイプ２１の楕円状貫通孔２１１は簡単な
引抜き加工などによシ精度よく成形することが可能でめ
る。また、ヒータ棒１４内の抵抗体１１の一端、すなわ
ち第２のリード部ｌｉｅの端部は金属コーティング層１
９、金属製パイプ２１を介してホルダ１５と電気的に接
続されている。

一方、ヒータ棒１４の後端部に露出する抵抗体１１の他
端、すなわち第１のリード部１１ｂの端部は、ホルダ１
５の後端部に絶縁ブツシュ１６を介して取付けられる外
部接続端子１７と接続されるが、この場合この外部接続
端子１７をヒータ棒１４の後端部に直接固着すると、外
部接続端子１７に加わる振動や締付トルクなどの機械的
外力によって外れたシ、ヒータ棒１４に損傷等が生じる
といった問題があり、これらを弾性的に結合する必要が
ある。そして、とのような外力の影響を強度的に保障す
るために、本実施例では、ヒータ棒１４と外部接続端子
１７とはフレキシブルリードワイヤなどの柔軟性に富む
導線１８で接続されている。

また、との導線１８をヒータ棒１４の後端部に確実に固
着するために前記ターミナルキャップ２２が用いられて
いる０とのターミナルキャップ２２は、第１図および第
３図から明らかなように、ヒータ棒１４の後端部に被冠
されるようなキャップ状を呈し、その底部から導線１Ｂ
を固着する取付片２２ｍが切シ起こされている。そして
、この取付片２２＆に前記導線１Ｂの一端がスポット溶
接などによシ固着される。勿論、導線１８の他端も外部
接続端子１７の先端にスポット溶接などによ如固着され
る。

なお、上述した柔軟性に富む導線１８の代シに、ある程
度の柔軟性をもつ電気導体を用い、これをターミナルキ
ャップ２２の取付片２２＆に弾性をもたせて結合したシ
、また外部接続端子１γ側に弾性的に結合するととは自
由で、さらに金属線材の少なくとも一端を彎曲形成して
その弾性を利用して接続することも考えられる。

また、上述した導線１８などを用いて接続した場合、こ
れが内股されるホルダ１５の空間部に、耐熱絶縁粉末、
たとえば酸化マグネシウムなどのセラミック粉末を充填
するようにしてもよい。このようにすれば、導線１８な
どの防振対策としてその効果が発揮できる。

このように構成されたグロープラグ１ｏは、次のように
して簡単に組立てられる。まず、その一方の接合面に抵
抗体１１を有する一対のセラミック神体１２．１３を接
合して加圧焼成することによって発熱性に優れたヒータ
棒１４が準備される。

そして、とのヒータ棒１４の中央部と後端部とにそれぞ
れパイプ２１およびターミナルキャップ２２を嵌合し銀
ろう付は表どにより固着した後、ターミナルキャップ２
２の取付片２２＆に導線１８の一端を、またその他端を
絶縁ブツシュ１６を嵌着した外部接続端子１７の先端に
それぞれスポット溶接して固着する。さらに、これらの
各部材を前記ホルダ１５の後端部から差し込み、ヒータ
棒１４を保持するパイプ２１をホルダ１５の先端部にお
いて銀ろう付けによシ固着し、一方ホルダ１５の後端部
に嵌め込まれた外部接続端子１７外周の絶縁ブツシュ１
６をホルダ１５の後端部をかしめることによって組付は
固定する。・この組立て状態を第３図（Ａ）（Ｂ）に示
している。

また、このようにして組立てられたグロープラグ１０は
、ディーゼルエンジンのシリンダヘッドに形成されたね
じ孔にねじ込まれ、その先端のヒータ棒１４をシリンダ
室内に突出した状態で取付けられる。そして、外部接続
端子１Ｔとホルダ１５間に電圧が印加され、ヒータ棒１
４内の抵抗体１１に電流が流れると、そのヒータ部１１
＆は加熱され、この発生熱がセラミック材からなる外皮
に伝達され、これによシリンダ室に熱が放射されてその
内部温度が上昇し、その結果エンジンの始動性がよくな
る。

ここで、注目すべき点は、抵抗体１１を埋設したヒータ
棒１４がシリコン系非酸化物などのセラミック材で形成
され、このセラミック材は絶縁性がよいばかりでなく耐
熱衝撃性の面で優れておシ、この種のディーゼルエンジ
ン用グロープラグにおけるヒータ部分に用いてその性能
を発揮させ得るものである。さらに、このようなセラミ
ック材からなるヒータ棒１４では、その内部に発熱体と
なる抵抗体１１が直接埋設されておシ、従来のようなシ
ース内に充填された耐熱絶縁粉末にて発熱体を埋設した
ものに比べて、その熱伝導率をも大幅に向上させ得るも
のである。したがって、このようなヒータ棒１４は加熱
時に短時間で赤熱して温度立上り特性が向上し、速熱型
としてその性能を充分に発揮し得るものである。たとえ
ば、本発明によるグロープラグによって１１００℃の昇
温温度を得るに、２秒以内で行なえることが実験の結果
確認されている。特に、上述したヒータ棒１４は、エン
ジンの始動性に最も影響する先端部にのみ抵抗体１１の
ヒータ部１１＆を形成しており、これによシヒータ棒と
しての役割を充分に果し、エンジンの始動性を著しく改
善することが可能である。また、ヒータ棒１４の製造に
あたっても、一対のセラミック棒体１２゜１３の一方の
接合面１２＆に抵抗体１１を形成し、さらにこれらのセ
ラミック棒体１２，１３を接合することによって簡単に
行なえることは明らかであろう。

なお、本発明は上述した実施例構造に限定されず、たと
えばその形状によってはヒータ棒を直接ホルダの先端部
に保持させてもよく、さらにターミナルキャップを用い
ず直接導線をはんだ付はカとによシ固着するようにして
もよいととは言うま１５− でもない。

また、ヒータ棒内の抵抗体形成パターンも、前述した実
施例に限定されず、これを適宜変更してその抵抗値を可
変することは自由で、要するに、エンジンの始動性に影
響を与えるヒータ棒の先端部が特に迅速に赤熱するよう
に構成すればよい。

以上説明したように、本発明によれば、抵抗体を介装し
た状態で一対のセラミック棒体を接合してなるセラミッ
クヒータ棒を用い、かつその内部に抵抗体を外周面から
略等しい距離をおいて埋設するようにしたので、簡単な
構造にもかかわらずヒータ棒の発熱性に優れ、加熱時に
短時間で赤熱して温度立上υ特性が向上し、速熱型とし
てその性能を充分に発揮し得るばかりでなく、その製造
が簡単かつ確実に行たえ、特にこのヒータ棒全体にわた
っての温度分布を均一化してその過大な熱応力の発生を
防ぎ、その強度上の信頼性や耐久性を大幅に向上させ、
さらにコスト的にも安価である等、その効果は犬である
。

図は本発明に係るセラミックヒータ棒を適用したディー
ゼルエンジン用グロープラグの一実施例を示し、第１図
は全体の概略構成を示す分解斜視図、第２図は一対のセ
ラミック棒体からなるセラミックヒータ棒を拡大して示
す分解斜視図、第３図（Ａ）は第１図の組立て状態を示
す縦断面図、同図（Ｂ）は同じく先端側から見た側面図
である。

１Ｑａａａａグロープラグ、１１−φ・−抵抗体、１１
ａ・、・φヒータ部、１１ｂ、１１ｅ−−−−リード部
、１２．１３・・・・一対のセラミック棒体、１４・・
・・セラミックヒータ棒、１５・−―・ホルダ、１６・
・・・絶縁ブツシュ、１７・・・・外部接続端子、１８
・・・・導線、１９゜２０・・・・金属コーティング層
、２１・・・・金Ｒ製パイプ、２２・−・・ターミナル
キャップ。

特許出願人　　自動車機器株式会社 いすソ自動車株式会社 京セラ株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）上、下一対のセラミック棒体間に抵抗体を介装し
   た状態で接合することによ多形成されるセラミックヒー
   タ棒であって、このセラミックヒータ棒は、その軸線方
   向に直交する断面形状が、外側に凸なる円弧面にて形成
   される上、下面および前記セラミック棒体の接合面に直
   交する左、右面とによって、略楕円形状とされ、かつ前
   記抵抗体は、とのヒータ棒の外周面までの距離が略等し
   い長さとなるようにして、その内部に埋設されている仁
   とを特徴とするセラミックヒータ棒。
2. （２）セラミック棒体は、シリコン系非酸化物によ多形
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のセラミックヒータ棒。