JPS5952725B2 - デイ−ゼルエンジン用グロ−プラグ - Google Patents

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
るグロープラグに関する。

一般に、ディーゼルエンジンは低温時に始動性が悪いた
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り、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り、
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つた。

すなわち、発熱線に電流を流して加熱することにより発
生する熱は耐熱絶縁粉末を経てシース側に伝達され、こ
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
８００℃とするには数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
ないようにすることが望まれ、このために発熱線を予め
絶縁物で覆つたりＪシース内壁に絶縁層を形成するとい
つた手段を講じる必要があり、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ツク
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ツ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、その製造にあたつて困難
さが伴い非常に繁雑な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あるいは
並列に結線しなければならず、このため作業が繁雑で、
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
えられない。そして、上述したデイーゼルエンジン用グ
ロープラグを形成するうえで、問題とされることは、そ
の各部の構成が簡単で、その成形加工、組立作業等が簡
単に行なえ、また各部の耐久性や速熱型としての性能面
でも何ら支障ない構造とすることがある。

さらに、その本体部を構成するホルダの後端部から後方
に引き出される外部接続端子に対する外力がその他の構
成部品、特にこの外部接続端子に直接的に、あるいはリ
ードを介して間接的に接続されるヒータ側やその接続部
分に悪影響を及ぼすことがないようにすることも必要で
あり、このような点をも考慮して前述したように速熱性
に優れなるデイーゼルエンジン用グロープラダを開発す
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り、ヒータ棒としてその接合部分に
抵抗体を介装した状態で一対のセラミツク棒体を焼成し
て接合してなるものを用い、かつこのヒータ棒の軸線方
向に沿う少なくとも二個所の外周部に金属コーテイング
層を形成して、その一方の金属コーテイング層に対しこ
のヒータ棒の断面形状に合せて形成された金属製パイプ
を嵌装して溶着し、この金属製パイプを介した前記ヒー
タ棒を中空状のホルダの先端部に溶着して保持させると
いう簡単な構造によつて、セラミツクヒータ棒を利用す
ることによる直接的な熱伝達構造であることから加熱時
にこのヒータ棒を短時間で赤熱させてその温度立上り特
性を向上させることができ、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、このような利点を奏する
ヒータ棒を金属製パイプを巧みに利用してホルダ側に簡
単かつ適切に組付けることができるため、各部の製造、
組立てが容易に行なえ、その強度上の信頼性も高く、各
部の耐久性や速熱型としての性能面でも何ら支障ない構
造とすることができるなどといつた種々優れた効果を奏
することが可能となる安価なデイーゼルエンジン用グロ
ープラグ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図は本発明に係るデイーゼルエ
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
方の接合面に抵抗体１１を有しこれを介装した状態で加
圧焼成されるシリコン系非酸化物等のシリコン系材料か
らなる一対のセラミツク棒体１２，１３により形成され
たセラミツクヒータ棒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
ツシユ１６を介して外部接続端子１７が嵌め込まれ、ま
たこの外部接続端子１７は前記ヒータ棒１４の後端部に
所要の柔軟性を有する導線１８を介して接続されている
。

ここで、前記ヒータ棒１４は、その断面形状が略々楕円
状を呈するように、前述した一対のセラミツク棒体１２
，１３を接合することにより成形される。

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ツク材の密度を向上させ、そ
の耐熱強度、絶縁性さらにはその熱伝導率をより効果的
とするためである。なお、上述した一対のセラミツク棒
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、いわゆるフアインセラミツクスと言われ
ているシリコン系セラミツタ材としてのシリコン系非酸
化物、たとえば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ツタ棒体１２
の接合面１２ａ上に形成されている。

すなわち、抵抗体１１は、セラミツク棒体１２の先端部
側に設けられたヒータ部１１ａと、このヒータ部１１ａ
の一端からセラミツク棒体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のリード部１１ｂと前記
ヒータ部１１ａの他端から後方に延設されセラミツク棒
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１１Ｃとからなり、これらが前記接合面１２ａ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１１ａ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、一方各りード部１１ｂ，
１］Ｃは抵抗が小さくなるようにヒータ部１１ａよりも
広い幅をもつて形成されることである。また、ヒータ部
１１ａと各リード部１１ｂ，１１Ｃとはセラミツク棒体
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，１１Ｃの端部のみがセラ
ミツク棒体１２，１３の接合部から外部に露出される。
なお、前記抵抗体１１はセラミツク棒体１２の接合面１
２ａ上に薄い導電膜として印刷配線したり、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
などの手法により容易に得られ、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。

これはセラミツク焼成温度が高く、このために抵抗体１
１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、金属コーテイング層１９，２
０が形成されている。

これらの金属コーテイング層１９，２０は前記ヒータ棒
１４内に理設される抵抗体１１の両端、すなわち各リー
ド部１１ｂ，１１Ｃ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１１ｂ，１１Ｃ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
れはセラミツク材からなるヒータ棒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、
またこのようにすることによりこのヒータ棒１４と前述
した外部接続端子１７、さらにホルダ１５に対する抵抗
体１１の電気的接続が簡単に行なえるばかりでなく、こ
の抵抗体１１のヒータ棒１４外周に露呈する両端部分の
酸化などといつた腐食防止を図れ、しかもこのヒータ棒
１４での耐熱強度を得るとともに、その接合部の接合強
度をも向上させ得るといつた利点を奏することが可能と
なる。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１８を結線するためのターミナルキヤツプ２
２が被冠され、それぞれヒータ棒１４に対し銀ろう付け
などにより固着される。

すなわち、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、このような楕円状開口ホルダ
１５の先端部に成形するといつ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２１ａ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を前記金属コーテイング層１９を介して
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、その強度も充分
に保障される。特に、この種のグロープラグ１０が取付
け゛られるデイ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
保持状態が問題となる。ここで、上述した金属コーテイ
ング層１９は、この金属製パイプ２１とヒータ棒１４と
を電気的かつ機械的に接続すると同時に、エンジンシリ
ンダ内のガス圧をシールする役割を果たすものであり、
また金属製パイプ２１とヒータ棒１４との間の変形応力
を吸収し、ヒータ棒１４の破損などを防止し得るといつ
た利点もある。

なお、金属製パイプ２１の楕円状貫通孔２１ａは簡単な
引抜き加工などにより精度よく成形することが可能であ
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１１Ｃの端部は金属コーテイング層１９、
金属製パイプ２１を介したホルダ１５と電気的に接続さ
れている。ここで、このホルダ１５と金属製パイプ２１
とはたとえろう付けなどにより溶着されているものであ
り、これによりこの部分での接合強度やシール性を簡単
に得られることは明らかであろう。

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］
５の後端部に絶縁プツシュ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
外力によつてその接続部分が外れたり、ヒータ棒１４に
損傷等が生じるなどといつた問題があり、これらの弾性
的に結合する必要がある。そして、このような外力の影
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とはフレキシプルリードワイヤ
などの柔軟性に富む導線］８で接続されている。すなわ
ち、上述した導線１８として柔軟性の少ない剛体に近い
ものを用いたり、あるいはヒータ棒１４に外部接続端子
１７を直接接続した場合には、外部接続端子１７での外
力がそのままヒータ棒１４側に伝達されることとなり、
゛この導線１８・両端の接合部分等に断線が生じたりヒ
ータ棒１４に無理な力が伝達されてその破損を招くなど
といつた問題が生じるもので、その防振対策を講じる必
要がある。

また、この導線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ヤツプ２２が用いられ
ている。

このターミナルキヤツプ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
ようなキヤツプ状を呈し、その底部から導線１８を固着
する取付片２２ａが切り起こされている。そして、この
取付片２２ａに前記導線１８の一端がスポツト溶接など
により固着される。勿論、導線１８の他端も外部接続端
子１７の先端にスポツト溶接などにより固着される。な
お、上述した柔軟性に富む導線１８の代りに、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ヤ
ツプ２２の取付片２２ａに弾性をもたせて結合したり、
また外部接続端子１７側に弾性的に結合することは自由
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
れが内設されるホルダ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ツク粉末を充填
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
１０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を有してなる一対
のセラミツク棒体１２，１３を加圧焼結することによつ
て発熱性に優れたヒータ棒１４が準備される。そして、
このヒータ棒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ヤツプ２２を嵌合し銀ろう付け
などにより固着した後、ターミナルキヤツプ２２の取付
片２２ａに導線１８の一端を、またその他端を絶縁ブツ
シユ１６を嵌着した外部接続端子１７の先端にそれぞれ
スポツ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２］をホルダ１５の先端において銀ろう
付けにより固着し、一方ホルダ１５の後端部に嵌め込ま
れた外部接続端子１７外周の絶縁ブツシユ１６をホルダ
１５の後端部をかしめることによつて組付け固定する。
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、デイー
ゼルエンジンのシリンダヘツ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１７とホルダ１５間に電圧が印加
され、ヒータ棒１４内の抵抗体１１に電流が流れると、
そのヒータ部１１ａは加熱され、この発生熱がセラミツ
ク材からなる外皮に伝達され、これによりシリンダ内に
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
どのセラミツク材で形成され、このセラミツク材は絶縁
性がよいばかりでなく耐熱衝撃性の面で優れており、こ
の種のデイ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である。

さらに、このようなシリコン系セラミツク材からなるヒ
ータ棒１４では、その内部に発熱体となる抵抗体１１が
直接埋設されており、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
つて、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
グロープラグによつて８００℃の昇温温度を得るに、３
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も最
も影響する先端部にのみ抵抗体１１のヒータ部１１ａを
形成したおり、これにより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の製造にあたつても、一対
のセラミツタ棒体１２，１３の一方の接合面１２ａに抵
抗体１１を形成し、さらにこれらのセラミツク棒体１２
，１３を接合することによつて簡単に行なえることは明
らかであろつＯなお、前述した実施例では、一対のセラ
ミツク棒体］２，］３からなるヒータ棒１４の断面形状
を略々楕円状とし、これに合わせて形成された金属製パ
イプ２１およびターミナルキヤツプ２２を用いてホルダ
１５内に組込み、さらに外部接続端子１７に接続するよ
うにした構成について説明したが、本発明はこれに限定
されず、ヒータ棒の断面形状を適宜変更し、これに合わ
せて各部材を形成することは自由で、またその形状によ
つ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ヤツプを用いず直接導線をはん
だ付けなどにより固着するようにしてもよい。

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、本発明に係るデイーゼルエンジン
用グロープラグによれば、ヒータ棒としてその接合部分
に抵抗体を介装した状態で一対のセラミツク棒体を焼成
して接合してなるものを用い、かつこのヒータ棒の軸線
方向に沿う少なくとも二個所の外周部に金属コーテイン
グ層を形成して、その一方の金属コーテイング層に対し
このヒータ棒の断面形状に合せて形成された金属製パイ
プを嵌装して溶着し、この金属製パイプを介して前記ヒ
ータ棒を中空状のホルダの先端部に溶着した保持させる
ようにしたので、簡単かつ安価な構造にもかかわらず、
セラミツタヒータ棒を利用することによる直接的な熱伝
達構造であることから加熱時にこのヒータ棒を短時間で
赤熱させてその温度立上り特性を向上させることができ
、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、このような利点を奏するヒータ棒ゆ金属製パイプを
巧みに利用してホルダ側に簡単かつ適切に組付けること
ができるため、各部の製造、組立てが容易に行なえ、そ
の強度上の信頼性も高く、各部の耐久性や速熱型として
の性能面でも何ら支障ない構造とすることができるなど
といつた種々優れた効果を奏する。特に、上述した金属
製パイプを用いることにより、その強度や成形性等の面
からヒータ棒が円形以外の異形状を呈するように形成さ
れている場合において、その効果を発揮させ得るもので
あり、さらにこのセラミツクヒータ棒を、シリコン系材
料としてシリコン系非酸化物であるシリコン系窒化物に
て形成することにより、その耐熱衝撃性などに優れたヒ
ータ棒を簡単に得らことが可能となる。また、本発明に
よれば、ヒータ棒外周部の金属コーテイング層の一方が
その軸線方向の略中央部外周に、他方がその後端部側に
それぞれ形成され、かつこれら各金属コーテイング層に
その内部に埋設されている抵抗体の両端を接続するよう
にしたので、その構成が簡単であるにもかかわらず、ヒ
ータ棒に対する電気的接続が簡単かつ適切に行なえ、し
かもこのヒータ棒保持部の気密性や強度上の信頼性をも
向上させることができる。さらに、本発明によれば、そ
のセラミツクヒータ棒を保持する中空状ホルダ内におい
てヒータ棒後端部の金属コーテイング層と外部接続端子
とを柔軟性を有する導線にて接続することにより、導線
のもつ柔軟性を利用してヒータ棒を弾性的に支持し、外
部からの衝撃力が外部接続端子に加わつたとしても、ヒ
ータ棒が破損されたり、電気的接合部に断線などが生じ
る等の問題を生じることはなく、この各部の強度上、さ
らには性能面での信頼性を大幅に向上させ得るといつた
利点もある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係るデイ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図は一対のセラミツク棒体からなるヒータ棒
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。 １０・・・・・・グロープラグ、１１・・・・・・抵抗
体、１１ａ・・・・・・ヒータ部、１１ｂ，１１Ｃ・・
・・・・リード部、１２，１３・・・・・・一対のセラ
ミツク棒、１４・・・・・・ヒータ棒、１５・・・・・
・ホルダ、１６・・・・・・絶縁ブツシユ、１７・・・
・・・外部接続端子、１８・・・・・・導線、１９，２
０・・・・・・金属コーテイング層、２１・・・・・・
金属製パイプ、２２・・・・・・ターミナルキヤツプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一対のセラミック棒体間に抵抗体を介装した状態で
   接合して形成されるとともにその軸線方向に沿う少なく
   とも二個所の外周部に金属コーティング層が形成されて
   いるセラミックヒータ棒と、このヒータ棒を先端部にお
   いて保持する中空状のホルダと、このホルダの後端部に
   絶縁材を介して取付けられた外部接続端子とを備え、前
   記ヒータ棒の外周部には、このヒータ棒の断面形状に応
   じた形状にて形成された貫通孔を有する金属製パイプが
   嵌装されるとともに、この金属製パイプはその内周部が
   このヒータ棒に対し前記一方の金属コーティング層と溶
   着され、かつその外周部が前記ホルダの先端部に溶着さ
   れていることを特徴とするディーゼルエンジン用グロー
   プラグ。 ２ セラミックヒータ棒を構成するセラミック棒体は、
   シリコン系窒化物にて形成されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のディーゼルエンジン用グロ
   ープラグ。 ３ セラミックヒータ棒は、その断面が円形以外の異形
   状を呈するように焼成して形成されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のデイーゼルエンジン用
   グロープラグ。 ４ 金属コーティング層は、その一方がセラミックヒー
   タ棒の軸線方向の略中央部外周に、他方がヒータ棒の後
   端部外周に、それぞれ形成されており、かつこれら各金
   属コーティング層には、前記ヒータ棒内に埋設されてい
   る抵抗体の両端がそれぞれ電気的に接続されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のディーゼルエ
   ンジン用グロープラグ。 ５ セラミックヒータ棒の後端部に露呈してその外周部
   に形成された金属コーティング層に接続されている抵抗
   体をホルダ後端部に保持されている外部接続端子とは柔
   軟性を有する導線にて接続されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第４項記載のディーゼルエンジン用グロ
   ープラグ。