JPS62141424A - Glow plug for diesel engine - Google Patents

Glow plug for diesel engine

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Publication number
JPS62141424A
JPS62141424A JP27917685A JP27917685A JPS62141424A JP S62141424 A JPS62141424 A JP S62141424A JP 27917685 A JP27917685 A JP 27917685A JP 27917685 A JP27917685 A JP 27917685A JP S62141424 A JPS62141424 A JP S62141424A
Authority
JP
Japan
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ceramic material
heater
thin plate
glow plug
insulator
Prior art date
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Pending
Application number
JP27917685A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kosuke Masaka
間坂 光佑
Hiroji Hatanaka
広二 畑中
Kenji Maruta
丸田 賢二
Hirohisa Suwabe
博久 諏訪部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jidosha Kiki Co Ltd
Proterial Ltd
Original Assignee
Jidosha Kiki Co Ltd
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
Application filed by Jidosha Kiki Co Ltd, Hitachi Metals Ltd filed Critical Jidosha Kiki Co Ltd
Priority to JP27917685A priority Critical patent/JPS62141424A/en
Publication of JPS62141424A publication Critical patent/JPS62141424A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

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  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide an inexpensive ceramic heater with heating rapidity, self- temp. saturability etc. and also excellent reliability in heat resistant strength etc. by forming ceramic material members into one body in such a way that resistances made of conductive ceramic material and a thin-plate-shaped insulator made of insulating ceramic material are formed into lamination layers and bent and they are baked under the condition that a protecting pipe member made of conductive ceramic material is inserted on the bent lamination layers. CONSTITUTION:A cylindrical ceramic heater 11 held at the tip part of a hollow holder 12 is shaped in such a way that a lamination layer body which is formed by a thin-plate-shaped insulator 20 and thin-plate-shaped resistances 21, 22 made of insulating ceramic material and installed at both sides and one end of the insulator 20 is bent into nearly cylindrical form as a whole. Baking under the condition that a protecting pipe member 23 made of conductive ceramic material is inserted on the periphery of the rear end of this cylindrical body causes the heating part to expose on the outer surface of the heater and achieve a quick and sure red hot condition at its tip. Thus, it is possible to manufacture a flow plug 10 for a diesel engine which is able to exhibit function as a rapid heating type one.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディーゼルエンジンの副燃焼室または燃焼室内
を予熱するために用いられるグロープラグに関し、特に
速熱型としての機能を発揮させるとともに、その発熱特
性を改善し長時間のアフターグロー化を達成し得る自己
温度飽和性を有するセラミックヒータを備えてなるディ
ーゼルエンジン用グロープラグの改良に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a glow plug used for preheating the auxiliary combustion chamber or combustion chamber of a diesel engine, and particularly to a glow plug that exhibits a function as a fast heating type. The present invention relates to an improvement in a glow plug for a diesel engine, which is equipped with a ceramic heater having self-temperature saturation that improves heat generation characteristics and achieves long-term afterglow.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

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、副燃焼室または燃焼室内にグロープラグを設置し、
これに電流を流して発熱させることで、吸気温度を」二
昇させあるいは着火源として用い、エンジンの始動性を
向上させる方法が採用されている。ところで、この種の
グロープラグとして従来は、金属製シース内に耐熱絶縁
粉末を充填し鉄クロム、ニッケル等からなるコイル状発
熱線を埋設した、いわゆるシース^すと呼ばれるものが
一般的であるが、それ以外にも特開昭57−41523
号公報等に示されるように、タングステン等による発熱
線を、絶縁性を有する窒化ケイ素などといったセラミッ
ク材中に埋、没した棒状ヒータを用いてなるセラミック
ヒータ型も知られている。そして、このようなセラミッ
クに一夕型では、耐熱絶縁粉末およびシースを介しての
間接加熱であるシース型に比べ、熱体;を効率を向−1
−させ得るとともに発熱特性の面でも優れ、加熱時に短
時間で赤熱して温度立トリ特性を大幅に向1−させ、速
熱型としての性能を発揮さけ得るもので、近年盛んに採
用されるようになっている。
Generally, diesel engines have poor startability at low temperatures, so glow plugs are installed in the auxiliary combustion chamber or combustion chamber.
A method has been adopted in which a current is passed through this to generate heat, raising the intake air temperature or using it as an ignition source to improve the startability of the engine. By the way, conventionally, this kind of glow plug is commonly called a sheath, which is a metal sheath filled with heat-resistant insulating powder and embedded with a coiled heating wire made of iron chromium, nickel, etc. , In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-41523
As shown in the above publications, a ceramic heater type is also known in which a rod-shaped heater is used in which a heating wire made of tungsten or the like is buried in a ceramic material such as silicon nitride having insulating properties. And, compared to the sheath type, which uses indirect heating through heat-resistant insulating powder and a sheath, the overnight type of ceramics has a higher efficiency when heating the heating body.
It has been widely adopted in recent years as it can heat up quickly and has excellent heat-generating properties.It can become red hot in a short time when heated, greatly improving the temperature rise characteristic, and exhibiting the performance of a fast-heating type. It looks like this.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、1.述したセラミックヒータ型のグロー
プラグでむ[、たとえば窒化ケイ素などのような絶縁性
セラミック旧の内部に金属製(タングステン)の発熱線
を埋設置、たヒータ構造であり。
However, 1. The ceramic heater type glow plug described above has a heater structure in which a metal (tungsten) heating wire is embedded inside an insulating ceramic material such as silicon nitride.

しかもこれら両部材間での熱膨張率が異なることから、
特に発熱時における急激な温度上昇とその繰返し使用と
が、セラミックヒータの耐久性に悪影響を及ぼす虞れが
あり、耐熱強度等の信頼性の而で問題をもち、さらにコ
スト高を招く等といった欠点があった。
Moreover, since the coefficient of thermal expansion is different between these two members,
In particular, the rapid temperature rise during heat generation and its repeated use may have a negative effect on the durability of the ceramic heater, causing problems with reliability such as heat resistance strength, and further leading to higher costs. was there.

このような問題を解消し得るものとして、発熱線を絶縁
性を有するセラミック材と略々間等の熱1彰張率を有す
る導電性セラミック材で形成するようにしたセラミック
ヒータ構造が、たとえば特開昭80−9085り公報や
特開昭60−14784号公報等により従来既に提案さ
れているが、いずれもグロープラグとして使用するには
、構造−1−からも、機能面からもまだまだ問題をもつ
ものであり、実用化するには至らないものであった。
As a solution to this problem, there is a ceramic heater structure in which the heating wire is made of a conductive ceramic material having a thermal modulus approximately between that of an insulating ceramic material. Although these proposals have already been proposed in 1985-9085 and 1987-14784, there are still problems in terms of structure and function for use as glow plugs. However, it was not possible to put it into practical use.

たとえば前者の場合には、発熱体となる導電性セラミッ
ク材を絶縁性セラミ・ンク材中に埋設してなる構造であ
るため、熱伝導率の面ではシース型に1しべて優れてい
るものの、間接的な加熱であることから、速熱型として
の機能を発揮させるうえで問題で、さらにその成形加工
が面倒かつ煩雑である等といった問題をもつものであっ
た。また、後者の場合には、発熱体がヒータ表面側に露
すし、速熱型として機能し得るも、その発熱体が午にU
字状を呈する部材の積層構造によって形成されかつその
両端部がヒータ後端部に導かれているだけであるため、
その電極の取出しにあたって構造が複雑化し、コスI・
高を招き、さらに燃焼室内への渦流に対してU字状の発
熱体により悪影響を4え、実用面で問題となるものであ
った。
For example, in the former case, the conductive ceramic material that serves as the heating element is embedded in the insulating ceramic material, so it is superior to the sheath type in terms of thermal conductivity. Since the heating is indirect, there are problems in exerting the function as a rapid heating type, and furthermore, the molding process is troublesome and complicated. In the latter case, the heating element is exposed on the surface side of the heater, and although it can function as a fast heating type, the heating element is exposed to the surface of the heater.
It is formed by a laminated structure of members exhibiting a letter shape, and both ends thereof are only led to the rear end of the heater.
The structure becomes complicated when taking out the electrode, and the cost I.
In addition, the U-shaped heating element had an adverse effect on the vortex flow inside the combustion chamber, which caused problems in practical use.

また、近年この種のグロープラグにあっては、ディーゼ
ルエンジンの始動性の向l−やそのターボ化の普及に伴
なう使用条件の高温化に対する耐久性、さらにエンジン
始+JIJ後において一定時間の間グロープラグに対し
通電状態をM1持することによりエンジン内部での燃焼
を円滑かつ適切に行なえるようにして、排気、騒音対策
を図るという、いわゆるアフターグロ一方式を採用する
ことに対しての市場要求が大きく、しかもこのアフター
グロ一時間を可能な限り長時間化(たとえばlO分程度
)することが心霊とされている。そして、このようなア
フターグローの長時間化を図るためには、発熱体への通
電電力を自己制御して発熱特性を大幅に改善しヒータ部
分での過加熱を防止するとともにその飽和温度を適切な
温度状態以下に維持し得る自己温度飽和機能を有するこ
とも必要とされているもので、これらの点をも考慮して
、速熱性および自己温度飽和性等を有し、かつ耐熱強度
等の信頼性の面でも優れてなる安価なセラミックヒータ
を有するグロープラグの出現が要望されている。
In addition, in recent years, glow plugs of this type have been improved in terms of starting performance of diesel engines, durability against high temperature usage conditions associated with the spread of turbo engines, and also durability for a certain period of time after engine start + JIJ. In contrast to adopting the so-called after-glow method, which maintains the energization state M1 to the glow plug during the engine to ensure smooth and appropriate combustion within the engine and to counteract exhaust and noise. There is a strong market demand, and it is considered desirable to make this after-grossing hour as long as possible (for example, about 10 minutes). In order to prolong this afterglow, it is necessary to self-control the power applied to the heating element, greatly improving the heat generation characteristics, preventing overheating in the heater part, and adjusting its saturation temperature appropriately. It is also necessary to have a self-temperature saturation function that can maintain the temperature below a certain temperature state. Taking these points into consideration, the product must have fast heating properties, self-temperature saturation properties, etc., and have high heat resistance strength, etc. There is a demand for a glow plug having an inexpensive ceramic heater that is also superior in terms of reliability.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

−1−述した要請に応えるために、本発明に係るディー
ゼルエンジン用グロープラグは、中空状ホルダの先端部
に保持される筒状セラミックヒータを、絶縁性セラミッ
ク材により形成されてなる薄板状絶縁体とその両側面お
よび一方の端部に積層して付設される導電性セラミ−7
り材による薄板状抵抗体とによる積層体を幅方向に湾曲
して全体が略々筒状を呈するように形成するとともに、
この筒状体の後端側外周部に導電性セラミック材による
保護パイプ体を1に装させた状態で焼成することで、一
体内に成形するようにしたものである。
-1- In order to meet the above-mentioned demands, the diesel engine glow plug according to the present invention has a cylindrical ceramic heater held at the tip of a hollow holder, and a thin plate-like insulator formed of an insulating ceramic material. Conductive ceramic 7 laminated and attached to the body, both sides and one end
A laminated body made of a thin plate-shaped resistor made of a material is curved in the width direction so that the whole has a substantially cylindrical shape, and
A protective pipe body made of a conductive ceramic material is attached to the outer periphery of the rear end of this cylindrical body, and then fired to form an integral body.

〔作用〕[Effect]

本発明によれば、セラミックヒータを、略々間等の熱膨
張率を有する導電性セラミック材による抵抗体および絶
縁性セラミック材による薄板状絶縁体を積層して湾曲し
、さらにその外側に導電性セラミック材による保護パイ
プ体を固装させた状態で焼成することで一体的に成形す
るようにしているため、その耐熱強III’等の信頼性
を向−(−させるとともに、ヒータ外表面に宥すするよ
うに配設された抵抗体の発熱部によって、ヒータ先端の
迅速な赤熱化が図れ、速熱型としての性能を発揮させ得
るとともに、この抵抗体自身のもつ自己温度飽和性によ
り飽和温度を適切に制御し得るものである。
According to the present invention, a ceramic heater is formed by laminating and bending a resistor made of a conductive ceramic material having a coefficient of thermal expansion of about Since the protective pipe body made of ceramic material is baked in a solid state and molded integrally, its reliability such as heat resistance is improved (-), and the outer surface of the heater is softened. The heat-generating part of the resistor, which is arranged in a sloping manner, allows the tip of the heater to quickly become red hot, demonstrating the performance of a fast-heating type. can be appropriately controlled.

〔実施例〕〔Example〕

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。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail using embodiments shown in the drawings.

第1図ないし第3図は末完r!I+に係るディーゼルエ
ンジン用グロープラグの一実施例を示すものであり、ま
ず、第1図において全体を符号lOで示すグロープラグ
のJ!略構成を簡単に説明すると、このグロープラグ1
0は、先端側が発熱体として機能する棒状セラミックヒ
ータ11と、このセラミックヒータllを先端において
保持する略管状を7する金属製ホルダ12とを備え、こ
のホルダ12後端部には合成樹脂材などからなる絶縁ブ
ツシュ13を介して外部接続端子14が同心状に嵌合保
持され、またこの外部接続端子14は、前記セラミック
ヒータ11内の抵抗体(後述する)側にフレキシブルワ
イヤ等の金属導線15を介して接続されている。なお、
図中13aは前記絶縁ブッシュ13外周部に一体的に嵌
装され組付時においてかしめられるホルダ12後端部に
よる高加圧力にてその軸線方向に座屈変形し絶縁ブツシ
ュ13をホルダ12側に所要の機械的強度で一体化し温
度影響を受けにくい構造とするための金属製パイプであ
る。また、16a、16b、16cは前記外部接続端子
14後端側のねじ部に螺合された絶縁リング、固)i!
川用ツト、および外部リード締付は用ナツトで、図示け
ぬバッテリからのリード線などをナツト16b、16c
間で挟持することによりこの外部接続端子14をバッテ
リ端子に電気的に接続する。一方、前記ホルダ12はそ
の外周部のねじ部12aが図示しないエンジンのシリン
ダヘッドに形成されたねじ孔に螺合されることによって
電気的にアース接続されると同時に、ヒータ11の先端
を副燃焼室または燃焼室内に突出して配置させるもので
ある。
Figures 1 to 3 are complete! This figure shows an example of a glow plug for a diesel engine related to I+, and first, in FIG. 1, the glow plug J! To briefly explain the structure, this glow plug 1
0 is equipped with a rod-shaped ceramic heater 11 whose tip side functions as a heating element, and a substantially tubular metal holder 12 that holds the ceramic heater 11 at its tip, and the rear end of this holder 12 is made of a synthetic resin material or the like. An external connection terminal 14 is fitted and held concentrically through an insulating bushing 13 made of connected via. In addition,
In the figure, 13a is integrally fitted to the outer circumference of the insulating bushing 13 and buckled in the axial direction due to the high pressure applied by the rear end of the holder 12 which is swaged during assembly, thereby moving the insulating bushing 13 toward the holder 12. This is a metal pipe that is integrated with the required mechanical strength and has a structure that is less susceptible to temperature effects. Further, 16a, 16b, and 16c are insulating rings screwed onto the threaded portion on the rear end side of the external connection terminal 14;
Use the nuts 16b and 16c to tighten the lead wires from the battery (not shown).
This external connection terminal 14 is electrically connected to the battery terminal by sandwiching it between the two terminals. On the other hand, the holder 12 is electrically connected to ground by having a threaded portion 12a on its outer circumference screwed into a threaded hole formed in a cylinder head of an engine (not shown), and at the same time, the tip of the heater 11 is It is arranged so as to protrude into the chamber or combustion chamber.

ここで、本実施例において、セラミックヒータ11に対
し外部接続端子14を金属導線15にて接続したのは、
外部接続端子14に加わる種々の振動や線引はトルク等
の機械的外力からヒータ11を強度的に保護するためで
、この導線15の材料としてはある程度の柔軟性をもつ
ものを用いるとよいものである。
Here, in this embodiment, the reason why the external connection terminal 14 is connected to the ceramic heater 11 using the metal conductor wire 15 is as follows.
The purpose of various vibrations and wire drawings applied to the external connection terminal 14 is to protect the heater 11 from mechanical external forces such as torque, and it is preferable to use a material with a certain degree of flexibility for the conductor wire 15. It is.

さて、本発明によれば、1:述した構成によるグロープ
ラグ10において、ホルダ12先端に保持される棒状セ
ラミックヒータ11を、t51図および第2図(a)、
(b) 、さらには第4図(a) 、 (b) 、 (
c) 。
Now, according to the present invention, 1: In the glow plug 10 having the above-mentioned configuration, the rod-shaped ceramic heater 11 held at the tip of the holder 12 is arranged as shown in Fig. t51 and Fig. 2(a).
(b), and also Figure 4 (a), (b), (
c).

(d) 、 (e)から明らかなように、絶縁性セラミ
ック材により形成されてなる薄板状絶縁体20と、この
薄板状絶縁体20の両側面およびその一方(ヒータ先端
部(l11)の端部に積層して付設される導電性セラミ
ック材による薄板状抵抗体21,22;21aとによる
積層体(第4図(b) 、 (c)参照)を幅方向に湾
曲して全体が略々筒状を呈するように形成し、かつこの
筒状体の後端側外周部に導電性セラミック材による保護
パイプ体23を嵌装させた状態で焼成することで、一体
内に成形するようにしたところに特徴を有している。
As is clear from (d) and (e), the thin plate insulator 20 formed of an insulating ceramic material, both sides of this thin plate insulator 20, and one of the sides (the end of the heater tip (l11)) The laminate (see FIGS. 4(b) and 4(c)) is curved in the width direction, and the whole is approximately It is formed into a cylindrical shape, and is molded into one piece by firing with a protective pipe body 23 made of a conductive ceramic material fitted to the outer periphery of the rear end of the cylindrical body. It has some characteristics.

これを詳述すると、本実施例では、セラミックヒータt
iは、長尺な薄板状を呈するように絶縁性セラミック材
で帯状に形成されてなる生の状態である薄板状絶縁体2
0に対し、その両側面およびヒータ先端側の端面、さら
に長手方向の両端面に、第4図(a)、(b)に示すよ
うに、同じく生の状態の薄板状抵抗体21.22等を積
層して付着させた後、これら積層体を、同図(C)に示
すように、幅方向に湾曲させて全体が略々筒状を呈する
ように形成し、さらに同図(d)に示すような筒状を呈
するように生の導電性セラミック材により予め形成した
保護パイプ体23を、同図(e)に示すように、嵌装さ
せて接合し、その状態で全体を焼成することで、全体が
一体化された筒状セラミックヒータ11を得るものであ
る。
To explain this in detail, in this example, the ceramic heater t
i is a thin plate-shaped insulator 2 in a raw state formed in a strip shape of an insulating ceramic material so as to have a long thin plate shape;
As shown in FIGS. 4(a) and 4(b), thin plate-shaped resistors 21, 22, etc., which are also in raw form, are placed on both sides of the 0, the end face on the heater tip side, and both end faces in the longitudinal direction. After laminating and adhering, these laminates are curved in the width direction to form a substantially cylindrical shape as a whole, as shown in FIG. A protective pipe body 23 formed in advance from a raw conductive ceramic material so as to have a cylindrical shape as shown in the figure is fitted and joined, and the whole is fired in this state. Thus, a cylindrical ceramic heater 11 which is entirely integrated is obtained.

ここで、上述した導電性セラミック材による薄板状抵抗
体21.22のうら、外側に位置する抵抗体21は、ヒ
ータ11の先端部において発熱体として機能するbので
あり、このためヒータ11の内側に位置する抵抗体22
よりも断面積が小さく(抵抗値が大きく)なるように、
できるだけ肉厚を薄くするように形成されるものである
。これは、前述した積層体を全体が筒状に湾曲する場合
において、両紙抗体21.22を同一あるいは抵抗体2
2側を薄く形成すると、ヒータ11外側の抵抗体21の
表面積が大きく、断面積が大きくなることから、相★・
1的に内側の抵抗体22側の抵抗値が大きくなり、こち
ら側が発熱体として機能してしまうことから、容易に理
解されよう。
Here, the resistor 21 located outside the thin plate-like resistors 21 and 22 made of the conductive ceramic material described above functions as a heating element at the tip of the heater 11. resistor 22 located at
so that the cross-sectional area is smaller (resistance value is larger) than
It is formed so that the wall thickness is as thin as possible. This means that when the entire laminate described above is curved into a cylindrical shape, both paper antibodies 21 and 22 are the same or the resistor 2 is
If the second side is made thinner, the surface area of the resistor 21 on the outside of the heater 11 becomes larger, and the cross-sectional area becomes larger.
This is easily understood because first, the resistance value on the inner resistor 22 side increases, and this side functions as a heating element.

また、−1−述したようにして焼成されたセラミックヒ
ータ11後端側の保護パイプ体23の一部外周面に、金
属メタライズ層24を形成し、これにより前記ホルダ1
2側にろうイ・1け接合してアース接続を行なえるよう
にしている。ここで、このメタライズ層24の表面にニ
ッケルメッキ層を後加工として形成し、このセラミック
ヒータ11をホルダ12側に保持させる際の接合状態を
より確実に行なえるように構成するとよいものである。
In addition, a metal metallized layer 24 is formed on a part of the outer peripheral surface of the protective pipe body 23 on the rear end side of the ceramic heater 11 fired as described in -1-.
A single solder joint is made on the second side for ground connection. Here, it is preferable to form a nickel plating layer on the surface of the metallized layer 24 as a post-processing so that the bonding state when holding the ceramic heater 11 on the holder 12 side can be made more securely.

一方、前記セラミックヒータ11の内孔部には、その後
端部側から陽極電極棒25が嵌合して固着され、かつこ
の電極棒25の後端部には、前記フレキシブルワイヤ等
による導線15を介して電源側に陽極接続されているタ
ーミナルキャップ26が嵌合固定される。
On the other hand, an anode electrode rod 25 is fitted and fixed into the inner hole of the ceramic heater 11 from the rear end side, and a conductive wire 15 such as the flexible wire is connected to the rear end of the electrode rod 25. A terminal cap 26 which is anode-connected to the power supply side through the terminal cap 26 is fitted and fixed.

そして、このような構成によるセラミックヒータ11に
おいては、ヒータ11先端部において保護パイプ休23
よりも突出している外周部分に形成されている薄板状抵
抗体21部分が発熱部として機能とするとともに、その
後端側において保護パイプ体23と一体化されてなる部
分がホルダ12側とのアース側リード部として機能し、
かつヒータ11内孔部の薄板状抵抗体22が電極棒25
を介して電源側に接続される陽極側リード部となるもの
である。
In the ceramic heater 11 having such a configuration, a protective pipe break 23 is provided at the tip of the heater 11.
The part of the thin plate resistor 21 formed on the outer circumferential part that protrudes further than the main body functions as a heat generating part, and the part integrated with the protective pipe body 23 on the rear end side serves as a ground side with respect to the holder 12 side. Functions as a lead part,
In addition, the thin plate resistor 22 in the inner hole of the heater 11 is connected to the electrode rod 25.
This is the anode side lead part connected to the power supply side via the anode side lead part.

ここで、」二連したセラミックヒータ11を形成する絶
縁性および導電性セラミック材として、たとえばβサイ
アロンまたはαとβとの混相しているサイアロン(Si
l N午・−40%、Ar103 ・・30%、Y2O
30・30%)に窒化チタン(Tie)の添加i (3
0%以下または以1−)を調整することで絶縁性、導電
性を選釈し得るサイアロン(SiAION)等を用いる
と、前記薄板状絶縁体20と抵抗体21.22とを熱膨
張率の略々等しい同一材質で形成することができ、その
接合強度を増大させて耐熱強度等の信頼性を向上させ得
るといった利点を奏するものである。すなわち、」二連
したサイアロンに対し、TiNを約30%以上(実用上
では40%以上が望ましい)添加すると、正の抵抗温度
特性による導電性を有すること(いわゆる導電性サイア
ロン)が確認されており、またそれ以上加えることによ
り固有抵抗値が連続的に変化することが知られており、
上述したTiNの含有率を変えたものを適宜利用すれば
よいことは明らかであろう。また、上述したサイアロン
による絶縁性および導電性セラミック材による部材同士
を接合させるには、 Y2O3(イツトリア)などの酸
化物焼結助剤を介在させて焼結することで、その接合部
分に拡散層を形成した状態で強固に接合されるものであ
る。勿論、一般的なセラミックの接合方法であるハロゲ
ン化合物法、ろう接法、固相接合法を用いてもよいもの
である。
Here, as the insulating and conductive ceramic material forming the double ceramic heater 11, for example, β sialon or sialon having a mixed phase of α and β (Si
l NO・-40%, Ar103・・30%, Y2O
Addition of titanium nitride (Tie) to (30.30%)
When using SiAION, etc., whose insulation and conductivity can be selected by adjusting the coefficient of thermal expansion of 0% or less or 1-), This has the advantage of being able to be formed of substantially the same material, increasing the bonding strength, and improving reliability such as heat resistance strength. In other words, it has been confirmed that when approximately 30% or more (40% or more is desirable in practice) of TiN is added to a double-stranded sialon, it has conductivity due to positive resistance-temperature characteristics (so-called conductive sialon). It is known that adding more than that will cause the specific resistance value to change continuously.
It is obvious that the above-mentioned TiN content may be changed as appropriate. In addition, in order to join members made of the insulating and conductive ceramic material of Sialon mentioned above, sintering is performed with an oxide sintering aid such as Y2O3 (Ittria), which creates a diffusion layer in the joint part. It is firmly joined in the state where it is formed. Of course, general ceramic bonding methods such as a halogen compound method, a brazing method, and a solid phase bonding method may also be used.

しかしながら、−上述した薄板状絶縁体20および抵抗
体21.22を形成する絶縁性および導電性セラミック
材としては、上述したサイアロンに限定されず、要は高
温状8(たとえば1200℃程度まで)でも性能的に安
定し、しかも耐熱衝撃性などに優れてなるセラミック材
であればよいものである。この場合、抵抗体21.22
を形成する導電性セラミック材としては、たとえば周期
律表の4a族、5a族または6a族元素の炭化物、ホウ
化物または窒化物等のJ1酸化物導電材の1″Iから得
らばれた一種以上とSiGとその焼結結合材であるAI
またはA1化合物とからなる焼結体が考えられる。また
、薄板状絶縁体20を形成する絶縁性セラミック材とし
ては、耐熱強;W等に優れしかも抵抗体21.22との
接合強IW面で優れた、たとえ?fSiG、Si3 N
 + 、AINまたは^1z03を主成分とするものが
考えられる。
However, the insulating and conductive ceramic material forming the above-mentioned thin plate insulator 20 and the resistor 21.22 is not limited to the above-mentioned sialon; Any ceramic material may be used as long as it is stable in performance and has excellent thermal shock resistance. In this case, resistor 21.22
As the conductive ceramic material forming the , for example, one or more types obtained from 1"I of J1 oxide conductive materials such as carbides, borides, or nitrides of elements of group 4a, group 5a, or group 6a of the periodic table. and SiG and its sintered bonding material AI
Alternatively, a sintered body consisting of an A1 compound can be considered. In addition, the insulating ceramic material forming the thin plate insulator 20 has excellent heat resistance, W, etc., and also has excellent bonding strength and IW with the resistors 21 and 22. fSiG, Si3N
+, AIN, or ^1z03 as a main component can be considered.

そして、−に述した本発明による構成によれば、従来の
グロープラグでは金1+6911の発熱線をシースや絶
縁性セラミック材内に埋設してなる内部発熱型であるこ
とがら速熱型としての機能に欠けるといった問題を、発
熱部となる抵抗体21をセラミックヒータ11の外表面
にW ri%させることで解決し、その発熱特性を改善
して速熱型として機能し得ることは、容易に理解されよ
う。また、本発明によれば、抵抗体21.22および薄
板状絶縁体20を共に、略々等しい(差の小さい)熱膨
張率を有するサイアロン等といったセラミック材で適切
かつ確実に接合させて一体に形成し、従来のセラミック
ヒータのように急激な温度上昇によるわれ等といった耐
久性などに対する悪影響をなくし、耐熱強度等の信頼性
を大幅に向上させることが可能となるものである。特に
、このような耐熱強度等の信頼性に優れてなるセラミッ
クヒータllによれば、従来のような金属製発熱線をセ
ラミック材内に埋設した場合に比べ両部材の接合強庶面
で優れ、また発熱線をセラミック材の表面から取出すよ
うにヒータ外部に露呈するリード部も不要で、その利点
は大きい。
According to the configuration according to the present invention described in -, the conventional glow plug has an internal heating type in which a gold 1+6911 heating wire is embedded in a sheath or an insulating ceramic material, so it functions as a fast heating type. It is easy to understand that the problem of lack of heat can be solved by placing the resistor 21, which becomes the heat generating part, on the outer surface of the ceramic heater 11, thereby improving its heat generation characteristics and functioning as a fast heating type. It will be. Further, according to the present invention, the resistors 21 and 22 and the thin plate insulator 20 are properly and reliably joined together using a ceramic material such as sialon having substantially the same coefficient of thermal expansion (small difference). This eliminates the adverse effects on durability, such as cracks caused by rapid temperature increases, unlike conventional ceramic heaters, and significantly improves reliability such as heat resistance strength. In particular, the ceramic heater II, which has excellent reliability such as heat resistance strength, has superior bonding strength between the two components compared to the conventional case where a metal heating wire is embedded in the ceramic material. Further, there is no need for a lead portion exposed to the outside of the heater so as to take out the heating wire from the surface of the ceramic material, which is a great advantage.

さらに、本発明によるセラミックヒータ11によれば、
抵抗体21.22を形成する導電性サイアロンの固有抵
抗は窒化チタンの話加量により調整できることから、そ
の厚みを自由に設定できるもので、特に発熱部分での幅
寸法(断面積)を小さくし、迅速な発熱特性を得るとと
もに、その飽和温度を適切に制御して長時間にわたるア
フターグローをも可能とすることができる。すなわち、
lに のような1゛−1己温度飽和性は、抵抗体21の発熱部
分の容積(断面積)と、そのリード部(22゜23)で
の容積との関係等によって得られるもので、しかもこれ
ら抵抗体21.22さらには保護パイプ体23が導電性
セラミック材で形成されていることから、従来のような
金属製発熱線に比べ成形加工性や耐久性等の面で優れて
いるといった利点もある。なお、上述した抵抗体21,
22゜23各部の厚み等は、その成形時において自由に
調整し得るもので、これにより抵抗値を自由に選択し得
るものである。
Furthermore, according to the ceramic heater 11 according to the present invention,
Since the specific resistance of the conductive sialon forming the resistors 21 and 22 can be adjusted by adjusting the amount of titanium nitride, its thickness can be freely set, and the width dimension (cross-sectional area) of the heat generating part can be particularly reduced. In addition to obtaining rapid heat generation characteristics, it is also possible to appropriately control the saturation temperature to enable long-term afterglow. That is,
The 1゛-1 self-temperature saturation as shown in 1 is obtained by the relationship between the volume (cross-sectional area) of the heat generating portion of the resistor 21 and the volume of its lead portion (22゜23). Moreover, since these resistors 21, 22 and the protective pipe body 23 are made of conductive ceramic material, they are superior in terms of moldability and durability compared to conventional metal heating wires. There are also advantages. Note that the above-mentioned resistor 21,
The thickness etc. of each part of 22 and 23 can be freely adjusted during molding, thereby allowing the resistance value to be freely selected.

ここで、上述したセラミックヒータttにおいて、本実
施例では、全体が3φの外径をイiしかつ内孔部が1φ
である略々円筒状を呈しかつ長さを50+w+mとして
形成した場合に、発熱部となる抵抗体21をその厚さが
Q、1wu+である薄板状に形成し、かつその発熱部分
が保護パイプ体23からヒータ11先端部まで長さ10
■園だけ突出させるようにして形成しており、また陽極
側のリード部となる抵抗体22を厚さ0.4+w■で形
成し、さらに薄板状絶縁体20を厚さ0.5mmで形成
しており、またアース側リード部として機能する保護パ
イプ体23を5φの径寸法で形成すると、抵抗体21に
よる発熱部分での熱容量をリード部に比べて小さくし、
所要の抵抗値を得て必要とされる自己温度飽和性を発揮
し得ることができることが実験等で確認されている。
Here, in the above-mentioned ceramic heater tt, in this embodiment, the entire outer diameter is 3φ, and the inner hole is 1φ.
When the resistor 21, which becomes the heat generating part, is formed into a thin plate shape having a thickness of Q and 1 wu+, and the heat generating part is formed into a protective pipe body. Length 10 from 23 to the tip of heater 11
■The resistor 22 which becomes the lead part on the anode side is formed with a thickness of 0.4+w■, and the thin plate-like insulator 20 is formed with a thickness of 0.5 mm. In addition, if the protective pipe body 23 that functions as the ground side lead part is formed with a diameter of 5φ, the heat capacity at the heat generating part due to the resistor 21 is made smaller than that at the lead part.
It has been confirmed through experiments that it is possible to obtain the required resistance value and exhibit the required self-temperature saturation property.

なお、本実施例では、セラミックヒータ11を、その断
面形状が略々円筒状を呈するように形成した場合を示し
ており、これによりその成形加に等の面で有利である等
といった利点を奏するものであるが、勿論これに限定さ
れず、楕円状、角形状等、種々の変形例が考えられるも
のである。
Note that this embodiment shows a case in which the ceramic heater 11 is formed so that its cross-sectional shape is approximately cylindrical, and this provides advantages such as being advantageous in terms of shaping and processing. However, it is of course not limited to this, and various modifications such as an elliptical shape and a angular shape are possible.

また、1−述した実施例では説明を省略したが、使用条
件が厳しい環境において使用される場合には、ヒータ1
1外表面に、特に発熱部分に耐酸化性を有する保護膜を
蒸着等でコーティングして形成すれば、より大きな耐久
性等を期待し得るものである。
In addition, although the explanation was omitted in the embodiment described in 1-1, when used in an environment with severe usage conditions, the heater 1
If a protective film having oxidation resistance is coated on the outer surface, particularly on the heat generating portion, by vapor deposition or the like, greater durability can be expected.

そして、1−述したように絶縁性および導電性セラミー
、り材による薄板状絶縁体20と抵抗体21,22とを
一体的に構成してなるセラミックヒータ11を用いると
、第3図に承すようなグロープラグ10として優れた特
性を発揮し得る。
As described in 1-1, if a ceramic heater 11 is used which is integrally formed with a thin plate-like insulator 20 made of insulating and conductive ceramic material and resistors 21 and 22, the result shown in FIG. The glow plug 10 can exhibit excellent characteristics.

すなわち、本発明によるグロープラグlOによれば、同
図中aで示すようにnoo℃到達時間を3.5秒、飽和
温度をその許容範囲を1200℃以下としたうえで約1
100℃程度とし得ることが実験により確認されている
That is, according to the glow plug IO according to the present invention, as shown by a in the figure, the time to reach noo°C is 3.5 seconds, and the saturation temperature is set to about 1200°C or less, with an allowable range of 1200°C or less.
It has been confirmed through experiments that the temperature can be set to about 100°C.

なお、本発明は」二連した実施例構造に限定されず、各
部の形状、構造等を、適宜変形、変更することは自由で
ある。たとえば−1−述した実施例では、セラミックヒ
ータ11を、薄板状絶縁体20と抵抗体21.22との
積層体を略々C字状に湾曲させて形成した場合を説1j
I したが、本発明はこれに限定されず、第5図(a)
、(b)に示すように、円筒状に湾曲させてその[、I
4端部を導電性セラミック材による接続部を介して連結
したり、直接絶縁性セラミック材による絶縁体20の両
端部を連結したりして形成するようにする等といった種
々の変形例が考えられるものである。
It should be noted that the present invention is not limited to the structure of two consecutive embodiments, and the shape, structure, etc. of each part may be modified or changed as appropriate. For example, in the embodiment described in -1-1, the ceramic heater 11 is formed by curving a laminated body of the thin plate-like insulator 20 and the resistor 21, 22 into a substantially C-shape.
However, the present invention is not limited to this, and FIG. 5(a)
, as shown in (b), is curved into a cylindrical shape and its [,I
Various modifications are conceivable, such as connecting the four ends via a connecting part made of conductive ceramic material, or directly connecting both ends of the insulator 20 made of insulating ceramic material. It is something.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以−1−説明したように、本発明に係るディーゼルエン
ジン用グロープラグによれば、中空状ホルダの先端部に
保持される筒状セラミックヒータを、絶縁性セラミック
材により形成されてなる薄板状絶縁体とその両側面およ
び一方の端部に積層して付設される導電性セラミック材
による薄板状抵抗体とによる積層体を幅方向に湾曲して
全体が略々筒状を!ルするように形成するとともに、こ
の筒状体の後端側外周部に導電性セラミック材による保
護パイプ体を嵌装させた状態で焼成することで、一体内
に成形するようにしたので、簡単かつ安価な構成にもか
かわらず、発熱部がヒータ外表面に露呈し、従来型に比
べ迅速かつ確実な先端赤熱化を達成し、速熱型としての
機能を発揮し得るとともに、発熱部およびリード部とな
る抵抗体と薄板状絶縁体との熱膨張率を略々等しくする
ことができるため、その接合強度を増大させ、ヒータ発
熱時における急激な温度上Hによっても何ら影響されず
、われ等を生じることがなく、これによって耐熱強度等
の信頼性を確保し得るもので、また先端発熱部の熱台1
11−を小さくすることで自己湿度飽和性を有し、その
結果エンジンの排気、騒音対策としての長時間のアフタ
ーグローが可能で、グロープラグとしての性能を発揮さ
せることが可能なり、しかも全体の構造が筒中でその成
形加工および組立性に優れ、に産性の面で有利であり、
さらに過酷な使用条件にも充分に耐え得る耐熱強度、耐
久性等に優れてなる等といった種々優れた効果がある。
As explained above-1-, according to the glow plug for a diesel engine according to the present invention, the cylindrical ceramic heater held at the tip of the hollow holder is replaced by a thin plate-like insulating material formed of an insulating ceramic material. The laminate consisting of the body and a thin plate-shaped resistor made of conductive ceramic material laminated on both sides and one end of the body is curved in the width direction to form an almost cylindrical shape as a whole! In addition to forming the cylindrical body, a protective pipe body made of conductive ceramic material is fitted to the outer periphery of the rear end of the cylindrical body and then fired, making it easy to mold the cylindrical body into one piece. Despite its low cost structure, the heat generating part is exposed on the outer surface of the heater, achieving faster and more reliable tip heating compared to conventional types, allowing it to function as a fast heating type, and allowing the heat generating part and leads to be exposed to the outer surface of the heater. Since the thermal expansion coefficients of the resistor and the thin plate insulator can be made almost equal, the bonding strength can be increased, and it will not be affected by the sudden temperature increase when the heater generates heat. This ensures reliability such as heat resistance and strength, and also prevents the heating plate 1 of the tip heat generating part from occurring.
By reducing 11-, it has self-humidity saturation, and as a result, long-term afterglow is possible as a countermeasure against engine exhaust and noise, and it is possible to demonstrate the performance as a glow plug, and the overall The structure is excellent in molding and assembly in a cylinder, and is advantageous in terms of productivity.
Furthermore, it has various excellent effects such as excellent heat resistance strength and durability that can sufficiently withstand severe usage conditions.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に係るディーゼルエンジン用グロープラ
グの一実施例を示す縦側断面図、第2図(a)、(b)
はその要部拡大断面図および先端側からの見た要部を断
面して示す側面図、第3図はその要部とするセラミック
ヒータの温度特性を示す特性図、第4図(a) 、 (
b) 、 (c) 、 (d) 、 (e)は本発明を
特徴づけるセラミックヒータの成形状態を説明するため
の工程図、第5図(a) 、 (b)は本発明の別の実
流側を示す要部断面図である。 1011・・・ディーゼルエンジン用グロープラグ、i
t・・・・筒状セラミックヒータ、12・−・・中空状
ホルダ、14・・・・外部接続端子、15・・拳・金属
導線、20・・・・絶縁性セラミック材による薄板状絶
縁体、21,22・φ・争導電性セラミック材による抵
抗体、23・−・・導電性セラミック材による保護パイ
プ体、25・・・・陽極電極棒、26・・・・ターミナ
ルキャップ・ 特許出願人 自動車機器株式会社 日立金属株式会社
FIG. 1 is a vertical sectional view showing an embodiment of a diesel engine glow plug according to the present invention, and FIGS. 2(a) and (b)
3 is an enlarged sectional view of the main part and a side view showing the main part in cross section as seen from the tip side, FIG. 3 is a characteristic diagram showing the temperature characteristics of the ceramic heater which is the main part, and FIG. 4(a), (
b), (c), (d), and (e) are process diagrams for explaining the molding state of the ceramic heater that characterizes the present invention, and Fig. 5 (a) and (b) are process diagrams for explaining the molding state of the ceramic heater that characterizes the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of main parts showing the flow side. 1011... Glow plug for diesel engine, i
t: Cylindrical ceramic heater, 12: Hollow holder, 14: External connection terminal, 15: Fist/metal conductor, 20: Thin plate insulator made of insulating ceramic material , 21, 22・φ・Resistor made of electrically conductive ceramic material, 23... Protective pipe body made of electrically conductive ceramic material, 25... Anode electrode rod, 26... Terminal cap Patent applicant Automotive Equipment Co., Ltd. Hitachi Metals Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1) 一端を外部に突出させた状態で中空状ホルダの
先端部に保持される筒状セラミックヒータを備え、この
セラミックヒータは、絶縁性セラミック材により形成さ
れてなる薄板状絶縁体と、この薄板状絶縁体の両側面お
よびその一方の端部に積層される導電性セラミック材に
よる薄板状抵抗体とによる積層体を幅方向に湾曲して全
体が略々筒状を呈するように形成し、かつこの筒状体の
後端側外周部に導電性セラミック材による保護パイプ体
を嵌装させた状態で焼成することで、一体的に成形され
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。
(1) Equipped with a cylindrical ceramic heater held at the tip of a hollow holder with one end protruding outside, this ceramic heater consists of a thin plate-shaped insulator made of an insulating ceramic material, and A laminate consisting of both sides of a thin plate insulator and a thin plate resistor made of a conductive ceramic material laminated on one end thereof is curved in the width direction to form a substantially cylindrical shape as a whole, A glow plug for a diesel engine, characterized in that the cylindrical body is integrally molded by firing a protective pipe body made of a conductive ceramic material fitted to the outer periphery of the rear end side of the cylindrical body.
(2) セラミックヒータを構成する薄板状絶縁体と抵
抗体とは、βサイアロンまたはαとβとの混相している
サイアロンに窒化チタンの添加量を調整することで絶縁
性、導電性を選択し得るセラミック材によって一体的に
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。
(2) The insulating and conductive properties of the thin plate insulator and resistor that make up the ceramic heater can be selected by adjusting the amount of titanium nitride added to β-sialon or sialon with a mixed phase of α and β. The glow plug for a diesel engine according to claim 1, characterized in that the glow plug is integrally formed of a ceramic material obtained from the above.
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Cited By (3)

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JP2004524648A (en) * 2000-07-03 2004-08-12 ル−マーク パテント インターナショナル リミテッド Multilayer ceramic heater element and method of manufacturing the same
JP2005147654A (en) * 2003-11-19 2005-06-09 Beru Ag Method of manufacturing ceramic glow plug
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