JPS62158925A - デイ−ゼルエンジン用グロ−プラグ - 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】 〔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
の予熱に使用するグロープラグに関し。

特に速熱型の機能を有し、かつ長時間のアフターグロー
化を達成し得る自己飽和性を有するセラミックヒータを
備えたディーゼルエンジン用グロープラグの改良に関す
るものである。

〔従来の技術〕

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１通
電発熱により、吸気温度の上昇または着火源用として、
エンジンの始動性を向上させる方法を採用している。こ
の種のグロープラグとしては、従来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。いわゆるシース型と称する
ものが一般的である。またそれ以外にも特開昭５７−４
１５２３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等のセラミッ
ク材中に埋設した棒状ヒータを使用したセラミックヒー
タ型も知られている。このようなセラミックヒータ型は
、耐熱絶縁粉末およびシースを介して間接加熱するシー
ス型に比べ、熱伝達効率を向上させ得ると共に２発熱特
性の面でも優れ、ｍ熱時に短時間で赤熱して温度立ち上
り特性を大幅に向上させ、速熱型の性能を有するため、
近年盛んに採用されるようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記セラミックヒータ型のグロープラグ
は１例えば窒化ケイ素のような絶縁性セラミック材の内
部に、タングステン等の金属製発熱線を埋設した構造で
あり、しかもこれら両部材間の熱膨張率が異なるため、
特に発熱時における急激な温度上昇とその繰り返し使用
とが、セラミックヒータの耐久性を減するおそれがある
。従って耐熱強度等の信頼性の面で問題があり、さらに
コスト高を招くという欠点があった。

上記問題点を解消するものとして２発熱線を絶縁性セラ
ミック材と略々間等の熱膨張率を有する導電性セラミッ
ク材で形成したセラミックヒータ構造が２例えば特開昭
６０−９０８５号公報や、同６〇−１４７８４号公報等
により提案されている。しかしいずれもグロープラグと
して使用するには、構造上および機能面からも未だ問題
があり、実用化するには至っていない。

例えば前者は２発熱体となる導電性セラミック材を絶縁
性セラミック材中に埋設した構造であり。

熱伝導率はシース型より優れるものの２間接的加熱であ
るため、速熱型の機能が不充分であり、さらにその成形
加工が煩雑である等の問題点がある。

また後者は２発熱体がヒータ表面側に露出し、速熱型の
機能を有する反面、その発熱体を単にＵ字状を呈する部
材の積層構造によって形成し、かつその両端部をヒータ
後端部に導いたのみであるため、その電極取り出しの構
造が複雑化し、コスト高を招く。

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上やそのターボ化に伴
う使用条件の高温化に対する耐久性、さらにエンジン始
動後において一定時間グローブラグに通電状態を維持す
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の採用に対する市場要求が大き
い。しかもこのアフターグロ一時間を可能な限り長時間
化（例えば１０分程度）することが必要とされている。

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１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、ヒータ部分における過熱を防止すると共に
、その飽和温度を適切な温度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。従ってこれ
らの点を考慮して、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た安価なグロープ
ラグの出現が要望されている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために１本発明においては下記の
ような技術的手段を採用した。すなわち。

Ａ、一端を外部に突出させた状態で中空状ホルダの先端
部にセラミックヒータを保持する。

Ｂ、このセラミックヒータは、絶縁性セラミック材から
なるＵ字状に形成した絶縁体と、この絶縁体の外表面お
よび一方の端部に固着した導電性セラミック材からなる
抵抗体とからなる。

Ｃ０かつこの抵抗体は外部に突出した先端部の肉厚を根
元のそれより肉薄に形成する。

という技術的手段を講じたのである。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す縦断面図である。

同図において全体を符号１０で示すグロープラグの概略
構成を簡単に説明する。グロープラグ１０は、先端側が
発熱体として機能する棒状のセラミックヒータ１１と、
このセラミックヒータ１１を先端において保持する略管
状を呈する金属製のボルダ１２を有する。ホルダ１２の
後端部には合成樹脂材等からなる絶縁ブツシュ１３を介
して外部接続端子１４を同心状に嵌着し、またこの外部
端子１４は前記セラミックヒータ１１内の抵抗体（後述
する）側とフレキシブルワイヤ等の金属導線１５を介し
て接続する。なお１３ａは金属製パイプであり、前記絶
縁ブツシュ１３の外周部に一体的に嵌装し１組付時にホ
ルダ１２後端部をかしめることにより、高加圧力によっ
て軸線方向に座屈変形し、絶縁ブツシュ１３をホルダ１
２側に所要の機械的強度で一体化し、温度の影響を除去
する。

また１　６　ａ、　　１６　ｂ、　　１６　ｃは前記外
部端子１４後端側のねじ部に螺合した絶縁リング、固定
用のナツト、および外部リード締付用のナツトであり。

バッテリー（図示せず）からのリード線をナツト１６ｂ
、１６ａ間で挟持することにより、外部接続端子１４を
バッテリ一端子と電気的に接続する。

一方前記ホルダ１２の外周部のねじ部１２ａをエンジン
のシリンダヘッドに設けたねじ孔（図示せず）に螺合す
ることにより、電気的にアース接続すると同時に、セラ
ミックヒータ１１の先端を副燃焼室または燃焼室内に突
出させて配置する。

次に第２図は第１図の要部拡大断面図、第３図は第２図
の右側面図であり、同一部分は第１図と同一の参照符号
で示す。両図において２０は絶縁体であり、絶縁性セラ
ミック材により薄肉帯状かつＵ字状に形成する。次に２
１．２２は抵抗体であり、導電性セラミック材からなり
、前記絶縁体２０の外表面および先端部に各々固着して
形成する。そして上記抵抗体２１．２２のうち、セラミ
ックヒータ１１の先端部に位置する抵抗体２１は。

発熱体として機能するものであるから、内側に位置する
抵抗体２２よりも横断面積が小さく　（抵抗値が大きく
）なるように、できるだけ肉薄に形成する。すなわち、
第４図（ａ）に示すようにまず絶縁体２０を絶縁性セラ
ミック材によってシート状に形成し、その上に例えばペ
ースト状とした導電性サイアロンを塗布若しくは印刷等
の手段によって成膜する。２０ａは切欠であり、後述す
るり−ド部を形成するための空間である。この場合。

第４図（ｂ）に示すようにまずセラミックヒータ１１の
先端部を形成すべき抵抗体２１に対応する成膜を絶縁体
２０の略中央部に形成し２次いで抵抗体２１の部分をマ
スキングして他の部分に導電性セラミック材からなるペ
ーストを成膜若しくは積層する。２３は絶縁体であり、
切欠２０ａを設けた側の抵抗体２２の上面に絶縁性セラ
ミック材によって形成する。所望の肉薄の抵抗体２１，
２２を形成した後、第４図（Ｃ）に示すようにグリーン
の状態で中央部から折り曲げて、略Ｕ字状に形成するの
である。なお内側に位置する抵抗体２２０両端部には、
リード部を形成するため、導電性セラミック材によるリ
ード部２２ａ、２２ｂを形成しておく。なお第４図（Ｃ
）には図示を省略しであるが、抵抗体２２の両側面部に
は前記り−ド部以外の個所がホルダー２と電気的に導通
しないように１例えば５０μｍ程度の肉厚の絶縁性セラ
ミック材による被覆を形成する。

上記のように形成したセラミックヒーター工を。

Ｕ字状に形成した絶縁体２０および抵抗体２２の後端部
を介してホルダ１２に嵌着して一体化する。

この一体化に当たっては、Ｕ字状の絶縁体２０および抵
抗体２２がグリーン状態で嵌着するのがよい。なおホル
ダ１２内面に臨む抵抗体２２の一部に、金属メタライズ
層２４を形成してリード部２２ａを形成し、これにより
前記ホルダ１２とろう付は接合し、アース接続可能とす
る。なお上記メタライズ層２４の表面にニッケルメッキ
層を形成して接合を行うと、セラミックヒータ１１とホ
ルダ１２との接合をより確実にできる。一方セラミック
ヒータ１１の内側部には、後端部側から陽極電極棒２５
を嵌合固着し、更に陽極電極棒２５後端部にはターミナ
ルキャップ２６を固着し、前記金属導線１５を介して電
源（図示せず）と接続する。

上記のようにしてセラミックヒータ１工は、ホルダ１２
から突出した外周部および端部に形成された抵抗体２１
が発熱部となり、後端側のホルダ１２と一体化した部分
がアース側リード部を、内側部に形成された抵抗体２２
が陽極側リード部を各々形成するのである。

ここで、前記セラミックヒータ１１を形成する絶縁性お
よび導電性セラミック材としては１例えばβサイアロン
またはαとβとが混相しているサイアロン＜５ｉ３Ｎａ
　４０％、　八Ａｔ（Ｌ＋３０％、　ｙ、ｏ。

３０％）に窒化チタン（ＴｉＮ）を調整添加することに
よって絶縁性、導電性を選択し得るサイアロン等を使用
するとよい。これは前記絶縁体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
きると共に、接合強度の増大により耐熱強度等の信頼性
を向上させる利点があるためである。すなわち、上記サ
イアロンに対してＴｉＮを約３０％以上（実用上は４０
％以上が望ましい）添加すると導電性を有すること、ま
たそれ以上の添加により固有抵抗値が連続的に変化する
ことが知られている。また上記サイアロンにＹ２Ｏ３等
の酸化物焼結助剤を介在させて焼結すると。

接合部分に拡散層を形成した状態で強固に接合すること
ができる。なお一般的セラミック材の接合手段であるハ
ロゲン化合物法、ろう接法、固相接合法等も適用できる
。

しかしながら、前記絶縁体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、
上記サイアロンに限定せず、要は１２００°Ｃ程度の高
温状態においても性能的に一安定し、かつ耐熱衝撃性等
に優れたセラミック材であればよい。すなわち導電性セ
ラミック材としては。

例えば周期律表の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非酸化物゛導電材の群
から選んだ一種以上とＳｉＣとその焼結結合材であるＡ
ＪまたはＡｌ化合物とからなる焼結体が考えられる。ま
た絶縁性セラミック材としては、耐熱強度および接合強
度の優れた１例えばＳｉＣ、５ｉＪａ、　ＡＩＮまたは
ＡＮｚＯｓを主成分とするものが考えられる。

次に本実施例におけるセラミックヒータ１１の各部寸法
について記述する。第２図に示すように幅３ｍｍ高さ３
ｍｍ長さ５０問とし、内法寸法３ｍｍ角のホルダ１２に
嵌装させ、その先端部は幅２ＩＩｌｌｌｌ高さ２ｍｍ長
さ１０ｍｍを突出させて形成しである。そして絶縁体２
０は厚さ０．５　ｍｍとし１発熱部となる抵抗体２１は
０　、０８ｍｍ厚、リード部となる抵抗体２２は０．５
８ｍｍ厚に各々形成した。

上記セラミンクヒータ１１をグロープラグ１０として組
立てて実験したところ、第５図に示すように、８００°
Ｃ到達時間３．５秒、飽和温度をその許容範囲１２００
°Ｃ以下とした上で約１１００°Ｃとし得ることを確認
した。

本実施例においては、セラミックヒータ１１の横断面形
状が正方形の場合を示したが、矩形、かまぼこ型、楕円
等の他の幾何学形状としても作用は同一である。また発
熱部となる先端部の抵抗体２１を、内側部の抵抗体２２
より幅、肉厚の両者を小さくして形成した例を示したが
、肉厚を同一として幅寸法のみを小さくしてもよく、さ
らに同一幅寸法で肉厚のみを小さくしてもよく、要する
に発熱部における抵抗体２１の抵抗値が、内側部の抵抗
体２２のそれより大になればよい。さらにＵ字状に形成
した絶縁体２０の中間部に、絶縁性セラミック材を充填
してセラミックヒータ１１の先端部の強度向上を図ると
共に、燃焼室内への渦流に対する影響を除いてもよく、
使用条件が厳しい場合には、セラミックヒータ１１の外
表面に。

耐酸化性を有する保護膜を形成して使用することもでき
、耐久性を向上させるのに好都合である。

〔発明の効果〕

本発明のディーゼルエンジン用グロープラグは。

以上記述のような構成であるから、下記の効果を奏する
ことができる。

（１）　　簡単な構造であるにも拘らず１発熱部がヒー
タ外表面に露出しているから、従来型に比べて迅速かつ
確実な先端赤熱化を達成し、速熱型としての機能を発揮
できる。

（２）発熱部およびリード部を形成する抵抗体と絶縁体
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ると共に、ヒータ発熱時における急
激な温度上昇によってもワレ等の事故を発生せず、耐熱
強度等の信頼性を確保し得る。

（３）先端発熱部の熱容量が小さいため自己温度飽和性
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ある。

（４）全体の構造が簡単であるため、成形加工２組立が
容易であり、生産性が極めて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す縦断面図、第２図は第１
図の要部拡大縦断面図、第３図は第２図の右側面図、第
４図（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施例におけるセラミッ
クヒータの成形工程を示す斜視図、第５図はセラミック
ヒータの温度特性を示す図である。 １１：セラミックヒータ、１２：ホルダ、２０゜２３：
絶縁体、２１，２２７抵抗体。 特許出願人　　日立金属株式会社 自動車機器株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　一端を外部に突出させた状態で中空状ホルダの
   先端部にセラミックヒータを保持し，このセラミックヒ
   ータは，絶縁性セラミック材からなるＵ字状に形成した
   絶縁体と，この絶縁体の外表面および一方の端部に固着
   した導電性セラミック材からなる抵抗体とからなり，か
   つこの抵抗体は外部に突出した先端部の肉厚を根元のそ
   れより肉薄に形成した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. （２）　セラミックヒータを形成する絶縁体と抵抗体と
   はβサイアロンまたはαとβとが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により絶縁性，
   導電性を選択し得るセラミック材である特許請求の範囲
   第１項記載のディーゼルエンジン用グロープラグ。