JPS62175522A - 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、特に迅速な先端赤熱性を得て
速熱型として機能するとともに、長時間のアフターグロ
ー化が可能となる自己温度飽和性を有する棒状ヒータを
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。

〔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、
これに電流を流して発熱させることで、吸気温度を上昇
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。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
鉄りロム、ニッケル等からなるコイル状発ｆｊ％線を埋
設した、いわゆるシース型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
設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ヒータ型で
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、熱伝達効率を向上させ得るとともに
発熱特性の面でも優れ、加熱時に短時間で赤熱して温度
立上り特性を大幅に向上させ、速熱型としての性能を発
揮させ得るもので、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、上述したセラミックヒータ型のグロープ
ラグは、たとえば窒化ケイ素などのような絶縁性セラミ
ック材の内部に金属製（タングステン）の発熱線を埋設
してなる内部発熱によるヒータ構造であり、速熱性の面
で問題で、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やその繰
返し使用が、セラミックヒータの耐久性に悪影響を及ぼ
す虞れもあり、耐熱強度等の信頼性の面で問題で、さら
にコスト高を招く等の欠点があった。

このような問題を解消し得るものとして２発熱線を絶縁
性を有する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号公報や特
開昭Ｇｏ−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、
構造上からも１機ｆ七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。

すなわち、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ッ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比べて優れている
ものの１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の問題もあった。また、後者の場
合には、発熱体がヒータ表面側に露呈し、速熱型として
機能し得るも、その発熱体が単にＵ字状を呈する部材の
積層構造で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、コスト高を招き、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与え、実
用面で問題となるものであった。

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
動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も有することが必要
とされるもので、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ヒータを有する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〕

上述した要請に応えるために１本発明に係るディーゼル
エンジン用グロープラグは、ホルダ先端部に保持される
棒状ヒータを、導電金属材によるパイプ体とその外周部
に絶縁コーティング層を介して形成され導電性セラミッ
ク材による導電層とで構成し、かつこの導電層をヒータ
先端部においてパイプ体と電気的に接続するとともに、
他端側をホルダ先端部に電気的に接続させた状態で接合
保持させるようにしたものである。

〔作用〕

本発明によれば、ホルダ後端部に絶縁状ｙムで保持され
た外部接続端子に対し金属導線を介して電気的に接続さ
れる金属製のパイプ体を経て通電される導電層が、ヒー
タ表面に露呈しており、しかも全体が薄肉状に形成され
ていることから、ヒータ先端部での迅速な赤熱化が可能
で、速熱性に優れているとともに、その熱容量が飽和に
達した所から飽和温度領域となるという自己温度飽和性
をも有し、またその基材が金属製のパイプ体から構成さ
れているため、耐熱強度の面で優れているものである。

〔実施例〕

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図ないし第３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ものであり、まず、第
２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と、このグロープラグ１０は、先
端側が発熱体として機能する棒状ヒータ１１と、このヒ
ータ１１を先端において保持する略管状を呈する金属製
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、前記ヒータ１１側の金属製パイプ体（後述する
）側にフレキシブルワイヤ等の金属溝＆！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た金属製パイプで１組付
時においてホルダ１２後端部をかしめることによる高加
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ものである。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、固定用ナツト、外部リード
締付は用ナツトで、図示せぬバッテリからのリード線な
どをナツト１６ｂ、１６ｃ間で挟持することで外部接続
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側のねじ孔に螺合されること
により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。

ここで、本実施例において、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締付はトルク等の機械的外
力からヒータ１１やその接続部分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。

さて、本発明によれば、上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ヒー
タｔｉを、第１図および第２図から明らかなように、そ
の後端部が閉塞された略々有底筒状を呈する導電金属材
によるパイプ体２゜と、その外周部に絶縁コーティング
層２１を介してコーティングにより形成され発熱部とな
る導電性セラミック材による導電層２２とで構成し、か
つこの導電層２２をヒータ１１先端部においてパイプ体
２０側と電気的に接続するとともに、他端側をホルダ１
２先端部に電気的に接続させた状態で接合保持させるよ
うにしたところに特徴を有している。

これを詳述すると１本発明による棒状ヒータｌｌは、そ
の強度を確保する基材として導電金属材によるパイプ体
２０を用いるとともに、その外周部にヒータｌｌ先端部
を除いて絶縁コーティング層２１を形成し、さらにその
外表面に導電性セラミック材をコーティングして発熱部
となる導電層２２を形成したものである。そして、この
ようにして形成された導′７ｒＬ層２２は、前記絶縁コ
ーティング層２１が存在しないヒータ１１先端部におい
てパイプ体２０側と電気的に接続され、前記外部接続端
子１４側から通電されることで発熱するものである。ま
た、前記ヒータ１１の後端部において導電層２２の外周
部には、金属メタライズ層２３が形成され、この金属メ
タライズ層２３を介して前記ホルダ１２先端部に銀ろう
付は等で溶着接合され、これによりホルダ１２側にアー
ス接続されている。

なお、上述した金属メタライズ層２３の表面にニッケル
メッキ層を後加工として形成した状態で、このヒータ１
１をホルダ１２側に接合保持させるようにすると、確実
な接合状態が得られるものである。また、前記外部接続
端子１４との間を接続する全屈導線１５は、ヒータ１１
を構成するパイプ体２０に対し溶接等の接合手段で適宜
固定されることは容易に理解されよう。

そして、上述した構成による棒状ヒータ１１によれば１
発熱部となる導電性セラミック材による導電層２２がヒ
ータ１１表面に露呈して形成され、しかもその厚みが数
ミクロンから数十ミクロン程度の薄肉状に形成されてい
ることから、ヒータ先端部での迅速な赤熱化が可能で、
速熱性に優れているとともに、その熱容驕が飽和に達し
た所から徐々に飽和温度領域となるという自己温度飽和
性をも有しており、発熱特性の面から優れているばかり
でなく、長時間にわたるアフターグローが可能となり、
グロープラグ１０としての性能を発揮し得るものである
。

これは、上述した導電層２２を形成する導電性セラミッ
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（Ｓｉ３　Ｎ午・　　・　４０％
　、　　ＡＩ２　０　３　　　・　番　３０％、Ｙ２Ｏ
，・　・　３０％）に窒化チタン（Ｔｉｅ）の添加量（
３０％以上）を調整することで絶縁性、導電性を選択し
得るサイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）等を用いることにより
、その固有抵抗を自由に選択でき、これによりグロープ
ラグ１０として要求される特性に対処し得ることから、
容易に理解されよう、すなわち、発熱部となる導電層２
２を、絶縁性サイアロンに対してＴｉＮを約３０％以上
（実用上では４０％以上が望ましい）添加することで、
正の抵抗温度特性による導電性を有することとなる、い
わゆる導電性サイアロンを採用して形成しており、しか
もこの導電性サイアロンはＴｉＮの添加量を変化させる
ことで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
ればよいものである。

この場合、前記絶縁コーティング層２１をも導電層２２
に合せて、上述したサイアロンによる絶縁材で形成する
ようにすれば、その接合強度を増大させ得るとともに耐
熱強度等の信頼性を向上させ得る等の利点を奏すること
が可能である。

特に、本発明によるヒータ１１においては、上述した絶
縁コーティング層２１および導電層２２の基材として金
属製のパイプ体２０を用いるとともに、その外周部に上
述した層２１．２２をコーティングしているものであり
、全体がセラミック材等で一体的に形成されてなる従来
のセラミックヒータのように急激な温度上昇による割れ
等といった耐久性などに対する悪影響はなく、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ばかり
でなく、発熱部となる導電性セラミック材による導電層
２２と金属製のパイプ体２０との間に絶縁コーティング
層２１が介在していることで、両者間での熱膨張率の差
を吸収し、熱歪的な割れ等に対しても対処し得るもので
ある。

しかしながら、−上述した絶縁コーティング層２１や導
電層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、１：述したサイアロンに限定されないもので、
要は高温状態（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
ック材であってもよいものである。この場合、導電層２
２を形成する導電性セラミック材としては、たとえば５
ｉＣ１および周期律表の４ａ族、５ａ族または６ａ族元
素の炭化物、ホウ化物、窒化物または炭窒化物等の非酸
化物導電材の群から得らばれた一種以上と焼結結合材で
あるＡＩまたはＡＩ化合物等を含有するサイアロン焼結
体が考えられる。また、絶縁コーティング層２１を形成
する絶縁材としては、耐熱強度等に優れしかも発熱部を
構成する導電層２２との接合強度面で優れてなる絶縁性
サイアロンなどが考えられる。

さらに、本実施例では図示を省略したが、このグロープ
ラグｌＯ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ｌｌ外表面に、特に先端発熱部分に耐酸
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。

そして、上述したように絶縁コーティング層２１および
導電層２２を金属製パイプ体２０外周部に一体的に形成
してなるセラミックヒータ１１を用いると、第３図に示
すようなグロープラグ１０として優れた特性を発揮し得
るものである。

すなわち、本発明によるグロープラグ１０によれば、同
図中実線で示すように、８００℃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１１００℃程度とし得ることが実験により確認されて
いる。

なお、本発明は上述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、変更し得ることは勿論であ
る。たとえば前述した発熱時における自己温度飽和性を
より一層適切に作用させるためには、第４図に示すよう
に、導電層２２における先端発熱部２２ａを、後端側の
リード部２２ｂよりも薄肉に形成し、特に発熱部２２ａ
部分での断面積を小さくしてその熱容量を小さくし、迅
速な発熱特性を得るとともに、その飽和温度をより一層
適切に制御し得るようにしてもよいものである。すなわ
ち、このような自己温度飽和性は１発熱部２２ａ部分の
容、ｔ＆（断面積）と、リード部２２ｂ、さらに金属製
パイプ体２０側での容請との関係等によって得られるも
ので、この場合第５図または第６図に示すように、パイ
プ体２０の先端部外周側または内周側の肉厚、径寸法等
を変えることによっても、同様の作用効果を奏するもの
である。

さらに、上述したような棒状ヒータ１１に対する電気的
な接続構造、特に金属導線１５のパイプ体２０に対する
接続構造としては、たとえば第５図に示すように、パイ
プ体２０の後端部を閉塞する密閉部に孔部を穿設して両
者を溶接等で接続する等といった種々の変形例が考えら
れるものであり、一方この金属製パイプ体２０後端部の
閉塞部分を、単なるかしめ等で密閉して形成してもよい
ことは容易に理解されよう。

また、上述した棒状ヒータ１１の断面形状としては１円
形状を呈することが一般的であるが、勿論楕円形状や矩
形状等を呈するように形成してもよいことは、容易に理
解されよう。

〔発明の効果〕

以上説明したように、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、金属製パ
イプ体とその外周部に絶縁コーティング層を介して形成
され導電性セラミック材による導電層とで棒状ヒータを
構成し、かつその導電層をヒータ先端部においてパイプ
体と電気的に接続するとともに、他端側なホルダ先端部
に電気的に接続させた状態で接合保持するようにしたの
で、簡単かつ安価な構成にもかかわらず、導電性セラミ
ック材による導電層が、ヒータ表面に露呈しており、し
かも全体が薄肉状に形成されていることから、ヒータ先
端部での迅速な赤熱化が可俺で、速熱性に優れていると
ともに、その熱容量が飽和に達した所から飽和温度領域
となるという自己温度飽和性をも有し、長時間にわたる
アフターグローも可俺となり、またその基材が金属製の
パイプ体から構成されているため、機械的強度を有し、
耐熱強度の面からも優れ、しかも全体の構造が簡単でそ
の成形加工および組立性に優れ、量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。

【図面の簡単な説明】

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要部拡大断面図、第２図は全体の縦
側断面図、第３図はその要部とする棒状ヒータの温度特
性を示す特性図、第４図ないし第６図は本発明の別の実
施例を示す概略図である。 ｌＯ・・参会ティーゼルエンジン用グロープラグ、１１
・争・・棒状ヒータ、１２・・曇・中空状ホルダ、１４
・・・・外部接続端子、１５・・Φ拳金属導線、２０・
・・番導電性金屈材からなるパイプ体、２１φ・・争絶
縁材による絶縁コーティング層、２２ψ・・―導電性セ
ラミック材による導電層。 第１図 第２図 榎 ＜＝＝ミ〉　　　　　く：：＝＝＝４ア７７−７”ロー
）午　賞：：クシぜ暑 第４図 第５図 第６図

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
   端部に保持される棒状ヒータを備え、このヒータは、導
   電性金属材によるパイプ体とその外周部に絶縁コーティ
   ング層を介して形成された導電性セラミック材による導
   電層とで構成され、かつこの導電層はヒータ先端部にお
   いて前記金属パイプと電気的に接続されるとともに、ヒ
   ータ後端部において前記ホルダ側に接合固定されている
   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. （２）導電層は、ヒータ先端部側が後端部側よりも薄肉
   に形成されていることを特許請求の範囲第１項記載のデ
   ィーゼルエンジン用グロープラグ。（３）棒状ヒータを
   構成する絶縁コーティング層および導電層は、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。