JPS63297922A - ディ−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５７−４１
５２３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１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１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１例えば特開昭
６０−９０８５号公報や、同６０−１４７８４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。

すなわち速熱型としての機能が不充分、成形加工が煩雑
１電極の取出し構造が複雑、アフターグロ一時間の長時
間化が困難等の問題点がある。

上記の問題点を解決するために２本出願人はＵ字状に形
成した導電性セラミック材からなるセラミックヒータを
中空状ホルダ内に接合保持したディーゼルエンジン用グ
ロープラグについての発明をすでに出願している（特願
昭６０−２９９３３８号、同６０−２９９３３９号、同
６１−２５６３５４号、同６１−２５６３５５号。

同６２−３２６４３号等）、これらの発明により上記従
来技術に存在する問題点を解決することができたが、ホ
ルダとセラミックヒータとの接合保持部分においては３
両者の接合強度が充分大であることのみならず１両者間
の電気的絶縁性を確保する必要がある。このためホルダ
とセラミックヒータとの間には絶縁層を形成するのであ
るが、この絶縁層を形成する材料として前記機械的強度
と電気的絶縁性との両特性を兼備するものがな（、更に
は部材相互間の熱膨張係数の相違による熱応力に起因す
る割れの発生があり、また接合部材との濡れ性不充分に
起因する接合不良等があり、未だ若干の改良を要する問
題点がある。すなわち上記材料としてはガラスを使用す
るのが最も一般的であるが、まず非晶質ガラスを使用す
ると、以後のホルダとセラミックヒータとの銀ろうによ
る焼付け（約７５０℃）において、前記非晶質ガラスが
軟化する。このため絶縁性および気密性の劣化を惹起す
るという問題点がある。

本発明は上記の問題点を解決し、上記発明の完全化を図
り、信頼性の高いディーゼルエンジン用グローフ゛ラグ
を提案することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点解決のために１本発明においては。

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、このセラミンクヒータをＵ字状発熱部とこのＵ字状
発熱部の両端部から後方に延設した一対のリード部とを
導電性セラミック材によって一体に構成する。

Ｃ１少なくとも前記一方のリード部外周面に絶縁層を設
けて前記ホルダ内に接合保持する。

Ｄ、前記絶縁層を７００℃以上の軟化点を有する結晶質
ガラスにより膜厚ｌＯ〜１００μｍに形成する。

Ｅ、少なくとも前記一方のリード部後端部を金属導線を
介して前記ホルダ後端部に絶縁状態で保持した外部接続
端子と接続する。

という技術的手段を採用したのである。

〔実施例〕

図は本発明の実施例を示す要部縦断面図である。

同図において全体を符号ｌ、Ｏで示すグロープラグの概
略構成を説明する。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
呈する例えばステンレス鋼等の金属製のホルダ１２を有
する。ホルダ１２の外周にはねじ部１２ａを形成し、エ
ンジンのシリンダヘッド側のねし穴（図示せず）と螺合
し１セラミツクヒータ１１の先端を燃焼室若しくは副燃
焼室内に突出させた状態で保持する。ホルダ１２の後端
部には第１および第２の外部接続端子１３．１４を１合
成樹脂その他の絶縁材料内に貫通埋設してなる端子組立
体１５を嵌込み支持すると共に、各端子１３．１４と前
記セラミックヒータ１１を構成するリード部２１．２２
とは１例えばフレキシブルワイヤ等の金属導線１６．１
７およびターミナルキャップ２８．２９を介して接続す
る。

次に前記端子組立体１５は、その軸線上に配設し前記金
属導線１６と接続すべきロンド部１３ａをその内方端側
に有する第１の外部接続端子１３と、その周囲に所定間
隔を置いて配設しかつその内方端例の一部に延設したリ
ード片１４ａを前記金属導線１７と接続する筒状の第２
の外部接続端子１４と、上記両端子１３．１４問および
外周部を絶縁するように一体化する樹脂モールドによる
組立体本体１５ａを存すると共に、＆ｌ立体本体１５ａ
の外周には連結補強用の金属管１５ｂを嵌装する。そし
てこの金属管１５ｂをホルダ１２の後端部開口周縁部分
において高加圧力を介してかしめ付け、軸線方向に沿っ
て座屈変形させることにより、その内側が樹脂製の組立
体本体１５ａ側に、外側がホルダ１２の内壁に強固に圧
接された状態となり、外力若しくは熱収縮による問題を
解消し得るように構成する。

更に１８ａ、１８ｂは各々絶縁リングおよびワンシャで
あり、ホルダ１２の後方に突出する第２の外部接続端子
１４に嵌装する。ｔＳＣは絶縁部材であり、前記ワッシ
ャ１８ｂの外方端側において前記第１の外部接続端子１
３側に嵌装する。また１８ｄ、ｔＳＣは各々スプリング
ワッシャおよび締付用ナンドであり、前記第１の外部接
続端子１３の外方端側に形成したねじ部に嵌装および螺
合する。そして前記ワッシャ１８ｂと絶縁部材１８ｃと
の間、および絶縁部材１８Ｃとスプリングワッシャ１８
ｄとの間に各々バッテリがらのリード線（図示せず）を
介装挟持することにより。

前記各外部接続端子１３．１４をバ、７テリと電気的に
接続する＠１６ａ、１７ａは各々前記金属溝！％１１６
，１７に被覆したチューブ等の絶縁部材である。

セラミックヒータ１１は１例えば導電性サイアロン粉末
を熱可塑性樹脂等と混練し５所定のキャビティを有する
金型中に射出成形し、この成形体を焼成して形成するか
、若しくは予め棒状に成形した素材を放電加工や切削加
工によって所定の形状に成形することができる。そして
発熱部２０はリード部２１．２２よりも肉厚が薄くなる
よう小径に形成すると共に、セラミックヒータ１１の中
央部には１発熱部２０からリード部２１．２２間にかけ
て長手方向にスリット２５を形成する。なおリード部２
１．２２の外周面には絶縁層２３゜２４を設ける。

なお３０は密閉用シートであり、ゴム、アスヘスト等か
らなり、ホルダ１２の後端部開口部分で第１および第２
の外部接続端子１３．１４を有する端子組立体１５の外
方端側に介装させて、この部分を機械的にシールする構
成とする。なお前記スリット２５を形成するリード部２
１．２２間に。

例えば絶縁性セラミック材によって形成した絶縁シート
を、少なくともホルダ１２先端部に対応する部分におい
てそれらと一体に接合させるとよい。

このように構成することにより、スリット２５をホルダ
１２の先端部で閉塞密閉し、エンジンの燃焼圧の外部漏
洩を防止できるのである。また上記の構成により、セラ
ミックヒータｌｌのホルダ１２に保持される後端部分の
機械的強度を向上させ得る。

次に絶縁層２３．２４を形成する材料について記述する
９図に示すセラミックヒータ１１とホルダ１２との間は
５接合強度が充分であると共に５エンジンの燃焼圧の外
部漏洩を防止するための気密性を確保する必要があるた
め２通常は銀ろうのような溶融性の接合材を使用する。

このため絶縁１２３．２４を形成する材料としては、前
記寒ろうの焼付温度（７００〜８５０℃）においても変
質しない性状のものが必要であり１例えば軟化点が７０
０℃以上の結晶質ガラスを使用する。まず。

主組成：５ｉ０２　　・ＡＩ、０．　　　　４０重量％
核形成酸化物：　Ｔ　ｉ　Ｏｚ　　　　　　　　１０重
量％その他ガラス酸化物：ＢａＯ，ＺｎＯ，ＣａＯ他５
０重量％ を粉砕混合して、バインダー（デュポン１ｋｇ４２９）
および溶剤と混合してペーストを形成し、予め成形した
セラミックヒータの外周に塗布して焼付け。

１０〜１００．ｃａｍの絶縁層２３．２４を形成する。

上記のようにして形成したセラミックヒータ１１におけ
る絶縁層２３．２４の外周に２例えば銀ろうを介在させ
て９図に示すホルダ１２内に接合固着する。

絶縁１１１２３．２４はセラミックヒータ１１とホルダ
１２との間の電気的絶縁を確保するために設けるのであ
るが、厚さが１０μｍ未満では所定の絶縁抵抗を確保す
ることができないため不都合である。また厚さが１００
μｍを越えると、絶縁耐力の改善度合が飽和するのみな
らず、下地を構成するセラミックヒータ１１と絶縁層２
３．２４との熱膨張係数の微妙な相違に起因する絶縁層
２３゜２４内のクランク若しくはワレ等が発生し易くな
ること、および多層塗布の回数増加に伴なう工数増大を
招来するので不都合である。

以上のようにしてセラミックヒータ１１全体を５ｍｒｎ
φＸ　５０　ｍｍ、発熱部２０を３ｍｍφ×１０ｍｍに
形成してグロープラグ１０として組立てて実験したとこ
ろ、８００℃到達時間３．５秒、飽和温度をその許容範
囲１２００℃以下とした上で約１１００℃とし得る性能
を確認した。なおセラミ・ツクヒータ１１とホルダ１２
との間の気密性は完全であると共に、耐熱耐久試験およ
び断続耐久試験においても上記両者間の電気的絶縁状態
は完全であることをｉ′住認した。

本実施例においては、セラミックヒータ１１をホルダ１
２の先端部に保持させた状態で接合固定するために、リ
ード部２１．２２の外周面に各々絶縁［２３，２４を形
成する例を示したが、一方のリード部例えば２１にメタ
ライズ層のような導電層を設けてホルダ１２と電気的に
接続し、金属導線を他方のリード部例えば２２にのみ接
続する構成としてもよい、また本発明は前記実施例の構
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り１例えばセラミックヒータｌ
ｌは横断面円形以外に、矩形、正方形、多角形５楕円等
の形状としても作用は同一である。

更に絶縁層の形成手段としては９刷毛による塗布。

スプレーによる吹付けを初めとするペースト若しくはス
ラリーの被膜を形成する公知の手段を使用することがで
きる。またセラミックヒータとホルダとの接合に使用す
る接合材は、上記絶縁層を形成する材料およびホルダ構
成材料との対応により。

恨ろう以外の接合材を自由に選定できる。

〔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。

＋１１　　簡単な構造であるにも拘らず２発熱部がヒー
タ外周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導電性セラ
ミックスを同一材料で形成するため、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容易となる。

（４）　　全体の構造が簡単であるため、成形加工９組
立が容易であり、生産性が極めて高い。

（５）絶縁層を形成する材料が、接合材の接合処理温度
においても変質せず電気的絶縁性を確保すると共に、熱
応力に対する割れ等の発生がないため、気密性および電
気絶縁性を大幅に向上させ得ると共に、信頼性を飛躍的
に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示す要部縦断面図である。 １１：セラミックヒータ、１２：ホルダ。 ２０：発熱部、２１．２２：リード部、２３゜２４：絶
縁層。

Claims (4)

【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
   ータをＵ字状発熱部とこのＵ字状発熱部の両端部から後
   方に延設した一対のリード部とを導電性セラミック材に
   よって一体に構成し、少なくとも前記一方のリード部外
   周面に絶縁層を設けて前記ホルダ内に接合保持すると共
   に、前記絶縁層を７００℃以上の軟化点を有する結晶質
   ガラスにより膜厚１０〜１００μｍに形成し、少なくと
   も前記一方のリード部後端部を金属導線を介して前記ホ
   ルダ後端部に絶縁状態で保持した外部接続端子と接続し
   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構成するＵ字状発熱部の肉
   厚寸法をリード部の肉厚寸法より小さく形成した特許請
   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. （３）　セラミックヒータの少なくともホルダ先端部に
   対応する部分の一対のリード部間に、燃焼圧をシールす
   る絶縁シートを一体的に介装した特許請求の範囲第１項
   若しくは第２項記載のディーゼルエンジン用グロープラ
   グ。
4. （４）　一方のリード部を導電層を介してホルダと電気
   的に接続すると共に、他方のリード部とホルダ後端部に
   保持した外部接続端子とを金属導線を介して接続した特
   許請求の範囲第１項ないし第３項何れかに記載のディー
   ゼルエンジン用グロープラグ。