JPS63297924A - 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
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発熱特性を改
善し長時間のアフターグロー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。

〔従来の技術〕

この種のグロープラグとして、従来から種々の構造を有
するものが知られているが、その中で近年セラミックヒ
ータ型のものが、速熱型として機能し得る等の理由から
注目を集めている。

このようなセラミックヒータ型グロープラグとして、た
とえば特開昭６０−１４７１１４号公報などには。

ヒータ絶縁部を形成する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により１発熱体
をヒータ外表面に露呈させるようにして、ヒータ絶縁部
と一体に形成するようにした構成が示されており、これ
により急速な先端赤熱性を得て速熱型としての性俺を発
揮させ得るとともに、発熱体とヒータ絶縁部との接合状
態を適切かつ確実に維持し耐熱強度等の信頼性をある程
度向上させ得るものであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述したような従来構成によるセラミッ
クヒータ型グロープラグでは、グロープラグとして実用
化するには、構造上からも機能面からも、まだまだ問題
をもつものであった。すなわち、この種のグロープラグ
にあっては、通電直後における急速な先端赤熱化を得て
速熱型としての効果を発揮し得ることが望まれる一方、
近年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、シかもこのアフタ
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、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とするとともに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
等が必要とされ、さらにこのアフターグロ一時のグロー
プラグへの供給電圧を発熱時よりも低くし、発熱体部分
の耐久性を確保することも必要とされるが、従来のセラ
ミックヒータでは、このような要請に応えることはでき
ないものであった。すなわち、従来のセラミックヒータ
構造では、先端赤熱性を得て速熱型として機能し得るよ
うに、ヒータ先端の発熱部分を薄肉に形成し、その断面
積を小さくすることで熱容量を小さくすることは一般に
行なわれているが、このような構造だけでは、上述した
自己温度飽和性を得ることはできないもので、また耐熱
強度等の信頼性の面でも問題で、これらの点をも考慮し
特に速熱性および自己温度飽和性等の機能を発揮させる
ための何らかの対策を講じることが必要とされている。

〔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
棒状セラミックヒータを、その先端側で固有抵抗の大き
な導電性セラミック材で形成されたＵ字状発熱部と、こ
の発熱部の両端から後方に平行して一体的に延設されか
つ発熱部よりも固有抵抗の小さな導電性セラミック材や
金属材等の導電材料で形成された一対のリード部とから
構成したものである。

〔作用〕

本発明によれば、発熱部が異物を含まず表面に露呈する
ように導電性セラミック材のみで形成され、しかもその
部分の固有抵抗が大きくなるようにａ成されているため
、通電時においてこのヒータ先端の発熱部を効率よく有
効に発熱させ、速熱性と自己温度飽和性を向上させ得る
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図および８２図は本発明を二極二線式のディーゼル
エンジン用グロープラグに適用した一実施例を示し、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、先端側が発熱部として機能する棒状セラミックヒー
タ１１と、このヒータ１１を先端において保持する略々
管状を呈する金属製ホルダ１２とを備えている。そして
、このホルダ１２の後端部には、第１および第２の外部
接続端子１３．１４を合成樹脂材などによる絶縁材内に
貫通して埋設してなる端子組立体１５が嵌込み保持され
、かつ各端子１３．１４は前記ヒータ１１ｔ−構成する
一対のリード部（後述する）側にフレキシブルワイヤ等
による金属導線１６．１７を介して接続されている。こ
れらの金属導線１６．１７は、各外部接続端子１３　、
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を強度的に保護するためで、ある程度の
柔軟性をもつものを用いるとよい。なお、図中１２ａは
ホルダ１２外周に形成され図示しないエンジンのシリン
ダヘー、ド側のねじ孔に螺合させるためのねじ部である
。

また、本実施例による端子組立体１５は、その軸線上に
配置され前記導線１６と接続されるロッド部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
囲に所定間隔おいて配置されかつその内方端の一部から
延設されたリード片１４ａが前記導線１７と接続される
筒状を呈する第２の外部接続端子１４と、これら両端子
１３゜１４間を絶縁するとともにその外周部にも絶縁層
を有するようにしてこれらを一体化する樹脂モールディ
ングによる組立体本体１５ａを有し、この本体１５ａの
外周には連結補強用の金属管１５ｂが嵌装されている。

この金属管１５ｂはホルダ１２後端部開口周縁部分にて
高加圧力でかしめ付けられて軸線方向に沿っで座屈変形
することにより、その内側が樹脂製本体１５ａ側に、外
側がホルダ１２内壁に強固に圧接し、外力や熱収縮によ
る問題を解消し得るためのものである。

さらに、１８ａ、１８ｂはホルダ１２後方に突出する第
２の端子１４に対し嵌装された絶縁リングおよびワッシ
ャ、１８ｃはこのワッシャ１８ｂの外方端で第１の端子
１３側に嵌装された絶縁部材、１８ｄ、１８ｅはこの第
１の端子１３外方端のねじ部に螺合されたスプリングワ
ッシャおよび締付は用ナツトである。そして、ワッシャ
１８ｂと絶縁部材１８ｃ間、および絶縁部材１８ｃとス
プリングプツシ＋１８ｄ間にそれぞれバッテリからのリ
ード線（図示せず）を介装して挟持することにより前記
各端子１３．１４がバラチリ端子側に電気的に接続され
る。さらに、１６ａ、１７ａ　　、は導線１６．１７被
覆用の絶縁チューブである。

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セラ
ミックヒータ１１を、第１図および第２図から明らかな
ように、その先端側で固有抵抗ρの大きな導電性セラミ
ック材で形成されたＵ字状発熱部２０と、この発熱部２
０の両端から後方に平行して一体的に延設されかつ発熱
部２Ｇよりも固有抵抗ρの小さな導電性セラミック材や
金属材等の導電材料で形成された一対のリード部２１．
２２とから構成するようにしたところに特徴を有してい
る。

ここで、上述したＵ字状発熱部２０を形成するための導
電性セラミック材としては、たとえばβサイアロン（Ｓ
ｉ１Ｎ　午・・・・８８％、　Ａ１２０　、・・・・５
％、Ｙ２Ｏ３・・・・７％）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（Ｔｉｅ）の添加量を調整
することで導電性が得られるサイアロン（ＳｉＡＩＯＮ
）等を用いるとよく、また上述したリード部２１．２２
を形成するための導電材料としても、たとえば上述した
サイアロン等の導電性セラミック材、あるいはステンレ
スやインコネル等の金属材を用いるとよいものである。

特に、上述したサイアロンは、ＴｉＮの添加量を調整す
ることで固有抵抗値が連続的に変化する導電性を有する
こと（いわゆる導電性サイアロン）が知られており、こ
のようなＴｉＮの含有率を選択した導電性サイアロンを
、前述した発熱部２０およびリード部２１．２２の導電
材料として用いると、これら発熱部２０とリード部２１
．２２とを形成するにあたって、これらを同時焼結によ
り一体に接合して形成し得るもので、しかもその接合部
の強度面等でも優れている等といった利点を奏するもの
である。なお、これらサイアロンによる導電性セラミッ
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
とで接合部分に拡散層を形成した状態で強固に接合され
るが、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。

また、上述した導電性サイアロンとして、発熱部２０側
には、ＴｉＮの添加量が２０〜３５％のものを、リード
部２１．２２側には、ＴｉＮの添加量が３５％以上のも
のを用いるとよいことが実験により確認されている。し
かし、これに限定されず、発熱部２０およびリード部２
１．２２を形成する導電性セラミック材としては、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等に優れてなるセラミック材で
あればよく、たとえばＳｉＣおよび燗期律表の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選ばれた一種
以上と焼結結合材であるＡＩ化合物等を含有するサイア
ロン焼結体などが考えられる。

一方、上述したリード部２１．２２を金属材料で形成し
たときの導電性セラミック材による発熱部２０との接合
にあたっては、両部材の接合部分にニッケルペーストを
コーティングするとともに、これらをろう付は等により
接合して固着させるとよいものである。

そして、このような構成によれば、ヒータ１１先端の発
熱部２０が異物を含まず表面に露呈するように導電性セ
ラミック材のみで形成されており、しかもこの発熱部２
０部分の固有抵抗ρが、前記リード部２１．２２側より
も大きくなるように構成されるため、通電時においてこ
のヒータ１１先端の発熱部２０部分に通電電力を有効に
集中させて迅速かつ効率よく発熱させることができ、こ
れによりグロープラグ１０として要求されている速熱性
と自己温度飽和性を向上させ得るものである。すなわち
、本発明によるグロープラグ１０によれば、第３図中実
線で示すように、８００℃到達時間を３．０秒、飽和温
度をその許容範囲を１２００℃以下とした丘で約１１０
０℃程度とし得ることが実験により確認されている。

また、このような本発明によるセラミックヒータ１１で
は、固有抵抗を異ならせて発熱部２０を形成しているた
め、この発熱部２０での厚みを調整して速熱性を高める
といった対策は不要となり、リード部２１．２２側と同
様な径寸法で発熱部２０を形成し、その機械的強度や熱
容量を向上させ得るといった利点をも奏することが可能
である。特に、発熱部２０での熱容量を大きくし得るこ
とから、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達
成し得る。これは、上述した発熱部２０の熱容量が小さ
いと昇温特性はよくなる一方、この発熱部２０部分がエ
ンジン内で始動時に噴霧される燃料やスワール等により
冷却されて温度低下が著しくなり始動性が悪化し、また
強度にも悪影響が生じる等の問題が招いてしまうことか
ら容易に理解されよう。

ここで、上述した以外の本実施例構造を簡単に説明する
と、セラミックヒータ１１は、上述したリード部２１．
２２よりも小径に形成されている導電性セラミック材に
よる発熱部２０を有し、またその中央部には発熱部２０
かもリード部２１゜２２間にかけてヒータ１１の長手方
向に沿うスリアト２５が形成されている。さらに、この
スリット２５内でその後端側のリード部２１．２２間の
少なくともホルダ１２先端部に対応する部分には、たと
えば絶縁性セラミック材による絶縁シート２６が介装さ
れて導電性セラミック材等によるリード部２１．２２と
一体的に接合され、これによりこれらリード部２１．２
２の機械的強度を維持するとともに、スリット２５をホ
ルダ１２先端部分で塞いで燃焼圧さらには燃焼熱を確実
にシールしその洩れ防止を図るような構成としている。

また、上述したリード部２１．２２の長手方向略々中央
部外周面には、それぞれ絶縁コーティング層２３．２４
（銀・パラジウム層がその表面に積層して形成される）
が形成され、これら両層２３．２４およびその表面に形
成された銀・パラジウム層で、このセラミックヒータ１
１をホルダ１２先端部に銀ろう付は等で接合固定して保
持させるような構成とされている。この場合、ホルダ１
２の接合面側にも、必要に応じて銀・パラジウム層を形
成しておくとよいが、これに限定されないことは勿論で
ある。

一方、各リード部２１．２２は、その後端部から後方に
延設された電極取出し端を有しかつこれら各電極取出し
端に対し第１および第２の外部接続端子１３．１４から
引出された金属導線１６゜１７の先端がターミナルキャ
ップ２７．２８を介して電気的に接続され、これにより
第１図中矢印で示すようにヒータ１１内を電流が流れる
ものである。なお、２７ａ、２８ａは各電極取出し端に
に対し嵌装して設けられるターミナルキャップ２７．２
８を接合するため形成されている金属メタライズ層で、
この場合その表面には銀−パラジウム層が積層して形成
され、セラミック材に金属材を適切かつ確実に接合させ
得る構成とされている。

なお、上述したような本実施例の二極二線式グロープラ
グ１０によれば、セラミックヒータｉｔからの電極取出
し部を１発熱部２０から離れたホルダ１２内に位唇させ
ており、この取出し部分を比較的低温状態に維持し得る
ことから、耐熱強度等の信頼性を従来に比べ大幅に向上
させることができる。また、上述したセラミックヒータ
１１とホルダ１２との接合部分は、電気的なアース接続
が不要で、単純な機械的結合だけでよいため、接合強度
等の信頼性を向上させ得るものである。

しかしながら、本発明はこのような二極二線式に限定さ
れず、第４図に示すような一般的なボディアースタイプ
の一極式グローブラグであっても適用して効果を発揮し
得るものである。ここで、この実施例では、＋側のリー
ド部２１を導電性セラミック材で、−側のリード部２２
を金属材料で形成した場合を示し、また発熱部２０の径
寸法をリード部２１．２２側に合せて形成した場合を示
している。

また、本発明は上述した各実施例構造に限定されず、グ
ロープラグ１０各部の形状、構造等を、適宜変形、変更
することは自由で、種々の変形例が考えられよう。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、棒状セラミック
ヒータを、その先端側で固有抵抗の大きな導電性セラミ
ック材で形成されたＵ字状発熱部と、この発熱部の両端
から後方に平行して一体的に延設されかつ発熱部よりも
固有抵抗の小さな導電性セラミック材や金属材等の導電
材料で形成された一対のリード部とから構成したので、
簡単かつ安価な構成にもかかわらず、通電時においてこ
のヒータ先端の発熱部を効率よく有効に発熱させて迅速
な赤熱化が図れ、速熱性と自己温度飽和性を向上させ得
るもので、エンジン始動性を向上させ得るとともに、長
時間にわたるアフターグローが可能となる等の種々優れ
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図はそのグロープラグ全体の概略縦側断面図、第３
図はその要部とするヒータの温度特性を示す特性図、第
４図は本発明の別の実施例を示す縦側断面図である。 １０・・・・ディーゼルエンジン用グロープラグ、１１
・・・・棒状セラミックヒータ、１２・・・・中空状ホ
ルダ、１３．１４・・・・第１および第２の外部接続端
子、１５・・・・端子組立体、１６．１７・・・・金属
導線、２０・・・・固有抵抗の大きな導電性セラミック
材による発熱部、２１．２２・・・・固有抵抗の小さな
導電材料によるリード部、２３．２４・・・・絶縁コー
ティング層（絶縁層）、２５・・・・スリット、２６・
・・・絶縁シート。 特許出願人　自動車機器株式会社 日立金属株式会社

Claims (3)

【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セラミックヒータを備え、この
   セラミックヒータは、その先端側で固有抵抗の大きな導
   電性セラミック材で形成されたＵ字状発熱部と、この発
   熱部の両端から後方に平行して一体的に延設されかつ発
   熱部よりも固有抵抗の小さな導電材料で形成された一対
   のリード部とから構成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）　セラミックヒータを構成するリード部を、固有
   抵抗の小さな導電性セラミック材で形成したことを特徴
   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. （３）　セラミックヒータを構成するリード部を固有抵
   抗の小さな金属材で形成した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
   。