JPWO2005061963A1 - セラミックスヒータ型グロープラグ - Google Patents

Abstract

金属製外筒８内に固定されたセラミックスヒータ４の後端部に形成されている小径部４ａが破損することを防止する。セラミックスヒータ４は、先端の発熱部を外部に露出させた状態で金属製外筒８内にロウ付け等により固定されている。セラミックスヒータ４の後端部は金属製外筒８の内部に位置しており、この後端に小径部４ｂが形成されている。セラミックスヒータ４の後端小径部４ｂが、発熱体の正極を外部に取り出す電極取り出し部材（電極取り出し線１０）に接続されている。金属製外筒８内のセラミックスヒータ４と電極取り出し線１０との接続部の周囲に無機絶縁体の顆粒体粉末（例えばアルミナ）１８が充填され、さらに、その外部側にマグネシア２０が封入されている。その後、スエージングを行い、マグネシア２０を高密度化して電極取り出し線１０および電極取り出しロッド１２を金属製外筒８内に固定する。

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの始動補助用として使用されるセラミックスヒータ型グロープラグに係り、特に、セラミックスヒータを保持する金属製外筒の内部に、封止材料としてマグネシア等の絶縁体を封入したセラミックスヒータ型グロープラグに関するものである。

ディーゼルエンジンの始動補助用として用いられるセラミックスヒータ型グロープラグは、一般に、セラミックスヒータの先端の発熱部を外部に突出させた状態で後部側を金属製外筒内に保持させ、さらに、この金属製外筒の後端を、エンジンのシリンダヘッドへの取付け金具である円筒状ハウジングの前端部内に挿入して固定し、前記セラミックスヒータの一方の電極（負極）を、ヒータ本体の外面に取り出して前記金属製外筒の内面に電気的に接続するとともに、他方の電極（正極）を、後端部側から電極取り出し金具を介して外部に取り出し、前記ハウジングの後端部側に絶縁部材を介して固定した外部接続端子に電気的に接続した構成を有している。

前記のようなセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、セラミックスヒータの正極側と電極取り出し金具とを接続するために、セラミックスヒータの後端部を研削して小径部を形成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、近年、排気ガスの規制に対応するため、ディーゼルエンジンの燃焼方式が、副燃焼室を有するタイプから、直接噴射型、いわゆる直噴型に移行し、さらに、マルチバルブ化が行われてきている。このような直接噴射型のディーゼルエンジンに用いるグロープラグは、シリンダヘッドの壁面を通って主燃焼室に臨むため、副燃焼室を予熱するタイプに比べて全長を長くし、しかも、細径にすることが必要である。

さらに、シリンダヘッドの強度を確保するためにシリンダヘッドの厚さを大きくする必要があり、そのため、グロープラグを装着する挿入孔が非常に細く、しかも、長くなってきており、それに合わせてグロープラグも非常に細長く形成する必要がある。

前述のようなグロープラグの長尺化の要求に応えるとともに、セラミックヒータの全長を短縮してコストダウンを図るために、セラミックヒータを、その発熱体が埋設されている先端発熱部を外部に突出させるようにして金属製外筒の一端側に固定するとともに、電極取り出し金具が接続されている後端部側は金属製外筒の内部に位置するようにした構造のグロープラグがすでに知られている。

金属製外筒の内部で、セラミックスヒータの後端部に露出された正極と電極取り出し金具とを接続した構成のグロープラグでは、金属製外筒の内部にマグネシア（ＭｇＯ）等の耐熱絶縁粉体を封入し、スエージング等により前記耐熱絶縁粉体を高密度化することにより電極取り出し金具を強固に固定している。

このように金属製外筒の内部でセラミックスヒータの正極と電極取り出し金具とを接続する構成では、セラミックスヒータの後端部の径をより小さくする必要があり、その折損に対する充分な配慮が必要となる。
特開平１０−３３２１４９号公報（第４−５頁、図１）

ところが金属製外筒内に封入したマグネシア等の耐熱絶縁粉体は、比較的剛性の高い多結晶体であり、金属製外筒の変形等が発生した場合には、このマグネシアを介してセラミックスヒータの小径部に力が作用し、この小径部を破損するおそれがあった。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、セラミックスヒータの先端側に曲げ応力が作用したり、金属製外筒が変形した場合でも、セラミックスヒータが破損するおそれのないセラミックスヒータ型グロープラグを提供することを目的とするものである。

本発明は、セラミックスヒータと、このセラミックスヒータが一端部に保持されるとともに、他端部がハウジングの内部孔に固定された金属製外筒と、この金属製外筒内で前記セラミックスヒータの一方の電極に接続された電極取り出し部材とを備え、前記金属製外筒内に封止材として絶縁体を封入したセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、
前記セラミックスヒータと電極取り出し部材との接続部の周囲に、無機絶縁体の顆粒体粉末を充填したことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、前記セラミックスヒータの金属製外筒内に位置する端部に小径部が形成され、この小径部において前記セラミックスヒータの電極と電極取り出し部材とが接続されたことを特徴とするものである。

さらに、請求項３に記載の発明は、前記顆粒体粉末は、一次粒子が５μｍ以下の微粒粉からなる顆粒体であることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、前記顆粒体の径が３０〜２００μｍであることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、前記金属製外筒内に封入された絶縁体は、充填された後スエージング加工により高密度化された耐熱性絶縁粉体であることを特徴とするものである。

本発明のセラミックスヒータ型グロープラグは、セラミックスヒータの先端部に曲げ応力が作用したり、金属製外筒が変形した場合でも、金属製外筒内に位置しているセラミックスヒータの後端部側が破損するおそれがないという効果がある。

セラミックスヒータ型グロープラグの縦断面図である。（実施例１） 前記セラミックヒータ型グロープラグの要部を拡大して示す縦断面図である。

符号の説明

４ セラミックスヒータ
４ｂ セラミックスヒータの小径部
８ 金属製外筒
１０ 電極取り出し線（電極取り出し部材）
１２ 電極取り出しロッド
１６ ハウジング
１６ｂ ハウジングの内部孔
１８ 顆粒体粉末
２０ 絶縁体

金属製外筒内に位置しているセラミックスヒータの後端部側の、電極取り出し部材との接続部の周囲に、無機絶縁体の顆粒体粉末を充填するという簡単な構成で、セラミックスヒータの破損を防止するという目的を達成することができる。

以下、図面に示す実施例により本発明を説明する。図１は本発明の一実施例に係るディーゼルエンジン用グロープラグ（全体を符号２で示す）の縦断面図、図２はその要部の拡大図である。この実施の形態のグロープラグ２は、セラミックスヒータ４を備えたセラミックスヒータ型グロープラグである。

このセラミックスヒータ４は、その本体部を構成するセラミックス絶縁体６の内部に図示しない発熱体が埋め込まれている。この発熱体の負極側は、セラミックス絶縁体６の外周面に取り出され、後に説明するシース（金属製外筒）８の内面にロウ付け等により接合されて電気的に接続されている。一方、前記発熱体の正極側は、セラミックスヒータ４の発熱体が埋設されている先端部４ａと逆側の端部（図１および図２の左端に位置する後端部）側に伸び、この後端部に研削等により形成された小径部４ｂの外面に露出している。セラミックスヒータ４の後端小径部４ｂには、電極取り出し部材としての電極取り出し線１０の先端に形成されたカップ状部１０ａが嵌合し、前記セラミックスヒータ４の小径部４ｂの外面に露出している発熱体の正極側と電気的に接続されている。

前記電極取り出し線１０の後端部１０ｂはコイル状になっており、このコイル部１０ｂ内に、導電性金属の剛体からなる電極取り出しロッド１２の先端部１２ａが挿入されて電気的に接続されている。さらに、この電極取り出しロッド１２の後端部１２ｂが、外部接続端子１４の先端部１４ａにバット溶接等により固定されている。なお、この実施例では、電極取り出し線１０と電極取り出しロッド１２とにより、電極（正極）を外部に取り出すようにしているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、セラミックスヒータ４の正極と外部接続端子１４とを一本のワイヤによって接続する等の構成でも良い。

前記構成のセラミックスヒータ４は、金属製外筒８内にロウ付け等により接合され、この金属製外筒８を介して、エンジンのシリンダヘッド（図示せず）への取付け金具である円筒状のハウジング１６に固定されている。

前記セラミックスヒータ４の発熱体の正極側に電気的に接続されている電極取り出し線１０および電極取り出しロッド１２は、スエージング加工により金属製外筒８に固定されている。これら部品をスエージングにより固定する工程について説明する。先ず、セラミックスヒータ４の小径部４ｂが形成された後端部側を、金属製外筒８の先端部８ａ内に挿入してロウ付け等により固定するとともに、金属製外筒８の先端部８ａ内に位置しているセラミックスヒータ４の小径部４ｂの周囲に、電極取り出し線１０の先端に設けられているカップ部１０ａを嵌合させ、さらに、前記電極取り出し線１０の後端部に形成されているコイル状部１０ｂ内に、電極取り出しロッド１２の先端１２ａを挿入する。

前述のように金属製外筒１２の先端部８ａ寄りにセラミックスヒータ２を固定し、金属製外筒８の内部で電極取り出し線１０および電極取り出しロッド１２を連結した後、金属製外筒８の後部側の開口部８ｂから、先ず、無機絶縁体の顆粒体粉末（図２中に符号１８で示す部分参照）を充填する。この顆粒体１８は、一次粒子が５μｍ以下の微細粉からなっており、その径が３０〜２００μｍ程度のサイズであることが好ましい。また、顆粒体粉末１８の材質は、５００℃程度までの耐熱性を有し、絶縁性に優れた材料であればよく、例えば、マグネシア、ジルコニア、窒化アルミ、窒化珪素等が使用可能であるが、この実施例では、絶縁性、入手性から、アルミナの顆粒体を使用している。

金属製外筒８内の、セラミックスヒータ４の小径部４ｂの周囲、つまり、小径部４ｂと電極取り出し線１０のカップ部１０ａとの接続部の周囲に、無機絶縁体の顆粒体粉末１８を充填した後、金属製外筒８内の、電極取り出し線１０と電極取り出しロッド１２との接続部が収容されている残りの空間内に耐熱絶縁粉体（例えば、マグネシア（ＭｇＯ）等）２０を充填する。次に、金属製外筒８の開口部８ｂに、ゴム製（例えばシリコンゴム、フッ素ゴム等）のシール部材２２を挿入する。このシール部材２２を金属製外筒８の開口部８ｂ内に挿入することにより、後の工程でスエージングを行う際に前記耐熱絶縁粉体２０がこぼれることを防止できる。また、電極取り出しロッド１２が金属製外筒８に接触することも防止できる。

その後、電極取り出し用リード線１０と電極取り出しロッド１２との接続部が収容されている金属製外筒８の後部側をスエージング加工することにより、金属製外筒８の後部側の外径を縮径する。このスエージング加工を行うことにより、耐熱絶縁粉体２０を高密度化して電極取り出し線１０および電極取り出しロッド１２を金属製外筒８内に固定する。

前記のようにスエージング加工により金属製外筒８に固定された電極取り出しロッド１２の後端部１２ｂに、外部接続端子１４の先端１４ａをバット溶接等により固定する。そして、前記ハウジング１６の先端部１６ａから内部孔１６ｂ内に、セラミックスヒータ４、金属製外筒８、電極取り出し線１０、電極取り出しロッド１２および外部接続端子１４が一体になったアセンブリを、外部接続端子１４の後端のねじ部１４ｂ側を先にして挿入する。前記アセンブリをハウジング１６の内部まで挿入し、金属製外筒８の後部側からハウジング１６の内部孔１６ｂ内に圧入して、この金属製外筒８をハウジング１６に固定する。なお、金属製外筒８のハウジング１６への固定手段は圧入に限らずその他の方法で固定しても良い。

前記セラミックスヒータ４、金属製外筒８、電極取り出し線１０、電極取り出しロッド１２および外部接続端子１６からなるアセンブリをハウジング１６内に挿入して固定すると、外部接続端子１４の後端に形成されたバッテリ接続用のねじ部１４ｂがハウジング１６の後端部１６ｃから突出した状態になる。このねじ部１４ｂの外方から絶縁ブッシュ２４を嵌合させて、ハウジング１６の後端の大径孔１６ｄ内に挿入し、その外側からアルミ製のナット２６を螺合して外部接続端子１４をハウジング１６に固定する。なお、このハウジング１６の外面には、ほぼ中間部に図示しないエンジンのシリンダヘッドへの取り付け用ねじ部１６ｅが形成され、後端部１６ｃの外面には、このねじ部１６ｅを締め付けるための六角ナット部が設けられている。

前述のように、従来は、セラミックスヒータの後端部と電極取り出し金具とが接続されている金属製外筒の内部全体に、マグネシア等の耐熱絶縁粉体を封入し、スエージング加工により高密度化することにより、電極取り出し金具を金属製外筒に固定していたが、この実施例では、セラミックスヒータ４の後端部に形成された小径部４ａと電極取り出し金具に相当する電極取り出し線１０との接続部の周囲に、無機絶縁体の顆粒体粉末１８を充填している。この顆粒体１８は、一次粒子が５μｍ以下の微細粉からなる顆粒径が３０〜２００μｍ程度のサイズを有しており、剛性が非常に低いので、セラミックスヒータ４の先端に曲げ応力が作用したり、金属製外筒８が変形した場合でも、セラミックスヒータ４の後端部に形成されている小径部４ｂが破損することを防止することができる。

Claims (5)

1. セラミックスヒータと、このセラミックスヒータが一端部に保持されるとともに、他端部側がハウジングの内部孔に固定された金属製外筒と、この金属製外筒内で前記セラミックスヒータの一方の電極に接続された電極取り出し部材とを備え、
   前記金属製外筒内に封止材として絶縁体を封入したセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、
   前記セラミックスヒータと電極取り出し部材との接続部の周囲に、無機絶縁体の顆粒体粉末を充填したことを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグ。
2. 前記セラミックスヒータの金属製外筒内に位置する端部に小径部が形成され、この小径部において前記セラミックスヒータの電極と電極取り出し部材とが接続されたことを特徴とする請求項１に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
3. 前記顆粒体粉末は、一次粒子が５μｍ以下の微粒粉からなる顆粒体であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
4. 前記顆粒体の径が３０〜２００μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
5. 前記金属製外筒内に封入された絶縁体は、充填された後スエージング加工により高密度化された耐熱性絶縁粉体であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。

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