JPH01121626A - ディーゼルエンジン用グロープラグ - 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をし、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存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８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２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２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９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９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１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１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３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、その電掻取り出しの構
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、さらには気密性を
要求されるようにｉってきている。

上記のようなセラミックヒータにおいて、構成部位間に
形成される隙間若しくはスリットの閉塞密閉手段として
は、アルミナ若しくはムライトのようなセラミック材か
らなる閉塞部材を挿入し、ガラスペーストを接着剤とし
て使用するのが一般的である。しかしながら、このよう
な手段による場合にはガラスペーストに起因するボアが
発生するため、接着部の気密が完全でな（、従ってエン
ジン自体の気密性を阻害する結果、出力の低下等を招来
するという問題点がある。またガラスペーストの粘度が
高いため１作業の自動化が困難であり。

生産性向上の障害ともなっている。

本発明は、上記従来技術に存在する問題点を解決し、気
密性と信頼性とを大幅に向上させ得るディーゼルエンジ
ン用グロープラグを提供することを目的とするものであ
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する。

Ｃ１前記リード部間に形成されるスリットに、絶縁性セ
ラミック材からなる絶縁シートを、リード部と絶縁シー
ト間に活性金属からなる反応層を有するメタライズ層を
形成し、金属ろう材を介して一体的に接合すると共に、
前記中空状ホルダの先端部を閉塞密閉する。

Ｄ、少なくとも前記一方のリード部外側面を絶縁層を介
して前記ホルダ内に接合保持する。

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。

本発明におけるセラミック材料としては、β型サイアロ
ン若しくはα／β型サイアロンを使用することができる
。なおβ型サイアロンを使用する場合には＊　　Ｓ　ｌ
　ｉ−ｓ　Ａ　ｌ　ｓ　Ｏ，Ｎ５−ｚにおけルｚの値を
０を越え１未満とするのがよく、一方α／β型サイアロ
ンを使用する場合には。

ＭＸ　　（Ｓ　ｉ　Ａ　１）＋ｔ　　（ＯＮ）＋６で示
される組成において１ＭがＹまたはＣａからなり、Ｘが
Ｏを越え２．０未満のものを使用するのが好ましい、な
お上記Ｙ、Ｃａの一部または全部をＭｇで置換すること
ができる。上記の組成範囲において高強度の焼結体を得
ることができる。

次に導電性セラミック材とするためには、導電性付与材
としてＴｉの窒化物または炭窒化物固溶体を添加する。

すなわち、　■ａ、Ｖａ、Ｖｉａ族の炭化物、窒化物、
硼化物などによっても導電性を有するサイアロン焼結体
を得ることができるが。

常圧焼結またはガス圧焼結による焼結性および焼結体の
耐酸化性を考慮すると、Ｔｉの炭化物および窒化物に限
定されるためである。そして、この場合単独の炭化物、
窒化物でなく、炭窒化物固溶体を使用すると、固溶体中
のＣとＮとの比率を変えることによって種々の電気抵抗
率を有するサイアロン焼結体が得られるという好ましい
作用がある。

また本発明において、リード部と絶縁シートとの間に形
成される活性金属からなる反応層は１両者間の濡れ性を
増大するために形成するものであり、厚さが１μｍ未満
であるとメタライズ層の濡れ性増大の効果がな（、隙間
若しくは非接合部が出現するため不都合である。一方上
記反応層が２０μｍを越えると、濡れ性増大の効果より
も脆弱層の増大を招来し、接合強度を低下させるため好
ましくない。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す縦断面図、第２図は第１
図におけるセラミックヒータを示す拡大斜視図、第３図
は第１図におけるＡ−Ａ線断面拡大図である。これらの
図において、全体を符号１０で示すグロープラグは、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１
）と、このセラミックヒータ１）を先端において保持す
る略管状を呈する金属製のホルダ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１
３を介して外部接続端子１４を同心状に嵌着し、またこ
の外部接続端子１４は前記セラミックヒータ１）内のリ
ード部２２とフレキシブルワイヤ等の金属導線Ｉ５およ
びターミナルキャップ１５ａ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１
３の外周部に一体的に嵌装し、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１２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
６ａ、１６ｂ、１６ｃは前記外部接続端子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ンドであ
り、バッテリー（図示せず）からのリード線をナツト１
５ｂ、ｔ６ｃ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Ｕ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。なおセラミックヒータ１）に対し、
外部接続端子１４を金属導線１５を介して接続するが、
これは外部接続端子１４に加わる種々の振動や締付トル
ク等の機械的外力から、上記セラミックヒータ１）を強
度的に保護するためである。金属導線１５の材料として
はフレキシブルワイヤ等、ある程度の柔軟性を有するも
のを使用するとよい。

次に第２図はセラミックヒータ１）を示す拡大斜視図で
あり、同一部分は第１図と同一の参照符号で示す。第２
図において２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１）の中央部には５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。ま
た発熱部２０と共に導電性セラミック材により一体に形
成したリード部２１．２２のうち、一方のリード部２１
の外周面には金属メタライズ層２３を形成すると共に、
他方のリード部２２には絶縁コーティング層２４を形成
する。なお上記金属メタライズ層２３および絶縁コーテ
ィング層２４の表面にはニッケルメッキ層（図示せず）
を積層する。而して上記両層２３．２４およびそれらの
表面の一ニッケルメッキ層により、セラミックヒータ１
）を第１図に示すようにホルダ１２先端部に１例えば銀
ろう付は等の手段を介して接合固定保持するのである。

この場合ホルダ１２の接合面側にも必要に応じてニッケ
ルメッキ層を形成しておくことができる。

次に前記のセラミックヒータ１）は、導電性サイアロン
粉末を熱可塑性樹脂等と混練し、所定の金型中に射出成
形し、更に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セラミックヒータを放電加工や切削
加工によって所要の形状に成形することができる。そし
て上記の成形後において金属メタライズ層２３および絶
縁コーティングＮ２４（アルミナ等を溶射するとよい）
等をそれぞれ対応するリード部２１．２２の外周面に形
成し。

さらにその表面に第１図に示す金属製ホルダ１２との接
続補助材としてのニッケルメッキ層を後加工として形成
すればよい、なお第２図中２７は電極取出し端２６部分
に形成された金属メクライズ層で。

勿論その表面には前記同様のニッケルメッキ層を形成し
ており、これに前記ターミナルキャップ１５ａを介して
金属導線１５を接続してヒータアセンブリを形成するこ
とができる。なお前記のようにして成形したセラミック
ヒータ１）を、第１図に示す・ようにホルダ１２内に嵌
着してリード部２１．２２外周面をそれぞれ金属メタラ
イズ層２３および絶縁コーティングＪｉ２４を介してろ
う付は等で固着するとともに、金属４線１５の後端部を
、ホルダ１２の後端部に保持される外部接続端子１４側
に接続してグロープラグ１０の組立を完了する。　　− なお前記のセラミックヒータ１）各部の厚み等は。

その成形時において自由に調整し得るもので、これによ
り抵抗値を自由に選択し得る。例えば１本実施例では、
セラミックヒータ１）全体が５ｆｉφで。

発熱部２０部分が３誦φである円形断面を有し、かつ長
さを５０１）　（電極取出し端２６の長さ５鶴は除く）
として形成した場合に９発熱部２０の長さを１０寵とし
、また先端から２５龍おいた位置から長さ２０龍にわた
って前記金属メタライズ層２３および絶縁コーティング
層２４を形成するようにしである。これにより発熱部２
０の熱容量をリード部２１．２２に比べて小さくシ、所
要の抵抗値を得て必要とされる自己温度飽和性を発揮し
得ることができ実験等で確認されている。更に、前記の
実施例では説明を省略したが、使用条件が厳しい環境に
おいて使用する場合には、セラミックヒータ１）外表面
に、特に発熱部２０部分の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。

ところで、上述した構成によるグロープラグｌＯにあっ
ては、第１図および第２図から明らかなように、セラミ
ックヒータ１）の長手方向に沿って形成されたスリット
２５により、ホルダ１２内部空間が。

セラミックヒータ１）が臨むエンジン燃焼室等と連通状
態となる。従って燃焼室内での爆発時における燃焼圧の
エンジン外部への洩れ防止を図ることが必要となる。こ
のため９本実施例では、第１図に示すように、スリット
２５に絶縁シート３０を介装する。絶縁シート３０は２
例えば絶縁性セラミノク材により、セラミックヒータ１
）の少なくともホルダ１２先端部に対応する部分のリー
ド部２１．２２間に。

それらと一体的に接合させる。このように構成すること
により、スリット２５をホルダ１２先端部で閉塞密閉し
、エンジンの燃焼圧をシールして外部への漏洩を防止す
るのである。この場合、絶縁シート３０とリード部２１
．２２との接合を完全にするために１両者の接合面には
予め活性金属からなる反応層（図示せず）を形成してお
く。すなわち、まず３５０メツシユ以下のＴｉ粉末（純
度９９％）３重量部と、４００メソシユ以下の銀ろう粉
末（７２％Ａｇ＋２８％Ｃｕ）９７重量部とを均一に混
合し、１０％エチルセルロース＋９０％ジエチレングリ
コールモノエチルエーテルからなるバインダーを添加し
てペーストを作成する。次に上記ペーストを刷毛塗り若
しくはスクリーン印刷等により゛、前記リすド部２１、
２２および絶縁シート３０の接合面に１２０μ−の厚さ
に塗布し、　　２　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒの真空中にお
いて８６０℃、３分間のメタライジング処理を行なう。

この処理により上記両者の接合面に５０〜６０μｍのメ
タライズ層２１ａ、２２ａ、３０ａを形成することがで
きるが、これらの表面を研摩することにより。

上記メタライズ層の厚さを４０μ−とする。上記のよう
にして形成した絶縁シート３０をリード部２１゜２２間
に介装させて９例えばＢＡｇ−８からなるろう材による
厚さ５０μｍの接合層（図示せず）を介して接合する。

接合条件は１例えばＮ、＋１０％Ｈ１の雰囲気において
８１０℃×３分間とする。

なお絶縁シート３０およびリード部２１．２２の接合面
にメタライズ層を形成する場合に、銀ろう粉末中に含有
させるべきＴｉ粉末の量は、１％未満であると均一かつ
確実にメタライズ層を形成することができないため不都
合である。一方Ｔｉ粉末の量が１０％を越えるとメタラ
イズ層中の反応層が厚すぎて、接合強度を低下させるた
め好ましくない。

本実施例においては、セラミックスからなる絶縁性シー
ト３０およびリード部２１．２２の接合面に反応層を形
成すべき活性金属粉末として、Ｔｉ粉末を使用した例を
示したが、Ｔｉ以外にＺｒ、Ｈｒ。

ＴｆＨｚ等の活性金属またはその水素化物の粉末を使用
することができる。また上述の絶縁性シート３０を構成
する絶縁性セラミック材としては、セラミックヒータ１
）を形成する導電性セラミック材と同様に、Ｔｉの窒化
物若しくは炭窒化物固溶体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サイアロンを用いるとよ
い。そして。

このような材料を選択すれば、絶縁シート３０を抵抗体
側と熱膨張率の略等しい同一材質で形成することができ
、その接合強度を増大させて耐熱強度等の信転性をも確
保し得る。さらに、絶縁シート３０を形成する絶縁性セ
ラミック材としては、耐熱強度等に優れしかも導電性セ
ラミック材との接合強度面で優れた１例えばＳｉＣ，Ｓ
ｌｓ　Ｎａ　、ＡｌｘまたはＡｌ２ｚＯｚを主成分とす
るものも考えられ、更にガラス等の絶縁材料であっても
よい。

なお９本発明は上述した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
ある。例えばセラミックヒータ１）の形状としては、上
述した実施例における丸棒形状に限定されず、横断面矩
形状を呈する角棒体であっても、また楕円形状を呈する
場合であってもよいことは明゛らかである。

さらに、上述した実施例では、セラミックヒータ１）を
ホルダ１２先端部に保持させた状態で接合固定するため
に、一方のリード部２１に金属メタライズ層２３を、他
方に絶縁コーティング層２４を、それぞれ導電層および
絶縁層として形成してろう付は接合する場合を示したが
１本発明はこれに限定されず１例えばセラミックヒータ
１）のリード部２１゜２２の外側面に各々ガラスその他
の絶縁材料からなる絶縁層を形成して、各々に金属導線
を固着してもよい。

〔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
熱強度等の信親性を確保し得る。

（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１組立が
容易であり、生産性が極めて高い。

（５）　　セラミック構成部材間の接合が完全であるた
め、気密性と信鎖性を大幅に向上させ得る。

【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
図におけるセラミックヒータを示す拡大斜視図、第３図
は第１図におけるＡ−Ａ線断面拡大図である。 ｌｌ：セラミックヒータ、１２：ホルダ、２０：発熱部
、　２１．２２：リード部、２５ニスリツト、３０：絶
縁シート。

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，前記リード部間に形成されるスリッ
   トに，絶縁性セラミック材からなる絶縁シートを，リー
   ド部と絶縁シート間に活性金属からなる反応層を有する
   メタライズ層を形成し，金属ろう材を介して一体的に接
   合すると共に，前記中空状ホルダの先端部を閉塞密閉し
   ，少なくとも前記一方のリード部外側面を絶縁層を介し
   て前記ホルダ内に接合保持すると共に，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）反応層の厚さが１〜２０μｍ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。
3. （３）活性金属がチタンであり，金属ろう材が銀ろう若
   しくは銅ろうである特許請求の範囲第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）セラミックスがＳｉ＿３Ｎ＿４，αサイアロン，
   βサイアロン，α／βサイアロンおよびその他のサイア
   ロンの群から選ばれた１種以上である特許請求の範囲第
   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。