JPH0116942Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、デイ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、特に自己温度制御型として機能し得
る二種類の発熱体を備えてなるグロープラグの改
良に関する。

〔従来の技術〕 一般に、デイ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
ラグを設けこれに電流を流して発熱させることに
より、吸気温度を上昇させあるいは着火源として
エンジンの始動性を向上させる方法が採用されて
いる。ところで、この種のグロープラグにおいて
要求されることは、通電初期において内部に組込
まれた発熱体に大電力を供給することによりその
温度立上り特性を向上させ速熱型として機能し得
るとともに、発熱体の溶断等を防ぐためにその飽
和温度を適正なものとしてその過加熱を防止し、
安定した発熱特性を得ることができ、また副燃焼
室または燃焼室内での高温ガス中にさらされるこ
とによる耐久性を保証し得る等といつた性能を満
足することである。

そして、従来からよく知られている、耐熱金属
製のシース内に耐熱絶縁粉末を充填してたとえば
ニツケルなどの一種材料によるコイル状発熱体を
埋設した一般的なシース型グロープラグでは、そ
の供給電力が発熱体を始めとする各部への悪影響
を防ぐために制限され、温度立上り特性の面で問
題であり、しかも速熱型として機能させるには、
発熱体の過加熱を防ぐために温度制御手段を別個
に設けることが必要で、装置全体のコスト高を招
くといつた欠点があつた。

また、上述した温度立上り特性を向上させかつ
自己温度制御手段を有するものとして、抵抗温度
係数の異なる二種類の材料によりそれぞれ形成さ
れた発熱体を用いてなるグロープラグも提案され
ているが、このような構造のものはある程度速熱
型として機能する反面、製造が面倒でコスト高と
なる割には発熱特性が良くないもので、上述した
性能をすべて満足し得るとは言い難いものであつ
た。これは、この種の従来のグロープラグでは、
抵抗温度係数の小さい発熱体を先端側に、かつ抵
抗温度係数の大きい発熱体を後端側に設け、この
後端側発熱体の温度変化による抵抗変動を利用し
て通電直後において先端側発熱体に大電力を供給
してその迅速な赤熱化を図つているが、両発熱体
があまりにも近接して配置されるため後端側発熱
体が先端側からの熱影響によりあまりにも早く温
度上昇し、これにより先端側への供給電力が制御
されることによる。そして、このような問題から
発熱特性に欠け、速熱型としての効果を発揮し得
ないものであつた。

このため、本出願人は、上述した二種材料によ
る発熱体を用いることによる利点を有効に活用す
べく種々研究、開発を行なつた結果、従来のもの
は、二種類の発熱体が互いにあまりにも近接して
配設されているため熱影響を受けて通電初期にお
ける大電流の通電時間が短くなる点に注目し、こ
の問題を解決し得るものとして、特開昭57−
182026号公報により安定かつ速熱性に優れた発熱
特性を得ることができる安価な自己温度制御型デ
イーゼルエンジン用グロープラグを先に提案して
いる。

これを第２図および第３図を用いて簡単に説明
すると、図中符号１はステンレススチール等の耐
熱金属材料からなるシース、２はこのシース１を
先端部において保持するハウジングで、このハウ
ジング２の後端部には絶縁ブツシユ３を介して電
極棒４が同心状に取付けられ、この電極棒４の先
端は前記シース１内に挿入されている。

そして、前記シース１の先端側内部空間には、
たとえば鉄クロムあるいはニツケルクロム合金な
どのように正の抵抗温度係数の小さな導電材料に
より形成された第１の螺旋状発熱体５（以下第１
の発熱体という）が軸線方向に沿つて配設され、
その一端は前記シース１と電気的に接続されてい
る。また、前記シース１の後端側内部空間には、
この第１の発熱体５と連続して前記シース１の後
端側の電極棒４との間に、たとえばニツケルまた
はカーボン含有量が0.25％以下の低炭素鋼（以下
低炭素鋼という）等の正の抵抗温度係数の大きな
導電材料により形成された第２の螺旋状発熱体６
（以下第２の発熱体という）が配設され、さらに
これら発熱体５，６はシース１内に充填されたマ
グネシア（MgO）等の耐熱絶縁粉末７により埋
設されている。

ここで、この第２の発熱体６は、それ自身が発
熱源として作用するばかりでなく、前記第１の発
熱体５に対し、通電開始直後においてはその抵抗
値が小さいため大電力を供給することができ、か
つ通電時間の経過と共に抵抗値が増大してその供
給電力を減少させ、グロープラグ自身の飽和温度
を低くおさえ、過加熱を防止する温度制御手段と
しても作用する。これは、この第２の発熱体６の
抵抗値が通電による発熱と共に順次増大すること
から明らかであろう。

そして、この第２の発熱体６による電流制御を
適切なものとするために、第１の発熱体５と第２
の発熱体６とは、それぞれの螺旋部が所定の間隙
（GAP）をおいて対向するようにして接続されて
いる。すなわち、これら両発熱体５，６の螺旋部
間に一定間隙を設けることにより、従来問題とさ
れていた第１の発熱体から第２の発熱体６に対す
る熱影響に時間的間隔を保ち、これにより第２の
発熱体６による電流制御を時間的に遅らせて第１
の発熱体５への大電力の供給時間を延ばし、この
第１の発熱体５を急速に赤熱させて温度立上り特
性を大幅に向上させることが可能となるものであ
る。

なお、これら両発熱体５，６は間隙内において
熱伝達が必要最小限となるように、たとえば各発
熱体の最終螺旋部端５ａ，６ａからそれぞれ軸線
方向に向つて延長された直線状端５ｂ，６ｂの端
面を当接させてプラズマアーク溶接などにより接
続されている。また、図中８は上述した両発熱体
５，６内に貫通して配設されこれらを所定個所に
保持するセラミツク等の耐熱絶縁材料からなるガ
イド棒で、両発熱体５，６間の間隙を適正に維持
し発熱特性の安定化を図るうえで有用なものであ
る。

そして、このような構成によれば、通電開始直
後では、第２の発熱体６の抵抗が小さいため大電
力が第１の発熱体５に集中し、第４図中ａで示す
特性曲線から明らかなように230Wにも及び、迅
速に発熱される。また、この第１の発熱体５から
の熱影響が第２の発熱体６に伝達されその抵抗値
が増大するまでに、前述した間隙の存在により時
間遅れがあることから、この第１の発熱体５に大
電力が集中する時間が長くとれるためこの部分の
速熱性が良好となる。

一方、第２の発熱体６においても、同図中ｂで
示される特性曲線から明らかなように、100W近
い供給電力が加わり、これにより徐々に発熱しそ
の発熱温度と第１の発熱体５からの熱影響に伴な
つて抵抗値が増加する。そして、この抵抗値の変
化により供給電流が減少し、第１の発熱体５への
印加電圧が減少すると、第１の発熱体５における
供給電力は急速に減少し、その発熱量が制限され
て過加熱が防止される。勿論、このときには、こ
の第２の発熱体６もそれ自身が発熱体として働
き、これによりシース１は順次加熱されてエンジ
ン始動に必要な温度（通常800℃）まで温度上昇
する。

そして、このようなグロープラグの発熱特性を
第５図中ｃで示しており、同図中ｄで示す従来の
間隙のないタイプに比べて温度立上り特性が大幅
に向上するものであつた。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところで、上述したデイーゼルエンジン用グロ
ープラグにおいて、第１、第２の発熱体５，６を
埋設した耐熱絶縁粉末７が充填されてなるシース
１には、一般に、第６図ａ，ｂに示すように、そ
の組立時にスエージ加工が施されるものであり、
この場合に上述した二種類の発熱体５，６間の間
隙内での接続部分に若干の問題を生じている。

これを詳述すると、上述したスエージ加工は、
シース１内に充填された耐熱絶縁粉末７を緻密に
詰めてその熱伝導性を良好なものとすると共に、
線材である両発熱体５，６を完全に埋設してその
酸化を防止し、耐久性を向上させるうえで必要と
されるものである。そして、このスエージ加工
は、シース１内に発熱体５，６や耐熱絶縁粉末
７、さらに電極棒４等を組込んだ状態で、第６図
ａに示すように、シース１の外周部を周方向から
全周にわたつて押圧することにより全体を径方向
に縮小するもので、これによりシース１は同図ｂ
から明らかなように、径方向には縮小され、また
軸線方向には若干伸長されて細長くなる。

一方、このようにして径方向に縮小されるシー
ス１内では、耐熱絶縁粉末７は全体にわたつて締
付けられて所望の密度にて凝結されるとともに、
この粉末７により両発熱体５，６の螺旋部（図中
５ｃ，６ｃで示す）は、第７図ａに示すように、
そのコイル径が縮小される。しかし、これら両発
熱体５，６の螺旋部５ｃ，６ｃにおいてその線径
は、同図ａ，ｂに示すように、線軸方向からの圧
縮力によつてD₁からD₂へと太くなることが確認
されている。これは、コイル径が縮小される各螺
旋部５ｃ，６ｃでその周方向からの力はバランス
されるが、その線軸方向からは大きな圧縮力が加
わり、しかも各発熱体５，６の体積は不変である
ためその逃げとして線径が太くなるものであつ
た。

そして、その他方において、これら両発熱体
５，６間を所定の間隙をおいて接続する直線状端
部５ｂ，６ｂ部分では、同図ｃに示すように、各
方向からの力がバランスしてほとんど変化せず、
かえつて軸線方向両端側に働く引張力によつて線
径が若干縮小することもあり、その結果、太径と
なる発熱体５，６の螺旋部５ｃ，６ｃの線径との
間に差が生じてしまうものであつた。

したがつて、このようなグロープラグによれ
ば、両発熱体５，６においてその螺旋部５ｃ，６
ｃとこれらの接続部である直線状端部５ｂ，６ｂ
との間で線径に差があることから両者間で電流密
度が異なることになり、特に細径である直線状端
部５ｂ，６ｂによる接続部では電流密度が高くな
り、温度上昇を招き、耐久性の面で問題となるも
のであつた。すなわち、上述したたように発熱体
５，６において線径に細い部分があると、通常の
予熱時にあまり問題とはならないが、たとえばエ
ンジン始動直後のアフターグロー時などのように
バツテリ電圧が急に上つたときには細径部分での
放熱が間に合わず、この部分の温度が急上昇し、
劣化が早く断線するといつた耐久性に悪影響を及
ぼす問題を生じてしまうものであつた。

このことは、スエージ加工によりたとえばシー
ス径が6φから5φに、発熱体５，６のコイル径が
2.8φから2.2φに縮小し、一方発熱体螺旋部５ｃ，
６ｃの線径が0.3φから0.37φに太くなり、その接
続部である直線状端部５ｂ，６ｂの線径が0.3φで
あるとき、螺旋部５ｃ，６ｃの電流密度Ｉ
COILと直線状端部５ｂ，６ｂの電流密度Ｉ
STRATとは、 Ｉ COIL：Ｉ STRAT ＝１／Ｓ COIL：１／Ｓ STRAT ＝１／（0.37）²：１／（0.3）² ＝１：1.5 の関係となり、接続部分での温度が上昇し易いも
のであることから容易に理解されよう。なお、Ｓ
COILは螺旋部断面積、Ｓ STRATは直線状
端部断面積である。

〔課題を解決するための手段〕

上述したような問題を解決するために本考案に
係るデイーゼルエンジン用グロープラグは、正の
抵抗温度係数が異なる材料にて形成された二種類
の発熱体を有し、かつこれら両発熱体を所定の間
隙内において接続するとともに、この両発熱体の
所定間隙内での接続部を、それぞれの発熱体接続
端に導電性コーテイング層を形成することで各発
熱体螺旋部の線径よりも太径として形成するよう
にしたものである。

〔作用〕

本考案によれば、両発熱体を所定の間隙内で接
続する接続部の径が、導電性コーテイング層の存
在によつて発熱体螺旋部の線径よりも太くなるた
め、スエージ加工により発熱体螺旋部の線径が太
くなつたとしても、その接続部の径を同等または
それ以上に維持し、これにより接続部での電流密
度を低くおさえ、その温度上昇を防いで耐久性を
向上させ得るものである。

〔実施例〕

以下、本考案を図面に示した実施例を用いて詳
細に説明する。

第１図ａ，ｂは本考案に係るデイーゼルエンジ
ン用グロープラグの一実施例を示すものであり、
これらの図において前述した第３図等と同一また
は相当する部分には同一番号を付してその説明は
省略する。

さて、本考案によれば、抵抗温度係数の異なる
第１および第２の発熱体５，６を所定の間隙
（GAP）内で接続する接続部（図中符号１０で示
す）の径を、各発熱体５，６接続端の外周部分に
導電性セラミツク材や金属材などによる導電性コ
ーテイング層１１を形成することで、発熱体螺旋
部５ｃ，６ｃの線径よりも実質的に太径となるよ
うに構成したところに特徴を有している。

これを詳述すると、前述した第３図等に示すよ
うに耐熱絶縁粉末７を充填したシース１をスエー
ジ加工する際に生じる発熱体螺旋部５ｃ，６ｃの
線径とその接続部１０の径との間での断面積差に
よる不具合、すなわち相対的に細径となる接続部
１０での電流密度が高くなり、その部分の温度上
昇を招くことから耐久性が害されるといつた問題
を解消するために、両発熱体５，６の接続部１０
を、導電性コーテイング層１１により予め太径と
して形成し、スエージ加工後においてもこの接続
部１０の径が発熱体螺旋部５ｃ，６ｃの線径より
も小さくならないように構成したものである。そ
して、このような構成によれば、両発熱体５，６
の接続部１０での径が、導電性コーテイング層１
１の分だけ太径となるもので、これによりスエー
ジ加工で発熱体螺旋部５ｃ，６ｃの線径が太くな
つたとしても、これよりも接続部１０での断面積
が大きくなるように構成することができ、これに
よりこの部分での電流密度を低くし、その温度上
昇などを防いで耐久性を向上させ得る等の利点を
奏する。

特に、このような導電性コーテイング層１１で
接続部１０を太径に形成する構成では、その径寸
法や長さを、スエージ加工による螺旋部５ｃ，６
ｃの太径状態に応じて対処することができるもの
で、その利点は大きい。

また、本実施例では、両発熱体５，６を間隙内
で接続するにあたつて、一方の直線状端部５ｂを
他方の螺旋部端６ａに交差状態で接合させて固着
した場合を示している。このような接続構造によ
れば、一方の発熱体５のみに直線状端部５ｂを形
成するだけでよく、これら両発熱体５，６の成形
加工性等が簡単に行えるばかりでなく、両発熱体
５，６を溶接接続する際の作業性の面からも優れ
ている。すなわち、一方の直線状端部５ｂを他方
側の螺旋状端６ａに外側から交差状態で沿わせ、
その状態で溶接するとよいもので、従来のような
両方の端部を突合わせで溶接する場合等に比べて
その利点は明らかであろう。また、このような接
続構造では、両発熱体５，６の相対的な位置ずれ
等はある程度許容できるもので、これら両者の同
心性を確保するうえで有利である等の利点もあ
る。しかし、このような接続構造に限定されない
ことは勿論である。

なお、本考案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、変更する
ことは自由であり、たとえば接続部１０における
導電性コーテイング層１１の形成状態や厚み等に
ついて種々の変形例が考えられるよう。特に、こ
のような接続部１０においては、この部分の抵抗
が小さい方が望ましい。さらに、この接続部１０
での両発熱体５，６の接続方法としても、たとえ
ばレーザスポツト溶接等を始めとして種々の接合
方法が考えられる。

また、本発明によれば、その適用するグロープ
ラグ構造も第２図および第３図に例示したものに
限定されるものではなく、要は二種材料による発
熱体を有しかつこれらをシース内で耐熱絶縁粉末
中に埋設してなる構成をもつものであればよい。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案に係るデイーゼル
エンジン用グロープラグによれば、正の抵抗温度
係数の異なる二種類の発熱体を所定の間隙内で接
続する接続部の径を、導電性コーテイング層を利
用して発熱体螺旋部の線径よりも太径となるよう
にしたので、簡単な構成にもかかかわらず、その
組立時のスエージ加工にて螺旋部線径が太くなつ
たとしても接続部をこれと同等あるいはそれ以上
に保つつことができ、これによりこの接続部での
電流密度を低くおさえ、その温度上昇等の問題を
防ぎ、耐久性を大幅に向上させることができ、ま
た両発熱体の安定した接続によりその同心性を維
持することも可能能である等、その実用上での効
果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは本考案に係るデイーゼルエンジ
ン用グロープラグの一実施例を示す要部拡大側面
図およびその断面図、第２図は本考案を適用する
デイーゼルエンジン用グロープラグを示す全体の
概略縦断面図、第３図はその要部拡大断面図、第
４図および第５図はその特性図、第６図ａ，ｂお
よび第７図ａ，ｂ，ｃはスエージ加工時における
シース、発熱体等の変形状態を説明するための図
である。 １……シース、２……ハウジング、４……電極
棒、５，６……第１、第２の螺旋状発熱体、５
ｂ，６ｂ……接続用直線状部分、５ｃ，６ｃ……
螺旋部、７……耐熱絶縁粉末、８……ガイ棒、１
０……接続部、１１……導電性コーテイング層。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 第１の螺旋状発熱体と、この第１の螺旋状発
   熱体に対し直列に接続されかつ第１の螺旋状発
   熱体よりも正の抵抗温度係数の大きな材料で形
   成された第２の螺旋状発熱体と、これら両発熱
   体を耐熱絶縁粉末中に埋設して被覆するシース
   とを備え、前記第１の螺旋状発熱体と第２の螺
   旋状発熱体の螺旋部端間に間隙を設け、この間
   隙内において両発熱体を接続するとともに、こ
   の両発熱体の間隙内での接続部を、それぞれの
   発熱体接続端に導電性コーテイング層を形成す
   ることにより各発熱体螺旋部の線径よりも太径
   としたことを特徴とするデイーゼルエンジン用
   グロープラグ。 (2) 第１の螺旋状発熱体と第２の螺旋状発熱体と
   は、一方の螺旋部端から延設された直線状端部
   を他方の螺旋部端側に交差させることにより接
   合して接続されていることを特徴とする実用新
   案登録請求の範囲第１項記載デイーゼルエンジ
   ン用グロープラグ。