JPH0152877B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、デイーゼルエンジンのシリンダ内を
予熱するグロープラグに用いて好適なセラミツク
ヒータ棒に関する。

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、シリンダ内にグロープラグを設けこ
れに電流を流して加熱することにより、シリンダ
内部の温度を上昇させてエンジンの始動性を向上
させる方法が用いられている。

この種のグロープラグとして従来のものでは、
耐熱金属製のシース内に耐熱絶縁粉末を充填して
コイル状発熱線を埋設してなる、いわゆるシーズ
ヒータを用いており、これが間接加熱であること
からシリンダ内の昇温に時間がかかりすぎるとい
う問題があつた。すなわち、発熱線に電流を流し
て加熱することにより発生する熱は耐熱絶縁粉末
を経てシース側に伝達され、このシースから熱が
シリンダ内に放射されるもので、熱伝達効率の面
で問題である。たとえばシリンダ内の温度を1100
℃とするには約10秒の時間を必要としている。そ
して、このような長い昇温時間を短縮するために
通電電流を増加すると、発熱線の溶断あるいは高
熱によるシースの破損などが生じ易くなる。さら
に、上述した構造では、発熱線の埋設時にシース
との間の短絡などが生じないようにすることが望
まれ、このために発熱線を予め絶縁物で覆つた
り、シース内壁に絶縁層を形成するといつた手段
を講じる必要があり、その製造作業が面倒である
という問題もある。

また、特開昭54−109536号公報には、上述した
熱伝達効率を向上させるものとして多層基板の技
術を応用したグロープラグ用セラミツクヒータが
開示されているが、これは抵抗体を印刷した円板
上のうすいセラミツクグリーンシートを多数枚積
層して一体化し棒状としたもので、その製造にあ
たつて困難さが伴い非常に繁雑な作業を必要とし
ている。特に、狭少なグリーンシート面に抵抗体
を設けたものを多数必要とし、さらに各シート上
の抵抗体を接続するためにはシート外周部に露呈
する抵抗体の両端を直列あるいは並列に結線しな
ければならず、このための作業が繁雑で、しかも
所望の結線状態を容易に得ることができるとは考
えられない。

特に、上述したデイーゼルエンジン用グロープ
ラグを形成するうえで、問題とされることは、そ
のヒータ発熱部分の発熱特性を適切に制御し、そ
のヒータ先端部の急速な赤熱化を達成するととも
に、その熱影響がヒータ部分を始めとする各部材
に及ぶことがないようにすることで、このような
点を考慮して、前述したように速熱性に優れしか
もその構造が簡単で製造が容易に行なえ、さらに
各部の耐久性の面でも優れてなるデイーゼルエン
ジン用グロープラグを開発することが望まれてい
る。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもの
であり、シリコン系材料にて略楕円形状を呈する
ように一対のセラミツク棒体を接合することで形
成されるセラミツクヒータ棒内に介装して設けら
れる抵抗体を、ヒータ棒外周面までの距離がヒー
タ棒の軸線方向に沿つて略等しいように埋設する
という簡単な構成によつて、そのヒータ発熱部分
をセラミツクヒータ棒にて簡単かつ適切に形成
し、しかもその内部に埋設した所要の抵抗値をも
つ抵抗体による直接的な熱伝達構造により加熱時
にヒータ棒先端を短時間で赤熱させてその温度立
上り特性を向上させ、速熱型としてその性能を充
分に発揮し得るばかりでなく、ヒータ棒部分での
発熱特性を、このヒータ棒の軸線方向に沿つて部
分的に過度の温度上昇部分のない緩やかな温度特
性分布となるように適切に制御することができ、
過大な熱応力の発生を防止するとともに、その必
要以上の温度上昇等による各部への悪影響を簡単
かつ確実に防止することが可能で、これにより強
度上の信頼性、耐久性、さらにコスト面で優れて
なるデイーゼルエンジン用グロープラグ等に用い
て好適なセラミツクヒータ棒を提供するものであ
る。

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図および第３図は本発明に係るセラミツク
ヒータ棒を採用したデイーゼルエンジン用グロー
プラグの一実施例を示し、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、その一方
の接合面に導電材による抵抗体１１を有しこれを
介装した状態で加圧焼成されるシリコン系セラミ
ツク材からなる一対のセラミツク棒体１２，１３
により形成されたセラミツクヒータ棒１４と、こ
のヒータ棒１４を先端部において保持する略管状
のホルダ１５を備え、このホルダ１５の後端部に
は合成樹脂材などからなる絶縁ブツシユ１６を介
して外部接続端子１７が嵌め込まれ、またこの外
部接続端子１７は前記ヒータ棒１４の後端部に所
要の柔軟性をもつ導線１８を介して接続されてい
る。

前記ヒータ棒１４は断面が略楕円状を呈し、一
対のセラミツク棒体１２，１３を接合して圧縮焼
成することによつて成形される。この場合、ヒー
タ棒１４の断面形状を略楕円状としたのは、円形
に比べてセラミツク材の密度を向上させ、その耐
熱強度、絶縁性さらには熱伝導率をより効果的と
するためである。

さらに、上述した一対のセラミツク棒体１２，
１３の材質としては、絶縁性、耐熱衝撃性などに
優れてなる、いわゆるフアインセラミツクスと言
われているシリコン系セラミツク材料としてのシ
リコン系非酸化物、たとえばシリコン系窒化物な
どが好ましいものである。

また、前記ヒータ棒１４内の抵抗体１１は、第
２図に示すような状態で前記一方のセラミツク棒
体１２の接合面１２ａ上に形成されている。すな
わち、抵抗体１１は、セラミツク棒体１２の先端
部側に設けられたヒータ部１１ａと、このヒータ
部１１ａの一端からセラミツク棒体１２の後方に
延設されその後端部から棒体外に露出する第１の
リード部１１ｂと、前記ヒータ部１１ａの他端か
ら後方に延設されセラミツク棒体１２の中央部側
方から棒体外に露出する第２のリード部１１ｃと
からなり、これらが前記接合面１２ａ上に一連に
形成されている。この場合、注意すべき点は、抵
抗体１１のヒータ部１１ａ部分の抵抗が大きくな
るようにその幅が充分に狭く形成され、一方各リ
ード部１１ｂ，１１ｃは抵抗が小さくなるように
ヒータ部１１ａよりも広い幅をもつて形成される
ことである。また、ヒータ部１１ａと各リード部
１１ｂ，１１ｃとはセラミツク棒体１２，１３の
接合時においてヒータ棒１４内部に完全に埋設さ
れ、各リード部１１ｂ，１１ｃの端部のみがセラ
ミツク棒体１２，１３の接合部から外部に露出さ
れる。

また、本発明において特徴とすべきことは、こ
の抵抗体１１の各部を、ヒータ棒１４の外周面ま
での距離がヒータ棒１４の軸線方向に沿つて略等
しくなるようにしてこのヒータ棒１４内に埋設す
ることである。そして、このような構成とする
と、この抵抗体１１からの発熱によるヒータ棒１
４内での温度分布を、第４図から明らかなよう
に、ヒータ棒１４先端部からその軸線方向に沿つ
て部分的に過度の温度上昇部分のない緩やかな特
性曲線となるように制御することができ、これに
より過大な熱応力の部分的な発生を防止し、ヒー
タ棒１４の耐久性や信頼性を向上させることが可
能となる。

なお、前記抵抗体１１はセラミツク棒体１２の
接合面１２ａ上に薄い導電膜として印刷配線した
り、高融点金属の線条または板状のものを貼着、
あるいは焼付け、蒸着などの手法により容易に得
られ、またその材料としてはタングステンなどの
金属材料が考えられる。これはセラミツク焼成温
度が高く、このために抵抗体１１が耐熱材である
必要からである。

また、上述したようにして形成されるヒータ棒
１４の中央部外周と後端部外周およびその端面と
のそれぞれには、第１図および第３図から明らか
なように、金属コーテイング層１９，２０が形成
されている。これらの金属コーテイング層１９，
２０は前記ヒータ棒１４内に埋設される抵抗体１
１の両端、すなわち各リード部１１ｂ，１１ｃの
端部を外部に電気的に接続するためのもので、各
リード部１１ｂ，１１ｃの棒体外の露出する端部
に接触してヒータ棒１４外部に形成される。これ
はセラミツク材からなるヒータ棒１４には金属部
材を直接溶接あるいはろう付けすることができな
いためである。

そして、前記ヒータ棒１４の中央部分には補強
用の金属製パイプ２１が嵌合され、かつその後端
部側には前記導線１８を結線するためのターミナ
ルキヤツプ２２が被冠され、それぞれヒータ棒１
４に対し銀ろう付けなどにより固着される。すな
わち、このヒータ棒１４は前記ホルダ１５の先端
部に保持された状態で組込まれるが、この場合そ
の断面形状が略楕円状をなすためにこれを確実に
固定するにはホルダ１５の先端部開口をヒータ棒
１４に合わせて形成する必要がある。しかし、こ
のような楕円状開口ホルダ１５の先端部に成形す
るといつた作業は面倒でまたコスト的にも好まし
くない。このために、ヒータ棒１４の形状に合わ
せて形成した略楕円状をなす貫通孔２１ａを有す
る金属製パイプ２１をホルダ１５と別個に準備
し、このパイプ２１をヒータ棒１４に固定した後
これをホルダ１５の先端部に嵌合して固定すれ
ば、各部の成形加工が容易で、コスト的にも安価
となり、しかもヒータ棒１４のホルダ１５に対す
る取付けを簡単かつ確実に行なえ、その強度も充
分に保障される。特に、この種のグロープラグ１
０が取付けられるデイーゼルエンジンはその動作
時にかなりの震動等を生じるもので、ホルダ１５
へのヒータ棒１４の保持状態が問題となる。

なお、金属製パイプ２１の楕円状貫通孔２１ａ
は簡単な引抜き加工などにより精度よく成形する
ことが可能である。また、ヒータ棒１４内の抵抗
体１１の一端、すなわち第２のリード部１１ｃの
端部は金属コーテイング層１９、金属製パイプ２
１を介してホルダ１５と電気的に接続されてい
る。

一方、ヒータ棒１４の後端部に露出する抵抗体
１１の他端、すなわち第１のリード部１１ｂの端
部は、ホルダ１５の後端部に絶縁ブツシユ１６を
介して取付けられる外部接続端子１７と接続され
るが、この場合この外部接続端子１７をヒータ棒
１４の後端部に直接固着すると、外部接続端子１
７に加わる振動や締付トルクなどの機械的外力に
よつて外れたり、ヒータ棒１４に損傷等が生じる
といつた問題があり、これらを弾性的に結合する
必要がある。そして、このような外力の影響を強
度的に保障するために、本実施例では、ヒータ棒
１４と外部接続端子１７とはフレキシブルリード
ワイヤなどの柔軟性に富む導線１８で接続されて
いる。

また、この導線１８をヒータ棒１４の後端部に
確実に固着するために前記ターミナルキヤツプ２
２が用いられている。このターミナルキヤツプ２
２は、第１図および第３図から明らかなように、
ヒータ棒１４の後端部に被冠されるようなキヤツ
プ状を呈し、その底部から導線１８を固着する取
付片２２ａが切り起こされている。そして、この
取付片２２ａに前記導線１８の一端がスポツト溶
接などにより固着される。勿論、導線１８の他端
も外部接続端子１７の先端にスポツト溶接などに
より固着される。

なお、上述した柔軟性に富む導線１８の代り
に、ある程度の柔軟性をもつ電気導体を用い、こ
れをターミナルキヤツプ２２の取付片２２ａに弾
性をもたせて結合したり、また外部接続端子１７
側に弾性的に結合することは自由で、さらに金属
線材の少なくとも一端を彎曲形成してその弾性を
利用して接続することも考えられる。

また、上述した導線１８などを用いて接続した
場合、これが内設されるホルダ１５の空間部に、
耐熱絶縁粉末、たとえば酸化マグネシウムなどの
セラミツク粉末を充填するようにしてもよい。こ
のようにすれば、導線１８などの防振対策として
その効果が発揮できる。

このように構成されたグロープラグ１０は、次
のようにして簡単に組立てられる。まず、その一
方の接合面に抵抗体１１を有する一対のセラミツ
ク棒体１２，１３を接合して加圧焼成することに
よつて発熱性に優れたヒータ棒１４が準備され
る。そして、このヒータ棒１４の中央部と後端部
とにそれぞれパイプ２１およびターミナルキヤツ
プ２２を嵌合し銀ろう付けなどにより固着した
後、ターミナルキヤツプ２２の取付片２２ａに導
線１８の一端を、またその他端を絶縁ブツシユ１
６を嵌着した外部接続端子１７の先端にそれぞれ
スポツト溶接して固着する。さらに、これらの各
部材を前記ホルダ１５の後端部から差し込み、ヒ
ータ棒１４を保持するパイプ２１をホルダ１５の
先端部において銀ろう付けにより固着し、一方ホ
ルダ１５の後端部に嵌め込まれた外部接続端子１
７外周の絶縁ブツシユ１６をホルダ１５の後端部
をかしめることによつて組付け固定する。この組
立て状態を第３図Ａ，Ｂに示している。

また、このようにして組立てられたグロープラ
グ１０は、デイーゼルエンジンのシリンダヘツド
に形成されたねじ孔にねじ込まれ、その先端のヒ
ータ棒１４をシリンダ室内に突出した状態で取付
けられる。そして、外部接続端子１７とホルダ１
５間に電圧が印加され、ヒータ棒１４内の抵抗体
１１に電流が流れると、そのヒータ部１１ａは加
熱され、この発生熱がセラミツク材からなる外皮
に伝達され、これによりシリンダ内に熱が放射さ
れてその内部温度が上昇し、その結果エンジンの
始動性がよくなる。

ここで、注目すべき点は、抵抗体１１を埋設し
たヒータ棒１４がシリコン系非酸化物などのセラ
ミツク材で形成され、このセラミツク材は絶縁性
がよいばかりでなく耐熱衝撃性の面で優れてお
り、この種のデイーゼルエンジン用グロープラグ
におけるヒータ部分に用いてその性能を発揮させ
得るものである。さらに、このようなセラミツク
材からなるヒータ棒１４では、その内部に発熱体
となる抵抗体１１が直接埋設されており、従来の
ようなシース内に充填された耐熱絶縁粉末にて発
熱体を埋設したものに比べて、その熱伝導率をも
大幅に向上させ得るものである。したがつて、こ
のようなヒータ棒１４は加熱時に短時間で赤熱し
て温度立上り特性が向上し、速熱型としてその性
能を充分に発揮し得るものである。たとえば、本
発明によるグロープラグによつて1100℃の昇温温
度を得るに、２秒以内で行なえることが実験の結
果確認されている。特に、上述したヒータ棒１４
は、エンジンの始動性に最も影響する先端部にの
み抵抗体１１のヒータ部１１ａを形成しており、
これによりヒータ棒としての役割を充分に果し、
エンジンの始動性を著しく改善することが可能で
ある。また、ヒータ棒１４の製造にあたつても、
一対のセラミツク棒体１２，１３の一方の接合面
１２ａに抵抗体１１を形成し、さらにこれらのセ
ラミツク棒体１２，１３を接合することによつて
簡単に行なえることは明らかであろう。

なお、本発明は上述した実施例構造に限定され
ず、たとえばその形状によつてはヒータ棒を直接
ホルダの先端部に保持させてもよく、さらにター
ミナルキヤツプを用いず直接導線をはんだ付けな
どにより固着するようにしてもよいことは言うま
でもない。

また、ヒータ棒内の抵抗体形成パターンも、前
述した実施例に限定されず、これを適宜変更して
その抵抗値を可変することは自由で、要するに、
エンジンの始動性に影響を与えるヒータ棒の先端
部が特に迅速に赤熱するように構成すればよい。

以上説明したように、本発明によれば、抵抗体
を介装した状態で一対のセラミツク棒体を接合し
てなるセラミツクヒータ棒を用い、かつその内部
に抵抗体をヒータ棒の軸線方向に沿つて各部が外
周面から略等しい距離をおいて埋設されるように
構成したので、簡単な構造にもかかわらずヒータ
棒の発熱性に優れ、加熱時に短時間で赤熱して温
度立上り特性が向上し、速熱型としてその性能を
充分に発揮し得るばかりでなく、その製造が簡単
かつ確実に行なえ、特にこのヒータ棒における軸
線方向に沿つた温度特性分布を、過度の温度上昇
部分のない緩やかな特性曲線とし、その部分的な
過大熱応力の発生を防ぎ、その強度上の信頼性や
耐久性を大幅に向上させ、さらにコスト的にも安
価である等、その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係るセラミツクヒータ棒を適用し
たデイーゼルエンジン用グロープラグの一実施例
を示し、第１図は全体の概略構成を示す分解斜視
図、第２図は一対のセラミツク棒体からなるセラ
ミツクヒータ棒を拡大して示す分解斜視図、第３
図Ａは第１図の組立て状態を示す縦断面図、同図
Ｂは同じく先端側から見た側面図、第４図はセラ
ミツクヒータ棒先端側でのセラミツクヒータ表面
温度特性を示す特性図である。 １０……グロープラグ、１１……抵抗体、１１
ａ……ヒータ部、１１ｂ，１１ｃ……リード部、
１２，１３……一対のセラミツク棒体、１４……
セラミツクヒータ棒、１５……ホルダ、１６……
絶縁ブツシユ、１７……外部接続端子、１８……
導線、１９，２０……金属コーテイング層、２１
……金属製パイプ、２２……ターミナルキヤツ
プ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上、下一対のセラミツク棒体間に抵抗体を介
   装した状態で接合することにより形成されるセラ
   ミツクヒータ棒であつて、このセラミツクヒータ
   棒は、その軸線方向に直交する断面形状が、外側
   に凸なる円弧面にて形成される上、下面と前記セ
   ラミツク棒体の接合面に直交する左、右面とによ
   つて略楕円形状とされ、かつ前記抵抗体は、この
   ヒータ棒の軸線方向に沿つてその外周面までの距
   離が略等しい長さとなるようにして、ヒータ棒内
   部に埋設されていることを特徴とするセラミツク
   ヒータ棒。 ２ セラミツク棒体は、シリコン系非酸化物によ
   り形成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のセラミツクヒータ棒。