JPH04113121A

JPH04113121A - グロープラグ

Info

Publication number: JPH04113121A
Application number: JP23027790A
Authority: JP
Inventors: Toshiyasu Shimonaka; 下中　利康; Hirohisa Endo; 裕久遠藤
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1992-04-14

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】［産業上の利用分野コ本発明は着火性の悪い燃料を使う内燃機関の着火源とし
て好適に用いられるグロープラグに係り、特に高温耐久
性が著しく改善されたグロープラグに関する。

［従来の技術］一般に着火性の悪い燃料を内燃機関、例えばディーゼル
機関で燃焼させるためには、着火を補助する手段を講じ
なければならない。着火を補助する方法として、自動車
用ディーゼル機関に使用されているグロープラグを利用
することが多い。

グロープラグはセラミックス焼結体製の発熱部を有して
いるものが用いられている。

セラミックス焼結体製の発熱部を備えたグロープラグに
おいては、該発熱部はＷ（タングステン）等の高融点金
属線を発熱体として用い、該発熱部が焼結体表面の奥深
くに埋設されるように成形し焼結した構成となっている
。なお、この発熱部は筒状のケーシングの先端から突出
するように該ケーシングに固着される。このケーシング
は、その外周に雄ねじが刻設されており、内燃機関等に
螺着される。

発熱部を構成するセラミックス焼結体としては、５ｉｓ
Ｎ＋（窒化珪素）が採用されることが多い。

［発明が解決しようとする課題］自動車用ディーゼル機関のグロープラグは、ディーゼル
機関の始動を補助するために用いられている。自動車用
ディーゼル機関の燃料は軽油なので、機関始動時のグロ
ープラグの表面温度が９００℃前後で着火は確実となる
。そして始動後機関が暖まれば、軽油燃料の自己着火が
安定するので、グロープラグの発熱をやめるように制御
されている。

このような表面温度、使用条件で使われている自動車用
ディーゼル機関のグロープラグが着火性の悪い燃料を使
うディーゼル機関の着火源として用いられると、表面温
度が１０００℃以上で、常時発熱しなければならないと
いう苛酷な条件下で使用されるので、耐久性が箸しく低
下する。この原因は、 ■　発熱体が、焼結体表面から奥深く埋設されているこ
と ■　Ｓｉ３Ｎ＋の熱伝導率が低いことにより、表面温度を高温に保持しようとすると、内外の
温度差が大きくなり、熱応力が大きくなり、この結果、
セラミックス焼結体が破損し易くなるためである。

このように、従来のグロープラグは９００℃とりわけ１
０００℃を超えるような高温下での使用ができないとい
う問題があった。

本発明は上記従来の問題点を解決し、耐熱性、耐久性が
より改善されたグロープラグを提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］請求項（１）のグロープラグは、棒状の発熱部を有する
グロープラグにおいて、該発熱部は、棒状のＷ製基体と
、該Ｗ製基体の表面のうち一部分を残して該表面を被覆
している電気絶縁被膜と、該電気絶縁被膜上から前記基
体の表面のうち前記一部分上にかけて連続して形成され
たｗ　′＄、ａと、該Ｗ被膜を被う耐酸化性被膜とを有
することを特徴とする請求項（２）のグロープラグは、請求項（１）のグロー
プラグにおいて、Ｗ被膜と耐酸化性被膜との間には電気
絶縁性被膜が形成されていることを特徴とする。

なお、本発明においてＷ製基体としては、Ｗを主成分と
するものであれば良く、微量の添加物を含む市販のＷ棒
を用いることができる。

このようなＷ製基体を被覆するＷ被膜よりなる発熱体は
、Ｗ製基体の全表面を被覆するものであっても、部分的
に被覆するものであっても良い。部分的に被覆する場合
、Ｗ被膜はＷ製基体表面に均等に配置されるように形成
するのが好ましい。

また、耐酸化性被膜材料としては特に制限はないが、炭
化珪素（Ｓ　ｉ　Ｃ）　　窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等が
挙げられ、被膜の緻密性と膜厚の面からＣＶＤ法による
コーテイング膜が好ましい。

また、電気絶縁被膜としては、窒化アルミニウム（ＡｕＮ）　　酸化アルミニウム（ＡＪ２２
０３　）ｖ　Ｓｉ３Ｎ４が挙げられ、被膜の緻密性の面
からＰＶＤ法あるいはＣＶＤ法によるコーテイング膜が
通している。

発熱部の耐酸化性被膜材料には、 ■　高温においても耐酸化性、耐食性に優れている。

■　熱膨張係数が発熱部ＣＷ製基体）の熱膨張係数に近
い。

■　熱伝導率が高い。

等の特性が要求されるが、ＣＶＤ法によるＳｉＣ被膜は
上記のすべての特性を満足する好適な材料である。即ち
ＣＶＤ−３ｉＣ被膜は、ｒ１ｉ１密で高純度であるところから高温においても耐
酸化性、耐食性が高い。従って、Ｗ被膜、Ｗ製基体の酸
化を防止するとともに発熱部の耐酸化性、耐食性を向上
させる。

ＩＩ　　熱膨張係数が４．５Ｘ１０−８／（室温〜４０
０℃）でＷ製基体の熱膨張係数に近い。

従って、ＣＶＤ法によるＳｉＣ付着後の残留応力が小さ
く、熱サイクルによる疲労が少ない。

Ｈｌ　　熱伝導率は他のセラミックスに比較すれば高熱
伝導体に属する。従って、ＳｉＣ被膜の内外の温度差は
小さく、被膜形成による温度分布の変化は小さい。

という優れた特性を備えるものである。

Ｗ製基体とＷ被膜との間に形成される電気絶縁被膜とし
ては、熱伝導率が大きく、しかも、熱膨張係数が下記表
−１に示す如くＷと近似していることから、ＡｕＮ被膜
が好適である。

表−１［作用］本発明のグロープラグにおいては、Ｗ製基体表面に設け
られた発熱体が、Ｗ製基体の外表面にＡｆＬＮ被膜等の
電気絶縁被膜を介してＷ被膜よりなる発熱体層を形成し
ている。このように、Ｗシ基体の外表面に発熱体が膜状
に形成されているため、高温使用に際しても、Ｗ製基体
の表面と内部との温度勾配は緩やかになり、熱応力は低
減される。（これに対し、従来の如く、発熱体か基体表
面から奥深く埋設されている場合には、グロープラグが
高温になった際、基体内部と、基体表面との間の温度勾
配が急峻になるため、基体表面付近に高い引張熱応力が
発生し、この熱応力により別れが発生する。）また、発熱体はグロープラグ本体の表面近傍に位置する
こととなり、熱効率が高くなり、消費電力は低減される
。

また、全熱部本体はＷ製基体で構成されるため、熱伝導
率が高いと共に、高強度である。

ところで、Ｗ製基体の表面に形成されるＷ被膜の発熱体
層は、そのまま外部に露出した状態では酸化されて劣化
する。また、Ｗ製基体の表面も露出していると酸化劣化
するが、発熱部の外表面は耐酸化性被膜で被覆されてい
るので、Ｗ製基体及びＷ被膜の酸化が防止される。

なお、発熱部の外表面を電気絶縁性の低い耐酸化性被膜
で被覆するには、Ｗ被膜と耐酸化性被膜との間に電気絶
縁性被膜を形成するので、電気絶縁性が向上される。

［実施例］以下、図面に示す実施例を参照しながら、本発明につい
て更に詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るグロープラグの縦断面
図、第２図は第１図の要部拡大図である。符号１はケー
シングであり、円筒状であってその周面にねし２が刻設
されている。該ケーシング１の後端には電気絶縁材３を
介して中心電極保持部材４が設けられている。この中心
電極保持部材４にはナツト（図示せず）を介してプラス
側リード線が連結される。

符号５は棒状の発熱部を示し、ケーシング１にその基端
側が挿入され該発熱部５の外周面とケーシング１の内周
面とがろう付により固着されている。図中にドツトを付
し、符号６で示す領域がろう付部分を示す。

本実施例において、この発熱部５は、Ｗ製基体７と、Ａ
ｌ１Ｎ被膜８と、Ｗ被膜９と、ＡＡＮ被膜１１と、Ｓｉ
Ｃ被膜１２とを備える。ＡｆｌＮ被膜８及び１１は、電
気絶縁層として設けられている。Ａｌ１Ｎ被膜８はＷ製
基体７の先端部以外のほぼ金側周面に形成されている。

Ｗ被膜９は層厚さの小さいジュール熱発生部９Ａと、層
厚さが大きい導電用リート部９Ｂとを有している。Ｗ被
膜９のうちジュール熱発生部９Ａは、ＡｎＮｎＮ被形成
部のうち発熱部５の先端側の領域に形成され、さらにＡ
４Ｎ被膜８が設けられなかったＷ製基体８の先端面にか
けて連続して形成されている。このジュール熱発生部９
Ａに連続しているリード部９Ｂはろう付部分６まで設け
られ、該ろう付部分において、ろう付によりケーシング
１に導通されている。この表面に、Ａｊ２Ｎ被膜１１及
びＳｉＣ被膜１２が形成されている。

なお、前記中心電極保持部材４には中心電極１３が挿通
、保持されており、該中心電極１３の先端面はＷ製基体
７の端面に連結されている。

このようなグロープラグにおいて、Ｗ被膜９のジュール
熱発生部９Ａの膜厚は０．１〜１０μｍ、Ｗ被膜９のリ
ート部９Ｂの膜厚は１〜１００μｍとするのが好ましい
、更に、絶縁性被膜であるＡｕＮ被膜８及び１１の膜厚
は１〜１００μｍ、耐酸化性被膜であるＳｉＣ被膜１２
の膜厚は５〜８００μｍであることが好ましい。

このようなグロープラグは、Ｗ製基体７の表面のうち、
導通が必要な部分（一端側の中心電極１３とのろう何部
６、他端部のＷ被膜９　（９Ａ）とＷ製基体７との接続
部）をマスキングした状態でＡｆｌＮ被膜８をＰＶＤ法
又はＣＶＤ法で形成し、更に、中心電８ｉ１３側の、１
Ｊ２Ｎ被膜８端部を含む部分をマスキングして、Ｗ被膜
９をＰＶＤ法又はＣＶＤ法で形成し、最後にＷ被膜（リ
ード部）９Ｅのろう行部分６を含む中心電８ｉ１３側を
マスキングして、ＡｕＮ被膜１１をＰＶＤ法又はＣＶＤ
法により、ＳｉＣ被膜１２をＣＶＤ法により形成するこ
とにより製造することができる。

本実施例では、電気絶縁性が比較的小さいＳｉＣ被膜１
２を用いているので、Ａｊ２Ｎ被膜１１を設けている。

これは、ジュール熱発生部９Ａにおいて、主としてジュ
ール熱を発生させるためである。電気絶縁性を有する耐
酸化性被膜を用いる場合には、Ａｌ１Ｎ被＠１１はなく
てもよく、Ｗ被膜９上に直接形成したものであっても良
い。

本実施例のグロープラグは、発熱体かＷ被膜９よりなり
、また、基体がＷ製基体７よりなり、この間にＡｕＮ被
膜８が介在されているため、発熱部５の構成材料の熱膨
張係数がほぼ一致し、熱サイクルによる疲労損傷が少な
い。しかも、基体７の高熱伝導率に加えて、外表面にＷ
発熱体９が設けられているために、基体７の表面部分に
おける温度勾配が小さく、温度差による熱応力も小さい
。

また、Ｗの酸化防止のために発熱部５の表面に形成され
たＳｉＣ被膜１２は、緻密で高純度であるところから、
発熱部５の耐酸化性及び耐食性が高められ、耐久性が著
しく向上する。しかも、発熱部５と被膜１２とは、熱膨
張係数がほぼ一致しているため、被膜１２付着後の残留
応力が小さい。また、被膜１２は熱伝導率が高く、被＠
１２の内外の温度差はノＪ′Ｘざい。

このため、上記実施例のグロープラグは、１３００℃程
度の高温使用でも熱応力による割れ等が発生することは
なく、良好な使用状態が得られる。

［発明の効果コ以上詳述した通り、本発明のグロープラグは、耐熱性に
著しく優れ、耐酸化性、耐食性も極めて良好であり、耐
久性が高い。このため、難着火性燃料を使うディーゼル
機関等の着火源として用いられるときの高い使用温度に
も優れた耐久性を示し、長期間安定に使用することが可
能とされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に係るグロープラグの縦断面図、第２図
は第１図の要部拡大図である。１・・・ケーシング、　　　　５・・・発熱部、７・・
・Ｗ製基体、９（９Ａ）・Ｗ？ｔＬ膜（ジュール熱発生部）、９（９
Ｂ）・・・Ｗ被膜（リード部）、８．１１・ＡＪ２Ｎ被
膜、１２−ＳｉＣ被膜。代理人　　弁理士　　重　野　　剛第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）棒状の発熱部を有するグロープラグにおいて、該
発熱部は、棒状のタングステン製基体と、該タングステン製基体の表面のうち一部分を残して該表
面を被覆している電気絶縁被膜と、該電気絶縁被膜上か
ら前記基体の表面のうち前記一部分上にかけて連続して
形成されたタングステン被膜と、該タングステン被膜を被う耐酸化性被膜とを有すること
を特徴とするグロープラグ。
（２）タングステン被膜と耐酸化性被膜との間には電気
絶縁性被膜が形成されていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載のグロープラグ。