JPH04124467A - 自己制御型グロープラグ - 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１ 本発明はディーゼル機関に装着して始動時に副燃焼室内
を急速に予熱する自己制御型グロープラグに関するもの
である。

［従来の技術１ 従来よりディーゼル機関の始動補助用として、そのシリ
ンダーヘッド内の副燃焼室にはグロープラグが装着され
ており、ディーゼル機関の始動に際し、グロープラグに
通電して発熱させ、副燃焼室内を予熱して特に低温時の
始動をより確実なものにしている。近年、とりわけディ
ーゼルエンジンの操作性をガソリンエンジン並みに向上
させるため、グロープラグはディーゼルエンジンの始動
時においても燃焼安定化のためのアフターグローとして
長時間通電して安定加熱する傾向にあり、急速昇温後、
一定の温度で飽和すべく通電制御できる自己制御型グロ
ープラグが要求され、その耐久性の向上がますます要望
されてきている。

従来の自己制御型グロープラグには、高融点金該発熱体
より大きい正の抵抗温度係数を有する線材からなる抵抗
体を前記発熱体に直列に接続し、その接続部分はガラス
により封着して構成され、通電昇温時における発熱体の
加熱電流を制御するようにしたものがある。

か・る構造の自己制御型グロープラグは、発熱と冷却の
繰り返しにより抵抗体と封着のガラスとの熱膨張率の差
によりガラスにクランクを生して封着性が損なわれ、グ
ロープラグの耐久性を低下させるという欠点があった。

そこで上記の如き欠点を解消し、耐久性を向上せんとし
て、第４図に示す如く発熱体２２を埋設したセラミック
ヒータ２１と抵抗体２３の接続部分２４を金属チューブ
２５中に内挿し、その内部に耐熱絶縁材料の粉末２６を
充填して一体化した組立体よりなる自己制御型グロープ
ラグが特公平１−５５３６９号公報等に開示されている
。

Ｉ発明が解決しようとする課Ｂ１ しかしながら、上記自己制御型グロープラグでは発熱体
２２と抵抗体２３の接続部分２４が、耐熱絶縁材料の粉
末２６中に埋設され、しかも要所のシール部２７．２７
゛　が有機材料で構成されていることから、１００Ｏ℃
を越える温度に達するまでの発熱と冷却が長時間にわた
り繰り返されると、前記有機材料が劣化して封着性が阻
害され、外気が侵入して耐熱絶縁材料の粉末２６が吸水
し、前記接続部分２４を腐蝕させ、長時間にわたる耐久
性に欠けるという課題の他に、急速昇温特性が未だ不充
分であると本発明の自己制御型グロープラグは、発熱体
として常温から１０００°Ｃまでの抵抗温度係数が４倍
以下と小なる周期律表第ｒＶａ　、　Ｖａ　、Ｖｌａ族
金属の炭化物、窒化物、珪化物及び硼化物の少なくとも
一種からなる発熱パターンと、該発熱パターンより大き
い正の抵抗温度係数を有し、電流の制御用抵抗体の埋設
部に相当するセラミックヒータの単位体積当りの前記制
御用抵抗体の抵抗値が、発熱パターンの前記同様の抵抗
値より小なる高融点金属線からなる制御用抵抗体とを直
列に接続してセラミック体に埋設されるか、もしくは前
記発熱パターンの一部をセラミック体の表面に露出させ
た状態のセラミックヒータで構成されたことを特徴とす
るものである。

［作用１ グロープラグの先端部、すなわちセラミックヒータの先
端部に、４倍以下と比較的小さな抵抗温度係数を有する
前記発熱パターンを設け、該発熱パターンに抵抗温度係
数が５倍以上の大きなタングステン（Ｗ）、モリブデン
（Ｍｏ）等の高融点金属線よりなる電流制御用抵抗体を
直列に接続することから、通電により前記単位体積当り
の抵抗値が大きい発熱パターンがグロープラグの先端で
急速に発熱する。

一方、発熱パターンと制御用抵抗体はセラミック体中に
埋設されるか、もしくは発熱パターンの一部をセラミッ
ク体の表面に露出させた状態であることから、通電によ
り制御用抵抗体自身の昇温に加えて、発熱パターンから
のセラミック体への熱伝導により制御用抵抗体の温度が
更に上昇し、抵抗温度係数が大きいため制御用抵抗体の
抵抗値が高くなり、他方、抵抗温度係数が小さい発熱パ
ターンは、温度が高くなっても抵抗上昇率は小さいため
発熱パターンに加わる電圧が低下するように作用し、自
己制御機能を示すこととなる。

また、発熱パターンおよび電流制御用抵抗体をともにセ
ラミック体中に埋設することにより封着性を保持する。

［実施例１ 以下、本発明の自己制御型グロープラグを図面に基づき
詳細に説明する。

第１図は本願発明の自己制御型グロープラグの要部を示
す縦断面図であり、第２図は第１図のセラミックヒータ
の要部を拡大した断面図であり、第３図は発熱パターン
をセラミック体表面に露出させた本願発明の自己制御型
グロープラグのセラミックヒータの要部を拡大した断面
図である。

第１図乃至第３図において、１はグロープラグの取付金
具５の内孔６に装着したセラミ・ンクヒータであり、セ
ラミックヒータ１は直列に接続した発熱パターン２と制
御用抵抗体３をセラミック体４中に埋設するか、もしく
は発熱パターン２”の−部を露出して構成されており、
セラミックヒータ１を金属パイプ７の内孔８にろう接す
るとともに、制御用抵抗体３のリード１ｓ９の一端が電
気的に接続されて一方の電極を形成し、他端は取付金具
５にろう接されたセラミックヒータ１の後端部１０に接
合した金属キャップ１１を経てリード軸１２から電極軸
１３に電気的に接続され、他方の電極を形成して自己制
御型グロープラグを構成している。

上記セラミックヒータ１は平板状に成形した窒化珪素質
成形体上に、発熱パターン２．２”を所定位置にスクリ
ーン印刷法により厚膜印刷した後、発熱パターン２．２
゛の端部とコイル状の制御用抵抗体３の先端が直列に接
続するように、コイル状の制御用抵抗体３と制御用抵抗
体３に接続したリード線９とを載置し、その上面に別の
窒化珪素質成形体を重ねて加圧焼成して一体化したもの
である。

なお、発熱パターン２．２”を厚膜印刷する窒化珪素質
成形体には、成形時もしくは成形後に制御用抵抗体３と
リード線９とが入り込む溝を形成しておくことが望まし
い。

一方、発熱パターン２．２′の厚膜印刷には、常温から
１ｏｏｏ°Ｃまでの抵抗温度係数が４倍以下の周期律表
第ｒＶａ　、　Ｖａ　、ＶＩａ族金属の炭化物、窒化物
、珪化物及び硼化物の少なくとも一種からなる、例えば
タングステンカーバイド（ＷＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ
）　、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉｚ）や硼化ジル
コニウム（ＺｒＢｚ）を導電体とし、残部を窒化珪素に
使用できる。

また、コイル状の電流の制御用抵抗体３は、発熱パター
ン２．２゛と直列に接続する制御用抵抗体３の前記単位
体積当りの抵抗値が、発熱パターン２．２′の前記単位
体積当りの抵抗値より小となるように設計した抵抗温度
係数が５倍以上の比較的大きなタングステンやモリブデ
ンを主体とする高融点金属の線材からなるものが望まし
い。

（実験例） 窒化珪素Ｓｉ３Ｎ４、酸化イツトリウムＹｚ０３及びア
ルミナＡｌｚ０３を主成分とする平板状に成形した窒化
珪素質成形体の一方の先端部寄りの表面上に、第１表に
示す発熱パターン用材料に窒化珪素５ｉ３Ｎａと酸化イ
ツトリウムＹ２Ｏ３を添加したものを主成分とする発熱
パターン用ペーストを用いて、同表に示す制御用抵抗体
材料とのセラミックヒータの単位体積当りのそれぞれの
抵抗値の比ρが、目標として０．０２乃至１゜０となる
ように設定した発熱パターンを、スクリーン印刷法によ
り厚膜印刷する。

次に、前記発熱パターンに直列に接続するように、予め
形成された溝中に第工表に示す制御用抵抗体材料からな
るコイル状の制御用抵抗体と該抵抗体に接続したリード
線を載置し、その上面に上記成分と同一成分の平板状の
窒化珪素質成形体を重ねてホットプレス焼成法により焼
成し、直径が約４．５■ｍ、長さが約３５＋ａ＋＋＋の
セラミックヒータ焼結体を得た。その後、前記セラミッ
クヒータ焼結体を研磨加工して、直径が４．３ｍ■、長
さが３５ｍ＋ａの円柱状のセラミックヒータを作製した
。

かくの如くして作製した同一条件のセラミックヒータ各
５本にそれぞれの電極を接続し、それぞれのセラミック
ヒータが１１００°Ｃで飽和に至る電圧を印加□し、セ
ラミックヒータ先端部の発熱パターン部が８００℃に到
達する時間を測定し、その平均値でそれぞれの昇温特性
を評価した。その後、セラミックヒータを発熱パターン
とコイル状の制御用抵抗体との接続部及びコイル状の制
御用抵抗体とリード線との接続部でそれぞれ切断し、発
熱パターンと制御用抵抗体の抵抗値を測定し、セラミッ
クヒータの長手方向の該発熱パターンと制御用抵抗体の
埋設部の長さに相当する円柱状のセラミックヒータの体
積から、それぞれの単位体積当りの抵抗値を算出し、発
熱パターンに対する制御用抵抗体の単位体積当りの抵抗
値の比を抵抗比ρとして求めた。

更に、前記同一条件の各５本のセラミックヒータにメタ
ライズ処理を施し、セラミックヒータの所定の位置に金
属パイプと金属キャップをろう接して、制御用抵抗体の
リード線の一端は金属パイプから取付金具へ電気的に接
続されて一方の電極を形成し、他端は金属パイプを介し
て取付金具にろう接されたセラミックヒータの後端部か
ら金属キャップを経てリード軸から電極軸に電気的に接
続する。次に、電極軸には耐熱樹脂とバッキングを挿入
した後、取付金具の端部外周部をかしめて耐久性評価用
の自己制御型グロープラグを作製した。

次に、上記自己制御型グロープラグを使用し、該グロー
プラグに通電して１１００’Ｃまで急速昇温し、その温
度に３分間自己制御により保持させた後、１分間通電を
停止する行程を１サイクルとし、５０００サイクル経過
後の自己制御型グロープラグの抵抗変化を測定し、耐久
性評価を行った。

また、発熱体をタングステン（Ｗ）−レニウム（Ｒｅ）
から成るＵ字状に折り曲げたコイル状の線材を埋設した
セラミックヒータと、該セラミックヒータに直列に接続
したニッケノ喧Ｎｉ）線を制御用抵抗体とする自己制御
型グロープラグを比較例とした。

以上の結果を第１表に示す。

（以下余白） 第１表 第１表より明らかなように、コイル状の線材より成る発
熱体を埋設したセラミックヒータと制御用抵抗体を直列
に接続した自己制御型グロープラグである比較例では、
８００°Ｃの温度に到達する時間が最高５．５秒である
ものの、耐久性評価では５０００サイクル経過後の抵抗
変化が２１３ｍΩと極めて大であり、制御用抵抗体の線
材が酸化されているのが認められるのに対し、本発明の
自己制御型グロープラグでは、抵抗比ρが０．８５以下
であれば８００℃の温度到達時間が５．５秒以下となり
、かつ５０００サイクルの耐久試験後における発熱パタ
ーン及び制御用抵抗体のいずれにもなんら異常は認めら
れなかった。

従って、本発明の単位体積当りの抵抗比ρが０゜８５以
下であれば８００℃の温度到達時間は５．５秒以下とな
るが、前記抵抗比ρを０．０２以下にすることは発熱パ
ターンの幅が極めて小さくなり寸法精度上、厚膜印刷が
困難となるため、前記抵抗比ρは０．０２乃至０．８５
、より望ましくは０．０５乃至０．８５であれば良い。

［発明の効果］ 叙上の如く、本発明の自己制御型グロープラクは、抵抗
温度係数の小さい周期律表第１Ｖａ　、　Ｖａ＝　Ｖｉ
ａ族金属の炭化物、窒化物、珪化物及び硼化物の少なく
とも一種から成る発熱パターンと、該発熱パターンと直
列に接続した抵抗温度係数の大なる高融点金属から成る
制御用抵抗体を、セラミック体に埋設させるか、もしく
は発熱パターンの一部を露出させた状態のセラミックヒ
ータを発熱部としていることから、苛酷な使用条件下に
おける耐熱性、耐食性をより向上させることができると
共に、更に、より急速な昇温特性を得ることができる等
多数の利点を有し、かつ高価な制御機構を必要としない
耐久性と急速昇温特性に優れた、より偉績性の高い自己
制御型グロープラグを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自己制御型グロープラグの要部を示す
断面図、第２図は第１図のセラミックヒータの要部を拡
大した断面図、第３図は発熱バタ−ンの一部をセラミッ
ク体表面に露出させた本発明の他の自己制御型グロープ
ラグのセラミックヒータの要部を拡大した断面図、第４
図は従来の自己制御型グロープラグの要部を示す断面図
である。 ２．２゛　・　・ ６．８　・　・ １０　　　・　・ １１　　　・　・ １２　　　・　・ １３　　　・　・ セラミックヒータ 発熱パターン 制御用抵抗体 セラミック体 取付金具 内孔 金属パイプ リード線 後端部 金属キャップ リード軸 電極軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　周期律表第IVａ、Ｖａ、VIａ族金属の炭化物、窒化物
   、珪化物及び硼化物の少なくとも一種からなる発熱パタ
   ーンに、該発熱パターンより大きい正の抵抗温度係数を
   有する高融点金属からなる制御用抵抗体を直列に接続し
   た状態で、前記発熱パターンと制御用抵抗体とをともに
   セラミック体に埋設するか、もしくは前記発熱パターン
   の一部を露出せしめた状態のセラミックヒータで構成さ
   れたことを特徴とする自己制御型グロープラグ。