JPH0435725Y2 - - 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、特に速熱型としての機能を発揮させる
とともに発熱特性を改善し長時間のアフターグロ
ーを達成し得る自己温度飽和性を有するセラミツ
クヒータを備えたデイーゼルエンジン用グロープ
ラグの改良に関する。

〔従来の技術〕

この種のグロープラグとして、従来から種々の
構造を有するものが知られているが、その中で近
年セラミツクヒータ型のものが、速熱型として機
能し得る等の理由から注目を集めている。

このようなセラミツクヒータ型グロープラグと
して、たとえば特開昭60−14784号公報などには、
ヒータ絶縁部を形成する絶縁性セラミツク材と
略々同等の熱膨張率を有する導電性セラシツク材
により、発熱体をヒータ外表面に露呈させるよう
にしてヒータ絶縁部と一体に形成するようにして
なる構成が示されており、これにより急速な先端
赤熱性を得て速熱型としての性能を発揮させ得る
とともに、発熱体とヒータ絶縁部との接合状態を
適切かつ確実に維持し耐熱強度等の信頼性をある
程度向上させることが可能となるものであつた。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述したような従来構成による
セラミツクヒータ型グロープラグでは、グロープ
ラグとして実用化するには、構造上からも、機能
面からも、まだまだ問題点をもつものであつた。

すなわち、上述した構成では、発熱体がヒータ
表面側に露呈し、ある程度速熱型として機能し得
るも、その発熱体が単にＵ字状を呈するように部
材の積層構造によつて形成されかつその両端部が
ヒータ後端部に導かれているだけで、これを実用
化するには電極の取出し部やホルダへの保持部な
どの構造等に対しての配慮が必要とされるもので
あつた。たとえば上述したようなＵ字状のセラミ
ツクヒータから電極を取出すにあたつて最も簡単
には、その一方のリード部をホルダ後端部から絶
縁状態で保持されている外部接続端子を介して外
部接続するとともに、他方のリード部をホルダ側
への嵌合保持部に形成した金属メタライズ層等に
よる導電層を介してアース接続するような構成が
考えられている。しかし、このような構成を採用
する場合に、前記一方のリード部のホルダ側への
嵌合保持部には、絶縁状態を維持するために絶縁
コーテイング層等による絶縁層を形成することが
必要であり、しかもこの絶縁層には20μm以上の
厚みを必要とし、5μm以下でよい導電層に比べて
かなりの厚さとなるために、これらの層を対応す
るリード部に対して形成する作業が面倒かつ煩雑
であるばかりでなく、このような厚みの異なる層
を有するリード部をホルダ側に嵌合保持させた際
にヒータの同心性を保つことが難しく、組立性な
どの面で大きな問題となるものであつた。

特に、このような導電層および絶縁層によるホ
ルダへのろう付け等による接合部には、発熱によ
る熱影響されない程度の充分な耐熱強度や気密
性、さらには上述した電気導通性または絶縁性等
というように品質要求が多項目にわたるもので、
その品質を安定化させることが難しく、実用上で
の問題が大きいもので、これらの点を考慮し、速
熱性および自己温度飽和性等を有しかつ耐熱強度
等の信頼性の面でも優れてなる安価なセラミツク
ヒータを有するグロープラグの出現が要望されて
いる。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した要請に応え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、ホルダ先端部
に嵌合保持される棒状セラミツクヒータを、Ｕ字
状発熱部およびその両端から後方に平行して延設
される一対のリード部を導電性セラミツク材で一
体に形成することで構成し、かつこれら両リード
部における前記ホルダ先端部への嵌合保持部に対
応する外側面に絶縁層が形成し、この絶縁層を介
して前記ホルダ先端部にろう付けにより接合して
保持されるとともに、その一方のリード部を、前
記ホルダ先端部にろう付け接合にて保持される絶
縁層の一部に形成した欠落部を介して前記ホルダ
側にアース接続させるようにしたものである。

〔作用〕

本考案によれば、セラミツクヒータのリード部
外周部でホルダ先端部に嵌合しれ保持される部分
に絶縁コーテイング層等による絶縁層を形成する
とともに、この絶縁層部分をホルダ先端に嵌合さ
せ、ろう付けにより接合して保持させ、かつこの
ホルダ先端部にろう付け接合にて保持される絶縁
層の一部に形成した欠落部を介して一方のリード
部をホルダ先端部にろう材にて電気的に接合させ
ることで、このヒータをホルダ側にアース接続し
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図ないし第５図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、まず、第５図において全体を符号１０で示
すグロープラグの概略構成を簡単に説明すると、
このグロープラグ１０は、先端側が発熱部として
機能する棒状セラミツクヒータ１１と、このセラ
ミツクヒータ１１が先端部において嵌合保持され
る略管状を呈する金属製ホルダ１２とを備え、こ
のホルダ１２後端部には合成樹脂材などからなる
絶縁ブツシユ１３を介して外部接続端子１４が同
心状に嵌合保持され、またこの外部接続端子１４
は、前記セラミツクヒータ１１を構成する導電製
セラミツク材による一方のリード部（後述する）
側にフレキシブルワイヤ等の金属導線１５を介し
て接続されている。なお、図中１３ａは絶縁ブツ
シユ１３外周部に一体的に嵌装されてなる金属製
パイプで、組付時においてかしめられるホルダ１
２後端部による高加圧力でその軸線方向に座屈変
形することで絶縁ブツシユ１３をホルダ１２側に
所要の機械的強度で一体化し温度影響を受けにく
い構造とするためのものである。さらに、１６
ａ，１６ｂ，１６ｃは外部接続端子１４後端側の
ねじ部に螺合された絶縁リング、固定用ナツト、
外部リード締付け用ナツトで、図示せぬバツテリ
からのリード線などをナツトで１６ｂ，１６ｃ間
で挟持することで外部接続端子１４をバツテリ端
子に電気的に接続する。また、前記ホルダ１２は
その外周ねじ部１２ａが図示しないエンジンのシ
リンダヘツド側のねじ孔に螺合されることで前記
ヒータ１１の後述する他方のリード部を電気的に
アース接続すると同時に、ヒータ１１の先端を副
燃焼室または燃焼室内に突出して配置させ得る構
成とされている。

ここで、本実施例において、セラミツクヒータ
１１に対して外部接続端子１４を金属導線１５に
て接続したのは、外部接続端子１４に加わる種々
の振動や締付けトルク等の機械的外力からヒータ
１１を強度的に保護するためで、この導線１５の
材料としてはフレキシブルワイヤ等、ある程度の
柔軟性をもつものを用いるとよい。

さて、本考案によれば、上述した構成によるグ
ロープラグ１０において、ホルダ１２先端に保持
される棒状セラミツクヒータ１１を、第１図およ
び第４図からも明らかなように、Ｕ字状発熱部２
０およびその両端から後方に平行して延設される
一対のリード部２１，２２を導電性セラミツク材
で一体に形成することで全体が略Ｕ字状を呈する
ように構成し、かつこれら両リード部２１，２２
の外側面に絶縁層として絶縁コーテイング層２
３，２４を形成し、これら絶縁コーテイング層２
３，２４を介してホルダ１２先端部にろう付けに
接合にて保持させるとともに、その一方のリード
部２１を前記ホルダ先端部にろう付け接合にて保
持される絶縁コーテイング層２３の一部に形成し
た欠落部３０を介してホルダ１２側にアース接続
させるようにしたところに特徴を有している。

これを詳述すると、本実施例では、セラミツク
ヒータ１１は、リード部２１，２２よりも肉厚が
薄くなるように小径に形成された発熱部２０を有
し、かつその中央部には発熱部２０からリード部
２１，２２間にかけてヒータ１１の長手方向に沿
うスリツト２５が形成されている。さらに、この
スリツト２５内でその後端側のリード部２１，２
２間の少なくともホルダ１２先端部に対応する部
分には、たとえば絶縁性セラミツク材による絶縁
シート２６が介装されて導電性セラミツク材によ
るリード部２１，２２と一体的に接合され、これ
によりスリツト２５をホルダ１２先端部分で塞い
で燃焼圧さらには燃焼熱を確実にシールしその洩
れ防止を図るような構成とされている。

また、導電性セラミツク材により発熱部２０と
一体に形成されるリード部２１，２２の長手方向
略々中央部外周面には、それぞれ絶縁コーテイン
グ層２３，２４（その表面には図示しないが銀・
パラジウム層が積層して形成される）が形成さ
れ、これら両層２３，２４およびその表面に形成
された銀・パラジウム層により、このセラミツク
ヒータ１１をホルダ１２先端部に銀ろう付け等で
接合固定して保持させるような構成とされてい
る。この場合、ホルダ１２の接合面側にも必要に
応じて銀・パラジウム層を形成するようにすると
よいが、これに限定されないことは勿論である。

そして、このような構成において、本考案によ
れば、上述した一方のリード部２１上に被覆され
る絶縁コーテイング層２３のホルダ１２先端部へ
の嵌合保持部分の一部を欠落させて形成すること
により、欠落部３０を設け、かつヒータ１１のホ
ルダ１２に対するろう付け接合時において、たと
えあば銀ろう材等を上述シタ欠落部３０内に補填
することにより、第２図おほび第３図等に示され
るように、この一方のリード部２１を前記ホルダ
１２側に電気的に接合させ、アース接続すること
が可能となるものである。なお、図中３１はヒー
タ１１のホルダ１２先端部に対する銀ろう材層で
ある。

また、上述したヒータ１１において、他方のリ
ード部２２の後端部から後方に延設された電極取
出し端２２ａに対し前記外部接続端子１４から引
出されている金属導線１５の先端がターミナルキ
ヤツプ１５ａを介して電気的に陽極接続され、こ
れにより第１図中矢印で示すようにセラミツクヒ
ータ１１内を電流が流れ、ヒータ１１先端の発熱
部２０への通電を行なえるものである。なお、２
２ｂは前記電極取出し端２２ａに形成された金属
メタライズ層で、これに前記キヤツプ１５ａが銀
ろう付け等で溶着接合される。

このような構成による本考案によれば、セラミ
ツクヒータ１１のリード部２１，２２をホルダ１
２先端部に嵌合させてろう付け接合するための接
合部分に、上述した絶縁層としての絶縁コーテイ
ング層２３，２４を、ヒータ１１全周にわたつて
均一な厚みで形成できるものであり、この絶縁層
の形成作業等がきわめて簡単に行なえるばかりで
なく、ヒータ１１をホルダ１２に対し同心性を保
つて適切かつ確実に接合して保持させ得るもの
で、これによりこのヒータ１１のホルダ１２先端
部に対するろう付けによる接合作業も簡単に行
え、しかもその接合強度等の信頼性が向上し接合
部の品質が安定するという利点もある。

ここで、上述したようなセラミツクヒータ１１
は、導電性セラミツク材を熱可塑性樹脂等と混練
し、これを金型内に射出し、さらにこれを焼成す
ることで成形したり、予め棒状に形成してなるセ
ラミツクヒータを放電加工で所要の形状に成形す
ることで簡単かつ適切に成形し得るもので、この
成形後において前述した絶縁コーテイング層２
３，２４（アルミナ等を溶射するとよい）等を欠
落部３０部分を除いてそれぞれ対応するリード部
２１，２２の外周面等に形成し、さらにその表面
に金属性ホルダ１２との接続補助材としての銀・
パラジウム層を後加工として形成すればよいもの
である。

また、上述したように全体がＵ字状を呈するセ
ラミツクヒータ１１を形成する導電性セラミツク
材としては、たとえばβサイアロン（Si₃N₄…88
％、Al₂0₃…５％、Y₂0₃…７％）またはαとβと
の混相しているサイサロンに窒化チタン（TiN）
の添加量を調整することで絶縁性、導電性を選択
し得るサイアロン（SiAlON）等を用いるとよい
ものである。すなわち、上述したサイアロンに対
しTiNを約20％以上添加すると、正の抵抗温度
特性による導電性を有すること（いわゆる導電性
サイアロン）が確認されており、またそれ以上加
えることで固有抵抗値が連続的に変化することも
知られており、上述したTiNの含有率を選択し
たものを適宜利用すればよいことは明らかであろ
う。しかしながら、これに限定されず、要は高温
状態（たとえば1200℃程度まで）でも性能的に安
定し、しかも耐熱衝撃性等に優れてなる導電性セ
ラミツク材であればよく、たとえばSiCおよび周
期律表の４ａ族、５ａ族または６ａ族元素の炭化
物、ホウ化物、窒化物または炭窒化物等の非酸化
物導電材の群から選ばれた一種以上と焼結結合材
であるAlまたはAl化合物等を含有するサイアロ
ン焼結体が考えられる。

また、上述したような構成によるセラミツクヒ
ータ１１によれば、発熱部２０部分が異物を含ま
ずかつ表面発熱型として機能し得ることから、耐
熱強度面で優れ速熱型として機能し得るばかりで
なく、導電性サイアロンの固有抵抗を窒化チタン
の添加量で調整できることから発熱部２０や一対
のリード部２１，２２の厚みを自由に設定でき、
特に発熱部２０部分での幅寸法（断面積）を小さ
くして迅速な発熱特性を得るとともに、その飽和
温度を適切に制御して長時間にわたるアフターグ
ローを可能とすることができる。特に上述した導
電性サイアロンは、正の抵抗温度係数が大きく、
自己温度飽和性の面で有利である。

一方、前述シタ絶縁シート２６を形成する絶縁
性セラミツク材としては、上述したセラミツクヒ
ータ１１を形成する導電性セラミツク材と同様
に、窒化チタン（TiN）の添加量、（20％以下ま
たは以上）を調整することで絶縁性、導電性を選
択し得るサイアロン（SiAlON）等を用いるとよ
い。そして、このような材料を選択すれば、絶縁
シート２６を抵抗体側と熱膨張率の略々等しい同
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頼性をも確保し得る。さ
らに、絶縁シート３０を形成する絶縁性セラミツ
ク材としては、耐熱強度等に優れしかも導電性セ
ラミツク材との接合強度面で優れた、たとえば
Si₃N₄，AlNまたはAl₂0₃を主成分とするものも考
えられ、さらにガラス等の絶縁材料であつてもよ
いものである。

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
ことは自由である。たとえば上述した実施例で
は、絶縁コーテイング層２３に形成した欠落部３
０内に銀ろう材を補填することでヒータ１１とホ
ルダ１２との電気的な接合状態を得ているが、本
考案はこれに限定されず、たとえば銀ペーストや
銀・パラジウム等による補填層３２を、第６図に
示すように、欠落部３０内に設け、これにより銀
ろう材層３１を介しホルダ１２側への電気的な接
合状態を得るような構成としてもよいことは勿論
である。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案によれば、棒状セラ
ミツクヒータを、Ｕ字状発熱部およびその両端か
ら後方に平行して延設される一対のリード部を導
電性セラミツク材で一体に形成することで構成
し、かつこれら両リード部外側面のホルダ先端部
への嵌合保持部に絶縁層を形成し、この絶縁層を
介してホルダ先端部にろう付け接合にて保持させ
るとともに、その一方のリード部を、前記ホルダ
先端部にろう付け接合にて保持される絶縁層の一
部に形成した欠落部を介してホルダ側にアース接
続させるようにしたので、簡単かつ安価な構成に
もかかわらず、セラミツクヒータを、その全周に
わたつて均一に形成される絶縁層を介してホルダ
先端部に同心性を保つて保持させ、さらに簡単な
作業によりこのヒータをホルダ側にろう付け接合
にて保持させ得るものであり、加工性や組立性の
面で優れ、さらにその接合部の信頼性等を確保す
ることができ、しかも一方のリード部のホルダ側
への電気的なアース接続は、前記ホルダ先端部に
保持される絶縁層の一部に形成した欠落部を介し
てろう付け接合するろう材によつて確実に確保し
得るという実用上種々優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図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断面図、第２図
および第３図は第１図の要部拡大断面図、第４図
はセラミツクヒータを示す概略斜視図、第５図は
グロープグ全体の概略構成を示す縦側断面図、第
６図は本考案の別の実施例を示す要部拡大断面図
である。 １０……デイーゼルエンジン用グロープラグ、
１１……棒状セラミツクヒータ、１２……中空状
ホルダ、１４……外部接続端子、１５……金属導
線、２０……導電性セラミツク材による発熱部、
２１，２２……導電性セラミツク材によるリード
部、２３，２４……絶縁コーテイング層（絶縁
層）、２５……スリツト、２６……絶縁シート、
３０……欠落部、３１……銀ろう材層、３２……
補填層。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 一端を外部に突出させた状態で中空状ホルダ
   の先端部に嵌合保持される棒状セラミツクヒー
   タを備え、このセラミツクヒータは、Ｕ字状発
   熱部およびその両端から後方に平行して延設さ
   れる一対のリード部を導電性セラミツク材で一
   体に形成することで構成され、かつこれら両リ
   ード部において前記ホルダ先端部への嵌合保持
   部に対応する外側面に絶縁層が形成され、この
   絶縁層を介して前記ホルダ先端部にろう付け接
   合されることにより保持されるとともに、前記
   一方のリード部が、前記ホルダ先端部にろう付
   け接合にて保持される絶縁層の一部に形成した
   欠落部を介して前記ホルダ側にアース接続され
   ている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) セラミツクヒータは、βサイアロンまたはα
   とβとの混相しているサイサロンに窒化チタン
   の添加量を調整することで絶縁性、導電性を選
   択し得るセラミツク材によつて一体的に形成さ
   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項記載のデイーゼルエンジン用グロー
   プラグ。