JPS6014144Y2

JPS6014144Y2 - デイ−ゼルエンジン用グロ−プラグ

Info

Publication number: JPS6014144Y2
Application number: JP11982180U
Authority: JP
Inventors: 壮吉峰岸; 東三滝沢; 英男河村; 信和佐川
Original assignee: Kyocera Corp; Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Kyocera Corp; Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1980-08-23
Filing date: 1980-08-23
Publication date: 1985-05-07
Also published as: JPS5746261U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、ディーゼルエンジンのシリンダ内を予熱する
グロープラグに関する。

一般に、ディ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った。

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８００℃とするには数ｗ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ったり、シース内壁に
絶縁層を形成するといっ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ックヒータ−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
ッ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、その製造にあたっ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。

特に上述したディーゼルエンジン用グロープラグとして
望ましいのは、ヒータ部殊にヒータ先端発熱部の急速な
赤熱化を遠戚するとともに、その熱影響が各部材に及ぶ
ことがないように、また前記セラミックヒータの場合ヒ
ータ部分への電力供給を効率よく且つ確実に行うことで
ある。

本考案はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
抵抗体を内蔵するセラミックヒータ棒の外周に複数の金
属コーティング層を形成し、該コーティング層に前記抵
抗体の端部を連結するとともに、上記し−タ棒をホルダ
ーに支持した金属製パイプに挿通して前記金属コーティ
ング層の一つが前記パイプの先端に位置するよう固定し
たことを要旨とするディーゼルエンジン用グロープラグ
を提供するものである。

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図および第３図は本考案に係るディーゼルエンジン
用グ冶−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ック材からなる一
対のセラミック棒体１２，１３により形成されたセラミ
ックヒータ棒１４と、このヒータ棒１４を先端部におい
て保持する略々管状のホルダ１５を備え、このホルダ１
５の後端部には合成樹脂材などからなる絶縁ブツシュ１
６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
軟性を有する導線１８を介して接続されている。

ここで、前記ヒータ棒１４は、その断面形状が略々惰円
状を呈するように、前述した一対のセラミック棒体１２
，１３を接合することによって成形される。

この場合、ヒータ棒１４の断面形状を略々惰円状とした
のは、円形に比べてセラミック材の密度を向上させ、そ
の耐熱強度、絶縁性さらにはその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ック棒体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
わゆるファインセラミックスと言われているシリコン系
セラミッ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、前記一方のセラミック棒体１２の接合
面１２ａ上に形成されている。

すなわち、上述した抵抗体１１は、ヒータ棒１４の先端
側に位置する部分に湾曲して形成された電気抵抗値の大
きなヒータ部１１ａと、このヒータ部１１ａの一端から
前記ヒータ棒１４に沿ってそのほぼ中央部付近まで略直
線状態にて延設されその端部がヒータ棒１４外側面に露
呈する前記ヒータ部１１ａよりも小さな抵抗値をもつア
ース側のリード部１１ｃと、前記ヒータ部１４の他端か
らアース側リード部ｌｉｅと平行して略直線状態にて延
設されるとともにその抵抗値がこのアース側リード部１
１ｃと等しく形成された中間部およびこれに連続して前
記ヒータ棒１４の後端部まで略直線状態まま延設されて
その外側面に露呈する前記アース側リード部１１ｃより
もさらに小さな抵抗値をもつ後端部を有する通電側リー
ド部１１ｂとによって構成され、これが前記接合面１２
ａ上に一連に形成されている。

そして、この場合、抵抗体１１のリード部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、ｌｉｅは抵抗が小さくなるよう
にリード部１１ａよりも′広い幅をもって形成されてい
る。

すなわち図示例ではセラミック棒体１２の接合面１２ａ
上に抵抗体１１を一連に形成し、その幅および長さを適
宜選定することによりヒータ部１１ａと一対のリード部
１１ｂ、ｌｌｃとに分けている。

このようにすれば、その製造が容易であるばかりでなく
、必要な部分のみを高速発熱させることができ、その効
果が大きい。

そして、このような抵抗体１１の形成パターンを変化さ
せることにより抵抗値をコントロールすることが可能で
、要するにエンジンの始動性に影響を与えるヒータ棒の
先端部を迅速に赤熱できるように構成されている。

なお、ヒータ部ｆｌｂと各リード部１１ｂ、１１ｃとは
セラミック棒体１２，１３の接合時においてヒータ棒１
４内部に完全に埋接され１．各り−ｔ’部１１ｂ、１
１ｃの端部のみがセラミック棒体１２．１３の接合部
から外部に露出されている。

また、前記抵抗体１１ははセラミック棒体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、さらにその材料とし
てはタングステンなどの金属材料が考えられる。

これはセラミック焼成温度が高く、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、金属コーティ
ング層１９．２０が形成される。

これらの金属コーティング層１９，２０は前記ヒータ棒
１４内に埋設される抵抗体１１の両端、すなわち各リー
ド部１１ｂ、ｌｌｃ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、ｌｌｃ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。

これはセラミッ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。

上記金属コーティング層は、例えば高融点金属法によっ
て形成されるが、この方法はＭｃ、Ｍｎ。

Ｗ等の単体又はそれらの結合体の微粉末に有機バインダ
を添加してペイント状にしたものをセラミックスの表面
に塗布し、加湿木組又は加湿フォーミングガス中におい
て１３００〜１７００６Ｃでメタライジングした後、Ｎ
ｉメッキを施し、ろう材を用いて接合金属とろう付けす
る方法である。

金属コーティング層は上記工程において形成される高融
点金属とセラミックの複合層、Ｎｉとの複合層及び銀ろ
う等の接合層の総称である。

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、該パイプ２１の先端は前記金
属コーティング層１９．２０のうちの一方１９の位置に
置かれまたヒータ棒１４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ャップ２２が被冠され、そ
れぞれヒータ棒１４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
状が略々惰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、このような惰内状開口をホルダ１５の先端部に
成形するといっ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
々惰円状をなす貫通孔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１０が取付けられるディー
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、すなわちア
ース側リード部１１ｃの端部は金属コーティング層１９
、金属製パイプ２１を介してホルダ１５と電気的に接続
されている。

ここで、上述した金属コーティング層１９は、前記のよ
うに金属製パイプ２１の先端に位置するよう該パイプ内
に挿入され、金属パイプ２１とヒータ棒１４とを電気的
かつ機械的に接続すると同時に、エンジンシリンダ内の
ガス圧をシールする役割を果たすものであるが、この場
合においてこの金属コーティング層１９は耐熱性に劣る
ため、この部分の温度上昇を抑制する必要性が生じてい
る。

そして、このことから、この金属コーティング層１９を
設けてなるヒータ棒１４の中央部付近では、抵抗体１１
のヒータ部１１ａでの熱影響を避けるため、この部分に
位置する抵抗体１１（リード部１１ｂｙ１１ｃ）
の抵抗値を可能な限り小さくすることが必要となってい
る。

さらに、ヒータ棒１４の後端部側では、その部分の温度
を低下させ得るようにする方が、熱エネルギの消費に対
し効果的であることから、この部分に形成される通電側
リード部１１ｂにおける後端部の抵抗値は、前記アース
側リード部１１ｃ（この通電側リード部１１ｂの中間部
も同じであるカリ側の抵抗値よりも小さくすることが望
ましい。

また、その一方において、上述したヒータ棒１４はその
外径寸法が強度面などから制約を受けるもので、その内
部への抵抗体１１の埋設形状が問題とされるもので、上
述したように、リード部１１ａと通電側、アース側リー
ド部１１ｂ、ｌｌｃでの抵抗値の設定が重要とされるも
のである。

そして、このような点を考慮して設定された抵抗体１１
の抵抗値パターンは、前述したように、ヒータ棒１４後
端側に向ってその抵抗値が順次小さくなるように構成さ
れているものであり、その結果ヒータ棒１４の長手方向
に沿う先端部、中央部、および後端部にかけての発熱温
度特性を三段階のなだらかな温度勾配をもつようにする
ことができるものである。

このような構成によればヒータ棒１４先端では迅速な赤
熱化を得て短時間での急速加熱によってその温度立上り
特性を向上させ、速熱型としてその性能を充分に発揮さ
せ得る一方、上述したような温度勾配によってこのヒー
タ棒１４全体の耐熱強度を適切に維持し、またこのヒー
タ棒１４中央部での温度上昇をこの部分に形成されてい
る金属コーティング層１９の耐熱許容温度以下に抑える
ことができるため、これらヒータ棒１４各部の耐久性を
保証し得るもので、その結果この種ディーゼルエンジン
用グロープラグのヒータ棒として用いることが可能とな
るものである。

一方、ヒータ棒１４の後端部に露出する抵抗体１１の他
端、すなわち通電側リード部１１ｂの端部は、ホルダ１
５の後端部に絶縁ブツシュ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１７に加わる振動や締付トルクなどの機械的
外力によって、その接続部分が外れたり、ヒータ棒１４
に損傷等が生じるなどといった問題があり、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１
８て接続されている。

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ャップ２２が用いられて
いる。

このターミナルキャップ２２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
ようなキャップ状を呈し、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
ッ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
ッ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、フレキ
シブルワイヤなどといった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ャップ２２の取付片２
２ａに弾性をもたせて結合したり、また外部接続端子１
７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電油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ック粉末を充填
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を有してなる一対
のセラミック棒体１２，１３を接合することによって発
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ャップ２２を嵌合し銀
ろう付けなどにより固着した後、ターミナルキャップ２
２の取付片２２ａに導線１８の一端を、またその他端を
絶縁ブツシュ１６を嵌着した外部接続端子１７の先端に
それぞれスポッ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３１をホルダ
１５の先端部において銀ろう付げにより固着し、一方ホ
ルダ１５の後端部に嵌め込まれた外部接続端子１７外周
の絶縁ブツシュ１６をホルダ１５の後端部をかしめるこ
とによって組付は固定する。

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
、ディーゼルエンジンのシリンダヘッドに形成されたね
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１５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ッ
ク材からなる外皮に伝達され、これ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ック材で形威
され、このセラミッ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、この種のディーゼルエンジ
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、このようなセラミッ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。

したがって、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、本考案によるグロープラグによって８０「Ｃ
の昇温温度を得るに、３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
その両端から延設された一対のリード部１１ｂ、ｌｌｃ
よりも十分に幅を狭くしその抵抗値が大きくなるように
形成しており、これにより発熱性を向上させてヒータ棒
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の製造にあたっても、一対のセラミ
ック棒体１２，１３の一方の接合面１２ａに抵抗体１１
を形威し、さらにこれらのセラミック棒体１２．１３を
接合することによって簡単に行なえることは明らかであ
ろう。

なお、前述した実施例では、一対のセラミック棒体１２
，１３からなるヒータ棒１４の断面形状を略々惰円状と
し、これに合わせて形威された金属製パイプ２１および
ターミナルキャップ２２を用いてホルダ１５内に組込み
、さらに外部接続端子１７に接続するようにした構成に
ついて説明したが、本考案はこれに限定されず、ヒータ
棒の断面形状を適宜変更し、これに合わせて各部材を形
成することは自由で、またその形状によってはヒータ棒
を直接ホルダの先端部に保持させてもよく、さらにター
ミナルキャッ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。

以上説明したように、本考案に係るディーゼルエンジン
用グロープラグどは抵抗体を内蔵するセラミックヒータ
棒の外周に複数の金属コーティング層を形威し、該コー
ティング層に抵抗体の端部を連結するとともに上記ヒー
タ棒をホルダーに支持した金属製パイプに挿通して前記
金属コーティング層の一つが前記パイプの先端に位置す
るよう固定したので、殊に金属コーティング層により内
部抵抗体との電気的接続を簡単確実に行うとかきるとと
もに、金属製パイプの先端付近に金属コーティング層の
１つが位置するようヒータ棒を前記パイプ内に挿入し銀
ろう付けした後、このような金属製パイプを介してホル
ダーに支持することにより、電気的接続と同時に金属製
パイプによるホルダーへの伝熱が効果的に行われ、ヒー
タ棒中央以後の温度上昇を金属コーティング層の耐熱許
容温度以下に抑えることができる。

更に、前記ヒータ棒の先端付近においた金属コーティン
グ層は金属製パイプとヒータ棒との間のシールを完全に
行い、エンジンシリンダ内のガス圧の漏洩を防止する効
果もある。

【図面の簡単な説明】

図は本考案に係るディーゼルエンジン用グ爾−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図は一対のセラミック棒体からなるヒータ棒
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
面図である。１０・・・・・・グロープラグ、１１・・・・・・抵抗
体、１１ａ・・・・・・ヒータ部、１１ｂ、１１ｃ・曲
・通電側、アース側リード部、１２．１３・・・・・・
一対のセラミック棒体、１４・・・・・・ヒータ棒、１
５・曲・ホルダ、１６・・・・・・絶縁ブツシュ、１７
・・・・・・外部接続端子、１８・・・・・・導線、１
９，２０・・・・・・金属コーティング層、２１・・・
・・・金属製パイプ、２２・曲・ターミナルキャップ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

抵抗体を内蔵するセラミックヒータ棒の外周に複数の金
属コーティング層を形威し、該コーティング層に前記抵
抗体の端部を連結するとともに、上記ヒータ棒をホルダ
ーに支持した金属製パイプに挿通して前記金属コーティ
ング層の一つが前記パイプの先端に位置するように固定
したことを特徴とするディーゼルエンジン用グロープラ
グ。