JPS607092A - セラミツクヒータ棒の製造方法 - 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】 本発明は、ディーゼルエンジンのシリンダ内を予熱する
グロープラグに用いて好適なセラミックヒータ棒に関す
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シ、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７−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
かが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ょシ発生する熱は耐熱絶
縁粉末を経てシース側に伝達され、このシースがら熱が
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
には数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
々いようにすることが望まれ、とのために発熱線を予め
絶縁物で覆ったシ、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シ、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りすいセラミッ
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を形
成するうえで、問題とされることは、そのヒーク発熱部
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ィーゼルエンジン用
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アシ、
ヒータ棒としてその接合部分に抵抗体を介装した状態で
シリコン系非酸化物からなる一対のセラミック圧粉体を
圧縮焼成してなるものを用いるという簡単ガ構造によっ
て、直接的な熱伝達構造であることから加熱時にヒータ
棒を短時間で赤熱させてその温度立上り特性を向上させ
ることができ、速熱部としてその性能を充分に発揮し得
るばかシでなく、各部の製造、組立てが容易に行なえ、
ヒータ各部の強度上の信頼性の面でも優れておシ、さら
にコスト的にも安価で、ディ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ッ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ックヒータ棒
を採用したディ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
コン系セラミック材からなる一対のセラミック圧粉体１
２．１３によシ形成されたセラミックヒータ棒１４と、
とのヒータ棒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１５の後端部には合成樹
脂などからなる絶縁ブツシュ１６を介して外部接続端子
１Ｔ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。

前記ヒータ棒１４は断面が略々楕円状を呈するように、
長方形の一辺が平坦面とされかつ他辺が外側に凸形な円
弧面とされた断面形状をもつ一対のセラミック圧粉体１
２．１３を接合して加圧焼成することによって成形され
る。この場合、ヒータ棒１４の断面形状を略々楕円状と
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、絶縁性さらには熱伝導率をより効果的
とするためでおる。なお、上述した一対のセラミック圧
粉体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であるシリコン系非酸
化物、たとえは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、たとえは高
融点金属材料によシ形成され、第２図に示すような状態
で前記一方のセラミック圧粉体１２の接合面１２ａ上に
形成されている。すなわち、抵゛抗体１１は、セラミッ
ク圧粉体１２の先端部側に設けられ７’Ｃヒ一タ部１１
亀と、このヒータ部１１ｍの一端からセラミック圧粉体
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ｉ１ａの他端か
ら後方に延設されセラミック圧粉体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とからなシ、
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１１
ａ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よシも広い幅をもって形成さ
れることである。また、ヒータ部１１ａと各リード部１
１ｂ、１１ｃとはセラミック圧粉体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ック圧粉体１２，
１３の接合部から外部に露出される。

なお、前記抵抗体１１はセラミック圧粉体１２の接合面
１２ａ上に薄い導電膜として印刷配線したシ、高融点金
属の線条または板状のものを貼着、ある２は焼付け、蒸
着などの手法によシ容易に得られ、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
ラミック焼成温度が高く、このために抵抗体１１が耐熱
材である必要からである。そして、このような抵抗体１
１を、前述した一対のセラミック圧粉体１２．１３間に
介装した状態でこれらを約１７００〜２０００　℃の高
温雰囲気中において約２００〜５００Ｋｖ／ｄの高圧で
その上下方向から加圧焼成することにより、前述したセ
ラミックヒータ棒１４が得られるものである。

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
ィング層１９　、２０が形成されている。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、
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、１１ｅ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ｂる０ 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ャップ２２が被冠
され、それぞれヒータ梓１４に対し銀ろう付けなどによ
シ固着される。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楕円状をなす
貫通孔２１＆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をヒータ梓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シ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シ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の端部れ金属コーティング層１
９、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。

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
的外力によって外れたシ、ヒータ棒１４に損傷等が生じ
るといった問題があシ、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１Ｔ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ャップ２２が用いられて
いる。このターミナルキャンプ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１Ｂ
を固着する取付片２２Ｂが切シ起こされている。そして
、との取付片２２ａに前記導線１８の一端がスポット溶
接などによシ固着される。勿論、導線１８の他端も外部
接続端子１１の先端にスポット溶接などによシ固着され
る。

なお、上述した柔軟性に富む導線１８の代υ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
ャンプ２２の取付片２２ａをもたせて結合したシ、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を有する一対のセラミック圧粉体１２．１３を
接合して加圧焼結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、とのヒータ棒１４の中
央部と後端部とにそれぞれバイブ２１およびターミナル
キャンプ２２を嵌合し銀ろう付けなどによシ固着した後
、ターミナルキャップ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図囚（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１
４内の抵抗体１１に電流が流れると、そのヒータ部１１
ａ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、これによシリンダ室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成
され、このセラミック材は絶縁性がよいはかシでなく耐
熱衝撃性の面で優れておシ、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シ、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、このよう々ヒータ棒１４は加熱
時に短時間で赤熱して温度立上シ特性が向上し、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って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。そして、これは、従来のものにおいて
２秒では３００℃程度の昇温効果しか得られない場合に
比べ、その利点は太きい。さらに、上述したヒータ棒１
４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おる。また、ヒータ棒１
４の製造にあたっても、一対のセラミック圧粉体１２゜
１３の一方の接合面１２ｍに抵抗体１１を形成し、さら
にこれらのセラミック圧粉体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。

ここで、上述したセラミック圧粉体１２．１３によるヒ
ータ棒１４の特性について述べると、抵抗強度は、約７
０〜９０Ｋｆ／ｌｄ（従来１０Ｋｙ／ｍｙｌ程度と小さ
い）と大きくなシ、耐熱強度は約６０　Ｋｆ／ｍｙｌ（
１１００℃の場合；従来５　ｈ／ｍｔｌ　）と強くなセ
、また品質安定性もワイプル係数１３〜１５（従来２〜
３）と良くなシ、それぞれ性能面で大幅な向上化が図れ
ることになる。また、このようなヒータ棒１４によれば
、その軸心部分よシも端部側での圧縮率が太きいため、
外側部分の強度を向上させ、急速加熱に耐え得るもので
、さらに焼成時に生じる左、右方向の収縮を加圧でおさ
え、所定幅のものを得ることができる。

なお、前述した実施例では、一対のセラミック圧粉体１
２．ｉ３からなるヒータ棒１４の断面形状を略々楕円状
とし、これに合わせて形成された金属製バイブ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１γに接続するようにした構成
について説明したが、本発明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
ーミナルキャンプを用いず直接導線をはんだ付けなどに
よシ固着するようにしてもよい０ 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ック圧粉体を接合して圧縮焼成し
てなるヒータ棒を用いるようにしたので、簡単な構造に
よυヒータ棒の発熱・ｔに優れ、加熱時に短時間で赤熱
して温度立上シ特性／Ｊ向上し、速熱型としてその性能
を充分に発揮し得るはかシでなく、その製造が簡単かつ
確実に行々え、しかもその強度上の信頼性も高く、さら
にコスト的にも安価でおる等、その効果は犬でおる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係るセラミックヒータ棒を用いたディーゼ
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
ミック圧粉体から々るセラミックヒータ棒を拡大して示
す分解斜視図、第３図（４）は第１図の組立て状態を示
す縦断面図、同図の）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　１１
１１１１＠−・ヒータ部、Ｉｌｂ、１１ｃｍ　＃　＊　
＠リード部、１２．１３・・・拳一対のセラミック圧粉
体、１４・・・・セラミックヒータ棒、１５・−・・ホ
ルダ、１６・・・・絶縁ブツシュ、１７・φ・・外部接
続端子、１８・・・・導線、１９．２０−−争・金属コ
ーティング層、２１φ・・・金属製パイプ、２２・・・
・ターミナルキャップ。 斃許出願人　自動車機器株式会社 いすソ自動車株式会社 京セラ株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）長方形の一辺が平坦面とされこれに対向する他辺
   が外側に凸形な円弧面とされた断面形状をもつように形
   成された一対のセラミック圧粉体と、その平坦面間に介
   装される湾曲部と直線状部とからなる抵抗体とを備え、
   前記セラミック圧粉体は、それぞれの平坦面同士を抵抗
   体を介装した状態で対向させ、その円弧面の両側から圧
   縮焼成されることによシ形成されていることを特徴とす
   るセラミックヒータ棒。
2. （２）セラミック圧粉体は、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
   記載のセラミックヒータ棒。
3. （３）セラミック圧粉体間に介装される抵抗体は、高融
   点金属材料にて形成されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のセラミックヒータ棒。