JPS63201425A - デイ−ゼルエンジン用グロ−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〕 本発明はディーゼルエンジンの副燃焼室または燃焼室内
の予熱に使用するグロープラグに関し。

特に速熱型の機能を有し、かつ長時間のアフターグロー
化を達成し得る自己飽和性を有するセラミックヒータを
備えたディーゼルエンジン用グロープラグの改良に関す
るものである。

〔従来の技術〕

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
、副燃焼室または燃焼室内にグロープラグを設置し９通
電発熱により、吸気温度の上昇または着火源用として、
エンジンの始動性を向上させる方法を採用している。こ
の種のグロープラグとしては、従来金属製シース内に耐
熱絶縁粉末を充填し、鉄クロム、ニッケル等からなるコ
イル状発熱線を埋設した。いわゆるシース型と称するも
のが一般的である。またそれ以外にも特開昭５７−４１
５２３号公報等に示され名ように、タングステン等によ
る発熱線を、ｍ緑性を有する窒化ケイ素等のセラミック
材中に埋設した棒状ヒータを使用したセラミックヒータ
型も知られている。このようなセラミックヒータ型は、
耐熱絶縁粉末およびシースを介して間接加熱するシース
型に比べ、熱伝達効率を向上させ得ると共に１発熱特性
の面でも優れ、加熱時に短時間で赤熱して温度立ち上り
特性を大幅に向上させ、速熱型の性能を有するため。

近年盛んに服用されるようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記セラミックヒータ型のグロープラグ
は９例えば窒化ケイ素のような絶縁性セラミック材の内
部に、タングステン等の金属製発熱線を埋設した構造で
あり、しかもこれら両部材間の熱膨張率が異なるため、
特に発熱時における急激な温度上昇とその繰り返し使用
とが、セラミックヒータの耐久性を減するおそれがある
。従って耐熱強度等の信頼性の面で問題があり、さらに
コスト高を招くという欠点があうた。

上記問題点を解消するものとして１発熱線を絶縁性セラ
ミック材と略々間等の熱膨張率を有する導電性セラミッ
ク材で形成したセラミックヒータ構造が１例えば特開昭
６０−９０８５号公報や、同６０−１４７８４号公報等
によりｍ案されている。しかしいずれもグロープラグと
して使用するには、構造上および機能面からも未だ問題
があり、実用化するには至っていない。

例えば前者は１発熱体となる導電性セラミック材を絶縁
性セラミック材中に埋設した構造であり。

熱伝導率はシース型より優れるものの１間接的加熱であ
るため、速熱型の機能が不充分であり、さらにその成形
加工が煩雑である等の問題点がある。

また後者は２発熱体がヒータ表面側に露出し、速熱型の
機能を有する反面、その発熱体を単にＵ字状を呈する部
材の積層構造によって形成し、かつその両端部をヒータ
後端部に導いたのみであるため、その電掻取り出しの構
造が複雑化し、コスト高を招く。

また、近年この種のグロープラグにあっては。

ディーゼルエンジンの始動性の向上やそのターボ化に伴
う使用条件の高温化に対する耐久性、さらにエンジン始
動後において一定時間グローブラグに通電状態を維持す
ることにより、エンジン内部での燃焼を円滑かつ適切に
行えるようにして、排気、騒音対策を図るという、いわ
ゆるアフターグロ一方式の採用に対する市場要求が大き
い、しかもこのアフターグロ一時間を可能な限り長時間
化（例えば１０分程度）することが必要とされている。

そしてこのようなアフターグローの長時間化を図るため
には１発熱体への通電電力を自己制御して発熱特性を大
幅に改善し、ヒータ部分における過熱を防止すると共に
、その飽和温度を適切な温度以下に維持し得る自己温度
飽和機能を有することも必要とされている。従ってこれ
らの点を考慮して、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顧性の面でも優れた安価なグロープ
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〕

上記問題点解決のために３本発明においては。

Ａ、一端を外部に突出させた状態で中空状ホルダの先端
部にセラミックヒータを保持する。

Ｂ、このセラミックヒータをＵ字状発熱部とこのＵ字状
発熱部の両端部から後方に延設した一対のリード部とを
導電性セラミック材によって一体に構成する。

Ｃ９少なくとも前記一方のリード部外側面を絶縁層を介
して前記ホルダ内に接合保持する。

Ｄ、少なくとも前記一方のリード部後端部を金属導線を
介して前記ホルダ後端部に絶縁状態で保持した外部接続
端子と接続する。

Ｅ、前記一方のリード部外側面を導電層を介し。

他方のリード部外側面を絶縁層を介して前記ホルダ内に
接合保持する。

Ｆ、前記導電性セラミック材をＳ　１６−２Ａｊ！ｚ　
Ｏ。

Ｎト２で示されるβ型サイアロンの２がＯを越え１未満
の組成物に対し、２０ｖｏ１．％を越え５０ｖｏ１．％
未満のＴｉＮを添加してなるサイアロン焼結体により形
成する。

という技術的手段を採用したのである。

本発明において、導電性化合物としてＴｉＮを添加する
のは下記の理由による。すなわち、ＩＶａ。

Ｖａ、ＶＩａ族の炭化物、窒化物、硼化物などによって
も導電性を有するサイアロン焼結体を得ることができる
が、常圧焼結またはガス圧焼結による焼結性および焼結
体の耐酸化性を考慮すると、ＴｉＮに限定されるためで
ある。

またＴｉＮの添加量を２０ｖｏ１．％を越え５０９゜１
０％未満とするのは、まず２０ｖｏ１．％以下ではＴｉ
Ｎの相互の接触による導電経路が得られず。

導電性を示さないため不都合である。２０マ。１０％を
越えたものでは、正の抵抗温度特性による導電性を示し
、添加量を増加することにより電気抵抗率が連続的に変
化する。一方５０．。１９％以上では。

サイアロン本来の特性である耐酸化性、高温強度等が著
しく損なわれるため不都合である。

次にＳｉ、−ｚＡｌｚＯｚＮ２Ｏ□Ｎト２における２を
。

０を越え１未満とするのは、この範囲内において強度の
大なる焼結体が得られるからである。具体的には、５ｉ
ｓＮ４粉末、ＡＩＮポリタイ粉末（結晶型２１Ｒ）、Ａ
１１ｔ０２粉末、Ｙ！　Ｏｓ粉末を使用し、これらに対
してＴｉＮ粉末を添加混合し、成形後１７００〜１９０
０℃で焼結することにより。

導電性サイアロン焼結体を得るのである。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す縦断面図である。

同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。グロープラグ１０は、先端側が
発熱体として機能する棒状のセラミックヒータ１１と、
このセラミックヒータ１１を先端において保持する略管
状を呈する金属製のホルダ１２を有する。ホルダ１２の
後端部には合成樹脂材等からなる絶縁ブツシュ１３を介
して外部接続端子１４を同心状に嵌着し、またこの外部
接続端子１４は前記セラミックヒータ１１内のリード部
２２とフレキシブルワイヤ等の金属導ｖＡ１５およびタ
ーミナルキャンプ１５ａを介して接続する。なお１３ａ
は金属製パイプであり、前記絶縁ブツシュ１３の外周部
に一体的に嵌装し１Ｍｉ付時にホルダ１２後端部をかし
めることにより、高加圧力によって軸線方向に座屈変形
し、絶縁ブツシュ１３をホルダ１２側に所要の機械的強
度で一体化し、′／Ａ度の影響を除去する。また１６ａ
、１６ｂ、１５ｃは前記外′部接続端子１４後端側のね
じ部に螺合した絶縁リング、固定用のナンドおよび外部
リード締付用のナツトであり、バッテリー（図示せず）
からのリード線をナツト１６ｂ、１６Ｃ間で挟持するこ
とにより、外部接続端子１４をバッテリ一端子と電気的
に接続する。一方前記ホルダ１２の外周部のねじ部１２
ａをエンジンのシリンダヘッドに設けたねし孔（図示せ
ず）に螺合することにより、電気的にアース接続すると
同時に、セラミックヒータ１１の先端を副燃焼室または
燃焼室内に突出させて配置する。なおセラミックヒータ
１１に対し、外部接続端子１４を金属製１１５を介して
接続するが、これは外部接続端子１４に加わる種々の振
動や締付トルク等の機械的外力から、上記セラミックヒ
ータ１１を強度的に保護するためである。金属導線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
性を有するものを使用するとよい。

次に第２図はセラミックヒータ１１を示す拡大斜視図で
あり、同一部分は第１図と同一の参照符号で示す、第２
図において９発熱部２０はリード部２１．２２よりも肉
厚が薄くなるよう小径に形成すると共に、セラミックヒ
ータ１１の中央部には１発熱部２０からリード部２１．
２２間にかけて長手方向にスリット２５を形成する。ま
た発熱部２０と共に導電性セラミック材により一体に形
成したリード部２１．２２のうち、一方のリード部２１
の外周面には金属メタライズ層２３を形成すると共に、
他方のリード部２２には絶縁コーティング層２４を形成
する。なお上記金属メタライズ層２３および絶縁コーテ
ィング層２４の表面にはニッケルメッキ層（図示せず）
を積層する。而して上記両層２３．２４およびそれらの
表面のニッケルメッキ層により、セラミックヒータ１１
を第１図に示すようにホルダ１２先端部に９例えば銀ろ
う付は等の手段を介して接合固定保持するのである。こ
の場合ホルダ１２の接合面側にも必要に応じてニッケル
メッキ層を形成しておくことができる。

次に前記のセラミックヒータ１１は、導電性サイアロン
粉末を熱可塑性樹脂等と混練し、所定の金型中に射出成
形し、更にこの成形体を焼成して形成するか、若しくは
予め棒状に成形したセラミックヒータを放電加工や切削
加工によって所要の形状に成形することができる。そし
て上記の成形後において金属メタライズ層２３および絶
縁コーティング層２４（アルミナ等を溶射するとよい）
等をそれぞれ対応するリード部２１．２２の外周面に形
成し、さらにその表面に第１図に示す金属製ホルダ１２
との接続補助材としてのニッケルメッキ層を後加工とし
て形成すればよい、なお第２図中２７は電極取出し端２
６部分に形成された金属メタライズ層で、勿論その表面
には前記同様のニッケルメッキ層を形成しており、これ
に前記ターミナルキャップ１５ａを介して金属製＆１１
１５を接続してヒータアセンブリを形成することができ
る。なお前記のようにして成形したセラミックヒータ１
１を、第１図に示すようにホルダ１２内に嵌着してリー
ド部２１．２２外周面をそれぞれ金属メタライズ層２３
および絶縁コーティング層２４を介してろう付は等で固
着するとともに、金属製′Ｍａ１５の後端部を、ホルダ
１２の後端部に保持される外部接続端子１４側に接続し
てグロープラグ１０の組立を完了する。

なお前記のセラミックヒータ１１各部の厚み等は、その
成形時において自由に調整し得るもので。

これにより抵抗値を自由に選択し得る０例えば。

本実施例では、セラミックヒータ１１全体が５■ｍφで
１発熱部２０部分が３Ｉｌｌｌφである円形断面を有し
、かつ長さを５０＋ｍ（電極取出し端２６の長さ５＋ｓ
−は除く）として形成した場合に９発熱部２０の長さを
１（ｌｕ＋とし、また先端から２５蒙閤おいた位置から
長さ２０ｍ５＋にわたって前記金属メタライズ層２３お
よび絶縁コーティング層２４を形成するようにしである
。これにより発熱部２０の熱容量をリード部２１．２２
に比べて小さくシ、所要の抵抗値を得て必要とされる自
己温度飽和性を発揮し得ることができ実験等で確認され
ている。

更に、前記の実施例では説明を省略したが、使用条件が
厳しい環境において使用する場合には、セラミックヒー
タ１１外表面に、特に発熱部２０部分の耐酸化性を有す
る保護膜を蒸着等でコーティングして形成すれば、より
大きな耐久性等を期待し得る。

上記セラミックヒータ１１をグロープラグ１０として組
立てて実験したところ、第３図のａに示すように、８０
０℃到達時間３．５秒、飽和温度をその許容範囲１２０
０℃以下とした上で約１１００℃とし得ることを確認し
た。

ところで、上述した構成によるグロープラグ１０にあっ
ては、第１図および第２図から明らかなように、セラミ
ックヒータ１１の長手方向に沿って形成されたスリット
２５により、ホルダ１２内部空間が、セラミックヒータ
１１が臨むエンジン燃焼室等と連通状態となる。従って
燃焼室内での爆発時における燃焼圧のエンジン外部への
洩れ防止を図ることが必要となる。このため３本実施例
では、第１図に示すように、ホルダ１２後端部開口部分
で外部接続端子１４に一体的に設けた絶縁ブツシュ１３
の外方端側に２例え−ばアスベスト。

ゴム等による密閉用シート２８を介在させてこの部分を
機械的にシールするような構成を採用している。しかし
、このようなシール部の配設位置およびシール方法とし
ては３種々考えられるもので。

例えば絶縁ブツシュ１３の内方端側でホルダ１２との間
をシールする０リング等を介在させてもよい。

第４図は本発明の他の実施例を示す要部縦断面図であり
、同一部分は前記第１図および第２図と同一の参照符号
にて示す、第４図において、３０は絶縁シートであり１
例えば絶縁性セラミック材により、セラミックヒータ１
１の少なくともホルダ１２先端部に対応する部分のリー
ド部２１，２２間に、それらと一体的に接合させる。こ
のよって外部への漏洩を防止するのである。また上記構
成により、セラミックヒータ１１において、ホルダ１２
に保持される後端部分の機械的強度を向上させ得るとと
もに、前述した実施例のような密閉用シート２８を省略
することもでき、その利点は大きい。

ここで、上述した絶縁性セラミック材としては。

セラミックヒータ１１を形成する導電性セラミンク材と
同様に、ＴｉＨの添加量を調整することにより絶縁性、
導電性を選択し得るサイアロンを用いるとよい、そして
、このような材料を選択すれば、絶縁シート３０を抵抗
体側と熱膨張率の略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幀性をも
確保し得る。なお、上述したサイアロンによる絶縁性お
よび導電性セラミック材からなる部材相互間を接合させ
るには、Ｙ！　Ｏｘなどの酸化物焼結助剤を介在させて
焼結することにより、その接合部分に拡散層を形成した
状態で強固に接合することができるが、勿論一般的なセ
ラミック材の接合方法であるハロゲン化合物法、ろう接
法、固相接合法を用いてもよい。さらに、絶縁シート３
０を形成する絶縁性セラミック材としては、耐熱強度等
に優れしかも導電性セラミック材との接合強度面で優れ
た１例えばＳｉＣ，Ｓｉ、Ｎｐ　、ＡＡＮまたはＡｌ２
Ｏ，を主成分とするものも考えられ、更にガラス等の絶
縁材料であってもよい。特に、上述した絶縁シート３０
介装部分は、セラミックヒータ１１の発熱部２０から離
れた後端部であるため。

多少接合部の信転性が低くなっても、実用上何ら支障は
ない。

なお１本発明は上述した実施例の構造に限定されず、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。例えばセラミンクヒータ１１の形状としては、上
述した実施例における丸棒形状に限定されず、第５図に
示した横断面矩形状を呈する角棒体であっても、また第
６図（ａ）。

（ｂ）に示すような楕円形状を呈する場合であってもよ
いことは明らかである。

さらに、上述した実施例では、セラミックヒータ１１を
ホルダ１２先端部に保持させた状態で接合固定するため
に、一方のリード部２１に金属メタライズＮ２３を、他
方に絶縁コーティング層２４を、それぞれ導電層および
絶縁層として形成してろう付は接合する場合を示したが
９本発明はこれに限定されず７例えばセラミックヒータ
１１のリード部２１．２２の外側面に各々ガラスその他
の絶縁材料からなる絶縁層を形成して、各々に金属導線
を固着してもよい、第７図はこのように構成した実施例
を示す縦断面図であり、同一部分は前記第１図、第２図
および第４図〜第６図と同一の参照符号で示す、すなわ
ち同図において、ホルダ１２の後端部には、第１および
第２の外部接続端子３１．３２を１合成樹脂その他の絶
縁材料内に貫通埋設してなる端子組立体３３を嵌込み保
持すると共に、各端子３１．３２と前記セラミックヒー
タ１１を構成するリード部２１．２２とは。

前記と同様な構成の金属導線３５．３６を介して接続す
る０次に端子組立体３３は、その軸線上に配置され前記
導線３６と接続されるロンド部３１ａをその内方端側に
有する第１の外部接続端子３１と、その周囲に所定間隔
おいて配置されかつその内方端の一部から延設されたリ
ード片３２ａが前記金属導線３５と接続される筒状を呈
する第２の外部接続端子３２と、これら両端子３１．３
２間を絶縁するとともにその外周部にも絶縁層ををする
ようにしてこれらを一体化する樹脂モールディングによ
る組立体本体３３ａを有し、この本体３３ａの外周には
連結補強用の金属管３３ｂが嵌装されている。そして、
この金属管３３ｂがホルダ１２の後端部開口周縁部分に
て高加圧力でかしめ付けられ、軸線方向に沿って座屈変
形することで、その内側が樹脂製の組立体本体３３ａ側
に。

外側がホルダ１２内壁に強固に圧接された状態となり、
外力や熱収縮による問題を解消し得るものである。

さらに１図中３４ａ、３４ｂはホルダ１２の後方に突出
する第２の端子３２に対し嵌装された絶縁リングおよび
ワッシャ、３４ｃはこのワッシャ３４ｂの外方端で前記
第１の端子３１側に嵌装された絶縁部材、３４ｄ、３４
ｅはこの第１の端子３１の外方端に形成されたねじ部に
螺合されたスプリングワッシャおよび締付は用ナンドで
ある。

そして、前記ワッシャ３４ｂと絶縁部材３４ｃ間。

および絶縁部材３４ｃとスプリングワッシャ３４ｄ間に
それぞれバフテリからのリード線（図示せず）および−
側リード線を介装して挟持することにより前記各端子３
１．３２がバッテリ端子側に電気的に接続されることに
なる。さらに１図中３５ａ、３６ａは前記金属導線３５
．３６に被覆されたチューブ等の絶縁部材である。なお
リード部２１．２２外側面には絶縁層として絶縁コーテ
ィング層２４を設けてホルダ１２先端部に接合保持させ
るとともに、各リード部２１．２２後端部をそれぞれ金
属導線３５．３６を介してホルダ１２後端部に絶縁状態
で保持された第１および第２の外部接続端子３１．３２
と接続させる。上記以外の構成は、前記実施例における
ものと同様であり。

従って作用もまた同一である。

〔発明の効果〕

本発明のディーゼルエンジン用グロープラグは。

以上記述のような構成であるから、下記の効果を奏する
ことができる。

（１１簡単な構造であるにも拘らず２発熱部がヒータ外
表面に露出しているから、従来型に比べて迅速かつ確実
な先端赤熱化を達成し、速熱型としての機能を発揮でき
る。

（２）　　発熱部およびリード部を形成する導電性セラ
ミックスを同一材料で形成するため、ヒータ発熱時にお
ける急激な温度上昇によってもワレ等の事故を発生せず
、耐熱強度等の信鎖性を確保し得る。

（３）先端発熱部の熱容量が小さいため自己温度飽和性
を有し、その結果エンジンの排気、騒音対策としての長
時間のアフターグローが容易となる。

（４）全体の構造が簡単であるため、成形加工１組立が
容易であり、生産性が極めて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す縦断面図、第２図は第１
図におけるセラミックヒータを示す拡大斜視図、第３図
はセラミックヒータの温度特性を示す図、第４図は本発
明の他の実施例を示す要部縦断面図、第５図および第６
図（ａ）（ｂ＞は夫々更に他の実施例を示すセラミック
ヒータの斜視図および横断面図、第７図は本発明のまた
更に他の実施例を示す縦断面図である。 １１：セラミックヒータ、１２：ホルダ　。 ２０：発熱部、２１．２２：リード部、２５ニスリツト
、３０：絶縁シート。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）一端を外部に突出させた状態で中空状ホルダの先
   端部にセラミックヒータを保持し，このセラミックヒー
   タをＵ字状発熱部とこのＵ字状発熱部の両端部から後方
   に延設した一対のリード部とを導電性セラミック材によ
   って一体に構成し，少なくとも前記一方のリード部外側
   面を絶縁層を介して前記ホルダ内に接合保持すると共に
   ，少なくとも前記一方のリード部後端部を金属導線を介
   して前記ホルダ後端部に絶縁状態で保持した外部接続端
   子と接続し，前記導電性セラミック材をＳｉ＿６＿−＿
   ｚＡｌ＿ｚＯ＿ｚＮ＿２＿−＿ｚで示されるβ型サイア
   ロンのｚが０を越え１未満の組成物に対し，２０ｖｏｌ
   ．％を越え５０ｖｏｌ．％未満のＴｉＮを添加してなる
   サイアロン焼結体により形成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。
2. （２）セラミックヒータを構成するＵ字状発熱部の肉厚
   寸法をリード部の肉厚寸法より小さく形成した特許請求
   の範囲第１項記載のディーゼルエンジン用グロープラグ
   。
3. （３）導電層が金属メタライズ層であり，絶縁層が絶縁
   コーティング層である特許請求の範囲第１項若しくは第
   ２項記載のディーゼルエンジン用グロープラグ。
4. （４）セラミックヒータの少なくともホルダ先端部に対
   応する部分の一対のリード部間に，燃焼圧をシールする
   絶縁シートを一体的に介装した特許請求の範囲第１項な
   いし第３項何れかに記載のディーゼルエンジン用グロー
   プラグ。
5. （５）一方のリード部を導電層を介してホルダと電気的
   に接続すると共に，他方のリード部とホルダ後端部に保
   持した外部接続端子とを金属導電線を介して接続した特
   許請求の範囲第１項ないし第４項何れかに記載のディー
   ゼルエンジン用グロープラグ。
6. （６）サイアロン焼結体の粒界層がＹ，Ｓｉ，Ｏ，Ｎ，
   Ａｌを含む非晶質である特許請求の範囲第１項ないし第
   ５項何れかに記載のディーゼルエンジン用グロープラグ
   。
7. （７）サイアロン焼結体の室温時の電気抵抗率が１Ω・
   ｃｍ以下で，かつ抵抗温度係数が正である特許請求の範
   囲第１項ないし第６項何れかに記載のディーゼルエンジ
   ン用グロープラグ。