JP2001153359A

JP2001153359A - グロープラグ

Info

Publication number: JP2001153359A
Application number: JP33642699A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Kumada; 智哲熊田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2001-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】耐酸化性に優れる制御コイルを備えたグロー
プラグを提供する。【解決手段】グロープラグ１において、シーズヒータ
２は、先端側が閉じたシーズチューブ１１と、そのシー
ズチューブ１１の主体金具３からの突出部内において先
端側に配置された発熱コイル２１と、その発熱コイル２
１の後方側にこれと直列接続されるとともに、該発熱コ
イル２１からの発熱を受けることにより電気抵抗値を増
大させ、発熱コイル２１に対する通電を制御する制御コ
イル２３とを有する。そして、制御コイル２３に白金被
覆を施した純鉄線を用いている。このような構成によ
り、鉄の耐酸化性を向上させることができるとともに、
シーズチューブ１１の先端部表面における昇温特性が、
通電初期にピーク温度ＴＰを有して該ピーク温度ＴＰ以
下で飽和するものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン予熱用等に使用されるグロープラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のようなグロープラグは一般に、耐
熱性金属で構成されたシーズチューブの内側に、抵抗発
熱線により構成された発熱コイルを絶縁粉末とともに封
入したシーズヒータを用いるものが知られている。そし
て、このシーズヒータに主体金具を取り付け、その外周
面に形成されたネジ部により、先端の発熱部が燃焼室内
に位置するように、ディーゼルエンジンのエンジンブロ
ックに取り付けて使用される。この場合、ヒータ昇温性
能に対しては、エンジンの始動性を向上させるためにな
るべく短時間で飽和温度に到達する、いわゆる速熱性が
要求されることが多い。

【０００３】そこで、例えば特開昭５９−６０１２５号
公報には、発熱コイルよりも大きい正の抵抗温度係数を
有する材料にて構成された制御コイルを、シーズチュー
ブ内において該発熱コイルと直列に設け、速熱性を高め
つつコイル温度の過昇も生じにくくしたグロープラグが
開示されている。該構造のグロープラグにおいては、通
電初期においては制御コイルの温度が低く電気抵抗値が
小さいため、発熱コイルには比較的大きな電流が流れて
これを急速昇温させる。そして、発熱コイルの温度が上
昇すると、その発熱により制御コイルが加熱されて電気
抵抗値が増大し、発熱コイルへの通電電流値が減少す
る。これにより、ヒータの昇温特性は、通電初期に急速
昇温した後、制御コイルの働きにより通電電流が抑制さ
れる形となる。

【０００４】このような、発熱コイルとしては鉄クロム
合金が使用され、制御コイルとしては、いずれも高い温
度抵抗係数を有する、純鉄や鉄の酸化を防止するために
ニッケルメッキを施した鉄を使用している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、鉄は、大き
い抵抗温度係数を有するが、非常に錆びが発生しやすく
耐酸化性に劣るとともに長時間の通電によって錆が進展
し易く断線に至りやすい。一方、耐酸化性を向上させる
ためにニッケルメッキを施した鉄は、近年のより長期間
に渡る耐久性の要求に対して不充分であるとともに、ニ
ッケルメッキと鉄との間で熱拡散を起こし合金化してし
まう場合が有り、導電性が低下してくる可能性がある。

【０００６】この発明の目的は、耐酸化性、より長期間
に渡る耐久性及び溶接性のいずれにも優れる抵抗体を備
えたグロープラグの提供にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために、先端側が閉じたシーズチューブと、
前記シーズチューブの先端側を突出させた状態でその外
側に配置される筒状の主体金具と、そのシーズチューブ
内において軸線方向に配置された複数の抵抗線コイルと
を備え、その抵抗線コイルは、前記シーズチューブの先
端側に配置される発熱コイルと、その発熱コイルの後方
側に接合部を介してこれと直列接続される制御コイルと
を含み、該制御コイルは、芯材と該芯材を被覆した白金
被覆層からなることを特徴とする。

【０００８】白金は高温でも酸素と反応せず安定性の高
い金属であり、また、延性、展性に富む金属である。し
たがって、制御コイルに芯材を被覆した白金被覆層を持
つことによって、優れた耐酸化性を有し、近年のより長
期間に渡る耐久性を満足することができる。また、芯材
に被覆する方法としてメッキや蒸着の他に、クラッド材
として伸線することも可能でクラック等も生じ難い。

【０００９】白金被覆を行う芯材としては鉄を用いるこ
とが望ましい。鉄は、抵抗温度係数の高い金属であるた
め、急速昇温させることができるとともに、過昇温を防
止する昇温特性、すなわち通電初期にピーク温度Ｔｐを
有して該ピーク温度Ｔｐ以下で飽和するオーバーシュー
ト特性を持たせることができる。なお、芯材としては鉄
の他に、ニッケルやコバルト鉄合金若しくはコバルト銅
合金を用いても良い。ただし、ニッケルは抵抗温度係数
が鉄よりも小さいために急速昇温やオーバーシュート特
性が不充分になる可能性がある。そして、コバルト鉄合
金は抵抗温度係数は大きいが、発熱コイルとの溶接性が
充分でないため、発熱コイルの材質によっては溶接部の
耐久性に問題が発生する場合がある。また、コバルト銅
合金は抵抗温度係数も大きく溶接性も良く純コバルトに
比べて加工性は向上するものの、伸線が難しく量産性が
充分でない。

【００１０】この白金被覆層は０．５μｍ以上１０μｍ
以下に設定することが望ましい。０．５μm未満では、
被覆の効果を十分に発揮できずに内部の芯材に酸化が発
生したり、使用する温度によっては内部の酸化が更に進
展し、被覆層にはがれが生じて芯材の酸化が更に進展し
ていく場合が有る。また、１０μmを超えると、制御コ
イルの形成に必要な白金の使用量が増大することから経
済性に劣る可能性がある。さらに、通電時にはこの白金
層にも通電されることから、芯材の抵抗温度係数等の材
料特性を生かしきれない場合が生じる。白金被覆層は、
さらに望ましくは１〜５μmであると良い。

【００１１】芯材の抵抗温度係数等の材料特性を十分に
生かすためには、白金の比抵抗に対する芯材の単体にお
ける比抵抗をｘとした場合に、制御コイルの所定の位置
における白金被覆層の断面積に対する芯材の断面積を１
０ｘ以上にすると良い。このような関係に設定すること
によって、通電初期のピーク温度よりも低い温度で飽和
するオーバーシュート特性を確保することができる。

【００１２】制御コイルの線径としては、φ０．１５ｍ
ｍ以上φ０．５ｍｍ以下のものを使用すると良い。φ
０．１５ｍｍ未満では、白金の被覆によって耐久性は向
上するものの、径が細すぎることによる耐久性上の問題
が生じやすい。また、φ０．５ｍｍを超えると単位長さ
あたりの抵抗値が小さくなることから、制御機能を発揮
させるためには、制御コイルの線材全長を長くせざるを
得なくなる。このため、シーズチューブを長くする必要
が生じ、ひいてはグロープラグ全体が大型化してしま
う。

【００１３】なお、発熱コイルと制御コイルとは、適宜
の材質、線径及びコイル長の選択により、発熱コイルの
電気抵抗値をＲＨ、同じく制御コイルの電気抵抗値をＲ
Ｃとして、室温での電気抵抗比（ＲＨ／ＲＣ）ＲＴの値
が１以上となり、かつ８００℃での電気抵抗比（ＲＨ／
ＲＣ）８００の値が０．１〜０．４となるように調整す
るのがよい。（ＲＨ／ＲＣ）ＲＴの値が１未満になる
と、ヒータの速熱性が十分に確保できなくなる場合があ
る。他方、（ＲＨ／ＲＣ）８００の値が０．１未満にな
ると、制御コイルによる通電制御が過剰となり、発熱コ
イルが十分に発熱できなくなる場合がある。また、（Ｒ
Ｈ／ＲＣ）８００が０．４を超えると、制御コイルによ
る通電制御効果が不十分となり、発熱コイルの過昇が生
じやすくなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例に基づいて説明する。図１及び図２は、本
発明のグロープラグの一例を示す全体図及びその要部で
あるシーズヒータ縦断面図である。該グロープラグ１
は、シーズヒータ２と、その外側に配置された主体金具
３とを備える。シーズヒータ２は、先端側が閉じたシー
ズチューブ１１の内側に、２つの抵抗線コイル、すなわ
ち先端側に配置された発熱コイル２１と、その後端に溶
接等により直列接続された制御コイル２３とが、絶縁材
料としてのマグネシア粉末２７とともに封入されてい
る。

【００１５】シーズチューブ１１は、発熱コイル２１及
び制御コイル２３を収容しており、先端側が主体金具３
から突出して突出部を形成している。このシーズチュー
ブ１１は、発熱コイル２１が収容されている発熱コイル
収容部１１ａの外径Ｄ１は、制御コイル２２が収容され
ている制御コイル収容部１１ｂの外径Ｄ２よりも縮径さ
れている。この外径Ｄ１は３．５〜５．０ｍｍ（望まし
くは３．５〜４．０ｍｍ）、外径Ｄ２は４．０〜６．５
ｍｍとされており、外径Ｄ２とＤ１との比Ｄ２／Ｄ１が
１．１以上１．３未満に形成されている。このように制
御コイル収容部の外径Ｄ２を発熱コイル収容部１１ａの
外径Ｄ１に比べて大きく設定することによって、制御コ
イル部の熱容量を大きくして昇温が急速に進まない様に
することができる。したがって、制御コイル２３による
発熱コイル２１への通電制御機能をより有効に発揮させ
て、オーバーシュート特性を持たせることが容易にな
る。また、発熱コイル収容部１１ｂの外径Ｄ１を小さく
しているため、この部分の熱容量を小さくして急速昇温
を容易にしている。なお、発熱コイル２１はその先端に
おいてシーズチューブ１１と導通しているが、発熱コイ
ル２１及び制御コイル２３の外周面とシーズチューブ１
１の内周面とは、マグネシア粉末２７の介在により絶縁
された状態となっている。

【００１６】発熱コイル２１は、例えばその２０℃での
電気比抵抗ρ２０が８０〜１８０μΩ・ｃｍ、８００℃
での電気比抵抗をρ８００として、ρ８００／ρ２０が
０．９〜１．２程度の材料、具体的には鉄−クロム合金
線あるいはニッケル−クロム合金線等により構成されて
いる。そのコイルの線径ｋは０．１５〜０．４ｍｍ、コ
イル長ＣＬ１は５〜１２ｍｍ、コイル外径ｄ１は１．５
〜３．０ｍｍ、巻線ピッチＰは０．２〜０．８ｍｍ、巻
線ターン数Ｎは８〜１５である。

【００１７】また、制御コイル２３は、例えばその２０
℃での電気比抵抗ρ２０が１２μΩ・ｃｍ、８００℃で
の電気比抵抗をρ８００として、ρ８００／ρ２０が８
以上の特性を持つ白金メッキ鉄線により構成されてい
る。そのコイルの線径ｋは０．１５〜０．５ｍｍ、コイ
ル長ＣＬ２は１０〜３２ｍｍ、コイル外径ｄ１は１．５
〜３．０ｍｍ、巻線ピッチＰは０．２〜０．８ｍｍ、巻
線ターン数Ｎは２５〜４０である。一方、白金メッキの
膜厚は１〜５μｍである。

【００１８】次に、シーズチューブ１１は、前述の発熱
コイル収容部１１ａと基端側においてこれよりも大径に
形成された制御コイル収容部１１ｂとを有している。そ
して、シーズチューブ１１には、基端側から棒状の通電
端子軸１３が挿入され、その先端が制御コイル２３の後
端に溶接等により接続されている。他方、該通電端子軸
１３の後端部には雄ねじ部１３ａが形成されている。

【００１９】次に、主体金具３は、軸方向の貫通孔４を
有する筒状に形成され、ここにシーズヒータ２が、一方
の開口端からシーズチューブ１１の先端側を所定長突出
させた状態で挿入・固定されている。該主体金具３の外
周面には、グロープラグ１をディーゼルエンジンに取り
付けるに際して、トルクレンチ等の工具を係合させるた
めの六角断面形状の工具係合部９が形成されており、こ
れに続く形で取付け用のネジ部７が形成されている。

【００２０】主体金具３の貫通孔４は、シーズチューブ
１１が突出する開口側に位置する大径部４ｂと、これに
続く小径部４ａとを備え、この小径部４ａにシーズチュ
ーブ１１の基端側に制御コイル収容部１１bと同径に形
成された大径部１１cが圧入され、固定されている。他
方、貫通孔４の反対側の開口部には座ぐり部３ａが形成
され、ここに通電端子軸１３に外装されたゴム製のＯリ
ング１５と絶縁ブッシュ（例えばナイロン製のもの）１
６とが嵌め込まれている。そして、そのさらに後方側に
おいて通電端子軸１３には、絶縁ブッシュ１６の脱落を
防止するための押さえリング１７が装着されている。該
押さえリング１７は、外周面に形成された加締め部１７
ａにより通電端子軸１３に固定されるとともに、通電端
子軸１３の対応する表面には、加締め結合力を高めるた
めのローレット部１３ｂが形成されている。なお、通電
用のケーブルを通電端子軸１３に固定するためのナット
１９が雄ネジ部１３ａに螺合されている。

【００２１】以下、図１及び図２のグロープラグ１の各
部の寸法等を具体的に例示する。・全長Ｌ１＝１４５ｍｍ（発熱コイル２１）・材質：鉄−クロム合金（組成：Ａｌ＝７．５重量％；
Ｃｒ＝２６重量％；Ｆｅ＝残部、ρ20＝１６０μΩ・ｃ
ｍ、ρ800／ρ20＝１．０）。・寸法：ｋ＝０．３８ｍｍ、ＣＬ1＝８ｍｍ、ｄ1＝２．
３ｍｍ、Ｐ＝０．６ｍｍ、Ｎ＝８。コイル全体の２０℃
での電気抵抗値ＲHは０．６Ω。（制御コイル２３）・材質：白金メッキ鉄線（ρ２０＝１２μΩ・ｃｍ、ρ
８００／ρ２０＝８）。・寸法：ｋ＝０．２８ｍｍ、ＣＬ２＝１３ｍｍ、ｄ１＝
２．３ｍｍ、Ｐ＝０．５ｍｍ、Ｎ＝２５、コイル全体の
室温での電気抵抗値ＲＣは０．２Ω。

【００２２】（シーズチューブ１１）・材質：ＳＵＳ３１０Ｓ。・寸法：Ｄ１＝４．５ｍｍ、ｔ＝０．７２mｍ、ｔ／Ｄ
１＝０．１６ｍｍ、ＣＧ＝０．３８ｍｍ、拡径部の外径
Ｄ２＝５．０ｍｍ、Ｌ２＝２２ｍｍ。

【００２３】（主体金具３）・材質：機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）。・寸法：ネジ部７よりも先端側に位置する部分（以下、
主要部５という）の長さＬ３＝８ｍｍ、主要部５の外径
Ｄ４＝８．２ｍｍ、ネジ部７の長さＬ４＝２４ｍｍ、ネ
ジ部７の外径Ｄ５＝１０ｍｍ。

【００２４】以下、図１及び図２のグロープラグ１の作
用について説明する。グロープラグ１は、主体金具３の
ネジ部７においてディーゼルエンジンのシリンダブロッ
クに取り付けられる。これにより、発熱コイル２１及び
制御コイル２３が収容されたシーズチューブ１１の先端
部は、エンジンの燃焼室（あるいは副燃焼室）内に位置
決めされる。この状態で、通電端子軸１３に車載のバッ
テリーを電源として電圧を印加すると、通電端子軸１３
→制御コイル２３→発熱コイル２１→シーズチューブ１
１→主体金具３→（エンジンブロックを介して接地）の
経路にて通電される。

【００２５】これにより、グロープラグ１のシーズヒー
タ２は、通電初期においては制御コイル２３の温度が低
く電気抵抗値が小さいため、発熱コイル２１には比較的
大きな電流が流れてこれを急速昇温させる。そして、発
熱コイル２１の温度が上昇すると、その発熱により制御
コイル２３が加熱されて電気抵抗値が増大し、発熱コイ
ル２１へ通電電流値が減少する。これにより、ヒータの
昇温特性は、通電初期に急速昇温した後、以降は制御コ
イルの働きにより通電電流が抑制されて温度が飽和する
形となる。

【００２６】具体的にはピーク温度ＴＰと６０秒後温度
ＴＳとの差ＴＰ−ＴＳが５０〜２００℃、ピーク温度Ｔ
Ｐが９００〜１１５０℃、及び８００℃に到達するまで
の通電時間ｔ８００が８秒以下の、速熱性に優れた特性
を安定して実現することが可能となる。

【００２７】図３は、制御コイルに白金メッキ純鉄線を
用いたこの発明のグロープラグＡ、制御コイルにニッケ
ルメッキ純鉄線を使用した従来のグロープラグＢ、およ
び制御コイルに純鉄線を使用した従来のグロープラグＣ
の通電時間と温度の関係を示す。この試験は以下の様に
して行った。まず、これらグロープラグを室温中に保持
し、通電電圧１１Ｖにて通電したときの昇温特性曲線
（温度−時間曲線）を測定した。即ち、シーズチューブ
１１の突出部において、その先端から軸線方向に８ｍｍ
までの測定区間を設定し、その測定区間における最高温
度位置を予め調べておくとともに、該位置に熱電対（Ｐ
ｔ／Ｐｔ−Ｒｈ）を固定してシーズヒータ２に連続通電
し、温度の時間変化を測定して昇温特性曲線を得た。こ
の測定方法は、ＩＳＯ７５７８（１９８６）に規定され
た方法に準拠するものである。

【００２８】この測定結果を示す図３から、この発明の
グロープラグＡは、従来のグロープラグＢ及び従来のグ
ロープラグＣと同程度に自己温度制御の機能を有するこ
とが証明される。

【００２９】また、図４は、グロープラグＡ、グロープ
ラグＢ及びグロープラグＣの断線耐久性のテストの結果
を示す。１４Ｖの電源に３００秒間接続して通電し、６
０秒間通電停止するサイクルを繰り返した結果を示す。
グロープラグＡは、１万サイクルを越えても断線が生じ
ず、グロープラグＢは７千サイクルで断線し、グロープ
ラグＣは２千サイクルで断線している。

【００３０】図５は、他の実施例を示す。この実施例で
は、発熱コイル２１と制御コイル２３と中間に低抵抗コ
イル２０を介装して両者の位置を離している。この構成
では、発熱コイル２１でのジュール熱が溶接点から直接
に制御コイル２３に伝達されることを阻止している。

【００３１】これにより、発熱コイル２１でのジュール
熱により、シーズチューブ１１の先端部の表面温度が急
速昇温し、制御コイル２３の温度上昇が遅れ、電流制御
が遅延することから、アフターグロー時の発熱温度を抑
制し、耐久性を向上することができる。低抵抗コイル２
０としては、ニッケル、ニツケルクロム合金線が使用で
きる。また、この構成では、発熱コイル２１と制御コイ
ル２３との双方に溶接性の良い材料を使用することもで
きる。

【００３２】上記実施例では、制御コイルの材質に白金
メッキ純鉄線を用いたが、メッキの代りに蒸着を行った
ものでも良い。また、白金のシームレスパイプ中に純鉄
線を挿入したクラッド材を引抜き加工した線材を用いて
も良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のグロープラグの一例を示す全体図。

【図２】図１のグロープラグの要部縦断面図。

【図３】本発明及び比較例のグロープラグの昇温特性グ
ラフ。

【図４】本発明及び比較例の耐久テスト結果グラフ。

【図５】図１のグロープラグの変形例を示す縦断面図。

【符号の説明】

１グロープラグ２シーズヒータ３主体金具７ねじ部１１シーズチューブ１１ａ発熱コイル収容部１１ｂ制御コイル収容部１３通電端子軸２１発熱コイル２３制御コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端側が閉じたシーズチューブと、前記シーズチューブの先端側を突出させた状態でその外
側に配置される筒状の主体金具と、そのシーズチューブ内において軸線方向に配置された複
数の抵抗線コイルとを備え、その抵抗線コイルは、前記シーズチューブの先端側に配
置される発熱コイルと、その発熱コイルの後方側に接合
部を介してこれと直列接続される制御コイルとを含み、該制御コイルは、芯材と該芯材を被覆した白金被覆層か
らなることを特徴とするグロープラグ。
【請求項２】前記芯材は鉄である請求項１記載のグロ
ープラグ。
【請求項３】前記白金被覆層は０．５μｍ以上１０μ
ｍ以下である請求項１又は２に記載のグロープラグ。
【請求項４】白金の比抵抗に対する前記芯材の単体に
おける比抵抗をｘとした場合に、制御コイルの所定の位
置における前記白金被覆層の断面積に対する前記芯材の
断面積が１０ｘ以上である請求項１ないし３のいずれか
に記載のグロープラグ。
【請求項５】前記制御コイルの線径がφ０．１５ｍｍ
以上φ０．５ｍｍ以下である請求項１ないし４のいずれ
かに記載のグロープラグ。