JPH02267418A - ディーゼルエンジン用グロープラグ - 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１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５７４１５
２３号公報等に示されるように、タングステン等による
発熱線を、絶縁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。

近年盛んに採用されるようになっている。

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１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鯨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った。

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
ミック材と路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６
０−９０８５号公報や、同６ｏ−１４７８４号公報等に
より提案されている。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。

すなわち速熱型としての機能が不充分、成形加工が煩雑
、電極の取出し構造が複雑、アフターグロー時間の長時
間化が困難等の問題点がある。

上記の問題点を解決するために９本出願人はＵ字状に形
成した導電性セラミック材からなるセラミックヒータを
中空状ホルダ内に接合保持したディーゼルエンジン用グ
ロープラグについての発明をすでに出願している（特願
昭６０−２９９３３８号、同６０−２９９３３９号、同
６１−２５６３５４号、同６１−２５６３５５号同６２
−１ａ３６８２号、同６２−１３４０４０号、実願昭６
２−８１６５１号等）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の発明および考案により、従来技術に存在する問題
点を解決することができたが、その後の実験、研究によ
り若干の問題点があることが解明された。

まずセラミックヒータをホルダの先端部に接合固着する
場合には、ホルダの先端部に対応するリード部の外周に
絶縁材料からなる絶縁層と、この絶縁層の外周に金属ろ
う材からなる接合層を被着させて固着することにより、
気密性を確保するように構成している。上記絶縁層およ
び接合層はリード部の外周に均一な厚さに形成する必要
があり。

通常スクリーン印刷等の手段が採用されている。

しかしながら絶縁層および接合層を形成する薄膜の始端
と終端とが必然的に重合するため１重合部においては層
の厚さ寸法が他の部位より増大する結果、リード部外周
とホルダ内周との間隙が不均一となり１両者の接合が不
完全となる場合があり。

グロープラグ使用中に気密不良を惹起し、寿命を低下さ
せるという問題点がある。

更にＵ字状に形成した発熱部の両端部から後方に延設し
た１対のリード部間には、ホルダ先端部に対応する部分
において絶縁シートを介装固着するのであるが、前記の
ようにセラミックヒータはＵ字状に形成したものである
ため、リード部の間隙寸法を一定若しくは極めて高精度
に形成するのが困難である。またセラミックヒータ自身
には若干のばね性が存在するため、前記リード部の間隙
寸法は当然に変動することとなる。このため絶縁シート
を高精度に形成しても１両者間には非所望な寸法の間隙
を生じ、接合用として介在させるべき１例えばＴｉ−Ｃ
ｕろう材による接合層に厚さ寸法のばらつきが発生する
。この接合層が厚すぎるとその外方に被着すべき絶縁層
の被着が困難となる結果、絶縁不良を誘発し、一方接金
層が薄すぎるとリード部と絶縁シートとの接合が不完全
となる。上記の不都合は反復継続使用した場合において
、グロープラグの寿命を著しく低下させるという問題点
がある。

本発明は上記従来技術に存在する問題点を解決し、前記
発明および考案の完全化を図り、信頼性が高く、かつ長
寿命であるディーゼルエンジン用グロープラグを提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、まず第１の発明においては
、Ｕ字状に形成した発熱部と、この発熱部の両端部から
後方に延設した１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てなるセラミックヒータを、少
なくとも発熱部を外部に突出させた状態で、中空状に形
成したホルダの先端部に保持し、前記セラミックヒータ
の少なくともホルダ先端部に対応する部分の１対のリー
ド部間に絶縁シートを介装固着して構成したディーゼル
エンジン用グロープラグにおいて、ホルダの先端部に対
応するリード部の外周に、絶縁材料からなる複数個の絶
縁層と、この絶縁層の外周に金属ろう材からなる少なく
とも１層の接合層を被着させると共に、夫々の絶縁層お
よび接合層の始端および終端とからなる重合部を外周方
向に略等分に配置させてセラミックヒータとホルダとを
一体に接合固着する。という技術的手段を採用した。

次に第２の発明においては、Ｕ字状に形成した発熱部と
、この発熱部の両端部から後方に延設した１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てな
るセラミックヒータを、少なくとも発熱部を外部に突出
させた状態で、中空状に形成したホルダの先端部に保持
し、前記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１対のリード部間に絶縁シートを介装固
着して構成したディーゼルエンジン用グロープラグにお
いて、絶縁シートの先端部の厚さ寸法より後端部の厚さ
寸法を２０〜１００μｍ大に形成する。

という技術的手段を採用した。

〔作用〕

上記の構成により、充分な耐熱強度を有し、セラミック
ヒータ先端における迅速な赤熱化が図れ。

速熱型としての性能を充分に発揮し得ると共に。

信頼性の高い、かつ長寿命であるディーゼルエンジン用
グロープラグとして機能することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す要部縦断面図である。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
る例えばステンレス鋼等の金属製のホルダ１２を有する
。ホルダ１２の外周にはねじ部１２ａを形成し、エンジ
ンのシリンダヘッド側のねじ穴（図示せず）と螺合し、
セラミックヒータ１１の先端を燃焼室若しくは副燃焼室
内に突出させた状態で保持する。ホルダ１２の後端部に
は第１および第２の外部接続端子１３．１４を９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１
５を嵌込み支持すると共に、各端子１３．１４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
。

例えばフレキシブルワイヤ等の金属導線１６．１７およ
びターミナルキャップ２８．２９を介して接続する。な
お、この場合リード部２１．２２の後端にはターミナル
キャップ２８．２９を固着するため、この後端部の外径
寸法をリード部２１゜２２の他の部分の外径寸法より小
に形成すると。

ターミナルキャップ２８．２９がホルダ１２の内面と接
触することによる電気的短絡事故を回避するために好ま
しい。

次に前記端子組立体１５は、その軸線上に配設し前記金
属導線１６と接続すべきロッド部１３ａをその内方端側
に有する第１の外部接続端子１３と、その周囲に所定間
隔を置いて配設しかつその内方端例の一部に延設したリ
ード片１４ａを前記金属導線１７と接続する筒状の第２
の外部接続端子１４と、上記両端子１３．１４問および
外周部を絶縁するように一体化する樹脂モールドによる
組立体本体１５ａを有すると共に１組立体本体１５ａの
外周には連結補強用の金属管１５ｂを嵌装する。そして
この金属管１５ｂをホルダ１２の後端部開口周縁部分に
おいて高加圧力を介してかしめ付け、軸線方向に沿って
座屈変形させることにより、その内側が樹脂製の組立体
本体１５ａ側に外側がホルダ１２の内壁に強固に圧接さ
れた状態となり、外力若しくは熱収縮による問題を解消
し得るように構成する。

更に１８ａ、１８ｂは各々絶縁リングおよびワッシャで
あり、ホルダ１２の後方に突出する第２の外部接続端子
１４に嵌装する。１８ｃは絶縁部材であり、前記ワッシ
ャ１８ｂの外方端側において前記第１の外部接続端子１
３側に嵌装する。また１８ｄ、１８ｅは各々スプリング
ワッシャおよび締付用ナツトであり、前記第１の外部接
続端子１３の外方端側に形成したねじ部に嵌装および螺
合する。そして前記ワッシャ１８ｂと絶縁部材１８ｃと
の間、および絶縁部材１８ｃとスプリングワッシャｌａ
ｄとの間に各々バッテリからのリード線（図示せず）を
介装挟持することにより、前記各外部接続端子１３．１
４をバッテリと電気的に接続する。１６ａ、１７ａは各
々前記金属導線１６．１７に被覆したチューブ等の絶縁
部材である。

セラミックヒータ１１は１例えば導電性サイアロン粉末
を熱可塑性樹脂等と混練し、所定のキャビティを有する
金型中に射出成形し、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素材を放電加工や研削加
工によって所定の形状に成形することができる。そして
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２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。なおセラミック
ヒータ１１はスリット２５内に絶縁シート２４を介装し
、リード部２１．２２の外周に中間層２３を被着させた
状態でホルダ１２内に嵌着する。

なお３０は密閉用シートであり、ゴム、アスベスト等か
らなり、ホルダ１２の後端部開口部分で第１および第２
の外部接続端子１３．１４を有する端子組立体１５の外
方端側に介装させて、この部分を機械的にシールする構
成とする。

第２図は第１図におけるセラミックヒータ１１とホルダ
１２との接合部の拡大縦断面図、第３図は第２図におけ
るＡ−Ａ線断面図であり、同一部分は前記第１図と同一
の参照符号で示す。両図において２３は中間層であり、
２１Ｍの絶縁層２３ａ。

２３ｂと接合７１２３ｃを順に積層して形成する。

すなわちこれらの層は、セラミックヒータ１１とホルダ
１２との間の電気的絶縁を確保すると共に。

エンジン内の燃焼圧の外部漏洩を防止するための気密性
を確保する必要があるため、絶縁層２３ａ２３ｂを形成
する材料としては１例えば軟化点が７００°Ｃ以上の非
晶質ガラスを、接合層２３ｃを形成する材料としては例
えば銀パラジウムろうを使用する。次に上記中間層２３
の形成手段について記述すると、まず軟化点７００°Ｃ
以上の非晶質ガラスを粉砕して例えばエチル・セルロー
ス系のバインダーおよび溶剤と混合してペーストを形成
する。

次に例えばステンレス鋼からなる３００メツシユの金網
を介して、スクリーン印刷により上記ペーストを予め成
形したセラミックヒータ１１の外周部に塗布する。この
場合、刷毛を使用し、かつセラミックヒータ１１を金網
の下面において転勤させるようにすると絶縁層２３ａ、
２３ｂの層厚寸法を均一に形成することができる。なお
上記のようにして形成される絶縁層２３ａ、２３ｂの層
厚寸法は１５μｍ前後であるが、第３図に示すように始
端と終端とが重合して重合部２６ａ、２６ｂを形成する
。このような重合部２６ａ、２６ｂお及び接合層２３ｃ
の重合部２６Ｃが同一個所に集中すると、セラミックヒ
ータ１１とホルダ１２との間隙が不均一となり、電気的
絶縁および気密性の確保に支障を来すため、これらの重
合部２６ａ。

２６ｂ、２６ｃを夫々円周方向に略等分に配置すること
が肝要である。上記の構成により７００〜８５０″Ｃに
おいて焼付処理をしたセラミックヒータ１１を　ホルダ
１２内に銀ろう付（図示せず）等の手段により固着する
ことができる。なお上記スクリーン印刷において、ペー
ストの塗膜の厚さを変更する場合には、ペーストの粘度
を変更するか。

金網のメツシュを変更すればよい。

なお２４は絶縁シートであり、絶縁性セラミック材によ
って形成し、セラミックヒータ１１の少なくともホルダ
１２の先端部に対応する部分のリード部２１．２２間に
、それらと一体に接合させる。

このように構成することにより、スリット２５をホルダ
１２の先端部で閉塞密閉し、エンジンの燃焼圧の外部漏
洩を防止できるのである。また上記の構成により、セラ
ミックヒータ１１のホルダ１２に保持される後端部分の
機械的強度を向上させ得る。この場合絶縁シート２４を
構成するセラミック材としては、セラミックヒータ１１
を構成するセラミック材と熱膨張係数を近（以させると
好ましい。セラミックヒータ１１を構成するセラミック
材を例えばＳ　ｉ　ｈ−ｍ　Ａ　ｌ　ｘ　Ｏ！　Ｎ　ｓ
−＊で示されるβ型サイアロンのＺがＯを越え１未満の
組成物に対し、２０ｖｏｌ、％を越え５０νｏ１．％未
満のＴｉＮを添加してなる導電性サイアロン焼結体で構
成した場合に、中間層２３を構成するセラミック材とし
て上記組成物に対し５〜１５ｖｏｌ、％のＴｉＮを添加
してなる絶縁性サイアロン焼結体で構成すると１両者の
熱膨張係数を掻めて近（以させることができる。

次に絶縁シート２４および晩縁層２３ａ、２３ｂの軸方
向長さ１１，２□ならびにホルダ１２の接合部１２ｂの
長さ！、は２．〉ρ２〉！、とし。

かつ！３は！、の範囲内に、およびＩ１２は１１の範囲
内に存在するようにするのがよい、なお絶縁層２３ｂの
外周に被着させるべき接合１２３ｃも上記同様に絶縁層
２３ｂの範囲内に留める必要がある。

第４図は第１図におけるセラミックヒータ１１と絶縁シ
ート２４を示す拡大側面図であり、同一部分は前記第１
図と同一の参照符号で示す。第４図において、セラミッ
クヒータ１１のスリット２５内のホルダ（図示せず）先
端部に対応するリード部２１．２２間には絶縁シート２
４を介装して接合固着するのであるが、この絶縁シート
２４の先端部２４ａの厚さ寸法Ｗ１と、後端部２４ｂの
厚さ寸法Ｗ２との差Ｗ＋−ｗ、を２０〜１００μｍに形
成する。

上記の構成により、絶縁シート２４とリード部２１２２
との間に例えばＴｉ−Ｃｕろう材からなる接合層（図示
せず）を介して接合した場合において、この接合層の厚
さが必要最小限の厚さに、。

かつ均一化されて形成され得る。従って上記両者間の接
合が完全となるのみならず、前記第３図に示すように絶
縁層２３ａを容易かつ確実に被着させることができるの
である。

以上のようにしてセラミックヒータ１１全体を５Ｉｌｓ
φ×５０ＩＩＩ１１発熱部２０を３ａ＋ｍφ×１０１Ｉ
ＩＩ１１に形成してグロープラグ１０として組立てて実
験したところ、８００°Ｃ到達時間３．５秒、飽和温度
をその許容範囲１２００″Ｃ以下とした上で約１１００
°Ｃとし得る性能を確認した。

本実施例においてはセラミックヒータの横断面形状が円
形の場合について記述したが１円形以外に矩形−正方形
、多角形、楕円等の形状とすることができると共に、各
構成部分の形状、構造等を適宜変更することは自由であ
り１作用は同一である。

【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。

（１）セラミックヒータとホルダとの電気的絶縁を確保
し得ると共に１両者の接合を確実にし得るため、気密不
良、絶縁不良を防止し、グロープラグの寿命を増大させ
得る。

（２）　　リード部と絶縁シートとの間の接合を確保し
得ると共に、これらの外周への絶８ｉ層の被着を容易か
つ確実にすることができ、前記（２）におけると同様に
グロープラグの寿命を増大させ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す要部縦断面図。 第２図は第１図におけるセラミックヒータとホルダとの
接合部の拡大縦断面図、第３図は第２図におけるＡ−Ａ
線断面図、第４図は第１図におけるセラミックヒータお
よび絶縁シートを示す拡大側面図である。 １１：セラミックヒータ、１２：ホルダ、２０二発熱部
、２１．２１リード部、２３ａ、２３ｂ＝絶縁層、２３
ｃ：接合層、２４：絶縁シート。 弔゛３

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｕ字状に形成した発熱部と、この発熱部の両端部
   から後方に延設した１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てなるセラミックヒータを
   、少なくとも発熱部を外部に突出させた状態で、中空状
   に形成したホルダの先端部に保持し、前記セラミックヒ
   ータの少なくともホルダ先端部に対応する部分の１対の
   リード部間に絶縁シートを介装固着して構成したディー
   ゼルエンジン用グロープラグにおいて、ホルダの先端部
   に対応するリード部の外周に、絶縁材料からなる複数個
   の絶縁層と、この絶縁層の外周に金属ろう材からなる少
   なくとも１層の接合層を被着させると共に、夫々の絶縁
   層および接合層の始端および終端とからなる重合部を外
   周方向に略等分に配置させてセラミックヒータとホルダ
   とを一体に接合固着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）Ｕ字状に形成した発熱部と、この発熱部の両端部
   から後方に延設した１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てなるセラミックヒータを
   、少なくとも発熱部を外部に突出させた状態で、中空状
   に形成したホルダの先端部に保持し、前記セラミックヒ
   ータの少なくともホルダ先端部に対応する部分の１対の
   リード部間に絶縁シートを介装固着して構成したディー
   ゼルエンジン用グロープラグにおいて，絶縁シートの先
   端部の厚さ寸法より後端部の厚さ寸法を２０〜１００μ
   ｍ大に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。