JPH0152876B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、デイ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ツク
ヒータ棒の製造方法に関する。

一般に、デイ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
う問題があつた。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、熱伝導効率の面
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つた
り、シース内壁に絶縁層を形成するといつた手段
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
熱伝導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ツクヒータが
開示されているが、これは抵抗体を印刷した円板
上のうすいセラミツ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
たつ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、上述したデイ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
のヒータ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、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イーゼルエンジ
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
であり、セラミツクヒータ棒を、シリコン系非酸
化物によつて断面が略々半楕円形状を呈する棒状
体に形成された一対のセラミツク圧粉体とその相
対向して組合わされる平坦面間に介装される抵抗
体とを準備し、この抵抗体を介装された一対のセ
ラミツク圧粉体を圧縮焼成して一体に形成すると
いう簡単な方法によつて、加熱時において短時間
で赤熱して温度立上り特性を向上させ速熱型とし
ての性能を発揮し得る直接的な熱伝達構造である
セラミツクヒータ棒の製造を容易に行なえ、さら
にこのヒータ棒各部での強度上での信頼性の面で
も優れ、さらにコスト的も安価で、デイゼルエン
ジン用グロープラグ等に用いて好適なセラミツク
ヒータ棒の製造方法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図は本発明に係る製造方法に
よるセラミツクヒータ棒を採用したデイーゼルエ
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１
１を有しこれを介装た状態で加圧焼成されるシリ
コン系セラミツク材からなる一対のセラミツク圧
粉体１２，１３により形成されたセラミツクヒー
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１５の後端部には合成樹脂などからなる絶縁ブ
ツシユ１６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１
４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は断面が略々円状を呈するよ
うに、断面長方形の一辺が直線となるような平坦
面とこれに対向する他辺が外側に凸形な円弧とな
るような円弧面とをもつて形成された一対のセラ
ミツク圧粉体１２，１３を接合して加圧焼成する
ことによつて成形される。この場合、ヒータ棒１
４の断面形状を略々楕円状としたのは、円形に比
べてセラミツ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
ためである。なお、上述した一対のセラミツク圧
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、いわゆるフアインセラミ
ツクスと言われているシリコン系セラミツク材で
ある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、た
とえば高融点金属材料により形成され、第２図に
示すような状態で前記一方のセラミツク圧粉体１
２の接合面１２ａ上に形成されている。すなわ
ち、抵抗体１１は、セラミツク圧粉体１２の先端
部側に設けられたヒータ部１１ａと、このヒータ
部１１ａの一端からセラミツク圧粉体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１１ａの他端
から後方に延設されセラミツク圧粉体１２の中央
部側方から棒体外に露出する第２のリード部１１
ｃとからなり、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，１１ｃは抵抗が小さくなる
ようにヒータ部１１ａよりも広い幅をもつて形成
されることである。また、ヒータ部１１ａと各リ
ード部１１ｂ，１１ｃとはセラミツク圧粉体１
２，１３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
のみがセラミツク圧粉体１２，１３の接合部から
外部に露出される。

なお、前記抵抗体１１はセラミツク圧粉体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、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。これはセラミツク焼
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
１１を、前述した一対のセラミツク圧粉体１２，
１３間に介装した状態でこれらを約1700〜200℃
の高温雰囲気中において約200〜500Kg／cm²の高圧
でその上下方向つまりそれぞれの円弧面の外側か
ら圧縮焼成することにより、前述したセラミツク
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、金属コーテイング層１９，２０が形成
されている。これらの金属コーテイング層１９，
２０は前記ヒータ棒１４内に埋設される抵抗体１
１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，１１ｃ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
はセラミツ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とができない
ためである。

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、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
ルキヤツプ２２が被冠され、それぞれヒータ棒１
４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
するといつ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、の種のグロープラグ１０
が取付けられるデイ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、すなわち第２のリード部１１ｃの
端部は金属コーテイング層１９、金属製パイプ２
１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の端部に露出する抵抗体１
１の他端、すなわち第１のリード部１１ｂの端部
は、ホルダ１５の後端部に絶縁ブツシユ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１
４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
つて外れたり、ヒータ棒１４に損傷等が生じると
いつた問題があり、こ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ヤツプ２
２が用いられている。このターミナルキヤツプ２
２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ヤツ
プ状を呈し、その底部から導線１８を固着する取
付片２２ａが起り起こされている。そして、この
取付片２２ａに前記導線１８の一端がスポツト溶
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の先端にスポツト溶接などに
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、ある程度の柔軟性をもつ電気導体を用い、こ
れをターミナルキヤツプ２２の取付片２２ａをも
たせて結合したり、また外部接続端子１７側に弾
性的に結することは自由で、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、これが内接されるホルダ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
セラミツク粉体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、その相
対向する接合面間に抵抗体１１を介装させた状態
で重ね合わされる一対のセラミツク圧粉体１２，
１３を接合して圧縮焼成することによつて発熱性
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ヤツプ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
ヤツプ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ユ１６を嵌着した外部
接続端子１７の先端にそれぞれスポツト溶接して
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１７外周の絶縁ブツ
シユ１６をホルダ１５の後端部をかしめることに
よつて組付け固定する。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、デイーゼルエンジンのシリンダヘツド
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１
５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ツク材からなる外皮
に伝達され、これに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
ミツク材で形成され、このセラミツク材は絶縁性
がよいばかりでなく耐熱衝撃性の面で優れてお
り、この種のデイ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、このようなセラミツク
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。したがつて、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、速熱性としてその性
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つて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、その利点は大きい。さらに、
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１
１ａ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ある。また、ヒータ棒１４
の製造にあたつても、一対のセラミツク圧粉体１
２，１３の一方の接合面１２ａに抵抗体１１を形
成し、さらにこれらのセラミツク圧粉体１２，１
３を接合して圧縮焼成することによつて簡単に行
なえることは明らかであろう。

ここで、上述したセラミツク圧粉体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70〜90Kg／mm²（従来10Kg／mm²程度と
小さい）と大きくなり、耐熱強度は約60Kg／mm²
（1100℃の場合；従来５Kg／mm²）と強くなり、ま
た品質安定性もワイブル係数13〜15（従来２〜３）
と良くなり、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、抵抗体１１を介装させた平担面同士を
重ね合わせた状態で一対のセラミツク圧粉体１
２，１３を、それぞれの円弧面外側から圧縮した
場合に、その軸心部分よりも楕円断面形状の長辺
側（セラミツク圧粉体１２，１３の接合面方向）
における両側縁部分でのセラミツク密度を高め、
強度を向上させて急速加熱に耐え得るような構成
としている。これは、断面が略々半楕円形状を呈
するセラミツク圧粉体１２，１３を、抵抗体１１
を介装した状態で重ね合わせ、かつそれぞれの円
弧面外側からこれに略々等しい断面形状をもつ成
形型により一定ストロークで圧縮した場合に、楕
円断面形状の長辺側において中央部分よりもその
両側部分での成形型同士の間隔が狭まり、圧縮率
が大きくなることから、容易に理解されよう。さ
らに、このような成形型内での圧縮焼成時に、セ
ラミツク圧粉体１２，１３における前記両側縁部
分が、接合面方向中央側に収縮しようとするも、
円弧面側からの加圧によつて成形型の両側壁側へ
の押出し力が作用し、この両側縁部分での幅寸法
を所定の値に規定し得るものである。

なお、前述した実施例では、一対のセラミツク
圧粉体１２，１３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
金属製パイプ２１およびターミナルキヤツプ２２
を用いて１５内に組込み、さらに外部接続端子１
７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、たとえばヒータ
棒を直接ホルダの先端部に保持させてもよく、さ
らにターミナルキヤツ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。

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、断面略々
半楕円形状を呈する棒状体に形成された一対のセ
ラミツク圧粉体とその相対向して組合わせられる
平坦面間に介装される抵抗体とを準備し、この抵
抗体を介装させた一対のセラミツク圧粉体を圧縮
焼成することにより、セラミツクヒータ棒を一体
に形成するようにしたので、簡単な方法にもかか
わらず、発熱特性に優れ、加熱時において短時間
で赤熱して温度立上り特性を向上させ速熱性とし
ての性能を発揮し得る直接的な熱伝達構造である
セラミツクヒータ棒を簡単かつ適切に製造して提
供することができ、しかもこのヒータ棒各部での
強度上での信頼性の面でも優れ、さらにコスト的
にも安価である等の種々優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係る製造方法によるセラミツクヒ
ータ棒を用いたデイ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図は一対のセラミツク圧粉
体からなるセラミツク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、１１
ａ……ヒータ部、１１ｂ，１１ｃ……リード部、
１２，１３……一対のセラミツク圧粉体、１４…
…セラミツクヒータ棒、１５……ホルダ、１６…
…絶縁ブツシユ、１７……外部接続端子、１８…
…導線、１９，２０……金属コーテイング層、２
１……金属製パイプ、２２……ターミナルキヤツ
プ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 断面長方形の一辺が直線となるような平坦面
   とこれに対向する他辺が外側に凸形な円弧となる
   ような円弧面とをもつて形成された一対のセラミ
   ツク圧粉体と、これらセラミツク圧粉体の相対向
   して組合わせられる平坦面間に介装される湾曲部
   と直線状部とを有する抵抗体とを準備し、この抵
   抗体を前記平坦面間に介装させて重ね合わせた状
   態で、これら一対のセラミツク圧粉体を、それぞ
   れの円弧面の外側から圧縮焼成することにより、
   これらを一体に形成することを特徴とするセラミ
   ツクヒータ棒の製造方法。 ２ セラミツク圧粉体を、シリコン系非酸化物に
   より形成することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のセラミツクヒータ棒の製造方法。 ３ セラミツク圧粉体間に介装される抵抗体を、
   高融点金属材料にて形成することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のセラミツクヒータ棒の
   製造方法。