JPH10300083A - 自己制御型セラミックヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正極側リードコイル８とは別体の抵抗体用コ
イルの軸方向寸法分だけ、自己制御用セラミックグロー
プラグ１の軸長を短縮することにより小型化でき、且つ
発熱体１０への通電部品の部品点数を削減して製造価格
を低減する。 【解決手段】 発熱体１０の正極側電極部６と外部接続
端子３の電極接続部１６とを、常温の時の抵抗温度係数
に対して１０００℃の時の抵抗温度係数が６倍以上の正
特性抵抗材料よりなる正極側リードコイル８のみで電気
的に接続した。また、発熱体１０の負極側電極部７と金
属外筒４の後端面とを、常温の時の抵抗温度係数に対し
て１０００℃の時の抵抗温度係数が６倍以上の正特性抵
抗材料よりなる負極側リードコイル９のみで電気的に接
続した。これにより、発熱体１０の通電時に発熱体１０
が急速に昇温しても、温度が上昇すると正極側、負極側
リードコイル８、９の電気抵抗値が増大するので、発熱
体１０の過熱が阻止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料を着火するた
めの自己制御型セラミックヒータに関するもので、特に
ディーゼルエンジンの始動を補助するための自己制御型
セラミックヒータに係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車に搭載されるディーゼ
ルエンジンでは、空気を圧縮したときに発生する熱で燃
料を着火させるため、特に寒冷時には着火困難（始動困
難）になり易い。このため、これを補う目的で予熱装置
を設けている。そして、予熱装置は、一般にグロープラ
グ、グロープラグコントローラおよびグロープラグリレ
ーなどで構成されている。

【０００３】そして、グロープラグとしては、図５に示
したように、筒状の取付金具（図示せず）と、この取付
金具の内周に金属外筒１１１を介して嵌め合わされ、先
端側に発熱体を埋め込んだセラミック焼結体１１２と、
このセラミック焼結体１１２の正極側電極部と中軸１１
３とを電気的に接続する正極側リードコイル１１４と、
中軸１１３と外部接続端子１１５との間に介在する抵抗
体用コイル１１６と、この抵抗体用コイル１１６を保護
する保護カバー１１７とを備えた自己制御型セラミック
グロープラグ（第１従来例）１１０が知られている。

【０００４】また、特公平３−１３４８６号公報におい
ては、図６に示したように、筒状の取付金具１２１と、
この取付金具１２１の内周に金属外筒１２２を介して嵌
め合わされ、先端側に発熱体１２３を埋め込んだセラミ
ック焼結体１２４と、このセラミック焼結体１２４の後
端部の外周に露出した正極側電極部１２５に電気的に接
続する正極側リードコイル１２６と、この正極側リード
コイル１２６と外部接続端子１２７との間に介在した抵
抗体用コイル１２８とを備えた自己制御型セラミックグ
ロープラグ（第２従来例）１２０が記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、第１、第２
従来例の自己制御型セラミックグロープラグ１１０、１
２０においては、抵抗体用コイル１１６、１２８と正極
側リードコイル１１４、１２６と外部接続端子１１５、
１２７とを直列に接続しているので、軸方向の全長が長
くなることにより、大型化するという問題が生じてい
る。また、正極側リードコイル１１４、１２６とは別体
にて製作された両抵抗体用コイル１１６、１２８の中心
軸を一致させて接続することが困難であり、中心軸の不
一致は曲がりを生ずることになる。このような状態で取
付金具１２１内に組み付けることによりショートを生じ
やすい。また、部品点数の増加や組付工数の増加を招き
製造価格を上昇させることにもなる。

【０００６】

【発明の目的】本発明の目的は、軸方向寸法を短縮する
ことにより小型化することができ、且つショートの危険
性を回避でき、部品点数および組付工数が減少すること
により製造価格を抑えることのできる自己制御型セラミ
ックヒータを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、筒状の主体金具と、この主体金具の先端より突出し
た状態で、前記主体金具の先端側に嵌め込まれたセラミ
ック焼結体と、このセラミック焼結体の先端側に埋め込
まれた発熱体と、前記セラミック焼結体の後端側の外周
に露出され、前記発熱体と電気的に接続する電極部と、
前記主体金具の後端より突出した状態で、前記主体金具
の後端側に嵌め込まれた外部接続端子と、前記主体金具
内において前記セラミック焼結体の後端側の外周に嵌め
合わされ、前記電極部と前記外部接続端子とを直接接続
する抵抗体とを備えた技術手段を採用している。

【０００８】請求項２に記載の発明は、外部接続端子を
形成する筒状の主体金具と、この主体金具の先端側に嵌
め込まれた導電性の外筒と、前記主体金具の先端より突
出した状態で、前記主体金具の先端側に前記外筒を介し
て嵌め込まれたセラミック焼結体と、このセラミック焼
結体の先端側に埋め込まれた発熱体と、前記セラミック
焼結体の後端側の外周に露出され、前記発熱体と電気的
に接続する電極部と、前記主体金具内において前記セラ
ミック焼結体の後端側の外周に嵌め合わされ、前記電極
部と前記外筒とを直接接続する抵抗体とを備えた技術手
段を採用している。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の自己制御型セラミックヒータに加え
て、常温の時の抵抗温度係数に対して１０００℃の時の
抵抗温度係数が６．０倍以上の正特性抵抗材料により、
前記抵抗体を製作したことを特徴とする。

【００１０】

【作用および発明の効果】請求項１に記載の発明によれ
ば、主体金具の先端より突出するセラミック焼結体の後
端側の外周で露出した電極部と主体金具の後端より突出
する外部接続端子とを抵抗体のみを介して直列に、且つ
直接電気的に接続することにより、主体金具の軸方向寸
法を短縮することができるので、自己制御型セラミック
ヒータの軸方向寸法が短くなり、自己制御型セラミック
ヒータの小型化を図ることができる。また、主体金具内
の構成部品の部品点数および組付工数を減少することが
できるので、自己制御型セラミックヒータの組付作業を
非常に簡単に行うことができ、自己制御型セラミックヒ
ータの製造価格を抑えることができる。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、主体金具
の先端より突出するセラミック焼結体の後端側の外周で
露出した電極部と主体金具の先端側に嵌め込まれた外筒
とを抵抗体のみを介して直列に、且つ直接電気的に接続
することにより、主体金具の軸方向寸法を短縮すること
ができるので、自己制御型セラミックヒータの軸方向寸
法が短くなり、自己制御型セラミックヒータの小型化を
図ることができる。また、主体金具内の構成部品の部品
点数および組付工数を減少することができるので、自己
制御型セラミックヒータの組付作業を非常に簡単に行う
ことができ、自己制御型セラミックヒータの製造価格を
抑えることができる。

【００１２】請求項３に記載の発明によれば、常温の時
の抵抗温度係数に対して１０００℃の時の抵抗温度係数
が６．０倍以上の正特性抵抗材料により抵抗体を製作す
ることにより、使用中に、抵抗体の温度が上昇し過ぎて
抵抗体と電極部との接続箇所、抵抗体と外部接続端子と
の接続箇所、あるいは抵抗体と外筒との接続箇所が溶断
する不具合を回避することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】

〔第１実施形態の構成〕図１および図２は本発明の第１
実施形態を示したもので、図１は自己制御型セラミック
グロープラグの全体構造を示した図で、図２は自己制御
型セラミックグロープラグの主要構造を示した図であ
る。

【００１４】自己制御型セラミックグロープラグ１は、
本発明の自己制御型セラミックヒータに相当するもの
で、筒状の取付金具２と、この取付金具２の後端より突
出するように組み付けられた外部接続端子３と、取付金
具２の先端側に円筒形状の金属外筒４を介して保持固定
されたセラミック焼結体５と、このセラミック焼結体５
の後端側の外周で露出した正極側、負極側電極部６、７
と、正極側電極部６と外部接続端子３とを電気的に接続
する正極側リードコイル８と、負極側電極部７と金属外
筒４とを電気的に接続する負極側リードコイル９とを備
えている。

【００１５】取付金具２は、本発明の主体金具に相当す
るもので、例えば炭素鋼等の導電性金属により略円筒形
状となるように製作されている。この取付金具２は、各
構成部品を収容するヒータケースであり、予燃焼室や渦
流室などの副燃焼室付ディーゼルエンジンのシリンダヘ
ッド（図示せず）に自己制御型セラミックグロープラグ
１を取り付けるための部品である。そして、取付金具２
は、自己制御型セラミックグロープラグ１の負極側ター
ミナル（第２外部接続端子）を構成する部品でもある。

【００１６】そして、取付金具２の略中央部分の外周に
は、自己制御型セラミックグロープラグ１をシリンダヘ
ッドに締付け固定するための取付用雄ねじ部１１が形成
されている。そして、取付金具２の後端側の外周には、
取付用工具（図示せず）が係合する六角ボルト部１２が
形成されている。

【００１７】そして、取付金具２の軸心部分には、軸方
向に貫通するように段付き形状の内孔１３が形成されて
いる。この内孔１３は、先端側が最も細く、また後端側
が最も太く、さらに中間部が先端側よりも太く、後端側
よりも細くなるように略丸孔形状に形成されている。ま
た、内孔１３の後端に形成される開口部は、ガラスシー
ル材１４で封着されている。さらに、内孔１３内には、
溶融ガラス等よりなる充填粉末１５が充填されている。
なお、その充填粉末１５はなくても良い。

【００１８】外部接続端子３は、例えばステンレス鋼等
の導電性金属により略丸棒形状となるように製作されて
いる。この外部接続端子３は、自己制御型セラミックグ
ロープラグ１の正極側ターミナル（第１外部接続端子）
を構成する部品である。そして、外部接続端子３の先端
側は、内孔１３内において取付金具２の内周面よりも離
れた状態で取付金具２の後端側に差し込まれている。さ
らに、外部接続端子３の先端部分は、他の箇所の外径よ
りも細い外径を持つ円柱形状の電極接続部１６とされて
いる。

【００１９】また、外部接続端子３の後端側は、内孔１
３の後端に形成される開口部よりも後方に突出してお
り、雄ねじ部１７に螺合する端子ナット１８を用いて取
付金具２の後端側に嵌め込まれている。なお、端子ナッ
ト１８と取付金具２の後端との間には、両者を電気的に
絶縁するための円環板形状の絶縁体１９が装着されてい
る。

【００２０】金属外筒４は、耐熱性の優れた金属材料
（例えばインコネル６０１やＳＵＳ４３０等）により円
筒形状となるように製作されている。この金属外筒４
は、取付金具２の先端側でセラミック焼結体５を保持す
る際にセラミック焼結体５に大きな応力が作用しないよ
うに働くと共に、セラミック焼結体５に埋め込まれた発
熱体１０と取付金具２とを電気的に接続する導電部材と
して働く。

【００２１】セラミック焼結体５は、耐熱性の優れた絶
縁材料（例えば窒化珪素）により略丸棒形状となるよう
に製作されたヒータ本体である。このセラミック焼結体
５は、先端部（発熱部）が金属外筒４の先端より突出
し、且つ後端部（電極取出部）が金属外筒４の後端より
突出した状態で、金属外筒４を介して内孔１３内に緊密
的に嵌め込まれて取付金具２の先端側に保持されてい
る。そして、セラミック焼結体５の先端部には、Ｕ字形
状の発熱部１０が埋め込まれている。その発熱体１０
は、Ｕ字形状に形成され、両端面から正極側、負極側リ
ード２１、２２が取り出されている。そして、発熱体１
０は通電されることにより、セラミック焼結体５の表面
温度が高くなり、霧化燃料を暖める。

【００２２】正極側電極部６は、セラミック焼結体５の
後端部（の後端側）の外周の所定の位置で露出するよう
にセラミック焼結体５の表面に形成されている。そし
て、正極側電極部６は、正極側リード２１を介して発熱
体１０の一端と電気的に接続している。また、負極側電
極部７は、正極側電極部６と所定の絶縁距離を隔てた位
置、セラミック焼結体５の後端部（の先端側）の外周の
正極側電極部６とは反対側の位置で露出するようにセラ
ミック焼結体５の表面に形成されている。そして、負極
側電極部７は、負極側リード２２を介して発熱体１０の
他端と電気的に接続している。

【００２３】正極側リードコイル８は、本発明の抵抗体
に相当する部品で、抵抗材料（例えば純鉄、コバルト鉄
合金）により製作された第１抵抗体である。この正極側
リードコイル８の一端側は、セラミック焼結体５の後端
部の外周に巻装されてろう付け等の接合手段を用いて正
極側電極部６と直接接続されている。また、正極側リー
ドコイル８の他端側は、外部接続端子３の電極接続部１
６の外周に巻装されてろう付け等の接合手段を用いて外
部接続端子３と直接接続されている。

【００２４】負極側リードコイル９は、本発明の抵抗体
に相当する部品で、抵抗材料（例えば純鉄、コバルト鉄
合金）により製作された第２抵抗体である。この負極側
リードコイル９の一端側は、セラミック焼結体５の後端
部の外周に巻装されてろう付け等の接合手段を用いて負
極側電極部７と直接接続されている。また、負極側リー
ドコイル９の他端は、金属外筒４の後端面にろう付け等
の接合手段を用いて直接接続されている。このため、負
極側リードコイル９の他端は、金属外筒４を介して取付
金具２に電気的に接続される。

【００２５】次に、本実施形態では、通電耐久性および
実機耐久性を確保し、且つ自己制御型セラミックグロー
プラグ１の軸長を短縮するために、正極側、負極側リー
ドコイル８、９の線径Ｘを下記の数１の式の範囲内に設
定している。望ましくは、正極側、負極側リードコイル
８、９の線径をφ０．３ｍｍ〜φ０．５に設定する。

【数１】φ０．３ｍｍ≦Ｘ≦φ１．０ｍｍ

【００２６】また、正極側リードコイル８の巻回数Ｙを
下記の数２の式の範囲内に設定している。望ましくは、
正極側リードコイル８の巻回数を５．０回〜１０．０回
に設定する。

【数２】４．０回≦Ｙ≦２０．０回

【００２７】さらに、負極側リードコイル９の巻回数Ｚ
を下記の数３の式の範囲内に設定している。望ましく
は、負極側リードコイル９の巻回数を２．０回〜２０．
０回に設定する。

【数３】２．０回≦Ｚ≦３０．０回

【００２８】そして、正極側、負極側リードコイル８、
９の材質として、常温の時の抵抗温度係数に対して１０
００℃の時の抵抗温度係数が６．０倍以上の正特性抵抗
材料を使用している。具体的には、常温（例えば２５
℃）の時の電気抵抗値が４０ｍΩ、１０００℃の時の電
気抵抗値が２８０ｍΩの純鉄を使用している。あるい
は、常温（例えば２５℃）の時の電気抵抗値が３０ｍ
Ω、１０００℃の時の電気抵抗値が３００ｍΩのコバル
ト鉄合金を使用する。

【００２９】〔第１実施形態の作用〕次に、本実施形態
の自己制御型セラミックグロープラグ１の作用を図１お
よび図２に基づいて簡単に説明する。

【００３０】ディーゼルエンジン車の乗員がイグニッシ
ョンスイッチをキーシリンダ内に差し込むと、グロープ
ラグリレーが作動して自己制御型セラミックグロープラ
グ１への通電が開始される。このとき、外部接続端子３
→正極側リードコイル８→正極側電極部６→正極側リー
ド２１→発熱体１０→負極側リード２２→負極側電極部
７→負極側リードコイル９→金属外筒４→取付金具２の
ように自己制御型セラミックグロープラグ１内を電流が
流れる。

【００３１】上記のように発熱体１０に通電がなされる
ことで発熱体１０が急速に昇温するが、正極側、負極側
リードコイル８、９の材質として常温の時の抵抗温度係
数に対して１０００℃の時の抵抗温度係数が６．０倍以
上の正特性抵抗材料を使用しているので、発熱体１０の
電気抵抗値に対して正極側、負極側リードコイル８、９
の電気抵抗値が速やかに増大することにより、発熱体１
０に流れる電流値が抑えられて発熱体１０の過熱による
溶断が阻止される。

【００３２】〔第１実施形態の効果〕以上のように、本
実施形態の自己制御型セラミックグロープラグ１は、抵
抗体用コイル１１６、１２８を正極側リードコイル８と
外部接続端子３との間に直列に接続するのではなく、発
熱体１０への通電部品である正極側、負極側リードコイ
ル８、９自身を自己制御用抵抗体として使用することに
より、抵抗体用コイル１１６、１２８の軸方向寸法の分
だけ自己制御型セラミックグロープラグ１の軸長を短縮
でき、小型化を図ることができる。また、抵抗体用コイ
ル１１６、１２８を取付金具２に収容する必要がないの
で、導電部品同士の組付作業を非常に簡単に行うことが
でき、自己制御型セラミックグロープラグ１の製造価格
を低減できる。

【００３３】ここで、本実施形態では、正極側、負極側
リードコイル８、９の線径をφ０．３ｍｍ以上で、且つ
φ１．０ｍｍ以下に設定している。これは、正極側、負
極側リードコイル８、９の線径をφ０．３ｍｍよりも小
さくすると、通電耐久性が低下する可能性があるからで
ある。また、正極側、負極側リードコイル８、９の線径
をφ１．０ｍｍよりも大きくすると、取付金具２との隙
間が少なくなり、ショート（短絡）を生じる可能性が高
くなる。

【００３４】また、本実施形態では、正極側リードコイ
ル８の巻回数を４．０回以上で、且つ２０．０回以下に
設定している。これは、正極側リードコイル８の巻回数
を４．０回よりも少なくすると、正極側リードコイル８
と正極側電極部６との接続箇所および正極側リードコイ
ル８と外部接続端子３の電極接続部１６との接続箇所に
必要な接合強度が得られない可能性があるからである。
また、正極側リードコイル８の巻回数を２０．０回より
も多くすると、正極側リードコイル８と外部接続端子３
との距離を大きくする必要があり、自己制御型セラミッ
クグロープラグ１の軸長短縮の効果が低下するからであ
る。

【００３５】さらに、本実施形態では、負極側リードコ
イル９の巻回数を２．０回以上で、且つ３０．０回以下
に設定している。これは、負極側リードコイル９の巻回
数を２．０回よりも少なくすると、制御に必要な電気抵
抗値が得られない可能性があるからである。また、負極
側リードコイル９の巻回数を３０．０回よりも多くする
と、セラミック焼結体５の後端部、特に負極側リードコ
イル９を巻装する負極側巻装部の軸方向の寸法が長くな
ってしまい、自己制御型セラミックグロープラグ１の軸
長短縮の効果が低下するからである。

【００３６】〔第２実施形態〕図３は本発明の第２実施
形態を示したもので、自己制御型セラミックグロープラ
グの主要構造を示した図である。本実施形態では、正極
側リードコイル２３の材質として例えばニッケル等の導
電材料を使用することにより、負極側リードコイル９の
みを自己制御用抵抗体として利用している。

【００３７】〔第３実施形態〕図４は本発明の第３実施
形態を示したもので、自己制御型セラミックグロープラ
グの主要構造を示した図である。本実施形態では、負極
側リードコイル９を廃止して、負極側電極部７を金属外
筒４に直接接続すると共に、正極側リードコイル８の代
わりに使用したキャップ部材２４のみを自己制御用抵抗
体として使用することにより、自己制御型セラミックグ
ロープラグ１の軸長をさらに短縮している。

【００３８】〔他の実施形態〕本実施形態では、本発明
を自己制御型セラミックグロープラグ１に適用したが、
本発明を自己制御型ヒートフランジ、自己制御型バーナ
ヒータや自己制御型エアヒータ等の自己制御型セラミッ
クヒータに適用しても良い。

【００３９】本実施形態では、自己制御用抵抗体として
正極側、負極側リードコイル８、９、キャップ部材２４
を使用したが、自己制御用抵抗体としてその他の形状の
接続部材を使用しても良い。例えば負極側電極部７と金
属外筒４との間に円筒形状の抵抗体を挟み込むようにし
ても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】自己制御型セラミックグロープラグの全体構造
を示した断面図である（第１実施形態）。

【図２】自己制御型セラミックグロープラグの主要構造
を示した断面図である（第１実施形態）。

【図３】自己制御型セラミックグロープラグの主要構造
を示した断面図である（第２実施形態）。

【図４】自己制御型セラミックグロープラグの主要構造
を示した断面図である（第３実施形態）。

【図５】自己制御型セラミックグロープラグの主要構造
を示した側面図である（第１従来例）。

【図６】自己制御型セラミックグロープラグの主要構造
を示した側面図である（第２従来例）。

【符号の説明】

１ 自己制御型セラミックグロープラグ（自己制御型セ
ラミックヒータ） ２ 取付金具（主体金具） ３ 外部接続端子 ４ 金属外筒 ５ セラミック焼結体 ６ 正極側電極部 ７ 負極側電極部 ８ 正極側リードコイル（抵抗体） ９ 負極側リードコイル（抵抗体） １０ 発熱体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）筒状の主体金具と、 （ｂ）この主体金具の先端より突出した状態で、前記主
   体金具の先端側に嵌め込まれたセラミック焼結体と、 （ｃ）このセラミック焼結体の先端側に埋め込まれた発
   熱体と、 （ｄ）前記セラミック焼結体の後端側の外周に露出さ
   れ、前記発熱体と電気的に接続する電極部と、 （ｅ）前記主体金具の後端より突出した状態で、前記主
   体金具の後端側に嵌め込まれた外部接続端子と、 （ｆ）前記主体金具内において前記セラミック焼結体の
   後端側の外周に嵌め合わされ、前記電極部と前記外部接
   続端子とを直接接続する抵抗体とを備えた自己制御型セ
   ラミックヒータ。
2. 【請求項２】（ａ）外部接続端子を形成する筒状の主体
   金具と、 （ｂ）この主体金具の先端側に嵌め込まれた導電性の外
   筒と、 （ｃ）前記主体金具の先端より突出した状態で、前記主
   体金具の先端側に前記外筒を介して嵌め込まれたセラミ
   ック焼結体と、 （ｄ）このセラミック焼結体の先端側に埋め込まれた発
   熱体と、 （ｅ）前記セラミック焼結体の後端側の外周に露出さ
   れ、前記発熱体と電気的に接続する電極部と、 （ｆ）前記主体金具内において前記セラミック焼結体の
   後端側の外周に嵌め合わされ、前記電極部と前記外筒と
   を直接接続する抵抗体とを備えた自己制御型セラミック
   ヒータ。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の自己制御
   型セラミックヒータにおいて、 前記抵抗体は、常温の時の抵抗温度係数に対して１００
   ０℃の時の抵抗温度係数が６．０倍以上の正特性抵抗材
   料により製作されたことを特徴とする自己制御型セラミ
   ックヒータ。