(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基体に発熱部材を埋設してなるセラミック発熱体を、筒状の金属ハウジングに、自身の内周面と前記セラミック発熱体との間に形成され軸方向に貫通した周隙に供給されたロウ材によりあらかじめ外嵌固着した外筒を介して保持して、該セラミック発熱体の先端部を金属ハウジングから突出したグロープラグにおいて、
少なくとも前記外筒のロウ材の供給側端部の内周に、筒内径よりも径大のガイド溝が形成されていることを特徴とするセラミック発熱体を内蔵するグロープラグ。
【請求項２】
前記ガイド溝は前記外筒の内周の両端部に形成されていることを特徴とする請求項１記載のグロープラグ。
【請求項３】
前記セラミック発熱体と外筒との同軸度が０．１２以下であることを特徴とする請求項１または２記載のセラミック発熱体を内蔵するグロープラグ。
【請求項４】
セラミック基体に発熱部材を埋設してなるセラミック発熱体を、筒状の金属ハウジングに、該セラミック発熱体にあらかじめ外嵌固着した外筒を介して保持して、該セラミック発熱体の先端部を金属ハウジングから突出したグロープラグにおいて、
前記外筒のロウ材の供給側端部の内周に、筒内径よりも径大のガイド溝を形成するとともに、セラミック発熱体と外筒とを治具により位置決めし、さらにセラミック発熱体に外嵌したコイル状ロウ材を前記ガイド溝の上方に配し、該ロウ材を加熱溶融させ、その溶融物をガイド溝から、外筒と発熱体の周面との周隙に流入させた後に、該ロウ材を固化したことを特徴とするグロープラグのセラミック発熱体の外筒接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック焼結体からなるセラミック基体に発熱部材を埋設してなるセラミック発熱体を用いたグロープラグに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セラミック焼結体からなるセラミック基体に発熱部材を埋設してなるセラミック発熱体を、筒状の金属ハウジングに外筒を介して保持し、該セラミック発熱体の先端部を突出したディーゼルエンジン等に用いられるグロープラグは、種々提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のグロープラグにあって、セラミック基体に発熱部材を埋設してなるセラミック発熱体に、セラミック外筒を外嵌して、該発熱体の周面との間に供給したロウ材により外筒を接合し、該セラミック発熱体を、筒状の金属ハウジングに保持して、セラミック発熱体の先端部を金属ハウジングから突出した構成が提案されている。
【０００４】
図７は上述のセラミック発熱体ａと外筒ｂとの接合手段を示すものである。ここで、外筒ｂの内径はセラミック発熱体ａの外径よりも大きくして、該外筒ｂとセラミック発熱体ａとの間に、ロウ材が供給される周隙ｓが形成される。そしてこの周隙ｓにロウ材を供給する為に、同図で示すように、治具ｄの保持溝ｅによりセラミック発熱体ａと外筒ｂとを位置決めして、周隙ｓを同心状の整一な円筒状とし、さらにコイル状ロウ材ｆを外筒ｂ上に外嵌し、該ロウ材ｆを溶融して、周隙ｓ内に流下し、これにより該ロウ材ｆを固化して発熱体ａと外筒ｂとの間を接合するようにしている。
【０００５】
ところで、治具ｄの保持溝ｅは、これに下端が嵌着するセラミック発熱体ａと外筒ｂの外径に比して微小に径大としてクリアランスを生じさせており、この為、セラミック発熱体ａと外筒ｂが相対的にずれて同心状とならず、周隙ｓが均一な環状とならない場合がある。そしてこの偏った状態で、ロウ材ｆが周隙ｓに供給されて固化すると、偏心状態でセラミック発熱体ａと外筒ｂとが位置決めされることとなり、同軸度が低下する。また、セラミック発熱体ａと外筒ｂとが同軸状に位置決めされていても、ロウ材が溶融して流下する際に、その供給圧によって、偏位する場合もある。
【０００６】
このようにセラミック発熱体ａと外筒ｂとが非同軸状に固着されると、ロウ付残留応力の局部的な増大によって、繰り返し通電中にセラミックの外筒端面部にクラックが発生し易い。また、熱引きムラによって、新たな熱応力を誘発し、同様に繰り返し通電すると、外筒ｂの端面部にクラックが発生することもある。すなわち、ディーゼルエンジンのグロープラグに用いられるセラミック発熱体にあって、その発熱体先端部は、燃焼及び排気時に高温高圧のガスの影響を強く受け、一方では吸気時には急冷される等、エンジンの運転時には、激しい温度差のある熱サイクル雰囲気下に置かれ、厳しい温度衝撃に曝されるから、上述の同軸度が低いと、このような熱衝撃に対して上述したように外筒のクラックを生じ易いこととなる。
【０００７】
さらに、従来構成の他の問題点として、溶融されたロウ材ｆが、外筒ｂの外側に溢れて流下する場合もあり、外筒ｂが汚れて後処理が面倒となり、かつロウ材ｆの無駄な消費が増えることとなる。
【０００８】
本発明は、セラミック発熱体と外筒との同軸度を向上し得る等上述の問題点を解決し得るディーゼルエンジン用グロープラグ及びセラミック発熱体の外筒接合方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セラミック基体に発熱部材を埋設してなるセラミック発熱体を、筒状の金属ハウジングに、自身の内周面と前記セラミック発熱体との間に形成され軸方向に貫通した周隙に供給されたロウ材によりあらかじめ外嵌固着した外筒を介して保持して、該セラミック発熱体の先端部を金属ハウジングから突出したグロープラグにおいて、少なくとも前記外筒のロウ材の供給側端部の内周に、筒内径よりも径大のガイド溝が形成されていることを特徴とするセラミック発熱体を内蔵するグロープラグである。
【００１０】
このように外筒に径大のガイド溝が形成された構成にあっては、その接合過程で、ガイド溝内に一旦停留したロウ材による保持作用によって、セラミック発熱体と外筒とが可及的同軸状となっている。
また本発明は、前記ガイド溝は前記外筒の内周の両端部に形成されていることを特徴とする。さらに本発明は、前記セラミック発熱体と外筒との同軸度が０．１２以下であることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明は、前記外筒のロウ材の供給側端部の内周に、筒内径よりも径大のガイド溝を形成するとともに、セラミック発熱体と外筒とを治具により位置決めし、さらにセラミック発熱体に外嵌したコイル状ロウ材を前記ガイド溝の上方に配し、該ロウ材を加熱溶融させ、その溶融物をガイド溝から、外筒と発熱体の周面との周隙に流入させた後に、該ロウ材を固化したセラミック発熱体の外筒接合方法である。
【００１２】
かかる手段にあって、ロウ材を加熱溶融すると、その溶融ロウは径大のガイド溝に外側に漏れ出ることなく、確実に案内され、周隙ｓ内に流入し、その冷却に伴って、外筒はセラミック発熱体に固着される。このロウ材の供給工程にあって、ガイド溝に滞留したロウ材により、セラミック発熱体は保持され、このため、ロウ材の周隙ｓへの流下に際して、その供給圧が作用しても、ガイド溝内のロウ材に保持されて、セラミック発熱体と外筒とは同軸に保持される。而して、ロウ材の固結状態にあって、セラミック発熱体と外筒とは同軸状に保持され、このため、耐久性が向上することとなる。
【００１３】
【発明の実施の態様】
本発明のグロープラグ２０の一実施例を図１に基づいて説明する。
グロープラグ２０は、その一端側に設けられたセラミック発熱体１と、そのセラミック発熱体１の先端部２が突出するようにその外周面を覆う金属製の外筒３、さらにその外筒３を外側から覆う筒状の金属ハウジング４等を備えており、セラミック発熱体１と外筒３との間及び外筒３と金属ハウジング４との間は、それぞれロウ付けにより接合されている。本発明は、セラミック発熱体１と外筒３とのロウ付け接合に係るものであり、これについては後述する、
【００１４】
セラミック発熱体１の後端部には、金属線により両端がコイルばね状に形成された結合部材５の一端が外側から嵌合するとともに、その他端側は、金属ハウジング４内に挿通された金属軸６の内端部に嵌着されている。金属軸６の外端部側は金属ハウジング４の外側へ延びるとともに、その外周面に形成されたねじ部６ａにナット７が螺合し、これを金属ハウジング４に向けて締めつけることにより、金属軸６が金属ハウジング４に対して固定されている。また、ナット７と金属ハウジング４との間には絶縁ブッシュ８が嵌め込まれている。そして、金属ハウジング４の外周面には、図示しないエンジンブロックにグロープラグ２０を固定するためのねじ部５ａが形成されている。
【００１５】
セラミック発熱体１は、図２に示すように、一方の基端部から延び先端部で方向変換して他方の基端部へ至る方向変換部１０ａと、その方向変換部１０ａの各基端部から同方向に延びる２本の直線部１０ｂとを有する略Ｕ字状のセラミック抵抗材料からなる発熱部材１０を備え、その各両端部にリード線１１及び１２の先端部が埋設されるとともに、発熱部材１０とリード線１１及び１２の全体が、円形断面を有する棒状のセラミック基体１３中に埋設されている。発熱部材１０は、方向変換部１０ａがセラミック基体１３の末端側に位置するように配置されている。かかる、発熱部材１０は射出成形によって上述の形状に成形される。
【００１６】
セラミック基体１３は、例えばＳｉ３ Ｎ４ 粉末に、Ｙ２ Ｏ３ 、Ｅｒ２ Ｏ３ 、Ｙｂ２ Ｏ３ 、ＣａＯ、ＭｇＯ等の希土類酸化物あるいはアルカリ土類金属酸化物からなる焼結助剤粉末を３〜１５重量％の範囲で添加・混合して焼結したものである。
【００１７】
また、発熱部材１０を形成するセラミック抵抗材料は、Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ及びＣｒより選ばられた少なくとも１種類以上の珪化物，炭化物，窒化物を導電材として、窒化珪素を絶縁材として、混合されたものからなる。一方、リード線１１及び１２は、Ｗ，Ｗ−Ｒｅ，Ｍｏ，Ｐｔ，ニオブ，ニクロム，タンタル等の金属線で構成される。
【００１８】
図２において、セラミック基体１３と外筒３とは、後述する本発明の手段によりロウ付けにより接合されるとともに、リード線１２がこれら接合部を介して外筒３と導通している。また、リード線１１の露出部１１ａを含む領域にも結合部材５がロウ付けされている。このように構成することで、図示しない電源から、金属軸６（図１参照）、結合部材５及びリード線１１を介して発熱部材１０に対して通電され、さらにリード線１２、外筒３、金属ハウジング４、及び図示しないエンジンブロックを介して接地される。
【００１９】
かかる構成のグロープラグ２０は、ねじ部５ａを螺合してエンジンブロックに螺着され、セラミック発熱体１の先端部を、ディーゼルエンジンの予燃焼室又は燃焼室（図示しない）内に露出して取付けられる。
【００２０】
次に、本発明の要部に係るセラミック発熱体１と外筒３との接合方法の一例を説明する。
図３は、治具４０にセラミック発熱体１及び外筒３を保持した状態を示し、該セラミック発熱体１の下端を保持する構成に係るものである。ここで、外筒３のロウ材の供給側端部には、筒内径よりも径大のガイド溝３ａが形成されている。尚、このガイド溝３ａは図示したような段付溝の他、丸味（Ｒ面）や斜面（Ｃ面）などを面取り加工によって形成することもでき、いずれも外筒の内径より径大で、かつ溶融したロウ材を外側から漏出させることなく、セラミック発熱体と外筒との周隙ｓ内に確実に案内する形態であれば良い。更に、ガイド溝３ａは、外筒３の方向性を無くし、治具４０への嵌着作業を容易とするために下端にも形成されている。この治具４０には、前記セラミック発熱体１とほぼ同径の発熱体保持溝４１と、該発熱体保持溝４１に同心状に連成された外筒３とほぼ同径の外筒保持溝４２とを備える。この保持溝４１，４２によりセラミック発熱体１，外筒３はほぼ同心状に位置保持されると共に、該発熱体保持溝４１によりセラミック発熱体１の露出長さが規定される。
【００２１】
ところで、保持溝４１，４２にはセラミック発熱体１，外筒３の挿入を容易とするために、微小に径大としてクリアランスを生じさせている。このため、発熱体保持溝４１，４２に下端を保持されたセラミック発熱体１，外筒３は、相対移動により必ずしも同軸状ではないが、以下の本発明方法により、セラミック発熱体１，外筒３は同軸状に保持され、相互に連結される。
【００２２】
まず治具４０の保持溝４１，４２にセラミック発熱体１及び外筒３の下端を保持した状態で、前記ガイド溝３ａの上端縁と接するように、コイル状ロウ材４５を配置する。このコイル状ロウ材４５は、その巻き数を設定することにより、セラミック発熱体１と外筒３間に形成される周隙ｓ内に最適量のロウ材４５を充填し得ることとなり、しかも、溶融すると、そのガイド溝３ａの下端から順次ｓ内に流下するから、取扱が容易である。このため、この種周隙ｓに供給するロウ材として好適に用いられ得ることとなる。
【００２３】
そしてかかる手段にあって、コイル状ロウ材４５を加熱し溶融すると、保持溝４１，４２に保持されたセラミック発熱体１と外筒３間の周隙ｓには溶融したロウ材が流下し、充填された後、冷却に伴って、外筒３はセラミック発熱体に固着される。このロウ材４５の供給過程にあって、ガイド溝３ａに滞留したロウ材４５により、セラミック発熱体１は保持され、このため、ロウ材４５が周隙ｓへ流下するに際して、供給圧により、偏圧力が作用しても、ガイド溝３ａ内のロウ材４５に保持されて、セラミック発熱体１と外筒３とは同軸に保持される。さらに、径大のガイド溝３ａで溶融したロウ材を確実に案内して外側に溢れ出すことはない。而して、図４で示すロウ材の固結状態にあって、セラミック発熱体１と外筒３とは同軸状に保持されることとなる。
【００２４】
図５は、セラミック発熱体１の上端を治具４０の発熱体保持溝４１に装着したものであり、この構成にあっても、同様であり、説明を省略する。尚、ガイド溝３ａを上下いずれにも形成しているから、外筒３の嵌着に際してその作業上の方向性が無く、しかも治具４０に対しても方向性が無いから、いずれを保持溝４１，４２に嵌着しても良い。または、周隙ｓへの充填を確実とするために、図３の位置として、周隙ｓ内の中程にロウ材を供給した後、反転して図５の位置として、他端側からロウ材４５を嵌着し、溶融流下させるようにしても良い。
【００２５】
図６は、セラミック発熱体と外筒との同軸度と通電耐久性との関係を示すものである。この図６で明らかなように、同軸度が０．１４〜０．１８の試料８〜１０にあっては、２００００サイクルの通電耐久試験後に、外筒の端面にクラックを生じ、また同軸度０．２以上の試料１１〜１３にあっては、より少ない１５０００サイクル以下で外筒の端面割れを生じた。これに対し、同軸度が０．１２以下の試料１〜７にあっては、２００００サイクルの通電耐久試験後も外筒にクラック等を生ぜず、この実験結果より同軸度を０．１２以下に設定することが望まれることが知得され、外端のロウ材供給側端部の内周にガイド溝３ａを形成した本発明に係るグロープラグは、同軸度を０．１２以下に容易にできること、さらにはガイド溝を形成しない従来構成のグロープラグにあっては、同軸度が０．２５までばらつき、歩留まりが極めて悪いことを確認した。ここで、同軸度とは、セラミック発熱体１と外筒３０の夫々の中心線のズレを示し、たとえば０．０２の場合は、０．０２ｍｍの偏差があることとなる。さらに通電耐久性は、１４ボルトで、１４００度の加熱を１分ごとに、オン，オフを繰り返して、これを１サイクルとして、これを３５００，１００００，１５０００，２００００サイクル繰り返したものである。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、セラミック発熱体を、外筒を外嵌して金属ハウジングに保持したディーゼルエンジン用グロープラグにあって、外筒のロウ材の供給側端部の内周に、筒内径よりも径大のガイド溝を形成し、該ガイド溝内にロウ材を充填したものであるから、その接合過程で、ガイド溝内に充填されたロウ材による保持作用によって、セラミック発熱体と外筒とが可及的同軸状となり、通電耐久性が向上する。
【００２７】
さらに、本発明は、ガイド溝に、加熱溶融したロウ材を一旦、滞留させた上で、外筒と発熱体の周面との周隙に流入したものであり、このため、治具の保持溝にクリアランスがあっても、前記ロウ材の供給工程にあって、ガイド溝に滞留したロウ材により、セラミック発熱体は保持され、このため、ロウ材の周隙ｓへの流下に際して、圧力が作用しても、ガイド溝内のロウ材に保持されて、セラミック発熱体と外筒とは同軸に保持される。セラミック発熱体と外筒とは同軸状に保持され、このため、通電耐久性が向上することとなる。さらに、径大のガイド溝によりロウ材が外側に溢れ出すことは一切なく、工程中の後処理が面倒でなく、ロウ材の浪費を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るグロープラグ２０の左半分を断面とした側面図である。
【図２】本発明に係るセラミック発熱体１の縦断面図である。
【図３】治具４０にセラミック発熱体１，外筒３を支持した状態のコイル状ロウ材４５の供給工程を示す縦断側面図である。
【図４】周隙ｓにコイル状ロウ材４５を充填した状態のセラミック発熱体１と外筒３の連結状態を示す縦断側面図である。
【図５】治具４０にセラミック発熱体１，外筒３を支持した他の状態のコイル状ロウ材４５の供給工程を示す縦断側面図である。
【図６】セラミック発熱体１と外筒３の同軸度と、耐久性の関係を示す図表である。
【図７】従来構成のセラミック発熱体１と外筒３の連結工程を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１  セラミック発熱体
３  外筒
３ａ  ガイド溝
４  金属ハウジング
１０  発熱部材
１３  セラミック基体
２０  グロープラグ
４０  治具
４１，４２  保持溝
４５  ロウ材
ｓ  周隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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