特許 6525616 グロープラグ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6525616

(24)【登録日】2019年5月17日

(45)【発行日】2019年6月5日

(54)【発明の名称】グロープラグ

(51)【国際特許分類】

   F23Q 7/00 20060101AFI20190527BHJP

   H05B 3/48 20060101ALI20190527BHJP

【ＦＩ】

   F23Q7/00 S

   F23Q7/00 605L

   H05B3/48

【請求項の数】2

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-18999(P2015-18999)

(22)【出願日】2015年2月3日

(65)【公開番号】特開2016-142458(P2016-142458A)

(43)【公開日】2016年8月8日

【審査請求日】2017年12月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087594

【弁理士】

【氏名又は名称】福村 直樹

(72)【発明者】

【氏名】杉山 有美

(72)【発明者】

【氏名】岡田 紘文

【審査官】 礒部 賢

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６１−１０４５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭４９−０２０３３１（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 実開昭５８−１９５９９５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００４−３４０５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２１４３８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｑ ７／００ − ７／２６

Ｈ０５Ｂ ３／０２ − ３／１８

Ｈ０５Ｂ ３／４０ − ３／８２

Ｈ０１Ｂ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

先端部が閉塞した筒状のチューブと、
前記チューブ内に配設されると共に、先端が前記チューブの先端に電気的に接続された発熱コイルと、
前記チューブ内における前記発熱コイルの周囲に充填された絶縁粉末と
を有するヒータを備えたグロープラグであって、
前記絶縁粉末の最大粒径は、３４〜５９μｍであることを特徴とするグロープラグ。

【請求項2】

前記絶縁粉末は、粒径が３４〜５９μｍである粒子を４〜１０体積％含有することを特徴とする請求項１に記載のグロープラグ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の補助熱源として用いられるグロープラグに関する。

【背景技術】

【0002】

グロープラグは、圧縮着火方式によるディーゼルエンジン等の内燃機関の補助熱源として用いられる。グロープラグは、通常、先端部が閉じて基端部が開いた有底筒状のチューブと、この内部に前記チューブの軸線方向に沿って配置され、通電により発熱する発熱コイルとを有する。発熱コイルの先端部はチューブの先端部に電気的に接続され、発熱コイルの基端部は、チューブの基端側に延びる中軸部材に接続されている。この中軸部材を介して通電されることにより発熱コイルが発熱する。チューブの内部はマグネシア粉末等の絶縁粉末で満たされ、発熱コイルで発生した熱が絶縁粉末を介してチューブに熱移動する。

【0003】

ところで、チューブ内に充填されている絶縁粉末に関して、例えば、グロープラグを製造する際の作業性に関する問題及びグロープラグの性能や寿命に関する問題等を解決することを目的として、様々な研究が行われている。

【0004】

例えば、特許文献１には、シースヒータ用マグネシアにおける作業性やシースヒータの寿命にも密接に関係する特性として重視されている粉末の流動性、充填性等における問題点が提示されている（特許文献１の１頁右欄７行目〜２頁右上欄９行目）。この問題点を解決するための手段として、タップ密度、フロータイム、及び６００℃での絶縁抵抗が特定の範囲にあるマグネシア粉末が開示されている（特許文献１の特許請求の範囲（１））。また、このようなマグネシア粉末の製造方法として、「高純度マグネシア焼結紛体を５００〜１４９μｍの粗粒と１４９μ未満の細粒に分級し、且つその平均径の比（粗粒径／細粒径）が３以上となるように分級し、所望の割合で混合することからなる高密度電気絶縁材料の製造方法」（特許文献１の特許請求の範囲（２））が開示されている。

【0005】

特許文献２には、高温下での絶縁・耐電圧特性に関する問題点、及びシーズヒータを製造する際の発塵及び作業性に関する問題点が開示されている（特許文献２の１頁左欄下から２行目〜２頁左欄１行目）。前記問題点を解決するための手段として、「・・前記充填材料の粒子径４４μ以下の微粒子を０．１〜４重量％の範囲内に調整し、且つ前記充填材料の粒子径３７〜３５１μの粒度分布における粒子径２９５〜３５１μの粗粒部の粒子に対し機械的に球形加工を施して、粒子径２９５μ以下の中微粒部と混合することによって、タップ密度が２．３４〜２．４２（ｇ／ｃｃ）、且つ流動度が１９０〜２２０（ｓｅｃ／１００ｇ）の物理的特性を有するように調製したことを特徴とする高温用シーズヒータの電気絶縁充填材料」（特許文献２の特許請求の範囲１）が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開昭６３−２１７０６号公報

【特許文献2】特公平２−１８５６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

近年、ディーゼルエンジン等の始動性を向上させるために、急速に昇温させることのできるグロープラグが要請されている。ディーゼルエンジン等の始動性は、グロープラグを短時間でより高い温度に昇温させることができるほど向上する。チューブの表面温度を従来よりも高い温度、例えば１０００℃以上の温度に短時間で昇温させるためには、例えば発熱コイルの抵抗値を低く設定することにより発熱コイルに従来よりも大電流を流して発熱量を増大させることが考えられる。しかしながら、発熱コイルの発熱量を増大させると、発熱コイルが断線する等して耐久性が低下するおそれがある。

【0008】

そこで、本発明の発明者らは、チューブ内における発熱コイルの周囲に充填されている絶縁粉末の熱移動性を向上させることにより、発熱コイルの発熱量を増大させることなく従来よりも高い温度まで急速昇温させることができると考えた。

【0009】

従来のグロープラグでは、例えば、電圧を印加してから数秒後にチューブの表面温度が１０００℃になるように急速昇温させる場合、発熱コイル周辺の内部温度はチューブの表面温度よりも約１５０℃高い温度になっていた。発熱コイル周辺の内部温度がチューブの表面温度よりも高いのは、発熱コイルからチューブに熱移動するまでの間に熱損失があるからである。したがって、発熱コイルからチューブに熱移動するまでの間の熱損失を低減することができれば、発熱コイルの抵抗値を低く設定することにより発熱コイルに従来よりも大電流を流さなくても、チューブの表面温度をより高い温度まで急速昇温させることができると考えられる。すなわち、発熱コイルとチューブとの間に充填されている絶縁粉末の熱移動性を向上させることができれば、発熱コイルに従来よりも大電流を流さなくても、チューブの表面温度をより高い温度まで急速昇温させることができると考えられる。

【0010】

したがって、本発明は、絶縁粉末の熱移動性を向上させることにより、発熱コイルに大電流を流すことなく、チューブの表面温度をより高い温度まで急速昇温させることのできる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】

【0011】

前記課題を解決するための手段は、
［１］ 先端部が閉塞した筒状のチューブと、
前記チューブ内に配設されると共に、先端が前記チューブの先端に電気的に接続された発熱コイルと、
前記チューブ内における前記発熱コイルの周囲に充填された絶縁粉末と
を有するヒータを備えたグロープラグであって、
前記絶縁粉末の最大粒径は、３４〜５９μｍであることを特徴とするグロープラグである。

【0012】

前記［１］の好ましい態様は、次の通りである。
［２］ 前記絶縁粉末は、粒径が３４〜５９μｍである粒子を４〜１０体積％含有することを特徴とするグロープラグである。

【発明の効果】

【0013】

この発明に係るグロープラグは、チューブ内における発熱コイルの周囲に充填された絶縁粉末の最大粒径が３４〜５９μｍであるので、絶縁粉末の熱移動性を向上させることができる。したがって、この発明によると、発熱コイルに大電流を流すことなく、チューブの表面温度をより高い温度まで急速昇温させることのできるグロープラグを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、この発明に係るグロープラグの一実施例であるグロープラグの一部断面全体説明図である。

【図2】図２は、図１に示すグロープラグにおけるヒータを拡大して示した要部一部断面説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

この発明に係るグロープラグの一実施例であるグロープラグを図１に示す。図１はこの発明に係るグロープラグの一実施例であるグロープラグの一部断面全体説明図である。なお、図１では紙面下方すなわち後述するヒータが配置されている側を軸線Ｏの先端方向、紙面上方を軸線Ｏの後端方向として説明する。

【0016】

このグロープラグ１０は、図１に示されるように、中軸部材２００と、主体金具５００と、通電によって発熱するヒータ８００とを備える。これらの部材は、グロープラグ１０の軸線Ｏに沿って組み付けられている。

【0017】

主体金具５００は、炭素鋼等により形成され、略円筒形状を有する。主体金具５００は、軸線Ｏ方向に延びる軸孔５１０を有する。主体金具５００は、軸孔５１０の先端側の端部において、ヒータ８００を保持する。主体金具５００は、軸孔５１０の後端側の端部において、絶縁部材４１０とＯ−リング４６０とを介して、中軸部材２００を保持する。絶縁部材４１０は、絶縁部材４１０の後端に接するリング３００が中軸部材２００に加締められることで、軸線Ｏ方向の位置が固定される。主体金具５００の後端側が絶縁部材４１０によって絶縁される。主体金具５００は中軸部材２００の一部を内包し、軸孔５１０と中軸部材２００との間には、両者を電気的に絶縁する空隙が形成されている。主体金具５００は、工具係合部５２０と、雄ネジ部５４０とを備える。工具係合部５２０は、主体金具５００の外周面に形成され、トルクレンチ等の工具が係合される。雄ネジ部５４０は、工具係合部５２０より先端側の主体金具５００の外周面に形成され、グロープラグ１０をディーゼルエンジン等の内燃機関のエンジンヘッドに取り付ける際に、エンジンヘッドの取付け孔に螺合される。

【0018】

中軸部材２００は、導電材料で形成され、円柱形状を有する。中軸部材２００は、主体金具５００に挿入された状態で軸線Ｏに沿って配置される。中軸部材２００は、先端側に設けられた中軸部材先端部２１０と、後端側に設けられた接続部２９０とを備える。中軸部材先端部２１０は、ヒータ８００の内部に配置されている。接続部２９０は、主体金具５００から突出して、その外周面には雄ネジが形成されている。接続部２９０には、係合部材１００が嵌合されている。係合部材１００には、バッテリ等の電源から電力の供給されるコネクタ付きケーブルが接続される。

【0019】

図２は、図１に示すグロープラグにおけるヒータを拡大して示した要部一部断面説明図である。ヒータ８００は、チューブ８１０と、発熱コイル８２０と、制御コイル８３０と、絶縁粉末８４０とを備える。

【0020】

チューブ８１０は、軸線Ｏ方向に延び、先端が閉塞した有底筒状を有する。チューブ８１０は、Ｎｉを主成分とするＮｉ合金により形成される。Ｎｉ合金としては、例えば、Ｎｉ-Ｃｒ-Ｆｅ合金等を挙げることができる。Ｎｉ-Ｃｒ-Ｆｅ合金としては、例えば、インコネル６０１（登録商標）、アロイ６０２ＣＡ（登録商標）等を挙げることができる。チューブ８１０は、発熱コイル８２０と、制御コイル８３０と、絶縁粉末８４０とを内包する。チューブ８１０は、チューブ先端部８１１とチューブ後端部８１９とを備える。チューブ先端部８１１は、チューブ８１０の先端側において、外側に向けて丸く形成された端部である。チューブ後端部８１９は、チューブ８１０の後端側において開口した端部である。チューブ８１０の内部には中軸部材２００がその後端側がチューブ後端部８１９から突出した状態で配置されている。チューブ８１０は、パッキン６００と絶縁粉末８４０とによって、中軸部材２００から電気的に絶縁される。パッキン６００は、中軸部材２００とチューブ８１０との間に挟まれた絶縁部材である。チューブ８１０は、主体金具５００と電気的に接続されている。

【0021】

発熱コイル８２０は、導電性を有する。発熱コイル８２０を形成する合金としては、例えば、Ｆｅ、Ｃｒ等の元素を主成分とする合金が挙げられる。このような合金として、例えば、カンタル（登録商標）及びパイロマックス（登録商標）等のＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金等が挙げられる。発熱コイル８２０は、通電によって発熱する。発熱コイル８２０は、導線がらせん状に巻回された形状を有し、その中心軸線が軸線Ｏに重なるようにチューブ８１０内に配設される。発熱コイル８２０は、先端側の端部である発熱コイル先端部８２１と、後端側の端部である発熱コイル後端部８２９とを備える。発熱コイル先端部８２１は、チューブ８１０の先端に溶接されることによってチューブ８１０と電気的に接続される。

【0022】

制御コイル８３０は、発熱コイル８２０を形成する合金よりも電気比抵抗の温度係数が大きい金属により形成され、導電性を有する。制御コイル８３０を形成する金属としては、Ｎｉ、Ｃｏ、及びＦｅ等の元素を主成分とする金属が挙げられる。このような金属として、例えば、純Ｎｉ、Ｃｏ−Ｎｉ合金、Ｃｏ−Ｆｅ合金等が挙げられる。制御コイル８３０は、発熱コイル８２０に供給される電力を制御する。制御コイル８３０は、チューブ８１０内に軸線Ｏ方向に沿って配設される。制御コイル８３０は、先端側の端部である制御コイル先端部８３１と、後端側の端部である制御コイル後端部８３９とを備える。制御コイル先端部８３１は、発熱コイル８２０の発熱コイル後端部８２９に溶接されることによって、発熱コイル８２０と電気的に接続される。制御コイル後端部８３９は、中軸部材２００の中軸部材先端部２１０に接合されることによって中軸部材２００と電気的に接続される。

【0023】

次に、本発明の特徴部分である絶縁粉末８４０について説明する。チューブ８１０の内部全体には、電気絶縁性を有する粉末が充填されており、チューブ８１０の内周面と、発熱コイル８２０、制御コイル８３０、及び中軸部材２００それぞれの外周面とが電気的に絶縁されている。この発明の絶縁粉末８４０は、電気絶縁性を有する粉末であり、その最大粒径は、３４〜５９μｍである。最大粒径が３４〜５９μｍの範囲にある絶縁粉末８４０は、チューブ８１０内における発熱コイル８２０の周囲に少なくとも充填され、チューブ８１０内における発熱コイル８２０及び制御コイル８３０の両方の周囲に充填されていてもよく、チューブ８１０の内部全体に充填されていてもよい。また、発熱コイル８２０の周囲のみに最大粒径が３４〜５９μｍの範囲にある絶縁粉末８４０が充填され、制御コイル８３０及び中軸部材２００の周囲には最大粒径が３４μｍ未満又は５９μｍより大きい電気絶縁性を有する粉末が充填されていてもよい。このグロープラグ１０は、最大粒径が３４〜５９μｍの範囲にある絶縁粉末８４０が少なくとも発熱コイル８２０の周囲に配置されているので、発熱コイル８２０からチューブ８１０へ熱移動する際の熱損失を低減することができる。すなわち、絶縁粉末８４０の熱移動性を向上させることができる。したがって、発熱コイル８２０に大電流を流すことなく、チューブ８１０の表面温度をより高い温度まで急速昇温させることができる。発熱コイル８２０で発生した熱は、絶縁粉末８４０を介してチューブ８１０へ熱移動する。したがって、少なくとも発熱コイル８２０の周囲にある絶縁粉末８４０の最大粒径が前記範囲内にあればよい。発熱コイル８２０の周囲にある絶縁粉末８４０の最大粒径が３４μｍ未満又は５９μｍを超えると、前記熱損失を低減することができない。

【0024】

絶縁粉末８４０の最大粒径を特定の範囲内にすることにより、発熱コイル８２０からチューブ８１０へ熱移動する際の熱損失を低減することができるのは、以下の理由によると考えられる。絶縁粉末８４０の最大粒径が５９μｍを超えている場合には、らせん状に巻回された発熱コイル８２０の導線と導線との間に絶縁粉末８４０を十分に充填することができず、粒子と粒子との間又は粒子と導線との間に断熱層が形成されてしまい、発熱コイル８２０からチューブ８１０へ至るまでの熱損失が大きくなる、すなわち絶縁粉末８４０の熱移動性が低下すると考えられる。また、絶縁粉末８４０の最大粒径が３４μｍ未満であり、絶縁粉末８４０が小さい粒子のみで形成されている場合には、単位体積当たりに含まれる粒子の数が多くなり、粒子から粒子へと熱伝達するときに通る断熱層の数が増大してしまい、熱移動性が低下してしまうと考えられる。

【0025】

一方、本発明によると、絶縁粉末８４０の粒子が大き過ぎず、また、小さい粒子だけでなくある程度の大きさの粒子を含むことから、らせん状に巻回された導線と導線との間に絶縁粉末８４０が十分に充填され、また、粒子から粒子へと熱伝達するときに通る断熱層の数が多くなり過ぎずに、ある程度抑えることができると考えられる。その結果、発熱コイル８２０からチューブ８１０へ熱移動する際の熱損失を低減することができる。したがって、最大粒径が特定の範囲にある絶縁粉末８４０が少なくともチューブ８１０内における発熱コイル８２０の周囲に充填されているグロープラグ１０は、発熱コイル８２０に大電流を流すことなく、チューブ８１０の表面温度をより高い温度まで急速昇温させることができる。

【0026】

前記絶縁粉末８４０は、最大粒径が３４〜５９μｍの範囲にあり、かつ、粒径が３４〜５９μｍの範囲にある粒子を４〜１０体積％含有するのが好ましい。前記絶縁粉末８４０は、前記特定の粒径を有する粒子を特定の割合で含有することにより、発熱コイル８２０で発生した熱がチューブ８１０へ移動する際の熱損失をより一層低減することができる。したがって、前記特定の粒径を有する粒子を特定の割合で含有する絶縁粉末８４０が少なくともチューブ８１０内における発熱コイル８２０の周囲に充填されているグロープラグ１０は、発熱コイル８２０に大電流を流すことなく、チューブ８１０の表面温度をより一層高い温度まで急速昇温させることができる。

【0027】

絶縁粉末８４０の最大粒径及び粒径が３４〜５９μｍの範囲にある粒子の割合は、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＨＯＲＩＢＡ ＬＡ−７５０）を用いて、以下のように測定することができる。

【0028】

まず、グロープラグ１０から絶縁粉末８４０を取り出し、分析用試料を準備する。具体的には、まず、発熱コイル後端部８２９と制御コイル先端部８３１との接合部付近における発熱コイル８２０が配置されている側において、ヒータ８００を軸線Ｏに直交する面で切断する。切断された先端側のヒータ８００の内部にある発熱コイル８２０を引き抜いた後、ヒータ８００に衝撃を加え、チューブ８１０内に充填されている絶縁粉末８４０を取り出す。取り出した絶縁粉末８４０は凝集し、塊状になっているので、すり鉢ですって粒子をバラバラにする。なお、絶縁粉末８４０は堅いので、手ですり鉢を用いて絶縁粉末８４０をすっても粒子は粉砕されず、測定結果に影響を与えないことが確認されている。次いで、すり鉢ですった後の絶縁粉末８４０を拡大鏡で観察しながら不純物を取り除く。このようにして、絶縁粉末８４０の試料を、１回の測定につき０．３５ｇ以上準備する。

【0029】

次いで、準備した絶縁粉末８４０の試料を、例えばスパチュラ２〜４杯分を溶媒（例えば、ヘキサメタりん酸ナトリウム０．２質量％溶液１５０ｃｃ）に溶かし、撹拌装置で分散させる。試料の分散方法としては、例えば、外部ホモジナイザーで３分撹拌した後に、レーザ回折式粒度分布測定装置に内蔵されている超音波プローブで２分撹拌する方法を挙げることができる。溶媒に分散させた試料を、レーザ回折式粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定し、試料の最大粒径及び３４〜５９μｍの範囲にある粒子の割合を求める。試料の粒度分布の測定は３回行い、得られた測定値の平均値を求める値とする。

【0030】

前記絶縁粉末８４０は、電気絶縁性を有し、かつ、高温下で熱伝導性を有する材料により形成される。このような材料として、例えば、マグネシア（ＭｇＯ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の酸化物を挙げることができる。絶縁粉末８４０は、これらの酸化物のうちの少なくとも一種を含有するのが好ましく、これらの酸化物のうち所望の熱伝導率を維持することができる点でＭｇＯを含有するのがより好ましい。絶縁粉末８４０は、ＭｇＯを絶縁粉末８４０全質量に対して８５質量％以上１００質量％以下含有するのが好ましく、９９質量％以上１００質量％未満含有するのがより好ましく、残部として前記酸化物又は他の物質が含有されてもよい。他の物質としては、ＣａＯ、ＺｒＯ_２、及びＳｉＯ_２等を挙げることができる。

【0031】

前記絶縁粉末８４０に含有される成分及びその含有率は、次のようにして求めることができる。まず、絶縁粉末８４０を粉末Ｘ線回折法等によって定性分析を行うことにより、絶縁粉末８４０に含有される成分を把握する。次いで、ＩＣＰ発光分光法により、絶縁粉末８４０に含有される元素を定量分析する。絶縁粉末８４０に含まれる成分が、定性分析により酸化物であることが分かっている場合には、定量分析によって得られた元素の含有率を酸化物換算して、酸化物の含有率として求めることができる。なお、定性分析により絶縁粉末８４０の主成分がＭｇＯであることが分かっている場合には、ＭｇＯ以外の成分についてＩＣＰ発光分光法により分析を行い、ＭｇＯの含有率はその残分として求めることができる。

【0032】

前記絶縁粉末８４０は、含有される粒子が一次粒子として存在する場合、及び／又は二次粒子として存在する場合がある。絶縁粉末８４０は、一次粒子及び二次粒子のいずれの形態で存在してもよいが、一次粒子で存在するのが好ましい。絶縁粉末８４０に含まれる粒子が二次粒子として存在する場合、二次粒子中に多数の空隙が存在するので、この空隙が断熱層となって絶縁粉末８４０の熱移動性が低下するおそれがある。ＭｇＯは、通常、二次粒子を形成せず一次粒子として存在する。したがって、この点においても絶縁粉末８４０がＭｇＯ粉末であるのが好ましい。

【0033】

グロープラグ１０は、例えば、次のようにして製造される。

【0034】

まず、所定の組成を有する抵抗発熱線をコイル状に加工し、発熱コイル８２０及び制御コイル８３０をそれぞれ製造する。次いで、発熱コイル８２０と制御コイル８３０との端部同士をアーク溶接等により接合し、コイル部材とする。次いで、コイル部材のうち制御コイル８３０側を中軸部材２００の先端部に接合する。

【0035】

一方、所定の組成を有する金属鋼管をチューブ８１０の最終寸法よりも大径に形成し、かつ、その先端部を他の部分よりも減径させて、先窄まり状のチューブ前駆体を製造する。

【0036】

チューブ前駆体の内部に中軸部材２００と一体となったコイル部材を挿入し、チューブ前駆体の先窄まり状の先端開口部に発熱コイル８２０の先端部を配置する。アーク溶接等によってチューブ前駆体の先端開口部と発熱コイル８２０の先端部分とを溶融し、チューブ前駆体の先端部分を閉塞し、内部にコイル部材が収容されたヒータ前駆体を形成する。

【0037】

次いで、ヒータ前駆体のチューブ８１０内に電気絶縁性を有する粉末を充填する。次いで、チューブ８１０の後端開口部にパッキン６００を挿入して、チューブ８１０を封止する。次いで、チューブ８１０にスウェージング加工を施し、所定の外径を有するヒータ８００を形成する。なお、チューブ８１０内に充填された電気絶縁性を有する粉末は、スウェージング加工を経ることによりその粒度が変化する。したがって、スウェージング加工を施す際のチューブ８１０の外径の減少率等を考慮して、ヒータ８００を完成した後の、チューブ８１０内における発熱コイル８２０の周囲に配置される電気絶縁性を有する粉末の最大粒径が３４〜５９μｍの範囲になるように、所定の粒度分布を有する電気絶縁性を有する粉末をチューブ８１０に充填する。

【0038】

このように形成したヒータ８００を、主体金具５００の軸孔５１０に圧入固定すると共に、主体金具５００の後端部分において、Ｏ−リング４６０及び絶縁部材４１０を嵌め込み、リング３００で中軸部材２００を加締める。このようにして、グロープラグ１０を形成する。

【0039】

本発明に係るグロープラグは、圧縮着火方式によるディーゼルエンジン等の内燃機関の補助熱源として用いられる。グロープラグは、内燃機関の燃焼室を区画形成するヘッドに設けられたネジ穴に雄ネジ部５４０が螺合されて、所定の位置に固定される。このグロープラグは、発熱コイルに大電流を流すことなく、グロープラグの表面温度をより高い温度まで急速昇温させることができるから、特に、始動性の向上が要求される内燃機関に好適に使用される。

【0040】

本発明に係るグロープラグは、前述した実施形態に限定されることはなく、本発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。

【0041】

例えば、チューブ８１０の形状は、筒状である限り特に限定されず、軸線Ｏに直交する方向の断面が、円形状、楕円形状、多角形状等であってもよい。

【0042】

また、上述した実施形態のグロープラグ１０においては、発熱コイル８２０の過昇温を防止するために、発熱コイル８２０と中軸部材２００との間に制御コイル８３０が介在されているが、発熱コイルと中軸部材とが直接に接合され、制御コイルが省略されていてもよい。

【実施例】

【0043】

＜グロープラグの製造及び分析＞
図１に示すグロープラグ１０と同様の構造を有するグロープラグを前述したようにして製造し、サンプル１〜１８とした。すべてのサンプルについて、絶縁粉末８４０としてＭｇＯ粉末を用いた。各サンプルのチューブ８１０内に充填されている絶縁粉末８４０の粒度は、チューブ８１０内に充填する絶縁粉末８４０の粒度分布を調整すること、及び、グロープラグ１０の製造工程において、チューブ８１０にスウェージング加工を施す際にチューブ８１０の外径の減少率を調整すること等によって、変更した。

【0044】

各サンプルのチューブ８１０内に充填されている絶縁粉末８４０について、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＨＯＲＩＢＡ ＬＡ−７５０）を用いて、「最大粒径」及び「粒径が３４〜５９μｍの範囲にある粒子の割合」を、前述したように求めた。なお、絶縁粉末８４０の試料を分析する際に試料を分散させる溶媒としては、ヘキサメタりん酸ナトリウム０．２質量％溶液１５０ｃｃを用いた。試料の分散は、外部ホモジナイザーで３分撹拌した後に、レーザ回折式粒度分布測定装置に内蔵されている超音波プローブで２分撹拌することによって行った。試料の粒度分布の測定は３回行い、得られた測定値の平均値を求める値とした。結果を表１に示す。

【0045】

絶縁粉末８４０に含まれる成分及びその含有率を粉末Ｘ線回折法及びＩＣＰ発光分光法により、前述したように測定した。いずれのサンプルも主成分として、ＭｇＯを９９．４質量％含有し、ＣａＯ、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２を合計で０．６質量％含有していた。また、絶縁粉末８４０を走査型電子顕微鏡で観察したところ（１０００倍）、一次粒子として存在していることが観察された。

【0046】

絶縁粉末８４０の熱移動性の評価は、電圧を印加してから２秒後におけるヒータ８００の内部温度とヒータ８００の表面温度との差によって行った。
ヒータ８００の内部温度は、グロープラグ１０を製造する際に、らせん状に巻回されている発熱コイル８２０の中心軸線上であって、ヒータ８００の先端から軸線Ｏ方向後端側に２．０ｍｍの位置に熱電対を配置し、これによって測定した。
ヒータ８００の表面温度は、単色放射温度計を用い、測定時の放射率ε＝１．０、測定スポット径２ｍｍにて、ヒータ８００の先端から軸線Ｏ方向後端側に２．０ｍｍの位置を測定位置として測定した。
いずれのサンプルについても、電圧を印加してから２秒後にヒータ８００の表面温度が１０００℃になるように電圧を印加した。電圧を印加してから２秒の時点でのヒータ８００の内部温度とヒータ８００の表面温度とを測定し、得られた値の差を求め、これを「内外温度差」として表１に示した。表１では、「内外温度差」の値によって以下の記号で示した。
Ａ：内外温度差が１１０℃未満
Ｂ：内外温度差が１１０℃以上１３０℃未満
Ｃ：内外温度差が１３０℃以上

【0047】

絶縁粉末８４０の熱移動性の評価は、以下の基準にしたがって行った。評価結果を表１に示す。「内外温度差」が小さいほど発熱コイル８２０からチューブ８１０へ熱移動する際の熱損失が小さいことを示し、絶縁粉末８４０の熱移動性が高いことを示す。
○：内外温度差が１１０℃未満
△：内外温度差が１１０℃以上１３０℃未満
×：内外温度差が１３０℃以上

【0048】

【表1】

【0049】

表１に示すように、絶縁粉末８４０の最大粒径が３４〜５９μｍの範囲内にあるサンプル番号５〜１６のグロープラグは、内外温度差が１３０℃未満であり、絶縁粉末の熱移動性が良好であった。一方、絶縁粉末８４０の最大粒径が３４μｍより小さいか、或いは５９μｍより大きいサンプル番号１７、１８、１〜４のグロープラグは、内外温度差が１３０℃以上であり、絶縁粉末８４０の最大粒径が３４〜５９μｍの範囲内にあるサンプルに比べて絶縁粉末の熱移動性が劣っていた。これらの結果から、絶縁粉末８４０の最大粒径が３４〜５９μｍの範囲内にあると、絶縁粉末８４０の熱移動性が良好になることから、発熱コイル８２０に大電流を流すことなく、チューブ８１０の表面温度をより高い温度まで急速昇温させることができることが分かる。

【0050】

また、絶縁粉末８４０の最大粒径が３４〜５９μｍの範囲内にあるサンプル番号５〜１６のグロープラグのうち、粒径が３４〜５９μｍの範囲にある粒子の割合が４〜１０体積％であるサンプル番号６、８、１０、１３、１５のグロープラグは、内外温度差が１１０℃未満であり、粒径が３４〜５９μｍの範囲にある粒子の割合が４体積％未満又は１０体積％より大きいサンプル番号５、７、９、１１、１２、１４、１６のグロープラグに比べて、絶縁粉末の熱移動性がより一層良好であった。これらの結果から、絶縁粉末８４０の最大粒径が３４〜５９μｍの範囲内にあり、かつ、粒径が３４〜５９μｍの範囲にある粒子の割合が４〜１０体積％であると、絶縁粉末の熱移動性がより一層良好になることから、発熱コイル８２０に大電流を流すことなく、チューブ８１０の表面温度をより一層高い温度まで急速昇温させることができることが分かる。

【符号の説明】

【0051】

１０ グロープラグ
１００ 係合部材
２００ 中軸部材
２１０ 中軸部材先端部
２９０ 接続部
３００ リング
４１０ 絶縁部材
４６０ Ｏ−リング
５００ 主体金具
５１０ 軸孔
５２０ 工具係合部
５４０ 雄ネジ部
６００ パッキン
８００ ヒータ
８１０ チューブ
８１１ チューブ先端部
８１９ チューブ後端部
８２０ 発熱コイル
８２１ 発熱コイル先端部
８２９ 発熱コイル後端部
８３０ 制御コイル
８３１ 制御コイル先端部
８３９ 制御コイル後端部
８４０ 絶縁粉末

【図1】

【図2】