JP3846947B2

JP3846947B2 - Glow plug

Info

Publication number: JP3846947B2
Application number: JP27930496A
Authority: JP
Inventors: 和俊村田
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Co Ltd
Priority date: 1996-10-22
Filing date: 1996-10-22
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2016-10-22
Also published as: JPH10122567A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オールセラミックス製のグロープラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用ディーゼルエンジンでは、既に、オールセラミックスのグロープラグが商用化されている。
一方、天然ガスを燃料とするディーゼルエンジン（Gas Injection Diesel Engine)（以下、ＧＩＤＥという）では、プラグに要求される特性がより厳しいものとなり、自動車用のグロープラグでは対応できない状況にある。
【０００３】
従って、ＧＩＤＥを運転する場合には、着火し易いパイロットオイルを併用する形をとっている。
自動車用グロープラグは、複数のメーカーにより製造され、それぞれ特徴ある材料の組み合わせになっている。本発明に近いものとしては、２硅化モリブデンと窒化硅素から構成されたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
２硅化モリブデンと窒化硅素から構成されている自動車用プラグをＧＩＤＥの雰囲気で使用した場合には、プラグ表面にＳｉＯ₂が生成する。通常の大気中で、１０００℃程度の雰囲気であれば、ＳｉＯ₂膜は、保護膜として作用する。
しかしながら、ＧＩＤＥの雰囲気中では、剥離、蒸発などを起こし保護膜としての機能を果たさない。これは、ＧＩＤＥの雰囲気が自動車エンジンに比べて、より高温、より高圧、酸素分圧がより高範囲に変動するなどの理由によると考えられる。
【０００５】
従って、ＧＩＤＥ用には、高い保護機能を持ち、かつ、減肉しないプラグを作製する必要がある。
本発明は、係る問題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、高い保護機能を持ち、かつ、減肉しないＧＩＤＥ用のプラグを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明のグロープラグは、棒状の絶縁体と、該絶縁体内に埋設させたヒーターと、該ヒーターに接続させた細線とからなるグロープラグであって、前記絶縁体およびヒーターのいずれもが２硅化モリブデンとアルミナの複合材からなり、かつ、絶縁体表面をアルミナで皮膜したものである。
【０００７】
２硅化モリブデンとアルミナの組み合わせでは、酸化雰囲気において酸化されるものは２硅化モリブデンのみであり、耐酸化性が向上している。この２材料間には、懸念される反応はなく、材料の変質はプラグ表面からのみ起こる。更に、この２材料の線膨張係数は、一致しており、高温度下での熱応力などは極めて小さい。また、表面に耐雰囲気の高いアルミナをコートすることにより表面からのプラグ材料の腐蝕を抑えることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を説明する。
図１において、１は、グロープラグであり、このグロープラグ１は、棒状の絶縁体２の中にＵ字状のヒーター３が埋設されている。また、ヒーター３の端部には、細線４および５が接続されている。更に、絶縁体２の表面は、アルミナ製の皮膜６によって覆われている。また、絶縁体２およびヒーター３は、いずれも、２硅化モリブデンとアルミナの複合材により形成されている。
【０００９】
ここで、絶縁体２では、２硅化モリブデンの比率が０〜３０体積％が好ましい。絶縁体２では、２硅化モリブデンの比率が３０体積％以上になると、通電性を帯びるので好ましくない。
一方、ヒーター３では、２硅化モリブデンの比率が３０体積％未満になると、通電性が悪化する。逆に、３０体積％を超えると、良電導体になる。
【００１０】
【実施例】
（実施例１）
１）ヒーター材の電気伝導度
ヒーター材には、導電性材料である２硅化モリブデンと絶縁性材料であるアルミナの複合材を採用した。原料粉末を体積割合で、２０、２５、３０、３５、４０％ＭｏＳｉ₂−Ａｌ₂Ｏ₃となるように秤量した。これらを十分混合し、１軸プレス成形した。そして、１６００℃の真空雰囲気で焼結させた。
【００１１】
得られた試料を機械加工して電気伝導度測定用試料とした。伝導度の測定は、室温にて直流４端子法で行った。結果を次表に示す。

この２材料の組み合わせによりヒーターとしての伝導度を確保できることを確認した。
【００１２】
２）アルミナの保護皮膜
３０体積％ＭｏＳｉ₂−Ａｌ₂Ｏ₃との作製において原料混合、成形の後、これを１０００℃の真空雰囲気で仮焼した。この段階では、試料は、強度の低い多孔質体である。これをアルミナのサスペンションにディップし、多孔体表面にアルミナ粉末をディップした。そして、１６００℃の真空雰囲気で焼結させた。表面にアルミナをコートしたものを１３００℃の大気雰囲気でアニールし、その表面をＸ線回析で分析した。図２にアルミナコート有り、図３にコート無しのものを示す。コートしたものの表面には、アルミナ１相だけが存在している（全てＡｌ₂Ｏ₃のピークである）。一方、コート無しのものは、耐雰囲気性の低いＡｌ₆Ｓｉ₂Ｏ₁₃が生成している（○はＡｌ₂Ｏ₃のピークを示し、▽はＡｌ₆Ｓｉ₂Ｏ₁₃のピークを示している）。
【００１３】
また、試料自体に通電して発熱テストを行った。３０体積％ＭｏＳｉ₂−Ａｌ₂Ｏ₃の作製において、１０００℃での仮焼後、機械加工により２mm×２mm×３０mmの棒状試料を得た。これの中央部にアルミナをディップした。また、両端部には、電流端子とするための白金ペーストを塗布した。そして、１６００℃の真空雰囲気で焼成した。試料に通電することにより試料温度を１１００℃まで上げた。電流端子部付近の酸化が起こったために電源電圧を時間経過とともに大きくすることにより試料温度を一定に保つことができた。また、室温から１１００℃までのヒートサイクルを２０回かけたが、アルミナ皮膜にクラックなどは発生しなかった。
【００１４】
【発明の効果】
上記のように、本発明は、棒状の絶縁体と、該絶縁体内に埋設させたヒーターとが、いずれも、２硅化モリブデンとアルミナの複合材からなり、かつ、絶縁体表面をアルミナで皮膜したので、高い保護機能を持ち、かつ、減肉しないＧＩＤＥ用のグロープラグが得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るグロープラグの断面図である。
【図２】アルミナコートを施したＭｏＳｉ₂−Ａｌ₂Ｏ₃のＸ線回析結果を示す図である。
【図３】アルミナコートなしのＭｏＳｉ₂−Ａｌ₂Ｏ₃のＸ線回析結果を示す図である。
【符号の説明】
１グロープラグ２棒状の絶縁体
３ヒーター４，５ヒーターに接続させた細線
６皮膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a glow plug made of all ceramics.
[0002]
[Prior art]
For automotive diesel engines, all-ceramic glow plugs have already been commercialized.
On the other hand, a diesel engine (Gas Injection Diesel Engine) (hereinafter referred to as GIDE) using natural gas as fuel has a more severe characteristic required for a plug, and cannot be handled by a glow plug for an automobile.
[0003]
Therefore, when operating GIDE, it takes the form which uses pilot oil which is easy to ignite together.
Glow plugs for automobiles are manufactured by a plurality of manufacturers, and each has a unique combination of materials. One close to the present invention is composed of molybdenum disilicide and silicon nitride.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When an automotive plug composed of molybdenum disulfide and silicon nitride is used in a GIDE atmosphere, SiO ₂ is generated on the plug surface. If the atmosphere is about 1000 ° C. in normal air, the SiO ₂ film acts as a protective film.
However, it does not function as a protective film due to peeling or evaporation in the GIDE atmosphere. This is presumably because the atmosphere of GIDE is higher than that of an automobile engine, the temperature is higher, the pressure is higher, and the oxygen partial pressure is changed to a higher range.
[0005]
Therefore, for GIDE, it is necessary to produce a plug having a high protection function and not thinning.
The present invention has been made in view of such problems, and a main object of the present invention is to provide a plug for GIDE that has a high protection function and does not reduce the thickness.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
That is, the glow plug of the present invention is a glow plug comprising a rod-shaped insulator, a heater embedded in the insulator, and a thin wire connected to the heater, both of the insulator and the heater being It consists of a composite material of molybdenum disilicide and alumina, and the insulator surface is coated with alumina.
[0007]
In the combination of molybdenum disilicide and alumina, only molybdenum disilicide is oxidized in an oxidizing atmosphere, and the oxidation resistance is improved. There is no reaction of concern between the two materials, and material alteration occurs only from the plug surface. Further, the linear expansion coefficients of the two materials are the same, and the thermal stress at a high temperature is extremely small. Further, by coating the surface with alumina having a high atmosphere resistance, corrosion of the plug material from the surface can be suppressed.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a glow plug. The glow plug 1 has a U-shaped heater 3 embedded in a rod-like insulator 2. Further, fine wires 4 and 5 are connected to the end of the heater 3. Furthermore, the surface of the insulator 2 is covered with an alumina film 6. The insulator 2 and the heater 3 are both made of a composite material of molybdenum disilicide and alumina.
[0009]
Here, in the insulator 2, the ratio of molybdenum disilicide is preferably 0 to 30% by volume. In the insulator 2, when the ratio of molybdenum disilicide is 30% by volume or more, it becomes unpreferable because it is electrically conductive.
On the other hand, in the heater 3, when the ratio of molybdenum disilicide is less than 30% by volume, the conductivity is deteriorated. On the contrary, when it exceeds 30 volume%, it will become a good conductor.
[0010]
【Example】
Example 1
1) Electric conductivity of heater material A composite material of molybdenum disilicide, which is a conductive material, and alumina, which is an insulating material, is used as the heater material. The raw material powder was weighed so as to be 20, 25, 30, 35, 40% MoSi ₂ —Al ₂ O ₃ in volume ratio. These were mixed well and uniaxial press molding was performed. And it was made to sinter in 1600 degreeC vacuum atmosphere.
[0011]
The obtained sample was machined to obtain a sample for measuring electrical conductivity. The conductivity was measured by a direct current four-terminal method at room temperature. The results are shown in the following table.

It was confirmed that the combination of these two materials can ensure the conductivity as a heater.
[0012]
2) Preparation of alumina protective film 30% by volume MoSi ₂ —Al ₂ O ₃ After raw material mixing and molding, this was calcined in a vacuum atmosphere at 1000 ° C. At this stage, the sample is a porous body with low strength. This was dipped in an alumina suspension, and alumina powder was dipped on the surface of the porous body. And it was made to sinter in 1600 degreeC vacuum atmosphere. The surface coated with alumina was annealed in an air atmosphere at 1300 ° C., and the surface was analyzed by X-ray diffraction. FIG. 2 shows an example with an alumina coat, and FIG. 3 shows an example without an coat. Only one alumina phase is present on the surface of the coating (all are Al ₂ O ₃ peaks). On the other hand, Al ₆ Si ₂ O ₁₃ with low atmospheric resistance is generated in the case without a coat (◯ indicates the peak of Al ₂ O ₃ and ▽ indicates the peak of Al ₆ Si ₂ O ₁₃ . ).
[0013]
In addition, an exothermic test was performed by energizing the sample itself. In preparation of 30% by volume MoSi ₂ —Al ₂ O ₃ , after calcining at 1000 ° C., a rod-shaped sample of 2 mm × 2 mm × 30 mm was obtained by machining. Alumina was dipped in the center of this. Moreover, the platinum paste for making it an electric current terminal was apply | coated to both ends. And it baked in 1600 degreeC vacuum atmosphere. The sample temperature was raised to 1100 ° C. by energizing the sample. Since the oxidation near the current terminal occurred, the sample temperature could be kept constant by increasing the power supply voltage over time. Moreover, although the heat cycle from room temperature to 1100 degreeC was applied 20 times, the crack etc. did not generate | occur | produce in the alumina membrane | film | coat.
[0014]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the rod-shaped insulator and the heater embedded in the insulator are both composed of a composite material of molybdenum disilicide and alumina, and the surface of the insulator is coated with alumina. Therefore, a glow plug for GIDE having a high protection function and not thinning was obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a glow plug according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an X-ray diffraction result of MoSi ₂ —Al ₂ O ₃ subjected to alumina coating.
FIG. 3 is a diagram showing an X-ray diffraction result of MoSi ₂ —Al ₂ O ₃ without an alumina coat.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glow plug 2 Bar-shaped insulator 3 Heater 4,5 Fine wire connected to the heater 6 Film

Claims

A glow plug comprising a rod-shaped insulator, a heater embedded in the insulator, and a thin wire connected to the heater, both of the insulator and the heater being made of a composite material of molybdenum disilicide and alumina And a glow plug whose insulator surface is coated with alumina.