DE60036575T2

DE60036575T2 - Glühkerze und Verfahren zum Herstellung derselben

Info

Publication number: DE60036575T2
Application number: DE2000636575
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Kariya-city Watanabe
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2020-05-18
Also published as: EP1055878A3; JP4092845B2; JP2001041452A; DE60036575D1; EP1055878B1; EP1055878A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Glühkerze zum Verbessern der Ingangsetzbarkeit einer Dieselmaschine oder anderer Vorrichtungen und auf ein Verfahren zum Herstellen derselben.
Beschreibung des Stands der Technik
EP-A-0 602 745 offenbart eine Glühkerze für Dieselmaschinen, die eine rohrförmige Metallhülse aufweist, welche einen Doppelspulenelektrowiderstand beinhaltet, der in einem verdichteten elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Pulvermaterial eingebettet ist. Die zwei Spulen des Widerstands sind aus Drähten des gleichen Materials hergestellt.
Eine weitere Glühkerze ist in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 9-217933 offenbart. Diese Glühkerze enthält ein Rohr (Hülse) und einen Widerstand, der in einem Isolierpulver eingebettet ist, welches in dem Inneren des Rohrs enthalten ist, wobei der Widerstand in einer Spiralform um eine Windungsachse gewickelt ist, die einer Längsachse des Rohrs entspricht. Der Widerstand wird mit einem Strom erregt, um Wärme zu erzeugen.
Diese Glühkerze wird gewöhnlicherweise durch Platzieren des Widerstands in dem Rohr und Kaltumformen des Rohrs nach einem Füllen eines Isolierpulvers in das Innere des Rohrs hergestellt, um die Fülldichte des Isolierpulvers zu erhöhen.
Während des Kaltumformvorgangs wird der Widerstand einer Druckkraft ausgesetzt, die in der Richtung aufgebracht wird, die vertikal zu der Achse ist, um die die Spirale gewickelt ist. Da der Widerstand in einer Spiralform um die Längsachse des Rohrs wie vorhergehend beschrieben gewickelt ist, wird der Widerstand in der axialen Richtung eines Widerstandsdrahts gedrückt, wobei der Widerstand aufgrund dieser Druckkraft in einem Durchmesser dicker wird, so dass sein Widerstand verringert wird. Das steht der Anforderung entgegen, dass der Widerstand einen großen Widerstandswert aufweisen muss, um als ein Erhitzer zu dienen.
Die Erfinder haben versucht, dieses Problem von dem Standpunkt aus zu lösen, dass der Anstieg in einen Durchmesser des Widerstands aufgrund des Kaltumformens durch Neigen des Widerstands mit Bezug auf die Windungsachse der Spirale so minimiert werden kann, dass die Drahtachse des Widerstands, der in einer Spiralform gewickelt ist, stark von der Richtung der Druckkraft abweicht, die durch das Kaltumformen erzeugt wird.
In dieser Hinsicht ist die Spiralform des herkömmlichen Widerstands J in 2(a) gezeigt. Ein Abstand zwischen einem ersten Punkt t1 und einem zweiten Punkt t2, der in der Richtung einer Achse M gemessen wird, um die der Widerstand gewickelt ist, legt eine Spiralteilung P fest. Es soll festgehalten werden, dass die Achse M eine imaginäre Linie ist.
Zudem ist ein dritter Punkt t3 auf den Widerstand J zwischen dem ersten und zweiten Punkt in einer Position zwischenliegend festgelegt, die von dem ersten Punkt eine halbe Länge des Widerstands zwischen dem ersten und zweiten Punkt entfernt ist. Ein Abstand Q zwischen dem dritten Punkt und dem ersten Punkt, der in der Windungsrichtung gemessen wird, ist eine sogenannte Halbspiralteilung, die einer Hälfte der Spiralteilung entspricht.
Eine durch das Kaltumformens erzeugte Druckkraft wird auf den Widerstand J in der Richtung aufgebracht, die vertikal zu der Windungsrichtung ist, wie in der Pfeilrichtung R in 2(a) gezeigt ist. Demnach legt sich der Widerstand J in der drahtaxialen Richtung zusammen, wie es in 2(b) gezeigt ist, um eine Zunahme des Drahtdurchmessers zu erreichen.
Um die Drahtachse des Widerstands zu veranlassen, stark von der Richtung abzuweichen, in der die Druckkraft aufgebracht wird, wird es als wirksam angesehen, die Spiralteilung zu vergrößern. Wie es in der vorhergehend genannten Veröffentlichung beschrieben ist, wenn ein Teil des Widerstands parallel zu der Windungsachse angeordnet ist, würde die Druckkraft, auch wenn sie existiert, den Drahtdurchmesser nicht erhöhen. Eine derartige Parallelanordnung eines Teils des Widerstands zu der Windungsachse verringert jedoch die Anzahl von Windungen des Widerstands in einem klar abgegrenzten Raum, so dass es misslingt, ein Erreichen des gewünschten Widerstandswerts zu ermöglichen.
Demgegenüber, wie es in 3 gezeigt ist, wenn der Widerstand 4, 5 zu der imaginären Windungsachse M geneigt ist, wird die Ablenkung der Drahtachse des Widerstands von der Richtung, in der die Druckkraft auf den Widerstand aufgebracht wird, größer, je größer der Neigungswinkel wird, ohne von einer Verringerung der Windungszahl begleitet zu werden. Eine derartige Neigungsanordnung verursacht, dass der Abstand Q zwischen dem dritten Punkt t3 und dem ersten Punkt t1, der in der Richtung der Windungsachse M gemessen wird, größer als eine Hälfte der Spiralteilung P ist.
Die Erfinder haben herausgefunden, wie eine Spiralform des Widerstands mit Bezug auf die Windungsachse geneigt werden soll, um die Widerstandsveränderung des Widerstands aufgrund des Kaltumformens richtig zu beschränken. Als ein Ergebnis, wie es in 6 gezeigt ist, wurde herausgefunden, dass es einen bestimmten Neigungsbereich des Widerstands gibt, in dem der Widerstandsunterschied zwischen vor und nach dem Kaltumformen signifikant minimiert ist. Die vorliegende Erfindung basiert auf dieser Erkenntnis.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Glühkerze, die in der Lage ist, die Widerstandsveränderung eines Widerstands zu beschränken, die durch das Kaltumformen eines Rohrs verursacht wird, und ein Verfahren zum Herstellen derselben bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Glühkerze nach Anspruch 1 gelöst.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Glühkerze bereitgestellt, die ein Hohlrohr (3) und einen Widerstand (4, 5) aufweist, der in dem Rohr einbehalten ist, während er in einer Spiralform mit einer Windungsachse (M) gewickelt ist, die mit einer Längsachse des Rohrs zusammenfällt, wobei der Widerstand durch Erregen mit einem Strom erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Punkt (t3) in einer Position entlang dem Widerstand zwischen einem ersten Punkt (t1) und einem zweiten Punkt (t2) festgelegt ist, die eine Spiralteilung (P) des Widerstands festlegen; dass der dritte Punkt um den halben Abstand zwischen dem ersten Punkt und dem zweiten Punkt entlang des Widerstands von dem ersten Punkt entfernt und nahe dem zweiten Punkt (t2) liegt; und dass der Widerstand im Bezug auf die Windungsachse so geneigt ist, dass sein Abstand Q zwischen dem dritten Punkt und dem ersten Punkt, der in der Richtung der Windungsachse gemessen wird, das 0,75-fache der Spiralteilung oder mehr beträgt; wobei der Abstand Q mit Bezug auf die Spiralteilung der Maximalwert ist, wenn sich der Widerstand über 180° um die Windungsachse windet (wenn sich eine imaginäre Ebene K des Widerstands um 180° dreht).
Gemäß diesem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, wie sie in 6 gezeigt ist, ist es möglich, eine Glühkerze bereitzustellen, die in der Lage ist, die Widerstandsveränderung des Widerstands (4, 5) aufgrund des Kaltumformens des Rohrs (3) geeignet zu beschränken, wobei der Abstand Q zwischen dem dritten Punkt (t3) und dem ersten Punkt (t1), der in der Richtung der Windungsachse (M) gemessen wird, das 0,75-fache der Spiralteilung (P) oder mehr beträgt; wobei der Abstand Q mit Bezug auf die Spiralteilung (P) der Maximalwert ist, wenn sich das Rohr (3) über 180° um die Windungsachse windet.
Wie es aus 2 ersichtlich ist, die die herkömmliche Spiralform zeigt, wird der dritte Punkt (t3), der eine halbe Teilung festlegt, zudem alternativ als ein Punkt festgelegt, der sich in einer imaginären Ebene (K), die den ersten Punkt (t1) und die Windungsachse (M) enthält, in einer Position befindet, die dem ersten Punkt (t1) mit Bezug auf die Windungsachse gegenüberliegt.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verwendet die letztere Definition des dritten Punkts (t3), und es ist möglich, eine Glühkerze bereitzustellen, die in der Lage ist, die Widerstandsveränderung des Widerstands (4, 5) aufgrund des Kaltumformens des Rohrs (3) geeignet zu beschränken, wobei der Abstand Q zwischen dem dritten Punkt und dem ersten Punkt (t1), der in der Richtung der Windungsachse (M) gemessen wird, das 0,75-fache der Spiralteilung (P) oder mehr beträgt; wobei der Abstand Q mit Bezug auf die Spiralteilung P der Maximalwert ist, wenn sich der Widerstand über 180° um die Windungsachse windet.
Falls der in der Richtung der Windungsachse (M) gemessene Abstand Q zwischen dem dritten Punkt (t3) und dem ersten Punkt (t1) gleich der Spiralteilung (P) oder mehr ist (d. h. eine Drehung der Spiralteilung oder mehr), ist es möglich, eine Glühkerze bereitzustellen, die in der Lage ist, die Widerstandsveränderung des Widerstands aufgrund des Kaltumformens des Rohrs (3) geeignet stärker zu beschränken.
Die vorliegende Erfindung schließt zudem ein Verfahren zum Herstellen einer unter den vorangehenden Gesichtspunkten genannten Glühkerze ein, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verfahren die nachfolgenden Schritte aufweist: Vorbereiten eines Spiralkörpers (100) eines Drahtmaterials, das um eine Windungsachse (M) gewunden ist, um schließlich den Widerstand (4, 5) auszubilden, Halten des Umfangs des Spiralkörpers mit einem Paar von geteilten Vorrichtungen (103, 104), die bzgl. der Windungsachse einander gegenüberliegend angeordnet sind, Pressen des Spiralkörpers, indem das Paar von geteilten Vorrichtungen in einer Richtung aufeinander zu bewegt wird, während das Paar von geteilten Pressvorrichtungen gegenläufig zueinander verschoben wird, so dass der Spiralkörper mit Bezug auf die Windungsachse geneigt wird, wobei das Rohr entlang der Windungsachse kaltumgeformt wird, nachdem der Spiralkörper in das Rohr (3) eingebracht wurde.
Die vorliegende Erfindung kann besser aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung, die nachfolgend ausgeführt ist, zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenschnittansicht eines Gesamtaufbaus einer Glühkerze gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Darstellung eines spiralförmigen Widerstands einer herkömmlichen Glühkerze;
3A und 3B sind jeweils schematische Darstellungen eines spiralförmigen Widerstands 4, 5 des vorhergehend genannten Ausführungsbeispiels;
4 stellt ein Verfahren zum Herstellen der Glühkerze des vorhergehend genannten Ausführungsbeispiels dar;
5 stellt ein abgewandeltes Verfahren zum Herstellen der Glühkerze des vorhergehend genannten Ausführungsbeispiels dar;
6 ist ein Diagramm, das die Wirkung zum Beschränken der Widerstandsveränderung des Widerstands darstellt;
7A und 7B sind jeweils schematische Seitenschnittansichten einer Glühkerze gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; und
8A und 8B sind jeweils schematische Seitenschnittansichten einer Glühkerze gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die vorliegende Erfindung ist nachfolgend ausführlich mit Bezug auf die Ausführungsbeispiele beschrieben, die in den angefügten Zeichnungen dargestellt sind. Eine in 1 gezeigte Glühkerze 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist an jedem von einer Vielzahl von (z. B. vier) Zylindern (nicht gezeigt) einer Dieselmaschine zum Vereinfachen der Zündung und Verbrennung von Kraftstoff in einer Anlassphase der Maschine montiert.
Die Glühkerze 1 weist ein Hohlgehäuse 2 auf, das aus einem eisenartigen Material hergestellt ist und das einen Gewindeabschnitt 21 zum abnehmbaren Montieren der Glühkerze 1 an dem Zylinder aufweist. Ein längliches Heizrohr mit Boden (in diesem Text als Rohr bezeichnet) 3 mit einem blockierten Ende 3a und einem diesem entgegengesetzten offenen Ende 3b ist in das Gehäuse 2 von dessen einem Ende 2a presseingepasst.
Das Heizrohr 3 ist aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt, das einen hervorragenden Widerstand gegen Wärme und Oxidation aufweist (wie z. B. rostfreier Stahl), und ist so platziert, dass das blockierte Ende 3a aus dem einen Ende 2a des Gehäuses 2 hervorsteht. Das Heizrohr 3 weist einen Abschnitt 31 mit kleinerem Durchmesser an der einen Endseite und einen Abschnitt 32 mit größerem Durchmesser an der anderen Endseite auf. Der Abschnitt 31 mit kleinerem Durchmesser wird durch Kaltumformen des Außendurchmessers des Rohrs ausgebildet.
Spiralförmige erste und zweite Widerstände (in diesem Text als ein Widerstand bezeichnet) 4 und 5 sind in dem Inneren des Heizrohrs 3 entlang dessen Längsachse vorgesehen. Der erste Widerstand 4 ist in dem Heizrohr 3 näher an dem blockierten Ende 3a eingebaut, und der zweite Widerstand befindet sich näher an dem offenen Ende 3b.
Der erste Widerstand 4 und der zweite Widerstand 5 sind aus einem Draht ausgebildet, der in einer Spiralform um die Längsachse des Heizrohrs 3 gewickelt ist, während dieser mit Bezug auf die Windungsachse geneigt ist, wobei die Spiralform später ausführlicher beschrieben ist.
Ein Ende 41 des ersten Widerstands 4 ist elektrisch mit dem blockierten Ende 3a des Heizrohrs 3 verbunden, während das andere Ende 42 des ersten Widerstands 4 elektrisch mit einem Ende 51 des zweiten Widerstands 5 verbunden ist. Das andere Ende 52 des zweiten Widerstands 5 ist durch Schweißen oder dergleichen mit einem Ende 61 eines innen liegenden Schafts 6 elektrisch verbunden, der aus einem eisenartigen Material hergestellt ist und fest in das Gehäuse 2 eingebracht ist.
Ein Abschnitt des innen liegenden Schafts 6, der näher zu dem einen Ende 61 ist, der erste Widerstand 4 und der zweite Widerstand 5 sind in einem Isolierpulver 30 eines hitzebeständigen und isolierenden Materials (wie z. B. Magnesium) eingebettet, das in das Heizrohr 3 gefüllt ist. Dadurch wird der Abschnitt des innen liegenden Schafts 6, der näher zu dem einen Ende 61 ist, der erste Widerstand 4 und der zweite Widerstand 5 von dem Heizrohr 3 isoliert, abgesehen von dessen blockiertem Ende 3a. Es sollte festgehalten werden, dass das Isolierpulver 30 an dem offenen Ende 3b des Heizrohrs 3 mit einer Dichtung 33 abgedichtet ist.
Der erste Widerstand 4 ist aus einem ersten elektrisch leitenden Material hergestellt (z. B. einer Eisen-Chrom-Legierung oder Nickel-Chrom), das einen geringen Widerstandsveränderungsgrad (d. h. Widerstandsfähigkeit bei 1000C°/Widerstandsfähigkeit bei 20C°) zwischen einer normalen Temperatur (20C°) und 1000C° (einer Temperatur des ersten Widerstands 4 der Glühkerze 1 während einem Vorglühen) von annähernd 1 hat, während der zweite Widerstand 5 aus einem zweiten elektrisch leitenden Material hergestellt ist (z. B. Nickel, niedrig gekohlter Stahl oder einer Kobalt-Eisen-Legierung), das einen vorhergehend festgelegten Veränderungsgrad von 5–14 aufweist. Anders gesagt hat das zweite elektrisch leitende Material einen größeren positiven Temperaturwiderstandskoeffizienten als das erste elektrisch leitende Material, wobei der Temperaturwiderstandskoeffizient durch eine Tangente eines Graphens festgelegt ist, der durch Aufzeichnen der gemessenen Widerstände an den Koordinaten erhalten wird, von denen die horizontale Achse die Temperatur darstellt und die vertikale Achse den Widerstand darstellt.
Ein verschweißter Bereich 45, der den ersten Widerstand 4 mit dem zweiten Widerstand 5 verbindet, ist zwischen den beiden Widerständen 4 und 5 durch ein Plasmalichtbogenschweißverfahren ausgebildet. Der verschweißte Bereich 45 ist durch Überlappen des anderen Endes 42 des ersten Widerstands 4 mit einem Ende 51 des zweiten Widerstands 5 und Anwenden eines Plasmalichtbogens auf den überlappenden Abschnitt ausgebildet.
Ein Abschnitt des innen liegenden Schafts 6, der näher an dem einen Ende 61 ist, wird durch das offene Ende 3b in das Heizrohr 3 eingebracht, während ein anderer Abschnitt des innen liegenden Schafts 6, der näher an dem anderen Ende 62 liegt, fest an dem anderen Ende 2b des Gehäuses 2 auf eine isolierende Weise über einen O-Ring 7, der aus elektrisch isolierendem Material hergestellt ist, wie z. B. einem fluorartigen Gummi, und eine aus Kunststoff hergesellte Buchse 8 gesichert, indem eine Mutter 9 angezogen wird.
Gemäß dieser Glühkerze 1 ist es möglich, einen großen Strom zu dem ersten Widerstand 4 unmittelbar nach der Einleitung von Energiezufuhr zuzuführen, um den ersten Widerstand 4 aufzuwärmen. Wenn eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, steigt der Widerstand des zweiten Widerstands 5 aufgrund dessen Temperaturanstiegs, was wiederum verursacht, dass die Energiezufuhr zu dem ersten Widerstand 4 abnimmt. Somit wird verhindert, dass der erste Widerstand 4 aufgrund des übermäßigen Temperaturanstiegs zerstört wird.
Als nächstes sind Einzelheiten der Spiralstruktur des ersten und zweiten Widerstands 4, 5, die als ein Widerstand der vorliegenden Erfindung verwendet werden, mit Bezug auf 2, 3A und 3B beschrieben. 2 stellt eine Spiralform eines Widerstands J einer herkömmlichen Glühkerze nach einer üblichen Art dar, und 3A und 3B stellen eine Spiralform eines Widerstands 4, 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Es sollte festgehalten werden, dass der erste und zweite Widerstand 4 und 5 dieses Ausführungsbeispiels im Wesentlichen dieselbe Spiralform aufweisen.
Wie es in 2 gezeigt ist, hat der Widerstand J eine Spiralwindungsform, die in einem orthogonalen X-, Y-, Z-Koordinatensystem dargestellt ist, wobei die Z-Achse der imaginären Windungsachse M entspricht, so dass jeder Punkt auf der Spiralform oder dem Widerstand durch F(X, Y, Z) dargestellt wird. Falls eine Darstellung mit Polarkoordinaten erfolgt, werden die nachfolgenden Gleichungen erfüllt: x = rcosθ, y = rsinθ, und z = bθ
Wobei b gleich zu P/2Π und r gleich einem halben Spiralendurchmesser ist (Spiralenaußendurchmesser – Drahtdurchmesser).
Wie vorhergehend beschrieben ist, in 2, ist eine Spiralteilung P als ein Abstand zwischen einem ersten Punkt t1 auf dem Spiralwiderstand 4, 5 und einem zweiten Punkt t2 entfernt von dem ersten Punkt t1 entlang des Widerstands J um einen Winkel θ = 2Π um die Windungsachse M festgelegt.
Ein dritter Punkt t3 ist auf dem Widerstand J als ein Punkt (θ = Π) festgelegt, der sich beginnend von dem ersten Punkt t1 in Richtung des Punkts t2 entlang des Widerstands J auf dessen halber tatsächlicher Länge zwischen den beiden Punkten t1 und t2 befindet. Anders gesagt ist der dritte Punkt t3 auf den Widerstand J als ein mittlerer Punkt der Länge des Widerstands J zwischen dem ersten Punkt t1 und dem zweiten Punkt t2 festgelegt, so dass eine gemessene Länge auf den Widerstand J zwischen dem Punkt t1 und dem Punkt t3 gleich zu der zwischen dem Punkt t2 und dem Punkt t3 ist.
Wie vorhergehend zudem beschrieben ist, kann der dritte Punkt t3 auch als ein Punkt auf einer imaginären Ebene K (in 2 durch eine gestrichelte Linie angezeigt) festgelegt sein, der beginnend von dem ersten Punkt t1 in Richtung des Punkts t2 entlang des Widerstands J dem ersten Punkt gegenüberliegend mit Bezug auf die Windungsachse M positioniert ist. Bei der herkömmlichen Glühkerze befindet sich der Abstand Q zwischen dem dritten Punkt t3 und dem ersten Punkt t1, der in Richtung der Windungsachse M gemessen wird, in einem Bereich des ungefähr 0,5fachen bis zu ungefähr dem 0,74fachen der Spiralteilung P.
Eine durch das Kaltumformen erzeugte Druckkraft wird auf den Widerstand J in der Richtung aufgebracht, die vertikal zu der Windungsachse ist, wie durch einen Pfeil R in 2 gezeigt ist. Diese Druckkraft verursacht, dass der Widerstand J in der axialen Richtung des Widerstandsdrahts zusammenklappt, um den Drahtdurchmesser zu erhöhen. In dieser Hinsicht wird die Tendenz eines Drahtdurchmesseranstiegs größer, je kleiner die Spiralteilung wird, da sich der Widerstandsdraht näher an der zu der Windungsachse vertikalen Richtung orientiert.
Im Gegensatz zu einem derartigen herkömmlichen Widerstand J hat der Widerstand 4, 5 der vorliegenden Erfindung eine Spiralform, wie es in 3A und 3B gezeigt ist. Das Beispiel von 3A hat aus Sicht der Z-Richtung (von unten nach oben in der Zeichnung) eine Spiralform im Uhrzeigersinn (rechtsgerichtet) in dem X-, Y-, Z-orthogonalen Koordinatensystem, während die Form von 3B aus Sicht der Z-Richtung eine Spirale gegen den Uhrzeigersinn (linksgerichtet) aufweist. Bei diesen beiden Spiralformen sind die Punkte t1, t2 und t3, die Spiralteilung P, der Abstand Q, die imaginäre Windungsachse M und die Druckkraftaufbringungsrichtung R ebenfalls auf dieselbe Weise wie in 2 festgelegt.
Bei dem Widerstand 4, 5 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Spiralform in einer Richtung mit Bezug auf die Windungsachse M so geneigt, dass der Abstand Q das 0,75fache der Spiralteilung P oder mehr in einer Position beträgt, in der der Abstand Q mit Bezug auf die Spiralteilung P maximal wird, wenn sich der Widerstand über 180° um die Windungsachse M windet. Somit ist die Drahtachse des Widerstands 4, 5 von der Richtung R der Druckkraft mehr als bei der Vorrichtung des Stands der Technik ausgelenkt.
In einem Zustand, in dem der Widerstand 4, 5 auf eine derartige Weise geneigt ist, wenn sich der Widerstand 4, 5 über 180° um die Windungsachse M windet, d. h., wenn die imaginäre Ebene K des Widerstands 4, 5 sich um 180° aus dem in 3A oder 3B gezeigten Zustand um die Windungsachse M dreht, gibt es eine Position, in der der Abstand Q mit Bezug auf die Spiralteilung P maximal wird (nachfolgend als eine Position des maximalen Abstands Q bezeichnet). In der Position des maximalen Abstands Q wird die nachfolgende Gleichung erfüllt: Q > 0,75P
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Widerstand 4, 5 in der Richtung der Windungsachse M um ein derartiges Ausmaß geneigt, dass der Abstand Q größer als die Spiralteilung P(Q > P) in der Position des maximalen Abstands Q ist, und der dritte Punkt t3 befindet sich außerhalb eines Bereichs, der sich von dem Punkt t1 zu dem Punkt t2 erstreckt.
Der Widerstand 4, 5 dieses Ausführungsbeispiels ist mit Bezug auf die Windungsachse M in einer Richtung so geneigt, dass der Abstand Q gleich dem 0,75fachen der Spiralteilung P oder mehr ist. Somit ist es möglich, die Richtung R der Druckkraft von der Drahtachse des Widerstands 4, 5 stärker als bei der Vorrichtung des Stands der Technik auszulenken. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Widerstand 4, 5 in der Richtung der Windungsachse M um ein derartiges Ausmaß geneigt, dass der Abstand Q größer als die Spiralteilung P(Q > P) ist, und sich der dritte Punkt t3 außerhalb eines Bereichs befindet, der sich von dem Punkt t1 zu dem Punkt t2 erstreckt.
In dieser Hinsicht, falls der Abstand Q unter Verwendung der imaginären Ebene K festgelegt ist, ist es möglich, eine Spiralform des Widerstands 4, 5 zu erhalten, wie in 3A und 3B gezeigt ist, indem beispielsweise die Spirale mit Bezug auf die Windungsachse M derart geneigt wird, dass sich der zweite Punkt t2 näher an dem ersten Punkt t1 befindet, und der dritte Punkt t3 von dem ersten Punkt t1 in der in 2 gezeigten imaginären Ebene K in der Richtung der Windungsachse M entfernt ist.
Obwohl es bevorzugt ist, dass die Spiralteilung P größer ist, um zu verhindern, dass der Drahtdurchmesser des Widerstands 4, 5 ansteigt, ist die Spiralteilung P wie vorhergehend beschrieben so ausgewählt, dass sie in diesem Ausführungsbeispiel gleich dem Spulendurchmesser (2r) des Widerstands 4, 5 oder weniger ist.
Als nächstes ist ein Verfahren zum Herstellen der Glühkerze gemäß dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel beschrieben. 4(a) bis 4(e) stellen die Schritte des Verfahrens für die Herstellung dar. Wie in 4(a) gezeigt ist, wird ein Spiralkörper 100 vorbereitet, um letztendlich ein in einem verschweiften Bereich 54 miteinander verschweißter erster Widerstand 4 und zweiter Widerstand 5 zu sein. Dieser Spiralkörper 100 besteht aus einem Drahtstück 101 (das letztendlich der erste Widerstand 4 sein soll) und einem Drahtstück 102 (das letztendlich der zweite Widerstand 5 sein soll), wobei beide aus demselben Material wie das der Widerstände des Stands der Technik hergestellt sind, und wobei diese in dem verschweißten Bereich 45 durch Plasmalichtbogenschweißen wie vorhergehend beschrieben verbunden sind.
In einem in 4(b) gezeigtem Schritt wird ein Paar von geteilten Vorrichtungen 103, 104 verwendet, die einem Innenraum entsprechend der Umfangsform des Spiralkörpers 100 festlegen, wenn sie zusammengefügt werden. Die geteilten Vorrichtungen 103, 104 weisen eine symmetrische Form auf und sind einander gegenüberliegend angeordnet, wobei sie die Windungsachse M zwischen sich dazwischenlegen, so dass der Umfang des Spiralkörpers 100 von diesen umgeben und dadurch gehalten wird. Zu dieser Zeit wurde der innen liegende Schaft 6 an dem Spiralkörper 100 geschweißt.
Das Paar von geteilten Vorrichtungen 103, 104, die den Spiralkörper 100 zwischen sich halten, werden entlang der Windungsachse M gegenläufig zueinander verschoben, während sie in der Richtung, in der sie sich einander nähern, gepresst werden, um den Spiralkörper 100 mit Bezug auf die Windungsachse M zu neigen. Somit wird der Widerstand 4, 5 mit der in 4(c), 3A und 3B gezeigten Form erhalten.
Wie es in 5(a) und 5(b) gezeigt ist, falls der Spiralkörper 100 im Vorfeld vorbereitet worden ist, um aus der Sicht der Windungsachse M (die Pfeilrichtung A in 5(a)) eine ovale Form aufzuweisen, und durch das Paar von geteilten Vorrichtungen 103, 104 in der Richtung des Hauptdurchmessers des Ovals gepresst wird, wird die ovale Form aus der Sicht der Windungsachse M zu einer beinahe kreisförmigen Form geklappt, wie sie in 5(c) gezeigt ist. Der Widerstand 4, 5, der eine derartige Gestalt aufweist, ist in der Lage, Wärme generell gleichmäßig um sich herum zu erzeugen.
In dem in 4(d) gezeigten Schritt werden der Widerstand 4, 5 und ein Teil des innen liegenden Schafts 6 in das Heizrohr 3 eingebracht. Anschließend wird ein blockiertes Ende 3a durch Verschweißen eines spitzen Endes des Heizrohrs 3 zusammen mit dem einen Ende 41 des ersten Widerstands 4 durch einen Plasmalichtbogen ausgebildet, und das eine Ende 41 des ersten Widerstands 4 ist elektrisch mit dem blockierten Ende 3a verbunden. Danach wird ein isolierendes Pulver, das den isolierenden Pulverkörper 30 bildet, in das Heizrohr 3 eingefüllt und durch die Dichtung 33 abgedichtet.
Nachfolgend wird das Heizrohr 3 in dem in 4(e) gezeigten Schritt in der Richtung der Windungsachse M (die Längsrichtung des Heizrohrs 3) kaltumgeformt, um die Fülldichte des Pulverkörpers 30 in dem Inneren des Rohrs 3 zu erhöhen. Somit wird der der in dem Inneren des Heizrohrs 3 gehaltene Widerstand 4, 5 erhalten.
Danach wird ein Abschnitt des Heizrohrs 3, der sich näher an dem offene Ende 3b befindet, in das Gehäuse durch dessen eines Ende 2a derart presseingepasst, dass das Heizrohr 3 fest an dem Gehäuse 2 gesichert ist. Ein Abschnitt des innen liegenden Schafts 6, der sich näher an dessen anderem Ende 62 befindet, wird durch Anziehen der Mutter 9 über den O-Ring 7 und die Buchse 8 an dem anderen Ende 2b des Gehäuses 2 befestigt. Somit wird die in 1 gezeigte Glühkerze 1 erhalten.
In dieser Hinsicht ist der Widerstand 4, 5 in der vorhergehend genannten Glühkerze 1 in einer Richtung mit Bezug auf die Windungsachse M geneigt, um die Widerstandsveränderung geeignet zu beschränken, die durch eine Druckkraft des Kaltumformens verursacht wird, so dass der Abstand Q in einer Position eines maximalen Abstands Q das 0,75fache der Spiralteilung P oder mehr beträgt. Die Grundlage einer derartigen Anordnung ist nachfolgend beschrieben.
6 ist ein Diagramm, das die Wirkung der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei eine horizontale Achse den Abstand Q in einer Position des maximalen Abstands Q (ein Wert, der durch die Spiralteilung P standardisiert ist) darstellt, und eine vertikale Achse den Widerstandsveränderungsgrad (Widerstand (Ω) nach dem Kaltumformen/Widerstand (Ω) vor dem Kaltumformen) darstellt. Während der Kaltumformungsgrad (Grad der Veränderung eines Rohrdurchmessers) in diesem Ausführungsbeispiel 25% beträgt, was in einem Bereich eines für Glühkerzen gemäß der vorliegenden Erfindung brauchbaren Kaltumformgrades liegt, wird im Wesentlichen dieselbe Tendenz beobachtet.
Es ist aus 6 ersichtlich, dass die Glühkerze 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in den der Abstand Q in einer Position eines maximalen Abstands Q das 0,75fache der Spiralteilung P oder mehr beträgt, im Vergleich mit der herkömmlichen Glühkerze, zum Beschränken des Grads der durch das Kaltumformen des Heizrohrs 3 hervorgerufene Widerstandsveränderung des Widerstands 4, 5 wirkt. Falls der Abstand Q in einer Position eines maximalen Abstands Q gleich der Spiralteilung P oder mehr ist, ist es insbesondere möglich, den Grad einer Widerstandsveränderung des Widerstands signifikant zu beschränken.
Wie es vorhergehend beschrieben ist, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, auch nach dem Kaltumformen des Heizrohrs 3 zu verhindern, dass der Drahtdurchmesser des Widerstands 4, 5 zunimmt, was zu einer Glühkerze führt, die in der Lage ist, den Grad einer Widerstandsveränderung geeignet zu beschränken.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Anordnung zudem einfach in einem Aufbau, wobei der Widerstand 4, 5 lediglich in einer Richtung mit Bezug auf die Windungsachse M geneigt ist, ohne die Anzahl von Spiralen herabzusetzen, und daher ist die Anordnung für eine Glühkerze geeignet, die eine große Widerstandsfähigkeit in den Widerständen 4, 5 verlangt (z. B. um mit 24 Volt oder 42 Volt verwendet zu werden).
Obwohl die zwei Widerstände in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel in Reihe miteinander verbunden sind, kann der Widerstand einer oder drei oder mehr sein, die in Reihe oder parallel zueinander verbunden sind. Obwohl beide Widerstände 4, 5 in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel in einer Richtung mit Bezug auf die Windungsachse M geneigt sind, kann auch einer von diesen (z. B. der erste Widerstand 4) allein geneigt sein, oder ein Teil davon kann geneigt sein, so dass die Widerstandsfähigkeit in dem geneigten Abschnitt davon abgehalten wird, zu sinken.
7A, 7B, 8A und 8B stellen typische vorhergehend beschriebene Abwandlungen dar.
Die Dimensionsbeziehung ist mit Bezug auf 7A, 7B, 8A und 8B beschrieben. Z. B. ist ein Außendurchmesser des Heizrohrs 3 in 7A 5 mm, und es gibt keine Abschnitte mit größeren und kleineren Durchmessern. Eine Wanddicke des Heizrohrs 3 befindet sich üblicherweise in einem Bereich von 0,3 mm bis 1 mm, wobei die Wanddicke von seit den 1960ern hergestellten Glühkerzen gemeint ist.
In 7A, 7B, 8A und 8B wird ein Außendurchmesser (Spulendurchmesser) des Widerstands (Spulenheizer) 4, 5, der in dem Heizrohr 3 eingebaut ist, so ausgewählt, dass sein Abstand zwischen dem Widerstand und der Innenwand des Heizrohrs 3 (Isolierabstand) von 0,1 mm oder mehr erhalten wird, um die Isolierung zwischen dem Widerstand 4, 5 und dem Heizrohr 3 zu garantieren. Daher kann der Außendurchmesser des Widerstands 4, 5 auch ein dünnerer Durchmesser in einem Bereich von 2,5 mm bis 4,8 mm sein, wie in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 11-148647 vorgeschlagen wird.
Während der Widerstand 4 ein Spulenbauteil ist, das in dem in 7A gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer Materialart hergestellt ist, um denselben Widerstandswert aufzuweisen, kann eine Kombination von verschiedenen Materialien für das Spulenbauteil verwendet werden, um verschiedene Widerstandswerte aufzuweisen, vorausgesetzt, dass ein Neigungsabschnitt von zwei Spulen oder mehr darin existiert, wie in den Ansprüchen festgelegt ist. In 7A bildet der Widerstand 4 des sich unter der unteren Endfläche des Gehäuses 2 befindlichen Spulenbauteils den vorhergehenden Neigungsabschnitt.
Wenn zwei Spulenbauteile oder mehr miteinander verbunden sind, beispielsweise, wenn der Widerstand 4 mit dem Widerstand 5 verbunden ist, wie es in 1 oder 7P gezeigt ist, existiert ein großer Spalt von einer Windung an der jeweiligen Seite einer Position, in der die Spulenbauteile miteinander verbunden sind, beispielsweise in einen Bereich von 0,25 mm bis 5 mm.
In dem in 7A gezeigten Widerstand 4 hat der diametrische Querschnitt des Spulendrahts nach dem Kaltumformen durch das Ausbilden des Neigungsabschnitts eine Ovalform. Ein Hauptdurchmesser der Ovalform hat beispielsweise ungefähr das 1,1fache eines Nebendurchmessers oder mehr, wobei der Nebendurchmesser sich in einem Bereich von 0,15 mm bis 0,8 mm befindet. Ein Außendurchmesser des Widerstands (Spulendurchmesser) kann einen Stufenunterschied von 0,05 mm oder mehr aufweisen, vorausgesetzt, ein Isolierspalt von 0,1 mm oder mehr ist zwischen dem Heizrohr 3 und beiden Widerständen 4, 5 garantiert.
Eine vorstehende Länge des Heizrohrs 3 von dem einen Ende 2a des Gehäuses 2 befindet sich beispielsweise in einem Bereich von 10 mm bis 60 mm. Das eine Ende 61 des innen liegenden Schafts 6 kann sich in irgendeiner Position befinden, solange es mit der Endfläche des offenen Endes 3b des Heizrohrs in Berührung ist. Z. B. kann das eine Ende 61 4 mm oder mehr in das Innere des Heizrohrs 3 eingebracht und in dem Isolierpulver eingebettet sein.
Ein Durchmesser eines Abschnitts des innen liegenden Schafts 6, der sich näher an dem einen Ende 61 befindet, kann optional sein, vorausgesetzt, der Isolierspalt von 0,1 mm oder mehr ist von der Innenwand des Heizrohrs 3 weg garantiert; beispielsweise kann sich der Abstand in einem Bereich von 1 mm bis 5,2 mm befinden. Eine Form des innen liegenden Schafts 6 kann entweder stufenlos sein oder mehrere Stufen aufweisen, wie in 7B und 8A gezeigt ist. Der Höhenunterschied zwischen den Stufen ist beispielsweise 0,05 mm oder mehr.
Ein Trend bei Glühkerzenheizern ist ein Heizrohr 3, das einen Abschnitt 32 mit größerem Durchmesser und einen Abschnitt 31 mit kleinerem Durchmesser aufweist, wie in 7B und 8A gezeigt ist, da dünnere Glühheizer in letzter Zeit gefragt sind. Der Abschnitt 31 mit größerem Durchmesser und der Abschnitt 32 mit kleinerem Durchmesser können frei miteinander kombiniert werden; ein Beispiel dafür ist das eine, bei dem sich der Außendurchmesser des Abschnitts 31 mit kleinerem Durchmesser in einem Bereich von 2,5 mm bis 5,5 mm befindet, und bei dem sich der Abschnitt 32 mit größerem Durchmesser in einen Bereich von 3 mm bis 6 mm befindet.
Auch bei einem derartigen Heizrohr 3 mit einem Abschnitt 32 mit größerem Durchmesser und einem Abschnitt 31 mit kleinerem Durchmesser kann ein darin untergebrachter Widerstand 4, 5 entweder ein einzelnes Spulenbauteil sein, das aus demselben Material mit demselben Widerstandswert hergestellt ist, oder eine Kombination von Spulenbauteilen, die aus verschiedenen Materialien mit verschiedenen Widerstandswerten hergestellt sind, vorausgesetzt, es gibt einen Neigungsabschnitt mit zwei Windungen oder mehr in einem Teil des Spulenbauteils.
Der Unterschied zwischen den Ausführungsbeispielen, die in 7B und 8A gezeigt sind, ergibt sich darin, dass das eine Ende 61 des innen liegenden Schafts 6 außerhalb des Gehäuses 2 (7B) oder im Inneren von diesem (8A) positioniert ist. Zudem sind die Neigungsabschnitte in 7B überall über dem ersten Widerstand 4 und einem Teil des zweiten Widerstands 5, der sich näher an dessen anderem Ende 52 befindet, ausgebildet, während ein verbleibender Teil des zweiten Widerstands 5, der sich näher an dessen Ende 51 befindet, nicht der Neigungsabschnitt ist.
Bei der in 8B gezeigten Glühkerze ist das Heizrohr 3 in zwei Teile aufgeteilt, von denen einer in dem Gehäuse 2 untergebracht ist und der andere aus dem Gehäuse 2 hervorsteht. Die Widerstände 4, 5 werden in den jeweiligen Teilen gehalten, während sie in dem Isolierpulver 30 eingebettet sind. Beide Widerstände 4, 5 sind elektrisch über einen Teil des innen liegenden Schafts 6 verbunden, der ebenfalls in zwei Teile aufgeteilt ist. In dem in 8B gezeigten Ausführungsbeispiel bildet der Widerstand 5 in dem Gehäuse 2 den Neigungsabschnitt, und die Dimensionsbeziehung zwischen den jeweiligen Teilen ist dieselbe wie in 7A.
Die vorgehend genannte Dimensionsbeziehung gilt für alle Glühkerzen, die Widerstände aus einem metallenen Draht (Fe, Cr, Ni, Co, Al, Pt oder andere) mit einer Spiralform in dem Heizrohr aufweisen. Die vorliegende Erfindung ist auch auf Glühkerzen anwendbar, die teilweise aus keramischem Material ausgebildet sind, vorausgesetzt, es existieren metallene Drähte in einer Spiralform.
Während die Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, die zum Zwecke der Darstellung ausgewählt wurden, sollte es klar sein, dass unzählige Abwandlungen davon durch einen Fachmann durchgeführt werden können, ohne von dem grundlegenden Konzept und dem Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Glühkerze mit einem Hohlrohr (3) und einem Widerstand (4, 5), der in dem Rohr (3) einbehalten ist, während der Widerstand (4, 5) in einer Spiralform mit einer Windungsachse (M) gewickelt ist, die mit einer Längsachse des Rohrs (3) zusammenfällt, wobei der Widerstand (4, 5) durch Erregen mit einem Strom erwärmt wird, wobei ein erster Punkt (t1) und ein zweiter Punkt (t2) auf dem Widerstand (4, 5) so bestimmt sind, so dass eine Spiralteilung (P) der Widerstandswicklung zwischen den beiden festgelegt ist; ein dritter Punkt (t3) in einer Position festgelegt ist, die dem ersten Punkt (t1) entlang dem Widerstand (4, 5) in einer imaginären Ebene (K), die den ersten Punkt (t1) und die Windungsachse (M) aufweist, gegenüberliegt, so dass der dritte Punkt (t3) entlang dem Widerstand (4, 5) von dem ersten Punkt (t1) in Richtung des zweiten Punkts (t2) beabstandet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsspirale (4, 5) relativ zu der Windungsachse (M) derart geneigt ist, dass der Abstand (Q) zwischen dem dritten Punkt (t3) und dem ersten Punkt (t1) in der Richtung der Windungsachse (M) gemessen das 0,75fache der Spiralteilung (P) oder mehr beträgt; und der Abstand (Q) mit Bezug auf die Spiralteilung (P) der Maximalwert ist, wenn sich der Widerstand (4, 5) über 180° um die Windungsachse (M) windet.
Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Punkt (t3) in einer Position entlang dem Widerstand zwischen dem ersten Punkt (t1) und dem zweiten Punkt (t2) festgelegt ist, so dass sich der dritte Punkt (t3) entlang dem Widerstand (4, 5) auf halber Länge des Widerstanddrahts (4, 5) zwischen dem ersten Punkt (t1) und dem zweiten Punkt (t2) befindet.
Glühkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (4, 5) relativ zu der Windungsachse (M) geneigt ist, so dass ein Abstand (Q) zwischen dem dritten Punkt (t3) und dem ersten Punkt (t1) in der Richtung der Windungsachse (M) gemessen gleich der Spiralteilung (P) oder mehr ist.
Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralteilung (P) gleich einem Spulendurchmesser (2r) des Widerstands (4, 5) oder kleiner gewählt ist.
Verfahren zum Herstellen einer Glühkerze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Vorbereiten eines Spiralkörpers (100) eines Drahtmaterials, das um eine Windungsachse (M) gewunden ist, um schließlich den Widerstand (4, 5) auszubilden; Halten des Umfangs des Spiralkörpers (100) mit einem Paar von geteilten Vorrichtungen (103, 104), die bezüglich der Windungsachse (M) einander gegenüberliegend angeordnet sind; und Pressen des Spiralkörpers (100) indem das Paar von geteilten Vorrichtungen (103, 104) in einer Richtung aufeinander zu bewegt wird, während das Paar von geteilten Pressvorrichtungen (103, 104) gegenläufig verschoben wird, so dass der Spiralkörper (100) mit Bezug auf die Windungsachse (M) geneigt wird, wobei das Rohr (3) entlang der Windungsachse (M) kaltumgeformt wird, nachdem der Spiralkörper (100) in das Rohr (3) eingebracht wurde.