JP2004264013A - シーズヒータの製造方法及びグロープラグの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属製シースのスウェージングに起因するコイルの異常変形を防止乃至軽減することが可能なシーズヒータの製造方法を提供する。
【解決手段】 金属製シース３ａの内部に絶縁粉末３ｄとコイル３ｂを封入した後、スウェージングにより縮径するようにしたシーズヒータ３の製造方法であって、金属製シース３ａをスウェージングするより前に前記コイル３ｂを加熱して焼鈍するようにした。この製法によれば、焼鈍によりコイル３ｂが軟化するため、スウェージングによる金属製シース３ａの縮径に追随して、縮れ、曲がり、波打などの変形を殆ど伴わずにコイル３ｂも縮径する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属製シースの内部に絶縁粉末とコイルを封入し、そのコイルに通電して発熱させるシーズヒータの製造方法及びそのシーズヒータを備えたグロープラグの製造方法に関する。

シーズヒータと、そのシーズヒータを備えたグロープラグを図４に基づき説明する。グロープラグ１は、筒状の主体金具２と、主体金具２の中心を貫くシーズヒータ３とから概略構成される。
前記シーズヒータ３は、先端をほぼ半球状にして閉じ後端を開口させた形態である金属製シース３ａの内部に、コイル３ｂと、丸軸形の中心電極３ｃの先端側を入れて絶縁粉末３ｄ（例えばマグネシアの粉末）を充填し、金属製シース３ａの開口内面と中心電極３ｃの間に絶縁用のゴムパッキン３ｅを挟んで密封してなる。前記中心電極３ｃは、先端が金属製シース３ａの中程にあって前記コイル３ｂに電気的に接続され、後端が主体金具２の中心を通って外部に突出している。また、金属製シース３ａの筒先内面にコイル３ｂが電気的に接続されており、従って中心電極３ｃと金属製シース３ａは、コイル３ｂを介して電気的に繋がっている。

しかして前記シーズヒータ３は、金属製シース３ａの内部にコイル３ｂを入れて中心電極３ｃを差し込み、絶縁粉末３ｄを充填した後、金属製シース３ａをスウェージングにより縮径して所望の太さに仕上げるようにしていた（例えば特許文献１参照。）。
特開平６−１０９２４８号公報

グロープラグ１を小型化するためにシーズヒータ３の細径化が図られており、その結果、現在では外径４.４ｍｍ〜３.５ｍｍのシーズヒータ３が開発されている。

ところが従来方法で製造した細径のシーズヒータ３をＸ線撮影装置を用いて観察したところ、図５に示したように内部のコイル３ｂが異常に変形しているものの存在が確認された。このように異常変形したコイル３ｂは、変形部に過大な熱応力が掛かることがあり、そのためにそこから断線してシーズヒータ３の寿命を縮めてしまう可能性がある。

そこでそのようなコイル３ｂの異常変形の原因を探求したところ、金属製シース３ａをスウェージングで縮径する過程でコイル３ｂが異常に変形することが判った。
なお、コイル３ｂの異常変形はスウェージング率（縮径加工率）の大きさと関連性があり、耐久性に問題を生じさせない範囲ではあるものの１／１.２未満のスウェージング率でもコイル３ｂの異常変形が僅かに発生し、スウェージング率がそれより大きくなるほど異常変形の度合いが強くなる。

本発明は上記に鑑みなされたもので、その目的は金属製シースのスウェージングに起因するコイルの異常変形を防止乃至軽減することが可能なシーズヒータの製造方法と、そのようなシーズヒータを備えたグロープラグの製造方法を提供することにある。

請求項１に記載したように、金属製シースの内部に絶縁粉末とコイルを封入した後、スウェージングにより縮径するようにしたシーズヒータの製造方法であって、金属製シースをスウェージングするより前に前記コイルを加熱して焼鈍するようにしたシーズヒータの製造方法を提供する。
また、請求項２に記載したように、コイルに通電して発熱させることにより前記焼鈍を行わせるようにした請求項１記載のシーズヒータの製造方法を提供する。
また、請求項３に記載したように、金属製シースの内部に絶縁粉末とコイルを封入した後、封入した状態のコイルを加熱して焼鈍するようにした請求項１又は２記載のシーズヒータの製造方法を提供する。
また、請求項４に記載したように、前記コイルがＣｏを含む合金製である請求項３記載のシーズヒータの製造方法を提供する。
また、請求項５に記載したように、金属製シースの内部に絶縁粉末とコイルを封入してなるシーズヒータを備えたグロープラグの製造方法であって、前記シーズヒータを請求項１乃至４の何れか一つに記載の方法で製造するようにしたグロープラグの製造方法を提供する。

請求項１に記載の製造方法によれば、焼鈍によりコイルが軟化するため、スウェージングによる金属製シースの縮径に追随して、縮れ、曲がり、波打などの変形を殆ど伴わずにコイルも縮径する。
なお、スウェージング率が１／１.２未満のシーズヒータは、コイルが変形するといっても極軽微であって実用上全く問題ないレベルであるが、コイルの変形箇所が断線ポイントになる可能性が高いという点に着目すれば、そのようなコイルの変形が防止乃至軽減できる本発明は、シーズヒータの可能な限りの長寿命化に優れた効果を発揮する、と評価することができる。従って本発明は、スウェージング率の大小に拘わらずシーズヒータの可能な限りの長寿命化に効果を発揮し、一方、スウェージング率が１／１.２以上の場合に発生するコイルの異常変形が実用上のトラブル発生要因になる可能性が高いことより、スウェージング率が１／１.２以上の場合に特に高い有用性を発揮する。

また、請求項２のように、シーズヒータのコイル自体が発熱体であることを利用して通電によりコイル自身を発熱させれば短時間で無駄なく高温にすることができる。

また、請求項３に記載の製造方法によれば、金属製シースの中に絶縁粉末と一緒に封入した状態のコイルを焼鈍するようにしたため、加熱時のコイルの酸化を考慮する必要がなく且つ裸のコイルを焼鈍する場合と違ってコイル同士が絡み合うような不具合も生じないから取り扱いが容易で作業性がよい。また、金属製シース内でコイルに通電してコイル自身を発熱させる場合には、金属製シースの外部から加熱するより遙かに短時間で無駄なく高温にすることができ、また、金属製シースやゴムパッキンなど他の部品に熱による悪影響を及ぼすことなく必要箇所に的を絞った加熱が可能になる。

また、金属製シースの中に絶縁粉末とコイルを一緒に封入してその状態のままコイルを焼鈍するようにすれば、加熱時のコイルの酸化を考慮する必要がないこと上記のとおりであり、従ってコイルが請求項４のように高温雰囲気で酸化のおそれがあるＣｏを含む合金製である場合に特に有用性を発揮する。

以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、図１はスウェージング前の状態を半断面にして示すシーズヒータの正面図、図２はスウェージング後の状態を示すシーズヒータの正面図、図３はシーズヒータの要部断面図、図４はグロープラグの縦断面図である。

シーズヒータ３は、図１に示したように、先端をほぼ半球状にして閉じ後端を開口させた形態である金属製シース３ａの内部に、コイル３ｂと、丸軸形の中心電極３ｃの先を入れて絶縁粉末３ｄ（例えばマグネシアの粉末）を充填し、金属製シース３ａの開口内面と中心電極３ｃの間に絶縁用のゴムパッキン３ｅを挟んで密封してなる。
前記中心電極３ｃは、先端が金属製シース３ａの中程にあって前記コイル３ｂに電気的に接続されている。また、金属製シース３ａの筒先内面にコイル３ｂが電気的に接続されており、従って中心電極３ｃと金属製シース３ａは、コイル３ｂを介して電気的に繋がっている。また、コイル３ｂは金属製であって、例えば、純Ｆｅ、Ｆｅ-Ｃｒ-Ａｌ合金或いはＣｏ-Ｆｅ−Ｎｉ、Ｃｏ-ＮｉなどＣｏを含む合金で出来ている。

しかして、図１に示したシーズヒータ３は製造半ばの状態であり、通常はこの段階で金属製シース３ａをスウェージングにより縮径して所望の太さに仕上げるのであるが、本発明ではこの段階でコイル３ｂを焼鈍し、その後にスウェージングを実行する。コイル３ｂの焼鈍は、そのコイル３ｂを構成する金属の融点のほぼ２／３程度の温度を目安に加熱し、その後徐冷すればよい。例えば、コイル３ｂがＦｅ-Ｃｒ-Ａｌ製である場合は約９００℃に加熱して徐冷するのである。

コイル３ｂを加熱する手段には、バーナーなどにより金属製シース３ａの先を外から炙る方法と、コイル３ｂに通電してコイル３ｂ自身を発熱させる方法がある。図１はコイル３ｂに通電して発熱させる方法を示したもので、中心電極３ｃと金属製シース３ａの各端部に電気ケーブル４を接続してコイル３ｂに通電する。なお、コイル３ｂへの通電条件は、コイル３ｂの仕様と焼鈍に必要な温度とから一義的に導くことができ、例えばディーゼルエンジンのグロープラグに使用するようなシーズヒータ３では、１１Ｖの直流を３０秒間通電することでコイル３ｂの温度を焼鈍に必要な９００℃前後に高めることができる。

以上のようにして金属製シース３ａに封入した状態のコイル３ｂを焼鈍した後、スウェージングにより金属製シース３ａを縮径すると、その金属製シース３ａの縮径に追随して、縮れ、曲がり、波打などの変形を殆ど伴わずにコイル３ｂも縮径する。従って熱応力が集中する歪な変形部分がないため、そのような熱応力に起因する断線のおそれがなく、耐久性に優れた高品質のシーズヒータ３が製造できる。

なお、図４に示したグロープラグ１は、前記シーズヒータ３の金属製シース３ａを主体金具２に圧入し、次に、シーズヒータ３の中心電極３ｃに絶縁環３ｆと丸ナット３ｇを装着し、その丸ナット３ｇを締め付けて製造する。

［コイルの変形と耐久試験］
表１に示したように、シーズヒータ３のサンプルをＮｏ.１〜Ｎｏ.３、Ｎｏ.４〜Ｎｏ.６、Ｎｏ.７〜Ｎｏ.９の３群に分け、各群内でコイル３ｂの材質と金属製シース３ａの外径を統一し、サンプルＮｏ.１，４，７は、コイル３ｂを焼鈍することなく金属製シース３ａをスウェージングした従来製法によるものとし、サンプルＮｏ.２，５，８は、金属製シース３ａが約９００℃になるようにバーナーで１分間加熱し、内部のコイル３ｂを焼鈍してから金属製シース３ａをスウェージングした本発明の製法によるものとし、サンプルＮｏ.３，６，９は、コイル３ｂに１１Ｖの直流を３０秒間通電してコイル３ｂ自身を加熱し（このとき金属製シース３ａの温度は約９００℃に上昇）、そうしてコイル３ｂを焼鈍してから金属製シース３ａをスウェージングした本発明の製法によるものとした。そして、全サンプルの夫々について、コイル変形の有無をＸ線撮影装置で確認し、また、直流１１Ｖで１０秒間通電→直流１３Ｖで３００秒間通電→ＯＦＦ状態で６０秒間維持、を１サイクルとしてそれを連続して繰り返す耐久試験を実施した。その結果を表１に示す。

表１に示したように、コイル３ｂを焼鈍しない従来方法で製造したサンプルＮｏ.１，４，７は、何れもコイル３ｂが異常に変形し、また、上記耐久試験も５０００サイクル以上という規格値がクリアできなかった。
一方、コイル３ｂをバーナーで焼鈍した本発明の製法によるサンプルＮｏ.２，５，８は、何れもコイル３ｂに若干の変形が確認されたが比較的軽微であり、上記耐久試験も５０００サイクル以上という規格値をクリアした。
また、コイル３ｂに通電して焼鈍した本発明の製法によるサンプルＮｏ.３，６，９は、コイル３ｂの変形が見られず、上記耐久試験も５０００サイクル以上という規格値をクリアした。

以上本発明を実施の形態について説明したが、もちろん本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態では金属製シースの内部に絶縁粉末とコイルを封入した後、封入した状態のコイルを加熱して焼鈍するようにしたが、コイルを先に焼鈍してから金属製シースに封入し、その後スウェージングを実行するようにしてもよい。この場合、コイルの材質が加熱により酸化する性質のものであれば、アルゴンや窒素のような不活性ガスの雰囲気又は真空中での焼鈍が望ましい。

スウェージング前の状態を半断面にして示すシーズヒータの正面図である。 スウェージング後の状態を示すシーズヒータの正面図である。 シーズヒータの要部断面図である。 グロープラグの縦断面図である。 従来方法で製造したシーズヒータの要部断面図である。

符号の説明

１ …グロープラグ
３ …シーズヒータ
３ｂ…コイル
３ａ…金属製シース
３ｄ…絶縁粉末

Claims (5)

1. 金属製シースの内部に絶縁粉末とコイルを封入した後、スウェージングにより縮径するようにしたシーズヒータの製造方法であって、
   金属製シースをスウェージングするより前に前記コイルを加熱して焼鈍するようにしたことを特徴とするシーズヒータの製造方法。
2. コイルに通電して発熱させることにより前記焼鈍を行わせるようにしたことを特徴とする請求項１記載のシーズヒータの製造方法。
3. 金属製シースの内部に絶縁粉末とコイルを封入した後、封入した状態のコイルを加熱して焼鈍するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のシーズヒータの製造方法。
4. 前記コイルがＣｏを含む合金製であることを特徴とする請求項３記載のシーズヒータの製造方法。
5. 金属製シースの内部に絶縁粉末とコイルを封入してなるシーズヒータを備えたグロープラグの製造方法であって、
   前記シーズヒータを請求項１乃至４の何れか一つに記載の方法で製造するようにしたことを特徴とするグロープラグの製造方法。

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