JP2004340422A - グロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】シーズチューブの先端部の温度を高くすることで、予熱の効率を良くすることができ、且つ、抵抗線コイルの断線を抑制するグロープラグを提供することを目的とする。
【解決手段】グロープラグ１は、先端側が閉じた筒状形態であるシーズチューブ３と、シーズチューブ３の後端側内部に自身の先端側を配置させる通電端子軸４と、自身の先端をシーズチューブ３の先端に接続し、後端を通電電子軸４に接続する、正の抵抗温度係数を有し、且つ、２０℃での電気抵抗Ｒ２０に対する１０００℃での電気抵抗Ｒ１０００の比Ｒ１０００／Ｒ２０が３以下である抵抗線コイル５を備え、抵抗線コイル５は、第１コイル５１と、第１コイルの後端側に直列に接続する第２コイル５２とからなり、第１コイル５１の発熱温度が前記第２コイル５２の発熱温度よりも高いことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンのシリンダ内を予熱するためのグロープラグや水の予熱のための加熱プラグに使用されるグロープラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりディーゼルエンジンの予熱用等に使用されるグロープラグとしては、図４のようなグロープラグ１００が知られている。このグロープラグ１００は、先端側が閉じた筒状形態であるシーズチューブ１０３と、シーズチューブ１０３の後端側内部に自身の先端側を配置させる通電端子軸１０４と、シーズチューブ１０３の後端側が自身の内部に挿入される主体金具１０２を備えている。（特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−７４８４８号公報（第１３図、第１４図）
【０００４】
そして、シーズチューブ１０３の内部には、自身の先端をシーズチューブ１０３の先端に電気的に接続し、後端を通電端子軸１０４に電気的に接続する抵抗線コイル１０５が配置されている。（図５参照）そして、この抵抗線コイル１０５は、自身に電流が流れることで発熱するように、正の抵抗温度係数を有し、且つ、２０℃での電気抵抗Ｒ２０に対する１０００℃での電気抵抗Ｒ１０００の比Ｒ１０００／Ｒ２０が３以下の材料から作られている。
【０００５】
このようなグロープラグ１００は、例えばディーゼルエンジンのシリンダヘッド（図示せず）にシーズチューブ１０３の先端側を燃焼室に突き出すように取り付け、通電端子軸１０４にバッテリ（図示せず）を電源として電圧を印加すると、通電端子軸１０４から抵抗線コイル１０５、シーズチューブ１０３、主体金具１０２を経て、シリンダヘッドに電流が流れる。これにより、抵抗線コイル１０５に大きな電流が流れて発熱し、それに伴ってシーズチューブ１０３が加熱される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のようなグロープラグ１００に、電圧を印加すると、抵抗線コイル１０５の中央部付近の発熱が抵抗線コイル１０５の先端部よりも多くなり、シーズチューブ１０３の中央付近の温度がシーズチューブ１０３の先端部よりも高くなる。そして、該グロープラグ１００をディーゼルエンジンのエンジンヘッドに取り付けた場合に、シーズチューブ１０３の中央部付近がエンジンの燃焼室内に配置されない場合があり、効率の良い予熱ができない虞があった。
【０００７】
そこで、通電端子軸の先端部をシーズチューブ内の先端側に延ばして、シーズチューブの先端部のみに抵抗線コイルを配置する。そうすることで、発熱が多い抵抗線コイルの中央部付近をシーズチューブの先端側に近づけることができ、シーズチューブの先端部の温度を高くすることができる。よって、グロープラグをエンジンヘッド等に取り付けた場合に、予熱の効率を良くすることができる。
【０００８】
なお、シーズチューブの先端部に抵抗線コイルを配置させるグロープラグとしては、抵抗コイルの巻き数を保ちつつ、抵抗線コイルのピッチを短くすることで、抵抗線コイルにおけるシーズチューブの長手方向の長さ（以下、単にコイル長とも言う）を短くするグロープラグが考えられる。しかし、該グロープラグは、抵抗線コイルによりシーズチューブ全体を加熱するのではなく、抵抗線コイルを囲むシーズチューブの先端部だけを加熱する。よって、抵抗線コイルによって、加熱されるシーズチューブの体積は、従来のグロープラグに対して減少する。これに対して、抵抗線コイルの発熱量は従来のグロープラグの発熱量と同じとなる。よって該グロープラグにおいては、抵抗線コイルが異常に加熱され、抵抗線コイルが断線してしまう虞があった。
【０００９】
また、シーズチューブの先端部に抵抗線コイルを配置させるグロープラグとしては、抵抗線コイルのピッチを保ちつつ、抵抗線コイルの巻き数を減らすことで、抵抗線コイルのコイル長を短くするグロープラグが考えられる。該グロープラグにおいても、抵抗線コイルによって、加熱されるシーズチューブの体積は、従来のグロープラグに対して減少する。さらに、抵抗線コイルの巻き数を減らすことで抵抗線コイルの全長が短くなり、抵抗線コイルの発熱量は従来のグロープラグの発熱量よりも増加する。よって、該グロープラグにおいても、抵抗線コイルが異常に加熱され、抵抗線コイルが断線してしまう虞があった。
【００１０】
本発明は、こうした問題を鑑みてなされたものであって、シーズチューブの先端部の温度を高くすることで、予熱の効率を良くすることができ、且つ、抵抗線コイルの断線を抑制するグロープラグを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた本発明（請求項１に記載の発明）は、先端側が閉じた筒状形態であるシーズチューブと、該シーズチューブの後端側内部に自身の先端側を配置させる通電端子軸と、自身の先端をシーズチューブの先端に接続し、後端を通電電子軸に接続する、正の抵抗温度係数を有し、且つ、２０℃での電気抵抗Ｒ２０に対する１０００℃での電気抵抗Ｒ１０００の比Ｒ１０００／Ｒ２０が３以下である抵抗線コイルを備え、前記抵抗線コイルは、第１コイルと、該第１コイルの後端側に直列に接続する第２コイルとからなり、前記第１コイルの発熱温度が前記第２コイルの発熱温度よりも高いことを特徴とする。
【００１２】
本発明のグロープラグは、抵抗線コイルが、第１コイルと、該第１コイルの後端側に直列に接続する第２コイルとからなる。つまり、第２コイルを設けることで、抵抗線コイルの全長は長くなり、第１コイルの発熱量を従来のグロープラグの抵抗線コイルの発熱量よりも減少させることができる。これにより、第１コイルによって加熱されるシーズチューブの体積が従来のグロープラグに対して減少したとしても、第１コイルが異常に加熱され、第１コイルが断線してしまうことを抑制することができる。
【００１３】
さらに、第１コイルの発熱温度を第２コイルの発熱温度よりも高くする。シーズチューブの先端側にある第１コイルの発熱が多くなることで、シーズチューブの先端部の温度が高くなり、グロープラグをエンジンヘッド等に取り付けた場合に、予熱の効率を良くすることができる。なお、第１コイル、第２コイルの発熱温度は、シーズチューブの長手方向において、それぞれ第１コイル、第２コイルの中央の温度である。
【００１４】
なお、第１コイル、第２コイルのピッチは０．３ｍｍ〜１．２ｍｍとする。０．３ｍｍ未満の場合、ピッチが短く、第１コイルまたは第２コイルが異常に加熱され、断線してしまう虞がある。また、ピッチを１．２ｍｍ以上とすると、抵抗線コイルの全長が長くなり、グロープラグが大きくなり、コストが上がる。よって、ピッチを上記のように設定することで、本発明のグロープラグは、シーズチューブの先端側の温度を高くすることができ、さらに、抵抗線コイルが異常に加熱され、抵抗線コイルが断線してしまうことを抑制することができる。
【００１５】
さらに、第１コイルの線径が、第２コイルの線径よりも小さくすることが良い。このように第１コイルの線径が、第２コイルの線径よりも小さくすることで、第１コイルの抵抗値が第２コイルの抵抗値よりも大きくなり、第１コイルの発熱量が大きくなる。その結果、シーズチューブの先端部にある第１コイルの発熱が多くなり、シーズチューブの先端部の温度が高くなることで、予熱の効率を良くすることができる。
【００１６】
ここで、第１コイルと第２コイルは、通常、抵抗溶接等の溶接により直列に接続される。そして、第１コイルと第２コイルとのＲ１０００／Ｒ２０が違う場合、溶接性が悪く、また、溶接部が合金化することで、溶接部が温度に対して、不安定となる虞がある。しかし、第１コイルと第２コイルとのＲ１０００／Ｒ２０が同一の場合、溶接性が良く、さらに、溶接部が温度に対して、不安定となることを抑制することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態１を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一例であるグロープラグ１の構造を示すものであり、図２はグロープラグ１の先端側の要部を拡大したものである。グロープラグ１は、軸Ｏ方向に延びる筒状の主体金具２と、主体金具の先端側に位置する筒状のシーズチューブ３と、電極となる通電端子軸４とから概略構成される。
【００１８】
シーズチューブ３はＳＵＳ３１０Ｓ等のステンレス鋼からなる。シーズチューブ３の先端側は閉塞しており、後端側は後述する主体金具２に圧入、ロウ付け等により固着、接合されている。また、シーズチューブ３の後端側内部には、通電端子軸４の先端側が間隔を置いて配置されている。
【００１９】
そして、シーズチューブ３内には、軸線方向に抵抗線コイル５を配置している。抵抗線コイル５の先端側はシーズチューブの先端に、アーク溶接等の溶接により固着され、また、抵抗線コイルの後端側は通電端子軸４の先端側に、ロウ付け、溶接等により固着されている。そして、シーズチューブ３の先端側と通電端子軸４の先端側は、抵抗線コイル５を介して電気的に繋がっている。抵抗線コイル５は、先端側を第１コイル５１とし、後端側を第２コイル５２としており、抵抗溶接等の溶接により直列に接合されている。このように抵抗線コイル５が、第１コイル５１と、該第１コイル５２の後端側に直列に接続する第２コイル５２とからなることで、第１コイル５１の発熱量を従来のグロープラグの抵抗線コイルの発熱量よりも減少させることができる。これに対して、先端側の第１コイル５１によって、加熱されるシーズチューブ３の体積は、従来のグロープラグに対して減少する。よって、該グロープラグ１においては、抵抗線コイル５が異常に加熱され、抵抗線コイル５が断線してしまうことを抑制することができる。
【００２０】
さらに、第１コイルの発熱温度が第２コイルの発熱温度よりも高くする。シーズチューブの先端側にある第１コイルの発熱が多くなることで、シーズチューブの先端部の温度が高くなり、グロープラグをエンジンヘッド等に取り付けた場合に、予熱の効率を良くすることができる。
【００２１】
具体的には、第１コイル５１の線径を０．２２５ｍｍ、第２コイル５２の線径を０．３ｍｍとする。このように第１コイル５１の線径を第２コイル５２の線径よりも小さくすることで、第１コイル５１の抵抗値が第２コイル５２の抵抗値よりも大きくなり、第１コイル５１で発熱量が大きくなる。その結果、シーズチューブ３の先端側にある第１コイル５１の発熱が多くなり、シーズチューブ３の先端側の温度が高くなることで、予熱の効率を良くすることができる。
【００２２】
そして、第１コイル５１、第２コイル５２は共に、例えば、その２０℃での電気比抵抗Ｒ２０が８０μΩ・ｃｍ以上２００μΩ・ｃｍ以下、１０００℃での電気比抵抗をＲ１０００として、Ｒ１０００／Ｒ２０が０．８〜３以下の材料、具体的には、Ｆｅ−Ｃｒ合金あるいはＮｉ−Ｃｒ合金等により構成されている。このように、第１コイル５１と第２コイル５２とのＲ１０００／Ｒ２０を同材料とすることで、溶接性が良く、さらに、溶接部が温度に対して、不安定となることを抑制することができる。
【００２３】
なお、抵抗線コイル５全体の常温に求められる電気抵抗値は、常温時に具ｒ−プラグ１に電圧を印加したとき制御装置（図示せず）への突入電流が過大にならない大きさを最低値として設定する必要がある。これは、常温時にグロープラグ１に電圧を印加したとき突入電流が過大になって制御装置の半導体を損傷することがあり、そのような過大な突入電流を制御装置に流れさせないようにするためである。
【００２４】
そして、シーズチューブ内の抵抗線コイル５（第１コイル５１、第２コイル５２）の周りには、シーズチューブ３内を密封するようにマグネシア等からなる絶縁粉末１５が詰められている。そして、シーズチューブ３の後端側（シーズチューブ３の後端側と通電端子軸４の先端側との径方向の間）に弾性パッキン１６によるシールがされていて、その弾性パッキン１６でシーズチューブ３が密封されている。
【００２５】
通電端子軸４は、炭素鋼からなり、後述する主体金具２内を通って主体金具２の上端部から上端側（図面上方）に突出している。この突出した部分の外周には、雄ネジ２１が螺刻されて、雄ネジ２１を形成している。
【００２６】
一方、主体金具２は、その上端部にグロープラグ１をディーゼルエンジン等に取り付ける際に、トルクレンチ等の工具を係合させるための六角断面形状の工具係合部２２が形成されており、そのすぐ先端側に取付用ねじ部２３が形成されている。また、主体金具２の上端部では、貫通孔に座ぐり部２４が形成され、ここに中軸に外装されたゴム製のＯリング２５とナイロン製の絶縁ブッシュ２６がはめ込まれている。そしてさらに、この絶縁ブッシュ２６の脱落を防止するための押さえリング２７が装着されている。押さえリング２７は、この外周面に形成された加締め部により通電端子軸４に固定されると共に、通電端子軸４の対応する表面には、加締め結合力を高めるため、外周にローレット加工が施されたローレット部２８が形成されている。ナット２９は、通電用のケーブルを中軸に固定するためのものである。
【００２７】
以下、グロープラグ１の製造方法について説明する。まず、制御コイル５２と発熱コイル５１とが溶接されたコイル部材５を、後端側（制御コイル５２側）を通電端子軸４に、例えば、抵抗溶接により接合する。そして、発熱コイル５１側からコイル部材５をシーズチューブ３内側に挿入し、発熱コイル５１の先端側をシーズチューブ３の先端に例えば、アーク溶接等の溶接により接合する。そして、シーズチューブ３の内側を密封するように、絶縁粉末１５を充填し、さらに、シーズチューブ３の後端側内部に弾性パッキン１６を挿入する。
【００２８】
そして、スエージングでシーズチューブ３の後端側を搾り弾性パッキン１６を加締め、さらにシーズチューブ３全体を後端側から先端側に向かってスエージングで所定の寸法になるように絞り加工をする。そして、その後、通電端子軸４の後端側から主体金具２の先端側内孔に挿入し、シーズチューブ３の後端側にて、主体金具２に圧入等の締まり嵌めをする。そして、主体金具２の後端側にＯリング２５に封止し、その後、絶縁ブッシュ２６、ナット２９を中軸４に順に挿入することで、グロープラグ１が完成する。
【００２９】
【実施例】
次に、本実施例のグロープラグ１の抵抗線コイル５の好ましい仕様の一例は次のとおりである。
材質
・Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金（組成：Ａｌ＝７．５重量％；Ｃｒ＝２６重量％；Ｆｅ＝残部）温度抵抗比Ｒ１０００／Ｒ２０＝１
コイル寸法
・第１コイル５１の長さＬ１＝７ｍｍ；巻数１０巻；コイル巻径２．５ｍｍ；コイル線径０．２２５ｍｍ
・第２コイル５２の長さＬ１＝１２ｍｍ；巻数２０巻；コイル巻径２．５ｍｍ；コイル線径０．２５ｍｍ
【００３０】
上記仕様の抵抗線コイル５に通電した場合の温度分布を図３（ａ）に示した。なお、この温度分布は、通電時間３０ｓｅｃ、通電電圧１１Ｖで通電したグロープラグ１の温度分布である。この温度分布より明らかなように本発明のグロープラグ１は、燃焼室内に突き出すシーズチューブの先端部が最高温度領域となる。なお、温度分布を比較するため、従来のグロープラグ１００を作製した。そして、同様の条件にて温度分布を作製した。図３（ｂ）に示す。この場合、最高温度領域が抵抗線コイルの中央部付近にくることが判る。
【００３１】
以上本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでない。例えば、実施形態のグロープラグ１は、細径の線材にて形成したコイル材により作製された第１コイル５１と太径にて形成したコイル材により作製された第２コイル５２を溶接にて接合し抵抗線コイル５としたが、細径部と太径部を形成した一本の線材をコイル化した抵抗線コイルでも良い。
【００３２】
また、上記実施形態では、ディーゼルエンジンに使用されるグロープラグ１について説明したが、これに限られず、水を加熱するウォータヒータとしても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を示すグロープラグ１の断面図である。
【図２】本発明を示すグロープラグ１の先端側の断面図である。
【図３】（ａ）は温度分布を示す本発明の要部断面図、（ｂ）は温度分布を示す比較例の要部断面図である。
【図４】従来のグロープラグ１００の断面図である。
【図５】従来のグロープラグ１００の先端側の断面図である。
【符号の説明】
１、１００・・・グロープラグ、２、１０２・・・主体金具、３、１０３・・・シーズチューブ、４、１０４・・・通電端子軸、５、１０５・・・抵抗線コイル、５１・・・第１コイル、５２・・・第２コイル、２５・・・Ｏリング、２６・・・絶縁ブッシュ、２７・・・押さえリング、２９・・・ナット、１５・・・絶縁粉末、１６・・・弾性パッキン

Claims (3)

1. 先端側が閉じた筒状形態であるシーズチューブと、
   該シーズチューブの後端側内部に自身の先端側を配置させる通電端子軸と、
   自身の先端をシーズチューブの先端に接続し、後端を通電電子軸に接続する、正の抵抗温度係数を有し、且つ、２０℃での電気抵抗Ｒ２０に対する１０００℃での電気抵抗Ｒ１０００の比Ｒ１０００／Ｒ２０が３以下である抵抗線コイルを備え、
   前記抵抗線コイルは、第１コイルと、該第１コイルの後端側に直列に接続する第２コイルとからなり、
   前記第１コイルの発熱温度が前記第２コイルの発熱温度よりも高いことを特徴とするグロープラグ。
2. 前記第１コイルの線径が、前記第２コイルの線径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のグロープラグ。
3. 前記第１コイルと前記第２コイルとの前記Ｒ１０００／Ｒ２０が同一であることを特徴とする請求項１または２に記載のグロープラグ。

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