JP2006183904A - グロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】 グロープラグとリード線とを安価にかつ確実に接続可能な形態であり、その接続をする際の作業性を向上させることができるグロープラグ及びリード線との接続構造を提供する。
【解決手段】 主体金具２０の後端側へ突出された中軸３０に雄ネジ部３２が形成されたグロープラグであって、中軸３０と主体金具２０との固定は丸ナット４０によってなされる。電力を供給するリード線２００の平板状端子２１０は丸ナット４０と締め付けナット６０との間で締め付けられ接続される。この丸ナット４０の平板状端子２１０と当接する端子当接面４２を凹凸面とすることで、締め付けナット６０の締め付け時に平板状端子２１０が回転してしまうことを抑制し、作業性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の始動補助等に使用されるグロープラグに関する。

従来から、グロープラグはディーゼルエンジンを搭載した自動車や発電所のジェネレータ等の内燃機関で使用されている。このようなグロープラグにはセラミックグヒータやシーズヒータを使用したものがある。

例えばシーズヒータは、有底筒状の金属製のシーズチューブの内部に通電されることによって発熱する発熱コイルが収容され、その一端側がシーズチューブの先端内壁に電気的に接続されている。シーズチューブの内壁と発熱コイルとの間隙にはマグネシア粉末が充填されており、このマグネシア粉末は間隙の絶縁をなすとともに発熱コイルによる発熱をシーズチューブまで伝える熱伝導媒体として機能している。一方、発熱コイルの後端側には棒状の中軸の一端側が電気的に接続されている。この中軸の一端はシーズチューブ内に配置され、シーズチューブの後端側の開口端から充填したマグネシア粉末がこぼれ出ないようにするために、中軸の一端側外周面とシーズチューブの内周面との間隙を耐熱性のゴムや、樹脂材等からなるリング部材を介在させ、シーズチューブを封止した構造となっている。

中軸と一体となったシーズヒータはチューブの後端側が主体金具の内側に形成された軸孔に保持されている。主体金具には、機関取付用の雄ネジ部が外周面に形成されたり、そのネジを螺着するために主体金具の後端側に取付工具が係合する六角部が形成される。主体金具の後端側には発熱コイルと導通する中軸の後端が突出しており、主体金具の後端部に環状の絶縁部材を挿嵌させ、これによって中軸の径方向の位置決めがなされる。この絶縁部材がはずれてしまわないように、絶縁部材の後端側には主体金具に向かって絶縁部材を押圧しつつ、主体金具と絶縁状態を保った状態にて丸ナットが中軸に加締め固定されている。中軸の丸ナットから突出した部分に金属製のピン端子を取り付けたり、または環状の金属部材を取り付け、外部電源と接続するためのコネクタ部を形成している。このようなピン形状のコネクタ部にはソケット付のリード線が接続されることによって外部電源からグロープラグへと電力が供給される（例えば特許文献１参照。）。
特開２００２−２６０８２７号公報

上記のようにグロープラグの１本１本にリード線が接続されて電力を供給する形態が採用されている背景は次の通りである。
近年、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる有害成分（例えば炭化水素やＮＯｘ、粒子状物質等）の排出が問題となっている。これを少なくするために車両にはＯＢＤシステムが搭載され、グロープラグ１本１本の電流値を管理したり、またそれぞれ１本１本のグロープラグの故障を検知したりすることが可能なグロープラグへのリード線接続形態が求められている。この背景に基づき、上記のようなソケット付のリード線をコネクタ部へ容易に接続できるようにグロープラグの後端部はピン端子形状とされたものが使用されることがある。

ところで、ソケット付リード線は構造が複雑であるため、部品点数が増加するため高価であることが多い。また、グロープラグはスパークプラグのように消耗したりして利用できなくなるということが非常に稀であるため、ソケット付リード線を利用してグロープラグ自身の取り外しの利便性を向上させる必要性は低い。一方、グロープラグにとっても、従来の接続形態であるターミナルプレート（通電用の金属板）を用いて接続される形式、即ち、コネクタ部に螺設された雄ネジ部とこの雄ネジ部に螺嵌する締め付けナットとを用いて接続する形式からソケット付リード線が取り付けられるピン端子形状への設計変更等を余儀なくされ、設計を基本部分から見直さなければならなくなるとともに、製造コストが嵩んでしまう可能性がある。

しかしながら、ソケット付リード線を用いず、リード線の端部に平板状端子を接続し、この平板状端子を丸ナットと締め付けナットとによって挟み込むように締め付け固定を行う接続構造であると、締め付けナットを締め付ける際にリード線や平板状端子が締め付けナットの締め付けとともに回転してしまいリード線の接続作業性が低下する、という問題も孕んでいる。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、ソケット付リード線を用いるよりも遙かに安価にリード線を接続する形態を採用した場合に、その接続作業性を向上させるとともに、高価なソケット付リード線を用いることなく確実に１本１本のグロープラグへ通電を行えるようにするグロープラグ、及びその接続構造を提供するものである。

上記の目的を達成するために請求項１に記載した本発明のグロープラグは、
通電により発熱する発熱体を有し、軸線方向に延在するヒータと、前記ヒータの径方向周囲を取り囲んで保持する筒状の主体金具と、自身の先端側が前記発熱体と電気的に接続される一方、自身の後端部に螺設された雄ネジ部を前記主体金具から後端側へ突出させた棒状の中軸と、前記主体金具の後端面と絶縁部材を介して前記中軸に固定された丸ナットと、を備えたグロープラグであって、
前記丸ナットの後端面は凹凸面で構成されていることを特徴とする。

このように丸ナットの後端面を凹凸面とすることで、リード線が接続された平板状端子との摩擦抵抗を増すことができる。このように丸ナットと接続端子との間の摩擦抵抗を増大させたので、締め付けナットをリード線の平板状端子を固定するために回転させても、平板状端子やリード線が回転してしまうことを防ぐことが可能となる。

また、前記丸ナットの後端面は表面粗さＲｚが５０以上の凹凸面であることを特徴とする。

上記の丸ナットの凹凸面は実質的に表面粗さＲｚが５０以上の凹凸を形成していればよい。この表面粗さＲｚが５０以上とすることよって、リード線の平板状端子を雄ネジ部に取り付ける際に、リード線を予め固定することなく締め付けナットにて平板状端子を締め付けてもリード線が回転してしまうことを効果的に抑制することができる。表面粗さＲｚが５０未満であると望ましい効果は得られなくなることが多い。なお、この表面粗さＲｚはＪＩＳ Ｂ０６０１に定められるものである。

また、前記締め付けナットの先端面の表面粗さは前記丸ナットの後端面の表面粗さよりも小さいことを特徴とする。

リード線の平板状端子が回転してしまわないようにするためには、丸ナットの後端面の摩擦抵抗を増大させることが有効である。一方、締め付けナットの平板状端子と接触する面である締め付けナットの先端面がなめらかな面を構成していることも効果的である。リード線や平板状端子が回転してしまうような外力は、実際には締め付けナットから付与されるものであるため、その外力自体が小さければリード線や平板状端子が回転してしまう現象を根本から解消することができる。つまり、締め付けナットの先端面がリード線や平板状端子に及ぼす回転方向の応力と、平板状端子を回転させないようにする丸ナットの後端面が端子に与える応力（反力）とを比較して後者の応力が小さくなるようにするためには、締め付けナットの先端面の表面粗さを丸ナットの後端面の表面粗さよりも小さくすればよい。

上記構成のグロープラグは請求項４に記載したように、
一端側が外部電源に電気的に接続され、他端部に平板状端子が接続されたリード線との接続構造であって、前記平板状端子が前記丸ナットと前記締め付けナットとによって接続固定されたことを特徴とするグロープラグの接続構造として利用される。

リード線の端子が回転してしまわないようにする効果をさらに効果的にするためには、
前記平板状端子は、前記締め付けナットとの当接面の表面粗さが前記丸ナットとの当接面の表面粗さよりも小さいことを特徴とする接続構造とすればよい。

前述のように、締め付けナットを取り付ける際には、リード線や平板状端子を回転させてしまうような回転方向の応力が小さければ小さいほどよいと言える。そこで、リード線に接続された平板状端子の締め付けナットと接触する面の表面粗さは小さく、なめらかな面として構成し、一方丸ナットと接触する面の表面粗さは大きく、粗い面として構成する。この構成とすることによりリード線や平板状端子が回転してしまうことを抑制する効果がより一層有効となる。

このように平板状端子と丸ナットとの当接面は互いに表面粗さが粗い面同士を向かい合わせて当接させることが有効であるが、両当接面のそれぞれが嵌合するような凹凸を形成し、その凹凸が係合しあうようにしてもよい。

本発明を実施するための最良の形態について図１ないし図４に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のグロープラグの全体を示す一部断面図である。この図１を用いて本実施の形態のグロープラグ１００の構造について説明する。なお、軸線Ｏ方向において、シーズヒータ１０の配置された側（図１における下側）をグロープラグ１００の先端側として説明する。

この図１に示す本発明のグロープラグ１００は、例えばディーゼルエンジンの燃焼室に取り付けられ、エンジンの始動時の点火を補助する熱源として利用される。このグロープラグ１００はいわゆるシーズヒータ１０を用いたシーズ型グロープラグであり、概略、シーズヒータ１０、主体金具２０中軸３０、丸ナット４０、絶縁ブッシュ５０、締め付けナット６０から構成される。

熱源となるシーズヒータ１０は、先端側１５が半球状に閉じた筒状のシーズチューブ１１の内部に、通電されることによって発熱する発熱コイル１２、発熱コイル１２への電流を制御する制御コイル１３等を収容している。発熱コイル１２はシーズチューブ１１の先端側１５の内周面に一端が溶接され、他端は制御コイル１３に接続されている。この発熱コイル１２の他端には制御コイルの一端が接続され、他端側は中軸３０の先端部３１の一部に接続されている。これらの発熱コイル１２、制御コイル１３はシーズチューブ１１内部に充填された例えばマグネシア粉末のような絶縁性セラミック粉末にその周囲が満たされている。この絶縁性粉末は発熱コイル１２、制御コイル１３がシーズチューブ１１と絶縁状態を保持できるようにするとともに発熱コイル１２が発した熱をシーズチューブ１１の表面まで伝える熱伝導媒体としての機能を果たしている。

シーズチューブ１１の後端部には中軸３０の先端部３１が挿入されており、この中軸３０の先端部３１とシーズチューブ１１の内周面との間に両者の絶縁をするとともにシーズチューブ１１内部の気密性を保持する絶縁リング１９が嵌着されている。なお、シーズヒータ１０の製造方法は従来周知の方法と同様に製造すればよく、本実施の形態においてもシーズチューブ１１にスウェージング加工を施し、所定の径となるように製造している。また、本実施の形態では、シーズチューブ１１はステンレス製であり、中軸３０は鉄系素材、発熱コイル１２はＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、制御コイルはＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ合金により構成している。

主体金具２０は軸線Ｏ方向に貫通する軸孔を有する長細い筒状の金属部材であり、例えば炭素鋼からなる。胴部２１にはエンジンへ取り付けるための雄ネジ部２２が形成され、さらにその後端側にはグロープラグ１００をエンジンヘッド３１０（図３参照）へ取り付ける際にグロープラグ１００を回転させるための工具が係合される工具係合部２３が形成されている。主体金具２０の軸孔２４には中軸３０が挿通され、その後端側は後述する絶縁ブッシュ５０、Ｏリング５１等が嵌合するように拡径され、先端側は前述のシーズヒータ１０を圧入しやすくするための僅かに拡径された両端部を除き、略同一径で構成されている。

中軸３０と一体となったシーズヒータ１０は、主体金具２０の先端側から中軸３０が軸孔２４を挿通するように圧入されて主体金具２０に固定される。シーズヒータ１０と主体金具２０とが一体となった状態で中軸３０は自身の後端側が主体金具２０の後端面２５から突出する。なお、この後端面２５から突出した部分には雄ネジ部３２が形成されている。

主体金具２０の軸孔２４の後端側には例えばゴム製のＯリング５１が軸孔２４と中軸３０の外表面との間に載架され、このＯリング５１の後端側には絶縁ブッシュ５０が自身の先端面によってＯリング５１押圧するように嵌め込まれる。さらにその絶縁ブッシュ５０を先端側に押圧するように丸ナット４０が中軸３０の後端側に螺設された雄ネジ部３２に固定される。この丸ナット４０が固定されることによって、シーズヒータ１０、主体金具２０、中軸３０のそれぞれが相対的に固定されて一体となる。

丸ナット４０は例えば、アルミ合金や鉄系合金等からなる環状の金属部材であり、自身の内孔には雌ネジ部４１が螺設されており、中軸３０の雄ネジ部３２に螺着し、さらにその位置を固定するためにポンチ加締め４４を行っている。なお、丸ナット４０の一端面は他端面に比較して表面粗さＲｚの大きい端子当接面４２が形成されている。端子当接面４２は図２に示すように、（ａ）放射状、（ｂ）格子状の溝４３を形成する。これらの溝４３は例えばマシニングセンタを用いて切削して形成する。なお、これら（ａ）、（ｂ）の溝４３はその表面粗さＲｚが５０となるように形成している。

次いで、グロープラグ１００の取り付け形態について図３を用いて説明する。図３に示すようにディーゼルエンジン３００はエンジンヘッド３１０の表面から燃焼室３２０に連通されたプラグホール３３０を有する。このプラグホール３３０にはグロープラグ１００の主体金具２０に螺設された雄ネジ部２２と螺合する雌ネジ部３３１が螺設され、グロープラグ１００が取り付けられる。プラグホール３３０に取り付けられた状態では、主体金具２０の先端側にテーパ形状に形成されたシート面がプラグホール３３０のテーパシート面３３２に当接し、燃焼室との気密性を保持している。

このように取り付けられたグロープラグ１００はバッテリー（図示外）より電力が供給されて燃焼室の加熱を行う。電力を供給するリード線２００を図４（ａ）に示し説明する。
リード線２００は外皮が耐熱絶縁性皮膜に被覆された被覆リード線である。一端側はリード線２００内部の芯線２０１が露出され、平板状端子２１０が接合されている。平板状端子２１０は同図４（ａ）に示すように環状の厚さ約１ｍｍの金属平板であり、中央にはグロープラグ１００の中軸３０の後端部が挿通されるように孔２１１が設けられている。他端側はバッテリーへ電気的に接続され、シーズヒータ１０の発熱に必要な電力が供給可能となっている。平板状端子２１０とグロープラグ１００との接続は図４（ｂ）に示すように接続されている。即ち、丸ナット４０の後端面である端子当接面４２から突出した部分の中軸３０を平板状端子２１０の孔２１１に挿通し、平板状端子２１０の一表面（図面下側）を丸ナット４０の端子当接面４２へ当接させ、他表面（図面上側）が締め付けナット６０に当接するように締め付けナット６０を締め付けている。この締め付けナット６０には中軸３０の雄ネジ部３２に螺合する雌ネジ部が螺設されている。なお、締め付けナット６０の平板状端子２１０と当接する面は製造コストに負担が掛けない可能な範囲にてなめらかな面とすることが望ましい。逆説的には意図的に凹凸面を形成する必要は無い。

以上のように構成されたグロープラグ１００は、エンジンヘッド３１０へ取り付けられ、その後に上記接続形態にて接続される。平板状端子２１０が当接する丸ナット４０の後端面である端子当接面４２に凹凸面が形成されているので、その接続の際に締め付けナット６０を締め付けても、リード線２００や平板状端子２１０が回転してしまうことを防ぐことができ、確実に電力をグロープラグ１００へ供給することができる。この効果を検証するため以下の試験を行った。

（試験例）
試験方法は、エンジンヘッド３１０に見立てたアルミブロックにプラグホールを形成し、グロープラグ１００を規定トルクである１５Ｎ・ｍにて螺着する。次いでリード線２００と接続された平板状端子２１０の孔２１１に中軸３０の後端部の雄ネジ部３２を挿通させ、さらに締め付けナット６０を螺着する。この際の締め付けトルクは１．２Ｎ・ｍである。

グロープラグ１００とリード線との接続に際しては、締め付けトルクが１Ｎ・ｍとなるまではリード線２００を支持した状態、即ち平板状端子２１０が回転しないように支持した状態にて締め付け、締め付けトルクが１Ｎ・ｍに達した時点から平板状端子２１０の回転を抑止していた支持状態を開放し、平板状端子２１０が回転しうる状態とする。このように取り付けた時の平板状端子２１０の回転角度を測定する。この試験は、それぞれの端子当接面形状に対して１０個同様の試験を行い、それぞれの回転角度を数値範囲にて表１に示す。なお、この試験に使用したグロープラグ１００の主体金具２０に螺設した雄ネジ部２２の呼び径はＭ１０とし、中軸３０の後端部に設けられた雄ネジ部３２の呼び径はＭ４である。また、丸ナット４０は前述の（ａ）、（ｂ）に加え、従来例として端子当接面４２の表面粗さＲｚが５０未満（具体的にはＲｚが２０）のなめらかなものについても試験を行っている。

この試験結果により、従来例である丸ナット４０の端子当接面４２がなめらかで凹凸を形成していないものは、平板状端子２１０の回転角度は最小値９０°、最大値１５０°であった。これに対して（ａ）の放射状のものは最小値２０°、最大値７０°、（ｂ）の格子状のものは最小値３０°、最大値８０°となり、従来の丸ナット４０の端子当接面４２がなめらかであったものに対して締め付けナット６０にて平板状端子２１０付リード線２００の回転角度を抑えることができている。

なお、上記試験においては端子当接面の表面粗さＲｚが５０のものを用いているが、Ｒｚを大きくしすぎても回転抑制効果は端子当接面４２の加工に要する工数、コストの増加に対して効果の上昇度合いが少なく、Ｒｚが５０以上の値であれば適宜その粗さを調製すればよい。

また本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、各種の変形を行ってもよい。例えば、上記実施の形態では、丸ナット４０は中軸３０に螺設された雄ネジ部３２に螺合したうえでポンチ加締め４４を行っているが、中軸３０に雄ネジ部３２を螺設せず、ポンチ加締めのみで固定してもよく、また加締め方法も丸加締めや六角加締め等の各種方法を用いればよい。

また、丸ナット４０の端子当接面４２に形成する凹凸は溝に限られるものでもなく、例えばサンドブラストによって不規則に表面を荒らしたものでもよく、図２（ｃ）に示したような凸部を形成してもよい。この場合、接続される平板状端子２１０にはその凸部が嵌合する凹部を形成する。なお、この凸部は平板状端子の厚さよりも低く形成するとよい。もちろん、丸ナット４０の端子当接面４２に凹部を形成し、平板状端子２１０にその凹部に嵌合する凸部を形成してもよい。

図１は、本発明のグロープラグ１００の全体を示した一部断面図である。 図２は、本発明のグロープラグ１００の丸ナット４０の端子当接面４２の変形例を示したものである。 図３は、本発明のグロープラグ１００のエンジンヘッド３１０への取り付け構造を示した図である。 図４は、本発明のグロープラグ１００に接続されるリード線２００の端部及びその端部に接続された平板状端子２１０と、グロープラグ１００への接続構造を示した図である。

符号の説明

１０ シーズヒータ
２０ 主体金具
３０ 中軸
４０ 丸ナット
４２ 端子当接面
５０ 絶縁ブッシュ
１００ グロープラグ
２００ リード線

Claims (5)

1. 通電により発熱する発熱体を有し、軸線方向に延在するヒータと、
   前記ヒータの径方向周囲を取り囲んで保持する筒状の主体金具と、
   自身の先端側が前記発熱体と電気的に接続される一方、自身の後端部に螺設された雄ネジ部を前記主体金具から後端側へ突出させた棒状の中軸と、
   前記主体金具の後端面と絶縁部材を介して前記中軸に固定された丸ナットと、
   を備えたグロープラグであって、
   前記丸ナットの後端面は凹凸面で構成されていることを特徴とするグロープラグ。
2. 前記丸ナットの後端面は表面粗さＲｚが５０以上の凹凸面であることを特徴とする請求項１記載のグロープラグ。
3. 前記締め付けナットの先端面の表面粗さは前記丸ナットの後端面の表面粗さよりも小さいことを特徴とする請求項１または２記載のグロープラグ。
4. 前記請求項１ないし３のいずれか１項のグロープラグと、
   一端側が外部電源に電気的に接続され、他端部に平板状端子が接続されたリード線との接続構造であって、
   前記平板状端子が前記丸ナットと締め付けナットとによって接続固定されたことを特徴とするグロープラグの接続構造。
5. 前記平板状端子は、前記締め付けナットとの当接面の表面粗さが前記丸ナットとの当接面の表面粗さよりも小さいことを特徴とする請求項４記載のグロープラグの接続構造。
   

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