JP2008151455A - グロープラグおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的に剛の状態をなすヒータ中軸一体部材の中軸と、主体金具の軸孔との間のクリアランスに防振部材を介在させて十分な防振効果を得ることができるグロープラグおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】ヒータ部材２０と中軸３０とを接続し、機械的に剛の状態をなすヒータ中軸一体部材９０を構成する。そして中軸３０に形成した小径部３７に防振部材２００を固定する。ヒータ中軸一体部材９０は、ヒータ部材２０が、主体金具４０の先端側にて保持され、中軸３０の後端側が、主体金具４０の後端側にて支持される形態をなす。内燃機関の稼働に伴う振動によりヒータ中軸一体部材９０に共振が生じた場合に、防振部材２００によってヒータ中軸一体部材９０の振幅を抑制することができ、また、ヒータ中軸一体部材９０が機械的に剛の状態であるため、折れ曲がることも防止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの始動を補助するためのグロープラグおよびその製造方法に関するものである。

従来、ディーゼルエンジンの始動を補助するために使用されるグロープラグは金属製で筒状の主体金具を有し、その軸孔内先端側にて棒状のヒータを直接あるいは間接的に保持しつつ、その先端部を突出させている。また、主体金具の後端側から金属製で棒状の中軸が突出されており、主体金具とは絶縁された状態で、その軸孔内に支持されている。そして、ヒータに通電するための両電極が、主体金具と中軸とのそれぞれに電気的に接続されている。

こうした構造を有するグロープラグが用いられるディーゼルエンジンは、近年、小型化、高燃費化、高出力化などへの要望から、従来の副室式ディーゼルエンジンに代わり直噴式ディーゼルエンジンへと移行しつつある。また、これに伴ってエンジンへの取り付け構造が変更される場合もあり、グロープラグには、小径化や長尺化が求められている。さらにグロープラグには、耐腐食性の高いセラミックヒータが使用される場合も多い。

ところで、グロープラグの全長が長くなったことから中軸の固有振動数が低下するので、ディーゼルエンジンの稼働に伴い発生する振動負荷の振動数が中軸の固有振動数に一致する機会が増え、共振してしまうことが頻発する虞が生じた。共振が発生すれば、中軸の振動の腹に相当する部位が主体金具の内周面に接触して絶縁性が保てなくなる虞がある。また、その振幅が大きくなれば中軸の撓りも大きくなり、破断する虞がある。さらに、中軸から伝達される内部応力によりセラミックヒータが破損する虞があった。

そこで中軸（リード部材）に絶縁被覆を被覆して、共振による中軸と主体金具との短絡を防止し、さらに防振部材の外径を主体金具の内径に近づけることで共振による中軸の振動の腹の振幅を抑制し、発生する応力を低減して中軸の破断を防止したグロープラグが提案されている（例えば特許文献１参照）。このように中軸の共振により発生する応力を低減すれば、セラミックヒータの破損も防止することが可能となる。
特開平１１−１７６５６３号公報

しかしながら、グロープラグの小型化に伴い主体金具の小径化が図られ、軸孔の内周面と中軸の外周面との間のクリアランスも小さくなったことから、グロープラグの製造過程において、中軸を挿通させた主体金具の軸孔内に防振部材として特許文献１のような絶縁被膜を挿入することは難しい。そこで予め中軸に絶縁被膜を被覆しておき、その中軸を軸孔内に挿通させたとしても、クリアランスにあわせて厚みを薄くした絶縁被膜が挿入中にめくれ、破損してしまう虞があった。また、こうした小さなクリアランスに防振部材を介在させたとしても、防振部材自身の肉厚が非常に薄くなるため十分な防振効果を得ることが難しいという問題もあった。一方で、防振部材の肉厚を確保するため中軸そのものの外径を小さくするなどした場合、剛性が低下し、共振により生じた応力で湾曲が生じたときにそのまま塑性変形して折れ曲がってしまう虞があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、機械的に剛の状態をなすヒータ中軸一体部材の中軸と、主体金具の軸孔との間のクリアランスに防振部材を介在させて十分な防振効果を得ることができるグロープラグおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のグロープラグは、軸線方向に沿って延びる中軸と、通電によって発熱する発熱体を有し、前記中軸の先端部に接続されて、前記中軸と共に機械的に剛の状態をなす一体物としてのヒータ中軸一体部材を構成するヒータ部材と、軸線方向に延びる軸孔を有し、当該軸孔内に、その軸孔の内周面から離間した状態で前記中軸が挿通されると共に、前記中軸の後端部を自身の後端部から突出させつつ径方向に直接または間接的に支持する一方で、自身の先端部において、前記中軸に接続された前記ヒータ部材を径方向に直接または間接的に保持する主体金具と、前記中軸の外周面上で、前記主体金具の前記軸孔の内径が一定である部位に対応する位置に固定され、前記中軸の振動を防止する防振部材とを備えている。

また、請求項２に係る発明のグロープラグは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記中軸は、前記主体金具の前記軸孔内にて前記外周面の一部が小径に構成された小径部を有し、前記防振部材は、少なくとも、前記小径部のうちの一部を周回状に被覆して設けられていることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明のグロープラグは、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記小径部の外周面には、その表面の粗さを粗くする加工が施されていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明のグロープラグは、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記防振部材は、前記主体金具の前記軸孔内への前記中軸の挿入の際に圧入され、前記軸孔の前記内周面と、前記中軸の前記外周面との間で径方向に圧縮した状態で配置されていることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明のグロープラグは、請求項４に記載の発明の構成に加え、前記防振部材は、前記中軸に固定された際の先端側の肉厚が、後端側の肉厚よりも厚肉に形成されていることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明のグロープラグは、請求項４または５に記載の発明の構成に加え、前記主体金具の外周面には内燃機関への取り付け用のねじ山が形成されており、前記防振部材は、前記軸孔内で、前記ねじ山の形成位置に対応する位置とは異なる位置に配置されていることを特徴とする。

また、請求項７に係る発明のグロープラグの製造方法は、請求項３に記載の発明のグロープラグを製造する方法であって、金属製の棒材に塑性加工もしくは切削加工を施し、前記小径部を有する前記中軸を形成する中軸形成工程と、形成された前記中軸の前記小径部の外周面に、その表面の粗さを粗くする加工を施す表面加工工程と、前記中軸を金型内に配置し、射出成形により、前記小径部に前記防振部材を形成する射出成形工程とを備えている。

請求項１に係る発明のグロープラグでは、ヒータ中軸一体部材が機械的に剛の状態にあるので、内燃期間の稼働に伴う振動を受けヒータ中軸一体部材が共振して揺動を生じた場合でも、その揺動によって発生する内部応力でヒータ中軸一体部材が折れ曲がってしまうことが防止される。こうした中軸とヒータ部材との一体物に防振部材を設ければ、主体金具内でヒータ中軸一体部材が支持された部位を支点とする腹の部分の振幅を防振部材によって抑制することができる。このとき、中軸の外周面上に防振部材を固定することで、軸孔内で防振部材が中軸とは独立して揺動することがなく、防振部材ががたつくことがないため中軸に加わる応力を低減することができ、より確実な防振効果を得ることができる。なお、後述するが、機械的に剛の状態とは、ヒータ中軸一体部材の中軸を固定し、素子に中軸側端面から２５ｍｍの位置に２００ｇのウエイトをかけた際の変形角が３０°以下である状態を示す。

そして請求項２に係る発明のように、中軸の外周面に小径部を有し、その小径部に防振部材を設ければ、主体金具の軸孔の内周面と中軸の外周面との間のクリアランスの大きさに加え、小径部の深さを加えた分を、防振部材の厚みとして確保することができる。ヒータ中軸一体部材に共振が生じた場合に、防振部材は、中軸と軸孔との間に挟まれて押圧され内部応力を生ずることとなるが、このように肉厚に形成された防振部材であれば、その内部応力を緩和するのに十分な収縮を行うことができ、十分な防振効果を得ることができる。

また、請求項３に係る発明のように、上記小径部の外周面に、その表面の粗さを粗くする加工を施した上で防振部材を設ければ、より確実に、防振部材を小径部に固定することができる。これにより、防振部材の位置ずれを確実に防止することができ、中軸の軸線方向において、より効果的にヒータ中軸一体部材の振幅を抑制することができる位置に、防振部材を配置した状態を維持することができる。

ところで、内燃機関の稼働時に、内燃機関の燃焼圧により燃焼室が変形すると、燃焼室に向けてヒータ部材が露出されるように取り付けられるグロープラグは先端側が圧力を受ける。このとき、主体金具は、その先端側と、後端側に配置されたねじ部との間で軸方向に圧縮されるため、径方向に膨らんだり、あるいは軸方向と直交する方向に撓んだりする変形を生じ得る。すると中軸の表面上に配置された防振部材と主体金具の内周面との間に間隙が生ずる。そこで請求項４に係る発明のように、防振部材が予め主体金具内に圧入され径方向に圧縮された状態で配置されていれば、主体金具の変形により生じた隙間が、圧縮圧の解放によって膨らんだ防振部材によって埋められるので、防振効果を維持することができる。

もっとも、グロープラグの製造過程において、防振部材を主体金具内に圧入するのは手間がかかる。そこで、請求項５に係る発明のように、主体金具に先に挿入される側となる防振部材の後端側の肉厚よりも、後から挿入される側である先端側の肉厚を厚肉に構成しておけば、主体金具の軸孔の縁に防振部材が引っかかって挿入しづらくなることがない。また、奧に挿入するにあたって主体金具の内周面との摩擦を少なくできるのでスムーズな挿入を行うことができる。

なお、請求項６に係る発明のように、主体金具の内周において、防振部材の配置位置がねじ山の形成位置に対応する位置とは異なる位置に配置されることが望ましい。一般的に、主体金具のねじ山の形成位置は燃焼室の変形に伴う影響を受けにくく、内径がほぼ変化しないが、ねじ山の非形成の位置は、内径が変化する可能性が高い。防振部材をねじ山の形成位置に対応させて配置した場合、防振部材は圧縮状態で維持され、弾性力を発揮しにくい。しかし、防振部材をねじ山の非形成の位置に対応させて配置させれば、防振部材は主体金具の変形にあわせて圧縮状態が解放され、エネルギーを吸収するいわゆるダンパー効果をより効果的に発揮させやすくすることができるため、ヒータ中軸一体部材の防振をより効果的に行うことができる。

そして、このような防振部材は、請求項７に係る発明のように、中軸に小径部を形成し、その小径部の外周面上に表面の粗さを粗くする加工を施した上で、射出成形により防振部材を形成することが好ましい。このような製造方法により防振部材を形成すれば、小径部に防振部材を確実に固定することができるとともに、防振部材の厚みの管理の手間を軽減することができ、中軸の振幅を効果的に抑制できる防振部材を中軸の外周面上に容易に形成することができる。

以下、本発明を具体化したグロープラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１，図２を参照して、本実施の形態のグロープラグ１００の全体の構造について説明する。図１は、グロープラグ１００の縦断面図である。図２は、中軸３０に配設された防振部材２００付近を拡大し、一部を切り欠いた斜視図である。なお、軸線Ｏ方向において、セラミックヒータ２０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。

図１に示すグロープラグ１００は、例えば直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室（図示外）に取り付けられ、エンジン始動時の点火を補助する熱源として利用される。

セラミックヒータ２０は丸棒状をなし、先端部２２が曲面状に加工された絶縁性セラミックからなる基体２１の内部に、導電性セラミックからなる断面略Ｕ字状の発熱素子２４が埋設された構造を有する。発熱素子２４は、セラミックヒータ２０の先端部２２に配置され、その曲面にあわせて両端が略Ｕ字状に折り返された発熱体２７と、その発熱体２７の両端にそれぞれ接続され、セラミックヒータ２０の後端部２３に向けて軸線Ｏに沿って略平行に延設されたリード部２８，２９とから構成される。発熱体２７は、その断面積がリード部２８，２９の断面積よりも小さくなるように成形されており、通電時、主に発熱体２７において発熱が行われる。また、セラミックヒータ２０の後端部２３の外周面には、リード部２８，２９のそれぞれから突出された電極取出部２５，２６が、互いに軸線Ｏ方向にずれた位置に露出されている。なお、セラミックヒータ２０が、本発明における「ヒータ部材」に相当する。

このセラミックヒータ２０は、その胴部分の外周を取り巻くように、円筒状の筒状体８０に保持されている。電極取出部２５，２６のうち先端側に形成された電極取出部２５は、筒状体８０の筒孔内で筒状体８０に接触し、電気的に接続されている。筒状体８０は金属製の部材からなり、胴部８１の後端側には肉厚の鍔部８２が形成されている。その鍔部８２の後端には段状の係合部８３が形成され、円筒状をなす主体金具４０の先端部４１の内周が、この係合部８３に係合される。その係合の際には、セラミックヒータ２０の軸と、主体金具４０の軸とが軸線Ｏに一致する。この状態で、セラミックヒータ２０のうち筒状体８０よりも後端側の部分は主体金具４０の内部に収容され、主体金具４０が筒状体８０の係合部８３によって位置決めされるため、セラミックヒータ２０の後端部分に設けられた電極取出部２６が金属製の主体金具４０には接触しない構造となっている。なお、後述するが、この電極取出部２６は中軸３０に電気的に接続されている。

次に、主体金具４０は、軸線Ｏ方向に貫通する軸孔４３を有する長細い筒状の金属部材であり、胴部４４の後端側に、グロープラグ１００を内燃機関のエンジンヘッド（図示外）に取り付けるための雄ねじ部４２が形成されている。また、主体金具４０の後端部４７にあたる胴部４４の後端側には、エンジンヘッドへの取り付けの際に使用される工具が係合する、軸線断面六角形状の工具係合部４６が形成されている。その工具係合部４６内で軸孔４３は拡径され、拡径部４５として内径が大きく形成されている。

中軸３０は、軸線Ｏ方向に延びる金属棒であり、主体金具４０の軸孔４３内に挿通される。中軸３０の先端部３１は段状に構成され、先端側に小径の係合部３３が形成されている。この係合部３３がセラミックヒータ２０の後端部２３に嵌合される接続リング３５に係合され、周囲がレーザ溶接されることで、中軸３０とセラミックヒータ２０とが一体に連結されたヒータ中軸一体部材９０が構成される。そしてセラミックヒータ２０の電極取出部２６は接続リング３５の筒孔内壁に接触しており、接続リング３５を介して中軸３０と電気的に接続されている。主体金具４０と中軸３０とは空隙をもって電気的に絶縁されており、主体金具４０と中軸３０とのそれぞれが、セラミックヒータ２０の発熱体２７に電圧を印加するための電極として機能する。なお、後述するが、中軸の胴部３４には防振部材２００が設けられている。

また、中軸３０の後端部３２には絶縁性のＯリング７０が係合され、主体金具４０の軸孔４３の拡径部４５内の先端側の位置に配置されている。さらに後端部３２には絶縁性の支持リング６０が係合され、拡径部４５に嵌合されるとともに、その先端面６２で軸線Ｏ方向先端側に向けてＯリング７０を押圧している。これにより、中軸３０の外周面と、軸孔４３の拡径部４５における内周面と、支持リング６０の先端面６２とのそれぞれにＯリング７０が接触され、軸孔４３内外の気密性が保たれている。また、支持リング６０の後端側に形成された鍔部６１が工具係合部４６の後端に当接されており、ピン端子５０と主体金具４０との間に介在することで両者を絶縁している。

次に、中軸３０の後端部３２で支持リング６０の鍔部６１から後端側に突出された部分は端子係合部３６として小径に形成され、この端子係合部３６にピン端子５０が係合されている。ピン端子５０は、端子係合部３６に被さって覆うキャップ状の胴部５２と、胴部５２から後端側に突設されたピン状の突起部５３と、胴部５２の先端側にて径方向に突設された鍔部５１とから構成される。胴部５２の外周が加締められることによって中軸３０の端子係合部３６にピン端子５０が固定されており、ピン端子５０と中軸３０とが電気的に接続されている。グロープラグ１００がエンジンヘッド（図示外）に取り付けられる際には、突起部５３には図示外のプラグキャップが嵌められ、外部回路から電力が供給される。

また、中軸３０の胴部３４の中央よりやや先端側の位置には小径の小径部３７が形成されており、この小径部３７に、防振部材２００が係合するように固定されている。防振部材２００は絶縁性で弾性を有するシリコンからなるものであり、図２に示すように、後述する射出成形によって小径部３７の外周を取り巻くように形成される。この防振部材２００の抜けを防止するため、小径部３７の外周面上にはローレット状の表面加工が施されている。これにより、後述するグロープラグ１００の製造過程でヒータ中軸一体部材９０と主体金具４０とを組み付ける際に、防振部材２００が固定された中軸３０を主体金具４０の軸孔４３内に挿通したときに、その軸孔４３の内周面と防振部材２００の外周面との接触摩擦により、防振部材２００が中軸３０から抜け落ちたりすることが防止される。

さらに、防振部材２００は、組み付け時にグロープラグ１００の先端側となる自身の先端側（図中下側）における厚みＣ（中軸３０の径方向における厚み）が、後端側（図中上側）における厚みＤよりも大きくなるように構成されている。このとき、防振部材２００の後端側の厚みＤは、図１に示す、主体金具４０の軸孔４３の内周面と中軸３０の外周面との間のクリアランスの大きさＡと、小径部３７の深さＢとを合わせた大きさと略同一に構成されている。すなわち、防振部材２００は、その厚みとして、少なくとも上記クリアランスの大きさＡに加え、小径部３７の深さＢを合わせた分を、確保することができる。また、防振部材２００は、先端側の厚みＣが上記クリアランスの大きさＡと小径部３７の深さＢとを合わせた分より大きくなるため、防振部材２００は、主に自身の先端側の部位が、主体金具４０の軸孔４３内で圧縮された状態で配置されることとなる。

ところで、上記したように、中軸３０の先端部３１は、接続リング３５によってセラミックヒータ２０の後端部２３に固定され、ヒータ中軸一体部材９０を構成している。そのヒータ中軸一体部材９０のセラミックヒータ２０は、主体金具４０に接合される筒状体８０に圧入嵌合され、主体金具４０に間接的に保持される。一方、ヒータ中軸一体部材９０の中軸３０の後端部３２は、支持リング６０およびＯリング７０によって主体金具４０の後端の軸孔４３内（拡径部４５内）にて主体金具４０に間接的に支持される（ただし、固定されるわけではない。）。つまり、ヒータ中軸一体部材９０は、主体金具４０の軸孔４３内で、軸線Ｏ方向において、Ｏリング７０が配置された位置Ｘと、筒状体８０の後端の位置Ｙとを支点として支えられる形態となる。エンジンの稼働に伴い発生する振動負荷によりヒータ中軸一体部材９０に共振が生じた場合に、位置Ｘと位置Ｙとを支点とする振動の腹に相当する位置Ｚにおいてヒータ中軸一体部材９０の振動の腹の振幅を効果的に抑制するため、本実施の形態では、この位置Ｚに防振部材２００を配置している。

一方、グロープラグ１００がエンジンに組み付けられた際に、グロープラグ１００は、主体金具４０の雄ねじ部４２にてエンジンヘッドに固定されると共に、筒状体８０の胴部８１と鍔部８２との間のテーパ状のシール部がエンジンヘッドの取付孔（図示外）に当接して燃焼圧の漏れを防ぐ形態となる。そしてエンジンの稼働に伴い燃焼室内の燃焼圧が高まりエンジンヘッドが変形したとき、主体金具４０は、筒状体８０のシール部と雄ねじ部４２との間で軸線Ｏ方向に圧縮されるため、主体金具４０の胴部４４が径方向に変形する場合がある。具体的には、胴部４４の軸線Ｏ方向の中央付近が径方向に広がる変形や、胴部４４全体が軸線Ｏ方向に対し撓るように湾曲する変形などが生ずる場合がある。このとき、ヒータ中軸一体部材９０の上記振動の腹に相当する位置Ｚでは、主体金具４０の軸孔４３内周面と、中軸３０の外周面との間のクリアランスが部分的に広がりやすい。本実施の形態の防振部材２００は、上記した主体金具４０の軸孔４３と中軸３０との間のクリアランスにおいて圧縮された状態で配置されているため、このようにクリアランスが広がっても圧縮応力の緩和に伴い膨張してクリアランスを埋めることができる。従って、防振部材２００と軸孔４３との間に隙間が生じにくく、ヒータ中軸一体部材９０の振動の腹の振幅が、さらに効果的に抑制されるのである。

ところで、主体金具４０の胴部４４の後端側に形成された雄ねじ部４２は、エンジンヘッドの取付孔側の雌ねじ部（図示外）と螺合するため、上記のような燃焼圧に伴うエンジンヘッドの変形の際に、変形を生じにくい部位である。従って、この雄ねじ部４２が形成された位置に対応する軸孔４３の内周面と、その位置に対向する中軸４０の外周面との間のクリアランスには、大きな変化が生じにくい。軸孔４３内に圧縮された状態で配置される防振部材２００が雄ねじ部４２の形成位置に対応する中軸４０上の位置に設けられた場合、防振部材２００は圧縮状態で維持され、弾性力を発揮しにくい。一般に、エネルギーを吸収するダンパー効果は弾性力を有した状態であるほど発揮されやすい。このことから防振部材２００を雄ねじ部４２の形成位置に対応する中軸４０上の位置とは異なる位置に配置すれば、中軸４０が揺動した際に圧縮状態が解放されやすくなるためダンパー効果を発揮させやすくなり、中軸４０の揺動を抑制する上で好ましい。

また、前述したように、ヒータ中軸一体部材９０は、セラミックヒータ２０と、中実の中軸３０とが接続リング３５で接続された形態をなす。中軸３０には上記したように小径部３７が設けられており、このように外径の細くなった部位は、他の部位に比べ剛性が低い。このため、ヒータ中軸一体部材９０が振動による応力を受けると、この小径部３７を起点にヒータ中軸一体部材９０が撓りを生ずる。このとき、ヒータ中軸一体部材９０が機械的に剛の状態にないと、撓りが元に戻らず、小径部３７にて曲がりを生じたままの状態となる虞がある。そこで本実施の形態では、ヒータ中軸一体部材９０が機械的に剛の状態であることを規定している。具体的には、後述する実施例１に基づいて、中軸を固定し、中軸側端面から２５ｍｍの位置で素子に２００ｇのウエイトをかけた際の変形角が３０°以下であれば、機械的に剛の状態にあると規定している。

このような構造のグロープラグ１００の製造過程では、小径部３７が形成された中軸３０を金型２６０（図４参照）に配置し、射出成形により小径部３７に防振部材２００を成形している。以下、図３，図４を参照して、グロープラグ１００の製造過程について説明する。図３は、グロープラグ１００の製造過程の概略的な流れを示す図である。図４は、図３の中軸加工工程のより詳細な流れを示す図である。

［ヒータ形成工程］
図３に示すように、まず、導電性のセラミック粉末やバインダ等を原料として射出成形し、セラミックヒータ２０の発熱素子２４の原形となる素子成形体２５１を形成する。一方、基体２１の原形となる基体成形体２５２は、絶縁性セラミック粉末を原料に金型プレス成形を行い、素子成形体２５１が収容される凹部を自身の合わせ面に備えた２分割の成形体として形成する。そして基体成形体２５２の凹部に素子成形体２５１を挟んで収容し、プレス圧縮を行った後、脱バインダ処理、ホットプレス等の焼成工程を経て、その外周面を、先端が半球状の棒状に研磨して整形することで、セラミックヒータ２０を形成する。

［ヒータ圧入工程］
次に、接続リング３５は、ステンレス等の鋼材をパイプ状に成形し、セラミックヒータ２０に圧入嵌合させて電極取出部２６の導通を図る。同様に、筒状体８０も所定の形状に成形し、セラミックヒータ２０に圧入嵌合させて電極取出部２５の導通を図る。電気的な導通を安定化させるためにＡｕやＣｕ等のめっきを施すとよい。

［中軸加工工程］
中軸３０は、以下のように加工される。図４に示すように、中軸３０の元となる棒状部材２７０は、ＳＵＳ４３０等の鉄系材料を圧延加工により丸棒状に引き延ばし、さらに伸線ダイス（図示外）を用い所定の太さに成形後、一定の寸法に切断して得る（圧延工程）。そして、棒状部材２７０の外周面を切削し、係合部３３，小径部３７，端子係合部３６を削り出して中軸３０の形状に仕上げる（中軸形成工程）。

次いで小径部３７の外周面にローレット状の表面加工を施した後（表面加工工程）、中軸３０を防振部材２００の形状を形成するための凹部２６１が形成された金型２６０にセットする。そして、射出成型機（図示外）により絶縁性で弾性を有するシリコンを凹部２６１内に射出することで防振部材２００を成形し、中軸３０の小径部３７に防振部材２００を固定する（射出成形工程）。

中軸３０の径方向における防振部材２００の突出量として確保可能な大きさである上記クリアランスの大きさＡ（図１参照）が僅かである場合でも、このように、中軸３０の外周面に対し凹部状に形成した小径部３７に防振部材２００を配設することで、防振部材２００の厚みを、小径部３７の深さＢと、上記クリアランスの大きさＡとを合わせた分の大きさに形成することが可能となる。また、上記のように射出成形により防振部材２００を形成すれば、削り出し等により形成した場合と比べ、その厚みの管理を容易に行うことができる。

［中軸接合工程］
そして、中軸３０の先端部３１の係合部３３をヒータ一体部材２５０の接続リング３５内に挿入し、係合部３３後端の段状の部位を接続リング３５に当接させた状態で外周をレーザ溶接し、中軸３０とヒータ一体部材２５０とを一体に接合し、中軸３０とセラミックヒータ２０とが接続リング３５で接続されたヒータ中軸一体部材９０を構成する。

［金具接合工程］
次に、主体金具４０は、Ｓ４５Ｃ等の鉄系素材を工具係合部４６等が形成された筒状に成形し、雄ねじ部４２にねじ山を転造する。この主体金具４０の軸孔４３（図１参照）内に、セラミックヒータ２０と筒状体８０とが一体化されたヒータ一体部材２５０を含むヒータ中軸一体部材９０が挿入される。このとき、ヒータ中軸一体部材９０は、中軸３０の後端部３２側が先に、主体金具４０の先端部４１側から軸孔４３内に挿入されることとなる。防振部材２００は、先端側の厚みＣ（図２参照）が上記したクリアランスの大きさＡと小径部の深さＢとをあわせた大きさより大きいため圧入となるが、後端側の厚みＤが上記したクリアランスの大きさＡと小径部の深さＢとをあわせた大きさとほぼ同じであるため、挿入をスムーズに行うことができる。さらに、軸孔４３の内周面と防振部材２００の外周面とが摩擦しても、防振部材２００がローレット状の表面加工が施された小径部３７に固定されたことに加え、上記したように防振部材２００が厚肉に構成されたことから、めくれの発生には至らない。

そして主体金具４０の先端部４１の内周を筒状体８０の係合部８３に係合させ、主体金具４０と筒状体８０をとレーザ溶接により接合する。なお、鉄系素材である主体金具４０が錆びてしまうことを回避するために筒状体８０と接合した後にめっきや塗装等の防錆処理を行ってもよい。

［端子組付工程］
その後、中軸３０の後端部３２にＯリング７０および支持リング６０を係合し、主体金具４０の軸孔４３の拡径部４５内に収容する。さらに後端部３２の端子係合部３６に、ピン端子５０を嵌め込み、鍔部５１で支持リング６０を先端側に向けて押圧した状態で、胴部５２の外周を加締める。これにより、支持リング６０およびＯリング７０を位置決めした状態でピン端子５０が中軸３０に固定され、グロープラグ１００が完成する。

なお、本発明は各種の変形が可能である。例えば、防振部材２００は中軸３０の小径部３７に射出成形により形成したが、図５に示す防振部材３００のように、予め防振部材３００のみを半割状に射出成形し、これを中軸３０の小径部３７に、例えば接着剤等で固定してもよい。あるいは、図６に示す防振部材３２０のように、テープ状に形成し、中軸３０の小径部３７に周方向に巻き付けて固定してもよい。このとき、テープ状の幅方向において、軸線Ｏ方向後端側に配置される側（図中上側）の厚みが薄く、先端側に配置される側（図中下側）の厚みが厚いものを用いれば、小径部３７への巻き付け後、本実施の形態と同様に、防振部材３２０の先端側の厚みを後端側の厚みよりも厚くすることができる。あるいは図７に示すように、中軸３３０の小径部３３７の外径を、予め、軸線Ｏ方向において先端側が後端側より大きくなるように形成しておいてもよい。このようにすれば、その小径部３３７に厚みの均一なテープ状の防振部材３４０を巻き付けても、本実施の形態と同様に、巻き付け後の防振部材３４０の先端側の厚みが後端側の厚みよりも厚くなるようにすることができる。また、図示しないが、弾性を有する筒状の防振部材であれば、その筒内を押し広げるようにして中軸３０を挿通させ、小径部３７に装着してもよい。

また、図８に示すグロープラグ４００のように、胴部４３４全体が小径部４３７として構成された中軸４３０に、防振部材４５０を固定してもよい。中軸４３０は、一体に接合されたセラミックヒータ２０に伝達される応力を緩和することができるように、胴部４３４の形状を、後端部４３２側から先端部４３１側にかけてテーパ状に先細る形状として作製したものである。このような中軸４３０に防振部材４５０を固定するには、図９に示すように、防振部材４５０を円筒状に形成し、胴部４３４の外周面上にローレット状に表面加工した固定部４５５に嵌めるように固定するとよい。もっとも本実施の形態のように、射出成形により防振部材４５０を形成してもよい。このように、小径部４３７として形成された部位の外周面がテーパ状に軸線Ｏ方向に対し傾斜していたとしても、固定部４５５にローレット状の表面加工を施せば、より確実に、中軸４３０に防振部材４５０を固定することができる。もちろん、中軸４３０に防振部材４５０を接着してもよい。さらに、中軸４３０への固定後の防振部材４５０の先端側の外径が後端側の外径よりも厚くなるようにするとなおよい。

こうした小径部３７の外周面への表面加工は、ローレット状に限らず、突起状、溝状、あるいはねじ状であってもよいし、単に表面を粗く加工した粗面状であってもよい。また、小径部３７の外周面に表面加工を施さなくともよい。本実施の形態のように射出成形により防振部材２００を形成するのであれば、小径部３７に表面加工が施されていなくとも、中軸３０への防振部材２００の十分な固定を行うことが可能である。

また、軸線Ｏ方向における防振部材のエッジ部分をＣ面取りまたはＲ面取りしてもよいし、図１０に示す防振部材３６０のように、軸線Ｏ方向において中央部分が盛り上がるように構成してもよい。このとき、軸線Ｏの径方向において、中軸３０の外周面に対する最大の盛り上がり幅Ｅが、主体金具４０の軸孔４３の内周面と中軸３０の外周面との間のクリアランスの大きさＡ（図１参照）と略一致するように構成すれば、防振部材３６０は十分な肉厚を得ることができ、中軸３０ひいてはヒータ中軸一体部材９０の振幅を効果的に制限することができる。さらに、防振部材３６０の盛り上がり幅Ｅがそのクリアランスの大きさＡよりも大きくなるように構成すれば、主体金具４０の軸孔４３内に防振部材３６０を圧入させることができ、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、防振部材２００の外周面上に溝状あるいは突起状の凹凸を設けてもよい。このようにすれば、防振部材２００が主体金具４０の軸孔４３の内周面に接触する面積を小さくし、摩擦抵抗を減らすことができるので、上記した金具接合工程において、軸孔４３内に中軸３０を容易に挿通させることができる。

また、本実施の形態では、防振部材２００を中軸３０の胴部３４の略中央に形成した小径部３７に固定したが、小径部３７および防振部材２００は胴部３４の軸線Ｏ方向において複数設けてもよく、１つに限定するものではない。

また、本実施の形態では、可撓性部材として絶縁性で弾性を有するシリコンからなる防振部材２００を例に説明したが、絶縁性のゴムや軟質プラスチック等から防振部材を作製してもよい。また、中軸３０が絶縁性の被覆等により被覆された状態であれば、導電性の防振部材を用いてもよい。もちろん、弾性に劣る部材から防振部材を形成してもよいが、こうした場合には組み立て時に防振部材２００を主体金具４０内に圧入しにくくなるため、組立容易性を確保しつつ中軸３０の振動の腹となる部位の振幅を抑制するには、軸孔４３の内周面に対し、防振部材２００の外周面が接触もしくはほぼ近接した状態となることが好ましい。

また、グロープラグ１００が備えるヒータ部材として本実施の形態ではセラミックヒータ２０を備え、その製法を交えて説明したが、この製法に限定されることはなく、公知のいかなる製法により作製してもよい。さらに、ヒータ部材はセラミックヒータ２０に限られず、先端部が半球状に閉塞した金属製のシースチューブ内にコイル状の発熱抵抗体や制御抵抗体を配したシーズヒータであってもよい。すなわち、本発明はヒータ部材の形状にとらわれるものではなく、ヒータの発熱の仕様も適宜設定すればよい。

また、ヒータ中軸一体部材９０のセラミックヒータ２０は、筒状体８０を介して主体金具４０に間接的に保持されたが、主体金具４０に直接保持されてもよい。同様に、ヒータ中軸一体部材９０の中軸３０の後端部３２は、支持リング６０およびＯリング７０を介して主体金具４０に間接的に支持されたが、主体金具４０に直接支持されてもよい。

［実施例１］
本実施の形態では、ヒータ中軸一体部材９０の強度について望ましい状態、すなわち、機械的に剛の状態がどのような状態であるかを具体的に規定するため、シミュレーションによる解析を行った。

まず、ＳＵＳ４３０からなり、小径部３７を模した外径φ１．０ｍｍのくびれ部分（図１１において外径の細くなった部分）を有し、中実で円柱状をなすヒータ中軸一体部材９０の第１の模擬体をシミュレーションにより作成した。図１１に示すように、この第１の模擬体は、くびれ部分を除く部分がヒータ中軸一体部材と同一の重量となるようにしつつ、くびれ部分の強度を確認しやすくするため、くびれ部分に対し大きな外径を有するものとして作成した。なお、図面において、くびれ部分より左側の質量の大きい側が、ヒータ中軸一体部材９０の先端側に相当する。

グロープラグ１００がエンジンヘッドに取り付けられ、エンジンの稼働に伴う振動を受けた場合にヒータ中軸一体部材９０が受ける振動負荷と同等とみなせる負荷を、この第１の模擬体に加えた。具体的には図１２に示すように、ヒータ中軸一体部材９０の後端側に相当する第１の模擬体の図面における右側の一端を固定し、その一端から２５ｍｍの位置に２００ｇの重りをぶら下げた状態をシミュレートした。第１の模擬体は、くびれ部分にて、元の延長方向に対し５°未満の曲がりを生じた。

そして重りを外し、負荷を解放したとき、図１３に示すように、第１の模擬体のくびれ部分における曲がりは重りによる負荷を加える前の状態に近い状態まで回復した。

次に、上記同様に、ＳＵＳ４３０からなり、小径部３７を模した外径φ１．０ｍｍのくびれ部分を有し、中実で円柱状をなすヒータ中軸一体部材９０の第２の模擬体をシミュレーションにより作成した。そして図１４に示すように、上記同様、ヒータ中軸一体部材９０の後端側に相当する第２の模擬体の図面における右側の一端を固定し、その一端から２５ｍｍの位置に２００ｇの重りをぶら下げた状態をシミュレートした。第２の模擬体は、くびれ部分にて、元の延長方向に対し３０°より大きな曲がりを生じた。

そして重りを外し、負荷を解放したが、図１５に示すように、第２の模擬体のくびれ部分における曲がりはほとんど回復することはなく、元の延長方向に対し３０°より大きな曲がりを生じたままであった。

このように、シミュレーションで作成した模擬体の一端を固定し、その一端から２５ｍｍの位置に２００ｇの重りをぶら下げた状態をシミュレートしたときに、模擬体の元の延長方向に対し３０°より大きな曲がりが生じてしまうと、模擬体は元の状態に近い状態まで復元することができない。本実施例では、図示しないが、他にもＣｕを用い、くびれ部分の外径をφ１ｍｍ、φ０．８ｍｍ、φ１．４ｍｍとした模擬体をそれぞれシミュレーションにより作成した。そしてそれぞれに同様の負荷を加えた後、負荷を解放するシミュレートを行った。その結果、くびれ部分にて元の延長方向に対し３０°より大きな曲がりを生じた模擬体は、負荷解放後に元の状態に近い状態まで復元することができないことがわかった。こうしたシミュレーションの結果に基づき、本実施の形態では、機械的に剛の状態として、中軸を固定し、中軸側端面から２５ｍｍの位置で２００ｇのウエイトを素子にかけた際の変形角が３０°以下であれば、機械的に剛の状態にあると規定した。

本発明は、発熱機能のみを有するグロープラグだけでなく、温度センサや圧力センサ等を組み込んだグロープラグに対しても利用することができる。

グロープラグ１００の縦断面図である。 中軸３０に配設された防振部材２００付近を拡大し、一部を切り欠いた斜視図である。 グロープラグ１００の製造過程の概略的な流れを示す図である。 図３の中軸加工工程のより詳細な流れを示す図である。 変形例としての防振部材３００の構成を示す斜視図である。 変形例としての防振部材３２０の構成を示す斜視図である。 変形例としての防振部材３４０の構成を示す斜視図である。 変形例としてのグロープラグ４００の縦断面図である。 変形例としての防振部材４５０の構成を示す斜視図である。 変形例としての防振部材３６０の構成を示す斜視図である。 機械的に剛の状態を説明するためのシミュレーションを示す図である。 機械的に剛の状態を説明するためのシミュレーションを示す図である。 機械的に剛の状態を説明するためのシミュレーションを示す図である。 機械的に剛の状態を説明するためのシミュレーションを示す図である。 機械的に剛の状態を説明するためのシミュレーションを示す図である。

符号の説明

２０ セラミックヒータ
２７ 発熱体
３０ 中軸
３１ 先端部
３２ 後端部
３７ 小径部
４０ 主体金具
４１ 先端部
４２ 雄ねじ部
４３ 軸孔
４７ 後端部
９０ ヒータ中軸一体部材
１００ グロープラグ
２００ 防振部材

Claims (7)

1. 軸線方向に沿って延びる中軸と、
   通電によって発熱する発熱体を有し、前記中軸の先端部に接続されて、前記中軸と共に機械的に剛の状態をなす一体物としてのヒータ中軸一体部材を構成するヒータ部材と、
   軸線方向に延びる軸孔を有し、当該軸孔内に、その軸孔の内周面から離間した状態で前記中軸が挿通されると共に、前記中軸の後端部を自身の後端部から突出させつつ径方向に直接または間接的に支持する一方で、自身の先端部において、前記中軸に接続された前記ヒータ部材を径方向に直接または間接的に保持する主体金具と、
   前記中軸の外周面上で、前記主体金具の前記軸孔の内径が一定である部位に対応する位置に固定され、前記中軸の振動を防止する防振部材と
   を備えたことを特徴とするグロープラグ。
2. 前記中軸は、前記主体金具の前記軸孔内にて前記外周面の一部が小径に構成された小径部を有し、
   前記防振部材は、少なくとも、前記小径部のうちの一部を周回状に被覆して設けられていることを特徴とする請求項１に記載のグロープラグ。
3. 前記小径部の外周面には、その表面の粗さを粗くする加工が施されていることを特徴とする請求項２に記載のグロープラグ。
4. 前記防振部材は、前記主体金具の前記軸孔内への前記中軸の挿入の際に圧入され、前記軸孔の前記内周面と、前記中軸の前記外周面との間で径方向に圧縮した状態で配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のグロープラグ。
5. 前記防振部材は、前記中軸に固定された際の先端側の肉厚が、後端側の肉厚よりも厚肉に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のグロープラグ。
6. 前記主体金具の外周面には内燃機関への取り付け用のねじ山が形成されており、
   前記防振部材は、前記軸孔内で、前記ねじ山の形成位置に対応する位置とは異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載のグロープラグ。
7. 請求項３に記載のグロープラグを製造する方法であって、
   金属製の棒材に塑性加工もしくは切削加工を施し、前記小径部を有する前記中軸を形成する中軸形成工程と、
   形成された前記中軸の前記小径部の外周面に、その表面の粗さを粗くする加工を施す表面加工工程と、
   前記中軸を金型内に配置し、射出成形により、前記小径部に前記防振部材を形成する射出成形工程と
   を備えたことを特徴とするグロープラグの製造方法。