JP2010127476A - グロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】圧入時にヒータに作用する押圧力を低減して、ヒータに亀裂が生じることを防ぐことのできるグロープラグを提供すること。
【解決手段】本発明のグロープラグ１は、プラグ取付孔８０に螺合される外周ねじ部が自身の外周面２０に形成された筒状のハウジング２と、基端側において外径が拡径する拡径部３１を有するスリーブ３と、自身の先端部がスリーブ３の先端側から突出した状態で内燃機関８の燃焼室８１内に挿入されるヒータ４とを有する。ハウジング２とスリーブ３とは、ハウジング２の先端部及び拡径部３１の基端部のいずれか一方で構成される被圧入部６１内に、他方に形成された圧入部６２を圧入することにより接続されている。被圧入部６１と圧入部６２とが接触する部分を径方向内側にヒータ４に向かって投影してなる投影領域において、圧入部６２とヒータ４との間の少なくとも一部には両者が接触しないクリアランス５が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に取りつけられ、燃焼ガスを加熱するグロープラグに関する。

従来から、内燃機関に形成されたプラグ取付孔に挿入されるグロープラグが知られている（例えば、特許文献１参照）。
図８、図９に示すように、グロープラグ９は、プラグ取付孔８０に螺合される外周ねじ部が自身の外周面９２０に形成された筒状のハウジング９２と、両端が開口した筒状に形成されるとともに基端側において外径が拡径する拡径部９３１を有するスリーブ９３と、スリーブ９３の内側に挿通保持されるとともに自身の先端部がスリーブ９３の先端側から突出した状態で内燃機関８の燃焼室８１内に挿入されるヒータ９４とを有する。
そして、ハウジング９２とスリーブ９３とは、ハウジング９２の先端部及び拡径部９３１の基端部のいずれか一方で構成される被圧入部９６１内に、他方に形成された圧入部９６２を圧入することにより接続されている。

特開２００４−２０５１４８号公報

ところが、かかる従来のグロープラグ９には、以下のような問題点があった。すなわち、近年のディーゼルエンジンの直噴化により、配置スペースなどの関係からグロープラグ９は細く長いものが要求されるようになってきているのに伴って、ヒータ９４も細く長いものが要求されるようになってきている。
そして、図９に示すように、被圧入部９６１の内側に圧入部９６２を圧入する際に、圧入部９６２に過大な押圧力Ｆが加わると、例えばセラミック製のヒータ９４に対して径方向内側に向かって押圧力ｆが加わる。すなわち、被圧入部９６１から圧入部９６２に向かって作用する押圧力がヒータ９４に対しても作用する。
その結果、ヒータ９４に亀裂が生じてしまうという問題があった。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、圧入時にヒータに作用する押圧力を低減して、ヒータに亀裂が生じることを防ぐことのできるグロープラグを提供しようとするものである。

本発明は、内燃機関に形成されたプラグ取付孔に挿入されるグロープラグであって、
上記プラグ取付孔に螺合される外周ねじ部が自身の外周面に形成された筒状のハウジングと、
両端が開口した筒状に形成されるとともに、基端側において外径が拡径する拡径部を有するスリーブと、
該スリーブの内側に挿通保持されるとともに、自身の先端部が上記スリーブの先端側から突出した状態で上記内燃機関の燃焼室内に挿入されるヒータとを有し、
上記ハウジングと上記スリーブとは、上記ハウジングの先端部及び上記拡径部の基端部のいずれか一方で構成される被圧入部内に、他方に形成された圧入部を圧入することにより接続されており、
上記被圧入部と上記圧入部とが接触する部分を径方向内側に上記ヒータに向かって投影してなる投影領域において、上記圧入部と上記ヒータとの間の少なくとも一部には両者が接触しないクリアランスが形成されていることを特徴とするグロープラグにある（請求項１）。

本発明の作用効果について説明する。
上記投影領域において、上記圧入部と上記ヒータとの間の少なくとも一部には両者が接触しないクリアランスが形成されている。換言すれば、上記投影領域においては、圧入部とヒータとが接触しない部分が両者の間の少なくともいずれかの部分に形成されている。このように、圧入部とヒータとが接触していない部分では、被圧入部から圧入部に向かって作用する過大な押圧力がヒータに対して直接伝わることがない。つまり、圧入部とヒータとが接触していない部分においては、その分だけ被圧入部から圧入部を介してヒータに作用する押圧力を低減することができる。
その結果、ヒータに亀裂が生じることを防ぐことができる。

以上のとおり、本発明によれば、圧入時にヒータに作用する押圧力を低減して、ヒータに亀裂が生じることを防ぐことのできるグロープラグを提供することができる。

本明細書において、上記グロープラグを上記内燃機関の燃焼室内に挿入する側を先端側、その反対側を基端側として説明する。
本発明において、上記内燃機関としては、例えば、自動車用ディーゼルエンジンがある。

また、上記被圧入部が上記ハウジングの先端部によって構成される場合には、上記拡径部の基端部が上記圧入部を構成する。
一方、上記被圧入部が上記拡径部の基端部によって構成される場合は、上記ハウジングの先端部が上記被圧入部を構成する。

また、上記圧入部と上記ヒータとが接触する部分における軸方向長さは、０．３〜１．０ｍｍであることが好ましい（請求項２）。
この場合には、投影領域において、ヒータに作用する押圧力を十分に低減することができ、ヒータに亀裂が生じることを十分に防ぐことができる。
一方、上記軸方向長さが、０．３ｍｍ未満の場合には、溶接時に圧入部が被圧入部から外れてしまうおそれがある。
また、上記軸方向長さが、１．０ｍｍを超える場合には、ヒータの径方向内側に向かって作用する押圧力を十分に低減することが困難となるおそれがある。

また、上記圧入部は、上記ヒータと非接触であることが好ましい（請求項３）。
この場合には、投影領域において、被圧入部からヒータに向かって押圧力が作用することがない。このため、ヒータに亀裂が生じることを確実に防ぐことができる。

また、上記圧入部は、その内側面に、その先端側に向かうにつれて内径が小さくなるよう構成されたテーパ面を有することが好ましい（請求項４）。
この場合には、投影領域において、ヒータに作用する押圧力を十分に低減することができ、ヒータに亀裂が生じることを十分に防ぐことができる。

また、上記グロープラグの軸方向と上記テーパ面とのなす角度は、５〜４５°であることが好ましい（請求項５）。
この場合には、ヒータへの押圧力を十分に低減するとともに、テーパ面を比較的安価で、かつ、簡単な工程にて製造することができる。
一方、上記なす角度が、５°未満である場合には、ヒータをスリーブの内側に挿入する際のガイドとして十分に機能することが困難となるおそれがある。
また、上記なす角度が、４５°を超える場合には、ヒータと圧入部との接触長さが長くなり、ヒータへの押圧力を十分に低減することが困難となるおそれがある。

また、上記なす角度は、５〜４０°であることがより好ましい（請求項６）。
この場合には、ヒータへの押圧力を一層低減するとともに、テーパ面を比較的安価で、かつ、簡単な工程にて製造することができる。

（実施例１）
本発明のグロープラグに係る実施例について、図１〜図５とともに説明する。
本例のグロープラグ１は、図１、図２に示すように、内燃機関８に形成されたプラグ取付孔８０に挿入されるものである。

グロープラグ１は、図１、図２に示すように、プラグ取付孔８０に螺合される外周ねじ部２００が自身の外周面２０に形成された筒状のハウジング２と、両端が開口した筒状に形成されるとともに、基端側において外径が拡径する拡径部３１を有するスリーブ３を有する。

そして、スリーブ３の内側には、自身の先端部がスリーブ３の先端側から突出した状態で内燃機関８の燃焼室８１内に挿入されるヒータ４が挿通保持されている。
また、ハウジング２とスリーブ３とは、ハウジング２の先端部及び拡径部３１の基端部のいずれか一方で構成される被圧入部６１内に、他方に形成された圧入部６２を圧入することにより接続されている。

図３に示すように、被圧入部６１と圧入部６２とが接触する部分を径方向内側にヒータ４に向かって投影してなる投影領域Ｓにおいて、圧入部６２とヒータ４との間には両者が接触しないクリアランス５が形成されている。本例においては、図１〜図３に示すように、圧入部６２は、ヒータ４と非接触である。すなわち、スリーブ３とヒータ４とは、圧入部６２より先端側においてのみ接している。

以下、詳細に説明する。
本例のグロープラグ１は、上記ハウジング２、上記スリーブ３、上記ヒータ４のほか、図１、図２に示すように、自身の先端側において第二電極接続部７２が配設された中軸７１を有する。

ハウジング２は、その外周面２００に外周ねじ部２００としての雄ねじ部（以下、雄ねじ部２００という。）を有している。そして、プラグ取付孔８０に形成された雌ねじ部（図２における符号８００参照）と雄ねじ部２００とが合されることにより、グロープラグ１は、内燃機関８に取りつけられている。

スリーブ３の基端部には、拡径部３１が形成されており、該拡径部３１は、その基端部において外径及び内径が拡径部３１よりも小さくなるよう形成された段部３２を有している。
具体的には、段部３２は、拡径部３１の基端部において、それよりもさらに基端側に向かって突出するように形成されており、かつ、略円環形状となるよう形成されている。そして、段部３２は、肉厚を例えば０．３〜２．６ｍｍとすることができる。
さらに具体的には、段部３２は、外径を例えば３．３〜８．２ｍｍ、内径を例えば３〜７．９ｍｍとすることができる。

本例においては、上記段部３２が圧入部６２となっている。
また、図３に示すように、段部３２は、拡径部３１の基端面３１０から突出して形成されており、この基端面３１０にハウジング２の先端部すなわち被圧入部６１が当接している。

拡径部３１の先端面３１２は、先端側から基端側へ向かうにつれて外径が次第に増加するテーパ状に形成されている。そして、このテーパ状の端面が、プラグ取付孔８０の縮径部８２に当接する。

また、ヒータ４は、例えば窒化珪素等の導電性セラミックからなる発熱体４０と、その発熱体４０に接続された例えばタングステン製のリード線４１と、例えばタングステンカーバイト等からなる第一電極４２１及び第二電極４２２とを備える。

図１に示すように、第一電極４２１は負極であり、スリーブ３と接続されており、また、ハウジング２、内燃機関８と電気的に導通している。
一方、第二電極４２２は正極であり、第二電極接続部７２と接続され、中軸７１と電気的に導通している。
グロープラグ１を電源（図示略）に接続する際には、内燃機関８を電源の負極に接続し、中軸７１を電源の正極に接続する。

さらに具体的に説明すると、第二電極４２２はヒータ４の基端部に設けられ、この基端部に対して円筒形状の第二電極接続部７２が嵌入されている。これにより、第二電極４２２と、第二電極接続部７２とが接触して電気的に接続される。

また、ハウジング２は、例えばＳ３５Ｃよりも炭素濃度が低い炭素鋼鋼材からなる。
一方、スリーブ３は、例えばステンレス鋼からなる。
そして、ハウジング２の内周側において被圧入部６１が存在する部分、及びスリーブ３の外周側において圧入部６２が存在する部分と同一の軸方向位置において、ハウジング２とスリーブ３とが互いに溶接接続されてなる溶接部７３が形成されている。

かかる溶接部７３は、例えばレーザー溶接によって形成することができる。これにより、圧入と相乗的に組み合わさって、強固にハウジング２とスリーブ３とを接続することができる。
本例では、溶接部７３のビッカース硬さは、例えば、６００Ｈｖ以下とすることができる。

次に、図４を用いて、本例のグロープラグ１の組み立て手順について説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、自身の先端部に第二電極４２２と接続される第二電極接続部７２を有する中軸７１とヒータ４とを接続してサブアッシー１０を作製する。

この時点において、被圧入部６１であるハウジング２の先端部の内径は、圧入部６２である拡径部３１の基端部に形成された段部３２の外径よりも若干小さくなるよう形成されている。
具体的には、ハウジング２の先端部（被圧入部６１）は、内径を例えば５．８ｍｍとすることができ、拡径部３１の基端部（圧入部６２）は、前述したとおり、外径内径を例えば５．８５〜５．９ｍｍとすることができる。
すなわち、ハウジング２の先端部の内径は、拡径部３１の基端部の外径よりも０．０５〜０．１ｍｍ小さくなるように形成されている。

次いで、図４（ｂ）に示すように、被圧入部６１に圧入部６２を圧入する。
これにより、圧入部６２は被圧入部６１から例えば５００Ｎの押圧力を受けることとなる。

次いで、図４（ｃ）に示すように、ハウジング２とスリーブ３との外周側、すなわち、拡径部３１の基端側に形成されている拡径部３１の基端部に形成された段部３２と、被圧入部６１であるハウジング２の先端部との外周側とを、上述したとおり、例えばレーザー溶接により溶接接続する。
以上のような手順により、本例のグロープラグ１が作製される。

なお、本例においては、投影領域Ｓにおいて、圧入部６２とヒータ４とが接触していない例を示したが、図５に示すように、一部のみにおいて圧入部６２とヒータ４とが接触するよう構成してもよい。
この場合であっても、同図に示すように、例えば、投影領域Ｓにおける被圧入部６１と圧入部６２との接触長さであるａと、投影領域Ｓにおける圧入部６２とヒータ４との接触長さであるｂとを比較すると、ａ＞ｂであれば、本発明の作用効果を十分に発揮することができる。

以下に、本例の作用効果について説明する。
投影領域Ｓにおいて、圧入部６２とヒータ４との間には両者が接触しないクリアランス５が形成されている。換言すれば、投影領域Ｓにおいては、圧入部６２とヒータ４とが接触していない。このように、投影領域Ｓにおいて圧入部６２とヒータ４とが接触していないため、被圧入部６１から圧入部６２に向かって作用する押圧力がヒータ４に向かって押圧力が作用することがない。
その結果、ヒータ４に亀裂が生じることを確実に防ぐことができる。

また、圧入部６２とヒータ４とが接触する部分における軸方向長さは、０．３〜１．０ｍｍであるため、投影領域Ｓにおいて、ヒータ４に作用する押圧力を十分に低減することができ、ヒータ４に亀裂が生じることを十分に防ぐことができる。

以上のとおり、本例によれば、圧入時にヒータに作用する押圧力を低減して、ヒータに亀裂が生じることを防ぐことのできるグロープラグを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図６に示すように、圧入部６２は、その内側面に、その先端側に向かうにつれて内径が小さくなるよう構成されたテーパ面３２０を有するグロープラグ１の例である。
そして、グロープラグ１の軸方向とテーパ面３２０とのなす角度θは、５〜４５°とすることができる。本例においては、上記なす角度θは、２５〜３５°としてある。
その他の構成は、実施例１と同様である。

本例の場合にも、投影領域Ｓにおいて、ヒータ４に作用する押圧力を十分に低減することができ、ヒータ４に亀裂が生じることを十分に防ぐことができる。特に本例においては、上記なす角度θが２５〜３５°であるため、本発明の作用効果を顕著に発揮することができる。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図７に示すように、被圧入部６１が拡径部３１の基端部に形成されており、圧入部６２がハウジング２の先端部に形成されているグロープラグ１の例である。
すなわち、スリーブ３には、下実形状の圧入部６２が形成されている。一方ハウジング２には、スリーブ３の下実よりも外径の小さい上実形状の圧入部６２が形成されている。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、表１に示すように、圧入部とヒータとが接触する部分における軸方向長さを種々変化させた場合における、スリーブのふれ量と圧入に必要な荷重とを測定した例である。

すなわち、本例では、上記軸方向長さを０．２〜１．２ｍｍに種々変化させたグロープラグを試料として作製した。
次いで、それぞれの試料について、圧入後におけるスリーブのふれ量を測定した。なお、本例では、スリーブのふれ量が大きすぎると、組付性、すなわち、グロープラグをプラグ取付孔に挿入しにくくなることから、その限界値を０．４ｍｍとした。
また、それぞれの試料を作製するに当たって圧入に必要な荷重もあわせて測定した。
測定結果を表１に示す。

表１からわかるように、上記軸方向長さが０．３ｍｍ以上の場合には、上記ふれ量を０．３５ｍｍ以下と、十分に小さくすることができる。一方、上記軸方向長さが０．３ｍｍ未満の場合には、上記ふれ量が０．４ｍｍ以上となり、スリーブのふれを十分に抑制できないことがわかる。
次に、圧入に必要な荷重について検討すると、上記軸方向長さが１．０ｍｍ以下の場合には、圧入に必要な荷重が２０００Ｎ以下であり、十分に荷重を小さくできる。一方、上記軸方向長さが１．０ｍｍを超える場合には、圧入に必要な荷重が３０００Ｎを超えてしまい、さらにハウジングが座屈するという不具合が生じた。

以上から、スリーブのふれ量を小さくするという観点、及び圧入に必要な荷重を小さくするという観点からは、上記軸方向長さが０．３〜１．０ｍｍであることが好ましいことがわかる。

（実施例５）
本例は、グロープラグの軸方向とテーパ面とのなす角度を種々変更させた場合における、ヒータに作用する応力の大きさを測定した例である。
すなわち、本例は、上記なす角度を０〜５０°と種々変化させたグロープラグを試料として作製した。なお、上記なす角度が０°とは、従来のように被圧入部と圧入部とが完全に接触しているグロープラグ（図９参照）を意味する。

次いで、それぞれの試料について、例えば２５００Ｎの荷重をかけて圧入を行った。そして、上記なす角度が０°である場合にヒータに作用する応力値を基準として、それぞれの試料において何割程度の応力が作用しているかを算出した。そして、それぞれの試料におけるスリーブに作用する応力が、上記なす角度が０°である場合の２０％未満である場合には◎、２０％以上４０％未満である場合には○、４０％以上である場合には△を付した。
測定結果を表２に示す。

表２からわかるように、上記なす角度は、その値が５°以上であれば十分にヒータへの応力を低減できることがわかる。特に上記なす角度が４０°以下であればヒータへの応力を顕著に低減できることがわかる。
一方、上記なす角度が５０°を超える場合には、ヒータへの応力は０°の場合よりも低減できるものの、圧入部の肉厚が薄くなってしまい、逆に生産性が低下してしまうおそれがある。
以上から、上記なす角度は５〜４５°であることが好ましいことがわかる。さらに、５〜４０°である場合には、ヒータへの応力を一層低減できることがわかる。

実施例１における、グロープラグの先端部の縦断面図。 実施例１における、グロープラグの縦断面図。 実施例１における、圧入部と被圧入部との接合状態を示す説明図。 実施例１における、（ａ）サブアッシーの説明図、（ｂ）サブアッシーにハウジングを圧入している状態を示す説明図、（ｃ）ハウジングとスリーブとを溶接した状態の説明図。 実施例１における、別形態のグロープラグの説明図。 実施例２における、圧入部と被圧入部との接合状態を示す説明図。 実施例３における、圧入部と被圧入部との接合状態を示す説明図。 従来例における、グロープラグの縦断面図。 従来例における、グロープラグの先端部の縦断面図。

符号の説明

１ グロープラグ
２ ハウジング
２０ 外周面
２００ 外周ねじ部
３ スリーブ
３１ 拡径部
４ ヒータ
５ クリアランス
６１ 被圧入部
６２ 圧入部
８ 内燃機関
８０ プラグ取付孔
８１ 燃焼室
Ｓ 投影領域

Claims (6)

1. 内燃機関に形成されたプラグ取付孔に挿入されるグロープラグであって、
   上記プラグ取付孔に螺合される外周ねじ部が自身の外周面に形成された筒状のハウジングと、
   両端が開口した筒状に形成されるとともに、基端側において外径が拡径する拡径部を有するスリーブと、
   該スリーブの内側に挿通保持されるとともに、自身の先端部が上記スリーブの先端側から突出した状態で上記内燃機関の燃焼室内に挿入されるヒータとを有し、
   上記ハウジングと上記スリーブとは、上記ハウジングの先端部及び上記拡径部の基端部のいずれか一方で構成される被圧入部内に、他方に形成された圧入部を圧入することにより接続されており、
   上記被圧入部と上記圧入部とが接触する部分を径方向内側に上記ヒータに向かって投影してなる投影領域において、上記圧入部と上記ヒータとの間の少なくとも一部には両者が接触しないクリアランスが形成されていることを特徴とするグロープラグ。
2. 請求項１において、上記圧入部と上記ヒータとが接触する部分における軸方向長さは、０．３〜１．０ｍｍであることを特徴とするグロープラグ。
3. 請求項１において、上記圧入部は、上記ヒータと非接触であることを特徴とするグロープラグ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記圧入部は、その内側面に、その先端側に向かうにつれて内径が小さくなるよう構成されたテーパ面を有することを特徴とするグロープラグ。
5. 請求項４において、上記グロープラグの軸方向と上記テーパ面とのなす角度は、５〜４５°であることを特徴とするグロープラグ。
6. 請求項５において、上記なす角度は、５〜４０°であることを特徴とするグロープラグ。

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