JP2011033318A

JP2011033318A - セラミックグロープラグ

Info

Publication number: JP2011033318A
Application number: JP2009182738A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Yoshida; 晶裕吉田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2009-08-05
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2029-08-05
Also published as: JP5557488B2

Abstract

【課題】従来に比べて生産性の向上を図ることができるとともに、金属外筒とセラミックヒータとの嵌合力を確保することのできるセラミックグロープラグを提供する。
【解決手段】セラミックヒータの外周に嵌合され、第１電極取り出し部と第１金属層を介して電気的に接続される金属外筒と、セラミックヒータの外周のうち、金属外筒より後端側に嵌合され、第２電極取り出し部と第２金属層を介して電気的に接続される金属リングと、金属リングの後端側に嵌合される先端部を有し、導電体からなり棒状に形成された中軸と、セラミックヒータの先端側を自身の先端から突出させ、セラミックヒータの後端側を前記金属外筒を介して内部に保持するハウジングとを備えたセラミックグロープラグであって、金属外筒は、金属リングより硬度が小さく、かつ、第１金属層は、第２金属層よりも厚さが薄い。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用ディーゼルエンジン等の内燃機関に使用されるセラミックグロープラグに関する。

従来から、自動車用ディーゼルエンジン等の内燃機関の始動促進用にセラミックグロープラグが使用されている。このようなセラミックグロープラグとしては、筒状で外周面に機関取り付け用のねじ部等が設けられたハウジング内に、先端側がハウジングの先端部から突出し、後端側がハウジング内に収容されるように、セラミックヒータを支持した構成のものが知られている。

上記のセラミックグロープラグにおいて、セラミックヒータとしては、セラミック基体と、このセラミック基体の内部に埋設された発熱体と、この発熱体に電気的に接続された一対のリード部と、このリード部に夫々電気的に接続されセラミック基体の外周に延出する第１電極取り出し部及び第２電極取り出し部とを具備したものが知られている。そして、第１電極取り出し部及び第２電極取り出し部の部分に、夫々金属外筒及び金属リングを嵌合させて電気的な接続を行う構造のものが知られている。

上記の金属外筒及び金属リングのセラミックヒータへの取り付け方法としては、金属外筒及び金属リングに、円柱状に形成されたセラミックヒータを圧入し、セラミックヒータの外周面に締まり嵌め状態にて金属外筒及び金属リングを取り付ける方法が知られている。また、この時セラミックヒータと、金属外筒及び金属リングとの間（金属外筒及び金属リングの内周面）に、金属外筒及び金属リングより軟質な金属層を設けることが知られている（例えば、特許文献１参照。）

特開２００３−５６８４８号公報

上記した従来のグロープラグにおいて、金属外筒は、肉厚が例えば数ミリ程度と比較的厚く構成されており、このため硬度の小さい材料例えばＳＵＳ４３０（２００〜２３０Ｈｖ）等から構成されている。これに対して金属リングは、肉厚が例えば１ｍｍ以下と、比較的薄く構成されており、このため硬度の大きな材料例えばＳＵＳ６３０（３６０〜４３０Ｈｖ）等から構成されている。このため、金属リングについては、圧入の際の負荷が大きくなり、製造が困難になるとともに製造時に損傷が生じる可能性があり生産性が悪いという問題がある。

また、金属外筒については、内周面の一部にのみ金属層を設けている。このため、金属層の形成されている部分と形成されていない部分との間で段差が形成され、セラミックヒータとの嵌合面積が減少し、嵌合力が不十分になり易いという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、従来に比べて生産性の向上を図ることができるとともに、金属外筒とセラミックヒータとの嵌合力を確保することのできるセラミックグロープラグを提供しようとするものである。

本発明のセラミックグロープラグは、軸線に沿って棒状の形態をなし絶縁性セラミックからなるセラミック基体と、前記セラミック基体に埋設された発熱体と、前記セラミック基体に埋設され前記発熱体と電気的に接続された一対のリード部と、前記一対のリード部に夫々電気的に接続され前記セラミック基体の外周に延出する第１電極取り出し部及び第２電極取り出し部とを備えたセラミックヒータと、前記セラミックヒータの外周に嵌合され、前記第１電極取り出し部と第１金属層を介して電気的に接続される金属外筒と、前記セラミックヒータの外周のうち、前記金属外筒より後端側に嵌合され、前記第２電極取り出し部と第２金属層を介して電気的に接続される金属リングと、前記金属リングの後端側に嵌合される先端部を有し、導電体からなり棒状に形成された中軸と、前記セラミックヒータの先端側を自身の先端から突出させ、前記セラミックヒータの後端側を前記金属外筒を介して内部に保持するハウジングとを備えたセラミックグロープラグであって、前記金属外筒は、前記金属リングより硬度が小さく、かつ、前記第１金属層は、前記第２金属層よりも厚さが薄いことを特徴とする。

上記構成の本発明のセラミックグロープラグでは、金属外筒は、金属リングより硬度が小さく、かつ、第１電極取り出し部と金属外筒との間に形成された第１金属層は、第２電極取り出し部と金属リングとの間に形成された第２金属層よりも厚さが薄くなっている。このように、第１電極取り出し部と金属外筒との間に形成された第１金属層は、厚さを薄くすることによって第１金属層が形成されている部位と第１金属層が形成されていない部位の段差を少なくすることができ、セラミックヒータとの嵌合面積が減少することを抑制し、嵌合力を確保することができる。また、第２電極取り出し部と金属リングとの間に形成された第２金属層の厚さは厚くすることによって第２金属層の緩衝層としての作用が大きくなり、嵌合の際に金属リングに加わる負荷を軽減することができる。これによって嵌合工程を容易に実施することができ、生産性の向上を図ることができる。

また、本発明のセラミックグロープラグにおいて、第１金属層は、金属外筒の内周面のうち、一部に形成されている構成とすることができる。これによって、第１金属層の形成に必要な材料の量を削減することができる。

一方、本発明のセラミックグロープラグにおいて、第２金属層は、金属リングの内周面全体に形成されている構成とすることができる。これによって、金属リングの後端側に中軸を圧入して固定する構造とした際においても、第２金属層が金属リングと中軸との間に介在することになるので、第２金属層を緩衝層として用いることができる。

また、本発明のセラミックグロープラグでは、金属外筒の肉厚が、金属リングの肉厚よりも厚い構成の場合に好適に使用することができる。さらに、本発明のセラミックグロープラグでは、第１金属層及び第２金属層を、銀から構成することができる。このように第１金属層及び第２金属層の構成材料として銀を使用することにより、例えば金を使用した場合に比べて製造コストの低減を図ることができる。

本発明によれば、従来に比べて生産性の向上を図ることができるとともに、金属外筒とセラミックヒータとの嵌合力を確保することのできるセラミックグロープラグを提供することができる。

本発明の実施形態に係るセラミックグロープラグの全体概略構成を示す縦断面図。図１のセラミックグロープラグの要部構成を示す斜視図。図１のセラミックグロープラグの金属外筒を拡大して示す縦断面図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１〜３は、本発明の実施形態に係るセラミックグロープラグ１００の構成を示すもので、図１はセラミックグロープラグ１００の全体概略構成を示す縦断面図、図２はセラミックグロープラグ１００の要部構成を示す斜視図、図３はセラミックグロープラグの金属外筒を拡大して示す縦断面図である。なお、図面上下方向を軸線ＡＸ方向とし、下方を先端、上方を後端として説明する。

図１に示すように、セラミックグロープラグ１００は、ハウジング１０、中軸２０、セラミックヒータ３０、金属リング４０、ピン端子５０、金属外筒６０が組み合わされて構成されている。

ハウジング１０は、例えば、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ等）からなり、軸線ＡＸに沿って自身の内部が貫通した内孔１０１を有する円筒状とされており、外周面には、ディーゼルエンジン（図示せず。）への固定のためのねじ部１０２が転造もしくは切削により形成されている。

ハウジング１０の後端部１０３には、ディーゼルエンジンへ取り付ける際に六角レンチやプラグレンチ等の工具を係合させるための工具係合部１０４が形成されている。また、後端部１０３の内周側には、後端側に向かって内孔１０１を拡径するテーパ部１０５、およびこのテーパ部１０５のさらに後端側に隣接する大径孔１０６が形成されている。

金属外筒６０は、耐熱性が高く比較的硬度が小さい（例えば２００〜２３０Ｈｖ程度）金属（本実施形態ではＳＵＳ４３０（融点１４８０〜１５０８℃））から構成されている。この金属外筒６０は、鍔状部（大円筒部６０１）を有し、内孔６０２が自身の内周に形成された略筒状とされている。そして、この内孔６０２へセラミックヒータ３０が圧入されることによってセラミックヒータ３０を保持している。

金属外筒６０は、先端側に比較的薄肉の小円筒部６０３、この小円筒部６０３の後端側に隣接して後端向きに拡径するテーパ６０４、さらにこのテーパ６０４に続き小円筒部６０３よりも大径でハウジング１０の先端部と略同一の外径を有する大円筒部６０１、さらに大円筒部６０１よりも後端側には大円筒部６０１よりも小径の係合円筒部６０５が形成された構成を備える。なお、図示しないディーゼルエンジンへグロープラグ１００として取り付けられる際には、テーパ６０４が燃焼室との気密を確保するシールとしての役割を担う。この金属外筒６０の内周面には、図３に拡大して示すように、その一部（本実施形態では金属外筒６０の後端からテーパ６０４の内周部分に至る領域）に第１金属層６１が形成されている。この第１金属層６１は、金属外筒６０の構成材料（本実施形態ではＳＵＳ４３０）より軟質な金属（本実施形態ではＡｇ）から構成されており、後述する第２金属層４１より厚さが薄くされている。なお、金属外筒６０の各部の肉厚は、数ミリ程度（本実施形態では３．３〜５．１ｍｍの範囲）とされている。

中軸２０は、導電性の金属からなり棒状の形態を呈している。中軸２０の先端部は、金属リング４０と嵌合するように先端小径部２０１が形成され、一方後端部２０２はピン端子５０が取り付けられるためにその他の部位よりも小径に形成されている。

金属リング４０は、円筒形状とされており上述した金属外筒６０より肉薄（肉厚が１ｍｍ以下程度（本実施形態では０．５９ｍｍ））に形成されている。このため、金属リング４０は、上述した金属外筒６０（引張強度５００〜６２０Ｎ／ｍｍ^２）より引張強度が高く（例えば１３１０Ｎ／ｍｍ^２以上）、硬度の大きい（例えば３６０〜４３０Ｈｖ程度）の金属（本実施形態ではＳＵＳ６３０）から構成されている。この金属リング４０の内径はセラミックヒータ３０の後端部３０１および中軸２０の先端小径部２０１のそれぞれの外径と略同径とされている。一方、金属リング４０の外径は、中軸２０の先端小径部２０１よりも後端側に隣接する部分の外径と略同径とされている。

この金属リング４０の内周面には、全面に亘って第２金属層４１が形成されている。この第２金属層４１は、金属リング４０の構成材料（本実施形態ではＳＵＳ６３０）より軟質な金属（本実施形態ではＡｇ）から構成されており、前述した第１金属層６１より厚く形成されている。第１金属層６１は、厚さ０．３〜０．８μｍとすることが好ましく、第２金属層４１は厚さ０．９〜１．３μｍとすることが好ましい。本実施形態では、第１金属層６１は、厚さ０．７μｍであり、第２金属層４１は厚さ１．０μｍである。

セラミックヒータ３０は、絶縁性セラミック（窒化珪素、アルミナ等）から棒状に形成されたセラミック基体３１に、導電性セラミックからなる発熱体３２および１対のリード部３３、３３が埋設された構成とされている。セラミックヒータ３０の先端寄りの内部に位置する発熱体３２は、導電性セラミックでＵ字状に形成されている。また、この発熱体３２の各基端から後方へ向かって延びる２本のリード部３３は同様に導電性セラミックから形成されている。

上記リード部３３の一方（図１中右側のリード部３３）には、ヒータ３０の後端部３０１において軸線ＡＸに垂直な径方向へ延在しセラミック基体３１の表面に露出する第２電極取り出し部３４が設けられている。この第２電極取り出し部３４は、金属リング４０と電気的に接続されている。リード部３３の他方（図１中左側のリード部３３）には、上記した第２電極取り出し部３４より先端側にて、軸線ＡＸに垂直な径方向へ延在しセラミック基体３１の表面に露出する第１電極取り出し部３５が設けられている。この第１電極取り出し部３５は、金属外筒６０と電気的に接続されている。

次に、セラミックグロープラグ１００を製造する際に、上記した金属外筒６０及び金属リング４０にヒータ３０を圧入する工程について説明する。

金属リング４０は、ＳＵＳ６３０のパイプ材を切断し、所定の円筒形状に整えた後、バレルメッキにより所定厚の第２金属層４１を形成して製造することができる。同様に金属外筒６０は、ＳＵＳ４３０のパイプ材を切断、切削等により所定の形状に加工し、その内周面の所定部位に部分メッキ（電解メッキ）により所定厚の第１金属層６１を形成して製造することができる。

圧入工程では、まず金属リング４０へセラミックヒータ３０を挿通（圧入）して一体とする。この金属リング４０と一体となったセラミックヒータ３０をさらに金属外筒６０へ挿入（圧入）し、図２に示す一体物１１０を作製する。さらにこの一体部の金属リング４０へ中軸２０を圧入の上レーザ溶接を行いヒータ−中軸一体物を作製する。

上記のセラミックヒータ３０を圧入する工程において、肉厚が薄く硬度の大きな材料からなる金属リング４０には、厚さの厚い第２金属層４１が形成されているので、この第２金属層４１が高い緩衝作用を発揮し、圧入時に加わる負荷を軽減することができ、圧入工程を容易に実施することができる。

一方、上記の金属リング４０に比べて肉厚が厚く硬度の小さい材料からなる金属外筒６０には、厚さの薄い第１金属層６１が形成されている。この厚さの薄い第１金属層６１の緩衝作用は低いが、金属外筒６０は硬度の小さい材料から構成されているため、圧入が困難になるほど圧入時の負荷が高くなることはない。そして、第１金属層６１の厚さが薄くなっているため、第１金属層６１の形成部位と非形成部位の段差が少なくなり、圧入後における嵌合力の低下を抑制することができる。

上記のようにして、セラミックヒータ３０、金属リング４０、金属外筒６０、中軸２０を組み立てた後、これらの組立体にハウジング１０を被せて金属外筒６０と溶接部１２（図１参照。）においてレーザ溶接し、Ｏリング１１１、絶縁ブッシュ１１２を挿入し、ハウジング１０の後端部１０３から突出した中軸２０の後端部２０２にピン端子５０をかしめ固定することでセラミックグロープラグ１００は完成する。

上記構成のセラミックグロープラグ１００では、図１に示すように、セラミックヒータ３０の先端部が、金属外筒６０の先端部から突出した状態となっている。そして、セラミックグロープラグ１００を図示しないディーゼルエンジンのプラグ取り付け孔内に挿入し、ねじ部１０２をディーゼルエンジンの取り付けねじに締め付けてテーパ６０４をディーゼルエンジンに当接させることにより、気密性を確保する。この状態で、ヒータ３０の先端側が燃焼室内に位置するように内燃機関に取り付けられ、ピン端子５０、中軸２０、金属リング４０を介してヒータ３０に通電して発熱させることによってディーゼルエンジンの始動を補助する。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。

１０……ハウジング、２０……中軸、３０……セラミックヒータ、３１……セラミック基体、３２……発熱体、３３……リード部、３４……第２電極取り出し部、３５……第１電極取り出し部、４０……金属リング、４１……第２金属層、５０……ピン端子、６０……金属外筒、６１……第１金属層、１００……セラミックグロープラグ。

Claims

軸線に沿って棒状の形態をなし絶縁性セラミックからなるセラミック基体と、前記セラミック基体に埋設された発熱体と、前記セラミック基体に埋設され前記発熱体と電気的に接続された一対のリード部と、前記一対のリード部に夫々電気的に接続され前記セラミック基体の外周に延出する第１電極取り出し部及び第２電極取り出し部とを備えたセラミックヒータと、
前記セラミックヒータの外周に嵌合され、前記第１電極取り出し部と第１金属層を介して電気的に接続される金属外筒と、
前記セラミックヒータの外周のうち、前記金属外筒より後端側に嵌合され、前記第２電極取り出し部と第２金属層を介して電気的に接続される金属リングと、
前記金属リングの後端側に嵌合される先端部を有し、導電体からなり棒状に形成された中軸と、
前記セラミックヒータの先端側を自身の先端から突出させ、前記セラミックヒータの後端側を前記金属外筒を介して内部に保持するハウジングと
を備えたセラミックグロープラグであって、
前記金属外筒は、前記金属リングより硬度が小さく、かつ、前記第１金属層は、前記第２金属層よりも厚さが薄いことを特徴とするセラミックグロープラグ。
請求項１記載のセラミックグロープラグであって、
前記第１金属層は、前記金属外筒の内周面のうち、一部に形成されていることを特徴とするセラミックグロープラグ。
請求項１又は２記載のセラミックグロープラグであって、
前記第２金属層は、前記金属リングの内周面全体に形成されていることを特徴とするセラミックグロープラグ。
請求項１〜３いずれか１項記載のセラミックグロープラグであって、
前記金属外筒の肉厚は、前記金属リングの肉厚よりも厚いことを特徴とするセラミックグロープラグ。
請求項１〜４いずれか１項記載のセラミックグロープラグであって、
前記第１金属層及び前記第２金属層は、銀からなることを特徴とするセラミックグロープラグ。