JP2018096670A - Glow plug - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はグロープラグに関し、特に発熱温度を高温化できるグロープラグに関するものである。 The present invention relates to a glow plug, and more particularly to a glow plug that can increase the heat generation temperature.
グロープラグは、圧縮着火方式によるディーゼルエンジン等の内燃機関の補助熱源として用いられる。グロープラグは、内燃機関の始動性を向上させるため、短時間で所定温度まで昇温させる性能(以下「急速昇温性」と称す)が要求される。また、グロープラグは、内燃機関の規制が厳格化される中、発熱温度の高温化も求められている。特許文献1には、中軸の先端にコイルが接合されたグロープラグにおいて、発熱温度の高温化の要求に応えるため、FeCrAl合金やNiCr合金よりも高融点のWやMoを主成分とする耐熱金属をコイルに用いる技術が開示されている。 The glow plug is used as an auxiliary heat source for an internal combustion engine such as a diesel engine using a compression ignition system. The glow plug is required to have a capability of raising the temperature to a predetermined temperature in a short time (hereinafter referred to as “rapid temperature rise”) in order to improve the startability of the internal combustion engine. In addition, glow plugs are also required to have a high heat generation temperature as regulations on internal combustion engines are tightened. Patent Document 1 discloses a heat resistant metal whose main component is W or Mo having a melting point higher than that of an FeCrAl alloy or NiCr alloy in order to meet the demand for higher heat generation temperature in a glow plug having a coil joined to the tip of a central shaft. A technique for using a coil for a coil is disclosed.
しかしながら、WやMo等の耐熱金属の抵抗比はNiCr合金の抵抗比に比べて大きいので、上記従来の技術では、所定温度まで上昇させるためにコイルに一定電圧を印加すると、コイルの抵抗が急激に増加して電流値が急激に低下する。ここで、抵抗比とは、「コイルの20℃での抵抗値に対する1000℃での抵抗値の比」であり、抵抗比の値が大きくなるほど高温での抵抗値が大きくなる。そして、発熱量は電流値の2乗に比例するので、短時間で所定温度まで昇温させ難く、急速昇温性に欠けるという問題点がある。 However, since the resistance ratio of refractory metals such as W and Mo is larger than the resistance ratio of NiCr alloy, in the conventional technique, when a constant voltage is applied to the coil to raise it to a predetermined temperature, the resistance of the coil suddenly increases. Current value decreases rapidly. Here, the resistance ratio is “the ratio of the resistance value at 1000 ° C. to the resistance value at 20 ° C. of the coil”, and the resistance value at high temperature increases as the resistance ratio value increases. And since the emitted-heat amount is proportional to the square of an electric current value, there exists a problem that it is difficult to heat up to predetermined temperature in a short time, and rapid temperature rising property is missing.
これに対し、耐熱金属からなるコイル(先端コイル)の後端側に、耐熱金属の抵抗比よりも小さい抵抗比のFeCrAl合金やNiCr合金からなる後端コイルを接合することが考えられる。これにより、コイル全体の抵抗値を過度に増加させることなく先端コイルを所定温度まで上昇させることができ、急速昇温性を確保できる。 On the other hand, it is conceivable that a rear end coil made of FeCrAl alloy or NiCr alloy having a resistance ratio smaller than that of the heat resistant metal is joined to the rear end side of the coil made of the heat resistant metal (front end coil). Thereby, a tip coil can be raised to predetermined temperature, without making the resistance value of the whole coil increase excessively, and rapid temperature rising property can be ensured.
しかしながら、所定温度に昇温したコイルの温度を飽和させるために印加電圧を下げると、コイルの熱が後端コイルに移動し、先端コイルの温度が一時的に大きく低下し易くなる。その結果、エンジンの燃焼が不安定になったり排気ガスのエミッションが増加したりする問題点がある。 However, if the applied voltage is lowered in order to saturate the temperature of the coil that has been heated to a predetermined temperature, the heat of the coil moves to the rear end coil, and the temperature of the front end coil tends to be temporarily greatly reduced. As a result, there are problems that the combustion of the engine becomes unstable and the emission of exhaust gas increases.
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、発熱温度の高温化および急速昇温性を確保しつつ、温度を飽和させるために印加電圧を下げたときの温度低下を抑制できるグロープラグを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and suppresses a temperature drop when the applied voltage is lowered to saturate the temperature while ensuring a high exothermic temperature and rapid temperature rise. It aims to provide a glow plug that can be used.
この目的を達成するために本発明のグロープラグは、軸線方向に延びる金属製の中軸と、中軸の先端に電気的に接続するコイルと、コイル及び中軸の先端側を収容してコイルが電気的に接続されると共に先端が閉じた金属製のチューブと、を備える。コイルは、チューブの先端に電気的に接続されると共にWやMoを主成分とする先端コイルと、先端コイルの後端に電気的に接続される後端コイルと、を備える。先端コイルの20℃での抵抗値に対する1000℃での抵抗値の比である抵抗比R1と、後端コイルの20℃での抵抗値に対する1000℃での抵抗値の比である抵抗比R2とは、R1>R2の関係を満たす。そして、チューブの先端と先端コイルの後端との間の20℃における抵抗値に対する、チューブの先端から軸線方向の後端側に向かって4mmの位置における先端コイルとチューブの先端との間の20℃における抵抗値の割合が55〜80%である。 In order to achieve this object, the glow plug of the present invention includes a metal center shaft extending in the axial direction, a coil electrically connected to the tip of the center shaft, and the coil and the tip end side of the center shaft. And a metal tube having a closed end. The coil includes a front end coil that is electrically connected to the front end of the tube and mainly contains W or Mo, and a rear end coil that is electrically connected to the rear end of the front end coil. A resistance ratio R1 that is a ratio of the resistance value at 1000 ° C. to a resistance value at 20 ° C. of the front end coil, and a resistance ratio R2 that is a ratio of the resistance value at 1000 ° C. to the resistance value at 20 ° C. of the rear end coil Satisfies the relationship of R1> R2. Then, with respect to the resistance value at 20 ° C. between the distal end of the tube and the rear end of the distal end coil, 20 between the distal end coil and the distal end of the tube at a position of 4 mm from the distal end of the tube toward the rear end side in the axial direction. The ratio of the resistance value at 5 ° C. is 55 to 80%.
請求項1記載のグロープラグによれば、チューブの先端と先端コイルの後端との間の20℃における抵抗値に対する、チューブの先端から軸線方向の後端側に向かって4mmの位置における先端コイルとチューブの先端との間の20℃における抵抗値の割合が55〜80%なので、先端コイルの4mmまでの部分の発熱量を、先端コイルの残りの部分の発熱量よりも大きくできる。従って、先端コイルの4mmまでの部分を急速に昇温させることができ、急速昇温性を確保できる。 According to the glow plug of claim 1, the tip coil at a position of 4 mm from the tip of the tube toward the rear end in the axial direction with respect to the resistance value at 20 ° C. between the tip of the tube and the rear end of the tip coil. Since the ratio of the resistance value at 20 ° C. between the tube and the tip of the tube is 55 to 80%, the heat generation amount of the tip coil up to 4 mm can be made larger than the heat generation amount of the remaining portion of the tip coil. Therefore, the temperature of the tip coil up to 4 mm can be rapidly raised, and rapid temperature rise can be ensured.
先端コイルの残りの部分は抵抗値の割合(20〜45%)に応じて発熱するので、印加電圧を下げたときに、先端コイルの4mmまでの部分から後端側へ移動する熱量を抑制できる。よって、温度を飽和させるために印加電圧を下げたときの温度低下を抑制できる。 Since the remaining part of the tip coil generates heat according to the ratio of resistance value (20 to 45%), the amount of heat that moves from the part up to 4 mm of the tip coil to the rear end when the applied voltage is lowered can be suppressed. . Therefore, a temperature drop when the applied voltage is lowered to saturate the temperature can be suppressed.
なお、「WやMoを主成分」とは、コイル材料の全体含有量に対するW又はMoの合計含有量が50wt%以上であることをいう。 Note that “the main component is W or Mo” means that the total content of W or Mo with respect to the total content of the coil material is 50 wt% or more.
請求項2記載のグロープラグによれば、チューブの先端と先端コイルの後端との間の抵抗値が0.13Ω以下なので、請求項1の効果に加え、コイルに過大な電圧を印加しなくても先端コイルに流れる電流値を確保し、先端コイルを発熱させることができる。 According to the glow plug of claim 2, since the resistance value between the tip of the tube and the rear end of the tip coil is 0.13Ω or less, in addition to the effect of claim 1, an excessive voltage is not applied to the coil. However, the value of the current flowing through the tip coil can be secured and the tip coil can generate heat.
請求項3記載のグロープラグによれば、先端コイルは、自身の先端から後端まで組成が同一であり、先端側のピッチが後端側のピッチよりも小さい。よって、請求項1又は2の効果に加え、先端コイルの構造を簡素化できる。 According to the glow plug of the third aspect, the tip coil has the same composition from its tip to the rear end, and the tip side pitch is smaller than the rear end side pitch. Therefore, in addition to the effect of Claim 1 or 2, the structure of the tip coil can be simplified.
請求項4記載のグロープラグによれば、チューブの先端と後端コイルの後端との間の20℃における抵抗値が0.36Ω以下なので、先端コイルを流れる突入時の電流値を十分に確保できる。先端コイルの発熱量を確保できるので、請求項1から3のいずれかの効果に加え、急速昇温性を確保できる。 According to the glow plug of claim 4, since the resistance value at 20 ° C. between the tip of the tube and the rear end of the rear end coil is 0.36Ω or less, the current value at the time of inrush flowing through the front end coil is sufficiently secured. it can. Since the amount of heat generated by the tip coil can be secured, in addition to the effect of any one of claims 1 to 3, rapid temperature rise can be secured.
請求項5記載のグロープラグによれば、チューブの先端から先端コイルの後端までの軸線方向の長さは、6mm以上11mm以下である。従って、請求項1から4のいずれかの効果に加え、先端コイルの4mmまでの部分の抵抗値の割合を設定し易くできる。 According to the glow plug of the fifth aspect, the length in the axial direction from the tip of the tube to the rear end of the tip coil is 6 mm or more and 11 mm or less. Therefore, in addition to the effect of any one of claims 1 to 4, it is possible to easily set the ratio of the resistance value of the tip coil up to 4 mm.
請求項6記載のグロープラグによれば、チューブの先端から軸線方向の後端側に向かって4mmの位置までのチューブの外径は3.5mm以下なので、先端コイルが配置されたチューブの先端近傍の熱容量が過大にならないようにできる。その結果、請求項1から5のいずれかの効果に加え、急速昇温性を確保し易くできる。 According to the glow plug of claim 6, since the outer diameter of the tube from the tip of the tube to the position of 4 mm toward the rear end in the axial direction is 3.5 mm or less, the vicinity of the tip of the tube where the tip coil is disposed The heat capacity of the can be prevented from becoming excessive. As a result, in addition to the effects of any one of claims 1 to 5, it is possible to easily ensure rapid temperature rise.
以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図1及び図2を参照して本発明の一実施の形態におけるグロープラグ10について説明する。図1はグロープラグ10の片側断面図であり、図2は一部を拡大したグロープラグ10の断面図である。図1及び図2では、紙面下側をグロープラグ10の先端側、紙面上側をグロープラグ10の後端側という。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. A
図1に示すようにグロープラグ10は中軸20、主体金具30、チューブ40及びコイル50を備えている。これらの部材はグロープラグ10の軸線Oに沿って組み付けられている。グロープラグ10は、ディーゼルエンジンを始めとする内燃機関(図示せず)の始動時などに用いられる補助熱源である。
As shown in FIG. 1, the
中軸20は円柱形状の金属製の導体であり、コイル50に電力を供給するための部材である。中軸20は先端にコイル50が電気的に接続されている。中軸20は、後端が主体金具30から突出した状態で主体金具30に挿入されている。
The
中軸20は、本実施の形態では、後端に雄ねじからなる接続部21が形成されている。中軸20は、後端に、先端側から順に絶縁ゴム製のOリング22、合成樹脂製の筒状部材である絶縁体23、金属製の筒状部材であるリング24、金属製のナット25が組み付けられている。接続部21は、バッテリ等の電源から電力を供給するケーブルのコネクタ(図示せず)が接続される部位である。ナット25は、接続されたコネクタ(図示せず)を固定するための部材である。
In the present embodiment, the
主体金具30は炭素鋼等により形成される略円筒形状の部材である。主体金具30は、軸線Oに沿って軸孔31が貫通し、外周面にねじ部32が形成されている。主体金具30は、ねじ部32より後端側に工具係合部33が形成されている。軸孔31は中軸20が挿入される貫通孔である。軸孔31の内径は中軸20の外径より大きいので、中軸20と軸孔31との間に空隙が形成される。ねじ部32は、内燃機関(図示せず)に嵌まり合う雄ねじである。工具係合部33は、ねじ部32を内燃機関のねじ穴(図示せず)に嵌めたり外したりするときに用いる工具(図示せず)が関わり合う形状(例えば六角形)をなす部位である。
The
主体金具30は、軸孔31の後端側において、Oリング22及び絶縁体23を介して中軸20を保持する。絶縁体23にリング24が接した状態で中軸20にリング24が加締められることで、絶縁体23は軸方向の位置が固定される。絶縁体23によって主体金具30の後端側とリング24とが絶縁される。主体金具30は、軸孔31の先端側にチューブ40が固定されている。
The
チューブ40は先端41が閉じた金属製の筒状体である。チューブ40は軸孔31に圧入されることで、主体金具30に固定される。チューブ40の材料は、例えばニッケル基合金、ステンレス鋼などの耐熱合金が挙げられる。
The
チューブ40は中軸20の先端側が挿入されている。チューブ40の内径は中軸20の外径より大きいので、中軸20とチューブ40との間に空隙が形成される。シール材42は、中軸20の先端側とチューブ40の後端との間に挟まれた円筒形状の絶縁部材である。シール材42は中軸20とチューブ40との間隔を維持し、中軸20とチューブ40との間を密閉する。コイル50は軸線Oに沿ってチューブ40に収容されている。絶縁粉末60はチューブ40に充填されている。
The
図2に示すようにコイル50は螺旋状に形成されており、通電により発熱する。コイル50は、チューブ40の先端41に接合された先端コイル51と、中軸20の先端に接合された後端コイル52とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
先端コイル51は、先端が溶接によりチューブ40の先端41に接合されている。先端コイル51の材料としては、W,Moを主成分とする高融点金属からなる。なお、これらの元素の単体、又は、これらの元素のいずれかを主成分とする合金を先端コイル51として用いることができる。先端コイル51は、後端が溶接によって後端コイル52に接合されている。先端コイル51と後端コイル52との間に、溶接で溶けて溶接金属が固まった溶融部53が形成されている。
The
後端コイル52は溶融部53を介して先端コイル51と直列に接続される部材である。後端コイル52は、先端コイル51の抵抗比R1より小さい抵抗比R2をもつ導電材料で形成されている。後端コイル52の材料としては、例えばFeCrAl合金、NiCr合金などが挙げられる。後端コイル52は軸線Oに沿ってチューブ40に収容されており、後端が溶接により中軸20の先端に接合されている。中軸20は後端コイル52及び先端コイル51を介してチューブ40と電気的に接続されている。
The
絶縁粉末60は電気絶縁性を有し、且つ、高温下で熱伝導性を有する粉末である。絶縁粉末60は、コイル50とチューブ40との間、中軸20とチューブ40との間、コイル50の内側に充填される。絶縁粉末60は、コイル50からチューブ40へ熱を移動させる機能、コイル50とチューブ40との短絡を防ぐ機能、コイル50を振動し難くして断線を防ぐ機能がある。絶縁粉末60としては、例えばMgO、Al2O3等の酸化物粉末が挙げられる。MgO、Al2O3等の酸化物粉末に加え、CaO,ZrO2及びSiO2,Si等の粉末を添加できる。本実施の形態では、絶縁粉末60は絶縁粉末60の全質量に対してMgO粉末を85質量%以上100質量%未満含有し、Si粉末も含有する。
The insulating
先端コイル51は、チューブ40の先端41から軸線O方向の後端側に向かって4mm離れた位置までの第1部54、及び、第1部54の後端(チューブ40の先端41から軸線O方向の後端側に向かって4mm離れた位置)から溶融部53までの第2部55からなる。先端コイル51は、チューブ40の先端41と先端コイル51の後端(溶融部53)との間の20℃における抵抗値が0.13Ω以下に設定されている。なお、抵抗値は4端子法により測定される値のことをいう。
The
先端コイル51は、チューブ40の先端41と先端コイル51の後端(溶融部53)との間の20℃における抵抗値に対する、第1部54の20℃における抵抗値の割合が55〜80%、第2部55の20℃における抵抗値の割合が20〜45%に設定されている。
In the
コイル50は、チューブ40の先端41と後端コイル52の後端(後端コイル52と中軸20との溶接部)との間の20℃における抵抗値が0.36Ω以下に設定されている。本実施の形態では、チューブ40の先端41と後端コイル52の後端との間の20℃における抵抗値が0.29Ω以上に設定されている。
In the
また、先端コイル51は、チューブ40の先端41から溶融部53までの軸線O方向の長さ、即ち第1部54の軸線O方向の長さと第2部55の軸線O方向の長さとを加えた全長が、6mm以上11mm以下に設定されている。
Further, the
本実施の形態では、先端コイル51は、チューブ40の先端41及び溶融部53の溶接金属を除いて、先端41から溶融部53まで組成が同一であり、先端コイル51の先端側のピッチを後端側のピッチよりも小さくすることにより、第1部54及び第2部55の抵抗値の割合が設定されている。これにより、先端コイル51の構造を簡素化できる。
In the present embodiment, the
なお、第1部54及び第2部55の抵抗値の割合を設定する手段は、先端コイル51のピッチを調節する手段に限られない。抵抗値の割合を設定する他の手段としては、例えば、先端コイル51の先端側の線径を後端側の線径よりも小さくする手段、20℃における比抵抗の異なる材料で作られた2つのコイルを直列に接合して先端コイル51を作り、比抵抗の高い方のコイルをチューブ40の先端41に接合する手段などが挙げられる。これらの場合も先端コイル51の先端側の抵抗値を後端側の抵抗値よりも高くできるので、第1部54の抵抗値の割合を第2部55の抵抗値の割合より大きくできる。
The means for setting the ratio of the resistance values of the
次に図3を参照して、グロープラグ10に印加した電圧Vとグロープラグ10の発熱温度Tとの関係を説明する。図3は電圧Vとグロープラグ10の発熱温度Tとの関係を示す模式図である。図3は横軸に時間(秒)をとり、実線は発熱温度Tを示し、破線は電圧Vを示す。
Next, the relationship between the voltage V applied to the
グロープラグ10の接続部21と主体金具30との間に電圧Vを印加すると、先端コイル51の抵抗値R1及び後端コイル52の抵抗値R2の和R1+R2で電圧Vを除した電流Iが、コイル50に流れる。単位時間当たりの先端コイル51の発熱量はR1・I2であり、単位時間当たりの後端コイル52の発熱量はR2・I2である。
When a voltage V is applied between the connecting
先端コイル51の20℃における抵抗値R1は0.13Ω以下なので、接続部21と主体金具30との間に印加する電圧を過大にしなくても、発熱時に先端コイル51を流れる電流Iを確保できる。よって、先端コイル51の発熱量を確保できる。なお、コイル50は、後端コイル52の20℃における抵抗値R2が、先端コイル51の20℃における抵抗値R1よりも大きい値(具体的には0.06Ω以上)に設定されている。常温においてコイル50に流れる電流I(突入電流)を確保し、コイル50を発熱させるためである。
Since the resistance value R 1 at 20 ° C. of the
後端コイル52は先端コイル51の抵抗比R1よりも小さい抵抗比R2をもつので、コイル50の発熱による温度上昇に伴い、先端コイル51の抵抗値R1が後端コイル52の抵抗値R2よりも大きくなる。その結果、先端コイル51の単位時間当たりの発熱量R1・I2を、後端コイル52の単位時間当たりの発熱量R2・I2より大きくできる。
The
先端コイル51はW,Moを主成分とする高融点金属により形成されているので、発熱温度Tを高温化できる。グロープラグ10は、先端コイル51の20℃における抵抗値R1に対する、先端コイル51のうち第1部54の20℃における抵抗値の割合が55〜80%なので、第1部54の発熱量を第2部55の発熱量よりも大きくできる。従って、所望する温度(例えば1000℃)まで第1部54の発熱温度Tを急速に昇温させることができ、急速昇温性を確保できる。
Since the
所望する温度(ここでは1000℃)に発熱温度Tが到達した後、発熱温度Tを安定時の飽和温度(例えば1100℃)にするため、グロープラグ10に印加する電圧Vを低下させる。後端コイル52の発熱量は先端コイル51の発熱量より小さいので、電圧Vを低下させる遷移時に、先端コイル51の熱量が後端コイル52へ移動する。その結果、先端コイル51の依存度の高い発熱温度Tが、一時的に温度Dだけ低下する。温度Dが大きくなり発熱温度Tが大きく低下すると、エンジンの燃焼が不安定になったり排気ガスのエミッションが増加したりする。
After the heat generation temperature T reaches a desired temperature (1000 ° C. in this case), the voltage V applied to the
これを防ぐため、グロープラグ10は、先端コイル51のうち第2部55の20℃における抵抗値の割合が20〜45%に設定されている。第2部55は、先端コイル51に対する抵抗値の割合(20〜45%)に応じて発熱するので、飽和状態へ遷移させるために電圧Vを下げたときに、第1部54から第2部55へ移動する熱量を抑制できる。よって、発熱温度Tを飽和させるために電圧Vを下げたときの遷移時の温度低下(温度D)を抑制できる。その結果、発熱温度Tの高温化および急速昇温性を確保しつつ、発熱温度Tを飽和させるために電圧Vを下げたときの温度低下を抑制できる。従って、グロープラグ10はエンジンの燃焼を補助し、始動後のエンジンのアイドル運転を安定化できると共に、排気ガスのエミッションを減少できる。
In order to prevent this, in the
なお、グロープラグ10は、チューブ40の先端41と後端コイル52の後端との間(コイル50)の20℃における抵抗値が0.36Ω以下に設定されているので、先端コイル51を流れる電流値を確保できる。先端コイル51の発熱量を確保できるので、急速昇温性を確保できる。
The
グロープラグ10は、突入時は電圧の印加によって先端コイル51の第1部54が急速に発熱し、さらに飽和状態に遷移するときの第1部54の温度低下を抑制できる。従って、グロープラグ10の省電力化を実現できる。
The
また、チューブ40の先端41と後端コイル52の後端との間(コイル50)の20℃における抵抗値が0.29Ω以上に設定されているので、突入時の電流値を規制できる。その結果、グロープラグ10を制御するコントローラ(図示せず)に過大な突入電流が流れないようにできるので、コントローラを保護できる。
Further, since the resistance value at 20 ° C. between the
なお、コントローラに流れる突入電流を抑制するために、グロープラグ10とは別に保護抵抗を設けることは当然可能である。保護抵抗を設ける場合には、グロープラグ10の20℃における抵抗値を0.29Ω以上に設定しなくても良い。しかし、グロープラグ10の20℃における抵抗値を0.29Ω以上に設定することにより、保護抵抗を省略できるので、その分だけ部品点数を削減できる。
Note that it is naturally possible to provide a protective resistor separately from the
先端コイル51は、チューブ40の先端41から溶融部53までの軸線O方向の長さ、即ち第1部54の軸線O方向の長さと第2部55の軸線O方向の長さとを加えた全長が、6mm以上11mm以下に設定されている。これにより、先端コイル51の展開長さを適度に設定できる。その結果、先端コイル51の抵抗値が過大にならないようにしつつ、先端コイル51の抵抗値に対する第1部54の抵抗値の割合を設定し易くできる。
The
絶縁粉末60はSi粉末を含有するので、絶縁粉末60の全てがMgO粉末の場合に比べて、絶縁粉末60の熱伝導性を悪化させることができる。その結果、絶縁粉末60の熱伝導による第1部54の熱放散を抑制できるので、チューブ40の先端41から発熱させることにより、突入時の急速昇温性の確保と遷移時の温度低下の抑制とを絶縁粉末60が助長する。
Since the insulating
グロープラグ10は、例えば、次のようにして製造される。まず、所定の組成を有する抵抗発熱線をコイル状に加工し、先端コイル51及び後端コイル52をそれぞれ製造する。次いで、先端コイル51と後端コイル52との端部同士を溶接により接合し、コイル50とする。次いで、コイル50のうち後端コイル52を中軸20の先端に接合する。
The
一方、所定の組成を有する金属鋼管をチューブ40の最終寸法よりも大径に形成し、かつ、その先端を他の部分よりも減径させて、先端が開口した先窄まり状のチューブ前駆体を製造する。チューブ前駆体の内部に中軸20と一体となったコイル50を挿入し、チューブ前駆体の先窄まり状の開口部にコイル50の先端を配置する。チューブ前駆体の開口部とコイル50の先端部分とを溶接によって溶融し、チューブ前駆体の先端部分を閉塞し、内部にコイル50が収容されたヒータ前駆体を形成する。
On the other hand, a tapered tube precursor in which a metal steel pipe having a predetermined composition is formed to have a diameter larger than the final dimension of the
次いで、ヒータ前駆体のチューブ40内に絶縁粉末60を充填した後、チューブ40の後端の開口部と中軸20との間にシール材42を挿入して、チューブ40を封止する。次に、チューブ40が所定の外径になるまでチューブ40にスウェージング加工を施す。
Next, after filling the
次に、スウェージング加工後のチューブ40を主体金具30の軸孔31に圧入固定し、中軸20の後端から主体金具30と中軸20との間にOリング22及び絶縁体23を嵌め込む。リング24で中軸20を加締めてグロープラグ10を得る。
Next, the
本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
<サンプル1〜10の作成>
タングステンを主成分とする合金で作られた線径Φ0.20mmの線材を用い、巻き数、ピッチ及び全長を調整して、第1部54及び第2部55の20℃における抵抗値が種々の割合に設定された全長が6〜11mmの先端コイル51を作成した。同様に、NiCr合金で作られた線材を用いて種々の後端コイル52を作成した。溶接により後端コイル52を先端コイル51に接合して、後端コイル52及び先端コイル51が直列に接続された種々のコイル50を作成した。
<Creation of samples 1 to 10>
Using a wire with a wire diameter of Φ0.20 mm made of an alloy containing tungsten as a main component, adjusting the number of turns, pitch, and overall length, the resistance values at 20 ° C. of the
このコイル50を用いて、図1に示すグロープラグ10と同様の構造を有するグロープラグを前述のとおりに製造し、表1に示すサンプル1〜10におけるグロープラグを得た。なお、サンプル1〜10におけるグロープラグは、0.2質量%のSi粉末を含有するMgO粉末を絶縁粉末60とした。
Using this
なお、サンプル1〜10におけるグロープラグは、チューブ40の外径をΦ3.5mm以下(つまり、チューブ40のうちコイル50の第1部54の外側の部分(チューブ40の先端41から後端側に向かって4mmの位置までの部分)の外径をΦ3.5mm以下)とした。
The glow plugs in Samples 1 to 10 have an outer diameter of the
<突入時の温度>
各サンプルの接続部21と主体金具30との間に11Vの直流電圧を印加し、電圧を印加してから2秒後のチューブ40の先端41付近の温度を測定した。評価は、温度が900℃以上のサンプルは「◎:特に優れている」、温度が850℃以上900℃未満のサンプルは「〇:優れている」、温度が800℃以上850℃未満のサンプルは「△:良い」、温度が800℃未満のサンプルは「×:劣る」とした。結果は表1の「突入時の温度」の欄に記した。
<Temperature at entry>
A DC voltage of 11 V was applied between the
<遷移時の温度低下>
電圧を印加してから2秒後のチューブ40の先端41付近の温度が1000℃になるように、各サンプルの接続部21と主体金具30との間に直流電圧を2秒間印加した後、印加電圧を下げた。このときの印加電圧は、チューブ40の先端41付近の温度が1100℃に飽和する定格電圧とした。印加電圧を下げるとチューブ40の温度は一時的に低下し、時間の経過につれて1100℃の飽和温度に向かって上昇した(図3参照)。急速昇温時のチューブ40の最高温度と、印加電圧を下げた遷移時のチューブ40の温度と、の温度差(図3に示す温度D)を測定した。
<Temperature drop during transition>
A DC voltage is applied for 2 seconds between the
評価は、温度差が30℃未満のサンプルは「◎:特に優れている」、温度差が30℃以上50℃未満のサンプルは「〇:優れている」、温度差が50℃以上80℃未満のサンプルは「△:良い」、温度差が80℃以上のサンプルは「×:劣る」とした。結果は表1の「遷移時の温度低下」の欄に記した。 Evaluation is that samples with a temperature difference of less than 30 ° C. are “Excellent”, samples with a temperature difference of 30 ° C. or more and less than 50 ° C. are “Excellent”, and the temperature difference is 50 ° C. or more and less than 80 ° C. The samples of “Δ: good” and samples having a temperature difference of 80 ° C. or more were “x: inferior”. The results are shown in the column “Temperature drop during transition” in Table 1.
<総合評価>
高い「突入時の温度」と小さい「遷移時の温度低下」を両立できるグロープラグが要求される。従って「突入時の温度」の評価、「遷移時の温度低下」の評価の低い方を表1の「総合」の欄に記した。
<Comprehensive evaluation>
A glow plug that can achieve both a high “temperature during entry” and a small “temperature drop during transition” is required. Accordingly, the lower evaluation of the “temperature at entry” and the evaluation of “temperature drop at transition” is shown in the “Comprehensive” column of Table 1.
<抵抗値の測定>
温度の測定を終えた各サンプルのチューブ40を軸線O方向に切り開き、チューブ40内に充填した絶縁粉末60を取り除いて、チューブ40の先端41と中軸20とに両端が接合した状態のコイル50を露出させた。4端子法により、以下の(1)〜(4)の部分の20℃における抵抗値を測定した。(1)チューブ40の先端41と溶融部53との間の先端コイル51、(2)チューブ40の先端41とチューブ40の先端41から軸線O方向に4mm離れた位置との間の第1部54、(3)チューブ40の先端41から軸線O方向に4mm離れた位置と溶融部53との間の第2部55、(4)チューブ40の先端41と後端コイル52の後端(中軸20の先端)との間のコイル50。
<Measurement of resistance value>
The
抵抗値の測定後、チューブ40の先端41と先端コイル51の後端(溶融部53)との間の20℃における抵抗値に対する、第1部54の20℃における抵抗値の割合、及び、第2部55の20℃における抵抗値の割合を求めた。結果は表1に記した。なお、全てのサンプルのコイル50の20℃における抵抗値は0.33Ωであった。
After the measurement of the resistance value, the ratio of the resistance value at 20 ° C. of the
<結果>
表1に示すように、先端コイル51の抵抗値が0.13Ωのサンプル1〜8において、第1部54の抵抗値の割合が80%を超え、第2部55の抵抗値の割合が20%未満のサンプル1及び2は、突入時の温度は評価基準を満たすが、遷移時の温度低下の評価基準は満たさなかった。サンプル1及び2は第2部55の発熱量が小さいので、印加電圧を下げると、第1部54から第2部55への熱伝導により第1部54の熱量が一時的に小さくなり、チューブ40の温度が低下したと推察された。
<Result>
As shown in Table 1, in samples 1 to 8 in which the resistance value of the
第1部54の抵抗値の割合が55%未満であり、第2部55の抵抗値の割合が45%を超えたサンプル7及び8は、遷移時の温度低下は評価基準を満たすが、突入時の温度は評価基準を満たさなかった。サンプル7及び8は第1部54の抵抗値の割合が小さいので、第1部54の急速昇温に必要な発熱量を確保できないと推察された。
Samples 7 and 8, in which the ratio of the resistance value of the
これに対し、第1部54の抵抗値の割合が55%〜80%、第2部55の抵抗値の割合が20%〜45%のサンプル3〜6は、突入時の温度および遷移時の温度低下の評価基準を満たした。サンプル3〜6は、第1部54の急速昇温に必要な発熱量を確保し、併せて第1部54から第2部55へ移動する熱量を抑制できたと推察された。
On the other hand, samples 3 to 6 in which the ratio of the resistance value of the
なお、サンプル9及び10は第1部54の抵抗値の割合が55%、第2部55の抵抗値の割合が45%であるが、突入時の温度は評価基準を満たさなかった。サンプル9及び10は先端コイル51の抵抗値が0.13Ωを超えているので、この実施例で印加した11Vの直流電圧では、先端コイル51の急速昇温に必要な電流値を確保できなかったと推察される。
In
従って、第1部54の抵抗値の割合を55%〜80%に設定することにより、急速昇温性を確保しつつ、遷移時の温度低下を抑制できることが明らかになった。さらに、先端コイル51の抵抗値を0.13Ω以下に設定することにより、11Vの直流電圧の印加によって発熱量を確保できることが明らかになった。また、チューブ40のうちチューブ40の先端41から後端側に向かって4mmの位置までの部分の外径をΦ3.5mm以下にすることにより、チューブ40の先端41近傍の熱容量が過大にならないようにすることができ、急速昇温性を確保できることがわかった。
Therefore, it has been clarified that by setting the ratio of the resistance value of the
<サンプル11〜14の作成>
サンプル3と同様にして先端コイル51を作成した。NiCr合金で作られた線材を用いて種々の後端コイル52を作成した。溶接により後端コイル52を先端コイル51に接合して、後端コイル52及び先端コイル51が直列に接続された種々のコイル50を作成した。後端コイル52の巻き数を調整して、コイル50の20℃における抵抗値を調整した。なお、抵抗値の測定方法はサンプル1〜10について説明したとおりであり、各サンプルの温度の測定を終えた後に抵抗値を測定した。
<Creation of Samples 11-14>
A
このコイル50を用いて、図1に示すグロープラグ10と同様の構造を有するグロープラグを前述のとおりに製造し、表2に示すサンプル11〜14におけるグロープラグを得た。なお、サンプル11〜14におけるグロープラグは、0.2質量%のSi粉末を含有するMgO粉末を絶縁粉末60とした。
Using this
<突入時の温度>
各サンプルの接続部21と主体金具30との間に11Vの直流電圧を印加し、電圧を印加してから2秒後のチューブ40の先端41付近の温度を測定した。評価は、温度が950℃以上のサンプルは「◎:特に優れている」、温度が900℃以上950℃未満のサンプルは「〇:優れている」、温度が850℃以上900℃未満のサンプルは「△:良い」とした。結果は表2の「突入時の温度」の欄に記した。
<Temperature at entry>
A DC voltage of 11 V was applied between the
<結果>
表2に示すように、コイル50(チューブ40の先端41と後端コイル52の後端との間)の20℃における抵抗値が0.29Ω以上0.36Ω以下のサンプル11〜14は、抵抗値が小さくなるにつれて温度が高くなり、急速昇温性が向上することが確認された。これは、コイル50の20℃における抵抗値が小さくなるにつれて、先端コイル51を流れる突入時の電流値が大きくなるからであると推察される。その結果、先端コイル51の突入時の発熱量を大きくできるので、急速昇温性を向上できると推察される。
<Result>
As shown in Table 2, samples 11 to 14 having a resistance value at 20 ° C. of the coil 50 (between the
以上、実施の形態および実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、チューブ40の形状は筒状である限り特に限定されず、軸線Oに直交する断面が円形状、楕円形状、多角形状等であってもよい。また、コイル50の線径や直径、チューブ40の厚さや直径は、コイル50やチューブ40の熱容量などを考慮して適宜設定できる。
The present invention has been described above based on the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. It is easy to guess that this is possible. For example, the shape of the
実施の形態では、先端41の部分を除き、チューブ40の全体を同一の外径にする場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、チューブ40のうち先端41から後端側に向かって4mmの位置の外径よりも、チューブ40のうち主体金具30の内側の部分の外径を大きくした異径のチューブ40を採用することは当然可能である。先端側の外径が小さい異径のチューブ40を採用することにより、チューブ40の先端41側の熱容量を小さくできるので、急速昇温性を確保し易くできる。
In the embodiment, the case where the
さらに、先端41側よりも外径の大きいチューブ40の後端側が主体金具30に圧入されるので、主体金具30の内径をチューブ40の先端41側の外径に応じて小さくしなくても良い。また、中軸20の先端はチューブ40の後端側に挿入されるので、中軸20の直径をチューブ40の後端側の内径に応じて小さくしなくても良い。即ち、中軸20の外径や主体金具30の内径をチューブ40の先端41側の外径と無関係に設定できるので、中軸20や主体金具30の設計の自由度を確保できる。
Furthermore, since the rear end side of the
10 グロープラグ
20 中軸
40 チューブ
41 先端
50 コイル
51 先端コイル
52 後端コイル
54 第1部(部分)
O 軸線
DESCRIPTION OF
O axis
Claims (6)
前記中軸の先端に電気的に接続するコイルと、
前記コイル及び前記中軸の先端側を収容して前記コイルが電気的に接続されると共に先端が閉じた金属製のチューブと、を備えるグロープラグであって、
前記コイルは、前記チューブの前記先端に電気的に接続されると共にWやMoを主成分とする先端コイルと、前記先端コイルの後端に電気的に接続される後端コイルと、を有し、
前記先端コイルの20℃での抵抗値に対する1000℃での抵抗値の比である抵抗比R1と、前記後端コイルの20℃での抵抗値に対する1000℃での抵抗値の比である抵抗比R2とは、R1>R2の関係を満たし、
前記チューブの前記先端と前記先端コイルの前記後端との間の20℃における抵抗値に対する、前記チューブの前記先端から軸線方向の後端側に向かって4mmの位置における前記先端コイルと前記チューブの先端との間の20℃における抵抗値の割合が55〜80%であるグロープラグ。 A metal center shaft extending in the axial direction;
A coil electrically connected to the tip of the middle shaft;
A glow plug including a coil and a metal tube that houses the coil and the distal end side of the central shaft, and the coil is electrically connected and the distal end is closed,
The coil has a tip coil that is electrically connected to the tip of the tube and is mainly composed of W or Mo, and a rear end coil that is electrically connected to a rear end of the tip coil. ,
A resistance ratio R1 which is a ratio of a resistance value at 1000 ° C. to a resistance value at 20 ° C. of the front end coil and a resistance ratio which is a ratio of a resistance value at 1000 ° C. to a resistance value at 20 ° C. of the rear end coil R2 satisfies the relationship of R1> R2,
The resistance of the distal end coil and the tube at a position of 4 mm from the distal end of the tube toward the rear end side in the axial direction with respect to the resistance value at 20 ° C. between the distal end of the tube and the rear end of the distal end coil. A glow plug in which the ratio of the resistance value at 20 ° C. to the tip is 55 to 80%.
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