JP2020008238A - グロープラグ、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】グロープラグの端子−金具間で電解反応を抑制する。【解決手段】グロープラグ１は、主体金具３、中軸５、セラミックヒータ７（発熱体）、絶縁体９、Ｏリング１１、外筒１３、ピン端子１５（金属部材）が組み合わされて構成されている。絶縁体９は、母材７１と、母材７１の表面に設けられた第１被覆層７３と、を備えている。第１被覆層７３は、絶縁体９の外部に露出する露出面６９Ａに少なくとも形成されている。絶縁体９の露出面６９Ａに液滴が付着しようとしても、液滴は第１被覆層７３により弾かれる。従って、ピン端子１５と主体金具３との間の絶縁抵抗が極端に低下することが抑制され、その結果、ピン端子１５と主体金具３との間で起こり得る電解反応が抑制される。【選択図】図２

Description

本発明はグロープラグ、及びその製造方法に関する。

近年では、ディーゼルエンジンの高性能化による高温耐久性の要望から、グロープラグの需要が高くなっている。例えば、特許文献１〜３のグロープラグが知られている。
特許文献１のグロープラグは、発熱体から延びる金属製の中軸と、中軸の外周を覆う金属製の主体金具と、中軸と主体金具との間に配置される絶縁体と、中軸に接続すると共に、絶縁体よりも後端側に配置される端子部（金属部材）と、を備えて構成されている。

このような、グロープラグに電圧を印加する場合、端子部はプラスの電気を帯び、主体金具側はマイナスの電気を帯びる。上述のように、端子部と主体金具の間には絶縁部材である絶縁体が配置されており、両者が電気的に導通しないようにされている。

特開２０１０−１８１０６８号公報 特開２０１０−４８４５８号公報 特開２００４−１３２６８８号公報

ところで、自動車の使用環境においてはエンジンルーム内に水や海水からなる電解質を含んだ液滴が侵入してくることが想定される。この場合には、エンジンより突出したグロープラグの主体金具や端子部に液滴が付着する可能性がある。更には、絶縁体周辺に液滴が付着すると、端子−金具間の絶縁抵抗が極端に低下する。
仮に液滴が付着したままグロープラグに電圧が印加されると、端子部−主体金具間で電解反応が起こり、正の電極側である端子部が著しく腐食される懸念があった。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、端子部−主体金具間で電解反応を抑制することを目的とする。本発明は、以下の形態として実現することが可能である。

（１）軸線方向に延びる棒状の発熱体と、
前記発熱体から前記軸線方向の後端側に向かって延びる金属製で棒状の中軸と、
前記中軸の外周を覆う金属製で筒状の主体金具と、
前記中軸と前記主体金具との間に配置される筒状の絶縁体と、
前記中軸に接続すると共に、前記絶縁体よりも前記軸線方向の後端側に配置される金属部材と、
を備えるグロープラグであって、
前記絶縁体は、前記主体金具よりも前記軸線方向の後端側に突出して外部に露出してなり、
前記絶縁体は、母材と、前記母材の表面に設けられた第１被覆層と、を備え、
前記第１被覆層は、前記母材よりも撥水性を有するフッ素化合物を含んでおり、
前記第１被覆層は、前記絶縁体の表面のうち外部に露出する露出面に少なくとも形成されているグロープラグ。

このグロープラグでは、絶縁体は、主体金具よりも軸線方向の後端側に突出して外部に露出している。絶縁体は、母材と、母材の表面に設けられた第１被覆層と、を備えている。第１被覆層は、母材よりも撥水性を有するフッ素化合物を含んでいる。第１被覆層は、絶縁体の表面のうち外部に露出する露出面に少なくとも形成されている。
このように、絶縁体の表面のうち外部に露出する露出面には、母材よりも撥水性を有するフッ素化合物を含む第１被覆層が形成されているから、金属部材−主体金具間での電解反応を抑制することができる。

（２）前記絶縁体の表面の略全体に、前記第１被覆層が形成されている（１）に記載のグロープラグ。

従来のグロープラグでは、絶縁体は、主体金具と中軸との間に配置されるものの、絶縁体と主体金具との間、又は絶縁体と中軸との間に若干の隙間が存在することがあり、この隙間に電解質を含んだ液滴が侵入してくることも想定される。
本構成では、絶縁体の表面の略全体には、第１被覆層が形成されているから、絶縁体周りの隙間に電解質を含んだ液滴が侵入することが抑制される。従って、金属部材−主体金具間での電解反応がさらに抑制される。

（３）前記母材は、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、及びポリブチレンテレフタレートからなる群より選択される１種以上を主成分として含有してなる（１）又は（２）に記載のグロープラグ。

絶縁体に撥水性を持たせる場合に、絶縁体自体をフッ素系樹脂で構成することも考えられる。しかし、フッ素系樹脂は強度が弱い。
本構成によれば、絶縁体の母材は、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、及びポリブチレンテレフタレートからなる群から選択される１種以上を主成分として含有してなる。よって、絶縁体の強度を確保することができる。

（４）前記金属部材の表面、及び／又は前記主体金具の表面に、前記フッ素化合物を含有する第２被覆層が形成されている請求項（１）〜（３）のいずれか１項に記載のグロープラグ。

グロープラグの表面は、主体金具、絶縁体、及び金属部材がこの順で並んだ状態とされている。この場合に、グロープラグの表面に付着した電解質を含んだ液滴は、絶縁体に接触せずに、主体金具と金属部材との間に橋渡しされるおそれがある。
本構成では、金属部材、及び／又は主体金具にフッ素化合物を含有する第２被覆層が形成されているから、電解質を含んだ液滴が、絶縁体に接触せずに、主体金具と金属部材との間に橋渡しされるおそれが減少する。従って、金属部材−主体金具間での電解反応が抑制される。

（５）（１）〜（４）のいずれか１項に記載のグロープラグの製造方法であって、
前記母材の表面に前記フッ素化合物を含有した液体を塗布して前記第１被覆層を形成するグロープラグの製造方法。

本構成の製造方法では、金属部材−主体金具間での電解反応を抑制したグロープラグの製造が容易である。

（６）（１）〜（４）のいずれか１項に記載のグロープラグの製造方法であって、
フッ素系化合物を含有させた前記母材の材料にて前記絶縁体を成形する際に、前記母材の材料に含有した前記フッ素化合物により前記第１被覆層を形成するグロープラグの製造方法。

本構成の製造方法では、金属部材−主体金具間での電解反応を抑制したグロープラグの製造が容易である。

第１実施形態のグロープラグの断面概略図である。 第１実施形態のグロープラグの特徴部分の断面概略図である。 第２実施形態のグロープラグの特徴部分の断面概略図である。 第３実施形態のグロープラグの特徴部分の断面概略図である。 第３実施形態の作用効果を説明するための説明図である。

以下、本発明の実施形態を詳しく説明する。なお、本明細書において、数値範囲について「〜」を用いた記載では、特に断りがない限り、下限値及び上限値を含むものとする。例えば、「１０〜２０」という記載では、下限値である「１０」、上限値である「２０」のいずれも含むものとする。すなわち、「１０〜２０」は、「１０以上２０以下」と同じ意味である。

＜第１実施形態＞
１．グロープラグ
図１を参照して、本発明のグロープラグ１の一実施形態を説明する。グロープラグ１は、概略、主体金具３、中軸５、セラミックヒータ７（「発熱体」に相当）、絶縁体９、Ｏリング１１、外筒１３、ピン端子１５（「金属部材」に相当）が組み合わされて構成されている。なお、本明細書では、グロープラグ１におけるセラミックヒータ７側を「先端側」と呼び、ピン端子１５側を「後端側」と呼ぶ。

筒状の主体金具３の内周側には、後端側へ一端を突出させた棒状の中軸５が収容されている。すなわち、主体金具３は、中軸５の外周を覆っている。中軸５の先端側にはセラミックヒータ７が接続されている。主体金具３の先端部には外筒１３が接合されている。この外筒１３にセラミックヒータ７が保持されている。主体金具３の後端側はＯリング１１、絶縁体９が中軸５と主体金具３との間隙に挿入されている。絶縁体９の後端側では、ピン端子１５が、中軸５を周方向から囲んだ状態で固定されている。ピン端子１５は、中軸５と電気的に接続されている。なお、理想的には、主体金具３、中軸５、セラミックヒータ７、絶縁体９、Ｏリング１１、外筒１３、及びピン端子１５は、グロープラグ１の軸線Ｏを同一の軸線として形成されていることが好ましい。

主体金具３は、金属製（例えば、Ｓ４５Ｃ相当の鉄系素材製）で筒状をなしている。主体金具３の外周面にはディーゼルエンジン（図示しない）への取り付けのための雄ねじ２７、取り付け工具が係合する工具係合部１９が形成されている。主体金具３の内周には軸孔２１が形成されている。主体金具３の後端部には、後端側に向かって軸孔２１を拡径する主体金具側テーパ２３、及びこの主体金具側テーパ２３の更に後端側に隣接して大径孔２５が形成されている。

中軸５は、金属製であり、セラミックヒータ７から軸線方向（軸線Ｏの方向）の後端側に向かって延びる棒状の形態とされている。中軸５の先端部には、セラミックヒータ７との導通用のリング部材２９と嵌合している中軸嵌合部３１が形成されている。中軸嵌合部３１の後端側には中軸先端径大部３３が形成されている。中軸嵌合部３１と中軸先端径大部３３との間には位置決め端面３５が形成されている。位置決め端面３５にリング部材２９の後端面が当接して接合されている。中軸先端径大部３３の後端側には、中軸先端径大部３３より径小の応力緩和部３７を備え、中軸５に応力がかかったときに、この応力緩和部３７が屈曲することにより、セラミックヒータ７や中軸５が損傷、折損してしまうことを防ぐ構造とされている。

セラミックヒータ７は、棒状の絶縁性セラミック基体４１に導電性セラミックからなる発熱部４３及びリード部４５が埋設された構造となっている。セラミックヒータ７の内部の先端側に位置する発熱部４３は、導電性セラミックが略Ｕ字状に形成されている。この発熱部４３の後方には、後方へ向かって延びる２本のリード部４５，４５が形成されている。なお、リード部４５，４５の一方はセラミックヒータ７の後端部において、リング部材２９と導通できるように電極取出部５１が絶縁性セラミック基体４１の表面に露出して形成されている。リード部４５，４５の他方は、電極取出部５１より先端側にて、外筒１３と導通できるように電極取出部５５が同様に形成されている。

外筒１３は、金属製（例えば、ステンレス製）の筒状体である。外筒１３の内部には、セラミックヒータ７が圧入保持される軸孔５７が形成されている。軸孔５７の内周面と電極取出部５５が接触して導通している。外筒１３の後端は、主体金具３に嵌合する径小部６１とされている。径小部６１の先端側には、径方向に突出するフランジ６３が形成されている。フランジ６３の先端側には、先端に向かって径小となるテーパ６５が形成されている。テーパ６５は図示しないディーゼルエンジンへ取り付けられた際に、燃焼室との気密を確保するシール部として機能する。

グロープラグ１の後端部には、図示しない外部の電源から電力を供給するコードが接続される端子部が形成される。端子部は、主体金具３の後端面から、更に後端側に突出させた中軸５を内包するように、ピン端子１５をその円周方向から加締めて形成されている。端子部は、ピン端子１５を要素として含んで構成されている。

ここで、本実施形態の特徴である絶縁体９の構成について詳細に説明する。
絶縁体９は、主体金具３よりも後端側に突出して外部に露出している。絶縁体９の後端には、径方向に突出するフランジ６９が形成されている。フランジ６９の外周面の一部が、外部に露出する露出面６９Ａとされている。
絶縁体９は、母材７１と、母材７１の表面に設けられた第１被覆層７３と、を備えている（図２参照）。第１被覆層７３は、図中、太い線で示されている（以下、同じ）。
母材７１は、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、及びポリブチレンテレフタレートからなる群より選択される１種以上を主成分として含有してなる。ここで、主成分とは、含有率（重量％）が５０重量％以上の物質をいう。
第１被覆層７３は、母材７１よりも撥水性を有するフッ素化合物を含んでいる。フッ素化合物としては、撥水性を有すれば特に限定されない。
フッ素化合物としては、例えば、フッ素系界面活性剤、パーフルオロポリエーテル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレンの各種樹脂を用いることができる。フッ素化合物としては、パーフルオロアルキル基を有するフッ素系界面活性剤、パーフルオロアルキル基を有する樹脂が好適に用いられる。また、フッ素化合物として、フルオロアルキルペンダント基やフルオロアルケニルペンダント基などのフッ化炭素基を有するアクリル樹脂、フルオロアルキルペンダント基やフルオロアルケニルペンダント基などのフッ化炭素基を有するビニル樹脂なども用いることもできる。フッ素化合物は、１種又は２種以上を混合して用いることができる。
フッ素化合物を含む撥液剤としては、例えば、セイミケミカル社製のエスエフコート、セイミケミカル社製のサーフロンを例示することができる。

第１被覆層７３の厚みは、特に限定されない。第１被覆層７３の厚みは、良好な撥水性を担保するという観点からは、０．１〜１０００μｍが好ましく、２０〜１００μｍがより好ましい。

第１被覆層７３は、絶縁体９の外部に露出する露出面６９Ａに形成されている。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態のグロープラグ１では、絶縁体９の表面のうち外部に露出する露出面６９Ａに、母材７１よりも撥水性を有するフッ素化合物を含む第１被覆層７３が形成されている。よって、ピン端子１５と主体金具３との間で起こり得る電解反応を抑制することができる。
具体的には以下の作用効果を生ずる。自動車の使用環境においてはエンジンルーム内に水や海水からなる電解質を含んだ液滴が侵入してくる場合がある。この場合に、絶縁体９に液滴が付着すると、ピン端子１５と主体金具３との間の絶縁抵抗が極端に低下する。仮に液滴が付着したままグロープラグ１に電圧が印加されると、ピン端子１５と主体金具３との間で電解反応が起こり、正の電極側であるピン端子１５が著しく腐食される懸念される。本実施形態のグロープラグ１では、絶縁体９の表面のうち外部に露出する露出面６９Ａに、母材７１よりも撥水性を有するフッ素化合物を含む第１被覆層７３が形成されている。よって、絶縁体９の露出面６９Ａに液滴が付着しようとしても、液滴は第１被覆層７３により弾かれる。従って、ピン端子１５と主体金具３との間の絶縁抵抗が極端に低下することが抑制され、その結果、ピン端子１５と主体金具３との間で起こり得る電解反応が抑制される。

また、絶縁体９の母材７１は、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、及びポリブチレンテレフタレートからなる群から選択される１種以上を主成分として含有している場合には、以下の効果を奏する。すなわち、この場合には、絶縁体９の強度を十分に確保することができる。

２．グロープラグの製造方法
第１実施形態のグロープラグ１の製造方法の一例を説明する。グロープラグ１を製造する際には、まず、リング部材２９内にセラミックヒータ７を挿入固定する。なお、リング部材２９内にセラミックヒータ７を挿入固定する方法としては、圧入やロウ付け等が挙げられる。これにより、電極取出部５１がリング部材２９の内壁に接触して、リード部４５とリング部材２９とが電気的に接続される。

その後、外筒１３にセラミックヒータ７を圧入し、外筒１３の先端からセラミックヒータ７の先端部を突出させる。これにより、電極取出部５５が外筒１３の内壁に接触して、リード部４５と外筒１３とが電気的に接続される。

その後、リング部材２９に中軸５の先端側を圧入、溶接する。そして、セラミックヒータ７、外筒１３、リング部材２９、中軸５が一体となった部材を主体金具３に組み付け、外筒１３と主体金具３とを溶接、ロウ付け等により接合する。その後、主体金具３及び中軸５の後端部の間に、Ｏリング１１及び絶縁体９を配置し、中軸５の後端に更にピン端子１５を取り付けて、グロープラグ１が完成する。

第１実施形態では、絶縁体９は、好適には、次のようにして製造することができる。
まず、母材７１の主成分たる熱可塑性樹脂と、必要に応じて添加剤と、を含有する熱可塑性樹脂組成物（母材材料）を用意する。そして、母材材料を成形して母材７１とする。成形方法としては、例えば、射出成形法、押出成形法、ブロー成形法が挙げられる。
次に、母材７１の表面にフッ素化合物を含有した液体を塗布して第１被覆層７３を形成する。母材７１の塗布方法は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、ディップコーティング法、スプレーコーティング法、スピンコーティング法、ワイヤーバーコーティング法、カーテンコーティング法、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法、スライドコーティング法等が挙げられる。
このように製造された絶縁体９を用いれば、ピン端子１５と主体金具３との間で起こり得る電解反応を抑制したグロープラグ１の製造を容易に行うことができる。

また、絶縁体９は、次のようにして製造することもできる。
まず、母材７１の主成分たる熱可塑性樹脂と、フッ素系化合物と、必要に応じて他の添加剤と、を少なくとも含む混合物を溶融混練することにより樹脂組成物（母材材料）を製造する。溶融混練の手段としては公知の手段が適宜用いられる。例えば、溶融混練の手段として、二軸押出機、ヘンシェルミキサー、バンバリーミキサー、単軸スクリュー押出機、多軸スクリュー押出機、コニーダ等が挙げられる。
そして、母材材料を成形して母材７１とする。成形方法としては、例えば、射出成形法、押出成形法、ブロー成形法が挙げられる。
この製造方法では、フッ素系化合物を含有させた母材材料にて絶縁体９を成形する際に、母材材料に含有したフッ素化合物により第１被覆層７３が形成される。この製造方法では、第１被覆層７３の形成は、絶縁体９の成形とともに行われるから、第１被覆層７３の形成を別工程とするよりも簡易である。フッ素化合物は、絶縁体９を成形する際に、自ら絶縁体９の表面へ移行し、絶縁体９の表面に撥水性を付与する。
以上のように製造された絶縁体９を用いれば、ピン端子１５と主体金具３との間で起こり得る電解反応を抑制したグロープラグ１の製造を容易に行うことができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態と、絶縁体９の表面において、第１被覆層７３の形成されている場所が異なる。この点について、図３を参照しつつ説明する。なお、その他の構成は、第１実施形態と同様であるので、同一構成部分に同一符号を付して説明を省略する。
図３に示すように、絶縁体９の表面の略全体に、第１被覆層７３が形成されている。
グロープラグ１では、図３で示すように、絶縁体９の周りに隙間が空いている場合がある。そして、この隙間に電解質を含んだ液滴が侵入してくることも想定される。
第２実施形態では、絶縁体９の表面の略全体には、第１被覆層７３が形成されているから、絶縁体９周りの隙間に電解質を含んだ液滴が侵入することが抑制される。その結果、ピン端子１５と主体金具３との間で起こり得る電解反応が抑制される。
なお、第２実施形態の場合には、ディップコーティング法を用いて、母材７１の表面にフッ素化合物を含有した液体を塗布して第１被覆層７３を形成することが、製造コストの観点から好ましい。

＜第３実施形態＞
第３実施形態は、ピン端子１５の表面、及び主体金具３の表面に、フッ素化合物を含有する第２被覆層７７が形成されている点が、第１実施形態と異なる。この点について、図４を参照しつつ説明する。なお、その他の構成は、第１実施形態と同様であるので、同一構成部分に同一符号を付して説明を省略する。第２被覆層７７は、図中、太い線で示されている。
グロープラグ１の表面は、主体金具３、絶縁体９、及びピン端子１５がこの順で並んだ状態とされている。この場合に、図５に示すように、グロープラグ１の表面に付着した電解質を含んだ液滴は、絶縁体９に接触せずに、主体金具３とピン端子１５との間に橋渡しされるおそれがある。なお、図５は、電解質を含んだ液滴が、絶縁体９に接触せずに、主体金具３とピン端子１５との間に橋渡しされる様子を示している。符号Ｄは、液滴を示す。
第３実施形態では、ピン端子１５、及び主体金具３にフッ素化合物を含有する第２被覆層７７が形成されているから、電解質を含んだ液滴が、絶縁体９に接触せずに、主体金具３とピン端子１５との間に橋渡しされるおそれが減少する。つまり、第３実施形態では、図５のような状態になるおそれが減少する。その結果、ピン端子１５と主体金具３との間で起こり得る電解反応が抑制される。

＜他の実施形態（変形例）＞
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

（１）上記実施形態では、グロープラグ１として、セラミックヒータ７を備えたグロープラグ１を一例として説明したが、発熱コイルを有するシースヒータを備えたグロープラグであってもよい。

（２）第３実施形態では、ピン端子１５及び主体金具３の両方に、フッ素化合物を含有する第２被覆層７７が形成されているグロープラグ１を示したが、第２被覆層７７は、ピン端子１５及び主体金具３のいずれか一方にのみ形成してもよい。

１ …グロープラグ
３ …主体金具
５ …中軸
７ …セラミックヒータ（発熱体）
９ …絶縁体
１１ …Ｏリング
１３ …外筒
１５ …ピン端子（金属部材）
１９ …工具係合部
２１ …軸孔
２３ …主体金具側テーパ
２５ …大径孔
２７ …雄ねじ
２９ …リング部材
３１ …中軸嵌合部
３３ …中軸先端径大部
３５ …位置決め端面
３７ …応力緩和部
４１ …絶縁性セラミック基体
４３ …発熱部
４５ …リード部
５１ …電極取出部
５５ …電極取出部
５７ …軸孔
６１ …径小部
６３ …フランジ
６５ …テーパ
６９ …フランジ
６９Ａ…露出面
７１ …母材
７３ …第１被覆層
７７ …第２被覆層
Ｏ …軸線
Ｄ …液滴

Claims (6)

1. 軸線方向に延びる棒状の発熱体と、
   前記発熱体から前記軸線方向の後端側に向かって延びる金属製で棒状の中軸と、
   前記中軸の外周を覆う金属製で筒状の主体金具と、
   前記中軸と前記主体金具との間に配置される筒状の絶縁体と、
   前記中軸に接続すると共に、前記絶縁体よりも前記軸線方向の後端側に配置される金属部材と、
   を備えるグロープラグであって、
   前記絶縁体は、前記主体金具よりも前記軸線方向の後端側に突出して外部に露出してなり、
   前記絶縁体は、母材と、前記母材の表面に設けられた第１被覆層と、を備え、
   前記第１被覆層は、前記母材よりも撥水性を有するフッ素化合物を含んでおり、
   前記第１被覆層は、前記絶縁体の表面のうち外部に露出する露出面に少なくとも形成されているグロープラグ。
2. 前記絶縁体の表面の略全体に、前記第１被覆層が形成されている請求項１に記載のグロープラグ。
3. 前記母材は、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、及びポリブチレンテレフタレートからなる群より選択される１種以上を主成分として含有してなる請求項１又は２に記載のグロープラグ。
4. 前記金属部材の表面、及び／又は前記主体金具の表面に、前記フッ素化合物を含有する第２被覆層が形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載のグロープラグ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のグロープラグの製造方法であって、
   前記母材の表面に前記フッ素化合物を含有した液体を塗布して前記第１被覆層を形成するグロープラグの製造方法。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のグロープラグの製造方法であって、
   フッ素系化合物を含有させた前記母材の材料にて前記絶縁体を成形する際に、前記母材の材料に含有した前記フッ素化合物により前記第１被覆層を形成するグロープラグの製造方法。

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