JP3527013B2 - グロープラグへのナット加締め装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ナットをグロープ
ラグ上に加締め固定するためのグロープラグへのナット
加締め装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンは一般に低温時に始
動性が悪く、このためグロープラグを燃焼室に配設し、
これに電流を流してそのジュール熱で燃焼室を加熱して
始動性の向上を計っている。図２は、その際使用される
グロープラグ自体の構造とその電気的接続の仕方を概略
的に示している図である。同図において、３はグロープ
ラグの全体を示し、４はこのグロープラグ３に電気を流
すための導通用電極で、グロープレートと通常呼ばれて
いるものである。このグロープレート４の一端が図示さ
れていないバッテリーのプラス極に接続されている。５
はグロープラグ３をグロープレート４に固定するための
固定要素で、ワッシャ５１、スプリングワッシャ５２、
締めつけナット５３から構成されている。

【０００３】グロープラグ３は、シーズヒータ３１と、
このシーズヒータ３１を先端部において保持する金属製
プラグホルダ３３と、シーズヒータ３１および金属製プ
ラグホルダ３３とを電気的に絶縁するナイロン製の絶縁
体３２と、から構成されている。ナイロン製の絶縁体３
２は機械的強度が足りないので、普通、グロープラグ３
をグロープレートへ電気的接続する際には、この絶縁体
３２の上に丸ナット２を載置し、この丸ナット２を座代
わりに利用して接続するようにしている。しかし、丸ナ
ット２を単にグロープラグ３の上へ載置しているだけで
は抜けてしまう可能性があるので、グロープラグ３に固
定する必要がある。その固定法として後述する加締め
が、通常行われている。

【０００４】シーズヒータ３１は、耐熱材であるステン
レススチール等でできた電極棒３１１と、電極棒３１１
の先端に設けられる発熱線３１３と、これらの電極棒３
１１・発熱線３１３とを内部中央に収納する導電性・伝
熱性のよいシース３１５と、このシース３１５の内部に
充填されるマグネシア３１４と、から構成されている。
発熱線３１３は一方が電極棒３１１側に他方がシース３
１５の最先端内側にそれぞれ電気的に接続されている。
マグネシア３１４は耐熱絶縁性粉末であり、電極棒３１
１と発熱線３１３とがシース３１５に先端以外で接触す
ることのないようシース３１５の隙間に充填して、電極
棒３１１と発熱線３１３とをシース３１５の内部中央に
確実に固定するためのものであり、同時に発熱線３１３
からの熱をシース３１５側に伝える働きもするものであ
る。

【０００５】電極棒３１１には、そのグロープレート取
り付け側に締めつけナット５３と噛み合うネジ山３１１
１が切ってあり、その下方には丸ナット２が加締められ
たとき丸ナット２の内側と食い込み易くするための綾目
状ローレット３１１２が切ってある。

【０００６】金属製プラグホルダ３３には、上方外周部
に六角形状３３１が形成され、またその先端外周部には
ネジ山３３２が切ってあり、これらを用いてグロープラ
グ３を図示してないエンジンのシリンダヘッドの取り付
け孔に螺着固定されるようになっている。

【０００７】このようなグロープラグに流れる電流の流
れは次のようになる。電流はバッテリーのプラス極から
グロープレート４を通って電極棒３１１の上端部から流
れ込み、電極棒３１１内を上方から下方へと流れ、発熱
線３１３内を通ってシース３１５の先端からシース３１
５の中を上方へと流れ、金属製プラグホルダ３３を流
れ、その外周部のネジ山３３２を介してエンジンのシリ
ンダヘッドへと移り、そしてシャーシーへと流れる。

【０００８】また、発熱体３１３の抵抗加熱によるジュ
ール熱の流れは次のようになる。発熱体３１３からマグ
ネシア３１４を介してシース３１５に達し、そこから一
部は空中へ輻射し、吸入混合気を加熱する。このように
してグロープラグ３により吸入混合気を加熱して、始動
性の向上という冒頭に記載の目的が達成される。

【０００９】図３は、この丸ナット２をグロープラグ３
上に加締めるために本願発明が使用するタイプの従来の
加締め装置の要部を示すものである。１は、加締め装置
の要部を示すもので、これには丸ナット２の外側側面に
食い込むことのできる強度を備えた加締め刃１１が備わ
っており、その加締め刃１１の中央付近には切欠部１１
１が形成されている。この切欠部１１１の大きさは、丸
ナット２の外周側面が内側へ押圧されると加締め代（し
ろ）が形成されるような大きさに選んである。この加締
め装置の要部１を２個用い、グロープラグ３上に載置さ
れた丸ナット２をはさんでこれを両側に丸ナット面と同
じ高さに配置し、両側から白矢印方向にこれを押圧して
互いに突き合わせることにより、加締め刃１１の切欠部
１１１が丸ナット２の外側側面を押圧し、その押圧され
た箇所だけ内部変形を起こして丸ナットの内側が電極棒
３１１の綾目状ローレット３１１２に食い込み、これに
よって加締めが行われることとなる。

【００１０】加締め装置の要部１を押圧移動させる機構
については周知のアクチュエータを使用すればよく、機
械式・液圧式・空気式・電気式・電磁式アクチュエータ
のいずれかの方式で実現させてもよい。１２で示したの
は加締め装置の要部１内に設けられたコイルスプリング
で、加締め後にこのコイルスプリング１２の反発力で加
締め装置の要部１を元の非加締め位置まで戻す役目をし
ている。

【００１１】図４は、図３の加締め装置の要部１の成す
加締め工程を平面図で図示したものである。図４の
（Ａ）においては、中央の丸ナット２に向けて加締め刃
１１が白矢印方向から押圧されて互いに両側から接近し
てくる段階を示しているが、まだ加締め刃１１は丸ナッ
ト２の外周側面に接してはいない。図４の（Ｂ）におい
て、加締め刃１１は初めて丸ナット２の外周側面に接す
る。しかし加締め刃１１同士はまだ互いに接していない
のでなお丸ナット２に向けて加締め刃１１は両側から進
んでゆくこととなり、ここから加締めが始まる。図４の
（Ｃ）において、加締め刃１１同士はようやく当接して
進行がストップする。このとき、加締め刃１１の切欠部
１１１の一部（図中のａ）が丸ナット２の外周側面に食
い込んでいる。この食い込みにより、その近くの肉が丸
ナット２の中心へと押され、最終的に内側の肉が電極棒
３１１の綾目状ローレット３１１２（図２）に食い込
み、丸ナット２がグロープラグ３に堅固に固定されて加
締めが完了する。このように、加締め刃の切欠部１１１
の大きさは、加締め刃が互いに突き合わされた状態でそ
の突き合わせ中央部に位置する丸ナット２の外周側面が
加締め刃１１の切欠部１１１によって内側へ押圧される
ような大きさに選んである。

【００１２】さて、このような従来の加締めの場合にお
いて、そこで使用される丸ナット２はその外径が７．５
ｍｍであり電極棒３１１に切ってあるネジ山３１１１は
Ｍ４であるアルミニウム製のものが用いられていた。し
かしながら、この外径７．５ｍｍの丸ナット２では座部
が狭いためグロープラグ３の絶縁体３２の上に載置して
も安定がよくないため傾斜しやすく、したがってこの上
にグロープレートが接続されてもそれとの接触面積が十
分にとれないことがあり、接触不良となり導通性に不安
があった。

【００１３】また、エンジンへの組み付け時にグロープ
レート４を所定トルク以上に締め付けると、外径７．５
ｍｍでは丸ナット２が接触面積が少ないため絶縁体３２
に大きく食い込み、ナイロン製絶縁体３２が破損して金
具内部に入り込む可能性があり、プラス極である丸ナッ
ト２がマイナス極である金属製プラグホルダ３３とショ
ートするおそれがあった。

【００１４】そこで、外径が７．５ｍｍの丸ナットでは
なくて、外径が８．５ｍｍというもっと大きな丸ナット
を使用してみたところ、このようにすると座部が広がり
安定がよくなるため、上記欠点である導通性の不安も解
消し、しかも丸ナット２と金属製プラグホルダ３３とが
ショートするおそれもなくなった。ところが、丸ナット
の外径を７．５ｍｍから８．５ｍｍへ拡大させたことに
より当然のことながら丸ナットの肉厚が厚くなったた
め、従来と同じ程度のかしめ代では丸ナット２の外側変
形が内側まで届かず、加締めができなくなった。そこで
丸ナットのかしめ代を従来と比べてかなり大きくしたと
ころ、いったん丸ナット２に食い込んだ加締め刃１１が
今度は丸ナット２から抜けなくなってしまうという事故
がしばしば生じた。

【００１５】これを解決するものとして考えられたの
が、特開昭６０−１５９５１９号公報に記載の発明であ
る。この発明によれば、そこで使用される丸ナット２の
形状は特異な形状をしており、丸ナット２がナットの軸
線方向中央部外周に環状溝を有するものである。このよ
うにすれば、丸ナット２をグロープラグ３の絶縁体３２
の上に載置したとき丸ナット２の座部が大きくとれて安
定がよくなるので傾斜しにくくなりグロープレート４に
正しく接続されて導通性の不安は解消するし、また、絶
縁体３２との接触面積が大きくなったことにより、グロ
ープレートを所定トルク以上に締め付けても絶縁体３２
に大きく食い込むことがなくなり、したがって絶縁体３
２が破損せず、よって丸ナット２が金属製プラグホルダ
３３とショートするおそれもなくなった。そして、加締
めには環状溝の肉の薄い部分を使用するので、従来と同
じ程度の押圧力で十分に丸ナット２の内側変形が生じ、
したがって丸ナットに食い込んだ加締め刃が抜けなくな
ってしまうという不都合も生じなくなった。

【００１６】しかしながら上記特開昭６０−１５９５１
９号公報に記載の発明によれば、そこに使用される丸ナ
ットが特異形状のものであるため、工数がかかる欠点が
あった。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本願発明は、上記欠点
をすべて解決するものである。すなわち、本願発明では
外径８．５ｍｍの丸ナットを使用することができ、しか
も丸ナットに食い込んだ加締め刃が抜けなくなってしま
うという不都合も生じない加締め装置を提供することに
ある。したがって、このように外径８．５ｍｍの丸ナッ
トを使用するので、特開昭６０−１５９５１９号公報に
記載の発明のような丸ナットの特殊加工を必要とせず低
廉となり、また安定もよく、接触面積も広くなるので従
来の加締め装置のような丸ナットがプラグホルダとショ
ートするおそれもない。さらに、かしめ代を大きくすれ
ば、丸ナットの内側変形が十分に生じて加締め可能とな
り、それと同時に、加締め刃が抜けなくなる不都合も解
消される。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明によれば、グロープラグ上に載置された丸
ナットを両側から加締め刃２枚を互いに突き合わせて加
締めるグロープラグへのナット加締め装置において、該
加締め装置の加締め刃を刃の根元よりも刃先の方を厚く
した逆テーパの形状としたものである。また、具体的に
は、加締め刃の逆テーパ角度を水平面に対してほぼ２〜
１０度としている。

【００１９】さらに、加締め刃の逆テーパ角度が刃の上
下両面のうちの少なくとも一方に設けるようにしてい
る。そして、加締め刃２枚を互いに突き合わせた状態で
その突き合わせ中心に４角形又は６角形の加締め空間を
構成するようにしている。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態である図１に
従って説明する。図１の最上図は、グロープラグ３の絶
縁体３２の上に載置された外径８．５ｍｍの丸ナット２
が、この丸ナット２をはさんで両側に置かれた２個の加
締め刃１１によって加締められる状態の要部断面を示し
ている。図１の（Ａ）〜（Ｃ）は、図１におけるグロー
プラグ３の中心線から右側の丸ナット２と加締め刃１１
との加締め状態を断面で示すもので、（Ａ）は従来の加
締め刃１１を用いた時のもの、（Ｂ）と（Ｃ）はそれぞ
れ本願発明の実施例１および２の加締め刃１１を用いた
時のものである。

【００２１】図１（Ａ）の従来の形状の加締め刃１１は
刃の断面が刃先と刃の根元で同じ幅となっている。すな
わち、加締め刃１１の上下面はたがいに平行（平行加締
め刃）となっている。このような平行加締め刃１１を用
いた場合、大きい押圧力で丸ナット２を加締めると、上
述のように丸ナット２に食い込んだ刃１１が丸ナット２
から外れなくなってしまう不都合が生じた。

【００２２】そこで、本発明の実施例である図１（Ｂ）
および（Ｃ）のような形状の加締め刃を用いたところ、
上記のような不都合が解消した。すなわち、図１（Ｂ）
および（Ｃ）に示した加締め刃１１の形状は、両者共に
刃の断面で見て刃先が太くて刃の根元が細くなった逆テ
ーパ状に形成している点で共通しており、図１（Ｂ）は
上下の両面に逆テーパがつけられているのに対して、図
１（Ｃ）は片面しか（図では上側）逆テーパがつけられ
ていない点で、両者は異なっている。

【００２３】図１（Ａ）のような形状の加締め刃１１だ
と丸ナット２から外れなくなり、これに対して図１
（Ｂ）および（Ｃ）のような形状の加締め刃１１だと丸
ナット２から外れるという理由は、次のように考えられ
る。外径８．５ｍｍの丸ナットを使っても加締め強度を
外径７．５ｍｍの丸ナットの場合と同程度にするために
は加締め対辺と丸ナット外径との比（加締め対辺／丸ナ
ット外径）をほぼ同程度とすることが必要であり、した
がって例えばナットの外径が７．５ｍｍに対しては対辺
が６．４ｍｍ以下で、外径が８．５ｍｍに対しては対辺
が７．０ｍｍ以下であることが必要である。そのため加
締め代が大きくなり、加締め代が大きくなると図５のよ
うな反り現象が生じる。

【００２４】すなわち、一般に、ある材質８を同図のよ
うなピストン形状の押圧棒９で白矢印の方向に押圧する
と、つぎのようになる。図５（Ａ）はまだ押圧棒９が材
質８に接触していない段階であり、（Ｂ）で押圧棒９が
材質８に接触して、加締めが始まる。さらに（Ｃ）のよ
うに押圧棒９を押圧し続けると、押圧棒９は材質８内に
食い込むとともに、材質８の押圧棒９付近の肉が矢印方
向でしめす方向（すなわち押圧棒９側）に引きつられる
いわゆる反り現象が生じてくる。さらに（Ｄ）のように
白矢印の方向に押圧棒９の押圧を続けると、押圧棒９は
いっそう深く材質８内に食い込み、押圧棒９付近の材質
８の肉が矢印方向にますます大きく反ることとなる。以
上の反り現象は押圧棒９がピストン形状であるために視
認できるのであるが、押圧棒９がピストン形状でないズ
ン胴の形状のものであればこの反りが行えず反り力はそ
のままズン胴側面への強い圧着力に変わる。その結果、
押圧棒は材質の側面に圧着することとなると考えられ
る。

【００２５】そこで、このようなズン胴の形状のものと
して、具体的に、実際の図１（Ａ）・（Ｂ）・（Ｃ）の
ような形状の加締め刃を用いたとき、どのくらいの大き
さの圧着力が生じるのかを示したのが図６である。同図
において（Ａ）は従来形状の平行加締め刃１１（図１
（Ａ））が用いられた場合、（Ｂ）は先細のテーパ加締
め刃１１（実験例）が用いられた場合、（Ｃ）および
（Ｄ）は本願発明の第１および第２実施例である先太の
逆テーパ加締め刃１１（図１（Ｂ）および（Ｃ））が用
いられた場合を示している。さて、図６（Ａ）から分か
るように従来形状の平行加締め刃１１が用いられると、
図６（Ａ）のハッチング部分Ａ、Ａの面積が圧着力の大
きさとなり、平行加締め刃１１の上下面に圧着されるこ
とになる。したがって、次に平行加締め刃１１を白矢印
方向と逆向きに引き抜くとき、丸ナット２と刃１１の上
下面との間のこの大きな圧着力により平行加締め刃１１
が丸ナット２から外れなくなったものと考えられる。

【００２６】そこで、実験的に、図６（Ｂ）のような刃
先の幅が狭く、刃の根元が太くなったテーパ付きの加締
め刃１１（テーパ加締め刃）を用いて実験してみた。普
通に考えるとこのような槍形状のもののほうが抜けやす
いと考えられるのであるが、実際の実験結果は、逆に、
図６（Ａ）の場合よりも一層外れにくくなってしまっ
た。その理由は上述と同じで、ハッチング部分Ｂ、Ｂの
面積が圧着力の大きさとなり、このハッチング部分Ｂ、
Ｂの面積は（Ａ）のハッチングの部分Ａ、Ａの面積より
も増えているため図６（Ａ）の場合よりも大きな圧着力
が生じ、したがってテーパ加締め刃１１を白矢印方向と
逆向きに引き抜くとき、図６（Ａ）の場合よりもさらに
大きな圧着力が刃１１を丸ナット２から一層外さなくし
ていると考えられる。

【００２７】そこで、以上の思考過程の結論として考え
られたのが、上述した図１（Ｂ）および（Ｃ）に示した
本願発明による加締め刃１１である。図１（Ｂ）のよう
な逆テーパ加締め刃１１を用いると加締めた後に丸ナッ
ト２から容易に外れるのは、上述と同じ理由からであ
る。すなわち、図６（Ｃ）で示すようにハッチングＣ、
Ｃの面積による圧着力がほとんど生じないから、次にこ
の逆テーパ加締め刃１１を白矢印方向と逆向きに引き抜
くときにも圧着力がほとんどなく、また丸ナット２の材
質の持つ弾性で反りが容易に戻るためそれほど摩擦力が
大きくならないので、逆テーパ加締め刃１１は丸ナット
２から容易に外れるものと考えられる。

【００２８】また、図１（Ｃ）のような片面だけの逆テ
ーパ加締め刃１１を用いると、圧着力はほとんど図６
（Ｄ）の片方のハッチング部分Ｄからのみ生じ、図６
（Ｃ）と比べると圧着力は大きくなるものの、従来の加
締め刃と比べるとそれでも半分程度と十分に小さいの
で、加締め刃は丸ナット２からこれでも難なく外れるこ
とができる。丸ナット２から容易に外れる理由は上述の
理由と同じである。なお、図１（Ｃ）の逆テーパ加締め
刃が図１（Ｂ）のそれと比べて優れている点は、逆テー
パ付け工程が片面だけでよいので、加締め刃を安く製造
できることにある。

【００２９】図３の加締め装置の要部１を示す図におい
て、加締め刃１１の刃先から根元にかけて引かれている
実線ａが従来の上下平行な加締め刃であり、同図におい
て点線ｂで示しておいたのが本願発明による逆テーパの
形成された加締め刃である。

【００３０】種々の実験の結果、図７に示すように加締
め刃１１の逆テーパ角度は水平面に対してほぼ２〜１０
度内で選ぶのがよいことが分かった。なぜならば、逆テ
ーパの角度を２度未満にすると、これは従来加締め刃に
きわめて接近することであり、したがって加締め刃が外
れなくなる不具合が起きる割合が高くなり、また逆に角
度が１０度を超えると、加締め刃根元の強度が不足して
加締め刃自体が破損して、刃の交換頻度が高くなるから
である。

【００３１】図８は２枚の加締め刃を互いに突き合わせ
ることによって突き合わせ中心にある丸ナットの外側側
面に形成される各種多角形空間を示している。これによ
ると、中心に形成される形状は、４角形又は６角形にす
るのがよい。その理由は、図８（Ａ）のように３角形に
すると、加締め刃２枚の形状が互いに異なり代替が効か
ず、余分な設計・製造・保管を必要とするし、また加締
め刃２枚を互いに突き合わせたとき丸ナットに三方から
同時に接触・加締めすることが困難となるばかりか、加
締め箇所が少なく固着強度不足となる。そこで加締め代
を多くとるようにすると丸ナットの上面および下面が大
きく変形し、導通不良・絶縁体破損につながるからであ
る。５角形や７角形にすると、加締め刃２枚の形状が互
いに異なり代替が効かず、余分な設計・製造・保管を必
要とするし、また加締め刃２枚を互いに突き合わせたと
き丸ナットに五方から同時に接触・加締めすることが困
難となるからである。形状がそれ以上の８角形になる
と、図８（Ｄ）のように加締め代が少なくなって固着強
度が不足をするからである。

【００３２】以上の実施例では、一貫して丸ナットにつ
いて説明してきたが、本願発明は丸ナットに限定される
必要はなく、その他の形状のナット、例えば太鼓型ナッ
ト等、についても適用可能であることは言うまでもな
い。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、加締め刃
を断面で見て刃の根元よりも刃先の方が厚い逆テーパの
形状にしたので、座としての安定の良い外径８．５ｍｍ
のナットを使用しても、ナットに食い込んだ加締め刃が
抜けなくなってしまうという不都合は生じなくなった。
ここでは外径８．５ｍｍのナットを用いているが、勿論
それより外径の大きいナットに対しても同様にして本願
発明は適用可能である。またナットを載置する絶縁体３
２に硬さの硬い材質のものを使用するなどのナットを傾
斜しにくくする工夫をすれば、外径が８．５ｍｍより小
さいナットであっても勿論使用可能であり、その場合に
も本願発明の加締め装置は従来の加締め装置や特開昭６
０−１５９５１９号公報に記載の発明よりも良い効果を
発揮することは言うまでもない。これにより、歩留りが
従来の９０％から９９．９％へと飛躍的に向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】グロープラグの絶縁体上に載置された丸ナット
が加締め刃によって加締められる装置の要部と、そこで
用いられる従来（Ａ）と本願発明（Ｂ）・（Ｃ）の加締
め刃の断面図。

【図２】グロープラグの断面図とその電気的接続の概略
図。

【図３】従来の丸ナット加締め装置の要部斜視図。

【図４】２組の加締め刃による加締め工程の説明図。

【図５】押圧棒による押圧現象の説明図。

【図６】従来と本願発明の加締め刃に生じる圧着力の大
きさを説明する図。

【図７】加締め刃の逆テーパ角度の説明図。

【図８】２組の加締め刃の形成する多角形加締め形状。

【符号の説明】

１ 加締め装置 １１ 加締め刃 １１１ 切欠部 １２ コイルスプリング ２ 丸ナット ３ グロープラグ ３１ シーズヒータ ３１１ 電極棒 ３１１１ ネジ山 ３１１２ 綾目状ローレット ３１２ 絶縁体 ３１３ 発熱線 ３１４ マグネシア ３１５ シース ３２ ナイロン製の絶縁体 ３３ 金属製プラグホルダ ３１１ 六角状ボルト ３３２ ネジ山 ４ グロープレート ５ 固定要素 ５１ ワッシャ ５２ スプリングワッシャ ５３ 締めつけナット ８ 材質 ９ 押圧棒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21D 39/00 F23Q 7/00 605

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】グロープラグ上に載置されたナットを両側
   から加締め刃を互いに突き合わせて加締めるグロープラ
   グへのナット加締め装置において、該加締め装置の加締
   め刃の厚みを刃の根元よりも刃先の方を厚くした逆テー
   パの形状としたことを特徴とする上記加締め装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のグロープラグへのナット加
   締め装置において、前記加締め刃の逆テーパ角度を水平
   面に対してほぼ２〜１０度としたことを特徴とする上記
   加締め装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載のグロープラグへのナ
   ット加締め装置において、前記加締め刃の逆テーパ角度
   を刃の上下両面の少なくとも一方に設けることを特徴と
   する上記加締め装置。
4. 【請求項４】請求項１〜３記載のうちの１項記載のグロ
   ープラグへのナット加締め装置において、互いに突き合
   わせたとき加締め刃が該突き合わせ中心にあるナットの
   外側側面に４角形又は６角形の加締めを行なう空間を形
   成することを特徴とする上記加締め装置。