JP3661632B2 - ディーゼルエンジン用グロープラグの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの始動補助用として使用されるグロープラグおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、排気ガスの規制に対応するため、ディーゼルエンジンの燃焼方式が、副燃焼室を有するタイプから、直接噴射型、いわゆる直噴型に移行し、さらに、マルチバルブ化が行われてきている。このような直接噴射型のディーゼルエンジンに用いるグロープラグは、シリンダヘッドの壁面を通って主燃焼室に臨むため、副燃焼室を予熱するタイプに比べて全長を長くし、しかも、細径にすることが必要である。
【0003】
さらに、シリンダヘッドの強度を確保するためにシリンダヘッドの厚さを大きくするとともに、バルブ孔、噴射ノズル取付け孔およびグロープラグ取付け孔の間隔をそれらの干渉防止のために確保する必要がある。そのため、グロープラグを装着する挿入孔が非常に細く、しかも、長くなってきており、それに合わせてグロープラグも非常に細長く形成する必要がある。
【0004】
そこで、グロープラグのシリンダヘッドへの取付け金具である円筒状ハウジングの外面に形成されたねじ部のサイズを、従来のM12やM10から、M8にダウンサイズする傾向が進んでいる。このようにハウジングの外径を小型化することに伴って、正極の外部接続端子の構造に問題が生じる。つまり、従来のディーゼルエンジン用グロープラグの構造では、ヒータの正極を電極取り出し金具を介して外部に取り出し、この電極取り出し金具に外部接続端子を接続しており、これらヒータ、電極取り出し金具および外部接続端子を一体化したアセンブリを、外部接続端子のねじ部側を先にして、ハウジングのヒータ固定側の端部側から挿入し、ヒータをハウジングの先端側に圧入等により固定するとともに、外部接続端子のねじ部側をハウジングの他端側に突出させ、絶縁ブッシュを介してハウジングに支持させている。
【0005】
前記外部接続端子として、従来は、M4ねじが使用されており、このM4ねじの部分を、ハウジングの内部孔の先端部から他端まで挿通しなければならない。従って、ハウジングの内径は、M4ねじの最大径である4mmを越えるものである必要があり、通常は余裕を持たせて4.4mm程度にしている。前述のように、ハウジングの外径を小径化し、しかも内径は必要なサイズを確保しようとすると、ハウジングの肉厚が薄くなり、シリンダヘッドのシート部へのシート面である先端部の幅(先端部の肉厚)が極めて制限されてしまう。特に、シリンダヘッドのグロープラグ挿通孔は、クリアランスが必要であるため、実際のシート面の厚さはさらに小さくなってしまう。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記のような狭いシート幅で、M8ボルトの規定トルクの最大値を印加すると、現在主流となっているアルミ合金のシリンダヘッドにおいては、シリンダヘッド側のシート面に深い凹みを生じ、繰り返しの締め付けによって気密不良を生じる可能性があり、また、ハウジングをオーバートルクで締め付けた場合に、シリンダヘッド全体の損傷を招く可能性があるという問題があった。
【0007】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、グロープラグのシリンダヘッドへの取付け金具であるハウジングの外径を小径化し、かつ、内径に必要なサイズを確保した場合でも、ハウジング先端面に充分な幅のシート面を確保することができるディーゼルエンジン用グロープラグを提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載された発明に係るディーゼルエンジン用グロープラグの製造方法は、円筒状ハウジングの内部孔に、ヒータを保持したシースの一端を圧入して固定したディーゼルエンジン用グロープラグを製造する方法であって、前記円筒状ハウジングの先端側から、先端側が小径で後端側が大径のシースを挿入し、このシースの後端部をハウジングの内面に圧入固定した後、ハウジングの先端部を塑性加工して、シースの小径部から大径部への接続部に沿わせることにより、ハウジング先端部のシート面の面積を拡大したことを特徴とするものである。
【0012】
また、請求項2に記載の発明方法は、前記ディーゼルエンジン用グロープラグを製造する方法であって、前記ハウジングを、シースが固定される本体部とその先端側のシートアダプタとから構成し、このシートアダプタの後部側の内径よりも先端開口部側の口径を小径にするとともに、シースの外径を、シートアダプタの開口部の口径にほぼ一致する小径部と、その後部側の大径部とから構成し、前記シートアダプタを介してシースの後端部をハウジング内に圧入することを特徴とするものである。
【0013】
さらに、請求項3に記載の発明方法は、前記ディーゼルエンジン用グロープラグを製造する方法であって、前記シースのハウジング内に挿入する部分よりも先端部側に拡大径部を形成するとともに、その拡大径部の前面にシリンダヘッドのシート部へのシート面を形成し、このシート面を押圧することにより、シースの後端部側をハウジング内に圧入することを特徴とするものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態により本発明を説明する。図1は本発明の一実施の形態に係るディーゼルエンジン用グロープラグ(全体を符号1で示す)の縦断面図、図2はその要部の拡大図である。この実施の形態のグロープラグ1は、発熱体としてセラミックスヒータ2を備えたセラミックスヒータ型グロープラグである。
【0015】
このセラミックスヒータ2は、その本体部を構成するセラミックス絶縁体4の内部に発熱体6が埋め込まれ、この発熱体6の一端6aに負極側のリード線8が接続されるとともに、他端6b側に正極側のリード線10が接続されている。負極側のリード線8はセラミックス絶縁体4の外周面に取り出され、後に説明するシース(金属製外筒)12の内面にロウ付けにより接合されて電気的に接続されている。一方、正極側リード線10は、発熱体6の埋設された位置(図1および図2の左端)と逆の端部側に伸び、この端面に形成された取付孔内で、電極取り出し用リード線14の先端部にロウ付けにより電気的に接続されている。
【0016】
電極取り出し用リード線14は、後端部が、剛体からなる電極取り出し金具16の先端部に固定されており、さらに、この電極取り出し金具16の後端部が、外部接続端子18の先端部に固定されている。
【0017】
前記構成のセラミックスヒータ2は、シース(金属製外筒)12内にロウ付けにより接合され、この金属製外筒12を介してシリンダヘッドへの取付け金具である円筒状のハウジング20に固定されている。この実施の形態では、金属製外筒12は、先端部寄りが小径部12aで、その後部側が大径部12bになっており、前記小径部12a内にセラミックスヒータ2の後方部分が挿入されてロウ付け等により接合されている。
【0018】
前記セラミックスヒータ2の正極側リード線10に電極取り出し用リード線14を介して電気的に接続された電極取り出し金具16は、スエージング加工により金属製外筒12に固定されている。このスエージングにより固定する工程について簡単に説明する。先ず、セラミックスヒータ2の正極用リード線10と、電極取り出し金具16に固定された電極取り出し用リード線14を、セラミックス絶縁体4の取付け孔内に挿入してロウ付けにより接合するとともに、セラミックスヒータ2を金属製外筒12のセラミックスヒータ固定側の端部(小径部12a側の端部)寄りにロウ付けによって固定する。このとき、セラミックスヒータ2の先端の前記発熱体6が埋め込まれた発熱部2a側は金属製外筒12の外部に露出させておくことは勿論である。
【0019】
段付き形状の金属製外筒12の小径部12a内にセラミックスヒータ2を固定した後、金属製外筒12の大径部12b側の開口部12cから、電極取り出し用リード線14と電極取り出し金具16との接続部が収容されている空間内に耐熱絶縁粉体(例えば、マグネシア(MgO)等)22を充填する。次に、金属製外筒12の開口部12cに、ゴム製のシール部材(シリコンゴム、フッ素ゴム等)24を挿入する。このシール部材24を金属製外筒12の開口部12c内に挿入することにより、後の工程でスエージングを行う際に前記耐熱絶縁粉体22がこぼれることを防止できる。また、電極取り出し金具16が金属製外筒12に接触することも防止できる。
【0020】
その後、電極取り出し用リード線14と電極取り出し金具16との接続部が収容されている金属製外筒12の大径部12bを、スエージング加工することにより金属製外筒12の外径を縮径し、耐熱絶縁粉体22を高密度化して電極取り出し金具16を金属製外筒12内に固定する
【0021】
前記金属製外筒12が固定されるハウジング20はほぼ円筒状をしており、その内部に段付きの軸方向孔24が形成されている。このハウジング20の内部孔24の中央部24aは小径になっており、この小径部24aのハウジング先端部20a(図の左側)寄りに、小径部24aよりも僅かに内径の大きい圧入部24bが形成されている。この圧入部24b内に前記金属製外筒12の後端部が圧入により固定されている。この圧入部24bのさらに先端部20a寄り(左方)の部分24cは、前記圧入部24bよりもやや内径が大きくなっている。
【0022】
そして、このハウジング20の先端部20aは、内面24dが前記金属製外筒12の小径部12aと大径部12bとの接続部分12dの傾斜とほぼ一致するテーパ状になっており、一方、先端部20aの外面側の先端面26は急勾配の斜面になっており、この斜面26が、図示しないエンジンのシリンダヘッド側のシート部に圧接されるシート面になっている。また、このハウジング20の、前記金属製外筒12を介してセラミックスヒータ2が固定される先端部20aと逆の端部20b(図1の右端部)寄りの外周面に、このグロープラグ1をシリンダヘッドに螺合固定するねじ部20cが形成されている。
【0023】
前記ハウジング20のセラミックスヒータ2が固定される先端部20a側の形状を、図3により説明すると、前述のように、ハウジング20の内部孔24の中央部は小径部24aであり、その小径部24aの先端部20a側に、小径部24aよりもやや径の大きい圧入部24bが形成され、さらにその圧入部24bに続いてやや大径の部分24cが形成されている。また、先端部20aの内面24dがテーパ状になっており、軸方向孔24の先端開口部24eの内径が最も小径になっている。そして、本発明に係るディーゼルエンジン用グロープラグ1のハウジング20は、前記圧入部24bの内径D1が、開口部24eの径D2よりも大きいことを特徴としている(D1>D2)。
【0024】
本実施の形態に係るディーゼルエンジン用グロープラグ1の組付け工程について図4により説明する。組付け前のハウジング20の形状は、図4(a)に示すように、先端部20Xが、前記軸方向孔24の圧入部24bに隣接するやや径の大きい部分24cと同一の内外径を有しており、この先端部20Xから、金属製外筒12、電極取り出し金具16および外部接続端子18が一体になったアセンブリを、外部接続端子18のねじ部18a(図1参照)側を先にして挿入する。このように図4(a)の左側から前記アセンブリを挿入し、金属製外筒12の後端部を、ハウジング20の軸方向孔24の圧入部24b内に圧入して固定する。その後、ハウジング20の先端部20Xに塑性加工を施すことにより、この先端部(塑性加工後を符号20aで示す)の内面24d側を、金属製外筒12の大径部12bと小径部12aとの間の傾斜した接続部分12dに沿わせるとともに、外面側にシリンダヘッドへのシート面26となる傾斜面を形成する(図4(b)参照)。
【0025】
前述のように、金属製外筒12の後部側をハウジング2内に圧入して固定すると、外部接続端子18の後端のねじ部18aがハウジング20の後端20bから外方へ突出する(図1参照)。このねじ部18a側からシール部材28および絶縁ブッシュ30を嵌合し、ハウジング20の内部孔24後端の大径部24f内に挿入する。さらにその外側からアルミ製のナット32を締め付けることにより絶縁ブッシュ30を介して外部接続端子18をハウジング20に固定している。
【0026】
前記のようにハウジング20の同一の径を有する部分の先端20Xを塑性加工することにより、シリンダヘッドへのシート面26を形成しており、先端部20aの外径は塑性加工しない部分と同一の径を有するとともに、開口部24eの内径は金属製外筒12の小径部12aとほぼ同一の径になっている。よって、ハウジング20の外径を細径化し(例えばM8)、内径は、前記外部接続端子18のねじ部18a(例えばM4)が通過可能な大きさを確保した場合でも、充分な面積を有するシート面26を得ることができ、シリンダヘッドに損傷を与える可能性が減少する。また、ハウジング2の内部孔24の径は、従来の太径のハウジング(例えばM10)と同一のサイズを有しているから、電極取り出し金具16等の強度を確保することが可能であり、外部接続端子18のねじ部18aへの締め付け時に発生するトルクを、従来と同様に受けることが可能である。さらに、ハウジング20の加工が容易になり、トータルコストを削減することができる。
【0027】
図5は、第2の実施の形態に係るディーゼルエンジン用グロープラグ101の縦断面図であり、ハウジング120内に固定されているセラミックスヒータ2、金属製外筒12、電極取り出し用リード線14、電極取り出し金具16、外部接続端子18等の各部材は、前記第1の実施の形態と同様の構成なので、同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0028】
この実施の形態では、ハウジング120が、前記各部材が固定されたハウジング本体部120Aと、その先端部に装着されるシートアダプター120Bに分割されている。ハウジング本体部120Aの内部の軸方向孔124は、前記第1の実施の形態と同様に、中央部124aが小径で、その小径部141aの、ハウジング本体部120Aの先端部120Aa寄りに、小径部124aよりもやや大径の圧入部124bが形成され、さらにこの圧入部124bよりも先端部120Aa寄りが、前記圧入部124bよりもやや大径の部分124cになっている。
【0029】
そして、シリンダヘッドへのシート面126を有するシートアダプター120Bは、前記第1の実施の形態のハウジング20の先端部20a側の部分と同様の形状をしており、先端部120Baの内周面124Bdが前記金属製外筒12の大径部12bと小径部12aとの間の接続部分12dとほぼ一致する傾斜を有するテーパ面になっている。そして、この先端部120Baの外周面に、外径側がその他の部分と同一の径を有し、内径側が前記金属製外筒12の小径部12aの外径とほぼ一致する径を有するシート面126が形成されている。このシートアダプター120Bの先端側開口部120Beの内径は、前記ハウジング本体部120Aの圧入部124bの内径よりも小さくなっており、従って、従来と同様の太径のセラミックスヒータ2を使用しながら、ハウジング本体部120Aの内径を細径化することができる。しかも、充分な広さのシート面126を確保することができる。
【0030】
前記第1の実施の形態では、組付け前の段階でのハウジング20の先端部20X側を開口部まで同一径のままにしておき、セラミックスヒータ2が固定された金属製外筒12を、この先端部20X側からハウジング20内に挿入し、圧入部24bに圧入固定した後、先端部20Xを塑性加工することにより、その開口部24eの内径D2を圧入部24bの内径D1よりも小径にしているが、この第2の実施の形態では、シートアダプター120Bを、金属製外筒12の大径部12bと小径部12aとの間の接続部分12dに係合させて押圧し、この金属製外筒12をハウジング120の圧入部124b内に圧入することができるので、圧入が極めて容易である。また、従来圧入が困難であったセラミックスヒータ2を安全に圧入することができる。しかも、ハウジング120を本体部120Aとシートアダプター120Bとに分割した構成では、シートアダプター120Bの材質をハウジング本体部120Aと別の材質(例えば、アルミ合金、黄銅)を選定することが可能であり、シートの気密性を向上させることができる。
【0031】
図6は、第3の実施の形態に係るディーゼルエンジン用グロープラグ201を示す縦断面図であり、第2の実施の形態とはヒータ202の構成だけが異なっている。前記各実施の形態では、セラミックスヒータ2を用いていたが、この実施の形態では、金属製ヒータ202を用いている。この金属製ヒータ202のシース212も、ハウジング本体部120A内に圧入されている部分は大径部212bで、シートアダプター120Bから外部に突出している部分は小径部212aになっている。この実施の形態でも、前記第2の実施の形態と同様の工程で組み立てることができ、同様の作用を効果を奏することができる。しかも、金属製ヒータ202は、前記セラミックスヒータ2よりも安価であり、低コストのディーゼルエンジン用グロープラグ201を得ることができる。
【0032】
図7は、第4の実施の形態に係るディーゼルエンジン用グロープラグ301の縦断面図である。この実施の形態では、前記第1の実施の形態(図1参照)と同様にハウジング320がシリンダヘッドへのシート面326まで一体になっている。しかしながらこの実施の形態では、ハウジング320の先端部320aに、内面側のテーパ面324dと外面側のシート面積の大きいシート面326とが予め形成されている。従って、セラミックスヒータ2をこの先端部320a側の開口部324eから挿入することができないので、後端部側(図示は省略するが、外部接続端子18固定側の端部)から挿入して固定するようになっている。
【0033】
前記セラミックスヒータ2が保持されている金属製外筒12をハウジング320に固定する方法について図8(a)〜(c)により説明する。この実施の形態では、ハウジング320の内部孔324の金属製外筒12を固定する部分に、前記各実施の形態のような小径の圧入部は設けられず、金属製外筒12の大径部12bが通過できる大きさの内径を有している。この内部の軸方向孔324内に、ハウジング320の後端部側(図8の右側)からセラミックスヒータ2を挿入し(図8(a)参照)、セラミックスヒータ2およびこのセラミックスヒータ2が固定されている金属製外筒12の小径部12aを、ハウジング320の開口部324eから外部に突出させる(図8(b)参照)。この状態では、金属製外筒12の小径部12aと大径部12bとの間の接続部分12dが、ハウジング320の先端部320aの内面側に形成されたテーパ面324dに当接して位置決めされる。
【0034】
その後、ハウジング320の外周部の、金属製外筒12の後端部側が挿入されている部分320dに塑性加工を施すことにより(図8(c)の矢印P参照)、セラミックスヒータ2および金属製外筒312をハウジング320内に固定している。この実施の形態でも、ハウジング320の、塑性変形により金属製外筒12の外面を固定した部分の内径が、開口部324eの内径よりも大きくなっており、前記各実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【0035】
図9は、第5の実施の形態に係るディーゼルエンジン用グロープラグ401の縦断面図である。前記各実施の形態では、ハウジング20、320の先端面またはハウジング本体部120Aの先端に配置したシートアダプター120Bの先端面に、エンジンのシリンダヘッドへのシート面26、126、326を形成したが、この実施の形態では、セラミックスヒータ2が固定されている金属製外筒412の外面にシート面426を形成している。
【0036】
セラミックスヒータ2が固定されている金属製外筒412は、先端側のセラミックスヒータ2が固定される部分412aが小径であり、ハウジング420内に圧入されて固定される部分412bが、前記各実施の形態と同様に、前記小径部412aよりも大径で、かつ、ハウジング420の内部の軸方向孔424に形成された圧入部424bよりも僅かに大きい径を有しており、その小径部412aと大径部412bの中間に拡大径部412eが形成されている。この拡大径部412eは、外径が前記ハウジング420の外径とほぼ等しい径を有し、この拡大径部412eの後端側の面412f、つまり、拡大径部412eと後方のハウジング420内に圧入される部分412bとの間の部分が、ほぼ直角の段部になっている。そして、拡大径部412eの小径部412a側の先端面に、シリンダヘッドへのシート面426が形成されている。
【0037】
この実施の形態でも、金属製外筒412のハウジング420の外部に出ている部分に、ハウジング420の外径とほぼ同じ外径を有する拡大径部412eを形成し、この拡大径部412eとその先端側の小径部412aとの間にシート面426を形成したので、充分な面積を有するシート面426を形成することができる。また、このシート面426を利用して金属製外筒412をハウジング420内に圧入することができるので、圧入が容易であり、また、圧入が困難なセラミックスヒータ2でもを安全に圧入することができる。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1に記載した発明方法によれば、前記円筒状ハウジングの先端側から、先端側が小径で後端側が大径のシースを挿入し、このシースの後端部をハウジングの内面に圧入固定した後、ハウジングの先端部を塑性加工して、シースの小径部から大径部への接続部に沿わせることにより、ハウジング先端部のシート面の面積を拡大するようにしたことにより、充分な面積を有するシート面を形成することができ、しかも、ハウジングの加工が容易になり、トータルコストを削減することができる。
【0041】
また、請求項2に記載の発明方法によれば、前記ハウジングを、シースが固定される本体部とその先端側のシートアダプタとから構成し、このシートアダプタの後部側の内径よりも先端開口部側の口径を小径にするとともに、シースの外径を、シートアダプタの開口部の口径にほぼ一致する小径部と、その後部側の大径部とから構成し、前記シートアダプタを介してシースの後端部をハウジング内に圧入するようにしたので、圧入が極めて容易である。また、従来圧入が困難であったセラミックスヒータを安全に圧入することができる。しかも、シートアダプターの材質をハウジング本体部と別の材質を選定することが可能であり、シートの気密性を向上させることができる。
【0042】
さらに、請求項3に記載の発明方法によれば、前記シースのハウジング内に挿入する部分よりも先端部側に拡大径部を形成するとともに、その拡大径部の前面にシリンダヘッドのシート部へのシート面を形成し、このシート面を押圧することにより、シースの後端部側をハウジング内に圧入するようにしたので、圧入が容易であり、しかも、従来圧入が困難であったセラミックスヒータでもを安全に圧入することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係るセラミックヒータ型グロープラグの縦断面図である。
【図2】前記セラミックヒータ型グロープラグの要部の拡大図である。
【図3】前記セラミックスヒータのハウジングの一部を示す縦断面図である。
【図4】図(a)、(b)は、前記第1の実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法を説明する図である。
【図5】第2の実施の形態に係るセラミックヒータ型グロープラグの要部の縦断面図である。
【図6】第3の実施の形態に係る金属ヒータ型グロープラグの要部の縦断面図である。
【図7】第4の実施の形態に係るセラミックヒータ型グロープラグの要部の縦断面図である。
【図8】図(a)〜(c)は、前記第4の実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグの製造方法を順次説明する要部の縦断面図である。
【図9】第5の実施の形態に係るセラミックヒータ型グロープラグの要部の縦断面図である。
【符号の説明】
2 ヒータ
12 金属製外筒
20 円筒状ハウジング
24 内部孔
24b ハウジングの圧入部
24e 開口部
Claims (3)
- 円筒状ハウジングの内部孔に、ヒータを保持したシースの一端を圧入して固定したディーゼルエンジン用グロープラグの製造方法において、
前記円筒状ハウジングの先端側から、先端側が小径で後端側が大径のシースを挿入し、このシースの後端部をハウジングの内面に圧入固定した後、ハウジングの先端部を塑性加工して、シースの小径部から大径部への接続部に沿わせることにより、ハウジング先端部のシート面の面積を拡大したことを特徴とするディーゼルエンジン用グロープラグの製造方法。 - 円筒状ハウジングの内部孔に、ヒータを保持したシースの一端を圧入して固定したディーゼルエンジン用グロープラグの製造方法において、
前記ハウジングを、シースが固定される本体部とその先端側のシートアダプタとから構成し、このシートアダプタの後部側の内径よりも先端開口部側の口径を小径にするとともに、シースの外径を、シートアダプタの開口部の口径にほぼ一致する小径部と、その後部側の大径部とから構成し、前記シートアダプタを介してシースの後端部をハウジング内に圧入することを特徴とするディーゼルエンジン用グロープラグの製造方法。 - 円筒状ハウジングの内部孔に、ヒータを保持したシースの一端を圧入して固定したディーゼルエンジン用グロープラグの製造方法において、
前記シースのハウジング内に挿入する部分よりも先端部側に拡大径部を形成するとともに、その拡大径部の前面にシリンダヘッドのシート部へのシート面を形成し、このシート面を押圧することにより、シースの後端部側をハウジング内に圧入することを特徴とするディーゼルエンジン用グロープラグの製造方法。
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