JP3737880B2 - グロープラグ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン予熱用等に使用されるグロープラグ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のようなグロープラグは一般に、耐熱性金属で構成されたシーズチューブの内側に、抵抗発熱線により構成された発熱コイルを絶縁粉末とともに封入したシーズヒータを用いるものが知られている。そして、このシーズヒータに主体金具を取り付け、その外周面に形成されたねじ部により、先端の発熱部が燃焼室内に位置するように、ディーゼルエンジンのエンジンブロックに取り付けて使用されることとなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年ではディーゼルエンジンの高性能化及び小型化に伴い、グロープラグも小型のものが要求されるようになっており、シーズチューブの主体金具からの突出部外径も、例えば５ｍｍ未満の寸法に小径化する傾向にある。しかしながら、シーズチューブが小径化すると強度が不足し、例えば取付けの際に誤って落下させたりして大きな衝撃が加わると、ヒータが破損しやすくなる問題がある。また、発熱コイルのサイズも小さくなることから、必要な発熱性能あるいは昇温特性が得にくくなることもある。他方、シーズチューブが小径化されるに伴い、発熱コイルがシーズチューブ内面に接触しやすくなって、短絡（ショート）の問題も生じやすい。
【０００４】
本発明の課題は、シーズチューブが小径であるにもかかわらず強度に優れて、必要な発熱性能も容易に確保でき、さらに発熱コイルとシーズチューブとの短絡も起こしにくい構造のグロープラグ及びその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために、本発明のグロープラグは、先端側が閉じたシーズチューブと、そのシーズチューブ内においてその先端側に配置される発熱コイルと、発熱コイルの後方側に隣接してこれと直列接続されるとともに、該発熱コイルからの発熱を受けることにより電気抵抗値を増大させ、発熱コイルに対する通電を制御する制御コイルとを含み、シーズチューブ内に発熱コイルを絶縁材料とともに封入し、さらに鍛造加工によりこれを縮径して製造されたものであり、
発熱コイル及び制御コイルとの外径ｄ 1 が１．５〜３．０ｍｍとされ、かつ該外径ｄ 1 と発熱コイル収容部の内径Ｄ 2 との比ｄ 1 ／Ｄ 2 が０．５〜０．８の範囲で調整されてなり、
また、発熱コイルの全長が５ｍｍ以上１２ｍｍ以下、制御コイルの全長が１０ｍｍ以上３２ｍｍ以下であって、かつ発熱コイルよりも長く、
シーズチューブの発熱コイルを収容している部分（以下、発熱コイル収容部という）の外径が３．０〜４．４ｍｍとされるとともに、該発熱コイル収容部の内径をＤ 2 、発熱コイルの外径をｄ 1 としたときに、両者の半径差ＣＧ＝（Ｄ 2 −ｄ 1 ）／２が０．１〜０．８ｍｍの範囲にて調整されてなり、
かつ、シーズチューブの発熱コイルを収容している部分（以下、発熱コイル収容部という）の肉厚ｔが０．３〜０．７５ｍｍであり、かつ外径をＤ 1 としたときのｔ／Ｄ 1 の値が０．０８〜０．２であることを特徴とする。
【０００６】
すなわち、上記本発明のグロープラグの構成においては小型化のニーズに呼応すべく、シーズチューブの発熱コイル収容部の外径を３．０〜４．４ｍｍの数値に設定した。そして、シーズチューブの発熱コイル収容部の肉厚ｔを０．３〜０．７５ｍｍ、同じく外径をＤ1としたときのｔ／Ｄ1の値を０．０８〜０．２とすることで、シーズチューブが小径化しているにもかかわらず十分な強度を確保でき、ひいては落下等による衝撃を受けた場合での折損等が生じにくくなる。また、上記数値範囲設定により、シーズチューブが小径化している割りには、発熱コイルの外径も比較的大きく設定でき、必要な発熱性能も確保しやすくなる。
【０００７】
上記肉厚ｔが０．３ｍｍ未満になるとシーズチューブの強度が不足し、例えば取付けの際に誤って落下させたりして大きな衝撃が加わると、ヒータが破損しやすくなる。他方、本発明においては、シーズチューブの外径が４．４ｍｍ以下に制限されている関係上、肉厚ｔが０．７５ｍｍを超えるとシーズチューブ内径が小さくなり過ぎ、発熱コイルの径を十分に確保できなくなって、必要な発熱性能が得られなくなる場合がある。この場合、発熱コイルの径を無理に大きくしようとすると、シーズチューブ内面と発熱コイル及び制御コイルとの間で短絡を生じやすくなることはいうまでもない。なお、上記肉厚ｔは、望ましくは０．４５〜０．６ｍｍの範囲で調整されているのがよい。
【０００９】
また、本発明のグロープラグ及びその製法によると、上記ＣＧを、０．１〜０．８ｍｍの範囲にて調整することで、シーズチューブが小径化しているにもかかわらず発熱コイルとシーズチューブとの間の短絡を生じにくくすることができる。ＣＧが０．１ｍｍ未満になると、発熱コイル収容部の内面と発熱コイル外面との間で短絡を生じやすくなるほか、発熱性能の劣化を招く場合もある。他方、ＣＧが０．８ｍｍを超えると、シーズチューブ内に発熱コイル及び制御コイルを絶縁材料（例えばマグネシア粉末）とともに封入し、さらに鍛造加工によりこれを縮径してグロープラグを製造する際に、コイルがシーズチューブ内にて蛇行しやすくなり、同様に短絡を生じやすくなる。なお、ＣＧの値は、望ましくは０．２〜０．６ｍｍの範囲にて調整するのがよい。
【００１０】
本発明のグロープラグによると、上記短絡防止の効果に加え、シーズチューブの強度が向上する、あるいは発熱性能が確保しやすいといった効果も合わせて達成される。
【００１１】
なお、シーズチューブの発熱コイル収容部の外径が３．０ｍｍ未満になると、発熱コイルの外径が小さくなり過ぎ、十分な発熱性能が得られなくなるので、該外径は３．０ｍｍ以上の範囲で設定する。
【００１２】
また、発熱コイルの外径ｄ1は、１．５〜３．０ｍｍとする。該外径ｄ1が１．５ｍｍ未満になると、必要な発熱性能が得られなくなる。他方、３．０ｍｍを超えると、シーズチューブの発熱コイル収容部の外径が４．４ｍｍ以下に制限されている関係上、その肉厚ｔが小さくなり過ぎ、強度が不足する不具合につながる。また、上記発熱コイルの外径ｄ1と発熱コイル収容部の内径Ｄ2との比ｄ1／Ｄ2は０．５〜０．８の範囲で調整する。ｄ1／Ｄ2が０．８を超えると、発熱性能の低下を招くほか、発熱コイル収容部の内面と発熱コイルの外面との間で短絡を生じやすくなる。また、ｄ1／Ｄ2が０．５未満になると、コイルがシーズチューブ内にて蛇行しやすくなり、同様に短絡を生じやすくなる。
【００１３】
なお、シーズチューブは、例えばステンレス鋼、鉄基耐熱合金及びＮｉ基耐熱合金のいずれかにより構成することができる。例えばグロープラグとしてシーズヒータを使用する場合、エンジン燃焼室内にて高温のガス流に直接さらされるシーズチューブをこれら材質にて構成することにより、その耐久性を向上させることができる。ステンレス鋼としては、各種オーステナイト系ステンレス鋼が、耐食性が特に良好であるので本発明に好適に使用できる。
【００１４】
この場合の、特に耐熱性が要求される場合にはＮｉ基耐熱合金、例えばInconel601（Inconelは商標名）等のＮｉ基超耐熱合金を好適に使用できる。また、高速インジェクション型ディーゼルエンジンのように、スワール流速の大きい環境下で使用する場合においては、高温ガス流による酸化消耗を抑制するため、オーステナイト系ステンレス鋼のうちでも特にＮｉ含有量の高い組成を有するもの（例えばＳＵＳ３１０Ｓ）や、これと類似の組成を有するオーステナイト系耐熱鋼（例えばＳＵＨ３０９、ＳＵＨ３１０、ＳＵＨ３３０など）を好適に使用できる。
【００１５】
また、発熱コイルの材質は、公知のグロープラグと同様の材質、例えば鉄−クロム系合金（例えば鉄を主体としてクロムを１３〜３０重量％含有する合金）、ニッケル−クロム合金（例えばニッケルを主体としてクロムを８〜２２重量％含有する合金）等を使用できる。他方、制御コイルの材質としては、上記発熱コイルの材質よりも電気比抵抗の温度係数が大きい材質が用いられ、例えばコバルト−鉄合金（コバルトを主体として鉄を６〜１８重量％程度含有するもの）が、耐久性に優れているので本発明に好適に使用できるが、このほか、ニッケルメッキ鉄線やニッケル線等も使用できる。
【００１６】
そして、発熱コイルと制御コイルとは、適宜の材質、線径及びコイル長の選択により、発熱コイルの電気抵抗値をＲH、同じく制御コイルの電気抵抗値をＲCとして、室温での電気抵抗比（ＲH／ＲC）RTの値が１以上となり、かつ８００℃での電気抵抗比（ＲH／ＲC）800の値が０．１〜０．４となるように調整するのがよい。（ＲH／ＲC）RTの値が１未満になると、ヒータの速熱性が十分に確保できなくなる場合がある。他方、（ＲH／ＲC）800の値が０．１未満になると、制御コイルによる通電制御が過剰となり、発熱コイルが十分に発熱できなくなる場合がある。また、（ＲH／ＲC）800が０．４を超えると、制御コイルによる通電制御効果が不十分となり、発熱コイルの過昇が生じやすくなる。
【００１７】
次に、シーズチューブの主体金具からの突出部長さは２４〜５０ｍｍとするのがよい。突出部長さが２４ｍｍ未満になると、該突出部内における発熱コイルと制御コイルとの収容スペースが不十分となり、ひいては所期の昇温特性（あるいは発熱性能）を得るのに必要なコイル長を確保できなくなる場合がある。他方、該長さが５０ｍｍを超えると、シーズチューブ径が細径であるため突出部の強度が不足し、衝撃等が加わった場合に折損等を生じやすくなる。なお、該突出長さは、望ましくは２８〜４０ｍｍとするのがよい。
【００１８】
なお、上記グロープラグにおいては、シーズチューブ内に配置された抵抗線コイル（発熱コイルあるいは発熱コイルと制御コイル）に対し、該シーズチューブに基端側から挿入された通電端子軸を介して通電を行うのが一般的である。この場合、その通電端子軸の先端を抵抗線コイルの後端に接続するとともに、その通電端子軸の先端を主体金具端面から突出して位置させることができる。例えば、シーズチューブの突出部に横方向の力が作用した場合、主体金具の開口内縁部との当接位置に強い曲げ力が集中しやすくなる。そこで、通電端子軸の先端を主体金具端面から突出させることで、シーズチューブの上記当接部分が補強され、曲げに対する強度が向上する。この場合、曲げ力が作用したときのシーズチューブへの力の集中位置は、むしろ通電端子軸の先端位置付近となるから、該位置からシーズチューブの先端までの長さを２４〜５０ｍｍ、望ましくは２４〜４２ｍｍとするのがよい。
【００１９】
次に、上記グロープラグにおいては、シーズチューブの外径が小さくなると、主体金具へのその組付け性が悪くなる場合がある。この場合、主体金具の、シーズチューブが配置される孔部の内径を、該シーズチューブの主体金具からの突出部よりも大径に形成し、シーズチューブの基端部を上記主体金具の孔部内径に対応する寸法となるように拡径し、その拡径部にて主体金具の孔部内にろう付け、溶接及び圧入のいずれかにより接合する構成とするこができる。シーズチューブの基端部を拡径して、この拡径部において主体金具に接合するようにすることで、上記組付け性を向上させることができる。
【００２０】
上記グロープラグは、シーズチューブ内において軸線方向に複数の抵抗線コイルが配置され、その抵抗線コイルは、シーズチューブ内において、その先端側に配置される発熱コイルと、その発熱コイルの後方側にこれと直列接続されるとともに、該発熱コイルからの発熱を受けることにより電気抵抗値を増大させ、発熱コイルに対する通電を制御する制御コイルとを含むものとして構成することができる。
【００２１】
グロープラグにおけるヒータ昇温性能に対しては、エンジンの始動性を向上させるためになるべく短時間で飽和温度に到達する、いわゆる速熱性が要求されることが多い。一法として、通電初期において発熱コイルに大電流を通じることにより昇温速度を高めることが考えられるが、コイル温度が過昇しやすくなり、コイルの断線やシーズチューブの溶損といったトラブルにつながる問題がある。上記構造のグロープラグにおいては、通電初期においては制御コイルの温度が低く電気抵抗値が小さいため、発熱コイルには比較的大きな電流が流れてこれを急速昇温させる。そして、発熱コイルの温度が上昇すると、その発熱により制御コイルが加熱されて電気抵抗値が増大し、発熱コイルへの通電電流値が減少する。これにより、ヒータの昇温特性は、通電初期に急速昇温した後、以降は制御コイルの働きにより通電電流が抑制されて温度が飽和する形となるので、速熱性を高めつつコイル温度の過昇も生じにくくすることができる。
【００２２】
上記本発明のグロープラグは、車両用ディーゼルエンジンのグロープラグとして使用する場合は、通電初期にピーク温度ＴPを有して該ピーク温度ＴP以下で飽和する昇温特性（以下、これを過昇防止型昇温特性という）を有していることが望ましい。すなわち、車両等においてはグロープラグの電源としてバッテリーが使用される。この場合、グロープラグは、常に一定のバッテリー電圧（例えば１２Ｖ）にて通電されるのではなく、通常はこれにオルタネータ等からの重畳電圧が加わり、バッテリー電圧よりも高圧側（例えば最大１４Ｖ程度）に変動した形で通電されることのほうが多い。この場合、昇温特性が上記のようなものとなっていることで、ヒータの過昇を効果的に防止することができる。
【００２３】
また、制御コイルは、発熱コイルの後端に対し、該発熱コイルの巻線ピッチよりも大きいコイル間ギャップを隔てた形でこれに直結することができる。この場合、該コイル間ギャップの大きさは０．８〜３ｍｍに調整するのがよい。コイル間ギャップの大きさが３ｍｍを超えると、発熱コイルによる制御コイルの加熱が進みにくくなり、発熱コイルが過昇しやすくなる。他方、コイル間ギャップの大きさが０．８ｍｍ未満になると、制御コイルの抵抗値が急激に大きくなり過ぎて速熱性が確保されなかったり、飽和温度が低くなり過ぎて十分な発熱性能が得られなくなったりする場合がある。なお、上記コイル間ギャップの大きさは、より望ましくは１〜２ｍｍに調整するのがよい。なお、本発明においてコイル間ギャップは、発熱コイルと制御コイルとの接続点から発熱コイルに沿って半巻分移動した位置と、同じく制御コイル側に半巻分移動した位置との間の、コイル軸線方向における距離として定義する。
【００２４】
次に、本発明のグロープラグは、速熱性の要求を満足するために、室温において通電電圧１１Ｖにて昇温特性を測定したときに、ピーク温度ＴPが８００℃以上であり、かつそのピーク温度ＴPに到達する途上において８００℃に到達するまでの通電時間ｔ800が８秒以下（望ましくは５秒以下）となっていることが望ましい。
【００２５】
また、上記グロープラグにおいては、室温において通電電圧１１Ｖにて上記昇温特性を測定したときに、そのピーク温度ＴPと通電開始から６０秒後の温度（以下、６０秒後温度という）ＴSとの差ＴP−ＴSが５０〜２００℃となっていることが望ましい。ＴP−ＴSが５０℃未満になると、通電電圧が高くなる方向に変動した場合、ヒータの過昇を招きやすくなる。他方、ＴP−ＴSが２００℃を超えると飽和温度が低くなり過ぎ、必要な発熱性能が確保できなくなる。ＴP−ＴSは、望ましくは８０〜１５０℃となっているのがよい。
【００２６】
上記ピーク温度ＴPは、９００〜１１５０℃となっているのがよい。ピーク温度ＴPが９００℃未満になると発熱が不十分となり、エンジン予熱等の機能が十分に果たされなくなる場合がある。他方、ピーク温度ＴPが１１５０℃を超えると、発熱が大きくなり過ぎ、発熱コイルの寿命低下を招く場合がある。なお、ピーク温度ＴPは、望ましくは８０〜１５０℃となっているのがよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明のグロープラグの一例を示す全体図及びその縦断面図である。該グロープラグ１は、シーズヒータ２と、その外側に配置された主体金具３とを備える。シーズヒータ２は、図２に示すように、先端側が閉じたシーズチューブ１１の内側に、２つの抵抗線コイル、すなわち先端側に配置された発熱コイル２１と、その後端に溶接等により直列接続された制御コイル２３とが、絶縁材料としてのマグネシア粉末２７とともに封入されている。
【００２８】
図１に示すように、シーズチューブ１１の、発熱コイル２１及び制御コイル２３を収容している本体部１１ａは、先端側が主体金具３から突出して突出部を形成している。この本体部１１ａは、外径Ｄ1がほぼ一様な円筒状（ただし、先端部は丸められている）に形成されており、該Ｄ1が３．０〜４．４ｍｍ（望ましくは３．５〜４．０ｍｍ）とされている。ここで、発熱コイル２１はその先端においてシーズチューブ１１と導通しているが、発熱コイル２１及び制御コイル２３の外周面とシーズチューブ１１の内周面とは、マグネシア粉末の介在により絶縁された状態となっている。
【００２９】
図２において、発熱コイル２１は、例えばその２０℃での電気比抵抗ρ20が８０〜１８０μΩ・ｃｍ、８００℃での電気比抵抗をρ800として、ρ800／ρ20が０．９〜１．２程度の材料、具体的には鉄−クロム合金線あるいはニッケル−クロム合金線等により構成されている。そのコイルの線径ｋは０．１５〜０．４ｍｍ、コイル長ＣＬ1は５〜１２ｍｍ、コイル外径ｄ1は１．５〜３．０ｍｍ、巻線ピッチＰは０．２〜０．８ｍｍ、巻線ターン数Ｎは８〜１５である。
【００３０】
また、制御コイル２３は、例えばその２０℃での電気比抵抗ρ20が５〜２５μΩ・ｃｍ、８００℃での電気比抵抗をρ800として、ρ800／ρ20が７〜１２程度の材料、具体的には鉄−クロム合金線あるいはニッケル−クロム合金線等により構成されている。そのコイルの線径ｋは０．１７〜０．３ｍｍ、コイル長ＣＬ2は１０〜３２ｍｍ、コイル外径ｄ1は１．５〜３．０ｍｍ、巻線ピッチＰは０．２〜０．８ｍｍ、巻線ターン数Ｎは２５〜４０である。
【００３１】
また、発熱コイル２１と制御コイル２３とは、発熱コイルの電気抵抗値をＲH、同じく制御コイルの電気抵抗値をＲCとして、室温での電気抵抗比（ＲH／ＲC）RTの値が１以上となり、かつ８００℃での電気抵抗比（ＲH／ＲC）800の値が０．１〜０．４となるように調整されている。これら発熱コイル２１及び制御コイル２３の間には、発熱コイル２１の巻線ピッチよりも大きいコイル間ギャップ２５が形成されている。このコイル間ギャップ２５の大きさＪＬは、０．８〜３ｍｍ、望ましくは１〜２ｍｍの範囲で調整される。また、これを発熱コイル２１の巻線ピッチＰにて捉えた場合は、０．２〜０．８ピッチ（望ましくは０．３〜０．６ピッチ）の範囲で調整される。
【００３２】
次に、シーズチューブ１１は、前述の本体部１１ａと基端側においてこれよりも大径に形成された拡径部１１ｂとを有している。そして、その本体部１１ａの肉厚ｔは０．３〜０．７５ｍｍ（望ましくは０．４５〜０．６ｍｍ）であり、かつｔ／Ｄ1の値が０．０８〜０．２（望ましくは０．１１〜０．１７ｍｍ）となっている。また、本体部１１ａの内径をＤ2、発熱コイル２１及び制御コイル２３の外径をｄ1としたときの、それらの半径差ＣＧ＝（Ｄ2−ｄ1）／２の値は、０．１〜０．８ｍｍ（望ましくは０．２〜０．６ｍｍ）とされている。さらに、上記コイル２１，２３の外径ｄ1と本体部１１ａの内径Ｄ2との比ｄ1／Ｄ2は０．５〜０．８（望ましくは０．６〜０．７）とされている。
【００３３】
シーズチューブ１１には、基端側から棒状の通電端子軸１３が挿入され、その先端が制御コイル２３の後端に溶接等により接続されている。他方、図１に示すように、該通電端子軸１３の後端部には雄ねじ部１３ａが形成されている。
【００３４】
このようなシーズヒータ２の構造は、例えば次のようにして製造することができる。すなわち、図３（ｂ）に示すように、最終寸法よりも加工代分だけ大径に形成されたシーズチューブ１１’内に、発熱コイル及び制御コイルをマグネシア粉末とともに封入し、この状態でシーズチューブ１１’に回転鍛造加工（スエージ加工）を施すことにより、本体部１１ａと拡径部１１ｂとを形成する。
【００３５】
上記スエージ加工は、例えば図３（ａ）に示すスエージングマシン７０を用いて行うことができる。該スエージングマシン７０においては、シーズチューブ１１’を取り囲むように配置された複数のダイス７３がそれぞれ対応するハンマ７２によって支えられており、それらが回転主軸７４内に配置されて一体的に回転させられる。この回転主軸７４は、焼き入れ鋼等で構成された複数のローラ７１を有するケージ７５の内側で回転するようになっており、回転主軸７４とともに回転しながらハンマ７２がローラ７１の位置にくると、ダイス７３が圧縮され、ハンマ７２が隣接するローラ７１，７１の間にくるとダイス７３は遠心力によって開く。従って、回転主軸７４の回転数を一定以上に上げれば、ダイス７３による圧縮加工を何度も繰り返すことができる。
【００３６】
次に、主体金具３は、図１に示すように、軸方向の貫通孔４を有する筒状に形成され、ここにシーズヒータ２が、一方の開口端からシーズチューブ１１の先端側を所定長突出させた状態で挿入・固定されている。該主体金具３の外周面には、グロープラグ１をディーゼルエンジンに取り付けるに際して、トルクレンチ等の工具を係合させるための六角断面形状の工具係合部９が形成されており、これに続く形で取付け用のねじ部７が形成されている。
【００３７】
主体金具３の貫通孔４は、シーズチューブ１１が突出する開口側に位置する大径部４ｂと、これに続く小径部４ａとを備え、この小径部４ａにシーズチューブ１１ｂの基端側に形成された大径部１１ｂが圧入され、固定されている。他方、貫通孔４の反対側の開口部には座ぐり部３ａが形成され、ここに、通電端子軸１３に外装されたゴム製のＯリング１５と絶縁ブッシュ（例えばナイロン製のもの）１６とが嵌め込まれている。そして、そのさらに後方側において通電端子軸１３には、絶縁ブッシュ１６の脱落を防止するための押さえリング１７が装着されている。該押さえリング１７は、外周面に形成された加締め部１７ａにより通電端子軸１３に固定されるとともに、通電端子軸１３の対応する表面には、加締め結合力を高めるためのローレット部１３ｂが形成されている。なお、１９は、通電用のケーブルを通電端子軸１３に固定するためのナットである。
【００３８】
シーズチューブ１１の、主体金具３からの突出長Ｌ2は２４〜５０ｍｍ（望ましくは２８〜４０ｍｍ）に調整されている。また、図２に示すように、通電端子軸１３の先端位置は主体金具３の開口端面とほぼ一致している。
【００３９】
以下、図１のグロープラグ１の各部の寸法等を具体的に例示する（図２も参照）。
・全長Ｌ1＝１４５ｍｍ。
（発熱コイル２１）
・材質：鉄−クロム合金（組成：Ａｌ＝７．５重量％；Ｃｒ＝２６重量％；Ｆｅ＝残部、ρ20＝１６０μΩ・ｃｍ、ρ800／ρ20＝１．０）。
・寸法：ｋ＝０．２２ｍｍ、ＣＬ1＝１０ｍｍ、ｄ1＝１．７ｍｍ、Ｐ＝１．０ｍｍ、Ｎ＝１０。コイル全体の２０℃での電気抵抗値ＲHは１Ω。
（制御コイル２３）
・材質：コバルト−鉄合金（組成：Ｆｅ＝８重量％；Ｃｏ＝残部、ρ20＝８μΩ・ｃｍ、ρ800／ρ20＝９．８、８００℃まで抵抗値は温度上昇とともに下に凸に上昇する）。
・寸法：ｋ＝０．２ｍｍ、ＣＬ2＝１５ｍｍ、ｄ1＝１．７ｍｍ、Ｐ＝０．５ｍｍ、Ｎ＝３０。コイル全体の室温での電気抵抗値ＲCは０．３３Ω。
【００４０】
・（ＲH／ＲC）RT：３。
・（ＲH／ＲC）800：０．３。
（コイル間ギャップ２５）
・ＪＬ：２ｍｍ。
【００４１】
（シーズチューブ１１）
・材質：ＳＵＳ３１０Ｓ。
・寸法：Ｄ1＝３．５ｍｍ、ｔ＝０．５ｍｍ、ｔ／Ｄ1＝０．１４ｍｍ、ＣＧ＝０．４ｍｍ、拡径部の外径Ｄ3＝４．４ｍｍ、Ｌ2＝３６ｍｍ。
【００４２】
（主体金具３）
・材質：機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）。
・寸法：ねじ部７よりも先端側に位置する部分（以下、主要部という）５の長さＬ3＝５３ｍｍ、主要部の外径Ｄ4＝８．２ｍｍ、ねじ部７の長さＬ4＝２７ｍｍ、ねじ部７の外径Ｄ5＝１０ｍｍ。
【００４３】
以下、図１のグロープラグ１の作用について説明する。
グロープラグ１は、主体金具３のねじ部７においてディーゼルエンジンのシリンダブロックに取り付けられる。これにより、発熱コイル２１及び制御コイル２３が収容されたシーズチューブ１１の先端部は、エンジンの燃焼室（あるいは副燃焼室）内に位置決めされる。この状態で、通電端子軸１３に車載のバッテリーを電源として電圧を印加すると、通電端子軸１３→制御コイル２３→発熱コイル２１→シーズチューブ１１→主体金具５→（エンジンブロックを介して接地）の経路にて通電される。
【００４４】
これにより、グロープラグ１のシーズヒータ２は、通電初期においては制御コイル２３の温度が低く電気抵抗値が小さいため、発熱コイル２１には比較的大きな電流が流れてこれを急速昇温させる。そして、発熱コイル２１の温度が上昇すると、その発熱により制御コイル２３が加熱されて電気抵抗値が増大し、発熱コイル２１への通電電流値が減少する。これにより、ヒータの昇温特性は、通電初期に急速昇温した後、以降は制御コイルの働きにより通電電流が抑制されて温度が飽和する形となる。
【００４５】
そして、シーズチューブ１１の本体部１１ａがほぼ一様な外径Ｄ1を有する円筒状とされ、かつＤ1が４．４ｍｍ以下の値に設定されていることで、前述の過昇防止型昇温特性、具体的にはピーク温度ＴPと６０秒後温度ＴSとの差ＴP−ＴSが５０〜２００℃、ピーク温度ＴPが９００〜１１５０℃、及び８００℃に到達するまでの通電時間ｔ800が８秒以下の、速熱性に優れた特性を安定して実現することが可能となる。
【００４６】
さらに、シーズチューブ１１の肉厚ｔが０．３〜０．７５ｍｍであり、かつ外径をＤ1としたときのｔ／Ｄ1の値が０．０８〜０．２となっていることで、径小のヒータであるにもかかわらず所期の発熱性能が確保され、かつシーズチューブ１１の強度も十分なものとなり、例えば取付け時に落下させたりした場合もヒータに破損が生じにくい。また、シーズチューブ１１の本体部１１ａにおける、発熱コイル２１及び制御コイル２３とのクリアランスＣＧが０．１〜０．８ｍｍの範囲にて調整されていることで、シーズチューブ１１の内面と各コイル２１，２３との間での短絡が生じにくくなり、製造歩留まりを向上させることができる。
【００４７】
ここで、図２において、発熱コイル２１のコイル長ＣＬ1とシーズチューブ１１の本体部外径Ｄ1との比ＣＬ1／Ｄ1は１．６〜３．５（本実施例では約２．５）に設定するのがよい。すなわち、シーズチューブ１１が小径であるため、従来の大径のシーズヒータと比較してチューブ表面からの熱の放散が活発に進むことから、ＣＬ1／Ｄ1が１．６未満ではコイル２１による発熱帯の長さが不足して、十分な発熱性能が得られなくなるほか、制御コイルの加熱状態が不安定となり、良好な過昇防止型昇温特性も期待できなくなる場合がある。他方、ＣＬ1／Ｄ1が４を超えると、シーズチューブ先端部が最高発熱部分とならなくなる不具合が生ずる場合がある。
【００４８】
図４に、図１のグロープラグ１の変形例を示す（共通の部材には同一の符号を付して説明を省略する）。このグロープラグ１００においては、シーズチューブ１１の基端側の拡径部１１ｂが、図１のグロープラグ１よりも長く形成されており、シーズチューブ１１の突出側において主体金具３の貫通孔４には、図１のような大径部４ｂが形成されず、ストレート形態となっている。そして、シーズチューブ１１の拡径部１１ｂは、貫通孔４に対してろう付けにより接合されている。
【００４９】
また、貫通孔４の反対側の開口部には、図１と同様の座繰り部３ａが形成されているが、ここには図１の絶縁ブッシュ１６に代えてシールリング（例えばシリコンゴム製のもの）１０と、ワッシャ状の第一絶縁リング（例えばベークライト等の耐熱樹脂製のもの）１２とが嵌め込まれる。そして、その状態にて、座ぐり部３ａの開口周縁部に形成された筒状の突出部を第一絶縁リング１４側に加締めて加締め部１３ｂを形成し、さらにその後方側において通電端子軸１３に対し、第二絶縁リング１４（第一絶縁リング１２と同材質・同形状）と押さえリング１７とをこの順序で装着・固定した構造となっている。
【００５０】
他方、図５に示すように、通電端子軸１３の先端部は、主体金具５の対応する開口端部よりも所定長突出する形となっており、該通電端子軸１３の先端からシーズチューブ１１の先端までの長さＬ2’が２４〜５０ｍｍ（望ましくは２４〜４２ｍｍ）に調整されている。
【００５１】
このグロープラグ１００においては、図１にグロープラグ１にはない次のような効果が達成されている。すなわち、シーズチューブ１１の主体金具３からの突出部内に通電端子軸１３の先端部が入り込んでいる。これにより、シーズチューブ１１は、横方向の力が作用したときに強い曲げ力が作用しやすい主体金具３の開口内縁部との当接部が、該通電端子軸１３により補強される形となり、衝撃等が加わっても破損等が生じにくくなる。
【００５２】
一方、図１のグロープラグ１は、次の点で図４のグロープラグ１００より優れているといえる。まず、通電端子軸１３の後端側を、絶縁ブッシュ１６を介して加締めリング１７で止める構造になっていることから、第一絶縁リング１２とシールリング１０とを加締め部３ｂで止め、さらに第二絶縁リング１４と加締めリング１７で補強した図４のグロープラグ１００よりも部品点数が少なく、製造も容易である。また、図４のグロープラグ１００では、内向きに突出した加締め部３ｂの内縁と通電端子軸１３の外面との距離が比較的小さいので、水漏れ等による短絡を生じないよう、絶縁リング１２，１４間の気密性を配慮する必要がある。これに対し、図１のグロープラグ１では、絶縁ブッシュ１６のフランジ部１６ａにより、主体金具３の開口内縁から通電端子軸１３の外面までの距離が大きくなっており、かつ、絶縁ブッシュ１６と主体金具３との隙間から通電端子軸１３側に漏れ込もうとする水はＯリング１５により遮断されるので、短絡をより起こしにくい構造となっている。さらに、図４のグロープラグ１００では、シーズチューブ１１をろう付けにより主体金具３に接合する形となっていたので、ろう接時の熱影響によるシーズチューブ１１ａの軟化を見越して強度設計を行う必要があるのに対し、図１のグロープラグ１では、シーズチューブ１１は主体金具３に圧入結合されるので熱影響による軟化の心配がなく、加工による強度向上効果をより有効に活用できる利点がある。
【００５３】
以上、発熱コイルと制御コイルとを備えたグロープラグの実施例について説明したが、これに限られるものでなく、例えば発熱コイルのみを備え、制御コイルを省略したグロープラグについても本発明は同様に適用できる。
【００５４】
【実施例】
（実施例１）
図１のグロープラグを、以下に特記する条件を除いて、先に例示した寸法及び材質により各種作製した。すなわち、シーズチューブ１１の本体部１１ａの外径Ｄ1を３．０〜４．４ｍｍの範囲にて変化させた。また、本体部１１ａの肉厚ｔは０．２５〜０．７５ｍｍの範囲で変化させた。また、発熱コイル２１及び制御コイル２３は外径ｄ1のみ１．５〜３．０ｍｍの範囲で変化させた。各グロープラグの、Ｄ1、ｔ、ｄ1の具体的な数値は、ｔ／Ｄ1、Ｄ2（シーズチューブ内径）、ＣＧ（コイルとシーズチューブ内面との半径差）、ｄ1／Ｄ2の各値とともに表３に示している。
【００５５】
これら各グロープラグを各条件につき５０個ずつ作製し、以下の各試験を行った。結果を表３に示す。
▲１▼ショート（短絡）発生確率
室温にて、まずグロープラグに対し電圧５０Ｖのパルス電圧（パルス長０．１秒）を印加してグロープラグの抵抗値を測定し、測定値をＲ0とする。次いで電圧１１Ｖにて３０秒連続通電し、その後さらに同様のパルス電圧を印加してグロープラグの抵抗値を測定し、測定値をＲ1とする。加熱により、シーズチューブと発熱コイルないし制御コイルとの間に短絡が生じれば、実質的な通電コイル長が短くなるため、抵抗測定値Ｒ1は減少する。そして、Ｒ1のＲ0に対する減少率｛（Ｒ0−Ｒ1）／Ｒ0｝×１００が１０％以上となったものをショート発生と判断し、測定したグロープラグ５０個中のショート発生個数がゼロのものを合格（○）、１個でもショートしたものは不合格（×）とした。
▲２▼強度評価(I)
各グロープラグをシーズチューブが下となり、かつコンクリート製の試験面からシーズチューブ先端までの初期距離が１ｃｍとなるように鉛直に保持して落下させ、以降、上記距離を１ｃｍずつ段階的に増加させながら落下を繰り返す。各落下後にシーズチューブに曲がりや折損等の破壊が生じたか否かを目視にて確認する。そして、破壊を生じない最大落下距離が５ｃｍ以上のものを優（◎）、３ｃｍ〜４ｃｍまでのものを良（○）、２ｃｍ以下のものを不可（×）として判定した。
▲３▼強度評価(II)
各グロープラグの主体金具を、シーズチューブが水平となるようにチャックにて保持し、これを曲げ試験機にセットするとともに、側方に突き出すシーズチューブの先端から軸方向に沿って１ｍｍの位置に曲げパンチの先端を当接させ、クロスヘッド速度１ｍｍ／分にて片持曲げ試験を行ったときの、最大曲げ荷重の値を曲げ強度値として測定した。シーズチューブ１１の本体部１１ａの外径Ｄ1を３．５ｍｍに固定し、肉厚ｔを変化させたときの強度値を、短絡発生確率とともにプロットしたグラフを図８に示す。
【００５６】
【表１】

【００５７】
表１の結果から、以下のことがわかる。
(1)肉厚ｔが０．３ｍｍ以上、ｔ／Ｄ1が０．０８以上でシーズチューブの強度が十分となり、落下試験における破損が生じにくくなる。
(2)ＣＧが０．１ｍｍ〜０．８ｍｍで、ショートを生じにくくなる。
【００５８】
また、落下試験における破損を生じないためにはｔ／Ｄ1が０．０８以上となることが必要であるが、図８の結果から、対応する強度値としては５ｋｇ以上が確保されていればよいことがわかる。なお、ｔ／Ｄ1が０．２を超えると、ショート発生確率が急速に高くなっていることがわかる。
【００５９】
（実施例２）
図１のグロープラグを、以下に特記する条件を除いて、先に例示した寸法及び材質により各種作製した。まず、シーズチューブ１１の本体部１１ａの外径Ｄ1のみを２．５〜５．０ｍｍの各種値にて変化させ、これに合わせて発熱コイル２１及び制御コイル２３は外径ｄ1のみ１．５〜２．５ｍｍの範囲で適宜変化させた。また、制御コイル２３の材質として、前記したコバルト−鉄合金製のものに代え、ニッケルメッキ鉄線（線径は同じ、メッキ厚さは約１μｍ）、及びニッケル線（線径は同じ）を用いたものを作製した。
【００６０】
そして、これらグロープラグを室温中に保持し、通電電圧１１Ｖにて通電したときの昇温特性曲線（温度−時間曲線）を、以下のようにして測定した。温度測定は、グロープラグ１を図１０に示すような治具２００に取り付けた状態で行った。該治具２００は、縦長円柱状（外径２３ｍｍ）の炭素鋼製のものであり、中心部に軸線方向のプラグ装着孔２０１が貫通形態で形成されている。図１に示すグロープラグ１は、先端側をプラグ装着孔２０１内に挿入し、該プラグ装着孔２０１の一方の端部側に形成された雌ねじ部２０１ａに対してねじ部７を螺合させることにより、治具２００に取り付けられる。治具２００の各部の寸法は図面中に記載した通りである（単位：ｍｍ）。また、グロープラグ１のシーズチューブ１１の先端部は、上記装着状態において治具２００の端面より１０ｍｍ突出するようになっている。
【００６１】
そして、シーズチューブ１１の突出部において、その先端から軸線方向に８ｍｍまでの測定区間を設定し、その測定区間における最高温度位置を予め調べておくとともに、該位置に熱電対（Ｐｔ／Ｐｔ−Ｒｈ）を固定してシーズヒータ２に連続通電し、温度の時間変化を測定して昇温特性曲線を得た（以上の測定方法は、ＩＳＯ７５７８（１９８６）に規定された方法に準拠するものである）。また、得られた昇温特性曲線から、前述の８００℃到達時間（ｔ800）、ピーク温度（ＴP ）及び６０秒後温度（ＴS）の値をそれぞれ算出した。以上の結果を表２に示す。
【００６２】
【表２】

【００６３】
すなわち、本体部１１ａの外径Ｄ1が４．４ｍｍを超える番号１のグロープラグではｔ800が大きく、速熱性が不足しているほか、６０秒後温度（飽和温度を反映したものとなる）ＴSが低くＴP−ＴSも５０℃未満となっており、良好な過昇防止型昇温特性が得られていないことがわかる。これに対し、本体部１１ａの外径Ｄ1が３〜４．４ｍｍの本発明のシーズヒータを使用したグロープラグ（番号２〜６、８〜１０）では、ｔ800が小さく速熱性に優れ、また過昇防止型昇温特性も良好であることがわかる。他方、本体部１１ａの外径Ｄ1が３ｍｍ未満のグロープラグでは、発熱コイルの寸法が小さいため６０秒後温度ＴSが低く、グロープラグの性能としては不十分であることがわかる。
【００６４】
なお、図６は、番号５のグロープラグの昇温特性曲線を示している。また、図７は、番号１の比較例のグロープラグの昇温特性曲線を示している。
【００６５】
（実施例３）
図１のグロープラグを、コイル間ギャップ長ＪＬを０．５〜５ｍｍにて変化させた他は、先に例示した寸法及び材質により各種作製した。そして、これらグロープラグに対し、実施例２と同様にして昇温特性曲線（温度−時間曲線）を測定し、ｔ800、ＴP 及びＴSの各値をそれぞれ算出した。以上の結果を表２に示す。
【００６６】
【表３】

【００６７】
すなわち、ＪＬを０．８〜３ｍｍの範囲にて調整することで、速熱性及び過昇防止型昇温特性に特に優れたグロープラグが実現されていることがわかる。
【００６８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のグロープラグの一例を示す全体図及び縦断面図。
【図２】そのシーズヒータの内部構造を示す断面図及びその要部拡大模式図。
【図３】スエージングマシンの概念と、スエージングの作用とを示す説明図。
【図４】図１のグロープラグの変形例を示す縦断面図。
【図５】そのシーズヒータの内部構造を示す断面図。
【図６】実施例３の番号５のグロープラグの昇温特性曲線。
【図７】実施例３の番号１のグロープラグの昇温特性曲線。
【図８】実施例１の曲げ強度試験結果をショート発生確率とともに示すグラフ。
【図９】従来のグロープラグの模式図。
【図１０】グロープラグの温度測定に使用する治具の縦断面図。
【符号の説明】
１ グロープラグ
２ シーズヒータ
３ 主体金具
７ ねじ部
１１ シーズチューブ
１１ａ 本体部
１１ｂ 拡径部
１３ 通電端子軸
２１ 発熱コイル
２３ 制御コイル

Claims (7)

1. 先端側が閉じたシーズチューブと、そのシーズチューブ内においてその先端側に配置される発熱コイルと、前記発熱コイルの後方側に隣接してこれと直列接続されるとともに、該発熱コイルからの発熱を受けることにより電気抵抗値を増大させ、発熱コイルに対する通電を制御する制御コイルとを含み、前記シーズチューブ内に前記発熱コイルを絶縁材料とともに封入し、さらに鍛造加工によりこれを縮径して製造されたものであり、
   前記発熱コイル及び制御コイルとの外径ｄ 1 が１．５〜３．０ｍｍとされ、かつ該外径ｄ 1 と前記発熱コイル収容部の内径Ｄ 2 との比ｄ 1 ／Ｄ 2 が０．５〜０．８の範囲で調整されてなり、
   また、前記発熱コイルの全長が５ｍｍ以上１２ｍｍ以下、前記制御コイルの全長が１０ｍｍ以上３２ｍｍ以下であって、かつ前記発熱コイルよりも長く、
   前記シーズチューブの前記発熱コイルを収容している部分（以下、発熱コイル収容部という）の外径が３．０〜４．４ｍｍとされるとともに、該発熱コイル収容部の内径をＤ 2 、前記発熱コイルの外径をｄ 1 としたときに、両者の半径差ＣＧ＝（Ｄ 2 −ｄ 1 ）／２が０．１〜０．８ｍｍの範囲にて調整されてなり、
   かつ、前記シーズチューブの前記発熱コイルを収容している部分（以下、発熱コイル収容部という）の肉厚ｔが０．３〜０．７５ｍｍであり、かつ外径をＤ 1 としたときのｔ／Ｄ 1 の値が０．０８〜０．２であることを特徴とするグロープラグ。
2. 前記シーズチューブは、ステンレス鋼、鉄基耐熱合金及びＮｉ基耐熱合金のいずれかにて構成されている請求項１記載のグロープラグ。
3. 前記シーズチューブを、先端側を突出させた状態で覆う主体金具が設けられ、前記シーズチューブの該主体金具からの突出部長さが２４〜５０ｍｍとされている請求項１又は請求項２に記載のグロープラグ。
4. 前記シーズチューブを、先端側を突出させた状態で覆う主体金具が設けられ、前記シーズチューブ内においてその基端側から挿入された通電端子軸の先端が前記抵抗線コイルの後端に接続され、その通電端子軸の先端が前記主体金具端面から突出して位置するとともに、当該通電端子軸の先端から前記シーズチューブの先端までの長さが２４〜５０ｍｍとされている請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のグロープラグ。
5. 前記主体金具の、前記シーズチューブが配置される孔部の内径は、該シーズチューブの前記主体金具からの突出部よりも大径に形成されるとともに、前記シーズチューブの基端部は、前記主体金具の前記孔部の内径に対応する寸法となるように拡径されており、該拡径部にて前記主体金具の前記孔部内にろう付け、溶接及び圧入のいずれかにより接合されている請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のグロープラグ。
6. 前記シーズチューブの先端部表面における昇温特性が、通電初期にピーク温度Ｔ P を有して該ピーク温度Ｔ P 以下で飽和するものとなるようにした請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のグロープラグ。
7. 請求項１ないし請求項６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、
   前記シーズチューブ内に前記発熱コイルを絶縁材料とともに封入し、前記発熱コイル収容部の外径が３．０〜４．４ｍｍとなり、該発熱コイル収容部の内径をＤ 2 、前記発熱コイルの外径をｄ 1 としたときに、両者の半径差ＣＧ＝（Ｄ 2 −ｄ 1 ）／２が０．１〜０．８ｍｍとなるように、前記発熱コイル収容部を鍛造加工により縮径することを特徴とするグロープラグの製造方法。

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