JP3817804B2 - グロープラグ - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，ディーゼルエンジンのシリンダ内を予熱するためのグロープラグ，特にそのヒータの接続構造に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来のグロープラグ９０は，図８に示すごとく，金属製のハウジング６の中に嵌挿したセラミック製のヒータ２と，該ヒータ２の上端部に向けてハウジング６内に挿入した通電用の中軸３と，ヒータ２と中軸３とを接続する接続金具９４とよりなる。また，ヒータ２とハウジング６との間には金属スリーブ２８が配設されている。
【０００３】
接続金具９４は，図８，図９に示すごとく，中軸３を連結するための中軸連結部９４１と，ヒータ２を連結するためのヒータ連結部９４２とを有している。
そして，中軸３と接続金具９４とは，図８に示すごとく，中軸連結部９４１内に中軸３の下端の小径部３２を挿入し，中軸連結部９４１を外方からかしめることにより連結されている。
【０００４】
一方，ヒータ２と接続金具９４とは，図９に示すごとく，ロウ材８を用いてロウ接されている。即ち，ヒータ２の挿入部２１を接続金具９４のヒータ連結部９４２内に挿入し，ヒータ２を接続金具９４を上にした状態で立設させる。次いで，ヒータ２の上端にロウ材を載置して加熱する。これにより，ロウ材が溶けてヒータ２と接続金具９４の内壁９４５との間のクリアランスに入り込み，冷却後，図９に示すごとく，ヒータ２と接続金具９４とがロウ材８によりロウ接される。
【０００５】
従来，接続金具９４は，図８，図９に示すごとく，ヒータ２との連結作業においてヒータ２の挿入作業を容易にすべく，ヒータ連結部９４２の先端部を外側に向けて広げていた。即ち，図９に示すごとく，ヒータ連結部９４２の先端部を，ある曲率半径Ｒをもって外側に広げていた。そのため，ヒータ２の挿入部２１とヒータ連結部９４２との間のクリアランスＣは，ヒータ２の挿入部２１の先端から後方に向かって徐々に拡大するよう構成されていた。
【０００６】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来のグロープラグにおいては，次の問題がある。
即ち，従来のグロープラグ１は，図１０（Ａ）に示すごとく，接続金具９４とヒータ２との接続部分の同軸性が低い場合が発生しやすい。この場合には，図１０（Ｂ）に示すごとく，ハウジング６への組み付け性が悪化し，また，組み付け後においても，接続金具９４又は中軸３のいずれかがハウジング６と接触してしまい，これらの間の電気的絶縁状態を保つことができない場合もある。
【０００７】
また，図１１に示すごとく，連結後のヒータ２と接続金具９４との同軸性を改善する方向に力がかけられることにより（Ａ），ロウ接が外れてヒータ２と接続金具９４との連結関係が解かれる場合もある（Ｂ，Ｃ）。この現象は，グロープラグを高温状態にした場合に発生しやすくなる。即ち，従来のグロープラグは，高温においてヒータと接続金具との接続強度が低くなる。
【０００８】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，ヒータと接続金具との連結部の同軸性に優れ，かつ，高温接続強度が高いグロープラグを提供しようとするものである。
【０００９】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，ハウジングと，該ハウジング内に嵌挿したセラミック製のヒータと，該ヒータの上端部に向けてハウジング内に挿入した通電用の中軸と，上記ヒータと上記中軸とを接続するための接続金具とよりなるグロープラグにおいて，
上記接続金具は管状であると共に上記中軸を連結するための中軸連結部と上記ヒータを連結するためのヒータ連結部とを有しており，
上記中軸連結部は，その内部に中軸を挿入して外方からかしめてあり，
上記ヒータは，その上端側の挿入部を上記ヒータ連結部内に挿入していると共に該ヒータ連結部にロウ接されており，
かつ，上記ヒータの上記挿入部の外径は一定であると共に上記ヒータ連結部の内径は一定となっており，上記ヒータの上記挿入部の外周面と上記ヒータ連結部の内壁との間に形成される環状間隔がいずれの位置においても略同等の厚みを有しており，
上記接続金具の上記ヒータ連結部の先端には，外周側から内周側に向かって後退したテーパ部を設けてあることを特徴とするグロープラグにある。
【００１０】
本発明において最も注目すべきことは，上記ヒータの挿入部の外周面と上記ヒータ連結部の内壁との間のクリアランスは一定であることである。ここで，上記「クリアランスが一定である」とは，上記ヒータの挿入部と上記接続金具のヒータ連結部との間において形成される環状間隙が，いずれの位置においても略同等の厚みを有していることをいう。
【００１１】
次に，本発明の作用効果につき説明する。
本発明のグロープラグにおいては，上記のごとく，上記ヒータの挿入部の外周面と上記接続金具のヒータ連結部の内壁との間のクリアランスは一定である。そのため，大量生産がなされるグロープラグの製造過程において，ヒータと接続金具とのロウ接の際に優れた同軸性が得られる。
【００１２】
即ち，上記ヒータと接続金具とのロウ接は，ヒータの挿入部を接続金具のヒータ連結部内に挿入して仮組みした状態で，これらの間のクリアランスにロウ材を流し込むことにより行う。ヒータと接続金具とのロウ接後の同軸性を確保するためには，上記仮組み状態における同軸性が重要となる。
【００１３】
このとき，上記クリアランスが一定でない場合には，クリアランスが広い部分において偏って仮組みされるおそれがある。これに対し，本発明における上記クリアランスは一定である。そのため，このような従来の不具合を避けることができ，仮組み状態における同軸性を簡単に確保することができる。それ故，ヒータと接続金具とは優れた同軸性を確保したままロウ接することができる。
【００１４】
また，本発明のグロープラグは，上記クリアランスを一定にすることによって，ヒータと接続金具との高温における接続強度を従来よりも向上させることができる。これは，次の理由によると考えられる。
まず，ヒータと接続金具とのロウ接は，これらの間に浸入させ凝固させたロウ材を介して，いわゆる焼き嵌め効果により行われている。
【００１５】
即ち，接続金具の方がヒータよりも熱膨張率が高いことを利用し，これらを加熱して上記クリアランスを広げた状態でロウ材を浸入させる。その後，冷却することによりロウ材を凝固させると共に上記クリアランスを狭くする。これにより，クリアランスを狭くする力（接続金具の収縮力）によってヒータと接続金具との接合状態が維持される。
【００１６】
このようなロウ接のメカニズムを考慮すると，高温になれば接合強度が低下していくことは避けられない。ここで，特に，従来のように上記クリアランスが一定でない場合には，クリアランスが広い部分と狭い部分において，高温時の接合強度の低下割合に差が生じる。それ故，高温時に局部的に接合強度が低下した部分が発生しやすく，総合的な接合強度も大きく低下する。
【００１７】
これに対し，本発明においては，上記クリアランスが一定であるので，高温時には，上記ヒータの挿入部の全域に渡って均一に接合強度が低下していく。即ち，従来のような局部的な強度低下がない。そのため，総合的に従来よりも高温強度を高めることができる。
【００１８】
上記のごとく，本発明によれば，ヒータと接続金具との連結部の同軸性に優れ，かつ，高温接続強度が高いグロープラグを提供することができる。
【００１９】
次に，請求項２の発明のように，上記接続金具の上記ヒータ連結部は，ストレート管であることが好ましい。即ち，上記ヒータ連結部は，その先端から後端まで内径及び外径がそれぞれ一定である，いわゆるストレート管であることが好ましい。これにより，容易に上記クリアランスの一定化を図ることができる。また，ストレート管であるため，その全域にわたって熱膨張量を同等にすることができ，さらに確実に接合力の均一化，即ち高温時の強度低下の軽減を図ることができる。
【００２０】
また，請求項２の発明のように，上記接続金具の上記ヒータ連結部の先端には，外周側から内周側に向かって後退したテーパ部を設けてあることが好ましい。この場合には，グロープラグの製造過程におけるヒータと接続金具との仮組み時において，その組み付け性を向上させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかるグロープラグにつき，図１，図２を用いて説明する。
本例のグロープラグ１は，図１に示すごとく，ハウジング６と，ハウジング６内に嵌挿したセラミック製のヒータ２と，ヒータ２の上端部に向けてハウジング６内に挿入した通電用の中軸３と，ヒータ２と中軸３とを接続するための接続金具４とよりなる。
【００２２】
接続金具４は中軸３を連結するための中軸連結部４１とヒータ２を連結するためのヒータ連結部４２とを有している。
ヒータ２は，その上端側の挿入部２１をヒータ連結部４２内に挿入していると共にヒータ連結部４２にロウ接されている。
【００２３】
また，図２（Ｃ）に示すごとく，ヒータ２の挿入部２１の外周面２１１とヒータ連結部４２の内壁４２１との間のクリアランスＣは一定である。即ち，上記クリアランスＣは環状間隙を有しており，この環状間隙の厚み（幅）はヒータ２の半径方向において同じであり，またヒータ２の挿入部２１の外周面２１１とヒータ連結部４２の内壁４２１とは軸方向において平行である。
【００２４】
また，接続金具４のヒータ連結部４２は，図２（Ａ）に示すごとく，ストレート管により構成してあり，その内径及び外径をそれぞれ一定にしてある。
一方，ヒータ連結部４２に挿入するヒータ２の挿入部２１もストレートとし，その外径を一定にしてある。
【００２５】
また，接続金具４の中軸連結部４１は，図１に示すごとく，その内部に中軸３を挿入して外方からかしめてある。これにより，中軸３と接続金具４とは機械的に高い同軸性で連結されている。
また，図１に示すごとく，ヒータ２は金属スリーブ２８に挿入されていると共にこれにロウ接され，さらに金属スリーブ２８はハウジング６にロウ接されている。
【００２６】
また，図１に示すごとく，中軸３の上部３１は，ハウジング６の開口部６０から上方に突出している。開口部６０は，ブッシュ７２を介してナット７１を螺着することにより閉止されている。また，ハウジング６内において，中軸３とハウジング６との間には，径方向の位置決めを行うための絶縁リング７４が介設され，また該絶縁リング７４の上方には，ガラスからなる絶縁体７３が配設されている。
【００２７】
次に，上記のグロープラグ１を製造するに当たっては，まずヒータ２と接続金具４とをロウ接する。
具体的には，図２（Ａ）（Ｂ）に示すごとく，ヒータ２の挿入部２１に接続金具４のヒータ連結部４２を被せると共に，ヒータ２の挿入部２１の上部にロウ材８を載置して加熱することにより行う。これにより，図２（Ｃ）に示すごとく，ロウ材８が溶けてヒータ２と接続金具４との間のクリアランスに浸入し，その後冷却されることによりロウ接が行われる。
【００２８】
これにより，ヒータ２と接続金具４とを連結した部材が得られる。得られた部材におけるヒータ２と接続金具４との間のクリアランスＣ（図２（Ｃ））は，その全域にわたって一定となっている。また，ヒータ２と接続金具４とのロウ接の際には，同時にヒータ２と金属スリーブ２８とのロウ接も行う。
【００２９】
次いで，接続金具４の中軸連結部４１内に中軸３の下端の小径部３２を挿入し，中軸連結部４１を外方からかしめることにより，接続金具４と中軸３とを連結する。次いで，一体となったヒータ２，接続金具４，中軸３をハウジング６内に組み込んで金属スリーブ２８とハウジング６の内壁とをロウ接する。
次いで，上記の絶縁リング７４，絶縁体７３，ブッシュ７２，ナット７１等を配設することにより，グロープラグ１が得られる。
【００３０】
次に，本例における作用効果につき説明する。
本例のグロープラグ１においては，ヒータ２の挿入部２１と接続金具４のヒータ連結部４２とが，それぞれストレート形状であり，それらの間のクリアランスＣが一定である。
【００３１】
そのため，図２（Ｂ）に示すごとく，上記のヒータ２と接続金具４とのロウ接時において，これらの仮組みを同軸性高く行うことができる。
それ故，図２（Ｃ）に示すごとく，ロウ接後のヒータ２と接続金具４とは，高い同軸性を維持することができる。
【００３２】
また，クリアランスＣが一定であり，かつ接続金具４のヒータ連結部４２もヒータ２の挿入部２１もストレート形状である。そのため，温度変化が起こった場合のヒータ連結部４２及び挿入部２１は，それぞれいずれの場所においても同様に熱膨張し，クリアランスＣに偏りも発生しない。
それ故，高温になった際のヒータ２と接続金具４とのロウ接部分の接続強度は，局部的に大きく低下することがなく，従来よりも高い強度を維持することができる。
【００３３】
実施形態例２
本例においては，図３に示すごとく，実施形態例１の接続金具４のヒータ連結部４２の先端に，その外周側から内周側に向かって後退したテーパ部４３を設けた。その他は，実施形態例１と同様である。
【００３４】
この場合には，上記実施形態例１の効果を保持したまま，ヒータ２と接続金具４との組み付け性を向上させることができる。
つまり，ヒータ２と接続金具４とをロウ接する際には，まず上記のごとく仮組みを行う（図２（Ａ）（Ｂ））。このとき，従来であれば，前述した図９に示すごとく，接続金具の先端の曲率半径Ｒによる広がりを設けてあるので，その仮組み時の同軸性はともかく，その作業性は非常に良好である。
【００３５】
これに対し，実施形態例１の場合には，仮組み時の同軸性は従来よりも格段に向上させることができる一方，仮組み作業の作業性が従来よりも悪化する。
本例は，この点を改善したものであり，上記テーパ部４３を設けることにより，接続金具４へのヒータ２の挿入作業を非常に容易にすることができる。
その他，実施形態例１と同様の効果が得られる。
【００３６】
実施形態例３
本例においては，図４に示すごとく，グロープラグにおける接続金具とヒータとを連結した試料を準備し，その連結部分の同軸性を測定した。
準備した試料は，図４（Ａ）に示すごとく，従来例における接続金具を用いたもの（試料Ｎｏ．Ｃ１），図４（Ｂ）に示すごとく，実施形態例１における接続金具を用いたもの（試料Ｎｏ．Ｅ１），図４（Ｃ）に示すごとく，実施形態例２における接続金具を用いたもの（試料Ｎｏ．Ｅ２）の３種類である。
【００３７】
同軸性の測定は次のように行った。即ち，図５（Ａ）に示すごとく，まずヒータ２の外周（金属スリーブ２８の外周）を回転具９７に固定する。また，接続金具の先端にダイヤルゲージ９８を押し当てておく。そして，ヒータ２の軸芯を中心として回転させ，上記ダイヤルゲージ９８によりその振れ量を測定した。
測定は，各試料を約１００本ずつ準備して行った。そして，その振れ量のばらつき範囲及び平均値を求めた。
【００３８】
測定結果を図５（Ｂ）に示す。同図には，横軸に振れ幅をとり，その最大値（ｍａｘ），最小値（ｍｉｎ），平均値（ａｖｅ）をプロットした。
同図より知られるごとく，試料Ｎｏ．Ｃ１は，非常にふれ幅が大きく，その平均値も１．０ｍｍを超えており，同軸性が非常に悪いことがわかる。
これに対し，試料Ｎｏ．Ｅ１，Ｅ２は，いずれも振れ量の最大値（ｍａｘ）においても１．０ｍｍ未満であり，その平均値は０．５ｍｍ以下となり，非常に優れた同軸性を示すことがわかった。
【００３９】
さらに，本例においては，図６（Ａ）に示すごとく，上記各試料の接続金具４に中軸３を連結し，同軸性の測定を行った。接続金具４と中軸３との連結は，いずれの試料も実施形態例１に示したごとく，中軸３の小径部３２を接続金具４の中軸連結部４１に挿入し，該中軸連結部４１を外方からかしめることにより行った。
そして，上記の試料Ｎｏ．Ｅ１に中軸を連結したものを試料Ｎｏ．Ｅ１１とし，試料Ｎｏ．Ｅ２は試料Ｎｏ．Ｅ２１，試料Ｎｏ．Ｃ１は試料Ｎｏ．Ｃ１１とした。
【００４０】
測定は，上記の場合と基本的に同様に行い，図６（Ａ）に示すごとく，ダイヤルゲージ９８の当接位置を中軸３の上部３１に変更した。
測定結果を図６（Ｂ）に示す。同図より知られるごとく，試料Ｎｏ．Ｃ１１は，非常にふれ幅が大きく，その平均値も２．０ｍｍを超えており，同軸性が非常に悪いことがわかる。
【００４１】
これに対し，試料Ｎｏ．Ｅ１１，Ｅ２１は，いずれも振れ量の最大値（ｍａｘ）においても２．０ｍｍ未満であり，その平均値は約１ｍｍ以下となり，非常に優れた同軸性を示すことがわかった。
上記の測定結果から，本発明の接続金具とヒータとのロウ接部分の構造は，ヒータから中軸までの同軸性に対して非常に有利であることがわかる。
【００４２】
実施形態例４
本例においては，図７に示すごとく，ヒータと接続金具のロウ接部分の接続強度を，温度を変えて測定した。
測定に供した試料は，実施形態例３における各試料Ｎｏ．Ｅ１，Ｅ２，Ｃ１の３種類である。
【００４３】
また，接続強度は，ロウ接したヒータと接続金具を所定の試験温度において両側から引っ張り，ヒータが接続金具から引き抜けた際の強度，即ち引抜き強度（ｋｇｆ）により測定した。
また，測定は，各試料とも，各試験温度において４個ずつ行った。
【００４４】
測定結果を図７に示す。同図は，横軸に試験温度をとり，縦軸に引抜き強度をとった。
同図より知られるごとく，いずれの試料も温度の上昇に従い引抜き強度が低下したが，試料Ｎｏ．Ｃ１に比べ，試料Ｎｏ．Ｅ１，Ｅ２の低下率は低かった。即ち，試料Ｎｏ．Ｅ１，Ｅ２は，高温においても，従来よりも高い強度を示した。
【００４５】
試料Ｎｏ．Ｃ１の強度が特に低かった理由は次のように考えられる。即ち，接続金具の下端側は，大きく外方へ広げてその径を大きくしているため（図９），上方の径の小さい部分よりも，同一温度により膨張する絶対量が大きくなる。そのため，接続金具とヒータとの間のクリアランスは，下端側の方が大きく変化し，その分下端側の接続強度が極端に低下するためであると考えられる。
【００４６】
一方，試料Ｎｏ．Ｅ１，Ｅ２は，Ｃ１の場合のような熱膨張量差が発生しないので上記の優れた結果が得られたと考えられる。
上記の結果から，本発明の接続金具とヒータとのロウ接部の構造は，これらの高温時における接続強度を従来よりも格段に向上させることができることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１のグロープラグの構造を示す説明図。
【図２】実施形態例１における，ヒータと接続金具とのロウ接手順を示す説明図。
【図３】実施形態例２における，接続金具の断面図。
【図４】実施形態例３における，（Ａ）従来品，（Ｂ）本発明品（Ｅ１），（Ｃ）本発明品（Ｅ２），の試験材をそれぞれ示す説明図。
【図５】実施形態例３における，（Ａ）試験方法を示す説明図，（Ｂ）試験結果を示す説明図。
【図６】実施形態例３における，（Ａ）他の試験方法を示す説明図，（Ｂ）試験結果を示す説明図。
【図７】実施形態例４における，高温時における接続強度の変化を示す説明図。
【図８】従来例のグロープラグの構成を示す説明図。
【図９】従来例における，ヒータと接続金具とのロウ接部分を示す説明図。
【図１０】従来例における，不具合を示す説明図。
【図１１】従来例における，不具合を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．グロープラグ，
２．．．ヒータ，
２１．．．挿入部，
２１１．．．外周面，
３．．．中軸，
４．．．接続金具，
４１．．．中軸連結部，
４２．．．ヒータ連結部，
４２１．．．内壁，
４３．．．テーパ部，
６．．．ハウジング，

Claims (2)

1. ハウジングと，該ハウジング内に嵌挿したセラミック製のヒータと，該ヒータの上端部に向けてハウジング内に挿入した通電用の中軸と，上記ヒータと上記中軸とを接続するための接続金具とよりなるグロープラグにおいて，
   上記接続金具は管状であると共に上記中軸を連結するための中軸連結部と上記ヒータを連結するためのヒータ連結部とを有しており，
   上記中軸連結部は，その内部に中軸を挿入して外方からかしめてあり，
   上記ヒータは，その上端側の挿入部を上記ヒータ連結部内に挿入していると共に該ヒータ連結部にロウ接されており，
   かつ，上記ヒータの上記挿入部の外径は一定であると共に上記ヒータ連結部の内径は一定となっており，上記ヒータの上記挿入部の外周面と上記ヒータ連結部の内壁との間に形成される環状間隔がいずれの位置においても略同等の厚みを有しており，
   上記接続金具の上記ヒータ連結部の先端には，外周側から内周側に向かって後退したテーパ部を設けてあることを特徴とするグロープラグ。
2. 請求項１において，上記接続金具の上記ヒータ連結部は，ストレート管であることを特徴とするグロープラグ。

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