JP3835829B2

JP3835829B2 - セラミックグロープラグ

Info

Publication number: JP3835829B2
Application number: JP04047993A
Authority: JP
Inventors: 恵一竹島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1993-02-04
Filing date: 1993-02-04
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2021-10-18
Also published as: JPH06229551A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，ディーゼルエンジンのシリンダヘッド内を予熱するためのセラミックグロープラグであって，特にその電極軸下端部とリード線との抵抗溶接不良を防止することができるセラミックグロープラグに関する。
【０００２】
【従来技術】
セラミックグロープラグは，セラミックヒータと，電極軸とを接続するため，リード線を用いている。リード線と電極軸との接続性に優れたものとしては，例えば，該リード線の一端は電極軸と溶接され，他端はセラミックヒータと嵌合ろう付けされているものが知られている（特公平２─４３０９１号）。
また，自己制御型セラミックグロープラグとしては，螺旋状のリード線を用い，その一端の直線部分をシーズ抵抗体の接続ピンと抵抗溶接し，他端の密巻部をセラミックヒータと嵌合ろう付けするものが知られている（特開平３─２４７９１７号）。
なお，上記電極軸としては，シーズ抵抗体或いは中軸等が用いられる。
【０００３】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記いずれのセラミックグロープラグにおいても，リード線の断面積は，電極軸下端部の断面積より小さい。そのため，両者に用いる材質の選定如何によっては，抵抗溶接不良が発生するという問題がある。
本発明はかかる従来の問題点に鑑み，リード線と電極軸下端部との溶接部において，抵抗溶接不良が生じないセラミックグロープラグを提供しようとするものである。
【０００４】
【課題の解決手段】
本発明は，ハウジング内に上端部を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電極軸と，上記ヒータとニクロム、ニッケル基合金、オーステナイト系ステンレス鋼よりなる電極軸との間に介設され、Ｎｉ−Ｃｒ合金、純ニッケルからなるリード線とよりなるセラミックグロープラグにおいて，上記リード線はその上端部を電極軸の下端部に設けた電極軸下端部に対して抵抗溶接し，またリード線の下端部はヒータに電気的に接続してなり，かつ，上記リード線の比抵抗Ａに対する上記電極軸下端部の比抵抗Ｂの比抵抗比（Ｂ／Ａ）は１．２以上であることを特徴とするセラミックグロープラグにある。
【０００５】
本発明において最も注目すべきことは，上記リード線の比抵抗Ａに対する上記電極軸下端部の比抵抗Ｂの比抵抗比（Ｂ／Ａ）は１．２以上であることである。１．２未満の場合には，リード線の断面積が，電極軸下端部より断面積が小さいため，リード線の電気抵抗が相対的に大きくなる。そのため，溶接時に，発生熱量のバランスが悪くなり，溶接電力の条件幅（後記参照）が狭くなる。それ故，一定の溶接電力の維持が困難になり，リード線と電極軸下端部とを大量に溶接することが困難になる。
【０００６】
また，上記電極軸下端部の溶接断面積Ｐに対する上記リード線の溶接断面積Ｌの面積比（Ｌ／Ｐ）は，３〜３６％であることが好ましい。３％未満の場合には，リード線の断面積が電極軸下端部に対し小さくなりすぎ，溶接時の発生熱量のバランスが非常に悪化し，接続強度が低下するとともに，リード線自体の強度も不十分となる。
【０００７】
一方，３６％を越える場合は，溶接時の発生熱量は良くなり，溶接性は良い方向へ向かうがハウジング内径の寸法的制約から，電極軸下端部の断面積を小さくする必要がある。そのため，電極軸の製造コスト及び溶接時の作業性が悪化し，実用的ではなくなる。
ここに，電極軸下端部の溶接断面積Ｐとは，電極軸下端部の軸方向に垂直な断面積をいう。一方，リード線の溶接断面積Ｌとは，リード線の軸方向に垂直な断面積をいう。
【０００８】
上記電極軸下端部の溶接部は，通常は平坦状であるが，電極軸下端部の溶接部は，上記リード線の一部を嵌合させるためにＶ状，Ｕ状の溝形状とすることもできる。
電極軸下端部は，電極軸と一体的に製作しても良い。また，電極軸下端部のみ別の材質で製作し，電極軸にカシメ，圧入等でつないでも良い。
上記電極軸下端部としては，ニクロム，ニッケル基合金，オーステナイト系ステンレス鋼等を用いることが好ましい。
上記リード線としては，Ｎｉ−Ｃｒ合金，純ニッケル等を用いることが好ましい。
【０００９】
上記リード線と電極軸下端部とを溶接するに当たっては，電極軸下端部の溶接部の上にリード線の溶接部を接触させ，更に該リード線の溶接部の上に抵抗溶接用電極の先端面を接触させる。また，上記電極軸下端部における溶接部の反対側には，一方の抵抗溶接用電極の先端面を接触させる。
そして，両抵抗溶接用電極間に高圧電流を流し，直線部分と電極軸下端部とを抵抗溶接する。
【００１０】
上記溶接時における溶接可能範囲の条件幅は，±５％以上が好ましい。この場合には，電極軸下端部とリード線とを効率良く抵抗溶接することができ，セラミックグロープラグを量産することができる。
その理由は，量産時には，溶接装置の設定条件の再現性，溶接部の表面状態，寸法バラツキにより溶接状態がばらつくが，条件幅で±５％の可能範囲があれば，上記バラツキを吸収できることが経験的に判っているからである。
【００１１】
また上記条件幅とは，以下の式により算出された値である。

【００１２】
【作用及び効果】
本発明のセラミックグロープラグにおいては，上記比抵抗Ｂの比抵抗比（Ｂ／Ａ）が１．２以上である。そのため，リード線の断面積が電極軸下端部の断面積より小さくても，抵抗値としては近似値を示し，溶接時の発熱バランスが良く，溶接条件幅が広くなる。
従って，リード線と電極軸下端部とを安定した状態で，確実に溶接することができる。
従って，本発明によれば，リード線と電極軸下端部との溶接部において，抵抗溶接不良が生じないセラミックグロープラグを提供することができる。
【００１３】
【実施例】
実施例
本発明の実施例にかかる，自己制御型のセラミックグロープラグについて，図１〜図６を用いて説明する。
本例のセラミックグロープラグ９は，図１に示すごとく，ハウジング９１内に上端部８２を嵌挿したセラミック製のヒータ８と，該ヒータ８の上端部８２に向けてハウジング内に挿入した電極軸としてのシーズ抵抗体７と，該シーズ抵抗体７とヒータ８との間に介設したリード線１とよりなる。
ヒータ８は，エンジンのシリンダヘッドを加熱するためのヒータ先端部８１を有する。
【００１４】
上記シーズ抵抗体７の下端部には，電極軸下端部としての接続ピン７１が設けられている。電極軸下端部は，本体部分よりも小さい直径を有する。接続ピン７１は，図２，図３に示すごとく，その両側面に，かしめにより形成した溶接部７１１及び平坦部７１２を有する。
リード線１の比抵抗Ａに対する接続ピン７１の比抵抗Ｂの比抵抗比（Ｂ／Ａ）は２．７である。
【００１５】
上記リード線１としては，Ｎｉ−２ｗｔ％Ｃｒ合金を用い，その比抵抗Ａは４０μΩ・ｃｍである。上記接続ピン７１としては，ニクロムを用い，その比抵抗Ｂは１０８μΩ・ｃｍである。
【００１６】
また，リード線１は，図１に示すごとく，その上端部の溶接部１１と，下端部の密巻部１２と，その間に設けた粗巻部１０とよりなる。
そして，リード線１の溶接部１１は，図２に示すごとく，上記接続ピン７１の溶接部７１１に，その軸線に沿って，抵抗溶接されている。
上記接続ピン７１の溶接部７１１の溶接断面積Ｐに対するリード線１の溶接部１１の溶接断面積Ｌの面積比Ｌ／Ｐは，６．３％である。
【００１７】
また，図１に示すごとく，リード線１の粗巻部１０は，上記接続ピン７１を離れた部分から下方へ向かって，ヒータ８の上端部８２に接する間にあり，螺旋状に巻回されている。
上記リード線１の密巻部１２は，ヒータ８の上端部８２の外周に嵌合され，両者はロウ接されている。
【００１８】
リード線１は，使用時の耐久性等のため抗張力３０ｋｇ／ｍｍ²以上，組付時の作業性から硬度ＨＢ８０以上である。また，リード線１の直径は０．４〜１．２ｍｍの範囲にある。
上記接続ピン７１の溶接部７１１及び平坦部７１２と，リード線１の溶接部１１とは，平坦状である。溶接部７１１と平坦部７１２とは，互いに対面する位置に形成してある。
【００１９】
接続ピン７１における，溶接部７１１及び平坦部７１２を形成する前の直径は２〜４ｍｍの範囲にある。また，接続ピン７１は，リード線１との融点の差が２００℃以下である。
シーズ抵抗体７の直径は，ハウジング９１の内部径より若干小さな直径である。該シーズ抵抗体７は，ハウジング９１の一端において支持されている。
また，ヒータ８，金属スリーブ９２，ハウジング９１の間はそれぞれロウ接されている。
【００２０】
リード線１と接続ピン７１とを溶接するに当たっては，図２に示すごとく，接続ピン７１の溶接部７１１の上に溶接部１１を接触させ，更に該溶接部１１上に抵抗溶接用電極６１の先端面を接触させる。
また，上記接続ピン７１の平坦部７１２には，一方の抵抗溶接用電極６２の先端面を接触させる。
そして，両抵抗溶接用電極６１，６２間に，５．０ｋｗの高圧電流を５ミリ秒間流し，溶接部１１と接続ピン７１とを抵抗溶接する。このとき，電流は図２の矢印６０の方向へ流れる。
【００２１】
本例の作用効果について説明する。
本例のセラミックグロープラグ９においては，上記比抵抗比（Ｂ／Ａ）が
である。そのため，リード線１の断面積が接続ピン７１の断面積より小さくても，抵抗値としては近似値を示し，溶接時の発熱バランスが良く，溶接条件幅が広くなる。
従って，リード線１と接続ピン７１とを安定した状態で，確実に溶接することができる。
【００２２】
また，図２に示すごとく，シーズ抵抗体７の接続ピン７１とリード線１の溶接部１１との抵抗溶接時には，該接続ピン７１の溶接に上記溶接部１１が接触した状態にある。
そのため，抵抗溶接電流は，図２に矢印６０で示すごとく流れ，従来のごとく分流を生じない。それ故，両者は溶接部１１において確実に安定して抵抗溶接される。
【００２３】
また，リード線上端部の溶接部１１は，接続ピン７１の軸線に沿って抵抗溶接されている。そのため，シーズ抵抗体７の接続ピン７１に対して直線状に密接し，従来の密巻部嵌合のごとくシーズ抵抗体７との間に隙間を生じない。それ故，抵抗溶接も完全である。
【００２４】
また，セラミックグロープラグ使用時に温度変化に伴ってシーズ抵抗体７が軸方向の膨張，収縮を生じても，この溶接部１１には何らの影響もなく，膨張，収縮に対しては，リード線１の粗巻部１０で吸収される。それ故，従来のごとく溶接部１１を支点とする繰り返し応力の発生もない。また，そのため溶接部１１の剥離，溶接部１１の折損も生じない。
【００２５】
また，本例のセラミックグロープラグにおいては，図５に示すごとく，シーズ抵抗体に代えて，ハウジング９１の後端側から突出して端子電極となる中軸７０を用い，その下端に中軸下端部７１０を形成し，リード線１を溶接する構成とすることもできる。
【００２６】
この場合，中軸下端部７１０は電極軸下端部に相当するが，図４に示すごとく中軸７０と一体的に製作しても良いし，図３に示すごとく中軸下端部７１０のみ別の材質で製作し，カシメ圧入等でつないでも良い。
また，図６に示すごとく，リード線１を，図１に示した螺旋状体に代えて，直線形状となし，該リード線１の一端を，ヒータ８の上端に設けられたキャップ２０に装着することもできる。
【００２７】
実験例１
本例においては，上記実施例にかかるセラミックグロープラグについて，溶接可能電力を測定した。上記セラミックグロープラグの接続ピンとリード線との材質及びその比抵抗を表１に示す。
上記測定に際しては，接続ピン７１とリード線１との溶接時の電力の大きさを種々に変化させた。
【００２８】
尚，比較のために，表１に示すごとくリード線の材質をニクロム，接続ピンの材質としてＳ１５Ｃ（炭素鋼）を用いたセラミックグロープラグを比較例とし，上記測定に供した。
そして，測定結果を図７に示す。
【００２９】
同図より知られるように，実施例では，溶接電力４〜６ｋｗと比較的広範囲で溶接可能であった。この範囲は，溶接後，リード線を軸方向に引張ったとき，母材切れを生じず，かつリード線側に亀裂が発生しない範囲で，優れた抵抗溶接状態を示すものである。
【００３０】
そして，４ｋｗ未満では溶接強度が不足して溶接部に亀裂が発生した。６ｋｗを越えた場合には，リード線に亀裂が発生した。
また，接続ピンには比抵抗の大きいニクロムを用いたため，抵抗溶接時の溶接電流により，接続ピンが，加熱され，溶接界面で，一部溶融していた。
【００３１】
一方，比較例では，３．５〜３．８ｋｗと狭い範囲でのみ溶接可能であった。３．５ｋｗ未満，或いは３．８ｋｗを越えた場合には，上記実施例と同様の支障を来した。
尚，この比較例では，接続ピンには比抵抗の小さい材質を用いたために，溶接電流による溶融は認められなかった。
【００３２】
【表１】

【００３３】
実験例２
本例においては，リード線の比抵抗（Ａ）に対する接続ピンの比抵抗（Ｂ）の比抵抗比（Ｂ／Ａ）を種々に変えて，溶接可能範囲の条件幅を調査した。その結果を図８に示す。
同図より，比抵抗比が高くなるに従って条件幅が広くなることが分かる。
【００３４】
ここで，接続ピンとリード線とを，効率良く，確実に抵抗溶接できる，量産可能な条件幅は±５％以上必要である。
そのためには，同図より知られるごとく，比抵抗比を１．２以上となるように，リード線よりも接続ピンの比抵抗を高くする必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のセラミックグロープラグの断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面に相当する溶接時の説明図。
【図３】実施例にかかる，接続ピンとリード線との溶接前における状態を示す，要部拡大斜視図。
【図４】実施例にかかる，他のセラミックグロープラグの中軸下端部斜視図。
【図５】実施例にかかる，他のセラミックグロープラグの断面図。
【図６】実施例にかかる，更に他のセラミックグロープラグの断面図。
【図７】実験例１にかかる，溶接可能な溶接電力範囲を示す説明図。
【図８】実験例２にかかる，比抵抗比と条件幅との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１．．．リード線，
１１．．．リード線の溶接部，
６１，６２．．．抵抗溶接用電極，
７．．．シーズ抵抗体，
７１．．．接続ピン，
７１１．．．接続ピンの溶接部，
８．．．ヒータ，
８２．．．上端部，
９．．．セラミックグロープラグ，
９１．．．ハウジング，

Claims

ハウジング内に上端部を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電極軸と，上記ヒータとニクロム、ニッケル基合金、オーステナイト系ステンレス鋼よりなる電極軸との間に介設され、Ｎｉ−Ｃｒ合金、純ニッケルからなるリード線とよりなるセラミックグロープラグにおいて，上記リード線は、その上端部を電極軸の下端部に設けた電極軸下端部に対して抵抗溶接し，またリード線の下端部はヒータに電気的に接続してなり，かつ，上記リード線の比抵抗Ａに対する上記電極軸下端部の比抵抗Ｂの比抵抗比（Ｂ／Ａ）は１．２以上であることを特徴とするセラミックグロープラグ。
請求項１において，上記電極軸下端部の溶接断面積Ｐに対する上記リード線の溶接断面積Ｌの面積比（Ｌ／Ｐ）は，３〜３６％であることを特徴とするセラミックグロープラグ。