JP4623645B2 - Glow plug - Google Patents
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Description
本発明は、ディーゼルエンジンの予備加熱や、液体、気体等の加熱に使用されるグロープラグに関する。 The present invention relates to a glow plug used for preliminary heating of a diesel engine and heating of liquid, gas, and the like.
従来からグロープラグは有底筒状の金属管の先端部に発熱コイルを収容してヒータを構成したメタルグロープラグや、絶縁性セラミックをヒータの基体とし、その内部に導電性セラミックからなる発熱体を埋設したセラミックヒータを採用したセラミックグロープラグ等、様々な形体が存在する。これらのグロープラグは、いずれもディーゼルエンジンの予備加熱等に使用されており、従来ではヒータ先端部の発熱部を副燃焼室へ突出させた形態でエンジンに取り付けられて使用されていた。 Conventionally, glow plugs are metal glow plugs in which a heating coil is housed in the tip of a cylindrical metal tube with a bottom, and a heater, and a heating element comprising an insulating ceramic as a base of the heater and a conductive ceramic inside. There are various shapes such as a ceramic glow plug that employs a ceramic heater embedded with a ceramic heater. These glow plugs are all used for preheating of a diesel engine and the like, and are conventionally used by being attached to the engine in a form in which a heat generating portion at the tip of the heater protrudes into the auxiliary combustion chamber.
特に近年では、エンジンの高性能化による高温耐久性の要望から上記のグロープラグの中でもセラミックグロープラグの需要が高くなっている。 Particularly in recent years, the demand for ceramic glow plugs among the above glow plugs is increasing due to the demand for high-temperature durability due to higher performance of engines.
このようなセラミックグロープラグは例えば図7に示すように、セラミックヒータ130と、エンジンヘッドへ取り付けるためのねじ部を備えた主体金具110と、前記セラミックヒータ130を圧入保持する外筒160と、前記セラミックヒータ130へ外部からの電力を供給するピン端子170、中軸120及びリードコイルRCと、前記中軸120と前記主体金具110との絶縁を確保する絶縁部材140と、その絶縁部材140に押圧され、前記主体金具110内の気密を保つOリング150等を備えている(特許文献1参照)。
For example, as shown in FIG. 7, such a ceramic glow plug includes a
上記構成を備えるグロープラグは、グロープラグ後端のピン端子170に図示しないバッテリーから電力を供給するコードが接続される。そして、その電力は中軸120、セラミックヒータ130、外筒160、主体金具110、そして、エンジンヘッドへと接地され導通する。この構成のグロープラグは、エンジンの燃焼によって燃焼室からの燃焼圧力が軸線方向後端に向かってセラミックヒータ130に作用した場合にも、上記リードコイルRCがその応力を緩和することができ、セラミックヒータ130や中軸120の破壊若しくは損傷を防ぐことができる。
In the glow plug having the above configuration, a cord for supplying power from a battery (not shown) is connected to the
ところで、上記リードコイルRCに替わって図7(b)に示すようなリング部材121により、中軸120とセラミックヒータ130とを直接、機械的に剛に接続する構成もある。この構成とすれば、グロープラグの細径化(特に主体金具のねじ部径がM8以下とするような場合)のために、このリング部材121肉厚を薄くしても所定の断面積が得られることから、ヒータ130を段付形状にすることなく、主体金具110との間隙を確保し、絶縁性を保つことができると記載されている(特許文献2参照)。
しかしながら上記特許文献2の様な構成であると、特許文献1の構成では問題とならなかったことが顕在化する。それは、上記発熱体が特にセラミックヒータである場合、燃焼室からの燃焼圧力がセラミックヒータに作用すると、従来のリードコイルのような応力を緩和する構成ではないために、セラミックヒータが破壊若しくは損傷してしまう虞がある。
However, with the configuration as described in Patent Document 2, it becomes apparent that the configuration of
また一方では次のような問題もある。セラミックヒータと中軸とが機械的に剛に接続されているため、ピン端子等からなる端子部に接続されたコードが振動したときに、コードの重さやピン端子の重さによる力が中軸に作用するため、中軸を折損してしまうことが生じ得る。 On the other hand, there are the following problems. Since the ceramic heater and the middle shaft are mechanically rigidly connected, when the cord connected to the terminal section consisting of pin terminals vibrates, the force due to the weight of the cord and the weight of the pin terminal acts on the middle shaft. Therefore, the middle shaft may be broken.
さらにこのようなグロープラグは、製造過程において中軸とリング部材との接合を同軸状にすることが容易ではなく、図8(a)に示すように中軸がリング部材及びセラミックヒータに対して傾いてしまうことがある。特にこの現象は上記の溶接がレーザ溶接によって接合する際に顕著である。レーザ溶接は中軸とリング部材とが嵌め合わされた部分にその周囲からレーザを照射して溶接する方法であるので、その溶接の際には、中軸とリング部材とを一体にして回転させるか若しくはレーザの照射口を回転させている。いずれの方法にしても、中軸とリング部材との溶接はある1点から開始され、順次周回状に溶接されていくので、その溶接の最中に両者の軸線Oが傾いた状態で溶接されてしまうことがある。 Further, in such a glow plug, it is not easy to make the joint between the center shaft and the ring member coaxial in the manufacturing process, and the center shaft is inclined with respect to the ring member and the ceramic heater as shown in FIG. It may end up. This phenomenon is particularly prominent when the above welding is joined by laser welding. Laser welding is a method of welding by irradiating a laser beam from the periphery to a portion where the center shaft and the ring member are fitted, so that the center shaft and the ring member are rotated together or laser is welded. The irradiation port is rotated. In either method, the welding between the central shaft and the ring member starts from a certain point, and is sequentially welded in a circular shape. Therefore, during the welding, the two axes O are welded in an inclined state. It may end up.
このように接合が同軸状でないまま組み付けられてしまうと、中軸とリング部材及びセラミックヒータのそれぞれの部材の同軸度はずれ、傾いてしまう。その場合、主体金具との組み付けの際にはそれぞれの部材同士が同軸状となるように中軸の傾きを強制する方向、即ち中軸に垂直な方向に応力(中軸矯正力F)をかけながら組み付ける必要が生じる(図8(b))。このように組み付けると、中軸の傾きを強制する力Fは中軸のみならずセラミックヒータにも作用してしまうため、製造過程においてもセラミックヒータの折損や破壊を招来してしまう問題が生じる。 If the joints are assembled without being coaxial, the coaxiality between the central shaft, the ring member, and the ceramic heater is shifted and tilted. In that case, when assembling with the metal shell, it is necessary to assemble while applying stress (medium axis correction force F) in the direction forcing the inclination of the central axis, that is, the direction perpendicular to the central axis so that the respective members are coaxial. (FIG. 8B) occurs. When assembled in this manner, the force F forcing the inclination of the central axis acts not only on the central axis but also on the ceramic heater, and thus there arises a problem that the ceramic heater is broken or broken in the manufacturing process.
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、リング部材によりセラミックヒータと中軸とを接続する構成であり、製造過程や使用中に力がグロープラグに作用しても、セラミックヒータや中軸の損傷を防ぐことができるグロープラグを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and has a configuration in which a ceramic heater and an intermediate shaft are connected by a ring member, and even if a force acts on a glow plug during a manufacturing process or use, the ceramic heater Another object of the present invention is to provide a glow plug that can prevent damage to the center shaft.
上記の目的を達成するために請求項1に記載したグロープラグは、
自身の先端側内部に通電されることによって発熱する発熱体を収容した軸線方向に延在する棒状のセラミックヒータと、
軸孔を有し、前記セラミックヒータの後端部を該軸孔内に収容するとともに該軸孔内にて直接又は他部材を介して前記セラミックヒータを保持する筒状の主体金具と、
中軸であって、
自身の後端に直接又は他部材を介して外部より電力が供給される端子部を構成する中軸後端部と、
自身の先端に前記セラミックヒータの後端部が嵌合する小径穴をヒータ接続部として形成された中軸先端部と
を有する中軸と、
を備え、前記ヒータ接続部に前記セラミックヒータが機械的に剛に嵌合したグロープラグであって、
前記中軸は、前記ヒータ接続部と前記中軸後端部との間において最も径小となる応力緩和部が形成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the glow plug according to
A rod-shaped ceramic heater extending in the axial direction that contains a heating element that generates heat when energized inside its tip side;
A cylindrical metal shell that has a shaft hole, accommodates the rear end portion of the ceramic heater in the shaft hole, and holds the ceramic heater directly or through another member in the shaft hole;
The middle axis,
A central shaft rear end portion constituting a terminal portion to which electric power is supplied from the outside directly to the rear end of itself or via another member;
A central shaft having a small-diameter hole into which the rear end portion of the ceramic heater is fitted at the front end thereof as a heater connecting portion;
A glow plug in which the ceramic heater is mechanically rigidly fitted to the heater connecting portion,
The middle shaft is characterized in that a stress relaxation portion having a smallest diameter is formed between the heater connecting portion and the rear end portion of the middle shaft.
また、本発明のグロープラグの第2の構成は、
前記ヒータ接続部は、リング部材と該リング部材の内側に嵌合する中軸嵌合部とが接合してなることを特徴とする。
The second configuration of the glow plug of the present invention is as follows.
The heater connection portion may formed by joining a shaft fitting portion in that match fit inside the ring member and the ring member.
セラミックヒータと中軸とがリング部材によって接続されるように機械的に剛になされていると、燃焼圧力によりセラミックヒータに作用する応力や外部から端子部に作用した応力、若しくは製造過程の中軸矯正力は、中軸−セラミックヒータ接合体の全体に作用することになる。これらの応力によるセラミックヒータや中軸の損傷を防ぐ構成が本発明の第1の構成である。即ち、応力緩和部を中軸に設けた事によって、この応力緩和部が屈曲して上記応力は緩和され、セラミックヒータが折損に至ることが無くなるようにしている。したがって、セラミックヒータや中軸の損傷の発生を低減ないしは抑制することが可能となる。 If the ceramic heater and the central shaft are mechanically rigid so that they are connected by a ring member, the stress acting on the ceramic heater due to the combustion pressure, the stress acting on the terminal from the outside, or the mid-axis correction force during the manufacturing process Acts on the entire middle shaft-ceramic heater assembly. A configuration for preventing damage to the ceramic heater and the central shaft due to these stresses is the first configuration of the present invention. That is, by providing the stress relaxation portion on the central shaft, the stress relaxation portion is bent to relieve the stress, and the ceramic heater is prevented from being broken. Therefore, it is possible to reduce or suppress the occurrence of damage to the ceramic heater and the center shaft.
また、本発明のグロープラグの第2の構成は、
前記中軸には前記ヒータ接続部と前記応力緩和部との間に該応力緩和部よりも径大の中軸先端径大部が形成されていることを特徴とする。
The second configuration of the glow plug of the present invention is as follows.
The middle shaft is characterized in that a middle shaft tip diameter larger portion than the stress relaxation portion is formed between the heater connecting portion and the stress relaxation portion.
このように中軸嵌合部の後端側に径大の中軸先端径大部を設けることによって、特にリング部材を使用して中軸とセラミックヒータとを使用している場合に次の効果を奏する。応力緩和部、即ち屈曲する部分をリング部材と嵌合した部位から遠ざけることができるので、中軸の屈曲する部分がリング部材と嵌合した部位に近いときに生じるリング部材の変形による中軸嵌合部との接合はずれを回避することができる。 Thus, by providing the large-diameter middle shaft tip diameter large portion on the rear end side of the middle shaft fitting portion, the following effects can be obtained particularly when the ring shaft is used and the middle shaft and the ceramic heater are used. Since the stress relieving part, that is, the bent part can be moved away from the part fitted with the ring member, the middle shaft fitting part due to deformation of the ring member that occurs when the bent part of the middle shaft is close to the part fitted with the ring member It is possible to avoid misalignment of the joint.
ところで、中軸嵌合部はリング部材に圧入や溶接されることによってリング部材との接合がなされるが、接合の際に両者の当接する部位の長さ(以下、接合長という)が一定でないと次のような問題が生じる。例えば、接合長が短く、不足してしまうと、中軸に応力が掛かった際にリング部材と中軸との接合がはずれてしまい導通を確保できなくなってしまう虞がある。一方、圧入長さが過大となると、圧入時や燃焼圧力が作用したときにセラミックヒータの後端面を中軸の先端面が押圧してしまい、セラミックヒータの損傷を招いたり、ヒータのリード部材同士が短絡してしまい、ヒータとして作用しなくなる虞がある。 By the way, the center shaft fitting part is joined to the ring member by being press-fitted or welded to the ring member. However, the length of the part where both abut at the time of joining (hereinafter referred to as the joining length) is not constant. The following problems occur. For example, if the joining length is short and insufficient, joining between the ring member and the middle shaft may be lost when stress is applied to the middle shaft, and conduction may not be ensured. On the other hand, if the press-fitting length is excessive, the tip end surface of the central shaft presses the rear end face of the ceramic heater when press-fitting or when combustion pressure is applied, causing damage to the ceramic heater, There is a risk of short-circuiting and no longer functioning as a heater.
そこで本発明のグロープラグの第3の構成は、
前記中軸嵌合部よりも径大の中軸先端径大部を有し、該中軸先端径大部と前記中軸嵌合部との間に前記リング部材の後端面が当接する位置決め端面が形成されていることを特徴とする。
Therefore, the third configuration of the glow plug of the present invention is as follows.
A positioning end surface that has a middle shaft tip diameter larger portion than the middle shaft fitting portion, and a rear end surface of the ring member abuts between the middle shaft tip diameter large portion and the middle shaft fitting portion is formed. It is characterized by being.
このように、位置決め端面が形成されることによって、リング部材と接合する中軸嵌合部の接合長は所定の寸法を確保することが可能となる。したがって、接合長に過不足が生じず、製造過程においてリング部材と中軸との両者を容易に位置決めし、接合することが可能となる。 Thus, by forming the positioning end face, it becomes possible to secure a predetermined dimension for the joining length of the middle shaft fitting portion joined to the ring member. Therefore, there is no excess or deficiency in the joining length, and both the ring member and the central shaft can be easily positioned and joined in the manufacturing process.
なお、リング部材を中軸と接合するときは、前記リング部材のうち、前記中軸先端径大部に隣接する部位の外径は、該中軸先端径大部の外径と略同一とするとよい。両者の接合部においてその外径が変化してしまうと、外径が変化した部分に応力が集中して作用してしまい接合がはずれてしまう虞がある。両者の接合部を略同一とすることによってこの問題を回避すると共に、特にこの接合をレーザ溶接とすると溶接強度を向上させることができるという効果も奏する。 When the ring member is joined to the middle shaft, the outer diameter of a portion of the ring member adjacent to the middle shaft tip diameter large portion is preferably substantially the same as the outer diameter of the middle shaft tip diameter large portion. If the outer diameter changes at the joint between the two, stress concentrates on the portion where the outer diameter has changed and the joint may be disconnected. By making the joint portions of the two substantially the same, this problem can be avoided, and particularly when this joint is laser-welded, the welding strength can be improved.
また、前記リング部材は、軸線方向のいずれの部位においてもその外周面が同一の外径を有することが望ましい。リング部材は自身の内周面ではセラミックヒータを保持し、かつ、主体金具の軸孔内部に収容されているため、主体金具等の肉厚と比較すると薄肉の構成とせざるを得ない。このように薄肉のリング部材の外周面が軸線方向において外径が変動する形態(例えば特許文献1に記載されたリング部材のように外径が変わる部分を有するもの)であると、外径が変わった部分に応力が集中してしまう。すると、その部分においてリング部材が破損してしまう虞がある。また、中軸との接合面積が小さくなってしまうので、その接合が溶接で行われている場合は、溶接による熱履歴のために接合部の強度が低下してしまっているので、やはり損傷してしまう可能性がある。接合が溶接ではなく、加締め等の場合であっても、接合面積が少ないことから抜けてしまう虞があることを鑑みれば上記のように構成することが望ましい。
Moreover, it is desirable that the outer peripheral surface of the ring member has the same outer diameter in any part in the axial direction. Since the ring member holds the ceramic heater on its inner peripheral surface and is accommodated in the shaft hole of the metal shell, the ring member has to be made thinner than the wall thickness of the metal shell. As described above, when the outer peripheral surface of the thin ring member has a form in which the outer diameter varies in the axial direction (for example, the ring member described in
ところで、本発明における応力緩和部は、中軸のいずれの位置に設けてもその効果を得ることは可能であるが、前記中軸の軸線方向の中点よりも先端側に形成することが特に望ましい。 By the way, although it is possible to obtain the effect even if the stress relaxation portion in the present invention is provided at any position of the central shaft, it is particularly desirable to form the stress relaxation portion at the tip side from the midpoint in the axial direction of the central shaft.
このように、応力緩和部を中軸のうち、セラミックヒータに近い部分に形成することによって、セラミックヒータと中軸との同軸度のずれがグロープラグとしての使用に問題ない程度で最大にずれてしまった場合でも、中軸が主体金具内孔に接触して短絡してしまうことを回避することができる。また、耐折損性の低いセラミックヒータの損傷をより効果的に防ぐことが可能となる。なお、中軸−セラミックヒータ接合体全体に応力がかかることを考慮すれば、この応力緩和部は中軸−セラミックヒータ接合体全長の中点を含んで形成されることが望ましい。 As described above, by forming the stress relaxation portion in the portion near the ceramic heater in the middle shaft, the deviation of the coaxiality between the ceramic heater and the middle shaft has been shifted to the maximum extent that there is no problem for use as a glow plug. Even in this case, it is possible to avoid the short-circuiting of the center shaft coming into contact with the inner hole of the metal shell. Moreover, it becomes possible to prevent damage to the ceramic heater having low breakage resistance more effectively. In consideration of the fact that stress is applied to the entire middle shaft-ceramic heater assembly, it is desirable that the stress relaxation portion be formed including the midpoint of the entire length of the middle shaft-ceramic heater assembly.
ところで、中軸後端部は中軸に燃焼圧力や振動による応力が作用したときに折損してしまうことを防止するために所定の外径を有している。そのため応力緩和部は中軸の後端部よりも径小となっている。この径小の応力緩和部と径大の中軸後端部とは両者の間に先端向き端面を形成して、両者の外径が突然変わるような構成であってもよいが、応力緩和部から後端へ向かって徐々に拡径する先端向き傾斜面を備えていることが望ましい。この構成とすれば、先端向き傾斜面を有することによって中軸に作用する応力による負荷は先端向き傾斜面に分散されることとなり、中軸やセラミックヒータの耐折損性を更に向上させることが可能となる。 Incidentally, the rear end portion of the middle shaft has a predetermined outer diameter in order to prevent breakage when stress due to combustion pressure or vibration acts on the middle shaft. Therefore, the stress relaxation portion is smaller in diameter than the rear end portion of the central shaft. The small-diameter stress relieving part and the large-diameter central axis rear end part may be configured such that an end-facing end surface is formed between the two and the outer diameters of both of them suddenly change. It is desirable to provide a tip-facing inclined surface that gradually increases in diameter toward the rear end. With this configuration, the load due to the stress acting on the center shaft is distributed to the tip-facing inclined surface by having the tip-facing inclined surface, and the breakage resistance of the center shaft and the ceramic heater can be further improved. .
また、同様に中軸の外径が突然変わることを避け、中軸に作用する応力による負荷を分散するために、前記応力緩和部の先端側に隣接し、軸線方向の先端へ向かって拡径する後端向き傾斜面を備える構成としてもよい。 Similarly, in order to avoid a sudden change in the outer diameter of the central shaft and to disperse the load due to the stress acting on the central shaft, it is adjacent to the distal end side of the stress relaxation portion and is expanded toward the distal end in the axial direction. It is good also as a structure provided with an end-facing inclined surface.
もちろん、上記先端向き傾斜面と後端向き傾斜面とを同時に備えることがより望ましいことは言うまでもない。なお、同時に備える場合には、前記中軸の先端向き傾斜面が軸線方向に対して成す鋭角の角度をα、前記中軸の後端向き傾斜面が軸線方向に対して成す鋭角の角度をβとしたとき、α<βの関係を満足することが望ましい。この構成とすることによって、応力緩和部は中軸の中点よりもセラミックヒータに近い部位に設けることが可能となるためである。また、中軸の中点よりも後端側が応力緩和部を含む先端側に対して太く、剛性の高い構造を実現することができるため、ピン端子やコードから振動によって中軸に応力が掛かった際も、中軸の折損をより効果的に回避することが可能となる。 Of course, it goes without saying that it is more desirable to simultaneously provide the front-facing inclined surface and the rear-facing inclined surface. In the case of simultaneous provision, α is an acute angle formed by the inclined surface facing the tip of the central axis with respect to the axial direction, and β is an acute angle formed by the inclined surface facing the rear end of the central shaft with respect to the axial direction. Sometimes, it is desirable to satisfy the relationship of α <β. This is because the stress relaxation portion can be provided in a portion closer to the ceramic heater than the midpoint of the central shaft. In addition, since the rear end side is thicker than the front end side including the stress relaxation part than the midpoint of the middle shaft, and a highly rigid structure can be realized, even when stress is applied to the middle shaft by vibration from the pin terminal or cord It is possible to more effectively avoid the breakage of the central shaft.
また、請求項12に記載するように応力緩和部の後端側を前述の先端向き傾斜面として形成した場合、グロープラグの気密性の観点から、主体金具内に配置されるOリングと先端向き傾斜面との位置関係は、Oリングが配置された位置よりも先端側部位までで先端向き傾斜面が完了されるように形成されていることが望ましい。この構成とすることで、気密を保持するためにOリングから中軸の外周面及び主体金具の内周面にかけられる面圧は、それぞれの当接面により等しく印加することが可能となる。
Further, when the rear end side of the stress relaxation portion is formed as the inclined surface facing the tip as described in
例えば主体金具の内周面と中軸の外周面との二面にOリングが当接して気密を保持する場合は、両面が平行に対向するように中軸を形成すればよく、また、主体金具の内周面と中軸の外周面及び絶縁部材の先端面の三面に当接する場合は、Oリングのそれぞれの面への面圧が略等しくなるように中軸の外周面を形成すればよい。即ち、中軸に形成した応力緩和部は中軸のうちOリングが当接する部位まで形成する必要はなく、中軸のうちOリングが当接する部位では気密性を重視した設計とすることができる。 For example, when the O-ring contacts two surfaces of the inner peripheral surface of the metallic shell and the outer circumferential surface of the central shaft to maintain airtightness, the central shaft may be formed so that both surfaces face each other in parallel. When contacting the inner peripheral surface, the outer peripheral surface of the central shaft, and the three surfaces of the front end surface of the insulating member, the outer peripheral surface of the central shaft may be formed so that the surface pressure on each surface of the O-ring is substantially equal. That is, it is not necessary to form the stress relieving portion formed on the middle shaft up to the portion where the O-ring comes into contact with the middle shaft.
以下、本発明のグロープラグについて図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態のグロープラグ1の全体を示す半断面図である。グロープラグ1は、概略、主体金具10、中軸20、セラミックヒータ30、絶縁部材40、Oリング50、外筒60、ピン端子70が組み合わされて構成されている。
The glow plug of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a half sectional view showing an
各部材について詳述する。
筒状の主体金具10の内周側には後端側へ一端を突出させた棒状の中軸20が収容され、この中軸20の先端側にはセラミックヒータ30が接続されている。主体金具10の先端部には外筒60が接合され、この外筒60にセラミックヒータ30が保持されている。一方、主体金具10の後端側はOリング50、絶縁部材40が中軸20と主体金具10との間隙に挿入され、絶縁部材40の後端側ではピン端子70が中軸20を周方向から固定している。なお、理想的には全ての部材の軸線は軸線Oを同一の軸線として形成されている。
Each member will be described in detail.
A cylindrical
主体金具10はS45C相当の鉄系素材からなる筒状を呈しており、自身の外周面にはディーゼルエンジン(図示しない)への取り付けのための雄ねじ11、取り付け工具が係合する工具係合部12が形成されている。一方、自身の内周には軸孔13が形成され、その後端部には、後端側に向かって軸孔13を拡径する主体金具側テーパ14、及びこの主体金具側テーパ14のさらに後端側に隣接して大径孔15が形成されている。
The
中軸20は棒状の形態を呈している。その中軸先端部にはセラミックヒータ30との導通用のリング部材21と嵌合するように中軸嵌合部23が形成され、その中軸嵌合部23の後端側には中軸先端径大部24が形成されている。中軸嵌合部23と中軸先端径大部24との間には位置決め端面25が形成され、その位置決め端面25にリング部材21の後端面が当接して接合されている。また、中軸先端径大部24の後端側には中軸先端径大部24より径小の応力緩和部26を備え、中軸20に応力がかかった時にこの応力緩和部26が屈曲することによりセラミックヒータ30や中軸20が損傷、折損してしまうことを防ぐ構造をとっている。
The
セラミックヒータ30は、棒状の絶縁性セラミック基体31に導電性セラミックからなる発熱体32及びリード部33が埋設された構造となっている。セラミックヒータ30内部の先端側に位置する発熱体32は導電性セラミックが略U字状に形成され、この発熱体32の各基端から後方へ向かって延びる2本のリード部33が形成されている。なお、リード部33の一方はセラミックヒータ30の後端部において前記リング部材21と導通できるように電極取出部34がセラミック基体31の表面に露出して形成され、他方は前記電極取出部34より先端側にて、前記外筒60と導通できるように電極取出部35が同様に形成されている。
The
外筒60はステンレス製の筒状体を呈しており、自身の内部にはセラミックヒータ30が圧入保持される軸孔61が形成され、その軸孔61の内周面と電極取出部35が接触して導通している。また、外筒60の後端は主体金具10に嵌合する径小部62として形成されている。径小部62の先端側には径方向に突出するフランジ63が径小部62との間に後端向き端面64を介して形成されており、その先端側に先端に向かって径小となるテーパ65が形成されている。このテーパ65は図示しないディーゼルエンジンへ取り付けられた際に、燃焼室との気密を確保するシール部としての役割を担う。
The
グロープラグ1の後端部には、図示しない外部の電源から電力を供給するコードが接続される端子部が形成される。この端子部は主体金具10の後端面から、さらに後端側に突出させた中軸20を内包するようにピン端子70が円周加締めされ、このピン端子70によって端子部を構成している。
A terminal portion to which a cord for supplying power from an external power source (not shown) is connected is formed at the rear end portion of the
上記のそれぞれの部材は以下のように製造され、互いに組み付けられることによってグロープラグ1を構成している。
まず、発熱体32、リード部33、電極取出部34及び35は原料である導電性セラミック粉末より一体に射出成形し、発熱部粉末成形体として用意する。一方、セラミック基体31として、原料となる絶縁性セラミック粉末を予め金型プレス成形して、発熱部粉末成形体が収容される凹部を自身の合わせ面に備える分割成形体を形成しておく(図2(a))。そして、この分割成形体の凹部に発熱部粉末成形体を挟んで収容し、さらに、プレス圧縮した後、脱バインダ処理、ホットプレス等の焼成工程を経て、その外周面を円筒形に研磨して整えることで図2(b)に示すセラミックヒータ30を得る。
Each of the above members is manufactured as follows, and is assembled with each other to constitute the
First, the
リング部材21はステンレス等の鋼材をパイプ状に成形し、その内径がセラミックヒータ30の外径より僅かに大きくなるようにする。同様に、外筒60も自身の内孔61の径がセラミックヒータ30の外径より僅かに大きくなるように成形する。これらのセラミックヒータ30の外周に嵌めあわされる部材は、圧入荷重の低減やセラミックヒータ30の表面に露出した電極取出部34、35の酸化を防ぐ目的でリング部材21及び外筒60の内周面にはCuやAu等の耐酸化性に優れるメッキを施している。なお、リング部材21の後端は中軸20とレーザ溶接されるため、その溶接の際に溶融される部位(具体的にはリング部材21の後端面であって、中軸20の位置決め端面25と当接する部位)にはメッキが施される必要は必ずしも無い。また、リング部材21の内径と外筒60の内孔61の径とはセラミックヒータ30を圧入保持できればよいのであって、その寸法は適宜設定すればよい。本実施例においては、メッキによって僅かに径が小さくなるため、それらの径をセラミックヒータ30の外径より僅かに大きくしている。
The
そして、リング部材21の先端部の内周面にリード部33の一方の電極取出部34が電気的に接続するように圧入、締まり嵌め等により嵌合させ保持させる。同様に、電極取出部35の電気的接続を確立するために、セラミックヒータ30の外周に外筒60を圧入、締まり嵌め等により嵌合させ、セラミックヒータ30、外筒60及びリング部材21を一体にする(図2(c)、(d))。(以後、この一体となった部材をヒータ一体部材と呼称する。)
Then, the
一方、中軸20は、所定の寸法に切断された鉄系材料の棒状部材から塑性加工や切削等により形成する。この棒状部材の一端にはリング部材21と接合される中軸嵌合部23を形成し、他端は別体からなるピン端子70を接合して端子部を構成するため、該ピン端子70の内部に挿入される部分を径小に加工したり、ローレット加工を施したりする。
On the other hand, the
中軸20の先端に中軸嵌合部23を形成したことによって、その後端側には、中軸先端径大部24との境界面となる位置決め端面25が形成される。この位置決め端面25を形成して中軸嵌合部23の軸線方向長さを確保することによって、後工程にてリング部材21と中軸20とを接合する際に中軸嵌合部23の圧入長さが不足して接合強度が弱くなる問題をも回避することができるとともに、リング部材21を嵌合径小部23に過剰に圧入させてしまうことをも回避することができる。
By forming the middle
さらに、中軸先端径大部24の後端側には、応力緩和部26となる径小部を形成する。この応力緩和部26は中軸先端径大部24よりも径が細いが、振動等による中軸20への応力によって中軸20が破断してしまわない程度に十分な径を有していればよい。また中軸先端径大部24を形成したことによって、リング部材21と中軸20との接合が容易になるとともに、この接合部の近辺に脆弱となる部分がなくなるため、中軸20に応力が掛かったとしても、この接合がはずれてしまうことを防止することができる。なお、この中軸20の加工は例えば旋盤により切削加工すればよい。また、応力緩和部26が形成される部位は、中軸20の中点よりも先端側に形成されることが望ましい。このように形成することで、リング部材21と中軸20との溶接の同軸度のずれが比較的大きくなってしまったときでも、中軸20が主体金具10の内孔13を形成する内壁に触れて導通してしまうことが回避できるためである。
Further, a small-diameter portion that becomes the
上記のように製造した中軸20と、前述のヒータ一体部材とをレーザ溶接(図示L)する(図2(e))。この溶接の際、中軸嵌合部23をリング部材21に圧入し、中軸20の位置決め端面25をリング部材21の後端面に押し付けた状態で溶接をするとよい。このようにすることで、中軸20とヒータ一体部材の同軸度のずれを最小限に抑制して接合することが可能となる。この接合によってリング部材21と中軸20とは一体に構成され、ヒータが保持されるヒータ接続部を形成することとなる。
The
なお、この中軸20とリング部材21とのレーザ溶接の面からは、中軸先端径大部24の外径とリング部材21の外径とが略同一となるように構成されていることが望ましい。これらを略同一の径とした上で両者の当接面をレーザ溶接することによりこれらの部材の外径を略同一とすることで接合強度を向上することができ、また中軸20とリング部材21との同軸度を向上することができるためである。
In addition, from the surface of laser welding of the
このようにヒータ一体部材は中軸20を接合した後、中軸20の後端側から主体金具10の内孔13内に挿通される(図2(f))。この際に、ヒータ一体部材と中軸20との同軸度にずれが生じている場合(図3)は、中軸20を軸線に垂直な方向へ押しながら(中軸20を曲げ、軸線O´を軸線Oに合わせ込みながら)主体金具10の内孔3へ挿通するようにすればよい。このようにヒータ一体部材と中軸20との軸線のずれを矯正しても、中軸20に応力緩和部26を設けているため、セラミックヒータ30を損傷してしまうことを回避することができる。そして、外筒60の後端向き端面64に主体金具10の先端面を当接させ、外筒60の径小部62とレーザ溶接により接合する。
Thus, the heater integrated member is inserted into the
その後、中軸20をOリング50、絶縁部材40のそれぞれの内孔に挿通させ、中軸20の後端にピン端子70を嵌め込み図2(g)に示す構造とする。そして、絶縁部材40を軸線方向先端向きに押圧すると共にピン端子70を径方向に加締めて、グロープラグ1を構成する部材が一体となり、グロープラグは完成する。
Thereafter, the
次に、本発明の応力緩和部による作用効果を検証する。
検証をするにあたって、本実施例では次の4つを形成した。φ3.6×L15.0、φ2.5×L2.0、φ2.5×L15.0、φ2.0×L2.0の4種である(φは応力緩和部26の直径、Lは応力緩和部26の軸線方向長さである。)。また、中軸の径はφ4.0とし、中軸先端径大部24の軸線方向の長さは6mm、中軸嵌合部23の径はφ3.3、軸線方向長さ1.3mmとしてリング部材21に圧入したうえでレーザ溶接により接合している。比較例としては中軸先端径大部24からピン端子70が嵌合する部分までが同径の中軸を使用した。なお、検証試験においては、実際にエンジンに取り付けられて使用される場合よりも過酷な状況を作り出すため、中軸20の後端側を自由端とするために主体金具10と組み付ける前のもの(図2(e))で試験を行っている。
Next, the function and effect of the stress relaxation part of the present invention will be verified.
In the verification, the following four items were formed in this example. There are four types of φ3.6 × L15.0, φ2.5 × L2.0, φ2.5 × L15.0, and φ2.0 × L2.0 (φ is the diameter of the
図4に示すように外筒60を固定治具81に固持し、中軸の後端からおよそ50mmの点に中軸に垂直な方向から荷重Fをかけ、その方向への変位量に対して要する荷重Fの相関関係を調べることによって検証している。この試験結果を図5に横軸を変位量、縦軸を荷重、即ち素子へかかる応力として示す。この図5によれば、本発明の応力緩和部を備えることによって、中軸に垂直な方向への変位量が増大、即ちその方向への応力が大きく作用しても、従来の比較例に対してセラミックヒータの折損耐性が著しく向上していることが確認できる。
As shown in FIG. 4, the
このようにして形成されたグロープラグ1は、中軸20とセラミックヒータ30との接続が従来のリードコイルRCからリング部材21を用いる構成のように機械的に剛に接続される構成に替わったことによってセラミックヒータ30及び中軸20への応力がセラミックヒータ30に直接作用してしまう構造となっても、その応力を中軸20に設けた応力緩和部26により緩和させることができるため、セラミックヒータ30の損傷を抑制ないしは防止することが可能となる。
The
また、本発明は次のように形成してもよい。上記実施例と特に変わらない点についてはその符号を同一若しくは省略する。図6に示すように中軸20に形成した応力緩和部26は最径小部27とテーパ状の先端向き傾斜面28として構成されるような、いわゆるバットの形状の中軸として形成してもよい。また、このとき、先端向き傾斜面28は軸線方向にみて、主体金具10の工具係合部12内に配置されたOリング50から先端側へ離間した位置(本実施例においては工具係合部50よりも先端側の点Y)まで先端向き傾斜面28が形成されている。このようにOリング50を先端向き傾斜面28を形成している位置ではなく、軸線Oと略平行となる位置に配置することによって、Oリング50による気密を十分に保つことが可能となる。なお、絶縁部材40の先端面が軸線O向きの端面を形成しているときに本構成は特に有効となる。
Further, the present invention may be formed as follows. The same reference numerals are omitted or omitted for points that are not particularly different from the above embodiment. As shown in FIG. 6, the
なお、応力緩和部として機能する最径小部27は、軸線O方向において中軸20の先端部Aと、Oリング50と接触する部位Bの中点である点Cよりも先端側に形成するとよい。中軸20は周期的な負荷、即ちエンジンによる振動が中軸20に作用したときに、中軸の後端部(端子部を含む)はリング部材21との接合部近傍を支点として揺動する。このとき中軸20への応力は支点付近に集中するため、点Cよりも後端側に最径小部27が形成される形態よりも、図6に示すように点Cよりも先端側に最径小部27を形成した形態である方が応力を緩和する効果は大きく、効果的である。
The
図6では最径小部27はその外形が軸線O方向に平行となるように所定の長さをもって形成しているが、この長さは零でもよく、必ずしも所定の長さを有することが必須であることはない。また、中軸先端径大部24と最径小部27との間も必ずしもテーパ形状の後端向き傾斜面とする必要はないが、応力の分散、製造工程の簡易化等の面からテーパ形状が好ましいことも言うまでもない。
In FIG. 6, the
先端向き傾斜面28と後端向き端面29とを備える場合は、先端向き傾斜面28と軸線Oとが成す鋭角の角度をαとし、後端向き傾斜面29と軸線Oとが成す鋭角の角度をβとしたときに、α<βの関係を満たすとよい。この構成を有する図6のグロープラグについて、要部をサークルSで示すと共に、その構成を拡大して示す。なお、この拡大図は、αとβの関係を明示するために誇張表示したものである。
When the front-facing
中軸に応力緩和部を設ける際に上記関係式を満たすことによって中軸の応力はテーパを形成していることから急変することがなく、またβをαよりも大きくすることによって、形成される応力緩和部をより先端側とすることができるため、セラミックヒータの損傷を効果的に回避することができる。 When the stress relaxation part is provided on the central axis, the stress in the central axis does not change abruptly because the taper is formed by satisfying the above relational expression, and the stress relaxation formed by making β larger than α Since the portion can be made more distal, damage to the ceramic heater can be effectively avoided.
なお、本発明は、上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の思想を様々な形態により実現することが可能である。応力緩和部は必ずしも径大の中軸の一部が径小となった、いわば凹部であるような構造である必要はない。例えば、中軸嵌合部よりも後端側を径小として、その径を保ったまま後端側へ延びる構造としてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the concept of the present invention can be realized in various forms. The stress relaxation portion does not necessarily have a structure in which a part of the large-diameter central shaft is small in diameter, that is, a concave portion. For example, it is good also as a structure which makes a rear end side smaller than a center shaft fitting part, and extends to a rear end side, maintaining the diameter.
また、リング部材と中軸との接合をレーザ溶接する際に中軸が傾いてしまうことがあるため、その矯正を行うために応力緩和部を設けることが有効ではあるが、グロープラグの製造方法としては必ずしもレーザ溶接でなければならないことはない。グロープラグとして組みあがったときに中軸に応力緩和部が形成されていれば本発明の効果を奏するためである。 In addition, since the center axis may be tilted when laser welding is performed on the joint between the ring member and the center axis, it is effective to provide a stress relaxation portion to correct this, but as a method for manufacturing a glow plug, It does not necessarily have to be laser welding. This is because the effects of the present invention can be obtained if a stress relaxation portion is formed on the central shaft when assembled as a glow plug.
また本発明は、上記実施例及び変形例において、セラミックヒータ30は絶縁性セラミックに導電性セラミックが発熱体として埋設されたセラミックヒータを用いているが、通電することによって発熱する発熱コイルを内部に収容するセラミックヒータを用いてもよいし、ヒータの表面が導電性セラミックによって形成された表面発熱タイプのセラミックヒータによるグロープラグであってもよい。即ち、本発明はグロープラグ後端側の端子から先端側のヒータまでの通電を行う中軸に関する発明であり、逆説的にはヒータの形状や発熱の形式によるものではない。本発明は耐折損性を考慮すべきセラミックヒータに採用することでその効果をより有効に発揮することができる。
Further, according to the present invention, in the above-described embodiments and modifications, the
上記実施例及び変形例の他にも、中軸とリング部材とを接続する形態としては図9に列挙する物が考えられる。例えば図9(a)は、リング部材の内径と略同等となるように応力緩和部よりも径大とした中軸先端を中軸嵌合部として形成し、その中軸嵌合部をリング部材に圧入し、レーザ溶接した例である。図9(b)は、中軸はその先端まで応力緩和部と同一径とし、一方リング部材はその後端を、中心に孔を持つ蓋状に形成し、その孔へ中軸の先端を圧入してレーザ溶接した例である。 In addition to the above-described embodiments and modified examples, the forms listed in FIG. 9 can be considered as a form of connecting the central shaft and the ring member. For example, in FIG. 9 (a), the tip of the middle shaft that is larger in diameter than the stress relaxation portion is formed as a middle shaft fitting portion so as to be substantially equal to the inner diameter of the ring member, and the middle shaft fitting portion is press-fitted into the ring member. This is an example of laser welding. In FIG. 9 (b), the central shaft has the same diameter as the stress relaxation portion up to its tip, while the ring member has a rear end formed in a lid shape having a hole at the center, and the tip of the center shaft is press-fitted into the hole to perform laser processing. This is an example of welding.
さらに本発明の第2の形態を満足する例としては、例えば図9(c)のようにリング部材をリング部材の外径以上の径を有する中軸先端部に溶接したものである。また、図9(d)はリング部材を排除し、リング部材の替わりに中軸の先端面にセラミックヒータの後端部の径と略同一の内径の穴を形成したものである。 Furthermore, as an example satisfying the second mode of the present invention, for example, as shown in FIG. 9C, a ring member is welded to a tip end portion of a central shaft having a diameter equal to or larger than the outer diameter of the ring member. FIG. 9D excludes the ring member, and instead of the ring member, a hole having an inner diameter substantially the same as the diameter of the rear end portion of the ceramic heater is formed on the front end surface of the center shaft.
以上図9に示すいずれの形態を採用しても、応力緩和部を設けなかったときにセラミックヒータに作用する応力はリング部材によって接続した場合と同様である。したがって、中軸に応力緩和部を形成することによってセラミックヒータの破壊、損傷等を防止することが可能となる本発明の効果を得ることができる。 Even if any of the forms shown in FIG. 9 is adopted, the stress acting on the ceramic heater when the stress relaxation portion is not provided is the same as the case where the connection is made by the ring member. Therefore, it is possible to obtain the effect of the present invention that makes it possible to prevent the ceramic heater from being broken or damaged by forming the stress relaxation portion on the central shaft.
1 グロープラグ
10 主体金具
14 主体金具側テーパ
20 中軸
21 リング部材
25 位置決め端面
26 応力緩和部
30 セラミックヒータ
40 絶縁部材
41 絶縁部材テーパ
50 Oリング
60 外筒
70 ピン端子
DESCRIPTION OF
Claims (12)
軸孔を有し、前記セラミックヒータの後端部を該軸孔内に収容するとともに該軸孔内にて直接又は他部材を介して前記セラミックヒータを保持する筒状の主体金具と、
中軸であって、
自身の後端に直接又は他部材を介して外部より電力が供給される端子部を構成する中軸後端部と、
自身の先端に前記セラミックヒータの後端部が嵌合する小径穴をヒータ接続部として形成された中軸先端部と
を有する中軸と、
を備え、前記ヒータ接続部に前記セラミックヒータが機械的に剛に接合したグロープラグであって、
前記中軸は、前記ヒータ接続部と前記中軸後端部との間において最も径小となる応力緩和部が形成されていることを特徴とするグロープラグ。 A rod-shaped ceramic heater extending in the axial direction that contains a heating element that generates heat when energized inside its tip side;
A cylindrical metal shell that has a shaft hole, accommodates the rear end portion of the ceramic heater in the shaft hole, and holds the ceramic heater directly or through another member in the shaft hole;
The middle axis,
A central shaft rear end portion constituting a terminal portion to which electric power is supplied from the outside directly to the rear end of itself or via another member;
A central shaft having a small-diameter hole into which the rear end portion of the ceramic heater is fitted at the front end thereof as a heater connecting portion;
A glow plug in which the ceramic heater is mechanically rigidly joined to the heater connecting portion,
The glow plug according to claim 1, wherein a stress relaxation portion having a smallest diameter is formed between the heater connecting portion and the rear end portion of the central shaft.
が接合してなることを特徴とする請求項1記載のグロープラグ。 The heater connecting portion includes a shaft fitting portion in that match fit inside the ring member and the ring member,
The glow plug according to claim 1, wherein:
前記中軸の後端向き傾斜面が軸線方向に対して成す鋭角の角度をβとしたとき、
α<β
の関係を満足することを特徴とする請求項10記載のグロープラグ。 An acute angle formed by the inclined surface facing the tip of the middle shaft with respect to the axial direction is α,
When the acute angle formed by the inclined surface facing the rear end of the middle shaft with respect to the axial direction is β,
α <β
The glow plug according to claim 10, wherein the following relationship is satisfied.
該Oリングは前記先端向き傾斜面よりも後端側に配置されることを特徴とする請求項8、10または11のいずれか1項に記載のグロープラグ。 The glow plug includes an O-ring that contacts both the outer peripheral surface of the central shaft and the inner peripheral surface of the metal shell,
The O-ring glow plug according to any one of claims 8, 10 or 11, characterized in that it is arranged on the rear side of the forward-facing inclined surface.
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