JP5249148B2

JP5249148B2 - グロープラグ

Info

Publication number: JP5249148B2
Application number: JP2009167466A
Authority: JP
Inventors: 啓之鈴木
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2029-07-16
Also published as: JP2011021817A

Description

本発明は、ディーゼルエンジンを始めとする内燃機関の始動を補助するグロープラグに関する。

従来、グロープラグには、セラミックグロープラグとも呼ばれ、通電によって発熱する発熱体を絶縁性セラミックスに埋設したセラミック発熱素子を備えるものが知られている（特許文献１）。セラミック発熱素子に埋設される発熱体には、金属製の発熱コイルや導電性セラミック製の抵抗体が用いられる。

特開２００７−５１８６１号公報

セラミックグロープラグを誤って落下させてしまうと、落下の衝撃によってセラミック発熱素子が折損してしまう場合があるにもかかわらず、従来、落下衝撃によるセラミック発熱素子の折損への対策について十分な検討がなされていなかった。

本発明は、上記した課題を踏まえ、落下衝撃によるセラミック発熱素子の折損を抑制することができるグロープラグを提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］適用例１のグロープラグは、通電によって発熱する発熱体を絶縁性セラミックスに埋設したセラミック発熱素子と、前記セラミック発熱素子に電気的に接続された中軸と、前記中軸を内包し外周に雄ネジ部を有する筒状の主体金具であって、一方の端部で前記セラミック発熱素子を保持し、他方の端部で前記中軸を保持する主体金具とを備えるグロープラグであって、当該グロープラグの重心は、当該グロープラグの軸方向の全長における中心から前記他方の端部側へ前記全長の８％以上の距離に位置すると共に、前記雄ネジ部が前記他方の端部側で終端するネジ終端部よりも前記一方の端部側に位置することを特徴とする。適用例１のグロープラグによれば、雄ネジ部を介して内燃機関に取り付けられた状態での振動負荷の悪化を抑制しつつ、落下衝撃によるセラミック発熱素子の折損を抑制することができる。

［適用例２］適用例１のグロープラグにおいて、前記主体金具は、前記雄ネジ部が形成された第１筒状部と、前記第１筒状部よりも小さな径で形成され、前記セラミック発熱素子を保持する第２筒状部と、前記第１筒状部と前記第２筒状部とを連接する段部とを含み、前記段部は、前記中心よりも前記他方の端部側に位置すると良い。適用例２のグロープラグによれば、第１筒状部を中心よりも他方の端部側に設けることによって、重心の位置を容易に設計することができる。また、第２筒状部が第１筒状部よりも細いため、水平落下時にセラミック発熱素子への直撃を回避し易くなると共に、落下時に第２筒状部がしなり易くなることによってセラミック発熱素子への衝撃を分散・吸収させることができる。その結果、落下衝撃によるセラミック発熱素子の折損を一層抑制することができる。

［適用例３］適用例２のグロープラグにおいて、前記第１筒状部の外径は、前記第２筒状部の外径よりも２ｍｍ以上大きくすると良い。適用例３のグロープラグによれば、落下衝撃によるセラミック発熱素子の折損を効果的に抑制することができる。

［適用例４］適用例２または適用例３のグロープラグにおいて、前記第２筒状部の外径は、６．６ｍｍ以下とすると良い。適用例４のグロープラグによれば、落下衝撃によるセラミック発熱素子の折損を効果的に抑制することができる。

［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれかのグロープラグにおいて、前記主体金具は、前記雄ネジ部よりも前記他方の端部側に形成された工具係合部を含むものとすると良い。適用例５のグロープラグによれば、所望の位置に重心を容易に設計することができる。

本発明の形態は、グロープラグの形態に限るものではなく、例えば、グロープラグを構成する各種部品、グロープラグを備える内燃機関、グロープラグの製造方法などの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。

内燃機関に取り付けられたグロープラグの部分断面を示す説明図である。グロープラグの外観構成を示す説明図である。グロープラグの重量および重心偏心度と金具内折損との関係を示す説明図である。

以上説明した本発明の構成および作用を一層明らかにするために、以下本発明を適用したグロープラグについて説明する。

Ａ．実施例：
Ａ１．グロープラグの構成：
図１は、内燃機関５に取り付けられたグロープラグ１０の部分断面を示す説明図である。図２は、グロープラグ１０の外観構成を示す説明図である。グロープラグ１０は、ディーゼルエンジンを始めとする内燃機関５に取り付けられ、内燃機関５の始動時における点火を補助する熱源として機能する。グロープラグ１０は、給電端子１００と、中軸２００と、絶縁部材３００と、Ｏ（オー）リング４００と、主体金具５００と、通電リング６００と、外筒７００と、セラミック発熱素子８００とを備える。これらグロープラグ１０を構成する部材は、グロープラグ１０の中心軸ＳＣに略沿って組み付けられている。なお、本明細書では、グロープラグ１０におけるセラミック発熱素子８００側を「先端側」と呼び、給電端子１００側を「後端側」と呼ぶ。

図２には、グロープラグ１０の中心ＣＬおよび重心ＣＧが図示されている。中心ＣＬは、グロープラグ１０の中心軸ＳＣに略沿った全長Ｌの中点であり、中心ＣＬおよび重心ＣＧは、中心軸ＳＣ上に位置する。重心ＣＧは、中心ＣＬから後端側へ全長Ｌの８％以上の距離に位置すると共に、主体金具５００における雄ネジ部５４０のネジ終端部５４８よりも先端側に位置する。図２には、重心ＣＧが存在する中心軸ＳＣに沿った範囲を重心領域ＧＡとして示す。

グロープラグ１０の給電端子１００は、導電材料で形成された部材であり、セラミック発熱素子８００に電気的に接続され、グロープラグ１０の外部からセラミック発熱素子８００に対する給電を受け付ける。本実施例では、給電端子１００は、中軸２００および通電リング６００を介してセラミック発熱素子８００に電気的に接続されている。本実施例では、給電端子１００は、鍔が形成された円柱体である。

グロープラグ１０の中軸２００は、導電材料で形成された円柱体であり、主体金具５００の軸孔５１０に挿入された状態で中心軸ＳＣ上に組み付けられ、給電端子１００とセラミック発熱素子８００との間を電気的に接続する。本実施例では、セラミック発熱素子８００に対する外部からの給電は給電端子１００を介して行われるが、他の実施形態において、給電端子１００と中軸２００を一体的に形成し、外部からの給電を直接中軸に行っても良い。本実施例では、中軸２００は、軸方向に亘って略同じ径を有する円柱体であるが、他の実施形態において、部位によって異なる径を有する円柱体であっても良い。本実施例では、中軸２００の外径は、セラミック発熱素子８００の外径と略同じ大きさである。

グロープラグ１０の絶縁部材３００は、絶縁材料で形成された部材であり、中軸２００を主体金具５００の内側に位置決めすることによって、中軸２００と主体金具５００との間を電気的に絶縁する空隙を形成する。本実施例では、絶縁部材３００は、中軸２００を位置決めすると共に、給電端子１００と主体金具５００との間に介在することによって両者を電気的に絶縁する。

グロープラグ１０のＯリング４００は、絶縁弾性材料で形成された環状体であり、中軸２００，絶縁部材３００および主体金具５００の各々に密着することによって主体金具５００の内部を密閉する。

グロープラグ１０の主体金具５００は、筒状の金具であり、中軸２００を内包すると共に、一方の端部である先端側で外筒７００を介してセラミック発熱素子８００を保持し、他方の端部である後端側で絶縁部材３００を介して中軸２００を保持する。主体金具５００は、軸孔５１０と、工具係合部５２０と、第１筒状部５３０と、雄ネジ部５４０と、段部５５０と、第２筒状部５６０とを備える。本実施例では、主体金具５００には、後端側から順に、工具係合部５２０、第１筒状部５３０、段部５５０、第２筒状部５６０が形成され、雄ネジ部５４０は、第１筒状部５３０に形成されている。なお、本実施例では、工具係合部５２０は、雄ネジ部５４０よりも後端側に形成されているが、他の実施形態において、雄ネジ部５４０よりも先端側に形成されても良い。

主体金具５００の軸孔５１０は、中心軸ＳＣに略沿って形成した貫通孔であり、中軸２００よりも大きな径を有している。軸孔５１０に中軸２００が位置決めされた状態で、軸孔５１０と中軸２００との間には、両者を電気的に絶縁する空隙が形成される。本実施例では、軸孔５１０の後端側には、中軸２００、絶縁部材３００およびＯリング４００を介して、給電端子１００が保持される。

主体金具５００の工具係合部（ボルト頭部）５２０は、内燃機関５へのグロープラグ１０の取り付けおよび取り外しに用いられる工具（図示しない）に嵌り合う。本実施例では、工具係合部５２０は、略六角柱状に形成され、日本工業規格（ＪＩＳ）で規定されたＭ８〜Ｍ１２の六角ボルトの頭部に相当する大きさである。

主体金具５００の第１筒状部５３０は、外周に雄ネジ部５４０が形成された部位である。主体金具５００の雄ネジ部５４０は、第１筒状部５３０の先端側から後端側に向けて形成され、内燃機関５に形成された雌ネジに嵌り合う。本実施例では、雄ネジ部５４０が後端側で終端するネジ終端部５４８は、グロープラグ１０が内燃機関５に取り付けられた状態で、雄ネジ部５４０のネジ山が２〜３個程度余る位置に設けられている。本実施例では、雄ネジ部５４０は、日本工業規格（ＪＩＳ）で規定されたＭ１０の雄ネジに相当する大きさであり、第１筒状部５３０の外径Ｄ１は、約１０ｍｍ（ミリメートル）である。他の実施形態において、雄ネジ部５４０は、Ｍ１０以外の大きさ（例えば、Ｍ８、Ｍ１０など）であっても良く、第１筒状部５３０の外径Ｄ１は、約１０ｍｍ以外の大きさ（例えば、約８ｍｍ、約１０ｍｍなど）であっても良い。

主体金具５００の第２筒状部５６０は、第１筒状部５３０よりも小さな外径で形成された部位である。本実施例では、第２筒状部５６０における先端側には、外筒７００を介してセラミック発熱素子８００が保持される。第２筒状部５６０の外径Ｄ２は、６．６ｍｍ以下であることが好ましく、第１筒状部５３０の外径Ｄ１は、第２筒状部５６０の外径Ｄ２よりも２ｍｍ以上大きいことが好ましい。

主体金具５００の段部５５０は、第１筒状部５３０と第２筒状部５６０との間を相互に連接する。本実施例では、図２に示すように、段部５５０は、中心ＣＬよりも後端側に設けられているが、他の実施形態において、段部５５０は、中心ＣＬから先端側に設けても良い。本実施例では、段部５５０は、後端側から先端側に向けて外径が漸減する円錐状（テーパ状）に形成されているが、他の実施形態において、第１筒状部５３０から第２筒状部５６０の境界で外径が急減する形状に形成されても良い。

グロープラグ１０の通電リング６００は、導電材料で形成された円筒体であり、主体金具５００の軸孔５１０の内部で、中軸２００とセラミック発熱素子８００との間に組み付けられ、中軸２００とセラミック発熱素子８００との間を電気的に接続する。

グロープラグ１０の外筒７００は、筒状の金具であり、主体金具５００の第２筒状部５６０の先端側に溶接され、セラミック発熱素子８００を保持する。外筒７００は、軸孔７１０と、第３筒状部７３０と、段部７５０と、第４筒状部７６０とを備える。外筒７００には、後端側から順に、第３筒状部７３０、段部７５０、第４筒状部７６０が形成されている。外筒７００の軸孔７１０は、中心軸ＳＣに略沿って形成した貫通孔であり、セラミック発熱素子８００に嵌り合う径を有する。外筒７００の第３筒状部７３０は、主体金具５００の第２筒状部５６０と略同じ大きさの外径で形成された部位であり、外筒７００の第４筒状部７６０は、第３筒状部７３０の外径よりも小さな外径で形成された部位である。外筒７００の段部７５０は、第３筒状部７３０と第４筒状部７６０との間を相互に連接する。

グロープラグ１０のセラミック発熱素子８００は、絶縁性セラミックスで形成されたセラミック基体８１０と、通電によって発熱する発熱体８２０とを備え、発熱体８２０をセラミック基体８１０に埋設した発熱素子である。本実施例では、セラミック発熱素子８００は、円柱状に形成された発熱素子である。本実施例では、セラミック発熱素子８００の外径Ｄｅは、約３．３ｍｍであるが、この寸法に限るものではない。

本実施例では、セラミック発熱素子８００の発熱体８２０は、導電性セラミック製の抵抗体であるが、他の実施形態において、金属製の発熱コイルであっても良い。本実施例では、発熱体８２０は、先端側を頂点にして折り曲げられた略Ｕ字状の発熱部と、発熱部の端部にそれぞれ接続される一対のリード部を有する。一方のリード部は、通電リング６００に電気的に接続され、他方のリード部は、外筒７００に電気的に接続されている。

Ａ２．重心位置の評価：
グロープラグの重心位置が落下衝撃によるセラミック発熱素子の折損に与える影響を確認するために、重心位置が異なる種々のグロープラグについて落下試験を行った。重心位置が異なる種々のグロープラグとして、重心位置が異なる６種類の試験品１〜６を用意すると共に、更に、試験品２，４のグロープラグに重りを付加した試験品２＋，４＋を用意し、合計８種類の試験品について落下試験を実施した。これらの試験品の各々について、中心軸方向を略水平にした状態で作業者の手に保持された試験品を、約２ｍの高さからコンクリート製の平らな床に自由落下させた。この落下試験の結果を表１に示す。

表１における「金具内折損率」は、セラミック発熱素子８００が主体金具５００や外筒７００の内部で折損する金具内折損の割合を百分率で示し、この百分率に併記した括弧内に、落下本数を分母で示し、金具内折損の本数を分子で示す。表１における「重量」は、試験品であるグロープラグの重量を示し、試験品２＋，４＋については、グロープラグに重りを付加した総重量を示す。

表１における「重心偏心度」は、グロープラグの重心ＣＧが中心ＣＬから後端側に偏位する割合を百分率で示す。表１における「全長」は、中心軸ＳＣに略沿ったグロープラグの全長Ｌを示し、表１における「重心距離」は、グロープラグの重心ＣＧが中心ＣＬから後端側に偏位する距離を示す。例えば、重心偏心度が「８％」である場合、全長Ｌの８％が重心距離であることを示す。

表１における「突出長」は、セラミック発熱素子８００が外筒７００から中心軸ＳＣに略沿って外部に露出する距離を示し、表１における「外筒径」は、外筒７００における第４筒状部７６０の直径を示す。

図３は、グロープラグの重量および重心偏心度と金具内折損との関係を示す説明図である。図３では、横軸に「グロープラグの重量」取り、縦軸に「グロープラグの重心偏心度」を取った座標上に、表１に示した落下試験の結果を図示した。図３において、「白丸」は、金具内折損が発生しなかった試験品を示し、「黒丸」は、金具内折損が発生した試験品を示す。図３の白丸や黒丸には、アルファベット「Ｅ」に続く数字で試験品を特定する符号が付され、例えば、符号「Ｅ１」は「試験品１」を示し、符号「Ｅ２＋」は「試験品２＋」を示す。

表１および図３から明らかなように、重心偏心度が８％よりも小さい場合（試験品３−６）、重量の増加が金具内折損率を悪化させるが、重心偏心度が８％以上である場合（試験品１，２，２＋，４＋）、重量の大小にかかわらず金具内折損を抑制できることが分かった。特に、試験品４＋は、試験品４に重りを付加して「４９．２グラム」から「８８．９グラム」に重量を増加させたものであるが、重りの付加に伴って重心偏心度が「７％」から「２４％」になり、金具内折損率が「９１％」から「０％」に改善されていることが分かる。

Ａ３．効果：
以上説明した実施例のグロープラグ１０によれば、重心偏心度が８％以上であると共に、グロープラグ１０の重心ＣＧがネジ終端部５４８よりも先端側に位置することから、雄ネジ部５４０を介して内燃機関５に取り付けられた状態での振動負荷の悪化を抑制しつつ、落下衝撃によるセラミック発熱素子８００の折損を抑制することができる。

また、第１筒状部５３０と、第２筒状部５６０とは、グロープラグ１０の中心ＣＬよりも後端側で相互に連接するため、所望の位置に重心ＣＧを容易に設計することができる。また、第２筒状部５６０が第１筒状部よりも細いため、水平落下時にセラミック発熱素子８００への直撃を回避し易くなると共に、落下時に第２筒状部５６０が撓ることによってセラミック発熱素子８００への衝撃を分散・吸収させることができる。その結果、落下衝撃によるセラミック発熱素子８００の折損を一層抑制することができる。

また、主体金具５００において、工具係合部５２０が雄ネジ部５４０よりも後端側に形成されていることから、所望の位置に重心ＣＧを容易に設計することができる。

Ｂ．その他の変形例：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。例えば、温度センサや圧力センサなどの各種センサを組み込んだグロープラグに本発明を適用しても良い。

５…内燃機関
１０…グロープラグ
１００…給電端子
２００…中軸
３００…絶縁部材
４００…Ｏリング
５００…主体金具
５１０…軸孔
５２０…工具係合部
５３０…第１筒状部
５４０…雄ネジ部
５４８…ネジ終端部
５５０…段部
５６０…第２筒状部
６００…通電リング
７００…外筒
７１０…軸孔
７３０…第３筒状部
７５０…段部
７６０…第４筒状部
８００…セラミック発熱素子
８１０…セラミック基体
８２０…発熱体
Ｌ…全長
Ｄ１…外径
Ｄ２…外径
ＧＡ…重心領域
ＳＣ…中心軸
ＣＧ…重心
ＣＬ…中心
Ｄｅ…外径

Claims

通電によって発熱する発熱体を絶縁性セラミックスに埋設したセラミック発熱素子と、
前記セラミック発熱素子に電気的に接続された中軸と、
前記中軸を内包し外周に雄ネジ部を有する筒状の主体金具であって、一方の端部で前記セラミック発熱素子を保持し、他方の端部で前記中軸を保持する主体金具と
を備えるグロープラグであって、
当該グロープラグの重心は、当該グロープラグの軸方向の全長における中心から前記他方の端部側へ前記全長の８％以上の距離に位置すると共に、前記雄ネジ部が前記他方の端部側で終端するネジ終端部よりも前記一方の端部側に位置する、グロープラグ。
請求項１に記載のグロープラグであって、
前記主体金具は、
前記雄ネジ部が形成された第１筒状部と、
前記第１筒状部よりも小さな径で形成され、前記セラミック発熱素子を保持する第２筒状部と、
前記第１筒状部と前記第２筒状部とを連接する段部と
を含み、
前記段部は、前記中心よりも前記他方の端部側に位置する、グロープラグ。
前記第１筒状部の外径は、前記第２筒状部の外径よりも２ｍｍ以上大きい請求項２に記載のグロープラグ。
前記第２筒状部の外径は、６．６ｍｍ以下である請求項２または請求項３に記載のグロープラグ。
前記主体金具は、前記雄ネジ部よりも前記他方の端部側に形成された工具係合部を含む請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のグロープラグ。