JP5249356B2 - シース型グロープラグに用いられるグロー管および該グロー管を製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、シース型グロープラグに用いられるグロー管と、請求項８，１１，１３の上位概念部に記載の、グロー管を製造するための方法とに関する。

従来技術
肉薄なグロー管により被覆されたグローピンを有するシース型グロープラグ（Gluehstiftkerze）は、たとえば、ドイツ連邦共和国実用新案第９４１２２６８号明細書に基づき公知である。肉薄なグロー管は、その燃焼室側の端部で閉じられている。グロー管の内室内ではセラミックス製の絶縁材料内に、軸方向に延びる、加熱装置としての抵抗加熱素子が埋め込まれている。この場合、この抵抗加熱素子は、加熱コイルと制御コイルとから構成されている。抵抗加熱素子は、燃焼室と反対側に電気回路のための接続部材を備えている。電気回路の閉成時に加熱装置が加熱され、シース型グロープラグのグロー管が、各赤熱過程で約１１００℃の運転温度に加熱される。したがって、グロー管の材料は極めて強い熱負荷にさらされている。グロー管のための材料としては、通常、Ｎｉ基合金が使用されている。このＮｉ基合金は、たとえばＤＩＮ番号２４８５１または２４６３３で知られている。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０８１７２０号明細書に基づき、グロー管として、燃焼室側の端部に開口を有するグロー管ボディを使用することが公知である。この開口を通じて加熱コイルの端部区分が外方に案内されて、この開口は、貫通案内された端部区分に溶接される。次いで、グロー管ボディが絶縁材料で充填されて、このスエージング加工、ローラ加工またはプレス加工により圧縮される。

さらに、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２９３５４２４号明細書に基づき、抵抗素子の加熱コイルと絶縁材料とで充填されたグロー管ボディを、ロータリスエージング加工で小さな直径にもたらすことが公知である。

グロー管としては、通常、長手方向シーム溶接されたグロー管ボディが使用される。このグロー管ボディのための出発製品は金属薄板帯材である。この金属薄板帯材は管に曲げ加工され、突合わせ部分は溶加材なしに溶接される。次いで、グロー管ボディは、溶接応力を除去するために焼きなまされる。このあとに、管はマンドレルに被せられる。この場合、変形度は１０〜５０％である。次いで、機械的な性質と組織とを調整するために再結晶焼きなましが行われる。

最近のディーゼルエンジンは、著しい予熱なしに始動することが望ましい。それゆえに、シース型グロープラグは極めて迅速に加熱されなければならない。ディーゼルエンジンの良好な冷間運転特性のためには、さらに、より高いグロー温度を備えたシース型グロープラグが必要とされる。より高いグロー温度は、高い温度勾配も生ぜしめるので、このような運転条件ではより長い負荷のあとに、グロー管が溶接シームに沿った亀裂を有する。この故障パターンの原因は、熱機械的な負荷である。この熱機械的な負荷により引き起こされた膨張は、溶接シームと、グロー管の金属薄板材料と、溶接の熱影響部とのそれぞれ異なる組織に基づいて、機械的に最も弱い範囲、つまり溶接の熱影響部に集中する。

本発明の課題は、グロー管における熱負荷による亀裂形成を回避することである。

発明の説明
本発明の課題は、請求項１，８，１１および１３の特徴部に記載の手段により解決される。シームレスのグロー管は、周面に沿って組織勾配を有しないので、熱機械的な負荷は、実質的に、グロー管の全周面に均等に分散し、したがって、グロー管の耐久性に不都合に作用しない。シームレスのグロー管は、同様にシームレスのグロー管ボディを製造することにより形成される。この場合、グロー管ボディは、グロー管の前段階である。このためには、グロー管ボディが、外径Ｄおよび内径ｄを備えた管形の長い端部区分と、減少直径Ｄｊおよび開口直径ｄｏｅを有する台形の短い端部区分と、これら両端部区分の間に位置する減径区分とを有している。この減径区分は、減少直径Ｄｊへの外径Ｄと、開口直径ｄｏｅへの内径ｄとの一様な先細り部により形成されている。つまり、減径区分では、外径Ｄが減少直径Ｄｊにかつ内径ｄが開口直径ｄｏｅに等幅で先細りにされている。

減径区分が、球冠形の横断面、または円錐角αを有する円錐形の横断面を有していると有利である。この場合、球冠形の横断面が外側半径Ｒおよび０．５ｄの内側半径ｒを有しているか、または円錐角αが６０〜８０度である。さらに、グロー管ボディの長さＬと内径ｄとの比Ｌ／ｄが９〜５．５であり、長さＬ／管壁の横断面積の比Ｌ／（Ｄ^２−ｄ^２）π／４が、４．５〜２（単位：１／ｍｍ）であると有利である。

シース型グロープラグに用いられるシームレスのグロー管が、１つの金属薄板の深絞り加工か、または粉末冶金法により製造されると有利である。この場合、深絞り加工は、中間焼なましを伴う複数の工程で実施され得る。粉末冶金法としては、金属粉末から成るコンパウンドの押出し成形と、この押出し成形に続くバインダの除去と、このようにして形成されたプリフォームの焼結とが適している。別の粉末冶金法としては、金属粉末射出成形が適している。

実施例
以下に本発明を図面と複数の実施例につき詳しく説明する。

シース型グロープラグの燃焼室側の部分の縦断面図である。 第１の実施形態によるグロー管ボディの縦断面図である。 図２に示した部分Ｘの拡大図である。 第２の実施形態によるグロー管ボディの縦断面図である。 図４に示した部分Ｙの拡大図である。

図示されたシース型グロープラグは、長手方向孔１２を備えた管形のハウジング１１を有している。この長手方向孔１２内には、グローピン１３が、その長さの一部分で密に固定されている。グローピン１３は、たとえば２〜５ｍｍの内径と０．５〜０．７ｍｍの肉厚とを備えた肉薄なグロー管１４を有している。このグロー管１４の燃焼室側の端部１５は閉じられている。グロー管１４の内室１６内では、軸方向に、加熱装置としての抵抗加熱素子１７が延びている。この抵抗加熱素子１７は、たとえば酸化マグネシウム粉末であるセラミックス製の絶縁材料１８内に埋め込まれている。抵抗加熱素子１７は、燃焼室と反対側で、電気回路の接続のための接続部材１９に接触接続されている。抵抗加熱素子１７の燃焼室側の端部は、グロー管１４の底部に導電的に接続されている。

抵抗加熱素子１７は、直列に接続された２つの抵抗コイルを有している。この場合、燃焼室側の抵抗コイルは加熱コイル２０を形成しており、燃焼室と反対側の抵抗コイルは制御コイル２１を形成している。この制御コイル２１は、その高い正の温度係数に基づいて、上昇する温度に伴い電気回路内の電流を制限する役割を有している。

グロー管１４はシームレスに形成されている。溶接シームがないことに基づいて、グロー管１４は周面に沿って組織勾配を有していない。長さＬと内径ｄとの比Ｌ／ｄが、９〜５．５であると有利である。グロー管ボディ３０の管壁の横断面積に対する長さＬの比Ｌ／（Ｄ^２−ｄ^２）π／４は、４．５〜２（１／ｍｍ）である。

図２および図３に示した実施形態では、減径区分３３が、球冠形の横断面３４を備えるＳ字形の経過を有している。この場合、横断面３４の球冠は、外側半径Ｒと内側半径ｒとを有している。内側半径ｒは、たとえば０．５ｄである。

図４および図５に示した実施形態では、減径区分３３が、円錐角αを備えた円錐形の横断面３５を有している。この場合、円錐角αは、６０〜８０度である。

グロー管ボディ３０の深絞り加工のためには、たとえば２４〜２６％のＣｒ，８〜１１％のＦｅ，１．８〜２．４％のＡｌ，０．１５〜０．２５％のＣ、残りがＮｉの化学組成を備えたＮｉ基合金から成る１つの金属薄板が使用される。この金属薄板の肉厚は、０．６〜０．８ｍｍであり、有利には０．７ｍｍである。深絞り加工は、場合によっては、中間焼きなましを伴う複数の工程で実施されてよい。この場合、この中間焼きなましは、深絞り加工工程間の冷間加工硬化を減じるために役立つ。

粉末冶金による製造方法としては、金属粉末のコンパウンドの押出し成形が適している。この金属粉末は、たとえば２４〜２６％のＣｒ，８〜１１％のＦｅ，１．８〜２．４％のＡｌ，０．１５〜０．２５％のＣ、残りがＮｉの化学組成を備えたＮｉ基合金から成っている。まず、シームレスのプリフォーム（圧粉体）が押出し成形により製造される。この場合、この押出し成形によって円筒形の管が製造される。円錐部または球冠部は、円筒形の圧粉体に、または完全に焼結された構成部材に変形加工によって設けられる。押出し成形後に、プリフォームに含有されているバインダが除去される。次いで、このように形成されたプリフォームが、適切な焼結温度で焼結されて、粉末冶金による完成したグロー管ボディ３０が形成される。

粉末冶金による別の製造方法は、シームレスのグロー管ボディ３０を金属粉末射出成形によって製造することにある。この金属粉末射出成形では、グロー管ボディ３０の輪郭を有する１つの構成部材が製造される。

しかし、粉末冶金による両製造方法では、焼結時にプリフォームが約１５％線形に収縮するので、長さおよび直径が、より大きくなければならない。

シームレスのグロー管ボディ３０を製造するための上記の製造方法は、自体公知である。

シームなしに製造されたグロー管ボディ３０内に、抵抗加熱素子１７の加熱コイルが挿入されて、開口３７においてグロー管ボディ３０に溶接される。次いで、絶縁材料１８が充填されて、挿入された抵抗加熱素子１７と、充填された絶縁材料１８とを備えたグロー管ボディ３０が、変形加工、たとえば引抜き加工、ロータリスエージング加工、プレス加工または型押し加工よって、シームレスのグロー管１４の最終的な形状にもたらされる。

Claims (11)

1. シース型グロープラグに用いられるグロー管（１４）であって、該グロー管（１４）が、燃焼室側の端部で閉じられており、グロー管（１４）内に、軸方向に延びかつ絶縁材料（１８）内に埋め込まれた抵抗加熱素子（１７）が位置しており、該抵抗加熱素子（１７）が、燃焼室と反対側に電気回路のための接続部材（１９）を備えており、グロー管（１４）を製造するために、長さＬを備えたグロー管ボディ（３０）が設けられている形式のものにおいて、シームレスのグロー管ボディ（３０）が、外径Ｄおよび内径ｄを備えた管形の長い端部区分（３１）と、減少直径Ｄｊおよび開口直径ｄｏｅを備えた円錐台形の短い端部区分（３２）と、管形の長い端部区分（３１）と円錐台形の短い端部区分（３２）との間に位置する減径区分（３３）とを有しており、該減径区分（３３）が、減少直径Ｄｊへの外径Ｄと、開口直径ｄｏｅへの内径ｄとの一様な先細り部を形成しており、
   前記グロー管ボディ（３０）の材料が、２４〜２６％のＣｒ，８〜１１％のＦｅ，１．８〜２．４％のＡｌ，０．１５〜０．２５％のＣ，残りがＮｉの化学組成を備えたＮｉ基合金であることを特徴とする、シース型グロープラグに用いられるグロー管。
2. 前記減径区分（３３）が、球冠形の横断面（３４）、または円錐角αを備えた円錐形の横断面（３５）を有している、請求項１記載のグロー管。
3. 前記横断面（３４）の球冠が、外側半径Ｒと内側半径ｒとを有しており、該内側半径ｒが、０．５ｄである、請求項２記載のグロー管。
4. 前記円錐角αが、６０〜８０度である、請求項２記載のグロー管。
5. 前記グロー管ボディ（３０）の長さＬと内径ｄとの比Ｌ／ｄが、９〜５．５であり、グロー管ボディ（３０）の管壁の横断面積に対する長さＬの比Ｌ／（Ｄ^２−ｄ^２）π／４が、４．５〜２である、請求項１記載のグロー管。
6. 前記グロー管ボディ（３０）の内径ｄが３〜６ｍｍであり、前記グロー管ボディ（３０）の肉厚が０．５〜０．７ｍｍである、請求項１から５までのいずれか１項記載のグロー管。
7. 請求項１から６までのいずれか１項記載の、シース型グロープラグに用いられるシームレスのグロー管（１４）を製造するための方法において、グロー管（１４）の前段階として、シームレスのグロー管ボディ（３０）を、１つの金属薄板の深絞り加工によって製造することを特徴とする、シース型グロープラグに用いられるグロー管を製造するための方法。
8. 前記深絞り加工のために、Ｎｉ基合金から成り、かつ０．６〜０．８ｍｍの肉厚を備えた１つの金属薄板を使用する、請求項７記載の方法。
9. 前記深絞り加工を、中間焼なましを伴う複数の工程で実施する、請求項８記載の方法。
10. 請求項１から６までのいずれか１項記載の、シース型グロープラグに用いられるシームレスのグロー管（１４）を製造するための方法において、シームレスのグロー管（１４）の前段階として、粉末冶金法により製造されるプリフォームを、金属粉末のコンパウンドから押出し成形によって形成し、前記プリフォームから、含有されたバインダを除去し、これによりグロー管ボディ（３０）を形成し、次いで、該グロー管ボディ（３０）を、焼結してシームレスのグロー管（１４）を形成することを特徴とする、シース型グロープラグに用いられるシームレスのグロー管を製造するための方法。
11. 請求項１から６までのいずれか１項記載の、シース型グロープラグに用いられるシームレスのグロー管（１４）を製造するための方法において、シームレスのグロー管（１４）の前段階として、粉末冶金法により製造されるグロー管ボディ（３０）を使用し、該グロー管ボディ（３０）を金属粉末射出成形により製造することを特徴とする、シース型グロープラグに用いられるシームレスのグロー管を製造するための方法。

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