JP5329984B2 - シースヒータ用シースチューブの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、気体、液体などの加熱対象物を加熱するシースヒータの一部を構成するシースチューブの製造方法に関する。

従来のシースヒータの構造を、特許文献１のグロープラグを例示して図４に基づき説明する。

グロープラグ１００は、周知のようにディーゼルエンジンを予熱するためのものであり、シースヒータ１０１の径方向外側を筒状の主体金具１０２で包囲してなる。
シースヒータ１０１は、先端１０３ａが閉じ、本体部１０３ｂが筒形状で、後端１０３ｃが開口した金属製のシースチューブ１０３と、そのシースチューブ１０３の後端１０３ｃから本体部１０３ｂの中間辺りの位置に先端部１０４ａが挿入された柱状の通電端子１０４と、シースチューブ１０３内に設けられ、自己の後端部１０５ｂが通電端子１０４の先端部１０４ａに接続され、同じく先端部１０５ａがシースチューブ１０３の先端１０３ａに接続された発熱体１０５（例えば抵抗線コイル）と、シースチューブ１０３内に充填された絶縁粉末１０６（例えばマグネシア粉末）と、シースチューブ１０３の後端１０３ｃの開口を塞ぐ封止部材１０７と、を備えている。

前記シースヒータ１０１のシースチューブ１０３は、封止部材１０７が嵌まる部分である封止部材装着部１０３ｄの内周面が切削工具で削られて拡張されており、従って、封止部材装着部１０３ｄの内径が、前記本体部１０３ｂの内径より大きくなっている。

特開２００３−１３３０３５号公報（段落００１９、第１図）

金属材料を切削工具で切削するとバリや切り屑が発生する。シースチューブ１０３の封止部材装着部１０３ｄにそのようなバリや切り屑があるとショートの原因になるため、従来は、シースチューブ１０３の封止部材装着部１０３ｄの内周面を切削した後、バレル研磨などのバリ取り処理を行い、さらに全数について目視検査を行っていた。

ところで金属製の丸パイプ材の内径を拡張する方法には、上記切削加工の他に塑性加工がある。具体的には、丸パイプ材をダイスに嵌めて外周面を変形不能に囲い込み、その状態で丸パイプ材の端部に拡径用のポンチを圧入して内周面を塑性変形させつつ拡径する、というものである。

もし仮に、上記のような塑性加工によりシースチューブ１０３の封止部材装着部１０３ｄを拡径すれば、切削による上記不具合は生じないのであるが、従来の塑性加工による内径の拡径方法は、シースチューブ１０３の封止部材装着部１０３ｄを拡径する用途に適さない。

すなわち、拡径用のポンチを丸パイプ材に圧入して拡径する塑性加工では、丸パイプ材の元の肉厚Ｔ（図２拡大図参照）と拡径後の肉厚ｔ（図２拡大図参照）の断面減少率を［（Ｔ−ｔ）×１００／Ｔ］（％）としたとき、軸方向の長さ（深さ）にもよるが概ね断面減少率≦３０％が実用可能な拡径の範囲であると考えられており、該断面減少率が３０％を越えるような条件、即ち（ｔ／Ｔ）＜０.７という条件では、ポンチの圧入により該ポンチの進行方向の延長線上にある部分が、例えばひしゃげたような状態に変形するおそれがある。

これに対しシースチューブ１０３の封止部材装着部１０３ｄの設計上の断面減少率は３０％を越えるものが多い。従って、従来の塑性加工による内径の拡径方法は、シースチューブ１０３の封止部材装着部１０３ｄを拡径する用途に適さない。

本発明は、上記に鑑みなされたもので、その目的は、前記封止部材装着部についての目視検査やバリ取り処理を行う必要のないシースヒータ用シースチューブの製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため本発明は、先端が閉じ、本体部が筒形状で、後端が開口した金属製のシースチューブと、
そのシースチューブの前記後端から前記本体部内に自身の先端部が挿入された柱状の通電端子と、
前記シースチューブ内に設けられ、自身の後端部が前記通電端子に接続され、自身の先端部が前記シースチューブに接続された発熱体と、
前記シースチューブ内に充填された絶縁粉末と、
前記シースチューブの後端部の、前記本体部の内径より自身の内径が大径の封止部材装着部に嵌って、前記通電端子と前記封止部材装着部とで構成された開口を塞ぐ封止部材と、を備えたシースヒータの前記シースチューブを製造する方法であって、
所定長の金属製の丸パイプ材を使用し、少なくとも前記封止部材装着部に対応する部分について内径及び外径を塑性加工により同時に拡径させ、その際内径を設定値に加工する拡径工程と、
前記拡径工程で形成した丸パイプ材の内形状に整合する型軸を該丸パイプ材に嵌合させ、その嵌合状態で少なくとも前記拡径工程で拡径した部分を軸方向に圧延してその外径を設定値にまで細める縮径工程と、を製造工程の一部に含むシースヒータ用シースチューブの製造方法を提供する。

また、前記シースヒータ用シースチューブの製造方法において、好ましくは前記丸パイプ材の加工前の内径及び外径を、前記絶縁粉末を充填する前のシースチューブの前記本体部の内径及び外径と一致させるとよい。

本発明によれば、前記丸パイプ材の封止部材装着部に対応する部分について、内径を設定値に加工することを優先しつつ内径及び外径を塑性加工により同時に拡径させる拡径工程と、丸パイプ材の内形状の変形を阻止しつつ外径のみを塑性加工により圧延して細める縮径工程の二工程でシースチューブの封止部材装着部を形成するようにしたため、前記断面減少率が３０％を越えるような、すなわち封止部材装着部の元の肉厚Ｔと拡径後の肉厚ｔの比（ｔ／Ｔ）が０.７未満となるような場合でも無理なく塑性加工をすることができる。そして、塑性加工によって形成した封止部材装着部は、バリや切り屑が生じないため、シースチューブを加工した後のバレル研摩などのバリ取り処理が不要であり、また、目視検査も省略可能であるから、生産性の向上に優れた効果を発揮する。

また、使用する丸パイプ材の内径及び外径を、絶縁粉末を充填する前のシースチューブの本体部の内径及び外径と一致させておけば、本体部についての内径及び外径の加工が省略できるため、さらに生産性が向上する。

グロープラグの縦断面図である。 シースチューブの縦断面図である。 （ａ）〜（ｄ）はシースチューブの製造工程の一部を示す縦断面図である。 従来のグロープラグの縦断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、図１はグロープラグの縦断面図、図２はシースチューブの縦断面図、図３（ａ）〜（ｄ）はシースチューブの製造工程の一部を示す縦断面図である。

グロープラグ１は、周知のようにディーゼルエンジン（図示せず）を予熱するためのものであり、図１に示したようにシースヒータ２の径方向外側を筒状の主体金具３で包囲してなる。

［シースヒータ］
シースヒータ２は、先端４ａが閉じ、本体部４ｂが筒形状で、後端４ｃが開口したシースチューブ４と、そのシースチューブ４の後端４ｃから本体部４ｂの中間辺りに先端部５ａが挿入された柱状の通電端子５と、シースチューブ４内に設けられた発熱体６と、シースチューブ４内に充填された絶縁粉末７（例えばマグネシア粉末）と、シースチューブ４の後端４ｃの開口を塞ぐゴム製の封止部材８と、を備えてなる。

前記シースチューブ４は、例えばステンレス合金やニッケル合金などの金属製であって、絶縁粉末７が充填される殆どの部分が本体部４ｂで、封止部材８が嵌まる後端部の内部が前記本体部４ｂの内径より大きい内径の封止部材装着部４ｄである。シースチューブ４は、軸方向に長く延びており、すぼまって閉じた先端４ａを除いて外径が一様で、後端４ｃの外周に面取り部４ｅが形成されている。

また、前記発熱体６は、例えば抵抗線コイルであってシースチューブ５内に設けられており、後端部６ｂが通電端子５の先端部５ａに接続され、先端部６ａがシースチューブ４の閉じた先端４ａ（内面）に例えばアーク溶接によって接続されている。

以上の構成であるシースヒータ２は、先ず、通電端子５の先端部５ａに発熱体６を接続し、その発熱体６を図２のシースチューブ４０（以下、絶縁粉末充填前の、正確には後のスウェージング加工によって縮径する前のシースチューブ及びそのシースチューブの各部位の各符号を１０倍にして縮径後のものと区別する。）に入れて該シースチューブ４０の先端４０ａと発熱体６の先端部６ａを接続する。そして、シースチューブ４０の後端４０ｃの開口から絶縁粉末７を充填して封止部材８を封止部材装着部４０ｄに嵌め入れ、シースチューブ４０の全体をスウェージング加工によって所望の径に縮径する。

［主体金具］
前記主体金具３は、シースチューブ４の径方向外側を包囲するものである。この主体金具３の後端開口にはブッシュ状の絶縁環９が嵌め込まれており、該絶縁環９によってシースヒータ２の通電端子５の後端部５ｂを主体金具３の中心に支持している。
一方、主体金具３の先端から若干奥に入った内壁に内向きの突出部１０が形成されており、該突出部１０によってシースヒータ２のシースチューブ４を締まり嵌め状態に支持している。

その他、主体金具３の後端の外周には六角ボルト形態の工具係合部１１があり、また、外周の先端側にディーゼルエンジンに装着するための雄ねじ１２が形成されている。
また、通電端子５の後端部５ｂであって主体金具３の後端から外部に突き出た部分には電源ケーブル（図示せず）を接続するネジ部５ｃが形成されており、そのネジ部５ｃに螺合する丸ナット１３で絶縁環９が押さえ付けられている。

［シースチューブの製造方法］
次に、前記シースヒータ２を構成するシースチューブ４の主として後端側の製造方法について説明する。
先ず、図３（ａ）に示したように所定長に切断した金属製の丸パイプ材４００を準備する。なお、丸パイプ材４００は、絶縁粉末７を充填する前の図２に示したシースチューブ４０の本体部４０ｂと同じ内径及び外径のものである。

この丸パイプ材４００を例えばダイスとポンチ（図示せず）による公知の絞り成形で先端（図３において下端）を所望形状に塑性加工する。実施形態では図３（ｂ）に示したように丸パイプ材４００の先端を漏斗状にすぼめ、中心に貫通孔４００ｆを残した状態に加工してある。

次に、図３（ｃ）に示したようにダイス１４とポンチ１５を使用し、丸パイプ材４００の封止部材装着部４ｄに対応する部分について内径及び外径を塑性加工により同時に拡径する（拡径工程）。この拡径工程で使用する前記ポンチ１５の形状は、丸パイプ材４００の内径が絶縁粉末充填前のシースチューブ４０の設定値になるように決められている。ここでの拡径工程は、薄肉の丸パイプ材４００の端部の内径及び外径を同時に拡げるというごく一般的な絞り成形であり、塑性加工の中でも他の部位への影響が比較的少ない低難易度のものである。

なお、本実施形態では丸パイプ材４００が絶縁粉末充填前のシースチューブ４０の本体部４０ｂの内径及び外径と同一になっているため、前記拡径工程においてシースチューブ４の本体部４ｂに対応する部分を加工対象にしていない。しかし、もし丸パイプ材４００の内径及び外径が絶縁粉末充填前のシースチューブ４０の本体部４０ｂの内径及び外径より小さい場合は、前記拡径工程で丸パイプ材４００のシースチューブ４の本体部４ｂに対応する部分も同時に拡径する。

次に、図３（ｄ）に示したように、前記拡径工程で形成した丸パイプ材４００の内形状に整合する型軸１６を該丸パイプ材４００に嵌合させ、その嵌合状態で前記拡径工程で拡径した部分、すなわち封止部材装着部４ｄに対応する部分の外周をダイス１７により後端の開口側に向かう向き（図３（ｄ）において上向き）にしごいて圧延し、封止部材装着部４ｄに対応する部分の周りを薄く引き延ばして外径を細める（縮径工程）。この縮径工程で封止部材装着部４０ｄ周りの外径と本体部４０ｂ周りの外径を同一にして、先端４０ａを除くシースチューブ４０の外径を一様にする。

なお、本実施形態では丸パイプ材４００が絶縁粉末充填前のシースチューブ４０の本体部４０ｂの内径及び外径と同一になっているため、前記縮径工程においてシースチューブ４の本体部４ｂに対応する部分を加工対象にしていない。しかし、もし丸パイプ材４００の外径が絶縁粉末充填前のシースチューブ４０の本体部４０ｂの外径より大きい場合は、前記縮径工程で丸パイプ材４００のシースチューブ４の本体部４ｂに対応する部分も同時に縮径する。

次に、丸パイプ材４００の貫通孔４００ｆを例えば絞り成形によって閉じ、後端の面取り部を形成すれば図２に示した絶縁粉末充填前のシースチューブ４０が完成する。
なお、上記の拡径工程と縮径工程は、絶縁粉末充填前のシースチューブ４０を製造する工程全体の一部に含まれていればよく、上記拡径工程と縮径工程以外の工程は従来通りでよい。また、拡径工程と縮径工程は、先後を入れ替えない限り他の工程を間に入れてもよく、連続して行う必要はない。

上記の製造方法を実施することにより、前記断面減少率が３０％以下のものは言うまでもなく、断面減少率が４０％を越えるようなシースチューブでも低コストでしかも精度のよい製品が提供できる。

以上、本発明を実施の形態について説明したが、もちろん本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態では、シースヒータ２をグロープラグ１への適用例として説明したが、それ以外の例えばウォーターヒータ等、気体、液体などの加熱対象物を加熱するヒータ全般にも適用できる。
また、実施形態では、縮径工程において丸パイプ材４００の外周をしごいて圧延したが、このしごき加工をスウェージング加工に置き換えるようにしてもよい。

１ …グロープラグ
２ …シースヒータ
４ …シースチューブ
４０ …絶縁粉末充填前のシースチューブ
４ａ（４０ａ） …先端
４ｂ（４０ｂ） …本体部
４ｃ（４０ｃ） …後端
４ｄ（４０ｄ） …封止部材装着部
４００ …丸パイプ材
５ …通電端子
５ａ …先端部
６ …発熱体
６ａ …先端部
６ｂ …後端部
７ …絶縁粉末
８ …封止部材
１６ …型軸

Claims (2)

1. 先端が閉じ、本体部が筒形状で、後端が開口した金属製のシースチューブと、
   そのシースチューブの前記後端から前記本体部内に自身の先端部が挿入された柱状の通電端子と、
   前記シースチューブ内に設けられ、自身の後端部が前記通電端子に接続され、自身の先端部が前記シースチューブに接続された発熱体と、
   前記シースチューブ内に充填された絶縁粉末と、
   前記シースチューブの後端部の、前記本体部の内径より自身の内径が大径の封止部材装着部に嵌って、前記通電端子と前記封止部材装着部とで構成された開口を塞ぐ封止部材と、を備えたシースヒータの前記シースチューブを製造する方法であって、
   所定長の金属製の丸パイプ材を使用し、少なくとも前記封止部材装着部に対応する部分について内径及び外径を塑性加工により同時に拡径させ、その際内径を設定値に加工する拡径工程と、
   前記拡径工程で形成した丸パイプ材の内形状に整合する型軸を該丸パイプ材に嵌合させ、その嵌合状態で少なくとも前記拡径工程で拡径した部分を軸方向に圧延してその外径を設定値にまで細める縮径工程と、
   を製造工程の一部に含むことを特徴とするシースヒータ用シースチューブの製造方法。
2. 前記丸パイプ材の加工前の内径及び外径が、前記絶縁粉末を充填する前のシースチューブの前記本体部の内径及び外径と一致するものであることを特徴とする請求項１記載のシースヒータ用シースチューブの製造方法。

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