JP5346165B2 - グロープラグ - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンを予熱する用途などに使われるグロープラグに関する。

従来のグロープラグは、図２に示したように、筒状の主体金具１と、主体金具１の中心を貫く電極軸２と、その電極軸２の端部に巻回して接合した制御コイル３と、該制御コイル３の先端に溶接により接合した発熱コイル４と、先端が閉じた筒状（キャップ形）であって前記制御コイル３と発熱コイル４をカバーする状態で前記主体金具１に装着されると共に前記発熱コイル４の先端に接合されたシース５と、を有する。前記シース５は、主体金具１側の基端部５ａより先端部５ｂの方が小径に形成され、さらに大径の前記基端部５ａと小径の前記先端部５ｂとの間に緩やかなテーパ部５ｃが設けられている。

上記グロープラグは、発熱コイル４と制御コイル３が直列に接続されたいわゆる自己制御型であって、主として発熱コイル４が発熱してシース５の先端部５ｂを赤熱させる。一方、制御コイル３は、昇温により電気抵抗が増加して発熱コイル４に流れる電流を抑制し、もって発熱コイル４の発熱を制御する。
特開平７−１５１３３１号公報

シース５の先端部５ｂを小径にした自己制御型のグロープラグ（以下、二段絞りタイプのグロープラグともいう。）は、シース形状がストレートタイプの自己制御型のグロープラグに比べて、シース５の先端部５ｂの体積が相対的に小さい分昇温特性に優れるという利点がある一方、制御コイル３と発熱コイル４の接合部６付近で断線しやすく、また、発熱コイル４の温度のバラツキが大きい、などの問題があった。

これらの原因を探求した結果、二段絞りタイプのグロープラグにおいて、シース５のテーパ部５ｃに潜む特有の問題が明らかになった。
すなわち、二段絞りタイプのシース５は、例えば、ストレート形状のシース５に対して、その全体にわたってスウェージング加工し、最終的に先端部が絞られて成形される。シース５内には制御コイル３と発熱コイル４の他に酸化マグネシウムなどの絶縁粉末７が充填されており、前記スウェージングにより絶縁粉末７が圧縮され、その圧力で基端部５ａにある制御コイル３の一部と、テーパ部５ｃにある制御コイル３の一部と、テーパ部５ｃと先端部５ｂにある発熱コイル４の全ての外径が縮径する。そして、コイルの外径が縮径すると、構成線材の長さが圧縮応力により縮むことになるから、逆に線材径が拡大する。
従来の二段絞りタイプのグロープラグは、テーパ部５ｃが長く緩やかに設定されており、そのテーパ部５ｃに制御コイル３の一部と、制御コイル３と発熱コイル４の継ぎ目、すなわち溶接による接合部６と、発熱コイル４の一部が位置するようになっているから、制御コイル３の場合は、大径な基端部５ａにある部分の線材径よりテーパ部５ｃにある部分の線材径の方が太く、また、発熱コイル４の場合は、小径な先端部５ｂにある部分の線材径よりテーパ部５ｃにある部分の線材径の方が細い。
こうした線材径の変化により、発熱コイル４の接合部６付近の電気抵抗が部分的に大きくなるため、その部分の発熱量が増大して早期断線に至りやすい。
また、テーパ部５ｃ内では元々コイルの線材径の変化が一様でないのに加えて、テーパ部５ｃの位置や長さにバラツキが生じやすいため、そのテーパ部５ｃにある制御コイル３の線材径、すなわち抵抗値もバラツキが生じやすく、そうした制御コイル３の抵抗値のバラツキが発熱コイル４の温度のバラツキにつながる。そしてもし、そのバラツキが高温側に振れた場合は、グロープラグの耐久性が悪化する。
なお、シースの先端部、テーパ部、基端部においてコイルの線材径に差が生じる問題は、上記したようなスウェージング加工前のシース形状やスウェージング方法に限らず、小径の先端部と大径の基端部との間にテーパ部を有するシースを形成する際の、各部の絞り加工の加工率に差が生じる形状や方法であれば、生じる問題である。

本発明は、上記に鑑みなされたもので、その目的は、二段絞りタイプの自己制御型のグロープラグの耐久性を向上させ、また、同グロープラグにおける発熱コイルの温度のバラツキを抑制することにある。

請求項１に記載したように、筒状の主体金具の内部に通した電極軸と、その電極軸の端部に自身の一端部が接合された制御コイルと、該制御コイルの他端部に自身の一端部が接合された発熱コイルと、先端が閉じた筒状であって前記制御コイルと前記発熱コイルとをカバーする状態で前記主体金具に装着されると共に前記発熱コイルの他端部が接合されたシースと、を有するグロープラグであって、前記シースが、前記主体金具側の基端部より先端部の方が小径に形成され、さらに小径な前記先端部とそれより大径な前記基端部との間にテーパ部が設けられているものにおいて、
前記制御コイルの略全体を前記シースの前記基端部内及び前記テーパ部内に納めつつ、前記発熱コイルの全てを前記シースの前記先端部内に納めると共に前記制御コイルと前記発熱コイルの第一接合部をも前記先端部内に納めるようにしたグロープラグを提供する。

また、請求項２に記載したように、前記基端部の外径（Ｄ）と前記先端部の外径（ｄ）の比（ｄ／Ｄ）を０.９以下に設定すると共に前記テーパ部の長さ（Ｌ）を０.５ｍｍ〜１.５ｍｍの範囲に設定した請求項１記載のグロープラグを提供する。

また、請求項３に記載したように、前記電極軸の前記端部と前記制御コイルの前記一端部との第二接合部から前記第一接合部までの前記制御コイルの巻数に対し、前記テーパ部の内部に位置する前記制御コイルの巻数を１０％以下に設定した請求項１又は２記載のグロープラグを提供する。

本発明のグロープラグは、制御コイルとの第一接合部を含む発熱コイルの全てをシースの小径な先端部内に納めたため、前記接合部から先の発熱コイル全体の線材径がほぼ均一になり、抵抗値の偏りがなく全体がほぼ均一に発熱する。従って、発熱コイルの接合部付近での早期断線が効果的に予防できる。この効果は、請求項２において特定したグロープラグにおいて、より顕著である。

また、請求項３に記載のグロープラグのように、電極軸の端部と制御コイルの一端部との第二接合部から第一接合部までの制御コイルの巻数、すなわち、制御コイルとして実質的に機能する部位の巻数（以下、有効巻数ともいう。）に対し、テーパ部の内部に位置する部分の制御コイルの巻数を１０％以下に設定した場合には、テーパ部内に位置する制御コイルの抵抗値にバラツキがあっても、制御コイル全体として許容範囲に収めることができる。

以下に本発明の実施の形態を図１（グロープラグの要部を示す拡大縦断面図）を参照しつつ説明する。なお、グロープラグの全体構造及びシースの製造方法は、図２により説明した従来技術と同じであるため、説明を省略する。

実施形態のグロープラグのシース５は、従来のグロープラグと同じく、主体金具１側の基端部５ａより先端部５ｂの方が小径に形成され、さらに小径な基端部５ａとそれより大径な基端部５ａとの間にテーパ部５ｃが設けられている。

そして、実施形態のグロープラグもまた、発熱コイル４と制御コイル３が直列に接続されたいわゆる自己制御型であって、主として発熱コイル４が発熱してシース５の先端部５ｂを赤熱させる。一方、制御コイル３は、昇温により電気抵抗が増加して発熱コイル４に流れる電流を抑制し、もって発熱コイル４の発熱を制御する。

さて、実施形態のグロープラグは、図１に示したように、前記発熱コイル４の全てをシース５の小径な先端部５ｂ内に納めると共に前記制御コイル３先端部と発熱コイル４基端部の溶接による接合部６（第一接合部）をもシース５の小径な先端部５ｂ内に納めるようにしてある。そうすることにより、制御コイル３との接合部６を含む発熱コイル４全体の線材径が、シース５のスウェージングにより変形した後もほぼ均一になり、発熱コイル４の接合部６付近での局部発熱を抑え発熱コイル４の全体がほぼ均一に発熱する。よって、発熱コイル４の接合部６付近での早期の断線が起きにくい。

また、実施形態のグロープラグは、基端部５ａの外径（Ｄ）と先端部５ｂの外径（ｄ）の比（ｄ／Ｄ）が０.９以下に設定され、テーパ部５ｃの長さ（Ｌ）が０.５ｍｍ〜１.５ｍｍの範囲に設定されている。このようにテーパ部５ｃの長さ（Ｌ）を０.５ｍｍ〜１.５ｍｍの範囲に短く設定することにより、そのテーパ部５ｃを通る制御コイル３の長さも短く限定的になるため、本発明の効果が確実に達成できる。
なお、基端部５ａの外径（Ｄ）と先端部５ｂの外径（ｄ）の比（ｄ／Ｄ）は、好ましくは０.８以上がよい。基端部５ａの外径（Ｄ）と先端部５ｂの外径（ｄ）の比（ｄ／Ｄ）が０.８より小さい場合は、基端部５ａと先端部５ｂの外径差が大きいため、テーパ部５ｃの長さ（Ｌ）を０.５ｍｍ〜１.５ｍｍの範囲に設定した場合のテーパ角（α）が急すぎてスウェージングの難易度が高くなるからである。

また、実施形態のグロープラグは、前記電極軸２の端部と制御コイル３の基端部との第二接合部から発熱コイル４との第一接合部６までの制御コイル３の有効巻数に対し、前記テーパ部５ｃの内部に位置する部分の制御コイル３の巻数が１０％以下になるよう設定されている。

本発明の効果を確認するため図１に示したグロープラグを製作し、以下の実証試験１〜３を行った。

［実証試験１］
基端部５ａの径（Ｄ）と先端部５ｂの径（ｄ）の比（ｄ／Ｄ）を０.８〜０.９の範囲に設定すると共にシース５のテーパ部５ｃの長さ（Ｌ）を１.５ｍｍに設定し、１３Ｖの電圧を１８０秒間印加した後強制空冷するのを１サイクルとして、２０個の本発明品について断線サイクル数を測定した。なお、効果を比較するため、制御コイル３と発熱コイル４の接合部６をテーパ部５ｃ内に配置した比較品についても同様の試験を行い、断線サイクル数を測定した。
その結果、本発明品については２００００サイクルでの断線が最短であり、一方、比較品は８０００サイクルでの断線が最短であった。これにより本発明品の優れた耐久性が実証された。

［実証試験２］
基端部５ａの外径（Ｄ）と先端部５ｂの外径（ｄ）の比（ｄ／Ｄ）を０.８〜０.９の範囲に設定し、シース５のテーパ部５ｃの長さ（Ｌ）を１ｍｍと１.５ｍｍに設定し、１１Ｖ印加時の８００℃到達時間のバラツキを５０個ずつの発明品１，２について測定した。効果を比較するため、テーパ部５ｃの長さ（Ｌ）を３ｍｍ，５ｍｍ，６ｍｍ，７ｍｍに設定した比較品１〜４を製作し、同様の試験を行った。なお、テーパ部５ｃの長さ（Ｌ）は、テーパ角（α）を５゜〜４５゜の間で調整して設定した。使用したコイルは全て同じものである。その結果を表１に示す。

以上の結果より、本発明品１，２について、発熱コイル４の温度のバラツキを抑制する効果が確認できた。

［実証試験３］
基端部５ａの外径（Ｄ）と先端部５ｂの外径（ｄ）の比（ｄ／Ｄ）を０.８〜０.９の範囲に設定すると共にシース５のテーパ部５ｃの長さ（Ｌ）を１.５ｍｍに設定し、テーパ部５ｃの位置を変えて、制御コイル３の有効巻数に対する前記テーパ部５ｃの内部に位置する部分の制御コイル３の巻数を５％と１０％に設定し、１１Ｖ印加時の８００℃到達時間のバラツキを５０個ずつの発明品１，２について測定した。効果を比較するため、同じく制御コイル３の有効巻数に対するテーパ部５ｃ内部の制御コイル３の巻数を１４％にした比較品を製作し、同様の試験を行った。その結果を表２に示す。

以上の結果より、本発明品１，２について、発熱コイル４の温度のバラツキを抑制する効果が確認できた。

以上、本発明の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、スウェージング加工前のシースの形状は、ストレート形状に限られず、予め先端部を小径にした二段絞り形状のシースであっても、スウェージング加工後に、シースの先端部、テーパ部、基端部においてコイルの線材径に差が生じるのであれば、本発明を適用することができる。

グロープラグの要部を示す拡大縦断面図である。 従来のグロープラグを示す縦断面図である。

符号の説明

１ …主体金具
２ …電極軸
３ …制御コイル
４ …発熱コイル
５ …シース
５ａ…基端部
５ｂ…先端部
５ｃ…テーパ部
６ …接合部（第一接合部）
Ｌ …テーパ部の長さ
Ｄ …基端部の径
ｄ …先端部の径

Claims (4)

1. 筒状の主体金具の内部に通した電極軸と、その電極軸の端部に自身の一端部が接合された制御コイルと、該制御コイルの他端部に自身の一端部が接合された発熱コイルと、先端が閉じた筒状であって前記制御コイルと前記発熱コイルとをカバーする状態で前記主体金具に装着されると共に前記発熱コイルの他端部が接合されたシースと、を有するグロープラグであって、前記シースが、前記主体金具側の基端部より先端部の方が小径に形成され、さらに小径な前記先端部とそれより大径な前記基端部との間にテーパ部が設けられているものにおいて、
   前記制御コイルの実質的にコイルとして巻かれている部位の全体が前記シースの前記基端部内及び前記テーパ部内に納まっており、一方、前記発熱コイルの全てが前記シースの前記先端部内に納まっており、さらに前記制御コイルと前記発熱コイルの第一接合部が前記先端部内に納まっていることを特徴とするグロープラグ。
2. 筒状の主体金具の内部に通した電極軸と、その電極軸の端部に自身の一端部が接合された制御コイルと、該制御コイルの他端部に自身の一端部が接合された発熱コイルと、先端が閉じた筒状であって前記制御コイルと前記発熱コイルとをカバーする状態で前記主体金具に装着されると共に前記発熱コイルの他端部が接合されたシースと、を有するグロープラグであって、前記シースが、前記主体金具側の基端部より先端部の方が小径に形成され、さらに小径な前記先端部とそれより大径な前記基端部との間にテーパ部が設けられているものにおいて、
   前記制御コイルの実質的にコイルとして巻かれている部位の全体が前記シースの前記基端部内に納まっており、一方、前記発熱コイルの全てが前記シースの前記先端部内に納まっており、さらに前記制御コイルと前記発熱コイルの第一接合部が前記先端部内に納まっていることを特徴とするグロープラグ。
3. 前記基端部の外径（Ｄ）と前記先端部の外径（ｄ）の比（ｄ／Ｄ）を０.９以下に設定すると共に前記テーパ部の長さ（Ｌ）を０.５ｍｍ〜１.５ｍｍの範囲に設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載のグロープラグ。
4. 前記電極軸の前記端部と前記制御コイルの前記一端部との第二接合部から前記第一接合部までの前記制御コイルの巻数に対し、前記テーパ部の内部に位置する前記制御コイルの巻数を１０％以下に設定したことを特徴とする請求項１又は請求項１に従属する請求項３に記載のグロープラグ。

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