JP5448476B2 - グロープラグ - Google Patents

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。

近年では、ディーゼルエンジンの高性能化による高温耐久性の要望から、セラミックグロープラグの需要が高くなっている。例えば図１に示すように、セラミックグロープラグ１は、エンジンヘッドに取り付けるためのねじ部１１を備えた主体金具１０と、ピン端子７０を通じて外部より電力が供給される中軸２０と、セラミックヒータ３０を圧入保持する外筒６０とが組み合わされて構成されている。また、中軸２０とセラミックヒータ３０とは、金属製のリング部材２１により導通可能に接続されている（特許文献１参照）。

しかし、リング部材２１と主体金具１０との隙間は極く僅かであり、特に近年ではディーゼルエンジンの直噴化及び小型化に伴ってグロープラグも小型化されており、従来主流であったＭ１０（ネジ部１１の外径）からＭ８に細径化されており、前記隙間はより狭くなっている。そのため、組み立て時やエンジン振動等により金属粉が前記隙間に入り込むと、主体金具１０との間で短絡が起こるようになる。このような短絡を防ぐために、リング部材２１の外周面をガラスで被覆して絶縁することが提案されている（特許文献２参照）。また、中軸２０と主体金具１０との隙間に絶縁性のチューブを挿入して両者間の導通を防ぐ技術もあるが、中軸２０と主体金具１０とを組み上げた後にチューブを挿入することから、リング部材２１の外周まで到達させることが困難であったり、工数の増大などの懸念もある（特許文献３参照）。この点からは、特許文献２に記載される構成が望ましいとも言える。

特開２００６−２０７９８８号公報 特開２００３−１３０３４９号公報 特開２００７−３２８７８号公報

ところで、グロープラグ１を組み立てる際、中軸２０とセラミックヒータ３０との導通をより良好にするために、中軸２０の下端部とセラミックヒータ３０の上端部はリング部材２１に圧入される。その際にリング部材２１は拡径するため、ガラス被覆したリング部材では、ガラスが割れて剥離するおそれがあり、亀裂が発生した場合でもエンジンの振動により亀裂が大きくなり、剥離に至るおそれがある。

そこで本発明は、絶縁を確実にし、かつ中軸とセラミックヒータとを圧入した際の剥離や亀裂の発生がないリング部材を備えるグロープラグを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下のグロープラグを提供する。
（１）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、
前記セラミックヒータの後端部と導電性のリング部材を介して接続され、外部より電力が供給される中軸と、
を備えるグロープラグであって、
前記セラミックヒータの後端部が前記リングに圧入されるとともに、
前記リング部材が、外周面が耐熱性樹脂膜で被覆された金属製筒体であることを特徴とするグロープラグ。
（２）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、
前記セラミックヒータの後端部と導電性のリング部材を介して接続され、外部より電力が供給される中軸と、
を備えるグロープラグであって、
前記セラミックヒータの後端部が前記リングに圧入されるとともに、
前記リング部材が、内面が金属膜で被覆された耐熱性樹脂製筒体であることを特徴とするグロープラグ。
（３）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、
前記セラミックヒータの後端部と導電性のリング部材を介して接続され、外部より電力が供給される中軸と、
を備えるグロープラグであって、
前記セラミックヒータの後端部が前記リングに圧入されるとともに、
前記リング部材が、金属製の内筒と耐熱性樹脂製の外筒とを接合してなる２層筒体であることを特徴とするグロープラグ。
（４）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、
前記セラミックヒータの後端部と導電性のリング部材を介して接続され、外部より電力が供給される中軸と、
を備えるグロープラグであって、
前記リング部材が、内面及び外周面が耐熱性樹脂膜で被覆された金属製筒体であり、かつ、前記中軸及び前記セラミックヒータを該リング部材に圧入した際に、前記内面の耐熱樹脂膜が削り取られることにより前記中軸と前記セラミックヒータとが導通可能に接続されていることを特徴とするグロープラグ。
（５）耐熱性樹脂が、フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリイミドまたはこれらの混合物であることを特徴とする上記（１）〜（４）の何れか１項に記載のグロープラグ。

本発明のグロープラグは、中軸とセラミックヒータとを接続するリング部材の内面を金属とし、外表面を耐熱性樹脂としたため、中軸及びセラミックヒータを圧入した際にガラス被覆のような亀裂や剥離が発生せず、導通を確保しつつ、絶縁安定性を向上させることができる。

グロープラグの全体を示す半断面図である。 リング部材の第１の実施形態を示す断面図である。 リング部材の第２の実施形態を示す断面図である。 リング部材の第３の実施形態を示す断面図である。 （ａ）はリング部材の第４の実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は組み付け状態を示す断面図である。

以下、本発明に関して詳細に説明する。

再び図１を参照して、本発明のグロープラグの一実施形態を説明する。即ち、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

中軸２０とセラミックヒータ３０とを接続するリング部材２１は、図２に示すように、ステンレス等からなる金属製筒体２１ａの外周面を耐熱性樹脂膜２１ｂで被覆して構成される。耐熱性樹脂膜２１ｂを形成する樹脂としては、溶融温度が３００℃以上の樹脂であり、フッ素樹脂やポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリイミドまたはこれらの混合物が好ましい。中でもフッ素樹脂が好ましい。

耐熱性樹脂膜２１ｂの膜厚は、主体金具１０との隙間の範囲内で適宜設定できるが、１０〜１０００μｍが適当である。１０μｍよりも薄い膜を均一に形成するのは難しく、膜強度にも問題があり、更には部分的に被膜が形成されないおそれもある。１０００μｍよりも厚く形成しても絶縁効果の更なる向上は見込めず、膜厚にムラが生じ易い。

耐熱性樹脂膜２１ｂの形成方法は、上記の膜厚とすることができれば制限はなく、例えば耐熱性樹脂を含有するエマルジョンをスプレーや刷毛塗りし、乾燥すればよい。また、耐熱性樹脂膜２１ｂの接着力を高めるために、金属製筒体２１ａの外周面を粗面化しておくことが好ましい。

また、リング部材２１として、図３に示すように、耐熱性樹脂製筒体２１ｃの内面を金属膜２１ｄで被覆したものを使用してもよい。耐熱性樹脂筒体２１ｃを形成する耐熱性樹脂は、上記と同様である。また、金属膜２１ｄを形成する金属に制限はなく、銅やアルミニウム、銀、ニッケル等の電気回路や導電に使用されるものを適宜選択することができる。金属膜２１ｄの膜厚は、中軸２０やセラミックヒータ３０を圧入した際に表層が削り取られることを考慮して０．３〜３μｍ程度とする。更に好ましくは０．５〜１．５μｍとし、耐熱性や展性の観点から、金や銀を好適に使用することができる。

金属膜２１ｄの形成方法としては、簡便で、上記のような厚い膜を均一に形成できることからメッキ法が好ましい。また、金属膜２１ｄの接着力を高めるために、耐熱性樹脂製筒体２１ｃの外周面を粗面化しておくことが好ましい。

更に、リング部材２１として、図４に示すように、金属製の内筒２１ｅと、耐熱性樹脂製の外筒２１ｆとを接合した２層筒体とすることもできる。耐熱性樹脂及び金属は、上記と同様である。また、内筒２１ｅ及び外筒２１ｆの各厚さは、両者同一でもよいが、金属使用量を削減してコストや重量を減じる観点から内筒２１ｅを相対的に薄くすることが好ましい。

上記何れのリング部材２１も、中軸２０とセラミックヒータ３０とは金属を通じて導通が確保され、樹脂により絶縁が確保される。

また、中軸２０及びセラミックヒータ３０はリング部材２１に圧入されるため、図５（ａ）に示すように、金属製筒体２１ｇの内面及び外周面に耐熱性樹脂膜２１ｈ、２１ｉを形成したリング部材２１を用い、同図（ｂ）に示すように中軸２０及びセラミックヒータ３０を圧入した際に、内面の耐熱性樹脂膜２１ｈを中軸２０及びセラミックヒータ３０により自動的に削り取ることにより、金属製筒体２１ｇと中軸２０及びセラミックヒータ３０とを導通可能に接続することもできる。

１ グロープラグ
１０ 主体金具
２０ 中軸
２１ リング部材
２１ａ 金属製筒体
２１ｂ 耐熱性樹脂膜
２１ｃ 耐熱性樹脂膜筒体
２１ｄ 金属膜
２１ｅ 内筒
２１ｆ 外筒
２１ｇ 金属製筒体
２１ｈ 耐熱性樹脂膜
２１ｉ 耐熱性樹脂膜
３０ セラミックヒータ
５０ Ｏリング
６０ 外筒
７０ ピン端子

Claims (5)

1. 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、
   前記セラミックヒータの後端部と導電性のリング部材を介して接続され、外部より電力が供給される中軸と、
   を備えるグロープラグであって、
   前記セラミックヒータの後端部が前記リングに圧入されるとともに、
   前記リング部材が、外周面が耐熱性樹脂膜で被覆された金属製筒体であることを特徴とするグロープラグ。
2. 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、
   前記セラミックヒータの後端部と導電性のリング部材を介して接続され、外部より電力が供給される中軸と、
   を備えるグロープラグであって、
   前記セラミックヒータの後端部が前記リングに圧入されるとともに、
   前記リング部材が、内面が金属膜で被覆された耐熱性樹脂製筒体であることを特徴とするグロープラグ。
3. 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、
   前記セラミックヒータの後端部と導電性のリング部材を介して接続され、外部より電力が供給される中軸と、
   を備えるグロープラグであって、
   前記セラミックヒータの後端部が前記リングに圧入されるとともに、
   前記リング部材が、金属製の内筒と耐熱性樹脂製の外筒とを接合してなる２層筒体であることを特徴とするグロープラグ。
4. 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、
   前記セラミックヒータの後端部と導電性のリング部材を介して接続され、外部より電力が供給される中軸と、
   を備えるグロープラグであって、
   前記リング部材が、内面及び外周面が耐熱性樹脂膜で被覆された金属製筒体であり、かつ、前記中軸及び前記セラミックヒータを該リング部材に圧入した際に、前記内面の耐熱樹脂膜が削り取られることにより前記中軸と前記セラミックヒータとが導通可能に接続されていることを特徴とするグロープラグ。
5. 耐熱性樹脂が、フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリイミドまたはこれらの混合物であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のグロープラグ。

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