JP5740002B2 - グロープラグ - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの始動時等に用いるグロープラグに関するものである。

ディーゼルエンジンの始動時等に使用されるグロープラグは、発熱抵抗体を自身の先端部に有するヒータを、軸孔を有する筒状の主体金具の先端部において直接又は間接的に保持する。主体金具の軸孔には、棒状の中軸が挿通され、中軸は主体金具とは絶縁された状態で配置される。中軸の一端部はヒータの後端部に接続され、他端部は主体金具の後端から突出している。発熱抵抗体に接続される２つの電極が、主体金具と中軸とのそれぞれに電気的に接続されている。軸孔内の後端側には、主体金具の軸孔内の気密性を維持するため、軸孔の内周面と中軸との間に環状の当接部材が配置される。

上記の構造を有するグロープラグが用いられるディーゼルエンジンは、近年、小型化、高燃費化、および高出力化等への要望から、従来の副室式ディーゼルエンジンに代わり直噴式ディーゼルエンジンへと移行しつつある。これに伴ってエンジンへの取り付け構造が変更される場合もあり、グロープラグには、小径化および長尺化が求められている。

グロープラグの全長が長くなることで中軸の固有振動数が低下し、ディーゼルエンジンの稼動に伴い発生する振動負荷の振動数が中軸の固有振動数に一致する機会が増える。即ち、中軸が共振することが頻発する可能性がある。中軸が共振すると、中軸における振動の腹に相当する部位が主体金具の内周面に接触し、中軸と主体金具との絶縁性が保てなくなる可能性がある。中軸の振幅が大きくなれば中軸の撓りも大きくなり、中軸が破断する可能性がある。

そこで中軸と主体金具との間の間隙に絶縁性のシリコンからなるチューブを介在させ、チューブの内周面の内側に中軸を収容させるグロープラグが知られている（例えば、特許文献１参照）。このグロープラグは、チューブによって中軸の共振時の振幅を制限する。その結果グロープラグは、中軸の破断を防止し、主体金具と中軸との接触も防止することができる。

特開２００７−５１８６１号公報

しかしながら特許文献１開示の発明では、中軸のうち当接部材が配置されている位置において、中軸の共振時に振動が発生する場合が依然ある。この振動により、当接部材には、当接部材の径方向に瞬間的な荷重負荷がかかり、当接部材が変形等の劣化を起こす可能性がある。当接部材の径方向は、当接部材の軸線方向と垂直な平面において、軸線を起点とする方向である。

本発明は、共振時における中軸の振幅を抑え、当接部材の劣化を防ぐグロープラグを提供することを目的とする。

本発明の実施態様のグロープラグによれば、通電によって発熱する発熱抵抗体を自身の先端部に有するヒータと、自身の軸線方向に沿って延びる軸孔を有する筒状に形成され、自身の先端部において前記ヒータを直接又は間接的に保持する主体金具と、棒状に形成され、前記主体金具の内周面に対し間隙をおいて配置されると共に、自身の先端部が前記ヒータの後端部に接続され、自身の後端部が前記主体金具の後端から突出される中軸と、環状に形成され、前記軸孔の後端部において前記軸孔に挿入されて、前記主体金具の前記内周面と前記中軸とのそれぞれに当接した状態で配置される、絶縁性の粘弾性部材からなる当接部材と、を備えるグロープラグであって、前記ヒータは、絶縁性セラミックからなる基体と、導電性セラミックからなる発熱素子とを有するセラミックヒータであり、前記主体金具は、前記セラミックヒータを直接又は間接的に保持し、前記中軸は、前記セラミックヒータに一体に連結され、前記当接部材の５０℃以上１５０℃以下の温度範囲における動的粘弾性のｔａｎδが０．１以上であるグロープラグが提供される。

本実施態様において、当接部材の動的粘弾性のｔａｎδが０．１以上である場合、当接部材の防振性が顕著に向上する。すなわち、グロープラグに振動が加わり中軸が共振しても当接部材が十分に振動を吸収するため、振幅が顕著に抑制される。従って、当接部材の配置される位置において振幅は顕著に低減されるため、当接部材に径方向に加わる瞬間的な荷重負荷が低減し、当接部材の変形等の劣化を防止することができる。

本実施態様において、前記当接部材のゴム硬度が８０以上１００以下であってもよい。当接部材のゴム硬度が８０以上であれば、当接部材を主体金具の後端部の内周面と中軸との間隙に挿入する際、当接部材はゴム硬度が８０未満の場合と比較して変形量が小さく、軸孔の開口部近傍にて引っかかることがない。これにより当接部材を挿入するために要する軸線方向の荷重を、ゴム硬度８０未満である場合と比較して顕著に低減し、当接部材の組み付け性を向上させることができる。

本実施態様において、前記当接部材とは別体であり、５０℃以上１５０℃以下の温度範囲における動的粘弾性のｔａｎδが０．１以上である防振部材が前記間隙に配置されていてもよい。動的粘弾性のｔａｎδが０．１以上である防振部材を、中軸先端部から当接部材の配置位置までの間に配置させることで、中軸共振時における振幅をさらに抑制することができる。

本実施態様において、前記防振部材の少なくとも一部が、前記軸線方向において、前記ヒータの先端と前記中軸の後端との中心位置から前記当接部材までの間に配置されていてもよい。中軸が共振を起こす場合、ヒータの先端と中軸の後端との中心位置から、当接部材の配置箇所までの間に、振動の腹が発生する。振動の腹が生じる位置近傍に動的粘弾性のｔａｎδが０．１以上の防振部材を、中軸と主体金具との間隙に、中軸と当接させながら配置させることで、防振部材の防振機能を高めることができる。

本実施態様において、前記当接部材の主成分は、フッ素ゴムからなってもよい。この場合のグロープラグは、当接部材の主成分をフッ素ゴムとすることにより、当接部材の耐熱性および絶縁性を十分に確保することができる。尚、「当接部材の主成分は、フッ素ゴムからなる」とは、当接部材中にフッ素ゴムが５０％以上含まれることを意味する。

本実施態様において、前記グロープラグに組み付ける前の前記当接部材を、前記当接部材の軸線である第２軸線を含む平面にて切断し、切断片のそれぞれが有する２つの断面のうちの一方の断面の輪郭線をみた場合に、前記当接部材は、前記輪郭線を部分的に構成する輪郭部であって、前記第２軸線に沿いつつも、径方向外向きに膨らむ曲率半径Ｒ１の曲線状に延びる前記輪郭部である第一輪郭部と、前記第２軸線に沿いつつも、曲率半径Ｒ２がＲ１＜Ｒ２を満たして径方向内向きに膨らむ曲線状又は直線状に延びる前記輪郭部である第二輪郭部とを備えてもよい。この場合のグロープラグは、曲率半径Ｒ２の第二輪郭部が、曲率半径Ｒ１の第一輪郭部に比べてより大きな曲率半径で、第２軸線に沿って延びている。このため、グロープラグの組み付け時において、当接部材が第２軸線に沿って押し込まれる際に、第二輪郭部が、当接部材の全体を支えて曲がりおよび巻き込みを抑制する芯として機能することができる。従って、グロープラグは、第二輪郭部において、当接部材に曲がりおよびシワが生じたりすることが抑制できる。当接部材は、主体金具の軸孔の内周面と中軸との２点（２面）に接する。このため、主体金具の軸孔によって囲まれる空間は、当接部材によって気密性が確保される。グロープラグは、主体金具および中軸の少なくとも一方に複雑なシール面を形成して主体金具の軸孔によって囲まれる空間の気密性を確保する場合に比べ、加工が容易で、コストダウンを図ることができる。

グロープラグ１の縦断面図である。 グロープラグ１の後端側を拡大した縦断面図である。 グロープラグ１に組み付ける前の当接部材７の斜視図である。 グロープラグ１に組み付ける前の当接部材７を斜視および断面で示す図である。 グロープラグ１に当接部材７を組み付ける過程において、当接部材７が接続端部３６を通過する状態を示す縦断面図である。 グロープラグ１に当接部材７を組み付ける過程において、当接部材７が、テーパ部４７の先端位置Ｂ２を通過する状態を示す縦断面図である。 グロープラグ１に当接部材７を組み付ける過程において、当接部材７がテーパ部４７へ押し込まれる状態を示す縦断面図である。 中軸３の中胴部３３および後端部３２に防振部材９０を取り付けた場合のグロープラグ１の縦断面図である。 中軸３の一次共振時の振動の腹の振幅と、当接部材７の動的粘弾性のｔａｎδとの関係を示す図である。 中軸３の一次共振時の振幅と当接部材７の動的粘弾性のｔａｎδとの関係を示す図である。 中軸３の二次共振時の振幅と当接部材７の動的粘弾性のｔａｎδとの関係を示す図である。 当接部材７をテーパ部４７へ挿入するために必要な軸線Ｏ方向の荷重と、挿入量との関係を、当接部材７のゴム硬度ごとに示す図である。 測定システム１６の模式図である。

以下、本発明を具体化したグロープラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。図１および図２を参照して、一例としてのグロープラグ１の全体の構造について説明する。参照する図面は、本発明が採用し得る技術的特徴を説明するために用いるものであり、記載しているグロープラグの構成等は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。以下の説明では、主体金具４の軸線を軸線Ｏとし、軸線Ｏを、主体金具４に組み付けられた、グロープラグ１を構成する各部品の位置関係や向き、方向を説明する上での基準とする。軸線Ｏの延伸方向（以下、「軸線Ｏ方向」ともいう）において、セラミックヒータ２の配置された側（図１における下側）をグロープラグ１の先端側とする。軸線Ｏと直交する平面上の、軸線Ｏを起点とする方向を、径方向外向きと定義する。軸線Ｏと直交する平面上の、軸線Ｏに向かう方向を、径方向内向きと定義する。径方向外向きと、径方向内向きとを総称する場合、又はいずれかを特定しない場合、径方向という。

図１に示すグロープラグ１は、例えば直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室（図示外）に取り付けられ、エンジン始動時の点火を補助する熱源として利用される。グロープラグ１は、主体金具４と、保持部材８と、セラミックヒータ２と、中軸３と、接続端子５と、絶縁部材６と、当接部材７と、接続リング８５とを主に備える。

セラミックヒータ２について説明する。セラミックヒータ２は基体２１及び発熱素子２４を有する。基体２１は、丸棒状をなし、先端部２２が半球状に曲面加工された絶縁性セラミックからなる。基体２１の内部には、発熱素子２４が埋設されている。発熱素子２４は、導電性セラミックからなり、断面が略Ｕ字状である。発熱素子２４は、発熱抵抗体２７と、リード部２８および２９とからなる。発熱抵抗体２７はセラミックヒータ２の先端部２２に配置され、先端部２２の曲面にあわせて両端が略Ｕ字状に折り返されている。リード部２８および２９は発熱抵抗体２７の両端にそれぞれ接続され、セラミックヒータ２の後端部２３へ向けて互いに略平行に延設されている。発熱抵抗体２７の断面積は、リード部２８および２９の断面積よりも小さくなるように成形されている。通電時、セラミックヒータ２による発熱は主に発熱抵抗体２７において行われる。セラミックヒータ２の中央より後端側において、リード部２８および２９のそれぞれから電極取出部２５および２６が径方向外向きに突出されている。電極取出部２５および２６は、軸線Ｏ方向において互いにずれた位置にて、セラミックヒータ２の外周面に露出している。

保持部材８について説明する。保持部材８は軸線Ｏ方向に延びる円筒状の金属部材からなる。保持部材８は、自身の筒孔８４内にてセラミックヒータ２の胴部分を保持する。セラミックヒータ２の先端部２２および後端部２３は、保持部材８の両端からそれぞれ露出している。保持部材８の胴部８１の後端側には、肉厚の鍔部８２が形成されている。鍔部８２の後端には、後述する主体金具４の先端部４１に係合する段状の金具係合部８３が形成されている。セラミックヒータ２の電極取出部２５および２６のうち先端側に形成された電極取出部２５は、保持部材８の筒孔８４の内周面に接触しており、電極取出部２５と保持部材８とは電気的に接続されている。

保持部材８の金具係合部８３から後端側に露出されたセラミックヒータ２の後端部２３には、金属製で筒状の接続リング８５が圧入によって嵌められている。セラミックヒータ２の電極取出部２６は接続リング８５の内周面に接触している。電極取出部２６と接続リング８５とは電気的に接続されている。後述する主体金具４の先端部４１が保持部材８の金具係合部８３に接合されることによって、電極取出部２５は、保持部材８を介して主体金具４と電気的に接続される。電極取出部２６に接続された接続リング８５は、主体金具４内に配置される。保持部材８によってセラミックヒータ２と主体金具４とが位置決められので、接続リング８５と主体金具４とは直接的には絶縁状態に維持される。

主体金具４について説明する。主体金具４は、軸線Ｏ方向に貫通する軸孔４３を有する長細い筒状の金属部材である。主体金具４は、自身の先端部４１においてセラミックヒータ２を直接又は間接的に保持する。具体的には、主体金具４の先端部４１の内周は、前述した保持部材８の金具係合部８３の外周に係合されている。主体金具４は、保持部材８を介してセラミックヒータ２の電極取出部２５と電気的に接続されている。先端部４１と金具係合部８３との合わせ部位にはレーザ溶接が施されており、主体金具４と保持部材８とが一体に接合されている。主体金具４の先端部４１と後端部４５との間は、中胴部４４である。中胴部４４は、軸線Ｏ方向に長く形成されており、後端側外周面に取付部４２が設けられている。取付部４２にはグロープラグ１を内燃機関のエンジンヘッド（図示外）に取り付けるためのねじ山が形成されている。取付部４２よりも後端側には、工具係合部４６がその断面形状を六角形状にして形成されている。工具係合部４６には、グロープラグ１をエンジンヘッドに取り付ける際に使用される工具が係合する。図２に示すように、主体金具４の後端部４５における軸孔４３の内周面に、後端４８から先端側に向かってテーパ状に先細るテーパ部４７が形成されている。

中軸３について説明する。図１に示すように、中軸３は軸線Ｏ方向に延びる棒状の金属部材であり、主体金具４の軸孔４３に挿通される。中軸３の先端部３１と後端部３２との間の中胴部３３は、先端部３１および後端部３２と比べ、外径が小さく形成されている。中軸３は、主体金具４の内周面に対し間隙をおいて配置されると共に、自身の先端部３１がセラミックヒータ２の後端部に接続されている。具体的には、先端部３１には、その先端に、接続リング８５の内周に係合するための小径のリング係合部３４が形成されている。リング係合部３４が接続リング８５に係合することで、セラミックヒータ２と中軸３とが接続リング８５を介して軸線Ｏに沿って一体に連結される。図示しないが、先端部３１と接続リング８５との合わせ部位にはレーザ溶接が施されており、先端部３１と接続リング８５とが一体に接合されている。これにより、中軸３は、接続リング８５を介し、セラミックヒータ２の電極取出部２６と電気的に接続されている。上記したように、セラミックヒータ２と主体金具４とは保持部材８によって位置決めされているので、軸孔４３内で、中軸３と主体金具４とは直接的には絶縁状態に維持される。

図２に示すように、中軸３の後端部３２は、接続端部３６と、接続基部３７とを有する。接続端部３６は、主体金具４の後端４８から突出している。接続基部３７は、接続端部３６と中胴部３３との間を接続する。接続端部３６には、外周面にローレット状の表面加工を施した係止部３９が形成されている。係止部３９を含め、接続端部３６の外径は、接続基部３７の外径と比べて小さい。接続端部３６と接続基部３７との間には、接続端部３６と接続基部３７とをテーパ状に接続する肩部３８が形成されている。

当接部材７と絶縁部材６とはそれぞれ中軸３の後端部３２に配置される。当接部材７は主体金具４の軸孔４３の内周面と中軸３の接続基部３７との間に配置されている。当接部材７は、軸孔４３内で中軸３を保持して中軸３の振動を抑制するとともに、軸孔４３によって囲まれる空間の気密性を保つ。当接部材７の詳細については後述する。

絶縁部材６は、主体金具４と中軸３および接続端子５（後述）との接触による短絡を防止するため、例えばナイロン（登録商標）等、耐熱性および絶縁性を有する部材から形成される筒体である。絶縁部材６は、絶縁部材６に中軸３の後端部３２が挿通され、且つ、主体金具４のテーパ部４７に、自身の外周に設けられたテーパ部６３が当接することで位置決めされる。絶縁部材６は、主体金具４と中軸３とを絶縁状態に維持する。絶縁部材６の後端６５は主体金具４の後端４８よりも後方に突出して配置される。接続端子５の鍔部５１（後述）は後端６５に当接した状態に配置される。このため、接続端子５と主体金具４とは絶縁状態に維持される。

接続端子５は中軸３の接続端部３６に固定される。接続端子５は、接続端部３６に覆い被せるキャップ状の胴部５２を有し、胴部５２から後端側にピン状の突起部５３が突設されている。胴部５２の先端の開口端には、一周にわたって径方向外向きに突設する鍔部５１が形成されている。接続端子５を中軸３の接続端部３６に被せた場合に、絶縁部材６の後端６５に鍔部５１が当接する。接続端子５は、接続端子５を軸線Ｏ方向の先端向きに押圧した状態で、胴部５２の外周から内向きに加締められる。胴部５２の内周面は接続端部３６の係止部３９に強固に係止される。係止部３９はローレット形状であるため、加締めにより、胴部５２の係止部３９への固着力が高められ、接続端子５と中軸３とが一体に固定される。加締めにより、接続端子５と中軸３とは電気的に接続される。

図１に示すように、接続端子５の突起部５３には、グロープラグ１がエンジンヘッド（図示外）に取り付けられる際に、プラグキャップ（図示外）が嵌められる。セラミックヒータ２の発熱素子２４の発熱抵抗体２７は、保持部材８および主体金具４を介してエンジンに接地される電極取出部２５と、接続端子５および中軸３を介してプラグキャップに接続される電極取出部２６との間に通電されることによって、発熱する。

図２および図３を参照して当接部材７について説明する。上記したように、当接部材７は、環状に形成され、軸孔４３の後端部４５において軸孔４３に挿入されて、主体金具４の軸孔４３の内周面と中軸３の接続基部３７とのそれぞれに当接した状態で配置される部材である。当接部材７は、軸孔４３で中軸３を保持して中軸３の振動を抑制するとともに、主体金具４と中軸３との間の空間の気密性を保つ。図３に示すように、当接部材７は、自身の軸線Ｐの延伸方向（以下、軸線Ｐ方向ともいう）に延びる筒孔７６を有する。軸線Ｐ方向と直交する方向からみた当接部材７の外周面の輪郭線は、径方向外向きに膨らむ形状をなす。

図４に示すように、グロープラグに組み付ける前の当接部材７は、軸線Ｐについて対称な形状（鏡像体）を有している。すなわち、当接部材７が、軸線Ｐを含む平面で２つの断片に切断（分割）された場合、各断片はそれぞれ２箇所に略同一な断面を有する。当接部材７は、軸線Ｐ方向の中点を通る平面Ｆ（図５参照）について対称な形状を有している。本実施形態の当接部材７では、断片に形成される２つの断面のうちの一方の断面７５に着目し、断面７５の輪郭線７０をみたときに、輪郭線７０は以下の形態をなす。

輪郭線７０は、輪郭線７０を部分的に構成する輪郭部（輪郭線を構成する線分）として、第一輪郭部７２、第二輪郭部７１および第三輪郭部７３の３つの輪郭部を有する。第一輪郭部７２は、軸線Ｐに沿いつつも、径方向外向きに膨らむ曲率半径Ｒ１の曲線状に延びる。第二輪郭部７１は、軸線Ｐに沿いつつも、径方向内向きに膨らむ曲率半径Ｒ２の曲線状又は直線状に延びる。曲率半径Ｒ１は曲率半径Ｒ２よりも小さい。本実施形態の第二輪郭部７１は、直線状である。本実施形態の第二輪郭部７１は、曲率半径Ｒ２が無限大である曲線状の輪郭部とみなすことができる。第三輪郭部７３は、第一輪郭部７２と第二輪郭部７１とを、軸線Ｐ方向で同じ側の端部においてそれぞれ接続する輪郭部であり径方向内向きに膨らむ曲線状をなす。第一輪郭部７２と第三輪郭部７３との接続点は、軸線Ｐ方向における当接部材７の上下（先後）の両端部を形成している。

当接部材７は、例えば、フッ素ゴム、シリコンゴム等の耐熱性および絶縁性を有する粘弾性部材からなる。当接部材７の主成分はフッ素ゴムからなることが好ましい。当接部材７の主成分をフッ素ゴムとすることにより、当接部材７の耐熱性および絶縁性を十分に確保することができる。当接部材７の動的粘弾性のｔａｎδは０．１以上であることが好ましい。後述する実施例１に示すように動的粘弾性のｔａｎδが０．１未満であると、当接部材７の防振機能が不十分である。当接部材７の動的粘弾性のｔａｎδは０．１以上１．０以下であることがさらに好ましい。ｔａｎδが大きくなると、当接部材７は弾性よりも粘性が優位になり、当接部材をグロープラグに取り付ける際の組み付け性が低下する可能性がある。これに対して、動的粘弾性のｔａｎδを１以下にすることにより、当接部材７の組み付け性は、動的粘弾性のｔａｎδを１より大きい場合に比べ向上する。当接部材７のゴム硬度は８０以上１００以下であることが好ましく、ゴム硬度は８０であることが特に好ましい。ゴム硬度の上限は１００である。後述する実施例３に示すようにゴム硬度が８０以上であると、組み付け性が向上するが、ゴム硬度が８０未満であると、当接部材７の組み付け性が低下する。ゴム硬度は、例えば、高分子計器株式会社製のアスカーゴム硬度計Ａ型を用いてＪＩＳ Ｋ６２５３の規定に準拠して測定しており、以下の測定でも同様な条件とする。

グロープラグ１は、概略、以下のように組み立てられる。導電性のセラミック粉末やバインダ等を原料として射出成形によって、セラミックヒータ２の発熱素子２４の原形となる素子成形体が形成される。絶縁性セラミック粉末を原料として金型プレス成形によって、セラミックヒータ２の基体２１の原形となる基体成形体が、２分割の成形体として形成される。基体成形体で素子成形体を挟んで収容した状態で、基体成形体はプレス圧縮される。脱バインダ処理、およびホットプレス等の焼成工程後、外周面の研磨によって、棒状で先端が半球状のセラミックヒータ２が形成される。セラミックヒータ２の製造方法は適宜変更が可能である。例えば、基体成形体の製造方法として、金型に、予め成形された２分割の成形体のうちの一方を配置し、その上に素子成形体を載置し、さらに絶縁性セラミック粉末を充填してプレス圧縮する製造方法等を適用することができる。

ステンレス等の鋼材をパイプ状に成形した接続リング８５に、セラミックヒータ２が圧入により嵌められて、接続リング８５と電極取出部２６とが導通される。同様に、所定の形状に成形された保持部材８に、セラミックヒータ２が圧入により嵌められて、保持部材８と電極取出部２５とが導通される。一方、中軸３は、一定の寸法に切断された鉄系材料（例えば、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼）からなる棒状部材に塑性加工および切削等が施されて形成される。中軸３のリング係合部３４を、セラミックヒータ２に嵌められた接続リング８５に係合させた状態で、合わせ部位がレーザ溶接されて、中軸３とセラミックヒータ２とが一体に接合される。

Ｓ４５Ｃ等の鉄系素材から筒状の主体金具４が形成され、取付部４２にねじ山が転造される。さらに切削加工等により、主体金具４の後端部４５における軸孔４３の内周面に、後端４８から先端側に向かってテーパ状に先細るテーパ部４７が形成される。主体金具４の軸孔４３に、セラミックヒータ２等と一体となった中軸３が挿通される。主体金具４と保持部材８との合わせ部位がレーザ溶接され、両者が一体に接合される。

次に、主体金具４の後端４８から突出する中軸３の接続端部３６から先端へ向って当接部材７が嵌められる。上記したように、当接部材７が軸線Ｐおよび平面Ｆのそれぞれについて対称な形状（鏡像体）を有しているので、当接部材７を中軸３の後端部３２に嵌める際に、軸線Ｐ方向の向きは問われない。

図５に示すように、当接部材７の筒孔７６が、中軸３の接続端部３６に嵌められた後、筒孔７６の内周面は中軸３の肩部３８の先端位置Ｂ１に当接する。先端位置Ｂ１は、肩部３８と接続基部３７との境目が相当する。肩部３８に達した当接部材７は、軸線Ｏ方向の先端側へ向けてさらに押し込まれる。当接部材７の筒孔７６の内径Ｃ２は、中軸３の接続端部３６の外径Ｃ１よりも大きく形成されている。これにより、当接部材７は接続端部３６に嵌められる際に、筒孔７６の内周面と接続端部３６の係止部３９とが擦れ合って、筒孔７６（当接部材７の内周面）が傷付く可能性を低減する。筒孔７６の内径Ｃ２は、中軸３の接続基部３７の外径Ｃ３よりも小さい。これにより肩部３８に達した当接部材７が押し込まれると、筒孔７６の内径が肩部３８のテーパに沿って押し広げられる。

肩部３８によって筒孔７６の内径が押し広げられた当接部材７は、筒孔７６の内周面が接続基部３７の外周面に当接した状態で、軸線Ｏ方向の先端側へ向けさらに押し込まれる。これにより、当接部材７の外周面側は主体金具４のテーパ部４７に当接する。この状態で当接部材７がさらに軸線Ｏ方向の先端側へ押し込まれると、図６に示すように、当接部材７は外周面側がテーパ部４７のテーパに沿って弾性変形する。当接部材７の先端部はテーパ部４７の先端位置Ｂ２よりも先端側に挿入される。図７に示すように、軸線Ｏ方向の先端側へさらに挿入された当接部材７は、弾性変形によって軸孔４３の内周面と接続基部３７とに当接した状態を維持し、軸孔４３と中軸３との間の空間の気密性を確保する。

軸孔４３の内周面と接続基部３７との間に当接部材７が配置されたら、図２に示すように、絶縁部材６は、主体金具４のテーパ部４７に絶縁部材６のテーパ部６３が当接して位置決めされた状態で、中軸３の後端部３２に嵌められる。その後、接続端子５が中軸３の接続端部３６に嵌められ、接続端子５の胴部５２が加締められることで、接続端子５が中軸３の接続端部３６に固定されて、グロープラグ１の組み立てが完成する。

当接部材７の動的粘弾性のｔａｎδと中軸３の一次共振時の振動の腹の振幅との関係について試験を行った。具体的には、外径が直径３．９（ｍｍ）、内径が直径１．９（ｍｍ）、高さが３（ｍｍ）の形状をなし、動的粘弾性のｔａｎδを０．０１以上１０以下の範囲で適宜異ならせた当接部材７を複数作製した。当接部材７の動的粘弾性のｔａｎδは、以下の簡易的な測定方法によって測定した。

動的粘弾性のｔａｎδを０．０１以上１０以下の範囲で適宜異ならせた各当接部材７をグロープラグ１へ組み付けた状態で、中軸３に一次共振を発生させ、中軸３の振動の腹の振幅を測定した。中軸３の振動の腹の振幅の測定は、上記のグロープラグ１の主体金具４に１つ以上の孔を形成し、形成した孔を介して中軸３にレーザ光を照射して行った。

当接部材７の動的粘弾性のｔａｎδは、当接部材７の防振性が低下する高温領域で、かつ、グロープラグ１の使用環境下で想定される、５０（℃）以上１５０（℃）以下の温度範囲にて定められる。さらに動的粘弾性のｔａｎδは、グロープラグ１に加わることが想定される最大の振動数である２０００（Ｈｚ）を上限として定められる。

具体的には、中軸３の振動の腹の振幅の測定を経たグロープラグ１の当接部材７の動的粘弾性のｔａｎδを、以下の簡易的な方法で測定した。測定対象のグロープラグ１において当接部材７が取り付けられている状態と同一の状態の測定システム１６を準備し、測定対象を測定システム１６にセットした。測定システム１６は、測定対象固定治具１１、中軸固定治具１２、加振装置１４、およびレーザ測定装置１５を主に備える。測定対象固定治具１１は、測定対象の外周面を挟持固定する。測定対象は、当接部材７又は基準部材である。当接部材７は、上記構成を有するグロープラグ１から取り外されたものである。基準部材は、当接部材７と同一形状を有し、動的粘弾性のｔａｎδが既知の部材である。基準部材のｔａｎδは、例えば、０．０６、０．１３、０．２、および０．４である。中軸固定治具１２は、中軸３に相当する部材である中軸相当部材１３の一端を固定する。中軸相当部材１３の他端側は、測定対象を介して測定対象固定治具１１によって固定される。中軸相当部材１３として、中軸３と同一材質、同一外形、軸線Ｏ方向の長さが同一の部材を準備した。加振装置１４は、所定の周波数の振動を発生するよう構成された装置である。レーザ測定装置１５は、レーザ光の反射を利用して物体までの距離を測定するよう構成された装置である。

図１３に模式的に示すように、中軸固定治具１２および測定対象固定治具１１を加振装置１４の上面に固定した。中軸相当部材１３の一方端を中軸固定治具１２に固定した。測定対象固定治具１１は、中軸相当部材１３と測定対象固定治具１１との径方向の距離が、グロープラグ１における中軸３と主体金具４の内周面との径方向距離と同一となるように配置した。このとき、中軸相当部材１３の中軸固定治具１２による固定位置から測定対象の配置位置までの長さは、セラミックヒータ２後端から当接部材７の配置位置までの長さと同一にした。中軸相当部材１３が加振装置１４により加振されたときの中軸相当部材１３の振幅を、レーザ測定装置１５を用いて測定した。

上記のように構成された測定システム１６に、測定対象のグロープラグ１から取り外された当接部材７をセットし、加振装置１４により中軸相当部材１３の共振周波数にて中軸相当部材１３を加振した。共振周波数で中軸相当部材１３を加振したときに、レーザ測定装置１５を中軸相当部材１３の長手方向１７に移動させて、中軸相当部材１３の振幅が最も大きい位置を特定し、その位置にて中軸相当部材１３の振幅を測定した。尚、測定は測定対象および測定対象固定治具１１を、測定対象固定治具１１の周囲に配置されたヒータ等で加熱することで、１００（℃）の温度雰囲気にて実施した。

当接部材７と同様に、測定対象として各基準部材を測定システム１６にセットした。当接部材７と同様に、各基準部材をセットしたときの中軸相当部材１３の振幅を測定した。当接部材７で得られた振幅と、複数の基準部材で得られた各振幅とを比較し、当接部材７のｔａｎδを判定した。例えば、当接部材７の振幅が、ｔａｎδが０．１３である基準部材の振幅より小さく且つｔａｎδが０．２である基準部材の振幅値より大きい場合、当接部材７のｔａｎδは０．１３以上０．２未満であると判定した。

試験結果を図９の両対数グラフに示す。図９に示すように、動的粘弾性のｔａｎδが０．１以上であれば、中軸３の一次共振時の振動の腹の振幅を１０（μｍ）以下と顕著に抑制できることが確認できた。

次に、当接部材７の動的粘弾性のｔａｎδと共振時の中軸３の軸線方向に亘る振幅との関係について試験を行った。具体的には、外径が直径３．９（ｍｍ）、内径が直径１．９（ｍｍ）、高さが３（ｍｍ）の形状をなし、動的粘弾性のｔａｎδが０．０６と０．１３との２種類の当接部材７を作製した。各当接部材７をグロープラグ１へ組み付けた状態で、中軸３に一次共振又は二次共振を発生させ、共振発生時の中軸３および接続端子５の振幅を測定した。振幅の測定方法は、実施例１と同様である。試験結果を図１０および図１１のグラフに示す。図１０および図１１の横軸は、接続端子５の後端面からの距離を示す。横軸上のＸは接続端子５の後端面から当接部材７の位置Ｘ（図１参照）までの距離を示す。横軸上のＹは接続リング８５と係合する位置Ｙ（図１参照）までの距離を示す。図１０および図１１では、動的粘弾性のｔａｎδが０．０６である場合を点線で示し、動的粘弾性のｔａｎδが０．１３である場合を実線で示す。

図１０に示すように、中軸３が一次共振した場合、当接部材７の動的粘弾性のｔａｎδが０．１３である方が動的粘弾性のｔａｎδが０．０６である場合と比較して、中軸３の振幅を、軸線Ｏ方向に亘って顕著に抑制できることが確認できた。図１１に示すように中軸３が二次共振した場合にも、同様に、動的粘弾性のｔａｎδが０．１３である方が動的粘弾性のｔａｎδが０．０６である場合と比較して、中軸３の振幅を抑制でき、かつ、当接部材７の配置部における振幅を、ほぼ振動しない程度にまで顕著に抑制できることが確認できた。一次共振発生時においては、中軸３の振動の腹は一つ発生し、一つの振動の腹はセラミックヒータ２の先端２０と中軸３の後端３５との中心位置Ｍ（図１参照）から、当接部材７の配置位置までの間の範囲Ｈ（図１参照）内にあることが確認された。二次共振発生時においては、中軸３の振動の腹は、二つ発生し、二つの振動の腹はいずれも範囲Ｈ内にあることが確認された。

当接部材７をテーパ部４７へ押し込む際に必要な軸線方向の荷重と、当接部材７のゴム硬度との関係について試験を行った。具体的にはゴム硬度６０、７０、および８０の当接部材７をそれぞれ作製し、当接部材７の挿入量および挿入荷重を測定する試験機を用いて、テーパ部４７への挿入量と挿入荷重とを測定した。試験結果を図１２のグラフに示す。横軸の挿入量は、当接部材７とテーパ部４７とが接触した当接部材７の位置を基準とする。図１２では、ゴム硬度が６０である場合を点線で示し、ゴム硬度が７０である場合を二点鎖線で示し、ゴム硬度が８０である場合を実線で示す。

ゴム硬度が７０以下の場合、グロープラグ１の組み立て工程における挿入規定荷重である５００（Ｎ）以上の荷重を加えても、当接部材７の外周面がテーパ部４７へ乗り上げてしまった。この結果、図１２に示すように、当接部材７をテーパ部４７に１（ｍｍ）程度しか挿入することができず、当接部材７を組み付けることができなかった。一方でゴム硬度が８０であれば、ゴム硬度が７０以下の場合と比較して顕著に低い１００（Ｎ）程度の挿入荷重で十分に、当接部材７をテーパ部４７の組み付け位置まで挿入できた。以上の結果から、当接部材７のゴム硬度を８０以上とすることで当接部材７の組み付け性が向上することがわかった。

上記グロープラグ１では以下の効果が得られる。当接部材７の動的粘弾性のｔａｎδが０．１以上である場合には、エンジン（図示外）の振動により中軸３に共振が発生した場合であっても、中軸３の振幅を顕著に抑制することができる。この結果、当接部材７が配置される位置において、中軸３の振幅が顕著に低減されるため、当接部材７に径方向外向きに加わる瞬間的な荷重負荷が低減し、当接部材７の変形等の劣化を防止することができる。セラミックヒータ２と中軸３とを接続リング８５を介して一体に連結したグロープラグの場合、中軸３の振動に伴いセラミックヒータ２に内部応力が生じてセラミックヒータ２が折損する可能性がある。グロープラグ１は、当接部材７の動的粘弾性のｔａｎδを０．１以上にすることにより、中軸３の振動に伴いセラミックヒータ２に生じる内部応力を効果的に低減することができ、セラミックヒータ２の折損を防止することができる。

図６に示すように、当接部材７が軸孔４３に挿入される際、テーパ部４７の先端位置Ｂ２よりも先端側に挿入された当接部材７の外周面は径方向内向きへ変形する。一方、先端位置Ｂ２よりも後端側に位置する当接部材７の外周面の一部は、径方向外向きへ変形しテーパ部４７に乗り上げる。当接部材７のゴム硬度が８０以上１００以下の場合、挿入時におけるテーパ部４７への当接部材７の乗り上げ量が８０未満である場合に比べて少ないまま、当接部材７は軸孔４３へ挿入される。従ってゴム硬度が８０以上１００以下である場合は、当接部材７がテーパ部４７に乗り上げることで当接部材７の外周面がテーパ部４７から受ける挿入方向とは逆方向の抗力を抑制でき、かつ、乗り上げに伴う当接部材７の周方向へのねじれも抑制できる。周方向とは、軸線Ｐを中心として軸線Ｐの回りを回る方向である。これにより当接部材７の挿入荷重を低減させ、組み付け性を向上させることができる。

本発明は各種の変形が可能である。例えば、自身の少なくとも一部が、軸線Ｏ方向において、セラミックヒータ２の先端２０と中軸３の後端３５との中心位置Ｍから当接部材７までの間の範囲Ｈに配置されるように防振部材が配置されてよい。より具体的には、図８に示すように、上記実施形態のグロープラグ１の中軸３の中胴部３３から後端部３２にかけて、５０（℃）以上１５０（℃）以下の温度範囲における動的粘弾性のｔａｎδが０．１以上である円筒状の防振部材９０を、インサート成形等の方法により配置しても良い。図８では、図１のグロープラグ１と同様な部材には同一の符号を付与している。防振部材９０の軸線Ｏ方向の位置および長さは、想定される振動範囲内での中軸３の振幅の腹の位置を考慮して設定されればよい。前述のように、中軸３にて共振（より詳細には、一次共振又は二次共振）が発生する場合、振動の腹は、軸線Ｏ方向において、セラミックヒータ２の先端部２２と中軸３の後端３５との中心位置Ｍから、当接部材７の配置位置までの間にて発生する。従って範囲Ｈに防振部材９０の少なくとも一部を配置することで、中軸３が共振した場合の振幅を抑制することができる。自身の少なくとも一部が、軸線Ｏ方向において、セラミックヒータ２の先端２０と中軸３の後端３５との中心位置Ｍから当接部材７までの間の範囲Ｈに防振部材９０を配置する場合、軸線Ｏ方向において、範囲Ｈの一部に防振部材９０が配置されてもよい。範囲Ｈの全体に防振部材９０が配置されてもよい。防振部材９０は、チューブ状で、軸孔４３の内周面と中軸３との間に挿通させることで配置させても、同様の防振効果を得ることができる。防振部材９０の軸線Ｏと垂直な断面はＣ字形状等、非円形形状でも良い。

上記実施例に加えて、グロープラグは、当接部材７が当接する、軸孔４３の内周面および中軸３にテーパ部を設けても良い。この場合、絶縁部材６の先端側端面によって当接部材７がテーパ部に向けて押圧されることで、軸孔４３の内周面と中軸３と絶縁部材６との３つの接触面のそれぞれにて当接部材７が密着し、軸孔４３と中軸３との間の空間の気密性を保つことができる。同時に、当接部材７の動的粘弾性のｔａｎδが０．１以上であることにより、中軸３が共振する場合の振幅は上記実施例と同様に顕著に抑制され、グロープラグ１は当接部材７の劣化を防止することができる。

上記実施例では、セラミックヒータ２と中軸３とを接続リング８５を介して一体に連結したグロープラグに本発明を採用したが、セラミックヒータ２と中軸３とを金属線を介して電気的に接続したグロープラグに本発明を採用しても良い。このようなグロープラグの場合、中軸３の振動に伴い金属線に内部応力が生じて金属線が断線する可能性がある。しかし、当接部材７の動的粘弾性のｔａｎδを０．１以上にすることにより、グロープラグ１は、中軸３の振動に伴い金属線に生じる内部応力を効果的に低減することができ、金属線の断線を防止することができる。

当接部材７の材料、形状、および配置は適宜変更されてよい。例えば、第二輪郭部７１は、径方向内向きに膨らむ曲率半径Ｒ２の曲線状であってもよい。このとき、Ｒ１＜Ｒ２を満たすことが好ましい。このようにすれば、当接部材を、軸孔４３の内周面と中軸３との間に配置する場合に、第二輪郭部７１よりも膨らみの大きい第一輪郭部７２をスムーズに弾性変形させることができる。グロープラグ１は、第一輪郭部７２よりも膨らみが小さく、より直線状に近い、第二輪郭部７１を、当接部材の全体を支えて曲がりや巻き込みを抑制する芯として機能させることができる。

なお、本実施形態においては、セラミックヒータ２が「ヒータ」に相当する。

Claims (6)

1. 通電によって発熱する発熱抵抗体を自身の先端部に有するヒータと、
   自身の軸線方向に沿って延びる軸孔を有する筒状に形成され、自身の先端部において前記ヒータを直接又は間接的に保持する主体金具と、
   棒状に形成され、前記主体金具の内周面に対し間隙をおいて配置されると共に、自身の先端部が前記ヒータの後端部に接続され、自身の後端部が前記主体金具の後端から突出される中軸と、
   環状に形成され、前記軸孔の後端部において前記軸孔に挿入されて、前記主体金具の前記内周面と前記中軸とのそれぞれに当接した状態で配置される、絶縁性の粘弾性部材からなる当接部材と、
   を備えるグロープラグであって、
   前記ヒータは、絶縁性セラミックからなる基体と、導電性セラミックからなる発熱素子とを有するセラミックヒータであり、
   前記主体金具は、前記セラミックヒータを直接又は間接的に保持し、
   前記中軸は、前記セラミックヒータに一体に連結され、
   前記当接部材の５０℃以上１５０℃以下の温度範囲における動的粘弾性のｔａｎδが０．１以上であることを特徴とするグロープラグ。
2. 前記当接部材のゴム硬度が８０以上１００以下であることを特徴とする請求項１記載のグロープラグ。
3. 前記当接部材とは別体であり、５０℃以上１５０℃以下の温度範囲における動的粘弾性のｔａｎδが０．１以上である防振部材が前記間隙に配置されている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. 前記防振部材の少なくとも一部が、前記軸線方向において、前記ヒータの先端と前記中軸の後端との中心位置から前記当接部材までの間に配置されていることを特徴とする請求項３記載のグロープラグ。
5. 前記当接部材の主成分は、フッ素ゴムからなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のグロープラグ。
6. 前記グロープラグに組み付ける前の前記当接部材を、前記当接部材の軸線である第２軸線を含む平面にて切断し、切断片のそれぞれが有する２つの断面のうちの一方の断面の輪郭線をみた場合に、前記当接部材は、
   前記輪郭線を部分的に構成する輪郭部であって、前記第２軸線に沿いつつも、径方向外向きに膨らむ曲率半径Ｒ１の曲線状に延びる前記輪郭部である第一輪郭部と、
   前記第２軸線に沿いつつも、曲率半径Ｒ２がＲ１＜Ｒ２を満たして径方向内向きに膨らむ曲線状又は直線状に延びる前記輪郭部である第二輪郭部と
   を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のグロープラグ。

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