JP5837428B2 - グロープラグ及びグロープラグの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、主としてディーゼルエンジンの予熱に使用するグロープラグ及びそのグロープラグの製造方法に関する。

従来のグロープラグを図６，図７を参照して説明する。なお、説明の便宜上、グロープラグは、エンジンの燃焼室に臨む側を「前」、反対側を「後」とする。

グロープラグ１００は、両端が開口した筒状の主体金具２００と、主体金具２００の中心を貫くシースヒータ３００とから概略構成される。
シースヒータ３００は、後端が開口し先端が閉じた筒状形態である金属製のシースチューブ３００ａと、そのシースチューブ３００ａの後端側から当該シースチューブ３００ａ内に自己の先端側を臨ませた円柱状の通電端子軸３００ｂと、その通電端子軸３００ｂに自己の後端が接続されると共に先端が前記シースチューブ３００ａの先端内面に接続された抵抗線コイル３００ｃと、前記シースチューブ３００ａ内に充填されて前記通電端子軸３００ｂの先端側と抵抗線コイル３００ｃとを埋設する絶縁粉末３００ｄ（例えばマグネシアの粉末）と、前記通電端子軸３００ｂと前記シースチューブ３００ａの後端内周面との間に環状に配置され当該シースチューブ３００ａの後端開口を塞いで封止する封止部材３００ｅ（例えば絶縁可能・弾性変形可能なゴムパッキン）と、から概略構成される。
そして、前記シースチューブ３００ａは、封止部材３００ｅを後端開口に装着した組状態のままスウェージングにより所定径に絞られることで形成される（特許文献１）。

特開２００４−２６４０１３号公報

グロープラグ１００の発熱源である抵抗線コイル３００ｃは、近年、コイルピッチを小さくする傾向にある。そうすることによりグロープラグ１００の昇温時間が短縮され、ディーゼルエンジンの始動性が向上するためである。
一方、抵抗線コイル３００ｃのコイルピッチを小さくすると、図６の拡大図及び図７（ｃ）に示したように、抵抗線コイル３００ｃのコイル同士が接触する場合がある。抵抗線コイル３００ｃのコイル同士の接触は、短絡により抵抗値が下がって設計上の昇温性能が得られないおそれがあるため好ましくない。

このような抵抗線コイル３００ｃのコイル同士の接触は、シースヒータ３００を製造する際、特にシースチューブ３００ａの閉じた先端部で生じやすい。
すなわち、シースヒータ３００の一般的な製造方法は、抵抗線コイル３００ｃを装填したシースチューブ３００ａを垂直に支持して後端開口を上に向け、その状態で該シースチューブ３００ａ内に絶縁粉末３００ｄを充填した後、後端開口に封止部材３００ｅを装着して封止し、その後、シースチューブ３００ａを中の絶縁粉末３００ｄや抵抗線コイル３００ｃごとスウェージングで絞って所定径に縮径する、というものである。
斯かる製造方法では、先ず、図７（ａ）に示したように垂直に立てたシースチューブ３００ａ内において抵抗線コイル３００ｃも垂直に支持されるため、該抵抗線コイル３００ｃのコイルピッチが抵抗線コイル３００ｃの自重と通電端子軸３００ｂの重量とを受けて減少する。自重等によるコイルピッチの減少の度合いは、全自重が加わる抵抗線コイル３００ｃのコイル先端部３００ｆで最も大きく、場合によってはコイル同士が接触する。
一方、抵抗線コイル３００ｃの自重等によるコイルピッチの減少は、シースヒータ３００の製造の最終段階で行われるシースチューブ３００ａのスウェージングでほぼ解消される。スウェージングによりシースチューブ３００ａと一緒に抵抗線コイル３００ｃが軸方向に伸びてコイルピッチが広がるためである。
しかし、シースチューブ３００ａの先端は、略半球状または略円錐状のように漸次縮径して最終的に閉じた形状であってスウェージング後のチューブ径より細い部分が大半であるため、スウェージングの作用を受けにくい。したがって、シースチューブ３００ａの先端部分にある抵抗線コイル３００ｃのコイルピッチは狭くなった状態のまま残る。
また、前記シースチューブ３００ａのスウェージングが、後端から先端方向に行われる場合（以下、「逆方向スウェージング」ともいう。）、スウェージング方向の圧力を受けた絶縁粉末３００ｄがシースチューブ３００ａの先端部分にある抵抗線コイル３００ｃを押し込むため、その部分にある抵抗線コイル３００ｃのコイル先端部３００ｆのコイルピッチがさらに減少する。
よって、抵抗線コイル３００ｃのコイル同士の接触は、シースチューブ３００ａの先端部分（即ち、抵抗線コイル３００ｃのコイル先端部３００ｆ）で生じやすい。

なお、以上のような抵抗線コイル３００ｃのコイル同士の接触を防止するため、従来は、シースチューブ３００ａ内に絶縁粉末３００ｄを充填する際、抵抗線コイル３００ｃを引き上げてコイルピッチが狭くならないようにしている。しかし、そのための余分な機構や制御が必要になるため、ハードとソフトの両面で余分なコストが掛かる。
また、前記したスウェージング時における抵抗線コイル３００ｃのコイルピッチの減少に対して従来は、シースチューブ３００ａのスウェージングを先端から後端方向に行う（以下、「正方向スウェージング」ともいう。）ようにしている。しかしながら正方向スウェージングは、シースチューブ３００ａに軸方向の圧縮力が作用するため曲がりやすい問題があり、そのためスウェージングの加工時間を長くするか或は少しずつ複数回に分けて行う必要があって効率が悪い。

本発明は上記に鑑みなされたもので、その目的は、シースチューブ内における抵抗線コイルのコイル同士の接触を防止可能なグロープラグ及びグロープラグ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、
筒状の主体金具と、
該主体金具の内側に装着したシースヒータと、を備え、
該シースヒータは、
後端が開口し先端が閉じた筒状をなす金属製のシースチューブと、
そのシースチューブの後端側から当該シースチューブ内に自己の先端側を臨ませた柱状の通電端子軸と、
その通電端子軸に自己の後端が接続されると共に先端が前記シースチューブの先端内面に接続された抵抗線コイルと、
前記シースチューブ内に充填された絶縁粉末と、
前記通電端子軸と前記シースチューブの後端内周面との間に環状に配置され、当該シースチューブの後端開口を塞ぐ封止部材と、を備えたグロープラグの製造方法であって、
前記シースヒータは、前記抵抗線コイルを装填した前記シースチューブを垂直に立てて後端開口を上に向け、その状態で該シースチューブ内に前記絶縁粉末を充填して後端開口に前記封止部材を装着し、その後、前記シースチューブをスウェージングで絞って所定径に縮径する工程を含み、
前記シースチューブは、スウェージング前の状態で、自己の外径が縮径し始める縮径境界部を有すると共に、該縮径境界部から先が漸次縮径した形態をなしており、
前記抵抗線コイルは、前記シースチューブに装填する前の状態で、スウェージング前のシースチューブの先端内面から前記縮径境界部までの領域にほぼ対応するコイル先端部のコイルピッチを、該コイル先端部に連続する主要部のコイルピッチより大きく設定したものであるグロープラグの製造方法を提供する。

また、請求項２に記載したように、前記シースチューブは、後端から先端方向に向かってスウェージングする逆方向スウェージングで所定径に縮径するものである請求項１記載のグロープラグの製造方法を提供する。

本発明では、シースヒータの抵抗線コイルが、シースチューブに装填する前の状態で、先端部のコイルピッチを該先端部に連続する主要部のコイルピッチより大きく設定したため、抵抗線コイルを垂直に支持した場合に自重等でコイルピッチが縮小したとしても接触に至るおそれが殆どない。よって、シースヒータの製造に際して、垂直に支持した抵抗線コイルを上に引き上げる機構や制御が不要になる。

また、本発明の抵抗線コイルは、前記のように先端部のコイルピッチが大きいため、シースチューブのスウェージング時に絶縁粉末で押されても接触に至る可能性が低い。よって、本発明のグロープラグの製造方法によってシースチューブを、正方向スウェージング又は逆方向スウェージング又はそれらを交互に行うことにより、品質の安定したグロープラグが効率よく製造できる。

また、本発明のグロープラグの製造方法において、シースチューブのスウェージングの方向を逆方向スウェージングにした場合には、スウェージング時に絶縁粉末で押されても抵抗線コイルが接触し難い、という請求項１のグロープラグの特徴によって、逆方向スウェージングに存する、スウェージング時に絶縁粉末で押されて抵抗線コイルが接触しやすい、というマイナス面が打ち消され、逆に、シースチューブを曲げずに短い加工時間で縮径できる、という逆方向スウェージングのプラス面が活きる。

一部拡大図を含むグロープラグの縦断面図である。 （ａ），（ｂ）は製造方法を説明するシースヒータの縦断面図である。 スウェージング前の状態を示すシースヒータの縦断面図である。 （ａ）は絶縁粉末材を充填する前の状態を示すシースチューブの先端部の断面図、（ｂ）は絶縁粉末を充填した後の状態を示すシースチューブの先端部の断面図、（ｃ）はスウェージング後の状態を示すシースチューブの先端部の断面図である。 他の形態を示すもので、（ａ）は絶縁粉末材を充填する前の状態を示すシースチューブの先端部の断面図、（ｂ）は絶縁粉末を充填した後の状態を示すシースチューブの先端部の断面図、（ｃ）はスウェージング後の状態を示すシースチューブの先端部の断面図である。 一部拡大図を含む従来のグロープラグの縦断面図である。 従来技術を示すもので、（ａ）は絶縁粉末材を充填する前の状態を示すシースチューブの先端部の断面図、（ｂ）は絶縁粉末を充填した後の状態を示すシースチューブの先端部の断面図、（ｃ）はスウェージング後の状態を示すシースチューブの先端部の断面図である。

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。
図１に示したようにグロープラグ１は、両端が開口した筒状の主体金具２と、主体金具２の中心を貫くシースヒータ３と、から概略構成される。

前記主体金具２は、軸方向に貫通する中心孔４を有し、図１に示したように、エンジン側のプラグ取付孔の雌ネジ部（図示せず）に螺合する雄ネジ部５を外周に有すると共に後端にプラグレンチ等の締め付け工具に係合し得る例えば六角柱形の工具係合部６を有する。

前記シースヒータ３は、後端が開口し、先端が漸次縮径して閉じた先端半球状の筒状形態である金属製のシースチューブ７と、そのシースチューブ７の後端側から当該シースチューブ７内に自己の先端側を臨ませた円柱状の通電端子軸８と、その通電端子軸８に自己の後端が例えば巻き付けや溶接等により接続されると共に先端が前記シースチューブ７の先端内面に溶接（例えばアーク溶接）等で接続された、抵抗線を螺旋状に巻回してなる抵抗線コイル９と、前記シースチューブ７内に充填されて前記通電端子軸８の先端側と抵抗線コイル９とを埋める絶縁粉末１０（例えばマグネシアの粉末）と、前記通電端子軸８と前記シースチューブ７の後端内周面との間に環状に配置され当該シースチューブ７の後端開口を塞いで封止する封止部材１１（例えば絶縁可能・弾性変形可能なゴムパッキン）と、から概略構成される。

図１、図４（ｃ）のシースチューブ７は、スウェージングによって縮径された状態のものであり、スウェージング前のシースチューブ７は、図４（ａ），（ｂ）に示したようにスウェージングの後より当然に大径であり、尚且つ先端形状も外径が縮径し始める縮径境界部７Ｌから略円錐状に漸次縮径して閉じている。

同様に図１、図４（ｃ）の抵抗線コイル９は、シースチューブ７のスウェージングの影響を絶縁粉末１０を介して受けて縮径された状態のものであり、スウェージング前の抵抗線コイル９のコイル径は、図４（ａ），（ｂ）に示したようにスウェージングの後より当然に大径である。また、スウェージング前の抵抗線コイル９のコイルピッチは、コイル径がほぼ一定である主要部のコイルピッチＰ１より、シースチューブ７の先端内面から縮径境界部７Ｌまでの領域に対応するコイル先端部９ｔのコイルピッチＰ２の方が大きい設定になっている。なお、コイルピッチＰ２はコイルピッチＰ１に対して大きい設定であればよいが、０.０３ｍｍ以上大きいことがスウェージング後のコイル先端部９ｔの短絡を防ぐ上で好ましい。

またはスウェージング前の抵抗線コイル９のコイルピッチは、図５（ａ），（ｂ）に示したように前記主要部のコイルピッチＰ１より、シースチューブ７のほぼ縮径境界部７Ｌ（具体的には縮径境界部７Ｌから抵抗線コイル９約一巻き分程度後端側の部分）から先端内面までの領域に対応するコイル先端部９ｔのコイルピッチＰ２の方が大きい設定になっている。

次に、グロープラグ１の製造方法についてシースヒータ３を中心に説明する。
先ず、通電端子軸８の先端に抵抗線コイル９の後端を接続し、さらに抵抗線コイル９をシースチューブ７の中に装填して該シースチューブ７の先端内面に抵抗線コイル９の先端を溶接する。

次に、図２（ａ）に示したように、抵抗線コイル９を装填した前記シースチューブ７を垂直に立て、後端開口を上に向けた状態で支持する。このとき抵抗線コイル９の引き上げは行わない。この状態で抵抗線コイル９の先端部には通電端子軸８の重量と抵抗線コイル９の自重が加わるが、抵抗線コイル９のコイル先端部９ｔのコイルピッチＰ２が大きいため、前記自重等を受けてもコイル同士は接触しない（図４（ａ））。

次に、図２（ｂ）に示したように、シースチューブ７内に絶縁粉末１０を充填し、通電端子軸８に封止部材１１を嵌め、同図矢示のように封止部材１１を先端側に向かって摺動させてシースチューブ７の後端開口を塞ぐ。
こうして組状態にしたシースヒータ３のシースチューブ７を、図３に示したようにダイス１２に通してスウェージングをする。このスウェージングは、シースチューブ７の先端側から後端側に相対的にダイス１２を移動させる正方向スウェージングと、シースチューブ７の後端側から先端側に相対的にダイス１２を移動させる逆方向スウェージングのどちらでもよいが、実施形態では逆方向スウェージングでシースチューブ７を所定径に縮径するようになっている。なお、このスウェージングにより、シースチューブ７の外径は縮径境界部７Ｌを含めて所定径に縮径される。

以上のようにして製造されたシースヒータ３を主体金具２の中心孔４に通してシースチューブ７を加圧嵌め（圧入）し、また、主体金具２の後端開口から突き出た通電端子軸８に絶縁ブッシュ１３を通し、その絶縁ブッシュ１３を主体金具２の後端開口に嵌めてナット１４で締め付ければ、グロープラグ１が完成する。なお、シースヒータ３を主体金具２に取り付けるための構造は上記に限定されるものではなく、どのような構造であってもよい。

本発明の効果を確認するため、主要部のコイルピッチＰ１＝０.４０ｍｍ、コイル先端部９ｔのコイルピッチＰ２＝０.４５ｍｍ、線径＝φ０.３８ｍｍの抵抗線コイル９を使って上記の方法でシースヒータ３を製造し（本発明１）、その過程でシースチューブ７に装填する前の抵抗線コイル９の電気抵抗値（以下、「前抵抗値」という。）と、シースチューブ７に装填して絶縁粉末１０を充填した後の抵抗線コイル９の電気抵抗値（以下「後抵抗値」という。）とを測定して抵抗減少量の最大値（１：１対応にて［前抵抗値−後抵抗値］を求めてその中の最大値（ｎ＝３０））を求めると共に、８５０℃到達時間（ｎ＝５０の平均時間）を測定した。
比較のため、主要部とコイル先端部のコイルピッチが、０.４０ｍｍ（比較例１）、０.４２ｍｍ（比較例２）、０.４４ｍｍ（比較例３）、０.４５ｍｍ（比較例４）、０.４７ｍｍ（比較例５）、の抵抗線コイルを使ってシースヒータを製造し、上記のように抵抗減少量の最大値を求め、また、８５０℃到達時間を測定した。
その結果を表１に示す。

表１の判定は、抵抗減少量が零であることと、８５０℃到達時間が４.５秒±０.５秒の両条件を満たすものを「○」、どちらか一方を満たすものを「△」、どちらも満たさないものを「×」とした。
表１の比較例１〜３の結果より、コイルピッチが０.４０〜０.４４ｍｍまでの抵抗線コイルは、電気抵抗の減少が見られることから絶縁粉末充填後にコイル同士が接触していることが判る。また、比較例４，５の結果より、コイルピッチが０.４５ｍｍ以上の抵抗線コイルは、電気抵抗の減少が確認されないことから絶縁粉末充填後においてもコイル同士の接触はないことが判る。しかしながら、比較例４，５のシースヒータは、コイルピッチが全体にわたって大きいため、８５０℃到達時間が５.７秒を越えており、急速昇温用の製品には不向きである。
これに対し本発明１は、抵抗減少量が零であることと、８５０℃到達時間が４.５秒±０.５秒の両条件を満たしているため、品質の安定性と、急速昇温性の双方を満足させ得るものであることが確認できた。

次に、シースチューブのスウェージングに対応する本発明の効果を確認するため、上記と同じ抵抗線コイル９、すなわち主要部のコイルピッチＰ１＝０.４０ｍｍ、コイル先端部９ｔのコイルピッチＰ２＝０.４５ｍｍ、線径＝φ０.３８ｍｍの抵抗線コイル９をスウェージング前の外径＝φ５.１５ｍｍのシースチューブ７に装填し、該シースチューブ７内に絶縁粉末を充填し、さらにシースチューブ７の後端開口に封止部材１１を嵌めて組状態とし、この組状態にあるシースヒータ３のシースチューブ７を外径＝φ３.５ｍｍにスウェージング（スウェージング率（Ａ／Ｂ）＝１.４７）して本発明２、３のシースヒータ３を製造した。その際、逆方向スウェージングで加工時間を短くした場合（本発明２）と、正方向スウェージングで加工時間を長くした場合（本発明３）のそれぞれについて、シースチューブ７の曲がりの有無、装填前の前抵抗値とスウェージング後の後抵抗値による抵抗減少量の最大値（ｎ＝３０）を測定した。
比較のため、主要部とコイル先端部のコイルピッチが０.４２ｍｍに統一された抵抗線コイルを使って比較例６〜８のシースヒータを製造した。その際、正方向スウェージングで加工時間を長くした場合（比較例６）と、逆方向スウェージングで加工時間を短くした場合（比較例７）と、正方向スウェージングで加工時間を短くした場合（比較例８）のそれぞれについて、シースチューブの曲がりの有無、装填前の前抵抗値とスウェージング後の後抵抗値による抵抗減少量の最大値（ｎ＝３０）を測定した。
その結果を表２に示す。

抵抗線コイルは、スウェージングによって線径が増して抵抗値が減少するため、本発明２，３でも表２のように抵抗の減少は見られる。しかし、本発明２，３の抵抗減少量は、比較例６〜８との比較において小さく、また、コイル同士の接触リスクが高まる逆方向スウェージングの本発明２と、正方向スウェージングの本発明３との抵抗減少量が同じであることから、コイル同士の接触はないことが判る。
また、比較例６，８と比較例７の結果より、シースチューブを曲げずに加工時間を相対的に短くするには逆方向スウェージングによるのがよいが、逆方向スウェージングにはコイル同士の接触リスクを高めるマイナス面がある（比較例７の抵抗減少量の最大値参照）。これに対し、本発明２，３の抵抗減少量の最大値の結果を比較すれば、本発明によって逆方向スウェージングの前記マイナス面が改善されていることが判る。
よって、本発明によれば、コイル同士の接触による不安定さのない安定した品質のグロープラグが、シースチューブを曲げずに短い加工時間で製造できる。

以上、本発明を実施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、実施形態ではスウェージング前のシースチューブ７の先端形状を略円錐形にしたが、該先端形状は略半球形であってもよい。また、抵抗線コイル９は、一材で構成されるものに限られず、複数の抵抗線コイルを直列に接続した構成であってもよい。

１ …グロープラグ
２ …主体金具
３ …シースヒータ
７ …シースチューブ
７Ｌ …縮径境界部
８ …通電端子軸
９ …抵抗線コイル
９ｔ …コイル先端部
Ｐ１ …主要部のコイルピッチ
Ｐ２ …先端部のコイルピッチ
１０ …絶縁粉末
１１ …封止部材

Claims (2)

1. 筒状の主体金具と、
   該主体金具の内側に装着したシースヒータと、を備え、
   該シースヒータは、
   後端が開口し先端が閉じた筒状をなす金属製のシースチューブと、
   そのシースチューブの後端側から当該シースチューブ内に自己の先端側を臨ませた柱状の通電端子軸と、
   その通電端子軸に自己の後端が接続されると共に先端が前記シースチューブの先端内面に接続された抵抗線コイルと、
   前記シースチューブ内に充填された絶縁粉末と、
   前記通電端子軸と前記シースチューブの後端内周面との間に環状に配置され、当該シースチューブの後端開口を塞ぐ封止部材と、を備えたグロープラグの製造方法であって、
   前記シースヒータは、前記抵抗線コイルを装填した前記シースチューブを垂直に立てて後端開口を上に向け、その状態で該シースチューブ内に前記絶縁粉末を充填して後端開口に前記封止部材を装着し、その後、前記シースチューブをスウェージングで絞って所定径に縮径する工程を含み、
   前記シースチューブは、スウェージング前の状態で、自己の外径が縮径し始める縮径境界部を有すると共に、該縮径境界部から先が漸次縮径した形態をなしており、
   前記抵抗線コイルは、前記シースチューブに装填する前の状態で、スウェージング前のシースチューブの先端内面から前記縮径境界部までの領域にほぼ対応するコイル先端部のコイルピッチを、該コイル先端部に連続する主要部のコイルピッチより大きく設定したものであることを特徴とするグロープラグの製造方法。
2. 前記シースチューブは、後端から先端方向に向かってスウェージングする逆方向スウェージングで所定径に縮径するものであることを特徴とする請求項１記載のグロープラグの製造方法。

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