JP5903005B2 - Glow plug - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関等に使用されるグロープラグに関する。 The present invention relates to a glow plug used for an internal combustion engine or the like.
ディーゼルエンジンの始動補助等に用いられるグロープラグは、軸線方向に延びる軸孔を有するハウジングと、自身の先端部がハウジングの先端から突出する状態で前記軸孔に挿通され、通電により発熱するヒータ部材とを備えている。また、ヒータ部材としては、筒状のチューブと、当該チューブの内部に配置される発熱コイルとを備えるシースヒータや、絶縁性セラミックからなる筒状の基体と、導電性セラミックからなり、前記基体の内部に配置される発熱素子とを備えるセラミックヒータが知られている。 A glow plug used for starting assistance of a diesel engine includes a housing having a shaft hole extending in the axial direction, and a heater member that is inserted into the shaft hole with its front end protruding from the front end of the housing and generates heat when energized. And. The heater member may be a sheath heater including a cylindrical tube and a heating coil disposed inside the tube, a cylindrical base made of an insulating ceramic, and a conductive ceramic. There is known a ceramic heater provided with a heat generating element disposed in the box.
加えて、ハウジングは、エンジンへの取付用のねじ部(雄ねじ部)と、当該ねじ部よりも先端側に設けられ、先端側に向けて徐々に外径が小さくなるテーパ部とを備えている。そして、エンジンヘッドに設けられた取付孔に前記ねじ部を螺合した際には、エンジンヘッドの座面に対して前記テーパ部が圧接することで、燃焼室内の気密性が確保されるようになっている。また、ハウジングの外表面(ねじ部及びテーパ部の外表面を含む)には、耐食性の向上を図るべく、所定の金属からなるメッキ層が設けられることがある(例えば、特許文献1等参照)。 In addition, the housing includes a threaded portion (male threaded portion) for attachment to the engine, and a tapered portion that is provided on the distal end side with respect to the threaded portion and gradually decreases in outer diameter toward the distal end side. . When the threaded portion is screwed into the mounting hole provided in the engine head, the tapered portion is pressed against the seat surface of the engine head so that airtightness in the combustion chamber is ensured. It has become. In addition, a plating layer made of a predetermined metal may be provided on the outer surface of the housing (including the outer surfaces of the threaded portion and the tapered portion) in order to improve corrosion resistance (see, for example, Patent Document 1). .
ところで、エンジンヘッドにグロープラグを取付ける際には、良好な気密性を確保するために、一般にグロープラグの回転トルクが予め設定された締め付けトルク以上となるまで、取付孔に対するねじ部のねじ込みが行われる(すなわち、トルク管理にてグロープラグの取付が行われる)。しかしながら、エンジンヘッドに加工油が残っていた場合には、テーパ部がエンジンヘッドの座面に対して十分な圧力で接しているにも関わらず、グロープラグの回転角度に対するグロープラグ及びエンジンヘッド間における摩擦係数の上昇度が緩やかなものとなり、ひいてはグロープラグの回転角度に対するグロープラグの回転トルクの増大割合が比較的小さなものとなる場合がある。この場合には、取付孔に対してねじ部が過度にねじ込まれることとなるため、ハウジングのうちねじ部とテーパ部との間に位置する部位に対して軸線方向に沿った圧縮応力が過度に加わることとなり、ハウジングの変形が生じてしまうおそれがある。また、ハウジングに対して過度に大きなねじり力が加わってしまい、ハウジングが破断してしまうおそれがある。 By the way, when attaching the glow plug to the engine head, in order to ensure good airtightness, generally, the screw portion is screwed into the mounting hole until the rotational torque of the glow plug becomes equal to or higher than a preset tightening torque. (That is, the glow plug is attached by torque management). However, when processing oil remains in the engine head, the gap between the glow plug and the engine head with respect to the rotation angle of the glow plug is determined even though the tapered portion is in contact with the seat surface of the engine head with sufficient pressure. In this case, the degree of increase in the friction coefficient is moderate, and as a result, the increase rate of the rotational torque of the glow plug with respect to the rotational angle of the glow plug may be relatively small. In this case, since the thread portion is excessively screwed into the mounting hole, the compressive stress along the axial direction is excessive with respect to the portion of the housing located between the thread portion and the taper portion. There is a risk that the housing will be deformed. Further, an excessively large torsional force is applied to the housing, and the housing may be broken.
そこで、前記増大割合が比較的小さなものとなる要因について本願発明者が鋭意検討したところ、グロープラグをエンジンヘッドへと取付ける際に、ハウジングの外表面に設けられたメッキ層に締め付けの回転による剪断応力が加わることで、メッキ層が剥離してしまうことが一要因であることが見出された。 Accordingly, the inventors of the present invention diligently studied the factors that cause the increase rate to be relatively small. When the glow plug is attached to the engine head, the plating layer provided on the outer surface of the housing is subjected to shearing due to rotation. It has been found that one factor is that the plating layer peels off due to the stress.
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンヘッドへの取付時において、グロープラグの回転角度に対するグロープラグの回転トルクの増大割合を十分に大きなものとすることができ、グロープラグに対して十分に大きな締め付けトルクを加えることで良好な気密性を確保しつつ、ハウジングの変形や破断をより確実に防止することができるグロープラグを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to make the increase rate of the rotational torque of the glow plug sufficiently large with respect to the rotational angle of the glow plug when attached to the engine head. An object of the present invention is to provide a glow plug capable of more reliably preventing deformation and breakage of a housing while ensuring good airtightness by applying a sufficiently large tightening torque to the glow plug.
以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。 Hereinafter, each configuration suitable for solving the above-described object will be described in terms of items. In addition, the effect specific to the corresponding structure is added as needed.
構成1.本構成のグロープラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
少なくとも自身の先端部が前記ハウジングの先端から突出した状態で、前記軸孔に挿設されるヒータ部材とを備え、
前記ハウジングは、
エンジンヘッドに設けられた取付孔に螺合するためのねじ部と、
前記軸線方向先端側に向けて外径が小さくなり、前記エンジンヘッドの取付孔に前記ねじ部を螺合した際に、前記エンジンヘッドの座面に対して圧接するテーパ部と
を有するグロープラグであって、
前記ハウジングのうち少なくとも前記ねじ部及び前記テーパ部の外表面には、自身の硬度が前記エンジンヘッドの硬度よりも大きいメッキ層が設けられ、前記ねじ部及び前記テーパ部の外表面に設けられた前記メッキ層の表面の十点平均粗さRzが5μm以下であることを特徴とする。
Configuration 1. The glow plug of this configuration includes a cylindrical housing having an axial hole extending in the axial direction,
A heater member inserted into the shaft hole in a state in which at least a tip portion thereof protrudes from a tip of the housing;
The housing is
A threaded portion for screwing into a mounting hole provided in the engine head;
A glow plug having a tapered portion that decreases in outer diameter toward the tip end in the axial direction and that presses against a seating surface of the engine head when the screw portion is screwed into a mounting hole of the engine head. There,
A plating layer having a hardness higher than that of the engine head is provided on at least the outer surface of the screw portion and the taper portion of the housing, and is provided on the outer surface of the screw portion and the taper portion. The ten-point average roughness Rz of the surface of the plating layer is 5 μm or less.
上記構成1によれば、ハウジングのうち少なくともねじ部及びテーパ部(すなわち、グロープラグをエンジンヘッドに取付ける際に、エンジンヘッドに接する部位)の外表面にメッキ層が設けられており、当該メッキ層の硬度がエンジンヘッドの硬度よりも大きなものとされている。従って、エンジンヘッドにグロープラグを取付ける際に生じる剪断応力に対して、十分に抗することが可能な強度を前記メッキ層が有することとなり、エンジンヘッドへの取付時におけるメッキ層の剥離をより確実に防止することができる。これにより、エンジンヘッドに油が付着している場合など、グロープラグ及びエンジンヘッド間における摩擦係数が低下しやすい場合であっても、エンジンヘッドに対するグロープラグの取付時において、グロープラグ及びエンジンヘッド間における摩擦係数が上昇しやすくなり、グロープラグの回転角度に対するグロープラグの回転トルクの増大割合を十分に大きなものとすることができる。その結果、グロープラグに対して十分に大きな締め付けトルクを加えることで良好な気密性を確保しつつ、ハウジングの変形や破断をより確実に防止することができる。 According to the configuration 1, the plating layer is provided on the outer surface of at least the threaded portion and the tapered portion (that is, the portion that contacts the engine head when the glow plug is attached to the engine head) of the housing. Is considered to be greater than the hardness of the engine head. Therefore, the plating layer has a strength capable of sufficiently resisting the shearing stress generated when the glow plug is attached to the engine head, and the plating layer can be more reliably peeled off when being mounted on the engine head. Can be prevented. As a result, even when the friction coefficient between the glow plug and the engine head tends to decrease, such as when oil adheres to the engine head, when the glow plug is attached to the engine head, The coefficient of friction of the glow plug tends to increase, and the rate of increase of the rotational torque of the glow plug with respect to the rotational angle of the glow plug can be made sufficiently large. As a result, by applying a sufficiently large tightening torque to the glow plug, it is possible to more reliably prevent deformation and breakage of the housing while ensuring good airtightness.
また、上記構成1によれば、メッキ層の表面の十点平均粗さRzが5μm以下とされている。従って、取付時において、エンジンヘッドに対するハウジング(ねじ部及びテーパ部)の密着性をより向上させることができ、エンジンヘッド及びグロープラグ間における摩擦係数をより増大させやすくすることができる。その結果、グロープラグの回転角度に対するグロープラグの回転トルクの増大割合を一層大きくすることができ、ハウジングの変形や破断を一層確実に防止することができる。 Moreover, according to the said structure 1, the 10-point average roughness Rz of the surface of a plating layer is 5 micrometers or less. Therefore, at the time of mounting, the adhesion of the housing (screw portion and taper portion) to the engine head can be further improved, and the coefficient of friction between the engine head and the glow plug can be further increased. As a result, the rate of increase of the rotational torque of the glow plug with respect to the rotational angle of the glow plug can be further increased, and deformation and breakage of the housing can be prevented more reliably.
構成2.本構成のグロープラグは、上記構成1において、前記メッキ層は、亜鉛を主成分とし、ニッケルを含有する合金からなることを特徴とする。
尚、「主成分」とあるのは、材料中、最も質量比の高い成分を指すものである。 The “main component” refers to a component having the highest mass ratio in the material.
上記構成2によれば、メッキ層はZnを主成分とするため、優れた耐食性を実現することができる。
According to the
一方で、メッキ層をZnにより構成した場合には、メッキ層の硬度が低くなり、上記構成1による作用効果が十分に発揮されないおそれがある。この点、上記構成2によれば、メッキ層を構成する合金にはNiが含有されており、メッキ層の硬度を十分に大きなものとすることができる。従って、上記構成1による作用効果をより確実に発揮させることができる。また、メッキ層を構成する合金にNiが含有されているため、メッキ層の耐熱性を向上させることができる。
On the other hand, when the plating layer is made of Zn, the hardness of the plating layer is lowered, and the function and effect of the configuration 1 may not be sufficiently exhibited. In this regard, according to the
尚、上記構成2による作用効果をより確実に発揮させるべく、前記合金中におけるNiの共析率を5%以上20%以下とすることが好ましい。
In addition, in order to exhibit the effect by the said
以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1(a)は、グロープラグ1の一部破断正面図であり、図1(b)は、グロープラグ1の先端部の一部破断拡大正面図である。尚、図1等では、グロープラグ1の軸線CL1方向を図面における上下方向とし、下側をグロープラグ1の先端側、上側を後端側として説明する。 Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a partially broken front view of the glow plug 1, and FIG. 1B is a partially broken enlarged front view of the tip portion of the glow plug 1. 1 and the like, the direction of the axis CL1 of the glow plug 1 will be described as the vertical direction in the drawing, the lower side will be described as the front end side, and the upper side will be described as the rear end side.
図1(a),(b)に示すように、グロープラグ1は、筒状のハウジング2と、当該ハウジング2の先端から自身の先端部が突出した状態でハウジング2に固定されたヒータ部材3とを備えている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the glow plug 1 includes a
ハウジング2は、軸線CL1方向に延びる軸孔4を有し、軸線CL1に沿った長さLが比較的大きなもの(例えば、100mm以上)とされている。また、ハウジング2の外周面には、グロープラグ1を内燃機関(ディーゼルエンジン等)のエンジンヘッドに取付ける際に、エンジンヘッドの取付孔に螺合されるねじ部5と、トルクレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部6とが形成されている。さらに、ハウジング2の先端部には、軸線CL1方向先端側に向けて徐々に外径が小さくなり、図2に示すように、エンジンヘッドENの取付孔HO(内周に雌ねじ部を有する)にねじ部5を螺合した際に、エンジンヘッドENの座面ESに対して圧接するテーパ部7が設けられている。尚、テーパ部7が座面ESに圧接することで、燃焼室における気密性の確保が図られることとなる。
The
また、本実施形態において、ハウジング2は、加工性の向上を図るべく、強度の比較的低い金属(例えば、快削鋼など)により形成されている。さらに、グロープラグ1の小型化(小径化)を図るべく、ハウジング2は小径化されており、ひいてはねじ部5のねじ径が所定値(例えば、M8)以下とされている。
In the present embodiment, the
図1に戻り、ヒータ部材3は、所定の金属(例えば、FeやNiを主成分とする金属等)からなる先端部が閉じた筒状をなすチューブ8と、当該チューブ8内に設けられた発熱コイル9及び制御コイル10とを備えており、両コイル9,10への通電経路をなす中軸11が接続されている。
Returning to FIG. 1, the
発熱コイル9は、制御コイル10と直列的に接続されるとともに、その先端部がチューブ8の先端部に接合されている。また、発熱コイル9は、所定の金属(例えば、Feを主成分とし、AlやCr等を含む合金など)からなる抵抗発熱線が螺旋状に巻回されることで構成されている。
The heating coil 9 is connected in series with the
制御コイル10は、発熱コイル9及び中軸11間に設けられており、発熱コイル9の材質よりも電気比抵抗の温度係数が大きい材質(例えば、Co−Ni−Fe系合金等に代表されるCo又はNiを主成分とする金属)からなる抵抗発熱線が螺旋状に巻回されることで構成されている。これにより、制御コイル10は、自身の発熱及び発熱コイル9からの発熱を受けることにより電気抵抗値を増大させ、発熱コイル9に対する供給電力を制御する。詳述すると、通電初期においては発熱コイル9に対して比較的大きな電力が供給され、発熱コイル9の温度は急速に上昇する。すると、その発熱及び自身の発熱により制御コイル10が加熱され、制御コイル10の電気抵抗値が増大し、発熱コイル9への供給電力が減少する。これにより、ヒータ部材3の昇温特性は、通電初期に急速昇温した後、以降は制御コイル10の働きにより供給電力が抑制されて温度が飽和する形となる。つまり、制御コイル10の存在により、急速昇温性を高めつつ、発熱コイル9の過昇温(オーバーシュート)が生じにくくなるように構成されている。
The
中軸11は、所定の導電性金属により形成されており、軸線CL1方向に沿って延びる棒状をなしている。また、中軸11は、その先端部がチューブ8内に挿通されるとともに、制御コイル10の後端部に接合され、その後端部が、ハウジング2の後端から突出している。そして、ハウジング2の後端部においては、ゴム等からなるOリング14、樹脂等からなる絶縁ブッシュ15、絶縁ブッシュ15の脱落を防止するための押さえリング16、及び、通電用のケーブルを接続するためのナット17がこの順序で中軸11に嵌め込まれた構造となっている。
The
さらに、チューブ8内には、酸化マグネシウム(MgO)を主成分とする絶縁粉末12が封入されており、絶縁粉末12が介在することにより、発熱コイル9及び制御コイル10の外周面とチューブ8の内周面とが絶縁された状態となっている。また、チューブ8の後端は、中軸8との間で環状ゴム13により封止されている。
Furthermore, an insulating
加えて、チューブ8には、スウェージング加工等によって、その先端部に発熱コイル9等を収容する小径部8Aが形成されるとともに、その後端部に自身の外径が小径部8Aの外径よりも大きい大径部8Bが形成されている。そして、ヒータ部材3は、前記大径部8Bが、軸孔4のうち内径が比較的小さい小径部4Aに圧入されることで、ハウジング2に固定されている。
In addition, the
さらに、本実施形態では、図3に示すように、ハウジング2のうち少なくともねじ部5及びテーパ部7の外表面(本実施形態では、ハウジング2の外表面全域)には、厚さが所定範囲(例えば、5μm以上20μm以下)とされたメッキ層21が設けられている。また、メッキ層21のうち少なくともねじ部5及びテーパ部7の外表面に設けられた部位は、前記エンジンヘッドENの硬度よりも大きな硬度を有するように構成されている。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, at least the outer surface of the
さらに、本実施形態において、メッキ層21は、亜鉛(Zn)を主成分とし、Niを所定量(例えば、共析率を5%以上20%以下)含有する合金(Zn−Ni合金)により形成されている。尚、メッキ層21を構成する材料は、Zn−Ni合金に限られるものではなく、例えば、Niを主成分とする金属などを用いてもよい
加えて、前記メッキ層21は、所定の光沢剤が投入された、ZnやNiを含む所定のメッキ用水溶液にハウジング2を浸漬した上で、ハウジング2に対して直流電流を流すことにより形成することができる。そして、メッキ層21の硬度は、メッキ層21を構成する金属の組成(メッキ用水溶液の成分や濃度)や、ハウジング2の外表面にメッキ層21を設ける際の条件(例えば、通電電流値など)を変更することで調節することができる。尚、メッキ層21をZn−Ni合金により形成する場合、前記光沢剤としては、トリエタノールアミン、サッカリン、ブチン、ナフタリンスルホン酸塩、チオ尿素、安息香酸、クエン酸塩、ぶどう糖、デキストリン、ゼラチン等を挙げることができる。また、メッキ層21をNiを主成分とする金属により形成する場合、前記光沢剤としては、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホンアミド、サッカリン、ホルムアルデヒド、アリルスルホン酸、2−ブチン1,4−ジオール、エチルシアンヒドリン等を挙げることができる。
Furthermore, in this embodiment, the
加えて、本実施形態では、ねじ部5及びテーパ部7の外表面に設けられたメッキ層21の表面の十点平均粗さRzが5μm以下となるように構成されている。尚、メッキ層21の表面の十点平均粗さRzは、前記メッキ水溶液中における前記光沢剤の含有量や、ハウジング2の外表面の形成する際の加工法を変更することで変更することができる。例えば、ねじ部5を切削加工ではなく、転造加工により形成することで、ねじ部5外表面の粗さを小さくすることができ、ひいてはねじ部5の外表面に設けられたメッキ層21の表面の十点平均粗さRzを小さくすることができる。
In addition, in the present embodiment, the ten-point average roughness Rz of the surface of the
以上詳述したように、本実施形態によれば、ハウジング2のうち少なくともねじ部5及びテーパ部7(すなわち、グロープラグ1をエンジンヘッドENに取付ける際に、エンジンヘッドENに接する部位)の外表面にメッキ層21が設けられており、当該メッキ層21の硬度がエンジンヘッドENの硬度よりも大きなものとされている。従って、エンジンヘッドENにグロープラグ1を取付ける際に生じる剪断応力に対して、十分に抗することが可能な強度を前記メッキ層21が有することとなり、エンジンヘッドENへの取付時におけるメッキ層21の剥離をより確実に防止することができる。これにより、エンジンヘッドENに対するグロープラグ1の取付時において、グロープラグ1及びエンジンヘッドEN間における摩擦係数が上昇しやすくなり、グロープラグ1の回転角度に対するグロープラグ1の回転トルクの増大割合を十分に大きなものとすることができる。その結果、グロープラグ1に対して十分に大きな締め付けトルクを加えることで良好な気密性を確保しつつ、ハウジング2の変形や破断をより確実に防止することができる。
As described above in detail, according to the present embodiment, at least the
さらに、メッキ層21の表面の十点平均粗さRzが5μm以下とされているため、エンジンヘッドENに対するハウジング2(ねじ部5及びテーパ部7)の密着性をより向上させることができる。その結果、グロープラグ1の回転角度に対するグロープラグ1の回転トルクの増大割合を一層大きくすることができ、ハウジング2の変形や破断を一層確実に防止することができる。
Furthermore, since the ten-point average roughness Rz of the surface of the
特に本実施形態では、ハウジング2の長さLが比較的大きく、また、ねじ部5のねじ径が比較的小さい(ハウジング2の肉厚が比較的小さい)ため、エンジンヘッドENへの取付時におけるハウジング2の変形等がより懸念されるが、メッキ層21の硬度をエンジンヘッドENの硬度以上としつつ、メッキ層21表面の十点平均粗さRzを5μm以下とすることで、このような懸念を払拭することができる。換言すれば、メッキ層21の硬度をエンジンヘッドENの硬度以上としつつ、メッキ層21表面の十点平均粗さRzを5μm以下とすることは、ハウジング2の長さLが比較的大きい場合(長さLが100mm以上の場合)や、ねじ部5のねじ径が比較的小さい場合(ねじ径がM8以下の場合)に、特に有効である。
In particular, in the present embodiment, the length L of the
加えて、メッキ層21はZnを主成分とするため、優れた耐食性を実現することができる。
In addition, since the
また、メッキ層21を構成する合金にはNiが含有されているため、メッキ層21の硬度を十分に大きなものとすることができる。従って、メッキ層21の剥離防止効果をより確実に発揮させることができる。さらに、メッキ層21を構成する合金にNiが含有されているため、メッキ層21の耐熱性を向上させることができる。
Further, since the alloy constituting the plated
次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、ハウジングの外表面全域にメッキ層を設けるとともに、メッキ層の構成材料などを変更することでメッキ層の硬度を種々異なるものとしたグロープラグのサンプル1〜4を作成し、各サンプルについて、回転角度測定試験を行った。回転角度測定試験の概要は次の通りである。 Next, in order to confirm the effects achieved by the above embodiment, a plating layer is provided over the entire outer surface of the housing, and the hardness of the plating layer is varied by changing the constituent material of the plating layer. Plug samples 1 to 4 were prepared, and a rotation angle measurement test was performed for each sample. The outline of the rotation angle measurement test is as follows.
すなわち、図4に示すように、前記取付孔を模した孔部FSを有してなるエンジンヘッドを模した筒状の治具JGを用意し、治具JGのうち前記座面に相当する部位と孔部FSの内周面に潤滑油を塗布するとともに、前記孔部FSにサンプルを挿入した(この状態において、サンプルは孔部FSに螺合されていない)。次いで、サンプルの工具係合部に対してソケットSCを係合し、サンプルをソケットSCに対して相対回転不能とした。また、所定のロードセルLCにより、前記ソケットSCの回転トルクを測定可能とした。その上で、治具JGを回転させることにより、孔部FSに対してサンプルのねじ部をねじ込んでいき、サンプルからソケットSCに対して回転トルクが加わり始めたとき(すなわち、座面にテーパ部が接触したとき)を0°として、前記ソケットSCの回転トルクが10N・mとなったときの治具JGの回転角度(10N・m到達回転角度)を測定した。ここで、10N・m到達回転角度が小さいほど、グロープラグをエンジンヘッドに取付ける際に、グロープラグ(特に、エンジンヘッドに接するねじ部及びテーパ部)とエンジンヘッドとの間で生じる摩擦力が大きくなりやすく、ひいてはグロープラグの回転角度に対するグロープラグの回転トルクの増大割合が大きなものとなりやすいといえる。従って、トルク管理にてグロープラグをエンジンヘッドに取付ける際に、ハウジングに対して過度に大きな圧縮応力やねじり力が加わってしまうことを抑制し、ハウジングの変形や破断を防止するという面では、10N・m到達回転角度が小さいほど好ましい。 That is, as shown in FIG. 4, a cylindrical jig JG simulating an engine head having a hole FS simulating the mounting hole is prepared, and a portion corresponding to the seating surface of the jig JG. And a lubricant was applied to the inner peripheral surface of the hole FS, and a sample was inserted into the hole FS (in this state, the sample was not screwed into the hole FS). Next, the socket SC was engaged with the tool engaging portion of the sample, and the sample was not allowed to rotate relative to the socket SC. Further, the rotational torque of the socket SC can be measured by a predetermined load cell LC. After that, by rotating the jig JG, the thread portion of the sample is screwed into the hole FS, and when a rotational torque starts to be applied from the sample to the socket SC (that is, the taper portion on the seating surface). The angle of rotation of the jig JG when the rotational torque of the socket SC reaches 10 N · m (10 N · m reached rotation angle) was measured. Here, the smaller the 10 N · m arrival rotation angle is, the larger the frictional force generated between the glow plug (especially the threaded portion and taper portion in contact with the engine head) and the engine head when the glow plug is attached to the engine head. It can be said that the rate of increase in the rotational torque of the glow plug with respect to the rotational angle of the glow plug tends to be large. Therefore, when the glow plug is attached to the engine head by torque management, it is possible to suppress an excessively large compressive stress or torsional force from being applied to the housing, and to prevent deformation and breakage of the housing. -The smaller the m rotation angle, the better.
図5に、回転角度測定試験の結果を示す。尚、治具JGは、アルミニウムにより形成し、その硬度をビッカース硬度で130Hvとした。また、サンプル1は、Znによりメッキ層を形成し、サンプル2は、Znを主成分としNiを所定値(共析率3%)含有する合金によりメッキ層を形成し、サンプル3は、Znを主成分としNiを所定値(共析率5%)含有する合金によりメッキ層を形成し、サンプル4は、Znを主成分としNiを所定値(共析率10%)含有する合金によりメッキ層を形成した。加えて、サンプル5は、電解メッキ加工を施すことでNiを主成分とする金属からなるメッキ層を形成し、サンプル6は、無電解メッキ加工を施すことでNiを主成分とする金属からなるメッキ層を形成した。また、図5においては、サンプル1の試験結果を白抜き丸印で示し、サンプル2の試験結果を黒丸印で示し、サンプル3の試験結果を白抜き三角印で示し、サンプル4の試験結果を黒三角印で示し、サンプル5の試験結果を白抜き正方形印で示し、サンプル6の試験結果を白抜き菱形印で示す。
FIG. 5 shows the result of the rotation angle measurement test. The jig JG was made of aluminum, and its hardness was 130 Vv in terms of Vickers hardness. Sample 1 forms a plating layer from Zn,
さらに、各サンプルともに、ねじ部のねじ径をM8とし、メッキ層表面の十点平均粗さRzを5μmとした。 Further, in each sample, the thread diameter of the thread portion was M8, and the 10-point average roughness Rz of the plated layer surface was 5 μm.
図5に示すように、メッキ層の硬度を治具JGの硬度(130Hv)よりも小さくしたサンプル(サンプル1)は、10N・m到達回転角度が比較的大きなものとなってしまい、エンジンヘッドへの取付時におけるハウジングの変形や破断が懸念されることが分かった。これは、メッキ層と治具JGとの間で発生した剪断応力によりメッキ層が剥がれてしまい、サンプルと治具JGとの間における摩擦係数が小さなものとなったためであると考えられる。 As shown in FIG. 5, the sample (sample 1) in which the hardness of the plating layer is smaller than the hardness of the jig JG (130 Hv) has a relatively large rotation angle of 10 N · m, leading to the engine head. It was found that there was a concern about deformation and breakage of the housing at the time of mounting. This is considered to be because the plating layer peeled off due to the shear stress generated between the plating layer and the jig JG, and the friction coefficient between the sample and the jig JG became small.
また、スズ(Sn)を主成分とする金属から前記メッキ層を形成し、メッキ層の硬度を90Hvとしたサンプルについても、上記回転角度測定試験を行ったところ、回転トルクが6N・mに到達した時点で、ハウジングに破断が生じてしまった。 Further, when the above-mentioned rotation angle measurement test was performed on a sample in which the plating layer was formed from a metal containing tin (Sn) as a main component and the hardness of the plating layer was 90 Hv, the rotation torque reached 6 N · m. At that time, the housing had broken.
これに対して、メッキ層の硬度を治具JGの硬度よりも大きなものとしたサンプル2〜6は、10N・m到達回転角度が100°以下に抑えられ、グロープラグの回転角度に対するグロープラグの回転トルクの増大割合を十分に大きくできることが明らかとなった。これは、サンプル及び治具JG間で生じる剪断応力に抗することが可能な強度をメッキ層が有することとなり、メッキ層の剥離が効果的に抑制されたことによると考えられる。
On the other hand,
また、鋳鉄により形成された治具を用いた上で、上記回転角度測定試験を行ったところ、メッキ層の硬度を治具の硬度よりも大きなものとすることで、10N・m到達回転角度を100°以下に抑えられることができ、メッキ層の剥離を効果的に抑制できることが確認された。 Moreover, when the said rotation angle measurement test was done after using the jig | tool formed with cast iron, when the hardness of a plating layer shall be larger than the hardness of a jig | tool, 10 N * m arrival rotation angle can be set. It could be suppressed to 100 ° or less, and it was confirmed that peeling of the plating layer can be effectively suppressed.
上記試験の結果より、エンジンヘッドにグロープラグを取付ける際において、グロープラグの回転角度に対するグロープラグの回転トルクの増大割合を十分に大きなものとし、ハウジングの変形等をより確実に防止するという観点から、ハウジングのうち少なくともねじ部及びテーパ部(取付時にエンジンヘッドに接触する部位)の外表面に、自身の硬度が、エンジンヘッドの硬度よりも大きなメッキ層を設けることが好ましいといえる。 From the results of the above test, from the viewpoint of more reliably preventing the deformation of the housing and the like by increasing the increase rate of the rotation torque of the glow plug with respect to the rotation angle of the glow plug when attaching the glow plug to the engine head. In addition, it can be said that it is preferable to provide a plated layer having a hardness higher than that of the engine head on the outer surface of at least the threaded portion and the tapered portion (the portion that comes into contact with the engine head during mounting) of the housing.
次に、表面の十点平均粗さRz(μm)を種々変更したメッキ層を有してなるグロープラグのサンプルを作製し、各サンプルについて、前記座面に相当する部位と孔部FSの内周面に潤滑油が塗布された前記治具JGにサンプルをねじ込んだ際における、サンプルのハウジングに加わる軸線方向に沿った力(軸力)F(kN)と、サンプルに加わる回転トルクTq(N・m)とを測定した。そして、各サンプルについて、Tq/Fの値を算出した。ここで、Tq/Fは、単位軸力当たりに増大するサンプルの回転トルクに相当し、Tq/Fが大きいほど、ハウジングの変形等を抑制しつつ、十分な締め付けトルクでグロープラグをエンジンヘッドに取付けることができるといえる。 Next, a sample of a glow plug having a plating layer with various changes in the ten-point average roughness Rz (μm) of the surface is prepared, and for each sample, the portion corresponding to the seating surface and the hole FS When the sample is screwed into the jig JG having a lubricant applied to the peripheral surface, a force (axial force) F (kN) along the axial direction applied to the sample housing and a rotational torque Tq (N M) was measured. And the value of Tq / F was computed about each sample. Here, Tq / F corresponds to the rotational torque of the sample that increases per unit axial force. As Tq / F increases, the glow plug is attached to the engine head with sufficient tightening torque while suppressing deformation of the housing. It can be said that it can be attached.
尚、ねじ部のねじ径をM8としたハウジングにおける軸線方向に沿った弾性限界(ハウジングに塑性変形を生じさせることなく、軸力を解除した際に弾性変形したハウジングが元に戻る最大軸力)は5N程度である。また、気密性を確保する面では、エンジンの振動や熱を考慮すると、グロープラグをエンジンヘッドに取付ける際の締め付けトルクが10N・m以上となるようにすることが好ましい。従って、Tq/Fが2.0以上であれば、ハウジングの弾性限界を超えることなく、十分な締め付けトルクでグロープラグをエンジンヘッドに取付けることができ、良好な気密性を確保しつつ、ハウジングの変形等を効果的に抑制できるといえる。そこで、本試験では、Tq/F=2.0を基準として、各サンプルを評価した。 In addition, the elastic limit along the axial direction in the housing where the thread diameter of the thread portion is M8 (maximum axial force that the housing that is elastically deformed when the axial force is released without causing plastic deformation in the housing) Is about 5N. In terms of ensuring airtightness, it is preferable that the tightening torque when the glow plug is attached to the engine head is 10 N · m or more in consideration of engine vibration and heat. Therefore, if Tq / F is 2.0 or more, the glow plug can be attached to the engine head with a sufficient tightening torque without exceeding the elastic limit of the housing, and while maintaining good airtightness, It can be said that deformation and the like can be effectively suppressed. Therefore, in this test, each sample was evaluated based on Tq / F = 2.0.
図6に、メッキ層表面の十点平均粗さRz(μm)と、Tq/Fとの関係を表すグラフを示す。尚、各サンプルともに、ねじ部のねじ径をM8とし、メッキ層は、Znを主成分とし、Niを含有する合金(Zn−Ni合金)により形成した。また、メッキ層の硬度を治具JGの硬度以上とした。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the ten-point average roughness Rz (μm) of the plated layer surface and Tq / F. In each sample, the thread diameter of the thread portion was M8, and the plating layer was formed of an alloy containing Zn as a main component and containing Ni (Zn—Ni alloy). Further, the hardness of the plating layer was set to be equal to or higher than the hardness of the jig JG.
図6に示すように、メッキ層表面の十点平均粗さRzを5μm以下としたサンプルは、Tq/Fが2.0以上となり、ハウジングの変形等を抑制しつつ、十分な締め付けトルクでグロープラグをエンジンヘッドに取付可能となることが分かった。これは、エンジンヘッドに対するハウジング(ねじ部及びテーパ部)の密着性が高まったことで、グロープラグの回転角度に対して、グロープラグと治具JGとの間における摩擦係数(つまり、グロープラグの回転トルク)が一層増大しやすくなったことによると考えられる。 As shown in FIG. 6, a sample with a 10-point average roughness Rz of 5 μm or less on the surface of the plating layer has a Tq / F of 2.0 or more, and glow with a sufficient tightening torque while suppressing deformation of the housing. It has been found that the plug can be attached to the engine head. This is because the adhesion of the housing (screw part and taper part) to the engine head has increased, and the coefficient of friction between the glow plug and the jig JG with respect to the rotation angle of the glow plug (that is, This is considered to be due to the fact that (rotational torque) is more likely to increase.
また、ねじ径を種々変更したサンプルについても、メッキ層表面の十点平均粗さRzとTq/Fとの関係を調べたところ、メッキ層表面の十点平均粗さRzを5μm以下とすることで、Tq/Fが2.0以上となることが確認された。 In addition, for samples with various screw diameter changes, the relationship between the 10-point average roughness Rz of the plating layer surface and Tq / F was examined, and the 10-point average roughness Rz of the plating layer surface was 5 μm or less. Thus, it was confirmed that Tq / F was 2.0 or more.
上記試験の結果より、エンジンヘッドにグロープラグを取付ける際において、ハウジングの変形等を抑制しつつ、グロープラグへと十分な締め付けトルクを印加可能とすべく、メッキ層の表面の十点平均粗さRzを5μm以下とすることが好ましいといえる。 From the results of the above test, when attaching the glow plug to the engine head, the ten-point average roughness of the surface of the plating layer is set so that a sufficient tightening torque can be applied to the glow plug while suppressing deformation of the housing. It can be said that Rz is preferably 5 μm or less.
次いで、Znによりメッキ層を形成したグロープラグのサンプル(Znメッキサンプル)と、Znを主成分としNiを含有する合金によりメッキ層を形成したグロープラグのサンプル(Zn−Ni合金メッキサンプル)と、Niを主成分とする金属によりメッキ層を形成したグロープラグのサンプル(Niメッキサンプル)とを作製し、各サンプルについて、JIS Z2371に基づく中性塩水噴霧試験を行った。そして、試験開始から24時間後、48時間後、及び、96時間後に、ハウジングの表面を観察し、赤錆が発生しているか否かを確認した。表1に、当該試験の試験結果を示す。尚、表1において、「○」とあるのは、赤錆の発生が確認されなかったことを意味し、「×」とあるのは、赤錆の発生が確認されたことを意味する。 Next, a sample of a glow plug in which a plating layer is formed with Zn (Zn plating sample), a sample of a glow plug in which a plating layer is formed with an alloy containing Zn as a main component and containing Ni (Zn-Ni alloy plating sample), Samples of glow plugs (Ni plating samples) in which a plating layer was formed of a metal containing Ni as a main component were prepared, and a neutral salt spray test based on JIS Z2371 was performed on each sample. Then, 24 hours, 48 hours, and 96 hours after the start of the test, the surface of the housing was observed to confirm whether red rust had occurred. Table 1 shows the test results of the test. In Table 1, “◯” means that the occurrence of red rust was not confirmed, and “x” means that the occurrence of red rust was confirmed.
表1に示すように、Znを主成分とする金属によりメッキ層を形成したサンプル(Znメッキサンプル及びZn−Ni合金メッキサンプル)は、優れた耐食性を有することが確認された。但し、図5(同図、サンプル1の試験結果)に示すように、Znによりメッキ層を形成した場合には、エンジンヘッドへとグロープラグを取付ける際に、エンジンヘッド及びグロープラグ間で生じる摩擦力が増大しにくく、取付時におけるハウジングの変形等が懸念される。従って、良好な耐食性、及び、取付時におけるハウジングの変形抑制の双方を実現するという観点から、メッキ層を、Znを主成分とし、Niを含有する合金により形成することが好ましいといえる。 As shown in Table 1, it was confirmed that the samples (Zn plating sample and Zn-Ni alloy plating sample) in which the plating layer was formed of a metal mainly composed of Zn had excellent corrosion resistance. However, as shown in FIG. 5 (same test result of sample 1), when a plated layer is formed of Zn, friction generated between the engine head and the glow plug when the glow plug is attached to the engine head. The force is unlikely to increase, and there is a concern about deformation of the housing during installation. Therefore, it can be said that the plating layer is preferably formed of an alloy containing Zn as a main component and containing Ni from the viewpoint of realizing both good corrosion resistance and suppressing deformation of the housing at the time of mounting.
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。 In addition, it is not limited to the description content of the said embodiment, For example, you may implement as follows. Of course, other application examples and modification examples not illustrated below are also possible.
(a)上記実施形態では、発熱コイル9の過昇温を防止すべく、発熱コイル9及び中軸11間に制御コイル10が介在されているが、発熱コイル9に中軸11を直接接触させ、制御コイル10を省略してもよい。
(A) In the above embodiment, the
(b)上記実施形態において、ヒータ部材3は、チューブ8と当該チューブ8の内部に配置された発熱コイル9等により構成されており、本発明の技術思想が、いわゆるメタルグロープラグに対して適用されている。これに対して、ヒータ部材を、絶縁性セラミックからなる筒状の基体と、当該基体内に設けられるとともに、導電性セラミックにより形成され、中軸11からの通電により発熱する発熱素子とにより構成し、本発明の技術思想を、いわゆるセラミックグロープラグに対して適用してもよい。また、この場合には、基体の外表面に発熱素子となる導電性の被膜が設けられてなるヒータ部材(いわゆる表面発熱タイプのヒーター)を用いてもよい。さらに、発熱素子の少なくとも一部を耐熱性に優れる導電性金属(例えば、タングステンを主成分とする合金等)により形成することとしてもよい。
(B) In the above embodiment, the
(c)上記実施形態において、工具係合部6は断面六角形状とされているが、工具係合部6の形状は、このような形状に限定されるものではない。従って例えば、工具係合部6を、Bi−HEX(変形12角)形状〔ISO22977:2005(E)〕等としてもよい。 (C) In the above embodiment, the tool engaging portion 6 has a hexagonal cross section, but the shape of the tool engaging portion 6 is not limited to such a shape. Therefore, for example, the tool engaging portion 6 may be a Bi-HEX (deformed 12-angle) shape [ISO 22777: 2005 (E)] or the like.
(d)ヒータ部材3の形状は特に限定されるものではなく、例えば、断面楕円形状や断面長円形状、断面多角形状であってもよい。また、ヒータ部材として、絶縁性の基体を板状に複数形成して、その間に発熱体を挟み込んだいわゆる板状ヒータを用いることとしてもよい。
(D) The shape of the
(e)上記実施形態においては、チューブ8を構成する金属材料としてFeやNiを主成分とする金属を挙げているが、これは例示であって、チューブ8を構成する金属材料はこれに限定されるものではない。また、発熱コイル9や制御コイル10を構成する金属材料としてFe等を主成分とする金属を挙げているが、発熱コイル9等の構成材料は、これに限定されるものではない。
(E) In the above-described embodiment, a metal mainly composed of Fe or Ni is cited as the metal material constituting the
(f)上記実施形態において、メッキ層21の表面にクロメート層を設けてもよい。クロメート層を設けることで、メッキ層21の変色防止や耐食性向上を図ることができる。
(F) In the above embodiment, a chromate layer may be provided on the surface of the
1…グロープラグ、2…ハウジング、3…ヒータ部材、4…軸孔、5…ねじ部、7…テーパ部、21…メッキ層、CL1…軸線、EN…エンジンヘッド。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Glow plug, 2 ... Housing, 3 ... Heater member, 4 ... Shaft hole, 5 ... Screw part, 7 ... Tapered part, 21 ... Plated layer, CL1 ... Axis, EN ... Engine head.
Claims (2)
少なくとも自身の先端部が前記ハウジングの先端から突出した状態で、前記軸孔に挿設されるヒータ部材とを備え、
前記ハウジングは、
エンジンヘッドに設けられた取付孔に螺合するためのねじ部と、
前記軸線方向先端側に向けて外径が小さくなり、前記エンジンヘッドの取付孔に前記ねじ部を螺合した際に、前記エンジンヘッドの座面に対して圧接するテーパ部と
を有するグロープラグであって、
前記ハウジングのうち少なくとも前記ねじ部及び前記テーパ部の外表面には、自身の硬度が前記エンジンヘッドの硬度よりも大きいメッキ層が設けられ、前記ねじ部及び前記テーパ部の外表面に設けられた前記メッキ層の表面の十点平均粗さRzが5μm以下であることを特徴とするグロープラグ。 A cylindrical housing having an axial hole extending in the axial direction;
A heater member inserted into the shaft hole in a state in which at least a tip portion thereof protrudes from a tip of the housing;
The housing is
A threaded portion for screwing into a mounting hole provided in the engine head;
A glow plug having a tapered portion that decreases in outer diameter toward the tip end in the axial direction and that presses against a seating surface of the engine head when the screw portion is screwed into a mounting hole of the engine head. There,
A plating layer having a hardness higher than that of the engine head is provided on at least the outer surface of the screw portion and the taper portion of the housing, and is provided on the outer surface of the screw portion and the taper portion. A glow plug having a ten-point average roughness Rz of 5 μm or less on the surface of the plating layer.
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