JP6042625B2 - グロープラグの製造方法及びグロープラグ - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに使用されるグロープラグの製造方法及びグロープラグに関する。

従来から、ディーゼルエンジンの始動補助等に使用されるグロープラグとして、先端部の閉じた金属製のチューブ（シーズ管）内に、クロム（Ｃｒ）やアルミニウム（Ａｌ）等を含有する発熱コイルを封入したシーズヒータを用いるものが知られている。

このようなグロープラグでは、チューブ内に収容した発熱コイルの先端部とチューブとを溶接等によって接合する必要がある。この発熱コイルの先端部とチューブとの接合方法としては、例えばチューブとなるチューブ素材の先端を開口しておき、チューブ素材の先端開口に、発熱コイルの先端部を挿入し、チューブ素材の外側から先端開口に挿入されている発熱コイルの先端部とチューブ素材とを溶接する方法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

特開２００１−３３０２４９号公報 特開平４−１１９号公報

上述したように、チューブ素材の先端開口に、発熱コイルの先端部を挿入し、チューブ素材の外側から、先端開口に挿入されている発熱コイルの先端部とチューブ素材とを溶接したグロープラグでは、以下のような問題が発生する。

具体的には、図８に示すように、発熱コイル９の先端部は、発熱コイル９の巻線の部分である巻線部分先端部９ａと、この先端部から半巻分後端側の半巻分後端部９ｂとに、巻線の半ピッチ分、グロープラグの軸線Ｃ_１方向位置にずれがある構造となっている。このため、発熱コイル９の巻線部分先端部９ａ及び半巻分後端部９ｂ等を、チューブ素材１７０の内壁に当接させた状態とすると、発熱コイル９がチューブ素材１７０内に偏芯した状態で収容され、グロープラグの周方向での温度のばらつきが大きくなるという問題が発生する。

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたものである。本発明は、製造時にチューブ内に発熱コイルが偏芯して収容されることを抑制することができ、温度均一性を維持することのできるグロープラグの製造方法及びグロープラグを提供することを目的とする。

本発明のグロープラグの製造方法の一態様は、軸線方向に延びる筒状の主体金具と、前記主体金具に装着され、先端が閉じた金属製のチューブ、及び前記チューブ内に収容されたコイルを有するヒータと、先端側が前記チューブ内にて前記コイルに接続され、後端側が前記チューブの後端から突出した中軸と、を備えたグロープラグの製造方法であって、前記チューブとなるチューブ素材であって、先端が開口するとともに、先端部の内壁が先端側に向かって縮径しており、さらに、前記コイルが挿入された際に、前記内壁に当接する前記コイルの巻線の部位である巻線部分先端部と、当該巻線部分先端部から半巻分後端側の半巻分後端部とが、それぞれ前記内壁に当接するように、軸線を挟んで当該内壁の対向する部位の前記軸線方向位置をずらした前記先端部を有するチューブ素材を準備する工程と、前記チューブ素材の内部に前記コイルを挿入し、前記巻線部分先端部と前記半巻分後端部とを、前記チューブ素材の先端部の内壁に当接させる工程と、前記巻線部分先端部と前記半巻分後端部とを前記チューブ素材の先端部に溶接するとともに、前記開口を閉塞する工程とを具備したことを特徴とする。

本発明のグロープラグの製造方法では、チューブとなるチューブ素材であって、先端が開口するとともに、先端部の内壁が先端側に向かって縮径しており、さらに、コイルが挿入された際に、内壁に当接するコイルの巻線の部位である巻線部分先端部と、当該巻線部分先端部から半巻分後端側の半巻分後端部とが、それぞれ内壁に当接するように、内壁の軸線方向位置をずらした先端部を有するチューブ素材を準備する。そして、このチューブ素材の内部にコイルを挿入し、巻線部分先端部と半巻分後端部とをチューブ素材の先端部の内壁に当接させた状態とする。これによって、コイルの軸とチューブ素材の軸とが略同軸の状態となる。

したがって、コイルがチューブ素材内に偏芯した状態で収容されることがない。これによって、グロープラグの周方向での温度のばらつきが大きくなることを抑制することができる。これによって、従来に比べて温度均一性を維持することができる。

上記構成のグロープラグの製造方法では、チューブ素材の先端部の外壁を、チューブ素材の先端部の内壁の軸線方向位置に対応して軸線方向位置をずらした形状とすることが好ましい。かかる構成とすることによって、チューブの肉厚を一定とすることができ、グロープラグの周方向での温度のばらつきが大きくなることをさらに抑制することができる。

本発明のグロープラグの一態様は、軸線方向に延びる筒状の主体金具と、前記主体金具に装着され、先端が閉じた金属製のチューブ、及び前記チューブ内に収容されたコイルを有するヒータと、先端側が前記チューブ内にて前記コイルに接続され、後端側が前記チューブの後端から突出した中軸と、を備えたグロープラグであって、前記チューブの先端部の内壁は、先端側に向かって縮径しており、且つ、軸線を挟んで前記内壁の対向する部位の前記軸線方向位置がずらされており、前記コイルの巻線の部位である前記コイルの巻線部分先端部と、当該巻線部分先端部から半巻分後端側の半巻分後端部とが、それぞれ前記内壁に当接していることを特徴とする。

本発明のグロープラグでは、金属製のチューブの先端部の内壁は、先端側に向かって縮径しており、且つ、内壁の軸線方向位置がずらされて、コイルの巻線部分先端部と、当該巻線部分先端部から半巻分後端側の半巻分後端部とが、内壁に当接している。これによって、コイルの軸と金属製のチューブの軸とが略同軸の状態で、コイルの巻線部分先端部と、半巻分後端部とが、夫々金属製のチューブの先端部の内壁に当接した状態となる。

したがって、コイルが金属製のチューブ内に偏芯した状態で収容されることがない。これによって、グロープラグの周方向での温度のばらつきが大きくなることを抑制することができる。これによって、従来に比べて温度均一性を維持することができる。

上記構成のグロープラグでは、金属製のチューブの先端部の外壁は、先端部の内壁の軸線方向位置に対応して軸線方向位置をずらした形状とすることが好ましい。かかる構成とすることによって、チューブの肉厚を一定とすることができ、グロープラグの周方向での温度のばらつきが大きくなることをさらに抑制することができる。

また、上記構成のグロープラグでは、コイルの巻線部分先端部と、半巻分後端部は、それぞれチューブの先端部の内壁と当接された状態で固着されている構成とすることが好ましい。これによって、コイルの軸とチューブの軸とを精度よく同軸の状態とすることができ、温度均一性をさらに維持することができる。

本発明によれば、製造時にチューブ内に発熱コイルが偏芯して収容されることを抑制することができ、温度均一性を維持することのできるグロープラグの製造方法及びグロープラグを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るグロープラグの概略構成を示す図。 図１のグロープラグの断面概略構成を示す図。 図１のグロープラグの要部断面概略構成を示す図。 図１のグロープラグの製造工程を説明するための図。 図１のグロープラグの製造工程を説明するための図。 図１のグロープラグの製造工程を説明するための図。 図１のグロープラグの要部断面概略構成を拡大して示す図。 従来のグロープラグの製造工程を説明するための図。

以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るグロープラグ１の全体概略構成を示す図であり、図２はグロープラグ１の縦断面概略構成を示す図である。

図１、図２に示すように、グロープラグ１は、筒状の主体金具２と、主体金具２に装着されたシーズヒータ３とを備えており、軸線Ｃ_１方向に延びている。

主体金具２には、軸線Ｃ_１方向に貫通する軸孔４が形成されている。また、主体金具２の外周面には、ディーゼルエンジンへの取付用のねじ部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。

シーズヒータ３は、シーズ管７と発熱コイル９等から構成されている。

図３に示すように、シーズ管７は、先端部が閉じた金属製、例えばニッケル基合金等からなる筒状のチューブから構成されている。

図３に示すように、シーズ管７の内側には、シーズ管７の先端に接合される発熱コイル９と、当該発熱コイル９の後端に直列接続された制御コイル１０とからなるコイル２０が酸化マグネシウム粉末等の絶縁粉末１１とともに封入されている。シーズ管７と発熱コイル９とは、先端部において接合されている。

さらに、シーズ管７の後端は、中軸８との間で環状ゴム１７により封止されている。加えて、前述のように、発熱コイル９は、その先端においてシーズ管７と導通しているが、発熱コイル９及び制御コイル１０の外周面とシーズ管７の内周面とは、絶縁粉末１１の介在により絶縁された状態となっている。

発熱コイル９は、例えば、鉄（Ｆｅ）−クロム（Ｃｒ）−アルミニウム（Ａｌ）系合金の抵抗発熱線により構成されている。また、制御コイル１０は、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、コバルト（Ｃｏ）−ニッケル（Ｎｉ）−Ｆｅ系合金等に代表されるＣｏ又はＮｉを主成分とする抵抗発熱線により構成されている。発熱コイル９は、通電によって発熱し、シーズ管７の表面温度を所定の温度まで昇温させ、制御コイル１０は、発熱コイル９の過昇温を生じ難くする。

また、シーズ管７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７ａが形成されるとともに、その後端側において小径部７ａよりも径の大きい大径部７ｂが形成されている。そして、この大径部７ｂが、主体金具２の軸孔４に形成された小径部４ａに対し圧入接合されることにより、シーズ管７が主体金具２の先端より突出した状態で保持される。

中軸８は、自身の先端がシーズ管７内に挿入され、制御コイル１０の後端と電気的に接続されるとともに、主体金具２の軸孔４に挿通されている。中軸８の後端は主体金具２の後端から突出しており、この主体金具２の後端部においては、ゴム製等のＯリング１２、樹脂製等の絶縁ブッシュ１３、絶縁ブッシュ１３の脱落を防止するための押さえリング１４、及び、通電ケーブル接続用のナット１５がこの順序で中軸８に嵌め込まれた構造となっている（図２参照）。

そして、図７に示すように、シーズ管７の先端部７Ａの内壁７Ａａは、先端側に向かって縮径しており、且つ、内壁７Ａａの軸線Ｃ_１方向位置が、図７に示すように、左右でずらされている。このため、発熱コイル９の巻線部分先端部９ａと、巻線部分先端部９ａから半巻分後端側の半巻分後端部９ｂとが、それぞれ内壁７Ａａに当接している。これによって、コイルの軸Ｃ_２とチューブの軸Ｃ_３とが同軸の状態で、発熱コイル９の巻線部分先端部９ａと、半巻分後端部９ｂとが、夫々シーズ管７の先端部７Ａの内壁７Ａａに当接した状態となる。

したがって、発熱コイル９がシーズ管７内に偏芯した状態で収容されることがない。これによって、グロープラグ１の周方向での温度のばらつきが大きくなることを抑制することができる。これによって、従来に比べて温度均一性を維持することができる。

また、グロープラグ１では、シーズ管７の先端部７Ａの外壁７Ａｂは、先端部７Ａの内壁７Ａａの軸線Ｃ_１方向位置に対応して、図７に示すように、軸線Ｃ_１方向位置を左右でずらした形状となっている。これにより、シーズ管７の肉厚を一定とすることができ、グロープラグ１の周方向での温度のばらつきが大きくなることをさらに抑制することができる。

さらに、グロープラグでは、発熱コイル９の巻線部分先端部９ａと、半巻分後端部９ｂは、それぞれシーズ管７の先端部７Ａの内壁７Ａａと当接された状態で固着されている。これによって、コイルの軸Ｃ_２とチューブの軸Ｃ_３とを精度よく同軸の状態とすることができ、温度均一性をさらに維持することができる。

次いで、グロープラグ１の製造方法について説明する。まず、シーズヒータ３を製造する際には、まず、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金の抵抗発熱線をコイル形状に加工し、発熱コイル９を得る。

次いで、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金等の抵抗発熱線をコイル形状に加工し、制御コイル１０を得る。そして、発熱コイル９の後端部分と、制御コイル１０の先端部分とを、後端側接合部位２２においてアーク溶接等によって接合する。さらに、制御コイル１０の後端側に、中軸８をアーク溶接等によって接合する。

一方、図４に示すように、先端が閉じておらず、先端に開口７１を有し、最終寸法より加工代分だけ大径に形成された円筒状のチューブ素材７０を準備する。そして、このチューブ素材７０の中に、中軸８の先端部分と、当該中軸８と一体となった発熱コイル９及び制御コイル１０からなるコイル２０（図４には発熱コイル９のみ図示。）を配置する。

本実施形態において、チューブ素材７０の先端部７０Ａの内壁７０Ａａは、軸線Ｃ_１方向に沿った断面で見た時に、発熱コイル９の半巻分離れた２箇所の部分（図４中に示す当接部７０ａと当接部７０ｂ）の形状が、軸線Ｃ_１方向の位置を所定長さずらした形状とされている。この所定長さは、発熱コイル９の巻線部分先端部９ａと、当該巻線部分先端部９ａから半巻分後端側の半巻分後端部９ｂの軸線Ｃ_１方向位置に対応した長さ（後述するＬ_３）とされている。

なお、図４は、軸線Ｃ_１方向の位置をずらした形状とされている当接部７０ａ，７０ｂを含む軸線Ｃ_１方向に沿った断面構成を示している。この場合、図４に示されていない部分の内壁の形状については、例えば、発熱コイル９の巻線部分先端部９ａから半巻分後端部９ｂに到る軸線Ｃ_１方向位置の変化に応じて、当接部７０ａ、７０ｂとの間で軸線Ｃ_１方向の位置が次第に変化する構成等とすることができるが、このような形状に限られるものではない。

図４に示すように、チューブ素材７０の軸Ｃ_３と発熱コイル９の軸Ｃ_２とを合わせた状態で、チューブ素材７０の先端から距離Ａの位置を基準とした時、位置Ａから発熱コイル９の巻線部分先端部９ａまでの長さＬ_１と、位置Ａから発熱コイル９の半巻分後端部９ｂまでの長さＬ_２には、図中に示す長さＬ_３分の相違がある。つまり、巻線部分先端部９ａの軸線Ｃ_１方向位置と、半巻分後端部９ｂの軸線Ｃ_１方向位置には、発熱コイル９の先端部における半ピッチ分の長さＬ_３分のずれがある。チューブ素材７０の先端部７０Ａの内壁７０Ａａの上記当接部７０ａ、７０ｂは、この長さＬ_３分軸線Ｃ_１方向の位置をずらした形状とされている。

これによって、チューブ素材７０内に、所定の回転方向位置に合わせした状態で、中軸８の先端部分と発熱コイル９及び制御コイル１０とが一体となった物を挿入した際に、巻線部分先端部９ａが当接部７０ａと当接され、半巻分後端部９ｂが当接部７０ｂと当接され、発熱コイル９の軸とチューブ素材７０の軸とが略同軸の状態に維持される構造になっている。

このように、発熱コイル９の軸Ｃ_２とチューブ素材７０の軸Ｃ_３とが略一致した状態となっているので、図８に示したように、発熱コイル９が偏芯してチューブ素材１７０内に配設されることによって温度のばらつきが大きくなることを抑制することができ、温度均一性を維持することができる。

なお、本実施形態では、図５に示すように、チューブ素材７０の内壁の当接部７０ａ、７０ｂに対応した外壁の部位７０ｃ，７０ｄの軸方向位置も、内壁の当接部７０ａ、７０ｂと同様に、軸線Ｃ_１方向の位置をずらした形状とされている。これによって、チューブ素材７０の肉厚を均一化することができ、より一層温度均一性を維持することができる。

そして、外側からアーク溶接等を行うことによって、チューブ素材７０の先端部分の開口７１を閉塞させるとともに、チューブ素材７０の先端部分と発熱コイル９の先端部分（巻線部分先端部９ａ及び半巻分後端部９ｂ等）とを接合する。

上記の発熱コイル９とチューブ素材７０の溶接工程では、例えば、図６に示すように、発熱コイル９を、その巻線部先端から直線状に延びたひげ部９ｃを有する状態とし、この状態でアーク溶接等を行うようにしてもよい。なお、チューブ素材７０は、チューブコイル溶接治具８０内に収容されて保持され、チューブコイル溶接治具８０に設けられた開口部８１の部分に図６中下側からアーク溶接が施される。

次に、チューブ素材７０内に絶縁粉末１１を充填した後、当該チューブ素材７０にスウェージング加工を施す。これにより、小径部７ａを有するシーズ管７が形成されるとともに、当該シーズ管７が中軸８と一体となってシーズヒータ３が完成する。

そして、上記のように形成されたシーズヒータ３が主体金具２の軸孔４に圧入固定されるとともに、主体金具２の後端部分において、Ｏリング１２や絶縁ブッシュ１３等が中軸８に嵌め込まれることで、グロープラグ１が完成する。

このようにして、本実施形態では、製造時に発熱コイルに変形が生じることを抑制できるとともに、金属製のチューブ内に発熱コイルが偏芯して収容されることを抑制することができ、温度均一性を維持することのできるグロープラグを得ることができる。

１……グロープラグ、２……主体金具、３……シーズヒータ、７……シーズ管、９……発熱コイル、９ａ……巻線部分先端部、９ｂ……半巻分後端部、１０……制御コイル、２０……コイル、７０……チューブ素材、７０ａ……当接部、７０ｂ……当接部、７１……開口。

Claims (5)

1. 軸線方向に延びる筒状の主体金具と、
   前記主体金具に装着され、先端が閉じた金属製のチューブ、及び前記チューブ内に収容されたコイルを有するヒータと、先端側が前記チューブ内にて前記コイルに接続され、後端側が前記チューブの後端から突出した中軸と、
   を備えたグロープラグの製造方法であって、
   前記チューブとなるチューブ素材であって、先端が開口するとともに、先端部の内壁が先端側に向かって縮径しており、さらに、前記コイルが挿入された際に、前記内壁に当接する前記コイルの巻線の部位である巻線部分先端部と、当該巻線部分先端部から半巻分後端側の半巻分後端部とが、それぞれ前記内壁に当接するように、軸線を挟んで当該内壁の対向する部位の前記軸線方向位置をずらした前記先端部を有するチューブ素材を準備する工程と、
   前記チューブ素材の内部に前記コイルを挿入し、前記巻線部分先端部と前記半巻分後端部とを、前記チューブ素材の先端部の内壁に当接させる工程と、
   前記巻線部分先端部と前記半巻分後端部とを前記チューブ素材の先端部に溶接するとともに、前記開口を閉塞する工程と
   を具備したことを特徴とするグロープラグの製造方法。
2. 請求項１記載のグロープラグの製造方法であって、
   前記チューブ素材の先端部の外壁が、前記チューブ素材の前記先端部の内壁の前記軸線方向位置に対応して前記軸線方向位置をずらした形状とされている
   ことを特徴とするグロープラグの製造方法。
3. 軸線方向に延びる筒状の主体金具と、
   前記主体金具に装着され、先端が閉じた金属製のチューブ、及び前記チューブ内に収容されたコイルを有するヒータと、先端側が前記チューブ内にて前記コイルに接続され、後端側が前記チューブの後端から突出した中軸と、
   を備えたグロープラグであって、
   前記チューブの先端部の内壁は、先端側に向かって縮径しており、且つ、軸線を挟んで前記内壁の対向する部位の前記軸線方向位置がずらされており、前記コイルの巻線の部位である前記コイルの巻線部分先端部と、当該巻線部分先端部から半巻分後端側の半巻分後端部とが、それぞれ前記内壁に当接している
   ことを特徴とするグロープラグ。
4. 請求項３記載のグロープラグであって、
   前記金属製のチューブの先端部の外壁は、前記先端部の内壁の前記軸線方向位置に対応して前記軸線方向位置をずらした形状とされている
   ことを特徴とするグロープラグ。
5. 請求項３又は４記載のグロープラグであって、
   前記コイルの巻線部分先端部と、前記半巻分後端部は、それぞれ前記チューブの先端部の内壁と当接された状態で固着されている
   ことを特徴とするグロープラグ。

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