JP6323172B2 - グロープラグ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンを予熱するためのグロープラグと、その製造方法に関する。

エンジンの始動時に該エンジンを予熱するためのグロープラグとして、筒状のハウジングと、該ハウジング内に配された導電用中軸と、ハウジングの先端に設けられたセラミック製のヒータとを備えたものが知られている。このグロープラグは、エンジンの壁部に貫通形成したプラグ挿入孔に差し込まれる。これにより、上記ヒータを燃焼室内に挿入するよう構成されている。導電用中軸とヒータとは電気的に接続しており、この導電用中軸を介してヒータに電流を流すことにより、ヒータを発熱させ、エンジンを加熱するようになっている。

ヒータの電極と導電用中軸の先端部とは、例えばキャップリードと呼ばれる、金属からなる筒状の部材によって、電気的に接続される（図１９〜図２１参照）。このキャップリードの先端側の開口部にヒータを嵌合し、基端側の開口部に導電用中軸を嵌合してある。これにより、ヒータと導電用中軸とを電気的に接続している。

しかし、キャップリードを用いると、グロープラグを製造する際に、ヒータに大きな応力が加わるおそれがある。すなわち、グロープラグの製造時には、導電用中軸がハウジングに対して傾いている場合があるため、この傾きを矯正し、導電用中軸をハウジングに対して平行にする場合がある（図２１参照）。この際、導電用中軸の基端部に力を加えて、導電用中軸の傾きを矯正する。このとき、大きな力で矯正をしてしまうと、キャップリードの様に全体が硬い部品を用いる場合は、このキャップリードがてこの支点となり、導電用中軸の基端部がてこの力点となり、ヒータが作用点となるため、導電用中軸に加えた力によってヒータに大きな応力が作用することになる。

この問題を解決するため、リード線を螺旋状に巻回した螺旋状リード線を用いて、ヒータと導電用中軸とを接続したグロープラグが開示されている（下記特許文献１参照）。螺旋状リード線は弾性変形するため、この螺旋状リード線を用いて導電用中軸とヒータとを接続すれば、製造時に導電用中軸の傾きを矯正したときに、螺旋状リード線を変形させることができ、ヒータに大きな応力が作用することを防止できる。

特開平３−２４７９１６号公報

しかしながら、上記螺旋状リード線は全体が弾性変形するため、この螺旋状リード線を用いると、グロープラグの使用時に、エンジンの振動によって導電用中軸の先端部が揺動しやすくなる（図２３参照）。そのため、螺旋状リード線にストレスが加わりやすくなる。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、製造時にヒータに強い応力が加わることを抑制でき、かつ使用時に導電用中軸の先端部が揺動しにくいグロープラグと、その製造方法を提供しようとするものである。

本発明の第１の態様は、筒状のハウジングと、
該ハウジング内に設けられ、該ハウジングの軸線方向における基端側の部位が上記ハウジングに固定された導電用中軸と、
上記ハウジングの先端に取り付けられた筒状のスリーブと、
通電により発熱する発熱体と、該発熱体を内蔵するセラミック製の本体部と、上記発熱体に導通し上記軸線方向における基端側にて上記本体部の表面から露出するヒータ電極とを有し、上記スリーブに挿入されたヒータと、
１本のリード線を螺旋状に巻回して形成され、上記導電用中軸の先端に形成された中軸先端部と上記ヒータ電極とを電気接続する螺旋状リード線とを備え、
該螺旋状リード線は、弾性変形可能に形成され上記中軸先端部に接続した変形可能部と、該変形可能部よりも上記軸線方向における先端側に形成され、上記軸線方向に隣り合う巻線部同士が互いにろう付けされると共に、上記ヒータ電極にろう付けされ、上記ヒータに外嵌した硬化部とを有し、
上記中軸先端部は、上記変形可能部を貫通すると共に、上記硬化部に内嵌し保持されていることを特徴とするグロープラグにある。

また、本発明の第２の態様は、上記グロープラグの製造方法であって、
上記螺旋状リード線を上記ヒータに外嵌する外嵌工程と、
ろう材を用いて、上記螺旋状リード線の先端側の部位を構成する上記巻線部同士をろう付けすると共に、該巻線部を上記ヒータ電極にろう付けするろう付け工程と、
上記中軸先端部を上記螺旋状リード線に挿入し、上記硬化部に内嵌し保持させる保持工程と、
上記変形可能部と上記中軸先端部とを互いに溶接する溶接工程と、
を行うことを特徴とするグロープラグの製造方法にある。

上記グロープラグにおいては、螺旋状リード線に、上記硬化部と上記変形可能部との、２つの部位を形成してある。そして、上記中軸先端部を変形可能部に貫通させ、上記硬化部に内嵌し保持させてある。
そのため、グロープラグの製造時に、セラミック製のヒータに大きな応力が加わることを抑制できる。すなわち、グロープラグを製造する際には、上述したように、導電用中軸の傾きを矯正して、導電用中軸をハウジングに対して平行にする必要がある。この際、導電用中軸の基端部に力を加え、中軸先端部を中心として、導電用中軸を僅かに傾斜させる作業を行う。上記グロープラグでは、螺旋状リード線全体は硬化しておらず、基端側に弾性変形する部位（変形可能部）を形成してある。そのため、中軸先端部を中心として導電用中軸を傾斜させる力が加わったときに、ヒータを保持する硬化部に対して、変形可能部を変形させることができる。そのため、大きな力がヒータに作用することを抑制できる。

また、上記グロープラグにおいては、螺旋状リード線の先端側に、巻線部同士を互いにろう付けした硬化部を形成してある。そして、中軸先端部を硬化部に内嵌し保持させてある。そのため、グロープラグの使用時にエンジンの振動が伝わっても、中軸先端部は揺動しにくくなる。したがって、グロープラグの使用時に螺旋状リード線にストレスが加わることを抑制できる。

また、上記グロープラグの製造方法においては、ろう材を用いて、螺旋状リード線のうち先端側に存在する巻線部同士をろう付けすると共に、該巻線部をヒータ電極にろう付けする（ろう付け工程）。そのため、螺旋状リード線をヒータ電極に接続する工程と、巻線部同士をろう付けして硬化させる工程とを同時に行うことができる。したがって、製造時の工程数を低減でき、グロープラグの製造コストを低減することができる。

以上のごとく、本発明によれば、製造時にヒータに強い応力が加わることを抑制でき、かつ使用時に導電用中軸の先端部が揺動しにくいグロープラグと、その製造方法を提供することができる。

なお、上記「先端側」とは、グロープラグをエンジンに取り付けた状態において、上記軸方向の、燃焼室に近い側を意味する。また、上記「基端側」とは、軸線方向における、上記先端側とは反対側を意味する。

実施例１における、グロープラグの断面図であって、導電用中軸と螺旋状リード線とヒータの左側を側面図にしたもの。 実施例１における、密巻ろう材を配置する工程での、グロープラグの要部拡大断面図。 実施例１における、外嵌工程を説明するための要部拡大断面図。 実施例１における、ろう付け工程を説明するための要部拡大断面図。 実施例１における、螺旋状リード線とヒータのろう付けを完了した状態での要部拡大断面図。 実施例１における、保持工程を説明するための要部拡大断面図。 実施例１における、溶接工程を説明するための要部拡大断面図。 実施例１における、溶接工程を完了した状態でのグロープラグの要部拡大断面図。 実施例１における、導電用中軸の傾斜を矯正する際の、グロープラグの断面図であって、導電用中軸と螺旋状リード線とヒータの左側を側面図にしたもの。 図９に続く図。 図１０に続く図。 図１１に続く図。 実施例１における、ヒータの斜視図。 図７のXIV-XIV断面図。 実験例１における、導電用中軸の傾き矯正試験の説明図。 実験例１における、共振周波数調査の説明図。 図１６のXVII-XVII断面図。 実験例２の結果を説明するためのグラフ。 比較例１における、グロープラグの断面図。 比較例１における、キャップリードの斜視図。 比較例１における、グロープラグの製造工程説明図。 比較例１における、グロープラグをエンジンに取り付ける工程の説明図。 比較例２における、グロープラグの要部拡大断面図。 比較例３における、グロープラグの要部拡大断面図。

上記グロープラグは、車両用ディーゼルエンジンに取り付けられる、車載用グロープラグとすることができる。

（実施例１）
本発明に係る実施例について、図１〜図１４を用いて説明する。図１に示すごとく、本例のグロープラグ１は、筒状のハウジング３と、導電用中軸４と、スリーブ５と、ヒータ６と、螺旋状リード線２とを備える。
導電用中軸４は、ハウジング３内に設けられている。導電用中軸４は、ハウジング３の軸線方向（Ｚ方向）における基端側の部位が、固定部材３１によってハウジング３に固定されている。スリーブ５は筒状に形成されおり、ハウジング３の先端に溶接されている。

ヒータ６は、通電により発熱する発熱体６０と、本体部６１と、ヒータ電極６２とを有する。本体部６１は窒化珪素から成るセラミック製であり、発熱体６０を内蔵している。ヒータ電極６２はリード部６２１を介して発熱体６０に導通しており、Ｚ方向における基端側にて本体部６１の表面から露出（図１３参照）している。ヒータ６は、スリーブ５に挿入されている。そして、ろう付けにより保持され、固定されている。発熱体６０は、スリーブ５からＺ方向における先端側に突出している。

螺旋状リード線２は、１本のリード線を螺旋状に巻回することにより形成されている。螺旋状リード線２によって、ヒータ電極６２と、導電用中軸４の先端に形成された中軸先端部４０とを電気接続している。
図８に示すごとく、螺旋状リード線２は、変形可能部２２と、硬化部２１とを有する。変形可能部２２は、弾性変形可能に形成されており、中軸先端部４０に接続している。硬化部２１は、変形可能部２２よりもＺ方向における先端側に形成されており、Ｚ方向に隣り合う巻線部２００同士が互いにろう付けされている。また、硬化部２１は、ヒータ電極６２にろう付けされている。硬化部２１は、ヒータ６に外嵌している。
中軸先端部４０は、変形可能部２２を貫通すると共に、硬化部２１に内嵌し、保持されている。

図１に示すごとく、グロープラグ１は、エンジン８に形成したプラグ挿入孔８０に挿入される。プラグ挿入孔８０の内周面には、雌螺子部８４が形成されている。また、グロープラグ１の上記ハウジング３には、雄螺子部３４が形成されている。この雄螺子部３４を雌螺子部８４に螺合することにより、グロープラグ１をエンジン８に締結してある。また、プラグ挿入孔８０には、先端側に向かうほど内径が次第に縮径する縮径部８０１が形成されている。この縮径部８０１に、スリーブ５の拡径部５０が当接している。これにより、燃焼室８９０内の燃焼ガスが外部に漏出することを防止している。

ヒータ６は、セラミック製の本体部６１と、発熱部６０と、リード部６２１，６３１と、ヒータ電極６２と、スリーブ接続用ヒータ電極６３とを備える。図１３に示すごとく、本体部６１の表面から、ヒータ電極６２と、スリーブ接続用ヒータ電極６３とが露出している。さらにこれらの電極６２，６３の表面はメタライズ層で覆われ、後のロウ流れ範囲を決定付けている。ヒータ電極６２は、図１に示すごとく、螺旋状リード線２に接続し、該螺旋状リード線２は導電用中軸４に接続している。また、スリーブ接続用ヒータ電極６３はスリーブ５に接続し、該スリーブ５はエンジン８に接触している。エンジン８と導電用中軸４との間に電圧を加えることにより、発熱体６０に電流を流し、該発熱体６０を発熱させている。これにより、エンジン８を加熱するよう構成されている。

図１に示すごとく、導電用中軸４の基端部４９は、固定部材３１によって、ハウジング３に固定されている。固定部材３１は溶着ガラスや熱硬化樹脂等からなる。また、基端部４９には、導電用中軸４をハウジング３の中心に配置するための位置決めリング３２が設けられている。そして、ハウジング３の基端部には絶縁ブッシュ３５ならびに該絶縁ブッシュ３５を固定するターミナルナット３６が配置されている。

図８に示すごとく、螺旋状リード線２は、上述したように、硬化部２１と変形可能部２２とを有する。硬化部２１は、ろう材１０によって、ヒータ電極６２に接続されている。硬化部２１を構成する巻線部２００は、ろう材１０によって互いにろう付けされ補強されている。そのため、硬化部２１の隣り合う巻線部２００同士は結合し、全体が硬化している。また、変形可能部２２を構成する、隣り合う巻線部２００同士はろう付けされていない。そのため、柔軟で弾性変形可能になっている。

硬化部２１は、ヒータ外嵌部２１１と縮径部２１２とを有する。ヒータ外嵌部２１１は、ヒータ６の本体部６１に外嵌している。また、縮径部２１２は、ヒータ外嵌部２１１よりも縮径している。この縮径部２１２に、中軸先端部４０が内嵌し、保持されている。ヒータ６は、縮径部２１２に当接している。

変形可能部２２は、粗巻部２２１と密巻部２２２とを有する。粗巻部２２１は、縮径部２１２よりも拡径されて基端側に形成されており、縮径部２１２よりも巻線部２００間の間隔が広い。密巻部２２２は、粗巻部２２１よりも基端側に形成されている。密巻部２２２は、中軸先端部４０に溶接されている。密巻部２２２は、粗巻部２２１よりも巻線部２００間の間隔が狭い。

密巻部２２２と粗巻部２２１とは、その内径ｒ１が互いに等しい。縮径部２１２の内径ｒ２は、密巻部２２２と粗巻部２２１の内径ｒ１よりも小さい。また、ヒータ外嵌部２１１の内径ｒ３は、縮径部２１２の内径ｒ２よりも大きい。

図６に示すごとく、中軸先端部４０は、第１円柱部４０１と、テーパ状部４０２と、第２円柱部４０３とを備える。第１円柱部４０１は、密巻部２２２に溶接される（図７参照）。また、テーパ状部４０２は、第１円柱部４０１よりも先端側に形成されている。テーパ状部４０２は、先端側に向かうほど半径Ｒが次第に小さくなる形状に形成されている。第２円柱部４０３は、テーパ状部４０２よりも先端側に形成されている。

また、導電用中軸４には、第１円柱部４０１よりも基端側に、中軸本体部４８が形成されている。中軸本体部４８は、第１円柱部４０１よりも拡径している。第１円柱部４０１と中軸本体部４８との間には段部４８０が形成されている。

図８に示すごとく、中軸先端部４０を螺旋状リード線２に挿入すると、螺旋状リード線２が段部４８０に当接する。これにより、密巻部２２２と第１円柱部４０１との、Ｚ方向における位置決めを行うよう構成されている。また、中軸本体部４８の外径Ｒ４は、密巻部２２２の外径Ｒ１よりも僅かに小さい。

テーパ状部４０２は、縮径部２１２の内周面に当接している。また、中軸先端部４０とヒータ６との間には隙間Ｇが形成されている。すなわち、中軸先端部４０は、ヒータ６に当接していない。

次に、グロープラグ１の製造方法について説明する。図２に示すごとく、グロープラグ１を製造する際には、まずスリーブ５にヒータ６を挿入し、スリーブ５の先端部からヒータ６が所定寸法突き出す様に、治具等（図示しない）を用いて位置決めをする。次いで、図３に示すごとく、スリーブ５に形成された溝部５１に、密巻きろう材１０５を配置する。その後、螺旋状リード線２のヒータ外嵌部２１１をヒータ６に外嵌し、縮径部２１２にヒータ６を当接させる（外嵌工程）。

次いで、図４に示すごとく、螺旋状リード線２の基端側から、リング状ろう材１００を嵌入する。リング状ろう材１００は、例えば銀ろうからなる。リング状ろう材１００の内径は、ヒータ外嵌部２１１の外径Ｒ３よりも小さい。そのため、リング状ろう材１００は、ヒータ外嵌部２１１よりも僅かに基端側の位置、すなわち縮径部２１２において係止する。

その後、ヒータ６と螺旋状リード線２とリング状ろう材１００とをろう付け炉に入れ、加熱する。これによりリング状ろう材１００を溶融し、螺旋状リード線２の先端側の部位を構成する巻線部２００同士をろう付けすると共に、該巻線部２００をヒータ電極６２にろう付けする（ろう付け工程）。
なお、ろう付け工程を行うと、密巻きろう材１０５も溶融し、ろうが、スリーブ５とヒータ６との隙間を充填する。そのため、ヒータ６がスリーブ５内に固定されると共に、スリーブ接続用ヒータ電極６３がスリーブ５に電気接続される。

上述したように、粗巻部２２１は、縮径部２１２よりも巻線間の間隔が広い。そのため、ろう材１０は粗巻部２２１よりも基端側に這い上がらない。したがって、粗巻部２２１の巻線部２００同士はろう付けされず、弾性変形可能な状態を維持する。同様に、密巻部２２２にもろう材１０の這い上がりが及ばないため、密巻部２２２の内径変化は生じず、中軸先端部４０の挿入にも阻害を与えない。これにより、密巻部２２２と第１円柱部４０１との溶接性の安定化が図れる。

上記ろう付け工程を行った後、図６に示すごとく、中軸先端部４０を螺旋状リード線２に挿入すると共に、硬化部２１に内嵌し、保持させる（保持工程）。このとき、密巻部２２２が段部４８０に当接する。これにより、第１円柱部４０１と密巻部２２２との、Ｚ方向における位置決めをしている。また、保持工程において、テーパ状部４０２は、縮径部２１２の内周面に当接するまで挿入される。尚、密巻部２２２と段部４８０の当接、及びテーパ状部４０２と縮径部２１２の内周面との当接は、粗巻部２２１の巻線間の間隔を調整することで容易に可能となる。

上記保持工程を行った後、図７に示すごとく、２つの溶接具１１ａ，１１ｂによって密巻部２２２を挟持し、これら２つの溶接具１１ａ，１１ｂの間に交流電流を流す。これにより、密巻部２２２と第１円柱部４０１とを溶接する（溶接工程）。

その後、図９〜図１１に示すごとく、ハウジング３を先端側から導電用中軸４へ挿入し、ハウジング３の先端部をスリーブ５の溶接部３９に突き合わせる。この工程を行うと、導電用中軸４の傾きが矯正される。この後、ハウジング３とスリーブ５とを、レーザ溶接によって全周溶接し、溶接部３９を形成する。そして、ハウジング３の基端部から、導電用中軸４をハウジング３の中心へ配置するための位置決めリング３２を挿入する。以上の作業を行うことにより、導電用中軸４の中心軸線Ａ２とハウジング３の中心軸線Ａ１とを一致させ、導電用中軸４をハウジング３に対して平行にし、導電用中軸４の傾きを矯正する。

本例の作用効果について説明する。図１、図８に示すごとく、本例では、螺旋状リード線２に、硬化部２１と変形可能部２２との、２つの部位を形成してある。そして、中軸先端部４０を変形可能部２２に貫通させると共に、硬化部２１に内嵌し、保持してある。
そのため、グロープラグ１の製造時に、セラミック製のヒータ６に大きな応力が加わることを抑制できる。すなわち、グロープラグ１を製造する際に、上述したように、導電用中軸４の傾きを矯正して、導電用中軸４をハウジング３に対して平行にする場合があるが、本例のグロープラグ１では、螺旋状リード線２の全体は硬化しておらず、基端側に弾性変形する部位（変形可能部２２）を形成してある。そのため、中軸先端部４０を中心として導電用中軸４を傾斜させるときに通常よりも大きな力が加わったときにも、ヒータを保持する硬化部２１に対して、変形可能部２２を変形させることができる。そのため、大きな力がヒータ６に作用することを抑制できる。

また、本例のように、変形可能部２２を有する螺旋状リード線２を用いれば、グロープラグ１をエンジン８に取り付ける作業を行う際に、導電用中軸４に、回転による捩じれ力が発生しても、変形可能部２２が周方向に弾性変形し応力を吸収するため、力がヒータ６に伝わりにくい。また、導電用中軸４をＺ方向における先端側に押し込む力が発生した場合、力は中軸先端部４０に形成されたテーパ部４０２を介し、硬化部２１の内周面の当接部に作用する。しかし巻線部同士をろう付けして補強かつ硬化した硬化部２１は、その形成目的が、中軸先端部４０の径方向への揺動抑制と保持およびＺ方向の位置決めであるため、高い剛性は不要であり、本発明品ではろう付け後の線部の硬度は１００Ｈｖと低い。つまり、当接部に受けた力はテーパ部４０２の角度に垂直、言い換えれば略径方向に作用するため、低剛性の硬化部２１は内周から径方向に弾性変形し応力を吸収させることができる。従って、螺合によって発生するＺ方向に押し込む力は、ヒータ６には殆ど伝わらない。
そのため、エンジン装着時に衝撃力が作用する場合に於いても、ヒータ６に応力が加わることを抑制できる。

また、本例では図１、図８に示すごとく、螺旋状リード線２の先端側に、巻線部２００同士を互いにろう付けした硬化部２１を形成してある。そして、中軸先端部４０を硬化部２１に内嵌し、保持させてある。そのため、グロープラグ１の使用時に、エンジン８の振動が伝わっても、中軸先端部４０は硬化部２１内でＺ方向および径方向にも略拘束されているため、振動及び揺動が抑制される。したがって、グロープラグ１の使用時に螺旋状リード線２にストレスが加わることを抑制できる。

仮に図２３に示すごとく、硬化部２１を形成せず、中軸先端部９４０を硬化部２１に保持させなかったとすると、グロープラグ９１の使用時に、エンジンの振動によって中軸先端部９４０が揺動しやすくなる。これにより、螺旋状リード線２に振動ストレスが加わり易くなるため、螺旋状リード線２のストレングスは低下し、不具合を招くおそれがある。これに対して、本例のように、螺旋状リード線２を硬化部２１に内嵌し、保持させれば、中軸先端部４０が揺動しにくくなるため、螺旋状リード線２に応力が加わることを抑制できる。

また、本例では図６に示すごとく、中軸先端部４０１にテーパ状部４０２を形成してある。そして図８に示すごとく、このテーパ状部４０２を、硬化部２１の内周面に当接させてある。
そのため、ヒータ６に対する、導電用中軸４のＺ方向における位置ばらつきを小さくすることができる。すなわち、硬化部２１は、巻線部２００間がろう材で補強されており、中軸先端部４０の当接やエンジン振動の負荷では弾性変形しないため、硬化部２１のＺ方向長さＬは、一定に保ちやすい。そのため、この硬化部２１の内周面にテーパ状部４０２を当接させれば、ヒータ６からテーパ状部４０２までの距離Ｌのばらつきを小さくすることができる。したがって、ヒータ６に対する、導電用中軸４のＺ方向における位置ばらつきを小さくすることができる。つまり、生産時の全長寸法のばらつきが低減でき、エンジン搭載の安定化に繋げることができる。

仮に、図２３に示すごとく、螺旋状リード線９２のうち弾性変形可能な部位９２２に中軸先端部９４０を溶接したとすると、この部位９２２のＺ方向における位置が規制されていないため、ヒータ９６から中軸先端部９４０までの距離Ｌ’を一定に保ちにくくなる。これに対して、本例のように、硬化部２１の内周面にテーパ状部４０２を当接させれば、このような不具合を抑制できる。

また、本例では図８に示すごとく、中軸先端部４０とヒータ６との間に隙間Ｇを設けてある。上述したように、グロープラグ１をエンジン８に固定する際に、ハウジング３をプラグ挿入孔８０に螺合するのであるが、このときの回転力によって、導電用中軸４を先端側に押し込む力が発生する。しかしながら、本例のように隙間Ｇを設けておけば、導電用中軸４が先端側に押し込まれても、ヒータ６に当接しなくなる。そのため、ヒータ６を打撃する様な応力の、ヒータ６への印加を低減することができる。

また、図３、図４に示すごとく、本例の硬化部２１は、ヒータ外嵌部２１１と縮径部２１２とを備える。そのため、螺旋状リード線２をヒータ６に外嵌する際に、ヒータ６を縮径部２１２に当接させることができる。したがって、ヒータ外嵌部２１１とヒータ電極６２との位置決めを容易に行うことができる。

また、図４、図５に示すごとく、本例の変形可能部２２は、巻線部２００の間隔が縮径部２１２よりも広い粗巻部２２１を備える。そのため、ろう付け工程を行うときに、表面張力や毛細管現象によって、ろう材１０が粗巻部２２１および密巻部２２２側に這い上がることを抑制できる。これにより、粗巻部２２１および密巻部２２２を構成する巻線部２００同士がろう付けされることを防止でき、ろう付け工程を完了した後でも、粗巻部２２１および密巻部２２２を、柔軟で弾性変形可能な状態に維持することができる。

また、図８に示すごとく、縮径部２１２の内径ｒ２は、密巻部２２２と粗巻部２２１の内径ｒ１よりも小さい。そのため、第１円柱部４０１を密巻部２２２に内嵌しつつ、テーパ状部４０２を縮径部２１２の内周面に当接させることができる。

また、図７に示すごとく、中軸本体部４８の外径Ｒ４は、密巻部２２２の外径Ｒ１よりも小さい。これにより、溶接工程を行う際に、溶け込みによって密巻部２２２の外径Ｒ１が縮径しても、溶接具１１ａ，１１ｂが中軸本体部４８に接触することを防止でき、溶接の安定化が図れる。

また、本例では、２つの溶接具１１ａ，１１ｂの間に交流電流を流すことにより、密巻部２２２と第１円柱部４０１とを溶接している。図１４に示すごとく、２つの溶接具１１ａ，１１ｂによって密巻部２２２を挟持して溶接すると、一方の溶接具１１ａに近い溶接点４７ａと、他方の溶接具１１ｂに近い溶接点４７ｂとの、２種類の溶接点４７が形成される。ここで仮に、直流式電源を用いて溶接工程を行ったとすると、溶接具のプラス・マイナス電極の極性の違いにより、一方の溶接点４７ａと他方の溶接点４７ｂとの発熱量が互いに異なるため、これらの溶接点４７ａ，４７ｂが不均一に溶接される場合がある。しかし、本例のように交流式電源を用いて溶接工程を行えば、溶接点４７ａ，４７ｂには交互に両電極極性の電流が流れるため、発熱量が均一化され易くなり、安定した溶接が可能となる。

また、本例では、硬化部２１（図８参照）を構成する巻線部２００間のＺ方向の間隔は、０．００５〜０．１ｍｍになっている。仮にこの間隔が０．１ｍｍを超えると、ろう材１０（銀ろう）の毛細管現象が薄れ、浸透が不均一となり、巻線部同士の結合力低下を招き、目的とする巻線部の補強・硬化が阻害される。したがって、縮径部２１２に於ける中軸先端部４０の揺動抑制とヒータ外嵌部２１１におけるヒータ６への保持強度確保に支障を来すこととなる。一方、間隔が０．００５ｍｍを下まわると、ろう材１０の内周面への浸透が阻害されるため、同様に良好な結果が得られない。好ましくは、上記間隔は０．００５〜０．０５ｍｍである。

また、本例のグロープラグ１の製造方法では、図４、図５に示すごとく、ろう材１０を用いて、螺旋状リード線２のうち先端側に存在する巻線部２００同士をろう付けすると共に、該巻線部２００をヒータ電極６２に接続し、巻線部２００をヒータ６へ固定する。（ろう付け工程）。そのため、螺旋状リード線２をヒータ電極６２に接続し、螺旋状リード線２をヒータ６に固定する工程と、巻線部２００同士をろう付けして硬化させる工程とを同時に行うことができる。したがって、製造時の工程数を低減でき、グロープラグ１の製造コストを低減することができる。

以上のごとく、本例によれば、製造時にヒータに強い応力が加わることを抑制でき、かつ使用時に導電用中軸の先端部が揺動しにくいグロープラグと、その製造方法を提供することができる。

（実験例１）
本例の効果を確認するための実験を行った。まず、図１に示すグロープラグを作成し、本発明の範囲に含まれるサンプル１とした。また、図１９に示すように、キャップリード９２を用いて導電用中軸９４とヒータ電極９６２とを接続したグロープラグを作成し、本発明外の比較サンプル１とした。さらに、図２４に示すように、螺旋状リード線９２を用いて導電用中軸９４とヒータ電極９６２とを接続すると共に、中軸先端部９４０をヒータ９６に当接させたグロープラグを作成し、本発明外の比較サンプル２とした。

そして、個々のサンプルについて、下記表１に示すように、導電用中軸の傾き矯正試験と、エンジンへの取付試験と、寸法ばらつき調査と、共振周波数調査と、振動耐久性試験とを行った。

本発明に係るサンプル１の製造条件について、詳細に説明する。サンプル１では、硬度２００Ｈｖ以上、線径０．７ｍｍ、９８質量％以上のＮｉを含有するリード線を用いて、ばね指数Ｄ／ｄが４．３〜５．８の螺旋状リード線２を形成した。
密巻部２２２の内径を２．５ｍｍとし、巻数を２．５巻にし、巻線部２００間の間隔は０．１ｍｍ以下とした。また、中軸先端部４０の第１円柱部４０１の直径を２．５ｍｍ以下に形成することにより、第１円柱部４０１が密巻部２２２に内嵌できるようにした。

粗巻部２２１は、内径を２．５ｍｍにし、巻線部２００間の間隔を１．２ｍｍにした。また、巻数１．５巻にした。これにより、ろう付け工程（図４、図５参照）においてろう材１０が基端側に這い上がらないようにした。これにより、密巻部２２２の内径はろう材による影響を受けず寸法は維持されるため、中軸先端部４０の第１円柱部４０１は内嵌できる。

縮径部２１２は、内径を２．３ｍｍにし、巻数を３．５巻にした。また、巻線部２００間の間隔を０．００５〜０．１ｍｍにした。これにより、ろう付け工程（図５参照）において、ろう材１０が巻線部２００間の内周面に、毛細管現象によって浸透しやすくなるようにした。また、ろう付け後のろう材１０の付着厚さは０．０２〜０．０８ｍｍとし、これにより縮径部２１２の径方向におけるせん断強度を５００Ｎ以上に確保した。なお、中軸先端部４０のテーパ状部４０２は、中心軸線Ａ２（図６参照）との間の角度が１０°になるよう構成した。このテーパ状部４０２を縮径部２１２の内周面に当接し、保持させた。

ヒータ外嵌部２１２は、内径を３．２５ｍｍにし、巻数を５．０巻にした。また、巻線部２００間の間隔を０．００５〜０．１ｍｍにした。これにより、ろう付け工程において、ろう材１０が巻線部２００間の内周面に、毛細管現象によって浸透しやすくなるようにした。なお、ヒータ外嵌部２１２の内径と、ヒータ６の外径との間の隙間は０．０５〜０．１５ｍｍにした。

なお、螺旋状リード線２の巻回方向は時計回り、反時計周りでも同様の効果が得られる。そのため、本発明においては、螺旋状リード線２を巻く方向は、特に限定されない。

リング状ろう材１００（図４参照）は、Ａｇ７２質量％、Ｃｕ２８質量％の銀ろうを用いて形成した。リング状ろう材１００の線径は０．９ｍｍ、内径は４ｍｍとし、密巻部２２２と粗巻部２２１に外嵌可能であり、かつ縮径部２１２の外周側に配置できる寸法とした。

次に、導電用中軸４の傾き矯正試験について説明する。この試験では、図１５に示すごとく、ヒータ６と導電用中軸４とは接続されており、かつハウジング３を取り付けていない仮組体１９０を、サンプル１と、比較サンプル１、２について用意した。そして、各仮組体１９０を、固定治具１８０を用いて水平に固定し、導電用中軸４の基端部４９を軸線に対し垂直方向に１０ｍｍ押圧し、変位させた。この値は、通常の製造時に想定される値を大きく超える４倍の値である。
各サンプルの仮組体１９０を２０個ずつ用意して、この試験を行い、傾斜させたときに生じる応力によってヒータが破損する確率を確認した。破損する確率が２％以上の場合は×と判定し、２％未満の場合は○と判定した。上記表１から、螺旋状リード線を用いたサンプル（サンプル１及び比較サンプル２）はヒータの破損率が低く、キャップリードを用いた比較サンプル１はヒータの破損率が高いことが分かる。これは、キャップリードは全体の剛性が高く硬いため、導電用中軸を傾斜させたときに応力がヒータに伝わりやすいためだと考えられる。なお、サンプル１及び比較サンプル２の破損率は０％であり、比較サンプル１の破損率は４％であった。

次に、エンジンへの取付試験について説明する。この試験では、高速エアーインパクトレンチを用いて、各サンプルをエンジンに取り付けた。取り付け時の回転速度は６０００ｒｐｍとし、締付けトルクは１７．５Ｎｍとした。回転速度６０００ｒｐｍは、通常の製品を取り付ける際に想定される回転速度を大きく超える、約３倍の値である。
各サンプルを２０個ずつ用意して、ヒータが破損する確率を調査した。破損率が２％以上の場合は×と判定し、２％未満の場合は○と判定した。表１から、本発明に係るサンプル１は、ヒータの破損率が低く、本発明外の比較サンプル１、２は破損率が高いことが分かる。サンプル１は、エンジンに取り付けるときに導電用中軸４に回転による捩り力と、Ｚ方向における先端側に押し込む力が発生しても、この力を変形可能部２２と縮径部２１２において吸収でき、減衰できる。また、導電用中軸４はヒータ６に当接していないため、力はヒータ６に殆ど伝播しない。これらの理由により、上記結果が得られたと考えられる。また、比較サンプル１は全体の剛性が高く、硬いキャップリード９２を用いているため、回転による捩り力とＺ方向における先端側に押し込む力はヒータ６に伝わりやすい。比較サンプル２は、導電用中軸４がヒータ６に当接しているため、回転による捩り力は吸収されても、Ｚ方向における先端側に押し込む力が、ヒータ６に対し直接的な打痕力となって作用する。そのため、ヒータ６の破損率が高いと考えられる。なお、本試験において、比較サンプル１の破損率は４％、比較サンプル２の破損率は６％であり、本発明に係るサンプル１の破損率は０％であった。

次に、寸法ばらつき調査について説明する。この調査では、サンプル１、比較サンプル１、２をそれぞれ３０個用意し、グロープラグの全長を測定（公差±２）して、寸法ばらつきの工程能力指数Ｃｐを確認した。Ｃｐが１．３３以上の場合は○とし、１．３３未満の場合は×と判断した。
上記表１から、全てのサンプルにおいて寸法ばらつきのＣｐは１．３３以上と良好であることが分かる。つまり、サンプル１の中軸先端部４０は硬化された縮径部２１２に当接され、比較サンプル１の導電用中軸９４はキャップリード９２によってかしめ保持され、比較サンプル２の導電用中軸９４の先端部はヒータ９６に直接当接されているため、どのサンプルも導電用中軸９４の位置決めが保障される構成となっているからである。

次に、共振周波数調査について説明する。本調査では図１６、図１７に示すごとく、エンジン８（図１参照）のプラグ挿入孔８０と同じ寸法のプラグ取付孔１７９を形成した、アルミ合金製の取付治具１７０に、各サンプルを、推奨締付けトルクである１７．５Ｎｍで締め付け、振動試験機の定盤に対して水平（厳しい方向）に固定し、非接触式のレーザードップラー振動計を用いて、上下振動に対する共振周波数を解析した。また、取付治具１７０の中央には、グロープラグ１の一部が露出するように幅４ｍｍの溝１７４を設けた。溝１７４の範囲は、ヒータ６と導電用中軸４との接続部材（螺旋状リード線、キャップリード）から、導電用中軸４の固定部材３１直下までとした。そして、溝１７４を介して、共振が懸念される主な部位を目視できるように、ハウジング３に、外径４ｍｍの貫通穴３５０を複数個形成した。また、振動計のレーザー光が反射するように、振動を測定する各部位に反射テープ３５９を貼り付けた。これにより、各サンプルの振動解析ができるようにした。尚、サンプル１の調査部位は、螺旋状リード線２の硬化部２１、変形可能部２２、中軸本体部４８の段差４８０付近、導電用中軸４の位置決めリング３２直下とした。比較サンプル１は、キャップリード９２の先端側の開口部９２１、キャップリード９２、導電用中軸９４が挿入されるキャップリード９２の基端側の開口部９２２、導電用中軸９４の位置決めリング直下とした。比較サンプル２は、螺旋状リード線９２のヒータ電極９６２付近（サンプル１の硬化部２１に相当）、螺旋状リード線９２（変形可能部２２に相当）、導電用中軸９４の位置決めリング直下とした。また、取付治具１７０は共振しないよう形状は簡素化し、振動試験機へは、べた付けとした上で、共振しないことを予め確認した。
振動解析は各サンプルを４本用意し、加速度は３Ｇ一定とし、周波数は５０〜２０００Ｈｚを１０分かけ往復、スイープさせ共振周波数を調査した。共振周波数が２０００Ｈｚ未満の場合は×と判定し、２０００Ｈｚ以上の場合は○と判定した。
上記表１から、導電用中軸の先端部をキャプリード９２又は螺旋状リード線２の硬化部２１で保持したサンプル１と比較サンプル１は、共振周波数が高く、導電用中軸の先端部をヒータに当接した比較サンプル２は共振周波数が低くなっていることが分かる。これは、サンプル１と比較サンプル１は、導電用中軸の先端部の、径方向への揺動が充分に拘束されているのに対し、比較サンプル２は、揺動が充分に拘束されていないためと考えられる。尚、本試験において、比較サンプル２の最も低い共振周波数は螺旋状リード線９２の１５００Ｈｚであり、比較サンプル１及び本発明に係るサンプル１の共振周波数は２０００Ｈｚまで検出されなかった。

次に、振動耐久性試験について説明する。本試験では、エンジン８（図１参照）のプラグ挿入孔８０と同じ寸法のプラグ取付孔を形成した、アルミ合金製の取付治具に、各サンプルを、推奨締付けトルクである１７．５Ｎｍで締め付け、振動試験機の定盤に対し水平に固定した。各サンプルを４本用意し、振動回数１．０×１０⁷回、周波数５０〜２００Ｈｚ未満は加速度２５Ｇ、周波数２００以上〜２０００Ｈｚは加速度１０Ｇで往復、スイープさせ振動試験を行った。振動試験後、各サンプルに定格電圧を印加させ、ヒータ通電特性にて温度低下あるいは通電不可が確認された場合は×と判定し、ヒータ通電特性に変化が認められない場合は、○と判定した。尚、試験条件はＪＩＳ Ｄ １６０１の自動車部品振動試験方法を基本としたが、加速度の設定は実情に合わせ、実際に搭載される実機エンジンを振動解析し、５０〜２０００Ｈｚの周波数下において、実機の状態を大きく超える約３倍の加速度が印加されるように条件設定した。上記表１から分かるように、導電用中軸の先端部をキャプリード９２もしくは螺旋状リード線２の硬化部２１で保持したサンプル１と比較サンプル１は異常は認められなかったが、導電用中軸の先端部をヒータに当接した比較サンプル２は、螺旋状リード線２が疲労破壊にて断線し、通電不可となった。これは、サンプル１と比較サンプル１は、導電用中軸の先端部の、径方向への揺動が充分に拘束されているのに対し、比較サンプル２は、揺動が充分に拘束されていないためと考えられる。尚、本試験において、比較サンプル２の断線発生率は７５％であった。

（実験例２）
ろう材の質量と、せん断強度の関係について調査した。実施例１と同一形状の螺旋状リード線２を製造し、この螺旋状リード線２の先端側の部位を、ろう材１０を用いて硬化させて硬化部２１を形成した。そして、この硬化部２１のせん断強度を測定した。また、ろう材１０の質量を０ｇ、０．０４ｇ、０．０６ｇ、０．０８ｇ、０．１２ｇに条件振りした。ろう材の質量とせん断強度の関係を図１８に示す。

同図から、ろう材１０の質量が０．０７ｇ以上であれば、５００Ｎ以上のせん断強度を得られることが分かる。硬化部２１のせん断強度が５００Ｎ以上であれば、中軸先端部４０をしっかりと保持でき、グロープラグ１の使用時にエンジンの振動が伝わっても、ろう付けされた巻線部２００間は分離することなく、中軸先端部４０が揺動することを充分に防止することができる。

１ グロープラグ
２ 螺旋状リード線
２１ 硬化部
２２ 変形可能部
３ ハウジング
４ 導電用中軸
４０ 先端部
５ スリーブ
６ ヒータ
６０ 発熱体
６１ 本体部
６２ ヒータ電極

Claims (6)

1. 筒状のハウジング（３）と、
   該ハウジング（３）内に設けられ、該ハウジング（３）の軸線方向における基端側の部位が上記ハウジング（３）に固定された導電用中軸（４）と、
   上記ハウジング（３）の先端に取り付けられた筒状のスリーブ（５）と、
   通電により発熱する発熱体（６０）と、該発熱体（６０）を内蔵するセラミック製の本体部（６１）と、上記発熱体（６０）に導通し上記軸線方向における基端側にて上記本体部（６９）の表面から露出するヒータ電極（６２）とを有し、上記スリーブ（５）に挿入されたヒータ（６）と、
   １本のリード線を螺旋状に巻回して形成され、上記導電用中軸（４）の先端に形成された中軸先端部（４０）と上記ヒータ電極（６２）とを電気接続する螺旋状リード線（２）とを備え、
   該螺旋状リード線（２）は、弾性変形可能に形成され上記中軸先端部（４０）に接続した変形可能部（２２）と、該変形可能部（２２）よりも上記軸線方向における先端側に形成され、上記軸線方向に隣り合う巻線部（２００）同士が互いにろう付けされると共に、上記ヒータ電極（６２）にろう付けされ、上記ヒータ（６）に外嵌した硬化部（２１）とを有し、
   上記中軸先端部（４０）は、上記変形可能部（２２）を貫通すると共に、上記硬化部（２１）に内嵌し保持されていることを特徴とするグロープラグ（１）。
2. 上記中軸先端部（４０）には、上記軸線方向における先端側に向かうほど縮径するテーパ状部（４０２）が形成されており、該テーパ状部（４０２）が上記硬化部（２１）の内周面に当接し保持されていることを特徴とする請求項１に記載のグロープラグ（１）。
3. 上記中軸先端部（４０）と上記ヒータ（６）との間に隙間（Ｇ）が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のグロープラグ（１）。
4. 上記硬化部（２１）は、上記ヒータ（６）に外嵌するヒータ外嵌部（２１１）と、該ヒータ外嵌部（２１１）よりも基端側に形成され該ヒータ外嵌部（２１１）よりも縮径した縮径部（２１２）とを有し、該縮径部（２１２）に上記中軸先端部（４０）が内嵌し保持されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のグロープラグ（１）。
5. 上記変形可能部（２２）は、上記縮径部（２１２）よりも拡径し、該縮径部（２１２）よりも基端側に形成されると共に、該縮径部（２１２）よりも上記巻線部（２００）間の間隔が広い粗巻部（２２１）と、該粗巻部（２２１）よりも基端側に形成され該粗巻部（２２１）よりも上記巻線部（２００）間の間隔が狭い密巻部（２２２）とを有し、該密巻部（２２２）を上記中軸先端部（４０）に溶接してあることを特徴とする請求項４に記載のグロープラグ（１）。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のグロープラグ（１）の製造方法であって、
   上記螺旋状リード線（２）を上記ヒータ（６）に外嵌する外嵌工程と、
   ろう材（１０）を用いて、上記螺旋状リード線（２）の先端側の部位を構成する上記巻線部（２００）同士をろう付けすると共に、該巻線部（２００）を上記ヒータ電極（６２）にろう付けするろう付け工程と、
   上記中軸先端部（４０）を上記螺旋状リード線（２）に挿入し、上記硬化部（２１）の内周面に内嵌し保持させる保持工程と、
   上記変形可能部（２２）と上記中軸先端部（４０）とを互いに溶接する溶接工程と、
   を行うことを特徴とするグロープラグの製造方法。

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