JP7076353B2 - グロープラグ - Google Patents

Description

本発明はグロープラグに関し、特にヒータに接続された中軸とハウジングとの隙間をシール部材が密閉するグロープラグに関するものである。

グロープラグは、圧縮着火方式によるディーゼルエンジン等の内燃機関の補助熱源として用いられる。特許文献１に開示されるグロープラグのハウジングは、ねじ部と、ねじ部の後端側に位置する工具係合部（拡径部）と、工具係合部とねじ部とを接続する後端側胴部と、を備えている。このグロープラグは、後端側胴部と工具係合部とに接続するように段差部を有しており、この段差部の内表面とヒータに接続された中軸の外周面との間にシール部材が配置されている。グロープラグは、工具係合部に工具を係合して、内燃機関のねじ穴にねじ部を締め付けることで、内燃機関に取り付けられる。

特開２０１３－２０４９４７号公報

ところで、段差部に配置したシール部材が、後端側胴部の内周面と中軸の外周面との間に入り込むことを防止するため、後端側胴部をより小径にすることがある。しかし、後端側胴部をより小径にすると、工具係合部に過大な締め付けトルクが加えられることで、ねじりモーメントによる応力集中が生じ易い段差部と後端側胴部との境界付近が破断するおそれがある。

本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、ハウジングの本体部と拡径部との境界付近の破断を生じ難くできるグロープラグを提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明のグロープラグは、先端側から後端側へ軸線方向に延び、発熱体を有するヒータと、ヒータの後端側に接続し、軸線方向に延びる中軸と、ヒータの先端側が自身の先端から突出した状態でヒータ及び中軸を取り囲む筒状のハウジングと、を備え、ハウジングは、外周面にねじが形成されたねじ部を自身の後端部に有する本体部と、本体部よりも後端側に位置し、本体部の外周面よりも拡径された外周面を有する拡径部と、拡径部と本体部との間に配置され、両者に直接接続された移行部と、を備える。移行部には、自身の内周面が、ねじ部の内周面よりも径方向内側に位置するように、径方向内側へ向かって膨らむ凸部が設けられ、移行部の外周面から内周面までの直線距離は、いずれも本体部と移行部との境界における径方向長さ以上であり、凸部よりも後端側のハウジングと中軸との間に絶縁材料からなる環状のシール部材が配置されている。

請求項１記載のグロープラグによれば、移行部に径方向内側に向かって膨らむ凸部が設けられており、凸部よりも後端側のハウジングと中軸との間にシール部材が配置されているので、シール部材が凸部よりも先端側に移動しないようにできる。また、移行部の外周面から内周面までの直線距離が、いずれも本体部と移行部との境界における径方向長さ以上なので、ねじりモーメントによる応力集中が生じ易い移行部の肉厚を十分に大きくできる。よって、移行部の破断を抑制できる。

なお、「移行部の外周面から内周面までの直線距離」とは、移行部の外周面の所定の１箇所から内周面の任意の箇所までの直線距離のことを指す。

請求項２記載のグロープラグによれば、移行部の外周面に、径方向内側へ向かって凹む凹部が形成される。そして凸部は、少なくとも、凹部の内側の軸線方向の全長に亘って設けられる。これにより、移行部に凸部を容易に形成できる。一方、移行部に凹部が形成されることで、ねじりモーメントによる応力集中が移行部に生じ易くなる。しかし、移行部の外周面から内周面までの直線距離を、いずれも境界の径方向長さＴ１以上としているので、ねじりモーメントが生じ易い移行部の肉厚を十分に大きくできる。よって、移行部に凹部が形成されていても、移行部の破断を抑制できる。

請求項３記載のグロープラグによれば、凸部は、さらに、拡径部の径方向内側まで延びているので、凸部の分だけ移行部の肉厚を大きくできる。よって、請求項１又は２の効果に加え、移行部の破断をさらに抑制できる。

請求項４記載のグロープラグによれば、凸部の後端側は、凸部の後端に向かうにつれて徐々に膨らみが小さくなり、凸部の先端側は、凸部の先端に向かうにつれて徐々に膨らみが小さくなる。よって、請求項１から３のいずれかの効果に加え、凸部の後端および先端におけるハウジングの破断を抑制できる。

請求項５記載のグロープラグによれば、凸部は、少なくとも、移行部の内側の全周に亘って設けられているので、請求項１から４のいずれかの効果に加え、全周に亘ってハウジングの破断を抑制できる。

第１実施の形態におけるグロープラグの断面図である。 グロープラグの部分断面図である。 第２実施の形態におけるグロープラグの部分断面図である。 第３実施の形態におけるグロープラグの部分断面図である。 第４実施の形態におけるグロープラグの部分断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は第１実施の形態におけるグロープラグ１０の軸線Ｏを含む断面図である。図１では紙面下側をグロープラグ１０の先端側、紙面上側をグロープラグ１０の後端側という（図２から図５においても同じ）。グロープラグ１０は、ハウジング１１、ヒータ２５、中軸３２及びシール部材３４を主に備えている。

図１に示すようにハウジング１１は、軸線Ｏに沿う軸孔が形成された略円筒状の金属製（例えば炭素鋼やステンレス鋼等）の部材である。ハウジング１１は、本体部１２と、本体部１２の後端側に隣接する移行部１３と、移行部１３の後端側に隣接する拡径部１４と、を備えている。

本体部１２の後端部１２ａにねじ部１５が形成されている。ねじ部１５は、内燃機関（図示せず）に形成されたねじ穴に係合する部位であり、外周面にねじが形成されている。拡径部１４は、レンチ等の工具が、外周面に係合する工具係合部である。拡径部１４の外周面は本体部１２の外周面よりも拡径されてなる。移行部１３は本体部１２と拡径部１４とを直接接続する。移行部１３の詳細については後述する。

本体部１２の先端に外筒２４が接続されている。外筒２４は、軸線方向へ延びる略円筒状の金属製（例えばステンレス鋼等）の部材であり、ヒータ２５を保持する。ヒータ２５の先端側および後端側は、外筒２４の先端および後端からそれぞれ突出する。

ヒータ２５は、基体２６と、基体２６の内部に埋め込まれた発熱体２７及び一対のリード部２８と、を備えている。

基体２６は、Ｓｉ_３Ｎ_４，ＡｌＮ，サイアロン，Ａｌ_２Ｏ_３等の絶縁性セラミックからなり、本実施の形態では略円柱状に形成されている。発熱体２７及びリード部２８は、Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｃｒの各珪化物、炭化物、ホウ化物および窒化物などから選ばれる１種または２種以上を含有する導電性セラミックからなる。

発熱体２７は、外筒２４の先端よりも先端側に位置する。発熱体２７はＵ字状に形成され、一対のリード部２８は発熱体２７の両端にそれぞれ接続する。発熱体２７の断面積はリード部２８の断面積より小さいので、発熱体２７の抵抗値をリード部２８の抵抗値よりも大きくできる。その結果、発熱体２７の発熱量をリード部２８の発熱量よりも大きくできるので、発熱体２７を選択的に発熱させることができる。なお、リード部２８の比抵抗よりも比抵抗が高い材質を発熱体２７に採用して、発熱体２７を選択的に発熱させることは当然可能である。

一対のリード部２８の後端側には、径方向の外側に延びる電極部２９，３０がそれぞれ設けられている。電極部２９，３０は、電源電圧が印加される端子の役目を果たす部位であり、基体２６の表面に露出している。電極部３０は、電極部２９よりも後端側に配置されており、外筒２４の後端よりも後端側に位置する。電極部２９は外筒２４に接触する。

リング部材３１は、ハウジング１１の内側に配置される金属製の円筒状の部材である。リング部材３１の先端側にヒータ２５が嵌められる。リング部材３１は電極部３０に接触する。リング部材３１の後端側に中軸３２の先端部３２ａが嵌められる。

中軸３２は、軸線Ｏに沿ってハウジング１１の内側に配置される金属製（例えばステンレス鋼等）の円柱状の部材である。中軸３２の後端側はハウジング１１の後端から突出する。中軸３２のうちハウジング１１の後端から突出した部分に端子３３が取り付けられている。端子３３には、外部電源（図示せず）に接続された通電コード（図示せず）が接続される。

シール部材３４は、ハウジング１１と中軸３２との隙間を密閉する絶縁材料からなる環状の部材である。シール部材３４は、ハウジング１１の内側であって移行部１３の付近や拡径部１４の付近に配置されている。シール部材３４は例えばフッ素ゴムやシリコーンゴム等の弾性体からなり、本実施形態ではシール部材３４はＯリングである。シール部材３４は、ハウジング１１と中軸３２との間に挟まれて圧縮されている。

絶縁部材３５は、中軸３２とハウジング１１との隙間を確保するリング状の部材であり、ハウジング１１の後端に配置されている。絶縁部材３５は、ハウジング１１と中軸３２との間およびハウジング１１と端子３３との間を電気的に絶縁する。本実施形態では、絶縁部材３５はポリフェニレンサルファイド、ポリフタルアミド、ナイロン等の合成樹脂製である。

図２はシール部材３４付近を拡大して図示したグロープラグ１０の軸線Ｏ（図１参照）を含む部分断面図である。ハウジング１１は、本体部１２のうちねじ部１５の内径と拡径部１４の内径とが略同じ大きさである。ハウジング１１の移行部１３には凸部１８が形成されている。凸部１８は、本体部１２のうちねじ部１５の内周面１５ａよりも径方向内側へ膨らんでいる。凸部１８のうち中軸３２に最も接近した部分と中軸３２との隙間の大きさは、シール部材３４の線径よりも小さい。よって、凸部１８よりも先端側にシール部材３４が移動しないようにできる。

凸部１８の先端側は、凸部１８の先端１９に向かうにつれて徐々に膨らみが小さくなり、凸部１８の後端側は、凸部１８の後端２０に向かうにつれて徐々に膨らみが小さくなる。凸部１８の後端２０は、拡径部１４の径方向内側に位置し、凸部１８は少なくとも拡径部１４の径方向内側まで延びている。本実施形態では、凸部１８はハウジング１１の全周に亘って連続して設けられている。

そして、ハウジング１１は、移行部１３の外周面２１から内周面２２までの直線距離がいずれも（移行部１３の外周面２１のどこを選んでも）本体部１２（ねじ部１５）と移行部１３との境界１６における径方向長さＴ１以上である。

例えば、図２に示すように、移行部１３の外周面２１の所定の１箇所を位置１７とすると、位置１７から移行部１３の内周面２２までの径方向における距離Ｔ２が、境界１６における径方向長さＴ１以上である。この関係は距離Ｔ２のみに限らず、移行部１３の外周面２１上の任意の点を通る全ての直線について、移行部１３の外周面２１及び内周面２２によって切り取られた全ての線分の長さ（直線距離）が、Ｔ１以上であることを満たす。つまり、移行部１３の外周面２１上の点（例えば位置１７）を中心とする半径Ｔ１の仮想円の内側に、移行部１３の内周面２２が位置しないことを指している。

さらに、移行部１３の外周面２１には、径方向内側へ向かって凹む凹部２３が形成されている。本実施形態では、凹部２３はハウジング１１の全周に亘って連続して設けられている。凸部１８は、少なくとも、凹部２３の内側の軸線方向の全長に亘って設けられている。

ハウジング１１は、例えば以下のような方法によって製造される。まず、円筒状のワーク（図示せず）の軸線方向の端部に、拡径部１４を形成するためのプレス金型（図示せず）が荷重を加える。これにより、プレスされたワークの端部が軸線方向に圧縮され、鍛造により拡径部１４が形成される。この荷重により、ワークの外周面に凹部２３が形成され、ワークの内周面に凸部１８が形成され、それに伴い移行部１３が形成される。次いで、転造や切削によりワークにねじ部１５が形成される。

グロープラグ１０は、ハウジング１１の拡径部１４に係合させた工具（図示せず）を使って、内燃機関のねじ穴にねじ部１５を締め付け、内燃機関に取り付けられる。このときに拡径部１４に過大な締め付けトルクが加えられると、応力集中が生じ易い移行部１３が破断するおそれがある。

この点、本実施形態のように、グロープラグ１０は移行部１３の外周面２１から内周面２２までの直線距離が、いずれも境界１６の径方向長さＴ１以上である。これにより、締め付けトルクが加えられたときに応力集中が生じ易い移行部１３の肉厚を十分に大きくできる。よって、拡径部１４に過大な締め付けトルクが加えられたときの、ハウジング１１の移行部１３の破断を抑制できる。

グロープラグ１０は、移行部１３の外周面２１に、径方向内側へ向かって凹む凹部２３が形成されている。そして、凸部１８は、少なくとも、凹部２３の内側の軸線方向の全長に亘って設けられる。これにより、移行部１３に凸部１８を容易に形成できる。一方、移行部１３に凹部２３が形成されることで、ねじりモーメントによる応力集中が移行部１３に生じ易くなる。しかし、移行部１３の外周面２１から内周面２２までの直線距離を、いずれも境界１６の径方向長さＴ１以上としているので、ねじりモーメントが生じ易い移行部１３の肉厚を十分に大きくできる。よって、移行部１３に凹部２３が形成されていても、移行部１３の破断を抑制できる。

凸部１８は、拡径部１４の径方向内側まで延びているので、凸部１８の分だけ移行部１３の肉厚を大きくできる。よって、移行部１３の破断をさらに抑制できる。

凸部１８の後端側は、凸部１８の後端２０に向かうにつれて徐々に膨らみが小さくなり、凸部１８の先端側は、凸部１８の先端１９に向かうにつれて徐々に膨らみが小さくなる。これにより、凸部１８の後端２０及び先端１９におけるハウジング１１の破断を抑制できる。また、凸部１８は、少なくとも、移行部１３の内側の全周に亘って設けられているので、全周に亘ってハウジング１１の破断を抑制できる。

図３を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施形態では、移行部１３に凹部２３が形成されるハウジング１１について説明した。これに対し第２実施形態では、凹部が形成されていない移行部４２を備えるハウジング４１について説明する。なお、第１実施形態で説明した部分と同一の部分は、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図３は第２実施の形態におけるグロープラグ４０の部分断面図である。図３は、図２と同様に、シール部材５１付近を拡大して図示したグロープラグ４０の軸線Ｏ（図１参照）を含む部分断面図である（図４及び図５においても同じ）。

ハウジング４１は、本体部１２のうちねじ部１５の内径が拡径部４３の内径よりも小さい。ハウジング４１の内部に配置されたシール部材５１は、絶縁部材５２により後端側への移動が規制される。ハウジング４１は、本体部１２、移行部４２及び拡径部４３を備えている。ハウジング４１は切削等により製造される。ハウジング４１には、移行部４２の内側に凸部４４が形成されている。凸部４４は、本体部１２のうちねじ部１５の内周面１５ａよりも径方向内側へ膨らんでいる。

凸部４４の先端側は、凸部４４の先端４５に向かうにつれて徐々に膨らみが小さくなる。凸部４４の後端４６は、移行部４２の径方向内側に位置する。本実施形態では、凸部４４はハウジング４１の全周に亘って連続して設けられている。凸部４４により、凸部４４よりも先端側へシール部材５１が移動しないようにできる。

そして、ハウジング４１は、移行部４２の外周面４７から内周面４８までの直線距離が、いずれも（移行部４２の外周面４７のどこを選んでも）本体部１２（ねじ部１５）と移行部４２との境界１６における径方向長さＴ１以上である。これにより、締め付けトルクが加えられたときに応力集中が生じ易い移行部４２の肉厚を十分に大きくできるので、ハウジング４１の移行部４２の破断を抑制できる。また、凸部４４の先端側は、凸部４４の先端４５に向かうにつれて徐々に膨らみが小さくなるので、凸部４４の先端４５におけるハウジング４１の破断を抑制できる。

図４を参照して第３実施の形態について説明する。なお、第１実施形態および第２実施形態で説明した部分と同一の部分は、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図４は第３実施の形態におけるグロープラグ６０の部分断面図である。

グロープラグ６０のハウジング６１は、本体部１２、移行部６２及び拡径部６３を備えている。ハウジング６１は切削等により製造される。ハウジング６１には、移行部６２の内側に凸部６４が形成されている。凸部６４は、本体部１２のうちねじ部１５の内周面１５ａよりも径方向内側へ膨らんでいる。

凸部６４の後端側は、凸部６４の後端６６に向かうにつれて徐々に膨らみが小さくなる。凸部６４の後端６６は、拡径部６３の径方向内側に位置する。凸部６４により、凸部６４よりも先端側へシール部材５１が移動しないようにできる。

そして、ハウジング６１は、移行部６２の外周面６７から内周面６８までの直線距離が、いずれも（移行部６２の外周面６７のどこを選んでも）本体部１２（ねじ部１５）と移行部６２との境界１６における径方向長さＴ１以上である。これにより、締め付けトルクが加えられたときに応力集中が生じ易い移行部６２の肉厚を十分に大きくできるので、ハウジング６１の移行部６２の破断を抑制できる。

移行部６２の外周面６７には、径方向内側へ向かって凹む凹部６９が形成されている。本実施形態では、凹部６９はハウジング６１の全周に亘って連続して設けられている。凸部６４は、少なくとも、凹部６９の内側の軸線方向の全長に亘って設けられている。これにより、移行部６２に凸部６４を容易に形成できる。一方、移行部６２に凹部６９が形成されることで、ねじりモーメントによる応力集中が移行部６２に生じ易くなる。しかし、移行部６２の外周面６７から内周面６８までの直線距離を、いずれも境界１６における径方向長さＴ１以上としているので、ねじりモーメントが生じ易い移行部６２の肉厚を十分に大きくできる。よって、移行部６２に凹部６９が形成されていても、移行部６２の破断を抑制できる。

図５を参照して第４実施の形態について説明する。第４実施形態では、第１実施形態および第３実施形態よりも小さな凹部７９が形成される場合について説明する。なお、第１実施形態および第２実施形態で説明した部分と同一の部分は、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図５は第４実施の形態におけるグロープラグ７０の部分断面図である。

グロープラグ７０のハウジング７１は、本体部１２、移行部７２及び拡径部７３を備えている。ハウジング７１は切削等により製造される。ハウジング７１には、移行部７２の内側に凸部７４が形成されている。凸部７４は、本体部１２のうちねじ部１５の内周面１５ａよりも径方向内側へ膨らんでいる。

凸部７４の先端側は、凸部７４の先端７５に向かうにつれて徐々に膨らみが小さくなり、凸部７４の後端側は、凸部７４の後端７６に向かうにつれて徐々に膨らみが小さくなる。凸部７４の後端７６は、拡径部７３の径方向内側に位置する。凸部７４により、凸部７４よりも先端側へシール部材５１が移動しないようにできる。

そして、ハウジング７１は、移行部７２の外周面７７から内周面７８までの直線距離が、いずれも（移行部７２の外周面７７のどこを選んでも）本体部１２と移行部７２との境界１６における径方向長さＴ１以上である。これにより、締め付けトルクが加えられたときに応力集中が生じ易い移行部７２の肉厚を十分に大きくできるので、ハウジング７１の移行部７２の破断を抑制できる。

移行部７２の外周面７７には、径方向内側へ向かって凹む凹部７９が形成されている。本実施形態では、凹部７９はハウジング７１の全周に亘って連続して設けられている。これにより、移行部７２に凸部７４を容易に形成できる。一方、移行部７２に凹部７９が形成されることで、ねじりモーメントによる応力集中が移行部７２に生じ易くなる。しかし、移行部７２の外周面７７から内周面７８までの直線距離を、いずれも境界１６における径方向長さＴ１以上としているので、ねじりモーメントが生じ易い移行部７２の肉厚を十分に大きくできる。よって、移行部７２に凹部７９が形成されていても、移行部７２の破断を抑制できる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

実施形態では、絶縁性セラミックからなる基体２６に導電性セラミック製の発熱体２７が埋め込まれたヒータ２５を備えるグロープラグ１０，４０，６０，７０について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。ヒータ２５に代えて、絶縁粉末が充填された金属製のチューブに発熱コイル（発熱体）が内蔵されたヒータを採用することは当然可能である。また、ヒータの外形は軸線Ｏに直交する断面が円形に限られるものではなく、断面の外形を楕円状、多角状等にすることは当然可能である。

実施形態では、ハウジング１１，４１，６１，７１の全周に亘って凸部１８，４４，６４，７４が連続する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。ハウジング１１，４１，６１，７１の移行部１３，４２，６２，７２の内側の全周のうち１か所または複数か所に凸部を形成することは当然可能である。この場合も、凸部によってシール部材３４，５１の位置を規制しつつ、凸部によって移行部１３，４２，６２，７２の肉厚を大きくできるので、破断を抑制できる。

実施形態では、凸部１８，４４，６４，７４の先端１９，４５，６５，７５が境界１６よりも後端側に位置する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。凸部１８，４４，６４，７４の先端１９，４５，６５，７５が境界１６よりも先端側に位置することは当然可能である。つまり、凸部１８，４４，６４，７４はねじ部１５の内周側に設けられていても良い。

実施形態では、断面が円形のＯリングをシール部材３４，５１に用いる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。断面が角形、Ｖ形、Ｕ形等の環状の絶縁材料からなる弾性体をシール部材にすることは当然可能である。

１０，４０，６０，７０ グロープラグ
１１，４１，６１，７１ ハウジング
１２ 本体部
１２ａ 本体部の後端部
１３，４２，６２，７２ 移行部
１４，４３，６３，７３ 拡径部
１５ ねじ部
１５ａ ねじ部の内周面
１６ 境界
１８，４４，６４，７４ 凸部
１９，４５，６５，７５ 凸部の先端
２０，４６，６６，７６ 凸部の後端
２１，４７，６７，７７ 移行部の外周面
２２，４８，６８，７８ 移行部の内周面
２３，６９，７９ 凹部
２５ ヒータ
２７ 発熱体
３２ 中軸
３４，５１ シール部材
Ｔ１ 境界における径方向長さ
Ｔ２ 直線距離
Ｏ 軸線

Claims (5)

1. 先端側から後端側へ軸線方向に延び、発熱体を有するヒータと、
   前記ヒータの後端側に接続し、前記軸線方向に延びる中軸と、
   前記ヒータの先端側が自身の先端から突出した状態で前記ヒータ及び前記中軸を取り囲む筒状のハウジングと、を備え、
   前記ハウジングは、外周面にねじが形成されたねじ部を自身の後端部に有する本体部と、
   前記本体部よりも後端側に位置し、前記本体部の外周面よりも拡径された外周面を有する拡径部と、
   前記拡径部と前記本体部との間に配置され、両者に直接接続された移行部と、を備えるグロープラグであって、
   前記移行部には、自身の内周面が、前記ねじ部の内周面よりも径方向内側に位置するように、径方向内側へ向かって膨らむ凸部が設けられ、
   前記移行部の外周面から内周面までの直線距離は、いずれも前記本体部と前記移行部との境界における径方向長さ以上であり、
   前記凸部よりも後端側の前記ハウジングと前記中軸との間に絶縁材料からなる環状のシール部材が配置されるグロープラグ。
2. 前記移行部の外周面には、前記径方向内側へ向かって凹む凹部が形成され、
   前記凸部は、少なくとも、前記凹部の内側の前記軸線方向の全長に亘って設けられている請求項１記載のグロープラグ。
3. 前記凸部は、さらに、前記拡径部の前記径方向内側まで延びている請求項１又は２に記載のグロープラグ。
4. 前記凸部の後端側は、前記凸部の後端に向かうにつれて徐々に膨らみが小さくなると共に、前記凸部の先端側は、前記凸部の先端に向かうにつれて徐々に膨らみが小さくなる請求項１から３のいずれかに記載のグロープラグ。
5. 前記凸部は、少なくとも、前記移行部の内側の全周に亘って設けられている請求項１から４のいずれかに記載のグロープラグ。

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