JPH04119A - シーズヒータおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディーゼルエンジンの副燃焼室または燃焼室内
を予熱するために用いられるシース型グロープラグにお
いて発熱体となるシーズヒータおよびその製造方法に関
し、特にそのシースとコイル状発熱線（以下、ヒータコ
イルという〉との接合部構造およびこれらシースとヒー
タコイルとの接合方法の改良に関する。

〔従来の技術〕

一般に、ディーゼルエンジンでは低温時の始動性が悪い
ため、副燃焼室または燃焼室内にグロープラグを設置し
、これに電流を流して発熱させることで、吸気温度を上
昇させあるいは着火源として用いてエンジンの始動性を
向上させる方法が採用されている。そして、この種のグ
ロープラグとして、たとえば特開昭５７−５８０１７号
公報や特開昭５７−１８２０２６号公報等に示されるよ
うに、ステンレス鋼材等の耐熱金属材によるシース内に
、鉄クロム等によるし−タコイル（またはこれに正の抵
抗温度係数の大きな純ニッケル等による抵抗体を電力制
御要素として直列接続したもの）を挿入し、その一端を
シース先端部に、他端をシース後端部から挿入される電
極棒先端側にそれぞれ溶接等で接続するとともに、この
シース内にマグネシア等の耐熱絶縁粉末を充填すること
で構成されるシーズヒータを備えてなるシース型グロー
プラグが従来から一般に用いられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述した構成によるシース型グロープラグに
おいて、シース先端部にヒータコイルを固定するにあた
って従来は、たとえば特開昭５８２１号公報等に示され
るように、シース先端側開口に嵌込まれることで一体化
される別部材としてのキャップを用いる構成が一般的に
採用されており、このキャップをシース先端側に嵌込む
際の作業が面倒であるばかりでなく、このキャップにヒ
ータコイルをスポット溶接する際の作業性も悪く、この
ようなシーズヒータの組立てを自動化することが困難で
あった。さらに、このような従来構造では、その構成部
品点数が多く、構造が複雑であるばかりでなく、上述し
たキャップに対し溶接するための溶接端を先端から延設
してなる形状でヒータコイルを形成しなければならず、
その製作も面倒である等といった欠点があった。

また、上述したシース１の先端部に、たとえば第６図（
ａ）に示すように、小孔１ａを形成し、これにヒータコ
イル２の先端部分をシース１内側から差し込んで貫通さ
せ、該コイル２先端をシースｌ外方に突出させた状態と
し、この部分を溶接により溶融させて接合してなる構造
を有するシーズヒータが、特公昭４２−１５９８９号公
報や西独特許第３００３７９９号明細書等に示されるよ
うに従来から知られている。しかし、このような接合方
法による接合部３では、グロープラグの繰り返し使用に
よる酸化によって上述した接合部３が破断する等、シー
ズヒータとしての耐久性の面で問題を生じてしまうもの
であった。

本出願人は、このような従来のシーズヒータにおける接
合部３の耐久性の問題を種々検討、研究を行った結果、
上述した従来の接合方法によれば、シース１先端部にお
けるシース１とヒータコイル２との溶接による接合部３
にあっては、第６図（ｂ）および第７図（ａ）に示すよ
うに、その表層部分にまで含めて鉄系材料によるし−タ
コイル材がシース１のステンレス材に必要以上に多く溶
は込むことになり、これらの融合部分４（特に図中４ａ
部分ではコイル材の含有量が多い）が生じており、この
ようなシース材とコイル材との融合部分４，４ａが、グ
ロープラグ使用時において通電発熱による高温状態が繰
り返されることにより早い時期で酸化し易く、その酸化
が徐々に促進され、たとえば２〜３万回程度になると、
上述した酸化部分に破断現象が生し、第６図（ｃ）およ
び第７図（ｂ）中３ａで示されるように穴の穿いた状態
となり、耐久性が損なわれることを見い出した。

すなわち、上述したシース１とコイル２との融合部分４
，４ａでは、コイル２の鉄系材料がシース１のステンレ
ス材中に多く混入することになり、該シース材中に含ま
れるＮｉ濃度が希釈され、ステンレス材本来の耐久性が
望めないことになるもので、このような問題点を一掃し
得る何らがの対策を講じることが必要とされている。

特に、近年では、エンジン始動後において一定時間の間
グロープラグに対し通電状態を維持することで、エンジ
ン内部での燃焼を円滑かつ適切に行なえるようにすると
いう、いわゆるアフターグロ一方式への要求が大きく、
しかもその長時間化が望まれており、これに伴ない発熱
温度等を始めとして各種の使用条件が厳しくなっており
、上述した酸化による耐久性の問題は著しいもので、こ
のような点をも考慮しなければならない。

〔課題を解決するための手段〕

このような要請に応えるために本発明に係るシーズヒー
タおよびその製造方法は、金属製シスの先端部にヒータ
コイル先端を差し込んで溶接接合するための小径筒部を
突設するとともに、該シース先端部に接続されるヒータ
コイルを、その先端部が少なくともシース外方に突出せ
ずかつ該筒部端面よりも内側に位置するようにしてシー
ス内側から差し込み、この状態でシース先端部外方から
小径筒部をプラズマ溶接等により溶融し、ヒータコイル
先端部をシース先端部外表面に露呈しない状態で、該シ
ース先端部を閉塞する閉塞部分に埋設するようにしたも
のである。

〔作用〕

本発明によれば、先端に小径筒部を有するシースとその
内部に配設されるヒータコイルとを準備し、該シースの
小径筒部における小径孔内に、ヒータコイルの先端部を
、その先端が外方に突出せずかつ筒部端面よりも内側に
位置するようにして差し込み配置させ、しかる後シース
先端部外方から小径筒部をプラズマ溶接等で溶接して溶
融し、ヒータコイルの先端部をシース側に接続した状態
で、シース先端部を閉塞することにより、ヒータコイル
の先端部を、シース先端部を溶融して閉塞するように形
成される閉塞部分に、少なくともシース先端部外表面に
露呈しない状態で埋設し得るもので、これによりヒータ
コイルが接続されているシース先端部分での高温化等に
よる酸化現象を防ぎ、従来に比べ耐久性を大幅に向上さ
せ得るものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示した実施例を用いて詳細に説明
する。

第１図（ａ）、（ｂ）ないし第５図は本発明に係るディ
ーゼルエンジン用グロープラグに用いられるシーズヒー
タおよびその製造方法の一実施例を示すものであり、こ
れらの図において、まず、全体を符号１０で示すグロー
プラグの概略構成を、第５図等を用いて簡単に説明する
と、このグロープラグ１０は、ニッケルクロム合金材料
等からなる発熱体としてのヒータコイル１１とこれに直
列接続される正の抵抗温度係数の大きな純ニッケル等か
らなる電力制御要素としての抵抗体１２をその内部に充
填されたマグネシア等の耐熱絶縁粉末１３中に埋設して
なるステンレス鋼材等の耐熱金属製シース１４によるシ
ーズヒータ１５を備えており、このシーズヒータ１５は
略管体状を呈する金属製ホルダ１６の先端部に保持され
ている。そして、前記ヒータコイル１１は、その先端が
シース１４先端部側に接続されるとともに、このシース
１４の後端部から挿入される電極棒１７の先端部側に前
記抵抗体１２を介して接続され、がっこの電極棒１７は
、前記ホルダ１６後端部から外方に引出されている。な
お、本実施例では、発熱部となるシース１４先端部にお
ける肉厚および径寸法を、第３図に示すように、薄く形
成し、ヒータコイル１１等からのシース外表面までの伝
熱距離を小さくし、迅速な温度立ち上がり特性を得て速
熱型としての性能を発揮させ得るとともに、この部分で
の熱容量を小さくし、消費電力を低下させ得るようにし
た場合を示している。しかし、これに限定されるもので
はない。また、第５図中１８はホルダ１６後端部の環状
空間部分に嵌込まれて電極棒１７を保持する合成樹脂材
等からなる絶縁ブツシュ、１８ａはその先端側に押込ま
れることでこの部分をシールするＯリングであり、さら
にその他の構成等は従来から周知の通りである。

さて、本発明によれば、上述したシース型グロープラグ
１０におけるシーズヒータ１５を耐久性を考慮して形成
するにあたって、第１図（ａ）。

（ｂ）および第２図に示すように、金属製シース１４の
先端部にヒータコイル１１先端部１１ａを差し込んで溶
接接合するための小径筒部２０を突設するとともに、該
シース１４の先端部に接続されるヒータコイル１１を、
その先端部１１ａが少なくともシース１４外方に突出せ
ずかつ該筒部２０端面よりも、たとえば第１図（ａ）中
ｌで示す寸法をおいて小径孔２０ａ内側に位置するよう
にしてシース１４内側から差し込み、この状態でシース
１４先端部外方から小径筒部２０をプラズマ溶接等によ
り溶融することにより、ヒータコイル先端部１１ａをシ
ース１４先端部外表面に露呈しない状態で、該シース１
４先端部を閉塞する閉塞部分２１に埋設するようにした
ところに特徴を有している。なお、第２図中２１ａで示
す部分は、小径筒部２０が溶接により溶融してシース１
４先端部を閉塞する場合の外形線を示している。

そして、このような構成によれば、先端に小径筒部２０
を有するシース１４とその内部に配設されるヒータコイ
ル１１とを準備し、該シース１４の小径筒部２０におけ
る小径孔２Ｏａ内に、ヒータコイル１１を、第２図に示
されるように、その先端部１１ａが外方に突出せずかつ
筒部２０端面よりも内側に位置するようにして差し込み
配置させ、しかる後シース１４先端部外方から小径筒部
２０をプラズマ溶接等で溶接して溶融し、ヒータコイル
１１の先端部１１ａをシース１４側に接続した状態で、
シース１４先端部を閉塞することにより、ヒータコイル
１１の先端部１１ａを、シース１４先端部を溶融して閉
塞するように形成される閉塞部分２１に、少なくともシ
ース１４先端部外表面（２１ａ）に露呈しない状態で埋
設し得るもので、これによりヒータコイル１１が接続さ
れているシース１４先端部分での高温化等による酸化現
象を防ぎ、従来に比べ耐久性を大幅に向上させ得るもの
である。

これを詳述すると、本発明による製造方法によれば、第
１図（ａ）および第２図に示す状態で、シース１４に対
しヒータコイル１１の先端部１１ａを溶接接続すること
により、第４図（ａ）に示すように、シース１４の先端
部を閉塞する閉塞部分２１において、シース材に対して
ヒータコイル材が溶融して融合する部分２２を、シース
１１の表層部から離れたシース１４内側部分にのみ存在
するように形成することができ、しかもその外側にはス
テンレス材などによるシース材のみが溶融することで形
成される閉塞部分２１が形成されるもので、従来に比べ
て耐熱強度を向上させ、耐久性を大幅に向上させ得るも
のである。

すなわち、本発明者らは、上述した条件でシーズヒータ
１５を形成し、その耐久試験を行なった結果、従来品の
約二倍に当たる６万回以上の耐久性を満足し得ることを
実験により確認している。

ここで、第４図（ａ）は耐久試験前のシース１４先端部
の状態を、同図（ｂ）は耐久試験後の状態を示しており
、本発明によるシーズヒータ１５によれば、殆どがシー
ス材で形成されている閉塞部分２１の存在によって、こ
のシース材のヒータコイルとの融合部分２２を充分な厚
さをもって覆うことが可能であり、シース１４の内側に
は多少の酸化層２３が形成されるも、シーズヒータ１５
の耐久性に影響を与えることはなく、その利点は明らか
であろう。

なお、第４図（ｂ）、さらに前述した第７図（ｂ）はグ
ロープラグ１０を、たとえばＩＩＶで１０秒通電、３０
秒停止（この間急速空冷を行なう）というサイクルによ
る耐久試験を行ったもののシース１４先端部分を切断し
た組織写真に基づく組織図であり、第４図に示す本発明
によるものでは６万回以上行っても、耐久性等に影響す
る程度の損傷を何ら生じることはないが、第７図に示し
た従来例では、約３万回以上で、図示したような酸化に
よる穴があいた状態となるもので、その相違は明白であ
る。

また、上述したシース１４とヒータコイル１１との接続
およびシース１４先端部を閉塞するための溶接方法とし
ては、たとえば特開昭６３−９６４２０号公報などに示
す手法を用いるとよいが、勿論これに限定されないこと
も容易に理解されよう。さらに、この場合の溶接の種類
としても、上述したプラズマ溶接に限定されず、たとえ
ば電子ビーム溶接やレーザ溶接等で溶接する場合に適用
してもよいことは勿論である。

なお、本発明は上述した実施例構造に限定されず、グロ
ープラグ１０各部の形状、構造等を始めとする各部の構
造等を、適宜変形、変更することは自由である。たとえ
ば上述した実施例では、シーズヒータ１５として、ヒー
タコイル１１と電力制御用の抵抗体１２とを埋設してな
る、いわゆる二種材料によるものを説明したが、本発明
はこれに限定されず、従来から一般的なヒータコイル１
１のみによる一種材料のシーズヒータ１５であっても適
用して効果を発揮し得るもので、要はヒータコイル１１
を、シース１４先端部に溶接して接続固定する場合に適
用するとよいものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係るディーゼルエンジン用
グロープラグに用いられるシーズヒータおよびその製造
方法によれば、金属製シースの先端部にヒータコイル先
端を差し込んで溶接接合するための小径筒部を突設する
とともに、該シース先端部に接続されるヒータコイルを
、その先端部が少なくともシース外方に突出せずかつ該
筒部端面よりも内側に位置するようにしてシース内側か
ら差し込み、この状態でシース先端部外方から小径筒部
をプラズマ溶接等により溶融し、ヒータコイル先端部を
シース先端部外表面に露呈しない状態で、該シース先端
部を閉塞する閉塞部分に埋設するようにしたので、簡単
な構成および接合方法にもかかわらず、ヒータコイル先
端部をシース先端部に簡単にしかも適切かつ確実に溶接
して接続固定することができ、しかも従来のようにヒー
タコイル材がシース材中に必要以上に溶融して含有され
ることによる酸化現象に伴なう耐久性の低下といった問
題を解決でき、従来に比べて耐熱強度や耐久性を大幅に
向上させることができ、シーズヒータとしての性能を発
揮させ得る等の種々優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明に係るディーゼルエンジ
ン用グロープラグに用いられるシーズヒータおよびその
製造方法を説明するための一実施例を示す要部拡大断面
図、第２図はその特徴とするシースとヒータコイルとの
組立関係を示す要部拡大図、第３図はシーズヒータ全体
の概略構成を示す縦断側面図、第４図（ａ）、（ｂ）は
第３図の■部を拡大して示す使用前と耐久試験後の状態
を説明するための拡大図、第５図はグロープラグ全体の
概略構成を説明するための概略断面図、第６図（ａ）。 （ｂ）　、　（ｃ）は従来例を説明するための要部拡大
断面図、第７図（ａ）、（ｂ）はシース先端部の使用前
と耐久試験後の状態を説明するための拡大図である。 １０・・・・ディーゼルエンジン用グロープラグ、１１
・・・・コイル状発熱線（ヒータコイル）、１１ａ・・
・・先端部、１２　・・・・電力制御用抵抗体、１３・
・・・耐熱絶縁粉末、１４・・・・金属製シース、１５
・・・・シーズヒータ、１６・・・・金属製ホルダ、２
０・・・・小径筒部、２０ａ・・・・小径孔、２１・・
・・閉塞部分、２２・・・・融合部分、２３・・・・酸
化層。 第１図 （ＣＩ） （ｂ） 第２図 特許出願人　　自動車機器株式会社 代　理　人　　山川政樹 第７図 第６図 （ＣＩ） （ｂ） （Ｃ） 手続補正書（睦）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）小径筒部を先端側に有し全体が略管体状に形成さ
   れている金属製シースと、このシース内に充填される耐
   熱絶縁粉末にて埋設されるコイル状発熱線とを備えてな
   り、このコイル状発熱線の先端部を前記シースの小径筒
   部内に臨ませた状態で溶接することにより、この発熱線
   をシースに電気的に接続してなるシーズヒータにおいて
   、前記小径筒部が溶接により溶融されることによりシー
   ス先端部を閉塞するように形成される閉塞部分に、前記
   コイル状発熱線の先端部を、少なくともシース先端部外
   表面に露呈しない状態で、溶融して埋設したことを特徴
   とするシーズヒータ。
2. （２）小径筒部を先端側に有し全体が略管体状に形成さ
   れている金属製シースと、このシース内に充填される耐
   熱絶縁粉末にて埋設されるコイル状発熱線とを備えてな
   り、このコイル状発熱線の先端部を前記シースの小径筒
   部内に臨ませた状態で溶接することにより、この発熱線
   をシースに電気的に接続してなるシーズヒータにおいて
   、前記小径筒部における小径孔内に、前記コイル状発熱
   線の先端部を、その先端が外方に突出せずかつ筒部端面
   よりも内側に位置するようにして差し込み配置させ、し
   かる後シース先端部外方から小径筒部を溶接して溶融し
   、コイル状発熱線の先端部をシース側に接続した状態で
   、シース先端部を閉塞することを特徴とするシーズヒー
   タの製造方法。