JPH06229551A - セラミックグロープラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極軸下端部とリード線との抵抗溶接不良を
防止することができるセラミックグロープラグを提供す
ること。 【構成】 セラミック製のヒータ８と，電極軸としての
シーズ抵抗体７と，両者の間に介設したリード線１とよ
りなる。リード線１をシーズ抵抗体下端部の接続ピン７
１に対して抵抗溶接する。リード線１の下端部はヒータ
８上端部の周囲に接合してなる。リード線１の比抵抗Ａ
に対する上記接続ピン７１の比抵抗Ｂの比抵抗比（Ｂ／
Ａ）は１．２以上である。また，リード線１の溶接断面
積Ｌと接続ピン７１の溶接断面積Ｐとの面積比（Ｌ／
Ｐ）は，３〜３６％であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，ディーゼルエンジンの
シリンダヘッド内を予熱するためのセラミックグロープ
ラグであって，特にその電極軸下端部とリード線との抵
抗溶接不良を防止することができるセラミックグロープ
ラグに関する。

【０００２】

【従来技術】セラミックグロープラグは，セラミックヒ
ータと，電極軸とを接続するため，リード線を用いてい
る。リード線と電極軸との接続性に優れたものとして
は，例えば，該リード線の一端は電極軸と溶接され，他
端はセラミックヒータと嵌合ろう付けされているものが
知られている（特公平２─４３０９１号）。また，自己
制御型セラミックグロープラグとしては，螺旋状のリー
ド線を用い，その一端の直線部分をシーズ抵抗体の接続
ピンと抵抗溶接し，他端の密巻部をセラミックヒータと
嵌合ろう付けするものが知られている（特開平３─２４
７９１７号）。なお，上記電極軸としては，シーズ抵抗
体或いは中軸等が用いられる。

【０００３】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記いずれの
セラミックグロープラグにおいても，リード線の断面積
は，電極軸下端部の断面積より小さい。そのため，両者
に用いる材質の選定如何によっては，抵抗溶接不良が発
生するという問題がある。本発明はかかる従来の問題点
に鑑み，リード線と電極軸下端部との溶接部において，
抵抗溶接不良が生じないセラミックグロープラグを提供
しようとするものである。

【０００４】

【課題の解決手段】本発明は，ハウジング内に上端部を
嵌挿したセラミック製のヒータと，該ヒータの上端部に
向けてハウジング内に挿入した電極軸と，上記ヒータと
電極軸との間に介設したリード線とよりなるセラミック
グロープラグにおいて，上記リード線はその上端部を電
極軸の下端部に設けた電極軸下端部に対して抵抗溶接
し，またリード線の下端部はヒータに電気的に接続して
なり，かつ，上記リード線の比抵抗Ａに対する上記電極
軸下端部の比抵抗Ｂの比抵抗比（Ｂ／Ａ）は１．２以上
であることを特徴とするセラミックグロープラグにあ
る。

【０００５】本発明において最も注目すべきことは，上
記リード線の比抵抗Ａに対する上記電極軸下端部の比抵
抗Ｂの比抵抗比（Ｂ／Ａ）は１．２以上であることであ
る。１．２未満の場合には，リード線の断面積が，電極
軸下端部より断面積が小さいため，リード線の電気抵抗
が相対的に大きくなる。そのため，溶接時に，発生熱量
のバランスが悪くなり，溶接電力の条件幅（後記参照）
が狭くなる。それ故，一定の溶接電力の維持が困難にな
り，リード線と電極軸下端部とを大量に溶接することが
困難になる。

【０００６】また，上記電極軸下端部の溶接断面積Ｐに
対する上記リード線の溶接断面積Ｌの面積比（Ｌ／Ｐ）
は，３〜３６％であることが好ましい。３％未満の場合
には，リード線の断面積が電極軸下端部に対し小さくな
りすぎ，溶接時の発生熱量のバランスが非常に悪化し，
接続強度が低下するとともに，リード線自体の強度も不
十分となる。

【０００７】一方，３６％を越える場合は，溶接時の発
生熱量は良くなり，溶接性は良い方向へ向かうがハウジ
ング内径の寸法的制約から，電極軸下端部の断面積を小
さくする必要がある。そのため，電極軸の製造コスト及
び溶接時の作業性が悪化し，実用的ではなくなる。ここ
に，電極軸下端部の溶接断面積Ｐとは，電極軸下端部の
軸方向に垂直な断面積をいう。一方，リード線の溶接断
面積Ｌとは，リード線の軸方向に垂直な断面積をいう。

【０００８】上記電極軸下端部の溶接部は，通常は平坦
状であるが，電極軸下端部の溶接部は，上記リード線の
一部を嵌合させるためにＶ状，Ｕ状の溝形状とすること
もできる。電極軸下端部は，電極軸と一体的に製作して
も良い。また，電極軸下端部のみ別の材質で製作し，電
極軸にカシメ，圧入等でつないでも良い。上記電極軸下
端部としては，ニクロム，ニッケル基合金，オーステナ
イト系ステンレス鋼等を用いることが好ましい。上記リ
ード線としては，Ｎｉ−Ｃｒ合金，純ニッケル等を用い
ることが好ましい。

【０００９】上記リード線と電極軸下端部とを溶接する
に当たっては，電極軸下端部の溶接部の上にリード線の
溶接部を接触させ，更に該リード線の溶接部の上に抵抗
溶接用電極の先端面を接触させる。また，上記電極軸下
端部における溶接部の反対側には，一方の抵抗溶接用電
極の先端面を接触させる。そして，両抵抗溶接用電極間
に高圧電流を流し，直線部分と電極軸下端部とを抵抗溶
接する。

【００１０】上記溶接時における溶接可能範囲の条件幅
は，±５％以上が好ましい。この場合には，電極軸下端
部とリード線とを効率良く抵抗溶接することができ，セ
ラミックグロープラグを量産することができる。その理
由は，量産時には，溶接装置の設定条件の再現性，溶接
部の表面状態，寸法バラツキにより溶接状態がばらつく
が，条件幅で±５％の可能範囲があれば，上記バラツキ
を吸収できることが経験的に判っているからである。

【００１１】また上記条件幅とは，以下の式により算出
された値である。 条件幅（％）＝１００×（溶接可能範囲の中心電力−溶
接可能範囲の下限電力）／溶接可能範囲の上限電力

【００１２】

【作用及び効果】本発明のセラミックグロープラグにお
いては，上記比抵抗Ｂの比抵抗比（Ｂ／Ａ）が１．２以
上である。そのため，リード線の断面積が電極軸下端部
の断面積より小さくても，抵抗値としては近似値を示
し，溶接時の発熱バランスが良く，溶接条件幅が広くな
る。従って，リード線と電極軸下端部とを安定した状態
で，確実に溶接することができる。従って，本発明によ
れば，リード線と電極軸下端部との溶接部において，抵
抗溶接不良が生じないセラミックグロープラグを提供す
ることができる。

【００１３】

【実施例】

実施例 本発明の実施例にかかる，自己制御型のセラミックグロ
ープラグについて，図１〜図６を用いて説明する。本例
のセラミックグロープラグ９は，図１に示すごとく，ハ
ウジング９１内に上端部８２を嵌挿したセラミック製の
ヒータ８と，該ヒータ８の上端部８２に向けてハウジン
グ内に挿入した電極軸としてのシーズ抵抗体７と，該シ
ーズ抵抗体７とヒータ８との間に介設したリード線１と
よりなる。ヒータ８は，エンジンのシリンダヘッドを加
熱するためのヒータ先端部８１を有する。

【００１４】上記シーズ抵抗体７の下端部には，電極軸
下端部としての接続ピン７１が設けられている。電極軸
下端部は，本体部分よりも小さい直径を有する。接続ピ
ン７１は，図２，図３に示すごとく，その両側面に，か
しめにより形成した溶接部７１１及び平坦部７１２を有
する。リード線１の比抵抗Ａに対する接続ピン７１の比
抵抗Ｂの比抵抗比（Ｂ／Ａ）は２．７である。

【００１５】上記リード線１としては，Ｎｉ−２ｗｔ％
Ｃｒ合金を用い，その比抵抗Ａは４０μΩ・ｃｍであ
る。上記接続ピン７１としては，ニクロムを用い，その
比抵抗Ｂは１０８μΩ・ｃｍである。

【００１６】また，リード線１は，図１に示すごとく，
その上端部の溶接部１１と，下端部の密巻部１２と，そ
の間に設けた粗巻部１０とよりなる。そして，リード線
１の溶接部１１は，図２に示すごとく，上記接続ピン７
１の溶接部７１１に，その軸線に沿って，抵抗溶接され
ている。上記接続ピン７１の溶接部７１１の溶接断面積
Ｐに対するリード線１の溶接部１１の溶接断面積Ｌの面
積比Ｌ／Ｐは，６．３％である。

【００１７】また，図１に示すごとく，リード線１の粗
巻部１０は，上記接続ピン７１を離れた部分から下方へ
向かって，ヒータ８の上端部８２に接する間にあり，螺
旋状に巻回されている。上記リード線１の密巻部１２
は，ヒータ８の上端部８２の外周に嵌合され，両者はロ
ウ接されている。

【００１８】リード線１は，使用時の耐久性等のため抗
張力３０ｋｇ／ｍｍ² 以上，組付時の作業性から硬度Ｈ
Ｂ８０以上である。また，リード線１の直径は０．４〜
１．２ｍｍの範囲にある。上記接続ピン７１の溶接部７
１１及び平坦部７１２と，リード線１の溶接部１１と
は，平坦状である。溶接部７１１と平坦部７１２とは，
互いに対面する位置に形成してある。

【００１９】接続ピン７１における，溶接部７１１及び
平坦部７１２を形成する前の直径は２〜４ｍｍの範囲に
ある。また，接続ピン７１は，リード線１との融点の差
が２００℃以下である。シーズ抵抗体７の直径は，ハウ
ジング９１の内部径より若干小さな直径である。該シー
ズ抵抗体７は，ハウジング９１の一端において支持され
ている。また，ヒータ８，金属スリーブ９２，ハウジン
グ９１の間はそれぞれロウ接されている。

【００２０】リード線１と接続ピン７１とを溶接するに
当たっては，図２に示すごとく，接続ピン７１の溶接部
７１１の上に溶接部１１を接触させ，更に該溶接部１１
上に抵抗溶接用電極６１の先端面を接触させる。また，
上記接続ピン７１の平坦部７１２には，一方の抵抗溶接
用電極６２の先端面を接触させる。そして，両抵抗溶接
用電極６１，６２間に，５．０ｋｗの高圧電流を５ミリ
秒間流し，溶接部１１と接続ピン７１とを抵抗溶接す
る。このとき，電流は図２の矢印６０の方向へ流れる。

【００２１】本例の作用効果について説明する。本例の
セラミックグロープラグ９においては，上記比抵抗比
（Ｂ／Ａ）がである。そのため，リード線１の断面積が
接続ピン７１の断面積より小さくても，抵抗値としては
近似値を示し，溶接時の発熱バランスが良く，溶接条件
幅が広くなる。従って，リード線１と接続ピン７１とを
安定した状態で，確実に溶接することができる。

【００２２】また，図２に示すごとく，シーズ抵抗体７
の接続ピン７１とリード線１の溶接部１１との抵抗溶接
時には，該接続ピン７１の溶接に上記溶接部１１が接触
した状態にある。そのため，抵抗溶接電流は，図２に矢
印６０で示すごとく流れ，従来のごとく分流を生じな
い。それ故，両者は溶接部１１において確実に安定して
抵抗溶接される。

【００２３】また，リード線上端部の溶接部１１は，接
続ピン７１の軸線に沿って抵抗溶接されている。そのた
め，シーズ抵抗体７の接続ピン７１に対して直線状に密
接し，従来の密巻部嵌合のごとくシーズ抵抗体７との間
に隙間を生じない。それ故，抵抗溶接も完全である。

【００２４】また，セラミックグロープラグ使用時に温
度変化に伴ってシーズ抵抗体７が軸方向の膨張，収縮を
生じても，この溶接部１１には何らの影響もなく，膨
張，収縮に対しては，リード線１の粗巻部１０で吸収さ
れる。それ故，従来のごとく溶接部１１を支点とする繰
り返し応力の発生もない。また，そのため溶接部１１の
剥離，溶接部１１の折損も生じない。

【００２５】また，本例のセラミックグロープラグにお
いては，図５に示すごとく，シーズ抵抗体に代えて，ハ
ウジング９１の後端側から突出して端子電極となる中軸
７０を用い，その下端に中軸下端部７１０を形成し，リ
ード線１を溶接する構成とすることもできる。

【００２６】この場合，中軸下端部７１０は電極軸下端
部に相当するが，図４に示すごとく中軸７０と一体的に
製作しても良いし，図３に示すごとく中軸下端部７１０
のみ別の材質で製作し，カシメ圧入等でつないでも良
い。また，図６に示すごとく，リード線１を，図１に示
した螺旋状体に代えて，直線形状となし，該リード線１
の一端を，ヒータ８の上端に設けられたキャップ２０に
装着することもできる。

【００２７】実験例１ 本例においては，上記実施例にかかるセラミックグロー
プラグについて，溶接可能電力を測定した。上記セラミ
ックグロープラグの接続ピンとリード線との材質及びそ
の比抵抗を表１に示す。上記測定に際しては，接続ピン
７１とリード線１との溶接時の電力の大きさを種々に変
化させた。

【００２８】尚，比較のために，表１に示すごとくリー
ド線の材質をニクロム，接続ピンの材質としてＳ１５Ｃ
（炭素鋼）を用いたセラミックグロープラグを比較例と
し，上記測定に供した。そして，測定結果を図７に示
す。

【００２９】同図より知られるように，実施例では，溶
接電力４〜６ｋｗと比較的広範囲で溶接可能であった。
この範囲は，溶接後，リード線を軸方向に引張ったと
き，母材切れを生じず，かつリード線側に亀裂が発生し
ない範囲で，優れた抵抗溶接状態を示すものである。

【００３０】そして，４ｋｗ未満では溶接強度が不足し
て溶接部に亀裂が発生した。６ｋｗを越えた場合には，
リード線に亀裂が発生した。また，接続ピンには比抵抗
の大きいニクロムを用いたため，抵抗溶接時の溶接電流
により，接続ピンが，加熱され，溶接界面で，一部溶融
していた。

【００３１】一方，比較例では，３．５〜３．８ｋｗと
狭い範囲でのみ溶接可能であった。３．５ｋｗ未満，或
いは３．８ｋｗを越えた場合には，上記実施例と同様の
支障を来した。尚，この比較例では，接続ピンには比抵
抗の小さい材質を用いたために，溶接電流による溶融は
認められなかった。

【００３２】

【表１】

【００３３】実験例２ 本例においては，リード線の比抵抗（Ａ）に対する接続
ピンの比抵抗（Ｂ）の比抵抗比（Ｂ／Ａ）を種々に変え
て，溶接可能範囲の条件幅を調査した。その結果を図８
に示す。同図より，比抵抗比が高くなるに従って条件幅
が広くなることが分かる。

【００３４】ここで，接続ピンとリード線とを，効率良
く，確実に抵抗溶接できる，量産可能な条件幅は±５％
以上必要である。そのためには，同図より知られるごと
く，比抵抗比を１．２以上となるように，リード線より
も接続ピンの比抵抗を高くする必要がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のセラミックグロープラグの断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面に相当する溶接時の説
明図。

【図３】実施例にかかる，接続ピンとリード線との溶接
前における状態を示す，要部拡大斜視図。

【図４】実施例にかかる，他のセラミックグロープラグ
の中軸下端部斜視図。

【図５】実施例にかかる，他のセラミックグロープラグ
の断面図。

【図６】実施例にかかる，更に他のセラミックグロープ
ラグの断面図。

【図７】実験例１にかかる，溶接可能な溶接電力範囲を
示す説明図。

【図８】実験例２にかかる，比抵抗比と条件幅との関係
を示すグラフ。

【符号の説明】

１．．．リード線， １１．．．リード線の溶接部， ６１，６２．．．抵抗溶接用電極， ７．．．シーズ抵抗体， ７１．．．接続ピン， ７１１．．．接続ピンの溶接部， ８．．．ヒータ， ８２．．．上端部， ９．．．セラミックグロープラグ， ９１．．．ハウジング，

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング内に上端部を嵌挿したセラミ
   ック製のヒータと，該ヒータの上端部に向けてハウジン
   グ内に挿入した電極軸と，上記ヒータと電極軸との間に
   介設したリード線とよりなるセラミックグロープラグに
   おいて，上記リード線はその上端部を電極軸の下端部に
   設けた電極軸下端部に対して抵抗溶接し，またリード線
   の下端部はヒータに電気的に接続してなり，かつ，上記
   リード線の比抵抗Ａに対する上記電極軸下端部の比抵抗
   Ｂの比抵抗比（Ｂ／Ａ）は１．２以上であることを特徴
   とするセラミックグロープラグ。
2. 【請求項２】 請求項１において，上記電極軸下端部の
   溶接断面積Ｐに対する上記リード線の溶接断面積Ｌの面
   積比（Ｌ／Ｐ）は，３〜３６％であることを特徴とする
   セラミックグロープラグ。