JPWO2008108161A1 - グロープラグ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

コイル部材の不均一な変形や偏芯等を抑制し、耐久性の向上を図るとともに、ヒータ昇温特性のばらつきを抑制することのできるグロープラグ及びその製造方法を提供する。グロープラグのシースヒータ３は、先端部が閉じた金属製のシースチューブ７を備えており、その内側には、チューブ先端に接合された発熱コイル９等と、発熱コイル９等の内側に挿通された棒状の絶縁体１１とが、これらの隙間を埋める絶縁粉末とともに封入されている。絶縁体１１の先端側には、自身の一般部の外径よりも細径となる先端側テーパ部１１ａが設けられている。そして、絶縁体１１は、スウェージング加工に先立って発熱コイル９等へ挿通され、先端側テーパ部１１ａが発熱コイル９のテーパ状縮径部９ａ内側に配置された状態となることで、スウェージング加工によるテーパ状縮径部９ａへの影響を低減させている。

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの予熱などに使用するグロープラグ及びその製造方法に関する。

ディーゼルエンジンの予熱などに使用するグロープラグとしては、一般に、先端部の閉じた金属製のシースチューブ内に、発熱体としてのコイル部材を絶縁粉末とともに封入したシースヒータを用いるものが知られている。

シースチューブ内に配設されたコイル部材は、その先端部がシースチューブの先端に接合され、その後端部が、シースチューブ後部に挿入された通電端子軸の先端に接合されており、当該通電端子軸を介して通電されることにより発熱する。

上記シースヒータは一般的に以下のように製造される。先ず円筒状のチューブの先端をテーパ状に縮径する一方、通電端子軸の先端に接続されたコイル部材をチューブ内に配置する。そして、チューブの先端部にコイル部材の一端を溶接するとともにチューブ先端を閉塞する。その後、チューブ内にマグネシア等の絶縁粉末を充填し、チューブの後端を通電端子軸との間で封止部材により封止した状態でスウェージング加工を施す。このようにして得られたシースヒータを主体金具に突出状態で組付けることにより、グロープラグが完成する。

しかしながら、コイル部材は比較的柔らかいため、従来では、スウェージング加工を行った際に、コイル部材が途中で曲がってしまったり、偏芯してしまうおそれがあった。場合によっては、コイル部材の巻線ピッチが不均一になることもあった。また、コイル部材の曲がりが大きいと、シースチューブとコイル部材とが接触し通電時に短絡してしまうため、設定温度に達しないなどの不具合が発生するおそれがあった。一方、各コイル部材毎の巻線ピッチの不均一さにより各グロープラグ毎のヒータ昇温特性に大きなバラツキが生じるおそれもあった。

これに対し、近年では、スウェージング加工に先立ってコイル部材内に棒状の絶縁体を挿通することで、シースチューブ内の充填密度を高め、上記不具合の発生を抑制することが提案されている（例えば特許文献１参照）。

但し、図９に示すシースヒータ５０のように、棒状の絶縁体５１をコイル部材５２内に挿通した場合でも、当該絶縁体５１が比較的細径のものであると、コイル部材５２の内周部とのクリアランスが比較的大きくなり、上記同様にコイル部材５２が大きく曲がるおそれがあるため、図１０に示すようにコイル部材５２の内周部とのクリアランスが小さくなるよう、比較的太径の絶縁体６１を用いることが好ましい。
特開２００４−３４０５６２号公報

しかしながら、図１０に示すように、一般的なコイル部材５２の先端部近傍は、シースチューブ５３の先端側テーパ部５３ａと接触しないように、テーパ状に縮径されている。そのため、太径の絶縁体６１を用いた場合には、コイル部材５２の曲がりは小さくできるものの、当該絶縁体６１をコイル部材５２のテーパ状縮径部５２ａ内の先の方まで挿入できないこととなる。この場合、コイル部材５２の先端部近傍は、絶縁粉末のみが充填されることとなり、充填密度が比較的低い状態となる。絶縁体６１が挿通されていないこの部位にスウェージング加工が行われると、この部位では局部的にコイル部材５２の変形量が大きくなったり太さが不均一となったりするおそれがある。これは、スウェージング加工よりシースチューブが変形し、この変形による絶縁粉末の移動に伴って生じる応力がコイル部材に及ぶことが主たる原因として考えられる。コイル部材が局部的に大きく変形すると太さが不均一となり、特に細い部分では抵抗値が大きくなって局部発熱するおそれがあり、早期断線の原因となりうる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コイル部材の不均一な変形や偏芯等を抑制し、耐久性の向上を図るとともに、ヒータ昇温特性のばらつきを抑制することのできるグロープラグ及びその製造方法を提供することにある。

以下、上記課題等を解決するのに適した各構成を項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果等を付記する。

構成１．本構成のグロープラグは、
軸線方向に延び、先端部が閉塞し、該先端に向かって縮径する先端縮径部を備えた筒状のシースチューブと、
抵抗発熱線よりなり、前記シースチューブ内にその軸線に沿って配置されるとともに、前記シースチューブの先端に接合されたコイル部材と、
前記コイル部材に挿通される棒状の絶縁体と、
前記シースチューブ内に充填される絶縁粉末とを有し、
前記コイル部材は、前記シースチューブの先端縮径部に配置されるテーパ状縮径部を有し、
前記絶縁体は、前記コイル部材のテーパ状縮径部に挿通される細径部を有することを特徴とする。

上記構成１のように、絶縁体の先端部に細径となる部分を形成することにより、コイル部材のテーパ状縮径部のより先端の方まで絶縁体を詰めることができる。結果として、スウェージング加工の際にコイル部材が不均一に変形されるのを防止することができ、早期断線を防止できる。

構成２．本構成のグロープラグは、
軸線方向に延び、先端部が閉塞した筒状のシースチューブと、
抵抗発熱線よりなり、前記シースチューブ内にその軸線に沿って配置されるとともに、前記シースチューブの先端に接合されたコイル部材と、
前記シースチューブ内に充填される絶縁粉末とを有し、
スウェージング加工を経て形成されるグロープラグであって、
前記スウェージング加工に先立って、絶縁性材料よりなる棒状の絶縁体が前記コイル部材に挿通されるともに、
前記絶縁体の先端側には、自身の一般部の外径よりも細径となる細径部が形成され、当該細径部が前記コイル部材の先端寄り部位のテーパ状縮径部の内側に挿通された状態で前記スウェージング加工が行われ、
前記絶縁体の先端部が、前記スウェージング加工が施される軸線方向所定区間のうちの先端側端部位置又はそれよりも先端側に位置することを特徴とする。

上記構成２のように、スウェージング加工前で絶縁体の先端部に細径となる部分を形成することにより、コイル部材のテーパ状縮径部のより先端の方まで絶縁体を詰めることができる。スウェージング加工が施される軸線方向所定区間の先端部もしくは当該区間を越えて先端側にまで絶縁体を位置させることによって、スウェージング加工の際にコイル部材が不均一に変形されるのを防止することができ、早期断線を防止できる。

構成３．本構成のグロープラグは、上記構成１又は２において、
軸線方向に対して前記シースチューブの先端内面から前記絶縁体の先端部までの距離をＢとしたとき、
０≦Ｂ≦１（ｍｍ）
の関係を満たすことを特徴とする。

上記構成３のように、絶縁体がシースチューブの先端内面に当接するまで又は先端内面の近傍まで配設されることにより、上記構成１，２の作用効果がより確実に奏される。

構成４．本構成のグロープラグは、上記構成１乃至３のいずれか１つにおいて、
前記シースチューブの一般部の内径と、前記コイル部材の一般部の外径との径差をＤｘとしたとき、
０．４ｍｍ≦Ｄｘ≦１．１ｍｍ
の関係を満たすとともに、
前記コイル部材の一般部の内径と、前記絶縁体の一般部の外径との径差をＣｘとしたとき、
Ｃｘ≦０．３×Ｄｘ
の関係を満たすように形成されたことを特徴とする。

シースチューブの一般部の内周部と、コイル部材の一般部の外周部とのクリアランスは小さすぎると、溶接時やスウェージング加工時の製造バラツキ等により両者が接触して短絡しやすくなる。これを防止するため、上記径差Ｄｘは、スウェージング加工後において０．４ｍｍ以上となることが好ましい。逆に、両者間のクリアランスが大きすぎると、チューブ表面温度が上昇しにくくなり、ヒータ昇温特性に影響がでる。これを防止するため、上記径差Ｄｘはスウェージング加工後において１．１ｍｍ以下となることが好ましい。なお、シースチューブ、コイル部材及び絶縁体の一般部とは、それぞれ軸線方向に沿って均一に延びている部位を指す。

そして、コイル部材に絶縁体を挿通することにより、スウェージング加工時に限らず、当該スウェージング加工に先立ってコイル部材をチューブ内に配置する工程や、チューブ先端にコイル部材を溶接する工程などにおいて、コイル部材が自重により倒れるなどの不具合を防止し、コイル部材の偏芯やコイル曲がり等を低減することができる。従って、シースチューブとコイル部材との短絡の発生を低減させることができる。このような作用効果は、より細径のコイル部材を有するグロープラグにおいて奏効し、この効果を十分に得るためにＣｘ≦０．３×Ｄｘとしている。

構成５．本構成のグロープラグは、上記構成１乃至４のいずれか１つにおいて、
前記絶縁体の細径部が、自身の先端部に向けてテーパ状に縮径したテーパ部となっていることを特徴とする。

上記構成５によれば、コイル部材の先端寄り部位のテーパ状縮径部の内側に挿通された状態となる絶縁体の細径部がテーパ部となっているため、当該絶縁体のテーパ部の外周部と、コイル部材のテーパ状縮径部の内周部とのクリアランスをより小さくでき、上記構成１，２の作用効果をより高めることができる。

このように絶縁体のテーパ部の外周部と、コイル部材のテーパ状縮径部の内周部とのクリアランスをより小さくするためには、両者のテーパ角を同一とすることが好ましい。しかしながら、コイル部材のテーパ状縮径部へ絶縁体のテーパ部を挿通する作業を考慮すると、絶縁体のテーパ部のテーパ角が軸線に対してコイル部材のテーパ状縮径部のテーパ角よりも大きい構成とすることが好ましい。なぜなら、絶縁体をコイル部材に挿入する際に軸ずれし、コイル部材のテーパ状縮径部の途中で絶縁体の先端部が引っ掛かり、絶縁体を適正に挿通させることができないといった不具合が発生するおそれがあり、製造公差を殆ど許容しないものとなり得るからである。換言すると、過剰なまでに公差等の製造管理を行わなければ、コイル部材のテーパ状縮径部内へ適正に絶縁体のテーパ部が挿通されていないものが製造されることを排除することができない。以上のことを踏まえ、以下の構成６とすることで、絶縁体をコイル部材に挿入する際に仮に絶縁体が軸ずれしていたとしても、絶縁体のテーパ部がコイル部材のテーパ状縮径部の内周面を滑るように入っていくようになるため、テーパ状縮径部の途中で絶縁体が引っ掛かりにくく、作業性の向上、ひいては歩留まりの向上を図ることのできるより良い構成とすることができる。

構成６．本構成のグロープラグは、上記構成５において、
前記絶縁体のテーパ部の外周部と軸線とがなす角のうち小なる角度をテーパ角αとし、
前記コイル部材のテーパ状縮径部の内周部を結ぶ接線と軸線とがなす角のうち小なる角度をテーパ角βとしたとき、
β≦α
の関係を満たすことを特徴とする。

構成７．本実施形態のグロープラグは、上記構成１乃至６のいずれか１つにおいて、
前記絶縁体の後端側に、前記先端側の細径部と同一の細径部が形成されていることを特徴とする。

上記構成７によれば、絶縁体の両端部に同一の細径部が形成されるため、コイル部材への絶縁体の挿通作業を行う際に、細径部の有無を確認するといった絶縁体の方向選別作業が不要となり、作業性の向上を図ることができる。

構成８．本構成のグロープラグの製造方法は、
軸線方向に延びる筒状のシースチューブ内に、抵抗発熱線よりなるコイル部材をその軸線に沿って配置する配置工程と、
前記シースチューブの先端を閉塞させるとともに当該先端部に前記コイル部材の先端を接合する接合工程と、
前記シースチューブ内に絶縁粉末を充填する充填工程と、
前記シースチューブにスウェージング加工を施すスウェージング工程とを備えたグロープラグの製造方法であって、
前記スウェージング工程に先立って、絶縁性材料よりなる棒状の絶縁体を前記コイル部材に挿通する挿通工程を備え、
前記絶縁体の先端側に形成され、自身の一般部の外径よりも細径となる細径部が、前記挿通工程において、前記コイル部材の先端寄り部位のテーパ状縮径部の内側に挿通された状態となることによって、
前記スウェージング工程において、前記スウェージング加工が施される軸線方向所定区間のうちの先端側端部位置が、前記絶縁体の先端部の位置又はそれよりも後端側となるようにしたことを特徴とする。

上記構成８によれば、仮にスウェージング加工の際にチューブ内で絶縁体が粉々に折れてしまったとしても、当該加工時に絶縁体がコイル部材内に挿通されていることにより、当該加工によるコイル部材への影響は極力抑えられる。結果として、上記構成２に係る作用効果と同様の作用効果が得られるグロープラグを歩留まり良く製造することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）は、本発明により製造されるグロープラグの一例を示す全体図であり、図１（ｂ）はその縦断面図である。

図１（ａ），（ｂ）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に装着されたシースヒータ３とを備えている。

主体金具２は、軸線Ｃ方向に貫通する軸孔４を有するとともに、その外周面には、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。

シースヒータ３は、シースチューブ７と通電端子軸８とが軸線Ｃ方向に一体化されて構成されている。

図２に示すように、シースチューブ７は、先端部が閉じた金属製（例えばステンレス鋼等）のチューブであって、その内側には、チューブ先端に接合された発熱コイル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とが封入されている。

さらに、シースチューブ７内には、発熱コイル９及び制御コイル１０の内側に酸化アルミニウム（アルミナ）等の絶縁性材料からなる棒状の絶縁体１１が挿通されるとともに、これらの隙間を埋めるように酸化マグネシウム（マグネシア）粉末等からなる絶縁粉末１２が封入されている。そして、シースチューブ７の後端は、通電端子軸８との間で環状ゴム１３により封止されている。前述のように、発熱コイル９はその先端においてシースチューブ７と導通しているが、発熱コイル９及び制御コイル１０の外周部とシースチューブ７の内周部とは、絶縁粉末１２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及び制御コイル１０により本実施形態におけるコイル部材が構成される。

発熱コイル９は例えばニッケルクロム合金等の抵抗発熱線により構成され、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−鉄合金等の抵抗発熱線により構成されている。これにより、制御コイル１０は、自身の発熱及び発熱コイル９からの発熱を受けることにより電気抵抗値を増大させ、発熱コイル９に対する電力供給量を制御する。従って、通電初期においては制御コイル１０の温度が低く電気抵抗値が小さいため、発熱コイル９には比較的大きな電力供給がなされこれを急速昇温させる。そして、発熱コイル９の温度が上昇すると、その発熱により制御コイル１０が加熱されて電気抵抗値が増大し、発熱コイル９への電力供給が減少する。これにより、ヒータの昇温特性は、通電初期に急速昇温した後、以降は制御コイル１０の働きにより電力供給が抑制されて温度が飽和する形となるので、急速昇温性を高めつつコイル温度の過昇も生じにくくすることができる。

また、シースチューブ７には、後述するスウェージング加工等によって、その先端側に発熱コイル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、シースチューブ７が主体金具２の先端より突出した状態で保持される。

通電端子軸８は、自身の先端がシースチューブ７内に挿入され、前記制御コイル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。通電端子軸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１５、樹脂製等の絶縁ブッシュ１６、絶縁ブッシュ１６の脱落を防止するための押さえリング１７、及び、通電用のケーブル接続用のナット１８がこの順序で通電端子軸８に嵌め込まれた構造となっている。

ここで、グロープラグ１の製造方法について説明する。シースヒータ３の製造工程では、先ず挿通工程にて、溶接された発熱コイル９及び制御コイル１０の内側に絶縁体１１を挿通した後、制御コイル１０の後端側を通電端子軸８に抵抗溶接等により接合する。

続く配置工程では、先ず最終寸法よりも加工代分だけ大径に形成され、かつ、先端が閉じられていない筒状のシースチューブ７の先端をテーパ状に縮径する。続いて、このシースチューブ７内に、絶縁体１１の挿通された発熱コイル９及び制御コイル１０と、これと一体となった通電端子軸８の先端を配置する。

そして、接合工程にて、シースチューブ７の先端部に発熱コイル９の先端をアーク溶接等により接合するとともに、当該シースチューブ７の先端を閉塞する。

その後、充填工程にて、シースチューブ７内に絶縁粉末１２を充填した後、シースチューブ７の後端を環状ゴム１３により封止する。そして、スウェージング工程にて、当該シースチューブ７の略全域にスウェージング加工を施し、所定寸法のシースチューブ７が形成される。これにより、当該シースチューブ７が通電端子軸８と一体となったシースヒータ３が完成する。

このように製造されたシースヒータ３は、別途成形された主体金具２の軸孔４に通電端子軸８の後端側から挿入され、シースチューブ７が軸孔４に圧入接合されることにより、シースチューブ７が主体金具２の先端より突出した状態で保持される。続いて、主体金具２の後端部から突出した通電端子軸８の後端部に上記Ｏリング１５等が嵌め込まれることによって、グロープラグ１が完成する。

ここで、本発明の要部であるシースヒータ３の先端部近傍の構成について図３を参照して詳しく説明する。図３は、シースヒータ３の先端部近傍を説明するための模式図である。

シースチューブ７の先端周囲には、当該シースチューブ７の成形時に形成された先端側テーパ部３０が設けられている。先端側テーパ部３０が本実施形態における先端縮径部に相当する。さらに、先端側テーパ部３０の先端側には、シースチューブ７と発熱コイル９とを溶融接合して形成された溶融接合部３１が設けられている。

また、シースチューブ７の先端側テーパ部３０の形状に合わせて、発熱コイル９の先端部近傍には、その最外周形状がテーパ状に縮径したテーパ状縮径部９ａが設けられている。さらに、発熱コイル９に挿通される絶縁体１１の先端部近傍にも、発熱コイル９のテーパ状縮径部９ａ内に配置されるのに合わせて、その最外周形状がテーパ状に縮径した先端側テーパ部１１ａが設けられている。先端側テーパ部１１ａが本実施形態における細径部に相当する。

絶縁体１１の先端部１１ｂは、スウェージング加工が施される軸線Ｃ方向の所定区間Ｗのうちの先端側端部位置Ｚよりもシースチューブ７の先端側に位置している。より詳しくは、次式（１）を満たすように設定されている。

０≦Ｂ≦１ｍｍ …（１）
つまり、本実施形態では、シースチューブ７の先端内面から１ｍｍ離れた位置よりもシースチューブ７の先端側にはスウェージング加工が施されないようになっている。

また、本実施形態では、絶縁体１１の先端側テーパ部１１ａの軸線Ｃに対するテーパ角が、発熱コイル９のテーパ状縮径部９ａの軸線Ｃに対するテーパ角よりも大きく設定されている。より詳しくは、絶縁体１１の先端側テーパ部１１ａの外周部と軸線Ｃとがなす角のうち小なる角度を先端側テーパ部１１ａのテーパ角αとし、発熱コイル９のテーパ状縮径部９ａの内周部を結ぶ接線と軸線Ｃとがなす角のうち小なる角度をテーパ状縮径部９ａのテーパ角βとして、α＝２０°、β＝１５°に設定されている。これにより、発熱コイル９のテーパ状縮径部９ａへ絶縁体１１の先端側テーパ部１１ａを挿通する作業が行いやすくなるため、テーパ状縮径部９ａの途中で絶縁体１１の先端部１１ｂが引っ掛かり、適正に絶縁体１１を挿通できないというような不具合の発生が低減される。

さらに、シースチューブ７の一般部の内径と、発熱コイル９の一般部の外径との径差Ｄｘ、すなわちシースチューブ７の一般部の内周部と、発熱コイル９の一般部の外周部との間のチューブ−コイル間クリアランスＤ１，Ｄ２の合計値Ｄ１＋Ｄ２が、次式（２）を満たすように設定されている。

０．４ｍｍ≦Ｄ１＋Ｄ２≦１．１ｍｍ …（２）
これは、チューブ−コイル間クリアランスＤ１又はＤ２が小さすぎると、溶接時やスウェージング加工時の製造誤差等により両者が接触して短絡しやすくなり、逆にチューブ−コイル間クリアランスＤ１又はＤ２が大きすぎると、チューブ表面温度が上昇しにくくなり、ヒータ昇温特性に影響がでるためである。

加えて、発熱コイル９の一般部の内径と、絶縁体１１の一般部の外径との径差Ｃｘ、すなわち発熱コイル９の一般部の内周部と、絶縁体１１の一般部の外周部との間のコイル−絶縁体間クリアランスＣ１，Ｃ２の合計値Ｃ１＋Ｃ２は、上記チューブ−コイル間クリアランスＤ１，Ｄ２の合計値Ｄ１＋Ｄ２に対する比が、次式（３）を満たすように設定されている。

Ｃ１＋Ｃ２≦０．３×（Ｄ１＋Ｄ２） …（３）
なお、シースチューブ７、発熱コイル９及び絶縁体１１の一般部とは、それぞれ軸線Ｃ方向に沿って均一に延びている部位を指す。本実施形態では、発熱コイル９の一般部の外径及び内径と、制御コイル１０の一般部の外径及び内径とが同一設定となっているため、発熱コイル９の配置区間と制御コイル１０の配置区間とで上記同様の関係が成り立つ。

また、上記クリアランスＣ１，Ｃ２，Ｄ１，Ｄ２の値は、スウェージング加工後の実測値である。上記クリアランスＣ１，Ｃ２，Ｄ１，Ｄ２の値としては、上記関係式（２），（３）を満たす多様な値を設定可能であるが、これに関して、チューブ−コイル間クリアランスＤ１，Ｄ２の合計値Ｄ１＋Ｄ２をそれぞれ１．０ｍｍ，０．７ｍｍ，０．４ｍｍに設定した３種類の試作例を上記方法により作製し検証した。各試作例の測定データを表１〜３、及び図４〜７のグラフに示す。

表１では、チューブ−コイル間クリアランスＤ１，Ｄ２の合計値Ｄ１＋Ｄ２が１．０ｍｍとなる試作例１に関して、コイル−絶縁体間クリアランスＣ１，Ｃ２の合計値Ｃ１＋Ｃ２をそれぞれ０．４２ｍｍ，０．３０ｍｍ，０．２４ｍｍ，０．１０ｍｍに設定した４種類の試作例１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄについて示している。ここで、試作例１ａは比較例であり、試作例１ｂ，１ｃ，１ｄが本実施例である。

表１には、各試作例１ａ〜１ｄに関して、コイル−絶縁体間クリアランスＣ１，Ｃ２の合計値Ｃ１＋Ｃ２、及び、チューブ−コイル間クリアランスＤ１，Ｄ２の合計値Ｄ１＋Ｄ２に対するその比率が示されている。さらに、各試作例１ａ〜１ｄに係り、それぞれ１００本ずつ作製されたサンプルのうち、チューブ−コイル間クリアランスＤ１又はＤ２の値が最小だったものの当該クリアランスＤ１又はＤ２の値が表１には示されている。チューブ−コイル間クリアランスＤ１又はＤ２の最小値は、試作例１ａでは０ｍｍ、試作例１ｂでは０．１５ｍｍ、試作例１ｃでは０．２０ｍｍ、試作例１ｄでは０．３２ｍｍであった。図４に示すグラフは、表１に示したコイル−絶縁体間クリアランスＣ１，Ｃ２の合計値Ｃ１＋Ｃ２と、チューブ−コイル間クリアランスＤ１又はＤ２の最小値との関係を表したものである。ここでは、コイル−絶縁体間クリアランスＣ１，Ｃ２の合計値Ｃ１＋Ｃ２を横軸に、チューブ−コイル間クリアランスＤ１又はＤ２の最小値を縦軸にとって表している。

表２では、チューブ−コイル間クリアランスＤ１，Ｄ２の合計値Ｄ１＋Ｄ２が０．７ｍｍとなる試作例２に関して、コイル−絶縁体間クリアランスＣ１，Ｃ２の合計値Ｃ１＋Ｃ２をそれぞれ０．３１ｍｍ，０．２０ｍｍ，０．１３ｍｍ，０．０５ｍｍに設定した４種類の試作例２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄについて示している。ここで、試作例２ａは比較例であり、試作例２ｂ，２ｃ，２ｄが本実施例である。

表２には、上記表１と同様に、各試作例２ａ〜２ｄに関して、コイル−絶縁体間クリアランスＣ１，Ｃ２の合計値Ｃ１＋Ｃ２、チューブ−コイル間クリアランスＤ１，Ｄ２の合計値Ｄ１＋Ｄ２に対するその比率、及び、チューブ−コイル間クリアランスＤ１又はＤ２の最小値が示されている。チューブ−コイル間クリアランスＤ１又はＤ２の最小値は、試作例２ａでは０ｍｍ、試作例２ｂでは０．１３ｍｍ、試作例２ｃでは０．２２ｍｍ、試作例２ｄでは０．３２ｍｍであった。図５に示すグラフは、上記図４のグラフと同様に、表２に示した関係を表したものである。

表３では、チューブ−コイル間クリアランスＤ１，Ｄ２の合計値Ｄ１＋Ｄ２が０．４ｍｍとなる試作例３に関して、コイル−絶縁体間クリアランスＣ１，Ｃ２の合計値Ｃ１＋Ｃ２をそれぞれ０．１８ｍｍ，０．１１ｍｍ，０．０８ｍｍ，０．０４ｍｍに設定した４種類の試作例３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄについて示している。ここで、試作例３ａは比較例であり、試作例３ｂ，３ｃ，３ｄが本実施例である。

表３には、上記表１と同様に、各試作例３ａ〜３ｄに関して、コイル−絶縁体間クリアランスＣ１，Ｃ２の合計値Ｃ１＋Ｃ２、チューブ−コイル間クリアランスＤ１，Ｄ２の合計値Ｄ１＋Ｄ２に対するその比率、及び、チューブ−コイル間クリアランスＤ１又はＤ２の最小値が示されている。チューブ−コイル間クリアランスＤ１又はＤ２の最小値は、試作例３ａでは０ｍｍ、試作例３ｂでは０．１７ｍｍ、試作例３ｃでは０．２２ｍｍ、試作例３ｄでは０．３１ｍｍであった。図６に示すグラフは、上記図４のグラフと同様に、表３に示した関係を表したものである。

なお、図７のグラフは、図４〜６のグラフを同時に表したものである。図７から明らかなように、チューブ−コイル間クリアランスＤ１，Ｄ２の合計値Ｄ１＋Ｄ２に対するコイル−絶縁体間クリアランスＣ１，Ｃ２の合計値Ｃ１＋Ｃ２の比率が大きいものほど、チューブ−コイル間クリアランスＤ１又はＤ２の最小値が小さくなる傾向にある。特に、比率が０．４よりも大きい試作例１ａ、２ａ，３ａでは、チューブ−コイル間クリアランスＤ１又はＤ２の最小値が０ｍｍとなるサンプルがあった。最小値が０ｍｍとは、シースチューブ７の一般部の内周部と、発熱コイル９又は制御コイル１０の一般部の外周部とが接触していることを示し、これらのサンプルは通電時に短絡することとなる。そのため、試作例１ａ、２ａ，３ａと同じタイプの製品を実際に製造した場合には短絡不良となる製品がでて、歩留まりが低下するおそれがある。逆に、比率が０．３以下となる他の試作例では、チューブ−コイル間クリアランスＤ１又はＤ２の最小値が０ｍｍとなるサンプルは１００本中一つもでなかった。従って、スウェージング加工後において上記関係式（３）を満たすものであれば、歩留まり良く製造することができる。

次に、本発明の効果を確認するべく、シースヒータ３の性能に関して検証した結果を表４に示す。ここでは、短絡の発生、コイル先端の変形量、ヒータ昇温特性及び耐久性について検証している。

表４には、スウェージング加工後の絶縁体１１の一般部の平均外径が１．８ｍｍに設定され、先端形状の少なくとも一方を異ならせたシースヒータ３（実施例１，２）の検証結果と共に、絶縁体１１の一般部の平均外径が１．４ｍｍ及び１．８ｍｍに設定されたシースヒータ（比較例１，２）の検証結果が示されている。これら検証結果は、上記実施例１，２及び比較例１，２に係り、それぞれ１００本ずつ作製されたサンプルの測定結果に基づくものである。なお、平均ヒータ昇温特性及び耐久性の検証においては、短絡発生の検証において短絡が発生した物を除いて平均値、ばらつき及び最短サイクル数を取得している。

短絡発生の検証においては、各サンプルのＸ線写真から、シースチューブ７の一般部の内周部と、発熱コイル９又は制御コイル１０の一般部の外周部とが接触しているか否かを確認するクリアランス測定を行うとともに、通電して電流値を確認することにより、短絡発生の有無を判断した。

コイル先端の変形量の検証においては、各サンプルのＸ線写真から、発熱コイル９の先端部近傍の変形の具合を確認した。ここでは、不均一な変形がほとんどみられなかったものを良（○）、やや変形がみられたものを可（△）、過剰な変形がみられたものを不良（×）として評価した。

ヒータ昇温特性の検証においては、直流２４Ｖの一定電圧を印加し、通電開始から６秒後の到達温度を測定する試験を各サンプルに対して行い、その平均値及びばらつきについて調べた。

耐久性の検証においては、直流２６Ｖの電圧を３０秒間印加した後、チューブ表面温度が５０℃以下になるまで通電を休止するのを１サイクルとして、これを繰り返す通電耐久試験を行い、断線等の不具合が生じたサンプルのうち、最短のもののサイクル数を取得している。

表４から分かるように、スウェージング加工後の絶縁体１１の一般部の平均外径が１．４ｍｍに設定された比較例１では、短絡の発生したサンプルが確認された。これは、発熱コイル９や制御コイル１０の一般部の外径に比べて絶縁体１１の外径が比較的細く、コイル−絶縁体間クリアランスＣ１，Ｃ２が大きいため、スウェージング加工により発熱コイル９や制御コイル１０が途中で曲がってしまったり、偏芯してしまうことが原因であった。但し、比較例１では、絶縁体１１の外径が細く、絶縁体１１の先端が発熱コイル９のテーパ状縮径部９ａの先の方まで挿通されるため（図９参照）、シースチューブ７の先端内面から絶縁体１１の先端部１１ｂまでの距離Ｂが１ｍｍと比較的小さく、発熱コイル９の先端部近傍に対するスウェージング加工の影響が抑えられ、発熱コイル９の先端部近傍にやや不均一な変形のみられるサンプルがいくつか確認されたのみであった。このため、耐久性に関しては、断線等の発生までに６０００サイクルを要し、比較的優れている。しかしながら、比較例１では、短絡したサンプルが存在していることに加え、スウェージング加工による発熱コイル９や制御コイル１０の変形が不均一になりやすいため、ヒータ昇温特性に関しては、通電開始から６秒後の到達温度が平均８５０℃±５０℃と、発熱温度のばらつきが三者のうちで最も大きいものとなった。

一方、スウェージング加工後の絶縁体１１の一般部の平均外径が１．８ｍｍに設定された比較例２では、発熱コイル９や制御コイル１０の一般部の外径に比べて絶縁体１１の外径が比較的太く、コイル−絶縁体間クリアランスＣ１，Ｃ２が小さいため、スウェージング加工により発熱コイル９や制御コイル１０に大きな曲がりや偏芯が発生せず、短絡の発生したサンプルは確認されなかった。このため、ヒータ昇温特性に関しては、通電開始から６秒後の到達温度が平均８５０℃±４０℃と、比較例１に比べ発熱温度のばらつきがやや小さかった。しかしながら、比較例２では、絶縁体１１の先端が発熱コイル９のテーパ状縮径部９ａの先の方まで挿通されないため（図１０参照）、シースチューブ７の先端内面から絶縁体１１の先端部１１ｂまでの距離Ｂが２ｍｍと比較的大きく、スウェージング加工後における発熱コイル９の先端部近傍の変形量が非常に大きいサンプルがいくつか確認された。これらのサンプルでは、不均一に変形してしまった部位において太さにもバラツキが生じ、細くなった部分で抵抗値が大きくなり、そこで早期断線が発生したため、比較例２では、通電耐久試験の結果が３０００サイクルとなり、耐久性に関して三者のうちで最も悪い結果が得られた。

これに対し、本発明を具現化した実施例１，２では、絶縁体１１の先端に先端側テーパ部１１ａが形成されているため、コイル−絶縁体間クリアランスＣ１，Ｃ２を比較的小さく保ちつつも、発熱コイル９のテーパ状縮径部９ａのより先端側まで絶縁体１１の先端を挿通させることができる。さらに、本実施例１，２では、絶縁体１１の先端側テーパ部１１ａの外周部と、発熱コイル９のテーパ状縮径部９ａの内周部とのクリアランスをより小さくできるため、上記比較例１以上に、発熱コイル９の先端部近傍に対するスウェージング加工の影響を抑えることができ、どのサンプルにも、発熱コイル９の先端部近傍における不均一な変形はみられなかった。通電耐久試験の結果に関しても、シースチューブ７の先端内面から絶縁体１１の先端部１１ｂまでの距離Ｂが０ｍｍの実施例１、及び、距離Ｂが１ｍｍの実施例２とも、比較例１と同様、６０００サイクルとなり、優れたものであった。また、比較例２と同様に、発熱コイル９や制御コイル１０に大きな曲がりや偏芯が発生しないため、短絡の発生したサンプルは確認されなかった。加えて、本実施例１，２では、各サンプル毎の発熱コイル９の変形がより均一となりやすいため、ヒータ昇温特性に関しては、通電開始から６秒後の到達温度が平均８５０℃±３０℃と、発熱温度のばらつきが三者のうちで最も小さいものとなった。

次に、シースチューブ７の先端内面から絶縁体１１の先端部１１ｂまでの距離Ｂと、シースヒータ３の性能との関係について検証した結果を表５に示す。ここでは、上記同様の方法により、コイル先端の変形量及び耐久性について検証している。

表５には、スウェージング加工後の絶縁体１１の一般部の平均外径が１．８ｍｍに設定されたシースヒータ３において、絶縁体１１の先端側テーパ部１１ａの軸線Ｃ方向における長さＴ（図３参照）を変化させることにより、シースチューブ７の先端内面から絶縁体１１の先端部１１ｂまでの距離Ｂを異ならせた各種態様例（実施例３〜６及び比較例３〜５）の検証結果が示されている。これら検証結果は、上記実施例３〜６及び比較例３〜５に係り、それぞれ２０本ずつ作製されたサンプルの測定結果に基づくものである。なお、比較例５（Ｂ＝２．００ｍｍ）では、先端側テーパ部１１ａの長さＴが０ｍｍとなり、実質的に先端側テーパ部１１ａのない構成となっている。

表５から分かるように、シースチューブ７の先端内面から絶縁体１１の先端部１１ｂまでの距離Ｂが、０ｍｍ（実施例３）、０．５０ｍｍ（実施例４）、０．７５ｍｍ（実施例５）、１．００ｍｍ（実施例６）と、上記関係式（１）を満たすように設定されているものでは、どのサンプルにも、発熱コイル９の先端部近傍における不均一な変形はみられなかった。このため、通電耐久試験の結果に関しても、実施例３〜６全てにおいて断線等の発生までに６０００サイクルを要し、耐久性に優れたものとなった。

これに対し、シースチューブ７の先端内面から絶縁体１１の先端部１１ｂまでの距離Ｂが、１．２５ｍｍ（比較例３）、１．５０ｍｍ（比較例４）、２．００ｍｍ（比較例５）と、上記関係式（１）を満たさないものでは、絶縁体１１の先端に先端側テーパ部１１ａが形成されない構成と同様に、スウェージング加工後における発熱コイル９の先端部近傍の変形量が大きいサンプルがいくつか確認された。このため、通電耐久試験の結果は、比較例３で４０００サイクル、比較例４，５で３０００サイクルとなり、耐久性に関しても実施例３〜６よりも悪い結果が得られた。

以上の結果から分かるように、チューブ−コイル間における短絡の発生を低減させるためには、絶縁体１１の径を太くして、発熱コイル９や制御コイル１０の曲がりや偏芯を抑えれば良い。また、発熱コイル９の先端部近傍における不均一な変形の発生を低減させるためには、発熱コイル９のテーパ状縮径部９ａのより先端側まで絶縁体１１の先端を挿通させ、スウェージング加工時における発熱コイル９の先端部近傍の変形量を小さく抑えれば良いことが分かる。つまり、両者の性能を併せ持つには、本実施形態のように、絶縁体１１を比較的太いものとするとともに、その先端に先端側テーパ部１１ａを形成して、当該先端側テーパ部１１ａを発熱コイル９のテーパ状縮径部９ａのより先端側まで挿通させれば良い。このようにすることで、グロープラグ１の耐久性の向上を図るとともに、ヒータ昇温特性のばらつきを抑制することができる。なお、仮にスウェージング加工の際にシースチューブ７内で絶縁体１１が粉々に折れてしまったとしても、当該加工時に絶縁体１１が発熱コイル９及び制御コイル１０に挿通されていることにより、当該加工による発熱コイル９等への影響は極力抑えられる。

また、比較例１の結果から、絶縁体１１の外径が比較的細く、当該絶縁体１１と発熱コイル９のテーパ状縮径部９ａとの間に、ある程度の隙間ができても、絶縁体１１の先端を発熱コイル９のテーパ状縮径部９ａの先の方まで挿通し、シースチューブ７の先端内面から絶縁体１１の先端部１１ｂまでの距離Ｂを１ｍｍ以下（Ｂ≦１ｍｍ）に抑えれば、耐久性にはあまり影響を与えないことが分かる。同様に、表５に示した検証結果から、先端側テーパ部１１ａの長さＴを変化させても、シースチューブ７の先端内面から絶縁体１１の先端部１１ｂまでの距離Ｂを１ｍｍ以下（Ｂ≦１ｍｍ）に抑えれば、耐久性にはあまり影響を与えないことが分かる。

なお、上述した実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。

（ａ）グロープラグ１の形状など各種構成は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、シースチューブ７は、大径部７ｂが省略され、その外径が略一定のストレート形態のものであってもよい。また、上記実施形態では、発熱コイル９及び制御コイル１０によりコイル部材が構成されているが、これに限らず、例えば制御コイル１０を省略した構成であってもよい。

また、グロープラグ１の製造方法に関しても、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、スウェージング工程においては、一般的に、シースチューブ７を先端側から後端側まで後端方向に向かってスウェージングする正方向スウェージングや、シースチューブ７を後端側から先端側まで先端方向に向かってスウェージングする逆方向スウェージングなどが行われる。しかし、本実施形態においては、このスウェージングの方向に関しては特に限定されず、例えば、両方向に、又は、正逆いずれか一方向にのみ行う構成としてもよい。

（ｂ）シースチューブ７、発熱コイル９、制御コイル１０及び絶縁体１１の寸法に関しては、上記関係式（２），（３）を満たしていれば、どのような組合せであってもよい。

（ｃ）絶縁体１１の形状に関しても上記実施形態に限定されるものではない。例えば、絶縁体１１の先端側に形成された先端側テーパ部１１ａに代えて、図８に示すように、絶縁体１１の一般部の外径よりも細径でかつ軸線Ｃ方向に沿って同一径となる細径部４０を備えた構成としてもよい。このような構成でも上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。但し、発熱コイル９のテーパ状縮径部９ａの内周部とのクリアランスをより小さくするためには、絶縁体１１の先端がテーパ状に形成されている方がより好ましい。

また、上記実施形態では、絶縁体１１の先端側のみがテーパ形状となっているが、これに限らず、絶縁体１１の後端側に、先端側テーパ部１１ａと同一のテーパ部が形成された構成としてもよい。このようにすれば、絶縁体１１の両端部に同一のテーパ部が形成されることとなり、発熱コイル９及び制御コイル１０への絶縁体１１の挿通作業を行うに際し、先端側テーパ部１１ａの有無を確認するといった絶縁体１１の方向選別作業が不要となり、作業性の向上を図ることができる。

さらに、上記実施形態では、絶縁体１１の先端側テーパ部１１ａのテーパ角αが２０°、発熱コイル９のテーパ状縮径部９ａのテーパ角βが１５°に設定されている。これに限らず、絶縁体１１の先端側テーパ部１１ａのテーパ角αが、発熱コイル９のテーパ状縮径部９ａのテーパ角β以上となるように設定されていれば良い。但し、両テーパ角の差がありすぎると、スウェージング加工による影響を低減させる上述したような作用効果を得ることが難しくなるため、次式（４）の関係を満たすように設定されていることが好ましい。

β≦α≦β＋１０° …（４）
特に、発熱コイル９のテーパ状縮径部９ａの内周部とのクリアランスをより小さくするためには、両テーパ角が同一（α＝β）と設定することが好ましい。

（ｄ）絶縁体１１の材質に関しても上記実施形態に限定されるものではなく、例えば絶縁体１１が酸化マグネシウムなど他の絶縁性材料から形成されていてもよい。

（ｅ）上記実施形態においては、制御コイル１０と発熱コイル９について、一般部の外径及び内径がそれぞれ等しいものを使用しているが、本発明はこれに限定されることなく、種々寸法が異なるものを使用してもよい。なお、本発明を効果的に採用できる構成例としては、制御コイルと発熱コイルのうち、柔らかく変形しやすいもの（例えば、コイルを構成するヤング率が低い方のもの）に対して一般部とする例が挙げられる。

（ａ）は本実施形態のグロープラグを示す全体図であり、（ｂ）はその縦断面図である。 シースヒータを説明するための部分拡大断面図である。 シースヒータの先端部近傍を説明するための模式図である。 一試作例の測定データを示すグラフである。 一試作例の測定データを示すグラフである。 一試作例の測定データを示すグラフである。 試作例の測定データを示すグラフである。 別の実施形態におけるシースヒータの先端部近傍を説明するための模式図である。 従来のシースヒータの先端部近傍を説明するための模式図である。 従来のシースヒータの先端部近傍を説明するための模式図である。

符号の説明

１…グロープラグ、２…主体金具、３…シースヒータ、７…シースチューブ、９…発熱コイル、９ａ…テーパ状縮径部、１０…制御コイル、１１…絶縁体、１１ａ…先端側テーパ部、１２…絶縁粉末、Ｃ１，Ｃ２…コイル−絶縁体間クリアランス、Ｄ１，Ｄ２…チューブ−コイル間クリアランス。

Claims (8)

1. 軸線方向に延び、先端部が閉塞し、該先端に向かって縮径する先端縮径部を備えた筒状のシースチューブと、
   抵抗発熱線よりなり、前記シースチューブ内にその軸線に沿って配置されるとともに、前記シースチューブの先端に接合されたコイル部材と、
   前記コイル部材に挿通される棒状の絶縁体と、
   前記シースチューブ内に充填される絶縁粉末とを有し、
   前記コイル部材は、前記シースチューブの先端縮径部に配置されるテーパ状縮径部を有し、
   前記絶縁体は、前記コイル部材のテーパ状縮径部に挿通される細径部を有することを特徴とするグロープラグ。
2. 軸線方向に延び、先端部が閉塞した筒状のシースチューブと、
   抵抗発熱線よりなり、前記シースチューブ内にその軸線に沿って配置されるとともに、前記シースチューブの先端に接合されたコイル部材と、
   前記シースチューブ内に充填される絶縁粉末とを有し、
   スウェージング加工を経て形成されるグロープラグであって、
   前記スウェージング加工に先立って、絶縁性材料よりなる棒状の絶縁体が前記コイル部材に挿通されるともに、
   前記絶縁体の先端側には、自身の一般部の外径よりも細径となる細径部が形成され、当該細径部が前記コイル部材の先端寄り部位のテーパ状縮径部の内側に挿通された状態で前記スウェージング加工が行われ、
   前記絶縁体の先端部が、前記スウェージング加工が施される軸線方向所定区間のうちの先端側端部位置又はそれよりも先端側に位置することを特徴とするグロープラグ。
3. 軸線方向に対して前記シースチューブの先端内面から前記絶縁体の先端部までの距離をＢとしたとき、
   ０≦Ｂ≦１（ｍｍ）
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のグロープラグ。
4. 前記シースチューブの一般部の内径と、前記コイル部材の一般部の外径との径差をＤｘとしたとき、
   ０．４ｍｍ≦Ｄｘ≦１．１ｍｍ
   の関係を満たすとともに、
   前記コイル部材の一般部の内径と、前記絶縁体の一般部の外径との径差をＣｘとしたとき、
   Ｃｘ≦０．３×Ｄｘ
   の関係を満たすように形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のグロープラグ。
5. 前記絶縁体の細径部が、自身の先端部に向けてテーパ状に縮径したテーパ部となっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のグロープラグ。
6. 前記絶縁体のテーパ部の外周部と軸線とがなす角のうち小なる角度をテーパ角αとし、
   前記コイル部材のテーパ状縮径部の内周部を結ぶ接線と軸線とがなす角のうち小なる角度をテーパ角βとしたとき、
   β≦α
   の関係を満たすことを特徴とする請求項５に記載のグロープラグ。
7. 前記絶縁体の後端側に、前記先端側の細径部と同一の細径部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のグロープラグ。
8. 軸線方向に延びる筒状のシースチューブ内に、抵抗発熱線よりなるコイル部材をその軸線に沿って配置する配置工程と、
   前記シースチューブの先端を閉塞させるとともに当該先端部に前記コイル部材の先端を接合する接合工程と、
   前記シースチューブ内に絶縁粉末を充填する充填工程と、
   前記シースチューブにスウェージング加工を施すスウェージング工程とを備えたグロープラグの製造方法であって、
   前記スウェージング工程に先立って、絶縁性材料よりなる棒状の絶縁体を前記コイル部材に挿通する挿通工程を備え、
   前記絶縁体の先端側に形成され、自身の一般部の外径よりも細径となる細径部が、前記挿通工程において、前記コイル部材の先端寄り部位のテーパ状縮径部の内側に挿通された状態となることによって、
   前記スウェージング工程において、前記スウェージング加工が施される軸線方向所定区間のうちの先端側端部位置が、前記絶縁体の先端部の位置又はそれよりも後端側となるようにしたことを特徴とするグロープラグの製造方法。

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