JPWO2015146555A1 - セラミックスヒータ型グロープラグ - Google Patents
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Abstract
Description
セラミックスヒータアセンブリ10は、セラミックスヒータ11と、金属製の外筒(シース)12と、太径リード部13等を備えている。太径リード部13は、第1の太径リード部13a及び第2の太径リード部13bを備えている。
セラミックスヒータ11は、通電により加熱される部位であり、セラミックスヒータ11には、その本体部を構成するセラミックス絶縁基体111の内部に、U字状に形成されたセラミックス発熱体112が埋設されている。このセラミックス発熱体112の両端側には、それぞれ金属リード113を介して正側電極114及び負側電極115が設けられている。負側電極115は、セラミックス絶縁基体111の外周面に取り出され、負側電極115を含むセラミックス絶縁基体111の外周面には、負極側メタライズ部116が形成されている。この負極側メタライズ部116は、外筒12の内面にロウ付け等によって接合され、負側電極115は外筒12に電気的に接続されている。すなわち、外筒12は、導電性を有する金属材料から形成されている。
なお、セラミックスヒータ11を外筒12に挿入した際に、外筒12の内周面123とセラミックスヒータ11の外周面118との間隔が約20〜30μmとなるように、セラミックスヒータ11及び外筒12の寸法が決定される。
一方で、太径リード部13の直径が大きすぎると、太径リード部13と外筒12との間の距離を十分に確保することができず、絶縁破壊を生じるおそれがある。よって、太径リード部13の横断面積は、例えば、セラミックス絶縁基体111の横断面積の40%以下であることが好ましい。また、第1の太径リード部13aと第2の太径リード部13bとは、略同等の直径を有している。なお、第1の太径リード部13aの長さは、第1の太径リード部13aの直径の2倍以上の長さとすることが好ましい。
また、第2の太径リード部13bは、鉄(Fe)、鉄合金、ニッケル(Ni)、又はニッケル合金からなる。
また、第1の太径リード部13aと第2の太径リード部13bとは、ロウ付け等により接合される。なお、太径リード部13には、耐熱性を改善するためにニッケル(Ni)メッキ等を施してもよく、耐酸化性を向上させるため、銀(Ag)により被覆してもよい。
ハウジング14は、図示しないエンジンのシリンダヘッドへの取付金具であり、外筒12や太径リード部13を収容するものである。ハウジング14は、例えば、円筒状に形成され、上記のように構成されるセラミックスヒータアセンブリ10が、ロウ付け等により固定されている。図1の例では、ハウジング14の内部に外筒12がロウ付け等により固定されているが、その他の形態として、外筒12を金属管等(図示せず)の内部にロウ付け等によって固定し、その金属管とハウジング本体を構成する部材とを溶接して、一体のハウジング14として形成することもできる。
コイルばね15は、セラミックスヒータアセンブリ10からリード棒16にわたって曲げ応力が作用した際に、自身の変形によりその曲げ応力を吸収して同軸度を維持するように機能するものである。
コイルばね15は、弾性部材としての圧縮コイルばねから形成されている。コイルばね15は、例えば、鉄(Fe)、鉄合金、ニッケル(Ni)、ニッケル合金、又はこれらにニッケルメッキされたものから形成されている。ここで、コイルばね15は、第2の太径リード部13bと同じ材料から形成すると、溶接のし易さの点からも好ましい。
コイルばね15は、ハウジング14内に収容されており、その先端部151が第2の太径リード部13bの後端面132に抵抗溶接等(例えばスポット溶接)により接合されている。コイルばね15の後端部152は、リード棒16の先端面161に抵抗溶接等により接合されている。なお、コイルばね15は、素線が密着した状態で第2の太径リード部13bとリード棒16との間に設けられており、その結果、第2の太径リード部13bとコイルばね15とリード棒16とが電気的に接続されている。
リード棒16は、ハウジング14内に収容され、ハウジング14との間に充填された樹脂又は低融点ガラス等からなる充填剤173及びシールリング174によって固定されている。
リード棒16は、S25C等の鉄系材料から形成されており、コイルばね15と抵抗溶接がしやすい材料から形成されている。
リード棒16は、ハウジング14の後端側でインシュレータ171に保持されるとともに、その後端部はハウジング14外部に露出して、ラウンドピン172と接続されている。
図2に基づいて、ディーゼルエンジン用グロープラグ1の製造方法について説明する。
図2(a)に示すように、外筒12の内部孔121内にセラミックスヒータ11を挿入する。外筒12の肩部122とセラミックスヒータ11の正極側メタライズ部117とが所定の位置関係(例えば図2(b)参照)になるところまで、セラミックスヒータ11を外筒12内に挿入する。
次に、外筒12、セラミックスヒータ11、太径リード部13(第1の太径リード部13a及び第2の太径リード部13b)、コイルばね15を仮組みした状態で、このアッセンブリを800〜900℃まで加熱する。これにより、セラミックスヒータ11及び外筒12、セラミックスヒータ11及び第1の太径リード部13a、第1の太径リード部13a及び第2の太径リード部13bが、それぞれ同時にロウ付けされる。
また、図2(d)に示すように、ハウジング14とリード棒16との間に、シールリング174を挿入する。次いで、リード棒16とハウジング14との間に、樹脂又は低融点ガラス等からなる充填剤173を充填する。
上述した構成によれば、太径リード部13とリード棒16とをコイルばね15を介して接続しているので、グロープラグ1が同軸度公差の許容限界を超えて製造された場合であっても、コイルばね15がグロープラグ1の使用時及び組み立て時に発生する曲げ応力を逃がすことができる。これにより、リード棒16とコイルばね15との接続部、コイルばね15と第2の太径リード部13bとの接続部、第2の太径リード部13bと第1の太径リード部13aとの接続部、及び第1の太径リード部13aとセラミックスヒータ11との接続部の破損を回避することができる。
また、第1の太径リード部13aの剛性をリード棒16よりも低くすることにより、第1の太径リード部13aが撓みやすくなって、第1の太径リード部13aとセラミックスヒータ11の正極側メタライズ部117との接合部、或いは第1の太径リード部13aと第2の太径リード部13bとの接合部への応力集中を緩和することができる。具体的には、エンジン駆動時の振動や、グロープラグ1の組み立て時に各接合部周辺に印加される応力によって当該接合部に曲げ応力が生じた場合であっても、第1の太径リード部13aが撓んで当該接合部への曲げ応力の集中を避けることができる。
また、第1の太径リード部13aの直径を1.0としたときに、第1の太径リード部13aの軸方向長さを2.0以上の値とすることにより、第1の太径リード部13aを十分に撓ませることが可能になる。よって、エンジン駆動時の振動や、グロープラグ1の組み立て時に各接合部周辺に印加される応力によって当該接合部に曲げ応力が生じた場合であっても、第1の太径リード部13aが撓んで当該接合部への曲げ応力の集中を避けることができる。
また、太径リード部13を銀(Ag)により被覆することで、太径リード部13の耐久性(特に耐酸化性)を向上させることができる。
Claims (10)
- セラミックスヒータと、前記セラミックスヒータが一端側に保持されるとともに他端側がハウジングの内部孔に挿入されて固定された金属製の外筒と、を備えたセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、
前記セラミックスヒータの外周面に前記セラミックスヒータの一方の電極を有するとともに、前記セラミックスヒータの後端部に他方の電極を有し、
前記他方の電極に接続された、導電性を有する第1の太径リード部と、
該第1の太径リード部の後端部に接続された、前記第1の太径リード部とは異なる導電性材料からなる第2の太径リード部と、
該第2の太径リード部の後端部に溶接により接続された導電性の弾性部材と、
該弾性部材の後端部に接続された外部接続端子と、を有することを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグ。 - 前記第2の太径リード部が鉄、鉄合金、ニッケル、又はニッケル合金からなることを特徴とする請求項1に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
- 前記弾性部材が鉄、鉄合金、ニッケル、又はニッケル合金からなることを特徴とする請求項1又は2に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
- 前記セラミックスヒータ及び前記外筒、前記セラミックスヒータ及び前記第1の太径リード部、前記第1の太径リード部及び前記第2の太径リード部が、それぞれロウ付けされていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
- 前記弾性部材は、圧縮コイルばねであり、
前記弾性部材は、前記圧縮コイルばねの素線が密着した状態で、前記第2の太径リード部及び前記外部接続端子に接続されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。 - 前記第1の太径リード部の剛性を前記外部接続端子よりも低くしたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
- 前記第1の太径リード部が銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、又は鋳鉄からなることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
- 前記第1の太径リード部の直径を1.0としたときに、前記第1の太径リード部の軸方向長さを2.0以上の値とすることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
- 前記セラミックスヒータの横断面積を1.0としたときに、前記第1の太径リード部の横断面積を0.2〜0.4の範囲内の値とすることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
- 前記第2の太径リード部の横断面積は、前記第1の太径リード部の横断面積と同じであることを特徴とする請求項1〜9に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
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