KR101673102B1 - 글로 플러그 - Google Patents

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KR101673102B1
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히로시 하라다
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니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
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    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/02—Details
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Abstract

중심축과 히터를 접속하는 통 형상 부재를 구비하는 글로 플러그에 있어서, 히터의 절손의 발생을 억제한다. 글로 플러그는 저항 발열체를 내부로 유지하는 봉 형상의 히터와, 히터를 수용하는 통 형상의 금속 쉘과, 금속 쉘의 내부에 수용되며, 외부로부터의 전류가 도통되는 봉 형상의 중심축과, 금속 쉘의 내부에 배치되는 도전성의 통 형상 부재를 구비한다. 통 형상 부재는 양단부에 각각 개구부를 가지며, 일방의 개구부에는 히터의 후단부가 압입되고, 타방의 개구부에는 중심축의 선단부가 삽입되어 히터의 저항 발열체와 중심축을 전기적으로 접속한다. 히터는 외주면에 전극취출부를 구비한다. 통 형상 부재는 일방 단부와 타방 단부의 사이에 위치하여 전극취출부와 접촉하는 중간부를 구비하고, 일방 단부에 있어서의 부재의 두께가 중간부에 있어서의 부재의 두께보다도 얇다.

Description

글로 플러그{GLOW PLUG}
본 발명은 글로 플러그에 관한 것이다.
글로 플러그는 압축착화방식에 의한 내연기관(예를 들면 디젤엔진)의 보조열원으로서 사용된다. 이 글로 플러그에 관해서 종래부터, 봉 형상의 중심축과 그 선단측에 배치되는 봉 형상의 세라믹 히터를 도전성의 링 부재에 의해서 접속하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 일본국 특개2006-153338호 공보 등).
그러나 링 부재에 의해서 중심축과 세라믹 히터를 접속하는 경우에는, 링 부재의 축 구멍에 히터를 압입시킬 필요가 있기 때문에, 링 부재가 장착된 히터에는, 압입(壓入)에 기인하는 잔류 응력이 발생한다. 잔류 응력이 발생하면, 충격 등을 받았을 때에 히터가 파손되기 쉬워질 우려가 있었다. 또, 링 부재의 축 구멍에 히터를 압입시킬 때에 히터가 파손되기 쉽다고 하는 우려가 있었다. 한편, 압입을 용이하게 하기 위해서 링 부재의 축 구멍 직경을 히터의 축 직경에 대해서 필요 이상으로 크게 하면, 링 부재를 장착한 후의 히터에 있어서, 링 부재와 히터 사이의 면압이 저하되어 접촉 저항이 증대될 우려가 있었다.
상기 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.
(1) 본 발명의 일 형태에 따르면, 글로 플러그가 제공된다. 이 형태의 글로 플러그는 축선을 따라서 연장되며, 저항 발열체를 내부로 유지하는 봉 형상의 히터와; 상기 히터의 선단부를 돌출시킨 상태에서 내부에 수용하는 통 형상의 금속 쉘과; 상기 금속 쉘의 내부에 수용되며, 외부로부터의 전류가 도통되는 봉 형상의 중심축과; 상기 금속 쉘의 내부에 배치되는 도전성의 통 형상 부재를 구비한다. 상기 통 형상 부재는 일방 단부의 개구부에 상기 히터의 후단부가 압입됨과 아울러, 타방 단부의 개구부에 상기 중심축의 선단부가 삽입되어 상기 히터의 상기 저항 발열체와 상기 중심축을 전기적으로 접속한다. 또, 상기 히터는 외주면에 상기 저항 발열체와 전기적으로 접속되어 있는 전극취출부를 구비한다. 상기 통 형상 부재는 상기 일방 단부와 상기 타방 단부의 사이에 위치하여 상기 전극취출부와 접촉하는 중간부를 구비하며, 상기 일방 단부에 있어서의 부재의 두께가 상기 중간부에 있어서의 부재의 두께보다도 얇다. 이 형태의 글로 플러그에 따르면, 히터가 통 형상 부재의 일방 단부로부터 받는 면압이, 중간부에서 받는 면압보다도 작아진다. 따라서, 히터가 통 형상 부재에 압입될 때나 압입된 후에 히터가 파손되는 것이 억제된다. 또, 히터의 전극취출부가 통 형상 부재의 중간부로부터 받는 면압이 확보되기 때문에, 통 형상 부재와 히터 사이의 접촉 저항의 증대가 억제된다.
(2) 상기 형태의 글로 플러그에 있어서, 상기 통 형상 부재에 있어서의 상기 타방 단부의 부재의 두께는 상기 중간부에 있어서의 부재의 두께보다도 얇게 구성되어 있어도 좋다. 이 형태의 글로 플러그에 따르면, 통 형상 부재의 어느 하나의 단부에 히터가 압입되었다고 해도, 히터의 파손이 억제된다. 따라서, 히터가 통 형상 부재에 압입될 때에, 통 형상 부재의 방향을 확인할 필요가 없어진다. 따라서, 글로 플러그의 제조 과정에 있어서 통 형상 부재의 방향을 맞추는 수고를 줄일 수 있어 제조 비용의 삭감을 도모할 수 있다. 또, 중심축의 통 형상 부재로의 장착이 용이화(容易化)된다.
(3) 상기 형태의 글로 플러그에 있어서, 상기 통 형상 부재에 있어서의 부재의 두께는, 상기 일방 단부에서 상기 중간부에 걸쳐서 연속적으로 두껍게 되어 있어도 좋다. 이 형태의 글로 플러그에 따르면, 히터의 후단부가 통 형상 부재로부터 받는 면압이, 통 형상 부재의 일방 단부에서 중간부에 걸쳐서 연속적으로 커진다. 따라서, 히터의 파손이 더욱더 억제된다.
(4) 상기 형태의 글로 플러그에 있어서, 상기 통 형상 부재의 상기 일방 단부에 있어서의 상기 개구부를 가지는 단면과 상기 히터의 상기 전극취출부 사이의 거리가 0.6㎜ 이상이라도 좋다. 이 형태의 글로 플러그에 따르면, 통 형상 부재와 전극취출부 사이의 접촉 저항의 증대가 억제된다.
(5) 상기 형태의 글로 플러그에 있어서, 상기 통 형상 부재는 상기 중간부를 포함하여 두께가 상기 통 형상 부재에 있어서의 부재의 두께의 최솟값과 최댓값의 평균값 이상인 두께부를 가지고 있으며, 상기 두께부는 적어도, 상기 히터의 상기 전극취출부의 외주로부터 0.6㎜ 범위의 전체를 덮도록 배치되어 있어도 좋다. 이 형태의 글로 플러그에 따르면, 통 형상 부재와 전극취출부 사이의 접촉 저항의 증대가 더욱더 억제된다.
(6) 상기 형태의 글로 플러그에 있어서, 상기 통 형상 부재의 외주면과 상기 금속 쉘의 내주면 사이의 거리는 적어도 0.2㎜라도 좋다. 이 형태의 글로 플러그이면, 통 형상 부재와 금속 쉘의 사이에 있어서의 단락의 발생이 억제된다.
(7) 상기 형태의 글로 플러그에 있어서, 상기 통 형상 부재는 부재의 두께가 최소가 되는 부위인 최소 두께 부위에 있어서의 상기 통 형상 부재의 가상 중심축에 수직인 단면의 면적이, 상기 통 형상 부재를 구성하는 재료의 0.2％ 내력(耐力)에 의거하여 규정되어 있어도 좋다. 이 형태의 글로 플러그에 따르면, 히터의 압입시의 변형이 억제되도록, 최소 두께 부위의 강도를 확보할 수 있다.
(8) 상기 형태의 글로 플러그에 있어서, 상기 통 형상 부재는 0.2％ 내력이 130㎏f/㎟ 이하인 재료에 의해서 구성되어 있으며, 상기 최소 두께 부위에 있어서의 상기 단면의 면적이 1.5㎟ 이상이라도 좋다. 이 형태의 글로 플러그에 따르면, 히터의 압입시의 통 형상 부재의 변형이 더욱 확실하게 억제된다.
(9) 상기 형태의 글로 플러그에 있어서, 상기 통 형상 부재는 부재의 두께가 최대로 되는 부위에서 상기 전극취출부와 접촉하고 있어도 좋다. 이 형태의 글로 플러그에 따르면, 통 형상 부재와 전극취출부 사이의 접촉 저항이 저감된다.
또한, 본 발명은 여러 가지의 형태로 실현하는 것이 가능하고, 예를 들면, 중심축과 히터를 접속하기 위한 통 형상 부재, 글로 플러그를 구비하는 내연기관, 글로 플러그의 제조방법 등의 형태로 실현할 수 있다. 또, 본 발명은 상기의 형태에 조금도 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 여러 가지 형태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
도 1은 제 1 실시형태에 있어서의 글로 플러그의 개략 구성을 설명하기 위한 설명도이다.
도 2는 통 형상 부재의 개략 구성을 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은 중심축과 세라믹 히터와 통 형상 부재와 외통(外筒)의 조립 순서를 나타내는 제 1 설명도이다.
도 4는 중심축과 세라믹 히터와 통 형상 부재와 외통의 조립 순서를 나타내는 제 2 설명도이다.
도 5는 본 실시형태의 통 형상 부재와 종래예의 통 형상 부재를 비교하여 나타내는 설명도이다.
도 6은 제 2 실시형태의 글로 플러그의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 7은 제 1 전극취출부의 배치 위치에 의한 열화의 억제 효과를 검증한 실험의 실험 결과를 나타내는 설명도이다.
도 8은 제 1 전극취출부의 배치 위치에 의한 열화의 억제 효과를 검증한 실험의 실험 조건을 설명하기 위한 설명도이다.
도 9는 제 3 실시형태의 글로 플러그의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 10은 금속 쉘과 통 형상 부재 사이의 이간 거리에 의한 단락의 발생의 억제 효과를 검증한 실험의 실험 결과를 나타내는 설명도이다.
도 11은 제 4 실시형태의 통 형상 부재의 구성을 설명하기 위한 설명도이다.
도 12는 최소 두께 부위 단면의 면적의 구체적인 규정 방법의 일례를 설명하기 위한 설명도이다.
도 13은 변형예에 있어서의 통 형상 부재의 개략 구성을 설명하기 위한 설명도이다.
도 14는 변형예에 있어서의 통 형상 부재의 개략 구성을 설명하기 위한 설명도이다.
A. 제 1 실시형태:
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태로서의 글로 플러그의 개략 구성을 설명하기 위한 설명도이다. 도 1의 (a)에는 글로 플러그(1)의 단면 구성을 나타내고 있다. 도 1의 (b)에는 경사 방향[도 1(a)의 화살표(X)를 따른 방향]에서 보았을 때의 글로 플러그(1)의 외관 구성을 나타내고 있다. 도 1의 (b)에서는 글로 플러그(1)의 내부의 일부를 파선으로 나타내고 있다. 이하의 설명에서는 글로 플러그(1)에 있어서 세라믹 히터(30)가 배치되어 있는 측(도 1 하방측)을 글로 플러그(1)의 「선단측」이라 부르고, 환 형상 부재(70)가 배치되어 있는 측(도 1 상방측)을 글로 플러그(1)의 「후단측」이라 부른다.
글로 플러그(1)는 금속 쉘(10)과, 중심축(20)과, 세라믹 히터(30)와, 통 형상 부재(40)와, 외통(50)과, 절연 부재(60)와, 환 형상 부재(70)를 구비하고 있다. 금속 쉘(10)은 대략 통 형상의 외형을 구비하며, 내측에 중심축(20)을 수용하고 있다. 중심축(20)은 대략 봉 형상의 외형을 구비하며, 후단부(26)가 금속 쉘(10)로부터 돌출되어 있다. 중심축(20)의 선단부(22)는 세라믹 히터(30)의 후단부(38)와 대향하도록 배치되어 있다. 세라믹 히터(30)는 대략 봉 형상의 외형을 구비하며, 선단부(36)가 외통(50)으로부터 돌출된 상태에서 외통(50)에 유지되어 있다. 통 형상 부재(40)는 금속 쉘(10)의 축 구멍(13) 내에 배치되어 있으며, 중심축(20)의 선단부(22)와 세라믹 히터(30)의 후단부(38)를 접속한다. 외통(50)은 대략 통 형상의 외형을 구비하며, 금속 쉘(10)의 선단측에 접합되어 있다. 금속 쉘(10) 후단측의 개구부와 중심축(20)의 사이에는, 절연 부재(60)와 O링(65)이 배치되어 있다. 절연 부재(60)의 후단측에는 환 형상 부재(70)가 배치되어 있다. 글로 플러그(1)는 금속 쉘(10)과, 중심축(20)과, 세라믹 히터(30)와, 통 형상 부재(40)와, 외통(50)의 각각의 가상 중심축이 글로 플러그(1)의 가상 중심축과 일치하도록 구성되어 있다.
금속 쉘(10)은 탄소강이나 스테인리스강 등에 의해서 형성되고, 장착나사부 (11)와, 공구 걸어맞춤부(12)와, 축 구멍(13)을 구비하고 있다. 장착나사부(11)는 나사산이 형성된 부위이며, 도시하지 않는 디젤엔진헤드의 나사구멍에 나사 결합된다. 공구 걸어맞춤부(12)는 장착 공구가 걸어 맞추기 위한 부위이며, 장착나사부 (11)의 후단측에 형성되어 있다. 축 구멍(13)은 금속 쉘(10)의 축 방향으로 연신하도록 형상(形狀)된 중공부(中空部)이며, 내측에 중심축(20), 통 형상 부재(40) 및 세라믹 히터(30)의 후단부(38)가 배치되어 있다.
중심축(20)은 탄소강이나 스테인리스강 등의 도전성 부재에 의해서 형성되고, 선단부(22)에 직경축소부(23)와 단차형상부(25)를 구비하고 있다. 직경축소부 (23)는 직경축소부(23)보다 후단측의 부분인 주축부(主軸部, 24)보다도 외경이 작아지도록 형성되어 있다. 단차형상부(25)는 직경축소부(23)와 주축부(24)의 경계에 형성된 단차이며, 선단측을 향한 환 형상의 면을 구비하고 있다. 중심축(20)은 선단부(22)에 있어서, 도전성의 통 형상 부재(40)를 통하여 세라믹 히터(30)와 전기적으로 접속되어 있다(상세한 것은 후술). 중심축(20)의 후단부(26)는 금속 쉘(10)의 외부로 노출되어 있으며, 도전성의 환 형상 부재(70)와 함께 글로 플러그(1)의 단자부를 구성한다. 이 단자부는 외부전원장치(도시는 생략)에 접속된다. 이에 따라, 외부전원장치의 전력이 중심축(20)을 통하여 세라믹 히터(30)로 유도된다.
세라믹 히터(30)는 절연성을 가지는 대략 봉 형상의 세라믹 기체(基體, 31)를 구비한다. 세라믹 기체(31)의 내부에는 발열체(32)와, 제 1과 제 2 리드부(33a, 33b)가 매설되고 있다. 발열체(32)는 U자 형상의 도전성 세라믹에 의해서 구성되고, 세라믹 히터(30) 내부의 선단부(36)측에 배치되어 있다. 제 1 리드부(33a)는 발열체(32) 일방의 기단부와 제 1 전극취출부(34)를 접속하며, 제 2 리드부(33b)는 발열체(32) 타방의 기단부와 제 2 전극취출부(35)를 접속하고 있다. 또한, 이하에서는, 제 1과 제 2 리드부(33a, 33b)를 아울러서, 단지 「리드부(33)」라고도 부른다. 제 1과 제 2 전극취출부(34, 35)는 각각, 세라믹 기체(31)의 외주면(37)으로 노출된 전극이다. 제 1 전극취출부(34)는 제 2 전극취출부(35)보다 후단부(38)측에 형성되어 있으며, 통 형상 부재(40)의 내주면과 접촉하고 있다. 제 2 전극취출부 (35)는 외통(50)의 내주면과 접촉하고 있다.
통 형상 부재(40)는 대략 통 형상의 도전성 부재이며, 축 구멍(41)을 구비하고 있다. 통 형상 부재(40)는 축 구멍(41)에 중심축(20)의 직경축소부(23)가 압입됨과 아울러, 세라믹 히터(30)의 후단부(38)가 압입됨으로써, 중심축(20)과 세라믹 히터(30)를 각각 유지하고 있다. 상기한 바와 같이, 통 형상 부재(40)의 축 구멍 (41)의 내주면은 세라믹 히터(30)의 제 1 전극취출부(34)와 접촉하고 있다. 이에 따라, 중심축(20)과 세라믹 히터(30)의 발열체(32)는 통 형상 부재(40)를 통하여 서로 전기적으로 접속된다. 또한, 통 형상 부재(40)는 금속 쉘(10)의 축 구멍(13)의 내주면으로부터 이간하여 배치됨으로써, 금속 쉘(10)과 절연되어 있다. 통 형상 부재(40) 형상의 상세에 대해서는 후술한다.
외통(50)은 스테인리스강 등에 의해 형성되고, 축 구멍(51)과 직경축소부 (52)를 구비하고 있다. 축 구멍(51)은 외통(50)의 축 방향으로 연신하도록 형상된 중공부이며, 세라믹 히터(30)가 삽입되어 있다. 상기한 바와 같이, 외통(50)의 축 구멍(51)의 내주면은 세라믹 히터(30)의 제 2 전극취출부(35)와 접촉하고 있다. 이에 따라 세라믹 히터(30)의 발열체(32)와 금속 쉘(10)은 외통(50)을 통하여 서로 전기적으로 접속된다. 외통(50) 후단의 직경축소부(52)는 그 외경이 외통(50) 후단측의 부분보다도 작아지도록 형성된 부분이며, 금속 쉘(10) 선단측의 개구부에 삽입되어 있다.
절연 부재(60)는 환 형상의 부재이며, 중심축(20)을 자신의 축 구멍에 삽입시킨 상태에서 금속 쉘(10) 후단측의 개구부에 끼워 넣어진다. 이에 따라, 금속 쉘 (10)과 중심축(20) 사이의 전기적 절연이 확보된 상태에서, 중심축(20)이 금속 쉘 (10)에 유지된다. O링(65)은 중심축(20)의 외주에 장착된 상태에서, 절연 부재(60) 선단측의 단면과 금속 쉘(10) 내주면의 사이에 배치되어 있다. 이에 따라, 글로 플러그(1)의 내부의 기밀성이 확보된다. 환 형상 부재(70)는 환 형상의 도전성 부재이며, 상기한 바와 같이, 중심축(20)의 후단부(26)와 함께 글로 플러그(1)의 단자부를 구성한다. 환 형상 부재(70)는 중심축(20)을 자신의 축 구멍에 삽입시킨 상태에서 절연 부재(60)의 후단측에 배치되어 있다. 또한, 글로 플러그(1)는 중심축 (20)의 후단부(26)와 환 형상 부재(70)로 구성된 단자부로 바꾸어서, 중심축(20)의 절연 부재(60)로부터 돌출된 부위와 당해 부위를 덮는 외부 단자로 구성된 단자부를 구비하고 있어도 좋다.
도 2는 통 형상 부재(40)의 개략 구성을 설명하기 위한 설명도이다. 도 2의 (a)에는 통 형상 부재(40)를 경사 방향에서 보았을 때의 개략 구성을 나타내고 있다. 도 2의 (a)에서는 통 형상 부재(40)의 내측이나 이면측을 파선으로 나타내고 있다. 도 2의 (b)는 도 1의 (a)와 마찬가지인 개략 단면도이며, 글로 플러그(1)에 조립된 상태의 통 형상 부재(40)의 부근을 발췌하여 나타내고 있다. 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 통 형상 부재(40)는 축 구멍(41)과, 선단측 단부(42)와, 후단측 단부(43)와, 내주면(44)과, 외주면(45)과, 중간부(46)를 구비하고 있다. 선단측 단부(42)와 후단측 단부(43)는 통 형상 부재(40)의 가상 중심축(CA)을 따른 방향[이후, 「축(CA) 방향」이라고 부른다]에 있어서의 양측의 단부이다. 선단측 단부 (42)와 후단측 단부(43)는 각각, 축 구멍(41)의 개구부인 선단측 개구부(42op) 및 후단측 개구부(43op)를 가지고 있다. 또, 이들 2의 개구부(42op, 43op)의 외주 가장자리부를 구성하는 환 형상의 단면인 선단측 단면(42ef) 및 후단측 단면(43ef)을 가지고 있다. 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 통 형상 부재(40)가 글로 플러그 (1)에 조립될 때에는, 통 형상 부재(40)의 선단측 개구부(42op)에는 세라믹 히터 (30)의 후단부(38)가 압입된다. 그리고 통 형상 부재(40)의 내주면(44)이 제 1 전극취출부(34)를 포함하는 세라믹 히터(30)의 외주면(37)과 접촉한다. 한편, 통 형상 부재(40)의 후단측 개구부(43op)에는 중심축(20)의 선단부(22)가 압입된다. 그리고 통 형상 부재(40)의 내주면(44)이 중심축(20)의 직경축소부(23)와 접촉하고, 후단측 단면(43ef)이 중심축(20)의 단차형상부(25)와 접촉한다.
통 형상 부재(40)는 그 외주면(45)이 축(CA) 방향에 있어서의 중앙 부근이 외측으로 불룩한 대략 배럴(barrel) 형상의 외형을 구비하고 있다[도 2의 (a)]. 통 형상 부재(40)는 축(CA) 방향에 있어서, 선단측 단부(42)와 후단측 단부(43)의 사이에 중간부(46)를 구비한다[도 2의 (b)]. 중간부(46)는 내주면(44)이 세라믹 히터 (30)의 제 1 전극취출부(34)와 접촉하고 있는 부분이며, 축(CA) 방향에 일정한 폭 (Sm)을 가지고 있다. 또한, 중간부(46)는 통 형상 부재(40)의 축(CA) 방향에 있어서의 중앙[선단측 단부(42) 및 후단측 단부(43)까지의 거리가 동일한 위치]에 위치하지 않아도 좋다.
통 형상 부재(40)는 선단측 단부(42)에 있어서의 부재의 두께(Te1)가 중간부 (46)에 있어서의 부재의 두께(Tm)보다도 얇아지도록 구성되어 있다(Tm＞Te1). 여기서, 「부재의 두께」란, 가상 중심축(CA)과 직교하는 통 형상 부재(40)의 단면에 있어서, 가상 중심축(CA)에서 외주면(45)까지의 거리와, 가상 중심축(CA)에서 내주면(44)까지의 거리의 차이이다. 선단측 단부(42)에 있어서의 부재의 두께(Te1)는 선단측 단면(42ef)의 폭이다. 또, 중간부(46)에 있어서의 부재의 두께(Tm)는 중간부(46)에 있어서의 부재의 두께의 평균값이다.
선단측 단부(42)의 부재의 두께(Te1)가 중간부(46)의 부재의 두께(Tm)보다도 얇으면 통 형상 부재(40)가 세라믹 히터(30)를 체결하는 힘은, 선단측 단부(42) 부근이 중간부(46) 부근보다도 작아진다. 즉, 통 형상 부재(40)와 세라믹 히터(30) 사이의 면압이, 선단측 단부(42) 부근이 중간부(46) 부근보다도 작아진다. 선단측 단부(42) 부근에서의 면압이 저감되면, 선단측 단부(42) 부근에서의 세라믹 히터(30)의 절손(折損)의 발생이 억제된다. 이 이유에 대해서는 후술한다. 또, 본 실시형태의 통 형상 부재(40)에서는 외주면(45)이 축(CA) 방향에 곡선 형상을 가지고 있으며, 선단측 단부(42)에서 중간부(46)에 걸쳐서 부재의 두께가 연속적으로 두껍게 되어 있다. 그로 인해, 통 형상 부재(40)가 세라믹 히터(30)를 체결하는 힘은, 선단측 단부(42)에서 중간부(46)에 걸쳐서 연속적으로 커진다. 이에 따라, 통 형상 부재(40)의 장착에 의한 세라믹 히터(30)의 절손의 발생이 억제된다. 이 이유에 대해서도 후술한다.
더불어서, 본 실시형태의 통 형상 부재(40)에서는 후단측 단부(43)에 있어서의 부재의 두께(Te2)가 중간부(46)에 있어서의 부재의 두께(Tm)보다도 얇게 되어 있다(Tm＞Te2). 이에 따라, 선단측 단부(42)와 후단측 단부(43)의 어느 하나에 세라믹 히터(30)가 압입되어도, 세라믹 히터(30)의 절손이 억제된다. 그로 인해, 통 형상 부재(40)에 세라믹 히터(30)를 압입할 때에, 축(CA) 방향에 있어서의 통 형상 부재(40)의 방향을 확인할 필요가 없어진다. 따라서, 제조 과정에서 통 형상 부재 (40)의 방향을 맞추는 수고를 줄여, 제조 비용의 삭감을 도모할 수 있다. 또, 중심축(20)을 통 형상 부재(40)에 용이하게 장착할 수 있다.
도 3과 도 4는 중심축(20), 세라믹 히터(30), 통 형상 부재(40), 외통(50)의 조립 순서를 나타내고 있다. 우선, 세라믹 히터(30)가 통 형상 부재(40)의 축 구멍 (41)에 압입된다[도 3의 (a)]. 구체적으로는, 세라믹 히터(30)는 통 형상 부재(40)의 후단측 개구부(43op)로부터 삽입되고, 세라믹 히터(30)의 제 1 전극취출부(34)가 통 형상 부재(40)의 중간부(46)의 위치까지 밀어 넣어진다. 그 후, 통 형상 부재(40)가 장착된 세라믹 히터(30)는 외통(50)의 축 구멍(51)에 압입된다[도 3의 (b)]. 구체적으로는, 세라믹 히터(30)는 외통(50)의 후단측으로부터 삽입되고, 외통(50)의 선단측으로부터 세라믹 히터(30)의 선단부(36)가 돌출되는 위치까지 밀어 넣어진다[도 4의 (a)]. 그 후, 중심축(20)이 통 형상 부재(40)의 축 구멍(41)에 압입된다[도 4의 (b)]. 구체적으로는, 중심축(20)은 통 형상 부재(40)의 후단측 개구부(43op)로부터 삽입된다. 그 후, 통 형상 부재(40)의 후단측 단부(43)와 중심축 (20)의 직경축소부(23)의 사이(L)에 있어서 레이저 용접이 실행되고, 중심축(20)과 통 형상 부재(40)는 접합된다. 이상의 공정에 의해, 중심축(20)과, 세라믹 히터 (30)와, 통 형상 부재(40)와, 외통(50)이 일체화된 부재가 구성된다. 그 후, 이 부재에 대해서, 금속 쉘(10)과, 절연 부재(60)와, O링(65)과, 환 형상 부재(70)가 장착됨으로써, 글로 플러그(1)가 완성된다.
도 5는 본 실시형태의 통 형상 부재(40)와 종래예의 통 형상 부재(40c)를 비교하여 나타내는 설명도이다. 도 5의 (a)에는 본 실시형태의 통 형상 부재(40)의 단면 구성을 예시하고 있다. 도 5의 (b)에는 종래예의 통 형상 부재(40c)의 단면 구성을 예시하고 있다. 도 5에서는 통 형상 부재(40, 40c)의 축 구멍(41, 41c)에 세라믹 히터(30)가 압입된 상태를 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 도 5에서는 세라믹 히터(30)의 리드부(33)와 제 1 전극취출부(34)의 도시를 생략하고 있다. 종래예의 통 형상 부재(40c)에서는 본 실시형태의 통 형상 부재(40)와 마찬가지로 대략 통 형상을 가지고 있지만, 본 실시형태의 통 형상 부재(40)와 달리, 외주면(45c)의 중간부(46c)가 외측으로 불룩하게 되어 있지 않다. 그로 인해, 종래예의 통 형상 부재(40c)에서는 선단측 단부(42c)에서 후단측 단부(43c)까지 부재의 두께(Tc)는 일정하다. 여기에서는, 종래예의 통 형상 부재(40c)에 있어서의 부재의 두께(Tc)와 본 실시형태의 통 형상 부재(40)에 있어서의 부재의 두께(Tm, Te1)는, Te1＜Tc≒Tm의 관계를 만족하고 있는 것으로서 설명한다.
본 실시형태의 통 형상 부재(40)에서는 중간부(46)에서 선단측 단부(42)에 걸쳐서 부재의 두께가 점차 얇아지도록 구성되어 있다. 그로 인해, 통 형상 부재 (40)가 세라믹 히터(30)를 압축하는 압축 응력(FC)은 중간부(46)에서 선단측 단부 (42)에 걸쳐서 점차 작아진다. 한편, 종래예의 통 형상 부재(40c)에서는 부재의 두께(Tc)가 일정하기 때문에, 통 형상 부재(40c)가 세라믹 히터(30)를 압축하는 압축 응력(FCc)은 축 방향의 위치에 관계없이 일정하게 된다. 따라서, 본 실시형태의 통 형상 부재(40)의 선단측 단부(42) 부근에서의 압축 응력(FC)은 종래예의 통 형상 부재(40c)의 선단측 단부(42c) 부근에서의 압축 응력(FCc)보다도 작아진다. 그로 인해, 본 실시형태의 통 형상 부재(40)에 따르면, 세라믹 히터(30)를 통 형상 부재(40)의 축 구멍(41)에 압입할 때에 필요로 하는 압입 하중의 저감을 도모할 수 있다. 이 압입 하중의 저감에 의해서, 압입시에 있어서의 세라믹 히터(30)의 파손의 발생 등이 억제된다.
한편, 본 실시형태의 통 형상 부재(40)의 중간부(46) 부근에서의 압축 응력 (FC)은 종래예의 통 형상 부재(40c)의 대응하는 부분(46c)에서의 압축 응력(FCc)과 대체로 동일하게 된다. 그로 인해, 본 실시형태의 통 형상 부재(40)에 따르면, 통 형상 부재(40)와 세라믹 히터(30)의 제 1 전극취출부(34)의 접촉면에서의 면압이 충분히 확보되어 통 형상 부재(40)와 세라믹 히터(30)의 제 1 전극취출부(34) 사이의 접촉 저항의 증대가 억제된다.
본 실시형태 및 종래예의 통 형상 부재(40, 40c)의 어느 것에 있어서도, 축 구멍(41,41c)으로부터 노출되어 있는 세라믹 히터(30)의 표면 부근에는, 잔류 응력으로서, 축 구멍(41)으로 향하는 방향을 따라서 인장 응력(FT, FTc)이 발생하고 있다. 인장 응력(FT, FTc)은 통 형상 부재(40, 40c)의 선단측 단부(42, 42c) 부근에 있어서 세라믹 히터(30)가 압축되어, 그 외주면(37)이 잡아 당겨짐으로써 발생하는 힘이다. 인장 응력(FT, FTc)은 선단측 단부(42) 부근의 압축 응력(FC, FCc)의 크기에 비례하여 커진다. 상기한 바와 같이, 본 실시형태의 통 형상 부재(40)에서는 선단측 단부(42) 부근에서의 압축 응력(FC)이 종래예의 통 형상 부재(40c)에서의 압축 응력 (FCc)보다도 작다. 그로 인해, 본 실시형태의 통 형상 부재(40)에 압입된 세라믹 히터(30)에 발생하는 인장 응력(FT)은 종래예의 통 형상 부재(40c)에 압입된 세라믹 히터(30)에 발생하는 인장 응력(FTc)보다도 작아진다. 따라서, 본 실시형태의 통 형상 부재(40)에 따르면, 통 형상 부재(40)의 축 구멍(41)에 압입된 후의 세라믹 히터(30)의 절손의 발생이 억제된다.
이상과 같이, 제 1 실시형태의 글로 플러그(1)에 따르면, 통 형상 부재(40)의 선단측 단부(42)에 있어서의 부재의 두께(Te1)가 중간부(46)에 있어서의 부재의 두께(Tm)보다도 얇기 때문에, 세라믹 히터(30)의 절손의 발생이 억제된다. 구체적으로는, 본 실시형태의 통 형상 부재(40)에서는 선단측 단부(42) 부근의 두께가 얇기 때문에, 선단측 단부(42) 부근에 있어서의 세라믹 히터(30)를 체결하는 힘이 저감되어 있다. 따라서, 세라믹 히터(30)가 통 형상 부재(40)의 축 구멍(41)에 압입될 때에 필요로 하는 압입 하중이 저감되어 압입시에 있어서의 세라믹 히터(30)의 파손의 발생이 억제된다. 또, 통 형상 부재(40)에 세라믹 히터(30)가 압입될 때에 선단측 단부(42) 부근에 발생하는 압축 응력(FC)이 저감되기 때문에, 세라믹 히터 (30)에 발생하는 잔류 응력이 억제되어 통 형상 부재(40)에 압입된 후의 세라믹 히터(30)의 절손의 발생이 억제된다. 따라서, 글로 플러그(1)의 내진동성이나 내충격성이 향상된다. 더불어서, 선단측 단부(42)에 있어서의 부재의 두께(Te1)를 얇게 함으로써, 제조 비용의 삭감을 도모할 수 있다.
또, 제 1 실시형태의 글로 플러그(1)에 따르면, 통 형상 부재(40)는 선단측 단부(42)보다도 부재의 두께가 두꺼운 중간부(46) 부근에서 세라믹 히터(30)의 제 1 전극취출부(34)와 접촉하고 있다. 그로 인해, 통 형상 부재(40)와 세라믹 히터(30)의 제 1 전극취출부(34) 사이의 접촉 저항의 증대가 억제된다. 구체적으로는, 본 실시형태의 통 형상 부재(40)에서는 중간부(46)에 있어서의 부재의 두께 (Tm)가 선단측 단부(42)에 있어서의 부재의 두께(Te1)보다도 두껍기 때문에, 중간부(46) 부근에 있어서 세라믹 히터(30)에 부여되는 면압이 충분히 확보되어 있다. 따라서, 통 형상 부재(40)와 세라믹 히터(30)의 제 1 전극취출부(34) 사이의 접촉 저항의 증대가 억제되어 글로 플러그(1)의 발열 효율의 저하가 억제된다.
더불어서, 제 1 실시형태의 글로 플러그(1)에 따르면, 통 형상 부재(40)의 후단측 단부(43)의 부재의 두께(Te2)가 중간부(46)에 있어서의 부재의 두께(Tm)보다도 얇게 되어 있다. 이로 인해, 후단측 단부(43)에 세라믹 히터(30)가 장착되었다고 해도, 세라믹 히터(30)에 발생하는 응력이 억제되어 세라믹 히터(30)의 절손의 발생이 억제된다. 따라서, 통 형상 부재(40)의 단부(42, 43)의 어느 것에도 세라믹 히터(30)를 장착할 수 있기 때문에, 통 형상 부재(40)에 세라믹 히터(30)를 압입할 때에, 축선 방향에 있어서의 통 형상 부재(40)의 방향을 확인할 필요가 없어진다. 따라서, 제조 과정에서 통 형상 부재(40)의 방향을 맞추는 수고를 줄여, 제조 비용의 삭감을 도모할 수 있다. 또, 중심축(20)의 통 형상 부재(40)로의 장착이 용이화된다.
그 밖에, 제 1 실시형태의 글로 플러그(1)에서는, 통 형상 부재(40)는 선단측 단부(42)에서 중간부(46)에 걸쳐서 부재의 두께가 연속적으로 두꺼워지도록 구성되어 있다. 이에 따라, 선단측 단부(42)에서 중간부(46)에 걸쳐서 세라믹 히터(30)가 받는 면압이 연속적으로 증가하고, 세라믹 히터(30)에 발생하는 압축 응력(FC)이 연속적으로 증가하게 된다. 그로 인해 압축 응력(FC)의 크기의 편차에 의한 세라믹 히터(30)의 잔류 응력의 발생이 억제되어 세라믹 히터(30)의 절손의 발생이 더욱더 억제된다.
B. 제 2 실시형태:
도 6은 본 발명의 제 2 실시형태로서의 글로 플러그(1A)의 구성을 설명하기 위한 개략도이다. 도 6의 (a), (b)에는 각각, 통 형상 부재(40) 부근을 발췌한 도 2의 (b)와 마찬가지인 개략 단면도를 도시하고 있다. 도 6의 (a)에는 글로 플러그 (1A)를 세라믹 히터(30)의 제 1 전극취출부(34)의 정면 방향에서 보았을 때의 개략 단면도를 도시하고 있으며, 도 6의 (b)에는 글로 플러그(1A)를 제 1 전극취출부 (34)의 측면 방향에서 보았을 때의 개략 단면도를 도시하고 있다. 또한, 도 6에서는 제 1 실시형태에서 설명한 것과 같은 구성부에는 같은 부호를 붙이고 있다. 또, 도 6에서는 편의상, 제 1 실시형태에서 설명한 중간부(46)의 범위의 도시는 생략하고 있다.
제 2 실시형태의 글로 플러그(1A)는 통 형상 부재(40)에 대한 제 1 전극취출부(34)의 배치 위치가 규정되어 있는 점 이외는, 제 1 실시형태의 글로 플러그(1)와 같은 구성이다. 또한, 제 2 실시형태의 글로 플러그(1A)의 통 형상 부재(40)는 제 1 실시형태에서 설명한 것과 같은 구성이다. 제 2 실시형태의 글로 플러그(1A)에서는, 제 1 전극취출부(34)는 통 형상 부재(40)의 선단측 단부(42)에 있어서의 선단측 개구부(42op)로부터 소정의 제 1 거리(D1)만큼 이간한 위치에 배치되어 있다. 또, 제 1 전극취출부(34)는 그 외주로부터 소정의 제 2 거리(D2)의 범위의 영역[도 6의 (a)에 있어서 이점 쇄선으로 도시] 전체가 통 형상 부재(40)의 두께부 (47)에 덮여지는 위치에 배치되어 있다. 여기서, 「두께부(47)」란, 부재의 두께가 축(CA) 방향에 걸쳐서 통 형상 부재(40)에 있어서의 부재의 두께의 최솟값과 최댓값의 평균값 이상으로 되어 있는 부위이다. 즉, 두께부(47)에 있어서의 부재의 두께(Tt)와, 통 형상 부재(40)에 있어서의 부재의 두께의 최솟값(Tmin) 및 최댓값 (Tmax)은, Tt≥(Tmax＋Tmin)/2의 관계를 만족하고 있다. 또한, 제 2 실시형태의 통 형상 부재(40)에서는 부재의 두께의 최솟값(Tmin)은 선단측 단부(42) 및 후단측 단부(43)에 있어서의 부재의 두께(Te1, Te2)이며, 부재의 두께의 최댓값(Tmax)은 축 (CA) 방향 중앙의 부위에 있어서의 부재의 두께(Tce)이다. 제 2 실시형태의 통 형상 부재(40)에서는, 두께부(47)는 통 형상 부재(40)의 양 개구 단면으로부터 이간한 위치에 위치하고 있으며, 제 1 실시형태에서 설명한 중간부[46, (도 2)]를 포함하고 있다.
본 발명의 발명자는 상기한 통 형상 부재(40)에 대한 제 1 전극취출부(34)의 배치 위치를 규정하기 위한 소정의 제 1과 제 2 거리(D1, D2)는 각각, 0.6㎜ 이상 (D1, D2≥0.6㎜)인 것이 바람직한 것을 찾아냈다. 2개의 거리(D1, D2)가 각각 0.6㎜ 이상이면, 이하에 설명하는 바와 같이, 제 1 전극취출부(34)의 열화가 억제되어 세라믹 히터(30)의 발열 효율의 저하가 억제된다. 통 형상 부재(40)는, 예를 들면 100℃ 이상의 고온환경하에 놓인 경우에 열팽창할 가능성이 있다. 적어도, 제 1 거리(D1)가 0.6㎜ 이상이면, 통 형상 부재(40)가 열팽창한 경우라도, 통 형상 부재 (40)의 선단측 개구부(42op)에서, 통 형상 부재(40)와 세라믹 히터(30)의 사이로 침입한 산소가 제 1 전극취출부(34)까지 도달하는 것이 억제된다. 이것에 더불어서, 제 2 거리(D2)가 0.6㎜ 이상이면, 제 1 전극취출부(34)에 산소가 도달하는 것을 억제할 수 있는 거리가 제 1 전극취출부(34)의 외주 전체에 확보됨과 아울러, 그 외주 영역 전체가 통 형상 부재(40)로부터 받는 면압이 두께부(47)에 의해서 확보된다. 따라서, 제 1 전극취출부(34)로 산소가 도달하는 것이 더욱 확실하게 억제된다. 제 1 전극취출부(34)로의 산소의 도달이 억제되면, 제 1 전극취출부(34)의 산화가 억제되어 통 형상 부재(40)와 제 1 전극취출부(34) 사이의 접촉 저항의 증대가 억제된다. 따라서, 세라믹 히터(30)의 발열 효율의 저하가 억제된다.
도 7 및 도 8은 통 형상 부재(40)에 대한 제 1 전극취출부(34)의 배치 위치에 의한 열화의 억제 효과를 검증한 실험을 설명하기 위한 설명도이다. 도 7은 실험 결과를 정리한 표를 나타내는 설명도이며, 도 8은 실험 조건을 설명하기 위한 설명도이다. 도 8에는 제 1 전극취출부(34)의 온도(이하, 단지 「전극 온도」 라고도 부른다)의 시간 변화를 나타내는 그래프를 도시하고 있다. 이 실험에서 사용된 샘플(S1∼S7)은 제 2 글로 플러그(1A)의 시험체이며, 각각 제 1 전극취출부(34)와 통 형상 부재(40)의 선단측 단부(42)의 개구부(42op) 사이의 거리(D1)가 바뀌어져 있는 점 이외는 모두 같은 구성을 가지고 있었다. 이 실험에서는 각 샘플(S1∼S7)에 대해서, 통전을 60초마다 ON/OFF하는 통전 처리를 소정의 회수 반복함으로써, 각 샘플(S1∼S7)의 전극 온도를 100℃∼400℃의 사이에서 주기적으로 변동시켰다(도 8). 또한, 통전 처리에서는, 통전이 OFF되어 있는 기간에는, 각 샘플(S1∼S7)에 대해서 냉각팬에 의한 냉각 처리가 실행되었다. 이 실험에서는 통전 처리의 전후에 있어서의 제 1 전극취출부(34)와 통 형상 부재(40) 사이의 접촉 저항의 변화량이 측정되었다. 도 7의 표에서는 접촉 저항의 변화량이 10mΩ 이하인 샘플에 대해서는 「○」를 붙이고, 접촉 저항의 변화량이 10mΩ보다도 큰 샘플에 대해서는 「×」를 붙였다. 표에 나타내어져 있는 바와 같이, 거리(D1)가 0.60㎜ 이상인 샘플(S1∼S6)은 접촉 저항의 변화량이 10mΩ 이하이며, 양호한 판정 결과가 얻어졌었다. 한편, 거리(D1)가 0.60㎜보다 작은 샘플(S7)에서는 접촉 저항의 변화량이 10mΩ보다 커졌다.
이상과 같이, 제 2 실시형태의 글로 플러그(1A)이면, 세라믹 히터(30)의 제 1 전극취출부(34)가 통 형상 부재(40)에 대해서 적절한 위치에 배치되어 있기 때문에, 제 1 전극취출부(34)의 산화가 억제된다. 따라서, 세라믹 히터(30)에 있어서의 발열 효율의 저하가 억제된다.
C. 제 3 실시형태:
도 9는 제 3 실시형태의 글로 플러그(1B)의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 9는 금속 쉘(10)의 일부의 도시가 추가되어 있는 점과, 두께부(47)에 대한 도시가 생략되어 있는 점 이외는, 도 6의 (b)와 거의 같다. 또한, 도 9에서는 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태에서 설명한 것과 같은 구성부에는 같은 부호를 붙이고 있다. 제 3 실시형태의 글로 플러그(1B)는 금속 쉘(10)과 통 형상 부재(40) 사이의 이간 거리가 규정되어 있는 점 이외는, 제 2 실시형태의 글로 플러그(1A)와 거의 같은 구성이다. 제 3 실시형태의 글로 플러그(1B)에서는 금속 쉘(10)과 통 형상 부재 (40) 사이의 이간 거리(C)가 적어도 0.2㎜ 이상이 되도록 규정되어 있다. 또한, 이간 거리(C)는 금속 쉘(10)의 축 구멍(13)의 내주면(15)과 통 형상 부재(40)의 외주면(45) 사이의 최단 거리이다. 더욱 구체적으로, 제 3 실시형태의 글로 플러그(1B)에 있어서의 이간 거리(C)는 통 형상 부재(40)의 외주면(45)이 가장 외측으로 불룩하게 되어 있는 축(CA) 방향의 중앙 부위에 있어서의 통 형상 부재(40)의 외주면 (45)과 금속 쉘(10)의 축 구멍(13)의 내주면(15) 사이의 최단 거리이다. 제 3 실시형태의 글로 플러그(1B)에서는 이간 거리(C)가 0.2㎜ 이상으로 규정되어 있음으로써, 금속 쉘(10)과 통 형상 부재(40)의 사이에 단락이 발생하는 것이 억제되어 있다.
도 10은 금속 쉘(10)과 통 형상 부재(40) 사이의 이간 거리(C)에 의한 단락 발생의 억제 효과를 검증한 실험의 결과를 나타내는 설명도이다. 이 실험에서 사용된 샘플(S11∼S16)은 각각, 제 3 실시형태의 글로 플러그(1B)의 시험체이다. 각 샘플(S11∼S16)은 금속 쉘(10)의 축 구멍(13)의 내경을 바꿈으로써, 금속 쉘(10)과 통 형상 부재(40) 사이의 이간 거리(C)가 바뀌어져 있는 점 이외는 모두 같은 구성을 가지고 있었다. 이 실험에서는, 각 샘플(S11∼S16)에 있어서 소정의 전력량이 소비되는 시간을 계측하고, 그 계측시간에 의해서 금속 쉘(10)과 통 형상 부재(40) 사이의 단락의 발생을 판정했다. 도 10의 표에서는, 계측된 시간이 미리 설정된 규정시간 이상이었던 샘플에 대해서는, 단락이 발생하고 있지 않은 것으로서 「○」를 붙이고 있다. 한편, 계측된 시간이 규정시간보다 짧았던 샘플에는 단락이 발생했다고 판정된 샘플에는 「×」를 붙이고 있다. 표에 나타내어져 있는 바와 같이, 이간 거리(C)가 0.2㎜ 이상인 샘플(S11∼S15)에서는 단락의 발생은 검출되지 않고, 이간 거리(C)가 0.1㎜의 샘플(S16)에서는 단락의 발생이 검출되었다.
이상과 같이, 제 3 실시형태의 글로 플러그(1B)에 따르면, 금속 쉘(10)과 통 형상 부재(40) 사이의 이간 거리(C)가 적절하게 규정되어 있기 때문에, 금속 쉘 (10)과 통 형상 부재(40)의 사이에 단락이 발생하는 것이 억제되어 있다. 따라서, 세라믹 히터(30)의 발열 효율이 저하되는 것이 억제되어 있다.
D. 제 4 실시형태:
도 11은 본 발명의 제 4 실시형태로서의 글로 플러그가 구비하는 통 형상 부재(40)의 구성을 설명하기 위한 설명도이다. 도 11은 통 형상 부재(40)의 후단측 단부(43)의 후단측 단면(43ef)에, 최소 두께 부위 단면(후술)인 것을 나타내는 해칭을 붙이고 있는 점 이외는, 도 2의 (a)와 거의 같다. 또, 도 11에서는 제 1 실시형태에서 제 3 실시형태에 있어서 설명한 구성부와 같은 구성부에는 같을 부호를 붙이고 있다. 제 4 실시형태의 통 형상 부재(40)는 축(CA) 방향에 직교하는 단면에 있어서의 단면적이 규정되어 있는 점 이외는, 제 1 실시형태에서 제 3 실시형태에 있어서 설명한 통 형상 부재(40)와 거의 같은 구성이다. 또한, 제 4 실시형태에서는 통 형상 부재(40)를 구성하는 재료는, 20℃에 있어서의 비커스경도가 200HV 이상의 경도를 가지는 것이 바람직하다.
제 4 실시형태에서는, 통 형상 부재(40)는 부재의 두께(Tm)가 최소가 되는 부위(이하, 「최소 두께 부위」 라고도 부른다)에 있어서의 축(CA) 방향에 직교하는 단면(이하, 「최소 두께 부위 단면」이라고도 부른다)의 면적(Smin)이 이하의 같이 규정되어 있다. 최소 두께 부위 단면의 면적(Smin)은 세라믹 히터(30)가 압입될 때에 통 형상 부재(40)에 부여되는 축(CA) 방향의 하중(이하, 「압입 하중」이라고 부른다)에 의해서, 최소 두께 부위에 0.2％ 내력을 초과하는 응력이 발생하지 않도록 규정되어 있다. 더욱 구체적으로는, 최소 두께 부위 단면의 면적(Smin)은 압입 하중으로서 상정되는 최댓값(Lmax)을 통 형상 부재(40)를 구성하는 재료의 0.2％의 영구 변형이 억제되는 응력의 상한인 상한 응력(Pmax)으로 나눈 값 이상의 값으로 규정되어 있다[하기의 식 (1)]. 또한, 상한 응력(Pmax)은 통 형상 부재(40)를 구성하는 재료의 0.2％ 내력에 상당하는 응력이다.
Smin≥Lmax/Pmax…(1)
여기서, 본 실시형태의 통 형상 부재(40)에서는 선단측 단면(42ef) 및 후단측 단면(43ef)에 있어서의 부재의 두께(Te1, Te2)가 최소의 두께(Tmin)이기 때문에, 선단측 단면(42ef) 및 후단측 단면(43ef)이 최소 두께 부위 단면에 상당한다. 최소 두께 부위 단면의 면적(Smin)이 상기와 같이 통 형상 부재(40)의 구성 재료의 0.2％ 내력에 의거하여 규정됨으로써, 통 형상 부재(40)는 강도가 가장 낮아지는 최소 두께 부위에 있어서 세라믹 히터(30)의 압입에 대한 강도가 확보된다. 따라서, 세라믹 히터(30)가 압입될 때의 통 형상 부재(40)의 변형이 억제된다.
도 12는 최소 두께 부위 단면의 면적(Smin)의 구체적인 규정 방법의 일례를 설명하기 위한 설명도이다. 도 12에는 본 발명의 발명자의 실험에 의해서 취득된 금속 재료(열처리 완료, 경도 200HV 이상)에 있어서의 응력-변형 곡선(이하, 「S-S 곡선」이라고도 부른다.)을 도시하고 있다. 이 S-S 곡선으로부터, 당해 재료의 0.2％ 내력(상한 응력)은 130㎏f/㎟로서 취득된다. 통상, 글로 플러그의 제조공정에 있어서의 압입 하중의 최댓값(Lmax)은 200㎏f 정도가 상정된다. 따라서, 상기의 식 (1)로부터, 최소 두께 부위 단면의 면적(Smin)은 이하와 같이 규정된다.
Smin≥200[㎏f]/130[㎏f/㎟]=1.5[㎟]
즉, 통 형상 부재(40)가 0.2％ 내력이 130㎏f/㎟ 이하인 재료로 구성되어 있는 경우에는, 최소 두께 부위 단면의 면적(Smin)이 1.5㎟ 이상으로 규정됨으로써, 세라믹 히터(30)의 압입시에 있어서의 통 형상 부재(40)의 변형이 억제된다. 또한, 이 경우에 있어서, 최소 두께 부위 단면의 면적(Smin)은 2㎟ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또, 최소 두께 부위 단면의 면적(Smin)이 1.5㎟이며, 세라믹 히터(30)의 외경(φCH)이 3.1㎜인 경우에는, 통 형상 부재(40)에 있어서의 최소의 두께(Tmin)는 이하와 같이 규정되는 것이 바람직하다.
Tmin=(φmin-φCH)/2=0.15
φmin: 최소 두께 부위의 외경
φmin=[{(Smin＋SCH)/π}＾(1/2)]×2
SCH: 세라믹 히터(30)의 단면적
이와 같이, 세라믹 히터(30)의 외경(φCH)이 3.1㎜인 경우에는, 통 형상 부재(40)의 최소 두께 부위의 두께(Tmin)는 0.15㎜ 이상인 것이 바람직하다.
이상과 같이, 제 4 실시형태의 글로 플러그이면, 통 형상 부재(40)의 최소 두께 부위에 있어서의 단면적의 하한값이 구성 부재의 0.2％ 내력에 의거하여 규정되어 있기 때문에, 세라믹 히터(30)의 압입시의 변형ㆍ손상이 억제된다.
E. 변형예:
또한, 이 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지의 형태에 있어서 실시하는 것이 가능하며, 예를 들면 다음과 같은 변형도 가능하다.
E-1. 변형예 1:
도 13 및 도 14는 변형예에 있어서의 통 형상 부재의 개략 구성을 설명하기 위한 설명도이다. 또한, 도 13 및 도 14에서는 상기의 각 실시형태에서 설명한 것과 같은 구성부에는 같은 부호를 붙이고 있다. 상기의 각 실시형태의 통 형상 부재 (40)는 대략 배럴 형상의 외형을 구비하고 있었다. 이것에 대해서, 통 형상 부재 (40)는 배럴 형상 이외의 형상이라도 좋다. 예를 들면, 도 13에 나타내는 통 형상 부재(40a)와 같이, 후단측 단부(43)에 있어서의 부재의 두께(Te2)가 중간부(46a)에 있어서의 부재의 두께(Tm) 이상으로 되어 있어도 좋다. 또, 도 14에 나타내는 통 형상 부재(40b)와 같이, 중간부(46b)의 외주면(45)에 단차부(47b)가 형성되고, 선단측 단부(42)에 있어서의 부재의 두께(Te1)가 중간부(46b)에 있어서의 부재의 두께(Tm)보다도 얇은 구성이라도 좋다. 또, 통 형상 부재(40)는 선단측 단부(42)에서 중간부(46)에 걸쳐서 부재의 두께가 연속적으로 두껍게 되어 있지 않아도 좋으며, 세라믹 히터(30)의 외주면(37)의 둘레 방향을 따라서 설치된 홈부 등에 의해서 일부에서 부재의 두께가 얇아지는 구성이라도 좋다.
E-2. 변형예 2:
제 1 실시형태에서는 통 형상 부재(40)의 선단측 단부(42)에 있어서의 부재의 두께(Te1) 및 중간부(46)에 있어서의 부재의 두께(Tm)와 종래예의 통 형상 부재 (40c)의 부재의 두께(Tc)는, Te1＜Tc≒Tm의 관계를 만족하는 것으로서 설명했다. 이것에 대해서, 상기의 각 실시형태의 통 형상 부재(40)에 있어서의 부재의 두께 (Te1, Tm)는 종래예의 통 형상 부재(40c)의 부재의 두께(Tc)에 대해서, Te1＜Tm＜Tc가 되는 관계를 만족하는 것으로 해도 좋고, Te1＜Tc＜Tm가 되는 관계를 만족하는 것으로 해도 좋다.
E-3. 변형예 3:
제 1 실시형태에서는 통 형상 부재(40)의 중간부(46)에 있어서의 부재의 두께(Tm)는 중간부(46)에 있어서의 부재의 두께의 평균값으로서 설명했지만, 중간부 (46)에 있어서의 부재의 두께(Tm)는 중간부(46)에 있어서의 부재의 두께의 최댓값이라도 좋고, 최솟값이라도 좋다.
E-4. 변형예 4:
제 1 실시형태에서는, 글로 플러그(1)는 조립시에 있어서, 통 형상 부재(40)의 후단측 개구부(43op)로부터 세라믹 히터(30)가 압입되는 것으로 설명했다. 이것에 대해서, 상기의 각 실시형태의 어느 하나의 통 형상 부재(40)에 있어서도, 선단측 개구부(42op)로부터 세라믹 히터(30)가 압입되어도 좋다.
E-5. 변형예 5:
상기의 각 실시형태의 글로 플러그에서는 통 형상 부재(40)의 축 구멍(41)의 직경이 축(CA) 방향에 걸쳐서 거의 일정했다. 이것에 대해서, 통 형상 부재(40)의 축 구멍(41)은 축(CA) 방향으로 변화해도 좋다.
E-6. 변형예 6:
상기 각 실시형태에 있어서, 통 형상 부재(40)는 부재의 두께가 최대가 되는 부위에 있어서, 제 1 전극취출부(34)와 접촉하는 위치에 배치되어도 좋다. 이 구성이면, 통 형상 부재(40)에 의해서 제 1 전극취출부(34)에 부여되는 면압이 더욱 확실하게 확보되기 때문에, 세라믹 히터(30)의 발열 효율이 확보된다.
1, 1A, 1B: 글로 플러그 10: 금속 쉘
11: 장착나사부 12: 공구 걸어맞춤부
13: 축 구멍 15: 내주면
20: 중심축 22: 선단부
23: 직경축소부 24: 주축부
25: 단차형상부 26: 후단부
30: 세라믹 히터 31: 세라믹 기체
32: 발열체 33: 리드부
34: 제 1 전극취출부 35: 제 2 전극취출부
36: 선단부 37: 외주면
38: 후단부 40, 40a, 40b: 통 형상 부재
41: 축 구멍 42: 선단측 단부
43: 후단측 단부 44: 내주면
45: 외주면 46: 중간부
47: 두께부 50: 외통
51: 축 구멍 52: 직경축소부
60: 절연 부재 65: O링
70: 환 형상 부재

Claims (9)

  1. 축선을 따라서 연장되며, 저항 발열체를 내부로 유지하는 봉 형상의 히터와,
    상기 히터의 선단부를 돌출시킨 상태에서 내부에 수용하는 통 형상의 금속 쉘과,
    상기 금속 쉘의 내부에 수용되며, 외부로부터의 전류가 도통되는 봉 형상의 중심축과,
    상기 금속 쉘의 내부에 배치되는 도전성의 통 형상 부재로서, 일방 단부의 개구부에 상기 히터의 후단부가 압입됨과 아울러, 타방 단부의 개구부에 상기 중심축의 선단부가 삽입되어 상기 히터의 상기 저항 발열체와 상기 중심축을 전기적으로 접속하는 통 형상 부재를 구비하는 글로 플러그로서,
    상기 히터는 외주면에 상기 저항 발열체와 전기적으로 접속되어 있는 전극취출부를 구비하며,
    상기 통 형상 부재는 상기 일방 단부와 상기 타방 단부의 사이에 위치 하여 상기 전극취출부와 접촉하는 중간부를 구비하고, 상기 일방 단부에 있어서의 부재의 두께가 상기 중간부에 있어서의 부재의 두께보다도 얇은 것을 특징으로 하는 글로 플러그.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 통 형상 부재에 있어서의 상기 타방 단부의 부재의 두께는 상기 중간부에 있어서의 부재의 두께보다도 얇은 것을 특징으로 하는 글로 플러그.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 통 형상 부재에 있어서의 부재의 두께는 상기 일방 단부로부터 상기 중간부에 걸쳐서 연속적으로 두껍게 되어 있는 것을 특징으로 하는 글로 플러그.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 통 형상 부재의 상기 일방 단부에 있어서의 상기 개구부를 가지는 단면과 상기 히터의 상기 전극취출부 사이의 거리가 0.6㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 글로 플러그.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 통 형상 부재는 상기 중간부를 포함하여 두께가 상기 통 형상 부재에 있어서의 부재의 두께의 최솟값과 최댓값의 평균값 이상인 두께부를 가지며,
    상기 두께부는 적어도, 상기 히터의 상기 전극취출부의 외주로부터 0.6㎜ 범위의 영역의 전체를 덮도록 배치되는 것을 특징으로 하는 글로 플러그.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 통 형상 부재의 외주면과 상기 금속 쉘의 내주면 사이의 거리는 적어도 0.2㎜인 것을 특징으로 하는 글로 플러그.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 통 형상 부재는 부재의 두께가 최소가 되는 부위인 최소 두께 부위에 있어서의 상기 통 형상 부재의 가상 중심축에 수직인 단면의 면적이, 상기 통 형상 부재를 구성하는 재료의 0.2％ 내력(耐力)에 의거하여 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 글로 플러그.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 통 형상 부재는 0.2％ 내력이 130㎏f/㎟ 이하인 재료에 의해서 구성되어 있으며, 상기 최소 두께 부위에 있어서의 상기 단면의 면적이 1.5㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 글로 플러그.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 통 형상 부재는 부재의 두께가 최대로 되는 부위에서 상기 전극취출부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 글로 플러그.
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