JPH09280563A - セラミックグロープラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒータと中軸との同軸度を矯正する工程を必
要とすることなく、ヒータと中軸とを略同軸上に接続で
きるようにする。 【解決手段】 中軸７の一端部７１に形成された凹部
に、ヒータ４の一端部４１を嵌合し、当接させた状態
で、中軸７の一端部７１とヒータ４の一端部４１とを直
接ろう接することにより、ヒータ４と中軸７との同軸度
を大幅に向上させている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンの副室内を予熱するためのセラミックグロープラグに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７（ａ）に示す従来技術のセラミック
グロープラグ１では、ヒータ４と中軸７とを接続金具１
１を介して接続していた。接続金具１１は、図７（ｂ）
に示すように、円筒部１１ａと、この円筒部１１ａから
軸方向に直線状に延びる直線部１１ｂとからなり、円筒
部１１ａをヒータ４の一端部４１に外挿した状態で接合
され、直線部１１ｂが中軸７の一端部７１外周面に接合
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術では、中軸７と接続金具１１、および、ヒータ４と接
続金具１１の２箇所を接合して中軸７とヒータ４とが接
続されるため、接合部分毎の位置ずれや、接続金具１１
の寸法公差が合算されてしまい、ヒータ４と中軸７とを
略同軸上に接続できなくなってしまう。

【０００４】ここで、図２に示すように、セラミックグ
ロープラグ１をディーゼルエンジン１００の複数のシリ
ンダヘッド１０１にネジ結合した後、電力供給用のコネ
クティングバー１００ｃの複数の貫通孔１００ｄを、複
数のセラミックグロープラグ１の中軸７に同時に挿嵌
し、ナット１００ｅおよびスクリューグロメット１００
ｆにより、コネクティングバー１００ｃを中軸７に締め
つけ固定している。

【０００５】このため、中軸７とヒータ４とが略同軸上
に接続できていないと、コネクティングバー１００ｃの
複数の貫通孔１００ｄを中軸７に同時に挿嵌できなって
しまう。この場合、中軸７とヒータ４とを接続した後
に、ヒータ４と中軸７との同軸度を矯正する工程が必要
となり、生産性の悪いものであった。本発明は上記問題
に鑑みてなされたもので、ヒータと中軸との同軸度を矯
正する工程を必要とすることなく、ヒータと中軸とを略
同軸上に接続できるようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１ないし３に記載の発明では、ヒータ（４）
の一端部（４１）と中軸（７）の一端部（７１）とが当
接した状態で、両一端部（４１）、（７１）同志を直接
ろう接することを特徴としている。従って、ヒータ
（４）と中軸（７）とを直接ろう接しているので、接続
金具を介してヒータ（４）と中軸（７）とを接続する従
来技術に比べて、ヒータ（４）と中軸（７）との同軸度
を大幅に向上できる。このため、ヒータ（４）と中軸
（７）とを接続した後に同軸度を矯正する工程を必要と
せず、従来技術に比べて生産性をよくできる。

【０００７】また、上記接続金具のような別部品が必要
ないので、セラミックグロープラグの構造が単純とな
り、コスト安となる。また、請求項２に記載の発明で
は、中軸（７）およびヒータ（４）のいずれか一方の一
端部（７１）に形成した凹部（７３）に、中軸（７）お
よびヒータ（４）のいずれか他方の一端部（４１）を嵌
合した状態で、凹部（７３）に上記他方の一端部（４
１）をろう接することを特徴としている。

【０００８】このため、上記他方の一端部（４１）を凹
部（７３）に嵌合することで、ヒータ（４）と中軸
（７）とが径方向についてある程度位置決めされる。よ
って、ヒータ（４）と中軸（７）との同軸度をさらに大
幅に向上できる。また、上記他方の一端部（４１）を凹
部（７３）に嵌合した状態なので、柱状部材の端面同志
を当接させたものに比べてろう接面積を大きくでき、ヒ
ータ（４）と中軸（７）との接合強度をより強くでき
る。

【０００９】また、請求項３に記載の発明では、凹部
（７３）は、上記他方の一端部（４１）が配置される第
１部分（７３ａ）と、この第１部分（７３ａ）よりも断
面積が小さく、上記他方の一端部（４１）の先端側に形
成される第２部分（７３ｂ）とから構成されている。こ
のため、凹部（７３）が第１部分（７３ａ）だけのもの
に比べて、上記他方の一端部（４１）の先端側端面にろ
う材（１０４）が回りやすくなり、ヒータ（４）と中軸
（７）との接合強度をより一層強くできる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図に基づいて
説明する。 （第１の実施形態）図２に示すように、本実施形態のセ
ラミックグロープラグ１は、ディーゼルエンジン１００
の複数のシリンダヘッド１０１にそれぞれ取り付けら
れ、副室を予熱するためのものである。

【００１１】以下、セラミックグロープラグ１の具体的
構造を図に基づいて説明する。図１（ａ）に示すよう
に、セラミックグロープラグ１は、略筒状で金属製のハ
ウジング２を備えており、このハウジング２の外周部に
は、上記ディーゼルエンジン１００（図２参照）の雌ネ
ジ部１００ａ（図２参照）と螺合する雄ネジ部２１が形
成されている。

【００１２】ハウジング２の一端部２ａには、金属スリ
ーブ３を介して絶縁性セラミックからなるヒータ４が固
定されている。ハウジング２と金属スリーブ３、およ
び、金属スリーブ３とヒータ４とは、ろう接されてい
る。なお、図１（ｂ）には、金属スリーブ３とヒータ４
とをろう接するろう材１０６を図示してある。また、ハ
ウジング２の他端部２ｂには、中軸７が固定され、この
中軸７の一端部７１には凹部７３が形成されている。凹
部７３は、ヒータ４の一端部４１が配置される円形孔部
（第１部分）７３ａと、この円形孔部７３ａからさらに
円錐状に凹む円錐状孔部（第２部分）７３ｂとから構成
されている。そして、中軸７の一端部７１とヒータ４の
一端部４１とが、銀ろう等のろう材１０４によりろう接
されている。

【００１３】なお、中軸の凹部７３にヒータ４を嵌合す
るために、例えば、中軸７３の径Ｄ1 は４．０ｍｍ、円
形孔部７３ａの径Ｄ2 は３．６ｍｍ、ヒータ４の径Ｄ3
は３．５ｍｍとしている。図１（ａ）に示すように、中
軸７の他端部７２側は、ハウジング２から外部に突出し
ており、絶縁ブッシュ９が圧着外挿されるとともに、雄
ネジ部７２ａが形成され、ナット８が備えられている。
そして、絶縁ブッシュ９を介してナット８を締めつける
ことで、ハウジング２に中軸７を固定している。また、
ハウジング２と中軸７との絶縁をするために、絶縁リン
グ５およびガラス封着部６が、ハウジング２と中軸７と
の間に配されている。

【００１４】なお、ヒータ４は、絶縁性セラミックから
なる略円柱部材に、タングステン等の高融点金属材料か
らなる図示しない発熱線が埋設されたもので、図１
（ｂ）において、上記発熱線の一端をヒータ４の一端部
４１側端面に露出させ、ろう材１０４を介して中軸７の
一端部７１に電気的に接続している。また、上記発熱線
の他端をヒータ４の側面部４３表面に露出させ、ろう材
１０６を介して金属スリーブ３に電気的に接続してい
る。

【００１５】そして、図２に示すように、セラミックグ
ロープラグ１は、複気筒（本実施形態では４気筒）のデ
ィーゼルエンジン１００の各シリンダヘッド１０１の雌
ネジ部１００ａにネジ結合されている。そして、複数本
（本実施形態では４本）のセラミックグロープラグ１を
ディーゼルエンジン１００の雌ネジ部１００ａにネジ結
合し、電力供給用のコネクティングバー１００ｃの複数
の貫通孔１００ｄを、中軸７の雄ネジ部７２ａ（図１
（ａ）参照）にそれぞれ同時に挿嵌した後、ナット１０
０ｅおよびスクリューグロメット１００ｆにより、コネ
クティングバー１００ｃを中軸７に締めつけ固定してい
る。

【００１６】そして、雄ネジ部７２ａには、コネクティ
ングバー１００ｃ、プレート部材１００ｇ、およびケー
ブル１００ｈを介して、図示しないバッテリからの電力
が供給されるようになっている。これにより、図１
（ａ）において、中軸７の他端部７２に上記バッテリか
らの電力が供給されると、中軸７、ヒータ４の上記発熱
線、金属スリーブ３、ハウジング２、ディーゼルエンジ
ン１００（図２参照）、アースの順に電流が流れ、上記
発熱線が発熱して、ディーゼルエンジン１００の図示し
ない副室を加熱する。

【００１７】次に、上記セラミックグロープラグ１を製
造する方法を説明する。まず、図３に示すような治具１
０を準備する。この治具１０は、中軸７の径よりもわず
かに大きい径の第１円形貫通部１０１と、金属スリーブ
３の径よりもわずかに大きい径の第２円形貫通部１０２
とが形成され、さらに、第１円形貫通部１０１の下端に
は中軸７の他端部７２を支持する支持部１０３が形成さ
れている。なお、図中上下方向は、治具１０の天地方向
と一致している。

【００１８】そして、治具１０の第１、第２円形貫通部
１０１、１０２内に、中軸７、ヒータ４、リング状のろ
う材１０４、リング状で半割可能な絶縁材料からなる副
治具１０５、金属スリーブ３、リング状のろう材１０６
の順に挿入してから、治具１０を図示しない炉の中に配
置し、ろう接を行う。副治具１０５は、図１（ａ）に示
す組付状態において、中軸７と金属スリーブ３との間に
所定距離ｔを形成するためのものである。上記炉内の温
度は、ろう材１０４、１０６の融点よりも若干高い温
度、例えば、８００℃で、加熱時間は例えば３０分と
し、炉は１０^-3Torr以下に真空引きしたものを用いた。

【００１９】なお、中軸７の凹部７３の開口側内周面、
および、金属スリーブ３の図３中上方側内周面は面取り
がしてある。これにより、ろう材１０４、１０６が、中
軸７の凹部７３とヒータ４の一端部４１との間、およ
び、金属スリーブ３とヒータ４との間に確実に流動する
ようにしている。上述のようにして、中軸７とヒータ４
とのろう接、ヒータ４と金属スリーブ３とのろう接が同
時に行われ、中軸７、ヒータ４、および金属スリーブ３
が一体化される。そして、中軸７、ヒータ４、および金
属スリーブ３が一体化された組立体を治具１０から取り
出し、副治具１０５を取り外してから、金属スリーブ３
とハウジング１の内壁とをろう接する。次いで、ハウジ
ング２の他端部２ｂ内側に絶縁リング５を配置し、さら
に、中軸７の保持固定およびシールをするためのガラス
封着部６を形成する。その後、絶縁ブッシュ９を介して
ナット８を締めつけて、ハウジング２に中軸７を固定
し、セラミックグロープラグ１を図１（ａ）に示すよう
な状態に組み立てる。

【００２０】そして、本実施形態によれば、ヒータ４と
中軸７とを直接ろう接しているので、接続金具を介して
ヒータ４と中軸７とを接続する従来技術に比べて、ヒー
タ４と中軸７との同軸度を大幅に向上できる。このた
め、従来技術のような、同軸度を向上させる工程を省略
できる。また、中軸７の凹部７３にヒータ４を嵌合した
状態でろう接されるので、ろう接時において、ヒータ４
と中軸７とが径方向についてある程度位置決めされる。
よって、ヒータ４と中軸７との同軸度をさらに大幅に向
上できる。また、ろう接面積が凹部７３の内周面に相当
するので、柱状部材の端面同志を当接させたものに比べ
てろう接面積を大きくでき、ヒータ４と中軸７との接合
強度をより強くできる。

【００２１】なお、請求項では、ヒータ４の一端部４１
と中軸７の一端部７１とは当接していると述べている
が、実際は、ヒータ４の一端部４１と中軸７の一端部７
１との間には、ろう接時に溶融したろう材１０４が通る
微小隙間が存在している。以下に、中軸７とヒータ４と
の同軸性について、本実施形態のセラミックグロープラ
グ１の上記組立体（以下、本発明品と示す）と、従来
技術の組立体（以下、従来品と示す）との比較実験を行
った結果を説明する。

【００２２】本発明品としては、図１（ｂ）におい
て、中軸７３の径Ｄ1 が４．０ｍｍ、円形孔部７３ａの
径Ｄ2 が３．６ｍｍ、円形孔部７３ａの高さＨ1 が４．
０ｍｍ、円錐状孔部７３ｂの高さＨ2 が１．０ｍｍ、ヒ
ータ４の径Ｄ3 が３．５ｍｍ、金属スリーブ３からの突
出高さＨ3 が７．０ｍｍのものを用いた。従来品として
は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、中軸７の一端部
７１に小径部７４を形成し、この小径部７４とヒータ４
の一端部４１とを接続金具１１により接続したものを用
いた。なお、小径部７４の外径Ｄ4 （図４（ｂ）参照）
は３．０ｍｍ、小径部７４の高さＨ4 は５．０ｍｍであ
る。小径部７４には、その外周面から幅Ｗ1 （＝０．３
ｍｍ）分だけ切り欠いた切欠部７４ａ、７４ａが、２箇
所対向するように形成されている。

【００２３】接続金具１１の円筒部１１ａの内径Ｄ5 は
３．６ｍｍ、円筒部１１ａの高さＨ5 は４．０ｍｍ、直
線部の幅Ｗ2 は１．５ｍｍ、ヒータ４において円筒部１
１ａ内に配置されている部分の高さＨ6 は３．５ｍｍで
ある。そして、ヒータ４と接続金具７４の円筒部７４ａ
とは銀ろうにてろう接され、中軸７と接続金具７４の直
線部７４ｂとは抵抗溶接されている。抵抗溶接は、圧力
Ｐを１５ｋｇｆ、投入電力を１サイクル当たり３５０〜
４００Ｗとして、１サイクル行った。

【００２４】そして、本発明品および従来品を１００
個ずつ準備し、それぞれについての、中軸７とヒータ４
との同軸性を評価した。因みに、金属スリーブ３を回転
軸として１８０°回転させたときの、中軸７の他端部７
２（図１（ａ）参照）側先端面の径方向に関する偏心量
により、同軸性を評価するものとする。この結果、図５
に示すように、従来品における偏心量は約１．５ｍｍ〜
４．５ｍｍの範囲で、本発明品における偏心量は約１
ｍｍ以下であり、本発明品は従来品に比べて偏心量を
小さくできることが確認された。よって、本発明品は
従来品に比べてヒータ４と中軸７との同軸度を大幅に向
上できる。

【００２５】ここで、本実施形態では、図２において、
コネクティングバー１００ｃの貫通孔１００ｄの径を５
ｍｍ、中軸７の外径を４ｍｍに設計しているので、上記
偏心量が１ｍｍ以上であると、コネクティングバー１０
０ｃを４つのセラミックグロープラグ１に同時に嵌合で
きない。そして、従来品は偏心量が約１．５ｍｍ〜４．
５ｍｍの範囲であるので、中軸７とヒータ４とを接合し
た後、中軸７とヒータ４との同軸度を矯正する必要があ
るが、本発明品は上述のように同軸性を向上できるの
で、中軸７とヒータ４との同軸度を矯正する必要がな
い。

【００２６】（第２の実施形態）本実施形態は、上記第
１の実施形態において、中軸７の凹部７３の円錐状孔部
７３ｂを廃止し、円形孔部７３ａのみにしたものであ
る。以下に、上記本発明品、従来品、および、第２の
実施形態のセラミックグロープラグの組立体（以下、本
発明品と示す）の引張強度について比較実験を行った
結果を図６に基づいて説明する。

【００２７】まず、本発明品、本発明品、および従
来品を１０個ずつ準備し、それぞれの中軸７とヒータ４
とを反対方向に引っ張る引張試験を行い、引張強度を測
定した。なお、従来品では接続金具１０が切断され、本
発明品および本発明品では中軸７の凹部７３からヒ
ータ４が抜けた。この結果、図６に示すように、従来品
の引張強度は約１２〜２０ｋｇｆで、本発明品の引張
強度は約５６〜６３ｋｇｆで、本発明品の引張強度は
約５０〜５５ｋｇｆであり、本発明品および本発明品
によれば、従来品よりも引張強度を大きくできること
が確認された。よって、本発明品および本発明品
は、従来品に対してより確実にヒータ４と中軸７とを接
続できることがわかった。

【００２８】また、本発明品のように円形孔部７３ａ
に加えて円錐状孔部７３ｂを形成することで、本発明品
よりもさらに引張強度を大きくできることが確認され
た。これは、円錐状孔部７３ｂを形成することで、ヒー
タ４の一端部４１側先端面にろう材１０４がより回りや
すくなるためであると推定される。 （他の実施形態）上記第１、第２の実施形態では、中軸
７の凹部７３にヒータ４を嵌合した状態で中軸７とヒー
タ４とをろう接していたが、本発明はこれに限定される
ことはなく、中軸７の一端部７１とヒータ４の一端部４
１とを直接当接させた状態でろう接するものであればよ
い。例えば、中軸７の一端部７１に凹部７３を形成しな
いで、単なる円柱状部材とし、この中軸７の一端部７１
とヒータ４の一端部４１を当接させた状態で、中軸７と
ヒータ４とをろう接してもよい。これにより、中軸７と
ヒータ４とを直接ろう接できるので、中軸７の偏心量を
従来技術に比べて小さくできる。

【００２９】また、上記第１の実施形態では、円錐状孔
部７３ｂの高さを１．０ｍｍとしていたが、これよりも
小さくしてもよいし、大きくしてもよい。なお、この高
さを０．５ｍｍ以上とするのが好ましく、これにより、
ヒータ４の一端部４１の先端面に安定的にろう材１０４
を回すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は第１の実施形態のセラミックグロープ
ラグの縦断面図で、（ｂ）は中軸とヒータとのろう接部
分を拡大した断面図である。

【図２】本発明のセラミックグロープラグの取付場所を
示す分解斜視図である。

【図３】治具にヒータおよび中軸を挿入した状態の断面
図である。

【図４】（ａ）は中軸の偏心量の評価に用いた従来品の
要部拡大断面図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であ
る。

【図５】本発明品および従来品における中軸の偏心量
を評価した結果を示すグラフである。

【図６】本発明品、本発明品、および従来品の引張
強度を評価した結果を示すグラフである。

【図７】（ａ）は従来技術におけるセラミックグロープ
ラグの縦断面図で、（ｂ）は接続金具の拡大斜視図であ
る。

【符号の説明】

１…セラミックグロープラグ、２…ハウジング、４…ヒ
ータ、４１…ヒータの一端部、７…中軸、７１…中軸の
一端部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング（２）と、 その一端部（４１）が前記ハウジング（２）内に挿嵌さ
   れるセラミック製のヒータ（４）と、 その一端部（７１）が前記ヒータ（４）の前記一端部
   （４１）に当接するように、ハウジング（２）内に挿嵌
   される通電用の中軸（７）とを備え、 前記両一端部（４１）、（７１）同志を直接ろう接する
   ことにより、前記ヒータ（４）と前記中軸（７）とを接
   続す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】 前記中軸（７）および前記ヒータ（４）
   のいずれか一方の一端部（７１）には凹部（７３）が形
   成されており、 前記中軸（７）および前記ヒータ（４）のいずれか他方
   の一端部（４１）を、前記凹部（７３）に嵌合した状態
   で、前記両一端部（４１）、（７１）同志を直接ろう接
   することにより、前記ヒータ（４）と前記中軸（７）と
   を接続することを特徴とする請求項１に記載のセラミッ
   クグロープラグ。
3. 【請求項３】 前記凹部（７３）は、前記他方の一端部
   （４１）が配置される第１部分（７３ａ）と、この第１
   部分（７３ａ）よりも断面積が小さく、前記他方の一端
   部（４１）の先端側に形成される第２部分（７３ｂ）と
   により構成されていることを特徴とする請求項２に記載
   のセラミックグロープラグ。