JPH11294768A - グロープラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シーズチューブが小径であるにも関わらず強
度に優れて、必要な発熱特性も容易に確保でき、さらに
発熱コイルとシーズチューブとの短絡も起こしにくい構
造のグロープラグを提供する。 【解決手段】 グロープラグ１において、シーズヒータ
２は、先端側が閉じたシーズチューブ１１と、そのシー
ズチューブ内において先端側に配置された発熱コイル２
１と、その発熱コイル２１の後方側にこれと直列接続さ
れるとともに、該発熱コイル２１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２１に対す
る通電を制御する制御コイル２３とを有する。シーズチ
ューブ１１の発熱コイル収容部１１ａの軸断面径は３．
０〜４．４ｍｍとされ、肉厚ｔが０．３〜０．７５ｍｍ
とされる。また、軸断面径をＤ1としたときのｔ／Ｄ1の
値が０．０８〜０．２とされる。

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
ン予熱用等に使用されるグロープラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のようなグロープラグは一般に、耐
熱性金属で構成されたシーズチューブの内側に、抵抗発
熱線により構成された発熱コイルを絶縁粉末とともに封
入したシーズヒータを用いるものが知られている。そし
て、このシーズヒータに主体金具を取り付け、その外周
面に形成されたねじ部により、先端の発熱部が燃焼室内
に位置するように、ディーゼルエンジンのエンジンブロ
ックに取り付けて使用されることとなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年ではデ
ィーゼルエンジンの高性能化及び小型化に伴い、グロー
プラグも小型のものが要求されるようになっており、シ
ーズチューブの主体金具からの突出部外径も、例えば５
ｍｍ未満の寸法に小径化する傾向にある。しかしなが
ら、シーズチューブが小径化すると強度が不足し、例え
ば取付けの際に誤って落下させたりして大きな衝撃が加
わると、ヒータが破損しやすくなる問題がある。また、
発熱コイルのサイズも小さくなることから、必要な発熱
性能あるいは昇温特性が得にくくなることもある。他
方、シーズチューブが小径化されるに伴い、発熱コイル
がシーズチューブ内面に接触しやすくなって、短絡（シ
ョート）の問題も生じやすい。

【０００４】本発明の課題は、シーズチューブが小径で
あるにもかかわらず強度に優れて、必要な発熱性能も容
易に確保でき、さらに発熱コイルとシーズチューブとの
短絡も起こしにくい構造のグロープラグを提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために、本発明のグロープラグの第一の構成
は、先端側が閉じたシーズチューブと、そのシーズチュ
ーブ内においてその先端側に配置される発熱コイルとを
含み、シーズチューブの発熱コイルを収容している部分
（発熱コイル収容部）の外径が３．０〜４．４ｍｍとさ
れるとともに、その肉厚ｔが０．３〜０．７５ｍｍであ
り、かつ外径をＤ1としたときのｔ／Ｄ1の値が０．０８
〜０．２であることを特徴とする。

【０００６】すなわち、上記本発明のグロープラグの構
成においては小型化のニーズに呼応すべく、シーズチュ
ーブの発熱コイル収容部の外径を３．０〜４．４ｍｍの
数値に設定した。そして、その第一の構成では、シーズ
チューブの発熱コイル収容部の肉厚ｔを０．３〜０．７
５ｍｍ、同じく外径をＤ1としたときのｔ／Ｄ1の値を
０．０８〜０．２とすることで、シーズチューブが小径
化しているにもかかわらず十分な強度を確保でき、ひい
ては落下等による衝撃を受けた場合での折損等が生じに
くくなる。また、上記数値範囲設定により、シーズチュ
ーブが小径化している割りには、発熱コイルの外径も比
較的大きく設定でき、必要な発熱性能も確保しやすくな
る。

【０００７】上記肉厚ｔが０．３ｍｍ未満になるとシー
ズチューブの強度が不足し、例えば取付けの際に誤って
落下させたりして大きな衝撃が加わると、ヒータが破損
しやすくなる。他方、本発明においては、シーズチュー
ブの外径が４．４ｍｍ以下に制限されている関係上、肉
厚ｔが０．７５ｍｍを超えるとシーズチューブ内径が小
さくなり過ぎ、発熱コイルの径を十分に確保できなくな
って、必要な発熱性能が得られなくなる場合がある。こ
の場合、発熱コイルの径を無理に大きくしようとする
と、シーズチューブ内面と発熱コイル及び制御コイルと
の間で短絡を生じやすくなることはいうまでもない。な
お、上記肉厚ｔは、望ましくは０．４５〜０．６ｍｍの
範囲で調整されているのがよい。

【０００８】次に、本発明のグロープラグの第二の構成
は、先端側が閉じたシーズチューブと、そのシーズチュ
ーブ内においてその先端側に配置される発熱コイルとを
含み、シーズチューブの発熱コイルを収容している部分
（発熱コイル収容部）の外径が３．０〜４．４ｍｍとさ
れるとともに、発熱コイル収容部の内径をＤ2、発熱コ
イルの外径をｄ1としたときに、両者の半径差ＣＧ＝
（Ｄ2−ｄ1）／２が０．１〜０．８ｍｍの範囲にて調整
されていることを特徴とする。

【０００９】上記第二の構成では、該ＣＧを、０．１〜
０．８ｍｍの範囲にて調整することで、シーズチューブ
が小径化しているにもかかわらず発熱コイルとシーズチ
ューブとの間の短絡を生じにくくすることができる。Ｃ
Ｇが０．１ｍｍ未満になると、発熱コイル収容部の内面
と発熱コイル外面との間で短絡を生じやすくなるほか、
発熱性能の劣化を招く場合もある。他方、ＣＧが０．８
ｍｍを超えると、例えばシーズチューブ内に発熱コイル
及び制御コイルを絶縁材料（例えばマグネシア粉末）と
ともに封入し、さらに鍛造加工によりこれを縮径してグ
ロープラグを製造する際に、コイルがシーズチューブ内
にて蛇行しやすくなり、同様に短絡を生じやすくなる。
なお、ＣＧの値は、望ましくは０．２〜０．６ｍｍの範
囲にて調整するのがよい。

【００１０】この第二の構成に前記第一の構成を組み合
わせると、上記短絡防止の効果に加え、シーズチューブ
の強度が向上する、あるいは発熱性能が確保しやすいと
いった効果も合わせて達成されるのでさらに望ましい。

【００１１】なお、上記第一及び第二の構成のいずれに
おいても、シーズチューブの発熱コイル収容部の外径が
３．０ｍｍ未満になると、発熱コイルの外径が小さくな
り過ぎ、十分な発熱性能が得られなくなるので、該外径
は３．０ｍｍ以上の範囲で設定する。

【００１２】また、発熱コイルの外径ｄ1は、１．５〜
３．０ｍｍとするのがよい。該外径ｄ1が１．５ｍｍ未
満になると、必要な発熱性能が得られなくなる場合があ
る。他方、３．０ｍｍを超えると、シーズチューブの発
熱コイル収容部の外径が４．４ｍｍ以下に制限されてい
る関係上、その肉厚ｔが小さくなり過ぎ、強度が不足す
る不具合につながる。また、上記発熱コイルの外径ｄ1
と発熱コイル収容部の内径Ｄ2との比ｄ1／Ｄ2は０．５
〜０．８の範囲で調整されているのがよい。ｄ1／Ｄ2が
０．８を超えると、発熱性能の低下を招く場合があるほ
か、発熱コイル収容部の内面と発熱コイルの外面との間
で短絡を生じやすくなる。また、ｄ1／Ｄ2が０．５未満
になると、コイルがシーズチューブ内にて蛇行しやすく
なり、同様に短絡を生じやすくなる。

【００１３】なお、シーズチューブは、例えばステンレ
ス鋼、鉄基耐熱合金及びＮｉ基耐熱合金のいずれかによ
り構成することができる。例えばグロープラグとしてシ
ーズヒータを使用する場合、エンジン燃焼室内にて高温
のガス流に直接さらされるシーズチューブをこれら材質
にて構成することにより、その耐久性を向上させること
ができる。ステンレス鋼としては、各種オーステナイト
系ステンレス鋼が、耐食性が特に良好であるので本発明
に好適に使用できる。

【００１４】この場合の、特に耐熱性が要求される場合
にはＮｉ基耐熱合金、例えばInconel601（Inconelは商
標名）等のＮｉ基超耐熱合金を好適に使用できる。ま
た、高速インジェクション型ディーゼルエンジンのよう
に、スワール流速の大きい環境下で使用する場合におい
ては、高温ガス流による酸化消耗を抑制するため、オー
ステナイト系ステンレス鋼のうちでも特にＮｉ含有量の
高い組成を有するもの（例えばＳＵＳ３１０Ｓ）や、こ
れと類似の組成を有するオーステナイト系耐熱鋼（例え
ばＳＵＨ３０９、ＳＵＨ３１０、ＳＵＨ３３０など）を
好適に使用できる。

【００１５】また、発熱コイルの材質は、公知のグロー
プラグと同様の材質、例えば鉄−クロム系合金（例えば
鉄を主体としてクロムを１３〜３０重量％含有する合
金）、ニッケル−クロム合金（例えばニッケルを主体と
してクロムを８〜２２重量％含有する合金）等を使用で
きる。他方、制御コイルの材質としては、上記発熱コイ
ルの材質よりも電気比抵抗の温度係数が大きい材質が用
いられ、例えばコバルト−鉄合金（コバルトを主体とし
て鉄を６〜１８重量％程度含有するもの）が、耐久性に
優れているので本発明に好適に使用できるが、このほ
か、ニッケルメッキ鉄線やニッケル線等も使用できる。

【００１６】そして、発熱コイルと制御コイルとは、適
宜の材質、線径及びコイル長の選択により、発熱コイル
の電気抵抗値をＲH、同じく制御コイルの電気抵抗値を
ＲCとして、室温での電気抵抗比（ＲH／ＲC）RTの値が
１以上となり、かつ８００℃での電気抵抗比（ＲH／Ｒ
C）800の値が０．１〜０．４となるように調整するのが
よい。（ＲH／ＲC）RTの値が１未満になると、ヒータの
速熱性が十分に確保できなくなる場合がある。他方、
（ＲH／ＲC）800の値が０．１未満になると、制御コイ
ルによる通電制御が過剰となり、発熱コイルが十分に発
熱できなくなる場合がある。また、（ＲH／ＲC）800が
０．４を超えると、制御コイルによる通電制御効果が不
十分となり、発熱コイルの過昇が生じやすくなる。

【００１７】次に、シーズチューブの主体金具からの突
出部長さは２４〜５０ｍｍとするのがよい。突出部長さ
が２４ｍｍ未満になると、該突出部内における発熱コイ
ルと制御コイルとの収容スペースが不十分となり、ひい
ては所期の昇温特性（あるいは発熱性能）を得るのに必
要なコイル長を確保できなくなる場合がある。他方、該
長さが５０ｍｍを超えると、シーズチューブ径が細径で
あるため突出部の強度が不足し、衝撃等が加わった場合
に折損等を生じやすくなる。なお、該突出長さは、望ま
しくは２８〜４０ｍｍとするのがよい。

【００１８】なお、上記グロープラグにおいては、シー
ズチューブ内に配置された抵抗線コイル（発熱コイルあ
るいは発熱コイルと制御コイル）に対し、該シーズチュ
ーブに基端側から挿入された通電端子軸を介して通電を
行うのが一般的である。この場合、その通電端子軸の先
端を抵抗線コイルの後端に接続するとともに、その通電
端子軸の先端を主体金具端面から突出して位置させるこ
とができる。例えば、シーズチューブの突出部に横方向
の力が作用した場合、主体金具の開口内縁部との当接位
置に強い曲げ力が集中しやすくなる。そこで、通電端子
軸の先端を主体金具端面から突出させることで、シーズ
チューブの上記当接部分が補強され、曲げに対する強度
が向上する。この場合、曲げ力が作用したときのシーズ
チューブへの力の集中位置は、むしろ通電端子軸の先端
位置付近となるから、該位置からシーズチューブの先端
までの長さを２４〜５０ｍｍ、望ましくは２４〜４２ｍ
ｍとするのがよい。

【００１９】次に、上記グロープラグにおいては、シー
ズチューブの外径が小さくなると、主体金具へのその組
付け性が悪くなる場合がある。この場合、主体金具の、
シーズチューブが配置される孔部の内径を、該シーズチ
ューブの主体金具からの突出部よりも大径に形成し、シ
ーズチューブの基端部を上記主体金具の孔部内径に対応
する寸法となるように拡径し、その拡径部にて主体金具
の孔部内にろう付け、溶接及び圧入のいずれかにより接
合する構成とするこができる。シーズチューブの基端部
を拡径して、この拡径部において主体金具に接合するよ
うにすることで、上記組付け性を向上させることができ
る。

【００２０】上記グロープラグは、シーズチューブ内に
おいて軸線方向に複数の抵抗線コイルが配置され、その
抵抗線コイルは、シーズチューブ内において、その先端
側に配置される発熱コイルと、その発熱コイルの後方側
にこれと直列接続されるとともに、該発熱コイルからの
発熱を受けることにより電気抵抗値を増大させ、発熱コ
イルに対する通電を制御する制御コイルとを含むものと
して構成することができる。

【００２１】グロープラグにおけるヒータ昇温性能に対
しては、エンジンの始動性を向上させるためになるべく
短時間で飽和温度に到達する、いわゆる速熱性が要求さ
れることが多い。一法として、通電初期において発熱コ
イルに大電流を通じることにより昇温速度を高めること
が考えられるが、コイル温度が過昇しやすくなり、コイ
ルの断線やシーズチューブの溶損といったトラブルにつ
ながる問題がある。上記構造のグロープラグにおいて
は、通電初期においては制御コイルの温度が低く電気抵
抗値が小さいため、発熱コイルには比較的大きな電流が
流れてこれを急速昇温させる。そして、発熱コイルの温
度が上昇すると、その発熱により制御コイルが加熱され
て電気抵抗値が増大し、発熱コイルへの通電電流値が減
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、以降は制御コイルの働きにより通電電
流が抑制されて温度が飽和する形となるので、速熱性を
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。

【００２２】上記本発明のグロープラグは、車両用ディ
ーゼルエンジンのグロープラグとして使用する場合は、
通電初期にピーク温度ＴPを有して該ピーク温度ＴP以下
で飽和する昇温特性（以下、これを過昇防止型昇温特性
という）を有していることが望ましい。すなわち、車両
等においてはグロープラグの電源としてバッテリーが使
用される。この場合、グロープラグは、常に一定のバッ
テリー電圧（例えば１２Ｖ）にて通電されるのではな
く、通常はこれにオルタネータ等からの重畳電圧が加わ
り、バッテリー電圧よりも高圧側（例えば最大１４Ｖ程
度）に変動した形で通電されることのほうが多い。この
場合、昇温特性が上記のようなものとなっていること
で、ヒータの過昇を効果的に防止することができる。

【００２３】また、制御コイルは、発熱コイルの後端に
対し、該発熱コイルの巻線ピッチよりも大きいコイル間
ギャップを隔てた形でこれに直結することができる。こ
の場合、該コイル間ギャップの大きさは０．８〜３ｍｍ
に調整するのがよい。コイル間ギャップの大きさが３ｍ
ｍを超えると、発熱コイルによる制御コイルの加熱が進
みにくくなり、発熱コイルが過昇しやすくなる。他方、
コイル間ギャップの大きさが０．８ｍｍ未満になると、
制御コイルの抵抗値が急激に大きくなり過ぎて速熱性が
確保されなかったり、飽和温度が低くなり過ぎて十分な
発熱性能が得られなくなったりする場合がある。なお、
上記コイル間ギャップの大きさは、より望ましくは１〜
２ｍｍに調整するのがよい。なお、本発明においてコイ
ル間ギャップは、発熱コイルと制御コイルとの接続点か
ら発熱コイルに沿って半巻分移動した位置と、同じく制
御コイル側に半巻分移動した位置との間の、コイル軸線
方向における距離として定義する。

【００２４】次に、本発明のグロープラグは、速熱性の
要求を満足するために、室温において通電電圧１１Ｖに
て昇温特性を測定したときに、ピーク温度ＴPが８００
℃以上であり、かつそのピーク温度ＴPに到達する途上
において８００℃に到達するまでの通電時間ｔ800が８
秒以下（望ましくは５秒以下）となっていることが望ま
しい。

【００２５】また、上記グロープラグにおいては、室温
において通電電圧１１Ｖにて上記昇温特性を測定したと
きに、そのピーク温度ＴPと通電開始から６０秒後の温
度（以下、６０秒後温度という）ＴSとの差ＴP−ＴSが
５０〜２００℃となっていることが望ましい。ＴP−ＴS
が５０℃未満になると、通電電圧が高くなる方向に変動
した場合、ヒータの過昇を招きやすくなる。他方、ＴP
−ＴSが２００℃を超えると飽和温度が低くなり過ぎ、
必要な発熱性能が確保できなくなる。ＴP−ＴSは、望ま
しくは８０〜１５０℃となっているのがよい。

【００２６】上記ピーク温度ＴPは、９００〜１１５０
℃となっているのがよい。ピーク温度ＴPが９００℃未
満になると発熱が不十分となり、エンジン予熱等の機能
が十分に果たされなくなる場合がある。他方、ピーク温
度ＴPが１１５０℃を超えると、発熱が大きくなり過
ぎ、発熱コイルの寿命低下を招く場合がある。なお、ピ
ーク温度ＴPは、望ましくは８０〜１５０℃となってい
るのがよい。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例に基づいて説明する。図１は、本発明のグ
ロープラグの一例を示す全体図及びその縦断面図であ
る。該グロープラグ１は、シーズヒータ２と、その外側
に配置された主体金具３とを備える。シーズヒータ２
は、図２に示すように、先端側が閉じたシーズチューブ
１１の内側に、２つの抵抗線コイル、すなわち先端側に
配置された発熱コイル２１と、その後端に溶接等により
直列接続された制御コイル２３とが、絶縁材料としての
マグネシア粉末２７とともに封入されている。

【００２８】図１に示すように、シーズチューブ１１
の、発熱コイル２１及び制御コイル２３を収容している
本体部１１ａは、先端側が主体金具３から突出して突出
部を形成している。この本体部１１ａは、外径Ｄ1がほ
ぼ一様な円筒状（ただし、先端部は丸められている）に
形成されており、該Ｄ1が３．０〜４．４ｍｍ（望まし
くは３．５〜４．０ｍｍ）とされている。ここで、発熱
コイル２１はその先端においてシーズチューブ１１と導
通しているが、発熱コイル２１及び制御コイル２３の外
周面とシーズチューブ１１の内周面とは、マグネシア粉
末の介在により絶縁された状態となっている。

【００２９】図２において、発熱コイル２１は、例えば
その２０℃での電気比抵抗ρ20が８０〜１８０μΩ・ｃ
ｍ、８００℃での電気比抵抗をρ800として、ρ800／ρ
20が０．９〜１．２程度の材料、具体的には鉄−クロム
合金線あるいはニッケル−クロム合金線等により構成さ
れている。そのコイルの線径ｋは０．１５〜０．４ｍ
ｍ、コイル長ＣＬ1は５〜１２ｍｍ、コイル外径ｄ1は
１．５〜３．０ｍｍ、巻線ピッチＰは０．２〜０．８ｍ
ｍ、巻線ターン数Ｎは８〜１５である。

【００３０】また、制御コイル２３は、例えばその２０
℃での電気比抵抗ρ20が５〜２５μΩ・ｃｍ、８００℃
での電気比抵抗をρ800として、ρ800／ρ20が７〜１２
程度の材料、具体的には鉄−クロム合金線あるいはニッ
ケル−クロム合金線等により構成されている。そのコイ
ルの線径ｋは０．１７〜０．３ｍｍ、コイル長ＣＬ2は
１０〜３２ｍｍ、コイル外径ｄ1は１．５〜３．０ｍ
ｍ、巻線ピッチＰは０．２〜０．８ｍｍ、巻線ターン数
Ｎは２５〜４０である。

【００３１】また、発熱コイル２１と制御コイル２３と
は、発熱コイルの電気抵抗値をＲH、同じく制御コイル
の電気抵抗値をＲCとして、室温での電気抵抗比（ＲH／
ＲC）RTの値が１以上となり、かつ８００℃での電気抵
抗比（ＲH／ＲC）800の値が０．１〜０．４となるよう
に調整されている。これら発熱コイル２１及び制御コイ
ル２３の間には、発熱コイル２１の巻線ピッチよりも大
きいコイル間ギャップ２５が形成されている。このコイ
ル間ギャップ２５の大きさＪＬは、０．８〜３ｍｍ、望
ましくは１〜２ｍｍの範囲で調整される。また、これを
発熱コイル２１の巻線ピッチＰにて捉えた場合は、０．
２〜０．８ピッチ（望ましくは０．３〜０．６ピッチ）
の範囲で調整される。

【００３２】次に、シーズチューブ１１は、前述の本体
部１１ａと基端側においてこれよりも大径に形成された
拡径部１１ｂとを有している。そして、その本体部１１
ａの肉厚ｔは０．３〜０．７５ｍｍ（望ましくは０．４
５〜０．６ｍｍ）であり、かつｔ／Ｄ1の値が０．０８
〜０．２（望ましくは０．１１〜０．１７ｍｍ）となっ
ている。また、本体部１１ａの内径をＤ2、発熱コイル
２１及び制御コイル２３の外径をｄ1としたときの、そ
れらの半径差ＣＧ＝（Ｄ2−ｄ1）／２の値は、０．１〜
０．８ｍｍ（望ましくは０．２〜０．６ｍｍ）とされて
いる。さらに、上記コイル２１，２３の外径ｄ1と本体
部１１ａの内径Ｄ2との比ｄ1／Ｄ2は０．５〜０．８
（望ましくは０．６〜０．７）とされている。

【００３３】シーズチューブ１１には、基端側から棒状
の通電端子軸１３が挿入され、その先端が制御コイル２
３の後端に溶接等により接続されている。他方、図１に
示すように、該通電端子軸１３の後端部には雄ねじ部１
３ａが形成されている。

【００３４】このようなシーズヒータ２の構造は、例え
ば次のようにして製造することができる。すなわち、図
３（ｂ）に示すように、最終寸法よりも加工代分だけ大
径に形成されたシーズチューブ１１’内に、発熱コイル
及び制御コイルをマグネシア粉末とともに封入し、この
状態でシーズチューブ１１’に回転鍛造加工（スエージ
加工）を施すことにより、本体部１１ａと拡径部１１ｂ
とを形成する。

【００３５】上記スエージ加工は、例えば図３（ａ）に
示すスエージングマシン７０を用いて行うことができ
る。該スエージングマシン７０においては、シーズチュ
ーブ１１’を取り囲むように配置された複数のダイス７
３がそれぞれ対応するハンマ７２によって支えられてお
り、それらが回転主軸７４内に配置されて一体的に回転
させられる。この回転主軸７４は、焼き入れ鋼等で構成
された複数のローラ７１を有するケージ７５の内側で回
転するようになっており、回転主軸７４とともに回転し
ながらハンマ７２がローラ７１の位置にくると、ダイス
７３が圧縮され、ハンマ７２が隣接するローラ７１，７
１の間にくるとダイス７３は遠心力によって開く。従っ
て、回転主軸７４の回転数を一定以上に上げれば、ダイ
ス７３による圧縮加工を何度も繰り返すことができる。

【００３６】次に、主体金具３は、図１に示すように、
軸方向の貫通孔４を有する筒状に形成され、ここにシー
ズヒータ２が、一方の開口端からシーズチューブ１１の
先端側を所定長突出させた状態で挿入・固定されてい
る。該主体金具３の外周面には、グロープラグ１をディ
ーゼルエンジンに取り付けるに際して、トルクレンチ等
の工具を係合させるための六角断面形状の工具係合部９
が形成されており、これに続く形で取付け用のねじ部７
が形成されている。

【００３７】主体金具３の貫通孔４は、シーズチューブ
１１が突出する開口側に位置する大径部４ｂと、これに
続く小径部４ａとを備え、この小径部４ａにシーズチュ
ーブ１１ｂの基端側に形成された大径部１１ｂが圧入さ
れ、固定されている。他方、貫通孔４の反対側の開口部
には座ぐり部３ａが形成され、ここに、通電端子軸１３
に外装されたゴム製のＯリング１５と絶縁ブッシュ（例
えばナイロン製のもの）１６とが嵌め込まれている。そ
して、そのさらに後方側において通電端子軸１３には、
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が装着されている。該押さえリング１７は、外周面
に形成された加締め部１７ａにより通電端子軸１３に固
定されるとともに、通電端子軸１３の対応する表面に
は、加締め結合力を高めるためのローレット部１３ｂが
形成されている。なお、１９は、通電用のケーブルを通
電端子軸１３に固定するためのナットである。

【００３８】シーズチューブ１１の、主体金具３からの
突出長Ｌ2は２４〜５０ｍｍ（望ましくは２８〜４０ｍ
ｍ）に調整されている。また、図２に示すように、通電
端子軸１３の先端位置は主体金具３の開口端面とほぼ一
致している。

【００３９】以下、図１のグロープラグ１の各部の寸法
等を具体的に例示する（図２も参照）。 ・全長Ｌ1＝１４５ｍｍ。 （発熱コイル２１） ・材質：鉄−クロム合金（組成：Ａｌ＝７．５重量％；
Ｃｒ＝２６重量％；Ｆｅ＝残部、ρ20＝１６０μΩ・ｃ
ｍ、ρ800／ρ20＝１．０）。 ・寸法：ｋ＝０．２２ｍｍ、ＣＬ1＝１０ｍｍ、ｄ1＝
１．７ｍｍ、Ｐ＝１．０ｍｍ、Ｎ＝１０。コイル全体の
２０℃での電気抵抗値ＲHは１Ω。 （制御コイル２３） ・材質：コバルト−鉄合金（組成：Ｆｅ＝８重量％；Ｃ
ｏ＝残部、ρ20＝８μΩ ・ｃｍ、ρ800／ρ20＝９．８、８００℃まで抵抗値は
温度上昇とともに下に凸に上昇する）。 ・寸法：ｋ＝０．２ｍｍ、ＣＬ2＝１５ｍｍ、ｄ1＝１．
７ｍｍ、Ｐ＝０．５ｍｍ、Ｎ＝３０。コイル全体の室温
での電気抵抗値ＲCは０．３３Ω。

【００４０】・（ＲH／ＲC）RT：３。 ・（ＲH／ＲC）800：０．３。 （コイル間ギャップ２５） ・ＪＬ：２ｍｍ。

【００４１】（シーズチューブ１１） ・材質：ＳＵＳ３１０Ｓ。 ・寸法：Ｄ1＝３．５ｍｍ、ｔ＝０．５ｍｍ、ｔ／Ｄ1＝
０．１４ｍｍ、ＣＧ＝０．４ｍｍ、拡径部の外径Ｄ3＝
４．４ｍｍ、Ｌ2＝３６ｍｍ。

【００４２】（主体金具３） ・材質：機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）。 ・寸法：ねじ部７よりも先端側に位置する部分（以下、
主要部という）５の長さＬ3＝５３ｍｍ、主要部の外径
Ｄ4＝８．２ｍｍ、ねじ部７の長さＬ4＝２７ｍｍ、ねじ
部７の外径Ｄ5＝１０ｍｍ。

【００４３】以下、図１のグロープラグ１の作用につい
て説明する。グロープラグ１は、主体金具３のねじ部７
においてディーゼルエンジンのシリンダブロックに取り
付けられる。これにより、発熱コイル２１及び制御コイ
ル２３が収容されたシーズチューブ１１の先端部は、エ
ンジンの燃焼室（あるいは副燃焼室）内に位置決めされ
る。この状態で、通電端子軸１３に車載のバッテリーを
電源として電圧を印加すると、通電端子軸１３→制御コ
イル２３→発熱コイル２１→シーズチューブ１１→主体
金具５→（エンジンブロックを介して接地）の経路にて
通電される。

【００４４】これにより、グロープラグ１のシーズヒー
タ２は、通電初期においては制御コイル２３の温度が低
く電気抵抗値が小さいため、発熱コイル２１には比較的
大きな電流が流れてこれを急速昇温させる。そして、発
熱コイル２１の温度が上昇すると、その発熱により制御
コイル２３が加熱されて電気抵抗値が増大し、発熱コイ
ル２１への通電電流値が減少する。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
コイルの働きにより通電電流が抑制されて温度が飽和す
る形となる。

【００４５】そして、シーズチューブ１１の本体部１１
ａがほぼ一様な外径Ｄ1を有する円筒状とされ、かつＤ1
が４．４ｍｍ以下の値に設定されていることで、前述の
過昇防止型昇温特性、具体的にはピーク温度ＴPと６０
秒後温度ＴSとの差ＴP−ＴSが５０〜２００℃、ピーク
温度ＴPが９００〜１１５０℃、及び８００℃に到達す
るまでの通電時間ｔ800が８秒以下の、速熱性に優れた
特性を安定して実現することが可能となる。

【００４６】さらに、シーズチューブ１１の肉厚ｔが
０．３〜０．７５ｍｍであり、かつ外径をＤ1としたと
きのｔ／Ｄ1の値が０．０８〜０．２となっていること
で、径小のヒータであるにもかかわらず所期の発熱性能
が確保され、かつシーズチューブ１１の強度も十分なも
のとなり、例えば取付け時に落下させたりした場合もヒ
ータに破損が生じにくい。また、シーズチューブ１１の
本体部１１ａにおける、発熱コイル２１及び制御コイル
２３とのクリアランスＣＧが０．１〜０．８ｍｍの範囲
にて調整されていることで、シーズチューブ１１の内面
と各コイル２１，２３との間での短絡が生じにくくな
り、製造歩留まりを向上させることができる。

【００４７】ここで、図２において、発熱コイル２１の
コイル長ＣＬ1とシーズチューブ１１の本体部外径Ｄ1と
の比ＣＬ1／Ｄ1は１．６〜３．５（本実施例では約２．
５）に設定するのがよい。すなわち、シーズチューブ１
１が小径であるため、従来の大径のシーズヒータと比較
してチューブ表面からの熱の放散が活発に進むことか
ら、ＣＬ1／Ｄ1が１．６未満ではコイル２１による発熱
帯の長さが不足して、十分な発熱性能が得られなくなる
ほか、制御コイルの加熱状態が不安定となり、良好な過
昇防止型昇温特性も期待できなくなる場合がある。他
方、ＣＬ1／Ｄ1が４を超えると、シーズチューブ先端部
が最高発熱部分とならなくなる不具合が生ずる場合があ
る。

【００４８】図４に、図１のグロープラグ１の変形例を
示す（共通の部材には同一の符号を付して説明を省略す
る）。このグロープラグ１００においては、シーズチュ
ーブ１１の基端側の拡径部１１ｂが、図１のグロープラ
グ１よりも長く形成されており、シーズチューブ１１の
突出側において主体金具３の貫通孔４には、図１のよう
な大径部４ｂが形成されず、ストレート形態となってい
る。そして、シーズチューブ１１の拡径部１１ｂは、貫
通孔４に対してろう付けにより接合されている。

【００４９】また、貫通孔４の反対側の開口部には、図
１と同様の座繰り部３ａが形成されているが、ここには
図１の絶縁ブッシュ１６に代えてシールリング（例えば
シリコンゴム製のもの）１０と、ワッシャ状の第一絶縁
リング（例えばベークライト等の耐熱樹脂製のもの）１
２とが嵌め込まれる。そして、その状態にて、座ぐり部
３ａの開口周縁部に形成された筒状の突出部を第一絶縁
リング１４側に加締めて加締め部１３ｂを形成し、さら
にその後方側において通電端子軸１３に対し、第二絶縁
リング１４（第一絶縁リング１２と同材質・同形状）と
押さえリング１７とをこの順序で装着・固定した構造と
なっている。

【００５０】他方、図５に示すように、通電端子軸１３
の先端部は、主体金具５の対応する開口端部よりも所定
長突出する形となっており、該通電端子軸１３の先端か
らシーズチューブ１１の先端までの長さＬ2’が２４〜
５０ｍｍ（望ましくは２４〜４２ｍｍ）に調整されてい
る。

【００５１】このグロープラグ１００においては、図１
にグロープラグ１にはない次のような効果が達成されて
いる。すなわち、シーズチューブ１１の主体金具３から
の突出部内に通電端子軸１３の先端部が入り込んでい
る。これにより、シーズチューブ１１は、横方向の力が
作用したときに強い曲げ力が作用しやすい主体金具３の
開口内縁部との当接部が、該通電端子軸１３により補強
される形となり、衝撃等が加わっても破損等が生じにく
くなる。

【００５２】一方、図１のグロープラグ１は、次の点で
図４のグロープラグ１００より優れているといえる。ま
ず、通電端子軸１３の後端側を、絶縁ブッシュ１６を介
して加締めリング１７で止める構造になっていることか
ら、第一絶縁リング１２とシールリング１０とを加締め
部３ｂで止め、さらに第二絶縁リング１４と加締めリン
グ１７で補強した図４のグロープラグ１００よりも部品
点数が少なく、製造も容易である。また、図４のグロー
プラグ１００では、内向きに突出した加締め部３ｂの内
縁と通電端子軸１３の外面との距離が比較的小さいの
で、水漏れ等による短絡を生じないよう、絶縁リング１
２，１４間の気密性を配慮する必要がある。これに対
し、図１のグロープラグ１では、絶縁ブッシュ１６のフ
ランジ部１６ａにより、主体金具３の開口内縁から通電
端子軸１３の外面までの距離が大きくなっており、か
つ、絶縁ブッシュ１６と主体金具３との隙間から通電端
子軸１３側に漏れ込もうとする水はＯリング１５により
遮断されるので、短絡をより起こしにくい構造となって
いる。さらに、図４のグロープラグ１００では、シーズ
チューブ１１をろう付けにより主体金具３に接合する形
となっていたので、ろう接時の熱影響によるシーズチュ
ーブ１１ａの軟化を見越して強度設計を行う必要がある
のに対し、図１のグロープラグ１では、シーズチューブ
１１は主体金具３に圧入結合されるので熱影響による軟
化の心配がなく、加工による強度向上効果をより有効に
活用できる利点がある。

【００５３】以上、発熱コイルと制御コイルとを備えた
グロープラグの実施例について説明したが、これに限ら
れるものでなく、例えば発熱コイルのみを備え、制御コ
イルを省略したグロープラグについても本発明は同様に
適用できる。

【００５４】

【実施例】（実施例１）図１のグロープラグを、以下に
特記する条件を除いて、先に例示した寸法及び材質によ
り各種作製した。すなわち、シーズチューブ１１の本体
部１１ａの外径Ｄ1を３．０〜４．４ｍｍの範囲にて変
化させた。また、本体部１１ａの肉厚ｔは０．２５〜
０．７５ｍｍの範囲で変化させた。また、発熱コイル２
１及び制御コイル２３は外径ｄ1のみ１．５〜３．０ｍ
ｍの範囲で変化させた。各グロープラグの、Ｄ1、ｔ、
ｄ1の具体的な数値は、ｔ／Ｄ1、Ｄ2（シーズチューブ
内径）、ＣＧ（コイルとシーズチューブ内面との半径
差）、ｄ1／Ｄ2の各値とともに表３に示している。

【００５５】これら各グロープラグを各条件につき５０
個ずつ作製し、以下の各試験を行った。結果を表３に示
す。 ショート（短絡）発生確率 室温にて、まずグロープラグに対し電圧５０Ｖのパルス
電圧（パルス長０．１秒）を印加してグロープラグの抵
抗値を測定し、測定値をＲ0とする。次いで電圧１１Ｖ
にて３０秒連続通電し、その後さらに同様のパルス電圧
を印加してグロープラグの抵抗値を測定し、測定値をＲ
1とする。加熱により、シーズチューブと発熱コイルな
いし制御コイルとの間に短絡が生じれば、実質的な通電
コイル長が短くなるため、抵抗測定値Ｒ1は減少する。
そして、Ｒ1のＲ0に対する減少率｛（Ｒ0−Ｒ1）／Ｒ
0｝×１００が１０％以上となったものをショート発生
と判断し、測定したグロープラグ５０個中のショート発
生個数がゼロのものを合格（○）、１個でもショートし
たものは不合格（×）とした。 強度評価(I) 各グロープラグをシーズチューブが下となり、かつコン
クリート製の試験面からシーズチューブ先端までの初期
距離が１ｃｍとなるように鉛直に保持して落下させ、以
降、上記距離を１ｃｍずつ段階的に増加させながら落下
を繰り返す。各落下後にシーズチューブに曲がりや折損
等の破壊が生じたか否かを目視にて確認する。そして、
破壊を生じない最大落下距離が５ｃｍ以上のものを優
（◎）、３ｃｍ〜４ｃｍまでのものを良（○）、２ｃｍ
以下のものを不可（×）として判定した。 強度評価(II) 各グロープラグの主体金具を、シーズチューブが水平と
なるようにチャックにて保持し、これを曲げ試験機にセ
ットするとともに、側方に突き出すシーズチューブの先
端から軸方向に沿って１ｍｍの位置に曲げパンチの先端
を当接させ、クロスヘッド速度１ｍｍ／分にて片持曲げ
試験を行ったときの、最大曲げ荷重の値を曲げ強度値と
して測定した。シーズチューブ１１の本体部１１ａの外
径Ｄ1を３．５ｍｍに固定し、肉厚ｔを変化させたとき
の強度値を、短絡発生確率とともにプロットしたグラフ
を図８に示す。

【００５６】

【表１】

【００５７】表１の結果から、以下のことがわかる。 (1)肉厚ｔが０．３ｍｍ以上、ｔ／Ｄ1が０．０８以上で
シーズチューブの強度が十分となり、落下試験における
破損が生じにくくなる。 (2)ＣＧが０．１ｍｍ〜０．８ｍｍで、ショートを生じ
にくくなる。

【００５８】また、落下試験における破損を生じないた
めにはｔ／Ｄ1が０．０８以上となることが必要である
が、図８の結果から、対応する強度値としては５ｋｇ以
上が確保されていればよいことがわかる。なお、ｔ／Ｄ
1が０．２を超えると、ショート発生確率が急速に高く
なっていることがわかる。

【００５９】（実施例２）図１のグロープラグを、以下
に特記する条件を除いて、先に例示した寸法及び材質に
より各種作製した。まず、シーズチューブ１１の本体部
１１ａの外径Ｄ1のみを２．５〜５．０ｍｍの各種値に
て変化させ、これに合わせて発熱コイル２１及び制御コ
イル２３は外径ｄ1のみ１．５〜２．５ｍｍの範囲で適
宜変化させた。また、制御コイル２３の材質として、前
記したコバルト−鉄合金製のものに代え、ニッケルメッ
キ鉄線（線径は同じ、メッキ厚さは約１μｍ）、及びニ
ッケル線（線径は同じ）を用いたものを作製した。

【００６０】そして、これらグロープラグを室温中に保
持し、通電電圧１１Ｖにて通電したときの昇温特性曲線
（温度−時間曲線）を、以下のようにして測定した。温
度測定は、グロープラグ１を図１０に示すような治具２
００に取り付けた状態で行った。該治具２００は、縦長
円柱状（外径２３ｍｍ）の炭素鋼製のものであり、中心
部に軸線方向のプラグ装着孔２０１が貫通形態で形成さ
れている。図１に示すグロープラグ１は、先端側をプラ
グ装着孔２０１内に挿入し、該プラグ装着孔２０１の一
方の端部側に形成された雌ねじ部２０１ａに対してねじ
部７を螺合させることにより、治具２００に取り付けら
れる。治具２００の各部の寸法は図面中に記載した通り
である（単位：ｍｍ）。また、グロープラグ１のシーズ
チューブ１１の先端部は、上記装着状態において治具２
００の端面より１０ｍｍ突出するようになっている。

【００６１】そして、シーズチューブ１１の突出部にお
いて、その先端から軸線方向に８ｍｍまでの測定区間を
設定し、その測定区間における最高温度位置を予め調べ
ておくとともに、該位置に熱電対（Ｐｔ／Ｐｔ−Ｒｈ）
を固定してシーズヒータ２に連続通電し、温度の時間変
化を測定して昇温特性曲線を得た（以上の測定方法は、
ＩＳＯ７５７８（１９８６）に規定された方法に準拠す
るものである）。また、得られた昇温特性曲線から、前
述の８００℃到達時間（ｔ800）、ピーク温度（ＴP ）
及び６０秒後温度（ＴS）の値をそれぞれ算出した。以
上の結果を表２に示す。

【００６２】

【表２】

【００６３】すなわち、本体部１１ａの外径Ｄ1が４．
４ｍｍを超える番号１のグロープラグではｔ800が大き
く、速熱性が不足しているほか、６０秒後温度（飽和温
度を反映したものとなる）ＴSが低くＴP−ＴSも５０℃
未満となっており、良好な過昇防止型昇温特性が得られ
ていないことがわかる。これに対し、本体部１１ａの外
径Ｄ1が３〜４．４ｍｍの本発明のシーズヒータを使用
したグロープラグ（番号２〜６、８〜１０）では、ｔ80
0が小さく速熱性に優れ、また過昇防止型昇温特性も良
好であることがわかる。他方、本体部１１ａの外径Ｄ1
が３ｍｍ未満のグロープラグでは、発熱コイルの寸法が
小さいため６０秒後温度ＴSが低く、グロープラグの性
能としては不十分であることがわかる。

【００６４】なお、図６は、番号５のグロープラグの昇
温特性曲線を示している。また、図７は、番号１の比較
例のグロープラグの昇温特性曲線を示している。

【００６５】（実施例３）図１のグロープラグを、コイ
ル間ギャップ長ＪＬを０．５〜５ｍｍにて変化させた他
は、先に例示した寸法及び材質により各種作製した。そ
して、これらグロープラグに対し、実施例２と同様にし
て昇温特性曲線（温度−時間曲線）を測定し、ｔ800、
ＴP 及びＴSの各値をそれぞれ算出した。以上の結果を
表２に示す。

【００６６】

【表３】

【００６７】すなわち、ＪＬを０．８〜３ｍｍの範囲に
て調整することで、速熱性及び過昇防止型昇温特性に特
に優れたグロープラグが実現されていることがわかる。

【００６８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のグロープラグの一例を示す全体図及び
縦断面図。

【図２】そのシーズヒータの内部構造を示す断面図及び
その要部拡大模式図。

【図３】スエージングマシンの概念と、スエージングの
作用とを示す説明図。

【図４】図１のグロープラグの変形例を示す縦断面図。

【図５】そのシーズヒータの内部構造を示す断面図。

【図６】実施例３の番号５のグロープラグの昇温特性曲
線。

【図７】実施例３の番号１のグロープラグの昇温特性曲
線。

【図８】実施例１の曲げ強度試験結果をショート発生確
率とともに示すグラフ。

【図９】従来のグロープラグの模式図。

【図１０】グロープラグの温度測定に使用する治具の縦
断面図。

【符号の説明】

１ グロープラグ ２ シーズヒータ ３ 主体金具 ７ ねじ部 １１ シーズチューブ １１ａ 本体部 １１ｂ 拡径部 １３ 通電端子軸 ２１ 発熱コイル ２３ 制御コイル

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端側が閉じたシーズチューブと、 そのシーズチューブ内においてその先端側に配置される
   発熱コイルとを含み、 前記シーズチューブの前記発熱コイルを収容している部
   分（以下、発熱コイル収容部という）の外径が３．０〜
   ４．４ｍｍとされるとともに、その肉厚ｔが０．３〜
   ０．７５ｍｍであり、かつ外径をＤ1としたときのｔ／
   Ｄ1の値が０．０８〜０．２であることを特徴とするグ
   ロープラグ。
2. 【請求項２】 先端側が閉じたシーズチューブと、 そのシーズチューブ内においてその先端側に配置される
   発熱コイルとを含み、 前記シーズチューブの前記発熱コイルを収容している部
   分（以下、発熱コイル収容部という）の外径が３．０〜
   ４．４ｍｍとされるとともに、該発熱コイル収容部の内
   径をＤ2、前記発熱コイルの外径をｄ1としたときに、両
   者の半径差ＣＧ＝（Ｄ2−ｄ1）／２が０．１〜０．８ｍ
   ｍの範囲にて調整されていることを特徴とするグロープ
   ラグ。
3. 【請求項３】 前記シーズチューブの前記発熱コイル収
   容部の外径が３．０〜４．４ｍｍとされるとともに、そ
   の肉厚ｔが０．３〜０．７５ｍｍであり、かつ外径をＤ
   1としたときのｔ／Ｄ1の値が０．０８〜０．２である請
   求項２に記載のグロープラグ。
4. 【請求項４】 前記シーズチューブ内において軸線方向
   に複数の抵抗線コイルが配置され、 その抵抗線コイルは、前記シーズチューブ内において、
   その先端側に配置される発熱コイルと、その発熱コイル
   の後方側にこれと直列接続されるとともに、該発熱コイ
   ルからの発熱を受けることにより電気抵抗値を増大さ
   せ、発熱コイルに対する通電を制御する制御コイルとを
   含む請求項１ないし３のいずれかに記載のグロープラ
   グ。
5. 【請求項５】 前記発熱コイルの外径ｄ1が１．５〜
   ３．０ｍｍとされ、かつ該外径ｄ1と前記発熱コイル収
   容部の内径Ｄ2との比ｄ1／Ｄ2が０．５〜０．８の範囲
   で調整されている請求項１ないし４のいずれかに記載の
   記載のグロープラグ。
6. 【請求項６】 前記シーズチューブは、ステンレス鋼、
   鉄基耐熱合金及びＮｉ基耐熱合金のいずれかにて構成さ
   れている請求項１ないし５のいずれかに記載のグロープ
   ラグ。
7. 【請求項７】 前記シーズチューブを、先端側を突出さ
   せた状態で覆う主体金具が設けられ、 前記シーズチューブの該主体金具からの突出部長さが２
   ４〜５０ｍｍとされている請求項１ないし６のいずれか
   に記載のグロープラグ。
8. 【請求項８】 前記シーズチューブを、先端側を突出さ
   せた状態で覆う主体金具が設けられ、 前記シーズチューブ内においてその基端側から挿入され
   た通電端子軸の先端が前記抵抗線コイルの後端に接続さ
   れ、その通電端子軸の先端が前記主体金具端面から突出
   して位置するとともに、当該通電端子軸の先端から前記
   シーズチューブの先端までの長さが２４〜５０ｍｍとさ
   れている請求項１ないし７のいずれかに記載のグロープ
   ラグ。
9. 【請求項９】 前記主体金具の、前記シーズチューブが
   配置される孔部の内径は、該シーズチューブの前記主体
   金具からの突出部よりも大径に形成されるとともに、前
   記シーズチューブの基端部は、前記主体金具の前記孔部
   の内径に対応する寸法となるように拡径されており、該
   拡径部にて前記主体金具の前記孔部内にろう付け、溶接
   及び圧入のいずれかにより接合されている請求項１ない
   し８のいずれかに記載のグロープラグ。
10. 【請求項１０】 前記シーズチューブの先端部表面にお
    ける昇温特性が、通電初期にピーク温度ＴPを有して該
    ピーク温度ＴP以下で飽和するものとなるようにした請
    求項４ないし９のいずれかに記載のグロープラグ。