(57)【要約】【課題】内燃機関に組み付けた際に、内燃機関との導通が確保され、かつ組み付け前の状態において、圧接部が腐食等から保護される塗膜を備えたグロープラグの提供。【解決手段】本発明のグロープラグ１は、先端側に配される長手状の小径部１Ａ（５Ａ、４）と、この小径部１Ａの後端側に配され、小径部１Ａよりも大径であり、外周面に内燃機関１００の取付孔１１０に螺合させるためのネジ部８を含む長手状の大径部１Ｂ（５Ｂ，２）と、小径部１Ａと大径部１Ｂとの間に配され、小径部１Ａ側から大径部１Ｂ側に向かって拡がるように傾斜し、内燃機関１００の取付孔１１０にネジ部８が螺合された際に、内燃機関１００のテーパシート１２０に対して圧接される圧接部１Ｃ（５Ｃ）とを備える。グロープラグ１は、少なくとも圧接部１Ｃ（５Ｃ）を覆うように形成され、アルキド樹脂を主成分として含む塗膜２０を備える。【選択図】図２
2020169754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側に配される長手状の小径部と、この小径部の後端側に配され、前記小径部よりも大径であり、外周面に内燃機関の取付孔に螺合させるためのネジ部を含む長手状の大径部と、前記小径部と前記大径部との間に配され、前記小径部側から前記大径部側に向かって拡がるように傾斜し、前記内燃機関の前記取付孔に前記ネジ部が螺合された際に、前記内燃機関のテーパシートに対して圧接される圧接部とを備えるグロープラグであって、
少なくとも前記圧接部を覆うように形成され、アルキド樹脂を主成分として含む塗膜を備えることを特徴とするグロープラグ。
【請求項２】
前記塗膜は、シリコーン樹脂を含む請求項１に記載のグロープラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グロープラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
グロープラグは、圧縮着火方式によるディーゼルエンジン等の内燃機関（エンジン）の補助熱源として用いられている。グロープラグとしては、例えば、セラミックグロープラグやメタルグロープラグが知られている。
【０００３】
セラミックグロープラグは、導電性セラミックからなる発熱素子が、絶縁性セラミックからなる筒状の基体に収容されて構成されるセラミックヒータを備えている。セラミックヒータは、先端側に配されており、その後端側に、外筒やハウジング等と称される筒状体が接続されている。また、メタルグロープラグは、金属製のコイル状の発熱抵抗体からなる発熱素子が、酸化マグネシウム等の絶縁粉末で満たされたシース管内に収容されて構成されるシースヒータを備えている。
【０００４】
セラミックヒータ、シースヒータ等のヒータは、グロープラグの先端側において、長手状に形成されており、そのようなヒータの後端側に、外筒やハウジング等と称される筒状体が接続されている。筒状体の外周面には、グロープラグを内燃機関（エンジン）に組み付けた際に、エンジンヘッドのテーパシートに圧接する圧接部が設けられている。このような圧接部を含む筒状体は、金属系材料からなり、その外周面には、樹脂製の塗膜が形成されることがある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−４８４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
グロープラグをエンジンヘッドに組み付けた際に、筒状体の圧接部は、エンジンヘッドに設けられたテーパシートと密着して、それらが互いに電気的に接続される必要がある。そのため、圧接部に設けられた塗膜は、グロープラグの組み付け時に、テーパシートに摺接されて、適度に剥がされる必要がある。また、その一方で、組み付け前のグロープラグにおいて、腐食等から保護するために、圧接部を含む筒状体の外周面に、容易に剥がれないように塗膜を形成する必要がある。従来のこの種の塗膜には、圧接部に対する密着性等を改善する余地があった。
【０００７】
本発明の目的は、内燃機関に組み付けた際に、内燃機関との導通が確保され、かつ組み付け前の状態において、圧接部が腐食等から保護される塗膜を備えたグロープラグを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るグロープラグは、先端側に配される長手状の小径部と、この小径部の後端側に配され、前記小径部よりも大径であり、外周面に内燃機関の取付孔に螺合させるためのネジ部を含む長手状の大径部と、前記小径部と前記大径部との間に配され、前記小径部側から前記大径部側に向かって拡がるように傾斜し、前記内燃機関の前記取付孔に前記ネジ部が螺合された際に、前記内燃機関のテーパシートに対して圧接される圧接部とを備えるグロープラグであって、少なくとも前記圧接部を覆うように形成され、アルキド樹脂を主成分として含む塗膜を備えることを特徴とする。
【０００９】
前記グロープラグにおいて、前記塗膜は、シリコーン樹脂を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、内燃機関に組み付けた際に、内燃機関との導通が確保され、かつ組み付け前の状態において、圧接部が腐食等から保護される塗膜を備えたグロープラグを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】セラミックグロープラグの断面図
【図２】内燃機関にセラミックグロープラグを組み付けた状態を示す断面模式図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜実施形態１＞
以下、本発明の実施形態１のグロープラグを、図１及び図２を参照しつつ説明する。本実施形態では、セラミックグロープラグ１（以下、単に「グロープラグ１」と称する場合がある）について例示する。図１は、セラミックグロープラグ１の断面図であり、図２は、内燃機関にセラミックグロープラグ１を組み付けた状態を示す断面模式図である。なお、図１及び図２の下側に、グロープラグ１の先端側が示され、図１及び図２の上側に、グロープラグ１の後端側が示される。
【００１３】
グロープラグ１は、図１及び図２に示されるように、ハウジング２、中軸３、セラミックヒータ４、外筒５、端子ピン６及び塗膜２０等を備えている。
【００１４】
ハウジング２は、所定の金属材料（例えば、Ｓ４５Ｃ等の炭素鋼やステンレス等の鉄系素材）によって形成されると共に、軸線Ｌ方向に沿って延びる軸孔７を有している。更に、ハウジング２の長手方向の中央部外周には、グロープラグ１を内燃機関１００（図２参照）の取付孔１１０（図２参照）に組み付けるためのネジ部８が形成されている。また、ハウジング２の後端部の外周には、軸線Ｌ方向に見て六角形状をなした鍔状の工具係合部９が形成されている。工具係合部９には、内燃機関１００にグロープラグ１が組み付けられる際、所定の工具が係合される。
【００１５】
また、ハウジング２の軸孔７には、ハウジング２の内周面と隙間を空けた状態で、金属製の丸棒状の中軸３が収容されている。中軸３の先端部は、金属材料（例えば、ＳＵＳ等の鉄系素材）によって形成された円筒状の接続部材１０の後端部に嵌入されると共に、その接続部材１０の先端部には、セラミックヒータ４の後端部が嵌入されている。これにより、中軸３とセラミックヒータ４とが接続部材１０を介して機械的かつ電気的に接続されている。なお、中軸３の先端側には、その外径が先端側に向けて小さくされた括れ部１３が形成されており、その括れ部１３により中軸３に伝わる応力の緩和等が図られている。
【００１６】
中軸３の後端部には、金属製の端子ピン６が加締め固定されている。また、端子ピン６の先端部とハウジング２の後端部との間には、それらの間における直接的な電気的導通を防止するために、絶縁性素材からなる絶縁ブッシュ１１が設けられている。更に、軸孔７内の気密性の向上等を図るべく、ハウジング２及び中軸３の間には、絶縁ブッシュ１１の先端部に接触する形で、絶縁性素材からなるＯリング１２が設けられている。
【００１７】
外筒５は、ステンレスにより形成されると共に、筒状をなしている。また、外筒５は、自身の内周において、セラミックヒータ４の軸線Ｌ方向に沿った外周面の中間部分を保持している。そして、セラミックヒータ４の先端部は、外筒５の先端から突出する一方で、セラミックヒータ４の後端部は、軸孔７に挿入されると共に、外筒５の後端から突出している。更に、外筒５は、自身の後端部が軸孔７に圧入された状態で、ハウジング２の先端面と外筒５との接触面に沿ってレーザー溶接を施すことで、ハウジング２に接合されている。
【００１８】
また、外筒５は、軸線Ｌ方向の先端側に位置する比較的小径の外筒小径部５Ａと、外筒小径部５Ａよりも軸線Ｌ方向の後端側に位置し、外筒小径部５Ａの外径よりも外径が大きい外筒大径部５Ｂとを備えている。また、外筒小径部５Ａと外筒大径部５Ｂとの間には、軸線Ｌ方向の先端側に向けて先細るテーパ状の圧接部５Ｃが形成されている。
【００１９】
セラミックヒータ４は、絶縁性セラミック（例えば、窒化珪素を主成分とするもの）により構成されると共に、軸線Ｌ方向に延びる筒状の基体と、その内部に埋設され、導電性セラミックよりなる長細いＵ字状の発熱素子とを備えている。基体は、自身の先端部を除いて略同一の外径を有するように形成されている。また、発熱素子は、発熱部と、その発熱部の両端部に接合される一対の棒状のリード部とを備えている。発熱部は、所謂、発熱抵抗体として機能する部位であり、曲面状に形成されたセラミックヒータ４の先端部分において、その曲面に沿う形で断面略Ｕ字状をなしている。本実施形態では、発熱部の断面積がリード部の断面積よりも小さくされると共に、発熱部を構成する導電性セラミックの抵抗率が、リード部を構成する導電性セラミックの抵抗率よりも大きくされている。したがって、通電時には、発熱部において積極的に発熱が行われる。
【００２０】
更に、一対のリード部は、それぞれセラミックヒータ４の後端側に向けて互いに略平行に延設されている。加えて、一方のリード部の後端側には、電極取出部が外周方向に突設されており、その電極取出部は、セラミックヒータ４の外周面から露出している。一方のリード部における電極取出部の露出部分は、接続部材１０の内周面と接触している。その結果、接続部材１０に接続された中軸４と一方のリード部との間が電気的に接続されている。
【００２１】
また、他方のリード部にも、電極取出部が外周方向に突設されており、その電極取出部が、セラミックヒータの外周面から露出している。他方のリード部における電極取出部の露出部分は、外筒５の内周面に対して接触しており、外筒５に接合されたハウジング２と他方のリード部との間の電気的導通が図られている。このように、本実施形態では、中軸３及びハウジング２が、セラミックヒータ４の発熱部に通電するための陽極及び陰極として機能する。
【００２２】
本実施形態において、外筒５の先端側にある長手状の外筒小径部５Ａと、その外筒小径部５Ａの先端側から突出するセラミックヒータ４の先端部とが、１つの「長手状の小径部１Ａ」を構成する。小径部１Ａは、グロープラグ１の先端側に配される部分である。また、外筒５の後端側にある外筒大径部５Ｂと、その外筒大径部５Ｂに接合されたハウジング２とが、グロープラグ１における１つの「長手状の大径部１Ｂ」を構成する。大径部１Ｂは、小径部１Ａの後端側に配され、小径部１Ａよりも大径であり、外周面にネジ部８を備えている。ネジ部８は、後述するように、内燃機関１００（図２参照）の取付孔１１０（図２参照）に螺合させるためのものである。そして、外筒５の外筒小径部５Ａと外筒大径部５Ｂとの間に配される圧接部５Ｃが、小径部１Ａと大径部１Ｂとの間に配され、小径部１Ａ側から大径部１Ｂ側に向かって拡がるように傾斜する「圧接部１Ｃ」を構成する。
【００２３】
塗膜２０は、アルキド樹脂を主成分とする塗膜からなる。塗膜２０の組成等については、後述する。本実施形態の場合、塗膜２０は、外筒小径部５Ａの後端側の外表面から、ハウジング２の後端側の外表面に亘って一様の厚みで形成されている。本実施形態の場合、特に、後方側を向くハウジング２の後端面にも塗膜２０が形成されている。つまり、塗膜２０は、外筒５の圧接部５Ｃ（圧接部１Ｃ）の表面のみならず、圧接部５Ｃの先端側に隣接する外筒小径部５Ａの外表面の一部や、圧接部５Ｃの後端側に隣接する外筒大径部５Ｂの外表面を覆うように形成されている。また、塗膜２０は、ハウジング２の外表面を覆うように形成されている。なお、ネジ部８の表面も、塗膜２０で覆われている。このように、本実施形態のグロープラグ１の外表面には、腐食防止等を目的とした塗膜２０が形成されている。なお、塗膜２０は、少なくとも圧接部５Ｃ（圧接部１Ｃ）を覆うように形成される。圧接部５Ｃは、後述するように、グロープラグ１と内燃機関（エンジンヘッド）１００との間の導通を確保する際の重要な部分であり、このような部分を、塗膜２０によって確実に保護することが求められる。
【００２４】
塗膜２０は、アルキド樹脂を主成分とする組成物液（塗料）を、グロープラグ１の外表面（圧接部５Ｃの外表面等）にスプレー塗布等の公知の手法を利用して付与し、その後、外表面に形成された組成物液（塗料）からなる膜を、適宜、乾燥することにより、目的とする塗膜２０を得ることができる。
【００２５】
塗膜２０を形成するために使用される前記組成物液において、アルキド樹脂等の樹脂成分は、例えば、１６〜２０質量％の割合（好ましくは１０〜１４質量％）で含まれる。また、そのような樹脂成分（１００質量％）において、アルキド樹脂は、少なくとも５０質量％以上（好ましくは８０質量以上、より好ましくは９０質量％以上）の割合で含まれる。
【００２６】
塗膜２０に使用される樹脂成分としては、必須成分であるアルキド樹脂以外に、例えば、シリコーン樹脂等の他の樹脂が含まれてもよい。前記組成物液における樹脂成分（１００質量％）に対して、シリコーン樹脂は、例えば、８質量％以下（好ましくは５質量％以下）の割合で使用されてもよい。なお、前記組成物液に使用される溶剤としては、キシレン、エチルベンゼン等の公知の有機溶剤等が使用される。
【００２７】
塗膜２０は、本発明の目的を損なわない限り、樹脂成分以外に、アルミニウム粉末等の金属フィラーや、他の添加剤等を含んでもよい。
【００２８】
圧接部５Ｃ（圧接部１Ｃ）の表面等に形成される塗膜２０の厚み（膜厚）は、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、例えば、４μｍ〜１５μｍ程度に設定される。塗膜２０の厚みの計測には、公知の手法を用いることができる。例えば、塗膜２０を形成する前の状態のグロープラグ１の投影図と、塗膜２０を形成した後の状態のグロープラグ１の投影図とを、所定の測定装置（例えば、装置名「ＩＭＡＧＥ  ＤＩＭＥＮＳＩＯＮ  ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ  ＩＭ−６０２０」（株式会社キーエンス製））を使用して取得する。そして、その取得された塗膜２０形成前後の投影図から、グロープラグ１の所定箇所における塗膜２０形成前後における外径差を把握し、その外径差を二等分したものを、塗膜２０の厚みとしてもよい。なお、塗膜２０の厚みは、１つのグロープラグ１について、複数箇所（例えば、３箇所）の平均値として求めてもよい。
【００２９】
図２に示されるように、内燃機関（エンジンヘッド）１００の取付孔１１０にネジ部８を螺合した際に、圧接部５Ｃ（圧接部１Ｃ）は、内燃機関１００のテーパシート１２０に対して圧接される。内燃機関１００のテーパシート１２０のうち、少なくとも外筒５が圧接される部位は、鉄（Ｆｅ）やアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属（例えば、鋳鉄等）により形成されている。内燃機関１００の取付孔１１０にネジ部８が螺合される際、グロープラグ１の圧接部５Ｃ（圧接部１Ｃ）は、テーパシート１２０に対して、軸線Ｌ回りに回転しながら徐々に近付く。そのため、圧接部５Ｃ（圧接部１Ｃ）の表面に形成された塗膜２０は、最終的に、テーパシート１２０に対して回転しながら接触（摺接）し、圧接部５Ｃとテーパシート１２０との間で挟まれた形となる。その際、塗膜２０の一部は、テーパシート１２０との間の摩擦によって剥離し、圧接部５Ｃの一部が塗膜２０から露出し、かつその露出した圧接部５Ｃの一部と、テーパシート１２０とが密着する。その結果、グロープラグ１の圧接部５Ｃと、テーパシート１２０との間の導通（電気的な接続）が確保される。
【００３０】
以上のように、本実施形態では、塗膜２０が少なくとも圧接部５Ｃ（圧接部１Ｃ）を覆うように形成されていると、グロープラグ１を内燃機関１００に組み付けた際に、内燃機関１００との導通が確保され、かつ組み付け前の状態（例えば、保管時、搬送時等）において、圧接部５Ｃ（圧接部１Ｃ）が、腐食（例えば、酸素や水分との接触による腐食）等から保護される。
【００３１】
仮に、圧接部５Ｃが塗膜２０により保護されず、腐食してしまうと、グロープラグ１を内燃機関１００に組み付ける際に、ネジ部８を取付孔１１０に螺合するために、規定トルクで締め付けたにも関わらず、締め付けトルクが十分でなく、圧接部５Ｃ（圧接部１Ｃ）と内燃機関（エンジンヘッド）との導通（通電）が阻害される虞がある。しかしながら、本実施形態のグロープラグ１は、５Ｃ（圧接部１Ｃ）に対する塗料２０の密着性に優れるため、組み付け前の状態において、使用者がグロープラグ１を取り扱う際等に、塗膜２０が剥がれることが防止され、圧接部５Ｃ等の表面が保護される。しかも、グロープラグ１を内燃機関１００に組み付けた際には、適度に剥がれ、グロープラグ１と内燃機関１００との導通が確保される。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
【００３３】
〔実施例１〕
上述したグロープラグ１と同様の構造を有する実施例１のグロープラグを用意した。塗膜を形成するための組成物液としては、樹脂成分として、アルキド樹脂とシリコーン樹脂を含む組成物液１を利用した。樹脂成分（１００質量％）おいて、アルキド樹脂の含有量は、９５質量％であり、シリコーン樹脂の含有量は、５質量％である。また、組成物液１には、着色等の目的で、樹脂成分１００重量部に対して、アルミニウム粉末が５０〜８７．５重量部の割合で添加されている。組成物液１を、公知のスプレー装置を用いて、グロープラグの圧接部等の外表面に塗布した。その後、組成物液１が塗布されたグロープラグを乾燥させて、グロープラグの圧接部等に塗膜を形成した。なお、塗膜の形成範囲は、上述したグロープラグ１と同じである。塗膜の厚みは、４μｍ〜１５μｍであった。
【００３４】
〔実施例２〕
実施例１の組成物液１に代えて、市販品の塗料であるアルキド・シリコーンワニスを使用したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２のグロープラグを作製した。実施例２の塗料には、実施例１と同様の割合で、アルミニウム粉末が添加されている。実施例２のグロープラグに形成された塗膜の厚みは、４μｍ〜１５μｍであった。
【００３５】
〔実施例３〕
実施例１の組成物液１に代えて、市販品の塗料ある、シリコーン樹脂を含まないアルキド樹脂組成物液を使用したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例３のグロープラグを作製した。実施例３の塗料には、実施例１と同様の割合で、アルミニウム粉末が添加されている。実施例３のグロープラグに形成された塗膜の厚みは、４μｍ〜１５μｍであった。
【００３６】
〔比較例１〕
実施例１の組成物液１に代えて、市販品の塗料である、アルキド樹脂を含まないシリコーン樹脂組成物液を使用したこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１のグロープラグを作製した。比較例１の塗料には、実施例１と同様の割合で、アルミニウム粉末が添加されている。比較例１のグロープラグに形成された塗膜の厚みは、４μｍ〜１５μｍであった。
【００３７】
〔比較例２〕
実施例１の組成物液１に代えて、市販品の塗料である、アルキド樹脂を含まない他のシリコーン樹脂組成物液を使用したこと以外は、実施例１と同様にして、比較例２のグロープラグを作製した。比較例２の塗料には、実施例１と同様の割合で、アルミニウム粉末が添加されている。比較例２のグロープラグに形成された塗膜の厚みは、４μｍ〜１５μｍであった。
【００３８】
〔評価試験〕
（耐腐食性試験）
各実施例及び各比較例のグロープラグについて、ＪＩＳ  Ｚ  ２３７１に準拠した塩水噴霧試験を、４８時間実施した。そして、４８時間後のグロープラグの表面状態（外筒及びハウジングの表面状態）を、目視で確認し、以下の評価基準に基づいて、グロープラグの耐腐食性を評価した。結果は、表１に示した。
【００３９】
＜評価基準＞
・「赤錆の発生がない」                                  ・・・・・    「◎」
・「ごく小さな赤錆が見られる」                          ・・・・・    「〇」
・「赤錆が多数が見られる」                              ・・・・・    「×」
【００４０】
（塗膜密着性試験）
各実施例及び各比較例のグロープラグについて、圧接部に、粘着テープ（商品名「ＳＵＰＥＲ  ＴＡＰＥ  Ｔ−Ｋ１８」（コクヨ株式会社製））を指の腹で強く押さえながら貼り付け、その後、その粘着テープを評価面（圧接部の表面）に対して略垂直方向に手で強く引っ張ることで、塗膜の剥がれの有無を確認した。そして、各塗膜の密着性を、以下の評価基準に基づいて評価した。結果は、表１に示した。
【００４１】
＜評価基準＞
・「全く塗膜の剥がれがない」                              ・・・・・    「◎」
・「塗膜の一部が剥がれているが、圧接部は露出していない」  ・・・・・    「〇」
・「塗膜が剥がれ、圧接部が露出している」                  ・・・・・    「×」
【００４２】
（通電試験）
各実施例及び各比較例のグロープラグを、エンジンヘッド相当冶具（アルミニウム製）に組み付けた状態で通電する通電試験を行った。結果は、表１に示した。なお、表１において、通電可能な場合を、「〇」と表し、通電不可の場合を、「×」と表すものとする。
【００４３】
【表１】
2020169754.tif 000003
【００４４】
実施例１〜３は、アルキド樹脂を主成分として含む塗料から形成された塗膜を有するグロープラグである。このような実施例１〜３は、耐腐食性、密着性、及び通電性に優れることが確かめられた。これに対し、アルキド樹脂を含まない比較例１，２では、塗膜の密着性が悪く、圧着部等の表面から塗膜が剥がれ易いことが確かめられた。
【００４５】
なお、実施例１，２は、アルキド樹脂と共に、シリコーン樹脂を含む塗料から形成された塗膜を有するグロープラグである。実施例１，２は、シリコーン樹脂を含まない実施例３と比べて、耐腐食性に優れることが確かめられた。
【００４６】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４７】
（１）上記実施形態では、セラミックグロープラグ１を例示したが、他の実施形態においては、メタルグロープラグの少なくとも圧接部に、アルキド樹脂を主成分として含む塗膜を形成してもよい。なお、メタルグロープラグの場合、その耐食性評価は、ＪＩＳ  Ｈ  ８５０２に準拠した試験により行われる。
【符号の説明】
【００４８】
１…グロープラグ、１Ａ…小径部、１Ｂ…大径部、１Ｃ…圧接部、２…ハウジング、３…中軸、４…セラミックヒータ、５…外筒、５Ａ…外筒小径部、５Ｂ…外筒大径部、５Ｃ…圧接部、６…端子ピン、７…軸孔、８…ネジ部、９…工具係合部、１０…接続部材、１１…絶縁ブッシュ、１２…Ｏリング、１３…括れ部、２０…塗膜、１００…内燃機関、１１０…取付孔、１２０…テーパシート、Ｌ…軸線
【図１】
2020169754.tif 000004
【図２】
2020169754.tif 000005