(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱コイルと，該発熱コイルの抵抗温度係数よりも大なる正の抵抗温度係数を有すると共に上記発熱コイルの一端側に接続された制御コイルと，該制御コイルと直接接続される中軸と，一端側が閉塞され，閉塞された一端側より上記発熱コイル及び上記制御コイルを内蔵するヒータケースと，該ヒータケース内に充填される電気絶縁用の耐熱絶縁粉末とからなり，上記ヒータケースの他端側を把持するハウジングによって，上記ヒータケースの一端側が上記ハウジングの一端面より突出するように固定されているグロープラグにおいて，
上記ヒータケースの一端側は上記ヒータケースの他端側の径よりも小なる径を有する小径部を有し，上記ヒータケースの他端側は上記小径部の径よりも大なる径を有する大径部を有し，上記小径部と大径部との境界にはテーパ部を有しており，
かつ上記制御コイル側に接続した中軸の先端面は上記テーパ部内に位置していることを特徴とするグロープラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，内燃機関，例えばディーゼルエンジン等の燃焼室内を予熱するために使用されるグロープラグに関し，特にヒータケースの先端側に形成する小径部を軸芯方向に延長させたグロープラグに関する。
【０００２】
【従来技術】
グロープラグには，２種類の材料からなるコイルを用いた自己温度制御型と言われるものがある。該自己温度制御型グロープラグは，抵抗体である発熱コイルと制御コイルとを有すると共に，制御コイルから発熱コイルへ直列に通電する構造を有する。上記制御コイルは，発熱コイルより正の抵抗温度係数の大きな材料で形成されている。
【０００３】
また，上記グロープラグにおいては，ヒータケースの先端側を小径化するなどして，速熱型として機能させると共に，エンジン始動後のアフターグロー時に発熱温度を最高温度よりも低い温度で一定時間発熱させるという，オーバーシュート特性を得られるタイプがある。
【０００４】
また，近年ではディーゼルエンジンのエンジン出力向上，排ガス規制への対応に伴って，給気弁，排気弁を大径化，多数化する傾向にある。そのため，エンジンヘッドのグロープラグ取付孔の孔径を小さく，かつその長さを長くする必要があり，グロープラグの小径化，延長化が望まれている。
これに対応するために，特開平９−２５７２５１号のように，ヒータケースの先端側に形成する小径部を軸芯方向に延長させてオーバーシュート特性を得るグロープラグが知られている。このようグロープラグの一例を以下に示す。
【０００５】
従来のグロープラグ９は，エンジンのエンジンヘッド（図示略）におけるグロープラグ取付ネジ（図示略）に螺着して使用するものであり，図３に示すごとく，発熱体９０を内蔵したヒータケース９１と，該ヒータケース９１を取り付けるハウジング９２とを有する。
上記ヒータケース９１は，図３に示すごとく，上記ハウジング９２の先端側に位置すると共に，上記ハウジング９２の内径よりも小さい外径ｄを有する小径部９１１と，後端側に位置し上記小径部９１１の外径ｄよりも大きい外径Ｄを有する大径部９１２と，上記小径部９１１と大径部９１２との境界に位置するテーパ部９１３とよりなる。
【０００６】
上記発熱体９０は，上記小径部９１１内の先端側に配置された発熱コイル９０１と，上記小径部９１１内から大径部９１２内にかけて配置された制御コイル９０２とよりなる。また，上記発熱体９０には，中軸９３１を介して外部接続端子９３２が接続されている。なお，上記発熱体９０には，上記中軸９３１，外部接続端子９３２を介して通電する。また，上記ヒータケース９１と上記発熱体９０，及び上記ヒータケース９１と上記中軸９３１との間には，短絡防止のため電気絶縁用にマグネシア粉末９３８が入れられている。
【０００７】
なお，上記ハウジング９２の後端部９２２は，六角形状であり，絶縁ブッシュ９５１，金属ナット９５２を介して上記中軸９３１，外部接続端子９３２を固定している。
【０００８】
また，上記グロープラグ９を製造するにあたっては，図４に示すごとく，上記テーパ部９１３を形成するために，４つ割りのダイス４を用いて，上記マグネシア粉末９３８と発熱体９０とを内蔵した上記ヒータケース９１に対してスェージングを行う。スェージングの方法は様々であるが，その一例を以下に示す。
【０００９】
スェージングを行うにあたっては，図５（Ａ）に示すごとく，上記ヒータケース９１よりも外径がひとまわり大きな素管チューブ９１０を用意する。この段階では，上記素管チューブ９１０の一端側の外径は，上記ヒータケース９１の大径部９１２の外径Ｄと等しい。また，該素管チューブ９１０内には，上記発熱体９０である発熱コイル９０１と制御コイル９０２，及びマグネシア粉末９３８が入っている。
【００１０】
次いで，図５（Ｂ）に示すごとく，上記ダイス４を用いて上記素管チューブ９１０の他端側を半径方向から押圧する。次いで，図５（Ｃ）に示すごとく，上記と同様に上記素管チューブ９１０の一端側を半径方向から押圧する。そして，この２段階の押圧によって，上記素管チューブ９１０の一端側が小径部９１１となり，他端側が大径部９１２となり，両者の間がテーパ部９１３となって上記ヒータケース９１が形成される。
【００１１】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来のグロープラグにおいては，次の問題がある。
即ち，上記グロープラグ９においては，図４に示すごとく，上記テーパ部９１３内におけるマグネシア粉末９３８の充填密度が，上記小径部９１１，大径部９１２内に比べて低くなっている場合がある。この原因は，明確ではないが次のように推測される。
【００１２】
図５（Ｂ）に示すごとく，上記ヒータケース９１の大径部９１２においては，１回目の押圧によって，その内部のマグネシア粉末９３８の充填密度が高くなる。また，図５（Ｃ）に示すごとく，上記ヒータケース９１の小径部９１１においては，２回目の押圧によって，その内部のマグネシア粉末９３８の充填密度が高くなる。
しかし，上記ヒータケース９１のテーパ部９１３においては，上記ダイス４の押圧回数が減ったり，押圧力が軸芯方向へ逃げてしまい上記マグネシア粉末９３８がハウジング９２側に移動してしまう等，マグネシア粉末９３８にかける押圧力が不十分であることが充填密度を低下させる原因であると考えられる。
【００１３】
そして，上記のごとく，マグネシア粉末９３８の充填密度が低くなる場合には，上記テーパ部９１３において，熱伝導率が低くなる。
さらに，この熱伝導率の低い上記テーパ部９１３内には，上記小径部９１１との境界から上記大径部９１２との境界に至るすべての間に，発熱体である制御コイル９０２が内臓されている。
そのため，例えば１２Ｖ（ボルト）系グロープラグに対して，アフターグロー時の印加電圧である１４Ｖという比較的高い電圧を印加する場合には，上記テーパ部９１３において局部発熱を引き起こし，上記グロープラグ９の寿命を短くするおそれがある。
【００１４】
また，上記グロープラグ９の使用が長期にわたる場合には，印加する電圧が例えば予熱時の印加電圧である１１Ｖと比較的低くても上記テーパ部９１３内におけるマグネシア粉末９３８の充填密度が低いので，特に上記テーパ部９１３内において上記制御コイル９０２が酸化しやすい。そのため，上記制御コイル９０２の抵抗が増加し，局部発熱を促進させてしまう。それ故，上記グロープラグ９の耐久性を向上させることは困難である。
【００１５】
なお，上記テーパ部９１３におけるマグネシア粉末９３８の充填密度低下は，図５に示したスェージングの方法に限らず，テーパ部を形成するヒータケースであれば，程度の差はあるが生じる問題である。
【００１６】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，ヒータケースのテーパ部における局部発熱を防止できると共に，耐久性に優れたグロープラグを提供しようとするものである。
【００１７】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，発熱コイルと，該発熱コイルの抵抗温度係数よりも大なる正の抵抗温度係数を有すると共に上記発熱コイルの一端側に接続された制御コイルと，該制御コイルと直接接続される中軸と，一端側が閉塞され，閉塞された一端側より上記発熱コイル及び上記制御コイルを内蔵するヒータケースと，該ヒータケース内に充填される電気絶縁用の耐熱絶縁粉末とからなり，上記ヒータケースの他端側を把持するハウジングによって，上記ヒータケースの一端側が上記ハウジングの一端面より突出するように固定されているグロープラグにおいて，
上記ヒータケースの一端側は上記ヒータケースの他端側の径よりも小なる径を有する小径部を有し，上記ヒータケースの他端側は上記小径部の径よりも大なる径を有する大径部を有し，上記小径部と大径部との境界にはテーパ部を有しており，
かつ上記制御コイル側に接続した中軸の先端面は上記テーパ部内に位置していることを特徴とするグロープラグにある。
【００１８】
本発明において最も注目すべきことは，制御コイル側に接続した中軸の先端面はテーパ部内に位置すると共に，上記制御コイルは後端側の一部分だけが上記テーパ部内に位置することである。
【００１９】
次に，本発明の作用効果につき説明する。
本発明のグロープラグにおいては，上記ヒータケースに対してスェージング完了後の段階で，上記制御コイル側に接続した中軸の先端面はテーパ部内に位置する。
【００２０】
そのため，上記制御コイル側に接続した中軸の先端面は，上記ヒータケース内の耐熱絶縁粉末がハウジング側に移動することを妨げるので，ダイスの押圧力が軸芯方向へ逃げてしまうこともない。そのため，耐熱絶縁粉末に十分な押圧をかけることができ，充填密度の低下を抑制することができる。
【００２１】
そのため，上記テーパ部において，充填密度の低下を原因とする熱伝導率の低下を防止することができる。
さらに，上記制御コイルは，後端側の一部分だけが上記テーパ部内に内蔵されるので，上記テーパ部において発熱する部分を少なくすることができる。
それ故，上記テーパ部における局部発熱を防止することができる。
【００２２】
また，上記グロープラグの使用が長期にわたる場合においても，上記テーパ部内における耐熱絶縁粉末の充填密度は十分であるので，上記テーパ部内における上記制御コイルの酸化を防止することができる。そのため，上記制御コイルの電気抵抗が増加することもなく，局部発熱を促進させることもない。それ故，上記グロープラグの耐久性を向上させることができる。
【００２３】
また，上記発熱コイルの材料としては，ニッケルクロム合金，鉄クロム合金等，上記制御コイルの材料としては，コバルト鉄合金，低炭素鋼等が好ましい。
【００２４】
上述のごとく，本発明によれば，ヒータケースのテーパ部における局部発熱を防止できると共に，耐久性に優れたグロープラグを提供することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかるグロープラグについて，図１〜図２を用いて説明する。
本例のグロープラグ１は，図１〜図２に示すごとく，発熱コイル２１と，該発熱コイル２１の抵抗温度係数よりも大なる正の抵抗温度係数を有すると共に上記発熱コイル２１の一端側に接続された制御コイル２２とを有する。また，該制御コイル２２と直接接続される中軸６１と，一端側３６が閉塞され，閉塞された一端側３６より上記発熱コイル２１及び上記制御コイル２２を内蔵するヒータケース３と，該ヒータケース３内に充填される電気絶縁用の耐熱絶縁粉末としてのマグネシア粉末３８とを有する。
【００２６】
また，上記グロープラグ１は，上記ヒータケース３の他端側３９を把持するハウジング５によって，上記ヒータケース３の一端側３６が上記ハウジング５の一端面５１より突出するように圧入固定されている。
上記ヒータケース３の一端側３６は上記ヒータケース３の他端側３９の径Ｄよりも小なる径ｄを有する小径部３１を有し，上記ヒータケース３の他端側３９は上記小径部の径ｄよりも大なる径Ｄを有する大径部３２を有し，上記小径部３１と大径部３２との境界にはテーパ部３３を有している。
また，上記制御コイル２２側に接続した中軸６１の先端面６１１は上記テーパ部３３内に位置している。
【００２７】
以下，詳説する。
上記ヒータケース３の一端側３６は，上記ヒータケース３と同材料からなるリベット（図示略）によって閉塞されており，上記ハウジング５の一端面５１より突出するように圧入固定されている。
なお，上記ヒータケース３とハウジング５との固定は，上記圧入の他，ろう付けによるものでもよい。また，上記リベット（図示略）は発熱コイル２１と溶接接続されている。
【００２８】
また，上記ヒータケース３のテーパ部３３は，従来と同様にスェージング等の絞り加工により，スェージングの絞り治具であるダイス４（図２）によって形成される。なお，上記ヒータケース３のテーパ部３３の傾斜角度αは，軸芯方向に対して７．５°程度である。また，上記小径部３１の外径ｄは３．５ｍｍ，大径部３２の外径Ｄは５．０ｍｍである。
【００２９】
次に，上記制御コイル２２はコバルト鉄合金（Ｃｏ９２重量％−Ｆｅ８重量％）からなり，上記発熱コイル２１の抵抗温度係数よりも大なる正の抵抗温度係数を有する。なお，上記発熱コイル２１の抵抗温度係数としては，正又は負のいずれであってもよい。
また，上記制御コイル２２は，例えばプラズマアーク溶接，レーザ溶接等によって上記発熱コイル２１の一端側２９に接続されている（図１）。
【００３０】
次に，上記発熱コイル２１はニッケルクロム合金（Ｎｉ８０重量％−Ｃｒ２０重量％）からなり，図１に示すごとく，ヒータケース３の小径部３１内にのみ配置されている。また，上記制御コイル２２は，上記小径部３１内にその大部分を配置され，テーパ部３３内には上記制御コイル２２の後端側の一部分だけが配置されている。
上記発熱コイル２１は小径部３１内における一端側（先端側）３６に内蔵し，上記制御コイル２２は上記小径部３１内における他端側（後端側）３９，及びテーパ部３３内における一端側３６に内蔵する。
【００３１】
また，図１に示すごとく，上記ヒータケース３の内部には，上記発熱コイル２１，制御コイル２２，及び中軸６１の周辺に，電気絶縁用の耐熱絶縁粉末であるマグネシア粉末３８が充填されている。
なお，上記ヒータケース３の他端側３９と中軸６１との間は，シリコンゴム（図示略）によって封止されている。
【００３２】
また，上記中軸６１は，図２に示すごとく，上記テーパ部３３内に先端面６１１を配設している。該先端面６１１は上記ヒータケース３の軸方向と垂直に形成されている。また，上記先端面６１１を有する先端部６１２の外周には，抵抗溶接によって上記制御コイル２２の後端が直接に接続されている。
【００３３】
なお，上記制御コイル２２には，図１に示すごとく，上記中軸６１を介して外部接続端子６２が接続されており，該外部接続端子６２を介して通電する。
また，上記中軸６１と上記外部接続端子６２とは上記グロープラグ取付ネジ１８の内側において溶接接合されており，両者の接合部は上記グロープラグ取付ネジ１８の内側に位置する。これは，上記ハウジング５の中軸収容部５１２（図１）の強度（肉厚）を確保するためであり，上記グロープラグ取付ネジ１８の内側に位置するハウジング５の内径を上記中軸収容部５１２の内径より大きくして，上記中軸６１と上記外部接続端子６２の接合部との間に絶縁隙間を確保するためである。
【００３４】
また，上記ハウジング５の後端部５２は，六角形状であり，絶縁ブッシュ７１，金属ナット７２を介して上記中軸６１，外部接続端子６２を固定している。
【００３５】
次に，本例の作用につき説明する。
本例のグロープラグ１においては，図２に示すごとく，上記ヒータケース３に対してスェージングの完了後の段階で，上記制御コイル２２側の中軸６１の先端面６１１は，上記ヒータケース３のテーパ部３３内に位置する。また，中実状の上記中軸６１の先端部６１２が上記テーパ部３３内に位置する。
【００３６】
そのため，図２に示すごとく，ダイス４により上記ヒータケース３に押圧力をかける場合には，上記制御コイル２２側の中軸６１の先端面６１１は，上記ヒータケース３内のマグネシア粉末３８がハウジング５側に移動することを妨げるので，上記ダイス４の押圧力が軸芯方向へ逃げてしまうこともない。そのため，マグネシア粉末３８に十分な押圧をかけることができ，充填密度の低下を抑制することができる。
【００３７】
そのため，上記テーパ部３３において，マグネシア粉末３８の充填密度の低下を原因とする熱伝導率の低下を防止することができる。
さらに，上記制御コイル２２は，後端側の一部分だけが上記テーパ部３３内に内蔵されるので，上記テーパ部３３において発熱する部分を少なくすることができ，発熱量を抑えることができる。
それ故，上記テーパ部３３における局部発熱を防止することができる。
【００３８】
また，上記グロープラグ１の使用が長期にわたる場合においても，上記テーパ部３３内におけるマグネシア粉末３８の充填密度は十分であるので，上記テーパ部３３内における上記制御コイル２２の酸化を防止することができる。そのため，上記制御コイル２２の電気抵抗が増加することもなく，局部発熱を促進させることもない。それ故，上記グロープラグ１の耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１にかかる，グロープラグの断面図。
【図２】実施形態例１にかかる，テーパ部内のマグネシア粉末の充填状態を説明する断面図。
【図３】従来例にかかる，グロープラグの断面図。
【図４】従来例にかかる，テーパ部内のマグネシア粉末の充填状態を説明する断面図。
【図５】従来例にかかる，スェージングの方法の一例を説明する説明図。
【符号の説明】
１．．．グロープラグ，
２１．．．発熱コイル，
２２．．．制御コイル，
３．．．ヒータケース，
３１．．．小径部，
３２．．．大径部，
３３．．．テーパ部，
５．．．ハウジング，
５１．．．一端面，
６１．．．中軸，
６１１．．．先端面，
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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