(57)【要約】【課題】  セラミックヒータと中軸とがリング状の部材によって接続されているセラミックグロープラグにおいて、中軸及びセラミックヒータへ応力が掛かったとしても、セラミックヒータを折損してしまうことを防ぐ。【解決手段】  セラミックヒータ３０は自身の後端部分と中軸２０の先端部分とがリング部材２１によって接続されている。この中軸２０の一部分を細く加工して応力緩和部２６を形成する。この応力緩和部２６を形成したことによって、中軸２０及びセラミックヒータ３０へ応力が及んだ場合でも、前記応力緩和部２６を屈曲させることによって応力を吸収し、セラミックヒータ３０の損傷を回避することができる。また、この応力緩和部２６を設けたことによって、中軸２０とセラミックヒータ３０との接合において同軸度がずれていた場合であっても、前記応力緩和部２６を屈曲させ、主体金具１０との組み付けを容易にすることができる。【選択図】図１
2006207988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身の先端側内部に通電されることによって発熱する発熱体を収容した軸線方向に延在する棒状のセラミックヒータと、
軸孔を有し、前記セラミックヒータの後端部を該軸孔内に収容するとともに該軸孔内にて直接又は他部材を介して前記セラミックヒータを保持する筒状の主体金具と、
中軸であって、
自身の後端に直接又は他部材を介して外部より電力が供給される端子部を構成する中軸後端部と、
自身の先端に前記セラミックヒータの後端部が嵌合する小径穴をヒータ接続部として形成された中軸先端部と
を有する中軸と、
を備え、前記ヒータ接続部に前記セラミックヒータが機械的に剛に接合したグロープラグであって、
前記中軸は、前記ヒータ接続部と前記中軸後端部との間において最も径小となる応力緩和部が形成されていることを特徴とするグロープラグ。
【請求項２】
前記ヒータ接続部は、リング部材と該リング部材の内側に嵌合するの中軸嵌合部と、
が接合してなることを特徴とする請求項１記載のグロープラグ。
【請求項３】
前記中軸には前記ヒータ接続部と前記応力緩和部との間に該応力緩和部よりも径大の中軸先端径大部が形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のグロープラグ。
【請求項４】
前記中軸嵌合部よりも径大の中軸先端径大部を有し、該中軸先端径大部と前記中軸嵌合部との間に前記リング部材の後端面が当接する位置決め端面が形成されていることを特徴とする請求項２記載のグロープラグ。
【請求項５】
前記リング部材のうち、前記中軸先端径大部に隣接する部位の外径は、該中軸先端径大部の外径と同一であることを特徴とする請求項４記載のグロープラグ。
【請求項６】
前記リング部材は、軸線方向に沿って同一の外径を有することを特徴とする請求項２、４または５のいずれか１項に記載のグロープラグ。
【請求項７】
前記応力緩和部は、前記中軸の軸線方向の中点よりも先端側に形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のグロープラグ。
【請求項８】
前記中軸には、前記応力緩和部の後端側に隣接し、軸線方向の後端へ向かって拡径する先端向き傾斜面を備えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のグロープラグ。
【請求項９】
前記中軸には、前記応力緩和部の先端側に隣接し、軸線方向の先端へ向かって拡径する後端向き傾斜面を備えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のグロープラグ。
【請求項１０】
前記中軸には、前記応力緩和部の後端側に隣接し、軸線方向の後端へ向かって拡径する先端向き傾斜面を備えるとともに、前記応力緩和部の先端側に隣接し、軸線方向の先端へ向かって拡径する後端向き傾斜面を備えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のグロープラグ。
【請求項１１】
前記中軸の先端向き傾斜面が軸線方向に対して成す鋭角の角度をα、
前記中軸の後端向き傾斜面が軸線方向に対して成す鋭角の角度をβとしたとき、
α＜β
の関係を満足することを特徴とする請求項１０記載のグロープラグ。
【請求項１２】
前記グロープラグは前記中軸の外周面と前記主体金具の内周面との両者に当接するＯリングを備え、
該Ｏリングは前記先端向き傾斜面よりも後端側に配置されることを特徴とする請求項８、１０または１１いずれか１項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、ディーゼルエンジンの予備加熱や、液体、気体等の加熱に使用されるグロープラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からグロープラグは有底筒状の金属管の先端部に発熱コイルを収容してヒータを構成したメタルグロープラグや、絶縁性セラミックをヒータの基体とし、その内部に導電性セラミックからなる発熱体を埋設したセラミックヒータを採用したセラミックグロープラグ等、様々な形体が存在する。これらのグロープラグは、いずれもディーゼルエンジンの予備加熱等に使用されており、従来ではヒータ先端部の発熱部を副燃焼室へ突出させた形態でエンジンに取り付けられて使用されていた。
【０００３】
特に近年では、エンジンの高性能化による高温耐久性の要望から上記のグロープラグの中でもセラミックグロープラグの需要が高くなっている。
【０００４】
このようなセラミックグロープラグは例えば図７に示すように、セラミックヒータ１３０と、エンジンヘッドへ取り付けるためのねじ部を備えた主体金具１１０と、前記セラミックヒータ１３０を圧入保持する外筒１６０と、前記セラミックヒータ１３０へ外部からの電力を供給するピン端子１７０、中軸１２０及びリードコイルＲＣと、前記中軸１２０と前記主体金具１１０との絶縁を確保する絶縁部材１４０と、その絶縁部材１４０に押圧され、前記主体金具１１０内の気密を保つＯリング１５０等を備えている（特許文献１参照）。
【０００５】
上記構成を備えるグロープラグは、グロープラグ後端のピン端子１７０に図示しないバッテリーから電力を供給するコードが接続される。そして、その電力は中軸１２０、セラミックヒータ１３０、外筒１６０、主体金具１１０、そして、エンジンヘッドへと接地され導通する。この構成のグロープラグは、エンジンの燃焼によって燃焼室からの燃焼圧力が軸線方向後端に向かってセラミックヒータ１３０に作用した場合にも、上記リードコイルＲＣがその応力を緩和することができ、セラミックヒータ１３０や中軸１２０の破壊若しくは損傷を防ぐことができる。
【０００６】
ところで、上記リードコイルＲＣに替わって図７（ｂ）に示すようなリング部材１２１により、中軸１２０とセラミックヒータ１３０とを直接、機械的に剛に接続する構成もある。この構成とすれば、グロープラグの細径化（特に主体金具のねじ部径がＭ８以下とするような場合）のために、このリング部材１２１肉厚を薄くしても所定の断面積が得られることから、ヒータ１３０を段付形状にすることなく、主体金具１１０との間隙を確保し、絶縁性を保つことができると記載されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−５６８４８号公報
【特許文献２】特開２００３−１３０３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上記特許文献２の様な構成であると、特許文献１の構成では問題とならなかったことが顕在化する。それは、上記発熱体が特にセラミックヒータである場合、燃焼室からの燃焼圧力がセラミックヒータに作用すると、従来のリードコイルのような応力を緩和する構成ではないために、セラミックヒータが破壊若しくは損傷してしまう虞がある。
【０００８】
また一方では次のような問題もある。セラミックヒータと中軸とが機械的に剛に接続されているため、ピン端子等からなる端子部に接続されたコードが振動したときに、コードの重さやピン端子の重さによる力が中軸に作用するため、中軸を折損してしまうことが生じ得る。
【０００９】
さらにこのようなグロープラグは、製造過程において中軸とリング部材との接合を同軸状にすることが容易ではなく、図８（ａ）に示すように中軸がリング部材及びセラミックヒータに対して傾いてしまうことがある。特にこの現象は上記の溶接がレーザ溶接によって接合する際に顕著である。レーザ溶接は中軸とリング部材とが嵌め合わされた部分にその周囲からレーザを照射して溶接する方法であるので、その溶接の際には、中軸とリング部材とを一体にして回転させるか若しくはレーザの照射口を回転させている。いずれの方法にしても、中軸とリング部材との溶接はある１点から開始され、順次周回状に溶接されていくので、その溶接の最中に両者の軸線Ｏが傾いた状態で溶接されてしまうことがある。
【００１０】
このように接合が同軸状でないまま組み付けられてしまうと、中軸とリング部材及びセラミックヒータのそれぞれの部材の同軸度はずれ、傾いてしまう。その場合、主体金具との組み付けの際にはそれぞれの部材同士が同軸状となるように中軸の傾きを強制する方向、即ち中軸に垂直な方向に応力（中軸矯正力Ｆ）をかけながら組み付ける必要が生じる（図８（ｂ））。このように組み付けると、中軸の傾きを強制する力Ｆは中軸のみならずセラミックヒータにも作用してしまうため、製造過程においてもセラミックヒータの折損や破壊を招来してしまう問題が生じる。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、リング部材によりセラミックヒータと中軸とを接続する構成であり、製造過程や使用中に力がグロープラグに作用しても、セラミックヒータや中軸の損傷を防ぐことができるグロープラグを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために請求項１に記載したグロープラグは、
自身の先端側内部に通電されることによって発熱する発熱体を収容した軸線方向に延在する棒状のセラミックヒータと、
軸孔を有し、前記セラミックヒータの後端部を該軸孔内に収容するとともに該軸孔内にて直接又は他部材を介して前記セラミックヒータを保持する筒状の主体金具と、
中軸であって、
自身の後端に直接又は他部材を介して外部より電力が供給される端子部を構成する中軸後端部と、
自身の先端に前記セラミックヒータの後端部が嵌合する小径穴をヒータ接続部として形成された中軸先端部と
を有する中軸と、
を備え、前記ヒータ接続部に前記セラミックヒータが機械的に剛に嵌合したグロープラグであって、
前記中軸は、前記ヒータ接続部と前記中軸後端部との間において最も径小となる応力緩和部が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のグロープラグの第２の構成は、
前記ヒータ接続部は、リング部材と該リング部材の内側に嵌合するの中軸嵌合部とが接合してなることを特徴とする。
【００１４】
セラミックヒータと中軸とがリング部材によって接続されるように機械的に剛になされていると、燃焼圧力によりセラミックヒータに作用する応力や外部から端子部に作用した応力、若しくは製造過程の中軸矯正力は、中軸−セラミックヒータ接合体の全体に作用することになる。これらの応力によるセラミックヒータや中軸の損傷を防ぐ構成が本発明の第１の構成である。即ち、応力緩和部を中軸に設けた事によって、この応力緩和部が屈曲して上記応力は緩和され、セラミックヒータが折損に至ることが無くなるようにしている。したがって、セラミックヒータや中軸の損傷の発生を低減ないしは抑制することが可能となる。
【００１５】
また、本発明のグロープラグの第２の構成は、
前記中軸には前記ヒータ接続部と前記応力緩和部との間に該応力緩和部よりも径大の中軸先端径大部が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
このように中軸嵌合部の後端側に径大の中軸先端径大部を設けることによって、特にリング部材を使用して中軸とセラミックヒータとを使用している場合に次の効果を奏する。応力緩和部、即ち屈曲する部分をリング部材と嵌合した部位から遠ざけることができるので、中軸の屈曲する部分がリング部材と嵌合した部位に近いときに生じるリング部材の変形による中軸嵌合部との接合はずれを回避することができる。
【００１７】
ところで、中軸嵌合部はリング部材に圧入や溶接されることによってリング部材との接合がなされるが、接合の際に両者の当接する部位の長さ（以下、接合長という）が一定でないと次のような問題が生じる。例えば、接合長が短く、不足してしまうと、中軸に応力が掛かった際にリング部材と中軸との接合がはずれてしまい導通を確保できなくなってしまう虞がある。一方、圧入長さが過大となると、圧入時や燃焼圧力が作用したときにセラミックヒータの後端面を中軸の先端面が押圧してしまい、セラミックヒータの損傷を招いたり、ヒータのリード部材同士が短絡してしまい、ヒータとして作用しなくなる虞がある。
【００１８】
そこで本発明のグロープラグの第３の構成は、
前記中軸嵌合部よりも径大の中軸先端径大部を有し、該中軸先端径大部と前記中軸嵌合部との間に前記リング部材の後端面が当接する位置決め端面が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
このように、位置決め端面が形成されることによって、リング部材と接合する中軸嵌合部の接合長は所定の寸法を確保することが可能となる。したがって、接合長に過不足が生じず、製造過程においてリング部材と中軸との両者を容易に位置決めし、接合することが可能となる。
【００２０】
なお、リング部材を中軸と接合するときは、前記リング部材のうち、前記中軸先端径大部に隣接する部位の外径は、該中軸先端径大部の外径と略同一とするとよい。両者の接合部においてその外径が変化してしまうと、外径が変化した部分に応力が集中して作用してしまい接合がはずれてしまう虞がある。両者の接合部を略同一とすることによってこの問題を回避すると共に、特にこの接合をレーザ溶接とすると溶接強度を向上させることができるという効果も奏する。
【００２１】
また、前記リング部材は、軸線方向のいずれの部位においてもその外周面が同一の外径を有することが望ましい。リング部材は自身の内周面ではセラミックヒータを保持し、かつ、主体金具の軸孔内部に収容されているため、主体金具等の肉厚と比較すると薄肉の構成とせざるを得ない。このように薄肉のリング部材の外周面が軸線方向において外径が変動する形態（例えば特許文献１に記載されたリング部材のように外径が変わる部分を有するもの）であると、外径が変わった部分に応力が集中してしまう。すると、その部分においてリング部材が破損してしまう虞がある。また、中軸との接合面積が小さくなってしまうので、その接合が溶接で行われている場合は、溶接による熱履歴のために接合部の強度が低下してしまっているので、やはり損傷してしまう可能性がある。接合が溶接ではなく、加締め等の場合であっても、接合面積が少ないことから抜けてしまう虞があることを鑑みれば上記のように構成することが望ましい。
【００２２】
ところで、本発明における応力緩和部は、中軸のいずれの位置に設けてもその効果を得ることは可能であるが、前記中軸の軸線方向の中点よりも先端側に形成することが特に望ましい。
【００２３】
このように、応力緩和部を中軸のうち、セラミックヒータに近い部分に形成することによって、セラミックヒータと中軸との同軸度のずれがグロープラグとしての使用に問題ない程度で最大にずれてしまった場合でも、中軸が主体金具内孔に接触して短絡してしまうことを回避することができる。また、耐折損性の低いセラミックヒータの損傷をより効果的に防ぐことが可能となる。なお、中軸−セラミックヒータ接合体全体に応力がかかることを考慮すれば、この応力緩和部は中軸−セラミックヒータ接合体全長の中点を含んで形成されることが望ましい。
【００２４】
ところで、中軸後端部は中軸に燃焼圧力や振動による応力が作用したときに折損してしまうことを防止するために所定の外径を有している。そのため応力緩和部は中軸の後端部よりも径小となっている。この径小の応力緩和部と径大の中軸後端部とは両者の間に先端向き端面を形成して、両者の外径が突然変わるような構成であってもよいが、応力緩和部から後端へ向かって徐々に拡径する先端向き傾斜面を備えていることが望ましい。この構成とすれば、先端向き傾斜面を有することによって中軸に作用する応力による負荷は先端向き傾斜面に分散されることとなり、中軸やセラミックヒータの耐折損性を更に向上させることが可能となる。
【００２５】
また、同様に中軸の外径が突然変わることを避け、中軸に作用する応力による負荷を分散するために、前記応力緩和部の先端側に隣接し、軸線方向の先端へ向かって拡径する後端向き傾斜面を備える構成としてもよい。
【００２６】
もちろん、上記先端向き傾斜面と後端向き傾斜面とを同時に備えることがより望ましいことは言うまでもない。なお、同時に備える場合には、前記中軸の先端向き傾斜面が軸線方向に対して成す鋭角の角度をα、前記中軸の後端向き傾斜面が軸線方向に対して成す鋭角の角度をβとしたとき、α＜βの関係を満足することが望ましい。この構成とすることによって、応力緩和部は中軸の中点よりもセラミックヒータに近い部位に設けることが可能となるためである。また、中軸の中点よりも後端側が応力緩和部を含む先端側に対して太く、剛性の高い構造を実現することができるため、ピン端子やコードから振動によって中軸に応力が掛かった際も、中軸の折損をより効果的に回避することが可能となる。
【００２７】
また、請求項１２に記載するように応力緩和部の後端側を前述の先端向き傾斜面として形成した場合、グロープラグの気密性の観点から、主体金具内に配置されるＯリングと先端向き傾斜面との位置関係は、Ｏリングが配置された位置よりも先端側部位までで先端向き傾斜面が完了されるように形成されていることが望ましい。この構成とすることで、気密を保持するためにＯリングから中軸の外周面及び主体金具の内周面にかけられる面圧は、それぞれの当接面により等しく印加することが可能となる。
【００２８】
例えば主体金具の内周面と中軸の外周面との二面にＯリングが当接して気密を保持する場合は、両面が平行に対向するように中軸を形成すればよく、また、主体金具の内周面と中軸の外周面及び絶縁部材の先端面の三面に当接する場合は、Ｏリングのそれぞれの面への面圧が略等しくなるように中軸の外周面を形成すればよい。即ち、中軸に形成した応力緩和部は中軸のうちＯリングが当接する部位まで形成する必要はなく、中軸のうちＯリングが当接する部位では気密性を重視した設計とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明のグロープラグについて図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態のグロープラグ１の全体を示す半断面図である。グロープラグ１は、概略、主体金具１０、中軸２０、セラミックヒータ３０、絶縁部材４０、Ｏリング５０、外筒６０、ピン端子７０が組み合わされて構成されている。
【００３０】
各部材について詳述する。
筒状の主体金具１０の内周側には後端側へ一端を突出させた棒状の中軸２０が収容され、この中軸２０の先端側にはセラミックヒータ３０が接続されている。主体金具１０の先端部には外筒６０が接合され、この外筒６０にセラミックヒータ３０が保持されている。一方、主体金具１０の後端側はＯリング５０、絶縁部材４０が中軸２０と主体金具１０との間隙に挿入され、絶縁部材４０の後端側ではピン端子７０が中軸２０を周方向から固定している。なお、理想的には全ての部材の軸線は軸線Ｏを同一の軸線として形成されている。
【００３１】
主体金具１０はＳ４５Ｃ相当の鉄系素材からなる筒状を呈しており、自身の外周面にはディーゼルエンジン（図示しない）への取り付けのための雄ねじ１１、取り付け工具が係合する工具係合部１２が形成されている。一方、自身の内周には軸孔１３が形成され、その後端部には、後端側に向かって軸孔１３を拡径する主体金具側テーパ１４、及びこの主体金具側テーパ１４のさらに後端側に隣接して大径孔１５が形成されている。
【００３２】
中軸２０は棒状の形態を呈している。その中軸先端部にはセラミックヒータ３０との導通用のリング部材２１と嵌合するように中軸嵌合部２３が形成され、その中軸嵌合部２３の後端側には中軸先端径大部２４が形成されている。中軸嵌合部２３と中軸先端径大部２４との間には位置決め端面２５が形成され、その位置決め端面２５にリング部材２１の後端面が当接して接合されている。また、中軸先端径大部２４の後端側には中軸先端径大部２４より径小の応力緩和部２６を備え、中軸２０に応力がかかった時にこの応力緩和部２６が屈曲することによりセラミックヒータ３０や中軸２０が損傷、折損してしまうことを防ぐ構造をとっている。
【００３３】
セラミックヒータ３０は、棒状の絶縁性セラミック基体３１に導電性セラミックからなる発熱体３２及びリード部３３が埋設された構造となっている。セラミックヒータ３０内部の先端側に位置する発熱体３２は導電性セラミックが略Ｕ字状に形成され、この発熱体３２の各基端から後方へ向かって延びる２本のリード部３３が形成されている。なお、リード部３３の一方はセラミックヒータ３０の後端部において前記リング部材２１と導通できるように電極取出部３４がセラミック基体３１の表面に露出して形成され、他方は前記電極取出部３４より先端側にて、前記外筒６０と導通できるように電極取出部３５が同様に形成されている。
【００３４】
外筒６０はステンレス製の筒状体を呈しており、自身の内部にはセラミックヒータ３０が圧入保持される軸孔６１が形成され、その軸孔６１の内周面と電極取出部３５が接触して導通している。また、外筒６０の後端は主体金具１０に嵌合する径小部６２として形成されている。径小部６２の先端側には径方向に突出するフランジ６３が径小部６２との間に後端向き端面６４を介して形成されており、その先端側に先端に向かって径小となるテーパ６５が形成されている。このテーパ６５は図示しないディーゼルエンジンへ取り付けられた際に、燃焼室との気密を確保するシール部としての役割を担う。
【００３５】
グロープラグ１の後端部には、図示しない外部の電源から電力を供給するコードが接続される端子部が形成される。この端子部は主体金具１０の後端面から、さらに後端側に突出させた中軸２０を内包するようにピン端子７０が円周加締めされ、このピン端子７０によって端子部を構成している。
【００３６】
上記のそれぞれの部材は以下のように製造され、互いに組み付けられることによってグロープラグ１を構成している。
まず、発熱体３２、リード部３３、電極取出部３４及び３５は原料である導電性セラミック粉末より一体に射出成形し、発熱部粉末成形体として用意する。一方、セラミック基体３１として、原料となる絶縁性セラミック粉末を予め金型プレス成形して、発熱部粉末成形体が収容される凹部を自身の合わせ面に備える分割成形体を形成しておく（図２（ａ））。そして、この分割成形体の凹部に発熱部粉末成形体を挟んで収容し、さらに、プレス圧縮した後、脱バインダ処理、ホットプレス等の焼成工程を経て、その外周面を円筒形に研磨して整えることで図２（ｂ）に示すセラミックヒータ３０を得る。
【００３７】
リング部材２１はステンレス等の鋼材をパイプ状に成形し、その内径がセラミックヒータ３０の外径より僅かに大きくなるようにする。同様に、外筒６０も自身の内孔６１の径がセラミックヒータ３０の外径より僅かに大きくなるように成形する。これらのセラミックヒータ３０の外周に嵌めあわされる部材は、圧入荷重の低減やセラミックヒータ３０の表面に露出した電極取出部３４、３５の酸化を防ぐ目的でリング部材２１及び外筒６０の内周面にはＣｕやＡｕ等の耐酸化性に優れるメッキを施している。なお、リング部材２１の後端は中軸２０とレーザ溶接されるため、その溶接の際に溶融される部位（具体的にはリング部材２１の後端面であって、中軸２０の位置決め端面２５と当接する部位）にはメッキが施される必要は必ずしも無い。また、リング部材２１の内径と外筒６０の内孔６１の径とはセラミックヒータ３０を圧入保持できればよいのであって、その寸法は適宜設定すればよい。本実施例においては、メッキによって僅かに径が小さくなるため、それらの径をセラミックヒータ３０の外径より僅かに大きくしている。
【００３８】
そして、リング部材２１の先端部の内周面にリード部３３の一方の電極取出部３４が電気的に接続するように圧入、締まり嵌め等により嵌合させ保持させる。同様に、電極取出部３５の電気的接続を確立するために、セラミックヒータ３０の外周に外筒６０を圧入、締まり嵌め等により嵌合させ、セラミックヒータ３０、外筒６０及びリング部材２１を一体にする（図２（ｃ）、（ｄ））。（以後、この一体となった部材をヒータ一体部材と呼称する。）
【００３９】
一方、中軸２０は、所定の寸法に切断された鉄系材料の棒状部材から塑性加工や切削等により形成する。この棒状部材の一端にはリング部材２１と接合される中軸嵌合部２３を形成し、他端は別体からなるピン端子７０を接合して端子部を構成するため、該ピン端子７０の内部に挿入される部分を径小に加工したり、ローレット加工を施したりする。
【００４０】
中軸２０の先端に中軸嵌合部２３を形成したことによって、その後端側には、中軸先端径大部２４との境界面となる位置決め端面２５が形成される。この位置決め端面２５を形成して中軸嵌合部２３の軸線方向長さを確保することによって、後工程にてリング部材２１と中軸２０とを接合する際に中軸嵌合部２３の圧入長さが不足して接合強度が弱くなる問題をも回避することができるとともに、リング部材２１を嵌合径小部２３に過剰に圧入させてしまうことをも回避することができる。
【００４１】
さらに、中軸先端径大部２４の後端側には、応力緩和部２６となる径小部を形成する。この応力緩和部２６は中軸先端径大部２４よりも径が細いが、振動等による中軸２０への応力によって中軸２０が破断してしまわない程度に十分な径を有していればよい。また中軸先端径大部２４を形成したことによって、リング部材２１と中軸２０との接合が容易になるとともに、この接合部の近辺に脆弱となる部分がなくなるため、中軸２０に応力が掛かったとしても、この接合がはずれてしまうことを防止することができる。なお、この中軸２０の加工は例えば旋盤により切削加工すればよい。また、応力緩和部２６が形成される部位は、中軸２０の中点よりも先端側に形成されることが望ましい。このように形成することで、リング部材２１と中軸２０との溶接の同軸度のずれが比較的大きくなってしまったときでも、中軸２０が主体金具１０の内孔１３を形成する内壁に触れて導通してしまうことが回避できるためである。
【００４２】
上記のように製造した中軸２０と、前述のヒータ一体部材とをレーザ溶接（図示Ｌ）する（図２（ｅ））。この溶接の際、中軸嵌合部２３をリング部材２１に圧入し、中軸２０の位置決め端面２５をリング部材２１の後端面に押し付けた状態で溶接をするとよい。このようにすることで、中軸２０とヒータ一体部材の同軸度のずれを最小限に抑制して接合することが可能となる。この接合によってリング部材２１と中軸２０とは一体に構成され、ヒータが保持されるヒータ接続部を形成することとなる。
【００４３】
なお、この中軸２０とリング部材２１とのレーザ溶接の面からは、中軸先端径大部２４の外径とリング部材２１の外径とが略同一となるように構成されていることが望ましい。これらを略同一の径とした上で両者の当接面をレーザ溶接することによりこれらの部材の外径を略同一とすることで接合強度を向上することができ、また中軸２０とリング部材２１との同軸度を向上することができるためである。
【００４４】
このようにヒータ一体部材は中軸２０を接合した後、中軸２０の後端側から主体金具１０の内孔１３内に挿通される（図２（ｆ））。この際に、ヒータ一体部材と中軸２０との同軸度にずれが生じている場合（図３）は、中軸２０を軸線に垂直な方向へ押しながら（中軸２０を曲げ、軸線Ｏ´を軸線Ｏに合わせ込みながら）主体金具１０の内孔３へ挿通するようにすればよい。このようにヒータ一体部材と中軸２０との軸線のずれを矯正しても、中軸２０に応力緩和部２６を設けているため、セラミックヒータ３０を損傷してしまうことを回避することができる。そして、外筒６０の後端向き端面６４に主体金具１０の先端面を当接させ、外筒６０の径小部６２とレーザ溶接により接合する。
【００４５】
その後、中軸２０をＯリング５０、絶縁部材４０のそれぞれの内孔に挿通させ、中軸２０の後端にピン端子７０を嵌め込み図２（ｇ）に示す構造とする。そして、絶縁部材４０を軸線方向先端向きに押圧すると共にピン端子７０を径方向に加締めて、グロープラグ１を構成する部材が一体となり、グロープラグは完成する。
【００４６】
次に、本発明の応力緩和部による作用効果を検証する。
検証をするにあたって、本実施例では次の４つを形成した。φ３．６×Ｌ１５．０、φ２．５×Ｌ２．０、φ２．５×Ｌ１５．０、φ２．０×Ｌ２．０の４種である（φは応力緩和部２６の直径、Ｌは応力緩和部２６の軸線方向長さである。）。また、中軸の径はφ４．０とし、中軸先端径大部２４の軸線方向の長さは６ｍｍ、中軸嵌合部２３の径はφ３．３、軸線方向長さ１．３ｍｍとしてリング部材２１に圧入したうえでレーザ溶接により接合している。比較例としては中軸先端径大部２４からピン端子７０が嵌合する部分までが同径の中軸を使用した。なお、検証試験においては、実際にエンジンに取り付けられて使用される場合よりも過酷な状況を作り出すため、中軸２０の後端側を自由端とするために主体金具１０と組み付ける前のもの（図２（ｅ））で試験を行っている。
【００４７】
図４に示すように外筒６０を固定治具８１に固持し、中軸の後端からおよそ５０ｍｍの点に中軸に垂直な方向から荷重Ｆをかけ、その方向への変位量に対して要する荷重Ｆの相関関係を調べることによって検証している。この試験結果を図５に横軸を変位量、縦軸を荷重、即ち素子へかかる応力として示す。この図５によれば、本発明の応力緩和部を備えることによって、中軸に垂直な方向への変位量が増大、即ちその方向への応力が大きく作用しても、従来の比較例に対してセラミックヒータの折損耐性が著しく向上していることが確認できる。
【００４８】
このようにして形成されたグロープラグ１は、中軸２０とセラミックヒータ３０との接続が従来のリードコイルＲＣからリング部材２１を用いる構成のように機械的に剛に接続される構成に替わったことによってセラミックヒータ３０及び中軸２０への応力がセラミックヒータ３０に直接作用してしまう構造となっても、その応力を中軸２０に設けた応力緩和部２６により緩和させることができるため、セラミックヒータ３０の損傷を抑制ないしは防止することが可能となる。
【００４９】
また、本発明は次のように形成してもよい。上記実施例と特に変わらない点についてはその符号を同一若しくは省略する。図６に示すように中軸２０に形成した応力緩和部２６は最径小部２７とテーパ状の先端向き傾斜面２８として構成されるような、いわゆるバットの形状の中軸として形成してもよい。また、このとき、先端向き傾斜面２８は軸線方向にみて、主体金具１０の工具係合部１２内に配置されたＯリング５０から先端側へ離間した位置（本実施例においては工具係合部５０よりも先端側の点Ｙ）まで先端向き傾斜面２８が形成されている。このようにＯリング５０を先端向き傾斜面２８を形成している位置ではなく、軸線Ｏと略平行となる位置に配置することによって、Ｏリング５０による気密を十分に保つことが可能となる。なお、絶縁部材４０の先端面が軸線Ｏ向きの端面を形成しているときに本構成は特に有効となる。
【００５０】
なお、応力緩和部として機能する最径小部２７は、軸線Ｏ方向において中軸２０の先端部Ａと、Ｏリング５０と接触する部位Ｂの中点である点Ｃよりも先端側に形成するとよい。中軸２０は周期的な負荷、即ちエンジンによる振動が中軸２０に作用したときに、中軸の後端部（端子部を含む）はリング部材２１との接合部近傍を支点として揺動する。このとき中軸２０への応力は支点付近に集中するため、点Ｃよりも後端側に最径小部２７が形成される形態よりも、図６に示すように点Ｃよりも先端側に最径小部２７を形成した形態である方が応力を緩和する効果は大きく、効果的である。
【００５１】
図６では最径小部２７はその外形が軸線Ｏ方向に平行となるように所定の長さをもって形成しているが、この長さは零でもよく、必ずしも所定の長さを有することが必須であることはない。また、中軸先端径大部２４と最径小部２７との間も必ずしもテーパ形状の後端向き傾斜面とする必要はないが、応力の分散、製造工程の簡易化等の面からテーパ形状が好ましいことも言うまでもない。
【００５２】
先端向き傾斜面２８と後端向き端面２９とを備える場合は、先端向き傾斜面２８と軸線Ｏとが成す鋭角の角度をαとし、後端向き傾斜面２９と軸線Ｏとが成す鋭角の角度をβとしたときに、α＜βの関係を満たすとよい。この構成を有する図６のグロープラグについて、要部をサークルＳで示すと共に、その構成を拡大して示す。なお、この拡大図は、αとβの関係を明示するために誇張表示したものである。
【００５３】
中軸に応力緩和部を設ける際に上記関係式を満たすことによって中軸の応力はテーパを形成していることから急変することがなく、またβをαよりも大きくすることによって、形成される応力緩和部をより先端側とすることができるため、セラミックヒータの損傷を効果的に回避することができる。
【００５４】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の思想を様々な形態により実現することが可能である。応力緩和部は必ずしも径大の中軸の一部が径小となった、いわば凹部であるような構造である必要はない。例えば、中軸嵌合部よりも後端側を径小として、その径を保ったまま後端側へ延びる構造としてもよい。
【００５５】
また、リング部材と中軸との接合をレーザ溶接する際に中軸が傾いてしまうことがあるため、その矯正を行うために応力緩和部を設けることが有効ではあるが、グロープラグの製造方法としては必ずしもレーザ溶接でなければならないことはない。グロープラグとして組みあがったときに中軸に応力緩和部が形成されていれば本発明の効果を奏するためである。
【００５６】
また本発明は、上記実施例及び変形例において、セラミックヒータ３０は絶縁性セラミックに導電性セラミックが発熱体として埋設されたセラミックヒータを用いているが、通電することによって発熱する発熱コイルを内部に収容するセラミックヒータを用いてもよいし、ヒータの表面が導電性セラミックによって形成された表面発熱タイプのセラミックヒータによるグロープラグであってもよい。即ち、本発明はグロープラグ後端側の端子から先端側のヒータまでの通電を行う中軸に関する発明であり、逆説的にはヒータの形状や発熱の形式によるものではない。本発明は耐折損性を考慮すべきセラミックヒータに採用することでその効果をより有効に発揮することができる。
【００５７】
上記実施例及び変形例の他にも、中軸とリング部材とを接続する形態としては図９に列挙する物が考えられる。例えば図９（ａ）は、リング部材の内径と略同等となるように応力緩和部よりも径大とした中軸先端を中軸嵌合部として形成し、その中軸嵌合部をリング部材に圧入し、レーザ溶接した例である。図９（ｂ）は、中軸はその先端まで応力緩和部と同一径とし、一方リング部材はその後端を、中心に孔を持つ蓋状に形成し、その孔へ中軸の先端を圧入してレーザ溶接した例である。
【００５８】
さらに本発明の第２の形態を満足する例としては、例えば図９（ｃ）のようにリング部材をリング部材の外径以上の径を有する中軸先端部に溶接したものである。また、図９（ｄ）はリング部材を排除し、リング部材の替わりに中軸の先端面にセラミックヒータの後端部の径と略同一の内径の穴を形成したものである。
【００５９】
以上図９に示すいずれの形態を採用しても、応力緩和部を設けなかったときにセラミックヒータに作用する応力はリング部材によって接続した場合と同様である。したがって、中軸に応力緩和部を形成することによってセラミックヒータの破壊、損傷等を防止することが可能となる本発明の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、本発明の実施形態のグロープラグ１の全体を示す半断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態のグロープラグ１の製造過程の概略を示す図である。
【図３】図３は、本発明の効果の１つである同軸度の矯正を行うべきヒータ接合体を示す図である。
【図４】図４は、本発明の効果を検証する試験の概要を示す図である。
【図５】図５は、試験結果を示す図である。
【図６】図６は、本発明の変形例を示すグロープラグ１の全体の半断面図である。
【図７】図７は、従来のグロープラグを示す図である。
【図８】図８は、従来のグロープラグの問題点の要部を示す図である。
【図９】図９は、本発明のグロープラグにおける中軸（ヒータ接続部）の半断面拡大図であり、その変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  グロープラグ
１０  主体金具
１４  主体金具側テーパ
２０  中軸
２１  リング部材
２５  位置決め端面
２６  応力緩和部
３０  セラミックヒータ
４０  絶縁部材
４１  絶縁部材テーパ
５０  Ｏリング
６０  外筒
７０  ピン端子
【図１】
2006207988.tif 000003
【図２】
2006207988.tif 000004
【図３】
2006207988.tif 000005
【図４】
2006207988.tif 000006
【図５】
2006207988.tif 000007
【図６】
2006207988.tif 000008
【図７】
2006207988.tif 000009
【図８】
2006207988.tif 000010
【図９】
2006207988.tif 000011