(57)【要約】【課題】シースチューブと発熱コイルとの間の短絡を抑えつつ、発熱コイルからシースチューブへの伝熱効率を向上させる。【解決手段】発熱コイルがシースチューブ内に配置されるシースヒータを備えるグロープラグである。シースチューブの内表面に凹凸部が形成されている。シースヒータの軸線を含むように、軸線に平行にシースヒータを切断する断面において、以下を満たす。凹凸部は、一対のシースチューブの外壁の少なくとも一方の内表面に並ぶ複数の凹部、および、隣り合う凹部間に形成される凸部によって構成される。各々の凹部の表面は、変曲点を有しない曲線を形成する。各々の凸部における、シースチューブの外壁の外表面から最も離間した箇所である最凸部は、軸線に垂直な方向に投影したときに、発熱コイルを構成する線材のうち、最凸部の最も近くに存在する隣り合う２つの線材の断面の間に位置する。【選択図】図４
2018080895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により発熱する発熱コイルが、軸線方向に延びるシースチューブ内に配置されているシースヒータを備えるグロープラグであって、
前記シースチューブの内表面に凹凸部が形成されており、
前記シースヒータの軸線を含むように、前記軸線に平行に前記シースヒータを切断する断面において、
前記凹凸部は、前記シースヒータの軸線方向に延びる一対の前記シースチューブの外壁の少なくとも一方の内表面において、前記軸線方向に並ぶ複数の凹部、および、隣り合う前記凹部間に形成される凸部によって構成され、
各々の前記凹部の表面は、変曲点を有しない曲線を形成しており、
各々の前記凸部における、前記シースチューブの外壁の外表面から最も離間した箇所である最凸部は、前記軸線に垂直な方向に投影したときに、前記発熱コイルを構成する線材の断面のうち、前記最凸部の最も近くに存在する隣り合う２つの前記線材の断面の間に位置することを特徴とする
グロープラグ。
【請求項２】
請求項１に記載のグロープラグであって、
前記凹凸部は、前記軸線方向において、前記発熱コイルの発熱時に前記シースヒータの先端部の外表面において最高温度を呈する位置である最高温度部と重なる領域に、形成されていることを特徴とする
グロープラグ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のグロープラグであって、
前記凹凸部を構成する前記凹部は、前記シースチューブの内表面において、前記シースチューブの周方向に連続して螺旋状に形成されることを特徴とする
グロープラグ。
【請求項４】
請求項２に記載のグロープラグであって、
前記シースチューブは、前記軸線方向において前記最高温度部と重なる領域に設けられた前記凹凸部における、前記シースチューブの肉厚が最も薄くなる部位の肉厚である最小肉厚よりも、前記シースチューブの肉厚が薄い領域を、前記軸線方向において前記最高温度部と重なる領域よりも後端側に有することを特徴とする
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】
従来、シースチューブ内に発熱コイルを配置したシースヒータを備えるメタルグロープラグでは、壁面がストレート形状である、すなわち、略均一な厚みの筒状のシースチューブを用いていた（例えば、特許文献１参照）。そして、シースチューブの内表面と、発熱コイルを構成する線材と、の間で、短絡抑制のための十分なクリアランスを確保可能となるように、シースチューブの内径および発熱コイルの外径が設定されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２０７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のように、短絡防止効果が十分に得られるように、シースチューブと発熱コイルとの間のクリアランスを確保する場合には、発熱コイルからシースチューブへの伝熱の効率が不十分になる可能性があった。発熱コイルからシースチューブへの伝熱の効率が不十分であると、シースヒータの昇温に時間がかかり、グロープラグの着火性能が低下する可能性がある。そのため、シースヒータの昇温性能の更なる改善が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、通電により発熱する発熱コイルが、軸線方向に延びるシースチューブ内に配置されているシースヒータを備えるグロープラグが提供される。このグロープラグは、前記シースチューブの内表面に凹凸部が形成されており；前記シースヒータの軸線を含むように、前記軸線に平行に前記シースヒータを切断する断面において；前記凹凸部は、前記シースヒータの軸線方向に延びる一対の前記シースチューブの外壁の少なくとも一方の内表面において、前記軸線方向に並ぶ複数の凹部、および、隣り合う前記凹部間に形成される凸部によって構成され；各々の前記凹部の表面は、変曲点を有しない曲線を形成しており；各々の前記凸部における、前記シースチューブの外壁の外表面から最も離間した箇所である最凸部は、前記軸線に垂直な方向に投影したときに、前記発熱コイルを構成する線材の断面のうち、前記最凸部の最も近くに存在する隣り合う２つの前記線材の断面の間に位置する。
この形態のグロープラグによれば、シースチューブの内表面と発熱コイルとの間において、短絡防止のためのクリアランスを確保しつつ、発熱コイルの内表面とシースチューブとの間の距離を、全体として、より短くすることができる。その結果、発熱コイルからシースチューブへの伝熱の効率を高めることができ、グロープラグの着火性能を向上させることができる。
【０００７】
（２）上記形態のグロープラグにおいて、前記凹凸部は、前記軸線方向において、前記発熱コイルの発熱時に前記シースヒータの先端部の外表面において最高温度を呈する位置である最高温度部と重なる領域に、形成されていることとしてもよい。この形態のグロープラグによれば、発熱コイルからシースチューブへの伝熱の効率を、さらに高めることができる。
【０００８】
（３）上記形態のグロープラグにおいて、前記凹凸部を構成する前記凹部は、前記シースチューブの内表面において、前記シースチューブの周方向に連続して螺旋状に形成されることとしてもよい。この形態のグロープラグによれば、発熱コイルの発熱時において、シースチューブの昇温状態を、シースチューブの周方向に均一化することができる。その結果、シースヒータにおける温度分布の不均一に起因する、グロープラグの着火性能の低下を抑えることができる。
【０００９】
（４）上記形態のグロープラグにおいて、前記シースチューブは、前記軸線方向において前記最高温度部と重なる領域に設けられた前記凹凸部における、前記シースチューブの肉厚が最も薄くなる部位の肉厚である最小肉厚よりも、前記シースチューブの肉厚が薄い領域を、前記軸線方向において前記最高温度部と重なる領域よりも後端側に有することとしてもよい。この形態のグロープラグによれば、発熱コイルの先端側からシースチューブの後端側への伝熱を抑えて、シースチューブの先端部を、より効率良く昇温させることができる。その結果、グロープラグの着火性能を、さらに向上させることができる。
【００１０】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、グロープラグ用のシースヒータ、シースヒータの製造方法、あるいは、グロープラグの製造方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】グロープラグの概略構成を表わす説明図である。
【図２】シースヒータの構成を示す説明図である。
【図３】シースヒータの先端部の様子を模式的に表わす断面図である。
【図４】凹凸部と発熱コイルを構成する線材との位置関係を表わす断面模式図である。
【図５】グロープラグの製造方法を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態における発熱コイルからの伝熱の様子を表わす説明図である。
【図７】比較例における発熱コイルからの伝熱の様子を表わす説明図である。
【図８】比較例のシースヒータの構成を示す断面模式図である。
【図９】第２実施形態のシースヒータの構成を示す断面模式図である。
【図１０】第３実施形態のシースヒータの構成を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
Ａ．第１実施形態：
（Ａ−１）グロープラグの全体構成：
図１は、本発明の第１の実施形態としてのグロープラグ１０の概略構成を表わす説明図である。本実施形態のグロープラグ１０は、ディーゼルエンジンを始めとする内燃機関の始動時等における点火を補助する熱源として機能する。図１に示すように、グロープラグ１０は、主な構成要素として、通電によって発熱するシースヒータ８００と、主体金具５００と、中軸２００と、を備える。図１では、グロープラグ１０の軸線Ｏから紙面右側に外観構成を図示し、軸線Ｏから紙面左側に断面構成を図示した。なお、本明細書では、グロープラグ１０の軸線Ｏに沿う軸線方向ＯＤについて、シースヒータ８００側を「先端側」と呼び、中軸２００側を「後端側」と呼ぶ。
【００１３】
主体金具５００は、例えば炭素鋼等の金属材料を筒状に成形した部材である。主体金具５００は、先端側の端部においてシースヒータ８００を保持する。主体金具５００は、後端側の端部において絶縁部材４１０とＯリング４６０とを介して中軸２００を保持する。絶縁部材４１０は、絶縁部材４１０の後端に接するリング３００が中軸２００に加締められることで、軸線Ｏに沿った位置が固定される。この絶縁部材４１０によって、主体金具５００と中軸２００との間が電気的に絶縁される。主体金具５００は、絶縁部材４１０からシースヒータ８００に至る中軸２００の部位を内包する。主体金具５００は、グロープラグ１０を内燃機関に取り付けるための構造である工具係合部５２０と雄ねじ部５４０とを備え、内部に軸孔５１０が形成されている。
【００１４】
軸孔５１０は、軸線Ｏに沿って形成された貫通孔であり、中軸２００よりも大きな径を有する。軸孔５１０内で中軸２００が位置決めされると、軸孔５１０と中軸２００との間には、両者を電気的に絶縁する空隙が形成される。軸孔５１０の先端側には、シースヒータ８００が圧入されて接合されている。
【００１５】
中軸２００は、導電材料を円柱状（棒状）に成形した部材である。中軸２００は、主体金具５００の軸孔５１０に挿入された状態で軸線Ｏに沿って組み付けられる。中軸２００の先端部である中軸先端部２１０は、シースヒータ８００の内部に挿入される。中軸２００の後端には、雄ねじ部２９０が設けられている。雄ねじ部２９０は、主体金具５００から後端側に突出しており、係合部材１００が嵌り合う。
【００１６】
（Ａ−２）シースヒータの構成：
図２は、シースヒータ８００の詳細な構成を示す説明図である。シースヒータ８００は、シースチューブ８１０と、発熱体としての発熱コイル８２０と、制御コイル８３０と、絶縁体８７０とを備える。図２では、発熱コイル８２０、制御コイル８３０、および中軸２００以外の構成部材については、断面の様子を示している。
【００１７】
シースチューブ８１０は、軸線方向ＯＤに延び、先端が閉塞した筒状部材である。シースチューブ８１０の内部には、発熱コイル８２０と、制御コイル８３０と、絶縁体８７０とが収納されている。シースチューブ８１０は、側面部８１４と、シース管先端部８１３と、シース管後端部８１９とを有する。側面部８１４は、軸線方向ＯＤに延びると共に、横断面（軸線Ｏに垂直な断面）の外径が軸線方向ＯＤにわたって一定に形成された部分である。シース管先端部８１３は、側面部８１４の先端側を閉塞しており、外側に向かって凸である曲面を形成する部分である。シース管後端部８１９は、シースチューブ８１０の後端側において開口した端部である。シース管後端部８１９からシースチューブ８１０の内部に中軸先端部２１０が挿入されている。シースチューブ８１０は、パッキン６００と絶縁体８７０とによって、中軸２００から電気的に絶縁される。パッキン６００は、中軸２００とシースチューブ８１０との間に挟まれた絶縁性部材である。シースチューブ８１０は、主体金具５００と外表面で接することにより、主体金具５００と電気的に接続されている。本実施形態では、シースチューブ８１０の先端部分の内表面の形状に特徴があるが、上記内表面の形状については後に詳しく説明する。
【００１８】
シースチューブ８１０は、ニッケル（Ｎｉ）および鉄（Ｆｅ）から選択される少なくとも１種の金属を含有している。より具体的には、シースチューブ８１０は、ニッケル（Ｎｉ）または鉄（Ｆｅ）を主成分とする金属材料によって構成することができる。例えば、インコネル６０１（「インコネル」は登録商標）やＡｌｌｏｙ６０２などのニッケル基合金や、ＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレス鋼により、シースチューブ８１０を構成することができる。
【００１９】
発熱コイル８２０は、導電性材料で形成された螺旋状のコイルである。発熱コイル８２０は、シースチューブ８１０の内側に軸線方向ＯＤに沿って配置され、通電によって発熱する。発熱コイル８２０は、螺旋状に巻回された螺旋部８２３と、後端側の端部である発熱コイル後端部８２９と、を備える。コイル先端部８２２がシースチューブ８１０に溶接されることにより、発熱コイル８２０はシースチューブ８１０と電気的に接続される。なお、本実施形態では、発熱コイル８２０を構成する線材の外径、および、線材を巻回して成る発熱コイル８２０の外径は、一定となっている。
【００２０】
発熱コイル８２０は、例えば、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）等の元素を主成分とする合金から形成され、特に、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金等により好適に形成することができる。なお、本実施形態における主成分とは、含有率（質量％）が５０質量％以上の物質をいう。このような構成とすれば、発熱コイル８２０の構成金属の融点を高め、発熱コイル８２０の耐久性を高めることができると共に、高温時における発熱コイル８２０の抵抗を抑え、流れる電流量を確保することができる。
【００２１】
制御コイル８３０は、発熱コイル８２０の後端側に配置され、発熱コイル８２０を形成する材料よりも電気比抵抗の温度係数が大きい導電材料（例えば、コバルトやニッケルを主成分とする合金）で形成された螺旋状のコイルである。制御コイル８３０は、発熱コイル８２０に供給される電力を制御する。制御コイル８３０は、先端側の端部である制御コイル先端部８３１と、後端側の端部である制御コイル後端部８３９とを有する。制御コイル先端部８３１は、発熱コイル８２０の発熱コイル後端部８２９に溶接されることによって、発熱コイル８２０と電気的に接続される。制御コイル後端部８３９は、中軸２００の中軸先端部２１０に接合されることによって中軸２００と電気的に接続される。
【００２２】
絶縁体８７０は、電気絶縁性を有する材料の粉末により形成されている。絶縁体８７０を構成する絶縁性粉末としては、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉末が用いられる。絶縁体８７０は、シースチューブ８１０の内側に充填され、シースチューブ８１０と、発熱コイル８２０と、制御コイル８３０と、中軸２００との各隙間を電気的に絶縁する。
【００２３】
図２に示すように、本実施形態のシースヒータ８００は、内部に発熱コイル８２０および制御コイル８３０を収納する部分全体が、主体金具５００の先端から露出している。
【００２４】
（Ａ−３）凹凸部の構成：
図３は、シースヒータ８００の先端部における、軸線Ｏを含み軸線方向ＯＤに平行にシースヒータ８００を切断した断面の様子を模式的に表わす説明図である。なお、図３において絶縁体８７０は省略している。本実施形態のシースチューブ８１０では、外表面７３０と内表面７３５とのうち、内表面７３５において、凹凸部７００が形成されている。具体的には、本実施形態では、図３に示す断面において、軸線方向ＯＤに延びる一対のシースチューブ８１０の外壁の双方の内表面７３５において、凹凸部７００が形成されている。本実施形態では、凹凸部７００は、上記内表面７３５の先端部のみに設けられている。図３では、内表面７３５に凹凸部７００が設けられたシースヒータ８００における軸線方向ＯＤの範囲を、領域Ｆとして示している。本実施形態では、この領域Ｆは、発熱コイル８２０における先端から４巻き目までの範囲となっている。
【００２５】
また、シースヒータ８００の外表面には、シースヒータ８００の発熱時に最高温度を呈する位置である最高温度部Ｍが存在する。図３では、軸線方向ＯＤにおける最高温度部Ｍの位置を、矢印で示している。グロープラグ１０においては、シースヒータ８００の外表面における上記最高温度部Ｍの近傍の温度が、着火性能に大きく寄与する。そのため、最高温度部Ｍの近傍の温度を、より速やかに昇温させることが、グロープラグ１０の着火性能を向上させる上で重要となる。本実施形態では、最高温度部Ｍは、発熱コイル８２０における先端から３巻目の位置であって、軸線方向ＯＤにおいて領域Ｆと重なる位置に存在する。最高温度部Ｍの位置、すなわち、シースヒータ８００の最先端から最高温度部Ｍまでの距離は、グロープラグ１０に通電して、主体金具５００の先端から露出するシースヒータ８００の外周面の温度を、軸線方向に沿って放射温度計を用いて測定し、最も温度が高い箇所を特定することにより求めることができる。
【００２６】
図４は、シースヒータ８００の先端部の内表面７３５に設けられた凹凸部７００と、発熱コイル８２０を構成する線材との位置関係を表わす断面模式図である。図４に示す断面は、図３と同様に、軸線Ｏを含み軸線方向ＯＤに平行にシースヒータ８００を切断した断面である。図４に示すように、凹凸部７００は、軸線方向ＯＤに並ぶ複数の凹部７１０、および、隣り合う凹部７１０間に形成される凸部７２０によって構成される。図４に示す断面において、各々の凹部７１０の表面は、変曲点を有しない曲線を形成している。そして、隣り合う凹部７１０間に形成される凸部７２０は、シースチューブ８１０の内表面７３５において、径方向内側に向かって突出するように形成されている。
【００２７】
図４では、凸部７２０における、シースチューブの８１０の外壁の外表面７３０から最も離間した箇所を、最凸部ＭＰとして示している。そして、図４では、上記断面において、最凸部ＭＰを軸線方向ＯＤに垂直な方向に投影したとき、すなわち、最凸部ＭＰを軸線Ｏに対して垂直に投影したときの様子を示している。上記断面において、最凸部ＭＰは、軸線方向ＯＤに垂直な方向に投影したときに、発熱コイル８２０を構成する線材の断面のうち、最凸部ＭＰの最も近くに存在する隣り合う２つの線材の断面の間（図４に示す領域Ａ）に位置している。すなわち、図４に示す断面において、シースチューブ８１０の内表面７３５には、軸線方向ＯＤに並ぶ各々の発熱コイル８２０の断面に対向するところに、各凹部７１０が形成されている。図４では、上記隣り合う２つの線材の断面を軸線Ｏに垂直に投影した領域を、それぞれ領域Ｂ１，Ｂ２として示し、これら領域Ｂ１，Ｂ２の間の領域を領域Ａとして示している。なお、図４では、発熱コイル８２０を構成する線材の断面形状を円形としたが、楕円形状であってもよい。
【００２８】
上記では、図４に基づいて、シースヒータ８００の断面の様子について説明した。シースヒータ８００全体では、凹部７１０は、シースチューブ８１０の内表面７３５において、シースチューブ８１０の周方向に連続して螺旋状に形成されている。そして、本実施形態では、シースヒータ８００における軸線Ｏを含み軸線方向ＯＤに平行な任意の断面において、凹凸部７００と、発熱コイル８２０を構成する線材とは、図４に示す関係を満たしている。
【００２９】
なお、図３に示すシースヒータ８００では、軸線方向ＯＤにおいて最高温度部Ｍと重なる領域Ｆに設けられた凹凸部７００が形成された部位における、シースチューブ８１０の肉厚が最も薄くなる部位の肉厚を、最小肉厚Ｍｉｎ１として示している。すなわち、凹部７１０において最も凹となっている部位におけるシースチューブ８１０の肉厚を、最小肉厚Ｍｉｎ１として示している。また、図３に示すシースヒータ８００では、領域Ｆよりも後端側であって凹凸部７００が形成されていない部位におけるシースチューブ８１０の肉厚を、後端側肉厚Ｍｉｎ２として示している。本実施形態のシースヒータ８００では、Ｍｉｎ２＜Ｍｉｎ１が成立する。
【００３０】
（Ａ−４）グロープラグの製造方法：
図５は、グロープラグ１０の製造方法を示すフローチャートである。グロープラグ１０の製造では、まず、発熱コイル８２０、制御コイル８３０、および中軸２００を溶接する（工程Ｔ１００）。具体的には、発熱コイル８２０の発熱コイル後端部８２９と、制御コイル８３０の制御コイル先端部８３１とを溶接し、さらに、制御コイル後端部８３９と、中軸先端部２１０と、を溶接する。次に、コイル先端部８２２と、シースチューブ８１０の先端部と、を溶接する（工程Ｔ１１０）。
【００３１】
なお、工程Ｔ１１０では、まず、シースチューブ８１０を形成するための部材として、軸線方向ＯＤに延びて、先端側に向かって次第に縮径する筒状部材を用意する。そして、この筒状部材の先端側開口部と、発熱コイル８２０のコイル先端部８２２とが、軸線方向ＯＤにおいて重なるように、制御コイル８３０および中軸２００と一体化した発熱コイル８２０を、上記筒状部材内に配置する。そして、上記筒状部材の先端部の外側から、例えばアーク溶接によって、上記筒状部材の先端部を閉塞させつつ、コイル先端部８２２と上記筒状部材の先端部とを溶接する。
【００３２】
工程Ｔ１１０の溶接が完了すると、次に、シースチューブ８１０の内部に絶縁体８７０を充填する（工程Ｔ１２０）。工程Ｔ１２０では、絶縁体８７０が、発熱コイル８２０と、制御コイル８３０と、中軸２００とを内包して、シースチューブ８１０内に形成された空隙に絶縁体８７０が充填される。これにより、シースヒータ８００を構成する部材の組み立てが完了し、シースヒータ８００を形成するためのヒータ形成部材８０５が得られる。
【００３３】
工程Ｔ１２０の後、得られたヒータ形成部材８０５に対し、スウェージング加工を施す（工程Ｔ１３０）。スウェージング加工とは、ヒータ形成部材８０５に対して打撃力を加えてヒータ形成部材８０５を縮径させ、シースチューブ８１０内に充填した絶縁体８７０を緻密化させる加工である。スウェージングに伴ってヒータ形成部材８０５に打撃力が加えられると、打撃力がヒータ形成部材８０５内部に伝えられることにより、絶縁体８７０が緻密化される。本実施形態では、工程Ｔ１３０におけるスウェージング加工によって、シースチューブ８１０の内表面７３５に凹凸部７００が形成されて、シースヒータ８００が完成する。
【００３４】
スウェージング加工の際に、例えば、シースチューブ８１０の肉厚、発熱コイル８２０における横断面の径、および発熱コイル８２０とシースチューブ８１０とのクリアランス等を調節することにより、シースチューブ８１０の内表面７３５の所望の箇所に、凹凸部７００を形成することができる。例えば、シースチューブ８１０の肉厚を厚くするほど、あるいは、発熱コイル８２０における横断面の径を大きくするほど、あるいは、発熱コイル８２０とシースチューブ８１０とのクリアランスをより小さくするほど、より容易に凹凸部７００を形成可能となる。したがって、例えば、スウェージング加工前のヒータ形成部材８０５において横断面の径が一定である部位であっても、シースチューブ８１０の肉厚を部分的に厚くしたり、発熱コイル８２０の横断面の径を部分的に太くしたり、発熱コイル８２０とシースチューブ８１０とのクリアランスを部分的に小さくすることにより、凹凸部７００を形成することが可能である。また、ヒータ形成部材８０５における先端側に向かって次第に縮径する部位（Ｒ部）の形状を変更することでも、発熱コイル８２０とシースチューブ８１０とのクリアランスをより小さくすることができ、より容易に凹凸部７００を形成可能となる。
【００３５】
本実施形態では、ヒータ形成部材８０５のＲ部内において、発熱コイル８２０の先端から４巻目までの部分が配置される。そして、スウェージング加工により、ヒータ形成部材８０５のＲ部であった部分の内表面７３５に、凹凸部７００を形成している。
【００３６】
スウェージング加工によりシースヒータ８００を作製すると、シースヒータ８００と主体金具５００とが組み付けられて、グロープラグ１０が組み立てられ（図５の工程Ｔ１４０）、グロープラグ１０が完成する。具体的には、中軸２００が一体化されたシースヒータ８００を主体金具５００の軸孔５１０に圧入して固定すると共に、主体金具５００の後端部分において、Ｏリング４６０や絶縁部材４１０を中軸２００に嵌め込み、係合部材１００を主体金具５００の後端に設けられた中軸２００の雄ねじ部２９０に締め付ける。また、工程Ｔ１４０では、グロープラグ１０に対してエージング処理が施される。具体的には、組み立てられたグロープラグ１０に通電することによって、シースヒータ８００を発熱させて、シースヒータ８００の外表面７３０に酸化膜を形成させる。
【００３７】
以上のように構成された本実施形態のシースヒータ８００を備えるグロープラグ１０によれば、シースチューブ８１０と発熱コイル８２０との間のクリアランスを確保しつつ、シースチューブ８１０と発熱コイル８２０との距離が最も短い箇所以外においても、発熱コイル８２０とシースチューブ８１０との間の距離を、全体として、より短くすることができる。その結果、シースチューブ８１０と発熱コイル８２０との間の短絡を抑えつつ、発熱コイル８２０からシースチューブ８１０への伝熱の効率を高めてシースヒータ８００の昇温を促進し、グロープラグ１０の着火性能を高めることができる。
【００３８】
図６は、本実施形態のシースヒータ８００における発熱コイル８２０からシースチューブ８１０への伝熱の様子を、図４と同様の断面において拡大して示す説明図である。図７は、比較例のシースヒータ８００Ａにおける、発熱コイル８２０からシースチューブ８１０Ａへの伝熱の様子を、図６と同様にして示す説明図である。図８は、比較例のシースヒータ８００Ａの先端部の構成を、図３と同様にして示す断面模式図である。なお、図７および９では、本実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。比較例のシースヒータ８００Ａは、シースチューブ８１０Ａの内表面７３５に凹凸部が形成されておらず、側面部８１４におけるシースチューブ８１０Ａの横断面の内径が、軸線方向ＯＤにわたって一定である点が、実施形態のシースヒータ８００とは異なっている。
【００３９】
シースヒータ８００内において、発熱コイル８２０が延びる方向に垂直な断面（発熱コイル８２０の横断面）では、発熱コイル８２０で発生する熱は、発熱コイル８２０の横断面の中心Ｃ（図６および図７参照）を中心とする同心円状に広がると考えられる。図６および図７では、発熱コイル８２０からの熱が同心円状に広がる様子を、中心Ｃに近い領域ほど濃い色のハッチングを付すことにより示している。
【００４０】
シースヒータ８００では、発熱コイル８２０とシースチューブ８１０との距離が最も短くなる部位での距離をＣ１とすることで、発熱コイル８２０とシースチューブ８１０とのクリアランスを確保している。本実施形態では、シースチューブ８１０の内表面７３５において発熱コイル８２０との距離が最も短くなる部位とは、凹部７１０において最も深く凹んだ箇所である最凹部Ｑである。図６では、シースチューブ８１０の内表面７３５と発熱コイル８２０との距離が最も短くなる箇所を通過する直線を、中心Ｃと最凹部Ｑとを通過する直線Ｌ１として示している。
【００４１】
また、図６に示す断面では、凹部７１０の表面上における、凹部７１０の端部近傍の１点を、点Ｐ１として示している。図６では、発熱コイル８２０の中心Ｃと点Ｐ１との距離を、距離Ｄ１として示している。中心Ｃと点Ｐ１とを結ぶ直線は、上記直線Ｌ１との間で角度θを成す。本実施形態では、発熱コイル８２０に対向して凹部７１０が形成されているため、点Ｐ１と中心Ｃとの距離は、最凹部Ｑと中心Ｃとの距離とほぼ同程度であり、点Ｐ１が発熱コイル８２０から受ける熱は、最凹部Ｑが発熱コイル８２０から受ける熱と、ほぼ同程度になる。すなわち、本実施形態では、シースチューブ８１０の内表面７３５において、凹部７１０の表面全体にわたって、最凹部Ｑとほぼ同定度の熱を発熱コイル８２０から受けることができ、伝熱効率が高められている。
【００４２】
これに対して、凹凸部を有しないシースチューブ８１０Ａを備える比較例のシースヒータ８００Ａでは、本実施形態に比べて伝熱効率が低いことが図７から理解できる。図７では、シースチューブ８１０Ａの内表面７３５と発熱コイル８２０との距離が最も短い距離Ｃ１となる箇所を通過する直線を、図６と同様に直線Ｌ１として示している。そして、発熱コイル８２０の中心Ｃを通過すると共に、直線Ｌ１との間で角度θを成す直線が、シースチューブ８１０Ａの内表面７３５と交わる点を点Ｐ２としている。図７に示すように、中心Ｃから点Ｐ２までの距離Ｄ２は、図６に示す中心Ｃから点Ｐ１までの距離Ｄ１に比べて遙かに長い。したがって、比較例のシースヒータ８００Ａでは、シースチューブ８１０Ａにおける発熱コイル８２０から熱を伝えられる領域全体にわたって、実施形態のシースヒータ８００に比べて伝熱効率が劣るといえる。
【００４３】
このように、本実施形態では、発熱コイル８２０からシースチューブ８１０への伝熱効率を高めることにより、内外温度差、すなわち、発熱コイル８２０の温度と、シースチューブ８１０の外表面の温度との差を、より小さくすることができる。シースヒータ８００における内外温度差を小さくできることにより、特定量の電力をシースヒータ８００に供給したときに、シースチューブ８１０の外表面温度をより高くして、着火性能を向上させることができる。また、シースヒータ８００における内外温度差を小さくできることにより、シースチューブ８１０の外表面温度の目標温度に対して、昇温させるべき発熱コイル８２０の目標温度をより低くして、消費電力を抑えることができる。
【００４４】
さらに、本実施形態では、凹凸部７００は、軸線方向ＯＤにおいて最高温度部Ｍと重なる領域に形成されている。そのため、発熱コイル８２０からシースチューブ８１０の最高温度部Ｍへの伝熱の効率をさらに高めることができ、グロープラグ１０の着火性能を、より向上させることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、凹凸部７００を構成する凹部７１０は、シースチューブ８１０の内表面７３５において、シースチューブ８１０の周方向に連続して螺旋状に形成されている。そのため、発熱コイル８２０の発熱時において、シースチューブ８１０の昇温状態を、シースチューブ８１０の周方向に均一化することができる。その結果、シースヒータ８００における温度分布の不均一に起因する、グロープラグ１０の着火性能の低下を抑えることができる。具体的には、例えば、グロープラグ１０を取り付けた内燃機関において、シースヒータ８００に対する燃料噴射の向きにかかわらず、グロープラグ１０の着火性能を高めることができる。
【００４６】
また、本実施形態のシースチューブ８１０では、凹凸部７００が形成された領域Ｆよりも後端側において、凹凸部７００における最小肉厚Ｍｉｎ１よりも薄い肉厚Ｍｉｎ２となる領域が存在する（図３参照）。すなわち、軸線方向ＯＤにおいて最高温度部Ｍと重なる領域よりも後端側に、最小肉厚Ｍｉｎ１よりも薄い肉厚Ｍｉｎ２となる領域が存在する。シースチューブ８１０は、横断面の外径が先端を除いて略一定であるため、上記のようにシースチューブ８１０の肉厚が薄い部位では、シースチューブ８１０の内径が大きくなり、シースチューブ８１０内に充填される絶縁体８７０の量が増加する。このように、絶縁体８７０が存在する量が多い部位では、発熱コイル８２０からシースチューブ８１０への、径方向の伝熱が抑えられるだけでなく、シースヒータ８００内において、先端側から後端側への伝熱も抑えられる。その結果、シースチューブ８１０の先端部分、すなわち、最高温度部Ｍを含む部分で発生した熱が、後端側に伝わることを抑制して、最高温度部Ｍを含む先端部分の昇温効率を、より向上させることができる。その結果、グロープラグの着火性をさらに向上させることが可能になる。
【００４７】
上記のようにシースヒータ８００の先端部における昇温効率を向上させると、シースヒータ８００において、先端側と後端側との間の温度勾配をより大きくして、先端発熱性を高めることができる。シースヒータ８００における先端発熱性を高めることにより、シースヒータ８００の先端部を所望の温度に昇温させるためにグロープラグ１０に投入すべき電力量を削減することができる。あるいは、同じ電力量を投入する場合であっても、シースヒータ８００の先端部の温度を、より高めることができる。
【００４８】
なお、領域Ｆよりも後端側におけるシースチューブ８１０の肉厚は一定でなくてもよいが、領域Ｆにおける最小肉厚Ｍｉｎ１よりも肉厚が薄い部位をシースチューブ８１０の後端側に設けることで、上記した効果が得られる。ただし、領域Ｆよりも後端側におけるシースチューブ８１０の肉厚は、最小肉厚Ｍｉｎ１よりも厚くてもよく、あるいは、最小肉厚Ｍｉｎ１と同じであってもよい。このような場合であっても、シースチューブ８１０の内表面７３５に凹凸部７００を形成することにより、発熱コイル８２０からシースチューブ８１０への伝熱効率を向上させる効果を得ることができる。
【００４９】
Ｂ．第２実施形態：
図９は、本発明の第２実施形態としてのシースヒータ８００Ｂの構成を、図３と同様に軸線Ｏを含むように軸線方向ＯＤに平行にシースヒータ８００Ｂを切断した断面において表わした説明図である。第２実施形態において、第１実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。第２実施形態のシースヒータ８００Ｂは、第１実施形態と同様のグロープラグ１０において、シースヒータ８００に代えて用いられる。
【００５０】
第２実施形態のシースヒータ８００Ｂが備えるシースチューブ８１０Ｂの内表面７３５には、凹凸部７００Ｂが形成されている。この凹凸部７００Ｂは、第１実施形態の凹凸部７００と比べて、より後端側にまで形成されている点を除いては、凹凸部７００と同様に形成されている。凹凸部７００Ｂは、例えば、図９に示す断面におけるシースチューブ８１０の内表面７３５において、発熱コイル８２０に対向する範囲の全体にわたって形成することができる。
【００５１】
このような構成としても、図９に示す断面において、発熱コイル８２０を構成する各々の線材の断面に対向するところに各凹部７１０が配置されるように、シースチューブ８１０Ｂの内表面７３５に凹凸部７００Ｂを形成することで、第１実施形態と同様の効果が得られる。特に、第２実施形態では、発熱コイル８２０に対向するシースチューブ８１０Ｂの内表面７３５において、第１実施形態よりも後端側にまで、例えば、発熱コイル８２０を構成する線材の全体に対向する範囲にわたって、凹凸部７００Ｂを形成している。そのため、発熱コイル８２０からシースチューブ８１０Ｂへの伝熱効率を、発熱コイル８２０全体で高めることができる。
【００５２】
ただし、第２実施形態では、第１実施形態よりも後端側にまで凹凸部７００Ｂを形成しているため、シースチューブ８１０Ｂでは、軸線方向ＯＤにおいて発熱コイル８２０と重なる領域であって、最高温度部Ｍと重なる領域よりも後端側の領域において、最小肉厚Ｍｉｎ１よりも肉厚が薄くなる箇所が無い。そのため、軸線方向ＯＤにおいて最高温度部Ｍと重なる部位よりも後端側への伝熱が、第１実施形態よりも起こり易くなる。
【００５３】
上記のように、シースヒータ８００Ｂにおいて、後端側への伝熱を抑えて、先端側と後端側との間の温度勾配を大きくすることにより、先端発熱性を高める観点からは、シースチューブ８１０Ｂでは、軸線方向ＯＤにおいて最高温度部Ｍと重なる領域よりも後端側において、最小肉厚Ｍｉｎ１よりも肉厚が薄い領域を、より広く設けることが望ましい。また、凹凸部７００Ｂを形成する領域を先端近傍に限定しすぎると、発熱コイル８２０からシースチューブ８１０Ｂへの伝熱効率を高めた領域が小さくなる。そのため、発熱コイル８２０からシースチューブ８１０Ｂへの伝熱効率と、絶縁体８７０を介したシースヒータ８００における後端側への伝熱の量と、のバランスを考慮して、凹凸部７００Ｂを形成する範囲を適宜設定すればよい。
【００５４】
Ｃ．第３実施形態：
図１０は、本発明の第３実施形態としてのシースヒータ８００Ｃの構成を、図３と同様に軸線Ｏを含むように軸線方向ＯＤに平行にシースヒータ８００Ｃを切断した断面において表わした説明図である。第３実施形態において、第１実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。第３実施形態のシースヒータ８００Ｃは、第１実施形態と同様のグロープラグ１０において、シースヒータ８００に代えて用いられる。
【００５５】
第３実施形態のシースヒータ８００Ｃが備えるシースチューブ８１０Ｃの内表面７３５には、凹凸部７００Ｃが形成されている。第１実施形態の凹凸部７００および第２実施形態の凹凸部７００Ｂにおける凹部７１０は、シースチューブ８１０，８１０Ｂの内表面７３５において、周方向に連続して螺旋状に形成されることとしたが、第３実施形態では、凹部７１０Ｃは、周方向に不連続に形成されている。すなわち、第３実施形態では、図１０に示すシースチューブ８１０Ｃの断面において、軸線方向ＯＤに延びる一対のシースチューブ８１０Ｃの外壁の一方の内表面７３５のみに、発熱コイル８２０との間で図４を用いて説明した関係を満たす凹凸部７００Ｃが形成されている。なお、第３実施形態では、軸線方向ＯＤに凹凸部７００Ｃが形成される範囲は、第１実施形態と同様であり、図１０では領域Ｆとして示している。
【００５６】
このような、周方向に不連続である凹部７１０Ｃを有する凹凸部７００Ｃが形成されたシースヒータ８００Ｃを作製する際には、例えば、シースヒータ８００Ｃを形成するためのヒータ形成部材において、シースチューブ８１０Ｃと発熱コイル８２０とのクリアランスを、一方の側のみ小さくすることにより、スウェージング後に凹部７１０Ｃを形成することができる。
【００５７】
このように、周方向に不連続な凹部７１０Ｃを有する凹凸部７００Ｃを設ける場合であっても、凹凸部７００Ｃを設けた領域において、発熱コイル８２０からシースチューブ８１０Ｃへの伝熱効率を高めることができる。そのため、第１実施形態と同様に、グロープラグ１０の着火性能を向上させる効果が得られる。
【００５８】
ただし、第３実施形態のシースヒータ８００Ｃのように、シースチューブ８１０Ｃにおいて周方向に不連続な凹部７１０Ｃを設ける場合には、凹部７１０Ｃが形成される領域のみにおいて、発熱コイル８２０からシースチューブ８１０Ｃへの伝熱効率を高める効果が得られる。そのため、着火性能を高める効果を充分に得るためには、シースヒータ８００Ｃを備えるグロープラグ１０を内燃機関に取り付ける際に、シースチューブ８１０Ｃの内壁面に凹部７１０Ｃが形成された部位が、燃料噴射ノズルの噴射口に対向する向きとなるように、グロープラグ１０を配置することが望ましい。
【００５９】
Ｄ．変形例：
・変形例１：
上記各実施形態では、シースチューブ８１０，８１０Ｂ，８１０Ｃの内表面７３５に凹凸部７００，７００Ｂ，７００Ｃを設けた領域は、軸線方向ＯＤにおいて最高温度部Ｍと重なる領域としたが、異なる構成としてもよい。凹凸部を設けた領域が、軸線方向ＯＤにおいて最高温度部Ｍと重ならない場合であっても、軸線方向ＯＤにおいて発熱コイルと重なるいずれかの領域に凹凸部を設けるならば、凹凸部を設けた領域において、発熱コイル８２０からシースチューブへの伝熱効率を向上させる同様の効果が得られる。
【００６０】
・変形例２：
上記各実施形態では、軸線Ｏを含むように軸線Ｏに平行にシースヒータを切断する断面において、凸部７２０は、図４に示すように、隣り合う各々の凹部７１０の端部が接して形成され、最凸部ＭＰを頂点とする形状を有しているが、異なる形状としてもよい。上記断面における凸部７２０の形状は、例えば、最凸部ＭＰにおいて、軸線方向ＯＤに沿って延びる平坦部を有していてもよく、あるいは、軸線Ｏ側に凸であるＲ形状を有していてもよい。上記断面において、凸部７２０の最凸部ＭＰ（シースチューブの外表面７３０から最も離間した箇所）を、軸線Ｏに垂直な方向に投影したときに、発熱コイル８２０を構成する線材の断面のうち、最凸部ＭＰの最も近くに存在する隣り合う２つの線材の断面の間に、最凸部ＭＰが位置していればよい。
【００６１】
・変形例３：
上記各実施形態では、シースチューブの内表面７３５の凹凸部は、ヒータ形成部材８０５をスウェージング加工することにより形成したが、異なる構成としてもよい。例えば、予め機械加工により凹凸部を形成したシースチューブを用いて、ヒータ形成部材８０５を作製してもよい。
【００６２】
・変形例４：
また、上記各実施形態のグロープラグは、内燃機関の始動時等における着火を補助する熱源として用いる他、例えば、ディーゼル微粒子捕集フィルター（ＤＰＦ）の再活性バーナーシステムにおいて用いることもできる。
【００６３】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１０…グロープラグ
１００…係合部材
２００…中軸
２１０…中軸先端部
２９０…雄ねじ部
３００…リング
４１０…絶縁部材
４６０…Ｏリング
５００…主体金具
５１０…軸孔
５２０…工具係合部
５４０…雄ねじ部
６００…パッキン
７００，７００Ｂ，７００Ｃ…凹凸部
７１０，７１０Ｃ…凹部
７２０…凸部
７３０…外表面
７３５…内表面
８００，８００Ａ，８００Ｂ，８００Ｃ…シースヒータ
８０５…ヒータ形成部材
８１０，８１０Ａ，８１０Ｂ，８１０Ｃ…シースチューブ
８１３…シース管先端部
８１４…側面部
８１９…シース管後端部
８２０…発熱コイル
８２２…コイル先端部
８２３…螺旋部
８２９…発熱コイル後端部
８３０…制御コイル
８３１…制御コイル先端部
８３９…制御コイル後端部
８７０…絶縁体
【図１】
2018080895.tif 000003
【図２】
2018080895.tif 000004
【図３】
2018080895.tif 000005
【図４】
2018080895.tif 000006
【図５】
2018080895.tif 000007
【図６】
2018080895.tif 000008
【図７】
2018080895.tif 000009
【図８】
2018080895.tif 000010
【図９】
2018080895.tif 000011
【図１０】
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