(57)【要約】【課題】  ディーゼルエンジンのグロープラグ等に適用されるハウジングとスリーブの支持構造において、ロウ付け部の勘合長を長くすることなく、フレを抑制して、小型で安定性・耐久性に優れた接合製品を得る。【解決手段】  筒状金属ハウジングＨの先端開口Ｈ２内に、ヒータ部材４を保持する金属スリーブ２の基端部２１を挿通し、ロウ付けする。ロウ付け部１１には、予めフラックスにセラミックスの微粉を添加した混合剤を塗布しており、微粉はクリアランス幅Ｃよりも粒径が小さく、ロウ付け温度より高融点であるため、ロウ付け時のフレを抑制するとともに、ロウ付け部１１の強度を高める。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の筒状支持部材と、この筒状支持部材内に挿通保持される被支持部材とを有し、該被支持部材は、基端側が上記筒状支持部材内にロウ付けにより接合固定されるとともに、先端側が上記筒状支持部材から突出位置しており、両部材のロウ付け面間のクリアランス内に、粒径がクリアランス幅以下であり融点がロウ付け温度以上である微粉が、ロウ材とともに配置されていることを特徴とする支持構造。
【請求項２】
上記微粉は、セラミック粉である請求項１に記載の支持構造。
【請求項３】
上記クリアランス幅は、０．０１〜０．５ｍｍである請求項１または２に記載の支持構造。
【請求項４】
両部材のロウ付け部の勘合長が、６ｍｍ以下である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の支持構造。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の支持構造を備えるグロープラグであって、上記筒状支持部材となるハウジングの先端開口内に、上記被支持部材となる筒状スリーブの基端部をロウ付け固定し、上記筒状スリーブ内にヒータ部材を挿通固定してなることを特徴とするグロープラグ。
【請求項６】
金属製の筒状支持部材と、この筒状支持部材内に挿通保持される被支持部材とを有し、該被支持部材は、基端側が上記筒状支持部材内にロウ付けにより接合固定されるとともに、先端側が上記筒状支持部材から突出位置する接合製品の製造方法であって、
両部材のロウ付け面の少なくとも一方に塗布されるフラックスに、粒径が両部材間のクリアランス幅以下であり融点がロウ付け温度以上である微粉を添加し、クリアランス内に微粉が配置された状態で、ロウ材をクリアランス内に注入して、ロウ材融点温度以上に加熱することにより両部材を接合することを特徴とする接合製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ディーゼルエンジンのグロープラグに適用されて、ハウジング内にヒータ保持用のスリーブをロウ付け接合する際の支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンのシリンダ内を予熱するためのグロープラグは、金属製の円筒状ハウジング内に、ヒータを保持するための金属スリーブを挿通保持している。金属スリーブは、基端側が筒状ハウジングの先端開口部内にロウ付けにより接合され、先端側は筒状ハウジングから突出してシリンダ内に位置している。ハウジングの基端開口部内に、ヒータと一体の金属ピン部材が固定され、端子となる金属ピン部材を介して、外部電源からヒータに通電可能となっている。このようなグロープラグ構成は、例えば、特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２２７７４４号公報
【０００３】
近年、グロープラグの発熱部を、シリンダ内の混合気に近接位置させて、点火を容易にするために、ヒータのシリンダ内方への突出長さが、長くなる傾向にある。これに伴い、金属スリーブには、フレを抑制してヒータの保持力を向上させることが要求され、接合部材間のクリアランス公差を縮小し、さらに接合部における勘合長を長くすることで対応している。あるいは、厳しい公差に対応可能なロウ付け治具を用いるといった対策が検討されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一方でグロープラグの小型化の要求があり、素子長を変更することなく、ヒータの突出長さをより長くしようとすると、十分な勘合長を確保することができない。また、クリアランス公差の縮小にも限界があり、組み付けやロウ付けに手間がかかる。
【０００５】
そこで、本発明は、ディーゼルエンジンのグロープラグにおけるハウジングとスリーブの接合等に適用される、金属製の筒状部材と被支持部材の支持構造において、被支持部材のフレを抑制して、保持性を向上させること、これにより、ロウ付け部の勘合長を短くして、小型で安定性・耐久性に優れた接合製品を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、金属製の筒状支持部材と、この筒状支持部材内に挿通保持される被支持部材とを有し、該被支持部材は、基端側が上記筒状支持部材内にロウ付けにより接合固定されるとともに、先端側が上記筒状支持部材から突出位置しており、両部材のロウ付け面間のクリアランス内に、粒径がクリアランス幅以下であり融点がロウ付け温度以上である微粉が、ロウ材とともに配置されていることを特徴とする支持構造である。
【０００７】
本発明の支持構造によれば、筒状支持部材と被支持部材のロウ付け部に、高融点の微粉を添加したので、ロウ付け時のフレを抑制し、保持性を向上させることができる。よって、ロウ付け部の勘合長を短くして、小型で安定性・耐久性に優れた接合製品を得ることができる。
【０００８】
請求項２の発明のように、好適には、上記微粉として、セラミック粉が用いられる。セラミック粉は高融点で入手が容易であり、ロウ材を使用量を少なくしてコストを低減させる効果がある。
【０００９】
請求項３の発明のように、ロウ流れのクリアランス幅は、０．０１〜０．５ｍｍが好適であり、接合強度を確保するとともに、フレを抑制する効果が得やすい。
【００１０】
請求項４の発明のように、両部材のロウ付け部の勘合長が、６ｍｍ以下であると、より効果的であり、ロウ付け部の強度を確保しながら、素子を小型化することができる。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の支持構造を備えるグロープラグであって、上記筒状支持部材となるハウジングの先端開口内に、上記被支持部材となる筒状スリーブの基端部をロウ付け固定し、上記筒状スリーブ内にヒータ部材を挿通固定してなることを特徴とする。
【００１２】
具体的には、この支持構造をグロープラグに適用することができ、ヒータ部材が突出する構造であっても、スリーブとともにハウジング内に確実に保持し、フレを抑制することができる。
【００１３】
請求項６の発明は、金属製の筒状支持部材と、この支持部材内に挿通保持される被支持部材とを有し、該被支持部材は、基端側が上記筒状支持部材内にロウ付けにより接合固定されるとともに、先端側が上記筒状支持部材から突出位置する接合製品の製造方法であって、
両部材のロウ付け面の少なくとも一方に塗布されるフラックスに、粒径が両部材間のクリアランス幅以下であり融点がロウ付け温度以上である微粉を添加し、クリアランス内に微粉が配置された状態で、ロウ材をクリアランス内に注入して、ロウ材融点温度以上に加熱することにより両部材を接合することを特徴とする。
【００１４】
このように、ロウ付けに通常使用されるフラックスに微粉を添加することで、容易にクリアランス内に微粉を配置することができる。そして、この状態でロウ付けすることで、芯だしを容易にし、フレを抑制して保持性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面により本発明の第１実施形態について詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の支持構造を適用したディーゼルエンジンのグロープラグ１の全体構成図であり、図１（ｂ）にはその主要部を拡大して示す。図１（ａ）において、本実施形態のグロープラグ１は、金属製の筒状支持部材としてのハウジングＨと、このハウジングＨの先端開口（図の右端開口）Ｈ２内に挿通保持される被支持部材としてのスリーブ２と、スリーブ２内に挿通固定されるヒータ部材４を有している。ハウジングＨの左半部内には、ヒータ部材４と一体の通電用中軸ピン３が挿通保持される。
【００１６】
ハウジングＨは略円筒形状で、中間部外周に形成した取付用のねじ部Ｈ３によってシリンダブロックに取付けられる。中軸ピン３は、基端側がハウジングＨの基端（図の左端開口）開口Ｈ１から突出し、先端側が接続金具４２によってヒータ部材４に接続されて一体となっている。中軸ピン３の左端部とハウジングＨの左端部との間には、封着ガラスを充填した封着部３１が構成され、中軸ピン３をハウジングＨ内に溶着固定している。
【００１７】
スリーブ２は、金属（例えば、ステンレス鋼）製の細長い筒状体で、大径の基端部２１がハウジングＨの基端開口Ｈ１内に挿通され、ロウ付けによって接合固定される。スリーブ２の基端部２１より先端側は、小径の本体部２２となり、ハウジングＨの先端開口Ｈ２からシリンダ内へ突出している。スリーブ２の内径は略一定で、基端部２１が厚肉に、本体部２２が基端部２１より薄肉に構成されている。
【００１８】
ヒータ部材４には、公知のセラミックヒータが用いられる。セラミックヒータは、通常、絶縁性セラミックよりなる基体内にＵ字状に成形した導電性セラミックよりなる発熱体を埋設した構成となっている。ヒータ部材４は、中間部外周がスリーブ２内に挿通保持され、両端部はスリーブ２の両端から突出している。ヒータ部材４の中間部とスリーブ２との間はロウ付け等により接合され、ハウジングＨ内に突出する基端部が中軸ピン３に接続される。発熱体が埋設されるヒータ部材４の先端ヒータ部４１は、スリーブ２の先端開口からさらに突出してシリンダ内に露出している。これにより、図示しない外部電源から中軸ピン３を介してヒータ部材４に通電し、シリンダ内を予熱可能としている。
【００１９】
なお、ハウジングＨおよび中軸ピン３の少なくとも外表面には、通常、防錆メッキが施される。防錆メッキ後、中軸ピン３の上端部に合成樹脂製のブッシュ５１を外挿し、さらにナット５２を螺着することで、ハウジングＨの基端開口Ｈ１が閉鎖される。
【００２０】
図１（ｂ）は、グロープラグ１のハウジングＨとスリーブ２のロウ付け部１１を拡大して示す図である。図示するように、ロウ付け部１１は、ハウジングＨの先端開口Ｈ２側の内周面とスリーブ２の基端部２１の外周面をロウ付け面とし、両面を所定のクリアランスで対向配設して、ロウ材を充填することにより接合固定される。この時、ハウジングＨの先端開口Ｈ２から突出するヒータ部材４およびスリーブ２の長さが長くなると、先端側でフレが生じたり、部品同士が接触しやすくなる。そこで、本発明では、ロウ付け部１１の軸方向長（勘合長Ｌ）を長くすることなく、保持力を向上させるために、ロウ付け面間のクリアランスに、粒径がクリアランス幅Ｃ以下であり融点がロウ付け温度（例えば、８００℃程度）以上である微粉を、ロウ材とともに配置する。
【００２１】
クリアランス幅Ｃは、通常、０．０１〜０．５ｍｍ、好適には、０．０１〜０．０５ｍｍの範囲で設定するのがよい。０．０１ｍｍ以下では位置決めやロウ付け作業が容易でなく、また、微粉およびロウ材をロウ付け部１１の全体に均等に配置することが難しい。０．５ｍｍを超えるとフレが発生しやすく、また、ロウ材の使用量が多くなってコストが増加する。
【００２２】
ロウ材には、例えば、銀ロウ、銅ロウ、黄銅ロウ、りん銅ロウ、アルミニウムロウ、ニッケルロウ、ラジウムロウ等、通常公知のロウ材を使用することができる。好適には、銀ロウが用いられる。また、微粉としては、８００℃より高い融点を有する種々のセラミック粉を使用することができる。具体的には、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｙ2 Ｏ3 、ＭｏＳｉ2 、Ｙｂ2 Ｏ3 等の酸化物系または非酸化物系のセラミック粉が挙げられる。また、ロウ付け温度より高い融点を有する物質、例えば、ＣａＣＯ3 等の鉱物系の粉を用いることもできる。いずれもロウ付け温度で溶融しないので、ロウ付け時に、ロウ付け部１１の強度を高めて、ロウ付け部１１のフレを抑制する。また、ロウ付け後においてもヒータ部材４の保持性を高めて、耐久性を向上させる効果が得られる。ロウ付け温度より融点が低いと、ロウ材と反応してロウ付け部の品質が低下するおそれがある。また、芯だし効果が低減する。好適には、例えばＳｉ3 Ｎ4 （融点１４００℃）、Ａｌ2 Ｏ3 （融点２０５０℃）が使用され、高融点で入手が容易である。
【００２３】
微粉は、ロウ付け時に、ロウ付け面間のクリアランス内に位置して、最小クリアランスを確保するとともに、ハウジングＨとスリーブ２の金属接触を抑制してフレを抑制する。このため、微粉１３の粒径はクリアランス幅Ｃ以下であることが必要であり、クリアランス幅Ｃ以上では、ロウ付け時の仮組が困難になる。通常は、１００μｍ以下、好適には、１０〜２０μｍ程度とし、クリアランス幅Ｃより十分小さく粒度の揃った微粉を用いることで、ロウ付け面の全面に均一分散させて、フレを抑制する効果を得やすい。また、微粉１３となるセラミック粉等は、銀ロウ等のロウ材に対し比較的安価なため、ロウ材の使用量を低減してコストを抑制する効果がある。
【００２４】
図２に、本発明による接合製品の製造方法として、グロープラグ１のハウジングＨとスリーブ２のロウ付け工程を説明するための図を示す。ロウ付け部１１に微粉を混在させるには、ロウ付け時にクリアランス内に微粉が存在していればよいが、微粉をロウ材に混合することは容易ではない。また微粉のみをロウ付け面に塗布することは手間がかかるため、本発明では、ロウ付けに通常使用されるフラックスの塗布工程で微粉を添加する。
【００２５】
まず、図２の（１）の工程では、フラックスと微粉とを混合する。フラックスは、ロウ付け面の酸化皮膜の除去と加熱中の酸化防止の目的で使用されるもので、ロウ材の種類に応じた通常公知のフラックスを、適宜選択することができる。具体的には、フラックスに微粉を添加し、ミキサ−で混合した混合剤を調製する。
【００２６】
図２の（２）の工程では、調製したフラックスと微粉との混合剤を、ロウ付けに先立ってロウ付け面に塗布する。この時、混合剤はハウジングＨとスリーブ２のロウ付け面のいずれかに塗布すればよく、ここでは、塗布しやすいスリーブ２の基端部２１外表面にのみ塗布を行う。ハウジングＨのロウ付け面には通常のフラックスを塗布する。スリーブ２へのヒータ部材４の組付けは通常の方法で予め行っておく。
【００２７】
図２の（３）の工程で、スリーブ２をハウジングＨに仮組して位置決めする。この時、フラックスに微粉が添加された混合剤が、ロウ付け部１１のクリアランスに充填されていることで、スリーブ２とハウジングＨのメタルタッチを抑制し、芯だしを容易にして組付け性を向上する。次いで、図２の（４）の工程で、ロウ材を注入し、バーナ加熱によりロウ付けする。ロウ付け温度にて加熱する間にフラックスは除去されるが、混合剤に添加された微粉がクリアランス内に保持されているために、フレを抑制する効果が得られる。また、ロウ付け後は、微粉がロウ材内に分散し、ロウ付け部１１の強度を向上させる。
【００２８】
このように、本発明によれば、ロウ付け部１１に微粉を添加することにより、ロウ付け時および接合製品のフレを抑制することができるので、グロープラグのスリーブ２をハウジングＨに接合する場合に、スリーブ２（およびヒータ部材４）の突出長が長くても、ロウ付け部１１の勘合長Ｌを長くすることなく、保持力を確保することができる。
【００２９】
図３は、ロウ付け部１１に微粉を添加した本発明の構成において、スリーブ２とハウジングＨのクリアランスとフレ値の関係を調べた結果である。図３（ａ）は、フレ値の計測方法を示す図で、ハウジングＨの先端面を計測基準とし、クリアランス幅を変更した時の最大フレ値（ｍｍ）を図３（ｂ）に示した。スリーブ２とハウジングＨのロウ付け部１１の勘合長は６ｍｍとした。図３（ｂ）に明らかなように、クリアランス幅が大きくなるほど最大フレ値は増すが、クリアランスが０．０５ｍｍでも最大フレ値は０．６ｍｍと許容範囲内であり、またスリーブ２単品のフレは０であった。これに対し、同等のクリアランスにて、最大フレ値を０．６ｍｍ以下にするために、微粉を添加しない従来構成では、勘合長を８．５ｍｍとする必要があり、本発明により素子を小型にしてロウ材等の部品コストを低減する効果が得られることがわかる。
【００３０】
図４は、スリーブ２とハウジングＨのクリアランスと微粉の粒径の関係を示す図である。図４（ａ）において、クリアランス内に添加される微粉１２の粒径は、好適には、図４（ｂ）に示すような粒度分布を有することが望ましい。図４（ｂ）において、粒径加積通過率（縦軸）は、対応する粒径（横軸）以下の微粉の割合を示しており、微粉のほとんどが最適クリアランス０．０１〜０．０５ｍｍの範囲にあることがわかる。これにより、例えば、Ｄ５０（５０％粒径）がクリアランスの１／１０、Ｄ９０（９０％粒径）がクリアランスの９／１０となるように、クリアランスおよび微粉の粒径を設定すれば、クリアランス内に微粉およびロウ材を均等に配置し、接合性とフレ抑制を両立させることができる。好ましくは、Ｄ５０（５０％粒径）がクリアランスの２／１０、Ｄ９０（９０％粒径）がクリアランスの９／１０となるようにすれば、ロウ付け部１１の品質がより向上する。
【００３１】
図５は、スリーブ２とハウジングＨのロウ付け部１１における微粉添加量とフレ値の関係を調べた結果である。図５（ａ）は、ロウ付けしろの一断面を軸方向にカットした状態を模式的に示す図で、ロウ付け部１１へ添加される微粉１２の量を変更した時のフレ値の幅を図５（ｂ）に示した。図５（ｂ）に示されるように、微粉添加量が増加するに従いフレ値が小さくなり、１重量％を超えるとほぼ一定となる。ただし、微粉添加量が増加するほどロウ流れ不良が発生しやすくなる。好適には、微粉添加量が１〜５重量％の範囲となるようにすることで、フレの抑制とロウ流れ不良防止を両立できる。
【００３２】
以上のように、本発明によれば、ディーゼルエンジンのグロープラグ等に適用され、ハウジングとピン部材を溶着する封着ガラスを無鉛化し、かつ封着性能を確保することができる。また、封着ガラスの表面を簡易かつ確実に保護して、ハウジングとピン部材の間の絶縁を確保することができる。
【００３３】
なお、本発明の保持構造は、ディーゼルエンジンのグロープラグ等に限らず、他の分野においても利用可能であり、同様の効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態を示し、（ａ）はグロープラグの全体構成図、（ｂ）は（ａ）の主要部構成を示す拡大断面図である。
【図２】本発明のロウ付け部のロウ付け工程を説明するための図である。
【図３】（ａ）は本発明構成におけるフレ値の計測方法を示す図、（ｂ）はクリアランス幅と最大フレ値の関係を示す図である。
【図４】（ａ）はクリアランスと微粉の粒径の関係を説明するためのロウ付け部の模式図、（ｂ）は微粉の粒度分布の一例を示す図である。
【図５】（ａ）は本発明構成におけるロウ付けしろの軸方向断面を模式的に示す図、（ｂ）は微粉添加量とフレ値の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
Ｈ  ハウジング（金属製筒状支持部材）
Ｈ１  基端開口
Ｈ２  先端開口
１  グロープラグ
１１  ロウ付け部
２  金属スリーブ（被支持部材）
２１  基端部
２２  本体部
３  中軸ピン
４  ヒータ部材
４１  ヒータ部
５１  ブッシュ
５２  ナット
【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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