JP4182078B2 - グロープラグの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの始動促進等のために使用されるグロープラグの製造方法に関する。

このようなグロープラグとして図６に示したものがある（特許文献１、２）。このグロープラグ１は、筒状をなす金具本体（以下、単に本体ともいう）２の内側に、ヒーター（グロープラグの発熱部）用の発熱チューブ（以下、単にチューブともいう）３をその本体２の先端（図示下端）２ａから突出させる状態で固定した構造を呈している。そして、金具本体２内には、それと同軸で絶縁が保持され、発熱チューブ３内の後端３ｄ寄り部位に固定された端子用軸４を備えている。この端子用軸４は本体２の後端２ｄにおいてＯリングパッキン１８及び絶縁リング１６を介して後端寄り部位に形成されたネジ４ｃにナット１７を締め付けることで固定されている。

このようなグロープラグ１をなす発熱チューブ３は、インコネルやステンレス鋼製で、全長（図１に示す３ａから３ｄまで）が２０〜８０ｍｍ、外径φ３〜６ｍｍの薄肉パイプ（肉厚０．５ｍｍ）から、先端３ａが凸となす半球面状に形成された有底円筒形状に形成されている。また、その内部には、先端から後端に向けて、螺旋状の発熱コイル（又は発熱コイル及び制御コイル）部材５が設けられており、このコイル部材（以下、単にコイルともいう）５の先端５ａは発熱チューブ３内の先端に溶接によって接合されており、後端は発熱チューブ３の後端３ｄ内に挿入、固定された通電用の端子用軸４に接続されている。なお、このような発熱コイル５及び端子用軸４は発熱チューブ３内に充填された図示しない絶縁材（マグネシア粉末等）にて発熱チューブ３内面との電気的絶縁が保持されている。また発熱チューブ３の後端３ｄ寄り部位の内周面と端子用軸４の外周面との間には、図示しないゴムチューブが介挿され、その間の絶縁を確保しつつ発熱チューブ３内を封止し、端子用軸４を固定している。なお、図６に示した発熱チューブ３は中間部位が同心でやや太い大径部３ｂを有する異径の円筒形状を呈しているが、全体が同径（ストレート）のものもある。

このような構成をなすグロープラグ１は、図７に示したように、筒状をなす金具本体２の内側に、ヒーター用の発熱チューブ３及びその後端３ｄ寄り部位に固定された端子用軸４を含む発熱部をなす組付け体（部品）を、その発熱チューブ３の後端３ｄから所定量圧入することでその組立ないし製造が行われていた（特許文献１、特許文献２）。具体的には、金具本体３の内側に端子用軸４を入り込ませた上で、金具本体２と端子用軸４を同軸（同心）状にし、金具本体２内に対して発熱チューブ３を矢印方向にその先端３ａから、圧入装置（プレス装置）における先端支持部１０１にて、力Ｆを加えて軸Ｇ方向に押し、圧入するというものである。
特開２００３−５１３７１号公報 特開２００３−１７２３０号公報

ところが、上記した従来の製法において製造されたグロープラグ１においては、図８に示したように、内部の発熱コイル５のうち、先端５ａ寄り部位にある隣接する螺旋部Ｌ１，Ｌ２、Ｌ３‥相互が接触Ｓを起こし、その抵抗値が変化するなどの問題を起こすことがあった。本願発明者らはその原因について調査、検討した結果、次のようなことを知るに至った。というのは、上記した従来の製法において製造されたグロープラグのうち、問題のあるサンプルについて調べてみると、図８に誇張して示したように、発熱チューブ３の先端３ａに微小ではあるが潰れ（変形）が発生しているものが多く見受けられた。

これは、発熱チューブ３を金具本体（グロープラグをなす金具本体）２内に圧入する際には、発熱チューブ３の先端３ａを軸Ｇ方向に押して金具本体２内に圧入するところ、発熱チューブ３の先端３ａは凸となす半球面を呈している。これに対し、その先端を支持して押すところの、圧入装置の先端支持部１０１は平面とされていたため、圧入時の荷重Ｆによって、その先端３ａをなす半球面の頂部に局所的に荷重が作用することから潰れが発生するものと考えられる。この圧入に要する荷重は、グロープラグの具体的な構造、種類さらには圧入における設定締め代にもよるが、一般には１５０〜５００ｋｇｆである。なお、この潰れの対策としては、圧入代（圧入締め代）を小さくして圧入荷重を低減することが考えられるが、そのようにすれば、金具本体２に対する発熱チューブ３の固定力や封止性能が低下することから採用できない。また、発熱チューブ３の肉厚の増大も小型軽量化やコスト上の要請に反することからして採用できない。

しかして、発熱チューブ３内には上記したように、その先端から後端側に向けて螺旋状のコイル部材５が配置されているところ、このコイルの螺旋のピッチは小さいため、発熱チューブ３の先端３ａに潰れが発生すると、そのコイル５のうちの特に先端寄り部位にある隣接する螺旋部Ｌ１，Ｌ２‥相互の間隔（ピッチ）が小さくなり、或いはそれらが接触を起こしてしまうのである。こうしたことから、上記した従来の製法では、グロープラグの製造歩留まりや製品の信頼性の低下を招く危険性があった。加えて、先端の潰れは微小とはいえ、寸法精度の低下と共に、外観不良を招くことともなる。

本発明は、メタル製のグロープラグの製造工程において、先端が凸となす半球面に形成された発熱チューブをその先端を支持して金具本体内に圧入するに際して、発熱チューブの先端に潰れ、ひいてはそれに起因する同発熱チューブ内のコイルの隣接する螺旋部相互の接触が発生しないようにすることを目的とする。

前記の目的を達成するため、請求項１記載の製法は、先端が凸となす半球面に形成され、内部の先端から後方に向けてコイル部材が設けられてなる発熱チューブが、その後端側から筒状をなす金具本体の内側に圧入され、先端を金具本体の先端から突出させて固定されてなるグロープラグを製造する方法において、
前記金具本体の内側に前記発熱チューブを圧入するのに用いる圧入装置のうち、前記発熱チューブの圧入においてその先端を支持する先端支持部を、該発熱チューブの先端の凸となす半球面が嵌る凹となす球面であって、該球面の曲率半径を、前記発熱チューブの先端の凸となす半球面の曲率半径より小さい球面に形成し、前記発熱チューブの先端をこの先端支持部のなす球面で支持して該発熱チューブを前記金具本体内に圧入することを特徴とする。

また、請求項２記載の製法は、先端が凸となす半球面に形成され、内部の先端から後方に向けてコイル部材が設けられてなる発熱チューブが、その後端側から筒状をなす金具本体の内側に圧入され、先端を金具本体の先端から突出させて固定されてなるグロープラグを製造する方法において、
前記金具本体の内側に前記発熱チューブを圧入するのに用いる圧入装置のうち、前記発熱チューブの圧入においてその先端を支持する先端支持部を、該発熱チューブの先端の凸となす半球面が嵌るすり鉢状の凹となすテーパ面であって、該テーパ面で前記発熱チューブの先端がその頂部を除いて支持されるように形成し、前記テーパ面で前記発熱チューブの前記頂部を除く先端を支持して該発熱チューブを前記金具本体内に圧入することを特徴とする。

本発明の製法によれば、次のようなような顕著な効果が得られる。すなわち、従来の圧入において使用される圧入装置のうち、発熱チューブの先端の凸となす半球面を支持する先端支持部は平面をなしていたため、この平面で発熱チューブの先端を支持し、押すときには、その先端の凸となす半球面の頂部の微小面積部位に荷重が集中し、それがその先端面の潰され、或いは変形を発生させていた。これに対して本発明では、その先端支持部を、請求項１では、発熱チューブの先端の凸となす半球面が嵌る凹となす球面であって、該球面の曲率半径を、前記発熱チューブの先端の凸となす半球面の曲率半径より小さい球面に形成し、この球面で発熱チューブの先端をなす球面を支持し、その状態で圧入することとしている。このため、発熱チューブの先端の凸となす半球面は広い面で圧入時の荷重を受けることができることから、荷重はその頂部に集中的にかかることはなく、全体に分散してかかる。したがって、従来のような先端のつぶれの発生を防止でき、或いは、発生するとしても変形を小さくできる。かくして、本発明によれば、発熱チューブ内に設けられているコイル部材のうち、とくに先端寄り部位に螺旋巻きされた隣接する螺旋部相互が圧縮されて接触するということを防止できる。

本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。なお、図１は製造されるグロープラグ１の縦断面図及び要部拡大図、図２はその製造において発熱チューブ３を金具本体２に圧入する状態の説明図及び圧入装置の先端支持部１０１の拡大図、図３は発熱チューブ３の圧入状態及び圧入後を示すその先端部分及び圧入装置の先端支持部１０１の拡大断面図である。本形態において、グロープラグ１は、軸線Ｇ方向に延びる円筒状の金具本体２と、その金具本体２の先端２ａ側に固定（固着）された、先端３ａが閉塞され、軸線Ｇ方向に延びる筒状の発熱チューブ３及び丸軸状の端子用軸４などから次のように構成されている。

すなわち、金具本体２はその略全体が真っ直ぐに延びる円筒形状を呈しており、その内側の先端２ａ寄り部位には、先端３ａが凸となす半球面で底をなす円筒形状に形成された発熱チューブ３が固定されている。ただし、この発熱チューブ３は本形態では、軸Ｇ方向の中間よりやや後端３ｄ寄り部位が大径（大径部３ｂ）とされる一方、その大径部３ｂに対応する部位の金具本体２の内径は小径（小径部位２ｂ）とされ、この小径部位２ｂに対して、発熱チューブ３がその大径部３ｂを介して後述するようにその後端３ｄ側から金具本体２の内側に圧入され、その先端３ａを金具本体２の先端２ａから突出させて固定されたものである。なお、圧入前における大径部３ｂの外径は例えばφ４．４０ｍｍとされ、小径部位２ｂの内径はφ４．３５ｍｍとされ、設計上の圧入代（締め代）が０．０５ｍｍとされている。また、発熱チューブ３の内部の先端には後方に向けてコイル部材をなす発熱コイル５（又は発熱コイル及びその後端に直列的に接続された制御コイル。以下、端にコイルともいう）が配置されており、その先端５ａが発熱チューブ３内の先端に溶接によって固定されている。

一方、本体２内には、同心（同軸）状に配置された丸棒（軸）状の端子用軸４が設けられており、その先端側（図１下側）が発熱チューブ３の後端３ｄ内に内挿され、図示しない絶縁ゴムを介して固定されているとともに、発熱チューブ３内において発熱コイル５の後端に接続されている。ただし、端子用軸４は、その後端（図示上端）寄り部位の約半部が大径とされ その大径部４ｂの後端（図示上端）部位の外周面には、所定の長さにわたってネジ４ｃが切られており、図示しない電源ケーブル（図示せず）を接続するネジ端子とされている。なお、発熱チューブ３内には図示はしないが絶縁材（マグネシア粉末等）が充填されており、コイル５と発熱チューブ３の内側面との絶縁が確保されており、端子用軸４と金具本体２間に通電することで発熱コイルを抵抗発熱させ、発熱チューブ３がグロープラグ１の発熱部をなすようにされている。なお、この発熱チューブ３を含めた発熱部の製造にあたっては、発熱コイル（仕様によっては発熱コイルと制御コイルの２材からなるコイル）５、及び端子用軸４を発熱チューブ３内へ挿入して上記したように固定し、絶縁性粉末を内部に充填した後に、発熱チューブ自身の外周を加圧縮径させるスエージング加工を行い、端子用軸４を一体的に設けた発熱部の組付け体を作るとよい。

また、本形態のグロープラグ１をなす金具本体２の後端２ｄ側の開口部には、その後端２ｄ側に向けて段付き状に拡径する段付き孔１５が形成されており、その段付き孔１５に嵌め合わされたブッシュ状の絶縁環１６によって端子用軸４の後端寄り部位が金具本体２の中心に支持されるとともに、その両者が電気的に絶縁されている。また、端子用軸４のネジ４ｃにナット１７を螺着して締め付けることで、絶縁環１６を介して金具本体２に端子用軸４を固定している。なお、絶縁環１６の先端側であって段付き孔１５の内側と端子用軸４の間には、Ｏリングパッキン１８が配置されており、その間のシールが確保されている。

なお、金具本体２の後端２ｄの胴部外周には六角ボルトの頭部をなす工具係合部８が設けられており、また、それより先端側（図示１下側）にはディーゼルエンジン（図示せず）に装着するための雄ねじ９が軸線Ｇ回りに形成されている。なお、上記においては、端子用軸４の後端にネジ４ｃを設けてネジ端子とし、これに電源ケーブルを電気的に接続するにあたって直接接続する構造のものを例示したが、グロープラグとしては例えば、端子用軸４のネジ端子を覆う形態で別部品の端子電極をそのネジ４ｃにねじ込み固定した上で、その端子電極と電源ケーブルとを接続する端子構造のものとしてもよい。

さて、このようなグロープラグ１は、その製造過程において、発熱チューブ（本形態ではそれを含む発熱部の組付け体）３を、その後端３ｄ側から金具本体２の内側にその先端２ａ側から圧入するのであるが、その圧入に使用される圧入装置（プレス装置）においては、図２に示したように、その発熱チューブ３の先端３ａを支持する先端支持部１０１が、その先端３ａの凸となす半球面が嵌るように略同一の半径（球Ｒ）で形成された凹となす球面（半球面）１０１ａに形成されている。しかして、その圧入においては、この球面１０１ａで発熱チューブ３の先端３ａを支持し、その状態の下で金具本体２内に圧入するのである。

すなわち、図２に示したように、本体２をその先端２ａを下にして、図示しない圧入装置の上押さえ盤に固定された本体支持ジグ（図示せず）に鉛直にセットする。一方、本形態では発熱チューブ３を含む発熱部の組付け体のうち、発熱チューブ３の先端３ａを下にして、図示しない圧入装置の下押さえ盤上に固定された、発熱チューブ３の先端３ａを支持するところの、その先端３ａの凸となす半球面が嵌る凹となす球面１０１ａに形成された先端支持部１０１にてその先端３ａを支持させる。このとき、本体２内に対し、発熱チューブ３に固定した端子用軸４が同心で入り込むように、図示しない位置決め或いはガイド部材で、本体２及び発熱チューブ３を同軸で支持する。そして、この状態の下で、圧入装置を駆動し、例えば、下押さえ盤を所定のストロークだけ上動し、発熱チューブ３がその大径部３ｂでもって本体２内の小径部２ｂ内の所定位置に圧入されるまで、所定の荷重Ｆで、両者を相対的に軸Ｇ方向に押す。かくして、上記したグロープラグ１のうち、本体２内に発熱チューブ３を含む発熱部の組付け体が固定された半製品が得られる。その後は、上記したように、Ｏリング１８、絶縁環１６を嵌めてナット１７を端子用軸４のネジ４ｃに螺着して締め付けることで図１に示したグロープラグ１となすことができる。

このようにして製造されたグロープラグ１は、その製造過程のうち、本体２に対する発熱チューブ３の圧入において、圧入装置における、発熱チューブ３の先端３ａを支持する先端支持部１０１を、その先端３ａの凸となす半球面が嵌る凹となす球面１０１ａに形成している。ただし、図２の拡大図に示したように、先端３ａの凸となす半球面の曲率半径Ｒ１より、凹となす球面（半球面）１０１ａの曲率半径Ｒ２が小さくされている。このため、圧入装置におけるその先端支持部１０１が平坦面であった従来の圧入装置を用いた製法による場合に比べると、その先端３ａの頂部にのみ荷重Ｆが集中的に加わるといったことがなくなる。すなわち、荷重Ｆはその半球面の略全体で分散して受けられる。その結果、図３に示したように、このような製法で圧入されてなる発熱チューブ３の先端３ａはその頂部をなす最先端（図示下端）に潰れ変形が発生することが防止される。したがって、内部のコイル部材５の先端５ａ寄り部位の隣接する螺旋部Ｌ１，Ｌ２、Ｌ３‥相互のピッチＰも適切に維持されるため、従来のようにそれらが接触を起こして抵抗値の変動を招くといった問題の発生を有効に防止することができる。

なお、発熱チューブ３の先端３ａの球面の加工精度を考慮すると、両者の曲率半径は、その先端３ａの凸となす半球面の曲率半径（Ｒ１）に対し、先端支持部１０１の凹となす球面１０１ａの曲率半径（Ｒ２）を若干（１〜２０％）小さ目としてある。このようにしておけば、圧入当初は、発熱チューブ３の先端３ａのうち、その球面における頂部（図３の先端３ａの球面における最下端部）の外周囲の円環部位にて圧入時の荷重が受圧され、その内側に位置する球面は支持部１０１の球面１０１ａとに隙間を有することになる。その後、圧入荷重が大きくなるにつれて、球面１０１ａになじむようにその周囲の円環部位が若干絞り込まれる（縮径する）形に変形する。そして、最後はその先端３ａが先端支持部１０１の凹となす球面１０１ａの略全域（全体）に押付けられるように変形する。しかして、この場合には、発熱チューブ３の先端３ａの頂部の潰されが基本的に起こりにくく、したがって、内部のコイル部材５の先端５ａ寄り部位の隣接する螺旋部Ｌ１，Ｌ２，‥相互が接触することを特に有効に防止できる。そして、この場合においては、先端支持部１０１の凹となす球面１０１ａの深さｈは、発熱チューブ３の先端３ａの凸となす半球面の半径Ｒ１より小さく、具体的にはＲ１の大きさに対して８０〜９９％に設定するのが好ましい。なお、発熱チューブ３の先端３ａの半球面及び先端支持部１０１の球面１０１ａは、一般的工業製品において半球面又は球面として認められるものの意味である。

また、圧入当初において発熱チューブ３の先端３ａのうち、その球面における頂部の周囲の円環部位にて圧入荷重が受圧されるように、凹となす球面１０１ａの開口縁寄り部位の周囲を発熱チューブ３の先端３ａの曲率半径Ｒ１と同じとする一方で、それ以外の凹となす球面１０１ａの底部中心寄り部位を発熱チューブ３の先端３ａの曲率半径Ｒ１より小さ目として、圧入当初において、その球面１０１ａに発熱チューブ３の先端３ａを当接したとき、その先端３ａのうちの周囲を除いて球面１０１ａとの間に微小な空隙ができるように、球面１０１ａを２つの半径からなる球面としておいてもよい。具体的には、発熱チューブ３の先端３ａのうち、図３中に示したように、頂部の周囲に位置するチューブ３の側部の肉（管部の壁）厚に対応する円環部位Ｗ１を含む部位にて、圧入当初の荷重が受けられるように、凹となす球面１０１ａの開口縁寄り部位の周囲を発熱チューブ３の先端３ａの曲率半径Ｒ１と同じとする一方で、それ以外の凹となす球面１０１ａの底部中心寄り部位を発熱チューブ３の先端３ａの曲率半径Ｒ１より小さ目としてもよい。

なお、上記したことからも理解されるが、圧入装置における先端支持部１０１は、図４に示したように、すり鉢状の凹となすテーパ面１０１ｂを有するものとしてもよい。すなわち、この場合においても、圧入装置におけるその先端支持部１０１が平坦面であった従来の圧入装置を用いた製法による場合に比べると、その先端３ａの頂部にのみ荷重Ｆが集中的に加わるといったことがなくなる。このため、先端３ａはその頂部をなす最先端（図示下端）に潰れ変形が発生することが防止される。したがって、内部のコイル部材５の先端５ａ寄り部位の隣接する螺旋部Ｌ１，Ｌ２、Ｌ３‥相互のピッチＰも適切に維持されるため、従来のようにそれらが接触を起こして抵抗値の変動を招くといった問題の発生を有効に防止することができるためである。なお、この場合においても、圧入当初においては、発熱チューブ３の先端３ａのうち、その側部（壁）の肉厚に対応する円環部位（外周）寄り部位に荷重が作用するようにするのが好ましい。本発明における、圧入装置における先端支持部１０１のテーパ面は、図５に示したように２段のテーパ面１０１ｂ、１０１ｃからなる凹となすテーパ面であってもよい。

本発明のグロープラグの製造方法は、上記した形態のものにのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更して具体化できる。当然のことながら本製法が適用されるグロープラグは上記した構造のものに限定されるものではない。例えは上記したグロープラグではそれに使用している発熱チューブが異径部を有するもので具体化したが、先端面を除いてストレートの円筒状のものであっても具体化できることは言うまでもない。

本発明の実施の形態で製造されるグロープラグの縦断面図及び要部拡大図。 発熱チューブを金具本体に圧入する状態の説明図及び圧入装置の先端支持部の拡大図。 発熱チューブの圧入状態及び圧入後を示すその先端部分及び圧入装置の先端支持部の拡大断面図。 先端支持部の別例の拡大断面図。 先端支持部の別例の拡大断面図。 従来のグロープラグの縦断面図及び要部拡大図。 従来の製法を説明する図であって、発熱チューブを金具本体に圧入する状態の説明図及び圧入装置の先端支持部の拡大図。 従来の圧入による問題点を説明する発熱チューブの先端部拡大断面図。

符号の説明

１ グロープラグ
２ 金具本体
２ａ 金具本体の先端
３ 発熱チューブ
３ａ 発熱チューブの先端
３ｄ 発熱チューブの後端
５ コイル部材
１０１ 圧入装置の発熱チューブの先端を支持する先端支持部
１０１ａ 先端支持部の球面
１０１ｂ，１０１ｃ 先端支持部のテーパ面
Ｇ 軸
Ｒ１ 発熱チューブの先端の半球面の曲率半径（球Ｒ）
Ｒ２ 先端支持部のなす球面の曲率半径（球Ｒ）

Claims (2)

1. 先端が凸となす半球面に形成され、内部の先端から後方に向けてコイル部材が設けられてなる発熱チューブが、その後端側から筒状をなす金具本体の内側に圧入され、先端を金具本体の先端から突出させて固定されてなるグロープラグを製造する方法において、
   前記金具本体の内側に前記発熱チューブを圧入するのに用いる圧入装置のうち、前記発熱チューブの圧入においてその先端を支持する先端支持部を、該発熱チューブの先端の凸となす半球面が嵌る凹となす球面であって、該球面の曲率半径を、前記発熱チューブの先端の凸となす半球面の曲率半径より小さい球面に形成し、前記発熱チューブの先端をこの先端支持部のなす球面で支持して該発熱チューブを前記金具本体内に圧入することを特徴とする、グロープラグの製造方法。
2. 先端が凸となす半球面に形成され、内部の先端から後方に向けてコイル部材が設けられてなる発熱チューブが、その後端側から筒状をなす金具本体の内側に圧入され、先端を金具本体の先端から突出させて固定されてなるグロープラグを製造する方法において、
   前記金具本体の内側に前記発熱チューブを圧入するのに用いる圧入装置のうち、前記発熱チューブの圧入においてその先端を支持する先端支持部を、該発熱チューブの先端の凸となす半球面が嵌るすり鉢状の凹となすテーパ面であって、該テーパ面で前記発熱チューブの先端がその頂部を除いて支持されるように形成し、前記テーパ面で前記発熱チューブの前記頂部を除く先端を支持して該発熱チューブを前記金具本体内に圧入することを特徴とする、グロープラグの製造方法。

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