JP4126854B2

JP4126854B2 - Glow plug

Info

Publication number: JP4126854B2
Application number: JP2000191537A
Authority: JP
Inventors: 郁也安藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2000-06-26
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2020-06-26
Also published as: JP2002013734A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱部材に通電を行うための棒状の中軸が溶接により直列に接続された２本の棒材よりなるグロープラグに関し、特に直噴式のディーゼルエンジンに適用されるグロープラグに用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
グロープラグは、一般に、筒状のハウジングと、このハウジングの一端側にてハウジングの内部に保持され通電により発熱する発熱部材と、この発熱部材よりもハウジングの他端側にてハウジング内に収納され発熱部材に通電を行うための棒状の中軸とを備える。一方、ディーゼルエンジンの直噴化に伴い、エンジン側の制約等から、グロープラグは長化、細径化の傾向にある。
【０００３】
従って、グロープラグの長化に際して、中軸が溶接により直列に接続された２本の棒材よりなる構成を採用することが考えられる。そのようなものとしては、例えば、特開平４−１５４０７号公報に記載のものが提案されている。このものは、中軸（中心電極）を、一端側が発熱部材に電気的に導通された第１の棒材（先端側部材）の他端側と、一端側に外部と電気的に接続可能な端子ネジを有する第２の棒材（後端側部材）の他端側とが溶接されてなる構成としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、現状では中軸の材質としては炭素鋼が採用され、中軸における端子ネジの締め付けトルクの仕様を満足させるために、この炭素鋼の炭素含有量を増加させ、強度を確保している。例えば、Ｍ４のネジにて締め付けトルクは３Ｎ・ｍ（国際規格ＩＳＯでは２．５Ｎ・ｍ）程度を満足する必要がある。
【０００５】
しかしながら、２本の棒材を溶接して１本の中軸とする場合、強度を確保すべく炭素含有量を増加する方法では、一定以上の硬さになると溶接性に問題が生じる。即ち、溶接時に溶接割れを引き起こしたり、外観では確認できない溶接部の亀裂が生じ、市場走行において遅れ破壊を引き起こす懸念がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、発熱部材に通電を行うための棒状の中軸が溶接により直列に接続された２本の棒材よりなるグロープラグにおいて、中軸の強度を確保しつつ、良好な溶接性を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、実用レベルに十分な締め付けトルクに対応した強度、及び、良好な溶接性を確保するために、中軸として、ビッカース硬さと炭素含有量を種々変えた材料を用いて実験検討した結果に基づいて創出されたものである。
【０００８】
即ち、請求項１の発明では、発熱部材（３）通電用の棒状の中軸（４）を、一端側が発熱部材に電気的に導通された第１の棒材（４１）の他端側と、一端側に外部と電気的に接続可能な端子部を有する第２の棒材（４２）の他端側とを溶接してなるものとしたグロープラグにおいて、第１の棒材を、炭素含有量が０．０８％〜０．３％で且つビッカース硬さが１８０Ｈｖ以上である炭素鋼材料よりなるものとし、第２の棒材を、炭素含有量が０．０８％〜０．１５％で且つビッカース硬さが１８０Ｈｖ以上である炭素鋼材料よりなるものとしたことを特徴としている。
【０００９】
本発明のように、第１の棒材及び第２の棒材における炭素含有量とビッカース硬さとを上記範囲に設定することにより、中軸の強度を確保しつつ、良好な溶接性を実現することができる。
【００１０】
ここで、請求項２の発明のように、第１及び第２の棒材（４１、４２）のビッカース硬さが２００Ｈｖ以上であれば、良好な溶接性を実現しつつ、より高い強度を確保することが出来、好ましい。
【００１１】
また、第１の棒材（４１）と第２の棒材（４２）との溶接部（４３）のビッカース硬さについては、請求項３の発明のように、４００Ｈｖ以下であることが好ましい。溶接部のビッカース硬さが４００Ｈｖ以下とすることで、よりも確実に溶接割れや遅れ破壊の発生を防止することができる。
【００１２】
また、請求項１〜請求項３の発明は、中軸（４）の径（Ｄ）が３ｍｍ以下であり、中軸と発熱部材（３）との長さの総計（Ｌ）が１２０ｍｍ以上であるような、従来に無い長化、細径化されたグロープラグに用いた場合にも、十分に中軸の強度を確保しつつ、良好な溶接性を実現することができる。
【００１３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１に本発明の実施形態に係るグロープラグ１の縦断面構成を示す。このグロープラグ１は、例えば、ディーゼルエンジンの複数（例えば４気筒）のシリンダ（図示しない）にそれぞれ取り付けられ、エンジン始動時における燃料の着火および燃焼を促進するためのものである。
【００１５】
グロープラグ１は、中空筒状で、導電性材料（例えば鉄系材料）からなるハウジング２を備えており、このハウジング２の外面には、グロープラグ１を上記シリンダに脱着可能に取り付けるための取付用ネジ部２１が備えられている。本例では、ハウジング２は鉄系材料を用いており、その内面及び外面を冷間鍛造により加工形成した後、切削等によって取付用ネジ部２１を形成することで作られている。
【００１６】
このハウジング２の一端２ａ側におけるハウジング２の内部には、通電により発熱する棒状の発熱部材３が収納されている。この発熱部材３の一端３ａ側は、ハウジング２の一端２ａから突出しており、発熱部材３の一端３ａは、グロープラグ１を上記シリンダに取り付けた状態でエンジンの燃焼室に露出するようになっている。
【００１７】
また、発熱部材３よりもハウジング２の他端２ｂ寄りの部位におけるハウジング２の内部には、導電性材料よりなる棒状の中軸４が収納されている。本例では、中軸４は段付円柱状をなしており、中軸４の一端４ａ側は、発熱部材３の他端３ｂ側と電気的に導通されており、中軸４の他端４ｂは、ハウジング２の他端２ｂから突出している。
【００１８】
発熱部材３の本体は、一端３ａ側に閉塞部、他端３ｂ側に開口部を有する細長な有底筒状のチューブ５によって区画形成されている。このチューブ５は、耐熱性および耐酸化性に優れる導電性材料（例えばステンレス材料）からなり、ハウジング２の一端２ａ側にて圧入等により固定されている。このチューブ５においては、スウェージングによってチューブ５の外径を絞ることにより、発熱部材３の一端３ａ側に小径部５１、発熱部材３の他端３ｂ側に大径部５２が形成されている。
【００１９】
また、チューブ５の内部には、コイル状の第１及び第２抵抗体６、７が、チューブ５の長軸方向に沿って設けられている。第１抵抗体６は、チューブ５の閉塞部側に内蔵され、第２抵抗体７は、第１抵抗体６よりもチューブ５の開口部側に内蔵されている。
【００２０】
また、第１抵抗体６の一端６ａは、チューブ５の閉塞部に溶接されて電気的に接続され、他端６ｂは、第２抵抗体７の一端７ａに溶接されて電気的に接続されている。そして、第２抵抗体７の他端７ｂは、上記中軸４の一端４ａに溶接等により電気的に接続されている。
【００２１】
これら中軸４の一端４ａ側、第１抵抗体６および第２抵抗体７は、チューブ５内において、耐熱性絶縁材料（例えばマグネシア等）からなる絶縁粉末８により埋設されている。これにより、中軸４の一端４ａ側、第１抵抗体６および第２抵抗体７が、チューブ５の閉塞部以外の部位に対して絶縁的に保持される。なお、絶縁体粉末８はチューブ５の開口部側にてシール９によりシールされている。
【００２２】
なお、第１抵抗体６は、常温（２０℃）と１０００℃（予熱時におけるグロープラグ１の第１抵抗体６の温度）の抵抗変化率（１０００℃の抵抗値／２０℃の抵抗値）が、例えば１程度に小さな第１導電材料（例えば鉄クロム合金やニッケルクロム合金）からなる。
【００２３】
また、第２抵抗体７は、上記抵抗変化率が、例えば５〜１４程度に大きな第２導電材料（例えばニッケル、低炭素鋼やコバルト鉄合金）からなる。なお、抵抗温度係数とは、横軸に温度、縦軸に抵抗値をプロットして得られるグラフの傾きのことである。よって、第２導電材料は、第１導電材料よりも、正の抵抗温度係数の大きな材料である。
【００２４】
ここで、本実施形態では、中軸４は溶接により２本の棒材を直列に接続したものである。中軸４の一端４ａ側に位置する第１の棒材としてのヒータピン４１は、その一端側が発熱部材３における第２抵抗体７と電気的に導通されている。中軸４の他端４ｂ側に位置する第２の棒材としての端子ピン４２は、その一端側におけるハウジング２の他端２ｂから突出した部位に、外部と電気的に接続可能な端子ネジ部（本発明でいう端子部）４２ａが形成されている。
【００２５】
そして、ヒータピン４１の他端側と端子ピン４２の他端側は、プラズマ溶接等により溶接され、溶接部４３が形成されている。図２は、両棒材４１、４２の溶接方法の一例を示す説明図である。
【００２６】
図２（ａ）に示す様に、両棒材４１、４２のどちらか一方の他端（図２では、端子ピン４２の他端）に凹部４４を形成し、この凹部４４に相手側の棒材の他端を嵌合させる。続いて、図２（ｂ）に示す様に、両棒材４１、４２の嵌合部の全周に、プラズマアークＫを当て全周溶接する。このようにして、中軸４が形成される。
【００２７】
また、本実施形態では、中軸４の強度確保と溶接性確保とを両立させるために、ヒータピン（第１の棒材）４１は、炭素含有量が０．０８％〜０．３％で且つビッカース硬さが１８０Ｈｖ以上である炭素鋼材料よりなり、端子ピン（第２の棒材）４２は、炭素含有量が０．０８％〜０．１５％で且つビッカース硬さが１８０Ｈｖ以上である炭素鋼材料よりなるものとしている。
【００２８】
例えば、ヒータピン４１としては、Ｓ２５Ｃ、ＳＷＣＨ２５Ｋ等、端子ピン４２としては、Ｓ８Ｃ、Ｓ１０Ｃ、ＳＷＣＨ１０Ｒ等の炭素鋼材料を用い、これら炭素鋼材料を冷間鍛造等により加工し硬化させたものを用いることができる。
【００２９】
また、中軸４の他端４ｂ側即ち端子ピン４２に形成された端子ネジ部４２ａには、ゴム等の絶縁弾性材料からなる環状のシール部材１０および絶縁樹脂製のブッシュ１１を介してナット１２が締めつけられており、それによって、中軸４の他端側４ｂは、ハウジング２の他端２ｂ側に絶縁的に固定されている。シール部材１０は、中軸４とハウジング２との間をシールしている。
【００３０】
また、本例のグロープラグ１においては、図１に示す中軸４における最小外径Ｄが３ｍｍ以下（例えば２．９ｍｍ）、中軸４と発熱部材３との長さの総計（つまり、グロープラグ１の長さ）Ｌは１２０ｍｍ以上となっており、長化・細径化が図られた構成となっている。
【００３１】
かかるグロープラグ１は、各構成部材を次のように組み付けることにより形成される。まず、発熱部材３と中軸４とが一体に組み付けられたものをハウジング２へ挿入し、発熱部材３とハウジング２とを圧入もしくはろう付け等で固定することにより、ハウジング２、発熱部材３及び中軸４を一体化する。
【００３２】
続いて、中軸４の他端４ｂ側より、シール部材１０及びブッシュ１１を投入して配置する。そして、端子ネジ部４２ａに沿ってナット１２を締め付けることにより、図１に示すグロープラグ１が出来上がる。このグロープラグ１は、上述のように、取付用ネジ部２１を介して上記シリンダに取り付けられる。
【００３３】
また、グロープラグ１を上記シリンダに取り付けた状態で、図１に示す様に、端子ネジ部４２ａには、電源と電気的に接続された外部配線部材１３が端子用ナット１４を締め付けることによって組み付けられる。これにより、電源から外部配線部材１３、中軸４を介して発熱部材３へ通電可能となっている。
【００３４】
そして、グロープラグ１においては、発熱部材３への通電直後において、第１抵抗体６に大電流を供給でき、第１抵抗体６を発熱させるとともに、所定時間経過後には、第２抵抗体７側での温度上昇により、第２抵抗体７の抵抗値を増大させて、第１抵抗体６への供給電力を減少させ、第１抵抗体６での過加熱による断線等を防止できるようになっている。こうして、エンジン始動時における燃料の着火および燃焼が促進される。
【００３５】
ところで、本実施形態によれば、ヒータピン（第１の棒材）４１及び端子ピン（第２の棒材）４２における炭素含有量とビッカース硬さとを上記したような範囲に設定することにより、中軸４の強度を確保しつつ、両棒材４１、４２の良好な溶接性を実現することができる。
【００３６】
次に、ヒータピン（第１の棒材）４１を、炭素含有量が０．０８％〜０．３％で且つビッカース硬さが１８０Ｈｖ以上である炭素鋼材料よりなるものとし、端子ピン（第２の棒材）４２を、炭素含有量が０．０８％〜０．１５％で且つビッカース硬さが１８０Ｈｖ以上である炭素鋼材料よりなるものとした根拠について述べる。
【００３７】
図３は、端子ピン４２のビッカース硬さＨｖと端子ネジ部４２ａの締め付けトルク（上記端子用ナット１４を締め付けるトルク）との関係について検討した結果を示す図である。図３では、ビッカース硬さＨｖを１６０Ｈｖ、１８０Ｈｖ、２００Ｈｖと変えた端子ピン４２を、それぞれ４個用意し、締め付けトルクを増加させていった場合の端子ピン４２の状態を調べたものである。
【００３８】
ビッカース硬さＨｖは、端子ピン４２を軸方向に切断し、その切断面の複数箇所におけるビッカース硬さＨｖを測定し、平均値をとったものである。図３中、クロスマーク（×）は端子ネジ部４２ａが破断した状態、三角マーク（△）は端子ネジ部４２ａが変形した状態、丸マーク（○）は端子ネジ部４２ａが破断も変形もせずに異常の無い状態を示す。
【００３９】
ここで、端子ネジ部４２ａの締め付けトルクは、実用レベルの値として３Ｎ・ｍ以上を満足する必要があることから、端子ピン４２のビッカース硬さＨｖは１８０Ｈｖ以上必要であるといえる。また、ヒータピン４１についても、端子ピン４２と溶接され一体化された中軸４として構成されることから、ビッカース硬さＨｖは１８０Ｈｖ以上必要であるといえる。
【００４０】
このように、ビッカース硬さＨｖを大きくするためには、単純には、炭素鋼における炭素含有量を増加させればよいが、あまりにも炭素含有量が多すぎると、両棒材４１、４２の溶接性に問題が生じる。そこで、なるべく少ない炭素含有量にて、ビッカース硬さＨｖ１８０Ｈｖ以上を満足するために、両棒材４１、４２を冷間鍛造等により加工硬化させる。
【００４１】
図４は、端子ピン４２について、炭素含有量（Ｃ量、％）と加工硬化によるビッカース硬さＨｖとの関係を調べた結果を示す図である。図４中の破線は加工硬化しない一般状態での炭素含有量とＨｖとの関係を示すもので、文献値（機械工学便覧、日本機械学会編）である。加工硬化処理によりビッカース硬さＨｖは大きくなっているが、１８０Ｈｖ以上を満足するためには、炭素含有量は０．０８％以上は必要であることがわかる。
【００４２】
また、図５は、冷間鍛造により加工硬化処理し１８０Ｈｖ以上としたヒータピン４１、端子ピン４２において、両ピン４１、４２の炭素含有量（Ｃ量）の組合せを変えた場合の溶接性を調べた結果を示す図である。炭素含有量は、ヒータピン４１については、０．１％、０．２５％、０．３％、０．３５％と変え、端子ピン４２については、０．０８％、０．１％、０．１５％、０．２％、０．２５％、０．３５％と変え、図５に示す９個の組合せ▲１▼〜▲９▼について調べた。これら図５に示す各組合せ▲１▼〜▲９▼は、具体的には図６に示してある。
【００４３】
図５及び図６中、三角マーク（△）は、実機搭載状態を想定した振動試験にて溶接部４３に割れ（遅れ破壊）が発生した場合、クロスマーク（×）は、両棒材４１、４２の溶接時において割れ（溶接割れ）が発生した場合、丸マーク（○）は、上記遅れ破壊及び溶接割れのいずれも発生しない異常なしの場合を示す。なお、図５では、９個の炭素含有量の組合せ▲１▼〜▲９▼の１つ１つについて、４個ずつサンプルを作成して調べた結果であり、図中の各マークは、重ならないように実際の座標からは多少ずらして示してある。
【００４４】
図５から、遅れ破壊や溶接割れといった溶接不良が発生せずに良好な溶接性を満足するには、ヒータピン４１の炭素含有量が０．３％以下であり、端子ピン４２の炭素含有量が０．１５％以下であることが必要と言える。このように、上記図３〜図５に示した検討結果から、両棒材４１、４２ともビッカース硬さＨｖが１８０Ｈｖ以上であり、炭素含有量については、ヒータピン４１が０．０８％〜０．３％で、端子ピン４２が０．０８％〜０．１５％であることが必要といえる。
【００４５】
また、図６には、上記図５に示した各組合せ▲１▼〜▲９▼について、溶接部４３のビッカース硬さＨｖを測定した結果を示してある。図６から、溶接部４３のビッカース硬さＨｖが４２０Ｈｖ以上にて溶接不良が発生することがわかる。ここで、製造上のばらつきや材料のばらつき等を考慮すると、溶接部４３では４００Ｈｖ以下が好ましい。
【００４６】
そして、両棒材４１、４２のビッカース硬さＨｖを１８０Ｈｖ以上とし、炭素含有量については、ヒータピン４１が０．０８％〜０．３％、端子ピン４２が０．０８％〜０．１５％とすることにより、溶接部４３のビッカース硬さＨｖを４００Ｈｖ以下とすることができる。
【００４７】
また、上記図３からわかるように、両棒材４１、４２のビッカース硬さＨｖが２００Ｈｖ以上であれば、良好な溶接性を実現しつつ、より高い強度を確保することが出来、好ましい。なお、各棒材４１、４２のビッカース硬さＨｖは、溶接部のビッカース硬さＨｖが４００Ｈｖを越えないように、大きくし過ぎないようにすることが必要である。
【００４８】
以上のように、本実施形態によれば、両ピン４１、４２における炭素含有量とビッカース硬さとを上記したような範囲に設定することにより、強度及び溶接性が適切に確保された中軸４を実現することができるため、長化及び細径化のニーズに好適なグロープラグ１を提供することができる。
【００４９】
（他の実施形態）
なお、端子ピン４２の一端側に形成された端子部としては、上記端子ネジ部４２ａのようにネジ結合を用いるものに限定されない。例えば、外部配線部材として嵌合タイプのターミナルを用い、端子ピン４２の一端側に当該ターミナルが嵌合可能な部位を形成し、この部位が端子部として構成されていても良い。
【００５０】
また、発熱部材３としては、上記した金属抵抗体６、７に限定されるものではない。例えば、窒化珪素等を用いたセラミック発熱体を用いたものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るグロープラグの縦断面図である。
【図２】ヒータピンと端子ピンとの溶接方法の一例を示す説明図である。
【図３】端子ピンにおけるビッカース硬さＨｖと締め付けトルクとの関係について検討した結果を示す図である。
【図４】端子ピンについて炭素含有量と加工硬化によるビッカース硬さＨｖとの関係を調べた結果を示す図である。
【図５】ヒータピン及び端子ピンの炭素含有量を変えた場合の溶接性について検討した結果を示す図である。
【図６】図５に示す炭素含有量の各組合せについて溶接部のビッカース硬さＨｖを測定した結果を示す図表である。
【符号の説明】
２…ハウジング、３…発熱部材、４…中軸、４１…ヒータピン、
４２…端子ピン、４２ａ…端子ネジ部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a glow plug composed of two rods in which a rod-shaped central shaft for energizing a heat generating member is connected in series by welding, and is particularly suitable for a glow plug applied to a direct injection type diesel engine. It is.
[0002]
[Prior art]
The glow plug is generally housed in the housing in a cylindrical housing, a heat generating member that is held inside the housing at one end of the housing and generates heat when energized, and at the other end of the housing from the heat generating member. And a rod-shaped central shaft for energizing the heat generating member. On the other hand, with the direct injection of diesel engines, glow plugs tend to be longer and thinner due to engine-side restrictions.
[0003]
Therefore, when the glow plug is lengthened, it is conceivable to adopt a configuration composed of two bar members whose middle shafts are connected in series by welding. As such a thing, the thing of Unexamined-Japanese-Patent No. 4-15407 is proposed, for example. This is a terminal that can be electrically connected to the other end side of the first rod (front end side member) whose one end side is electrically connected to the heat generating member, and to the outside on one end side. The second bar (rear end side member) having a screw is welded to the other end side.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Here, at present, carbon steel is adopted as the material of the central shaft, and in order to satisfy the specification of the tightening torque of the terminal screw in the central shaft, the carbon content of the carbon steel is increased to ensure the strength. For example, the tightening torque of the M4 screw must satisfy about 3 N · m (2.5 N · m in the international standard ISO).
[0005]
However, when two rods are welded to form one central shaft, the method of increasing the carbon content in order to ensure the strength causes a problem in weldability when the hardness exceeds a certain level. That is, there is a concern that welding cracks may occur during welding, or cracks in the welded portion that cannot be confirmed by appearance will occur, causing delayed fracture in the market run.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a glow plug composed of two rods in which a rod-shaped central shaft for energizing a heat generating member is connected in series by welding, the strength of the central shaft is ensured. However, it aims at realizing favorable weldability.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is the result of experimental investigation using materials with various Vickers hardness and carbon content as the central shaft in order to ensure the strength corresponding to the tightening torque sufficient for practical use and good weldability. It was created based on this.
[0008]
That is, in the invention of claim 1, the heating member (3) the rod-shaped middle shaft (4) for energization, the other end side of the first rod (41) whose one end side is electrically connected to the heating member, In the glow plug formed by welding the other end side of the second bar (42) having a terminal portion that can be electrically connected to the outside on one end side, the first bar has a carbon content. Is made of a carbon steel material having a Vickers hardness of 180 Hv or more, and the second bar has a carbon content of 0.08% to 0.15% and It is characterized by being made of a carbon steel material having a Vickers hardness of 180 Hv or more.
[0009]
As in the present invention, by setting the carbon content and the Vickers hardness in the first bar and the second bar within the above ranges, it is possible to achieve good weldability while ensuring the strength of the central shaft. Can do.
[0010]
Here, if the Vickers hardness of the first and second bar members (41, 42) is 200 Hv or more as in the second aspect of the invention, high strength is secured while realizing good weldability. Can be preferred.
[0011]
The Vickers hardness of the welded portion (43) between the first bar (41) and the second bar (42) is preferably 400 Hv or less, as in the third aspect of the invention. By setting the Vickers hardness of the welded portion to 400 Hv or less, it is possible to more reliably prevent the occurrence of weld cracking and delayed fracture.
[0012]
In the first to third aspects of the invention, the diameter (D) of the central shaft (4) is 3 mm or less, and the total length (L) of the central shaft and the heating member (3) is 120 mm or more. Even when it is used for a glow plug with a long length and a small diameter, which is unprecedented, good weldability can be realized while sufficiently securing the strength of the central shaft.
[0013]
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments shown in the drawings will be described below. FIG. 1 shows a longitudinal sectional configuration of a glow plug 1 according to an embodiment of the present invention. The glow plug 1 is attached to, for example, a plurality of cylinders (not shown) (not shown) of a diesel engine, for example, and promotes ignition and combustion of fuel when starting the engine.
[0015]
The glow plug 1 has a hollow cylindrical shape and is provided with a housing 2 made of a conductive material (for example, an iron-based material). The glow plug 1 is attached to the outer surface of the housing 2 so as to be detachably attached to the cylinder. A screw portion 21 is provided. In this example, the housing 2 is made of an iron-based material, and after the inner and outer surfaces are formed by cold forging, the mounting screw portion 21 is formed by cutting or the like.
[0016]
A rod-like heat generating member 3 that generates heat when energized is housed inside the housing 2 on the one end 2a side of the housing 2. One end 3a side of the heat generating member 3 protrudes from one end 2a of the housing 2, and the one end 3a of the heat generating member 3 is exposed to the combustion chamber of the engine with the glow plug 1 attached to the cylinder. Yes.
[0017]
A rod-shaped central shaft 4 made of a conductive material is housed inside the housing 2 at a position closer to the other end 2 b of the housing 2 than the heat generating member 3. In this example, the middle shaft 4 has a stepped columnar shape, one end 4a side of the middle shaft 4 is electrically connected to the other end 3b side of the heat generating member 3, and the other end 4b of the middle shaft 4 is a housing. 2 protrudes from the other end 2b.
[0018]
The main body of the heat generating member 3 is partitioned and formed by an elongated bottomed tubular tube 5 having a closed portion on one end 3a side and an opening on the other end 3b side. The tube 5 is made of a conductive material (for example, a stainless material) having excellent heat resistance and oxidation resistance, and is fixed to the one end 2a side of the housing 2 by press fitting or the like. In this tube 5, the outer diameter of the tube 5 is reduced by swaging to form a small diameter portion 51 on the one end 3 a side of the heat generating member 3 and a large diameter portion 52 on the other end 3 b side of the heat generating member 3.
[0019]
Further, in the tube 5, coil-shaped first and second resistors 6 and 7 are provided along the long axis direction of the tube 5. The first resistor 6 is built in the closed portion side of the tube 5, and the second resistor 7 is built in the opening portion side of the tube 5 relative to the first resistor 6.
[0020]
One end 6 a of the first resistor 6 is welded and electrically connected to the closed portion of the tube 5, and the other end 6 b is welded and electrically connected to one end 7 a of the second resistor 7. Yes. The other end 7b of the second resistor 7 is electrically connected to the one end 4a of the middle shaft 4 by welding or the like.
[0021]
The one end 4 a side of the central shaft 4, the first resistor 6 and the second resistor 7 are embedded in the tube 5 with an insulating powder 8 made of a heat-resistant insulating material (for example, magnesia or the like). As a result, the one end 4 a side of the central shaft 4, the first resistor 6 and the second resistor 7 are held in an insulating manner with respect to portions other than the closed portion of the tube 5. The insulator powder 8 is sealed by a seal 9 on the opening side of the tube 5.
[0022]
The first resistor 6 has a resistance change rate (resistance value of 1000 ° C./resistance value of 20 ° C.) between normal temperature (20 ° C.) and 1000 ° C. (temperature of the first resistor 6 of the glow plug 1 during preheating). However, it is made of a first conductive material (for example, an iron chrome alloy or a nickel chrome alloy) that is as small as one.
[0023]
The second resistor 7 is made of a second conductive material (for example, nickel, low carbon steel, or cobalt iron alloy) having a large resistance change rate of about 5 to 14, for example. The temperature coefficient of resistance is a slope of a graph obtained by plotting temperature on the horizontal axis and resistance value on the vertical axis. Therefore, the second conductive material is a material having a larger positive resistance temperature coefficient than the first conductive material.
[0024]
Here, in this embodiment, the middle shaft 4 is formed by connecting two rods in series by welding. One end of the heater pin 41 as the first bar located on the one end 4 a side of the middle shaft 4 is electrically connected to the second resistor 7 in the heat generating member 3. A terminal pin 42 as a second bar located on the other end 4b side of the middle shaft 4 is a terminal screw portion (one end side) projecting from the other end 2b of the housing 2 and electrically connectable to the outside. A terminal portion 42a according to the present invention is formed.
[0025]
And the other end side of the heater pin 41 and the other end side of the terminal pin 42 are welded by plasma welding etc., and the welding part 43 is formed. FIG. 2 is an explanatory view showing an example of a welding method for the both bars 41 and 42.
[0026]
As shown in FIG. 2 (a), a recess 44 is formed at the other end of either one of the rods 41 and 42 (the other end of the terminal pin 42 in FIG. 2), and the mating bar is formed in the recess 44. Fit the other end of the material. Subsequently, as shown in FIG. 2 (b), plasma arc K is applied to the entire circumference of the fitting portion of both bar members 41 and 42, and the entire circumference is welded. In this way, the middle shaft 4 is formed.
[0027]
Further, in the present embodiment, in order to achieve both of ensuring the strength of the central shaft 4 and ensuring weldability, the heater pin (first bar) 41 has a carbon content of 0.08% to 0.3% and Vickers. Carbon steel made of a carbon steel material having a hardness of 180 Hv or more, and the terminal pin (second bar) 42 has a carbon content of 0.08% to 0.15% and a Vickers hardness of 180 Hv or more. It is made of materials.
[0028]
For example, S25C, SWCH25K, etc. are used as the heater pins 41, and carbon steel materials, such as S8C, S10C, SWCH10R, are used as the terminal pins 42, and these carbon steel materials are processed and hardened by cold forging or the like. Can do.
[0029]
A nut 12 is provided on a terminal screw portion 42a formed on the other end 4b side of the central shaft 4, that is, on the terminal pin 42, via an annular seal member 10 made of an insulating elastic material such as rubber and a bush 11 made of an insulating resin. Thus, the other end 4b of the middle shaft 4 is insulatively fixed to the other end 2b side of the housing 2. The seal member 10 seals between the middle shaft 4 and the housing 2.
[0030]
Further, in the glow plug 1 of this example, the minimum outer diameter D of the middle shaft 4 shown in FIG. 1 is 3 mm or less (for example, 2.9 mm), and the total length of the middle shaft 4 and the heat generating member 3 (that is, the glow plug 1 The length) L is 120 mm or more, and the length and diameter are reduced.
[0031]
The glow plug 1 is formed by assembling the constituent members as follows. First, a member in which the heat generating member 3 and the middle shaft 4 are integrally assembled is inserted into the housing 2, and the heat generating member 3 and the housing 2 are fixed by press-fitting or brazing, so that the housing 2, the heat generating member 3 and the middle shaft are fixed. 4 is integrated.
[0032]
Subsequently, the seal member 10 and the bush 11 are inserted and arranged from the other end 4 b side of the middle shaft 4. And the glow plug 1 shown in FIG. 1 is completed by tightening the nut 12 along the terminal screw part 42a. As described above, the glow plug 1 is attached to the cylinder via the attachment screw portion 21.
[0033]
In addition, with the glow plug 1 attached to the cylinder, as shown in FIG. 1, the external wiring member 13 electrically connected to the power source is assembled to the terminal screw portion 42 a by tightening the terminal nut 14. It is done. Thereby, it is possible to energize the heat generating member 3 from the power source via the external wiring member 13 and the middle shaft 4.
[0034]
In the glow plug 1, immediately after the heating member 3 is energized, a large current can be supplied to the first resistor 6 to cause the first resistor 6 to generate heat, and after a predetermined time has elapsed, the second resistor 7. As the temperature rises on the side, the resistance value of the second resistor 7 is increased, the power supplied to the first resistor 6 is decreased, and disconnection or the like due to overheating in the first resistor 6 can be prevented. It has become. Thus, fuel ignition and combustion at the time of starting the engine are promoted.
[0035]
By the way, according to the present embodiment, by setting the carbon content and the Vickers hardness in the heater pin (first bar) 41 and the terminal pin (second bar) 42 within the above ranges, 4, good weldability of both bar members 41 and 42 can be realized.
[0036]
Next, the heater pin (first bar) 41 is made of a carbon steel material having a carbon content of 0.08% to 0.3% and a Vickers hardness of 180 Hv or more. The basis of the carbon steel material having a carbon content of 0.08% to 0.15% and a Vickers hardness of 180 Hv or more will be described.
[0037]
FIG. 3 is a diagram showing the results of studying the relationship between the Vickers hardness Hv of the terminal pin 42 and the tightening torque of the terminal screw portion 42a (torque for tightening the terminal nut 14). In FIG. 3, four terminal pins 42 with Vickers hardness Hv changed to 160 Hv, 180 Hv, and 200 Hv are prepared, respectively, and the state of the terminal pin 42 when the tightening torque is increased is examined.
[0038]
The Vickers hardness Hv is obtained by cutting the terminal pin 42 in the axial direction, measuring the Vickers hardness Hv at a plurality of locations on the cut surface, and taking an average value. In FIG. 3, a cross mark (×) indicates that the terminal screw portion 42a is broken, a triangle mark (Δ) indicates that the terminal screw portion 42a is deformed, and a circle mark (◯) indicates that the terminal screw portion 42a is not broken or deformed. Indicates no abnormal condition.
[0039]
Here, since the tightening torque of the terminal screw portion 42a needs to satisfy a practical level value of 3 N · m or more, it can be said that the Vickers hardness Hv of the terminal pin 42 needs to be 180 Hv or more. Further, since the heater pin 41 is also configured as the central shaft 4 welded and integrated with the terminal pin 42, it can be said that the Vickers hardness Hv is required to be 180 Hv or more.
[0040]
Thus, in order to increase the Vickers hardness Hv, it is only necessary to increase the carbon content in the carbon steel. However, if the carbon content is too high, Problems arise in weldability. Therefore, both bars 41 and 42 are work-hardened by cold forging or the like in order to satisfy Vickers hardness Hv180Hv or more with as little carbon content as possible.
[0041]
FIG. 4 is a diagram showing the results of examining the relationship between the carbon content (C amount,%) and the Vickers hardness Hv by work hardening for the terminal pin 42. The broken line in FIG. 4 shows the relationship between the carbon content and Hv in a general state where work hardening is not performed, and is a literature value (Mechanical Engineering Handbook, edited by the Japan Society of Mechanical Engineers). Although the Vickers hardness Hv is increased by the work hardening treatment, it is understood that the carbon content needs to be 0.08% or more in order to satisfy 180Hv or more.
[0042]
Further, FIG. 5 shows the weldability when the combination of the carbon content (C amount) of both the pins 41 and 42 is changed in the heater pin 41 and the terminal pin 42 which are processed and hardened by cold forging to 180 Hv or more. It is a figure which shows the result. The carbon content is changed to 0.1%, 0.25%, 0.3%, and 0.35% for the heater pin 41, and 0.08%, 0.1%,. Nine combinations {circle around (1)} to {circle around (9)} shown in FIG. 5 were examined by changing to 15%, 0.2%, 0.25%, and 0.35%. These combinations (1) to (9) shown in FIG. 5 are specifically shown in FIG.
[0043]
5 and 6, the triangular mark (Δ) indicates that when a crack (delayed fracture) occurs in the welded part 43 in a vibration test assuming an actual machine mounted state, the cross mark (×) indicates both bars 41, When a crack (weld crack) occurs during welding of 42, a circle mark (◯) indicates a case where there is no abnormality in which neither the delayed fracture nor the weld crack occurs. In addition, in FIG. 5, it is the result of having made and investigated four samples about each of nine carbon content combinations (1) to (9). In order to avoid this, the actual coordinates are shown with a slight shift.
[0044]
From FIG. 5, in order to satisfy good weldability without causing poor welding such as delayed fracture or weld cracking, the carbon content of the heater pin 41 is 0.3% or less, and the carbon content of the terminal pin 42 is It can be said that it is necessary to be 0.15% or less. Thus, from the examination results shown in FIGS. 3 to 5 above, the Vickers hardness Hv of both the bars 41 and 42 is 180 Hv or more, and the heater pin 41 is 0.08% to 0. 3%, it can be said that the terminal pin 42 is required to be 0.08% to 0.15%.
[0045]
FIG. 6 shows the result of measuring the Vickers hardness Hv of the welded portion 43 for each of the combinations (1) to (9) shown in FIG. It can be seen from FIG. 6 that welding failure occurs when the Vickers hardness Hv of the welded portion 43 is 420 Hv or more. Here, in consideration of manufacturing variations, material variations, and the like, the welded portion 43 is preferably 400 Hv or less.
[0046]
And the Vickers hardness Hv of both the bar materials 41 and 42 shall be 180 Hv or more, and about carbon content, the heater pin 41 is 0.08%-0.3%, and the terminal pin 42 is 0.08%-0.15%. By doing, the Vickers hardness Hv of the welding part 43 can be 400 Hv or less.
[0047]
Further, as can be seen from FIG. 3 above, it is preferable that the Vickers hardness Hv of both the bars 41 and 42 is 200 Hv or more because higher strength can be secured while realizing good weldability. Note that the Vickers hardness Hv of each of the bars 41 and 42 needs to be not excessively large so that the Vickers hardness Hv of the welded portion does not exceed 400 Hv.
[0048]
As described above, according to the present embodiment, by setting the carbon content and the Vickers hardness in the pins 41 and 42 in the above ranges, the central shaft 4 in which strength and weldability are appropriately secured can be obtained. Since it is realizable, the glow plug 1 suitable for the needs of lengthening and diameter reduction can be provided.
[0049]
(Other embodiments)
In addition, as a terminal part formed in the one end side of the terminal pin 42, it is not limited to what uses a screw coupling like the said terminal screw part 42a. For example, a fitting type terminal may be used as the external wiring member, and a portion where the terminal can be fitted is formed on one end side of the terminal pin 42, and this portion may be configured as a terminal portion.
[0050]
Further, the heat generating member 3 is not limited to the metal resistors 6 and 7 described above. For example, a ceramic heating element using silicon nitride or the like may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a glow plug according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a method for welding a heater pin and a terminal pin.
FIG. 3 is a diagram showing a result of studying a relationship between Vickers hardness Hv and terminal torque in a terminal pin.
FIG. 4 is a diagram showing the results of examining the relationship between carbon content and Vickers hardness Hv by work hardening for terminal pins.
FIG. 5 is a diagram showing the results of studying weldability when the carbon contents of heater pins and terminal pins are changed.
6 is a chart showing the results of measuring the Vickers hardness Hv of the welds for each combination of carbon contents shown in FIG.
[Explanation of symbols]
2 ... Housing, 3 ... Heat generating member, 4 ... Middle shaft, 41 ... Heater pin,
42 ... Terminal pin, 42a ... Terminal screw part.

Claims

A tubular housing (2);
A heating member (3) that is held inside the housing at one end of the housing and generates heat when energized;
A rod-shaped central shaft (4) that is housed in the housing on the other end side of the housing with respect to the heat generating member and energizes the heat generating member,
The second shaft has a second end portion of the first rod (41) electrically connected to the heat generating member at one end side and a terminal portion (42a) that can be electrically connected to the outside at the one end side. In the glow plug formed by welding the other end of the bar (42) of
The first bar is made of a carbon steel material having a carbon content of 0.08% to 0.3% and a Vickers hardness of 180 Hv or more,
The glow plug is characterized in that the second bar is made of a carbon steel material having a carbon content of 0.08% to 0.15% and a Vickers hardness of 180 Hv or more.

The glow plug according to claim 1, wherein the first and second bar members (41, 42) have a Vickers hardness of 200 Hv or more.

The glow plug according to claim 1 or 2, wherein a Vickers hardness of a welded portion (43) between the first bar (41) and the second bar (42) is 400 Hv or less. .

The diameter (D) of the middle shaft (4) is 3 mm or less, and the total length of the middle shaft and the heat generating member (3) is 120 mm or more. Glow plug described in one.