JP2007078330A - 燃焼圧センサ付きグロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】 主体金具に対しヒータが変位可能な構成において、主体金具の先端側で主体金具とヒータとの間隙の気密を維持しつつ、電気的な接続を行って、小型化、小径化を図ることができる燃焼圧センサ付きグロープラグを提供する。
【解決手段】 主体金具４０先端部４１内周に形成した溝部９０内に、セラミックヒータ２０が嵌合されたスリーブ８０の鍔部８２を配置させる。そして鍔部８２と溝部９０との間にＯリング７０，７５を介在させ、セラミックヒータ２０および中軸３０を軸線Ｏ方向に変位可能に弾性保持させる。セラミックヒータ２０の軸線Ｏ方向の異なる位置に形成された２つの電極の一方はスリーブ８０およびＯリング７０，７５を介して主体金具４０と電気的に接続され、他方は接続リング３５を介して中軸３０と電気的に接続される。また、Ｏリング７０，７５により軸孔４３の気密は維持される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の燃焼圧の変化を検出するための燃焼圧センサを一体に備え、内燃機関の始動を補助する燃焼圧センサ付きグロープラグに関するものである。

内燃機関の始動を補助するためのグロープラグに、内燃機関の燃焼圧を検出するための燃焼圧センサを一体に備えたものが知られている。このような燃焼圧センサ付きグロープラグでは、一般に、燃焼圧を検出するセンサ素子として圧電素子が利用される。そして、主体金具の軸孔内を挿通される中軸の先端部に接合されたヒータが主体金具の先端部にて固定され、中軸の後端部と主体金具の後端部との間で、圧電素子が予荷重を加えられた状態で保持される構成を有する。

このような燃焼圧センサ付きグロープラグがエンジンヘッドの取付孔に取り付けられる際には、シールを兼ねて主体金具（ハウジング）の先端部外周面を取付孔の燃焼室側の内周面に当接させた状態で、主体金具の外周に形成された雄ねじ部が取付孔の雌ねじ部に螺合される。そして、燃焼圧が加えられエンジンヘッドに変形が生ずると、主体金具は先端部に押圧力を受けて、雄ねじ部よりも先端側の胴部がその径方向に膨らむように弾性的に変形する。その結果、主体金具に対し中軸が相対的に変位し、圧電素子に加えられた予荷重が軽減され、そのときの圧電素子の電荷の変化を検出することで燃焼圧の検出が行われる（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、こうした構成の燃焼圧センサ付きグロープラグにおいて、主体金具と中軸との間の変位の大きさは主体金具の胴部の変形によるものであるため、比較的小さく、燃焼圧の低い状態において主体金具に十分な変形が生じず、燃焼圧の検出が難しい。また、主体金具の先端部では、ヒータを介して中軸が固定され、後端部では、圧電素子を介し中軸との間で押圧状態となっており、すなわち、中軸が主体金具に押圧固定された状態となっている。このため、エンジンヘッドからの振動等が主体金具を介して中軸にも伝わって、圧電素子による燃焼圧の検出の際にノイズとして検出されてしまい、Ｓ／Ｎ比が低下する虞がある。

このような場合、燃焼圧センサ付きグロープラグを、主体金具（ボディ）に対しヒータおよび中軸（筒状部材）が変位できるようにして、主体金具に対する中軸の変位がエンジンヘッドや主体金具の変形に依存しない形態として構成するとよい（例えば、特許文献２参照）。こうした構成であれば、主体金具に変形が生じたとしても中軸の変位に対し影響を与えにくいため、燃焼圧センサのＳ／Ｎ比を向上させることができる。

一方、ヒータの通電には比較的大きな電流を流す必要があるため、導電経路は可能な限り短くすることが好ましい。そのためには特許文献２のように、ボディ（主体金具）の後端側に設けた皿ばねを介して筒状部材（特許文献２におけるヒータの一端側に接続された電極に相当する）との電気的な接続を行う構成よりも、特許文献１のように、ハウジング（主体金具）の先端側でシース管（特許文献１における発熱コイルの一端側に接続された電極に相当する）との電気的な接続を行う構成とすることが望ましい。

ところで、近年の内燃機関の小型化に伴い、燃焼圧センサ付きグロープラグにも小型化、小径化が求められている。グロープラグ自身の小型化を図るには、特許文献１の図１に記載された発熱コイルを内蔵するヒータの代わりに、同特許文献１の図１０に記載されたセラミックヒータを利用する方法などが考えられる。ここで特許文献１の図１０に記載のグロープラグでは、ハウジング（主体金具）の先端側に保持した発熱体（セラミックヒータ）の後端において、発熱部材（発熱体）に通電するための２つの電極を、軸線と直交する方向に並列させている。しかし、このように並列に電極を並べた場合、両電極の絶縁性を維持するには両電極間の距離を確保する必要があり、特に小径化を図ることが難しい。

そこで、グロープラグ本体（主体金具）に対し加熱ロッド（ヒータおよび中軸）を変位可能な形態として保持しつつ、グロープラグ本体の先端側にて加熱ロッドとの電気的な接続（ヒータに通電するための電極の一方との接続）を行う構成が考えられる（例えば、特許文献３参照。）。この特許文献３においては、グロープラグ本体の先端側に接合した膜を加熱ロッドの外周に接合することで、両者の導通を図っている。なお、特許文献３では、膜の位置よりグロープラグ本体先端側の内周面にて加熱ロッドの外周面との間にＯリングを介在させて、加熱ロッドとグロープラグ本体との間隙の気密性が維持されている。
特開２００４−１２４９１０号公報 特開昭５９−８５９３号公報 特開２００５−９０９５４号公報

しかしながら、特許文献３に記載の燃焼圧センサ付きグロープラグでは、上記したように、グロープラグ本体（主体金具）と加熱ロッド（ヒータおよび中軸）との間隙の気密の維持をＯリングによって行い、両者の導通を膜によって図る構成であり、Ｏリングや膜の配設位置をそれぞれ個別に設けたり、組み立て時の工程が増えたりするため、作製の手間がかかるという問題があった。また、加熱ロッドの変位によってＯリングが摺擦されて摩耗するため、長期にわたる上記間隙の気密の維持が難しいという問題があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、主体金具に対しヒータが変位可能な構成において、主体金具の先端側で主体金具とヒータとの間隙の気密を維持しつつ、電気的な接続を行って、小型化、小径化を図ることができる燃焼圧センサ付きグロープラグを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグは、軸線方向に沿って延びる軸孔を有する導電性の主体金具と、前記軸孔の先端側に挿通され、通電によって発熱する発熱体を有するヒータと、前記軸孔に挿通され、前記ヒータと共に前記軸線方向に沿って変位可能な状態で配置される棒状で導電性の中軸と、前記主体金具の後端側に設けられ、内燃機関の燃焼圧に応じて前記軸線方向に変位する前記中軸を介して伝達される燃焼圧を検出する燃焼圧センサとを備えた燃焼圧センサ付きグロープラグであって、前記ヒータの外周に突設され、前記発熱体の一方の電極と電気的に接続した導電性の突起部と、前記主体金具の前記軸孔内に凹設され、その内部に、前記突起部が前記軸線方向に変位可能な状態で配置される凹部と、前記凹部と前記突起部との間に介在され、前記主体金具と前記突起部とを電気的に接続する少なくとも一つ以上の導電性弾性部材とを備えている。

また、請求項２に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記ヒータの周囲を取り囲んだ状態で前記ヒータに固定され、前記発熱体の前記一方の電極と電気的に接続される導電性のスリーブを備え、前記突起部は、前記スリーブの外周に鍔状に突設され、前記凹部は、前記主体金具の前記軸孔内にて周方向に溝設され、前記導電性弾性部材は、前記突起部と前記凹部との間に介在される環状の部材であることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグは、請求項１または２に記載の発明の構成に加え、前記ヒータは絶縁性セラミック材料からなる円筒状の基体を有し、前記発熱体の他方の電極と前記一方の電極とは、前記基体の前記軸線方向において互いに異なる位置にて前記基体の外方に露出され、それぞれ前記中軸と前記突起部とに電気的に接続されていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグは、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記導電性弾性部材は、前記突起部に対し、前記軸線方向の両側もしくは一方側において、前記突起部と前記凹部との間に配置されていることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグは、請求項２乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、鍔状の前記突起部を構成する前記軸線方向後端側の鍔面と先端側の鍔面とのうち、少なくともいずれか一方の鍔面は、前記突起部の突出方向に傾斜する斜面として形成されていることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグは、請求項２乃至５のいずれかに記載の発明の構成に加え、溝状の前記凹部を構成する前記軸線方向後端側の側面と先端側の側面とのうち、少なくともいずれか一方の側面は、前記凹部の深さ方向に傾斜する斜面として形成されていることを特徴とする。

また、請求項７に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグは、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記燃焼圧センサに設けられ、前記燃焼圧を検出する素子は、圧力の変化に応じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗型素子であることを特徴とする。

請求項１に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグでは、ヒータの外周に突設された突起部を主体金具の凹部内に配置し、突起部と凹部との間に導電性弾性部材を介在させることで、ヒータは変位可能な状態で導電性弾性部材により弾性保持されるので、ヒータの変位の際に導電性弾性部材とヒータとが摺擦することがない。このため、摩耗等による導電性弾性部材の消耗がなく、長期にわたってヒータを変位可能な状態のまま弾性保持することができると共に、主体金具と突起部との電気的な接続を維持することができる。

また、突起部をヒータに設けたことで、導電性弾性部材を介し、ヒータは主体金具に直接保持された形態となっている。このため、内燃機関の稼働による振動等は導電性弾性部材によってヒータに伝達される際に減衰され、燃焼圧の検出の際にノイズとして重畳されにくい。また、ヒータが直接主体金具に保持された形態となるため、燃焼圧センサ付きグロープラグに軸線方向と異なる方向へ振動等による揺れが加えられた場合、主体金具の軸孔内でヒータの位置ずれが生じにくく、軸孔の内周面に衝突して破損する虞がない。

また、請求項２に係る発明のように、突起部を鍔状に形成し、凹部を主体金具の軸孔内周面に溝状に設け、両者間に環状の導電性弾性部材を介在させれば、主体金具の内周面とヒータの外周面との間隙を導電性弾性部材で封止することができ、主体金具の軸孔の気密を維持することができる。そして、軸孔内の封止を軸孔の先端側で行うことで外部と連通する軸孔内の容積を小さくすることができる。これにより、軸孔内の燃焼ガスに曝される部位が少なくなるため腐食等の影響を受けにくく、燃焼圧センサ付きグロープラグの信頼性を向上させることができる。また、突起部を、ヒータに固定するスリーブに設けることで、ヒータに突起部を形成する必要がなく、ヒータの製造過程における手間を軽減することができる。

また、請求項３に係る発明では、発熱体に通電するための電極を、ヒータの基体の軸線方向において互いに異なる位置に配置することができる。発熱体への通電の際には比較的大きな電流が流される場合があり、絶縁性を維持するには、通電のための電極間の距離を離す必要が生ずる。しかし、本発明の構成であれば、径方向に電極を並べる構成のものと比べ小径化を図ることができ、燃焼圧センサ付きグロープラグの小型化を図ることができる。そして、電極がそれぞれ主体金具と中軸とに接続されているので、発熱体に電圧を印加するための配線の接続等を容易に行うことができる。また、ヒータはセラミックの基体を有するため中実に形成されており、燃焼圧によって押圧力を受けても変形されにくく、燃焼圧センサを備えた本発明の燃焼圧センサ付きグロープラグのヒータとして好適に使用することができる。

また、軸線方向に沿ってヒータが変位する場合、請求項４に係る発明のように、突起部に対し軸線方向の両側もしくは一方側に導電性弾性部材を配置させれば、ヒータの変位を導電性弾性部材の圧縮・伸長によって実現することができる。つまり、変位するヒータと導電性弾性部材とが摺擦することがなく、導電性弾性部材に摩耗が生じないため、凹部内で突起部を弾性保持しつつ、長期にわたって導電性や気密性を維持するのに好適である。

また、請求項５に係る発明では、突起部の鍔面が斜面として形成されているので、ヒータが変位した際に鍔面から導電性弾性部材に加えられる抗力は斜面と直交する方向となる。軸線と直交する平面に対する斜面の傾斜角度をθとしたとき、導電性弾性部材が斜面により圧縮される大きさは、斜面構成されていない場合のｃｏｓθ倍となるため、導電性弾性部材の圧縮量を低減することができる。すなわち、ヒータおよび中軸の変位可能な範囲を大きくすることができる。

そして、請求項６に係る発明のように、凹部の側面を軸線と直交する平面に対し斜面として形成しても、上記同様の効果を得ることができる。さらに、鍔部の鍔面と凹部の側面とを共に軸線と直交する平面に対し斜面として構成すれば、ヒータおよび中軸の変位可能な範囲をさらに大きくすることができる。

また、ヒータを主体金具に対し軸線方向に沿って変位可能な状態として構成すれば、主体金具に固定された構成のものと比べ、ヒータと共に変位する中軸の変位量を大きくすることができるので、歪みゲージを用いた燃焼圧の検出が可能となる。そこで請求項７に係る発明のように、燃焼圧を検出する素子としてピエゾ抵抗型素子を用いれば、素子のインピーダンスが低くＳ／Ｎが高いので、燃焼圧センサとしての感度を向上させることができる。また、温度補償回路を容易に組み込むことができる。そして、経時的な変化が小さいので長期にわたって安定した燃焼圧の検出を行うことができる。さらに、素子の小型化が容易であるため燃焼圧センサを小型化することができ、燃焼圧センサ付きグロープラグの小型化、小径化を図ることができる。

以下、本発明を具体化した燃焼圧センサ付きグロープラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１〜図３を参照して、燃焼圧センサ付きグロープラグの一例としての本実施の形態のグロープラグ１００の全体の構造について説明する。図１は、グロープラグ１００の一部切欠縦断面図である。図２は、燃焼圧センサ２００付近の一部切欠断面図である。図３は、セラミックヒータ２０付近の断面図である。なお、軸線Ｏ方向において、セラミックヒータ２０の配置された側（図１における下側）をグロープラグ１００の先端側、燃焼圧センサ２００の配置された側（図１における上側）を後端側として説明する。

図１に示すように、本実施の形態のグロープラグ１００は、例えばディーゼルエンジンの燃焼室に取り付けられ、エンジン始動時の点火を補助する熱源として利用される。主体金具４０の先端側にはセラミックヒータ２０が軸線Ｏ方向に保持されており、主体金具４０の軸孔４３内を挿通される中軸３０と機械的に接続されている。セラミックヒータ２０は燃焼室内に露出され、燃焼圧により作用される力を受けると、中軸３０を介し、その力が主体金具４０の後端側に設けられた燃焼圧センサ２００に伝達される構成となっている。

主体金具４０は、軸線Ｏ方向に貫通する軸孔４３を有する長細い筒状の金属部材であり、胴部４４の略中央に、グロープラグ１００をエンジンヘッド（図示外）に取り付けるための雄ねじ部４２が形成されている。また後端部４７には、エンジンヘッドへの取り付けの際に使用される工具が係合する、軸線断面六角形状の工具係合部４６が形成されている。この工具係合部４６の後端側には、後述する燃焼圧センサ２００を主体金具４０に固定するため、軸線Ｏと直交する断面が円形で、軸線Ｏ方向後端側に向けて壁状に突出した基端部４５が設けられている。軸孔４３の内径は工具係合部４６内で拡径され、拡径部４８として構成されている。また先端部４１には、後述するセラミックヒータ２０が配置され、軸線Ｏ方向先端側に向け露出されている。先端部４１の最先端面には軸線Ｏ方向先端側に向け先細るテーパ面を有する環状のシール部材９５が係合されており、レーザ溶接により先端部４１と一体となっている。

次に、中軸３０は、軸線Ｏ方向に延びる鉄系素材（例えばＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼）からなる金属棒であり、主体金具４０の軸孔４３内に挿通される。中軸３０の先端には小径の先端部３１が形成され、この先端部３１は金属製筒状の接続リング３５に嵌入される。そして後述するセラミックヒータ２０の後端部２３（図３参照）が接続リング３５に圧入嵌合されることによって、接続リング３５を介し、中軸３０とセラミックヒータ２０とが機械的に接続されている。また中軸３０の後端側には小径の後端部３３が形成されており、主体金具４０の基端部４５に設けられる燃焼圧センサ２００内を挿通されている。後端部３３の後端側は燃焼圧センサ２００から突出され、その部分にセラミックヒータ２０に通電するための外部回路との電気的な接続を行う接続端子５０が固定されている。

燃焼圧センサ２００は、図２に示すように、例えばシリコン等の半導体基板上にピエゾ抵抗型素子を形成した公知の半導体歪みゲージをダイアフラム上に配設し、燃焼圧に基づく押圧力によってダイアフラムを撓ませることにより燃焼圧の検出を行うセンサである。主体金具４０の基端部４５に固定される歪部材２１５は、基端部４５の周囲を取り囲むように係合する鍔付きリング状の係止部２１６と、その係止部２１６の縁端を周縁とし、軸線Ｏ方向を厚み方向とする薄い円環状の金属板からなるダイアフラム部２１７とから構成される。ダイアフラム部２１７は可撓性を有し、中央に中軸３０の後端部３３が挿通される開口部２１８が形成されている。

また、ダイアフラム部２１７上には複数の歪検出素子２１０が貼設されている。歪検出素子２１０は、ダイアフラム部２１７が撓むことにより歪みが生じ、その歪みの度合いにあわせて自身の抵抗値が変化する。そして、ダイアフラム部２１７に対向するように歪部材２１５よりも後端側に中継基板２２２が配置されており、歪検出素子２１０の抵抗値を電圧値に変換して増幅し、検出値として出力するための回路などが構成されたＡＳＩＣ２２１等が搭載されている。なお、歪検出素子２１０は中継基板２２２とワイヤーボンディングまたはフレキシブルケーブルにより電気的に接続されている。また、中継基板２２２には、ＥＣＵ等の外部回路（図示外）と電気的な接続を行うための接続ケーブル２１４が接続されている。

また、中軸３０の後端部３３には絶縁性で筒状の筒部材２３０が嵌合され、一方の端部２３１が、中軸３０の後端部３３の先端側で胴部分との境目である段部３４に当接した状態で固定されている。そして筒部材２３０の他方の端部２３２は歪部材２１５のダイアフラム部２１７の開口部２１８周辺に当接されている。燃焼圧により中軸３０が軸線Ｏ方向後端側に変位した際には、ダイアフラム部２１７の開口部２１８周辺が筒部材２３０に押圧されて、ダイアフラム部２１７に撓みが生ずるように構成されている。

そして筒部材２３０および中軸３０の外周と、主体金具４０の拡径部４８の内周との間隙には筒状の絶縁部材２３５が配設されており、軸孔４３内で中軸３０の位置決めを行うと共に、主体金具４０と中軸３０との絶縁がなされている。さらに、絶縁部材２３５の先端面と、軸孔４３の拡径部４８先端側の段状の面と、中軸３０の外周面とで囲まれた間隙には、各面に当接するように、例えばシリコン製のＯリング２４０が介在されており、この間隙を介した軸孔４３内外の気密が維持されている。

また、主体金具４０の基端部４５に配置された歪部材２１５や中継基板２２２の外周および上方（後端側）を覆うカバー２２５が設けられ、歪部材２１５の係止部２１６の外周に係合した状態で外周全周をレーザ溶接されることにより、主体金具４０と一体に固定されている。

次に、図３に示すように、主体金具４０の先端側に配置されるセラミックヒータ２０は丸棒状をなし、先端部２２が曲面状に加工された絶縁性セラミックからなる基体２１の内部に、導電性セラミックからなる断面略Ｕ字状の発熱素子２４が埋設された構造を有する。発熱素子２４は、セラミックヒータ２０の先端部２２に配置され、その曲面にあわせて両端が略Ｕ字状に折り返された発熱体２７と、その発熱体２７の両端にそれぞれ接続され、セラミックヒータ２０の後端部２３に向けて軸線Ｏに沿って略平行に埋設されたリード部２８，２９とから構成される。発熱体２７は、その断面積がリード部２８，２９の断面積よりも小さくなるように成形されており、通電時、主に発熱体２７において発熱が行われる。また、セラミックヒータ２０の後端部２３の外周面には、リード部２８，２９のそれぞれから突出された電極取出部２５，２６が、互いに軸線Ｏ方向にずれた位置に露出されている。なお、セラミックヒータ２０が、本発明における「ヒータ」に相当する。また、電極取出部２５，２６が、それぞれ、本発明における「一方の電極」および「他方の電極」に相当する。

このセラミックヒータ２０の胴部分の外周には、円筒状のスリーブ８０が取り巻くように配置されている。スリーブ８０は導電性の金属部材からなり、セラミックヒータ２０の後端部２３の電極取出部２６を後方に露出させた状態で圧入嵌合される。一方、スリーブ８０内では、その内周面にセラミックヒータ２０の電極取出部２５が接触されており、スリーブ８０とセラミックヒータ２０のリード部２８とが電気的に接続されている。また、スリーブ８０の後端側には外方に突設された鍔部８２が周方向全周にわたって形成されている。なお、鍔部８２が、本発明における「突起部」に相当する。

主体金具４０の先端部４１では、環状のシール部材９５が接合されることによりセラミックヒータ２０を軸孔４３内に配置するための溝部９０が形成されている。この溝部９０は、主体金具４０の内周面に先端向きに形成された側面９２と、この側面９２に連なり軸孔４３を拡径した形態の底面９１と、主体金具４０の先端面にレーザ溶接されたシール部材９５の後端面であり、側面９２と離間させ対向配置した側面９３とから構成される。この溝部９０内には、側面９２と接触するＯリング７０と、側面９３と接触するＯリング７５と、Ｏリング７０，７５にそれぞれ鍔面８３，８４を接触させて狭持されるようにしたスリーブ８０の鍔部８２とが配置される。この鍔部８２の外周縁は、主体金具４０の軸孔４３およびシール部材９５の内周縁よりも外周側に位置するように配置されている。これにより、スリーブ８０に嵌合されたセラミックヒータ２０が、主体金具４０に対して位置決めされている。なお、溝部９０が、本発明における「凹部」に相当する。さらに、Ｏリング７０，７５が、本発明における「導電性弾性部材」に相当する。

Ｏリング７０，７５は、弾性、導電性を有する金属もしくは樹脂材料あるいはグラファイト等から形成することが好ましく、例えば導電性を有するシリコンゴムやチタン、銅などが好適に利用できる。耐熱性や耐食性を有するとなおよい。このＯリング７０，７５を介して主体金具４０とスリーブ８０とが導通され、セラミックヒータ２０のリード部２８と主体金具４０とが電気的に接続されると共に、主体金具４０の軸孔４３内外の気密が維持されている。このように、主体金具４０の溝部９０内でスリーブ８０の鍔部８２がＯリング７０，７５に弾性的に挟持された形態であり、主体金具４０に対して固定されていないため、セラミックヒータ２０は燃焼圧力を受けたときに軸線Ｏ方向に変位可能となっている。また、セラミックヒータ２０と機械的に接続された中軸３０も、主体金具４０の軸孔４３内で絶縁部材２３５に支持された形態であり、主体金具４０に対し固定されていない。すなわち、セラミックヒータ２０および中軸３０は、主体金具４０に対し、軸線Ｏ方向に変位可能に構成されている。

一方、セラミックヒータ２０の後端部２３に嵌合された接続リング３５は、その内周面が電極取出部２６に接触されている。上記したように、中軸３０の先端部３１とセラミックヒータ２０の後端部２３とが金属製の接続リング３５により接続されており、これにより、セラミックヒータ２０のリード部２９と中軸３０とが電気的に接続される。主体金具４０と中軸３０とは空隙をもって電気的に絶縁されており、こうした構成により、主体金具４０と中軸３０とが、セラミックヒータ２０の発熱素子２４に電圧を印加するための２つの電極として機能する。

次に、グロープラグ１００において、エンジンの燃焼圧を検出する際の動作について説明する。図１〜図３に示す、グロープラグ１００が内燃機関のエンジンヘッドの取付孔（図示外）に取り付けられる際には、セラミックヒータ２０の先端部２２を燃焼室内に露出させた状態で主体金具４０の雄ねじ部４２が螺合される。このとき、取付孔の燃焼室側に設けられたテーパ面にシール部材９５の外周面が当接されて、主体金具４０がエンジンヘッドに固定される。

エンジンの稼働に伴い燃焼室内の圧力が増加すると、燃焼圧によりエンジンヘッドに変形を生ずる場合がある。この場合、燃焼圧に伴う押圧力がシール部材９５を介し主体金具４０に伝達される。この押圧力は、主体金具４０内を伝達されるが、取付孔に螺合された雄ねじ部４２において減衰される。

また、燃焼室内に露出されたセラミックヒータ２０も燃焼圧を受ける。セラミックヒータ２０および中軸３０は主体金具４０に対し固定されていないため、燃焼圧により生ずる押圧力によって軸線Ｏ方向後端側に変位する。これに伴い、鍔部８２の鍔面８３と、主体金具４０の溝部９０の側面９２との距離が近づき、両者間に介在されるＯリング７０は、軸線Ｏ方向に圧縮される。この変動に伴い、Ｏリング７５と鍔面８４とが離間してしまう可能性があるが、Ｏリング７０と、鍔面８３および側面９２との接触は維持されるため、セラミックヒータ２０および中軸３０に主体金具４０に対する変位が生じても、セラミックヒータ２０のリード部２８と主体金具４０との電気的な接続が維持されると共に、燃焼室の気密性も維持される。

一方、主体金具４０に対し中軸３０が変位すると、中軸３０の後端部３３に固定された筒部材２３０の端部２３２により、歪部材２１５のダイアフラム部２１７の開口部２１８周辺が軸線Ｏ方向後端側に押圧される。これによりダイアフラム部２１７は撓み、ダイアフラム部２１７に貼設された歪検出素子２１０に歪みが生ずる。歪検出素子２１０には外部回路（図示外）より供給される電圧が印加され、歪みの大きさに応じて変化する歪検出素子２１０の抵抗値が電圧値の変化として検出され、燃焼圧の検出値として外部回路に対し出力される。

なお、本発明は各種の変形が可能である。例えば、図４に示すグロープラグ３００のように、スリーブ３０１の鍔部３０２の鍔面３０３，３０４が軸線Ｏと直交する平面に対し斜面を形成していてもよい。すなわち、燃焼圧によりセラミックヒータ２０が軸線Ｏ方向後端側に変位したとき、Ｏリング７０は、軸線Ｏ方向と直交する平面を有する側面９２と、軸線Ｏ方向と直交する平面に対し傾いた面を有する鍔面３０３との間で、軸線Ｏ方向に圧縮されることとなる。ここで、図５に示すように、軸線Ｏ方向をＹ軸方向、鍔面３０３と軸線Ｏ方向に直交する平面との傾き角度をθとし、＋Ｙ方向に鍔面３０３が変位量Ｔ変位したとき、Ｏリング７０が鍔面３０３から与えられる抗力は鍔面３０３の直交方向であり、その変位量はＴｃｏｓθとなる。ここで０°＜θ＜９０°としたとき、１＞ｃｏｓθ＞０であるため、ＴｃｏｓθはＴより小さい値をとる。すなわち、セラミックヒータ２０が変位量Ｔ、変位したとき、Ｏリング７０は変位量Ｔｃｏｓθ分の圧縮を受けることとなり、すなわち、斜面構成されていない場合よりもＯリング７０の圧縮される量が減少する。これにより、セラミックヒータ２０の変位量に対するＯリング７０の圧縮される量を小さくすることができ、燃焼圧に対するセラミックヒータ２０および中軸３０の変位量を大きくすることができる。また、Ｏリング７５についても同様である。

さらに、図６に示すグロープラグ３１０のように、上記同様、斜面に形成したスリーブ３０１の鍔面３０３，３０４と、これと同様に主体金具３１９の溝部３１１において軸線Ｏと直交する平面に対し斜面となるように形成した側面３１３，３１４との間にＯリング７０，７５を介在させてもよい。このようにすれば、セラミックヒータ２０の変位に伴うＯリング７０，７５の潰れ量を、さらに少なくすることができる。また、溝部３１１を有する主体金具３１９と、本実施の形態と同様の鍔部８２を有するスリーブ８０とを組み合わせた構成であっても同様の効果を得ることができる。

また、図７に示すグロープラグ３２０のように、スリーブ３２１の鍔部３２２の軸線Ｏ方向後端側の鍔面３２３と、溝部３２５の軸線Ｏ方向後端側の側面３２６との間にＯリング７０を介在させ、鍔部３２２の軸線Ｏ方向先端側にはＯリングを介在させない構成としてもよい。燃焼圧によりセラミックヒータ２０の変位する方向が軸線Ｏ方向後端側となるため、Ｏリングが１つであってもスリーブ３２１と主体金具３２９との間の導電性の確保や気密の維持を十分に行うことができる。またＯリング７０で、スリーブ３２１を軸線Ｏ方向に変位可能な状態で弾性保持できるので、セラミックヒータ２０および中軸３０の変位が可能である。このように、鍔部３２２よりも先端側にＯリングを配置させない構成とすればＯリング７０が直接燃焼ガスに曝されないため、熱負荷の高い環境においてグロープラグ３２０を使用してもＯリング７０が劣化しにくく、長期にわたって導電性および気密性を維持することができる。

また、図８に示すグロープラグ３３０のように、スリーブ８０の鍔部８２と主体金具４０の溝部９０との間に、導電性を有し、円環状で内周縁の位置と外周縁の位置とを厚み方向にずらして形成した板バネ３３１，３３２を介在させてもよい。この場合、板バネ３３１，３３２の外周縁を、主体金具４０の溝部９０の底面９１と側面９２，９３とのあわせ部分に配置させ、内周縁を、スリーブ８０の外周面と鍔面８３，８４とのあわせ部分に配置させれば、この部位を介した主体金具４０の軸孔４３内外の気密を維持することができる。また、主体金具４０に対してスリーブ８０を弾性保持することで主体金具４０に対しスリーブ８０が変位することができ、その変位にかかわらず、板バネ３３１，３３２の弾性力によって両者の電気的な接続も維持することができる。

また、本実施の形態では燃焼圧センサ２００の歪検出素子２１０としてピエゾ抵抗型素子を用いたが、薄い絶縁板上に銅やニッケル合金などの金属からなる抵抗体を形成する際に、蛇行させるなどして電極間の距離が長くなるように構成した歪みゲージを用いてもよい。あるいは、歪検出素子２１０として、ピエゾ電荷型素子を用いてもよい。この場合、燃焼圧に基づく押圧力で中軸が変位すると、ピエゾ電荷型素子が押圧されるように構成し、そのとき発生した電荷を検出値として出力させる構成としてもよい。あるいは、予めピエゾ電荷型素子に予荷重をかけた状態とし、燃焼圧に基づく押圧力で中軸が変位すると予荷重が緩和されるようにして、発生した電荷を検出値として出力させる構成としてもよい。なお、このように予めピエゾ電荷型素子に予荷重をかけるには、中軸３０と主体金具４０との間でピエゾ電荷型素子を圧縮した状態としてグロープラグ１００を組み立てる必要がある。こうした場合に軸線Ｏ方向後端側のＯリング７０は圧縮されるように負荷をかけられた状態となるが、通常、ピエゾ電荷型素子にかける予荷重の大きさよりも燃焼圧に基づく押圧力の方が大きいため、Ｏリング７０がさらに圧縮されて主体金具４０に対し中軸３０が変位することができる。

また、歪検出素子２１０の基板上に温度検出が可能な感温素子を設け、感温素子により検出された温度情報に基づいて、歪検出素子２１０の検出する燃焼圧の検出値に補正を行う温度補償回路をＡＳＩＣ２２１に設けてもよい。

また、本実施の形態では、セラミックヒータ２０を嵌合させるスリーブ８０の外周面上に鍔部８２を設けたが、セラミックヒータ２０の後端部２３に突起部を設け、その突起部に電極取出部を形成してもよい。そして溝部９０内で、Ｏリング７０，７５を介しセラミックヒータ２０と主体金具４０との電気的な接続や、Ｏリング７０，７５によるセラミックヒータ２０の弾性保持、および軸孔４３内外の気密の維持がなされるようにしてもよい。

また、グロープラグ１００の備えるヒータ部材として、本実施の形態ではセラミックヒータ２０を備えたが、先端部を半球状に閉塞したシースチューブ内にコイル状の発熱抵抗体や制御コイルを配設したシーズヒータであってもよい。

本発明は、内燃機関の燃焼圧を検知する燃焼圧センサや、燃焼圧センサを備えたグロープラグ、温度センサ等に利用することができる。

グロープラグ１００の一部切欠縦断面図である。 燃焼圧センサ２００付近の一部切欠断面図である。 セラミックヒータ２０付近の断面図である。 変形例としてのグロープラグ３００のセラミックヒータ２０付近の断面図である。 Ｏリング７０の圧縮される量について説明するための図である。 変形例としてのグロープラグ３１０のセラミックヒータ２０付近の断面図である。 変形例としてのグロープラグ３２０のセラミックヒータ２０付近の断面図である。 変形例としてのグロープラグ３３０のセラミックヒータ２０付近の断面図である。

符号の説明

２０ セラミックヒータ
２１ 基体
２５ 電極取出部
２６ 電極取出部
２７ 発熱体
３０ 中軸
４０ 主体金具
４３ 軸孔
７０，７５ Ｏリング
８０ スリーブ
８２ 鍔部
９０ 溝部
１００ グロープラグ
２００ 燃焼圧センサ
２１０ 歪検出素子
３０３，３０４ 鍔面
３１３，３１４ 側面

Claims (7)

1. 軸線方向に沿って延びる軸孔を有する導電性の主体金具と、
   前記軸孔の先端側に挿通され、通電によって発熱する発熱体を有するヒータと、
   前記軸孔に挿通され、前記ヒータと共に前記軸線方向に沿って変位可能な状態で配置される棒状で導電性の中軸と、
   前記主体金具の後端側に設けられ、内燃機関の燃焼圧に応じて前記軸線方向に変位する前記中軸を介して伝達される燃焼圧を検出する燃焼圧センサと
   を備えた燃焼圧センサ付きグロープラグであって、
   前記ヒータの外周に突設され、前記発熱体の一方の電極と電気的に接続した導電性の突起部と、
   前記主体金具の前記軸孔内に凹設され、その内部に、前記突起部が前記軸線方向に変位可能な状態で配置される凹部と、
   前記凹部と前記突起部との間に介在され、前記主体金具と前記突起部とを電気的に接続する少なくとも一つ以上の導電性弾性部材と
   を備えたことを特徴とする燃焼圧センサ付きグロープラグ。
2. 前記ヒータの周囲を取り囲んだ状態で前記ヒータに固定され、前記発熱体の前記一方の電極と電気的に接続される導電性のスリーブを備え、
   前記突起部は、前記スリーブの外周に鍔状に突設され、
   前記凹部は、前記主体金具の前記軸孔内にて周方向に溝設され、
   前記導電性弾性部材は、前記突起部と前記凹部との間に介在される環状の部材であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼圧センサ付きグロープラグ。
3. 前記ヒータは絶縁性セラミック材料からなる円筒状の基体を有し、
   前記発熱体の他方の電極と前記一方の電極とは、前記基体の前記軸線方向において互いに異なる位置にて前記基体の外方に露出され、それぞれ前記中軸と前記突起部とに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼圧センサ付きグロープラグ。
4. 前記導電性弾性部材は、前記突起部に対し、前記軸線方向の両側もしくは一方側において、前記突起部と前記凹部との間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼圧センサ付きグロープラグ。
5. 鍔状の前記突起部を構成する前記軸線方向後端側の鍔面と先端側の鍔面とのうち、少なくともいずれか一方の鍔面は、前記突起部の突出方向に傾斜する斜面として形成されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の燃焼圧センサ付きグロープラグ。
6. 溝状の前記凹部を構成する前記軸線方向後端側の側面と先端側の側面とのうち、少なくともいずれか一方の側面は、前記凹部の深さ方向に傾斜する斜面として形成されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の燃焼圧センサ付きグロープラグ。
7. 前記燃焼圧センサに設けられ、前記燃焼圧を検出する素子は、圧力の変化に応じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗型素子であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼圧センサ付きグロープラグ。
   

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