JP2011089688A - 圧力センサ付きグロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】セラミックヒータを有する圧力センサ付きグロープラグであって、ベローズ部材の如く、薄肉部を有するヒータ変位機構を採用していると、放熱性が不足することがある。これを解消する放熱手段を提供する。
【解決手段】圧力センサ付きグロープラグ１は、セラミックヒータ２０がヒータ保持外筒８０に保持されており、ハウジング２とヒータ保持外筒８０とがベローズ部材９０により接続されている。ヒータ保持外筒８０へハウジングの一部を構成するキャップ部材８への放熱経路を形成する手段（外筒放熱部８５、Ｃリング８６等）を設けている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関に使用されるグロープラグ及びグロープラグに圧力センサ機能を付加した圧力センサ付きグロープラグにおける放熱機構に関する。

従来から、自動車用のディーゼルエンジン等の内燃機関に使用されるグロープラグとして、特許文献１に記載されるグロープラグが知られている。また、このようなグロープラグと圧力センサとを組み合わせて内燃機関の燃焼圧を検出できるようにした、特許文献２に記載される圧力センサ付きグロープラグが知られている。

特許文献１に記載されるグロープラグでは、エンジンの燃焼の補助を行う発熱体として機能するセラミックヒータを金属製の外筒により保持している。当該外筒は、自身の先端側が比較的小径の円筒部とされ、その後端側は比較的大径に形成しつつ、その形状はテーパを有する鍔状としていた。この鍔状の部位は、グロープラグが取り付けられるエンジンのプラグホールのシート面と当接して、燃焼室の気密を保持するとともに、セラミックヒータが過熱しないように当該鍔状の部位から熱を逃がす放熱経路として機能していた。また、特許文献２に記載される圧力センサ付きグロープラグは、特許文献１に記載されるグロープラグへ燃焼圧を検出すべく圧力センサを組み込んだものである。

さて近年では、地球規模での環境への配慮の観点から、ディーゼルエンジンにおいてもその排ガスをより清浄化されたものとすべく種々の燃焼改善が検討されている。この燃焼改善を実現するには、より細かく燃焼状態を知ることが必要とされている。このために、特許文献２に記載されるような圧力センサ付きグロープラグを用いて燃焼圧を測定することで燃焼状態が観察されるのであるが、より精度の高い燃焼圧の測定が可能であることが求められている。

圧力センサ付きグロープラグを用いてより精度の高い燃焼圧の測定を行うためには、燃焼圧を受けるヒータ（セラミックヒータ）がその圧力に応じて積極的に移動可能である構成が考えられ、例えば特許文献３に記載されるものがある。この文献に記載される圧力センサ付きグロープラグでは、燃焼圧を受けるヒータが薄肉の金属で形成された蛇腹状のベローズ部材で保持されており、これにより、特許文献２に記載されるような圧力センサ付きグロープラグよりも精度の高い燃焼圧の測定が期待できる。

特開２００８−８６０７号公報 特開２００７−１７７７８２号公報 国際特許公報ＷＯ２００９１００７５２

ところで、セラミックヒータを有するセラミックグロープラグと圧力センサを組み合わせ、さらにベローズ部材を採用した構成の実現にあたって新たに問題が顕在化した。それは、ベローズ部材を用いた圧力センサ付きグロープラグでは、従来の特許文献１や２に記載される鍔状の部位を有する外筒（図６中８０´参照）に換えてベローズ部材を使用するため、セラミックヒータの放熱が十分にできなくなる問題である。これは、ベローズ部材は比較的に熱伝導性のよいとされる金属で構成されるものの、その肉厚は非常に薄く、十分にヒータからの放熱が行えないためである。

燃焼室を加熱する役割としては、セラミックヒータの放熱が十分にできないことは、ヒータ自体の温度が高まる意味では好ましい。しかしながら、ベローズ部材のうちのセラミックヒータを保持する部位（保持部ともいう）も必要以上に加熱されるため、当該部位は熱膨張してヒータを保持する力が弱まり、ヒータの保持が緩んでしまう懸念がある。この結果、セラミックヒータと上記保持部との間に隙間を生じ、保持部にてセラミックヒータとの導通を図るものでは、当該セラミックヒータの電極部が酸化して、ヒータとしての機能を果たせなくなるおそれがある。また、電極部が酸化膨張してしまい、セラミックヒータ自身や保持部が割れたりするおそれも生じうる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、圧力センサ付きグロープラグを構成にするにあたって、ベローズ部材のような放熱性が比較的劣るものを用いた場合であっても、上記問題が生じないようにした圧力センサ付きグロープラグを提供することを目的とする。

構成１．本発明の圧力センサ付きグロープラグは、
軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
前記軸孔に配置され、先端部が前記ハウジングの先端部から突出されるとともに後端部が前記ハウジング内部に収容されるセラミックヒータと、
前記セラミックヒータを外側から保持するヒータ保持外筒と、
自身の一端が前記ヒータ保持外筒に接続されるとともに自身の他端が前記ハウジングに接続され、少なくとも自身の一部が薄肉で弾性変形可能に構成される薄肉部を有するヒータ変位機構と、
前記セラミックヒータよりも後端側に配置される圧力検出素子と、
前記セラミックヒータに接続され、前記圧力検出素子へ圧力を伝達する圧力伝達体と、
を備え、
前記ヒータ保持外筒の外周面に径方向外向きに膨出した外筒放熱部を形成し、
当該外筒放熱部が前記ハウジングの内周面と当接することで、前記セラミックヒータから前記ハウジングへの放熱経路が形成されていることを特徴とする。

構成２．また、本発明の圧力センサ付きグロープラグは、
前記ハウジングは、前記外筒放熱部よりも先端側に、当該外筒放熱部の外径よりも小さい内径をなす小径孔を有し、
前記ヒータ変位機構の弾性により、前記外筒放熱部は先端向きに付勢されて前記小径孔に当接していることを特徴とする。

上記構成１によれば、従来の鍔状の部位を有する外筒に換えてベローズ部材のような弾性変形可能に構成される薄肉部を有するヒータ変位機構を用いた圧力センサ付きグロープラグであっても、ヒータの放熱性を確保することが可能となる。ベローズ部材のようなヒータ変位機構は薄肉部を有するため、従来の鍔状の部位を有する外筒と同程度の放熱性を期待できず、ヒータやヒータ保持外筒に熱が籠もることが懸念される。つまり、薄肉部の存在により放熱経路（放熱量）が制限されるのであるが、ここで不足する放熱性を、ヒータ保持外筒に形成した外筒放熱部がハウジングの内周面と当接することによって、別途、放熱経路が形成されることとなる。ヒータ保持外筒は、ヒータ自身の発熱や燃焼室からの発熱を、圧力センサ付きグロープラグを構成するその他の部材に比較して極めて大きな熱量を受ける。ここで、従来の特許文献３に記載される構成であると、ヒータ保持外筒が受けた多量の熱量はベローズ部材を経路として放熱することしかできないが、本構成１によれば、ヒータ保持外筒はハウジングの内周面に直接接触する外筒放熱部を有するため、放熱性が不足する自体を回避することが可能となるのである。

また、上記構成２によれば、前記ハウジングが自身の先端において小径の小径孔を有している。更に、ヒータ及び当該ヒータを保持するヒータ保持外筒は前記ヒータ変位機構により軸線方向の先端向きへ付勢されている。したがって、ハウジングの先端に形成された小径孔や当該小径孔を形成する径方向内側へ突出した部位へ前記外筒放熱部が接触する。これにより、小径孔と外筒放熱部とが接触した部位がヒータの熱を逃がす放熱経路として機能することになる。この作用効果により、ヒータやヒータ保持外筒に熱が籠もる事態を解消することがより確実なものとなる。

構成３．また、本発明の圧力センサ付きグロープラグは、
軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
前記軸孔に配置され、先端部が前記ハウジングの先端部から突出されるとともに後端部が前記ハウジング内部に収容されるセラミックヒータと、
前記セラミックヒータを外側から保持する円筒状のヒータ保持外筒と、
自身の一端が前記ヒータ保持外筒に接続されるとともに自身の他端が前記ハウジングに接続され、少なくとも自身の一部が薄肉で弾性変形可能に構成される薄肉部を有するヒータ変位機構と、
前記セラミックヒータよりも後端側に配置される圧力検出素子と、
前記セラミックヒータに接続され、前記圧力検出素子へ圧力を伝達する圧力伝達体と、
を備え、
前記ヒータ保持外筒の外周面と前記ハウジングの内周面との両者に当接し、前記ヒータ変位機構よりも良熱伝導性の材質からなる放熱部材を有することを特徴とする。

構成４．また、本発明の圧力センサ付きグロープラグは、
前記ハウジングは、前記外筒放熱部よりも先端側に、当該外筒放熱部の外径よりも小さい内径をなす、小径孔を有し、
前記ヒータ変位機構の弾性により、前記外筒放熱部は先端向きに付勢されて、
前記放熱部材は弾性変形して前記小径孔に当接していること
を特徴とする。

上記構成３も上記構成１同様の効果を奏することができる。構成の相違点を中心に本構成３について説明すれば、上記構成１では外筒放熱部とハウジングの内周面とが直接的に接触して放熱経路を形成した。これに対して、上記構成３では、当該放熱経路の形成に際し、ヒータ変位機構よりも熱伝導性に優れる材質からなる放熱部材を介して前記放熱経路を形成している点である。

ヒータ変位機構は弾性変形可能なように形成されたベローズ部材やダイアフラム等である。即ち薄肉部を有して形成されるのであるが、薄肉でありながらも、燃焼圧を受けたり高温の燃焼ガスに曝された際に破損しない程度の強度を有した材料から構成される。このために、強度を重視するために熱伝導性の比較的劣る材質を選択せざるを得ないおそれがある。ここで、本構成３にかかる発明であれば、当該ヒータ変位機構の、より厳密にはその薄肉部を構成する部位よりも熱伝導性に優れる材質からなる放熱部材を有するので、このようなヒータ変位機構を備える圧力センサ付きグロープラグであっても、その放熱性を確保することが可能となるのである。

また、上記構成４では、ヒータ変位機構によって軸線方向の先端向きに付勢された外筒放熱部によって放熱部材が弾性変形されている構成を備える。放熱部材は弾性変形してハウジングの小径孔に当接するため、接触面積が増大し、より確実な放熱性を確保することが可能となる。なお、本構成４によれば、燃焼室からの高温のガスのハウジングの内部への侵入を、当該放熱部材によって防ぐことも可能である。高温のガスの侵入を防ぐことができるため、圧力センサへの悪影響（高温による）を減少することも期待できる。

構成５．また、本発明の圧力センサ付きグロープラグは、
軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
前記軸孔に配置され、先端部が前記ハウジングの先端部から突出されるとともに後端部が前記ハウジング内部に収容されるセラミックヒータと、
前記セラミックヒータを外側から保持する円筒状のヒータ保持外筒と、
自身の一端が前記ヒータ保持外筒に接続されるとともに自身の他端が前記ハウジングに接続され、少なくとも自身の一部が薄肉で弾性変形可能に構成され、大径の山部と小径の谷部とを有する蛇腹状のベローズ部材と、
前記セラミックヒータよりも後端側に配置される圧力検出素子と、
前記セラミックヒータに接続され、前記圧力検出素子へ圧力を伝達する圧力伝達体と、
を備え、
前記ベローズ部材の山部が前記ハウジングに当接していることを特徴とする。

上記構成１〜４では、ベローズ部材をハウジングに接触させることを積極的な要件としていない。圧力センサとしての感度を重視するためである。しかしながら、それを実現しつつセラミックヒータの放熱性の向上を実現するため、構成部品を追加したり追加部位を設ける等、手間やコストが増大してしまう懸念もある。

一方、上記構成５では、ベローズ部材の径大の"山"の部分をハウジングに、具体例としてはハウジングの内周面に当接させている。ベローズ部材は蛇腹状であるので、山部と谷部とが連なったひだ形状をなしているが、この山部をハウジングに当接させることで、ベローズ部材からハウジングへの放熱経路を形成し、セラミックヒータの放熱性を向上させるのである。したがって、ハウジングへ当接させる山部の数は複数個、多ければ多いほど、放熱性の改善が見込めるため好ましい。一方、圧力センサとしての感度の低下が懸念されるのであれば、例えば放熱性の向上に寄与しやすいベローズ部材の先端側の山部をハウジングに当接させ、後端側の山部はハウジングに当接させない、等の変形を行ってもよい。

構成６．また、本発明の圧力センサ付きグロープラグは、
軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
前記軸孔に配置され、先端部が前記ハウジングの先端部から突出されるとともに後端部が前記ハウジング内部に収容されるセラミックヒータと、
前記セラミックヒータを外側から保持する円筒状のヒータ保持外筒と、
自身の一端が前記ヒータ保持外筒に接続されるとともに自身の他端が前記ハウジングに接続され、少なくとも自身の一部が薄肉で弾性変形可能に構成され、大径の山部と小径の谷部とを有する蛇腹状のベローズ部材と、
前記セラミックヒータよりも後端側に配置される圧力検出素子と、
前記セラミックヒータに接続され、前記圧力検出素子へ圧力を伝達する圧力伝達体と、
を備え、
前記ベローズ部材の谷部へ良熱伝導性の材質からなる放熱部材を配し、
当該放熱部材が前記ベローズ部材の山部よりも径方向外側へ拡径し、
当該放熱部材が前記ハウジングに当接していること特徴とする。

前記構成５ではベローズ部材の周囲には他部材を配置することなくベローズ部材の山部が直接的にハウジングに当接して放熱経路を形成ことを主旨とするものである。勿論、ベローズ部材の山部に更に接触面積を増大させるべく他部材を配置してもよく、そのような構成を除外するものではない。

これに対して上記構成６では、ベローズ部材の谷部にセラミックヒータの放熱性の向上が可能となる、良熱伝導性の放熱部材を配置する構成である。一例としては、ステンレス等の金属製のＣリングが例示できる。達成されるセラミックヒータの放熱性の向上という効果に関しては前述の構成と同様の効果が期待できる。

本発明は、従来の鍔状の部位を有する外筒に換わって、薄肉部を有するヒータ変位機構を備えた圧力センサ付きグロープラグであって、更に使用の最中におけるヒータの最高温度が１３００℃にも達するものにおいてとりわけ発明の寄与度が高い。そもそもセラミックヒータはコイル状の発熱抵抗体を有する、所謂メタルグロープラグに比較すると、その発熱温度を高くすることができることが利点のひとつである。したがって、ヒータの発熱温度を高くして使用してこそのセラミックヒータを備えるグロープラグであり、その発熱温度を低くしていては、セラミックヒータを使用する価値は相対的に低くなる。これは、圧力センサ付きグロープラグであっても同様なことであり、このように発熱温度を高くして使用する、参考例としては、ヒータの最高温度が１３００℃にも達するヒータを備えるからこそ、このような付加的な放熱経路が必要になるのである。したがって、セラミックヒータをこの程度の温度に達するように構成していないセラミックヒータを用いて本発明を採用しても、その利点は相対的に高くはない。なお、このような温度を達成するセラミックヒータとしては、ヒータの内部に埋設される発熱抵抗体及び当該発熱抵抗体への導電経路を形成するリード部をともに導電性セラミックで構成するものが例示できる。

（ａ）は、圧力センサ付きグロープラグの断面図であり、（ｂ）は、当該グロープラグの正面図である。 グロープラグ後端部の内部構成等を示す部分拡大断面図である。 セラミックヒータの詳細構成を説明する模式断面図である。 セラミックヒータの周囲の構成を示す部分拡大断面図である。 本発明の変形例のセラミックヒータの周囲の構成を示す部分拡大断面図である。 特許文献１に記載されるグロープラグにおける鍔状の部位を有する外筒を示す部分拡大断面図である。

以下に、実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１（ａ）は、圧力センサ付きグロープラグ（以下、「グロープラグ」と称す）１の断面図であり、図１（ｂ）は、グロープラグ１の正面図である。なお、図１等においては、図の下側をグロープラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。また、各部材同士を接合する際の溶融部位についてはその図示を省略する。

図１に示す本実施の形態のグロープラグ１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。ハウジング２の先端側にはセラミックヒータ２０が軸線ＣＬ１方向に保持されており、ハウジング２の軸孔２１内を挿通される中軸３と前記セラミックヒータ２０とは電気的にまた機械的に接続されている。一方、当該中軸３とハウジング２との間には管状の伝達スリーブ２３０が配置されている。この伝達スリーブ２３０はセラミックヒータ２０と電気的にまた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、伝達スリーブ２３０を介し、その力がハウジング２の後端側に設けられた圧力センサ２００に伝達される構成となっている。

ハウジング２は、軸線ＣＬ１方向に貫通する軸孔２１を有する長細い筒状の金属部材であり、ハウジング２の長手方向の略中央に、グロープラグ１をエンジンヘッド（図示外）に取り付けるためのねじ部２２が形成されている。またグロープラグ１の後端部には、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、軸線断面の外形が六角形状の工具係合部４が形成されている。この工具係合部４の後端側には、後述する圧力センサ２００をハウジング２に固定して一体化するため、軸線ＣＬ１と直交する断面が円形で、軸線ＣＬ１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２１の内径は工具係合部４内で拡径されている。また軸孔２１の先端部には、後述するセラミックヒータ２０が配置され、軸線ＣＬ１方向先端側に向け露出されている。ハウジング２の先端部の最先端面には軸線ＣＬ１方向先端側に向け先細るテーパ面を有する環状のキャップ部材８が係合されており、レーザ溶接によりハウジング２の先端部と一体となっている。

中軸３は、軸線ＣＬ１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、ハウジング２の軸孔２１内に挿通される。中軸３の先端には他の部位よりも大径に形成された先端部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に嵌入されて固定される。そして後述するセラミックヒータ２０の後端部９３（図４参照）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３とセラミックヒータ２０とは電気的に接続されている。また中軸３の先端部３１を除く後端側の部位は小径に形成され、特に後端部３３は、ハウジング２の基端部に設けられる圧力センサ２００内を挿通されている。後端部３３の更に後端側は圧力センサ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。

圧力センサ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。ハウジング２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ＣＬ１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３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上には複数の圧力検出素子２１０が貼設されている。圧力検出素子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、圧力検出素子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、圧力検出素子２１０は中継基板２２２とワイヤーボンディングあるい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。

ダイアフラム部２１７の開口部２１８周辺の軸線ＣＬ１方向先端を向く先側面２１７ｓには伝達スリーブ２３０の後端２３１が当接する。一方、伝達スリーブ２３０の先端２３２は、図４に示すようにセラミックヒータ２０に外嵌された接地リング３６とレーザ溶接により接合されている。これにより、燃焼圧によりセラミックヒータ２０が軸線ＣＬ１方向後端側に変位した際には、接地リング３６とともに伝達スリーブ２３０も軸線ＣＬ１方向後端側に変位し、ダイアフラム部２１７の開口部２１８周辺が伝達スリーブ２３０の後端２３１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。

そして伝達スリーブ２３０の外周と、ハウジング２の拡径部４８の内周との間隙には例えば樹脂からなる筒状の絶縁部材２３５が配設されており、軸孔２１内で伝達スリーブ２３０の位置決めを行うと共に、ハウジング２と伝達スリーブ２３０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先端側のテーパ状の面と、伝達スリーブ２３０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が介在しており、この間隙を介した軸孔２１内外の気密が維持されている。一方、伝達スリーブ２３０の内部、中軸３との間には絶縁チューブ２３６が介挿されている。これにより、中軸３と伝達スリーブ２３０とが接触して短絡してしまうことを防止している。また、伝達スリーブ２３０の後端２３１は、当該後端２３１の先端側に比較すると、段部を介してやや拡径した拡径部２３３となっている。そして、この拡径部２３３と中軸３との間にはＯリング２３７が介在し、中軸３の位置決めがなされるとともに伝達スリーブ２３０の封止がなされている。また、伝達スリーブ２３０とハウジング２の軸孔２１との絶縁については、伝達スリーブ２３０の先端側外周面に凹設した部位へＯリング２３８を介在させ、これによって実現している。

また、ハウジング２の基端部４５に配置された歪部材２１５や中継基板２２２の外周及び上方（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、ハウジング２と一体に固定されている。これにより、ハウジング２はカバー２２５及びキャップ部材８とともに広義の意味でハウジングを形成しているとも言える。狭義の意味としてはそれぞれを異なる部材とすることが可能であるが、本実施の形態の説明においては、とりわけ強調する場合を除き、両方の意味で使用している。

次に、セラミックヒータ２０及びその周囲の構成について主に図３を用いて説明する。図３にセラミックヒータ２０の詳細構成を示す。なお、図３では、図面の明瞭化のため、縦横比を他の図面から変更するとともに軸線を紙面左右方向として示し、周囲の構成については破線で示している。周囲の構成を説明する図４（ａ）〜（ｃ）には、図面の明瞭化のため、セラミックヒータ２０の内部構成の図示を一部簡略または省略する。

ハウジング２の先端側に配置されるセラミックヒータ２０は略円柱状をなし、先端の角部は多少のＲ面取りが行われている。基体２１は絶縁性セラミックからなり、そ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、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ＣＬ１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幅や厚みが設定されており、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のそれぞれから径方向に突出された電極取出部２５，２６が、互いに軸線ＣＬ１方向にずれた位置に露出されている。

このセラミックヒータ２０の胴部分の外周には、各円筒状の部材が取り巻くように配置されている。電極取出部２５，２６には比較的短め（後述するヒータ保持外筒８０よりも短い）のリング状の部材が、セラミックヒータ２０の外周にそれぞれ嵌合される。即ち、先端側の電極取出部２５に対して接地リング３６が圧入嵌合されており、両者は電気的に接続されている。セラミックヒータ２０へ固定された接地リング３６の外周には前述の如く伝達スリーブ２３０に接続されている。この伝達スリーブ２３０がセラミックヒータ２０の受けた圧力をダイアフラム２１７へ伝達し、圧力検出素子２１０がダイアフラム２１７の変形に基づき圧力を検出するのである。

また後端側の電極取出部２６に対して接続リング３５が圧入嵌合され、両者は電気的に接続されている。詳細には、接続リング３５の後端側の一部がセラミックヒータ２０の後端部よりも後端側に来るように、つまり接続リング３５の先端側のみがセラミックヒータ２０に嵌合されている。

前述の如く、接続リング３５へ中軸３の先端部が嵌入されて両者は電気的に接続される。これにより、図示外のバッテリーの正極から、端子５０、中軸３、接続リング３５、電極取出部２６、リード部２９を介して発熱体２７へと電力が供給される。
一方、伝達スリーブ２３０は金属製のダイアフラム２１７を介して、エンジンヘッドに取り付けられるハウジング２と電気的にも接続されている。したがって、発熱体２７は、リード部２８、電極取出部２５、接続リング３６、伝達スリーブ２３０、ダイアフラム２１７、ハウジング２と接地し、バッテリーの負極と接続されている。これにより、発熱体２７が発熱可能となり、セラミックヒータ２０はヒータとしての機能を果たす。

ヒータ保持外筒８０はセラミックヒータ２０を外周から保持する円筒状の部材で、接続リング３５や接地リング３６と同様にステンレス等の金属製であり、その長さは接続リング３５や接地リング３６よりも長めに構成されている。このヒータ保持外筒８０の外形形状は本発明を実施する上で適宜変更されうるが、第１の実施形態を示す図４（ａ）を用いて周囲の構成とともに説明する。

ヒータ保持外筒８０の外周面のうち後端側の部位にはヒータ変位機構が接合される。具体的には、薄い金属を蛇腹状に形成した弾性変形が可能なベローズ部材９０であって、先端部は円筒状を成してヒータ保持外筒８０に接合される。一方、後端部は円筒状を成してハウジング２の先端部に接合される。これにより、グロープラグ１の内部であるハウジング２の軸孔２１が封止される。セラミックヒータ２０、接続リング３６、伝達スリーブ２３０の一体物は、その先端側がベローズ部材９０でハウジング２に保持されるとともに、その後端側はダイアフラム２１７でハウジング２に保持されることとなる。ベローズ部材９０もダイアフラム２１７もともに弾性変形が可能であるから、燃焼圧によりその一体物はハウジング２に対して相対的な変化が可能となる。

前述の如く、キャップ部材８はハウジング２の先端に接合される。詳細には、キャップ部材８はその外径がハウジング２の外径と略等しい筒状をなし、その先端部は縮径された小径孔８１を有している。そして、ベローズ部材９０の周囲を取り巻くように当該キャップ部材８は配置される。

さて、第１の実施形態では、ヒータ保持外筒８０の外周面の一部が径方向外向きに膨出した外筒放熱部８５が形成されている。具体的には、外筒放熱部８５の先端側は軸線ＣＬ１方向先端側へ向けて先細るテーパ面８５ｔと、外筒放熱部８５の後端側は軸線ＣＬ１に垂直な後方面８５ｂとで構成される、円錐台の鍔状に形成されている。この外筒放熱部８５はキャップ部材８の先端の小径孔８１よりも軸線ＣＬ１方向後端側に位置するように組み上げられている。したがって、図４（ａ）に示すように、外筒放熱部８５はキャップ部材８に収容される形となり、外筒放熱部８５の外径は小径孔８１よりも大きくされている。また、前述のベローズ部材９０の弾性によりヒータ保持外筒８０は軸線ＣＬ１方向先端側へ付勢され、テーパ面８５ｔは小径孔８１の後端側縁部に当接される形態となる。

以上構成を備える第１の実施形態による本発明の圧力センサ付きグロープラグ１は、従来の鍔状の部位を有する外筒（図６中「８０´」と示す）に換えてベローズ部材９０が用いられる構成であったとしても良好な放熱性が期待できる。本発明を採用することなくベローズ部材を備える構成であると、主たる放熱経路がベローズ部材に限られてしまう。しかし、本発明（第１の実施形態）では、テーパ面８５ｔと小径孔８１とが接触して外筒放熱部８５による放熱が行われる。したがって、セラミックヒータ２０に熱が籠もってしまう事態を回避することが可能となる。なお「外筒放熱部８５が小径孔８１に当接する」とは、軸線ＣＬ１方向に形成される内孔に限られず、当該内孔を形成するために径方向に突出形成されるキャップ部材８の一部に対して外筒放熱部８５が当接していればよい。

また、これに加えて、上記第１の実施形態では、ヒータ保持外筒８０と接地リング３６とを別部材から構成し、互いに離れてそれぞれをセラミックヒータ２０へ固定する構成としている。このため、外筒（ヒータ保持外筒８０）を伝って電極取出部２５を加熱してしまうおそれを無くすことができる。このため、電極取出部２５の外表面の酸化を防ぐことが達成されやすくなる。

なお、電極取出部２５の酸化防止の観点では、伝達スリーブ２３０の存在も寄与している。接地リング３６がヒータ保持外筒８０と別部材となったことで、接地リング３６からの放熱性が懸念されるところ、上記第１の実施形態では、接地リング３６に接合され、軸線ＣＬ１方向後端側へ延びる伝達スリーブ２３０が存在する。このため、伝達スリーブ２３０がヒートシンクとしての役割をも果たす。この伝達スリーブ２３０はハウジング２のねじ部２２よりも後方へ延びているため、加えて、グロープラグ１の後端部において伝熱部材（第１の実施形態ではダイアフラム２１７が相当する）を介してハウジング２へ接合されているため、より上記役割を果たす効果が大きい。

以上、本発明の第１の実施形態について説明を行った。本第１実施形態は本発明の第２の構成に相当するが、第１の構成の実施を妨げるものではない。
以降、第１の実施形態以外の変形形態について図４（ｂ）〜（ｄ）を用いて説明する。

図４（ｂ）に示す第２の実施形態の例は、第１の実施形態におけるヒータ保持外筒の形状が異なり、他部材を介して放熱経路を形成するものである。したがって、その相違点について説明するものとし、他の構成については第１の実施形態と同様であるので説明しない。

ヒータ保持外筒８０２は第１の実施形態のヒータ保持外筒８０と異なり、径方向外向きに膨出形成された外筒放熱部８５が存在せず、単純な円筒形をなす。その一方で、外筒放熱部８５が存在していた位置に、即ちキャップ部材８の小径孔８１の軸線ＣＬ１方向後端側に隣接した部位に金属製のＣリング８６を有している。このＣリング８６は、本第２の実施形態ではステンレス系の材料を用いて構成している。さらにキャップ部材８、ヒータ保持外筒８０２、ベローズ部材９０の先端部の一部、の３部材に当接する位置に配置されている。なお、Ｃリング８６の材料の選択に関しては、空気の熱伝導率よりも良好な熱伝導率の材料を選択すれば放熱性は向上するのであるが、より好ましくはベローズ部材９０を構成する材料と同等もしくはそれよりも優れるものとすることが好ましい。ただし、放熱性は熱伝導率のみに依存するのではなく、ベローズ部材９０やＣリング８６の厚さ（断面積）にも影響を受けることは言うまでもない。したがって、熱伝導率のみに基づいて材料を選択するのではなく、熱伝導率とこれらの部材の断面積とに基づいて導き出される定量的な熱伝導性を比較基準とし、その値がＣリングの方が大になるように構成することとしてもよい。

ベローズ部材９０は圧力センサとしての性能に対する影響が大きく、材料選択においても、例えばバネ定数やヤング率等、圧力に関する物性を重視して選択せざるを得ない事情がある。このため、熱伝導性（熱伝導率）を重視して材料選択することが困難である。また、そのためにヒータ自体が高い耐熱性を有することで技術的に確立させなければならなかったのであるが、この第２の実施形態を採用することにより、セラミックヒータ２０からの放熱性を改善することが可能となり、これら懸念を解消することができる。本第２実施形態が本発明の第３及び第４の構成に相当する。

なお、キャップ部材８、ヒータ保持外筒８０２、ベローズ部材９０の先端部の一部、の３部材とＣリング８６とが当接することは必須構成ではない。具体的には、ベローズ部材９０へはＣリング８６を当接させなくてもよい（本発明の第３の構成）。しかしながら、当接させることによりベローズ部材９０の弾性によりＣリング８６が軸線ＣＬ１方向先端側へ付勢され、ヒータ保持外筒８０とキャップ部材８に対して、より大きい接触面積を有することができることが期待される。このためセラミックヒータ２０からの放熱性がより一層改善されることとなり、上記構成は好ましい（本発明の第４の構成）。

図４（ｃ）に第３の実施形態を示す。この構成におけるヒータ保持外筒も、第２の実施形態と同様に単純な円筒形をなすヒータ保持外筒８０２である。そして、第２の実施形態とは異なり、Ｃリング８６は存在していない。加えて、第１、第２の実施形態に比較すると、ベローズ部材９０３をやや大径のものとしている。やや大径のベローズ部材９０３を採用し、キャップ部材８の内周面へベローズ部材９０３の山部９０ｍを当接させた構成である（本発明の第５の構成）。このように構成することで、他部材を追加することなくセラミックヒータの放熱性の向上を実現することが可能となる。なお、図４（ｃ）に示した例では、山部９０ｍがハウジングを成すキャップ部材８に当接した構成としているが、谷部をヒータ保持外筒８０２に当接させる構成を併せて採用してもよい。また、第１、第２の実施形態のベローズ部材９０を用いた場合であっても、キャップ部材８の内孔を小さく構成して、上記同様に、その内周面へ山部を当接させる構成としてもよい。

さらに、ベローズ部材９０３の内周面とセラミックヒータ２０やヒータ保持外筒８０２との空間を、良熱伝導性の粉体（例えばカーボン粉末やマグネシア粉末等）で充満することとしてもよい。ただし、良熱伝導性の粉体を充填させる際には、ベローズ部材９０３の変位を妨げないように構成することが肝要である。

図４（ｄ）に第４の実施形態を示す。この構成におけるヒータ保持外筒も、第２、第３の実施形態同様、単純な円筒形をなすヒータ保持外筒８０２である。第２の実施形態では、放熱部材であるＣリング８６をヒータ保持外筒８０２に当接するように配置したものであった。本第４の実施形態では、Ｃリングの位置を変更したものとも言いうる。即ち、ベローズ部材９０の谷部９０ｖにＣリング８６４を配置した構成である。この構成を採用することによりセラミックヒータの放熱性の向上が期待できることは言うまでもないが、本第４の実施形態ではベローズ部材９０の谷部９０ｖにＣリング８６４を配置しているため、Ｃリング８６４の位置ずれが生じにくい。また、製造過程でベローズ部材９０とＣリング８６４とを一体化しておくことが容易で、製造の面に関する利点もある（本発明の第６の構成）。

以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明の実施は上記実施形態に限られるものではなく、その思想を逸脱しない範囲で適宜変更は可能である。例えば、上記実施形態はいずれの実施形態もヒータ保持外筒８０，８０２と接地リング３６とが別部材として構成されているが、これに限られることはなく、一部材として構成してもよい。

また、セラミックヒータの放熱性の向上が目的であるのは、特に先端側に位置する電極取出部２５の表層の酸化が懸念されるためである。このため、上記実施形態のように、ヒータ保持外筒８０と接地リング３６とが別部材として構成され、ヒータ保持外筒８０に拠る十分な放熱が期待できないときは、例えば図５に示すような放熱経路を形成してもよい。即ち、接地リング３６の外周に金属製Ｃリング８６５を、ハウジング２の内周面と接地リング３６の外周面とに当接するように配置する構成である。この構成とすることで、セラミックヒータ２０を伝達して電極取出部２５が加熱されたとしても、接地リング３６及び当該Ｃリング８６５を介してハウジング２へと放熱されるため、電極取出部２５の表層の酸化を回避することが可能である。

１…圧力センサ付きグロープラグとしてのグロープラグ、２…ハウジング、３…中軸、８…キャップ部材、２０…セラミックヒータ、８０…ヒータ保持外筒、８５…外筒放熱部、９０…ヒータ変位機構としてのベローズ部材、２００…圧力センサ、２１０…圧力検出素子、２３０…伝達スリーブ、ＣＬ１…軸線

Claims (6)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
   前記軸孔に配置され、先端部が前記ハウジングの先端部から突出されるとともに後端部が前記ハウジング内部に収容されるセラミックヒータと、
   前記セラミックヒータを外側から保持する円筒状のヒータ保持外筒と、
   自身の一端が前記ヒータ保持外筒に接続されるとともに自身の他端が前記ハウジングに接続され、少なくとも自身の一部が薄肉で弾性変形可能に構成される薄肉部を有するヒータ変位機構と、
   前記セラミックヒータよりも後端側に配置される圧力検出素子と、
   前記セラミックヒータに接続され、前記圧力検出素子へ圧力を伝達する圧力伝達体と、
   を備える圧力センサ付きグロープラグであって、
   前記ヒータ保持外筒の外周面に径方向外向きに膨出した外筒放熱部を形成し、
   当該外筒放熱部が前記ハウジングの内周面と当接することで、前記セラミックヒータから前記ハウジングへの放熱経路が形成されていること
   を特徴とする圧力センサ付きグロープラグ。
2. 前記ハウジングは、前記外筒放熱部よりも先端側に、当該外筒放熱部の外径よりも小さい内径をなす小径孔を有し、
   前記ヒータ変位機構の弾性により、前記外筒放熱部は先端向きに付勢されて前記小径孔に当接していること
   を特徴とする請求項１記載の圧力センサ付きグロープラグ。
3. 軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
   前記軸孔に配置され、先端部が前記ハウジングの先端部から突出されるとともに後端部が前記ハウジング内部に収容されるセラミックヒータと、
   前記セラミックヒータを外側から保持する円筒状のヒータ保持外筒と、
   自身の一端が前記ヒータ保持外筒に接続されるとともに自身の他端が前記ハウジングに接続され、少なくとも自身の一部が薄肉で弾性変形可能に構成される薄肉部を有するヒータ変位機構と、
   前記セラミックヒータよりも後端側に配置される圧力検出素子と、
   前記セラミックヒータに接続され、前記圧力検出素子へ圧力を伝達する圧力伝達体と、
   を備える圧力センサ付きグロープラグであって、
   前記ヒータ保持外筒の外周面と前記ハウジングの内周面との両者に当接し、前記ヒータ変位機構よりも良熱伝導性の材質からなる放熱部材を有すること
   を特徴とする圧力センサ付きグロープラグ。
4. 前記ハウジングは、前記外筒放熱部よりも先端側に、当該外筒放熱部の外径よりも小さい内径をなす、小径孔を有し、
   前記ヒータ変位機構の弾性により、前記外筒放熱部は先端向きに付勢されて、
   前記放熱部材は弾性変形して前記小径孔に当接していること
   を特徴とする請求項３記載の圧力センサ付きグロープラグ。
5. 軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
   前記軸孔に配置され、先端部が前記ハウジングの先端部から突出されるとともに後端部が前記ハウジング内部に収容されるセラミックヒータと、
   前記セラミックヒータを外側から保持する円筒状のヒータ保持外筒と、
   自身の一端が前記ヒータ保持外筒に接続されるとともに自身の他端が前記ハウジングに接続され、少なくとも自身の一部が薄肉で弾性変形可能に構成され、大径の山部と小径の谷部とを有する蛇腹状のベローズ部材と、
   前記セラミックヒータよりも後端側に配置される圧力検出素子と、
   前記セラミックヒータに接続され、前記圧力検出素子へ圧力を伝達する圧力伝達体と、
   を備える圧力センサ付きグロープラグであって、
   前記ベローズ部材の山部が前記ハウジングに当接していること
   を特徴とする圧力センサ付きグロープラグ。
6. 軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
   前記軸孔に配置され、先端部が前記ハウジングの先端部から突出されるとともに後端部が前記ハウジング内部に収容されるセラミックヒータと、
   前記セラミックヒータを外側から保持する円筒状のヒータ保持外筒と、
   自身の一端が前記ヒータ保持外筒に接続されるとともに自身の他端が前記ハウジングに接続され、少なくとも自身の一部が薄肉で弾性変形可能に構成され、大径の山部と小径の谷部とを有する蛇腹状のベローズ部材と、
   前記セラミックヒータよりも後端側に配置される圧力検出素子と、
   前記セラミックヒータに接続され、前記圧力検出素子へ圧力を伝達する圧力伝達体と、
   を備える圧力センサ付きグロープラグであって、
   前記ベローズ部材の谷部へ良熱伝導性の材質からなる放熱部材を配し、
   当該放熱部材が前記ベローズ部材の山部よりも径方向外側へ拡径し、
   当該放熱部材が前記ハウジングに当接していること
   を特徴とする圧力センサ付きグロープラグ。

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