JP2015148386A - 圧力センサ付きグロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】外筒によるセラミックヒータの保持を確実かつ低コストに行うことができると共に、使用時に外筒の内周面とセラミックヒータの外周面との隙間を通じて外筒よりも後端側まで燃焼ガスが入り込むのを防止できる圧力センサ付きグロープラグを提供すること。
【解決手段】圧力センサ付きグロープラグ１は、主体金具１０内に配置された外筒孔内部３３及び主体金具１０から突出する外筒突出部３１を有する外筒３０と、外筒３０に保持され、外筒３０と共に軸線方向ＨＪに変位可能に主体金具１０に保持されたセラミックヒータ２０とを備える。そして、外筒３０の外筒孔内部３３は、自身の内部にセラミックヒータ２０を保持するヒータ保持部３５を有し、外筒３０の外筒突出部３１は、自身の内部のセラミックヒータ２０を遊嵌状に包囲する。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの燃焼室内における着火を促進する機能に加えて、燃焼圧を検知する機能を有する圧力センサ付きグロープラグに関する。

従来より、ディーゼルエンジンの始動を補助するために使用されるグロープラグとして、燃焼圧を検知できる機能をも有する圧力センサ付きグロープラグが知られている。この圧力センサ付きグロープラグ（以下、単にグロープラグとも言う）は、燃焼室内にヒータを露出させた状態でエンジンヘッドに取り付けられ、燃料の着火促進を図ることに加えて、燃焼室内の燃焼圧（燃焼ガス圧）をヒータで受圧させ、これに伴うヒータの変位を圧電素子や歪みセンサ（ゲージ）等を有するセンサ部によって検知する。このグロープラグは、例えば、筒状の主体金具と、この主体金具の先端側に保持された筒状で金属製の外筒と、この外筒に保持された棒状のセラミックヒータと、センサ部とを有する。このうちセラミックヒータ及び外筒は、燃焼圧に応じて軸線方向に変位可能に配置されており、このセラミックヒータの変位をセンサ部で検知する。
なお、従来のグロープラグでは、外筒は、その軸線方向の全体で、圧入（締まり嵌め）やロウ付け等によってセラミックヒータに固定されていた。例えば特許文献１に、このようなグロープラグが開示されている（特許文献１の図１及びその説明箇所等を参照）。

ＷＯ２０１３／０９９２２６Ａ１公報

しかしながら、圧入により外筒の軸線方向の全体でセラミックヒータを保持する形態では、外筒のうち圧入される部位が長いため、圧入の際に大きな圧入荷重を要し、圧入性が悪い。一方、ロウ付けにより外筒の軸線方向の全体でセラミックヒータを保持する形態では、ロウ付け部分が長くなるため、コスト高を招く。

そこで、本発明者らは、外筒のうち先端側部分において、圧入やロウ付け等によりセラミックヒータを保持する一方、外筒のうち後端側部分においては、外筒がセラミックヒータを保持しない（外筒がセラミックヒータから離間した）形態を考えた。
しかるに、この形態では、以下の問題が生じる。即ち、グロープラグは、セラミックヒータのヒータ先端部及び外筒の外筒突出部をそれぞれ燃焼室内に露出させた形態でエンジンヘッドに取り付けられるため、これらセラミックヒータ及び外筒は、それぞれ先端側ほど高温となる。外筒は、金属製であるため、高温に曝されたときセラミックヒータに比して大きく熱膨張する。このため、当初は圧入により外筒が先端側部分でセラミックヒータに固定されていたとしても、外筒の先端側部分が大きく熱膨張してその径が大きくなることから、外筒の内周面とセラミックヒータの外周面との間に隙間が生じるおそれがある。或いは、当初はロウ付けにより外筒が先端側部分でセラミックヒータに固定されていたとしても、熱によりロウ材が溶けると、同様に外筒の内周面とセラミックヒータの外周面との間に隙間が生じるおそれがある。すると、この隙間を通って燃焼ガスがグロープラグのうち外筒よりも後端側まで入り込むおそれがある。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、外筒によるセラミックヒータの保持を確実かつ低コストに行うことができると共に、使用時に外筒の内周面とセラミックヒータの外周面との隙間を通じて外筒よりも後端側まで燃焼ガスが入り込むのを防止できる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。

上記課題を解決するための本発明の一態様は、軸線方向に延びる軸孔を有する筒状の主体金具と、筒状をなし金属製で、上記主体金具の上記軸孔内に配置された外筒孔内部、及び、上記主体金具の先端から上記軸線方向の先端側に突出する外筒突出部を有する外筒と、棒状をなしセラミック製で上記外筒に保持され、上記外筒の先端から上記軸線方向の上記先端側に突出するヒータ先端部を有し、上記外筒と共に上記軸線方向に変位可能に上記主体金具に保持されたセラミックヒータと、上記セラミックヒータの上記変位を検知するセンサ部と、を備える圧力センサ付きグロープラグであって、上記外筒の上記外筒孔内部は、自身の内部に上記セラミックヒータを保持するヒータ保持部を有し、上記外筒の上記外筒突出部は、自身の内部の上記セラミックヒータを遊嵌状に包囲してなる圧力センサ付きグロープラグである。

本発明の圧力センサ付きグロープラグでは、外筒の外筒孔内部が、自身の内部にセラミックヒータを保持するヒータ保持部を有する一方、外筒の外筒突出部は、自身の内部のセラミックヒータを遊嵌状に包囲する。このため、例えば、圧入によりヒータ保持部でセラミックヒータを保持する形態では、外筒の軸線方向の全体でセラミックヒータを保持する場合に比して、外筒のうち圧入される部位（即ちヒータ保持部）が短くなるため、圧入荷重を小さくして圧入性を良好にできる。また、ロウ付けによりヒータ保持部でセラミックヒータを保持する形態では、外筒の軸線方向の全体でセラミックヒータを保持する場合に比して、ロウ付け部分を短くできるので、コストを低減できる。

加えて、外筒のうちヒータ保持部は、主体金具の軸孔内に配置されるので、主体金具から突出する外筒突出部に比して、使用時に高温に曝され難い。このため、例えば圧入によりヒータ保持部でセラミックヒータを保持する形態では、ヒータ保持部が大きく熱膨張してヒータ保持部の内周面とセラミックヒータの外周面との間に隙間が生じるのを防止できる。また、ロウ付けによりヒータ保持部でセラミックヒータを保持する形態では、高温によりロウ材が溶けてヒータ保持部の内周面とセラミックヒータの外周面との間に隙間が生じるのを防止できる。従って、外筒の内周面とセラミックヒータの外周面との隙間を通じて外筒の後端側まで燃焼ガスが入り込むのを防止できる。

なお、「ヒータ保持部」の形態としては、外筒孔内部の全体をヒータ保持部としたものでもよいし、外筒孔内部の軸線方向の一部のみをヒータ保持部としたものでもよい。更に、後者の場合は、外筒孔内部に複数のヒータ保持部を設けることができる。また、外筒孔内部の軸線方向の一部のみをヒータ保持部とする場合、外筒孔内部のうち、ヒータ保持部の先端側及び後端側の少なくともいずれかは、内部のセラミックヒータを保持しないで遊嵌状に包囲する形態とされる。

また、「ヒータ保持部」でセラミックヒータを保持する形態としては、例えば、外筒にセラミックヒータを圧入して締まり嵌めとすることによりセラミックヒータを保持する形態が挙げられる。また、外筒にセラミックヒータを遊挿した後に外筒を径方向内側に加締めることによりセラミックヒータを保持する形態が挙げられる。また、外筒にセラミックヒータを遊挿した後に外筒とセラミックヒータとの隙間にロウ材を充填してロウ付けすることによりセラミックヒータを保持する形態が挙げられる。

外筒突出部が自身の内部のセラミックヒータを「遊嵌状に包囲する」とは、外筒突出部が内部のセラミックヒータを保持することなく、外筒突出部及び内部のセラミックヒータが軸線方向に相対移動可能に、外筒突出部が内部のセラミックヒータを包囲することを指す。具体的には、外筒突出部が内部のセラミックヒータを離間しつつ包囲する形態や、外筒突出部と内部のセラミックヒータが互いに接触しているのみで、外筒突出部が内部のセラミックヒータを保持していない形態が挙げられる。

「外筒」は、その内周面に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等を主成分するメッキ層などの金属層を有していてもよい。
「セラミックヒータ」の形態としては、絶縁性のセラミックからなるセラミック基体に発熱抵抗体を一体化したものが挙げられる。具体的には、発熱抵抗体をセラミック基体の内部に埋設した形態や、発熱抵抗体をセラミック基体の外部に露出させた形態が挙げられる。また、発熱抵抗体としては、導電性のセラミックや、Ｗ（タングステン）などの金属からなるものが挙げられる。
「センサ部」としては、例えば、歪みセンサ（歪みゲージ）や、ピエゾ抵抗体を有する半導体歪みゲージ、圧電素子などの変位センサ、及び、セラミックヒータの変位を変位センサに導く部材を用いて構成したものが挙げられる。

更に、上記の圧力センサ付きグロープラグであって、筒状をなし金属製で、前記軸孔内に配置されて上記主体金具に保持され、かつ、自身の内部に前記外筒及び前記セラミックヒータを前記変位が可能に保持する保持部材を備え、前記外筒の前記外筒孔内部は、前記ヒータ保持部よりも前記軸線方向の前記先端側及び前記後端側の少なくともいずれかに、自身の内部の上記セラミックヒータから離間したヒータ離間部を有し、上記保持部材は、上記外筒の上記外筒孔内部のうち、上記ヒータ離間部に溶接されてなる圧力センサ付きグロープラグとすると良い。

保持部材を外筒孔内部のうちヒータ保持部に溶接すると、溶接の際に発生した熱がセラミックヒータに伝わり、セラミックヒータにクラックが生じたり割れるなどの不具合が生じ易い。
これに対し、この圧力センサ付きグロープラグでは、外筒孔内部にセラミックヒータから離間したヒータ離間部を設け、このヒータ離間部に保持部材を溶接している。このため、溶接の際に発生した熱がセラミックヒータに伝わり難く、セラミックヒータにクラックが生じたり割れるなどの不具合を防止した信頼性の高いグロープラグとなる。

なお、「ヒータ離間部」のうち「保持部材」が溶接される位置は、適宜選択できる。例えば、ヒータ離間部のうち先端部分に保持部材を溶接した形態としてもよいし、ヒータ離間部のうち後端部分に保持部材を溶接した形態としてもよい。或いは、ヒータ離間部の先端及び後端からそれぞれ離間した位置（例えばヒータ離間部の中央部分）に保持部材を溶接した形態としてもよい。

また、「保持部材」は、外筒の「ヒータ離間部」に周方向全周にわたって溶接されていてもよいし、周方向に隙間をあけて複数箇所で溶接されていてもよい。
また、「保持部材」は、直接、主体金具に保持される形態としてもよいし、他の部材を介して間接に主体金具に保持される形態としてもよい。また、保持部材は主体金具等に、周方向全周にわたって固定されていてもよいし、周方向に隙間をあけて複数箇所で固定されていてもよい。保持部材の主体金具等への固定形態としては、溶接やロウ付け、加締めなどが挙げられる。
但し、「保持部材」に、主体金具の内周面と外筒の外周面との間の環状空間を軸線方向に気密に分割するシール部材としての機能を持たせる場合には、保持部材を外筒に全周にわたり溶接すると共に、保持部材を主体金具等に全周にわたり溶接或いはロウ付けすると良い。

また、「保持部材」の形態としては、例えば、外筒に溶接される外筒側部と、これよりも軸線方向の後端側に位置し、主体金具等に保持される金具側部と、これらの間に位置し、セラミックヒータ及び外筒の軸線方向の変位に伴って変形する中間変形部とを有する形態が挙げられる。また、これとは逆に、外筒側部と、これよりも先端側に位置する金具側部と、中間変形部とを有する形態も挙げられる。更に、中間変形部の形態としては、円環板状のダイヤフラム（薄膜）や蛇腹状のベローズの形態が挙げられる。

更に、上記の圧力センサ付きグロープラグであって、前記外筒の前記外筒孔内部は、前記ヒータ保持部よりも前記軸線方向の前記先端側に、前記外筒突出部と連なって、上記セラミックヒータを離間しつつ包囲する前記ヒータ離間部を有し、前記保持部材は、前記主体金具に保持された位置よりも上記軸線方向の上記先端側で、かつ、上記ヒータ離間部のうち、上記ヒータ保持部から上記軸線方向の上記先端側に離間した位置に溶接されてなる圧力センサ付きグロープラグとすると良い。

グロープラグをエンジンに装着しエンジンを運転すると、繰り返し高温、高圧の燃焼ガスが、グローホールとヒータ先端部及び外筒突出部との隙間を通じて保持部材まで届く。すると、保持部材は瞬時に熱膨張して、軸線方向の寸法が大きくなり（軸線方向に延び）、この膨張に伴って保持部材に保持された外筒及びセラミックヒータが軸線方向に変位する。この熱膨張に伴う変位は、燃焼圧に応じたセラミックヒータの変位に重畳されるので、燃焼圧の検知精度が低下する場合がある。より具体的には、保持部材として、主体金具に保持された位置よりも軸線方向の先端側の位置で外筒に溶接された形態の保持部材を用いた場合には、加熱された保持部材は、外筒及びセラミックヒータを先端側に移動させるように膨張するので、燃焼圧に応じたセラミックヒータの変位に、不要な変動（変位及び圧力上昇が小さく見える方向の変動）が付加される。このため、燃焼圧の検知精度が低下する。

これに対し、前述の圧力センサ付きグロープラグでは、保持部材は、保持部材のうち主体金具に直接または間接に保持された位置よりも軸線方向の先端側で、かつ、外筒孔内部のヒータ離間部のうち、ヒータ保持部から軸線方向の先端側に離間した位置に溶接されている。保持部材は、上述のように燃焼ガスに曝されると、熱膨張して軸線方向の先端側に向けて延びる。一方、外筒のうち、セラミックヒータを離間しつつ包囲している外筒突出部及びこれに連なるヒータ離間部とセラミックヒータとの間にも燃焼ガスが届くので、これらも熱膨張して軸線方向の先端側に向けて延びる。つまり、ヒータ離間部のうち保持部材が溶接された部位からヒータ保持部までの部分も、熱膨張して軸線方向の先端側に向けて延びる。従って、燃焼ガスで保持部材が先端側に向けて延びるのと同時に、ヒータ離間部のうち保持部材が溶接された部位からヒータ保持部までの部分も先端側に向けて延びることで、保持部材の延びによる外筒及びセラミックヒータの変位が一部相殺される。かくして、外筒及びセラミックヒータの不要な変動（変位及び圧力上昇が小さく見える方向の変動）が、燃焼圧に応じたセラミックヒータの変位に付加され難くなるので、燃焼圧の検知精度を良好にできる。

なお、保持部材は、前述のように、直接、主体金具に保持される場合のほか、他の部材を介して間接に主体金具に保持される場合もある。保持部材が直接、主体金具に保持された形態では、保持部材のうち主体金具に固定された部位（例えば保持部材の溶接部分）の軸線方向の位置が、前述の「（保持部材が）主体金具に保持された位置」に該当する。また、保持部材が他の部材を介して間接に主体金具に保持された形態では、保持部材のうち他の部材に固定された部位（例えば保持部材の溶接部分）の軸線方向の位置が、前述の「（保持部材が）主体金具に保持された位置」に該当する。

実施形態に係る圧力センサ付きグロープラグの部分破断縦断面図である。 実施形態に係る圧力センサ付きグロープラグのうち、ヒータ先端部及び外筒突出部近傍の部位を拡大した拡大縦断面図である。 実施形態に係る圧力センサ付きグロープラグのうち、保持部材、外筒孔内部及びヒータ後端部近傍の部位を拡大した拡大縦断面図である。 実施形態に係る圧力センサ付きグロープラグのうち、ヒータ後端部、接続リング及び中軸先端部近傍の部位を拡大した拡大縦断面図である。 燃焼ガスで加熱されたときの保持部材、外筒及びセラミックヒータの動きを説明する説明図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１〜図４に、本実施形態に係る圧力センサ付きグロープラグ１（以下、単にグロープラグ１とも言う）を示す。なお、図１〜図４において、グロープラグ１及びその主体金具１０の軸線ＡＸに沿う方向を軸線方向ＨＪとし、軸線方向ＨＪのうち、セラミックヒータ２０が配置された側（図中下側）を先端側ＧＳ、これと反対側（図中上側）を後端側ＧＫとする。

このグロープラグ１は、ディーゼルエンジン（図示外）の燃焼室内にセラミックヒータ２０及び外筒３０を露出させた状態でエンジンヘッドに取り付けられ、燃料の着火促進を図ることに加えて、燃焼室内の燃焼圧（燃焼ガス圧）を検知するのに利用される。このグロープラグ１は、主体金具１０、セラミックヒータ２０、外筒３０、保持部材４０、センサ部５０等から構成されている。

このうち主体金具１０は、軸線方向ＨＪに貫通する軸孔１０ｈを有する筒状で金属製（具体的には炭素鋼製）の部材である。この主体金具１０は、先端側ＧＳに位置する筒状の先端キャップ部材１１と、後端側ＧＫに位置する筒状の後端キャップ部材１５と、これらの間に位置して軸線方向ＨＪに延びる筒状の金具本体部材１３とからなる（図１参照）。先端キャップ部材１１の後端部１１ｋと金具本体部材１３の先端部１３ｓとは、後述するセンサ支持部材５３のフランジ部５３ｃを介して接合（具体的には溶接）されている（図３参照）。また、金具本体部材１３の後端部１３ｋと後端キャップ部材１５の先端部１５ｓとは、直接、接合（具体的には溶接）されている（図１参照）。

先端キャップ部材１１の先端部１１ｓ（図３参照）は、先端側ＧＳに向かうほど径小の先細り形状である。この先端部１１ｓのテーパ状をなす外周面１１ｓｍは、グロープラグ１をエンジンヘッド（図示外）に取り付けた際に、プラグホールの座面に圧接されて、燃焼室内の気密性を確保する。また、金具本体部材１３のうち後端側ＧＫ（図１参照）の部位には、このグロープラグ１をエンジンヘッドに取り付けるための雄ネジを有する取付部１３ｄが設けられている。また、後端キャップ部材１５のうち後端側ＧＫの部位には、断面形状が六角形状で、このグロープラグ１をエンジンヘッドに取り付ける際に工具を係合させる工具係合部１５ｅが設けられている。また、この後端キャップ部材１５には、後端キャップ部材１５の後端１５ｂよりも後端側ＧＫに突出する形態で、円筒状をなす封止用のゴム部材１７が装填されている。

次に、セラミックヒータ２０について説明する。セラミックヒータ２０は、軸線方向ＨＪに延びる直径ｄ１＝３．１ｍｍの丸棒状で、先端が半球状に曲面加工された形状を有するセラミック製のヒータである。具体的には、このセラミックヒータ２０は、絶縁性セラミック（具体的には窒化珪素質セラミック）からなるセラミック基体２６の内部に、導電性セラミック（具体的には導電成分として炭化タングステンを含有する窒化珪素質セラミック）からなる発熱抵抗体２７が埋設されている。

このうち発熱抵抗体２７は、発熱部２７ｃと、一対のリード部２７ｄ，２７ｅと、一対の電極取出部２７ｆ，２７ｇとからなる。発熱部２７ｃ（図２参照）は、先端側ＧＳに配置されて、Ｕ字状に曲げ返された形状をなし、通電時に高温に発熱する。また、一対のリード部２７ｄ，２７ｅ（図２〜図４参照）は、発熱部２７ｃの両端に繋がり、後端側ＧＫに向けて互いに平行に延びる。また、一対の電極取出部２７ｆ，２７ｇ（図３及び図４参照）は、後端側ＧＫで一対のリード部２７ｄ，２７ｅと繋がる一方、セラミック基体２６の外周面２６ｍに露出する。一方の電極取出部２７ｇは、他方の電極取出部２７ｆよりも後端側ＧＫに位置している。

このセラミックヒータ２０は、外筒３０に保持されている。具体的には、セラミックヒータ２０のうち、ヒータ先端部２１（図２参照）が外筒３０の先端３１ａよりも先端側ＧＳに突出し、ヒータ後端部２３（図３及び図４参照）が外筒３０の後端３３ｂよりも後端側ＧＫに突出し、ヒータ先端部２１とヒータ後端部２３との間に位置するヒータ中間部２２（図２〜図４参照）が外筒３０の内部に配置される形態で、外筒３０に保持されている。また、セラミックヒータ２０は、後述するように、外筒３０と共に軸線方向ＨＪに変位可能に主体金具１０に保持されている。

このセラミックヒータ２０のヒータ後端部２３は、接続リング８１（図３及び図４参照）を介して、中軸部材８３（図４参照）に接続されている。接続リング８１は、軸線方向ＨＪに延びる円筒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。この接続リング８１は、主体金具１０の軸孔１０ｈ内で、後述する変位伝達部材５１及びセンサ支持部材５３の径方向内側に配置されている。接続リング８１のうち先端側ＧＳの部位には、セラミックヒータ２０のヒータ後端部２３が圧入されている。一方、接続リング８１のうち後端側ＧＫの部位には、中軸部材８３の中軸先端部８３ｓの嵌合部８３ｓａが圧入されている。これにより、セラミックヒータ２０の一方の電極取出部２７ｇが、接続リング８１を介して中軸部材８３に電気的に接続される。

中軸部材８３は、軸線方向ＨＪに延びる丸棒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。この中軸部材８３は、主体金具１０の軸孔１０ｈに主体金具１０から離間した状態で挿通されている。また、この中軸部材８３のうち先端側ＧＳの部位は、後述する変位伝達部材５１及びセンサ支持部材５３の径方向内側に、これらから離間して配置されている。この中軸部材８３は、先端側ＧＳに位置する径大な中軸先端部８３ｓと、この中軸先端部８３ｓよりも径小で、中軸先端部８３ｓから後端側ＧＫに延びる中軸胴部８３ｃとからなる。中軸先端部８３ｓのうち先端側ＧＳの嵌合部８３ｓａには、前述のように、接続リング８１が圧入されている。

次に、外筒３０について説明する。外筒３０（図２〜図４参照）は、軸線方向ＨＪに延びる円筒状で金属製の部材である。具体的には、外筒３０は、筒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の外筒本体３７と、この外筒本体３７の内周面上に形成された、Ａｕメッキ層からなる金属層３８とから構成される。この外筒３０は、外径は軸線方向ＨＪにわたって等しい一方、内径が先端側ＧＳの部位で大きく、後端側ＧＫの部位で小さくされた段付き形状を有する。具体的には、外筒３０の外径ｄ２は、ｄ２＝４．１ｍｍである。また、外筒３０の先端側ＧＳの部位（後述する外筒突出部３１及びヒータ離間部３４）の内径ｄ３は、ｄ３＝３．３ｍｍである。一方、外筒３０の後端側ＧＫの部位（後述するヒータ保持部３５）における締まり嵌め状態での内径（セラミックヒータ２０の直径ｄ１に等しい）は、内径ｄ３よりも０．２ｍｍ小さい、３．１ｍｍである。

この外筒３０は、主体金具１０にセラミックヒータ２０と共に軸線方向ＨＪに変位可能に保持されている。具体的には、外筒突出部３１（図２参照）が主体金具１０の先端１１ｓａよりも先端側ＧＳに突出し、外筒孔内部３３（図３及び図４参照）が主体金具１０の軸孔１０ｈ内に配置された状態で、後述する保持部材４０、変位伝達部材５１及びセンサ支持部材５３等を介して、主体金具１０に軸線方向ＨＪに変位可能に保持されている。

その一方で、外筒３０は、圧入（締まり嵌め）により、セラミックヒータ２０のヒータ中間部２２を保持している。具体的には、外筒３０のうち外筒突出部３１は、自身の内部のセラミックヒータ２０を離間しつつ包囲している。前述のように、外筒突出部３１の内径ｄ３は、ｄ３＝３．３ｍｍである。一方、セラミックヒータ２０の直径ｄ１は、ｄ１＝３．１ｍｍである。従って、外筒突出部３１の内周面３１ｎとセラミックヒータ２０の外周面２０ｍとの間には、０．１ｍｍの隙間ＳＡが全周にわたり形成されている。

一方、外筒３０のうち外筒孔内部３３は、先端側ＧＳに位置して前述の外筒突出部３１と連なるヒータ離間部３４と、これよりも後端側ＧＫに位置するヒータ保持部３５とから構成される。このうちヒータ離間部３４は、自身の内部のセラミックヒータ２０を離間しつつ包囲している。具体的には、前述のように、このヒータ離間部３４の内径ｄ３は、前述の外筒突出部３１の内径ｄ３と同様に、ｄ３＝３．３ｍｍである。一方、セラミックヒータ２０の直径ｄ１は、ｄ１＝３．１ｍｍである。従って、ヒータ離間部３４の内周面３４ｎとセラミックヒータ２０の外周面２０ｍとの間にも、０．１ｍｍの隙間ＳＢが全周にわたり形成されている。

なお、このヒータ離間部３４には、後述する保持部材４０が溶接されている。ヒータ離間部３４のうち、保持部材４０が溶接された部位を溶接部３４ｃとする。また、ヒータ離間部３４のうち、溶接部３４ｃよりも先端側ＧＳに位置して外筒突出部３１に連なる部位を、先端側部３４ｓとし、溶接部３４ｃよりも後端側ＧＫに位置してヒータ保持部３５に連なる部位を、後端側部３４ｋとする。
一方、ヒータ保持部３５では、圧入（締まり嵌め）により、自身の内部にセラミックヒータ２０を保持している。また、このヒータ保持部３５において、セラミックヒータ２０の一方の電極取出部２７ｆが、外筒３０の金属層３８に当接して外筒３０と電気的に接続される。

次に、保持部材４０について説明する。保持部材４０（図３参照）は、筒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。この保持部材４０は、主体金具１０の内周面（具体的には先端キャップ部材１１の内周面１１ｎ）と外筒３０の外周面３０ｍとの間の環状空間ＫＡに配置されている。この保持部材４０は、軸線方向ＨＪの位置Ｗ１において、後述するセンサ支持部材５３に保持され、これを介して主体金具１０に保持される一方、位置Ｗ１よりも先端側ＧＳの位置Ｗ２において、外筒３０を保持する。

具体的には、この保持部材４０は、外筒側部４１と、金具側部４５と、これらの間に位置する中間変形部４３とからなる。保持部材４０のうち外筒側部４１は、先端側ＧＳに位置する円筒状の部位であり、自身の内部に外筒３０を保持する。具体的には、この外筒側部４１は、軸線方向ＨＪの位置Ｗ１よりも先端側ＧＳの位置Ｗ２において、外筒３０のうちヒータ離間部３４の溶接部３４ｃに、周方向全周にわたって溶接されている。また、金具側部４５は、外筒側部４１よりも径大な円筒状で後端側ＧＫに位置する部位であり、後述するセンサ支持部材５３を介して主体金具１０に保持される。具体的には、この金具側部４５は、軸線方向ＨＪの位置Ｗ１において、センサ支持部材５３の支持先端部５３ｓに外嵌して周方向全周にわたって溶接されている。更に、センサ支持部材５３は、後述するように、主体金具１０に周方向全周にわたって溶接されているので、保持部材４０の金具側部４５は、溶接により間接に主体金具１０に固定されている。

このような形態で、保持部材４０は、外筒３０及びセラミックヒータ２０を主体金具１０に保持させると共に、主体金具１０の先端キャップ部材１１の内周面１１ｎと外筒３０の外周面３０ｍとの間の環状空間ＫＡを軸線方向ＨＪに気密に分割するシール部材として機能する。このため、グロープラグ１の先端側ＧＳから環状空間ＫＡに入り込んだ燃焼ガスが、環状空間ＫＡを通じて外筒３０の後端側ＧＫまで入り込むのを防止できる。

更に、保持部材４０の中間変形部４３は、セラミックヒータ２０及び外筒３０の軸線方向ＨＪの変位に伴って変形する部位である。具体的には、中間変形部４３は、円環板状のダイヤフラム（薄膜）をなしており、この中間変形部４３が変形して、セラミックヒータ２０及び外筒３０の軸線方向ＨＪの変位を許容する。
なお、この保持部材４０は、外筒３０と主体金具１０との間を電気的にも接続するので、セラミックヒータ２０の一方の電極取出部２７ｆは、外筒３０及び保持部材４０を介して、主体金具１０に電気的に接続される。また、この保持部材４０は、セラミックヒータ２０の熱を主体金具１０を介してエンジンヘッドへ逃がす熱伝達部材としても機能する。

次に、センサ部５０について説明する。センサ部５０は、変位伝達部材５１と、センサ支持部材５３と、ダイアフラム部材５５と、センサ素子５７と、一対の配線５８と、集積回路５９とから構成される。このうち変位伝達部材５１（図３及び図４参照）は、軸線方向ＨＪに延びる筒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。この変位伝達部材５１は、主体金具１０の軸孔１０ｈ内で、センサ支持部材５３の径方向内側に、かつ、保持部材４０よりも後端側ＧＫに配置されている。この変位伝達部材５１は、軸線方向ＨＪの位置Ｗ３において、周方向全周にわたって外筒３０に溶接されている。一方で、この変位伝達部材５１の後端側ＧＫには、ダイアフラム部材５５が接続している。

センサ支持部材５３（図３及び図４参照）は、軸線方向ＨＪに延びる筒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。このセンサ支持部材５３は、主体金具１０の軸孔１０ｈ内で、変位伝達部材５１の径方向外側に配置されている。このセンサ支持部材５３は、筒状の支持先端部５３ｓと、その後端側ＧＫに位置する径大なフランジ部５３ｃと、このフランジ部５３ｃから後端側ＧＫに延びる筒状の支持本体部５３ｋとからなる。このうち支持先端部５３ｓには、前述のように、保持部材４０の金具側部４５が外嵌して溶接されている。また、フランジ部５３ｃは、主体金具１０の先端キャップ部材１１の後端部１１ｋと金具本体部材１３の先端部１３ｓとの間に挟持された状態で、主体金具１０に溶接されている。また、支持本体部５３ｋの後端側ＧＫには、ダイアフラム部材５５が接続している。

ダイアフラム部材５５（図４参照）は、金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材であり、その後端側ＧＫの主面に、センサ素子５７が接合されている。このセンサ素子５７は、ピエゾ抵抗体を有する半導体歪みゲージであり、ダイアフラム部材５５の撓み変形に伴って自身の抵抗値が変化する。また、集積回路５９は、図１中に破線で示すように、主体金具１０の後端キャップ部材１５の内部に配置されており、センサ素子５７から後端側ＧＫに引き出された一対の配線５８を介して、センサ素子５７と接続されている。この集積回路５９は、センサ素子５７の抵抗値を用いて電気信号を外部に出力する。

以上で説明したように、本実施形態のセンサ付きグロープラグ１では、外筒３０の外筒孔内部３３が、自身の内部にセラミックヒータ２０を保持するヒータ保持部３５を有する一方、外筒３０の外筒突出部３１は、自身の内部のセラミックヒータ２０を離間しつつ包囲する。このため、外筒３０の軸線方向ＨＪの全体でセラミックヒータ２０を保持する場合に比して、外筒３０のうち圧入される部位（即ちヒータ保持部３５）が短くなるため、圧入荷重を小さくして圧入性を良好にできる。

加えて、外筒３０のうちヒータ保持部３５は、主体金具１０の軸孔１０ｈ内に配置されるので、主体金具１０から突出する外筒突出部３１に比して、使用時に高温に曝され難い。このため、ヒータ保持部３５が大きく熱膨張してヒータ保持部３５の内周面３５ｎとセラミックヒータ２０の外周面２０ｍとの間に隙間が生じるのを防止できる。従って、外筒３０の内周面３０ｎとセラミックヒータ２０の外周面２０ｍとの隙間を通じて外筒３０の後端側ＧＫまで燃焼ガスが入り込むのを防止できる。

更に、本実施形態では、外筒３０の外筒孔内部３３にセラミックヒータ２０から離間したヒータ離間部３４を設け、このヒータ離間部３４に保持部材４０を溶接している。このため、ヒータ保持部３５に保持部材４０を溶接する場合に比して、溶接の際に発生した熱がセラミックヒータ２０に伝わり難く、セラミックヒータ２０にクラックが生じたり割れるなどの不具合を防止した信頼性の高いグロープラグ１となる。

また、本実施形態では、保持部材４０が、保持部材４０のうちセンサ支持部材５３を介して主体金具１０に保持された位置Ｗ１よりも先端側ＧＳで、かつ、外筒孔内部３３のヒータ離間部３４のうち、ヒータ保持部３５から先端側ＧＳに離間した位置Ｗ２に溶接されている。保持部材４０は、燃焼ガスに曝されると、熱膨張して先端側ＧＳに向けて延びる。この変位をΔａ１とする（図５参照）。一方、外筒３０のうち、セラミックヒータ２０を離間しつつ包囲している外筒突出部３１及びこれに連なるヒータ離間部３４とセラミックヒータ２０との間にも、燃焼ガスが届くので、これらも熱膨張して先端側ＧＳに向けて延びる。つまり、ヒータ離間部３４のうち、保持部材４０が溶接された位置Ｗ２から変位伝達部材５１が溶接された位置Ｗ３までの部位３４ｋａ（後端側部３４ｋの軸線方向ＨＪの一部）も、熱膨張して先端側ＧＳに延びる。この変位をΔａ２とする。

従って、燃焼ガスで保持部材４０が先端側ＧＳに向けて延びる（変位Δａ１）のと同時に、ヒータ離間部３４のうち保持部材４０が溶接された位置Ｗ２から変位伝達部材５１が溶接された位置Ｗ３までの部位３４ｋａも先端側ＧＳに向けて延びる（変位Δａ２）ことで、保持部材４０の延びによる外筒３０及びセラミックヒータ２０の変位が一部相殺され、変位Δａ３＝Δａ１−Δａ２となる。かくして、外筒３０及びセラミックヒータ２０の不要な変動（変位及び圧力上昇が小さく見える方向の変動）が、燃焼圧に応じたセラミックヒータ２０の変位に付加され難くなるので、燃焼圧の検知精度を良好にできる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、実施形態では、外筒３０のヒータ保持部３５とセラミックヒータ２０とを、圧入によって固定したが、これに限られない。例えば、外筒のヒータ保持部とセラミックヒータとを、ロウ付けによって固定してもよい。

また、実施形態では、外筒３０の外筒突出部３１が内部のセラミックヒータ２０を離間しつつ包囲する形態を例示したが、これに限られない。外筒突出部と内部のセラミックヒータが互いに接触しているのみで、外筒突出部が内部のセラミックヒータを保持していない形態としてもよい。
また、実施形態では、外筒３０の外筒孔内部３３のうち、ヒータ保持部３５よりも先端側ＧＳの部位を、内部のセラミックヒータ２０を離間しつつ包囲するヒータ離間部３４としているが、これに限られない。例えば、外筒の外筒孔内部のうち、ヒータ保持部よりも先端側ＧＳの部位を、内部のセラミックヒータに接触しているのみで、内部のセラミックヒータを保持していない形態としてもよい。但し、実施形態のように、セラミックヒータ２０を離間しつつ包囲するヒータ離間部３４とした方が、前述のように、保持部材４０を外筒３０に溶接する際の熱がセラミックヒータ２０に伝わり難くなるので好ましい。

１ グロープラグ
１０ 主体金具
１０ｈ 軸孔
１１ｓａ （主体金具及び先端キャップ部材の）先端
２０ セラミックヒータ
２１ ヒータ先端部
２２ ヒータ中間部
２３ ヒータ後端部
３０ 外筒
３１ 外筒突出部
３１ａ （外筒及び外筒突出部の）先端
３３ 外筒孔内部
３３ｂ （外筒及び外筒孔内部の）後端
３４ ヒータ離間部
３４ｓ 先端側部
３４ｋ 後端側部
３４ｃ 溶接部
３５ ヒータ保持部
４０ 保持部材
４１ 外筒側部
４３ 中間変形部
４５ 金具側部
５０ センサ部
ＡＸ （主体金具の）軸線
ＨＪ 軸線方向
ＧＳ （軸線方向の）先端側
ＧＫ （軸線方向の）後端側
ＫＡ 環状空間
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３ 位置

Claims (3)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する筒状の主体金具と、
   筒状をなし金属製で、上記主体金具の上記軸孔内に配置された外筒孔内部、及び、上記主体金具の先端から上記軸線方向の先端側に突出する外筒突出部を有する外筒と、
   棒状をなしセラミック製で上記外筒に保持され、上記外筒の先端から上記軸線方向の上記先端側に突出するヒータ先端部を有し、上記外筒と共に上記軸線方向に変位可能に上記主体金具に保持されたセラミックヒータと、
   上記セラミックヒータの上記変位を検知するセンサ部と、を備える
   圧力センサ付きグロープラグであって、
   上記外筒の上記外筒孔内部は、自身の内部に上記セラミックヒータを保持するヒータ保持部を有し、
   上記外筒の上記外筒突出部は、自身の内部の上記セラミックヒータを遊嵌状に包囲してなる
   圧力センサ付きグロープラグ。
2. 請求項１に記載の圧力センサ付きグロープラグであって、
   筒状をなし金属製で、前記軸孔内に配置されて前記主体金具に保持され、かつ、自身の内部に前記外筒及び前記セラミックヒータを前記変位が可能に保持する保持部材を備え、
   上記外筒の前記外筒孔内部は、
   前記ヒータ保持部よりも前記軸線方向の前記先端側及び後端側の少なくともいずれかに、自身の内部の上記セラミックヒータから離間したヒータ離間部を有し、
   上記保持部材は、
   上記外筒の上記外筒孔内部のうち、上記ヒータ離間部に溶接されてなる
   圧力センサ付きグロープラグ。
3. 請求項２に記載の圧力センサ付きグロープラグであって、
   前記外筒の前記外筒孔内部は、
   前記ヒータ保持部よりも前記軸線方向の前記先端側に、前記外筒突出部と連なって、前記セラミックヒータを離間しつつ包囲する前記ヒータ離間部を有し、
   前記保持部材は、
   前記主体金具に保持された位置よりも上記軸線方向の上記先端側で、かつ、上記ヒータ離間部のうち、上記ヒータ保持部から上記軸線方向の上記先端側に離間した位置に溶接されてなる
   圧力センサ付きグロープラグ。

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