JP5723461B2 - 圧力センサ付きグロープラグ - Google Patents
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Description
軸線方向に延びる筒状のハウジングと、後端部が前記ハウジング内に配置され、先端部が前記ハウジングの先端から突出し、前記軸線方向に沿って移動可能な棒状のヒータ部と、一端が前記ハウジングに接続されるとともに、他端が前記ヒータに接続され、前記軸線方向に沿った前記ヒータ部の移動を可能としつつ、前記ヒータ部と前記ハウジングとを繋ぐ薄膜状の連結部材と、前記ヒータ部を介して伝達される荷重に応じて、圧力の検出を行う圧力センサと、を備える圧力センサ付きグロープラグであって、前記連結部材は、前記軸線方向に折り返された第1の屈曲部および第2の屈曲部と、前記第1の屈曲部と前記第2の屈曲部とを接続し、前記ハウジングの後端側に向けて縮径するテーパ状の接続部と、を有し、前記第1の屈曲部は、前記軸線に直交する方向において、前記第2の屈曲部よりも前記ハウジングの近くに位置し、かつ、前記軸線方向において、前記第2の屈曲部よりも前記ハウジングの先端側に位置し、前記第1の屈曲部の屈曲半径は、前記第2の屈曲部の屈曲半径より大きく、前記連結部材は、更に、前記ハウジングに接続され、第1の外径を有するとともに、前記軸線方向に沿った筒状に形成されている第1の筒部と、前記ヒータに接続され、前記第1の外径よりも小さい第2の外径を有するとともに、前記軸線方向に沿った筒状に形成されている第2の筒部と、を有し、前記軸線に直交する径方向において、前記軸線側を内側、前記軸線とは反対側を外側として、前記第1の屈曲部は、前記第1の筒部における前記ハウジングが接続されている端部とは反対側の端部に接続され、前記径方向の内側に折り返されるように形成されており、前記第2の屈曲部は、前記第2の筒部における前記ヒータ部が接続されている端部とは反対側の端部に接続され、前記径方向の外側に折り返されるように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。
また、適用例1の圧力センサ付きグロープラグによれば、連結部材は、第1の外径を有するとともに、軸線方向に沿った筒状に形成されている第1の筒部と、第1の外径よりも小さい第2の外径を有するとともに、軸線方向に沿った筒状に形成されている第2の筒部と、を有する。従って、連結部材は、軸線方向に沿った断面が軸線に対して90度傾いたZ字状となるように形成される。よって、連結部材の大きさを比較的小さくすることができ、圧力センサ付きグロープラグにおける設計の自由度を増すことができる。
[適用例2]
適用例1記載の圧力センサ付きグロープラグであって、前記第1の屈曲部の厚さは、前記第2の屈曲部の厚さより大きいことを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグ。
適用例2の圧力センサ付きグロープラグによれば、ヒータ部が燃焼圧を受けて変位する際に、第1の屈曲部に集中する応力を軽減することができると共に、第1の屈曲部に発生する応力と第2の屈曲部に発生する応力とを最適化することができ、連結部材の耐久性を向上させることができる。
[適用例3]
軸線方向に延びる筒状のハウジングと、後端部が前記ハウジング内に配置され、先端部が前記ハウジングの先端から突出し、前記軸線方向に沿って移動可能な棒状のヒータ部と、一端が前記ハウジングに接続されるとともに、他端が前記ヒータに接続され、前記軸線方向に沿った前記ヒータ部の移動を可能としつつ、前記ヒータ部と前記ハウジングとを繋ぐ薄膜状の連結部材と、前記ヒータ部を介して伝達される荷重に応じて、圧力の検出を行う圧力センサと、を備える圧力センサ付きグロープラグであって、前記連結部材は、前記軸線方向に折り返された第1の屈曲部および第2の屈曲部と、前記第1の屈曲部と前記第2の屈曲部とを接続し、前記ハウジングの後端側に向けて縮径するテーパ状の接続部と、を有し、前記第1の屈曲部は、前記軸線に直交する方向において、前記第2の屈曲部よりも前記ハウジングの近くに位置し、かつ、前記軸線方向において、前記第2の屈曲部よりも前記ハウジングの先端側に位置し、前記第1の屈曲部の屈曲半径は、前記第2の屈曲部の屈曲半径より大きく、前記第1の屈曲部の厚さは、前記第2の屈曲部の厚さより大きいことを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグ。
適用例3の圧力センサ付きグロープラグによれば、連結部材は、軸線方向に折り返された第1の屈曲部および第2の屈曲部と、第1の屈曲部と第2の屈曲部とを接続し、ハウジングの後端側に向けて縮径するテーパ状の接続部とを有する。従って、ハウジングとヒータとの間に形成される限られた空間において、軸線方向に折り返されている屈曲部を有しない場合に比して、連結部材の長さを長くすることができる。この結果、連結部材のバネ定数は低くなり、環境変化に応じて連結部材が熱膨張して軸線方向に伸長することが抑制される。よって、連結部材の軸線方向の伸長による不要な荷重が、ヒータを介して圧力センサへ付与されることを抑制でき、圧力センサの測定精度を向上できる。また、適用例3の圧力センサ付きグロープラグによれば、第1の屈曲部は、第2の屈曲部の屈曲半径より大きい屈曲半径を有するように形成されている。従って、第1の屈曲部と第2の屈曲部の屈曲半径に差が無いように形成されている連結部材に比して、連結部材、特に、第1の屈曲部に作用する応力を低減できる。よって、連結部材のバネ定数が低下することに伴う連結部材の耐久性低下を抑制でき、圧力センサの測定精度の向上とともに、連結部材の耐久性、ひいては圧力センサ付きグロープラグの耐久性を向上できる。
また、適用例3の圧力センサ付きグロープラグによれば、ヒータ部が燃焼圧を受けて変位する際に、第1の屈曲部に集中する応力を軽減することができると共に、第1の屈曲部に発生する応力と第2の屈曲部に発生する応力とを最適化することができ、連結部材の耐久性を向上させることができる。
適用例1ないし適用例3いずれかに記載の圧力センサ付きグロープラグであって、前記第2の屈曲部は、前記第1の屈曲部の屈曲方向と反対向きに屈曲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。
適用例1ないし適用例4いずれかに記載の圧力センサ付きグロープラグであって、前記接続部は、前記第2の屈曲部に接するとともに前記軸線に直交する基準平面に対して、10度以上の傾き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。
適用例5記載の圧力センサ付きグロープラグであって、前記接続部は、前記基準平面に対して、35度以下の傾き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。
適用例1ないし適用例6いずれか記載の圧力センサ付きグロープラグであって、前記連結部材は、絞り加工によって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。
A1.グロープラグ概略構成:
図1Aおよび図1Bは、第1実施例のグロープラグ100の構成を示す説明図である。図1Aは、グロープラグ100の全体構成を示し、図1Bは、部分的な断面構成を示している。また、図2は、後述するキャップ部120近傍の拡大断面図である。以下では、図1A,1B,2におけるグロープラグ100の軸線Oの下方をグロープラグ100の先端側とし、上方を後端側として説明する。また、グロープラグ100の軸線Oに沿った下向きの方向を軸線方向ODとする。図1Aおよび図1Bに示すように、グロープラグ100は、主体金具110とキャップ部120とを有するハウジング130と、ヒータ部150と、を備えている。なお、主体金具110は、「胴部」とも呼ばれ、キャップ部120は「頭部」とも呼ばれる。
10°≦r1≦35°…(式1)
第1実施例のグロープラグ100は、グロープラグ100を構成する各部材(主体金具110、キャップ部120、ヒータ部150、圧力センサ160および連結部材180)がそれぞれ作製され、組み付けられることにより製造される。なお、第1実施例における連結部材180は、多段階の絞り工程を経る深絞り加工によって作製される。
第2実施例では、連結部材は、第1の屈曲部の屈曲半径が第2の屈曲部の屈曲半径より大きくなるように形成されている。第2実施例のグロープラグ100aにおいて、連結部材180a以外の構成部品は第1実施例と同様であるため、第1実施例の符号を用いて示すとともに、詳細な説明を省略する。
図5は、第2実施例におけるグロープラグ100aのキャップ部120近傍の拡大断面図である。連結部材180aは、第1の筒部181a、第2の筒部182a、第1の屈曲部183a、第2の屈曲部184aおよび接続部185aを備える。連結部材180aは、端部186aにおいてハウジング130に接続されるとともに、端部186aとは異なる端部188aにおいてヒータ部150に接続され、軸線Oに沿ったヒータ部150の移動を可能としつつ、ヒータ部150とハウジング130とを繋ぐ。連結部材180aは、ステンレス鋼やニッケル合金等によって薄膜状に形成され、弾性を有する。
図7は、第2実施例における屈曲半径−バネ定数グラフ600である。屈曲半径−バネ定数グラフ600は、第1の屈曲部183aの屈曲半径R10と、連結部材180aのバネ定数kとの関係について示している。屈曲半径−バネ定数グラフ600において、縦軸はバネ定数k(単位:kN/mm)を示し、横軸は第1の屈曲部183aの屈曲半径R10(単位:mm)を示している。
図8は、第2実施例における屈曲半径−応力グラフ700である。屈曲半径−応力グラフ700は、第1の屈曲部183aの屈曲半径R10と、第1の屈曲部183a、第2の屈曲部184aに作用する応力の相関について示している。屈曲半径−応力グラフ700において、縦軸は相当応力(単位:MPa)を示し、横軸は第1の屈曲部183aの屈曲半径R10(単位:mm)を示している。屈曲半径−応力グラフ700において、折れ線グラフS1は、第1の屈曲部183aに作用する相当応力の変化を示しており、折れ線グラフS2は、第2の屈曲部184aに作用する相当応力の変化を示している。
第2実施例における連結部材180aを用いたグロープラグ100aと従来例の連結部材を用いたグロープラグとの圧力センサの測定性能の比較結果について、図9A〜図12を参照して説明する。
第1実施例の連結部材180の第1の筒部181、第2の筒部182、および、第2実施例の連結部材180aの第1の筒部181a、第2の筒部182aは、軸線Oに平行となるように形成されているが、第1の屈曲部183、183aと、第2の屈曲部184、184aが軸線方向に折り返されるように形成されていれば、第1の筒部181、181a、第2の筒部182、182aは、軸線Oに対して傾いて形成されていてもよい。
100a…グロープラグ
110…主体金具
112…工具係合部
114…ネジ部
116…配線
120…キャップ部
122…円筒部
124…テーパ部
125…開口部
130…ハウジング
132…センサ固定部材
133…フランジ部
134…伝達スリーブ
150…ヒータ部
152…シース管
154…発熱コイル
155…絶縁粉末
156…シール部材
160…圧力センサ
161…開口部
162…金属ダイアフラム
164…ピエゾ抵抗素子
166…集積回路
170…中軸
180…連結部材
180a…連結部材
181…第1の筒部
181a…第1の筒部
182…第2の筒部
182a…第2の筒部
183…第1の屈曲部
183a…第1の屈曲部
184…第2の屈曲部
184a…第2の屈曲部
185…接続部
185a…接続部
186…端部
186a…端部
187…端部
188…端部
188a…端部
189…端部
200…孔
210…座面
800…グロープラグ
810…連結部材
813…第1の屈曲部
814…第2の屈曲部
815…接続部
850…グロープラグ
860…連結部材
863…第1の屈曲部
864…第2の屈曲部
865…接続部
900…誤差グラフ
902…誤差曲線
904…誤差曲線
906…誤差曲線
1000…感度比グラフ
Claims (7)
- 軸線方向に延びる筒状のハウジングと、
後端部が前記ハウジング内に配置され、先端部が前記ハウジングの先端から突出し、前記軸線方向に沿って移動可能な棒状のヒータ部と、
一端が前記ハウジングに接続されるとともに、他端が前記ヒータに接続され、前記軸線方向に沿った前記ヒータ部の移動を可能としつつ、前記ヒータ部と前記ハウジングとを繋ぐ薄膜状の連結部材と、
前記ヒータ部を介して伝達される荷重に応じて、圧力の検出を行う圧力センサと、を備える圧力センサ付きグロープラグであって、
前記連結部材は、
前記軸線方向に折り返された第1の屈曲部および第2の屈曲部と、
前記第1の屈曲部と前記第2の屈曲部とを接続し、前記ハウジングの後端側に向けて縮径するテーパ状の接続部と、を有し、
前記第1の屈曲部は、前記軸線に直交する方向において、前記第2の屈曲部よりも前記ハウジングの近くに位置し、かつ、前記軸線方向において、前記第2の屈曲部よりも前記ハウジングの先端側に位置し、
前記第1の屈曲部の屈曲半径は、前記第2の屈曲部の屈曲半径より大きく、
前記連結部材は、更に、
前記ハウジングに接続され、第1の外径を有するとともに、前記軸線方向に沿った筒状に形成されている第1の筒部と、
前記ヒータに接続され、前記第1の外径よりも小さい第2の外径を有するとともに、前記軸線方向に沿った筒状に形成されている第2の筒部と、を有し、
前記軸線に直交する径方向において、前記軸線側を内側、前記軸線とは反対側を外側として、
前記第1の屈曲部は、前記第1の筒部における前記ハウジングが接続されている端部とは反対側の端部に接続され、前記径方向の内側に折り返されるように形成されており、
前記第2の屈曲部は、前記第2の筒部における前記ヒータ部が接続されている端部とは反対側の端部に接続され、前記径方向の外側に折り返されるように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。 - 請求項1記載の圧力センサ付きグロープラグであって、
前記第1の屈曲部の厚さは、前記第2の屈曲部の厚さより大きいことを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグ。 - 軸線方向に延びる筒状のハウジングと、
後端部が前記ハウジング内に配置され、先端部が前記ハウジングの先端から突出し、前記軸線方向に沿って移動可能な棒状のヒータ部と、
一端が前記ハウジングに接続されるとともに、他端が前記ヒータに接続され、前記軸線方向に沿った前記ヒータ部の移動を可能としつつ、前記ヒータ部と前記ハウジングとを繋ぐ薄膜状の連結部材と、
前記ヒータ部を介して伝達される荷重に応じて、圧力の検出を行う圧力センサと、を備える圧力センサ付きグロープラグであって、
前記連結部材は、
前記軸線方向に折り返された第1の屈曲部および第2の屈曲部と、
前記第1の屈曲部と前記第2の屈曲部とを接続し、前記ハウジングの後端側に向けて縮径するテーパ状の接続部と、を有し、
前記第1の屈曲部は、前記軸線に直交する方向において、前記第2の屈曲部よりも前記ハウジングの近くに位置し、かつ、前記軸線方向において、前記第2の屈曲部よりも前記ハウジングの先端側に位置し、
前記第1の屈曲部の屈曲半径は、前記第2の屈曲部の屈曲半径より大きく、
前記第1の屈曲部の厚さは、前記第2の屈曲部の厚さより大きいことを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグ。 - 請求項1ないし請求項3いずれかに記載の圧力センサ付きグロープラグであって、
前記第2の屈曲部は、前記第1の屈曲部の屈曲方向と反対向きに屈曲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。 - 請求項1ないし請求項4いずれかに記載の圧力センサ付きグロープラグであって、
前記接続部は、前記第2の屈曲部に接するとともに前記軸線に直交する基準平面に対して、10度以上の傾き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。 - 請求項5記載の圧力センサ付きグロープラグであって、
前記接続部は、前記基準平面に対して、35度以下の傾き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。 - 請求項1ないし請求項6いずれかに記載の圧力センサ付きグロープラグであって、
前記連結部材は、絞り加工によって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。
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