WO2013157269A1

WO2013157269A1 - 圧力センサ付きグロープラグ

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Publication number: WO2013157269A1
Application number: PCT/JP2013/002627
Authority: WO
Inventors: 前田　俊介; 佳浩中村; 昌洋川勝; 鈴木　啓之
Original assignee: 日本特殊陶業株式会社
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2013-10-24
Also published as: US20150048066A1; JPWO2013157269A1; EP2840315B1; EP2840315A4; KR101620244B1; KR20140054378A; EP2840315A1; US9897063B2

Abstract

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、ハウジング（１３０）とヒータ部（１５０）とを繋いで軸線Ｏに沿ったヒータ部（１５０）の移動を可能する連結部材（１８０）と、を有するグロープラグ（１００）において、連結部材（１８０）の端部（１８８）がレーザで照射され、溶融した端部（１８８）の少なくとも一部が連結部材（１８０）とヒータ部（１５０）との間の空隙（５０）を埋めることにより、溶接部（２１０）が形成される。

Description

圧力センサ付きグロープラグ

　本発明は、グロープラグに関し、特に、圧力センサを内蔵するグロープラグに関する。

　ディーゼルエンジン等の圧縮着火方式の内燃機関では、補助熱源としてグロープラグが使用される。グロープラグは、例えば、内燃機関の燃焼室を加熱するためのヒータ部と、燃焼室の圧力を測定する圧力センサと、ヒータ部とハウジングとに接合され、ヒータ部をグロープラグの軸線方向に変位可能に保持する薄膜形状の連結部材を有する。このようなグロープラグにおいて、連結部材とヒータ部およびハウジングは、レーザを利用した打ち抜き溶接により接合されている。

　一般的に、打ち抜き溶接によって部材間を接合する場合、部材間の間隔が、被溶接部材の厚みの１／１０程度であれば、溶接部分の接合強度が保持される。すなわち、グロープラグでは、ヒータ部と連結部材との溶接において、両者の間隙が被溶接部材である連結部材の厚みの１／１０程度であれば、溶接部分の接合強度が保持される。

国際公開第２００６／０７２５１４号

　しかしながら、連結部材、ヒータ部は、それぞれ製造誤差を有するので、溶接前における連結部材とヒータ部との間には空隙が形成される。すなわち、連結部材は薄膜形状であるため、一定の厚みに製造することは困難であり、約０．１５ｍｍ～０．３ｍｍの範囲内の厚みを有するように形成される。一方、ヒータ部は、製造過程において公差を有する。このように、製造誤差に起因して形成される空隙を連結部材の厚みの１／１０以下とすることは困難である。そのため、連結部材とヒータ部とが打ち抜き溶接により接合されると、連結部材の被溶接箇所の材料が溶接によって溶融して連結部材とヒータ部との間の空隙を充填するように流動し、連結部材の被溶接箇所が陥没形状に変形する。この結果、溶接部分において連結部材の板厚が部分的に薄くなり、強度を安定的に保持することが困難となる。

　本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、溶接前において連結部材とヒータ部との間に空隙が存在する場合においても、連結部材とヒータ部との溶接強度を保持することを目的とする。

　本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
　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、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、前記連結部材の端部と前記ヒータ部とは、前記連結部材側からレーザ溶接を行うことにより接合された圧力センサ付きグロープラグであって、前記連結部材のうち前記端部を除く部位は前記ヒータ部と間隙を介して配置され、前記連結部材の端部は、前記レーザ溶接によって前記連結部材の端部の少なくとも一部が溶融して形成された溶接部を介して前記ヒータ部と接合され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の圧力センサ付きグロープラグによれば、連結部材の端部は、レーザ溶接によって連結部材の端部の少なくとも一部が溶融して形成された溶接部を介してヒータ部と接合される。従って、従来、溶接に利用されていなかった連結部材の端部が溶接による熱で溶融して、溶接前において連結部材とヒータ部との間に形成される空隙に流れ込み、当該空隙を充填する。よって、溶接部分において連結部材の板厚が部分的に薄くなることを抑制しつつ溶接部を形成でき、溶接強度を安定的に保持することができる。

［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、前記溶接部は、前記連結部材の端部が、前記軸線に直交する方向からレーザ照射されることにより形成され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２の圧力センサ付きグロープラグによれば、溶接部は、連結部材の端部が、軸線に直交する方向からレーザ照射されることにより形成される。従って、連結部材とヒータ部との溶融具合が略均等な溶接部を形成することができるとともに、レーザ照射の方向を容易に調整して溶接部を形成することができる。

［適用例３］
　適用例１記載の圧力センサ付きグロープラグであって、前記溶接部は、前記連結部材の端部が、前記ヒータ部の先端部側から後端部側へ、前記軸線に交差する斜め方向にレーザ照射されることにより形成され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３の圧力センサ付きグロープラグによれば、溶接部は、連結部材の端部が、ヒータ部の先端部側から後端部側へ、軸線に交差する斜め方向にレーザ照射されることにより形成される。従って、空隙近傍の連結部材の端部の溶融を促進でき、溶融した連結部材の端部によって空隙の充填を効率的に行うことができる。よって、空隙の間隔が比較的大きい場合にも、溶接部の強度信頼性を保持できる。

［適用例４］
　適用例３記載の圧力センサ付きグロープラグであって、
　前記溶接部の延伸方向と前記軸線に直交する方向とがなす角度が、１０度以上４０度以下であ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４の圧力センサ付きグロープラグによれば、連結部材の溶接縮み（残留応力）を低下させることができ、連結部材の耐久性低下を抑制することができる。

［適用例５］
　適用例１ないし適用例４いずれか記載の圧力センサ付きグロープラグであって、前記溶接部は、前記軸線方向に直交する方向において、前記軸線側に形成される第１溶接部と、前記軸線方向に直交する方向において、前記第１溶接部よりも前記軸線から離れた位置に形成され、前記軸線方向において、前記第１溶接部の最大幅より大きい幅を有する第２溶接部と、を有し、前記第２溶接部の一部は、前記ヒータ部に延伸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。

　適用例５の圧力センサ付きグロープラグによれば、溶接部は、軸線側に形成される第１溶接部と、第１溶接部の最大幅より大きい幅を有し、ヒータ部に延伸している第２溶接部と、を有する。従って、ヒータ部における溶接部の占有体積を増大させることができ、接合強度を向上することができる。

［適用例６］
　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、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ための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の製造方法であって、前記ヒータ部と、前記ヒータ部に平行な形状を有する前記連結部材の他端とを、前記連結部材側からレーザ溶接して接合する工程であって、前記レーザ溶接により溶融した前記連結部材の端部の少なくとも一部が、前記連結部材と前記ヒータ部との間に形成される空隙を埋めることを含む工程と、を備えることを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグの製造方法。

　適用例６の圧力センサ付きグロープラグの製造方法によれば、ヒータ部と連結部材の他端とを、連結部材側からレーザ溶接して接合する工程において、レーザ溶接により溶融した連結部材の端部の少なくとも一部が、連結部材とヒータ部との間に形成される空隙を埋める。従って、溶接部や溶接部の境界部分において連結部材の板厚が部分的に薄くなることを抑制でき、溶接強度を安定的に保持することができる。

［適用例７］
　適用例６記載の圧力センサ付きグロープラグの製造方法であって、前記ヒータ部と前記連結部材とを接合する工程において、前記連結部材の端部を、前記軸線に直交する方向からレーザ照射することを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグの製造方法。

　適用例７の圧力センサ付きグロープラグの製造方法によれば、連結部材の端部を、軸線に直交する方向からレーザ照射することにより、ヒータ部と連結部材とが接合される。従って、従って、レーザ照射の方向を容易に調整して溶接部を形成することができる。

［適用例８］
　適用例６記載の圧力センサ付きグロープラグの製造方法であって、前記ヒータ部と前記連結部材とを接合する工程において、前記連結部材の端部を、前記ヒータ部の先端部側から後端部側へ、前記軸線に交差する斜め方向にレーザ照射することを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグの製造方法。

　適用例８の圧力センサ付きグロープラグの製造方法によれば、連結部材の端部を、ヒータ部の先端部側から後端部側へ線に交差する斜め方向にレーザ照射することにより、ヒータ部と連結部材とが接合される。従って、連結部材の端部の溶融を促進でき、溶融した連結部材の端部によって空隙の充填を効率的に行うことができる。よって、空隙の間隔が比較的大きい場合にも、溶接部の強度信頼性を保持できる。

　本発明において、上述した種々の態様は、適宜、組み合わせたり、一部を省略したりして適用することができる。

第１実施例のグロープラグ１００の構成を示す説明図。第１実施例のグロープラグ１００の構成を示す説明図。第１実施例のキャップ部１２０近傍の拡大断面図。第１実施例の溶接部２１０について説明する模式図。第１実施例におけるグロープラグ１００の組み付け工程について説明するフローチャート。第１実施例のステップＳ１２における連結部材１８０の挿置について説明する説明図。第１実施例のステップＳ１４におけるチャッキングを説明する説明図。第１実施例のステップＳ１６およびＳ１８における溶接接合について説明する拡大断面図。比較例としての従来の溶接部２１０ｂの形成について説明する模式図。比較例としての従来の溶接部２１０ｂの形成について説明する模式図。第１実施例のステップＳ１８における溶接部２１０の形成について説明する模式図。第１実施例のステップＳ１８における溶接部２１０の形成について説明する模式図。第２実施例におけるレーザ照射の方向について説明する説明図。第２実施例における溶接部２１０ａの形成について説明する模式図。第２実施例における溶接部２１０ａの形成について説明する模式図。レーザ７２０の照射方向を推定する方法を示す説明図。レーザ７２０の照射方向と圧力センサ１６０の出力変化量との関係を示す説明図。

Ａ．第１実施例：
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、連結部材１８０と圧力センサ１６０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。

　主体金具１１０は、炭素鋼やステンレス鋼によって形成された略円筒状の金属部材である。主体金具１１０の後端部には、グロープラグ１００を内燃機関に取り付けるための工具が係合する工具係合部１１２が形成されている。また、工具係合部１１２よりも先端側には、グロープラグ１００をシリンダヘッドに固定するためのネジ溝（図示せず）が形成されたネジ部１１４が備えられている。工具係合部１１２の後端部には、ハウジング１３０内の集積回路１６６（後述）や中軸１７０（後述）に電気的に接続される複数の配線１１６が挿入されている。

　主体金具１１０の先端には、キャップ部１２０が配置されている。キャップ部１２０は、炭素鋼やステンレス鋼によって形成された環状の金属部材である。図２に示すように、キャップ部１２０の後端側には、外径がほぼ一定の円筒部１２２が形成され、先端側には、先端に向かって縮径するテーパ部１２４が形成されている。

　ヒータ部１５０は、シース管１５２と発熱コイル１５４と絶縁粉末１５５とを備えている。シース管１５２は、耐熱・耐食性に優れたステンレス鋼等によって形成されており、先端部が半球状に閉塞し、後端が主体金具１１０内において開口している。発熱コイル１５４は、巻線型抵抗であり、シース管１５２の先端側内部に配置されている。ヒータ部１５０には、金属製の棒状部材である中軸１７０が挿入され、発熱コイル１５４の後端は、この中軸１７０の先端に固定される。発熱コイル１５４には、配線１１６および中軸１７０を通じて、外部から電力が供給される。シース管１５２内には、発熱コイル１５４との隙間に、耐熱性を有する酸化マグネシウム等の絶縁粉末１５５が充填されている。シース管１５２の開口された後端と中軸１７０との間には、絶縁粉末１５５をシース管１５２内に密封するためのシール部材１５６が挿入されている。シース管１５２には、スウェージング加工が施されており、これにより、内部に充填された絶縁粉末１５５の緻密性が高められ、熱伝導効率を向上させている。このような構成のヒータ部１５０は、後端側が主体金具１１０内に配置され、先端側が、キャップ部１２０の開口部１２５から軸線方向ＯＤに向かって突出するように配置されている。

　ハウジング１３０内には、ヒータ部１５０よりも後端側に配置された環状の圧力センサ１６０（図１Ｂ参照）と、圧力センサ１６０をハウジング１３０内に固定するためのセンサ固定部材１３２と、軸線Ｏに沿ったヒータ部１５０の変位を圧力センサ１６０に伝達するための伝達スリーブ１３４と、ヒータ部１５０の外周をハウジング１３０の内部に連結するための連結部材１８０と、が設けられている。

　センサ固定部材１３２は、ステンレス鋼等によって形成された略円筒形状の部材である。センサ固定部材１３２は、主体金具１１０の内周に沿って配置されており、その先端近傍には、鍔状のフランジ部１３３が形成されている。このフランジ部１３３は、主体金具１１０の先端面およびキャップ部１２０の後端面に溶接されている。また、センサ固定部材１３２の後端には、圧力センサ１６０の外周部が溶接されている。本実施形態では、このセンサ固定部材１３２によって、圧力センサ１６０がハウジング１３０内の中央部付近に固定されている。

　伝達スリーブ１３４は、ステンレス鋼等によって形成された略円筒状の部材である。伝達スリーブ１３４は、センサ固定部材１３２とヒータ部１５０との間に配置されている。伝達スリーブ１３４の先端は、センサ固定部材１３２のフランジ部１３３が形成されている位置付近において、ヒータ部１５０の外周に溶接されている。また、伝達スリーブ１３４の後端は、環状の圧力センサ１６０の内周部に溶接されている。ヒータ部１５０の軸線Ｏに沿った変位は、この伝達スリーブ１３４によって圧力センサ１６０の内周部に伝達される。

　連結部材１８０は、ハウジング１３０に接続されるとともにヒータ部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１８０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。連結部材１８０は、第１の筒部１８１、第２の筒部１８２および接続部１８５を備える。なお、本明細書において、複数の部材間の位置関係を説明する際、軸線Ｏに近い側をグロープラグ１００の径方向Ｙの内側、軸線Ｏから遠い側を径方向Ｙの外側、とも呼ぶ。

　第１の筒部１８１は、ハウジング１３０と溶接接続されており、第１の半径ｒ１を有するとともに、軸線Ｏに沿った筒状に形成されている。第２の筒部１８２は、端部１８８においてヒータ部１５０に溶接接続されており、第１の半径よりも小さい第２の半径ｒ２を有するとともに、軸線Ｏに沿った筒状に形成されている。実施例において、「軸線Ｏに沿った」とは、公差を含み、軸線Ｏに平行であることを意味する。

　第１の筒部１８１と第２の筒部１８２は、接続部１８５によって接続されている。接続部１８５と、第１の筒部１８１および第２の筒部１８２の接続部分は、滑らかな屈曲状に形成されている。接続部１８５は、軸線Ｏに対して傾きを有するように形成されており、第１実施例では、軸線Ｏに対して直交するように、換言すれば、軸線Ｏに直交する平面と略平行となるように形成されている。連結部材１８０は、例えば、絞り加工により作製されている。

　第１実施例では、連結部材１８０は、キャップ部１２０内に配置されている。ヒータ部１５０は、連結部材１８０の弾性力によって、軸線Ｏに沿った変位が許容されている。なお、連結部材１８０は、ヒータ部１５０とハウジング１３０とを連結することで、燃焼室から主体金具１１０内への気密を確保する役割も果たす。

　連結部材１８０とハウジング１３０は、連結部材１８０の軸線Ｏに直交する方向から全周に亘りレーザによる打ち抜き溶接（以降、打ち抜きレーザ溶接と呼ぶ）により形成される溶接部２００によって固定されている。同様に、連結部材１８０とヒータ部１５０は、連結部材１８０の軸線Ｏに直交する方向から全周に亘る打ち抜きレーザ溶接により形成される溶接部２１０によって固定されている。なお、本明細書において、レーザ照射における「軸線Ｏに直交する方向」とは、厳密な直交に限定されず、公差を含む。

　図３は、第１実施例におけるヒータ部１５０と連結部材１８０とを接合する溶接部２１０について説明する模式拡大図である。図３において、溶接前の連結部材１８０の先端部分１８８ａを破線で示す。連結部材１８０とヒータ部１５０とは、溶接接合前において、連結部材１８０の端部１８８とヒータ部１５０との間に空隙５０が形成される。空隙５０が形成される理由は次の通りである。すなわち、連結部材１８０は非常に薄い板材から絞り加工などにより形成されているため、一定の厚みに製造することは困難であり、約０．１５ｍｍ～０．３ｍｍ範囲内の厚みを有するように製造される。一方、ヒータ部１５０のシース管１５２は、スウェージング加工により形成されており、製造過程において比較的大きな公差を有する。ヒータ部１５０の軸ぶれを抑制するために、連結部材１８０とヒータ部１５０との接合より先に、連結部材１８０とハウジング１３０とが接合されるので、連結部材１８０、ヒータ部１５０の各々が有する製造誤差に起因して、連結部材１８０の第２の筒部１８２とヒータ部１５０のシース管１５２との間には空隙５０が形成される。当該空隙５０の径方向Ｙの間隔Ｇは、連結部材１８０の厚みＴの１／１０以上となる。

　打ち抜き溶接によってヒータ部１５０と連結部材１８０を接合する場合、部材間の間隔が、被溶接部材、すなわち、連結部材１８０の厚みの１／１０程度であれば、溶接部分の接合強度が保持される。しかしながら、記述の通り、連結部材１８０とヒータ部１５０との間には連結部材１８０の厚みＴの１／１０以上の間隔Ｇを有する空隙５０が形成されるため、溶接部２１０を形成する打ち抜きレーザ溶接において、連結部材１８０とヒータ部１５０とは当該空隙５０が充填されて溶接接合されることが望まれる。

　第１実施例では、連結部材１８０の端部１８８がレーザ照射されることにより溶接部２１０が形成される。具体的には、図３に示すように、レーザ照射によって溶融した連結部材１８０の第２の筒部１８２の端部１８８の少なくとも一部である先端部分１８８ａ（破線で示す）が連結部材１８０とヒータ部１５０との間の空隙５０を埋めるとともに、溶融した端部１８８とヒータ部１５０とが混ざり合った合金が形成されることにより、溶接部２１０が形成される。

　溶接部２１０は、第１溶接部２５０と第２溶接部２６０を有する。第１溶接部２５０は、径方向Ｙの内側に形成され、軸線方向ＯＤにおいて最大幅ｄ１を有する。第２溶接部２６０は、第１溶接部２５０よりも径方向Ｙの外側、換言すれば、軸線Ｏから離れた位置に形成され、軸線方向ＯＤにおいて、第１溶接部２５０の最大幅ｄ１より大きい幅ｄ２を有する。第２溶接部２６０は、その一部がヒータ部１５０に延伸している。すなわち、溶接部２１０は、第２溶接部２６０がヒータ部１５０に侵入するように形成されているので、ヒータ部１５０における溶接部２１０の占有体積を増大させることができ、接合強度が向上される。

　第１実施例では、打ち抜きレーザ溶接にファイバーレーザが利用される。ファイバーレーザは、レーザ幅が狭く、連続照射することが可能である。よって、ファイバーレーザによる溶接部２００，２１０の表面はＶ字状の溶接痕が連なる、幅の狭い滑らかな直線状に形成される。また、ファイバーレーザによる溶接部２００，２１０の断面は、図３において説明したように最大幅の異なる第１の溶接部２５０，第２の溶接部２６０から形成され、レーザからより遠くに位置する被溶接部材（ヒータ部１５０）へも溶接部が延伸し、強固に接合される。

　圧力センサ１６０（図１Ｂ参照）は、中軸１７０が通る開口部１６１が中央に設けられた環状の金属ダイアフラム１６２と、金属ダイアフラム１６２の上面（後端側の面）に接合されたピエゾ抵抗素子１６４と、を備えている。金属ダイアフラム１６２は、例えば、ステンレス鋼等によって形成されている。ピエゾ抵抗素子１６４には、ハウジング１３０内の所定の部位に設けられた集積回路１６６が電気的に接続されている。前述のように、金属ダイアフラム１６２の内周には、ヒータ部１５０に接続された伝達スリーブ１３４の後端が接合されている。そのため、燃焼圧の受圧によってヒータ部１５０が軸線Ｏに沿って変位すると、伝達スリーブ１３４によって、その変位量が金属ダイアフラム１６２に伝達され、金属ダイアフラム１６２を撓らせる。集積回路１６６は、この金属ダイアフラム１６２の変形をピエゾ抵抗素子１６４を用いて検出することで、内燃機関の燃焼圧を検出する。集積回路１６６は、こうして検出された燃焼圧を示す電気信号を、主体金具１１０の後端に挿入された配線１１６を通じて外部のＥＣＵ等に出力する。

　以上で説明した本実施形態では、グロープラグ１００の工具係合部１１２に工具を係合させ、内燃機関のプラグ取り付け孔１０にネジ部１１４を螺合させることで、キャップ部１２０が内燃機関のプラグ取付け孔１０の座面２０に接触し、グロープラグ１００が内燃機関に固定される。

Ａ２．接合方法：
　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。以下に、第１実施例のグロープラグ１００における連結部材１８０とハウジング１３０およびヒータ部１５０との溶接接合による組み付け工程について、図４～図９Ｂを参照して説明する。なお、図５～図９Ｂにおいて、図面上方がグロープラグ１００の先端側、図面下方がグロープラグ１００の後端側を示す。

　図４は、第１実施例におけるグロープラグ１００の組み付け工程について説明するフローチャートである。図５は、第１実施例における連結部材１８０の挿入について説明する説明図である。組み付け工程では、まず、主体金具１１０、ヒータ部１５０、圧力センサ１６０からなるワークが公知の方法により組み付けられ、図５に示すワーク５００が作製され（ステップＳ１０）、作製されたワーク５００に、連結部材１８０が挿入、配置される（ステップＳ１２）。図５に示すように、連結部材１８０は、第１の筒部１８１の端部
１８６がセンサ固定部材１３２のフランジ部１３３に当接する位置まで、第１の筒部１８１側からワーク５００の先端（ヒータ部１５０の先端）に、軸線Ｏに沿って挿入される。この結果、センサ固定部材１３２の、フランジ部１３３よりも先端部分の外周面１３２ａと、連結部材１８０の第１の筒部１８１の内周面１８７とが対向するように連結部材１８０が配置される。この時点では、連結部材１８０とワーク５００とは接合されていない。

　次いで、ワーク５００がチャッキングされる（ステップＳ１４）。図６は、ステップＳ１４におけるチャッキングを説明する説明図である。チャック装置６００は、内部に、軸線方向ＯＤに沿って連通する中空の円筒部６１０、６１２を有する。径方向Ｙにおいて、円筒部６１０の直径は、円筒部６１２の直径より小さい。チャック装置６００は、ワーク５００の後端側が６１０、６２０内に収容されている状態でワーク５００を締め付けて固定する。

　ワーク５００に挿入された連結部材１８０とハウジング１３０とを溶接接合し（ステップＳ１６）、続いて、連結部材１８０とヒータ部１５０とを溶接接合する（ステップＳ１８）。第１実施例では、ヒータ部１５０の軸が軸線Ｏからずれること（軸ブレ）を抑制するために、ヒータ部１５０と連結部材１８０との接合より先にハウジング１３０と連結部材１８０とが接合される。

　図７は、第１実施例におけるステップＳ１６およびＳ１８における溶接接合について説明する拡大断面図である。図７では、図６の円Ａ部分を拡大した断面図を示す。連結部材１８０の第１の筒部１８１がフランジ部１３３から浮いたり、連結部材１８０の中心軸が軸線Ｏに対して傾いたりすることを抑制するために、連結部材１８０とハウジング１３０との溶接接合が行われる際、連結部材１８０は、接続部１８５において、押さえ治具８００によって先端側から後端側に対して押圧され固定される。

　チャック装置６００によって固定されているワーク５００（図６参照）は、軸線Ｏを中心にＸ方向に回転される。ワーク５００が回転を開始すると、ワーク５００に挿置されている連結部材１８０の第１の筒部１８１に対して、径方向Ｙの外側からファイバーレーザ溶接機７００によってレーザが連続照射される。第１実施例では、第１の筒部１８１は、軸線Ｏに直交する方向からレーザ照射される。軸線Ｏに直交する方向からレーザ照射されることにより、連結部材１８０の溶融具合とハウジング１３０との溶融具合とを略均等とできる。レーザによって加熱された連結部材１８０およびハウジング１３０を構成する材料が溶融し、レーザ照射部分に合金が形成され、溶接部２００が形成される。溶接部２００の形成により、連結部材１８０とハウジング１３０とが接合される。

　溶接部２００の形成の終了後、連結部材１８０は、端部１８８において、径方向Ｙの外側からファイバーレーザ溶接機７００でレーザが連続照射される。第１実施例では、連結部材１８０の端部１８８は、軸線Ｏに直交する方向からレーザ照射される。軸線Ｏに直交する方向からレーザ照射が行われることにより、連結部材１８０の溶融具合とヒータ部１５０の溶融具合とを略均等とできる。レーザによって加熱された連結部材１８０およびヒータ部１５０を構成する材料が溶融し、レーザ照射部分に合金が形成され、溶接部２１０が形成される。溶接部２１０の形成により、連結部材１８０とヒータ部１５０とが接合される。

　溶接部２１０の形成について、従来方法によって形成される場合と第１実施例の方法によって形成される場合を比較しつつ説明する。図８Ａおよび図８Ｂは、従来技術におけるヒータ部１５０と連結部材１８０とにわたって形成される溶接部について説明する模式図である。図８Ａは、レーザ照射による連結部材１８０の溶融について示しており、図８Ｂは、溶接部２１０ｂの形成について示している。

　従来は、レーザ照射時に、レーザ７１０が連結部材１８０からずれて、ヒータ部１５０に直接照射されることを防止するために、図８Ａに示すように、先端部分１８８ａから十分離れた位置にレーザ７１０が照射されていた。この結果、ヒータ部１５０と連結部材１８０とに亘る溶接部の形成において、溶融した連結部材１８０の一部がヒータ部１５０と連結部材１８０との間の空隙５０を充填するように流動する。図８Ｂに示すように、空隙５０に流動した分だけ、連結部材１８０と溶接部２１０ｂとの境界部分１８９において、連結部材１８０の板厚が他の部位に比して薄くなる箇所（引け、とも呼ばれる）が生じたり、溶接部２１０ｂそのものがレーザ照射方向に沿って変形し窪み９００が形成されたりするなど、溶接部２１０ｂにおける板厚薄化を招く。溶接部２１０ｂにおける板厚薄化（引けの発生）は、溶接強度の低下を招き、溶接部２１０ｂの疲労強度の安定的な保持を阻害するという問題があった。また、従来の方法では、レーザ７１０の熱は先端部分１８８ａまで伝搬せず、先端部分１８８ａ近傍は、溶接部２１０ｂの形成に寄与することなく、換言すれば、接合強度に影響することなく、残留していた。

　図９Ａおよび図９Ｂは、ステップＳ１８における溶接部２１０の形成について詳細に説明する模式図である。図９Ａは、端部１８８へのレーザ照射による先端部分１８８ａの溶融について示しており、図９Ｂは、溶融した先端部分１８８ａによる空隙５０の充填について示している。第１実施例において、端部１８８とは、先端部分１８８ａから所定距離だけ離れた位置と、先端部分１８８ａとの間の領域を含む。先端部分１８８ａから所定距離だけ離れた位置とは、ファイバーレーザ溶接機７００から照射されるレーザ７１０の熱によって連結部材１８０の先端部分１８８ａを溶融させることが可能な程度に、先端部分１８８ａから離れていることを意味しており、ファイバーレーザ溶接機７００の性能やレーザ強度、被溶接部材の材料や形状によって適宜決定される。

　第１実施例では、端部１８８に対してレーザ７１０の照射を行うことにより、従来、溶接部の形成に利用されなかった先端部分１８８ａを溶融させる（図９Ａ）。矢印Ｂに示すように、当該溶融された先端部分１８８ａの少なくとも一部が、ヒータ部１５０と連結部材１８０との間の空隙５０を充填するように流動する。この結果、図９Ｂに示すように、溶接部２１０の形成に必要とされる体積（換言すれば、空隙５０に対応する体積）分の材料が補充されるため、連結部材１８０と溶接部２１０との境界部分１８９において、連結部材１８０の板厚が他の部位に比して薄くなる箇所が発生すること（引けの発生）を抑制しつつ、連結部材１８０の端部１８８からヒータ部１５０に亘って溶接部２１０を形成できる（図９Ｂ）。溶接部２１０の形成により、ヒータ部１５０と連結部材１８０とが接合される。

　ヒータ部１５０と連結部材１８０とが溶接されたワーク５００の先端にキャップ部１２０が組み付けられて、グロープラグ１００が完成する（ステップＳ２０）。

　以上説明した第１実施例のグロープラグ１００およびグロープラグ１００の製造方法によれば、連結部材１８０の端部１８８は、レーザ溶接によって連結部材１８０の端部１８８の少なくとも一部が溶融して形成された溶接部２１０を介してヒータ部１５０と接合される。従って、溶接強度に影響を与えない連結部材１８０の端部１８８が溶接による熱で溶けて連結部材１８０とヒータ部１５０との間の空隙５０に流れ込み、溶接前において連結部材１８０とヒータ部１５０との間に形成される空隙５０を充填する。よって、溶接部分において連結部材１８０の板厚が部分的に薄くなることを抑制でき、溶接強度を安定的に保持することができる。

　また、第１実施例のグロープラグ１００およびその製造方法によれば、溶接部２１０は、連結部材１８０の端部１８８が、軸線に直交する方向からレーザ照射されることにより形成される。従って、レーザ照射の方向を容易に調整して溶接部２１０を形成することができる。

　また、第１実施例のグロープラグ１００およびその製造方法によれば、連結部材１８０とヒータ部１５０との間の空隙５０の間隔は、連結部材１８０の厚みの１／１０以上である。従って、連結部材１８０とヒータ部１５０との間に連結部材１８０の厚みの１／１０以上の間隔を有する空隙５０が存在していても、強度信頼性の保持された溶接部２１０を形成することができる。

　また、第１実施例のグロープラグ１００およびその製造方法によれば、溶接部２１０は、軸線側に形成される第１溶接部２５０と、第１溶接部２５０の最大幅より大きい幅を有し、ヒータ部１５０に延伸している第２溶接部２６０と、を有する。従って、ヒータ部１５０における溶接部２１０の占有体積を増大させることができ、接合強度を向上することができる。

Ｂ．第２実施例：
　第２実施例のグロープラグ１００ａは、ヒータ部１５０と連結部材１８０とに亘って形成される溶接部２１０ａの形状、および、溶接部２１０ａを形成するためのレーザ照射方法が第１実施例と異なる。第２実施例のグロープラグ１００ａにおいて、第１実施例のグロープラグ１００の各構成と同一構成については、第１実施例において使用した符号を用いて説明する。第２実施例における溶接部２１０ａの形成について、図１０および図１１Ａ，１１Ｂを参照して説明する。

Ｂ１．溶接部の概略構成：
　図１０は、第２実施例におけるレーザ照射の方向について説明する説明図である。溶接部２００は第１実施例と同様の方法で形成されている。溶接部２００の形成の終了後、連結部材１８０は、端部１８８において、径方向外側からファイバーレーザ溶接機７００でレーザが連続照射される。第２実施例では、連結部材１８０の端部１８８は、ヒータ部１５０の先端部側から後端部側へ、軸線Ｏに交差する斜め方向にレーザ照射が行われる。

　溶接部２１０ａは、径方向Ｙの内側に形成される第１溶接部２５０ａと、第１溶接部よりも径方向Ｙの外側、換言すれば、軸線Ｏから離れた位置に形成され、軸線方向ＯＤにおいて、第１溶接部２５０ａの最大幅より大きい幅を有する第２溶接部２６０ａと、を有する。第２溶接部２６０ａは、その一部がヒータ部１５０に延伸するように形成されている。

Ｂ２．溶接部の形成方法：
　図１１Ａおよび図１１Ｂは、第２実施例における溶接部２１０ａの形成について説明する模式図である。図１１Ａは、端部１８８へのレーザ照射による先端部分１８８ａの溶融について示しており、図１１Ｂは、溶融した先端部分１８８ａによる空隙５０の充填について示している。

　第２実施例では、端部１８８に対して軸線Ｏに交差する斜め方向からレーザ７２０の照射が行われることにより、先端部分１８８ａが溶融される（図１１Ａ）。すなわち、レーザ７２０の照射方向と軸線Ｏに直交する直交線Ｐとがなす角度θ１は、０度より大きく９０度より小さい。こうすることにより、先端部分１８８ａの少なくとも一部、より具体的には、空隙５０側の部分１８８ｂの溶融が促進され、部分１８８ｂを含む先端部分１８８ａによってヒータ部１５０と連結部材１８０との間の空隙５０が充填される。この結果、図１１Ｂに示すように、連結部材１８０と溶接部２１０ａとの境界部分１８９において、連結部材１８０の板厚が他の部位に比して薄くなる箇所が発生することを抑制しつつ、連結部材１８０の端部１８８からヒータ部１５０に亘って溶接部２１０ａを形成できる（図１１Ｂ）。溶接部２１０ａの形成により、ヒータ部１５０と連結部材１８０とが接合される。

　なお、溶接部２１０ａの断面の形状から、レーザ７２０の照射方向（角度θ１）を推定することができる。図１２は、レーザ７２０の照射方向を推定する方法を示す説明図である。図１２には、グロープラグ１００の軸線Ｏを通る断面の内、溶接部２１０ａ付近を拡大して示している。上述したように、溶接部２１０ａは、第２溶接部２６０ａと、第２溶接部２６０ａから軸線Ｏに近づく方向に延伸した第１溶接部２５０ａとを有している。レーザ７２０の照射方向（角度θ１）は、第１溶接部２５０ａの延伸方向と軸線Ｏに直交する直交線Ｐとがなす角度θ２に略一致すると考えられる。そのため、第１溶接部２５０ａの延伸方向と直交線Ｐとがなす角度θ２が、レーザ７２０の照射方向（角度θ１）であると推定される。なお、第１溶接部２５０ａの延伸方向は、図１２に示す断面において、第１溶接部２５０ａの先端側の境界線Ｌ１と後端側の境界線Ｌ２との平均線Ｌａ（境界線Ｌ１からの距離と境界線Ｌ２からの距離とが同じである点の集合）の方向である。

　ここで、レーザ７２０の照射方向（角度θ１）は、１０度以上４０度以下であることが、連結部材１８０の耐久性低下を抑制するという点で好ましい。図１３は、レーザ７２０の照射方向（角度θ１）と圧力センサ１６０の出力変化量との関係を示す説明図である。図１３には、レーザ７２０の照射方向（角度θ１）を種々変更して溶接部２１０ａを形成したときの、溶接後の圧力センサ１６０出力変化量（ゼロ点変動量）を調べた試験結果の一例を示している。溶接後の圧力センサ１６０の出力変化量が大きいということは、連結部材１８０の溶接縮み（残留応力）が大きいことを意味するため、連結部材１８０の耐久性が低下するおそれがある。図１３に示すように、角度θ１が４０度を超えると、圧力センサ１６０の出力変化量が比較的大きくなる。これは、角度θ１が４０度を超えると、溶接の際に連結部材１８０が溶融する部分が大きくなり（例えば、角度θ１が９０度の場合には連結部材１８０のみが溶融する）、溶接縮みが大きくなるためであると考えられる。他方、角度θ１が１０度未満の場合には、溶融した連結部材１８０の一部が空隙５０に入っていきにくいため、好ましくない。角度θ１を１０度以上４０度以下とすれば、圧力センサ１６０の出力変化量は比較的小さくなることから、連結部材１８０の溶接縮み（残留応力）が比較的小さくなり、連結部材１８０の耐久性低下を抑制することができる。また、角度θ１を１０度以上４０度以下とすれば、溶融した連結部材１８０の一部が空隙５０の奥まで入っていきやすくなるため、好ましい。なお、第１溶接部２５０ａの延伸方向と直交線Ｐとがなす角度θ２は、レーザ７２０の照射方向（角度θ１）と略一致するため、角度θ２は１０度以上４０度以下であることが好ましいと言える。

　以上説明した第２実施例のグロープラグ１００ａおよびその製造方法によれば、溶接部２１０ａは、連結部材１８０の端部が、ヒータ部１５０の先端部側から後端部側へ、軸線に交差する斜め方向にレーザ照射されることにより形成される。従って、連結部材１８０とヒータ部１５０との間に形成される空隙５０近傍の連結部材１８０の端部を積極的に溶融させて、空隙５０を充填するための材料を確保できる。よって、溶融した連結部材１８０の端部によって空隙５０の充填を効率的に行うことができ、溶接部２１０ａの強度信頼性を保持できる。また、空隙５０の間隔が比較的大きい場合にも、空隙５０を十分に充填することができ、接合強度を保持できる。

　また、第２実施例のグロープラグ１００ａおよびその製造方法によれば、溶接部２１０ａは、軸線側に形成される第１溶接部２５０ａと、第１溶接部２５０ａの最大幅より大きい幅を有し、ヒータ部に延伸している第２溶接部２６０ａと、を有する。従って、ヒータ部１５０における溶接部２１０ａの占有体積を増大させることができ、接合強度を向上することができる。

　以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成をとることができる。例えば、上記実施例では、ヒータ部１５０として、シース管１５２と発熱コイル１５４と絶縁粉末１５５とを備えるヒータが用いられているが、ヒータとして、セラミックヒータを用いることも可能である。この場合、セラミックヒータとセラミックヒータの外周面に固定された筒状の金属製外筒との組立体をヒータ部１５０とすることができる。また、上記実施例では、ピエゾ抵抗素子１６４を用いて燃焼圧を検出しているが、燃焼圧は他のセンサによって検出してもよい。例えば、圧電素子を用いて燃焼圧を検出してもよい。この場合、圧電素子がセンサ固定部材１３２と伝達スリーブ１３４との間に軸方向に挟持された構成を採用してもよい。

　　１０…取り付け孔
　　２０…座面
　　５０…空隙
　　１００…グロープラグ
　　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
　　１３２ａ…外周面
　　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
　　１８１…第１の筒部
　　１８２…第２の筒部
　　１８５…接続部
　　１８６…端部
　　１８７…内周面
　　１８８…端部
　　１８８ａ…先端部分
　　１８８ｂ…部分
　　１８９…境界部分
　　２００…溶接部
　　２１０…溶接部
　　２１０ａ…溶接部
　　２１０ｂ…溶接部
　　２５０…第１溶接部
　　２５０ａ…第１溶接部
　　２６０…第２溶接部
　　２６０ａ…第２溶接部
　　５００…ワーク
　　６００…チャック装置
　　６１０…円筒部
　　６１２…円筒部
　　７００…ファイバーレーザ溶接機
　　７１０…レーザ
　　７２０…レーザ
　　８００…押さえ治具

Claims

　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、
　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、
　前記連結部材の端部と前記ヒータ部とは、前記連結部材側からレーザ溶接を行うことにより接合された圧力センサ付きグロープラグであって、
　前記連結部材のうち前記端部を除く部位は前記ヒータ部と空隙を介して配置され、
　前記連結部材の端部は、前記レーザ溶接によって前記連結部材の端部の少なくとも一部が溶融して形成された溶接部を介して前記ヒータ部と接合され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、
　前記溶接部は、前記連結部材の端部が、前記軸線に直交する方向からレーザ照射されることにより形成され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、
　前記溶接部は、前記連結部材の端部が、前記ヒータ部の先端部側から後端部側へ、前記軸線に交差する斜め方向にレーザ照射されることにより形成され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３記載の圧力センサ付きグロープラグであって、
　前記溶接部の延伸方向と前記軸線に直交する方向とがなす角度が、１０度以上４０度以下であ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いずれか記載の圧力センサ付きグロープラグであって、
　前記溶接部は、
　　前記軸線方向に直交する方向において、前記軸線側に形成される第１溶接部と、
　　前記軸線方向に直交する方向において、前記第１溶接部よりも前記軸線から離れた位置に形成され、前記軸線方向において、前記第１溶接部の最大幅より大きい幅を有する第２溶接部と、を有し、
　前記第２溶接部の一部は、前記ヒータ部に延伸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。
　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、
　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ための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の製造方法であって、
　前記ヒータ部と、前記ヒータ部に平行な形状を有する前記連結部材の他端とを、前記連結部材側からレーザ溶接して接合する工程であって、前記レーザ溶接により溶融した前記連結部材の端部の少なくとも一部が、前記連結部材と前記ヒータ部との間に形成される空隙を埋めることを含む工程と、を備えることを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグの製造方法。
　請求項６記載の圧力センサ付きグロープラグの製造方法であって、
　前記ヒータ部と前記連結部材とを接合する工程において、前記連結部材の端部を、前記軸線に直交する方向からレーザ照射することを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグの製造方法。
　請求項６記載の圧力センサ付きグロープラグの製造方法であって、
　前記ヒータ部と前記連結部材とを接合する工程において、前記連結部材の端部を、前記ヒータ部の先端部側から後端部側へ、前記軸線に交差する斜め方向にレーザ照射することを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグの製造方法。