WO2013164909A1

WO2013164909A1 - 圧力センサ付きグロープラグ

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Publication number: WO2013164909A1
Application number: PCT/JP2013/002838
Authority: WO
Inventors: 鈴木　啓之; 司光佐々
Original assignee: 日本特殊陶業株式会社
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2013-11-07
Also published as: JP2015092135A; KR101614625B1; KR20140024056A; JPWO2013164909A1; US9068549B2; JP5723461B2; EP2846095A1; US20140373799A1; SI2846095T1; EP2846095B1; EP2846095A4

Abstract

　グロープラグ１００の連結部材１８０は、軸線方向ＯＤに折り返された第１の屈曲部１８３および第２の屈曲部１８４と、第１の屈曲部１８３と第２の屈曲部１８４とを接続し、胴部の後端側に向けて縮径するテーパ状の接続部１８５を有する。従って、ハウジング１３０とヒータ部１５０との間に形成される限られた空間において、軸線方向ＯＤ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１８０の長さを長くすることができる。この結果、連結部材１８０のバネ定数ｋは低くなり、連結部材１８０に、熱膨張による軸線方向への伸長が抑制される。よって、連結部材１８０の軸線方向への伸長による不要な荷重が、ヒータ部１５０を介して圧力センサ１６０へ付与されることを抑制でき、圧力センサ１６０の測定精度を向上できる。

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と、燃焼室の圧力を測定する圧力センサと、ヒータとハウジングとに接合され、ヒータ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では、圧力センサは、燃焼室内の圧力の変化に応じてヒータが変位することによって圧力センサに付与される荷重を検出している。

特開２００５－３３１２３６号公報

　燃焼圧計測時、周囲温度の変化に伴って連結部材が加熱され、連結部材が軸線方向に熱膨張することがある。ヒータは、連結部材によって保持されているので、連結部材の熱膨張による軸線方向の伸長がヒータを介して圧力センサに伝搬してしまう。この結果、燃焼圧の変化に応じてヒータが圧力センサに付与する荷重とは異なる荷重が圧力センサへ付与され、圧力センサの測定値に誤差が生じ、圧力センサの測定精度の低下という問題が生じる。

　連結部材の熱膨張による軸線方向の伸長は、上述の燃焼圧計測時に限定されるものではなく、種々の環境変化に応じて生じるおそれがある。

　本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、圧力センサ付きグロープラグにおいて、圧力計測時における連結部材の熱膨張による軸線方向の伸長を抑制し、圧力センサの測定精度を向上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、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１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１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。

［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２の圧力センサ付きグロープラグによれば、第２の屈曲部は、第１の屈曲部の屈曲方向と反対向きに屈曲されている。従って、簡略な構成で、連結部材の長さを長くすることができ、連結部材のバネ定数を低くすることができる。

［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。

　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、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４］
　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４の圧力センサ付きグロープラグによれば、接続部は、第２の屈曲部に接するとともに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ように形成されている。従って、基準平面に対する接続部の傾きが１０度未満である連結部材よりも、バネ定数を低くできる。よって、圧力センサの測定精度を向上できる。

［適用例５］
　適用例４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５の圧力センサ付きグロープラグによれば、接続部は、基準平面に対して、３５度以下の傾きを有するように形成されている。従って、基準平面に対する接続部の傾きが３５度より大きい連結部材よりも、バネ定数を低くできる。よって、圧力センサの測定精度を向上できる。

［適用例６］
　適用例１ないし適用例５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６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７］
　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。

　適用例７の圧力センサ付きグロープラグによれば、連結部材は、絞り加工によって形成されている。従って、連結部材のコストパフォーマンスを向上できるとともに、第１の屈曲部、第２の屈曲部や接続部の形状にバラツキの少ない品質の安定した連結部材を製造できる。

　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実施例におけるグロープラグ１００の構成を示す説明図。第１実施例におけるグロープラグ１００の構成を示す説明図。第１実施例におけるキャップ部１２０近傍の拡大断面図。第１実施例における連結部材１８０の詳細構成について説明する模式断面図。第１実施例における角度－バネ定数グラフ５００。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。第２実施例における連結部材１８０ａの詳細構成について説明する模式断面図。第２実施例における屈曲半径－バネ定数グラフ６００。第２実施例における屈曲半径－応力グラフ７００。従来例のグロープラグについて説明する断面図。従来例のグロープラグについて説明する断面図。机上モータリング試験における圧力センサの測定誤差について示す誤差グラフ９００。第２実施例におけるグロープラグ１００ａ、従来例１，２のグロープラグ８００，８５０のスス詰まりの状態を示す説明図。第２実施例におけるグロープラグ１００ａ、従来例１，２のグロープラグ８００，８５０のスス詰まりの状態を示す説明図。第２実施例におけるグロープラグ１００ａ、従来例１，２のグロープラグ８００，８５０のスス詰まりの状態を示す説明図。圧力センサの感度比について示す感度比グラフ１０００。

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、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、端部１８６においてハウジング１３０に接続されるとともに、端部１８６とは異なる端部１８８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。

　一般的に、燃焼圧測定時に、燃焼室内の温度上昇に伴い、連結部材１８０は熱膨張する。連結部材１８０は熱膨張に伴って軸線Ｏ方向に伸長する。この軸線Ｏ方向への伸長は、連結されているヒータ部１５０に対して不要な荷重、すなわち、燃焼圧の変化に対応してヒータ部１５０が変位することにより圧力センサに伝達する荷重以外の荷重として伝達されてしまい、結果として、圧力センサ１６０の測定精度の低下を招くおそれがある。連結部材１８０のバネ定数ｋを低くすることにより、燃焼圧測定時に連結部材１８０に生じる軸線Ｏ方向への伸長が抑制され、連結部材１８０の軸線Ｏ方向への伸長による不要な荷重が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。第１実施例では、連結部材１８０に、軸線方向ＯＤに折り返された２つの屈曲部を形成することにより、連結部材１８０のバネ定数を低くしている。連結部材１８０の詳細な構成について、図３を参照して説明する。

　図３は、第１実施例における連結部材１８０の詳細構成について説明する模式断面図である。図３では、図２における軸線Ｏから図面左側部分の連結部材１８０を部分的に拡大して示されている。連結部材１８０は、第１の筒部１８１、第２の筒部１８２、第１の屈曲部１８３、第２の屈曲部１８４および接続部１８５を備える。なお、本明細書において、径方向とは、主体金具１１０の径方向であり、軸線Ｏに垂直な方向を示す。また、径方向において、軸線Ｏに近い側を内側、軸線Ｏに遠い側を外側として説明する。

　第１の筒部１８１は、端部１８６においてハウジング１３０と溶接接続されるとともに、端部１８７において第１の屈曲部１８３と接続されており、第１の外径ｄ１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に溶接接続されるとともに、端部１８９において第２の屈曲部１８４と接続されており、第１の外径ｄ１よりも小さい第２の外径ｄ２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。なお、端部１８７と第１の屈曲部１８３との接続、および、端部１８９と第２の屈曲部１８４との接続、とは、当該部分が各構成部品の境界部分であることを意味しており、接合や接着を意味するものではない。

　第１の屈曲部１８３は、第１の筒部１８１の端部１８７に接続され、径方向Ｙの内側に折り返され、点Ｏ１を中心とし、屈曲半径Ｒ１を有する曲面状に形成されている。また、第１の屈曲部１８３は、径方向Ｙにおいて、第２の屈曲部１８４よりもハウジング１３０の近くに位置し、かつ、軸線方向ＯＤにおいて、第２の屈曲部１８４よりもハウジング１３０の先端側に位置する。

　第２の屈曲部１８４は、第１の屈曲部１８３の端部１８９に接続され、径方向Ｙの外側に折り返され、点Ｏ２を中心とし、屈曲半径Ｒ２を有する曲面状に形成されている。また、第２の屈曲部１８４は、径方向Ｙにおいて、第１の屈曲部１８３よりもヒータ部１５０の近くに位置し、かつ、軸線方向ＯＤにおいて、第２の屈曲部１８４よりもハウジング１３０の後端側に位置する。第２の屈曲部１８４は、第１の屈曲部１８３の屈曲方向と反対向きに突状となるように屈曲されている。

　第１の屈曲部１８３と第２の屈曲部１８４とは、接続部１８５によって接続されている。第１の屈曲部１８３と第２の屈曲部１８４とを軸線方向ＯＤに対して反対向きに折り返すことにより、径方向Ｙにおいて重複する部分に応じた長さ分だけ、連結部材１８０の長さは長くなるので、連結部材１８０のバネ定数ｋを低くすることができる。

　接続部１８５は、主体金具１１０の後端側に向けて縮径するテーパ状に形成されている、換言すれば、第２の屈曲部１８４に接するとともに軸線Oに直交する平面（以降、基準平面Ｓと呼ぶ）に対して、所定の角度ｒ１の傾きを有するように形成されている。接続部１８５の角度ｒ１によって、連結部材１８０のバネ定数ｋは変化する。基準平面Ｓに対する接続部１８５の角度ｒ１とバネ定数ｋとの関連について、図４を参照して説明する。

　図４は、第１実施例における角度－バネ定数グラフ５００である。角度－バネ定数グラフ５００は、第１実施例における基準平面Ｓに対する接続部１８５の角度ｒ１と、連結部材１８０のバネ定数ｋとの関係を示している。角度－バネ定数グラフ５００において、縦軸はバネ定数ｋ（単位：ｋＮ／ｍｍ）を示し、横軸は基準平面Ｓに対する接続部１８５の角度ｒ１（単位：ｄｅｇ）を示している。第１実施例において、基準平面Ｓと第２の屈曲部１８４との接点を中心とし、基準平面Ｓに対して左回り方向への傾きを正の符号（＋）で示し、基準平面Ｓに対して右回り方向への傾きを負の符号（－）で示す。

　角度－バネ定数グラフ５００に示されるように、接続部１８５の基準平面Ｓに対する角度ｒ１が、以下の式１の範囲内のとき、連結部材１８０のバネ定数ｋは、８ｋＮ／ｍｍ以下の範囲に含まれ、接続部１８５の角度ｒ１が式１の範囲外の場合のバネ定数ｋに対して相対的に低くなる。従って、接続部１８５の角度ｒ１が式１の範囲内に含まれるように、第１の屈曲部１８３や第２の屈曲部１８４が規定され、連結部材１８０が形成される。第１実施例では、角度ｒ１＝３０°となるように連結部材１８０が形成されている。
　１０°≦ｒ１≦３５°…（式１）

　本実施例のグロープラグ１００では、連結部材１８０の第１の屈曲部１８３の厚さ（板厚）Ｔ１（図２参照）は、第２の屈曲部１８４の厚さ（板厚）Ｔ２より大きい。そのため、ヒータ部１５０が燃焼圧を受けて変位する際に、第１の屈曲部１８３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１８３に発生する応力と第２の屈曲部１８４に発生する応力とを最適化することができ、連結部材１８０の耐久性を向上させることができる。例えば、上記観点から、第１の屈曲部１８３の厚さＴ１を第２の屈曲部１８４の厚さＴ２の１．１５～１．３５倍とするのが好ましく、厚さＴ１を厚さＴ２の１．２～１．３倍とするのがより好ましく、厚さＴ１を厚さＴ２の１．２５倍とするのがさらに好ましい。

　連結部材１８０は、絞り加工や切削、鋳造など種々の方法によって作製可能であるが、第１実施例では、絞り加工（深絞り加工）によって作製されている。連結部材１８０の作製において、絞り加工は、切削加工や鋳造などの他の方法に比して、短時間で作製できる、第１の屈曲部１８３、第２の屈曲部１８４の形状のバラツキを低減できる、余剰部材（作製後に屑となる部分）が少なく、コストパフォーマンスが高い、などの利点がある。

　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。

　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２００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２００の座面２１０に接触し、グロープラグ１００が内燃機関に固定される。

Ａ２．連結部材１８０の製造方法：
　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。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。

　以上説明した第１実施例のグロープラグ１００によれば、連結部材１８０は、軸線方向ＯＤに折り返された第１の屈曲部１８３および第２の屈曲部１８４と、第１の屈曲部１８３と第２の屈曲部１８４とを接続し、胴部の後端側に向けて縮径するテーパ状の接続部１８５を有する。従って、ハウジング１３０とヒータ部１５０との間に形成される限られた空間において、軸線方向ＯＤ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１８０の長さを長くすることができる。この結果、連結部材１８０のバネ定数ｋは低くなり、連結部材１８０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１８０の軸線方向の伸長による不要な荷重が、ヒータ部１５０を介して圧力センサ１６０へ付与されることを抑制でき、圧力センサ１６０の測定精度を向上できる。

　また、第１実施例のグロープラグ１００によれば、第２の屈曲部１８４は、第１の屈曲部１８３の屈曲方向と反対向きに屈曲されている。従って、簡略な構成で、連結部材１８０の長さを長くすることができ、連結部材１８０のバネ定数ｋを低くすることができる。

　また、第１実施例のグロープラグ１００によれば、連結部材１８０は、第１の外径を有するとともに、軸線方向ＯＤ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ＯＤ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１８０は、軸線方向ＯＤに沿った断面が軸線Ｏ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１８０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が増す。

　また、第１実施例のグロープラグ１００によれば、接続部１８５は、第２の屈曲部１８４に接するとともに軸線Ｏに直交する基準平面に対して、１０度以上、かつ、３５度未満の傾きを有するように形成されている。従って、基準平面Ｓに対する接続部１８５の角度が１０度未満、もしくは、３５度以上である連結部材１８０よりも、連結部材１８０のバネ定数ｋを低くすることができる。よって、圧力センサ１６０の測定精度を向上できる。

　また、第１実施例のグロープラグ１００によれば、連結部材１８０は、絞り加工によって形成されている。従って、連結部材１８０の作製におけるコストパフォーマンスを向上できるとともに、第１の屈曲部１８３、第２の屈曲部１８４や接続部１８５の形状にバラツキの少ない品質の安定した連結部材１８０を製造できる。

Ｂ．第２実施例：
　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。

Ｂ１．連結部材の構成：
　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６は、第２実施例における連結部材１８０ａの詳細構成について説明する模式断面図である。図６において、第１の屈曲部１８３ａ、第２の屈曲部１８４ａを太実線で示すとともに、第１の屈曲部１８３ａの屈曲中心を点Ｏ３，第２の屈曲部１８４ａの屈曲中心を点Ｏ４として示す。連結部材１８０ａは、第１の屈曲部１８３ａと第２の屈曲部１８４ａの屈曲半径が異なること以外は、第１実施例の連結部材１８０と同様の構成・作用を有する。

　第１の屈曲部１８３ａは、点Ｏ３を中心とし、屈曲半径Ｒ１０を有する球面状に形成されている。第２の屈曲部１８４ａは、屈曲半径Ｒ２０を有する球面状に形成されている。第１の屈曲部１８３ａの屈曲半径Ｒ１０は、第２の屈曲部１８４ａの屈曲半径Ｒ２０よりも大きい。第２実施例では、第１の屈曲部１８３ａの屈曲半径Ｒ１０は０．５ｍｍであり、第２の屈曲部１８４ａの屈曲半径Ｒ２０は０．２ｍｍである。

　接続部１８５ａは、基準平面Ｓに対して、角度ｒ１０傾いている。なお、角度ｒ１０は、第１実施例における式１の範囲に含まれていればよく、第２実施例では、角度ｒ１０＝３０°である。

　第１実施例の連結部材１８０では、第１の屈曲部１８３と第２の屈曲部１８４を軸線方向ＯＤに折り返して形成することにより、連結部材１８０のバネ定数ｋを低下させることができるが、バネ定数の低下に伴い、耐久性が低下するという問題が生じる。第１実施例の連結部材１８０では、径方向外側に位置する第１の屈曲部１８３に作用する応力、特に圧縮応力が高くなることが実験的に知られている。

　よって、第２実施例では、連結部材１８０ａにおいて、第１の屈曲部１８３ａの屈曲半径Ｒ１０を拡大することにより、第１の屈曲部１８３ａに作用する応力を分散・低減することにより、連結部材１８０ａの耐久性を向上する。なお、圧縮応力は、第１の屈曲部１８３の内周側１８３ｂ、第２の屈曲部１８４ａの内周側１８４ｂに働き、引張応力は、第１の屈曲部１８３ａの外周側１８３ｃ、第２の屈曲部１８４ａの外周側１８４ｃに働く。以下に、第１の屈曲部１８３ａの屈曲半径Ｒ１０とバネ定数ｋとの相関、第１の屈曲部１８３ａの屈曲半径Ｒ１０と連結部材１８０ａへ作用する応力との相関、および、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について説明する。

Ｂ２．屈曲半径Ｒ１０とバネ定数ｋとの相関について：
　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。

　グロープラグ１００ａにおける連結部材１８０ａのバネ定数ｋは、１５ｋＮ／ｍｍ以下であれば、圧力センサ１６０において十分な測定精度を得られることが実験的に知られている。屈曲半径－バネ定数グラフ６００に示されるように、屈曲半径Ｒ１０が拡大することに伴い、バネ定数ｋは増加する傾向にあるが、屈曲半径Ｒ１０＝０．５ｍｍのときの連結部材１８０ａのバネ定数ｋは１０ｋＮ／ｍｍ以下であり、測定精度に影響を与えない、比較的低い値となる。

Ｂ３．屈曲半径Ｒ１０と連結部材１８０ａへ作用する応力との相関：
　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。

　軸線方向に折り返された第１の屈曲部、第２の屈曲部を有する連結部材（第１実施例の連結部材１８０や第２実施例の連結部材１８０ａ）は、連結部材１８０に作用する相当応力が６００ＭＰａ以下であれば、燃焼圧に対して十分な耐久性を有することが実験的に知られている。屈曲半径－応力グラフ７００の折れ線グラフＳ２に示されるように、屈曲半径Ｒ１０≦０．５ｍｍのとき、第２の屈曲部１８４ａに作用する相当応力は６００ＭＰａ以下となる。一方、折れ線グラフＳ１に示されるように、第１の屈曲部１８３ａの屈曲半径Ｒ１０の径大化に伴い、第１の屈曲部１８３ａに作用する相当応力は低下するものの、第１の屈曲部１８３ａの屈曲半径Ｒ１０＜０．４ｍｍの範囲では、第１の屈曲部１８３ａに作用する相当応力は６００ＭＰａ以上となっている。このため、第１の屈曲部１８３ａの屈曲半径Ｒ１０＜０．４ｍｍの場合、燃焼圧に対する連結部材１８０の耐久性能は低く、連結部材１８０が損傷するおそれがある。

　従って、第２実施例では、第１の屈曲部１８３ａおよび第２の屈曲部１８４ａに作用する相当応力が６００ＭＰａ以下となるように、第１の屈曲部１８３ａの屈曲半径Ｒ１０は０．５ｍｍとし、第２の屈曲部１８４ａの屈曲半径Ｒ２０は０．２ｍｍとされている。

　なお、第１の屈曲部１８３ａの屈曲半径Ｒ１０の径大化に伴い、第２の屈曲部１８４ａに作用する相当応力が増加する傾向にあるが、第１の屈曲部１８３ａの屈曲半径Ｒ１０≦０．５ｍｍの範囲内であれば、第２の屈曲部１８４ａに作用する圧縮応力は６００ＭＰａ以下であり、連結部材１８０の耐久性は担保される。

Ｂ４．圧力センサの測定性能の比較：
　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。

　図９Ａおよび９Ｂは、従来例のグロープラグについて説明する断面図である。図９Ａは、従来例１のグロープラグ８００の連結部材８１０周囲を示す部分拡大図である。図９Ｂは、従来例２のグロープラグ８５０の連結部材８６０周囲を示す部分拡大図である。

　図９Ａに示されるように、従来例１の連結部材８１０は、第１の屈曲部８１３、第２の屈曲部８１４、および、第１の屈曲部８１３と第２の屈曲部８１４とを接続する接続部８１５を備える。連結部材８１０の接続部８１５は、基準平面Ｓと平行、すなわち、基準平面Ｓに対する角度が０°（傾きを有さない）である。

　また、図９Ｂに示されるように、従来例２の連結部材８６０は、第１の屈曲部８６３、第２の屈曲部８６４、および、第１の屈曲部８６３と第２の屈曲部８６４とを接続する接続部８６５を備える。接続部８６５は、基準平面Ｓに対して角度（傾き）ｒ２が－２０°となるように形成されている。すなわち、第１の屈曲部８６３、第２の屈曲部８６４は、軸線方向ＯＤに折り返されておらず、接続部８６５は、グロープラグ８５０の先端に向けて縮径するテーパ形状となるように形成されている。

　図１０は、エンジン試験における圧力センサの測定誤差について示す誤差グラフ９００である。当該エンジン試験では、試験用単気筒エンジンが利用された。誤差グラフ９００において、縦軸は測定圧力の誤差（単位：ｂａｒ）を示し、横軸は単気筒エンジンのクランク角（単位：ｄｅｇ）を示している。また、誤差グラフ９００において、実線で示す誤差曲線９０２は、第２実施例における連結部材１８０ａを利用したグロープラグ１００ａにおける圧力センサの燃焼圧測定誤差について示しており、破線で示す誤差曲線９０４は、図９Ａに示すグロープラグ８００における圧力センサの燃焼圧測定誤差について示しており、一点鎖線で示す誤差曲線９０６は、図９Ｂに示すグロープラグ８５０における圧力センサの燃焼圧測定誤差について示している。

　誤差グラフ９００に示されるように、第２実施例のグロープラグ１００ａおよび従来例１のグロープラグ８００の測定誤差は、ほぼ±０．１ｂａｒという比較的誤差の小さい範囲内に収まる。

　図１１Ａないし１１Ｂは、第２実施例におけるグロープラグ１００ａ、従来例１，２のグロープラグ８００，８５０のスス詰まりの状態を示す説明図である。図１１Ａは、グロープラグ１００ａのスス詰まりを示しており、図１１Ｂは、グロープラグ８００のスス詰まりを示しており、図１１Ｃは、グロープラグ８５０のスス詰まりを示している。グロープラグ１００ａ、８００、８５０のいずれにおいても、内燃機関において燃焼が開始されると、燃焼室内のススが、開口部１２５を介してキャップ部１２０の内側に侵入し、図１１Ａ～１１Ｃのそれぞれに示すように、連結部材１８０ａ、８１０、８５０とキャップ部１２０との間にスス詰まり１９０、８４０、８８０が生じる。スス詰まりは、連結部材の弾性を阻害し、圧力センサの感度を悪化させる原因の一つとなる。

　図１２は、圧力センサの感度比について示す感度比グラフ１０００である。感度比グラフ１０００は、第２実施例のグロープラグ１００ａ、従来例におけるグロープラグ８００，８５０のスス詰まり時における圧力センサの感度比について示している。感度比グラフ１０００において、縦軸は、スス詰まり未発生時における圧力センサの感度を１００％としたときの感度比（単位：％）を示している。また、感度比グラフ１０００において、棒グラフＡは、従来例１のグロープラグ８００の感度比を示し、棒グラフＢは、従来例２のグロープラグ８５０の感度比を示し、棒グラフＣは、第２実施例のグロープラグ１００ａの感度比を示している。また、棒グラフＤは、第２実施例におけるグロープラグ１００ａの第２の屈曲部１８４ａの窪みにのみスス詰まり１９０ａ（図１１Ａ参照）が生じた場合の感度比を示し、棒グラフＥは、グロープラグ１００ａにスス詰まり１９０およびスス詰まり１９０ａが生じた場合の感度比を示している。

　感度比グラフ１０００の棒グラフＡ、Ｂ、Ｃにより示されるように、第２実施例のグロープラグ１００ａは、従来例のグロープラグ８００、８５０に比して、スス詰まりが生じた場合における感度比が低い（感度の変動が小さい）。従って、圧力センサの測定誤差が小さくなるので、測定性能が向上される。

　また、第２実施例のグロープラグ１００ａは、感度比グラフ１０００の棒グラフＤ、Ｅに示すように、スス詰まり１９０ａのみが生じている場合、および、スス詰まり１９０とスス詰まり１９０ａの双方が生じている場合、のいずれの場合においても、圧力センサの感度比は１１０％未満（換言すれば、感度変動が＋１０％未満）である。すなわち、グロープラグ１００ａは、スス詰まりの位置や量による感度への影響が比較的小さいので、長期に亘り、圧力センサの測定性能を高く維持できる。

　以上説明した第２実施例のグロープラグ１００ａによれば、第１の屈曲部１８３ａは、第２の屈曲部１８４ａの屈曲半径Ｒ２０より大きい屈曲半径Ｒ１０を有するように形成されている。従って、第１の屈曲部１８３ａと第２の屈曲部１８４ａの屈曲半径に差が無いように形成されている連結部材、もしくは、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小さく形成されている連結部材に比して、連結部材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の耐久性を向上できる。

Ｃ．変形例：
　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。

　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、連結部材１８０は外筒に接続される。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。

　　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
　　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

　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、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４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５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。