JP5848548B2 - 燃焼圧検知センサ付きグロープラグ - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの燃焼室内における着火の促進、燃焼補助等と、それに加えて燃焼圧を検知（検出）する機能を備えた燃焼圧検知センサ付きグロープラグに関する。詳しくはエンジンヘッドに取り付けられ、燃焼室内にヒータを露出させて燃料の着火の促進等を図ることに加えて、燃焼室内の燃焼圧（ガス圧）をヒータで受圧させ、このヒータを保持するハウジング内に配置された圧電素子や歪センサ（ゲージ）等のセンサによって燃焼圧を検知するようにした燃焼圧検知センサ付きグロープラグに関する。

この種の燃焼圧検知センサ付きグロープラグ（以下、単にグロープラグともいう）としては各種のものが知られている（例えば、特許文献１（図５）参照）。図１０は、このようなグロープラグのうち、セラミックヒータを用いたグロープラグ１０１の一例を簡略化して示した破断縦断面図である。同図のものは、筒状をなすハウジング４０内に、通電することによって発熱する棒状（円軸状）のセラミックヒータ（以下、単にヒータともいう）１０を、自身の先端（燃焼室内に突出する側の端。図示下端）１０ａが、そのハウジング４０の先端から突出するようにして備えている。

このようなグロープラグ１０１では、ヒータ１０は、燃焼圧を受圧させるため、ハウジング４０内において、その軸（軸線）Ｇ方向（先後方向）に、数十μ程度と微小ではあるが変位可能に配置されている。そのために、ヒータ１０は、ハウジング４０の内周面との間に空隙（環状空隙）を保持して配置されている。そして、このヒータ１０の後方には、これに同軸で突き合わせ状に配置された通電用の軸部材３０が設けられており、ヒータ１０が燃焼圧によって先端１０ａから後方に押されることによって発生する変位（又は圧力）を、この軸部材３０の先後動を介して検出させ得る検知手段として、後方に、例えば歪部材２１０と、これに取付けられた歪センサ（歪ゲージ）２２０が設けられている。すなわち、燃焼圧によって、ヒータ１０への電圧印加を兼ねた軸部材３０を介し、その歪部材２１０を歪ませ、歪センサ２２０にて、その歪量を検出（測定）することで、燃焼圧を検出するように構成されている。

上記したような燃焼圧検知センサ付きグロープラグ１０１では、その構成上、ヒータ１０の先後動を微量とはいえ許容する必要があるため、ヒータ１０はハウジング４０内に隙間嵌め状態で配置されている。一方、この種のグロープラグ１０１では、グロープラグ内部への燃焼ガスの流入（侵入）を防止する必要がある。このため、ハウジング４０の先端寄り部位の内周面と、ヒータ１０の外周面との間（環状空隙）に、その先後を遮断する配置で、ヒータ１０の先後動（変位）に追随して変形可能な、環状をなす環状体又は筒状体からなるシール部材１８が配置される。図１０ではシール部材１８に金属製で薄肉のベローズ形のものが用いられているが、これに代えて、メンブレンや環状のダイヤフラム等も用いられる。なお、ヒータ１０がセラミックヒータであるため、その外周面には、金属製のパイプ１５が圧入等により外嵌めされており、ベローズ１８（又はメンブレン）の例えば先端寄り部位１８ａがこのパイプ１５の外周面に、周方向に溶接され、後端寄り部位１８ｂがハウジング４０の内周面側に溶接されている。なお、外嵌されているパイプ１５もセラミックヒータを構成する部材とする。

ところで、セラミックヒータ１０は、自身の先端１０ａ部位における発熱、又はエンジンの燃焼熱の受熱により高温となるが、このような熱は、グロープラグの構成上、ヒータ１０から、ベローズ等のシール部材１８、及びハウジング４０へと伝熱される。一方、このプラグは、図１０中に２点鎖線で示したように、エンジンヘッドＨにおけるプラグホールのシール用の座面Ｚに、ハウジング４０の先端部を押付ける形で取付けられる。このため、ヒータ１０の熱は、シール部材１８を介してハウジング４０の先端寄り部位に伝わり、プラグホールにおけるシール座面Ｚを介してエンジンヘッドＨへ伝達される。ところが、ベローズ等のシール部材１８における熱伝達性（効率）はその肉の薄さに基づき極めて低い。すなわち、この種の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグでは、そのシール部材１８にガスシールと共に、ヒータの先後動を許容させるべく、変形容易の薄肉材しか使用できないことから、ヒータ１０における熱引き性が悪く、ヒータの後端側部位であっても高温となりやすいという問題があった。

この問題は具体的には次のようである。ヒータ１０がセラミックヒータの場合には、セラミック基体１１の内部に埋設して設けられた抵抗発熱体１２の電極１６，１７が、その棒状をなすヒータ１０の後端寄り部位の外周面に露出するように設けられる。一方、このうちの、先端側の接地側電極１６は、外嵌めされたパイプ１５に圧接され、これに溶接されたシール部材１８をなすべローズをハウジング４０に電気的に接続している。また、後端側の電極１７は、これを覆うように嵌められた金属リング１９に、上記した軸部材３０の先端を圧入することで圧接され、電気的に接続されている。これら各電極１６、１７との接続をするためにヒータ１０に外嵌めされている金属パイプ（又はリング）１５，１９は、ヒータ１０をなすセラミックよりも大きく熱膨張する。このため、このようなヒータ１０の後端側の電極１６，１７と金属パイプ１５，１９との圧接による電気的接続（導通）では、ヒータ１０の後端側まで高温となると、各電極１６，１７との金属パイプ１５，１９との接触（圧接）面圧が低下することになり、電気抵抗の増大を招いてしまう。また、電気的接続がこのような圧接ではなく、リード線（電線）の先端を各電極にロウ付けする場合でも、熱サイクルを受ける結果、そのロウ付け部において分離等の接続不良を発生させることがある。このように、燃焼圧検知センサ付きのグロープラグでは、そのシール部材１８にガスシールと共に、ヒータ１０の先後動を許容させるべく、変形容易の薄肉材しか使用できないことから、ヒータ１０における熱引き性が悪く、ヒータの後端側が高温となりやすく、これにより、電気的接続の信頼性を低下させるという問題があった。

また、ヒータに、金属チューブ（シース管）内に抵抗発熱体（発熱コイル）を配置したものを用いたメタルグロープラグにおいては、そのコイルの後端に接続されて、同チューブの後端側から突出するように配置された導電用の軸部材（中軸）を備える構造とされたものがある。このものでは、シース管の後端において、内部に充填された絶縁粉末の封止のためと、その内周面と軸部材の外周面との間の電気的な絶縁の保持のため、軸部材の同部位には、筒状のゴムなどの絶縁材が外嵌される。すなわち、このゴムに対応する管の後端を加締め、軸部材を保持することが行われる。このため、このようなメタルグロープラグにおいては、上記したような熱伝導の問題から、そのゴムが熱劣化してしまい、封止不良や電気的絶縁の信頼性を低下させる問題があった。

こうした中、上記ヒータ（セラミックヒータ、シース管）に相当する圧力伝達部材の外周面と、ハウジングの内周面との間に、別途の部品である放熱部材を、ヒータに相当する圧力伝達部材に対し、摺動可能に配置した技術（燃焼圧センサ。放熱部材付き燃焼圧センサ）が提案されている（特許文献１）。この燃焼圧センサにおける放熱部材は、ハウジングの内周面と、ヒータに相当する圧力伝達部材の外周面との間に、緊密な状態で配置されている。このため、ヒータに相当する圧力伝達部材の熱は、この放熱部材を介してハウジングに向けて短い経路で伝達されるので、ヒータの放熱性ないしその熱の熱伝達性がよいといえる。

特開２００７−３０９９１６号公報

しかし、上記燃焼圧センサにおける放熱部材は、ハウジングの内周面と、上記グロープラグにおいてヒータに相当する圧力伝達部材の外周面との間において、緊密な状態で配置されていることから、放熱部材と、圧力伝達部材との間の面圧や摩擦（抵抗）が大きいものとなる。したがって、この構造のものを上記グロープラグに用いる場合には、ヒータの受ける圧力ないし先後動を後方へ伝達する精度、感度が低くなり、結果としてセンサの感度や出力の低下を招くという問題がある。これは、その放熱部材に、たとえ、金属メッシュ体等の弾力性部材を用いるとしても、これが、ハウジングの内周面と、ヒータの外周面との間において緊密な状態で配置されていることに変わりはないから、その低下は免れない。すなわち、ヒータに相当する圧力伝達部材の先後方向への変位（移動）においては、放熱部材を弾性変形させることに費やされる応力分の抵抗が大きいためである。

上記したように、この燃焼圧センサにおける放熱構造のものでは、その放熱部材により、ヒータに相当する圧力伝達部材が受ける熱のエンジンヘッドへの熱伝達性ないし放熱性は、この放熱部材がある分、よいといえるが、燃焼圧センサとしては、緊密に配置された放熱部材が存在する分、圧力伝達部材（グロープラグのヒータに相当）の自由な先後動（変位）を抑制ないし阻害することから、圧力の検知精度の低下を招くという問題がある。

本発明は、如上の問題点を解消するためになされたもので、燃焼圧検知センサ付きグロープラグにおいて、ヒータの先後動を抑制又は阻害することなく、ヒータの熱を、効率的にエンジンヘッドに逃がすことができるようにすることにある。

請求項１に記載の発明は、筒状をなすハウジング内に、その先端から自身の先端を突出させた棒状をなすヒータが、前記ハウジングの内周面と該ヒータの外周面との間に環状の空隙を保持して軸方向に変位可能に配置されており、該ヒータが燃焼圧によって先端側から後方向きに押されることによって発生する前記変位に基づき燃焼圧を検知可能のセンサを備えてなる燃焼圧検知センサ付きのグロープラグであって、
前記ハウジングは、その先端部の内周面において内向きに突出するフランジ状の先端環状部を備えており、この先端環状部の後方の内周面が、該先端環状部の内周面よりも内径が拡径された拡径環状内周面をなしており、
この拡径環状内周面と、前記ヒータの外周面との間の環状の空隙に、該空隙の先後を遮断してハウジング内外の気密を保持すると共に、該ハウジングに対する前記ヒータの先後動を許容するよう変形する横断面が環状で環状体又は筒状体をなすシール部材が配置されてなる燃焼圧検知センサ付きのグロープラグにおいて、
前記ハウジングにおける前記先端環状部の内周面と、前記ヒータの外周面との間の環状の空隙において、該ヒータの軸線に対して傾斜し、偏心し、又は一定の範囲でのみ先後方向に動くことができ、しかも、該先端環状部及び該ヒータの双方に同時に接触することが可能であり、その同時接触によって、該ヒータの熱を前記ハウジングに伝達可能に形成された熱伝達部材が、前記空隙に遊嵌状態で配置されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記熱伝達部材は筒状をなし、前記ヒータの外周面及び前記先端環状部の内周面の双方に、隙間を保持して配置され得るよう構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグである。
請求項３に記載の発明は、前記熱伝達部材は筒状をなし、前記ヒータの外周面及び前記先端環状部の内周面の双方に、隙間を保持して配置され得るよう構成されているものを、該ヒータの軸線回りで分割してなる複数の熱伝達部材片にて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグである。

請求項４に記載の発明は、前記熱伝達部材は、複数の熱伝達部材片にて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグである。

請求項５に記載の発明は、前記熱伝達部材が、一定の範囲でのみ先後方向に動くことができるように、
前記ハウジングの先端から先方へ抜け出て分離するのを防止するため、前記熱伝達部材はその外周面に前記先端環状部の後端向き面に係合する後端側凸部を備えており、
該熱伝達部材が、該ハウジングの内部の後方へ入り込み過ぎとなるのを防止するため、該熱伝達部材が後方に移動した際に、前記ヒータの外周面に、前記後端側凸部が当る突出部を設けてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグである。
請求項６に記載の発明は、前記突出部が、前記シール部材の先端に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグである。

請求項７に記載の発明は、前記熱伝達部材が、一定の範囲でのみ先後方向に動くことができるように、
前記熱伝達部材はその外周面の先後において、前記先端環状部を跨ぎ、該先端環状部の後端向き面と先端向き面とにそれぞれ係合する後端側凸部と先端側凸部とを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグである。
請求項８に記載の発明は、前記先端環状部の内周面又は前記ヒータの外周面に、凹部又は凸部が設けられており、前記熱伝達部材には、これらの凹部又は凸部に緩く嵌る凸部又は凹部を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグである。

本発明の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグは、通常、その先端を下にしてエンジンヘッドのプラグホールにねじ込み方式で取付けられる。このとき、熱伝達部材は、前記ハウジングにおける前記先端環状部の内周面と、前記ヒータの外周面との間の環状の空隙に、該ヒータの軸線に対して傾斜し、偏心し、又は、一定の範囲でのみ先後方向に動くことができ、該ハウジング及び該ヒータの双方に同時に接触可能にして配置されている。すなわち、熱伝達部材は、前記ハウジングにおける前記先端環状部の内周面と、前記ヒータの外周面との間の環状の空隙において、該ハウジング及び該ヒータの双方に同時に接触可能に、遊嵌状態で配置されている。一方、エンジン始動後、グロープラグの先端は常に燃焼圧を受け、振動に曝されている。これにより、前記熱伝達部材は、該ハウジングの先端環状部及び該ヒータの双方に同時に接触する。したがって、このような構成を有する本発明の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグにおいて、この熱伝達部材は、ハウジングに対するヒータの先後動を抑制又は阻害することなく、ヒータの熱をハウジングに伝達する経路をなす。これにより、ヒータ自身が発する熱、及びヒータが受熱することによる熱は、熱伝達部材、ハウジングの先端部を介してエンジンヘッドのプラグホールの座面に伝わるため、短経路で効率的にエンジンヘッドに逃がすことができる。このように本発明の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグにおいては、熱伝達部材は、前記ハウジングにおける前記先端環状部の内周面と、前記ヒータの外周面との間の環状の空隙において遊嵌状態で、その双方に接触するように配置されているため、燃焼圧検知の精度、感度の低下もなく、ヒータの後方が異常高温となることを有効に防止される。

本発明において、前記熱伝達部材は、前記ハウジングにおける前記先端環状部の内周面と、前記ヒータの外周面との間の環状の空隙に、該ヒータの軸線に対して傾斜し、偏心し、又は、一定の範囲でのみ先後方向に動くことができることによって、該ハウジング及び該ヒータの双方に同時に接触可能であればよい。これは、熱伝達部材が、前記ハウジングにおける前記先端環状部の内周面と、前記ヒータの外周面との間の環状の空隙において遊び嵌め状態（ルーズ）にあればよいことを意味し、その傾斜、偏心、又は先後動のいずれか１つ又はそれらの組合せ動で、前記接触ができればよい。なお、本発明において、前記熱伝達部材が、一定の範囲でのみ先後方向に動くことができる、というのは、該熱伝達部材が、該ハウジングの先端から先方へ抜け出て分離してしまうことなく、かつ、該先端環状部及び該ヒータの双方に同時に接触することができなくなることなく、該ハウジングの内部の後方へ入り込み過ぎとならない範囲で、先後方向に動くことができることを意味する。

本発明において、前記熱伝達部材は、一体のリング状のもの（例えば、筒体又は管）でもよいし、筒体をその軸線回りに複数に分割したものでもよいなど、適宜の形状、構造のものとすればよい。したがって、請求項２に記載の発明のように、前記熱伝達部材は筒状をなし、前記ヒータの外周面及び前記先端環状部の内周面の双方に、隙間を保持して配置され得るよう構成されていることとしてもよいし、請求項３に記載の発明のように、前記ヒータの外周面及び前記先端環状部の内周面の双方に、隙間を保持して配置され得るよう構成されているものを、該ヒータの軸線回りで分割された複数の熱伝達部材片にて構成されていることとしてもよい。さらに、前記熱伝達部材は、筒状であることとは無関係に、複数の熱伝達部材片で構成されていることとしてもよい。

前記熱伝達部材は、一体のものより分割されているもの、すなわち、複数の熱伝達部材片（熱伝達部材）からなるものとすると、ヒータとハウジングとの接触部（箇所）の数、すなわち、その双方間の熱伝導経路数、及び接触面積が増大するため、熱伝達性を高めることができる。そして、熱伝達部材の目的より、これは、熱伝達性（熱伝導率）に優れた素材で形成するのが好ましい。熱伝達部材は、温度変化がある中で、ヒータとハウジングとの間において、常に、上記したような、傾斜、偏心、又は先後動といった動きができるべきである。したがって、ヒータがセラミックヒータでは、熱伝達部材は、ハウジングと同じ金属素材か、それに近い熱膨張係数の素材で形成するのが好ましい。また、メタルグロープラグのようにヒータがシース管等からなるものでは、シース管とハウジングとの双方と熱膨張係数が同じか、近い金属で形成するのが好ましい。

本発明を具体化した燃焼圧検知センサ付きグロープラグ（第１実施形態例）の縦断面図、及びその先端寄り部位の拡大図。 図１の要部におけるＡ部の拡大図。 図２のＳ１−Ｓ１線に沿う、セラミックヒータ自体の内部構造を省略した横断面図。 図２における熱伝達部材の動きを説明する図。 図１実施形態の熱伝達部材を２つ割のものとした図３に対応する横断面図。 熱伝達部材の別例を説明する要部の拡大図。 熱伝達部材の別例を説明する要部の拡大図。 熱伝達部材の別例を説明する要部の拡大図。 本発明を具体化した燃焼圧検知センサ付きグロープラグの別例の要部の縦断面図。 従来の燃焼圧検知センサ付きグロープラグの縦断面図、及びその先端寄り部位の拡大図。

本発明を具体化した実施形態例（第１実施形態例）の燃焼圧検知センサ付きグロープラグについて、図１〜図４に基づいて説明する。本例のグロープラグ１０１をなすハウジング４０は、金属製で概略円筒状をなすハウジング本体４１と、その先端に同心で突合せ状に固定された先端側筒状ハウジング５０とから構成されている。このグロープラグ１０１は、ハウジング４０の内側において、自身の先端（図示、下方端）１０ａを、先端側筒状ハウジング５０の先端部５３から突出させてなるセラミックヒータ１０と、同ハウジング４０内においてこのヒータ１０の後端から後方に延びるように同軸で配置された、電圧印加用の軸部材（軸部材）３０、及びこの軸部材３０の後端においてハウジング４０の内側の空間に設けられた燃焼圧検知センサを構成する歪部材２１０、及びこれに取付けられた歪センサ２２０等から構成されている。本例では、先端側筒状ハウジング（先端側ハウジングともいう）５０の先端部５３において、内向きに突出するフランジ状の先端環状部５４の内周面５４ａと、ヒータ１０の外周面１０ｂとの間の環状空隙に、遊嵌状態で熱伝達部材２０を配置することで、ヒータ自身が発する熱（又はエンジンの燃焼による熱）を、この熱伝達部材２０を介して先端側ハウジング５０に伝達し、この先端側ハウジング５０における先端部５３から、グロープラグ１０１がねじ込み方式で取り付けられているエンジンヘッドＨのプラグホールの座面Ｚを介し、そのエンジンヘッドＨに熱を伝達するようにしたものである。本発明は、この熱伝達部材２０、及びその配置に係わる構成に要部となすものであるが、以下、このグロープラグ１０１の全体構成を説明しつつ、その要部について説明する。

本例において、ハウジング４０は、例えばＳＵＳ３０３からなり、概略円筒状のハウジング本体４１と、その先端側に同軸で突合せ状に嵌合され、溶接された先端側筒状ハウジング５０等とから構成されている。先端側ハウジング５０は、先端部５３の内径がその後方より小さくなるように、周方向に沿って内向きに突出するフランジ状の先端環状部５４を備えている。したがって、この後方の内周面は、先端環状部５４の内周面５４ａより拡径された拡径環状内周面５５をなしている。先端側筒状ハウジング５０の先端部５３の先端面５４ｂは、プラグホールの座面Ｚに押付けられて燃焼室のシール（気密）を確保するところであり、本例では先細りのテーパ面とその内側の平坦面とからなる。先端環状部５４の後端向き面５４ｃは、平坦でもよいが、本例では先端面５４ｂと同様なテーパが付けられている。

セラミックヒータ１０は円柱状をなし、ハウジング４０の軸線Ｇと同軸状に配置されている。このヒータ１０は、そのセラミック基体１１の内部に先端１０ａにおいて折り返し状（Ｕ字状）に配置された抵抗発熱体（導電性セラミック）１２を有しており、ヒータ１０の後端寄り部位の側面（外周面）には、通電用の各電極端子１６、１７を露出させている。ただし、ヒータ１０には、その軸線Ｇ方向の中間部位に金属パイプ（例えばＳＵＳ６３０製）１５が圧入で外嵌めされており、その後端寄り部位の内周面にて、相対的に先端側に位置する接地用の電極端子１６に電気的に接続されている。

先端側筒状ハウジング５０における拡径環状内周面５５と、ヒータ１０の外周面１０ｂとの間の空隙（環状空隙）には、ヒータ１０をなす金属パイプ１５に外嵌めされる形で、金属薄肉材（インコネル製）からなるシール部材（以下、ベローズとも言う）１８が配置されている。すなわち、この金属パイプ１５には、ハウジング４０内において遊挿された金属製のベローズ１８が外嵌され、そのベローズ１８の先端部１８ａが、ヒータ１０をなす金属パイプ１５の外周面１０ｂに、その周方向に沿ってシール状に溶接されている。また、このベローズ１８の後端部１８ｂは、ハウジング本体４１の先端と先端側筒状ハウジング５０の後端においてその周方向に沿ってシール状に溶接されている。このベローズ１８は、それ自身が先後方向も含めて変形容易とされており、これにより、ハウジング４０に対してヒータ１０が先後動する際に、シール部材１８自身が変形して、その先後動（変位）を許容するように形成されている。

また、ベローズ１８は、ヒータ１０の接地用の電極端子１６とハウジング４０との中継導通部をなし、かつ、ヒータ１０をハウジング４０内において保持すると共に、その先端側内部の環状空隙を先後において遮断して封止（気密保持）する役割を担っている。なお、ヒータ１０の外周面１０ｂに位置する、ベローズ１８の先端部１８ａには、本例では半径方向外向きに一定幅で折り曲げられ、或いはカール状に曲げ形成されたフランジからなる突出部１８ｆを備えている（図２参照）。熱伝達部材２０は、この突出部１８ｆと、先端側筒状ハウジング５０の先端環状部５４の内周面５４ａとの先後方向の間で、先後方向の動きが許容された状態で配置されている。すなわち、本例では、熱伝達部材２０は、その後端の外周面にフランジ状をなす後端側凸部２４を備えている。これが、先端環状部５４の後端向き面５４ｃに係合することで、ハウジン４０の先端から先方へ抜け出て分離しないように構成されており、この後端側凸部２４が、突出部１８ｆに当ることで、後方への過度の動き（後方への入り込み過ぎ）を規制ないし防止する手段（ストッパ）をなしている。なお、熱伝達部材２０自体、及びその配置に係わる構成の詳細についてはさらに後述する。

また、ヒータ１０の後端には、上記したようにそれと同軸で電圧印加用の軸部材３０が配置されている。そして、この軸部材３０の先端とヒータ１０の後端には、金属製の連結用のパイプ１９が両者に圧入により外嵌されている。ヒータ１０の相対的に後方に位置する電極端子（正電位側端子）１７は、この連結用のパイプ１９の内周面にてそれと導通が保持され、軸部材３０に電気的に接続されている。すなわち、連結用のパイプ１９は、ヒータ１０と軸部材３０との一体化とともに、その導通確保も担っている。

一方、ハウジング本体４１の外周面には、エンジンヘッドＨのプラグホールにねじ込み方式でグロープラグ１０１を固定するためのネジ４３が所定長さ形成されている。また、このハウジング本体４１の後端寄り部位は、相対的に大径をなすように拡径された拡径筒部４５を備えている。そして、この拡径筒部４５の後端には、後端側筒状ハウジングであるシール用保護筒（キャップ）６０が、センサ用の歪部材２１０の外周寄り部位を挟んで取り付けられている。なお、この歪部材２１０は、全体としてみると円環状（又は円筒状）をなすもので、その内周寄り部位において、絶縁を介して軸部材３０の後端寄り部位に固定されている。これにより、ヒータ１０が燃焼圧により先後動すると、それと一体の軸部材３０の動きに対応して歪部材２１０が変形し、この歪部材２１０に取付けられた歪センサ２２０にて燃焼圧（電気信号）を取り出すように設定されている。なお、後端のシール用保護筒６０における後端側の小径部位内には、封止用のゴム部材６９が装填されており、軸部材３０の後端に設けられた端子金具７５が、このゴム部材６９を貫通して後方に突出させられている。

さて、次に本発明の要部をなすところの先端側ハウジング５０の先端部５３近傍、及びその内部に配置されている熱伝達部材２０等の構成の詳細について説明する。上記もしたが、ハウジング４０をなす先端側ハウジング５０は、その内周面のうち、先端部５３にはフランジ状（円環フランジ状）の先端環状部５４を備えている。本例では、この先端環状部５４は、内向き半径方向に、周方向に沿って一定量、突出させられた円環フランジ形状を呈している。これにより、先端側ハウジング５０の内周面は、上記もしたように、先端環状部５４の内周面５４ａより、その後方において拡径されてなる拡径環状内周面５５が大径をなしている。一方、拡径環状内周面５５と、ヒータ１０の外周面１０ｂとの間の空隙（環状空隙）には、上記したように、ベローズからなるシール部材１８が配置されており、その環状空隙の先後の気密を保持しつつ、ヒータ１０の先後動変位を許容している。

一方、ハウジング４０における先端環状部５４の内周面５４ａと、ヒータ１０の外周面１０ｂとの間の環状をなす空隙（環状空隙）には、熱伝達部材２０（例えば、ＳＵＳ３０３製）が遊嵌状にて配置されている。本例では、この熱伝達部材２０は、円筒状部２２とその後端の外周面に、半径方向外向きに一定量突出する円環状をなす後端側凸部２４を備えた筒状体（円筒状部の壁厚０．５〜１ｍｍ）をなしている。なお、円筒状部２２は、その外径が先端環状部５４の内周面５４ａの内径より微量（０．０１〜０．０５ｍｍ）小さく、内径がヒータ１０の外径（パイプ１５の外径）より微量（０．０１〜０．０５ｍｍ）大きくされている。これにより、熱伝達部材２０は筒状をなし、ヒータ１０の外周面１０ｂ及び先端環状部の内周面５４ａの双方に、隙間を保持して配置され得るよう構成されている。

そして、後端側凸部２４の外径は、先端環状部５４の内周面５４ａの内径より大きく、拡径環状内周面５５の内径より小さく設定されている。これにより後端側凸部２４は、先端環状部５４の後端向き面５４ｃに係合するよう設定されているが、後端側凸部２４の先端向き面は、後端向き面５４ｃと同様のテーパが付けられている。なお、その係合状態において、後端側凸部２４と、シール部材１８の先端の突出部１８ｆとは間隔があり、したがって、上記したように、後端側凸部２４は熱伝達部材２０が後方に移動したとき、この突出部１８ｆにて止められ、その移動範囲が規制されるように設定されている。これにより熱伝達部材２０が奥、すなわち、ハウジング４０の内部の後方へ入り込みすぎとならないようにされている。なお、突出部１８ｆをシール部材１８の先端に設けたが、これは、シール部材とは無関係にヒータ１０の外周面に設けることもできる。

しかして、本例では、熱伝達部材２０が筒状をなし、先端環状部５４の内周面５４ａとヒータ１０の外周面１０ｂとの間の環状空隙に、ヒータ１０に外嵌される形で遊嵌状にて配置されている。そして熱伝達部材２０は、この状態において、ヒータ１０の軸線Ｇに対して、図２、図３に示したように、偏心し、或いは図４のＡ、Ｂに示したように、傾斜するように動くことができ、その動きによってハウジング４０の先端環状部５４、及びヒータ１０の双方に同時に接触可能とされている。また、熱伝達部材２０は、上記した先後の移動範囲において先後動できる。こうして、熱伝達部材２０は、これらの各動きや、その動きの組合せにより、先端環状部５４、及びヒータ１０の双方に同時に接触可能とされている。なお、図３ではセラミックヒータ自体の内部構造を省略。

このような本例の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ１０１は、エンジンヘッドＨのプラグホール内のネジ穴にねじ込まれ、プラグホールの先端の環状をなすシール用の座面Ｚに、ハウジング４０の先端部５３の先端面５４ｂを押付けるように着座する形で取付けられる（図２参照）。このとき、熱伝達部材２０は、ヒータ１０の外周面１０ｂと、先端環状部５４の内周面５４ａとの間において、それぞれ微小な隙間を保持した遊嵌状態にある。他方、この状態においてエンジンの始動後は、グロープラグ１０１をなすヒータ１０及び熱伝達部材２０等は、燃焼圧及び振動を常に受ける。このため、熱伝達部材２０は、ヒータ１０の軸線Ｇに対して傾斜し、若しくは偏心し、又は先後動するように動く。これにより、例えば、熱伝達部材２０の一方の内周面はヒータ１０の外周面１０ｂに接触し、この接触箇所の反対側の熱伝達部材２０の外周面は先端環状部５４の内周面５４ａに接触する（図２、図３参照）。すなわち、熱伝達部材２０は、ハウジング４０の先端環状部５４の内周面５４ａ及びヒータ１０の両方に同時に接触する。

このように、本例の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ１０１においては、熱伝達部材２０はハウジング４０に対するヒータ１０の先後動を抑制又は阻害することなく、ヒータ１０の熱をハウジング４０の先端部５３に伝達する経路をなすことができる。すなわち、ヒータ１０の先端部の熱は、図２中、破線矢印で示したように、熱伝達部材２０、先端側ハウジング５０の先端部５３を介してプラグホールの座面Ｚに伝わるため、エンジンヘッドＨへ短経路で効率的に逃がすことができる。この結果、燃焼圧検知の精度、感度の低下もなく、ヒータ１０の後方が異常高温となることを有効に防止されるので、ヒータ１０の後方の通電用の電極１６，１７に圧接するよう嵌められていたパイプ１５，１９が、ヒータ１０をなすセラミックより大きく熱膨張することに起因する面圧低下による抵抗増大等、電気的接続の信頼性が失われるのが防止される。

別の言い方をすると、この熱伝達部材２０がない場合、ヒータ１０の熱はその先端寄り部位では、ベローズ１８を介してのみハウジング４０に伝わり、エンジンヘッドＨへと伝達されるため、伝達経路が長くなる。その上、ベローズ１８は、薄肉材であるから熱伝達性がよくない。これに対し、本例では、ハウジング４０の先端に位置する熱伝達部材２０が熱伝達経路をなして、その熱をハウジング（先端側ハウジング５０）に伝達することができるため、エンジンヘッドＨにその熱を効率的に逃がすことができる。このように、本例の熱伝達部材２０は、ヒータ１０とハウジング４０との間に緊密に配置されているものではないため、ヒータ１０の先後動を妨げることもないから、燃焼圧検知の精度、感度の低下を招くこともなく、ヒータ１０の後方がその発熱による熱、又はエンジンの燃焼熱によって異常高温となることが有効に防止される。

なお、熱伝達部材２０の接触の相手部材であるハウジング４０及びヒータ１０との各隙間（半径方向の隙間）は、熱伝達部材２０が、ヒータ１０の軸線Ｇに対して偏心し、若しくは傾斜し、又は先後方向への移動、さらには、これらの組合せからなる動きで、相手部材の両者に接触できればよい。なお、上記形態例では、熱伝達部材２０を筒状体とし、しかも、周方向に連なる（周方向に無端の）筒（パイプ）構造としたが、このように筒構造とする場合、図示はしないが、軸線Ｇに例えば平行に（母線に沿って）、切れ目のある横断面がＣ形（ランドルト環）形状の筒構造のもの（有端環筒状のもの）としてもよい。

また、熱伝達部材２０は、円筒体をその軸線Ｇを通る平面で、例えば２分割として、横断面が半円をなす２つの熱伝達部材片からなる熱伝達部材としてもよいし、３分割以上としてもよい。すなわち、図５に示したように、熱伝達部材２０は筒状をなし、ヒータ１０の外周面１０ｂ及び先端環状部５４の内周面５４ａの双方に、隙間を保持して配置され得るよう構成されているもの、すなわち、上記形態の熱伝達部材２０から、ヒータ１０の軸線Ｇ回りで分割された複数（例えば２つ割り）の熱伝達部材片２５にて構成されているものとしてもよい。なお、図５ではセラミックヒータ自体の内部構造を省略。

このように、例えば２分割として、横断面が半円をなす２つの熱伝達部材片２５からなる熱伝達部材２０としたものでは、各熱伝達部材片２５が動きやすくなり、各相手部材と接触しやすくなる。このため、その分、熱伝達性を高めることができるので、放熱効率を高めることができる。すなわち、ハウジング４０の先端環状部５４の内周面５４ａは円筒面で、及びヒータ１０は丸棒とされる。したがって、熱伝達部材２０を１つの筒状体とする場合、その筒状部は円筒状になる。そうすると、熱伝達部材２０が偏心したり傾斜したりする場合、その熱伝達部材２０がハウジングの先端環状部５４の内周面５４ａ、ヒータ１０の外周面１０ｂに接する箇所、すなわち、接触箇所は対向する各一部となる（図３参照）。これに対して、熱伝達部材２０を、周方向において分割してなる複数の熱伝達部材片２５で構成した場合には、その各熱伝達部材片２５が傾斜等して動く分、その接触箇所を分割数に対応して増加させることができるため、熱伝達経路を増やすことができ、したがって、熱伝達性ないし放熱性を高めることができる。これより、理解されるが、複数の熱伝達部材片２５で構成する場合、上記のように筒状体を周方向で分割したものではない、複数の熱伝達部材片で構成することもできる。

なお、熱伝達部材２０が、環状空隙で、傾斜し、偏心し、又は一定の範囲でのみ先後方向に動くことができることとするための手段としては、図６〜図８に示したようにすることとしてもよい。図６では、熱伝達部材２０における外周面の先後に、先端環状部５４を跨ぎ、この先端環状部５４の後端向き面５４ｃと先端向き面５４ｂとにそれぞれ係合する後端側凸部２４と先端側凸部２６とを設けたものである。また、図７では、先端環状部の内周面５４ａに、周方向に沿って凹部５４ｅが設けられており、熱伝達部材２０を、円筒体を基体として、この凹部５４ｅに緩く嵌る凸部１２７をその外周面に周方向に沿って設け、これらを遊び嵌としたものである。さらに、図８では、ヒータ１０の外周面１０ｂに、周方向に沿って凹部１１０ｅが設けられており、熱伝達部材２０を、円筒体を基体として、この凹部１１０ｅに緩く嵌る凸部１２８をその内周面に周方向に沿って設け、これらを遊び嵌としたものである。なお、いずれにおいても、凹部、又は凸部はその逆の相手方部材に設けることができるが、遊び嵌め状態次第では、先後方向の動きを小さくでき、主として、軸線Ｇに対する傾斜と、偏心にて相手部材との接触が確保されるものとすることができる。

なお、上記例ではセラミックヒータ１０を備えるグロープラグにおいて具体化したが、所謂、メタルグロープラグとして使用されるようなヒータを有するグロープラグにおいても、本発明は同様に適用できる。図９は、ヒータ１０のみの構成が上記実施形態（図１−図４）と異なる、メタルグロープラグ形式の燃焼圧検知センサ付きグロープラグの先端寄り部位を示したものである。なお、このものは、ヒータ１０の構成が異なるのみで、上記形態のものと基本的な構成は同じであり、したがって、それと同様の効果が得られるものである。このため、同一部位には同一の符号を付し、その相違点のみ簡単に説明する。

このものでは、ヒータ１０は、先端（底部）１０ａが閉じられた金属チューブ（シース管）１０ｃ内に、その底部に発熱コイル１３の先端を接続し、コイル１３の後端には、通電用の軸部材３０が、その先端を介して接続されている。そして、この軸部材３０は、金属チューブ１０ｃの後端寄り部位内に同軸で内挿され、後方に延びる形で配置されている。このようなものでは、チューブ１０ｃ内には図示しないが絶縁粉末１４が充填されると共に、チューブ１０ｃの後端の内周面と、軸部材３０の外周面との間には、例えば、絶縁性のあるゴム筒３５が介在されて、チューブ１０ｃの後端を縮径状に加締めることで、このゴム筒３５を圧縮して内部を封止しつつ両者の固定が行われる。このようなものでは、ゴム筒３５には耐熱性の高いものが使用されるが、ヒータ１０をなすチューブ１０ｃの後方が高温となると、そのゴムの劣化が早くなる。これに対して、図９においては、上記したのと同様に、熱伝達部材２０が配置されているため、この熱伝達部材２０を介してヒータ１０の熱を、先端側ハウジング５０の先端環状部５４の内周面５４ａに向けて短経路で伝達できるから、その分、チューブ１０ｃの後方が高温となるのを防止できる。これにより、ゴムの劣化を遅くすることができるため、その封止、絶縁の寿命を延長できる。

本発明のグロープラグは、上記した各例のものに限定されるものではなく、適宜に変更して具体化できる。例えば、上記例ではシール部材を、蛇腹状のベローズとしたが、円環板状の単なるダイヤフラム（薄膜）形状のものや、メンブレン構造のもの、或いはその他の環状又は筒状の膜体とするなど適宜の形状、構造のものであってよい。また、ハウジングをハウジング本体と、その先端に同軸状で突き合わせ固定した先端側ハウジングとを含むものからなるものとしたが、ハウジングの構成はこれに限定されるものではなく、１つの筒体からなるものであってもよい。

また、本発明のような燃焼圧検知センサ付きグロープラグにおけるそのセンサ（検知手段）は、上記例ではヒータが燃焼圧によって先端から後方に押されることによって発生する先後動（変位）により、歪部材を変形させ、歪センサ（歪ゲージ）にて、その検知を行うものを例示したが、これに限定されるものではない。ピエゾ抵抗体を備えた半導体素子のような、半導体歪ゲージを用いたものでも、或いは、燃焼圧にて圧電素子を圧縮することで発生する電圧変化を検知するものなど、各種のセンサ（センサ素子）方式を用いた燃焼圧検知センサ付きグロープラグに広く適用できる。

１０ ヒータ
１０ａ ヒータの先端
１０ｂ ヒータの外周面
１８ シール部材
１８ｆ 突出部
２０ 熱伝達部材
２４ 熱伝達部材の後端側凸部
２５ 熱伝達部材片
２６ 熱伝達部材の先端側凸部
４０ ハウジング
４１ ハウジング本体
５０ 先端側ハウジング
５３ ハウジングの先端
５４ ハウジングの先端環状部
５４ａ 先端環状部の内周面
５４ｂ 先端環状部の先端向き面
５４ｃ 先端環状部の後端向き面
５４ｅ 先端環状部の内周面の凹部
５５ 拡径環状内周面
１１０ｅ ヒータの外周面の凹部
１２７、１２８ 熱伝達部材の凸部
１０１ 燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ
Ｇ ヒータの軸線

Claims (8)

1. 筒状をなすハウジング内に、その先端から自身の先端を突出させた棒状をなすヒータが、前記ハウジングの内周面と該ヒータの外周面との間に環状の空隙を保持して軸方向に変位可能に配置されており、該ヒータが燃焼圧によって先端側から後方向きに押されることによって発生する前記変位に基づき燃焼圧を検知可能のセンサを備えてなる燃焼圧検知センサ付きのグロープラグであって、
   前記ハウジングは、その先端部の内周面において内向きに突出するフランジ状の先端環状部を備えており、この先端環状部の後方の内周面が、該先端環状部の内周面よりも内径が拡径された拡径環状内周面をなしており、
   この拡径環状内周面と、前記ヒータの外周面との間の環状の空隙に、該空隙の先後を遮断してハウジング内外の気密を保持すると共に、該ハウジングに対する前記ヒータの先後動を許容するよう変形する横断面が環状で環状体又は筒状体をなすシール部材が配置されてなる燃焼圧検知センサ付きのグロープラグにおいて、
   前記ハウジングにおける前記先端環状部の内周面と、前記ヒータの外周面との間の環状の空隙において、該ヒータの軸線に対して傾斜し、偏心し、又は一定の範囲でのみ先後方向に動くことができ、しかも、該先端環状部及び該ヒータの双方に同時に接触することが可能であり、その同時接触によって、該ヒータの熱を前記ハウジングに伝達可能に形成された熱伝達部材が、前記空隙に遊嵌状態で配置されていることを特徴とする燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ。
2. 前記熱伝達部材は筒状をなし、前記ヒータの外周面及び前記先端環状部の内周面の双方に、隙間を保持して配置され得るよう構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ。
3. 前記熱伝達部材は筒状をなし、前記ヒータの外周面及び前記先端環状部の内周面の双方に、隙間を保持して配置され得るよう構成されているものを、該ヒータの軸線回りで分割してなる複数の熱伝達部材片にて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ。
4. 前記熱伝達部材は、複数の熱伝達部材片にて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ。
5. 前記熱伝達部材が、一定の範囲でのみ先後方向に動くことができるように、
   前記ハウジングの先端から先方へ抜け出て分離するのを防止するため、前記熱伝達部材はその外周面に前記先端環状部の後端向き面に係合する後端側凸部を備えており、
   該熱伝達部材が、該ハウジングの内部の後方へ入り込み過ぎとなるのを防止するため、該熱伝達部材が後方に移動した際に、前記ヒータの外周面に、前記後端側凸部が当る突出部を設けてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ。
6. 前記突出部が、前記シール部材の先端に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ。
7. 前記熱伝達部材が、一定の範囲でのみ先後方向に動くことができるように、
   前記熱伝達部材はその外周面の先後において、前記先端環状部を跨ぎ、該先端環状部の後端向き面と先端向き面とにそれぞれ係合する後端側凸部と先端側凸部とを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ。
8. 前記先端環状部の内周面又は前記ヒータの外周面に、凹部又は凸部が設けられており、前記熱伝達部材には、これらの凹部又は凸部に緩く嵌る凸部又は凹部を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ。

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