JP5934215B2 - 圧力センサ付きセラミックグロープラグ - Google Patents

Description

本発明はセラミックヒータを備えるディーゼルエンジンの燃焼補助等に用いられるグロープラグであって、エンジンの燃焼圧の測定が可能な圧力センサを内蔵した圧力センサ付きセラミックグロープラグに関する。

従来、絶縁性セラミックを基体とし、当該基体の内部に抵抗体や導電性セラミックからなる抵抗発熱体を埋設したり、或いは、当該基体の外表面（特に先端寄り部位）に前記抵抗発熱体を設けたセラミックヒータ（以下、ヒータとも言う）を備えてなるセラミックグロープラグがある。セラミックグロープラグは例えばヒータの先端の表面温度が１３５０℃となるような高温で用いられても抵抗線コイルを備えてなるメタルグロープラグのように断線するおそれが低い。このため、比較的高温で発熱させて用いることが想定されている。こうしたセラミックグロープラグが構成される際は、ヒータの外周が筒状をなす金属製の保持外筒に保持されている。保持外筒はヒータを保持するとともにヒータが備える抵抗発熱体へ電力を供給するための電極取出部と当接することで電気的な接続を賄う役割をも果たしている（例えば、特許文献１参照）。

また近年では、省燃費性の向上や排ガスの清浄化を目的として燃焼制御をより細やかに行うために、正確な燃焼状態を把握できることが重要視されている。燃焼室内の圧力の変動を観察するために、燃焼室へ露出したヒータを持つグロープラグを活用すべく、燃焼圧センサをグロープラグに内蔵した圧力センサ付きグロープラグがある（例えば、特許文献２参照）。このような圧力センサ付きグロープラグは、燃焼室へ露出したヒータが燃焼圧を受けることによってハウジングに対してヒータが後端側へ相対的に変位できるよう、ベローズ状やダイヤフラム状のシール兼、ヒータが変位可能なように弾性的に保持する可動部材を備える。当該可動部材は、燃焼室の燃焼ガスがグロープラグの内部へ進入することがないように気密を確保可能なように構成される。これとともに、燃焼圧の変動によりヒータの相対変位が可能となるよう、厚さ０．１５ｍｍ程度の鋼板が折り曲げられて構成される。

特開２０１１−３３３１８号公報 特開２００８−２８０９号公報

ところで、特許文献１のようなセラミックグロープラグにおいて、ヒータが発する熱や燃焼ガスから受熱した熱の一部はグロープラグからエンジンヘッドへと伝熱される。その熱引きの経路（伝熱経路）はヒータから保持外筒を経由し当該保持外筒と溶接やろう付け、圧入等によって強固に接続されたハウジングを経由してエンジンヘッドへ、である。

しかしながら、特許文献２のような、圧力センサ付きグロープラグにおいては、上述のように、ヒータとハウジングとの間に、前述のベローズやダイヤフラム等の、厚さが比較的薄い可動部材で連結される。すると、可動部材の伝熱量は比較的小さいため、ヒータから可動部材を経由してハウジング、エンジンヘッドへの伝熱経路が、特許文献１のようなセラミックグロープラグに比べて極端に少なくなる。その結果、可動部材と可動部材が取り付けられている部位との接合部に熱の影響を受けてしまい、両者の接合強度が低下する虞がある。

本発明は、斯かる実情に鑑み、セラミックヒータを用いた圧力センサ付きセラミックグロープラグを構成する際に、可動部材の伝熱量の少なくなる構成を採用しても、可動部材と可動部材と取り付けられる部位との接合部の接合強度が低下することを回避して、長期間に亘り良好な発熱が可能となる圧力センサ付きセラミックグロープラグを提供しようとするものである。

上記課題を解決するために、本発明の圧力センサ付きセラミックグロープラグは、
絶縁性セラミックからなり柱状をなす基体と、当該基体と一体をなし通電によって抵抗発熱する抵抗発熱体と、当該抵抗発熱体と電気的に接続され後端部において前記基体の外表面へ露出形成される電極取出部とを有する、軸方向に延びるセラミックヒータと、
前記電極取出部と直接的又は間接的に接触するとともに、前記セラミックヒータの先端側を突出させつつ、前記セラミックヒータを保持する金属製の保持外筒と、
筒状をなすとともに前記セラミックヒータ及び前記保持外筒を自身の内部に収容するハウジングと、
前記保持外筒と前記ハウジングに接合されて自身の先後を気密に隔て、燃焼圧により弾性変形可能に構成される金属製の薄板からなる可動部材と、
前記セラミックヒータ、前記保持外筒及び前記可動部材よりも後端側で、且つ前記ハウジングの内部に配置され、自身に加わる圧力を検出する圧力センサと、
を備えた圧力センサ付きセラミックグロープラグであって、
前記セラミックヒータの先端を含み、前記セラミックヒータ中の全抵抗値に対して７５％の抵抗値を占める先端寄り部位を発熱主部としたとき、当該発熱主部は前記保持外筒よりも先端側に位置し、
前記発熱主部の後端から更に後端へ延びる前記セラミックヒータの一部であって、自身の抵抗値と前記発熱主部の抵抗値との合計が前記全抵抗値に対して８０％の抵抗値となる部位を発熱副部としたとき、軸方向長さの関係が、発熱主部＜発熱副部であるとともに、
前記発熱副部よりも後端側に前記保持外筒と前記可動部材との接合部が位置することを特徴とする圧力センサ付きセラミックグロープラグ。

なお、電極取出部と保持外筒との接続において「直接的又は間接的に接触」とは、圧入や各種嵌め合いにより直接当接して導通可能な状態にあるか、或いは金属薄膜やろう材を介して導通可能に接続された状態を意味する。したがって、例えば、それぞれに接続された導線により電気的に接続された状態を意味するものではない。

また「発熱主部」は、セラミックヒータ中の導電経路の全抵抗値に対して７５％の抵抗値を占める部位である。なお、発熱主部の抵抗値を測定する方法としては、セラミックヒータの常温時において、セラミックヒータの電極取出部に抵抗器を接触させて導電経路の抵抗値（つまり、セラミックヒータ中の導電経路の全抵抗値に相当）を測定する。その後、セラミックヒータを長手方向に垂直な方向に切断し、切断面に露出する導電経路に抵抗器を接触させて導電経路の抵抗値（以下、部分抵抗値という）を測定する。その後、全抵抗値に対する部分抵抗値の割合を算出し、この算出値が７５％となる位置よりもセラミックヒータの先端側を発熱主部とする。
なお、「発熱副部」は、自身の抵抗値と発熱主部の抵抗値との合計が全抵抗値に対して８０％の抵抗値となる部位である。この発熱副部の抵抗値を測定する方法としては、セラミックヒータの常温時において、セラミックヒータの電極取出部に抵抗器を接触させて導電経路の抵抗値（つまり、セラミックヒータ中の導電経路の全抵抗値に相当）を測定する。その後、セラミックヒータを長手方向に垂直な方向に切断し、切断面に露出する導電経路に抵抗器を接触させて導電経路の抵抗値（以下、部分抵抗値という）を測定する。その後、全抵抗値に対する部分抵抗値の割合を算出し、この算出値が７５％〜８０％となる位置を発熱副部とする。

上記構成に加えて請求項２の圧力センサ付きセラミックグロープラグによれば、前記保持外筒と前記可動部材との接合部を、前記ハウジングの内部に位置することが好ましい。

上記構成に加えて請求項３の圧力センサ付きセラミックグロープラグによれば、前記発熱主部の前記抵抗発熱体の比抵抗は、前記発熱主部以外の部位の抵抗発熱体の比抵抗の９０％〜１１０％であり、前記発熱主部の前記抵抗発熱体の断面積は、前記発熱主部以外の部位の抵抗発熱体の断面積よりも小さいことが好ましい。

なお、発熱主部の抵抗発熱体の断面積、及び後端側部位の抵抗発熱体の断面積は、発熱主部、及び後端側部位を長手方向に垂直な方向に切断し、切断面に露出するそれぞれの抵抗発熱体の面積のことを指す。また、発熱主部の抵抗発熱体の比抵抗は、発熱主部内に設けられる抵抗発熱体の抵抗値を、発熱主部内に配置される抵抗発熱体の体積で除した値であり、後端側部位の抵抗発熱体の比抵抗は、後端側部位内に設けられる抵抗発熱体の抵抗値を、後端側部位内に配置される抵抗発熱体の体積で除した値である。

上記構成に加えて請求項４の圧力センサ付きセラミックグロープラグによれば、前記発熱主部の前記抵抗発熱体の断面積が、前記発熱主部以外の部位の抵抗発熱体の断面積の９０％〜１１０％であり、前記発熱主部の前記抵抗発熱体の比抵抗は、前記発熱主部以外の部位の抵抗発熱体の比抵抗よりも大きいことが好ましい。

上記構成に加えて請求項５の圧力センサ付きセラミックグロープラグによれば、前記絶縁性セラミックまたは前記抵抗発熱体の１３５０℃での熱伝導率が１５Ｗ／ｍ℃以上であり、
且つ前記発熱主部の先端から前記保持外筒と前記可動部材との前記接合部までの軸方向最短距離が２４ｍｍ以上であることが好ましい。

本発明では、セラミックヒータ中の導電経路の全抵抗値に対して７５％の抵抗値を占め、セラミックヒータの先端を含む発熱主部を、保持外筒よりも先端側に位置している。すなわち、発熱主部はセラミックヒータ先端部に集中的に形成されており、効率よく比較的高温に発熱させることが可能である。その上、発熱主部を保持外筒よりも先端側に配置しているので、発熱主部から後端へ向けて伝搬する熱が、保持外筒と可動部材との接合部に伝搬するまで間に、セラミックヒータからエンジンヘッドやプラグホールへ放熱することができる。これにより、保持外筒と可動部材との接合部での熱の影響を低減することができ、接合強度の低下を抑制することができる。その結果、燃焼ガスに対する気密性が低下することに伴って圧力センサとしての機能を損なうことを抑制できる。
また、発熱主部の抵抗値を含めてセラミックヒータ中の導電経路の全抵抗値に対して８０％の抵抗値を占めるように発熱副部を設け、この発熱副部を発熱主部よりも軸方向長さを長く形成している。したがって、発熱主部から後端へ向けて伝搬する熱が、発熱副部を経由して伝搬するまで間に、発熱副部からエンジンヘッドやプラグホールへ放熱することができる。その結果、セラミックヒータの発熱副部よりも後端側の部位の温度を比較的低くすることができる。こうした構成を前提とした上で、セラミックヒータを径方向に保持する保持外筒と前記可動部材との接合部を、発熱副部よりも後端側の部位に位置するように構成している。これにより保持外筒と可動部材との接合部での熱の影響を低減することができ、接合強度の低下をより抑制することができる。その結果、燃焼ガスに対する気密性が低下することに伴って圧力センサとしての機能を損なうことをより抑制できる。

請求項２の圧力センサ付きセラミックグロープラグによれば、発熱主部を保持外筒よりも先端側に配置する一方、接合部をハウジングの内部に位置させることで、発熱主部と接合部との長手方向距離がより長くなると共に、発熱主部と接合部との間のセラミックヒータの周囲をハウジングが取り囲むこととなり、発熱主部から後端へ向けて伝搬する熱が、接合部に伝搬するまで間に、セラミックヒータからエンジンヘッドやプラグホールへより放熱することができる。これにより、保持外筒と可動部材との接合部での熱の影響をより低減することができ、接合強度の低下をより抑制することができる。その結果、燃焼ガスに対する気密性が低下することに伴って圧力センサとしての機能を損なうことをより抑制できる。

請求項３の圧力センサ付きセラミックグロープラグによれば、発熱主部の抵抗発熱体の比抵抗と発熱主部以外の部位（以下、後端側部位という）の抵抗発熱体の比抵抗とを略均一にしながら、発熱主部の抵抗発熱体の断面積を後端側部位の抵抗発熱体の断面積よりも小さくすることで、セラミックヒータ中の導電経路の全抵抗値に対して７５％の抵抗値を占める発熱主部を、保持外筒よりも先端側に位置させることが可能となる。

請求項４の圧力センサ付きセラミックグロープラグによれば、発熱主部の抵抗発熱体の断面積と発熱主部以外の部位（以下、後端側部位という）の抵抗発熱体の断面積とを略均一にしながら、発熱主部の抵抗発熱体の比抵抗を後端側部位の抵抗発熱体の比抵抗よりも大きくすることで、セラミックヒータ中の導電経路の全抵抗値に対して７５％の抵抗値を占める発熱主部を、保持外筒よりも先端側に位置させることが可能となる。

請求項５の圧力センサ付きセラミックグロープラグによれば、基体を構成する絶縁製セラミックまたは抵抗発熱体の１３５０℃での熱伝導率が１５Ｗ／ｍ℃以上であれば、セラミックヒータの先端部（詳細には発熱主部）から後端部（接合部が設けられる部位）に向けて熱が伝搬しやすくなるが、発熱主部の先端から接合部までの軸方向最短距離を２４ｍｍ以上としているため、この発熱副部の軸方向長さを比較的長く形成することができる。したがって、発熱主部から後端へ向けて伝搬する熱は発熱副部を経由して伝搬する間に、エンジンヘッドやプラグホールへ、効果的に放熱することができる。その結果、セラミックヒータの発熱副部よりも後端側の部位の温度をさらに低くすることができ、保持外筒と可動部材との接合部の接合強度の低下をさらに抑制することができる。なお、接合部が長手方向に延びるように形成される場合には、軸方向最短距離は、接合部の先端と発熱主部の先端との距離で表す。

本発明を具体化した圧力センサ付きグロープラグ（第１実施形態）の縦断面図、及びその先端部と後端部の拡大図。 圧力センサ付きグロープラグの図１に示す後端部のＢの拡大図。 圧力センサ付きグロープラグの図１に示す先端部のＣの拡大図。 本発明を具体化した圧力センサ付きグロープラグ（第２実施形態）の縦断面図、及びその先端部と後端部の拡大図。 圧力センサ付きグロープラグの図４に示す先端部のＤの拡大図。 本発明を具体化した圧力センサ付きグロープラグ（第３実施形態）のうち、先端部の拡大図 比較例の圧力センサ付きグロープラグの拡大図（図３に対応した図）。

本発明を具体化した第１実施形態の圧力センサ付きグロープラグについて、図１に基づいて説明する。本例のグロープラグ１０１は、金属製で概略円筒状をなすハウジング４０と、その内側において先端（図示、下方端）１０ａを、先端側ハウジング５０の先端５３から突出させてなるセラミックヒータ１０と、さらには、ハウジング４０内においてこのセラミックヒータ１０の後端から後方に延びるように配置された、電圧印加用の中軸３０、及びこの中軸３０の後端部においてその外周面とハウジング４０の内周面との間に設けられた燃焼圧検知センサを構成する歪部材２１０等から構成されている。

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、溶接された先端側ハウジング５０等とから構成されている。セラミックヒータ１０は円柱状をなし、先端１０ａがこの先端側ハウジング５０の先端５３から突出するように先端側ハウジング５０の軸線Ｇと同軸状に配置されている。このセラミックヒータ１０は、そのセラミック基体１１（特許請求の範囲の基体に相当）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、セラミックヒータ１０の後端部の側面に通電用の各電極取出部１６、１７を露出させている。ただし、セラミックヒータ１０には、その中間部位にＳＵＳ６３０等の金属製の保持外筒１５が圧入で外嵌めされており、その後端部の内周面にて、相対的に先端側に位置する接地用の電極取出部１６に電気的に接続されている。そして、この保持外筒１５には、インコネル（ＩＮＣＯ社の登録商標）などの耐熱Ｎｉ合金からなるベローズ１８（特許請求の範囲の可動部材に相当）が外嵌状に遊挿されている。このベローズ１８は、例えば、厚さ０．０７ｍｍの薄膜状にて形成さされており、その後端部を、先端側ハウジング５０の先端部の内周面においてシール状に溶接され、その先端側を保持外筒１５の外周面にシール状に溶接されている。すなわち、ベローズ１８は、ハウジング４０に対するヒータ１０の先後動（変位）を許容すると共に、ヒータ１０の接地用の電極取出部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、先端側内部を封止する役割を担っている。なお、セラミックヒータ１０及びベローズ１８については、後程、詳細に説明する。

また、セラミックヒータ１０の後端には、それと同軸で、電圧印加用の中軸３０が配置されており、ハウジング４０内において絶縁（本実施例では空気絶縁）を保持するようにして後端に向けて、ハウジング４０と同軸で配置されている。ただし、セラミックヒータ１０の後端と、中軸３０の先端には、金属の連結パイプ１９が圧入等により外嵌されており、セラミックヒータ１０の相対的に後方に位置する電極取出部（正電位側端子）１７は、この連結パイプ１９の内周面にてその導通が保持され、中軸３０に電気的に接続されている。すなわち、連結パイプ１９は、セラミックヒータ１０と中軸３０との一体化とともに、その導通確保も担っている。

本例では、ハウジング４０は、ハウジング本体４１と先端側ハウジング５０等とからなり、その本体４１の外周面には、図示しないエンジンヘッドのプラグホールにねじ込み方式でグロープラグを固定するためのネジ４３が所定長さで形成されている。また、このハウジング本体４１の後端部は、後端から先端に向けた所定範囲が、相対的に大径をなすように拡径された拡径筒部４５をなしており、この拡径筒部４５の後端には、後端側が相対的に小径で異径円筒状をなす後端側ハウジング６０であるシール用保護筒（キャップ）が、後述するセンサ用の歪部材２１０の外周部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、詳細は後述するが、その内周部において、絶縁リング２６０を介して、中軸３０の後端部に固定されている。

本例において中軸３０は、その全長において先端寄り部位と後端寄り部位が部分的に太く形成されている。そして、後端がハウジング本体４１の後端から後方に突出され、後端のシール用保護筒（後端側ハウジング）６０の大径筒部６３の先端部に位置している。また、中軸３０の後端部のうち、そのハウジング本体４１の拡径筒部４５の先端部分に相当する位置から、その後端に向けてテーパ状の同軸で縮径されたテーパ縮径部３３と、テーパ縮径部３３の後端において同軸でさらに縮径された絶縁リング嵌合用軸部をなす平行縮径軸部３４を有している。そして、この平行縮径軸部（絶縁リング嵌合用軸部）３４の後方には、同心でこれより細い小径軸部３５を有している。中軸３０の後端であるこの小径軸部３５の後端には、後端のシール用保護筒６０内において先後方向の変位を許容する端子バネ７１を介し、後端外方に突出するプラグ端子７３を有する端子金具７５が溶接されて接続されている。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６５内には、例えばゴムからなるシール部材６９が装填されている。

次に、圧力検知用のセンサを構成する歪部材２１０と中軸３０とが、絶縁リング２６０を介して固定されている構造等について説明する。歪部材２１０は、ハウジング本体４１の後端においてその内側と中軸３０の後端部の外周との間の環状空間を先後に閉塞するよう配置されており、全体としてみると環状（円筒状）をなしている。そして、中軸３０がセラミックヒータ１０の先後動変位を受けて歪部材２１０自体が同時に変形するように設けられている。すなわち、この歪部材２１０は、外周に環状厚肉部２１２ａを有しており、この環状厚肉部２１２ａを、拡径筒部４５の後端と、その後方のシール用保護筒（後端側ハウジング）６０の先端とで挟む形で突合せるようにして相互に嵌合され、例えば、その各突合せ部において、外周面側から周方向にレーザ溶接で固定されている。

一方、この歪部材２１０は、外周の環状厚肉部２１２ａの内側において後方（図２上方）に延びる外側筒部２１２を有しており、この外側筒部２１２の後端内側には環状膜部（円環状のダイヤフラム部）２１５を有している。そして、この環状膜部２１５の内側（内周側部位）においては、先方に延びる内側筒部２１１を有している。なお内側筒部２１１は外周の環状厚肉部２１２ａよりも先端側に位置するように延びており、内側筒部２１１の外周面のうち、先端部２１１ａの外径は相対的に小径とされ、その先端部２１１ａが相対的に薄肉とされている。

さらに、歪部材２１０の、例えば環状膜部（環状ダイヤフラム部）２１５の後端向き面側には、適数の歪センサ（特許請求の範囲の圧力センサに相当）２２０が取り付けられており、図示しない回路を含む装置を介して、軸部材３０の先後動変位を受けて変形する歪部材２１０の変形に基づく歪量を検知し、それに基づく電気信号を図示しない出力取り出し用の電線を介して出力するように構成されている。これにより、本例グロープラグ１０１は、燃焼圧によりヒータ１０及び軸部材３０が一体となってその両者の軸線Ｇ方向に先後動することで歪部材２１０を変形させ、その歪部材２１０の変形から歪センサ２２０を用いることで燃焼圧が検知されるよう構成されている。

次に、本発明の主要部となるセラミックヒータ１０及びベローズ１８について説明する。
なお、図３は、図１のＣの拡大図を示しているが、説明の関係上、先端側ハウジング５０については、割愛している。

このセラミックヒータ１０は、本実施形態では、窒化珪素からなるセラミック基体１１の内部に、Ｕ字状に配置され、タングステンカーバイトからなる導電性セラミックにて形成された抵抗発熱体１２が設けられている。なお、セラミック基体１１としては、窒化珪素に限られるものではなく、他にアルミナ、サイアロン等を用いることができる。また、抵抗発熱体１２を形成する導電性セラミックにおいても、タングステンカーバイドに限られるものではなく、他に二珪化モリブデン及び二珪化タングステン等を用いることができる。この抵抗発熱体１２は、上述したようにＵ字状をなし、そのＵ字の底部である先端（図３下端）の折返しを含む先端部が、例えば、０．５ｍｍの円断面とされた小径線部１０１となっている。さらに、抵抗発熱体１２は、小径線部１０１に繋がるように、対向する内側においてテーパをなし、後端に向かうにしたがって先太り状に形成された一対のテーパ部１０２、さらに、テーパ部に繋がる一対の大径線部１０３が設けられている。なお、大径線部１０３は互いに平行に配置され、それぞれ直線状をなしており、横断面が同一で、例えば、直径０．９ｍｍの円断面（或いは楕円断面）とされている。そして、大径線部１０３の外側に向かって、図１に示したように、例えば円形でかつ柱状の電極取出部１６、１７が突出形成されている。

このようなセラミックヒータ１０は、先端部をエンジンの燃焼室内に配置させて、燃焼室内を加熱させることを考慮し、セラミックヒータ１０の先端部を集中的に高温に発熱させる構成となっている。具体的には、セラミックヒータ１０の全抵抗値（例えば、４００ｍΩ）に対して、７５％の抵抗値（例えば、３００ｍΩ）となる発熱主部Ｐ１が、図３に示すようにセラミックヒータ１０のより先端部に集中して配置している（例えば、セラミックヒータ１０の全部位を先端側から３等分した場合に、その３つの部位のうち、先端側の部位内に発熱主部Ｐ１を配置している）。その結果、この発熱主部Ｐ１が、保持外筒１５の先端よりも先端側に位置することができる。これにより、セラミックヒータ１０の先端部を効率よく集中的に高温に発熱させることができる。

なお、発熱主部Ｐ１を、先端側に集中して配置する具体的な方法としては、上述したように、抵抗発熱体１２をタングステンカーバイトからなる導電性セラミックのみで形成すると共に、抵抗発熱体１２に大径線部１０３に比べて断面積が径小な小径線部１０１を設けることで、セラミックヒータ１０の先端側の抵抗値をより大きな抵抗値としている。

さらに、発熱主部Ｐ１に接続するように発熱副部Ｐ２が設けられている。この発熱副部Ｐ２は、発熱主部Ｐ１の抵抗値を含んでセラミックヒータ１０の全抵抗値に対して、８０％の抵抗値（例えば、３２０ｍΩ）となる部位のことである。つまり、発熱副部Ｐ２の抵抗値は、セラミックヒータ１０の全抵抗値に対して５％の抵抗値となる部位である。なお、発熱副部Ｐ２は、上述したように、抵抗発熱体１２に設けた大径線部１０３が設けられることで、セラミックヒータ１０の全抵抗値に対して５％の抵抗値となる部位とすることが可能である。なお、発熱副部Ｐ２の後端側は保持外筒１５の内部に配置されている。

そして、図３に示すように、発熱副部Ｐ２の軸方向長さを、発熱主部Ｐ１の軸方向長さよりも長く形成している。本実施形態においては、発熱主部Ｐ１の軸方向長さを７．５ｍｍ、発熱副部Ｐ２の軸方向長さを１２．５ｍｍとしている。このように、発熱副部Ｐ２の軸方向長さを発熱主部Ｐ１の軸方向長さよりも長くすることで、発熱主部Ｐ１から後端側へ向けて伝搬する熱が、発熱副部Ｐ２を経由して伝搬する間に、セラミックヒータ１０からエンジンヘッドやプラグホールへより放熱することができる。その結果、セラミックヒータ１０の発熱副部Ｐ２よりも後端側の部位の温度を比較的低くすることができる。

さらに、上述したように、セラミックヒータ１０には、その中間部位に保持外筒１５が圧入で外嵌めされ、この保持外筒１５に、金属製のベローズ１８が溶接されている。ところで、ベローズ１８は、例えば、厚さ０．０７ｍｍの薄膜状に形成されているため、ベローズ１８自身の伝熱量は比較的小さい。このため、セラミックヒータ１０からベローズ１８を経由して先端側ハウジング５０、エンジンヘッドへの伝熱経路が、従来構造のグロープラグに比べて極端に少なくなり、接合部１１０の接合強度に影響がでる虞がある。これに対し、本実施形態においては、保持外筒１５とベローズ１８との接合部１１０を、発熱副部Ｐ２よりも後端側に位置させている。これにより、保持外筒１５とベローズ１８との接合部１１０での熱の影響を低減することができ、接合部１１０の接合強度の低下を抑制することができる。その結果、燃焼ガスに対する気密性が低下することに伴って圧力センサとしての機能を損なうことを抑制できる。

また、本実施形態においては、接合部１１０を、ハウジング４０の内部に位置させている（図１参照）。このように、発熱主部Ｐ１を保持外筒１５よりも先端側に配置する一方、接合部１１０をハウジング４０の内部に位置させることで、発熱主部Ｐ１と接合部１１０との長手方向距離がより長くなると共に、発熱主部と接合部との間のセラミックヒータの周囲をハウジング４０が取り囲むこととなり、発熱主部Ｐ１から後端へ向けて伝搬する熱が、接合部１１０に伝搬するまでの間に、セラミックヒータ１０からエンジンヘッドやプラグホールへより放熱することができる。これにより、保持外筒１５とベローズ１８との接合部１１０での熱の影響をより低減することができ、接合強度の低下をより抑制することができる。その結果、燃焼ガスに対する気密性が低下することに伴って圧力センサとしての機能を損なうことをより抑制できる。

さらに、本実施形態においては、セラミック基体１１を形成する窒化珪素の１３５０℃での熱伝導率が１７Ｗ／ｍ℃であり、抵抗発熱体１２を形成するタングステンカーバイドの１３５０℃での熱伝導率が２２．５Ｗ／ｍ℃である。このように、セラミック基体１１又は抵抗発熱体１２の１３５０℃での熱伝導率が１５Ｗ／ｍ℃以上であれば、セラミックヒータ１０の発熱主部Ｐ１から接合部１１０が設けられる後端部に向けて熱が比較的伝搬しやすくなる。これに対し、本実施形態では、発熱主部Ｐ１の先端（つまり、セラミックヒータ１０の先端）から接合部１１０までの距離Ｔ１を２４ｍｍとしている。このように、発熱主部Ｐ１の先端から接合部１１０までの軸方向距離を２４ｍｍ以上としているため、この発熱副部Ｐ２の軸方向長さを比較的長く形成することができる。したがって、発熱主部Ｐ１から後端へ向けて伝搬する熱は発熱副部Ｐ２を経由して伝搬する間に、エンジンヘッドやプラグホールへ、効果的に放熱することができる。その結果、セラミックヒータ１０の発熱副部Ｐ２よりも後端側に設けた接合部１１０の温度をさらに低くすることができ、接合部１１０の接合強度の低下をさらに抑制することができる。なお、発熱主部Ｐ１の先端から接合部１１０までの軸方向距離が長ければ長いほど、発熱副部Ｐ２の軸方向長さを長くできるため、より効果的に放熱することが可能となるが、発熱主部Ｐ１の先端から接合部１１０までの軸方向距離が４０ｍｍを越えると、グロープラグ１０１の昇温性能が下がるため、この軸方向距離を４０ｍｍ以下とすることが好ましい。

次に、本発明を具体化した第２実施形態の圧力センサ付きグロープラグについて、図４、図５に基づいて説明する。本例のグロープラグ３０１は、金属製で概略円筒状をなすハウジング３４０と、その内側において先端（図示、下方端）４１０ａを、先端側ハウジング３４２の先端３４３から突出させてなるセラミックヒータ４１０と、さらには、ハウジング３４０内においてこのセラミックヒータ４１０の後端から後方に延びるように配置された、電圧印加用の中軸３３０、中軸３３０の周囲に設けられた圧力伝達チューブ３６０、圧力伝達チューブ３６０の後端部においてその外周面とハウジング３４０の内周面との間に設けられた燃焼圧検知センサを構成する歪部材３５０等から構成されている。

本例において、ハウジング３４０は、例えばＳＵＳ３０３からなり、概略円筒状のハウジング本体３４１と、その先端側に同軸で突合せ状に嵌合され、溶接された先端側ハウジング３４２と、ハウジング本体３４１の後端部に外嵌され、溶接された中間ハウジング３４４等とから構成されている。セラミックヒータ４１０は円柱状をなし、先端４１０ａがこの先端側ハウジング３４２の先端３４３から突出するように先端側ハウジング３４２の軸線Ｇと同軸状に配置されている。このセラミックヒータ４１０は、図５に示すように、そのセラミック基体４１１（特許請求の範囲の基体に相当）の内部に先端４１０ａ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）４１２を有しており、セラミックヒータ４１０の後端部の側面に通電用の各電極取出部４１６、４１７を露出させている。ただし、セラミックヒータ４１０には、その中間部位にＳＵＳ６３０等の金属製の保持外筒３１５が圧入で外嵌めされており、その後端部の内周面にて、相対的に先端側に位置する接地用の電極取出部４１６に電気的に接続されている。そして、この保持外筒３１５には、ステンレス鋼、又はインコネル（ＩＮＣＯ社の登録商標）などの耐熱Ｎｉ合金からなる金属弾性膜（メンブレン）４１８（特許請求の範囲の可動部材に相当）が外嵌状に遊挿されている。この金属弾性膜４１８は、厚さ０．３ｍｍの薄膜状にて形成されており、その後端部を、先端側ハウジング３４２の先端部の内周面においてシール状に溶接され、その先端側を保持外筒５１５の外周面にシール状に溶接されている。すなわち、金属弾性膜４１８は、ハウジング３４０に対するヒータ４１０の先後動（変位）を許容すると共に、ヒータ４１０の接地用の電極取出部４１６とハウジング３４０との中継導通部をなし、かつ、ヒータ４１０をハウジング３４０内において保持すると共に、先端側内部を封止する役割を担っている。なお、セラミックヒータ４１０及び金属弾性膜４１８については、後程、詳細に説明する。

また、セラミックヒータ４１０の後端には、それと同軸で、電圧印加用の中軸３３０が配置されており、ハウジング３４０内において絶縁（本実施例では空気絶縁）を保持するようにして後端に向けて、ハウジング３４０と同軸で配置されている。ただし、セラミックヒータ４１０の後端と、中軸３３０の先端には、金属の連結パイプ３１９が圧入等により外嵌されており、セラミックヒータ４１０の相対的に後方に位置する電極取出部（正電位側端子）４１７は、この連結パイプ３１９の内周面にてその導通が保持され、中軸３３０に電気的に接続されている。すなわち、連結パイプ３１９は、セラミックヒータ４１０と中軸３３０との一体化とともに、その導通確保も担っている。

本例では、ハウジング３４０は、ハウジング本体３４１と先端側ハウジング３４２等とからなり、そのハウジング本体３４１の外周面には、図示しないエンジンヘッドのプラグホールにねじ込み方式でグロープラグを固定するためのネジ３４６が所定長さで形成されている。また、このハウジング本体３４１の後端部には、略円筒状の中間ハウジング３４４が外嵌めされ、さらに、この中間ハウジング３４４の後端には、後端側が相対的に小径で異径円筒状をなす後端側ハウジング３４５であるシール用保護筒（キャップ）が、後述するセンサ用の歪部材３５０の外周部を挟んで取り付けられている。なお、この歪部材３５０は全体としてみると円環状（又は円筒状）をなすもので、詳細は後述するが、その内周部において、圧力伝達チューブ３６０に接合されている。

本例において中軸３３０は、その後端がハウジング本体３４１の後端から後方に突出され、後端のシール用保護筒（後端側ハウジング）３４５の大径筒部３６３の先端部に位置している。そして、中軸３３０の後端には、後端のシール用保護筒３４５内において先後方向の変位を許容する端子バネ３７１を介し、後端外方に突出するプラグ端子３７３を有する端子金具３７５が溶接されて接続されている。なお後端のシール用保護筒３４５における後端側の小径部位３６５内には、例えばゴムからなるシール部材３６９が装填されている。

次に、圧力検知用のセンサを構成する歪部材３５０と圧力伝達チューブ３６０とが、固定されている構造等について説明する。圧力伝達チューブ３６０の先端は、保持外筒３１５の後端部に接合され固定されている。そして、中軸３３０とハウジング本体３４１との間隙を、中軸３３０及びハウジング本体３４１と離間しつつ、先後方向に延びるように設けられている。圧力伝達チューブ３６０の後端部は中間ハウジング３４４内に配置され、この外周面に歪部材３５０の内周面が接合されている。

歪部材３５０は、中間ハウジング３４４の後端においてその内側と圧力伝達チューブ３６０の後端部の外周との間の環状空間を先後に閉塞するよう配置されており、全体としてみると環状（円筒状）をなしている。そして、圧力伝達チューブ３６０がセラミックヒータ４１０の先後動変位を受けて歪部材３５０自体が同時に変形するように設けられている。すなわち、この歪部材３５０は、外周に環状厚肉部３５２ａを有しており、この環状厚肉部３５２ａを、中間ハウジング３４４の後端と、その後方のシール用保護筒（後端側ハウジング）３４５の先端とで挟む形で突合せるようにして相互に嵌合され、例えば、その各突合せ部において、外周面側から周方向にレーザ溶接で固定されている。

一方、この歪部材３５０は、外周の環状厚肉部３５２ａの内側において後方（図２上方）に延びる外側筒部３５２を有しており、この外側筒部３５２の後端内側には環状膜部（円環状のダイヤフラム部）３５５を有している。そして、この環状膜部３５５の内側（内周側部位）においては、先方に延びる内側筒部３５１を有している。なお内側筒部３５１は外周の環状厚肉部３５２ａよりも先端側に位置するように延びている。

さらに、歪部材３５０の例えば環状膜部（環状ダイヤフラム部）３５５の後端向き面側には、適数の歪センサ（特許請求の範囲の圧力センサに相当）３２０が取り付けられており、図示しない回路を含む装置を介して、圧力伝達チューブ３６０の先後動変位を受けて変形する歪部材３５０の変形に基づく歪量を検知し、それに基づく電気信号を図示しない出力取り出し用の電線を介して出力するように構成されている。これにより、本例グロープラグ３０１は、燃焼圧によりヒータ４１０及び圧力伝達チューブ３６０が一体となってその両者の軸線Ｇ方向に先後動することで歪部材３５０を変形させ、その歪部材３５０の変形から歪センサ３２０を用いることで燃焼圧が検知されるよう構成されている。

次に、本発明の主要部となるセラミックヒータ４１０及び金属弾性膜（メンブレン）４１８について説明する。
なお、図５は、図４のグロープラグ３０１のうち、先端側のＤの拡大図を示しているが、以下の説明の関係上、先端側ハウジング３４２については、割愛している。
また、セラミックヒータ４１０については、実施形態１のセラミックヒータ１０と同様のセラミックヒータであるため、説明を省略または簡略して説明する。

このセラミックヒータ４１０は、第１実施形態と同様に、窒化珪素からなるセラミック基体４１１の内部に、Ｕ字状に配置され、タングステンカーバイトからなる導電性セラミックにて形成された抵抗発熱体４１２が設けられている。この抵抗発熱体４１２は、Ｕ字状をなし、先端から直径０．５ｍｍの円断面とされた小径線部４０１、一対のテーパ部４０２、直径０．９ｍｍの円断面（或いは楕円断面）とされた一対の大径線部４０３の順に配置されている。そして、大径線部４０３の外側に向かって、図４に示したように、例えば円形でかつ柱状の電極取出部４１６、４１７が突出形成されている。

このセラミックヒータ４１０においても、セラミックヒータ４１０の先端部を集中的に高温に発熱させる構成となっており、具体的には、セラミックヒータ４１０の全抵抗値（例えば、４００ｍΩ）に対して、７５％の抵抗値（例えば、３００ｍΩ）となる発熱主部Ｐ４１が、図５に示すようにセラミックヒータ４１０のより先端部に集中して配置している（例えば、セラミックヒータ４１０の全部位を先端側から３等分した場合に、その３つの部位のうち、先端側の部位内に発熱主部Ｐ４１を配置している）。その結果、この発熱主部Ｐ４１が、保持外筒３１５の先端よりも先端側に位置することができる。これにより、セラミックヒータ４１０の先端部を効率よく集中的に高温に発熱させることができる。

なお、発熱主部Ｐ４１を、先端側に集中して配置する具体的な方法としては、上述したように、抵抗発熱体４１２をタングステンカーバイトからなる導電性セラミックのみで形成すると共に、抵抗発熱体４１２に大径線部４０３に比べて断面積が径小な小径線部４０１を設けることで、セラミックヒータ１０の先端側の抵抗値をより大きな抵抗値としている。

さらに、発熱主部Ｐ４１に接続するように発熱副部Ｐ４２が設けられている。この発熱副部Ｐ４２は、発熱主部Ｐ４１の抵抗値を含んでセラミックヒータ４１０の全抵抗値に対して、８０％の抵抗値（例えば、３２０ｍΩ）となる部位のことである。つまり、発熱副部Ｐ４２の抵抗値は、セラミックヒータ４１０の全抵抗値に対して５％の抵抗値となる部位である。なお、発熱副部Ｐ４２の後端側は保持外筒３１５の内部に配置されている。

そして、図５に示すように、発熱副部Ｐ４２の軸方向長さを、発熱主部Ｐ４１の軸方向長さよりも長く形成している。本実施形態においては、発熱主部Ｐ４１の軸方向長さを７．５ｍｍ、発熱副部Ｐ４２の軸方向長さを１２．５ｍｍとしている。このように、発熱副部Ｐ４２の軸方向長さを発熱主部Ｐ４１の軸方向長さよりも長くすることで、発熱主部Ｐ４１から後端側へ向けて伝搬する熱が、発熱副部Ｐ４２を経由して伝搬する間に、セラミックヒータ４１０からエンジンヘッドやプラグホールへのより放熱することができる。その結果、セラミックヒータ４１０の発熱副部Ｐ４２よりも後端側の部位の温度を比較的低くすることができる。

さらに、上述したように、セラミックヒータ４１０には、その中間部位に保持外筒３１５が圧入で外嵌めされ、この保持外筒３１５に、金属弾性膜（メンブレン）４１８が溶接されている。ところで、金属弾性膜４１８は、例えば、厚さ０．３ｍｍの薄膜状に形成されているため、金属弾性膜４１８自身の伝熱量は比較的小さい。このため、セラミックヒータ４１０から金属弾性膜４１８を経由してハウジング３４０、エンジンヘッドへの伝熱経路が、従来構造のグロープラグに比べて極端に少なくなり、接合部５１０の接合強度に影響がでる虞がある。これに対し、本実施形態においては、保持外筒３１５と金属弾性膜４１８との接合部５１０を、発熱副部Ｐ４２よりも後端側に位置させている。これにより、保持外筒３１５と金属弾性膜４１８との接合部５１０での熱の影響を低減することができ、接合部５１０の接合強度の低下を抑制することができる。その結果、燃焼ガスに対する気密性が低下することに伴って圧力センサとしての機能を損なうことを抑制できる。

また、本実施形態においては、接合部５１０を、ハウジング３４０の内部に位置させている（図１参照）。このように、発熱主部Ｐ３１を保持外筒３１５よりも先端側に配置する一方、接合部５１０をハウジング３４０の内部に位置させることで、発熱主部Ｐ４１と接合部５１０との長手方向距離がより長くなると共に、発熱主部と接合部との間のセラミックヒータの周囲をハウジング３４０が取り囲むこととなり、発熱主部Ｐ４１から後端へ向けて伝搬する熱が、接合部５１０に伝搬するまでの間に、セラミックヒータ１０からエンジンヘッドやプラグホールへより放熱することができる。これにより、保持外筒３１５と金属弾性膜４１８との接合部５１０での熱の影響をより低減することができ、接合強度の低下をより抑制することができる。その結果、燃焼ガスに対する気密性が低下することに伴って圧力センサとしての機能を損なうことより抑制できる。

さらに、本実施形態においては、セラミック基体４１１を形成する窒化珪素の１３５０℃での熱伝導率が１７Ｗ／ｍ℃であり、抵抗発熱体４１２を形成するタングステンカーバイドの１３５０℃での熱伝導率が２２．５Ｗ／ｍ℃である。このように、セラミック基体４１１又は抵抗発熱体４１２の１３５０℃での熱伝導率が１５Ｗ／ｍ℃以上であれば、セラミックヒータ４１０の発熱主部Ｐ４１から接合部５１０が設けられる後端部に向けて熱が比較的伝搬しやすくなる。これに対し、本実施形態では、発熱主部Ｐ４１の先端（つまり、セラミックヒータ４１０の先端）から接合部５１０までの距離Ｔ４１を２４ｍｍとしている。このように、発熱主部Ｐ４１の先端から接合部５１０までの軸方向距離を２４ｍｍ以上としているため、この発熱副部Ｐ４２の軸方向長さを比較的長く形成することができる。したがって、発熱主部Ｐ４１から後端へ向けて伝搬する熱は発熱副部Ｐ４２を経由して伝搬する間に、エンジンヘッドやプラグホールへ、効果的に放熱することができる。その結果、セラミックヒータ４１０の発熱副部Ｐ４２よりも後端側に設けた接合部５１０の温度をさらに低くすることができ、接合部５１０の接合強度の低下をさらに抑制することができる。なお、発熱主部Ｐ４１の先端から接合部５１０までの軸方向距離が長ければ長いほど、発熱副部Ｐ４２の軸方向長さを長くできるため、より効果的に放熱することが可能となるが、発熱主部Ｐ４１の先端から接合部５１０までの軸方向距離が４０ｍｍを越えると、昇温性能が低下するので、この軸方向距離を４０ｍｍ以下とすることが好ましい。

次に、本発明を具体化した第３実施形態の圧力センサ付きグロープラグについて、図６に基づいて説明する。なお、第３実施形態のグロープラグ７０１は、第１実施形態のグロープラグ１０１とは、セラミックヒータの構成が異なるのみであり、以下の説明では、セラミックヒータに関連する部位について詳細に説明し、その他の部位は、簡略、省略する。また、以下の説明において、第１実施形態のグロープラグ１０１と同部位については、同符号を用いて説明する。

図６に示すように、セラミックヒータ７１０は、第１実施形態のセラミックヒータ１０とは異なり、窒化珪素からなるセラミック基体７１１の先端側の内部に、Ｕ字状に配置され、基体７１１の後端側に延びる抵抗発熱体７１２が設けられている。この抵抗発熱体７１２は、Ｕ字状をなし、そのＵ字の底部である先端（図３下端）の折返しを含む先端部７０１と、該先端部につながるように、２本のリード部７０３にて形成されている。この先端部７０１は、断面が略楕円形状となっており、セラミックヒータ７１０に対する先端部７０１の断面積（先端部７０１の合計値）は１２％となっている。一方、リード部７０３は、断面が略円形状となっており、セラミックヒータ７１０に対するリード部７０３全体の断面積は１８％となっている。つまり、先端部７０１の断面積とリード部７０３の断面積とが略均一である。

一方、先端部７０１は、窒化物セラミックにて形成されているのに対し、リード部７０３は、タングステンにて形成されている。つまり、先端部７０１の比抵抗（２０μΩｃｍ）が、リード部の比抵抗（５μΩｃｍ）よりも大きくされている。なお、セラミック基体７１１としては、窒化珪素に限られるものではなく、他にアルミナ、サイアロン等を用いることができる。また、先端部７０１としては、窒化物セラミックに限られるものではなく、例えば、窒化ケイ素質セラミック、サイアロン及び窒化アルミニウムセラミックスのうちのいずれかのみから構成されてもよく、また、窒化ケイ素セラミック、サイアロン及び窒化アルミニウムセラミックのうちの少なくとも一種を主成分として用いることができる。さらに、リード部７０３においても、タングステンに限られるものでなく、金属（例えば、タンタル等）を用いることができる。

このようなセラミックヒータ７１０は、先端部をエンジンの燃焼室内に配置させて、燃焼室内を加熱させることを考慮し、セラミックヒータ７１０の先端部を集中的に高温に発熱させる構成となっている。具体的には、セラミックヒータ７１０の全抵抗値（例えば、４００ｍΩ）に対して、７５％の抵抗値（例えば、３００ｍΩ）となる発熱主部Ｐ７１が、図６に示すようにセラミックヒータ７１０のより先端部に集中して配置している（例えば、セラミックヒータ７１０の全部位を先端側から３等分した場合に、その３つの部位のうち、先端側の部位内に発熱主部Ｐ７１を配置している）。その結果、この発熱主部Ｐ７１が、保持外筒１５の先端よりも先端側に位置することができる。これにより、セラミックヒータ７１０の先端部を効率よく集中的に高温に発熱させることができる。

なお、発熱主部Ｐ７１を、先端側に集中して配置する具体的な方法としては、上述したように、先端部７０１とリード部７０３の面積を略均一にすると共に、先端部７０１の比抵抗に比べて、リード部７０３の比抵抗を大きくすることで、セラミックヒータ７１０の先端側の抵抗値をより大きな抵抗値としている。

さらに、発熱主部Ｐ７１に接続するように発熱副部Ｐ７２が設けられている。この発熱副部Ｐ７２は、発熱主部Ｐ７１の抵抗値を含んでセラミックヒータ１０の全抵抗値に対して、８０％の抵抗値（例えば、３２０ｍΩ）となる部位のことである。つまり、発熱副部Ｐ７２の抵抗値は、セラミックヒータ７１０の全抵抗値に対して５％の抵抗値となる部位である。なお、発熱副部Ｐ７２は、上述したように、抵抗発熱体７１２に設けたリード部７０３が設けられることで、セラミックヒータ７１０の全抵抗値に対して５％の抵抗値となる部位とすることが可能である。なお、発熱副部Ｐ７２の後端側は保持外筒１５の内部に配置されている。

そして、図６に示すように、発熱副部Ｐ７２の軸方向長さを、発熱主部Ｐ７１の軸方向長さよりも長く形成している。本実施形態においては、発熱主部Ｐ７１の軸方向長さを７．５ｍｍ、発熱副部Ｐ７２の軸方向長さを１２．５ｍｍとしている。このように、発熱副部Ｐ７２の軸方向長さを発熱主部Ｐ７１の軸方向長さよりも長くすることで、発熱主部Ｐ７１から後端側へ向けて伝搬する熱が、発熱副部Ｐ７２を経由して伝搬するまでの間に、セラミックヒータ７１０からエンジンヘッドやプラグホールへより放熱することができる。その結果、セラミックヒータ１０の発熱副部Ｐ７２よりも後端側の部位の温度を比較的低くすることができる。

さらに、上述したように、セラミックヒータ７１０には、その中間部位に保持外筒１５が圧入で外嵌めされ、この保持外筒１５に、金属製のベローズ１８が溶接されている。ところで、ベローズ１８は、例えば、厚さ０．０７ｍｍの薄膜状に形成されているため、ベローズ１８自身の伝熱量は比較的小さい。このため、セラミックヒータ７１０からベローズ１８を経由して先端側ハウジング５０、エンジンヘッドへの伝熱経路が、従来構造のグロープラグに比べて極端に少なくなり、接合部１１０の接合強度に影響がでる虞がある。これに対し、本実施形態においては、保持外筒１５とベローズ１８との接合部１１０を、セラミックヒータ７１０後端側に位置させている。これにより、保持外筒１５とベローズ１８との接合部１１０での熱の影響を低減することができ、接合部１１０の接合強度の低下を抑制することができる。その結果、燃焼ガスに対する気密性が低下することに伴って圧力センサとしての機能を損なうことを抑制できる。

また、本実施形態においては、接合部１１０を、ハウジング４０の内部に位置させている（図１参照）。このように、発熱主部Ｐ７１を保持外筒１５よりも先端側に配置する一方、接合部１１０をハウジング４０の内部に位置させることで、発熱主部Ｐ７１と接合部１１０との長手方向距離がより長くなると共に、発熱主部と接合部との間のセラミックヒータの周囲をハウジング４０が取り囲むこととなり、発熱主部Ｐ７１から後端へ向けて伝搬する熱が接合部１１０に伝搬するまでの間に、セラミックヒータ７１０からエンジンヘッドやプラグホールへより放熱することができる。これにより、保持外筒１５とベローズ１８との接合部１１０での熱の影響をより低減することができ、接合強度の低下をより抑制することができる。その結果、燃焼ガスに対する気密性が低下することに伴って圧力センサとしての機能を損なうことをより抑制できる。

上記第１実施形態にて説明した構成を有する実施例のグロープラグ１０１と、第１実施形態のグロープラグ１０１のうち、図７に示すように、発熱主部Ｐ１ａ及び発熱副部Ｐ２ａの軸方向長さを変えた比較例のグロープラグ１０１ａとにおいて、接合部１１０、１１０ａの温度について測定した。なお、図７は図３と同様に、セラミックヒータ１１０ａ、保持外筒１５、及びベローズ１８のみについて図示している。
なお、上述したように、実施例のグロープラグ１０１における、発熱主部Ｐ１の軸方向長さを７．５ｍｍ、発熱副部Ｐ２の軸方向長さを１２．５ｍｍとし、さらに、セラミックヒータ１０の先端から接合部１１０までの軸方向距離を２４ｍｍとした。一方、比較例のグロープラグ１０１ａにおける、発熱主部Ｐ１ａの軸方向長さを１５ｍｍ、発熱副部Ｐ２ａの軸方向長さを５ｍｍとし、さらに、セラミックヒータ１０ａの先端から接合部１１０ａまでの軸方向距離Ｔ１を２４ｍｍとした。つまり、発熱副部Ｐ２、Ｐ２ａの後端の位置、及び軸方向距離Ｔ１については、実施例、比較例共に同じ位置としている。
なお、比較例のグロープラグ１０ａにおいては、導電性セラミックの材料を変更したり、導電性セラミックの断面積を変更することで、発熱主部Ｐ１ａ、発熱副部Ｐ２ａの軸方向長さを実施例のグロープラグ１０と変えることが可能である。なお、導電性セラミックの材料変更とは、単一材料を用いてもよいし、複数材料を組み合わせてもよい。
さらに、セラミック基体１１、１１ａは直径３．１ｍｍとし、更に、保持外筒１５、１５ａの厚みを０．４５ｍｍ、ベローズ１８の厚みを０．０７ｍｍとしている。

この実施例、比較例のグロープラグ１０１、１０１ａについて、１０００℃に到達する時間を２秒、その後１３５０℃に到達するように通電制御にて加熱し、２分後の接合部１１０、１１０ａの温度を熱電対にて計測した。その結果、実施例のグロープラグ１０１における接合部１１０の温度は５７０℃となり、比較例のグロープラグ１０１ａにおける接合部１１０aの温度は、６９０℃となった。このように、発熱副部Ｐ２の軸方向長さを、発熱主部Ｐ１の軸方向長さよりも長くすることで、発熱副部Ｐ２にてエンジンヘッドやプラグホールへ放熱することができ、接合部１１０での温度を低減することができる。なお、ベローズ１８を耐熱Ｎｉ合金にて形成しているため、ベローズ１８に対する溶接強度の低下が発生しない６００℃以下の温度に溶接部１１０を制御することが好ましく、この点からも実施例のグロープラグ１０１が好ましいことが分かる。

次に、上述の第１実施形態のグロープラグ１０１において、セラミックヒータ１１０の先端から溶接部１１０までの軸方向距離を異ならせた場合の、溶接部１１０の接合強度について評価した。
具体的には、セラミックヒータ１１０の先端から溶接部１１０までの軸方向距離を２０ｍｍ、２２ｍｍ、２４ｍｍ、２６ｍｍとした４本のグロープラグ１０１を準備した。なお、実施例のグロープラグ１０１における発熱主部Ｐ１の軸方向長さは、７．５ｍｍ、発熱副部Ｐ２の軸方向長さは１２．５ｍｍとし、さらに、セラミック基体１１を窒化珪素、抵抗発熱体１２をタングステンカーバイド、保持金具１５をＳＵＳ３１６、ベローズ１８を耐熱Ｎｉ合金にて形成している。
さらに、セラミック基体１１は直径３．１ｍｍとし、更に、保持外筒１５の厚みを０．４５ｍｍ、ベローズ１８の厚みを０．０７ｍｍとしている。

この４本のグロープラグ１０１を４５０℃の雰囲気内に配置し、素子先端温度を１３５０℃（発熱主部Ｐ１の最高温度）にした状態で、セラミックヒータ１１０を図３の上下方向に振動させて、ベローズ１８が破断するまでの振動サイクルを測定した。なお、振動サイクルの１サイクルとは、セラミックヒータ１１０の先端に３００Ｎ（２１ＭＰａ）の圧力を加え、その後、圧力を解放するまでのサイクルを指す。

その結果、セラミックヒータ１１０の先端から溶接部１１０までの軸方向距離を２０ｍｍとしたグロープラグ１００では２×１０^７サイクル、軸方向距離を２２ｍｍとしたグロープラグ１００では３×１０^７サイクル、軸方向距離を２４ｍｍとしたグロープラグ１００では２×１０^８サイクルでそれぞれ破断した。他方、軸方向距離を２６ｍｍとしたグロープラグ１００では、１×１０^９サイクルの振動を加えても、ベローズ１８が破断しなかった。このように、セラミックヒータ１１０の先端から溶接部１１０までの軸方向距離を２４ｍｍ以上にすることで、接合部１１０の接合強度の低下をさらに抑制することができる。

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なく、適宜に変更して具体化できる。例えば、上記第１実施形態では、歪部材を、縦断面において、半径方向の片側が、後方において折り返す形状、構造のものとしたが、歪部材は、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により変形し、センサにてその変形から燃焼圧を検知可能のものであればよく、したがって、円環板状の単なるダイヤフラム（薄膜）とするなど適宜の形状、構造のものとすることができる。また、上記第１実施形態、第２実施形態では、センサとして歪ゲージを用いたが、ピエゾ抵抗体を備えた半導体素子のような、半導体歪ゲージや、圧電素子など各種のセンサ（センサ素子）を用いることができる。さらに、上記第１実施形態、第２実施形態では、歪部材を、ハウジング本体の後端と、中軸の後端寄り部位に位置する部位で配置した場合を例示したが、歪部材は、ハウジングや中軸における先後方向の中間部位において設けることもできる。なお、上記第１実施形態のグロープラグにおいては、ベローズについて、その後端部を、先端側ハウジングの先端部の内周面にシール状に溶接されているという構成のものとして説明したが、このベローズの後端部は、先端側ハウジングの後端とハウジング本体の先端とのつなぎ目（突合せ部）に挟み込ませて溶接する。

１０１、３０１、７０１・・・グロープラグ
１０、４１０、７１０・・・セラミックヒータ
１１、４１１、７１１・・・セラミック基体
１２、４１２、７１２・・・抵抗発熱体
１５、３１５・・・保持外筒
１８・・・ベローズ
２１０、３５０・・・歪部材
２２０、３２０・・・歪センサ
３０、３３０・・・中軸
４０、３４０・・・ハウジング
４１８・・・金属弾性膜（メンブレン）
Ｐ１、Ｐ４１、Ｐ７１・・・発熱主部
Ｐ２、Ｐ４２、Ｐ７２・・・発熱副部
１１０、５１０・・・接合部

Claims (5)

1. 絶縁性セラミックからなり柱状をなす基体と、当該基体と一体をなし通電によって抵抗発熱する抵抗発熱体と、当該抵抗発熱体と電気的に接続され後端部において前記基体の外表面へ露出形成される電極取出部とを有する、軸方向に延びるセラミックヒータと、
   前記電極取出部と直接的又は間接的に接触するとともに、前記セラミックヒータの先端側を突出させつつ、前記セラミックヒータを保持する金属製の保持外筒と、
   筒状をなすとともに前記セラミックヒータ及び前記保持外筒を自身の内部に収容するハウジングと、
   前記保持外筒と前記ハウジングに接合されて自身の先後を気密に隔て、燃焼圧により弾性変形可能に構成される金属製の薄板からなる可動部材と、
   前記セラミックヒータ、前記保持外筒及び前記可動部材よりも後端側で、且つ前記ハウジングの内部に配置され、自身に加わる圧力を検出する圧力センサと、
   を備えた圧力センサ付きセラミックグロープラグであって、
   前記セラミックヒータの先端を含み、前記セラミックヒータ中の全抵抗値に対して７５％の抵抗値を占める先端寄り部位を発熱主部としたとき、当該発熱主部は前記保持外筒よりも先端側に位置し、
   前記発熱主部の後端から更に後端へ延びる前記セラミックヒータの一部であって、自身の抵抗値と前記発熱主部の抵抗値との合計が前記全抵抗値に対して８０％の抵抗値となる部位を発熱副部としたとき、軸方向長さの関係が、発熱主部＜発熱副部であるとともに、
   前記発熱副部よりも後端側に前記保持外筒と前記可動部材との接合部が位置することを特徴とする圧力センサ付きセラミックグロープラグ。
2. 請求項１に記載の圧力センサ付きセラミックグロープラグにおいて、
   前記保持外筒と前記可動部材との接合部は、前記ハウジングの内部に位置することを特徴とする圧力センサ付きセラミックグロープラグ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の圧力センサ付きセラミックグロープラグにおいて、
   前記発熱主部の前記抵抗発熱体の比抵抗は、前記発熱主部以外の部位の抵抗発熱体の比抵抗の９０％〜１１０％であり、
   前記発熱主部の前記抵抗発熱体の断面積は、前記発熱主部以外の部位の抵抗発熱体の断面積よりも小さいことを特徴とする圧力センサ付きセラミックグロープラグ。
4. 請求項１又は請求項２に記載の圧力センサ付きセラミックグロープラグにおいて、
   前記発熱主部の前記抵抗発熱体の断面積は、前記発熱主部以外の部位の抵抗発熱体の断面積の９０％〜１１０％であり、
   前記発熱主部の前記抵抗発熱体の比抵抗は、前記発熱主部以外の部位の抵抗発熱体の比抵抗よりも大きいことを特徴とする圧力センサ付きセラミックグロープラグ。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の圧力センサ付きセラミックグロープラグにおいて、
   前記絶縁性セラミックまたは前記抵抗発熱体の１３５０℃での熱伝導率が１５Ｗ／ｍ℃以上であり、
   且つ前記発熱主部の先端から前記保持外筒と前記可動部材との前記接合部までの前記軸方向最短距離が２４ｍｍ以上であることを特徴とする圧力センサ付きセラミックグロープラグ。

Images