JP6013684B2 - 燃焼圧検知センサ付きセラミックグロープラグ - 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と、それに加えて燃焼圧を検知（検出）するセンサを備えた燃焼圧検知センサ付きセラミックグロープラグに関する。

この種の燃焼圧検知センサ付きセラミックグロープラグ（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、２）。図１０は、これと同種のグロープラグ９０１の断面構造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１１０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、ハウジング１１０の先端から突出するように備えている。本願においてグロープラグ、若しくはその構成部品、又は構成部位、部分に関して先端とは、図１０におけるそれらの下端をいい、後端とはその逆の端（上端）をいう。なお、図１０中の２点鎖線は、エンジンヘッドＨのプラグホールにおける燃焼室の近傍部分を示すものである。

このようなグロープラグ９０１では、燃焼圧を検知するためにセラミックヒータ（以下、単にヒータともいう）１０がハウジング１１０内において、その軸（軸線）Ｇ方向（先後方向）に、数十μｍ程度と微小ではあるが変位可能に配置されている。このため、ヒータ１０は、それ自身とハウジング１１０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２５が接続用の短管（円管）１９を介して設けられている。これにより、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、センサ（歪ゲージや圧電素子）にて検出（測定）して燃焼圧を検知するように構成されている。例えば、同図においては、この軸部材２５を介して、その変位又は圧力は、後方に設けられた例えば歪部材２１０に与え、これに取付けられた歪ゲージ２２０にて、その歪量を検出し、燃焼圧を検知するように構成されている。

ところで、このグロープラグ９０１では、高温、高圧の燃焼ガスが、同図中、プラグホールの下方に破線矢印で示したように、ハウジング１１０の先端に向けて突進するから、このガスが、その先端部位の内周面とヒータ１０の外周面との間の環状空隙（隙間）Ｋを通ってハウジング１１０内の後方に入り込むのを防止する（シールを確保する）必要がある。このため、同図のグロープラグ９０１では、ハウジング１１０の先端部位（先端側ハウジング１３１）の内側に形成された環状空隙内に、燃焼ガスの侵入を防止する金属製のシール部材６０を備えている。このシール部材６０は、ハウジング１１０に対するヒータ１０の軸線Ｇ方向の変位を許容する必要があるため、それ自体が容易に変形できる金属製の薄膜（メンブレン）など、十分な可撓性のある金属製（例えば、ステンレス鋼製又はニッケル合金製）の薄肉材からなるベローズやダイアフラム（環状ダイヤフラム）のように、環状又は筒状のものとされるのが普通である。因みに、その膜厚は、０．１〜０．２ｍｍ程度である。

同図のシール部材６０は、後端側が大径部で、先端側が小径部をなすベローズとされている。このようなシール部材６０は、後端側をハウジング１１０の内周面に、先端側をセラミックヒータ１０の外周面に、それぞれ周方向に沿って溶接されている。ハウジング１１０内の環状空隙Ｋは、このようにシール部材６０を配置することにより、その先後が気密状に遮断され、奥の空間Ｋ２と先端側の外部（グロープラグの外側）との間におけるシール（気密）が保持されている。なお、上記セラミックヒータ１０は、棒状をなすセラミック基体１１内に発熱体１２を形成してなるセラミックヒータであることから、その外周面１１ｂに、金属製のシール部材６０を直接溶接することはできない。このため、セラミック基体１１に、薄肉（０．３〜０．５ｍｍ）の金属製（例えば、ＳＵＳ６３０製）のパイプ２０を圧入により外嵌めし、このパイプ２０の外周面にシール部材６０の先端寄り部位を、外側から所定位置で、周方向に沿って例えばレーザ溶接している。なお、発熱体１２に対する通電用の電極端子（接地用電極）１６は、このパイプ２０の内周面２２にて圧接され、溶接されたシール部材６０を介して、ハウジング１１０に電気的に接続されている。なお、他方の電極１７は上記した、接続用の短管１９を介して軸部材２５に接続されている。

一方、セラミック基体１１の外周面１１ｂ、及びパイプ２０の内周面２２とも、その表面粗さは高度に、例えば、Ｒａで、０．１５〜０．２μｍ以下に仕上げられていた。これにより、シール部材６０が溶接されているパイプ２０の内周面２２と、セラミック基体１１の外周面１１ｂとの間の気密保持が図られていた。

特開２００９−５２０９４１号公報 特開２０１１−０８９６８８号公報

ところが、上記した燃焼圧検知センサ付きセラミックグロープラグにおいては、圧力検知精度の低下がみられるということがあった。これは、ヒータ１０をなすセラミック基体１１の外周面１１ｂと、これに外嵌めされたパイプ２０の内周面２２との間を通って、先端側から後方に向けて燃焼ガス（ＧＡＳ）が侵入することに起因している。すなわち、このガスが、シール部材６０で仕切られたグロープラグの奥（内部）の空間Ｋ２に、図１０中、破線矢印で示したように入り込んでしまうことによるものである。

この種のグロープラグ９０１では、燃焼圧（燃焼ガス圧）を、ヒータ１０の先端１０ａと共に、シール部材６０のうち、燃焼室内側を向く面で受圧することで、ヒータ１０が後方に押圧されることによる圧力又は変位をセンサ（歪ゲージや圧電素子）にて検出（測定）して、燃焼圧を検知するように構成されている。このため、シール部材６０で仕切られた奥の空間Ｋ２に燃焼ガス（以下、単にガスともいう）が入り込むと、その空間Ｋ２内は、高温、高圧となるため、センサにノイズを発生させる等の影響がでる上に、シール部材６０には逆向きの圧力がかかることになるため、ヒータ１０を後方へ押す圧力や変位の低下を招いてしまう。こうしたことに基づき、圧力検知精度は低下するのである。

また、パイプ２０の内周面２２とセラミック基体１１の外周面１１ｂとの隙間にガスが入り込むということは、その隙間にガスの層が形成されることを意味する。このため、たとえ、それが奥の空間Ｋ２に迄は入り込まないとしても、セラミックヒータ１０の熱が、そのパイプ２０およびシール部材６０を介して、ハウジング１１０やシリンダヘッドＨへ放熱されにくくなる。これにより、グロープラグ９０１自体の高温化を招くという問題もある。

ところで、上記したガスの侵入の原因は次のように考えられる。シール部材６０をパイプ２０に溶接する際、薄肉パイプであるパイプ２０には、その溶接部位に対応する部位の内周面に微量ではあるが溶接歪（凹み）が発生する。しかも、ヒータ１０をなすセラミック基体１１と、これに圧入されている金属製のパイプ２０との熱膨張差により、高温、高圧のガス環境下では、パイプ２０が相対的に大きく熱膨張する。このような熱膨張があると、パイプ２０によるセラミック基体１１の締付け力が大きく低下するため、そのパイプ２０の内周面とセラミック基体１１の外周面との間にガスが入り込みやすい状態となる。そして上記溶接歪（凹み）の存在は、締め付け力の低下が大きい薄肉のパイプの使用においては、ガス溜まりを形成するものともなり、ガスの侵入を助長する要因となると考えられる。

このような問題自体は、セラミック基体１１に圧入するパイプ２０を、肉厚が十分に厚い厚肉パイプとすることで対応できる、といえる。というのは、パイプ２０の肉厚を十分厚くすることによって、同じ締め代（圧入代）でも、その圧入後おいては、セラミック基体１１を強く（高い締め付け圧力で）締め付けることができるためである。しかも、その肉厚を厚くすることで、その内周面における溶接歪（凹み）の発生も低減できる。

しかし、ハウジング１１０の先端寄り部位における内周面と、ヒータ１０をなすパイプ２０の外周面との間の環状空隙は、ハウジングの径（又はプラグホールのネジ径）と、セラミック基体１１の外径との寸法的な制約に基づき、もともと狭小な寸法しか確保できない。さらに、パイプ２０に溶接されるシール部材６０は、その機能からして、変形容易性が確保されている必要があり、したがって、そのためには、シール部材６０における半径方向の寸法（片側の寸法）を、その狭い空隙内でも、できるだけ大きくする必要がある。一方、肉厚が十分な厚肉パイプを採用するとすれば、その半径方向の寸法を小さくする必要がある。とくに、シール部材が、ベローズのように先後長が長いものを使用できず、環状の金属薄膜（メンブレン）形状のものを用いざるを得ないような構造のグロープラグにおいては、その変形容易性を確保する観点からも、シール部材における半径方向の寸法を十分に確保する必要がある。こうしたことからして、従来、シール部材が溶接されるパイプには、厚肉パイプを採用することが困難であり、それ故、そのパイプ２０には肉厚が、０．３〜０．５ｍｍ程度と薄い、いわゆる薄肉パイプが使用されており、上記問題を発生させていたのである。

本発明は、燃焼圧検知センサ付きセラミックグロープラグにおける上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、セラミックヒータをなす、パイプの内周面とセラミック基体の外周面との間の強い締め付けを確保して、パイプの内周面とセラミック基体の外周面との間における先後間の気密性を高め、しかも、シール部材の変形容易性を損なわないようにして、もって、燃焼圧の検知精度を高めることのできる同グロープラグラグを提供することにある。

請求項１に記載の発明とは別の参考発明１（以下、参考発明１）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セラミックヒータが、該ハウジングの先端寄り部位の内周面と該セラミックヒータの外周面との間に環状空隙を保持して軸方向に変位可能に配置されており、
該セラミック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圧力又は変位に基づいて燃焼圧を検知するセンサを備えてなる燃焼圧検知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は、内部に発熱体を含む棒状をなすセラミック基体と、このセラミック基体の外周面に、内周面が圧接状態で外嵌された金属製のパイプとを含む構成を有しており、
前記環状空隙において、前記ハウジングの内外を気密状に遮断する配置で、前記セラミックヒータの変位を許容するように変形可能に形成された環状又は筒状の金属製のシール部材が、前記パイプに外嵌され、かつ、該パイプの外周面に周方向に沿って溶接されてなる構成を有する燃焼圧検知センサ付きセラミックグロープラグにおいて、
前記パイプは、その先後方向の一部に、前記環状空隙に位置する部位において、他の部位より外径が大きく、周方向において連続して肉厚が厚い環状厚肉部が設けられた異径パイプとされており、
前記シール部材は、該異径パイプのうち、該環状厚肉部でなく、相対的に肉厚が薄い薄肉パイプ部の外周面に溶接されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明とは別の参考発明２（以下、参考発明２）は、上記参考発明１において、前記異径パイプは、前記環状厚肉部の先端側に前記薄肉パイプ部を備えており、前記シール部材は、該薄肉パイプ部の外周面に溶接されていることを特徴とする、燃焼圧検知センサ付きセラミックグロープラグである。
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セラミックヒータが、該ハウジングの先端寄り部位の内周面と該セラミックヒータの外周面との間に環状空隙を保持して軸方向に変位可能に配置されており、
該セラミック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圧力又は変位に基づいて燃焼圧を検知するセンサを備えてなる燃焼圧検知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は、内部に発熱体を含む棒状をなすセラミック基体と、このセラミック基体の外周面に、内周面が圧接状態で外嵌された金属製のパイプとを含む構成を有しており、
前記環状空隙において、前記ハウジングの内外を気密状に遮断する配置で、前記セラミックヒータの変位を許容するように変形可能に形成された環状又は筒状の金属製のシール部材が、前記パイプに外嵌され、かつ、該パイプの外周面に周方向に沿って溶接されてなる構成を有する燃焼圧検知センサ付きセラミックグロープラグにおいて、
前記パイプは、その先後方向の一部に、前記環状空隙に位置する部位において、他の部位より外径が大きく、周方向において連続して肉厚が厚い環状厚肉部が設けられた異径パイプとされており、しかも、前記環状厚肉部が、先方に向けて外径が縮径するテーパ部位を備えており、前記シール部材が、前記環状厚肉部のうち、相対的に肉厚が薄い前記テーパ部位の外周面に溶接されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記シール部材には前記環状厚肉部における前記テーパ部位にテーパ嵌合するテーパ筒部が設けられており、該シール部材は、このテーパ筒部を前記テーパ部位にテーパ嵌合させ、該テーパ筒部において前記テーパ部位の外周面に溶接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セラミックグロープラグである。
請求項３に記載の発明は、前記環状厚肉部が、前記異径パイプにおける後端又は後端寄り部位に設けられていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きセラミックグロープラグである。

請求項４に記載の発明は、前記セラミック基体の外周面には、その内部に設けられた前記発熱体に通電するための複数の電極端子が露出されており、
前記異径パイプは、その内周面のうち、前記環状厚肉部に対応する部位の内周面が、該電極端子のうちの一方に圧接する配置で、前記セラミック基体に外嵌されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きセラミックグロープラグである。

請求項１にかかる本発明とは別の参考発明１では、セラミック基体に圧入されているパイプが、前記環状厚肉部を有する異径パイプとされており、前記シール部材は、その薄肉パイプ部の外周面に溶接されている。このため、その溶接箇所である薄肉パイプ部における溶接歪の発生は避けられないとしても、薄肉パイプ部ではない前記環状厚肉部には、薄肉パイプ部において発生するような溶接歪の発生は避けられる。そして、その環状厚肉部では、セラミック基体に薄肉パイプ部と同じ締め代（圧入代）による圧入で外嵌されているとしても、薄肉パイプ部に比べると、肉厚が厚い分、セラミック基体に対し、強い締付け力（圧接における接圧力）で外嵌されたものとなっている。このため、セラミックヒータが、高温、高圧のガスに曝されたとしても、その環状厚肉部においては、同じ他の部位に比べると、その内周面と、セラミック基体の外周面との間における緩みの発生が防止される。これにより、参考発明１では、この環状厚肉部がある分、異径パイプの内周面とセラミック基体の外周面との間の気密性の低下を防止する作用ないし効果が大きく得られる。すなわち、参考発明１では、環状厚肉部がある分、燃焼ガスのグロープラグの奥への侵入防止効果が高められるため、検知精度の低下防止が図られる。

しかも、前記環状厚肉部があるとしても、シール部材の溶接は、異径パイプにおける薄肉パイプ部においてなされているから、シール部材に要請される、環状の金属薄膜等の部位の半径方向の寸法も、従来と同様に確保できる。このため、燃焼ガス圧を受けてヒータが先後動する際において必要となるシール部材自体の変形容易性、及びヒータの先後動を害することもない。

前記したように、参考発明１にかかるグロープラグによれば、前記異径パイプは、その環状厚肉部において、セラミック基体に対して強い締め付けが得られることから、異径パイプの内周面とセラミック基体の外周面との間における先後方向の気密性を高いものとすることができる。このため、その分、ガスがその内、外周面の間にも入り込み難くなるので、ヒータの熱をシール部材を介してハウジング及びシリンダヘッドへ伝達しやすくなるという効果も得られる。

参考発明１における異径パイプに対し、シール部材を溶接するのは、前記環状厚肉部の先後のいずれでもよい。したがって、前記シール部材を溶接する前記薄肉パイプ部は環状厚肉部の後端側（後方）でも、先端側（先方）の部位でもよい。しかし、参考発明２のように、先端側とすることで、該環状厚肉部は、グロープラグ内の前記環状空隙において、前記シール部材が構造的な壁となって、その奥側に位置することになる。すなわち、前記環状厚肉部は、エンジンの燃焼室側において燃焼ガスの直撃を受ける前記シール部材によってカバーされた状態となるから、熱的影響を受け難くなる。これにより、前記環状厚肉部におけるセラミック基体に対する強い締付け力（圧接における接圧力）の低下防止、ないし気密性の低下防止が効率的に図られる。しかも、ヒータの熱も、その環状厚肉部の先方に位置する薄肉パイプ部に溶接されたシール部材を介して、ハウジングに向けて短い伝熱経路を経て熱伝達（熱引き）され得るため、該環状厚肉部は、その熱的影響も受け難くなる。

参考発明１において、前記環状厚肉部は、パイプの先後方向の一部において、他の部位（薄肉パイプ部）との境界を、パイプの軸線に垂直な平面となる端面（環状端面）を有する形となるように、外径が段付き状に急激に変化するものとして形成してもよいし、なだらかに変化するものとしてもよい。請求項１に記載の発明では、前記環状厚肉部を、先方に向けて外径が縮径するテーパ部位を備えているものとし、参考発明１において、前記シール部材は、該異径パイプのうち、前記環状厚肉部でなく、相対的に肉厚が薄い薄肉パイプ部の外周面に溶接されていること、に代えて、前記シール部材が、前記環状厚肉部のうち、相対的に肉厚が薄い前記テーパ部位の外周面に溶接されていることとしている。すなわち、参考発明１において、前記環状厚肉部は、適宜の断面形状（パイプの軸線を通る平面で切断したときの断面形状）とすればよいが、請求項１に記載の発明では、前記環状厚肉部を、先方に向けて外径が縮径するテーパ部位を備えており、シール部材は、前記環状厚肉部のうち、相対的に肉厚が薄い前記テーパ部位の外周面に溶接されていることとしている。この場合、溶接歪による影響を小さくするため、その溶接箇所は、前記テーパ部位のうち、なるべく外径が小さい部位とするのがよい。なお、本願において「テーパ」は、外径が直線状に縮径する（変化する）ものに限られず、曲線状に縮径するものも含まれる。

なお、請求項１の発明においては、請求項２に記載の発明のように、前記シール部材には、前記環状厚肉部における前記テーパ部位にテーパ嵌合するテーパ筒部を設けておき、該シール部材は、このテーパ筒部を前記テーパ部位にテーパ嵌合させ、該テーパ筒部において前記テーパ部位の外周面に溶接されるものとするのが好ましい。レーザ溶接等の溶接が容易となるためである。理由は後述する。また、本発明において前記環状厚肉部は、異径パイプにおける先後のいずれの位置に設けてもよいが、請求項３に記載の発明のように、前記異径パイプにおける後端又は後端寄り部位に設けておくとよい。すなわち、同じ肉厚のパイプ（薄肉パイプ）において、その後端又は後端寄り部位に環状厚肉部が存在するようにするのがよい。異径パイプの内周面が、該電極端子のうちの一方（例えば、接地側電極端子）に圧接して、それとの電気的接続を確保する構成においては、請求項４に記載の発明のように、前記環状厚肉部に対応する部位の内周面が、該電極端子に圧接する配置とするのが好ましい。このようにすることで、圧接におけるその面圧を高められる結果、電気的接続の信頼性を高められるところ、その電極端子の位置の設定上、請求項３に記載の発明では、こうした設定に対応しやすいためである。

とくに、前記環状厚肉部を後端寄り部位に設けるとした場合には、それより後方にも一部、薄肉パイプ部をなす小径部が連なって形成されることになる。このため、ヒータの圧力又は変位を伝達する圧力伝達用の軸部材の先端（筒状部）を、この小径部を用いて、その固定をする場合には、その軸部材の先端を、環状厚肉部の後端向き面（後端面）に当接させることができるので、その固定における先後方向の位置決めをすることができる。すなわち、前記環状厚肉部を後端寄り部位に設ける場合において、このように圧力伝達用の軸部材の取付けをする場合には、その軸線方向の位置決めが容易となるため、グロープラグの組立が容易となるためである。なお、本発明において異径パイプは、基本的には、ストレートの円管（内外径が先後において同じである円管）において、その一部に、同心状に大径部を設けたものとなるのが原則である。しかし、本発明における異径パイプは、例えば、１／２００〜１／４００といった緩やかなテーパで、先後において略同一の肉厚を有するテーパ管をベースとし、これにおいて「環状肉厚部」を形成したものも含まれる。

請求項１にかかる本発明とは別の参考発明１を具体化した燃焼圧検知センサ付きグロープラグ（参考形態例１）の部分破断面図、及びその要部の拡大図。 図１においてセラミックヒータ及びシール部材を含む部分の拡大図、及びその要部のさらなる拡大図。 図２のＰ１部の拡大図。 図１のグロープラグの組立て例を説明する、セラミックヒータ組付け体の組付け工程を説明する図。 図１のグロープラグの組立て例を説明する分解図であって、ハウジングに、ヒータ組付け体等を組付ける前の分解図、及びその要部の拡大図。 図１のグロープラグの組立て例を説明する分解図であって、図５の状態からの組付け工程例の説明図。 図１の燃焼圧検知センサ付きグロープラグの変形例を説明する図であって、図２のＡ１部の拡大図に相当する図。 図１のグロープラグの別例であって、請求項１に記載の発明を具体化した第１実施形態例を説明する図であって、図２のＡ１部の拡大図に相当する図。 図８において、異径パイプとシール部材を変形した変形例を説明する図。 従来の燃焼圧検知センサ付きセラミックグロープラグの一例を示す破断縦断面図、及びそのシール部材を含む部分の拡大図。

本発明を具体化した実施形態例（第１実施形態例）を説明する前に、本発明とは別の参考発明１を具体化した（参考形態例１）の燃焼圧検知センサ付きグロープラグについて、図１〜図６に基づいて詳細に説明する。参考形態例１（以下、本参考例又は上記参考例という）のグロープラグ１０１は、概略円筒状のハウジング１１０と、その先端１３６から自身の先端１０ａを突出させると共に、ハウジング１１０の先端寄り部位の内周面と、自身の外周面との間に環状空隙を保持して軸線Ｇ方向に変位可能に配置された棒状（円軸状）のセラミックヒータ１０と、このヒータ１０の後方に配置された燃焼圧を検知するセンサ等を主体として構成されている。なお、本参考例では、センサは圧電素子４０であり、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圧力で、そのセンサを先後に圧縮することで発生、変化する電気信号を出力して燃焼圧を検知する構成のものとされている。以下、本参考例のグロープラグ１０１の全体構成について詳細に説明する。

本参考例において、ハウジング１１０は、概略円筒状のハウジング本体１１１と、セラミックヒータ１０の後方において圧電素子４０を支持するために、その内部に内挿、配置された圧電素子支持用の内部ハウジング１２１と、ハウジング本体１１１の先端部位に位置する先端側ハウジング１３１との３部品を主体として構成されている。この各ハウジングはいずれも概略円筒状又は円環状をなしている。このうち、ハウジング本体１１１は、後端寄り部位の外周面に、グロープラグ１０１をシリンダヘッドのプラグホールへねじ込み方式で取り付けるためのネジ１１３を備えている。そして、このネジ１１３の後方にはねじ込み用多角形部１１５を備えている一方、このネジ１１３より先端側は、そのネジ１１３の谷径より小径の円筒管部１１７を備えている。内部ハウジング１２１は、この円筒管部１１７の先端寄り部位内に、隙間嵌めで内挿、配置されており、自身の先端寄り部位の外周面において突出形成されたフランジ１２３における後端向き面を、ハウジング本体１１１の先端１１８に当接させて溶接されている。なお、このフランジ１２３は、外径がハウジング本体１１１の円筒管部１１７の外径と同じとされている。一方、図１の拡大図に示されるように、素子支持用の内部ハウジング１２１の後端１２５には、中央に円形孔を有するキャップ１２７が、その外周において先端に向けて突出する円筒状部１２８の先端を介して溶接されている。

そして、このキャップ１２７内側には、その円環状底板１２９に当接する配置で、いずれも円環状をなし、両端面に電極板４３，４４を介して、絶縁板４７が配置された圧電素子４０が配置されている。この圧電素子４０は、詳細は後述するが、セラミックヒータ１０の後端において同軸状で後方に延びるように配置された圧力伝達用の中空軸部材３１の後端にて、下端側の絶縁板４７を介して後方に押され、ハウジング１１０側の円環状底板１２９との間で、軸方向に圧縮されるように設けられている。なお、各電極板４３，４４からは、後方へ配線４３ｂ，４４ｂが引き出されて、ＥＣＵに出力されるように構成されている。

一方、ハウジング本体１１１の先端１１８に溶接された内部ハウジング１２１のフランジ１２３における先端１２４には、後述するシール部材６０がその後端における環状フランジ６２を介して、先端側ハウジング１３１の後端が同軸状に当接されて溶接されている。先端側ハウジング１３１は短円筒状をなし、その内周面は先端寄り部位が後方より、２段階で小径をなすように形成されている。また、この先端側ハウジング１３１の外周面は、後端寄り部位が円筒部１３３をなし、先端寄り部位は、エンジンヘッドのプラグホールの奥のテーパ座面に対応するテーパ部１３５をなしている。

本参考例のグロープラグ１０１においてセラミックヒータ１０は、円軸状をなすセラミック基体１１と、これに圧入で、締り嵌めをなすように外嵌めされた金属製のパイプ（円管）２０を主体として構成されている。このパイプ２０は、内、外径が先後に同径の薄肉パイプ部２１において、その後端寄り部位が先後方向に所定の幅Ｗ１で、相対的に大径をなし、周方向に沿って肉厚が厚い環状厚肉部２４をなし、異径パイプ２０をなしている。ただし、環状厚肉部２４の肉厚は、薄肉パイプ部２１の２〜３倍とされている。また、環状厚肉部２４の先後は、軸線Ｇに垂直な平面で切断した端面を有するものとしている。なお、セラミック基体１１内には、先端寄り部位において折り返す形でＵ字状に設けられた発熱体１２を備えており、その各脚部の後端寄り部位においては、セラミック基体１１における外周面に露出する電極端子１６、１７が設けられている。この異径パイプ２０は、セラミック基体１１の先後の中間部位から後方の後端寄り部の範囲におけるその外周面１１ｂに内周面２２が圧接状態をなしている（図２参照）。ただし、異径パイプ２０における環状厚肉部２４に対応する部位の内周面が、上記電極端子のうちの一方（接地側電極端子１６）に圧接する配置とされている（図１参照）。なお、異径パイプ２０における環状厚肉部２４は、先端側ハウジング１３１における先端寄り部位より後方の内周面が大径をなす環状空隙Ｋ２において同軸状に位置するものとされ、先端側ハウジング１３１における先端寄り部位の内周面と、異径パイプ２０における薄肉パイプ部２０の外周面２３との間は、相対的に狭い環状空隙Ｋ１をなすものとされている。

一方、セラミック基体１１に外嵌された異径パイプ２０の後端寄り部位の薄肉パイプ部２１ｂの外周面には、それらと同軸状で後方に延びるように配置された圧力伝達用の中空軸部材３１が、その先端（薄肉の筒部）３２を介して外嵌され、溶接されている。そして、中空軸部材３１の先端３２は、異径パイプ２０における環状厚肉部２４における後端向き面２４ｂに当接状とされて、先後方向の位置決めがなされている。なお、中空軸部材３１は、内部ハウジング１２１の内周面との間に絶縁確保のための隙間（環状隙間）が保持されている。そして、その中空軸部材３１の後端３５には、中央に円形孔を有するように、内向きに突出する円環状フランジ３６を有している（図１参照）。これにより、ハウジング１１０に対してセラミックヒータ１０が後方へ押された際、その中空軸部材３１の後端（後端面）３５の円環状フランジ３６と、ハウジング側の円環状底板１２９との間において、両端面に電極板４３，４４を備えた圧電素子４０を、絶縁板４７を介して軸線Ｇ方向に圧縮するように構成されている。

また、セラミックヒータ１０の後方であって、中空軸部材３１の内側には、それと電気的な絶縁を保持し、短管（金属管）１９を介して、後方に延びる通電用軸部材（円軸部材）２５が同軸で配置されている。ただし、短管１９の先端部位は、セラミック基体１１の後端に締り嵌め状に外嵌され、その内周面を、同基体１１の外周面１１ｂにおいて露出する他方の電極端子１７に圧接している。また、短管１９の後端部位は、通電用軸部材（円軸部材）２５の先端の大径部２６に締り嵌め状に外嵌され、導通が保持されている。そして、通電用軸部材（円軸部材）２５の後方は、中空軸部材３１の後端３５の円形孔、そして、絶縁板４７、圧電素子４０、各電極板４３，４４の中央、及び内部ハウジング１２１の後端のキャップ１２７の円形孔を貫通状して後方に延びている。そして、その後端寄り部位は、ハウジング１１０内の後端において、図示しない絶縁材等にて絶縁が保持されて固定されており、外部に突出された後端部が端子２５ｂとされている。なお、本参考例では、セラミックヒータ１０は、異径パイプ２０と共に、後端寄り部位を除く大部分が、ハウジング１１０の先端１３６から突出するよう構成されている。

上記もしたように、ハウジング１１０をなす先端側ハウジング１３１の先端寄り部位の内周面と、ヒータ１０をなす異径パイプ２０の薄肉パイプ部２１の外周面２３との間には、相対的に狭い環状空隙Ｋ１が形成されている。一方、その後方の先端側ハウジング１３１の内周面と異径パイプ２０との間は、相対的に広い環状空隙Ｋ２をなしている。また、異径パイプ２０における環状厚肉部２４は、先端側ハウジング１３１の内周面が大径をなす環状空隙Ｋ２に位置するものとされている。

さて、本参考例において、金属製のシール部材６０は、この先端側ハウジング１３１における内周面が大径をなす環状空隙Ｋ２において、ハウジング１１０の内外を気密状に遮断する配置で設けられている。そして、このシール部材６０は、その後端側は、上記したように、その環状フランジ６２を介して、先端側ハウジング１３１の後端と、内部ハウジング１２１のフランジ１２３とに挟まれて溶接されているが、その先端側は、異径パイプ２０における環状厚肉部２４の近傍であってその先端側の薄肉パイプ部２１の外周面２３に、黒塗り三角で示したように溶接されている。すなわち、図２、図３に示したように、本参考例のシール部材６０は、先端側に軸線Ｇに略垂直な平面を通る環状の金属薄膜（ダイヤフラム部位、又はメンブレン部位）６３を有して異径パイプ２０に外嵌状とされている。このシール部材６０は、その金属薄膜（環状薄膜）６３が、異径パイプ２０における前記環状厚肉部２４より先方に位置しており、その環状薄膜６３の内周縁において先方に延びる環状部６５において、異径パイプ２０における環状厚肉部２４より相対的に肉厚が薄い薄肉パイプ部２１の外周面２３に溶接されている。すなわち、シール部材６０におけるその環状部６５自身の外周面側から、その周方向に沿って１周にわたり、例えばレーザ溶接で黒塗り三角で示したように溶接されている。

一方、このシール部材６０における環状薄膜６３の外周縁においては、先端側ハウジング１３１の内周面に沿って後方に延びる筒部６１を有しており、この筒部６１の後端において外向きに突出する環状フランジ６２を、上記したように、ハウジング本体１１１の先端１１８に溶接された内部ハウジング１２１のフランジ１２３における先端１２４と、短円筒状をなす先端側ハウジング１３１の円筒部１３３の後端とで挟み付けるようにさせ、その環状フランジ６２の両端面において、各当接面間が周方向に沿って溶接されている。本参考例では、このように配置されたシール部材６０により、ハウジング１１０の先端寄り部位、すなわち、先端側ハウジング１３１の内周面と、ヒータ１０の外周面との間の環状空隙は、ハウジング１１０の内外において気密状に遮断されている。そして、ハウジング１１０に対してヒータ１０が燃焼ガス圧によって後方に押されて変位する際には、シール部材６０は主としてその環状の金属薄膜（ダイヤフラム部位、又はメンブレン部位）６３において、あおられるように変形し、ハウジング１１０の内外における気密を保持しつつその変位を許容するよう構成されている。

しかして、上記構成の本参考例のグロープラグ１０１は、これをエンジンのシリンダヘッドに取り付けて使用され場合においては、燃料の着火を促進するグロープラグとして機能することに加えて、その燃焼ガス圧（爆風）が、ヒータ１０をその先端１０ａから後方に押すことで、圧電素子４０を圧縮することで得られる電気信号に基づいて燃焼圧が検知され、燃焼圧検知センサ付きグロープラグとして機能する。そして、次のような特有の効果が得られる。

本参考例では、セラミック基体１１に圧入されているパイプが、上記したような環状厚肉部２４を有する異径パイプ２０とされており、そのシール部材６０は、その環状厚肉部２４の先端側の近傍の薄肉パイプ部２１の外周面２３に溶接されている。このため、その溶接箇所である薄肉パイプ部２１における溶接歪の発生は避けられないとしても、環状厚肉部２４には、薄肉パイプ部２１において発生するような溶接歪の発生は避けられる。そして、その環状厚肉部２４では、セラミック基体１１に、薄肉パイプ部２１と同じ締め代（圧入代）による圧入で外嵌されているとしても、薄肉パイプ部２１に比べると、肉厚が格段と厚い分、セラミック基体１１に対し、強い締付け力（圧接における接圧力）で外嵌されたものとなっている。このため、セラミックヒータ１０が、高温、高圧のガスに曝されたとしても、その環状厚肉部２４においては、他の部位に比べると、その内周面と、セラミック基体１１の外周面との間における緩みの発生を低減できる。すなわち、環状厚肉部２４がある分、異径パイプ２０の内周面とセラミック基体１１の外周面との間の気密性の低下が防止される。これにより、燃焼ガスのグロープラグの奥への侵入防止効果が高められる。

また、環状厚肉部２４があるとしても、シール部材６０の溶接は、薄肉パイプ部２１においてなされているから、シール部材６０の変形容易性が損なわれることはない。すなわち、変形を受け持つ環状の金属薄膜６３をなす部位自体の半径方向の寸法も、従来と同様に確保できるため、ヒータ１０の先後動を阻害することもない。

さらに、上記参考例では、シール部材６０を溶接する薄肉パイプ部２１を、環状厚肉部２４より先端側における薄肉パイプ部２１としている。このため、環状厚肉部２４は、シール部材６０によって、燃焼ガスに直接曝されない。参考発明１では、環状厚肉部２４をシール部材６０より先端側に位置させることもできるが、それに比べると、上記参考例では、環状厚肉部２４は燃焼ガスの熱的影響を受け難いものとなっている。これにより、セラミック基体１１の締付け力、及び気密性の低下防止が図られる。しかも、ヒータ１０の熱は、その環状厚肉部２４の先方に位置する薄肉パイプ部２１から、シール部材６０を介して、ハウジング１１０に向けて短い伝熱経路を経て熱伝達されるため、それによる環状厚肉部２４の高温化防止も図られている。

なお、上記参考例では、環状厚肉部２４に対応する部位の内周面が、電極端子１６に圧接する配置で異径パイプ２０をセラミック基体１１に外嵌している。このため、その電極端子１６に対する締め付け力が高く得られるから、信頼性の高い電気的接続が得られる。また、上記もしたように、環状厚肉部２４を後端寄り部位に設け、それより後方（後端部）にも一部、薄肉パイプ部（小径部）２１ｂが存在している。そして、圧力伝達用の中空軸部材３１を、この小径部２１ｂに外嵌して、環状厚肉部２４の後端向き面２４ｂに当接させていることから、その固定の先後方向の位置決めを容易にすることができる。また、上記参考例では、シール部材６０は、変形を担う環状膜部６３が、軸線Ｇに垂直となるよう形成されているものとしたが、先細りテーパ状をなすように形成されたものとしてもよいし、図３中、破線で示したように、ベローズ状のものとしてもよいなど、その形状構造は、ヒータ１０の先後動にともなう、その変位を許容できるものである限り、適宜のものとすればよい。

なお、上記参考例のグロープラグ１０１の組立ては、例えば、次のようにすればよい。図４−Ａに示したように、セラミック基体１１に異径パイプ２０を圧入してなるヒータ１０に、上記したように短管１９を介して通電用軸部材２５を固定する。次に、図４−Ｂに示したように、圧力伝達用の中空軸部材３１を、その先端３２を介して異径パイプ２０の後端に外嵌して溶接する。そして、図４−Ｃに示したように、シール部材６０を外嵌して、異径パイプ２０における所定位置に対し溶接する。一方、図５に示したように、このようにして組付けた組付け品２０１における圧力伝達用の中空軸部材３１の後端に圧電素子４０等を配置しておき、円筒状キャップ１２７を溶接した圧電素子支持用の内部ハウジング１２１を、中空軸部材３１に後端側から外嵌する等して組付ける。すなわち、図６の左図に示したように、円筒状キャップ１２７を溶接した圧電素子支持用の内部ハウジング１２１を、中空軸部材３１に後端側から外嵌するとともに、先端側ハウジング１３１をセラミックヒータ１０の先端１０ａから外嵌する。さらに、図６の右図に示したように、ハウジング本体１１１も外嵌して、シール部材６０における環状フランジ６２を、それら三者で挟み付けるようにする。その状態で、上記したように、各当接面間において周方向に沿って溶接する。このように、所定の圧入、組付け、溶接を行うことで、図１のように組立てられる。

ここで、上記参考例の変形例について、図７に基づいて説明する。ただし、以下、本発明を具体化した第１実施形態例、及びその変形例も含め、上記参考例との相違点を中心として説明し、同一又は対応する部位には、同一の符号を付すに止め、適宜、その説明を省略する。すなわち、上記参考例では、環状厚肉部２４を異径パイプ２０における後端寄り部位に設け、それより後方（後端部）にも一部、薄肉パイプ部（小径部）２１ｂを設けることで、ここに圧力伝達用の中空軸部材３１の先端を嵌合した構造のものとしたが、図７においては、環状厚肉部２４を異径パイプ２０における後端に設けたものとしている。そして、中空軸部材３１の先端を、セラミック基体１１の後端と、その後方に延びる通電用軸部材（円軸部材）２５の先端とを接続している短管（金属管）１９に、外嵌して溶接等により固定したものとしている。すなわち、参考発明１においては、本変形例に示したように、環状厚肉部２４は、異径パイプ２０の後端に設けてもよい。また、その断面形状は例えば、同図中に、破線で示したように、凸となす半円断面としてもよいなど、シール部材６０の変形容易性を損なわない範囲で、しかも、強い締め付け力が得られるように、適宜の形状とすることができる。

さて次に、本発明（請求項１）の燃焼圧検知センサ付きグロープラグの第１実施形態例について、図８に基づいて説明する。ただし、このものは、上記参考例の燃焼圧検知センサ付きグロープラグにおいて、セラミック基体１１に圧入されている異径パイプ２０における環状厚肉部２４の断面形状と、これに溶接されているシール部材６０の断面形状、そして、両者の溶接部位（位置）を変更した点のみが、その相違点である。

すなわち、上記参考例では、異径パイプ２０の環状厚肉部２４が、先後に所定の幅Ｗ１において一定厚さのものとし、その先後は、軸線Ｇに垂直な平面で切断した端面を有するものとしている。そして、その環状厚肉部２４の近傍であってその先端側に位置する薄肉パイプ部２１に対して、シール部材６０を溶接したものとしている。これに対し本第１実施形態例では、異径パイプ２０に設けられた環状厚肉部２４は、上記参考例における環状厚肉部２４の先端から先方に向けて外径が縮径するテーパ部位２４ｃを備えたものとしている。

一方、シール部材６０には、その環状薄膜６３と、先端に延びる環状部６５との間に、環状厚肉部２４におけるテーパ部位２４ｃにテーパ嵌合するテーパ筒部６７が設けられてている。そして、シール部材６０は、このテーパ筒部６７をテーパ部位２４ｃにテーパ嵌合させた状態で、テーパ筒部６７においてテーパ部位２４ｃの外周面に、図８中、黒塗り三角で示したように溶接されている。すなわち、環状厚肉部２４において、相対的に肉厚が薄いテーパ部位２４ｃにおける外周面に対し、シール部材６０を溶接したものであり、いわば、先後に所定の幅Ｗ１の部位を環状厚肉部２４とし、テーパ部位２４ｃを薄肉パイプ部とみなしたものともいえる。なお、シール部材６０の変形容易性を高めるため、その溶接箇所は、テーパ部位２４ｃにおける最小径（外径）部に近い位置とするのが好ましい。

このものにおいても、薄肉パイプ部２０に比べて肉厚が厚い環状厚肉部２４があるから、その分、その部位を含む部位近傍において、セラミック基体１１に対し、強い締付け力（圧接における接圧力）で外嵌されたものとなっている。なお、本第１実施形態例では、環状厚肉部２４の先端向き端面にシール部材６０が溶接されているといえるが、先端向き端面がテーパ部位２４ｃをなしていることから、その溶接が好条件で行える。理由は次のようである。シール部材６０の異径パイプ２０への溶接に際しては、ヒータ１０をなすセラミック基体１１に圧入によって外嵌された異径パイプ２０に対して、シール部材６０を外嵌し、例えば、ヒータ１０をその軸線回りに回転させながら、そのシール部材６０の溶接箇所にレーザを照射して溶接することになる。このシール部材６０の外嵌においては、それが隙間嵌めとなるようにするのが作業性がよい。一方、そのレーザ溶接において、溶接箇所となる異径パイプ２０の外周面と、シール部材６０の内周面との間には、隙間（空隙）があるのは好ましくない。これに対して、本第１実施形態例では、上記したようなテーパ嵌合となる設定とされているため、その溶接においては、シール部材６０の溶接予定部位であるテーパ筒部６７をテーパ部位２４ｃに容易に密着させ、或いは、食い付かせることができるため、隙間のない状態での溶接ができる。しかも、レーザ溶接において、レーザの照射角度も、異径パイプ２０の軸線に垂直な平面又はそれに近い状態で行えるなど、溶接を好条件下で行えるというメリットがある。なお、本第１実施形態例では、シール部材６０に、異径パイプ２０におけるテーパ部位２４ｃの外周面にテーパ嵌合するテーパ筒部６７を設けたものとしたが、このようなテーパ筒部６７を設けることなく、そのテーパ部位２４ｃの外周面に食い付き状となるように嵌合して、密着させるだけでもよい。この場合にもその密着ある部位において溶接することで、隙間のない状態での溶接ができるためである。

図９は、第１実施形態例の変形例であり、第１実施形態例では異径パイプ２０に設けられた環状厚肉部２４は、一定厚さで所定幅Ｗ１を有する環状厚肉部２４の先端から、先方に向けて外径が縮径するテーパ部位２４ｃを備えたものとしているのに対し、本例では環状厚肉部２４が、異径パイプにおいて、それ自体が先方に向けて外径が縮径するテーパ部位２４ｃを備えるものとして形成している。また、シール部材６０には、その環状薄膜６３に連なり、先端に延びる環状部を、環状厚肉部２４におけるテーパ部位２４ｃにテーパ嵌合するテーパ筒部６７としている。そして、シール部材６０は、このテーパ筒部６７をテーパ部位２４ｃにテーパ嵌合させた状態で、そのテーパ筒部６７においてテーパ部位２４ｃの外周面に、図９中、黒塗り三角で示したように溶接されている。第１実施形態例と同様に、テーパ部位２４ｃにおける外周面に対し、シール部材６０を溶接したものであるが、本例では、環状厚肉部２４に、一定厚さの所定幅部位がないことから、シール部材６０はテーパ部位２４ｃのうち、肉厚が最小となる先端側に近い位置である、肉厚が相対的に薄い薄肉部位に溶接するのがよい。

なお、図８、図９において、図示はしないが、上記参考例における形状のシール部材を用い、その環状薄膜６３の内周縁において先方に延びる環状部６５において、異径パイプ２０における環状厚肉部２４をなすテーパ部位２４ｃより先端側の肉厚が薄い薄肉パイプ部２１の外周面２３に溶接してもよい。すなわち、環状厚肉部は、その断面形状（パイプの軸線を通る平面で切断したときの断面形状）を、適宜の断面形とすることができる。断面形状にかかわらず、環状厚肉部において、セラミック基体に対して強い締め付けが得られることにより、異径パイプの内周面とセラミック基体の外周面との間における先後方向の気密性を高いものとすることができるためである。なお、環状厚肉部は、先後において複数に分割され、複数設けられていてもよい。また、シール部材は、ベローズ形状のものを用いる場合にも適用できる。なお、上記例では、センサが圧電素子である場合で具体化したが、燃焼ガスがヒータを後方に押圧する際の圧力又はこれによるヒータの先後方向の変位からその燃焼圧を検知可能のセンサであればよく、したがって、例えば、歪ゲージをセンサを用いるものにおいても、同様に適用できる。

また、上記例のグロープラグにおいては、ハウジングを、ハウジング本体、圧電素子支持用の内部ハウジング、及び先端側ハウジングからなる構成のものとして具体化したが、本発明においてはこのような構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜に、変更して適用できる。また、シール部材の外周縁の環状フランジが、この先端側ハウジングと内部ハウジングのフランジとで挟まれる形で、溶接されて固定されているものとして具体化したが、シール部材のハウジングに対する固定手段もこれに限定されるものではない。他の各部品の組付けにおいても、主として、溶接構造を採用したが、シール部材の異径パイプに対する周方向に沿う溶接以外については、カシメや、ねじ込み方式、ロウ付けなど、適宜の固定手段を用いることができる。なお、上記例では、シール部材の溶接にレーザ溶接を用いたが、電子ビーム溶接等、適宜の溶接手段を用いることができる。

１０ セラミックヒータ
１１ セラミック基体
１１ｂ セラミック基体の外周面
１２ 発熱体
１６，１７ 電極端子
２０ 異径パイプ
２１，２１ｂ 薄肉パイプ部
２２ 異径パイプの内周面
２３ 薄肉パイプ部の外周面
２４ 環状厚肉部
２４ｃ 環状厚肉部をなすテーパ部位
４０ センサ（圧電素子）
６０ シール部材
６７ シール部材のテーパ筒部
１０１ 燃焼圧検知センサ付きセラミックグロープラグ
１１０ 筒状をなすハウジング
１３６ ハウジングの先端
Ｋ１，Ｋ２ 環状空隙

Claims (4)

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セラミックヒータが、該ハウジングの先端寄り部位の内周面と該セラミックヒータの外周面との間に環状空隙を保持して軸方向に変位可能に配置されており、
   該セラミック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圧力又は変位に基づいて燃焼圧を検知するセンサを備えてなる燃焼圧検知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は、内部に発熱体を含む棒状をなすセラミック基体と、このセラミック基体の外周面に、内周面が圧接状態で外嵌された金属製のパイプとを含む構成を有しており、
   前記環状空隙において、前記ハウジングの内外を気密状に遮断する配置で、前記セラミックヒータの変位を許容するように変形可能に形成された環状又は筒状の金属製のシール部材が、前記パイプに外嵌され、かつ、該パイプの外周面に周方向に沿って溶接されてなる構成を有する燃焼圧検知センサ付きセラミックグロープラグにおいて、
   前記パイプは、その先後方向の一部に、前記環状空隙に位置する部位において、他の部位より外径が大きく、周方向において連続して肉厚が厚い環状厚肉部が設けられた異径パイプとされており、しかも、前記環状厚肉部が、先方に向けて外径が縮径するテーパ部位を備えており、前記シール部材が、前記環状厚肉部のうち、相対的に肉厚が薄い前記テーパ部位の外周面に溶接されていることを特徴とする燃焼圧検知センサ付きセラミックグロープラグ。
2. 前記シール部材には前記環状厚肉部における前記テーパ部位にテーパ嵌合するテーパ筒部が設けられており、該シール部材は、このテーパ筒部を前記テーパ部位にテーパ嵌合させ、該テーパ筒部において前記テーパ部位の外周面に溶接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セラミックグロープラグ。
3. 前記環状厚肉部が、前記異径パイプにおける後端又は後端寄り部位に設けられていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きセラミックグロープラグ。
4. 前記セラミック基体の外周面には、その内部に設けられた前記発熱体に通電するための複数の電極端子が露出されており、
   前記異径パイプは、その内周面のうち、前記環状厚肉部に対応する部位の内周面が、該電極端子のうちの一方に圧接する配置で、前記セラミック基体に外嵌されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きセラミックグロープラグ。

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