JP6293582B2 - グロープラグ - Google Patents

Description

本発明は、グロープラグに関する。

グロープラグは、圧縮着火方式による内燃機関（例えばディーゼルエンジン等）の補助熱源として使用される。グロープラグとして、圧力センサを備え、燃焼室内の圧力を測定する機能を追加したものが知られている（例えば、特許文献１）。圧力センサは、燃焼室内の圧力の変化を、燃焼室に突き出したヒータ部の移動を利用して測定する。この移動は、圧力の変化に伴って生じるものであり、ヒータ部の軸線方向に沿ったものである。このようにヒータ部が移動する場合、ヒータ部を移動可能に保持しつつ、燃焼室との間の気密を確保するのが好ましい。これを実現するために、グロープラグは薄膜状の膜部（一般に、「メンブレン」とも呼ばれる）を備える。膜部は、ヒータ部とハウジングとを連結する。

特表２００９−５２０９４１号公報

上述した膜部によりヒータ部とハウジングとを連結する技術によれば、燃焼室内の温度変化に伴って膜部が伸縮することにより、圧力測定値に誤差が生じるという問題があった。加えて、膜部は、高温高湿および高圧の環境下に曝されるため、劣化し易いという問題があった。

本発明は、上述の課題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。

（１）本発明の一形態によれば、軸線方向に沿って延びる筒状のハウジングと、前記軸線方向に沿って延びると共に、前記ハウジング内に配置されている一端部と、前記ハウジングから露呈して配置されている他端部とを有し、前記軸線方向に沿って変位可能な棒状のヒータと、第１層と、少なくとも一部が前記第１層よりも前記ヒータの前記軸線方向における前記他端部側に位置する第２層と、を含む多層構造を有し、前記ヒータと前記ハウジングとを連結する膜部と、前記ヒータの変位を利用して、前記他端部が配置されている燃焼室内の圧力を測定する圧力センサと、を備えるグロープラグであって、前記第２層の厚さは、前記第１層の厚さよりも大きい、ことを特徴とするグロープラグが提供される。このグロープラグにおいて、他端部側は、燃焼室により近い位置に配置されて用いられるため、一端部側に比べて温度変化が起こり易い。しかしながら、かかる部分において他端部側に位置する第２層の厚さを大きくするので、第２層の剛性を増加させて、長時間にわたって燃焼室内の圧力に対して十分に耐えることができる。このため、グロープラグにおける圧力測定における誤差を抑制しつつ、膜部の耐久性を向上できる。加えて、かかる部分において、第２層を断熱層として機能させ、第１層への熱の伝導を抑制できる。また、第１層は、その少なくとも一部が第２層に比べて他端部側からより離れて位置するので（換言するとより一端部側に位置するので）、第２層に比べて温度変化に伴う変形（膨張）が生じ難い。このため、第１層と第２層とが互いに直接的に又は他の要素を介して間接的に接続されている構成において、温度変化に伴って第２層が変形（膨張）しようとする際に、第１層によって第２層の変形（膨張）を抑制できる。

（２）上記形態のグロープラグにおいて、前記第１層と前記第２層とは、いずれも、前記ヒータの前記軸線方向と直交する径方向の成分を含む方向に沿って延びる立位部を有し、前記第２層の前記立位部は、前記第１層の前記立位部よりも前記ヒータの前記軸線方向における前記他端部側に位置してもよい。この形態のグロープラグによれば、立位部は、径方向の成分を含む方向に沿って延びるので、燃焼室の燃焼ガスがグロープラグに流入する際に、燃焼ガスを直接受け易い。しかしながら、より他端部側に位置する第２層の立位部の厚さは、より一端部側に位置する第１層の立位部の厚さよりも大きいので、膜部の耐久性を向上できる。

（３）上記形態のグロープラグにおいて、前記第２層の熱膨張率は、前記第１層の熱膨張率よりも小さくてもよい。この形態のグロープラグによれば、第２層の温度変化による変形をより抑えることができる。

（４）上記形態のグロープラグにおいて、前記第２層の高温耐性は、前記第１層の高温耐性よりも大きくてもよい。この形態のグロープラグによれば、第１層の材料について選択の幅を広げることができる。第１層は第２層に比べて高温になりにくいので、第１層の材料として、第２層に比べて高温耐力が小さい任意の材料を選択できる。

（５）上記形態のグロープラグにおいて、前記第１層と前記第２層とは、互いに前記多層構造において隣り合う層であり、前記第１層と前記第２層とは、互いに少なくとも一部において積層方向に接触されていてもよい。この形態のグロープラグによれば、第１層と第２層とは、互いに少なくとも一部において積層方向に接触するので、膜部全体としての剛性を高めることができる。

（６）上記形態のグロープラグにおいて、前記第１層と前記第２層との間には、空隙が設けられていてもよい。この形態のグロープラグによれば、第１層と第２層との間の空隙を断熱層として機能させ、第１層への熱の伝導をより抑えることができる。

（７）上記形態のグロープラグにおいて、前記膜部は、前記ヒータの前記軸線方向を含む方向に沿って延びる筒状部を有し、前記第２層は、前記膜部を構成する各層のうち、前記ヒータの前記軸線方向と直交する径方向において最も外側に位置してもよい。この形態のグロープラグによれば、膜部を構成する各層のうち、径方向において最も外側に位置する第２層の厚さを第１層に比べて大きくできるので、燃焼室から流入する燃焼ガスに直接曝される層の剛性を高め、かかる層の耐久性を向上させることができる。

（８）上記形態のグロープラグにおいて、前記膜部は、前記ヒータの前記軸線方向を含む方向に沿って延びる筒状部を有し、前記第１層は、前記膜部を構成する各層のうち、前記ヒータの前記軸線方向と直交する径方向において最も内側に位置してもよい。この形態のグロープラグによれば、第１層の外側には、厚さのより大きな第２層が存在するので、第２層の断熱効果により、第１層への熱の伝導を抑制できる。このため、温度変化に伴う第１層の伸縮を抑制できる。一般に、最も内側に位置する層は、ヒータまたは圧力センサと直接接触する部材に接合される。したがって、温度変化に伴う第１層の伸縮を抑制することにより、圧力測定の誤差の発生をより抑えることができる。

（９）上記形態のグロープラグにおいて、前記膜部は、前記ヒータの前記軸線方向を含む方向に沿って延びると共に前記ハウジングに接続されている第１筒状部と、前記ヒータの前記軸線方向を含む方向に沿って延びると共に前記ヒータに接続されている第２筒状部と、前記第１筒状部と前記第２筒状部との間に配置され、前記第１筒状部と前記第２筒状部とにそれぞれ接続されている立位部と、を有し、前記第２層は、前記立位部において最も前記他端部側に位置し、前記立位部における前記第２層の平均厚さは、０．１５ｍｍ以上かつ０．２３ｍｍ以下であってもよい。この形態のグロープラグによれば、立位部において最も他端部側に位置する第２層の平均厚さが適切に設定されているので、かかる厚さが小さいために脆弱となって第２層が損傷することや、かかる厚さが大きいために立位部形成の際の残留応力が大きくなって第２層が損傷することを抑制できる。

本発明は、グロープラグ以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、グロープラグの製造方法、通電制御システム、圧力測定システム等の形態で実現することができる。

本発明の第１実施形態としてのグロープラグ１００の概略構成を示す説明図である。 図１に示すキャップ部１２０近傍の拡大断面図である。 図２に示す膜部１８０近傍の領域Ａｒ１の拡大断面図である。 第２実施形態のグロープラグの膜部近傍の拡大断面図である。 第３実施形態のグロープラグの膜部近傍の拡大断面図である。 実施例のグロープラグについての耐久性評価結果を示す説明図である。 変形例１のグロープラグの膜部近傍の拡大断面図である。 変形例４のグロープラグにおける溶接部を示す説明図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態としてのグロープラグ１００の概略構成を示す説明図である。図１（Ａ）は、グロープラグ１００の外観構成を示し、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の一部分を断面に置き換えた図である。以降では、図１における下側を先端側と定義し、図１における上側を後端側と定義する。

グロープラグ１００は、例えば、内燃機関の燃焼室に設置され、補助熱源として使用される。また、グロープラグ１００は、燃焼室内の圧力を検出する。グロープラグ１００は、ハウジング１３０と、ヒータ部１５０と、圧力センサ１６０と、膜部１８０とを備えている。

ハウジング１３０は、主体金具１１０とキャップ部１２０とを備える。グロープラグ１００の軸線ＡＬは、ハウジング１３０の軸線と一致すると共に、ヒータ部１５０の軸線および膜部１８０の軸線とそれぞれ一致する。以降では、軸線ＡＬに沿った方向（すなわち、先端側から後端側に向かう方向、および後端側から先端側に向かう方向）を、軸線方向ＡＤと呼び、軸線方向ＡＤと垂直な方向を径方向ＲＤと呼ぶ。

第１実施形態では、主体金具１１０の材料は炭素鋼であるが、炭素鋼に限らずステンレス鋼など任意の種類の鋼を用いてもよい。主体金具１１０の形状は、略円筒状である。主体金具１１０の内部には、圧力センサ１６０が配置されている。圧力センサ１６０は、ヒータ部１５０が受ける力に応じた電気信号を出力する。主体金具１１０の後端側には、ネジ部１１４が備えられている。ネジ部１１４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）を備える。ネジ部１１４の後端部には、工具取付部１１２が形成されている。工具取付部１１２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取り付けられる。

工具取付部１１２の後端部には、複数の配線１１６が挿入されている。複数の配線１１６は、ハウジング１３０内の集積回路１６６と中軸１７０（図２と共に後述する）とに電気的に接続されている。集積回路１６６は、圧力センサ１６０からの電気信号を配線１１６経由で外部に出力する。主体金具１１０の先端には、キャップ部１２０が形成されている。第１実施形態では、キャップ部１２０の材料は炭素鋼であるが、炭素鋼に限らずステンレス鋼など任意の種類の鋼を用いてもよい。

図２は、図１に示すキャップ部１２０近傍の拡大断面図である。キャップ部１２０の後端側には、円筒部１２２が形成されている。キャップ部１２０の先端側には、テーパ部１２４が形成されている。テーパ部１２４の径は、先端側に向かうにつれて小さくなる。

キャップ部１２０近傍には、センサ固定部材１３２と、伝達スリーブ１３４と、膜部１８０とが設けられている。センサ固定部材１３２は、圧力センサ１６０をハウジング１３０内に固定する。第１実施形態では、センサ固定部材１３２の材料は、ステンレス鋼である。センサ固定部材１３２の形状は、略円筒状である。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いる。センサ固定部材１３２の先端近傍には、鍔状のフランジ部１３３が形成されている。フランジ部１３３は、主体金具１１０の先端面とキャップ部１２０の後端面とに溶接されている。

伝達スリーブ１３４は、軸線ＡＬに沿ったヒータ部１５０の変位を圧力センサ１６０に伝達する。第１実施形態では、伝達スリーブ１３４の材料は、ステンレス鋼である。伝達スリーブ１３４の形状は、略円筒状である。伝達スリーブ１３４の先端は、フランジ部１３３付近において、ヒータ部１５０の外周に溶接されている。

ヒータ部１５０は、軸線ＡＬに沿った棒状の部材であり、図１（Ｂ）に示すように、ハウジング１３０に収容されている一端部２５１と、ハウジング１３０から露呈して（キャップ部１２０の開口部１２５から先端側に突出して）配置されている他端部２５２とを備えている。ヒータ部１５０は、図２に示すように、シース管１５２と発熱コイル１５４と絶縁粉末１５５とを備える。第１実施形態では、シース管１５２の材料は、ステンレス鋼である。シース管１５２は、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、巻線型抵抗である。発熱コイル１５４は、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、中軸１７０の先端部が挿入される。中軸１７０は、金属製の棒状部材である。発熱コイル１５４の後端は、中軸１７０の先端に固定されている。発熱コイル１５４には、配線１１６および中軸１７０を通じて電力が供給される。

発熱コイル１５４とシース管１５２の内壁との間の隙間には、絶縁粉末１５５が充填されている。第１実施形態では、絶縁粉末１５５は、酸化マグネシウムである。図１（Ｂ）に示すように、シース管１５２の開口された後端と中軸１７０との間には、シール部材１５６（図１参照）が挿入されている。シール部材１５６は、絶縁粉末１５５をシース管１５２内に密封する。シース管１５２には、スウェージング加工が施されている。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、熱伝導効が向上する。

図３は、図２に示す膜部１８０近傍の領域Ａｒ１の拡大断面図である。膜部１８０は、第１層１９１と第２層１９２とが積層された二層構成を有する。これら２つの層１９１，１９２は、いずれも軸線ＡＬと一致する軸線を有する筒状の外観形状を有し、互いに軸線方向ＡＤに沿った任意の位置において互いに接している。本実施形態では、２つの層１９１，１９２は、いずれもＳＵＳ（ステンレス）により形成されている。

ここで、第２層１９２の厚さは、第１層１９１の厚さに比べて大きい。したがって、第２層１９２の剛性は、第１層１９１の剛性よりも高い。第１実施形態では、第２層１９２の厚さを第１層１９１の厚さに比べて大きくすることにより、膜部１８０の耐久性を向上させることができる。かかる効果の詳細については後述する。

膜部１８０の構造は、上述した多層構造とは異なる観点から、以下に示す構造として捉えることができる。すなわち、膜部１８０は、第１筒状部１８１と、第２筒状部１８２と、立位部１８５とを備えている。

第１筒状部１８１は、軸線ＡＬと一致する軸線を有し、軸線方向ＡＤ方向に延びる筒状の外観形状を有する。かかる外観形状を換言すると、厚さ方向が径方向ＲＤと一致し、軸線方向ＡＤ方向に延びる貫通孔が中央に形成された筒状の外観形状である。第１筒状部１８１は、膜部１８０において最も後端側に位置している。

第２筒状部１８２は、第１筒状部１８１と同様な外観形状を有している。但し、第１筒状部１８１に比べて中央の貫通穴の大きさ（直径）が小さい。したがって、図２に示すように、軸線ＡＬから第２筒状部１８２までの径方向ＲＤに沿った距離は、軸線ＡＬから第１筒状部１８１までの径方向ＲＤに沿った距離よりも短い。第２筒状部１８２は、膜部１８０において最も先端側に位置している。

立位部１８５は、中央に貫通孔を有し、径方向ＲＤ方向に延びる円盤状の外観形状を有する。かかる外観形状を換言すると、厚さ方向が軸線方向ＡＤと一致し、厚さ方向に形成された貫通孔を中央に有する外観形状である。立位部１８５が有する貫通孔の大きさ（直径）は、第２筒状部１８２が有する貫通穴の大きさ（直径）とほぼ一致する。

第１筒状部１８１と立位部１８５とは互いに接続されており、第２筒状部１８２と立位部１８５とは互いに接続されている。図２および図３に示すように、これらの接続箇所はＲ形状を有し、各部１８１，１８５，１８２を滑らかに接続する。立位部１８５の表面（先端側の面と、後端側の面）の法線は、軸線ＡＬと平行である。したがって、先端側から後端側に向かう方向にグロープラグ１００を見た場合に、立位部１８５の先端側の表面は、先端側を向いている。

なお、上述した構造は、第１層１９１および第２層１９２がそれぞれ第１筒状部を有し、これら２つの第１筒状部が重なることにより、第１筒状部１８１が形成されていると捉えることができる。同様に、第１層１９１および第２層１９２がそれぞれ第２筒状部を有し、これら２つの第２筒状部が重なることにより、第１筒状部１８２が形成されていると捉えることができる。また、第１層１９１および第２層１９２がそれぞれ立位部を有し、これら２つの立位部が重なることにより、立位部１８５が形成されていると捉えることができる。

図３に示すように、膜部１８０は、先端側において、シース管１５２に接続され、後端側において、センサ固定部材１３２に接続されている。具体的には、第１筒状部１８１は溶接部２００により、センサ固定部材１３２と溶接接続されている。センサ固定部材１３２は、フランジ部１３３を介して主体金具１１０と接続されているため、膜部１８０は、溶接部２００により、ハウジング１３０に接続されている。第２筒状部１８２は、溶接部２１２により、シース管１５２と接続されている。したがって、膜部１８０は、溶接部２１２により、ヒータ部１５０に接続されている。第１実施形態では、前述の２つの溶接部２００，２１２は、第１層１９１および第２層１９２を一括打ち抜きするレーザー溶接により形成されている。レーザー溶接とすることで、ハウジング１３０とヒータ部１５０との間の気密を確保することができる。

ヒータ部１５０は、軸線ＡＬに沿った外力（例えば、燃焼室内の圧力）が作用すると、軸線ＡＬに沿って変位する。この変位の際に、膜部１８０が変形する。この変形が弾性変形となるように、膜部１８０は設計される。上記外力は、燃焼室内の圧力によって生じる。

ここで、燃焼室における燃焼によって膨張した燃焼ガスは、開口部１２５とヒータ部１５０の外周表面との間の間隙からグロープラグ１００内に流入する。このときの燃焼ガスの流れの方向は、軸線方向ＡＤに沿って先端側から後端側に向かう方向が主となる。立位部１８５の先端側の表面は、先端側を向いているため、立位部１８５は、燃焼ガスの流れを直接受ける可能性が高い。しかしながら、立位部１８５において、より先端側（軸線方向ＡＤに沿って他端部２５２側）に位置する第２層１９２は、第１層１９１に比べて厚さが大きく剛性が高い。このため、開口部１２５から燃焼ガスが流入して膜部１８０（第２層１９２）が高温高湿で高圧の燃焼ガスに曝されても、膜部１８０の耐久性を向上できる。加えて、第１筒状部１８１、第２筒状部１８２、および立位部１８５のいずれにおいても、流入した燃焼ガスに直接曝される第２層１９２の厚さが大きく剛性が高いので、第２層１９２により断熱効果を得ることができる。このため、温度変化に伴う第１層１９１の伸縮を抑制できるので、第１層１９１と直接接触しているシース管１５２、および伝達スリーブ１３４の変位を抑制し得る。したがって、燃焼圧力の誤差の発生を抑制できる。

以上説明した第１実施形態のグロープラグ１００では、膜部１８０を第１層１９１および第２層１９２の二層構造とし、第２層１９２の厚さを、第１層１９１の厚さに比べて大きくしているので、第２層１９２の剛性を高めて、第２層１９２の耐久性を向上できる。また、第１層１９１の先端側（軸線方向ＡＤに沿って他端部２５２側）には第２層１９２が位置しているため、第１層１９１が燃焼ガスに直接曝されることが抑制され、第１層１９１の伸縮を抑制できる。したがって、圧力測定の誤差の発生を抑制できると共に、膜部１８０の耐久性を向上できる。

加えて、第２層１９２は、第１筒状部１８１および第２筒状部１８２において、第１層１９１に比べて径方向ＲＤに沿って外側に位置し、また、立位部１８５において、第１層１９１に比べて軸線方向ＡＤに沿って先端側に位置している。すなわち、第２層１９２は第１層１９１を覆っているので、第２層１９２によって断熱して第１層１９１への熱の伝導を抑制できる。このため、温度変化に伴う第１層１９１の伸縮を抑制できる。ここで、第１層１９１は、センサ固定部材１３２およびシース管１５２と直接接続されているので、第１層１９１の伸縮を抑制することで、圧力測定の誤差の発生をより抑えることができる。

また、立位部１８５において、第２層１９２は、第１層１９１に比べて、軸線方向ＡＤに沿って先端側（他端部２５２が設けられた側）に位置するので、燃焼ガスを直接受けることになる。しかしながら、第２層１９２の厚さをより大きくして第２層１９２の剛性を高くするので、立位部１８５の耐久性を向上できる。このため、膜部１８０全体の耐久性を向上できる。

また、第１層１９１と第２層１９２とは互いに接してレーザー溶接されているので、第２層１９２が昇温に伴って他端部２５２側に延びるように変形（膨張）しようとする際に、第２層１９２に比べて他端部２５２からより離れている（換言すると、より一端部２５１側に位置する）ために変形（膨張）し難い第１層１９１によって、第２層１９２の変形（膨張）を抑制できる。

Ｂ．第２実施形態：
図４は、第２実施形態のグロープラグの膜部近傍の拡大断面図である。図４では、図２に示す第１実施形態における領域Ａｒ１と同じ位置および大きさの領域Ａｒ１の拡大断面図を示している。

第２実施形態のグロープラグは、膜部が三層構造を有する点において、第１実施形態のグロープラグ１００と異なり、他の構成は、第１実施形態のグロープラグ１００と同じである。

図４に示すように、第２実施形態の膜部１８０ａは、第１層１９３と、第２層１９４と、第３層１９５とが積層された構成を有する。これら３つの層１９３，１９４，１９５は、いずれも軸線ＡＬと一致する軸線を有する筒状の外観形状を有する。

第１筒状部１８１および第２筒状部１８２において各層１９３，１９４，１９５の位置を比較すると、第１層１９３は径方向ＲＤに沿って最も内側に位置し、第２層１９４は径方向ＲＤに沿って２番目に内側に位置し、第３層１９５は径方向ＲＤに沿って最も外側に位置している。

立位部１８５において各層１９３，１９４，１９５の位置を比較すると、第３層１９５は軸線方向ＡＤに沿って最も先端側（他端部２５２が配置されている側）に位置し、第２層１９４は２番目に先端側に位置し、第１層１９３は軸線方向ＡＤに沿って最も後端側に位置している。

各層１９３，１９４，１９５の厚さを比較すると、第１層１９３の厚さが最も小さく、第２層１９４の厚さが２番目に小さく、第３層１９５の厚さが最も大きい。

第１筒状部１８１は、溶接部２００ａにより、センサ固定部材１３２と接続されている。第２筒状部１８２は、溶接部２１２ａにより、シース管１５２に接続されている。２つの溶接部２００ａ，２１２ａは、例えば、３つの層１９３，１９４，１９５を一括打ち抜きするレーザー溶接により形成してもよい。

以上の構成を有する第２実施形態のグロープラグは、第１実施形態のグロープラグ１００と同様の効果を有する。すなわち、３つの層１９３，１９４，１９５のうち、第１筒状部１８１および第２筒状部１８２において、径方向ＲＤに沿ってより外側に位置する層の厚さをより大きくし、立位部１８５において、軸線方向ＡＤに沿ってより先端側に位置する層の厚さをより大きくすることにより、膜部１８０ａの耐久性を向上させることができる。加えて、三層構造とすることにより、第２層１９４および第３層１９５による断熱効果によって、第１層１９３への熱の伝導を抑制できる。したがって、センサ固定部材１３２およびシース管１５２に直接接続される第１層１９３の伸縮を抑制できるので、圧力測定の誤差の発生をより抑えることができる。

なお、上述の第２実施形態において、第１層１９３および第２層１９４は、請求項における第１層および第２層に相当する。また、第２実施形態において、第２層１９４および第３層１９５も、請求項における第１層および第２層に相当する。

Ｃ．第３実施形態：
図５は、第３実施形態のグロープラグの膜部近傍の拡大断面図である。図５では、図２に示す第１実施形態における領域Ａｒ１と同じ位置および大きさの領域Ａｒ１の拡大断面図を示している。

第３実施形態のグロープラグは、立位部において第１層と第２層とが接していない点で、第１実施形態のグロープラグ１００と異なり、他の構成は、第１実施形態のグロープラグ１００と同じである。したがって、第３実施形態では、第１実施形態と同様に、第２層１９２ａの厚さは、第１層１９１ａの厚さよりも大きい。

図５に示すように、第３実施形態のグロープラグにおいて、膜部１８０ｂは、第１層１９１ａと、第２層１９２ａと、空隙Ｇ１とを備えている。第３実施形態のグロープラグにおける第１筒状部１８１および第２筒状部１８２の構成は、第１実施形態のグロープラグ１００における第１筒状部１８１および第２筒状部１８２の構成と同じである。

これに対して、第３実施形態のグロープラグの立位部１８５ａの構成は、第１実施形態のグロープラグ１００の立位部１８５の構成とは異なる。具体的には、立位部１８５ａは、第１層１９１ａと第２層１９２ａとの間に空隙Ｇ１が配置された構成を有し、略Ｓ字型の断面形状を有する。立位部１８５ａの構成を換言すると、立位部１８５ａは、第１屈曲部１８８と、第２屈曲部１８９とを有し、これら第１屈曲部１８８と第２屈曲部１８９とが接続された構成を有する。第１屈曲部１８８は、径方向ＲＤに沿ってより内側（軸線ＡＬにより近い側）に位置し、第２筒状部１８２と接続されている。第２屈曲部１８９は、径方向ＲＤに沿ってより外側（軸線ＡＬからより遠い側）に位置し、第１筒状部１８１と接続されている。

第１屈曲部１８８は、軸線方向ＡＤに沿って後端側が凸状に、また、軸線方向ＡＤに沿って先端側が凹状の外観形状を有する。これに対して、第２屈曲部１８９は、軸線方向ＡＤに沿って先端側が凸状に、また、軸線方向ＡＤに沿って後端側が凹状の外観形状を有する。換言すると、第１屈曲部１８８と第２屈曲部１８９とは互いに反対の方向を向いたＲ形状を有し、第１屈曲部１８８と第２屈曲部１８９とが接続されることで、立位部１８５ａ全体として、略Ｓ字型の断面形状を有する。

図５に示すように、第１屈曲部１８８および第２屈曲部１８９において、第２層１９２ａ、空隙Ｇ１および第１層１９１ａは、この順序で、軸線方向ＡＤに沿って先端側から後端側に向かって並んで配置されている。

以上の構成を有する第３実施形態のグロープラグは、第１実施形態のグロープラグ１００と同様な効果を奏する。加えて、立位部１８５ａにおいて、第１層１９１ａと第２層１９２ａとの間に空隙Ｇ１を設けるので、かかる空隙Ｇ１を利用して断熱効果を向上できる。このため、第２層１９２ａおよび空隙Ｇ１による断熱効果によって、第１層１９１ａの温度変化に伴う伸縮（熱膨張）をより抑えることができるので、圧力測定の誤差の発生をより抑えることができる。

Ｄ．実施例：
実施例として、第３実施形態のグロープラグを製造した。そして、製造されたグロープラグについて耐久性能試験を行なって耐久性を評価した。図６は、実施例のグロープラグについての耐久性評価結果を示す説明図である。耐久性試験では、まず、図５に示す第２層１９２ａの厚さが互いに異なる複数のグロープラグ（試料）を製造した。具体的には、図６に示すように、第２層１９２ａの厚さが互いに異なる１０種類の試料を製造した。なお、各種類の試料を複数製造した。各試料の第１層１９１ａの厚さは、いずれも０．１ｍｍとした。

次に、各試料について、感度試験を行なった。感度試験では、まず、各試料の初期状態の感度を測定した。具体的には、各試料を気圧が調整可能なチャンバー内に配置し、チャンバー内の圧力を所定圧力にしたときにおける圧力センサ１６０の出力（出力電圧）を測定した。上述の所定圧力は、５ＭＰａであった。以降では、この所定圧力における圧力センサ１６０の出力値の測定を、「基準圧力感度測定」と呼ぶ。なお、最初に行なわれた基準圧力感度測定の結果は、各試料の初期状態の感度を意味する。

続いて、各試料について、チャンバー内の圧力を１５ＭＰａに昇圧させ、その後、大気圧に減圧することを１０^８回行った後に、上述の基準圧力感度測定を行なった。そして、このときの測定値（感度）と、初期状態の感度とを比較して、５％以上の誤差が生じた場合には、耐久性が最低である（×）と評価した。

上述のように、チャンバー内の昇圧および減圧を多数回繰り返すことにより、第２層１９２ａが劣化して、例えば、第２層１９２ａに亀裂が生じたり、第２層１９２ａが延伸した場合には、同じ圧力であっても圧力センサ１６０の出力値が変化する。そこで、初期状態の感度に比べて所定値（本実施例では５％）以上の誤差が生じた場合には、第２層１９２ａが劣化したものと評価した。

次に、上述した耐久性が最低である（×）と評価した試料とは異なる種類の試料について、チャンバー内の圧力を２０ＭＰａに昇圧させ、その後、大気圧に減圧することを１０^８回行なった後に、上述の基準圧力感度測定を行なった。そして、このときの測定値（感度）と、初期状態の感度とを比較して、５％以上の誤差が生じた場合には、耐久性が三番目に高い（△）と評価した。なお、このときに用いた試料は、上述した昇圧と減圧とを繰り返した試験に用いた試料とは異なる試料であった。

次に、上述した耐久性が「最低である（×）」および「三番目に高い（△）」と評価した試料とは異なる種類の試料について、チャンバー内の圧力を２０ＭＰａに昇圧させ、その後、大気圧に減圧することを１０^９回行なった後に、上述の基準圧力感度測定を行なった。そして、このときの測定値（感度）と、初期状態の感度とを比較して、５％以上の誤差が生じた場合には、耐久性が二番目に高い（○）と評価した。また、５％以上の誤差が生じなかった場合には、耐久性が最も高い（◎）と評価した。なお、このときに用いた試料は、上述した昇圧と減圧とを繰り返した試験に用いた試料とは異なる試料であった。

図６に示すように、第２層１９２ａの厚さが０．０５ｍｍ、０．１０ｍｍ、および０．１３ｍｍである場合に、耐久性は最低（×）であった。これは、第２層１９２ａの厚さが比較的小さいために圧力変動により亀裂等が生じ易いことに起因するものと推測される。

第２層１９２ａの厚さが、０．１４ｍｍ、０．２４ｍｍ、０．２５ｍｍである場合に、耐久性は三番目に高い（△）との評価であった。０．１４ｍｍの場合は、上述した０．０５ｍｍ等の場合と同様に、第２層１９２ａの厚さが比較的小さいために圧力変動により亀裂等が生じ易いため、比較的低い評価結果になったものと推測される。これに対して、０．２４ｍｍおよび０．２５ｍｍの場合、すなわち、第２層１９２ａの厚さが比較的大きい場合に耐久性の評価結果が比較的低くなったのは、以下の理由によるものと推測される。すなわち、第２層１９２ａの厚さが比較的大きいため、立位部１８５ａを形成するために基材の曲げ加工を行なった際の残留応力が大きくなり、かかる残留応力のために、圧力変動により第２層１９２ａが損傷し易くなったためであると推測される。

第２層１９２ａの厚さが０．１５ｍｍおよび０．２３ｍｍである場合に、耐久性は二番目に高い（○）との評価であった。また、第２層１９２ａの厚さが０．１７ｍｍおよび０．２０ｍｍである場合に、耐久性は最高（◎）であった。これらの比較的高い評価は、厚さが小さすぎることに起因する圧力変動や、残留応力に起因する圧力変動が抑制されたことによるものと推測される。

以上説明した実施例によれば、第３実施形態のグロープラグにおいて、第２層１９２ａの厚さを、０．１５ｍｍ以上かつ０．２３ｍｍ以下とすることにより、耐久性を向上させることができた。なお、第３実施形態のグロープラグに限らず、他の実施形態のグロープラグについても、立位部１８５ａにおける最外層（軸線方向ＡＤに沿って最も他端部２５２側の層）の厚さを０．１５ｍｍ以上かつ０．２３ｍｍ以下とすることにより、耐久性を向上させることができるものと推測される。

なお、第３実施形態のグロープラグでは、第２層１９２ａの厚さは、いずれの位置においても同一であった。しかしながら、第２層１９２ａの厚さが場所によって異なる構成においても、少なくとも立位部１８５ａにおける平均厚さを０．１５ｍｍ以上かつ０．２３ｍｍ以下とすることにより、耐久性を向上させることができるものと推測される。立位部１８５ａは、第１屈曲部１８８および第２屈曲部１８９を有するため、加工時の残留応力が掛かる可能性が高い部位であること、また、上述したように燃焼ガスの流れを直接受ける可能性が高い部位であることから、かかる部位の平均厚さが０．１５ｍｍ以上かつ０．２３ｍｍ以下を満たすことにより、グロープラグ全体としての耐久性を向上できるものと推測される。

Ｅ．変形例：
Ｅ１．変形例１：
第２実施形態のグロープラグでは、３つの層１９３，１９４，１９５のうち、第１筒状部１８１および第２筒状部１８２において、径方向ＲＤに沿ってより外側に位置する層の厚さがより大きく、立位部１８５において、軸線方向ＡＤに沿ってより先端側に位置する層の厚さがより大きかったが、本発明は、これに限定されるものではない。

図７は、変形例１のグロープラグの膜部近傍の拡大断面図である。図７では、図２に示す第１実施形態における領域Ａｒ１と同じ位置および大きさの領域Ａｒ１の拡大断面図を示している。変形例１のグロープラグは、膜部１８０に代えて、膜部１８０ｃを備えている点において、第２実施形態のグロープラグと異なり、他の構成は、第２実施形態のグロープラグと同じである。

膜部１８０ｃは、第１層１９３ａと、第２層１９４ａと、第３層１９５ａとが積層された構成を有する。第１筒状部１８１、第２筒状部１８２および立位部１８５における、各層１９３ａ，１９４ａ，１９５ａの位置関係は、第２実施形態における各層１９３，１９４，１９５の位置関係と同じである。

各層１９３ａ，１９４ａ，１９５ａの厚さを比較すると、第１層１９３ａの厚さが最も小さく、第３層１９５ａの厚さが２番目に小さく、第２層１９４ａの厚さが最も大きい。

以上の構成を有する変形例１におけるグロープラグも第２実施形態のグロープラグと同様な効果を有する。すなわち、例えば、第１筒状部１８１および第２筒状部１８２において第１層１９３ａと比べて径方向ＲＤに沿って外側に位置すると共に、立位部１８５において第１層１９３ａと比べて軸線方向ＡＤに沿って先端側に位置する第２層１９４ａの厚さを、第１層１９３ａの厚さよりも大きくするので、燃焼室に近い位置の層の剛性を高め、膜部１８０ｃの耐久性を向上させると共に、より内側に位置する第１層１９３ａへの熱の伝導を抑制できる。

なお、図７に示す変形例１の構成において、第１層１９３ａの厚さと、第３層１９５ａの厚さとを同じにしてもよい。同様に、第２実施形態において、第１層１９３の厚さと第２層１９４の厚さとを同じにする、または、第２層１９４の厚さと第３層１９５の厚さとを同じにしてもよい。

なお、図７に示す変形例１の構成においては、第１層１９３ａおよび第２層１９４ａは、請求項における第１層および第２層に相当する。

Ｅ２．変形例２：
第１実施形態では、膜部１８０は二層構造を有し、第２実施形態では、膜部１８０ａは三層構造を有していたが、二層および三層に代えて、四層以上の任意の層数の多層構造を採用してもよい。このような多層構造であっても、立位部におけるいずれか２つの層の厚さを比較した場合に、より先端側に位置する層の厚さを、より後端側に位置する層の厚さよりも大きくすることが好ましい。

Ｅ３．変形例３：
各実施形態のグロープラグにおいて、本発明のグロープラグにおける第２層に相当する各層１９２，１９５，１９４，１９２ａは、本発明のグロープラグにおける第１層に相当する各層１９１，１９４，１９３，１９１ａと比較して、上述した厚さの差異に加えて、下記の特徴の少なくとも１つを有することが好ましい。前述の特徴とは、第１層の熱膨張率よりも小さい熱膨張率を有するとの特徴と、第１層の高温耐性よりも大きな高温耐性を有するとの特徴である。高温耐力は、例えば４００℃等における０．２％耐力によって定義される。これら２つの特徴のいずれかを有することにより、膜部の耐久性を向上させつつ温度変化に伴う第２層（各層１９２，１９５，１９４，１９２ａ）の伸縮をより抑えることができる。なお、第１層および第２層における熱膨張率の差異は、例えば、第１層（各層１９１，１９４，１９３，１９１ａ）をＩＮＣＯＬＯＹ（登録商標）またはＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）で形成し、第２層（各層１９２，１９５，１９４，１９２ａ）をＳＵＳ（ステンレス）で形成することによって実現してもよい。

Ｅ４．変形例４：
各実施形態では、各溶接部２００，２１２，２００ａ，２１２ａは、二層または三層を一括打ち抜きするレーザー溶接により形成されていたが、本発明はこれに限定されない。

図８は、変形例４のグロープラグにおける溶接部を示す説明図である。図８（ａ）は、変形例４における溶接部の第１の態様を、図８（ｂ）は、変形例４における溶接部の第２の態様を、図８（ｃ）は、変形例４における溶接部の第３の態様を、それぞれ示す。

図８（ａ）に示すように、変形例４の第１の態様の膜部１８０には、溶接部２００に代えて、溶接部２００ｂが形成されている。溶接部２００ｂは、溶接部２００とは異なり、第１層１９１および第２層１９２のうち、第１層１９１のみを、センサ固定部材１３２に接続する。

図８（ｂ）に示すように、変形例４の第２の態様の膜部１８０には、溶接部２１２に代えて溶接部２１２ｂが形成されている。溶接部２１２ｂは、溶接部２１２とは異なり、第１層１９１および第２層１９２のうち、第１層１９１のみを、シース管１５２に接続する。

図８（ｃ）に示すように、変形例４の第３の態様の膜部１８０ｄは、第１層１９１に代えて、第１層１９１ｂを備えている点と、溶接部２００に代えて溶接部２０１および溶接部２００ｃを備えている点と、溶接部２１２に代えて、溶接部２０２および溶接部２１２ｃを備えている点とにおいて、第１実施形態の膜部１８０と異なる。

第１層１９１ｂは、第１実施形態の第１層１９１に比べて、軸線方向ＡＤの長さが大きい。このため、図８（ｃ）に示すように、溶接部２００ｃの後端側の一部は、第２層１９２によって覆われていない。溶接部２００ｃは、第１層１９１ｂにおいて第２層１９２に覆われていない後端部分を、センサ固定部材１３２に接続する。同様に、溶接部２１２ｃの先端側の一部は、第２層１９２によって覆われておらず、溶接部２１２ｃは、第１層１９１ｂにおいて第２層１９２に覆われていない先端部分を、シース管１５２に接続する。以上の構成を有する変形例４のグロープラグは、第１実施形態のグロープラグと同様な効果を有する。

なお、各実施形態において、第１筒状部１８１をセンサ固定部材１３２に接続するための溶接箇所は１箇所（溶接部２００または２００ａ）であったが、複数個所としてもよい。同様に、各実施形態において、第２筒状部１８２をシース管１５２に接続するための溶接箇所は１箇所（溶接部２１２または２１２ａ）であったが、複数個所としてもよい。なお、これらの構成においては、図８に示す第１ないし第３の態様とは異なり、複数の溶接箇所のいずれもが、二層または三層を一括打ち抜きするレーザー溶接であってもよい。

Ｅ５．変形例５：
各実施形態では、多層構造を構成する各層は、いずれもＳＵＳ（ステンレス）により形成されていたが、ＳＵＳ（ステンレス）に代えて、炭素鋼などの任意の金属により形成してもよい。また、変形例３に記載したように、各層を、互いに異なる種類の金属により形成してもよい。また、各層のうち、少なくとも一つの層を、金属に代えて、金属間化合物により形成してもよい。

Ｅ６．変形例６：
各実施形態では、第１筒状部１８１および第２筒状部１８２は、軸線方向ＡＤに延びる形状であったが、軸線方向ＡＤの成分を含む任意の方向に沿って延びる形状としてもよい。また、立位部１８５，１８５ａは、径方向ＲＤに延びる形状であったが、径方向ＲＤの成分を含む任意の方向に沿って延びる形状としてもよい。

Ｅ７．変形例７：
各実施形態では、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たが、かかるヒータに代えて、セラミックヒータを用いて構成されたヒータを採用してもよい。具体的には、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として用いてもよい。かかる構成においては、膜部の第２筒状部は、金属製外筒に結合される。

本発明は、上述の実施形態、実施例および変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１００…グロープラグ
１１０…主体金具
１１２…工具取付部
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
１６６…集積回路
１７０…中軸
１８０，１８０ａ，１８０ｂ，１８０ｃ，１８０ｄ…膜部
１８１…第１筒状部
１８２…第２筒状部
１８５，１８５ａ…立位部
１８８…第１屈曲部
１８９…第２屈曲部
１９１，１９１ａ，１９１ｂ…第１層
１９２，１９２ａ…第２層
１９３，１９３ａ…第１層
１９４，１９４ａ…第２層
１９５，１９５ａ…第３層
２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ…溶接部
２０１…溶接部
２０２…溶接部
２１２，２１２ａ，２１２ｂ…溶接部
２５１…一端部
２５２…他端部
ＡＤ…軸線方向
ＲＤ…径方向
Ｇ１…空隙
ＡＬ…軸線
Ａｒ１…領域

Claims (9)

1. 軸線方向に沿って延びる筒状のハウジングと、
   前記軸線方向に沿って延びると共に、前記ハウジング内に配置されている一端部と、前記ハウジングから露呈して配置されている他端部とを有し、前記軸線方向に沿って変位可能な棒状のヒータと、
   第１層と、少なくとも一部が前記第１層よりも前記ヒータの前記軸線方向における前記他端部側に位置する第２層と、を含む多層構造を有し、前記ヒータと前記ハウジングとを連結する膜部と、
   前記ヒータの変位を利用して、前記他端部が配置されている燃焼室内の圧力を測定する圧力センサと、
   を備えるグロープラグであって、
   前記第２層の厚さは、前記第１層の厚さよりも大きい、
   ことを特徴とするグロープラグ。
2. 請求項１に記載のグロープラグにおいて、
   前記第１層と前記第２層とは、いずれも、前記ヒータの前記軸線方向と直交する径方向の成分を含む方向に沿って延びる立位部を有し、
   前記第２層の前記立位部は、前記第１層の前記立位部よりも前記ヒータの前記軸線方向における前記他端部側に位置する、
   ことを特徴とするグロープラグ。
3. 請求項１または請求項２に記載のグロープラグにおいて、
   前記第２層の熱膨張率は、前記第１層の熱膨張率よりも小さい、
   ことを特徴とするグロープラグ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のグロープラグにおいて、
   前記第２層の高温耐性は、前記第１層の高温耐性よりも大きい、
   ことを特徴とするグロープラグ。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のグロープラグにおいて、
   前記第１層と前記第２層とは、互いに前記多層構造において隣り合う層であり、
   前記第１層と前記第２層とは、互いに少なくとも一部において積層方向に接触されている、
   ことを特徴とするグロープラグ。
6. 請求項５に記載のグロープラグにおいて、
   前記第１層と前記第２層との間には、空隙が設けられている、
   ことを特徴とするグロープラグ。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のグロープラグにおいて、
   前記膜部は、前記ヒータの前記軸線方向を含む方向に沿って延びる筒状部を有し、
   前記第２層は、前記膜部を構成する各層のうち、前記ヒータの前記軸線方向と直交する径方向において最も外側に位置する、
   ことを特徴とするグロープラグ。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のグロープラグにおいて、
   前記膜部は、前記ヒータの前記軸線方向を含む方向に沿って延びる筒状部を有し、
   前記第１層は、前記膜部を構成する各層のうち、前記ヒータの前記軸線方向と直交する径方向において最も内側に位置する、
   ことを特徴とするグロープラグ。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載のグロープラグにおいて、
   前記膜部は、前記ヒータの前記軸線方向を含む方向に沿って延びると共に前記ハウジングに接続されている第１筒状部と、前記ヒータの前記軸線方向を含む方向に沿って延びると共に前記ヒータに接続されている第２筒状部と、前記第１筒状部と前記第２筒状部との間に配置され、前記第１筒状部と前記第２筒状部とにそれぞれ接続されている立位部と、を有し、
   前記第２層は、前記立位部において最も前記他端部側に位置し、
   前記立位部における前記第２層の平均厚さは、０．１５ｍｍ以上かつ０．２３ｍｍ以下である、
   ことを特徴とするグロープラグ。

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