(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線に沿って延び、抵抗発熱体を内部に保持する棒状のヒータと、
前記ヒータの先端部を突出させた状態で内部に収容する筒状の主体金具と、
前記主体金具の内部に収容され、外部からの電流が導通される棒状の中軸と、
前記主体金具の内部に配置される導電性の筒状部材であって、一方の端部の開口部に前記ヒータの後端部が圧入されるとともに、他方の端部の開口部に前記中軸の先端部が挿入されて、前記ヒータの前記抵抗発熱体と前記中軸とを電気的に接続する筒状部材と、
を備えるグロープラグであって、
前記ヒータは、外周面に前記抵抗発熱体と電気的に接続されている電極取出部を備え、
前記筒状部材は、前記一方の端部と前記他方の端部との間に位置し、前記電極取出部と接触する中間部を備え、前記一方の端部における部材の肉厚が、前記中間部における部材の肉厚よりも薄いことを特徴とする、グロープラグ。
【請求項２】
請求項１に記載のグロープラグにおいて、
前記筒状部材における前記他方の端部の部材の肉厚は、前記中間部における部材の肉厚よりも薄い、グロープラグ。
【請求項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、
前記筒状部材における部材の肉厚は、前記一方の端部から前記中間部にかけて連続的に厚くなっている、グロープラグ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のグロープラグにおいて、
前記筒状部材の前記一方の端部における前記開口部を有する端面と、前記ヒータの前記電極取出部との間の距離が０．６ｍｍ以上である、グロープラグ。
【請求項５】
請求項４記載のグロープラグにおいて、
前記筒状部材は、前記中間部を含み、肉厚が前記筒状部材における部材の肉厚の最小値と最大値の平均値以上である厚肉部を有し、
前記厚肉部は、少なくとも、前記ヒータの前記電極取出部の外周から０．６ｍｍの範囲の領域の全体を覆うように配置される、グロープラグ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のグロープラグにおいて、
前記筒状部材の外周面と前記主体金具の内周面との間の距離は、少なくとも、０．２ｍｍである、グロープラグ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のグロープラグにおいて、
前記筒状部材は、部材の肉厚が最小となる部位である最小肉厚部位における前記筒状部材の仮想中心軸に垂直な断面の面積が、前記筒状部材を構成する材料の０．２％耐力に基づいて規定されている、グロープラグ。
【請求項８】
請求項７記載のグロープラグにおいて、
前記筒状部材は、０．２％耐力が１３０ｋｇｆ／ｍｍ2以下である材料によって構成されており、前記最小肉厚部位における前記断面の面積が１．５ｍｍ2以上である、グロープラグ。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のグロープラグにおいて、
前記筒状部材は、部材の肉厚が最大となる部位において前記電極取出部と接触する、グロープラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グロープラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
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）の補助熱源として使用される。このグロープラグに関して従来から、棒状の中軸と、その先端側に配置される棒状のセラミックヒータと、を導電性のリング部材によって接続する技術が知られている（例えば、特開２００６−１５３３３８号公報など）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、リング部材によって中軸とセラミックヒータとを接続する場合には、リング部材の軸孔にヒータを圧入させる必要があるため、リング部材が取り付けられたヒータには、圧入に起因する残留応力が生じる。残留応力が生じると、衝撃などを受けたときにヒータが破損しやすくなるおそれがあった。また、リング部材の軸孔にヒータを圧入させるときにヒータが破損しやすいというおそれがあった。一方、圧入を容易にするためにリング部材の軸孔径をヒータの軸径に対して必要以上に大きくすると、リング部材を取り付けた後のヒータにおいて、リング部材とヒータとの間の面圧が低下し、接触抵抗が増大するおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態として実現することが可能である。【０００５】
（１）本発明の一形態によれば、グロープラグが提供される。この形態のグロープラグは、軸線に沿って延び、抵抗発熱体を内部に保持する棒状のヒータと；前記ヒータの先端部を突出させた状態で内部に収容する筒状の主体金具と；前記主体金具の内部に収容され、外部からの電流が導通される棒状の中軸と；前記主体金具の内部に配置される導電性の筒状部材と、を備える。前記筒状部材は、一方の端部の開口部に前記ヒータの後端部が圧入されるとともに、他方の端部の開口部に前記中軸の先端部が挿入されて、前記ヒータの前記抵抗発熱体と前記中軸とを電気的に接続する。また、前記ヒータは、外周面に前記抵抗発熱体と電気的に接続されている電極取出部を備える。前記筒状部材は、前記一方の端部と前記他方の端部との間に位置し、前記電極取出部と接触する中間部を備え、前記一方の端部における部材の肉厚が、前記中間部における部材の肉厚よりも薄い。この形態のグロープラグによれば、ヒータが筒状部材の一方の端部から受ける面圧が、中間部において受ける面圧よりも小さくなる。よって、ヒータが筒状部材に圧入される時や圧入された後にヒータが破損してしまうことが抑制される。また、ヒータの電極取出部が筒状部材の中間部から受ける面圧が確保されるため、筒状部材とヒータとの間の接触抵抗の増大が抑制される。【０００６】
（２）上記形態のグロープラグにおいて、前記筒状部材における前記他方の端部の部材の肉厚は、前記中間部における部材の肉厚よりも薄く構成されていてもよい。この形態のグロープラグによれば、筒状部材のいずれの端部にヒータが圧入されたとしても、ヒータの破損が抑制される。従って、ヒータが筒状部材に圧入される際に、筒状部材の向きを確認する必要がなくなる。よって、グロープラグの製造過程において筒状部材の向きを揃える手間を減らすことができ、製造コストの削減を図ることができる。また、中軸の筒状部材への取り付けが容易化される。【０００７】
（３）上記形態のグロープラグにおいて、前記筒状部材における部材の肉厚は、前記一方の端部から前記中間部にかけて連続的に厚くなっていてもよい。この形態のグロープラグによれば、ヒータの後端部が筒状部材から受ける面圧が、筒状部材の一方の端部から中間部にかけて連続的に大きくなる。よって、ヒータの破損がさらに抑制される。【０００８】
（４）上記形態のグロープラグにおいて、前記筒状部材の前記一方の端部における前記開口部を有する端面と、前記ヒータの前記電極取出部との間の距離が０．６ｍｍ以上であっても良い。この形態のグロープラグによれば、筒状部材と電極取出部との間の接触抵抗の増大が抑制される。【０００９】
（５）上記形態のグロープラグにおいて、前記筒状部材は、前記中間部を含み、肉厚が前記筒状部材における部材の肉厚の最小値と最大値の平均値以上である厚肉部を有しており、前記厚肉部は、少なくとも、前記ヒータの前記電極取出部の外周から０．６ｍｍの範囲の全体を覆うように配置されていても良い。この形態のグロープラグによれば、筒状部材と電極取出部との間の接触抵抗の増大が、さらに抑制される。【００１０】
（６）上記形態のグロープラグにおいて、前記筒状部材の外周面と前記主体金具の内周面との間の距離は、少なくとも、０．２ｍｍであっても良い。この形態のグロープラグであれば、筒状部材と主体金具との間における短絡の発生が抑制される。【００１１】
（７）上記形態のグロープラグにおいて、前記筒状部材は、部材の肉厚が最小となる部位である最小肉厚部位における前記筒状部材の仮想中心軸に垂直な断面の面積が、前記筒状部材を構成する材料の０．２％耐力に基づいて規定されていても良い。この形態のグロープラグによれば、ヒータの圧入の際の変形が抑制されるように、最小肉厚部位の強度を確保することができる。【００１２】
（８）上記形態のグロープラグにおいて、前記筒状部材は、０．２％耐力が１３０ｋｇｆ／ｍｍ2以下である材料によって構成されており、前記最小肉厚部位における前記断面の面積が１．５ｍｍ2以上であっても良い。この形態のグロープラグによれば、ヒータの圧入の際の筒状部材の変形がより確実に抑制される。【００１３】
（９）上記形態のグロープラグにおいて、前記筒状部材は、部材の肉厚が最大となる部位において前記電極取出部と接触していても良い。この形態のグロープラグによれば、筒状部材と電極取出部との間の接触抵抗が低減される。【００１４】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、中軸とヒータとを接続するための筒状部材、グロープラグを備える内燃機関、グロープラグの製造方法等の形態で実現することができる。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態におけるグロープラグの概略構成を説明するための説明図である。
【図２】筒状部材の概略構成を説明するための説明図である。
【図３】中軸とセラミックヒータと筒状部材と外筒の組み立て手順を示す第１の説明図である。
【図４】中軸とセラミックヒータと筒状部材と外筒の組み立て手順を示す第２の説明図である。
【図５】本実施形態の筒状部材と従来例の筒状部材とを比較して示す説明図である。
【図６】第２実施形態のグロープラグの構成を示す概略図である。
【図７】第１の電極取出部の配置位置による劣化の抑制効果を検証した実験の実験結果を示す説明図である。
【図８】第１の電極取出部の配置位置による劣化の抑制効果を検証した実験の実験条件を説明するための説明図である。
【図９】第３実施形態のグロープラグの構成を示す概略図である。
【図１０】主体金具と筒状部材との間の離間距離による短絡の発生の抑制効果を検証した実験の実験結果を示す説明図である。
【図１１】第４実施形態の筒状部材の構成を説明するための説明図である。
【図１２】最小肉厚部位断面の面積の具体的な規定方法の一例を説明するための説明図である。
【図１３】変形例における筒状部材の概略構成を説明するための説明図である。
【図１４】変形例における筒状部材の概略構成を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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の概略構成を説明するための説明図である。図１の（ａ）には、グロープラグ１の断面構成を示してある。図１の（ｂ）には、斜め方向（図１（ａ）の矢印Ｘに沿った方向）から見たときのグロープラグ１の外観構成を示してある。図１の（ｂ）では、グロープラグ１の内部の一部を破線で示している。以下の説明では、グロープラグ１においてセラミックヒータ３０が配置されている側（図１下方側）をグロープラグ１の「先端側」と呼び、環状部材７０が配置されている側（図１上方側）をグロープラグ１の「後端側」と呼ぶ。
【００１７】
グロープラグ１は、主体金具１０と、中軸２０と、セラミックヒータ３０と、筒状部材４０と、外筒５０と、絶縁部材６０と、環状部材７０とを備えている。主体金具１０は、略筒形状の外形を備え、内側に中軸２０を収容している。中軸２０は、略棒形状の外形を備え、後端部２６が主体金具１０から突出している。中軸２０の先端部２２は、セラミックヒータ３０の後端部３８と対向するように配置されている。セラミックヒータ３０は、略棒形状の外形を備え、先端部３６が外筒５０から突出した状態で外筒５０に保持されている。筒状部材４０は、主体金具１０の軸孔１３内に配置されており、中軸２０の先端部２２とセラミックヒータ３０の後端部３８とを接続する。外筒５０は、略筒形状の外形を備え、主体金具１０の先端側に接合されている。主体金具１０の後端側の開口部と中軸２０との間には、絶縁部材６０とＯリング６５とが配置されている。絶縁部材６０の後端側には、環状部材７０が配置されている。グロープラグ１は、主体金具１０と、中軸２０と、セラミックヒータ３０と、筒状部材４０と、外筒５０のそれぞれの仮想中心軸が、グロープラグ１の仮想中心軸と一致するように構成されている。
【００１８】
主体金具１０は、炭素鋼やステンレス鋼などによって形成され、取付ネジ部１１と、工具係合部１２と、軸孔１３とを備えている。取付ネジ部１１は、ネジ山が形成された部位であり、図示しないディーゼルエンジンヘッドのネジ孔に螺合される。工具係合部１２は、取り付け工具が係合するための部位であり、取付ネジ部１１の後端側に形成されている。軸孔１３は、主体金具１０の軸方向に延伸するように形状された中空部であり、内側に、中軸２０、筒状部材４０、および、セラミックヒータ３０の後端部３８が配置されている。
【００１９】
中軸２０は、炭素鋼やステンレス鋼などの導電性部材によって形成され、先端部２２に縮径部２３と段状部２５とを備えている。縮径部２３は、縮径部２３より後端側の部分である主軸部２４よりも外径が小さくなるように形成されている。段状部２５は、縮径部２３と主軸部２４との境界に形成された段差であり、先端側を向いた環状の面を備えている。中軸２０は、先端部２２において、導電性の筒状部材４０を介してセラミックヒータ３０と電気的に接続されている（詳細は後述）。中軸２０の後端部２６は、主体金具１０の外部に露出しており、導電性の環状部材７０とともにグロープラグ１の端子部を構成する。この端子部は、外部電源装置（図示は省略）に接続される。これにより、外部電源装置の電力が中軸２０を介してセラミックヒータ３０に導かれる。
【００２０】
セラミックヒータ３０は、絶縁性を有する略棒状のセラミック基体３１を備える。セラミック基体３１の内部には、発熱体３２と、第１と第２のリード部３３ａ、３３ｂとが埋設されている。発熱体３２は、Ｕ字状の導電性セラミックによって構成され、セラミックヒータ３０の内部の先端部３６側に配置されている。第１のリード部３３ａは、発熱体３２の一方の基端部と第１の電極取出部３４とを接続し、第２のリード部３３ｂは、発熱体３２の他方の基端部と第２の電極取出部３５とを接続している。なお、以下では、第１と第２のリード部３３ａ，３３ｂを併せて、単に「リード部３３」とも呼ぶ。第１と第２の電極取出部３４、３５はそれぞれ、セラミック基体３１の外周面３７に露出した電極である。第１の電極取出部３４は第２の電極取出部３５より後端部３８側に形成されており、筒状部材４０の内周面と接触している。第２の電極取出部３５は、外筒５０の内周面と接触している。
【００２１】
筒状部材４０は、略筒形状の導電性部材であり、軸孔４１を備えている。筒状部材４０は、軸孔４１に中軸２０の縮径部２３が圧入されるとともに、セラミックヒータ３０の後端部３８が圧入されることによって、中軸２０とセラミックヒータ３０とをそれぞれ保持している。前記したように、筒状部材４０の軸孔４１の内周面は、セラミックヒータ３０の第１の電極取出部３４と接触している。これによって、中軸２０と、セラミックヒータ３０の発熱体３２とは、筒状部材４０を介して互いに電気的に接続される。なお、筒状部材４０は、主体金具１０の軸孔１３の内周面から離間して配置されることによって、主体金具１０と絶縁されている。筒状部材４０の形状の詳細については後述する。
【００２２】
外筒５０は、ステンレス鋼などによって形成され、軸孔５１と縮径部５２とを備えている。軸孔５１は、外筒５０の軸方向に延伸するように形状された中空部であり、セラミックヒータ３０が挿通されている。前記したように、外筒５０の軸孔５１の内周面は、セラミックヒータ３０の第２の電極取出部３５と接触している。これによってセラミックヒータ３０の発熱体３２と、主体金具１０とは、外筒５０を介して互いに電気的に接続される。外筒５０の後端の縮径部５２は、その外径が外筒５０の後端側の部分よりも小さくなるように形成された部分であり、主体金具１０の先端側の開口部に挿入されている。
【００２３】
絶縁部材６０は、環形状の部材であり、中軸２０を自身の軸孔に挿通させた状態で主体金具１０の後端側の開口部に嵌め込まれる。これにより、主体金具１０と中軸２０との間の電気的絶縁が確保された状態で、中軸２０が主体金具１０に保持される。Ｏリング６５は、中軸２０の外周に取り付けられた状態で、絶縁部材６０の先端側の端面と主体金具１０の内周面との間に配置されている。これによって、グロープラグ１の内部の気密性が確保される。環状部材７０は、環形状の導電性部材であり、上述したように、中軸２０の後端部２６とともにグロープラグ１の端子部を構成する。環状部材７０は、中軸２０を自身の軸孔に挿通させた状態で絶縁部材６０の後端側に配置されている。なお、グロープラグ１は、中軸２０の後端部２６と環状部材７０とで構成された端子部に換えて、中軸２０の絶縁部材６０から突出した部位と、当該部位を覆う外部端子とで構成された端子部を備えていても良い。
【００２４】
図２は、筒状部材４０の概略構成を説明するための説明図である。図２の（ａ）には、筒状部材４０を斜め方向から見たときの概略構成を示してある。図２の（ａ）では、筒状部材４０の内側や裏側を破線で示してある。図２の（ｂ）は、図１の（ａ）と同様な概略断面図であり、グロープラグ１に組み付けられた状態の筒状部材４０の付近を抜き出して示してある。図２の（ａ）に示すように、筒状部材４０は、軸孔４１と、先端側端部４２と、後端側端部４３と、内周面４４と、外周面４５と、中間部４６とを備えている。先端側端部４２と後端側端部４３は、筒状部材４０の仮想中心軸ＣＡに沿った方向（以後「軸ＣＡ方向」と呼ぶ）における両側の端部である。先端側端部４２と後端側端部４３はそれぞれ、軸孔４１の開口部である先端側開口部４２ｏｐおよび後端側開口部４３ｏｐを有している。また、これら２つの開口部４２ｏｐ，４３ｏｐの外周縁部を構成する環形状の端面である先端側端面４２ｅｆおよび後端側端面４３ｅｆを有している。図２の（ｂ）に示すように、筒状部材４０がグロープラグ１に組み付けられるときには、筒状部材４０の先端側開口部４２ｏｐには、セラミックヒータ３０の後端部３８が圧入される。そして、筒状部材４０の内周面４４が第１の電極取出部３４を含むセラミックヒータ３０の外周面３７と接触する。一方、筒状部材４０の後端側開口部４３ｏｐには、中軸２０の先端部２２が圧入される。そして、筒状部材４０の内周面４４が中軸２０の縮径部２３と接触し、後端側端面４３ｅｆが中軸２０の段状部２５と接触する。
【００２５】
筒状部材４０は、その外周面４５が軸ＣＡ方向における中央付近が外側に膨らむ略樽状の外形を備えている（図２の（ａ））。筒状部材４０は、軸ＣＡ方向において、先端側端部４２と後端側端部４３との間に中間部４６を備える（図２の（ｂ））。中間部４６は、内周面４４がセラミックヒータ３０の第１の電極取出部３４と接触している部分であり、軸ＣＡ方向に一定の幅Ｓｍを有している。なお、中間部４６は、筒状部材４０の軸ＣＡ方向における中央（先端側端部４２および後端側端部４３までの距離が等しい位置）に位置しなくてもよい。
【００２６】
筒状部材４０は、先端側端部４２における部材の肉厚Ｔｅ１が中間部４６における部材の肉厚Ｔｍよりも薄くなるように構成されている（Ｔｍ＞Ｔｅ１）。ここで、「部材の肉厚」とは、仮想中心軸ＣＡと直交する筒状部材４０の断面において、仮想中心軸ＣＡから外周面４５までの距離と、仮想中心軸ＣＡから内周面４４までの距離との差である。先端側端部４２における部材の肉厚Ｔｅ１は、先端側端面４２ｅｆの幅である。また、中間部４６における部材の肉厚Ｔｍは、中間部４６における部材の肉厚の平均値である。
【００２７】
先端側端部４２の部材の肉厚Ｔｅ１が中間部４６の部材の肉厚Ｔｍよりも薄いと筒状部材４０がセラミックヒータ３０を締め付ける力は、先端側端部４２付近の方が中間部４６付近よりも小さくなる。すなわち、筒状部材４０とセラミックヒータ３０との間の面圧が、先端側端部４２付近の方が中間部４６付近よりも小さくなる。先端側端部４２付近における面圧が低減されると、先端側端部４２付近でのセラミックヒータ３０の折損の発生が抑制される。この理由については後述する。また、本実施形態の筒状部材４０では、外周面４５が軸ＣＡ方向に曲線形状を有しており、先端側端部４２から中間部４６にかけて部材の肉厚が連続的に厚くなっている。そのため、筒状部材４０がセラミックヒータ３０を締め付ける力は、先端側端部４２から中間部４６にかけて連続的に大きくなる。これによって、筒状部材４０の取り付けによるセラミックヒータ３０の折損の発生が抑制される。この理由についても後述する。
【００２８】
加えて、本実施形態の筒状部材４０では、後端側端部４３における部材の肉厚Ｔｅ２が中間部４６における部材の肉厚Ｔｍよりも薄くなっている（Ｔｍ＞Ｔｅ２）。これによって、先端側端部４２と後端側端部４３のいずれにセラミックヒータ３０が圧入されても、セラミックヒータ３０の折損が抑制される。そのため、筒状部材４０にセラミックヒータ３０を圧入する際に、軸ＣＡ方向における筒状部材４０の向きを確認する必要がなくなる。よって、製造過程で筒状部材４０の向きを揃える手間を減らし、製造コストの削減を図ることができる。また、中軸２０を筒状部材４０に容易に取り付けることができる。
【００２９】
図３と図４は、中軸２０、セラミックヒータ３０、筒状部材４０、外筒５０の組み立て手順を示している。まず、セラミックヒータ３０が筒状部材４０の軸孔４１に圧入される（図３の（ａ））。具体的には、セラミックヒータ３０は、筒状部材４０の後端側開口部４３ｏｐから挿入され、セラミックヒータ３０の第１の電極取出部３４が筒状部材４０の中間部４６の位置まで押し込められる。その後、筒状部材４０が取り付けられたセラミックヒータ３０は外筒５０の軸孔５１に圧入される（図３の（ｂ））。具体的には、セラミックヒータ３０は、外筒５０の後端側から挿入され、外筒５０の先端側からセラミックヒータ３０の先端部３６が突出する位置まで押し込められる（図４の（ａ））。その後、中軸２０が筒状部材４０の軸孔４１に圧入される（図４の（ｂ））。具体的には、中軸２０は、筒状部材４０の後端側開口部４３ｏｐから挿入される。その後、筒状部材４０の後端側端部４３と中軸２０の縮径部２３との間Ｌにおいてレーザー溶接が行われ、中軸２０と筒状部材４０とは接合される。以上の工程により、中軸２０と、セラミックヒータ３０と、筒状部材４０と、外筒５０とが一体化された部材が構成される。その後、この部材に対して、主体金具１０と、絶縁部材６０と、Ｏリング６５と、環状部材７０とが取り付けられることによって、グロープラグ１が完成する。
【００３０】
図５は、本実施形態の筒状部材４０と従来例の筒状部材４０ｃとを比較して示す説明図である。図５の（ａ）には、本実施形態の筒状部材４０の断面構成を例示している。図５の（ｂ）には、従来例の筒状部材４０ｃの断面構成を例示している。図５では、筒状部材４０、４０ｃの軸孔４１、４１ｃに、セラミックヒータ３０が圧入された状態を模式的に示してある。なお、図５では、セラミックヒータ３０のリード部３３と第１の電極取出部３４の図示を省略してある。従来例の筒状部材４０ｃでは、本実施形態の筒状部材４０と同様に略筒形状を有しているが、本実施形態の筒状部材４０と異なり、外周面４５ｃの中間部４６ｃが外側に膨らんでいない。そのため、従来例の筒状部材４０ｃでは、先端側端部４２ｃから後端側端部４３ｃまで部材の肉厚Ｔｃは一定である。ここでは、従来例の筒状部材４０ｃにおける部材の肉厚Ｔｃと、本実施形態の筒状部材４０における部材の肉厚Ｔｍ，Ｔｅ１とは、Ｔｅ１＜Ｔｃ≒Ｔｍの関係を満たしているものとして説明する。
【００３１】
本実施形態の筒状部材４０では、中間部４６から先端側端部４２にかけて、部材の肉厚が次第に薄くなるように構成されている。そのため、筒状部材４０がセラミックヒータ３０を圧縮する圧縮応力ＦＣは、中間部４６から先端側端部４２にかけて次第に小さくなる。一方、従来例の筒状部材４０ｃでは、部材の肉厚Ｔが一定であるため、筒状部材４０ｃがセラミックヒータ３０を圧縮する圧縮応力ＦＣｃは、軸方向の位置によらず一定となる。よって、本実施形態の筒状部材４０の先端側端部４２付近における圧縮応力ＦＣは、従来例の筒状部材４０ｃの先端側端部４２ｃ付近における圧縮応力ＦＣｃよりも小さくなる。そのため、本実施形態の筒状部材４０によれば、セラミックヒータ３０を筒状部材４０の軸孔４１に圧入するときに要する圧入荷重の低減を図ることができる。この圧入荷重の低減によって、圧入時におけるセラミックヒータ３０の破損の発生などが抑制される。
【００３２】
一方、本実施形態の筒状部材４０の中間部４６付近における圧縮応力ＦＣは、従来例の筒状部材４０ｃの対応する部分４６ｃにおける圧縮応力ＦＣｃと概ね等しくなる。そのため、本実施形態の筒状部材４０によれば、筒状部材４０とセラミックヒータ３０の第１の電極取出部３４との接触面における面圧が十分に確保され、筒状部材４０とセラミックヒータ３０の第１の電極取出部３４との間の接触抵抗の増大が抑制される。
【００３３】
本実施形態および従来例の筒状部材４０，４０ｃのいずれにおいても、軸孔４１から露出しているセラミックヒータ３０の表面付近には、残留応力として、軸孔４１に向かう方向に沿って引張応力ＦＴ，ＦＴｃが生じている。引張応力ＦＴ，ＦＴｃは、筒状部材４０，４０ｃの先端側端部４２付近においてセラミックヒータ３０が圧縮されて、その外周面３７が引っ張られることにより生じる力である。引張応力ＦＴ，ＦＴｃは、先端側端部４２付近の圧縮応力ＦＣ，ＦＣｃの大きさに比例して大きくなる。上述したように、本実施形態の筒状部材４０では、先端側端部４２付近における圧縮応力ＦＣが従来例の筒状部材４０ｃにおける圧縮応力ＦＣｃよりも小さい。そのため、本実施形態の筒状部材４０に圧入されたセラミックヒータ３０に生じる引張応力ＦＴは、従来例の筒状部材４０ｃに圧入されたセラミックヒータ３０に生じる引張ＦＴｃよりも小さくなる。よって、本実施形態の筒状部材４０よれば、筒状部材４０の軸孔４１に圧入された後のセラミックヒータ３０の折損の発生が抑制される。
【００３４】
以上のように、第１実施形態のグロープラグ１によれば、筒状部材４０の先端側端部４２における部材の肉厚Ｔｅ１が、中間部４６における部材の肉厚Ｔｍよりも薄いため、セラミックヒータ３０の折損の発生が抑制される。具体的には、本実施形態の筒状部材４０では、先端側端部４２付近の肉厚が薄いため、先端側端部４２付近におけるセラミックヒータ３０を締め付ける力が低減されている。従って、セラミックヒータ３０が筒状部材４０の軸孔４１に圧入されるときに要する圧入荷重が低減され、圧入時におけるセラミックヒータ３０の破損の発生が抑制される。また、筒状部材４０にセラミックヒータ３０が圧入されるときに先端側端部４２付近に生じる圧縮応力ＦＣが低減されるため、セラミックヒータ３０に生じる残留応力が抑制され、筒状部材４０に圧入された後のセラミックヒータ３０の折損の発生を抑制される。従って、グロープラグ１の耐振動性や耐衝撃性が向上する。加えて、先端側端部４２における部材の肉厚Ｔｅ１が薄くすることによって、製造コストの削減を図ることができる。
【００３５】
また、第１実施形態のグロープラグ１によれば、筒状部材４０は、先端側端部４２よりも部材の肉厚が厚い中間部４６付近において、セラミックヒータ３０の第１の電極取出部３４と接触している。そのため、筒状部材４０とセラミックヒータ３０の第１の電極取出部３４との間の接触抵抗の増大が抑制される。具体的には、本実施形態の筒状部材４０では、中間部４６における部材の肉厚Ｔｍが先端側端部４２における部材の肉厚Ｔｅ１よりも厚いため、中間部４６付近においてセラミックヒータ３０に付与される面圧が十分に確保されている。よって、筒状部材４０とセラミックヒータ３０の第１の電極取出部３４との間の接触抵抗の増大が抑制され、グロープラグ１の発熱効率の低下が抑制される。
【００３６】
加えて、第１実施形態のグロープラグ１によれば、筒状部材４０の後端側端部４３の部材の肉厚Ｔｅ２が、中間部４６における部材の肉厚Ｔｍよりも薄くなっている。このため、後端側端部４３にセラミックヒータ３０が取り付けられたとしても、セラミックヒータ３０に生じる応力が抑制され、セラミックヒータ３０の折損の発生が抑制される。従って、筒状部材４０の端部４２，４３のいずれにもセラミックヒータ３０を取り付けることができるため、筒状部材４０にセラミックヒータ３０を圧入する際に、軸線方向における筒状部材４０の向きを確認する必要がなくなる。よって、製造過程で筒状部材４０の向きを揃える手間を減らし、製造コストの削減を図ることができる。また、中軸２０の筒状部材４０への取り付けが容易化される。
【００３７】
その他に、第１実施形態のグロープラグ１では、筒状部材４０は、先端側端部４２から中間部４６にかけて部材の肉厚が連続的に厚くなるように構成されている。これによって、先端側端部４２から中間部４６にかけてセラミックヒータ３０が受ける面圧が連続的に増加し、セラミックヒータ３０に生じる圧縮応力ＦＣが連続的に増加することになる。そのため圧縮応力ＦＣの大きさのばらつきによるセラミックヒータ３０の残留応力の発生が抑制され、セラミックヒータ３０の折損の発生が、さらに抑制される。
【００３８】
Ｂ．第２実施形態：
図６は、本発明の第２実施形態としてのグロープラグ１Ａの構成を説明するため概略図である。図６の（ａ），（ｂ）にはそれぞれ、筒状部材４０付近を抜き出した図２の（ｂ）と同様な概略断面図を図示してある。図６の（ａ）にはグロープラグ１Ａをセラミックヒータ３０の第１の電極取出部３４の正面方向から見たときの概略断面図を図示してあり、図６の（ｂ）にはグロープラグ１Ａを第１の電極取出部３４の側面方向から見たときの概略断面図を図示してある。なお、図６では、第１実施形態で説明したのと同じ構成部には同じ符号を付してある。また、図６では、便宜上、第１実施形態で説明した中間部４６の範囲の図示は省略してある。
【００３９】
第２実施形態のグロープラグ１Ａは、筒状部材４０に対する第１の電極取出部３４の配置位置が規定されている点以外は、第１実施形態のグロープラグ１と同じ構成である。なお、第２実施形態のグロープラグ１Ａの筒状部材４０は、第１実施形態で説明したのと同じ構成である。第２実施形態のグロープラグ１Ａでは、第１の電極取出部３４は、筒状部材４０の先端側端部４２における先端側開口部４２ｏｐから所定の第１の距離Ｄ１だけ離間した位置に配置されている。また、第１の電極取出部３４は、その外周から所定の第２の距離Ｄ２の範囲の領域（図６の（ａ）において二点鎖線で図示）全体が、筒状部材４０の厚肉部４７に覆われる位置に配置されている。ここで、「厚肉部４７」とは、部材の肉厚が、軸ＣＡ方向にわたって、筒状部材４０における部材の肉厚の最小値と最大値の平均値以上になっている部位である。即ち、厚肉部４７における部材の肉厚Ｔｔと、筒状部材４０における部材の肉厚の最小値Ｔｍｉｎおよび最大値Ｔｍａｘとは、Ｔｔ≧（Ｔｍａｘ＋Ｔｍｉｎ）／２の関係を満たしている。なお、第２実施形態の筒状部材４０では、部材の肉厚の最小値Ｔｍｉｎは先端側端部４２および後端側端部４３における部材の肉厚Ｔｅ１，Ｔｅ２であり、部材の肉厚の最大値Ｔｍａｘは、軸ＣＡ方向中央の部位における部材の肉厚Ｔｃｅである。第２実施形態の筒状部材４０では厚肉部４７は筒状部材４０の両開口端面から離間した位置に位置しており、第１実施形態で説明した中間部４６（図２）を含んでいる。
【００４０】
本発明の発明者は、上述した筒状部材４０に対する第１の電極取出部３４の配置位置を規定するための所定の第１と第２の距離Ｄ１，Ｄ２はそれぞれ、０．６ｍｍ以上（Ｄ１，Ｄ２≧０．６ｍｍ）であることが望ましいことを見出した。２つの距離Ｄ１，Ｄ２がそれぞれ、０．６ｍｍ以上であれば、以下に説明するように、第１の電極取出部３４の劣化が抑制され、セラミックヒータ３０の発熱効率の低下が抑制される。筒状部材４０は、例えば１００℃以上の高温環境下におかれた場合に熱膨張してしまう可能性がある。少なくとも、第１の距離Ｄ１が０．６ｍｍ以上であれば、筒状部材４０が熱膨張した場合であっても、筒状部材４０の先端側開口部４２ｏｐから、筒状部材４０とセラミックヒータ３０との間に侵入した酸素が第１の電極取出部３４まで到達することが抑制される。これに加えて、第２の距離Ｄ２が０．６ｍｍ以上であれば、第１の電極取出部３４に酸素が到達すること抑制できる距離が第１の電極取出部３４の外周全体に確保されるとともに、その外周領域全体が筒状部材４０から受ける面圧が厚肉部４７によって確保される。従って、第１の電極取出部３４へと酸素が到達してしまうことがより確実に抑制される。第１の電極取出部３４への酸素の到達が抑制されれば、第１の電極取出部３４の酸化が抑制され、筒状部材４０と第１の電極取出部３４との間の接触抵抗の増大が抑制される。よって、セラミックヒータ３０の発熱効率の低下が抑制される。
【００４１】
図７および図８は、筒状部材４０に対する第１の電極取出部３４の配置位置による劣化の抑制効果を検証した実験を説明するための説明図である。図７は実験結果をまとめた表を示す説明図であり、図８は実験条件を説明するための説明図である。図８には、第１の電極取出部３４の温度（以下、単に「電極温度」とも呼ぶ）の時間変化を示すグラフを図示してある。この実験で使用されたサンプルＳ１〜Ｓ７は、第２のグロープラグ１Ａの試験体であり、それぞれ第１の電極取出部３４と筒状部材４０の先端側端部４２の開口部４２ｏｐとの間の距離Ｄ１が変えられている点以外は全て同じ構成を有していた。この実験では、各サンプルＳ１〜Ｓ７に対して、通電を６０秒ごとにＯＮ／ＯＦＦする通電処理を所定の回数繰り返すことによって、各サンプルＳ１〜Ｓ７の電極温度を１００℃〜４００℃の間で周期的に変動させた（図８）。なお、通電処理では、通電がＯＦＦされている期間には、各サンプルＳ１〜Ｓ７に対して冷却ファンによる冷却処理が行われた。この実験では、通電処理の前後における第１の電極取出部３４と筒状部材４０との間の接触抵抗の変化量が測定された。図７の表では、接触抵抗の変化量が１０ｍΩ以下であったサンプルについては「○」を付し、接触抵抗の変化量が１０ｍΩよりも大きかったサンプルについては「×」を付した。表に示されているように、距離Ｄ１が０．６０ｍｍ以上であったサンプルＳ１〜Ｓ６は接触抵抗の変化量が１０ｍΩ以下であり、良好な判定結果が得られた。一方、距離Ｄ１が０．６０ｍｍより小さいサンプルＳ７では接触抵抗の変化量が１０ｍΩより大きくなった。
【００４２】
以上のように、第２実施形態のグロープラグ１Ａであれば、セラミックヒータ３０の第１の電極取出部３４が筒状部材４０に対して適切な位置に配置されているため、第１の電極取出部３４の酸化が抑制される。従って、セラミックヒータ３０における発熱効率の低下が抑制される。
【００４３】
Ｃ．第３実施形態：
図９は、第３実施形態のグロープラグ１Ｂの構成を示す概略図である。図９は、主体金具１０の一部の図示が追加されている点と、厚肉部４７についての図示が省略されている点以外は、図６（ｂ）とほぼ同じである。なお、図９では、第１実施形態および第２実施形態で説明したのと同じ構成部には同じ符号を付してある。第３実施形態のグロープラグ１Ｂは、主体金具１０と筒状部材４０との間の離間距離が規定されている点以外は、第２実施形態のグロープラグ１Ａとほぼ同じ構成である。第３実施形態のグロープラグ１Ｂでは、主体金具１０と筒状部材４０との間の離間距離Ｃが少なくとも０．２ｍｍ以上となるように規定されている。なお、離間距離Ｃは、主体金具１０の軸孔１３の内周面１５と筒状部材４０の外周面４５との間の最短距離である。より具体的に、第３実施形態のグロープラグ１Ｂにおける離間距離Ｃは、筒状部材４０の外周面４５が最も外側に膨らんでいる軸ＣＡ方向の中央部位における筒状部材４０の外周面４５と、主体金具１０の軸孔１３の内周面１５と、の間の最短距離である。第３実施形態のグロープラグ１Ｂでは、離間距離Ｃが０．２ｍｍ以上に規定されていることによって、主体金具１０と筒状部材４０との間で短絡が発生してしまうことが抑制されている。
【００４４】
図１０は主体金具１０と筒状部材４０との間の離間距離Ｃによる短絡発生の抑制効果を検証した実験の結果を示す説明図である。この実験で使用されたサンプルＳ１１〜Ｓ１６はそれぞれ、第３実施形態のグロープラグ１Ｂの試験体である。各サンプルＳ１１〜Ｓ１６は、主体金具１０の軸孔１３の内径を変えることによって、主体金具１０と筒状部材４０との間の離間距離Ｃが変えられている点以外は全て同じ構成を有していた。この実験では、各サンプルＳ１１〜Ｓ１６において所定の電力量が消費される時間を計測し、その計測時間によって主体金具１０と筒状部材４０との間の短絡の発生を判定した。図１０の表では、計測された時間が予め設定された規定時間以上であったサンプルについては、短絡が発生していないものとして「○」を付してある。一方、計測された時間が規定時間より短かったサンプルには短絡が発生したと判定されたサンプルには「×」を付してある。表に示されているように、離間距離Ｃが０．２ｍｍ以上であるサンプルＳ１１〜Ｓ１５では短絡の発生は検出されず、離間距離Ｃが０．１ｍｍのサンプルＳ１６では短絡の発生が検出された。
【００４５】
以上のように、第３実施形態のグロープラグ１Ｂによれば、主体金具１０と筒状部材４０との間の離間距離Ｃが適切に規定されているため、主体金具１０と筒状部材４０との間で短絡が発生することが抑制されている。従って、セラミックヒータ３０の発熱効率が低下してしまうことが抑制されている。
【００４６】
Ｄ．第４実施形態：
図１１は、本発明の第４実施形態としてのグロープラグが備える筒状部材４０の構成を説明するための説明図である。図１１は、筒状部材４０の後端側端部４３の後端側端面４３ｅｆに、最小肉厚部位断面（後述）であることを示すハッチングを付してある点以外は、図２（ａ）とほぼ同じである。また、図１１では、第１実施形態から第３実施形態において説明した構成部と同じ構成部には同じ符号を付してある。第４実施形態の筒状部材４０は軸ＣＡ方向に直交する断面における断面積が規定されている点以外は、第１実施形態から第３実施形態において説明した筒状部材４０とほぼ同じ構成である。なお、第４実施形態では、筒状部材４０を構成する材料は、２０℃におけるビッカース硬度が２００ＨＶ以上の硬度を有することが好ましい。
【００４７】
第４実施形態では、筒状部材４０は部材の肉厚Ｔｍが最小となる部位（以下、「最小肉厚部位」とも呼ぶ）における軸ＣＡ方向に直交する断面（以下、「最小肉厚部位断面」とも呼ぶ）の面積Ｓｍｉｎが以下のように規定されている。最小肉厚部位断面の面積Ｓｍｉｎは、セラミックヒータ３０が圧入される際に筒状部材４０に付与される軸ＣＡ方向の荷重（以下、「圧入荷重」と呼ぶ）によって、最小肉厚部位に０．２％耐力を越える応力が発生しないように規定されている。より具体的には、最小肉厚部位断面の面積Ｓｍｉｎは、圧入荷重として想定される最大値Ｌｍａｘを、筒状部材４０を構成する材料の０．２％の永久ひずみが抑制される応力の上限である上限応力Ｐｍａｘで除した値以上の値に規定されている（下記の式（１））。なお、上限応力Ｐｍａｘは、筒状部材４０を構成する材料の０．２％耐力に相当する応力である。
Ｓｍｉｎ≧Ｌｍａｘ／Ｐｍａｘ  …（１）
【００４８】
ここで、本実施形態の筒状部材４０では、先端側端面４２ｅｆおよび後端側端面４３ｅｆにおける部材の肉厚Ｔｅ１，Ｔｅ２が最小の肉厚Ｔｍｉｎであるため、先端側端面４２ｅｆおよび後端側端面４３ｅｆが最小肉厚部位断面に相当する。最小肉厚部位断面の面積Ｓｍｉｎが上記のように筒状部材４０の構成材料の０．２％耐力に基づいて規定されることによって、筒状部材４０は強度が最も低くなる最小肉厚部位においてセラミックヒータ３０の圧入に対する強度が確保される。従って、セラミックヒータ３０が圧入されるときの筒状部材４０の変形が抑制される。
【００４９】
図１２は、最小肉厚部位断面の面積Ｓｍｉｎの具体的な規定方法の一例を説明するための説明図である。図１２には本発明の発明者の実験によって取得された金属材料（熱処理済み、硬度２００ＨＶ以上）における応力−歪み曲線（以下、「Ｓ−Ｓ曲線」とも呼ぶ。）を図示してある。このＳ−Ｓ曲線から、当該材料の０．２％耐力（上限応力）は、１３０ｋｇｆ／ｍｍ2として取得される。通常、グロープラグの製造工程における圧入荷重の最大値Ｌｍａｘは２００ｋｇｆ程度が想定される。従って、上記の式（１）から、最小肉厚部位断面の面積Ｓｍｉｎは以下のように規定される。
Ｓｍｉｎ≧２００［ｋｇｆ］／１３０［ｋｇｆ／ｍｍ2］＝１．５［ｍｍ2］
すなわち、筒状部材４０が、０．２％耐力が１３０ｋｇｆ／ｍｍ2以下である材料で構成されている場合には、最小肉厚部位断面の面積Ｓｍｉｎが１．５ｍｍ2以上に規定されることによって、セラミックヒータ３０の圧入時における筒状部材４０の変形が抑制される。なお、この場合において、最小肉厚部位断面の面積Ｓｍｉｎは２ｍｍ2以上であることがより好ましい。また、最小肉厚部位断面の面積Ｓｍｉｎが１．５ｍｍ2であり、セラミックヒータ３０の外径φCHが３．１ｍｍである場合には、筒状部材４０における最小の肉厚Ｔｍｉｎは以下のように規定されることが望ましい。
Ｔｍｉｎ＝（φmin−φCH）／２＝０．１５
φmin：最小肉厚部位の外径
φmin＝［｛（Ｓｍｉｎ＋ＳCH）／π｝＾（１／２）］×２
ＳCH：セラミックヒータ３０の断面積
このように、セラミックヒータ４０の外径φCHが３．１ｍｍである場合には、筒状部材４０の最小肉厚部位の肉厚Ｔｍｉｎは０．１５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００５０】
以上のように、第４実施形態のグロープラグであれば、筒状部材４０の最小肉厚部位における断面積の下限値が構成部材の０．２％耐力に基づいて規定されているため、セラミックヒータ４０の圧入の際の変形・損傷が抑制される。
【００５１】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５２】
Ｅ−１．変形例１：
図１３および図１４は、変形例における筒状部材の概略構成を説明するための説明図である。なお、図１３および図１４では、上記の各実施形態で説明したのと同じ構成部には同じ符号を付してある。上記の各実施形態の筒状部材４０は、略樽状の外形を備えていた。これに対して、筒状部材４０は樽形状以外の形状であってもよい。例えば、図１３に示す筒状部材４０ａのように、後端側端部４３における部材の肉厚Ｔｅ２が中間部４６ａにおける部材の肉厚Ｔｍ以上となっていてもよい。また、図１４に示す筒状部材４０ｂのように、中間部４６ｂの外周面４５に段差部４７ｂが形成され、先端側端部４２における部材の肉厚Ｔｅ１が中間部４６ｂにおける部材の肉厚Ｔｍよりも薄い構成であってもよい。また、筒状部材４０は、先端側端部４２から中間部４６にかけて部材の肉厚が連続的に厚くなっていなくても良く、セラミックヒータ３０の外周面３７の周方向に沿って設けられた溝部などによって一部で部材の肉厚が薄くなる構成であってもよい。
【００５３】
Ｅ−２．変形例２：
第１実施形態では、筒状部材４０の先端側端部４２における部材の肉厚Ｔｅ１および中間部４６における部材の肉厚Ｔｍと、従来例の筒状部材４０ｃの部材の肉厚Ｔｃとは、Ｔｅ１＜Ｔｃ≒Ｔｍの関係をみたすものとして説明した。これに対して、上記の各実施形態の筒状部材４０における部材の肉厚Ｔｅ１，Ｔｍは、従来例の筒状部材４０ｃの部材の肉厚Ｔｃに対して、Ｔｅ１＜Ｔｍ＜Ｔｃとなる関係を満たすものとしてもよいし、Ｔｅ１＜Ｔｃ＜Ｔｍとなる関係を満たすものとしてもよい。
【００５４】
Ｅ−３．変形例３：
第１実施形態では、筒状部材４０の中間部４６における部材の肉厚Ｔｍは、中間部４６における部材の肉厚の平均値として説明したが、中間部４６における部材の肉厚Ｔｍは、中間部４６における部材の肉厚の最大値であってもよいし、最小値であってもよい。
【００５５】
Ｅ−４．変形例４：
第１実施形態では、グロープラグ１は、組み立て時において、筒状部材４０の後端側開口部４３ｏｐからセラミックヒータ３０が圧入されると説明した。これに対して、上記の各実施形態のいずれの筒状部材４０においても、先端側開口部４２ｏｐからセラミックヒータ３０が圧入されてもよい。
【００５６】
Ｅ−５．変形例５：
上記の各実施形態のグロープラグでは筒状部材４０の軸孔４１の径が軸ＣＡ方向にわたってほぼ一定であった。これに対して、筒状部材４０の軸孔４１は軸ＣＡ方向に変化しても良い。
【００５７】
Ｅ−６．変形例６：
上記各実施形態において、筒状部材４０は部材の肉厚が最大となる部位において、第１の電極取出部３４と接触する位置に配置されても良い。この構成であれば、筒状部材４０によって第１の電極取出部３４に付与される面圧がより確実に確保されるため、セラミックヒータ３０の発熱効率が確保される。
【符号の説明】
【００５８】
１，１Ａ，１Ｂ…グロープラグ
１０…主体金具
１１…取付ネジ部
１２…工具係合部
１３…軸孔
１５…内周面
２０…中軸
２２…先端部
２３…縮径部
２４…主軸部
２５…段状部
２６…後端部
３０…セラミックヒータ
３１…セラミック基体
３２…発熱体
３３…リード部
３４…第１の電極取出部
３５…第２の電極取出部
３６…先端部
３７…外周面
３８…後端部
４０，４０ａ，４０ｂ…筒状部材
４１…軸孔
４２…先端側端部
４３…後端側端部
４４…内周面
４５…外周面
４６…中間部
４７…厚肉部
５０…外筒
５１…軸孔
５２…縮径部
６０…絶縁部材
６５…Ｏリング
７０…環状部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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