(57)【要約】  【課題】  ケースと押圧板とを一体に設けることで、組み立て時のハンドリング性の向上を実現することによって、センサ出力の向上を図ることができる燃焼圧センサおよびそれを備えたグロープラグを提供する。  【解決手段】  ケース２５０内に収容される圧電素子２４５に、スリーブ２１０の鍔部との間で予荷重をかける天板２５１は、圧電素子２４５の略全面を押圧するように円環状をなし、その厚み（板厚）が胴部２５３の厚みよりも厚く構成され、剛性が高められている。これにより、予荷重をかける圧電素子２４５からの抗力で天板２５１が変形することを防止し、センサ出力を向上させることができる。また、天板２５１と胴部２５３とが一体に形成されているので、圧電素子２４５を胴部２５３に収容してから天板２５１を胴部２５３に接合することがなく、組み立て時のハンドリング性が向上する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼圧を検出するための燃焼圧センサであって、
自身に加わる応力の変化を検知する円環状の圧電素子と、
前記圧電素子を収容する円筒状のハウジングと、
鍔部を有し、軸線方向に延びる棒状の圧力伝達部材であって、前記軸線方向を前記ハウジングの軸方向に沿わせ、前記ハウジングに対し、燃焼圧の変動に伴って相対的に前記軸線方向に移動可能な状態で、前記ハウジング内に収容される圧力伝達部材と、
前記ハウジングと一体に設けられ、前記圧電素子の外径よりも大きな外径を有する円環状の押圧板であって、前記圧力伝達部材の前記鍔部との間で、前記圧電素子に対し圧縮するように予荷重を加える押圧板と、
前記圧電素子によって検知される応力の変化を電気信号として出力するための電極と
を備えたことを特徴とする燃焼圧センサ。
【請求項２】
前記ハウジングには、外部回路と前記電極との電気的な接続を行うための信号線を前記ハウジング外に引き出すため、前記ハウジングの軸方向に沿うスリットが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼圧センサ。
【請求項３】
前記ハウジングと前記信号線とを保護するため、前記ハウジングの外方を覆う筒状のアウターケースが設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼圧センサ。
【請求項４】
前記押圧板には、前記ハウジングの前記スリットに連続する切欠部が形成されたことを特徴とする請求項２または３に記載の燃焼圧センサ。
【請求項５】
前記スリットは、その開口幅が０．５ｍｍ以上５ｍｍ未満であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の燃焼圧センサ。
【請求項６】
前記押圧板の板厚は、１ｍｍ以上５ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼圧センサ。
【請求項７】
軸線方向に沿って延びる軸孔を有する主体金具と、
前記軸孔に挿通され、前記軸線方向に沿って移動可能に、前記主体金具に保持される中軸と、
先端側に発熱体を配置し、後端側が前記中軸の先端に固定されたヒータ部材と、
前記圧力伝達部材が前記中軸の後端に固定され、前記ケースが前記主体金具の後端に固定された請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼圧センサと
を備えたことを特徴とするグロープラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼圧の変化を検知するための燃焼圧センサ、およびその燃焼圧センサを一体に備え、内燃機関の始動を補助するグロープラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の始動を補助するためのグロープラグに、内燃機関の燃焼圧を検知するための燃焼圧センサを一体に備えたものが知られている。このようなグロープラグでは、先端側に設けられた通電により発熱するヒータ部材が燃焼室内に露出され、このヒータ部材に作用する燃焼圧が、中軸を介し、燃焼圧を検知する圧電素子（感圧素子）に伝達される。圧電素子はグロープラグの後端側に設けられた筒状のケース（ハウジング）内に収容され、そのハウジングに接合される押圧板（内方突出部）により、予荷重がかけられている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１に記載の燃焼圧センサでは、押圧板をケースの端部に固定する加工する際に、圧電素子に予荷重をかけるため押圧板を押圧した状態で維持したまま、ケースの端部の全周を押圧板の側面に溶接している。また、ケースへの押圧板の固定の方法として、圧電素子と押圧板をケース内に収容した状態でケースの端部を折り曲げて押圧板を押さえ、押圧板が圧電素子に予荷重をかけた状態が維持されるようにすることも提案されている。
【特許文献１】特開２００４−２７８９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１に記載の燃焼圧センサでは、押圧板をケースの端部に固定する加工をする際に、押圧板はその側面がケース端部に溶接されるため、上面のみが外部に露出した状態となり、組み立て時のハンドリング性に劣り、圧電素子に加える予荷重が部分的に偏ったりする虞があった。さらに圧電素子と押圧板との配置位置が近いため、溶接時の発熱により圧電素子が劣化する虞があった。また、ケースの端部の折り曲げによって押圧板を固定する場合、折り曲げ加工によってケースに変形が生じたりすると圧電素子にかかる予荷重が部分的に偏ったりする虞があり、センサ出力が低下する虞があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、ケースと押圧板とを一体に設けることで、組み立て時のハンドリング性の向上を実現することによって、センサ出力の向上を図ることができる燃焼圧センサおよびそれを備えたグロープラグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の燃焼圧センサは、内燃機関の燃焼圧を検出するための燃焼圧センサであって、自身に加わる応力の変化を検知する円環状の圧電素子と、前記圧電素子を収容する円筒状のハウジングと、鍔部を有し、軸線方向に延びる棒状の圧力伝達部材であって、前記軸線方向を前記ハウジングの軸方向に沿わせ、前記ハウジングに対し、燃焼圧の変動に伴って相対的に前記軸線方向に移動可能な状態で、前記ハウジング内に収容される圧力伝達部材と、前記ハウジングと一体に設けられ、前記圧電素子の外径よりも大きな外径を有する円環状の押圧板であって、前記圧力伝達部材の前記鍔部との間で、前記圧電素子に対し圧縮するように予荷重を加える押圧板と、前記圧電素子によって検知される応力の変化を電気信号として出力するための電極とを備えている。
【０００７】
また、請求項２に係る発明の燃焼圧センサは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記ハウジングには、外部回路と前記電極との電気的な接続を行うための信号線を前記ハウジング外に引き出すため、前記ハウジングの軸方向に沿うスリットが形成されたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に係る発明の燃焼圧センサは、請求項１または２に記載の発明の構成に加え、前記ハウジングと前記信号線とを保護するため、前記ハウジングの外方を覆う筒状のアウターケースが設けられている。
【０００９】
また、請求項４に係る発明の燃焼圧センサは、請求項２または３に記載の発明の構成に加え、前記押圧板には、前記ハウジングの前記スリットに連続する切欠部が形成されたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に係る発明の燃焼圧センサは、請求項２乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記スリットは、その開口幅が０．５ｍｍ以上５ｍｍ未満であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６に係る発明の燃焼圧センサは、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記押圧板の板厚は、１ｍｍ以上５ｍｍ未満であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に係る発明のグロープラグは、軸線方向に沿って延びる軸孔を有する主体金具と、前記軸孔に挿通され、前記軸線方向に沿って移動可能に、前記主体金具に保持される中軸と、先端側に発熱体を配置し、後端側が前記中軸の先端に固定されたヒータ部材と、前記圧力伝達部材が前記中軸の後端に固定され、前記ケースが前記主体金具の後端に固定された請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼圧センサとを備えている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明の燃焼圧センサでは、円環状の押圧板をハウジングと一体に設けたので、押圧板の剛性を高めることができ、変形等が生ずる虞がないので、圧電素子にかける予荷重が部分的に偏ったりすることがなく、センサ出力を向上させることができる。また、組み立て時に、圧電素子に予荷重をかけるため、押圧板に加える押圧力は押圧板に対してのみでなくハウジングに対しても加えることができるので、組み立て時のハンドリング性を高くすることができる。さらに、あらかじめ押圧板とハウジングとを一体に設けておけば、ハウジング内の圧電素子を収容後にハウジングへの押圧板の溶接等による接合を行わないので、溶接時の熱により圧電素子が劣化する虞がない。
【００１４】
また、請求項２に係る発明の燃焼圧センサでは、請求項１に係る発明の効果に加え、信号線をハウジング外に引き出すためのスリットをハウジングに形成することで、押圧板にスリットを設けなくともよい。これにより、押圧板の面積を大きくすることができ、圧電素子の全面に対して当接するようにすれば、圧電素子にかける予荷重および荷重を大きくすることができ、センサ出力を向上させることができる。
【００１５】
また、請求項３に係る発明の燃焼圧センサでは、請求項１または２に係る発明の効果に加え、ハウジングの外方を覆うアウターケースを設けたことで、ハウジングと、その外方に取り出された信号線とを保護することができる。これにより、燃焼圧センサ本体を水分や油などによる汚染から保護することができ、こうした汚染によるセンサ出力の低下を防止することができる。
【００１６】
また、請求項４に係る発明の燃焼圧センサでは、請求項２または３に係る発明の効果に加え、ハウジングのスリットに連続する切欠部を押圧板に形成したことで、信号線を折曲してスリットおよび切欠部内に退避させることができる。このようにすれば、アウターケースをハウジングの外方に被せて固定する際に、アウターケースと信号線とが接触して信号線が傷付いたりすることを防止することができる。また、アウターケースの挿通を容易に行うことができ、かつ、その径を小さくし、エンジン周囲の省スペース化を実現することができる。
【００１７】
また、請求項５に係る発明の燃焼圧センサでは、請求項２乃至４のいずれかに係る発明の効果に加え、スリットの開口幅を０．５ｍｍ以上５ｍｍ未満としたことで、ハウジングの外方に信号線を取り出す際のクリアランスを十分に確保したうえで、ハウジングの剛性を低下させないようにすることができる。スリットの開口幅が０．５ｍｍ未満であると、スリットから取り出す信号線がスリットの縁と接触しやすくなり、短絡によりセンサとして機能しなくなる虞がある。また、スリットの開口幅が５ｍｍ以上となると、ハウジングにおいてスリットによる開口部分の占める割合が大きくなるため、ハウジングの剛性が保てなくなり、変形を生ずる虞がある。ハウジングが変形すると圧電素子に十分な予荷重をかけることができず、センサ出力が低下してしまう虞がある。
【００１８】
また、請求項６に係る発明の燃焼圧センサでは、請求項１乃至５のいずれかに係る発明の効果に加え、押圧板の板厚（厚み）を１ｍｍ以上５ｍｍ未満とすることで、押圧板の剛性を確保しつつ、共振の発生を防止することができる。押圧板の厚みが１ｍｍ未満である場合、押圧板が変形しやすく、圧電素子に予荷重をかけた状態での長期間の使用により、押圧板に塑性変形を生ずる虞がある。すると、圧電素子に十分な予荷重をかけることができず、センサ出力が低下してしまう虞がある。また、押圧板の厚みが５ｍｍ以上である場合、押圧板の重量が大きくなるため共振しやすくなり、共振により発生するノイズがセンサ出力に重畳されてしまう虞がある。
【００１９】
また、請求項７に係る発明のグロープラグでは、請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼圧センサを備えているので、燃焼室内に露出するヒータ部材によって点火補助を行うとともに、このヒータ部材に機械的に結合される中軸を介し、ヒータ部材が受けた燃焼圧に基づく応力の変化を検知して、センサ信号として出力することができる。このため、燃焼圧センサ付きのグロープラグを内燃機関に組み付ければ、点火補助用のヒータと、燃焼圧センサとをそれぞれ組み付ける場所を設ける必要がなく、内燃機関の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を具体化した燃焼圧センサおよびそれを備えたグロープラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、本実施の形態のグロープラグ１００の全体の構造について説明する。図１は、グロープラグ１００の部分断面図である。なお、軸線Ｏ方向において、セラミックヒータ２０の配置された側（図１における下側）をグロープラグ１００の先端側として説明する。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態のグロープラグ１００は、例えばディーゼルエンジンの燃焼室に取り付けられ、エンジン始動時の点火を補助する熱源として利用される。主体金具４０の先端側にはセラミックヒータ２０が軸線Ｏ方向に保持されており、主体金具４０の軸孔４３内を挿通される中軸３０と機械的に接続されている。セラミックヒータ２０は燃焼室内に露出され、燃焼圧により作用される力を受けると、中軸３０を介し、その力が主体金具４０の後端側に設けられた燃焼圧センサ２００に伝達される構成となっている。
【００２２】
セラミックヒータ２０は丸棒状をなし、先端部２２が曲面状に加工された絶縁性セラミックからなる基体２１の内部に、導電性セラミックからなる発熱素子（図示外）が埋設された構造を有する。セラミックヒータ２０の後端部２３の外周には、発熱素子に電圧を印加するための２つの電極２５，２６が、互いに軸線方向にずれた位置に設けられている。このセラミックヒータ２０は、その胴部分の外周を取り巻くように、円筒状の筒状体８０に保持されている。電極２５，２６のうち先端側に形成された電極２５は、筒状体８０の筒孔内で筒状体８０に接触し、電気的に接続されている。そして電極２６は筒状体８０とは接触されておらず、電気的に絶縁されている。なお、セラミックヒータ２０が、本発明における「ヒータ部材」に相当する。
【００２３】
筒状体８０は金属製の部材からなり、後端側には肉厚の鍔部８１が形成されている。その鍔部８１の後端には段状の係合部８２が形成され、円筒状をなす主体金具４０の先端部４１の内周が、この係合部８２に係合される。この係合の際には、セラミックヒータ２０の軸と、主体金具４０の軸とが軸線Ｏに一致する。この状態で、セラミックヒータ２０の筒状体８０よりも後端側の部分は主体金具４０の内部に収容され、主体金具４０が筒状体８０の係合部８２によって位置決めされるため、セラミックヒータ２０の後端部分に設けられた電極２６が金属製の主体金具４０には接触しない構造となっている。
【００２４】
主体金具４０は、軸線Ｏ方向に貫通する軸孔４３を有する長細い筒状の金属部材であり、胴部４４の略中央に、グロープラグ１００を内燃機関のエンジンヘッド（図示外）に取り付けるための雄ねじ部４２が形成されている。また、胴部４４の後端には、エンジンヘッドへの取り付けの際に使用される工具が係合する、軸線断面六角形状の工具係合部４６が形成されている。この工具係合部４６の後端側には、燃焼圧センサ２００を主体金具４０に固定するため、後方に段状に突出した軸線に垂直な断面が円形の基端部４５が設けられている。
【００２５】
中軸３０は、軸線Ｏ方向に延びる鉄系素材（例えばＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼）からなる金属棒であり、主体金具４０の軸孔４３内に挿通される。中軸３０の先端部３２はセラミックヒータ２０の後端部２３に、接続リング２８を介して機械的に結合されている。そしてセラミックヒータ２０の後端部２３の電極２６は接続リング２８の筒孔内壁に接触しており、中軸３０と電気的に接続されている。前述したように、主体金具４０と中軸３０とは空隙をもって電気的に絶縁されており、両者それぞれがセラミックヒータ２０の発熱素子（図示外）に電圧を印加するための電極２５，２６に電気的に接続した電極として機能する。また、中軸３０の後端には雄ねじ部３４が形成されており、この雄ねじ部３４にはセラミックヒータ２０に通電するための外部回路との電気的な接続を行う接続端子５０が螺合されている。
【００２６】
次に、図２〜図５を参照して、燃焼圧センサ２００について説明する。図２は、燃焼圧センサ２００付近を拡大したグロープラグ１００の断面図である。図３は、燃焼圧センサ２００の分解斜視図である。図４は、図２の２点鎖線Ａ−Ａにおいて矢視方向からみたケース２５０の天板２５１付近の平面図である。図５は、図２における矢印Ｂ方向からみたケース２５０付近の側面図である。なお、図４では、軸線Ｏの位置からみてスリット２５５が形成された方向を−Ｘ方向、スリット２５６が形成された方向を＋Ｘ方向として説明する。
【００２７】
図２，図３に示すように、燃焼圧センサ２００は軸線Ｏ方向に延びる中軸３０の後端部分には筒状の胴部２１１の中央より先端側寄りの位置に鍔部２１２が形成されたスリーブ２１０が係合され、胴部２１１の後端にて中軸３０に溶接されている。スリーブ２１０の鍔部２１２より先端側には絶縁チューブ２１５が嵌められ、鍔部２１２側から順に先端側に向けて胴部２１１を取り巻くように、絶縁部材２２０，電極板２３０，圧電素子２４０が配置されている。また同様に、胴部２１１の鍔部２１２より後端側には絶縁チューブ２１６が嵌められ、鍔部２１２側から順に後端側に向けて絶縁部材２２５，電極板２３５，圧電素子２４５が配置されている。絶縁部材２２０，２２５、電極板２３０，２３５および圧電素子２４０，２４５は円環状に形成され、内周に挿通されるスリーブ２１０の胴部２１１とは、それぞれ上記絶縁チューブ２１５，２１６により絶縁されている。なお、スリーブ２１０単体、もしくは、スリーブ２１０と中軸３０との接合体が、本発明における「圧力伝達部材」に相当する。
【００２８】
圧電素子２４０，２４５は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とし、内周にスリーブ２１０の胴部２１１が挿通される円環状の素子で、その厚み方向、すなわち燃焼圧センサ２００に組み付けられた場合の軸線Ｏ方向に分極されている。圧電素子２４０は、軸線Ｏ方向に圧縮される応力を受けると、主体金具４０の基端部４５側の面２４２に負電荷を発生し、電極板２３０側の面２４１に正電荷を発生するように配置されている。また、圧電素子２４５も同様に、軸線Ｏ方向に圧縮される応力を受けると、ケース２５０の天板２５１側の面２４６に正電荷を発生し、電極板２３５側の面２４７に負電荷を発生するように配置されている。
【００２９】
電極板２３０，２３５は、それぞれ、圧電素子２４０，２４５の面２４１，２４６に発生した電荷が導出される円環状の電極である。外部回路との電気的な接続を行うための信号ケーブル２９０の芯線２９１を接続するための端子部２３１，２３６が、軸線Ｏと直交する方向に引き出されるように、電極板２３０，２３５それぞれの縁部分より突設されている。燃焼圧センサ２００が組み立てられた際には、折曲された端子部２３１，２３６に芯線２９１が接合され、信号ケーブル２９０を介して圧電素子２４０，２４５の各面２４１，２４７が外部回路と電気的に接続される。なお、電極板２３０，２３５が、本発明における「電極」に相当し、端子部２３１，２３６が、本発明における「信号線」に相当する。
【００３０】
絶縁部材２２０，２２５は、アルミナセラミックならなる円環状のスペーサである。それぞれ電極板２３０，２３５とスリーブ２１０の鍔部２１２とが絶縁されるように設けられている。
【００３１】
ケース２５０は筒状の金属部材から形成され、胴部２５３の一端側に形成された基部２５２は、胴部２５３よりも外径が縮径されている。この基部２５２が主体金具４０の基端部４５の側面にレーザ溶接され、ケース２５０は主体金具４０と一体に固定される。また、胴部２５３の他端側には、ケース２５０内に収容する圧電素子２４０，２４５に予荷重をかけるため軸線Ｏ方向と直交する壁面として構成された天板２５１が形成されている。この天板２５１は胴部２５３と比べ厚みが厚く形成されており、軸線Ｏ方向に対する剛性が高められている。また、胴部２５３には、軸線Ｏ方向に沿って基部２５２側の端から天板２５１まで延びるスリット２５５，２５６が形成されている。スリット２５５は、電極板２３０，２３５の端子部２３１，２３６をケース２５０外に引き出すために開口されている。また、スリット２５６は、スリット２５５が形成された胴部２５３の位置に対し、軸線Ｏを中心とする反対側の位置にスリット２５５と対となるように形成されている。なお、ケース２５０が、本発明における「ハウジング」に相当する。
【００３２】
絶縁部材２２０，２２５、電極板２３０，２３５および圧電素子２４０，２４５は、上記のようにそれぞれ円環状に形成され、スリーブ２１０に挿通された状態で積層されている。これらの部材の外径はケース２５０の胴部２５３の内径よりも小さく構成されており、図２に示すように、両者間には間隙が設けられている。
【００３３】
次にケース２５０の天板２５１は、図４に示すように、平面視、中央に中軸３０およびスリーブ２１０の胴部２１１が挿通される円形の開口部２５９が開口されており、円環状に形成されている。そして、胴部２５３のスリット２５５，２５６形成位置に対応する部位には、それぞれスリット２５５，２５６に連続し、軸線Ｏに向かう方向に切り欠かれた切欠部２５７，２５８が形成されている。切欠部２５７，２５８は、この軸線Ｏと直交する平面に投影してみた場合に、少なくともケース２５０の胴部２５３の内径と、圧電素子２４０，２４５の外径との間の間隙に達する深さに切り欠かれている。また、天板２５１は、圧電素子２４５の面２４６の略全面を押圧するように、その外径が圧電素子２４５の外径よりも大きく形成されている。なお、天板２５１が、本発明における「押圧板」に相当する。
【００３４】
図２に示すように、圧電素子２４０，２４５等を収容したケース２５０は、さらにその外方を円筒状のアウターケース２８０により覆われ保護されている。アウターケース２８０は、一方の端部２８２が主体金具４０の基端部４５に溶接されており、他端側は開放されている。また、端子部２３１，２３６に接続された信号ケーブル２９０の先端を固定するように、信号ケーブル２９０が配置される部分の外径が膨らむように形成されている。そして、このアウターケース２８０の内部には樹脂２８５が充填されており、アウターケース２８０の内部に水分や油などの進入が防止され、燃焼圧センサ２００の本体が保護されるとともに、信号ケーブル２９０が固定されている。なお、この信号線２９０の固定は、信号線２９０の外周を金属製のリング状の部材で加締め、そのリング状の部材をカバー体２８０に溶接することによって、より強固に固定することも可能である。
【００３５】
このような構造の燃焼圧センサ２００が組み立てられる際には、主体金具４０の軸孔４３内に保持され基端部４５から突出された中軸３０の後端側より、圧電素子２４０、電極板２３０、絶縁部材２２０、スリーブ２１０、絶縁部材２２５、電極板２３５、圧電素子２４５が、順に係合される。そして電極板２３０，２３５の端子部２３１，２３６は、絶縁チューブ（図示外）が被せられた状態で外周の同じ側で揃えられ、共に中軸３０の後端側に向けて根元部分より折り曲げられる。この状態でケース２５０が各部材を収容するように被せられる。端子部２３１，２３６は、ケース２５０のスリット２５５よりケース２５０の外方に取り出される。
【００３６】
そしてケース２５０の基部２５２が全周にわたって主体金具４０の基端部４５の外周にレーザ溶接される。このとき、ケース２５０は軸線Ｏ方向に沿って中軸３０の先端側に向けて押圧され、収容する圧電素子２４０，２４５が圧縮する予荷重をかけた状態で、ケース２５０の基部２５２が溶接される。そしてケース２５０の溶接後、スリーブ２１０の後端が中軸３０に対してレーザ溶接され、スリーブ２１０と中軸３０とが一体に固定される。
【００３７】
次に、電極板２３０，２３５の端子部２３１，２３６に、あらかじめアウターケース２８０内を通過させた信号ケーブル２９０の芯線２９１が接合される。そしてアウターケース２８０の端部２８２が、主体金具４０の基端部４５の外周に係合される。このとき、信号ケーブル２９０は一時的にスリット２５５および切欠部２５７内に沿うように退避され、アウターケース２８０との摺擦による傷等の発生が防止される。アウターケース２８０の端部２８２は、全周にわたって基端部４５の外周にレーザ溶接される。さらに、アウターケース２８０内に熱により軟化した樹脂２８５が充填され、冷却固化されることで、アウターケース２８０と、信号ケーブル２９０と、ケース２５０とは樹脂２８５により一体となる。
【００３８】
次に、燃焼圧センサ２００を備えたグロープラグ１００において燃焼圧を検知する動作について、図６，図７を用いて説明する。図６は、燃焼圧により作用される力が伝達された場合において圧電素子２４０，２４５に発生する電荷の状態を示す模式図である。図７は、軸線Ｏと直交する方向の成分を有する力が伝達された場合において圧電素子２４０，２４５に発生する電荷の状態を示す模式図である。
【００３９】
エンジンが稼働していないときには、エンジンの振動などによる揺れが生じておらず、また燃焼室からの燃焼圧により作用される力が中軸３０にかかることはない。このため中軸３０に変位は生じず、圧電素子２４０，２４５は予荷重Ｌがかけられた状態で変形を生じないので電荷は発生していない。
【００４０】
この状態でエンジンが稼働され、燃焼室内の圧力が増加すると、図６に示すように、中軸３０は図中矢印Ｃで示す方向に変位し、圧電素子２４５は鍔部２１２と上面２５１との間で圧縮荷重Ｍが働く。すると、圧電素子２４５では、予荷重Ｌがかけられた初期状態を基準に荷重がさらに上昇するため、面２４６側に正電荷、面２４７側に負電荷が発生する。
【００４１】
一方、圧電素子２４０では、スリーブ２１０の鍔部２１２と主体金具４０の基端部４５との間でかけられていた予荷重Ｌが減少する方向に鍔部２１２が移動されるので、圧電素子２４０は伸長荷重Ｎが働く。すると、圧電素子２４０では、予荷重Ｌがかけられた初期状態を基準に荷重が減少するため、面２４１側に正電荷、面２４２側に負電荷が発生する。
【００４２】
そして、面２４１の負電荷と、面２４７の負電荷とが電極板２３０，２３５に導出され、同様に、面２４２の正電荷と、面２４６の正電荷とが基端部４５および天板２５１に導出され、正負の電荷はそれぞれ足し合わされる。このため、１つの圧電素子を用いた場合と比べ、略２倍の大きさの出力（電荷）が得られる。
【００４３】
このようにして燃焼圧により作用される力が中軸３０を介して伝達されると、圧電素子２４０，２４５が圧縮・伸長され、このとき発生する電荷を出力として得ることにより、燃焼圧が検知される。その一方でグロープラグ１００がエンジンの振動などに基づく揺れを受けると、中軸３０が慣性を得て、軸線Ｏ方向の成分の力に加え、エンジンヘッドに固定された主体金具４０に対して軸線Ｏと直交する方向の成分を有する力が伝達される。この場合、燃焼圧センサ２００では図７に示すような動作により、圧電素子に発生する電荷が相殺される。
【００４４】
図７に示すように、燃焼圧センサ２００の軸線Ｏを含む断面において、エンジンの振動や中軸３０自身の共振などの影響により中軸３０が揺れ方向の力を受けると、燃焼圧センサ２００が位置する部位においても中軸３０は軸線Ｏに垂直な方向（図示＋Ｘ、−Ｘ方向）に往復する運動を生じる。この往復運動において、主体金具４０の軸線に対して中軸３０が傾く方向、たとえば方向Ｄのように中軸３０が揺れたときについて説明する。
【００４５】
図７に示す方向Ｄの力を受けると、スリーブ２１０の鍔部２１２は、軸線Ｏよりも−Ｘ方向側においてはグロープラグ１００の先端側（図中下側）へ、また軸線Ｏよりも＋Ｘ方向側においてはグロープラグ１００の後端側（図中上側）へ変位する。−Ｘ方向側において、圧電素子２４０に圧縮荷重Ｍが働き、面２４１側に正電荷、面２４２側に負電荷が発生し、また、圧電素子２４５には予荷重Ｌが減少する方向の伸長荷重Ｎが働き、面２４６側に負電荷、面２４７側に正電荷が発生する。一方で、軸線Ｏよりも＋Ｘ方向側では、圧電素子２４０に伸長荷重Ｎが働き、面２４１側に負電荷、面２４２側に正電荷が発生し、また、圧電素子２４５に圧縮荷重Ｍが働き、面２４６側に正電荷、面２４７側に負電荷が発生する。
【００４６】
すると、電極板２３０に当接する圧電素子２４０の面２４１において、軸線Ｏより−Ｘ方向側で発生した正電荷は、電極板２３０を導電して軸線Ｏより＋Ｘ方向側で発生した負電荷と相殺される。また、同様に、電極板２３５に当接する圧電素子２４５の面２４７において、軸線Ｏより−Ｘ方向側で発生した正電荷は、電極板２３５を導電して軸線Ｏより＋Ｘ方向側で発生した負電荷と相殺される。なお、切欠部２５７，２５８の形成位置に対応する圧電素子２４５の部分では、かけられている予荷重がその他の部分と比べ小さくなっており、上記のように圧縮・伸長により発生する電荷の量は小さい。しかし、切欠部２５７と切欠部２５８とが軸線Ｏを中心として対称形となるように形成されているため、発生する電荷を互いに相殺し合うことができる。
【００４７】
このように、軸線Ｏに対する中軸３０の傾きが発生しても圧電素子の各部に発生する電荷は相殺されるので、この状態でさらに図６のように圧電素子２４０，２４５に燃焼圧に基づく圧縮荷重Ｍや伸長荷重Ｎがかかって電荷が上乗せされても、正電荷と負電荷の差し引きの電荷量は燃焼圧に基づくものとなり、センサ信号にノイズが重畳されない。
【００４８】
なお、本実施の形態では、天板２５１の切欠部２５７，２５８の部分を除き、圧電素子２４５の面２４６の略全面が天板２５１により押圧されており、面２４６を部分的に押圧する場合と比べ、圧電素子２４５で発生される電荷は大きく、センサとしての出力は、より大きい。しかし、天板２５１が受ける抗力も大きいため、本実施の形態では、天板２５１の厚みを厚く形成した。これにより天板２５１の剛性が高められ、抗力により容易に天板２５１が歪んだりすることが防止されている。このためには、天板２５１の厚み（板厚）を１ｍｍ以上５ｍｍ未満とすることが好ましい。天板２５１の厚みが１ｍｍ未満である場合、天板２５１が変形しやすく、予荷重をかけた状態で長期間使用されると塑性変形を生ずる虞がある。また、天板の厚みが５ｍｍ以上である場合、天板２５１の重量が大きく共振しやすくなり、共振により発生するノイズがセンサ信号に重畳されてしまう虞がある。
【００４９】
また、ケース２５０の胴部２５３にはスリット２５５，２５６を形成したが、天板２５１を厚くしたことにともない、天板２５１を支える胴部２５３の剛性が低いと変形を生ずる虞がある。このため、本実施の形態では、胴部２５３に形成したスリット２５５，２５６の開口幅を０．５ｍｍ以上５ｍｍ未満として規定している。スリット２５５，２５６の開口幅が０．５ｍｍ未満であると、スリット２５５から取り出す電極板２３０，２３５の端子部２３１，２３６がスリット２５５の縁と接触しやすくなり、端子部２３１，２３６に被せる絶縁チューブ（図示外）が摩擦等により破れると絶縁を保てなくなり、短絡が生ずるとセンサとして機能しなくなる虞がある。また、スリット２５５，２５６の開口幅が５ｍｍ以上となると、胴部２５３におけるスリット２５５，２５６の面積比が大きくなり、胴部２５３の剛性が低くなって変形が生ずると、圧電素子２４５の予荷重が抜けてしまったりして、センサ出力が小さくなって燃焼圧を測定できなくなる虞がある。
【００５０】
［実施例１］
上記の効果を確認するため、図示外の内燃機関にグロープラグ１００を組み付け、燃焼圧センサ２００からの出力を測定した。まず、従来使用されていた、天板にスリットが形成されているケース（一例として図９に示すようなケース３５０で、天板３５１を二分するスリット３５５が形成されているもの）を用いて作製した燃焼圧センサをサンプル１とした。このサンプル１の天板の厚みは１．５ｍｍに形成した。また、天板の厚みを同じく１．５ｍｍとして、天板にスリットを形成しない本実施の形態と同様のケースを用いて作製した燃焼圧センサをサンプル２とした。さらに、天板の厚みを２．５ｍｍとして本実施の形態と同様のケースを用いて作製した燃焼圧センサをサンプル３とした。
【００５１】
そして、試験用の内燃機関の燃焼圧を、サンプル１〜３についてそれぞれ測定した。このとき、基準圧力センサ（KISTLER社製6052A）を用い、サンプル１に対する評価試験を行った場合と、サンプル２に対する評価試験を行った場合と、サンプル３に対する評価試験を行った場合とにおいて燃焼圧の大きさが同一となるように調整しつつ測定を行った。
【００５２】
より具体的には、サンプル１〜３の出力（本実施の形態における信号ケーブル２９０と主体金具４０とが両極となる出力）をチャージアンプ（KISTLER社製5011）に接続し、基準圧力センサの出力を、別に準備した同型のチャージアンプに接続した。さらに、各チャージアンプの出力をオシロスコープのＸ軸入力に接続した。また、内燃機関のクランク角との関係を観察するため、クランク角センサの出力もオシロスコープのＸ軸入力に接続した。この状態で内燃機関を作動させ、それぞれのサンプルについてセンサ出力とクランク角との関係を示す波形を得た。そして各サンプル毎に、ピーク時のセンサ出力と、大きな燃焼圧が発生していない時（平均して低いセンサ出力が出力されている時）とのセンサ出力の差を感度として求め、各サンプル間で相対的な比較を行った。この比較の結果を示したグラフを図８に示す。
【００５３】
図８のグラフに示すように、この評価試験の結果、サンプル１（従来のグロープラグ）とサンプル２（本実施の形態のグロープラグ）との比較により、天板にスリットを形成せず圧電素子の略全面に予荷重をかけられるようにしたケースを使用すれば、センサの感度を大きくすることができた。さらに、天板の厚みを厚くして圧電素子にかかる予荷重を増やすとともに、剛性を高めたケースを使用すれば、ノイズの低減と、センサ出力の向上とを図ることができ、さらなるセンサ感度の向上を図ることができることがわかった。
【００５４】
なお、本発明は各種の変形が可能である。例えば、ケース２５０の胴部２５３にはスリット２５５と、軸線Ｏに対してこれと対称となる位置にスリット２５６を形成したが、スリット２５６はなくてもよいし、あるいは２つ以上形成してもよい。スリットを複数形成する場合、それぞれを胴部２５３の全周において均等となる位置に配置させるとよい。また、図５に示すように、スリット２５５（，２５６）はケース２５０の胴部２５３において、軸線Ｏ方向に沿って基部２５２側の端から天板２５１まで延びるように形成したが、少なくとも天板２５１から電極板２３０の配置位置までが開口されていればよい。
【００５５】
また、切欠部２５７，２５８はなくてもよいし、あるいは、軸線Ｏと直交する平面に投影してみた場合に、圧電素子２４５の外径にはかからない深さとしてもよい。
【００５６】
また、グロープラグ１００の備えるヒータ部材として、本実施の形態ではセラミックヒータ２０を備えたが、先端部が球状に閉塞されたシースチューブ内にコイル状の発熱抵抗体や制御コイルを配設したシースヒータであってもよい。
【００５７】
なお、本実施の形態では圧電素子を２つ使用したが、それに限らず１つであってもよく、圧電素子の数にかかわらず、本発明を適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、内燃機関の燃焼圧を検知する燃焼圧センサや、燃焼圧センサを備えたグロープラグ、温度センサ等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】グロープラグ１００の部分断面図である。
【図２】燃焼圧センサ２００付近を拡大したグロープラグ１００の断面図である。
【図３】燃焼圧センサ２００の分解斜視図である。
【図４】図２の２点鎖線Ａ−Ａにおいて矢視方向からみたケース２５０の天板２５１付近の平面図である。
【図５】図２における矢印Ｂ方向からみたケース２５０付近の側面図である。
【図６】燃焼圧により作用される力が伝達された場合において圧電素子２４０，２４５に発生する電荷の状態を示す模式図である。
【図７】軸線Ｏと直交する方向の成分を有する力が伝達された場合において圧電素子２４０，２４５に発生する電荷の状態を示す模式図である。
【図８】センサ感度についての評価試験の結果を示すグラフである。
【図９】評価試験のサンプル１として用いた従来のケース３５０の平面図である。
【符号の説明】
【００６０】
２０    セラミックヒータ
３０    中軸
４０    主体金具
４３    軸孔
１００    グロープラグ
２００    燃焼圧センサ
２１０    スリーブ
２１２    鍔部
２３０，２３５  電極板
２３１，２３６  端子部
２４０，２４５  圧電素子
２５０    ケース
２５１    天板
２５５    スリット
２５７    切欠部
２８０    アウターケース
【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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