(57)【要約】  グロープラグは、環状の金属シェルと、中心電極およびヒータプローブを含むヒータアセンブリとを有する。金属シェルは、ヒータアセンブリをその中に受けるよう構成されている。中心電極は、電源と電気的に通じるよう構成された端子端と取付端との間に延在する細長い本体を有する。ヒータプローブは、近位端と自由遠位端との間に延在する細長い本体を有する。中心電極の取付端またはヒータプローブの近位端のいずれか一方は、その中に軸方向に延在する、軸方向に集まるテーパ内面を有する窪んだポケットを有する。中心電極の取付端またはヒータプローブの近位端の他方は、窪んだポケットに受けられるよう構成されたテーパ外面を有する。
2013508665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心キャビティを有する環状の金属シェルと、
電源と電気的に通じるよう構成された端子端と取付端との間に延在する細長い本体を有する中心電極と、
近位端と自由遠位端との間に延在する細長い本体を有するヒータプローブとを備え、
前記中心電極の前記取付端または前記ヒータプローブの前記近位端の一方は、その中に軸方向に延在する窪んだポケットを有し、前記窪んだポケットは、前記取付端または前記近位端の一方へと軸方向に集まるテーパ内面を有し、前記中心電極の前記取付端または前記ヒータプローブの前記近位端の他方は、前記窪んだポケットに受けられるよう構成されたテーパ外面を有する、グロープラグ。
【請求項２】
前記中心電極は前記窪んだポケットを有し、前記ヒータプローブは前記テーパ外面を有する、請求項１に記載のグロープラグ。
【請求項３】
前記テーパ内面と前記テーパ外面とは、前記中心電極を前記ヒータプローブと軸方向に整列させるよう、互いに嵌合する、請求項２に記載のグロープラグ。
【請求項４】
前記テーパ外面は、前記中心電極の前記テーパ内面と電気的に通じるよう構成された導電性外面を有する、請求項２に記載のグロープラグ。
【請求項５】
前記ヒータプローブは、前記テーパ外面から延在する実質的に真っ直ぐな円筒状外面を有し、前記実質的に真っ直ぐな円筒状外面は、前記シェルと電気的に通じるよう構成された導電性外側領域を有する、請求項４に記載のグロープラグ。
【請求項６】
前記ヒータプローブは、前記導電性外面から前記導電性外側領域へと延在する電気回路を有する、請求項５に記載のグロープラグ。
【請求項７】
前記窪んだポケットの前記テーパ内面は、形状が切頭円錐形である、請求項１に記載のグロープラグ。
【請求項８】
前記窪んだポケットは、前記テーパ内面の径方向外側の外面を有する環状壁によって形成され、前記外面には前記テーパ内面とは異なる角度でテーパがついている、請求項１に記載のグロープラグ。
【請求項９】
前記環状壁は、前記取付端または前記近位端の一方から前記窪んだポケットのベースへと延在しており、前記環状壁は、前記ベースに隣接する１つの厚さと、前記取付端または前記近位端の一方に隣接する別の厚さとを有しており、前記１つの厚さは前記別の厚さよりも大きい、請求項８に記載のグロープラグ。
【請求項１０】
前記環状壁の前記厚さは、前記取付端または前記近位端の一方から前記ベースへと延在して連続的に変化する、請求項９に記載のグロープラグ。
【請求項１１】
電源と電気的に通じるよう構成された端子端と取付端との間に延在する細長い本体を有する中心電極と、
中心電極の取付端への取付用に構成された近位端と自由遠位端との間に延在する細長い本体を有するヒータプローブとを備え、
前記中心電極の前記取付端または前記ヒータプローブの前記近位端の一方は、その中に軸方向に延在する窪んだポケットを有し、前記窪んだポケットは、前記取付端または前記近位端の一方へと軸方向に集まるテーパ内面を有し、前記中心電極の前記取付端または前記ヒータプローブの前記近位端の他方は、前記窪んだポケットに受けられるよう構成されたテーパ外面を有する、グロープラグ用ヒータアセンブリ。
【請求項１２】
前記中心電極は前記窪んだポケットを有し、前記ヒータプローブは前記テーパ外面を有する、請求項１１に記載のヒータアセンブリ。
【請求項１３】
前記テーパ内面と前記テーパ外面とは、前記中心電極を前記ヒータプローブと軸方向に整列させるよう、互いに嵌合する、請求項１２に記載のヒータアセンブリ。
【請求項１４】
前記テーパ外面は、前記中心電極の前記テーパ内面と電気的に通じるよう構成された導電性外面を有する、請求項１２に記載のヒータアセンブリ。
【請求項１５】
前記ヒータプローブは、前記テーパ外面から延在する実質的に真っ直ぐな円筒状外面を有し、前記実質的に真っ直ぐな円筒状外面は導電性外側領域を有する、請求項１４に記載のヒータアセンブリ。
【請求項１６】
前記ヒータプローブは、前記導電性外面から前記導電性外側領域へと延在する電気リード線を有する、請求項１５に記載のヒータアセンブリ。
【請求項１７】
前記窪んだポケットは、前記テーパ内面の径方向外側の外面を有する環状壁によって形成され、前記外面には前記テーパ内面とは異なる角度でテーパがついている、請求項１１に記載のヒータアセンブリ。
【請求項１８】
前記環状壁は、前記取付端または前記近位端の一方から前記窪んだポケットのベースへと延在しており、前記環状壁は、前記ベースに隣接する１つの厚さと、前記取付端または前記近位端の一方に隣接する別の厚さとを有しており、前記１つの厚さは前記別の厚さよりも大きい、請求項１７に記載のヒータアセンブリ。
【請求項１９】
前記環状壁の前記厚さは、前記取付端または前記近位端の一方から前記ベースへと連続的に変化する、請求項１８に記載のヒータアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．技術分野
この発明は一般にグロープラグに関し、より特定的には、セラミックヒータプローブに接続された中心電極を有するグロープラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
２．関連技術
従来のセラミックグロープラグは、電極を加熱部に接続するためにさまざまな機構を使用する場合がある。同軸接続を考慮する場合、２つのタイプがよく使われている。図１の概略部分断面図に示す第１のタイプは、接続継ぎ手３を介してヒータプローブ２に取付けられた中心電極１を含む。中心電極１はヒータプローブ２から同軸状に延在しており、一般に電源への電気的接続用に構成されている。通常、中心電極１とヒータプローブ２との間の接続継ぎ手３は、部分的に突き合せ継ぎ手である継ぎ手によって確立されており、互いに面するそれぞれの平面状端面４、５が互いに当接するようになっている。突き合せ継ぎ手は結果的に、純粋な張力が継ぎ手の比較的小さい表面区域にわたって確立されることをもたらす。加えて、ヒータプローブの端部は通常、アセンブリの全径を増加させる円筒状のカップまたはハウジング６によって封入される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
グロープラグ圧力センサ（ＧＰＰＳ）では中心電極１に張力を印加することが要求されており、それは次に、図１Ｂに概略的に示すように、ヒータプローブ２から中心電極１を分離させる傾向がある力を及ぼす。加えて、中心電極１がヒータプローブ２と同軸状に整列されていること、および中心電極１とヒータプローブ２との間の接続継ぎ手３でアセンブリの全径が増加しないことが、通常要求される。そのため、中心電極１とヒータプローブ２との取付は、中心電極とヒータプローブとの接続の領域における全径の増加を持たないまま、印加された張力およびそれによって生じる応力に耐える必要がある。したがって、構成要素１、２の製造公差は、互いへの接合用の精密な表面を提供し、また軸方向に整列されたアセンブリを提供するために、狭くなければならない。必要とされる狭い公差限度は、ヒータアセンブリを製造する関連コストを増加させる。残念ながら、前述の突き合せ継ぎ手は、慎重に設けられた場合でも、通常、図７に示すように著しい張力に耐えることができない。
【０００４】
図１Ｃに示す第２のタイプの接続は、加熱部２′の端にくぼみを含み、その中に電極１′が挿入され、接続継ぎ手３′で通常蝋付けによって接合される。これは電極１′の最大可能直径を限定し、非常に小さい接合区域を提供して、図７に示すように、引張荷重を受けると性能低下をもたらす。継ぎ手３′はその小さい区域のために故障する場合があり、または電極１′の小さい断面がその破損をもたらす場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
グロープラグは、環状の金属シェルと、中心電極と、ヒータプローブとを含む。金属シェルは、中心電極およびヒータプローブをその中に受けるよう構成された中心キャビティを有する。中心電極は、電源と電気的に通じるよう構成された端子端と取付端との間に延在する細長い本体を有し、ヒータプローブは、近位端と自由遠位端との間に延在する細長い本体を有する。中心電極の取付端またはヒータプローブの近位端のいずれか一方は、その中に軸方向に集まるテーパ内面を有する窪んだポケットを有する。中心電極の取付端またはヒータプローブの近位端の他方は、窪んだポケットに受けられるよう構成されたテーパ外面を有する。
【０００６】
この発明の別の局面によれば、グロープラグ用ヒータアセンブリが提供される。ヒータアセンブリは、中心電極とヒータプローブとを有する。中心電極は、電源と電気的に通じるよう構成された端子端と取付端との間に延在する細長い本体を有する。ヒータプローブは、中心電極の取付端への取付用に構成された近位端と自由遠位端との間に延在する細長い本体を有する。中心電極の取付端またはヒータプローブの近位端のいずれか一方は、その中に軸方向に集まるテーパ内面を有する窪んだポケットを有する。取付端または近位端の他方は、窪んだポケットに受けられるよう構成されたテーパ外面を有する。
【０００７】
図面の簡単な説明
この発明のこれらのならびに他の局面、特徴、および利点は、以下の現在好ましい実施例および最良の形態の詳細な説明、添付された請求項、および添付図面と関連して検討されると、より容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】先行技術に従った、突き合せ継ぎ手をまたいで接合された中心電極およびヒータプローブの部分概略図である。
【図１Ｂ】張力を受けて分離する突き合せ継ぎ手を示す、図１Ａに似た図である。
【図１Ｃ】先行技術に従って接合された中心電極およびヒータプローブの部分概略図である。
【図２】この発明の一局面に従って構成された、接続継ぎ手を有するヒータアセンブリを有するグロープラグの断面図である。
【図３】図２のヒータアセンブリの中心電極およびヒータプローブの分解部分断面図である。
【図４】概して図３の線４−４に沿った断面図である。
【図５】概して図３の線５−５に沿った断面図である。
【図６】印加された張力に対する、ヒータプローブと比べた中心電極のずれを示すグラフである。
【図７】先行技術および図２の接続継ぎ手の引張破断強度と引張破断強度の変動を示すグラフである。
【図８】この発明の別の局面に従って構成されたヒータアセンブリの中心電極およびヒータプローブの、図３に似た図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
現在好ましい実施例の詳細な説明
図面をより詳細に参照すると、図２は、この発明の一局面に従って構成された、概して１２で示すヒータアセンブリを有するグロープラグ１０を示している。ヒータアセンブリ１２は、テーパ継ぎ手１８を介してヒータプローブ１６に取付けられた中心電極１４を有する。テーパ継ぎ手１８は、増加した表面区域を有する中心電極１４とヒータプローブ１６との接合を提供し、それにより中心電極１４とヒータプローブ１６との接合の強度を高め、それは、先行技術の図１Ａおよび図１Ｂに示すように、継ぎ手１８を横断して張力（Ｆ）が印加される用途において、特に重要である。加えて、テーパ継ぎ手１８は、ヒータアセンブリ１２の長手方向中心軸２０に沿って中心電極１４およびヒータプローブ１６を互いに同軸状に整列させることを容易にする。したがって、テーパ継ぎ手１８は、中心電極１４をヒータプローブ１６と自己整列させるよう作用する。ヒータアセンブリ１２のこれらのおよび他の局面は、グロープラグ１０の製造を経済的にしつつ、グロープラグ１０に長く有用な寿命も提供する。
【００１０】
グロープラグ１０は、ヒータプローブ１６を少なくとも部分的にその中に受けるようサイズ決めされたキャビティ２６を提供する内面２４を有する外側の管状金属シェル２２を有する。キャビティ２６は、シェル２２の一方端２９からシェル２２の反対端３２の直径拡大部３０へと延在する直径縮小部２８を有する。直径拡大部３０は上部管状シェル（図示せず）への取付用に構成されており、上部管状シェルはエンジンブロックへの取付用に構成可能である。
【００１１】
中心電極１４は、電源と電気的に通じるよう構成された近位端または端子端３６と遠位端または取付端３８との間に延在する細長い本体３４を有する。中心電極１４は、金属といった任意の好適な導電性電極材料から構成可能である。本体３４は、両端３６、３８間に延在する外面４０を有する。窪んだポケット４２が取付端３８内へと延在している。ポケット４２は、導電性のテーパ内面４６と、内面４６とは反対側で内面４６から径方向外側にあるテーパ外面４８とを有する環状壁４４によって設けられる。テーパ内面４６は取付端３８へと軸方向に集まり、ここでは概して平坦なベース５０へと延在して切頭円錐形を有するポケット４２を提供するよう図示されている。テーパ内面４６は好ましくは、テーパ外面４８の外角５４よりも大きい内角または内包角５２に沿って延在している。テーパ内面４６は約１０〜１６度の角度を有して設けられてもよく、一方、テーパ外面４８は、内面４６の角度に依存して、約１０〜１４度の角度を有して提供されてもよいが、これらの範囲外の他の角度が使用されてもよい。したがって、図４および図５に示すように、環状壁４４は、取付端３８に隣接する厚さ５８よりも大きい、ベース５０に隣接する厚さ５６を有しており、壁４４の厚さは取付端３８からベース５０へと連続的に変化し得る。しかしながら、内角および外角４９、５０は実質的に同様に設けられてもよく、それにより、必要に応じて、実質的に一定の壁厚を有する壁４４を提供する、ということを認識すべきである。
【００１２】
ヒータプローブ１６は、近位端６２と自由遠位端６４との間に延在する細長いセラミック本体６０を有する。近位端６２は、中心電極１４のテーパ内面４６と適合して嵌合するよう構成されたテーパ外面６６を有する。したがって、テーパ外面６６は好ましくは、内面４６のテーパ内包角５２と実質的に同じ外角６８を有し、窪んだポケット４２の形状に依存して円錐形または切頭円錐形を有して形成可能である。テーパ外面６６は、研削プロセスなどにおける二次機械加工作業で作製されるよう、本体６０と一緒に作製可能である。本体６０はここでは、限定されない単なる一例として、テーパ外面６６から遠位端６４へと延在する真っ直ぐな円筒部７０を有して図示されているが、必要に応じて、他の形態も使用可能である。
【００１３】
ヒータプローブ１６は、概して７２で表わされる加熱素子を有する。加熱素子７２への接続は、テーパ外面６６上の導電領域７４と円筒部７０の外面上の別の導電領域８２とによって提供される。加熱プローブ１６の内部に形成された電気回路が加熱素子７２を形成し、ここでは抵抗８０として表わされる。導電領域７４は、中心電極１４のテーパ内面４６と電気的に通じるよう構成されており、一方、他方の導電領域８２は、金属シェル２２の内面２４と電気的接地接触するよう構成されている。一対の電気リード線７６、７８が導電領域７４と導電領域８２とが電気的に通じるようにし、一方、抵抗素子８０での加熱の主要区域が遠位端６４に隣接して位置し、遠位端６４で所望の強度の熱を発生させるのに好適な抵抗を有するよう選択される。加熱素子７２の前述の構成要素は、必要に応じて、任意の好適な金属またはセラミック材料を用いて提供可能である、ということを認識すべきである。
【００１４】
中心電極１４をヒータプローブ１６に取付ける際、テーパ内面４６およびテーパ外面６６は、電極１４およびプローブ１６が互いに同軸整列するようにする自己芯合せ機能を提供する。したがって、ヒータアセンブリ１２の製造の際、製造公差は比較的広くてもよい。なぜなら、内面４６および外面６６の角度の若干の違いはヒータアセンブリ１２の全長の若干の違いしかもたらさず、それは通常、重大な懸念の次元ではないためである。加えて、中心電極１４をヒータプローブ１６に取付けると、テーパ継ぎ手１８は好ましくは、テーパ内面４６およびテーパ外面６６の当接し合う環状面の周りに延在し、それにより、先行技術よりも増加した接合区域を提供し、また、中心電極に印加される張力（Ｆ）を、継ぎ手１８を横断する引張状態および大抵は剪断状態で配置する。そのため、図６に示すように、ヒータアセンブリ１２のヒータプローブ１６と比べた中心電極１４のずれが、継ぎ手１８の強度の増加により、先行技術に対して大きく減少しているため（図示された先行技術の線は、図１Ａおよび図１Ｂに示す継ぎ手を参照している）、継ぎ手１８は著しい張力に耐えることができる。加えて、図７に示すように、継ぎ手１８の平均引張破断強度は、図１Ａ〜図１Ｃに示す先行技術の継ぎ手３、３′よりも劇的に増加した張力（Ｎ）に耐える能力を呈している。さらに、テーパ継ぎ手１８は、最小化された、ここではヒータプローブ１６の外径よりも小さく図示されている外径８４を有するヒータアセンブリ１２を提供する。加えて、環状壁４４が変化する厚さを有する状態で、概して一定の断面積が環状壁４４およびヒータプローブ１６のテーパ近位端６２全体にわたって提供され、それにより、引張荷重の際の電極材料における応力を平均化する。
【００１５】
図８には、この発明の別の局面に従った別のヒータアセンブリ１１２が示されており、上述と同様の構成を識別するために、１００だけずれた同じ参照番号が使用される。ヒータアセンブリ１１２は、互いに電気的に通じるよう取付けられた中心電極１１４とヒータプローブ１１６とを含む。中心電極１１４は、取付端１３８内へと延在する窪んだポケット１４２を有するが、円錐形または切頭円錐形というよりはむしろ、窪んだポケットは、凹形状を有するポケット１４２を提供する内面１４６を有する。したがって、ヒータプローブは、中心電極１１４のポケット１４２に受けられるよう構成された凸状の外面１６６を有する近位端１６２を有する。そのため、中心電極１１４およびヒータプローブ１１６を互いに取付ける際、中心電極１１４およびヒータプローブ１１６が組立て中に互いに対して旋回可能であると仮定すると、増加した自由度が提供される。これは、凹状面１４６と凸状面１６６との間に形成される継ぎ手全体にわたって増加した表面区域を依然として提供しつつ、製造時の公差要件の減少を可能にする。
【００１６】
明らかに、この発明の多くの修正および変更が、上述の教示に鑑みて可能である。したがって、添付された請求項の範囲内において、この発明が、具体的な記載以外の態様で実践されてもよい、ということが理解されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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８】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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