(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向前端側に内燃機関への取付部が形成されるとともに、その取付部の軸線方向後方側において周方向にセンサ保持部が突設される主体金具を有するスパークプラグ本体と、
該主体金具の周りに環状に設けられた前記センサ保持部に直接又は他部材を介して前記軸線方向に当接する形にて支持される圧力センサと、
前記圧力センサの外周面を囲むとともに前記センサ保持部の外周面の少なくとも一部を覆う側壁部を有し、かつ前記軸線方向の前方側及び後方側にそれぞれ開口部を有する筒状に形成され、その後方側開口部から前記スパークプラグ本体の前端側が挿通される形で該スパークプラグ本体に取り付けられるセンサケースとを含み、
該センサケースの側壁部には、後方側の開口端縁に近づくほど拡径する拡径部が形成され、この拡径部の内径が前記センサ保持部の外径より大とされ、このセンサケースの側壁部の内周面が前記センサ保持部の外周面に対して嵌合固定された仮固定部を有し、該仮固定部の一部に重合し、前記側壁部の全周に沿って密閉状態にて固定する溶接部が形成されていることを特徴とする圧力センサ内蔵プラグ。
【請求項２】
前記センサケースの側壁部の内周面と前記センサ保持部の外周面との嵌合は、しまりばめ嵌合であり、そのしまりばめ嵌合とする前記センサケースの側壁部の内周面には、直線状の直線部が形成される請求項１に記載の圧力センサ内蔵プラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力センサ内蔵プラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、内燃機関の燃焼室の圧力（筒内圧）を測定することにより、例えばノッキング検出、燃焼圧のピーク位置検出、失火検出等を行い、内燃機関の運転制御に役立てられている。そして、筒内圧の測定には環状の圧電セラミック等の圧電素子を備えた圧力センサが用いられることがある。このような圧力センサは例えばプラグの一実施例であるスパークプラグの主体金具に配置され、スパークプラグのシリンダヘッドへの締め付け荷重の変動に応じて圧電素子が発する電気的出力をリード線を介して外部へ取り出すことにより筒内圧を測定する圧力センサ内蔵プラグが提供されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような圧力センサ内蔵プラグは、絶縁板、圧電素子及び電極板等をセンサケースに収容した圧力センサが主体金具のセンサ保持部に支持され、このセンサ保持部とプラグホールの座面との間で圧力センサを押圧保持する方式が採用されている。この方式では一般的に、センサケースにより主体金具のセンサ保持部に対して圧力センサをずれないように位置保持するとともに、センサケース内の気密性・水密性を保持するために、センサケースを所定の押圧力で主体金具のセンサ保持部の外周面に押し付けて固定することになる。
【０００４】
このようなセンサケースを圧力センサ外部に装着するために、センサケースを筒状に形成し、これとほぼ同径の外径を有する主体金具のセンサ保持部により圧力センサを保持しつつセンサケース内を密封する方法が用いられる。しかしながら、センサケース内周面とセンサ保持部の外周面とを良好に密着させるためにこれらの径（具体的には挿入口となる開口端縁の内径とセンサ保持部の外径）をほぼ同一若しくはセンサ保持部の径のほうが大となるように形成すると、そのセンサケース開口端縁において、センサ保持部が容易に挿入されず当該圧力センサの組立を困難にする要因となる。さらに、開口端縁において内部側に突出するバリが生じる場合にはセンサ保持部の挿入が一層困難となるため、バリの除去工程を設けることが必須であった。
【０００５】
本発明の解決すべき課題は、圧力センサを備えた圧力センサ内蔵プラグにおいて、センサケースとプラグ本体の組立が容易に、かつ高精度に行うことができ、ひいては製造コスト削減が可能となる構成をなす圧力センサ内蔵プラグを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記のような課題を解決するために本発明は、軸線方向前端側に内燃機関への取付部が形成されるとともに、その取付部の軸線方向後方側において周方向にセンサ保持部が突設される主体金具を有するスパークプラグ本体と、
該主体金具の周りに環状に設けられたセンサ保持部に直接又は他部材を介して軸線方向に当接する形にて支持される圧力センサと、
圧力センサの外周面を囲むとともにセンサ保持部の外周面の少なくとも一部を覆う側壁部を有し、かつ軸線方向の前方側及び後方側にそれぞれ開口部を有する筒状に形成され、その後方側開口部からスパークプラグ本体の前端側が挿通される形で該スパークプラグ本体に取り付けられるセンサケースとを含み、
該センサケースの側壁部には、後方側の開口端縁に近づくほど拡径する拡径部が形成され、この拡径部の内径がセンサ保持部の外径より大とされ、このセンサケースの側壁部の内周面がセンサ保持部の外周面に対して嵌合固定された仮固定部を有し、該仮固定部の一部に重合し、側壁部の全周に沿って密閉状態にて固定する溶接部が形成されていることを特徴とする圧力センサ内蔵プラグを提供する。
【０００７】
上記構成のごとく、圧力センサ挿入側における開口端縁に近づくほど拡径し、この内径がセンサ保持部の外径より大とされる拡径部を設けるようにセンサケースを形成すれば、圧力センサ、センサ保持部等の挿入時においてそれらがスムーズに進入することとなる。例えば、センサケース製造段階において、仮に当該センサケースの開口端縁近傍にバリが生じる可能性があるとしても、挿入におけるバリの影響を極めて軽減できる。具体的には、バリの発生により予想される径の縮小分だけ予め開口端縁を拡径しておけば、圧力センサ、センサ保持部等をバリ突出分の更に内側を挿入させることができるため挿入が阻害されない。また、組付け時において圧力センサ、センサ保持部等の挿入に伴ってバリがセンサケース内部へ巻き込まれることもない。
【０００８】
センサケースの側壁部の内周面と前記センサ保持部の外周面との嵌合は、しまりばめ嵌合であり、そのしまりばめ嵌合とする前記センサケースの側壁部の内周面には、直線状の直線部が形成される構成とすることができる。このようにすれば、圧力センサの挿入の容易性を達成しつつ、挿入後においてセンサケースとスパークプラグ本体（具体的には圧力センサ保持部）を強固に固定し密着性を十分満足し得る構造を実現できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例を参照して説明する。図１は本発明の一実施例である圧力センサ内蔵スパークプラグの半断面正面図とその一部を拡大して示す断面図である。圧力センサ内蔵スパークプラグ１（圧力センサ内蔵プラグ）は、スパークプラグ本体１０（プラグ本体）と、スパークプラグ本体１０の主体金具１１に一体的に取り付けられた圧力センサ２０とを有している。なお、以下の記載において、圧力センサ内蔵スパークプラグ１のプラグホールＰＨ取付側すなわち燃焼室ＣＲに向かう側を「前方側」（又は「前端側」）、これと反対方向に向かう側を「後方側」（又は「後端側」）と称する。
【００１０】
図１において、圧力センサ内蔵スパークプラグ１の前端部は、内燃機関のシリンダヘッドに形成されたプラグホールＰＨの最奥部（最前方）において、燃焼室ＣＲに連通して形成された挿入孔１１１に挿入され、その先端が内燃機関の燃焼室ＣＲに突入する形でプラグホールＰＨ内に配置される。高電圧供給部を介して点火コイルユニットで発生した高電圧をスパークプラグ本体１０に印加すると、燃焼室ＣＲ内で火花放電を発生して混合気を燃焼させる。このときの燃焼室ＣＲの圧力（筒内圧）を圧力センサ２０で測定して、例えばノッキング検出、燃焼圧のピーク位置検出、失火検出等を行い、内燃機関の運転制御に役立てられている。
【００１１】
図１に示すスパークプラグ本体１０において、筒状に形成された主体金具１１の内側に、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミック燒結体により構成された絶縁体１２が嵌め込まれ、絶縁体１２の先端側に形成される脚長部１２ｂが主体金具１１から前方へ突出している。一方、絶縁体１２の後部は主体金具１１の後端から延出して後端側にコルゲーション部１２ａを形成し、コルゲーション部１２ａの後端には端子電極１３が後方に向け突設されている。端子電極１３と電気的に接続された中心電極１４が脚長部１２ｂの先端から前方へ突出している。さらに、主体金具１１の先端に一端を接合された接地電極１５の他端側が側方に曲げ返され、その側面が中心電極１４の先端面と対向して、火花放電ギャップｇを形成している。
【００１２】
主体金具１１は前方側から、内燃機関のシリンダヘッド底部に形成され、燃焼室に連通する挿入孔１１１に形成されためねじと螺合するおねじが形成された円筒状の取付部１１a、燃焼ガスの漏洩をシールするためのガスケット１１ｂ、座面に圧力センサ２０を固定する取付座部１１ｃ、及び取付部１１aに形成されたおねじを螺進させるためにプラグレンチ等の工具が係合される工具係合部１１ｃ’とを有している。取付座部１１ｃは、図２にも示すように、周方向に突設されたセンサ保持部１１ｄが形成され、そのセンサ保持部１１ｄのプラグホール取付側（前方側）に続く形で、センサ保持部１１ｄよりも小なる外径にて圧力センサ２０内を貫通しつつ支持する貫通支持部１１ｅが２段階で形成されている。
【００１３】
また、図３は図１の半断面正面図における要部を拡大して示しているが、図３、又は図１のＡ部詳細断面に示すように、側壁部２１aと底部２１ｂとが半断面Ｌ字状に形成された環状のセンサケース２１の内側空間において、底部２１ｂ上に下方（前方）から順次積み重ねる形で各々環状に形成された板パッキン２２、圧電素子２３、電極板２４及び絶縁板２５が収容され、圧力センサ２０が構成されている。なお、図３のように環状の電極板２４の外周縁に形成される端子２４ａから後方側にリード線２７が延出され、燃焼室ＣＲ（図１）の圧力に基づく圧電素子２３の電気的出力を外部へ取り出している。また、圧力センサ２０の絶縁チューブ２９は、圧電素子２３の内側に位置する形で貫通支持部１１ｅの周囲に被せられている。
【００１４】
そして、取付座部１１ｃの貫通支持部１１ｅが圧力センサ２０の内周面側において軸線方向に沿うように挿通されるとともに、圧力センサ２０はプラグホールＰＨの座面Ｓとこれに対向するセンサ保持部１１ｄのセンサ支持端面１１ｆとに挟まれて、軸線方向に押圧保持されている。さらに、センサケース２１における側壁部２１aの内周面が、取付座部１１ｃにおけるセンサ保持部１１ｄの外周面に対してしまりばめにて嵌合固定され、側壁部２１aには仮固定部Ｔ（第一固定部）が形成されている。
【００１５】
一方、センサケース２１の底部２１ｂ内周面が貫通支持部１１ｅの下端部外面に当接され、底部２１ｂの下端周縁に沿って全周レーザー溶接が施されることにより、底部２１ｂには軸線方向への移動不能にかつ密閉状態にて固定された第一溶接部Ｗ1（第二固定部）が形成されている。さらに、側壁部２１aの軸線方向中間部において仮固定部Ｔの一部に重合する形で、側壁部２１aの全周に沿ってレーザー溶接が施されることにより、側壁部２１aには軸線方向への移動不能にかつ密閉状態にて固定された第二溶接部Ｗ2（第三固定部）が形成されている。
【００１６】
センサケース２１の内部空間は、樹脂、シリコンゴム等の充填層２６により密封されている。そして、環状の電極板２４の外周縁に形成される端子２４ａから後方側にリード線２７が延出され、燃焼室ＣＲの圧力に基づく電気的出力を外部へ取り出す。なお、圧力センサ２０は主体金具１１の取付座部１１ｃと一体的に構成されるので、センサケース２１や充填層２６により十分に耐水性・気密性が保たれている。
【００１７】
また、主体金具１１のセンサ保持部１１ｄと工具係合部１１ｃ’とには、リード線２７を配設するために、軸線方向に貫通する円形状のリード線挿通孔１１ｊ，１１ｋがそれぞれ形成されている。したがって、環状の電極板２４の端子２４ａから後方側に引き出されたリード線２７は、センサ保持部１１ｄのリード線挿通孔１１ｊに挿通され、さらに工具係合部１１ｃ’のリード線挿通孔１１ｋを通過して後方へ延出され、図１のようにプラグホールＰＨの後端開口部から外部へ引き出されている。
【００１８】
次にセンサケースについて説明する。図４のようにセンサケース２１は圧力センサ２０の外周面を覆う側壁部２１aを有するとともに軸線方向の前方側及び後方側にそれぞれ開口部を有する筒状に形成される。さらに、その後方側開口部からスパークプラグ本体２０の前端側が挿通される形で該スパークプラグ本体１０（図１）に取り付けられることとなる。さらに、圧力センサ２０の前端面と当接してこれを覆う底部２１ｂを有し、その底部２１ｂの外周縁から軸線方向後方に立ち上がる形で、圧力センサ２０の外周面を覆う側壁部２１aが筒状に形成されている。そして、側壁部２１aには、後方側の開口端縁に近づくほど拡径する拡径部２１ｃが形成されている。拡径部２１ｃはその開口端縁に向かうにつれて拡径するテーパ状に形成されており、そのテーパ部分は図４のように縦断面において内周面の断面外形線が連続的に屈曲する形態をなしている。
【００１９】
そして、センサケース２１は、拡径部２１ｃの開口端縁における内径Ｄ１が、センサ保持部１１ｄの外径Ｄ２より大となるよう形成される。一方、側壁部２１ａとセンサ保持部１１ｄはしまりばめ嵌合する形で固定される。側壁部２１は、拡径部２１ｃの前端側に続く形で軸線方向に円筒状に延び、縦断面内面外形線が軸線Ｏと平行となるよう形成された直線部２１ｄを有し、その直線部２１ｄにおいてセンサ保持部１１ｄとしまりばめ嵌合するようになっている。また、拡径部２１ｃの最大径（拡径部２１ｃの軸半径方向における最大幅）はプラグホールＰＨの内径よりも小となるよう形成される。例えば、図３のように直線部２１ｄの外周面を基準面としたときに、拡径部２１ｃがその基準面より軸半径方向に突出する最大距離Ｌ１は１ｍｍ未満とするようにできる。なお、このような、センサケース２１の製造については、例えば深しぼり加工を用い、開口端部において上記形状の拡径部２１ｃが形成されるように金型を調整すればよい。
【００２０】
さらに、圧力センサ内蔵スパークプラグ１は以下のごとく組み立てることができる。図２のように、センサケース２１の側壁部２１aの内側空間において、各々環状に形成された板パッキン２２、圧電素子２３、電極板２４及び絶縁板２５を、底部２１ｂ上に下方（前方）から順次積み重ねる形で収容して、圧力センサ２０を組み立てる。このようにして組み立てた圧力センサ２０の内周面側において、絶縁チューブ２９を被せた取付座部１１ｃの貫通支持部１１ｅを軸線方向に沿うように挿通すると、圧力センサ２０はセンサ保持部１１ｄのセンサ支持端面１１ｆ側に所定の押圧力にて軸線方向に押圧保持される（図２（ａ））。このとき、電極板２４の端子２４ａに接続されたリード線２７は、図２（ｂ）のごとくセンサ保持部１１ｄのリード線挿通孔１１ｊと工具係合部１１ｃ’のリード線挿通孔１１ｋとに順次挿通される。また、側壁部２１a内周面がセンサ保持部１１ｄ外周面に対してしまりばめにて嵌合固定され、側壁部２１aには仮固定部Ｔが形成される。
【００２１】
さらに、図５のようにスパークプラグ本体１０と圧力センサ２０との天地を反転させ、センサケース２１をその底部２１ｂの外側から押圧具Ｐにて押圧すると、センサケース２１はその底部２１ｂ内周面が貫通支持部１１ｅの下端部外面に当接するまで軸線方向に移動し、圧力センサ２０はセンサ保持部１１ｄのセンサ支持端面１１ｆ側に、所定の押圧力にて軸線方向に押圧保持される。その状態にて、底部２１ｂの下端周縁に沿ってレーザー溶接機ＬＷからレーザービームＬＢを照射して全周レーザー溶接を施すことにより、底部２１ｂには軸線方向への移動不能にかつ密閉状態にて固定された第一溶接部Ｗ1が形成される。さらに、仮固定部Ｔの一部に重合する形で、側壁部２１aの全周に沿ってレーザー溶接機ＬＷからレーザービームＬＢを照射してレーザー溶接を施すことにより、側壁部２１aには軸線方向への移動不能にかつ密閉状態にて固定された第二溶接部Ｗ2が形成される（図５（a））。
【００２２】
さらに、図５（ｂ）のごとく再びスパークプラグ本体１０と圧力センサ２０との天地を反転させ、樹脂注入機ＲＩによりセンサケース２１の内部空間に樹脂を注入して、充填層２６によりセンサケース２１を密封する。以上により、圧力センサ内蔵スパークプラグ１の組み立てが完了する。
【００２３】
以上の説明は、圧力センサ内蔵スパークプラグの実施例についてのみ行ったが、本発明は圧力センサ内蔵グロープラグ等にも適用可能である。また、本発明の実施例では、主体金具の先端部に形成されたおねじをプラグホールの挿入孔に形成されためねじに螺合させることにより、圧力センサ内蔵スパークプラグをシリンダヘッドに固定しているが、その他の手段によって主体金具の取付座部をプラグホールの座面に対して押圧固定する態様であっても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である圧力センサ内蔵スパークプラグの半断面正面図及び部分拡大断面図。
【図２】図１の圧力センサ内蔵スパークプラグの組立工程を示す斜視図及び一部破断正面図。
【図３】図１の圧力センサの要部を拡大して示す拡大図。
【図４】センサケースに関して示す側面一部断面図。
【図５】図２に続く組立工程を示す一部破断正面図。
【符号の説明】
１      圧力センサ内蔵スパークプラグ（圧力センサ内蔵プラグ）
１０    スパークプラグ本体（プラグ本体）
１１    主体金具
１１ａ  取付部
１１ｄ  センサ保持部
２０    圧力センサ
２１    センサケース
２１ａ  側壁部
２１ｃ  拡径部
【図１】
0004636703.tif 000002
【図２】
0004636703.tif 000003
【図３】
0004636703.tif 000004
【図４】
0004636703.tif 000005
【図５】
0004636703.tif 000006