(57)【要約】【課題】耐久性及び信頼性を確保することができるとともに安定した良好なセンサ感度を有する燃焼圧力センサ付きグロープラグを提供する。【解決手段】燃焼圧力センサ付きグロープラグ１３０では、ヒータ４と外筒５が固定され、その外筒５からシース５０が後端側に延びるように固定されている。ヒータ４と外筒５とシース５０と中軸６とによってヒータアッセンブリ４１が構成されている。そして、これらが主体金具１に対して軸方向（図６中上下方向）にスライド可能とされている。また、外筒５と主体金具１との間に保持部材８０が配置されている。保持部材８０は、自己潤滑性を有する材料であるグラファイトから構成されている。【選択図】図６
2007177782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に沿って延びるとともに、筒状に形成された主体金具と、
棒状に形成され先端部が前記主体金具の先端から突出するように配置され通電により発熱する発熱部を有するヒータと前記ヒータの後端側に設けられ当該ヒータと電気的に導通される中軸とを有するヒータアッセンブリと、
前記ヒータアッセンブリと前記主体金具との間に配置され、該ヒータアッセンブリを該主体金具にスライド可能に保持する、自己潤滑性と耐熱性を有する材料からなる保持部と、
前記ヒータアッセンブリのスライドを検知して当該ヒータアッセンブリの先端側に印加される内燃機関の燃焼圧力を検出するための圧力検出素子と、  
を具備したことを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【請求項２】
請求項１記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
前記保持部は、前記主体金具と、前記ヒータアッセンブリとの間に、自己潤滑性を有する材料からなる部材を介挿して形成されていることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【請求項３】
請求項１記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
前記保持部は、前記主体金具の内側と、前記ヒータアッセンブリの外側の少なくともいずれか一方に自己潤滑性を有する材料をコーティングして形成されていることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか１項記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
前記保持部は、表面の静止摩擦係数が０．２より小さくされていることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか１項記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
前記保持部は、弾性を有することを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれか１項記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
前記保持部は、前記ヒータ以上の熱伝導率を有することを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれか１項記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
前記保持部は、前記ヒータ以下の熱膨張率を有することを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【請求項８】
請求項１乃至７いずれか１項記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
前記自己潤滑性を有する材料は、グラファイト、滑石、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素のいずれかであることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【請求項９】
請求項１乃至８いずれか１項記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
前記ヒータは、前記発熱部より後端側に位置して該発熱部に通電するための電極取り出し部を備え、前記保持部は、前記発熱部と、前記電極取り出し部との間に配設されていることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【請求項１０】
請求項１乃至９いずれか１項記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
前記ヒータは、前記発熱部がセラミック基体に埋設されるセラミックヒータであって、前記ヒータと前記保持部は、間に他の部材を介さずに直接接触していることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０いずれか１項記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
前記ヒータアッセンブリは、前記ヒータの外側に設けられた円筒状の外筒を具備し、前記保持部は、当該外筒と前記主体金具との間に配置されていることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【請求項１２】
請求項１〜１１いずれか１項記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
前記保持部は、前記主体金具と前記ヒータアッセンブリとの間を気密に閉塞することを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【請求項１３】
請求項１〜１２いずれか１項記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
前記圧力検出素子が、Ｓｉ型圧力検出素子、又はＳＯＩ型圧力検出素子であることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【請求項１４】
請求項１３項記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
前記ヒータアッセンブリに機械的に接続され後端側に延びるシースと、前記主体金具とに固定されるとともに前記ヒータアセンブリのスライドに応じて変形するダイアフラムに、前記圧力検出素子が設けられていることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【請求項１５】
請求項１３記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
前記圧力検出素子が、前記主体金具と前記中軸とに固定されるとともに前記中軸のスライドに応じて変形するダイアフラムに設けられていることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【請求項１６】
請求項１４又は１５記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
前記圧力検出素子が、前記ダイアフラムに複数設けられていることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関に使用される燃焼圧力センサ付きグロープラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車用のディーゼルエンジンの着火始動補助等にグロープラグが使用されている。このようなグロープラグは、筒状の主体金具と、先端が突出するように主体金具内に収容保持されたヒータと、このヒータの後端側に設けられ、主体金具内に収容保持された中軸（グローヒータ電極）とを備えた構造のものが知られている。また、燃焼圧力を検出するための燃焼圧力センサ付きグロープラグとして、例えば圧力検出素子を主体金具の後端側に設け、主体金具に固定保持された中軸及びヒータが、燃焼圧力に応じて主体金具に対し微小変位する際のこの微小変位を圧力検出素子によって検出し、燃焼圧力を検出する構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、このような構造の燃焼圧力センサ付きグロープラグでは、燃焼圧力の変動に対して、中軸及びヒータが主体金具に対して変位する変位量は、極めて僅かである。このため、高いセンサ感度を得ることが困難であるという問題がある。
【０００３】
また、ヒータを軸方向にスライド可能に主体金具内に保持し、ヒータと主体金具の先端側との間に弾性体からなるＯリングを配置して、これらのヒータと主体金具との間をスライド可能にかつ気密に閉塞する構造とすることも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、このようにヒータをＯリングで主体金具の先端側に保持する構造では、長期間使用すると、Ｏリングとヒータとの界面摩擦により、Ｏリングが経たってしまったり、その界面の気密が劣化してしまったりすることで、出力が変化する恐れがあり、長期的に安定した良好なセンサ感度が得られないという問題がある。この問題は、Ｏリングが高温に晒される状況において、顕著に表れる。また、樹脂からなるＯリングが高温に晒されることから、十分な耐久性及び信頼性を確保することが困難になるという問題がある。
【特許文献１】特開２００４−１２４９１０号公報
【特許文献２】特開２００５−９０９５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のとおり、従来技術においては、耐久性及び信頼性の確保と安定した良好なセンサ感度の両立が困難であるという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、耐久性及び信頼性を確保することができるとともに安定した良好なセンサ感度を有する燃焼圧力センサ付き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】
本発明の燃焼圧力センサ付きグロープラグは、  軸方向に沿って延びるとともに、筒状に形成された主体金具と、棒状に形成され先端部が前記主体金具の先端から突出するように配置され通電により発熱する発熱部を有するヒータと前記ヒータの後端側に設けられ当該ヒータと電気的に導通される中軸とを有するヒータアッセンブリと、前記ヒータアッセンブリと前記主体金具との間に配置され、該ヒータアッセンブリを該主体金具にスライド可能に保持する、自己潤滑性と耐熱性を有する材料からなる保持部と、前記ヒータアッセンブリのスライドを検知して当該ヒータアッセンブリの先端側に印加される内燃機関の燃焼圧力を検出するための圧力検出素子と、を具備したことを特徴とする。
【０００７】
本発明の燃焼圧力センサ付きグロープラグでは、自己潤滑性と耐熱性を有する材料からなる保持部によって、ヒータアッセンブリを主体金具にスライド可能に保持する。このように自己潤滑性を利用してヒータアッセンブリを可動とすることにより、可動範囲を大きくとることができ、感度の向上を図ることができるとともに、長期的な特性の安定化を図ることができる。そして、耐熱性を有しているので、十分な耐久性及び信頼性を確保することができる。なお、本発明でいう耐熱性とは、３００℃の空気中で、劣化（消耗）しない材料のことを指す。３００℃とは、エンジン稼働時における燃焼圧力センサ付きグロープラグの主体金具先端部の温度を実測することにより、３００℃を超えないことを確認した上、規定したものである。
【０００８】
本発明における保持部は、ヒータアッセンブリのスライド性を損なうことなく適度に気密封止を行うことができる。この良好なスライド性は、保持部が潤滑剤を与えなくても摩擦抵抗の小さい自己潤滑性を有する材料から構成されていることによる。従って、本発明の燃焼圧力センサ付きグロープラグでは、自己潤滑性を有する材料から構成された保持部を有することで、燃焼圧力の良好な検出感度を得ることができる。
【０００９】
本発明の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、上記の保持部は、別部品として構成した自己潤滑性を有する材料からなる部材をヒータアッセンブリと主体金具との間に介挿して形成しても良く、また、主体金具の内側とヒータアッセンブリの外側の少なくともいずれか一方に自己潤滑性を有する材料をコーティングしてコーティング層として形成しても良い。
【００１０】
また、本発明の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、保持部は、その表面の静止摩擦係数が０．２未満とされている。このように静止摩擦係数を０．２未満とする理由は、以下のような理由がある。すなわち、燃焼による圧力は、アイドル時等の小さい場合で約４ＭＰａ程度となるが、ヒータアセンブリを圧力伝達のために可動とするには、この燃焼圧力からヒータアッセンブリが受ける軸方向荷重が、ヒータアッセンブリと主体金具との間の静止摩擦力より大きいことが必須となる。つまり、
静止摩擦係数×保持力（Ｎ）＝摩擦力＜最小燃焼圧（Ｐａ）×受圧面積（Ａｍ2）
→静止摩擦係数＜４ＭＰａ×Ａｍ2÷保持力（Ｎ）…（１）
となる。
【００１１】
ここで、受圧面積はグロープラグヒータ部の断面積となり、近年の一般的なグロープラグヒータ部の直径は５ｍｍ以下である。このためＡは約２×１０-5（ｍ2）である。また、保持力（ｍＮ）は、著しく低い場合にヒータアセンブリと保持部との間の気密性が著しく低下するため、下限がある。この保持力の下限は、縦軸をリーク量、横軸を保持力として気密性試験（印加圧４ＭＰａ）の結果を表した図１６のグラフに示されるように、約４００Ｎ程度である。これらの数値を式（１）に代入した結果、静止摩擦係数＜０．２となる。以上の結果から、本発明における「自己潤滑性を有する」とは、保持部の表面（保持部とヒータアッセンブリとの界面）の静止摩擦係数が０．２より小さいことを意味している。このような静止摩擦係数の測定は、図１７に示すように、一定の荷重Ｆｘで保持部材８を押圧しながら軸方向の荷重Ｆｙを増加させていき、ヒータ４がスライドした時の荷重をＦｙｍａｘとすると、
荷重Ｆｙｍａｘ（静止摩擦力）＝μ（（最大）静止摩擦係数）×荷重Ｆｘ（押圧荷重）
として測定することができる。
【００１２】
また、保持部は、より好ましくは復元率、圧縮率ともに１０％以上の弾性を有することが好ましい。この弾性により、保持部を充填する際に、ヒータアセンブリと保持部間を隙間無く封止し、燃焼の熱がグロープラグ内部に侵入することを防止することが可能となる。また、ヒータアセンブリ自体に径方向振動が加わった際の制振材としても有効である。
【００１３】
また、ヒータの発熱による熱がグロープラグ内部に伝達しないように、熱を逃がす高熱伝導性を有する材料を用いることが好ましい。つまり、保持部はヒータ以上の熱伝導率を有することで、ヒータからの熱を効果的にエンジンヘッド等に放熱することができる。これにより、グロープラグ内部や燃焼圧センサが高温になりにくいため、燃焼圧力センサ付きグロープラグの耐久性が向上する。さらに、低温時と高温時とで、保持部のヒータアッセンブリを保持する力が変化することによって、センサ出力値が変化しないように、低熱膨張率の材料を用いることが好ましい。つまり、保持部は主体金具以下の熱膨張率であれば、高温時におけるセンサ出力値変化を低減することができる。
【００１４】
以上のような要求を充足する自己潤滑性を有する材料としては、グラファイト、滑石、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素等が例示される。なお、保持部は、上記材料で構成されても良いが、以上のような要求を満たす限り、上記材料の他に別の材料を含んでいても良い。更にこれらの材料の中でも、グラファイトは、特に好ましい材料の１つである。通常のグラファイトは比較的硬い材料であり弾性の面で適さないが、グラファイト粉末に酸処理、熱処理を施すことにより、粉末が膨張し、この膨張粉末を加圧して成形することにより良好な弾性を付与することが可能となる。
【００１５】
また、前記ヒータは、前記発熱部より後端側に位置して該発熱部に通電するための電極取り出し部を備え、前記保持部は、前記発熱部と、前記電極取り出し部との間に配設することが好ましい。保持部をこのような位置に配置することにより、ヒータの発熱により発熱部の温度が著しく上昇した場合にも、ヒータ電極取り出し部の電気接続信頼性が維持できなくなることを防止できる。更に、前記発熱部がセラミック基体に埋設されるセラミックヒータを使用する場合は、ヒータに直接自己潤滑性を有する材料が接する構造とすることにより、ヒータからの熱の伝導を促進できるとともに、セラミック自体も自己潤滑性を有するためヒータの可動構造として好適となる。
【００１６】
また、ヒータの外側に円筒状の外筒が設けられている場合、保持部は、当該外筒と主体金具との間に配置することができる。また、保持部は、主体金具とヒータアセンブリとの間を気密に閉塞することができる。
【００１７】
また、圧力検出素子としては、Ｓｉ型圧力検出素子、又はＳＯＩ型圧力検出素子を用いることができる。このような圧力検出素子は、例えば、主体金具と中軸とに固定されるとともに、中軸のスライドに応じて変形するダイアフラムに設けるか、或いは、ヒータアッセンブリに機械的に接続され後端側に延びるシースと、主体金具とに固定されるとともにヒータアセンブリのスライドに応じて変形するダイアフラムに設けることができる。これにより、高感度で燃焼圧力を検出することができる。この場合、圧力検出素子を、ダイアフラムに複数設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、耐久性及び信頼性を確保することができるとともに安定した良好なセンサ感度を有する圧力センサ付きグロープラグを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００の軸線を含む方向における全体構成を示す断面図である。
【００２０】
燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００は、例えば、炭素鋼等の金属からなり、円筒状に形成された主体金具（ハウジング）１を具備している。主体金具１の外周面には、燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００を図示しない内燃機関（エンジンブロック）に取り付けるためのねじ部２が形成されている。このねじ部２より後端側の外周部には、主体金具１を内燃機関に取り付ける際に、スパナやレンチ等の工具を係合させる工具係合部３が設けられている。
【００２１】
この主体金具１の先端側（図１中左側）には、その先端部が突出するように軸状（円柱状）のヒータ４が設けられている。このヒータ４は、その先端部を除いて外側周囲を、ＳＵＳ等の金属製の外筒５により覆われており、この外筒５は、主体金具１に保持されている。この外筒５の内径は、ヒータ４が軸方向（図１中左右方向）にスライド可能とされるように、ヒータ４の外径よりも大きく構成されている。これによって、ヒータ４は、実質的に主体金具１に対して軸方向にスライド可能に保持されている。また、このヒータ４は、絶縁性セラミック（窒化ケイ素を主体）からなる基体の内部に、導電性セラミックからなる断面略Ｕ字状の発熱部４２と、その発熱部４２の両側にそれぞれ接続され、ヒータ４の後端に向かって軸方向に沿って略平行に延びるリード部４３とが埋設された構造を有している。また、ヒータ４（リード部）と外筒５とは、板バネ２０を介して、電気的に接続される。このヒータ４は、通電することによって発熱し、これによって内燃機関の始動を補助する。
【００２２】
また、このヒータ４の後端側（図１中右側）の主体金具１の内部には、導電性の金属等からなり、棒状（円柱状）に形成され、ヒータ４と電気的に接続された中軸６が設けられている。この中軸６は、ヒータ４を電気的に後端側に引き出す電極（グローヒータ電極）としての作用を担うものであり、その先端側がキャップリード７を介してヒータ４と電気的に、かつ機械的に接続され、ヒータアッセンブリ４０を構成している。この中軸６は、ヒータ４と共に、主体金具１に対して軸方向（図１中左右方向）にスライド可能とされている。なお、本実施形態でのヒータの電極取り出し部とは、板バネ２０とキャップリードのことを指す。
【００２３】
中軸６の先端部（図中左側）の近傍には、中軸６と主体金具１との間に充填されるように、保持部を構成するための保持部材８が設けられている。この保持部材８は、中軸とヒータとが一体化したヒータアッセンブリ４０を主体金具に挿入し、その隙間に滑石の粉末を充填した後、円筒状のプレスピンで加圧して環状に形成されており、その後、外筒５と板バネ２０を配置させている。この保持部材８により、中軸６と主体金具１との間を適度に気密にし、かつ、中軸６が主体金具１に対して軸方向にスライド可能な状態に保持する。この保持部材８は、内燃機関の燃焼圧に耐えうる強度と必要とされる気密性を確保可能な構成とする必要がある。しかし、必要以上に軸方向の長さを長くすると中軸６のスライド性を悪化させる。このため、保持部材８の軸方向長さは５ｍｍ以下程度とすることが好ましい。なお、滑石は、ＳｉＯ、ＭｇＯから構成されるが、保持部材８は、滑石を主成分とするものであれば、滑石以外の物質を含んでいても良い。また、保持部材８は、滑石に限らず自己潤滑性と耐熱性を有する他の物質から構成しても良い。但し、保持部材８は、中軸６と主体金具１との間に配置されるために電気的に絶縁する絶縁部材を兼ねたものである必要がある。
【００２４】
中軸６の後端には、図２に示すように、圧力検出素子９が設けられている。この圧力検出素子９は、中軸６に絶縁部材１０を介して固定された略円板状のダイアフラム１１に設けられており、本実施形態では、図３に示すようにダイアフラム１１の周方向に沿って等間隔で４個設けられている。なお、圧力検出素子９は、４個に限らず、１個以上幾つ設けても良い。ダイアフラム１１の周縁部は主体金具１に対して固定されており、中軸６が主体金具１に対してスライドすると、ダイアフラム１１が変形するようになっている。
【００２５】
圧力検出素子９の後端側には、これらの圧力検出素子９から出力された信号を処理するための電子回路１２が設けられている。そして、主体金具１の後端部は、カバー１３によって覆われており、中軸６の後端部は、このカバー１３に設けられた開口部１４から外部にまで導出されている。
【００２６】
圧力検出素子９は、例えば、Ｓｉ素子、ＳＯＩ素子から構成されており、圧力が加わった際の歪みに応じた電気信号を出力するように構成されている。そして、ヒータ４の先端部に燃焼圧力が加わると、ヒータ４及び中軸６、つまりヒータアセンブリ４０が後端側にスライドし、ダイアフラム１１が変形する。このダイアフラム１１の変形に応じて圧力検出素子９が歪み、圧力検出素子９から信号が出力され、この圧力検出信号が電子回路１２によって処理され、外部に導出されるようになっている。この信号は、ＥＣＵなどの制御機器に入力され、内燃機関（エンジン）内における燃焼圧の変化が検知される。
【００２７】
なお、図２において、１５は絶縁部材であり、この絶縁部材１５としては、例えば、保持部材８と同様に、滑石の粉末を充填した後加圧して環状に形成した部材等を使用することができる。
【００２８】
上記構成の燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００では、中軸６と主体金具１との間に、滑石を加圧して環状に形成された保持部材８を設けて適度に気密封止を行っている。滑石は、耐熱性及び耐食性に優れているため、樹脂等からなるＯリングを用いて気密封止を行った場合に比べて耐久性を向上させることができ、信頼性を確保することができる。滑石からなる保持部材８は、各部を弾性的に保持することができ、さらに自己潤滑性を有することからスライド性を損なうことなく中軸６と主体金具１との間の気密封止を適度に行うことができる。これによって、燃焼圧力の安定した良好な検出感度を得ることが可能となる。
【００２９】
次に、図４，５を参照して第２，３の実施形態について説明する。これらの第２，３の実施形態において、上述した第１の実施形態と対応する部分については、同一の符号を付して、重複した説明は省略する。
【００３０】
図４は、第２の実施形態に係る燃焼圧力センサ付きグロープラグ１１０の構成を示すものである。この実施形態では、図１に示した実施形態の場合に比べて、より後端側（図４中右側）に保持部材８が配置されている。このように、保持部材８の配置位置は、中軸６の先端部分に限られず、より後端側の部位であってもよい。
【００３１】
図５は、第３の実施形態に係る燃焼圧力センサ付きグロープラグ１２０の要部構成を示すものである。この実施形態では、ヒータ４と外筒５が固定され、ヒータ４と外筒５と中軸６とによってヒータアッセンブリ４１が構成されている。そして、これらが主体金具１に対して軸方向（図５中左右方向）にスライド可能とされており、かつ外筒５の後端側の鍔部は、主体金具１と当接している。また、外筒５と主体金具１との間、すなわち実質的にヒータ４と主体金具１との間に、保持部材８が配置されている。このように、保持部材８の配置位置は、中軸６と主体金具１との間に限られず、ヒータ４（外筒５）と主体金具１との間であっても良い。
【００３２】
図６，７は、第４の実施形態に係る燃焼圧力センサ付きグロープラグ１３０の要部構成を示すものである。この実施形態では、ヒータ４と外筒５が固定され、その外筒５からシース５０が後端側に延びるように固定されている。ヒータ４と外筒５とシース５０と中軸６とによってヒータアッセンブリ４１が構成されている。なお、外筒とシースとは同一部材であっても良い。そして、これらが主体金具１に対して軸方向（図６中上下方向）にスライド可能とされている。また、外筒５と主体金具１との間に保持部材８０が配置されている。保持部材８０は、自己潤滑性を有する材料であるグラファイトから構成されている。すなわち、グラファイト粉末に酸処理、熱処理を施すことによりグラファイト粉末を膨張させ、この膨張粉末を加圧して成形して構成されている。このような工程によってグラファイト粉末を成形することにより、保持部材８０に良好な弾性を付与することができる。
【００３３】
上記保持部材８０の成形工程としては、例えば図８に示す工程を好適に使用することができる。すなわち、この工程では、まず、図８（ａ）に示すように、シート状に成形したグラファイトシート材８０を外筒５に巻き付けた状態とする。そして、この状態から、図８（ｂ）に示すように、主体金具１の先端部材８２を主体金具１に取り付ける際に、グラファイトシート材８０を軸方向に加圧して変形させ、軸方向に収縮させるとともに径方向に膨張させ、外筒５と主体金具１との間に隙間無く密着させる。
【００３４】
図７に示すように、本実施形態では、シース５０と主体金具１との間にダイアフラム１１が設けられており、このダイアフラム１１上に圧力検出素子９が設けられている。圧力検出器９の圧力検出信号は、電子回路１２によって処理され、外部に導出されるようになっている。なお、図７において８３はＯリングであり、本実施形態では、先端側に設けられた保持部材８０と、後端側に設けられたＯリング８３とによって確実な気密封止を行うとともに、Ｏリング８３が高熱に晒されることのない構成となっている。Ｏリング８３は、高温に晒されないため、ヒータアッセンブリ４１との摩擦による劣化（消耗）は起きにくいが、好ましくは自己潤滑性を有する材料であることが好ましい。また、この場合、先端側に設けられた保持部材（グラファイト）８０は、ヒータより高い熱伝導率を有しているので、効果的にヒータ４の熱を主体金具１に伝えて逃がすことにより、より後端側へ熱が侵入することを防止する。また、このように熱の侵入を防止することによって、ヒータ電極取り出し部７，２０の電気接続信頼性が維持できなくなることを防止できる。さらに、保持部材（グラファイト）８０は、熱膨張率が低い材料であるので、高温時におけるセンサ出力値の変化を低減することができる。
【００３５】
上記構成の燃焼圧力センサ付きグロープラグ１３０では、中軸６と主体金具１との間に、グラファイトから形成された保持部材８０を設けて適度に気密封止を行っている。グラファイトは、耐熱性及び耐食性に優れているため、樹脂等からなるＯリングを用いて気密封止を行った場合に比べて耐久性を向上させることができ、信頼性を確保することができる。グラファイトからなる保持部材８０は、各部を弾性的に保持することができ、さらに自己潤滑性を有することからスライド性を損なうことなく中軸６と主体金具１との間の気密封止を適度に行うことができる。これによって、燃焼圧力の安定した良好な検出感度を得ることが可能となる。
【００３６】
図９は、第５の実施形態に係る燃焼圧力センサ付きグロープラグ１４０の要部構成を示すものである。この燃焼圧力センサ付きグロープラグ１４０では、ヒータアセンブリ４１（外筒５）の外側と主体金具１の内側の少なくとも一方に、自己潤滑性を有する材料をコーティングしたコーティング層９０によって、保持部が形成されている。このように保持部材８等の別部材を用いることなくコーティング層９０等によって保持部を形成することもできる。この場合、被コーティング部に化成皮膜処理を施し、含浸、スプレー、はけ塗り等でコーティング材料を塗布し、常温又は加熱による乾燥を行う方法等によって、コーティング層９０を形成することができる。
【００３７】
図１０は、第６の実施形態に係る燃焼圧力センサ付きグロープラグ１５０の要部構成を示すものである。この燃焼圧力センサ付きグロープラグ１５０では、外筒５を介さずに、セラミックからなるヒータ４が直接保持部材８と当接する構造となっている。このような構造の燃焼圧力センサ付きグロープラグ１５０では、ヒータ４から保持部材８への熱伝導を促進することができる。
【００３８】
次に、上記した圧力検出素子９の製造方法について説明する。圧力検出素子９は、例えば、Ｓｉウエハから、図１１に示すような工程によって製造することができる。
【００３９】
すなわち、図１１（ａ）に示すＳｉウエハ（例えば、厚み４００μｍ、抵抗値１０〜２０Ω・ｃｍ、Ｎ型）２０１に、まず、図１１ｂ）に示すように酸化膜２０２（膜厚例えば１００ｎｍ）を形成した後、矩形のピエゾ抵抗体形状（及び直線の温度センサ形状）にパターニングする。
【００４０】
次に、イオン注入装置により、Ｓｉウエハ１００の表層にボロンをドーピングし（ボロン濃度例えば１×１０18〜３×１０20ａｔｏｍ／ｃｍ3）、この後、アニール（例えば、窒素雰囲気中、温度９５０℃で３０分）することによって図１１（ｃ）に示すようにピエゾ抵抗体２０３（及び温度センサ）を形成する。
【００４１】
次に図１１（ｄ）に示すように、ピエゾ抵抗体２０３（及び温度センサ）の保護膜として、ＨＴＯ膜２０４を成膜し（例えば、成膜ガス：ＳｉＨ２Ｃｌ２＋Ｎ２Ｏ、温度９００℃、膜厚３００ｎｍ）、図１１（ｅ）に示すようにＨＴＯ膜２０４にコンタクトホール２０５を形成した後、このコンタクトホール２０５の部分に図１１（ｆ）に示すようにパッド２０６（例えば、Ｐｔ／ＴｉＮ／ＰｔＳｉ）を形成する。
【００４２】
次に、図１１（ｇ）に示すように、下ガラス２０７を陽極接合し、この後図１１（ｈ）に示すように、上ガラス２０８を陽極接合する。
【００４３】
また、圧力検出素子９は、例えば、ＳＯＩウエハから、図１２に示すような工程によって製造することができる。
【００４４】
すなわち、図１２（ａ）に示すように表面側（図中上側）から順に活性層（例えば、厚み１．５μｍ、抵抗値１０〜２０Ω・ｃｍ、Ｐ型）、中間層（例えば、厚み１μｍ）、支持層（例えば、厚み５２５μｍ、抵抗値１０〜２０Ω・ｃｍ、Ｐ型）を有するＳＯＩウエハ３０１を用い、まず、図１２（ｂ）に示すように、イオン注入装置により、ＳＯＩウエハ３０１の活性層にボロンをドーピング（ボロン濃度例えば１×１０18〜３×１０20ａｔｏｍ／ｃｍ3）し、アニール（例えば、窒素雰囲気中、温度１０００℃で５時間）することによってピエゾ抵抗体３０２（及び温度センサ）を形成する。
【００４５】
次に、活性層上にレジストを矩形のピエゾ抵抗体形状（及び直線の温度センサ形状）にパターニングした後、レジストをマスクとして活性層のシリコンを矩形のピエゾ抵抗体３０３（及び直線の温度センサ形状）の部分だけを残してエッチング（例えばＲＩＥ）し、図１２（ｃ）に示すように誘電体分離を行う。
【００４６】
次に図１２（ｄ）に示すように、ピエゾ抵抗体３０３（及び温度センサ）の保護膜として、ＨＴＯ膜３０４を成膜し（例えば、成膜ガス：ＳｉＨ２Ｃｌ２＋Ｎ２Ｏ、温度９００℃、膜厚３００ｎｍ）、図１２（ｅ）に示すようにＨＴＯ膜３０４にコンタクトホール３０５を形成した後、このコンタクトホール３０５の部分に図１２（ｆ）に示すようにパッド３０６（例えば、Ｐｔ／ＴｉＮ／ＰｔＳｉ）を形成する。
【００４７】
次に、図１２（ｇ）に示すように、下ガラス３０７を陽極接合し、この後図１２（ｈ）に示すように、上ガラス３０８を陽極接合する。
【００４８】
また、ダイアフラム１１に圧力検出素子９を貼り付ける場合、図１３に示すように、１つのＳｉウエハ基板上に複数（例えば４つ）の圧力検出素子９を具備し、中央部に中軸６が貫通可能な開孔を有する形状にＳｉウエハを加工し、これをダイアフラム１１に貼り付けるようにすることができる。
【００４９】
図１３に示す工程のうち、図１３（ａ）〜（ｆ）の工程は、図１１（ａ）〜（ｆ）に示した工程に相当し、図１３（ｇ）は、Ｓｉウエハ２０１にエッチングにより開孔２０９を形成する工程、図１３（ｈ）は、開孔を有する下ガラス２１０を陽極接合する工程、図１３（ｉ）は、開孔を有する上ガラス２１１を陽極接合する工程を示している。このようにして製造した複数の圧力検出素子９を有する１枚のＳｉ基板をダイアフラム１１に貼り付ければ、１つずつ圧力検出素子９を貼り付けるよりも、容易に製造することができる。
【００５０】
また、同様な工程をＳＯＩウエハを用いて行う場合は、図１４に示すようにして行う。すなわち、図１４（ａ）〜（ｆ）の工程は、図１２（ａ）〜（ｆ）に示した工程に相当し、図１４（ｇ）は、ＳＯＩウエハ３０１にエッチングにより開孔３０９を形成する工程、図１４（ｈ）は、開孔を有する下ガラス３１０を陽極接合する工程、図１４（ｉ）は、開孔を有する上ガラス３１１を陽極接合する工程を示している。
【００５１】
また、図１５に示すように、ＳＯＩウエハに形成したピエゾ抵抗体をメタルウエハ（ダイアフラム）に接合させ、ＳＯＩウエハの支持層をエッチングにより除去する方法もある。すなわちこの方法では、図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＳＯＩウエハ３０１の活性層にボロンをドーピングし、アニールすることによってピエゾ抵抗体３０２を形成し、活性層のシリコン及び中間層を矩形のピエゾ抵抗体３０３の部分だけを残してエッチングし、ダイシングする。
【００５２】
一方、図１５（ｄ）、（ｅ）に示すように、メタルウエハ４０１にガラス層４０２を形成する。そして、図１５（ｆ）に示すように、メタルウエハ４０１のガラス層４０２の上に、ＳＯＩウエハ３０１のピエゾ抵抗体３０３を接合し、この後、図１５（ｇ）に示すように、ＳＯＩウエハ３０１の支持層をエッチングにより除去する。
【００５３】
次に、図１５（ｈ）に示すように、ピエゾ抵抗体３０３の上に絶縁膜５０１を形成し、図１５（ｉ）に示すように、電極パッド５０２を形成する。このようにして、メタルウエハ（ダイアフラム）４０１上に圧力検出素子を配置することができる。
【００５４】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃焼圧力センサ付きグロープラグの全体構成を示す断面図。
【図２】図１の燃焼圧力センサ付きグロープラグの要部を拡大して示す断面図。
【図３】図１の燃焼圧力センサ付きグロープラグの要部構成を拡大して示す図。
【図４】第２の実施形態に係る燃焼圧力センサ付きグロープラグの構成を示す断面図。
【図５】第３の実施形態に係る燃焼圧力センサ付きグロープラグの構成を示す断面図。
【図６】第４の実施形態に係る燃焼圧力センサ付きグロープラグの構成を示す断面図。
【図７】第４の実施形態の後端側の構成を示す断面図。
【図８】第４の実施形態の製造方法を説明するための断面図。
【図９】第５の実施形態に係る燃焼圧力センサ付きグロープラグの構成を示す断面図。
【図１０】第６の実施形態に係る燃焼圧力センサ付きグロープラグの構成を示す断面図。
【図１１】圧力検出素子の製造方法を説明するための図。
【図１２】圧力検出素子の製造方法を説明するための図。
【図１３】圧力検出素子の製造方法を説明するための図。
【図１４】圧力検出素子の製造方法を説明するための図。
【図１５】ダイアフラムに接合させた圧力検出素子の製造方法を説明するための図。
【図１６】気密性試験の測定結果を示すグラフ。
【図１７】静止摩擦係数の測定方法を説明するための断面図。
【符号の説明】
【００５６】
１……主体金具、４……ヒータ、６……中軸、８……保持部材、９……圧力検出素子、１００……燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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