(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸孔を有し、内燃機関の取付孔内に設けられる雌ねじと螺合するねじ山が自身の外周面に形成された筒状の主体金具と、当該主体金具の前記軸孔内に保持されるヒータと、当該ヒータの軸中心から径方向にずれた位置に設けられる温度センサとを備えたグロープラグであって、
前記主体金具は、
軸線方向先端側に配置され、前記ヒータを自身の先端側から突出させる筒状の第１の主体金具と、
軸線方向後端側に配置され、前記ねじ山が形成された筒状の第２の主体金具と
が同一軸線上で接合してなるものであって、
前記第１の主体金具の軸線方向後端部と、前記第２の主体金具の軸線方向先端部との間には、前記取付孔内に配置された前記第１の主体金具に対して、前記第２の主体金具を回転自在に支持するベアリングが配置されている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、内燃機関に取り付けられて気筒内の温度を測定する機能を備えたグロープラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、発熱ヒータの表面に温度センサを設けた温度測定用のグロープラグが知られている（例えば、特許文献１参照）。このグロープラグの主体金具の外面には、内燃機関の取付孔内に形成された雌ねじに対応するねじ山が形成されている。これによりグロープラグを内燃機関の取付孔に取り付けることができる。このグロープラグを用いて、内燃機関の気筒内の温度測定を行う場合、気筒内の所望の位置に向けて温度センサが配置されるように、グロープラグを内燃機関の取付孔に取り付けなければならない。
【特許文献１】特開２００１−３３６４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載のグロープラグでは、主体金具のねじ山のねじ切り開始位置は既に決まっている。つまり、そのねじ山を内燃機関の取付孔の雌ねじに螺合させると、気筒内における温度センサの向く方向は決まってしまう。従って、主体金具のねじ山のねじ切り開始位置に対して温度センサを周方向にずらしたグロープラグを数本作製しておき、その中から内燃機関の取付孔に取り付けられた状態で温度センサが所望の部分に向けられたグロープラグを選択しなければならず、非常に手間であった。
【０００４】
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、温度センサの向きを変えることなく、グロープラグを取付孔に取り付けることができる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】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のグロープラグは、軸孔を有し、内燃機関の取付孔内に設けられる雌ねじと螺合するねじ山が自身の外周面に形成された筒状の主体金具と、当該主体金具の前記軸孔内に保持されるヒータと、当該ヒータの軸中心から径方向にずれた位置に設けられる温度センサとを備えたグロープラグであって、前記主体金具は、軸線方向先端側に配置され、前記ヒータを自身の先端側から突出させる筒状の第１の主体金具と、軸線方向後端側に配置され、前記ねじ山が形成された筒状の第２の主体金具とが同一軸線上で接合してなるものであって、前記第１の主体金具の軸線方向後端部と、前記第２の主体金具の軸線方向先端部との間には、前記取付孔内に配置された前記第１の主体金具に対して、前記第２の主体金具を回転自在に支持するベアリングが配置されている。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に係る発明のグロープラグでは、温度センサを所望の位置に向けた状態で、内燃機関の取付孔内に対して第１の主体金具が先に取り付けられ、その後、ベアリングを介して第２の主体金具が取り付けられる。従って、第２の主体金具のねじ山を取付孔の雌ねじに螺合させて取り付ける際、ベアリングの滑り効果によって第１の主体金具が回転しない。つまり、取付孔に先に取り付けられた第１の主体金具に対して、ベアリングを介して第２の主体金具のみが回転する。よって、第２の主体金具のねじ山のねじ切り開始位置に個体差があっても、温度センサの向きを変えることなく、取付孔内にグロープラグを取り付けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施形態であるグロープラグ１について、図面を参照して説明する。図１は、グロープラグ１の外観図であり、図２は、グロープラグ１の縦断面図であり、図３は、図２に示すＩ−Ｉ線矢視方向断面図であり、図４は、図３に示すＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図であり、図５は、取付孔１５４へのグロープラグ１の取付方法を示す図である。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，図２における下側）をグロープラグ１の先端側として説明する。
【０００８】
はじめに、本実施形態であるグロープラグ１の構造について説明する。図１に示すグロープラグ１は、例えば、直噴式ディーゼルエンジン１５０（以下、エンジン１５０と略す）の取付孔１５４に取り付けられ、エンジン１５０の始動時の点火を補助する熱源として利用されるものである。
【０００９】
図２に示すように、グロープラグ１は、内部に発熱抵抗体２７を有するセラミックヒータ２０と、当該セラミックヒータ２０を径方向に保持するヒータ保持部材８０と、セラミックヒータ２０の後端部に連結され、軸線Ｏに沿って後端側に延設された棒状の中軸３０と、ヒータ保持部材８０の後端部（後述する金具嵌合部８３）に接合された筒状の第１主体金具４０と、当該第１主体金具４０の後端側に、リング状のオイルレスベアリング６０を介して配置された筒状の第２主体金具５０とを備えている。そして、第２主体金具５０をエンジン１５０の取付孔１５４に取り付けられることによって、グロープラグ１がエンジン１５０に取り付けられる。以下、各部材について説明する。
【００１０】
まず、セラミックヒータ２０について説明する。図２に示すように、セラミックヒータ２０は丸棒状に形成されている。その先端部２２は、半球状に曲面加工された絶縁性セラミックからなる基体２１を有する。その基体２１の内部には、導電性セラミックからなる断面略Ｕ字状の発熱素子２４が埋設されている。この発熱素子２４は、先端部２２の曲面にあわせて両端が略Ｕ字状に折り返された発熱抵抗体２７（図２乃至図４参照）と、当該発熱抵抗体２７の両端にそれぞれ接続され、セラミックヒータ２０の後端部２３に向けて軸線Ｏに沿って互いに略平行に延設されたリード部２８，２９とを備えている。なお、発熱抵抗体２７は、その断面積がリード部２８，２９の断面積よりも小さくなるように形成されている。
【００１１】
また、セラミックヒータ２０の中央より後端側の外周面には、リード部２８，２９から各々突出する電極取出部２５，２６が設けられている。電極取出部２５，２６は、軸線Ｏ方向の互いにずれた位置で各々露出されている。さらに、図３，図４に示すように、基体２１の外表面には軸方向（図４中上下方向）に沿って溝３５が形成されている。その溝３５の内側には、２本の金属線３８（図４では１本のみ図示）の先端が溶接された熱電対３６がセメント３７で覆うように埋設されている。なお、図３，図４に示す熱電対３６が本発明の「温度センサ」に相当する。
【００１２】
このようなセラミックヒータ２０を備えるグロープラグ１がエンジン１５０の取付孔１５４に取り付けられると、セラミックヒータ２０の先端部２２が燃焼室１６０内に露出される。そして、熱電対３６によって先端部２２の表面温度に極めて近い部分の温度を測定できる。即ち、燃焼室１６０において熱電対３６が向けられた側の温度を測定できる。
【００１３】
次に、ヒータ保持部材８０について説明する。図２に示すように、ヒータ保持部材８０は軸線Ｏ方向に延びる円筒状の金具である。このヒータ保持部材８０の筒孔８４には、セラミックヒータ２０の胴部分が径方向に保持される。そして、そのセラミックヒータ２０の先端部２２及び後端部２３が、筒孔８４の両端から各々突出されている。また、ヒータ保持部材８０の胴部８１の後端側には、肉厚の鍔部８２が形成されている。これら胴部８１と鍔部８２との間はテーパ状の係止部８５で接続されている。従って、グロープラグ１がエンジン１５０の取付孔１５４に取り付けられる際には、この係止部８５が、取付孔１５４内に設けられた段部１５６に係止される。これにより、取付孔１５４を介した燃焼室１６０内の気密漏れを防止できる。
【００１４】
また、鍔部８２の後端には、第１主体金具４０との接合を行うために、第１主体金具４０の先端部４１を外嵌めによる圧入によって嵌合させる段状の金具嵌合部８３が設けられている。そして、セラミックヒータ２０の電極取出部２５，２６のうち、先端側に形成された電極取出部２５は、このヒータ保持部材８０の筒孔８４の内周面に接触している。これにより、電極取出部２５とヒータ保持部材８０とが電気的に接続されている。
【００１５】
また、ヒータ保持部材８０の金具嵌合部８３から後端側に露出されたセラミックヒータ２０の後端部２３には、金属製で筒状の接続リング７５が嵌合されている。セラミックヒータ２０の電極取出部２６は、この接続リング７５の内周面に接触している。これにより、電極取出部２６と接続リング７５とが電気的に接続されている。
【００１６】
さらに、第１主体金具４０の先端部４１が、ヒータ保持部材８０の金具嵌合部８３に接合することによって、第１主体金具４０とヒータ保持部材８０とが電気的に接続される。このとき、セラミックヒータ２０の後端部２３及び接続リング７５が第１主体金具４０の内側に配置される。さらに、セラミックヒータ２０と第１主体金具４０とがそれぞれヒータ保持部材８０によって位置決めされ、第１主体金具４０と接続リング７５とが非接触の状態で維持される。
【００１７】
次に、第１主体金具４０について説明する。図２に示すように、第１主体金具４０は、軸線Ｏ方向に貫通する軸孔４３を有する筒状の金属部材である。この軸孔４３の内側には、セラミックヒータ２０の後端部２３に接合された中軸３０の先端側が内挿される。そして、第１主体金具４０の先端部４１は、ヒータ保持部材８０の金具嵌合部８３に対して圧入により嵌合される。さらに、この先端部４１の内周は金具嵌合部８３の外周に密着され、さらに外周から両者の合わせ部位がレーザ溶接される。これにより、第１主体金具４０とヒータ保持部材８０とが一体に接合される。
【００１８】
次に、第２主体金具５０について説明する。図２に示すように、軸線Ｏ方向に貫通する軸孔５３を有する筒状の金属部材である。この軸孔５３の内側には、セラミックヒータ２０に接合された中軸３０の後端側が内挿される。そして、第２主体金具５０の後端側の外周面には、ねじ山が形成されたねじ部５２が設けられている。ねじ部５２は、エンジン１５０の取付孔１５４に設けられた雌ねじ１５７と螺合して、グロープラグ１の固定を行うものである。
【００１９】
また、第２主体金具５０のねじ部５２よりも後端側には、エンジン１５０へのグロープラグ１の取り付けの際に使用される工具（図示外）が係合する断面六角形状の工具係合部５６が形成されている。この工具係合部５６の内側では軸孔５３は拡径されている。
【００２０】
次に、オイルレスベアリング６０について説明する。図１に示すように、オイルレスベアリング６０は座金状に形成され、無潤滑下で低摩擦係数と耐摩耗特性とを備えた金属製のベアリングである。このオイルレスベアリング６０は、機械加工された後に油が含浸されている。その油の種類としては、鉱油、植物油、合成油等が挙げられる。なお、この他にも、固体潤滑剤を使用したドライベアリングでも適用可能である。例えば、ベースとなる金属中に微細な固体潤滑剤を均一に分散させたものでもよい。固体潤滑剤としては、黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ポリテトラフルオロエチレン、窒化ほう素、軟質金属、金属石けん等が挙げられる。このようなオイルレスベアリング６０は、第１主体金具４０の後端部４５と、第２主体金具５０の先端部５５との間に挟まれた状態で配置される。
【００２１】
次に、中軸３０について説明する。図２に示すように、中軸３０は軸線Ｏ方向に延設され、その長さが主体金具４０の軸線Ｏ方向の長さよりも長く形成された金属棒である。この中軸３０は、第１主体金具４０の軸孔４３の内側と、第２主体金具５０の軸孔５３の内側とに各々挿通される。中軸３０の先端部３１には、その先端に、接続リング７５の内周に係合するため小径のリング係合部３４が形成されている。このリング係合部３４を接続リング７５に係合させることで、セラミックヒータ２０と中軸３０とが接続リング７５を介して軸線Ｏに沿って一体に連結される。
【００２２】
さらに、中軸３０の先端部３１と接続リング７５とは、外周から両者の合わせ部位がレーザにより溶接されることで一体に接合される。従って、中軸３０は、接続リング７５を介し、セラミックヒータ２０の電極取出部２６と電気的に接続される。そして、上記したように、セラミックヒータ２０と、第１主体金具４０とがそれぞれヒータ保持部材８０に位置決めされる。従って、第１主体金具４０の軸孔４３の内側で、中軸３０と主体金具４０とが非接触の状態で維持されるので、電気的に絶縁される。
【００２３】
また、中軸３０の後端部３２は、その一部が第２主体金具５０の後端よりも後方へ突出されている。この後端部３２には、円筒状の樹脂製の絶縁ブッシュ９１と、絶縁ブッシュ９１の脱落を防止するための丸ナット９２と、通電用のケーブル接続用の端子用ねじ９３がこの順序で中軸３０に嵌め込まれて固定される。
【００２４】
次に、上記構造からなるグロープラグ１をエンジン１５０の取付孔１５４に取り付ける方法について説明する。図５に示すように、まず、セラミックヒータ２０の後端部に接続リング７５（図２参照）を介して中軸３０を連結する。次いで、そのセラミックヒータ２０を、ヒータ保持部材８０の筒孔８４（図２参照）の内側に保持させる。さらに、ヒータ保持部材８０の筒孔８４の後端側から突出する中軸３０の後端部３２に対して、第１主体金具４０の軸孔４３を先端側から被せるようにして通す。そして、ヒータ保持部材８０の金具嵌合部８３に、第１主体金具４０の先端部４１を嵌合させる。このとき、両者の合わせ部位に対して外周からレーザ溶接を行う。これにより、第１主体金具４０とヒータ保持部材８０とが一体に接合され、プラグ中間体２００が完成する。
【００２５】
次いで、プラグ中間体２００をエンジン１５０の取付孔１５４に挿入する。すると、セラミックヒータ２０の先端部２２が燃焼室１６０内に露出される。このとき、先端部２２の外表面に埋設された熱電対３６の温測点を、燃焼室１６０内の目標の方向に向かうようにして取り付ける。さらに、取付孔１５４の内側において、プラグ中間体２００の後端側に突出する中軸３０の後端部３２に対して、オイルレスベアリング６０を通し、第１主体金具４０の後端部４５に、オイルレスベアリング６０の下面を当接させる。その後、中軸３０の後端部３２に対して、第２主体金具５０の軸孔５３を先端側から被せるようにして通す。
【００２６】
次に、第２主体金具５０のねじ部５２のねじ山を、エンジン１５０の取付孔１５４に設けられた雌ねじ１５７に螺合させる。すると、第２主体金具５０の締め付けに応じて、第２主体金具５０の先端部５５が徐々に下降し、オイルレスベアリング６０の上面に当接する。
【００２７】
ここで、取付孔１５４に先に挿入されたプラグ中間体２００では、ヒータ保持部材８０の係止部８５が、取付孔１５４内の段部１５６に係止されている。つまり、そのヒータ保持部材８０に溶接された第１主体金具４０は、取付孔１５４の内側で周方向に回転しない。従って、第２主体金具５０を取付孔１５４に締め付けても、オイルレスベアリング６０の滑り効果によって、第２主体金具５０のみが回転し、プラグ中間体２００は回転しない。即ち、先端部２２の外表面に埋設された熱電対３６の温測点を、燃焼室１６０内の目標の方向に向けたままの状態を保持できる。
【００２８】
最後に、プラグ中間体２００に取り付けられた第２主体金具５０の後端側に対して、絶縁ブッシュ９１、丸ナット９２、端子用ねじ９３の順にそれぞれ取り付ける。こうして、エンジン１５０の取付孔１５４の内側において、グロープラグ１の組み立てが完了する。このグロープラグ１では、ねじ部５２のねじ山のねじ切り開始位置と、雌ねじ１５７のねじ切り開始位置とに関係なく、熱電対３６の温測点を、燃焼室１６０内の目標の方向に確実に向けることができるので、燃焼室１６０内の所望の場所の温度を正確に検出できる。
【００２９】
また、オイルレスベアリング６０は構造が簡単であるので、通常のベアリング（例えば、図６に示すベアリング１００）に比べて長寿命であり、メンテナンスが少ない利点がある。さらに、荷重特性が高い点についても優れている。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態のグロープラグ１では、燃焼室１６０から露出するセラミックヒータ２０の先端部２２には、温度測定用の熱電対３６が埋設されている。そして、第１主体金具４０と第２主体金具５０との間にはオイルレスベアリング６０が配設されている。ここで、グロープラグ１をエンジン１５０の取付孔１５４に取り付ける場合、セラミックヒータ２０、中軸３０、ヒータ保持部材８０及び第１主体金具４０が一体となったプラグ中間体２００を取付孔１５４に先に挿入する。このとき、セラミックヒータ２０の先端部２２が燃焼室１６０内に露出されるが、その外表面に埋設された熱電対３６の温測点を燃焼室１６０内の目標の方向に向ける。
【００３１】
さらに、プラグ中間体２００の後端側に突出する中軸３０に対してオイルレスベアリング６０を通す。次いで、第２主体金具５０のねじ部５２のねじ山を、エンジン１５０の取付孔１５４に設けられた雌ねじ１５７に締め付ける。このとき、オイルレスベアリング６０の滑り効果によって、第２主体金具５０のみが回転し、プラグ中間体２００は回転しない。従って、熱電対３６の温測点が燃焼室１６０内の目標の方向に向けられた状態を保持できるので、燃焼室１６０内の所望の場所の温度を正確に検出できる。
【００３２】
なお、本発明は種々の変形が可能である。例えば、本実施の形態では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２４を埋設したセラミックヒータ２０を備えているが、これに限られず、先端部が半球状に閉塞した金属製のシースチューブ内にコイル状の発熱抵抗体や制御抵抗体を配したシーズヒータを備えてもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、オイルレスベアリング６０を使用したが、滑り効果が得られるベアリングであればよい。例えば、図６に示す変形例のような、単式スラスト玉軸受けであるベアリング１００でもよい。このベアリング１００は、アキシアル荷重を受けられるものである。ベアリング１００は、複数の鋼球１０１と、リング状の保持器１０２とから構成されている。保持器１０２は、複数の鋼球１０１を組み込んで転動可能に保持するリング状の組立品１０３と、当該組立品１０３の上部に同軸上に固定された座金状の上側軌道盤１０４と、組立品１０３の下部に同軸上に固定された座金状の下側軌道盤１０５とから構成されている。この様な構成からなるベアリング１００を、オイルレスベアリング６０の代わりに、第１主体金具４０と第２主体金具５０との間に配置することによって、上記実施形態と同様の効果が得られる。なお、ベアリング１００を使用した場合、オイルレスベアリング６０の場合に比べて起動時の摩擦が小さい利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、温度センサのみを有するグロープラグだけでなく、圧力センサ等を組み込んだグロープラグに対しても利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】グロープラグ１の外観図である。
【図２】グロープラグ１の縦断面図である。
【図３】図２に示すＩ−Ｉ線矢視方向断面図である。
【図４】図３に示すＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図である
【図５】取付孔１５４へのグロープラグ１の取付方法を示す図である。
【図６】変形例であるベアリング１００の断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    グロープラグ
２０    セラミックヒータ
２２    先端部
３６    熱電対
４０    第１主体金具
４３    軸孔
５０    第２主体金具
５３    軸孔
６０    オイルレスベアリング
１００    ベアリング
１５０    エンジン
１５４    取付孔
１５６    段部
１５７    雌ねじ
１６０    燃焼室
【図１】
0005027027.tif 000002
【図２】
0005027027.tif 000003
【図３】
0005027027.tif 000004
【図４】
0005027027.tif 000005
【図５】
0005027027.tif 000006
【図６】
0005027027.tif 000007