グロープラグおよびグロープラグの製造方法

本発明は、グロープラグおよびグロープラグの製造方法に関するものである。

ディーゼルエンジン等の圧縮着火方式の内燃機関では、始動時の補助熱源としてグロープラグが使用される。 従来、グロープラグの構造としては種々のものが知られている。 例えば、通電することにより発熱するヒータ素子と、導電性材料により形成されて後端部に外部端子が取り付けられる中軸と、ヒータ素子の後端部と中軸の先端部とが内部に嵌め込まれるリングとを備える構成が知られている。 上記ヒータ素子としては、ヒータ素子内に設けられて通電される導電部が、第１の電位側（マイナス側）の接続端子と第２の電位側（プラス側）の接続端子を備え、各々の接続端子がヒータ素子の側面に露出する構成のものが知られている。 そして、このようなヒータ素子の後端部がリング内に圧入されることによって、第２の電位側の接続端子と中軸とが、上記リングを介して電気的に接続される。 このようなグロープラグの組み立て時には、中軸の先端部のリングへの嵌め込みも圧入により行なう場合がある（例えば、特許文献１参照）。

中軸の先端部をリング内に圧入する際には、圧入時の圧入荷重が過大とならないことが望ましい。 圧入荷重が過大であると、圧入の動作が不十分となって中軸とリングとの接続が不十分になる可能性があるためである。

中軸の先端部をリング内に圧入するためには、中軸の先端部の外径をリングの内径よりも大きくする必要がある。 そこで、上記圧入荷重を抑える方策の一つとして、中軸の先端部の外径とリングの内径の差（圧入代）を小さくする方策が考えられる。 しかしながら、中軸先端部の外径の寸法のバラツキ（公差）、リングの内径の公差、ヒータ素子の外径の公差、リングの硬度あるいは圧入条件など、様々な要因で圧入荷重にはバラツキが生じ得る。 そのため、圧入荷重が過小であることに起因する圧入不良を抑制するためには、圧入代をある程度大きく設定する必要があり、圧入代を小さくすることによる圧入荷重の低減には限界がある。

圧入荷重を抑える他の方策として、リング内に圧入された中軸の先端部におけるリングと重なる部分の軸線方向の長さ（以下、圧入長とも呼ぶ）をより短くする方策も考えられる。 ただし、圧入長を短く設定すると、中軸先端部の外径の公差やリングの内径の公差等によっては、中軸の先端部とリングとの結合の強度が不十分になる場合が生じ得る。 上記結合の強度が不十分であると、中軸がリングから抜け易くなるために、グロープラグの製造工程の途中において中軸とリングをと含む部品の取り扱いが困難化する可能性がある。 また、上記結合の強度が不十分であると、その後の製造工程において中軸が傾き、不具合が生じる可能性がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、絶縁部と該絶縁部内に形成された導電部とを備えて前記導電部に通電することにより発熱し、軸線方向に延出する形状を有するヒータ素子と、導電性材料により形成された中軸と、前記ヒータ素子の後端部と前記中軸の先端部とが内部に圧入されて、前記ヒータ素子の後端部の側面を介して前記ヒータ素子の前記導電部と前記中軸とを電気的に接続させるリングと、を備えるグロープラグが提供される。 このグロープラグは、前記リング内で前記ヒータ素子の後端に対向する前記中軸の先端部に、凹部形状が形成されている。
この形態のグロープラグによれば、中軸の先端部に凹部形状を設けることにより、中軸をリング内に圧入する際に、中軸の先端部分が径方向内側へと変形し易くなる。 そのため、中軸の圧入時の圧入荷重を低減することができる。 圧入荷重を低減できることにより、リング内への中軸の圧入が不十分となることを抑え、中軸とリングとの結合を安定化することができる。 さらに、圧入代をより大きくして、中軸とリングとの結合力を強めることが可能になる。 また、リング内に圧入された中軸の先端部におけるリングと重なる部分の軸線方向の長さ（圧入長）をより長く確保して、リングと中軸の結合力を強めることができる。 中軸とリングとの結合力を強めることにより、中軸とリングとを含む部品の取り扱い性を向上させることができ、あるいはグロープラグの製造工程の途中において中軸がリングに対して傾くことを抑制可能になる。

（２）上記形態のグロープラグにおいて、前記凹部形状は、該凹部形状の横断面の外周が、前記中軸の先端部の横断面の外周と同心円になるように形成され、前記中軸における前記凹部形状が形成される部位の横断面において、前記中軸の外壁を含む部分がリング状に形成されていることとしてもよい。
この形態のグロープラグによれば、中軸をリング内に圧入する際に、中軸の先端部を径方向内側へと特に変形し易くすることができ、圧入荷重を低減する効果を高めることができる。

（３）上記形態のグロープラグにおいて、前記リング内に圧入される前記中軸の先端部は、前記凹部形状が形成される部位の後端側が中実に形成されていることとしてもよい。
この形態のグロープラグによれば、圧入後のリングと中軸との結合の強度を高めることができる。

（４）上記形態のグロープラグにおいて、前記リングは、鉄を主成分とする合金によって形成され、前記リングの内壁と前記中軸の先端部の側面とが直接接触し、前記リングの内壁と前記中軸の側面とが重なる部分の軸線方向の長さである圧入長が０．５ｍｍ以上であることとしてもよい。
この形態のグロープラグによれば、リングの内表面に対して特別な処理を行なう必要がないため、圧入長を長くしても製造工程の複雑化を抑制できる。

（５）上記形態のグロープラグにおいて、前記リングの方が、前記中軸よりもビッカース硬度が高いこととしてもよい。
この形態のグロープラグによれば、圧入の際に中軸の先端部をより変形し易くして、圧入荷重を低減する効果を高めることができる。

（６）上記形態のグロープラグにおいて、前記リングの内壁と前記中軸の側面とが重なる部分の軸線方向の長さである圧入長が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、前記中軸の最先端における前記凹部形状の横断面の内径が０．９０ｍｍ以上であり、前記凹部形状は、前記中軸の最先端から後端側に向かって１．４７ｍｍ以上にわたって、横断面の内径が一定であることとしてもよい。
この形態のグロープラグによれば、凹部形状を設けることにより圧入荷重を低減する効果を高めることができる。

（７）上記形態のグロープラグにおいて、前記リングの内壁と前記中軸の側面とが重なる部分の軸線方向の長さである圧入長が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、前記中軸の最先端における前記凹部形状の横断面の内径が１．１７ｍｍ以上であり、前記凹部形状は、前記中軸の最先端から後端側に向かって１．３０ｍｍ以上にわたって、横断面の内径が一定であることとしてもよい。
この形態のグロープラグによれば、凹部形状を設けることにより圧入荷重を低減する効果を高めることができる。

（８）上記形態のグロープラグにおいて、前記リングの内壁と前記中軸の側面とが重なる部分の軸線方向の長さである圧入長が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、前記中軸の最先端における前記凹部形状の横断面の内径が１．４３ｍｍ以上であり、前記凹部形状は、前記中軸の最先端から後端側に向かって１．９２ｍｍ以上にわたって、横断面の内径が一定であることとしてもよい。
この形態のグロープラグによれば、凹部形状を設けることにより圧入荷重を低減する効果を高めることができる。

（９）上記形態のグロープラグにおいて、前記リングの内壁と前記中軸の側面とが重なる部分の軸線方向の長さである圧入長が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、前記中軸の最先端における前記凹部形状の横断面の内径が１．７０ｍｍ以上であり、前記凹部形状は、前記中軸の最先端から後端側に向かって１．０１ｍｍ以上にわたって、横断面の内径が一定であることとしてもよい。
この形態のグロープラグによれば、凹部形状を設けることにより圧入荷重を低減する効果を高めることができる。

（１０）本発明の他の形態によれば、絶縁部と該絶縁部内に形成された導電部とを備えて前記導電部に通電することにより発熱し、軸線方向に延出する形状を有するヒータ素子を用意する第１の工程と、導電性材料により形成された中軸を用意する第２の工程と、導電性材料により形成されるリングを用意する第３の工程と、前記ヒータ素子の先端部が前記リングの先端から突出するように前記リング内に前記ヒータ素子を圧入し、前記ヒータ素子の後端部の側面を介して前記ヒータ素子の前記導電部と前記リングとを電気的に接続させる第４の工程と、前記リングの後端部に前記中軸の先端部を圧入する第５の工程と、を備えるグロープラグの製造方法が提供される。 このグロープラグの製造方法は、前記第２の工程において、前記中軸の先端部に凹部形状を形成する工程を含む。
この形態のグロープラグの製造方法によれば、中軸の先端部に凹部形状を設けることにより、中軸をリング内に圧入する際に、中軸の先端部分が径方向内側へと変形し易くなる。 そのため、中軸の圧入時の圧入荷重を低減することができる。 その結果、リング内への中軸の圧入が不十分となることを抑え、中軸とリングとの結合を安定化することができる。 さらに、圧入荷重を低減することにより、圧入代をより大きくすることが可能になり、また、リング内に圧入された中軸の先端部におけるリングと重なる部分の軸線方向の長さ（圧入長）をより長く確保できる。 その結果、リングと中軸の結合の強度を高めることができるため、中軸とリングとを含む部品の取り扱い性を向上させることができ、あるいはグロープラグの製造工程の途中において中軸がリングに対して傾くことを抑制可能になる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、グロープラグ用の中軸、あるいはグロープラグ用の中軸のリングへの圧入方法などの形態で実現することが可能である。

グロープラグの概略構成を表わす断面模式図である。

ヒータ素子の後端部と中軸の先端部とが接する部位を含む領域の様子を表わす説明図である。

中軸とヒータ素子を構成する各部の位置関係および大きさを示す説明図である。

中軸の先端部の変形例を示す説明図である。

実施形態のグロープラグの製造方法を表わす工程図である。

第２の実施形態のグロープラグの概略構成を表わす断面模式図である。

凹部形状の条件を種々変更したときの圧入荷重をシミュレーションにより求めた結果を示す説明図である。

変形例としてのグロープラグの概略構成を表わす断面模式図である。

Ａ． 第１の実施形態：
図１は、本発明の第１の実施形態としてのグロープラグ１０の概略構成を表わす断面模式図である。 本実施形態のグロープラグ１０は、ディーゼルエンジン等の内燃機関に取り付けられて、内燃機関の始動時における点火を補助する熱源として機能する。 グロープラグ１０は、ディーゼル微粒子捕集フィルター（ＤＰＦ）の再活性バーナーシステムの熱源として用いることもできる。 図１に示すように、グロープラグ１０は、主な構成要素として、主体金具２０と、外筒３０と、ヒータ素子４０と、中軸５０と、リング６０と、を備えている。 なお、本明細書では、図１におけるグロープラグ１０の軸線Ｏ方向の下方側をグロープラグ１０の「先端側」と呼び、上方側を「後端側」と呼んで説明する。

主体金具２０は、軸線Ｏに沿って延びる略円筒状の部材であり、本実施形態では、炭素鋼によって形成されている。 主体金具２０の内部には、軸線Ｏに沿って主体金具２０を貫通する軸孔２１が形成されている。 また、主体金具２０の後端側の外周面には、雄ネジ部２２が形成されている。 この雄ネジ部２２が、内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）のプラグ取り付け孔に形成された雌ネジに螺合することによって、グロープラグ１０が内燃機関に固定される。

外筒３０は、軸線Ｏに沿って延びる略円筒状の金属製部材である。 外筒３０の内部には、軸線Ｏに沿って外筒３０を貫通する軸孔３１が形成されている。 軸孔３１の内径は、ヒータ素子４０の外径と同等、あるいはヒータ素子４０の外径に比べて若干小さく形成されており、軸孔３１内にヒータ素子４０が嵌め込まれる。 外筒３０の後端部は、主体金具２０の軸孔２１の先端部に嵌め込まれ、主体金具２０の先端側の端部において、主体金具２０と外筒３０とが溶接される。

ヒータ素子４０は、軸線Ｏに沿って延びる略円柱状の部材であり、絶縁部４１と、導電部４２とを備えている。 ヒータ素子４０は、その中ほどの部位において外筒３０内の軸孔３１内に嵌め込まれている。 ヒータ素子４０において、上記中ほどの部位よりも先端側の部分は、外筒３０の先端から突出している。 上記中ほどの部位よりも後端側の部分は、主体金具２０の軸孔２１内に収容されている。 ヒータ素子４０は、電力が供給されることによって発熱する。 ヒータ素子４０の径（後述するリング６０内に嵌め込まれる後端部の径）は、例えば２．５ｍｍ以上とすることができ、好ましくは２．９ｍｍ以上とすることができる。 また、上記ヒータ素子４０の径は、３．５ｍｍ以下とすることができ、好ましくは３．３ｍｍ以下とすることができる。

絶縁部４１は、絶縁性のセラミックによって形成されている。 本実施形態では、絶縁部４１は窒化珪素によって形成されている。 ただし、絶縁部４１は、窒化珪素に限らず、例えば、アルミナやサイアロン等の他の絶縁性のセラミックによって形成されていてもよい。 この絶縁部４１は、ヒータ素子４０の基体を成す部位である。

導電部４２は、絶縁部４１の内部に埋設されており、軸線Ｏ方向に伸長すると共に先端側を頂点にして折り曲げられたＵ字状の構造であり、通電によって抵抗発熱する導電性のセラミックによって形成されている。 本実施形態では、導電部４２は、タングステンカーバイドによって形成されている。 ただし、導電部４２は、タングステンカーバイドに限らず、例えば、二珪化モリブデンや二珪化タングステン等の他の導電性のセラミックによって形成されていてもよい。

Ｕ字状に形成された導電部４２の両端部は、ヒータ素子４０の後端部の外表面において露出する。 一方の端部が第１の電位側の端部（マイナス側端部）４３であり、他方の端部が、一方の端部よりも高電位になる第２の電位側の端部（プラス側端部）４４である。 また、導電部４２には、上記第２の電位側の端部（プラス側端部）４４の近傍において、ヒータ素子４０の側面で露出する第２の電位側の接続端子（プラス側接続端子）４６が形成されている。 さらに導電部４２には、上記第１の電位側の端部（マイナス側端部）４３の近傍であって、上記第２の電位側の接続端子４６よりも先端側の位置に、ヒータ素子４０の側面で露出する第１の電位側の接続端子（マイナス側接続端子）４５が形成されている。 導電部４２の第１の電位側の接続端子（マイナス側接続端子）４５は、ヒータ素子４０が外筒３０内の軸孔３１内に嵌め込まれることにより、軸孔３１の内壁に接触し、外筒３０と電気的に接続される。 導電部４２の第２の電位側の接続端子（プラス側接続端子）４６は、後述するようにリング６０に接する。 なお、本実施形態では、第１の電位側の接続端子４５および第２の電位側の接続端子４６は、導電部４２の他の部位と同じ材料で形成されており、導電部４２の一部として形成されている。 ただし、第１の電位側の接続端子４５および第２の電位側の接続端子４６は、導電部４２の他の部位と別体で形成されていてもよい。

中軸５０は、軸線Ｏに沿って延びる形状を有し、導電性材料によって形成される棒状の部材であり、主体金具２０の軸孔２１内において、ヒータ素子４０の後端側に配置されている。 中軸５０を構成する導電性材料の硬度（ビッカース硬度）は、ＨＶ１５０〜２５０であることが好ましく、ＨＶ２００〜２５０であることが更に好ましい。 中軸５０は、このような硬度の条件を満たす導電性材料、例えばＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス、Ａ６０６１、Ａ７０７５等のアルミニウム合金、およびＳ４５Ｃ等の炭素鋼から選択される金属材料によって形成することができる。 中軸５０の外径は、主体金具２０の軸孔２１の内径よりも小さく形成されており、中軸５０と軸孔２１の内壁との間には、両者を電気的に絶縁する空隙が形成される。 本実施形態では、中軸５０の先端部がヒータ素子４０の後端部に接しており、中軸５０の先端部の構造に特徴があるが、中軸５０の先端部の構造の詳細については後に詳述する。 グロープラグ１０では、さらに、中軸５０の後端部において、金属製の端子金具７０が加締め固定されている。

リング６０は、導電性材料で形成された円筒状部材であり、主体金具２０の軸孔２１の内部で、中軸５０とヒータ素子４０との間に組み付けられる。 具体的には、ヒータ素子４０の後端部と、中軸５０の先端部とが、リング６０の内部に圧入される。 ヒータ素子４０の後端部がリング６０に圧入されることにより、ヒータ素子４０の側面に露出する第２の電位側の接続端子（プラス側接続端子）４６がリング６０の内壁に接する。 これにより、ヒータ素子４０の導電部４２の第２の電位側の接続端子（プラス側接続端子）４６が、リング６０を介して中軸５０に電気的に接続される。

リング６０を構成する導電性材料の硬度（ビッカース硬度）は、中軸５０を構成する導電性材料のビッカース硬度よりも高いことが好ましく、両者のビッカース硬度の値の差が２０以上であることがさらに好ましい。 このようなリング６０を構成する導電性材料の硬度（ビッカース硬度）は、ＨＶ２７０〜４００であることが好ましく、ＨＶ２７０〜３３０であることが更に好ましい。 リング６０は、このようなビッカース硬度を満たす導電性材料である鉄を主成分とする合金（鉄系材料）によって形成することが好ましい。 具体的には、リング６０は、例えばＳＵＳ４１０等のマルテンサイト系ステンレスを熱処理により硬度調整した材料、ＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレス、および強圧延仕上を行なった炭素鋼から選択される金属材料によって形成することができる。

また、主体金具２０の後端部には、主体金具２０の軸孔２１の内壁と中軸５０の間、および、主体金具２０の後端と端子金具７０の間に介在するように、円筒状の絶縁部材７２が配置されている。 絶縁部材７２は、中軸５０を主体金具２０内で位置決めすることによって、中軸５０と主体金具２０との間を電気的に絶縁する空隙を形成すると共に、端子金具７０と主体金具２０との間を電気的に絶縁する。 絶縁部材７２は、絶縁性および使用環境に応じた耐熱性を有する材料、例えば、ナイロン（登録商標）やＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）等の絶縁性樹脂によって形成することができる。

主体金具２０の軸孔２１の内壁と中軸５０の間において、絶縁部材７２よりも先端側には、円筒状の封止部材７４が配置されている。 封止部材７４は、中軸５０、絶縁部材７２および主体金具２０の各々に密着することによって、主体金具２０の内部を密閉する。 封止部材７４は、絶縁性、弾性、および使用環境に応じた耐熱性を有する材料、例えば、フッ素ゴムやシリコーンゴム等の弾性体によって形成することができる。

以上のように構成されたグロープラグ１０では、端子金具７０から電力が供給されると、中軸５０、リング６０および第２の電位側の接続端子４６を通じて導電部４２に電力が供給され、ヒータ素子４０が発熱する。 このとき、導電部４２の第１の電位側の接続端子４５は、外筒３０、主体金具２０、および内燃機関のシリンダヘッドを通じて接地される。

図２は、ヒータ素子４０の後端部と中軸５０の先端部とが接する部位を含む領域の様子を表わす説明図である。 具体的には、図２（Ａ）は、図１において領域Ｘとして破線で囲んだ領域の構成を拡大して示す断面模式図である。 また、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）における２−２断面の様子を表わす断面図である。 なお、図２では、図１の領域Ｘ内における主体金具２０については記載を省略している。

中軸５０の先端部には、中軸５０の側面を含む側面近傍の部分を残して軸線Ｏ方向の後端側に凹んだ凹部形状５２が形成されている。 具体的には、凹部形状５２は、軸線Ｏに垂直方向の面（以下、横断面と呼ぶ）の外周が円形に形成されると共に、横断面の外周が中軸５０の先端部の横断面の外周と同心円となるように形成されている。 このような凹部形状５２が形成されることにより、中軸５０の先端部の横断面では、中軸５０の外壁を含む部分がリング状に形成される。 リング６０内において、中軸５０の先端部の最先端は、ヒータ素子４０の後端部と接触している。 なお、本明細書において説明する各部の形状、具体的には、円形、同心円、径が一定等の形状は、各部を備える部材の製造時の誤差等に起因する公差による歪みや変形を有する形状を含んでいる。

図３は、中軸５０の先端部とヒータ素子４０の後端部とを離間して示すことにより、両者を構成する各部の位置関係および大きさを示す説明図である。 凹部形状５２は、中軸５０の最先端から後端側に向かう所定の範囲にわたって、横断面の径が一定の長さとなるように形成されている。 凹部形状５２における横断面の径が一定である部分を、軸線Ｏに垂直な面に投影したときの範囲を、図３において範囲Ｙとして示す。 また、ヒータ素子４０の後端部において露出する第１の電位側の端部４３を、軸線Ｏに垂直な面に投影したときの範囲を、図３において範囲Ｚとして示す。 図３に示すように、範囲Ｚは、範囲Ｙの外周から離間した状態で範囲Ｙと重なっている。 すなわち、導電部４２の第１の電位側の端部４３は、中軸５０の先端部に凹部形状５２が形成された領域と、軸線Ｏ方向に重なる位置に形成されている。

図３では、凹部形状５２の横断面の径が一定である部分の中軸５０の肉厚（中軸５０の先端部における横断面がリング状に形成された部分の厚み）を厚みａとして示している。 この厚みａは、中軸５０をリング６０内に圧入する動作を行なうために十分な強度を中軸５０が有することになる値であればよく、例えば５０μｍ以上とすることが望ましい。 さらに、図３では、中軸５０の先端部の内壁と、ヒータ素子４０の後端部で露出する導電部４２の第１の電位側の端部（マイナス側端部）４３との距離をｂとして示している。 この距離ｂは、第１の電位側の端部４３と、中軸５０の先端部の内壁と、の間の短絡を抑えるためには、０．１２ｍｍ以上とすることが好ましく、０．２ｍｍ以上とすることがさらに好ましい。 また、上記した距離ｂは、グロープラグ１０の横断面の径の大型化を抑えるためには、１ｍｍ以下とすることが好ましく、０．８ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。

また、図３では、中軸５０の先端部に設けた凹部形状５２において、中軸５０の最先端から後端側に向かって横断面の内径が一定となるように形成されている部分の軸線Ｏに平行な方向の長さを、凹部深さｃとして示している。 この凹部深さｃは、第１の電位側の端部４３と中軸５０との短絡を抑えるためには、０．２ｍｍ以上とすることが好ましく、０．５ｍｍ以上とすることがさらに好ましい。 なお、凹部形状５２は、中軸５０において、より深く形成することも可能であり、例えば、中軸５０に端子金具７０が嵌め込まれる位置の手前まで、凹部形状５２を形成することとしてもよい。 すなわち、中軸５０において、主体金具２０内に収納される部位は、凹部形状５２が軸線Ｏ方向に延出して形成された中空の構造を有することとしてもよい。 なお、図３では、凹部形状５２の横断面の内径（中軸５０の最先端における凹部形状５２の横断面の内径）を凹部径ｄとして示し、リング６０内に圧入された中軸５０の先端部においてリング６０と重なって接する部分の軸線Ｏ方向の長さを圧入長ｅとして示す。 本実施形態では、圧入長ｅは０．５ｍｍ以上としている。

さらに、本実施形態では、中軸５０には、先端部近傍の外壁に、後端側に向かって急激に外径が拡大する鍔状の段差部５４が形成されている（図２および図３参照）。 中軸５０は、この段差部５４において、リング６０の後端と接している。 既述したように、本実施形態では圧入長ｅが０．５ｍｍ以上に設定されており、段差部５４は、設定された圧入長ｅが実現されたときにリング６０の後端と接することになる位置に設けられている。

図４は、中軸５０の先端部の変形例を示す説明図である。 この例のように、中軸５０の最先端を含む外壁において、中軸５０の先端側に向かって次第に縮径するテーパ５６を形成してもよい。 これにより、中軸５０の先端部をリング６０内に嵌め込む動作を容易化することができる。 図４では、テーパ５６における傾斜の角度（テーパ５６の傾斜面が中軸５０の外側面に対して成す角度）をテーパ角θとして示している。 このテーパ角θは、例えば５〜２０°とすることができる。 図４では、凹部深さｃおよび圧入長ｅも併せて示している。 圧入長ｅは、既述したように、中軸５０の先端部においてリング６０と重なって接する部分の軸線Ｏ方向の長さとして規定される。 テーパ５６は、圧入時にリング６０の内壁に押されることがなく、圧入荷重にほとんど寄与しないため、テーパ５６を設ける場合の圧入長ｅは、図４に示すようにテーパ５６の後端から段差部５４までの軸線Ｏ方向の長さとなる。

図５は、本発明の第１の実施形態のグロープラグ１０の製造方法を表わす工程図である。 グロープラグ１０を製造する際には、まず、凹部形状５２を形成した中軸５０を用意する（ステップＳ１００）。 凹部形状５２は、例えば、中軸５０となる金属製の棒状部材の先端部を切削加工することにより形成すればよい。 あるいは、鍛造によって、凹部形状５２を有する中軸５０を作製することとしてもよい。

また、リング６０の後端側から先端側へとヒータ素子４０の先端を挿入し、リング６０内にヒータ素子４０を圧入する（ステップＳ１１０）。 これにより、導電部４２のプラス側接続端子４６がリング６０の内壁に接触して、導電部４２とリング６０とが電気的に接続される。 このとき、ヒータ素子４０がリング６０内に圧入されることで、プラス側接続端子４６とリング６０の内壁との密着状態が高められ、導電部４２とリング６０とが電気的に接続される際の抵抗が十分に抑えられる。

その後、外筒３０内に、軸孔３１の後端側からヒータ素子４０を圧入し、外筒３０の先端からヒータ素子４０の先端部を突出させる（ステップＳ１２０）。 これにより、導電部４２のマイナス側接続端子４５が軸孔３１の内壁面に密着され、導電部４２と外筒３０とが電気的に接続される。

次に、リング６０の後端側に中軸５０の先端部を圧入し、溶接により両者を固定する（ステップＳ１３０）。 具体的には、圧入長ｅが０．５ｍｍ以上である予め設定された値となるように圧入が行なわれる。 圧入の際には、中軸５０の先端部における凹部形状５２が形成された部位の強度に応じて、中軸５０の先端部が径方向内側へと変形し得る。 上記圧入を行なうことにより、既述したように、中軸５０は段差部５４においてリング６０の後端と接すると共に、中軸５０の先端（最先端）が、ヒータ素子４０の後端部（後端面）に接触する。 リング６０と中軸５０との溶接は、リング６０の後端と段差部５４とが接する位置（図２において矢印Ｗ１で示す）において行なえばよい。 ただし、中軸５０とリング６０との結合の強度が十分であれば、中軸５０とリング６０との溶接を行なわないことも可能である。 なお、本実施形態では、ヒータ素子４０が嵌め込まれたリング６０の後端側に中軸５０を圧入する前に、外筒３０内にヒータ素子４０を圧入したが、このステップＳ１２０とステップＳ１３０の順序は逆であってもよい。 また、凹部形状５２を形成した中軸５０を用意する工程（ステップＳ１００）は、ステップＳ１１０あるいはステップＳ１２０の後であってもよい。

次に、主体金具２０の軸孔２１内に中軸５０を挿入して、外筒３０の後端部に主体金具２０の先端部を組み付ける（ステップＳ１４０）。 このとき、外筒３０と主体金具２０の間は、溶接により固定する。

その後、主体金具２０および中軸５０の後端部に、封止部材７４、絶縁部材７２、および端子金具７０を取り付けて（ステップＳ１５０）、グロープラグ１０を完成する。

以上のように構成された本実施形態のグロープラグ１０によれば、中軸５０の先端部に凹部形状５２を設けることにより、中軸５０をリング６０内に圧入する際に、中軸５０の先端部分が径方向内側へと変形し易くなる。 特に、本実施形態では、凹部形状５２の横断面の外周が、中軸５０の先端部の横断面の外周と同心円であり、中軸５０の先端部の横断面において、中軸５０の外壁を含む部分がリング状となっている。 したがって、中軸５０の圧入時には、中軸５０の先端部は径方向内側へと特に変形し易くなっている。 そのため、中軸５０をリング６０内へと圧入して所望の圧入長ｅを実現するための圧入荷重を低減することができる。 その結果、リング６０内への中軸５０の圧入が不十分となること、例えば中軸５０の段差部５４とリング６０の後端との間に隙間が形成されることを抑えることができる。 これにより、中軸５０とリング６０との結合を安定化することができる。

本実施形態では、上記のようにリング６０内への中軸５０の圧入が不十分になることが抑えられ、また、中軸５０の最先端がヒータ素子の後端部に接するまで中軸５０を圧入するため、十分に長い圧入長ｅを確保することができる。 したがって、中軸５０がリング６０から抜けることを抑制し、その後のグロープラグ１０の製造工程の途中（例えば、中軸５０のリング６０内への圧入から中軸５０とリング６０との溶接までの間）において、中軸５０とリング６０とを含む部品の取り扱い性を向上させることができる。 また、十分に長い圧入長ｅを確保して中軸５０とリング６０との結合を強固にできるため、その後のグロープラグ１０の製造工程の途中において中軸５０がリング６０に対して傾くことを抑制できる。 なお、本実施形態によれば、中軸５０の先端部を変形し易くすることによって圧入荷重を抑えることにより、従来よりも長い圧入長ｅ、例えば０．５ｍｍ以上の圧入長ｅを実現することが可能になる。

また、本実施形態によれば、圧入荷重を低減できることにより、圧入を行なう際に、圧入荷重が過大であることに起因してヒータ素子４０に対してリング６０が相対的に先端側に移動する不都合を抑えることができる。 そのため、上記したリング６０の相対的な移動に起因してヒータ素子４０の導電部４２とリング６０との電気的な接続が損なわれるという不都合を抑えることができる。 さらに、本実施形態では、中軸５０の先端部を変形し易くすることによって圧入荷重を抑えているため、中軸５０の先端部の外径とリング６０の内径の差（圧入代Δφ）をより大きく確保して、中軸５０とリング６０との結合の強度を高めることができる。

また、本実施形態によれば、リング６０の方が中軸５０よりも構成材料のビッカース硬度が高いため、圧入の際に中軸の先端部をより変形し易くすることができ、圧入荷重を低減する効果を高めることができる。 なお、リング６０と中軸５０とで構成材料のビッカース硬度が同等、あるいは、中軸５０の方がリング６０よりも構成材料のビッカース硬度が高い場合であっても、中軸５０の先端部に凹部形状５２を設けることにより圧入荷重を低減する効果を得ることは可能である。

さらに、本実施形態によれば、中軸５０の先端部に凹部形状５２を設けて変形し易くしているため、リングの内表面をめっきするなどの特別な処理を行なわず、リング６０の内壁面と中軸５０の側面とを直接に接触させても、圧入荷重を十分に低減可能になる。 リングの内壁面に、例えば金などの貴金属を用いためっき処理を施す場合には、内表面が滑面化されることで中軸５０の圧入時の抵抗が低減されて圧入荷重を抑えることができる。 本実施形態では、圧入荷重を抑えるためにめっき処理などの滑面化のための特別な表面処理を行なう必要がないため、製造工程の複雑化を抑制できる。 一般に、本実施形態のグロープラグ１０のようにヒータ素子の横断面の径が２．５〜３．５ｍｍ程度である場合には、めっき処理などの滑面化処理を行なわないと、圧入長ｅとして０．５ｍｍ以上を確保することは極めて困難であった。 本実施形態によれば、めっき処理を行なわなくても、圧入長ｅとして０．５ｍｍ以上を確保することが容易になる。 なお、リング６０と中軸５０とが直接に接するとは、リング６０と中軸５０との間にめっき層等が介在しないことを指すが、リング６０の全体が均一組成である必要はなく、例えばリング６０がステンレス鋼によって形成される場合に、リング６０の表面に不動態層が形成されている場合を含んでいる。

ただし、リング６０の内表面に金めっき等のめっき処理を施す構成において本願発明を適用し、中軸５０の先端部に凹部形状５２を設けることとしてもよい。 この場合には、圧入長ｅを、より長く確保することが可能になる。 また、第２の電位側の接続端子（プラス側接続端子）４６とリング６０の表面との接触部の耐久性を高めて、導電部４２とリング６０との導通状態を安定化することができる。

Ｂ． 第２の実施形態：
図６は、第２の実施形態のグロープラグ１１０の概略構成を表わす断面模式図である。 第２の実施形態において、第１の実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明は省略する。 第２の実施形態のグロープラグ１１０は、中軸５０に代えて中軸１５０を備えること以外は、第１の実施形態のグロープラグ１０と同様の構成を有している。 図６では、グロープラグ１１０の構成要素のうち、ヒータ素子４０が嵌め込まれたリング６０の後端部と中軸１５０の先端部のみを拡大して示すと共に、中軸１５０の先端部とリング６０の後端部とを離間して示している。 図６では、図３および図４と同様に、凹部深さｃ、凹部径ｄ、圧入長ｅ、およびテーパ角θを示している。 さらに図６では、リング６０の内径であるリング径ｆ、テーパ５６の軸線Ｏ方向の長さであるテーパ長ｇ、およびリング６０内に圧入される中軸１５０の先端部であって、凹部形状５２よりも後端側の部分における径である中軸径ｈについても示している。

図６に示すように、第２の実施形態では、リング６０内に圧入される中軸１５０の先端部において、軸線Ｏ方向全体にわたって凹部形状５２が形成されているのではなく、凹部形状５２が形成される部位の後端側に、さらに中実の部位が形成されている。 図６では、上記中実の部位が形成されている領域を領域Ｖとして破線で囲んで示している。 また、図６では、リング６０内に圧入される中軸１５０の先端部において、凹部形状５２における横断面の内径が一定となるように形成されている部分（凹部深さｃに対応する部分）よりも後端側の部分の、軸線Ｏ方向の長さを、後端部側長さｉとして示している。

このような構成とすれば、第１の実施形態と同様の効果に加えて、さらに圧入後のリング６０と中軸１５０との結合の強度を高める効果を得ることができる。 すなわち、リング６０内に圧入される中軸１５０の後端部において、凹部形状５２が設けられた部位の後端側に、圧入によって変形し難い（より剛性が高い）中実部を設けることにより、中軸１５０がリング６０からより抜け難くなり、両者の結合の強度を高めることができる。

Ｃ． 圧力荷重に対する影響：
図７は、図６における凹部形状の形状パラメータを種々変更したときの圧入荷重をシミュレーションにより求めた結果を示す説明図である。 ここでは、凹部深さｃ、凹部径ｄ、および圧入長ｅ（図６参照）のそれぞれを変更して、圧入時の反力のピーク圧を圧入荷重として求めた。 なお、テーパ角θは１５°、リング径ｆは３．０８ｍｍ、テーパ長ｇは０．７０ｍｍ、中軸径ｈは３．１０ｍｍとした（図６参照）。 すなわち、圧入代Δφ（＝中軸径ｈ−リング径ｆ）は０．０２ｍｍとした。 また、リングのビッカース硬度は、ＨＶ３００としており、中軸のビッカース硬度は、ＨＶ１８３とした。 なお、上記シミュレーションは、アンシス・ジャパン株式会社のＦＥＭ（有限要素法）解析ソフトであるＡＮＳＹＳを用いて行なった。

図７（Ａ）は圧入長ｅを０．５ｍｍに設定したときの結果を示し、図７（Ｂ）は圧入長ｅを１．０ｍｍに設定したときの結果を示し、図７（Ｃ）は圧入長ｅを１．５ｍｍに設定したときの結果を示し、図７（Ｄ）は圧入長ｅを２．０ｍｍに設定したときの結果を示す。 シミュレーションにより求められた圧入荷重は、凹部形状を有しない中軸を用いて同様の条件で圧入を行なった場合の圧入荷重の値（以下、基準値と呼ぶ）を１００としたときの相対的な値として示している。 図７では、上記した基準値に対して５％以上１０％未満の割合で圧入荷重が低減された結果には薄いハッチを付しており、上記した基準値に対して１０％以上の割合で圧入荷重が低減された結果には濃いハッチを付している。

図７に示す結果に基づけば、圧入長ｅが０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲では、凹部径ｄが０．９０ｍｍ以上であり、凹部深さｃが１．４７ｍｍ以上であれば、上記した基準値に対して５％以上の割合で圧入荷重を低減できることが分かる。 また、図７に示す結果に基づけば、圧入長ｅが０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲では、凹部径ｄが１．１７ｍｍ以上であり、凹部深さｃが１．３０ｍｍ以上であれば、上記した基準値に対して５％以上の割合で圧入荷重を低減できることが分かる。 また、図７に示す結果に基づけば、圧入長ｅが０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲では、凹部径ｄが１．４３ｍｍ以上であり、凹部深さｃが１．９２ｍｍ以上であれば、上記した基準値に対して１０％以上の割合で圧入荷重を低減できることが分かる。 また、図７に示す結果に基づけば、圧入長ｅが０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲では、凹部径ｄが１．７０ｍｍ以上であり、凹部深さｃが１．０１ｍｍ以上であれば、上記した基準値に対して１０％以上の割合で圧入荷重を低減できることが分かる。

凹部径ｄは、凹部形状５２が形成された中軸の先端部の肉厚に関わるパラメータであり、中軸の先端部の剛性および変形し易さの指標の一つとなる。 また、凹部形状を構成する壁面の軸線Ｏ方向の長さが長いほど、中軸の先端部は圧入時に中軸の先端部が径方向内側に変形し易くなるため、凹部深さｃもまた、中軸の先端部の剛性および変形し易さの指標の一つとなる。 圧入代Δφが大きくなると圧入荷重は大きくなるが、例えば圧入代Δφが０．０１〜０．０５ｍｍの範囲であれば、圧入代Δφに応じて圧入荷重の値が変動しても、凹部形状を設けることによって中軸の先端部の変形し易さが変化する程度は大きく変動しないと考えられる。 そのため、ヒータ素子の断面の径が、一般的なグロープラグのヒータ素子の径である２．５〜３．５ｍｍの範囲であって、凹部形状が形成された部位における中軸の肉厚である厚みａ（図３参照）が５０μｍ以上であり、圧入代Δφが０．０１〜０．０５ｍｍの範囲であれば、凹部径ｄおよび凹部深さｃに応じてシミュレーション結果と同程度の割合で圧入荷重低減の効果が得られると考えられる。

なお、中軸の先端部において、圧入長ｅおよびテーパ長ｇが一定の場合には、凹部深さｃの値が大きいほど、後端部側長さｉ（＝圧入長ｅ＋テーパ長ｇ−凹部深さｃ）が短くなる(図６参照)。 この後端部側長さｉは、既述した中実の部位（領域Ｖ）が設けられている場合には中実の部位の軸線Ｏ方向の長さを反映し、段差部５２の先端よりも後端側にまで凹部形状５２が形成される場合には、凹部形状５２が段差部５２の先端を超えて後端側に延出する程度を反映する。 図７に示す結果から、中軸の先端部に中実の部位が設けられるか否かに関わらず、凹部深さｃの値が大きいほど圧入荷重が小さくなる傾向があることが分かる。

Ｄ． 変形例：
・変形例１（マイナス側端部の絶縁の態様の変形）：
上記各実施形態では、導電部４２の第１の電位側の端部（マイナス側端部）４３を軸線Ｏに垂直な面に投影したときの範囲Ｚが、凹部形状５２を軸線Ｏに垂直な面に投影したときの範囲Ｙと重なることとして（図３参照）、第１の電位側の端部４３と中軸との間を絶縁させている。 これに対して、上記範囲Ｚの少なくとも一部が、上記範囲Ｙと重ならず、中軸におけるリング状の最先端を軸線Ｏに垂直な面に投影したときの範囲と重なることとしてもよい。 この場合には、例えば、中軸の先端部とヒータ素子の後端部とを離間させることによって、第１の電位側の端部４３と中軸との間の絶縁を確保すればよい。 あるいは、中軸の先端部とヒータ素子の後端部との間であって、少なくとも第１の電位側の端部４３の露出部分と中軸との間に絶縁体を配置して、第１の電位側の端部４３と中軸の間の絶縁を確保してもよい。 いずれの場合であっても、中軸の先端に凹部形状５２を形成することにより、リング６０の後端部に中軸の先端部を圧入する際の圧入荷重を低減するという各実施形態と同様の効果を得ることができる。

・変形例２（導電部４２の端部の態様の変形）：
上記各実施形態のヒータ素子４０では、その後端部において、導電部４２の第１の電位側の端部４３および第２の電位側の端部４４が露出して、双方が中軸から離間しているが、異なる構成としてもよい。 例えば、第２の電位側の端部４４は、中軸と接していても差し支えない。 あるいは、導電部において、第１の電位側の端部４３と第２の電位側の端部４４の少なくとも一方が設けられず、導電部の後端部に露出しない構成としてもよい。 ヒータ素子における導電部の引き回しの態様にかかわらず、中軸の先端に凹部形状５２を形成することにより、各実施形態と同様の効果を得ることができる。

・変形例３（凹部形状５２の変形）：
上記各実施形態では、凹部形状５２は、中軸の最先端から後端側に向かう所定の範囲にわたって、横断面の径が一定の長さとなるように形成したが、異なる構成としてもよい。 例えば、凹部形状は、深くなるに従って（後端側ほど）次第に縮径する形状、すなわち円錐形状としてもよい。 また、上記各実施形態では、中軸の先端部に設けた凹部形状や凸部形状は、横断面が円形となるように形成したが、異なる構成としてもよい。 この場合にも、中軸の先端部に凹部形状を形成することで中軸の先端部が変形し易くなり、各実施形態と同様の効果が得られる。

・変形例４（中軸の先端部近傍の形状の変形）：
上記各実施形態では、中軸の先端部近傍の外壁に、後端側に向かって急激に外径が拡大し、リングの後端と接する段差部５４を設けたが、このような段差部を設けないこととしてもよい。 以下に、一例として、中軸に段差部５４を設けない構成を第１の実施形態に適用した例を変形例として示す。

図８は、本発明の変形例としてのグロープラグ２１０の概略構成を表わす断面模式図である。 本変形例において、第１の実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明は省略する。 本変形例のグロープラグ２１０は、中軸５０に代えて中軸２５０を備えること以外は、第１の実施形態のグロープラグ１０と同様の構成を有している。 図８では、図２と同様にして、ヒータ素子４０の後端部と中軸２５０の先端部とが接する部位を含む領域のみを拡大して示している。 中軸２５０の先端部には、第１の実施形態と同様の凹部形状５２が形成されている。 ただし、中軸２５０の先端部近傍の外壁には、段差部５４が設けられておらず、中軸２５０の外径は、リング６０の後端と接する位置から後端側に向かって、次第に縮径している。 なお、グロープラグ２１０において中軸２５０とリング６０との溶接を行なう場合には、リング６０の後端と中軸２５０の外表面とが接する位置（図８において矢印Ｗ２で示す）において溶接すればよい。

このようなグロープラグ２１０では、リング６０内にヒータ素子４０の後端部を先に嵌め込んだ場合には、中軸２５０の先端部がヒータ素子４０の後端部に当接するまでリング６０内へと中軸２５０を圧入すればよい。 そのため、段差部５４を設けなくても、さらに、中軸２５０の嵌め込み位置の特別な制御を行なわなくても、中軸２５０をリング６０内に圧入する動作を容易に行なうことができる。 また、中軸の圧入長ｅに対応して十分な精度が要求される段差部５４を形成する必要が無いため、中軸の製造工程を簡素化することができる。 さらに、中軸の圧入時に段差部５４がリング６０の後端を過剰に押圧することがないため、ヒータ素子４０に対してリング６０が相対的に先端側に移動する不都合を抑えることができる。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。 例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。 また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０，１１０，２１０…グロープラグ２０…主体金具２１…軸孔２２…雄ネジ部３０…外筒３１…軸孔４０…ヒータ素子４１…絶縁部４２…導電部４３…第１の電位側の端部（マイナス側端部）
４４…第２の電位側の端部（プラス側端部）
４５…第１の電位側の接続端子（マイナス側接続端子）
４６…第２の電位側の接続端子（プラス側接続端子）
５０，１５０，２５０…中軸５２…凹部形状５４…段差部５６…テーパ６０…リング７０…端子金具７２…絶縁部材７４…封止部材