JP2009158432A

JP2009158432A - Sheath heater and glow plug

Info

Publication number: JP2009158432A
Application number: JP2007338563A
Authority: JP
Inventors: Saori Narita; さおり成田; Wataru Matsutani; 渉松谷; Masayuki Segawa; 昌幸瀬川; Yosuke Hachiya; 洋介八谷
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2009-07-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sheath heater and a glow plug capable of aiming at longer life by restraining invasion of nitrogen in an exoergic coil for a comparatively long period. <P>SOLUTION: The glow plug 1 has a cylindrical main metal fitting 2 and a sheath heater 3 mounted on the main metal fitting 2. The sheath heater 3 has a tube 7 extending in the axis C1 direction, a center shaft 8, the exoergic coil 9, and a control coil 10. The tube 7 is formed to satisfy the relationship of 45≤x≤160 when the value obtained by dividing an area of a target coil range TK by a peripheral length of the target coil range TK is x, regarding one target coil range TK among a plurality of coil ranges K surrounded by a contour line G of the exoergic coil 9 in the cross-section including a center axis X1 of the exoergic coil 9. Further, when the aluminum content of the exoergic coil 9 is y (mass%), regarding the target coil range TK, the exoergic coil is formed to satisfy the relationship of 8≤y≤15. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体や気体の加熱装置としてのシースヒータや、当該シースヒータを備えたディーゼルエンジンの予熱などに使用するグロープラグに関する。 The present invention relates to a sheath heater as a liquid or gas heating device and a glow plug used for preheating a diesel engine equipped with the sheath heater.

ディーゼルエンジンの予熱などに使用するグロープラグとしては、一般に、先端部の閉じた金属製のチューブ内に、鉄（Ｆｅ）を主成分として、クロム（Ｃｒ）等を含有する発熱コイルを絶縁粉末（例えば、酸化マグネシウム等）とともに封入したシースヒータを用いるものが知られている。チューブ内に配設される発熱コイルは、その先端部がチューブの先端に接合され、その後端部が、直接又は制御コイルを介して、チューブ後部に挿入されたリード部材の先端に接合されている。そして、リード部材を介して通電されることにより発熱コイルが発熱する。 As a glow plug used for preheating of a diesel engine, generally, a heat generating coil containing iron (Fe) as a main component and containing chromium (Cr) or the like in a metal tube having a closed tip is used as an insulating powder ( For example, what uses the sheath heater enclosed with magnesium oxide etc. is known. The tip of the heating coil arranged in the tube is joined to the tip of the tube, and the rear end is joined to the tip of the lead member inserted in the rear of the tube directly or via the control coil. . The heat generating coil generates heat when energized through the lead member.

ここで、グロープラグを長期間使用していると、発熱コイル内部へと窒素が侵入し、Ｃｒ等の窒化が進行してしまうおそれがある。窒化が進行してしまうと、発熱コイル内部に窒化物が散在することとなってしまうため、発熱コイルの脆弱化、ひいては断線を引き起こしてしまうおそれがある。 Here, if the glow plug is used for a long period of time, nitrogen may enter the heat generating coil and nitriding of Cr or the like may proceed. If nitriding proceeds, nitrides are scattered inside the heating coil, which may cause weakening of the heating coil and thus breakage.

これに対し、チューブの後端開口にフッ素ゴムよりなる封止体を設けることで、チューブ内への窒素の侵入を防止し、発熱コイル内部の窒化を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１−１６７５２９号公報 On the other hand, a technique has been proposed in which a sealing body made of fluoro rubber is provided at the rear end opening of the tube to prevent nitrogen from entering the tube and suppress nitridation inside the heating coil (for example, Patent Document 1).
JP-A-1-167529

ところが、近年、グロープラグの長寿命化が益々要求されるようになっており、排ガスをよりクリーンなものとするために、ディーゼルエンジン始動後、従前よりも高温かつ長時間にわたっての加熱が必要となってきている。このような状況下において、上記技術では十分に窒素の侵入を防止することができないおそれがある。 However, in recent years, there has been an increasing demand for longer life of glow plugs, and in order to make exhaust gas cleaner, it is necessary to heat the diesel engine at a higher temperature for a longer time than before. It has become to. Under such circumstances, there is a possibility that the above technique cannot sufficiently prevent the ingress of nitrogen.

そこで、発熱コイルを構成する材料にＡｌを含有することで、発熱コイルの表層に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）の連続的な皮膜（「Ａｌ皮膜」という）を形成することが考えられる。当該Ａｌ皮膜の形成により発熱コイル表層から発熱コイル内部への窒素の侵入を効果的に抑制することができる。 Therefore, a continuous film of aluminum nitride (AlN) or aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) (called “Al film”) is formed on the surface layer of the heat generating coil by including Al in the material constituting the heat generating coil. It is possible to do. By forming the Al film, nitrogen can be effectively prevented from entering the heating coil surface layer into the heating coil.

しかしながら、熱サイクルや絶縁粉末との擦れ合いによって、発熱コイル表層のＡｌ皮膜が剥離してしまうおそれがある。また、Ａｌ皮膜が剥離してしまうと、当該部位において再度Ａｌ皮膜が形成されることとなるが、Ａｌ皮膜の剥離及び形成が繰り返されることで、発熱コイル中のＡｌ量が減少してしまう。結果的には、Ａｌの不足により連続的なＡｌ皮膜が形成できなくなってしまい、窒素の侵入抑制が不十分なものとなってしまうおそれがある。 However, the Al coating on the surface of the heating coil may be peeled off due to friction with the heat cycle or the insulating powder. Further, when the Al film is peeled off, the Al film is formed again at the portion. However, when the Al film is peeled and formed repeatedly, the amount of Al in the heating coil is reduced. As a result, a continuous Al film cannot be formed due to the shortage of Al, and there is a risk that the penetration of nitrogen will be insufficient.

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、発熱コイル内部への窒素の侵入を比較的長期間に亘って抑制することで、長寿命化を図ることが可能なシースヒータ及びグロープラグを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a sheath heater capable of extending the life by suppressing the penetration of nitrogen into the heating coil for a relatively long period of time. To provide a glow plug.

以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。 Hereinafter, each configuration suitable for solving the above-described object will be described in terms of items. In addition, the effect specific to the corresponding structure is added as needed.

構成１．本構成のシースヒータは、軸線方向に延びるとともに先端部が閉塞し、ニッケル又は鉄を主成分とする筒状のチューブと、
先端が前記チューブ内に位置し、後端が当該チューブの後端側へ突出するリード部材と、
前記チューブ内に充填される絶縁粉末と、
抵抗発熱線よりなり、前記チューブ内に配設されるとともに、先端が前記チューブの先端に接合され、後端が前記リード部材の先端部と直接的或いは間接的に接合されることで前記リード部材と電気的に接続される発熱コイルとを備えたシースヒータであって、
前記発熱コイルの中心軸を含む断面における前記発熱コイルの外形線で囲まれた複数のコイル領域の１つである対象コイル領域について、当該対象コイル領域の面積を当該対象コイル領域の周長で除算した値をｘとしたとき、４５≦ｘ≦１６０を満たすとともに、
前記発熱コイルのアルミニウム含有量をｙ（質量％）としたとき、８≦ｙ≦１５を満たす前記コイル領域を有することを特徴とする。 Configuration 1. The sheath heater of the present configuration extends in the axial direction and has a closed end, a cylindrical tube mainly composed of nickel or iron, and
A lead member having a distal end located in the tube and a rear end protruding toward the rear end of the tube;
An insulating powder filled in the tube;
The lead member is formed of a resistance heating wire, is disposed in the tube, has a distal end joined to the distal end of the tube, and a rear end joined directly or indirectly to the distal end portion of the lead member. And a heat generating coil electrically connected to the sheath heater,
For a target coil region that is one of a plurality of coil regions surrounded by an outline of the heat generating coil in a cross section including the central axis of the heat generating coil, the area of the target coil region is divided by the circumference of the target coil region. Where x is x and satisfies 45 ≦ x ≦ 160,
When the aluminum content of the heating coil is y (mass%), the coil region satisfies 8 ≦ y ≦ 15.

ここで、「主成分」とあるのは、材料中、最も質量比の高い成分を指すものである。 Here, the “main component” refers to a component having the highest mass ratio in the material.

抵抗値を増大させ、十分な発熱性能を実現するという観点から、発熱コイルを比較的細径化する等、その断面積を比較的小さなものとすることが行われる。 From the viewpoint of increasing the resistance value and realizing sufficient heat generation performance, the heat generating coil is made to have a relatively small cross-sectional area, such as a relatively small diameter.

また、チューブ内に発熱コイルとともに充填された絶縁粉末の充填密度を高めるために、スウェージング加工等によりチューブを細径化する処理が行われ得るが、結果として、発熱コイルの断面形状が楕円形状等、真円状から歪んだ形状に変形してしまうことがある。その結果、発熱コイルの断面積が減少してしまったり、発熱コイルの周長が比較的大きなものとなってしまったりすることがある。 In addition, in order to increase the packing density of the insulating powder filled together with the heating coil in the tube, the tube can be processed by reducing the diameter by swaging or the like. As a result, the sectional shape of the heating coil is elliptical. For example, it may be deformed from a perfect circle to a distorted shape. As a result, the cross-sectional area of the heating coil may be reduced, or the circumference of the heating coil may be relatively large.

すなわち、上記構成１のように、発熱コイルの断面から得られる複数のコイル領域（コイルの断面）のうちの１つである対象コイル領域の面積を対象コイル領域の周長で除算して得た値ｘが「４５≦ｘ≦１６０」と比較的小さくされた発熱コイルが形成され得る。このような発熱コイルにおいては、発熱コイルの単位表面積当たりの発熱コイルの体積量が比較的小さいものとなるため、発熱コイルの単位表面積当たりに供給可能なＡｌ量が少ないものとなってしまうおそれがある。そのため、発熱コイル表層におけるＡｌ皮膜の生成・剥離の繰り返しにより、比較的短期間の使用であっても連続的なＡｌ皮膜を形成できないほどにＡｌ量が減少してしまうことが懸念される。 That is, as in Configuration 1 above, the area of the target coil area, which is one of the plurality of coil areas (coil cross sections) obtained from the cross section of the heating coil, is divided by the circumference of the target coil area. A heating coil whose value x is relatively small as “45 ≦ x ≦ 160” can be formed. In such a heating coil, since the volume of the heating coil per unit surface area of the heating coil is relatively small, the amount of Al that can be supplied per unit surface area of the heating coil may be small. is there. For this reason, there is a concern that the amount of Al may be reduced to the extent that a continuous Al film cannot be formed even when used for a relatively short period of time due to repeated generation and peeling of the Al film on the surface of the heating coil.

尚、「ｘ＞１６０」である場合には、対象コイル領域の面積が十分に大きく、また、外形が真円に近いものであるため、Ａｌをさほど含有させなくても、必要な耐窒化性を実現しやすい。しかしながら、「ｘ＞１６０」とするためには、発熱コイルの断面積を増大させる必要があり、これに起因して抵抗値が低下してしまう。その結果、消費電力の増大を招いてしまうおそれがあり、好ましくない。一方で、「ｘ＜４５」である場合には、発熱コイルの線径が過度に小さいものとなったり、コイル領域の周長が面積に対して過度に大きく、外形が真円から大きく歪んだものとなったりするため、耐久性の低下を招いてしまうおそれがある。また、このような発熱コイルは、製造時自体が困難であるとともに、製造コストの増大を招いてしまうおそれがあり、実現性に乏しい。 In the case of “x> 160”, the area of the target coil region is sufficiently large and the outer shape is close to a perfect circle, so that the necessary nitridation resistance can be obtained without adding much Al. It is easy to realize. However, in order to satisfy “x> 160”, it is necessary to increase the cross-sectional area of the heating coil, which results in a decrease in the resistance value. As a result, power consumption may increase, which is not preferable. On the other hand, when “x <45”, the wire diameter of the heat generating coil becomes excessively small, the circumference of the coil region is excessively large with respect to the area, and the outer shape is greatly distorted from the perfect circle. It may become a thing, and there exists a possibility of causing the fall of durability. In addition, such a heat generating coil is difficult to manufacture itself and may increase the manufacturing cost, so that the feasibility is poor.

すなわち、本構成１の発熱コイルは、比較的断面積の大きい発熱コイルや断面真円状の発熱コイル等と比較して、窒素が侵入してしまいやすく、ひいては耐久性の低下がより一層懸念されるものであるといえる。 That is, the heat generating coil of the present configuration 1 is more susceptible to nitrogen intrusion than the heat generating coil having a relatively large cross-sectional area, the heat generating coil having a perfect circular cross section, etc. It can be said that.

この点、本構成１では、「４５≦ｘ≦１６０」を満たす発熱コイルを具備するシースヒータであって、発熱コイル中のＡｌ含有量であるｙを「８≦ｙ≦１５」と比較的多いものとしている。これにより、発熱コイルの単位表面積当たりに供給可能なＡｌ量を増加させることができる。従って、Ａｌ皮膜の生成・剥離が繰り返されたとしても、比較的長期間に亘って連続的なＡｌ皮膜を形成し続けることができる。その結果、発熱コイル内部への窒素の侵入を長期間に亘って抑制することができ、長寿命化を図ることができる。 In this regard, the present configuration 1 is a sheath heater having a heat generating coil satisfying “45 ≦ x ≦ 160”, and the aluminum content y in the heat generating coil is relatively large as “8 ≦ y ≦ 15”. It is said. Thereby, the amount of Al that can be supplied per unit surface area of the heating coil can be increased. Therefore, even if the generation and peeling of the Al film are repeated, a continuous Al film can be continuously formed over a relatively long period of time. As a result, nitrogen can be prevented from entering the heat generating coil for a long period of time, and the life can be extended.

尚、Ａｌ含有量が８質量％未満である場合には、Ａｌが不足して上述の作用効果が十分に奏されないおそれがある。一方、Ａｌの含有量が１５質量％を超える場合には、加工性の低下を招いてしまうおそれがある。 In addition, when Al content is less than 8 mass%, there exists a possibility that Al may run short and the above-mentioned effect may not be show | played fully. On the other hand, if the Al content exceeds 15% by mass, the workability may be reduced.

構成２．本構成のシースヒータは、上記構成１において、ｙ≧（−７／５）ｘ＋７８を満たすことを特徴とする。 Configuration 2. The sheath heater of this structure is characterized by satisfying y ≧ (−7/5) x + 78 in the structure 1 described above.

上記構成１においては、対象コイル領域の面積をその周長で除算した値であるｘ及びアルミニウム含有量ｙの関係を示す領域は、図４において散点模様が付された領域である。これに対して、上記構成２では、上記ｘ及びｙの関係を示す領域が図５において散点模様が付された領域となる。上記ｘ及びｙが上記図５の領域の範囲内という条件を満たすことで、より優れた耐久性を発揮することができる。 In the above configuration 1, the region indicating the relationship between x and the aluminum content y, which is a value obtained by dividing the area of the target coil region by its circumference, is a region with a dotted pattern in FIG. On the other hand, in the said structure 2, the area | region which shows the relationship of said x and y turns into an area | region where the dotted pattern was attached in FIG. By satisfying the condition that x and y are within the range shown in FIG. 5, more excellent durability can be exhibited.

すなわち、上述の通り、製造等に際して発熱コイルの断面形状が変形してしまったり、発熱コイルの周長が比較的大きなものとなってしまったりすることがある。また、抵抗値を増大させ、十分な発熱性能を実現するとともに、消費電力を比較的低く抑えるという観点から、発熱コイルが細径化されることがある。一方で、周長の増大や発熱コイルの細径化に伴い、発熱コイルの単位表面積当たりの体積は減少し、Ａｌ不足に陥りやすくなる。 That is, as described above, the cross-sectional shape of the heat generating coil may be deformed during manufacturing or the like, or the circumference of the heat generating coil may be relatively large. In addition, the heating coil may be reduced in diameter from the viewpoint of increasing the resistance value to achieve sufficient heat generation performance and keeping power consumption relatively low. On the other hand, the volume per unit surface area of the heat generating coil decreases with increasing perimeter and the diameter of the heat generating coil, and it is easy to fall into Al shortage.

これに対し、構成２では、ｘの値が比較的小さい場合（ｘが５０未満である場合）においては、さらに多くのＡｌを含有させることとしている。これにより、発熱コイル内部への窒素の侵入を長期間に亘って抑制することができ、長寿命化を図ることができるという作用効果がより確実に奏されることとなる。このように、発熱コイルの細径化を図りつつ、或いは、周長が比較的増大した発熱コイルに関しても、より優れた耐久性を実現するという意味において、上記ｘ及びｙの関係を上記領域の範囲内とすることがより望ましいといえる。 On the other hand, in the structure 2, when the value of x is relatively small (when x is less than 50), more Al is contained. Thereby, the penetration | invasion of nitrogen to the inside of a heat generating coil can be suppressed over a long period of time, and the effect that a lifetime improvement can be achieved will be show | played more reliably. In this way, the relationship between x and y is defined in the above-mentioned region in the sense that the heat generating coil having a smaller diameter or a heat generating coil having a relatively increased circumference can achieve better durability. It can be said that it is more desirable to be within the range.

構成３．本構成のシースヒータは、上記構成１又は２において、前記発熱コイルは、クロム（Ｃｒ）を５質量％以上２０質量％以下含有することを特徴とする。 Configuration 3. The sheath heater according to this configuration is characterized in that, in the above configuration 1 or 2, the heating coil contains 5% by mass or more and 20% by mass or less of chromium (Cr).

上記構成３によれば、発熱コイルには、Ｃｒが５質量％以上２０質量％以下含有されている。これにより、過度の細径化を施すことなく、抵抗値の増大を図ることができる。つまり、必要な機械的強度を維持しつつ、十分な発熱性能を実現することができる。また、低温時（発熱初期）においては、比較的高い抵抗値を有することとなるため、急速昇温性の向上を図ることができる。一方で、Ｃｒが含有されることによって、温度に対する抵抗値の感度（上昇割合）を比較的鈍いものとすることができる。従って、高温時においては、温度上昇に伴う抵抗値の増大が比較的緩やかなものとなり、抵抗値の増大に伴う温度の過昇等の不具合を防止することができる。 According to the said structure 3, 5 mass% or more and 20 mass% or less of Cr are contained in the heat generating coil. As a result, the resistance value can be increased without excessively reducing the diameter. That is, sufficient heat generation performance can be realized while maintaining the necessary mechanical strength. Moreover, since it has a relatively high resistance value at a low temperature (initial stage of heat generation), rapid temperature rise can be improved. On the other hand, by containing Cr, the sensitivity (increase rate) of the resistance value with respect to temperature can be made relatively dull. Therefore, at a high temperature, the increase in resistance value accompanying a rise in temperature becomes relatively gradual, and problems such as an excessive increase in temperature accompanying an increase in resistance value can be prevented.

尚、Ｃｒの含有量が５質量％未満である場合には、抵抗値の増大が不十分となってしまうため、十分な発熱性能を実現することができない等のおそれがある。一方で、Ｃｒの含有量が２０質量％を超える場合には、Ｃｒが比較的窒化しやすい元素であることから、Ｃｒの窒化が進行してしまい、耐久性の低下を招いてしまうおそれがある。 If the Cr content is less than 5% by mass, the resistance value will not increase sufficiently, so that sufficient heat generation performance may not be realized. On the other hand, when the content of Cr exceeds 20% by mass, Cr is an element that is relatively easily nitrided, so that nitriding of Cr proceeds and there is a risk of lowering durability. .

構成４．本構成のシースヒータは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記発熱コイルは、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、及び、セリウム（Ｃｅ）等の希土類元素を少なくとも１種類含有するとともに、これらの総含有量が０．００１質量％以上５質量％以下であり、かつ、
ｙ≦（−１／２０）ｘ＋２０を満たすことを特徴とする。 Configuration 4. The sheath heater of this configuration is any one of the above configurations 1 to 3, wherein the heating coil is manganese (Mn), silicon (Si), boron (B), vanadium (V), tantalum (Ta), titanium (Ti). And at least one rare earth element such as zirconium (Zr), hafnium (Hf), and cerium (Ce), and the total content thereof is 0.001 mass% or more and 5 mass% or less, and
It is characterized by satisfying y ≦ (−1/20) x + 20.

上記構成４によれば、発熱コイルには、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及び、Ｃｅ等の希土類元素が少なくとも１種類含有されている。ここで、当該ＭｎやＳｉ等の元素は、１０００℃におけるＣｒの窒化物生成自由エネルギーよりも１０００℃における窒化物生成自由エネルギーが少ない元素である。すなわち、Ｃｒより窒化しやすい元素であるため、Ｃｒが含有されている場合においては、前記元素がいわゆる窒素ゲッター元素として機能し、Ｃｒの窒化を防止することができる。これにより、耐久性のより一層の向上を図ることができる。 According to the configuration 4, the heat generating coil contains at least one kind of rare earth elements such as Mn, Si, B, V, Ta, Ti, Zr, Hf, and Ce. Here, the element such as Mn and Si is an element having less nitride formation free energy at 1000 ° C. than Cr nitride formation free energy at 1000 ° C. That is, since it is an element that is more easily nitrided than Cr, when Cr is contained, the element functions as a so-called nitrogen getter element and can prevent nitriding of Cr. Thereby, the durability can be further improved.

また、特に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及び、Ｃｅ等の希土類元素は、Ａｌよりも窒化しやすい元素であるため、発熱コイル内部におけるＡｌＮの形成を効果的に抑制することができる。 In particular, since rare earth elements such as Ti, Zr, Hf, and Ce are elements that are more easily nitrided than Al, formation of AlN inside the heating coil can be effectively suppressed.

さらに、このような元素が含有されることで、発熱コイルを形成するＡｌ等の金属組織に格子歪が生じるため、Ａｌ等の金属組織に歪み負荷が発生する。これにより、Ａｌの移動（拡散）が促進され、Ａｌがより速やかに発熱コイル表層へと移動する（供給される）こととなる。結果として、Ａｌ皮膜がより一層確実に形成されるため、発熱コイル内部への窒素の侵入を一層確実に抑制することができる。 Furthermore, since such an element is contained, lattice strain is generated in the metal structure such as Al forming the heating coil, so that a strain load is generated in the metal structure such as Al. Thereby, the movement (diffusion) of Al is promoted, and Al is moved (supplied) to the surface of the heating coil more quickly. As a result, since the Al film is formed more reliably, the intrusion of nitrogen into the heat generating coil can be more reliably suppressed.

尚、前記総含有量が０．００１質量％未満の場合には、上記作用効果が十分に奏されないおそれがある。一方で、前記総含有量が５質量％を超える場合には、加工性が低下してしまうとともに、発熱コイル内部に比較的大きな窒化物が生成されてしまい、これらを起点として腐食ガスが侵入してしまうおそれがある。 In addition, when the said total content is less than 0.001 mass%, there exists a possibility that the said effect may not fully be show | played. On the other hand, when the total content exceeds 5% by mass, the workability deteriorates and a relatively large nitride is generated inside the heating coil, and corrosive gas enters from these. There is a risk that.

併せて、上記構成４では、上記ｘ及びｙの関係を示す領域が図６における直線ｙ＝（−１／２０）ｘ＋２０よりも下側の領域となる。すなわち、上述のとおり、ＭｎやＳｉ等の元素が含有されることによって、耐久性の向上を図ることができるため、上記ｘが比較的大きい（ｘ≧１００）場合においては、さほどＡｌを含有させなくとも、発熱コイル内部への窒素の侵入を長期間に亘って抑制することができ、長寿命化を図ることができる。従って、十分な耐久性を維持しつつ、Ａｌ含有量の抑制を図ることができる。その結果、コストの減少を図ることができるとともに、加工性の向上を図ることができる。 In addition, in the configuration 4, the region indicating the relationship between x and y is a region below the straight line y = (− 1/20) x + 20 in FIG. 6. That is, as described above, by including an element such as Mn and Si, durability can be improved. Therefore, when x is relatively large (x ≧ 100), Al is contained so much. Even if not, the penetration of nitrogen into the heating coil can be suppressed over a long period of time, and the life can be extended. Therefore, it is possible to suppress the Al content while maintaining sufficient durability. As a result, cost can be reduced and workability can be improved.

構成５．本構成のシースヒータは、上記構成１乃至４のいずれかに記載のシースヒータであって、前記複数のコイル領域のうちの７０％以上の領域が前記対象コイル領域となり、各対象コイル領域について、前記値ｘが４５≦ｘ≦１６０を満たすことを特徴とする。 Configuration 5. The sheath heater according to this configuration is the sheath heater according to any one of the above configurations 1 to 4, wherein 70% or more of the plurality of coil regions is the target coil region, and the value for each target coil region x satisfies 45 ≦ x ≦ 160.

前述のとおり、Ａｌを所定量含有した上で、上記値ｘが、４５≦ｘ≦１６０を満たす対象コイル領域が存在することによって、発熱コイル内部への窒素の侵入を長期間に亘って防ぐことが可能となる。従って、複数のコイル領域のうちのより多くの領域が、前記対象コイル領域としての構成を有する程、長寿命を達成しやすくなる。 As described above, the presence of a predetermined amount of Al and the presence of a target coil region in which the value x satisfies 45 ≦ x ≦ 160 prevents nitrogen from entering the heating coil for a long period of time. Is possible. Therefore, the longer the life of the coil region, the more the region of the plurality of coil regions has the configuration as the target coil region.

この点、本構成５によれば、複数のコイル領域のうち７０％以上の領域を対象コイル領域としている。これにより、耐久性の一層の向上を図ることができるとともに、飛躍的な長寿命化を図ることができる。 In this regard, according to the present configuration 5, 70% or more of the plurality of coil regions is set as the target coil region. As a result, the durability can be further improved and the service life can be dramatically extended.

構成６．上記構成１乃至５のいずれかに記載のシースヒータを具備することを特徴とするグロープラグ。 Configuration 6. A glow plug comprising the sheath heater according to any one of the above configurations 1 to 5.

上記構成６によれば、筒状の主体金具を具備するグロープラグに上記思想が適用される。すなわち、グロープラグとしてディーゼルエンジン等に使用された場合に、上記作用効果が奏されることとなる。尚、この場合において、上記構成１〜５のシースヒータのチューブは、主体金具の先端側から自身の先端部を突出させた状態で、前記主体金具に固定される。また、リード部材は、自身の後端が前記主体金具の後端から突出させられる。 According to the configuration 6, the above idea is applied to a glow plug having a cylindrical metal shell. That is, when used as a glow plug in a diesel engine or the like, the above-described effects are exhibited. In this case, the tube of the sheath heater having the above-described configurations 1 to 5 is fixed to the metal shell in a state where the tip portion of the sheath heater protrudes from the tip side of the metal shell. The lead member has its rear end protruding from the rear end of the metal shell.

以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）は、本発明にかかるシースヒータを具備してなるグロープラグの一例を示す全体図であり、図１（ｂ）はその縦断面図である。 Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 (a) is an overall view showing an example of a glow plug provided with a sheath heater according to the present invention, and FIG. 1 (b) is a longitudinal sectional view thereof.

図１（ａ），（ｂ）に示すように、グロープラグ１は、筒状の主体金具２と、主体金具２に装着されたシースヒータ３とを備えている。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the glow plug 1 includes a cylindrical metal shell 2 and a sheath heater 3 attached to the metal shell 2.

主体金具２は、軸線Ｃ１方向に貫通する軸孔４を有するとともに、その外周面には、ディーゼルエンジンへの取付用のねじ部５と、トルクレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部６とが形成されている。 The metal shell 2 has a shaft hole 4 penetrating in the direction of the axis C1, and the outer peripheral surface thereof has a hexagonal cross section for engaging a screw portion 5 for attachment to a diesel engine and a tool such as a torque wrench. The tool engaging portion 6 is formed.

シースヒータ３は、チューブ７とリード部材としての中軸８とが軸線Ｃ１方向に一体化されて構成されている。 The sheath heater 3 is configured by integrating a tube 7 and a middle shaft 8 as a lead member in the direction of the axis C1.

チューブ７は、鉄（Ｆｅ）又はニッケル（Ｎｉ）を主成分とする先端部が閉じた筒状チューブである。また、図２に示すように、当該チューブ７の内側には、チューブ７先端に接合される螺旋状の発熱コイル９と、当該発熱コイル９の後端に直列接続された制御コイル１０とが酸化マグネシウム粉末等の絶縁粉末１１とともに封入されている。尚、本実施形態においては、前記軸線Ｃ１と、前記螺旋状の発熱コイル９の中心軸Ｘ１とは一致しているが、必ずしも一致している必要はない。 The tube 7 is a cylindrical tube having a tip end mainly composed of iron (Fe) or nickel (Ni). Further, as shown in FIG. 2, a spiral heating coil 9 joined to the tip of the tube 7 and a control coil 10 connected in series to the rear end of the heating coil 9 are oxidized inside the tube 7. It is enclosed with insulating powder 11 such as magnesium powder. In the present embodiment, the axis C1 and the central axis X1 of the spiral heating coil 9 coincide with each other, but do not necessarily coincide with each other.

前記チューブ７の後端は、中軸８との間で環状ゴム１７により封止されている。加えて、前述のように、発熱コイル９は、その先端においてチューブ７と導通しているが、発熱コイル９及び制御コイル１０の外周面とチューブ７の内周面とは、絶縁粉末１１の介在により絶縁された状態となっている。 The rear end of the tube 7 is sealed with an annular rubber 17 between the middle shaft 8 and the rear end. In addition, as described above, the heating coil 9 is electrically connected to the tube 7 at the tip thereof, but the outer peripheral surface of the heating coil 9 and the control coil 10 and the inner peripheral surface of the tube 7 are interposed by the insulating powder 11. It is in the state insulated by.

発熱コイル９は、Ｆｅ−アルミニウム（Ａｌ）系合金の抵抗発熱線により構成されている（発熱コイル９については、後に詳述する）。また、制御コイル１０は発熱コイル９の材質よりも電気比抵抗の温度係数が大きい材質、例えばコバルト（Ｃｏ）−Ｎｉ−Ｆｅ系合金等に代表されるＣｏ又はＮｉを主成分とする抵抗発熱線により構成されている。これにより、制御コイル１０は、自身の発熱及び発熱コイル９からの発熱を受けることにより電気抵抗値を増大させ、発熱コイル９に対する電力供給量を制御する。従って、通電初期においては発熱コイル９には比較的大きな電力供給がなされ、発熱コイル９の温度は急速に上昇する。すると、その発熱により制御コイル１０が加熱されて電気抵抗値が増大し、発熱コイル９への電力供給が減少する。これにより、シースヒータ３の昇温特性は、通電初期に急速昇温した後、以降は制御コイル１０の働きにより電力供給が抑制されて温度が飽和する形となる。つまり、制御コイル１０の存在により、急速昇温性を高めつつ発熱コイル９の温度の過昇（オーバーシュート）も生じにくくすることができるようになっている。 The heating coil 9 is composed of a resistance heating wire of Fe-aluminum (Al) alloy (the heating coil 9 will be described in detail later). The control coil 10 is made of a material having a temperature coefficient of electrical specific resistance larger than that of the material of the heating coil 9, for example, a resistance heating wire mainly composed of Co or Ni typified by a cobalt (Co) -Ni-Fe alloy. It is comprised by. Thereby, the control coil 10 increases the electric resistance value by receiving its own heat generation and heat generation from the heat generation coil 9, and controls the power supply amount to the heat generation coil 9. Therefore, relatively large electric power is supplied to the heating coil 9 in the initial stage of energization, and the temperature of the heating coil 9 rises rapidly. Then, the control coil 10 is heated by the heat generation, the electric resistance value increases, and the power supply to the heat generating coil 9 decreases. As a result, the temperature rise characteristic of the sheath heater 3 becomes a form in which the temperature is saturated after the temperature is rapidly raised in the initial stage of energization, and thereafter the power supply is suppressed by the action of the control coil 10. That is, the presence of the control coil 10 makes it possible to prevent the temperature of the heat generating coil 9 from excessively rising (overshoot) while improving the rapid temperature rise.

また、チューブ７には、スウェージング加工等によって、その先端部に発熱コイル９等を収容する小径部７ａが形成されるとともに、その後端側において小径部７ａよりも径の大きい大径部７ｂが形成されている。そして、この大径部７ｂが、主体金具２の軸孔４に形成された小径部４ａに対し圧入接合されることにより、チューブ７が主体金具２の先端より突出した状態で保持される。尚、スウェージング加工を経ることによって、発熱コイル９の最先端部分を除いた大部分（チューブ７の最先端付近はスウェージング加工によっては押圧されないため）が断面楕円形状に変形させられている（図３参照；但し、図示はあくまでも模式図である）。 Further, the tube 7 is formed with a small-diameter portion 7a that accommodates the heating coil 9 and the like at the distal end thereof by swaging or the like, and a large-diameter portion 7b that is larger in diameter than the small-diameter portion 7a on the rear end side. Is formed. The large diameter portion 7 b is press-fitted and joined to the small diameter portion 4 a formed in the shaft hole 4 of the metal shell 2, so that the tube 7 is held in a state of protruding from the tip of the metal shell 2. In addition, by passing through the swaging process, most of the exothermic part of the heating coil 9 excluding the most distal part (because the vicinity of the most distal part of the tube 7 is not pressed by the swaging process) is deformed into an elliptical cross section ( See FIG. 3; however, the illustration is a schematic diagram only).

中軸８は、自身の先端がチューブ７内に挿入され、前記制御コイル１０の後端と電気的に接続されるとともに、主体金具２の軸孔４に挿通されている。中軸８の後端は主体金具２の後端から突出しており、この主体金具２の後端部においては、ゴム製等のＯリング１２、樹脂製等の絶縁ブッシュ１３、絶縁ブッシュ１３の脱落を防止するための押さえリング１４、及び、通電用のケーブル接続用のナット１５がこの順序で中軸８に嵌め込まれた構造となっている〔図１（ｂ）参照〕。 The middle shaft 8 is inserted at its tip into the tube 7, is electrically connected to the rear end of the control coil 10, and is inserted through the shaft hole 4 of the metal shell 2. The rear end of the middle shaft 8 protrudes from the rear end of the metal shell 2. At the rear end of the metal shell 2, the rubber-made O-ring 12, the resin-made insulating bush 13, and the insulating bush 13 are removed. A pressing ring 14 for preventing and a nut 15 for connecting a current-carrying cable are fitted in the middle shaft 8 in this order (see FIG. 1B).

さらに、本実施形態において、発熱コイル９は、図３に示すように、前記軸線Ｃ１（発熱コイル９の中心軸Ｘ１）を含む断面における発熱コイル９の外形線Ｇで囲まれる複数のコイル領域Ｋのうちの１つである対象コイル領域ＴＫであって、当該対象コイル領域ＴＫの面積を対象コイル領域ＴＫの周長で除算して得た値をｘとしたとき、「４５≦ｘ≦１６０」を満たすように構成されている。 Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the heating coil 9 includes a plurality of coil regions K surrounded by the outline G of the heating coil 9 in a cross section including the axis C1 (the central axis X1 of the heating coil 9). When the value obtained by dividing the area of the target coil region TK by the circumference of the target coil region TK is x, “45 ≦ x ≦ 160”. It is configured to satisfy.

加えて、対象コイル領域ＴＫについて、発熱コイル９のＡｌ含有量をｙ（質量％）としたとき、８≦ｙ≦１５を満たすように構成されている。以上を踏まえると、本実施形態におけるｘ及びｙは、図４において散点模様を付された領域の範囲内という条件を満たすこととなる。 In addition, the target coil region TK is configured to satisfy 8 ≦ y ≦ 15 when the Al content of the heating coil 9 is y (mass%). Based on the above, x and y in the present embodiment satisfy the condition that they are within the range of the dotted area in FIG.

尚、本実施形態においては、１つの対象コイル領域ＴＫについて、上記値ｘ及びｙが、上記「４５≦ｘ≦１６０」及び「８≦ｙ≦１５」を満たしており、当該構成とされることによって、本発明の作用効果が奏されることとなる。また、複数のコイル領域Ｋのうちの７０％以上の領域が、上記値ｘ及びｙについてそれぞれ両式を満足する対象コイル領域ＴＫとなるようにしてもよい。ここで、当該対象コイル領域ＴＫが、複数のコイル領域Ｋのうちの７０％を占めているか否かについては、次のように判定してもよい。すなわち、複数のコイル領域Ｋのうち、チューブ７の先端から中心軸Ｘ１を挟んで一方側に位置するコイル領域Ｋ１，Ｋ２・・・Ｋ１０について値ｘをそれぞれ測定し、当該１０の領域のうち、少なくとも７の領域において値ｘが「４５≦ｘ≦１６０」を満たすかどうかにより判定してもよい。尚、値ｘを測定する領域の数は、８つ程度であっても十分に信頼性に足る。但し、発熱コイル９のうち、チューブ７と接合される部位については、コイル領域Ｋとしては扱わない。 In the present embodiment, for one target coil region TK, the values x and y satisfy the above “45 ≦ x ≦ 160” and “8 ≦ y ≦ 15”, and are configured as described above. As a result, the operational effects of the present invention are exhibited. Further, a region of 70% or more of the plurality of coil regions K may be the target coil region TK that satisfies both the expressions x and y. Here, whether or not the target coil region TK occupies 70% of the plurality of coil regions K may be determined as follows. That is, among the plurality of coil regions K, the value x is measured for each of the coil regions K1, K2,... K10 located on one side from the tip of the tube 7 with the central axis X1 interposed therebetween. The determination may be made based on whether the value x satisfies “45 ≦ x ≦ 160” in at least seven regions. It should be noted that the number x of regions for measuring the value x is sufficiently reliable even if it is about eight. However, the portion of the heating coil 9 that is joined to the tube 7 is not handled as the coil region K.

また、上記ｘ及びｙが「ｙ≧（−７／５）ｘ＋７８」の式を満たすように発熱コイル９を構成することが望ましい。この場合、上記ｘ及びｙは、図５において散点模様を付された領域の範囲内という条件を満たすこととなる。 In addition, it is desirable to configure the heating coil 9 so that x and y satisfy the expression “y ≧ (−7/5) x + 78”. In this case, the above x and y satisfy the condition that they are within the range of the dotted area in FIG.

加えて、当該発熱コイル９は、クロム（Ｃｒ）を５質量％以上２０質量％以下（例えば、１５質量％）含有しているのが望ましい。 In addition, the heat generating coil 9 desirably contains 5% by mass to 20% by mass (for example, 15% by mass) of chromium (Cr).

さらに、発熱コイル９は、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、及び、セリウム（Ｃｅ）等の希土類元素等のうち、少なくとも１種類を含有しているのが望ましい。但し、加工性の低下等を防止するという観点からは、これらの元素の総含有量は、０．００１質量％以上５質量％以下とすることが好ましい。また、この場合において、上記ｘが比較的大きな値（ｘ≧１００）である場合は、「ｙ≦（−１／２０）ｘ＋２０」の式を満たすように発熱コイル９を構成することが望ましい。このとき、上記ｘ及びｙは、図６において直線ｙ＝（−１／２０）ｘ＋２０よりも下側の領域内という条件を満たすこととなる。 Further, the heating coil 9 includes manganese (Mn), silicon (Si), boron (B), vanadium (V), tantalum (Ta), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), and cerium. It is desirable to contain at least one kind of rare earth elements such as (Ce). However, from the viewpoint of preventing deterioration of workability and the like, the total content of these elements is preferably 0.001% by mass or more and 5% by mass or less. In this case, when x is a relatively large value (x ≧ 100), it is desirable to configure the heating coil 9 so as to satisfy the expression “y ≦ (−1/20) x + 20”. At this time, the above x and y satisfy the condition of being in the region below the straight line y = (− 1/20) x + 20 in FIG. 6.

次に上記のように構成されてなるグロープラグ１の製造方法について説明する。尚、特に明記しない部位については、従来公知の方法が採用される。 Next, the manufacturing method of the glow plug 1 comprised as mentioned above is demonstrated. In addition, a conventionally well-known method is employ | adopted about the site | part which is not specified clearly.

まず、Ａｌが８質量％以上１５質量％以下含有されているＦｅ−Ａｌ系合金の抵抗発熱線をコイル形状に加工し、発熱コイル９を得る。尚、前記抵抗発熱線は、断面真円状をなしているとともに、比較的細径化されたもの（例えば、線径が５００μｍ以下のもの）である。 First, a resistance heating wire of an Fe—Al alloy containing 8 mass% or more and 15 mass% or less of Al is processed into a coil shape to obtain a heating coil 9. The resistance heating wire has a perfectly circular cross section and a relatively thin diameter (for example, a wire diameter of 500 μm or less).

次いで、アーク溶接等によって、前記発熱コイル９の後端部分と、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金等の抵抗発熱線をコイル形状に加工した制御コイル１０の先端部分とを接合する。 Next, the rear end portion of the heat generating coil 9 and the front end portion of the control coil 10 obtained by processing a resistance heating wire such as a Co—Ni—Fe alloy into a coil shape are joined by arc welding or the like.

次に、最終寸法より加工代分だけ大径に形成され、かつ、先端の閉じていない筒状のチューブ７内に、中軸８の先端と、当該中軸８と一体となった発熱コイル９及び制御コイル１０とが配置される。そして、アーク溶接によって、チューブ７の先端部分を閉塞させるとともに、当該チューブ７の先端部分と発熱コイル９の先端部分とを接合する。 Next, the tip of the middle shaft 8, the heat generating coil 9 integrated with the middle shaft 8 and the control are formed in a cylindrical tube 7 which is formed to have a diameter larger than the final dimension by the machining allowance and whose tip is not closed. A coil 10 is arranged. Then, the tip portion of the tube 7 is closed by arc welding, and the tip portion of the tube 7 and the tip portion of the heating coil 9 are joined.

その後、チューブ７内に絶縁粉末１１を充填し、チューブ７の後端を封止した後、当該チューブ７にスウェージング加工を施す。これにより、小径部７ａ及び大径部７ｂを有するチューブ７が形成されるとともに、当該チューブ７が中軸８と一体となってシースヒータ３が完成する。尚、上記スウェージング加工によって、絶縁粉末１１の充填密度が高められる。また、発熱コイル９の先端部分を除いた大部分が断面楕円形状に変形させられることとなる。本実施形態では、スウェージング加工を経て最終的に得られたシースヒータ３に関し、１つの対象コイル領域ＴＫについて、当該対象コイル領域ＴＫの面積をその周長で除算した値であるｘが４５≦ｘ≦１６０（例えば、ｘ＝８０）を満たしている。 Thereafter, the tube 7 is filled with the insulating powder 11 and the rear end of the tube 7 is sealed, and then the tube 7 is subjected to a swaging process. Thereby, the tube 7 having the small diameter portion 7a and the large diameter portion 7b is formed, and the tube 7 is integrated with the middle shaft 8 to complete the sheath heater 3. In addition, the packing density of the insulating powder 11 is increased by the swaging process. Further, most of the heat generating coil 9 excluding the tip portion is deformed into an elliptical cross section. In the present embodiment, regarding the sheath heater 3 finally obtained through the swaging process, for one target coil region TK, x, which is a value obtained by dividing the area of the target coil region TK by its circumference, is 45 ≦ x. ≦ 160 (for example, x = 80) is satisfied.

そして、上記のように形成されたシースヒータ３が主体金具２の軸孔４に圧入固定されるとともに、主体金具２の後端部分において、前記Ｏリング１２や絶縁ブッシュ１３等が中軸８に嵌め込まれることで、グロープラグ１が完成する。 The sheath heater 3 formed as described above is press-fitted and fixed in the shaft hole 4 of the metal shell 2, and the O-ring 12, the insulating bush 13 and the like are fitted into the middle shaft 8 at the rear end portion of the metal shell 2. Thus, the glow plug 1 is completed.

次に、本実施形態によって奏される作用効果を確認するべく、発熱コイルのＡｌ含有量ｙと、Ｃｒ、及び、ＳｉやＴｉ等の窒素ゲッター元素の各含有量と、対象コイル領域の面積をその周長で除算した値であるｘとを種々変更したグロープラグのサンプルを作製し、各サンプルについて耐久性評価試験、及び、昇温特性評価試験を行った。 Next, in order to confirm the effects achieved by the present embodiment, the Al content y of the heating coil, the contents of the nitrogen getter elements such as Cr, Si, and Ti, and the area of the target coil region are as follows. Glow plug samples in which x, which is a value divided by the circumference, were variously changed, and durability evaluation tests and temperature rise characteristic evaluation tests were performed on the samples.

耐久性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、各サンプルについて、１１Ｖで５秒間通電した後、１４Ｖで１００秒間通電し、その後１８０秒間空冷することを１サイクルとして、発熱コイルが断線するまでのサイクル数（断線サイクル数）を測定した。ここで、断線サイクル数が７５００サイクル以上のサンプルについては、耐久性に優れるとして「○」の評価を下すこととし、断線サイクル数が８０００サイクル以上のサンプルについては、耐久性に非常に優れるとして「◎」の評価を下すこととした。一方で、断線サイクル数が７５００サイクル未満のサンプルについては、耐久性が不十分であるとして「×」の評価を下すこととした。 The outline of the durability evaluation test is as follows. That is, about each sample, after energizing at 11V for 5 seconds, energizing at 14V for 100 seconds, and then air-cooling for 180 seconds as one cycle, the number of cycles until the heating coil was disconnected (number of disconnected cycles) was measured. Here, for samples having a disconnection cycle number of 7500 cycles or more, “◯” is evaluated as being excellent in durability, and for samples having a disconnection cycle number of 8000 cycles or more, durability is extremely excellent. It was decided to give an evaluation of “◎”. On the other hand, about the sample whose disconnection cycle number is less than 7500 cycles, it was decided to give "x" evaluation that durability was inadequate.

また、昇温特性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、まず、シースヒータ（チューブ）の先端から軸線方向に沿って後端側に５ｍｍまでの測定対象部分における最も高い温度となる位置（最高温度位置）を予め特定した。そして、当該最高温度位置に熱電対（Ｐｔ／Ｐｔ−Ｒｈ）を取付け、シースヒータに連続通電し、当該最高温度位置における温度と通電時間との関係を求め、８００℃に到達するまでの通電時間を算出した。ここで、８００℃に到達するまでの通電時間が７秒以下のサンプルについては、優れた昇温性能を有するとして「○」の評価を下すこととし、一方で、８００℃に到達するまでの通電時間が７秒を超えるサンプルについては、昇温性能がやや不十分であるとして「△」の評価を下すこととした。 The outline of the temperature rise characteristic evaluation test is as follows. That is, first, a position (maximum temperature position) at which the temperature is highest in the measurement target portion up to 5 mm from the front end of the sheath heater (tube) to the rear end side along the axial direction is specified in advance. Then, a thermocouple (Pt / Pt-Rh) is attached to the maximum temperature position, the sheath heater is continuously energized, the relationship between the temperature at the maximum temperature position and the energization time is obtained, and the energization time until reaching 800 ° C. is determined. Calculated. Here, about the sample whose energization time until it reaches 800 ° C. is 7 seconds or less, it is assumed that it has excellent temperature rise performance, and “○” is evaluated, while energization until it reaches 800 ° C. Samples with a time exceeding 7 seconds were evaluated as “Δ” because the temperature rise performance was somewhat insufficient.

尚、各サンプルにおける対象コイル領域の周長及び面積は次のようにして測定した。すなわち、まず、図７に示すように、各サンプルのチューブ７Ａを樹脂ピースＰ１内に埋設し、チューブ７Ａの長手方向に沿って切断した。より詳しくは、チューブ７Ａ内の発熱コイルの中心軸を含むべく、チューブ７Ａの中心軸Ｃ２に沿ってチューブ７Ａ（発熱コイル）を切断し、切断面を撮像した。そして、対象コイル領域の周長を求めるにあたっては、前記撮像データをコンピュータで分析することで、対象コイル領域について輪郭をトレースし、当該輪郭のピクセル数を測定した。その後、当該ピクセル数と、予め算出した１ピクセル当たりの実際の長さとを乗算することで対象コイル領域の周長を算出した。また、対象コイル領域の面積を求めるにあたっては、前記撮像データをコンピュータで二階調化することで、対象コイル領域を抽出し、対象コイル領域の占めるピクセル数を測定した。そして、当該測定されたピクセル数と、予め算出した１ピクセル当たりの実際の面積とを乗算することで対象コイル領域の面積を算出した。 The circumference and area of the target coil region in each sample were measured as follows. That is, first, as shown in FIG. 7, the tube 7A of each sample was embedded in the resin piece P1, and cut along the longitudinal direction of the tube 7A. More specifically, the tube 7A (heat generating coil) was cut along the central axis C2 of the tube 7A so as to include the central axis of the heat generating coil in the tube 7A, and the cut surface was imaged. And in calculating | requiring the perimeter of an object coil area | region, the said imaging data was analyzed with the computer, the outline was traced about the object coil area | region, and the pixel number of the said outline was measured. Thereafter, the perimeter of the target coil region was calculated by multiplying the number of pixels by the actual length per pixel calculated in advance. Further, in obtaining the area of the target coil region, the target data was extracted by converting the imaging data into two gradations by a computer, and the number of pixels occupied by the target coil region was measured. Then, the area of the target coil region was calculated by multiplying the measured number of pixels by the actual area per pixel calculated in advance.

また、各サンプルの発熱コイルのＡｌ含有量は、ＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザ）を用い、発熱コイルの所定部位に対して、ビーム（電圧値２０ｋＶ、電流値２．５×１０^-8Ａ）を照射することによって計測した。加えて、各サンプルの添加元素の含有量は、ＩＣＰ分析によって測定した。 In addition, the Al content of the heating coil of each sample was measured using EPMA (X-ray microanalyzer) and a beam (voltage value 20 kV, current value 2.5 × 10 ⁻⁸ A) with respect to a predetermined portion of the heating coil. Measured by irradiation. In addition, the content of additive elements in each sample was measured by ICP analysis.

耐久性評価試験及び昇温特性評価試験の結果を表１に示す。但し、Ａｌが１５質量％を超えて含有される場合、及び、窒素ゲッター元素の総含有量が５質量％を超えて含有される場合には、発熱コイルの加工が困難であったため、評価試験を行わなかった。また、いずれのサンプルについてもチューブの先端側から４番目の発熱コイルの断面を対象コイル領域とし、当該対象コイル領域についての値ｘを上記の算出法により算出した。 Table 1 shows the results of the durability evaluation test and the temperature rise characteristic evaluation test. However, when Al is contained exceeding 15% by mass, and when the total content of nitrogen getter elements exceeds 5% by mass, it is difficult to process the heating coil. Did not do. In any sample, the cross section of the fourth heating coil from the distal end side of the tube was set as the target coil region, and the value x for the target coil region was calculated by the above calculation method.

表１に示すように、「ｘ＜４５」のサンプル（サンプル１，２）や「ｙ＜８」であるサンプル（サンプル３，４）については、断線サイクル数が７５００サイクル未満となってしまい、耐久性が不十分であることがわかった。これは、発熱コイルの過度の細径化や周長の増大、又は、Ａｌ含有量の不足等によって、発熱コイル表層におけるＡｌ皮膜の生成・剥離のサイクルに伴い、比較的短期間の使用で連続的なＡｌ皮膜を形成できないほどにＡｌ量が減少してしまったことに起因すると考えられる。

As shown in Table 1, for samples (samples 1 and 2) where “x <45” and samples (samples 3 and 4) where “y <8”, the number of disconnection cycles is less than 7500 cycles, It was found that the durability was insufficient. This is a continuous use in a relatively short period of time due to the generation and peeling of the Al coating on the surface of the heating coil due to excessive thinning of the heating coil, increase in circumference, or insufficient Al content. This is probably because the amount of Al has decreased so that a typical Al film cannot be formed.

これに対して、上記ｘが「４５≦ｘ≦１６０」の範囲内であり、かつ、Ａｌ含有量ｙが「８≦ｙ≦１５」のサンプル（サンプル５〜３０；図８の太線で囲まれた領域内のサンプル）については、断線サイクル数が７５００サイクル以上となり、優れた耐久性を実現できることが明らかとなった。 On the other hand, samples in which x is in the range of “45 ≦ x ≦ 160” and Al content y is “8 ≦ y ≦ 15” (samples 5 to 30; surrounded by a thick line in FIG. 8) In the case of the sample in the region, the number of disconnection cycles was 7500 or more, and it was revealed that excellent durability could be realized.

また、特に「ｙ≧（−７／５）ｘ＋７８」の式を満たすように構成されたサンプル（サンプル６〜３０；図８の散点模様を付した領域内のサンプル）においては、断線サイクル数が８０００サイクル以上となり、非常に優れた耐久性を有することがわかった。これは、発熱コイルの周長の増大や細径化等により種々変化する上記ｘの値に対応した、より適切な量のＡｌが含有されたことによると考えられる。 In particular, in the samples configured to satisfy the expression “y ≧ (−7/5) x + 78” (samples 6 to 30; samples in the region with the dotted pattern in FIG. 8), the number of disconnection cycles Was 8000 cycles or more, and was found to have very excellent durability. This is considered to be due to the inclusion of a more appropriate amount of Al corresponding to the value of x that changes variously due to the increase in the peripheral length of the heat generating coil, the reduction in diameter, and the like.

併せて、Ｓｉ、Ｔｉ等の窒素ゲッター元素が０．００１質量％以上５質量％以下含有されたサンプル（サンプル１９〜２３）については、窒素ゲッター元素が含有されず、かつ、上記ｘ及びＡｌやＣｒの含有量が等しいサンプル（サンプル１４〜１６）と比較して耐久性のより一層の向上が認められた。これは、当該窒素ゲッター元素によって、Ｃｒの窒化が抑制されたこと、及び、発熱コイルの金属組織に金属歪みを生じさせたことによって、Ａｌがより速やかに移動することとなり、ひいてはＡｌ皮膜がより一層確実に形成されたことに起因すると考えられる。 In addition, for samples (samples 19 to 23) containing 0.001% by mass or more and 5% by mass or less of nitrogen getter elements such as Si and Ti, the nitrogen getter element is not contained, and the above x and Al or A further improvement in durability was recognized as compared with samples having the same Cr content (samples 14 to 16). This is because the nitrogen getter element suppresses the nitridation of Cr and causes metal distortion in the metal structure of the heat generating coil, so that Al moves more quickly, and thus the Al film becomes more This is considered to be due to the more reliable formation.

特に、窒素ゲッター元素が含有されるとともに、「ｙ≦（−１／２０）ｘ＋２０」の式を満たすように構成されたサンプル（サンプル１９〜２２）は、断線サイクル数が１４０００サイクル以上となり、上記ｘの値が等しく、Ａｌが比較的多く含有されたサンプル（サンプル１６）と比較して、遜色ない耐久性を有するものであることがわかった。すなわち、窒素ゲッター元素を含有するとともに、「ｙ≦（−１／２０）ｘ＋２０」の式を満たすように構成することで、優れた耐久性を実現しつつ、Ａｌ含有量の抑制を図ることができ、ひいては加工性の向上を図ることができるといえる。 In particular, the sample (samples 19 to 22) configured to contain the nitrogen getter element and satisfy the expression of “y ≦ (−1/20) x + 20” has a disconnection cycle number of 14,000 cycles or more, Compared with the sample (sample 16) in which the value of x is equal and a relatively large amount of Al is contained, it was found to have inferior durability. That is, while containing a nitrogen getter element and satisfying the expression “y ≦ (−1/20) x + 20”, it is possible to suppress the Al content while realizing excellent durability. It can be said that workability can be improved.

加えて、Ｃｒの含有量が５質量％未満のサンプル（サンプル２４，２５）については、優れた耐久性を有するものの、昇温性能がやや不十分であることがわかった。また、Ｃｒの含有量が２０質量％を超えるサンプル（サンプル２６）については、優れた耐久性を有するものの、Ａｌ含有量及び上記ｘの値が同様である一方で、Ｃｒ含有量が５質量％以上２０質量％以下のサンプル（サンプル１２，２７〜３０）と比較して、耐久性が若干低下してしまうことが認められた。従って、十分な昇温性能を実現しつつ、非常に優れた耐久性を維持するためには、Ｃｒの含有量を５質量％以上２０質量％以下とすることがより望ましいといえる。 In addition, the samples having a Cr content of less than 5% by mass (samples 24 and 25) were found to have a slightly insufficient temperature rise performance although they had excellent durability. Moreover, about the sample (sample 26) whose Cr content exceeds 20 mass%, although it has the outstanding durability, while Al content and the value of said x are the same, Cr content is 5 mass% It was recognized that the durability was slightly lowered as compared with the sample of 20% by mass or less (samples 12, 27 to 30). Therefore, it can be said that the Cr content is more preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less in order to maintain a very excellent durability while realizing sufficient temperature raising performance.

さらに、サンプル９及びサンプル１２について詳細に比較すると次のような事実が明らかとなった。すなわち、この２つのサンプルは、いずれも組成は同様であるが、チューブに対するスウェージング加工の方法を異ならせることにより、コイル形状に僅かな差異をもたせたものである。ここで、最先端に位置するコイル領域Ｋ１から、後端側に８番目のコイル領域Ｋ８までの各コイル領域Ｋ１，Ｋ２・・・Ｋ８について、それぞれ値ｘを測定・算出した結果を、サンプル９については表２に示し、サンプル１２については表３に示す。 Furthermore, the following facts became clear when Sample 9 and Sample 12 were compared in detail. In other words, the two samples have the same composition, but have a slight difference in the coil shape by different swaging methods for the tube. Here, the result of measuring and calculating the value x for each of the coil regions K1, K2,... K8 from the coil region K1 located at the forefront to the eighth coil region K8 on the rear end side is shown in Sample 9. Are shown in Table 2, and Sample 12 is shown in Table 3.

表２及び表３に示すように、サンプル９については、８箇所のコイル領域のうち、５箇所の領域（すなわち約６３％の領域）においてしか、値ｘが「４５≦ｘ≦１６０」を満たしていなかったのに対し、サンプル１２については、８箇所のコイル領域のうち、６箇所の領域（すなわち７５％の領域）において値ｘが上記式を満たしていた。両サンプルともに良好な耐久性を有していたものの、この７０％を挟んだ差異が断線に至るサイクル数として、１５００サイクルの差異を生じさせたといえる。

As shown in Tables 2 and 3, for sample 9, the value x satisfies “45 ≦ x ≦ 160” only in five regions (that is, about 63% region) out of the eight coil regions. On the other hand, with respect to the sample 12, the value x satisfied the above expression in 6 out of 8 coil regions (that is, 75% region). Although both samples had good durability, it can be said that the difference across 70% caused a difference of 1500 cycles as the number of cycles to break.

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。 In addition, it is not limited to the description content of the said embodiment, For example, you may implement as follows. Of course, other application examples and modification examples not illustrated below are also possible.

（ａ）グロープラグ１の形状等は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、チューブ７は、大径部７ｂが省略され、その外径が略一定のストレート形態のものであってもよい。また、主体金具２の軸孔４の小径部４ａを省略し、軸線方向にストレート形態となった軸孔４にチューブ７が圧入される構成としてもよい。 (A) The shape of the glow plug 1 is not limited to the above embodiment. For example, the tube 7 may have a straight shape in which the large-diameter portion 7b is omitted and the outer diameter is substantially constant. Further, the small diameter portion 4a of the shaft hole 4 of the metal shell 2 may be omitted, and the tube 7 may be press-fitted into the shaft hole 4 having a straight shape in the axial direction.

（ｂ）また、制御コイル１０を省略し、発熱コイル９の後端を直接中軸８に接合することとしてもよい。 (B) The control coil 10 may be omitted, and the rear end of the heating coil 9 may be directly joined to the middle shaft 8.

（ｃ）さらに、上記実施形態では、シースヒータ３を具備するグロープラグ１を具体例として説明しているが、ディーゼルエンジン用のグロープラグ１以外の分野に上記思想を適用することもできる。すなわち、上記特徴を具備するシースヒータを、各種分野において液体や気体を加熱するための加熱手段として利用してもよい。 (C) Further, in the above embodiment, the glow plug 1 including the sheath heater 3 is described as a specific example, but the above idea can be applied to fields other than the glow plug 1 for diesel engines. That is, the sheath heater having the above features may be used as a heating means for heating a liquid or gas in various fields.

（ａ）は本実施形態のグロープラグを示す全体図であり、（ｂ）はその縦断面図である。(A) is the whole figure which shows the glow plug of this embodiment, (b) is the longitudinal cross-sectional view. 本実施形態におけるシースヒータを説明するための部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view for demonstrating the sheath heater in this embodiment. 本実施形態における発熱コイル等の断面を示すための部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view for showing a section of a heating coil etc. in this embodiment. アルミニウム含有量及びコイル領域の面積をコイル領域の周長で除算した値の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the value which divided aluminum content and the area of a coil area | region by the perimeter of the coil area | region. より好適なアルミニウム含有量及びコイル領域の面積をコイル領域の周長で除算した値の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the value which divided the more suitable aluminum content and the area of a coil area | region by the perimeter of the coil area | region. より好適なアルミニウム含有量及びコイル領域の面積をコイル領域の周長で除算した値の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the value which divided the more suitable aluminum content and the area of a coil area | region by the perimeter of the coil area | region. コイル領域の周長等の測定過程を示すための模式図である。It is a schematic diagram for showing measurement processes, such as the circumference of a coil area. 評価試験におけるアルミニウム含有量及びコイル領域の面積をコイル領域の周長で除算した値の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the value which divided the aluminum content in the evaluation test, and the area of a coil area | region by the perimeter of a coil area | region.

Explanation of symbols

１…グロープラグ、３…シースヒータ、７…チューブ、８…リード部材としての中軸、９…発熱コイル、１１…絶縁粉末、Ｃ１…軸線、Ｇ…発熱コイルの外形線、Ｋ…コイル領域、Ｘ１…発熱コイルの中心軸、ＴＫ…対象コイル領域。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Glow plug, 3 ... Sheath heater, 7 ... Tube, 8 ... Middle axis as lead member, 9 ... Heat generating coil, 11 ... Insulating powder, C1 ... Axis, G ... Outline line of heat generating coil, K ... Coil region, X1 ... The central axis of the heating coil, TK ... the target coil region.

Claims

A cylindrical tube that extends in the axial direction and has a closed end, nickel or iron as a main component,
A lead member having a distal end located in the tube and a rear end protruding toward the rear end of the tube;
An insulating powder filled in the tube;
The lead member is formed of a resistance heating wire, is disposed in the tube, has a distal end joined to the distal end of the tube, and a rear end joined directly or indirectly to the distal end portion of the lead member. And a heat generating coil electrically connected to the sheath heater,
For a target coil region that is one of a plurality of coil regions surrounded by an outline of the heat generating coil in a cross section including the central axis of the heat generating coil, the area of the target coil region is divided by the circumference of the target coil region. Where x is x and satisfies 45 ≦ x ≦ 160,
A sheathed heater having the coil region that satisfies 8 ≦ y ≦ 15, where y (mass%) is the aluminum content of the heating coil.

y ≧ (−7/5) x + 78
The sheath heater according to claim 1, wherein:

The sheath heater according to claim 1 or 2, wherein the heating coil contains 5 mass% or more and 20 mass% or less of chromium.

The heating coil contains at least one rare earth element such as manganese, silicon, boron, vanadium, tantalum, titanium, zirconium, hafnium, and cerium, and the total content thereof is 0.001% by mass or more and 5% by mass. % Or less, and
y ≦ (−1/20) x + 20
The sheath heater according to any one of claims 1 to 3, wherein:

The region of 70% or more of the plurality of coil regions becomes the target coil region, and the value x satisfies 45 ≦ x ≦ 160 for each target coil region. The sheath heater according to claim 1.

A glow plug comprising the sheath heater according to any one of claims 1 to 5.