JP2011102690A - グロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】Ａｌ₂Ｏ₃被膜の形成によることなく、発熱抵抗体の材料成分の蒸発を効果的に防止することができ、ひいては飛躍的な長寿命化を図る。
【解決手段】グロープラグ１は、先端部が閉塞するとともに、内部が封止状態にある筒状のチューブ７と、当該チューブ７内に配設され、先端が前記チューブ７の先端に接合される発熱コイル９とを備える。発熱コイル９は、Ｎｉを主成分とし、Ｎｉよりも少ないＷを含んでなる合金により形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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。

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、クロムや（Ｃｒ）やアルミニウム（Ａｌ）等を含有する合金からなる発熱抵抗体を絶縁粉末（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。

また、前記発熱抵抗体はＡｌを含有することで、その表面にチューブ内の酸素とＡｌとが反応してなる酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）の被膜が形成される。このＡｌ₂Ｏ₃被膜により発熱抵抗体の材料成分の蒸発を防止することができる。

ところで、発熱抵抗体の表面に形成されたＡｌ₂Ｏ₃被膜は、加熱・冷却の繰り返しによる熱衝撃で破損してしまう。ここで、チューブ内に酸素が十分に存在する場合には、Ａｌ₂Ｏ₃被膜が再度形成されることとなるが、Ａｌ₂Ｏ₃被膜の形成・破損が繰り返されてチューブ内の酸素が消費されてしまうと、チューブ内は密閉状態にあることからＡｌ₂Ｏ₃被膜の再形成が行われなくなってしまうおそれがある。Ａｌ₂Ｏ₃被膜が形成されないと、材料成分の蒸発により発熱抵抗体の通電可能部位が減少してしまい、抵抗値の増大ひいては発熱コイルの断線という事態を招いてしまうおそれがある。

そこで、チューブ内の絶縁粉末中に金属酸化物を含有させる技術が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。当該技術によれば、チューブ内の酸素が消費された際には、前記金属酸化物が還元することでチューブ内に酸素が生成され、ひいては、より長期間に亘ってＡｌ₂Ｏ₃被膜の再形成が可能となるとされている。

特許第４０７６１６２号公報

しかしながら、より多くの金属酸化物を含有させたとしても、最終的にはチューブ内の酸素は枯渇してしまう。すなわち、発熱抵抗体の表面にＡｌ₂Ｏ₃被膜を形成することによって材料成分の蒸発の防止を図るという手法には限界がある。

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、Ａｌ₂Ｏ₃被膜の形成によることなく、発熱抵抗体の材料成分の蒸発を効果的に防止することができ、ひいては飛躍的な長寿命化を図ることができるグロープラグを提供することにある。

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。

構成１．本構成のグロープラグは、先端部が閉塞するとともに、内部が封止状態にある筒状のチューブと、
前記チューブ内に配設され、先端が前記チューブの先端に接合される発熱抵抗体とを備えたグロープラグであって、
前記発熱抵抗体を、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、Ｎｉよりも少ないタングステン（Ｗ）を含んでなる合金により形成したことを特徴とする。

尚、「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（以下、同様）。

上記構成１によれば、発熱抵抗体は、Ｎｉを主成分とし、それよりも少ないＷを含む合金（Ｎｉ−Ｗ合金）により形成されている。ここで、Ｎｉは、Ｆｅよりも蒸気圧の低い元素であるため、グロープラグの使用温度領域における高温下、例えば発熱コイルの温度が１３００℃となるような高温下においても、材料成分の蒸発が比較的生じにくい。また、このような高温下において、発熱抵抗体の表層に位置するＮｉが蒸発したとしても、蒸気圧の非常に低いＷは、蒸発することが殆どなく発熱抵抗体の表層に残り、その結果、発熱抵抗体の表層にはＷからなる被膜（Ｗ被膜）が形成されることとなる。従って、当該Ｗ被膜によってそれ以上のＮｉの蒸発が抑制されることとなる。すなわち、本構成１によれば、Ｆｅよりも蒸発しにくいというＮｉの性質と、発熱抵抗体の表層に被膜を形成するというＷの性質とが相乗的に作用することにより、飛躍的な長寿命化を図ることができる。

尚、Ｎｉ−Ｗ合金は比較的酸化しやすい合金であるが、チューブ内は封止状態にあるため、外部からチューブ内への酸素の侵入は極力抑制される。換言すれば、チューブ内という酸素侵入が抑制される環境にあるからこそ、発熱抵抗体を構成する合金としてＮｉ−Ｗ合金を採用することができるのである。

また、蒸気圧の低い元素として、Ｗに代えて、例えば、Ｍｏ等の元素をＮｉに含有させた合金により発熱抵抗体を構成することが考えられる。ところが、この場合には、発熱抵抗体の表層に形成される被膜は、Ｍｏ等とＮｉとが混在したものとなり、安定的なものとはならない。従って、材料成分の蒸発を十分に抑制することができないおそれがある。これに対して、発熱抵抗体をＮｉ−Ｗ合金により構成すると、発熱抵抗体の表層にはＷからなる安定的なＷ被膜が形成される。従って、材料成分の蒸発を非常に効果的に抑制することができ、この点からもＷを含有させることが有意であるといえる。

加えて、発熱抵抗体を、例えば、コイル形状等の細い形状とする場合を鑑みると、Ｆｅを主成分とする合金を細径に加工する際には、加熱をしつつ伸線（熱間伸線）する必要があるが、Ｎｉを主成分とする合金にあっては、加熱をすることなく伸線することができる。すなわち、Ｎｉ−Ｗ合金は、Ｆｅを主成分とする合金よりも加工性に優れ、この点においても、Ｎｉ−Ｗ合金を用いることが有効である。

尚、発熱抵抗体を構成する合金中に、リン（Ｐ）を実質的に含有させないこととするのが好ましい。発熱抵抗体を構成する合金中にＰが含有されていると、ＮｉとＰとが反応して低融点の化合物が生成されてしまい、高温強度が低下してしまうおそれがある。また、Ｎｉ合金中においてＰは比較的偏析しやすいところ、Ｐの偏析した箇所は脆弱であるため、当該箇所を起点として発熱抵抗体に割れ等が発生してしまうおそれもある。このようなことから、合金中にはＰを含有させないこととするのが好ましい。

ところが、Ｐは原料中に不可避的に含まれるため、原料中にＰが一切含有されないようにするためには、原料の精錬度を高めるなど、コストの非常に嵩む処理が必要となる。従って、このような事情と、グロープラグとしての性能とを総合的に考慮して、発熱抵抗体を構成する合金中に、Ｐを「実質的に」含有させないこととすることが好ましい。ここで、「実質的に」とあるのは、材料の総合計（合金の質量）に対してＰの含有量が０．０５質量％以下であることをいう。尚、グロープラグの性能面のみを鑑みれば、材料中におけるＰの含有量は少ないほど好ましい。従って、材料の総合計に対するＰの含有量を０．０３質量％以下とすることがより好ましく、材料中にＰを全く含有させないこととすることがより一層好ましい。

構成２．本構成のグロープラグは、上記構成１において、前記チューブ内の空間に接する部分に、クロム（Ｃｒ）、ケイ素（Ｓｉ）、及び、チタン（Ｔｉ）の少なくとも一種が含有されることを特徴とする。

尚、「前記チューブ内の空間に接する部分」とあるのは、チューブ内の空間を画するもの、或いは、チューブ内の空間に配設されるものをいい、例えば、チューブ自身や発熱抵抗体、チューブと発熱抵抗体との間を絶縁するための絶縁粉末、或いは、チューブの内周面等に形成された金属被膜等を挙げることができる。

Ｃｒ，Ｓｉ、及び、Ｔｉは比較的酸化しやすい元素である。従って、上記構成２のように、これらの元素をチューブ内の空間に接する部分に含有させることで、これらの元素がいわば酸素ゲッター元素として働き、チューブ内の酸素を除去することができる。そのため、発熱抵抗体の酸化を一層確実に防止することができ、耐久性の更なる向上を図ることができる。

構成３．本構成のグロープラグは、上記構成１又は２において、前記発熱抵抗体は、５ｍｏｌ％以上３０ｍｏｌ％以下のＣｒ、１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下のＳｉ、及び、１ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下のＴｉのうち少なくとも一種を含むことを特徴とする。

上記構成３によれば、基本的には上記構成２と同様の作用効果が奏されることとなる。加えて、本構成３によれば、発熱抵抗体にＣｒやＳｉ等が含有される。従って、ＣｒやＳｉ等がチューブ内の酸素と反応することで、発熱抵抗体の表面に酸化膜を形成することができ、ひいては当該酸化膜により、発熱抵抗体内部への窒素や酸素の侵入を防止することができる。その結果、発熱抵抗体内部における窒化物や酸化物の形成に起因する発熱抵抗体の断線をより確実に防止することができる。

さらに、前記酸化膜により、発熱抵抗体の材料成分の蒸発をより一層抑制することができる。従って、発熱抵抗体内部における窒化物等の形成抑制効果と相俟って、更なる長寿命化を図ることができる。

尚、発熱抵抗体にＡｌを含有する場合には、高温環境下において発熱抵抗体に生じた電位差により、高電位側から低電位側へとＡｌが移動（拡散）してしまい、その結果、発熱抵抗体内部に空洞が生じてしまう（いわゆるエレクトロマイグレーションが発生してしまう）おそれがある。この点、本構成３によれば、重量の比較的大きなＷが発熱抵抗体に含有されるため、Ａｌの移動を妨げることができ、発熱抵抗体内部における空洞の発生を抑制できる。すなわち、発熱抵抗体にＡｌが含有される場合、発熱抵抗体中のＷは、Ａｌ含有によるデメリットを解消し、Ａｌ含有によるチューブ内の酸素除去等の作用効果を十分に発揮させるのである。

尚、ＣｒやＳｉ等の含有量がそれぞれの下限値を下回ると、上述の作用効果が十分に奏されないおそれがある。一方で、ＣｒやＳｉ等の含有量の上限値は、Ｎｉ−Ｗ合金に対する固溶限を示しており、各元素の含有量がそれぞれの上限値を上回ってしまうと、合金からこれら元素が析出してしまうおそれがある。そのため、合金の硬化に伴う加工性の低下を防止すべく、ＣｒやＳｉ等の含有量は上述した上限値以下とすることが望ましい。

構成４．本構成のグロープラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記発熱抵抗体は、５ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下のバナジウム（Ｖ）、５ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下のモリブデン（Ｍｏ）、１ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下のニオブ（Ｎｂ）、及び、１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下のタンタル（Ｔａ）のうち少なくとも一種を含むことを特徴とする。

上記構成４によれば、発熱抵抗体にＶやＭｏ等が含有されるため、発熱抵抗体の抵抗値を増大させることができる。そのため、発熱抵抗体に過度の細径化等を施すことなく、発熱抵抗体の抵抗値を十分に増大させることができ、ひいては十分な発熱性能を実現することができる。また、発熱抵抗体を過度に細径化する必要がないことから、発熱抵抗体を比較的太くすることでき、発熱抵抗体の耐久性向上を図ることができる。

尚、ＶやＭｏ等の含有量がそれぞれの下限値を下回ると、上述の作用効果が十分に奏されないおそれがある。一方で、ＶやＭｏ等の含有量がそれぞれの上限値を上回ってしまうと、加工性の低下を招いてしまうおそれがある。

構成５．本構成のグロープラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記発熱抵抗体のＷ含有量を０．５ｍｏｌ％以上としたことを特徴とする。

上記構成５によれば、発熱抵抗体に対して、０．５ｍｏｌ％以上と比較的多量のＷが含有される。このため、発熱抵抗体の表層にＷ被膜をより確実に形成することができ、材料成分の蒸発を一層効果的に抑制することができる。

構成６．本構成のグロープラグは、上記構成１乃至５のいずれかにおいて、前記発熱抵抗体のＷ含有量を１５ｍｏｌ％以下としたことを特徴とする。

上記構成６によれば、Ｗの含有量が１５ｍｏｌ％以下とされる。そのため、発熱抵抗体を構成する合金の加工性を向上させることができ、発熱抵抗体を比較的容易に所望の形状とすることができる。

構成７．本構成のグロープラグは、上記構成１乃至６のいずれかにおいて、前記発熱抵抗体のリン（Ｐ）の含有量を０．０５質量％以下としたことを特徴とする。

上記構成７によれば、発熱抵抗体におけるＰの含有量が０．０５質量％以下とされている。従って、ＮｉとＰとが反応して低融点の化合物が生成されてしまうことに伴う高温強度の低下や、Ｐの偏析に伴う発熱抵抗体の割れ等をより確実に防止することができる。そのため、発熱抵抗体を比較的細い形状（例えば、φ０．２ｍｍ以下）とした場合であっても、割れ等を生じさせることなく発熱抵抗体を安定的に製造することができる。また、上述したＮｉ−Ｗ合金を用いることによる耐久性の向上効果をより一層確実に発揮させることができる。

（ａ）は、本実施形態のグロープラグの一部破断正面図であり、（ｂ）は、グロープラグ先端部の部分拡大断面図である。 Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、及び、Ｗの蒸気圧を示すグラフである。

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、本発明にかかるグロープラグの一例を示す一部破断正面図であり、図１（ｂ）はシースヒータ等の部分拡大断面図である。

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。

主体金具２は、軸線ＣＬ１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等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。

シースヒータ３は、チューブ７と中軸８とが軸線ＣＬ１方向に一体化されて構成されている。

チューブ７は、鉄（Ｆｅ）又はニッケル（Ｎｉ）を主成分とする金属（例えば、インコネルやステンレス合金等）から形成され、先端部が閉じた筒状チューブである。また、当該チューブ７の内側には、チューブ７先端に接合される発熱抵抗体としての発熱コイル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、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。

さらに、前記チューブ７の後端は、中軸８との間で環状ゴム１６により封止されている。すなわち、チューブ７の内部は封止状態とされている。

前記発熱コイル９は、所定の合金（当該合金の組成については後に詳述する）からなる抵抗発熱線により構成されている。

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。

尚、所定の外部コントローラを用いて、発熱コイル９に対する電力の供給量を調節することで、発熱コイル９の発熱を制御することとしてもよい。また、前記外部コントローラの故障時には、電力の供給量が調節されず、ひいては発熱コイル９の過昇温が懸念されるところであるが、制御コイル１０を用いて発熱コイル９への電力供給量を減少させることにより、発熱コイル９の過昇温を防止することとしてもよい。すなわち、制御コイル１０は、発熱コイル９への電力供給量を積極的に調整するために用いることも、発熱コイル９に対して過度に大きな電流が供給されることを防止するために用いることもできる。

さらに、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。

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。

加えて、前記発熱コイル９は、Ｎｉを主成分とし、それよりも少ない（本実施形態では、０．５ｍｏｌ％以上１５ｍｏｌ％以下の）Ｗを含有する合金から構成されている。すなわち、発熱コイル９は、図２に示すように、従来技術に係るＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金を構成する各金属元素の蒸気圧よりも蒸気圧の低いＮｉ及びＷを含む合金から構成されている。

また、チューブ７内の空間に接する部分に、５ｍｏｌ％以上３０ｍｏｌ％以下のＣｒ、１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下のＳｉ、及び、１ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下のＴｉのうちの少なくとも一種が含有されている。本実施形態では、チューブ７内の空間に位置する発熱コイル９を構成する合金に対して、これらの元素が含有されている。

尚、これら元素に加えて、又は代えて、前記発熱コイル９を構成する合金に、５ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下のＶ、５ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下のＭｏ、１ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下のＮｂ、及び、１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下のＴａのうちの少なくとも一種を含有させることとしてもよい。

また、発熱コイル９を構成する合金に、合計含有量が０．５質量％以下のＣ、Ｍｎ、Ｓ、Ｏ、Ｎ等の不可避不純物が含有されていてもよい。これらの不可避不純物の含有量が０．５質量％以下であれば、加工性や耐久性の低下をより確実に防止できる。

加えて、本実施形態では、発熱コイル９を構成する合金におけるリン（Ｐ）の含有量が０．０５質量％以下とされている。すなわち、Ｐは、上述した不可避不純物と比較して、含有量が少量であっても加工性や耐久性の面で影響を与えやすいところ、その含有量が０．０５質量％以下と十分に小さなものとされている。尚、加工性や耐久性の面から、Ｐの含有量は少ないほど好ましく、Ｐの含有量を０．０３質量％以下とすることがより好ましく、合金を構成する材料中にＰを全く含有させないこととすることがより一層好ましい。

以上詳述したように、本実施形態によれば、発熱コイル９は、Ｎｉを主成分とし、それよりも少ないＷを含む合金により形成されている。ここで、Ｎｉは、上述の通り、Ｆｅ等よりも蒸気圧の低い元素であるため、高温下において、材料成分の蒸発が比較的生じにくい。また、高温下において、発熱コイル９の表層に位置するＮｉが蒸発したとしても、蒸気圧の非常に低いＷは、蒸発することなく発熱コイル９の表層に残り、その結果、発熱コイル９の表層にはＷからなる被膜（Ｗ被膜）が形成されることとなる。従って、当該Ｗ被膜によってそれ以上のＮｉの蒸発が抑制されることとなる。すなわち、本実施形態によれば、Ｆｅよりも蒸発しにくいというＮｉの性質と、発熱コイル９の表層に被膜を形成するというＷの性質とが相乗的に作用することで、飛躍的な長寿命化を図ることができる。

尚、Ｎｉ−Ｗ合金は比較的酸化しやすい合金であるが、チューブ７内は封止状態にあるため、外部からチューブ７内への酸素の侵入は極力抑制される。換言すれば、チューブ７内という酸素侵入が抑制される環境にあるからこそ、発熱コイル９を構成する合金としてＮｉ−Ｗ合金を採用することができるのである。

加えて、Ｆｅを主成分とする合金をコイル形状に加工する際には、加熱をしつつ伸線（熱間伸線）する必要があるが、Ｎｉを主成分とする合金にあっては、加熱することなくコイル形状に加工することができる。すなわち、Ｎｉ−Ｗ合金は、Ｆｅを主成分とする合金よりも加工性に優れ、この点においても、Ｎｉ−Ｗ合金を用いることが有効である。

さらに、所定量のＣｒ、Ｓｉ、及び、Ｔｉのうちの少なくとも一種が、チューブ７内の空間に接する部分に含有されている。従って、これらの元素がいわば酸素ゲッター元素として働き、チューブ７内の酸素を除去することができる。そのため、比較的酸化しやすい発熱コイル９であっても、その酸化を一層確実に防止することができ、耐久性の更なる向上を図ることができる。

特に本実施形態では、発熱コイル９にＣｒやＳｉ等が含有されるため、ＣｒやＳｉ等がチューブ７内の酸素と反応することで、発熱コイル９の表面に酸化膜を形成することができる。従って、当該酸化膜により、発熱コイル９内部への窒素や酸素の侵入を防止することができ、発熱コイル９内部における窒化物や酸化物の形成を防止することができる。

併せて、発熱コイル９に、所定量のＶ、Ｍｏ、Ｎｂ、及び、Ｔａのうちの少なくとも一種を含有させることとすれば、発熱コイル９の電気比抵抗を増大させることができる。そのため、発熱コイル９を所望の抵抗値とするために、過度の細径化を施す必要がなくなり、その結果、発熱コイル９の耐久性の更なる向上を図ることができる。

さらに、本実施形態では、発熱コイル９を構成する合金中におけるＰの含有量が０．０５質量％以下とされている。従って、ＮｉとＰとが反応して低融点の化合物が生成されてしまうことに伴う高温強度の低下や、Ｐの偏析に伴う発熱抵抗体の割れ等をより確実に防止することができる。これにより、加工性の低下を防止できるとともに、上述したＮｉ−Ｗ合金を用いることによる耐久性の向上効果をより一層確実に発揮させることができる。

次に、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｒ合金によって発熱コイルを形成したグロープラグのサンプル（比較例に相当する）と、Ｎｉを主成分とし、これよりも少ないＷを含有してなる合金により発熱コイルを形成したグロープラグのサンプル（実施例に相当する）とを作製し、各サンプルについて耐久性評価試験を行った。

尚、耐久性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、チューブのうち先端から２ｍｍの部位（測定部位）の表面が１１００℃となるように通電して昇温し、その温度を３６０秒間維持するように通電し、その後、１２０秒間冷却することを１サイクルとして、各サンプルについて断線までのサイクル数（断線サイクル）を測定した。表１に、各サンプルについての、発熱コイルを形成する合金の組成、及び、断線サイクルを示す。尚、温度測定は、前記測定部位に取付けた熱電対により行った。また、各サンプルともに抵抗値を等しいものとすべく、各サンプルの発熱コイルの線径をそれぞれ調節した。尚、表１では、ＷやＭｏ、Ａｌ等の含有量をｍｏｌ％で表したときの組成と質量％で表したときの組成とをそれぞれ示す。

表１に示すように、Ｎｉを主成分とし、Ｗを含む合金により発熱コイルを形成した実施例に係るサンプルは、断線サイクルが８０００サイクルを超え、優れた耐久性を有することがわかった。これは、発熱コイル表層のＮｉが蒸発した後に、蒸気圧の極めて低いＷからなる被膜が発熱コイルの表層に形成され、その結果、Ｎｉの蒸発が効果的に抑制されたためであると考えられる。

特に、Ｎｉ及びＷからなる合金で発熱コイルを形成したサンプルであって、Ｗの含有量を５ｍｏｌ％以上としたものは、断線サイクルが１００００サイクル以上となり、耐久性が非常に優れることが確認された。

さらに、Ｎｉ−Ｗ合金に対してＭｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｓｉ，又は、Ｖ等を含有させた合金により発熱コイルを形成したサンプルは、Ｗの含有量が比較的少ない場合であっても、極めて優れた耐久性を有することが明らかとなった。尚、この耐久性の向上は、各元素が次のように機能したことで実現されたと考えられる。すなわち、Ｃｒ、Ｓｉ、又は、Ｔｉ等を含有させた場合には、これら元素が酸素ゲッター元素として機能することで、チューブ内の酸素を除去することができ、ひいては発熱コイルの酸化を抑制できたためであると考えられる。また、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、又は、Ｔａを含有させた場合には、発熱コイルを構成する合金の電気比抵抗を増大させることができ、発熱コイルの線径を比較的大きくできたためであると考えられる。

以上、上記評価試験の結果を総合的に勘案して、耐久性の向上を図るという観点から、Ｎｉを主成分とし、それよりも少ないＷを含む合金により発熱コイルを形成することが好ましいといえる。また特に、Ｗの含有量を５ｍｏｌ％以上と比較的多くすることや、ＭｏやＣｒ等の添加元素を含有させることが、耐久性の更なる向上を図るという点から一層好ましいといえる。

次いで、Ｎｉを主成分し、Ｗの含有量を種々変更してなるφ１２ｍｍの円柱状の合金を減径して、φ１ｍｍの線材を製造する際に、製造された線材に割れが発生するか否かにより、Ｗの含有量による加工性の優劣を評価した。尚、前記円柱状の合金の減径については段階的に行い、また加熱処理をφ１０ｍｍ、φ８ｍｍ、φ６ｍｍ、φ４ｍｍ、φ３ｍｍ、φ２．３ｍｍ、φ１．８ｍｍの各径で行って伸線加工し、加工性の優劣を評価した。

また、割れが発生することなく、φ１ｍｍの線材を得られた場合には、当該線材により発熱コイルを形成したグロープラグのサンプルを作製するとともに、作製したサンプルに対して次の試験を行うことによりその耐久性を判定した。すなわち、チューブのうち先端から２ｍｍの部位（測定部位）の表面が１１３０℃となるように通電して昇温し、その温度を１２０秒間維持するように通電し通電を停止した上で、常温で１２０秒間送風することにより冷却することを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）を測定した。表２に、各サンプルにおける、製造時の割れの有無と断線サイクルとを示す。尚、表２には、Ｗの含有量を質量％で表したときの組成も併せて示す。

表２に示すように、Ｗの含有量を多くするほど断線サイクルが増加したものの、Ｗの含有量を１５ｍｏｌ％よりも大きくしたサンプルは、製造時に割れが発生してしまい、上記の伸線加工による加工性の評価では劣っていると評価された。

以上の試験結果より、加工性及び耐久性の低下を防止すべく、Ｗの含有量を１５ｍｏｌ％以下とすることが好ましいといえる。

次に、Ｎｉを主成分とするとともに、Ｗを１２ｍｏｌ％（２９．９質量％）含有し、かつ、Ｐの含有量（質量％）が種々変更されてなるφ１２ｍｍの円柱状の合金に対して上述の減径加工を施し、φ１ｍｍの線材を製造した際に、製造された線材に割れが発生するか否かにより、Ｐの含有量による加工性や耐久性の優劣を評価した。また、割れが発生することなく、φ１ｍｍの線材を得られた場合には、当該線材により発熱コイルを形成したグロープラグのサンプルを作製するとともに、作製したサンプルの耐久性を上述の試験〔すなわち、チューブのうち先端から２ｍｍの部位（測定部位）の表面が１１３０℃となるように通電して昇温し、その温度を３６０秒間維持するように通電し、その後、１２０秒間冷却するサイクルを１サイクルとして断線までのサイクル数を測定する試験〕により判定した。表３に、各サンプルにおける、製造時の割れの有無と断線サイクルとを示す。

表３に示すように、Ｐの含有量を０．０５質量％以下としたサンプル（サンプル１〜５）は、製造時に割れが発生することなく、加工性や耐久性に優れることが確認された。また、Ｐの含有量が少ないほど、断線サイクルを増大できることが明らかとなった。

以上の試験結果より、加工性や耐久性の低下をより確実に防止するためには、Ｐの含有量を０．０５質量％以下とすることが好ましいといえる。また、耐久性の向上を図るという観点からは、Ｐの含有量をより少なくすることが好ましく、Ｐの含有量を０．０３質量％以下とすることがより好ましいといえる。

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。

（ａ）上記実施形態では、発熱コイル９を構成する合金にＣｒ、Ｓｉ、又は、Ｔｉが含有されているが、絶縁粉末１１中やチューブ７を構成する合金にＣｒやＳｉ等を含有させることとしてもよいし、チューブ７の内周面にＣｒやＳｉ等を含有する金属被膜を形成することとしてもよい。この場合であっても、ＣｒやＳｉ等が酸素ゲッターとして働き、チューブ７内の酸素を除去することができるため、発熱コイル９にＣｒ等を含有させる場合と同様に、一層の長寿命化を図ることができる。尚、絶縁粉末１１中にＣｒやＴｉ等を含有させる場合には、絶縁粉末１１の有する絶縁性を損なわないようにＣｒやＴｉ等の含有量を調整することが望ましい。

（ｂ）上記実施形態では、発熱コイル９を構成する合金に、ＣｒやＳｉ等の添加元素が含有されているが、ＣｒやＳｉ等の添加元素を含有させることなく、発熱コイル９をＮｉ−Ｗ合金から構成することとしてもよい。

（ｃ）上記実施形態においては、チューブ７を構成する金属材料としてＦｅやＮｉを主成分とする合金を挙げているが、これらは例示であって、チューブ７を構成する金属材料はこれに限定されるものではない。但し、チューブ７を構成する金属材料は、チューブ７内への酸素の侵入を防止可能な素材とする必要がある。

（ｄ）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く、例えば、チューブ７について、大径部７ｂを省略し、その外径が略一定のストレート形状をなすように構成することとしてもよい。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。

（ｅ）上記実施形態において、グロープラグ１は、制御コイル１０を有しているが、制御コイル１０を省略し、発熱コイル９の後端を中軸８に対して直接接合することとしてもよい。

（ｆ）また、上記加工性の優劣を評価するために行った伸線加工は評価のための一例であり、本発明の発熱抵抗体を構成する合金を使用する際の加工方法を何ら限定するものではない。従って、比較的加工性の劣る合金を伸線する際には、減径する段階をさらに増やすこととしてもよい。

１…グロープラグ、７…チューブ、９…発熱コイル（発熱抵抗体）。

Claims (7)

1. 先端部が閉塞するとともに、内部が封止状態にある筒状のチューブと、
   前記チューブ内に配設され、先端が前記チューブの先端に接合される発熱抵抗体とを備えたグロープラグであって、
   前記発熱抵抗体を、ニッケルを主成分とし、ニッケルよりも少ないタングステンを含んでなる合金により形成したことを特徴とするグロープラグ。
2. 前記チューブ内の空間に接する部分に、クロム、ケイ素、及び、チタンの少なくとも一種が含有されることを特徴とする請求項１に記載のグロープラグ。
3. 前記発熱抵抗体は、５ｍｏｌ％以上３０ｍｏｌ％以下のクロム、１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下のケイ素、及び、１ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下のチタンのうち少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のグロープラグ。
4. 前記発熱抵抗体は、５ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下のバナジウム、５ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下のモリブデン、１ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下のニオブ、及び、１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下のタンタルのうち少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のグロープラグ。
5. 前記発熱抵抗体のタングステン含有量を０．５ｍｏｌ％以上としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のグロープラグ。
6. 前記発熱抵抗体のタングステン含有量を１５ｍｏｌ％以下としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のグロープラグ。
7. 前記発熱抵抗体のリンの含有量を０．０５質量％以下としたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のグロープラグ。

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