JP2018031497A - グロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】グロープラグの耐久性を向上させる。【解決手段】ニッケル（Ｎｉ）を主成分とする金属から成り、軸線方向に延びる有底筒状のシース管と、タングステン（Ｗ）を主成分とする金属から成り、自身の一部がシース管内に配置されて、一端がシース管の底部と接続されている発熱コイルと、を備えるグロープラグにおいて、発熱コイルは、シース管の底部に埋込まれている埋設部を備え、埋設部において、タングステン（Ｗ）の結晶粒は、発熱コイルを構成するコイル線の延長方向の長さが、前記延長方向に垂直な径方向の長さよりも長い形状を有し、タングステン（Ｗ）の結晶粒の径方向の長さは５μｍ以下である。【選択図】図４

Description

本発明は、グロープラグに関する。

グロープラグとして、シースヒータを用いたシース型グロープラグが知られている。グロープラグのシースヒータは、有底筒状のシース管と、シース管の内側に設けられた発熱コイルとを備える。グロープラグのシース管には、耐熱性および耐酸化性に優れる材料として、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とする金属が用いられる場合がある。

グロープラグの発熱コイルには、従来、鉄（Ｆｅ）とクロム（Ｃｒ）とアルミニウム（Ａｌ）とを含有するＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金が用いられていた。しかしながら、近年、グロープラグの耐熱性を向上させるために、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金よりも高い融点を有する材料として、タングステン（Ｗ）を主成分とする金属を、グロープラグの発熱コイルに用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このような発熱コイルは、発熱コイルの一端を底部側が開口した略筒状のシース管の底部に差し込み、シース管の底部と発熱コイルの一端を溶接することで、シース管の底部が閉塞すると共に、発熱コイルの一端とシース管の底部とが接続される構成が知られている（例えば、特許文献２参照）。

国際公開第２０１１／１６２０７４号 特開平４−１１９号公報

タングステン（Ｗ）は、一般的に硬く脆い材料であることが知られている。発熱コイルを構成するタングステン線（タングステン線材）は、比較的柔軟性を有するものの、加熱により再結晶化が起こるとタングステン（Ｗ）の結晶粒が粗大化し、その結果脆化することがある。タングステン（Ｗ）を主成分とする金属から成る発熱コイルを備えるグロープラグでは、発熱コイルとシース管との溶接時に、発熱コイルのタングステン線が脆化して、発熱コイルとシース管との接続箇所における発熱コイルの強度が低下し、その結果、発熱コイルとシース管との接続箇所において発熱部が断線することが懸念される。

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、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とする金属から成り、軸線方向に延びる有底筒状のシース管と、タングステン（Ｗ）を主成分とする金属から成り、自身の一部が前記シース管内に配置されて、一端が前記シース管の底部と接続されている発熱コイルと、を備えるグロープラグが提供される。このグロープラグにおいて、前記発熱コイルは、前記シース管の前記底部に埋込まれている埋設部を備え、前記埋設部において、タングステン（Ｗ）の結晶粒は、前記発熱コイルを構成するコイル線の延長方向の長さが、前記延長方向に垂直な径方向の長さよりも長い形状を有し、前記タングステン（Ｗ）の結晶粒の前記径方向の長さは５μｍ以下である。このような形態のグロープラグによれば、発熱コイルとシース管との接続箇所にある発熱コイルの埋設部において、タングステン（Ｗ）の再結晶化が起きていないか、もしくは、仮に再結晶化が起きていたとしても結晶粒の粗大化が抑制されているため、発熱コイルの埋設部の強度の低下が抑制され、発熱コイルの埋設部における断線が抑制される。

（２）上記形態のグロープラグにおいて、前記埋設部において、前記タングステン（Ｗ）の結晶粒の前記延長方向の長さは、前記径方向の長さの２倍以上でもよい。このようなグロープラグでは、発熱コイルの埋設部の強度低下がより抑制され、埋設部における断線がより抑制される。

本発明は、上述したグロープラグとしての形態以外にも、例えば、グロープラグの製造方法や、シースヒータ、グロープラグを備える制御装置など、種々の形態で実現することが可能である。

グロープラグを示す説明図である。 シースヒータの詳細な構成を示す説明図である。 シースヒータの先端部分の断面図である。 発熱コイルの埋設部の結晶粒を模式的に示す説明図である。 グロープラグの製造工程を示す工程図である。 グロープラグの製造工程における工程Ｓ２０を示す説明図である。 グロープラグ通電耐久試験（冷熱サイクル試験）の結果を示す表である。 変形例の発熱コイルの外観を示す説明図である。 変形例の発熱コイルの先端部分の断面図である。

Ａ．実施形態：
Ａ１．グロープラグの構成：
図1は、グロープラグ１０を示す説明図である。図1では、軸線Ｏから紙面右側に外観構成を図示し、軸線Ｏから紙面左側に断面構成（後述する中軸２００，発熱コイル８２０，および制御コイル８３０は、外観構成）を図示した。以降は、軸線Ｏに沿った方向を軸線方向ＯＤと呼ぶ。グロープラグ１０は、熱を発生させるシースヒータ８００を備え、ディーゼルエンジンを始めとする内燃機関（図示せず）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、シースヒータ８００の他、中軸２００と、主体金具５００とを主に備える。これらグロープラグ１０を構成する部材は、グロープラグ１０の軸線方向ＯＤに沿って組み付けられている。本明細書では、軸線方向ＯＤを図面における上下方向として、図面下側（後述するシース管８１０の底部８１３が配置されている側）を先端側と呼び、図面上側（後述する係合部材１００が配置されている側）を後端側と呼ぶ。

主体金具５００は、炭素鋼を筒状に成形した部材である。主体金具５００は、先端側の端部においてシースヒータ８００を保持する。また、主体金具５００は、後端側の端部において絶縁部材４１０及びＯリング４６０を介して中軸２００を保持する。絶縁部材４１０の軸線Ｏに沿った位置は、絶縁部材４１０の後端に接するリング３００が中軸２００に加締められることで固定される。さらに、主体金具５００の軸孔５１０内には、絶縁部材４１０からシースヒータ８００に至る中軸２００の部位が配置される。軸孔５１０は、軸線Ｏに沿って形成された貫通孔であり、中軸２００よりも大きな径を有する。軸孔５１０に中軸２００が位置決めされた状態で、軸孔５１０と中軸２００との間には、両者を電気的に絶縁する空隙が形成される。また、軸孔５１０の先端側には、シースヒータ８００が圧入されて接合されている。さらに、主体金具５００は、工具係合部５２０と、雄ネジ部５４０とを備える。主体金具５００の工具係合部５２０は、グロープラグ１０の取り付け及び取り外しに用いられる工具（図示せず）に係合する。雄ネジ部５４０は、内燃機関（図示せず）に形成された雌ネジに嵌り合う。

中軸２００は、導電材料で円柱状（棒状）に成形された部材である。中軸２００は、主体金具５００の軸孔５１０に挿入された状態で軸線Ｏに沿って組み付けられる。中軸２００は、先端側に形成された先端部２１０と、後端側に設けられた雄ネジ部２９０とを備える。先端部２１０は、シースヒータ８００の内部に挿入される。雄ネジ部２９０は、主体金具５００から後端側に突出している。雄ネジ部２９０には、係合部材１００が嵌り合う。

図２は、シースヒータ８００の詳細な構成を示す説明図である。図２では、シースヒータ８００の詳細な構成を明瞭に示すために、中軸２００，発熱コイル８２０，および制御コイル８３０の外観構成を図示するとともに、他の部分の断面構成を図示した。シースヒータ８００は、シースヒータ８００の内部に中軸２００の先端部２１０が挿入された状態で、主体金具５００の軸孔５１０内に圧入され接合されている。シースヒータ８００は、シース管８１０と、発熱コイル８２０と、制御コイル８３０と、絶縁体８７０とを備える。

シース管８１０は、軸線方向ＯＤに延び、先端が閉じられた有底筒状部材である。シース管８１０は、発熱コイル８２０と、制御コイル８３０と、絶縁体８７０と、を内包する。シース管８１０は、軸線方向ＯＤに延びる円筒部８１４と、円筒部８１４の先端側を閉塞する底部８１３と、底部８１３とは反対側（すなわち、後端側）に開口した開口端部８１９とを備える。この開口端部８１９からシース管８１０の内部に中軸２００が挿入されている。シース管８１０は、パッキン６００及び絶縁体８７０によって中軸２００と電気的に絶縁される。一方、シース管８１０は、主体金具５００と接触して電気的に接続されている。本実施形態において、シース管８１０は、ニッケル（Ｎｉ）主成分とする金属から成る。詳しくは、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、その他、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、イットリウム（Ｙ）等が含まれる合金が用いられている。シース管８１０を構成する金属は、本実施形態に限定されず、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とする種々の金属を用いることができる。例えば、インコネル６０１（「ＩＮＣＯＮＥＬ」は登録商標）、Ａｌｌｏｙ６０２（ドイツ工業規格（ＤＩＮ）で規定されたＤＩＮ２．４６３３合金に相当）等を用いることができる。ここで、主成分とは、含有率（質量％）が５０質量％以上の物質をいう。

絶縁体８７０は、電気絶縁性を有する絶縁材料の粉末により形成されている。絶縁体８７０としては、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉末が用いられる。絶縁体８７０は、シース管８１０が中軸２００、発熱コイル８２０、及び制御コイル８３０を内包することによって、シース管８１０内に形成された隙間に充填（配置）され、その隙間を電気的に絶縁する。

発熱コイル８２０は、シース管８１０の内側に軸線方向ＯＤに沿って配置され、通電によって発熱する。発熱コイル８２０は、シース管８１０の内部に配置される螺線部８２１と、螺線部８２１の一端に接続され、軸線方向ＯＤに延びる直線部８２２と、を備える。本実施形態において、発熱コイル８２０は、１本のタングステン線から形成されており、螺線部８２１と直線部８２２とは継ぎ目無く、連続している。本実施形態において、直線部８２２は、シース管８１０の底部８１３に埋込まれている。これにより、発熱コイル８２０とシース管８１０とは、電気的に接続されている。螺線部８２１の他端は、制御コイル８３０と溶接により電気的に接続されている。本実施形態において、発熱コイル８２０は、タングステン（Ｗ）を９９質量％以上含有する金属で形成されている。

制御コイル８３０は、シース管８１０の内側において発熱コイル８２０と直列に接続され、発熱コイル８２０に流れる電流を制御する。一端が発熱コイル８２０に溶接され、発熱コイル８２０と電気的に接続されており、他端が中軸２００の先端部２１０に接合されることにより中軸２００と電気的に接続されている。図２では、制御コイル８３０と発熱コイル８２０との接続部（溶接部）を、明瞭に示すために、接続部（溶接部）を丸印で図示している。制御コイル８３０は、発熱コイル８２０の形成材料よりも電気比抵抗の温度係数が大きい導電材料によって形成される。本実施形態では、鉄（Ｆｅ）−クロム（Ｃｒ）−アルミニウム（Ａｌ）合金により形成されている。その他、例えば、ニッケル（Ｎｉ）−クロム（Ｃｒ）合金、ニッケル（Ｎｉ）−クロム（Ｃｒ）−ケイ素（Ｓｉ）−マンガン（Ｍｎ）合金などにより形成されてもよい。

図３は、シースヒータ８００の先端部分の断面図である。図３では、シースヒータ８００の、軸線Ｏを通る切断面を示している。上述の通り、発熱コイル８２０は、螺線部８２１と、直線部８２２と、を備える。本実施形態では、発熱コイル８２０の直線部８２２全体（全部位）が、シース管８１０の底部８１３に埋込まれている。シース管８１０の底部８１３に埋込まれている部分（直線部８２２）を、以降、「埋設部８２３」とも称する。発熱コイル８２０の埋設部８２３において、発熱コイル８２０を構成するコイル線の延びる方向（換言すると、コイル線の軸方向）を延長方向ＥＤとし、発熱コイル８２０を構成するコイル線の径方向を径方向ＲＤとして、図３に図示している。径方向ＲＤは延長方向ＥＤに垂直な方向である。

直線部８２２は、軸線Ｏ上に、軸線Ｏに沿って配置されている。発熱コイル８２０の埋設部８２３は、シース管８１０の底部８１３に取囲まれており、底部８１３を貫通していない。後に詳述するように、発熱コイル８２０は、溶接によりシース管８１０の底部８１３に接合されており、その結果、発熱コイル８２０の埋設部８２３がシース管８１０の底部８１３に埋込まれた状態になっている。

上述の通り、シース管８１０はニッケル（Ｎｉ）を主成分とする金属より成り、発熱コイル８２０はタングステン（Ｗ）を主成分とする金属より成る。シース管８１０を構成する材料（ニッケル（Ｎｉ）を主成分とする金属）の融点は約１４００℃、発熱コイル８２０を構成する材料（タングステン（Ｗ）を主成分とする金属）の融点は３０００℃以上であり、各材料の融点の差が大きい。そのため、発熱コイル８２０とシース管８１０とを溶接する際には、発熱コイル８２０は殆ど溶融せず、シース管８１０のみが溶融することにより両者が溶接される。なお、仮に、発熱コイル８２０が若干溶融した場合であっても、シース管８１０を構成する金属と発熱コイル８２０を構成する金属との合金からなる合金部の厚さは１０（μｍ）以下である。合金部は、発熱コイル８２０の直線部８２２とシース管８１０の底部８１３との境界付近を例えばＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｅｒ）などによって分析することにより検出して、厚さを算出することができる。本実施形態のグロープラグ１０には、合金部は形成されていないため、図３には合金部は示されていない。

図４は、発熱コイル８２０の埋設部８２３の結晶粒ＣＧを模式的に示す説明図である。発熱コイル８２０の埋設部８２３を、軸線Ｏを通り、軸線Ｏに平行な面で切断し、切断面に鏡面研磨を施した後、切断面を走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、ＳＥＭ）を用いて、反射電子組成像（いわゆる、ＣＯＭＰ像）を撮影した。ＳＥＭ画像に対して、画像解析ソフト（Ｓｏｆｔ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ＧｍｂＨ社製のＡｎａｌｙｓｉｓ Ｆｉｖｅ）を用いて、コントラストの調整、スムージング、二値化等の画像処理を行って、結晶粒界を明確にした。図４では、撮影画像の一部を拡大し、結晶粒を模式的に図示している。なお、図４に示す例におけるＳＥＭを用いた観察条件は、以下の通りである。
加速電圧：２０．０ｋＶ
倍率：３，０００倍
作動距離（対物レンズ下面と試料の距離）：１０．５ｍｍ

発熱コイル８２０は、タングステン（Ｗ）を９９質量％以上含有する金属で形成されたタングステン線（タングステン線材）から形成されている。発熱コイル８２０の直線部８２２（埋設部８２３）は、タングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧを複数備える。図４では、一例として、１つの結晶粒ＣＧを太線で囲んで符号を付している。なお、図４では、ＳＥＭ画像において異なる明るさで表現される結晶粒を、異なるハッチングを付して図示している。

本実施形態では、ＳＥＭ画像に、径方向ＲＤに平行な直線（基準線ＢＬ）を引き、基準線ＢＬ上の結晶粒ＣＧを５０個選択し、選択された５０個の結晶粒の径方向ＲＤの長さを、画像解析ソフトを用いて計測した。ＳＥＭ画像において、色が濃く、結晶粒界を認識しやすい結晶粒を選択した。

本実施形態のグロープラグ１０が備える発熱コイル８２０の埋設部８２３において、タングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧは、発熱コイル８２０を構成するコイル線の延長方向ＥＤの長さ（平均長さ）が径方向ＲＤの長さ（平均長さ）よりも長い形状をしている。また、選択された５０個の結晶粒ＣＧの径方向ＲＤの長さは、全て５μｍ以下である。換言すると、５０個の結晶粒ＣＧの径方向ＲＤの長さの最大値は５μｍ以下である。

発熱コイル８２０を構成するコイル線（タングステン（Ｗ）線）は、スウェージング（鍛造加工）、ドローイング（線引き加工）を経て線状に形成されているため、タングステン（Ｗ）の結晶粒がコイル線の延長方向ＥＤ（加工方向）に長い繊維状になり、略同一方向に揃っている。結晶粒が繊維状であると、比較的丸い形状の結晶粒と比べると、強度が高い。一般に、金属は加熱により特定の温度以上になると再結晶化が起こり、再結晶化が進むと結晶粒が粗大化する。グロープラグにおいて、発熱コイルとシース管とを溶接によって接続する場合、溶接時の加熱により発熱コイルを構成するタングステン（Ｗ）の結晶粒が再結晶化して結晶粒が粗大化するおそれがある。粗大化した結晶粒は、比較的丸い形状になり脆化する。本実施形態のグロープラグ１０を製造する際、発熱コイル８２０とシース管８１０とを溶接により接合する際（後述する図に示す工程Ｓ２０）に、溶接条件を適切に制御することにより、タングステン（Ｗ）の再結晶化を抑制している。そのため、発熱コイル８２０の埋設部８２３におけるタングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧは、コイル線の延長方向ＥＤの長さ（平均長さ）が径方向ＲＤの長さ（平均長さ）よりも長い形状をしている。さらに、タングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧの径方向ＲＤの長さを５μｍ以下としている。そのため、発熱コイル８２０の埋設部８２３の強度低下が抑制され、グロープラグ１０の使用時の熱衝撃による、発熱コイル８２０の埋設部８２３における断線が、抑制される。

Ａ２．グロープラグ１０の製造方法：
図５は、グロープラグ１０の製造工程を示す工程図である。図６は、図５における工程Ｓ２０を示す説明図である。工程Ｓ１０では、グロープラグ１０を構成する各種部材が用意される。本実施形態では、シースヒータ８００の部材として、筒状シース管８１０ｐ（図６（ａ））と、発熱コイル８２０と、制御コイル８３０が用意される。筒状シース管８１０ｐは、図６（ａ）に示すように、先端に開口部８１５を備えており、底部８１３を有しない筒状である。筒状シース管８１０ｐは、後述する工程Ｓ２０において、溶融されて底部８１３が形成されることによりシース管８１０になる。

工程Ｓ１２では、発熱コイル８２０と制御コイル８３０とが溶接される。工程Ｓ１４では、制御コイル８３０と中軸２００とが溶接される。

工程Ｓ２０では、発熱コイル８２０とシース管８１０とが溶接される。具体的には、まず、制御コイル８３０の後端側に中軸２００に溶接されると共に、先端側に発熱コイル８２０が溶接された部材（工程Ｓ１２，Ｓ１４にて作成される）が、発熱コイル８２０が先端側になるように筒状シース管８１０ｐ内に挿入される。このとき、発熱コイル８２０の直線部８２２が開口部８１５内に配置される（図６（ａ））。次に、筒状シース管８１０ｐの先端を、アークによって溶融した後凝固させることにより開口部８１５を閉塞させる。これにより、発熱コイル８２０の直線部８２２がシース管８１０の底部８１３に埋込まれた状態で、発熱コイル８２０の直線部８２２とシース管８１０の底部８１３とが溶接される（図６（ｂ））。換言すると、発熱コイル８２０の直線部８２２がシース管８１０の底部８１３に埋め込まれる。工程Ｓ２０では、発熱コイル８２０の融点より低く、シース管８１０（筒状シース管８１０ｐ）の融点より高い温度で発熱コイル８２０とシース管８１０とが溶接されるように溶接機器の出力や、溶接時間などが調整される。これにより、発熱コイル８２０は殆ど溶融せず、筒状シース管８１０ｐが溶融することにより、発熱コイル８２０とシース管８１０とが溶接される。また、発熱コイル８２０の直線部８２２において再結晶化が起きないように溶接機器の出力や、溶接時間などが調整される。これにより、発熱コイル８２０の直線部８２２（埋設部８２３）において、タングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧの形状が発熱コイル８２０を構成するコイル線の延長方向ＥＤの長さが径方向ＲＤの長さよりも長い形状（繊維状）である、且つタングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧの径方向の長さが５μｍ以下であることが維持され、発熱コイル８２０の埋設部８２３における強度低下が抑制される。なお、仮に、発熱コイル８２０の直線部８２２において再結晶化が起きて、タングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧの形状が溶接前と変わったとしても、コイル線の延長方向ＥＤの長さが径方向ＲＤの長さよりも長い形状（繊維状）であり、且つタングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧの径方向ＲＤの長さが５μｍ以下に維持されていることにより、強度低下が抑制される。また、仮に発熱コイル８２０が溶融しても、発熱コイル８２０を形成する金属とシース管８１０を形成する金属との合金部の厚さが１０（μｍ）以下となるようにするのが好ましい。発熱コイル８２０とシース管８１０との溶接は、アーク溶接に限定されず、例えば、レーザ溶接により行ってもよい。レーザ溶接により溶接する場合には、溶接温度を抑制して広範囲を溶融させることが好ましい。

工程Ｓ３０ではシース管８１０内に絶縁体８７０が充填される。これらの工程を経て、シースヒータ８００の組立が完了する。

工程Ｓ４０では、シースヒータ８００に対し、スウェージング加工が施される。スウェージング加工とは、シースヒータ８００に対して打撃力を加えてシースヒータ８００を縮径させ、シース管８１０内に充填した絶縁体８７０を緻密化させる加工である。スウェージングに伴ってシースヒータ８００に打撃力が加えられると、打撃力がシースヒータ８００内部に伝えられることにより、絶縁体８７０が緻密化される。

工程Ｓ５０では、シースヒータ８００と主体金具５００とが組み付けられて、グロープラグ１０が完成する。具体的には、中軸２００が一体化されたシースヒータ８００を主体金具５００の軸孔５１０に圧入して固定すると共に、主体金具５００の後端部分において、リング４６０、絶縁部材４１０、およびオーリング３００を中軸２００に嵌め込み、係合部材１００を主体金具５００の後端に設けられた中軸２００の雄ネジ部２９０に締め付ける。

以上説明したように、本実施形態のグロープラグ１０では、発熱コイル８２０の埋設部８２３におけるタングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧは、コイル線の延長方向ＥＤの長さが径方向ＲＤの長さよりも長い形状をしている。さらに、タングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧの径方向の長さを５μｍ以下としている。そのため、グロープラグ１０の使用時の熱衝撃による、発熱コイル８２０の埋設部８２３における断線が、抑制される。その結果、発熱コイル８２０とシース管８１０との電気的切断の発生を抑制することができ、グロープラグ１０の耐久性が向上される。

また、本実施形態のグロープラグ１０では、発熱コイル８２０とシース管８１０との溶接箇所である埋設部８２３は、１本のタングステン線を加工することにより螺線部８２１の延長として形成されている。そのため、発熱コイル８２０とシース管８１０との溶接箇所を、螺線部８２１と異なる部材として構成し、螺線部８２１と溶接等により接続する場合と比較すると、本実施形態のグロープラグ１０は螺線部８２１と直線部８２２との溶接等の工程が不要であるため、製造コストを抑制することができる。

また、例えば、発熱コイルの全体を螺線状に形成した場合（すなわち、直線部８２２を備えず、発熱コイルの全体が螺線部８２１の場合）には、螺線部８２１の先端側をシース管８１０の底部８１３に埋込んで発熱コイルとシース管８１０とを接続することになる。この場合には、発熱コイルの熱抵抗の管理が困難となる。これに対し、本実施形態のグロープラグ１０では、直線部８２２がシース管８１０の底部８１３に埋込まれており、螺線部８２１は埋込まれていないため、発熱コイル８２０の熱抵抗を容易に適切に管理することができる。

Ｂ．実験結果：
以下に、発熱コイル８２０の埋設部８２３におけるタングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧの形状とグロープラグ１０の耐久性との関係を調べた実験結果を示す。サンプル１〜６を用いてグロープラグ通電耐久試験を行った。サンプル１〜６のグロープラグの構成は、上記実施形態と同様である。サンプル１〜６の製造時に、発熱コイル８２０とシース管８１０との溶接条件を互いに違えることにより、埋設部８２３におけるタングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧの形状を異ならせている。

図７は、グロープラグ通電耐久試験（冷熱サイクル試験）の結果を示す表である。グロープラグ通電耐久試験として、昇温フェーズ→温度維持フェーズ→冷却フェーズを１サイクルとして、発熱コイル８２０が断線するまでサイクルを繰り返した。各フェーズの条件は、下記の通りである。
昇温フェーズ：通電、１１００℃まで１秒の昇温速度で昇温
温度維持フェーズ：通電、１２００℃を５分間維持
冷却フェーズ：非通電、風冷（風速１０ｍ／ｓ）３分
なお、温度は、シース管８１０の先端８１１（図２参照）から２ｍｍの地点を、放射温度計にて測温した。

図７に示す表では、各サンプルの埋設部８２３におけるタングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧの径方向ＲＤ（図４参照）の長さＲＬ（図７では「径方向の結晶粒長」と記載）、結晶粒ＣＧの縦横比（延長方向ＥＤの長さＥＬ（図４参照）／径方向ＲＤの長さＲＬ）、発熱コイル８２０が断線した際のサイクル数、断線箇所、判定が記載されている。判定基準は以下の通りである。
○：埋設部８２３以外で断線
△：埋設部８２３で断線、かつ断線サイクル数が５０００サイクル以上
×：埋設部８２３で断線、かつ断線サイクル数が５０００サイクル未満

結晶粒ＣＧのタングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧの径方向ＲＤの長さＲＬ（図４）、および延長方向ＥＤ方向の長さＥＬ（図４）は、上記実施形態にて説明したのと同様に、ＳＥＭ画像を利用して測定した。

図７に示すように、サンプル１のタングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧの縦横比は１．１であり、比較的丸い形状をしている。また、径方向ＲＤの結晶粒長は１０．２μｍであり、他のサンプルと比較すると大きく、結晶粒ＣＧは粗大化しているといえる。サンプル２〜６のタングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧは、その縦横比から、コイル線の延長方向ＥＤの長さＥＬが径方向ＲＤの長さＲＬよりも長い形状といえる。

埋設部８２３におけるタングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧが、コイル線の延長方向ＥＤの長さＥＬが径方向ＲＤの長さＲＬよりも長い形状であり、かつ径方向ＲＤの長さＲＬが５μｍ以下であると（サンプル３〜６）、グロープラグ通電耐久試験において５０００サイクル以上、断線しなかった。さらに、タングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧの縦横比が２以上（換言すると、タングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧのコイル線の延長方向ＥＤの長さＥＬが、コイル線の延長方向ＥＤに垂直な径方向ＲＤの長さＲＬの２倍以上）であると（サンプル４〜６）、発熱コイル８２０が断線する際に、埋設部８２３以外で断線した。

以上の実験結果より、埋設部８２３におけるタングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧが、コイル線の延長方向ＥＤの長さＥＬが径方向ＲＤの長さＲＬよりも長い形状であり、かつ径方向ＲＤの長さＲＬが５μｍ以下であると、５０００サイクル以上、断線しなかったため、サンプル１，２と比較して、埋設部８２３における強度低下が抑制されたといえる。さらに、タングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧの縦横比が２以上（換言すると、タングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧのコイル線の延長方向ＥＤの長さＥＬが、コイル線の延長方向ＥＤに垂直な径方向ＲＤの長さＲＬの２倍以上）であると、発熱コイル８２０の埋設部８２３では断線していないため、埋設部８２３の強度低下がさらに抑制されたといえる。埋設部８２３の強度低下が抑制された結果、発熱コイル８２０の断線が抑制され、グロープラグ１０の耐久性が向上された。これは、発熱コイル８２０とシース管８１０との溶接の際の溶接条件を制御することにより、タングステン（Ｗ）の再結晶化による結晶粒の粗大化が抑制されたためである。なお、「発熱コイル８２０の埋設部８２３における断線が抑制される」とは、発熱コイル８２０が断線するまでのサイクル数が長くなる、発熱コイル８２０が埋設部８２３で断線する頻度が低くなることを含む。

Ｃ．変形例：
（１）発熱コイル８２０の埋設部８２３の形状は、上記実施形態の形状に限定されない。例えば、埋設部８２３を、以下のような形状にしてもよい。
図８は、変形例の発熱コイル８２０Ａの外観を示す説明図である。図８では、変形例の埋設部８２３Ａの説明のために、シース管８１０の内壁面が図示されており、埋設部８２３は、破線で図示されている。図９は、変形例の発熱コイル８２０Ａの先端部分の断面図である。図９では、シースヒータ８００Ａの先端部分の、軸線Ｏを通る切断面を示している。変形例のシースヒータ８００Ａは、発熱コイル８２０Ａの埋設部８２３Ａの形状が、上記実施形態と異なるものの、他の構成は上記実施形態と同様であるため、同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。変形例の発熱コイル８２０Ａは、全体が螺旋状に形成されている。すなわち、変形例の発熱コイル８２０Ａにおいて、シース管８１０の底部８１３に埋込まれている埋設部８２３Ａは、螺旋状（コイル状）に形成されている。なお、埋設部８２３Ａの螺線径（コイル外径）は、発熱コイル８２０Ａのシース管８１０内に配置されている部分より小さく、先端に向かって縮径している。変形例の発熱コイル８２０Ａの埋設部８２３Ａにおいても、タングステン（Ｗ）の結晶粒ＣＧは、コイル線の延長方向ＥＤの長さが径方向ＲＤの長さＲＬよりも長い形状であり、かつ径方向ＲＤの長さＲＬが５μｍ以下である。この例において、コイル線の延びる方向である延長方向ＥＤは、螺線に沿った方向（換言すると、コイル線（タングステン線）の中心軸に沿った方向）となる。タングステン（Ｗ）の結晶粒をＳＥＭにて観察する場合は、埋設部８２３Ａの先端側を、軸線Ｏに交差する面（タングステン線の螺線に沿った方向）で切断し、その切断面を観察する。

（２）上記実施形態において、直線部８２２の全てがシース管８１０の底部８１３に埋込まれていると共に、螺線部８２１がシース管８１０の底部８１３に埋込まれていない例を示したが、発熱コイル８２０において、シース管８１０の底部８１３に埋込まれる箇所は、上記の例に限定されない。螺線部８２１の先端側の一部と直線部８２２の全体が埋込まれてもよいし、直線部８２２の先端側の一部のみが埋込まれてもよい。

（３）発熱コイル８２０を構成するコイル線の線径は、上記実施形態に限定されず、適宜設定可能である。

（４）上述の実施形態では、発熱コイル８２０の直線部８２２は軸線Ｏ上に配置されている。これに対し、直線部８２２は、軸線Ｏ上に位置していなくともよく、また、軸線Ｏに対して任意の角度（例えば、０〜６０度）で配置されていてもよい。

（５）上述の実施形態では、グロープラグ１０は、発熱コイル８２０と制御コイル８３０とを備えている。これに対し、グロープラグ１０は、制御コイル８３０を備えない構成にしてもよい。制御コイル８３０を備えない場合には、発熱コイル８２０の後端が中軸２００の先端部２１０に接続される。また、グロープラグ１０の制御コイル８３０は、複数のコイルが接続されることにより構成されていてもよい。

本発明は、上述の実施形態や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、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…グロープラグ
１００…係合部材
２００…中軸
２１０…先端部
２９０…雄ネジ部
３００…リング
４１０…絶縁部材
４６０…リング
５００…主体金具
５１０…軸孔
５２０…工具係合部
５４０…雄ネジ部
８００…シースヒータ
８００Ａ…シースヒータ
８１０…シース管
８１０ｐ…筒状シース管
８１１…先端
８１３…底部
８１４…円筒部
８１５…開口部
８１９…開口端部
８２０…発熱コイル
８２０Ａ…発熱コイル
８２１…螺線部
８２２…直線部
８２３…埋設部
８２３Ａ…埋設部
８３０…制御コイル
８７０…絶縁体
ＢＬ…基準線
ＣＧ…結晶粒
ＥＤ…延長方向
ＥＬ…延長方向の長さ
Ｏ…軸線
ＯＤ…軸線方向
ＲＤ…径方向
ＲＬ…径方向の長さ
ＶＡ…バッテリ

Claims (2)

1. ニッケル（Ｎｉ）を主成分とする金属から成り、軸線方向に延びる有底筒状のシース管と、
   タングステン（Ｗ）を主成分とする金属から成り、自身の一部が前記シース管内に配置されて、一端が前記シース管の底部と接続されている発熱コイルと、を備えるグロープラグであって、
   前記発熱コイルは、前記シース管の前記底部に埋込まれている埋設部を備え、
   前記埋設部において、
   タングステン（Ｗ）の結晶粒は、前記発熱コイルを構成するコイル線の延長方向の長さが、前記延長方向に垂直な径方向の長さよりも長い形状を有し、
   前記タングステン（Ｗ）の結晶粒の前記径方向の長さは５μｍ以下である、グロープラグ。
2. 請求項１に記載のグロープラグであって、
   前記埋設部において、
   前記タングステン（Ｗ）の結晶粒の前記延長方向の長さは、前記径方向の長さの２倍以上である、グロープラグ。

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