JP2018054160A - グロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】 特定の材料にてシース管を構成する際に、シース管の溶融部にワレの発生を抑制して耐酸化性を維持できるグロープラグを提供することを目的とする。【解決手段】 Ｎｉが５０重量％以上、Ｃｒが１８重量％以上３０重量％以下、Ａｌが１重量％以下、Ｙ及びＺｒから選ばれた少なくとも一種の成分が０．０１重量％以上０．３重量％以下、含まれる合金にて形成されたシース管８１０と、主成分がタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）である発熱コイル８２０と、を備えるグロープラグ１０であり、発熱コイル８２０の先端部８２２は、シース管８１０の外面に露出することなく、シース管８１０の溶融部８１６に埋め込まれてなり、溶融部８１６の軸線方向ＯＤに平行な長さの最大値をａ、溶融部８１６の軸線方向ＯＤに垂直な長さの最大値をｂとすると、０．４６≦ａ／ｂを満たす。【選択図】図３

Description

この発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の補助熱源として用いられるグロープラグに関する。

グロープラグは、圧縮着火方式によるディーゼルエンジン等の内燃機関の補助熱源として用いられる。グロープラグは、通常、先端部が閉じて後端部が開いた有底筒状のシース管と、シース管内部に配置されて通電により発熱する発熱コイルとを有する。発熱コイルの先端部はシース管の先端部に接合され、発熱コイルの後端部は、シース管の後端側に延びる中軸に電気的に接続されている。この中軸を介して通電されることにより発熱コイルが発熱する。シース管の内部はマグネシア粉末等の絶縁粉末で満たされ、発熱コイルの外周面とシース管の内周面とが絶縁されている。

グロープラグにおけるシース管は、通常、耐熱性及び耐酸化性に優れる導電材料により形成される。さらに、近年、エミッションの低減や燃費向上のために、内燃機関の燃焼室内の更なる高温化が求められており、グロープラグについても更なる高温環境下での動作が求められている。動作時の温度が高くなるほど、酸化反応が進行しやすいので、シース管の材料には、酸化反応の進行をより遅延させるための耐酸化性が求められる。このため、特許文献１に開示されたように、シース管の材料として、Ｎｉを主成分とし、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙ等をそれぞれ所定量含有する合金を用いることが開示されている。

特開２０１６−１４８５０６号公報

しかしながら、このような特定の材料でシース管を構成すると、シース管と発熱コイルとを接合した際に、シース管と発熱コイルとの接合箇所に形成される溶融部に引張応力がかかり、溶融部に（具体的には、溶融部のシース管表面（外面、内面）からシース管内部にわたって）ワレが発生することがあった。これは、加熱により溶融部が形成された後、溶融部が冷え固まる際に、シース管を経路として放熱されることで、シース管近傍の溶融部が先に冷え固まって収縮し、その結果、冷え固まる前の溶融部の中央付近に引張応力がかかり、ワレが発生するためである。そして、このようなワレが発生すると、ワレの空隙部分に空気（酸素）が進入し、シース管の耐酸化性が低下してしまう虞がある。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、特定の材料にてシース管を構成する際に、シース管の溶融部にワレの発生を抑制し、シース管の耐酸化性を維持できるグロープラグを提供することを目的とする。

本発明のグロープラグは、先端が閉塞した筒状のシース管であり、ニッケル（Ｎｉ）が５０重量％以上、クロム（Ｃｒ）が１８重量％以上３０重量％以下、アルミニウム（Ａｌ）が１重量％以下、イットリウム（Ｙ）及びジルコニウム（Ｚｒ）から選ばれた少なくとも一種の成分が０．０１重量％以上０．３重量％以下、含まれる合金から形成されたシース管と、前記シース管の内部に設けられるとともに、自身の先端部が前記シース管の先端部に接続され、通電によって発熱する発熱コイルと、を備え、軸線に沿って延びるグロープラグであって、
前記発熱コイルの主成分がタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）であり、前記発熱コイルの先端部は、前記シース管の外面に露出することなく、前記シース管の先端部に設けられる溶融部に埋め込まれてなり、前記軸線を含む断面を見たときに、前記溶融部は、前記溶融部の軸線方向に平行な長さの最大値をａ、前記溶融部の軸線方向に垂直な長さの最大値をｂとすると、０．４６≦ａ／ｂを満たすことを特徴とする。

この形態のグロープラグによれば、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする発熱コイルを用いて、この発熱コイルの先端部をシース管の先端部に設けられる溶融部に埋め込んでいる。シース管に用いられる特定の材料に比べ、高融点材料であるタングステンやモリブデンを主成分とする特定の材料にて発熱コイルを形成することで、シース管と発熱コイルとを接合する際に、発熱コイルが殆ど溶融することなく、シース管に形成される溶融部に発熱コイルが埋め込まれることとなる。その結果、溶融部が冷え固まる際に、発熱コイルを経路として放熱することが可能となり、溶融部の中央付近においても初期段階から冷え固まって収縮が発生し、溶融部の中央付近にかかる引張応力を溶融部全体に分散させることができる。

また、この形態のグロープラグによれば、軸線を含む断面を見たときに、溶融部の軸線方向に平行な長さの最大値をａ、溶融部の軸線方向に垂直な長さの最大値をｂとすると、溶融部は０．４６≦ａ／ｂを満たしている。溶融部の形状をこのような特定の形状とすることで、溶融部に加わる引張応力自体を低減できる。なお、溶融部がａ／ｂ＜０．４６である場合、上述の効果が得られない。

このように、特定の材料を用いた発熱コイルを特定の形状である溶融部に埋め込むことで、溶融部に加わる引張応力を溶融部全体に分散しつつ、且つ低減できるため、シース管の溶融部にワレが発生するのを抑制できる。このため、シース管の耐酸化性を維持することができる。

さらに、発熱コイルの先端部を、シース管の外面に露出させずに溶融部に埋め込んでいる。これにより、タングステンやモリブデンを主成分とする材料を用いた発熱コイルを溶融部に直接埋め込んだとしても、発熱コイルが酸化することを抑制できる。

また、本発明のグロープラグは、前記軸線を含む断面を見たときに、前記溶融部が、ａ／ｂ＜０．７４を満たすことが好ましい。これにより、溶融部の体積が増加することで、発熱コイルのシース管先端からの位置がより後端側に移動し、シース管の最高発熱温度の位置がより後端側に移動することを抑制できる。その結果、シース管の先端側で集中的に発熱することができる。

また、本発明のグロープラグは、前記軸線を含む断面を見たときに、前記溶融部が、０．５４≦ａ／ｂ≦０．６６を満たすことが好ましい。これにより、シース管の耐酸化性をより維持できると共に、シース管の先端側でより集中的に発熱することができる。

また、本発明のグロープラグは、前記溶融部が、前記シース管の内部に向かって凸状を有することが好ましい。これにより、発熱コイルの先端部をシース管の外面に露出させることなく溶融部に埋め込みつつ、シース管と発熱コイルとを強固に固定することができる。

グロープラグ１０を示す半断面図。 シースヒータ８００の詳細な構成を示す断面図。 シース管８１０の先端部付近の断面図。 グロープラグ１０の製造方法を示すフローチャート。 ステップＳ２０における溶接の工程を示す説明図。 変形例のグロープラグ１０ａの先端部付近の断面図。

図１は、グロープラグ１０を示す半断面図である。グロープラグ１０は、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Ｏの方向（以下、軸線方向ＯＤとも言う）に沿って組み付けられている。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を図示した。なお、本明細書では、グロープラグ１０におけるシースヒータ８００側を「先端側」と呼び、係合部材１００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、主体金具５００に固定される。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方向ＯＤ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断面図である。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内に圧入されている。シースヒータ８００は、シース管８１０と、発熱コイル８２０と、後端コイル８３０と、絶縁体８７０とを主に備える。

シース管８１０は、軸線方向ＯＤに延び、先端が閉じられた筒状部材である。シース管８１０は、発熱コイル８２０と、後端コイル８３０と、絶縁体８７０と、を内包する。シース管８１０は、軸線方向ＯＤに延びる側面部８１４と、側面部８１４の先端側に接続し、外側に向けて丸く形成された先端部８１３と、先端部８１３とは反対側に開口した端部である後端部８１９とを備える。この後端部８１９からシース管８１０の内部に中軸２００の先端部２１０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。

シース管８１０は、５０重量％以上のニッケル（Ｎｉ）を含む、いわゆるＮｉベースの合金である。この合金は、添加物として、クロム（Ｃｒ）が１８重量％以上３０重量％以下、アルミニウム（Ａｌ）が１重量％以下、イットリウム（Ｙ）及びジルコニウム（Ｚｒ）から選ばれた少なくとも一種の成分が０．０１重量％以上０．３重量％以下、含まれる。この合金を用いて、シース管８１０を形成することによって、グロープラグ１０は、高温環境下でのシース管８１０の耐酸化性を確保できる。

さらに、シース管８１０を形成する合金として、ケイ素（Ｓｉ）とチタン（Ｔｉ）とマンガン（Ｍｎ）とから選ばれた少なくとも一種の成分が０．２重量％以上１．５重量％以下含まれることが好ましい。また、シース管８１０を形成する合金は、さらに、鉄（Ｆｅ）が５重量％以上２０重量％以下含まれることが好ましい。
なお、本実施形態では、シース管８１０を形成する合金としては、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、クロム（Ｃｒ）：２３重量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．５重量％、イットリウム（Ｙ）：０．１４重量％、ケイ素（Ｓｉ）：０．９重量％、鉄（Ｆｅ）：１０重量％を含有する。

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、及び後端コイル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、先端側のコイル端部である先端部８２２と、後端側のコイル端部である後端部８２９と、先端部８２２と後端部８２９とを接続する螺旋部８２３とを備える。先端部８２２は、シース管８１０の先端部８１３内に位置しており、シース管８１０と電気的に接続される。後端部８２９は、発熱コイル８２０と後端コイル８３０とが溶接されることによって形成された接続部８４０を介して、後端コイル８３０と電気的に接続される。

発熱コイル８２０は、タングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）を主成分としている。なお、主成分とは、含有率（質量％）が５０質量％以上の物質をいう。本実施形態では、発熱コイル８２０は、９９質量％以上のタングステン（Ｗ）を用いている。

後端コイル８３０は、先端側のコイル端部である先端部８３１と、後端側のコイル端部である後端部８３９とを備える。先端部８３１は、発熱コイル８２０の後端部８２９に溶接されることにより発熱コイル８２０と電気的に接続される。後端部８３９は、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る。後端コイル８３０は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）−クロム（Ｃｒ）合金や、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。

図３は、シース管８１０の先端部８１３付近の断面図である。図３の断面は、軸線Ｏを通る位置でシースヒータ８００を切断した断面であり、軸線Ｏを通る位置において切断された発熱コイル８２０の螺旋部８２３及び先端部８２２と、シース管８１０と、絶縁体８７０と、が示されている。本実施形態では、発熱コイル８２０の先端部８２２は、軸線Ｏ上において、軸線Ｏに沿った直線状である。図３に示すように、発熱コイル８２０の先端部８２２は、シース管８１０の先端８１１とシース管８１０の先端側内壁面８１２との間に位置しており、発熱コイル８２０の先端部８２２は、シース管８１０の先端部８１３に設けられる溶融部８１６に埋め込まれている。さらに、発熱コイル８２０の先端部８２２の先端８２１は、シース管８１０の先端部８１３の外面（溶融部８１６の外面）に露出することなく、溶融部８１３の内部に配置されている。なお、本実施形態では、溶融部８１６は、先端側及び後端側（シース管８１０の内部）に向かってそれぞれ凸状を有する略楕円形状を有している。なお、溶融部８１６の形状は略楕円形状に限られない。

上述の通り、シース管８１０はニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉベースの合金であり、発熱コイル８２０はタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする金属である。よって、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、発熱コイル８２０の先端部８２２が埋め込まれてなる溶融部８１６が形成される。

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の先端部８２２とシース管８１０の先端部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。なお、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。そのため、図３には合金部は示されていない。

図３には、さらに、長さａと、長さｂと、が示されている。長さａは、溶融部８１６における軸線方向ＯＤに平行な長さのうち、最大長さ（図３における紙面上下方向の長さの最大値）である。長さｂは、溶融部８１６における軸線方向ＯＤに垂直な長さのうち、最大長さ（図３における紙面左右方向の長さの最大値）である。そして、本実施形態では、溶融部８１６は０．４６≦ａ／ｂを満たしている（具体的には、ａ／ｂ＝０．６０）。

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、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする発熱コイル８２０を用いて、この発熱コイル８２０の先端部８２２をシース管８１０の先端部８１３に設けられる溶融部８１６に埋め込んでいる。シース管８１０に用いられる特定の材料に比べ、高融点材料であるタングステンやモリブデンを主成分とする特定の材料にて発熱コイル８１０を形成することで、シース管８１０と発熱コイル８２０とを接合する際に、発熱コイル８２０が殆ど溶融することなく、シース管８１０に形成される溶融部８１６に発熱コイル８２０が埋め込まれることとなる。その結果、溶融部８１６が冷え固まる際に、発熱コイル８２０を経路として放熱することが可能となり、溶融部８１６の中央付近においても初期段階から冷え固まって収縮が発生し、溶融部８１６の中央付近にかかる引張応力を溶融部８１６全体に分散させることができる。

また、この本実施形態のグロープラグ１０によれば、軸線Ｏを含む断面を見たときに、溶融部８１６の軸線方向ＯＤに平行な長さの最大値をａ、溶融部８１６の軸線方向ＯＤに垂直な長さの最大値をｂとすると、溶融部８１６は０．４６≦ａ／ｂを満たしている。溶融部８１６の形状をこのような特定の形状とすることで、溶融部８１６に加わる引張応力自体を低減できる。

このように、特定の材料を用いた発熱コイル８２０を特定の形状である溶融部８１６に埋め込むことで、溶融部８１６に加わる引張応力を溶融部８１６全体に分散しつつ、且つ低減できるため、シース管８１０の溶融部８１６にワレが発生するのを抑制できる。このため、シース管８１０の耐酸化性を維持することができる。

さらに、発熱コイル８２０の先端部８２２を、シース管の外面に露出させずに溶融部８１６に埋め込んでいる。これにより、タングステンやモリブデンを主成分とする材料を用いた発熱コイル８２０を溶融部８１６に直接埋め込んだとしても、発熱コイル８２０が酸化することを抑制できる。

また、本実施形態のグロープラグ１０によれば、軸線を含む断面を見たときに、溶融部８１６が、ａ／ｂ＜０．７４を満たしている。これにより、溶融部８１６の体積が増加することで、発熱コイル８２０のシース管８１０の先端８１１からの位置がより後端側に移動し、シース管８１０の最高発熱温度の位置がより後端側に移動することを抑制できる。その結果、シース管８１０の先端側で集中的に発熱することができる。

また、本実施形態のグロープラグ１０によれば、軸線を含む断面を見たときに、溶融部８１６が、０．５４≦ａ／ｂ≦０．６６を満たしている。これにより、シース管８１０の耐酸化性をより維持できると共に、シース管８１０の先端側でより集中的に発熱することができる。

また、本実施形態のグロープラグ１０は、溶融部８１６が、シース管８１０の内部に向かって凸状を有することが好ましい。これにより、発熱コイル８２０の先端部８２２をシース管８１０の外面に露出させることなく、溶融部８１６に埋め込みつつ、シース管８１０と発熱コイル８２０とを強固に固定することができる。

次に、グロープラグ１０の製造方法について説明する。図４は、グロープラグ１０の製造方法を示すフローチャートである。グロープラグ１０の製造では、まず、発熱コイル８２０と後端コイル８３０と中軸２００と、がそれぞれ溶接される（ステップＳ１０）。具体的には、発熱コイル８２０と後端コイル８３０とが溶接され、さらに、後端コイル８３０の後端部８３９と、中軸２００の先端部２１０と、が溶接される。

次に、発熱コイル８２０の先端部８２２と、シース管８１０の先端部８１３と、が溶接される（ステップＳ２０）。図５は、ステップＳ２０における溶接の工程を示す説明図である。なお、溶接の工程を簡易に説明するために、図５では、発熱コイル８２０は斜視図で図示し、シース管８１０（８１０ｐ）は断面図にて示す。この工程では、まず、開口８１５を有する先端部８１３ｐを備え、この開口８１５に向かって次第に縮径する形状に成形されたシース管８１０ｐを用意する。用意されたシース管８１０ｐの先端部８１３ｐ内（開口８１５内）に、中軸２００等が接合された発熱コイル８２０の先端部８２２を挿入して配置する（図５（ａ））。次に、先端部８１３ｐの外側から、例えばアーク溶接によって先端部８１３ｐを溶融して凝固させることにより開口８１５を閉塞させる。これにより、発熱コイル８２０の先端部８２２がシース管８１０の先端部８１３に設けられた溶融部８１６に埋め込まれた状態で、発熱コイル８２０の先端部８２２とシース管８１０とが溶接される（図５（ｂ））。換言すると、発熱コイル８２０の先端部８２２がシース管８１０の溶融部８１６に埋め込まれる。

この溶接の工程では、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、溶接時間などを調整する。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。なお、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。

ステップＳ２０における溶接工程が完了すると、次に、シース管８１０の内に絶縁体８７０が充填される（ステップＳ３０）。絶縁体８７０が、発熱コイル８２０と、後端コイル８３０と、中軸２００とを内包することによってシース管８１０内に形成された空隙に充填されて、シースヒータ８００の組み立てが完了する。

シースヒータ８００が組み立てられると、シースヒータ８００に対し、スウェージング加工が施される（ステップＳ４０）。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。

シースヒータ８００にスウェージング加工が施されると、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が組み立てられ（ステップＳ５０）、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、Ｏリング１１０や絶縁部材１２０を中軸２００に嵌め込み、係合部材１４０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。

次に、グロープラグ１０の溶融部８１６の形状と耐酸化性との関係について評価した。
本評価では、グロープラグ１０と同様の構造を有する試験例１〜９のグロープラグを、上述に記載の製造方法にて、それぞれサンプル数１０個ずつ製造した。なお、それぞれの試験例については、シース管８１０と発熱コイル８２０との溶接工程において、溶融部８１６の長さａ及び長さｂの関係が、それぞれ下記表１に示す関係となるように、溶接機器の出力や、溶接時間をそれぞれ調整した。また、シース管８１０は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、クロム（Ｃｒ）：２３重量％、アルミニウム（Ａｌ）：０．５重量％、イットリウム（Ｙ）：０．１４重量％、ケイ素（Ｓｉ）：０．９重量％、鉄（Ｆｅ）：１０重量％を含有し、側面部８１４の厚み０．６０ｍｍ、先端部８１３の厚み１．２４ｍｍのシース管８１０を用いた。また、発熱コイル８２０としては、９９質量％以上のタングステン（Ｗ）からなり、線径が０．２７ｍｍの発熱コイル８２０を用いた。また、発熱コイル８２０の先端部８２２の直線長さとしては０．４４ｍｍであった。

このようにして製造した各試験例について、まず、溶融部８１６にワレが発生しているかどうかを確認した。具体的には、シース管８１０の先端８１１を軸線方向ＯＤに垂直な方向に研磨し、シース管８１０の先端８１１から軸線方向ＯＤに一定距離ごとに研磨面を露出させる。そして、それぞれの研磨面における溶融部８１６にクラックが存在するかどうかについて視認した。そして、１０個のサンプルのうち、どのサンプルにおいても全ての研磨面においてクラックが確認できない試験例を「〇」とした。一方、いずれかの研磨面にクラックが確認されたサンプルが１個以上存在した試験例のうち、研磨面において同位置に発生したクラックが軸線方向に繋がっていると仮定して、そのクラックの軸線方向の長さが「（先端部８１３の厚み−側面部８１４の厚み）／３」を越えたクラックが確認された試験例を「×」とし、そのクラックの軸線方向の長さが「（先端部８１３の厚み−側面部８１４の厚み）／３」以下であるクラックしか確認されなかった試験例を「△」とした。結果を表１に示す。

また、上述の各試験例について、耐久性についても評価した。具体的には、各試験例について、以下に示すサイクル試験を５００時間実施し、サイクル試験後の各試験例において、シース管８１０の溶融部８１６にシース管８１０を貫通する貫通孔が形成されたかどうかについて評価した。サイクル試験としては、「グロープラグ１０に印加開始から２秒以内で１０００℃となる電圧を印加し、その後、１１００℃で１８０秒維持し、その後、グロープラグ１０に風冷を１２０秒あてて常温に戻す」サイクル試験である。なお、温度については、シース管８１０の先端８１１から２ｍｍの地点を放射温度計にて測温した。そして、シース管８１０の溶融部８１６に貫通孔が形成されなかった試験例を「〇」とし、シース管８１０の溶融部８１６に貫通孔が形成された試験例を「×」とした。結果を表１に示す。

表１の結果より、溶融部８１６が０．４６≦ａ／ｂを満たす試験例１〜７については、溶融部８１６にワレが発生するのを抑制でき、その結果、耐久性が良好であった。一方、溶融部８１６がａ／ｂ＜０．４６を満たす試験例８、９については、溶融部８１６にワレが発生してしまい、その結果、耐久性が十分ではなかった。さらに、溶融部８１６が０．５４≦ａ／ｂを満たす試験例１〜５については、溶融部８１６にワレが全く発生しなかった。

次に、グロープラグ１０の溶融部８１６の形状とシース管８１０の先端側での集中的な発熱との関係について評価した。具体的には、上述に示した各試験例のグロープラグ１０に１１Ｖの電圧を印加した。そして、シース管８１０の先端側を放射温度計にて測温し、シース管８１０の先端８１１から放射温度計にて測温された最高発熱温度の位置までの距離を計測した。最高発熱温度の位置がシース管８１０の先端８１１から３ｍｍまでの位置の試験例を〇、最高発熱温度の位置がシース管８１０の先端８１１から３ｍｍよりも後ろで５ｍｍまでの位置の試験例を△、最高発熱温度の位置がシース管８１０の先端８１１から５ｍｍよりも後ろの位置の試験例を×とした。結果を表２に示す。

表２の結果より、溶融部８１６がａ／ｂ＜０．７４を満たす試験例２〜９については、最高発熱温度の位置が、シース管８１０の先端８１１から５ｍｍまでに位置されていた。一方、溶融部８１６が０．７４≦ａ／ｂを満たす試験例１については、最高発熱温度の位置が、シース管８１０の先端８１１から５ｍｍよりも後ろに位置されており、シース管のより後端側で発熱してしまった。さらに、溶融部８１６がａ／ｂ≦０．６６を満たす試験例４〜９については、最高発熱温度の位置が、シース管８１０の先端８１１から３ｍｍまでに位置されていた。

本発明は、本明細書の実施形態や実施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できる。

本実施形態では、シース管８１０の溶融部８１６に埋め込まれる発熱コイル８２０の先端部８２２は直線状であったが、これに限られるものではない。図６は、本実施形態の変形例であるグロープラグ１０ａの先端部付近を示した断面図である。図６の断面は、軸線Ｏを通る位置でシースヒータ８００を切断した断面であり、軸線Ｏを通る位置において切断された発熱コイル８２０ａの螺旋部分８２３ａと先端部８２２ａと、シース管８１０と、絶縁体８７０と、が示されている。

変形例では、発熱コイル８２０ａの先端部８２２ａは、螺旋状である。図６に示すように、発熱コイル８２０ａの先端部８２２ａは、シース管８１０の先端８１１とシース管８１０の先端側内壁面８１２との間に位置しており、発熱コイル８２０ａの先端部８２２ａは、シース管８１０の先端部８１３に設けられる溶融部８１６に埋め込まれている。さらに、発熱コイル８２０ａの先端部８２２ａの先端８２１ａは、シース管８１０の先端部８１３の外面（溶融部８１６の外面）に露出することなく、溶融部８１３の内部に配置されている。

この変形例においても、発熱コイル８２０ａとシース管８１０とを溶接する際には、発熱コイル８２０ａは殆ど溶融せず、シース管８１０のみが溶融することにより、発熱コイル８２０ａの先端部８２２ａが埋め込まれてなる溶融部８１６が形成される。

以上のように構成された変形例のグロープラグ１０ａであっても、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする発熱コイル８２０ａを用いて、この発熱コイル８２０ａの先端部８２２ａをシース管８１０の先端部８１３に設けられる溶融部８１６に埋め込んでいる。その結果、溶融部８１６が冷え固まる際に、発熱コイル８２０ａを経路として放熱することが可能となり、溶融部８１６の中央付近においても初期段階から冷え固まって収縮が発生し、溶融部８１６の中央付近にかかる引張応力を溶融部８１６全体に分散させることができる。

また、この本実施形態のグロープラグ１０によれば、軸線Ｏを含む断面を見たときに、溶融部８１６の軸線方向ＯＤに平行な長さの最大値をａ、溶融部８１６の軸線方向ＯＤに垂直な長さの最大値をｂとすると、溶融部８１６は０．４６≦ａ／ｂを満たしている。溶融部８１６の形状をこのような特定の形状とすることで、溶融部８１６に加わる引張応力自体を低減できる。

このように、特定の材料を用いた発熱コイル８２０ａを特定の形状である溶融部８１６に埋め込むことで、溶融部８１６に加わる引張応力を溶融部８１６全体に分散しつつ、且つ低減できるため、シース管８１０の溶融部８１６にワレが発生するのを抑制できる。このため、シース管８１０の耐酸化性を維持することができる。

また、本実施形態では、発熱コイル８２０の先端部８２２は軸線Ｏ上において、軸線Ｏに沿った直線状であるがこれに限られるものではない。例えば、直線状の先端部８２２は、軸線Ｏ上に位置していなくともよく、また、軸線Ｏと交差していてもよい。

さらに、本実施形態では、発熱コイル８２０と後端コイル８３０とを備えているがこれに限られるものではない。例えば、グロープラグ１０は、発熱コイル８２０の後端部８１９が、直接、中軸２００の先端部２１０に接続された、１つのコイルにより構成されていてもよい。また、グロープラグ１０の後端コイル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。

１０、１０ａ…グロープラグ
８００…シースヒータ
８１０、８１０ａ…シース管
８１１…先端
８１２…先端側内壁面
８１３、８１３ａ…先端部
８１６…溶融部
８２０、８２０ａ…発熱コイル

Claims (4)

1. 先端が閉塞した筒状のシース管であり、ニッケル（Ｎｉ）が５０重量％以上、クロム（Ｃｒ）が１８重量％以上３０重量％以下、アルミニウム（Ａｌ）が１重量％以下、イットリウム（Ｙ）及びジルコニウム（Ｚｒ）から選ばれた少なくとも一種の成分が０．０１重量％以上０．３重量％以下、含まれる合金から形成されたシース管と、
   前記シース管の内部に設けられるとともに、自身の先端部が前記シース管の先端部に接続され、通電によって発熱する発熱コイルと、
   を備え、軸線に沿って延びるグロープラグであって、
   前記発熱コイルの主成分がタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）であり、
   前記発熱コイルの先端部は、前記シース管の外面に露出することなく、前記シース管の先端部に設けられる溶融部に埋め込まれてなり、
   前記軸線を含む断面を見たときに、前記溶融部は、前記溶融部の軸線方向に平行な長さの最大値をａ、前記溶融部の軸線方向に垂直な長さの最大値をｂとすると、０．４６≦ａ／ｂを満たすことを特徴とするグロープラグ。
2. 請求項１又は２に記載のグロープラグであって、
   前記軸線を含む断面を見たときに、前記溶融部は、ａ／ｂ＜０．７４を満たすことを特徴とするグロープラグ。
3. 請求項１又は２に記載のグロープラグであって、
   前記軸線を含む断面を見たときに、前記溶融部は、０．５４≦ａ／ｂ≦０．６６を満たすことを特徴とするグロープラグ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のグロープラグであって、
   前記溶融部は、前記シース管の内部に向かって凸状を有することを特徴とする、グロープラグ。