JP2018054223A - 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）またはモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする金属から成り、シース管内に配置されて、一端がシース管の底部に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、発熱コイルは、シース管の内部に露出する螺線部と、螺線部の一端に接続されて、軸線方向に延びる直線部と、を備え、直線部は、表面に凹凸が形成されている、または直線部の中心軸に沿った方向のスリットが形成されている第１直線部を備え、第１直線部の少なくとも一部は、シース管の底部に埋め込まれている。【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）またはモリブデン（Ｍｏ）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に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とを溶接することで、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

ところで、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とする金属から成るシース管と、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする金属から成る発熱コイルとを溶接する場合、発熱コイルを構成する材料の融点が、シース管を構成する材料の融点より高く、その差を大きいため、シース管を構成する材料のみが溶融し、発熱コイルを構成する材料は殆ど溶融しないことが多い。そのような場合には、発熱コイルとシース管との溶接強度が十分でなく、グロープラグの使用に伴い、発熱コイルがシース管から抜けて、シース管と発熱コイルとが電気的に切断されるおそれがある。

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

（１）本発明の一形態によれば、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）またはモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする金属から成り、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に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、前記シース管の内部に露出する螺線部と、前記螺線部の一端に接続されて、前記軸線方向に延びる直線部と、を備え、前記直線部は、表面に凹凸が形成されている、または前記直線部の中心軸に沿った方向のスリットが形成されている第１直線部を備え、前記第１直線部の少なくとも一部は、前記シース管の前記底部に埋め込まれている。このような形態のグロープラグによれば、第１直線部の表面積が他の直線部よりも大きいため、発熱コイルとシース管との接着強度が強くなり、発熱コイルがシース管から抜けることによる発熱コイルとシース管との電気的切断の発生を抑制することができる。

（２）上記形態のグロープラグにおいて、前記発熱コイルを構成するコイル線の中心軸に直交する直交断面であって、前記第１直線部における前記直交断面の断面積は、前記第１直線部以外の前記発熱コイルにおける前記直交断面の断面積の６０％以上でもよい。このようにすると、第１直線部の強度を維持する適切な断面積を確保することができるため、グロープラグの使用時における第１直線部での断線を抑制することができる。

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１０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。 発熱コイルの直線部を示す説明図である。 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を行ったサンプル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。 第１直線部の断面積と断線との関係を示す表である。 第１変形例の第１直線部を示す説明図である。 第２変形例の第１直線部を示す説明図である。 第３変形例の直線部を示す説明図である。 第４変形例の直線部を示す正面図である。

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の内部に露出する螺線部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、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。また、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。発熱コイル８２０の形成材料としては、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする金属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。主成分（タングステン（Ｗ））の含有率は、９９質量％以上であることがより好ましい。

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小さ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は、シースヒータ８００の、軸線Ｏを通る切断面を示している。直線部８２２は、先端側に第１直線部８２３、後端側に第２直線部８２４を備える。本実施形態では、発熱コイル８２０の直線部８２２全体が、シース管８１０の底部８１３に埋込まれている。発熱コイル８２０の直線部８２２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の直線部８２２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。直線部８２２は、螺線部８２１の延長であり、螺線部８２１と直線部８２２とは同一材料で形成されているが、図３では、第１直線部８２３を明瞭に示すために、螺線部８２１および第２直線部８２４と異なるハッチングを付して図示している。

図４は、発熱コイル８２０の直線部８２２を示す図である。図４では、上段に正面図、下段にＡ−Ａ断面図を図示している。第１直線部８２３には、直線部８２２の中心軸ＯＬに沿った方向のスリット（第１スリットＳＬ１，第２スリットＳＬ２）が形成されている。詳しくは、直線部８２２の中心軸ＯＬを通り、直線部８２２の線径方向に貫通する第１スリットＳＬ１と第２スリットＳＬ２とが、中心軸ＯＬで直交するように形成されている。第１スリットＳＬ１の幅Ｗ１と、第２スリットＳＬ２の幅Ｗ２は、略同一である。第１スリットＳＬ１と、第２スリットＳＬ２とを区別しない場合には、単に「スリットＳＬ」とも称する。なお、直線部８２２の中心軸と発熱コイル８２０を構成するコイル線の中心軸とは一致するため、図４では、コイル線の中心軸を中心軸ＯＬとして図示している。図４では、スリットＳＬ１を明瞭に示すために、中心軸ＯＬを、スリットＳＬ１に重ならないように図示している。以下の図面でも同様である。

本実施形態において、発熱コイル８２０は、線径（直径）が０．２ｍｍの線材から形成されており、直線部８２２は直径が０．２ｍｍの棒状である。そして、直線部８２２の長さＬ（直線部８２２の中心軸ＯＬに沿った長さ）は、０．７ｍｍである。上述の通り、本実施形態では、直線部８２２が全て、シース管８１０の底部８１３に埋込まれているため、発熱コイル８２０がシース管８１０に埋込まれる深さ（埋込み深さＤ（図３））は、０．７ｍｍである。すなわち、埋込み深さＤが直線部８２２の長さＬと一致する。第１直線部８２３の長さＬ１（直線部８２２の中心軸に沿った長さ）は、０．５ｍｍであり、スリットＳＬの長さ（直線部８２２の中心軸に沿った長さ）は０．５ｍｍである。第１直線部８２３は、スリットＳＬが形成されているため、断面積（中心軸ＯＬに直交する切断面）が第２直線部８２４より小さく、本実施形態では、第２直線部８２４に対する第１直線部８２３の断面積比（（第１直線部８２３の断面積／第２直線部８２４の断面積）×１００（％））は、約９０％である。なお、直線部８２２は螺線部８２１の延長であり、直線部８２２と螺線部８２１とは同一のコイル線によって形成されているため、第２直線部８２４の断面積と、螺線部８２１の断面積（コイル線の中心軸に直交する切断面の面積）は同一である。そのため、第２直線部８２４に対する第１直線部８２３の断面積比は、螺線部８２１に対する第１直線部８２３の断面積比ともいえる。また、直線部８２２の埋込み深さＤに対する第１直線部８２３の深さ（長さＬ１）の比（（第１直線部の長さＬ１／埋込み深さＤ）×１００（％）は、約７１％である。

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。

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は、スリットＳＬが形成された第１直線部８２３を有し、第１直線部８２３はシース管８１０の底部８１３に埋込まれている。第１直線部８２３は、直線部８２２の第１直線部８２３以外の部分（第２直線部８２４）と比較して、単位長さ当たりの表面積が大きい。そのため、発熱コイル８２０とシース管８１０との溶接による接着強度が、第１直線部８２３を備えない場合と比較して強くなり、グロープラグ１０の使用時において、発熱コイル８２０のシース管８１０からの抜けを抑制することができる。

また、本実施形態のグロープラグ１０において、第１直線部８２３の断面積は、第２直線部８２４の断面積の約９０％であるため、スリットＳＬの形成に伴う第１直線部８２３の断面積の減少が抑制されており、強度の低下が抑制されている。そのため、グロープラグ１０の使用時において、第１直線部８２３における断線を抑制することができ、その結果、グロープラグ１０の耐久性が向上する。

Ｂ．実験結果：
以下に、第１直線部８２３の形状、および第１直線部８２３の断面積とグロープラグ１０の耐久性との関係を調べた実験結果を示す。

図７は、グロープラグ通電耐久試験を行ったサンプルの発熱コイル８２０の直線部８２２の形状を示す説明図である。図７では、各サンプルの形状として、左側に正面図、右側に底面図を図示している。なお、図７のサンプル１の形状の欄に、グロープラグ１０の軸線方向ＯＤを記載している。以下のサンプルの説明において、各サンプルを区別する場合には、直線部８２２Ａ等、符号の末尾にアルファベットを付して称するが、各サンプルを区別しない場合には、符号の末尾のアルファベットを省略して称する。サンプル１〜５は、発熱コイル８２０の直線部８２２の先端の形状が異なるものの、他の構成は、上記実施形態と同様である。発熱コイル８２０は、タングステン（Ｗ）の含有率が９９質量％以上の金属から成る、直径０．２ｍｍの線材で形成されている。シース管８１０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）等が含まれる合金から成る。

サンプル１〜５の直線部８２２の長さは、それぞれ０．７ｍｍである。これらのサンプルでは、直線部８２２の全体がシース管８１０の底部に埋込まれており、螺線部８２１は埋込まれていない。そのため、発熱コイル８２０のシース管８１０への埋込み深さは、直線部８２２の長さと同じであり、０．７ｍｍである。サンプル１〜４の第１直線部８２３の長さは、それぞれ０．５ｍｍである。サンプル１は、上記した実施形態のグロープラグ１０と同一の構成である。すなわち、第１直線部８２３Ａには、直線部８２２Ａの中心軸ＯＬ（図示せず）を通り、直線部８２２Ａの線径方向に貫通する第１スリットＳＬ１Ａと第２スリットＳＬ２Ａとが、中心軸ＯＬで直交するように形成されている。サンプル２の発熱コイルの第１直線部８２３Ｂには、直線部８２２Ｂの中心軸ＯＬを通り、直線部８２２Ｂの線径方向に貫通する１本のスリットＳＬＢが形成されている。サンプル２におけるスリットＳＬＢは、裂け目であるため、直線部８２２Ｂの体積は、後述するサンプル５（比較例）の直線部８２２Ｐの体積と変わらない。サンプル３の発熱コイルの第１直線部８２３Ｃには、表面に網目状（メッシュ状）の凹凸が形成されている。例えば、網目ローレット加工が施されている。サンプル４の発熱コイルの第１直線部８２３Ｄには、ねじ状の凹凸が形成されている。サンプル５は、比較例であり、発熱コイルの直線部８２２Ｐは、第１直線部を備えない。すなわち、直線部８２２Ｐの先端部は加工が施されていない。

図８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とシース管８１０とが電気的に切断されるまでサイクルを繰り返した。発熱コイル８２０とシース管８１０とが電気的に切断されるのは、発熱コイル８２０が断線するか、発熱コイル８２０がシース管８１０から抜けるときである。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、１１５０℃まで１秒の昇温速度で昇温
温度維持フェーズ：通電、１２００℃を１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）から２ｍｍの地点を、放射温度計にて測温した。

図８に示す表では、各サンプルの発熱コイル８２０とシース管８１０とが電気的に切断されたときのサイクル数を示している。サンプル５（第１直線部を備えない）は、４８４０サイクルで発熱コイル８２０がシース管８１０から抜けた。これに対し、サンプル１は８２１９サイクル、サンプル２は８１５６サイクル、サンプル３は８８６５サイクル、サンプル４は８１４５サイクル、でそれぞれ発熱コイル８２０が断線した。サンプル１〜４は、発熱コイル８２０がシース管８１０から抜けるのではなく、発熱コイル８２０が断線したため、サンプル５と比較して、発熱コイル８２０とシース管８１０との溶接強度（接着強度）が向上したといえる。すなわち、発熱コイル８２０が第１直線部８２３を備えることにより、発熱コイル８２０とシース管８１０との溶接強度（接着強度）を向上させることができるといえる。また、サンプル１〜４は、サンプル５に比較して３３００サイクル以上、耐久性が向上した。サンプル１〜４は、サンプル５に比較して、約１．６〜１．９倍耐久性が向上したともいえ、この差は、有意な差と言える。

サンプル１，２は、スリットが形成された第１直線部８２３を備え、サンプル３，４は、表面に凹凸が形成された第１直線部８２３を備える。サンプル５の発熱コイルの先端から０．５ｍｍの長さのところまでを、「仮想第１直線部８２３Ｐ（図７）」と称するものとすると、サンプル１〜４の第１直線部８２３は、サンプル５の仮想第１直線部８２３Ｐよりも表面積が大きい。サンプル１〜４は、サンプル５に比べて、発熱コイル８２０とシース管８１０との接続箇所（溶接箇所）における接触面積が大きいため、サンプル５（第１直線部８２３を備えない）と比較して、シース管８１０と発熱コイル８２０との接着強度が上昇し、耐久性が向上したと考えられる。

図９は、第１直線部８２３の断面積と断線との関係を示す表である。図９では、第１直線部８２３の断面積が異なるサンプル（サンプル１１〜１４）を用いて、上記と同様のグロープラグ通電耐久試験（冷熱サイクル試験）を、発熱コイル８２０が断線するまで行い、第１直線部８２３における断線の有無を示している。図９の第１直線部での断線の有無の欄における「無」は、第１直線部８２３以外（すなわち、第２直線部８２４または螺線部８２１）で断線したことを示し、「有」は第１直線部８２３で断線したことを示す。

サンプル１１〜１４の発熱コイルは、上記実施形態の発熱コイルの第１直線部８２３と同様の形状の第１直線部を備える。サンプル１１〜１４では、スリット幅Ｗ（図４）を変更することにより、断面積（中心軸ＯＬに直交する切断面の面積）を変更している。なお、サンプル１１〜１４では、第１スリットＳＬ１と第２スリットＳＬ２のスリット幅Ｗ１，Ｗ２は同一である。断面積比とは、第２直線部８２４に対する第１直線部８２３の断面積比をいう。

断面積比９０％のサンプル１１、断面積比８０％のサンプル１２、断面積比６０％のサンプル１３では、発熱コイル８２０の第１直線部８２３での破断がない。断面積比が５０％のサンプル１４では、第１直線部８２３で破断している。この実験結果より、断面積比が６０％未満になると、第１直線部８２３で破断しやすくなることがわかる。断面積比が小さくなると、第１直線部８２３の強度が低下するため、グロープラグ通電耐久試験における熱応力により第１直線部８２３において断線すると考えられる。

以上の実験結果より、表面に凹凸が形成されている第１直線部８２３、または直線部８２２の中心軸ＯＬに沿った方向のスリットが形成されている第１直線部８２３を、発熱コイル８２０が備えることにより、発熱コイル８２０のシース管８１０からの抜けが抑制され、発熱コイル８２０のシース管８１０との電気的切断が抑制されるといえる。その結果、グロープラグ１０の耐久性が向上される。

また、発熱コイル８２０の第１直線部８２３以外の部分（螺線部８２１や第２直線部８２４）の断面積に対する第１直線部８２３の断面積比が、６０％以上であると、第１直線部８２３の強度が適切に維持されるため、第１直線部８２３における断線が抑制される。その結果、グロープラグ１０の耐久性を向上させることができる。

Ｃ．変形例：
（１）発熱コイル８２０の第１直線部８２３の形状は、上記実施形態および実験のサンプルの形状に限定されず、表面に凹凸が形成されているか、直線部８２２の中心軸ＯＬに沿った方向のスリットが形成されていればよい。例えば、以下のような形状にしてもよい。ここで、「中心軸ＯＬに沿った方向」とは、中心軸ＯＬに平行な方向だけでなく、中心軸ＯＬと平行な直線（仮想直線）とスリットが交差する場合、その交差角度が０〜４５度程度の場合を含む概念である。スリットが、中心軸ＯＬと略直交する方向に形成されると、第１直線部にて断線する可能性が高くなるためである。

図１０は、第１変形例の第１直線部８２３Ｅを示す図である。図１０では、上段に正面図、下段に底面図を図示している。第１直線部８２３Ｅには、直線部８２２Ｅの中心軸ＯＬの方向に沿う方向のスリットＳＬＥが、３本形成されている。３本のＳＬＥは、互いに平行に形成されており、真ん中に配置されたスリットＳＬＥは、中心軸ＯＬを通るように形成されている。スリットの本数は、３本でなくてもよく、１本、２本、４本以上でもよい。また、複数のスリットが互いに平行に配置されていなくてもよく、例えば、複数のスリットが格子状（断面において）に配置されてもよい。

図１１は、第２変形例の第１直線部８２３Ｆを示す図である。図１１では、上段に正面図、下段に底面図を図示している。第１直線部８２３Ｆの表面には、複数の凹部８２５Ｆが形成されることにより、凹凸が形成されている。凹部８２５Ｆは、直線部８２２Ｆの先端側を硝酸等の酸化性の酸に浸漬して腐食させることにより形成される。

なお、発熱コイル８２０を構成するコイル線の表面に凹凸を形成する場合、切削加工、腐食等の除去加工によって凹部を形成する方法に限定されず、変形加工によって凹凸を形成してもよいし、コイル線の表面にコイル線の材料と同一材料を用いて付加加工（付着加工）によって凹凸を形成してもよい。

（２）上記実施形態および実験のサンプルでは、発熱コイル８２０が、直線部８２２の先端側に第１直線部８２３を備える例を例示したが、これに限定されない。第１直線部８２３を、直線部８２２の長さ方向（中心軸ＯＬに沿った方向）の中程に備えてもよいし、直線部８２２の後端側に備えてもよい。例えば、以下のような構成にしてもよい。発熱コイル８２０が第１直線部８２３を先端側以外に備える場合にも、第１直線部８２３の少なくとも一部は、シース管８１０の底部８１３に埋込まれている。

図１２は、第３変形例の直線部８２２Ｇを示す図である。図１２では、上段に正面図、下段にＢ−Ｂ断面図を図示している。発熱コイルは、第１直線部８２３Ｇを、直線部８２２Ｇの長さ方向（中心軸ＯＬに沿った方向）の中程（中間部）に備えている。第１直線部８２３Ｇは、中心軸ＯＬに沿う方向の３本のスリットＳＬＧを備える。

図１３は、第４変形例の直線部８２２Ｈを示す正面図である。発熱コイルは、第１直線部８２３Ｈを、直線部８２２Ｈの長さ方向（中心軸ＯＬに沿った方向）の中程（中間部）に備えている。第１直線部８２３Ｈは、上記実験のサンプル３と同様に、表面に網目状（メッシュ状）の凹凸が形成されている。

（３）上記実施形態および実験のサンプルにおいて、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。直線部８２２の先端側の一部のみが埋込まれる場合には、第１直線部８２３の全体が埋込まれてもよいし、第１直線部８２３の先端側の一部のみが埋込まれてもよい。第１直線部８２３の少なくとも一部がシース管８１０の底部８１３に埋込まれるように配置すればよい。但し、発熱コイル８２０の先端が、シース管８１０から外部に突出しないように配置されている。発熱コイル８２０の先端がシース管８１０から外部に突出すると、グロープラグ１０の使用に伴い、シース管８１０の外部に露出している発熱コイル８２０が酸化して劣化し、グロープラグ１０の耐久性が低下するからである。

（４）上記実施形態において、発熱コイル８２０の直線部８２２が第１直線部８２３と第２直線部８２４を備える例を示したが、発熱コイル８２０の直線部８２２が第２直線部を備えない構成にしてもよい。すなわち、直線部８２２の長さ方向の全表面（コイル線の外表面）に凹凸が形成されてもよいし、直線部８２２の先端から後端に亘るスリットが形成されてもよい。換言すると、直線部８２２が第１直線部８２３であってもよい。

（５）第１直線部８２３の中心軸ＯＬに直交する断面の面積（断面積）は、上記実施形態および上記実験のサンプルに限定されない。第１直線部８２３の断面積は、発熱コイル８２０を構成するコイル線の中心軸に直交する直交断面であって、第１直線部８２３以外の部分における直交断面の断面積の６０％未満であってもよい。６０％未満の場合にも、発熱コイルが第１直線部を備えない場合と比較すると、発熱コイルがシース管から抜けることが抑制されるため、発熱コイルとシース管との電気的切断を抑制することができる。但し、第１直線部８２３の断面積を、発熱コイル８２０を構成するコイル線の中心軸に直交する直交断面であって、第１直線部８２３以外の部分における直交断面の断面積の６０％以上にすると、第１直線部８２３における断線が抑制されるため好ましく、８０％以上がさらに好ましい。

（６）発熱コイル８２０を構成するコイル線の線径は、上記実施形態および実験のサンプルに限定されず、適宜設定可能である。

（７）第１直線部８２３の中心軸ＯＬに沿った方向の長さは、上記実施形態および実験のサンプルに限定されず、適宜設定可能である。但し、埋込み深さの５０％以上の長さが好ましく、埋込み深さの７０％以上がさらに好ましい。

（８）上記実施形態および実験のサンプルでは、発熱コイル８２０の構成材料として、タングステン（Ｗ）を主成分（９９％以上）とする金属を用いたが、モリブデン（Ｍｏ）を主成分とする金属を用いてもよい。モリブデン（Ｍｏ）もＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金よりも高い融点を有する材料であり、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金を用いる場合と比較して耐熱性が向上される。モリブデン（Ｍｏ）を主成分とする金属から成る発熱コイルを用いた場合にも、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とする金属から成るシース管との接続において、その融点差に起因して、発熱コイルがシース管から抜けやすいという問題が生じる。そのため、モリブデン（Ｍｏ）を主成分とする金属から成る発熱コイルの場合にも、第１直線部を備えることにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。主成分（タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）の含有率は、５０質量％以上が好ましく、９０質量％以上がさらに好ましい。

（９）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。すなわち、「軸線方向に延びる」とは、軸線Ｏに平行な方向に延びる場合だけでなく、グロープラグの径方向（すなわち、シース管の径方向）に略平行な方向を除く方向に延びることを含む概念である。

（１０）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
６００…パッキン
８００…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
８２１…螺線部
８２２…直線部
８２２Ａ…直線部
８２２Ｂ…直線部
８２２Ｅ…直線部
８２２Ｆ…直線部
８２２Ｇ…直線部
８２２Ｈ…直線部
８２２Ｐ…直線部
８２３…第１直線部
８２３Ａ…第１直線部
８２３Ｂ…第１直線部
８２３Ｃ…第１直線部
８２３Ｄ…第１直線部
８２３Ｅ…第１直線部
８２３Ｆ…第１直線部
８２３Ｇ…第１直線部
８２３Ｈ…第１直線部
８２３Ｐ…仮想第１直線部
８２４…第２直線部
８２５Ｆ…凹部
８３０…制御コイル
８７０…絶縁体
Ｏ…軸線
ＯＤ…軸線方向
ＯＬ…中心軸
ＳＬ１…第１スリット
ＳＬ１Ａ…第１スリット
ＳＬ２…第２スリット
ＳＬ２Ａ…第２スリット
ＳＬＢ…スリット
ＳＬＥ…スリット
ＳＬＧ…スリット
ＶＡ…バッテリ
Ｗ１，Ｗ２…スリット幅

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）またはモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする金属から成り、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に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、
   前記シース管の内部に露出する螺線部と、
   前記螺線部の一端に接続されて、前記軸線方向に延びる直線部と、
   を備え、
   前記直線部は、表面に凹凸が形成されている、または前記直線部の中心軸に沿った方向のスリットが形成されている第１直線部を備え、
   前記第１直線部の少なくとも一部は、前記シース管の前記底部に埋め込まれている、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、
   前記発熱コイルを構成するコイル線の中心軸に直交する直交断面であって、前記第１直線部における前記直交断面の断面積は、前記第１直線部以外の前記発熱コイルにおける前記直交断面の断面積の６０％以上である、グロープラグ。

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