JP5509017B2 - Glow plug - Google Patents

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    • H05B2203/027Heaters specially adapted for glow plug igniters

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。   The present invention relates to a glow plug used for preheating a diesel engine.

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。   Glow plugs used for preheating diesel engines generally contain iron (Fe) as a main component, chromium, (Cr), aluminum (Al), etc. in a metal tube with a closed end. There is known one using a sheath heater in which a heating resistor made of an alloy is enclosed with an insulating powder (for example, magnesium oxide).

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(Al23)の被膜が形成される。このAl23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。 In addition, since the heating resistor contains Al, a film of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) formed by a reaction between oxygen in the tube and Al is formed on the surface thereof. This Al 2 O 3 coating can prevent evaporation of material components of the heating resistor.

ところで、発熱抵抗体の表面に形成されたAl23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、Al23被膜が再度形成されることとなるが、Al23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Al23被膜の再形成が行われなくなってしまうおそれがある。Al23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。 By the way, the Al 2 O 3 coating formed on the surface of the heating resistor is damaged by thermal shock caused by repeated heating and cooling. Here, when oxygen is sufficiently present in the tube, the Al 2 O 3 film is formed again. However, the formation and breakage of the Al 2 O 3 film is repeated and the oxygen in the tube is consumed. If this is done, there is a risk that the Al 2 O 3 coating will not be re-formed because the inside of the tube is sealed. If the Al 2 O 3 coating is not formed, the energizable portion of the heating resistor is reduced due to evaporation of the material components, which may increase the resistance value and eventually cause the heating coil to break.

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Al23被膜の再形成が可能となるとされている。 Therefore, a technique for incorporating a metal oxide into the insulating powder in the tube has been proposed (see, for example, Patent Document 1). According to this technique, when oxygen in the tube is consumed, the metal oxide is reduced to generate oxygen in the tube. As a result, the Al 2 O 3 coating is regenerated for a longer period of time. Formation is possible.

特許第4076162号公報Japanese Patent No. 4076162

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Al23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。 However, even if more metal oxide is contained, the oxygen in the tube is eventually exhausted. That is, there is a limit to the method of preventing evaporation of material components by forming an Al 2 O 3 film on the surface of the heating resistor.

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、Al23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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object thereof is to effectively prevent evaporation of the material components of the heating resistor without the formation of an Al 2 O 3 film. An object of the present invention is to provide a glow plug that can achieve a long life.

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しての発熱コイルと、当該発熱コイルの後端に接続されるとともに前記発熱コイルの材質よりも電気比抵抗の温度係数の大きい材料により構成される制御コイルと、
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、
前記発熱抵抗体のタングステン含有量を5mol%以上15mol%以下としたことを特徴とする。
Configuration 1. The glow plug of this configuration has a cylindrical tube with a closed end and a sealed state inside,
A heating coil as a heating resistor that is disposed in the tube and whose tip is joined to the tip of the tube, and is connected to the rear end of the heating coil and has a temperature of electrical resistivity higher than the material of the heating coil A control coil made of a material with a large coefficient;
Glow plug with
The heating resistor is formed of an alloy containing nickel (Ni) as a main component and containing tungsten (W) less than Ni ,
The heating resistor has a tungsten content of 5 mol% or more and 15 mol% or less .

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)。   “Main component” refers to a component having the highest mass ratio in the material (hereinafter the same).

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。
また特に、発熱抵抗体に関し、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。また、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。
According to the configuration 1, the heating resistor is formed of an alloy containing Ni as a main component and containing less W (Ni—W alloy). Here, since Ni is an element having a vapor pressure lower than that of Fe, the evaporation of the material components does not occur even under a high temperature in the operating temperature range of the glow plug, for example, at a high temperature where the temperature of the heating coil is 1300 ° C. Relatively difficult to occur. Further, even when Ni located on the surface layer of the heating resistor evaporates under such a high temperature, W having a very low vapor pressure is hardly evaporated and remains on the surface layer of the heating resistor. A film made of W (W film) is formed on the surface layer of the heating resistor. Therefore, further evaporation of Ni is suppressed by the W coating. That is, according to the present configuration 1, the property of Ni that is less likely to evaporate than Fe and the property of W that forms a film on the surface layer of the heating resistor act synergistically, thereby dramatically increasing the lifetime. Can be achieved.
In particular, the heating resistor contains a relatively large amount of W of 5 mol% or more. For this reason, the W film can be more reliably formed on the surface layer of the heating resistor, and evaporation of the material components can be more effectively suppressed. Further, the W content is 15 mol% or less. Therefore, the workability of the alloy constituting the heating resistor can be improved, and the heating resistor can be formed into a desired shape relatively easily.

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。   Note that the Ni—W alloy is an alloy that is relatively easily oxidized, but since the inside of the tube is in a sealed state, the entry of oxygen from the outside into the tube is suppressed as much as possible. In other words, a Ni—W alloy can be adopted as an alloy constituting the heating resistor because it is in an environment where oxygen intrusion is suppressed in the tube.

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。   In addition, instead of W, for example, it is conceivable that the heating resistor is composed of an alloy containing an element such as Mo in Ni as an element having a low vapor pressure. However, in this case, the film formed on the surface layer of the heating resistor is a mixture of Mo and Ni and is not stable. Therefore, there is a possibility that evaporation of material components cannot be sufficiently suppressed. On the other hand, when the heating resistor is made of a Ni—W alloy, a stable W film made of W is formed on the surface layer of the heating resistor. Therefore, evaporation of material components can be suppressed very effectively, and it can be said that it is significant to contain W from this point as well.

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。   In addition, considering the case where the heating resistor is made into a thin shape such as a coil shape, for example, when an alloy containing Fe as a main component is processed into a small diameter, the heating resistor is drawn while being heated (hot drawing). In the case of an alloy containing Ni as a main component, it can be drawn without heating. That is, the Ni—W alloy is more workable than the alloy containing Fe as a main component, and it is effective to use the Ni—W alloy also in this respect.

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。   It is preferable that phosphorus (P) is not substantially contained in the alloy constituting the heating resistor. If P is contained in the alloy constituting the heating resistor, Ni and P react with each other to generate a low melting point compound, which may reduce the high temperature strength. Further, in the Ni alloy, P is relatively easily segregated. However, since the location where P is segregated is fragile, there is a possibility that cracking or the like may occur in the heating resistor starting from the location. For this reason, it is preferable not to contain P in the alloy.

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。   However, since P is inevitably contained in the raw material, in order to prevent P from being contained in the raw material at all, a very expensive process such as increasing the refining degree of the raw material is required. Therefore, in consideration of such circumstances and the performance as a glow plug, it is preferable not to contain “substantially” P in the alloy constituting the heating resistor. Here, “substantially” means that the content of P is 0.05% by mass or less with respect to the total sum of materials (mass of the alloy). In view of only the performance of the glow plug, the P content in the material is preferably as small as possible. Therefore, it is more preferable that the P content is 0.03% by mass or less with respect to the total sum of the materials, and it is even more preferable that no P is contained in the material.

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。   Configuration 2. The glow plug of this configuration is characterized in that, in the above configuration 1, at least one of chromium (Cr), silicon (Si), and titanium (Ti) is contained in a portion in contact with the space in the tube. .

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。   In addition, “the portion in contact with the space in the tube” refers to what defines the space in the tube or is disposed in the space in the tube, for example, the tube itself, a heating resistor, Insulating powder for insulating between the tube and the heating resistor, or a metal film formed on the inner peripheral surface of the tube or the like can be used.

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。   Cr, Si, and Ti are elements that are relatively easily oxidized. Therefore, as in the above-described configuration 2, when these elements are contained in a portion in contact with the space in the tube, these elements function as oxygen getter elements, so that oxygen in the tube can be removed. Therefore, oxidation of the heating resistor can be prevented more reliably, and the durability can be further improved.

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。   Configuration 3. The glow plug of this configuration is the above configuration 1 or 2, wherein the heating resistor is made of 5 mol% or more and 30 mol% or less of Cr, 1 mol% or more and 10 mol% or less of Si, and 1 mol% or more and 5 mol% or less of Ti. It includes at least one kind.

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。   According to the said structure 3, the effect similar to the said structure 2 will be show | played fundamentally. In addition, according to the third configuration, the heating resistor contains Cr, Si, or the like. Therefore, when Cr, Si, etc. react with oxygen in the tube, an oxide film can be formed on the surface of the heating resistor. As a result, the oxide film prevents nitrogen and oxygen from entering the heating resistor. Can be prevented. As a result, disconnection of the heating resistor due to the formation of nitride or oxide inside the heating resistor can be more reliably prevented.

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。   Furthermore, evaporation of the material components of the heating resistor can be further suppressed by the oxide film. Therefore, combined with the effect of suppressing the formation of nitride or the like inside the heating resistor, it is possible to further extend the life.

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。   In addition, when Al is contained in the heating resistor, Al moves (diffuses) from the high potential side to the low potential side due to the potential difference generated in the heating resistor in a high temperature environment. There is a possibility that a cavity is formed inside the resistor (so-called electromigration occurs). In this regard, according to the present configuration 3, since a relatively large weight of W is contained in the heating resistor, the movement of Al can be prevented and the generation of cavities inside the heating resistor can be suppressed. That is, when Al is contained in the heating resistor, W in the heating resistor eliminates the disadvantages due to the Al content and sufficiently exerts the effects such as oxygen removal in the tube due to the Al content.

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。   In addition, when content, such as Cr and Si, is less than each lower limit, there exists a possibility that the above-mentioned effect may not be show | played fully. On the other hand, the upper limit of the content of Cr, Si, etc. indicates the solid solubility limit for the Ni—W alloy, and when the content of each element exceeds the upper limit, these elements are precipitated from the alloy. There is a risk of it. Therefore, the content of Cr, Si, or the like is desirably set to the upper limit value or less described above in order to prevent the workability from being lowered due to the hardening of the alloy.

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。   Configuration 4. In the glow plug of this configuration, in any one of the above configurations 1 to 3, the heating resistor is 5 mol% or more and 10 mol% or less of vanadium (V), 5 mol% or more and 10 mol% or less of molybdenum (Mo), 1 mol% or more. It contains at least one of niobium (Nb) of 5 mol% or less and tantalum (Ta) of 1 mol% or more and 10 mol% or less.

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。   According to the configuration 4, since the heating resistor contains V, Mo, or the like, the resistance value of the heating resistor can be increased. Therefore, it is possible to sufficiently increase the resistance value of the heating resistor without excessively reducing the diameter of the heating resistor, thereby realizing a sufficient heating performance. Further, since it is not necessary to excessively reduce the diameter of the heating resistor, the heating resistor can be made relatively thick, and the durability of the heating resistor can be improved.

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。   In addition, when content, such as V and Mo, is less than each lower limit, there exists a possibility that the above-mentioned effect may not fully be show | played. On the other hand, if the content of V, Mo, or the like exceeds the respective upper limit values, the workability may be reduced.

構成.本構成のグロープラグは、上記構成1乃至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。 Configuration 5 . The glow plug of this configuration is characterized in that, in any one of the above configurations 1 to 4 , the phosphorus (P) content of the heating resistor is 0.05% by mass or less.

上記構成によれば、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。
According to the configuration 5 , the P content in the heating resistor is 0.05% by mass or less. Therefore, it is possible to more reliably prevent a decrease in high-temperature strength due to the reaction between Ni and P to produce a low melting point compound, cracking of the heating resistor due to P segregation, and the like. Therefore, even when the heating resistor has a relatively thin shape (for example, φ0.2 mm or less), the heating resistor can be stably manufactured without causing cracks or the like. Moreover, the durability improvement effect by using the Ni-W alloy mentioned above can be exhibited more reliably.

(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。(A) is the partially broken front view of the glow plug of this embodiment, (b) is the elements on larger scale of the glow plug front-end | tip part. Fe、Al、Cr、Ni、及び、Wの蒸気圧を示すグラフである。It is a graph which shows the vapor pressure of Fe, Al, Cr, Ni, and W.

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。   Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings. Fig.1 (a) is a partially broken front view which shows an example of the glow plug concerning this invention, FIG.1 (b) is partial expanded sectional views, such as a sheath heater.

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。   The metal shell 2 has a shaft hole 4 penetrating in the direction of the axis CL1, and a hexagonal cross section for engaging a screw portion 5 for attachment to a diesel engine or the like and a tool such as a torque wrench on the outer peripheral surface thereof. A tool engaging portion 6 having a shape is formed.

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。   The sheath heater 3 is configured by integrating a tube 7 and a middle shaft 8 in the direction of the axis CL1.

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。   The tube 7 is a cylindrical tube formed of a metal (for example, Inconel, stainless steel alloy or the like) whose main component is iron (Fe) or nickel (Ni) and having a closed end. Inside the tube 7, a heating coil 9 as a heating resistor 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 insulated with magnesium oxide powder or the like. It is enclosed with the powder 11. Although the heat generating coil 9 is electrically connected to the tube 7 at the tip, the outer peripheral surface of the heat generating coil 9 and the control coil 10 and the inner peripheral surface of the tube 7 are insulated from each other by the intervening insulating powder 11. It has become.

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。   Further, the rear end of the tube 7 is sealed with an annular rubber 16 between the tube 7 and the center shaft 8. That is, the inside of the tube 7 is sealed.

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。   The heating coil 9 is constituted by a resistance heating wire made of a predetermined alloy (the composition of the alloy will be described in detail later).

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 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.

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。   In addition, it is good also as controlling the heat_generation | fever of the heat generating coil 9 by adjusting the supply amount of the electric power with respect to the heat generating coil 9 using a predetermined | prescribed external controller. In addition, when the external controller fails, the amount of power supply is not adjusted, and overheating of the heat generating coil 9 is a concern. However, the amount of power supplied to the heat generating coil 9 is reduced by using the control coil 10. It is good also as preventing excessive temperature rise of the heat generating coil 9 by doing. That is, the control coil 10 can be used to positively adjust the amount of power supplied to the heating coil 9 or can be used to prevent an excessively large current from being supplied to the heating coil 9. it can.

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。   Further, the tube 7 is formed with a small-diameter portion 7a that accommodates the heating coil 9 and the like at its distal end 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.

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。   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. The holding ring 14 for preventing and the nut 15 for connecting a cable for energization are structured to be fitted to the middle shaft 8 in this order.

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。   In addition, the heating coil 9 is made of an alloy containing Ni as a main component and containing less W (0.5 mol% or more and 15 mol% or less in this embodiment). That is, as shown in FIG. 2, the heating coil 9 is made of an alloy containing Ni and W whose vapor pressure is lower than the vapor pressure of each metal element constituting the Fe—Cr—Al alloy according to the prior art. .

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。   Moreover, at least one of 5 mol% to 30 mol% Cr, 1 mol% to 10 mol% Si, and 1 mol% to 5 mol% Ti is contained in the portion in contact with the space in the tube 7. . In this embodiment, these elements are contained in the alloy constituting the heating coil 9 located in the space in the tube 7.

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。   In addition to or in place of these elements, the alloy constituting the heating coil 9 includes 5 mol% to 10 mol% V, 5 mol% to 10 mol% Mo, 1 mol% to 5 mol% Nb, and It is good also as containing at least 1 type in 1 mol% or more and 10 mol% or less of Ta.

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。   In addition, the alloy constituting the heating coil 9 may contain inevitable impurities such as C, Mn, S, O, and N having a total content of 0.5% by mass or less. If the content of these inevitable impurities is 0.5% by mass or less, it is possible to more reliably prevent deterioration of workability and durability.

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。   In addition, in the present embodiment, the phosphorus (P) content in the alloy constituting the heating coil 9 is set to 0.05 mass% or less. That is, compared with the above-mentioned inevitable impurities, P is likely to be affected in terms of workability and durability even if its content is small, but its content is sufficiently small as 0.05% by mass or less. It is supposed to be. In view of workability and durability, the P content is preferably as low as possible, more preferably 0.03% by mass or less, and no P is contained in the material constituting the alloy. Even more preferably.

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。   As described above in detail, according to the present embodiment, the heat generating coil 9 is formed of an alloy containing Ni as a main component and containing less W. Here, since Ni is an element having a lower vapor pressure than Fe or the like as described above, evaporation of material components is relatively difficult to occur at high temperatures. Further, even if Ni located on the surface layer of the heating coil 9 evaporates at a high temperature, W having a very low vapor pressure remains on the surface layer of the heating coil 9 without being evaporated, and as a result, the surface layer of the heating coil 9 In this case, a film made of W (W film) is formed. Therefore, further evaporation of Ni is suppressed by the W coating. In other words, according to the present embodiment, the property of Ni that is less likely to evaporate than Fe and the property of W that forms a coating on the surface layer of the heating coil 9 act synergistically, resulting in a dramatically long life. Can be achieved.

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。   Note that the Ni—W alloy is an alloy that is relatively easy to oxidize, but the inside of the tube 7 is in a sealed state. In other words, the Ni—W alloy can be adopted as the alloy constituting the heating coil 9 because it is in an environment where oxygen intrusion is suppressed in the tube 7.

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。   In addition, when processing an alloy containing Fe as a main component into a coil shape, it is necessary to wire (hot drawing) while heating, but in an alloy containing Ni as a main component, It can be processed into a coil shape without heating. That is, the Ni—W alloy is more workable than the alloy containing Fe as a main component, and it is effective to use the Ni—W alloy also in this respect.

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。   Further, at least one of a predetermined amount of Cr, Si, and Ti is contained in a portion in contact with the space in the tube 7. Therefore, these elements function as oxygen getter elements, so that oxygen in the tube 7 can be removed. Therefore, even if the heat generating coil 9 is relatively easily oxidized, the oxidation can be prevented more reliably, and the durability can be further improved.

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。   In particular, in this embodiment, since the heating coil 9 contains Cr, Si or the like, an oxide film can be formed on the surface of the heating coil 9 by reacting Cr or Si with oxygen in the tube 7. . Therefore, the oxide film can prevent intrusion of nitrogen or oxygen into the heating coil 9 and can prevent the formation of nitrides or oxides in the heating coil 9.

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。   In addition, if the heating coil 9 contains a predetermined amount of at least one of V, Mo, Nb, and Ta, the electrical resistivity of the heating coil 9 can be increased. Therefore, in order to make the heating coil 9 have a desired resistance value, it is not necessary to reduce the diameter excessively. As a result, the durability of the heating coil 9 can be further improved.

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。   Furthermore, in this embodiment, the content of P in the alloy constituting the heating coil 9 is 0.05% by mass or less. Therefore, it is possible to more reliably prevent a decrease in high-temperature strength due to the reaction between Ni and P to produce a low melting point compound, cracking of the heating resistor due to P segregation, and the like. Thereby, while being able to prevent the fall of workability, the durable improvement effect by using the Ni-W alloy mentioned above can be exhibited more reliably.

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。   Next, in order to confirm the operational effects achieved by the above embodiment, a glow plug sample (corresponding to a comparative example) in which a heating coil is formed of an Fe—Al—Cr alloy, Ni as a main component, Samples of glow plugs (corresponding to Examples) in which heat generating coils were formed from an alloy containing a small amount of W were prepared, and durability evaluation tests were performed on the samples.

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。   The outline of the durability evaluation test is as follows. That is, the temperature of the portion 2 mm from the tip (measurement portion) of the tube is energized to increase the temperature to 1100 ° C., energized to maintain the temperature for 360 seconds, and then cooled for 120 seconds. As one cycle, the number of cycles until disconnection (disconnection cycle) was measured for each sample. Table 1 shows the composition of the alloy forming the heating coil and the disconnection cycle for each sample. The temperature was measured with a thermocouple attached to the measurement site. In addition, the wire diameter of the heating coil of each sample was adjusted to make the resistance values equal for each sample. Table 1 shows the composition when the contents of W, Mo, Al, etc. are expressed in mol% and the composition when expressed in mass%.

Figure 0005509017
Figure 0005509017

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。   As shown in Table 1, it was found that the sample according to the example in which the heat generating coil was formed of an alloy containing Ni as a main component and containing W has an excellent durability with a disconnection cycle exceeding 8000 cycles. This is presumably because after the Ni on the surface of the heating coil evaporates, a coating made of W having a very low vapor pressure was formed on the surface of the heating coil, and as a result, the Ni evaporation was effectively suppressed.

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。   In particular, a sample in which a heating coil is formed of an alloy composed of Ni and W, and the content of W is 5 mol% or more, it is confirmed that the disconnection cycle is 10,000 cycles or more and the durability is very excellent. It was.

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。   Furthermore, the sample in which the heating coil is formed from an alloy containing Mo, Cr, Ta, Nb, Ti, Si, V, or the like with respect to the Ni—W alloy is a case where the W content is relatively small. However, it has been found that it has extremely excellent durability. In addition, it is thought that this durability improvement was implement | achieved because each element functioned as follows. In other words, when Cr, Si, Ti, or the like is contained, these elements function as oxygen getter elements, so that oxygen in the tube can be removed, and thus oxidation of the heating coil can be suppressed. It is thought that. In addition, when V, Mo, Nb, or Ta is contained, the electrical resistivity of the alloy constituting the heating coil can be increased, and the wire diameter of the heating coil can be made relatively large. Conceivable.

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。   As mentioned above, it can be said that it is preferable to form the heating coil from an alloy containing Ni as a main component and containing less W from the viewpoint of improving durability by comprehensively considering the result of the evaluation test. . In particular, it can be said that it is more preferable to relatively increase the content of W to 5 mol% or more and to contain additional elements such as Mo and Cr from the viewpoint of further improving the durability.

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。   Next, whether or not a crack is generated in the manufactured wire when a φ1 mm wire rod is manufactured by reducing the diameter of a φ12 mm columnar alloy containing Ni as a main component and variously changing the W content. Thus, the superiority or inferiority of the workability due to the W content was evaluated. The diameter of the cylindrical alloy is reduced stepwise, and the heat treatment is performed at diameters of φ10 mm, φ8 mm, φ6 mm, φ4 mm, φ3 mm, φ2.3 mm, and φ1.8 mm, and wire drawing is performed. Sexual superiority or inferiority was evaluated.

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。   In addition, when a wire with a diameter of 1 mm can be obtained without cracking, a sample of a glow plug in which a heating coil is formed by the wire is prepared, and the following test is performed on the prepared sample. The durability was judged. That is, the temperature of the tube 2 mm from the tip (measurement site) is energized to increase the temperature to 1130 ° C., energized to maintain the temperature for 120 seconds, and the energization is stopped. Cooling by blowing for 120 seconds was taken as one cycle, and the number of cycles (disconnection cycle) until the heating coil was disconnected was measured. Table 2 shows the presence / absence of cracks at the time of manufacture and the disconnection cycle in each sample. Table 2 also shows the composition when the W content is expressed in mass%.

Figure 0005509017
Figure 0005509017

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。   As shown in Table 2, although the disconnection cycle increased as the W content increased, the sample in which the W content was larger than 15 mol% was cracked during production, and the above wire drawing process was performed. It was evaluated that it was inferior in the workability evaluation according to.

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。   From the above test results, it can be said that the W content is preferably 15 mol% or less in order to prevent deterioration of workability and durability.

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。   Next, for a cylindrical alloy having a diameter of 12 mm, containing Ni as a main component, containing 12 mol% (29.9 mass%) of W, and variously changing the P content (mass%). When the above-mentioned diameter reduction processing was performed and a φ1 mm wire was produced, whether the produced wire was cracked or not was evaluated for superiority or inferiority in workability and durability depending on the P content. Further, when a wire rod of φ1 mm can be obtained without cracking, a glow plug sample in which a heating coil is formed by the wire rod is manufactured, and the durability of the manufactured sample is tested as described above [ie, One cycle of energizing the tube so that the surface of the 2 mm portion (measurement site) from the tip is 1130 ° C., raising the temperature to maintain the temperature for 360 seconds, and then cooling for 120 seconds. As a test for measuring the number of cycles until disconnection]. Table 3 shows the presence / absence of cracks during production and the disconnection cycle in each sample.

Figure 0005509017
Figure 0005509017

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。   As shown in Table 3, it was confirmed that the samples (samples 1 to 5) having a P content of 0.05% by mass or less were excellent in workability and durability without cracking during production. . It was also found that the disconnection cycle can be increased as the P content is reduced.

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。   From the above test results, it can be said that the P content is preferably 0.05% by mass or less in order to more reliably prevent deterioration of workability and durability. Further, from the viewpoint of improving the durability, it is preferable to reduce the P content, and it is more preferable to set the P content to 0.03% by mass or less.

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)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。   (A) In the above embodiment, Cr, Si, or Ti is contained in the alloy that constitutes the heating coil 9, but the alloy that constitutes the insulating powder 11 or the tube 7 contains Cr, Si, or the like. Alternatively, a metal film containing Cr, Si, or the like may be formed on the inner peripheral surface of the tube 7. Even in this case, Cr, Si, etc. can function as an oxygen getter, and oxygen in the tube 7 can be removed. Therefore, as in the case where the heating coil 9 contains Cr, the life can be further extended. Can be planned. In addition, when Cr, Ti, etc. are contained in the insulating powder 11, it is desirable to adjust the content of Cr, Ti, etc. so as not to impair the insulating properties of the insulating powder 11.

(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。   (B) In the above embodiment, the alloy constituting the heating coil 9 contains an additive element such as Cr or Si, but without adding an additive element such as Cr or Si, the heating coil 9 is made of Ni--. It is good also as comprising from W alloy.

(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。   (C) In the above embodiment, the metal material constituting the tube 7 is an alloy mainly composed of Fe or Ni. However, these are examples, and the metal material constituting the tube 7 is limited to this. Is not to be done. However, the metal material constituting the tube 7 needs to be a material capable of preventing oxygen from entering the tube 7.

(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。   (D) The shape or the like of the glow plug 1 is not limited to the above embodiment. For example, the tube 7 is configured to omit the large-diameter portion 7b and form a straight shape with a substantially constant outer diameter. It is good as well. 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.

(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。   (E) In the above embodiment, the glow plug 1 has the control coil 10, but 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.

(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。   (F) Moreover, the wire drawing performed in order to evaluate the superiority or inferiority of the workability is an example for evaluation, and limits the processing method when using the alloy constituting the heating resistor of the present invention. It is not a thing. Therefore, when drawing an alloy having relatively poor workability, the step of reducing the diameter may be further increased.

1…グロープラグ、7…チューブ、9…発熱コイル(発熱抵抗体)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Glow plug, 7 ... Tube, 9 ... Heat generating coil (heat generating resistor).

Claims (5)

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しての発熱コイルと、当該発熱コイルの後端に接続されるとともに前記発熱コイルの材質よりも電気比抵抗の温度係数の大きい材料により構成される制御コイルと、
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、
前記発熱抵抗体のタングステン含有量を5mol%以上15mol%以下としたことを特徴とするグロープラグ。
A cylindrical tube having a closed end and a sealed inside,
A heating coil as a heating resistor that is disposed in the tube and whose tip is joined to the tip of the tube, and is connected to the rear end of the heating coil and has a temperature of electrical resistivity higher than the material of the heating coil A control coil made of a material with a large coefficient;
Glow plug with
The heating resistor is made of an alloy containing nickel as a main component and containing less tungsten than nickel ,
A glow plug, wherein the heating resistor has a tungsten content of 5 mol% or more and 15 mol% or less .
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。   The glow plug according to claim 1, wherein at least one of chromium, silicon, and titanium is contained in a portion in contact with the space in the tube. 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。   The heat generating resistor includes at least one of chromium of 5 mol% to 30 mol%, silicon of 1 mol% to 10 mol%, and titanium of 1 mol% to 5 mol%. Glow plug as described in. 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。   The heating resistor includes at least one of vanadium of 5 mol% to 10 mol%, molybdenum of 5 mol% to 10 mol%, niobium of 1 mol% to 5 mol%, and tantalum of 1 mol% to 10 mol%. The glow plug according to any one of claims 1 to 3, wherein: 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乃至のいずれか1項に記載のグロープラグ。 The glow plug according to any one of claims 1 to 4 , wherein a content of phosphorus in the heating resistor is 0.05% by mass or less.
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