JP6796957B2 - グロープラグ - Google Patents

Description

本発明は、グロープラグに関する。

グロープラグは、一般に、軸線方向の先端部に、発熱体であるヒータを備えている。このようなヒータの一種として、シースヒータが知られている。シースヒータは、先端部が閉塞した円筒状のシースチューブと、シースチューブ内に配置されて通電により発熱する発熱コイルと、を備える。このようなシースヒータでは、発熱コイルの先端部が、シースチューブの先端部に溶接されている。

発熱コイルとして、例えば、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金により構成されたコイルを用いる構成が知られている。グロープラグにおいて、ヒータによる加熱時には、発熱コイルの温度は１０００℃以上になる。このとき、局所的に発熱コイル温度が上昇しすぎると、発熱コイルが溶けて断線する可能性がある。そのため、より融点が高い金属を用いて発熱コイルを形成することにより、発熱コイルの溶融に起因するコイル断線を抑えて、グロープラグの耐久性の向上が図られている。具体的には、高融点金属であるタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする発熱コイルを備えるグロープラグが提案されている（例えば、特許文献１〜特許文献４参照）。

特開２０１５−０９９００８号公報 特開２０１５−０７８７８４号公報 国際公開第２０１１／１６２０７４号 特開平１１−２３７０４５号公報

しかしながら、発熱コイルをタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）によって構成する場合には、ヒータの昇温時に、発熱コイルとシースチューブの接合部において、シースチューブを構成するニッケル（Ｎｉ）や鉄（Ｆｅ）等の金属が発熱コイル中に拡散する。発熱コイルにおいて、このように、シースチューブの構成金属が拡散した箇所では、発熱コイルを構成する金属の融点が低下して断線が起きやすくなり、発熱コイルの耐熱性が低下し得る。上記拡散が進行した場合には、例えば、３０００℃程度の融点を示す発熱コイルにおいて、局所的に融点が１５００℃未満にまで低下する可能性がある。さらに、上記したシースチューブの構成金属の発熱コイルへの拡散は、発熱コイルを構成する金属の結晶粒界において主として進行するため、上記拡散によって、発熱コイルでは粒界脆化が引き起こされる。その結果、粒界脆化が進行した箇所では、応力が発生した場合に発熱コイルの断線が生じ易くなり、ヒータおよびグロープラグの耐久性がさらに低下し得る。

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、軸線方向に延びて先端が閉じられている筒状のシースチューブと、先端部が前記シースチューブの先端部に接合された状態で前記シースチューブ内に収納されている発熱コイルと、前記シースチューブ内において前記発熱コイルの周囲に充填されている絶縁体と、を備えるヒータを有す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、タングステン（Ｗ）とモリブデン（Ｍｏ）から選択される少なくともいずれか一方を主成分として含むと共に、カリウム（Ｋ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、ランタン（Ｌａ）、トリウム（Ｔｈ）、およびセリウム（Ｃｅ）から選択される少なくとも１種の元素である添加元素をさらに含み；前記シースチューブは、ニッケル（Ｎｉ）および鉄（Ｆｅ）から選択される少なくとも１種の金属を含有し；前記シースチューブの先端部には、前記発熱コイルの先端部の外表面に接する溶融部であって、少なくとも前記シースチューブにおける該溶融部以外の部位と同じ構成材料を含む溶融部が形成されており；前記発熱コイルの先端部において、該発熱コイルを構成する線材の横断面を見たときに、少なくとも前記発熱コイルの外表面から前記線材の直径の４分の１の長さまでの範囲である表層部において、前記主成分の結晶粒界に前記添加元素が存在する。
この形態のグロープラグによれば、発熱コイルの先端部では、少なくとも発熱コイルの外表面から、発熱コイルの線材の直径の４分の１の長さまでの範囲である表層部において、発熱コイルを構成する主成分の結晶粒界に添加元素が存在する。そのため、ヒータが昇温する際に、溶融部に含有されるニッケル（Ｎｉ）および鉄（Ｆｅ）から選択される少なくとも１種の金属が、発熱コイルを構成する主成分の結晶粒界に沿って、溶融部から発熱コイルへと拡散することを抑えることができる。その結果、シースチューブの構成金属の発熱コイルへの拡散に起因する、ヒータおよびグロープラグの耐久性の低下を抑えることができる。また、発熱コイルにおける粒界脆化の進行を抑え、ヒータおよびグロープラグの耐久性の低下を抑えることができる。なお、少なくとも表層部において、発熱コイルを構成する主成分の結晶粒界に添加元素が存在すればよく、発熱コイル全体において主成分の結晶粒界に添加元素が存在していてもよい。
第１の形態では、前記発熱コイルにおける前記添加元素の含有量が、５ｐｐｍ以上２００ｐｐｍ以下であり、前記シースチューブは、軸線方向に延びる筒状の伸長部と、前記伸長部の先端部において前記伸長部に接合されて、前記シースチューブの先端部を閉塞する蓋部とを備え、前記蓋部は、前記シースチューブ内に突出する突出部を有し、前記発熱コイルは、該発熱コイルの先端部が前記突出部に巻き付いた状態で、前記突出部に接合されている。この形態によれば、発熱コイルにおける添加元素の含有量が５ｐｐｍ以上であることにより、少なくとも表層部において、発熱コイルを構成する主成分の結晶粒界において容易に添加元素を存在させることができる。また、前記発熱コイルにおける前記添加元素の含有量が２００ｐｐｍ以下であることにより、発熱コイルに含まれる添加元素と、発熱コイルの周囲に充填された絶縁体との反応を抑えて、発熱コイルと絶縁体とが過度に密着することを抑えることができ、そのため、発熱コイルと絶縁体との間の熱膨張係数差に起因する発熱コイルの損傷を抑制することができる。
第２の形態では、前記シースチューブは、軸線方向に延びる筒状の伸長部と、前記伸長部の先端部において前記伸長部に接合されて、前記シースチューブの先端部を閉塞する蓋部とを備え、前記蓋部は、前記シースチューブ内に突出する突出部を有し、前記発熱コイルは、該発熱コイルの先端部が前記突出部に巻き付いた状態で、前記突出部に接合されている。この形態によれば、発熱コイルにおいて、シースチューブの蓋体に設けられた突出部に形成された溶融部からの金属拡散を抑えることができる。

（２）上記形態のグロープラグにおいて、前記添加元素は、前記結晶粒界において、酸化物として存在することとしてもよい。この形態のグロープラグによれば、添加元素は、金属として存在する場合よりも酸化物として存在する場合の方が安定であるため、溶融部から発熱コイルへの金属拡散を抑制する効果の安定性を高めることができる。

（３）上記形態のグロープラグにおいて、前記発熱コイルにおける前記添加元素の含有量が、５ｐｐｍ以上であることとしてもよい。この形態のグロープラグによれば、発熱コイルにおける添加元素の含有量が５ｐｐｍ以上であることにより、少なくとも表層部において、発熱コイルを構成する主成分の結晶粒界において容易に添加元素を存在させることができる。

（４）上記形態のグロープラグにおいて、前記発熱コイルにおける前記添加元素の含有量が、２００ｐｐｍ以下であることとしてもよい。この形態のグロープラグによれば、発熱コイルに含まれる添加元素と、発熱コイルの周囲に充填された絶縁体との反応を抑えて、発熱コイルと絶縁体とが過度に密着することを抑えることができる。そのため、発熱コイルと絶縁体との間の熱膨張係数差に起因する発熱コイルの損傷を抑制することができる。

（５）上記形態のグロープラグにおいて、前記発熱コイルは、該発熱コイルの先端部が、前記溶融部内に埋め込まれた状態で前記シースチューブに接合されていることとしてもよい。この形態のグロープラグによれば、発熱コイルにおける溶融部内に埋め込まれた部位において、溶融部から発熱コイルへの金属拡散を抑えることができる。

（６）上記形態のグロープラグにおいて；前記シースチューブは、軸線方向に延びる伸長部と、前記伸長部の先端部において前記伸長部に接合されて、前記シースチューブの先端部を閉塞する蓋部とを備え；前記蓋部は、前記シースチューブ内に突出する突出部を有し；前記発熱コイルは、該発熱コイルの先端部が前記突出部に巻き付けられた状態で、前記突出部に接合されていることとしてもよい。この形態のグロープラグによれば、発熱コイルにおいて、シースチューブの蓋体に設けられた突出部に形成された溶融部からの金属拡散を抑えることができる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、グロープラグの製造方法、グロープラグ用ヒータ、およびグロープラグ用ヒータの製造方法などの形態で実現することが可能である。

グロープラグの概略構成を表わす説明図である。 シースヒータ構成を示す説明図である。 シースヒータの先端部分の構造を拡大して示す断面模式図である。 グロープラグの製造方法を示すフローチャートである。 溶接工程を示す説明図である。 シースヒータの先端部分の構造を拡大して示す断面模式図である。 シースヒータの先端部分の構造を拡大して示す説明図である。 シースヒータの先端部分の構造を拡大して示す説明図である。 各サンプルについての評価結果をまとめて示す説明図である。 各サンプルについての評価結果をまとめて示す説明図である。

Ａ．第１実施形態：
（Ａ−１）グロープラグの全体構成：
図１は、本発明の第１の実施形態としてのグロープラグ１０を示す説明図である。本実施形態のグロープラグ１０は、ディーゼルエンジンを始めとする内燃機関の始動時等における点火を補助する熱源として機能する。図１に示すように、グロープラグ１０は、主な構成要素として、通電によって発熱するシースヒータ８００と、主体金具５００と、中軸２００と、を備える。図１では、グロープラグ１０の軸線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の軸線Ｏに沿う軸線方向ＯＤについて、シースヒータ８００側を「先端側」と呼び、中軸２００側を「後端側」と呼ぶ。

主体金具５００は、例えば炭素鋼等の金属材料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。主体金具５００は、後端側の端部において絶縁部材４１０とＯリング４６０とを介して中軸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、軸線Ｏに沿った位置が固定される。この絶縁部材４１０によって、主体金具５００と中軸２００との間が電気的に絶縁される。主体金具５００は、絶縁部材４１０からシースヒータ８００に至る中軸２００の部位を内包する。主体金具５００は、工具係合部５２０と、雄ねじ部５４０とを備え、内部に軸孔５１０が形成されている。

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。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。雄ねじ部５４０は、内燃機関（図示しない）に形成された雌ねじに螺合され取り付けられる。工具係合部５２０は、グロープラグ１０の取り付けと取り外しとに用いられる工具（図示しない）に係合する。

中軸２００は、導電材料を円柱状（棒状）に成形した部材である。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の先端部である中軸先端部２１０は、シースヒータ８００の内部に挿入される。中軸２００の後端には、雄ねじ部２９０が設けられている。雄ねじ部２９０は、主体金具５００から後端側に突出しており、係合部材１００が嵌り合う。

（Ａ−２）シースヒータの構成：
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。シースヒータ８００は、シースチューブ８１０と、発熱体としての発熱コイル８２０と、制御コイル８３０と、絶縁体８７０とを備える。図２では、発熱コイル８２０、制御コイル８３０、および中軸２００以外の構成部材については、断面の様子を示している。

シースチューブ８１０は、軸線方向ＯＤに延び、先端が閉塞した筒状部材である。シースチューブ８１０の内部には、発熱コイル８２０と、制御コイル８３０と、絶縁体８７０とが収納されている。シースチューブ８１０は、側面部８１４と、シース管先端部８１３と、シース管後端部８１９とを有する。側面部８１４は、軸線方向ＯＤに延びると共に、横断面（軸線Ｏに垂直な断面）の外径が軸線方向ＯＤにわたって一定に形成された部分である。シース管先端部８１３は、側面部８１４の先端側において、次第に縮径して外側に向けて丸く形成された部分である。シース管後端部８１９は、シースチューブ８１０の後端側において開口した端部である。シース管後端部８１９からシースチューブ８１０の内部に中軸先端部２１０が挿入されている。シースチューブ８１０は、パッキン６００と絶縁体８７０とによって、中軸２００から電気的に絶縁される。パッキン６００は、中軸２００とシースチューブ８１０との間に挟まれた絶縁性部材である。シースチューブ８１０は、主体金具５００と外表面で接することにより、主体金具５００と電気的に接続されている。

シースチューブ８１０は、ニッケル（Ｎｉ）および鉄（Ｆｅ）から選択される少なくとも１種の金属を含有している。より具体的には、シースチューブ８１０は、ニッケル（Ｎｉ）または鉄（Ｆｅ）を主成分とする金属材料によって構成することができる。例えば、インコネル６０１（「インコネル」は登録商標））やＡｌｌｏｙ６０２などのニッケル基合金や、ＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレス鋼により、シースチューブ８１０を構成することができる。

発熱コイル８２０は、導電性材料で形成された螺旋状のコイルである。発熱コイル８２０は、シースチューブ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、先端側の端部であるコイル先端部８２２と、螺旋状に巻回された螺旋部８２３と、後端側の端部である発熱コイル後端部８２９と、を備える。コイル先端部８２２がシースチューブ８１０に溶接されることにより、発熱コイル８２０はシースチューブ８１０と電気的に接続される。

発熱コイル８２０は、タングステン（Ｗ）とモリブデン（Ｍｏ）から選択される少なくとも一方を主成分として含有する。なお、「タングステン（Ｗ）とモリブデン（Ｍｏ）から選択される少なくとも一方を主成分として含有する」とは、タングステン（Ｗ）とモリブデン（Ｍｏ）から選択される少なくとも一方の含有率（質量％）が、５０質量％以上であることをいう。このような構成とすれば、発熱コイル８２０の構成金属の融点を高め、発熱コイル８２０の耐久性を高めることができると共に、高温時における発熱コイル８２０の抵抗を抑え、流れる電流量を確保することができる。なお、発熱コイル８２０の主成分は、タングステン（Ｗ）であることが好ましい。また、発熱コイル８２０における上記主成分の含有率は、８０質量％以上であることが好ましく、９０質量％以上であることがより好ましく、９９質量％以上であることがさらに好ましい。上記のように、タングステン（Ｗ）とモリブデン（Ｍｏ）から選択される少なくとも一方を主成分とすることで、発熱コイル８２０の融点を高めることができる。

発熱コイル８２０は、上記主成分に加えて、さらに、カリウム（Ｋ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、ランタン（Ｌａ）、トリウム（Ｔｈ）、およびセリウム（Ｃｅ）から選択される少なくとも１種の元素である添加元素を含む。本実施形態では、少なくともコイル先端部８２２における少なくとも外表面を含む表層部において、上記主成分の結晶粒界に、上記添加元素が存在している。コイル先端部８２２に存在する添加元素については、後にさらに詳しく説明する。

制御コイル８３０は、発熱コイル８２０の後端側に配置され、発熱コイル８２０を形成する材料よりも電気比抵抗の温度係数が大きい導電材料で形成されている。具体的には、制御コイル８３０は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）−クロム（Ｃｒ）合金等のニッケル基合金や、鉄（Ｆｅ）−クロム（Ｃｒ）−アルミニウム（Ａｌ）合金により形成することができる。このような材料により形成される制御コイル８３０は、発熱コイル８２０に供給される電力を制御する。制御コイル８３０は、先端側の端部である制御コイル先端部８３１と、後端側の端部である制御コイル後端部８３９とを有する。制御コイル先端部８３１は、発熱コイル８２０の発熱コイル後端部８２９に溶接されることによって、発熱コイル８２０と電気的に接続される。制御コイル後端部８３９は、中軸２００の中軸先端部２１０に接合されることによって中軸２００と電気的に接続される。

絶縁体８７０は、電気絶縁性を有する材料の粉末により形成されている。絶縁体８７０を構成する絶縁性粉末としては、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、シースチューブ８１０の内側に充填され、シースチューブ８１０と、発熱コイル８２０と、制御コイル８３０と、中軸２００との各隙間を電気的に絶縁する。

（Ａ−３）シースヒータの先端部の構成：
図３は、シースヒータ８００の先端部分の構造を拡大して示す断面模式図である。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、発熱コイル８２０の螺旋部８２３およびコイル先端部８２２と、シースチューブ８１０と、絶縁体８７０と、が示されている。なお、本実施形態では、シースヒータ８００の中心軸は、グロープラグ１０の軸線Ｏに一致している。

本実施形態では、コイル先端部８２２は、軸線Ｏ上において軸線Ｏに沿って延びる直線状に形成されている。また、本実施形態では、シース管先端部８１３には、溶融部８１６が形成されている。溶融部８１６は、コイル先端部８２２の外表面に接すると共に、シースチューブ８１０における溶融部８１６以外の部位と同じ組成を有している。具体的には、溶融部８１６は、発熱コイル８２０をシースチューブ８１０に溶接する際に、シースチューブ８１０の先端部分が一旦溶融することにより組織変化した部位である。本実施形態では、上記溶接の際には、より融点が高い発熱コイル８２０は実質的に溶融することなく、シースチューブ８１０となる管状部材のみが溶融している。そのため、コイル先端部８２２は、図３に示すように、溶融部８１６に取り囲まれつつ埋め込まれている。

本実施形態では、既述したように、少なくともコイル先端部８２２における少なくとも外表面を含む表層部８２５（具体的には、溶融部８１６と接する外表面を含む表層部）において、発熱コイル８２０を構成する主成分の結晶粒界に、添加元素が存在している。添加元素は，既述したように、カリウム（Ｋ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、ランタン（Ｌａ）、トリウム（Ｔｈ）、およびセリウム（Ｃｅ）から選択される少なくとも１種の元素である。このように、発熱コイル８２０を構成する主成分の結晶粒界に添加元素を存在させることにより、シースチューブ８１０を構成する金属が、溶融部８１６から、結晶粒界を経由して発熱コイル８２０内に拡散することを抑制している。ここで、シースチューブ８１０の構成元素は、コイル先端部８２２において、結晶粒の内部を通過するよりも、結晶粒界を介してより早く拡散する。そのため、このような結晶粒界に添加元素を存在させることにより、シースチューブ８１０を構成する金属が発熱コイル８２０内に拡散することを抑制することができる。

発熱コイル８２０を構成する線材の横断面とは、発熱コイル８２０を構成する線材が延びる方向に垂直な断面をいう。本実施形態では、発熱コイル８２０を構成する線材の横断面は略円形であり、軸線方向ＯＤに沿って延びるコイル先端部８２２の横断面は、略一定である。本実施形態では、この横断面の直径を直径Ｄとして、横端面の外周から横断面の中心に向かって距離Ｒ（ただし、Ｒ＝１／４Ｄ）の範囲を表層部８２５としている。このように、コイル先端部８２２の線材の横断面を見たときに、表層部８２５において、発熱コイル８２０を構成する主成分の結晶粒界に添加元素が存在している。なお、発熱コイル８２０を構成する線材の横断面が円形でない場合には、横断面の直径Ｄは、上記横断面の重心を通過して端点が横断面の外周上にある線分のうち、最も長い線分の長さをいう。

上記のように、表層部８２５における主成分の結晶粒界に添加元素を存在させるために、発熱コイル８２０における添加元素の含有量は、５ｐｐｍ以上であることが望ましい。このようにすれば、少なくとも発熱コイル８２０のコイル先端部８２２の表層部８２５において、発熱コイル８２０を構成する主成分の結晶粒界において容易に添加元素を存在させることができる。このように、結晶粒界に添加元素を存在させることによって発熱コイル８２０への金属拡散を抑える効果を高める観点からは、発熱コイル８２０における添加元素の含有量は、１０ｐｐｍ以上とすることが望ましく、３０ｐｐｍ以上とすることがより望ましく、５０ｐｐｍ以上とすることがさらに望ましい。

また、発熱コイル８２０における添加元素の含有量は、２００ｐｐｍ以下であることが望ましい。本実施形態のグロープラグ１０では、既述したように、発熱コイル８２０とシースチューブ８１０との間の空間に、絶縁体８７０として、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉末が充填されている。このようなグロープラグ１０において発熱コイル８２０が添加元素を含有する場合には、シースチューブ８１０内において添加元素とＭｇＯとが反応し得る。このように添加元素とＭｇＯとが反応すると、発熱コイル８２０と絶縁体８７０との間の密着性が高まる。そのため、発熱コイル８２０における添加元素の含有量が、例えば２００ｐｐｍを超えると、添加元素の含有量が過剰であることにより、発熱コイル８２０と絶縁体８７０とが過度に密着し得る。ここで、発熱コイル８２０を構成するタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）は、ＭｇＯに比べて熱膨張係数が小さい。そのため、添加元素とＭｇＯとが反応して、発熱コイル８２０と絶縁体８７０との間の密着性が高まった箇所では、シースヒータ８００の加熱時には、熱膨張係数差に起因して大きな応力が発生し得る。このような大きな応力が発生する箇所では、発熱コイル８２０の断線が生じ易くなる。そのため、添加元素とＭｇＯとの反応に起因する発熱コイル８２０の断線、およびその結果としてのグロープラグ１０の耐久性の低下を抑える効果を高める観点からは、発熱コイル８２０における添加元素の含有量は、１８０ｐｐｍ以下とすることが望ましく、１５０ｐｐｍ以下とすることがより望ましく、１２０ｐｐｍ以下とすることがさらに望ましい。

なお、発熱コイル８２０に上述の添加元素を含有させるためには、発熱コイル８２０を作製する際に、発熱コイル８２０の材料に予め添加元素を添加して混合しておけばよい。なお、上記した添加元素の含有量とは、複数種類の添加元素を用いる場合には、複数種類の添加元素の合計の含有量を指す。

発熱コイル８２０の表層部８２５において、発熱コイル８２０を構成する主成分の結晶粒界に添加元素が存在するか否かを特定するためには、コイル先端部８２２の横断面に対して鏡面研磨を施した後にサーマルエッチングを施して、得られた表面を走査透過型電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope、ＳＴＥＭ）で観察して、析出物が存在するか否かを確認すればよい。そして、ＳＴＥＭで得られた画像における上記結晶粒界の周辺において、添加元素の濃度をエネルギ分散形Ｘ線分光器（Energy Dispersive X-ray Spectrometer、ＥＤＳ）で測定することにより、存在する添加元素の種類を特定すればよい。なお、ＳＴＥＭにより観察する際の倍率は、５０００倍以上にすればよい。

また、グロープラグ１０が備える発熱コイル８２０における添加元素の含有量は、以下のようにして定量することができる。すなわち、シースヒータ８００内から発熱コイル８２０を取り出し、絶縁体８７０を機械的に除去した後に、ＩＣＰ発光分光分析法（高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法）により測定すればよい。なお、溶融部８１６内に存在するコイル先端部８２２における添加元素の含有量を測定する場合には、測定に先立って、機械的な方法により、あるいは酸を用いて、線材の表面からシースチューブ８１０の成分を除去すればよい。

発熱コイル８２０の表層部８２５における結晶粒界に存在する添加元素は、還元された金属状態で存在してもよく、酸化物の状態で存在してもよい。通常は、グロープラグ１０の製造工程において高温に晒されることにより、大部分の添加元素が酸化物の状態で存在することになる。このように酸化物の状態で粒界に存在する場合には、添加元素は、金属として存在する場合よりも酸化物として存在する場合の方が安定であるため、溶融部から発熱コイルへの金属拡散を抑制する効果の安定性を高めることができる。すなわち、添加元素が還元された金属状態で存在する場合には、グロープラグ１０の使用時に高温に晒されることにより、金属の析出物が粒成長する。これにより、結晶粒界に分散して存在していた添加元素が凝集するようになり、結晶粒界において添加元素によって金属拡散を堰き止める箇所が減少して、金属拡散を抑える効果が次第に低下する。添加元素の少なくとも一部が、金属よりも安定な（凝集し難い）酸化物として存在することにより、金属拡散を抑える効果を、より長期にわたって安定化することができる。

なお、添加元素が酸化物として存在するか否かは、既述したＥＤＳによる測定で確認することができる。すなわち、既述した結晶粒界の周辺における添加元素と酸素原子の濃度を測定することにより確認することができる。

（Ａ−４）グロープラグの製造方法：
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、制御コイル８３０、および中軸２００を溶接する（工程Ｔ１００）。具体的には発熱コイル８２０と制御コイル８３０とを溶接し、さらに、制御コイル後端部８３９と、中軸先端部２１０と、を溶接する。次に、コイル先端部８２２と、シースチューブ８１０の先端部と、を溶接する（工程Ｔ１１０）。工程Ｔ１１０において、コイル先端部８２２とシースチューブ８１０の先端部とを溶接する工程を、「溶接工程」とも呼ぶ。

図５は、工程Ｔ１１０の溶接工程を示す説明図である。図５では、シースチューブ８１０および発熱コイル８２０の先端部の様子を表わしており、シースチューブ８１０については断面の様子を表わしている。この溶接工程では、まず、シースチューブ８１０を形成するための部材として、軸線方向ＯＤ方向に延びる筒状部材である伸長部８１０ｐを用意する。伸長部８１０ｐは、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ている。そして、用意された伸長部８１０ｐの先端部８１３ｐ内（開口８１５内）に、コイル先端部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を閉塞させつつ、コイル先端部８２２とシース管先端部８１３とを溶接する（図５（Ｂ））。こうすることにより、コイル先端部８２２が溶融部８１６に取り囲まれて埋め込まれる。このとき、発熱コイル８２０が溶融しない条件で溶接する場合には、発熱コイル８２０の成分を実質的に含有しない溶融部８１６が形成される。

工程Ｔ１１０の溶接工程が完了すると、次に、シースチューブ８１０の内に絶縁体８７０を充填する（工程Ｔ１２０）。絶縁体８７０が、発熱コイル８２０と、制御コイル８３０と、中軸２００とを内包することによってシースチューブ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を施す（工程Ｔ１３０）。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、シースチューブ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（工程Ｔ１４０）、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４６０や絶縁部材４１０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の雄ねじ部２９０に締め付ける。また、工程Ｔ１４０では、グロープラグ１０に対してエージング処理が施される。具体的には、組み立てられたグロープラグ１０に通電することによって、シースヒータ８００を発熱させて、シースヒータ８００の外表面に酸化膜を形成させる。

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）とモリブデン（Ｍｏ）から選択される少なくともいずれか一方を主成分として含む発熱コイル８２０において、少なくともコイル先端部８２２の表層部８２５では、発熱コイル８２０を構成する主成分の結晶粒界に添加元素が存在する。そのため、シースヒータ８００が昇温する際に、溶融部８１６に含有されるニッケル（Ｎｉ）および鉄（Ｆｅ）から選択される少なくとも１種の金属が、発熱コイル８２０を構成する主成分の結晶粒界に沿って、溶融部８１６から発熱コイル８２０へと拡散することを抑制できる。その結果、シースチューブ８１０の構成金属が発熱コイル８２０へと拡散することに起因する、発熱コイル８２０の融点の低下を抑制できる。したがって、グロープラグ１０の使用時における発熱コイル８２０の溶融および断線を抑制し、グロープラグ１０の耐久性を向上させることができる。また、表層部８２５において主成分の結晶粒界に添加元素が存在することにより、発熱コイル８２０における粒界脆化の進行を抑え、シースヒータ８００およびグロープラグ１０の耐久性の低下を抑えることができる。

なお、シースヒータ８００の加熱時には、特に発熱コイル８２０の先端部（例えば、シースヒータ８００の最先端部から軸線方向ＯＤの後端側に２ｍｍ程度の箇所）が最高温度部となる。本実施形態によれば、このような最高温度部において、シースチューブ８１０を構成するＮｉあるいはＦｅの拡散を大きく抑制することができるため、発熱コイル８２０の断線を顕著に抑えることができる。

Ｂ．第２実施形態：
図６は、第２実施形態におけるシースヒータ８００ａの先端部分の構造を、図３と同様に拡大して示す断面模式図である。第２実施形態のシースヒータ８００ａは、第１実施形態のシースヒータ８００に代えてグロープラグ１０に組み込んで用いられる。第２実施形態において、第１実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。

第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、発熱コイル８２０ａの先端部であるコイル先端部８２２ａが、溶融部８１６内に埋め込まれた状態でシースチューブ８１０に接合されている。ただし、第２実施例では、コイル先端部８２２ａは、軸線Ｏに沿って延びる直線状に形成されているのではなく、発熱コイル８２０ａ全体が、第１実施形態の螺旋部８２３のように螺旋状に巻回された形状となっている。このようなシースヒータ８００ａを作製する際には、伸長部８１０ｐと発熱コイル８２０ａとを溶接する際に、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、伸長部８１０ｐの先端の開口８１５内に、螺旋状のコイル先端部８２２ａを挿入すればよい。そして、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を閉塞させつつ、コイル先端部８２２ａとシース管先端部８１３とを溶接すればよい。

このような構成としても、少なくとも溶融部８１６内に埋め込まれたコイル先端部８２２ａの表層部８２５において、発熱コイル８２０ａの主成分の結晶粒界に添加元素が存在することにより、第１実施形態と同様の効果が得られる。

Ｃ．第３実施形態：
図７は、第３実施形態におけるシースヒータ８００ｂの先端部分の構造を拡大して示す説明図である。第３実施形態のシースヒータ８００ｂは、第１実施形態のシースヒータ８００に代えてグロープラグ１０に組み込んで用いられる。第３実施形態において、第１実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。図７では、シースチューブ８１０ｂおよび絶縁体８７０については断面の様子を表わしている。

シースヒータ８００ｂを構成するシースチューブ８１０ｂは、伸長部８１１と蓋部８１２ｂとを備える。伸長部８１１は、軸線方向ＯＤに延びてシースチューブ８１０ｂの側面全体を構成する円筒状部材である。蓋部８１２ｂは、伸長部８１１の先端において、自身の外表面がシースチューブ８１０ｂの外側に露出するように配置されて、シースチューブ８１０ｂの先端部を閉塞させる。蓋部８１２ｂには、コイル先端部８２２が溶接により接合されている。具体的には、蓋部８１２ｂとコイル先端部８２２とは、溶融部８１６を介して接続されている。また、本実施形態では、伸長部８１１と蓋部８１２ｂとの間も溶接により接合されており、伸長部８１１と蓋部８１２ｂとの間には接合部８１７が形成されている。本実施形態では、蓋部８１２ｂとして、厚みが一定である円盤状の部材を用いており、接合部８１７は、シースチューブ８１０ｂを厚み方向に貫通する円環状に形成されている。

上記溶融部８１６は、蓋部８１２ｂが溶融した接合部であり、接合部８１７は、蓋部８１２ｂと伸長部８１１とのうちの少なくとも一方が溶融した接合部である。ここで、伸長部８１１は、第１実施例のシースチューブ８１０と同様の材料により形成することができる。また、伸長部８１１と蓋部８１２ｂとは、同じ組成であってもよく、異なる組成であってもよい。ただし、蓋部８１２ｂは、ニッケル（Ｎｉ）および鉄（Ｆｅ）から選択される少なくとも１種の金属を含有している。そのため、溶融部８１６もまた、ニッケル（Ｎｉ）および鉄（Ｆｅ）から選択される少なくとも１種の金属を含有する。

このようなシースヒータ８００ａを作製する際には、図４の工程Ｔ１１０において、まず、コイル先端部８２２と蓋部８１２ｂとを溶接して溶融部８１６を形成する。このとき、蓋部８１２ｂは、コイル先端部８２２を挿入して溶接するための貫通孔あるいは凹部を中央部に有することとすればよい。上記溶接工程では、コイル先端部８２２は実質的に溶融することなく、蓋部８１２ｂが溶融することによって溶融部８１６が形成される。そして、先端に蓋部８１２ｂを溶接した発熱コイル８２０を伸長部８１１内に配置して、伸長部８１１の先端に蓋部８１２ｂを溶接し、接合部８１７を形成すればよい。

このような構成としても、少なくとも溶融部８１６内に埋め込まれたコイル先端部８２２の表層部８２５において、発熱コイル８２０の主成分の結晶粒界に添加元素が存在することにより、第１実施形態と同様の効果が得られる。

なお、蓋部８１２ｂは、円盤状以外の種々の形状とすることが可能である。また、蓋部８１２ｂと伸長部８１１とを接合する接合部８１７は、シースチューブ８１０ｂを厚み方向に貫通する円環状以外の形状としてもよい。例えば、溶融部８１６と接合部８１７とは、少なくとも一部が重なっていてもよい。

Ｄ．第４実施形態：
図８は、第４実施形態におけるシースヒータ８００ｃの先端部分の構造を拡大して示す説明図である。第４実施形態のシースヒータ８００ｃは、第１実施形態のシースヒータ８００に代えてグロープラグ１０に組み込んで用いられる。第４実施形態において、第１〜第３実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。図８では、発熱コイル８２０ａ以外については、断面の様子を表わしている。

シースヒータ８００ｃを構成するシースチューブ８１０ｃは、伸長部８１１と蓋部８１２ｃとを備える。蓋部８１２ｃは、より細く形成された閉塞部８４０と、より太く形成された突出部８４２とを備える段付きの円柱状、すなわち鋲状に形成されている。閉塞部８４０は、自身の先端面を外部に露出しつつ、シースチューブ８１０ｃの先端部を閉塞させる。突出部８４２は、閉塞部８４０からシースチューブ８１０ｃ内に突出する様に形成されて、溶接により発熱コイル８２０ａのコイル先端部８２２ａと接合されている。具体的には、突出部８４２とコイル先端部８２２ａとは、溶融部８１６を介して接続されている。また、本実施形態では、伸長部８１１と閉塞部８４０との間も溶接により接合されており、伸長部８１１と閉塞部８４０との間には接合部８１７が形成されている。接合部８１７は、シースチューブ８１０ｃを厚み方向に貫通する円環状に形成されている。

上記溶融部８１６は、蓋部８１２ｃ（突出部８４２）が溶融した接合部であり、接合部８１７は、蓋部８１２ｃ（閉塞部８４０）と伸長部８１１とのうちの少なくとも一方が溶融した接合部である。ここで、伸長部８１１は、第１実施例のシースチューブ８１０と同様の材料により形成することができる。また、伸長部８１１と蓋部８１２ｃとは、同じ組成であってもよく、異なる組成であってもよい。ただし、蓋部８１２ｃは、ニッケル（Ｎｉ）および鉄（Ｆｅ）から選択される少なくとも１種の金属を含有している。そのため、溶融部８１６もまた、ニッケル（Ｎｉ）および鉄（Ｆｅ）から選択される少なくとも１種の金属を含有する。

本実施形態では、コイル先端部８２２ａは、シースチューブ８１０ｃに形成された溶融部８１６内に埋め込まれるのではなく、突出部８４２の外周に巻き付けられている。そして、突出部８４２では、発熱コイル８２０ａのコイル先端部８２２ａと接する外表面を含む領域に、溶融部８１６が形成されている。突出部８４２の溶融部８１６と接するコイル先端部８２２ａでは、第１実施形態と同様に、少なくとも表層部８２５において、発熱コイル８２０ａの主成分の結晶粒界に添加元素が存在する。

このようなシースヒータ８００ａを作製する際には、図４の工程Ｔ１１０において、まず、コイル先端部８２２ａを蓋部８１２ｃの突出部８４２に巻き付けて溶接して、溶融部８１６を形成する。上記溶接工程では、コイル先端部８２２ａは実質的に溶融することなく、突出部８４２が溶融することによって溶融部８１６が形成される。そして、先端に蓋部８１２ｃを溶接した発熱コイル８２０ａを伸長部８１１内に配置して、伸長部８１１の先端に蓋部８１２ｃの閉塞部８４０を溶接し、接合部８１７を形成すればよい。

このような構成としても、少なくとも突出部８４２に形成された溶融部８１６と接するコイル先端部８２２ａの表層部８２５において、発熱コイル８２０ａの主成分の結晶粒界に添加元素が存在することにより、第１実施形態と同様の効果が得られる。

なお、蓋部８１２ｃと伸長部８１１とを接合する接合部８１７は、シースチューブ８１０ｃを厚み方向に貫通する円環状以外の形状としてもよい。例えば、閉塞部８４０において、シースチューブ８１０ｃの外部に露出する部分全体が接合部８１７となっていてもよい。あるいは、接合部８１７は、突出部８４２の少なくとも一部に広がって形成されていてもよい。

Ｅ．変形例：
・変形例１：
上記各実施形態では、溶融部８１６は、シースチューブ８１０，８１０ｂ、８１０ｃのみが溶融することにより形成されており、発熱コイルの構成材料を実質的に含まないが、異なる構成としてもよい。例えば、溶融部８１６における発熱コイルの表面近傍領域（コイル先端部との境界を含む領域）に、発熱コイルの構成材料を含む混合層が形成されていてもよい。すなわち、溶融部８１６は、シースチューブにおける溶融部８１６以外の部位と同じ構成材料を含んでいれば、さらに発熱コイルの構成材料を含んでいても良い。この場合においても、コイル先端部の横断面において、少なくとも上記境界からの距離が、コイル先端部を構成する線材の直径の４分の１の長さまでの範囲において、発熱コイルの主成分の結晶粒界に添加元素が存在すればよい。

・変形例２：
上記各実施形態では、シースヒータ８００，８００ａ〜８００ｃは、発熱コイル８２０，８２０ａおよび制御コイル８３０を備えることとしたが、異なる構成としてもよい。例えば、発熱コイルの後端部が中軸先端部２１０に接続された、単一のコイルを備える構成としてもよい。あるいは、直列に接続された３個以上のコイルを備えることとしてもよい。この場合においても、最も先端部に配置されてシースチューブに溶接される発熱コイルにおいて、少なくともコイル先端部の表層部８２５の結晶粒界に添加元素が存在すればよい。

・変形例３：
上記した第３および第４実施形態では、伸長部８１１と蓋部８１２ｂ，８１２ｃとは、接合部８１７を介して溶接により接合しているが、異なる構成としてもよい。例えば、加締め等の方法により、両者を接合してもよい。

サンプルとして、発熱コイル８２０に添加する添加元素の種類、および発熱コイル８２０における添加元素の含有量が異なる種々のグロープラグを作製し、結晶粒界における析出物の有無、およびグロープラグの耐久性を評価した結果を、以下に説明する。

図９および図１０は、各サンプルにおける上記添加元素の種類および添加元素の含有量と、評価結果とをまとめて示す説明図である。各サンプルを製造する際には、まず、線径が０．２ｍｍのタングステン（Ｗ）製の線材であって、タングステンの他に種々の添加元素を種々の含有量にて含有する線材によって形成される発熱コイル８２０を用意して、シースヒータ８００を作製し、グロープラグ１０を組み立てた。このとき、発熱コイル８２０の組成が異なる各々のサンプルについて、同一の製造条件で複数の発熱コイル８２０を作製し、グロープラグ１０を組み立てた。そして、各々のサンプルについて、同一条件で作製した発熱コイル８２０の一部については、グロープラグ１０を組み立てた後に、発熱コイル８２０に含まれる添加元素の含有量を調べた。また、各々のサンプルにおいて、同一条件で作製した発熱コイル８２０の他の一部については、グロープラグ１０を組み立てた後に、少なくとも発熱コイルのコイル先端部の表層部において、結晶粒界に添加元素が存在するか否かを調べた。また、各々のサンプルについて、同一条件で作製した発熱コイル８２０のさらに他の一部については、グロープラグ１０を組み立てた後に、グロープラグ１０を通電耐久試験に供した。

なお、図９および図１０に示すサンプル１〜２９のうち、図９に示すサンプル１〜２３は、添加元素として１種類の元素のみを含有する。これに対して、図１０に示すサンプル２４〜２９は、カリウム（Ｋ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、ランタン（Ｌａ）、トリウム（Ｔｈ）、およびセリウム（Ｃｅ）から選択される複数の元素を、添加元素として含有する。具体的には、サンプル２４〜２９の各々では、２種の添加元素を等量ずつ加えて発熱コイル８２０を作製した。

作製したシースヒータおよびグロープラグの態様は、第１実施形態（図２等）と同じであり、発熱コイル８２０の先端部を直接シースチューブに溶接した。各サンプルの発熱コイル８２０における添加元素の種類および添加元素の含有量は、図９および図１０に示すとおりであり、他の条件（各部材の形状や、発熱コイル以外の部材の構成材料）は、全てのサンプルで同じである。

＜添加元素の含有量の測定＞
各サンプルのグロープラグ１０を分解してシースヒータから発熱コイル８２０を取り出し、絶縁体８７０を機械的に除去した後に、ＩＣＰ発光分光分析法（高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法）により、発熱コイル８２０における添加元素の含有量を測定した。なお、このようにして測定した添加元素の含有量は、発熱コイル８２０を製造する際に原料（タングステン）に加えた添加元素の量とほぼ一致した。

＜結晶粒界における添加元素の確認＞
各サンプルの発熱コイル８２０の表層部８２５において、発熱コイル８２０を構成する主成分（タングステン）の結晶粒界に添加元素が存在するか否かを判断するために、コイル先端部８２２の横断面に対して鏡面研磨を施した後にサーマルエッチングを施し、得られた表面を走査透過型電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope、ＳＴＥＭ）で観察して、結晶粒界に析出物が存在するか否かを確認した。そして、観察された析出物が、添加元素によって構成されることは、ＳＴＥＭで得られた画像における上記結晶粒界上について、添加元素の濃度をエネルギ分散形Ｘ線分光器（Energy Dispersive X-ray Spectrometer、ＥＤＳ）で測定することにより、確認した。ＳＴＥＭにより観察する際の倍率は、５０００倍とした。図９では、上記主成分の結晶粒界における添加元素の存在が確認できた場合には、「析出物」の欄に「有り」と記載している。また、上記主成分の結晶粒界における添加元素の存在が確認できなかった場合には、「析出物」の欄に「無し」と記載している。なお、上記主成分の結晶粒界における添加元素の存在が確認できたサンプルについては、上記ＥＤＳの結果より、結晶粒界に存在する添加元素の少なくとも一部が酸化物として存在することを確認した。

＜通電耐久試験の条件＞
各サンプルのグロープラグ１０を用いて通電試験を行ない、耐久性を評価した。具体的には、次の手順１〜３を１サイクルとする処理を各サンプルに対して繰り返し実施して、各サンプルの発熱コイル８２０が断線するサイクル数（断線サイクル数）を確認した。
（手順１）シースヒータにおいて、シースヒータの外側表面における最先端部から軸線方向ＯＤに沿って２ｍｍの位置が１２００℃になるように、各サンプルのグロープラグに通電。
（手順２）シースヒータにおける上記位置の温度が１２００℃になった後、グロープラグ１０に対する通電を継続することによって、シースヒータにおける上記位置の温度が１２００℃となる状態を１０分間維持。
（手順３）シースヒータにおける上記位置の温度が１２００℃となる状態を１０分間維持した後、グロープラグに対する通電を遮断し、送風（風速１０ｍｍ／ｓの空気）によってシースヒータを２分間冷却。

＜断線箇所の判定＞
各サンプルのグロープラグにおいて、上記した通電耐久試験により発熱コイル８２０が断線した後には、その断線箇所を確認した。断線箇所の確認は、Ｘ線ＣＴ装置を用いて行なった。具体的には、１０００倍に拡大したＸ線ＣＴ像において、発熱コイル８２０における断線箇所を特定した。断線箇所は、発熱コイル８２０において表面にシースチューブ８１０の成分が存在する領域の最後端の位置を基準として測定した。発熱コイル８２０の表面にシースチューブ８１０の成分が存在する領域の最後端の位置（以後、「チューブ成分最後端箇所」とも呼ぶ）とは、発熱コイル８２０の表面において溶融部８１６と接触する領域のうち、軸線方向ＯＤに対して最も後端側の位置をいう。

図９では、断線箇所が、チューブ成分最後端箇所から軸線方向ＯＤの後端側１０ｍｍ以内の位置であれば、「断線部先端」の欄に「×」と記載している。また、断線箇所が、チューブ成分最後端箇所から軸線方向ＯＤの後端側１０ｍｍを超える位置であれば、「断線部先端」の欄に「○」と記載している。断線箇所が、チューブ成分最後端箇所から軸線方向ＯＤ後端側１０ｍｍ以内である場合（「断線部先端」の評価が「×」の場合）には、発熱コイル８２０の断線の原因が、シースチューブ８１０の構成金属が発熱コイル８２０内に拡散して発熱コイル８２０の融点が部分的に低下したことが原因と考えられる。断線箇所が、チューブ成分最後端箇所から軸線方向ＯＤ後端側１０ｍｍを超える場合（「断線部先端」の評価が「○」の場合）には、発熱コイル８２０の断線の原因は、シースチューブ８１０の構成金属が発熱コイル８２０内に拡散して発熱コイル８２０の融点が部分的に低下したことが原因ではないと考えられる。

＜シースチューブ貫通の有無＞
各サンプルについて、上記したＸ線ＣＴ装置を用いた観察の際に、さらに、シースチューブ８１０の側面部８１４において貫通孔が生じているか否かを確認した。図９では、シースチューブ８１０の側面部８１４に貫通孔が生じていれば、「チューブ貫通」の欄に「＋」と記載しており、貫通孔が生じていなければ「−」と記載している。

グロープラグ１０において繰り返し通電を行なうと、次第にシースチューブ８１０において酸化が進行し、やがて貫通孔が生じ得る。シースチューブ８１０に貫通孔が生じると、この貫通孔を介してシースヒータ内に酸素が流入する。シースヒータ内に酸素が流入すると、発熱コイル８２０を構成するタングステン（Ｗ）が酸化されて、発熱コイル８２０の融点が部分的に低下する。そのため、シースチューブ８１０に貫通孔が生じている場合には、発熱コイル８２０の断線の原因は、上記貫通孔から流入した酸素によるタングステンの酸化であると考えられる。

図９に示すように、添加元素の含有量が５ｐｐｍ未満、具体的には２ｐｐｍおよび４ｐｐｍであるサンプル１および２では、発熱コイル８２０の表層部８２５におけるタングステンの結晶粒界において、添加元素の存在が確認できなかった。このようなサンプル１および２では、発熱コイル８２０の断線箇所は、チューブ成分最後端箇所から軸線方向ＯＤの後端側１０ｍｍ以内の位置であった。したがって、サンプル１および２は、発熱コイル８２０の表層部８２５におけるタングステンの結晶粒界において、添加元素の存在が確認できないため、シースチューブ８１０の構成金属が発熱コイル８２０内に拡散することを抑制できず、チューブ成分最後端箇所に近い箇所で発熱コイル８２０の断線が生じたと考えられる。また、サンプル１および２は、いずれも、断線サイクルは１万サイクル未満であった。以上の結果より、図９では、サンプル１および２について、「判定」を「×」とした。

図９に示すように、添加元素の含有量が５ｐｐｍ以上、２００ｐｐｍ以下であるサンプル３〜２０では、発熱コイル８２０の表層部８２５におけるタングステンの結晶粒界において、添加元素の存在が確認できた。また、サンプル３〜２０では、発熱コイル８２０の断線箇所は、チューブ成分最後端箇所から軸線方向ＯＤの後端側１０ｍｍを超える位置であった。そして、サンプル３〜２０では、シースチューブ８１０において貫通孔が認められた。したがって、サンプル３〜２０における発熱コイル８２０の断線の原因は、シースチューブ８１０の構成金属の発熱コイル８２０への拡散ではなく、上記貫通孔から流入した酸素による発熱コイル８２０（タングステン）の酸化であると考えられる。また、サンプル３〜２０は、いずれも、断線サイクルは１万サイクルを超えていた。以上の結果より、図９では、サンプル３〜２０について、「判定」を「◎」とした。

図９に示すように、添加元素の含有量が２００ｐｐｍを超えるサンプル２１〜２３では、発熱コイル８２０の表層部８２５におけるタングステンの結晶粒界において、添加元素の存在が確認できた。また、サンプル２１〜２３では、発熱コイル８２０の断線箇所は、チューブ成分最後端箇所から軸線方向ＯＤの後端側１０ｍｍを超える位置であった。そして、サンプル２１〜２３では、シースチューブ８１０において貫通孔が認められなかった。

上記のように、断線位置が、チューブ成分最後端箇所から軸線方向ＯＤの後端側１０ｍｍを超える位置であることから、サンプル２１〜２３における発熱コイル８２０の断線の原因は、シースチューブ８１０の構成金属の発熱コイル８２０への拡散ではないと考えられる。そして、シースチューブ８１０において貫通孔が認められなかったことから、サンプル２１〜２３における発熱コイル８２０の断線の原因は、上記貫通孔から流入した酸素による発熱コイル８２０の酸化ではないと考えられる。ただし、サンプル２１〜２３においては、発熱コイル８２０における添加元素の含有量が多いことにより、添加元素と絶縁体８７０（ＭｇＯ）とが反応して過度に密着性してしまい、このとき発熱コイル８２０と絶縁体８７０との間の熱膨張係数差に起因して発生した応力により、発熱コイル８２０が断線したと考えられる。

上記のように、サンプル２１〜２３では、シースチューブ８１０の構成金属の拡散に起因する断線を抑えるという本願発明の効果を得ることはできた。ただし、添加金属が、絶縁体８７０の構成材料として選択したＭｇＯと反応することにより、添加元素の含有量が２００ｐｐｍ以下の場合に比べて断線サイクルが短縮する傾向が見られた（具体的には、断線サイクルは１万サイクルを下回った）。以上の結果より、図９では、サンプル２１〜２３について、「判定」を「○」とした。

図１０に示すように、２種の添加元素を組み合わせて含有するサンプルのうち、添加元素の含有量の合計が５ｐｐｍ以上、２００ｐｐｍ以下であるサンプル２４〜２８では、発熱コイル８２０の表層部８２５におけるタングステンの結晶粒界において、添加元素の存在が確認できた。また、発熱コイル８２０の断線箇所は、チューブ成分最後端箇所から軸線方向ＯＤの後端側１０ｍｍを超える位置であった。そして、シースチューブ８１０において貫通孔が認められた。したがって、サンプル２４〜２８における発熱コイル８２０の断線の原因は、サンプル３〜２０と同様に、シースチューブ８１０の構成金属の発熱コイル８２０への拡散ではなく、上記貫通孔から流入した酸素による発熱コイル８２０（タングステン）の酸化であると考えられる。これらサンプル２４〜２８は、いずれも、断線サイクルは１万サイクルを超えていた。以上の結果より、図１０では、サンプル２４〜２８について、「判定」を「◎」とした。

図１０に示すように、２種の添加元素を組み合わせて含有するサンプルのうち、添加元素の含有量が２００ｐｐｍを超えるサンプル２９では、発熱コイル８２０の表層部８２５におけるタングステンの結晶粒界において、添加元素の存在が確認できた。また、発熱コイル８２０の断線箇所は、チューブ成分最後端箇所から軸線方向ＯＤの後端側１０ｍｍを超える位置であった。そして、シースチューブ８１０において貫通孔が認められなかった。したがって、サンプル２９における発熱コイル８２０の断線の原因は、サンプル２１〜２３と同様に、添加元素と絶縁体８７０（ＭｇＯ）とが反応して過度に密着性したことであると考えられる。このサンプル２９は、シースチューブ８１０の構成金属の拡散に起因する断線を抑えるという本願発明の効果を得ることはできたが、添加元素と絶縁体８７０（ＭｇＯ）とが反応することにより断線サイクルが１万サイクルを下回ったため、「判定」を「○」とした。

本発明は、上述の実施形態や実施例、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、実施例、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…中軸先端部
２９０…雄ねじ部
３００…リング
４１０…絶縁部材
４６０…Ｏリング
５００…主体金具
５１０…軸孔
５２０…工具係合部
５４０…雄ねじ部
６００…パッキン
８００，８００ａ，８００ｂ，８００ｃ…シースヒータ
８１０，８１０ｂ，８１０ｃ…シースチューブ
８１０ｐ…伸長部
８１１…伸長部
８１２ｂ，８１２ｃ…蓋部
８１３…シース管先端部
８１３ｐ…先端部
８１４…側面部
８１５…開口
８１６…溶融部
８１７…接合部
８１９…シース管後端部
８２０，８２０ａ…発熱コイル
８２２，８２２ａ…コイル先端部
８２３…螺旋部
８２５…表層部 ８２９…発熱コイル後端部
８３０…制御コイル
８３１…制御コイル先端部
８３９…制御コイル後端部
８４０…閉塞部
８４２…突出部
８７０…絶縁体

Claims (3)

1. 軸線方向に延びて先端が閉じられている筒状のシースチューブと、先端部が前記シースチューブの先端部に接合された状態で前記シースチューブ内に収納されている発熱コイルと、前記シースチューブ内において前記発熱コイルの周囲に充填されている絶縁体と、を備えるヒータを有するグロープラグであって、
   前記発熱コイルは、タングステン（Ｗ）とモリブデン（Ｍｏ）から選択される少なくともいずれか一方を主成分として含むと共に、カリウム（Ｋ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、ランタン（Ｌａ）、トリウム（Ｔｈ）、およびセリウム（Ｃｅ）から選択される少なくとも１種の元素である添加元素をさらに含み、
   前記シースチューブは、ニッケル（Ｎｉ）および鉄（Ｆｅ）から選択される少なくとも１種の金属を含有し、
   前記シースチューブの先端部には、前記発熱コイルの先端部の外表面に接する溶融部であって、少なくとも前記シースチューブにおける該溶融部以外の部位と同じ構成材料を含む溶融部が形成されており、
   前記発熱コイルの先端部において、該発熱コイルを構成する線材の横断面を見たときに、少なくとも前記発熱コイルの外表面から前記線材の直径の４分の１の長さまでの範囲である表層部において、前記主成分の結晶粒界に前記添加元素が存在し、
   前記発熱コイルにおける前記添加元素の含有量が、５ｐｐｍ以上２００ｐｐｍ以下であり、
   前記シースチューブは、軸線方向に延びる筒状の伸長部と、前記伸長部の先端部において前記伸長部に接合されて、前記シースチューブの先端部を閉塞する蓋部とを備え、
   前記蓋部は、前記シースチューブ内に突出する突出部を有し、
   前記発熱コイルは、該発熱コイルの先端部が前記突出部に巻き付いた状態で、前記突出部に接合されていることを特徴とする
   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、
   前記添加元素は、前記結晶粒界において、酸化物として存在することを特徴とする
   グロープラグ。
3. 軸線方向に延びて先端が閉じられている筒状のシースチューブと、先端部が前記シースチューブの先端部に接合された状態で前記シースチューブ内に収納されている発熱コイルと、前記シースチューブ内において前記発熱コイルの周囲に充填されている絶縁体と、を備えるヒータを有するグロープラグであって、
   前記発熱コイルは、タングステン（Ｗ）とモリブデン（Ｍｏ）から選択される少なくともいずれか一方を主成分として含むと共に、カリウム（Ｋ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、ランタン（Ｌａ）、トリウム（Ｔｈ）、およびセリウム（Ｃｅ）から選択される少なくとも１種の元素である添加元素をさらに含み、
   前記シースチューブは、ニッケル（Ｎｉ）および鉄（Ｆｅ）から選択される少なくとも１種の金属を含有し、
   前記シースチューブの先端部には、前記発熱コイルの先端部の外表面に接する溶融部であって、少なくとも前記シースチューブにおける該溶融部以外の部位と同じ構成材料を含む溶融部が形成されており、
   前記発熱コイルの先端部において、該発熱コイルを構成する線材の横断面を見たときに、少なくとも前記発熱コイルの外表面から前記線材の直径の４分の１の長さまでの範囲である表層部において、前記主成分の結晶粒界に前記添加元素が存在し、
   前記シースチューブは、軸線方向に延びる筒状の伸長部と、前記伸長部の先端部において前記伸長部に接合されて、前記シースチューブの先端部を閉塞する蓋部とを備え、
   前記蓋部は、前記シースチューブ内に突出する突出部を有し、
   前記発熱コイルは、該発熱コイルの先端部が前記突出部に巻き付いた状態で、前記突出部に接合されていることを特徴とする
   グロープラグ。

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