JP7045161B2

JP7045161B2 - グロープラグ

Info

Publication number: JP7045161B2
Application number: JP2017197337A
Authority: JP
Inventors: 誠江尻; 紘文岡田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2037-10-11
Also published as: JP2019070491A

Description

本発明はグロープラグに関し、特に発熱温度を高温化できるグロープラグに関するものである。

グロープラグは、圧縮着火方式によるディーゼルエンジン等の内燃機関の補助熱源として用いられる。グロープラグは、内燃機関の規制の厳格化に伴い、発熱温度の高温化が求められている。特許文献１には、Ｗを主成分とする耐熱性に優れる発熱コイルと、発熱コイルが内側に配置されると共に発熱コイルの先端が接続された金属製のチューブと、を備え、チューブ内に絶縁粉末が封入されたグロープラグが開示されている。このようなグロープラグは、製造工程において、絶縁粉末が封入されたチューブにスウェージング加工を施してチューブを絞り、絶縁粉末の充填のばらつきを少なくする。

特開２０１７－８３１５８号公報

しかし、上記従来の技術では、スウェージング加工のときに、Ｗを主成分とする硬い発熱コイルが、絶縁粉末の圧力で損傷を受けないようにするため、絞り比（加工前のチューブの側面の直径／加工後のチューブの側面の直径）をあまり大きくできない。そのため、スウェージングで絞られるチューブの側面と、ほとんど絞られないチューブの先端と、の境界付近に段差ができやすい。このような段差には応力集中が生じ易く、熱膨張収縮による疲労などによって境界付近に亀裂が生じる可能性がある。そして、チューブに生じた亀裂を起点に酸化消耗が局所的に進行し、チューブに貫通孔が形成されると、チューブ内に配置された発熱コイルの酸化が進行する。そうすると、発熱コイルの断面積が減少して抵抗値が上昇し、過熱によって発熱コイルが断線するおそれがある。従って、チューブの局所的な消耗を防ぐ技術が望まれている。

本発明は上記の要求に応えるためになされたものであり、チューブの局所的な消耗を防いで発熱コイルの耐久性を向上できるグロープラグを提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明のグロープラグは、軸線に沿って延び先端が閉じた金属製のチューブと、チューブの内側に配置され、Ｗを主成分とし、自身の先端がチューブに接続される発熱コイルと、チューブ内に封入された絶縁粉末と、を備えている。チューブは、筒状の母材部と、母材部の先端側に形成され発熱コイルの先端が埋め込まれて溶接により溶融されてなる溶融部と、を備え、チューブの外表面は、母材部と溶融部との境界が、凹みの深さが最大となるように境界へ近づくにつれて凹む。軸線を含む断面において、チューブの外表面と境界との交点を通る母材部の外表面の接線と、チューブの外表面と境界との交点を通る溶融部の外表面の接線と、のなす角は１４６°以上である。

請求項１記載のグロープラグによれば、チューブは、筒状の母材部の先端側に、発熱コイルの先端が埋め込まれて溶接により溶融されてなる溶融部が形成される。このようなグロープラグでは、チューブの外表面は、母材部と溶融部との境界が最大となるように、境界へ近づくにつれて凹むことになる。そこで、軸線を含む断面において、チューブの外表面と境界との交点を通る母材部の外表面の接線と、チューブの外表面と境界との交点を通る溶融部の外表面の接線と、のなす角を１４６°以上とすることで、母材部と溶融部との境界に生じる応力集中を緩和できる。その結果、母材部と溶融部との境界に亀裂を生じ難くできるので、チューブの局所的な酸化消耗を防ぐことができる。よって、発熱コイルの耐久性を向上できる。

請求項２記載のグロープラグによれば、チューブの外表面は、少なくとも母材部と溶融部との境界にシリコン酸化膜が形成されている。上記のとおり、母材部と溶融部との境界に生じる応力集中は緩和されるので、境界に形成された緻密で安定なシリコン酸化膜が破壊され難くできる。その結果、請求項１の効果に加え、シリコン酸化膜によって母材部と溶融部との境界の酸化消耗を抑制できる。

グロープラグの片側断面図である。一部を拡大したグロープラグの断面図である。チューブの先端付近の断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態におけるグロープラグ１０の軸線Ｏを境にした片側断面図であり、図２は一部を拡大したグロープラグ１０の断面図である。図１及び図２では、軸線Ｏに沿って延びる中軸２０及び発熱コイル６０等は側面図が示されている。図１及び図２では、紙面下側をグロープラグ１０の先端側、紙面上側をグロープラグ１０の後端側という。

図１に示すようにグロープラグ１０は中軸２０、主体金具３０、チューブ４０及び発熱コイル６０を備えている。これらの部材はグロープラグ１０の軸線Ｏに沿って組み付けられている。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（図示せず）の始動時などに用いられる補助熱源である。

中軸２０は円柱形状の金属製の導体であり、発熱コイル６０に電力を供給するための部材である。中軸２０は先端に発熱コイル６０が電気的に接続されている。中軸２０は、後端が主体金具３０から突出した状態で主体金具３０に挿入されている。

中軸２０は、本実施の形態では、後端に雄ねじからなる接続部２１が形成されている。中軸２０は、後端に、先端側から順に絶縁ゴム製のＯリング２２、合成樹脂製の筒状部材である絶縁体２３、金属製の筒状部材であるリング２４、金属製のナット２５が組み付けられている。接続部２１は、バッテリ等の電源から電力を供給するケーブルのコネクタ（図示せず）が接続される部位である。ナット２５は、接続されたコネクタ（図示せず）を固定するための部材である。

主体金具３０は炭素鋼等により形成される略円筒形状の部材である。主体金具３０は、軸線Ｏに沿って軸孔３１が貫通し、外周面にねじ部３２が形成されている。主体金具３０は、ねじ部３２より後端側に工具係合部３３が形成されている。軸孔３１は中軸２０が挿入される貫通孔である。軸孔３１の内径は中軸２０の外径より大きいので、中軸２０と軸孔３１との間に空隙が形成される。ねじ部３２は、内燃機関（図示せず）に嵌まり合う雄ねじである。工具係合部３３は、ねじ部３２を内燃機関のねじ穴（図示せず）に嵌めたり外したりするときに用いる工具（図示せず）が関わり合う形状（例えば六角形）をなす部位である。

主体金具３０は、軸孔３１の後端側において、Ｏリング２２及び絶縁体２３を介して中軸２０を保持する。絶縁体２３にリング２４が接した状態で中軸２０にリング２４が加締められることで、絶縁体２３は軸方向の位置が固定される。絶縁体２３によって主体金具３０の後端側とリング２４とが絶縁される。主体金具３０は、軸孔３１の先端側にチューブ４０が固定されている。

チューブ４０は先端４１が閉じた金属製の筒状体である。チューブ４０の後端側が主体金具３０の軸孔３１に圧入されることで、チューブ４０は主体金具３０に固定される。チューブ４０は、筒状の母材部４２と、母材部４２の先端側に形成された溶融部４６と、を備えている。母材部４２の材料は、例えばニッケル基合金、ステンレス鋼などの耐熱合金が挙げられる。

本実施形態では、母材部４２は、５０ｗｔ％以上のＮｉ、１８～３０ｗｔ％のＣｒ、１ｗｔ％以下のＡｌを含有するニッケル基合金で作られている。このニッケル基合金は、さらにＹ及びＺｒから選ばれる少なくとも１種の成分を含んでいる。Ｙ及びＺｒから選ばれる成分（合計量）の合金に対する含有量は０．０１～０．３ｗｔ％である。これにより、製造時の加工性を確保しつつ母材部４２の耐酸化性を向上できる。母材部４２は、さらにＳｉを含んでいる。Ｓｉの合金に対する含有量は０．２～１．５ｗｔ％である。これにより、母材部４２の外表面に安定な酸化皮膜が形成されるので、母材部４２の耐酸化性をさらに向上できる。

母材部４２は、先端側から順に、第１部４３、第２部４４及び第３部４５が連接されている。第１部４３及び第３部４５は、それぞれ先端から後端に亘って外径が同一に設定されている。第１部４３の外径は第３部４５の外径よりも小さい。第２部４４は、第１部４３と第３部４５とを連絡する部分であり、外周面がテーパ状に形成されている。

チューブ４０の第３部４５に中軸２０の先端側が挿入されている。第３部４５の内径は中軸２０の外径より大きいので、中軸２０と第３部４５との間に空隙が形成される。シール材２６は、中軸２０の先端側と第３部４５との間に挟まれた円筒形状の絶縁部材である。シール材２６は中軸２０とチューブ４０との間隔を維持し、中軸２０とチューブ４０との間を密閉する。発熱コイル６０は軸線Ｏに沿ってチューブ４０に収容されている。絶縁粉末７０はチューブ４０内に封入されている。

図２に示すようにチューブ４０は、母材部４２の先端側が溶融部４６によって閉鎖されている。溶融部４６は、母材部４２の先端側に溶接を施した際に、溶接中に溶融して凝固した部分である。発熱コイル６０の先端６１は、溶融部４６が凝固するときに、溶融部４６に埋め込まれる。チューブ４０の外表面４８は、母材部４２と溶融部４６との境界４７に近づくにつれて凹む。チューブ４０の外表面４８の凹み４７ａ（図３参照）の深さは、境界４７が最大となる。母材部４２にＳｉが含まれているので、チューブ４０の外表面４８は、母材部４２、溶融部４６及び境界４７にシリコン酸化膜４９が形成される。

なお、チューブ４０の母材部４２と溶融部４６との境界４７は、母材部４２の金属組織と溶融部４６の金属組織との違いによって表出するものである。具体的には、溶融部４６には、柱状晶（デンドライト）の金属組織が含まれている一方、母材部４２には、溶融部４６の金属組織とは異なる、例えば繊維状組織、鍛造組織等が含まれている。なお、柱状晶、繊維状組織、鍛造組織であるか否かの判断は、切断面をしゅう酸溶液中で電解エッチングする（ＪＩＳＧ０５７１：２００３）等の処理をした後、エッチング面を観察する公知の金属組織観察により行うことができる。

発熱コイル６０は、Ｗを主成分とする線材によって形成されている。Ｗを主成分とは、発熱コイル６０を形成する線材の質量に対するＷの含有量が５０ｗｔ％以上であることをいう。本実施の形態では、発熱コイル６０は、後端側に比べて先端側の発熱量を増やすため、先端側のピッチが後端側のピッチに比べて小さくされる。発熱コイル６０は、先端６１が溶融部４６に埋め込まれてチューブ４０に接続され、後端が溶接によって後端コイル６２に接続されている。発熱コイル６０と後端コイル６２との間に、溶接で溶けて溶接金属が固まった接合部６３が形成されている。

後端コイル６２は接合部６３を介して発熱コイル６０と直列に接続される部材である。後端コイル６２は、発熱コイル６０の抵抗比Ｒ１より小さい抵抗比Ｒ２をもつ導電材料で形成されている。発熱コイル６０及び後端コイル６２は、後端コイル６２の２０℃における抵抗値Ｒ_２が、発熱コイル６０の２０℃における抵抗値Ｒ_１よりも大きい値に設定されている。発熱コイル６０の抵抗比Ｒ１とは、発熱コイル６０の２０℃での抵抗値に対する１０００℃での抵抗値の比であり、後端コイル６２の抵抗比Ｒ２とは、後端コイル６２の２０℃での抵抗値に対する１０００℃での抵抗値の比である。

後端コイル６２の材料としては、例えばＦｅＣｒＡｌ合金、ＮｉＣｒ合金などが挙げられる。後端コイル６２は軸線Ｏに沿ってチューブ４０（第１部４３から第３部４５）に収容されており、後端が溶接により中軸２０の先端に接合されている。中軸２０は後端コイル６２及び発熱コイル６０を介してチューブ４０と電気的に接続されている。

絶縁粉末７０は電気絶縁性を有し、且つ、高温下で熱伝導性を有する粉末である。絶縁粉末７０は、発熱コイル６０及び後端コイル６２とチューブ４０との間、中軸２０とチューブ４０との間、発熱コイル６０及び後端コイル６２の内側に充填される。絶縁粉末７０は、発熱コイル６０からチューブ４０へ熱を移動させる機能、発熱コイル６０及び後端コイル６２とチューブ４０との短絡を防ぐ機能、発熱コイル６０及び後端コイル６２を振動し難くして断線を防ぐ機能がある。絶縁粉末７０としては、例えばＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３等の酸化物粉末が挙げられる。ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３等の酸化物粉末に加え、ＣａＯ，ＺｒＯ_２及びＳｉＯ_２，Ｓｉ等の粉末を添加できる。

グロープラグ１０は、例えば、次のようにして製造される。まず、所定の組成を有する抵抗発熱線をコイル状に加工し、発熱コイル６０及び後端コイル６２をそれぞれ製造する。次に、発熱コイル６０と後端コイル６２との端部同士を溶接して接合部６３を設け、後端コイル６２を中軸２０の先端に接合する。一方、所定の組成を有する金属鋼管（素管）をチューブ４０の最終寸法よりも大径に形成し、かつ、その先端を他の部分よりも減径させて、先端が開口した先窄まり状のチューブ前駆体を製造する。

次いで、チューブ前駆体の内部に中軸２０と一体となった発熱コイル６０及び後端コイル６２を挿入し、チューブ前駆体の先窄まり状の開口部の内側に発熱コイル６０の先端を配置する。チューブ前駆体の開口部を溶融し、チューブ前駆体の先端部分を閉鎖する溶融部４６を形成しつつ、発熱コイル６０の先端６１を溶融部４６に埋め込む。これにより、チューブ４０（素管）の内部に発熱コイル６０及び後端コイル６２が収容されたヒータ前駆体を形成する。

次に、ヒータ前駆体のチューブ４０内に絶縁粉末７０を充填した後、チューブ４０の後端の開口部と中軸２０との間にシール材２６を挿入して、チューブ４０を封止する。次いで、チューブ４０が所定の外径になるまでチューブ４０にスウェージング加工を施す。チューブ４０（素管）にスウェージング加工を施してチューブ４０を絞ることにより、絶縁粉末７０の充填密度を上げつつ充填のばらつきを少なくできる。これにより、絶縁粉末７０を介して発熱コイル６０からチューブ４０への熱伝導性を向上できる。

次に、スウェージング加工後のチューブ４０を主体金具３０の軸孔３１に圧入固定し、中軸２０の後端から主体金具３０と中軸２０との間にＯリング２２及び絶縁体２３を嵌め込む。リング２４で中軸２０を加締めてグロープラグ１０を得る。

グロープラグ１０は、接続部２１と主体金具３０との間に電圧Ｖが印加されると、発熱コイル６０の抵抗値Ｒ_１及び後端コイル６２の抵抗値Ｒ_２の和Ｒ_１＋Ｒ_２で電圧Ｖを除した電流Ｉが、発熱コイル６０及び後端コイル６２に流れる。単位時間当たりの発熱コイル６０の発熱量はＲ_１・Ｉ^２であり、単位時間当たりの後端コイル６２の発熱量はＲ_２・Ｉ^２である。

発熱コイル６０及び後端コイル６２は、後端コイル６２の２０℃における抵抗値Ｒ_２が、発熱コイル６０の２０℃における抵抗値Ｒ_１よりも大きい値に設定されているので、常温において発熱コイル６０に流れる電流Ｉ（突入電流）を確保し、発熱コイル６０を発熱させることができる。後端コイル６２は発熱コイル６０の抵抗比Ｒ１よりも小さい抵抗比Ｒ２をもつので、発熱コイル６０の発熱による温度上昇に伴い、発熱コイル６０の抵抗値Ｒ_１が後端コイル６２の抵抗値Ｒ_２よりも大きくなる。その結果、発熱コイル６０の単位時間当たりの発熱量Ｒ_１・Ｉ^２を、後端コイル６２の単位時間当たりの発熱量Ｒ_２・Ｉ^２より大きくできる。発熱コイル６０はＷを主成分とする高融点金属により形成されているので、発熱コイル６０の発熱温度を高温化できる。

図３はチューブ４０の先端４１付近の軸線Ｏを含む断面図である。上述のようにチューブ４０は、発熱コイル６０を収容し絶縁粉末７０が封入された状態で、スウェージング加工によって絞られる。その結果、スウェージング加工により母材部４２は径方向の外側から押圧され、母材部４２が縮径する。そうすると、絶縁粉末７０に囲まれた発熱コイル６０は径方向に圧縮されるので、発熱コイル６０のコイル平均径は縮小する。

しかし、発熱コイル６０の体積は一定なので、発熱コイル６０のコイル平均径が縮小する分だけ発熱コイル６０の線材の直径は拡大する。絞り比（加工前の母材部４２の直径／加工後の母材部４２の直径）が過大になって発熱コイル６０に加わる圧力が大きくなり過ぎると、Ｗを主成分とする発熱コイル６０は展延性が乏しいので、直径が拡大した線材が縮れて（損傷を受けて）破断し易くなる。スウェージング加工のときに発熱コイル６０が損傷を受けないようにするため、絞り比はあまり大きくできないので、母材部４２の直径よりも直径の小さい溶融部４６は縮径され難い。その結果、チューブ４０の外表面４８（図２参照）のうち母材部４２と溶融部４６との境界４７は塑性変形が与えられずに、凹み４７ａが形成される。

ここで、凹み４７ａには熱膨張収縮による応力集中が生じ易く、熱膨張収縮による疲労などによって境界４７付近に亀裂が生じる可能性がある。チューブ４０に生じた亀裂を起点に酸化消耗が局所的に進行し、チューブ４０に貫通孔が形成されると、発熱コイル６０の酸化が進行する。そうすると、発熱コイル６０の断面積が減少して抵抗値が上昇し、過熱によって発熱コイル６０が断線するおそれがある。

また、チューブ４０の表面に形成されたシリコン酸化膜４９（図２参照）は境界４７にも存在する。安定なシリコン酸化膜４９は、チューブ４０の酸化消耗を抑制する。しかし、熱膨張収縮による応力集中が凹み４７ａに生じると、境界４７を覆うシリコン酸化膜４９が破壊され易い。破壊されたシリコン酸化膜４９が剥がれると、剥がれた部分の酸化消耗が局所的に進行する。シリコン酸化膜４９の形成・剥離が繰り返され、酸化消耗が局所的に進行すると、最終的に貫通孔が形成され発熱コイル６０の断線に至る。

チューブ４０の局所的な酸化消耗を防ぎ、発熱コイル６０の耐久性を高めるため、グロープラグ１０は、軸線Ｏを含む断面（図３参照）において、チューブ４０の外表面４８（図２参照）と境界４７との交点５２を通る母材部４２の外表面５１の接線５４と、交点５２を通る溶融部４６の外表面５０の接線５３と、のなす角θが１４６°以上に設定されている。これにより、母材部４２と溶融部４６との境界４７に生じる応力集中を緩和し、境界４７に亀裂を生じ難くできる。よって、チューブ４０の局所的な酸化消耗を防ぎ、発熱コイル６０の耐久性を向上できる。

さらに、境界４７に形成された緻密で安定なシリコン酸化膜４９（図２参照）が破壊され難くできるので、シリコン酸化膜４９によって境界４７の酸化消耗を抑制できる。従って、シリコン酸化膜４９が外表面４８（図２参照）に形成されるチューブ４０をもつグロープラグ１０に好適である。

次に接線５３，５４の求め方について説明する。接線５３，５４を求めるには、初めに、軸線Ｏを含む平面でチューブ４０を切断した研磨面を顕微鏡で観察した画像、又は、Ｘ線非破壊検査装置（透視装置）によって軸線Ｏと垂直な方向に透視した画像を取得する。

次いで、画像解析ソフトを用いて、チューブ４０（溶融部４６）の先端４１に軸線Ｏが交わる点５５をとり、交点５２と点５５とを結ぶ線分５６を引く。次に、線分５６の中点５７を通り軸線Ｏに垂直な直線と溶融部４６の外表面５０との交点５８をとる。交点５２から交点５８まで外表面５０（曲線）を２１等分して２０個の点（以下「Ａ群」と称す）をとる。同様に、母材部４２の外表面５１の変曲点５９をとり、交点５２から変曲点５９まで外表面５１（曲線）を２１等分して２０個の点（以下「Ｂ群」と称す）をとる。

Ａ群およびＢ群の４０個の点、交点５２，５８及び変曲点５９を合わせた４３点のうち任意の点を原点として、全ての点を平面上の直交座標系にプロットする。次いで、Ａ群および交点５２，５８の多項式近似によって、外表面５０に近似する多項式の１変数関数ｆ（ｘ）を求める。関数ｆ（ｘ）を微分して導関数を求め、これに交点５２のＸ座標を代入して接線５３の傾きａを求める。交点５２の座標を接線５３が通ることを利用して切片ｂを求めると、交点５２を通る関数ｆ（ｘ）の接線５３の方程式ｙ＝ａｘ＋ｂが得られる。

同様に、Ｂ群、交点５２及び変曲点５９の多項式近似によって、外表面５１に近似する多項式の１変数関数ｇ（ｘ）を求める。関数ｇ（ｘ）を微分して導関数を求め、これに交点５２のＸ座標を代入して接線５４の傾きｃを求める。交点５２の座標を接線５４が通ることを利用して切片ｄを求めると、交点５２を通る関数ｇ（ｘ）の接線５４の方程式ｙ＝ｃｘ＋ｄが得られる。このようにして接線５３，５４が特定されるので、接線５３，５４のなす角θが求められる。

ここで、発熱コイル６０は先端側のピッチが後端側のピッチに比べて小さいので、発熱コイル６０の先端側の発熱量を発熱コイル６０の後端側の発熱量よりも大きくできる。従って、発熱コイル６０の先端側を囲む母材部４２の一部（境界４７付近）を急速に昇温できる。また、チューブ４０は第１部４３の外径が第３部４５の外径よりも小さいので、チューブ４０の全体が第３部４５の外径と同一径の場合に比べて、チューブ４０の先端４１付近（第１部４３及び溶融部４６）の熱容量を小さくできる。よって、急速昇温性を確保し易くできる。

一方、急速昇温性が確保されることにより、チューブ４０の熱膨張収縮による凹み４７ａへの応力集中が大きくなるが、接線５３，５４のなす角θが１４６°以上に設定されるので、凹み４７ａへの応力集中を緩和できる。よって、急速昇温性を確保しつつ、チューブ４０の局所的な酸化消耗を抑制できる。

さらに、第１部４３よりも外径の大きいチューブ４０の第３部４５が主体金具３０に圧入されるので、主体金具３０の内径を第１部４３の外径に応じて小さくしなくても良い。また、中軸２０の先端は第３部４５に挿入されるので、中軸２０の直径を第３部４５の内径に応じて小さくしなくても良い。即ち、中軸２０の外径や主体金具３０の内径を第１部４３の外径と無関係に設定できるので、中軸２０や主体金具３０の設計の自由度を確保できる。

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

＜サンプルの作成＞
Ｗ及び不可避不純物からなる線径Φ０．２０ｍｍの発熱コイル６０、及び、ＮｉＣｒ合金で作られた線径Φ０．３８ｍｍの後端コイル６２を準備した。溶接により後端コイル６２を発熱コイル６０に接合して、後端コイル６２及び発熱コイル６０が直列に接続されたコイルを作成した。コイルは、４端子法で測定した２０℃における抵抗値が０．３３Ωになるように線長を調整した。

このコイルをチューブ前駆体（図示せず）に溶接して溶融部４６を形成した後、スウェージング加工を施し、図１に示すグロープラグ１０と同様の構造を有するグロープラグを前述のとおりに製造した。コイルをチューブ前駆体に溶接する条件を変えて、スウェージング加工後の接線５３，５４のなす角θの異なるサンプル１～４におけるグロープラグを得た。なお、チューブ４０の母材部４２（チューブ前駆体）は、化学成分がＣｒ：２３ｗｔ％，Ｆｅ：１０ｗｔ％，Ａｌ：０．５ｗｔ％，Ｓｉ：０．２ｗｔ％，Ｙ：０．１ｗｔ％，Ｎｉ：Ｂａｌ．からなり、不可避不純物を含むニッケル基合金であった。

＜接線のなす角＞
サンプル１～４について、まず、Ｘ線非破壊検査装置（透視装置）を用いて接線５３，５４のなす角θ１～θ４を求め、次に、同じサンプルを使って耐久性を評価する試験を行った。各サンプルは、Ｘ線非破壊検査装置を用いて、軸線Ｏに垂直な任意の第１方向、及び、第１方向に垂直な第２方向から透視した。サンプルを第１方向から透視すると、凹み４７ａは軸線Ｏの両側の２か所に現出する。同様に、サンプルを第２方向から透視すると、凹み４７ａは軸線Ｏの両側の２か所に現出する。

第１方向から透視したときに現れる２か所の凹み４７ａの接線５３，５４のなす角（°）をθ１，θ２とし、第２方向から透視したときに現れる２か所の凹み４７ａの接線５３，５４のなす角（°）をθ３，θ４とした。即ち、１つのサンプルについて、軸線Ｏ回りに等間隔で離間する４か所の接線５３，５４のなす角θ１～θ４を測定した。なお、接線５３，５４は上述の方法に従って求めた。

＜耐久性の評価＞
各サンプルのチューブ４０の先端４１から軸線Ｏ方向に２ｍｍ離れたチューブ４０の外表面４８の位置にＰＲ熱電対を接合し、チューブ４０の温度を測定した。なお、ＰＲ熱電対の代わりに放射温度計を用いても良い。

電圧を印加してから２秒後のチューブ４０の温度（先端４１から軸線Ｏ方向に２ｍｍ離れた位置の温度）が１０００℃になるように、各サンプルの接続部２１と主体金具３０との間に直流電圧を印加した後、チューブ４０の温度が１１００℃で飽和するように定格電圧を印加した。定格電圧を１８０秒間印加した後、電圧印加を止め、チューブ４０の溶融部４６付近を１２０秒間空冷して、チューブ４０の温度を常温に戻した。試験は、これを１サイクルとして複数サイクルを繰り返した。

評価は、試験開始から５００時間（約６０００サイクル）より前に発熱コイル６０が断線して通電できなくなったものを「Ｂａｄ」、試験開始から５００時間経過しても発熱コイル６０が断線しなかったものを「Ｇｏｏｄ」とした。評価は表１に記した。

表１に示すように、接線５３，５４のなす角を測定した４か所のうち１か所が１４６°未満（θ１＝１４５°）であったサンプル１は、評価が「Ｂａｄ」であった。一方、測定した４か所の接線５３，５４のなす角が１４６°以上であったサンプル２～４は、評価が「Ｇｏｏｄ」であった。この実施例によれば、接線５３，５４のなす角が１４６°以上になるように、母材部４２と溶融部４６との境界４７に形成される凹み４７ａの形状を設定することにより、発熱コイル６０の耐久性を向上できることが明らかになった。

以上、実施の形態および実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、チューブ４０の形状は筒状である限り特に限定されず、軸線Ｏに直交する断面が円形状、楕円形状、多角形状等であってもよい。また、発熱コイル６０の線径や直径、チューブ４０の厚さや直径は、発熱コイル６０やチューブ４０の熱容量などを考慮して適宜設定できる。

実施の形態では、主体金具３０に圧入されるチューブ４０の第３部４５の外径が、チューブ４０の溶融部４６に隣接する第１部４３の外径よりも大きい場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。溶融部４６及び境界４７付近を除き、チューブ４０の全体を同一の外径にすることは当然可能である。

実施の形態では、Ｗを主成分とする発熱コイル６０に、ＦｅＣｒＡｌ合金、ＮｉＣｒ合金などで形成された後端コイル６２が接続される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。後端コイル６２の材質は、これに限られるものではなく適宜設定できる。また、後端コイル６２を省略して、Ｗを主成分とする発熱コイル６０だけをチューブ４０の内部に配置することは当然可能である。

１０グロープラグ
４０チューブ
４１チューブの先端
４２母材部
４６溶融部
４７境界
４８チューブの外表面
４９シリコン酸化膜
５０溶融部の外表面
５１母材部の外表面
５２交点
５３，５４接線
６０発熱コイル
６１発熱コイルの先端
７０絶縁粉末
Ｏ軸線
θ 接線のなす角

Claims

軸線に沿って延び先端が閉じた金属製のチューブと、
前記チューブの内側に配置され、Ｗを主成分とし、自身の先端が前記チューブに接続される発熱コイルと、
前記チューブ内に封入された絶縁粉末と、を備えるグロープラグであって、
前記チューブは、筒状の母材部と、前記母材部の先端側に形成され前記発熱コイルの前記先端が埋め込まれて溶接により溶融されてなる溶融部と、を備え、
前記チューブの外表面は、前記母材部と前記溶融部との境界が、凹みの深さが最大となるように前記境界へ近づくにつれて凹み、
前記軸線を含む断面において、前記外表面と前記境界との交点を通る前記母材部の外表面の接線と前記交点を通る前記溶融部の外表面の接線とのなす角は１４６°以上であるグロープラグ。
前記チューブの前記外表面は、少なくとも前記母材部と前記溶融部との前記境界にシリコン酸化膜が形成されている請求項１記載のグロープラグ。