JP7090570B2 - グロープラグ - Google Patents

Description

本発明はグロープラグに関し、特に発熱体の破損を抑制できるグロープラグに関するものである。

筒状体の先端を閉塞する溶融部にコイル状の発熱体を接合したグロープラグが知られている。このグロープラグは、発熱体の発熱により筒状体が加熱される（例えば特許文献１）。

特開２０１６－３８１７号公報

グロープラグでは耐久性の向上が求められており、グロープラグの耐久性の向上には、発熱体の溶融による短絡や断線など（以下「破損」と称す）の抑制が必要である。具体的には、グロープラグの発熱時に、発熱体の先端部位が過剰な温度になることを抑制することで、発熱体の破損を抑制できる。

しかし、特許文献１のようなグロープラグでは、発熱時に、発熱体の先端部位の熱エネルギーに加えて、発熱体の中間部位からの熱エネルギーの影響により、発熱体の先端部位が過剰な温度となり、発熱体に破損が生じるおそれがある。

本発明はこの要求に応えるためになされたものであり、発熱体の破損を抑制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、先端が溶融部にて閉塞された筒状体と、筒状体の内側に配置されたコイル状の発熱体と、を備えるものであり、発熱体は溶融部を介して筒状体と接合されており、グロープラグの軸線に沿うようにグロープラグを切断した軸線を含む切断面を見たときに、溶融部の外に配され、軸線を境にして一方側に配された発熱体の断面のうち最先端に位置する断面を第１発熱体断面とし、溶融部の外に配され、軸線を境にして他方側に配された発熱体の断面のうち最先端に位置する断面を第２発熱体断面とし、軸線を境にして一方側に配された発熱体の断面のうち第１発熱体断面の１つ後ろ側に位置する断面を第３発熱体断面とし、軸線を境にして他方側に配された発熱体の断面のうち第２発熱体断面の１つ後ろ側に位置する断面を第４発熱体断面とし、軸線を境にして一方側に配された発熱体の断面のうち第３発熱体断面の１つ後ろ側に位置する断面を第５発熱体断面とし、軸線を境にして他方側に配された発熱体の断面のうち第４発熱体断面の１つ後ろ側に位置する断面を第６発熱体断面とした場合に、第１発熱体断面の最後端と第３発熱体断面の最先端との間の軸線の方向における距離Ａは、第３発熱体断面の最後端と第５発熱体断面の最先端との間の軸線の方向における距離Ｂより大きく、第２発熱体断面の最後端と第４発熱体断面の最先端との間の軸線の方向における距離Ｃは、第４発熱体断面の最後端と第６発熱体断面の最先端との間の軸線の方向における距離Ｄより大きい。

請求項１記載のグロープラグによれば、発熱体の第３発熱体断面および第４発熱体断面を構成する部位を、発熱体の第１発熱体断面および第２発熱体断面を構成する部位から後端側へ遠ざけられる。これにより発熱時に、第１発熱体断面および第２発熱体断面を構成する部位が、第３発熱体断面および第４発熱体断面を構成する部位から受ける熱エネルギーを減らすことができ、その結果、第１発熱体断面および第２発熱体断面を構成する部位が過剰な温度となることを抑制できる。さらに、第３発熱体断面および第４発熱体断面を構成する部位が、第１発熱体断面および第２発熱体断面を構成する部位から遠ざかると、第１発熱体断面および第２発熱体断面を構成する部位が加熱しなければならない筒状体の面積が相対的に大きくなるので、第１発熱体断面および第２発熱体断面を構成する部位が過剰な温度となることをさらに抑制できる。よって、発熱体の第１発熱体断面および第２発熱体断面を構成する部位の破損を抑制できる。

請求項２記載のグロープラグによれば、軸線を含む切断面において、第１発熱体断面の軸線の方向の長さＥが第３発熱体断面の軸線の方向の長さＦよりも小さい、及び／又は、第２発熱体断面の軸線の方向の長さＧが第４発熱体断面の軸線の方向の長さＨよりも小さい。これにより、発熱体の軸線方向の全長を長くすることなく、距離Ａを距離Ｂより大きく、及び／又は、距離Ｃを距離Ｄより大きくすることができる。そのため、発熱体を筒状体のより先端側に配置できるので、請求項１の効果に加え、グロープラグの先端側での発熱を確保できる。

さらに、第１発熱体断面や第２発熱体断面を構成する部位の抵抗を、第３発熱体断面や第４発熱体断面を構成する部位の抵抗よりも大きくし易くできるので、第１発熱体断面や第２発熱体断面を構成する部位が発生する熱エネルギーを、第３発熱体断面や第４発熱体断面を構成する部位が発生する熱エネルギーよりも大きくし易くできる。その結果、筒状体の溶融部付近の昇温性能を確保できる。

請求項３記載のグロープラグによれば、軸線を含む切断面において、発熱体の軸線の方向の全長の半分の位置である中間位置よりも先端側の発熱体のピッチの平均値が、中間位置よりも後端側の発熱体のピッチの平均値よりも小さい。これにより発熱体の中間位置よりも先端側の部位の抵抗を、中間位置よりも後端側の部位の抵抗よりも大きくできる。その結果、発熱体の中間位置よりも先端側の部位が発生する熱エネルギーを、中間位置よりも後端側の部位が発生する熱エネルギーよりも大きくできる。その結果、請求項１又は２の効果に加え、グロープラグの先端側での発熱をより確保できる。

請求項４記載のグロープラグによれば、軸線を含む切断面において、第１発熱体断面を通り径方向に延びる直線が交わる筒状体の第１部位の平均厚さは、第３発熱体断面を通り径方向に延びる直線が交わる筒状体の第２部位の平均厚さよりも大きい。ここで、発熱体の発熱によって加熱される筒状体は、第２部位よりも先端側に位置する第１部位が、第２部位よりも高温になり易いので、第１部位が第２部位よりも酸化消耗し易い。従って、第１部位の平均厚さを第２部位の平均厚さよりも大きくすることにより、酸化消耗によって破損するまでの筒状体の寿命を長くできる。よって、請求項１から３のいずれかの効果に加え、筒状体の破損に起因する発熱体の劣化を抑制できる。

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。 グロープラグの軸線を含む断面図である。

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から図３を参照して本発明の一実施の形態におけるグロープラグ１０について説明する。図１はグロープラグ１０の軸線Ｏを境にした片側断面図である。図２は一部を拡大したグロープラグ１０の断面図であり、図３はグロープラグ１０の軸線Ｏを含む断面図である。図２では、発熱体５０は外形が図示されている。図２及び図３ではグロープラグ１０の後端側の図示が省略されている。図１から図３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、筒状体４０と、筒状体４０の内側に配置されたコイル状の発熱体５０と、を主に備えている。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。軸線Ｏは、筒状体４０の外周面に対する中心軸である。

発熱体５０に電力を供給する中軸２０は、円柱形状の金属製（例えばステンレス鋼）の導体である。中軸２０は軸線Ｏに沿って配置されている。中軸２０の先端部に発熱体５０が電気的に接続されている。中軸２０は、後端部が主体金具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、本実施形態では、後端部に雄ねじからなる接続部２１が形成されている。中軸２０は、後端部に、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よりも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の直径は中軸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の先端側に筒状体４０が固定されている。

筒状体４０は先端が閉じた金属製の部材である。筒状体４０は軸孔３１に圧入されることで主体金具３０に固定される。筒状体４０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。筒状体４０は中軸２０の先端側が挿入されている。シール材３４は、中軸２０と筒状体４０との間に挟まれた円筒形状の絶縁部材である。シール材３４は中軸２０と筒状体４０との間隔を維持し、中軸２０と筒状体４０との間を密閉する。発熱体５０は軸線Ｏに沿って筒状体４０に収容されている。絶縁粉末７０は筒状体４０に充填されている。

図２に示すように筒状体４０は、溶融部４２によって、筒状の母材４１の先端が塞がれている。溶融部４２の組織は母材４１の組織とは異なる。溶融部４２の組織には柱状晶が含まれている。母材４１の組織には、例えば繊維状組織や鍛造組織などが含まれている。母材４１や溶融部４２の組織は、切断面の電解エッチング処理などの公知の手段によって確認できる。本実施形態では、筒状体４０の外径は、溶融部４２を除き、軸線方向の全長に亘ってほぼ同一である。

発熱体５０の先端部は溶融部４２を介して筒状体４０と接合されている。発熱体５０は導体を螺旋状に巻いたコイルであり、軸線Ｏに沿って配置されている。発熱体５０の後端部は溶接部６０を介して後端コイル６１と接合されている。後端コイル６１は中軸２０に接合されている。発熱体５０の材質に制限はないが、例えばＦｅ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｗ及びＣｏ等の金属、並びにこれらの元素のいずれかを主成分とする合金が挙げられる。後端コイル６１の材質としては、例えば純Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金などが挙げられる。後端コイル６１を省略して、発熱体５０を中軸２０に直接接続することは当然可能である。

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には、発熱体５０から筒状体４０へ熱を移動させる機能、発熱体５０と筒状体４０との短絡を防ぐ機能、発熱体５０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。さらに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、発熱体５０及び後端コイル６１をそれぞれ製造する。溶接により溶接部６０を形成して発熱体５０と後端コイル６１とを接合し、次いで、後端コイル６１を中軸２０に接合する。

一方、所定の組成を有する金属鋼管（母材４１）を筒状体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筒状前駆体を製造する。筒状前駆体の内部に中軸２０と一体となった発熱体５０及び後端コイル６１を挿入し、筒状前駆体の先窄まり状の開口部に発熱体５０の先端部を配置する。筒状前駆体の開口部を溶融して発熱体５０の先端部が埋め込まれた溶融部４２を形成し、筒状前駆体の先端を閉塞する。これにより筒状体４０の溶融部４２に発熱体５０が接合されたヒータ前駆体が得られる。

次に、ヒータ前駆体の筒状体４０内に絶縁粉末７０を充填した後、筒状体４０の後端の開口部と中軸２０との間にシール材３４を挿入して、筒状体４０を封止する。次いで、筒状体４０が所定の外径になるまで筒状体４０にスウェージング加工を施す。スウェージング加工後の筒状体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。

図３に示すようにグロープラグ１０の軸線Ｏを含む切断面には、軸線Ｏを境にして一方側（図３左側）に配された発熱体５０の断面のうち溶融部４２の外の最先端に位置する第１発熱体断面５１、軸線Ｏを境にして他方側（図３右側）に配された発熱体５０の断面のうち溶融部４２の外の最先端に位置する第２発熱体断面５２、軸線Ｏを境にして一方側に配された発熱体５０の断面のうち第１発熱体断面５１の１つ後ろ側に位置する第３発熱体断面５３、軸線Ｏを境にして他方側に配された発熱体５０の断面のうち第２発熱体断面５２の１つ後ろ側に位置する第４発熱体断面５４、軸線Ｏを境にして一方側に配された発熱体５０の断面のうち第３発熱体断面５３の１つ後ろ側に位置する第５発熱体断面５５、及び、軸線Ｏを境にして他方側に配された発熱体５０の断面のうち第４発熱体断面５４の１つ後ろ側に位置する第６発熱体断面５６が現出する。

グロープラグ１０の切断面は、ＳＥＭ等の顕微鏡を用いて観察される。発熱体５０や筒状体４０の断面は、画像解析ソフトを用い、視野内の画像を２値化処理して特定できる。第１発熱体断面５１及び第２発熱体断面５２は、溶融部４２の外に断面の全体が現出する部位である。従って、溶融部４２に発熱体５０の断面の一部または全部が含まれる部位は、第１発熱体断面５１及び第２発熱体断面５２ではない。「溶融部４２に発熱体５０の断面の一部が含まれる」とは、発熱体５０の断面と溶融部４２の断面とが隣接していることを指す。

なお、グロープラグ１０を観察する切断面としては、溶融部４２に発熱体５０の断面の一部が含まれる切断面よりも、溶融部４２に発熱体５０の一部が含まれずに、発熱体５０の最先端として第１発熱体断面５１及び第２発熱体断面５２が現出している切断面が好ましい。さらに、グロープラグ１０を観察する切断面としては、発熱体５０と後端コイル６１との溶接部６０が現出しない切断面が好ましい。

第１発熱体断面５１、第２発熱体断面５２、第３発熱体断面５３、第４発熱体断面５４、第５発熱体断面５５、及び、第６発熱体断面５６は、軸線Ｏを境にして軸線Ｏの両側に現出する断面である。従って、軸線Ｏに交わる断面は、第１発熱体断面５１、第２発熱体断面５２、第３発熱体断面５３、第４発熱体断面５４、第５発熱体断面５５、及び、第６発熱体断面５６ではない。

本実施形態では、第１発熱体断面５１は第２発熱体断面５２よりも先端側に位置し、第２発熱体断面５２は第３発熱体断面５３よりも先端側に位置する。第３発熱体断面５３は第４発熱体断面５４よりも先端側に位置し、第４発熱体断面５４は第５発熱体断面５５よりも先端側に位置する。さらに、第５発熱体断面５５は第６発熱体断面５６よりも先端側に位置する。

第１発熱体断面５１の最後端と第３発熱体断面５３の最先端との間の軸線Ｏの方向における距離Ａは、第３発熱体断面５３の最後端と第５発熱体断面５５の最先端との間の軸線Ｏの方向における距離Ｂより大きい（Ａ＞Ｂ）。さらに、第２発熱体断面５２の最後端と第４発熱体断面５４の最先端との間の軸線Ｏの方向における距離Ｃは、第４発熱体断面５４の最後端と第６発熱体断面５６の最先端との間の軸線Ｏの方向における距離Ｄより大きい（Ｃ＞Ｄ）。先端側の巻線間の距離を調整した発熱体５０を用いてヒータ前駆体を製造することにより、このようなグロープラグ１０が得られる。

このようにすれば、第３発熱体断面５３及び第４発熱体断面５４を構成する導体を、第１発熱体断面５１及び第２発熱体断面５２を構成する導体から後端側へ遠ざけられる。これにより発熱時に、第１発熱体断面５１及び第２発熱体断面５２を構成する導体が、第３発熱体断面５３及び第４発熱体断面５４を構成する導体から受ける熱エネルギーを減らすことができる。よって、第１発熱体断面５１及び第２発熱体断面５２を構成する導体が過剰な温度となることを抑制できる。

さらに、第３発熱体断面５３及び第４発熱体断面５４を構成する導体が、第１発熱体断面５１及び第２発熱体断面５２を構成する導体から遠ざかると、第１発熱体断面５１及び第２発熱体断面５２を構成する導体が加熱しなければならない筒状体４０の面積が相対的に大きくなる。これにより、第１発熱体断面５１及び第２発熱体断面５２を構成する導体の熱移動が促進されるので、第１発熱体断面５１及び第２発熱体断面５２を構成する導体が過剰な温度となることを抑制できる。よって、発熱体５０の第１発熱体断面５１及び第２発熱体断面５２を構成する導体の溶融による破損（短絡や断線など）を抑制できる。

一方、発熱体５０の導体間の距離がＡ＞Ｂ且つＣ＞Ｄであると、第３発熱体断面５３及び第４発熱体断面５４を構成する導体が、第１発熱体断面５１及び第２発熱体断面５２を構成する導体から遠ざかるだけでなく、発熱体５０の軸線方向の全長が長くなるため、グロープラグ１０の先端側での発熱が低下するおそれがある。なお、発熱体５０の軸線方向の全長は、第１発熱体断面５１の中心と、切断面に現出する発熱体５０の複数の断面のうち最後端に位置する断面５８の中心と、の間の軸線方向の距離Ｌ１＋Ｌ２である。

そこで、第１発熱体断面５１の軸線Ｏの方向の長さＥを、第３発熱体断面５３の軸線Ｏの方向の長さＦよりも小さくする。これにより、発熱体５０の軸線方向の全長を長くすることなく、距離Ａを距離Ｂより大きくすることができる。

また、第２発熱体断面５２の軸線Ｏの方向の長さＧを、第４発熱体断面５４の軸線Ｏの方向の長さＨよりも小さくする。これにより、発熱体５０の軸線方向の全長を長くすることなく、距離Ｃを距離Ｄより大きくすることができる。

よって、第１発熱体断面５１及び第２発熱体断面５２を構成する導体の破損を抑制しつつ、筒状体４０のより先端側に発熱体５０を配置し、グロープラグ１０の先端側での発熱を確保できる。

さらに、第１発熱体断面５１や第２発熱体断面５２を構成する導体の抵抗を、第３発熱体断面５３や第４発熱体断面５４を構成する導体の抵抗よりも大きくし易くできるので、第１発熱体断面５１や第２発熱体断面５２を構成する導体が発生する熱エネルギーを、第３発熱体断面５３や第４発熱体断面５４を構成する導体が発生する熱エネルギーよりも大きくし易くできる。その結果、筒状体４０の溶融部４２付近の昇温性能を確保できる
なお、第１発熱体断面５１、第２発熱体断面５２、第３発熱体断面５３及び第４発熱体断面５４の軸線方向の長さは、発熱体５０の各断面に外接する角が９０°の四角形（長方形または正方形）を求めて算出する。発熱体５０の断面に外接する四角形の対向する２辺は軸線Ｏに平行な線分であり、その２辺に垂直に交わる２辺は軸線Ｏに垂直な線分である。各断面の軸線方向の長さは、各断面に外接する四角形のうち軸線Ｏに平行な線分の長さである。発熱体５０の断面の軸線方向の長さは、筒状体４０に施すスウェージング加工の圧力によって調整できる。これに限られるものではなく、断面の軸線方向の長さを部分的に予め異ならせた発熱体５０を用いても良い。

グロープラグ１０は、軸線Ｏを含む切断面において、発熱体５０の軸線方向の全長の半分の位置である中間位置５７よりも先端側の発熱体５０の断面のピッチＰ１の平均値が、中間位置５７よりも後端側の発熱体５０の断面のピッチＰ２の平均値よりも小さい。中間位置５７は、発熱体５０の軸線方向の全長の距離Ｌ１＋Ｌ２の半分の位置である。中間位置５７に発熱体５０の断面が存在する場合と存在しない場合があるが、どちらでも構わない。

発熱体５０の断面（第１発熱体断面５１や断面５８等）の中心は、断面の軸線方向の長さを求める場合と同様に、第１発熱体断面５１や断面５８に外接する角が９０°の四角形（長方形または正方形）を求めて算出する。第１発熱体断面５１や断面５８に外接する四角形の対向する２辺は軸線Ｏに平行な線分であり、その２辺に垂直に交わる２辺は軸線Ｏに垂直な線分である。その四角形の対角線の交点を、発熱体５０の断面の中心とする。

発熱体５０のピッチＰ１，Ｐ２は、発熱体５０の隣接する断面の中心間の軸線Ｏの方向の距離である。ピッチＰ１，Ｐ２は、軸線Ｏを境にして一方側（図３左側）に配された断面、及び、軸線Ｏを境にして他方側（図３右側）に配された断面についてそれぞれ求め、算術平均をとる。中間位置５７に発熱体５０の断面が存在する場合、その断面はピッチＰ１，Ｐ２の算出に使わない。なお、図３ではピッチＰ１，Ｐ２はそれぞれ１つのみが図示され、その他のピッチＰ１，Ｐ２の図示は省略されている。

中間位置５７よりも先端側の発熱体５０のピッチＰ１の平均値を、中間位置５７よりも後端側の発熱体５０のピッチＰ２の平均値よりも小さくすることにより、発熱体５０の中間位置５７よりも先端側の導体の抵抗を、中間位置５７よりも後端側の導体の抵抗よりも大きくできる。その結果、中間位置５７よりも先端側の導体が発生する熱エネルギーを、中間位置５７よりも後端側の導体が発生する熱エネルギーよりも大きくできるので、グロープラグ１０の先端側での発熱をより確保できる。

グロープラグ１０は、第１発熱体断面５１を通り径方向に延びる直線６２が交わる筒状体４０の第１部位４３の平均厚さが、第３発熱体断面５３を通り径方向に延びる直線６３が交わる筒状体４０の第２部位４４の平均厚さよりも大きい。直線６２，６３は軸線Ｏに垂直な直線である。本実施形態では、筒状体４０の母材４１の内径を先端側に向かうにつれて縮径させ、筒状体４０を肉厚にすることにより、第１部位４３及び第２部位４４が作られている。

第１部位４３の平均厚さは、少なくとも、第１発熱体断面５１の最先端を通る直線６２が交わる第１部位４３の厚さ、第１発熱体断面５１の最後端を通る直線６２が交わる第１部位４３の厚さ、及び、第１発熱体断面５１の中心を通る直線６２が交わる第１部位４３の厚さの３点の観測値の算術平均から求めることができる。観測値の数をさらに増やしても良い。

同様に第２部位４４の平均厚さは、少なくとも、第３発熱体断面５３の最先端を通る直線６３が交わる第２部位４４の厚さ、第３発熱体断面５３の最後端を通る直線６３が交わる第２部位４４の厚さ、及び、第３発熱体断面５３の中心を通る直線６３が交わる第２部位４４の厚さの３点の観測値の算術平均から求めることができる。観測値の数をさらに増やしても良い。

ここで、発熱体５０の発熱によって加熱される筒状体４０は、第２部位４４よりも先端側に位置する第１部位４３が、第２部位４４よりも高温になり易いので、第１部位４３が第２部位４４よりも酸化消耗し易い。従って、第１部位４３の平均厚さを第２部位４４の平均厚さよりも大きくすることにより、酸化消耗によって破損するまでの筒状体４０の寿命を長くできる。よって、筒状体４０の破損に起因する発熱体５０の劣化を抑制できる。

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。

（サンプルの製造）
Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金製のコイル状の発熱体（発熱コイル）をＮｉ基合金製の筒状体の内側に配置し、発熱体と筒状体とを接合し、発熱体と中軸とをＮｉ製の後端コイルで接続したグロープラグのサンプルを作成した。サンプルは、筒状体の外径が３．２ｍｍ、発熱体の外径（コイル径）が１．５ｍｍ、第１発熱体断面および第２発熱体断面の軸線方向の長さが０．３５ｍｍ、第３発熱体断面および第４発熱体断面の軸線方向の長さが０．４０ｍｍとなるように、発熱体を構成する導体の直径、スウェージング加工の条件などを設定した。

発熱体のピッチ、筒状体の肉厚などを異ならせて、発熱体の断面間の距離Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、発熱体のピッチ比（発熱体の先端側のピッチＰ１の平均値／後端側のピッチＰ２の平均値）、筒状体の厚さ比（筒状体の第２部位の平均厚さ／第２部位の平均厚さ）が異なる、表１に示す種々のサンプル１～６を得た。サンプル１～６は距離Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、発熱体のピッチ比、筒状体の厚さ比は異なるが、発熱体の巻き数、発熱体の展開長、発熱体の断面の軸線方向の長さ等のその他の要素は同一にした。

表１において、発熱体のピッチ比が１未満であるのは、発熱体の先端側のピッチＰ１が後端側のピッチＰ２より小さいことを示す。筒状体の厚さ比が１未満であるのは、第２部位が第１部位より薄いこと、即ち第１部位が第２部位より厚いことを示す。

なお、各サンプルの各種部位の寸法は、筒状体の温度測定および耐久試験（後述する）を行ったサンプルと同じ条件で製造した別のサンプルを、軸線を含む平面によって切断したときの切り口に現れる部位に基づいて測定した。

（筒状体の温度測定）
各サンプルの中軸と主体金具との間に１１Ｖの直流電圧を２秒間印加し、次いで中軸と主体金具との間に４．５Ｖの直流電圧を５８秒間印加した後の筒状体の表面の温度を放射温度計で測定した。温度を測定した位置は、筒状体の先端から後端側へ２ｍｍ離れた位置、筒状体の先端から後端側へ３ｍｍ離れた位置、筒状体の先端から後端側へ４ｍｍ離れた位置の３か所であった。３か所の温度と、３つの温度の最大値と最低値との差（範囲）と、を表１に記した。

（耐久性の評価）
筒状体の表面が最も高温になる位置（例えばサンプル１では筒状体の先端から後端側へ３ｍｍ離れた位置、サンプル２では筒状体の先端から後端側へ４ｍｍ離れた位置）が、電圧を印加してから２秒後に１０００℃になるように、各サンプルの中軸と主体金具との間に直流電圧を２秒間印加した後、その位置が１１００℃になるように中軸と主体金具との間に直流電圧を１８０秒間印加した。その後、通電を止め、その位置に常温（２５℃）の空気を１２０秒間当てて空冷するという操作を１サイクルとして通電－空冷を繰り返し、７０００サイクルを各サンプルに加える耐久試験を大気中で行った。筒状体の表面の温度は放射温度計によって測定した。

評価は、耐久試験の７０００サイクル経過時に異常（発熱体の断線）がなかったサンプルをＡ、５０００サイクル以上７０００サイクル未満で発熱体が断線したサンプルをＢ、３０００サイクル以上５０００サイクル未満で発熱体が断線したサンプルをＣ、３０００サイクル未満で発熱体が断線したサンプルをＤとした。結果は表１に記した。

表１に示すように、距離Ａ＞Ｂであり距離Ｃ＞Ｄであるサンプル１～４は、筒状体の先端から後端側へ３ｍｍ離れた位置か４ｍｍ離れた位置が最高温度に到達し、５０００サイクル未満では発熱体は断線しなかった。しかし、距離Ａ＜Ｂであり距離Ｃ＜Ｄであるサンプル５，６は、筒状体の先端から後端側へ２ｍｍ離れた位置が最高温度に到達し、５０００サイクル未満で発熱体が断線した。特にサンプル６に比べて距離Ａ及び距離Ｃが短いサンプル５は、３０００サイクル未満で発熱体が断線した。

サンプル５とサンプル６とを比較すると、サンプル５の方が２ｍｍの位置の温度が高く、さらに範囲が大きかった。サンプル５はサンプル６に比べて距離Ａ及び距離Ｃが短いので、発熱体を構成する導体が過剰な温度となり、サンプル６よりも早期に断線したと推察される。このことから、距離Ａ及び距離Ｃは発熱体の耐久性に大きな影響を与えることがわかる。従って、距離Ａ＞Ｂかつ距離Ｃ＞Ｄとすることにより、サンプル１～４は最高温度に到達した位置が筒状体の後端側へ移動し、その上、５０００サイクル未満で発熱体が断線しなかったものと推察される。

サンプル１，２は７０００サイクル経過時に異常（発熱体の断線）がなかったが、サンプル３は５０００サイクル以上７０００サイクル未満で発熱体が断線した。サンプル１，２は発熱体のピッチ比が１未満であるのに対し、サンプル３は発熱体のピッチ比が１以上であった。サンプル１，２とサンプル３とを比較すると、サンプル３の方が温度の最大値が大きく、さらに範囲が大きかった。サンプル３はサンプル１，２に比べて発熱体の後端側のピッチＰ２の平均値が先端側のピッチＰ１の平均値よりも大きいので、発熱体の発熱の中心が後端側にずれる。そのため、発熱体の先端側によって所定の温度に発熱する際に、より後端側で発熱し、その結果、サンプル１，２よりも早期に断線したと推察される。

サンプル４も５０００サイクル以上７０００サイクル未満で発熱体が断線した。サンプル１，２は筒状体の厚さ比が１未満であるのに対し、サンプル４は筒状体の厚さ比が１以上であった。サンプル４は筒状体の第１部位の厚さが第２部位の厚さ以下なので、第２部位よりも先端側に位置する第１部位の酸化消耗により、発熱体が露出し、発熱体を構成する導体の劣化が生じ、サンプル１，２よりも早期に断線したと推察される。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明はこの実施形態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、筒状体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、発熱体５０の直径（コイル径）や線径、筒状体４０の厚さや直径は、発熱体５０や筒状体４０の熱容量などを考慮して適宜設定できる。

実施形態では、第１発熱体断面５１の軸線方向の長さＥが第３発熱体断面５３の軸線方向の長さＦよりも小さく、且つ、第２発熱体断面５２の軸線方向の長さＧが第４発熱体断面５４の軸線方向の長さＨよりも小さ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。第１発熱体断面５１の軸線方向の長さＥを第３発熱体断面５３の軸線方向の長さＦより小さくし、第２発熱体断面５２の軸線方向の長さＧを第４発熱体断面５４の軸線方向の長さＨ以上にすることは当然可能である。

また、第１発熱体断面５１の軸線方向の長さＥを第３発熱体断面５３の軸線方向の長さＦ以上にし、第２発熱体断面５２の軸線方向の長さＧを第４発熱体断面５４の軸線方向の長さＨより小さくすることは当然可能である。

実施形態では、溶融部４１を除き、筒状体４０の全長に亘って筒状体４０の外径が同一であ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。例えば、後端側へ向かうにつれて外径が大きくなる部位を筒状体４０に設けることは当然可能である。

実施形態では、筒状体４０の溶融部４２付近に第１部位４３を設け、その後端側に第２部位４４を設けることで、筒状体４０の溶融部４２付近の肉厚を厚くす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。溶融部４１を除き、筒状体４０の全長に亘って肉厚を同一にすることは当然可能である。また、筒状体４０の溶融部４２付近の肉厚を厚くするだけでなく、筒状体４０の第２部位４４よりも後端側の部位の肉厚も厚くすることは当然可能である。

１０ グロープラグ
４０ 筒状体
４２ 溶融部
４３ 第１部位
４４ 第２部位
５０ 発熱体
５１ 第１発熱体断面
５２ 第２発熱体断面
５３ 第３発熱体断面
５４ 第４発熱体断面
５５ 第５発熱体断面
５６ 第６発熱体断面
５７ 中間位置
６２，６３ 直線
Ｏ 軸線

Claims (4)

1. 先端が溶融部にて閉塞された筒状体と、
   前記筒状体の内側に配置されたコイル状の発熱体と、を備えるグロープラグであって、
   前記発熱体は前記溶融部を介して前記筒状体と接合されており、
   前記グロープラグの軸線に沿うように前記グロープラグを切断した前記軸線を含む切断面を見たときに、
   前記溶融部の外に配され、前記軸線を境にして一方側に配された前記発熱体の断面のうち最先端に位置する断面を第１発熱体断面とし、
   前記溶融部の外に配され、前記軸線を境にして他方側に配された前記発熱体の断面のうち最先端に位置する断面を第２発熱体断面とし、
   前記軸線を境にして一方側に配された前記発熱体の断面のうち前記第１発熱体断面の１つ後ろ側に位置する断面を第３発熱体断面とし、
   前記軸線を境にして他方側に配された前記発熱体の断面のうち前記第２発熱体断面の１つ後ろ側に位置する断面を第４発熱体断面とし、
   前記軸線を境にして一方側に配された前記発熱体の断面のうち前記第３発熱体断面の１つ後ろ側に位置する断面を第５発熱体断面とし、
   前記軸線を境にして他方側に配された前記発熱体の断面のうち前記第４発熱体断面の１つ後ろ側に位置する断面を第６発熱体断面とした場合に、
   前記第１発熱体断面の最後端と前記第３発熱体断面の最先端との間の前記軸線の方向における距離Ａは、前記第３発熱体断面の最後端と前記第５発熱体断面の最先端との間の前記軸線の方向における距離Ｂより大きく、
   前記第２発熱体断面の最後端と前記第４発熱体断面の最先端との間の前記軸線の方向における距離Ｃは、前記第４発熱体断面の最後端と前記第６発熱体断面の最先端との間の前記軸線の方向における距離Ｄより大きいグロープラグ。
2. 前記切断面において、
   前記発熱体は、前記第１発熱体断面の前記軸線の方向の長さＥが前記第３発熱体断面の前記軸線の方向の長さＦよりも小さい、及び／又は、前記第２発熱体断面の前記軸線の方向の長さＧが前記第４発熱体断面の前記軸線の方向の長さＨよりも小さい請求項１記載のグロープラグ。
3. 前記切断面において、
   前記発熱体は、前記発熱体の前記軸線の方向の全長の半分の位置である中間位置よりも先端側の前記発熱体のピッチの平均値が、前記中間位置よりも後端側の前記発熱体のピッチの平均値よりも小さい請求項１又は２に記載のグロープラグ。
4. 前記切断面において、
   前記筒状体は、前記第１発熱体断面を通り径方向に延びる直線が交わる第１部位の平均厚さが、前記第３発熱体断面を通り前記径方向に延びる直線が交わる第２部位の平均厚さよりも大きい請求項１から３のいずれかに記載のグロープラグ。

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