JP2015078784A - グロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）から主に成る発熱体を備えるグロープラグの昇温特性を向上させる。【解決手段】グロープラグは、先端部が閉塞した筒状を成す筒状体と；筒状体の内側において先端部に接合され、通電によって発熱する第１の発熱体と；筒状体の内側において第１の発熱体と直列に接続され、通電によって発熱する第２の発熱体とを備える。第１の発熱体を構成する線材の２０℃における単位長さ当たりの電気抵抗は、第２の発熱体を構成する線材の２０℃における単位長さ当たりの電気抵抗よりも大きい。第２の発熱体は、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）から主に成る。【選択図】図２

Description

本発明は、グロープラグに関する。

グロープラグとしては、シースヒータを用いたシース型グロープラグが知られている。グロープラグのシースヒータは、先端部が閉塞した筒状体であるシースチューブと、シースチューブの内側に設けられた発熱体である発熱コイルとを備える。グロープラグの発熱コイルには、一般的に、鉄（Ｆｅ）とクロム（Ｃｒ）とアルミニウム（Ａｌ）とを含有するＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金が用いられる。近年、グロープラグの耐熱性を向上させるために、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金よりも高い融点を有する材料として、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）を発熱コイルに用いることが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

国際公開第２０１１／１６２０７４号

タングステン（Ｗ）およびモリブデン（Ｍｏ）における温度上昇に伴う電気抵抗の増加率は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金と比較して大きい。そのため、特許文献１のグロープラグでは、グロープラグごとに、発熱コイルの形状のばらつき（例えば、線径、ピッチ、および断面形状など）に起因して、発熱時における温度の分布にばらつきが発生しやすいという課題があった。発熱時における温度分布のばらつきは、グロープラグの発熱に関する特性（例えば、昇温特性および耐久性など）を劣化させる。

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、先端部が閉塞した筒状を成す筒状体と；前記筒状体の内側において前記先端部に接合され、通電によって発熱する第１の発熱体と；前記筒状体の内側において前記第１の発熱体と直列に接続され、通電によって発熱する第２の発熱体とを備えるグロープラグが提供される。このグロープラグにおいて、前記第１の発熱体を構成する線材の２０℃における単位長さ当たりの電気抵抗は、前記第２の発熱体を構成する線材の２０℃における単位長さ当たりの電気抵抗よりも大きく、前記第２の発熱体は、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）から主に成る。この形態によれば、通電によって第１の発熱体および第２の発熱体を発熱させる際、第２の発熱体における第１の発熱体寄りの部分を優先的に発熱させることができる。したがって、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）から主に成る第２の発熱体における発熱時の温度分布のばらつきを抑制できる。その結果、グロープラグの昇温特性を向上させることができる。

（２）上記形態のグロープラグにおいて、更に、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体との溶接によって形成された溶融部を備え、前記筒状体の中心軸に沿った前記筒状体の先端から前記溶融部までの距離は、０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であってもよい。この形態によれば、グロープラグの耐久性および昇温特性を向上させることができる。

（３）上記形態のグロープラグにおいて、前記第１の発熱体の２０℃における電気抵抗Ｒａに対する前記第１の発熱体の１０００℃における電気抵抗Ｒｂの比（Ｒｂ／Ｒａ）は、３．０以下であってもよい。この形態によれば、通電時に第１の発熱体が過剰に発熱することに起因する第１の発熱体の劣化を防止できる。その結果、グロープラグの耐久性を向上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、前記第１の発熱体は、クロム（Ｃｒ）を含有してもよい。この形態によれば、筒状体の先端部における耐酸化性を向上させることができる。その結果、グロープラグの耐久性を向上させることができる。

（５）上記形態のグロープラグにおいて、前記第１の発熱体は、鉄（Ｆｅ）から主に成るとともに、１０質量％以上３０質量％以下のクロム（Ｃｒ）を含有してもよい。この形態によれば、筒状体の先端部における耐酸化性を十分に確保できる。その結果、グロープラグの耐久性を十分に向上させることができる。

（６）上記形態のグロープラグにおいて、前記溶融部は、ニッケル（Ｎｉ）を含有しないことが好ましい。この形態によれば、溶融部の耐熱性を確保できる。その結果、グロープラグの耐久性を向上させることができる。

本発明は、グロープラグ以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、上述のグロープラグを備える内燃機関、上述の筒状体と発熱体とを備える発熱装置、上述のグロープラグを製造する製造方法などの形態で実現することができる。

グロープラグの構成を示す説明図である。 グロープラグにおけるシースヒータの詳細構成を示す説明図である。 変形例のシースヒータを示す説明図である。 グロープラグの製造方法を示す工程図である。 グロープラグの昇温特性を評価した結果を示す表である。 グロープラグの昇温特性を評価した結果を示す表である。 グロープラグの昇温特性を評価した結果を示す表である。 グロープラグの昇温特性を評価した結果を示す表である。 シースチューブの先端から溶融部までの距離がグロープラグの耐久性および昇温特性に与える影響を評価した結果を示す表である。 シースチューブの先端から溶融部までの距離がグロープラグの耐久性および昇温特性に与える影響を評価した結果を示す表である。 温度抵抗比がグロープラグの耐久性に与える影響を評価した結果を示す表である。 発熱コイルにおけるクロムの含有量がグロープラグの耐久性に与える影響を評価した結果を示す表である。

Ａ．実施形態
Ａ１．グロープラグの構成
図１は、グロープラグ１０の構成を示す説明図である。図１には、グロープラグ１０の中心軸ＳＣを境界として、紙面右側にグロープラグ１０の外観形状が図示され、紙面左側にグロープラグ１０の断面形状が図示されている。本実施形態の説明では、グロープラグ１０における図１の紙面下側を「先端側」といい、図１の紙面上側を「後端側」という。

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（図示しない）の始動時における点火を補助する熱源として機能する。グロープラグ１０は、中軸２００と、主体金具５００と、シースヒータ８００とを備える。本実施形態では、グロープラグ１０の中心軸ＳＣは、中軸２００、主体金具５００、およびシースヒータ８００の各部材における中心軸でもある。

グロープラグ１０の中軸２００は、主体金具５００の内側に設けられた導体である。本実施形態では、中軸２００は、中心軸ＳＣを中心とする円柱状を成す金属製の導体である。中軸２００は、シースヒータ８００へと電力を中継する。

中軸２００は、先端側に設けられた先端部２１０と、後端側に設けられた後端部２９０とを備える。中軸２００の先端部２１０は、主体金具５００の先端側に接合されたシースヒータ８００の内側に挿入されている。中軸２００の後端部２９０は、主体金具５００の後端側から突出する。本実施形態では、後端部２９０には、雄ネジが形成されており、後端部２９０には、絶縁樹脂製の環状部材であるＯリング１１０と、絶縁樹脂製の筒状部材である絶縁ブッシュ１２０と、金属製の筒状部材であるリング１３０と、金属製のナット１４０とが、順に組み付けられている。

グロープラグ１０の主体金具５００は、中心軸ＳＣを中心とする円筒状を成す金属製の導体である。本実施形態では、主体金具５００は、ニッケルめっきが施された低炭素鋼である。他の実施形態では、主体金具５００は、亜鉛めっきが施された低炭素鋼であっても良いし、めっきが施されていない低炭素鋼であっても良い。

主体金具５００は、軸孔５１０と、工具係合部５２０と、ネジ部５４０とを備える。主体金具５００の軸孔５１０は、中心軸ＳＣを中心とする貫通孔である。軸孔５１０の先端側には、シースヒータ８００が圧入によって接合されている。軸孔５１０の内径は、中軸２００の外形よりも大きい。軸孔５１０の内側には、中軸２００が保持されている。中軸２００と軸孔５１０との間には、空隙が形成されている。主体金具５００の工具係合部５２０は、グロープラグ１０の取り付けおよび取り外しに用いられる工具（図示しない）に係り合う外周形状（例えば、六角形）を有する部位である。主体金具５００のネジ部５４０は、内燃機関（図示しない）に対して嵌り合う雄ネジが外周に形成された部位である。

図２は、グロープラグ１０におけるシースヒータ８００の詳細構成を示す説明図である。シースヒータ８００は、熱を発生させる発熱装置である。シースヒータ８００は、シースチューブ８１０と、溶融部８２０と、発熱コイル８３０と、溶融部８４０と、発熱コイル８５０と、絶縁粉末８７０とを備える。本実施形態では、グロープラグ１０は、シースチューブ８１０の外側表面における位置ＭＬが通電開始から３秒以内に１１００℃に到達するように構成されている。本実施形態では、位置ＭＬは、シースチューブ８１０の先端Ａから中心軸ＳＣに沿って２ｍｍ（ミリメートル）離れた位置である。

シースヒータ８００のシースチューブ８１０は、先端側が閉塞した筒状を成す筒状体である。シースチューブ８１０は、先端側に位置する先端部８１１と、後端側に位置する後端部８１９とを備える。シースチューブ８１０の先端部８１１は、閉塞した端部である。先端部８１１の内側には、発熱コイル８３０が接続されている。シースチューブ８１０の後端部８１９は、開放した端部である。後端部８１９の内側には、中軸２００が挿入されている。中軸２００と後端部８１９との間は、絶縁樹脂製の筒状部材であるパッキン６００によって電気的に絶縁される。後端部８１９の外側は、主体金具５００における軸孔５１０の内側に接触する。

本実施形態では、シースチューブ８１０の外径は、３．５ｍｍである。本実施形態では、シースチューブ８１０の側面における肉厚は、０．５ｍｍである。本実施形態では、シースチューブ８１０の先端部８１１における肉厚は、約１．０ｍｍである。

本実施形態では、シースチューブ８１０は、ニッケル（Ｎｉ）から主に成り、Ｎｉは、シースチューブ８１０に占める割合が最も多い成分（好ましくは、５０質量％以上）である。具体的には、シースチューブ８１０の材料は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分として、２３質量％のクロム（Ｃｒ）と、１４質量％の鉄（Ｆｅ）と、１．４質量％のアルミニウム（Ａｌ）とを含有するニッケル基合金（インコネル６０１（「ＩＮＣＯＮＥＬ」は登録商標））である。

他の実施形態では、シースチューブ８１０は、鉄（Ｆｅ）から主に成るとともにニッケル（Ｎｉ）を含有してもよく、Ｆｅは、シースチューブ８１０に占める割合が最も多い成分（好ましくは、５０質量％以上）であってもよい。具体的には、シースチューブ８１０の材料は、鉄（Ｆｅ）を主成分として、２６質量％のクロム（Ｃｒ）と、２２質量％のニッケル（Ｎｉ）とを含有するステンレス鋼（ＳＵＳ３１０ｓ）であってもよい。

シースヒータ８００の溶融部８２０は、シースチューブ８１０と発熱コイル８３０との溶接によって形成された部位である。すなわち、溶融部８２０は、シースチューブ８１０と発熱コイル８３０との溶接時に溶融した後に凝固した部位である。溶融部８２０は、シースチューブ８１０と発熱コイル８３０との間を接続する。溶融部８２０は、シースチューブ８１０における先端部８１１の少なくとも一部を構成する。シースチューブ８１０の先端部８１１における耐酸化性を確保する観点から、溶融部８２０は、クロム（Ｃｒ）を含有することが好ましい。

シースヒータ８００の発熱コイル８３０は、シースチューブ８１０の内側において先端部８１１に接合され、通電によって発熱する第１の発熱体である。発熱コイル８３０の先端側は、溶融部８２０を介して、シースチューブ８１０の先端部８１１へと接続されている。発熱コイル８３０の後端側は、溶融部８４０を介して、発熱コイル８５０へと接続されている。

グロープラグ１０の発熱に関する特性を向上させる観点から、発熱コイル８３０を構成する線材の２０℃における単位長さ当たりの電気抵抗ｒ１＿２０は、発熱コイル８５０を構成する線材の２０℃における単位長さ当たりの電気抵抗ｒ２＿２０よりも大きいことが好ましい。電気抵抗ｒ１＿２０と電気抵抗ｒ２＿２０との関係の評価については後述する。

発熱コイル８３０の２０℃における電気抵抗Ｒａに対する発熱コイル８３０の１０００℃における電気抵抗Ｒｂの比である温度抵抗比（Ｒｂ／Ｒａ）は、０より大きければよい。グロープラグ１０の発熱に関する特性を向上させる観点から、温度抵抗比（Ｒｂ／Ｒａ）は、３．０以下であることが好ましい。発熱コイル８３０を容易に実現する観点から、温度抵抗比（Ｒｂ／Ｒａ）は、１．０以上が好ましい。温度抵抗比（Ｒｂ／Ｒａ）の評価については後述する。

本実施形態では、発熱コイル８３０は、鉄（Ｆｅ）から主に成り、Ｆｅは、発熱コイル８３０に占める割合が最も多い成分（好ましくは、６５質量％以上）である。発熱コイル８３０は、アルミニウム（Ａｌ）を含有してもよい。

溶融部８２０にクロム（Ｃｒ）を混入させてシースチューブ８１０の先端部８１１における耐酸化性を確保する観点から、発熱コイル８３０は、クロム（Ｃｒ）を含有することが好ましい。先端部８１１の耐酸化性と発熱コイル８３０の加工性とを両立させる観点から、発熱コイル８３０は、１０質量％以上３０質量％以下のクロム（Ｃｒ）を含有することが好ましい。

他の実施形態では、発熱コイル８３０は、ニッケル（Ｎｉ）から主に成ってもよい。しかしながら、溶融部８４０へのニッケル（Ｎｉ）の混入を防止して溶融部８４０の耐熱性を確保する観点から、発熱コイル８３０は、ニッケル（Ｎｉ）を実質的に含有しないことが好ましい。発熱コイル８３０の材質の評価については後述する。

シースヒータ８００の溶融部８４０は、発熱コイル８３０と発熱コイル８５０との溶接によって形成された部位である。すなわち、溶融部８４０は、発熱コイル８３０と発熱コイル８５０との溶接時に溶融した後に凝固した部位である。溶融部８４０は、発熱コイル８３０と発熱コイル８５０との間を接続する。溶融部８４０の耐熱性を確保する観点から、溶融部８４０は、ニッケル（Ｎｉ）を実質的に含有しないことが好ましい。

図２の距離Ｄｔｍは、中心軸ＳＣに沿ったシースチューブ８１０の先端Ａから溶融部８４０までの距離である。距離Ｄｔｍを測定するための溶融部８４０の基準点は、中心軸ＳＣに沿って切断した溶融部８４０において、波長分散型Ｘ線分光器（ＷＤＳ：Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer）を利用する電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Electron Probe MicroAnalyser）を用いて検出されるタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）が０．１ａｔ％（原子パーセント）以下になる最も先端側の点である。グロープラグ１０の耐久性および昇温特性を向上させる観点から、距離Ｄｔｍは、０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることが好ましい。距離Ｄｔｍの評価については後述する。

シースヒータ８００の発熱コイル８５０は、シースチューブ８１０の内側において発熱コイル８３０と直列に接続され、通電によって発熱する第２の発熱体である。発熱コイル８５０の先端側は、溶融部８４０を介して、発熱コイル８３０へと接続されている。発熱コイル８５０の後端側は、中軸２００に接続されている。

本実施形態では、発熱コイル８５０は、タングステン（Ｗ）から主に成り、Ｗは、発熱コイル８５０に占める割合が最も多い成分（好ましくは、９９質量％以上）である。すなわち、発熱コイル８５０は、タングステン（Ｗ）から実質的に成る。発熱コイル８５０は、タングステン（Ｗ）の純金属であってもよいし、鉄（Ｆｅ）およびコバルト（Ｃｏ）などの不純物を含有してもよい。発熱コイル８５０は、タングステン（Ｗ）から主に成る場合、融点の低下を抑制する観点から、ニッケル（Ｎｉ）を実質的に含有しないことが好ましい。

他の実施形態では、発熱コイル８５０は、モリブデン（Ｍｏ）から主になってもよく、Ｍｏは、発熱コイル８５０に占める割合が最も多い成分（好ましくは、９８質量％以上）であってもよい。すなわち、発熱コイル８５０は、モリブデン（Ｍｏ）から実質的に成ってもよい。発熱コイル８５０は、モリブデン（Ｍｏ）の純金属であってもよいし、鉄（Ｆｅ）およびコバルト（Ｃｏ）などの不純物を含有してもよい。発熱コイル８５０は、モリブデン（Ｍｏ）から主に成る場合、融点の低下を抑制する観点から、ニッケル（Ｎｉ）を実質的に含有しないことが好ましい。

シースヒータ８００の絶縁粉末８７０は、電気絶縁性を有する粉末である。本実施例では、絶縁粉末８７０は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）から主に成る。絶縁粉末８７０は、シースチューブ８１０の内側に充填され、中軸２００と、シースチューブ８１０と、発熱コイル８３０と、発熱コイル８５０との各隙間を電気的に絶縁する。

図３は、変形例のシースヒータ８００Ｂを示す説明図である。シースヒータ８００Ｂは、発熱コイル８３０に代えて線材８３０Ｂを備える点と、線材８３０Ｂの長さに応じて発熱コイル８５０の長さおよび溶融部８４０の位置が異なる点とを除き、図２のシースヒータ８００と同様である。シースヒータ８００Ｂの線材８３０Ｂは、シースチューブ８１０の内側において先端部８１１に接合され、通電によって発熱する第１の発熱体である。線材８３０Ｂは、コイル状ではなく線状である点を除き、図２の発熱コイル８３０と同様である。

Ａ２．グロープラグの製造方法
図４は、グロープラグ１０の製造方法を示す工程図である。グロープラグ１０を製造する際には、製造者は、グロープラグ１０を構成する各種部材を用意する（工程Ｐ１１０）。本実施形態では、製造者は、シースヒータ８００の部材として、先端側に開口を有するシースチューブ８１０と、他の部材と接合されていない第１の発熱体である発熱コイル８３０と、他の部材と接合されていない第２の発熱体である発熱コイル８５０とを用意する。

各種部材を用意した後（工程Ｐ１１０）、製造者は、発熱コイル８３０を発熱コイル８５０の先端側に溶接する（工程Ｐ１２０）。これによって、発熱コイル８３０と発熱コイル８５０との間には、溶融部８４０が形成される。

発熱コイル８３０と発熱コイル８５０とを溶接した後（工程Ｐ１２０）、製造者は、発熱コイル８３０および発熱コイル８５０を、シースチューブ８１０の後端側からシースチューブ８１０の内側に挿入する（工程Ｐ１３０）。これによって、シースチューブ８１０の開口から、発熱コイル８３０の先端側が突出する。

シースチューブ８１０に発熱コイル８３０および発熱コイル８５０を挿入した後（工程Ｐ１３０）、製造者は、シースチューブ８１０の先端側に発熱コイル８３０を溶接する（工程Ｐ１４０）。これによって、シースチューブ８１０の先端側では、シースチューブ８１０の開口が閉塞しながら、溶融部８２０が形成され、これに伴って、シースチューブ８１０の先端部８１１が形成される。

シースチューブ８１０に発熱コイル８３０を溶接した後（工程Ｐ１４０）、製造者は、シースチューブ８１０の内側に絶縁粉末８７０を充填する（工程Ｐ１５０）。これらの工程を経て、シースヒータ８００が完成する。

シースチューブ８１０に絶縁粉末８７０を充填した後（工程Ｐ１５０）、製造者は、シースヒータ８００に各種部材（例えば、中軸２００および主体金具５００など）を取り付ける（工程Ｐ１６０）。これらの工程を経て、グロープラグ１０が完成する。

Ａ３．グロープラグの評価
図５、図６、図７および図８は、グロープラグの昇温特性を評価した結果を示す表である。試験者は、評価対象となるグロープラグとして、試料Ａ１〜Ａ１７，Ｂ１〜Ｂ１３を用意した。

試料Ａ１〜Ａ１７，Ｂ１〜Ｂ１３において共通する構成は、次のとおりである。
・シースチューブ８１０の材料：ニッケル合金（インコネル６０１）
・発熱コイル８３０の２０℃における電気抵抗Ｒ１：発熱コイル８５０の２０℃における電気抵抗Ｒ２＝１：３
・グロープラグの全体の電気抵抗：３００ｍΩ
・シースチューブ８１０の先端Ａから溶融部８４０までの距離Ｄｔｍ：０．５ｍｍ以上３．０以下

試料Ａ１〜Ａ１７，Ｂ１〜Ｂ１３は、第１の発熱体である発熱コイル８３０の材質および線径、並びに、第２の発熱体である発熱コイル８５０の材質および線径の少なくとも１つについて他の試料と異なる。発熱コイル８３０の線径、および発熱コイル８５０の線径は、図５、図６、図７および図８に示すとおりである。

試料Ａ１〜Ａ１７，Ｂ１〜Ｂ１３において、発熱コイル８３０の材質は、次のとおりである。
・試料Ａ１〜Ａ７，Ｂ１〜Ｂ６：鉄（Ｆｅ）を主成分として、２６質量％のクロム（Ｃｒ）と、７．５質量％のアルミニウム（Ａｌ）を含有する鉄基合金
・試料Ａ８，Ａ９，Ｂ７，Ｂ８：ニッケル（Ｎｉ）を主成分として、２０質量％のクロム（Ｃｒ）を含有するニッケル基合金
・試料Ａ１０：鉄（Ｆｅ）を主成分として、３０質量％のクロム（Ｃｒ）を含有する鉄基合金
・試料Ａ１１〜Ａ１５，Ｂ９〜Ｂ１３：鉄（Ｆｅ）を主成分として、２５質量％のクロム（Ｃｒ）を含有する鉄基合金
・試料Ａ１６：鉄（Ｆｅ）を主成分として、１０質量％のクロム（Ｃｒ）を含有する鉄基合金
・試料Ａ１７：鉄（Ｆｅ）を主成分として、２質量％のアルミニウム（Ａｌ）を含有する鉄基合金

試料Ａ１〜Ａ１７，Ｂ１〜Ｂ１３において、発熱コイル８５０の材質は、次のとおりである。
・試料Ａ１，Ａ２，Ａ４，Ａ７〜Ａ１７：タングステン（Ｗ）の純金属
・試料Ａ３：ニッケル（Ｎｉ）の純金属
・試料Ａ５：タングステン（Ｗ）を主成分として、１質量％の鉄（Ｆｅ）を含有するタングステン基合金
・試料Ａ６：タングステン（Ｗ）を主成分として、１質量％のコバルト（Ｃｏ）を含有するタングステン基合金
・試料Ｂ１〜Ｂ３，Ｂ６〜Ｂ１３：モリブデン（Ｍｏ）の純金属
・試料Ｂ４：モリブデン（Ｍｏ）を主成分として、２質量％の鉄（Ｆｅ）を含有するモリブデン基合金
・試料Ｂ５：モリブデン（Ｍｏ）を主成分として、１質量％のコバルト（Ｃｏ）を含有するモリブデン基合金

本評価試験において、試験者は、各試料について昇温時間を測定した。本評価試験では、昇温時間は、グロープラグに対して通電を開始してから、シースチューブ８１０の位置ＭＬにおける表面温度が１１００℃に到達するまでの時間である。本評価試験において、試験者は、シースチューブ８１０における表面温度の測定に放射温度計を用いた。

試験者は、次の評価基準に基づいて各試料の昇温特性を評価した。
○（良）：昇温時間＜３．０秒
×（不可）：昇温時間≧３．０秒

ニッケル（Ｎｉ）から実質的に成る発熱コイル８５０を備える試料Ａ３では、発熱コイル８５０が溶断したため、シースチューブ８１０の位置ＭＬにおける表面温度は１１００℃に到達しなかった。この結果は、ニッケル（Ｎｉ）から実質的に成る発熱コイル８５０の融点が低すぎることに起因する。

試料Ａ１〜Ａ１７，Ｂ１〜Ｂ１３のうち昇温時間が３．０秒未満である試料では、電気抵抗ｒ１＿２０が電気抵抗ｒ２＿２０より大きいため、グロープラグに対する通電後に、まず、発熱コイル８３０が発熱コイル８５０よりも優先的に発熱する。したがって、発熱コイル８５０における温度分布は、発熱コイル８３０に近い先端側の温度が比較的に高い状態になる。その後、発熱コイル８３０および発熱コイル８５０における温度上昇が進行することによって、発熱コイル８５０における単位長さ当たりの電気抵抗は、発熱コイル８３０における単位長さ当たりの電気抵抗よりも大きくなる。これに伴って、その時点で最も温度が高い部分は、発熱コイル８３０から発熱コイル８５０の先端側に移行する。その後、発熱コイル８５０の先端側における温度上昇は、いっそう顕著になる。その結果、これらの試料では、グロープラグの昇温特性が向上すると考えられる。

試料Ａ１〜Ａ１７，Ｂ１〜Ｂ１３のうち昇温時間が３．０秒以上である試料では、電気抵抗ｒ１＿２０が電気抵抗ｒ２＿２０より小さいため、グロープラグに対する通電後に、発熱コイル８５０が発熱コイル８３０よりも優先的に発熱する。したがって、発熱コイル８５０では、形状のばらつきに応じて電気抵抗が比較的に高い部分の温度が急上昇する。これに伴って、発熱コイル８５０の電気抵抗が部分的に急激に大きくなるとともに、発熱コイル８５０を流れる電流値が急激に低下する。そのため、発熱コイル８５０の先端側における温度上昇が抑制される。その結果、これらの試料では、グロープラグの昇温特性が低下すると考えられる。

よって、試料Ａ１〜Ａ１７，Ｂ１〜Ｂ１３の対比によれば、グロープラグの昇温特性を向上させる観点から、電気抵抗ｒ１＿２０が電気抵抗ｒ２＿２０より大きく、発熱コイル８５０がタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）から実質的に成ることが好ましい。

図９および図１０は、シースチューブ８１０の先端Ａから溶融部８４０までの距離Ｄｔｍがグロープラグの耐久性および昇温特性に与える影響を評価した結果を示す表である。試験者は、評価対象となるグロープラグとして、試料Ｃ１〜Ｃ６，Ｄ１〜Ｄ８を用意した。

試料Ｃ１〜Ｃ６，Ｄ１〜Ｄ８の構成は、次のとおりである。
・シースチューブ８１０の先端Ａから溶融部８４０までの距離Ｄｔｍ：０．３〜４．０ｍｍ（試料Ｃ１〜Ｃ６）、０．３〜６．０ｍｍ（試料Ｄ１〜Ｄ８）
・シースチューブ８１０の材料：ニッケル合金（インコネル６０１）
・発熱コイル８３０の材質：鉄（Ｆｅ）を主成分として、２６質量％のクロム（Ｃｒ）と、７．５質量％のアルミニウム（Ａｌ）を含有する鉄基合金
・発熱コイル８３０の線径：０．４５ｍｍ
・発熱コイル８５０の材質：タングステン（Ｗ）の純金属
・発熱コイル８５０線径：０．２ｍｍ
・発熱コイル８３０の２０℃における電気抵抗Ｒ１：発熱コイル８５０の２０℃における電気抵抗Ｒ２＝１：３
・グロープラグの全体の電気抵抗：３００ｍΩ

本評価試験において、試験者は、内燃機関を模した冷却治具に各試料を取り付けた状態で各種の評価を行った。シースチューブ８１０の先端側を冷却治具から突き出した突出量は、次のとおりである。
・試料Ｃ１〜Ｃ６の突出量：４．０ｍｍ
・試料Ｄ１〜Ｄ８の突出量：７．０ｍｍ

本評価試験において、試験者は、各試料について、通電時にシースチューブ８１０の表面温度が最も高くなる最高発熱部を、放射温度計を用いて特定し、中心軸ＳＣに沿ったシースチューブ８１０の先端Ａから最高発熱部までの距離Ｄｔｈを測定した。

本評価試験において、試験者は、次の手順１，２を１サイクルとして各試料に対して繰り返し実施することによって、各試料の溶融部８２０、発熱コイル８３０、および溶融部８４０の少なくとも１つ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）シースチューブ８１０の位置ＭＬにおける表面温度が通電から１００秒後に１２００℃に到達するように、試料であるグロープラグに対する通電を５分間維持
（手順２）通電を５分間維持した後、グロープラグに対する通電を遮断し、送風によってシースチューブ８１０を３分間冷却

本評価試験において、試験者は、各試料について昇温時間を測定した。本評価試験では、昇温時間は、グロープラグに対して通電を開始してから、シースチューブ８１０の位置ＭＬにおける表面温度が１１００℃に到達するまでの時間である。本評価試験では、試験者は、シースチューブ８１０における表面温度の測定に放射温度計を用いた。

試験者は、次の評価基準に基づいて各試料の耐久性および昇温特性を評価した。
○（良）：１００００≦断線サイクル、かつ、昇温時間＜３．０秒、を満たす場合
×（不可）：１００００≦断線サイクル、および、昇温時間＜３．０秒、の少なくとも一方を満たさない場合

距離Ｄｔｍが０．５ｍｍ未満である試料Ｃ１，Ｄ１では、発熱コイル８３０が短すぎるため、発熱コイル８３０の発熱量が不十分となり、発熱コイル８５０の先端側を十分に昇温させることができない。その結果、試料Ｃ１，Ｄ１では、グロープラグの昇温特性が低下すると考えられる。

距離Ｄｔｍが突出量と同じ試料Ｃ６では、冷却治具の内側に位置する発熱コイル８５０の温度上昇が抑制されることから、位置ＭＬを必要な温度にまで上昇させるために発熱コイル８３０の温度が発熱コイル８３０の融点付近にまで上昇する。したがって、通電の繰り返しに従って発熱コイル８３０の劣化が進行する。その結果、試料Ｃ６では、グロープラグの耐久性が低下すると考えられる。

距離Ｄｔｍが３．０ｍｍを超過する試料Ｄ６〜Ｄ８では、最高発熱部が位置ＭＬよりも後端側に離れすぎることから、位置ＭＬを必要な温度にまで上昇させるために発熱コイル８３０の温度が発熱コイル８３０の融点付近にまで上昇する。したがって、通電の繰り返しに従って発熱コイル８３０の劣化が進行する。その結果、試料Ｄ６〜Ｄ８では、グロープラグの耐久性が低下すると考えられる。

よって、試料Ｃ１〜Ｃ６，Ｄ１〜Ｄ８の対比によれば、グロープラグの耐久性および昇温特性を向上させる観点から、距離Ｄｔｍは、０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることが好ましい。

図１１は、温度抵抗比（Ｒｂ／Ｒａ）がグロープラグの耐久性に与える影響を評価した結果を示す表である。試験者は、評価対象となるグロープラグとして、試料Ｅ１〜Ｅ６を用意した。

試料Ｅ１〜Ｅ６において共通する構成は、次のとおりである。
・シースチューブ８１０の材料：ニッケル合金（インコネル６０１）
・発熱コイル８３０の線径：０．５ｍｍ
・発熱コイル８５０の材質：タングステン（Ｗ）の純金属
・発熱コイル８５０線径：０．３ｍｍ
・発熱コイル８３０の２０℃における電気抵抗Ｒ１：発熱コイル８５０の２０℃における電気抵抗Ｒ２＝１：３
・グロープラグの全体の電気抵抗：３００ｍΩ
・シースチューブ８１０の先端Ａから溶融部８４０までの距離Ｄｔｍ：０．５ｍｍ以上３．０以下

試料Ｅ１〜Ｅ６は、発熱コイル８３０の温度抵抗比（Ｒｂ／Ｒａ）について他の試料と異なる。発熱コイル８３０の温度抵抗比（Ｒｂ／Ｒａ）は、第１の発熱体である発熱コイル８３０の材質に応じた値となる。

試料Ｅ１〜Ｅ６において、発熱コイル８３０の材質は、次のとおりである。
・試料Ｅ１：鉄（Ｆｅ）を主成分として、２６質量％のクロム（Ｃｒ）と、７．５質量％のアルミニウム（Ａｌ）を含有する鉄基合金
・試料Ｅ２：ニッケル（Ｎｉ）を主成分として、２０質量％のクロム（Ｃｒ）を含有するニッケル基合金
・試料Ｅ３：鉄（Ｆｅ）を主成分として、２５質量％のクロム（Ｃｒ）を含有する鉄基合金
・試料Ｅ４：鉄（Ｆｅ）を主成分として、４２質量％のニッケル（Ｎｉ）を含有する鉄基合金
・試料Ｅ５：鉄（Ｆｅ）を主成分として、１０質量％のクロム（Ｃｒ）を含有する鉄基合金
・試料Ｅ６：鉄（Ｆｅ）を主成分として、２質量％のアルミニウム（Ａｌ）を含有する鉄基合金

本評価試験において、試験者は、内燃機関を模した冷却治具に各試料を取り付けた状態で耐久性を評価した。本評価試験において、シースチューブ８１０の先端側を冷却治具から突き出した突出量は、４．０ｍｍである。本評価試験において、試験者は、図９および図１０の評価試験と同様に、各試料について断線サイクル数を確認した。

試験者は、次の評価基準に基づいて各試料の耐久性を評価した。
○（良）：１００００≦断線サイクル
△（可）：５０００≦断線サイクル＜１００００
×（不可）：断線サイクル＜５０００

発熱コイル８３０の温度抵抗比（Ｒｂ／Ｒａ）が３．０を超過する試料Ｅ４，Ｅ６では、発熱コイル８３０が発熱コイル８３０の融点付近にまで過剰に発熱するため、通電の繰り返しに従って発熱コイル８３０の劣化が進行する。その結果、試料Ｅ４，Ｅ６では、グロープラグの耐久性が低下すると考えられる。

発熱コイル８３０がニッケル（Ｎｉ）を含有する試料Ｅ２では、発熱コイル８３０と発熱コイル８５０との溶接によって形成される溶融部８４０は、発熱コイル８３０に由来するニッケル（Ｎｉ）を含有する。そのため、溶融部８４０の融点は、発熱コイル８５０と比較して大幅に低下する。したがって、発熱コイル８５０に隣接する溶融部８４０の耐熱性が不十分になる。その結果、試料Ｅ２では、グロープラグの耐久性が低下すると考えられる。

よって、試料Ｅ１〜Ｅ６の対比によれば、発熱コイル８３０の劣化を防止することによってグロープラグの耐久性を向上させる観点から、発熱コイル８３０の温度抵抗比（Ｒｂ／Ｒａ）は、３．０以下であることが好ましい。また、試料Ｅ１〜Ｅ６の対比によれば、溶融部８４０の耐熱性を確保することによってグロープラグの耐久性を向上させる観点から、溶融部８４０は、ニッケル（Ｎｉ）を実質的に含有しないことが好ましい。

図１２は、発熱コイル８３０におけるクロム（Ｃｒ）の含有量がグロープラグの耐久性に与える影響を評価した結果を示す表である。試験者は、評価対象となるグロープラグとして、試料Ｆ１〜Ｆ６を用意した。

試料Ｆ１〜Ｆ６において共通する構成は、次のとおりである。
・シースチューブ８１０の材料：ニッケル合金（インコネル６０１）
・発熱コイル８３０の線径：０．５ｍｍ
・発熱コイル８５０の材質：タングステン（Ｗ）の純金属
・発熱コイル８５０線径：０．３ｍｍ
・発熱コイル８３０の２０℃における電気抵抗Ｒ１：発熱コイル８５０の２０℃における電気抵抗Ｒ２＝１：３
・グロープラグの全体の電気抵抗：３００ｍΩ
・シースチューブ８１０の先端Ａから溶融部８４０までの距離Ｄｔｍ：０．５ｍｍ以上３．０以下

試料Ｆ１〜Ｆ６は、第１の発熱体である発熱コイル８３０におけるクロム（Ｃｒ）の含有量について他の試料と異なる。クロム（Ｃｒ）の含有量が増加するに従って材料の加工性が低下するため、クロム（Ｃｒ）の含有量が３０質量％を超過する材料を用いて、発熱コイル８３０を作製することは困難であった。

試料Ｆ１〜Ｆ６において、発熱コイル８３０の材質は、次のとおりである。
・試料Ｆ１：鉄（Ｆｅ）を主成分として、２６質量％のクロム（Ｃｒ）と、７．５質量％のアルミニウム（Ａｌ）を含有する鉄基合金
・試料Ｆ２：鉄（Ｆｅ）を主成分として、３０質量％のクロム（Ｃｒ）を含有する鉄基合金
・試料Ｆ３：鉄（Ｆｅ）を主成分として、２５質量％のクロム（Ｃｒ）を含有する鉄基合金
・試料Ｆ４：鉄（Ｆｅ）を主成分として、１０質量％のクロム（Ｃｒ）を含有する鉄基合金
・試料Ｆ５：鉄（Ｆｅ）を主成分として、５質量％のクロム（Ｃｒ）を含有する鉄基合金
・試料Ｆ６：鉄（Ｆｅ）を主成分として、４２質量％のニッケル（Ｎｉ）を含有し、クロム（Ｃｒ）を実質的に含有しない鉄基合金

本評価試験において、試験者は、内燃機関を模した冷却治具に各試料を取り付けた状態で耐久性を評価した。本評価試験において、シースチューブ８１０の先端側を冷却治具から突き出した突出量は、４．０ｍｍである。本評価試験において、試験者は、図１１の評価試験と同様に、各試料について、断線サイクル数に応じて耐久性を評価した。

発熱コイル８３０におけるクロム（Ｃｒ）の含有量が１０質量％未満である試料Ｆ５，Ｆ６では、シースチューブ８１０と発熱コイル８３０との溶接によって形成される溶融部８２０において、クロム（Ｃｒ）の含有量が不十分になる。そのため、シースチューブ８１０の先端部８１１における耐酸化性が不十分になる。具体的には、シースチューブ８１０の先端部８１１の表面に、クロム（Ｃｒ）による保護酸化皮膜が十分に形成されないことによって、先端部８１１を通過してシースチューブ８１０の内部に侵入した酸素が発熱コイル８３０を酸化させる。発熱コイル８３０の酸化は、発熱コイル８３０が劣化する要因となる。その結果、試料Ｆ５，Ｆ６では、グロープラグの耐久性が低下すると考えられる。

よって、試料Ｆ１〜Ｆ６の対比によれば、シースチューブ８１０の先端部８１１における耐酸化性を確保することによってグロープラグの耐久性を向上させる観点から、発熱コイル８３０は、クロム（Ｃｒ）を含有することが好ましい。さらに、発熱コイル８３０は、鉄（Ｆｅ）から主に成るとともに１０質量％以上３０質量％以下のクロム（Ｃｒ）を含有することが好ましい。

Ａ４．効果
以上説明した実施形態によれば、電気抵抗ｒ１＿２０が電気抵抗ｒ２＿２０より大きく、発熱コイル８５０がタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）から実質的に成る。そのため、通電によって発熱コイル８３０および発熱コイル８５０を発熱させる際、発熱コイル８５０における発熱コイル８３０寄りの部分を優先的に発熱させることができる。したがって、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）から主に成る発熱コイル８５０における発熱時の温度分布のばらつきを抑制できる。その結果、グロープラグ１０の昇温特性を向上させることができる。

また、中心軸ＳＣに沿ったシースチューブ８１０の先端Ａから溶融部８４０までの距離Ｄｔｍが０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることによって、グロープラグ１０の耐久性および昇温特性を向上させることができる。

また、温度抵抗比（Ｒｂ／Ｒａ）が３．０以下であることによって、通電時に発熱コイル８３０が過剰に発熱することに起因する発熱コイル８３０の劣化を防止できる。その結果、グロープラグ１０の耐久性を向上させることができる。また、温度抵抗比（Ｒｂ／Ｒａ）が１．０以上であることによって、発熱体に適した材料を用いて発熱コイル８３０を容易に実現できる。

また、発熱コイル８３０がクロム（Ｃｒ）を含有することによって、シースチューブ８１０の先端部８１１における耐酸化性を向上させることができる。その結果、グロープラグ１０の耐久性を向上させることができる。

また、発熱コイル８３０が、鉄（Ｆｅ）から主に成るとともに、１０質量％以上３０質量％以下のクロム（Ｃｒ）を含有することによって、シースチューブ８１０の先端部８１１における耐酸化性を十分に確保できる。その結果、グロープラグ１０の耐久性を十分に向上させることができる。

また、溶融部８４０がニッケル（Ｎｉ）を含有しないことによって、溶融部８４０の耐熱性を確保できる。その結果、グロープラグ１０の耐久性を向上させることができる。

Ｂ．他の実施形態
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、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部また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
１１０…Ｏリング
１２０…絶縁ブッシュ
１３０…リング
１４０…ナット
２００…中軸
２１０…先端部
２９０…後端部
５００…主体金具
５１０…軸孔
５２０…工具係合部
５４０…ネジ部
６００…パッキン
８００，８００Ｂ…シースヒータ
８１０…シースチューブ（筒状体）
８１１…先端部
８１９…後端部
８２０…溶融部
８３０…発熱コイル（第１の発熱体）
８３０Ｂ…線材（第１の発熱体）
８４０…溶融部
８５０…発熱コイル（第２の発熱体）
８７０…絶縁粉末

Claims (6)

1. 先端部が閉塞した筒状を成す筒状体と、
   前記筒状体の内側において前記先端部に接合され、通電によって発熱する第１の発熱体と、
   前記筒状体の内側において前記第１の発熱体と直列に接続され、通電によって発熱する第２の発熱体と
   を備えるグロープラグであって、
   前記第１の発熱体を構成する線材の２０℃における単位長さ当たりの電気抵抗は、前記第２の発熱体を構成する線材の２０℃における単位長さ当たりの電気抵抗よりも大きく、
   前記第２の発熱体は、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）から主に成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、
   更に、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体との溶接によって形成された溶融部を備え、
   前記筒状体の中心軸に沿った前記筒状体の先端から前記溶融部までの距離は、０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である、請求項１に記載のグロープラグ。
3. 前記第１の発熱体の２０℃における電気抵抗Ｒａに対する前記第１の発熱体の１０００℃における電気抵抗Ｒｂの比（Ｒｂ／Ｒａ）は、３．０以下である、請求項１または請求項２に記載のグロープラグ。
4. 前記第１の発熱体は、クロム（Ｃｒ）を含有する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のグロープラグ。
5. 前記第１の発熱体は、鉄（Ｆｅ）から主に成るとともに、１０質量％以上３０質量％以下のクロム（Ｃｒ）を含有する、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のグロープラグ。
6. 前記溶融部は、ニッケル（Ｎｉ）を含有しない、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のグロープラグ。

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