特許 6996848 グロープラグ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-20

(45)【発行日】2022-01-17

(54)【発明の名称】グロープラグ

(51)【国際特許分類】

   F23Q 7/00 20060101AFI20220107BHJP

【ＦＩ】

F23Q7/00 605B

F23Q7/00 T

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2017018307

(22)【出願日】2017-02-03

(65)【公開番号】P2018124030

(43)【公開日】2018-08-09

【審査請求日】2019-11-20

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000534

【氏名又は名称】特許業務法人しんめいセンチュリー

(72)【発明者】

【氏名】江尻 誠

【審査官】宮下 浩次

(56)【参考文献】

【文献】特許第５６０８２９２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０１６－０７５４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１９１０４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第００４３８０９７（ＥＰ，Ａ１）

【文献】特開２００７－２９８２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１９０３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２３５０３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２７８０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１２５７７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｑ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線方向に延びる有底筒状のチューブと、
前記チューブ内に配置された先端コイル及び後端コイルと、
前記後端コイルの後端と接続する中軸と、を備えるグロープラグであって、
前記先端コイルは、前記先端コイルの先端が前記チューブの先端側に接続されると共にＷやＭｏを主成分とし、
前記後端コイルは、前記後端コイルの先端が前記先端コイルの後端に接続されると共に、前記後端コイルの２０℃での抵抗値に対する１０００℃での抵抗値の比である抵抗比Ｒ１が、前記先端コイルの２０℃での抵抗値に対する１０００℃での抵抗値の比である抵抗比Ｒ２よりも小さく、
前記チューブは、前記チューブの先端から前記先端コイルの軸線方向の中央を取り囲む位置までに設けられたチューブ先端部と、
前記後端コイルの前記後端から前記後端コイルの前記先端を取り囲む位置までに設けられたチューブ後端部と、を備え、
前記チューブ先端部の肉厚Ａは０．５８ｍｍ以上０．６２ｍｍ以下であると共に前記チューブ後端部の肉厚Ｂは０．３ｍｍ以上であり、且つ、前記チューブ後端部の最小の肉厚Ｂ１は前記チューブ先端部の肉厚Ａよりも小さく、
前記肉厚Ｂ１に対する前記肉厚Ａの比Ａ／Ｂ１は、Ａ／Ｂ１≧１．２９を満たすグロープラグ。

【請求項2】

前記チューブは、前記チューブの前記先端から、前記後端コイルの前記先端から１巻き目の巻き終わりを取り囲む位置までの肉厚Ｃが０．５ｍｍ以上である請求項１記載のグロープラグ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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、内燃機関の規制が厳格化される中、発熱温度の高温化が求められている。特許文献１には、チューブ内にコイルが配置されたグロープラグにおいて、発熱温度の高温化の要求に応えるため、ＦｅＣｒＡｌ合金やＮｉＣｒ合金よりも高融点のＷやＭｏを主成分とする耐熱金属をコイルに用いる技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１４／２０６８４７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、ＷやＭｏ等の耐熱金属の抵抗比はＦｅＣｒＡｌ合金やＮｉＣｒ合金の抵抗比に比べて大きいので、上記従来の技術では、所定温度（例えば１０００℃）まで上昇させるためにコイルに一定電圧を印加すると、コイルの抵抗が急激に増加して電流値が急激に低下する。ここで、抵抗比とは、「コイルの２０℃での抵抗値に対する１０００℃での抵抗値の比」であり、抵抗比の値が大きくなるほど高温での抵抗値が大きくなる。そして、発熱量は電流値の２乗に比例するので、所定温度まで昇温させ難いという問題点がある。

【0005】

これに対し、耐熱金属からなるコイル（先端コイル）の後端側に、耐熱金属の抵抗比よりも小さい抵抗比のＦｅＣｒＡｌ合金やＮｉＣｒ合金からなる後端コイルを接合することが考えられる。これにより、コイルに電圧を印加すると、コイル全体の抵抗値を過度に増加させることなく、先端コイル及びチューブの先端側を所定温度まで上昇させることができる。

【0006】

ところで、所定温度に昇温したコイルは、所定温度付近（例えば１１００℃）で飽和させる必要がある。そのためにコイルの印加電圧を下げることが必要であるが、これによりチューブの先端側に比べて温度の低いチューブの後端側へ熱が移動し、チューブの先端側の温度が一時的に大きく低下し易くなる。その結果、エンジンの燃焼が不安定になったり排気ガスのエミッションが増加したりする問題点がある。

【0007】

これに対し、チューブ全体の肉厚を薄くすることで、チューブの熱容量を小さくでき、チューブの先端側から後端側への熱の移動を抑制できる。しかしながら、チューブ全体の肉厚を小さくすると、酸化消耗により、チューブに貫通孔が形成されるまでの耐久時間が短くなったりチューブが変形したりして、耐久性が低下するおそれがある。

【0008】

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、耐久性および発熱温度の高温化を確保しつつ、さらに温度を飽和させるために印加電圧を下げたときの温度低下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。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この目的を達成するために本発明のグロープラグは、軸線方向に延びる有底筒状のチューブと、チューブ内に配置された先端コイル及び後端コイルと、後端コイルの後端と接続する中軸と、を備える。先端コイルは、先端コイルの先端がチューブの先端側に接続されると共にＷやＭｏを主成分とする。先端コイルの後端に自身の先端が接続される後端コイルは、後端コイルの２０℃での抵抗値に対する１０００℃での抵抗値の比である抵抗比Ｒ１が、先端コイルの２０℃での抵抗値に対する１０００℃での抵抗値の比である抵抗比Ｒ２よりも小さい。チューブは、チューブの先端から先端コイルの軸線方向の中央を取り囲む位置までに設けられたチューブ先端部と、後端コイルの後端から後端コイルの先端までを取り囲む位置までに設けられたチューブ後端部と、を備え、チューブ先端部の肉厚Ａは０．５ｍｍ以上であると共にチューブ後端部の肉厚Ｂは０．３ｍｍ以上であり、且つ、チューブ後端部の最小の肉厚Ｂ１はチューブ先端部の肉厚Ａよりも小さい。

【発明の効果】

【0010】

請求項１記載のグロープラグによれば、ＷやＭｏを主成分とする先端コイルがチューブの先端側に接続され、先端コイルの後端に、先端コイルの抵抗比Ｒ２よりも抵抗比Ｒ１が小さい後端コイルが接続されている。これにより、一定電圧を印加したとしても、ＷやＭｏを主成分とする先端コイル及びチューブの先端側を所定温度まで上昇させることができ、発熱温度の高温化を確保できる。

【0011】

また、チューブ先端部の肉厚Ａを０．５ｍｍ以上とし、チューブ後端部の肉厚Ｂを０．３ｍｍ以上としている。これにより、チューブ後端部、及び、チューブ後端部に比べて温度が上昇するチューブ先端部のそれぞれに対して、酸化消耗によってチューブに貫通孔が形成されるまでの耐久時間の短縮を抑制したり、チューブの変形を抑制したりできる。よって、耐久性を確保できる。

【0012】

さらに、チューブ後端部の最小の肉厚Ｂ１をチューブ先端部の肉厚Ａよりも小さくしている。これにより、チューブ後端部（最小の肉厚Ｂ１を形成する部位）の単位長さ当たりの熱容量をチューブ先端部の単位長さ当たりの熱容量より小さくできる。その結果、印加電圧を下げたときに、チューブ先端部からチューブ後端部へ移動する熱量を抑制できる。よって、コイルの温度を飽和させるためにコイルの印加電圧を下げたときでも、チューブの先端側の温度低下を抑制できる。

【0013】

なお、「ＷやＭｏを主成分」とは、コイル材料の全体含有量に対するＷ又はＭｏの合計含有量が５０ｗｔ％以上であることをいう。

【0014】

また、「チューブ先端部」は、コイルが発熱した際に、他の部位に比べて高温となるチューブの部位を示し、具体的には、「チューブの先端から先端コイルの軸線方向の中央を取り囲む位置までに設けられた部位」を示す。一方、「チューブ後端部」は、チューブ先端部に比べて温度が低く、チューブ先端部から熱が移動し易い部位を示し、具体的には、「後端コイルの後端を取り囲む位置から後端コイルの先端を取り囲む位置までに設けられた部位」を示す。

【0015】

さらに、「チューブ先端部の肉厚Ａ」及び「チューブ後端部の肉厚Ｂ」は、それぞれ「チューブ先端部の全部位における肉厚」及び「チューブ後端部の全部位における肉厚」であることを示す。「チューブ後端部の最小の肉厚Ｂ１」は、「チューブ後端部の全部位における肉厚（つまりチューブ後端部の肉厚Ｂ）のうち最も小さい肉厚」であることを示す。

【0016】

肉厚Ａは０．７ｍｍ以下であると共に、肉厚Ｂ１に対する肉厚Ａの比Ａ／Ｂ１はＡ／Ｂ１≧１．１１を満たす。肉厚Ａが０．７ｍｍ以下であることで、チューブ先端部の単位長さ当たりの熱容量が過大になることを防止できる。これにより短時間でチューブ先端部を所定温度まで昇温させる性能（以下「急速昇温性」と称す）を向上できる。

【0017】

また、肉厚Ｂ１に対する肉厚Ａの比Ａ／Ｂ１はＡ／Ｂ１≧１．１１を満たす。これにより、コイルの温度を飽和させるためにコイルの印加電圧を下げたときでも、チューブの先端側の温度低下をより抑制できる。

【0018】

肉厚Ａは０．５６ｍｍ以上であると共に、比Ａ／Ｂ１はＡ／Ｂ１≧１．２４を満たす。これにより、請求項２の効果に加え、チューブ先端部の酸化消耗によってチューブに貫通孔が形成されるまでの寿命をより長くできると共に、コイルの温度を飽和させるためにコイルの印加電圧を下げたときのチューブ先端側の温度低下をより抑制できる。

【0019】

肉厚Ａは０．５８ｍｍ以上０．６４ｍｍ以下であると共に、比Ａ／Ｂ１はＡ／Ｂ１≧１．２９を満たす。これにより、チューブ先端部の単位長さ当たりの熱容量に対するチューブ後端部の単位長さ当たりの熱容量をより小さくできるので、印加電圧を下げたときの温度低下の抑制効果、耐久性および急速昇温性をさらに向上できる。

【0020】

肉厚Ａは０．６２ｍｍ以下である。これにより急速昇温性をさらに向上できる。

【0021】

請求項２記載のグロープラグによれば、チューブの先端から、後端コイルの先端から１巻き目の巻き終わりを取り囲む位置までのチューブの肉厚Ｃが０．５ｍｍ以上である。先端コイルで発生する熱は、先端コイルを取り囲むチューブの部位だけでなく、後端コイルの１巻き目を取り囲むチューブの部位にも伝わり易い。そのため、チューブの肉厚Ｃを０．５ｍｍ以上にすることで、請求項１の効果に加え、この部位における耐久性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】グロープラグの片側断面図である。

【図2】一部を拡大したグロープラグの断面図である。

【図3】グロープラグに印加した電圧と発熱温度との関係を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

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及び図２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、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。

【0024】

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及びコイル５０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。

【0025】

中軸２０は円柱形状の金属製の導体であり、コイル５０に電力を供給するための部材である。中軸２０は先端にコイル５０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。

【0026】

中軸２０は、本実施の形態では、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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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は軸孔３１に圧入されることで、主体金具３０に固定される。チューブ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。

【0030】

チューブ４０は中軸２０の先端側が挿入されている。チューブ４０の内径は中軸２０の外径より大きいので、中軸２０とチューブ４０との間に空隙が形成される。シール材２６は、中軸２０の先端側とチューブ４０の後端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。コイル５０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６０はチューブ４０に充填されている。

【0031】

図２に示すように、コイル５０は螺旋状に形成されており、通電により発熱する。コイル５０は、チューブ４０の先端４１側の部分に接合された先端コイル５１と、中軸２０の先端に接合された後端コイル５２とを備えている。

【0032】

先端コイル５１は、溶接によりチューブ４０の先端４１の部分に、溶融部（図示せず）を介して先端５４（先端コイル５１と溶融部との境界）が接合されている。先端コイル５１の材料としては、Ｗ，Ｍｏを主成分とする高融点金属からなる。なお、これらの元素の単体、又は、これらの元素のいずれかを主成分とする合金を先端コイル５１として用いることができる。先端コイル５１は、後端が溶接によって後端コイル５２に接合されている。先端コイル５１と後端コイル５２との間に、溶接で溶けて溶接金属が固まった溶融部５３が形成されている。

【0033】

後端コイル５２は溶融部５３を介して先端コイル５１と直列に接続される部材である。後端コイル５２は、先端コイル５１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。後端コイル５２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５２は軸線Ｏ（図１参照）に沿ってチューブ４０に収容されており、後端５５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５２及び先端コイル５１を介してチューブ４０と電気的に接続されている。

【0034】

絶縁粉末６０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６０は、コイル５０とチューブ４０との間、中軸２０とチューブ４０との間、コイル５０の内側に充填される。絶縁粉末６０は、コイル５０からチューブ４０へ熱を移動させる機能、コイル５０とチューブ４０との短絡を防ぐ機能、コイル５０を振動し難くして断線を防ぐ機能がある。絶縁粉末６０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。本実施の形態では、絶縁粉末６０は絶縁粉末６０の全質量に対してＭｇＯ粉末を８５質量％以上１００質量％未満含有し、Ｓｉ粉末も含有する。

【0035】

チューブ４０は、チューブ先端部４３とチューブ後端部４６とを備えている。チューブ先端部４３は、チューブ４０の先端４１から先端コイル５１の軸線Ｏ方向（軸方向）の中央５６（先端５４の位置と溶融部５３の位置とを結ぶ線分の中点）を取り囲む位置４２までに設けられた部分である。チューブ後端部４６は、後端コイル５２の後端５５を取り囲む位置４４から後端コイル５２の先端５７（溶融部５３の位置）を取り囲む位置４５までに設けられた部分である。図２には、チューブ先端部４３の範囲（チューブ４０の先端４１から位置４２まで）及びチューブ後端部４６の範囲（チューブ４０の位置４４から位置４５まで）が、それぞれ図示されている。

【0036】

そして、本実施の形態では、チューブ先端部４３の肉厚Ａは０．５ｍｍ以上であり、チューブ後端部４６の肉厚Ｂは０．３ｍｍ以上であり、且つ、チューブ後端部４６の最小の肉厚Ｂ１をチューブ先端部４３の肉厚Ａよりも小さくしている。

【0037】

なお、本実施の形態では、チューブ先端部４３及びチューブ後端部４６は外径が同一であり、チューブ先端部４３の内径をチューブ後端部４６の後端側の内径よりも小さくすることにより、チューブ後端部４６の最小の肉厚Ｂ１がチューブ先端部４３の肉厚Ａよりも小さくされている。また、チューブ４０は、チューブ４０の先端４１から、後端コイル５２の先端５７（溶融部５３）から１巻き目の巻き終わり５８を取り囲む位置４７までの部分４８の肉厚Ｃが０．５ｍｍ以上に設定されている。

【0038】

次に図３を参照して、グロープラグ１０に印加した電圧Ｖとグロープラグ１０の発熱温度Ｔとの関係を説明する。図３は電圧Ｖとグロープラグ１０の発熱温度Ｔとの関係を示す模式図である。図３は横軸に時間（秒）をとり、実線は発熱温度Ｔを示し、破線は電圧Ｖを示す。

【0039】

グロープラグ１０の接続部２１と主体金具３０との間に電圧Ｖを印加すると、先端コイル５１の抵抗値Ｒ_１及び後端コイル５２の抵抗値Ｒ_２の和Ｒ_１＋Ｒ_２で電圧Ｖを除した電流Ｉが、コイル５０に流れる。単位時間当たりの先端コイル５１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５２の発熱量はＲ_２・Ｉ^２である。

【0040】

コイル５０は、後端コイル５２の２０℃における抵抗値Ｒ_２が、先端コイル５１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。常温においてコイル５０に流れる電流Ｉ（突入電流）を確保し、コイル５０を発熱させるためである。

【0041】

後端コイル５２は先端コイル５１の抵抗比Ｒ１よりも小さい抵抗比Ｒ２をもつので、コイル５０の発熱による温度上昇に伴い、先端コイル５１の抵抗値Ｒ_１が後端コイル５２の抵抗値Ｒ_２よりも大きくなる。その結果、先端コイル５１の単位時間当たりの発熱量Ｒ_１・Ｉ^２を、後端コイル５２の単位時間当たりの発熱量Ｒ_２・Ｉ^２より大きくできる。先端コイル５１はＷ，Ｍｏを主成分とする高融点金属により形成されているので、発熱温度Ｔを高温化できる。これにより、所望する温度（例えば１０００℃）まで先端コイル５１及びチューブ先端部４３の発熱温度Ｔを昇温させることができる。

【0042】

先端コイル５１によって加熱されるチューブ先端部４３は肉厚Ａが０．５ｍｍ以上あるので、酸化消耗によってチューブ先端部４３に貫通孔が形成されるまでの耐久時間の短縮を抑制できる。チューブ先端部４３よりもチューブ４０の後端側に位置するチューブ後端部４６はチューブ先端部４３よりも発熱温度が低いので、チューブ後端部４６の肉厚Ｂを０．３ｍｍ以上にすることで、酸化消耗によってチューブ後端部４６に貫通孔が形成されるまでの耐久時間の短縮やチューブ後端部４６の変形を抑制できる。Ｗ，Ｍｏを主成分とする高融点金属により形成された先端コイル５１は酸化し易いので、チューブ４０に貫通孔が形成されると、先端コイル５１が酸化して断線する可能性が高い。チューブ後端部４６の変形を抑制しつつ、チューブ先端部４３及びチューブ後端部４６の貫通孔の形成を抑制することにより、先端コイル５１の酸化による断線を抑制することができ、耐久性を向上できる。

【0043】

所望する温度（ここでは１０００℃）に発熱温度Ｔが到達した後、発熱温度Ｔを安定時の飽和温度（例えば１１００℃）にするため、グロープラグ１０に印加する電圧Ｖを低下させる。後端コイル５２の発熱量は先端コイル５１の発熱量より小さいので、電圧Ｖを低下させる遷移時に、先端コイル５１及びチューブ先端部４３の熱量が後端コイル５２及びチューブ後端部４６へ移動する。その結果、先端コイル５１の依存度の高い発熱温度Ｔが、一時的に温度Ｄだけ低下する。温度Ｄが大きくなり発熱温度Ｔが大きく低下すると、エンジンの燃焼が不安定になったり排気ガスのエミッションが増加したりする。

【0044】

これを防ぐため、グロープラグ１０は、チューブ先端部４３の肉厚Ａよりもチューブ後端部４６の最小の肉厚Ｂ１を小さくする。これにより、チューブ後端部４６（最小の肉厚Ｂ１を形成する部位）の単位長さ当たりの熱容量をチューブ先端部４３の単位長さ当たりの熱容量よりも小さくできる。その結果、チューブ４０の発熱温度Ｔを飽和状態へ遷移させるために電圧Ｖを下げたときに、チューブ先端部４３からチューブ後端部４６へ移動する熱量を抑制できる。よって、発熱温度Ｔを飽和させるために電圧Ｖを下げたときの遷移時の温度低下（温度Ｄ）を抑制できる。その結果、耐久性および発熱温度Ｔの高温化を確保しつつ、発熱温度Ｔを飽和させるために電圧Ｖを下げたときの温度低下を抑制できる。従って、グロープラグ１０はエンジンの燃焼を補助し、始動後のエンジンのアイドル運転を安定化できると共に、排気ガスのエミッションを減少できる。

【0045】

さらに、チューブ後端部４６の全部位に対して、少なくとも半分以上の部位の肉厚Ｂをチューブ先端部４３の肉厚Ａよりも小さくすることが好ましい（図２参照）。これにより、発熱温度Ｔを飽和させるために電圧Ｖを下げたときの温度低下をさらに抑制できる。

【0046】

なお、グロープラグ１０は、チューブ４０の先端４１から、後端コイル５２の先端（溶融部５３）から１巻き目の巻き終わり５８を取り囲む位置４７までの部分４８の肉厚Ｃが０．５ｍｍ以上に設定されているので、先端コイル５１で発生する熱がチューブ４０の部分４８に伝わっても、部分４８におけるチューブ４０の耐久性を確保できる。

【0047】

絶縁粉末６０はＳｉ粉末を含有するので、絶縁粉末６０の全てがＭｇＯ粉末の場合に比べて、絶縁粉末６０の熱伝導性を悪化させることができる。その結果、絶縁粉末６０の熱伝導による先端コイル５１の熱放散を抑制できるので、チューブ先端部４３の発熱により、突入時の急速昇温性の確保と遷移時の温度低下の抑制とを絶縁粉末６０が助長する。

【0048】

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、先端コイル５１及び後端コイル５２をそれぞれ製造する。次いで、先端コイル５１と後端コイル５２との端部同士を溶接により接合し、コイル５０とする。次いで、コイル５０のうち後端コイル５２の後端５５を中軸２０の先端に接合する。

【0049】

一方、所定の組成を有する金属鋼管をチューブ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。チューブ前駆体の内部に中軸２０と一体となったコイル５０を挿入し、チューブ前駆体の先窄まり状の開口部に先端コイル５１の先端５４を配置する。チューブ前駆体の開口部と先端コイル５１の先端５４とを溶接によって溶融し、チューブ前駆体の先端部分を閉塞し、内部にコイル５０が収容されたヒータ前駆体を形成する。

【0050】

次いで、ヒータ前駆体のチューブ４０内に絶縁粉末６０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。次に、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。

【0051】

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。

【実施例】

【0052】

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。

【0053】

＜サンプルの作成＞
Ｗを主成分とする合金で作られた線径Φ０．２０ｍｍの線材を用いて先端コイル５１を作成した。同様に、ＮｉＣｒ合金で作られた線径Φ０．３８ｍｍの線材を用いて後端コイル５２を作成した。溶接により後端コイル５２を先端コイル５１に接合して、後端コイル５２及び先端コイル５１が直列に接続されたコイル５０を作成した。４端子法により測定されるコイル５０の２０℃における抵抗値は０．３３Ωであった。

【0054】

このコイル５０を用いて、図１に示すグロープラグ１０とほぼ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、表１に示すサンプル１～１１におけるグロープラグを得た。表１には、チューブ先端部４３の肉厚Ａの最大値および最小値、チューブ後端部４６の肉厚Ｂの最大値および最小値（つまり最小の肉厚Ｂ１）、及び、肉厚Ｂ１に対する肉厚Ａの比の範囲を示した。

【0055】

なお、サンプル１～１１におけるグロープラグは、チューブ先端部４３の外径をΦ３．２ｍｍ、チューブ後端部４６の外径をΦ４．０ｍｍに設定し、チューブ先端部４３及びチューブ後端部４６に施すスウェージング加工の加工率を調整することにより、チューブ先端部４３の肉厚Ａ及びチューブ後端部４６の肉厚Ｂを種々の値に設定した。なお、サンプル１～１１におけるグロープラグは、０．２質量％のＳｉ粉末を含有するＭｇＯ粉末を絶縁粉末６０とした。

【0056】

【表1】

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の表面の位置にＰＲ熱電対を接合し、チューブ４０の先端４１付近の温度を測定した。なお、ＰＲ熱電対の代わりに放射温度計を用いても良い。

【0057】

チューブ先端部４３の肉厚Ａ及びチューブ後端部４６の肉厚Ｂは、サンプル１～１１と同じ加工率によってスウェージング加工を施した各サンプルについて、チューブ４０の軸線Ｏを含む断面を顕微鏡で観察して測定した。

【0058】

肉厚Ａは、チューブ先端部４３のうち、先端４１及び先端コイル５１の軸線方向（軸方向）の中央５６を取り囲む位置４２を含み、チューブ先端部４３の全長に亘って等間隔に設定した５点（先端４１及び位置４２以外に３点）の肉厚を測定し、最大値および最小値を特定した。

【0059】

肉厚Ｂは、後端コイル５２の先端５７を取り囲む位置４５及び後端コイル５２の後端５５を取り囲む位置４４を含み、チューブ後端部４６の全長に亘って等間隔に設定した１０点（位置４４，４５以外に８点）の肉厚を測定し、最大値および最小値を特定した。

【0060】

＜遷移時の温度低下＞
電圧を印加してから２秒後のチューブ４０の先端４１付近の温度が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２秒間印加した後、印加電圧を下げた。このときの印加電圧は、チューブ４０の先端４１付近の温度が１１００℃に飽和する定格電圧とした。印加電圧を下げるとチューブ４０の温度は一時的に低下し、時間の経過につれて１１００℃の飽和温度に向かって上昇した（図３参照）。チューブ４０の最高温度と、印加電圧を下げた遷移時のチューブ４０の温度と、の温度差（図３に示す温度Ｄ）を測定した。

【0061】

評価は、温度差が３０℃未満のサンプルは「Ａ：特に優れている」、温度差が３０℃以上５０℃未満のサンプルは「Ｂ：優れている」、温度差が５０℃以上８０℃未満のサンプルは「Ｃ：良い」、温度差が８０℃以上のサンプルは「Ｄ：劣る」とした。結果は表１の「遷移時の温度低下」の欄に記した。

【0062】

＜急速昇温性＞
各サンプルの接続部２１と主体金具３０との間に１１Ｖの直流電圧を印加し、電圧を印加してから２秒後のチューブ４０の先端４１付近の温度を測定した。評価は、温度が９５０℃以上のサンプルは「Ａ：特に優れている」、温度が９００℃以上９５０℃未満のサンプルは「Ｂ：優れている」、温度が８５０℃以上９００℃未満のサンプルは「Ｃ：良い」、温度が８５０℃未満のサンプルは「Ｄ：劣る」とした。結果は表１の「昇温性」の欄に記した。

【0063】

＜耐久性＞
電圧を印加してから２秒後のチューブ４０の先端４１付近の温度が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２秒間印加した後、印加電圧を定格電圧まで下げ、その定格電圧を１８０秒間印加した。定格電圧は、チューブ４０の先端４１付近の温度が１１００℃に飽和する電圧である。その後、チューブ４０の先端４１付近の温度が常温になるまでチューブ４０を１２０秒間空冷した。これを１サイクルとする試験を５００時間（約６０００サイクル）行い、チューブ４０に貫通孔が形成されることによるコイル５０の断線およびチューブ４０の変形の有無を評価した。

【0064】

試験開始から５００時間経過後もコイル５０の断線が生じないサンプルは「Ａ：特に優れている」と評価した。試験開始から３００時間（約３６００サイクル）経過し５００時間より前にコイル５０の断線が生じたサンプルは「Ｂ：優れている」と評価した。試験開始から１００時間（約１２００サイクル）経過し３００時間より前にコイル５０の断線が生じたサンプルは「Ｃ：良い」と評価した。試験開始から１００時間が経過する前にコイル５０の断線が生じたサンプル、又は、試験開始から１０時間（約１２０サイクル）が経過する前にチューブ４０が変形したサンプルは「Ｄ：劣る」と評価した。結果は表１の「耐久性」の欄に記した。

【0065】

＜総合評価＞
「耐久性」、小さい「遷移時の温度低下」及び高い「急速昇温性」を満足するグロープラグが望ましい。従って「耐久性」の評価、「遷移時の温度低下」の評価、「急速昇温性」の評価のうち、最も低い評価を表１の「総合」の欄に記した。

【0066】

＜結果＞
表１に示すように、チューブ先端部４３の肉厚Ａが０．５ｍｍ未満のサンプル１、チューブ後端部４６の肉厚Ｂの最小値（Ｂ１）が０．３ｍｍ未満のサンプル１１は、耐久性が劣る結果であった。サンプル１は、チューブ先端部４３の肉厚Ａが０．５ｍｍ未満なので、酸化消耗により早期にチューブ先端部４３に貫通孔が形成され、コイル５０が断線した。サンプル１１は、チューブ後端部４６の肉厚Ｂの最小値（Ｂ１）が０．３ｍｍ未満なので、チューブ後端部４６が早期に変形した。これに対し、肉厚Ａが０．５ｍｍ以上、且つ、肉厚Ｂが０．３ｍｍ以上のサンプル２～１０は、耐久性の評価はＡ～Ｃを満足した。よって、チューブ先端部４３の肉厚Ａを０．５ｍｍ以上、チューブ後端部４６の肉厚Ｂを０．３ｍｍ以上とすることにより、耐久性を確保できることが明らかになった。

【0067】

また、チューブ先端部４３の肉厚Ａがチューブ後端部４６の肉厚Ｂの最小値（Ｂ１）よりも小さいサンプル１（つまり、Ａ／Ｂ１＜１）は、遷移時の温度低下が劣る結果であった。これに対し、チューブ後端部４６の肉厚Ｂの最小値（Ｂ１）がチューブ先端部４３の肉厚Ａの最大値および最小値よりも小さいサンプル２～１１は、遷移時の温度低下の評価はＡ～Ｃを満足した。よって、肉厚Ｂの最小値（Ｂ１）を肉厚Ａ（最大値）よりも小さくすることにより、遷移時の温度低下を小さくできることが明らかになった。

【0068】

チューブ先端部４３の肉厚Ａが０．７ｍｍ以下であるサンプル１～７，９～１１は、肉厚Ａが０．７ｍｍよりも大きいサンプル８に比べて急速昇温性が優れていた。よって、サンプル２～７，９，１０のように、肉厚Ａを０．５ｍｍ以上０．７ｍｍ以下にし、肉厚Ｂを０．３ｍｍ以上にすることにより、耐久性を確保しつつ急速昇温性を向上できることが明らかになった。急速昇温性の向上は、チューブ先端部４３の肉厚Ａが薄くなったことにより、チューブ先端部４３の単位長さ当たりの熱容量が小さくなり、先端コイル５１の発熱によってチューブ先端部４３が昇温し易くなったことによると推察される。

【0069】

また、遷移時の温度低下の評価がＡ～Ｃのサンプル２～７，９，１０は、Ａ／Ｂ１≧１．１を満たした。よって、０．５ｍｍ≦Ａ≦０．７ｍｍ，Ｂ≧０．３ｍｍ且つＡ／Ｂ１≧１．１を満たすことにより、耐久性、遷移時の温度低下および急速昇温性を共に確保できることが明らかになった。

【0070】

サンプル２～７，９，１０のうち、チューブ先端部４３の肉厚Ａが０．５６ｍｍ以上０．７ｍｍ以下であって、Ａ／Ｂ１≧１．２４を満たすサンプル３～７，９，１０は、遷移時の温度低下の評価、耐久性の評価は共にＡ又はＢを満足した。よって、０．５６ｍｍ≦Ａ≦０．７ｍｍ且つＡ／Ｂ１≧１．２４を満たすことにより、遷移時の温度低下をより抑制しつつ耐久性を向上できることが明らかになった。

【0071】

サンプル３～７，９，１０のうち、チューブ先端部４３の肉厚Ａが０．５８ｍｍ以上０．６４ｍｍ以下であって、Ａ／Ｂ１≧１．２９を満たすサンプル４～６，９，１０は、遷移時の温度低下の評価、耐久性の評価は共にＡを満足し、急速昇温性の評価はＡ又はＢを満足した。よって、０．５８ｍｍ≦Ａ≦０．６４ｍｍ且つＡ／Ｂ１≧１．２９を満たすことにより、遷移時の温度低下をさらに抑制しつつ耐久性を向上し、加えて急速昇温性を向上できることが明らかになった。

【0072】

サンプル４～６，９，１０のうち、チューブ先端部４３の肉厚Ａが０．５８ｍｍ以上０．６２ｍｍ以下であって、Ａ／Ｂ１≧１．２９を満たすサンプル４，５，９，１０は、遷移時の温度低下の評価、耐久性の評価、急速昇温性の評価は全てＡを満足した。よって、０．５８ｍｍ≦Ａ≦０．６２ｍｍ且つＡ／Ｂ１≧１．２９を満たすことにより、遷移時の温度低下を抑制しつつ耐久性を向上し、加えて急速昇温性をさらに向上できることが明らかになった。

【0073】

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。

【0074】

上記実施の形態では、チューブ先端部４３及びチューブ後端部４６は外径が同一であり、チューブ先端部４３の内径をチューブ後端部４６の内径よりも小さくすることにより、チューブ先端部４３の肉厚Ａがチューブ後端部４６の肉厚Ｂよりも大きく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。実施例のようにチューブ先端部４３の外径をチューブ後端部４６の外径よりも小さくしたり、チューブ先端部４３の外径をチューブ後端部４６の外径よりも大きくしたりすることは当然可能である。

【符号の説明】

【0075】

１０ グロープラグ
２０ 中軸
４０ チューブ
４１ 先端
４３ チューブ先端部
４６ チューブ後端部
５１ 先端コイル
５２ 後端コイル
Ｏ 軸線

【図1】

【図2】

【図3】