グロープラグ及びその製造方法
【課題】従来に比べて耐熱性及び耐久性の向上を図ることのできるグロープラグ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 軸線方向に延びるとともに先端部が閉塞した筒状のシーズ管と、先端が前記シーズ管内に位置し、後端が前記シーズ管の後端側へ突出するリード部材と、抵抗発熱線からなり、前記シーズ管内に配設されるとともに、先端が前記シーズ管の先端と電気的に接続され、後端が前記リード部材と電気的に接続された発熱コイルと、を有するシーズヒータを用いたグロープラグである。前記発熱コイルは、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を１０〜３７mass％含む合金からなり、かつ、前記シーズ管の外側表面にタングステンが存在しない。
【解決手段】 軸線方向に延びるとともに先端部が閉塞した筒状のシーズ管と、先端が前記シーズ管内に位置し、後端が前記シーズ管の後端側へ突出するリード部材と、抵抗発熱線からなり、前記シーズ管内に配設されるとともに、先端が前記シーズ管の先端と電気的に接続され、後端が前記リード部材と電気的に接続された発熱コイルと、を有するシーズヒータを用いたグロープラグである。前記発熱コイルは、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を１０〜３７mass％含む合金からなり、かつ、前記シーズ管の外側表面にタングステンが存在しない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンに使用されるグロープラグ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ディーゼルエンジンの始動補助等に使用されるグロープラグとして、先端部の閉じた金属製のチューブ（シーズ管）内に、鉄（Ｆｅ）・クロム（Ｃｒ）・アルミニウム（Ａｌ）合金等からなる発熱コイルを封入したシーズヒータを用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５８４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなグロープラグでは、使用温度の高温化と急速昇温性が要求されている。このため、従来から使用されている鉄（Ｆｅ）・クロム（Ｃｒ）・アルミニウム（Ａｌ）合金からなる発熱コイルでは、耐久性が十分とはいえなくなってきた。
【０００５】
これに対し、ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金は、還元雰囲気下では鉄（Ｆｅ）・クロム（Ｃｒ）・アルミニウム（Ａｌ）合金よりも耐久性に優れた材料である。よって、この材料を発熱コイルとして用いると、グロープラグの使用温度の高温化と急速昇温性が向上する。しかし、ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金は、非常に酸化され易いため、ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金から発熱コイルを構成した場合、シーズ管内に酸素が侵入しないようにする必要がある。また、シーズ管と発熱コイルとを溶接接合した際に、発熱コイル材料のタングステン（Ｗ）がシーズ管の構成部材中に拡散し、シーズ管が酸化し易くなって、その耐熱性及び耐久性が低下してしまう可能性があり、ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金からなる発熱コイルを用いてグロープラグの耐熱性及び耐久性を向上させることは困難であった。
【０００６】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたものである。本発明は、従来に比べて耐熱性及び耐久性の向上を図ることのできるグロープラグ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のグロープラグの一態様は、軸線方向に延びるとともに先端部が閉塞した筒状のシーズ管と、先端が前記シーズ管内に位置し、後端が前記シーズ管の後端側へ突出するリード部材と、抵抗発熱線からなり、前記シーズ管内に配設されるとともに、先端が前記シーズ管の先端と電気的に接続され、後端が前記リード部材と電気的に接続された発熱コイルと、を有するシーズヒータを用いたグロープラグであって、前記発熱コイルは、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を１０〜３７mass％含む合金からなり、かつ、前記シーズ管の外側表面にタングステンが存在しないことを特徴とする。
【０００８】
本発明のグロープラグでは、発熱コイルは、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を１０〜３７mass％含む合金から構成されている。このような発熱コイルを用いることによって、鉄（Ｆｅ）・クロム（Ｃｒ）・アルミニウム（Ａｌ）合金からなる発熱コイルを用いた場合に比べて、より耐久性の向上を図ることができる。ここで、タングステンの含有量を１０〜３７mass％としたのは、次のような理由による。すなわち、体積抵抗率と融点からタングステンの含有量は少なくとも１０mass％以上とする必要があり、かつ、必要な加工性を得るためには、タングステンの含有量は３７mass％以下とする必要があるからである。
【０００９】
また、本発明のグロープラグでは、シーズ管の外側表面にタングステンが存在しないので、シーズ管表面にタングステンが存在することによってシーズ管が酸化され易くなることがなく、耐熱性及び耐久性が低下することを防止することができる。ここで、「シーズ管の外側表面にタングステンが存在しない」とは、シーズ管の表面を、エネルギー分散型Ｘ線分光装置（ＥＤＳ）で測定した際に、タングステンの存在量がその測定限界以下又はゼロでその存在量を測定することができないことを示している。なお、エネルギー分散型Ｘ線分光装置の測定限界は、０．１mass％程度である。
【００１０】
本発明のグロープラグでは、シーズ管の先端から後端側１ｍｍまでのタングステン（Ｗ）の含有量が１mass％以下とされている構成とすることが好ましい。これによって、シーズ管が酸化されることをより確実に防止することができる。
【００１１】
上記のように、シーズ管の外側表面にタングステンが存在しない構成、及びシーズ管の先端から１ｍｍまでのタングステンの含有量が１mass％以下とされている構成とするためには、例えば、発熱コイルとシーズ管が、タングステンの含有量が１mass％以下の金属線を介して接合されている構成を採用することができる。このように、タングステンの含有量が１mass％以下の金属線を介して発熱コイルとシーズ管とを接合することにより、発熱コイルに含有されるタングステンがシーズ管の構成部材内に拡散することを防止することができる。
【００１２】
この場合、金属線の線径を、発熱コイルの線径の１．０〜２．０倍の範囲内とすることが好ましい。金属線の線径が発熱コイルの線径の１．０倍未満の場合、金属線の部分の強度不十分となったり、金属線の部分に発熱の集中が発生する等の問題が起きる虞がある。また、金属線の線径が発熱コイルの線径の２．０倍を超えると、溶接に必要なエネルギーが大きくなるとともに、シーズ管に対する発熱コイルの軸方向の傾きを調整することが難しくなる。
【００１３】
上記のように、金属線を介して発熱コイルとシーズ管とを接合する場合、発熱コイルの先端に金属線を接合する工程と、金属線が接合された発熱コイルをシーズ管内に挿入し、シーズ管の先端部に形成された開口に金属線の先端部を挿入して金属線とシーズ管とを溶融接合する工程とを具備したグロープラグの製造方法を用いることができる。この場合、シーズ管の先端部に形成された開口の直径は、金属線の線径より０．４ｍｍ以上大きくすることが好ましい。これによって、シーズ管に対する発熱コイルの軸方向の傾きを容易に調整することができる。
【００１４】
また、シーズ管の外側表面にタングステンが存在しない構成、及びシーズ管の先端から１ｍｍまでのタングステンの含有量が１％以下とされている構成とするためには、例えば、シーズ管を発熱コイルよりも融点の低い金属から構成し、シーズ管と発熱コイルとを直接接合した構成としてもよい。このような構成とすることにより、発熱コイルを溶融させずにシーズ管のみを溶融させてこれらを接合することができ、発熱コイルに含有されるタングステンが、シーズ管を構成する部材中に拡散することを抑制することができる。この場合、シーズ管が、発熱コイルよりも１００℃以上融点の低い金属からなる構成とすることが好ましい。
【００１５】
また、上記構成のグロープラグを製造する場合、シーズ管内に発熱コイルを挿入し、発熱コイルの先端とシーズ管の内側先端部とを圧接させた状態で、シーズ管の先端部をシーズ管の融点以上発熱コイルの融点以下の温度に加熱し、シーズ管と発熱コイルとを接合するグロープラグの製造方法を用いることができる。この場合、シーズ管として、先端開口を溶接又は塑性加工によって閉塞したもの、又は板材から成形した底付きのものを用いることができる。
【００１６】
上記の本発明の各グロープラグにおいて、シーズ管は、クロム（Ｃｒ）を２４〜３０mass％、炭素（Ｃ）を０．０５〜０．３０mass％、アルミニウム（Ａｌ）を１．８〜２．４mass％、チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ）のうちの１種類以上を０．１〜０．３mass％含むニッケル基合金からなる構成とすることが好ましい。
【００１７】
クロム（Ｃｒ）の含有量の下限を２４mass％としたのは、高温耐酸化性を確保するためであり、上限を３０mass％としたのは、冷間加工性を確保するためである。すなわち、クロム（Ｃｒ）の含有量を２４mass％未満とすると、十分な高温耐酸化性を得ることができなくなり、クロム（Ｃｒ）の含有量を３０mass％より多くとすると、十分な冷間加工性が得られなくなるためである。
【００１８】
炭素（Ｃ）の含有量の下限を０．０５mass％としたのは、高温強度を確保するためであり、上限を０．３mass％としたのは、冷間加工性と高温耐酸化性を確保するためである。すなわち、炭素（Ｃ）の含有量を０．０５mass％未満とすると、十分な高温強度を得ることができなくなり、炭素（Ｃ）の含有量を０．３mass％より多くとすると、十分な冷間加工性と高温耐酸化性が得られなくなるためである。
【００１９】
アルミニウム（Ａｌ）の含有量の下限を１．８mass％としたのは、高温耐酸化性を確保するためであり、上限を２．４mass％としたのは、Ｎｉ３Ａｌの過剰な生成を回避するためである。すなわち、アルミニウム（Ａｌ）の含有量を１．８mass％未満とすると、十分な高温耐酸化性を得ることができなくなり、アルミニウム（Ａｌ）の含有量を２．４mass％より多くとすると、Ｎｉ３Ａｌが過剰に生成されるためである。
【００２０】
チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ）のうちの１種類以上の含有量の下限を０．１mass％としたのは、高温クリープ強度を確保するためであり、上限を０．３mass％としたのは、冷間加工性を確保するためである。すなわち、チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ）のうちの１種類以上の含有量を、０．１mass％未満とすると、十分な高温クリープ強度を得ることができなくなり、０．３mass％より多くとすると、十分な冷間加工性が得られなくなるためである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、従来に比べて耐熱性及び耐久性の向上を図ることのできるグロープラグ及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るグロープラグの概略構成を示す図。
【図２】図１のグロープラグの断面概略構成を示す図。
【図３】図１のグロープラグの要部断面概略構成を示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係るグロープラグの製造方法を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態にかかるグロープラグ１の全体概略構成を示す図であり、図２はグロープラグ１の縦断面概略構成を示す図である。
【００２５】
図１、図２に示すように、グロープラグ１は、筒状の主体金具２と、主体金具２に装着されたシーズヒータ３とを備えている。
【００２６】
主体金具２には、軸線Ｃ１方向に貫通する軸孔４が形成されている。また、主体金具２の外周面には、ディーゼルエンジンへの取付用のねじ部５と、トルクレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部６とが形成されている。
【００２７】
シーズヒータ３は、シーズ管７とリード部材としての中軸８とが軸線Ｃ１方向に一体化されて構成されている。
【００２８】
図３に示すように、シーズ管７は、先端部が閉じた金属製の筒状のチューブから構成されている。本実施形態において、このシーズ管７は、クロム（Ｃｒ）を２４〜３０mass％、炭素（Ｃ）を０．０５〜０．３０mass％、アルミニウム（Ａｌ）を１．８〜２．４mass％、チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ）のうちの１種類以上を０．１〜０．３mass％含むニッケル基合金から構成されている。かかるニッケル基合金としては、例えば、ドイツ工業規格（ＤＩＮ）で規定されたＤＩＮ２．４６３３（ａｌｌｏｙ６０２）の合金がこれに相当する。
【００２９】
シーズ管７の内側には、シーズ管７先端に後述する金属線２１を介して接合される発熱コイル９と、当該発熱コイル９の後端に直列接続された制御コイル１０とが酸化マグネシウム粉末等の絶縁粉末１１とともに封入されている。本実施形態において、発熱コイル９は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を１０〜３７mass％（本実施形態では３３mass％）含む合金（ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金）から構成されている。
【００３０】
シーズ管７と発熱コイル９とは、その先端側において、金属線２１を介して接合されている。この金属線２１は、タングステン（Ｗ）の含有量が１mass％以下の材料によって構成することが好ましく、本実施形態では、シーズ管７と同一のニッケル基合金から構成されている。このように、金属線２１を介してシーズ管７と発熱コイル９とを接続することによって、発熱コイル９を直接シーズ管７と溶融接合する場合に比べて、発熱コイル９中に含まれるタングステン（Ｗ）がシーズ管７を構成する材料中に拡散することを抑制することができる。金属線２１の長さは、例えば、１〜２ｍｍ程度とすることが好ましく、本実施形態では約１．５ｍｍとなっている。
【００３１】
上記のように、シーズ管７と発熱コイル９とを金属線２１を介して接合することによって、本実施形態では、シーズ管７の外側表面にタングステン（Ｗ）が存在しない構成となっている。なお、「シーズ管７の外側表面にタングステン（Ｗ）が存在しない」とは、前述したとおり、シーズ管７の表面を、エネルギー分散型Ｘ線分光装置（ＥＤＳ）で測定した際に、タングステン（Ｗ）の存在量がその測定限界以下で、測定することができないことを示している。
【００３２】
また、上記のように、シーズ管７と発熱コイル９とを金属線２１を介して接合することによって、本実施形態では、シーズ管７の先端から後端側１ｍｍまでの部分（図３に示す矢印で挟まれた部分Ａ）のタングステン（Ｗ）の含有量が１mass％以下となっている。
【００３３】
上記のように本実施形態では、シーズ管の７外側表面にタングステン（Ｗ）が存在しない構成となっているので、シーズ管７の表面にタングステン（Ｗ）が存在することによってシーズ管７が酸化され易くなることがなく、これによって耐熱性及び耐久性が低下することを防止することができる。さらに、本実施形態では、シーズ管７の先端から後端側１ｍｍまでのタングステン（Ｗ）の含有量が１mass％以下となっているので、より確実にシーズ管７が酸化され易くなることを防止できる。
【００３４】
さらに、シーズ管７の後端は、中軸８との間で環状ゴム１７により封止されている。加えて、前述のように、発熱コイル９は、その先端においてシーズ管７と導通しているが、発熱コイル９及び制御コイル１０の外周面とシーズ管７の内周面とは、絶縁粉末１１の介在により絶縁された状態となっている。発熱コイル９と制御コイル１０とは、後端側接合部位２２によって接合されている。
【００３５】
制御コイル１０は、発熱コイル９の材質よりも電気比抵抗の温度係数が大きい材質、例えば、コバルト（Ｃｏ）−ニッケル（Ｎｉ）−Ｆｅ系合金等に代表されるＣｏ又はＮｉを主成分とする抵抗発熱線により構成されている。発熱コイル９は通電によって発熱し、シーズ管７の表面温度を所定の温度まで昇温させ、制御コイル１０は発熱コイル９の過昇温を生じにくくすることができるようになっている。
【００３６】
また、シーズ管７には、スウェージング加工等によって、その先端部に発熱コイル９等を収容する小径部７ａが形成されるとともに、その後端側において小径部７ａよりも径の大きい大径部７ｂが形成されている。そして、図２に示すように、この大径部７ｂが、主体金具２の軸孔４に形成された小径部４ａに対し圧入接合されることにより、シーズ管７が主体金具２の先端より突出した状態で保持される。
【００３７】
図３に示すように、中軸８は、自身の先端がシーズ管７内に挿入され、制御コイル１０の後端と電気的に接続さている。また、中軸８は、主体金具２の軸孔４に挿通されている。中軸８の後端は主体金具２の後端から突出しており、この主体金具２の後端部においては、図２に示すように、ゴム製等のＯリング１２、樹脂製等の絶縁ブッシュ１３、絶縁ブッシュ１３の脱落を防止するための押さえリング１４、及び、通電ケーブル接続用のナット１５がこの順序で中軸８に嵌め込まれた構造となっている。
【００３８】
次に上記のように構成されてなるグロープラグ１の製造方法について説明する。
【００３９】
まず、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を３３mass％含む合金（ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金）の抵抗発熱線をコイル形状に加工し、発熱コイル９を得る。
【００４０】
次いで、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金等の抵抗発熱線をコイル形状に加工し、制御コイル１０を得る。そして、発熱コイル９の先端部分に、タングステン（Ｗ）の含有量が１mass％以下の材料（例えば、シーズ管７と同一のニッケル基合金）からなる金属線２１を接合するとともに、発熱コイル９の後端部分と、制御コイル１０の先端部分とを、後端側接合部位２２においてアーク溶接等によって接合する。
【００４１】
次に、最終寸法より加工代分だけ大径に形成され、かつ、先端の閉じていない筒状のシーズ管７内に、中軸８の先端と、当該中軸８と一体となった発熱コイル９及び制御コイル１０とが配置される。そして、アーク溶接によって、シーズ管７の先端部分を閉塞させるとともに、当該シーズ管７の先端部分と金属線２１とを接合する。
【００４２】
その後、シーズ管７内に絶縁粉末１１を充填した後、当該シーズ管７にスウェージング加工を施す。これにより、大径部７ａを有するシーズ管７が形成されるとともに、当該シーズ管７が中軸８と一体となってシーズヒータ３が完成する。
【００４３】
そして、上記のように形成されたシーズヒータ３が主体金具２の軸孔４に圧入固定されるとともに、主体金具２の後端部分において、Ｏリング１２や絶縁ブッシュ１３等が中軸８に嵌め込まれることで、グロープラグ１が完成する。
【００４４】
このようにして、本実施形態では、従来に比べて耐熱性及び耐久性の向上したグロープラグを得ることができる。
【００４５】
上記実施形態では、発熱コイル９の先端部分に、タングステン（Ｗ）の含有量が１mass％以下の材料からなる金属線２１を接合し、この金属線２１とシーズ管７とを接合することによって、発熱コイル９中のタングステン（Ｗ）がシーズ管７の表面にまで拡散することを防止している。一方、上記の金属線２１を用いることなく、以下のようにして発熱コイル９中のタングステン（Ｗ）がシーズ管７の表面にまで拡散することを防止してもよい。
【００４６】
すなわち、シーズ管７を発熱コイル９よりも融点の低い金属から構成し、発熱コイル９を溶融させずにシーズ管７のみを溶融させてこれらを直接接合した構成としてもよい。この場合、図４に示すように、先端の閉じている筒状のシーズ管７内に、中軸８の先端と、当該中軸８と一体となった発熱コイル９及び制御コイル１０とを配置する。そして、発熱コイル９の先端が、シーズ管７先端の内壁に当接された状態とし、発熱コイル９に荷重を加えた状態（発熱コイル９の先端をシーズ管７端の内壁に圧接させた状態）でシーズ管７の先端部をプラズマアーク等でシーズ管７の融点以上、発熱コイル９の融点以下で加熱し、発熱コイル９を溶融させずにシーズ管７のみを溶融させて発熱コイル９とシーズ管７とを接合する。
【００４７】
この場合、シーズ管７を、発熱コイル９よりも１００℃以上融点の低い金属から構成することが好ましい。発熱コイル９を、例えばニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を３３mass％含む合金（ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金）から構成し、シーズ管７を、例えば前述したＤＩＮ２．４６３３（ａｌｌｏｙ６０２）に相当するニッケル基合金から構成すると、発熱コイル９の材料の融点がおよそ１５２０℃、シーズ管７の材料の融点がおよそ１４００℃となり、シーズ管７の材料の融点が発熱コイル９の材料の融点より約１２０℃低くなるので、このような組み合わせを好適に用いることができ、この間の温度（例えば、１４５０℃）で加熱することで、発熱コイル９とシーズ管７とを接合できる。
【００４８】
なお、この場合、上記したとおり、先端の閉じている筒状のシーズ管７、つまり、先端開口を溶接又は塑性加工によって閉塞したシーズ管７、又は板材から成形した底付きのシーズ管７を用いる。
【００４９】
実施例１として、以下のようにしてシーズヒータ３を作製した。ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を３３mass％含む合金（ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金）（融点およそ１５２０℃）からなり、線径（直径）が０．４ｍｍの線材から発熱コイル９を構成した。この発熱コイルの先端に、前述したＤＩＮ２．４６３３（ａｌｌｏｙ６０２）に相当するニッケル基合金（融点およそ１４００℃）からなる線径（直径）が０．５ｍｍ、長さが１．５ｍｍの金属線２１を接合し、この金属線２１の先端を、金属線２１と同一の材料からなるシーズ管７の先端開口部（開口径１ｍｍ）に設置し、プラズマアーク溶接によってシーズ管７の先端開口部を閉塞するとともに、シーズ管７と金属線２１の先端とを接合しシーズヒータ３を作製した。
【００５０】
実施例２として、以下のようにしてシーズヒータ３を作製した。ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を３３mass％含む合金（ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金）（融点およそ１５２０℃）からなり、線径（直径）が０．４ｍｍの線材から発熱コイル９を構成した。これとともに、前述したＤＩＮ２．４６３３（ａｌｌｏｙ６０２）に相当するニッケル基合金（融点およそ１４００℃）から、深絞り加工によって先端が閉塞されている形状のシーズ管７を作製した。このシーズ管７内に、発熱コイル９を設置してその先端部をシーズ管７先端の内側壁部分に当接させ、発熱コイル９の後端側から荷重をかけた状態で、シーズ管７の先端をプラズマアークで加熱（１４５０℃）し、発熱コイル９を溶融させず、融点の低いシーズ管７のみを溶融してシーズ管７と発熱コイル９とを接合し、シーズヒータ３を作製した。
【００５１】
比較例１として、以下のようにしてシーズヒータ３を作製した。カンタル（Ｆｅ２５Ｃｒ５Ａｌ）（融点およそ１５２０℃）からなり、線径（直径）が０．４ｍｍの線材から発熱コイル９を構成した。前述したＤＩＮ２．４６３３（ａｌｌｏｙ６０２）に相当するニッケル基合金（融点およそ１４００℃）からなるシーズ管７の先端開口部（開口径１ｍｍ）に、この発熱コイル９の先端を設置し、プラズマアーク溶接によってシーズ管７の先端開口部を閉塞するとともに、シーズ管７と発熱コイル９の先端とを接合しシーズヒータ３を作製した。
【００５２】
比較例２として、以下のようにしてシーズヒータ３を作製した。ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を３３mass％含む合金（ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金）（融点およそ１５２０℃）からなり、線径（直径）が０．４ｍｍの線材から発熱コイル９を構成した。前述したＤＩＮ２．４６３３（ａｌｌｏｙ６０２）に相当するニッケル基合金（融点およそ１４００℃）からなるシーズ管７の先端開口部（開口径１ｍｍ）に、この発熱コイル９の先端を設置し、プラズマアーク溶接によってシーズ管７の先端開口部を閉塞するとともに、シーズ管７と発熱コイル９の先端とを接合しシーズヒータ３を作製した。
【００５３】
上記の実施例１，２、比較例１，２について、机上通電サイクル試験を行った。通電サイクルは、シーズ管７の表面温度が２秒間で１０００℃に到達するように電圧を印加し、その後、シーズ管７の表面温度が１１００℃になるように３分間通電し、この後室温で放冷するというサイクルであり、発熱コイルが断線するまでのサイクル数を寿命とし、その良否を判定した。この結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
表１に示されるとおり、実施例１では、断線寿命が７７００サイクル、実施例２で断線寿命が７１００サイクルであった。これに対して、比較例１では、断線寿命が４９００サイクル、比較例２では、断線寿命が４３００サイクルであり、実施例１，２と、比較例１，２とでは、明らかに断線寿命に差があることが分かった。
【００５６】
なお、本発明は、上述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは、勿論である。
【符号の説明】
【００５７】
１……グロープラグ、２……主体金具、３……シーズヒータ、７……シーズ管、９……発熱コイル、１０……制御コイル、２１……金属線。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンに使用されるグロープラグ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ディーゼルエンジンの始動補助等に使用されるグロープラグとして、先端部の閉じた金属製のチューブ（シーズ管）内に、鉄（Ｆｅ）・クロム（Ｃｒ）・アルミニウム（Ａｌ）合金等からなる発熱コイルを封入したシーズヒータを用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５８４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなグロープラグでは、使用温度の高温化と急速昇温性が要求されている。このため、従来から使用されている鉄（Ｆｅ）・クロム（Ｃｒ）・アルミニウム（Ａｌ）合金からなる発熱コイルでは、耐久性が十分とはいえなくなってきた。
【０００５】
これに対し、ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金は、還元雰囲気下では鉄（Ｆｅ）・クロム（Ｃｒ）・アルミニウム（Ａｌ）合金よりも耐久性に優れた材料である。よって、この材料を発熱コイルとして用いると、グロープラグの使用温度の高温化と急速昇温性が向上する。しかし、ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金は、非常に酸化され易いため、ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金から発熱コイルを構成した場合、シーズ管内に酸素が侵入しないようにする必要がある。また、シーズ管と発熱コイルとを溶接接合した際に、発熱コイル材料のタングステン（Ｗ）がシーズ管の構成部材中に拡散し、シーズ管が酸化し易くなって、その耐熱性及び耐久性が低下してしまう可能性があり、ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金からなる発熱コイルを用いてグロープラグの耐熱性及び耐久性を向上させることは困難であった。
【０００６】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたものである。本発明は、従来に比べて耐熱性及び耐久性の向上を図ることのできるグロープラグ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のグロープラグの一態様は、軸線方向に延びるとともに先端部が閉塞した筒状のシーズ管と、先端が前記シーズ管内に位置し、後端が前記シーズ管の後端側へ突出するリード部材と、抵抗発熱線からなり、前記シーズ管内に配設されるとともに、先端が前記シーズ管の先端と電気的に接続され、後端が前記リード部材と電気的に接続された発熱コイルと、を有するシーズヒータを用いたグロープラグであって、前記発熱コイルは、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を１０〜３７mass％含む合金からなり、かつ、前記シーズ管の外側表面にタングステンが存在しないことを特徴とする。
【０００８】
本発明のグロープラグでは、発熱コイルは、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を１０〜３７mass％含む合金から構成されている。このような発熱コイルを用いることによって、鉄（Ｆｅ）・クロム（Ｃｒ）・アルミニウム（Ａｌ）合金からなる発熱コイルを用いた場合に比べて、より耐久性の向上を図ることができる。ここで、タングステンの含有量を１０〜３７mass％としたのは、次のような理由による。すなわち、体積抵抗率と融点からタングステンの含有量は少なくとも１０mass％以上とする必要があり、かつ、必要な加工性を得るためには、タングステンの含有量は３７mass％以下とする必要があるからである。
【０００９】
また、本発明のグロープラグでは、シーズ管の外側表面にタングステンが存在しないので、シーズ管表面にタングステンが存在することによってシーズ管が酸化され易くなることがなく、耐熱性及び耐久性が低下することを防止することができる。ここで、「シーズ管の外側表面にタングステンが存在しない」とは、シーズ管の表面を、エネルギー分散型Ｘ線分光装置（ＥＤＳ）で測定した際に、タングステンの存在量がその測定限界以下又はゼロでその存在量を測定することができないことを示している。なお、エネルギー分散型Ｘ線分光装置の測定限界は、０．１mass％程度である。
【００１０】
本発明のグロープラグでは、シーズ管の先端から後端側１ｍｍまでのタングステン（Ｗ）の含有量が１mass％以下とされている構成とすることが好ましい。これによって、シーズ管が酸化されることをより確実に防止することができる。
【００１１】
上記のように、シーズ管の外側表面にタングステンが存在しない構成、及びシーズ管の先端から１ｍｍまでのタングステンの含有量が１mass％以下とされている構成とするためには、例えば、発熱コイルとシーズ管が、タングステンの含有量が１mass％以下の金属線を介して接合されている構成を採用することができる。このように、タングステンの含有量が１mass％以下の金属線を介して発熱コイルとシーズ管とを接合することにより、発熱コイルに含有されるタングステンがシーズ管の構成部材内に拡散することを防止することができる。
【００１２】
この場合、金属線の線径を、発熱コイルの線径の１．０〜２．０倍の範囲内とすることが好ましい。金属線の線径が発熱コイルの線径の１．０倍未満の場合、金属線の部分の強度不十分となったり、金属線の部分に発熱の集中が発生する等の問題が起きる虞がある。また、金属線の線径が発熱コイルの線径の２．０倍を超えると、溶接に必要なエネルギーが大きくなるとともに、シーズ管に対する発熱コイルの軸方向の傾きを調整することが難しくなる。
【００１３】
上記のように、金属線を介して発熱コイルとシーズ管とを接合する場合、発熱コイルの先端に金属線を接合する工程と、金属線が接合された発熱コイルをシーズ管内に挿入し、シーズ管の先端部に形成された開口に金属線の先端部を挿入して金属線とシーズ管とを溶融接合する工程とを具備したグロープラグの製造方法を用いることができる。この場合、シーズ管の先端部に形成された開口の直径は、金属線の線径より０．４ｍｍ以上大きくすることが好ましい。これによって、シーズ管に対する発熱コイルの軸方向の傾きを容易に調整することができる。
【００１４】
また、シーズ管の外側表面にタングステンが存在しない構成、及びシーズ管の先端から１ｍｍまでのタングステンの含有量が１％以下とされている構成とするためには、例えば、シーズ管を発熱コイルよりも融点の低い金属から構成し、シーズ管と発熱コイルとを直接接合した構成としてもよい。このような構成とすることにより、発熱コイルを溶融させずにシーズ管のみを溶融させてこれらを接合することができ、発熱コイルに含有されるタングステンが、シーズ管を構成する部材中に拡散することを抑制することができる。この場合、シーズ管が、発熱コイルよりも１００℃以上融点の低い金属からなる構成とすることが好ましい。
【００１５】
また、上記構成のグロープラグを製造する場合、シーズ管内に発熱コイルを挿入し、発熱コイルの先端とシーズ管の内側先端部とを圧接させた状態で、シーズ管の先端部をシーズ管の融点以上発熱コイルの融点以下の温度に加熱し、シーズ管と発熱コイルとを接合するグロープラグの製造方法を用いることができる。この場合、シーズ管として、先端開口を溶接又は塑性加工によって閉塞したもの、又は板材から成形した底付きのものを用いることができる。
【００１６】
上記の本発明の各グロープラグにおいて、シーズ管は、クロム（Ｃｒ）を２４〜３０mass％、炭素（Ｃ）を０．０５〜０．３０mass％、アルミニウム（Ａｌ）を１．８〜２．４mass％、チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ）のうちの１種類以上を０．１〜０．３mass％含むニッケル基合金からなる構成とすることが好ましい。
【００１７】
クロム（Ｃｒ）の含有量の下限を２４mass％としたのは、高温耐酸化性を確保するためであり、上限を３０mass％としたのは、冷間加工性を確保するためである。すなわち、クロム（Ｃｒ）の含有量を２４mass％未満とすると、十分な高温耐酸化性を得ることができなくなり、クロム（Ｃｒ）の含有量を３０mass％より多くとすると、十分な冷間加工性が得られなくなるためである。
【００１８】
炭素（Ｃ）の含有量の下限を０．０５mass％としたのは、高温強度を確保するためであり、上限を０．３mass％としたのは、冷間加工性と高温耐酸化性を確保するためである。すなわち、炭素（Ｃ）の含有量を０．０５mass％未満とすると、十分な高温強度を得ることができなくなり、炭素（Ｃ）の含有量を０．３mass％より多くとすると、十分な冷間加工性と高温耐酸化性が得られなくなるためである。
【００１９】
アルミニウム（Ａｌ）の含有量の下限を１．８mass％としたのは、高温耐酸化性を確保するためであり、上限を２．４mass％としたのは、Ｎｉ３Ａｌの過剰な生成を回避するためである。すなわち、アルミニウム（Ａｌ）の含有量を１．８mass％未満とすると、十分な高温耐酸化性を得ることができなくなり、アルミニウム（Ａｌ）の含有量を２．４mass％より多くとすると、Ｎｉ３Ａｌが過剰に生成されるためである。
【００２０】
チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ）のうちの１種類以上の含有量の下限を０．１mass％としたのは、高温クリープ強度を確保するためであり、上限を０．３mass％としたのは、冷間加工性を確保するためである。すなわち、チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ）のうちの１種類以上の含有量を、０．１mass％未満とすると、十分な高温クリープ強度を得ることができなくなり、０．３mass％より多くとすると、十分な冷間加工性が得られなくなるためである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、従来に比べて耐熱性及び耐久性の向上を図ることのできるグロープラグ及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るグロープラグの概略構成を示す図。
【図２】図１のグロープラグの断面概略構成を示す図。
【図３】図１のグロープラグの要部断面概略構成を示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係るグロープラグの製造方法を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態にかかるグロープラグ１の全体概略構成を示す図であり、図２はグロープラグ１の縦断面概略構成を示す図である。
【００２５】
図１、図２に示すように、グロープラグ１は、筒状の主体金具２と、主体金具２に装着されたシーズヒータ３とを備えている。
【００２６】
主体金具２には、軸線Ｃ１方向に貫通する軸孔４が形成されている。また、主体金具２の外周面には、ディーゼルエンジンへの取付用のねじ部５と、トルクレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部６とが形成されている。
【００２７】
シーズヒータ３は、シーズ管７とリード部材としての中軸８とが軸線Ｃ１方向に一体化されて構成されている。
【００２８】
図３に示すように、シーズ管７は、先端部が閉じた金属製の筒状のチューブから構成されている。本実施形態において、このシーズ管７は、クロム（Ｃｒ）を２４〜３０mass％、炭素（Ｃ）を０．０５〜０．３０mass％、アルミニウム（Ａｌ）を１．８〜２．４mass％、チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ）のうちの１種類以上を０．１〜０．３mass％含むニッケル基合金から構成されている。かかるニッケル基合金としては、例えば、ドイツ工業規格（ＤＩＮ）で規定されたＤＩＮ２．４６３３（ａｌｌｏｙ６０２）の合金がこれに相当する。
【００２９】
シーズ管７の内側には、シーズ管７先端に後述する金属線２１を介して接合される発熱コイル９と、当該発熱コイル９の後端に直列接続された制御コイル１０とが酸化マグネシウム粉末等の絶縁粉末１１とともに封入されている。本実施形態において、発熱コイル９は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を１０〜３７mass％（本実施形態では３３mass％）含む合金（ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金）から構成されている。
【００３０】
シーズ管７と発熱コイル９とは、その先端側において、金属線２１を介して接合されている。この金属線２１は、タングステン（Ｗ）の含有量が１mass％以下の材料によって構成することが好ましく、本実施形態では、シーズ管７と同一のニッケル基合金から構成されている。このように、金属線２１を介してシーズ管７と発熱コイル９とを接続することによって、発熱コイル９を直接シーズ管７と溶融接合する場合に比べて、発熱コイル９中に含まれるタングステン（Ｗ）がシーズ管７を構成する材料中に拡散することを抑制することができる。金属線２１の長さは、例えば、１〜２ｍｍ程度とすることが好ましく、本実施形態では約１．５ｍｍとなっている。
【００３１】
上記のように、シーズ管７と発熱コイル９とを金属線２１を介して接合することによって、本実施形態では、シーズ管７の外側表面にタングステン（Ｗ）が存在しない構成となっている。なお、「シーズ管７の外側表面にタングステン（Ｗ）が存在しない」とは、前述したとおり、シーズ管７の表面を、エネルギー分散型Ｘ線分光装置（ＥＤＳ）で測定した際に、タングステン（Ｗ）の存在量がその測定限界以下で、測定することができないことを示している。
【００３２】
また、上記のように、シーズ管７と発熱コイル９とを金属線２１を介して接合することによって、本実施形態では、シーズ管７の先端から後端側１ｍｍまでの部分（図３に示す矢印で挟まれた部分Ａ）のタングステン（Ｗ）の含有量が１mass％以下となっている。
【００３３】
上記のように本実施形態では、シーズ管の７外側表面にタングステン（Ｗ）が存在しない構成となっているので、シーズ管７の表面にタングステン（Ｗ）が存在することによってシーズ管７が酸化され易くなることがなく、これによって耐熱性及び耐久性が低下することを防止することができる。さらに、本実施形態では、シーズ管７の先端から後端側１ｍｍまでのタングステン（Ｗ）の含有量が１mass％以下となっているので、より確実にシーズ管７が酸化され易くなることを防止できる。
【００３４】
さらに、シーズ管７の後端は、中軸８との間で環状ゴム１７により封止されている。加えて、前述のように、発熱コイル９は、その先端においてシーズ管７と導通しているが、発熱コイル９及び制御コイル１０の外周面とシーズ管７の内周面とは、絶縁粉末１１の介在により絶縁された状態となっている。発熱コイル９と制御コイル１０とは、後端側接合部位２２によって接合されている。
【００３５】
制御コイル１０は、発熱コイル９の材質よりも電気比抵抗の温度係数が大きい材質、例えば、コバルト（Ｃｏ）−ニッケル（Ｎｉ）−Ｆｅ系合金等に代表されるＣｏ又はＮｉを主成分とする抵抗発熱線により構成されている。発熱コイル９は通電によって発熱し、シーズ管７の表面温度を所定の温度まで昇温させ、制御コイル１０は発熱コイル９の過昇温を生じにくくすることができるようになっている。
【００３６】
また、シーズ管７には、スウェージング加工等によって、その先端部に発熱コイル９等を収容する小径部７ａが形成されるとともに、その後端側において小径部７ａよりも径の大きい大径部７ｂが形成されている。そして、図２に示すように、この大径部７ｂが、主体金具２の軸孔４に形成された小径部４ａに対し圧入接合されることにより、シーズ管７が主体金具２の先端より突出した状態で保持される。
【００３７】
図３に示すように、中軸８は、自身の先端がシーズ管７内に挿入され、制御コイル１０の後端と電気的に接続さている。また、中軸８は、主体金具２の軸孔４に挿通されている。中軸８の後端は主体金具２の後端から突出しており、この主体金具２の後端部においては、図２に示すように、ゴム製等のＯリング１２、樹脂製等の絶縁ブッシュ１３、絶縁ブッシュ１３の脱落を防止するための押さえリング１４、及び、通電ケーブル接続用のナット１５がこの順序で中軸８に嵌め込まれた構造となっている。
【００３８】
次に上記のように構成されてなるグロープラグ１の製造方法について説明する。
【００３９】
まず、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を３３mass％含む合金（ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金）の抵抗発熱線をコイル形状に加工し、発熱コイル９を得る。
【００４０】
次いで、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金等の抵抗発熱線をコイル形状に加工し、制御コイル１０を得る。そして、発熱コイル９の先端部分に、タングステン（Ｗ）の含有量が１mass％以下の材料（例えば、シーズ管７と同一のニッケル基合金）からなる金属線２１を接合するとともに、発熱コイル９の後端部分と、制御コイル１０の先端部分とを、後端側接合部位２２においてアーク溶接等によって接合する。
【００４１】
次に、最終寸法より加工代分だけ大径に形成され、かつ、先端の閉じていない筒状のシーズ管７内に、中軸８の先端と、当該中軸８と一体となった発熱コイル９及び制御コイル１０とが配置される。そして、アーク溶接によって、シーズ管７の先端部分を閉塞させるとともに、当該シーズ管７の先端部分と金属線２１とを接合する。
【００４２】
その後、シーズ管７内に絶縁粉末１１を充填した後、当該シーズ管７にスウェージング加工を施す。これにより、大径部７ａを有するシーズ管７が形成されるとともに、当該シーズ管７が中軸８と一体となってシーズヒータ３が完成する。
【００４３】
そして、上記のように形成されたシーズヒータ３が主体金具２の軸孔４に圧入固定されるとともに、主体金具２の後端部分において、Ｏリング１２や絶縁ブッシュ１３等が中軸８に嵌め込まれることで、グロープラグ１が完成する。
【００４４】
このようにして、本実施形態では、従来に比べて耐熱性及び耐久性の向上したグロープラグを得ることができる。
【００４５】
上記実施形態では、発熱コイル９の先端部分に、タングステン（Ｗ）の含有量が１mass％以下の材料からなる金属線２１を接合し、この金属線２１とシーズ管７とを接合することによって、発熱コイル９中のタングステン（Ｗ）がシーズ管７の表面にまで拡散することを防止している。一方、上記の金属線２１を用いることなく、以下のようにして発熱コイル９中のタングステン（Ｗ）がシーズ管７の表面にまで拡散することを防止してもよい。
【００４６】
すなわち、シーズ管７を発熱コイル９よりも融点の低い金属から構成し、発熱コイル９を溶融させずにシーズ管７のみを溶融させてこれらを直接接合した構成としてもよい。この場合、図４に示すように、先端の閉じている筒状のシーズ管７内に、中軸８の先端と、当該中軸８と一体となった発熱コイル９及び制御コイル１０とを配置する。そして、発熱コイル９の先端が、シーズ管７先端の内壁に当接された状態とし、発熱コイル９に荷重を加えた状態（発熱コイル９の先端をシーズ管７端の内壁に圧接させた状態）でシーズ管７の先端部をプラズマアーク等でシーズ管７の融点以上、発熱コイル９の融点以下で加熱し、発熱コイル９を溶融させずにシーズ管７のみを溶融させて発熱コイル９とシーズ管７とを接合する。
【００４７】
この場合、シーズ管７を、発熱コイル９よりも１００℃以上融点の低い金属から構成することが好ましい。発熱コイル９を、例えばニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を３３mass％含む合金（ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金）から構成し、シーズ管７を、例えば前述したＤＩＮ２．４６３３（ａｌｌｏｙ６０２）に相当するニッケル基合金から構成すると、発熱コイル９の材料の融点がおよそ１５２０℃、シーズ管７の材料の融点がおよそ１４００℃となり、シーズ管７の材料の融点が発熱コイル９の材料の融点より約１２０℃低くなるので、このような組み合わせを好適に用いることができ、この間の温度（例えば、１４５０℃）で加熱することで、発熱コイル９とシーズ管７とを接合できる。
【００４８】
なお、この場合、上記したとおり、先端の閉じている筒状のシーズ管７、つまり、先端開口を溶接又は塑性加工によって閉塞したシーズ管７、又は板材から成形した底付きのシーズ管７を用いる。
【００４９】
実施例１として、以下のようにしてシーズヒータ３を作製した。ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を３３mass％含む合金（ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金）（融点およそ１５２０℃）からなり、線径（直径）が０．４ｍｍの線材から発熱コイル９を構成した。この発熱コイルの先端に、前述したＤＩＮ２．４６３３（ａｌｌｏｙ６０２）に相当するニッケル基合金（融点およそ１４００℃）からなる線径（直径）が０．５ｍｍ、長さが１．５ｍｍの金属線２１を接合し、この金属線２１の先端を、金属線２１と同一の材料からなるシーズ管７の先端開口部（開口径１ｍｍ）に設置し、プラズマアーク溶接によってシーズ管７の先端開口部を閉塞するとともに、シーズ管７と金属線２１の先端とを接合しシーズヒータ３を作製した。
【００５０】
実施例２として、以下のようにしてシーズヒータ３を作製した。ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を３３mass％含む合金（ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金）（融点およそ１５２０℃）からなり、線径（直径）が０．４ｍｍの線材から発熱コイル９を構成した。これとともに、前述したＤＩＮ２．４６３３（ａｌｌｏｙ６０２）に相当するニッケル基合金（融点およそ１４００℃）から、深絞り加工によって先端が閉塞されている形状のシーズ管７を作製した。このシーズ管７内に、発熱コイル９を設置してその先端部をシーズ管７先端の内側壁部分に当接させ、発熱コイル９の後端側から荷重をかけた状態で、シーズ管７の先端をプラズマアークで加熱（１４５０℃）し、発熱コイル９を溶融させず、融点の低いシーズ管７のみを溶融してシーズ管７と発熱コイル９とを接合し、シーズヒータ３を作製した。
【００５１】
比較例１として、以下のようにしてシーズヒータ３を作製した。カンタル（Ｆｅ２５Ｃｒ５Ａｌ）（融点およそ１５２０℃）からなり、線径（直径）が０．４ｍｍの線材から発熱コイル９を構成した。前述したＤＩＮ２．４６３３（ａｌｌｏｙ６０２）に相当するニッケル基合金（融点およそ１４００℃）からなるシーズ管７の先端開口部（開口径１ｍｍ）に、この発熱コイル９の先端を設置し、プラズマアーク溶接によってシーズ管７の先端開口部を閉塞するとともに、シーズ管７と発熱コイル９の先端とを接合しシーズヒータ３を作製した。
【００５２】
比較例２として、以下のようにしてシーズヒータ３を作製した。ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を３３mass％含む合金（ニッケル（Ｎｉ）・タングステン（Ｗ）合金）（融点およそ１５２０℃）からなり、線径（直径）が０．４ｍｍの線材から発熱コイル９を構成した。前述したＤＩＮ２．４６３３（ａｌｌｏｙ６０２）に相当するニッケル基合金（融点およそ１４００℃）からなるシーズ管７の先端開口部（開口径１ｍｍ）に、この発熱コイル９の先端を設置し、プラズマアーク溶接によってシーズ管７の先端開口部を閉塞するとともに、シーズ管７と発熱コイル９の先端とを接合しシーズヒータ３を作製した。
【００５３】
上記の実施例１，２、比較例１，２について、机上通電サイクル試験を行った。通電サイクルは、シーズ管７の表面温度が２秒間で１０００℃に到達するように電圧を印加し、その後、シーズ管７の表面温度が１１００℃になるように３分間通電し、この後室温で放冷するというサイクルであり、発熱コイルが断線するまでのサイクル数を寿命とし、その良否を判定した。この結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
表１に示されるとおり、実施例１では、断線寿命が７７００サイクル、実施例２で断線寿命が７１００サイクルであった。これに対して、比較例１では、断線寿命が４９００サイクル、比較例２では、断線寿命が４３００サイクルであり、実施例１，２と、比較例１，２とでは、明らかに断線寿命に差があることが分かった。
【００５６】
なお、本発明は、上述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは、勿論である。
【符号の説明】
【００５７】
１……グロープラグ、２……主体金具、３……シーズヒータ、７……シーズ管、９……発熱コイル、１０……制御コイル、２１……金属線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びるとともに先端部が閉塞した筒状のシーズ管と、
先端が前記シーズ管内に位置し、後端が前記シーズ管の後端側へ突出するリード部材と、
抵抗発熱線からなり、前記シーズ管内に配設されるとともに、先端が前記シーズ管の先端と電気的に接続され、後端が前記リード部材と電気的に接続された発熱コイルと、
を有するシーズヒータを用いたグロープラグであって、
前記発熱コイルは、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を１０〜３７mass％含む合金からなり、
かつ、前記シーズ管の外側表面にタングステン（Ｗ）が存在しない
ことを特徴とするグロープラグ。
【請求項２】
請求項１記載のグロープラグであって、
前記シーズ管の先端から後端側１ｍｍまでのタングステン（Ｗ）の含有量が１mass％以下とされている
ことを特徴とするグロープラグ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のグロープラグであって、
前記発熱コイルと前記シーズ管は、タングステン（Ｗ）の含有量が１mass％以下の金属線を介して接合されている
ことを特徴とするグロープラグ。
【請求項４】
請求項３記載のグロープラグであって、
前記金属線の線径が、前記発熱コイルの線径の１．０〜２．０倍の範囲内である
ことを特徴とするグロープラグ。
【請求項５】
請求項１又は２記載のグロープラグであって、
前記シーズ管は、前記発熱コイルよりも融点の低い金属からなり、当該シーズ管と前記発熱コイルとが直接接合されている
ことを特徴とするグロープラグ。
【請求項６】
請求項５記載のグロープラグであって、
前記シーズ管が、前記発熱コイルよりも１００℃以上融点の低い金属からなる
ことを特徴とするグロープラグ。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか１項記載のグロープラグであって、
前記シーズ管は、クロム（Ｃｒ）を２４〜３０mass％、炭素（Ｃ）を０．０５〜０．３０mass％、アルミニウム（Ａｌ）を１．８〜２．４mass％、チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ）のうちの１種類以上を０．１〜０．３mass％含むニッケル基合金からなる
ことを特徴とするグロープラグ。
【請求項８】
請求項３又は４記載のグロープラグの製造方法であって、
前記発熱コイルの先端に前記金属線を接合する工程と、
前記金属線が接合された前記発熱コイルを前記シーズ管内に挿入し、前記シーズ管の先端部に形成された開口に前記金属線の先端部を挿入して前記金属線と前記シーズ管とを溶融接合する工程と、
を具備することを特徴とするグロープラグの製造方法。
【請求項９】
請求項８記載のグロープラグの製造方法であって、
前記開口の直径は、前記金属線の線径より０．４ｍｍ以上大きい
ことを特徴とするグロープラグの製造方法。
【請求項１０】
請求項５又は６記載のグロープラグの製造方法であって、
前記シーズ管内に前記発熱コイルを挿入し、前記発熱コイルの先端と前記シーズ管の内側先端部とを圧接させた状態で、前記シーズ管の先端部を前記シーズ管の融点以上前記発熱コイルの融点以下の温度に加熱し、前記シーズ管と前記発熱コイルとを接合する
ことを特徴とするグロープラグの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載のグロープラグの製造方法であって、
前記シーズ管として、先端開口を溶接又は塑性加工によって閉塞したもの、又は板材から成形した底付きのものを用いる
ことを特徴とするグロープラグの製造方法。
【請求項１】
軸線方向に延びるとともに先端部が閉塞した筒状のシーズ管と、
先端が前記シーズ管内に位置し、後端が前記シーズ管の後端側へ突出するリード部材と、
抵抗発熱線からなり、前記シーズ管内に配設されるとともに、先端が前記シーズ管の先端と電気的に接続され、後端が前記リード部材と電気的に接続された発熱コイルと、
を有するシーズヒータを用いたグロープラグであって、
前記発熱コイルは、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、タングステン（Ｗ）を１０〜３７mass％含む合金からなり、
かつ、前記シーズ管の外側表面にタングステン（Ｗ）が存在しない
ことを特徴とするグロープラグ。
【請求項２】
請求項１記載のグロープラグであって、
前記シーズ管の先端から後端側１ｍｍまでのタングステン（Ｗ）の含有量が１mass％以下とされている
ことを特徴とするグロープラグ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のグロープラグであって、
前記発熱コイルと前記シーズ管は、タングステン（Ｗ）の含有量が１mass％以下の金属線を介して接合されている
ことを特徴とするグロープラグ。
【請求項４】
請求項３記載のグロープラグであって、
前記金属線の線径が、前記発熱コイルの線径の１．０〜２．０倍の範囲内である
ことを特徴とするグロープラグ。
【請求項５】
請求項１又は２記載のグロープラグであって、
前記シーズ管は、前記発熱コイルよりも融点の低い金属からなり、当該シーズ管と前記発熱コイルとが直接接合されている
ことを特徴とするグロープラグ。
【請求項６】
請求項５記載のグロープラグであって、
前記シーズ管が、前記発熱コイルよりも１００℃以上融点の低い金属からなる
ことを特徴とするグロープラグ。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか１項記載のグロープラグであって、
前記シーズ管は、クロム（Ｃｒ）を２４〜３０mass％、炭素（Ｃ）を０．０５〜０．３０mass％、アルミニウム（Ａｌ）を１．８〜２．４mass％、チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ）のうちの１種類以上を０．１〜０．３mass％含むニッケル基合金からなる
ことを特徴とするグロープラグ。
【請求項８】
請求項３又は４記載のグロープラグの製造方法であって、
前記発熱コイルの先端に前記金属線を接合する工程と、
前記金属線が接合された前記発熱コイルを前記シーズ管内に挿入し、前記シーズ管の先端部に形成された開口に前記金属線の先端部を挿入して前記金属線と前記シーズ管とを溶融接合する工程と、
を具備することを特徴とするグロープラグの製造方法。
【請求項９】
請求項８記載のグロープラグの製造方法であって、
前記開口の直径は、前記金属線の線径より０．４ｍｍ以上大きい
ことを特徴とするグロープラグの製造方法。
【請求項１０】
請求項５又は６記載のグロープラグの製造方法であって、
前記シーズ管内に前記発熱コイルを挿入し、前記発熱コイルの先端と前記シーズ管の内側先端部とを圧接させた状態で、前記シーズ管の先端部を前記シーズ管の融点以上前記発熱コイルの融点以下の温度に加熱し、前記シーズ管と前記発熱コイルとを接合する
ことを特徴とするグロープラグの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載のグロープラグの製造方法であって、
前記シーズ管として、先端開口を溶接又は塑性加工によって閉塞したもの、又は板材から成形した底付きのものを用いる
ことを特徴とするグロープラグの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−５７８２０（Ｐ２０１２−５７８２０Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９８５３６（Ｐ２０１０−１９８５３６）
【出願日】平成２２年９月６日（２０１０．９．６）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月６日（２０１０．９．６）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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