(57)【要約】【課題】発熱コイル内部におけるアルミニウムの移動を抑制でき、発熱コイルの断線をより確実に防止する。【解決手段】グロープラグ１は、軸線ＣＬ１方向に延びるとともに先端部が閉塞した筒状のチューブ７と、チューブ７内に収容される発熱コイル９とを有する。前記発熱コイル９は、Ｆｅを主成分とし、Ｃｒを５質量％以上３０質量％以下、Ａｌを４質量％以上１５質量％以下含有する。また、発熱コイル９は、０．７質量％以上３．０質量％以下のＴｉ、１．０質量％以上５．０質量％以下のＭｏ、１．０質量％以上５．０質量％以下のＷ、及び、０．７質量％以上１．５質量％以下のＴａのうちの少なくとも一種を含んでなるフェライト鋼から構成される。【選択図】      図１
2011007451.tif 000002
【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チューブと、
当該チューブ内に収容される発熱コイルとを有するグロープラグであって、
前記発熱コイルは、鉄を主成分とし、クロムを５質量％以上３０質量％以下、アルミニウムを４質量％以上１５質量％以下含有するとともに、
０．７質量％以上３．０質量％以下のチタン、１．０質量％以上５．０質量％以下のモリブデン、１．０質量％以上５．０質量％以下のタングステン、及び、０．７質量％以上１．５質量％以下のタンタルのうちの少なくとも一種を含んでなるフェライト鋼から構成されることを特徴とするグロープラグ。
【請求項２】
使用時において、前記チューブ表面の温度が９７０℃以上となることを特徴とする請求項１に記載のグロープラグ。
【請求項３】
前記チューブ内の前記発熱コイルの周囲には、酸化マグネシウムを主成分とする絶縁粉末が充填され、
前記発熱コイルは、チタンを１．０質量％以上３．０質量％以下含むことを特徴とする請求項１又は２に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、ディーゼルエンジンの始動補助等に用いられるグロープラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの予熱などに使用するグロープラグとしては、一般に、先端部の閉じた金属製のチューブ内に、クロム（Ｃｒ）やアルミニウム（Ａｌ）等を含有する発熱コイルを封入したシースヒータを有するものが知られている。より詳しくは、前記発熱コイルは、その先端部がチューブの先端部に溶融・接合されている一方で、その後端部が、直接又は制御コイルを介して、チューブの後端側に挿入された中軸に接合されている。また、前記チューブ内であって発熱コイルの周囲には絶縁粉末が封入されている。そして、中軸を介して通電されることにより、前記発熱コイルが発熱するようになっている。
【０００３】
ところで、グロープラグを長期間使用していると、発熱コイルに断線が生じ得る。この断線の要因としては、発熱コイル内部の窒化を挙げることができる。すなわち、発熱コイルの内部窒化に伴い、発熱コイル中における通電可能な領域が小さくなってしまう。その結果、抵抗値の局所的な増大を招いてしまい、ひいては発熱コイルが断線してしまうのである。
【０００４】
そこで、発熱コイル内部への窒素の侵入を防止すべく、発熱コイルの表面に酸化アルミニウム層を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。当該特許文献１に記載の技術においては、前記絶縁粉末に酸素ドナーとして働く物質を添加することで、発熱コイルの表面における酸化アルミニウム層の形成促進が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５０７０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、本件発明者が鋭意検討したところ、発熱コイル内部の窒化防止を図ったとしても、発熱コイルに断線が生じ得ることを見出した。そこで、本件発明者が更なる検討を加えた結果、高温環境下において発熱コイルに生じた電位差により、高電位側から低電位側へとアルミニウムが移動（拡散）してしまい、その結果、発熱コイル内部に空洞が生じてしまうこと（いわゆるエレクトロマイグレーションが発生してしまうこと）が断線の要因であることが明らかとなった。
【０００７】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、発熱コイル内部におけるアルミニウムの移動を抑制でき、発熱コイルの断線をより確実に防止することができるグロープラグを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。
【０００９】
構成１．本構成のグロープラグは、軸線方向に延びるとともに先端部が閉塞した筒状のチューブと、
当該チューブ内に収容される発熱コイルとを有するグロープラグであって、
前記発熱コイルは、鉄（Ｆｅ）を主成分とし、クロム（Ｃｒ）を５質量％以上３０質量％以下、アルミニウム（Ａｌ）を４質量％以上１５質量％以下含有するとともに、
０．７質量％以上３．０質量％以下のチタン（Ｔｉ）、１．０質量％以上５．０質量％以下のモリブデン（Ｍｏ）、１．０質量％以上５．０質量％以下のタングステン（Ｗ）、及び、０．７質量％以上１．５質量％以下のタンタル（Ｔａ）のうちの少なくとも一種を含んでなるフェライト鋼から構成されることを特徴とする。
【００１０】
尚、「主成分」とあるのは、材料中、最も質量比の高い成分を指すものである（以下、同様）。
【００１１】
上記構成１によれば、発熱コイルには、Ｃｒが５質量％以上３０質量％以下含有されている。そのため、発熱コイルに過度の細径化を施すことなく、発熱コイルの抵抗値を十分に増大させることができ、ひいては十分な発熱性能を実現することができる。また、発熱コイルの過度の細径化を図る必要がないことから、発熱コイルを比較的太いものとすることでき、その結果、発熱コイルの耐久性の向上を図ることができる。
【００１２】
さらに、発熱コイルには、Ａｌが４質量％以上１５質量％以下含有されている。そのため、発熱コイル表層に酸化アルミニウム等の被膜を形成することができ、ひいては発熱コイル内部への窒素の侵入防止を期待することができる。
【００１３】
一方で、発熱コイルにＡｌが含有されることに伴い、発熱コイル内部における空洞の発生が懸念される。ここで、電圧が印加されたときのＡｌの移動方向や移動のしやすさは、原子間における摩擦力やクーロン力等の種々の要因に起因して変化するものである。また、原子間における摩擦力やクーロン力等は、Ａｌの周囲に存在する発熱コイルの主成分や含有物質によって変化する。
【００１４】
この点、本構成１によれば、Ｆｅを主成分とし、Ｃｒを含有する発熱コイルにおいて、ＴｉやＭｏ等の上述の元素が所定範囲内の量だけ含有されている。これらの元素が含有されることで、Ｆｅを主成分とし、Ｃｒを有する合金内部において、原子間の摩擦力やクーロン力等の要因をＡｌの移動（拡散）を抑制する方向へと働かせることができる。また、ＷやＭｏ等の比較的重い元素を含有することで、Ａｌの移動が妨げられることとなり、この点においてもＡｌの移動抑制を図ることができる。この結果、Ａｌの移動に起因する発熱コイル内部における空洞の発生をより確実に防止することができ、耐久性の飛躍的な向上を図ることができる。
【００１５】
尚、本発明の合金系におけるＴｉやＭｏ等の含有量の上限値は、ＴｉやＭｏ等のそれぞれの固溶限界を示す。従って、この上限値を超えてＴｉ等を含有させた場合には、金属間化合物が生成されてしまい、加工性が悪くなってしまう（例えば、発熱コイルを所定のコイル形状や所定の線径に加工することが困難になってしまう）おそれがある。一方で、ＴｉやＭｏ等の含有量が上述の下限値を下回ってしまうと、Ａｌの移動抑制という作用効果が十分に奏されないおそれがある。
【００１６】
ところで、ＴｉやＭｏ等は、それぞれ上述の固溶限界を持つものの、一の成分を固溶限界まで含有させたとしても、他の成分を更に固溶させることができる場合がある。例えば、Ｔｉを３質量％含有させた材料系に対して、更にＴｉを固溶させることは困難であるが、１．５質量％のＷであれば固溶させることができるという場合である。しかしながら、グロープラグに使用する発熱コイルとしての形状・サイズに金属材料を加工するためには、上記ＴｉやＭｏ等の総含有量をある程度少なくしておくことが好ましい。従って、この観点から、ＴｉやＭｏ等の総含有量を１０．０質量％以下としておくことが好ましい。
【００１７】
但し、総含有量がこの上限値以下であっても、上記Ｔｉ，Ｍｏ、Ｗ、及び、Ｔａのうち、一種でも上記上限値を超えて含有されてしまうと、加工が困難となり好ましくないことは言うまでもない。
【００１８】
構成２．本構成のグロープラグは、上記構成１において、使用時において、前記チューブ表面の温度が９７０℃以上となることを特徴とする。
【００１９】
尚、「使用時（例えば、エンジン始動後のアフターグロー時）において、チューブ表面温度が９７０℃以上となるグロープラグ」の一例としては、次のようなものを挙げることができる。すなわち、直列的に接続された、Ｎｉを主成分とする制御コイルとＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金からなる発熱コイルとを有するとともに、発熱コイルが断面楕円形状をなし、当該断面における長径が約６５０μｍ、短径が４５０μｍとされたものである。当該グロープラグに対して、約２秒間に亘ってバッテリー電圧（１１Ｖ）を印加した後に、Ｄｕｔｙ制御により実効電圧を４Ｖ〜７Ｖに調整して通電することで、通電開始から６０秒間経過したときに、チューブのうちその先端から２ｍｍ後端側の部位における表面温度を熱電対による計測で９７０℃以上とすることができる。
【００２０】
上述した発熱コイル内部におけるＡｌの移動は、特に高温環境下で電圧が印加されたときに生じやすい。従って、上記構成２のように、チューブ表面温度が９７０℃以上と比較的高温となる場合には、使用時における発熱コイル内部におけるＡｌの移動が一層懸念される。この点、上記構成１を採用することで、高温下であっても、Ａｌの移動を十分に抑制することができる。換言すれば、上記構成１は、使用時において、チューブの表面温度が９７０℃以上という高温となり得るグロープラグにおいて、特に有意であるといえる。
【００２１】
構成３．本構成のグロープラグは、上記構成１又は２において、前記チューブ内の前記発熱コイルの周囲には、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を主成分とする絶縁粉末が充填され、
前記発熱コイルは、Ｔｉを１．０質量％以上３．０質量％以下含むことを特徴とする。
【００２２】
上記構成３によれば、発熱コイルには、Ｔｉが１．０質量％以上と比較的多量に含有されるため、Ａｌの移動抑制という作用効果が一層確実に奏されることとなる。
【００２３】
一方で、本構成３によれば、絶縁粉末としてＭｇＯを主成分とするものを用いているため、発熱コイルの表層に形成されたＡｌ2Ｏ3の被膜とＭｇＯとが反応してしまい、発熱コイルの表層に、ＭｇＡｌ2Ｏ4の被膜が形成され得る。この被膜は、振動等に対して比較的割れやすく、また、ガスの侵入抑制効果に乏しい。従って、当該被膜は、耐久性の向上という面で決して好ましくはない。さらに、振動等に伴いＭｇＡｌ2Ｏ4の被膜が欠落してしまうと、新たなＡｌ2Ｏ3被膜の形成と、当該Ａｌ2Ｏ3被膜及びＭｇＯ粉末との反応によるＭｇＡｌ2Ｏ4被膜の形成とが繰り返し発生することとなってしまう。その結果、発熱コイルの断面積の減少、及び、それに伴う局所的な抵抗値の増加を招いてしまい、ひいては発熱コイルに断線が生じてしまうおそれがある。
【００２４】
この点、上記構成３によれば、Ｔｉが１．０質量％以上と比較的多く含有されている。そのため、Ｔｉが酸素や窒素と反応することで、発熱コイル（を構成する合金）とＭｇＡｌ2Ｏ4の被膜との間に、発熱コイルの表面略全域に亘って窒化チタン（ＴｉＮ）や酸化チタン（ＴｉＯ2）の被膜を形成することができる。このＴｉＮ等の被膜を形成することにより、発熱コイル内部への酸素の侵入を防止することができ、ひいては発熱コイル中のＡｌと酸素との反応（すなわち、Ａｌ2Ｏ3の生成）を抑制することができる。その結果、ＭｇＡｌ2Ｏ4被膜の形成が進行してしまうという事態をより確実に防止することができ、上述したＡｌの移動抑制効果と相俟って、発熱コイルの断線をより一層確実に防止することができる。
【００２５】
尚、ＭｇＯは本来比較的安定した物質であるが、チューブ表面の温度が高温となる環境下で連続的に使用されるような状況、例えば、アフターグロー時など、チューブ表面の温度が９７０℃以上となるように使用される状況では、ＭｇＯの安定性が損なわれてしまい、上記のようにＭｇＡｌ2Ｏ4被膜が形成されやすい。換言すれば、使用時にチューブ表面の温度が９７０℃以上となり得るグロープラグにおいて、本発明はより一層有意である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）は、本実施形態のグロープラグの一部破断正面図であり、（ｂ）は、グロープラグ先端部の部分拡大断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、発熱コイルの表面に形成される被膜を説明するための部分拡大断面模式図である。
【図３】サンプル表面に形成された凹み等を示す部分拡大断面模式図である。
【図４】凹みの深さの測定方法を説明するための断面端面模式図である。
【図５】Ｔｉ等を含有していないサンプルについて、一端側から他端側に向けてのＡｌ濃度の変化を示すグラフである。
【図６】Ｔｉ等を所定量含有してなるサンプルについて、一端側から他端側に向けてのＡｌ濃度の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）は、グロープラグの一例を示す全体図であり、図１（ｂ）はその縦断面図である。
【００２８】
図１（ａ），（ｂ）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に装着されたシースヒータ３とを備えている。
【００２９】
主体金具２は、軸線ＣＬ１方向に貫通する軸孔４を有するとともに、その外周面には、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。
【００３０】
シースヒータ３は、チューブ７とリード部材としての中軸８とが軸線ＣＬ１方向に一体化されて構成されている。
【００３１】
前記チューブ７は、先端部が閉じた金属製の筒状チューブである。また、当該チューブ７の内側には、チューブ７先端に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（ＭｇＯ）を主成分とする絶縁粉末１１とともに封入されている。絶縁粉末１１が介在することにより、発熱コイル９及び制御コイル１０の外周面とチューブ７の内周面とは、絶縁された状態となっている。加えて、チューブ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。
【００３２】
尚、本実施形態において、発熱コイル９は、鉄（Ｆｅ）を主成分とする合金から構成されており、制御コイル１０はニッケル（Ｎｉ）を主成分とする合金から構成されている（発熱コイル９を構成する合金の組成については、後に詳述する）。また、発熱コイル９の軸線ＣＬ１に沿った長さは、約１０ｍｍとされる一方で、制御コイル１０の軸線ＣＬ１に沿った長さは、約１１ｍｍとされている。このように発熱コイル９及び制御コイル１０の組成及び長さが設定されることで、発熱コイルと制御コイルとの抵抗比が約６：１とされるとともに、グロープラグ１（シースヒータ３）の抵抗値が約４００μｍとされている。
【００３３】
さらに、前記チューブ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、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、チューブ７が主体金具２の先端より突出した状態で保持されている。
【００３４】
尚、上述したチューブ７に対するスウェージング加工は、発熱コイル９等を内部に収容した状態で行われる。そのため、スウェージング加工後の発熱コイル９は、長径が約６５０μｍ、短径が約４５０μｍの断面楕円形状をなしている。また、スウェージング加工により、前記小径部７ａの内径は、所定の大きさ（本実施形態では、約４．８ｍｍ）とされる。
【００３５】
前記中軸８は、自身の先端がチューブ７内に挿入され、前記制御コイル１０の後端と電気的に接続されるとともに、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、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、通電用の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。
【００３６】
次に、発熱コイル９の組成等について詳述する。
【００３７】
本実施形態において、前記発熱コイル９は、Ｆｅを主成分とするとともに、Ｃｒを５質量％以上３０質量％以下、Ａｌを４質量％以上１５質量％以下含有する合金から構成されている。また、当該合金は、０．７質量％以上３．０質量％以下のＴｉ、１．０質量％以上５．０質量％以下のＭｏ、１．０質量％以上５．０質量％以下のＷ、及び、０．７質量％以上１．５質量％以下のＴａのうちの少なくとも一種を含んでなるフェライト鋼である。尚、本実施形態においては、Ｔｉが１．０質量％以上と比較的多めに含有されている。また、Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，及び、Ｔａの総含有量は、１０．０質量％以下とされている。
【００３８】
ところで、発熱コイル９はＡｌを含有して構成されることから、グロープラグ１の使用に伴い、図２（ａ）に示すように、発熱コイル９の表面を覆うようにして、発熱コイル９内部のＡｌとチューブ７内のＯ2とが反応してなる酸化アルミニウム被膜２１が形成される。この状態で、グロープラグ１を使用し続けると、図２（ｂ）に示すように、前記酸化アルミニウム被膜２１とＭｇＯを主成分とする前記絶縁粉末１１とが反応して、発熱コイル９の表面を覆うようにＭｇＡｌ2Ｏ4からなる被膜２２が形成される。一方で、発熱コイル９は、Ｔｉを比較的多めに（１．０質量％以上）含有することから、発熱コイル９の表面とＭｇＡｌ2Ｏ4からなる前記被膜２２との間には、発熱コイル９の表面略全域に亘って、ＴｉＮやＴｉＯ2からなるチタン被膜２３が形成されることとなる。
【００３９】
尚、前記グロープラグ１に対する通電制御の態様について一例を挙げると、前記グロープラグ１は、ＦＥＴ等のスイッチング手段を有する通電制御装置を用いて、Ｄｕｔｙ制御によりバッテリーからの実効電圧を調節することで通電制御することができる。すなわち、グロープラグ１は、通電初期状態において、バッテリー電圧（例えば、１１Ｖ）が印加されることで、所定の高温域まで急速昇温させられ、急速昇温後（例えば、２秒後）には、実効電圧がＤｕｔｙ制御により所定電圧（例えば、４Ｖ〜７Ｖ）に調整され、約６０秒後には所定の高温域となるように（例えば、チューブ７の表面温度が９７０℃以上となるように）用いられ得る。すなわち、前記グロープラグ１は、従前よりも高い温度で、かつ、より長期間に亘って加熱することが要求される内燃機関等に用いることが可能な構成となっている。
【００４０】
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。尚、特に明記しない部位については、従来公知の方法により製造している。
【００４１】
まず、Ｆｅを主成分とし、Ｃｒを５．０質量％以上３０．０質量％以下、Ａｌを４．０質量％以上１５．０質量％以下、ＴｉやＭｏ等の上述した元素を上記所定範囲内の量だけ含有してなるＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金を作製するとともに、当該合金に線引き加工を施すことで抵抗発熱線を形成する。そして、当該抵抗発熱線をコイル形状に加工することで、発熱コイル９を得る。尚、前記抵抗発熱線の線径は、４００μｍ以上とされている。
【００４２】
次いで、前記発熱コイル９の後端部分と、Ｎｉ系合金等の抵抗発熱線をコイル形状に加工することで形成した制御コイル１０の先端部分とをアーク溶接等によって接合する。
【００４３】
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チューブ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、アーク溶接により、チューブ７を構成する金属及び発熱コイル９を構成する金属を相互に溶融させて、チューブ７の先端部分を閉塞させるとともに、チューブ７の先端部分と発熱コイル９の先端部分とを接合する。
【００４４】
その後、チューブ７内に絶縁粉末１１を充填するとともに、当該チューブ７に対してスウェージング加工を施す。これにより、小径部７ａを有するチューブ７が形成され、チューブ７と中軸８とが一体化されたシースヒータ３が得られる。尚、スウェージング加工により、前記発熱コイル９は、断面楕円形状に形成される。
【００４５】
次いで、前記シースヒータ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、前記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。これにより、上述したグロープラグ１が得られる。
【００４６】
以上詳述したように、本実施形態によれば、発熱コイル９には、Ｃｒが５質量％以上３０質量％以下含有されている。そのため、発熱コイル９に過度の細径化を施すことなく、発熱コイル９の抵抗値を十分に増大させることができ、ひいては十分な発熱性能を実現することができる。また、発熱コイル９の過度の細径化を図る必要がないことから、発熱コイル９を比較的太いものとすることでき、その結果、発熱コイル９の耐久性の向上を図ることができる。
【００４７】
さらに、発熱コイル９には、Ａｌが４質量％以上１５質量％以下含有されているため、発熱コイル９表層に酸化アルミニウム被膜２１を形成することができ、ひいては発熱コイル９への窒素の侵入防止を期待することができる。
【００４８】
加えて、本実施形態によれば、Ｆｅを主成分とし、Ｃｒを含有する発熱コイル９において、ＴｉやＭｏ等の上述の元素が所定範囲内の量だけ含有されている。すなわち、これらの元素が含有されることで、Ｆｅを主成分とし、Ｃｒを有する合金内部において、原子間の摩擦力やクーロン力等をＡｌの移動を抑制する方向へと働かせることができる。また、ＷやＭｏ等の比較的重い元素を含有することで、Ａｌの移動が妨げられることとなり、この点においてもＡｌの移動抑制を図ることができる。その結果、Ａｌの移動に起因する発熱コイル内部９における空洞の発生をより確実に防止することができ、耐久性の飛躍的な向上を図ることができる。
【００４９】
特に、本実施形態におけるグロープラグ１のように、チューブ７の表面温度が９７０℃以上と比較的高温となる得るものにおいては、使用時におけるＡｌの移動が一層懸念されるが、ＴｉやＭｏ等の上述の元素を所定範囲内の量だけ含有することで、Ａｌの移動を効果的に抑制することができる。
【００５０】
さらに、発熱コイル９には、Ｔｉが１．０質量％以上と比較的多く含有されており、グロープラグ１の使用に伴い、ＴｉＮ等からなるチタン被膜２３を形成することができる。そのため、発熱コイル９内部への酸素の侵入を防止することができ、ひいては発熱コイル９中のＡｌと酸素との反応（すなわち、Ａｌ2Ｏ3の生成）を抑制することができる。その結果、ＭｇＡｌ2Ｏ4からなる被膜２２の形成が進行してしまうという事態をより確実に防止することができ、上述したＡｌの移動抑制効果と相俟って、発熱コイル９の断線をより一層確実に防止することができる。
【００５１】
加えて、本実施形態においては、ＴｉやＭｏ等の総含有量が１０．０質量％以下とされている。そのため、特段の困難を伴うことなく、合金を発熱コイル９の形状へと比較的容易に加工することができる。
【００５２】
次に、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、空洞深さ評価試験を行った。空洞深さ評価試験の概要は次の通りである。すなわち、主成分をＦｅとし、Ａｌ、Ｃｒ，並びに、Ｔｉ，Ｍｏ、Ｔａ、及び、Ｗの含有量を種々変更してなる合金を作製するとともに、当該合金に対して線引き加工を行うことにより、線径が０．４ｍｍの抵抗発熱線のサンプルを作製した。そして、各サンプルについて、大気中にて１００時間に亘って１３００℃となるように、一端（正極）から他端（負極）へと通電加熱を行った。１００時間経過後、サンプルの一端部分のうち凹みの形成が確認された部位の断面をＳＥＭ（２５倍：４ｍｍ×４ｍｍの視野）にて観察し、サンプル内部における空洞の大きさを確認すべく、図３に示すように、サンプル表面に形成された凹み（空洞）Ｄ１〜Ｄ１０を無作為に１０点抽出するとともに、抽出された各凹みＤ１〜Ｄ１０の表面からの深さを測定し、各深さの平均値（空洞深さ）を算出した。尚、凹みの深さの測定方法は、次の通りである。図４に示すように、まず、測定対象の凹みＤ１〜Ｄ１０を塞ぐような線分ＳＥ１〜ＳＥ１０を想定する。この線分ＳＥ１〜ＳＥ１０は、凹みＤ１〜Ｄ１０の両隣に残存するリブの頂点同士を結ぶものである。そして、線分ＳＥ１〜ＳＥ１０の垂線に沿った、線分ＳＥ１〜ＳＥ１０から凹みＤ１〜Ｄ１０の底部までの距離のうち最も長くなったものを各凹みＤ１〜Ｄ１０の深さとして取得した。尚、図３及び図４においては、サンプル表面に形成され得る酸化アルミニウム等の被膜を省略して示している。また、凹みの深さを測定する際には、上記線分の端点が、前記被膜と抵抗発熱線との境界上に位置するようにして測定を行った。
【００５３】
ところで、上記評価試験において、サンプル内部における空洞の大きさを確認すべく、サンプル表面に形成された凹みの深さを測定したことは、次の理由による。すなわち、発熱コイルの内部に形成される空洞は、発熱コイルの表面に表れやすい。これは、表面では、原子間の結びつきが比較的弱く、かつ、空洞となった部分へとＡｌが供給されにくい（移動しにくい）ためである。そのため、本試験においては、表面に形成された凹みの深さを測定することで、発熱コイル内部に形成される空洞の大きさを間接的に計測することとした。
【００５４】
さらに、上記各抵抗発熱線をコイル形状に加工することで、発熱コイルを作製するとともに、当該発熱コイルを有してなるグロープラグのサンプルを複数作製した。そして、各グロープラグのサンプルについて耐久性評価試験を行った。耐久性評価試験の概要は、次の通りである。すなわち、チューブのうち先端から２ｍｍの部位（測定部位）の表面が１１００℃となるように３００秒間通電し、その後、１２０秒間冷却することを１サイクルとして、各サンプルについて断線までのサイクル数（断線サイクル）を測定した。尚、温度測定は、前記測定部位に取付けた熱電対により行った。また、各サンプルについては、それぞれ所定の抵抗値（発熱性能）を有するように発熱コイルの線径を調節することとした。
【００５５】
表１に、抵抗発熱線（発熱コイル）の組成と、組成ごとの空洞深さ及び断線サイクルとを示す。尚、線径０．４ｍｍの抵抗発熱線に線引き加工できなかったり、コイル形状に成形することができなかったりしたものについては、表１中の試験結果の欄に「加工困難」と記した。
【００５６】
【表１】
2011007451.tif 000003
【００５７】
表１に示すように、Ａｌ含有量を４質量％未満としたり、Ｃｒ含有量を５質量％未満としたりしたサンプル（サンプル１〜３）は、所定の抵抗値を実現するために線径を過度に細くする必要があり、耐久性が不十分となってしまうことがわかった。つまり、サンプル１〜３の組成を採用した抵抗発熱線は、抵抗値を他のサンプルと同程度とするために過度に細くせざるを得ず、その結果、断線サイクルが短くなってしまったのである。一方で、Ａｌ含有量を１５質量％よりも大きくしたり、Ｃｒ含有量を３０質量％よりも大きくしたりしたサンプル（サンプル４，５）は、加工性が悪化してしまい、従来同様の線引き加工では所定の線径へと細径化することが困難であった。従って、線径を過度に小さくする（耐久性を過度に低下させる）ことなく、所望の抵抗値を実現でき、かつ、加工性の低下を防止するという観点からは、Ａｌ含有量を４質量％以上１５質量％以下とし、Ｃｒ含有量を５質量％以上３０質量％以下とすることが好ましいといえる。
【００５８】
次いで、Ａｌ及びＣｒの含有量が上記範囲内にあるサンプル（サンプル６〜１５）について着目してみると、ＴｉやＭｏ等が含有されていない、又は、Ｔｉ等の含有量が比較的少ないサンプル（サンプル６，７）は、空洞深さが４０μｍを超えてしまい、断線サイクルが８０００サイクル以下と比較的少なくなってしまうことがわかった。一方で、ＴｉやＭｏ等の含有量を所定量以上含有するサンプルは、空洞深さが４０μｍ以下となり、断線サイクルが１００００サイクル以上と比較的大きくなることがわかった。従って、空洞深さが４０μｍ以下となるように、すなわちＡｌの移動を抑制して発熱コイル内部の空洞の発生を抑制できるようにＴｉやＭｏ等の含有量を調節することで、優れた耐久性を実現できるといえる。
【００５９】
そこで、空洞深さを４０μｍ以下とすることが可能なＴｉ、Ｔａ、Ｍｏ、及び、Ｗの含有量を確認すべく、Ａｌの含有量を７質量％、Ｃｒの含有量を２５質量％とした上で、ＴｉやＭｏ等の含有量を種々変更してなる抵抗発熱線のサンプルを作製し、各サンプルについて上述の空洞深さ評価試験を行った。そして、空洞深さが４０μｍ以下であったサンプルは、耐久性に優れるとして「○」の評価を下す一方で、空洞深さが４０μｍを超えてしまったり、線引き加工が困難であったりしたサンプルは、「×」の評価を下すこととした。表２に、各サンプルの組成と、空洞深さ及び評価とを示す。尚、サンプルを作製するにあたり、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、及び、Ｗについて、これらが複数種類含有されないように材料の調整を行った。
【００６０】
【表２】
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【００６１】
表２に示すように、Ｔｉの含有量を０．７質量％未満としたサンプル（サンプル２１）、Ｔａの含有量を０．７質量％未満としたサンプル（サンプル２２）、Ｍｏの含有量を１．０質量％未満としたサンプル（サンプル２３）、及び、Ｗの含有量を１．０質量％未満としたサンプル（サンプル２４）は、空洞深さが４０μｍを超えてしまい、耐久性が不十分となってしまうことがわかった。
【００６２】
また、Ｔｉの含有量を３．０質量％よりも大きくしたサンプル（サンプル２５）、Ｔａの含有量を１．５質量％よりも大きくしたサンプル（サンプル２６，２７）、Ｍｏの含有量を５．０質量％よりも大きくしたサンプル（サンプル２８）、及び、Ｗの含有量を５．０質量％よりも大きくしたサンプル（サンプル２９）は、所望の形状に加工することが困難となってしまうことがわかった。
【００６３】
これに対して、Ｔｉの含有量を０．７質量％以上３．０質量％以下としたサンプル（サンプル３０〜３３）、Ｔａの含有量を０．７質量％以上１．５質量％以下としたサンプル（サンプル３４〜３６）、Ｍｏの含有量を１．０質量％以上５．０質量％以下としたサンプル（サンプル３７〜３９）、及び、Ｗの含有量を１．０質量％以上５．０質量％以下としたサンプル（サンプル４０〜４２）は、成形加工が困難となることなく、空洞深さが４０μｍ以下となり、優れた耐久性を実現できることがわかった。
【００６４】
さらに、Ｔｉについて着目してみると、耐久性の一層の向上を図るという観点からは、Ｔｉを比較的多く含有させることが好ましいことが明らかとなった。従って、Ｔｉの含有量を１．０質量％以上とすることがより好ましく、Ｔｉの含有量を１．７質量％以上とすることがより一層好ましいといえる。
【００６５】
尚、これらの元素を上記範囲内の量だけ含有させたとしても、それらの総含有量が１０．０質量％よりも大きくなってしまうと、加工性の低下や製造コストの増大を招いてしまうおそれがある。従って、これらの元素の総含有量は、１０．０質量％以下とすることが好ましい。
【００６６】
次に、上述の元素を上記所定範囲内の量だけ含むことによる発熱コイル内部で生じる現象を確認すべく、上述の元素を含有していないサンプル（表１中のサンプル６）、及び、上述の元素を上記所定範囲内の量だけ含有してなるサンプル（表１中のサンプル１０）について、通電加熱後における各サンプルの長手方向に沿ったＡｌ濃度の変化を測定した。ここで、通電加熱方法、及び、Ａｌ濃度の測定方法等について説明すると、まず、両サンプルについて、１００時間に亘って１３００℃で、一端側から他端側へと通電・加熱した。次いで、１００時間経過後、両サンプルを樹脂チップに埋設するとともに、両サンプルを長手方向に沿って切断し、切断面を研磨した。そして、ＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザ）を用いて、前記切断面のＡｌ濃度を一端側から他端側へと５μｍごとに測定した。図５に、上述の元素を含有していないサンプルについて、一端側から他端側へのＡｌ濃度の変化を表すグラフを示す。一方、図６に、上述の元素を上記所定範囲内の量だけ含有してなるサンプルについて、一端側から他端側へのＡｌ濃度の変化を表すグラフを示す。
【００６７】
図５に示すように、上述の元素を含有してないサンプルは、一端側におけるＡｌ濃度が低下してしまう一方で、他端側における広範囲でＡｌ濃度が高くなってしまうことがわかった。すなわち、一端側から他端側（電位の高い側から低い側）へとＡｌが移動（拡散）してしまっていることがわかった。
【００６８】
一方で、図６に示すように、上述の元素を上記所定範囲内の量だけ含有してなるサンプルは、一端側におけるＡｌ濃度の低下が抑制されるとともに、他端側においてＡｌ濃度が比較的高い部分も狭い範囲に限定されることが明らかとなった。すなわち、一端側から他端側へのＡｌの移動（拡散）が抑制されていることが明らかとなった。
【００６９】
以上の結果より、上述の元素が上記所定範囲内の量だけ含有されることで、Ａｌの移動を抑制できることが確認された。従って、上述の評価試験の結果を併せて鑑みれば、発熱コイル内部における空洞の形成が抑制され、優れた耐久性を実現できた要因は、Ａｌの移動抑制が図られた点にあるということができる。
【００７０】
次いで、Ｆｅを主成分とし、７質量％のＡｌ、及び、２５質量％のＣｒを含有する発熱コイルを有するグロープラグのサンプルと、Ｆｅを主成分とするとともに、７質量％のＡｌ、及び、２５質量％のＣｒを含有し、さらに３質量％のＴｉを含んでなる発熱コイルを有するグロープラグのサンプルとを作製し、各サンプルについて、使用温度を種々変更しつつ、耐久性評価試験を行った。尚、当該耐久性評価試験は、チューブの先端から２ｍｍの部位の表面温度（チューブ表面温度）が所定の温度となるように通電電圧を調整して、２００秒間通電し、その後、１２０秒間冷却することを１サイクルとして、発熱コイルに断線が生じるまでのサイクル数を測定することで行った。表３に、各サンプルについて、チューブ表面温度と断線サイクルとの関係を示す。尚、２００００サイクル以上に亘って通電・冷却を行っても発熱コイルに断線が生じなかった場合、その使用温度においては、極めて優れた耐久性を有するものといえる。従って、この場合には、断線サイクルについてそれ以上の測定を行うことなく、表３においては、断線サイクルを「２００００以上」と示すこととした。
【００７１】
【表３】
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【００７２】
表３に示すように、チューブ表面温度を９２０℃とした場合には、両サンプルともに断線サイクルが２００００サイクル以上となり、極めて優れた耐久性を有していた。ところが、チューブ表面温度を９７０℃以上と比較的高くした場合には、Ｔｉを３質量％含有するサンプルの断線サイクルが、Ｔｉを含有しないサンプルの断線サイクルを大きく上回ることが明らかとなった。これは、使用温度が上昇に伴い、Ａｌが移動（拡散）しやすくなるところ、Ｔｉを含有することによるＡｌ移動抑制という効果が、使用温度の上昇に伴い顕著に発揮されたためであると考えられる。従って、使用時において、チューブ表面温度が９７０℃以上となり得る高温環境下で使用されるグロープラグにおいて、発熱コイルにＴｉ等の上記元素を上述の所定範囲内の量だけ含有することが特に有意であるといえる。
【００７３】
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。
【００７４】
（ａ）上記実施形態におけるグロープラグ１の構成は例示であって、使用時においてチューブ７の表面温度が９７０℃以上となるグロープラグの構成はこれに限定されるものではない。
【００７５】
（ｂ）上記実施形態の評価試験においては、ＴｉやＭｏ等が複数種類含有されないように調整を行った合金を用いて抵抗発熱線を作製しているが、ＴｉやＭｏ等の元素を複数種類含有させた合金を用いて抵抗発熱線を作製することとしてもよい。このような場合であっても、各元素の含有量が上記所定の範囲内にあれば、優れた耐久性を実現することができる。例えば、Ｆｅ−７Ａｌ−１．７Ｔｉ−１．６Ｍｏ合金から抵抗発熱線のサンプルを作製し、当該サンプルに対して上述の空洞深さ評価試験や耐久性評価試験を行ったところ、空洞深さは２０μｍで、断線サイクルは１３０００サイクルとなり、十分な耐久性を有することが確認できた。
【００７６】
（ｃ）グロープラグ１の形状等は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、チューブ７について、大径部７ｂを省略し、その外径が略一定のストレート形状をなすように構成することとしてもよい。また、主体金具２の軸孔４の小径部４ａを省略し、軸線方向にストレート形態となった軸孔４にチューブ７が圧入される構成としてもよい。
【００７７】
（ｄ）上記実施形態において、グロープラグ１は、制御コイル１０を有しているが、制御コイル１０を省略し、発熱コイル９の後端を中軸８に対して直接接合することとしてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１…グロープラグ、７…チューブ、９…発熱コイル、１１…絶縁粉末、ＣＬ１…軸線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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