(57)【要約】【課題】急速昇温性を向上できるグロープラグを提供すること。【解決手段】グロープラグは、小径部と、小径部の外径よりも外径が大きい大径部と、を備えるチューブと、少なくとも小径部の内側に配置されるコイルと、小径部および大径部内に封入された絶縁粉末と、を備え、小径部の内側に配置された絶縁粉末であり且つ小径部の表面の温度が最高温度となる最高発熱部を含む小径部の軸線方向の一部である第１領域内に配置された絶縁粉末の粒子径のメジアン径は、大径部の内側に配置された絶縁粉末であり且つ大径部の軸線方向の一部である第２領域内に配置された絶縁粉末の粒子径のメジアン径よりも大きくなる関係を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延び先端が閉じたチューブと、
前記チューブの内側に配置されると共に自身の先端が前記チューブの先端部に電気的に接続されて通電によって発熱する先端コイルと、
前記チューブの内側に配置されると共に前記先端コイルの後端側に配置されて前記先端コイルと電気的に接続された後端コイルと、
前記チューブ内に封入された絶縁粉末と、を備えるグロープラグであって、
前記先端コイルの周囲に配置された前記絶縁粉末であり且つ前記チューブの表面の温度が最高温度となる最高発熱部を含む前記チューブの軸線方向の一部である第１領域内に配置された前記絶縁粉末の粒子径のメジアン径は、前記後端コイルの周囲に配置された前記絶縁粉末であり且つ前記チューブの軸線方向の一部である第２領域内に配置された前記絶縁粉末の粒子径のメジアン径よりも大きくなる関係を有するグロープラグ。
【請求項２】
先端が閉じた小径部と、前記小径部の軸線方向の後端側に位置し自身の外径が前記小径部の外径よりも大きい大径部と、を備えるチューブと、
少なくとも前記小径部の内側に配置されると共に自身の先端が前記チューブの先端部に電気的に接続されて通電によって発熱するコイルと、
前記小径部および前記大径部内に封入された絶縁粉末と、を備えるグロープラグであって、
前記小径部の内側に配置された前記絶縁粉末であり且つ前記小径部の表面の温度が最高温度となる最高発熱部を含む前記小径部の軸線方向の一部である第１領域内に配置された前記絶縁粉末の粒子径のメジアン径は、前記大径部の内側に配置された前記絶縁粉末であり且つ前記大径部の軸線方向の一部である第２領域内に配置された前記絶縁粉末の粒子径のメジアン径よりも大きくなる関係を有するグロープラグ。
【請求項３】
前記第１領域内に配置された前記絶縁粉末の粒度分布は、粒子径６０μｍ以上の頻度の積算が１．０％以上である請求項１又は２に記載のグロープラグ。
【請求項４】
前記第２領域内に配置された前記絶縁粉末の粒度分布は、粒子径６０μｍ以上の頻度が０％である請求項３記載のグロープラグ。
【請求項５】
前記第１領域内に配置された前記絶縁粉末の粒度分布は、粒子径８０μｍ以上の頻度の積算が０．１％以上である請求項１から４のいずれかに記載のグロープラグ。
【請求項６】
前記第２領域内に配置された前記絶縁粉末の粒度分布は、粒子径８０μｍ以上の頻度が０％である請求項５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、特に急速昇温性を向上できるグロープラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金属製のチューブの内側にコイルが配置され、チューブに絶縁粉末が封入されたグロープラグが知られている。このグロープラグは、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。特許文献１には、チューブに絞り加工を施してチューブの直径を小さくすることにより、チューブに封入された絶縁粉末の充填密度を高くする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１２４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記従来の技術では、一般に、絶縁粉末の充填密度を高くするために絞り比（加工前のチューブの直径／加工後のチューブの直径）を大きくするほど、絶縁粉末の粒子が砕かれ、粒子の数が増加する。その結果、コイルから粒子を通ってチューブに熱が伝導するまでに、熱が通過する粒子同士の接触点の数が増えるので、コイルからチューブに熱が伝わり難くなる。よって、内燃機関の始動性を向上させるためにグロープラグに要求される、短時間で所定温度に昇温する特性（以下「急速昇温性」と称す）が低下するおそれがある。
【０００５】
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、急速昇温性を向上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】
【０００６】
この目的を達成するために本発明のグロープラグは、軸線方向に延び先端が閉じたチューブと、チューブの内側に配置されると共に自身の先端がチューブの先端部に電気的に接続されて通電によって発熱する先端コイルと、チューブの内側に配置されると共に先端コイルの後端側に配置されて先端コイルと電気的に接続された後端コイルと、チューブ内に封入された絶縁粉末と、を備える。そして、このグロープラグは、先端コイルの周囲に配置された絶縁粉末であり且つチューブの表面の温度が最高温度となる最高発熱部を含むチューブの軸線方向の一部である第１領域内に配置された絶縁粉末の粒子径のメジアン径は、後端コイルの周囲に配置された絶縁粉末であり且つチューブの軸線方向の一部である第２領域内に配置された絶縁粉末の粒子径のメジアン径よりも大きくなる関係を有する。
【０００７】
また、本発明のグロープラグは、先端が閉じた小径部と、小径部の軸線方向の後端側に位置し自身の外径が小径部の外径よりも大きい大径部と、を備えるチューブと、少なくとも小径部の内側に配置されると共に自身の先端がチューブの先端部に電気的に接続されて通電によって発熱するコイルと、小径部および大径部内に封入された絶縁粉末と、を備える。そして、このグロープラグは、小径部の内側に配置された絶縁粉末であり且つ小径部の表面の温度が最高温度となる最高発熱部を含む小径部の軸線方向の一部である第１領域内に配置された絶縁粉末の粒子径のメジアン径は、大径部の内側に配置された絶縁粉末であり且つ大径部の軸線方向の一部である第２領域内に配置された絶縁粉末の粒子径のメジアン径よりも大きくなる関係を有する。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載のグロープラグによれば、先端コイルの周囲に配置された絶縁粉末であり且つチューブの表面の温度が最高温度となる最高発熱部を含むチューブの軸線方向の一部である第１領域内に配置された絶縁粉末の粒子径のメジアン径は、後端コイルの周囲に配置された絶縁粉末であり且つチューブの軸線方向の一部である第２領域内に配置された絶縁粉末の粒子径のメジアン径よりも大きくなる関係を有する。これにより、第１領域内に配置された絶縁粉末を通って先端コイルからチューブの第１領域に熱が伝導するまでに、熱が通過する粒子同士の接触点の数が相対的に少なくなるため、先端コイルからチューブの第１領域への熱伝導性を向上させることができる。他方、第２領域内に配置された絶縁粉末の粒子同士の接触点の数は相対的に多くなるため、第２領域内に配置された絶縁粉末を通って先端コイルから第２領域を含むチューブの後端側への熱伝導性を抑制することができる。つまり、先端コイルで発生した熱をチューブの後端側に移動し難くしつつ、チューブの最高発熱部を含む第１領域に移動し易くできる。よって、急速昇温性を向上できる。
【０００９】
請求項２記載のグロープラグによれば、小径部の内側に配置された絶縁粉末であり且つ小径部の表面の温度が最高温度となる最高発熱部を含む小径部の軸線方向の一部である第１領域内に配置された絶縁粉末の粒子径のメジアン径は、大径部の内側に配置された絶縁粉末であり且つ大径部の軸線方向の一部である第２領域内に配置された絶縁粉末の粒子径のメジアン径よりも大きくなる関係を有する。これにより、第１領域内に配置された絶縁粉末を通ってコイルから小径部の第１領域に熱が伝導するまでに、熱が通過する粒子同士の接触点の数が相対的に少なくなるため、コイルから小径部への熱伝導性を向上させることができる。他方、第２領域内に配置された絶縁粉末の粒子同士の接触点の数は相対的に多くなるため、第２領域内に配置された絶縁粉末を通ってコイルから大径部への熱伝導性を抑制することができる。つまり、コイルで発生した熱を大径部に移動し難くしつつ、小径部の最高発熱部を含む第１領域に移動し易くできる。よって、急速昇温性を向上できる。
【００１０】
請求項３記載のグロープラグによれば、第１領域内に配置された絶縁粉末の粒度分布は、粒子径６０μｍ以上の頻度の積算が１．０％以上なので、第１領域内の熱伝導に寄与する絶縁粉末の粒子の接触点数を少なくすることができる。よって、請求項１又は２の効果に加え、急速昇温性をさらに向上できる。
【００１１】
請求項４記載のグロープラグによれば、第２領域内に配置された絶縁粉末の粒度分布は、粒子径６０μｍ以上の頻度が０％なので、第２領域内の熱伝導に寄与する絶縁粉末の粒子の接触点数を多くすることができる。よって、チューブの後端側へ熱を移動し難くできるので、請求項３の効果に加え、急速昇温性をさらに向上できる。
【００１２】
請求項５記載のグロープラグによれば、第１領域内に配置された絶縁粉末の粒度分布は、粒子径８０μｍ以上の頻度の積算が０．１％以上なので、第１領域内の熱伝導に寄与する絶縁粉末の粒子の接触点数を少なくすることができる。よって、請求項１から４のいずれかの効果に加え、急速昇温性をさらに向上できる。
【００１３】
請求項６記載のグロープラグによれば、第２領域内に配置された絶縁粉末の粒度分布は、粒子径８０μｍ以上の頻度が０％なので、第２領域内の熱伝導に寄与する絶縁粉末の粒子の接触点数を多くすることができる。よって、チューブの後端側へ熱を移動し難くできるので、請求項５の効果に加え、急速昇温性をさらに向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施の形態における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】第１領域内に配置された絶縁粉末の粒度分布の一例である。
【図４】第２領域内に配置された絶縁粉末の粒度分布の一例である。
【図５】第２実施の形態におけるグロープラグの一部を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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第１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（図５においても同じ）。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
チューブ４０は先端が閉じた金属製の筒状体である。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。チューブ４０は、先端部４１によって先端が閉じた小径部４２、小径部４２の後端に隣接し後端側に向かうにつれて拡径する移行部４３、及び、移行部４３の後端に隣接し小径部４２の外径よりも外径が大きい大径部４４が軸線Ｏ方向に連接されている。本実施形態では、小径部４２及び大径部４４は、それぞれ軸線Ｏ方向の全長に亘って外径が同一である。移行部４３はテーパ状に形成され、外径に差のある小径部４２と大径部４４とを連絡する。チューブ４０は、大径部４４が軸孔３１に圧入されることで、主体金具３０に固定される。
【００２２】
大径部４４は中軸２０の先端側が挿入されている。大径部４４の内径は中軸２０の外径より大きいので、中軸２０と大径部４４との間に空隙が形成される。シール材２６は、中軸２０の先端側と大径部４４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、シール材２６によってチューブ４０に封入されている。
【００２３】
図２に示すように、螺旋状に形成されたコイル５０は一部が小径部４２の内側に配置されている。コイル５０は、先端コイル５１と後端コイル５２とからなる。先端コイル５１は小径部４２の内側に配置されている。本実施形態では、先端コイル５１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。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。
【００２４】
先端コイル５１は、溶接によりチューブ４０の先端部４１に先端が接合されている。後端コイル５２は、溶接によって先端コイル５１の後端に接合される。本実施形態では、後端コイル５２は、ピッチが、先端コイル５１のピッチよりも大きい螺旋状に形成されている。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。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。
【００２５】
本実施形態では、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。なお、抵抗比とは「２０℃における抵抗値に対する１０００℃における抵抗値の比」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。後端コイル５２の材料としては、例えばＦｅＣｒ合金、ＮｉＣｒ合金などが挙げられる。後端コイル５２は、軸線Ｏに沿ってチューブ４０の小径部４２から大径部４４にかけて収容されており、後端が中軸２０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。
【００２６】
後端コイル５２の２０℃における抵抗値Ｒ２は、先端コイル５１の２０℃における抵抗値Ｒ１よりも大きい値に設定されている。よって、常温において先端コイル５１に流れる電流Ｉ（突入電流）が確保される。中軸２０とチューブ４０との間に電圧Ｖを印加すると、先端コイル５１の抵抗値Ｒ１及び後端コイル５２の抵抗値Ｒ２の和Ｒ１＋Ｒ２で電圧Ｖを除した電流Ｉが、先端コイル５１及び後端コイル５２に流れる。単位時間当たりの先端コイル５１の発熱量はＲ１・Ｉ２であり、単位時間当たりの後端コイル５２の発熱量はＲ２・Ｉ２である。
【００２７】
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、先端コイル５１及び後端コイル５２の発熱による温度上昇に伴い、先端コイル５１の抵抗値Ｒ１が後端コイル５２の抵抗値Ｒ２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Ｒ１・Ｉ２を、後端コイル５２の単位時間当たりの発熱量Ｒ２・Ｉ２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を昇温させ、絶縁粉末６０の熱伝導により、小径部４２の表面を所望する温度まで昇温させることができる。
【００２８】
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（先端コイル５１及び後端コイル５２）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。
【００２９】
絶縁粉末６０は、例えばＭｇＯ，ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２及びＳｉＯ２等の酸化物粉末の１種乃至は複数種が用いられる。酸化物粉末にＳｉ等の粉末を添加しても良い。酸化物粉末のうち所望の熱伝導率を維持することができる点で、絶縁粉末６０はＭｇＯを含有するのが好ましい。絶縁粉末６０は、絶縁粉末６０の全質量に対してＭｇＯを８０質量％以上１００質量％以下含有するのが好ましく、ＭｇＯを９９質量％以上１００質量％未満含有するのがより好ましい。
【００３０】
先端コイル５１は、先端側のピッチが後端側のピッチより小さい不等ピッチに設定されているので、小径部４２のうち先端側（先端コイル５１のうちピッチが小さい部分を取り囲む部分）に、小径部４２の表面の温度が最高温度となる最高発熱部４５が形成される。グロープラグ１０は、絶縁粉末６０の熱伝導性を考慮して、最高発熱部４５を含む小径部４２の軸線Ｏ方向の一部である第１領域４６内に配置された絶縁粉末６０の粒度分布と、大径部４４の軸線Ｏ方向の一部である第２領域４７内に配置された絶縁粉末６０の粒度分布と、の間に特定の関係がある。詳細については後述する。
【００３１】
最高発熱部４５は、放射温度計や熱電対を用いて、通電したコイル５０が発熱しているときの小径部４２の表面の温度を測定することによって特定できる。第１領域４６は、最高発熱部４５を含む小径部４２の軸線Ｏ方向の一部の領域である。本実施形態では、第１領域４６は、小径部４２のうちコイル５０を取り囲む筒状の領域である。第２領域４７は、大径部４４の軸線Ｏ方向の一部の領域である。本実施形態では、第２領域４７は、大径部４４のうち後端コイル５２を取り囲む筒状の領域である。
【００３２】
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てコイル５０を形成し、コイル５０を中軸２０の先端に接合する。
【００３３】
一方、所定の組成を有する金属鋼管（素管）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コイル５０の先端を配置する。チューブ前駆体の開口部とコイル５０とを溶接し、チューブ前駆体の先端部分を閉塞して先端部４１を形成しつつ、コイル５０の先端部分を先端部４１に埋め込み、チューブ４０（素管）の内部にコイル５０（先端コイル５１及び後端コイル５２）が収容されたヒータ前駆体を形成する。
【００３４】
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。チューブ４０（素管）にスウェージング加工を施してチューブ４０を絞ることにより、絶縁粉末６０の充填密度を上げつつ充填のばらつきを少なくできる。
【００３５】
その後、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。
【００３６】
次に、図３及び図４を参照して、チューブ４０に封入された絶縁粉末６０の粒度分布を説明する。図３はチューブ４０の第１領域４６内に配置された絶縁粉末６０の粒度分布の一例であり、図４はチューブ４０の第２領域４７内に配置された絶縁粉末６０の粒度分布の一例である。以下に説明する粒度分布は、レーザ回折法により測定される体積基準の粒度分布である。図３及び図４には、それぞれ粒子径の頻度分布および積算分布（フルイ下）が模式的に図示されている。
【００３７】
絶縁粉末６０の粒度分布は、レーザ回折式粒度分布測定装置（例えば、ＨＯＲＩＢＡ  ＬＡ−７５０、株式会社堀場製作所製）を用いて、以下のように測定できる。なお、グロープラグ１０を破壊してチューブ４０から絶縁粉末６０を取り出す前に、グロープラグ１０に通電して最高発熱部４５の位置を特定しておく。仕様が同一のグロープラグ１０を複数入手できる場合には、最高発熱部４５の位置を特定するグロープラグとは別のグロープラグから絶縁粉末６０を取り出しても良い。
【００３８】
最高発熱部４５を含む第１領域４６の内側に配置された絶縁粉末６０をグロープラグ１０から取り出し、試料を準備する。本実施形態の場合、まず、軸線Ｏに直交し、且つ、溶融部５３付近を含む面でチューブ４０を切断する。溶融部５３の位置は、Ｘ線非破壊検査装置によって特定できる。次いで、先端部４１側のチューブ４０の内側にあるコイル５０をチューブ４０から引き出し、コイル５０に衝撃を加え、コイル５０の内側に詰まった粒子を取り出す。同様に、チューブ４０に衝撃を加え、チューブ４０内の粒子を取り出す。
【００３９】
次に、第２領域４７の内側に配置された絶縁粉末６０をグロープラグ１０から取り出し、試料を準備する。本実施形態の場合、まず、軸線Ｏに直交し、且つ、大径部４４と移行部４３との境界を含む面ならびに中軸２０の先端を含む面でチューブ４０を切断する。中軸２０の先端の位置は、Ｘ線非破壊検査装置によって特定できる。チューブ４０を切断後、チューブ４０の内側にあるコイル５０をチューブ４０から引き出し、コイル５０に衝撃を加え、コイル５０の内側に詰まった粒子を取り出す。同様に、チューブ４０に衝撃を加え、チューブ４０内の粒子を取り出す。
【００４０】
取り出した粒子は凝集して塊状になっているので、すり鉢ですって塊を砕く。粒子は硬いので、すり鉢と手に持ったすり棒とを用いて塊をすっても粒子（一次粒子）は粉砕されず、測定結果に影響を与えないことが確認されている。すり鉢ですった後の粒子を拡大鏡で観察しながら不純物を取り除く。このようにして、１回の測定につき試料を０．３５ｇ以上準備する。
【００４１】
次いで、準備した試料（例えばスパチュラ２〜４杯分）を分散媒（例えばヘキサメタリン酸ナトリウム０．２質量％溶液１５０ｃｃ）に分散する。試料の分散方法としては、例えば、外部ホモジナイザーで３分撹拌した後に、レーザ回折式粒度分布測定装置に内蔵されている超音波プローブで２分撹拌する方法を挙げることができる。レーザ回折式粒度分布測定装置を用いて、分散媒に分散させた試料の粒度分布を測定する。粒度分布の測定は３回行い、求める値は３回の測定の平均値である。
【００４２】
絶縁粉末６０は、粒子が一次粒子として存在する場合や、二次粒子として存在する場合がある。絶縁粉末６０は、一次粒子および二次粒子のいずれの形態で存在してもよいが、一次粒子で存在するのが好ましい。粒子が二次粒子として存在する場合、二次粒子中に多数の空隙が存在するので、この空隙が断熱層（障壁）となって絶縁粉末６０の熱伝導性が低下するおそれがある。ＭｇＯは、通常、二次粒子を形成せず一次粒子として存在する。従って、絶縁粉末６０を構成する粒子はＭｇＯを主成分とする粒子が好ましい。
【００４３】
図３及び図４に示すように、第１領域４６（図２参照）内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径（頻度の積算が５０％になる粒子径、図３参照）は、第２領域４７（図２参照）内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径（図４参照）よりも大きい。具体的には、第１領域４６内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径は２２．０μｍであり、第２領域４７内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径は９．５μｍである。
【００４４】
第１領域４６及び第２領域４７内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径は、チューブ４０の小径部４２及び大径部４４におけるスウェージングの絞り比（加工前のチューブ４０の直径／加工後のチューブ４０の直径）を調整して設定できる。一般に、絞り比が大きいほど、チューブ４０内に充填された絶縁粉末６０の粒子が砕かれ、粒子径のメジアン径が小さくなる。従って、小径部４２の絞り比を大径部４４の絞り比よりも小さくすることにより、第１領域４６（小径部４２）内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径を、第２領域４７（大径部４４）内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径よりも大きくできる。
【００４５】
グロープラグ１０は、第１領域４６内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径が、第２領域４７内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径よりも大きくなる関係を有するので、第１領域４６内に配置された単位体積当たりの絶縁粉末６０の粒子の数を、第２領域４７内に配置された単位体積当たりの絶縁粉末６０の粒子の数より少なくできる。
【００４６】
その結果、コイル５０から第１領域４６内の絶縁粉末６０を通って第１領域４６に熱が伝導するまでに、熱が通過する粒子同士の接触点の数を相対的に少なくできる。これにより、コイル５０から小径部４２への熱伝導性を向上させることができる。一方、第２領域４７内の絶縁粉末６０を通って熱が伝導するときに、熱が通過する粒子同士の接触点の数を相対的に多くできる。これにより、コイル５０から大径部４４への熱伝導性を抑制することができる。その結果、コイル５０で発生した熱を大径部４４へ移動し難くしつつ、小径部４２の最高発熱部４５を含む第１領域４６に移動し易くできる。よって、急速昇温性を向上できる。
【００４７】
なお、「第１領域４６内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径が、第２領域４７内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径よりも大きくなる関係を有する」とは、小径部４２内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径と大径部４４内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径とが所定の関係にある第１領域４６及び第２領域４７が、小径部４２及び大径部４４にそれぞれ存在することをいう。このような関係を示す部分が小径部４２及び大径部４４内に存在すれば、小径部４２内の高熱伝導性と大径部４４内の低熱伝導性とが得られるからである。従って、小径部４２及び大径部４４内の任意の位置から採取した絶縁粉末６０の粒度分布が、いずれもが上記の所定の関係に無くとも良い。
【００４８】
ここで、第１領域４６及び第２領域４７の最小範囲（軸線Ｏ方向の長さ）は、レーザ回折法による粒度分布の測定用試料の必要量を採取できる長さに設定される。第１領域４６及び第２領域４７の軸線Ｏ方向の長さは、同じでも異なっていても良い。また、第２領域４７は、大径部４４のうち中軸２０の先端よりも先端側を取り囲む部分が含まれるように設定する（大径部４４のうち後端コイル５２を取り囲む部分に第２領域４７を設定する）のが好ましい。大径部４４のうち中軸２０の先端よりも先端側を取り囲む部分に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径が、第１領域４６内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径より小さければ、中軸２０の先端よりも後端側の大径部４４に、絶縁粉末６０によってコイル５０の熱を伝え難くすることができるからである。
【００４９】
図３に示すように、第１領域４６内に配置された絶縁粉末６０の粒度分布は、粒子径６０μｍ以上の頻度の積算が４．０％である。このように粒子径６０μｍ以上の頻度の積算は１．０％以上であることが好ましい。粒子径６０μｍ以上の粒子が第１領域４６内に１．０％以上含まれると、粒子の接触点数をより少なくできるので、急速昇温性を向上できる。なお、第１領域４６内に配置された絶縁粉末６０の粒度分布は、粒子径６０μｍ以上の頻度の積算が１０％以下であることが好ましい。粒子径６０μｍ以上の頻度の積算が１０％を超えると、粒子径６０μｍ以上の粒子同士が接触してできる空隙を埋める粒子径の小さい粒子の量が不足して、空隙が埋まり難くなるので、熱伝導率が低下する傾向がみられるからである。
【００５０】
さらに、この場合に、第２領域４７内に配置された絶縁粉末６０の粒度分布は（図４参照）、粒子径６０μｍ以上の頻度が０％であることが好ましい。これにより、第２領域４７内に配置された絶縁粉末６０の粒子の接触点数を増やして熱伝導率を低下させ、第２領域４７内の放熱を抑制し、急速昇温性を向上できる。
【００５１】
図３に示すように、第１領域４６内に配置された絶縁粉末６０の粒度分布は、粒子径８０μｍ以上の頻度の積算が１．５％である。このように粒子径８０μｍ以上の頻度の積算は０．１％以上であることが好ましい。粒子径８０μｍ以上の粒子が第１領域４６内に０．１％以上含まれると、粒子の接触点数をより少なくできるので、急速昇温性を向上できる。なお、第１領域４６内に配置された絶縁粉末６０の粒度分布は、粒子径８０μｍ以上の頻度の積算が５％以下であることが好ましい。粒子径８０μｍ以上の頻度の積算が５％を超えると、粒子径８０μｍ以上の粒子間の空隙を埋める粒子径の小さい粒子の量が不足して、空隙が埋まり難くなるので、熱伝導率が低下する傾向がみられるからである。
【００５２】
さらに、この場合に、第２領域４７内に配置された絶縁粉末６０の粒度分布は（図４参照）、粒子径８０μｍ以上の頻度が０％であることが好ましい。これにより、第２領域４７内に配置された絶縁粉末６０の粒子の接触点数を増やして熱伝導率を低下させ、第２領域４７内の放熱を抑制し、急速昇温性を向上できる。
【００５３】
次に図５を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、外径の異なる小径部４２及び大径部４４が形成されたチューブ４０を備えるグロープラグ１０について説明した。これに対し第２実施の形態では、先端部７２を除いて軸線Ｏ方向の全長に亘って外径が同一のチューブ７１を備えるグロープラグ７０について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図５は第２実施の形態におけるグロープラグ７０の軸線Ｏを含み一部を拡大した断面図である。図５では、グロープラグ７０の後端側の図示が省略されている。グロープラグ７０のチューブ７１は、主体金具３０（図１参照）の軸孔３１の先端側に固定されている。
【００５４】
チューブ７１は、先端部７２によって先端が閉じた金属製の筒状体である。チューブ７１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。チューブ７１は、後端側に中軸２０の先端側が挿入されている。シール材２６（図１参照）は中軸２０とチューブ７１との間隔を維持し、中軸２０とチューブ７１との間を密閉する。コイル８０は、先端コイル８１及び後端コイル８２からなる。コイル８０は軸線Ｏに沿ってチューブ７１に収容されている。絶縁粉末６０は、シール材２６によってチューブ７１に封入されている。
【００５５】
先端コイル８１は、本実施形態では、Ｗ，Ｍｏを主成分とする高融点金属からなる。先端コイル８１は、溶接によりチューブ７１の先端部７２に先端が接合されている。後端コイル８２は、溶接によって先端コイル８１の後端に接合される。先端コイル８１と後端コイル８２との間に、溶接で溶けて溶接金属が固まった溶融部８３が形成されている。後端コイル８２は、溶融部８３を介して先端コイル８１と直列に接続される。本実施形態では、後端コイル８２は、先端コイル８１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８２の材料としては、例えばＦｅＣｒ合金、ＮｉＣｒ合金などが挙げられる。後端コイル８２は、後端が中軸２０に接合されている。中軸２０は後端コイル８２及び先端コイル８１を介してチューブ７１と電気的に接続されている。
【００５６】
先端コイル８１は先端側のピッチが後端側のピッチより小さい不等ピッチに設定されているので、チューブ７１のうち先端コイル８１のピッチが小さい部分を取り囲む部分に、チューブ７１の表面の温度が最高温度となる最高発熱部７３が形成される。第１領域７４は、最高発熱部７３を含むチューブ７１の軸線Ｏ方向の一部の領域であり、チューブ７１のうち先端コイル８１の少なくとも一部を取り囲む筒状の領域である。第２領域７５は、チューブ７１の軸線Ｏ方向の一部の領域であり、チューブ７１のうち後端コイル８２の少なくとも一部を取り囲む筒状の領域である。
【００５７】
本実施形態では、先端コイル８１の全長に亘る範囲に第１領域７４が設定され、後端コイル８２の全長に亘る範囲に第２領域７５が設定されているが、必ずしもこれに限られるものではない。第１領域７４及び第２領域７５の最小範囲（軸線Ｏ方向の長さ）は、レーザ回折法による粒度分布の測定用試料の必要量を採取できる長さに設定される。
【００５８】
グロープラグ７０は、第１実施の形態と同様に、第１領域７４内に配置されると共に先端コイル８１の周囲に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径（図３参照）が、第２領域７５内に配置されると共に後端コイル８２の周囲に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径（図４参照）よりも大きくなる関係を有する。第１領域７４及び第２領域７５内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径は、第１領域７４及び第２領域７５のスウェージングの絞り比（加工前のチューブ７１の直径／加工後のチューブ７１の直径）を部分的に調整して設定できる。グロープラグ７０によれば、第１実施の形態で説明したグロープラグ１０と同様の作用効果が得られる。
【００５９】
なお、「第１領域７４内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径が、第２領域７５内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径よりも大きくなる関係を有する」とは、先端コイル８１の周囲に配置されると共に第１領域７４内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径と、後端コイル８２の周囲に配置されると共に第２領域７５内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径と、が所定の関係にある部分が、チューブ７１内に存在することをいう。このような関係を示す部分が先端コイル８１及び後端コイル８２の周囲に存在すれば、先端コイル８１の周囲の高熱伝導性と後端コイル８２の周囲の低熱伝導性とを両立できるからである。従って、チューブ７１内の任意の位置から採取した絶縁粉末６０の粒度分布が、いずれもが上記の所定の関係に無くとも良い。
【実施例】
【００６０】
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。
【００６１】
（サンプルの作成）
図１に示すグロープラグ１０と同様の構造を有するサンプルを作成した。まず、直径Φ０．２０ｍｍの純Ｗ製の線材を用いて先端コイル５１を作成した。同様に、直径Φ０．３８ｍｍのＮｉＣｒ合金で作られた線材を用いて螺旋状の後端コイル５２を作成し、溶接により後端コイル５２を先端コイル５１に接合した。互いに接合された後端コイル５２及び先端コイル５１（コイル５０）の２０℃における抵抗値は０．３１Ωであった。
【００６２】
次いで、外径が異なる種々の金属鋼管にコイル５０を接合してヒータ前駆体を形成し、ヒータ前駆体内に絶縁粉末６０を充填した後、スウェージング加工によってチューブ４０を成形した。スウェージング加工後のチューブ４０の小径部４２の外径はΦ３．２５ｍｍ、大径部４４の外径はΦ４．０ｍｍであった。チューブ４０に主体金具３０を組み付け、表１に示すサンプル１〜１８のグロープラグを得た。
【００６３】
【表１】
2019045109.tif 000003
表１には、第２領域４７内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径、第１領域４６内に配置された絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径、第１領域４６内に配置された絶縁粉末６０の粒子径６０μｍ以上の頻度の積算、及び、第１領域４６内に配置された絶縁粉末６０の粒子径８０μｍ以上の頻度の積算が記されている。これらは急速昇温性を評価するための通電試験を行った後、チューブ４０を切断して絶縁粉末６０を取り出し、上述のように測定用試料を準備し、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＨＯＲＩＢＡ  ＬＡ−７５０）を用いて粒度分布を測定した結果である。
【００６４】
なお、第１領域４６を設定するためには、チューブ４０の表面の温度が最高温度となる最高発熱部４５を特定する必要がある。各サンプルに通電してチューブ４０の表面の温度を放射温度計で測定したところ、チューブ４０の先端から軸線Ｏ方向の後端側に２ｍｍ離れた部分の温度が最も高くなったので、この部分を最高発熱部４５とした。
【００６５】
（通電試験）
サンプルの急速昇温性を評価した試験方法を説明する。試験は、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、最高発熱部４５（チューブ４０の先端から軸線Ｏ方向の後端側に２ｍｍ離れたチューブ４０の表面）に接合したＰＲ熱電対により最高発熱部４５の温度を測定した。電圧を印加してから２秒後の最高発熱部４５の温度が９５０℃以上のサンプルは「特に優れている（Ａ）」、９００℃以上９５０℃未満のサンプルは「優れている（Ｂ）」、８５０℃以上９００℃未満のサンプルは「良い（Ｃ）」、８５０℃未満のサンプルは「劣る（Ｄ）」と評価した。温度の測定は、ＰＲ熱電対の代わりに放射温度計を用いても良い。
【００６６】
（粒度分布の測定）
各サンプルの軸線Ｏに直交し、且つ、溶融部５３付近を含む面でチューブ４０を切断し、先端部４１側のチューブ４０内の粒子を取り出し、これを第１領域４６内に配置された絶縁粉末６０とした。また、各サンプルの軸線Ｏに直交し、且つ、大径部４４と移行部４３との境界を含む面ならびに中軸２０の先端を含む面でチューブ４０を切断し、輪切りにした大径部４４内の粒子を取り出し、これを第２領域４７内に配置された絶縁粉末６０とした。取り出した粒子をすり鉢ですって塊を砕き、測定用試料とした。
【００６７】
試料をヘキサメタリン酸ナトリウム０．２質量％溶液１５０ｃｃに分散し、外部ホモジナイザーで３分撹拌した後に、粒度分布測定装置（ＨＯＲＩＢＡ  ＬＡ−７５０）に内蔵されている超音波プローブで２分撹拌した。次いで、分散媒に分散した試料の粒度分布を測定した。粒度分布の測定は３回行い、得られた３回の測定値の平均値を求めた。平均値は小数第１位を四捨五入した。
【００６８】
表１に示すようにサンプル１〜３は、第１領域４６内の絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径が、第２領域４７内の絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径より小さかった。サンプル４〜１８は、第１領域４６内の絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径が、第２領域４７内の絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径より大きかった。サンプル４〜１８はサンプル１〜３に比べて急速昇温性に優れることがわかった。サンプル４〜１８は、サンプル１〜３に比べ、絶縁粉末６０が、コイル５０の熱を後端側に移動し難くしつつ、最高発熱部４５を含む第１領域４６にコイル５０の熱を移動し易くしたと推察される。
【００６９】
サンプル７〜１８は、第１領域４６内の絶縁粉末６０の粒子径６０μｍ以上の頻度の積算が１．０〜１０．０％であった。一方、サンプル４〜６は、第１領域４６内の絶縁粉末６０の粒子径６０μｍ以上の頻度が０％であった。サンプル７〜１８はサンプル４〜６に比べて急速昇温性に優れることがわかった。サンプル７〜１８は、第１領域４６内の熱伝導に寄与する絶縁粉末６０の粒子の接触点数を少なくすることができたので、急速昇温性をさらに向上できたと推察される。
【００７０】
サンプル１３〜１８は、第１領域４６内の絶縁粉末６０の粒子径８０μｍ以上の頻度の積算が０．１〜５．０％であった。一方、サンプル７〜１２は、第１領域４６内の絶縁粉末６０の粒子径８０μｍ以上の頻度が０％であった。サンプル１３〜１８はサンプル７〜１２に比べて急速昇温性に優れることがわかった。サンプル１３〜１８は、第１領域４６内の熱伝導に寄与する絶縁粉末６０の粒子の接触点数をさらに少なくすることができたので、急速昇温性をさらに向上できたと推察される。
【００７１】
なお、サンプル６〜１８は、第１領域４６内の絶縁粉末６０の粒子径のメジアン径が同じなので、第１領域４６内の絶縁粉末６０の粒子径６０μｍ以上の頻度や粒子径８０μｍ以上の頻度が高くなるのに伴い、粒子径の小さい粒子の頻度も高くなっている。粒子径の小さい粒子の頻度が高くなると粒子同士の接触点の数が増えるが、粒子径の小さい粒子は粒子径の大きい粒子の隙間を埋めるので、絶縁粉末６０内の隙間が熱伝導の妨げにならないようにできる。粒子径の小さい粒子の頻度が高くなることが熱伝導率の低下の原因にならないようにできるので、粒子径の大きい粒子の頻度を高くすることにより熱伝導率を向上できる。
【００７２】
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の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、実施の形態で挙げた数値（例えば絶縁粉末６０の粒度分布（図３及び４））は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。第１領域４７，７４及び第２領域４７，７５の位置や長さは一例であり、それらは適宜設定できる。また、チューブ４０，７１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。
【００７３】
実施の形態では、先端コイル５１，８１の材料がＷ，Ｍｏを主成分と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。先端コイル５１，８１の材料として、Ｆｅ，Ｎｉ及びＣｏ等の金属ならびにこれらの元素のいずれかを主成分とする合金を用いることは当然可能である。
【００７４】
実施の形態では、後端コイル５２，８２の材料がＦｅＣｒ合金、ＮｉＣｒ合金の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。後端コイル５２，８２として、先端コイル５１，８１に供給する電力を制御して先端コイル５１，８１の過昇温を防止する純Ｎｉ，Ｃｏ合金など（いわゆる制御コイル）を用いることは当然可能である。
【００７５】
実施の形態では、後端コイル５２，８２を螺旋状のコイルと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。後端コイル５２，８２として導体を直線状に配置することは当然可能である。また、後端コイル５２を省略して、中軸２０に先端コイル５１を直接に接合することは当然可能である。
【００７６】
第１実施の形態では、小径部４２及び大径部４４がそれぞれ軸線Ｏ方向の全長に亘って外径が同一の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。小径部４２及び大径部４４の少なくとも一方の外周面を、テーパが付けられた錐体形状とすることは当然可能である。この場合、小径部４２と大径部４４とを隔てる移行部４３は省略することが可能である。移行部４３を省略しない場合には、移行部４３の形状は直線状でもテーパ状でも構わない。小径部４２及び大径部４４の外周面の形状に関わらず、小径部４２及び大径部４４内の絶縁粉末６０の粒度分布を調整することにより、熱伝導性を調整できる。
【００７７】
実施の形態では、チューブ４０，７１の厚さ（肉厚）が軸線Ｏの全長に亘って同一に設定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。チューブ４０，７１の熱容量等を考慮して、チューブ４０，７１の先端側の肉厚とチューブ４０，７１の後端側の肉厚とを異ならせることは当然可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１０，７０  グロープラグ
４０，７１  チューブ
４１，７２  先端部
４２        小径部
４４        大径部
４５，７３  最高発熱部
４６，７４  第１領域
４７，７５  第２領域
５０        コイル
５１，８１  先端コイル
５２，８２  後端コイル
６０        絶縁粉末
Ｏ          軸線
【図１】
2019045109.tif 000004
【図２】
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【図３】
2019045109.tif 000006
【図４】
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【図５】
2019045109.tif 000008