(57)【要約】【課題】耐久性に優れ、長寿命化を図ることの可能なシースヒータ及びグロープラグを提供する。【解決手段】グロープラグ１は、主体金具２とシースヒータ３とを備える。シースヒータ３を構成するチューブ７の内側にはチューブ先端に溶融接合された発熱コイル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とが絶縁粉末１１とともに封入されている。発熱コイル９は、Ｆｅを主成分とするとともに５．５質量％以上のＡｌを含有する。絶縁粉末１１は、３０質量％以上の窒化物を含有する。窒化物としてはＡｌＮが好適に用いられる。シースヒータ３の使用に際し、チューブ７内部は低酸素・高窒素雰囲気となり、発熱コイル９表面にはＡｌＮの連続膜が形成される。ＡｌＮ膜により、窒素の発熱コイル９内部への侵入が抑制される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状をなすとともに先端部が閉塞したチューブと、
先端が前記チューブ内に位置し、後端が当該チューブの後端側へ突出するリード部材と、
抵抗発熱線よりなり、前記チューブ内に配設されるとともに、先端が前記チューブの先端に接合され、後端が前記リード部材の先端部と直接的又は間接的に接合されることで、前記リード部材と電気的に接続される発熱コイルと、
前記チューブ内に充填される絶縁粉末と
を備えたシースヒータであって、
前記チューブは、ニッケル又は鉄を主成分とし、
前記発熱コイルは、鉄を主成分とするとともにアルミニウムを含有し、
前記絶縁粉末には、窒化物からなる絶縁粉末が含まれることを特徴とするシースヒータ。
【請求項２】
前記発熱コイルにおけるアルミニウムの含有量が、５．５質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載のシースヒータ。
【請求項３】
前記絶縁粉末における窒化物の含有量が、３０質量％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシースヒータ。
【請求項４】
前記窒化物からなる絶縁粉末は、窒化アルミニウムからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシースヒータ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシースヒータを具備することを特徴とするグロープラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体や気体の加熱装置としてのシースヒータや、当該シースヒータを備え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、発熱コイルを絶縁粉末とともに封入したシースヒータを用いるものが知られている。
【０００３】
チューブ内に配設される発熱コイルは、その先端部がチューブの先端に接合され、その後端部が、直接又は制御コイルを介して、チューブ後部に挿入された中軸（リード部材）の先端に接合されている。そして、当該中軸を介して通電されることにより発熱コイルが発熱する。
【０００４】
上記絶縁粉末を構成する素材としては、例えば酸化マグネシウムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】実公昭５７−５２８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで近年、グロープラグの長寿命化が益々要求されるようになってきている。また、これとともに、排ガスをよりクリーンなものとするために、ディーゼルエンジン始動後、従前よりも高温かつ長期間にわたっての加熱が必要となってきている。このような事情から、高温下で長時間通電した場合であっても断線を生じないよう、耐久性の高められたグロープラグが求められている。
【０００６】
この点、例えば鉄−クロム−アルミニウム系合金等は耐酸化性等の優れた高温性能を発揮しうることから、発熱コイルを構成する素材として、当該合金等を採用することで、上記要求をある程度満たすものと考えられる。
【０００７】
しかしながら、グロープラグを長期使用した場合、発熱コイルの内部に窒化物が生成してしまい、これにより、発熱コイルの脆弱化を招いてしまうおそれがある。すなわち、使用初期には、発熱コイルの表層に酸化アルミニウム（アルミナ）被膜が形成され、これにより窒素の内部への侵入をある程度抑制することができる。ところが、長期使用によってアルミナの剥離・生成が繰り返されると、発熱コイル内部のアルミニウム量が徐々に減少し、やがて緻密なアルミナ被膜を形成することが困難となる。その結果、アルミナ被膜の存在しない箇所から、窒素が発熱コイル内部に侵入することとなり、内部において窒化物が形成されてしまう。そして、かかる内部窒化により、発熱コイルの脆弱化、ひいては、断線を引き起こしてしまうおそれがあるのである。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐久性に優れ、長寿命化を図ることの可能なシースヒータ及び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】
【０００９】
以下、上記課題等を解決するのに適した各構成を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等を付記する。
【００１０】
構成１．本構成のシースヒータは、
筒状をなすとともに先端部が閉塞したチューブと、
先端が前記チューブ内に位置し、後端が当該チューブの後端側へ突出するリード部材と、
抵抗発熱線よりなり、前記チューブ内に配設されるとともに、先端が前記チューブの先端に接合され、後端が前記リード部材の先端部と直接的又は間接的に接合されることで、前記リード部材と電気的に接続される発熱コイルと、
前記チューブ内に充填される絶縁粉末と
を備えたシースヒータであって、
前記チューブは、ニッケル（Ｎｉ）又は鉄（Ｆｅ）を主成分とし、
前記発熱コイルは、Ｆｅを主成分とするとともにアルミニウム（Ａｌ）を含有し、
前記絶縁粉末には、窒化物からなる絶縁粉末が含まれることを特徴とする。
【００１１】
ここで、「主成分とする」とあるのは、質量比換算で最も多く含まれていることを意味する。また、「窒化物」としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化硼素（ＢＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）等が挙げられ、特に、ＡｌＮが好適に用いられる。
【００１２】
上記構成１によれば、発熱コイルはＦｅを主成分とするとともにＡｌを含有している。従来、絶縁粉末を構成する素材としては、例えば酸化マグネシウム等が用いられていたが、この場合には上述のとおり、長期使用によってアルミナの剥離・生成が繰り返されると、窒素が発熱コイル内部に侵入することとなり、内部において窒化物が形成されてしまうおそれがあった。これに対し、構成１では、前記絶縁粉末には、窒化物からなる絶縁粉末が含まれる。このため、ヒータの使用に際しては、絶縁粉末を構成する窒化物（例えばＡｌＮ）の窒素欠損や一部解離により、一部は酸化し酸化物［例えば酸化アルミニウム（アルミナ；Ａｌ2Ｏ3）］となる。すると、チューブ内部は、低酸素・高窒素雰囲気となり、発熱コイル表面においては、発熱コイル中のＡｌと窒素とが結合してＡｌＮの連続膜が形成されることとなる。当該ＡｌＮ膜は、全体としての脆弱化を招くものではなく、むしろバリアとして機能し、窒素の発熱コイル内部への侵入を抑制する。つまり、内部に窒化層が形成されてしまうといった事態が抑制されることとなる。このため、発熱コイル内部において多くの窒化物が形成されてしまうことに起因して、発熱コイルが脆弱化してしまうといった事態を防止でき、断線等の不具合を抑制することができる。
【００１３】
但し、発熱コイル中のアルミニウム（Ａｌ）の含有量があまりにも少ないと上記作用が奏されにくいものとなってしまう。それ故、次の構成２とすることがより好ましい。
【００１４】
構成２．本構成のシースヒータは、構成１において、
前記発熱コイルにおけるＡｌの含有量が、５．５質量％以上であることを特徴とする。
【００１５】
構成２によれば、発熱コイルにおけるＡｌの含有量が、５．５質量％以上であるため、ＡｌＮ膜が発熱コイル表面により確実に形成されることとなり、上記作用効果がより確実に奏されることとなる。なお、Ａｌの含有量は、６質量％以上であることがより好ましく、７質量％であることがさらに好ましい。
【００１６】
一方、Ａｌの含有量が上記規定量（５．５質量％）未満の場合には、連続的なＡｌＮ膜が形成されないおそれがある。そのため、上記機能が十分に発揮されず、発熱コイル内部に窒化物が形成されやすくなってしまうことが懸念される。
【００１７】
また、上記作用効果の確実性を高めるためには、Ａｌの含有量は多い方が望ましいが、あまりにも多すぎると十分な細化を行うことができず、加工が事実上不可能となってしまう。すなわち、グロープラグ内に用いられる発熱コイルとしては、外径が数百μｍになるまで素材を細化する必要があるのであるが、Ａｌの含有量が多すぎると、かかる細化加工を実施することができないのである。そのため、かかる観点からは、Ａｌの含有量が１５質量％を超えないようにするのが望ましいといえる。
【００１８】
また、発熱コイル中には、Ｆｅ、Ａｌの外にクロム（Ｃｒ）等他の成分が含まれていても差し支えない。つまり、発熱コイルを構成する素材としては、Ｆｅ−Ａｌ系の合金であっても、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の合金であっても差し支えないという趣旨である。但し、Ｃｒの含有量があまりにも多いと、上述した窒素濃度の増大に伴い、内部に窒化クロムが多く生成してしまい、発熱コイルの脆弱化を招いてしまうことが懸念される。かかる観点からは、Ｃｒの含有量は２０質量％以下であることが好ましく、１５質量％以下であることがより好ましい。
【００１９】
さらに、チューブ内部を低酸素・高窒素雰囲気とするという観点からは、次に記す構成３を採用することも、より望ましいといえる。
【００２０】
構成３．本構成のシースヒータは、構成１又は２において、
前記絶縁粉末における窒化物の含有量が、３０質量％以上であることを特徴とする。
【００２１】
構成３によれば、絶縁粉末における窒化物の含有量が３０質量％以上であるため、ヒータの使用により、チューブ内部が低酸素・高窒素雰囲気となりやすい。このため、上述した窒化膜が連続的に形成されやすく、上記作用効果がより確実に奏されることとなる。一方で、窒化物が多少なりとも含有されていれば所定の作用効果が期待できるのであるが、絶縁粉末における窒化物の含有量が３０質量％を下回ってしまうと、チューブ内部が低酸素・高窒素雰囲気となりにくく、連続的した窒化膜が形成されにくくなってしまうおそれがある。
【００２２】
なお、絶縁粉末としては、必ずしも全てがＡｌＮ等の窒化物で構成されている必要はなく、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）やＡｌ2Ｏ3等他の素材が含まれていてもよい。但し、絶縁粉末中に、ナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）等のアルカリ金属、或いは、カルシウム（Ｃａ）等の不純物が、２質量％を超えて含まれていることは望ましくない。すなわち、上述したバリアとして機能とするのは、必ずしもＡｌＮ膜のみに限られる訳ではなく、Ａｌ2Ｏ3等の酸化膜も含まれる。ここで、絶縁粉末中にＮａ等の不純物が多く含まれていると（ここでは上記不純物の合計量が２質量％を超えて含まれていると）、酸化膜が破壊されてしまい、当該破壊箇所から窒素が侵入してしまうことが懸念される。このため、ＭｇＯやＡｌ2Ｏ3等の一般的な絶縁素材はさておき、ＮａやＫ等のアルカリ金属、及び、Ｃａの不純物の合計含有量が、２質量％以下であることが望ましいといえる。
【００２３】
また、次の構成４を採用することでさらなる作用効果を期待できる。
【００２４】
構成４．本構成のシースヒータは、構成１乃至３のいずれかにおいて、
前記窒化物からなる絶縁粉末は、ＡｌＮからなることを特徴とする。
【００２５】
上記構成１において窒化物としてＡｌＮが好適に用いられること、つまり、ＡｌＮを用いることにより連続的な保護膜が形成されやすい点については上述したが、当該ＡｌＮは、非常に熱伝導性に優れた（熱伝導率の高い）素材でもある。シースヒータは、内部で発熱してそれを外側（チューブ）に伝えるものであるため、熱伝導率が高いと、チューブの昇温も早いものとなる。
【００２６】
ここで、発熱コイルの後端とリード部材の先端部との間に、制御コイルが設けられているいわば２段式が採用されているような場合を考慮すると、当該制御コイルは、自身の発熱及び発熱コイルからの発熱を受けることにより電気抵抗値を増大させ、発熱コイルに対する電力供給量を制御する。従って、通電初期においては制御コイルの温度が低く電気抵抗値が小さいため、発熱コイルには比較的大きな電力供給がなされ、これを急速昇温させる。そして、発熱コイルの温度が上昇すると、その発熱により制御コイルが加熱されて電気抵抗値が増大し、発熱コイルへの電力供給が減少する。これにより、ヒータの昇温特性は、通電初期に急速昇温した後、以降は制御コイルの働きにより電力供給が抑制されて温度が飽和する形となるので、急速昇温性を高めつつコイル温度の過昇（オーバーシュート）も生じにくくすることができる。
【００２７】
さて、構成４のように、非常に熱伝導性に優れたＡｌＮが絶縁粉末を構成する素材（窒化物）として用いられることにより、絶縁粉末を介して速やかに制御コイルの温度を上昇させることができ、抵抗値を上昇させることができる。そのため、発熱コイルのオーバーシュートをより一層確実に抑制することができる。
【００２８】
勿論、シースヒータを使用したグロープラグに上記思想を適用して、次の構成５とすることも可能である。
【００２９】
構成５．構成１乃至４のいずれかに記載のシースヒータを具備することを特徴とするグロープラグ。
【００３０】
構成５によれば、筒状の主体金具を具備するグロープラグに上記思想が適用される。すなわち、グロープラグとしてディーゼルエンジン等に使用された場合に、上記作用効果が奏される。なお、この場合において、構成１〜４のシースヒータのチューブは、主体金具の先端側から自身の先端部を突出させた状態で、前記主体金具に固定される。また、リード部としての中軸は、自身の後端が前記主体金具の後端から突出させられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）は、本発明にかかるシースヒータを具備してなる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。
【００３２】
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。
【００３３】
主体金具２は、軸線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。
【００３４】
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とが軸線方向に一体化されて構成されている。
【００３５】
図２に示すように、チューブ７は、先端部が閉じた金属製（特に、ニッケル又は鉄を主成分とする金属製）の筒状チューブであって、その内側には、チューブ先端に溶融接合された発熱コイル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とが後述する絶縁粉末１１とともに封入されている。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。前述のように、発熱コイル９は、その先端においてチューブ７と導通しているが、発熱コイル９及び制御コイル１１の外周面とチューブ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。
【００３６】
発熱コイル９は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金又はＦｅ−Ａｌ系合金等の抵抗発熱線により構成されている（この点についても後述する）。また、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−ニッケル−鉄合金等に代表されるコバルト又はニッケルを主成分とする抵抗発熱線により構成されている。これにより、制御コイル１０は、自身の発熱及び発熱コイル９からの発熱を受けることにより電気抵抗値を増大させ、発熱コイル９に対する電力供給量を制御する。従って、通電初期においては発熱コイル９には比較的大きな電力供給がなされ、発熱コイル９の温度は急速に上昇する。すると、その発熱により制御コイル１０が加熱されて電気抵抗値が増大し（図７（ａ）参照）、発熱コイル９への電力供給が減少する。これにより、シースヒータ３の昇温特性は、通電初期に急速昇温した後、以降は制御コイル１０の働きにより電力供給が抑制されて温度が飽和する形となる（図７（ｂ）参照）。つまり、制御コイル１０の存在により、急速昇温性を高めつつ発熱コイル９の温度の過昇（オーバーシュート）も生じにくくすることができるようになっている。
【００３７】
また、チューブ７には、スウェージング加工等によって、その先端側に発熱コイル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る。
【００３８】
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。
【００３９】
ここで、本発明の主たる特徴部分である発熱コイル９を構成する素材、絶縁粉末１１を構成する素材の各組成について詳細に説明する。
【００４０】
本実施形態における発熱コイル９としては、Ｆｅを主成分とするとともにＡｌを含有したものが採用される。また、本実施形態における絶縁粉末１１としては、窒化物を含有したものが採用される。窒化物としては、例えば、ＡｌＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｓｉ3Ｎ4等が挙げられ、特に、ＡｌＮが好適に用いられる。
【００４１】
かかる構成により、シースヒータ３の使用に際しては、チューブ７内部は、低酸素・高窒素雰囲気となり、発熱コイル９表面においては、発熱コイル９中のＡｌと窒素とが結合してＡｌＮの連続膜が形成されることとなる。当該ＡｌＮ膜は、所謂バリアとして機能し、窒素の発熱コイル９内部への侵入を抑制する。つまり、内部に窒化層が形成されてしまうといった事態が抑制されることとなる。このため、発熱コイル９内部において多くの窒化層が形成されてしまうことに起因して、発熱コイル９が脆弱化してしまうといった事態を防止でき、断線等が発生するといった不具合を抑制することができるようになっている。
【００４２】
また、発熱コイル９におけるＡｌの含有量が、５．５質量％以上であることが好ましい。これにより、ＡｌＮ膜が発熱コイル表面により確実に形成されることとなり、上記作用効果がより確実に奏されることとなる。
【００４３】
また、発熱コイル９中には、Ｆｅ、Ａｌの外にＣｒ等他の成分が含まれていても差し支えない。つまり、発熱コイル９を構成する素材としては、Ｆｅ−Ａｌ系の合金であっても、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の合金であっても差し支えない。但し、Ｃｒの含有量があまりにも多いと、上述した窒素濃度の増大に伴い、内部に窒化クロムが多く生成してしまい、発熱コイル９の脆弱化を招いてしまうことが懸念される。かかる観点からは、Ｃｒの含有量は２０質量％以下であることが好ましく、１５質量％以下であることがより好ましい。
【００４４】
さらに、絶縁粉末１１に関していえば、窒化物の含有量が、３０質量％以上であることが望ましい。これにより、チューブ７内部が低酸素・高窒素雰囲気となりやすくなるため、上述した窒化膜が連続的に形成されやすく、上記作用効果がより確実に奏されることとなる。
【００４５】
なお、絶縁粉末１１としては、必ずしも全てがＡｌＮ等の窒化物で構成されている必要はなく、ＭｇＯやＡｌ2Ｏ3等他の素材が含まれていてもよい。但し、絶縁粉末１１中に、ＮａやＫ等のアルカリ金属、或いは、Ｃａ等の不純物が、２質量％を超えて含まれていることは望ましくない。また、窒化物としてＡｌＮが用いられていると、その良好な熱伝導性より、制御コイル１０の抵抗値を速やかに上昇させることができ、発熱コイル９のオーバーシュートを防止できるといった効果が奏される。
【００４６】
ここで、上述した構成により奏される作用効果を確認するべく、発熱コイルの各種組成、絶縁粉末の各種組成を変更することで種々のサンプルを作製し、種々の評価を試みた。その実験結果をその考察とともに以下に記す。
【００４７】
先ず第１に、発熱コイル中のＡｌの含有量を種々変更させたサンプルを作製した。これらサンプルの評価結果を表１に示す。なお、表中に示す組成は、基本的には発熱コイル中のＡｌ（及びＣｒ）の含有量を示すのは勿論であるが、当該発熱コイルとしては、表中に示す各成分となるように秤量したものをアーク溶解炉でアルゴン雰囲気中にて溶解した後、アルゴン雰囲気中において１２００℃で８時間の熱処理を施し、熱間圧延を繰り返し行い、その後、ピーリング（酸化膜除去）行うことにより、直径０．５ｍｍの線材を得、その後、さらに冷間圧延を繰り返し行うことにより直径０．２５ｍｍの線材を得、これをコイル状としたものを用いた。但し、上記直径０．２５ｍｍの線材を得るために冷間圧延を行うに際し、材料が加工硬化するため、適宜焼鈍を施すこととした。また、焼鈍により線材表面に酸化スケールが生じるため、適宜ピーリングを施すこととした。そして、上記のように作製された発熱コイル材を、ＡｌＮからなる絶縁粉末とともに、ステンレス製のホルダに密封充填することでサンプルとした（但し、制御コイル材については省略した）。当該サンプルの作製方法についてより具体的に説明すると、図３（ａ）に示すように、長さ１０ｃｍ、外径２０ｍｍ、肉厚１ｍｍの円筒体７１と、直径２１ｍｍ、厚さ２ｍｍの円盤体７２，７３とを用意し、万力等の治具を用いて前記円筒体７１の一端面に一方の円盤体７２を封鎖状態で当接させ溶接する。次に、上記発熱コイル材及びＡｌＮを、円筒体７１内に充填し、その後円筒体７１の他端面に他方の円盤体７３を封鎖状態で当接させ溶接する。これにより、図３（ｂ）に示すように、ホルダ７４内に発熱コイル材及びＡｌＮの充填されたサンプルが得られる。そして、各サンプルを、電気炉内にて１０００℃で１００時間保持した。
【００４８】
但し、サンプル１，２に関しては、発熱コイル材中のＡｌ含有量がゼロであるが、サンプル１はＦｅのみ、サンプル２はＣｒの含有量が２０質量％、残部がＦｅによって構成されている。また、サンプル３〜７については、発熱コイル材中のＣｒの含有量が２０質量％とされた上で、Ａｌ，Ｃｒを除く残部がＦｅによって構成されている。また、サンプル８，９に関してはＡｌの含有量が５．３質量％とされた上で、サンプル８についてはＣｒの含有量が１０質量％、サンプル９についてはＣｒの含有量が２６質量％とされた上で、Ａｌ，Ｃｒを除く残部がＦｅによって構成されている。
【００４９】
なお、評価については、熱処理後の発熱コイルの断面の観察結果に基づくものである。すなわち、上記電気炉内での加熱後における発熱コイル材をホルダ７４から取り出し、当該発熱コイル材を樹脂ブロック中に埋設し、発熱コイル材の長手方向に沿って樹脂ブロック及び発熱コイル材を切断し研磨を施した（勿論、切断することなく研磨だけを行うこととしてもよい）。研磨に際して、先ずはＳｉＣ耐水研磨紙（＃１５００）で粗研磨を施し、その後ダイヤモンドペースト１μｍで鏡面化仕上げを行った。例えば、発熱コイル材の直径が０．２５ｍｍである場合には、当該コイル材の０．１〜０．１５ｍｍ位内部までに研磨を抑えることが望ましい。鏡面化された試料につき、アセトンなどの有機溶剤により脱脂洗浄を行い、金属顕微鏡又はＳＥＭなどにより組織観察を行った。
【００５０】
当該観察において、発熱コイル材に内部窒化層が形成されていない場合に「○」、内部窒化層が表層より１０μｍ〜５０μｍの範囲で形成されていた場合に「△」、内部窒化層が表層より５０μｍを超えて形成されていた場合に「×」の評価をすることとした。但し、窒化膜生成の有無は問わないこととし、また、内部窒化層の厚さは、発熱コイル材に生成された最も厚い窒化層の厚さを計測することとした。さらに、内部窒化層の生成された領域と、生成されない領域とがあるような場合は、生成された領域を優先して評価の対象とすることとした。尚、内部窒化層としては、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、観察対象視野において、その表層を基準とし、深さ方向に１０μ以上の位置に窒化物が形成されており、かつ、表層に形成された窒化層と離間している場合を内部窒化層ありとみなすこととしている。一方、図４（ａ）に示す場合のように、表層にのみ連続的に形成されているような場合には、窒化膜とみなし、内部窒化層ではないとみなすこととしている。
【００５１】
【表１】
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表１に示すように、絶縁粉末としてＡｌＮを用い、Ｆｅを主成分とする発熱コイル中にＡｌが含有されていることにより、発熱コイル中のＡｌと窒素とが結合してＡｌＮの連続膜が形成されることが明らかとなった（サンプル３〜７）。特に、Ａｌの含有量が５．５質量％以上の場合には（サンプル５〜７）、発熱コイルの表層にＡｌＮ膜が形成され、内部に窒化層がほとんど形成されない結果となった。
【００５２】
一方、Ａｌが含有されていないサンプル２に関しては、表層にＡｌＮ膜が形成されず、内部に多くの窒化層が形成されてしまった。なお、発熱コイルがＦｅのみからなるサンプル１に関しては、抵抗値があまりにも低すぎて、グロープラグとしての要件を満たさないものとなってしまった。また、サンプル８，９の結果より、Ｃｒの含有量が比較的少ない場合には、発熱コイルの表層にＡｌＮ膜が形成され、内部に窒化層がほとんど形成されない結果となったのに対し、Ｃｒの含有量が２０質量％を超えると、内部に多くの窒化層が形成される傾向が見受けられた。
【００５３】
次に、Ａｌの含有量が４．５質量％、Ｃｒの含有量が２０質量％、残部がＦｅの合金からなる発熱コイルを用い、絶縁粉末中のＡｌＮの割合を種々変更させたサンプルを作製した。これらサンプルの評価結果を図５のグラフに示す。なお、各サンプルの製作に当たっては、上述と同様の製法を用いるとともに、机上腐食試験（電気炉内での加熱処理）についても同様の手法で行った。尚、各成分の質量の割合は、蛍光Ｘ線分析装置を用いることで測定した。
【００５４】
図５のグラフに示すように、絶縁粉末中のＡｌＮの割合が３０質量％以上のサンプルについては、ＡｌＮの割合が２０質量％以下のサンプルに比べ、格段にＡｌＮ膜が生成されやすくなったといえる。これは、ＡｌＮの割合が３０質量％以上の場合には、ヒータの加熱に伴い、チューブ内部が低酸素・高窒素雰囲気となりやすいからであると考えられる。また逆に、絶縁粉末中のＡｌＮの割合が３０質量％よりも少ないサンプルについては、連続的なＡｌＮ膜が生成されず、窒素が内部に侵入し、内部窒化層が厚く生成されてしまうことが明らかとなった。
【００５５】
続いて、上記同様、Ａｌの含有量が７．５質量％、Ｃｒの含有量が１０質量％、残部がＦｅの合金からなる発熱コイルを用い、絶縁粉末の組成を種々変更させたサンプル（この場合、グロープラグ）を作製した。これらサンプルの評価結果を表２に示す。なお、各サンプルの製作に当たっては、上述と同様の製法を用いるとともに、評価結果たる断線サイクル数は、次の通電耐久試験によって評価した。すなわち、直流１１［Ｖ］を６秒間、直流１４［Ｖ］を１８０秒間印加した後、６０秒間電流を遮断して冷却することを１サイクルとするヒートサイクルを実施した。そして、当該ヒートサイクルを繰り返し行い、発熱コイルが断線するまでのサイクル数を計測し、これを断線サイクル数（５００回単位）として耐久性の評価対象とした。なお、ここでの評価にあっては、断線サイクル数として９０００回以上であれば、十分な耐久性を有しているといえる。また、サンプル１１は絶縁粉末としてＭｇＯ（１００％）を採用し、サンプル１２は絶縁粉末としてＡｌＮ（１００％）を採用した。さらに、サンプル１３，１４は、いずれもＡｌＮ（５０質量％）＋ＭｇＯ（５０質量％）を絶縁粉末として採用しているが、サンプル１３については主として発熱コイルの内周側（内部）にＭｇＯ粉末を、発熱コイルの外周側にＡｌＮ粉末を配置することとし、サンプル１４についてはＡｌＮ粉末とＭｇＯ粉末とを均等に混ぜ合わせることとした。サンプル１３の作製方法についてより詳しく説明すると、図６に示すように、ＭｇＯを予め棒状に焼結した絶縁棒８１を用意し、これをコイル８２内に挿通するとともに、ＡｌＮ粉末を充填して、グロープラグを作製する。そして、当該グロープラグを図示するように長手方向に切断し、画像処理にて、チューブ８３内の面積からコイル８２の断面積の総和を減算する。但し、チューブ８３内の面積は、中軸を含まない先端部に限定した上で計算する。絶縁棒８１の径をＸｍｍと仮定した上で、ＭｇＯ製の絶縁棒８１及びＡｌＮ粉末の面積を計算する。ＭｇＯ製の絶縁棒８１の面積及びＡｌＮ粉末の面積並びに両者の密度から重量比を計算し、当該重量比が５０：５０となるように、絶縁棒の径（Ｘ）を決定する。その上で、径がＸのＭｇＯの絶縁棒を改めて焼結して作製し、これをコイル内に挿通するとともに、ＡｌＮ粉末を充填して、グロープラグを作製し、サンプル１３とした。
【００５６】
【表２】
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表２に示すように、ＡｌＮが含まれているサンプル（サンプル１２〜１４）は、いずれも断線サイクル数が９０００回以上と十分な耐久性を具備することが明らかとなった。特に、絶縁粉末としてＡｌＮ（１００％）からなるサンプル１２については、断線サイクル数が１２０００回となり、飛躍的に耐久性が高くなったといえる。また、チューブ表面が８５０℃に到達する時間についても、ＡｌＮが含まれているサンプル（サンプル１２〜１４）は、絶縁粉末としてＭｇＯのみからなるサンプル１１に比べ、短縮化を図ることができた。さらに、飽和温度はいずれも９５０℃であるのに対し、最高温度（図７（ｂ）参照）は、絶縁粉末としてＭｇＯのみからなるサンプル１１に比べ、ＡｌＮが含まれているサンプル（サンプル１２〜１４）は、いずれも低くなっていることが判る。すなわち、絶縁粉末としてＡｌＮが含まれていると、その良好な熱伝導性より、制御コイルの抵抗値を速やかに上昇させることができ、発熱コイルのオーバーシュートを防止できるといえる。
【００５７】
なお、上述した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。
【００５８】
（ａ）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い。例えば、チューブ７は、大径部７ｂが省略され、その外径が略一定のストレート形態のものであってもよい。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。
【００５９】
（ｂ）また、制御コイル１０を省略し、発熱コイル９の後端を直接中軸４に接合することとしてもよい。
【００６０】
（ｃ）さらに、上記実施形態では、シースヒータ３を具備するグロープラグ１を具体例として説明しているが、ディーゼルエンジン用のグロープラグ１以外の分野に上記思想を適用することもできる。すなわち、上記特徴を具備するシースヒータを、各種分野において液体や気体を加熱するための加熱手段として利用してもよい。
【００６１】
（ｄ）上記実施形態では、絶縁粉末１１に含まれる窒化物としてＡｌＮを主として例示しているが、ＢＮや、ＴｉＮや、Ｓｉ3Ｎ4或いはこれらの組み合わせが採用されても差し支えない。但し、発熱コイル９のオーバーシュートを防止するという観点からは、ＡｌＮが最も好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】（ａ）は本実施形態のグロープラグを示す全体図であり、（ｂ）はその縦断面図である。
【図２】シースヒータを説明するための部分拡大断面図である。
【図３】サンプルを作製するための手法を模式的に説明するための図であって、（ａ）は円筒体及び円盤体を示す斜視図であり、（ｂ）はサンプルを示す断面図である。
【図４】内部窒化層の有無の判断基準を説明するための模式図である。
【図５】絶縁粉末中のＡｌＮの割合に対する、窒化膜の生成厚さ、及び、内部窒化層厚さの関係を示すグラフである。
【図６】所定のサンプルを作製する手法を説明するための断面模式図である。
【図７】（ａ）の制御コイルの温度に対する制御コイルの抵抗値の関係を示すグラフであり、（ｂ）はシースヒータ通電時における時間の経過に対する発熱コイルの温度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６３】
１…グロープラグ、２…主体金具、３…シースヒータ、７…チューブ、８…中軸、９…発熱コイル、１０…制御コイル、１１…絶縁粉末。
【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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【図７】
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