(57)【要約】【課題】発熱コイル内部への窒素の侵入を比較的長期間に亘って抑制することで、長寿命化を図ることが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、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とを備える。シースヒータ３は、軸線Ｃ１方向に延びるチューブ７、中軸８、発熱コイル９、及び、制御コイル１０を備える。チューブ７は、Ｎｉ又はＦｅを主成分とする。発熱コイル９の中心軸Ｘ１を含む断面における発熱コイル９の外形線Ｇで囲まれた複数のコイル領域Ｋのうちの１つの対象コイル領域ＴＫについて、対象コイル領域ＴＫの面積を対象コイル領域ＴＫの周長で除算した値をｘとしたとき、４５≦ｘ≦１６０を満たすように構成される。また、対象コイル領域ＴＫについて、発熱コイル９のＡｌ含有量をｙ（質量％）としたとき、８≦ｙ≦１５を満たすように構成される。【選択図】      図３
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【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、ニッケル又は鉄を主成分とする筒状のチューブと、
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、
前記チューブ内に充填される絶縁粉末と、
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或い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を備えたシースヒータであって、
前記発熱コイルの中心軸を含む断面における前記発熱コイルの外形線で囲まれた複数のコイル領域の１つである対象コイル領域について、当該対象コイル領域の面積を当該対象コイル領域の周長で除算した値をｘとしたとき、４５≦ｘ≦１６０を満たすとともに、
前記発熱コイルのアルミニウム含有量をｙ（質量％）としたとき、８≦ｙ≦１５を満たす前記コイル領域を有することを特徴とするシースヒータ。
【請求項２】
ｙ≧（−７／５）ｘ＋７８
を満たす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】
前記発熱コイルは、クロムを５質量％以上２０質量％以下含有す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】
前記発熱コイルは、マンガン、ケイ素、ホウ素、バナジウム、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、及び、セリウム等の希土類元素を少なくとも１種類含有するとともに、これらの総含有量が０．００１質量％以上５質量％以下であり、かつ、
ｙ≦（−１／２０）ｘ＋２０
を満たす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】
前記複数のコイル領域のうちの７０％以上の領域が前記対象コイル領域となり、各対象コイル領域について、前記値ｘが、４５≦ｘ≦１６０を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシースヒータ。
【請求項６】
請求項１乃至５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た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、鉄（Ｆｅ）を主成分として、クロム（Ｃｒ）等を含有する発熱コイルを絶縁粉末（例えば、酸化マグネシウム等）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。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リード部材の先端に接合されている。そして、リード部材を介して通電されることにより発熱コイルが発熱する。
【０００３】
ここで、グロープラグを長期間使用していると、発熱コイル内部へと窒素が侵入し、Ｃｒ等の窒化が進行してしまうおそれがある。窒化が進行してしまうと、発熱コイル内部に窒化物が散在することとなってしまうため、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。
【０００４】
これに対し、チューブの後端開口にフッ素ゴムよりなる封止体を設けることで、チューブ内への窒素の侵入を防止し、発熱コイル内部の窒化を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１−１６７５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、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おり、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時間にわたっての加熱が必要となってきている。このような状況下において、上記技術では十分に窒素の侵入を防止することができないおそれがある。
【０００６】
そこで、発熱コイルを構成する材料にＡｌを含有することで、発熱コイルの表層に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）の連続的な皮膜（「Ａｌ皮膜」という）を形成することが考えられる。当該Ａｌ皮膜の形成により発熱コイル表層から発熱コイル内部への窒素の侵入を効果的に抑制することができる。
【０００７】
しかしながら、熱サイクルや絶縁粉末との擦れ合いによって、発熱コイル表層のＡｌ皮膜が剥離してしまうおそれがある。また、Ａｌ皮膜が剥離してしまうと、当該部位において再度Ａｌ皮膜が形成されることとなるが、Ａｌ皮膜の剥離及び形成が繰り返されることで、発熱コイル中のＡｌ量が減少してしまう。結果的には、Ａｌの不足により連続的なＡｌ皮膜が形成できなくなってしまい、窒素の侵入抑制が不十分なものとなってしまうおそれがある。
【０００８】
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、発熱コイル内部への窒素の侵入を比較的長期間に亘って抑制することで、長寿命化を図ることが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。
【００１０】
構成１．本構成のシースヒータは、軸線方向に延びるとともに先端部が閉塞し、ニッケル又は鉄を主成分とする筒状のチューブと、
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、
前記チューブ内に充填される絶縁粉末と、
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或い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を備えたシースヒータであって、
前記発熱コイルの中心軸を含む断面における前記発熱コイルの外形線で囲まれた複数のコイル領域の１つである対象コイル領域について、当該対象コイル領域の面積を当該対象コイル領域の周長で除算した値をｘとしたとき、４５≦ｘ≦１６０を満たすとともに、
前記発熱コイルのアルミニウム含有量をｙ（質量％）としたとき、８≦ｙ≦１５を満たす前記コイル領域を有することを特徴とする。
【００１１】
ここで、「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。
【００１２】
抵抗値を増大させ、十分な発熱性能を実現するという観点から、発熱コイルを比較的細径化する等、その断面積を比較的小さなものとすることが行われる。
【００１３】
また、チューブ内に発熱コイルとともに充填された絶縁粉末の充填密度を高めるために、スウェージング加工等によりチューブを細径化する処理が行われ得るが、結果として、発熱コイルの断面形状が楕円形状等、真円状から歪んだ形状に変形してしまうことがある。その結果、発熱コイルの断面積が減少してしまったり、発熱コイルの周長が比較的大きなものとなってしまったりすることがある。
【００１４】
すなわち、上記構成１のように、発熱コイルの断面から得られる複数のコイル領域（コイルの断面）のうちの１つである対象コイル領域の面積を対象コイル領域の周長で除算して得た値ｘが「４５≦ｘ≦１６０」と比較的小さくされた発熱コイルが形成され得る。このような発熱コイルにおいては、発熱コイルの単位表面積当たりの発熱コイルの体積量が比較的小さいものとなるため、発熱コイルの単位表面積当たりに供給可能なＡｌ量が少ないものとなってしまうおそれがある。そのため、発熱コイル表層におけるＡｌ皮膜の生成・剥離の繰り返しにより、比較的短期間の使用であっても連続的なＡｌ皮膜を形成できないほどにＡｌ量が減少してしまうことが懸念される。
【００１５】
尚、「ｘ＞１６０」である場合には、対象コイル領域の面積が十分に大きく、また、外形が真円に近いものであるため、Ａｌをさほど含有させなくても、必要な耐窒化性を実現しやすい。しかしながら、「ｘ＞１６０」とするためには、発熱コイルの断面積を増大させる必要があり、これに起因して抵抗値が低下してしまう。その結果、消費電力の増大を招いてしまうおそれがあり、好ましくない。一方で、「ｘ＜４５」である場合には、発熱コイルの線径が過度に小さいものとなったり、コイル領域の周長が面積に対して過度に大きく、外形が真円から大きく歪んだものとなったりするため、耐久性の低下を招いてしまうおそれがある。また、このような発熱コイルは、製造時自体が困難であるとともに、製造コストの増大を招いてしまうおそれがあり、実現性に乏しい。
【００１６】
すなわち、本構成１の発熱コイルは、比較的断面積の大きい発熱コイルや断面真円状の発熱コイル等と比較して、窒素が侵入してしまいやすく、ひいては耐久性の低下がより一層懸念されるものであるといえる。
【００１７】
この点、本構成１では、「４５≦ｘ≦１６０」を満たす発熱コイルを具備するシースヒータであって、発熱コイル中のＡｌ含有量であるｙを「８≦ｙ≦１５」と比較的多いものとしている。これにより、発熱コイルの単位表面積当たりに供給可能なＡｌ量を増加させることができる。従って、Ａｌ皮膜の生成・剥離が繰り返されたとしても、比較的長期間に亘って連続的なＡｌ皮膜を形成し続けることができる。その結果、発熱コイル内部への窒素の侵入を長期間に亘って抑制することができ、長寿命化を図ることができる。
【００１８】
尚、Ａｌ含有量が８質量％未満である場合には、Ａｌが不足して上述の作用効果が十分に奏されないおそれがある。一方、Ａｌの含有量が１５質量％を超える場合には、加工性の低下を招いてしまうおそれがある。
【００１９】
構成２．本構成のシースヒータは、上記構成１において、ｙ≧（−７／５）ｘ＋７８を満たすことを特徴とする。
【００２０】
上記構成１においては、対象コイル領域の面積をその周長で除算した値であるｘ及びアルミニウム含有量ｙの関係を示す領域は、図４において散点模様が付された領域である。これに対して、上記構成２では、上記ｘ及びｙの関係を示す領域が図５において散点模様が付された領域となる。上記ｘ及びｙが上記図５の領域の範囲内という条件を満たすことで、より優れた耐久性を発揮することができる。
【００２１】
すなわち、上述の通り、製造等に際して発熱コイルの断面形状が変形してしまったり、発熱コイルの周長が比較的大きなものとなってしまったりすることがある。また、抵抗値を増大させ、十分な発熱性能を実現するとともに、消費電力を比較的低く抑えるという観点から、発熱コイルが細径化されることがある。一方で、周長の増大や発熱コイルの細径化に伴い、発熱コイルの単位表面積当たりの体積は減少し、Ａｌ不足に陥りやすくなる。
【００２２】
これに対し、構成２では、ｘの値が比較的小さい場合（ｘが５０未満である場合）においては、さらに多くのＡｌを含有させることとしている。これにより、発熱コイル内部への窒素の侵入を長期間に亘って抑制することができ、長寿命化を図ることができるという作用効果がより確実に奏されることとなる。このように、発熱コイルの細径化を図りつつ、或いは、周長が比較的増大した発熱コイルに関しても、より優れた耐久性を実現するという意味において、上記ｘ及びｙの関係を上記領域の範囲内とすることがより望ましいといえる。
【００２３】
構成３．本構成のシースヒータは、上記構成１又は２において、前記発熱コイルは、クロム（Ｃｒ）を５質量％以上２０質量％以下含有することを特徴とする。
【００２４】
上記構成３によれば、発熱コイルには、Ｃｒが５質量％以上２０質量％以下含有されている。これにより、過度の細径化を施すことなく、抵抗値の増大を図ることができる。つまり、必要な機械的強度を維持しつつ、十分な発熱性能を実現することができる。また、低温時（発熱初期）においては、比較的高い抵抗値を有することとなるため、急速昇温性の向上を図ることができる。一方で、Ｃｒが含有されることによって、温度に対する抵抗値の感度（上昇割合）を比較的鈍いものとすることができる。従って、高温時においては、温度上昇に伴う抵抗値の増大が比較的緩やかなものとなり、抵抗値の増大に伴う温度の過昇等の不具合を防止することができる。
【００２５】
尚、Ｃｒの含有量が５質量％未満である場合には、抵抗値の増大が不十分となってしまうため、十分な発熱性能を実現することができない等のおそれがある。一方で、Ｃｒの含有量が２０質量％を超える場合には、Ｃｒが比較的窒化しやすい元素であることから、Ｃｒの窒化が進行してしまい、耐久性の低下を招いてしまうおそれがある。
【００２６】
構成４．本構成のシースヒータは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記発熱コイルは、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、及び、セリウム（Ｃｅ）等の希土類元素を少なくとも１種類含有するとともに、これらの総含有量が０．００１質量％以上５質量％以下であり、かつ、
ｙ≦（−１／２０）ｘ＋２０を満たすことを特徴とする。
【００２７】
上記構成４によれば、発熱コイルには、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及び、Ｃｅ等の希土類元素が少なくとも１種類含有されている。ここで、当該ＭｎやＳｉ等の元素は、１０００℃におけるＣｒの窒化物生成自由エネルギーよりも１０００℃における窒化物生成自由エネルギーが少ない元素である。すなわち、Ｃｒより窒化しやすい元素であるため、Ｃｒが含有されている場合においては、前記元素がいわゆる窒素ゲッター元素として機能し、Ｃｒの窒化を防止することができる。これにより、耐久性のより一層の向上を図ることができる。
【００２８】
また、特に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及び、Ｃｅ等の希土類元素は、Ａｌよりも窒化しやすい元素であるため、発熱コイル内部におけるＡｌＮの形成を効果的に抑制することができる。
【００２９】
さらに、このような元素が含有されることで、発熱コイルを形成するＡｌ等の金属組織に格子歪が生じるため、Ａｌ等の金属組織に歪み負荷が発生する。これにより、Ａｌの移動（拡散）が促進され、Ａｌがより速やかに発熱コイル表層へと移動する（供給される）こととなる。結果として、Ａｌ皮膜がより一層確実に形成されるため、発熱コイル内部への窒素の侵入を一層確実に抑制することができる。
【００３０】
尚、前記総含有量が０．００１質量％未満の場合には、上記作用効果が十分に奏されないおそれがある。一方で、前記総含有量が５質量％を超える場合には、加工性が低下してしまうとともに、発熱コイル内部に比較的大きな窒化物が生成されてしまい、これらを起点として腐食ガスが侵入してしまうおそれがある。
【００３１】
併せて、上記構成４では、上記ｘ及びｙの関係を示す領域が図６における直線ｙ＝（−１／２０）ｘ＋２０よりも下側の領域となる。すなわち、上述のとおり、ＭｎやＳｉ等の元素が含有されることによって、耐久性の向上を図ることができるため、上記ｘが比較的大きい（ｘ≧１００）場合においては、さほどＡｌを含有させなくとも、発熱コイル内部への窒素の侵入を長期間に亘って抑制することができ、長寿命化を図ることができる。従って、十分な耐久性を維持しつつ、Ａｌ含有量の抑制を図ることができる。その結果、コストの減少を図ることができるとともに、加工性の向上を図ることができる。
【００３２】
構成５．本構成のシースヒータは、上記構成１乃至４のいずれかに記載のシースヒータであって、前記複数のコイル領域のうちの７０％以上の領域が前記対象コイル領域となり、各対象コイル領域について、前記値ｘが４５≦ｘ≦１６０を満たすことを特徴とする。
【００３３】
前述のとおり、Ａｌを所定量含有した上で、上記値ｘが、４５≦ｘ≦１６０を満たす対象コイル領域が存在することによって、発熱コイル内部への窒素の侵入を長期間に亘って防ぐことが可能となる。従って、複数のコイル領域のうちのより多くの領域が、前記対象コイル領域としての構成を有する程、長寿命を達成しやすくなる。
【００３４】
この点、本構成５によれば、複数のコイル領域のうち７０％以上の領域を対象コイル領域としている。これにより、耐久性の一層の向上を図ることができるとともに、飛躍的な長寿命化を図ることができる。
【００３５】
構成６．上記構成１乃至５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。
【００３６】
上記構成６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こととなる。尚、この場合において、上記構成１〜５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、リード部材は、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】
【００３７】
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、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。
【００３８】
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。
【００３９】
主体金具２は、軸線Ｃ１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。
【００４０】
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Ｃ１方向に一体化されて構成されている。
【００４１】
チューブ７は、鉄（Ｆｅ）又はニッケル（Ｎｉ）を主成分とする先端部が閉じた筒状チューブである。また、図２に示すように、当該チューブ７の内側には、チューブ７先端に接合される螺旋状の発熱コイル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。尚、本実施形態においては、前記軸線Ｃ１と、前記螺旋状の発熱コイル９の中心軸Ｘ１とは一致しているが、必ずしも一致している必要はない。
【００４２】
前記チューブ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。加えて、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１０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。
【００４３】
発熱コイル９は、Ｆｅ−アルミニウム（Ａｌ）系合金の抵抗発熱線により構成されている（発熱コイル９については、後に詳述する）。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（Ｃｏ）−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。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、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。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。
【００４４】
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る。尚、スウェージング加工を経ることによって、発熱コイル９の最先端部分を除いた大部分（チューブ７の最先端付近はスウェージング加工によっては押圧されないため）が断面楕円形状に変形させられている（図３参照；但し、図示はあくまでも模式図である）。
【００４５】
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〔図１（ｂ）参照〕。
【００４６】
さらに、本実施形態において、発熱コイル９は、図３に示すように、前記軸線Ｃ１（発熱コイル９の中心軸Ｘ１）を含む断面における発熱コイル９の外形線Ｇで囲まれる複数のコイル領域Ｋのうちの１つである対象コイル領域ＴＫであって、当該対象コイル領域ＴＫの面積を対象コイル領域ＴＫの周長で除算して得た値をｘとしたとき、「４５≦ｘ≦１６０」を満たすように構成されている。
【００４７】
加えて、対象コイル領域ＴＫについて、発熱コイル９のＡｌ含有量をｙ（質量％）としたとき、８≦ｙ≦１５を満たすように構成されている。以上を踏まえると、本実施形態におけるｘ及びｙは、図４において散点模様を付された領域の範囲内という条件を満たすこととなる。
【００４８】
尚、本実施形態においては、１つの対象コイル領域ＴＫについて、上記値ｘ及びｙが、上記「４５≦ｘ≦１６０」及び「８≦ｙ≦１５」を満たしており、当該構成とされることによって、本発明の作用効果が奏されることとなる。また、複数のコイル領域Ｋのうちの７０％以上の領域が、上記値ｘ及びｙについてそれぞれ両式を満足する対象コイル領域ＴＫとなるようにしてもよい。ここで、当該対象コイル領域ＴＫが、複数のコイル領域Ｋのうちの７０％を占めているか否かについては、次のように判定してもよい。すなわち、複数のコイル領域Ｋのうち、チューブ７の先端から中心軸Ｘ１を挟んで一方側に位置するコイル領域Ｋ１，Ｋ２・・・Ｋ１０について値ｘをそれぞれ測定し、当該１０の領域のうち、少なくとも７の領域において値ｘが「４５≦ｘ≦１６０」を満たすかどうかにより判定してもよい。尚、値ｘを測定する領域の数は、８つ程度であっても十分に信頼性に足る。但し、発熱コイル９のうち、チューブ７と接合される部位については、コイル領域Ｋとしては扱わない。
【００４９】
また、上記ｘ及びｙが「ｙ≧（−７／５）ｘ＋７８」の式を満たすように発熱コイル９を構成することが望ましい。この場合、上記ｘ及びｙは、図５において散点模様を付された領域の範囲内という条件を満たすこととなる。
【００５０】
加えて、当該発熱コイル９は、クロム（Ｃｒ）を５質量％以上２０質量％以下（例えば、１５質量％）含有しているのが望ましい。
【００５１】
さらに、発熱コイル９は、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、及び、セリウム（Ｃｅ）等の希土類元素等のうち、少なくとも１種類を含有しているのが望ましい。但し、加工性の低下等を防止するという観点からは、これらの元素の総含有量は、０．００１質量％以上５質量％以下とすることが好ましい。また、この場合において、上記ｘが比較的大きな値（ｘ≧１００）である場合は、「ｙ≦（−１／２０）ｘ＋２０」の式を満たすように発熱コイル９を構成することが望ましい。このとき、上記ｘ及びｙは、図６において直線ｙ＝（−１／２０）ｘ＋２０よりも下側の領域内という条件を満たすこととなる。
【００５２】
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、従来公知の方法が採用される。
【００５３】
まず、Ａｌが８質量％以上１５質量％以下含有されているＦｅ−Ａｌ系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。尚、前記抵抗発熱線は、断面真円状をなしているとともに、比較的細径化されたもの（例えば、線径が５００μｍ以下のもの）である。
【００５４】
次いで、アーク溶接等によって、前記発熱コイル９の後端部分と、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金等の抵抗発熱線をコイル形状に加工した制御コイル１０の先端部分とを接合する。
【００５５】
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、アーク溶接によって、チューブ７の先端部分を閉塞させるとともに、当該チューブ７の先端部分と発熱コイル９の先端部分とを接合する。
【００５６】
その後、チューブ７内に絶縁粉末１１を充填し、チューブ７の後端を封止した後、当該チューブ７にスウェージング加工を施す。これにより、小径部７ａ及び大径部７ｂを有するチューブ７が形成されるとともに、当該チューブ７が中軸８と一体となってシースヒータ３が完成する。尚、上記スウェージング加工によって、絶縁粉末１１の充填密度が高められる。また、発熱コイル９の先端部分を除いた大部分が断面楕円形状に変形させられることとなる。本実施形態では、スウェージング加工を経て最終的に得られたシースヒータ３に関し、１つの対象コイル領域ＴＫについて、当該対象コイル領域ＴＫの面積をその周長で除算した値であるｘが４５≦ｘ≦１６０（例えば、ｘ＝８０）を満たしている。
【００５７】
そして、上記のように形成されたシースヒータ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に嵌め込まれることで、グロープラグ１が完成する。
【００５８】
次に、本実施形態によって奏される作用効果を確認するべく、発熱コイルのＡｌ含有量ｙと、Ｃｒ、及び、ＳｉやＴｉ等の窒素ゲッター元素の各含有量と、対象コイル領域の面積をその周長で除算した値であるｘとを種々変更したグロープラグのサンプルを作製し、各サンプルについて耐久性評価試験、及び、昇温特性評価試験を行った。
【００５９】
耐久性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、各サンプルについて、１１Ｖで５秒間通電した後、１４Ｖで１００秒間通電し、その後１８０秒間空冷することを１サイクルとして、発熱コイルが断線するまでのサイクル数（断線サイクル数）を測定した。ここで、断線サイクル数が７５００サイクル以上のサンプルについては、耐久性に優れるとして「○」の評価を下すこととし、断線サイクル数が８０００サイクル以上のサンプルについては、耐久性に非常に優れるとして「◎」の評価を下すこととした。一方で、断線サイクル数が７５００サイクル未満のサンプルについては、耐久性が不十分であるとして「×」の評価を下すこととした。
【００６０】
また、昇温特性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、まず、シースヒータ（チューブ）の先端から軸線方向に沿って後端側に５ｍｍまでの測定対象部分における最も高い温度となる位置（最高温度位置）を予め特定した。そして、当該最高温度位置に熱電対（Ｐｔ／Ｐｔ−Ｒｈ）を取付け、シースヒータに連続通電し、当該最高温度位置における温度と通電時間との関係を求め、８００℃に到達するまでの通電時間を算出した。ここで、８００℃に到達するまでの通電時間が７秒以下のサンプルについては、優れた昇温性能を有するとして「○」の評価を下すこととし、一方で、８００℃に到達するまでの通電時間が７秒を超えるサンプルについては、昇温性能がやや不十分であるとして「△」の評価を下すこととした。
【００６１】
尚、各サンプルにおける対象コイル領域の周長及び面積は次のようにして測定した。すなわち、まず、図７に示すように、各サンプルのチューブ７Ａを樹脂ピースＰ１内に埋設し、チューブ７Ａの長手方向に沿って切断した。より詳しくは、チューブ７Ａ内の発熱コイルの中心軸を含むべく、チューブ７Ａの中心軸Ｃ２に沿ってチューブ７Ａ（発熱コイル）を切断し、切断面を撮像した。そして、対象コイル領域の周長を求めるにあたっては、前記撮像データをコンピュータで分析することで、対象コイル領域について輪郭をトレースし、当該輪郭のピクセル数を測定した。その後、当該ピクセル数と、予め算出した１ピクセル当たりの実際の長さとを乗算することで対象コイル領域の周長を算出した。また、対象コイル領域の面積を求めるにあたっては、前記撮像データをコンピュータで二階調化することで、対象コイル領域を抽出し、対象コイル領域の占めるピクセル数を測定した。そして、当該測定されたピクセル数と、予め算出した１ピクセル当たりの実際の面積とを乗算することで対象コイル領域の面積を算出した。
【００６２】
また、各サンプルの発熱コイルのＡｌ含有量は、ＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザ）を用い、発熱コイルの所定部位に対して、ビーム（電圧値２０ｋＶ、電流値２．５×１０-8Ａ）を照射することによって計測した。加えて、各サンプルの添加元素の含有量は、ＩＣＰ分析によって測定した。
【００６３】
耐久性評価試験及び昇温特性評価試験の結果を表１に示す。但し、Ａｌが１５質量％を超えて含有される場合、及び、窒素ゲッター元素の総含有量が５質量％を超えて含有される場合には、発熱コイルの加工が困難であったため、評価試験を行わなかった。また、いずれのサンプルについてもチューブの先端側から４番目の発熱コイルの断面を対象コイル領域とし、当該対象コイル領域についての値ｘを上記の算出法により算出した。
【００６４】
【表１】
2009158432.tif 000003
表１に示すように、「ｘ＜４５」のサンプル（サンプル１，２）や「ｙ＜８」であるサンプル（サンプル３，４）については、断線サイクル数が７５００サイクル未満となってしまい、耐久性が不十分であることがわかった。これは、発熱コイルの過度の細径化や周長の増大、又は、Ａｌ含有量の不足等によって、発熱コイル表層におけるＡｌ皮膜の生成・剥離のサイクルに伴い、比較的短期間の使用で連続的なＡｌ皮膜を形成できないほどにＡｌ量が減少してしまったことに起因すると考えられる。
【００６５】
これに対して、上記ｘが「４５≦ｘ≦１６０」の範囲内であり、かつ、Ａｌ含有量ｙが「８≦ｙ≦１５」のサンプル（サンプル５〜３０；図８の太線で囲まれた領域内のサンプル）については、断線サイクル数が７５００サイクル以上となり、優れた耐久性を実現できることが明らかとなった。
【００６６】
また、特に「ｙ≧（−７／５）ｘ＋７８」の式を満たすように構成されたサンプル（サンプル６〜３０；図８の散点模様を付した領域内のサンプル）においては、断線サイクル数が８０００サイクル以上となり、非常に優れた耐久性を有することがわかった。これは、発熱コイルの周長の増大や細径化等により種々変化する上記ｘの値に対応した、より適切な量のＡｌが含有されたことによると考えられる。
【００６７】
併せて、Ｓｉ、Ｔｉ等の窒素ゲッター元素が０．００１質量％以上５質量％以下含有されたサンプル（サンプル１９〜２３）については、窒素ゲッター元素が含有されず、かつ、上記ｘ及びＡｌやＣｒの含有量が等しいサンプル（サンプル１４〜１６）と比較して耐久性のより一層の向上が認められた。これは、当該窒素ゲッター元素によって、Ｃｒの窒化が抑制されたこと、及び、発熱コイルの金属組織に金属歪みを生じさせたことによって、Ａｌがより速やかに移動することとなり、ひいてはＡｌ皮膜がより一層確実に形成されたことに起因すると考えられる。
【００６８】
特に、窒素ゲッター元素が含有されるとともに、「ｙ≦（−１／２０）ｘ＋２０」の式を満たすように構成されたサンプル（サンプル１９〜２２）は、断線サイクル数が１４０００サイクル以上となり、上記ｘの値が等しく、Ａｌが比較的多く含有されたサンプル（サンプル１６）と比較して、遜色ない耐久性を有するものであることがわかった。すなわち、窒素ゲッター元素を含有するとともに、「ｙ≦（−１／２０）ｘ＋２０」の式を満たすように構成することで、優れた耐久性を実現しつつ、Ａｌ含有量の抑制を図ることができ、ひいては加工性の向上を図ることができるといえる。
【００６９】
加えて、Ｃｒの含有量が５質量％未満のサンプル（サンプル２４，２５）については、優れた耐久性を有するものの、昇温性能がやや不十分であることがわかった。また、Ｃｒの含有量が２０質量％を超えるサンプル（サンプル２６）については、優れた耐久性を有するものの、Ａｌ含有量及び上記ｘの値が同様である一方で、Ｃｒ含有量が５質量％以上２０質量％以下のサンプル（サンプル１２，２７〜３０）と比較して、耐久性が若干低下してしまうことが認められた。従って、十分な昇温性能を実現しつつ、非常に優れた耐久性を維持するためには、Ｃｒの含有量を５質量％以上２０質量％以下とすることがより望ましいといえる。
【００７０】
さらに、サンプル９及びサンプル１２について詳細に比較すると次のような事実が明らかとなった。すなわち、この２つのサンプルは、いずれも組成は同様であるが、チューブに対するスウェージング加工の方法を異ならせることにより、コイル形状に僅かな差異をもたせたものである。ここで、最先端に位置するコイル領域Ｋ１から、後端側に８番目のコイル領域Ｋ８までの各コイル領域Ｋ１，Ｋ２・・・Ｋ８について、それぞれ値ｘを測定・算出した結果を、サンプル９については表２に示し、サンプル１２については表３に示す。
【００７１】
【表２】
2009158432.tif 000004
【００７２】
【表３】
2009158432.tif 000005
表２及び表３に示すように、サンプル９については、８箇所のコイル領域のうち、５箇所の領域（すなわち約６３％の領域）においてしか、値ｘが「４５≦ｘ≦１６０」を満たしていなかったのに対し、サンプル１２については、８箇所のコイル領域のうち、６箇所の領域（すなわち７５％の領域）において値ｘが上記式を満たしていた。両サンプルともに良好な耐久性を有していたものの、この７０％を挟んだ差異が断線に至るサイクル数として、１５００サイクルの差異を生じさせたといえる。
【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）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。
【００７５】
（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８に接合することとしてもよい。
【００７６】
（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。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【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】本実施形態における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】本実施形態における発熱コイル等の断面を示すための部分拡大断面図である。
【図４】アルミニウム含有量及びコイル領域の面積をコイル領域の周長で除算した値の関係を示すグラフである。
【図５】より好適なアルミニウム含有量及びコイル領域の面積をコイル領域の周長で除算した値の関係を示すグラフである。
【図６】より好適なアルミニウム含有量及びコイル領域の面積をコイル領域の周長で除算した値の関係を示すグラフである。
【図７】コイル領域の周長等の測定過程を示すための模式図である。
【図８】評価試験におけるアルミニウム含有量及びコイル領域の面積をコイル領域の周長で除算した値の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７８】
１…グロープラグ、３…シースヒータ、７…チューブ、８…リード部材としての中軸、９…発熱コイル、１１…絶縁粉末、Ｃ１…軸線、Ｇ…発熱コイルの外形線、Ｋ…コイル領域、Ｘ１…発熱コイルの中心軸、ＴＫ…対象コイル領域。
【図１】
2009158432.tif 000006
【図２】
2009158432.tif 000007
【図３】
2009158432.tif 000008
【図４】
2009158432.tif 000009
【図５】
2009158432.tif 000010
【図６】
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【図７】
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【図８】
2009158432.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成21年4月2日(2009.4.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、ニッケル又は鉄を主成分とする筒状のチューブと、
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、
前記チューブ内に充填される絶縁粉末と、
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或い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を備えたシースヒータであって、
前記発熱コイルの中心軸を含む断面における前記発熱コイルの外形線で囲まれた複数のコイル領域の１つである対象コイル領域について、当該対象コイル領域の面積（μｍ2）を当該対象コイル領域の周長（μｍ）で除算した値をｘとしたとき、４５≦ｘ≦１６０を満たすとともに、
前記発熱コイルのアルミニウム含有量をｙ（質量％）としたとき、８≦ｙ≦１５を満たす前記コイル領域を有することを特徴とするシースヒータ。
【請求項２】
ｙ≧（−７／５）ｘ＋７８
を満たす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】
前記発熱コイルは、クロムを５質量％以上２０質量％以下含有す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】
前記発熱コイルは、マンガン、ケイ素、ホウ素、バナジウム、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、及び、セリウム等の希土類元素を少なくとも１種類含有するとともに、これらの総含有量が０．００１質量％以上５質量％以下であり、かつ、
ｙ≦（−１／２０）ｘ＋２０
を満たす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】
前記複数のコイル領域のうちの７０％以上の領域が前記対象コイル領域となり、各対象コイル領域について、前記値ｘが、４５≦ｘ≦１６０を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシースヒータ。
【請求項６】
請求項１乃至５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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
構成１．本構成のシースヒータは、軸線方向に延びるとともに先端部が閉塞し、ニッケル又は鉄を主成分とする筒状のチューブと、
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、
前記チューブ内に充填される絶縁粉末と、
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或い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を備えたシースヒータであって、
前記発熱コイルの中心軸を含む断面における前記発熱コイルの外形線で囲まれた複数のコイル領域の１つである対象コイル領域について、当該対象コイル領域の面積（μｍ2）を当該対象コイル領域の周長（μｍ）で除算した値をｘとしたとき、４５≦ｘ≦１６０を満たすとともに、
前記発熱コイルのアルミニウム含有量をｙ（質量％）としたとき、８≦ｙ≦１５を満たす前記コイル領域を有することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
さらに、本実施形態において、発熱コイル９は、図３に示すように、前記軸線Ｃ１（発熱コイル９の中心軸Ｘ１）を含む断面における発熱コイル９の外形線Ｇで囲まれる複数のコイル領域Ｋのうちの１つである対象コイル領域ＴＫであって、当該対象コイル領域ＴＫの面積（μｍ2）を対象コイル領域ＴＫの周長（μｍ）で除算して得た値をｘとしたとき、「４５≦ｘ≦１６０」を満たすように構成されている。