(57)【要約】【課題】  ハウジングに設けた薄肉部とシース管とを接合するにあたり、シース管とハウジングとの水密性を確保しつつ、且つシース管が貫通して発熱体が酸化消耗するのを抑制できるヒータを提供することを目的とする。【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ス管と、シース管内に配置され、通電により発熱する発熱体と、シース管の後端側を自身の筒孔内に挿通する筒状のハウジングと、を備え、ハウジングは、本体部と、本体部よりも先端側で、且つ、シース管に対して軸線方向に重なるように配置され、本体部の厚みよりも薄い筒状の薄肉部と、を有し、薄肉部とシース管とに全周に亘ってレーザ溶接により形成された溶融部が設けられるヒータであって、溶融部に隣接する非溶融部と溶融部との薄肉部の外表面の境界における薄肉部の厚みが、前記シース管の厚みより薄い。【選択図】図４
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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た筒状のシース管と、
前記シース管内に配置され、通電により発熱する発熱体と、
前記シース管の後端側を自身の筒孔内に挿通する筒状のハウジングと、
を備え、
前記ハウジングは、本体部と、前記本体部よりも先端側で、且つ、前記シース管に対して前記軸線方向に重なるように配置され、前記本体部の厚みよりも薄い筒状の薄肉部と、を有し、
前記薄肉部と前記シース管とに全周に亘ってレーザ溶接により形成された溶融部が設けられるヒータであって、
前記溶融部に隣接する非溶融部と前記溶融部との前記薄肉部の外表面の境界における前記薄肉部の厚みが、前記シース管の厚みより薄い
ことを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記溶融部は、前記薄肉部のうち前記本体部と離間した位置に設けられてなることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記溶融部の後端と前記本体部の先端との軸線方向の距離が１ｍｍより大きいことを特徴とする請求項２に記載のヒータ。
【請求項４】
前記薄肉部の少なくとも一部には、前記シース管が圧入されてなる圧入部が設けられてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のヒータ。
【請求項５】
前記溶融部は、前記圧入部に重なるように設けられてなることを特徴とする請求項４に記載のヒータ。
【請求項６】
前記圧入部は、前記薄肉部の一部に設けられてなり、前記溶融部と前記圧入部とは前記軸線方向にずれて形成されてなることを特徴とする請求項４に記載のヒータ。
【請求項７】
前記溶融部は、前記圧入部よりも先端側に設けられてなることを特徴とする請求項６記載のヒータ。
【請求項８】
前記溶融部は、前記薄肉部の先端に設けられてなることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体の加熱源として用いられるヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
グロープラグは、通常、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。このグロープラグは、通常、先端部が閉塞し後端部が開いた有底筒状のシース管と、シース管の内部に配置されて通電により発熱する発熱体とを有している。また、グロープラグは、シース管の先端側を突出させながら、シース管の後端側を自身の筒孔内に挿通して保持する筒状のハウジングを有している。
【０００３】
ところで、グロープラグの用途として、近年では、内燃機関の補助熱源だけでなく、液体の加熱源として用いられることも知られている。なお、以下では、液体の加熱源として用いられるグロープラグをヒータと言う。例えば、内燃機関に用いられるオイルやウォッシャー液といった液体中にヒータのシース管を晒すことで、発熱体が発熱した熱を、シース管を介して液体に伝導し、液体を加熱することができる。
そして、ヒータを液体の加熱源として用いる場合には、ハウジング内に液体が入り込まないようにするため、シース管とハウジングとの水密性が重要となる。そのため、シース管とハウジングとを周方向に亘ってレーザ溶接することが知られている。（特許文献１、２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２０３７６３号公報
【特許文献２】特表２０１２−５０９４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この特許文献１や特許文献２では、ハウジングとして、雄ネジ部や工具係合部が設けられる本体部と、本体部よりも先端側に設けられて本体部の厚みよりも厚みが薄い部位（以下、薄肉部とも言う）と、を備え、薄肉部とシース管とが周方向に亘ってレーザ溶接されている。
しかしながら、ヒータのシース管は熱伝導性を考慮して、厚みが非常に薄くされているため、特許文献１や特許文献２のように、ハウジングに単に薄肉部を設けるだけでは、シース管とハウジングとの良好な接合ができない虞がある。具体的には、薄肉部とシース管とに形成される溶融部が十分にシース管に入り込まず、シース管とハウジングとの接合強度が十分でなく、その結果、ハウジングとシース管との水密性が確保できない虞があった。他方、溶融部が十分にシース管に入り込むようにするために、溶接条件を変更する（例えば、レーザ出力を上げる等）と、溶融部がシース管を貫通してしまい、シース管に穴が形成されてシース管内に配置された発熱体が酸化消耗してしまう虞があった。
【０００６】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、ハウジングに設けた薄肉部とシース管とを接合するにあたり、シース管とハウジングとの水密性を確保しつつ、且つシース管が貫通して発熱体が酸化消耗するのを抑制できるヒータ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】
本発明のヒータは、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ス管と、前記シース管内に配置され、通電により発熱する発熱体と、前記シース管の後端側を自身の筒孔内に挿通する筒状のハウジングと、を備え、前記ハウジングは、本体部と、前記本体部よりも先端側で、且つ、前記シース管に対して前記軸線方向に重なるように配置され、前記本体部の厚みよりも薄い筒状の薄肉部と、を有し、前記薄肉部と前記シース管とに全周に亘ってレーザ溶接により形成された溶融部が設けられるヒータであって、前記溶融部に隣接する非溶融部と前記溶融部との前記薄肉部の外表面の境界における前記薄肉部の厚みが、前記シース管の厚みより薄いことを特徴とする。
【０００８】
この形態のヒータによれば、薄肉部の厚みがシース管の厚みよりも薄くしている。これにより、シース管内に設けられる溶融部を適切な大きさに調整することができる。その結果、シース管とハウジングの水密性を確保することができると共に、シース管が貫通して発熱体が酸化消耗することを抑制できる。
【０００９】
また、「溶融部に隣接する非溶融部と溶融部との薄肉部の外表面の境界」としては、薄肉部のうち溶融部よりも先端側に設けられる非溶融部と溶融部との境界（以下、先端側境界ともいう）のほか、薄肉部のうち溶融部よりも後端側に設けられる非溶融部と溶融部との境界（以下、後端側境界ともいう）が挙げられる。
さらに、「境界における薄肉部の厚みがシース管の厚みより薄い」とは、先端側境界における薄肉部の厚みがシース管の厚みより薄い形態のほか、後端側境界における薄肉部の厚みがシース管の厚みより薄い形態が挙げられる。なお、先端側境界及び後端側境界の両方が存在する場合には、何れか一方の境界の厚みとシース管の厚みとが上述の関係になっていればよく、より好ましくは両方の境界の厚みとシース管との厚みとが上述の関係になっていればよい。他方、先端側境界、後端側境界の一方のみが存在する場合には、存在する一方の境界の厚みとシース管との厚みとが上述の関係になっていればよい。
【００１０】
また、本発明のヒータは、前記溶融部が、前記薄肉部のうち前記本体部と離間した位置に設けられてなることが好ましい。薄肉部のうち本体部に隣接する位置に溶融部を形成すると、溶接により溶融部を形成する際に、溶接時の熱が本体部に伝導し易くなり、良好な溶融部形状を得ることが難しくなる。一方、溶融部を本体部と離間した薄肉部に形成すると、溶接時の熱が本体部に伝導しにくくなり、良好な溶融部形状を得ることができる。
【００１１】
また、本発明のヒータは、前記溶融部の後端と前記本体部の先端との軸線方向の距離が１ｍｍより大きいことが好ましい。溶融部の後端を本体部の先端から１ｍｍよりも大きく離間させることで、溶接時の熱が本体部にさらに伝導しにくくなり、溶融部に生じるクラック（以下、凝固割れとも言う）が発生することを抑制できる。
【００１２】
また、本発明のヒータは、前記薄肉部の少なくとも一部に、前記シース管が圧入されてなる圧入部が設けられてなることが好ましい。このように、薄肉部に圧入部を設けることで、シース管の軸と薄肉部との軸とをほぼ一致させることができ、シース管と薄肉部とが軸ずれすることを抑制できる。その結果、薄肉部に形成する溶融部が、周方向に亘ってほぼ均一で良好な形状を得ることができる。
なお、圧入部は、薄肉部の一部に設けていても良いし、薄肉部全体に設けられていても良い。
【００１３】
また、本発明のヒータは、前記溶融部が、前記圧入部に重なるように設けられてなることが好ましい。このように、溶融部が圧入部に重なるように設けられることで、シース管と薄肉部との周方向のクリアランス（隙間）が設けられていない部位に溶融部を形成することができる。その結果、シース管内に設けられる溶融部がより適度な大きさに調整することが可能となる。
その上、形成された溶融部の外表面が径方向内側に向かって凹みにくくなるため、溶融部が周方向に亘ってほぼ均一で良好な形状を得ることができる。
【００１４】
なお、溶融部と圧入部と重ねる形態とするにあたり、圧入部は薄肉部の一部に設けられることが好ましい。圧入部以外の部位（以下、離間部という）では、薄肉部とシース管とにクリアランス（隙間）が形成されることになる。すると、この離間部では、溶接時に薄肉部からシース管への熱の伝導が抑制できる。その結果、溶接時の熱が圧入部に滞留しやすくなり、良好な溶融部形状を得ることができる。
【００１５】
また、本発明のヒータは、前記圧入部が、前記薄肉部の一部に設けられてなり、前記溶融部と前記圧入部とが前記軸線方向にずれて形成されてなることを特徴とする。溶融部が圧入部に重なるように設けられると、溶融部に内部応力が加わることとなり、溶融部にクラックが生じることがある。これに対し、圧入部と溶融部とをずれて設けることで、溶融部の内部応力を減らすことができ、溶融部のクラックを抑制できる。
【００１６】
また、本発明のヒータは、前記溶融部が、前記圧入部よりも先端側に設けられてなることを特徴とする。このように、溶融部を圧入部よりも先端側に設けることで、溶接時の熱が、体積が大きいシース管の先端側に圧入部を介して伝導することを抑制できるため、良好な溶融部形状を得ることができる。
【００１７】
また、本発明のヒータは、前記溶融部が、前記薄肉部の先端に設けられてなることを特徴とする。このように、薄肉部の先端に溶融部を形成することで、シース管内に設けられる溶融部をより適切な大きさに調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ヒータ１０を容器１に配置した説明図。
【図２】ヒータ１０を示す半断面図。
【図３】シースヒータ８００の詳細な構成を示す断面図。
【図４】第１実施形態の主体金具５００の薄肉部５５０付近の断面図。
【図５】ヒータ１０の製造方法を示すフローチャート。
【図６】第２実施形態の主体金具５００ａの薄肉部５５０ａ付近の断面図。
【図７】第３実施形態の主体金具５００ｂの薄肉部５５０ｂ付近の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、ヒータ１０を容器１に配置した説明図である。図１に示すように、箱状の容器１内には液体（例えば、オイルやウォッシャー液等）２が入れられている。この容器１の上部には、ヒータ１０を取り付けるための取付部３が形成されている。取付部３は、ヒータ１０が挿通される取付孔４が設けられると共に、取付孔４に面する取付部３の内面にはヒータ１０の雄ネジ部５４０（後述）と螺合する雌ネジ部５が設けられている。取付部３にヒータ１０を取り付けることで、ヒータ１０の先端側が容器１内に突出し、液体２に晒される。
【００２０】
図２は、ヒータ１０を示す半断面図である。ヒータ１０は、シースヒータ８００の他、中軸２００と、主体金具５００とを主に備える。これらヒータ１０を構成する部材は、ヒータ１０の軸線Ｏの方向（以下、軸線方向ＯＤとも言う）に沿って組み付けられている。図２では、軸線Ｏから紙面右側に外観構成を図示し、軸線Ｏから紙面左側に断面構成を図示した。なお、本明細書では、ヒータ１０におけるシースヒータ８００側を「先端側」と呼び、係合部材１００側を「後端側」と呼ぶ。
【００２１】
主体金具５００は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１０Ｓ等のステンレス鋼を筒状に成形した部材である。主体金具５００は、先端側の端部においてシースヒータ８００を保持する。また、主体金具５００は、後端側の端部において絶縁部材４１０及びＯリング４６０を介して中軸２００を保持する。絶縁部材４１０は、絶縁部材４１０の後端に接するリング３００が中軸２００に加締められることで、主体金具５００に固定される。さらに、主体金具５００の軸孔５１０内には、絶縁部材４１０からシースヒータ８００に至る中軸２００が配置される。軸孔５１０は、軸線Ｏに沿って形成された貫通孔であり、中軸２００よりも大きな径を有する。軸孔５１０に中軸２００が位置決めされた状態で、軸孔５１０と中軸２００との間には、両者を電気的に絶縁する空隙が形成される。さらに、主体金具５００は、本体部５３０と、本体部５３０の厚みよりも薄い厚みの薄肉部５５０とを備える。このうち、本体部５３０には、工具係合部５２０と、雄ネジ部５４０とを備える。主体金具５００の工具係合部５２０は、ヒータ１０の取り付け及び取り外しに用いられる工具（図示せず）に係合する。雄ネジ部５４０は、容器１に形成された雌ネジ部５に嵌り合う。また、本体部５３０よりも先端側には、薄肉部５５０が設けられており、シースヒータ８００が薄肉部５５０の内部（軸孔５１０）に圧入され、薄肉部５５０とレーザ溶接されている。なお、シースヒータ８００と薄肉部５５０との構造については、後述する。なお、主体金具５００が特許請求の範囲の「ハウジング」に相当する。
【００２２】
中軸２００は、導電材料で円柱状（棒状）に成形された部材である。中軸２００は、主体金具５００の軸孔５１０に挿入された状態で軸線方向ＯＤに沿って組み付けられる。中軸２００は、先端側に形成された先端部２１０と、後端側に設けられた雄ネジ部２９０とを備える。先端部２１０は、シースヒータ８００の内部に挿入される。雄ネジ部２９０は、主体金具５００から後端側に突出している。雄ネジ部２９０には、係合部材１００が嵌り合う。
【００２３】
図３は、シースヒータ８００の詳細な構成を示す断面図である。シースヒータ８００は、シースヒータ８００の内部に中軸２００の先端部２１０が挿入された状態で、主体金具５００の軸孔５１０内に圧入されている。シースヒータ８００は、シース管８１０と、発熱コイル８２０と、絶縁体８７０とを主に備える。
【００２４】
シース管８１０は、軸線方向ＯＤに延び、先端が閉じられた筒状部材である。シース管８１０は、発熱コイル８２０と、絶縁体８７０と、を内包する。シース管８１０は、軸線方向ＯＤに延びる側面部８１４と、側面部８１４の先端側に接続し、外側に向けて丸く形成された先端部８１３と、先端部８１３とは反対側に開口した端部である後端部８１９とを備える。この後端部８１９からシース管８１０の内部に中軸２００の先端部２１０が挿入されている。シース管８１０は、パッキン６００及び絶縁体８７０によって中軸２００と電気的に絶縁される。一方、シース管８１０は、主体金具５００と接触して電気的に接続されている。このシース管８１０は、ＳＵＳ３１０Ｓ等のステンレス鋼である。
【００２５】
絶縁体８７０は、電気絶縁性を有する絶縁材料の粉末により形成されている。絶縁体８７０としては、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉末が用いられる。絶縁体８７０は、シース管８１０が中軸２００、発熱コイル８２０を内包することによって、シース管８１０内に形成された隙間に充填（配置）され、その隙間を電気的に絶縁する。
【００２６】
発熱コイル８２０は、シース管８１０の内側に軸線方向ＯＤに沿って配置され、通電によって発熱する。発熱コイル８２０は、先端側のコイル端部である先端部８２２と、後端側のコイル端部である後端部８２９と、先端部８２２と後端部８２９とを接続する螺旋部８２３とを備える。先端部８２２は、シース管８１０の先端部８１３に接続しており、シース管８１０と電気的に接続される。後端部８２９は、中軸２００の先端部２１０に接合されることにより中軸２００と電気的に接続される。発熱コイル８２０は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｃｏ−Ｎｉ合金、Ｎｉ等からなる。なお、発熱コイル８２０が、特許請求の範囲の「発熱体」に相当する。
【００２７】
図４は、主体金具５００の薄肉部５５０付近の断面図である。図４の断面は、軸線Ｏを通る位置でシース管８１０及び主体金具５００を切断した断面である。なお、中軸２００は簡略化のため、斜視図にて示す。図４に示すように、主体金具５００は、本体部５３０と薄肉部５５０とを備える。薄肉部５５０は、本体部５３０の先端側に接続されており、薄肉部５５０の厚みは、本体部５３０の厚みよりも薄く形成されている。
【００２８】
シース管８１０は、本体部５３０及び薄肉部５５０の内側（軸孔５１０）に挿通されている。この際、シース管８１０は、薄肉部５５０に圧入されており、薄肉部５５０の一部に、圧入部５５２が形成されている。さらに、薄肉部５５０とシース管８１０とが全周に亘ってレーザ溶接され、溶融部５６０が周方向に設けられている。この溶融部５６０は、圧入部５５２に重なるように設けられている。
【００２９】
そして、本実施形態では、薄肉部５５０の厚みＴ１がシース管８１０の厚みＴ２よりも薄くされている。なお、本実施形態では、薄肉部５５０の全部位の厚みがシース管８１０の厚みＴ２よりも薄くされている。薄肉部の厚みＴ１は、溶融部５６０に隣接する非溶融部５６１と溶融部５６０との薄肉部５５０の外表面の境界Ｓ１（後端側境界Ｓ１）における薄肉部５５０の厚みＴ１であることを特定している。これは、溶接により溶融部５６０の形状が変化することで、溶融部５６０において薄肉部５５０の厚みが特定できない虞があるのに対し、非溶融部５６１と溶融部５６０との境界Ｓを起点すれば、容易に薄肉部５５０の厚みＴ１を特定することができるからである。
【００３０】
以上のように構成されたヒータ１０によれば、薄肉部５５０の厚みＴ１がシース管８１０の厚みＴ２よりも薄くしている。これにより、シース管８１０内に設けられる溶融部５６０を適切な大きさに調整することができる。その結果、シース管８１０と主他金具５００の水密性を確保することができると共に、シース管８１０が貫通して発熱コイル８２０が酸化消耗することを抑制できる。なお、本実施形態では、後端側境界Ｓ１における薄肉部５５０の厚みＴ１とシース管８１０の厚みＴ２とを比較したが、先端側境界Ｓ２における薄肉部５５０の厚みとシース管８１０の厚みＴ２とを比較してもよい。
【００３１】
また、本実施形態のヒータ１０は、溶融部５６０が、薄肉部５５０のうち本体５３０と軸線方向ＯＤに離間した位置に設けられてなる。このように溶融部５６０を本体部５３０と離間した薄肉部５５０の位置に形成すると、レーザ溶接時の熱が本体部５３０に伝導しにくくなり、良好な溶融部５６０の形状を得ることができる。
【００３２】
また、本実施形態のヒータ１０は、溶融部５６０の後端５６２と、本体部５３０の先端５３１との軸線方向の距離が１．５ｍｍとなっている。このように、溶融部５６０の後端５６２を本体部５３０の先端５３１から１ｍｍより大きく離間させることで、レーザ溶接時の熱が本体部５３０にさらに伝導しにくくなり、溶融部５６０に生じる凝固割れが発生することを抑制できる。
【００３３】
また、本実施形態のヒータ１０は、薄肉部５５０の少なくとも一部に、シース管８１０が圧入されてなる圧入部５５２が設けられてなる。このように、薄肉部５５０に圧入部５５２を設けることで、シース管８１０の軸と薄肉部５５０との軸とをほぼ一致させることができ（ヒータ１０の軸Ｏに合わせることができ）、シース管８１０と薄肉部５５０とが軸ずれすることを抑制できる。その結果、薄肉部５５０に形成する溶融部５６０が、周方向に亘ってほぼ均一で良好な形状を得ることができる。
【００３４】
また、本実施形態のヒータ１０は、溶融部５６０が、圧入部５５２に重なるように設けられてなる。このように、溶融部５６０が圧入部５５２に重なるように設けられることで、シース管８１０と薄肉部５５０との周方向のクリアランス（隙間）が設けられていない部位（つまり、圧入部５５２）に溶融部を形成することができる。その結果、シース管８１０内に設けられる溶融部５６０がより適度な大きさに調整することが可能となる。
その上、形成された溶融部５６０の外表面が径方向内側に向かって凹みにくくなるため、溶融部５６０が周方向に亘ってほぼ均一で良好な形状を得ることができる。
【００３５】
また、本実施形態のヒータ１０は、シース管８１０内に配置されるパッキン６００を、本体部５３０と軸線方向ＯＤに重なるように配置されていると共に、薄肉部５５０と軸線方向ＯＤに重ならないように配置している（図３参照）。これにより、ヒータ１０の発熱コイル８２０による熱がパッキン６００に滞留することなく、本体部５３０に伝導することができ、パッキン６００が劣化することを抑制できる。
【００３６】
次に、ヒータ１０の製造方法について説明する。図５は、ヒータ１０の製造方法を示すフローチャートである。ヒータ１０の製造では、まず、発熱コイル８２０と中軸２００とが溶接される（ステップＳ１０）。
【００３７】
次に、発熱コイル８２０の先端部８２２と、シース管８１０の先端部８１３と、が溶接される（ステップＳ２０）。ステップＳ２０における溶接工程が完了すると、次に、シース管８１０の内に絶縁体８７０が充填される（ステップＳ３０）。絶縁体８７０が、発熱コイル８２０と、中軸２００とを内包することによってシース管８１０内に形成された空隙に充填されて、シースヒータ８００の組み立てが完了する。
【００３８】
シースヒータ８００が組み立てられると、シースヒータ８００に対し、スウェージング加工が施される（ステップＳ４０）。スウェージング加工とは、シースヒータ８００に対して打撃力を加えてシースヒータ８００を縮径させ、シース管８１０内に充填した絶縁体８７０を緻密化させる加工である。スウェージングに伴ってシースヒータ８００に打撃力が加えられると、打撃力がシースヒータ８００内部に伝えられることにより、絶縁体８７０が緻密化される。
【００３９】
シースヒータ８００にスウェージング加工が施されると、シースヒータ８００を主体金具５００に圧入する（ステップＳ５０）。シースヒータ８００を主体金具５００の先端側から挿入し、薄肉部５５０に圧入部５５２を形成する。その後、主体金具５００とシースヒータ８００とを溶接する（ステップＳ６０）。薄肉部５５０の圧入部５５２に重なるようにして、薄肉部５５０の全周に亘ってレーザ溶接を行い、薄肉部５５０とシース管８１０とに溶融部５６０を形成する。その後、ヒータ１０の組み立てを行い（ステップＳ７０）、ヒータ１０が完成する。具体的には、主体金具５００の後端部分において、Ｏリング１１０や絶縁部材１２０を中軸２００に嵌め込み、係合部材１４０を主体金具５００の後端に設けられた中軸２００の雄ネジ部２９０に締め付ける。
【００４０】
次に、第２実施形態のヒータ１０ａについて、説明する。なお、第２実施形態のヒータ１０ａは、第１実施形態のヒータ１０のうち、薄肉部５５０における溶融部５６０の形成位置が異なるだけであり、その他の部位については第１実施形態のヒータ１０と同様である。よって、以下の説明では、第２実施形態のヒータ１０ａの薄肉部５５０ａを中心に説明し、その他の部位の説明は簡略又は省略する。
【００４１】
図６は、ヒータ１０ａの主体金具５００ａの薄肉部５５０ａ付近の断面図である。図６の断面は、軸線Ｏを通る位置でシース管８１０及び主体金具５００ａを切断した断面である。なお、中軸２００は簡略化のため、斜視図にて示す。図６に示すように、主体金具５００ａは、本体部５３０ａと薄肉部５５０ａとを備える。薄肉部５５０ａは、本体部５３０ａの先端側に接続されており、薄肉部５５０ａの厚みは、本体部５３０ａの厚みよりも薄く形成されている。
【００４２】
シース管８１０は、本体部５３０ａ及び薄肉部５５０ａの内側（軸孔５１０ａ）に挿通されている。この際、シース管８１０は、薄肉部５５０ａに圧入されており、薄肉部５５０ａの一部には圧入部５５２ａが形成されている。そして、第２実施形態では、薄肉部５５０ａとシース管８１０とが全周に亘ってレーザ溶接され、溶融部５６０ａが周方向に設けられている。この溶融部５６０ａは、圧入部５５２ａと軸線方向ＯＤにずれて設けられている。
【００４３】
以上のように構成されたヒータ１０ａにおいても、薄肉部５５０ａの厚みＴ１がシース管８１０の厚みＴ２よりも薄くしている。これにより、シース管８１０内に設けられる溶融部５６０ａを適切な大きさに調整することができる。その結果、シース管８１０と主他金具５００ａの水密性を確保することができると共に、シース管８１０が貫通して発熱コイル８２０が酸化消耗することを抑制できる。なお、本実施形態では、薄肉部５５０ａの全部位の厚みがシース管８１０の厚みＴ２よりも薄くされている。
【００４４】
また、本実施形態のヒータ１０ａは、圧入部５５２ａが、薄肉部５５０ａの一部に設けられてなり、溶融部５６０ａと圧入部５５２ａとが軸線方向ＯＤにずれて形成されてなる。これにより、溶融部５６０ａの内部応力を減らすことができ、溶融部５６０ａのクラックを抑制できる。
【００４５】
また、本実施形態のヒータ１０ａは、溶融部５６０ａが、圧入部５５２ａよりも先端側に設けられてなる。このように、溶融部５６０ａを圧入部５５２ａよりも先端側に設けることで、溶接時の熱が、体積が大きいシース管８１０の先端側に圧入部５５２ａを介して伝導することを抑制できるため、良好な溶融部形状を得ることができる。
【００４６】
次に、第３実施形態のヒータ１０ｂについて、説明する。なお、第３実施形態のヒータ１０ｂは、第１実施形態のヒータ１０のうち、薄肉部５５０における溶融部５６０の形成位置が異なるだけであり、その他の部位については第１実施形態のヒータ１０と同様である。よって、以下の説明では、第３実施形態のヒータ１０ｂの薄肉部５５０ｂを中心に説明し、その他の部位の説明は簡略又は省略する。
【００４７】
図７は、ヒータ１０ｂの主体金具５００ｂの薄肉部５５０ｂ付近の断面図である。図７の断面は、軸線Ｏを通る位置でシース管８１０及び主体金具５００ｂを切断した断面である。なお、中軸２００は簡略化のため、斜視図にて示す。図７に示すように、主体金具５００ｂは、本体部５３０ｂと薄肉部５５０ｂとを備える。薄肉部５５０ｂは、本体部５３０ｂの先端側に接続されており、薄肉部５５０ｂの厚みは、本体部５３０ｂの厚みよりも薄く形成されている。
【００４８】
シース管８１０は、本体部５３０ｂ及び薄肉部５５０ｂの内側（軸孔５１０ｂ）に挿通されている。この際、シース管８１０は、薄肉部５５０ｂに圧入されており、薄肉部５５０ａの一部には圧入部５５２ｂが形成されている。そして、第３実施形態では、薄肉部５５０ｂとシース管８１０とが全周に亘ってレーザ溶接され、溶融部５６０ｂが周方向に設けられている。この溶融部５６０ａは、薄肉部５５０ｂの先端５５１ｂに設けられている。
【００４９】
以上のように構成されたヒータ１０ｂにおいても、薄肉部５５０ｂの厚みＴ１がシース管８１０の厚みＴ２よりも薄くしている。これにより、シース管８１０内に設けられる溶融部５６０ｂを適切な大きさに調整することができる。その結果、シース管８１０と主他金具５００ｂの水密性を確保することができると共に、シース管８１０が貫通して発熱コイル８２０が酸化消耗することを抑制できる。なお、本実施形態では、薄肉部５５０ｂの全部位の厚みがシース管８１０の厚みＴ２よりも薄くされている。
【００５０】
また、本実施形態のヒータ１０ｂは、溶融部５６０ｂが、薄肉部５５０ｂの先端５５１ｂに設けられてなる。このように、薄肉部５５０ｂの先端５５１ｂに溶融部５６０ｂを形成することで、シース管８１０内に設けられる溶融部５６０ｂをより適切な大きさに調整することができる。
【００５１】
次に、溶融部５６０の後端５６２の本体部５３０の先端５３１からの距離と凝固割れとの関係について評価した。この評価に際して、第１実施形態のヒータ１０を上述の製造方法により作成した。なお、主体金具５００に挿入前のシース管８１０の直径（圧入部５５２に配置される部位の直径）：φ６．２ｍｍ、圧入部５５２における薄肉部５５０の直径：φ６．９４ｍｍ、薄肉部５５０の厚みＴ１：０．４ｍｍ、シース管８１０の厚みＴ２：０．７ｍｍ、本体部５３０の肉厚：１．０ｍｍ、薄肉部５５０の軸線方向ＯＤの長さ：４ｍｍとした。また、レーザ溶接条件としては、ＹＡＧレーザ溶接機を用い、出力：１．５〜２．５ＫＷ、回転速度：３ｓ／１回転、１回転でのレーザショット数：６５回であった。
【００５２】
このレーザ溶接条件のもと、レーザ照射位置を、薄肉部５５０の軸線方向ＯＤに上下に移動させた複数のサンプルを作成した。詳細には、形成された溶融部５６０の後端５６１と本体部５３０の先端５３１との距離が１ｍｍ以下となるサンプルＡを１０本、形成された溶融部５６０の後端５６１と本体部５３０の先端５３１との距離が１ｍｍを超えて２ｍｍ以下となるサンプルＢを１０本、形成された溶融部５６０の後端５６１と本体部５３０の先端５３１との距離が２ｍｍを超えるサンプルＣを１０本、それぞれ作成した。
【００５３】
そして、このサンプル３０本について、凝固割れが発生しているかどうかを確認した。なお、凝固割れが発生しているかどうかは、溶融部５６０の軸線方向ＯＤの中心位置にて、軸線方向ＯＤに垂直な方向で切断し、切断面に表出した溶融部５６０をＳＥＭにより確認した。
【００５４】
その結果、サンプルＡ（形成された溶融部５６０の後端５６１と本体部５３０の先端５３１との距離が１ｍｍ以下）では、溶融部５６０に凝固割れが発生しているサンプル数が３本であった。これに対し、サンプルＢ（形成された溶融部５６０の後端５６１と本体部５３０の先端５３１との距離が１ｍｍを超えて２ｍｍ以下）や、サンプルＣ（形成された溶融部５６０の後端５６１と本体部５３０の先端５３１との距離が２ｍｍを超える）については、溶融部５６０に凝固割れが発生しているサンプル数は０本であった。以上のことより、溶融部５６０の後端５６２を本体部５３０の先端５３１から１ｍｍより大きく離間させることで、レーザ溶接時の熱が本体部５３０にさらに伝導しにくくなり、溶融部５６０に生じる凝固割れが発生することを抑制できることが分かる。
【００５５】
本発明は、本明細書の実施形態や実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。
【００５６】
本実施形態では、圧入部５５２、５５２ａ、５５２ｂは薄肉部５５０、５５０ａ、５０ｂの一部に設けられていたが、これに限られるものではなく、薄肉部の全体に亘って設けられていてもよい。
また、本実施形態では、溶融部５６０、５６０ａ、５６０ｂは薄肉部５５０、５５０ａ、５５０ｂの一部に設けられていたが、これに限られるものでなく、薄肉部の全体に亘って設けられていてもよい。
また、本実施形態では、薄肉部５５０、５５０ａ、５５０ｂの全部位の厚みがシース管８１０の厚みＴ２よりも薄くされていたが、これに限られず、薄肉部５５０、５５０ａ、５５０ｂの厚みＴ１（境界Ｓ１、Ｓ２の位置における薄肉部５５０、５５０ａ、５５０ｂの厚みＴ１）がシース管８１０の厚みＴ２よりも薄くされていればよく、例えば、薄肉部５５０、５５０ａ、５５０ｂが軸線方向ＯＤの先端側に向かうにつれて厚みが薄くなるテーパ部であってもよい。
また、本実施形態では、シース管８１０内に発熱コイル８２０のみを配置する形態であったが、これに限られることなく、発熱コイルと発熱コイルを制御する制御コイルがシース管内に配置される形態であってもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１０、１０ａ、１０ｂ…ヒータ
５００、５００ａ、５００ｂ…主体金具
５５０、５５０ａ、５５０ｂ…薄肉部
５５２、５５２ａ、５５２ｂ…圧入部
５６０、５６０ａ、５６０ｂ…溶融部
８００…シースヒータ
８１０…シース管
８２０…発熱コイル
【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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