(57)【要約】【課題】複数本の金属線を、特に膨張係数の異なる異種金属からなる複数本の細線を確実に接合することのできる金属線の接合構造およびその接合方法を提供する。【解決手段】複数本の金属線１ｂ，６ａをそれぞれ覆って設けられる金属製の連結部材７を備える。この連結部材を用いて空中に配設された複数本の金属線を金属製の連結部材にてそれぞれ覆い、これによって複数の金属線の位置関係を固定的に定めて、この連結部材を上記各金属線にそれぞれレーザー溶接する。【選択図】　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の金属線と、所定の肉厚を有する金属製の連結部材とを有し、前記連結部材の一部において表面側からレーザー溶接が施され、このレーザー溶接が施された箇所の肉厚を貫いて前記金属線に至る溶融部が形成されている接合構造。
【請求項２】
前記金属線および前記連結部材のうちの少なくとも２つが、熱伝導率が互いに異なる材質からなる請求項１に記載の接合構造。
【請求項３】
複数本の金属線を、その軸方向を揃えて互いに近接させて並べると共に、これらの金属線をそれぞれ覆って金属製の連結部材を設け、この連結部材と前記各金属線とがそれぞれ重なる部位にレーザー光を照射して該連結部材を前記各金属線にそれぞれレーザー溶接してなることを特徴とする接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属線と金属製の連結部材との接合構造および接合方法に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
紫外線検出用放電管（ＵＶチューブ）は、紫外線を受けて放電を生起する一対の放電電極を円筒形のガラス管内に封入し、上記各放電電極のリード線をガラス管の一端部から導出したもので、例えばガスバーナの燃焼状態をモニタする火炎検出器として用いられる。上記リード線は、ガラスに近い線膨張係数を持つコバールと呼ばれるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金製の線径０．６５ｍｍ程度の細線からなる。
【０００３】
このようなＵＶチューブのリード線にインピーダンス調整用の抵抗器を接続する場合、通常、図１に示すようにＵＶチューブのリード線（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金）Ａと抵抗器のリード線（ＣｕまたはＣｕ系合金）Ｂとを空中において交差させ、その接触部にレーザー光を照射して両者をレーザー溶接することによりなされる。
【０００４】
尚、抵抗溶接法を用いた場合、入熱量が大きくなりがちであり、その入熱量によって細線が損傷する虞があるのでこの種の細線間の溶接には不向きである。更に抵抗溶接法においては電極棒や加圧機等を溶接対象物体の周囲に配置する必要があり、広い作業空間が必要であるという点も不利である。またＵＶチューブは、専ら高温環境下で用いられるので、一般的な半田による接続法を採用することも実質的に不可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述したレーザー溶接を行う場合、リード線Ａ，Ｂの接触部位に確実にレーザー光を照射することが必要である。しかし細線からなるリード線Ａ，Ｂを空中において確実に接触させ、その接触位置を固定することは一般的には非常に困難である。この為、レーザー光の照射位置を精度良く決定し難く、溶接品質にバラツキが生じ易い。
【０００６】
この点を改善するものとして、特開平６−３０４７７１号公報には細線材同士を加圧体で挟持しつつレーザー溶接を行なう方法が開示されている。しかし細線を挟む工程において加圧体を移動させるための空間が細線の周囲に必要であり、細線を加圧体で正確に挟むための機構も必要である。しかもリード線Ａ，Ｂが異種金属からなり、その熱伝導率が異なると、レーザー光の照射による溶融の速さに違いが生じる。すると熱伝導率の小さいものはその蓄熱性によって速やかに温度上昇して先に溶融し、熱伝導率の大きいものはその放熱性によって温度上昇が遅れるので、結果として良好な溶融層（いわゆる「溶け込み」）が形成されなくなる。そして最悪状態においては熱伝導率の低い金属が先に溶け落ちて溶接ができない虞がある。これ故、細線からなるリード線Ａ，Ｂをレーザー溶接すること自体が非常に困難である。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、１つの金属線と金属製の１つ連結部材との接合構造および接合方法を提供することにある。また本発明は金属製の１つの連結部材を介して複数の金属線同士を結合するための接合構造および接合方法を提供することを目的とする。更に本発明は構成要素のそれぞれの熱伝導率が異なる場合の接合構造および接合方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る接合構造は、１つ以上の金属線と、所定の肉厚を有する金属製の連結部材とを有し、前記連結部材の一部において表面側からレーザー溶接が施され、このレーザー溶接が施された箇所の肉厚を貫いて前記金属線に至る溶融部が形成されていることを特徴としている。更には前記金属線及び前記連結部材のうちの少なくとも２つが、熱伝導率が互いに異なる材質からなることを特徴としている。即ち、金属線と連結部材とが互いに熱伝導率の異なる材質からなっていること、或いは金属線同士が互いに熱伝導率の異なる材質からなっていること、或いはその両者であることを特徴としている。
【０００９】
好ましくは本発明に係る接合構造は、複数本の金属線を金属製の連結部材にてそれぞれ覆うことで、該連結部材により複数の金属線の位置関係を固定的に定め、この状態で前記連結部材を前記各金属線にそれぞれレーザー溶接することで、前記金属線間を連結部材を介して接合した構造体を実現することを特徴としている。
【００１０】
好ましくは前記連結部材は、前記各金属線をそれぞれ覆う鞘状の、例えば８の字状の貫通孔を備えた筒状の金属体からなる。特に前記複数本の金属線が、例えば互いに膨張係数の異なるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる細線とＣｕまたはＣｕ系合金からなる細線とからなるとき、前記各金属線にそれぞれ被せられる連結部材として筒状のステンレス鋼を用いることが好ましい。
【００１１】
また本発明に係る金属線の接合方法は、複数本の金属線を、その軸方向を揃えて互いに近接させて並べると共に、これらの金属線をそれぞれ覆って金属製の連結部材を設け、この連結部材と前記各金属線とがそれぞれ重なる部位にレーザー光を照射して該連結部材を前記各金属線にそれぞれレーザー溶接してなることを特徴としている。
【００１２】
この場合、前記連結部材として、断面が略８の字状を呈する貫通孔を備えた筒状体を用いることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る金属線の接合構造およびその接合方法について説明する。
図２は本発明を適用して実現される火炎検出ユニットの概略構成を示す図であり、図３はその組み立て構造を示す分解図である。この火炎検出ユニットは、筒状のガラス管体１ａの内部に一対の放電電極を封入し、上記各放電電極のリード線１ｂをその一端部から導出した紫外線検出用放電管（ＵＶチューブ）１を火炎検出用のセンサとして用いたものである。特に火炎検出ユニットは、上記ＵＶチューブ１を保持体２の一端部に装着すると共に、この保持体２の他端部に前記リード線１ｂに対する外部接続用端子３を装着し、筒状のケーシング４に収納してユニット化した構成を有する。
【００１４】
尚、図中５は、ＵＶチューブ１をケーシング４に収納する際、ＵＶチューブ１の先端部に装着されるシリコーンゴム製のキャップ状のパッキング部材である。また図中６は、前記保持体２に組み込まれて前記ＵＶチューブ１のリード線１ｂと外部接続用端子３のリード端３ａとの間に介挿される抵抗器である。換言すればこの抵抗器６を介して前記ＵＶチューブ１のリード線１ｂと外部接続用端子３のリード端３ａとが電気的に接続される。そして上述した如くパッケージ化された火炎検出ユニットは、前記外部接続用端子３に火炎検出装置本体（図示せず）を接続することで、電気的に駆動されるものとなっている。
【００１５】
本発明に係る金属線の接合構造およびその接合方法は、上述した火炎検出ユニットを組み立てるに際し、保持体２に装着されたＵＶチューブ１のリード線１ｂと、抵抗器６のリード線６ａとの接合に適用される技術であって、特に前記各リード線１ｂ，６ａにそれぞれ被せられる８の字状の貫通孔を備えた連結部材７を用い、この連結部材７を前記各リード線１ｂ，６ａにそれぞれレーザー溶接することを特徴としている。ちなみに上記ＵＶチューブ１のリード線１ｂは、例えば線径０．６５ｍｍ程度のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金（コバール）からなり、また抵抗器６のリード線６ａは、例えば線径０．６ｍｍ程度のＣｕまたはＣｕ系合金からなる。これらのリード線１ｂ，６ａおよび連結部材７の性質は、表１にその代表値を示す通り、これらの熱伝導率及び線膨張係数は互いに異なっており、特に銅の熱伝導率が大きい。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
さて前記ＵＶチューブ１は、保持体２の一端部をなす基台部２ａに設けられたリード線挿通孔（図示せず）にそのリード線１ｂをそれぞれ挿通させて上記基台部２ａに保持される。そして上記リード線１ｂは、その先端部を保持体２の内側に突出させて空中に位置付けられる。これに対して前記抵抗器６は、保持体２の内部の部品保持部２ｂに保持され、そのリード線６ａは適宜折り曲げられて前記ＵＶチューブ１のリード線１ｂに向けて導かれる。特にこのリード線６ａは、前記リード線１ｂの近傍において該リード線１ｂと平行に折り曲げられ、その先端部をリード線１ｂに並べて設けられる。
【００１８】
このように空中において並べて設けられた２本の異種金属からなるリード線１ｂ，６ａに対して、本発明に係る接合構造および接合方法は、図４にその要部を拡大して示すように、例えばステンレス鋼からなるパイプ状の連結部材７に上記各リード線１ｂ，６ａをそれぞれ嵌め込み、連結部材７の上側の表面からレーザー光を照射して該連結部材７を前記リード線１ｂ，６ａにそれぞれレーザー溶接することを特徴としている。
【００１９】
ちなみに連結部材７は、肉厚０．２ｍｍのステンレス製のパイプ材を押し潰してその断面が略８字状を呈するように加工したものであり、８字形状をなす孔径はそれぞれ約０．７ｍｍである。そして連結部材７に上記リード線１ｂ，６ａを嵌め込んだときに、連結部材７の内面と各リード線１ｂ，６ａの表面との間には最大０．０５〜０．１ｍｍ程度の隙間がある。このようにして連結部材７とリード線１ｂ，６ａをいわゆる「すきまばめ」にしておくと、連結部材７にレーザーを照射したときに連結部材７から各リード線１ｂ，６ａへの熱伝導が隙間の空気層によって阻害されるので、連結部材７への蓄熱が促進されて連結部材７の溶融が早められる。尚、上記レーザー光の照射は、前記連結部材７とリード線１ｂとが重なる部位、および連結部材７とリード線６ｂとが重なる部位にそれぞれスポット的に行われる。
【００２０】
レーザー光のスポット照射による溶接の過程は次のように考えられる。レーザ光を照射すると、先ず図５に示すように連結部材７のレーザー光の照射部位が表面側から徐々に溶融し始める。このとき、リード線１ｂ（６ａ）は未だ溶融していない。連結部材７のレーザー照射部位がその肉厚方向に溶融し終えると、連結部材７の溶融したステンレス鋼が、連結部材７の内部に嵌め込まれたリード線１ｂ（６ａ）の表面に向けて重力により落ち込む。このとき、溶融したステンレス鋼は溶融時の潜熱により十分な熱量を保有しているので、温度が低く、且つ熱伝達率が極めて大きい銅製のリード線１ｂに接触しても急激な温度低下を生じることなく、リード線１ｂの表面を溶融させる。更にはレーザー光から供給される熱エネルギーによりリード線１ｂ（６ａ）の溶融が進み、ステンレス鋼と銅とが合金化する。そしてこの溶融層の一部は連結部材７とリード線１ｂ（６ａ）との隙間に流れ込む。
【００２１】
リード線１ｂの直径方向を貫通して線材が溶融してしまう前に、レーザー光の照射を停止して上記連結部材７およびリード線１ｂ（６ａ）を冷却すれば、上記溶融部（いわゆる「溶け込み」）が連結部材７の肉厚を貫通し、且つリード線１ｂ（６ａ）の直径方向の途中まで達した状態で、連結部材７とリード線１ｂ（６ａ）とに跨って固化し、これによって連結部材７とリード線１ｂ（６ａ）とがレーザー溶接されることになる。このような接合部位の外観および断面の写真を図８および図９にそれぞれ示す。実際のレーザーの照射は極めて短い周期のパルスとして行なわれ、合計の照射時間は、例えば１２０００マイクロ秒程度の短時間である。尚、レーザー溶接法は周知技術であり、レーザー溶接装置も市販されているのでここでは詳述しないが、必要があれば、改訂３版溶接便覧（社団法人溶接学会編、丸善株式会社発行）の第２章１０節「レーザー溶接法」を参照されたい。
【００２２】
この場合、前記連結部材７とリード線１ｂとが重なる部位、および連結部材７とリード線６ｂとが重なる部位をそれぞれ個別にレーザー溶接するので、リード線１ｂとリード線６ａの熱伝導率が互いに異なっていても、レーザー光の照射強度をそれぞれ別個に設定することで連結部材７とリード線１ｂとの溶接品質、および連結部材７とリード線６ｂとの溶接品質をそれぞれ十分に高くすることができる。
【００２３】
また連結部材７によって２本のリード線１ｂ，６ａの位置関係を空間的に固定し、この状態でレーザー光を照射すればよいのでレーザー光の照射位置の制御が容易である。特に前記保持体２に、リード線１ｂ，６ａを嵌め込んだ連結部材７を支持する台座等を設けておけば、連結部材７の装着位置自体を固定的に定めることができるので、上述したレーザー光の照射位置の制御を、より簡単に、しかも正確に行うことが可能となる。またこの実施形態においては、レーザー光の照射強度が多少過剰であっても、連結部材７の下側の部分が受け皿のように作用し、溶融層の一部は連結部材７とリード線１ｂ（６ａ）との隙間に流れ込むだけなので、従来のように溶融層がその溶接部位から溶け落ちてしまうような不具合を招来することがない等の利点がある。
【００２４】
尚、ここでは平行に位置付けた２本のリード線１ｂ，６ａを連結部材７に一方向から挿入するようにしたが、例えば図６（ａ）に示すように連結部材７の両側から２本のリード線１ｂ，６ａをそれぞれ挿入してレーザー溶接するようにしても良い。また図６（ｂ）に示すように円筒状の連結部材７を用い、その両側から２本のリード線１ｂ，６ａを、その先端部を突き合わせるようにそれぞれ挿入してレーザー溶接することも勿論可能である。更には溶接の分野における「あて金継ぎ手」を応用し、図６（ｃ）に示すように筒状の連結部材に代えて、例えば溝を有する連結部材７を２本のリード線１ｂ，６ａの上に被せてレーザー溶接することも可能である。要は図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、２本のリード線１ｂ，６ａの上に被せることで、これらのリード線１ｂ，６ａを位置決めし得るような構造の連結部材７を用いることが望ましい。尚、図６（ａ）〜（ｃ）はいずれもリード線１本あたり１箇所のレーザー溶接を実施した例であるが、これらに限られることはなく、本発明における「連結部材の一部において」なる表現は、リード線１本当たり複数箇所のレーザー溶接を実施することをも含むものである。
【００２５】
ここで前述した如くユニット化された火炎検出ユニットを用いて構成される火炎検出装置について簡単に説明すると、この火炎検出装置は、例えば図７にその概略構成を分解して示すように、ガスバーナ等の覗き窓（図示せず）に装着されるフランジユニット２０と、このフランジユニット２０に取り付けられるセンサホルダ３０、このセンサホルダ３０の下部に組み込まれるシャッタユニット４０とを備える。そして前述した構造の火炎検出ユニット１０は上記センサホルダ３０に装着して用いられる。尚、図中５０は、上述したセンサホルダ３０やシャッタユニット４０のカバーである。
【００２６】
このような構成の火炎検出装置によれば、火炎検出ユニット１０の交換が容易であり、しかもＵＶチューブ１のリード線１ｂに対する配線が前述したように火炎検出ユニット１０の内部において予めなされており、該火炎検出ユニット１０の外部に露出した外部接続用端子３に対して電気的接続を行うだけで良いので、その取り扱いが非常に容易である等の効果が奏せられる。
【００２７】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここではＵＶチューブ１のリード線１ｂと抵抗器６のリード線６ａの接続を例に説明したが、ＵＶチューブ１以外の機器にも広く適用可能である。上記では熱伝導率の小さい金属で連結部材を形成し、熱伝導率の大きい金属で金属線を形成したが、逆に熱伝導率の大きい金属で連結部材を形成し、熱伝導率の小さい金属で金属線を形成することも可能である。また、上記では２本のリード線を１個の連結部材を介して結合する場合の実施の形態について述べたが、リード線の数が３本以上の場合にも当然ながら適用可能である。更に１本のリード線と１個の連結部材との接合に適用することも可能である。例えばプリント基板に固定された端子（連結部材）にリード線（金属線）を接続する場合に適用可能である。
【００２８】
更に各金属線の種類に応じてレーザー溶接の強度を変えれば良いので、各金属線の材料や肉厚やその線径は特に限定されない。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することかできる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、溶接品質の高い金属線の接合構造を容易に実現することができ、しかもそのレーザー溶接作業を簡易に精度良く行うことができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】空中に配置された２本の金属線の従来一般的な接合法を示す図。
【図２】本発明に係る金属線の接合構造およびその接合方法を適用して実現される火炎検出ユニットの概略構成を示す図。
【図３】図２に示す火炎検出ユニットの組み立て構造を示す分解図。
【図４】本発明に係る金属線の接合構造およびその接合方法の一実施形態を示す図。
【図５】連結部材と金属線（リード線）とのレーザー溶接の態様を示す図。
【図６】本発明の別の実施形態を示す図。
【図７】火炎検出ユニットを用いた火炎検出装置の概略構成を示す分解斜視図。
【図８】接合部位の外観の写真を示す図。
【図９】接合部位の断面の写真を示す図。
【符号の説明】
１　ＵＶチューブ
１ｂ　リード線（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金；コバール）
６　抵抗器
６ａ　リード線（ＣｕまたはＣｕ系合金）
７　連結部材（ステンレス鋼）
【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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【図８】
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【図９】
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