JP2016149341A - ヒータおよびヒータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長尺化と細径化が求められ、くりかえし振動に曝されるヒータにおいて、長寿命化を図る。
【解決手段】ヒータ１は、軸線Ａｘ方向に伸びる中軸４と、中軸４に対して先端側ＡＬに配され中軸４と電気的に接続されている発熱体６と、を備える。中軸４は、発熱体６と電気的に接続されている先端側中軸部４１と、先端側中軸部４１に対して軸線Ａｘ方向について後端側ＡＴに配され溶融部４３を介して先端側中軸部４１と接合されている後端側中軸部４２と、を備える。先端側中軸部４１は、溶融部４３と接する第１の熱影響部を備える。後端側中軸部４２は、溶融部４３と接する第２の熱影響部を備える。第１の熱影響部と第２の熱影響部との少なくとも一方は、軸線Ａｘ方向についての長さが３ｍｍ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンに使用されるグロープラグなどのヒータに関するものである。

従来、エンジンの直噴化にともなって、先端が主燃焼室に到達可能な長尺型のグロープラグが開発されている（特許文献１）。そのようなグロープラグにおいては、グロープラグの先端部に配される発熱体と、グロープラグの後端に接続されるプラグコードと、を電気的に接続する中軸が長い。このため、そのようなグロープラグにおいては、中軸は、先端側中軸と後端側中軸を軸方向に溶接することにより、製造される。

特開２００５−２７３９５５号公報 特開２００１−２４１６６２号公報 特開２００２−０１３７３４号公報 特開２００１−００９５７３号公報

一方、近年、グロープラグの細径化が求められている。上記のような態様のグロープラグにおいてグロープラグの外径を細くすると、ヒータの中軸も細くなる。そのようなグロープラグにおいては、エンジンの運転による振動のために溶接部分の近傍で中軸が折損するまでの期間が、短くなる可能性がある。このような課題は、長尺化と細径化が求められ、くりかえし振動に曝されるヒータなどの構成において、広く存在する。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、ヒータが提供される。このヒータは、軸線方向に伸びる中軸と、前記軸線方向について前記中軸に対して先端側に配され前記中軸と電気的に接続されている発熱体と、を備え、前記中軸が、前記発熱体と電気的に接続されている先端側中軸部と、前記先端側中軸部に対して前記軸線方向について後端側に配され溶融部を介して前記先端側中軸部と接合されている後端側中軸部と、を備える。前記先端側中軸部は、前記溶融部と接する第１の熱影響部を備える。前記後端側中軸部は、前記溶融部と接する第２の熱影響部を備える。前記第１の熱影響部と前記第２の熱影響部との少なくとも一方は、前記軸線方向についての長さが３ｍｍ以下である。
このような態様においては、先端側中軸部の他の部位よりも硬度が高い第１の熱影響部と、後端側中軸部の他の部位よりも硬度が高い第２の熱影響部と、の少なくとも一方が３ｍｍ以下である。このため、中軸において、曲げ力や振動が印加された場合に変形しにくい熱影響部が少ない。その結果、中軸において熱影響部が多い態様に比べて、より多くの部分が変形することができる。その結果、曲げ力や振動を受けた際に、熱影響部以外の部分に応力が集中して中軸が破損に至る可能性が低い。

（２）上記形態のヒータにおいて、前記後端側中軸部と前記先端側中軸部のうち、より硬度が高い素材で構成されている方が備える熱影響部の前記軸線方向についての長さが、３ｍｍ以下である、態様とすることができる。このような態様とすれば、後端側中軸部と先端側中軸部のうち、少なくともより硬度が高い素材で構成されている方については、熱影響部以外の部分の軸線方向の長さを大きくすることができる。その結果、中軸が力を受けた際に、硬度が高い素材で構成されているため、本来、変形しにくい当該部分においても変形することができる。よって、中軸が曲げ力や振動を受けた際に、熱影響部以外の部分に応力が集中して中軸が破損に至る可能性が低い。

（３）上記形態のヒータにおいて、前記先端側中軸部と前記後端側中軸部のうち、径が細い方の径は、２．３ｍｍ以下である、態様とすることができる。このような態様とすれば、先端側中軸部と後端側中軸部のうち径の細い方、すなわち、より変形しやすい方の径が２．３ｍｍ以下である。よって、中軸が力を受けた際に、先端側中軸部と後端側中軸部のうち径の細い方において、大きく変形することができる。よって、中軸が曲げ力や振動を受けた際に、熱影響部以外の部分に応力が集中して中軸が破損に至る可能性が低い。

（４）上記形態のヒータにおいて、前記後端側中軸部に比べて前記先端側中軸部が細く設けられている、態様とすることができる。一般に、中軸の先端側中軸部は、後端側中軸部に比べて強固に、周囲の構造に固定される。このため、中軸が周囲の構造から外力や変位を受ける場合に、先端側中軸部は、後端側中軸部に比べてより強い外力やより大きい変位を受けやすい。上記の態様においては、後端側中軸部に比べて先端側中軸部は弾性変形しやすい。このため、後端側中軸部に比べて先端側中軸部が太く設けられている態様に比べて、中軸が他の構成から外力や変位を受ける場合に、中軸が先端側中軸部において破損してしまう可能性を、低くすることができる。

上記形態のヒータにおいて、前記溶融部は、抵抗溶接によって形成された溶融部である、態様とすることができる。この態様によれば、溶融部は、外周から部材を溶融するアーク溶接やレーザ溶接による溶接部に比べて、先端側中軸部と後端側中軸部の溶融しなかった部分を内部に含む可能性が低い。このため、曲げ力や振動を受けた際に、溶融部において中軸が折損する可能性が低い。

（５）本発明の一形態によれば、グロープラグが提供される。このグロープラグは、上記形態のヒータと、前記軸線方向の後端側から先端側に伸びる筒状の形状を有し、前記ヒータの少なくとも一部を内部に収容する主体金具と、を備える。

（６）本発明の一形態によれば、ヒータの製造方法が提供される。この方法は、軸線方向に伸びる中軸と、前記軸線方向について前記中軸に対して先端側に配され前記中軸と電気的に接続されている発熱体と、を備えるヒータの製造方法である。この方法は、前記発熱体と電気的に接続される先端側中軸部と、前記先端側中軸部に対して前記軸線方向について後端側に配される後端側中軸部と、を抵抗溶接することにより前記中軸を形成する溶接工程を備える。前記溶接工程において、前記先端側中軸部を挟んで保持し、前記先端側中軸部に電圧を印加する保持部において、前記先端側中軸部と接触する部分の前記軸線方向の長さが、３．５ｍｍ以下である。
このような態様とすれば、保持部が先端側中軸部を押圧する力の大きさが同じであるという条件下で、先端側中軸部と接触する部分の軸線方向の長さが３．５ｍｍより大きい態様に比べて、保持部が先端側中軸部を押す圧力を大きくすることができる。このため、保持部と先端側中軸部との間の接触抵抗を小さくすることができ、溶接工程において、先端側中軸部の保持部との接触部分の温度上昇量を低減できる。その結果、溶接工程によって生じる先端側中軸部の熱影響部の軸線方向についての長さを、３ｍｍ以下にすることができる。

なお、同様に、前記溶接工程において、前記後端側中軸部を挟んで保持し、前記後端側中軸部に電圧を印加する保持部において、前記後端側中軸部と接触する部分の前記軸線方向の長さが、３．５ｍｍ以下である態様とすることもできる。

（７）本発明の一形態によれば、グロープラグの製造方法が提供される。このグロープラグの製造方法は、上記形態のヒータの製造方法によってヒータを製造する工程と、軸線方向の後端側から先端側に伸びる筒状の形状を有する主体金具の内部に、前記ヒータの少なくとも一部を収容する工程と、を備える。

本発明は、ヒータ、およびヒータの製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、グロープラグ、グロープラグの製造方法、その製造方法を実現する製造装置、その製造装置を制御するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。

グロープラグ１の縦断面図である。 グロープラグ１のヒータを示す平面図である。 先端側中軸部４１と後端側中軸部４２とを接合する溶接工程を示す説明図である。 抵抗溶接の際に先端側中軸部４１がチャックＣ１に保持される様子を示す側面図である。 第１の熱影響部４４と第２の熱影響部４５の表面の状態を示す説明図である。 第１の熱影響部４４と第２の熱影響部４５の内部の状態を示す断面の説明図である。 先端側中軸部４１と後端側中軸部４２の接合強度の評価方法を示す説明図である。

Ａ．実施形態：
本発明の実施形態に係るヒータの一例として、ディーゼルエンジン等の内燃機関の予熱用に使用されるグロープラグ１を例に、図面を参照して説明する。

図１は、グロープラグ１の縦断面図である。ただし、図中、中軸４については、断面ではなく平面図を示している。図１において、Ｘ軸正方向、Ｙ軸正方向、Ｚ軸正方向を表す矢印を示す。また、図１において、グロープラグ１の先端側を矢印ＡＬで示し、後端側を矢印ＡＴで示す。先端側（矢印ＡＬ）は、Ｚ軸正の方向であり、後端側（矢印ＡＴ）は、Ｚ軸負の方向である。グロープラグ１の軸線をＡｘで示す。本実施形態において、軸線Ａｘの方向は、Ｚ軸方向と一致する。

グロープラグ１は、筒状の主体金具２と、この主体金具２の先端側に装着される金属からなる耐熱性チューブ６１と、主体金具２の内部に配設される中軸４と、耐熱性チューブ６１内に収容される電気発熱体６２等から構成されている。

主体金具２は、グロープラグ１の軸方向の後端側から先端側にのびる略筒状の形状を有する。主体金具２は、グロープラグ１の軸方向に沿って伸びる軸孔３を備える。主体金具２は、機械構造用炭素鋼で形成される。主体金具２の外周面の上端部には、横断面が六角形状の工具係合部２２が形成されている。工具係合部２２は、グロープラグ１をディーゼルエンジンに取り付ける際に、レンチ等の工具を係合させるために使用される。工具係合部２２の先端側に位置する主体金具２の表面には、雄ねじ部２１が形成されている。雄ねじ部２１がディーゼルエンジンの取り付け部の雌ねじに螺合して、グロープラグ１がディーゼルエンジンに固定される。

主体金具２の軸孔３は、先端側に位置する小径部３１と、小径部３１に対して後端側に位置する大径部３２とを備える。小径部３１に耐熱性チューブ６１が圧入され、固定されている。耐熱性チューブ６１の先端は、主体金具２から突出している。軸孔３において、大径部３２の後端側には、座ぐり部３３が形成される。

耐熱性チューブ６１は、先端部が閉じ、後端部が開放された筒状に形成されている。耐熱性チューブ６１の材質としては、一例として、耐熱ステンレス鋼が用いられている。耐熱性チューブ６１は、「シーズチューブ」とも呼ばれる。耐熱性チューブ６１は、主体金具２の軸孔３（小径部３１）に圧入されている。耐熱性チューブ６１の先端部６３は、グロープラグ１がディーゼルエンジンに取り付けられた際に、ディーゼルエンジンの燃焼室（図示せず）内に位置する。耐熱性チューブ６１内には、電気発熱体６２および中軸４の先端部が収容され、さらに、絶縁材料として絶縁粉末６４が充填されている。

電気発熱体６２は、後端が中軸４の先端側中軸部４１の先端部に電気的に接続され、他端が耐熱性チューブ６１の先端部６３の内側底部に電気的に接続されている。この電気発熱体６２は、先端側に配置される発熱コイル６２ｈと、発熱コイル６２ｈの後端側に配置され発熱コイル６２ｈと直列に接続されている制御コイル６２ｃとを備える。発熱コイル６２ｈは、Ｆｅ−Ｃｒ合金あるいはＮｉ−Ｃｒ合金等により構成されている。制御コイル６２ｃは、Ｎｉ、Ｃｏ−Ｆｅ合金あるいはＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ合金等により構成されている。耐熱性チューブ６１内の絶縁粉末６４は、電気絶縁性を有するマグネシア等のセラミックス粉末である。

電気発熱体６２が通電されることによって、電気発熱体６２、絶縁粉末６４および耐熱性チューブ６１が発熱し、耐熱性チューブ６１を介して、エンジンの燃焼室内の燃料を昇温する。電気発熱体６２、絶縁粉末６４および耐熱性チューブ６１をまとめて「発熱部６」と呼ぶ。発熱部６は、図１に示すように、中軸４に電気的に接続されており、中軸４の先端側に配されている。

中軸４は、主体金具２の軸孔３内に主体金具２と中心軸が一致するように保持される。中軸４は、図１に示すように、その外周面が、軸孔３の内面に対して隙間を有するように保持されることにより、主体金具２と電気的に絶縁されている。中軸４は、炭素鋼から形成される。

図１に示すように、中軸４の先端は、耐熱性チューブ６１に挿入されている。中軸４の後端は、主体金具２の工具係合部２２よりも後端側に突出している。そして、中軸４の後端側と主体金具２の座ぐり部３３との間には、ゴム製のＯリング８と、例えばナイロン製の絶縁ブッシュ７とが嵌め込まれている。そして、そのさらに後端側において、端子９が装着されている。

図２は、グロープラグ１のヒータを示す平面図である。図２において、中軸４（グロープラグ１）の先端側を矢印ＡＬで示し、後端側を矢印ＡＴで示す。図２に示すヒータは、中軸４と、中軸４の先端側に取りつけられる発熱部６とから構成される。

中軸４は、先端側に配されている先端側中軸部４１と、先端側中軸部４１に対して後端側に配されている後端側中軸部４２と、を備える。先端側中軸部４１と後端側中軸部４２とは抵抗溶接により形成された溶融部４３により接合されている。なお、先端側中軸部４１の外径は、１．５〜４．５ｍｍであり、後端側中軸部４２の外径は、１．５〜４．５ｍｍである。後端側中軸部４２の先端部には、先端に向かって外径が小さくなるテーパ部が設けられることがある。

前述のように、先端側中軸部４１の先端部は、発熱部６の耐熱性チューブ６１内に収容されている。先端側中軸部４１の先端部は、絶縁性を有するパッキン６５を介して、耐熱性チューブ６１内に固定されている。このため、先端側中軸部４１と耐熱性チューブ６１とは、絶縁されている。

発熱部６の耐熱性チューブ６１内には、前述のように、電気発熱体６２が収容されている。電気発熱体６２の後端は、中軸４の先端側中軸部４１の先端部に接続され、電気発熱体６２の先端は、耐熱性チューブ６１の先端部６３の内側に接続されている（図１参照）。グロープラグ１の端子９に電圧が印加されると、電流は、端子９から後端側中軸部４２、先端側中軸部４１を介して電気発熱体６２に流れ、その後、耐熱性チューブ６１、主体金具２を介して、主体金具２の雄ねじ部２１からディーゼルエンジンに流れる。その結果、電気発熱体６２が発熱し、絶縁粉末６４および耐熱性チューブ６１を介して、電気発熱体６２の熱でエンジンの燃焼室内の燃料が昇温される。このようにして燃焼室内の燃料を昇温する構成のうち、中軸４と発熱部６とをまとめて「ヒータ」と呼ぶ。ヒータは、その少なくとも一部を主体金具２に収容され、主体金具２に保持されている。

なお、中軸４において、先端側中軸部４１の外径を後端側中軸部４２の外径よりも小さく設定することが好ましい。先端側中軸部４１の外径を後端側中軸部４２の外径よりも小さく設定することにより、以下のような効果が得られる。なお、先端側中軸部４１の外径が後端側中軸部４２の外径以上である態様とすることもできる。

前述のように、中軸４（先端側中軸部４１および後端側中軸部４２）は、主体金具２の軸孔３の内面に対して隙間を有するように保持される。すなわち、先端側中軸部４１および後端側中軸部４２は、主体金具２の軸孔３の内径よりも細く設けられる。

また、近年、グロープラグの細径化が求められている。図１に示すように、グロープラグ１においては、主体金具２の軸孔３内に耐熱性チューブ６１が配され、耐熱性チューブ６１内に先端側中軸部４１の先端部が収容されている。一方、主体金具２の軸孔３内に配される後端側中軸部４２と、主体金具２の軸孔３の内面との間には、他の構造物は存在しない。このため、先端側中軸部４１を、後端側中軸部４２に比べて細く設けることにより、先端部側および後端部側において主体金具２の肉厚を一定以上確保しつつ、主体金具２の外径を小さくすることができる。そして、主体金具２は、グロープラグ１において最も外側に位置することから、上記構成により、グロープラグ１の外径を小さくすることができる。

また、グロープラグ１においては、先端側中軸部４１の先端部は、耐熱性チューブ６１および主体金具２の軸孔３によって強固に保持されている。一方、後端側中軸部４２の後端部は、ゴム製のＯリング８およびナイロン製の絶縁ブッシュ７によって、先端側中軸部４１の先端部に比べて弱い保持力で保持されている。このため、他の構造から中軸４に外力や変位（振動）が加えられる場合には、先端側中軸部４１は、主体金具２および耐熱性チューブ６１からそのまま外力や変位（振動）が伝えられる。これに対して、後端側中軸部４２は、Ｏリング８や絶縁ブッシュ７を介して保持されているため、たとえば、軸方向には、先端側中軸部４１ほどには、強い外力や大きな変位が伝えられない。すなわち、先端側中軸部４１は、後端側中軸部４２に比べて，強い力や振動を受けやすい。先端側中軸部４１の外径を後端側中軸部４２の外径よりも小さく設定することにより、先端側中軸部４１について、後端側中軸部４２よりも圧縮および伸長の弾性変形をしやすく構成することができる。その結果、上記態様によれば、他の構造から中軸４に外力や変位が加えられた場合に中軸４が破損する可能性を、低減することができる。

グロープラグ１の製造方法において、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２とを接合する際の処理を説明する。まず、先端側中軸部４１に、電気発熱体６２、絶縁粉末６４、および耐熱性チューブ６１を備える発熱部６（図１参照）を取りつける。

図３は、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２とを接合する溶接工程の処理を示す説明図である。図３に示すように、発熱部６が取りつけられた先端側中軸部４１と、後端側中軸部４２とを、中心軸が一致するように、それぞれ電極を兼ねるチャックＣ１，Ｃ２により保持する。そして、チャックＣ１，Ｃ２を介して先端側中軸部４１と後端側中軸部４２に電圧を印加しつつ、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２とを突き合わせて、抵抗溶接する（図３の矢印Ａｗ１，Ａｗ２参照）。その際、後端側中軸部４２の先端のテーパ部の一部は、先端側中軸部４１の後端に埋没しつつ溶融する。溶融した金属は、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２の接合部および外周に位置する。その結果、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２との間には、溶融部４３が形成される（図２参照）。

外周から部材を溶融するアーク溶接やレーザ溶接においては、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２の中心軸近傍に、溶融せず、接合しなかった部分が残される可能性がある。そのような接合が行われた場合には、曲げ力や振動を受けた際に、非溶融部分において中軸４が折損する可能性がある。しかし、本実施形態においては、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２とを突き合わせて、抵抗溶接する。このため、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２の中心軸近傍に、溶融せず、接合しなかった部分を残す可能性が低い。よって、中軸４が、曲げ力や振動を受けた際に、接合部分において折損する可能性が低い。

その後、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２とが接合された中軸４や電気発熱体６２等が組み付いた耐熱性チューブ６１を主体金具２に圧入する。具体的には、中軸４の後端側から主体金具２の軸孔３の先端側に向かって挿入し、耐熱性チューブ６１を主体金具２の軸孔３の小径部３１に圧入する。その後、中軸４の後端側に向かってＯリング８と絶縁ブッシュ７とが挿入され、さらに、端子９を挿入して外部から加締める（図１参照）。このようにして、図１に示すグロープラグが製造される。

図４は、抵抗溶接の際に、先端側中軸部４１がチャックＣ１に保持される様子を示す側面図である。チャックＣ１は、一対の保持爪Ｃ１１，Ｃ１２を備える。保持爪Ｃ１１，Ｃ１２は、それぞれ保持部Ｈ１１，Ｈ１２に取りつけられており、向かい合うように配されている。保持爪Ｃ１１，Ｃ１２は、導電性を有する金属で構成される。保持爪Ｃ１１，Ｃ１２の向かい合う面には、それぞれ先端側中軸部４１を受け入れるための、円筒側面を備えた凹部が設けられている。保持爪Ｃ１１，Ｃ１２は、保持部Ｈ１１，Ｈ１２によって互いに接近され（図４の矢印Ａｈ１，Ａｈ２参照）、間に先端側中軸部４１を挟むことによって、先端側中軸部４１を保持する。その結果、先端側中軸部４１は、保持爪Ｃ１１，Ｃ１２の凹部に挟まれて保持される。後端側中軸部４２も、同様の構成を備えるチャックＣ２に保持される（図３参照）。

このような構成において、チャックＣ１，Ｃ２に電圧がかけられることにより、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２との間に電位差が生じ、先端側中軸部４１の端面と後端側中軸部４２の端面との間で抵抗溶接が行われる。その際、先端側中軸部４１の端面近傍には、抵抗溶接において溶融しないが、熱によって金属結晶の構造が変化した第１の熱影響部４４が形成される。同様に、後端側中軸部４２の端面近傍には、抵抗溶接において溶融しないが、熱によって金属結晶の構造が変化した第２の熱影響部４５が形成される。熱影響部は、「ＨＡＺ（Heat Affected Zone）」とも呼ばれる。

先端側中軸部４１の第１の熱影響部４４が生じる原因の一つは、抵抗溶接を行う際の、チャックＣ１と先端側中軸部４１との間の接触抵抗による発熱である。後端側中軸部４２の第２の熱影響部４５が生じる原因の一つは、抵抗溶接を行う際の、チャックＣ２と後端側中軸部４２との間の接触抵抗による発熱である。

図５は、第１の熱影響部４４と第２の熱影響部４５の表面の状態を示す説明図である。先端側中軸部４１の第１の熱影響部４４は、溶融部４３と接しており、溶融部４３および先端側中軸部４１の他の部分とは異なる色になっている。後端側中軸部４２の第２の熱影響部４５は、溶融部４３と接しており、溶融部４３および後端側中軸部４２の他の部分とは異なる色になっている。

図６は、第１の熱影響部４４と第２の熱影響部４５の内部の状態を示す断面の説明図である。先端側中軸部４１と後端側中軸部４２とが突き合わせられ抵抗溶接が行われた結果、先端側中軸部４１の後端と後端側中軸部４２の先端の素材は、溶融して溶融部４３を形成している。また、溶融部４３に対して内部（先端側中軸部４１と後端側中軸部４２の中心軸がある側）には、第１の熱影響部４４の一部と第２の熱影響部４５の一部がある。

図３および図４に示す構成において、保持爪Ｃ１１，Ｃ１２が先端側中軸部４１を保持する際には、各部が若干弾性変形する。このため、保持爪Ｃ１１，Ｃ１２の凹部の円筒面と先端側中軸部４１の外周面とが、理想的な接触の仕方とは若干異なる状態で接触することとなる。保持部Ｈ１１，Ｈ１２および保持部Ｈ１１，Ｈ１２をスライドさせる機構（図４の矢印Ａｈ１，Ａｈ２参照）を、剛性が高い金属などの素材で構成することにより、保持爪Ｃ１１，Ｃ１２が先端側中軸部４１を保持する際の接触状態の理想状態からのずれを少なくすることができる。その結果、保持爪Ｃ１１，Ｃ１２の凹部の円筒面と先端側中軸部４１の外周面との接触状態が理想的な状態に近づく（図４参照）。その結果、たとえば、保持爪Ｃ１１，Ｃ１２と先端側中軸部４１との接触面積が大きくなる。そして、保持爪Ｃ１１，Ｃ１２と先端側中軸部４１との間の接触抵抗が少なくなる。すなわち、抵抗溶接の際の先端側中軸部４１の保持爪Ｃ１１，Ｃ１２との接触部分における発熱が少なくなり、先端側中軸部４１に形成される第１の熱影響部４４の大きさが小さくなる。

同様に、チャックＣ２を保持する保持部およびその保持部をスライドさせる機構を、剛性が高い金属などの素材で構成することにより、後端側中軸部４２に形成される第２の熱影響部４５の大きさを小さくすることができる。

また、保持部Ｈ１１，Ｈ１２をスライドさせる機構が保持部Ｈ１１，Ｈ１２を押す部分（保持部Ｈ１１，Ｈ１２の下端部）と、保持爪Ｃ１１，Ｃ１２が先端側中軸部４１を保持する部分との、Ｙ軸方向の距離が小さいほど、先端側中軸部４１から保持爪Ｃ１１，Ｃ１２への反力によって保持部Ｈ１１，Ｈ１２にかかる偶力は小さくなる。このため、偶力による保持部Ｈ１１，Ｈ１２の外側への傾きも小さくなる。その結果、保持爪Ｃ１１，Ｃ１２が先端側中軸部４１を保持する際の接触状態の理想状態からのずれを少なくすることができる。そして、保持爪Ｃ１１，Ｃ１２と先端側中軸部４１との接触面積が大きくなる。その結果、抵抗溶接の際の先端側中軸部４１の保持爪Ｃ１１，Ｃ１２との接触部分における発熱が少なくなり、先端側中軸部４１に形成される第１の熱影響部４４の大きさが小さくなる。

同様に、チャックＣ２を備える保持部をスライドさせる機構が保持部を押す部分（チャックＣ２を備える保持部の下端部）と、チャックＣ２の保持爪Ｃ２１，Ｃ２２が後端側中軸部４２を保持する部分との、Ｙ軸方向の距離が小さいほど、後端側中軸部４２に形成される第２の熱影響部４５の大きさを小さくすることができる。

また、保持爪Ｃ１１，Ｃ１２が先端側中軸部４１を保持する際には、先端側中軸部４１の外周表面も、保持爪Ｃ１１，Ｃ１２の凹部の円筒面の形状に合わせるように弾性変形する。このため、保持爪Ｃ１１，Ｃ１２の軸線方向（Ｚ軸方向）の寸法Ｔ１を小さく構成することにより（図３参照）、保持爪Ｃ１１，Ｃ１２がより強い圧力で先端側中軸部４１の外周表面に押しつけられることとなる。その結果、より保持爪Ｃ１１，Ｃ１２の形状に一致するように、先端側中軸部４１の外周表面が弾性変形する。言い換えれば、保持爪Ｃ１１，Ｃ１２の凹部の円筒面と先端側中軸部４１の外周面とがより密着する。そして、保持爪Ｃ１１，Ｃ１２と先端側中軸部４１との間の接触抵抗が少なくなる。その結果、抵抗溶接の際の先端側中軸部４１の保持爪Ｃ１１，Ｃ１２との接触部分における発熱が少なくなり、先端側中軸部４１に形成される第１の熱影響部４４の大きさが小さくなる。

同様に、チャックＣ２の保持爪Ｃ２１，Ｃ２２の軸線方向（Ｚ軸方向）の寸法Ｔ２を小さく構成することにより（図３参照）、後端側中軸部４２に形成される第２の熱影響部４５の大きさを小さくすることができる。

Ｂ．実施例：
クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４３５で構成した先端側中軸部４１と、炭素鋼ＳＷＣＨ１０Ｒ−６Ｔで構成した後端側中軸部４２と、を用いて、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２の外径、ならびに第１の熱影響部４４と第２の熱影響部４５のＺ軸方向の寸法を様々に変化させて、中軸４を製造し、各サンプルについて、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２の接合強度を評価した。その結果を表１および表２に示す。

なお、先端側中軸部４１を構成するクロムモリブデン鋼ＳＣＭ４３５のビッカース硬さは、２５０〜３００であった。また、後端側中軸部４２を構成する炭素鋼ＳＷＣＨ１０Ｒ−６Ｔのビッカース硬さは、２３５〜２４０であった。すなわち、本実施例のサンプルにおいては、先端側中軸部４１の方が後端側中軸部４２よりも硬度が高い素材で構成されている。

なお、第１の熱影響部４４と第２の熱影響部４５のＺ軸方向の寸法は、以下のように測定する。すなわち、中軸４をその中心軸Ａｘの平行な面で分割し、表面を電解エッチング処理して、その中心軸Ａｘを通る断面を露出させる。エッチング溶液としては、エタノールと硝酸を１９：１の体積比で混合して得たナイタールを使用した。なお、エタノールと硝酸の体積は、ナイタールを生成するのに先立って、エタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）と硝酸（ＨＮＯ_３）についてそれぞれピペットなどの機器で測定するものとする。そのようにして得たエッチング溶液による電解エッチングのエッチング時間は、５秒前後であった。

そして、中心軸Ａｘに沿って、第１の熱影響部４４のうち、溶融部４３のＺ軸方向の分布Ｌｗの中央の地点Ｃｈから、Ｚ軸方向に沿って最も遠い部分までの寸法Ｌｈ１を、第１の熱影響部４４の寸法とする。先端側中軸部４１のうち、第１の熱影響部４４とそうではない部分との境界は、先端側中軸部４１の断面の色の違いによって特定する。なお、溶融部４３のＺ軸方向の中央の地点Ｃｈは、中軸４の表面に表れている溶融部４３のＺ軸方向の分布Ｌｗに基づいて定める。

同様に、第２の熱影響部４５のうち、溶融部４３のＺ軸方向の中央の地点Ｃｈから、中軸４の中心軸Ａｘに沿って、最も遠い部分までの寸法Ｌｈ２を、第２の熱影響部４５の寸法とする。後端側中軸部４２のうち、第２の熱影響部４５とそうではない部分との境界は、後端側中軸部４２の断面の色の違いによって特定する。

サンプルを作成するにあたり、第１の熱影響部４４と第２の熱影響部４５の寸法は、チャックＣ１，Ｃ２のＺ軸方向の寸法（厚み）を変化させることにより（図３参照）、変更した。たとえば、チャックＣ１のＺ軸方向の寸法Ｔ１を５ｍｍとすることにより、第１の熱影響部４４のＺ軸方向の寸法を５ｍｍとすることができる。また、チャックＣ１のＺ軸方向の寸法Ｔ１を３．５ｍｍ以下とすることにより、第１の熱影響部４４のＺ軸方向の寸法を３ｍｍ以下とすることができる。

同様に、チャックＣ２のＺ軸方向の寸法Ｔ２を５ｍｍとすることにより、第２の熱影響部４５のＺ軸方向の寸法を５ｍｍとすることができる。また、チャックＣ２のＺ軸方向の寸法Ｔ２を３．５ｍｍ以下とすることにより、第２の熱影響部４５のＺ軸方向の寸法を３ｍｍ以下とすることができる。

図７は、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２の接合強度の評価方法を示す説明図である。先端側中軸部４１と後端側中軸部４２の接合強度の評価は、以下のように行った。先端側中軸部４１と後端側中軸部４２について、溶融部４３のＺ軸方向の中央の地点からそれぞれＬ１、Ｌ２の距離の位置を保持し（ここでは、Ｌ１＝Ｌ２＝７ｍｍ）、所定角度（ここでは３０度および９０度）だけ折り曲げて、中軸４が折損するか否かを判定した（図５および図７参照）。

各試験例について、サンプルを３個ずつ用意した。３個のサンプルのうち一つでも、３０度折り曲げた際に破断した場合には、評価はＣとした。また、３０度折り曲げてもいずれのサンプルも破断しなかったが、９０度折り曲げた際に破断したサンプルが３個のサンプルのうち一つでもある場合には、評価はＢとした。いずれのサンプルも、９０度折り曲げても破断しなかった場合をＡとした。

なお、破断は、溶融部４３では起きず、先端側中軸部４１側または後端側中軸部４２側において生じる。より具体的には、多くの場合、破断は、溶融部４３と先端側中軸部４１の間、または溶融部４３と後端側中軸部４２の間において生じる。このため、表１，２においては、破断が、先端側中軸部４１側と後端側中軸部４２側のいずれの部位で起きたかを明示するため、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２それぞれについて分けて上記Ａ〜Ｃの評価を行った。そして、いずれか低い方の評価を「総合評価」とした。それらの結果を、表１，２の「折損評価試験結果」の欄に示す。

表１，２より、第１の熱影響部４４と第２の熱影響部４５の寸法がいずれも３ｍｍより大きい試験例１，３，５，７，９，１１，１３，１５，１７，２０，２３，２６については、いずれも折損評価試験結果の総合評価はＢまたはＣである。これに対して、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２の外径の設定値が上記各試験例のうちの対応するものと同じで、第１の熱影響部４４と第２の熱影響部４５の少なくとも一方の寸法がより小さい、試験例２，４，６，８，１０，１２，１４，１６，１８，１９，２１，２２，２４，２５，２７，２８は、折損評価試験結果の総合評価が改善されている。このことから、第１の熱影響部４４と第２の熱影響部４５の少なくとも一方は、３ｍｍ以下であることが好ましいことが分かる。

この結果は、以下のような理由によると推測される。すなわち、先端側中軸部４１のうち第１の熱影響部４４は、他の部分に比べて延性が失われており、変形しにくい。より具体的には、曲がりにくい。このため、中軸４に曲げ力が加わった際に、第１の熱影響部４４の寸法が大きいほど、第１の熱影響部４４と他の部分（たとえば、溶融部４３や、先端側中軸部４１の第１の熱影響部４４以外の部分）との接合部分に応力が集中し、その部分で破断が生じやすくなる。逆に、第１の熱影響部４４の寸法が小さいほど、変形しやすい部分が大きくなるため、第１の熱影響部４４と他の部分との接合部分にかかる応力が小さくなり、その部分で破断が生じにくくなる。

同様の理由から、第２の熱影響部４５の寸法が大きいほど、第２の熱影響部４５と他の部分との接合部分に応力が集中し、その部分で破断が生じやすくなる。逆に、第２の熱影響部４５の寸法が小さいほど、変形しやすい部分が大きくなるため、第２の熱影響部４５と他の部分との接合部分にかかる応力が小さくなり、その部分で破断が生じにくくなる。

このため、第１の熱影響部４４のＺ軸方向の寸法と、第２の熱影響部４５のＺ軸方向の寸法との両方が３ｍｍ以下であることがより好ましい。表１，２において、第１の熱影響部４４のＺ軸方向の寸法と、第２の熱影響部４５のＺ軸方向の寸法と、の両方が３ｍｍ以下である試験例２９〜４０は、試験例３５，３６を除き、折損評価試験結果の総合評価はＡである。試験例３５，３６は、試験例２９〜４０の中では、先端側中軸部４１の外径が小さく（１．８ｍｍ）、先端側中軸部４１の第１の熱影響部４４のＺ軸方向の寸法が大きい（３ｍｍ）試験例である。そして、そのような不利な条件が与えられている試験例３５，３６であっても、その折損評価試験結果の総合評価はＢである。

また、表１，２より、第１の熱影響部４４と第２の熱影響部４５の少なくとも一方の寸法が３ｍｍ以下である試験例のうち、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２の外径のいずれか一方が、２．３ｍｍ以下である、試験例１０，１２，１８，１９，２１，２２，２４，２５，２７〜４０については、いずれも折損評価試験結果の総合評価はＡまたはＢである。そして、それらのうち、細い方の外径が１．８ｍｍより大きい試験例１０，１２，１８，１９，２１，２２，２９〜３４については、いずれも折損評価試験結果の総合評価はＡである。このことから、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２の外径のいずれか一方が、２．３ｍｍ以下であることが好ましいことが分かる。そして、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２のうち外径の小さい方の外形が、２．０ｍｍ以上であることが好ましいことが分かる。

この結果は、以下のような理由によると推測される。すなわち、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２の少なくとも一方の外径が２．３ｍｍ以下であることにより、中軸４が外力を受けた際に、外径が２．３ｍｍ以下の部分において、変形が起こりやすい。このため、当該部分の変形によって先端側中軸部４１または後端側中軸部４２の破断が回避される。また、外径が１．８ｍｍ以下である場合には、当該部分自体が変形するだけでなく破断してしまうため、折損評価試験の結果が悪くなる。たとえば、試験例２４，２７，３５，３６，３８，３９においては、いずれも、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２のうち外径が細い方（外径が１．８ｍｍの方）で破断が生じた結果、評価がＢとなっている。このような理由から、細い方の外径が１．８ｍｍ以下の試験例については、折損評価試験結果の総合評価がＢとなると考えられる。

このため、先端側中軸部４１の外径と後端側中軸部４２の外径の両方が、１．８ｍｍより大きく２．３ｍｍ以下であることがより好ましい。ただし、表１，２の試験例１０，１２，１８，１９，２１，２２，２９〜３４の折損評価試験結果の総合評価がＡであることからも分かるように、先端側中軸部４１の外径と後端側中軸部４２の外径のうち小さい方の寸法が、１．８ｍｍより大きく２．３ｍｍ以下である態様としても、十分な強度が得られる。そして、先端側中軸部４１の外径と後端側中軸部４２の外径の少なくとも一方が、１．８ｍｍより大きく２．３ｍｍ以下であればよい。

Ｃ．変形例：
Ｃ１．変形例：
上記実施形態においては、エンジンに使用されるグロープラグを例として本発明の実施形態を説明している。しかし、本発明は、家電用シーズヒータや液体加熱装置など、他のヒータに適用することもできる。

Ｃ２．変形例：
上記実施例においては、第１の熱影響部４４と第２の熱影響部４５の少なくとも一方は、３ｍｍ以下であることが好ましいことを示した（表１および表２参照）。ただし、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２のうちの一方が他方よりも硬度が高い素材で構成されている場合には、硬度が高い素材で構成されている方の熱影響部が、３ｍｍ以下であることが好ましい。ここで、素材の硬度は、ビッカース硬さで評価するものとする。

上記のような態様においては、先端側中軸部と後端側中軸部のうち硬度が高い素材で構成されているものについて、熱影響部以外の部分を、軸方向について大きく設けることができる。このため、硬度が高く変形しにくい素材で構成されている部分において、大きく弾性変形および塑性変形することができる。その結果、外力を受けた場合に、
変形しやすいと予想される硬度の低い部分に加えて、当該部分が変形することによって、破壊を免れることができる可能性が高い。

なお、硬度が低い素材で構成されている方の熱影響部が、３ｍｍ以下である態様とすることもできる。このような態様においては、先端側中軸部と後端側中軸部のうち硬度が低い素材で構成されているものについて、熱影響部以外の部分を、軸方向について大きく設けることができる。このため、硬度が低い素材で構成されている部分において、大きく弾性変形および塑性変形することができる。その結果、外力を受けた場合にも、当該部分が変形することによって、破壊を免れることができる可能性が高い。

Ｃ３．変形例：
上記実施形態においては、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２とを抵抗溶接により接合している。しかし、先端側中軸部と後端側中軸部との接合は、抵抗溶接以外のガス溶接、アーク溶接、ビーム溶接などで行うこともできる。

Ｃ４．変形例：
上記実施形態においては、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２とを接合する際、先端側中軸部４１と後端側中軸部４２を、向かい合う一対の保持爪Ｃ１１，Ｃ１２、ならびに保持爪Ｃ２１，Ｃ２２で、それぞれ保持している。しかし、一つの部材を３個以上の爪で保持する態様とすることもできる。

Ｃ５．変形例：
上記実施形態では、グロープラグを例に、本願に係る発明の態様を説明した。しかし、本願に係る発明は、内燃機関の始動補助装置として使用されるグロープラグのほか、家電用シーズヒータや燃料加熱装置、液体加熱装置など、他のヒータに適用することもできる。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形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することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１…グロープラグ
２…主体金具
３…軸孔
４…中軸
６…発熱部
７…絶縁ブッシュ
８…Ｏリング
９…端子
２１…雄ねじ部
２２…工具係合部
３１…小径部
３２…大径部
３３…座ぐり部
４１…先端側中軸部
４２…後端側中軸部
４３…溶融部
４４…第１の熱影響部
４５…第２の熱影響部
６１…耐熱性チューブ
６２…電気発熱体
６２ｃ…制御コイル
６２ｈ…発熱コイル
６３…先端部
６４…絶縁粉末
６５…パッキン
ＡＬ…グロープラグ１の先端側を示す矢印
ＡＴ…グロープラグ１の後端側を矢印
Ａｈ１，Ａｈ２…保持部Ｈ１１，Ｈ１２の動きを示す矢印
Ａｗ１，Ａｗ２…先端側中軸部４１と後端側中軸部４２との突き合わせの動きを示す矢印
Ａｘ…中心軸
Ｃ１…チャック
Ｃ１１，Ｃ１２…保持爪
Ｃ２…チャック
Ｃ２１，Ｃ２２…保持爪
Ｃｈ…溶融部４３のＺ軸方向の中央の位置
Ｈ１１，Ｈ１２…保持部
Ｌ１…接合強度の評価において、溶融部４３のＺ軸方向の中央の地点から先端側中軸部４１を保持する部分までの距離
Ｌ２…接合強度の評価において、溶融部４３のＺ軸方向の中央の地点から後端側中軸部４２を保持する部分までの距離
Ｌｈ１…第１の熱影響部４４の寸法
Ｌｈ２…第２の熱影響部４５の寸法
Ｌｗ…溶融部４３のＺ軸方向の分布範囲
Ｔ１…保持爪Ｃ１１，Ｃ１２のＺ軸方向の寸法
Ｔ２…保持爪Ｃ２１，Ｃ２２の軸線方向の寸法

Claims (7)

1. 軸線方向に伸びる中軸と、前記軸線方向について前記中軸に対して先端側に配され前記中軸と電気的に接続されている発熱体と、を備え、前記中軸が、前記発熱体と電気的に接続されている先端側中軸部と、前記先端側中軸部に対して前記軸線方向について後端側に配され溶融部を介して前記先端側中軸部と接合されている後端側中軸部と、を備える、ヒータにおいて、
   前記先端側中軸部は、前記溶融部と接する第１の熱影響部を備え、
   前記後端側中軸部は、前記溶融部と接する第２の熱影響部を備え、
   前記第１の熱影響部と前記第２の熱影響部との少なくとも一方は、前記軸線方向についての長さが３ｍｍ以下である、ヒータ。
2. 請求項１記載のヒータであって、
   前記後端側中軸部と前記先端側中軸部のうち、より硬度が高い素材で構成されている方が備える熱影響部の前記軸線方向についての長さが、３ｍｍ以下である、ヒータ。
3. 請求項１または２に記載のヒータであって、
   前記先端側中軸部と前記後端側中軸部のうち、径が細い方の径は、２．３ｍｍ以下である、ヒータ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のヒータであって、
   前記後端側中軸部に比べて前記先端側中軸部が細く設けられている、ヒータ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のヒータと、
   前記軸線方向の後端側から先端側に伸びる筒状の形状を有し、前記ヒータの少なくとも一部を内部に収容する主体金具と、を備えるグロープラグ。
6. 軸線方向に伸びる中軸と、前記軸線方向について前記中軸に対して先端側に配され前記中軸と電気的に接続されている発熱体と、を備えるヒータの製造方法であって、
   前記発熱体と電気的に接続される先端側中軸部と、前記先端側中軸部に対して前記軸線方向について後端側に配される後端側中軸部と、を抵抗溶接することにより前記中軸を形成する溶接工程を備え、
   前記溶接工程において、前記先端側中軸部を挟んで保持し、前記先端側中軸部に電圧を印加する保持部において、前記先端側中軸部と接触する部分の前記軸線方向の長さが、３．５ｍｍ以下である、ヒータの製造方法。
7. グロープラグの製造方法であって、
   請求項６記載の製造方法によってヒータを製造する工程と、
   軸線方向の後端側から先端側に伸びる筒状の形状を有する主体金具の内部に、前記ヒータの少なくとも一部を収容する工程と、を備える、グロープラグの製造方法。

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