JP2005122919A - 測温素子を有するヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】 測温素子２でヒータ本体１の温度を正確に測定出来るようにすると共に、小型化を可能とする。
【解決手段】 測温素子を有するヒータは、測温素子２が測温素線１３、１３の先端の測温点１４を金属製の外被管６の内側に収納されると共に、その測温点１４を前記ヒータ本体１の外被管４の内側の無機絶縁材５の内側に配置されている。また、測温素子２の外被管６をヒータ本体１の外被管４の端部を封止した端部封止材１２を貫通する構造とし、ヒータ本体１の外被管４の内部で測温素子外被管６に発熱体３を接続することにより、この測温素子２の外被管６をヒータ本体１の電源端子として使用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発熱温度を測定する熱電対等の測温素子を備えたヒータに関し、特に発熱体を金属製の外被管の中に収納し、この外被管と発熱体とを、外被管の中に充填した無機絶縁材により互いに絶縁したヒータ本体と、このヒータ本体の温度を測定する測温素子を備えた測温素子を有するヒータに関する。

図４に外被管を有する無機絶縁構造のヒータ本体の例を示す。このようなヒータ本体１０１は、線状またはコイル状等の発熱体１０３をステンレス管等の外被管１０４の中に収納し、外被管１０４の中に充填した粉末状のマグネシアなどの無機絶縁材１０５により発熱体１０３と外被管１０４とを絶縁したものである。ヒータ本体１０１の端部は耐熱絶縁性部材からなる封止材１１２で気密封止され、発熱体１０３の端部に設けた電源端子１０７がこれを気密に貫通して取り付けられている。発熱体１０３は、この端子１０７を介して発熱体１０３が電源的に接続される。図４のヒータ本体１０１は、その両端に端子１０７を設けた構造のものである。図４では、ヒータ本体１０１の一方の端部のみを示しているが、ヒータ本体１０１の他方の端部も同様の構造となっている。

このようなヒータ本体１０１には、その温度を測定するために、熱電対等の測温素子１０２が取り付けられる。例えば、図４に示すように、ヒータ本体１０１の外被管１０４に測温素子１０２として、その測温点がある先端部を固着する。固着手段は、溶接やロウ付け等による。

しかしながら、このようにヒータ本体１０１の外被管１０４の表面に測温素子１０２を取り付けたものは、ヒータ本体１０１の外被管１０４の表面温度を測定出来るが、発熱体１０３の温度を正確に測定することは困難である。しかも、測温素子１０２は外被管１０４の外部の温度の影響、いわゆる外乱の影響を受けやすく、この点でも正確な温度測定は期待できない。

また、溶接やロウ付け等の手段で測温素子１０２をヒータ本体１０１の外被管１０４に確実に密着、固定することは難しく、測温素子１０２の外被管１０４に対する密着度合いのバラツキにより温度測定値にばらつきが生じる。
さらに、測温素子１０２がヒータ本体１０１の外被管１０４に取り付けられているため、この測温素子１０２を介してヒータ本体１０１の温度が放熱される。このため、外被管１０４の測温素子１０２を取り付けた部分は、局部的に温度が低下し、正確な外被管１０４の温度を示さない。これは、ヒータが細い程顕著な問題となる。

図５は、外被管２０４を有する無機絶縁構造のヒータ本体２０１に測温素子２０２を取り付けたものの他の例を示す。この図５に示したヒータ本体２０１は、その一端側に発熱体２０３の両端の端子を引き出した例である。すなわち、外被管２０４の中で折り返す形で線状の発熱体２０３を収納し、さらに外被管２０４の中に粉末状のマグネシア等の無機絶縁材２０５を充填し、この無機絶縁材２０５で外被管２０４とその中の発熱体２０３を絶縁している。外被管２０４の端部は、耐熱絶縁性部材からなる封止材２１２により気密に封止されると共に、発熱体２０３の両端に設けた端子２１１、２１１が前記封止材２１２を気密に貫通している。

この図５に示した無機絶縁構造を有するヒータ本体２０１の例では、前記発熱体２０３と共に外被管２０４の中に測温素子２０２としての熱電対が収納され、外被管２０４の中に充填された無機絶縁材２０５により外被管２０４、発熱体２０３及び測温素子２０２が互いに絶縁されている。測温素子２０２の両端に設けた端子２１０、２１０は、前記封止材２１２を気密に貫通して外被管２０４の端部から引き出されている。

しかしながら、このような無機絶縁構造を有するヒータ本体２０１では、発熱体２０３と測温素子２０２とを有する多芯のケーブルとなり、また外被管２０１の端部に複数の端子を配置しているため、細径のヒータ本体が製作しにくい。また、測温素子２０２が裸素線の状態で発熱体２０２と共に外被管の中に挿入されるため、ヒータ本体の製作時に、測温素子２０２の接合点等において断線しやすい。
特開平１０−２６００８３号公報 特開２００２−１６２２９６号公報

本発明では、このような従来の測温素子を有するヒータにおける課題に鑑み、測温素子でヒータ本体の温度を正確に測定出来るようにすると共に、小型化が可能で製作の容易な測温素子を有するヒータを提供することを目的とする。

本発明では、前記の目的を達成するため、測温素線１３、１３の先端の測温点１４を金属製の外被管６の中に収納した測温素子２を使用し、その測温点１４を前記ヒータ本体１の外被管４の中の無機絶縁材５の中に配置し、正確な温度の測定と、測温素子２の断線等の課題を解消した。さらに、測温素子２の金属製の外被を端子として兼用し、構成部材の簡素化を図った。

すなわち、本発明による測温素子を有するヒータは、測温素子２を測温素線１３、１３の先端の測温点１４を金属製の外被管６の中に収納すると共に、その測温点１４を前記ヒータ本体１の外被管４の中の無機絶縁材５の中に配置したものである。
このような本発明による測温素子を有するヒータでは、測温素子２の測温点１４がヒータ本体１の外被管４の中の無機絶縁材５の中に配置されているため、ヒータ本体１の温度を直接計測することが出来る。さらに、測温素子２が測温素線１３、１３の先端の測温点１４を金属製の外被管６の中に収納した状態でその測温点１４が前記ヒータ本体１の外被管４の中に収納されているため、ヒータ製作時の測温素線１３、１３の断線、特にその先端の測温点１４での断線等が起こり難く、容易に製作することが出来る。

また、測温素子２の外被管６はヒータ本体１の外被管４の端部を封止した端部封止材１２を貫通する構造とし、ヒータ本体１の外被管４の内部で測温素子外被管６に発熱体３を接続することにより、この測温素子２の外被管６をヒータ本体１の電源端子として使用する。これにより、使用部材を削減することが出来る。特に、ヒータ本体１の端部における端子類の引出が簡素化されるので、小形のヒータ本体１を製造しやすくなる。

このように、本発明による測温素子を有するヒータでは、測温素子２がヒータ本体１の発熱体２の温度を直接計測することにより、ヒータ本体１の温度を正確に測定することが出来る。さらに、製作時の測温素線１３、１３の断線、特にその先端の測温点１４での断線等が起こり難く、容易に製作することが出来る。ヒータ本体１の端部における端子類の引出が簡素化され、ヒータ本体１を簡素化することが出来るので、小形のヒータ本体１が製造しやすくなる。
また、測温素子２の測温素子外被管６をヒータ本体１の電源端子として使用することにより、ヒータ本体１の端部における端子類の簡素化、ヒータ本体１の小形化が可能となる。

本発明では、測温素線１３、１３の先端の測温点１４を金属製の外被管６の中に収納した測温素子２を使用し、その測温点１４を前記ヒータ本体１の外被管４の中の無機絶縁材５の中に配置することにより、その目的を達成したものである。
以下、このような本発明の実施例について、図面を参照しながら具体例を挙げて詳細に説明する。

図１は、本発明による測温素子を有するヒータの一実施例を示す図であり、ヒータの一方の端部において、測温素子２を除いて断面して示している。図２はその要部拡大断面図である。この測温素子を有するヒータの例は、その両端に電源端子を設ける構造のもので、その両端は基本的に同じ構造を有している。

ヒータ本体１は、ステンレス管等からなる外被管４の中に線状の発熱体３を収納し、外被管４の中に充填した粉末状のマグネシア等の無機絶縁材５により発熱体３と外被管４とを絶縁したものである。さらに、外被管４の端部は、耐熱絶縁性部材からなる封止材１２により封止されている。図１と図２に示したヒータ本体１では、ニッケル−クロム合金線やタングステン線等の高融点導体からなる直線状の発熱体３が使用されている。

図１に示すように、測温素子２の端部には、アダプタ７が設けられる。このアダプタ７を介して前記測温素子２の一対の測温素線１３、１３（図２参照）が補償導線等の接続ケーブル８と接続される。このアダプタ７は、ステンレス管等からなる外被管１６を有する。接続ケーブル８の測定機器と接続する側の端部からは、リード線９、９が導出され、これらのリード線９、９がコネクタ端子１０、１０等により測定機器に接続される。

図で例示した測温素子２は、熱電対であり、例えばアルメル−クロメル線等の一対の測温素線１３、１３の先端を測温点１４として接合したものである。これら測温素線１３、１３をステンレス管等の外被管６の中に収納している。この外被管６の先端は閉じられており、測温点１４はその先端近くに配置されている。さらに、この外被管６の中には、粉末状のマグネシア等の無機絶縁材１７が充填され、この無機絶縁材１７により、測温素線１３、１３と外被管６とが互いに絶縁されている。

この測温素子２の外被管６は、先端側の細い部分とアダプタ７側の太い部分との二段形状となっている。この測温素子２の外被管６の太い部分がヒータ本体１の外被管４の端部を封止した封止材１２を気密に貫通し、ヒータ本体１の外被管４の外に導出されている。この測温素子２のヒータ本体１から導出された端部に前述のアダプタ７が設けられる。
ヒータ本体１の外被管４の内部では、測温素子２の外被管６の太い部分に発熱体３の端部がロー付けや溶接等の手段で固着され、接続されている。これにより、ヒータ本体１の発熱体３と測温素子２の外被管６とは電気的に導通される。

この測温素子外被管６は、ヒータ本体１の端子として使用される。例えば、図１と図２に示すように、測温素子外被管６のヒータ本体１の外被管４の端部から導出された部分に電源接続用のリード線１１を接続し、このリード線１１を介して発熱体３を発熱させるための電源に接続する。
このような測温素子を有するヒータにおいては、測温素子２の測温点１４がヒータ本体１の外被管４の中で発熱体３の近傍に配置されているため、ヒータ本体１の温度をほぼ直接計測することが出来る。

なお、図１と図２では、ヒータ本体１の一方の端部のみを示しているが、ヒータ本体１の他方の端部も同様の構造となっている。すなわち、ヒータ本体１の他端側でも同様の端部構造を有し、測温素子外被管６を電源端子として加熱用電源に接続する。但し、ヒータ本体１の他端側で温度の測定が必要ない場合、測温素子２はその端部側には導入する必要がないので、不要となる。この場合は、その端部側には測温素子外被管６の代わりに、通常の電源端子を取り付ける。

図３は、本発明による測温素子を有するヒータの他の実施例を示す図であり、ヒータの一方の端部において、側面測温素子２を除いて断面して示している。
この図３に示した測温素子を有するヒータが前記図１と図２に示したものと異なる点は、発熱体３がコイル状の高融点導体からなる点である。それ以外は、前記図１と図２に示したものと同じであり、同じ部分は同じ符号で示してある。また、測温素子２とそのアダプタ７の部分の構成も図２に示したものと同じであり、図示を省略する。測温素子外被管６が、ヒータ本体１の端子として使用される点も全く同様である。

コイル状の発熱体３の端部は、測温素子２の外被管６の外周に巻き付くようにしてロー付け、溶接等の手段で固着され、接続されている。測温素子１の先端側は、コイル状の発熱体３のコイルの中心軸上に位置するよう配置されている。測温素子１の測温点がある先端がコイル状の発熱体３のコイルの中心軸上に配置されているため、発熱体３の温度をほぼ直接測定することが出来、正確な温度測定が可能となる。

なお、図３でもヒータ本体１の一方の端部のみを示しているが、ヒータ本体１の他方の端部も同様の構造となっていることは、図１と図２により前述したヒータと同様である。また、ヒータ本体１の他端側では温度の測定が必要ない場合、その端部側に測温素子外被管６の代わりに、通常の電源端子を取り付けることも同様である。

図１と図２及び図３に示した測温素子を有するヒータの例は、何れもその両端に電源端子を設ける構造のものである。他方、本発明はヒータの両端に電源端子を設けるものにも適用することが出来ることはもちろんである。すなわち、外被管の一端側に両端を有する発熱体を外被管の他端側で折り返す形で外被管の中に収納し、外被管の一端側に２つの測温素子外被管を設ける。この場合に、片方の測温素子外被管を通常の電源端子に代えることも出来る。

本発明による測温素子を有するヒータの一実施例として、その一方の端部を測温素子を除いて断面して示した側面図である。 図１に示した測温素子を有するヒータの要部拡大断面図であり、測温素子を含めて断面した図である。 本発明による測温素子を有するヒータの他の実施例として、その一方の端部を測温素子を除いて断面して示した側面図である。 測温素子を有するヒータの従来例を示す一方の端部を示す側面図であり、測温素子を除いて断面した図である。 測温素子を有するヒータの他の従来例を示す一方の端部を示す側面図である。

符号の説明

１ ヒータ本体
２ 測温素子
３ 発熱体
４ ヒータ本体の外被管
５ 無機絶縁材
６ 測温素子の外被管
１３ 測温素線
１４ 測温素子の測温点

Claims (3)

1. 発熱体（３）を金属製の外被管（４）の内側に収納し、この外被管（４）と発熱体（３）とを、外被管（４）の内側に充填した無機絶縁材（５）により互いに絶縁したヒータ本体（１）と、このヒータ本体（１）の温度を測定する測温素子（２）を備えた測温素子を有するヒータにおいて、測温素子（２）は、測温素線（１３）、（１３）の先端の測温点（１４）を金属製の外被管（６）の内側に収納すると共に、その測温点（１４）を前記ヒータ本体（１）の外被管（４）の内側の無機絶縁材（５）の内側に配置したことを特徴とする測温素子を有するヒータ。
2. 測温素子（２）の外被管（６）がヒータ本体（１）の外被管（４）の端部を封止した端部封止材（１２）を貫通していることを特徴とする請求項１に記載の測温素子を有するヒータ。
3. 発熱体（３）は、ヒータ本体（１）の外被管（４）の内側で測温素子（２）の測温素子（２）の外被管（６）に接続され、この測温素子（２）の外被管（６）がヒータ本体（１）の電源端子を兼ねていることを特徴とする請求項２に記載の測温素子を有するヒータ。

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