JP2007109448A

JP2007109448A - シーズヒータの製造方法

Info

Publication number: JP2007109448A
Application number: JP2005296798A
Authority: JP
Inventors: Koichi Hibino; 浩一日比野; Tsunemi Fujii; 恒美藤井; Munehiro Kobayashi; 宗弘小林
Original assignee: Sakae KK
Current assignee: Sakae KK
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2007-04-26

Abstract

【課題】生産性を良好に保ちながら、発熱線の座屈変形を有効に抑える。
【解決手段】ヒータ筒体１内に発熱線２を配設すると共に、この発熱線２の両端にはヒータ筒体１端部から引き出される端子体３を接続し、ヒータ筒体１内に絶縁粉末４を充填した後にヒータ筒体１を減径加工してなるシーズヒータの製造方法において、ヒータ筒体１を減径加工するに際し、ヒータ筒体１の一端寄りをプレス加工又は絞り加工した後に、ヒータ筒体１の残部をプレス加工又は絞り加工した側から順に段階的圧延加工する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気温水器等の各種加熱器に用いられるシーズヒータの製造方法に係り、特に、減径加工が施される態様のシーズヒータの製造方法に関する。

従来、電気温水器等においては、貯蔵タンク内にシーズヒータを配設し、このシーズヒータにて貯蔵タンク内に貯蔵される水を加熱するようにしたものが知られている。
この種のシーズヒータは、金属パイプ(ヒータ筒体)内にコイル状の発熱線を配設すると共に、この発熱線の両端には金属パイプ端部から引き出される端子体を接続し、金属パイプ内に絶縁粉末としての酸化マグネシウムを充填した後、前記金属パイプを減径加工すると共に、金属パイプの両端開口を封口材にて封口処理したものである(例えば特許文献１参照)。
そして、この種のシーズヒータにおいて、金属パイプの減径加工としては、圧延加工又はスェージング加工(絞り加工)が通常採用されている(例えば特許文献１，２参照)。
このような減径加工は金属パイプ内の酸化マグネシアを圧縮して発熱線からの熱伝導性を良好に保つ上で必要不可欠である。

特開平６−６０９６７号公報（実施例，図１）特開平６−１８０３２号公報（実施例，図１）

この種のシーズヒータにおいて、金属パイプを減径加工するに当たり、特許文献１に示すように、例えばローリングミルを用いて段階的に圧延加工を行うと、以下のような技術的課題が見出された。
つまり、発熱線の種類によっては、ローリングミルの挿入側に位置する発熱線の端子体との接続部近傍が座屈してジクザク変形してしまう不具合が見られた。このような座屈変形は、時には断線に至ってしまうこともあるし、断線しないまでもシーズヒータの寿命に影響する虞れがある。特に、このような不具合は発熱線の線径が細い場合に顕著である。
一方、金属パイプを減径加工するに当たり、特許文献２に示すように、ダイスを用いてスェージング加工(絞り加工)を施すと、上述した発熱線の座屈変形は軽微にはなるが、加工時間が嵩むことから、生産性の低下につながるという技術的課題がある。
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、生産性を良好に保ちながら、発熱線の座屈変形を有効に抑えることが可能なシーズヒータの製造方法を提供するものである。

すなわち、本発明は、図１に示すように、ヒータ筒体１内に発熱線２を配設すると共に、この発熱線２の両端にはヒータ筒体１端部から引き出される端子体３を接続し、ヒータ筒体１内に絶縁粉末４を充填した後にヒータ筒体１を減径加工してなるシーズヒータの製造方法において、ヒータ筒体１を減径加工するに際し、ヒータ筒体１の一端寄りをプレス加工又は絞り加工した後に、ヒータ筒体１の残部をプレス加工又は絞り加工した側から順に段階的圧延加工することを特徴とする。
尚、図１中、Ａはプレス加工又は絞り加工を施す領域を示し、Ｂは段階的圧延加工を施す領域を示す。

このような技術的手段において、本件は、ヒータ筒体１を減径加工したもの（減径加工部１ａとする）を前提とするものであり、主としては曲げ加工を施す態様を想定するが、曲げ加工部のない直線状の態様をも含む。
また、このヒータ筒体１の素材としては銅、ステンレス鋼など適宜選定して差し支えなく、その構造についても一重管構造のものは勿論であるが、二重管構造を採用しても差し支えない。
更に、発熱線２の配設形状は直線状、Ｕ字状などいずれでもよく、端子体３はヒータ筒体１の両端から引き出される態様、あるいは、一端側から引き出される態様のいずれでもよい。
更にまた、端子体３としては、通常棒状のものが使用されるが、端子電極として機能するものであればどのような形態でも差し支えない。

また、絶縁粉末４は発熱線２を絶縁被覆すると共にヒータ筒体１への熱伝導材として機能するものであり、酸化マグネシア等の熱伝導率の高い材料が好ましい。また、この絶縁粉末４は、ヒータ筒体１を減径加工することにより充填密度が高められ、発熱線２とヒータ筒体１との間の熱伝導性を向上させることができる。
更に、ヒータ筒体１の少なくとも一端には絶縁粉末４を充填するための開口が確保されるため、当該開口は絶縁粉末４を充填した後工程において封口材５を用いた封口処理を行うことが必要である。
この封口処理の封口材５としては、ガラス封口材などの気密封口材を含むものでも差し支えないが、このような気密封口材を含まない簡易封口材によるものでもよい。ここで、簡易封口材５としては、例えば絶縁ゴム（例えばシリコーンゴム）と絶縁パッキン（アルミナ磁器などの碍子）との組合せ等適宜選定して差し支えない。

また、本発明において、減径加工は、‘プレス加工又は絞り加工’と‘段階的圧延加工’とを二段階に分けて行なわれる。
この場合、ヒータ筒体１の減径加工として、プレス加工又は絞り加工による減径加工、あるいは、段階的圧延加工による減径加工は公知であるが、これらの加工法は通常独立したものであっていずれかが選択的に採用されていたものであるから、これらの加工法が公知であるとしても、直ちにこれらの加工法を組み合わせるという着想には至らないことを申し添えておく。

ここで、ヒータ筒体１の一端寄りをプレス加工又は絞り加工すると、段階的圧延加工に比べてプレス加工又は絞り加工部分の長さ方向延びは小さいため、その分、ヒータ筒体１の一端寄りの絶縁粉末４の延びに伴う移動量が少なくなる。このため、発熱線２の端子体３との接続部近傍に対して絶縁粉末４が多く移動する事態はなくなり、その分、発熱線２の端子体３との接続部近傍における座屈は有効に抑えられる。
また、ヒータ筒体１の残部については段階的圧延加工が施されるため、生産性を上げることが可能である。但し、発熱線２の端子体３との接続部近傍での座屈を有効に抑えるには、段階的圧延加工はプレス加工又は絞り加工を施した側から順に行うことが必要である。ここでいう段階的圧延加工の代表的態様としては、減径ローラを用いて段階的に圧延加工を施すものが挙げられる。

また、プレス加工又は絞り加工の好ましい範囲としては、プレス加工又は絞り加工対象がヒータ筒体１の一端寄りで且つ端子体３と発熱線２との接続部近傍位置までである態様が挙げられる。このように、発熱線２の端子体３との接続部近傍位置までプレス加工又は絞り加工を施すと、発熱線２の端子体３との接続部近傍での絶縁粉末４の移動を必要最小限に抑えることができ、その分、発熱線２接続部近傍での座屈をより確実に抑えることができる。

更に、端子体３の好ましい態様としては、プレス加工又は絞り加工が施される側のヒータ筒体１一端寄りの端子体３は、コイル状の発熱線２との接続部近傍位置にてコイル状の発熱線２内に突出する突起６を有するものが挙げられる。このような端子体３の突起６の存在により、発熱線２の端子体３との接続部近傍での座屈を有効に抑えることが可能である。
特に、突起６の好ましい態様としては、先細り形状である態様が挙げられる。先細り形状にすることで、突起６の先端側に向けて絶縁粉末４を逃がす作用が生ずるため、発熱線２の座屈がより生じ難い。
また、この種の突起６はプレス加工又は絞り加工が施される側のヒータ筒体１一端寄りの端子体３に少なくとも設けられていればよいが、ヒータ筒体１の他端寄りの端子体３に設けられてもよいことは勿論である。

本発明によれば、ヒータ筒体を減径加工するに際し、ヒータ筒体の一端寄りをプレス加工又は絞り加工した後に、ヒータ筒体の残部をプレス加工又は絞り加工した側から順に段階的圧延加工するようにしたので、生産性を良好に保ちながら、発熱線の座屈変形を有効に抑えることができる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２（ａ）は本発明が適用されたシーズヒータ２０の実施の形態１を示す。
同図において、シーズヒータ２０は、例えば金属パイプ２１内に、両端に口出端子としての端子棒２３，２４が接続されたコイル状の発熱線２２を挿入すると共に、この金属パイプ２１の両端から前記端子棒２３，２４を外部に露呈させる一方、前記金属パイプ２１内には絶縁粉末２６を充填した後、金属パイプ２１に減径加工を施して減径加工部２１ａを形成したものである。

本実施の形態において、金属パイプ２１としては、例えばステンレス鋼や銅からなる一重管構造のものが通常用いられるが、互いに密着する外筒管及び内筒管からなる二重管構造のものを用いても差し支えない。ここで、二重管構造としては、例えば銅管とオーステナイト系ステンレス鋼管（例えばＳＵＳ３０４、インコロイなど）との組合せのほか、ステンレス鋼管に代えて、耐食性超合金(ＪＩＳＧ４９０２参照：ＮＣＦ６００、ＮＣＦ８００など)、あるいは、チタンからなる管を銅管と共に用いるようにしてもよい。

また、発熱線２２としては、通常金属パイプ２１の軸心に沿って配設されているが、これに限られるものではなく、任意に配設して差し支えない。
更に、絶縁粉末２６としては、熱伝導性のよい材料が好ましく、例えば酸化マグネシア等が使用される。本例では、吸湿性を有する酸化マグネシアに吸湿防止材としてのシリコーン樹脂を混入したものが使用されている。
更にまた、本実施の形態では、金属パイプ２１の両端開口は例えば簡易封口材２８にて封口されている。ここで、簡易封口材２８とはガラス封口材のような気密封口材を含まない封口材を指し、例えば絶縁ゴムとしてのシリコーンゴム２８ａと、アルミナ磁器などの碍子からなる絶縁パッキン２８ｂとで封口するものである。

また、本実施の形態において、図２(ａ)(ｂ)に示すように、端子棒２３，２４はシーズヒータ２０の端部から所定寸法Ｌだけ内部に挿入配置されており、この端子棒２３，２４の内部側先端には先細り形状の突起２３ａ，２４ａ(突出寸法Ｌ１)が一体的に形成されている。
そして、発熱線２２はコイル状に形成されており、その両端部が端子棒２３，２４の突起２３ａ，２４ａを除く端部に夫々スポット溶接されると共に、端子棒２３，２４の突起２３ａ，２４ａがコイル状の発熱線２２内に突出配置されている。
尚、突起２３ａ，２４ａについては先細り形状のものが用いられるが、これに限られるものではなく、例えば図２(ｃ)に示すように、円柱状の突起２３ｂなどを用いるようにしても差し支えない。

次に、本実施の形態に係るシーズヒータ２０の製造工程例を図３（ａ）〜（ｄ）に基づいて説明する。
シーズヒータ２０を製造する場合には、先ず図３（ａ）に示すように、発熱線２２の両端に端子棒２３，２４が接続されてなるサブアッセンブリ２５を予め構成しておき、二重管構造からなる金属パイプ２１内に前記サブアッセンブリ２５を一体として挿入配置する。
そして、図３（ｂ）に示すように、金属パイプ２１内に絶縁粉末２６を充填すると共に、金属パイプ２１の両端には、端子棒２３，２４を外部に露呈させた状態で仮栓２７（例えば絶縁ゴム、絶縁紙）を施す。
この状態において、図３（ｃ）に示すように、金属パイプ２１に圧延（減径加工）を施すことで減径加工部２１ａを形成する。

特に、本実施の形態では、減径加工は、図４(ａ)に示すスェージング加工(絞り加工)
と、図４(ｂ)に示す圧延加工との二段階工程を経て行われる。
先ず、図４(ａ)のスェージング加工においては、二ないし四つ割されたスェージングダイス４０(内径がＤ_１の大径部４１と内径がＤ_２(Ｄ_２＜Ｄ_１)の小径部４２との間にテーパ部４３を具備した態様)を用い、金属パイプ２１の一端側を減径する。このとき、金属パイプ２１の減径加工部の距離Ｍは発熱線２２の端子棒２３との接続部近傍まで行われる。尚、この金属パイプ２１の減径部の距離Ｍは端子棒２３のシーズヒータ２０端部からの長さＬ(図２参照)に略等しい。
この後、図４(ｂ)に示す圧延加工では、一対の減径ローラ４６，４７からなるローリングミル４５を一若しくは複数段配列し、これらのローリングミル４５を用いて金属パイプ２１のうち、スェージング加工を施した側から順に段階的に内径Ｄ_２に減径していく。

このような減径加工において、最初に金属パイプ２１の一端側にスェージング加工による減径加工を施すが、このスェージング加工による減径加工では金属パイプ２１の伸び量が少ないため、その分、金属パイプ２１の伸びに伴う絶縁粉末２６の移動量が少なく抑えられる。このため、発熱線２２の端子棒２３との接続部近傍に過剰な絶縁粉末２６が移動することはなくなり、発熱線２２の端子棒２３との接続部近傍へ過度な圧縮力が作用することはない。このため、発熱線２２の端部付近にて座屈変形が起こる懸念はなく、発熱線２２の端部付近での座屈変形に起因する断線などは有効に防止される。
特に、本実施の形態では、端子棒２３の先端に先細り形状の突起２３ａが設けられているため、発熱線２２の端部付近に絶縁粉末２６が若干移動してきたとしても、前記突起２３ａの先端側へ絶縁粉末２６が逃げ易くなっているため、絶縁粉末２６の移動に伴う発熱線２２の端部付近への圧縮力は更に緩和されるようになっている。尚、図２(ｃ)の突起２３ｂの形態であっても、突起のない態様に比べて、絶縁粉末２６の移動に伴う発熱線２２の端部付近への圧縮力は抑制される。

また、スェージング加工後には、図４(ｂ)に示す段階的圧延加工による減径が行われるが、発熱線２２の端子棒２３との接続部から離れた部位では絶縁粉末２６は広く分散しながら移動するため、発熱線２２に局部的に過度の圧縮力が作用することはない。
このため、このような減径加工を行うようにすれば、減径加工時における絶縁粉末２６の移動により、発熱線２２の端部付近に対し過度な圧縮力が作用することはなく、発熱線２２の座屈変形は有効に抑えられる。
更に、スェージング加工に加えて、段階的圧延加工を施すようにしているため、全部をスェージング加工で行う態様に比べて減径加工時間を短縮することが可能になり、その分、シーズヒータの生産性も良好に保つことが可能である。
尚、本実施の形態では、スェージング加工と、段階的圧延加工とを組み合わせているが、プレス加工と段階的圧延加工とを組み合わせるようにしてもよい。

しかる後、減径加工されたシーズヒータ２０の中間成形品に対し曲げ加工を施すが、この曲げ加工を行うに際し、低温焼鈍処理を前工程として施す。この低温焼鈍処理は、焼鈍炉内の焼鈍温度を所定の低温焼鈍温度に設定し、搬送速度を適宜選定可能なコンベア上にシーズヒータ２０中間成形品を載置搬送し、シーズヒータ２０中間成形品に対して実質的に作用する実質焼鈍温度（例えば４００〜５００℃）になるようにしたものである。
この低温焼鈍処理時には、シーズヒータ２０中間成形品は実質焼鈍温度にて処理されるため、絶縁粉末２６中のシリコーン樹脂はその熱により溶融し、酸化マグネシア表面に被膜が作られ、このシリコーン樹脂による被膜が外気の湿気から酸化マグネシアが吸湿することを防止するものである。
そして、曲げ加工が行われた後、金属パイプ２１両端の仮栓２７を取り除き、図３（ｄ）に示すように、簡易封口材２８（シリコーンゴム２８ａ＋絶縁パッキン２８ｂ）による封口処理を行う。
尚、曲げ加工を施す際に、高温焼鈍処理を行うような場合にはガラス封口材を用いた封口処理を施すことが必要である。

また、比較の形態モデルとして、図５（ａ）（ｂ）に示すように、一対の減径ローラ４６，４７を有するローリングミル４５のみを用い、金属パイプ２１を減径加工する場合を想定する。
このとき、図５(ｃ)に示すように、金属パイプ２１の一端側をローリングミル４５にて減径していくと、金属パイプ２１は軸方向に伸びていくと共に内部の絶縁粉末２６も多く移動する。この絶縁粉末２６の移動が発熱線２２の端子棒２３との接続部近傍で急激に多くなることから、発熱線２２の端部付近に大きな圧縮力が作用する。この状態において、発熱線２２の線径が細い場合には、発熱線２２の端部付近が座屈変形１００してしまい、極端な場合には断線に至るという不具合が生ずる懸念があった。

◎実施の形態２
図６（ａ）は本発明が適用されたシーズヒータが組み込まれた電気温水器の実施の形態を示す。
同図において、電気温水器５０は、貯蔵タンク５１をタンク支持脚５２にて支持し、この貯蔵タンク５１上部には給湯管５１ａを接続すると共に、その下部には吸水管５１ｂを接続し、更に、貯蔵タンク５１内にはシーズヒータ２０を配設すると共に、貯蔵タンク５１の外壁にシーズヒータ２０を固定し、貯蔵タンク５１内に内蔵された水を加熱するようにしたものである。
尚、符号５５は貯蔵タンク５１を保温するために貯蔵タンク５１の周囲を覆う保温材である。

本実施の形態において、シーズヒータ２０は、図６(ｂ)に示すように、例えばステンレス鋼又は銅からなる金属パイプ２１内に、両端に端子棒２３，２４が接続されたコイル状の発熱線２２を挿入すると共に、この金属パイプ２１の両端から前記端子棒２３，２４を外部に露呈させる一方、前記金属パイプ２１内には絶縁粉末２６を充填した後、金属パイプ２１に減径加工を施して減径加工部２１ａを形成し、更に、曲げ加工を施して曲げ加工部２１ｂを形成したものである。
特に、減径加工部２１ａについては、実施の形態１と同様に、‘スェージング加工（絞り加工）’と‘段階的圧延加工’との二段階加工が施される。
尚、図６(ｂ)中、シーズヒータ２０は取付板６０の取付孔６１に挿入され、例えば溶接又はロー付け６２にて固定される。

本発明に係るシーズヒータの製造方法を示す説明図である。（ａ）は本発明に係るシーズヒータの実施の形態１を示す説明図、（ｂ）は実施の形態１で用いられるシーズヒータの端子体構造を示す説明図、(ｃ)はシーズヒータの端子体構造の変形形態を示す説明図である。（ａ）〜(ｄ)は実施の形態モデルに係るシーズヒータの製造工程を示す説明図である。（ａ）はシーズヒータにおける金属パイプの減径加工の第一工程である絞り加工を示す説明図、(ｂ)は同減径加工の第二工程である圧延加工を示す説明図である。（ａ）(ｂ)は比較の形態モデルに係るシーズヒータの製造工程例を示す説明図、(ｃ)はその不具合を示す説明図である。 (ａ)は実施の形態２に係るシーズヒータを用いた加熱器を示す説明図、(ｂ)はシーズヒータの詳細を示す説明図である。

符号の説明

１…ヒータ筒体，１ａ…減径加工部，２…発熱線，３…端子体，４…絶縁粉末，５…封口材，６…突起

Claims

ヒータ筒体内に発熱線を配設すると共に、この発熱線の両端にはヒータ筒体端部から引き出される端子体を接続し、ヒータ筒体内に絶縁粉末を充填した後にヒータ筒体を減径加工してなるシーズヒータの製造方法において、
ヒータ筒体を減径加工するに際し、
ヒータ筒体の一端寄りをプレス加工又は絞り加工した後に、ヒータ筒体の残部をプレス加工又は絞り加工した側から順に段階的圧延加工することを特徴とするシーズヒータの製造方法。
請求項１記載のシーズヒータの製造方法において、
プレス加工又は絞り加工対象はヒータ筒体の一端寄りで且つ端子体と発熱線との接続部近傍位置までであることを特徴とするシーズヒータの製造方法。
請求項１又は２記載のシーズヒータの製造方法において、
少なくともプレス加工又は絞り加工が施される側のヒータ筒体一端寄りの端子体は、コイル状の発熱線との接続部近傍位置にてコイル状の発熱線内に突出する突起を有することを特徴とするシーズヒータの製造方法。
請求項３記載のシーズヒータの製造方法において、
端子体の突起は先細り形状であることを特徴とするシーズヒータの製造方法。
請求項１記載のシーズヒータの製造方法において、
段階的圧延加工は減径ローラを用いて段階的に圧延加工を施すものであることを特徴とするシーズヒータの製造方法。