JP2768436B2 - 電気ヒータ - Google Patents

電気ヒータ

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JP2768436B2
JP2768436B2 JP5174379A JP17437993A JP2768436B2 JP 2768436 B2 JP2768436 B2 JP 2768436B2 JP 5174379 A JP5174379 A JP 5174379A JP 17437993 A JP17437993 A JP 17437993A JP 2768436 B2 JP2768436 B2 JP 2768436B2
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tubular
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ルイス ピー． シュタインハウザー
ランダル エー． シュミッツ
ヒュー ジー． ドップリック
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ワットロー エレクトリック マヌファクチャリングカンパニー
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/46—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor mounted on insulating base

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  • Resistance Heating (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には電気抵抗ヒ
ータに関し、より詳しくは電気シースヒータに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えばカートリッジヒータのよう
なシースヒータは、一般的には絶縁コア上に巻付けられ
ている抵抗素子（コイル）と、これらコアおよびコイル
に同軸状でかつそのコイルから径方向に間隔が置かれて
いる金属シースとを有している。比較的高い熱伝導性お
よび比較的低い電気伝導性の最適な組合せを有する無機
性絶縁材料が、シースおよびコイル間の空間を満たして
いる。電源は、コアにおける長孔内に収納されていると
ともに、抵抗素子と電気的接触が保持されている内部リ
ードピンを介してヒータに供給されている。絶縁スリー
ブを有する外部リードは、内部リードピンに接続されて
いるとともに、ヒータの開口端を通して延びている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】電源リードが（例えば
１０００°Ｆを超える）高い温度環境にある場合には、
絶縁スリーブはしばしば焼けこげてもろくなる。これが
生じる場合には、外部リードのかなりの屈曲性というも
のは絶縁スリーブにすり切れさせて導体に、この導体と
接地面との間における電気的短絡となりそうな結果をさ
らすことになる。
【０００４】シースヒータがしばしば直面する他の問題
点は内部構成要素についての汚すものである。この汚す
ものは外部の構成物質がヒータに入る場合に生じるとと
もに、コイルまたは取り囲む絶縁体の故障をもたらす。
この汚すものは大きな電気的短絡またはヒータの内部構
成要素の急速な劣化をもたらすことになり得る。大きな
温度揺動、またはしばしば温度揺動の反復を受けやすい
ヒータは、有害な汚すものの吸い込みにもっとも影響を
受け易い。ヒータが熱くなり冷たくなって内部空気に温
度膨張および温度収縮をもたらす場合には、周囲の気体
または液体に加えてそれら気体または液体内のどんな汚
すものをも吸い込む。
【０００５】シースヒータが直面する他の問題点は、使
われている環境についてヒータによる汚すものである。
汚すもの（、言い換えれば気体放出）は、水分および／
または気体がヒータから逃れる場合に生じる。例えばヒ
ータが真空環境において使われようとする場合のような
いくつかの適応において、気体放出は望ましくないまた
は受け容れられないものであり得る。
【０００６】本発明の目的の全体にわたって注目され得
ることは、従来装置における不利点および欠点を解消す
る改良されたシースヒータの提供、高温度に耐え得る電
源リードを有するようなシースヒータの提供、更にはシ
ースヒータから逃れる汚すものを阻止するようなシース
ヒータの提供である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】基本的に、本発明による
電気ヒータは、加熱素子と、この加熱素子を取り囲んで
その加熱素子から間隔が置かれる筒状金属シースと、こ
の筒状金属シースから前記加熱素子を電気的に絶縁する
その筒状金属シース内における絶縁体と、この筒状金属
シースの一端側を塞ぐ囲いとを具えている。電気エネル
ギー源への接続に適応される電源リード手段はその囲い
を貫通する、実質的に前記筒状金属シースの長手方向に
延びる通路を通って延びる。この電源リード手段は、電
気伝導手段と、この電気伝導手段を取り囲む金属製スリ
ーブ手段と、この金属製スリーブ手段から前記電気伝導
手段を電気的に絶縁する絶縁手段とを有している。この
電気伝導手段は前記加熱素子と電気的に接続される端子
部分を有している。前記筒状金属シースの一端側の回り
のその筒状金属シースと前記囲いとの間におけるシール
はそれら筒状金属シースおよび囲い間における汚すもの
の通過に対して封をする。前記電源リード手段と囲いと
の間におけるシールはその囲いにおける前記通路を通る
汚すものの通過に対して封をする。前記囲いおよびシー
ルが前記筒状金属シースの一端側を通ってヒータを出入
する汚すものの通過に対して封をするように構成され、
前記シールが１０００°Ｆを超える高温度での汚すもの
の通過に対して有効に封をするように構成される。他の
利点および特徴は、次にある程度において明らかに、ま
たある程度においてさし示される。
【０００８】
【実施例】対応する参照符号は、いくつかの図面を通じ
て対応する部分を示している。図１，２において、概そ
２０で図示されている本発明による電気ヒータは、回り
にらせん状の加熱素子２４に包まれているセラミックコ
ア２２を有しているように図示されている。この加熱素
子２４を取り囲んでその加熱素子２４から径方向に間隔
が置かれて円筒状の金属シース２６が設けられている。
これら加熱素子２４および金属シース２６間における空
間において絶縁材料２８がその金属シース２６から前記
加熱素子２４を電気的に絶縁している。絶縁材料２８
は、好ましくは酸化マグネシウム、または高温度におい
て十分な熱伝導性および高電気絶縁性の特性を有する他
の特別な絶縁材料である。概そ３０で図示されている囲
いは金属シース２６の一端側（図１に図示されているよ
うにその右端側）を塞いでいる。一対の孔３２ａ，３２
ｂが実質的に金属シース２６の長手方向において囲い３
０を貫通して延びている。これら孔３２ａ，３２ｂは囲
い３０を通る通路を構成している。電気エネルギー源に
接続に適合される一対の屈曲可能な電源リード３４ａ，
３４ｂは各々孔３２ａ，３２ｂを通って延びている。各
電源リード３４ａ，３４ｂは電気伝導体３６と、この電
気伝導体３６の回りにおける金属製スリーブ３８と、こ
の金属製スリーブ３８から電気伝導体３６を電気的に絶
縁する絶縁体４０とより構成されている。電気伝導体３
６は、より合わされたまたは固体（ソリッド）の線であ
り得るが、好ましくは高温度の使用に適格な（例えばニ
ッケルのような）金属の固体線である。絶縁体４０は、
例えば酸化マグネシウムのような高温度誘電体材料より
構成されている。各電気誘導体３６は、対応する内部リ
ードピン４４に接続されている端子部分４２を有してい
る。これら内部リードピン４４は、電気伝導体３６の端
子部分４２を加熱素子２４に電気的に接続している。好
ましい実施例においては、各電気伝導体３６の端子部分
４２は内部リードピン４４の１個に、ここに参考文献と
して組み込まれる米国特許第４，３４６，２８７号明細
書に開示されているような重ねかけ式接続によって接続
されている。
【０００９】囲い３０は（好ましくはほぼ１／４インチ
の厚さの）頭部４８を有するキャップ４６と、この頭部
４８から端に向かって延びる環状のスカート部５０とよ
り構成されている。このスカート部５０は、金属シース
２６の開口端と重り合う入れ子式はめ合いを有してい
る。キャップ４６は１個の構造であるように図示されて
はいるが、理解されることは、金属のスリーブまたはチ
ューブの一端側に（例えば溶接されて）密封状に固定さ
れる金属プラグによるように１個以上で構成され得るこ
とである。好ましくは、囲い３０は高温度に耐える気体
不透過性の材料から成っている。好ましい実施例におい
ては、囲い３０はインターナショナルニッケルカンパニ
ーインコーポレイテッドから登録商標”インコロイ”で
入手できる金属製ニッケル合金から成る。囲い３０およ
び金属シース２６はそれら囲い３０および金属シース２
６間における汚すものの通過に対して密封するように互
いに封がされている。スカート部５０および金属シース
２６は好ましくはそれらスカート部５０および金属シー
ス２６間においてその金属シース２６の周囲の回りでシ
ールを構成するように溶接５２によって互いに接合され
る。このシールはまたスカート部５０および金属シース
２６の端部間において密閉密封圧力はめ合いによって構
成され得る。この密閉はめ合いは、例えばスエージ加工
によって、衝合わせはめ合いを構成するようにスカート
部５０の径を縮小してそのスカート部５０が全ての金属
シース２６の回りにおいて密封されるようにそのスカー
ト部５０に側方向に加圧することによって成される。理
解されるべきことは、他の実施例として、スカート部５
０は、囲い３０および他のシールがその囲い３０および
金属シース２６間における汚すものの通過に対して密封
する場合には、溶接および／またはスエージ加工するこ
とよりもその金属シース２６をろう付け、はんだ付けま
たは接着によって結合され得る。
【００１０】電源リード３４ａ，３４ｂの金属製スリー
ブ３８もまた好ましくは例えば３０４ステンレス鋼のよ
うな耐熱性金属から作られる。この金属製スリーブ３８
はキャップ４６の頭部４８を貫通する孔３２ａ，３２ｂ
において密閉衝合わせはめ合いを有しているとともに、
この衝合わせはめ合いは好ましくはキャップ４６におけ
るスエージ加工作用によって頭部４８の断面積を縮小す
るように構成される。これは、孔３２ａ，３２ｂの断面
積における対応する縮小において頭部４８が金属製スリ
ーブ３８の回りにおいて密封されるように生じる。これ
ら衝合わせはめ合いは孔３２ａ，３２ｂを通る汚すもの
の通過に対して密封するシールを構成している。金属製
スリーブ３８もまた全ての金属製スリーブ３８の回りに
おいて頭部４８に対して更に確実に気体不透過性シール
をもたらすようにろう付け、はんだ付けまたは接着され
得る。好ましくは押しつぶし可能なセラミックから作ら
れる内部を電気的に絶縁するプラグ５４，５６は囲い３
０のキャップ４６とセラミックコア２２の端部との間の
空間を電気伝導体３６の端子部分４２を電気的に絶縁す
るように埋めている。本発明によって構成されているリ
ードは、１８００°Ｆ程度の高さの温度に耐え得る。
【００１１】図３には、電気伝導体３６の端子部分４２
がセラミックコア２２を貫通して延びて（図１に４４で
図示されている）内部リードピンに置き換わる以外にお
いて図１の実施例と同様の電気ヒータの他の好ましい実
施例が図示されている。 図４には、囲いが金属シース
の一端側（図４に示されているようにその右端側）を塞
ぐ金属製プラグ１００より構成されている以外において
図３の実施例と同様な電気ヒータの他の好ましい実施例
を図示している。金属製プラグ１００および金属シース
２６は金属製プラグ１００と金属シース２６との間にお
ける汚すものの通過に対して密封するように互いに封が
されている。好ましくは、電気シース２６の一端側は金
属製プラグ１００において衝合わせはめ合いを構成する
ようにスエージ加工されているとともに、これら金属シ
ース２６および金属製プラグ１００はその金属製プラグ
１００の周囲の回りにおいて溶接によって互いに溶接さ
れている。他に、金属製プラグ１００は金属シース２６
に対してろう付け、はんだ付けまたは接着によって密封
され得る。
【００１２】図５および図６には、概そ２２０で図示さ
れている電気ヒータの他の好ましい実施例が図示されて
いる。この電気ヒータ２２０はその電気ヒータ２２０の
電源リード手段が２個の電気伝導体２３６を取り囲む１
個の金属製スリーブ２３８を有している以外は図１およ
び図２の電気ヒータ２０と同様である。便宜上、接頭表
記”２”が参照符号に付加されている以外は対応する部
材が図１および図２に図示されている部材と同一符号が
付されている。
【００１３】電気ヒータ２２０は回りにらせん状の加熱
素子２２４に包まれているセラミックコア２２２を有し
ている。この加熱素子２２４を取り囲んでその加熱素子
２２４から径方向に間隔が置かれて円筒状の金属シース
２２６が設けられている。加熱素子２２４および金属シ
ース２２６間における空間の絶縁材料２２８はその金属
シース２２６から前記加熱素子２２４を電気的に絶縁し
ている。概そ２３０で図示されている囲いは、電気シー
ス２２６の一端側を塞いでいる。単一の孔２３２より構
成されている通路は実質的に金属シース２２６の長手方
向において囲い２３０を貫通して延びている。金属製ス
リーブ２３８および電気伝導体２３６は孔２３２を通っ
て延びている。この電気伝導体２３６は電気エネルギー
源に接続するに適合される。金属製スリーブ２３８内の
絶縁体２４０は電気伝導体２３６を互いにまた金属製ス
リーブ２３８から電気的に絶縁している。各電気伝導体
２３６は対応する内部リードピン２４４に接続される端
子部分２４２を有している。囲い２３０は、頭部２４８
を有するキャップ２４６と、全体を構成する環状のスカ
ート部２５０とより構成されている。これら囲い２３０
およびキャップ２４６は好ましくは溶接およびスエージ
加工によって密封される。また、金属製スリーブ２３８
は囲い２３０に対して好ましくは囲い２３０を孔２３２
の断面積を縮小するようにスエージ加工することによっ
て密封される。
【００１４】本発明による好ましい実施例において、囲
い、金属シースおよびシールの構造は電気ヒータに出入
りする汚すものの通過に対して密封する。しかしなが
ら、理解されるべきことは、本発明の範囲を逸脱するこ
となしに囲いが例えばマイカまたはセラミックのような
気体不透過材料から作られ得ることである。
【００１５】他の理解されるべきことは、本発明は、シ
ース内に巻付けられまたは他の形態のいずれの加熱素子
をも含むがその加熱素子を支持するコアを用いないヒー
タにおいても実施され得ることである。
【００１６】また、電気ヒータは断面において実質的に
円形であるように図示されてはいるが、考察されること
は電気ヒータは正方形または長方形を含むどんな断面形
状もあり得ることである。
【００１７】さらに、電源リード３４ａ，３４ｂは１個
だけの電気伝導体３６を有するように開示されてはいる
が、理解されるべきことは各電源リードが１個以上の電
気伝導体を有し得ることである。電気ヒータはまた各加
熱素子に対して個々の対の電気伝導体を有する１個以上
の加熱素子を有し得ることである。例えば熱電対リード
のような付加したリードもまた含まれ得る。
【００１８】前述に鑑みて、本発明の複数個の目的が達
せられ、また他の有利な結果が達せられることが理解さ
れる。
【００１９】前述の構成において種々の変更が本発明の
範囲から逸脱することなく成され得ることから、意図さ
れることは前述の説明に含まれ、または添付図面に図示
されている全てのことがらは、実施例としてまた限定の
意味ではないと理解されることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気ヒータの縦断面図である。
【図２】図１における２−２線における断面図である。
【図３】電気ヒータのコアを通って延びる電源リードの
電気伝導体を除いて図１の電気ヒータと同様の電気ヒー
タの他の実施例を示す図１と同様の縦断面図である。
【図４】シースの一端側にプラグを有する囲いを除いて
図３の電気ヒータと同様の電気ヒータの他の実施例を示
す図３と同様の縦断面図である。
【図５】単一のスリーブによって取り囲まれる２個の電
気伝導体を有する電気ヒータの他の実施例の縦断面図で
ある。
【図６】図５の６−６線に沿う断面図である。
フロントページの続き (72)発明者 ドップリック ヒュー ジー. アメリカ合衆国 ミズーリ州 63146− 4039セントルイス ラックランドロード 12001 (56)参考文献 特公 昭64−798（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許4186369（ＵＳ，Ａ) 米国特許3205296（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05B 3/04 H05B 3/02 H05B 3/06 H05B 3/08

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加熱素子と、 この加熱素子を取り囲んでその加熱素子から間隔が置か
    れる筒状金属シースと、 この筒状金属シースから前記加熱素子を電気的に絶縁す
    るその筒状金属シース内における絶縁体と、 この筒状金属シースの一端側を塞ぐとともに、金属頭部
    を有する金属製でかつ気体不透過性の囲いと、 この囲いを貫通して実質的に前記筒状金属シースの長手
    方向に延びる通路と、 前記囲いの金属頭部における通路を通って延びて前記加
    熱素子に電気エネルギーを供給するように電気エネルギ
    ー源に接続するように適合されるとともに、前記加熱素
    子と電気的に接続される端子部分を有する電気伝導手段
    と、この電気伝導手段を取り囲む金属製スリーブ手段
    と、これら電気伝導手段および金属製スリーブ手段間に
    おいてその金属製スリーブ手段から前記電気伝導手段を
    電気的に絶縁する絶縁手段とを有し、これら電気伝導手
    段、金属製スリーブ手段および絶縁手段を含む１０００
    °Ｆを超える高温度で使用可能な電源リード手段と、 前記筒状金属シースの一端側の回りのその筒状金属シー
    スと前記囲みとの間においてそれら筒状金属シースおよ
    び囲み間における汚すものの通過に対して封をするシー
    ルと、 前記囲いの金属頭部と前記電源リード手段の金属製スリ
    ーブ手段との間においてその金属頭部における前記通路
    を通る汚すものの通過に対して封をするシールと、 を具えて、前記囲いおよび各シールが前記筒状金属シー
    スの一端側を通って当該電気ヒータを出入する汚すもの
    の通過に対して封をするように構成され、 前記シールが１０００°Ｆを超える高温度での汚すもの
    の通過に対して有効に封をするように構成され る電気ヒ
    ータ。
  2. 【請求項２】 前記囲いは、更にその囲いの金属頭部か
    ら端に向かって延びるとともに、前記筒状金属シースの
    一端側と重なり合う入れ子式はめ合いを有する環状金属
    製スカート部を有する請求項１に記載の電気ヒータ。
  3. 【請求項３】 前記囲いおよび筒状金属シース間におけ
    るシールは、少なくとも部分的に前記環状金属製スカー
    ト部および筒状金属シースの一端側間における密閉密封
    はめ合いによって構成される請求項２に記載の電気ヒー
    タ。
  4. 【請求項４】 前記囲いおよび筒状金属シース間におけ
    るシールは、更に前記筒状金属シースの周囲の回りにお
    いて前記環状金属製スカート部および前記筒状金属シー
    ス間における溶接を有する請求項３に記載の電気ヒー
    タ。
  5. 【請求項５】 前記囲いおよび前記筒状金属シース間に
    おけるシールは、前記筒状金属シースの周囲の回りにお
    いて前記環状金属製スカート部および筒状金属シース間
    における溶接を有する請求項２に記載の電気ヒータ。
  6. 【請求項６】 前記電源リード手段は２個の別々の電源
    リードを有するとともに、前記電気伝導手段は各電源リ
    ードにおいて１個による一対の電気伝導体を有し、前記
    金属製スリーブ手段は各々が前記電気伝導体の各１個を
    取り囲む一対の金属製スリーブを有し、前記絶縁手段は
    各電気伝導体をその各金属製スリーブから電気的に絶縁
    する絶縁体を有する請求項１に記載の電気ヒータ。
  7. 【請求項７】 前記囲いは、更にその囲いの金属頭部か
    ら端に向かって延びるとともに、前記筒状金属シースの
    一端側と重り合う入れ子式はめ合いを有する環状金属製
    スカート部を有する請求項６に記載の電気ヒータ。
  8. 【請求項８】 さらに、前記囲いの金属頭部および筒状
    金属シースの一端側間におけるその囲いの環状金属製ス
    カート部において電気的に電源リードを互いに絶縁する
    絶縁体を有する請求項７に記載の電気ヒータ。
  9. 【請求項９】 前記囲いの金属頭部は、ほぼ１／４イン
    チの厚さである請求項８に記載の電気ヒータ。
  10. 【請求項１０】 前記囲いの金属頭部および金属製スリ
    ーブ手段間におけるシールは、各金属製スリーブとその
    囲いの金属頭部との間におけるスエージ加工衝合わせ密
    封はめ合いを有する請求項６に記載の電気ヒータ。
  11. 【請求項１１】 各電気伝導体をその各金属製スリーブ
    から電気的に絶縁する絶縁体は、高温度誘電材料より構
    成される請求項６に記載の電気ヒータ。
  12. 【請求項１２】 前記誘電材料は、酸化マグネシウムよ
    り構成される請求項１１に記載の電気ヒータ。
  13. 【請求項１３】 さらに、少なくとも２個の内部リード
    ピンを有するとともに、各内部リードピンは前記加熱素
    子に前記１個の端子部分に電気的に接続する請求項６に
    記載の電気ヒータ。
  14. 【請求項１４】 前記金属頭部は、前記筒状金属シース
    の一端側に押し込む金属製プラグを有する請求項６に記
    載の電気ヒータ。
  15. 【請求項１５】 前記電源リード手段は２個の電気伝導
    体を有するとともに、前記金属製スリーブ手段は前記２
    個の電気伝導体を取り囲む単一の金属製スリーブを有
    し、前記絶縁手段は前記電気伝導体を互いからかつ前記
    金属製スリーブから電気的に絶縁する絶縁体を有する請
    求項１に記載の電気ヒータ。
  16. 【請求項１６】 前記金属頭部および電源リード手段
    は、互いに対して回転不能である請求項１に記載の電気
    ヒータ。
  17. 【請求項１７】 前記囲いは、全体を構成する１個の部
    材である請求項１に記載の電気ヒータ。
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