JP6738375B2 - Heater unit - Google Patents

Heater unit Download PDF

Info

Publication number
JP6738375B2
JP6738375B2 JP2018131414A JP2018131414A JP6738375B2 JP 6738375 B2 JP6738375 B2 JP 6738375B2 JP 2018131414 A JP2018131414 A JP 2018131414A JP 2018131414 A JP2018131414 A JP 2018131414A JP 6738375 B2 JP6738375 B2 JP 6738375B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wedge
heater
heat generating
cylindrical
diameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018131414A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020009689A (en
Inventor
良浩 山中
良浩 山中
琢司 伊藤
琢司 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyo Nippon Sanso Corp
Original Assignee
Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyo Nippon Sanso Corp filed Critical Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority to JP2018131414A priority Critical patent/JP6738375B2/en
Publication of JP2020009689A publication Critical patent/JP2020009689A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6738375B2 publication Critical patent/JP6738375B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、カートリッジヒーターが金属製ブロックに挿入されたヒーターユニットに関する。 The present invention relates to a heater unit in which a cartridge heater is inserted in a metal block.

小型冷凍機を用いた低温機器では、内部温度の調整のために、ヒーターを金属製ブロックに挿入したヒーターユニットを使用することが多く、必要とされる出力の大きさ、変化させる温度範囲(例えば-270℃〜+200℃)、施工環境(例えば、要求される真空度)、金属製ブロックの形状などによって、ヒーターの種類や、ヒーターと金属製ブロックとの取り付け方法を工夫してヒーターユニットの施工を行っている。 In low-temperature equipment using a small refrigerator, a heater unit in which a heater is inserted in a metal block is often used to adjust the internal temperature, and the required output level and the temperature range to be changed (for example, -270°C to +200°C), construction environment (for example, required vacuum degree), shape of metal block, etc. It is under construction.

このようなヒーターユニットに用いられるヒーターの種類としては、例えば、フィルム状ヒーター、カートリッジヒーターがある。
フィルム状ヒーターは、金属製ブロックとの熱接触を向上させるため、充填材としてスタイキャスト等の樹脂を充填したり、グリース、インジウム等の柔らかい金属板を入れる等が行われている。しかしながら、高真空以上が要求される場合や昇温させる上限温度が高い場合においては、上記の樹脂や金属板の使用が制限される場合もある。また、高出力を必要とする場合にはフィルム状ヒーターのサイズを大きくすることを要し、施工上の困難さも大きくなる。さらには、極低温から高温までの温度変化を繰り返す中でフィルム状ヒーターと金属製ブロックとの接触状態が悪くなることもある。
Examples of the type of heater used in such a heater unit include a film heater and a cartridge heater.
In order to improve the thermal contact with the metal block, the film heater is filled with a resin such as stycast as a filling material, or is filled with a soft metal plate such as grease or indium. However, when a high vacuum or higher is required or when the upper limit temperature for raising the temperature is high, the use of the resin or metal plate may be restricted. Further, when high output is required, it is necessary to increase the size of the film-shaped heater, which increases the difficulty in construction. Furthermore, the contact state between the film-shaped heater and the metal block may deteriorate during repeated temperature changes from extremely low temperature to high temperature.

そこで、高出力が必要で、設置環境が許せば、比較的信頼性が高く施工も容易なカートリッジヒーターを使用することが多い。
カートリッジヒーターを使用したヒーターユニットにおいては、大気中や液体中では、仕様上推奨されるクリアランスで金属製ブロックに空けた挿入孔にカートリッジヒーターを挿入することにより問題なく使用することができる。また、カートリッジヒーターと挿入孔との隙間にグリースやスタイキャスト等の充填材を入れることで熱接触を向上させて使用することが多い。
Therefore, when the installation environment permits, a cartridge heater that is relatively reliable and easy to install is often used.
A heater unit using a cartridge heater can be used in the air or liquid without any problem by inserting the cartridge heater into the insertion hole formed in the metal block with the clearance recommended in the specifications. In addition, a filler such as grease or stycast is often used in the gap between the cartridge heater and the insertion hole to improve thermal contact.

例えば、特許文献1には、カートリッジ型ヒーターを型部材に取付けるに当たり、当該型部材にカートリッジ型ヒーターよりもわずかに大きい直径の長穴を穿け、該長穴内にカートリッジ型ヒーターを挿入するとともに、前記長穴内のヒーターのまわりに形成された空隙に導伝材料を充填する技術が開示されている。 For example, in Patent Document 1, when attaching the cartridge-type heater to the mold member, a long hole having a diameter slightly larger than that of the cartridge-type heater is bored in the mold member, and the cartridge-type heater is inserted into the long hole. A technique for filling a void formed around a heater in an elongated hole with a conductive material is disclosed.

また、カートリッジヒーターと挿入孔との隙間に充填材が使用できない場合では、空間が許せば金属製ブロックでヒーターを挟み込みネジで固定するような方法で取り付けると信頼性は高くなる。しかしならが、空間等の制約でカートリッジヒーターを挟み込む構造にできない場合や、挿し込みでの施工で隙間に入れる充填材の融点以上に温度を上げる必要がある場合、あるいは、要求される真空度により充填材が使えない場合がある。
そこで、金属製ブロックにできる限りカートリッジヒーターの直径に近い大きさの挿入孔を設け、当該挿入孔に充填材を用いずにカートリッジヒーターを挿し込むような施工がされたヒーターユニットが用いられている。
Further, in the case where the filler cannot be used in the gap between the cartridge heater and the insertion hole, if the space allows, the heater is sandwiched between metal blocks and fixed by a screw so that the reliability is increased. However, if the structure that the cartridge heater cannot be sandwiched is not possible due to space restrictions, or if it is necessary to raise the temperature above the melting point of the filler to be inserted in the gap during installation, or depending on the required vacuum degree. In some cases, the filler cannot be used.
Therefore, a heater unit is used in which an insertion hole having a size as close to the diameter of the cartridge heater as possible is provided in the metal block, and the cartridge heater is inserted into the insertion hole without using a filler. ..

特開昭58−185210号公報JP-A-58-185210

上述のとおり、小型冷凍機を用いた低温機器においては、内部温度の調整のためにヒーターユニットを使用することが多いが、温度制御範囲が-270℃から+200℃と広い場合があること、通常、ヒーターユニットは真空中に設置されるため、ヒーターユニットの施工方法が悪いと加熱対象に効率的に熱を伝えることができず、カートリッジヒーター自身の温度が過度に上昇しすぎることで、寿命の減少や焼き切れ等のトラブルが発生し、品質管理上の問題があった。 As described above, in a low-temperature device using a small refrigerator, a heater unit is often used to adjust the internal temperature, but the temperature control range may be as wide as -270°C to +200°C, Normally, the heater unit is installed in a vacuum, so if the heater unit is not installed properly, heat cannot be efficiently transferred to the heating target, and the temperature of the cartridge heater itself will rise excessively, leading to a long service life. There was a problem in quality control due to problems such as decrease in the amount of waste and burnout.

このようなトラブルは、金属製ブロックに設けた挿入孔にカートリッジヒーターを単に挿入したヒーターユニットにおいては、長期間使用すると、カートリッジヒーターに断線が発生する事象に起因するものであった。例えば、ヒーターユニットを制御する温度を最大200℃とし、カートリッジヒーターの推奨温度(表面)約800℃からは十分に低い条件で使用しても、上記事象が発生する場合があった。この発生原因は、金属製ブロックの挿入孔にカートリッジヒーターを差し込む施工では、カートリッジヒーターと金属製ブロックとの間で十分な熱接触が取れず、通電時にカートリッジヒーターの発熱体であるヒーター線(例えば、ニクロム線)の温度が過度に高くなり過ぎたためであった。 Such troubles have been caused by a phenomenon in which the cartridge heater is disconnected when the heater unit in which the cartridge heater is simply inserted into the insertion hole provided in the metal block is used for a long period of time. For example, even if the temperature for controlling the heater unit is set to 200° C. at the maximum and the cartridge heater is used at a temperature sufficiently lower than the recommended temperature (surface) of about 800° C., the above-mentioned event may occur. The cause of this is that when the cartridge heater is inserted into the insertion hole of the metal block, sufficient heat contact cannot be obtained between the cartridge heater and the metal block, and a heater wire (for example, a heating element of the cartridge heater when energized (for example, This is because the temperature of the Nichrome wire) became too high.

したがって、充填材を使用しない場合であってもカートリッジヒーターと金属製ブロックとの間に十分な熱接触を取り、真空環境下で長期間使用しても、通電時にカートリッジヒーターの発熱部の温度が適正となるヒーターユニットが望まれていた。 Therefore, even if the filling material is not used, sufficient heat contact is made between the cartridge heater and the metal block, and even if the cartridge heater is used for a long period of time in a vacuum environment, the temperature of the heating part of the cartridge heater is A proper heater unit was desired.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、充填材を用いずにカートリッジヒーターと金属製ブロックとの間に十分な熱接触が得られるヒーターユニットを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a heater unit capable of obtaining sufficient thermal contact between a cartridge heater and a metal block without using a filler. To aim.

(1)本発明に係るヒーターユニットは、発熱体が金属管で覆われた発熱部を有するカートリッジヒーターと、該カートリッジヒーターの発熱部が挿入されて加熱される金属製ブロックと、を備えるものであって、前記金属製ブロックは、前記発熱部が挿入されるヒーター挿入部と、該ヒーター挿入部に挿入された前記発熱部を内壁に押し付けるヒーター押付部材が挿入される押付部材挿入部とを有する孔部を備え、前記ヒーター押付部材は、周壁を切り欠いた切欠き部が少なくとも一つ形成されて拡径可能な筒状の筒状楔子と、該筒状楔子に挿入されて該筒状楔子を拡径する楔子拡径部材と、を有し、該楔子拡径部材が前記筒状楔子に挿入されて該筒状楔子が拡径し、該拡径した筒状楔子が前記発熱部を押圧し、該発熱部が前記孔部の内壁に押し付けられていることを特徴とするものである。 (1) A heater unit according to the present invention comprises a cartridge heater having a heating portion in which a heating element is covered with a metal tube, and a metal block into which the heating portion of the cartridge heater is inserted and heated. Then, the metal block has a heater insertion portion into which the heating portion is inserted, and a pressing member insertion portion into which a heater pressing member that presses the heating portion inserted into the heater insertion portion against an inner wall is inserted. The heater pressing member is provided with a hole portion, and the heater pressing member has at least one cutout portion formed by cutting out a peripheral wall to expand the diameter, and a cylindrical wedge member inserted into the cylindrical wedge member. A wedge diameter expanding member for expanding the diameter of the cylinder, the wedge diameter expanding member being inserted into the cylindrical wedge to expand the diameter of the cylindrical wedge, and the expanded diameter cylindrical wedge presses the heat generating portion. However, the heat generating portion is pressed against the inner wall of the hole.

(2)上記(1)に記載のものにおいて、前記発熱部と前記筒状楔子は、外周面に弧状面部を有し、前記ヒーター挿入部と前記押付部材挿入部には、前記発熱部と前記筒状楔子の弧状面部に沿う湾曲面部が形成されていることを特徴とするものである。 (2) In the structure described in (1) above, the heat generating portion and the cylindrical wedge have arcuate surface portions on their outer peripheral surfaces, and the heater inserting portion and the pressing member inserting portion include the heat generating portion and the heat generating portion. A curved surface portion is formed along the arcuate surface portion of the cylindrical wedge.

(3)上記(1)又は(2)に記載のものにおいて、前記筒状楔子は、内面に雌ねじが形成された雌ねじ部を有すると共に、前記発熱部を押圧する部位に平面部を備えてなり、前記楔子拡径部材は、前記筒状楔子の雌ねじ部に螺合して前記筒状楔子を拡径する雄ねじ部を備えてなり、前記孔部は、前記発熱部と前記筒状楔子を挿入して該筒状楔子の雌ねじ部に前記楔子拡径部材の雄ねじ部を螺合するときに、前記平面部が前記発熱部に当接して前記筒状楔子が回り止めされる孔径に設定されていることを特徴とするものである。 (3) In the structure described in (1) or (2) above, the cylindrical wedge has an internal thread portion having an internal thread formed on an inner surface thereof, and a flat portion provided at a portion for pressing the heat generating portion. The wedge diameter enlarging member includes a male screw portion that is screwed into a female screw portion of the cylindrical wedge to expand the diameter of the cylindrical wedge, and the hole portion inserts the heat generating portion and the cylindrical wedge. Then, when the male screw portion of the wedge expanding member is screwed into the female screw portion of the tubular wedge, the flat portion is brought into contact with the heat generating portion and the diameter of the hole is set to prevent the tubular wedge from rotating. It is characterized by being present.

(4)上記(3)に記載のものにおいて、前記筒状楔子は、前記平面部における前記楔子拡径部材が挿入される挿入開始端側に、表面が凹んだ段差部を有し、該段差部は、前記発熱部と前記筒状楔子を前記孔部に挿入し、かつ該筒状楔子の前記挿入開始端側のみに前記楔子拡径部材が螺合されている状態において、前記発熱部を押圧しないように形成されていることを特徴とするものである。 (4) In the structure described in (3), the cylindrical wedge has a stepped portion with a recessed surface on the insertion start end side of the flat surface portion into which the wedge expanding member is inserted, and the stepped portion The heat generating portion and the tubular wedge are inserted into the hole, and the heat generating portion is inserted in a state in which the wedge expanding member is screwed only on the insertion start end side of the tubular wedge. It is characterized in that it is formed so as not to be pressed.

(5)上記(3)又は(4)に記載のものにおいて、前記楔子拡径部材は、先端側に縮径部を有し、該縮径部のみが前記筒状楔子に螺合されている状態において、該筒状楔子は拡径しないことを特徴とするものである。 (5) In the structure described in (3) or (4) above, the wedge-diameter expanding member has a reduced-diameter portion on the tip side, and only the reduced-diameter portion is screwed into the cylindrical wedge. In this state, the cylindrical wedge is not expanded in diameter.

(6)上記(1)乃至(5)のいずれかに記載のものにおいて、真空環境下で使用されることを特徴とするものである。 (6) In any one of the above (1) to (5), it is used in a vacuum environment.

本発明においては、充填材を用いずにカートリッジヒーターと金属製ブロックとを十分に熱接触させ、カートリッジヒーターの過度の温度上昇を抑制することができる。 In the present invention, the cartridge heater and the metal block can be sufficiently brought into thermal contact without using a filling material, and an excessive temperature rise of the cartridge heater can be suppressed.

本発明の実施の形態に係るヒーターユニットの構成を説明する図である((a)上面図、(b)断面図、(c)筒状楔子)。It is a figure explaining the structure of the heater unit which concerns on embodiment of this invention ((a) top view, (b) sectional view, (c) cylindrical wedge). 本発明の実施の形態に係るヒーターユニットにおいて、カートリッジヒーターの発熱部の径と、筒状楔子の径と、金属製ブロックに設けられた孔部の孔径とが満たす望ましい関係を説明する図である((a)発熱部、(b)筒状楔子、(c)孔部)。In the heater unit according to the embodiment of the present invention, the diameter of the heating portion of the cartridge heater, the diameter of the tubular wedge, and the hole diameter of the hole provided in the metal block is a diagram illustrating a desirable relationship. ((A) Heat generating part, (b) Cylindrical wedge, (c) Hole). 本発明の実施形態に係るヒーターユニットの構成の他の態様を説明する図である((a)上面図、(b)断面図)。It is a figure explaining the other aspect of a structure of the heater unit which concerns on embodiment of this invention ((a) top view, (b) sectional view). 本発明に実施の形態に係るヒーターユニットにおけるカートリッジヒーターの配置と筒状楔子の形状を例示する図である。It is a figure which illustrates the arrangement of the cartridge heater and the shape of the cylindrical wedge in the heater unit according to the embodiment of the present invention. 本発明の比較対象とした比較例に係るヒーターユニットを説明する図である。It is a figure explaining the heater unit which concerns on the comparative example made into the comparison object of this invention. 本発明の実施例に係る実験の装置構成を示す図である。It is a figure which shows the apparatus structure of the experiment which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例で使用したカートリッジヒーターのヒーター抵抗値と温度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the heater resistance of the cartridge heater used in the Example of this invention, and the relationship of temperature. 本発明の実施例1に係るヒーターユニットに用いた銅製ブロックの形状を示す図である((a)上面図、(b)A−A断面図)。It is a figure which shows the shape of the copper block used for the heater unit which concerns on Example 1 of this invention ((a) top view, (b) AA sectional view). 本発明の実施例1に係るヒーターユニットに用いた筒状楔子の形状を示す図である((a)上面図、(b)A−A断面図、(c)斜視図)。It is a figure which shows the shape of the cylindrical wedge used for the heater unit which concerns on Example 1 of this invention ((a) top view, (b) AA sectional drawing, (c) perspective view). 本発明の実施例1と比較例に係るヒーターユニットを用いた実験で得られたヒーター抵抗値と銅製ブロックの温度変化を示すグラフである。It is a graph which shows the heater resistance value and the temperature change of the copper block obtained by the experiment using the heater unit which concerns on Example 1 of this invention, and the comparative example. 本発明の実施例1に係るヒーターユニットにおいて金属製ブロックとして用いた銅製ブロックの形状を示す図である((a)上面図、(b)A−A断面図)。It is a figure which shows the shape of the copper block used as a metal block in the heater unit which concerns on Example 1 of this invention ((a) top view, (b) AA sectional drawing). 本発明の実施例3で使用した装置を説明する図である。It is a figure explaining the apparatus used in Example 3 of this invention.

本発明の実施の形態に係るヒーターユニット1は、図1に示すように、2つのカートリッジヒーター3と、金属製ブロック5と、を備えるものであって、金属製ブロック5は、2つのカートリッジヒーター3の各発熱部7が挿入される2つのヒーター挿入部9と、ヒーター押付部材11が挿入される押付部材挿入部13を有する孔部15を備え、ヒーター押付部材11は、筒状楔子17と楔子拡径部材19を有するものである。以下、上記の各構成について説明する。 As shown in FIG. 1, the heater unit 1 according to the embodiment of the present invention includes two cartridge heaters 3 and a metal block 5, and the metal block 5 includes two cartridge heaters. The heater pressing member 11 has a cylindrical wedge 17 and a hole portion 15 having two heater inserting portions 9 into which the respective heat generating portions 7 of 3 are inserted and a pressing member inserting portion 13 into which the heater pressing member 11 is inserted. The wedge expanding member 19 is provided. Hereinafter, each of the above configurations will be described.

なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能や構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
また、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示されている場合があるが、各構成要素の寸法や比率などが実際と同じであるとは限らない。
In this specification and the drawings, elements having substantially the same functions and configurations are designated by the same reference numerals, and duplicate description is omitted.
Further, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, the features may be enlarged for convenience, but the dimensions and ratios of each component are the same as the actual ones. Not necessarily.

カートリッジヒーター3は、発熱体が金属管で覆われた発熱部7を有するものであり、発熱部7の端部にはリード線21が接続されている。カートリッジヒーター3としては、例えば、発熱部7の発熱体にニクロム線を用いたものを用いることができ、リード線21を介してニクロム線に電流を流すことで発熱部7が発熱される。 The cartridge heater 3 has a heating portion 7 whose heating element is covered with a metal tube, and a lead wire 21 is connected to an end of the heating portion 7. As the cartridge heater 3, for example, a heater using a nichrome wire as a heating element of the heating portion 7 can be used, and the heating portion 7 is heated by passing a current through the lead wire 21 to the nichrome wire.

金属製ブロック5は、カートリッジヒーター3により加熱されるものであり、カートリッジヒーター3の発熱部7が挿入されるヒーター挿入部9と、ヒーター挿入部9に挿入された発熱部7を内壁に押し付けるヒーター押付部材11が挿入される押付部材挿入部13とを有する孔部15を備えている。
なお、金属製ブロック5は、熱伝導性に優れている金属材料を加工したものが好ましく、特に、純銅を加工した銅製ブロックが好ましい。
The metal block 5 is heated by the cartridge heater 3, and a heater insertion portion 9 into which the heat generation portion 7 of the cartridge heater 3 is inserted and a heater that presses the heat generation portion 7 inserted into the heater insertion portion 9 against the inner wall. A hole portion 15 having a pressing member insertion portion 13 into which the pressing member 11 is inserted is provided.
The metal block 5 is preferably made of a metal material having excellent thermal conductivity, and is particularly preferably a copper block made of pure copper.

ヒーター押付部材11は、周壁を切り欠いた切欠き部17aが形成されて拡径可能な筒状の筒状楔子17と、筒状楔子17に挿入されて筒状楔子17を拡径する楔子拡径部材19と、を有するものであり、金属製ブロック5の押付部材挿入部13に挿入されている。 The heater pressing member 11 has a cylindrical cylindrical wedge 17 having a notch 17a formed by cutting out a peripheral wall and capable of expanding the diameter, and a wedge expanding member which is inserted into the cylindrical wedge 17 and expands the cylindrical wedge 17. The diameter member 19 is included in the pressing member insertion portion 13 of the metal block 5.

筒状楔子17は、図1(b)及び(c)に示すように、内面に雌ねじが形成された雌ねじ部17bを有すると共に、カートリッジヒーター3の発熱部7を押圧する部位に平面部17cを備えてなる。 As shown in FIGS. 1(b) and (c), the cylindrical wedge 17 has an internal thread portion 17b having an internal thread formed on the inner surface thereof, and has a flat surface portion 17c at a portion for pressing the heat generating portion 7 of the cartridge heater 3. Be prepared.

また、楔子拡径部材19は、図1(b)に示すように、筒状楔子17の雌ねじ部17bに螺合して筒状楔子17を拡径する雄ねじ部19aを備えてなる。
そして、筒状楔子17の雌ねじ部17bと楔子拡径部材19の雄ねじ部19aの径は、雄ねじ部19aが雌ねじ部17bに螺合され、かつ螺合したときに筒状楔子17が拡径するように、適宜設定されている。
Further, as shown in FIG. 1B, the wedge-diameter expanding member 19 is provided with a male screw portion 19a that is screwed into the female screw portion 17b of the cylindrical wedge 17 to enlarge the diameter of the cylindrical wedge 17.
The diameters of the female threaded portion 17b of the tubular wedge 17 and the male threaded portion 19a of the wedge diameter enlarging member 19 are such that the male threaded portion 19a is screwed into the female threaded portion 17b, and the tubular wedge 17 expands when screwed. Is set as appropriate.

なお、筒状楔子17は、図1(c)に示すように、平面部17cにおける楔子拡径部材19が挿入される挿入開始端17e側に、表面が径方向内側に凹んだ段差部17fを有し、段差部17fは、発熱部7と筒状楔子17が孔部15に挿入され、かつ筒状楔子17の挿入開始端17e側のみに楔子拡径部材19が螺合されている状態において、段差部17fが発熱部7を押圧しないように形成されている。 As shown in FIG. 1C, the cylindrical wedge 17 has a stepped portion 17f whose surface is recessed radially inward on the insertion start end 17e side of the flat surface portion 17c into which the wedge expanding member 19 is inserted. The step portion 17f has the heat generating portion 7 and the tubular wedge 17 inserted into the hole 15, and the wedge expanding member 19 is screwed only on the insertion start end 17e side of the tubular wedge 17. The step portion 17f is formed so as not to press the heat generating portion 7.

また、本実施の形態に係るヒーターユニット1において、発熱部7と筒状楔子17は、図2に示すように、外周面に弧状面部7aと弧状面部17dをそれぞれ有する。そして、ヒーター挿入部9には、発熱部7の弧状面部7aに沿うように湾曲面部9aが形成され、押付部材挿入部13には筒状楔子17の弧状面部17dが沿うように湾曲面部13aが形成されている。 Further, in the heater unit 1 according to the present embodiment, the heat generating portion 7 and the cylindrical wedge 17 respectively have the arcuate surface portion 7a and the arcuate surface portion 17d on the outer peripheral surface, as shown in FIG. The heater insertion portion 9 is formed with a curved surface portion 9a along the arcuate surface portion 7a of the heat generating portion 7, and the pressing member insertion portion 13 is formed with a curved surface portion 13a along the arcuate surface portion 17d of the cylindrical wedge 17. Has been formed.

そして、湾曲面部9aと湾曲面部13aとが形成された孔部15は、図1及び図2に示すように、ヒーター挿入部9と押付部材挿入部13をともに丸穴とし、ヒーター挿入部9の丸穴の一部に押付部材挿入部13の丸穴が重なり、かつヒーター挿入部9の中心と押付部材挿入部13の中心が一列に配置されるように形成されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the hole portion 15 in which the curved surface portion 9a and the curved surface portion 13a are formed has both the heater insertion portion 9 and the pressing member insertion portion 13 as round holes, and the heater insertion portion 9 The circular hole of the pressing member insertion portion 13 overlaps with a part of the circular hole, and the center of the heater insertion portion 9 and the center of the pressing member insertion portion 13 are arranged in a line.

このように、ヒーター挿入部9と押付部材挿入部13を丸穴としたとき、それぞれの穴径は、発熱部7と筒状楔子17の径に合わせて設定すればよく、例えば、発熱部7とヒーター挿入部9との隙間は、カートリッジヒーター3について推奨されているクリアランスにすればよい。 As described above, when the heater insertion portion 9 and the pressing member insertion portion 13 are round holes, the diameters of the holes may be set according to the diameters of the heat generating portion 7 and the cylindrical wedge 17, for example, the heat generating portion 7 The clearance between the heater insertion portion 9 and the heater insertion portion 9 may be the clearance recommended for the cartridge heater 3.

さらに、本実施の形態に係るヒーターユニット1において、ヒーター挿入部9に挿入される発熱部7の直径D1、押付部材挿入部13に挿入される筒状楔子17の長径d1(弧状面部17dにおける直径)及び短径d2(平面部17cにおける直径)、及び孔部15の孔径Aは、以下の関係を満たすように設定されている(図2参照)。
2D1+d2<A
A<2D1+d1
Further, in the heater unit 1 according to the present embodiment, the diameter D1 of the heat generating portion 7 inserted into the heater insertion portion 9 and the long diameter d1 of the cylindrical wedge 17 inserted into the pressing member insertion portion 13 (diameter at the arc surface portion 17d) ), the minor diameter d2 (diameter in the flat surface portion 17c), and the hole diameter A of the hole portion 15 are set so as to satisfy the following relationship (see FIG. 2).
2D1+d2<A
A<2D1+d1

次に、本実施の形態に係るヒーターユニット1による作用効果について説明する。
ヒーターユニット1においては、金属製ブロック5の孔部15におけるヒーター挿入部9と押付部材挿入部13のそれぞれに、カートリッジヒーター3の発熱部7とヒーター押付部材11の筒状楔子17とが挿入されている。
Next, the function and effect of the heater unit 1 according to this embodiment will be described.
In the heater unit 1, the heating portion 7 of the cartridge heater 3 and the cylindrical wedge 17 of the heater pressing member 11 are inserted into the heater insertion portion 9 and the pressing member insertion portion 13 of the hole 15 of the metal block 5, respectively. ing.

そして、筒状楔子17の雌ねじ部17bに楔子拡径部材19の雄ねじ部19aを螺合するときに、平面部17cが発熱部7に当接することで筒状楔子17が回り止めされながら筒状楔子17が拡径する。これにより、平面部17cが発熱部7を押圧し、発熱部7を孔部15の内壁に強く押し付けることができるので、発熱部7と内壁との熱接触を向上させることができ、カートリッジヒーター3の発熱部7の温度が過度に上昇することを抑制できる。 Then, when the male screw portion 19a of the wedge expanding member 19 is screwed into the female screw portion 17b of the tubular wedge 17, the flat portion 17c abuts the heat generating portion 7 so that the tubular wedge 17 is prevented from rotating and is tubular. The wedge 17 expands in diameter. As a result, since the flat surface portion 17c presses the heat generating portion 7 and the heat generating portion 7 can be strongly pressed against the inner wall of the hole portion 15, the thermal contact between the heat generating portion 7 and the inner wall can be improved, and the cartridge heater 3 It is possible to prevent the temperature of the heat generating portion 7 from excessively rising.

このように、ヒーターユニット1は、熱接触を向上させるためにグリース等の充填材を用いなくても、発熱部7と金属製ブロックとの熱接触を向上させることができるので、真空環境下(本発明において、「真空環境」とは、大気圧以下から10-5Pa程度までの高真空のことをいう。)であっても使用することができる。 As described above, the heater unit 1 can improve the thermal contact between the heat generating portion 7 and the metal block without using a filler such as grease in order to improve the thermal contact. In the present invention, the “vacuum environment” means a high vacuum from atmospheric pressure to about 10 −5 Pa).

また、ヒーターユニット1においては、発熱部7、筒状楔子17及び孔部15それぞれの寸法が上記のとおり適宜設定されているため(図2参照)、筒状楔子17の平面部17cにより筒状楔子17を回り止めしながら、楔子拡径部材19を筒状楔子17に螺合させて拡径させることができる。 Further, in the heater unit 1, since the dimensions of the heat generating portion 7, the tubular wedge 17 and the hole 15 are appropriately set as described above (see FIG. 2), the flat portion 17c of the tubular wedge 17 causes the tubular shape. While preventing the wedge 17 from rotating, the wedge expanding member 19 can be screwed into the cylindrical wedge 17 to expand the diameter.

さらに、ヒーター挿入部9と押付部材挿入部13のそれぞれに形成した湾曲面部9aと湾曲面部13aは、発熱部7と筒状楔子17を孔部15に挿入する際のガイドとなり、所定の位置であるヒーター挿入部9と押付部材挿入部13に容易に挿入することができる。 Further, the curved surface portion 9a and the curved surface portion 13a formed on the heater insertion portion 9 and the pressing member insertion portion 13, respectively, serve as a guide when the heat generating portion 7 and the cylindrical wedge 17 are inserted into the hole portion 15, and at predetermined positions. It can be easily inserted into the heater insertion portion 9 and the pressing member insertion portion 13.

また、筒状楔子17の平面部17cには段差部17fが形成されており、筒状楔子17と楔子拡径部材19とが螺合している状態であっても該螺合している部位にて筒状楔子17を拡径しないようにすることができるため、楔子拡径部材19を筒状楔子17に螺合させたまま、筒状楔子17を孔部15から取り出すことができる。 Further, a step portion 17f is formed on the flat surface portion 17c of the cylindrical wedge member 17, and even in a state where the cylindrical wedge member 17 and the wedge expanding member 19 are screwed together, the screwed portion is engaged. Since the cylindrical wedge 17 can be prevented from expanding in diameter, the cylindrical wedge 17 can be taken out from the hole 15 while the wedge expanding member 19 is screwed into the cylindrical wedge 17.

これにより、ヒーターユニット1が狭い空間に設置されている場合であっても、筒状楔子17を引き抜くことができ、カートリッジヒーター3を取り外して交換することができる。なお、この点に関しては、後述する実施例3において実証されている。 Thereby, even when the heater unit 1 is installed in a narrow space, the cylindrical wedge 17 can be pulled out, and the cartridge heater 3 can be removed and replaced. Note that this point has been verified in Example 3 described later.

なお、上記の説明において、孔部15は、ヒーター挿入部9の丸穴の一部に押付部材挿入部13の丸穴が重なる形状のものであったが、本発明は、孔部の形状がこれに限定されるものではなく、発熱部と筒状楔子が挿入され、かつ、筒状楔子の拡径により発熱部が孔部の内壁に押し付けられる形状であればよく、例えば、長穴形状や楕円形状であってもよい。 In the above description, the hole portion 15 has a shape in which the round hole of the pressing member insertion portion 13 overlaps a part of the round hole of the heater insertion portion 9. However, in the present invention, the shape of the hole portion is The shape is not limited to this, and the heat generating portion and the tubular wedge may be inserted, and the heat generating portion may be pressed against the inner wall of the hole due to the expansion of the diameter of the cylindrical wedge. It may have an elliptical shape.

また、筒状楔子17は、楔子拡径部材19が螺合している状態であっても段差部17fにおいては拡径させないようにするものであったが、本発明は、楔子拡径部材19の先端側に縮径部(図示なし)を有するものとしてもよい。この場合、該縮径部のみが筒状楔子17の挿入開始端17e側に螺合している状態において、筒状楔子17が拡径しないよう当該縮径部の径に形成すればよい。これにより、筒状楔子17の平面部17cに段差部17fを設けた場合と同様、楔子拡径部材19を筒状楔子17に螺合させたまま、筒状楔子17を孔部15から取り出すことができる。 Further, although the tubular wedge 17 does not expand the diameter at the step portion 17f even when the wedge expanding member 19 is screwed, the present invention is not limited to this. May have a reduced diameter portion (not shown) on the tip side thereof. In this case, in the state where only the reduced diameter portion is screwed to the insertion start end 17e side of the tubular wedge 17, the diameter of the reduced diameter portion may be formed so that the tubular wedge 17 does not expand. As a result, similarly to the case where the step portion 17f is provided on the flat surface portion 17c of the tubular wedge 17, the tubular wedge 17 is taken out from the hole portion 15 while the wedge expanding member 19 is screwed into the tubular wedge 17. You can

さらに、上記の説明は、2本のカートリッジヒーター3により金属製ブロック5を加熱するヒーターユニット1についてのものであったが、本発明は、金属製ブロックを加熱するためのカートリッジヒーターの個数を限定するものではない。例えば、後述する実施例1で示すように、1つのカートリッジヒーターを使用するもの(図3参照)や、図4に示すように、3つ以上のカートリッジヒーターを使用するものであってもよい。複数のカートリッジヒーターを使用する場合においては、金属製ブロックを加熱する際のカートリッジヒーター1個あたりの負荷が小さくなるため、カートリッジヒーターの過熱を防ぎつつ高出力が必要な場合には有効である。 Further, although the above description is for the heater unit 1 that heats the metal block 5 by the two cartridge heaters 3, the present invention limits the number of cartridge heaters for heating the metal block. Not something to do. For example, one cartridge heater may be used (see FIG. 3) as shown in Example 1 described later, or three or more cartridge heaters may be used as shown in FIG. When a plurality of cartridge heaters are used, the load per cartridge heater when heating the metal block is small, so it is effective when high output is required while preventing overheating of the cartridge heater.

そして、複数のカートリッジヒーターの発熱部7を金属製ブロック5に挿入する場合にあっては、図4に例示するように、筒状楔子17に設ける切欠き部17aの個数と位置を適宜設定してもよい。 When the heat generating portions 7 of a plurality of cartridge heaters are inserted into the metal block 5, as shown in FIG. 4, the number and position of the notches 17a provided in the cylindrical wedge 17 are set appropriately. May be.

図4(a)は、4つの発熱部7が正方形の四隅に相当する位置に配置され、その中央に筒状楔子27が挿入されている場合であり、筒状楔子27の周壁には周方向に2つの切欠き部27aが形成されている。そして、筒状楔子27が拡径すると、切欠き部27aにより2つに分割された周壁の各部位は2つの発熱部7を押圧する。 FIG. 4A shows a case where four heat generating portions 7 are arranged at positions corresponding to the four corners of a square, and a cylindrical wedge 27 is inserted in the center thereof. Two notches 27a are formed in the. Then, when the diameter of the cylindrical wedge 27 is expanded, each portion of the peripheral wall divided into two by the notch portion 27a presses the two heat generating portions 7.

また、図4(b)は、4つの発熱部7が正方形の四隅に相当する位置に配置され、その中央に筒状楔子29が挿入されている場合であり、筒状楔子29の周壁には周方向に4つの切欠き部29aが形成されている。そして、筒状楔子29が拡径すると、切欠き部29aにより4つに分割された周壁の各部位は1つの発熱部7を押圧する。 Further, FIG. 4B shows a case where four heat generating portions 7 are arranged at positions corresponding to the four corners of a square, and the cylindrical wedge 29 is inserted in the center thereof, and the cylindrical wedge 29 has a peripheral wall. Four notches 29a are formed in the circumferential direction. Then, when the diameter of the cylindrical wedge 29 is expanded, each portion of the peripheral wall divided into four by the notch portion 29a presses one heat generating portion 7.

さらに、図4(c)は、3つの発熱部7が正三角形の頂点に相当する位置に配置され、その中央に筒状楔子31が挿入されている場合であり、筒状楔子31の周壁には周方向に3つの切欠き部31aが形成されている。そして、筒状楔子31が拡径すると、切欠き部31aにより3つに分割された周壁の各部位は、1つの発熱部7を押圧する。 Further, FIG. 4C shows a case where the three heat generating portions 7 are arranged at positions corresponding to the vertices of an equilateral triangle, and the cylindrical wedge 31 is inserted in the center thereof, and the cylindrical wedge 31 has a peripheral wall. Has three notches 31a formed in the circumferential direction. Then, when the diameter of the tubular wedge 31 is expanded, each portion of the peripheral wall divided into three by the notch portion 31a presses one heat generating portion 7.

このように、筒状楔子により押圧する発熱部の個数と配置に応じて、筒状楔子の周壁に設ける切欠き部の個数と位置を設定することで、1つの筒状楔子であってもこれを拡径したときに複数の発熱部を均等に押圧することができる。 In this way, by setting the number and position of the notches provided on the peripheral wall of the tubular wedge according to the number and arrangement of the heat generating portions pressed by the tubular wedge, even with one tubular wedge It is possible to uniformly press the plurality of heat generating portions when the diameter of the heat generating element is increased.

もっとも、本発明は、複数のカートリッジヒーターの発熱部を1つの筒状楔子で押圧するものに限定されるわけではない。例えば、複数のカートリッジヒーター毎に筒状楔子が設置されているものとしてもよい。 However, the present invention is not limited to the one in which the heating portions of the plurality of cartridge heaters are pressed by one cylindrical wedge. For example, a cylindrical wedge may be installed for each of a plurality of cartridge heaters.

また、筒状楔子17の周壁に1つの切欠き部を形成する場合にあっては、図1(c)に示すように、楔子拡径部材19の挿入開始端17eの反対側の端部では周壁がつながったままとなるように切欠き部17aが形成されているものに限らず、筒状楔子の軸方向の全長にわたって切り欠いた切欠き部(図示なし)を形成してもよい。 Further, in the case of forming one notch in the peripheral wall of the cylindrical wedge 17, as shown in FIG. 1C, at the end of the wedge expanding member 19 on the opposite side of the insertion start end 17e. The cutout portion 17a is not limited to the one in which the peripheral wall remains connected, and a cutout portion (not shown) cut out over the entire axial length of the tubular wedge may be formed.

さらには、図4に示すように、周壁の周方向に2つ以上の切欠き部を設けた筒状楔子は、挿入開始端と反対側の端部がつながった切欠き部が形成されたものや、挿入開始端側とその反対側の端部とで互い違いに切欠き部が形成されたものとしてもよい。 Further, as shown in FIG. 4, a cylindrical wedge provided with two or more notches in the circumferential direction of the peripheral wall has a notch in which the end opposite to the insertion start end is connected. Alternatively, the notch portions may be formed alternately on the insertion start end side and the opposite end portion.

なお、筒状楔子の材質としては、真鍮、若しくは銅合金、アルミ合金など、純銅よりも硬く、比較的熱伝導が良いものを選定することが好ましい。これにより、発熱部の伝熱性能を向上させることができる。また、筒状楔子の径は、カートリッジヒーターの発熱部の径と同程度にすることが望ましい。 The material of the cylindrical wedge is preferably brass, copper alloy, aluminum alloy, or the like, which is harder than pure copper and relatively good in heat conduction. As a result, the heat transfer performance of the heat generating portion can be improved. Further, it is desirable that the diameter of the cylindrical wedge is approximately the same as the diameter of the heat generating portion of the cartridge heater.

また、楔子拡径部材の材質としては、SUS304若しくはSUS316などオースティナイト系のものを用いることが好ましい。そして、楔子拡径部材に雄ねじ部を設けた場合、雄ねじ部は筒状楔子の径よりも数mm程度小さい径とする。 Further, as the material of the wedge diameter expanding member, it is preferable to use an austenite type material such as SUS304 or SUS316. When the wedge diameter enlarging member is provided with the male screw portion, the male screw portion has a diameter smaller than the diameter of the cylindrical wedge by about several mm.

さらに、上記の説明は、楔子拡径部材に設けた雄ねじ部を筒状楔子の雌ねじ部に螺合させて筒状楔子を拡径するものであった。もっとも、先端から手元側に向かって徐々に拡径する棒状の楔子拡径部材を筒状楔子に挿入して該筒状楔子を拡径するものであっても、拡径した筒状楔子により発熱部が押圧されて孔部の内壁に押し付けることができる。この場合、筒状楔子は雌ねじ部を有するものでなくてもよく、楔子拡径部材が雄ねじ部を有する場合において、筒状楔子は雌ねじ部を有するものとすればよい。 Furthermore, in the above description, the diameter of the cylindrical wedge is expanded by screwing the male screw portion provided on the wedge diameter expanding member into the female screw portion of the cylindrical wedge. However, even if a rod-shaped wedge expanding member that gradually expands from the tip end toward the proximal side is inserted into the cylindrical wedge to expand the cylindrical wedge, heat is generated by the expanded cylindrical wedge. The part can be pressed and pressed against the inner wall of the hole. In this case, the tubular wedge does not have to have a female screw portion, and when the wedge expanding member has a male screw portion, the tubular wedge may have a female screw portion.

また、上記の説明において、筒状楔子17は発熱部7に当接する部位に平面部17cが設けられたものであったが、本発明は、金属製ブロックの押付部材挿入部に挿入された状態で楔子拡径部材を挿入して筒状楔子を拡径できるものであれば、筒状楔子の外周面に平面部を設けずに発熱部を押圧するものとしてもよい。 Further, in the above description, the cylindrical wedge 17 is provided with the flat surface portion 17c at the portion contacting the heat generating portion 7, but the present invention is in a state of being inserted into the pressing member insertion portion of the metal block. As long as the diameter of the cylindrical wedge can be expanded by inserting the wedge diameter expanding member, the heat generating portion may be pressed without providing the flat portion on the outer peripheral surface of the cylindrical wedge.

本発明に係るヒーターユニットの作用効果を確認するための実験を行ったので、その結果について以下に説明する。 An experiment was conducted to confirm the action and effect of the heater unit according to the present invention. The result will be described below.

(比較例)
本発明に係るヒーターユニットの比較対象として、図5に示すヒーターユニット33を用いて実験を行った。
ヒーターユニット33は、金属製ブロックとして直径φ45mm、全長65mmの銅製ブロック35に、ヒーター挿入部37として直径φ9.38mmの穴を開け、ヒーター挿入部37にカートリッジヒーター3(発熱体:ニクロム線、WATLOW社製ファイヤーロッドカートリッジヒーター、直径φ9.35mm)の発熱部7を挿入して作製したものである。
(Comparative example)
As a comparison target of the heater unit according to the present invention, an experiment was conducted using the heater unit 33 shown in FIG.
The heater unit 33 is a metal block having a diameter of 45 mm and a total length of 65 mm, and a copper block 35 having a diameter of 9.38 mm is formed as a heater insertion portion 37, and a cartridge heater 3 (heating element: nichrome wire, WATLOW) It was manufactured by inserting a fire rod cartridge heater (manufactured by the same company) and a heating portion 7 having a diameter of 9.35 mm.

実験は、図6に示す装置構成で行った。まず、定電流電源装置41によりカートリッジヒーター3に定電流(=2A)を連続して印加し、発熱体であるニクロム線の抵抗値(以下、「ヒーター抵抗値」という。)の変化と、銅製ブロック35の温度を求めた。ヒーター抵抗値は、電圧計43により測定した電圧と、発熱体に印加した電流から算出し、銅製ブロック35の温度は、銅製ブロック35に設置した温度センサー45の出力を温度表示計47により測定した。 The experiment was performed with the device configuration shown in FIG. First, a constant current (=2 A) is continuously applied to the cartridge heater 3 by the constant current power supply device 41 to change the resistance value of the nichrome wire which is a heating element (hereinafter, referred to as “heater resistance value”) and the copper-made product. The temperature of block 35 was determined. The heater resistance value was calculated from the voltage measured by the voltmeter 43 and the current applied to the heating element, and the temperature of the copper block 35 was measured by the temperature indicator 47 of the output of the temperature sensor 45 installed in the copper block 35. ..

なお、温度センサー45により測定される温度は銅製ブロック35の温度であり、発熱部7の温度とは異なる。また、発熱部7のヒーター抵抗値は、図7に示すように、発熱体であるニクロム線自体の温度により変化する特性を有する。 The temperature measured by the temperature sensor 45 is the temperature of the copper block 35, which is different from the temperature of the heat generating portion 7. Further, as shown in FIG. 7, the heater resistance value of the heating portion 7 has a characteristic that it changes depending on the temperature of the nichrome wire itself, which is a heating element.

すなわち、ニクロム線の温度上昇とともにヒーター抵抗値は上昇して約790K(約500℃)近傍で極大値を示し、その後、ヒーター抵抗値は一旦減少して約1070K(約800℃)から再び上昇する。このようなヒーター抵抗値の温度依存性は、ニクロム線自体の特性であり、カートリッジヒーター個体毎の差異は無いと考えられる。 That is, as the temperature of the nichrome wire rises, the heater resistance value rises and reaches a maximum value in the vicinity of about 790K (about 500°C), and then the heater resistance value once decreases and rises again from about 1070K (about 800°C). .. Such temperature dependence of the heater resistance value is a characteristic of the nichrome wire itself, and it is considered that there is no difference between individual cartridge heaters.

そこで、図6示す装置構成での実験により求めたヒーター抵抗値と、図7に示すヒーター抵抗値とニクロム線温度の関係から、発熱部7の温度を推算した。なお、図7の縦軸に示すヒーター抵抗値は、極大値で規格化したものである。 Therefore, the temperature of the heat generating portion 7 was estimated from the relationship between the heater resistance value obtained by the experiment in the apparatus configuration shown in FIG. 6 and the heater resistance value and the nichrome wire temperature shown in FIG. The heater resistance value shown on the vertical axis in FIG. 7 is normalized by the maximum value.

(実施例1)
本発明に係るヒーターユニットとして、図3に示すヒーターユニット23を用いて実験を行った。
ヒーターユニット23は、図8に示すように、直径φ45mm、全長65mmの円筒状の銅製ブロック25に、ヒーター挿入部9として直径φ9.38mmの丸穴と押付部材挿入部13として直径φ6mmの丸穴を開け、ヒーター挿入部9にカートリッジヒーター3(発熱体:ニクロム線、WATLOW社製ファイヤーロッドカートリッジヒーター、直径φ9.35mm)を挿入し、かつ、押付部材挿入部13に図9に示す筒状楔子17を挿入し、筒状楔子17を拡径して発熱部7を楔止したものである。
(Example 1)
An experiment was conducted using the heater unit 23 shown in FIG. 3 as the heater unit according to the present invention.
As shown in FIG. 8, the heater unit 23 includes a cylindrical copper block 25 having a diameter of 45 mm and a total length of 65 mm, a circular hole having a diameter of 9.38 mm as the heater insertion portion 9 and a circular hole having a diameter of 6 mm as the pressing member insertion portion 13. The cartridge heater 3 (heating element: nichrome wire, fire rod cartridge heater manufactured by WATLOW, diameter φ9.35 mm) is inserted into the heater insertion portion 9, and the cylindrical wedge shown in FIG. 9 is inserted into the pressing member insertion portion 13. 17 is inserted, the cylindrical wedge 17 is expanded in diameter, and the heat generating portion 7 is wedged.

そして、前述の比較例と同様、図6に示す装置構成で実験を行い、定電流電源装置41によりカートリッジヒーター3に2Aを連続して印加したときのヒーター抵抗値の変化と、銅製ブロック25の温度を求めた。さらに、求めたヒーター抵抗値から、発熱部7の温度を推算した。 Then, similarly to the comparative example described above, an experiment was performed with the device configuration shown in FIG. 6, and the change in the heater resistance value when 2 A was continuously applied to the cartridge heater 3 by the constant current power supply device 41 and the copper block 25 The temperature was determined. Furthermore, the temperature of the heat generating part 7 was estimated from the obtained heater resistance value.

(評価)
比較例1に係るヒーターユニット33と実施例1に係るヒーターユニット23を用いた実験により求めた銅製ブロックの温度とヒーター抵抗値の結果を図10に示す。図10において、横軸は、カートリッジヒーターの加熱開始からの経過時間、左軸は、極大値で規格化したヒーター抵抗値、右軸は、銅製ブロックの温度である。また、図10中には、ヒーター抵抗値が極大値及び極小値における発熱部の温度を示している。
(Evaluation)
FIG. 10 shows the results of the temperature and the heater resistance value of the copper block obtained by the experiment using the heater unit 33 according to Comparative Example 1 and the heater unit 23 according to Example 1. In FIG. 10, the horizontal axis represents the elapsed time from the start of heating of the cartridge heater, the left axis represents the heater resistance value normalized by the maximum value, and the right axis represents the temperature of the copper block. Further, FIG. 10 shows the temperature of the heat generating portion when the heater resistance value is the maximum value and the minimum value.

図10に示すように、比較例1(図10中の○と△のプロット)では、カートリッジヒーター3に定電流を流した後のヒーター抵抗値は、極大値を示し、このときの発熱部の温度は約790K(約520℃)であるのに対し、銅製ブロックの温度は約350K(約80℃)程度であった。また、ヒーター抵抗値は、極大値を示した後は低下して極小値となり、その後、再び上昇した。ヒーター抵抗値が極小値を示したとき、発熱部の温度は約1070K(800℃)であるのに対し、銅製ブロック35の温度は約580Kであった。これより、発熱部7の温度と銅製ブロック35の温度との間には約500Kの温度差が生じ、発熱部7と銅製ブロック35との間で十分な熱接触が得られていないことを示している。 As shown in FIG. 10, in Comparative Example 1 (a plot of ◯ and Δ in FIG. 10), the heater resistance value after passing a constant current through the cartridge heater 3 shows a maximum value, and The temperature was about 790K (about 520℃), while the temperature of the copper block was about 350K (about 80℃). Further, the heater resistance value decreased after showing the maximum value, became the minimum value, and then increased again. When the heater resistance value showed a minimum value, the temperature of the heat generating part was about 1070K (800°C), while the temperature of the copper block 35 was about 580K. As a result, a temperature difference of about 500 K occurs between the temperature of the heat generating part 7 and the temperature of the copper block 35, indicating that sufficient heat contact is not obtained between the heat generating part 7 and the copper block 35. ing.

一方、実施例1(図10中の●、▲のプロット)では、ヒーター抵抗値が極大値を示すときの発熱部の温度は790K程度であるのに対し、銅製ブロックの温度が約550Kであった。この結果から、実施例1では、筒状楔子17により発熱部7が孔部15の内壁を押し付けられることにより、発熱部7と銅製ブロック25の温度差が250K程度まで低下し、熱接触が向上していることがわかる。 On the other hand, in Example 1 (plotted with ● and ▲ in FIG. 10), the temperature of the heat generating portion was about 790K when the heater resistance value showed the maximum value, whereas the temperature of the copper block was about 550K. It was From this result, in the first embodiment, the cylindrical wedge 17 presses the heat generating portion 7 against the inner wall of the hole 15, so that the temperature difference between the heat generating portion 7 and the copper block 25 is reduced to about 250K, and the thermal contact is improved. You can see that

さらに、図10における実施例1の結果から、カートリッジヒーター3に印加する最大の電流出力を2Aとし、銅製ブロック25の温度を500K以下となるように制御すれば、カートリッジヒーター3の仕様温度の上限(約800℃)を越えることなく使用できることが示唆され、カートリッジヒーター3の断線のリスク低減と長寿命化が実現できることが示された。 Further, from the results of Example 1 in FIG. 10, if the maximum current output applied to the cartridge heater 3 is set to 2 A and the temperature of the copper block 25 is controlled to be 500 K or less, the upper limit of the specified temperature of the cartridge heater 3 is obtained. It is suggested that the cartridge heater 3 can be used without exceeding (about 800° C.), and it is shown that the risk of disconnection of the cartridge heater 3 and the extension of life can be realized.

(実施例2)
実施例2では、図1に示すヒーターユニット1を用いて実験を行った。ここで、ヒーターユニット1における金属製ブロック5としては、図11に示す形状の銅製ブロック49を用い、2つのヒーター挿入部9に2つのカートリッジヒーター3の発熱部7をそれぞれ挿入した。さらに、押付部材挿入部13には、実施例1と同様、図9に示す形状の筒状楔子17を挿入した。
(Example 2)
In Example 2, an experiment was conducted using the heater unit 1 shown in FIG. Here, as the metal block 5 in the heater unit 1, the copper block 49 having the shape shown in FIG. 11 was used, and the heating portions 7 of the two cartridge heaters 3 were inserted into the two heater insertion portions 9, respectively. Further, as in the first embodiment, the cylindrical wedge 17 having the shape shown in FIG. 9 was inserted into the pressing member insertion portion 13.

実験は、図6に示す装置構成で行い、銅製ブロック49の温度とヒーター抵抗値をそれぞれ求めた。その結果、カートリッジヒーター3を2つ挿入した場合であっても、筒状楔子17により発熱部と金属製ブロックとの熱接触が向上し、実施例1と同等の結果が得られた。 The experiment was performed with the apparatus configuration shown in FIG. 6, and the temperature and the heater resistance value of the copper block 49 were obtained. As a result, even when two cartridge heaters 3 were inserted, the cylindrical wedge 17 improved the thermal contact between the heat generating portion and the metal block, and the same results as in Example 1 were obtained.

さらに、ヒーターユニット1においても、銅製ブロック49の温度が500Kとなるように制御することで、カートリッジヒーター3の仕様温度の上限を越えずに銅製ブロック49を加熱できることが示された。これにより、本発明に係るヒーターユニットは、複数のカートリッジヒーターを銅製ブロックに挿入した場合であっても、カートリッジヒーター断線のリスク低減と長寿命化を実現できる。 Further, in the heater unit 1 as well, it was shown that the copper block 49 can be heated without exceeding the upper limit of the specification temperature of the cartridge heater 3 by controlling the temperature of the copper block 49 to be 500K. As a result, the heater unit according to the present invention can reduce the risk of disconnection of the cartridge heater and extend the life thereof even when a plurality of cartridge heaters are inserted in the copper block.

(実施例3)
実施例2に係るヒーターユニット1を、図12に示す装置51に装着した状態で、筒状楔子17の引き抜き、カートリッジヒーター3の交換が可能かどうかを検証した。装置51は、冷凍機に用いられるものであって、一端側にフランジ53が設けられた有底形状の外管55と、フランジ53を貫通して外管55の内側に挿入されたSUS304製の保持パイプ57とを有する二重管構造であり、保持パイプ57は、その底部にヒーターユニット1が設置されると共に、内側に配管59が挿入されている。
(Example 3)
With the heater unit 1 according to Example 2 attached to the device 51 shown in FIG. 12, it was verified whether the cylindrical wedge 17 could be pulled out and the cartridge heater 3 could be replaced. The device 51 is used for a refrigerator, and has a bottomed outer tube 55 having a flange 53 provided on one end side, and a SUS304 product penetrating the flange 53 and inserted inside the outer tube 55. The holding pipe 57 has a double pipe structure, and the holding pipe 57 has the heater unit 1 installed at the bottom and a pipe 59 inserted inside.

このような装置51においては、ヒーターユニット1を狭い空間に取付けることを要する。しかし、ヒーターユニット1は、銅製ブロック49に挿入された筒状楔子17を拡径する楔子拡径部材19を、筒状楔子17の段差部17fに相当する部位のみが螺合している状態とすることで、発熱部7に対する筒状楔子17の押圧を軽減し、筒状楔子17を引き抜くことができ、カートリッジヒーター3の交換をすることができた。
以上より、本発明に係るヒーターユニットにおいては、手が届かないような狭い場所に取付けられた場合であっても、筒状楔子を引き抜くことができ、カートリッジヒーターを交換できることが実証された。
In such a device 51, it is necessary to mount the heater unit 1 in a narrow space. However, in the heater unit 1, the wedge expanding member 19 that expands the cylindrical wedge 17 inserted into the copper block 49 is screwed only at a portion corresponding to the step portion 17f of the cylindrical wedge 17. By doing so, the pressing of the tubular wedge 17 against the heat generating portion 7 was reduced, the tubular wedge 17 could be pulled out, and the cartridge heater 3 could be replaced.
From the above, it was demonstrated that, in the heater unit according to the present invention, the cylindrical wedge can be pulled out and the cartridge heater can be replaced even when it is attached to a narrow place where it cannot be reached.

1 ヒーターユニット
3 カートリッジヒーター
5 金属製ブロック
7 発熱部
7a 弧状面部
9 ヒーター挿入部
9a 湾曲面部
11 ヒーター押付部材
13 押付部材挿入部
13a 湾曲面部
15 孔部
17 筒状楔子
17a 切欠き部
17b 雌ねじ部
17c 平面部
17d 弧状面部
17e 挿入開始端
17f 段差部
19 楔子拡径部材
19a 雄ねじ部
21 リード線
23 ヒーターユニット
25 銅製ブロック
27 筒状楔子
27a 切欠き部
29 筒状楔子
29a 切欠き部
31 筒状楔子
31a 切欠き部
33 ヒーターユニット
35 銅製ブロック
37 ヒーター挿入部
41 定電流電源装置
43 電圧計
45 温度センサー
47 温度表示計
49 銅製ブロック
51 装置
53 フランジ
55 外管
57 保持パイプ
59 配管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 heater unit 3 cartridge heater 5 metal block 7 heating part 7a arcuate surface part 9 heater insertion part 9a curved surface part 11 heater pressing member 13 pressing member insertion part 13a curved surface part 15 hole part 17 tubular wedge 17a notch part 17b female screw part 17c Flat part 17d Arc-shaped surface part 17e Insertion start end 17f Step part 19 Wedge expanding member 19a Male screw part 21 Lead wire 23 Heater unit 25 Copper block 27 Cylindrical wedge 27a Notch part 29 Cylindrical wedge 29a Notch part 31 Cylindrical wedge 31a Notch 33 Heater unit 35 Copper block 37 Heater insert 41 Constant current power supply device 43 Voltmeter 45 Temperature sensor 47 Temperature indicator 49 Copper block 51 Device 53 Flange 55 Outer pipe 57 Holding pipe 59 Piping

Claims (6)

発熱体が金属管で覆われた発熱部を有するカートリッジヒーターと、該カートリッジヒーターの発熱部が挿入されて加熱される金属製ブロックと、を備えるヒーターユニットであって、
前記金属製ブロックは、前記発熱部が挿入されるヒーター挿入部と、該ヒーター挿入部に挿入された前記発熱部を内壁に押し付けるヒーター押付部材が挿入される押付部材挿入部とを有する孔部を備え、
前記ヒーター押付部材は、周壁を切り欠いた切欠き部が少なくとも一つ形成されて拡径可能な筒状の筒状楔子と、該筒状楔子に挿入されて該筒状楔子を拡径する楔子拡径部材と、を有し、
該楔子拡径部材が前記筒状楔子に挿入されて該筒状楔子が拡径し、該拡径した筒状楔子が前記発熱部を押圧し、該発熱部が前記孔部の内壁に押し付けられていることを特徴とするヒーターユニット。
A heater unit comprising: a cartridge heater having a heating portion in which a heating element is covered with a metal tube; and a metal block into which the heating portion of the cartridge heater is inserted and heated.
The metal block has a hole portion having a heater insertion portion into which the heat generating portion is inserted, and a pressing member insertion portion into which a heater pressing member that presses the heat generating portion inserted into the heater insertion portion against an inner wall is inserted. Prepare,
The heater pressing member is provided with at least one notch formed by cutting out a peripheral wall and has a cylindrical tubular wedge that can be expanded in diameter, and a wedge that is inserted into the cylindrical wedge and expands the cylindrical wedge. And an expanding member,
The wedge expanding member is inserted into the cylindrical wedge to expand the cylindrical wedge, the expanded cylindrical wedge presses the heat generating portion, and the heat generating portion is pressed against the inner wall of the hole. The heater unit is characterized by
前記発熱部と前記筒状楔子は、外周面に弧状面部を有し、前記ヒーター挿入部と前記押付部材挿入部には、前記発熱部と前記筒状楔子の弧状面部に沿う湾曲面部が形成されていることを特徴とする請求項1記載のヒーターユニット。 The heat generating portion and the tubular wedge have arcuate surface portions on their outer peripheral surfaces, and the heater insertion portion and the pressing member insertion portion are formed with curved surface portions along the arc surface portions of the heat generating portion and the cylindrical wedge. The heater unit according to claim 1, wherein: 前記筒状楔子は、内面に雌ねじが形成された雌ねじ部を有すると共に、前記発熱部を押圧する部位に平面部を備えてなり、
前記楔子拡径部材は、前記筒状楔子の雌ねじ部に螺合して前記筒状楔子を拡径する雄ねじ部を備えてなり、
前記孔部は、前記発熱部と前記筒状楔子を挿入して該筒状楔子の雌ねじ部に前記楔子拡径部材の雄ねじ部を螺合するときに、前記平面部が前記発熱部に当接して前記筒状楔子が回り止めされる孔径に設定されていることを特徴とする請求項1又は2記載のヒーターユニット。
The tubular wedge has an internal thread portion having an internal thread formed on the inner surface thereof, and a flat portion is provided at a portion for pressing the heat generating portion,
The wedge diameter enlarging member includes a male screw portion that is screwed into a female screw portion of the cylindrical wedge to expand the diameter of the cylindrical wedge.
The flat portion contacts the heat generating portion when the heat generating portion and the cylindrical wedge are inserted and the male screw portion of the wedge expanding member is screwed into the female screw portion of the cylindrical wedge. 3. The heater unit according to claim 1, wherein the cylindrical wedge is set to have a hole diameter that prevents the cylindrical wedge from rotating.
前記筒状楔子は、前記平面部における前記楔子拡径部材が挿入される挿入開始端側に、表面が凹んだ段差部を有し、
該段差部は、前記発熱部と前記筒状楔子を前記孔部に挿入し、かつ該筒状楔子の前記挿入開始端側のみに前記楔子拡径部材が螺合されている状態において、前記発熱部を押圧しないように形成されていることを特徴とする請求項3記載のヒーターユニット。
The cylindrical wedge has a stepped portion with a concave surface on the insertion start end side of the flat surface portion into which the wedge expanding member is inserted,
The step portion generates heat when the heat generating portion and the tubular wedge are inserted into the hole and the wedge expanding member is screwed only on the insertion start end side of the tubular wedge. The heater unit according to claim 3, wherein the heater unit is formed so as not to press the portion.
前記楔子拡径部材は、先端側に縮径部を有し、該縮径部のみが前記筒状楔子に螺合されている状態において、該筒状楔子は拡径しないことを特徴とする請求項3又は4に記載のヒーターユニット。 The diameter expansion part of the wedge has a diameter reduction part at the tip side, and the diameter of the cylindrical wedge is not expanded in a state where only the diameter reduction part is screwed into the cylindrical wedge. Item 3. The heater unit according to Item 3 or 4. 真空環境下で使用されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のヒーターユニット。 The heater unit according to any one of claims 1 to 5, which is used in a vacuum environment.
JP2018131414A 2018-07-11 2018-07-11 Heater unit Active JP6738375B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018131414A JP6738375B2 (en) 2018-07-11 2018-07-11 Heater unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018131414A JP6738375B2 (en) 2018-07-11 2018-07-11 Heater unit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020009689A JP2020009689A (en) 2020-01-16
JP6738375B2 true JP6738375B2 (en) 2020-08-12

Family

ID=69152227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018131414A Active JP6738375B2 (en) 2018-07-11 2018-07-11 Heater unit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6738375B2 (en)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5519432Y2 (en) * 1975-01-16 1980-05-08
JPS5521278Y2 (en) * 1975-03-14 1980-05-22
NL7504083A (en) * 1975-04-07 1976-10-11 Philips Nv SELF-REGULATING HEATING ELEMENT.
JPS5521516Y2 (en) * 1975-05-08 1980-05-23
CA1177215A (en) * 1982-03-31 1984-11-06 Jobst U. Gellert Heater installation in molding members
JPS59152589U (en) * 1983-03-30 1984-10-12 松下電器産業株式会社 small heating element
JPH04119989U (en) * 1991-04-10 1992-10-27 株式会社村田製作所 Positive characteristic thermistor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020009689A (en) 2020-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6276033B2 (en) Cryogenic apparatus and method for connecting and disconnecting refrigerator from object to be cooled
US7781707B2 (en) Heated nozzle unit for the moulding of plastics materials
KR20040069977A (en) Amalgam-doped mercury low-pressure uv irradiator
JP7037828B2 (en) Temperature control method for electric radiant tube
JP6738375B2 (en) Heater unit
US4125761A (en) Bilateral heater unit
KR20100085975A (en) Heat generator unit and heating device
RU2655263C1 (en) Thermal insulated column
US4292934A (en) Starting aids for internal combustion engines
US3894911A (en) Member for conducting excess heat away from heat sources
JP3648479B2 (en) Fixing roller assembly of electrophotographic image forming apparatus and method of manufacturing the same
US2764025A (en) Thermal fuse
US2431153A (en) Electronic device
JP6069514B2 (en) Resistance spot welding equipment
US4251713A (en) Electric heater assembly for diffusion pumps
CN204465904U (en) A kind of ptc heater
JPWO2016009489A1 (en) Hot air device
KR20160125081A (en) Prevent overheating device for hot water heater
KR20070000684A (en) Fusing unit and fusing apparatus of image forming apparatus using the same
US1124548A (en) Electric heating attachment for radiators.
KR101634241B1 (en) Jig assembly for molding
US2286929A (en) Liquid level responsive device
JP7460326B2 (en) temperature measuring device
JP2017072280A (en) heat pipe
US20210207845A1 (en) Inline Water Heating Device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190705

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200619

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200630

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200717

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6738375

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250