JPH0869856A

JPH0869856A - チューブ型ヒータおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH0869856A
Application number: JP20581694A
Authority: JP
Inventors: Masaoki Niinobe; 正興新延; Ichiu Kikuchi; 一宇菊池; Ikuo Sugiyama; 五久夫杉山; Hajime Takizawa; 元滝沢; Hirobumi Yaguchi; 博文矢口
Original assignee: Nihon Dennetsu Co Ltd
Current assignee: Nihon Dennetsu Co Ltd
Priority date: 1994-08-30
Filing date: 1994-08-30
Publication date: 1996-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】絶縁構造を熱容量の小さなものにし、温度立
ち上がり速度と温度制御の応答特性を向上したチューブ
型ヒータとその製造方法の提供。【構成】内外二重の管材１，２の間に、セラミック質
の皮膜４を被覆した発熱線３を密着配置し、その二重管
材の内周面又は外周面の少なくとも一方を加熱面にした
チューブ型ヒータ。また、中空の管材１の外周面にセラ
ミック質の皮膜４を被覆した発熱線３を螺旋状に巻回
し、この管材１を該管材１よりも径の大きな管材２の内
側に挿入し、次いで外側の管材２を縮径させるか、また
は内側の管材１を拡径させて、前記発熱線３を内外両管
材１，２の周面に密着させるチューブ型ヒータの製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製造工程を簡素化しな
がら温度立ち上がり時間を短縮し、かつ温度制御の応答
特性にすぐれたチューブ型ヒータおよびその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】シーズヒータに使用されている従来のチ
ューブ型ヒータは、図８に示すような構造に製作されて
いた。すなわち、金属製の管材８１の内側に螺旋状（コ
イル状）に巻回した発熱線８２を挿入するが、この発熱
線８２と管材８１とを電気的に絶縁するためマグネシア
（MgO)粉末を細密充填し、さらにこのマグネシア粉末が
吸湿性であるため、これを防湿するために両端に電気端
子８４だけ突出させるようにパッキン８３を装着してシ
ールするようにしていた。

【０００３】しかし、マグネシアは熱伝導率が低いた
め、これを細密充填したヒータは構造的に熱容量が大き
くなっている。そのため、スイッチ・オンから所定温度
に立ち上がるまでの時間が長くなると共に、スイッチ・
オフ後の冷却時間も長くなるという問題があった。ま
た、発熱線と加熱面との温度差が大きくなるため、条件
変動に応じて温度制御するとき、所定温度に収斂すると
きのオーバシュートが大きく、応答特性が悪いという問
題があった。

【０００４】また、従来のチューブ型ヒータは、熱によ
る電気絶縁破壊を生じないように、マグネシア粉末に高
純度のものを使用すること、かつマグネシア粉末を細密
充填するとき、充填密度を高めると共に均等に充填する
ために機械振動を与えながら充填すること、また充填後
には高い乾燥度に維持する加熱やシール等の処置が必要
なことなど種々の管理項目が必要とされている。

【０００５】したがって、このような多数の管理項目が
生産性を低下させ、コスト上昇を招く原因になってい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、絶縁
構造を熱容量の小さなものにすることを可能にし、温度
立ち上がり速度と温度制御の応答特性を向上するように
したチューブ型ヒータを提供することにある。本発明の
他の目的は、軽量化と加熱機能の拡張を可能にしたチュ
ーブ型ヒータを提供することにある。本発明のさらに他
の目的は、上記のように高機能を有するチューブ型ヒー
タの製造工程を簡略化した製造方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明のチューブ型ヒータは、径の異なる中空の管材
を内外二重に配置し、この内外二重の管材の間に、セラ
ミック質の皮膜を被覆した発熱線を内外両管材に密着す
るように配置し、前記内外二重の管材の内周面または外
周面の少なくとも一方を加熱面にしたことを特徴とする
ものである。

【０００８】また、本発明による他のチューブ型ヒータ
は、中空の管材の内周面または外周面に、セラミック質
の皮膜を被覆した発熱線を密着するように配置し、この
管材の表面を加熱面にした簡素化した構造を特徴とする
ものである。上記チューブ型ヒータは、いずれも発熱線
が薄いセラミック質の皮膜を介して加熱面を形成する管
材に対して接触し、発熱線と管材との間に温度差をほと
んど発生しない状態にし、かつヒータの内部を中空にし
ているため、図８の従来のヒータに比して熱容量を著し
く小さくすることができる。そのためスイッチ・オンか
ら所定温度までの温度立ち上がり時間を短縮し、またシ
ャープな応答特性の温度制御を可能にする。

【０００９】また、上記チューブ型ヒータは、セラミッ
ク質の皮膜を被覆した発熱線を管材に巻き付けるなどし
て密着させるだけであるため、軽量かつコンパクトであ
ると共に、中空管材の内外両面をいずれも加熱面にする
ことができ、或いは片方を加熱面にする一方で、他方を
冷却面にして使用することができるため、ヒータ用途を
大幅に拡大することができる。

【００１０】本発明によるチューブ型ヒータの製造方法
は、中空の管材の外周面にセラミック質の皮膜を被覆し
た発熱線を螺旋状に巻回し、この管材を該管材よりも径
の大きな管材の内側に挿入し、次いで外側の管材を縮径
させるか、または内側の管材を拡径させて、前記発熱線
を前記内外両管材の周面に密着させることを特徴とする
ものである。

【００１１】また、単一管材から製造する方法として、
セラミック質の皮膜を被覆した発熱線を螺旋状に成形
し、該螺旋状の発熱線を中空の管材の内側に、該管材の
内径より小さい螺旋外径にして挿入し、次いで該螺旋外
径を拡径させて管材の内壁に密着させることを特徴とす
るものである。いずれの製造方法も、電気絶縁を発熱線
にセラミック質の皮膜を被覆するだけで得られるため、
従来のヒータ製造方法のように、マグネシア粉末を均一
密度に充填するため機械振動を与える工程に付したり、
防湿のための乾燥処理をしたり、パッキンを設けたりす
る複雑で厳密な管理が不要になり、製造工程を簡略化す
ることができる。

【００１２】本発明において、発熱線の材料としては、
従来から使用されている電気抵抗の大きな金属がいずれ
も使用可能であり、特にニクロム線が最適である。発熱
線の断面形状は一般には円形であるが、扁平断面にする
こともできる。発熱線が扁平断面のときは、その扁平面
を管材に密着させることによって一層接触面積を増大さ
せ、熱効率の高いチューブ型ヒータにすることができ
る。

【００１３】セラミック質の皮膜の材料としては、アル
ミナ、ジルコニア、酸化チタンが好ましい。尚セラミッ
ク質と樹脂の複合も可能である。このセラミック質は発
熱線に薄い膜状にして被覆する。そのセラミック質の皮
膜の厚さは１０〜３０μｍ、さらに好ましくは１０〜１
５μｍにするのがよい。ポリベンヅイミダゾール樹脂の
場合、膜厚２０μｍで５ｋｖ・１分間の絶縁耐力を発揮
することができ、交流１００Ｖや２００Ｖの電源に十分
に耐えるものになる。

【００１４】セラミック質の皮膜の厚さを３μｍよりも
薄くすると、膜にピンホールを発生することがあり、電
気絶縁性を低下する恐れがある。セラミック質の皮膜に
よる電気絶縁性能は、厚さが２０μｍを超えるとほとん
ど飽和するので、それ以上に厚くしても高価な耐熱性樹
脂を無駄に使用することになる。また、膜厚が増加した
分だけ発熱線と加熱面との温度差が大きくなるので、ス
イッチ・オンからの温度立ち上がり時間が増加し、温度
制御の応答性能も低下する。

【００１５】耐熱性樹脂の被覆方法としては、セラミッ
ク質の皮膜で被覆する方法や、或いはセラミック質の皮
膜を予めチューブ状に成形し、そのチューブを発熱線に
被覆する方法などを採用することができる。本発明にお
いて、中空の管材に使用する材料は加工性や温度制御の
管理面などから金属が最も好ましい。その金属として
は、アルミニウム、鋼、銅、真鍮などを使用することが
でき、なかでもアルミニウム、ステンレスは特に好まし
い。しかし、金属以外の材料でも、ジルコニア系、イッ
トリア系等のセラミック、石英等のガラスも使用するこ
とができ、また温度条件によっては、プラスチックの使
用も可能である。

【００１６】

【実施例】図１(A),(B) は、それぞれ本発明のチューブ
型ヒータを構成するヒータユニットの一例を示す。いず
れのヒータユニットも、ステンレス製の管材１を芯管に
し、その外側にアルミニウム製の管材２を同心の二重管
構造になるように配置している。内側の管材１の外周面
に、アルミナからなるセラミック質の皮膜４を被覆した
発熱線３が螺旋状に密着巻回されている。

【００１７】発熱線３はニクロム線からなり、その発熱
線３がアルミニウム製の管材２の表面に一部が没入する
ように圧着している。この没入によって接触面積が大き
くなり、伝熱効率を一層良好にするようにしている。発
熱線３に被覆したセラミック質の皮膜４は管材１，２に
対して電気絶縁を行うものであり、図３のように発熱線
３の全長にわたって全周囲を被覆するようにしている。

【００１８】上記ヒータユニットにおいて、発熱線３に
交流または直流を流すと発熱し、その熱をセラミック質
の皮膜４を介して管材１，２にそれぞれ伝熱する。した
がって、このヒータユニットは、管材１，２の両方を加
熱面として利用することができる。また、発熱線３は薄
いセラミック質の皮膜４を介して管材１，２に密着する
ので、スイッチ・オンから管材１，２の温度を所定温度
にするまでの立ち上がり時間を短くすることができ、さ
らに発熱線３と管材１，２の加熱面とはほとんど温度差
を生じないため、温度制御の応答特性をシャープにする
ことができる。

【００１９】これらヒータユニットの製造方法は、図１
(A) の構造の場合は、まず発熱線３にセラミック質の皮
膜４を被覆し、この発熱線３を管材１の外周面に螺旋状
に巻回したものを用意する。次いで、この管材１をこれ
よりも径の大きな管材２の中に挿入して仮止めする。こ
のように二重管構造に仮止めした管材に対し、外側の管
材２を圧延ロールにより圧延することによって、その管
材２の径を縮径させ、内側の管材１に向けて圧接させる
ようにする。この圧接によって発熱線３が内側の管材１
と外側の管材２との間に挟み込まれ、図１(A) の構造に
なる。

【００２０】また、上記圧接操作において、アルミニウ
ム製の管材２はニクロム線の発熱線３よりも柔らかいの
で、発熱線３が管材２の表面を凹状に変形させて一部が
埋没状態になる。この埋没状態によって接触面積が拡大
するため、伝熱効率が向上する。また、図１(B) のヒー
タユニットの場合は、上述のようにセラミック質の皮膜
４を被覆した発熱線３を巻回した管材１を径の大きな管
材２の中に挿入して仮止め状態にしたのち、上記とは逆
の操作をする。すなわち、芯管側の管材１を拡径するこ
とにより外側の管材２の内面に圧接させ、発熱線３を管
材１と管材２との間には挟み込むようにするのである。
この場合、拡径した後の管材１は、その両端部が拡径さ
れないまま細い径になって残っている。

【００２１】また、上述した図１(A),(B) のヒータユニ
ットにおいて、セラミック質の皮膜４を被覆した発熱線
３を内外の管材１，２の間に密着させる場合、その管材
１，２のいずれか一方又は両方の表面にフッ素樹脂等の
別の耐熱層を施して介在させ、その上にセラミック質の
皮膜４を被覆した発熱線３を密着させた二重の電気的絶
縁構造にしてもよい。この二重の電気的絶縁構造により
安全性を向上すると同時に、機械的クッションをもたせ
ることができる。

【００２２】或いは、上記管材側に施す耐熱層として、
ガラス繊維やプラスチック繊維などの断熱性の耐熱層を
介在させると、非加熱面側への熱の流れを遮断すること
ができるため、温度の立ち上がり速度を向上させること
ができる。すなわち、外管側を加熱面にする構成のとき
は、この断熱性耐熱層を内管側に施し、その内管内方へ
の熱の流れを遮断し、また内管側を加熱面にする構成の
ときは、この断熱性耐熱層を外管側に施し、外管外方へ
の熱の流れを遮断するようにするのである。

【００２３】図２(A),(B) は、それぞれ図１(A),(B) の
構造を一層簡略化したヒータユニットの他の例を示す。
図２(A) のヒータユニットは、管材１の内周面にセラミ
ック質の皮膜４を被覆した発熱線３を螺旋状に密着する
ように配置したものであり、また図２(B) のヒータユニ
ットは、管材１の外周面にセラミック質の皮膜４を被覆
した発熱線３を螺旋状に巻回したものである。いずれの
ヒータユニットも、加熱面を形成する管材を１本だけに
簡略化して構成したものである。

【００２４】これらヒータユニットは、いずれも発熱線
３が薄いセラミック質の皮膜４を介して管材１に熱伝導
するので、スイッチ・オンから管材１の温度が所定温度
に達するまでの立ち上がり時間を短くすることができ、
また温度制御の応答特性をシャープにすることは、図１
(A),(B) のヒータの場合と同様である。図２(A) のヒー
タユニットの製造法は、セラミック質の皮膜４を被覆し
た発熱線３を、予め管材１の内径とほぼ同じ大きさの螺
旋径にするか、或いはやや大きめの螺旋径にした螺旋状
（コイル状）に形成する。次いで、この螺旋状にした発
熱線３を、その長手方向に伸長して螺旋径が管材内径よ
りも小さくなるまで縮径し、それを管材１の中に挿入す
る。次いで、このように挿入した発熱線３の伸長状態を
解除すると、発熱線３は自身のスプリングバック性によ
って収縮し、その螺旋径が元の大きさに戻るので、管材
１の内周面に密着状態になって図２(A) の構造になる。

【００２５】或いは、他の方法としては、セラミック質
の皮膜４を被覆した発熱線３を、管材１の内径よりも小
さな螺旋径の螺旋状に形成し、これを管材１の中に通し
たのち、螺旋を撚りもどす方向に捩じる。発熱線３は、
この螺旋の撚り戻しによって拡径するので、螺旋径が管
材１の内壁に密着する大きさになったところで、接着剤
等によって固定する。

【００２６】一方、図２(B) の構造のヒータユニット
は、管材１の外側にセラミック質の皮膜４を被覆した発
熱線３を螺旋状に巻きつければよいので、特に困難を伴
うことなく製造することができる。上述のように製作さ
れたヒータユニットは、端末を加工することにより所定
のチューブ型ヒータにする。例えば図１(A),(B) の構造
の場合には、その用途に応じて、それぞれ図４〜図７の
ように端末加工する。

【００２７】図４のヒータは、図１(A) のヒータユニッ
トにおいて、発熱線３の端部３ａに絶縁材５，５’を介
して電気端子６を接続し、さらに軸芯７を装着固定する
ようにしたものである。このチューブ型ヒータは、例え
ば加熱ロールとして使用することができる。図５のヒー
タは、図１(B) のヒータユニットに対して、図４と同様
の端部加工をしたものである。

【００２８】図６のヒータは、図１(B) のヒータユニッ
トを使用した図５のヒータ構成において、軸芯７を設け
ることなく、管材１の端部を外側に延長させたものであ
る。このチューブ型ヒータは、内側の管材１の内面を加
熱面にしている。図７のヒータは、図１(A) のヒータユ
ニットを使用した図４のヒータ構成において、温度制御
機構を設けたものである。この温度制御機構は、内側の
管材１の内壁に感熱板８を圧接すると共に、その内側に
熱電対などの温度センサ９を配置し、その温度センサ９
から導線１０を介して、軸芯７に取り付けたセンサ端子
１１に接続したものである。

【００２９】この温度センサ内蔵型のチューブ型ヒータ
に使用する温度センサとしては、熱電対のような熱起電
力発生素子のほか、正特性サーミスタ，負特性サーミス
タ、白金抵抗体等の温度による抵抗変化素子も使用可能
である。また、上述した図４、図５、図６、図７などで
例示したヒータユニットの場合には、その両端又は片端
にスリップリングを設けることにより回転型ヒータとし
て使用することができる。

【００３０】上述した本発明によるチューブ型ヒータ
は、液体加熱用、気体加熱用、固体加熱用のいずれにも
使用可能であり、静置型としてのほか、回転加熱ロール
としても使用することができる。また、アルミ鋳物に鋳
込むシーズヒータとしての使用のほか、直接の加熱手段
としても使用することができる。また、工業用生産プラ
ントの加熱装置としてばかりでなく、家電製品の加熱装
置としても使用することが可能である。

【００３１】

【発明の効果】上述したように、本発明のチューブ型ヒ
ータは、いずれも発熱線が薄いセラミック質の皮膜を介
して加熱面となる管材に接触しているので、発熱線と管
材との間に温度差をほとんど発生せず、またヒータ内部
を中空にしているので、熱容量を著しく小さくすること
ができる。そのため、スイッチ・オンから所定温度まで
の温度立ち上がり時間を短縮し、またシャープな応答特
性の温度制御を可能にする。

【００３２】また、本発明のチューブ型ヒータは、軽量
でコンパクトであると共に、中空管材の内外両面をいず
れも加熱面にでき、或いは片方を加熱面にする一方で、
他方を冷却面に使用することができるため、ヒータ用途
を大幅に拡大することができる。また、本発明によるチ
ューブ型ヒータの製造方法は、発熱線にセラミック質の
皮膜を被覆するだけで電気絶縁性を得るので、従来のマ
グネシア粉末を充填するヒータのような均一充填や防湿
処理などの複雑で厳密な管理が不要になり、製造工程を
著しく簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(A),(B) は、それぞれ本発明のチューブ型ヒー
タを構成するヒータユニットを例示する縦断面図であ
る。

【図２】(A),(B) は、それぞれ本発明のチューブ型ヒー
タを構成する他のヒータユニットを例示する縦断面図で
ある。

【図３】本発明に使用する発熱線を一部を断面にして示
す側面図である。

【図４】本発明のチューブ型ヒータの端部を示す縦断面
図である。

【図５】本発明の他の実施例からなるチューブ型ヒータ
の端部を示す縦断面図である。

【図６】本発明のさらに他の実施例からなるチューブ型
ヒータの端部を示す縦断面図である。

【図７】本発明のさらに他の実施例からなるチューブ型
ヒータの端部を示す縦断面図である。

【図８】従来のチューブ型ヒータの縦断面図である。

【符号の説明】

１，２管材３発熱線４セラミック質の皮膜５，５’ 絶
縁材６電気端子９温度セン
サ

フロントページの続き (72)発明者滝沢元東京都大田区大森西１丁目１番１号日本電熱株式会社内 (72)発明者矢口博文東京都大田区大森西１丁目１番１号日本電熱株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】径の異なる中空の管材を内外二重に配置
し、この内外二重の管材の間に、セラミック質の皮膜を
被覆した発熱線を内外両管材に密着するように配置し、
前記内外二重の管材の内周面または外周面の少なくとも
一方を加熱面にしたチューブ型ヒータ。
【請求項２】中空の管材の内周面または外周面に、セ
ラミック質の皮膜を被覆した発熱線を密着するように配
置し、この発熱線が密着する側とは反対側の管材表面を
加熱面にしたチューブ型ヒータ。
【請求項３】前記セラミック質の皮膜をアルミナ、ジ
ルコニアまたは酸化チタンのいずれかから形成した請求
項１または２に記載のチューブ型ヒータ。
【請求項４】前記セラミック質の皮膜の厚さを10〜30
μｍにした請求項１または２に記載のチューブ型ヒー
タ。
【請求項５】前記管材を金属、セラミックまたはガラ
スのいずれかから形成した請求項１または２に記載のチ
ューブ型ヒータ。
【請求項６】前記内外両管材の互いに対面する面の一
方又は両方に耐熱性樹脂又は耐熱性断熱材の耐熱層を被
覆し、この耐熱層に前記セラミック質の皮膜を被覆した
発熱線を密着させるようにした請求項１に記載のチュー
ブ型ヒータ。
【請求項７】前記管材の内側に自身の温度制御用の温
度センサを内蔵した請求項１または２に記載のチューブ
型ヒータ。
【請求項８】両端又は片端にスリップリングを装着
し、回転型ヒータにした請求項１または２に記載のチュ
ーブ型ヒータ。
【請求項９】中空の管材の外周面にセラミック質の皮
膜を被覆した発熱線を螺旋状に巻回し、この発熱線を巻
回した管材を該管材よりも径の大きな管材の内側に挿入
し、次いで外側の管材を縮径させるか、または内側の管
材を拡径させて、前記発熱線を前記内外両管材の周面に
密着させるようにするチューブ型ヒータの製造方法。
【請求項１０】セラミック質の皮膜を被覆した発熱線
を螺旋状に成形し、該螺旋状の発熱線を中空の管材の内
側に、該管材の内径より小さい螺旋外径にして挿入し、
次いで該螺旋外径を拡径させて管材の内壁に密着させる
チューブ型ヒータの製造方法。
【請求項１１】前記セラミック質の皮膜をアルミナ、
ジルコニアまたは酸化チタンのいずれかから形成した請
求項９または１０に記載のチューブ型ヒータの製造方
法。
【請求項１２】前記管材を金属、セラミックまたはガ
ラスのいずれかから形成すると共に、少なくとも前記縮
径または拡径させる管材を金属製にした請求項９に記載
のチューブ型ヒータの製造方法。
【請求項１３】前記管材を金属、セラミックまたはガ
ラスのいずれかから形成した請求項１０に記載のチュー
ブ型ヒータの製造方法。