JPS6247985A - カ−トリツジヒ−タ−及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はカートリッジヒーター（以下単にヒーターとい
う）及びその製造方法に関する。

種々の構造乃至形状のヒーターが色々な産業分野で広く
利用されている。該ヒーターは例えば、密閉系又は開放
系の容器内で水を代表とする液体を加熱する場合、該容
器へ簡単に装着使用される。

本発明はこのようなヒーター及びその製造方法に関する
ものである。

〈従来の技術、その問題点〉 従来、金属製の密封パイプ内に電熱線が巻線装入され、
そして熱伝導性の絶縁粉末が充填されたヒーターが使用
されている。

ところが、かかる従来のヒーターによると、次のような
多くの問題点がある。

Ｉ）使用により金属製パイプの外周面にスケールが付着
し、これが順次肥大化して、該スケールがヒーターとこ
れを装着した容器内の液体との間の熱伝導を阻害するの
であるが、この場合、液体の加熱温度を所望通シ確保し
ようとすれば、ヒーターそれ自体は過剰高温にならざる
を得す、その結果しばしば、ヒーター内部が損傷してし
まう。特に、ヒーターを過剰高温のままで使用し続ける
と、ついにはスケールが炭化して、これが更に一層、ヒ
ーターの内部損傷を助長し、場合によっては金属製パイ
プが孔食されてしまう０ １１）空焼き等の異常過熱を防止して、ヒーターを装着
した容器を含む装置全体の安全を図るため、サーモスタ
ットの如き保護部材の付設が不可欠であシ、それだけ装
置全体の構造が複雑で且つ高価になる。また、上記のよ
うな空焼き等に備えるため、必然に容器が金属製のもの
となシ、それだけ重量にも富む。

１１１）絶縁粉末として通常、酸化マグネシウムが充填
されているが、この酸化マグネシウムは熱伝導性が充分
に良いとはいえず、これに前記１）や１１）の場合も併
せて、結局、熱エネルギーの無駄が大きい。

〈発明が解決しようとする問題点、その解決手段〉本発
明は、叙上の如き従来の問題点を解決ｌ−て、いわば自
己保護機能を備え且つ著るしい省エネルギを図ることの
できるヒーター及びその製造方法を提供するものである
。

、しかして本発明は、 金属製の密封パイプ内に、リード線装着の電極が該電極
の外周に嵌着の絶縁材を介して前記パイプの中心軸回９
に位置決めされ、該電極で両側から正特性サーミスタ素
子が挾持されていて、電極及び正特性サーミスタ素子が
圧密化された窒化ホウ素粉末で密着固定されておシ、該
密封パイプの基端から端子部が取り出されて成るヒータ
ーに係る第一発明と、 リード線を装着した電極で両側から正特性サーミスタ素
子を挾持しつつ該電極の外周に絶縁材を嵌着し、次いで
該絶縁材を摺接しつつ正特性サーミスタ素子を挾持した
電極を先端閉設の金属製パイプ内へその中心軸回りに装
入し、更に該金属製パイプ内の間隙へ窒化ホウ素粉末を
充填して、金属製パイプの基端へ端子部を取り出すよう
にして栓材を嵌入した後、該金属製パイプをその外周面
から中心軸に向かって均一減径することにより窒化ホウ
素粉末を圧密化して正特性サーミスタ素子をその両側か
ら電極で挾持した状態のまま密着固定するヒーターに係
る第二発明とからなっている。

以下、図面に基づいて本発明の構成を更に詳細に説明す
る。

〈実施例〉 第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図（一部省略）
、第２図は同じ一実施例を示す横断面図である。先端が
例えば溶接によシ閉設され、基端が絶縁弾性を有する栓
材１１で後述する減径手段によシ密封されている金属製
パイプ２１内に、アルミニウム製の電極３１ａ、３１ｂ
によって両側から挾持された正特性サーミスタ素子４１
ａ〜４１ｄが、電極３１ａ、３１ｂの外周に２箇所で嵌
着の絶縁材５１ａ、５１ｂを介し、金属製パイプ２１の
中心軸回シで位置決めされている。図示した実施例の場
合、絶縁体５１ａは周端がリング状に突設された円板形
状であシ、また絶縁材５１ｂはリング形状であるが、絶
縁材５１ａは電極３１ａ、３１ｂと金属製パイプ２の先
端閉設面との間の絶縁機能をも果たすだめに円板形状と
なっている。したがって、そのような絶縁機能を果たす
ものとして例えば円板状の碍子を別に介在させれば、絶
縁材５１ａに相当するものは絶縁材５．１　ｂと同様に
単なるリング形状とすることができる。

また前記電極３１ａ、３１ｂにはその並行する貫通孔に
リード線６１ａ、６１ｂが挿入されていて、このリード
線６１ａ、６１ｂの端子部６２ａ７６２ｂが栓材１１を
貫通して外部へ取り出されている。そして金属製パイプ
２１内の間隙には窒化ホウ素粉末７１が充填されておシ
、この窒化ホウ素粉末７１は後述する減径手段によシ圧
密化されていて、電極３１ａ、３１ｂ及び正特性サーミ
スタ素子４１ａ〜４１ｄは、絶縁材５１　ａ　＋　５１
　ｂの補助を得つつ圧密化された窒化ホウ素粉末によっ
て密着固定されている。

第３図は本発明の他の実施例を示す横断面図である。第
３図の実施例の場合、金属製パイプ２２、電極３２ａ、
３２ｂ、、正特性ザーミスタ素子４２ｄ１絶縁材５２ｂ
１　リード線６３ａ、６３ｂ及び圧密化された窒化ホウ
素粉末７２の全体の相互関係は、次の諸点を除き、第２
図の実施例と同様になっている。すなわち第３図の実施
例では、正特性サーミスタ素子４２ｄが両側の電極３２
ａｌ　３２ｂに相対向して陥設の凹部に嵌合していて、
リード線６３ａ、６３ｂが電極３２ａ、３２ｂの周面に
陥設の小口部３２　ａ’　＋　３２　ｂ’に埋没されて
該小凹部３２　ａ’　＋　３２　ｂ’の開口が圧縮され
ることによって固定されておシ、絶縁材５２ｂが単純な
リング形状に構成されている。第２図の実施例では、詳
しくは後述するような手順通りに、金属製パイプ２１内
の間隙へ窒化ホウ素粉末７１を充填するとき、絶縁材５
１ｂの切欠部５１ｂ′が利用されるが、第３図の実施例
では、金属製パイプ２２内の間隙へ窒化ホウ素粉末７２
を充填するとき、電極３２ａ、３２ｂ及び正特性サーミ
スタ素子４２ｄ並びに絶縁材５２ｂで結果的に形成され
る小間隙５２ｂ′が利用されるのである。

第４図と第５図は本発明のそれぞれ更に他の実施例につ
いて電極に対する正特性サーミスタ素子の位置決め状態
を示す要部縦断面図である。第４図の場合、正特性サー
ミスタ素子４３ａ〜４３ｃは、その両側から電極３３ａ
、３３ｂで挾持される如く、所定間隔で配置されている
。また第５図の場合、正特性サーミスタ素子４４ａ〜４
４ｃは同様に所定間隔で配置されているが、両側の電極
３４ａ、３４ｂに相対向して陥設の凹部に嵌合している
。

第６図は本発明に係るヒーターの使用状態を例示する略
視図である。密閉系の容器８１にヒーター１０がネジ止
め装着されておシ、ヒーター８１に相応の電圧を付加し
て、容器８１の下側から送入した液体を加熱し、加熱後
の液体を容器８１の上側から送出する構成である。

第７図は本発明に係るヒーターの製造手順を例示する工
程図である。先ず、先端が閉設の金属製パイプを用意す
る。別に、リード線を装着し六電極を２片準備し、これ
らの電極間に複数個の正特性サーミスタ素子を挾持する
ようにして該電極の外周へ絶縁材を嵌着し、該絶縁材を
摺接しつつ正特性サーミスタ素子を挾持した電極を前記
金属製パイプ内へ装入する。この装入は、絶縁材で規制
されるだめ、自動的に金属製パイプの中心軸回シとなる
。前述したように、電極へ嵌着した絶縁材が例えば単な
るリング形状であって、該電極と金属製パイプの先端閉
設面との間の絶縁機能を果たさない場合には、上記のよ
うな電極等の装入に先立って、金属製パイプ内の先端閉
設面へ碍子のような別の絶縁材を装入しておく。次に、
金属製パイプ内の間隙へ窒化ホウ素粉末を充填する。こ
の充填は、図示しだ実施例を引用すると、第２図、てお
ける絶縁材５１ｂの切欠部５１ｂ′や第３図における小
間隙５２ｂ′を利用して行なう。窒化ホウ素粉末を充填
後、金属製パイプの基端へ、端子部を取９出すようにし
て栓材を嵌入する。最後に、以との工程を経た金属製パ
イプをその外周面から中心軸方向へ均一押圧して減径す
る。この減径手段によシ、窒化ホウ素粉末が圧密化され
、電極及び正特性サーミスタ素子が絶縁材の補助を得つ
つ密着固定される。かくして、所期のヒーターが製造さ
れる。

本発明において、電極の外周へ嵌着する絶縁材は極めて
重要な役割を持つ。すなわち、該絶縁材は、電極間に正
特性サーミスタ素子を安定挾持してそれらの取扱いを著
るしく容易にし、また正特性サーミスタ素子を挾持した
電極を金属製パイプへ装入するときにその装入を金属製
パイプの中心軸回シヘ自動的に規制し、そして金属製パ
イプ内の間隙へ窒化ホウ素粉末を充填するときやその後
に該金属製パイプを減径するときに窒化ホウ素粉末が電
極と正特性サーミスタ素子との間へ混入する不都合を完
全防止するのである。かかる絶縁材は、前述の如く窒化
ホウ素粉末の充填に便宜となるように電極や正特性サー
ミスタ素子等の形状やそれらの組み合わせとの関係で種
々の形状のものがあるが、通常電極の外周＼間隔を置い
て２箇所以上に嵌着され、好ましくは上述のような役割
を一層有効に果たすべく例えばフッ素系ゴムのような弾
性を有する素材（旭硝子社製の商品名アフラス）を使用
するのがよい。

また本発明において、正特性サーミスタ素子は、その平
面形状が円板形、角板形、ドーナツ型等、既に市販され
ている各種形状のものが適用され得る。該正特性サーミ
スタ素子は、組合わせの素材特性により、ある特定の温
度で急激に電気抵抗が増加し、したがって該特定温度に
なると電流値が急減して、加熱温度を一定に保つという
自己保護機能的特性を備える。本発明は、かかる正特性
サーミスタ素子の特性を利用して、一方で被加熱物であ
る液体の加熱温度を一定に保ちつつ、他方で該正特性サ
ーミスタ素子を組込んだヒーターの自己損傷を防止する
ものである。したがって、本発明に係るヒーターに組込
まれる正特性サーミスタ素子は、該ヒーターの用途との
関係において、その組合わせ素材や形状（平面積、厚さ
）が適宜選定される。

また本発明１でおいて、窒化ホウ素粉末は、従来一般に
絶縁粉末として充填されている酸化マグネシウム粉末に
比べ、充分な絶縁性及びはるかに高い熱伝導性を備える
ものである。純度によって窒化ホウ素粉末の絶縁性や熱
伝導性は影響されるが、その熱伝導率は例えば０．１５
Ｃａｌ／α・ｓｅｃ・℃に□も達し、これは一般の鋼鉄
とほぼ同水準である。

本発明は、かかる窒化ホウ素粉末の特性を利用して、被
加熱物である液体を迅速に加熱し、併亡て熱エネルギー
の無駄を省くものである。

第８図は、次のような語数値のヒーターを使用して４７
０ｔｐｔｌの水を加熱したときの、時間（分、横軸）と
水温（℃、縦軸）との関係で加熱状況を例示するグラフ
である。ヒーター語数・僅；外径ＩＱ　ｕ　、長さ６５
朋１発熱部長３５Ｈ１入力電圧２００ｖ０図中、加熱曲
線Ａは絶縁粉末として窒化ホウ素粉末を使用した本発明
に係るヒーターの場合、加熱曲線Ｂは、他の構成は全く
同じにして、絶縁粉末として酸化マグネシウム粉末を使
用したことだけが異なるヒーターの場合である。この第
８図からも、ヒーターに利用する窒化ホウ素粉末の前述
した特性が明らかである。

〈作用〉 次に、本発明に係るヒーターの作用を、第１図及び第６
図に基づいて説明する。第６図において、容器８１に液
体を流入及び流出しつつ、ヒーター１０に所定電圧を付
加する。第１図においては、端子部６２ａ、６２ｂを電
源へ接続する。リード線６１ａ、６１ｂ及び電極’３１
ａ、３１ｂを介して正特性サーミスタ素子４１ａ〜４１
ｄが発熱し、熱伝導良好な電極３１ａ、３１ｂを媒体と
してこれが圧密化された窒化ホウ素粉末７１を素早く熱
伝導して金属製パイプ２１に至シ、容器８１内の液体を
迅速且つ効率的に加熱する。液体の加熱温度は、容器８
１の内容量、ヒーター１０への付加電圧、液体の比熱や
その流量等によって影響を受けるが、その最高加熱温度
は正特性サーミスタ素子４１ａ〜４１ｄに個有の温度で
ある。仮りに、金属製パイプ２１の外周面にスケールが
付着しだシ、或いは何らかの原因で空焼き状態になった
としても、正特性サーミスタ素子４１ａ〜４１ｄの素材
特性による前述したような自己保護機能が作用し、ヒー
ター１０が自己損傷するというようなことは全くない。

したがって本発明の場合、別にサーモスタットの如き保
護部材を付設する必要がなく、また容器８１として例え
ばプラスチック製のものをも使用できるのである。

〈発明の効果〉 以上説明した通りであるから、本発明には、迅速且つ効
率的に液体を加熱することができる効果の他に、ヒータ
ーの自己損傷がなく、また別にサーモスタットの如き保
護部材を付設する必要もなく、更にはヒーターを装着す
る容器として例えばプラスチック製のものをも使用し得
るだめ、装近全体を構造簡単にして堅牢そして軽量且つ
安価なものとすることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例と示す縦断面図（一部省略）
、第２図は同じ一実施例を示す横断面図、第３図は本発
明の他の一実施例を示す横断面図、第４図と第５図は本
発明のそれぞれ更に他の実施例を示す要部縦断面図、第
６図は本発明に係るヒーターの使用状態を例示する略視
図、第７図は本発明に係るヒーターの製造手順を例示す
る工程図、第８図は本発明に係るヒーターも含めて加熱
状況を例示するグラフである。 １０・・・ヒーター、　　　　１１・・・栓材、２１．
２２・・・金属製パイプ、 ３１ａ　、　３１ｂ　、　３２ａ　、　３２ｂ　、　３
３ａ　、　３３ｂ　、　３４ａ　、　３４ｂ　−−−電
極、 ４１ａ〜４１ｄ、４２ｄ、４３ａ〜４３ｃ、４４ａ〜４
４ｃ・・・正特性サーミスタ素子、 ５１ａ　、　５１ｂ　、　５２ｂ　−絶縁材、５１ｂ′
・・・切欠部、　　　　５２ｂ′・・・小間隙、６１ａ
　、　６１ｂ　、　６３ａ　、　６３ｂ−−・リード線
、６２ａ　、　６２ｂ　一端子部、 ’ｉ’ｌ、’７２−−−窒化ホウ素粉末、８１…容器、 特許出願人　　　株式会社河合電器製作所代理人　弁理
士　入　山　宏　正 第７図 第８図 水１α） 時間（吻２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　金属製の密封パイプ内に、リード線装着の電極が該
   電極の外周に嵌着の絶縁材を介して前記パイプの中心軸
   回りに位置決めされ、該電極で両側から正特性サーミス
   タ素子が挾持されていて、電極及び正特性サーミスタ素
   子が圧密化された窒化ホウ素粉末で密着固定されており
   、該密封パイプの基端から端子部が取り出されて成るカ
   ートリッジヒーター。 ２　リード線を装着した電極で両側から正特性サーミス
   タ素子を挾持しつつ該電極の外周に絶縁材を嵌着し、次
   いで該絶縁材を摺接しつつ正特性サーミスタ素子を挾持
   した電極を先端閉設の金属製パイプ内へその中心軸回り
   に装入し、更に該金属製パイプ内の間隙へ窒化ホウ素粉
   末を充填して、金属製パイプの基端へ端子部を取り出す
   ようにして栓材を嵌入した後、該金属製パイプをその外
   周面から中心軸に向かって均一減径することにより窒化
   ホウ素粉末を圧密化して正特性サーミスタ素子をその両
   側から電極で挾持した状態のまま密着固定するカートリ
   ッジヒーターの製造方法。