WO2014148590A1 - 電熱ヒータおよびその製造方法 - Google Patents

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WO2014148590A1
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heat transfer
electric heater
heat generating
generating portion
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小林　茂
加津雄 平
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吉野川電線株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electric heater and a method for manufacturing the same, and more particularly to an electric heater suitable for housing in a minute space such as the inside of a puncture needle for puncturing a living body and a method for manufacturing the same.
  • the electric heating needle disclosed in Patent Document 1 is configured such that a heating element and a thermocouple are accommodated in a hollow pipe whose tip is closed by a tip that can puncture a living body.
  • the heating element is formed by winding a thin heating wire in a coil shape around a core made of glass fiber yarn, the distal end side inserted into the hollow pipe is folded in half, and the proximal end side is connected via a connector. Connected to the insulated wire.
  • the diameter of the heating element is reduced, while the connection between the heating element and the covered electric wire is made via a connector provided outside the hollow pipe.
  • the length of the heating element inevitably increases. Therefore, there is a problem that it is difficult to efficiently heat only the vicinity of the lesion site locally.
  • an object of the present invention is to provide an electric heater that can be locally heated by being inserted into a narrow space and a method for manufacturing the same.
  • the object of the present invention is an electric heater in which a linear heater main body is accommodated in a heat transfer tube, and the heater main body has a pair of end portions led out from one end side of the heat transfer tube.
  • An electric heater having a folded portion in the tube, and a heat generating portion formed along a part of the heat transfer tube, and a lead portion that can electrically connect the heat generating portion to the outside of the heat transfer tube Is achieved.
  • the heater body covers a part of the surface of a linear body made of a metal material having a high electric resistivity with a covering made of a metal material having an electric resistivity lower than that of the material of the linear body.
  • the part that has been formed can be used as the lead part, and the part where the linear body is exposed can be used as the heat generating part.
  • the folded portion is preferably formed in the heat generating portion.
  • the heat generating portion is covered with an exterior body, and at least a part thereof is in contact with the inner peripheral surface of the heat transfer tube via the exterior body.
  • the ratio of the axial length of the portion where the heat generating portion contacts the heat transfer tube to the total length of the heat generating portion is preferably 0.1 to 1.
  • the said heat generating part contacts the said heat exchanger tube in several places, or it is preferable that the said heat generating part contacts the said heat exchanger tube on both sides which pinched
  • the heat generating part is preferably made of a shape memory alloy or a high tensile wire.
  • the heat transfer tube is preferably open at both ends and filled with sealing resin.
  • the sealing resin is preferably an epoxy resin.
  • the heat transfer tube preferably has an outer diameter of 0.2 to 0.7 mm.
  • the average value of the gap generated between the heat generating part and the heat transfer tube is preferably 0 to 0.1 mm.
  • the ratio of these resistance values is preferably 20 or more.
  • the heater body includes an inner conductor and an outer conductor that are coaxially arranged via an insulator, and the folded portion is formed by conducting the inner conductor and the outer conductor at an end portion. be able to.
  • the heat generating portion can be formed by making a part of the outer conductor a high resistance portion along the axis.
  • Each of the electric heaters preferably further includes a temperature detection element that detects a temperature in the vicinity of the heating element in the heat transfer tube, and a temperature measuring unit of the temperature detection element is in contact with an inner peripheral surface of the heat transfer tube. It is preferable.
  • Another object of the present invention is a method for manufacturing the above-described electric heater, wherein a part of the surface of a linear body made of a high-resistance metal material has a lower electrical resistivity than the material of the linear body.
  • the portion where the linear body is covered with the low-resistance metal material constitutes the lead portion, and the portion where the linear body is exposed constitutes the electric heater manufacturing method constituting the heat generating portion.
  • the heat generating portion is preferably formed of a high-strength wire and covered with an exterior body, and the second step is performed when the heat generating portion is curved. It is preferable that the heat generating part is brought into close contact with the inner peripheral surface of the heat transfer tube via the outer package by an elastic force.
  • the heat generating part is preferably formed of a shape memory alloy and covered with an exterior body, and the second step is performed by heat-deforming after the heat generating part is accommodated in the heat transfer tube. It is preferable that the heat generating part is brought into close contact with the inner peripheral surface of the heat transfer tube via the exterior body.
  • an electric heater that can be locally heated by being inserted into a narrow space, and a method for manufacturing the same.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a B1-B1 sectional view of FIG. 2.
  • FIG. 6 is a B2-B2 sectional view of FIG. 5.
  • It is a perspective view which shows typically the principal part of the electric heater which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.
  • It is sectional drawing which shows the modification of the electric heater shown in FIG. It is a disassembled perspective view which shows one Embodiment in the case of applying the electric heater of this invention to a biological treatment instrument.
  • FIG. 1 is a plan view of an electric heater according to the first embodiment of the present invention
  • FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views taken along the lines AA and B1-B1 of FIG. 1, respectively.
  • the electric heater 1 is configured such that a linear heater body 20 is accommodated in a heat transfer tube 10.
  • the heat transfer tube 10 is made of a material having good thermal conductivity (for example, a metal material such as stainless steel or copper), and has openings 11 and 12 at both ends.
  • the thickness of the heat transfer tube 10 is not particularly limited, for example, an ultra-thin tube having an outer diameter of about 0.3 mm can be used.
  • the heat transfer tube 10 is preferably self-supporting and flexible so that it can be easily inserted into a narrow space.
  • the heater body 20 has a heat generating part 25 and a lead part 26 connected in the longitudinal direction, and the folded part 24 is formed by bending at any part of the heat generating part 25 and the lead part 26.
  • the heater body 20 is formed by coating a part of the surface of a linear body made of a metal material having a high electrical resistivity with a metal plating film or a metal foil made of a metal material having an electrical resistivity lower than that of the linear body.
  • a portion that can be manufactured and covered with a linear body by a covering made of a low-resistance metal material constitutes the lead portion 26, and a portion where the linear body is exposed constitutes the heat generating portion 25.
  • the heat generating portion 25 and the lead portion 26 can be formed easily and reliably.
  • the position of the heat generating portion 25 in the heater body 20 is not particularly limited, and may be formed not only in one place but in a plurality of places. However, as will be described later, at least the folded portion that is the tip portion of the heater body 20 When the part 24 is formed in the heat generating part 25, it is preferable that the heat generating part 25 can be accurately aligned in the living body.
  • the manufacturing method of the heater body 20 is not limited to the above. For example, a heating part made of a linear member is arranged between a plurality of lead parts made of a cylindrical member, and both ends of the heating part are connected to each lead. It is also possible to configure the heater main body by caulking and fixing to the opening end of each part.
  • Examples of the high-resistance metal material of the striatum constituting the heat generating portion 25 include nickel, iron, platinum, chromium, titanium, and alloys thereof (stainless steel, nichrome, etc.).
  • the linear body is preferably a single wire for thinning, but may be a single wire twisted together.
  • examples of the low-resistance metal material of the covering body that covers the wire body and constitutes the lead portion 26 include gold, silver, copper, aluminum, and alloys thereof.
  • the heat generating part 25 and the lead part 26 are covered with an exterior body 28.
  • the outer package 28 is preferably excellent in thermal conductivity, heat resistance, and electrical insulation, and in this embodiment, a polyimide resin is used.
  • a fluorine resin, an olefin resin, a polystyrene resin examples thereof include polyester resins, polyurethane resins, ABS resins, and polymer alloys of polyamide resins and ABS resins.
  • the exterior body 28 can be formed by a tube or a coating that covers the heat generating portion 25 and the lead portion 26. When the thickness of the outer package 28 is too large, the thermal conductivity is lowered. On the other hand, when the thickness is too small, the electrical insulating property is easily lowered.
  • the heater body 20 is arranged such that a pair of end portions 26 a and 26 b of the lead wire 26 is led out from the opening 11 on one end side of the heat transfer tube 10, and the folded portion 24 is on the other end side in the heat transfer tube 10. It is arrange
  • the heater body 20 is adjusted by inserting a pair of end portions 26a and 26b from the opening 12 on the other end side of the heat transfer tube 10 and pulling out the opening 11 on the one end side with the folded portion 24 formed in advance. The positioning of the folded portion 24 in the heat transfer tube 10 can be easily performed.
  • the pair of end portions 26 a and 26 b of the heater body 20 are connected to the connection cord 42 via a power supply line (not shown) in the sleeve 40 attached to the end portion of the heat transfer tube 10.
  • the connection cord 42 can be connected to a power supply device (not shown).
  • the heat generating part 25 can be electrically connected to the outside of the heat transfer tube 10 via the lead wire 26.
  • a temperature detection element 30 such as a thermocouple is accommodated in the heat transfer tube 10.
  • the temperature detecting element 30 is inserted into the heat transfer tube 10 from the opening 11 on one end side, and a temperature measuring portion (not shown) on the tip end side is disposed in the vicinity of the heat generating portion 25 of the heater body 20.
  • the temperature detection element 30 is also connected to the connection cord 42 in the sleeve 40.
  • a sealing resin 14 is filled in a gap formed between the inner surface of the heat transfer tube 10 and the heater body 20 and the temperature detection element 30.
  • the sealing resin 14 preferably has good thermal conductivity.
  • an epoxy resin, an imide resin, a silicon resin, a fluorine resin, or the like can be suitably used.
  • the epoxy resin can be easily filled into the heat transfer tube 10 by selecting a low-viscosity resin, and also has good thermal conductivity (about 10 times that of air) and high heat resistance. Since the heat resistance temperature is about 200 ° C. and the shrinkage at the time of curing is small, it can be suitably used as the sealing resin 14.
  • the thermal conductivity can be further improved by adding an additive such as alumina or silica to the sealing resin 14.
  • the gap between the heat transfer tubes 10 is filled with a resin solution having a low viscosity, using a capillary phenomenon, and then solidifying. It can be carried out.
  • the sealing resin 14 can be pressurized and injected into the heat transfer tube 10.
  • the heat transfer tube 10 may be filled with a filler other than resin.
  • the filler preferably has a higher thermal conductivity than air.
  • metal or ceramics can be used, and the filler is solid (powder, granular) or liquid regardless of the shape. May be.
  • the heat transfer tube 10 one in which one end is closed can be used.
  • the heat generating portion 25 is formed along a part of the heat transfer tube 10 in a state in which the heater main body 20 is accommodated in the heat transfer tube 10.
  • a desired temperature distribution can be generated along the direction, and the object to be heated can be efficiently heated locally.
  • the extension of the lead portion 26 that connects the heat generating portion 25 to the outside of the heat transfer tube 10 makes it possible to easily lengthen the heat transfer tube 10, so that it is easy even in a space with a small opening and a long depth, such as an injection needle, for example. And only the affected part can be selectively heated.
  • FIGS. 2 and 3 show an example of a configuration in which the heater body 20 is not in contact with the inner surface of the heat transfer tube 10, but at least a part of the heat generating portion 25 of the heater body 20. Is preferably in contact with the inner surface of the heat transfer tube 10.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration in which the heat generating unit 25 is in contact with the inner surface of the heat transfer tube 20.
  • the electric heater 1 shown in FIG. 4 is configured such that a part of the heat generating portion 25 is heat-transferred via the exterior body 28 by increasing the curvature radius when the heater body 20 is bent by the heat generating portion 25 to form the folded portion 24. 10 is in contact with the inner peripheral surface.
  • the thermal conductivity can be improved and the object to be heated can be heated more efficiently. it can.
  • the positioning accuracy of the heat generating portion 25 in the heat transfer tube 10 can be improved, and a stable heating effect is obtained by suppressing variation in heating performance for each product. be able to.
  • the edge portion of the opening 12 of the heat transfer tube 10 may be rounded (or chamfered) 12a so that the heat generating portion 25 having a large curvature radius can be smoothly inserted into the heat transfer tube 10. preferable.
  • the heat generating portion 25 is in contact with the inner peripheral surface of the heat transfer tube 10.
  • the number of contact points between the heat generating part 25 and the heat transfer tube 10 may be one, it is preferable to be at a plurality of points. This makes it easy to hold the heat generating part 25 in the heat transfer tube 10.
  • the locations where the heat generating portion 25 contacts the heat transfer tube 10 are preferably on both sides of the folded portion 24 as in this embodiment, but may be other locations.
  • the folded portion 24 is preferably formed on the heat generating portion 25, and the heat generating portion 25 can be easily brought into contact with the heat transfer tube 10 by utilizing the deformation of the heat generating portion 25 for forming the folded portion 24.
  • the axial length of the portion where the heat generating portion 25 contacts the heat transfer tube 10 is as large as possible in order to efficiently transfer heat to the object to be heated.
  • the ratio (C1 + C2) / L of the total axial length (C1 + C2) of the portion where the heat generating portion 25 contacts the heat transfer tube 10 via the outer body 28 to the total length L of the heat generating portion 25 is 0. It is preferably 1 to 1, more preferably 0.3 to 1, and still more preferably 0.5 to 1.
  • the contact length between the heat generating portion 25 and the heat transfer tube 10 can be measured using, for example, X-rays.
  • the total length L in the axial direction of the heat generating portion 25 may be determined in consideration of the size of the heated region, and is not particularly limited, but is, for example, about 1 to 30 mm.
  • the gap g generated between the heat generating portion 25 and the inner peripheral surface of the heat transfer tube 10 is as small as possible so that the heat transfer portion 25 does not contact the heat transfer tube 10 in order to suppress heat transfer loss to the outside.
  • the average value of the gap g is preferably 0 to 0.1 mm.
  • the average value of the gap g is 10 cross sections extracted from the substantially entire portion of the heat generating portion 25 excluding the folded portion 24 at a constant interval, and the outer peripheral surface of the exterior body 28 covering the heat generating portion 25 and the heat transfer tube 10. It can be obtained from the arithmetic average of the minimum distance to the inner peripheral surface.
  • the portion where the heat generating portion 25 does not come into contact with the heat transfer tube 10 may be covered in advance with a heat insulating material or the like.
  • a configuration in which the sealing resin 14 is not filled can be employed.
  • the heat generating portion 25 may be configured not to contact the heat transfer tube 10 at all.
  • the gap generated between the lead portion 26 and the inner peripheral surface of the heat transfer tube 10 is preferably as large as possible.
  • the filling of the sealing resin 14 into the heat transfer tube 10 may be only part of the extent to cover the heat generating portion 25, and the periphery of the lead portion 26 may be an air layer. Since the heater main body 20 mainly generates heat in the heat generating portion 25, this configuration can reduce the amount of the sealing resin 14 used while maintaining good heating performance.
  • a mesh plate or the like through which air can pass is interposed between the heat generating portion 25 and the lead portion 26, and the sealing resin 14 is made into a capillary phenomenon or A method of blocking the sealing resin 14 with a mesh plate when filling the heat transfer tube 10 by pressurization can be exemplified.
  • the heat generating portion 25 is a Ni-Ti (nickel / titanium) alloy or iron / manganese / silicon alloy that has been subjected to shape memory heat treatment so as to be heat-deformed by energization or the like and to adhere to the inner peripheral surface of the heat transfer tube 10 You may form with shape memory alloys, such as.
  • the heat generating portion 25 is formed of a high-strength wire such as stainless steel wire, piano wire, tungsten wire, nichrome wire, and the heat generating portion 25 is brought into close contact with the heat transfer tube 10 by the elastic force when the heat generating portion 25 is bent. You may comprise.
  • the tensile strength of the high tensile wire is preferably 800 MPa or more.
  • the heat generating part 25 by forming the heat generating part 25 with a shape memory alloy or a high tensile wire, at least a part of the heat generating part 25 can be easily and reliably adhered to the heat transfer tube 10 and the heat generating part 25 is connected to the heat transfer tube. Since it can hold
  • the thickness of the suitable linear body cannot be obtained, and it becomes difficult to secure the insertion space and the heat generation amount of the heater body 20.
  • the thickness is preferably 0.2 to 0.7 mm, and preferably 0.3 to 0.6 mm. Is more preferable, and 0.3 to 0.5 mm is even more preferable.
  • the thickness t1 of the heat transfer tube 10 is preferably as thin as possible because the heat conduction efficiency is improved. However, if the thickness is too thin, it is difficult to ensure the strength against bending deformation at the time of puncturing. It is preferably about 0.03 to 0.04 mm.
  • the linear body constituting the heat generating portion 25 is preferably high resistance, while the covering body covering the linear body and constituting the lead portion 26 is preferably low resistance.
  • the resistance values per unit length along the axial direction of the linear body and the covering body are R1 and R2, respectively, as the ratio of these resistance values (R1 / R2) is increased,
  • the heat generating part 25 can be efficiently heated.
  • the ratio of the resistance values (R1 / R2) is preferably 20 or more.
  • the linear body is made of SUS304 (electric resistivity: 7.92 ⁇ 10 ⁇ 7 ⁇ m) and has a diameter of 100 ⁇ m
  • the covering body is copper (electrical resistivity: 1.68 ⁇ 10 ⁇ 8 ⁇ m).
  • the above-described resistance ratio (R1 / R2) is about 20.7.
  • the upper limit of the ratio of resistance values (R1 / R2) does not exist in particular, but is practically 50, for example.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an electric heater 1 ′ according to the second embodiment of the present invention.
  • 6 is a cross-sectional view taken along the line B2-B2 of FIG. 5 and 6, the same components as those in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals.
  • the heater body 20 in which the heat generating portion 25 and the lead portion 26 are connected along the longitudinal direction is bent to form the folded portion 24.
  • the electric heater 1 ′ can also be configured by using the heater body 20 ′ in which the inner conductor 22 and the outer conductor 23 are arranged coaxially with the insulator 21 interposed therebetween.
  • the heater body 20 ' is formed in a linear shape as a whole.
  • the inner conductor 22 located in the center is made of a wire, and can be made of a metal material having a low electrical resistivity, such as gold, silver, copper, aluminum, or an alloy thereof.
  • the inner conductor 22 is preferably a single wire for thinning, but may be a single wire twisted together.
  • the insulator 21 can be formed from a material having high electrical insulation properties such as a fluorine resin, an olefin resin, a polystyrene resin, a polyester resin, a polyurethane resin, a polyimide resin, and an ABS resin.
  • a polyamide resin And a polymer alloy of ABS resin can be preferably used.
  • the insulator 21 may be in the form of a tube that covers the inner conductor 22, but is preferably formed by coating in order to make the thickness extremely thin (for example, about 0.04 mm).
  • the outer conductor 23 is provided on the entire outer peripheral surface of the insulator 21.
  • the outer conductor 23 is also preferably thin.
  • the outer conductor 23 can be formed of a metal plating film obtained by plating the insulator 21 with a metal material or a metal foil wound and bonded to the insulator 21.
  • the entire outer conductor 23 is covered with an exterior body 28 as in the first embodiment.
  • a part of the outer conductor 23 is a high resistance portion 23a along the axis of the heater body 20 ', so that a heat generating portion 25' is formed.
  • a portion of the external conductor 23 other than the high resistance portion 23a (that is, the heat generating portion 25 ') is a low resistance portion 23b, and this low resistance portion 23b constitutes a lead portion 26' together with the internal conductor 22.
  • the high resistance portion 23a is formed such that the electrical resistance value per unit length along the axis is higher than that of the low resistance portion 23b.
  • the thickness of the high resistance portion 23a may be smaller than the thickness of the low resistance portion 23b.
  • the metal plating on the insulator 21 is partially repeated to generate a thickness distribution of the plating film, or the metal foil is wound by partially changing the number of times of winding of the metal foil wound around the insulator 21.
  • the high resistance portion 23a and the low resistance portion 23b can be formed.
  • the electrical resistivity of the metal material of the high resistance portion 23a is higher than the electrical resistivity of the metal material of the low resistance portion 23b. It is preferable.
  • the material of the high resistance portion 23a is nickel, iron, platinum, Chromium, titanium, and alloys thereof (stainless steel, nichrome, etc.) can be used.
  • the high resistance portion 23a and the low resistance portion 23b may be formed by a combination of the above-described different thicknesses and different metal materials.
  • a high-resistance metal plating film P ⁇ b> 1 made of a metal material having a high electrical resistivity such as nickel is formed on the entire outer peripheral surface of the insulator 21 covering the inner conductor 22 to form a linear shape.
  • a part of the high resistance metal plating film P1 is covered with a low resistance metal plating film P2 made of a metal material having a low electrical resistivity such as copper.
  • the low resistance portion 23b on which the low resistance metal plating film P2 is formed constitutes the lead portion 26 '
  • the high resistance portion 23a where the high resistance metal plating film P1 is exposed constitutes the heat generating portion 25'.
  • the exposed portion of the high-resistance metal plating film P1 can also be formed by etching the low-resistance metal plating film P2 after covering the entire high-resistance metal plating film P1 with the low-resistance metal plating film P2.
  • the heater body 20 ′ having the configuration shown in FIG. 7 can be formed using a metal foil instead of the metal plating film.
  • the heater main body 20 ′ After the high resistance metal foil is wound around the insulator 21, the heater main body 20 ′ It can be easily manufactured by partially wrapping a resistive metal foil.
  • the lead portion 26 ′ can be formed of a low resistance metal wire in addition to the above-described plating film or metal foil. Examples of the metal wire include a round wire and a flat wire.
  • the heat generating portion 25 ′ is formed at the end of the external conductor 23, but it may be formed at the center of the external conductor 23, and the position where the heat generating portion 25 ′ is formed is not particularly limited. Absent. Further, the heat generating portion 25 ′ may be intermittently formed at a plurality of locations along the axis of the heater body 20. The heat generating portion 25 ′ may be formed in the entire circumferential direction at each position along the axis of the heater body 20, or may be formed only in a part in the circumferential direction. When the heat generating portion 25 ′ is formed in a part in the circumferential direction, a spiral plating film or the like may be used, and the length of the heat generating portion 25 necessary for heating the object to be heated can be easily ensured.
  • the inner conductor 22 is electrically connected to the outer conductor 23 at the tip portion, thereby forming a folded portion 24 ′ where the energization path is folded.
  • the folded portion 24 ′ can be formed by extending the high resistance metal plating film P ⁇ b> 1 to the end face of the internal conductor 22 when the heat generating portion 25 ′ is formed by the high resistance metal plating film P ⁇ b> 1.
  • the conduction between the inner conductor 22 and the outer conductor 23 can be performed by wire bonding, application of a conductive resin or conductive adhesive, or through a through hole formed in the insulator 21. Can also be done.
  • the temperature detection element 30 is accommodated in the heat transfer tube 10, and a gap formed between the inner surface of the heat transfer tube 10 and the heater body 20 and the temperature detection element 30. Is filled with a sealing resin 14.
  • the temperature detection element 30 includes a temperature measuring unit 31 at the tip, and is inserted into the heat transfer tube 10 from the opening 11 on one end side, and the temperature measuring unit 31 is disposed in the vicinity of the heat generating unit 25 of the heater body 20. .
  • a proximal end side of the temperature detection element 30 is connected to a connection cord 42 in the sleeve 40.
  • the temperature measuring unit 31 is preferably in contact with the inner peripheral surface of the heat transfer tube 10 in the vicinity of the heat generating unit 25. According to this configuration, since the heat conductivity of the heat transfer tube 10 is good, a temperature close to the temperature of the object to be heated in the vicinity of the outer periphery of the heat transfer tube 10 can be measured. It can be done accurately.
  • the electric heater 1 ′ having the above-described configuration is similar to the electric heater 1 according to the first embodiment in that the heater body 25 ′ is housed in the heat transfer tube 10 and the heat generating portion 25 is part of the heat transfer tube 10. Since it forms so that it may follow, it becomes possible to produce desired temperature distribution along the longitudinal direction of the heat exchanger tube 10, and to-be-heated material can be heated locally efficiently.
  • the heater main body 20 ′ is configured to include the inner conductor 22 and the outer conductor 23 arranged coaxially, and a part of the outer conductor 23 is formed along the axis as the high resistance portion 23a to form the heat generating portion 25.
  • the heater main body 20 ′ can be made compact, and the diameter of the electric heater 1 can be reduced while increasing the design margin of the heat transfer tube 10.
  • the outer conductor 23 constituting the lead portion 26 can be formed of a metal plating film or a metal foil, the heater body 20 and the electric heater 10 can be more easily reduced in diameter.
  • the heat transfer tube 10 has openings 11 and 12 formed at both ends and is filled with the sealing resin 14, the gap in the heat transfer tube 10 can be easily sealed to prevent foreign matter from entering, and the heater body
  • the heat generating part 25 ′ of 20 ′ and the temperature measuring part 31 of the temperature detecting element 30 can be reliably fixed at a desired position. Further, by using a material having good thermal conductivity as the sealing resin 14, the non-heated material can be efficiently heated. It is also possible to fill the heat transfer tube 10 with a filler other than resin as described above.
  • the electric heater 1 ′ of the second embodiment can also be configured such that the heat generating portion 25 ′ is in contact with the inner peripheral surface of the heat transfer tube 10 as shown in FIG. 8.
  • the heat generating portion 25 ′ is curved, and the base end side and the distal end side of the heat generating portion 25 ′ are in contact with the inner peripheral surface of the heat transfer tube 10, respectively. It is positioned and held in the heat tube 10.
  • the dimensions of each part described for the electric heater 1 shown in FIG. 4 can be applied to the same configuration of the electric heater 1 ′ shown in FIG. 8.
  • FIG. 9 is an exploded cross-sectional view showing an embodiment when used in a living body heating apparatus for heating a diseased part of a living body as a suitable use example of the electric heater of the present invention.
  • a living body heating instrument 100 shown in FIG. 9 includes a hollow puncture needle 110 having a puncture portion 112 at the tip and openings at both ends, and an electric heater 1 that is detachably inserted into the puncture needle 110.
  • the electric heater 1 has a heater body housed inside the heat transfer tube 10, and the structure thereof is the same as that of the electric heaters 1, 1 ′ of the first embodiment or the second embodiment described above. Detailed description is omitted.
  • the tip portion sealed with resin in the heat transfer tube 10 is tapered to match the shape of the puncture portion 112 of the puncture needle 110, and is polished.
  • the sleeve 40 provided on the proximal end side of the heat transfer tube 10 can be attached to a mounting portion 114 provided on the proximal end side of the puncture needle 110, and by inserting the heat transfer tube 10 into the puncture needle 110,
  • the electric heater 1 is positioned and fixed with respect to the puncture needle 110.
  • the heat generating portion 25 of the electric heater 1 is provided so as to be positioned in the vicinity of the puncture portion 112 when inserted into the puncture needle 110.
  • the size of the puncture needle 110 is not particularly limited.
  • the inner diameter is about 0.4 mm and the length is about 150 mm, and the electric heater 1 can be inserted into the hollow portion of the puncture needle 110. Thickness and length are set.
  • the living body heating instrument 100 having the above-described configuration has a negative effect on a healthy part by puncturing the living body such as a human body or an animal with the puncture needle 110 in a state where the electric heater 1 is attached to the puncture needle 110. Only the lesion site such as cancer cells can be selectively heated, and effective treatment can be performed.
  • the heating temperature by the electric heater 1 is not particularly limited, but the surface temperature of the heat transfer tube 10 in the vicinity of the heat generating portion 25 is preferably about 50 to 60 ° C. After the cauterization treatment, by removing only the electric heater 1 while the puncture needle 110 is punctured into the living body, it becomes possible to supply a drug or the like from the distal end portion 112 of the puncture needle 110 to the lesion site.
  • the inner surface of the puncture needle 110 and the outer surface of the heat transfer tube 10 are previously subjected to water repellent treatment or the like. It is preferable.
  • the electric heater 1 itself can be used as a puncture needle by forming the tip of the heat transfer tube 10 into a sharp needle shape.

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Abstract

　線状のヒータ本体２０が伝熱管１０に収容された電熱ヒータ１であって、ヒータ本体２０は、一対の端部２６ａ，２６ｂが伝熱管１０の一端側から導出されるように伝熱管１０内に折り返し部２４を有しており、伝熱管１０の一部に沿うように形成される発熱部２５と、発熱部２５を伝熱管１０の外部に電気的に接続可能なリード部２６とを備える。この電熱ヒータ１は、狭いスペースに挿入して局所的な加熱を行うことができる。

Description

電熱ヒータおよびその製造方法
　本発明は、電熱ヒータおよびその製造方法に関し、より詳しくは、生体を穿刺する穿刺針の内部等の微小空間に収容するのに好適な電熱ヒータおよびその製造方法に関する。
　電熱ヒータは、各種機器や部材等の加熱や保温を目的として従来から種々の用途に使用されている。最近では、病変部位を加熱焼灼する治療方法に電熱ヒータを用いることが検討されており、このような用途に対応可能な微細な電熱ヒータが求められている。例えば、特許文献１に開示された電熱針は、生体を穿刺可能なチップにより先端が閉塞された中空パイプに、発熱体および熱電対が収容されて構成されている。発熱体は、ガラス繊維の糸からなる芯材に、細い発熱線がコイル状に巻回されて形成されており、中空パイプに挿入される先端側が２つ折りにされ、基端側が接続子を介して被覆電線に接続される。
特開２０１０－２０５６８０号公報
　上記従来の電熱針は、発熱体の細径化が図られる一方で、発熱体と被覆電線との接続は中空パイプの外部に設けた接続子を介して行われることから、穿刺に必要な中空パイプの長さを確保しようとすると、それに共に発熱体の長さも必然的に長くなる。したがって、病変部位の近傍のみを局所的に効率よく加熱することが困難であるという問題があった。
　そこで、本発明は、狭いスペースに挿入して局所的な加熱を行うことができる電熱ヒータおよびその製造方法の提供を目的とする。
　本発明の前記目的は、線状のヒータ本体が伝熱管に収容された電熱ヒータであって、前記ヒータ本体は、一対の端部が前記伝熱管の一端側から導出されるように前記伝熱管内に折り返し部を有しており、前記伝熱管の一部に沿うように形成される発熱部と、前記発熱部を前記伝熱管の外部に電気的に接続可能なリード部とを備える電熱ヒータにより達成される。
　この電熱ヒータにおいて、前記ヒータ本体は、電気抵抗率が高い金属材料からなる線状体の表面の一部を、前記線状体の材料よりも電気抵抗率が低い金属材料からなる被覆体で被覆した部分を前記リード部とし、前記線状体が露出した部分を前記発熱部とすることができる。前記折り返し部は、前記発熱部に形成されていることが好ましい。
　前記発熱部は、外装体により覆われていることが好ましく、少なくとも一部が前記外装体を介して前記伝熱管の内周面に接触することが好ましい。この構成において、前記発熱部が前記伝熱管に接触する部分の軸方向長さの、前記発熱部の全長に対する比は、０．１～１であることが好ましい。また、前記発熱部は、複数箇所において前記伝熱管に接触することが好ましく、あるいは、前記発熱部は、前記折り返し部を挟んだ両側において前記伝熱管に接触することが好ましい。
　前記発熱部は、形状記憶合金または高張力線材からなることが好ましい。
　前記伝熱管は、両端が開口されており、内部に封止樹脂が充填されていることが好ましい。
　前記封止樹脂は、エポキシ樹脂であることが好ましい。
　前記伝熱管は、外径が０．２～０．７ｍｍであることが好ましい。
　前記発熱部と前記伝熱管との間に生じるギャップの平均値は０～０．１ｍｍであることが好ましい。
　前記線状体および前記被覆体の軸線方向に沿った単位長さあたりの抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２としたときに、これらの抵抗値の比（Ｒ１／Ｒ２）が２０以上であることが好ましい。
　前記ヒータ本体は、絶縁体を介して同軸状に配置される内部導体および外部導体を備え、前記内部導体および前記外部導体が端部において導通されることにより前記折り返し部が形成された構成にすることができる。この構成において、前記発熱部は、前記外部導体の一部を軸線に沿って高抵抗部とすることにより形成することができる。
　上記の各電熱ヒータは、前記伝熱管内における前記発熱体近傍の温度を検出する温度検出素子を更に備えることが好ましく、前記温度検出素子の測温部が前記伝熱管の内周面に接触していることが好ましい。
　また、本発明の前記目的は、上述した電熱ヒータを製造する方法であって、　高抵抗金属材料からなる線状体の表面の一部を、前記線状体の材料よりも電気抵抗率が低い低抵抗金属材料で被覆すると共に、前記線状体に前記折り返し部を形成して前記ヒータ本体を製造する第１の工程と、前記ヒータ本体を前記伝熱管に収容する第２の工程とを備え、前記線状体が前記低抵抗金属材料で被覆された部分が前記リード部を構成し、前記線状体が露出した部分が前記発熱部を構成する電熱ヒータの製造方法により達成される。
　この電熱ヒータの製造方法において、前記発熱部は、高張力線材から形成されて、外装体により覆われた構成にすることが好ましく、前記第２の工程は、前記発熱部を湾曲させたときの弾性力によって、前記発熱部を、前記外装体を介して前記伝熱管の内周面に密着させることが好ましい。
　あるいは、前記発熱部は、形状記憶合金から形成されて、外装体により覆われた構成にすることが好ましく、前記第２の工程は、前記発熱部を前記伝熱管に収容した後に加熱変形させて、前記発熱部を、前記外装体を介して前記伝熱管の内周面に密着させることが好ましい。
　本発明によれば、狭いスペースに挿入して局所的な加熱を行うことができる電熱ヒータおよびその製造方法を提供することができる。
本発明の第１の実施形態に係る電熱ヒータの平面図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 図２のＢ１－Ｂ１断面図である。 図３に示す電熱ヒータの変形例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る電熱ヒータの横断面図である。 図５のＢ２－Ｂ２断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る電熱ヒータの要部を模式的に示す斜視図である。 図６に示す電熱ヒータの変形例を示す断面図である。 本発明の電熱ヒータを生体治療器具に適用する場合の一実施形態を示す分解斜視図である。
　以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る電熱ヒータの平面図であり、図２および図３は、それぞれ図１のＡ－Ａ断面図およびＢ１－Ｂ１断面図である。図１から図３に示すように、電熱ヒータ１は、伝熱管１０の内部に線状のヒータ本体２０が収容されて構成されている。伝熱管１０は、熱伝導性が良好な材料（例えば、ステンレスや銅などの金属材料）から形成されており、両端に開口１１，１２が形成されている。伝熱管１０の太さは特に限定されるものではないが、例えば外径が０．３ｍｍ程度の極細管を使用することができる。伝熱管１０は、狭いスペースへの挿入が容易になるように、自立性と可撓性を有することが好ましい。
　ヒータ本体２０は、発熱部２５およびリード部２６が長手方向に沿って接続されており、発熱部２５およびリード部２６のいずれかの部分で折り曲げることにより、折り返し部２４が形成される。ヒータ本体２０は、電気抵抗率が高い金属材料からなる線状体の表面の一部を、この線状体よりも電気抵抗率が低い金属材料からなる金属めっき膜または金属箔で被覆することで製造することができ、低抵抗金属材料からなる被覆体により線状体が被覆された部分がリード部２６を構成し、線状体が露出した部分が発熱部２５を構成する。このようなヒータ本体２０の製造方法によれば、発熱部２５およびリード部２６の形成を容易且つ確実に行うことができる。なお、ヒータ本体２０における発熱部２５の位置は特に限定されるものではなく、１箇所だけでなく複数個所に形成してもよいが、後述するように、少なくともヒータ本体２０の先端部である折り返し部２４が発熱部２５に形成されていると、生体内における発熱部２５の位置合わせが正確にできて好適である。ヒータ本体２０の製造方法は、上記に限定されるものではなく、例えば、筒状部材からなる複数のリード部の間に線状部材からなる発熱部を配置し、発熱部の両端部を各リード部の開口端部にそれぞれかしめ固定して、ヒータ本体を構成することも可能である。
　発熱部２５を構成する線条体の高抵抗金属材料としては、ニッケル、鉄、白金、クロム、チタンや、これらの合金（ステンレスやニクロムなど）を例示することができる。線状体は、細線化のため単線であることが好ましいが、複数の単線を撚り合わせたものであってもよい。一方、線条体を被覆してリード部２６を構成する被覆体の低抵抗金属材料としては、金、銀、銅、アルミニウムやこれらの合金を例示することができる。
　発熱部２５およびリード部２６は、外装体２８により被覆されている。外装体２８は、熱伝導性、耐熱性および電気絶縁性に優れることが好ましく、本実施形態ではポリイミド系樹脂を使用しているが、その他に、フッ素系樹脂、オレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ＡＢＳ樹脂や、ポリアミド樹脂とＡＢＳ樹脂とのポリマーアロイなどを例示することができる。外装体２８は、発熱部２５およびリード部２６を被覆するチューブまたはコーティングにより形成することができる。外装体２８の厚みは、大きすぎると熱伝導性が低下する一方、小さすぎると電気絶縁性が低下しやすいことから、例えば、０．５～１０μｍ程度であると好ましい。
　ヒータ本体２０は、リード線２６の一対の端部２６ａ，２６ｂが、伝熱管１０の一端側の開口１１から導出されるように配置されており、折り返し部２４が伝熱管１０内の他端側の開口１２近傍に配置されている。ヒータ本体２０は、折り返し部２４を予め形成した状態で、一対の端部２６ａ，２６ｂを伝熱管１０の他端側の開口１２から挿入し、一端側の開口１１から引き出す量を調整することにより、伝熱管１０内における折り返し部２４の位置決めを容易に行うことができる。ヒータ本体２０の一対の端部２６ａ，２６ｂは、伝熱管１０の端部に装着されたスリーブ４０内において、給電線（図示せず）を介して接続コード４２に接続されている。接続コード４２は、不図示の電源装置等に接続することができる。このように、発熱部２５は、リード線２６を介して伝熱管１０の外部に電気的に接続することができる。
　伝熱管１０の内部には、ヒータ本体２０以外に、熱電対などの温度検出素子３０が収容されている。温度検出素子３０は、伝熱管１０に一端側の開口１１から挿入されて、先端側の測温部（図示せず）がヒータ本体２０の発熱部２５の近傍に配置されている。温度検出素子３０も、スリーブ４０内において接続コード４２に接続されている。温度検出素子３０が発熱体２５の近傍の温度を検出することにより、被加熱物を所望の温度で加熱するための通電制御を的確に行うことができる。
　伝熱管１０の内面と、ヒータ本体２０および温度検出素子３０との間に形成される隙間には、封止樹脂１４が充填されている。封止樹脂１４は、熱伝導性が良好であることが好ましく、例えば、エポキシ系樹脂、イミド系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂などを好適に使用することができる。特に、エポキシ系樹脂は、低粘度のものを選定することで伝熱管１０への充填を容易に行うことができるだけでなく、熱伝導性が良好（空気の約１０倍）で、耐熱性が高く（耐熱温度が約２００℃）、硬化時の収縮性が小さいことから、封止樹脂１４として好適に使用することができる。封止樹脂１４には、アルミナやシリカ等の添加剤を添加することで、熱伝導性をより向上させることができる。
　伝熱管１０の隙間への封止樹脂１４の充填は、伝熱管１０の内径が微小である場合には、粘度が低い樹脂溶液を用いて毛細管現象を利用して浸透させ、その後、固化させて行うことができる。あるいは、封止樹脂１４を伝熱管１０に加圧注入して充填することもできる。伝熱管１０の内部には、樹脂以外の充填剤を充填してもよい。充填剤は、熱伝導率が空気よりも高いものが好ましく、例えば、金属やセラミックスなどを使用することも可能であり、形状は問わず固体状（粉体状、粒状）、液状のものであってもよい。伝熱管１０は、一方の端部が閉塞されたものを使用することもできる。
　上記の構成を備える電熱ヒータ１によれば、ヒータ本体２０を伝熱管１０に収容した状態で、発熱部２５が伝熱管１０の一部に沿うように形成されているので、伝熱管１０の長手方向に沿って所望の温度分布を生じさせることが可能になり、被加熱物を局所的に効率よく加熱することができる。また、発熱部２５を伝熱管１０の外部と接続するリード部２６の延長により、伝熱管１０を容易に長くすることができるので、例えば注射針のように開口が小さく奥行きが長いスペースにも容易に挿入することができ、患部のみを選択的に加熱することができる。
　本実施形態の電熱ヒータ１において、図２および図３では、ヒータ本体２０が伝熱管１０の内面と接触していない構成の一例を示しているが、ヒータ本体２０の発熱部２５の少なくとも一部を、伝熱管１０の内面に接触させた構成にすることが好ましい。図４は、発熱部２５が伝熱管２０の内面に接触した構成の一例を示す断面図である。
　図４に示す電熱ヒータ１は、ヒータ本体２０を発熱部２５で折り曲げて折り返し部２４を形成する際の曲率半径を大きくすることにより、発熱部２５の一部が外装体２８を介して伝熱管１０の内周面に接触している。図４に示す構成によれば、発熱部２５が封止樹脂１４を介することなく伝熱管１０を加熱するため、熱伝導性を向上させることができ、被加熱物をより効率良く加熱することができる。また、発熱部２５が伝熱管１０と接触することにより、伝熱管１０内における発熱部２５の位置決め精度を向上することができ、製品毎の加熱性能のバラツキを抑制して安定した加熱効果を得ることができる。曲率半径が大きい発熱部２５を伝熱管１０内にスムーズに挿入することができるように、伝熱管１０の開口１２の縁部には、アール加工（または面取り加工）１２ａが施されていることが好ましい。
　発熱部２５は、少なくとも一部が伝熱管１０の内周面に接触していればよい。発熱部２５と伝熱管１０との接触箇所は、１箇所であってもよいが、複数箇所であることが好ましく、これによって伝熱管１０内における発熱部２５の保持を容易にすることができる。発熱部２５が伝熱管１０に接触する箇所は、本実施形態のように折り返し部２４を挟んだ両側であることが好ましいが、他の箇所であってもよい。折り返し部２４は発熱部２５に形成されることが好ましく、折り返し部２４を形成するための発熱部２５の変形を利用して、発熱部２５を伝熱管１０に容易に接触させることができる。
　発熱部２５が伝熱管１０に接触する部分の軸方向長さは、被加熱物への伝熱を効率良く行うため、できる限り大きいことが好ましい。具体的には、発熱部２５が外装体２８を介して伝熱管１０に接触する部分の軸方向長さの合計（Ｃ１＋Ｃ２）の、発熱部２５の全長Ｌに対する比（Ｃ１＋Ｃ２）／Ｌが、０．１～１であることが好ましく、０．３～１であることがより好ましく、０．５～１であることが更に好ましい。発熱部２５と伝熱管１０との接触長さは、例えばＸ線を用いて測定することができる。発熱部２５の軸方向の全長Ｌは、被加熱領域の大きさを考慮して定めればよく、特に限定されるものではないが、例えば、１～３０ｍｍ程度である。
　発熱部２５が伝熱管１０と接触しない部分は、外部への伝熱ロスを抑制するために、伝熱管１０の内周面との間に生じるギャップｇができる限り小さいことが好ましい。例えば、ギャップｇの平均値は、０～０．１ｍｍであることが好ましい。ギャップｇの平均値は、発熱部２５の折り返し部２４を除く部分の略全体から一定の間隔で抽出した１０箇所の横断面において、発熱部２５を覆う外装体２８の外周面と伝熱管１０の内周面との最小距離の算術平均から求めることができる。発熱部２５が伝熱管１０と接触しない部分は、断熱材等により予め被覆するようにしてもよい。伝熱管１０への発熱部２５の接触長さを十分確保できる場合には、封止樹脂１４を充填しない構成にすることもできる。ギャップｇの平均値が上記の数値範囲内にある場合、発熱部２５が伝熱管１０と全く接触しない構成にすることもできる。
　一方、リード部２６と伝熱管１０の内周面との間に生じるギャップは、なるべく大きいことが好ましい。
　伝熱管１０に対する封止樹脂１４の充填は、発熱部２５を被覆する程度の一部のみであってもよく、リード部２６の周辺は空気層であってもよい。ヒータ本体２０は主として発熱部２５において発熱することから、この構成により、加熱性能を良好に維持しつつ、封止樹脂１４の使用量を軽減することができる。封止樹脂１４を伝熱管１０の一部のみに充填する方法としては、発熱部２５とリード部２６との間に空気が通過可能なメッシュ板等を介在させ、封止樹脂１４を毛細管現象や加圧により伝熱管１０内に充填する際に、封止樹脂１４をメッシュ板で遮断する方法を例示することができる。
　発熱部２５は、通電等により加熱変形して伝熱管１０の内周面に密着するように予め形状記憶熱処理が施された、Ｎｉ－Ｔｉ（ニッケル・チタン）合金や、鉄・マンガン・ケイ素合金等の形状記憶合金により形成してもよい。あるいは、ステンレス線、ピアノ線、タングステン線、ニクロム線などの高張力線材によって発熱部２５を形成し、発熱部２５を湾曲させたときの弾性力によって、発熱部２５が伝熱管１０に密着するように構成してもよい。高張力線材の引張強さは８００ＭＰａ以上が好ましい。このように、形状記憶合金または高張力線材によって発熱部２５を形成することで、発熱部２５の少なくとも一部を伝熱管１０に容易且つ確実に密着させることができると共に、発熱部２５を伝熱管１０内の所望の位置に確実に保持することができるので、被加熱物の局所的な加熱を精度良く行うことができる。
　図４に示す構成において、伝熱管１０の外径ｄ１は、小さ過ぎると好適な線状体の太さとすることができず、ヒータ本体２０の挿入スペースや発熱量を確保することが困難になる一方、大き過ぎると伝熱管１０を収容する穿刺針が太くなって穿刺時に痛みや組織破壊を生じ易くなることから、０．２～０．７ｍｍであることが好ましく、０．３～０．６ｍｍがより好ましく、０．３～０．５ｍｍが更に好ましい。伝熱管１０の肉厚ｔ１は、薄いほど熱伝導効率が向上するため好ましいが、薄すぎると穿刺時の曲げ変形等に対する強度の確保が困難になることから、例えば、０．０１～０．２６ｍｍ程度であり、０．０３～０．０４ｍｍであることが好ましい。
　ヒータ本体２０において、発熱部２５を構成する線状体は高抵抗であることが好ましい一方、線状体を被覆してリード部２６を構成する被覆体は低抵抗であることが好ましい。具体的には、上記の線状体および被覆体の軸線方向に沿った単位長さあたりの抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２とすると、これらの抵抗値の比（Ｒ１／Ｒ２）を大きくするほど、発熱部２５において効率良く加熱することができる。例えば、上記抵抗値の比（Ｒ１／Ｒ２）は、２０以上であることが好ましい。一例を挙げると、線状体をＳＵＳ３０４（電気抵抗率：７．９２×１０－７Ωｍ）からなる直径１００μｍの線材とし、被覆体を銅（電気抵抗率：１．６８×１０－８Ωｍ）からなる厚み１０μｍのめっき膜とすることで、上述した抵抗値の比（Ｒ１／Ｒ２）は、約２０．７となる。抵抗値の比（Ｒ１／Ｒ２）の上限は特に存在しないが、実用的に、例えば５０である。
　発熱部２５を構成する線状体の直径ｄ２は、小さいほど伝熱管１０への挿入が容易になり、伝熱管１０をより細くすることが可能になる一方、小さ過ぎると必要な発熱量を確保することが困難になることから、０．０１～０．３ｍｍであることが好ましく、例えば、０．１ｍｍ程度である。また、発熱部２５を被覆してリード部２６を構成する被覆体の厚みｔ２は、大きいほど上述した抵抗値の比（Ｒ１／Ｒ２）を大きくして加熱効率を高めることができる一方、大き過ぎるとヒータ本体２０が太くなり伝熱管１０への挿入が困難になることから、０．００１～０．１６５ｍｍであることが好ましく、例えば、０．００５ｍｍである。
　以上、本発明の第１の実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではなく、以下に本発明の第２の実施形態について詳述する。
　図５は、本発明の第２の実施形態に係る電熱ヒータ１’の横断面図である。図６は、図５のＢ２－Ｂ２断面図である。図５および図６において、図２および図３と同様の構成部分には同一の符号を付している。
　第１の実施形態においては、発熱部２５およびリード部２６を長手方向に沿って接続したヒータ本体２０を折り曲げて、折り返し部２４を形成しているが、この第２の実施形態のように、内部導体２２および外部導体２３が絶縁体２１を介して同軸状に配置されたヒータ本体２０’を用いて、電熱ヒータ１’を構成することもできる。
　ヒータ本体２０’は、全体として線状に形成されている。中心に位置する内部導体２２は、線材からなり、例えば、金、銀、銅、アルミニウムやこれらの合金のように、電気抵抗率が低い金属材料から形成することができる。特に、線材の形成工程において金属繊維で強化された「その場金属繊維強化銅合金」により内部導体２２を形成することが好ましく、導電性および耐久性を良好に維持しつつ、極細径（例えば、約０．０３ｍｍ）に細線加工することができる。内部導体２２は、細線化のため単線であることが好ましいが、複数の単線を撚り合わせたものであってもよい。
　絶縁体２１は、フッ素系樹脂、オレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ＡＢＳ樹脂などの電気絶縁性が高い材料から形成することができ、例えば、ポリアミド樹脂とＡＢＳ樹脂とのポリマーアロイを好ましく用いることができる。絶縁体２１は、内部導体２２を被覆するチューブ状のものであってもよいが、厚みを極薄（例えば、約０．０４ｍｍ）にするため、コーティングにより形成することが好ましい。
　外部導体２３は、絶縁体２１の外周面全体に設けられている。外部導体２３も厚みが薄いことが好ましく、例えば、絶縁体２１に金属材料をめっきした金属めっき膜や、絶縁体２１に巻き付け接着した金属箔により、外部導体２３を形成することができる。外部導体２３の全体は、第１の実施形態と同様に、外装体２８により被覆されている。
　外部導体２３は、ヒータ本体２０’の軸線に沿って一部を高抵抗部２３ａとすることで、発熱部２５’が形成されている。外部導体２３における高抵抗部２３ａ（すなわち発熱部２５’）以外の部分は低抵抗部２３ｂであり、この低抵抗部２３ｂが内部導体２２と共にリード部２６’を構成している。高抵抗部２３ａは、軸線に沿った単位長さあたりの電気抵抗値が、低抵抗部２３ｂのそれよりも高くなるように形成される。高抵抗部２３ａと低抵抗部２３ｂとが同一の金属材料により形成される場合には、高抵抗部２３ａの厚みを低抵抗部２３ｂの厚みよりも小さくすればよい。より具体的には、絶縁体２１に対する金属めっきを部分的に繰り返し行うことでめっき膜の厚み分布を生じさせたり、あるいは、絶縁体２１に巻き付ける金属箔の巻き付け回数を部分的に変えることで金属箔の厚み分布を生じさせることにより、高抵抗部２３ａおよび低抵抗部２３ｂを形成することができる。
　高抵抗部２３ａと低抵抗部２３ｂとが異種の金属材料により形成される場合には、高抵抗部２３ａの金属材料の電気抵抗率が、低抵抗部２３ｂの金属材料の電気抵抗率よりも高いことが好ましい。例えば、低抵抗部２３ｂの材料として、内部導体２２と同様に、金、銀、銅、アルミニウムやこれらの合金等を使用する場合には、高抵抗部２３ａの材料として、ニッケル、鉄、白金、クロム、チタンや、これらの合金（ステンレスやニクロムなど）を使用することができる。
　また、上述した異なる厚みと異なる金属材料の組み合わせにより、高抵抗部２３ａおよび低抵抗部２３ｂを形成してもよい。例えば、図７に模式的に示すように、内部導体２２を被覆する絶縁体２１の外周面全体に、ニッケルなどの電気抵抗率が高い金属材料の高抵抗金属めっき膜Ｐ１を形成して線状体を形成した後、高抵抗金属めっき膜Ｐ１の一部を、銅などの電気抵抗率が低い金属材料の低抵抗金属めっき膜Ｐ２により被覆する。これにより、低抵抗金属めっき膜Ｐ２が形成された低抵抗部２３ｂがリード部２６’を構成し、高抵抗金属めっき膜Ｐ１が露出する高抵抗部２３ａが発熱部２５’を構成する。高抵抗金属めっき膜Ｐ１の露出部は、高抵抗金属めっき膜Ｐ１の全体を低抵抗金属めっき膜Ｐ２で被覆した後に、低抵抗金属めっき膜Ｐ２をエッチングして形成することもできる。図７に示す構成のヒータ本体２０’は、金属めっき膜の代わりに金属箔を用いて形成することも可能であり、絶縁体２１に高抵抗の金属箔を巻き付けた後、この金属箔に低抵抗の金属箔を部分的に巻き付けることで、容易に製造可能である。リード部２６’は、上述しためっき膜や金属箔以外に、低抵抗の金属線から形成することも可能である。金属線としては、丸線や平角線などを例示することができる。
　本実施形態においては、発熱部２５’を外部導体２３の端部に形成しているが、外部導体２３の中央に形成してもよく、発熱部２５’の形成位置は特に限定されるものではない。また、発熱部２５’は、ヒータ本体２０の軸線に沿って、断続的に複数個所に形成してもよい。発熱部２５’は、ヒータ本体２０の軸線に沿った各位置で周方向全体に形成してもよく、あるいは、周方向の一部のみに形成してもよい。発熱部２５’を周方向の一部に形成する場合、螺旋状のめっき膜等としてもよく、被加熱物の加熱に必要な発熱部２５の長さを容易に確保することができる。
　内部導体２２は、先端部において外部導体２３と導通されており、これによって通電経路が折り返される折り返し部２４’が形成されている。折り返し部２４’は、発熱部２５’を高抵抗金属めっき膜Ｐ１により形成する場合には、この高抵抗金属めっき膜Ｐ１を内部導体２２の端面にまで拡げて形成することができる。内部導体２２と外部導体２３との導通は、これ以外にも、ワイヤボンディングや、導電性樹脂・導電性接着剤の塗布などにより行うことができ、あるいは、絶縁体２１に形成した貫通孔を介して行うこともできる。
　伝熱管１０の内部には、第１の実施形態と同様に、温度検出素子３０が収容されており、伝熱管１０の内面と、ヒータ本体２０および温度検出素子３０との間に形成される隙間には、封止樹脂１４が充填されている。温度検出素子３０は、先端に測温部３１を備えており、伝熱管１０に一端側の開口１１から挿入されて、測温部３１がヒータ本体２０の発熱部２５の近傍に配置されている。温度検出素子３０の基端側は、スリーブ４０内において接続コード４２に接続されている。測温部３１は、発熱部２５の近傍において伝熱管１０の内周面に接触していることが好ましい。この構成によれば、伝熱管１０の熱伝導性が良好であることから、伝熱管１０の外周近傍における被加熱物の温度に近い温度を測定可能であるため、発熱部２５の温度制御をより的確に行うことができる。
　上記の構成を備える電熱ヒータ１’は、第１の実施形態に係る電熱ヒータ１と同様に、ヒータ本体２０’を伝熱管１０に収容した状態で、発熱部２５が伝熱管１０の一部に沿うように形成されているので、伝熱管１０の長手方向に沿って所望の温度分布を生じさせることが可能になり、被加熱物を局所的に効率よく加熱することができる。
　また、ヒータ本体２０’を、同軸状に配置された内部導体２２および外部導体２３を備える構成にして、外部導体２３の一部を軸線に沿って高抵抗部２３ａとして発熱部２５を形成することにより、ヒータ本体２０’のコンパクト化を図ることができ、伝熱管１０の設計マージンを大きくしつつ、電熱ヒータ１の細径化を図ることができる。
　また、リード部２６を構成する外部導体２３を、金属めっき膜または金属箔により形成することができるので、ヒータ本体２０および電熱ヒータ１０の細径化をより容易に行うことができる。
　伝熱管１０は、両端に開口１１，１２が形成されて封止樹脂１４が充填されるので、伝熱管１０内の隙間を容易に封止して異物の侵入を防ぐことができると共に、ヒータ本体２０’の発熱部２５’や温度検出素子３０の測温部３１を、所望の位置に確実に固定することができる。また、封止樹脂１４として熱伝導性が良好な材料を使用することで、非加熱物を効率良く加熱することができる。伝熱管１０には、上記のように樹脂以外の充填剤を充填することも可能である。
　第２の実施形態の電熱ヒータ１’についても、図８に示すように、発熱部２５’が伝熱管１０の内周面に接触した構成にすることができる。図８に示すヒータ本体２０’は、発熱部２５’が湾曲して、発熱部２５’の基端側および先端側が伝熱管１０の内周面にそれぞれ接触することにより、発熱部２５’が伝熱管１０内に位置決め保持される。図８に示す構成においても、内部導体２２および外部導体２３の材料として、形状記憶合金または高張力線材を使用することが好ましい。図４に示す電熱ヒータ１について説明した各部の寸法は、図８に示す電熱ヒータ１’の同様の構成に対しても適用可能である。
　本発明の電熱ヒータの用途は、特に限定されるものではないが、細径化が容易であることから、極細で長尺の微小空間に挿入するのに特に適している。図９は、本発明の電熱ヒータの好適な使用例として、生体の患部を加熱する生体加熱器具に用いた場合の一実施形態を示す分解断面図である。図９に示す生体加熱器具１００は、先端に穿刺部１１２を有し両端に開口を有する中空の穿刺針１１０と、穿刺針１１０に着脱可能に挿入される電熱ヒータ１とを備えている。電熱ヒータ１は、伝熱管１０の内部にヒータ本体が収容されており、その構造については上述した第１の実施形態または第２の実施形態の電熱ヒータ１，１’と同様であることから、詳細な説明を省略する。
　伝熱管１０において樹脂封止された先端部は、穿刺針１１０の穿刺部１１２の形状に合わせて先細に形成されており、研磨仕上げが施されている。伝熱管１０の基端側に設けられたスリーブ４０は、穿刺針１１０の基端側に設けられた装着部１１４に装着可能とされており、伝熱管１０を穿刺針１１０に挿入することにより、穿刺針１１０に対して電熱ヒータ１が位置決め固定される。電熱ヒータ１の発熱部２５は、穿刺針１１０への挿入時に穿刺部１１２の近傍に位置するように設けられている。穿刺針１１０の大きさは特に限定されないが、例えば、内径が０．４ｍｍ程度で長さが１５０ｍｍ程度であり、このような穿刺針１１０の中空部に挿入可能となるように、電熱ヒータ１の太さおよび長さが設定されている。
　上記の構成を備える生体加熱器具１００は、電熱ヒータ１を穿刺針１１０に装着した状態で、穿刺針１１０を人体や動物等の生体に穿刺することにより、健常部位に悪影響を与えることなく、がん細胞等の病変部位のみを選択的に加熱することができ、効果的な治療を行うことができる。電熱ヒータ１による加熱温度は特に制限されないが、発熱部２５の近傍での伝熱管１０の表面温度が５０～６０℃程度であることが好ましい。焼灼治療後は、穿刺針１１０を生体に穿刺したまま電熱ヒータ１のみを抜き取ることで、穿刺針１１０の先端部１１２から病変部位に薬剤等を供給することが可能になる。なお、電熱ヒータ１の抜き取り後に、穿刺針１１０の内面に血液等の体液が付着するのを抑制するため、穿刺針１１０の内面や伝熱管１０の外面には予め撥水処理等を施しておくことが好ましい。電熱ヒータ１は、上記のように穿刺針１１０に挿入する代わりに、伝熱管１０の先端部を先鋭な針状に形成することで、電熱ヒータ１自体を穿刺針として使用することもできる。
　１　電熱ヒータ
１０　伝熱管
１１，１２　開口
１４　封止樹脂
２０　ヒータ本体
２１　絶縁体
２２　内部導体
２３　外部導体
２３ａ　高抵抗部
２３ｂ　低抵抗部
２４　折り返し部
２５　発熱部
２６　リード部
２６ａ，２６ｂ　端部
２８　外装体
３０　温度検出素子
３１　測温部

Claims (18)

  1. 　線状のヒータ本体が伝熱管に収容された電熱ヒータであって、
    　前記ヒータ本体は、一対の端部が前記伝熱管の一端側から導出されるように前記伝熱管内に折り返し部を有しており、前記伝熱管の一部に沿うように形成される発熱部と、前記発熱部を前記伝熱管の外部に電気的に接続可能なリード部とを備える電熱ヒータ。
  2. 　前記ヒータ本体は、電気抵抗率が高い金属材料からなる線状体の表面の一部を、前記線状体の材料よりも電気抵抗率が低い金属材料からなる被覆体で被覆した部分が前記リード部を構成し、前記線状体が露出した部分が前記発熱部を構成する請求項１に記載の電熱ヒータ。
  3. 　前記折り返し部は、前記発熱部に形成されている請求項１または請求項２いずれかに記載の電熱ヒータ。
  4. 　前記発熱部は、外装体により覆われており、少なくとも一部が前記外装体を介して前記伝熱管の内周面に接触する請求項１～３いずれかに記載の電熱ヒータ。
  5. 　前記発熱部が前記伝熱管に接触する部分の軸方向長さの、前記発熱部の全長に対する比が、０．１～１である請求項４に記載の電熱ヒータ。
  6. 　前記発熱部は、複数箇所において前記伝熱管に接触する請求項４に記載の電熱ヒータ。
  7. 　前記発熱部は、前記折り返し部を挟んだ両側において前記伝熱管に接触する請求項４に記載の電熱ヒータ。
  8. 　前記発熱部は、形状記憶合金または高張力線材からなる請求項１～７いずれかに記載の電熱ヒータ。
  9. 　前記伝熱管は、両端が開口されており、内部に封止樹脂が充填されている請求項１～８いずれかに記載の電熱ヒータ。
  10. 　前記封止樹脂は、エポキシ樹脂である請求項９に記載の電熱ヒータ。
  11. 　前記伝熱管は、外径が０．２～０．７ｍｍである請求項１～１０いずれかに記載の電熱ヒータ。
  12. 　前記発熱部と前記伝熱管との間に生じるギャップの平均値が０～０．１ｍｍである請求項１～１１いずれかに記載の電熱ヒータ。
  13. 　前記線状体および前記被覆体の軸線方向に沿った単位長さあたりの抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２としたときに、これらの抵抗値の比（Ｒ１／Ｒ２）が２０以上である請求項１～１２いずれかに記載の電熱ヒータ。
  14. 　前記ヒータ本体は、絶縁体を介して同軸状に配置される内部導体および外部導体を備え、前記内部導体および前記外部導体が端部において導通されることにより前記折り返し部が形成されており、
    　前記発熱部は、前記外部導体の一部を軸線に沿って高抵抗部とすることにより形成されている請求項１に記載の電熱ヒータ。
  15. 　前記伝熱管内における前記発熱体近傍の温度を検出する温度検出素子を更に備え、前記温度検出素子の測温部が前記伝熱管の内周面に接触している請求項１～１４いずれかに記載の電熱ヒータ。
  16. 　請求項１に記載の電熱ヒータを製造する方法であって、
    　高抵抗金属材料からなる線状体の表面の一部を、前記線状体の材料よりも電気抵抗率が低い低抵抗金属材料で被覆すると共に、前記線状体に前記折り返し部を形成して前記ヒータ本体を製造する第１の工程と、
    　前記ヒータ本体を前記伝熱管に収容する第２の工程とを備え、
    　前記線状体が前記低抵抗金属材料で被覆された部分が前記リード部を構成し、前記線状体が露出した部分が前記発熱部を構成する電熱ヒータの製造方法。
  17. 　前記発熱部は、高張力線材から形成されて、外装体により覆われており、
    　前記第２の工程は、前記発熱部を湾曲させたときの弾性力によって、前記発熱部を、前記外装体を介して前記伝熱管の内周面に密着させる請求項１６に記載の電熱ヒータの製造方法。
  18. 　前記発熱部は、形状記憶合金から形成されて、外装体により覆われており、
    　前記第２の工程は、前記発熱部を前記伝熱管に収容した後に加熱変形させて、前記発熱部を、前記外装体を介して前記伝熱管の内周面に密着させる請求項１６に記載の電熱ヒータの製造方法。
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