JPS63207083A - カ−トリツジヒ−タ - 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（以下単にヒータという）
に関する。

種々の構造乃至形状のヒータが色々な産業分野で広く利
用されている。該ヒータは例えば、密閉系又は開放系の
容器内で水を代表とする被熱物を加熱する場合、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、特に正特性サーミスタ素子
を用いるヒータ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が使用さ
れている。

ところが、かかる従来のヒータによると、次のような問
題点がある。

ｌ）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とこれ
を装着した容器内の被熱物との間の熱伝導性を阻害する
のであるが、この場合、被熱物の加熱温度を所望通り確
保しようとすれば、ヒータ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、ヒータ内部が損傷してし
まう、特に、ヒータ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。

２）空焼き等の異常過熱を防止して、ヒータを装着した
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り、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
り、それだけ重量にも富む。

〈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する新たなヒー
タを提供するものである。

しかして本発明者は、上記観点で鋭意検討した結果、ヒ
ータの発熱源として正特性サーミスタ素子を用いると、
該ヒータそれ自体に自己保護機能を持たせることができ
、しかもかかる自己保１ｌＩＪａ俺を発揮させつつ正特
性サーミスタ素子のいわば反発作用に打ち勝って該ヒー
タの出力を上げるためには、その熱放出を助長させるこ
とが必要であり、該熱放出を助長させるためにはヒータ
の外周面に凹凸部を形成させてヒータと被熱物との接触
面積を大きくするのが重要であることを見出し、本発明
を完成するに至った。

すなわち本発明は、 外周面に凹凸部が形成された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
が圧密化された熱伝導性の絶縁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
ヒータに係る。

以下２図面に基いて本発明の構成を更に詳細に説明する
。

〈実施例、その作用〉 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図は該−実施例の横断面図である、先端が例えば
溶接により閉設され、基端が絶縁弾性を有する栓材１１
で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４１ａ　〜４１ｄが、電極３１ａ、
３１ｂの外周に２個所で嵌着の絶縁材５１ａ、５１ｂを
介して位置決めされている０図示した実施例の場合、絶
縁材５１ａは周端がリング状に突設された円板形状であ
り、また絶縁材５１ｂはリング形状であるが、絶縁材５
１ａは電極３１ａ、３１ｂと金属製パイプ２１の先端閉
設面との間の絶縁機能をも果たすた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
として例えば円板形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５１ｂ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、Ｂｌｂが挿入されていて、このリー
ドｌｉｅ　１　ａ　、　６　ｌ　ｂの端子部６２ａ、６
２ｂが線材１１を貫通して外部へ取り出されている。更
に金属製パイプ２１内の間隙には熱伝導性の絶縁粉末７
１が充填されており、この絶縁粉末７１は圧密化されて
いて、電極３１ａ、３１ｂ及び正特性サーミスタ素子４
１ａ〜４１ｄは、絶縁材５１ａ、５１ｂの補助を得つつ
圧密化された絶縁粉末７１によって密着固定されている
。

そして、金属製パイプ２１の外周面には凹凸部を形成す
るものとして複数の独立したリング状片２１ａが軸と直
交する方向で立設されている。

第３図は本発明の他の一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、正特性サーミスタ素子４２ｄ、絶縁材５２ｂ
、リード線６３ａ、６３ｂ及び圧密化された絶縁粉末７
２の全体の相互関係は、次の諸点を除き、第１図及び′
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、金属製パイプ２２の外周面に凹凸部を形成
するものとして複数の独立した板状片２２ａが軸方向で
立設され、正特性サーミスタ素子４２ｄが両側の電極３
２ａ、３２ｂに相対向して陥設の凹部に嵌合していて、
リード線８３ａ、８３ｂが電極３２ａ、３２ｂの周面に
陥設の小凹部３２ｃ　、　３２ｄに埋設されて該小凹部
３２ｃ　、３２ｄの開口が圧縮されることによって固定
されており、絶縁材５２ｂが単純なリング形状に構成さ
れている。

第１図及び第２図の実施例では、金属製パイプ２１内の
間隙へ絶縁粉末７１を充填するとき、絶縁材５１ｂの切
欠部５１ｃが利用されるが、第３図の実施例では、金属
製パイプ２２内の間隙へ絶縁粉末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５２ｃ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一実施例に
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３３
ａ、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〜
４４ｃ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１Ｏがネジ止め装
着されており、ヒータ１０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。この場合、
ヒータ１０の発熱源である正特性サーミスタ素子の自己
保護機能があるため、わざわざサーモスタットの如き保
護部材を別に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することができる
のである。

次に本発明に係るヒータの製造手順を簡単に説明する。

先ず、先端が閉設の金属製パイプを用意する。別に、リ
ード線を装着した電極を２片用意し、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ため、
自動的に金属製パイプ内へ位置決めされる。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、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０次に
、金属製パイプ内の間隙へ絶縁粉末を充填する。この充
填は、図示した実施例を引用すると、第２図における絶
縁材５１ｂの切欠部５１ｃや第３図における小間隙５２
ｃを利用して行なう、絶縁粉末を充填後、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する
。そして、以上の工程を経た金属製パイプをその外周面
から中心軸方向へ押圧して減径する。この減径手段によ
り、絶縁粉末が圧密化され、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。最後に、
減径した金属製パイプの外周面に凹凸部を形成する。

いうまでもなく、予め凹凸部を形成しておいた金属製パ
イプを使用することもできる。

本発明において、金属製パイプは、図示した断面円形の
ものに限らず、断面楕円形や断面角形のものも使用でき
る。またかかる金属製パイプの外周に形成する凹凸部は
、図示したような独立のリング状片や板状片に限らず、
連続した螺線状片であってもよいし、更には金属製パイ
プそれ自体に溝切りを施したものであってもよく、これ
らは溶接や切削等により形成する。かくして金属製パイ
プの外周面に形成した凹凸部は重要な役割を持つ、該凹
凸部によってヒータと被熱物との間の接触面積が大きく
なり、それだけヒータの熱放出が助長されて、その結果
、正特性サーミスタ素子を発熱源とする該ヒータの出力
を上げることができるからである。ヒータの出力を上げ
れば、それだけ被熱物を迅速に加熱することができるの
はいうまでもない、凹凸部が形成されていないと、ヒー
タと被熱物との間の接触面積が少なくなり、したがって
ヒータの熱放出も少なくなって、熱がヒータ内に滞る状
態となり、かかる状態ではその性質上、正特性サーミス
タ素子のいわば反発作用によってヒータの出力が上がら
なくなってしまう、この点は、電熱線を発熱源として、
熱放出とは無関係にその出力を上げることができる従来
のヒータと大きく異なる。

第７図は次のような諸数値のヒータを使用して水を加熱
したときの、水温（”Ｏ）と出力（Ｗ）との関係を例示
するグラフである。ヒータ諸数値：外径ｉｏｍｓ（凹凸
部を除く外径）、長さ６５ｍｍ、発熱部長３５ｍｍ、入
力電圧２００Ｖ、図中、出力曲線Ａは第１図及び第２図
に示した実施例であって（外表面積が出力曲線Ｂの場合
の約２倍）、絶縁粉末として窒化ホウ素粉末を使用した
本発明に係る場合、出力曲線Ｂは、他の構成は全く同じ
にして、凹凸部を形成しないことだけが異なるヒータの
場合である。この第７図からも、外周面に凹凸部を形成
させることの重要性が明らかである。

また本発明において、電極の外周へ嵌着する絶縁材も重
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り扱いを著
しく容易にし、また正特性サーミスタ素子を挾持した電
極を金属製パイプ内へ装入するときにその装入を自動的
に位置決めし、そして金属製パイプ内の間隙へ絶縁粉末
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
きに絶縁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
、金属製パイプや電極更には正特性サーミスタ素子との
関係で種々の形状のものが適用され得るが、好ましくは
フッ素系ゴムのような素材を使用するのがよい。

更に本発明において、正特性サーミスタ素子は、その平
面形状が円板形、角板形、ドーナツ形等、既に重版され
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１本発明は、かかる正特性
サーミスタ素子の特性を最大限に活用して、一方で被加
熱物を迅速に加熱しつつその温度を一定に保ち、他方で
該正特性サーミスタ素子を組込んだヒータの自己損傷を
防止するものである。したがって、本発明に係るヒータ
に組込まれる正特性サーミスタ素子は、該ヒータの用途
との関係において、その組合せ素材や形状（平面積、厚
さ）が適宜選定される。

そして本発明において、絶縁粉末は、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であってもよ
いが、窒化ホウ素やアルミナ更にはベリリヤ等の粉末を
使用するのが好ましい、これらは、酸化マグネシウムに
比べて、充分な絶縁性及びはるかに高い熱伝導性を有す
る。

〈発明の効果〉 以上説明した通りであるから、本発明には、被熱物を迅
速に加熱することができる効果の他に、ヒータの自己損
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ため、装置
全体を構造簡単にして軽量且つ安値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を示す縦断面図（一部省略）
、第２図は該−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一実施例を
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も
含めてその出力状況を例示するグラフである。 １０・・ヒータ、１１争・栓材 ２１．２２・・金属製パイプ ２１ａ番・リング状片、２２ａ＊　＠板状片３１ａ、３
１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４
ｂａ番電極 ４１ａ　〜４１ｄ、４２ｄ、４３ａ　〜４３ｃ、４４ａ
〜４４ｃｅ・正特性サーミスタ素子５１ａ、５１ｂ、５
２ｂｓ＊絶縁材 ５１ｃ・・切欠部、５２Ｃ＠１１小間隙６１ａ、Ｂｌｂ
、６３ａ、８３ｂ＊＊　　リード線６２ａ、６２ｂｅ＊
端子部 ７１．７２・・絶縁粉末

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、外周面に凹凸部が形成された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熱伝導性の絶縁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。