(57)【要約】      （修正有）【課題】発熱部と回路部が一体に形成されている水中ヒータにおいて、発熱部の電力が大きくなった場合にも、回路部の温度上昇を防止できる手段を提供する。【解決手段】外周に電熱線が巻回され、内部に熱電対が挿入されたセラミック製のコア部材と、前記コア部材を被覆する金属製の鞘状外筒と、前記鞘状外筒と前記コア部材との間に充填され、スウェージング加工が施された粉末状充填材と備えた発熱部１と、前記電熱線に電力を供給する電源回路と、前記電熱線の過熱を防止する制御回路と、金属製の円管からなり前記制御回路を内部に収蔵した後、その両端を水密封止されるスリーブと、前記スリーブの内壁と前記回路基板との間隙に充填された粉末状充填材とを備えた回路部２と、前記鞘状外筒と前記スリーブとを連結する連結部材３とを備えた水中ヒータの構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に電熱線が巻回され、内部に熱電対が挿入されたセラミック製のコア部材と、前記コア部材を被覆する金属製の鞘状外筒と、前記鞘状外筒と前記コア部材との間に充填され、スウェージング加工が施された粉末状充填材と備えた加熱部と、
前記電熱線に電力を供給する電源回路と、前記電熱線の過熱を防止する制御回路と、金属製の円管からなり前記制御回路を内部に収蔵した後、その両端を水密封止されるスリーブと、前記スリーブの内壁と前記回路基板との間隙に充填された粉末状充填材とを備えた回路部と、
前記鞘状外筒と前記スリーブとを連結する連結部材とを備えたことを特徴とする水中ヒータ。
【請求項２】
前記加熱部は、前記鞘状外筒の開放端に取り付けられ、前記電熱線のターミナルピンと前記熱電対の挿通孔を有する封止部材を備え、
前記回路部は、前記熱電対の信号を増幅する熱電対アンプと、前記電熱線への電力をオンオフする半導体リレーを内蔵する回路基板とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の水中ヒータ。
【請求項３】
前記粉末状充填材が酸化マグネシウム、窒化アルミニウム又は窒化珪素のうちの１種又は２種以上からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の水中ヒータ。
【請求項４】
前記回路部の半導体リレーの外側に放熱板が取り付けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の水中ヒータ。
【請求項５】
前記加熱部の鞘状外筒及び前記回路部のスリーブが金属チタンからなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の水中ヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活魚類の輸送・飼育等に用いられる大型活魚水槽の温度制御用の水中ヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱帯魚等の観賞魚を飼育する水槽には、温度調節のため水中ヒータが用いられることが多く、空焚き事故防止のため、業界団体「観賞魚用ヒータ安全協議会」により安全のための統一規格が出され、ヒータ上限温度の設定、カバーの難燃化等が進んでいる。これは、ヒータ本体を誤って水中以外（空気中）で加熱を続けたときに、空焚き状態になり、火災発生の原因となっているためである。
【０００３】
かかる空焚きを防止するために、水中ヒータの温度を制御して、事故を防止する手段が種々提案されている。例えば、特許文献１には、ヒータ本体とその動作を制御する制御部とヒータ本体の温度を感知する温度センサとからなり、この制御部がヒータ本体への通電回路を開閉する開閉手段と、温度センサの異常温度を検知する異常検知回路と、異常検知に応答して開閉手段を駆動させる駆動回路と、この異常状態を記憶する記憶回路を備えた観賞用水槽の水中ヒータが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、特許文献１と同様に、感温素子の感温動作に基づいて、異常検知時に温度制御回路が半導体スイッチを開動作させ、電熱部材への通電を断つようにした観賞用水槽の水中ヒータが開示されている。
【０００５】
しかし、これらはいずれも、容量が数リットルから数十リットル程度の小型の水槽の温度維持を目的とするもので、ヒータの所要電力も数十Ｗ程度である。一方、業務用の大型活魚水槽に用いられるヒータは、数百ワットから数ＫＷと数十倍も大容量である。また、活魚の入った水槽の移設・清掃時等に、ヒータは水槽に出し入れされるが、その際に外力による衝撃を受ける場合がある。このため、観賞用水槽に用いられている空焚き防止手段は、そのまま業務用の大型水槽に適用することはできない。また、現時点では「観賞魚用ヒータ安全協議会」による安全のための統一規格は、業務用大型水槽には適用されないため、業務用大型水槽の空焚き防止手段は提案されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１６２９３６号公報
【特許文献２】特開２００２−５８３８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
活魚類の活魚水槽、例えば活魚輸送用車両の水槽、魚料理店の水槽、稚魚飼育用養殖水槽等は、２０〜２５℃程度の温度を維持する必要があり、そのため数百Ｗから数ＫＷの水中ヒータを用い水槽を加温し、その温度調節を行っている。かかる大容量の水中ヒータの安全性を確保するためには、水槽の温度のみならず、水中ヒータそのものの温度を測定し、水中ヒータが異常な温度になった時には通電を制御する制御回路部が必要不可欠である。
【０００８】
特許文献１及び特許文献２に記載の観賞用水槽に用いられる水中ヒータの安全性確保の技術は、ヒータ本体と制御回路部とを一体に、同一の金属ケ−ス内に収容するカートリッジ型の構成が開示されている。
【０００９】
特許文献１及び特許文献２に記載のヒータ本体／制御回路部一体型のヒータ構成は、制御回路部の取付け工事の手間や、水槽上部での配線工事の手間を省く上で極めて有用である。
【００１０】
しかし、ヒータ本体と制御回路部とが一体化されたカートリッジ型のヒータでは、ヒータの所要電力が大きくなると、その制御回路部の温度が容易に１００℃を越え、半導体等により構成される制御回路が正常に動作しなくなる、という問題が生じる。また、大容量のヒータにおいては、熱伝導の効率化のためヒータ部に充填された絶縁粉末をスウェージング加工により高密度に圧縮することが好ましいが、制御回路部と加熱部とが一体の構造では、スウェージング加工時に制御回路が破損する可能性がある。このため、加熱部と制御回路部とが切り離された構造とし、制御回路部についてはスウェージング加工を行わないようにすることが好ましい。また、業務用としても用いられる水産関連用途の活魚水槽の多くは、その容量が数百キロ〜数トン規模になり、温度維持のためのヒータの所要電力も数百Ｗ~数ｋＷ以上になるため、制御回路部の温度上昇を如何に低減するかが重要な課題となる。さらに、外部から衝撃を受けても容易に破損しない構造であることが課題となる。
【００１１】
そこで本発明は、業務用として用いられる水産関連用途の活魚水槽に用いるヒータ本体／制御回路部一体型の水中ヒータにおいて、ヒータの所要電力が数ｋＷ以上の規模になっても、制御回路部の温度を正常なレベルに維持することのできる手段を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための本発明は、外周に電熱線が巻回され、内部に熱電対が挿入されたセラミック製のコア部材と、前記コア部材を被覆する金属製の鞘状外筒と、前記鞘状外筒と前記コア部材との間に充填され、スウェージング加工が施された絶縁粉末と、前記鞘状外筒の開放端に取り付けられ、前記電熱線のターミナルピンと前記熱電対の挿通孔を有する封止部材とを備えた加熱部と、
前記電熱線に電力を供給する電源回路、前記熱電対の信号を増幅する熱電対アンプ、前記電熱線の過熱を防止する制御回路、及び前記電熱線への電力をオンオフする半導体リレーを内蔵する回路基板と、前記鞘状外筒とほぼ同径の金属製の円管からなり、前記回路基板をその内部に収蔵した後、その両端を水密封止されるスリーブと、前記スリーブの内壁と前記回路基板との間隙に充填された絶縁性及び高熱伝導性を有する粉末状充填材とを備えた回路部と、
前記加熱部の外筒と前記回路部のスリーブとを連結する連結部材とを備えたことを特徴とする水中ヒータである。
【００１３】
上記水中ヒータにおいては、前記粉末状充填材が酸化マグネシウム、窒化アルミニウム又は窒化珪素のうちの１種又は２種以上からなることが好ましい。
【００１４】
また、上記水中ヒータにおいては、前記回路部の半導体リレー、例えばトライアックの外側に放熱板、例えば金属製の放熱板が取り付けられていることが好ましい。半導体リレーの熱放散を高め、高温化による誤動作・破損等を防止するためである。
【００１５】
さらに、上記水中ヒータにおいては、前記加熱部の鞘状外筒及び前記回路部のスリーブが金属チタンからなることが好ましい。外力による衝撃・腐食等から内部の構成部品の破損を防止できるからである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は上記のように構成されているため、発熱部から回路部への伝熱量を低減するとともに、回路部自体の発熱の熱放散が促進され、回路部の温度上昇を防止することができる。また、金属チタン等の金属製円管で内部を保護しており、衝撃による破損を防止することができる。これらにより本発明の水中ヒータは、水産関連用途の大型活魚水槽の温度維持のための加熱手段として、安全に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、実施例の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施例である水中ヒータの形状・構造を示す図で、図１（ａ）は外観図、図１（ｂ）は断面図である。このヒータは、発熱部１、回路部２、連結用継手３等からなっている。
【００１８】
図２は、本実施例の水中ヒータの発熱部の断面図である。この発熱部１は、セラミックス製のコア部材１１と、その外周に巻かれた電熱線１２と、コア部材１１の内部に挿入された熱電対１３と、電熱線１２が巻かれたコア部材１１を収蔵する金属製の鞘状外筒１４と、コア部材１１と鞘状外筒１４との間隙に充填された絶縁粉末１５と、鞘状外筒１４の一端に取り付けられた封止部材１６等とからなっている。
【００１９】
本実施例では、コア部材１１には酸化マグネシウムの円柱で、長手方向に２分割され、それぞれ軸方向に伸びる２個乃至４個の貫通孔を持つものを用いた。貫通孔のうち２個は電熱線１２又はそれに接続されたターミナルピン（図示していない）を挿通する孔で、他の２個は熱電対１３の素線を挿通する孔である。コア部材１１を２分割した理由は、分割点に熱電対の接点１７を位置させるためである。本実施例では、分割点はコア部材１１の長手方向中央付近にしたが、分割位置を変えることによって、測温位置を任意に変えることができる。
【００２０】
鞘状外筒１４は、一端が密封され他端が開放された鞘状の金属円筒からなり、開放端は封止部材１６によって、封口処理されている。封止部材１６には電熱線１２のターミナルピン（図示していない）及び熱電対１３の素線の挿通孔が設けられている。封止部材１６を用いる目的は、絶縁粉末の密封、水分等の侵入による劣化防止、回路部への熱絶縁等のためで、材料には絶縁パッキング、ガラス、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等の単体又は組み合わせのものを用いる。
【００２１】
電熱線１２は、ニッケル−クロム系又は鉄−クロム系の素線をコア部材１１の外周にらせん状に巻き付けて、その端部はターミナルピンに接続されている。絶縁粉末１５には、絶縁性が高く、高い熱伝導性を有する酸化マグネシウム粉末を用いた。また鞘状外筒１４には金属チタン製のものを用いたが、これに限る必要はなく、他の耐食性金属例えばステンレス鋼、銅、黄銅、インコロイ等を用いてもよい。
【００２２】
さらに、鞘状外筒１４にコア部材１１を収容し、絶縁粉末１５を充填した後、鞘状外筒１４にスウェージング処理（冷間鍛造による減径加工、減径の程度は数％〜２０％）を施した。これにより、絶縁粉末層１５の密度を高めて、その熱伝達率を向上させ、電熱線からの伝熱を促進することができる。
【００２３】
図３は、本実施例の水中ヒータの回路部の断面図で、図３（ａ）は水平断面を、図３（ｂ）は垂直断面を示す。
この回路部２は、各種の電子回路を内蔵する回路基板２１と、電子回路からの放熱を促進する放熱用金属板２２と、これらをカバーする絶縁チューブ２３と、絶縁チューブ２３の外側に外装される金属製のスリーブ２４と、スリーブ２４内部の空間に充填された粉末状充填材２５と、スリーブ２４の開口部（発熱部の反対側の端部）を封止する封口材２６、さらに封口材２６をカバーするキャップ２７、及び回路部２に外部から電力を供給する電源ケーブル２８等からなっている。
【００２４】
回路基板２１には、後述する各種の電子回路が内蔵されている。また、この回路基板２１には、発熱部１からのターミナルピン、熱電対素線が接続される。回路基板２１とターミナルピン（図示していない）はカシメ金具を介したリード線で接続される。
【００２５】
回路基板２１は各種の配線が接続された後、金属製のスリーブ２４が外装される。本実施例では、スリーブ２４には金属チタンの円管を用いている。スリーブ２４の一方の端部内側に雌ネジが刻まれており、これを後述する連結用継手３にねじ込み式で固定する。これにより、発熱部１と回路部２が一体的に固定される。
【００２６】
回路基板２１とスリーブ２４との間には絶縁チューブ２３が配置され、接触によるショートを防止している。本実施例では、絶縁チューブ２３は２分割されたものを用い、スリーブ２４の両側端部付近のみカバーするようになっている。絶縁チューブ２３の内径は、回路基板２１の幅とほぼ同じサイズになっており、端面の摩擦で回路基板２１を絶縁チューブ２３の内部に固定できるようになっている。絶縁チューブ２３には、シリコンガラスチューブ、耐熱樹脂チューブ等を用いることが好適である。
【００２７】
回路基板２１の発熱の熱放散を促進するため、回路基板２１の電子回路配置面を覆うように放熱用金属板２２が配置されている。電子回路の中でも、半導体リレー、本実施例におけるトライアック２９は熱放出が大きいので、放熱用金属板２２は少なくともトライアックに接するように配置されている。
【００２８】
回路基板２１をスリーブ２４内に収容した後、回路基板２１とスリーブ２４の内壁との間隙に、粉末状充填材２５を充填する。粉末状充填材２５には、絶縁性と熱伝導性の高い粉体、例えば酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化珪素の単体又はこれらの２種以上の混合体を用いることが好ましい。
なお、回路部２の外筒であるスリーブ２４は、回路素子の破損を避けるため、スウェージング処理は行なわない。しかし、熱伝導性の高い粉体を充填するのみで、熱放散効果を大幅に向上させることができる。
【００２９】
スリーブ２４内に粉末状充填材２５を充填した後、スリーブ２４の開口部（発熱部の反対側の端部）を封止する封口材２６、さらに封口材２６をカバーするキャップ２７を取り付ける。封口材２６には、絶縁パッキング、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等の単体又はこれらの組合せ等を用いればよい。また、キャップ２７は、水分の侵入防止や電源ケーブル２８の固定を目的とするもので、本実施例ではゴム製のものを用いている。
【００３０】
図２に示したように、発熱部１の鞘状外筒１４には、連結用継手３が取り付けられている。以下、この連結用継手について説明する。連結用継手３は、発熱部１と回路部２を連結するとともに、発熱部１から回路部２への熱伝達を低減することを目的とするものである。
【００３１】
連結用継手３の一方の端部側は、溶接、接着材等で、発熱部１の鞘状外筒１４の外側に接合されている。他方の端部側表面にネジ溝３１が形成されている。このネジ溝３１に回路部２のスリーブ２４の一方の端部内側に刻まれた雌ネジを螺合することにより、回路部２は発熱部１に固定される。
連結用継手３には比較的熱伝導率の低い材料を用いることが好ましく、例えばチタン、ステンレス鋼等の金属や、ある程度の加工性を有するセラミックス、黒鉛などを用いることができる。
【００３２】
本発明のポイントは、発熱部と回路部が一体の水中ヒータにおいて、発熱部の発熱量が大きくなった時に、回路部の温度上昇を如何にして防止するかという防熱対策の工夫をしている点にある。この目的のために、本発明の水中ヒータは下記に記載の２つの方策を採っている。
【００３３】
（１）発熱部１から回路部２への伝熱量を低減すること：このため、発熱部１と回路部２は、一体の金属ケ−スに収めず、それぞれ分離した金属製の鞘状外筒１４と金属製のスリーブ２４に収め、両者の間に封止部材１６の層を設けるとともに、両者を連結用継手３で連結している。この封止部材１６と連結用継手３に熱伝導率の低い材料を用いることにより、発熱部１から回路部２への伝熱量を大幅に低減することができる。
【００３４】
（２）大電力になると回路部２自体の発熱も大きいので、回路部２の放熱量を大きくすること：このため、回路部２を放熱用金属板２２で覆うとともに、回路基板２１と金属製のスリーブ２４との間隙に絶縁性と熱伝導性の高い粉体を充填していること。この粉末状充填材２５には、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化珪素等の粉末が好適である。
【００３５】
酸化マグネシウムは絶縁性が高く、熱伝導率もセラミックスの中では高い方である（熱伝導率がアルミナの２倍程度）。また、化学的に極めて安定で、如何なる環境でも殆ど変質することがないという特質を有している。窒化アルミニウムや窒化ケイ素は絶縁性が高く、熱伝導率はセラミックスの中で最も高い部類に属し（熱伝導率は酸化マグネシウムの５倍程度）、鋼より高い熱伝導率を有している点が特徴である。
【００３６】
窒化アルミニウムや窒化珪素は、単体で用いてもよいが、酸化マグネシウム中に添加し（全体の１０〜５０重量％程度）、混合粉体として用いることも好ましい。これにより、高熱伝導性と化学的安定性を兼ね備えた粉末充填層を形成することができる。
上記のような防熱対策が、本発明の水中ヒータ固有の構成である。
【００３７】
次に、本実施例で用いた安全回路（過熱防止回路）について説明する。図４は、本実施例における安全回路の構成を示す回路図である。この安全回路は、電源回路１０１、基準電圧発生回路１０２、熱電対アンプ１０３、比較回路１０４、ＲＳラッチ回路１０５、電源投入検出回路１０６、バッファ回路１０７、フォトカプラ１０８、トライアック１０９、インジケータＲ１１０、インジケータＢ１１１等からなっている。
【００３８】
電源回路１０１は、ヒーターコントローラからのＡＣ１００Ｖから、制御用低電圧回路を駆動するためのＤＣ約５Ｖを作る回路である。基準電圧発生回路１０２は、電源回路１０１から供給されるＤＣ５Ｖを元に、制限比較用の電圧を発生させる回路で、本実施例では０．９３Ｖを発生させた。
【００３９】
熱電対アンプ１０３は、熱電対から得られる微弱な電圧を増幅する回路で、本実施例では、専用のスタンダードＩＣを用いて、約５ｍＶ／１℃の出力を得ている。比較回路１０４は、熱電対アンプ１０３から得られる電圧と基準電圧発生回路１０２から供給される電圧とを比較し、前者が後者より大きくなった場合（以下、これを「過熱を検出」という）に、出力を論理レベルＨから論理レベルＬに変化させる回路である。
【００４０】
ＲＳラッチ回路１０５は、本実施例ではＮＡＮＤゲート２個を使用しラッチ回路を構成しているが、方式はこれには限られない。なお、本実施例では、セット／リセットともに論理レベルＬで作動する。電源が入った直後、電源投入検出回路１０６の出力でリセットされ、比較回路１０４が「過熱を検出｝状態になった際に、セット信号が論理レベルＬになり、セット状態になる。この状態は、ヒーターコントローラからのＡＣ１００Ｖの供給が停止されるまで維持される。
【００４１】
電源投入検出回路１０６は、電源が供給された際にその立上りを検出する回路である。本実施例では、電源供給後、一瞬の間だけ論理レベルＬが出力され、その後常時論理レベルＨを出力し続ける。
【００４２】
バッファ回路１０７は、ＲＳラッチ回路１０５の出力を強化するバッファ回路である。フォトカプラ１０８は、低電圧の制御回路で作り上げた信号を、絶縁した状態でＡＣ１００Ｖのレベルで動作する回路に伝えるための回路である。具体的には、バッファ回路１０７の出力を元に、トライアック１０９の制御を行なう。なお、ＲＳラッチ回路１０５がリセット状態（論理レベルＬ出力）でフォトカプラ１０８はＯＮになり、ＲＳラッチ回路１０５がセット状態（論理レベルＨ出力）でフォトカプラ１０８はＯＦＦになる。
【００４３】
トライアック１０９は、ＡＣ１００Ｖをヒータに送るか送らないかを操作する回路である。フォトカプラ１０８の信号により、ＯＮ／ＯＦＦ制御される。インジケータＲ１１０は、バッファ回路１０７を元に、「過熱を検出」した際にＬＥＤを点灯する（本実施例では赤色）。また、インジケータＢ１１１は、バッファ回路１０７を元に、通常的にＬＥＤを点灯し（本実施例では青色）、「過熱を検出」した際には消灯する。本実施例ではスリーブに内部を視認する窓を形成していないため、製品状態においては内部を見ることができないが、動作確認用の窓を形成しておくことは好ましい。なお、窓がなくても製造工程における動作確認をする上で有効である。
【００４４】
以下、上記安全回路の動作について説明する。まず、過熱状態の無い正常時には、ヒーターコントローラからのＡＣ１００Ｖは、コントローラからの設定温度と検出状態により、ＯＮ／ＯＦＦを繰り返している。その際の本回路の動作は、以下の通りである。
１）ヒーターコントローラからのＡＣ１００Ｖが加えられると、電源回路１０１によりＤＣ５Ｖが発生する。
【００４５】
２）これにより、電源投入検出回路１０６が、一瞬の間だけ論理レベルＬを出力し、ＲＳラッチ回路１０５がリセットされる。
３）ＲＳラッチ回路１０５は、「過熱を検出」するまでは、セットされることは無く、リセット状態が維持される。
【００４６】
４）すなわち、正常な水温状態、例えば３０℃（例えばヒータ加熱部の内部温度は６０℃）の場合、熱電対アンプの出力は、概略０．３Ｖとなる。これに対し、基準電圧発生回路１０２の出力は約０．９３Ｖとなっており、両者を比較回路１０４で比較した結果、比較回路１０４の出力は、論理レベルＨのままとなり、ＲＳラッチ回路１０５がセットされることは無い。
【００４７】
５）これにより、フォトカプラ１０８はＯＮ状態を維持し続け、トライアック１０９もＯＮし続ける。その結果、ヒーターコントローラからのＡＣ１００Ｖが供給されている際は、必ずヒーターにＡＣ１００Ｖが供給されることになり、ヒーターコントローラによる温度制御が維持される。
【００４８】
一方、過熱状態になった際の動作は以下の通りである。
１）ヒーター部分が空焚き等で異常な温度状態（例えば１９０℃）になった場合、熱電対アンプ１０３の出力は、概略０．９５Ｖとなる．
２）これに対し、基準電圧発生回路１０２の出力は約０．９３Ｖであり、両者を比較回路１０４で比較した結果、比較回路１０４の出力論理レベルＨとなり、ＲＳラッチ回路１０５がセットされることになる。
【００４９】
３）ＲＳラッチ回路１０５がセットされた結果、フォトカプラ１０８はＯＦＦになり、トライアック１０９もＯＦＦになって、ヒーターへの通電は停止する。
４）ＲＳラッチ回路１０５のリセットは、ヒーターコントローラからのＡＣ１００Ｖの供給が開始された時しか起こらないから、この通電停止の状態は、ヒーターコントローラからのＡＣ１００Ｖの供給が一旦ＯＦＦにならない限り継続される。
【００５０】
次に、本実施例の水中ヒーターの製作手順について説明する。図５は、本実施例の発熱部の製作手順の説明図である。まず、図５（ａ）に示すように、長手方向で２分されたコア部材１１ａ，１１ｂのそれぞれに電熱線１２をコイル状に巻き付ける。次いで、図５（ｂ）に示すように、コア部材１１ａの貫通孔に熱電対素線１３を挿通し、コア部材１１ａの右側の端部を出たところに熱電対の接点１７を作成する。
【００５１】
また、電熱線１２の端部は、コア部材１１ａ，１１ｂの貫通孔に挿入された２本のターミナルピン（図示していない）に、一方は左側の端部まで、もう一方は他の端部に接続しておく。次いで、図５（ｃ）に示すように、電熱線１２がコイル状に巻かれたコア部材１１ａ，１１ｂを鞘状の鞘状外筒１４の中に収容する。鞘状外筒１４の内径は、電熱線１２のコイルの外径よりやや大きくし、両者が接触しないようにする。
【００５２】
次いで、図５（ｄ）に示すように、電熱線が巻かれたコア部材と外筒の内壁との間に絶縁粉末１５を充填する。次に鞘状外筒１４にスウェージング加工を施して、鞘状外筒１４を５~２０％程度減径させる（スウェージング工程は図示していない）。
【００５３】
次に図５（ｅ）に示すように、スウェージング加工された鞘状外筒１４の解放端に、連結部材３を挿入し溶接又は接着により鞘状外筒１４と接合する。次に、図５（ｆ）に示すように、鞘状外筒１４の解放端を封止部材１６で封止する。このとき鞘状外筒１４からはターミナルピン及び熱電対素線が封止部材１６を通して外部に出ている。
【００５４】
図６は、本実施例の回路部の製作手順の説明図である。まず、図６（ａ）に示すように、上述の方法で製作された発熱部１に回路基板２１を取り付ける。この際、発熱部１からのターミナルピン、熱電対素線を回路基板２１の所定の箇所に接続する。次に電源コード配管２８を回路基板２１に接続する。また、回路基板２１には金属製放熱板（図示していない）を予め取り付けておく。次いで、図６（ｂ）に示すように、回路基板２１の外側に絶縁チューブ２３を外装する。本実施例では絶縁チューブ２３は２分割されたものを、適宜間隔をおいて回路基板２１の外側に装着した。
【００５５】
次いで、図６（ｃ）に示すように、両端が開放された金属製スリーブ２４を絶縁チューブ２３の外側に嵌装する。この際金属製スリーブ２４の端部に形成したネジと連結部材３のネジとを螺合させて、スリーブ２４を鞘状外筒１４に固定する。金属製スリーブ２４の内径は、絶縁チューブ２３の外径とほぼ同じかやや大きくし、両者が無理なく嵌装できるようにしておく。図６（ｄ）に示すように、回路基板２１と金属製スリーブ２４の間隙に粉末状充填材２５を充填する。回路部２の金属製スリーブ２４は、スウェージング加工を行なわないので、振動等により粉末が間隙に十分行き渡るようにする。
【００５６】
次いで、図６（ｅ）に示すように、スリーブ２４の開放側の端部を封口材２６で封止する。封口材２６には、電源コード配管２８を挿通する穴を設けて置く。さらに、図６（ｆ）に示すように、封口材２６の上から、ゴム製のキャップ２７を被せる。このキャップ２７にも、配管２８を通す穴が設けられて、この配管を挿通させることができる。以上の手順で、発熱部１と回路部２を連結部材３で連結した本発明の水中ヒータを製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施例である水中ヒータの形状及び構造を示す図である。
【図２】本実施例の水中ヒータにおける発熱部の構造を示す断面図である。
【図３】本実施例の水中ヒータにおける回路部の構造を示す断面図である。
【図４】本実施例の安全回路の構成を示す回路図である。
【図５】本実施例における発熱部の製作手順の説明図である。
【図６】本実施例における回路部の製作手順の説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１：発熱部  
２：回路部
３：連結部材
１１，１１ａ，１１ｂ：コア部材
１２：電熱線
１３：熱電対
１４：外筒
１５：充填粉末
１６：封止部材
１７：熱電対の接点
２１：回路基板
２２：放熱用金属板
２３：絶縁チューブ
２４：スリーブ
２５：粉末状充填材
２６：封口材
２７：キャップ
２８：電源コード配管
２９：トライアック
３１：ネジ溝
１０１：電源回路
１０２：基準電圧発生回路
１０３：熱電対アンプ
１０４：比較回路
１０５：ＲＳラッチ回路
１０６：電源投入検出回路
１０７：バッファ回路
１０８：フォトカプラ
１０９：トライアック
１１０：インジケータＲ
１１１：インジケータＢ
【図１】
2018078872.tif 000003
【図２】
2018078872.tif 000004
【図３】
2018078872.tif 000005
【図４】
2018078872.tif 000006
【図５】
2018078872.tif 000007
【図６】
2018078872.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月11日(2018.4.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に電熱線が巻回され、内部に熱電対が挿入されたセラミック製のコア部材と、前記コア部材を被覆する金属製の鞘状外筒と、前記鞘状外筒と前記コア部材との間に充填された絶縁粉末とを含む発熱部と、
前記電熱線に電力を供給するとともに前記電熱線の過熱を防止する制御回路と、金属製の円管からなり前記制御回路を内部に収蔵した後、その両端を水密封止されるスリーブと、前記スリーブの内壁と前記制御回路を内蔵する回路基板との間隙に充填された粉末状充填材とを含む回路部と、
前記鞘状外筒と前記スリーブとを連結する連結部材とを備えた水中ヒータであって、
前記絶縁粉末の充填後の鞘状外筒にスウェージング加工が施されていることを特徴とする水中ヒータ。
【請求項２】
前記発熱部は、前記鞘状外筒の開放端に取り付けられ、前記電熱線のターミナルピンと前記熱電対の挿通孔を有する封止部材を備え、
前記回路基板は、少なくとも前記熱電対の信号を増幅する熱電対アンプと、前記電熱線への電力をオンオフする半導体リレーとを内蔵することを特徴とする請求項１に記載の水中ヒータ。
【請求項３】
前記粉末状充填材は、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム又は窒化珪素のうちの１種又は２種以上からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の水中ヒータ。
【請求項４】
前記回路部の半導体リレーの外側に放熱板が取り付けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の水中ヒータ。
【請求項５】
前記発熱部の鞘状外筒及び前記回路部のスリーブが金属チタンからなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の水中ヒータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記課題を解決するための本発明は、外周に電熱線が巻回され、内部に熱電対が挿入されたセラミック製のコア部材と、前記コア部材を被覆する金属製の鞘状外筒と、前記鞘状外筒と前記コア部材との間に充填された絶縁粉末とを含む発熱部と、
前記電熱線に電力を供給するとともに前記電熱線の過熱を防止する制御回路と、金属製の円管からなり前記制御回路を内部に収蔵した後、その両端を水密封止されるスリーブと、前記スリーブの内壁と前記制御回路を内蔵する回路基板との間隙に充填された粉末状充填材とを含む回路部と、
前記鞘状外筒と前記スリーブとを連結する連結部材とを備えた水中ヒータであって、
前記絶縁粉末の充填後の鞘状外筒にスウェージング加工が施されていることを特徴とする水中ヒータである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
さらに、上記水中ヒータにおいては、前記発熱部の鞘状外筒及び前記回路部のスリーブが金属チタンからなることが好ましい。外力による衝撃・腐食等から内部の構成部品の破損を防止できるからである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
１：発熱部  
２：回路部
３：連結部材
１１，１１ａ，１１ｂ：コア部材
１２：電熱線
１３：熱電対
１４：外筒
１５：絶縁粉末
１６：封止部材
１７：熱電対の接点
２１：回路基板
２２：放熱用金属板
２３：絶縁チューブ
２４：スリーブ
２５：粉末状充填材
２６：封口材
２７：キャップ
２８：電源コード配管
２９：トライアック
３１：ネジ溝
１０１：電源回路
１０２：基準電圧発生回路
１０３：熱電対アンプ
１０４：比較回路
１０５：ＲＳラッチ回路
１０６：電源投入検出回路
１０７：バッファ回路
１０８：フォトカプラ
１０９：トライアック
１１０：インジケータＲ
１１１：インジケータＢ