(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に接続される端子と、
少なくとも一方の端部が前記端子に巻き回された状態で前記端子に圧着されるとともに外径側から圧縮荷重を負荷した後の拡径方向へのスプリングバック量が前記端子よりも大きい材料によって形成された発熱線と
を有する電気ヒータであって、
筒状に形成され前記発熱線が前記端子に巻き回された領域が内径側に挿入される補強管を有し、
前記補強管は、外径側から圧縮荷重を負荷した後の拡径方向へのスプリングバック量が前記発熱線及び前記端子よりも小さくかつ前記発熱線の材料よりも低降伏点の材料によって形成され、内周面が前記発熱線と当接して前記発熱線を前記端子に圧着させていること
を特徴とする電気ヒータ。
【請求項２】
電源に接続される端子の周囲に外径側から圧縮荷重を負荷した後の拡径方向へのスプリングバック量が前記端子よりも大きい材料によって形成された発熱線を巻き回した領域を、外径側から圧縮荷重を負荷した後の拡径方向へのスプリングバック量が前記発熱線及び前記端子よりも小さくかつ前記発熱線の材料よりも低降伏点の材料によって形成された補強管の内径側に挿入し、前記補強管を減径加工することによって前記発熱線を前記端子に圧着させたこと
を特徴とする電気ヒータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気ヒータ及び電気ヒータの製造方法に関し、特には発熱線を端子に巻き回して圧着させた箇所の断線を抑制したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にシーズヒータと称される電気ヒータは、例えばステンレス鋼製の筒体（シース）の内部に、螺旋状に形成されたニクロム線などの発熱線を配置し、空隙に酸化マグネシウム等の絶縁体からなる粉末を充填して構成されている。
このような電気ヒータにおいて、発熱線の端部は、例えばニッケル等によって形成された円柱状の端子に巻き回された後に、シースを外径側から圧縮し、減径加工することによって端子に圧着させられる。
特許文献１には、このように端子に発熱線を巻き回して、絶縁粉末を充填した筒体内に配置し、減径加工を行うシーズヒータの製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１０９４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した構成を有するシーズヒータにおいて、発熱線の端部が端子に巻き回された箇所において断線する故障が発生する場合があった。
本発明の課題は、発熱線を端子に巻き回して圧着させた箇所の断線を抑制した電気ヒータ及び電気ヒータの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、電源に接続される端子と、少なくとも一方の端部が前記端子に巻き回された状態で前記端子に圧着されるとともに外径側から圧縮荷重を負荷した後の拡径方向へのスプリングバック量が前記端子よりも大きい材料によって形成された発熱線とを有する電気ヒータであって、筒状に形成され前記発熱線が前記端子に巻き回された領域が内径側に挿入される補強管を有し、前記補強管は、外径側から圧縮荷重を負荷した後の拡径方向へのスプリングバック量が前記発熱線及び前記端子よりも小さくかつ前記発熱線の材料よりも低降伏点の材料によって形成され、内周面が前記発熱線と当接して前記発熱線を前記端子に圧着させていることを特徴とする電気ヒータである。
【０００６】
請求項２に係る発明は、電源に接続される端子の周囲に外径側から圧縮荷重を負荷した後の拡径方向へのスプリングバック量が前記端子よりも大きい材料によって形成された発熱線を巻き回した領域を、外径側から圧縮荷重を負荷した後の拡径方向へのスプリングバック量が前記発熱線及び前記端子よりも小さくかつ前記発熱線の材料よりも低降伏点の材料によって形成された補強管の内径側に挿入し、前記補強管を減径加工することによって前記発熱線を前記端子に圧着させたことを特徴とする電気ヒータの製造方法である。
【０００７】
本発明の発明者らは、端子に巻き回された箇所において発熱線の断線が生じやすい原因は、端子と発熱線との接触面積が不足して電気抵抗（接触抵抗）が増加した結果生じる異常発熱であることを見いだした。
このような接触面積の不足は、発熱線と端子との減径加工後の弾性力による拡径（スプリングバック・弾性回復）に起因するものであると考えられる。
この点、本願発明によれば、外径側から圧縮荷重を負荷した後の拡径方向へのスプリングバック量が発熱線よりも小さい材料によって形成された補強管を発熱体の周囲に配置し、補強管によって発熱線のスプリングバックによる拡径を抑えることによって、発熱線と端子との接触面積を確保し、接触抵抗を低減して過度の発熱を抑制し、断線を防止することができる。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明によれば、発熱線を端子に巻き回して圧着させた箇所の断線を抑制した電気ヒータ及び電気ヒータの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の参考例である電気ヒータの構成を示す模式的部分断面図である。
【図２】本発明を適用した電気ヒータの実施例における発熱線と端子との接続箇所の拡大図である。
【図３】実施例の電気ヒータの減径加工時における各部材の応力歪線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を適用した電気ヒータ及び電気ヒータの製造方法の実施形態について説明する。
先ず、本発明の参考例として、従来技術に係る電気ヒータ及びその製造方法について説明する。
【００１１】
図１は、参考例の電気ヒータの端部の構成を示す模式的部分断面図である。
参考例の電気ヒータ１は、ヒータ筒体１０、封止部材２０、発熱線３０、端子４０等を有して構成されたシーズヒータである。
ヒータ筒体１０は、電気ヒータ１Ａの外表面部を構成するものであって、例えばステンレス鋼によって円筒状に形成されている。
また、ヒータ筒体１０は、電気ヒータ１の用途に応じて、湾曲あるいは屈曲した形状とされる場合もある。
ヒータ筒体１０の内部には、熱伝導性が良好な絶縁体（例えばＭｇＯ）からなる絶縁粉末が充填されている。
【００１２】
封止部材２０は、ヒータ筒体１０の端部を閉塞する蓋状の部材である。
【００１３】
発熱線３０は、ニッケル−クロム系合金（ニクロム）の線材によって形成され、螺旋状に巻かれている。
発熱線３０は、この螺旋状の巻き回しの中心軸がヒータ筒体１０の中心軸と実質的に同心となるように、ヒータ筒体１０の内部に配置されている。
発熱線３０は、ヒータ筒体１０の内面と間隔を隔てて配置され、この間隔には絶縁粉末が充填されている。
発熱線３０の端部３１は、端子４０に巻き回された状態で、端子４０の端部４１に圧着した状態となっている。
【００１４】
端子４０は、電源に接続された電気配線と発熱線３０とを電気的に導通させる部材（電極）である。
端子４０は、例えばニッケルによって円柱状に形成されている。
端子４０は、ヒータ筒体１０と実質的に同心に配置されるとともに、封止部材２０の中央部を貫通してヒータ筒体１０の内外にそれぞれ突出している。
端子４０のヒータ筒体１０外部側の端部には、電源からの配線が接続される。
端子４０のヒータ筒体１０の内部側の端部４１には、発熱線３０の端部３１が巻き回され、圧着される。
【００１５】
次に、上述した電気ヒータ１の製造方法について説明する。
先ず、ヒータ筒体１０の内部に発熱線３０及び端子４０を配置し、残部に絶縁粉末を充填する。
このとき、ヒータ筒体１０の径は、完成時の寸法（製品寸法）よりも大きく形成されている。
また、発熱線３０の端部３１における巻き回し内径側の縁部と、端子４０の表面とは、端部３１の内径側に端子４０を挿入するために不可避的に必要な隙間が設けられている。
その後、ヒータ筒体１０の外周面を内径側に押圧することによって、ヒータ筒体１０を所定の製品寸法まで減径加工する。
このとき、発熱線３０の端部３１は、端子４０側へ押圧されて端部４１の外周面に圧着する。
【００１６】
しかし、ヒータ筒体１０の外周面への押圧力を除去すると、発熱線３０はスプリングバックによって拡径し、実際には端子４０の表面との間に微小な隙間が形成され、接触抵抗が大きくなる場合があった。
減径加工後、封止部材２０を取り付けてヒータ筒体１０の両端部を封止し、電気ヒータ１は完成する。
【００１７】
次に、本発明を適用した電気ヒータ及びその製造方法の実施例について説明する。
実施例の説明において、上述した参考例と実質的に共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図２は、実施例の電気ヒータにおける発熱線と端子との接続箇所の拡大図である。
実施例の電気ヒータにおいては、端子４０の端部４１に発熱線３０の端部３１が巻き回された箇所の外周側に、補強管５０を被せたことを特徴とする。
補強管５０は、端子４０と実質的に同心の円筒状に形成されている。
補強管５０の内周面は、発熱線３０の端部３１の外径側の領域と当接している。
補強管５０の外周面は、ヒータ筒体１０の内周面と間隔を隔てて配置され、この間隔には絶縁粉末が充填されている。
【００１８】
補強管５０は、発熱線３０及び端子４０の材料に対して、ヒータ筒体１０を減径加工した後に生じるスプリングバック（弾性回復）量が小さい材料によって形成される。
このような材料は、例えば、発熱線３０の材料よりも（好ましくは発熱体３０及び端子４０の材料よりも）低降伏点の材料である。
補強管５０は、このような塑性変形が生じやすい言わば柔らかい材料を用い、かつ、補強管５０によって抑制された発熱線３０のスプリングバック量が、端子４０の自由スプリングバック量よりも小さくなり、発熱線３０が端子４０に食い込むよう、肉厚に形成することが好ましい。
例えば、発熱線３０がニクロム線であり、端子４０がニッケル製である場合には、補強管５０は、一例として純鉄（Ｆｅ）によって形成することができる。
【００１９】
実施例の電気ヒータ１においては、補強管５０は当初発熱線３０の端部３１を挿入するために不可避的に必要な隙間が確保できる径に形成されており、ヒータ筒体１０の減径加工を行う際に、外径側から絶縁粉末を介して圧縮荷重を受けて減径し、発熱線３０の端部３１を内径側（端子４０側）へ押圧する。
【００２０】
以下、実施例の効果について図３を参照して説明する。
図３は、実施例の電気ヒータの減径加工時における各部材の応力歪線図である。
図３において、縦軸は応力（上方が圧縮、下方が引張）を示し、横軸は歪を示している。
発熱線３０、端子４０、補強管５０ともに、減径加工時には歪が応力と比例する弾性域を通過後、降伏点を過ぎて塑性域に入る。その後、外径側からの圧縮力を取り除くと、残留応力によって歪が減少するスプリングバック（弾性回復）が発生する。
発熱線３０の線図におけるａ点からｃ点、端子４０の線図におけるｆ点からｅ点、補強管５０の線図におけるｆ‘点からｅ’点の部分がスプリングバックに相当する。
発熱線３０、端子４０、補強管５０それぞれを単独で圧縮した場合の自由スプリングバック量は、図３におけるε発、ε端、ε補となる。
【００２１】
仮に、補強管５０が設けられていない場合（参考例の構成の場合）には、発熱線３０及び端子４０のスプリングバック量は、実質的にこの自由スプリングバック量と等しくなり、図３におけるｃ点からｅ点までの距離に相当する歪が隙間を形成することになる。
【００２２】
実施例においては、発熱線３０に対してスプリングバックが小さい補強管５０を設けたことによって、補強管５０が発熱線３０の拡径を防止するよう作用する。
すなわち、発熱線３０が補強管５０の内周面を押圧しつつ拡径しようとした際に、発熱線３０内部に残留する圧縮応力と、発熱線３０に押圧された結果補強管５０の内部に発生した引張応力とが釣り合う点（図３におけるｇ点）において、発熱線３０の端部３１の拡径は抑えられる。
この場合、発熱線３０の端部３１と端子４０の端部４１との間に発生する隙間は、図３におけるｇ点からｅ点までの距離に相当する歪によって形成されるものとなる。
【００２３】
以下、具体的な数値例をあげて説明する。
発熱線３０は線径ｄ＝０．６５ｍｍのニクロム線であるとする。
端子４０は、ニッケル製でありかつ端部４１での端子径Ｄ＝３ｍｍであるとする。
補強管５０として、厚さｈ＝１ｍｍの純鉄製の円筒を用いたものとする。
なお、発熱線３０、端子４０、補強管５０の縦弾性係数Ｅ＝２１０００ｋｇ／ｍｍ２であるとする。
【００２４】
発熱線３０、端子４０、補強管５０の減径時の最大応力を、それぞれσ１＝４５ｋｇ／ｍｍ２、σ２＝２５ｋｇ／ｍｍ２、σ３＝１２ｋｇ／ｍｍ２であるとする。
この場合、発熱線３０、端子４０、補強管５０それぞれの自由スプリングバック量は、以下の通りとなる。
ε発＝σ１／Ｅ＝０．００２１
ε端＝σ２／Ｅ＝０．００１２
ε補＝σ３／Ｅ＝０．０００５７
【００２５】
以上の条件において、発熱線３０の圧縮応力と、補強管５０の引張応力とが釣り合う際の発熱線３０と端子４０との隙間は、直径において−０．３８μｍとなる。
ここで、隙間がマイナスになるということは、発熱線３０が端子４０に食い込んで密着していることを示している。
なお、仮に補強管５０を設けない場合には、隙間は、直径において４．１μｍとなり、発熱線３０と端子４０との接触抵抗が増加して異常発熱の原因となる。
【００２６】
このように、本実施例においては、補強管５０を設けることによって、発熱線３０のスプリングバックによる拡径を抑制し、発熱線３０の端部３１が端子４０の端部４１から浮き上がって局所的に電気抵抗（接触抵抗）が増大し、異常発熱が発生して断線等の故障の原因となることを防止できる。
【００２７】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
例えば、電気ヒータを構成する各部材の形状、構造、材質、製法等は、上述した実施例に限定されず適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１    電気ヒータ              １０    ヒータ筒体
２０    封止部材                ３０    発熱線
３１    端部                    ４０    端子
５０    補強管
【図１】
0006373132.tif 000002
【図２】
0006373132.tif 000003
【図３】
0006373132.tif 000004