(57)【要約】【課題】  水質や使用環境の違いによる悪影響を最小限に抑制する。【解決手段】  ヒータ筒体１内に発熱線２を配設すると共に、この発熱線２の両端にはヒータ筒体１端部から引き出される端子体３を接続し、ヒータ筒体１内に絶縁粉末４を充填した後にヒータ筒体１を減径加工してなるシーズヒータにおいて、ヒータ筒体１が、互いに密着する外筒管７及び内筒管６からなる二重管構造を有し、外筒管７及び内筒管６のいずれか一方をステンレス鋼、耐食耐熱超合金及びチタンのいずれか、前記他方を銅にて構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータ筒体内に発熱線を配設すると共に、この発熱線の両端にはヒータ筒体端部から引き出される端子体を接続し、ヒータ筒体内に絶縁粉末を充填した後にヒータ筒体を減径加工してなるシーズヒータにおいて、
ヒータ筒体は、互いに密着する外筒管及び内筒管からなる二重管構造を有し、外筒管及び内筒管のいずれか一方をステンレス鋼、耐食耐熱超合金及びチタンのいずれか、前記他方を銅にて構成したものであることを特徴とするシーズヒータ。
【請求項２】
請求項１記載のシーズヒータにおいて、
ヒータ筒体は、ステンレス鋼、耐食耐熱超合金及びチタンのいずれかからなる外筒管と銅からなる内筒管との二重管構造であることを特徴とするシーズヒータ。
【請求項３】
請求項１記載のシーズヒータを備えたことを特徴とする加熱器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気温水器等の各種加熱器に用いられるシーズヒータに係り、特に、曲げ加工が施される態様に有効なシーズヒータ及びこれを用いた加熱器の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気温水器等においては、貯蔵タンク内にシーズヒータを配設し、このシーズヒータにて貯蔵タンク内に貯蔵される水を加熱するようにしたものが知られている。
この種のシーズヒータ１２０は、例えば図６（ａ）（ｂ）に示すように、金属パイプ（ヒータ筒体）１２１内にコイル状の発熱線１２２を配設すると共に、金属パイプ１２１内に絶縁粉末１２６としての酸化マグネシアを充填し、前記金属パイプ１２１を圧延して減径加工部１２１ａに形成すると共に、金属パイプ１２１の両端開口を封口材１２８にて封口処理したものである。尚、符号１２３，１２４は発熱線１２２の両端に接続された端子棒である。
ここで、この種のシーズヒータ１２０としては、直線状の態様は勿論であるが、例えば図６（ａ）（ｂ）に示すように、所望の形状に曲げ加工を施した態様（曲げ加工部１２１ｂを具備）も多く使用されている。
また、この種のシーズヒータ１２０の金属パイプ１２１としては、従来よりＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３２１などのオーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼などのステンレス鋼、耐食耐熱超合金、チタン、あるいは、銅などが広く使われている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、絶縁粉末１２６が充填された金属パイプ１２１を曲げ加工する際には通常焼鈍処理が行われるが、金属パイプ１２１の材料に応じて焼鈍温度が異なる。焼鈍温度が低い場合には、絶縁粉末１２６として、例えば酸化マグネシアに吸湿防止材であるシリコーン樹脂を混入させたものを使用し、酸化マグネシアの界面を濡らし、撥水性を確保することが可能になるのに対し、焼鈍温度が高い場合には、酸化マグネシアに吸湿防止材であるシリコーン樹脂を混入させたとしても、焼鈍処理時にシリコーン樹脂が分解してしまい、撥水性機能がなくなってしまうことから、吸湿防止材が混入された酸化マグネシアを使用することが困難になる。
【０００４】
そこで、従来、金属パイプ１２１として例えば銅管を使用する態様にあっては、図６（ｂ）に示すように、焼鈍温度が４００〜５００℃程度と低いため、絶縁粉末１２６として吸湿防止材が混入された酸化マグネシアを使用することが可能になり、金属パイプ１２１の封口処理としては、例えばシリコーンゴム１２８ａと絶縁パッキン１２８ｂとからなる封口材１２８を使用することが可能である。
一方、金属パイプ１２１として例えばオーステナイト系ステンレス鋼を使用する態様にあっては、図６（ａ）に示すように、焼鈍温度が１０５０〜１１００℃程度と高いため、絶縁粉末１２６として吸湿防止材が混入された酸化マグネシアを使用することが困難になる。この場合には、金属パイプ１２１の封口処理としては、ガラス封口材１３０にて金属パイプ１２１の開口を完全密封し、更に、ガラス封口材１３０の外部をシリコーンゴム１２８ａと絶縁パッキン１２８ｂとからなる二次封口材１２８にて封口することが必要である。
更にまた、これらのシーズヒータ１２０の取付構造としては、図６（ａ）に示すように、取付板１６０の取付孔１６１にシーズヒータ１２０を挿入し、金属パイプ１２１の材質に応じて例えばステンレス鋼であれば溶接１６２にて固定し、また、図６（ｂ）に示すように、銅管であればろう付け１６３にて固定する方式が多く用いられる。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２６０２６６号公報（従来の技術，実施例，図１）
【特許文献２】特開平６−２６７６４１号公報（実施例，図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この種のシーズヒータ１２０のうち、例えば電気温水器等に使用されるシーズヒータ１２０にあっては、地域毎の水質の違いや使用環境の違いによって金属パイプ１２１の耐食性が不十分になり易いという技術的課題が見出された。
例えば金属パイプ１２１としてオーステナイト系ステンレス鋼管を使用した態様にあっては、高温強度や耐酸化性に優れているものの、塩素イオンの存在する水質環境下では応力腐食割れなどの局部腐食が起こり易い。
これに対し、金属パイプ１２１として銅管を使用した態様にあっては、塩素イオンの存在する水質環境下での耐食性に優れてはいるが、酸性水質環境下での耐食性に劣る傾向が見られ、ニッケルめっきなどを施すことが必要になる。
また、金属パイプ１２１としてフェライト系ステンレス鋼管を使用した態様にあっては、塩素イオンの存在する水質環境下でも、応力腐食割れなどの局部腐食は有効に回避されるが、オーステナイト系ステンレス鋼に比べて耐酸化性や溶接性、曲げ加工性などの点で劣り、また、銅に比べて生産性が悪いという点で劣るという傾向が見られる。
また、従来のシーズヒータには、例えば特許文献２に示すように、金属パイプとして互いに密接する内筒管及び外筒管からなる二重管構造を採用したものも知られているが、これらの内筒管及び外筒管はいずれも同じオーステナイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）にて構成されているに過ぎず、耐食性の点で不十分であることに変わりはなかった。
このように、金属パイプとして従前使用されていた各種管は一長一短であり、ユーザーからは、地域毎の水質の違いや使用環境の違いを考慮しないで済む金属パイプの提供が強く望まれていた。
【０００７】
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、水質や使用環境の違いによる悪影響を最小限に抑制することができるシーズヒータ及びこれを用いた加熱器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明は、図１に示すように、ヒータ筒体１内に発熱線２を配設すると共に、この発熱線２の両端にはヒータ筒体１端部から引き出される端子体３を接続し、ヒータ筒体１内に絶縁粉末４を充填した後にヒータ筒体１を減径加工してなるシーズヒータにおいて、ヒータ筒体１が、互いに密着する外筒管７及び内筒管６からなる二重管構造を有し、外筒管７及び内筒管６のいずれか一方をステンレス鋼、耐食耐熱超合金及びチタンのいずれか、前記他方を銅にて構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
このような技術的手段において、本件は、ヒータ筒体１を減径加工したもの（減径加工部１ａとする）を前提とするが、曲げ加工を施す態様（曲げ加工部を具備した態様）に限らず、曲げ加工部のない直線状の態様をも含む。
また、発熱線２の形状は直線状、Ｕ字状などいずれでもよく、端子体３はヒータ筒体１の両端から引き出される態様、あるいは、一端側から引き出される態様のいずれでもよい。
更に、端子体３としては、通常棒状のものが使用されるが、端子電極として機能するものであればどのような形態でも差し支えない。
更にまた、絶縁粉末４は発熱線２を絶縁被覆すると共にヒータ筒体１への熱伝導材として機能するものであり、酸化マグネシア等の熱伝導率の高い材料が好ましい。また、この絶縁粉末４は、ヒータ筒体１を減径加工することにより充填密度が高められ、発熱線２とヒータ筒体１との間の熱伝導性を向上させることができる。
【００１０】
また、ヒータ筒体１は二重管構造であればよく、二重管の製造方法としては、予め外筒管７及び内筒管６を嵌合密着させてもよいし、シーズヒータの製造途中で外筒管７を内筒管６に被せて圧延するようにしてもよい。また、外筒管７及び内筒管６のいずれが銅、ステンレス鋼であってもよい。ここで、ステンレス鋼には、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼などを広く含む。更に、ステンレス鋼に代えて、耐食耐熱超合金又はチタンを用いるようにしてもよい。
【００１１】
更に、ヒータ筒体１の少なくとも一端には絶縁粉末４を充填するための開口が確保されるため、当該開口は絶縁粉末４を充填した後工程において封口材５による封口処理を行うことが必要である。ここで、封口材５による封口処理の代表的態様としては、ガラス封口材などの気密封口材に加えて、絶縁ゴム（例えばシリコーンゴム）と絶縁パッキン（アルミナ磁器などの碍子）とからなる二次封口材を用いるようにしたものが挙げられる。
このとき、絶縁粉末４が吸湿性のもの（例えば酸化マグネシア）であるとしても、封口処理にて絶縁粉末４の吸湿現象が有効に防止される。
【００１２】
また、本件はヒータ筒体１に曲げ加工を施すことも可能であるが、曲げ加工を施すシーズヒータの製造方法としては、減径加工が施された棒状のシーズヒータ中間成形品に対し、所定の焼鈍温度条件にて焼鈍処理を施した後、曲げ加工を施すようにすればよい。
ここで、焼鈍温度とは焼鈍炉の炉内雰囲気温度であり、例えば焼鈍温度及びコンベア速度を適宜制御することで、焼鈍対象品である中間成形品を曲げ加工する上で必要な実質焼鈍温度を作用させるようにすればよい。
【００１３】
また、ヒータ筒体１の好ましい態様としては、ステンレス鋼、耐食耐熱超合金及びチタンのいずれかからなる外筒管７と銅からなる内筒管６との二重管構造であるものが挙げられる。このように、耐酸化性に優れたステンレス鋼、耐食耐熱超合金及びチタンのいずれかが外筒管７であれば、外気に対する耐食性に富み、また、曲げ加工時に銅製の内筒管６に追従して曲げ変形し易い点で好ましい。
【００１４】
更に、外筒管７及び内筒管６の肉厚については、二重管構造を構成し得るものであれば適宜選定して差し支えないが、ステンレス鋼、耐食耐熱超合金及びチタンのいずれかからなる管が銅管よりも薄い肉厚である態様が好ましい。このように、ステンレス鋼管などが銅管より薄い肉厚であれば、ステンレス鋼管などが銅管に追従して曲げ変形し易い点で好ましい。
尚、銅管に比べて、ステンレス鋼管などを厚肉に構成しても、曲げ変形可能であれば差し支えないことは勿論である。
【００１５】
更に、本発明は、シーズヒータ８に限らず、上述したシーズヒータ８が組み込まれた加熱器（電気加熱器を始め各種態様のものを含む）をも対象とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るシーズヒータによれば、ヒータ筒体として銅とステンレス鋼、耐食耐熱超合金及びチタンのいずれかとの二重管構造の態様を用いるようにしたので、耐食性について銅管及びステンレス鋼、耐食耐熱超合金及びチタンのいずれかからなる管の利点を相互に補完することができ、その分、水質や使用環境の違いによる悪影響を最小限に抑制することができる。
更に、本発明に係る加熱器によれば、シーズヒータの信頼性を高めることができるため、安全性の高い加熱器を簡単に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２（ａ）は、本発明が適用されたシーズヒータが組み込まれた電気温水器の実施の形態を示す。
同図において、電気温水器５０は、貯蔵タンク５１をタンク支持脚５２にて支持し、この貯蔵タンク５１上部には給湯管５１ａを接続すると共に、その下部には吸水管５１ｂを接続し、更に、貯蔵タンク５１内にはシーズヒータ２０を配設すると共に、貯蔵タンク５１の外壁にシーズヒータ２０を固定し、貯蔵タンク５１内に内蔵された水を加熱するようにしたものである。
尚、符号５５は貯蔵タンク５１を保温するために貯蔵タンク５１の周囲を覆う保温材である。
【００１８】
本実施の形態において、シーズヒータ２０は、図２（ｂ）に示すように、例えば金属パイプ２１内に、両端に端子棒２３，２４が接続されたコイル状の発熱線２２を挿入すると共に、この金属パイプ２１の両端から前記端子棒２３，２４を外部に露呈させる一方、前記金属パイプ２１内には絶縁粉末２６を充填した後、金属パイプ２１に減径加工を施して減径加工部２１ａを形成し、更に、曲げ加工を施して曲げ加工部２１ｂを形成したものである。
【００１９】
本実施の形態において、金属パイプ２１は、互いに密着する外筒管３２及び内筒管３１からなる二重管構造を有しており、内筒管３１が銅管にて構成される一方、外筒管３２がオーステナイト系ステンレス鋼管（例えばＳＵＳ３０４、インコロイなど）にて構成される。
このとき、内筒管３１及び外筒管３２の肉厚は適宜選定して差し支えないが、オーステナイト系ステンレス鋼管からなる外筒管３２の肉厚は、銅管からなる内筒管３１の肉厚より薄く設定されている。例えば銅管１ｍｍに対しオーステナイト系ステンレス鋼管は０．４ｍｍである。
【００２０】
また、発熱線２２としては、通常金属パイプ２１の軸心に沿って配設されているが、これに限られるものではなく、任意に配設して差し支えない。
更に、絶縁粉末２６としては、熱伝導性のよい材料が好ましく、例えば酸化マグネシア等が使用される。
更にまた、本実施の形態では、金属パイプ２１の両端開口はガラス封口材３０にて気密封口され、更に、簡易な二次封口材２８にて封口されている。ここで、二次封口材２８としては、例えば絶縁ゴムとしてのシリコーンゴム２８ａと、アルミナ磁器などの碍子からなる絶縁パッキン２８ｂとで封口するものである。
尚、図２（ｂ）において、シーズヒータ２０は取付板６０の取付孔６１に挿入され、例えば溶接６２にて固定される。
【００２１】
次に、本実施の形態に係るシーズヒータ２０の製造工程例を図３（ａ）〜（ｄ）に基づいて説明する。
シーズヒータ２０を製造する場合には、先ず図３（ａ）に示すように、発熱線２２の両端に端子棒２３，２４が接続されてなるサブアッセンブリ２５を予め構成しておき、二重管構造からなる金属パイプ２１内に前記サブアッセンブリ２５を一体として挿入配置する。
そして、図３（ｂ）に示すように、金属パイプ２１内に絶縁粉末２６を充填すると共に、金属パイプ２１の両端には、端子棒２３，２４を外部に露呈させた状態で仮栓仮封口材２７（例えば絶縁ゴム、絶縁紙）を施す。
この状態において、金属パイプ２１に圧延（減径加工）を施すことで減径加工部２１ａを形成する（図３（ｃ）参照）。
【００２２】
しかる後、減径加工されたシーズヒータ２０の中間成形品に対し曲げ加工を施すが、曲げ加工に先立って、金属パイプ２１に高温焼鈍処理（例えば焼鈍炉内の焼鈍温度が１０５０〜１１００℃程度）を施し、金属パイプ２１を軟化させた後に曲げ加工を施すことで、図３（ｄ）に示すような曲げ加工部２１ｂを形成する。
そして、曲げ加工が行われた後、金属パイプ２１両端の仮栓２７を取り除き、図３（ｄ）に示すように、金属パイプ２１内の絶縁粉末２６を乾燥させた後、ガラス封口材３０による気密封口処理を行い、かつ、二次封口材２８（シリコーンゴム２８ａ＋絶縁パッキン２８ｂ）による封口処理を行う。
【００２３】
また、本実施の形態に係るシーズヒータ２０においては、銅管からなる内筒管３１と、オーステナイト系ステンレス鋼管からなる外筒管３２とを二重に備えているため、水質や使用環境に応じて、仮に、外筒管３２の一部が腐食したとしても、内筒管３１の存在により、前記外筒管３２の腐食による弊害を補完することが可能である。
また、本実施の形態では、オーステナイト系ステンレス鋼管が外筒管３２であるため、耐酸化性に優れている点で好ましく、また、曲げ加工時には、外筒管３２が銅管からなる内筒管３１に追従して変形することになるが、特に、内筒管３１に比べて外筒管３２の肉厚が薄く設定されているため、外筒管３２の曲げ変形が内筒管３１に追従し易い点で好ましい。
【００２４】
尚、本実施の形態では、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、予め製造された二重管構造の金属パイプ２１を用い、シーズヒータ２０を製造するようにしているが、これに限られるものではなく、例えば図４（ａ）〜（ｄ）に示す変形態様のように、銅管からなる内筒管３１に対しシーズヒータ２０中間成形品を構成した後、外筒管３２を嵌合させるようにしてもよい。
本変形態様においては、例えば図４（ａ）に示すように、銅管からなる内筒管３１内に発熱線２２の両端に端子棒２３，２４が接続されてなるサブアッセンブリ２５を予め構成しておき、内筒管３１内に前記サブアッセンブリ２５を一体として挿入配置する。
そして、図４（ｂ）に示すように、内筒管３１内に絶縁粉末２６を充填すると共に、内筒管３１の両端には、端子棒２３，２４を外部に露呈させた状態で仮栓２７（例えば絶縁ゴム、絶縁紙）を施す。この状態において、内筒管３１に圧延（減径加工）を施すことで減径加工部２１ａを形成する（図４（ｃ）参照）。
次いで、図４（ｃ）に仮想線で示すように、減径加工された内筒管３１に外筒管３２を遊嵌させ、しかる後に、外筒管３２を圧延させることにより、内筒管３１の外周面に外筒管３２の内周面を密着させ、二重管構造の金属パイプ２１とする（図４（ｄ）参照）。
この後の各処理（高温焼鈍処理、曲げ加工、乾燥、封口処理）については実施の形態と同様である。
本変形形態に係る製造方法によれば、外筒管３２の減径が少ないため、加工硬化が小さく、しかも、残留応力が少ないため、曲げ加工が容易になるという利点を有する。
【００２５】
◎実施の形態２
図５は本発明が適用されたシーズヒータの実施の形態２を示す。
同図において、シーズヒータ２０の基本的構成は、実施の形態１と略同様であるが、実施の形態１と異なる金属パイプ２１の構成を備えている。尚、実施の形態１と同様な構成要素については実施の形態１と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
すなわち、本実施の形態では、金属パイプ２１は、互いに密着する外筒管４２及び内筒管４１からなる二重管構造を有しており、内筒管４１がオーステナイト系ステンレス鋼管（例えばＳＵＳ３０４）にて構成される一方、外筒管４２が銅管にて構成される。
このとき、内筒管４１及び外筒管４２の肉厚は適宜選定して差し支えないが、オーステナイト系ステンレス鋼管からなる内筒管４１の肉厚は、銅管からなる外筒管４２の肉厚より薄く設定されている。例えば銅管１ｍｍに対しオーステナイト系ステンレス鋼管は０．４ｍｍである。
尚、本実施の形態では、シーズヒータ２０は、取付板６０の取付孔６１に挿入され、例えばろう付け６３にて固定される。
【００２６】
本実施の形態にあっても、シーズヒータ２０は、実施の形態１と同様な工程を経て製造される。すなわち、曲げ加工時には、高温焼鈍処理にて、オーステナイト系ステンレス鋼管からなる内筒管４１は銅管からなる外筒管４２に追従して曲げ変形する。よって、シーズヒータ２０の封口処理としては、ガラス封口材３０及び二次封口材２８による封口処理が行われる。
また、本実施の形態においても、水質や使用環境に応じて、仮に、銅管からなる外筒管４２の一部が腐食したとしても、内筒管４１の存在により、前記外筒管４２の腐食による弊害を補完することが可能である。
【００２７】
尚、実施の形態１，２では、金属パイプ２１としては、銅管とオーステナイト系ステンレス鋼管との二重管構造が示されているが、これに限られるものではなく、金属パイプ２１としては、例えば銅管とフェライト系ステンレス鋼管（例えばＳＵＳ４４４など）との二重管構造であってもよい。また、ステンレス鋼管に代えて、耐食耐熱超合金（ＪＩＳ Ｇ ４９０２参照：ＮＣＦ６００，ＮＣＦ８００など）、あるいは、チタンからなる管を銅管と共に用い、二重管構造にしてもよい。
これらの態様にあっても、実施の形態１に示す各工程にてシーズヒータ２０を製造することができる。
このような場合において、例えば外筒管４２がフェライト系ステンレス鋼、耐食耐熱超合金及びチタンのいずれかであれば、実施の形態１のオーステナイト系ステンレス鋼が外筒管３２である態様と同様に、耐酸化性に優れている点で好ましく、また、曲げ加工時には、外筒管４２が銅管からなる内筒管４１に追従して変形し易い点で好ましい。特に、外筒管４２の肉厚が銅管からなる内筒管４１のそれよりも薄肉である態様では、外筒管４２の曲げ変形時の追従性がより良好に保たれる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るシーズヒータの概要を示す説明図である。
【図２】（ａ）は本発明に係るシーズヒータが組み込まれた電気加熱器の実施の形態１を示す説明図、（ｂ）は実施の形態１で用いられるシーズヒータの詳細を示す説明図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は実施の形態モデルに係るシーズヒータの製造工程例を模式的に示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は実施の形態モデルの変形態様に係るシーズヒータの製造工程例を模式的に示す説明図である。
【図５】実施の形態２に係るシーズヒータを示す説明図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は従来におけるシーズヒータの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…ヒータ筒体，１ａ…減径加工部，２…発熱線，３…端子体，４…絶縁粉末，５…封口材，６…内筒管，７…外筒管，８…シーズヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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