(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底の耐食性金属の外装管と該外装管内に配設された通電発熱体および該外装管と該通電発熱体とを隔離する無機電気絶縁物とを有し、該通電発熱体および該無機電気絶縁物を含む該外装管の少なくとも有底の先端部が縮径一体化処理され該先端部が加熱される液体中に浸漬されて使用されるカートリッジヒータであって、
該外装管の内周面に外周面が密に接触した良熱伝導性金属の両端開口の内管を有し、少なくとも該内管の先端部は該外装管、該通電発熱体および前記無機電気絶縁物と共に前記縮径一体化処理されていることと、
前記通電発熱体と軸方向間隔を隔てて前記先端部側の反対側に前記外装管および前記内管内に配設され前記内管の内周面に絶縁チューブを介して密接された温度ヒューズを有することを特徴とするカートリッジヒータ。
【請求項２】
前記内管の全長は、前記外装管の全長より短く、かつ、前記内管は前記外装管の先端側に詰めて配置されており、前記通電発熱体は前記内管の前記先端部側に位置し、前記外装管の先端側の反対側端部には前記内管の存在しないところがあること、を特徴とする請求項１記載のカートリッジヒータ。
【請求項３】
前記耐食性金属は合金鋼又はチタン系金属であり、前記良熱伝導性金属は銅、アルミニウム、又はそれらの合金である請求項１または２に記載のカートリッジヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、カートリッジヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カートリッジヒータは、家庭用あるいは工業用の電気機械器具類などの加熱源として広く利用されている。従来のカートリッジヒータとして、特開平７ー５０１９５号公開公報には、密封パイプとこの密封パイプ内に設けられたヒータとこのヒータより軸方向に隔てられて設けられた温度ヒューズとヒータより温度ヒューズに熱を伝達する伝熱棒とよりなるカートリッジヒータが開示されている。
【０００３】
このカートリッジヒータは、異常使用時、例えば、加熱する液体の無い状態で使用された場合に温度ヒューズが溶断し、カートリッジヒータの異常加熱を防止するものである。伝熱棒はヒータの温度を温度ヒューズにより早く伝えるもので、ヒータの異常な昇温を検知してヒータへの通電を絶ち、カートリッジヒータの異常な加熱を防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この従来のカートリッジヒータでは伝熱棒である金属棒が密封パイプの中心部に設けられている。密封パイプの中心部はヒータに通電する導線等が存在するためにヒータおよび導線等と絶縁を維持する必要があり、伝熱棒の配置に注意が必要であるといった問題がある。
【０００５】
本発明は、前記問題点に鑑みなされたもので、簡素な構成で加熱対象物に対する加熱性能の向上及び低コストを達成でき、異常使用時に、通電発熱体と軸方向間隔を隔てて配設された温度ヒューズに外装管からの熱伝達機能に優れ、温度ヒューズの機能を高め、周辺機器が熱の影響を受けることのないカートリッジヒータを提供することを課題とする。
【０００６】
【問題を解決するための手段】
本願発明のカートリッジヒータは、有底の耐食性金属の外装管と該外装管内に配設された通電発熱体および該外装管と該通電発熱体とを隔離する無機電気絶縁物とを有し、該通電発熱体および該無機電気絶縁物を含む該外装管の少なくとも有底の先端部が縮径一体化処理され該先端部が加熱される液体中に浸漬されて使用されるカートリッジヒータであって、該外装管の内周面に外周面が密に接触した良熱伝導性金属の両端開口の内管を有し、少なくとも該内管の先端部は該外装管、該通電発熱体および前記無機電気絶縁物と共に前記縮径一体化処理されていることと、前記通電発熱体と軸方向間隔を隔てて前記先端部側の反対側に前記外装管および前記内管内に配設され前記内管の内周面に絶縁チューブを介して密接された温度ヒューズを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明のカートリッジヒータは、外装管の内周面に外周面が密に接触した良熱伝導性金属の両端開口の内管をもつため、その使用時に、通電発熱体に、例えば、発熱むらがあっても、良熱伝導性金属の内管を通じて軸方向に熱が伝達され全領域に、むらなく、均一に素早く熱伝達できる。
【０００８】
このため、良熱伝導性金属の内管を有する簡素な構成によって、外装管の外部の加熱対象物に対する加熱機能を高めることができる。
【０００９】
さらに、温度ヒューズを備えたカートリッジヒータに適用した場合には、異常使用時（例えば、加熱する液体の無いヒーター空焼き状態）に、カートリッジヒータの周辺温度が正規の加熱温度（設定温度）上限を越えた場合に、直ちに外装管の内部の良熱伝導性金属の内管を通じて軸方向に熱が素早く温度ヒューズに熱伝達できる。
【００１０】
従って、温度ヒューズを機能させることが必要な前記異常使用時に、外装管から温度ヒューズへの熱伝達が速く、素早く通電発熱体への通電を遮断できる。
【００１１】
また、内管は、外装管と一体化しているため、従来の場合のように、金属片（良熱伝達部材）をカートリッジヒータの中央部に配置することによる問題が無くなる。
【００１２】
【本発明の実施の形態】
本発明のカートリッジヒータは、外装管と、通電発熱体と、無機電気絶縁物と、内管とよりなる。
【００１３】
前記外装管は、有底であり、耐食性金属よりなる。外装管は、剛性及び耐久性を備え高温での使用に耐え、内部に配置された通電発熱体、無機電気絶縁物、内管、温度ヒューズなどを密封した状態で保護する。耐食性金属としては、合金鋼又はチタン系金属を用いることができる。
【００１４】
前記通電発熱体は、通電することによって発熱するものであればよく、シート状や、筒状などに加工された発熱体や、コイル状のニクロム線を用いることができる。
【００１５】
前記無機電気絶縁物は、通電発熱体の保護及び通電発熱体を内管及び外装管に対し絶縁状態に保持する。無機電気絶縁物としては、例えば、マグネシア、アルミナなどのセラミックスを用いることができる。
【００１６】
前記内管は、その外周面が外装管の内周面に密に接触した両端開口で、良熱伝導性金属よりなり、通電発熱体の発熱を外装管の軸方向の全域にむらなく、均一に素早く熱伝達する。また、カートリッジヒータの異常使用時に、通電発熱体の異常昇温を素早く温度ヒューズに伝達する。
【００１７】
良熱伝導性金属としては、としては、銅、アルミニウム、又はそれらの合金を用いることができる。
【００１８】
内管、通電発熱体および無機電気絶縁物を収納する外装管の少なくとも先端部を縮径一体化処理することにより、外装管と内管および通電発熱体、無機電気絶縁物は隙間無く一体化され、優れた熱伝達が得られる。
【００１９】
本発明のカートリッジヒータは、通電発熱体と軸方向間隔を隔てて前記外装管および前記内管に配設された温度ヒューズを有する構成とすることができる。
【００２０】
前記温度ヒューズは、カートリッジヒータの異常使用時に、カートリッジヒータの周辺温度が正規の加熱温度（設定温度）上限を越えた場合に、直ちに外装管の内部の良熱伝導性金属の内管を通じて軸方向に熱が素早く伝達されて温度ヒューズが溶断し、通電発熱体への通電を遮断する。
【００２１】
温度ヒューズは、予め、種々、設定された動作温度範囲のものから、目的とするものを選択して用いる。
【００２２】
本発明のカートリッジヒータは、例えば、溶着シール用熱盤、ダイスおよび刻印、ホットプレ−ト、各種ローラ、各種成形金型、液体および気体、などを加熱する場合に利用できる。特に、本発明のカートリッジヒータは有底の外装管を備えているため、この有底の先端部を加熱すべき液体中に浸漬しても液体が外装管の中に侵入することがない。
【００２３】
【実施例】
本発明のカートリッジヒータとして温度ヒューズを備えたカートリッジヒータに適用した実施例を図１〜図４に基づいて説明する。
【００２４】
実施例のカートリッジヒータ１は、外装管２と、外装管２内に配設された通電発熱体３ａと、無機電気絶縁物４と、内管５と、温度ヒューズ６と、よりなる。
【００２５】
外装管２は、耐食性金属であるステンレス鋼製のものであり、所定の全長、外径、内径の有底円筒が用いられる。外装管２は、円筒２ａの一端側開口２０ａに断面略半円形状の底板２ｂを配置しその全周囲を溶接し、円筒２ａに一体化したものである。なお、有底円筒としては、深絞りして形成したものを用いることができる。
【００２６】
通電発熱体３ａは、無機電気絶縁物として円柱状のセラミック製コア（芯材）３ｂの外周面３０ｂに螺旋状に巻き付けられたコイル状のニクロム線が用いられている。
【００２７】
通電発熱体３ａを形成するニクロム線の２つの端部３１ａ、３２ａには、それぞれ通電用のターミナル３ｃ、３ｄが接続されている。
【００２８】
セラミック製コア３ｂには、図２及び図４に示されるように、その軸方向に沿って平行な２つの孔３１ｂ、３２ｂが設けられている。
【００２９】
なお、通電発熱体３ａは、セラミック製コア３ｂの外周面３０ｂに螺旋状に巻き付けられるとともに、セラミック製コア３ｂの孔３１ｂ、３２ｂに端部３１ａ、３２ａを挿通した状態に組み付けられる。この後、前記セラミック製コア３ｂの孔３１ｂ、３２ｂに、ターミナル３ｃ、３ｄが差し込まれる。すると、ターミナル３ｃ、３ｄは、セラミック製コア３ｂの孔３１ｂ、３２ｂ内で、通電発熱体３ａの端部３１ａ、３２ａにそれぞれ接続される。
【００３０】
ターミナル３ｃの軸方向の途中には、通電発熱体３ａと所定の間隔を軸方向に隔てた位置で温度ヒューズ６が２個の連結管３３ｃにより連結されている。このターミナル３ｃ及び温度ヒューズ６と、ターミナル３ｄには、内管５の位置で筒状の絶縁チューブ７ａ、７ａが被せられる。
【００３１】
このようにして一体的に組み付けられた通電発熱体３ａ、セラミック製コア３ｂ、ターミナル３ｃ、３ｄ、温度ヒューズ６は、外装管２に内管５を挿通した二重の管内に配置される。
【００３２】
なお、内管５は、良熱伝導性金属である銅製の円筒である。
【００３３】
次いで、内管５の内周面５０と通電発熱体３ａ及びセラミック製コア３ｂの外周面３０ｂとの間の空間Ｓ１に無機電気絶縁物４としてパウダー状のマグネシアが充填される。
【００３４】
この後、通電発熱体３ａが巻回され配置された範囲及びセラミック製コア３ｂの軸方向の全長に対応する範囲が外装管２及び内管５とともに縮径されて、圧密化され、かつ一体化され熱伝達しやすい状態となる。また無機電気絶縁物４と内管５の内周面５０とが密に接触し、さらに内管５の外周面５１と外装管２の内周面２０とが密に接触し熱伝達しやすい状態となる。
【００３５】
外装管２と内管５との二重の管内に配置されたターミナル３ｃ、３ｄは、円筒２ａの他端側開口２１ａから外部に突出する一端部３２ｃ、３２ｄに、それぞれ図略のリ−ド線を介して電源に接続される。また、他端側開口２１ａには、図略の絶縁材が充填される。
【００３６】
前記のように構成された実施例のカートリッジヒータ１は、図略の加熱対象物を加熱できる位置に配置されて用いられる。
【００３７】
すなわち、カートリッジヒータ１の使用時には、ターミナル３ｃ、３ｄからの通電によって通電発熱体３ａが発熱する。すると、この熱は、無機電気絶縁物４より内管５の内周面５０及び内管５の軸方向の全域に熱伝達され、かつ内管５の外周面５１より外装管２の内周面２０に素早く、効率よく熱伝達される。
【００３８】
ここで、例えば通電発熱体３ａに発熱むらがあっても、良熱伝導性金属である銅製の内管５を通じて外装管２の内周面２０及び外装管２の軸方向の全領域に、むらなく、均一に素早く熱伝達でき、外装管２の外周面２１より、外周面２１に接触する加熱対象物を効率よく熱伝達し加熱することができる。
【００３９】
このため、実施例のカートリッジヒータ１は、良熱伝導性金属である銅製の内管５を有する簡素な構成によって、外装管２の外部の加熱対象物に対する加熱機能を高めることができ、目的とする温度にまで昇温せる加熱時間を短縮できる。
【００４０】
さらに、実施例のカートリッジヒータ１によれば、異常使用時（例えば、加熱する液体の無いヒーター空焼き状態）に、カートリッジヒータ１の通電発熱体３ａが異常昇温した場合、内管５により通電発熱体３ａの温度が軸方向に温度ヒューズ６に伝達され、温度ヒューズ６の温度が素早く上昇して温度ヒューズ６が溶断する。
【００４１】
このため、従来のカートリッジヒータの場合のように、軸方向の熱伝達が素早く行われず、温度ヒューズが機能するタイミングが遅れることで、カートリッジヒータの周辺温度が異常高温近くにまで上昇し続けることがなく、かつ異常高温により周辺機器が熱影響を受けることを回避できる。
【００４２】
従って、実施例のカートリッジヒータ１は、簡素な構成で、均一な熱伝達機能に優れている。更に、異常使用時における軸方向の熱伝達に優れ、素早く温度ヒューズ６を加熱溶断させることができる。このため、異常使用時のカートリッジヒータ１の周辺にある機器の熱の影響を最小のものとすることができる。
【００４３】
（試験例）
ここで、前記実施例のカートリッジヒータ１における異常使用時（例えば、加熱する液体の無いヒーター空焼き状態）に、温度ヒューズ６の機能を高めることができることを確認するため、以下の条件で空焼き通電試験を行い、その結果を表１に示す。
・試験方法（概要）
実施例のカートリッジヒータ１を常温（室温）にて、試験用容器内で空焼きし、温度ヒューズ６が動作（機能）するまでの時間を確認する。
・試料（７個）
通電発熱体３ａへの通電  ：２４０Ｖ  １０００Ｗ
室温                    ：２８〜３０℃
温度ヒューズ６          ：９５℃動作品
【００４４】
【表１】
0003935696.tif 000002
【００４５】
なお、比較例のカートリッジヒータとして、実施例のカートリッジヒータ１の構成から、良熱伝導性金属である銅製の内管５を用いないこと以外は、前記カートリッジヒータ１と同じ構成のものを作成した。この比較例のカートリッジヒータについても同じ条件で空焼き通電試験を行った。この比較例のカートリッジヒータの場合には、平均１分以上経過しても温度ヒューズが動作（機能）せず、異常昇温により破損した。
【００４６】
この結果、実施例１のカートリッジヒータ１は異常使用時に温度ヒューズが素早く溶断し、異常使用によるカートリッジヒータの異常加熱を最小とすることができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明のカートリッジヒータは、良熱伝導性金属の内管をもつため、軸方向に熱が伝達されやすく全領域に、むらなく、均一に素早く熱伝達できる。
【００４８】
さらに、温度ヒューズを備えたカートリッジヒータに適用した場合には、異常使用時（例えば、加熱する液体の無いヒーター空焼き状態）に、通電発熱体の異常な昇温を素早く温度ヒューズに伝達でき、温度ヒューズを溶断して通電発熱体への通電を遮断することができる。
【００４９】
また、内管は、外装管と一体化しているため、従来の場合のように、金属片（良熱伝達部材）をカートリッジヒータの中央部に配置することによる問題が無くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のカートリッジヒータの要部を断面して示す断面図。
【図２】図１におけるＡーＡ線断面矢視拡大図。
【図３】図１におけるＢーＢ線断面矢視拡大図。
【図４】実施例のカートリッジヒータに良熱伝導性金属である銅製の内管を用いる状態を示す概略斜視図。
【符号の説明】
１…カートリッジヒータ        ２…外装管      ３ａ…通電発熱体
３ｂ…セラミック製コア          ４…無機電気絶縁物
５…良熱伝導性金属の内管      ６…温度ヒューズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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