(57)【要約】【課題】  従来の円柱型セラミックヒーターでは、周囲がセラミックであり、寸法安定性に欠ける。このため、被加熱体への熱の伝達が悪くなる。さらに、セラミックであるため、サーマルショックに弱い。そこで、このセラミック体全体を金属の筒の中に入れて使用することも考えられる。しかし、セラミック体と金属筒との間は完全密着できていない。そこでこれを埋めるため、金属粉末をその間に充填してより密着させて、熱伝達をよくすることも考えられるが、完全充填は難しく熱伝達がまだ不足であった。【解決手段】  セラミックヒーターが内蔵された一方が開口した金属製筒体であって、該セラミックヒーターと金属製筒体の間には金属紛体が充填され、該金属製筒体はセラミックヒーターを内蔵する前よりその外径が５〜１５％小さいもので、且つ前記開口は無機材で閉止されていることを特徴とするヒーター。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックヒーターが内蔵された一方が開口した金属製筒体であって、該セラミックヒーターと金属製筒体の間には金属紛体が充填され、該金属製筒体はセラミックヒーターを内蔵する前よりその外径が５〜１５％小さいもので、且つ前記開口は無機材で閉止されていることを特徴とするヒーター。
【請求項２】
該金属製筒体は、その先端が凹んでいるものである請求項１記載のヒーター。
【請求項３】
一方の端部がその先端から見て凹んだ底面によって閉止され、他方端部は開口した金属製筒体に、金属紛体とセラミックヒーターを充填し、開口部を一旦仮閉止具で閉止し、次いで該金属製筒体を周方向にプレスすることによってその外径を５〜１５％小さくし、その後仮閉止具を除去し、該開口を無機材によって閉止することを特徴とするヒーターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒーター及びヒーターの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒーター特に小型のものは、最近はセラミックヒーターが多用されている。これは、発熱体をセラミック内に収め焼結したものであり、熱に強く加熱効率もよいため小型機械内部の加熱用には有効である。
【０００３】
このセラミックヒーターは、形状的に平板型、直方体型、円柱型等であるが、円柱型もよく使用されている。これは、中心部に金属抵抗体である発熱体がありその周囲がセラミック（窒化ケイ素等）である。勿論、セラミックから加熱体用の電線は延出されている。
【０００４】
しかしながら、従来の円柱型セラミックヒーターでは、周囲がセラミックであり、寸法安定性に欠ける。このため、被加熱体との密着性が悪く熱の伝達が悪くなる。さらに、セラミックであるため、サーマルショックに弱く、水がかかると割れることもあった。
【０００５】
そこで、このセラミック体全体を金属の筒の中に入れて使用することも考えられる。金属体であるため、周囲は非常に精度よく寸法をとることができ、被加熱体とよく密着し熱伝達がよい。しかし、セラミック体と金属筒との間は完全密着できていない。そこでこれを埋めるため、金属粉末をその間に充填してより密着させて、熱伝達をよくすることも考えられる。しかし、完全充填は難しく熱伝達がまだもう少しであった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、外側の寸法精度がよく、内部の熱伝達もよいヒーターを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上のような状況に鑑み、本発明者は鋭意研究の結果本発明ヒーター及びヒーターの製造方法を完成したものであり、その特徴とするところは、ヒーターにあっては、セラミックヒーターが内蔵された一方が開口した金属製筒体であって、該セラミックヒーターと金属製筒体の間には金属紛体が充填され、該金属製筒体はセラミックヒーターを内蔵する前よりその外径が５〜１５％小さいもので、且つ前記開口は無機材で閉止されている点にあり、ヒーターの製造方法にあっては、一方の端部がその先端から見て凹んだ底面によって閉止され、他方端部は開口した金属製筒体に、金属紛体とセラミックヒーターを充填し、開口部を一旦仮閉止具で閉止し、次いで該金属製筒体を周方向にプレスすることによってその外径を５〜１５％小さくし、その後仮閉止具を除去し、該開口を無機材によって閉止する点にある。
【０００８】
ここで金属製筒体の材質は特に限定はしないが、耐熱性があり、耐薬品性にも優れたステンレスやチタンが好適である。サイズは内蔵するセラミックヒーターにより異なるが、基本的はどのようなサイズでも可能である。しかし、一般的には外径が５〜５０ｍｍ、長さが３０〜３００ｍｍ程度である。このサイズは、出来上がった本発明ヒーターとしてのサイズである。
【０００９】
この金属製筒体は一方は開口しているが、他方は閉止している。開口部からセラミックヒーターや金属粉を入れる。閉止された側の底は、筒体の長手方向に直角の平面ではなく、どちらかに凹んでいるほうがよい。筒の内部側に上がっているのが好適である。これは、筒体をプレスしたときに、底が割れたり、底によってプレスにより力が必要となったりするのを防止するためである。
【００１０】
この金属製筒体に内蔵するセラミックヒーターは、通常のものでよく、本発明のポイントではない。
【００１１】
金属製筒体とセラミックヒーターとの間に充填する金属紛体は、銅、クロム等の金属又は合金の紛体、またマグネシアやアルミナ等の金属酸化物の紛体、さらにはこれらの混合物が使用できる。この金属紛体のサイズは、１０〜５００μｍ程度である。均一なサイズでなく、この程度のサイズのものが分布しているのがよく、正規分布しているのがより好適である。これは、大きいものの感激に小さい粒が入り、より密に充填できるためである。
【００１２】
該金属製筒体はセラミックヒーターを内蔵する前よりその外径が５〜１５％小さいものである。これは、金属製筒体にセラミックヒーターをいれ、その間隙に金属紛体を充填し、その後金属製筒体をプレスしてその径を小さくするためである。このプレスする理由は、プレスすることによって、金属紛体間、又は周囲の壁面との間の空隙をできるだけ少なくするためである。この空隙が熱伝達を下げているためである。
【００１３】
外径の５〜１５％という数字は、発明者の実験では、５％以下ではまだ熱伝達が悪く（空気が多く残っている）、１５％以上は物理的に難しいためである。
【００１４】
前記した筒体の開口部は、プレスした後閉止されている。これは、中の金属紛体がでないようにするためである。耐熱性を要するため、無機材で閉止する。例えば、耐熱セメント、低融点ガラス、その他の無機材である。要するに、塗布又は充填した後固化するものであればよい。
【００１５】
次に製造方法について説明する。上記したヒーター自体と同じものは説明を省略する。
最初に、一方の端部がその先端から見て凹んだ底面によって閉止され、他方端部は開口した金属製筒体に金属紛体とセラミックヒーターを充填する。充填の順序は自由であるが、最初に少し金属紛体を入れ、次いでセラミックヒーターを真中に位置するように入れ、その周囲に金属紛体を充填していくのがよい。この時にどの程度充填するかであるが、空隙を残さないようにするのが趣旨であるため、最後に閉止する位置を決め、その位置まで充填するのがよい。また、この時に振動させたりして、できるだけ空隙を少なくすることも重要である。
【００１６】
ついで、開口部を一旦仮閉止具で閉止する。この仮閉止具は、後述するプレス等の作業時に金属紛体が筒体から出ないようにするだけで恒久的は閉止用のものではない。よって、紛体がこぼれないようにでき、除去が簡単なものが好ましい。例えば、紙や、不織布のようなもので詰めておくだけでもよい。
【００１７】
次いで該金属製筒体を周方向にプレスする。プレスの方法は自由であり、どのような器具を用いてもよい。例えば、四角柱の中を円柱状にくりぬいて、それを２つに割ったようなもので、金属製筒体を挟み込んで上下から大きな力をかけると、金属製筒体の径が小さくなり、少し長くなる。その他、一方端から順次径を小さくするような方法でもよい。径を５〜１５％小さく理由は前記した通りである。
【００１８】
プレスした後は、上記した仮閉止具を除去する。そして、その除去した開口部を無機材によって閉止する。即ち前記した通り、セメントのような無機材を開口部に充填するだけでよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明には次のような利点がある。
（１）  セラミックヒーターの外側が金属製であり、寸法精度が非常に優れている。
（２）  外枠である金属製筒体とセラミックヒーターとの間に金属紛体が充填されているだけでなく、圧縮されて空間が大きく減少しているため、熱伝導性が非常に優れている。
（３）  セラミックが露出していないため、サーマルショックに強い。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明ヒーターの１例を示す断面図である。
【図２】本発明の製造方法を示す１過程の断面図である。
【図３】本発明の製造方法を示す１過程の断面図である。
【図４】本発明の製造方法を示す１過程の断面図である。
【図５】本発明の製造方法を示す１過程の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下実施例に従って本発明をより詳細に説明する。
図１は、本発明ヒーター１の１例を示す断面図である。ステンレス（ＳＵＳ３０４）製の筒体２に、セラミックヒーター３が内蔵され、その間に金属紛体４が充填されている。底部５は、筒体２に溶接６されている。この底部５は、内部側からみて盛り上がった形状になっている。充填された金属粉は、開放部の無機材７によって封止されている。セラミックヒーター３からは電極８が突出している。
【００２２】
次に本発明製造方法について説明する。図２（ａ）は、金属製の筒体２であり、空の状態である。底部５は、プレスによって割れないように湾曲させている。これにある程度の金属粉体４を入れる（図２（ｂ））。そして、セラミックヒーター３を入れて、底部５との間に適当な距離をおく（図３（ａ）。その状態で、金属粉体４を充填する。この時、振動させる等により、できるだけ十分充填する（図３（ｂ）。
【００２３】
図４は、図３（ｂ）の状態から上部の開口部をティッシュ９や綿のようなもので仮止め（仮に閉止）したところである。そして、この図では左右から、半円状にくり抜いたプレス機１０によりプレスする。プレスの程度は、その筒体の外径が５〜１５％程度小さくなる程度まで行う。
【００２４】
図５は、プレスが完了し、仮止め部材を除去し、無機材（ここではセメント）１１によって完全閉止したところである。筒体２の外径が小さくなっているだけでなく、底部５がより湾曲している。より湾曲しただけで割れてはいない。これで完成である。
【符号の説明】
【００２５】
１  本発明ヒーター
２  筒体
３  セラミックヒーター
４  金属紛体
５  底部
６  溶接部
７  無機材
８  電極
９  仮止め
１０  プレス機
１１  無機材
【図１】
2016100187.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2016100187.tif 000006
【図５】
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