(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ることも考えられるが。しかし、セラミック体と金属筒との間は完全密着できないため熱伝達が悪かった。【解決手段】  電極が延出した側の外径が小さくなって段差を構成しているセラミックヒーターが金属製筒体に内蔵されたものであって、該金属製筒体の一方の開口部は、該セラミックヒーターの段差を形成する２つの径の中間の径を有し、該金属製筒体と該セラミックヒーターとの間隙には金属紛体が充填され、該金属紛体の他方の開口部はネジによって封止されているもの。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極が延出した側の外径が小さくなって段差を構成しているセラミックヒーターが金属製筒体に内蔵されたものであって、該金属製筒体の一方の開口部は、該セラミックヒーターの段差を形成する２つの径の中間の径を有し、該金属製筒体と該セラミックヒーターとの間隙には金属紛体が充填され、該金属紛体の他方の開口部はネジによって封止されていることを特徴とするヒーター。
【請求項２】
該セラミックヒーターと、該金属製筒体の該セラミックヒーターの段差を形成する２つの径の中間の径を有する開口部にろう付けされているものである請求項１記載のヒーター。
【請求項３】
電極が延出した側の外径が小さくなって段差を構成しているセラミックヒーターと、両方が開口したものであって、その狭い方の開口径が、該セラミックヒーターの段差を形成する２つの径の中間の径を有する金属製筒体を準備し、該セラミックヒーターを電極側から径の大きい開口側から該筒体に挿入し、次いで該筒体と該セラミックヒーターとの間隙に金属紛体を導入し、次いで該金属製筒体の広い開口部にネジをねじ込むことを特徴とするヒーターの製造方法。
【請求項４】
該金属紛体導入時は、該金属製筒体を振動させながら行うものである請求項３記載の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、  電極が延出した側の外径が小さくなって段差を構成しているセラミックヒーターが金属製筒体に内蔵されたものであって、該金属製筒体の一方の開口部は、該セラミックヒーターの段差を形成する２つの径の中間の径を有し、該金属製筒体と該セラミックヒーターとの間隙には金属紛体が充填され、該金属紛体の他方の開口部はネジによって封止されている点にあり、製造方法にあっては、電極が延出した側の外径が小さくなって段差を構成しているセラミックヒーターと、両方が開口したものであって、その狭い方の開口径が、該セラミックヒーターの段差を形成する２つの径の中間の径を有する金属製筒体を準備し、該セラミックヒーターを電極側から径の大きい開口側から該筒体に挿入し、次いで該筒体と該セラミックヒーターとの間隙に金属紛体を導入し、次いで該金属製筒体の広い開口部にネジをねじ込む点にある。
【０００８】
本発明で用いるセラミックヒーターは、通常のセラミックヒーターではなく、電極が延出した側の外径が小さくなって段差を構成しているものである。段差の形成の方法は、セラミックヒーターの製造時に、最後に１枚、長さを短くした粘土等（焼結前の材料）のシートを巻いて焼成すればよい。１枚シートを巻くだけである。
勿論、他の方法で段差を形成してもよい。
【０００９】
セラミックヒーターの太さ（大きい径）が、５ｍｍ〜２０ｍｍ程度のものであれば、段差を形成する小さい径の部分の長さは、限定はしないが短くてよく先端から数ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。
【００１０】
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。
【００１１】
この金属製筒体の一方の開口部は、該セラミックヒーターの段差を形成する２つの径の中間の径を有する。この開口部は、筒体の両端の開口部の小さい方である。段差の中間の径を有するため、このセラミックヒーターを電極がわから挿入すると、狭い開口から電極と、径の小さい部分が突出し、径の大きい部分が開口に接当して止まることになる。
金属製筒体の他方の開口は、当然ながら大きな開口でありセラミックヒーターの最も大きな径より大きい。
【００１２】
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。
【００１３】
上記した金属製筒体の広い開口は、ネジによって封止されている。よって、金属製筒体の広い方の開口は、雌ネジが構成されている。このネジで封止する方法は、金属紛体を充填し、ネジをねじ込むことによって、金属紛体を押し込む効果がある。よって、より高密度に充填ができる。
【００１４】
また、ねじ込んで金属紛体をより高密度に充填するとき、密閉されていると中の空気の逃げ場がないため、ネジやその他の場所に空気孔を設けておいてもよい。勿論、ねじ込んだ後に封止する。
【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。
簡単に製造手順を述べると、次のようになる。
１  セラミックヒーターと金属製筒体を準備する。
２  セラミックヒーターを電極側から、筒体の径の大きい開口に挿入する。
３  筒体とセラミックヒーターとの間隙に金属紛体を導入する。
４  金属製筒体の広い開口部にネジをねじ込む。
これで基本的には完成である。
【００１６】
最初に金属製筒体にセラミックヒーターを挿入し、狭い開口の端部にセラミックヒーターの段部が接当した後、その部分をろう付け等で封止してもよい。
次いで、筒体の大きい開口側から、金属紛体を充填する。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。振動させながら充填するか、間欠的に振動させ充填するかがよい。
【００１７】
最後に、筒体の大きい開口側に設けた雌ネジにネジをねじ込んでいく。このときに、金属粉体はほぼ一杯の充填されている方がよい。ネジと金属粉との間に空隙があると、ネジ込んだときにその空隙の空気が圧縮されるか、その空気が空気孔から出るだけで、金属粉体が押されて密に充填されないためである。
【発明の効果】
【００１８】
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、ネジで十分に押圧充填されているため、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】
【００１９】
【図１】本発明ヒーター１の１例を示す断面図である。
【図２】本発明ヒーターの製造方法の１例を示す断面図である。
【図３】本発明ヒーターの製造方法の１例を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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（ここでは銅粉）が充填されている。セラミックヒーター３は、その電極５側には段差が構成されている。即ち、径の小さい部分６が先端部にあり、径の大きい部分７がその他である。
【００２１】
筒体２の狭い方の開口８では、径の小さい部分６は貫通し、径の大きい部分７は通過できない。よって、径の大きい部分７と開口８との間で封止されている。筒体２の大きな開口９はネジ溝が形成されている。その部分にネジ１０がねじ込まれている。このネジ１０によって、セラミックヒーター３と筒体２の間の金属粉体４が押し込まれている。
【００２２】
筒体２の狭い方の開口８は、開口に径の小さいリングを固着（溶接やろう付け等）して構成しても、最初から先端が狭い筒体を製造してもよい。
【００２３】
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。この例では下方先端に内径の小さいリング１１が溶接されている。上方開口には雌ネジ１２が切られている。図２（ｂ）は、（ａ）の状態から、セラミックヒーター３を電極５側から、挿入したところである。セラミックヒーター３の径の細い部分６はリング１１を通過するが、径の太いところは通過できないため、その点で停止する。
ここで、セラミックヒーター３とリング１１の間を、金属粉４が出ないようにろう付け等で封止してもよい。
【００２４】
図３（ａ）は、図２（ｂ）の状態から銅粉４を充填したところである。このとき、振動させながら十分に密に充填するのがよい。次に、図３（ｂ）は、銅粉４が充填された状態でネジ１０をねじ込んだ状態である。ネジ１０によって、銅粉４が十分に密に充填されていく。これで、金属粉同士に間隙（空気）ができ、熱伝導が悪くなることを軽減している。
【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  電極
６  径の小さい部分
７  径の大きい部分
８  小さな開口
９  大きな開口
１０  ネジ
１１  リング
１２  雌ネジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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