特許 6487736 カートリッジヒータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6487736

(24)【登録日】2019年3月1日

(45)【発行日】2019年3月20日

(54)【発明の名称】カートリッジヒータ

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/44 20060101AFI20190311BHJP

   H05B 3/48 20060101ALI20190311BHJP

【ＦＩ】

   H05B3/44

   H05B3/48

【請求項の数】3

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2015-56349(P2015-56349)

(22)【出願日】2015年3月19日

(65)【公開番号】特開2016-177950(P2016-177950A)

(43)【公開日】2016年10月6日

【審査請求日】2017年11月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】390008497

【氏名又は名称】日本電熱株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001368

【氏名又は名称】清流国際特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】100129252

【弁理士】

【氏名又は名称】昼間 孝良

(74)【代理人】

【識別番号】100155033

【弁理士】

【氏名又は名称】境澤 正夫

(74)【代理人】

【識別番号】100138287

【弁理士】

【氏名又は名称】平井 功

(72)【発明者】

【氏名】中嶋 健二

【審査官】 根本 徳子

(56)【参考文献】

【文献】 英国特許出願公開第０２３６７２２７（ＧＢ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−０８７４９１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５３−１６５３４４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６２−２５６３９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ３／０２−３／１８

Ｈ０５Ｂ ３／４０−３／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円柱状の絶縁体に形成された軸方向へ延びる軸中心について対称な一対の貫通孔に、発熱線を両端部が前記絶縁体の一端面から導出するように配置し、該絶縁体を有底の金属管に他端面側から挿入して、前記一対の貫通孔と前記発熱線との隙間に絶縁粉末を充填して該発熱線を埋設するとともに、該絶縁体と前記金属管との隙間に絶縁粉末を充填してなるカートリッジヒータであって、
前記発熱線を複数組、備え、
各組の前記発熱線が埋設された一対の貫通孔を前記絶縁体の周方向に沿って等間隔で複数組を形成するとともに、前記貫通孔における該絶縁体の一端面からの長さを、前記複数組の間で互いに異ならせ、
各組の前記発熱線は、前記絶縁体の他端面において当該他端面を跨るようにターンしており、
前記絶縁体の他端面のうち、少なくとも一組の前記発熱線がターンしている部分には段差が設けられ、当該段差の内部に、少なくとも一組の前記発熱線のターンしている部分が配置されていることを特徴とするカートリッジヒータ。

【請求項2】

前記絶縁体の他端面のうち、各組の前記発熱線がターンしている部分には、互いに異なる高さの段差がそれぞれ設けられ、それぞれの当該段差の内部に、各組の前記発熱線のターンしている部分が配置されている請求項１に記載のカートリッジヒータ。

【請求項3】

複数の前記絶縁体を長手方向に連結することで、各組の前記発熱線がターンしている部分の前記カートリッジヒータの長手方向における位置を異ならせるようにした請求項１又は２に記載のカートリッジヒータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はカートリッジヒータに関し、更に詳しくは、従来よりも長手方向の温度分布を容易かつ詳細に設定できるカートリッジヒータに関する。

【背景技術】

【0002】

金属管内に絶縁体を介して発熱線を収納したヒータのうちで、金型や熱板に挿入して使用することを目的として、発熱線の両端の電極を金属管の一方の端部から導出させたものは、一般にカートリッジヒータと呼ばれている。通常、このカートリッジヒータは、円筒状の絶縁体の外周面に、発熱線を螺旋状に巻き付けた構造を有している（例えば、特許文献１を参照）。

【0003】

近年では、金型や熱板における熱処理を高度化するために、カートリッジヒータの長手方向の温度分布を精度良く設定できることが求められている。そのためには、互いに抵抗値（発熱量）の異なる複数組の発熱線をヒータ内に収納して、要求される温度分布を満たすように適宜通電する構成が考えられる。

【0004】

しかしながら、上記の特許文献１のような構造では、複数組の発熱線を螺旋状に巻き付けることになるため、発熱線と金属管とが近接したり、発熱線同士が接触したりして短絡するおそれが高くなるとともに、発熱線の発熱量を調整して温度分布を詳細に設定することが困難であるという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平７−１９２８５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、従来よりも長手方向の温度分布を容易かつ詳細に設定することができるカートリッジヒータを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成する本発明のカートリッジヒータは、円柱状の絶縁体に形成された軸方向へ延びる軸中心について対称な一対の貫通孔に、発熱線を両端部が前記絶縁体の一端面から導出するように配置し、該絶縁体を有底の金属管に他端面側から挿入して、前記一対の貫通孔と前記発熱線との隙間に絶縁粉末を充填して該発熱線を埋設するとともに、該絶縁体と前記金属管との隙間に絶縁粉末を充填してなるカートリッジヒータであって、前記発熱線を複数組、備え、各組の前記発熱線が埋設された一対の貫通孔を前記絶縁体の周方向に沿って等間隔で複数組を形成するとともに、前記貫通孔における該絶縁体の一端面からの長さを、前記複数組の間で互いに異ならせ、各組の前記発熱線は、前記絶縁体の他端面において当該他端面を跨るようにターンしており、前記絶縁体の他端面のうち、少なくとも一組の前記発熱線がターンしている部分には段差が設けられ、当該段差の内部に、少なくとも一組の前記発熱線のターンしている部分が配置されていることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0008】

本発明のカートリッジヒータによれば、複数組の発熱線を金属管及び互いに接触させることなくヒータ内に収納するとともに、それぞれの組の発熱部における発熱量を、発熱線を配置する長さにより調整するようにしたので、従来よりも長手方向の温度分布を容易かつ詳細に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態からなるカートリッジヒータの長手方向の断面図である。

【図2】図１に示すＡ−Ａ矢視における径方向の断面図である。

【図3】図１に示すＢ−Ｂ矢視における径方向の断面図である。

【図4】絶縁コア材の他端面側の形状を示す斜視図である。

【図5】絶縁コア材の他端面側の形状の別の例を示す斜視図である。

【図6】本発明の実施形態からなるカートリッジヒータの応用例における長手方向の断面図である。

【図7】図６における径方向の断面図であって、（ａ）はＸ−Ｘ矢視を、（ｂ）はＹ−Ｙ矢視を、（ｃ）はＺ−Ｚ矢視をそれぞれ示す。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなるカートリッジヒータを示す。なお、以下の説明では、発熱線を２組設けた場合を例とするが、３組以上の場合も同様である。

【0011】

このカートリッジヒータは、円柱状の絶縁コア材１に形成された軸方向へ延びる２組の軸中心について対称な一対の貫通孔２Ａ、２Ｂに、通電により発熱する発熱線３Ａ、３Ｂを両端部４Ａ、４Ｂが一端面５から導出するように配置している。そして、その絶縁コア材１を有底の外側金属管７に他端面８側から挿入し、貫通孔２Ａ、２Ｂと発熱線３Ａ、３Ｂとの隙間に絶縁粉末６を充填して発熱線３Ａ、３Ｂを埋設するとともに、絶縁コア材１と外側金属管７との隙間に更に絶縁粉末６を充填した構造を有している。絶縁コア材１と外側金属管７とは、スウェージングやプレス加工により外側金属管７を減径することで一体化されている。

【0012】

なお、金型や熱板の加熱源として使用されるカートリッジヒータには、外径が約１０〜２０ｍｍ、長さが約１００〜３００ｍｍの寸法仕様のものが一般に用いられる。

【0013】

絶縁コア材１には、酸化マグネシウムの焼結体が用いられる。発熱線３Ａ、３Ｂの材料には、ニッケル・クロム、鉄・クロム、又は純ニッケルが用いられ、発熱部となる埋設部分９Ａ、９Ｂの発熱線３Ａ、３Ｂが螺旋状に加工されている。外側金属管７には、ステンレス、アルミ、銅、鉄、又はチタン製の金属管が、温度範囲及び用途に応じて使い分けられる。また、絶縁粉末６の材料には、酸化マグネシウムが用いられる。

【0014】

発熱線３Ａ、３Ｂが埋設された一対の貫通孔２Ａ、２Ｂは、図２に示すように、絶縁コア材１の周方向に沿って等間隔で形成されている。

【0015】

そして、図３及び図４に示すように、絶縁コア材１の他端面８側で発熱線３Ａ、３Ｂが跨る部分には、互いに異なる高さの段部１０Ａ、１０Ｂがそれぞれ形成されており、一対の貫通孔２Ａ、２Ｂにおける絶縁コア材１の一端面５からの長さＬ_A、Ｌ_Bが、互いに異なるようになっている。

【0016】

このように、２組の発熱線３Ａ、３Ｂを、外側金属管７及び互いに接触させることなくヒータ内に収納するとともに、それぞれの組の発熱部における発熱量を、発熱線３Ａ、３Ｂを配置する長さにより調節するようにしたので、従来よりも長手方向の温度分布を容易かつ詳細に設定することができるのである。

【0017】

一対の貫通孔２Ａ、２Ｂにおける絶縁コア材１の一端面５からの長さＬ_A、Ｌ_Bは、発熱線３Ａ、３Ｂと外側金属管７の底面との接触を防止するために、図４に示すように、絶縁コア材１の全長Ｌよりも短くすることが望ましい。

【0018】

なお、図５に示す別の例のように、一対の貫通孔２Ａ、２Ｂのうちの１組について段部１０Ａ／１０Ｂを設けない場合（この例では、Ｌ_B＝Ｌ）には、絶縁コア材１の他端面８と外側金属管７の底面との間に、円盤状の絶縁体等を介在させて接触を防止する必要がある。

【0019】

一般に、金型や熱板は、中央部よりも外周部の方が放熱による温度低下が大きくなる。そのため、カートリッジヒータを金型や熱板に挿入して使用する際には、その外周部に相当する部分（カートリッジヒータにおける絶縁コア材１の一端面５側）の方が、中央部（カートリッジヒータにおける絶縁コア材１の他端面８側）よりも大きな発熱量を求められる。

【0020】

そのため、一対の貫通孔２Ａ、２Ｂにおける絶縁コア材１の一端面５からの長さＬ_A、Ｌ_Bについては、２組のなかでの最大長さに対する最小長さの比（図４の例では、Ｌ_A／Ｌ_B）が、０．１以上かつ０．５以下、より好ましくは、０．１５以上かつ０．３以下とすることが、実用上の観点から望ましい。

【0021】

２組の一対の貫通孔２Ａ、２Ｂにそれぞれ埋設された発熱線３Ａ、３Ｂの間では、上述した発熱線３Ａ、３Ｂを配置する長さに加えて、発熱線３Ａ、３Ｂを螺旋状に加工した部分のピッチ、発熱線３Ａ、３Ｂの線径、及び発熱線３Ａ、３Ｂの材料から選ばれる少なくとも１つを異ならせることで、より詳細に発熱量を調節することが可能である。なお、発熱線３Ａ、３Ｂを螺旋状に加工した部分のピッチは、長手方向に沿って連続、不連続のいずれであっても良く、またその大きさを∞（直線状）にしても良い。

【0022】

カートリッジヒータにおいて、２組の一対の貫通孔２Ａ、２Ｂの間で長さＬ_A、Ｌ_Bを大きく異ならせる場合には、段部１０Ａ、１０Ｂの高さの差を大きくすることなく、２個の絶縁コア材１を長手方向に連結して用いることが製造加工面から好ましい。

【0023】

例えば図６及び図７に示すように、図５に示す形状の２個の絶縁コア材１を、２組の一対の貫通孔２Ａ、２Ｂのみが形成された焼結連結体１１を挟んで長手方向に直列に連結して、発熱線３Ａ、３Ｂが跨る位置を変えるようにすることで、高さの低い段部１０Ａを形成するだけでも２組の発熱線３Ａ、３Ｂ間の長さを大きく異ならせることが可能である。

【0024】

なお、この場合には、絶縁コア材１の他端面８と外側金属管７の底面との間に円盤状の絶縁体等を介在させる必要はない。

【符号の説明】

【0025】

１ 絶縁コア材
２Ａ、２Ｂ 一対の貫通孔
３Ａ、３Ｂ 発熱線
４Ａ、４Ｂ 両端部
５ 一端面
６ 絶縁粉末
７ 外側金属管
８ 他端面
９Ａ、９Ｂ 埋設部分
１０Ａ、１０Ｂ 段部
１１ 焼結連結体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】