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WO2018190197A1 - シースヒータ - Google Patents

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WO2018190197A1
WO2018190197A1 PCT/JP2018/014259 JP2018014259W WO2018190197A1 WO 2018190197 A1 WO2018190197 A1 WO 2018190197A1 JP 2018014259 W JP2018014259 W JP 2018014259W WO 2018190197 A1 WO2018190197 A1 WO 2018190197A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heating wire
sheath
sheath heater
metal sheath
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2018/014259
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English (en)
French (fr)
Inventor
年彦 花待
健二 関谷
大輔 橋本
智資 平野
優 瀧本
剛 ▲高▼原
良仁 荒木
新 巽
孝 川崎
友紀 外山
諭 安齋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NHK Spring Co Ltd
Original Assignee
NHK Spring Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NHK Spring Co Ltd filed Critical NHK Spring Co Ltd
Priority to CN201880024287.8A priority Critical patent/CN110547041B/zh
Priority to EP18784228.1A priority patent/EP3611999B1/en
Priority to KR1020197030535A priority patent/KR102248680B1/ko
Publication of WO2018190197A1 publication Critical patent/WO2018190197A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to US16/653,094 priority patent/US11477858B2/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/48—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/02—Details
    • H05B3/03—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/18—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor the conductor being embedded in an insulating material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/78—Heating arrangements specially adapted for immersion heating
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/014—Heaters using resistive wires or cables not provided for in H05B3/54
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/021—Heaters specially adapted for heating liquids

Definitions

  • the present invention relates to a sheath heater.
  • it relates to a thin sheath heater.
  • the sheath heater generally has a heat generating wire held in a metal tube-like sheath, and a gap between the metal sheath and the heat generating wire is filled with an insulating material having high thermal conductivity. Since the surface of the heating element is electrically insulated, the sheath heater can directly heat gas, liquid, metal and the like. Further, the sheath heater can be laid out in an arbitrary shape, and is used for various purposes because of its convenience. For this reason, there is an increasing demand for a sheath heater having a smaller diameter so that it can be laid out in a more complicated shape corresponding to various needs. On the other hand, since the sheath heater heats the heating wire by supplying electricity, a device for improving the durability of the heating wire is also required.
  • Patent Document 1 discloses a sheath heater including a plurality of heating wires in a single metal sheath. Usually, heating is performed using one of a plurality of heating wires, and when the heating wire is disconnected, the purpose is to recover easily and quickly by switching the power supply circuit to another heating wire.
  • the sheath heater described in Patent Document 1 is provided for the disconnection of the heating wire, and is not considered to suppress the disconnection of the heating wire. Moreover, there is no mention about the diameter reduction of a sheath heater.
  • One of the problems of the embodiments of the present invention is to provide a thin sheath heater with improved reliability.
  • a metal sheath a heating wire that is disposed in the metal sheath with a gap, is in a strip shape, and is rotated with respect to the axial direction of the metal sheath, and an insulation that is disposed in the gap.
  • a sheath heater comprising a material and a connection terminal disposed at one end of the metal sheath and electrically connected to both ends of the heating wire.
  • the heating wire may be arranged in a double spiral structure in a biaxial region in the metal sheath.
  • the insulating material may be an inorganic insulating powder.
  • the metal sheath may be aluminum
  • the heating wire may be a nickel-chromium alloy
  • the insulating material may be magnesium oxide
  • the sheath heater according to the first embodiment of the present invention has a heating mechanism.
  • the sheath heater according to the first embodiment can be used to directly heat gas, liquid, metal and the like.
  • the sheath heater according to the first embodiment is not limited to that used for the heated object.
  • FIGS. 1A and 1B are cross-sectional configuration diagrams showing a sheath heater according to an embodiment of the present invention.
  • the sheath heater according to the first embodiment includes a belt-like heating wire 20, an insulating material 30, a metal sheath 40, and a connection terminal 50.
  • the heating wire 20 is disposed in a cylindrical metal sheath 40 with a gap, and the heating wire 20 and the metal sheath 40 are insulated by an insulating material 30 disposed in the gap.
  • the metal sheath 40 is shown in a shape with one end closed, but is not limited to this, and may have a shape in which both ends are open.
  • the heating wire 20 is disposed so as to reciprocate in the cylindrical axis direction within the metal sheath 40, and both ends of the heating wire 20 are disposed at one end of the metal sheath 40. That is, one heating wire 20 is arranged to be biaxial in most of the metal sheath 40 in the cylindrical axis direction.
  • Each heating wire 20 disposed in the metal sheath 40 is disposed with a gap and is insulated by an insulating material 30 disposed in the gap.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line C-C ′ of FIG. 1A.
  • the width d1 of the belt-like heating wire 20 is preferably in the range of 0.1 mm to 2.0 mm.
  • the thickness d2 of the belt-like heating wire 20 is preferably in the range of 0.1 mm to 0.5 mm.
  • the inner diameter d3 of the metal sheath 40 is preferably in the range of 3.0 mm to 4.0 mm.
  • the thickness d4 of the metal sheath 40 is preferably in the range of 0.5 mm to 1.0 mm.
  • the outer diameter d5 of the metal sheath 40 is preferably in the range of 3.5 mm to 5.0 mm. Since the sheath heater 120 according to the present embodiment has the above-described configuration, it is possible to reduce the diameter while maintaining reliability. By reducing the diameter of the sheath heater 120, the sheath heater 120 can be laid out in a fine pattern shape.
  • the shortest distance g1 between the metal sheath 40 and each heating wire 20 disposed in the metal sheath 40 in a cross section orthogonal to the cylindrical axis is in a range of 0.3 mm to 1.0 mm.
  • the shortest distance g1 between the metal sheath 40 and the heating wire 20 is more preferably in the range of 0.4 mm to 1.0 mm.
  • the distance g2 of each heating wire 20 arranged in the metal sheath 40 in the cross section orthogonal to the cylindrical axis is in the range of 0.3 mm to 2.0 mm.
  • the shortest distance g2 of each heating wire 20 disposed in the metal sheath 40 is more preferably in the range of 0.4 mm to 1.0 mm.
  • connection terminal 50a and a connection terminal 50b Both ends of the heating wire 20 are provided with a connection terminal 50a and a connection terminal 50b that are electrically connected to each other.
  • connection terminal 50a and the connection terminal 50b are not particularly distinguished, they are referred to as connection terminals 50.
  • the sheath heater 120 of the present embodiment has a biaxial single-terminal configuration in which two connection terminals 50 are disposed at one end of the sheath heater 120.
  • One end of the sheath heater 120 having the connection terminal 50 is connected to an external device (heater controller, power source, etc.).
  • the sheath heater 120 is heated by the electric power supplied from the external device, and thereby the temperature of the sheath heater 120 is controlled.
  • the belt-like heating wire 20 is arranged to rotate with respect to the cylindrical axis direction of the metal sheath 40.
  • the belt-like heating wire 20 extends in the cylindrical axis direction in a state where the major axis of the heating wire 20 is rotated in the direction perpendicular to the cylindrical axis of the metal sheath 40. That is, each heating wire 20 is coiled in a spiral shape.
  • the rotation axes of the biaxial heating wires 20 are arranged substantially parallel to the cylindrical axis direction of the metal sheath 40, respectively.
  • the heating wire 20 By arranging the heating wire 20 in a coiled state, the length of the heating wire 20 arranged in the metal sheath 40 increases, and the resistance value of the sheath heater 120 can be increased. Furthermore, the heating wire 20 has a spring property by being arranged in a coiled state, and disconnection during thermal expansion is suppressed. For this reason, for example, even if the difference in thermal expansion coefficient between the metal sheath 40 and the heating wire 20 is large, it is possible to provide the sheath heater 120 with improved reliability.
  • the rotation pitch L1 which is the length in the cylindrical major axis direction of the metal sheath 40 in which the heating wire 20 arranged in the metal sheath 40 rotates spirally, is preferably 3.0 mm or less.
  • the rotation pitch L1 of the heating wires 20 disposed in the metal sheath 40 is more preferably 2.5 mm or less, and even more preferably 2.0 mm or less.
  • FIGS. 2A to 2D are cross-sectional configuration diagrams showing a sheath heater according to an embodiment of the present invention.
  • 2A to 2D are cross-sectional views of the sheath heater 120 moved by a quarter pitch (L1 / 4) in the cylindrical axis direction of the metal sheath 40.
  • FIG. The arrangement of the heating lines 20 in the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 2A to 2D.
  • the dotted line in FIG. 2A shows the trajectory of the heating wire 20 when the heating wire 20 makes one spiral turn.
  • each heating wire 20 rotates 90 degrees around the rotation axis.
  • the rotation axis of each heating wire 20 is parallel to the cylindrical axis direction and is separated by a distance g2 of the biaxial heating wire 20.
  • the surface direction formed by the width d1 of the heating wire 20 is substantially perpendicular to the normal line of the rotating surface. That is, the surface of the belt-shaped heating wire 20 is a tangential plane of the rotation surface. Furthermore, the surface direction of the biaxial heating wire 20 is substantially parallel.
  • the direction in which the central axis of each heating wire 20 rotates spirally in the direction of the cylindrical axis of the metal sheath 40 is substantially the same, and the rotation pitch L1 is also the same. Since the rotation direction of each heating wire 20 and the rotation pitch L1 coincide with each other, the distance g2 between the two heating wires 20 can be kept constant, and the reliability of the sheath heater 120 can be maintained. It becomes.
  • the present invention is not limited to this, and the rotation direction and / or the rotation pitch L1 of each heating wire 20 may be different.
  • the sheath heater 120 according to the present embodiment is designed so that the reliability can be maintained even when the rotation of the heating wire 20 is taken into consideration by satisfying the above condition.
  • the cross-sectional shape of the sheath heater 120 is a circle. Since the cross-sectional shape of the sheath heater 120 is circular, the sheath heater 120 can be easily bent into a desired shape. However, the cross-sectional shape of the sheath heater 120 is not limited to this, and can have any shape as long as the above conditions are satisfied, and can be deformed into any shape.
  • a conductor that generates Joule heat when energized can be used for the belt-like heating wire 20.
  • a metal selected from tungsten, tantalum, molybdenum, platinum, nickel, chromium, and cobalt can be included.
  • the metal may be an alloy containing these metals, for example, an alloy of nickel and chromium, an alloy containing nickel, chromium, and cobalt.
  • a nickel-chromium alloy is used as the material of the heating wire 20.
  • the insulating material 30 is disposed in order to prevent the heating wire 20 from being electrically connected to other members. That is, a material that sufficiently insulates the heating wire 20 from other members can be used. Furthermore, the thermal conductivity of the material used for the insulating material 30 is preferably 10 W / mK or more. When the thermal conductivity of the material used for the insulating material 30 is 10 W / mK or more, the heat energy generated by the heating wire 20 can be efficiently transmitted to the metal sheath 40.
  • magnesium oxide, aluminum oxide, boron nitride, aluminum nitride, or the like can be used. In the present embodiment, magnesium oxide (MgO) powder is used as the insulating material 30.
  • the thermal conductivity of the compact of magnesium oxide (MgO) is about 10 W / mK.
  • the thermal conductivity of the material used for the metal sheath 40 is preferably 200 W / mK or more.
  • the thermal conductivity of the material used for the metal sheath 40 is 200 W / mK or more, the heat energy generated by the heating wire 20 can be efficiently transmitted to the object to be heated.
  • the coefficient of thermal expansion of the material used for the metal sheath 40 is preferably 25 ⁇ 10 ⁇ 6 / K or less.
  • aluminum is used as the material of the metal sheath 40.
  • the material of the metal sheath 40 is not limited to this, and materials such as aluminum (Al), titanium (Ti), and stainless steel (SUS) can be used. Since the thermal expansion coefficient of the material used for the metal sheath 40 is 25 ⁇ 10 ⁇ 6 / K or less, disconnection of the heating wire 20 due to thermal expansion of the metal sheath 40 can be suppressed, and a highly reliable sheath heater 120 can be provided.
  • the sheath heater 120 can be reduced in diameter by having the belt-like heating wire 20.
  • the sheath heater 120 can be laid out in a fine pattern shape.
  • disconnection of the heating wire 20 during thermal expansion is suppressed.
  • the thermal expansion coefficient between the metal sheath 40 and the heating wire 20 is reduced. Even if the difference is large, it is possible to provide the sheath heater 120 with improved reliability.
  • FIGS. 3A, 3B and FIGS. 4A to 4D are cross-sectional configuration diagrams illustrating a sheath heater according to an embodiment of the present invention.
  • the sheath heater according to the second embodiment includes a belt-like heating wire 20, an insulating material 30, a metal sheath 40, and a connection terminal 50, as in the first embodiment.
  • sheath heater 130 according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment except for the arrangement of the heating wire 20 in the metal sheath 40, the description of the overlapping structure and configuration will be omitted, and the main difference will be described. Will be described.
  • the heating wire 20 is disposed in the cylindrical metal sheath 40 with a gap, and the heating wire 20 and the metal sheath 40 are insulated by an insulating material 30 disposed in the gap.
  • the metal sheath 40 is shown in a shape with one end closed, but is not limited thereto, and may have a shape in which both ends are open.
  • the heating wire 20 is disposed so as to reciprocate in the cylindrical axis direction within the metal sheath 40, and both ends of the heating wire 20 are disposed at one end of the metal sheath 40. That is, one heating wire 20 is arranged to be biaxial in most of the metal sheath 40 in the cylindrical axis direction.
  • Each heating wire 20 disposed in the metal sheath 40 is disposed with a gap and is insulated by an insulating material 30 disposed in the gap.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line C-C ′ of FIG. 3A.
  • the width d1 of the belt-like heating wire 20 is preferably in the range of 0.1 mm to 2.0 mm.
  • the thickness d2 of the belt-like heating wire 20 is preferably in the range of 0.1 mm to 0.5 mm.
  • the inner diameter d3 of the metal sheath 40 is preferably in the range of 3.0 mm to 4.0 mm.
  • the thickness d4 of the metal sheath 40 is preferably in the range of 0.5 mm to 1.0 mm.
  • the outer diameter d5 of the metal sheath 40 is preferably in the range of 3.5 mm to 5.0 mm. Since the sheath heater 130 according to the present embodiment has the above configuration, it is possible to reduce the diameter while maintaining reliability. By reducing the diameter of the sheath heater 130, the sheath heater 130 can be laid out in a fine pattern shape.
  • the shortest distance g1 between the metal sheath 40 and each heating wire 20 disposed in the metal sheath 40 in a cross section orthogonal to the cylindrical axis is in a range of 0.3 mm to 1.0 mm.
  • the shortest distance g1 between the metal sheath 40 and the heating wire 20 is more preferably in the range of 0.4 mm to 1.0 mm.
  • the distance g2 of each heating wire 20 arranged in the metal sheath 40 in the cross section orthogonal to the cylindrical axis is in the range of 0.3 mm to 2.0 mm.
  • the shortest distance g2 of each heating wire 20 disposed in the metal sheath 40 is more preferably in the range of 0.4 mm to 1.0 mm.
  • connection terminal 50a and a connection terminal 50b Both ends of the heating wire 20 are provided with a connection terminal 50a and a connection terminal 50b that are electrically connected to each other.
  • connection terminal 50a and the connection terminal 50b are not particularly distinguished, they are referred to as connection terminals 50.
  • the sheath heater 130 of the present embodiment has a biaxial single-terminal configuration in which the two connection terminals 50 are disposed at one end of the sheath heater 130.
  • One end of the sheath heater 130 having the connection terminal 50 is connected to an external device (heater controller, power source, etc.).
  • the sheath heater 130 is heated by the electric power supplied from the external device, and thereby the temperature of the sheath heater 130 is controlled.
  • the belt-like heating wire 20 is arranged to rotate with respect to the cylindrical axis direction of the metal sheath 40.
  • the belt-like heating wire 20 extends in the cylindrical axis direction in a state where the major axis of the heating wire 20 is rotated in the direction perpendicular to the cylindrical axis of the metal sheath 40. Further, the heating wires 20 are arranged in a state where the rotation axes of the heating wires 20 substantially coincide with each other. That is, the biaxial heating wire 20 is coiled in a double spiral shape.
  • the rotation axis of the biaxial heating wire 20 is arranged substantially parallel to the cylindrical axis direction of the metal sheath 40.
  • the heat generating wire 20 By arranging the heat generating wire 20 in a coiled state, the length of the heat generating wire 20 disposed in the metal sheath 40 increases, and the resistance value of the sheath heater 130 can be increased. Furthermore, the heating wire 20 has a spring property by being arranged in a coiled state, and disconnection during thermal expansion is suppressed. For this reason, for example, even if the difference in thermal expansion coefficient between the metal sheath 40 and the heating wire 20 is large, it is possible to provide the sheath heater 130 with improved reliability.
  • the rotation pitch L2 which is the length of the metal sheath 40 in which the heating wire 20 arranged in the metal sheath 40 rotates spirally in the cylindrical major axis direction is 6.0 mm or less.
  • the rotation pitch L2 of the heating wire 20 disposed in the metal sheath 40 is more preferably 2.5 mm or less, and even more preferably 2.0 mm or less.
  • the shortest distance L3 in the rotation axis direction of each heating wire 20 is 2.3 mm or more.
  • FIGS. 4A to 4D are cross-sectional configuration diagrams showing a sheath heater according to an embodiment of the present invention.
  • 4A to 4D are cross-sectional views of the sheath heater 130 that is moved by a quarter pitch (L2 / 4) in the cylindrical axis direction of the metal sheath 40.
  • FIG. The arrangement of the heating lines 20 in this embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 4A to 4D.
  • the dotted line in FIG. 4A shows the trajectory of the heating wire 20 when the heating wire 20 makes one spiral turn.
  • FIG. 4D when the 1 ⁇ 4 pitch (L2 / 4) is moved in the cylindrical axis direction, each heating wire 20 rotates 90 degrees around the same rotation axis.
  • the rotation axis of the heating wire 20 is parallel to the cylindrical axis direction.
  • the surface direction formed by the width d1 of the heating wire 20 is substantially perpendicular to the normal line of the rotating surface. That is, the surface of the belt-shaped heating wire 20 is a tangential plane of the rotation surface. Furthermore, the surface direction of the biaxial heating wire 20 is substantially parallel.
  • the direction in which the central axis of each heating wire 20 rotates in a double spiral shape in the direction of the cylindrical axis of the metal sheath 40 is shifted by 180 °, and the rotation pitches L2 substantially coincide. That is, the rotation of each heating wire 20 is shifted by 1/2 pitch.
  • the rotation pitches L2 of the heating lines 20 are the same, the distance g2 between the biaxial heating lines 20 can be maintained constant, and the reliability of the sheath heater 130 can be maintained.
  • the present invention is not limited to this, and the deviation in the rotation direction of each heating wire 20 may not be 180 °.
  • the sheath heater 130 according to the present embodiment is reliable even if the rotation of the heating wire 20 is taken into consideration, as long as the shortest distance L3 in the cylindrical axis direction of the metal sheath 40 of the biaxial heating wire 20 satisfies g2. Designed to maintain.
  • the cross-sectional shape of the sheath heater 130 is a circle. Since the cross-sectional shape of the sheath heater 130 is circular, the sheath heater 130 can be easily bent into a desired shape. However, the cross-sectional shape of the sheath heater 130 is not limited to this, and can have any shape as long as the above conditions are satisfied, and can be deformed into any shape.
  • the sheath heater 130 according to the present embodiment can be reduced in diameter by having the belt-like heating wire 20.
  • the sheath heater 130 can be laid out in a fine pattern shape.
  • disconnection of the heating wire 20 during thermal expansion is suppressed.
  • thermal expansion between the metal sheath 40 and the heating wire 20 is suppressed. Even if the difference in rate is large, it is possible to provide the sheath heater 130 with improved reliability.
  • FIG. 5 is a cross-sectional configuration diagram illustrating the sheath heater according to the first embodiment of the present invention.
  • Example 1 has substantially the same configuration as that of the first embodiment described above, and each parameter is as follows.
  • Material of heating wire 20 Nickel-chromium alloy (80% nickel, 20% chromium)
  • the width d1 of the heating wire 20 is 1 mm.
  • the thickness d2 of the heating wire 20 is 0.1 mm.
  • the shortest distance between the biaxial heating wires 20 0.5 mm Distance between rotating shafts of heating wire 20: 1.5 mm Heating wire 20 rotating diameter: 1 mm Heating wire 20 rotation pitch L1: 2 mm Minimum distance between the metal sheath 40 and the heating wire 20: 0.5 mm Material of metal sheath 40: Inner diameter d3 of aluminum metal sheath 40: 3.5 mm Metal sheath 40 thickness d4: 0.5 mm Outer diameter d5 of metal sheath 40: 4.5 mm
  • Comparative Example 1 In the comparative example 1, since it is the structure similar to Example 1 except having used the round heating wire 20, description of the same structure is abbreviate
  • Material of heating wire 20 Nickel-chromium alloy (80% nickel, 20% chromium) Diameter of heating wire round wire: ⁇ 0.4mm
  • FIG. 6A shows a CT scan image of the sheath heater according to the first embodiment.
  • FIG. 6B shows a 3D image of the sheath heater according to the first embodiment.
  • the insulation distance between the coiled heating wire and the metal sheath, and the insulation distance between the heating wires should be 0.41 mm or more. did it.
  • the sheath heater of Comparative Example 1 it was observed that the coiled round heating wire had an insulation distance from the metal sheath and a location where the insulation distance between the heating wires was 0.2 mm or less. In the sheath heater in which the band wire of Example 1 was coiled, it was possible to perform coiling while ensuring insulation in a thin metal sheath.

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  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

信頼性を向上した細径シースヒータを提供する。本発明に一実施形態に係るシースヒータは、金属シースと、前記金属シース内に間隙をもって配置され、帯状であり、前記金属シースの軸方向に対して回転して配置される発熱線と、前記間隙に配置される絶縁材と、前記金属シースの一端に配置され、前記発熱線の両端それぞれと電気的に接続する接続端子と、を備える。

Description

シースヒータ
　本発明はシースヒータに関する。特に、細径シースヒータに関する。
　シースヒータとは、一般的に、金属チューブ状のシース内に発熱線を保持し、金属シースと発熱線の間隙に熱伝導性の高い絶縁材を充填したものである。シースヒータは、発熱体の表面が電気的に絶縁されていることから、気体、液体、金属などを直接、加熱することができる。また、シースヒータは任意の形状にレイアウトすることができ、その利便性から、様々な用途に用いられる。このため、多様なニーズに対応したより複雑な形状にレイアウトできるように、より細径のシースヒータへの需要が高まっている。一方で、シースヒータは発熱線に電気を流して加熱することから、発熱線の耐久性を向上する工夫も必要となる。
　例えば、特許文献１には、単一の金属シース内に複数の発熱線を備えたシースヒータが開示されている。通常、複数の発熱線のうちの１本を用いて加熱を行い、その発熱線が断線したとき、他の発熱線に電源回路を切り替えることで容易に且つ早急にリカバーすることを目的としている。
特開２００２－１５１２３９号公報
　しかしながら特許文献１に記載されたシースヒータは、発熱線の断線に備えるものであって、発熱線の断線を抑制しようとする考慮がなされていない。また、シースヒータの細径化については言及がない。
　本発明の実施形態の課題の一つは、信頼性を向上した細径シースヒータを提供することである。
　本発明の一実施形態によると、金属シースと、金属シース内に間隙をもって配置され、帯状であり、金属シースの軸方向に対して回転して配置される発熱線と、間隙に配置される絶縁材と、金属シースの一端に配置され、発熱線の両端それぞれと電気的に接続する接続端子と、を備えるシースヒータが提供される。
　また、別の態様において発熱線は、金属シース内で２軸となる領域において、２重らせん構造に配置されてもよい。
　また、別の態様において、絶縁材は、無機絶縁粉末であってもよい。
　また、別の態様において、金属シースはアルミニウムであり、発熱線はニッケル－クロム合金であり、絶縁材は酸化マグネシウムであってもよい。
本発明の一実施形態に係るシースヒータを示す断面構成図である。 本発明の一実施形態に係るシースヒータを示す断面構成図である。 本発明の一実施形態に係るシースヒータを示す断面構成図である。 本発明の一実施形態に係るシースヒータを示す断面構成図である。 本発明の一実施形態に係るシースヒータを示す断面構成図である。 本発明の一実施形態に係るシースヒータを示す断面構成図である。 本発明の一実施形態に係るシースヒータを示す断面構成図である。 本発明の一実施形態に係るシースヒータを示す断面構成図である。 本発明の一実施形態に係るシースヒータを示す断面構成図である。 本発明の一実施形態に係るシースヒータを示す断面構成図である。 本発明の一実施形態に係るシースヒータを示す断面構成図である。 本発明の一実施形態に係るシースヒータを示す断面構成図である。 本発明の実施例１に係るシースヒータを示す断面構成図である。 本発明の実施例１に係るシースヒータのＣＴスキャン画像である。 本発明の実施例１に係るシースヒータの３Ｄ画像である。
　以下、本出願で開示される発明の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
　また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。
（第１実施形態）
［シースヒータの構成］
　図１Ａ、図１Ｂおよび図２Ａ～図２Ｄを用いて、本発明の第１実施形態に係るシースヒータの構成について説明する。本発明の第１実施形態に係るシースヒータは、加熱機構を有する。また、第１実施形態に係るシースヒータは、気体、液体、金属などを直接、加熱するのに使用することができる。ただし、第１実施形態に係るシースヒータは上記被加熱物に使用するものに限定されない。
　図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の一実施形態に係るシースヒータを示す断面構成図である。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、第１実施形態に係るシースヒータは、帯状の発熱線２０、絶縁材３０、金属シース４０、および接続端子５０を有する。
　図１Ａを参照すると、発熱線２０は円筒型の金属シース４０内に間隙をもって配置され、発熱線２０と金属シース４０とは間隙に配置される絶縁材３０によって絶縁されている。図１Ａにおいて、金属シース４０は一端を閉じた形状に示したが、これに限定されず、両端とも開放した形状であってもよい。発熱線２０は、金属シース４０内を円筒軸方向に往復するように配置され、金属シース４０の一端に発熱線２０の両端が配置される。すなわち、１つの発熱線２０が金属シース４０の円筒軸方向の大部分において２軸となるよう配置される。金属シース４０内に配置されるそれぞれの発熱線２０は間隙をもって配置され、間隙に配置される絶縁材３０によって絶縁されている。
　図１Ｂは図１ＡのＣ－Ｃ’断面図である。図１Ｂを参照すると、帯状の発熱線２０の幅ｄ１は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。帯状の発熱線２０の厚みｄ２は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０の内径ｄ３は３．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０の厚みｄ４は０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０の外径ｄ５は３．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。本実施形態に係るシースヒータ１２０は上記構成を有することによって、信頼性を維持した細径化が可能となる。シースヒータ１２０を細径化することで、シースヒータ１２０を微細なパターン形状にレイアウトすることが可能となる。
　円筒軸と直交する断面における、金属シース４０と、金属シース４０内に配置されるそれぞれの発熱線２０との最短距離ｇ１は０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０と発熱線２０との最短距離ｇ１は、より好ましくは０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲であるとよい。金属シース４０と発熱線２０との距離ｇ１を０．３ｍｍ以上にすることで、金属シース４０と発熱線２０との絶縁性を確保することができる。金属シース４０と発熱線２０との距離ｇ１を１．０ｍｍ以下にすることで、シースヒータ１２０の径を細径化することができる。本実施形態に係るシースヒータ１２０は帯状の発熱線２０を用いることで、信頼性を維持した細径化が可能となる。シースヒータ１２０を細径化することで、シースヒータ１２０を微細なパターン形状にレイアウトすることが可能となる。
　円筒軸と直交する断面における、金属シース４０内に配置されるそれぞれの発熱線２０の距離ｇ２は０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０内に配置されるそれぞれの発熱線２０の最短距離ｇ２は、より好ましくは０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲であるとよい。２軸の発熱線２０の距離ｇ２を０．３ｍｍ以上にすることで、発熱線２０の絶縁性を確保することができる。２軸の発熱線２０の距離ｇ２を２．０ｍｍ以下にすることで、シースヒータ１２０の径を細径化することができる。本実施形態に係るシースヒータ１２０は、帯状の発熱線２０を用いることで、信頼性を維持した細径化が可能となる。シースヒータ１２０を細径化することで、シースヒータ１２０を微細なパターン形状にレイアウトすることが可能となる。
　発熱線２０の両端は、それぞれと電気的に接続する接続端子５０ａ及び接続端子５０ｂを備える。ここで、接続端子５０ａ及び接続端子５０ｂを特に区別しないときは接続端子５０という。本実施形態のシースヒータ１２０は、２つの接続端子５０がシースヒータ１２０の一端に配置される２軸片端子型の構成を有する。シースヒータ１２０の接続端子５０を有する一端は、外部機器（ヒータコントローラ、電源など）に接続される。外部機器から供給される電力によりシースヒータ１２０が加熱され、これによってシースヒータ１２０の温度が制御される。
　金属シース４０内で発熱線２０が２軸である領域において、帯状の発熱線２０は、金属シース４０の円筒軸方向に対して回転して配置される。帯状の発熱線２０は、発熱線２０の長軸が金属シース４０の円筒軸垂直方向に回転した状態で、円筒軸方向に延在する。すなわち、それぞれの発熱線２０がらせん状にコイリングされた状態である。２軸の発熱線２０の回転軸は、それぞれ金属シース４０の円筒軸方向に対して略平行に配置される。発熱線２０はコイリングされた状態で配置されることによって、金属シース４０内に配置される発熱線２０の長さが増加し、シースヒータ１２０の抵抗値をあげることができる。さらには、発熱線２０はコイリングされた状態で配置されることによってばね性を有し、熱膨張時の断線が抑制される。このため例えば、金属シース４０と発熱線２０との熱膨張率の差が大きくても、信頼性を向上したシースヒータ１２０を提供することが可能となる。
　金属シース４０内に配置される発熱線２０が、らせん状に１回転する金属シース４０の円筒長軸方向の長さである回転ピッチＬ１は３．０ｍｍ以下であることが好ましい。金属シース４０内に配置される発熱線２０の回転ピッチＬ１は、より好ましくは２．５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは２．０ｍｍ以下であるとよい。金属シース４０内に配置される発熱線２０の回転ピッチＬ１を３．０ｍｍ以下にすることで、熱膨張時の断線が抑制され、信頼性を向上したシースヒータ１２０を提供することが可能となる。
　図２Ａ～図２Ｄは、本発明の一実施形態に係るシースヒータを示す断面構成図である。図２Ａ～図２Ｄは、金属シース４０の円筒軸方向に４分の１ピッチ（Ｌ１／４）ずつ移動したシースヒータ１２０の断面図である。図２Ａ～図２Ｄを用いて、本実施形態における発熱線２０の配置について詳しく説明する。図２Ａの点線は、発熱線２０がらせん状に１回転するときの、発熱線２０の軌道を示す。図２Ａ～図２Ｄを参照すると、円筒軸方向に４分の１ピッチ（Ｌ１／４）移動すると、それぞれの発熱線２０は回転軸を中心に９０度回転する。それぞれの発熱線２０の回転軸は、円筒軸方向と平行であり、２軸の発熱線２０の距離ｇ２だけ離れている。
　発熱線２０の幅ｄ１が形成する面方向は、回転面の法線に対して略垂直である。すなわち帯状の発熱線２０の面は、回転面の接平面である。さらに、２軸の発熱線２０の面方向は略平行である。それぞれの発熱線２０の中心軸が金属シース４０の円筒軸方向にらせん状に回転する方向はほぼ一致し、回転ピッチＬ１も同程度である。それぞれの発熱線２０の回転方向と回転ピッチＬ１が一致していることによって、２軸の発熱線２０間の距離ｇ２を一定に維持することができ、シースヒータ１２０の信頼性を維持することが可能となる。しかしながらこれに限定されず、それぞれの発熱線２０の回転方向および／または回転ピッチＬ１は、異なっていてもよい。本実施形態に係るシースヒータ１２０は上記条件を満たすことで、発熱線２０の回転を考慮しても信頼性を維持できるよう設計されている。
　本実施形態に係るシースヒータ１２０の断面形状は円形である。シースヒータ１２０の断面形状が円形であることによって、シースヒータ１２０は容易に所望の形状に曲げることが可能となる。しかしながらシースヒータ１２０の断面形状はこれに限定されず、上記条件を満たすかぎり任意の形状を有することができ、また任意の形に変形することもできる。
　帯状の発熱線２０は通電することでジュール熱を発生する導電体を用いることができる。具体的には、タングステン、タンタル、モリブデン、白金、ニッケル、クロム、およびコバルトから選択される金属を含むことができる。金属はこれらの金属を含む合金でもよく、例えばニッケルとクロムの合金、ニッケル、クロム、およびコバルトを含む合金でもよい。本実施形態では、発熱線２０の材料としてニッケル－クロム合金を用いている。
　絶縁材３０は発熱線２０が他の部材と電気的に接続されることを抑制するために配置される。つまり、発熱線２０を他の部材から十分に絶縁性させる材料を用いることができる。さらに、絶縁材３０に使用される材料の熱伝導率は、好ましくは１０Ｗ／ｍＫ以上であるとよい。絶縁材３０に使用される材料の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であることによって、発熱線２０が発生する熱エネルギーを効率よく金属シース４０へ伝えることができる。絶縁材３０としては、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどを用いることができる。本実施形態では、絶縁材３０として酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉末を用いている。酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の圧粉体の熱伝導率は約１０Ｗ／ｍＫである。
　金属シース４０に使用される材料の熱伝導率は、好ましくは２００Ｗ／ｍＫ以上であるとよい。金属シース４０に使用される材料の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上であることによって、発熱線２０が発生する熱エネルギーを効率よく被加熱物へ伝えることができる。
　さらに、金属シース４０に使用される材料の熱膨張率は、好ましくは２５×１０-6／Ｋ以下であるとよい。本実施形態では、金属シース４０の材料としてアルミニウムを用いている。しかしながらこれに限定されず、金属シース４０の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ステンレス（ＳＵＳ）などの材料を用いることができる。金属シース４０に使用される材料の熱膨張率が２５×１０-6／Ｋ以下であることによって、金属シース４０の熱膨張による発熱線２０の断線を抑制することができ、信頼性の高いシースヒータ１２０を提供することができる。
　以上述べたように、本実施形態に係るシースヒータ１２０は、帯状の発熱線２０を有することによって細径化が可能となる。シースヒータ１２０を細径化することで、シースヒータ１２０を微細なパターン形状にレイアウトすることが可能となる。シースヒータ１２０内に帯状の発熱線２０がらせん状に回転した状態で配置されることによって、熱膨張時における発熱線２０の断線が抑制され、例えば金属シース４０と発熱線２０との熱膨張率の差が大きくても、信頼性を向上したシースヒータ１２０を提供することが可能となる。
（第２実施形態）
［シースヒータの構成］
　図３Ａ、図３Ｂおよび図４Ａ～図４Ｄを用いて、本発明の第２実施形態に係るシースヒータの構成について説明する。図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の一実施形態に係るシースヒータを示す断面構成図である。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第２実施形態に係るシースヒータは、第１実施形態と同様に、帯状の発熱線２０、絶縁材３０、金属シース４０、および接続端子５０を有する。第２実施形態に係るシースヒータ１３０は、金属シース４０内での発熱線２０の配置以外は、第１実施形態と同様であるので、重複する構造および構成に関しては説明を省略し、主に相違点について説明する。
　図３Ａを参照すると、発熱線２０は円筒型の金属シース４０内に間隙をもって配置され、発熱線２０と金属シース４０とは間隙に配置される絶縁材３０によって絶縁されている。図３Ａにおいて、金属シース４０は一端を閉じた形状に示したが、これに限定されず、両端とも開放した形状であってもよい。発熱線２０は、金属シース４０内を円筒軸方向に往復するように配置され、金属シース４０の一端に発熱線２０の両端が配置される。すなわち、１つの発熱線２０が金属シース４０の円筒軸方向の大部分において２軸となるよう配置される。金属シース４０内に配置されるそれぞれの発熱線２０は間隙をもって配置され、間隙に配置される絶縁材３０によって絶縁されている。
　図３Ｂは図３ＡのＣ－Ｃ’断面図である。図３Ｂを参照すると、帯状の発熱線２０の幅ｄ１は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。帯状の発熱線２０の厚みｄ２は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０の内径ｄ３は３．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０の厚みｄ４は０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０の外径ｄ５は３．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。本実施形態に係るシースヒータ１３０は上記構成を有することによって、信頼性を維持した細径化が可能となる。シースヒータ１３０を細径化することで、シースヒータ１３０を微細なパターン形状にレイアウトすることが可能となる。
　円筒軸と直交する断面における、金属シース４０と、金属シース４０内に配置されるそれぞれの発熱線２０との最短距離ｇ１は０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０と発熱線２０との最短距離ｇ１は、より好ましくは０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲であるとよい。金属シース４０と発熱線２０との距離ｇ１を０．３ｍｍ以上にすることで、金属シース４０と発熱線２０との絶縁性を確保することができる。金属シース４０と発熱線２０との距離ｇ１を１．０ｍｍ以下にすることで、シースヒータ１３０の径を細径化することができる。本実施形態に係るシースヒータ１３０は帯状の発熱線２０を用いることで、信頼性を維持した細径化が可能となる。シースヒータ１３０を細径化することで、シースヒータ１３０を微細なパターン形状にレイアウトすることが可能となる。
　円筒軸と直交する断面における、金属シース４０内に配置されるそれぞれの発熱線２０の距離ｇ２は０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。金属シース４０内に配置されるそれぞれの発熱線２０の最短距離ｇ２は、より好ましくは０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲であるとよい。２軸の発熱線２０の距離ｇ２を０．３ｍｍ以上にすることで、発熱線２０の絶縁性を確保することができる。２軸の発熱線２０の距離ｇ２を２．０ｍｍ以下にすることで、シースヒータ１３０の径を細径化することができる。本実施形態に係るシースヒータ１３０は、帯状の発熱線２０を用いることで、信頼性を維持した細径化が可能となる。シースヒータ１３０を細径化することで、シースヒータ１３０を微細なパターン形状にレイアウトすることが可能となる。
　発熱線２０の両端は、それぞれと電気的に接続する接続端子５０ａ及び接続端子５０ｂを備える。ここで、接続端子５０ａ及び接続端子５０ｂを特に区別しないときは接続端子５０という。本実施形態のシースヒータ１３０は、２つの接続端子５０がシースヒータ１３０の一端に配置される２軸片端子型の構成を有する。シースヒータ１３０の接続端子５０を有する一端は、外部機器（ヒータコントローラ、電源など）に接続される。外部機器から供給される電力によりシースヒータ１３０が加熱され、これによってシースヒータ１３０の温度が制御される。
　金属シース４０内で発熱線２０が２軸である領域において、帯状の発熱線２０は、金属シース４０の円筒軸方向に対して回転して配置される。帯状の発熱線２０は、発熱線２０の長軸が金属シース４０の円筒軸垂直方向に回転した状態で、円筒軸方向に延在する。さらに、それぞれの発熱線２０の回転軸がほぼ一致した状態で配置される。すなわち、２軸の発熱線２０が２重らせん状にコイリングされた状態である。２軸の発熱線２０の回転軸は、金属シース４０の円筒軸方向に対して略平行に配置される。発熱線２０はコイリングされた状態で配置されることによって、金属シース４０内に配置される発熱線２０の長さが増加し、シースヒータ１３０の抵抗値をあげることができる。さらには、発熱線２０はコイリングされた状態で配置されることによってばね性を有し、熱膨張時の断線が抑制される。このため例えば、金属シース４０と発熱線２０との熱膨張率の差が大きくても、信頼性を向上したシースヒータ１３０を提供することが可能となる。
　金属シース４０内に配置される発熱線２０が、らせん状に１回転する金属シース４０の円筒長軸方向の長さである回転ピッチＬ２は６．０ｍｍ以下であることが好ましい。金属シース４０内に配置される発熱線２０の回転ピッチＬ２は、より好ましくは２．５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは２．０ｍｍ以下であるとよい。金属シース４０内に配置される発熱線２０の回転ピッチＬ２を６．０ｍｍ以下にすることで、熱膨張時の断線が抑制され、信頼性を向上したシースヒータ１３０を提供することが可能となる。さらに発熱線２０が金属シース４０内において２軸である領域において、それぞれの発熱線２０の回転軸方向における最短距離Ｌ３は２．３ｍｍ以上であることが好ましい。２軸の発熱線２０の距離Ｌ３を２．３ｍｍ以上にすることで、発熱線２０の絶縁性を確保することができる。
　図４Ａ～図４Ｄは、本発明の一実施形態に係るシースヒータを示す断面構成図である。図４Ａ～図４Ｄは、金属シース４０の円筒軸方向に４分の１ピッチ（Ｌ２／４）ずつ移動したシースヒータ１３０の断面図である。図４Ａ～図４Ｄを用いて、本実施形態における発熱線２０の配置について詳しく説明する。図４Ａの点線は、発熱線２０がらせん状に１回転するときの、発熱線２０の軌道を示す。図４）～図４Ｄを参照すると、円筒軸方向に４分の１ピッチ（Ｌ２／４）移動すると、それぞれの発熱線２０は同一の回転軸を中心に９０度回転する。発熱線２０の回転軸は円筒軸方向と平行である。
　発熱線２０の幅ｄ１が形成する面方向は、回転面の法線に対して略垂直である。すなわち帯状の発熱線２０の面は、回転面の接平面である。さらに、２軸の発熱線２０の面方向は略平行である。それぞれの発熱線２０の中心軸が金属シース４０の円筒軸方向に２重らせん状に回転する方向は１８０°ずれて、回転ピッチＬ２はほぼ一致する。すなわち、それぞれの発熱線２０の回転は１／２ピッチずれている。それぞれの発熱線２０の回転ピッチＬ２が一致していることによって、２軸の発熱線２０間の距離ｇ２を一定に維持することができ、シースヒータ１３０の信頼性を維持することが可能となる。しかしながらこれに限定されず、それぞれの発熱線２０の回転方向のずれは１８０°でなくてもよい。本実施形態に係るシースヒータ１３０は、２軸の発熱線２０の金属シース４０の円筒軸方向の最短距離Ｌ３がｇ２以上であることを満たすかぎり、発熱線２０の回転を考慮しても信頼性を維持できるよう設計されている。
　本実施形態に係るシースヒータ１３０の断面形状は円形である。シースヒータ１３０の断面形状が円形であることによって、シースヒータ１３０は容易に所望の形状に曲げることが可能となる。しかしながらシースヒータ１３０の断面形状はこれに限定されず、上記条件を満たすかぎり任意の形状を有することができ、また任意の形に変形することもできる。
　以上述べたように、本実施形態に係るシースヒータ１３０は、帯状の発熱線２０を有することによって細径化が可能となる。シースヒータ１３０を細径化することで、シースヒータ１３０を微細なパターン形状にレイアウトすることが可能となる。シースヒータ１３０内に帯状の発熱線２０が二重らせん状に回転した状態で配置されることによって、熱膨張時における発熱線２０の断線が抑制され、例えば金属シース４０と発熱線２０との熱膨張率の差が大きくても、信頼性を向上したシースヒータ１３０を提供することが可能となる。
　本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
　また、上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと理解される。
　以下、実施例および比較例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
［実施例１] 
　図５は、本発明の実施例１におけるシースヒータを示す断面構成図である。実施例１は、上述した第１実施形態と略同様の構成であり、各パラメータは以下の通りである。
発熱線２０の材質：ニッケル－クロム合金（ニッケル８０％、クロム２０％）
発熱線２０の帯線の幅ｄ１：１ｍｍ
発熱線２０の帯線の厚みｄ２：０．１ｍｍ
２軸の発熱線２０同士の最短距離：０．５ｍｍ
発熱線２０の回転軸間の距離：１．５ｍｍ
発熱線２０の回転径：１ｍｍ
発熱線２０の回転ピッチＬ１：２ｍｍ
金属シース４０と発熱線２０との最短距離：０．５ｍｍ
金属シース４０の材質：アルミニウム
金属シース４０の内径ｄ３：３．５ｍｍ
金属シース４０の厚みｄ４：０．５ｍｍ
金属シース４０の外径ｄ５：４．５ｍｍ
［比較例１］
　比較例１では、丸線の発熱線２０を用いたこと以外、実施例１と同様の構成であることから、同じ構成の説明は省略する。
発熱線２０の材質：ニッケル－クロム合金（ニッケル８０％、クロム２０％）
発熱線の丸線の直径：Φ０．４ｍｍ
［抵抗値による評価］
　上述した実施例１および比較例１のシースヒータにおける抵抗値を測定した。実施例１のシースヒータにおける抵抗値は５～４０Ω／ｍであった。一方で、比較例１のシースヒータにおける抵抗値は１７０Ω／ｍ以上であった。実施例１の帯線をコイリングしたシースヒータにおいては、単位長さ当たりの出力を高くすることができた。
［CTスキャンによる評価］
　上述した実施例１および比較例１のシースヒータをＣＴスキャンによって観察した。図６Ａに実施例１に係るシースヒータのＣＴスキャン画像を示す。図６Ｂに実施例１に係るシースヒータの３Ｄ画像を示す。図６Ａおよび図６Ｂに示すように、実施例１のシースヒータにおいて、コイリングされた帯線の発熱線と金属シースとの絶縁距離、および発熱線同士の絶縁距離は０．４１ｍｍ以上を確保することができた。一方で、比較例１のシースヒータにおいて、コイリングされた丸線の発熱線は金属シースとの絶縁距離、および発熱線同士の絶縁距離が０．２ｍｍ以下となる箇所が観察された。実施例１の帯線をコイリングしたシースヒータにおいては、細径の金属シース内で絶縁性を確保しつつ、コイリングすることができた。
　２０：発熱線、３０：絶縁材、４０：金属シース、５０：接続端子、１２０、１３０：シースヒータ

Claims (4)

  1. 金属シースと、
    前記金属シース内に間隙をもって配置され、帯状であり、前記金属シースの軸方向に対して回転して配置される発熱線と、
    前記間隙に配置される絶縁材と、
    前記金属シースの一端に配置され、前記発熱線の両端それぞれと電気的に接続する接続端子と、
    を備えるシースヒータ。
  2. 前記発熱線は、前記金属シース内で２軸となる領域において、２重らせん構造に配置される請求項１に記載のシースヒータ。
  3. 前記絶縁材は、無機絶縁粉末である請求項１に記載のシースヒータ。
  4. 前記金属シースはアルミニウムであり、前記発熱線はニッケル－クロム合金であり、前記絶縁材は酸化マグネシウムである請求項１に記載のシースヒータ。
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