(57)【要約】【課題】単体のコイル状のシーズヒータを用いて加熱温度の異なる領域が２箇所以上を与えるシーズヒータとそれを用いた加熱方法を提供する。【解決手段】所定抵抗値の電熱線１３両端に電極棒１５を溶接し、この電熱線１３を金属パイプ１２内に挿入する。金属パイプ１２内で電熱線１３周囲に電気絶縁粉末１４を充填して、電極棒１５を両端末部でシールして金属パイプ１２を作成する。この金属パイプ１２をコイル状に成形する。コイル状に成形する際、加熱対象物の加熱温度を高くしたい箇所には、金属パイプ１２の表面と加熱対象物との距離を小さく、また、加熱温度を低くしたい箇所に対しては距離が大きくなるように、金属パイプ１２のコイル内径１６を設定する。コイル状に成形したコイル内径１６またはコイルピッチを変えることによって、単体のコイル状シーズヒータ１１で加熱対象物に異なる加熱温度領域を２箇所以上与えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その内部に電熱線および前記電熱線の周囲に充填された電気絶縁粉末を備えるシーズヒータにおいて、
コイル状の前記金属パイプのコイル内径の大きさが部分的に異なることを特徴とするシーズヒータ。
【請求項２】
その内部に電熱線および前記電熱線の周囲に充填された電気絶縁粉末を備えるシーズヒータにおいて、
コイル状の前記金属パイプのコイルピッチが部分的に異なることを特徴とするシーズヒータ。
【請求項３】
その内部に電熱線および前記電熱線の周囲に充填された電気絶縁粉末を備えるシーズヒータにおいて、
コイル状の前記金属パイプのコイル内径およびコイルピッチが部分的に異なることを特徴とするシーズヒータ。
【請求項４】
コイル状の前記金属パイプのコイル内径は、最大内径：平均内径：最小内径＝１６：１３：１０の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のシーズヒータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のシーズヒータを用いて、加熱対象物に異なる加熱温度領域を２箇所以上形成することを特徴とするシーズヒータを用いた加熱方法。
【請求項６】
前記加熱対象物が液晶のバックライト用の冷陰極管であることを特徴とする請求項５に記載のシーズヒータを用いた加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シーズヒータに係り、特に加熱対象物表面に異なる加熱温度領域を有するシーズヒータとそれを用いた加熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示された従来例１のシーズヒータは、図９（ａ）に示すように、金属パイプ１２に電熱線１３を挿入するとともに、この電熱線１３の周囲に電気絶縁粉末１４を充填して構成し、２箇所以上の異なる発熱領域を設けたものである。このシーズヒータは、電熱線１３を金属パイプ１２内の途中で分割し、それぞれの電熱線１３の金属パイプ１２内途中の端部に接続される電極棒１５を残りの電熱線１３の中心部内を通して設けた構成としてある。
【０００３】
また、前述した従来例１に加えて、特許文献２に開示された従来例２として、図９（ｂ）に示すように、金属パイプ１２内に異なる線径を有する複数の電熱線１３，１３’を用いた構成がある。この方法によれば、異なる線径の電熱線１３，１３’を用いることにより、２箇所以上の異なる発熱領域を設けることができるが、従来例１と同様に部品点数が多くなることや、ヒータ構成時に複雑な加工を有することは変わらない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１４８６８３号公報
【特許文献２】特開２００１−１８５３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図９（ａ）に示す前記従来例１のシーズヒータは、１本のシーズヒータに対して電熱線が２本、電極棒が４本になり、部品点数が多くなるという問題がある。また、構造が複雑なため、他の部品と接近しないように絶縁距離を確保しながら組み立てなければならず、従って、組立て作業が困難であるという課題がある。また、シーズヒータの内部構成、および表面形状が均一なものであるため、放射される熱流速についても均等になるのみである。均一加熱のみならず、加熱対象物に異なる温度分布を設けるという点においては実現が困難である。
【０００６】
一方、従来例２においては、図９（ｂ）に示すようにシーズヒータ内部に異なる線径を有する電熱線を複数配置し、それらを接続する方法を採っている。この方法では、線径に応じて電熱線の発熱量を変化させることが可能であるため、均一加熱に加えて局所的な加熱も可能である。シーズヒータの内部構成自体を変更し、構成材料である金属パイプ内の電熱線の線径を複数設けるという手段は、多くの温度変化を設けたい場合には、それに応じた電熱線が必要となる上、接続点も増加することとなる。組立てが複雑であるという課題は解決されていない。
【０００７】
加熱対象物によっては、領域ごとにそれぞれ温度を与えなければ加工が実現されない場合がある。一例としてガラスや樹脂材料の加熱加工が挙げられる。これらの材料は軟化点程度まで加熱された後、外力を加えることにより加工を実現する。しかし、加熱曲げ加工では、目的とする加工形状を得た後、アニールが終了した段階から、直ちに温度低下が始まることが望ましい。この場合、既に曲げ形状が得られた箇所に意図しない変形が生じないよう、加工完了後には熱量が加わらない加熱方法が必要である。しかし、２つの従来例では前記の通り、異なる温度分布を付与できないシーズヒータ形状、もしくは異なる温度分布を付与することはできるがシーズヒータの組立てが複雑であるという課題が存在するため、新たなシーズヒータと、それを用いた加熱方法が必要である。
【０００８】
本発明は、前記従来技術の問題を解決するものであり、単体のコイル状のシーズヒータを用いて加熱温度の異なる領域が２箇所以上を与えるシーズヒータとそれを用いた加熱方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記の目的を達成するためになされたものであり、金属パイプ内部に電熱線を配置し、電気絶縁粉末を封入した後に、金属パイプをコイル状に成形し、成形したコイル状のコイル内径やコイルピッチを変えることにより、加熱対象物の加熱温度領域を２箇所以上の異なる領域に設けるようにしたものである。
【００１０】
このような構成とすることにより、従来の技術より部品点数が少なく、かつ、容易に絶縁距離を確保できる組立て作業となり、単体で加熱温度の異なる領域を加熱対象物に与えることができるシーズヒータを提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のシーズヒータによれば、従来の金属パイプ内の電熱線の形状加工や、異なる線径を有する電熱線同士の接続といった前処理が不要となり、さらに、異なる線径の電熱線を用いることがないため、接続部品点数が増えることなく、容易に絶縁距離を確保した組立て作業が可能となり、単純な構成で電熱線を内部に配置した金属パイプをコイル状に成形し、成形したコイル状のコイル内径および／またはコイルピッチを変えることにより、単体で加熱対象物表面に対して加熱温度の異なる領域を２箇所以上与えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明における実施の形態１のコイル内径を可変したコイル状シーズヒータとその部分断面を示す図
【図２】本実施の形態１のシーズヒータの製造工程で（ａ）はコイル内径、（ｂ）はコイルピッチを変える場合を示す流れ図
【図３】（ａ）はコイル状に成形されたシーズヒータの加熱対象物との相対位置関係、（ｂ）はコイル状に成形前のシーズヒータを示す図
【図４】輻射伝熱の形態係数を求める（ａ）は加熱物および加熱対象物のパラメータ、（ｂ）は一例を示すグラフ
【図５】本実施の形態２のコイルピッチを可変したコイル状シーズヒータとその部分断面を示す図
【図６】本実施の形態３のコイル内径とコイルピッチを可変としたコイル状シーズヒータとその部分断面を示す図
【図７】本実施の形態４のガラス管の加熱曲げ加工工程への適用例を示す図
【図８】加熱曲げ加工を数値解析したガラス管の温度プロファイル
【図９】従来のシーズヒータで（ａ）は従来例１、（ｂ）は従来例２の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、金属パイプ内に電熱線を挿入するとともに、電熱線の周囲に電気絶縁粉末を充填してなるシーズヒータにおいて、金属パイプをコイル状に成形したことを特徴とするシーズヒータである。また、シーズヒータの金属パイプをコイル状に成形し、このコイル状の内径やピッチを変えることにより、単体で加熱温度の異なる２箇所以上の領域を加熱対象物に与えることができるシーズヒータを提供するものである。
【００１４】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるコイル状のシーズヒータとその部分断面を示す図である。また、図２（ａ）は図１のシーズヒータを製造する時の製造工程を示す流れ図である。ここで、前記従来例を示す図９において説明した構成部材に対応し同等の機能のものには同一の符号を付して示し、以下の各図においても同様とする。
【００１６】
図１に示すように、金属パイプ１２の内部には電熱線１３を有している。また、電熱線１３の周囲には電気絶縁粉末１４が充填してある。電熱線１３の両端に溶接した電極棒１５がある。
【００１７】
そして、図３（ａ）に示す通り、シーズヒータの金属パイプ１２はコイル状に成形されており、コイル状に成形した内部に直管形状の加熱対象物３１を挿入して加熱することを想定する。以下、図２（ａ）に基づき前記図１のシーズヒータの製造工程について説明する。
【００１８】
まず、所定の抵抗値を有する電熱線１３の両端に電極棒１５を溶接する（ステップＳ１）。電極棒１５を溶接した電熱線１３を金属パイプ１２内に挿入する（ステップＳ２）。金属パイプ１２内に挿入した電熱線１３の周囲に電気絶縁粉末１４を充填し（ステップＳ３）、図３（ｂ）に示すように、その両端末部をシールする（ステップＳ４）。
【００１９】
この状態で金属パイプ１２をコイル状に成形する（ステップＳ５）。図３（ａ）に示す直管形状の加熱対象物３１を加熱することを想定し、より加熱温度を高く設定したい箇所に対して、コイル状シーズヒータ１１における金属パイプ１２の表面と加熱対象物３１との距離が小さく、また、加熱温度を低く設定したい箇所に対しては距離が大きくなるように、金属パイプ１２のコイル内径１６を設定する（ステップＳ６）。
【００２０】
以上のようにコイル状シーズヒータ１１を成形することによって、加熱対象物３１の所定領域を他の領域に比べてより加熱することができる。これは、シーズヒータの加熱対象物を加熱する形態が輻射伝熱を用いるからである。
【００２１】
金属パイプ１２の表面と加熱対象物３１の距離によって加熱対象物３１に加わる熱流速が求められる（（数１）、（数２）を参照）。この（数１）、（数２）によれば、金属パイプ１２の表面と加熱対象物３１の初期温度関係が同一であっても、加熱対象物３１が受ける熱量は距離によって変化することは明確である。つまり、シーズヒータをコイル状に成形し、かつコイル状シーズヒータ１１のコイル内径１６を部位ごとに変化させることにより、加熱対象物３１の受ける熱流速ｑが部位によって変化し、これによって、加熱温度を局所的に変化させることが可能となる。
【００２２】
【数１】
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【００２３】
（数１）において、ｑは直管形状の加熱対象物３１が受ける熱量、εは輻射率、σはステファン・ボルツマン定数、Ｔｈは金属パイプ１３の表面温度、Ｔ０は直管形状の加熱対象物３１の初期温度である。また、Ｆは形態係数であり、主に加熱物と加熱対象物との距離および配置により決まる数値である。
【００２４】
ここで、一例として、図４（ａ）に示すパラメータでの形態係数Ｆを（数２）に示す。
【００２５】
【数２】
2010244786.tif 000004
【００２６】
Ｌ１とＬ２は加熱物および加熱対象物の寸法、ｈは両者の距離である。
【００２７】
いま、Ｌ１＝Ｌ２＝１０ｍｍ、ｈ＝１０ｍｍの場合に形態係数Ｆを求めたものを図４（ｂ）に示す。加熱物と加熱対象物の距離ｈが大きくなると急激に形態係数Ｆが小さくなることが分かる。このことは、数式でもある程度は予測が可能であるが、実際に用いるシーズヒータと加熱対象物における形態係数を数表化しておくことが有効である。
【００２８】
本実施の形態１は、コイル状シーズヒータ１１のコイル内径１６（距離ｈ）を変化させることによって、加熱対象物に付与される熱流速ｑを変化させることができる。この効果によって、加熱対象物の表面に異なる加熱温度となる領域を与えることができる。さらに、本実施の形態１は、加熱加工中に加熱対象物３１と接触しないよう、コイル状シーズヒータ１１の幅寸法に制約がある場合に有効な手段である。
【００２９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について、図２（ｂ）に示すシーズヒータを製造する時の製造工程を示す流れ図に基づき説明する。図２（ｂ）に示す手順の通り、処理Ｓ１〜Ｓ５までは、前記実施の形態１と同様であり、金属パイプ１２をコイル状に成形した後、このコイル状シーズヒータ１１のコイルピッチ１７を変化させる（ステップＳ７）。このように、シーズヒータを成形することも、実施の形態１と同等の効果を発現する（図５参照）。
【００３０】
すなわち、前述した（数２）から、コイル状シーズヒータ１１のコイルピッチ１７が密である部分では、複数が近接配置となった金属パイプ１２の表面から加熱対象物３１が多くの熱量を受けることになる。また、コイル状シーズヒータ１１のコイルピッチ１７が疎である部分では、金属パイプ１２間の距離が離れ、その表面から加熱対象物３１が受ける熱量は小さくなる。
【００３１】
本実施の形態２は、コイルピッチ１７を変化させることでシーズヒータ１１から加熱対象物３１に放射される熱流速を変化させるため、加熱対象物表面の単位面積あたりの入熱が変化する。この効果によって、加熱対象物表面に異なる加熱温度領域を与えることができる。さらに、本実施の形態２は、加熱加工中に加熱対象物３１と接触しないよう、コイル状シーズヒータ１１の径寸法に制約がある場合に有効な手段である。
【００３２】
（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３におけるコイル状のシーズヒータとその部分断面図を示す図である。本実施の形態３は、前述した実施の形態１および２で挙げた、加熱加工中に加熱対象物３１と接触しないために、シーズヒータ１１の寸法（幅、径）において、特に制約がない場合、実施の形態１および２を組み合わせたものである。コイル状シーズヒータ１１のコイル内径１６およびコイルピッチ１７を同時に変化させる。これにより、より大きな加熱温度差を得ることができる領域を加熱対象物３１に与えることができる。
【００３３】
（実施の形態４）
図７は本発明の実施の形態４におけるガラス管の加熱曲げ加工工程に適用した例を示す図である。前述の各実施の形態のコイル状シーズヒータ１１は、図７に示すように、パイプ状のガラス管７１を加熱するとともに曲げる工程に適用できる。
【００３４】
ガラス管の加熱曲げ加工工程は主に、加熱工程とモーメント付与工程からなるが、ガラス管の加熱曲げが実施された部位は、次の段階では軟化点以下まで冷却されていることが必要である。
【００３５】
コイル状シーズヒータ１１の内径が一定の場合では、既に曲げ加工が終了した箇所にも加熱が行われ、ガラス管の意図した箇所が曲がらない不具合が発生する。本発明で提案する形状を用いれば、加熱前の余熱を十分に行うことができる上、曲げ終了後の箇所に過剰な加熱を行わないようにすることが可能となる。
【００３６】
図７に示すように、コイル状シーズヒータ１１（この例では実施の形態１の形状）の内部にパイプ状のガラス管７１が配置されている。コイル状シーズヒータ１１は通電された状態でｘ軸負方向（矢印ｍ）に移動し、ガラス管７１の曲げＲ成形箇所７２で曲げＲの円運動を行い、同時にガラス管７１に曲げモーメント７３が付与される。その後、ｙ軸正方向に移動する。
【００３７】
この際に、必要となる条件は下記の３つである。
（条件１）この曲げＲ成形箇所７２をコイル状シーズヒータ１１が通過する直前ではガラス管７１は十分に加熱される。
（条件２）曲げＲ成形箇所７２では軟化点に到達、付与される曲げモーメント７３により曲げ変形が生じる。
（条件３）コイル状シーズヒータ１１の通過後は加熱変形しないよう、先刻曲げられた曲げＲ成形箇所７２は直ちに冷却される。
【００３８】
これらの条件を満足するために、コイル状シーズヒータ１１の運動方向に向かって内径が小さくなるようなコイル形状を提供する。これにより、曲げの前段階ではコイル状シーズヒータ１１とガラス管７１との距離１８が小さいことでガラス管７１により多くの熱量を与え、曲げの後段階では距離１８’が大きくなることから、過剰な熱量を与えない。
【００３９】
具体的には、コイル状シーズヒータ１１の金属パイプ１２の直径は２．０ｍｍ、コイル状シーズヒータ１１のコイルピッチは２．２ｍｍで均一である。また、曲げ加工中にガラス管７１と接触しないようにするため、コイル状シーズヒータ１１の巻数は４である。コイル状シーズヒータ１１の平均内径は６．５ｍｍ、最大内径は８．０ｍｍ、最小内径は５．０ｍｍである。コイル状シーズヒータ１１の運動速度は直線部で１．０ｍｍ／ｓｅｃ、曲げＲ成形箇所では０．０５ｒａｄ／ｓｅｃと設定した。すなわち、コイル状シーズヒータ１１の内径は、最大内径：平均内径：最小内径＝１６：１３：１０の関係にある。
【００４０】
また、加熱対象物は外径４．０ｍｍ、内径３．０ｍｍのガラス管７１（ホウケイ酸ガラス）である。加熱曲げ加工後の曲げＲは１０．０ｍｍである。曲げＲ成形箇所７２の温度プロファイルを数値解析により求めたものが図８の実線（Ａ）である。図８の破線（Ｂ）は、コイル状シーズヒータ１１の内径を６．５ｍｍ均一にした場合の曲げＲ成形箇所７２の温度プロファイルである。
【００４１】
本発明のコイル状シーズヒータ１１においては、曲げモーメント付与時にはガラス軟化点に到達し、その後速やかに温度が低下していることが分かる。
【００４２】
このように、本発明のコイル状シーズヒータ１１は、ヒータの内部構造を複雑にすることなく、シーズヒータをコイル状に成形し、かつコイル状の内径やピッチを変えることによって加熱対象物が受ける熱量を変化させるものである。
【００４３】
なお、本発明のコイル状シーズヒータ１１は、液晶のバックライト用の冷陰極管を曲げる際に、特に顕著な効果を奏する。これは、液晶のバックライトに使われる冷陰極管では、明るさのバラツキの影響が大きく、曲げられた冷陰極管の曲げ部の加工精度が重要になるためである。本発明のコイル状シーズヒータ１１を用いて液晶のバックライト用の冷陰極管を曲げることにより、冷陰極管が受ける熱量を制御して曲げることが可能であり、明るさのバラツキの小さい曲げ冷陰極管を作ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明におけるコイル状シーズヒータは、電熱線を挿入する金属パイプの内部構成を複雑にすることなく、金属パイプをコイル状に成形し、かつ成形したコイル状のコイル内径やコイルピッチを変えることによって、加熱対象物が受ける熱量を変化させることができ、加熱対象物の局所加熱を実現することが可能となり、ガラスや熱可塑性樹脂などの加熱曲げ加工に用いることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１１  コイル状シーズヒータ
１２  金属パイプ
１３  電熱線
１４  電気絶縁粉末
１５  電極棒
１６  コイル内径
１７  コイルピッチ
１８，１８’  距離
３１  加熱対象物
７１  ガラス管
７２  曲げＲ成形箇所
７３  曲げモーメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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