(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱材を主成分とする断熱主体の表面に形成された溝内に、線材を用いて溝の幅よりも大きい振幅の波形に加工された発熱体が設けられ、発熱体の幅方向両側部分が溝の両側面より断熱主体内に入ることによって断熱主体に一体的に支持されている電気加熱ユニットを真空成型によって製造する方法であって、真空成型型内のスクリーン上に設けまたは置いた溝形成用凸条部の上に、凸条部上面を覆うようにクッションマットを置き、クッションマットの上に、発熱体をその幅方向両側部分がクッションマットより両側方に突出するように配置して、真空成型することにより断熱主体を発熱体と一体的に成型することを特徴とする電気加熱ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、炉等の加熱装置に用いられる電気加熱ユニットの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来、セラミックファイバ等の断熱材を主成分とする断熱主体の表面に形成された溝内に、線材を用いて溝の幅よりも大きい振幅の波形に加工された発熱体が設けられ、発熱体の幅方向両側の湾曲部が溝の両側面より断熱主体内に入ることによって断熱主体に一体的に支持されているものが知られている。
【０００３】
本出願人も、先に、この種電気加熱ユニットおよびその製造方法を提案している（特開平１０−１２３６１号公報参照）。
【０００４】
上記公報記載の電気加熱ユニットは、セラミックファイバ等の断熱材を主成分とする断熱主体の表面に形成された溝内に、線材を用いて溝の幅よりも大きい振幅の波形に加工された発熱体が設けられ、発熱体の幅方向両側の湾曲部が溝の両側面より断熱主体内に入ることによって断熱主体に一体的に支持されている電気加熱ユニットにおいて、断熱主体と別個につくられた耐火物製溝底形成部材が、溝の底部を覆って溝開口側の面が断熱主体より露出するように断熱主体に一体的に支持され、発熱体が、溝底形成部材より溝開口側に配置されて、溝底形成部材の表面の一部と接触するように断熱主体に一体的に支持され、かつ溝内で断熱主体の外に露出しているものである。
【０００５】
この電気加熱ユニットによれば、発熱体の表面の大部分を溝底形成部材により断熱主体から離隔させて、断熱主体の外に露出させることができ、このため、発熱体から空間に向かって自由に熱を放射することができ、発熱体の過熱が少なくなるとともに、加熱効率がきわめて高くなる。
【０００６】
また、上記公報記載の電気加熱ユニットの製造方法は次の通りである。すなわち、真空成型型内のスクリーン上に溝形成用マスク部材を置き、このマスク部材上に、発熱体をその湾曲部がマスク部材より両側方に突出するように配置する。型の壁の部分におけるスクリーンより下方の部分に真空吸引口が形成されている。真空吸引口は、図示しない公知の真空吸引手段に接続されている。ついで、発熱体の上に、マスク部材に直交する断面の寸法関係において、発熱体の波形の振幅のうち、マスク部材の幅にほぼ相当する発熱体の部分を覆う外径寸法を有する耐火物製溝底形成部材を、発熱体の一部と接触するとともに、マスク部材とは接触しないように配置する。そして、公知の真空成型を行い、スクリーンより上のマスク部材、発熱体および溝底形成部材の周りに断熱主体となる断熱材層を形成し、加熱乾燥硬化後に断熱主体からマスク部材を除去して溝を形成する。
【０００７】
しかしながら、上記公報記載の電気加熱ユニットおよびその製造方法においては、溝底形成部材を必要とするので、これを予め耐火物により製作しておかねばならず、製作コストが高くなる。
【０００８】
この発明の目的は、加熱効率を低下させることなく、しかも発熱体の過熱を防止しうるように、発熱体の表面が断熱主体の外に露出した電気加熱ユニットを容易にかつ安価に製造することができる方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段と発明の効果】
この発明による電気加熱ユニットの製造方法は、断熱材を主成分とする断熱主体の表面に形成された溝内に、線材を用いて溝の幅よりも大きい振幅の波形に加工された発熱体が設けられ、発熱体の幅方向両側部分が溝の両側面より断熱主体内に入ることによって断熱主体に一体的に支持されている電気加熱ユニットを真空成型によって製造する方法であって、真空成型型内のスクリーン上に設けまたは置いた溝形成用凸条部の上に、凸条部上面を覆うようにクッションマットを置き、クッションマットの上に、発熱体をその幅方向両側部分がクッションマットより両側方に突出するように配置して、真空成型することにより断熱主体を発熱体と一体的に成型することを特徴とするものである。
【００１０】
この発明による電気加熱ユニットの製造方法において、クッションマットとしては、表面が平滑で吸水性をもたないもの、たとえばネオプレンゴムのようなゴムからなるものが用いられる。クッションマットの厚さは、発熱体を形成するのに用いられる線材の直径の１．５倍程度であることが好ましい。また、クッションマットの幅は、真空成型後の成型物からのクッションマットの除去を容易にするためには、溝形成用凸条部の上面と同幅かあるいはこれよりも狭いことが好ましいが、成型物からの除去ができる範囲内であれば、溝形成用凸条部の上面の幅よりも広くてもよい。
【００１１】
スクリーンの形状は、加熱ユニットに要求される形状により、平面、円筒面、円筒分割面、その他の曲面のもの等から適宜選ばれる。
【００１２】
溝形成用凸条部は、スクリーンの上にアルミニウム等の金属板からなるマスク部材を置くことにより形成するのが好適である。しかし、溝形成用凸条部はスクリーンの上面に一体に形成されていてもよい。
【００１３】
断熱主体を構成する断熱材と材質は任意であるが、セラミックファイバが好適である。
【００１４】
この発明による電気加熱ユニットの製造方法をさらに具体的に説明すると、たとえば次のようになる。
【００１５】
真空成型型内のスクリーン上にマスク部材を置くことにより、溝形成用凸条部を形成する。ついで、マスク部材の上に、マスク部材上面を覆うようにクッションマットを置く。ついで、クッションマットの上に、発熱体をその幅方向両側部分がクッションマットより両側方に突出するように配置する。そして、このような状態で、型内のスクリーンより上の空間内にセラミックファイバを含むスラリーを導入し、型におけるスクリーンより下方の部分から真空吸引して、真空成型を行う。このとき、真空吸引力はマスク部材およびクッションマットが存在する部分においてはスラリーに作用せず、マスク部材およびクッションマットが存在しない部分においてのみスラリーに作用する。その結果、下方に吸引されるスラリーにより、発熱体のクッションマットより両側方に突出した部分に下向きの力が加わって発熱体全体に下向きの力が作用し、これにより、クッションマットが弾性変形して、発熱体のクッションマット上にのっている部分の一部分がクッションマットに沈み込む。その後、スラリー中のセラミックファイバが型内のスクリーンの上面、マスク部材、クッションマットおよび発熱体の各表面上に堆積し、断熱主体となる断熱成型体が形成される。発熱体の一部分がクッションマットに沈み込んだ後に、スラリー中のセラミックファイバが型内のスクリーンの上面、マスク部材、クッションマットおよび発熱体の各表面上に堆積しても、発熱体の一部分のクッションマットへの沈み込んだ状態は変化しない。真空成型が終了すると、成型物を型から取出して、加熱乾燥させ、マスク部材およびクッションマットを除去する。これにより、発熱体のクッションマットから上方に突出していた部分が底面から断熱主体内に埋入されるとともに、クッションマットに沈み込んでいた部分が溝内空間に露出する。その結果、発熱体の溝内にある部分の全表面のうち一部分が溝底面から断熱主体内に埋入され、残りの部分が溝内空間に露出するように断熱主体に一体的に支持された電気加熱ユニットが得られる。
【００１６】
この発明の電気加熱ユニットの製造方法によれば、クッションマットが弾性変形し、発熱体のクッションマット上にのっている部分の一部分がクッションマットに沈み込んだ状態において、発熱体のクッションマットより上方に突出している部分が断熱主体の溝底面から断熱主体内に埋入され、クッションマットより両側方に突出している部分が断熱主体の溝の両側面より断熱主体内に入るので、発熱体の溝内にある部分の全表面のうち一部分が溝底面から断熱主体内に埋入され、残りの溝内空間に露出した部分が発熱体の過熱を防止しうる熱放射部分となっている電気加熱ユニットが得られる。そして、マスク部材等の溝形成用凸条部およびクッションマットは溝の開口側から容易に除去することができる。したがって、この発明の方法によれば、従来のように溝底形成部材を必要としないで、加熱効率を低下させることなく、しかも発熱体の過熱を防止しうるように、発熱体の表面が断熱主体の外に露出した電気加熱ユニットを容易にかつ安価に製造することができる。なお、製造された電気加熱ユニットにおいて、溝内空間に露出した熱放射部分の表面積は、たとえば発熱体の溝内にある部分の全表面積の半分程度であり、この場合、加熱効率を低下させることなく、発熱体の過熱を防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１および図２はこの発明による方法で製造された電気加熱ユニットの主要部を示す。
【００１９】
図１および図２において、断熱材としてのセラミックファイバを主成分とし、かつ一面が加熱表面(1a)となされるとともに他面が非加熱冷表面(1b)となされている断熱主体(1)と、断熱主体(1)の加熱表面(1a)に形成された断面略方形の溝(2)内に設けられた波形の発熱体(3)とを備えている。発熱体(3)は線材を用いて溝(2)の幅よりも大きい振幅の波形に加工されたものであり、発熱体(3)の幅方向両側の湾曲部(3a)が溝(2)の両側面(2a)より断熱主体(1)内に入ることによって断熱主体(1)に一体的に支持されている。発熱体(3)の溝(2)内にある直線状部(3b)の全表面のうち半分程度が溝(2)の底面(2b)から断熱主体(1)内に埋入されている。したがって、この電気加熱ユニットを溝(2)開口側、すなわち図１および図２の上側から見た場合、直線状部(3b)の太さは、発熱体(3)をつくるのに用いた線材の直径程度となる。そして、発熱体(3)の溝(2)内にある直線状部(3b)の全表面のうちの残りの部分が溝(2)内空間に露出し、この露出部分が発熱体(3)の過熱を防止しうるような熱放射部分(3c)となっている。
【００２０】
なお、上記においては、発熱体(3)の幅方向両側の湾曲部(3a)全体が溝(2)の両側面(2a)より断熱主体(1)内に入っているが、発熱体(3)を断熱主体(1)により支持できるのであれば、湾曲部(3a)の一部分は両側面(2a)から溝(2)に突出していてもよい。すなわち、発熱体(3)の湾曲部(3a)の一部分は溝(2)内にあってもよい。
【００２１】
この電気加熱ユニットでは、発熱体(3)の熱放射部分の働きによって、発熱体(3)から空間に向かって自由に熱を放射することができ、発熱体(3)が過熱しにくくなるとともに、非加熱冷表面(1b)側へ逃げる熱の量が少なくなる。したがって、加熱効率が向上し、しかも発熱体(3)の劣化、消耗およびそれによる断線を防止することができ、十分な寿命が得られる。
【００２２】
図３および図４は電気加熱ユニットの製造工程を示す。
【００２３】
図３および図４において、電気加熱ユニットの真空成型型(10)は、たとえばアクリル樹脂等の適当な材料で箱形に形成されている。型(10)内の高さの中間部に多孔金属板からなるスクリーン(11)が配置されている。型(10)の壁の部分におけるスクリーン(11)より下方の部分に真空吸引口(13)が形成されている。真空吸引口(13)は、図示しない公知の真空吸引手段に接続されている。
【００２４】
電気加熱ユニットの製造は、次のようにして行われる。
【００２５】
まず、スクリーン(11)上に、アルミニウム製の板状マスク部材(12)を置く。これにより、スクリーン(11)上に溝形成用凸条部を形成する。ついで、マスク部材(12)の上に、マスク部材(12)の上面と同幅のクッションマット(14)をマスク部材(12)上面を覆うように置き、クッションマット(14)の上に発熱体(3)をのせる。このとき、発熱体(3)の両側の湾曲部(3a)を、マスク部材(12)およびクッションマット(14)より幅方向外側に突出させておく。
【００２６】
このような状態で、水、バインダおよびセラミックファイバを含むスラリー中に型(10)を沈めると同時に、真空吸引手段を作動させ、スクリーン(11)より下の空間に真空吸引力を作用させ、スクリーン(11)より上の空間内にスラリーを導入する。真空吸引手段を作動させた初期の段階においては、真空吸引力は、マスク部材(12)およびクッションマット(14)が存在する部分においてはスラリーに作用せず、マスク部材(12)およびクッションマット(14)が存在しない部分においてのみスラリーに作用する。その結果、下方に吸引されるスラリーにより、発熱体(3)のクッションマット(14)より両側方に突出した部分に下向きの力が加わって発熱体(3)全体に下向きの力が作用し、これにより、クッションマット(14)の一部分が弾性変形して、発熱体(3)のクッションマット(14)上にのっている部分の一部分がクッションマット(14)に沈み込む。引き続きスラリーを型(10)内に導入すると、スラリーがスクリーン(11)に流れ込むさいに、スラリー中に分散していたセラミックファイバが型(10)内のスクリーン(11)の上面、マスク部材(12)、クッションマット(14)および発熱体(3)の各表面上に堆積し、断熱主体(1)となる断熱層が形成される。このとき、発熱体(3)の一部分がクッションマット(14)に沈み込んだ後に、スラリー中のセラミックファイバが型(10)内のスクリーン(11)の上面、マスク部材(12)、クッションマット(14)および発熱体(3)の各表面上に堆積しても、発熱体(3)の一部分のクッションマット(14)への沈み込んだ状態は変化しない。また、セラミックファイバは、マスク部材(12)およびクッションマット(14)より幅方向外側に突出している発熱体(3)の湾曲部(3a)の周囲に堆積して、湾曲部(3a)が断熱主体(1)内に埋設されるが、セラミックファイバは、マスク部材(12)およびクッションマット(14)がある部分には堆積しない。真空成型が終了すると、成型物を型(10)から取出して、加熱乾燥させ、マスク部材(12)およびクッションマット(14)を除去する。これにより、発熱体(3)の溝(2)内にある直線状部(3b)の全表面のうち一部分が溝(2)の底面(2b)から断熱主体(1)内に埋入され、残りの溝(2)内空間に露出するように断熱主体(1)に一体的に支持された、図１および図２に示す電気加熱ユニットが製造される。この電気加熱ユニットにおいて、スクリーン(11)に接していた部分が加熱表面(1a)となり、マスク部材(12)およびクッションマット(14)があった部分がこの加熱表面(1a)に形成された溝(2)となる。
【００２７】
上記の真空成型は公知のものであり、マスク部材(12)、クッションマット(14)および発熱体(3)をそれぞれ適当な治具で型(10)内の一定位置に支持した状態で、これらを支持しうる程度の仮成型を行い、治具を取外した後、本成型を行う。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による方法で製造された電気加熱ユニットを示す主要部の斜視図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図１の電気加熱ユニットの製造方法を示す一部省略垂直断面図である。
【図４】図３のIV−IV線拡大断面図である。
【符号の説明】
(1)：断熱主体
(2)：溝
(2a)：両側面
(2b)：底面
(3)：発熱体
(3a)：湾曲部
(3b)：直線状部
(3c)：熱放射部分
(10)：真空成型型
(11)：スクリーン
(12)：マスク部材
(14)：クッションマット
【図１】
0003554836.tif 000002
【図２】
0003554836.tif 000003
【図３】
0003554836.tif 000004
【図４】
0003554836.tif 000005