(57)【要約】【課題】  高温出力が要求される用途に十分対応することができ、また簡易に製造および加工することが可能な同軸ヒータ、およびそれを用いたユニットヒータを提供する。【解決手段】  ヒータ線１と、このヒータ線１の周囲をその両端間に亘って覆う絶縁体２と、ヒータ線１と同軸で絶縁体２の両端間の周囲を覆う金属製の管状体３と、ヒータ線１の一端と管状体３とを電気的に接続する電気的接続部４とを備える。絶縁体２は、複数の絶縁短筒２ａ〜２ｃをヒータ線１の軸方向に連ねたものであり、また、管状体３は、帯状の金属を絶縁体２の周囲に螺旋状に巻回することにより形成されたものであり、それぞれ曲げ加工性を有する。管状体３はカンタル材、絶縁体２はアルミナ材、ヒータ線１はカンタル材によりそれぞれ形成される。【選択図】      図２
2006228527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端を有するヒータ線と、
複数の絶縁短筒を前記ヒータ線の軸方向に連ねることにより、前記ヒータ線の周囲をその両端間に亘って覆うように設けられた絶縁体と、
前記ヒータ線と同軸で前記絶縁体の両端間の周囲を覆う金属製の管状体と、
前記ヒータ線の一端と前記管状体とを電気的に接続する電気的接続部と
を備えたことを特徴とする同軸ヒータ。
【請求項２】
前記管状体は、帯状の金属を前記絶縁体の周囲に螺旋状に巻回して形成されたものである
ことを特徴とする請求項１記載の同軸ヒータ。
【請求項３】
前記ヒータ線はカンタル材、前記絶縁体はアルミナ材、前記管状体はカンタル材によりそれぞれ形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の同軸ヒータ。
【請求項４】
前記管状体を通る電流が当該管状体の電気抵抗によって所望の発熱を行うように前記帯状体の材質を設定した
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の同軸ヒータ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１に記載の同軸ヒータを棒状の支持体の周囲に螺旋状に巻回してなる
ことを特徴とするユニットヒータ。
【請求項６】
長手方向に所定のピッチごとに溝を有する保持部材を前記支持体の外表面上に配置すると共に、前記保持部材の溝によって前記同軸ヒータの巻回位置を保持してなる
ことを特徴とする請求項５記載のユニットヒータ。
【請求項７】
前記保持部材は、細長状の金属板を長手方向に沿って谷折りに折り曲げ加工し、かつ当該谷折りの折線に対して前記同軸ヒータが交差して保持されるように溝を設けてなる
ことを特徴とする請求項６記載のユニットヒータ。
【請求項８】
前記保持部材は、カンタル材により形成されている
ことを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１に記載のユニットヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電気炉などにおいて発熱体として用いられる同軸ヒータおよびこれを用いたユニットヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のヒータとしてシースヒータが知られている。このシースヒータは、簡便な構造を有しており簡易な使用が可能であり、かつ周囲への磁場の発生が少ないといった利点を有していることから、幅広く産業界で利用されてきた。
【０００３】
そのようなシースヒータは、図５に一例を示したように、ニクロム線やカンタル線のようなヒータ線１０１をマグネシア（ＭｇＯ）粉末からなる絶縁体１０２に埋設して、インコネル（Ｎｉ- Ｃｒ- Ｆｅ合金）からなる金属パイプ１０３に封じ込んだ構造を有している。ヒータ線１０１の一端は金属パイプ１０３に接続され、他端は電源（図示せず）の一極に接続されている。電源の他極には金属パイプ１０３が接続されており、電源から金属パイプ１０３を通じてヒータ線１０１へと電力が供給されるようになっている。
【０００４】
すなわち、このシースヒータ１００では、電源からの電流が一端から入力されると、ヒータ線１０１を通って他端まで流れてその間に電熱を発生し、他端で折り返して金属パイプ１０３を通り元の一端へと戻って来る。金属パイプ１０３とヒータ線１０１は同軸であるので、上記のように一本のシースヒータ１００を往復する電流によって周囲に磁場が発生することが抑制ないし解消されることとなる（以上、例えば特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２４５１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような従来技術に係るシースヒータ１００は、特殊な製造技術を必要とする、という問題があった。
【０００７】
また、絶縁体１０２としては、金属パイプ１０３内に絶縁体１０２の材料粉末を注入する際の製造プロセス上の制約から、マグネシア粉末のような滑りのよい粉末を使用せざるを得ない。そのような粉末材料は、実際上、マグネシア粉末に制約されていた。ところが、マグネシア粉末は、熱伝導率が高くないという問題があった。そのため、ヒータ線１０１から外部への熱放出効率が低くなり、また高温信頼性が低いものとなり、実際上、従来のシースヒータ１００は高温の出力が要求されるような用途には適さない傾向にあった。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高温出力が要求される用途に十分対応することができ、また、簡易に製造・加工することができる同軸ヒータ、およびそれを用いたユニット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】
【０００９】
本発明の同軸ヒータは、両端を有するヒータ線と、複数の絶縁短筒をヒータ線の軸方向に連ねることにより、ヒータ線の周囲をその両端間に亘って覆うように設けられた絶縁体と、ヒータ線と同軸で絶縁体の両端間の周囲を覆う金属製の管状体と、ヒータ線の一端と管状体とを電気的に接続する電気的接続部とを備えたものである。なお、絶縁短筒とは、絶縁材料を短筒状に形成したものであり、ここでは所謂ビーズ状になっているものも含むものである。
【００１０】
この同軸ヒータでは、外周面の管状体を、帯状の金属を絶縁体の周囲に螺旋状に巻回して形成されたものとすることが好ましい。
【００１１】
このような構成により、本発明の同軸ヒータでは、従来のような絶縁材の粉末を管状体の管内に詰め込んで形成された絶縁体に要求されて材料選択のうえでの著しい制約となっていた「滑りのよさ」等の条件の束縛から解放される。また、絶縁体を構成する個々の絶縁短筒は、同軸ヒータを曲げ加工するにあたっての延性を要求されなくて済む。個々の絶縁短筒は剛体であっても、複数の絶縁短筒を連ねてなる絶縁体の全体は、その個々の絶縁短筒同士の間の切れ目で曲げを許容するからである。
【００１２】
なお、帯状体をカンタル材、絶縁体をアルミナ材（Ａｌ2 Ｏ3 ；酸化アルミニウム）、また、ヒータ線をカンタル材によりそれぞれ形成することにより、同軸ヒータの総合的な熱放出特性および高温信頼性がさらに向上する。
【００１３】
ここで、管状体を通る電流が当該管状体の電気抵抗によって所望の発熱を行うように、帯状体の材質を設定することにより、管状体自体をヒータとしてもよい。これは換言すれば、管状体の一端から他端までをあたかも１本の電熱線と等価なものとして用いて、その管状体の電気抵抗によって発熱を行わせる構成にするということである。このように管状体自体もヒータとすることで、この同軸ヒータの総合的な熱出力特性がさらに向上する。しかも、このヒータとして熱を放出する管状体は、同軸ヒータにおける最外表面に位置していることから、この同軸ヒータの総合的な熱放出特性および高温信頼性を損なうことなく、前述のような熱出力特性のさらなる向上が達成される。
【００１４】
本発明のユニットヒータは、ドラム（円筒）状等の形状を有する棒状の支持体の外周面に、本発明の同軸ヒータを螺旋状に巻回したものである。
【００１５】
このユニットヒータは、上述した同軸ヒータの曲げ加工可能であるという特質を利用したものであり、このようにして熱放出特性が良好で高温信頼性の高いユニットヒータを簡易な製造プロセスによって作製することができる。また、帯状体をカンタル材、絶縁体をアルミナ材、ヒータ線をカンタル材によりそれぞれ形成することにより、ユニットヒータの総合的な熱放出特性および高温信頼性がさらに向上する。
【００１６】
ここで、本発明のユニットヒータでは、同軸ヒータの巻回位置を保持する手段として、長手方向に所定のピッチごとに溝を有する保持部材を支持体の周面上に配置し、この保持部材の溝によって同軸ヒータを保持するような構成とすることが好ましい。
【００１７】
このようにすることにより、曲げ加工して所定のピッチで螺旋状に巻回された同軸ヒータが、その形状のままに保持部材によって保持される。
【００１８】
またさらには、保持部材は、細長状の金属板を谷折りに折り曲げ加工して前記溝を形成してなるものとしてもよい。このように極めて簡易な曲げ加工によって、同軸ヒータを確実に保持することが可能で、かつ構造力学的に強度の高い保持部材が作製される。
【００１９】
また、保持部材は、カンタル材からなるものとしてもよい。このように保持部材をカンタル材からなるものとし、かつ管状体を同様のカンタル材からなるものとすることにより、高温状態での両者の熱膨張に起因した歪みや損傷等の虞が低減ないしは解消される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る同軸ヒータによれば、複数の絶縁短筒をヒータ線の軸方向に連ねることにより絶縁体を構成し、この絶縁体によりヒータ線の周囲を覆い、かつ、この絶縁体の周囲を金属製の管状体で覆うようにしたので、高温出力が要求される用途に十分対応することができると共に簡易に製造・加工することができ、しかも曲げ加工も容易に行うことが可能になる。従って、この同軸ヒータを用いて熱放出特性および高温信頼性に優れたユニットヒータを容易に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は本発明の一実施の形態に係る同軸ヒータ１０の外観を、また、図２は図１のＡ−Ａ線にそった断面構造を表したものである。この同軸ヒータ１０は、ヒータ線１と、絶縁体２と、管状体３と、電気的接続部４とを、その主要部として備えている。
【００２３】
ヒータ線１はカンタルの線材あるいは薄板材を所定の長さとしたもので、その一端は電気的接続部４を介して管状体３に、また、他端は外部接続配線６ａに接続されている。外部接続配線６ａはさらに、外部の電源５の一方の電極５ａに接続されている。
【００２４】
絶縁体２は、絶縁材料、例えばアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）からなる複数の絶縁短筒２ａ，２ｂ，２ｃ…を、ヒータ線１の軸方向に連ねて配置したものであり、ヒータ線１と同軸でそのヒータ線１の周囲をそのほぼ全長に亘ってスリーブ状に覆っている。ヒータ線１と管状体３との間はこの絶縁体２によって電気的に絶縁されている。個々の絶縁短筒２ａ，２ｂ，２ｃ…の対面する端面同士は、敢えて互いに固着されておらず、その部分での同軸ヒータ１０の曲げ変形を管状体３の延性と共に許容するようになっている。
【００２５】
管状体３は、カンタルからなる帯状の金属薄板３０を螺旋状に巻回したもので、ヒータ線１と同軸で絶縁体２の周囲をほぼ全長に亘って覆っている。この管状体３の一端は外部接続配線６ｂに接続され、この外部接続配線６ｂは外部の電源５の他方の電極５ｂに接続されており、ここでは管状体３それ自体も一つのヒータとして発熱するように構成されている。
【００２６】
次に、この同軸ヒータ１０の作用・効果について説明する。なお、ここでは、電源５を直流電源とし、同軸ヒータ１０に直流電流を流した場合について説明する。
【００２７】
この同軸ヒータ１０では、外部接続配線６ａ，６ｂがそれぞれ電源５に接続されると、電源５から電流が流れて、ヒータ線１および管状体３がそれぞれ発熱する。具体的には、電源５からの電流は、電源５の一方の電極５ａから外部接続配線６ａを介してヒータ線１の一端に流入し、他端へと流れて行く。ヒータ線１はその電流が流れることによって発熱する。このヒータ線１からの発熱は、絶縁体２およびカンタル材からなる管状体３を介して、同軸ヒータ１０の外部へと放出される。絶縁体２は熱伝導性の良好なアルミナ材により、また管状体３は熱伝導性の良好なカンタル材により構成されているので、どちらも熱伝導性が良好である。従って、ヒータ線１から発せられた熱は、この同軸ヒータ１０の外部へと効率良く放出される。
【００２８】
そして、ヒータ線１の一端から他端までを流れた電流は、さらに、その他端から電気的接続部４を介して管状体３の一端に流れ込み、それとは反対側の他端へとその管状体３を流れて行く。これにより管状体３はその一端から他端までの間の電気抵抗によって発熱する。そして、管状体３の他端まで流れた電流は、外部接続配線６ｂを介して電源５の他方の電極５ｂへと帰電される。
【００２９】
このように本実施の形態の同軸ヒータ１０は、ヒータ線１だけでなく、管状体３もが発熱するので、その総合的な熱出力量がさらに大きなものとなる。しかも、そのようにヒータとして熱を放出する管状体３は、この同軸ヒータ１０における最外表面に位置しているので、この同軸ヒータ１０の総合的な高温信頼性や構造の簡易さを損なうことなしに、熱出力量および熱放出効率が更に向上する。
【００３０】
また、発熱源（ヒータ線１）を覆っている絶縁体２が熱伝導性の良好なアルミナ材からなるものであることから、この同軸ヒータ１０における熱放出効率は、従来のシースヒータと比較して飛躍的に高いものとなる。
【００３１】
更に、この同軸ヒータ１０では、絶縁体２が、複数の絶縁短筒２ａ，２ｂ，２ｃ…をヒータ線１の軸方向に連ねて形成されたものであるので、従来のような「絶縁材料には滑りのよいマグネシア粉末に限定される」といった材料選択上での制約から解放される。従って、絶縁体２の材料として例えばアルミナ材を用いるなどして、高温信頼性が高くかつ熱放出特性も良好な同軸ヒータ１０を簡易な製造プロセスによって作製することが可能となる。
【００３２】
また、絶縁体２は、複数の絶縁短筒２ａ，２ｂ，２ｃ…を連ねて全体が構成されているため、絶縁短筒２ａ，２ｂ，２ｃ…の対向する端面同士の間の部分で、管状体３の延性による変形と共に、曲げ加工が許容される。すなわち、個々の絶縁短筒２ａ，２ｂ，２ｃ…が高い延性を有しない、すなわち剛体であったとしても、それらを含んだ同軸ヒータ１０は容易に曲げ加工することが可能である。これにより、この同軸ヒータ１０は、全体として曲げ加工が可能なものとなる。
【００３３】
このような曲げ加工が可能であるという特質を有効に活用し、同軸ヒータ１０を螺旋状に曲げ加工することにより例えばドラム状のユニットヒータを作製することも可能である。図３は、そのようなユニットヒータの外観を表し、図４は、その保持部材の一部を拡大して表したものである。
【００３４】
このユニットヒータ２０では、３本の保持部材（ステイ）８（８ａ，８ｂ，８ｃ）が、所定の直径を有する円筒９（支持体）の外表面上に、その円筒９の中心軸に対して長手方向がほぼ平行となるように配置されている。これら保持部材８ａ〜８ｃの隣り合うもの同士が円筒９の中心軸に関して成す角は、例えば１２０度である。すなわち、保持部材８ａ〜８ｃは円筒９の外表面上に、その円周方向に等間隔で配置されている。これら保持部材８ａ〜８ｃには長手方向の所定のピッチごとに溝７が設けられている。
【００３５】
同軸ヒータ１０は、円筒９の外表面上に、保持部材８の溝７に合致するピッチで螺旋状に巻回されている。このように曲げ加工によって円筒９の外表面に巻回された同軸ヒータ１０は、保持部材８の溝７ごとに把持されて、その巻回位置が保持されている。このようして、円筒９の外表面上に同軸ヒータ１０が巻回され、その巻回位置が保持部材８によって固定されることによりユニットヒータ２０の主要部が構成されている。
【００３６】
ここで、保持部材８は、カンタル材からなる細長状の金属板をその長手方向に沿って谷折りに折り曲げ加工し、その長手方向に沿って所定のピッチで切り欠きを設けることで溝７を設けてなるものである。このように極めて簡易な加工によって、同軸ヒータ１０を確実に保持することが可能な保持部材８を作製することができる。また、谷折りに折り曲げ加工して断面をほぼＬ字状としたことで、保持部材８の構造力学的な強度が増加され、延いては同軸ヒータ１０の巻回位置の保持部材８による確実な保持が実現される。また、保持部材８も管状体３と同様にカンタル材により形成しているので、高温状態での両者の熱膨張に起因した歪みや損傷等の虞を低減ないしは解消することが可能となっている。
【００３７】
このように、本実施の形態のユニットヒータ２０は、熱放出特性が良好で高温信頼性が高く、かつ簡易な製造プロセスによって作製することが可能なものとなっている。
【００３８】
なお、上記のユニットヒータ２０では、同軸ヒータ１０の管状体３は保持部材８と導通しているので、その管状体３と外部の電源５との電気的な接続は保持部材８を介して行うようにしてもよい。あるいは逆に、例えば保持部材８をカンタルよりも電気抵抗の大きな材料で形成することで、管状体３を流れる電流が保持部材８に短絡しないようにして、管状体３または帯状体３０の全長に亘っての電気抵抗を有効に活用して、熱放出量のさらなる増大を図ることなども可能である。
【００３９】
また、管状体３は、螺旋状に巻回された帯状体３０を、その隣り合った側面３１ａ，３１ｂ同士が接触しないように巻回し、あるいはその隣り合った側面３１ａ，３１ｂ同士の間に絶縁物（図示省略）を介在させるなどして、その帯状体３０のほぼ全長の一端から他端へと電流が流れるようにして、その帯状体３０が電気的には一本の電気抵抗体と等価となるようにしてもよい。このようにすることにより、帯状体３０の全長を電気抵抗として有効に利用して、熱放出量のさらなる向上を達成することができる。
【００４０】
また、図示しないが、保持部材８は金属棒に所定のピッチで溝７を刻設したものなどを用いることも可能である。あるいは、円筒９の外表面上に、直截に同軸ヒータ１０を溶接または接着することなども可能である。
【００４１】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各部位の形成材料等、種々の変形が可能であることは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る同軸ヒータの構成を表す斜視図である。
【図２】図１に示した同軸ヒータのＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】図１に示した同軸ヒータを用いたユニットヒータの斜視図である。
【図４】ユニットヒータの保持部材を拡大して表す斜視図である。
【図５】従来のシースヒータの一例を表した斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…ヒータ線、２…絶縁体、３…管状体、４…電気的接続部、５…電源、６…外部接続配線、７…溝、８（８ａ〜８ｃ）…保持部材（ステイ）、９…円筒、１０…同軸ヒータ、２０…ユニットヒータ、３０…帯状体。
【図１】
2006228527.tif 000003
【図２】
2006228527.tif 000004
【図３】
2006228527.tif 000005
【図４】
2006228527.tif 000006
【図５】
2006228527.tif 000007