(57)【要約】【課題】  簡素な構成でありながら加熱効率のよい管状ヒーター及びこれを備えた加熱装置を提供すること。【解決手段】  発熱体と、この発熱体を内部に収容する管状体とからなる。発熱体は、蛇行状の電流路２０を有する面状発熱体２である。管状体は、断面略長方形状を呈する石英管３である。その長辺を含む面は面状発熱体２の表面に対向する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と、この発熱体を内部に収容する管状体とからなる管状ヒーターであって、
前記発熱体は、蛇行状の電流路を有する面状発熱体であり、
前記管状体は、断面略長方形状を呈する石英管であり、その長辺を含む面は前記面状発熱体の表面に対向する管状ヒーター。
【請求項２】
請求項１記載の管状ヒーターを備えた加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管状ヒーター及びこれを備えた加熱装置に関する。さらに詳しくは、発熱体と、この発熱体を内部に収容する管状体とからなる管状ヒーター及びこれを備えた加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上述の如く管状ヒーターとして、例えば特許文献１に記載の如きものが知られている。この管状ヒーターは、ニクロム線やカンタル線等の金属線をコイル状に巻回して電熱線とし、耐熱性、電気絶縁性を有する外囲管の管内に収容してある。構造上、比較的小型化が容易であるが、加熱量を増加させたり、広範囲を加熱するためにはヒーターを増設する必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２００６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、簡素な構成でありながら加熱効率のよい管状ヒーター及びこれを備えた加熱装置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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係る管状ヒーターの特徴は、発熱体と、この発熱体を内部に収容する管状体とからなる構成において、前記発熱体は、蛇行状の電流路を有する面状発熱体であり、前記管状体は、断面略長方形状を呈する石英管であり、その長辺を含む面は前記面状発熱体の表面に対向することにある。
【０００６】
上記構成によれば、発熱体は蛇行状の電流路を有する面状発熱体であるので、より広範囲を加熱することができる。また、管状体は断面略長方形状を呈する石英管であるので、熱伝導率を抑えることができ、熱効率の低下を防止できる。しかも、石英管の断面の長辺を含む面は面状発熱体の表面に対向するので、石英管と面状発熱体とは近接して配置されることとなり、石英管外部の加熱空間（加熱対象、ワーク）に面状発熱体からの熱線を効率よく伝えることができる。
【０００７】
上記に記載の管状ヒーターは、それを備えた加熱装置として実施できる。
【発明の効果】
【０００８】
上記本発明に係る管状ヒーター及びこれを備えた加熱装置の特徴によれば、簡素な構成でありながら加熱効率を向上させることが可能となった。
【０００９】
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第一実施形態に係る管状ヒーターの斜視図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１の正面図である。
【図４】管状体端部の分解斜視図である。
【図５】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】接続部材を示す図である。
【図８】第一碍子の斜視図である。
【図９】第二碍子の斜視図である。
【図１０】本発明の第二実施形態に係る管状ヒーターの斜視図である。
【図１１】第二実施形態に係る管状ヒーターを説明する平面図である。
【図１２】第二実施形態の面状発熱体の一端近傍の部分拡大図である。
【図１３】第二実施形態に係る管状ヒーターの正面図である。
【図１４】図１３の管状ヒーターの平面図である。
【図１５】図１３の管状ヒーターの底面図である。
【図１６】図１３の管状ヒーターの右側面図である。
【図１７】図１３の管状ヒーターの左側面図である。
【図１８】図１３のＡ−Ａ部分拡大図である。
【図１９】図１４のＢ−Ｂ部分拡大図である。
【図２０】図１９のＣ−Ｃ参考断面図である。
【図２１】本発明の第三実施形態に係る管状ヒーターの斜視図である。
【図２２】第三実施形態に係る管状ヒーターを説明する平面図である。
【図２３】第三実施形態の面状発熱体の一端近傍の部分拡大図である。
【図２４】第三実施形態に係る管状ヒーターの正面図である。
【図２５】図２４の管状ヒーターの平面図である。
【図２６】図２４の管状ヒーターの底面図である。
【図２７】図２４の管状ヒーターの右側面図である。
【図２８】図２４のＡ−Ａ部分拡大図である。
【図２９】図２５のＢ−Ｂ部分拡大図である。
【図３０】図２９のＣ−Ｃ参考断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、図１〜９を参照しながら、本発明の第一実施形態について詳しく説明する。
本発明の第一実施形態に係る管状ヒーター１は、図１〜３に示すように、大略、発熱体としての面状発熱体２と、この面状発熱体２を内部に収容する管状体としての石英管３からなる。本実施形態において、面状発熱体２は、支持部材としての碍子４により石英管３に非接触の状態で支持されている。また、石英管３の両開口部３０ｘ，３０ｙは、封止部材５により封止されている。
【００１２】
面状発熱体２は、図２，３に示すように、板状に且つ矩形状に形成され、複数のスリット２１を幅方向Ｘに沿って交互に切り込むことで蛇行状の電流路２０が形成されている。電流路２０の一端２２は、後述する封止部材５を貫通し管軸方向Ｙに沿って延在するリード部２３を有する。また、電流路２０の他端２４には接続部材２５が例えば溶接等により取り付けられ、隣接する他の面状発熱体２と電気的に直列に接続される。なお、接続部材２５は、図７の示すように、その中央部に凹部２５ａを有し、面状発熱体２の他端２４に対向する部分２５ｂの幅を他端２４と同等とし、接続部分での電気抵抗の急変を抑制している。
【００１３】
この面状発熱体２は、例えばＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金やニッケルクロム合金等の導電性材料よりなる薄板部材より製作される。Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金の場合、石英管３内部に酸素が存在していても、加熱効率の低下を抑制できる。
【００１４】
石英管３は、図１〜６に示すように、断面略長方形状を呈し、その長辺を含む第一面３１と、その両端に一対の湾曲部３２，３２を備える。第一面３１は、面状発熱体２の表面と略平行であり、加熱空間（加熱対象、ワーク）を加熱する加熱面となる。石英管３は、透明の石英ガラスよりなる。透明の石英ガラスは、熱伝導率が低く、面状発熱体２からの熱線をほとんど吸収せずに透過させるので、加熱効率がよい。また、断面略長方形状を呈するので、短辺が面状発熱体２及び石英管３の厚み方向となり、略平坦な第一面３１に面状発熱体２表面を近接させることができる。従来の円筒状の石英管では、面状発熱体２を内部に収容すると、面状発熱体２が石英管３によって加熱空間（ワーク）から離隔される。一方、断面略長方形状の石英管では、石英管３を介しても加熱空間（ワーク）に面状発熱体２を近接配置でき、加熱効率がよい。
【００１５】
第一実施形態における碍子４は、図４〜６，８，９に示すように、正面視略Ｙ字状を呈する第一碍子４１と、正面視略Ｈ字状を呈する第二碍子４２よりなる。第一碍子４１は、面状発熱体２の幅方向端部２６を保持する凹部４１ａと、石英管３の湾曲側部３２に近接する突出部４１ｂを備え、管軸方向Ｙに沿って複数配置される。さらに、第一碍子４１は、後述の第二封止部材５０ｙの近傍にも配置され、接続部材２５を幅方向Ｘに沿って保持する。一方、第二碍子４２は、一対の凹部４２ａ，４２ａを有し、石英管３の幅方向Ｘの中央で管軸方向Ｙに沿って複数配置される。そして、第二碍子４２は、幅方向Ｘで隣接する面状発熱体２の幅方向端部２６をそれぞれ保持する。これら碍子４１，４２により面状発熱体２を石英管３に接触しないように支持でき、接触による石英の失透を防止する。
【００１６】
碍子４は、アルミナ質、アルミナシリカ質、ムライト質、ジルコン質又はコージライトを主体とするセラミックスや窒化けい素等、様々なものを用いることができる。なお、アルミナは加熱環境によっては石英と反応する場合もあり、失透を防止する点で、ムライト質の碍子を用いるとよい。
【００１７】
封止部材５は、図２，４，６に示すように、石英管３の開口部３０ｘを封止する第一封止部材５０ｘと、開口部３０ｙを封止する第二封止部材５０ｙからなる。これら封止部材５０ｘ，５０ｙも石英ガラスからなり、石英管３の開口部に嵌入、装着される本体部５１と、鍔部５２を有する。第一封止部材５０ｘは、リード部２３を貫通させる貫通孔５３を備える。貫通孔５３の内面には、例えばモリブデン金属箔等の金属箔が設けられている。
【００１８】
次に、本発明の他の実施形態について言及する。なお、上述の実施形態と同様の部材には同一の符号を附してある。
上記第一実施形態において、面状発熱体２の一端２２にリード部２３を設け、第一封止部材５０ｘの貫通孔５３に貫通させた。しかし、例えば図１０〜１２に示す第二実施形態では、第一封止部材５０ｘ’にリード部材５４を一対設けると共に、面状発熱体２’の一端２２にリード部材５４を接続させる幅広の接続部２７を設けてある点で第一実施形態と異なる。なお、図１３〜２０に、第二実施形態に係る管状ヒーター１’の６面図、各部の部分拡大図及び参考断面図を示す。背面図は、正面図と同一に表れるので、省略する。図中、Ａ，Ｂ線で囲む部分は、管状ヒーターの意匠的特徴を示す部分（面状発熱体２の電流路２０及び支持部材４の繰り返し部分）を示す。
【００１９】
また、上記第一、第二実施形態では、面状発熱体２を幅方向Ｘに並設したが、面状発熱体３の本数はこれに限られない。例えば図２１〜２３に示す第三実施形態の如く、面状発熱体２を１本のみ収容する態様も可能である。係る場合、上述の第一碍子４１，４１で面状発熱体２の幅方向端部２６をそれぞれ保持し、一端２２にリード部材５４を接続させる幅広の接続部２７を設けてある点で第一実施形態と異なる。また、封止部材５としては、同一の封止部材５０ｘ”を用いることができる。なお、図２４〜３０に、第三実施形態に係る管状ヒーター１”の６面図、各部の部分拡大図及び参考断面図を示す。石英管３の両開口部３０ｘ，３０ｙに同一の封止部材５０ｘ”を嵌入させてあるので、背面図及び左側面図は、正面図及び右側面図と同一に表れるので、省略する。図中、Ａ，Ｂ線で囲む部分は、管状ヒーターの意匠的特徴を示す部分（面状発熱体２の電流路２０及び支持部材４の繰り返し部分）を示す。
【００２０】
さらに、面状発熱体２は、上記第一、第二実施形態の如く石英管３内部に幅方向Ｘに沿って３本以上並設してもよく、幅方向Ｘ及び管軸方向Ｙに直交する方向（例えば鉛直方向）に複数枚を立体的に配置することも可能である。また、上記各実施形態において、面状発熱体２には、スリット２１が石英管３の管軸方向Ｙに直交する方向Ｘに形成されている。しかし、管軸方向Ｙに沿って形成された面状発熱体であってもよい。長辺を含む面３１が、面状発熱体２の表面に略平行に配置されればよい。上記各実施形態において、石英管３の第一面３１の片面（加熱空間側、ワーク側）を加熱面としたが、石英管３の両面を加熱面としてもよい。
【００２１】
上記第一実施形態において、石英管３の水平方向（幅方向）に併設された一対の面状発熱体２，２を、その電流路２０の他端２４で接続部材２５を介して電気的に直列に接続したが、これに限られるものではない。例えば、各々の面状発熱体２，２を接続せずに、一端２２から他端２４へ向けて電流を流すようにしてもよい。もちろん、並列接続であってもよい。
【００２２】
また、上記各実施形態において、碍子４に保持される幅方向端部２６以外の部分で且つ碍子４から露出する面状発熱体２の露出部分２０ｘに、例えば遠赤塗料を塗布することも可能である。遠赤外領域（４μｍ超）は石英の吸収領域であるので、石英管３に面状発熱体３からの熱線を吸収させず透過させる場合（コールドウォール方式）には、塗布しなくてもよい。しかし、例えば、均熱性を向上させる場合に、露出部分２０ｘに遠赤塗料を塗布することで、石英管３に輻射の一部を吸収させて、ホットウォール方式の如く石英管３自体を加熱空間（加熱対象）と同等の温度になるようにして熱的に平衡な状態として、輻射加熱及び雰囲気加熱を行うことも可能である。なお、塗布面は、面状発熱体３の片面、両面いずれでもよい。例えば、管状ヒーター１の背面側（ワークのない側）に金や白金等のめっきを施した反射板を設ける場合、面状発熱体３の両面に塗布するとよい。他方、反射板を設けない場合、片面のみの塗布でもよい。なお、塗布部分は、表面の全面の他、一部分であってよい。例えば、ワークが近赤領域に吸収バンドを有する物質と遠赤領域に吸収バンドを有する物質の２種類以上の物質から構成されている場合に、面状発熱体３の一部に塗布部分２０ｘを設けることで、近赤領域（非塗布部分）と遠赤領域（塗布部分２０ｘ）の双方を含む波長構成にでき、加熱効率がより向上する。
【００２３】
また、上述の遠赤塗料は、管状体としての石英管３の表面に塗布しても構わない。さらに、遠赤塗料に限らず、金や白金等の金属層を石英管３の表面に設けても構わない。なお、金属層は、塗布、メッキの他、蒸着やＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング等の成膜手段により形成される。例えば、石英管３の背面側（ワークのない側）に金属層を設けることで、透明な石英管３を透過した熱線をワーク側へ向けて反射させることができ、エネルギーのロスを抑制して加熱効率の低下を防止する。なお、上記実施形態において、透明の石英管３を用いたが、不透明な石英管であってもよい。但し、加熱効率の点で透明の石英管が優れている。
【００２４】
また、上記各実施形態では、碍子４により面状発熱体２を石英管３に接触しないように支持した。しかし、石英に失透が生じない態様（例えば加熱温度が低い）場合には、碍子４を省略し面状発熱体２を石英管３上に配置（載置）することも可能である。また、封止部材５を省略して石英管３内部に流体を流通させるよう構成することも可能である。例えば、流体として空気を流通させて熱風を発生させる熱風生成装置とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、例えば飲料容器のラベルを容器本体に溶着させるための加熱装置や、食品用包装容器（袋）の密閉用ヒーターとして用いられる。また、これに限らず、乾燥時に発生する有機物と発熱体との反応を防止できるので、例えば塗装の乾燥炉として使用可能である。さらに、半導体製造装置（液晶や有機ＥＬを含む）の液体材料の予備加熱にも使用できる。管状ヒーターは面状発熱体が石英管に覆われる構成であるので、スケール（発熱体の酸化膜）や熱膨張率の差により発熱体との摩擦で生じた碍子の粉（破片）が外部に放出されることがなく、ワーク等に対しクリーンな加熱となる。しかも、所謂シースヒータよりも電気容量が大きくとれるので、装置のコンパクト化も可能となる。また、上述の如きクリーンな加熱で且つ均一な加熱が可能であるので、パンやクッキー等の食品の加熱加工にも利用できる。さらに、石英は耐薬品性に優れている、酸性及び塩基性のいずれの雰囲気の加熱炉にも利用できる。その他の各種加熱装置のヒーターユニットとしても利用することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１，１’，１”：管状ヒーター、２，２’，２”：面状発熱体、３：石英管（管状体）、４：碍子（支持部材）、２０：電流路、２０ｘ：露出部分、２１：スリット、２２：一端、２３：リード部、２４：他端、２５：接続部材、２５ａ：凹部、２５ｂ：対向部、２６：幅方向端部、２７：接続部、３０ｘ，３０ｙ：開口部、３１：第一面（加熱面）、３２：湾曲部、４１：第一碍子、４１ａ：凹部、４１ｂ：突出部、４２：第二碍子、４２ａ：凹部、５０ｘ，５０ｘ’，５０ｘ”：第一封止部材、５０ｙ，５０ｙ’：第二封止部材、５１：本体部、５２：鍔部、５３：貫通孔、５４：リード部材、Ｘ：幅方向、Ｙ：管軸方向
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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