(57)【要約】【課題】本発明は、ヒータの大型化及び薄板状構造を実現することを目的としている。【解決手段】このため、電熱線により発熱する発熱体と、発熱体を保持する保持体と、保持体を収納するケースとを備えるヒータ構造において、発熱体は、電熱線を巻き掛けたマイカ板からなる芯材と前側及び後側マイカ板とを有し、芯材を前側及び後側マイカ板によって挟み込む三層構造とし、保持体は、発熱体前面のスチール板と、発熱体後面のスチール板よりも膨張率の大きいステンレス板とを有し、発熱体の前後をスチール板とステンレス板により保持して前面側のスチール板が前方向に突出する凸形状とし、保持体をケースに収納する際には、保持体の凸形状を維持するように、保持体の後面に断熱材を介して補強板を設け、保持体前面のスチール板両側を線接触にて保持する前面固定金具を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電熱線により発熱する発熱体と、この発熱体を保持する保持体と、この保持体を収納するケースとを備えるヒータ構造において、前記発熱体は、前記電熱線を巻き掛けたマイカ板からなる芯材と、この芯材の前後に位置する前側マイカ板及び後側マイカ板とを有し、前記芯材を前側マイカ板及び後側マイカ板によって挟み込む三層構造とし、前記保持体は、前記発熱体の前面に位置する放射用の表面処理を施したスチール板と、前記発熱体の後面に位置する前記スチール板よりも膨張率の大きいステンレス板とを有し、前記発熱体の前後をスチール板とステンレス板とにより保持して前面側のスチール板が前方向に突出する凸形状とし、この保持体を前記ケースに収納する際には、保持体の凸形状を維持するように、保持体の後面に断熱材を介して補強板を設けるとともに、保持体の前面に位置する前記スチール板の両側を線接触にて保持する前面固定金具を設けたことを特徴とする薄板状ヒータ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は薄板状ヒータ構造に係り、特に発熱素材としてマイカ板を使用する発熱体を利用したヒータにおいて、このヒータの大型化及び薄板状構造の実現を図る薄板状ヒータ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄板状ヒータ（「面状発熱体」とも換言できる。）は、熱源として電熱線を使用し、発熱素材としてマイカ板を使用している。
なお、参考までに記載すると、「マイカ（ｍｉｃａ）」は、天然の鉱物であり、日本語では「雲母」と言う。
そして、「マイカ」は、電気絶縁性や耐熱性に優れ、へき開性を持ち、薄片状に形成でき、しかも安価であるため、一般的に電気絶縁材料として使用されている。
また、前記薄板状ヒータは、広い面積を均一に加熱するために、金属表面から赤外線を積極的に輻射することを意図したものであり、電気ヒータや工業用乾燥炉の熱源ユニットなどに利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１４５８１号公報
【特許文献２】実開昭５７−９１０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来のヒータにおいては、以下の３つのものが考えられる。
（１）セラミック素材に電熱線を埋没させて、電熱線を加熱すると同時にセラミック素材を加熱し、赤外線を輻射するもの。
（２）厚板の金属板構造で保持した剛体構造のもの。
（３）マイカの発熱体を露出させた保護構造の無いもの。
【０００５】
しかし、上記（１）のものの場合には、セラミック素材に電熱線を埋没させた構造とするため、ヒータを大型構造とすることが困難であるという不都合がある。
また、上記（２）のものの場合には、厚板による剛体構造であるため、大型化は可能であるが、薄板状構造及び軽量化が困難であるという不都合がある。
更に、上記（３）のものの場合には、マイカの発熱体自体を加熱するため、赤外線輻射率が低く、輻射赤外線量を増加させる必要がある
という不都合がある。
【０００６】
また、前記ヒータを形成する際に、マイカ板からなる発熱体の前面及び後面を金属製の保持体によって保持するものがある。
このとき、保持体の全面においてネジ固定する方策も考えられるが、保持体の前面にネジ頭が見えてしまうため、ネジ固定の方策を廃止し、折り返しによるヘミング加工を施しているものがある。
このヘミング加工を施したものにおいては、発熱体と保持体との夫々の外周部位が固定される。
前記発熱体と保持体とにヘミング加工を施して平面状の前記ヒータを形成した際には、発熱体と保持体との間に隙間は現出していない。
しかし、前記ヒータを使用すると、マイカ板からなる発熱体と金属製の保持体との熱膨張率が異なるとともに、マイカ板からなる発熱体の温度ムラによるランダムな反りの発生によって、発熱体と保持体との間に隙間ができてしまうという不都合がある。
追記すれば、マイカ板からなる発熱体の反りは、一定の方向に反るのではないとともに、反り方も場所によって相違するため、発熱体と保持体との間において微小な隙間のみでなく、大きな隙間も現出してしまうものであった。
この結果、発熱体と保持体との間に現出する隙間、つまり空気層によって、熱移動が妨げられ、ヒート温度に大きく影響が出てしまうという不都合がある。
【０００７】
この発明の目的は、熱伝達の効率を向上させ、ヒータの大型化及び薄板状構造を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、電熱線により発熱する発熱体と、この発熱体を保持する保持体と、この保持体を収納するケースとを備えるヒータ構造において、前記発熱体は、前記電熱線を巻き掛けたマイカ板からなる芯材と、この芯材の前後に位置する前側マイカ板及び後側マイカ板とを有し、前記芯材を前側マイカ板及び後側マイカ板によって挟み込む三層構造とし、前記保持体は、前記発熱体の前面に位置する放射用の表面処理を施したスチール板と、前記発熱体の後面に位置する前記スチール板よりも膨張率の大きいステンレス板とを有し、前記発熱体の前後をスチール板とステンレス板とにより保持して前面側のスチール板が前方向に突出する凸形状とし、この保持体を前記ケースに収納する際には、保持体の凸形状を維持するように、保持体の後面に断熱材を介して補強板を設けるとともに、保持体の前面に位置する前記スチール板の両側を線接触にて保持する前面固定金具を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上詳細に説明した如くこの発明によれば、電熱線により発熱する発熱体と、発熱体を保持する保持体と、保持体を収納するケースとを備えるヒータ構造において、発熱体は、電熱線を巻き掛けたマイカ板からなる芯材と、芯材の前後に位置する前側マイカ板及び後側マイカ板とを有し、芯材を前側マイカ板及び後側マイカ板によって挟み込む三層構造とし、保持体は、発熱体の前面に位置する放射用の表面処理を施したスチール板と、発熱体の後面に位置するスチール板よりも膨張率の大きいステンレス板とを有し、発熱体の前後をスチール板とステンレス板とにより保持して前面側のスチール板が前方向に突出する凸形状とし、保持体を前記ケースに収納する際には、保持体の凸形状を維持するように、保持体の後面に断熱材を介して補強板を設けるとともに、保持体の前面に位置するスチール板の両側を線接触にて保持する前面固定金具を設けた。
従って、前記保持体の熱膨張の方向が三層構造（「三層サンドイッチ構造」ともいう。）が密着する方向であるとともに、前記ケースへの保持体の収納状態がスチール板が前方向に突出する凸形状であることにより、保持体のスチール板と前記発熱体との間に隙間が現出されるおそれが全くなく、保持体前面のスチール板への熱伝達の効率を向上させることができる。
これにより、赤外線放射効率を上げることができる。
また、前記保持体は、前面側のスチール板が前方向に突出する凸形状として前記ケースに収納する際に、保持体のスチール板の両側を前面固定金具によって線接触にて保持することにより、スチール板の両側以外は固定されておらず、移動が自由な状態であるため、スチール板が熱膨張してもスチール板の形状を維持することができる。
つまり、スチール板の両側が膨張・収縮によって前面固定金具の線接触部位をスライド移動する。
これにより、ヒータの大型化及び薄板状構造を実現することができる。
そして、発熱素材のマイカ板からなる前記発熱体は、前面のスチール板と後面のステンレス板とを有する前記保持体によって保護されているので、ヒータの機械的強度を向上させることができ、外力が掛かることによる漏電や感電などのリスクを低くし得て、実用上有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は薄板状ヒータの概略断面図である。（実施例１）
【図２】図２は発熱体を示し、（ａ）は発熱体の一部切り欠き正面図、（ｂ）は発熱体の平面図である。（実施例１）
【図３】図３は発熱体を保持した保持体を示し、（ａ）は保持体の背面図、（ｂ）は保持体の平面図、（ｃ）は保持体の右側面図である。（実施例１）
【図４】図４は図３（ｂ）の矢視Ａ部分の概略拡大図である。（実施例１）
【図５】図５は保持体の要部拡大断面図である。（実施例１）
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例】
【００１２】
図１〜図５はこの発明の実施例を示すものである。
図１において、１は薄板状ヒータである。
この薄板状ヒータ１は、図１〜図３に示す如く、電熱線（「ヒータ線」ともいう。）２により発熱する発熱体３と、この発熱体３を保持する保持体４と、この保持体４を収納するケース５とを備える。
【００１３】
そして、前記発熱体３は、図２に示す如く、片面または両面に前記電熱線２を巻き掛けた絶縁用マイカ板からなる芯材６と、この芯材６の前後に位置する前側マイカ板７及び後側マイカ板８とを有している。
このとき、前記芯材６を前側マイカ板７及び後側マイカ板８によって挟み込み、前記発熱体３を三層構造としている。
この発熱体３の三層構造を維持するために、複数の所定の箇所にハトメ９を設け、このハトメ９によって芯材６とこの芯材６の前後に位置する前側マイカ板７及び後側マイカ板８とを固定する。
【００１４】
なお、前記芯材６を形成する際には、例えば図２に示す如く、前記発熱体３の上下方向を３分割し、３個の第１〜第３芯材６−１、６−２、６−３を設け、第１〜第３芯材６−１、６−２、６−３の夫々に前記電熱線２を巻き掛ける。
このとき、第１〜第３芯材６−１、６−２、６−３の夫々に前記電熱線２を巻き掛ける際には、１本の電熱線２に対して２本のニッケル線１０、１０によって挟む（「サンドする」）ように巻き掛ける。
【００１５】
前記保持体４は、前記発熱体３の前面に位置する放射用の表面処理を施したスチール板１１と、前記発熱体３の後面に位置する前記スチール板１１よりも膨張率の大きいステンレス板１２とを有し、前記発熱体３の前後をスチール板１１とステンレス板１２とにより保持する。
すなわち、前記スチール板１１の表面処理として放射塗料１３を塗布する。
また、前記発熱体３の前後をスチール板１１とステンレス板１２とにより保持する際に、図３に示す如く、発熱体３と後面のステンレス板１２とをほぼ同一寸法に形成するとともに、前面のスチール板１１を発熱体３やステンレス板１２よりも少し大きな寸法に形成し、スチール板１１の４辺をステンレス板１２側に折り返してヘミング加工を施す。
このとき、前記ステンレス板１２には、前記１本の電熱線２や２本のニッケル線１０、１０などの線部材１４を引き出すための開口部１５を形成する。
そして、この開口部１５においては、図４に示す如く、１本の電熱線２及び２本のニッケル線１０、１０などの線部材１４を引き出した後に、開口部１５近傍を絶縁チューブ１６によって被覆し、この絶縁チューブ１６の開口部１５側を耐熱シリコンシーラント１７にて覆う。
なお、１本の電熱線２及び２本のニッケル線１０、１０などの線部材１４の引っ張り強度を８ｋｇ以上とする。
前記発熱体３を保持する保持体４は、図５に示す如く、三層構造の発熱体３の前後をスチール板１１とステンレス板１２とにより保持するため、合計で５層の構造を有している。
【００１６】
更に、前記保持体４を前記ケース５に収納する際には、前面側のスチール板１１が前方向に突出する保持体４の凸形状を維持するように、保持体４の後面に断熱材１８を介して補強板１９を設けるとともに、保持体４の前面に位置する前記スチール板１１の両側を線接触にて保持する前面固定金具２０を設ける構成とする。
詳述すれば、前記ケース５は、図１に示す如く、保持体４を収納するヒータケース部２１と、このヒータケース部２１の外周及び後面を覆う外装フレーム部２２とを備えている。
また、ヒータケース部２１の左右両端に前面固定金具２０を取り付けている。
そして、前記ケース５のヒータケース部２１内に保持体４を収納する際には、まず、ヒータケース部２１内に前方向に突出する補強板１９を位置させ、この補強板１９の前面に断熱材１８を位置させる。
次に、この断熱材１８の前面に前記保持体４を位置させ、保持体４の前面に位置する前記スチール板１１の左右両側を前面固定金具２０によって線接触にて保持し、前面側のスチール板１１が前方向に突出する保持体４の凸形状、つまり横方向において凸形状である平面視で保持体４の凸形状を維持するように取り付ける。
なお、上記の取り付け手順に関しては、保持体４や補強板１９、断熱材１８が夫々別体に形成される際の手順として説明したが、保持体４と補強板１９と断熱材１８とを一体的に形成する場合には、１工程による取り付け手順とすることが可能である。
【００１７】
これにより、前記電熱線２により発熱する発熱体３と、この発熱体３を保持する保持体４と、この保持体４を収納するケース５とを備えるヒータ構造において、前記発熱体３は、前記電熱線２を巻き掛けたマイカ板からなる芯材６と、この芯材６の前後に位置する前側マイカ板７及び後側マイカ板８とを有し、前記芯材６を前側マイカ板７及び後側マイカ板８によって挟み込む三層構造とし、前記保持体４は、前記発熱体３の前面に位置する放射用の表面処理を施したスチール板１１と、前記発熱体３の後面に位置する前記スチール板１１よりも膨張率の大きいステンレス板１２とを有し、前記発熱体３の前後をスチール板１１とステンレス板１２とにより保持して前面側のスチール板１１が前方向に突出する凸形状とし、この保持体４を前記ケース５に収納する際には、保持体４の凸形状を維持するように、保持体４の後面に断熱材１８を介して補強板１９を設けるとともに、保持体４の前面に位置する前記スチール板１１の両側を線接触にて保持する前面固定金具２０を設けた。
従って、前記保持体４の熱膨張の方向が三層構造（「三層サンドイッチ構造」ともいう。）が密着する方向であるとともに、前記ケース５への保持体４の収納状態がスチール板１１が前方向に突出する凸形状であることにより、保持体４のスチール板１１と前記発熱体３との間に隙間が現出されるおそれが全くなく、保持体４前面のスチール板１１への熱伝達の効率を向上させることができる。
これにより、赤外線放射効率を上げることができる。
また、前記保持体４は、前面側のスチール板１１が前方向に突出する凸形状として前記ケース５に収納する際に、保持体４のスチール板１１の両側を前面固定金具２０によって線接触にて保持することにより、スチール板１１の両側以外は固定されておらず、移動が自由な状態であるため、スチール板１１が熱膨張してもスチール板１１の形状を維持することができる。
つまり、スチール板１１の両側が膨張・収縮によって前面固定金具２０の線接触部位をスライド移動する。
これにより、前記ヒータ１の大型化及び薄板状構造を実現することができる。
そして、発熱素材のマイカ板からなる前記発熱体３は、前面のスチール板１１と後面のステンレス板１２とを有する前記保持体４によって保護されているので、ヒータ１の機械的強度を向上させることができ、外力が掛かることによる漏電や感電などのリスクを低くし得て、実用上有利である。
【００１８】
なお、この発明は上述実施例に限定されるものではなく、種々の応用改変が可能である。
【００１９】
例えば、この発明の実施例においては、スチール板が前方向に突出する保持体の凸形状、つまり横方向において凸形状である平面視で保持体の凸形状を維持し、かつ保持体を横方向で固定するために、ヒータケース部の左右両端に前面固定金具を取り付ける構成としたが、この前面固定金具をヒータケース部の上下端に取り付ける、つまり保持体を縦方向で固定する特別構成とすることも可能である。
すなわち、薄板状ヒータ構造においては、ヒータケース部や外装フレーム部の形状、あるいは補強板の取付位置なども考慮する必要がある。
そして、ヒータケース部や外装フレーム部の形状、あるいは補強板の取付位置などによって、保持体の固定位置が上下位置のみに制限される場合も考えられる。
このとき、前記前面固定金具をヒータケース部の上下端に取付可能として、スチール板が前方向に突出する保持体の凸形状、つまり縦方向において凸形状である側面視で保持体の凸形状を維持し、汎用性を高めるものである。
なお、参考までに記載すると、前記ケースに前記保持体を収納する際の保持体の固定位置においては、上下位置に比べて、左右位置の方が隙間が出難いという実験結果が得られているため、上下位置の使用頻度は低いものと考えられるが、発熱体や保持体に使用される板状材料の厚みや保持体の材料、凸形状、つまり曲面の度合いなどによっては使用頻度が変化する可能性があるため、この発明の実施例の改良案として開示した。
【符号の説明】
【００２０】
１  薄板状ヒータ
２  電熱線（「ヒータ線」ともいう。）
３  発熱体
４  保持体
５  ケース
６  芯材
６−１、６−２、６−３  第１〜第３芯材
７  前側マイカ板
８  後側マイカ板
９  ハトメ
１０、１０  ニッケル線
１１  スチール板
１２  ステンレス板
１３  放射塗料
１４  線部材
１５  開口部
１６  絶縁チューブ
１７  耐熱シリコンシーラント
１８  断熱材
１９  補強板
２０  前面固定金具
２１  ヒータケース部
２２  外装フレーム部
【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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