(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体と、この発熱体のうちスリットに交差する幅方向端部をそれぞれ支持する碍子とを備えた電気ヒーターであって、
前記碍子は、前記幅方向端部をそれぞれ屈曲させて形成した屈曲部を係止させる係止部と前記幅方向端部を押さえる押さえ部とを有し、前記係止部及び前記押さえ部により前記幅方向端部を前記碍子と係合させてある電気ヒーター。
【請求項２】
前記発熱体を一対の前記幅方向端部間においてなだらかな円弧状又は直線状に形成してある請求項１記載の電気ヒーター。
【請求項３】
前記発熱体を一対の前記幅方向端部間においてなだらかな円弧状に形成すると共に、各幅方向端部を前記円弧の外側に向かって屈曲させてある請求項１記載の電気ヒーター。
【請求項４】
前記碍子を第一、第二分割体に分割形成し、これら分割体に前記係止部と前記押さえ部とを設け、前記係止部と前記押さえ部との間に前記屈曲部の移動を許容するクリアランスを設けてある請求項１〜３のいずれかに記載の電気ヒーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気ヒーターに関するものである。さらに詳しくは、スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体と、この発熱体のうちスリットに交差する両幅方向端部をそれぞれ支持する碍子とを備えた電気ヒーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電気ヒーターに用いる電気抵抗発熱体１２０としては、図９，１０に示すように、板状発熱体に対してスリット１２１を幅方向端部１２２から左右交互に形成したものが知られている。そして、支持部１１１を有する棒状の碍子１１０により発熱体１２０の両幅方向端部１２２を支持することで、電気ヒーター１００を構成していた。
【０００３】
ところが、この種の電気ヒーター１００を使用し続けると、発熱体１２０の幅方向端部１２２が碍子１１０から脱落する場合があった。また、符号ｅ１〜ｅ４に示す端部のいくつかのみが碍子１１０から脱落し、他の発熱体部分の上に乗り上げるといったようないわゆる発熱体１２０の「暴れ」を生じることもあった。
【０００４】
また、特に、上述の支持部１１１の他に、この支持部１１１と共に幅方向端部１２２を挟み込む断熱材等の第二支持部１１２が存在する場合がある。この場合、第一、第二支持部１１１，１１２と幅方向端部１２２との間の摩擦係数が符号ｅ１〜ｅ４に示す複数の端部間で不均一となり易く、したがって、不均一な摩擦係数の影響で、上述の「暴れ」がより一層拡大するおそれがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来の実状に鑑みて、本発明は、発熱体が碍子から脱落しにくい電気ヒーターを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
図１１に示すように、この種の発熱体１２０は、符号１２０ａに示す通常状態から、符号１２０ｂに示す通電による熱膨張状態に移行する際、発熱体１２０が両幅方向端部１２１ｘ，１２１ｙを一対の碍子１１０，１１０にそれぞれ突っ張らせることとなる。この突っ張りによって、発熱体１２０は湾曲の曲率半径を減少させるようにさらに屈曲させられる。その後、符号１２０ｃに示す冷却状態に移行すると、発熱体１２０全体の屈曲状況は変わらずに両幅方向端部１２１ｘ，１２１ｙ間のスパンのみが減少することがある。発明者らの実験と考察によれば、このような状況により、発熱体１２０の幅方向端部１２１ｘが碍子１１０から脱落したり、発熱体の暴れが生じたりすることが判明した。
【０００７】
そこで、上記目的を達成するため、本発明に係る電気ヒーターの特徴は、スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体と、この発熱体のうちスリットに交差する幅方向端部をそれぞれ支持する碍子とを備えた構成において、前記碍子は、前記幅方向端部をそれぞれ屈曲させて形成した屈曲部を係止させる係止部と前記幅方向端部を押さえる押さえ部とを有し、前記係止部及び前記押さえ部により前記幅方向端部を前記碍子と係合させたことにある。
【０００８】
同特徴によれば、発熱体については、その幅方向端部を屈曲させるだけの簡素な加工を施せば足りる。例えば固定用の孔を発熱体に形成する場合に比較して加工が極めて簡易であり、しかも、電流路の設計にも影響を殆ど与えることはない。また、発熱体の屈曲させた幅方向端部を係合させるだけであるから、碍子の構成も極めて簡素で製作し易い。そして、幅方向端部を一律に屈曲させればよいので、上述のスリットが形成されていても、発熱体の幅方向端部が部分的に脱落することもなく、上述した発熱体の「暴れ」も生じ難い。
【０００９】
望ましくは、前記発熱体を一対の前記幅方向端部間においてなだらかな円弧状又は直線状に形成するとよい。両幅方向端部間に局所的屈曲部が存在すると、上述の熱膨張による屈曲が当該局所的屈曲部に集中し易いからである。また、前記発熱体を一対の前記幅方向端部間においてなだらかな円弧状に形成する場合には、前記円弧の外側に向かって各幅方向端部を屈曲させるとよい。
【００１０】
そして、前記碍子を第一、第二分割体に分割形成し、これら分割体に前記係止部と前記押さえ部とを設け、前記係止部と前記押さえ部との間に前記屈曲部の移動を許容するクリアランスを設けるとよい。同クリアランスにより屈曲部の移動が許容され、発熱体の熱膨張による変形が吸収されるからである。本発明のさらに他の目的、構成、効果については以下に示す「発明の実施の形態」の欄で明らかになるであろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
図１〜３に示すように、本発明の第一実施形態にかかる電気ヒーター１は、主として炉の天井等に設置されるものであって、大略、鋼材により構成されるフレーム２と、このフレーム２に固定される碍子１０と、この碍子１０に支持される発熱体２０とを備えている。フレーム２は、チャンネル状の縦フレーム３と、縦フレーム３同士を繋ぐ横フレーム４と、縦フレームから突出する固定ピン５とを備えている。縦フレーム３の上側開口部は間欠的に補助材３ａにより固定され、変形が防止されている。
【００１２】
碍子１０は、縦フレーム３に沿って配置される第一分割体１１ａと第二分割体１２ａとよりなる。これら第一、第二分割体１１ａ，１２ａ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いわゆるセラミックス材料や窒化珪素質材料により構成され、発熱体２０とフレーム２とを電気的に絶縁する。各第一、第二分割体１１ａ，１２ａには、縦フレーム３から下方に突出する固定ピン５を貫通させるための貫通孔が形成されている。そして、この固定ピン５への貫通と固定ピン５先端に横向けに貫通させた小貫通孔への割ピン６の貫通及び拡大により、各第一、第二分割体１１ａ，１２ａは縦フレーム３に固定される。
【００１３】
発熱体２０は、板状に且つ矩形状又は帯状に形成された電気抵抗発熱体の対向する辺に複数のスリット２１を交互に切り込むことで、蛇行状の電流路を有するように構成してある。この発熱体２０のうちスリット２１に直交状に交差する一対の端部２２，２２、すなわち、発熱体２０の幅方向における縦フレーム３に沿う端部を本明細書では「幅方向端部」と称する。発熱体２０における一対の幅方向端部２２，２２の間は、縦フレーム３の長手方向視でなだらかな円弧状（アーチ状）をなすように形成してある。発熱体２０は上側に凸となる形状に屈曲されており、発熱体２０の発熱時には重力と相まって各部分に主として圧縮応力が均等に作用し、アーチ状の形状を維持できるように構成されている。
【００１４】
また、発熱体２０のなす円弧の外側、すなわち、本実施形態では上方に向かって各幅方向端部２２を直交状に屈曲させることにより、屈曲部２３を形成してある。屈曲部２３の屈曲加工は板材に対するスリット２１の形成後に行えばよい。
【００１５】
図３，４に示すように、第一分割体１１ａの係止部１３と第二分割体１２ａの押さえ部１４との間には、略水平方向に沿う対向面の間に狭幅部１５が形成され、略垂直方向に沿う対向面の間にクリアランス１６が形成される。屈曲部２３は第一分割体１１ａの係止部１３によって係止される。また、幅方向端部２２における発熱体２０の下面２４が第二分割体１２ａの押さえ部１４によって下方に抜けないように押さえられる。すなわち、係止部１３、狭幅部１５及び屈曲部２３が相まって、発熱体２０の熱収縮時等における幅方向端部２２の矢印Ｄ１方向に対する抜けが防止される。一方、先のクリアランス１６は、発熱体２０の熱膨張時における発熱体２０の伸張変形の一部、具体的には、屈曲部２３が図４の符号２３ａから符号２３ｂに示す位置に移動するような矢印Ｄ２方向に対する伸張変形を吸収することができる。
【００１６】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の部材には同様の符号を附してあり、主として上記実施形態と異なる部分について説明する。
【００１７】
図５に示す第二実施形態は、主として床用として使用する電気ヒーター１に関する。本実施形態では、フレーム２と碍子１０とが上記第一実施形態とは上下逆の関係となっている。また、発熱体２０は上側が凸となるなだらかな円弧状をなすようにアーチ状に屈曲させてある。本実施形態では、縦フレーム３に取り付けられる第一分割体１１ｂに押さえ部１４が形成され、第二分割体１２ｂに係止部１３が形成されている。
【００１８】
発熱体は図５の符号２０ａに示すように直線状に形成しても構わないが、電気ヒーター１が水平に配置される場合は上述の如くアーチ状に形成することが形態の安定性から望ましい。したがって、発熱体２０の幅方向、換言すれば横フレーム２の長手方向を垂直に配向するように電気ヒーター１が配置される場合には、発熱体を符号２０ａに示すように直線状に形成することが望ましい。
【００１９】
図６に示す第三実施形態では、第一実施形態とは異なり、発熱体２０が下側に凸となるように形成してある。この場合、縦フレーム３に固定する第一分割体１１ｃに押さえ部１４が形成され、第二分割体１２ｃに係止部１３が形成されている。
【００２０】
図７に示す第四実施形態では、第一実施形態と異なり、発熱体２０のなす円弧の内側、すなわち、本実施形態では下方に向かって各幅方向端部２２を直交状に屈曲させることにより、屈曲部２３を形成してある。同構成でも幅方向端部２２の抜けは防止されるが、第二分割体１２ｄによる符号Ｗに示す隠蔽部の幅が拡大して発熱体２０の放熱効率は低下する。したがって、放熱効率の点からは、発熱体２０のなす円弧の外側に幅方向端部２２を屈曲させることが望ましい。
【００２１】
図８に示す第五実施形態では、第一実施形態と異なり、碍子１０が断面逆Ｔ字型の第一分割体１１ｅと、板状の２つの第二分割体１２ｅとよりなる。発熱体２０の幅方向端部２２はフック状の屈曲部２３とされ、第二分割体１２ｅの下端である押さえ部１４が屈曲部２３の上面に沿う形状とされている。一方、第一分割体１１ｅの下側左右部分は、屈曲部２３の屈曲内側に係止する係止部１３として形成され、押さえ部１４と相まって屈曲部２３の抜けを防止する。第二分割体１２ｅの上端はピン５に貫通されるチャンネル材１７により固定される。
【００２２】
本第五実施形態では、発熱体２０の中間部のなだらかな屈曲よりもさらに曲率半径が極端に小さな反転屈曲部２５を幅方向端部２２の近傍に形成してある。但し、発熱体２０の熱膨張により反転屈曲部２５に対して変形が集中するようであれば、反転屈曲部２５を一対の幅方向端部２２，２２間に設けず、これら一対の幅方向端部２２，２２間においてなだらかな円弧状又は直線状に発熱体２０を形成することが望ましい。
【００２３】
本発明のさらに他の実施形態について言及する。
上記実施形態では、スリット２１を交互に形成することで、蛇行状の電流路を構成した。しかし、スリット２１を２つおきに交合に形成したり、スリット２１を板材の幅方向中間までに留める等、スリット２１の態様は上記実施形態に限られるものではない。
【００２４】
上記各実施形態では、フレーム２を鋼材により構成した。しかし、フレーム２は、セラミックウール等の不燃材により構成しても構わない。
【００２５】
【発明の効果】
このように、上記本発明によれば、簡素な構成で発熱体が碍子から脱落しにくくて発熱体の暴れも生じにくい電気ヒーターを提供することができる。その結果、電気ヒーターの耐久性を向上させ、当該ヒーターを用いる製造設備等の寿命を延長し、生産効率をも向上させることができる。
【００２６】
なお、特許請求の範囲の項に記入した符号は、あくまでも図面との対照を便利にするためのものにすぎず、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる電気ヒーター縦断面図である。
【図２】図１の底面図である。
【図３】碍子近傍の縦断面図である。
【図４】碍子と発熱体の幅方向端部との関係を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態を示す電気ヒーターの縦断面図である。
【図６】本発明の第三実施形態を示す碍子近傍の縦断面図である。
【図７】本発明の第四実施形態を示す碍子近傍の縦断面図である。
【図８】本発明の第五実施形態を示す碍子近傍の縦断面図である。
【図９】従来例における碍子近傍の縦断面図である。
【図１０】従来例における電気ヒーターの底面図である。
【図１１】発熱体の熱膨張・収縮と碍子との関係を示す概略図である。
【符号の説明】
１：電気ヒーター、２：フレーム、３：縦フレーム、３ａ：補助材、４：横フレーム、５：固定ピン、６：割ピン、１０：碍子、１１ａ〜１１ｅ：第一分割体、１２ａ〜１２ｅ：第二分割体、１３：係止部、１４：押さえ部、１５：狭幅部、１６：クリアランス、１７：チャンネル材、２０：発熱体、２１：スリット、２２：幅方向端部、２３：屈曲部、２４：下面、２５：反転屈曲部、１００：電気ヒーター、１１０：碍子、１１１：支持部、１１２：第二支持部、１２０：発熱体、１２１：スリット、１２２：幅方向端部
【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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【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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