(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状電熱材を螺旋状に巻いて形成された発熱コイルと、発熱コイルの軸線上に直列に並べられている複数の碍子とを備えており、各碍子は、発熱コイルの内径より小さい外径を有する円板状基部と、基部外周面の周方向に等間隔で設けられかつ基部半径方向外方に突出した複数の第１短絡防止体と、各第１短絡防止体の先端に設けられている第２短絡防止体とを備えており、第１短絡防止体は、発熱コイルの線状電熱材の軸方向と平行になるように発熱コイルの軸方向に直交する面に対し傾斜させられかつ発熱コイルの隣り合う線状電熱材の間に位置させられて先端を発熱コイルの外方に突出させた板状に形成されており、第２短絡防止体は、第１短絡防止体と直交した板状に形成されており、碍子のその軸線回りの回転により、各第１短絡防止体が発熱コイルの隣り合う線状電熱材の間をこれにそって移動しうるようになされており、各碍子の全ての第１短絡防止体が、基部周方向に等間隔で並んでおり、隣り合う２つの碍子の第１短絡防止体が、基部軸方向からみて、基部周方向にずれている抵抗加熱ヒータ。
【請求項２】
第２短絡防止体の外側面が高絶縁性耐火材料でコーティングされていることを特徴とする請求項１記載の抵抗加熱ヒータ。
【請求項３】
各碍子の基部外周面に対する第１短絡防止体のそれぞれの位置が、線状電熱材の巻き方の進み具合に対応するように基部軸方向にずれている請求項１または２に記載の抵抗加熱ヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線状電熱材からなる発熱体を備えた抵抗加熱ヒータに関する。詳しくは、工業用熱処理設備等の加熱源として用いられる電気抵抗加熱ヒータ（以下、「抵抗加熱ヒータ」という）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の抵抗加熱ヒータとして、外周部に多数の貫通孔が形成された複数の円板状支持碍子と、複数のＵ字状発熱体とを備え、円板状支持碍子が、軸方向に所定の間隔を開けて直列に並べられ、それぞれの円板状支持碍子の貫通孔に、Ｕ字状発熱体の直線部が挿通されて碍子と発熱体とが固定されたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記、従来の抵抗加熱ヒータでは、碍子を挿通した複数のＵ字状発熱体の一端側において、各発熱体の端部同士を溶接等により互いに固定する必要があり、抵抗加熱ヒータの組立に要する工数が多くなり、ヒータが高価になるという問題がある。また、運搬のさいや熱処理設備等に組み付けるさい、一部の碍子が破損した場合でも破損した碍子のみを取り替えることができず、抵抗加熱ヒータ全部を交換しなければならないという問題がある。  また、発熱体が碍子を挿通した部分においては、発熱体の外周に碍子が位置しているため、放熱性が悪いという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、上記課題を解決し、組立が容易で安価かつ碍子の交換が可能であり、さらに放熱性のよい抵抗加熱ヒータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による抵抗加熱ヒータは、線状電熱材を螺旋状に巻いて形成された発熱コイルと、発熱コイルの軸線上に直列に並べられている複数の碍子とを備えており、各碍子は、発熱コイルの内径より小さい外径を有する円板状基部と、基部外周面の周方向に等間隔で設けられかつ基部半径方向外方に突出した複数の第１短絡防止体と、各第１短絡防止体の先端に設けられている第２短絡防止体とを備えており、第１短絡防止体は、発熱コイルの線状電熱材の軸方向と平行になるように発熱コイルの軸方向に直交する面に対し傾斜させられかつ発熱コイルの隣り合う線状電熱材の間に位置させられて先端を発熱コイルの外方に突出させた板状に形成されており、第２短絡防止体は、第１短絡防止体と直交した板状に形成されており、碍子のその軸線回りの回転により、各第１短絡防止体が発熱コイルの隣り合う線状電熱材の間をこれにそって移動しうるようになされており、各碍子の全ての第１短絡防止体が、基部周方向に等間隔で並んでおり、隣り合う２つの碍子の第１短絡防止体が、基部軸方向からみて、基部周方向にずれているものである。
【０００６】
上記の碍子において、第２短絡防止体の外側面を高絶縁性耐火材料でコーティングすることが望ましい。
【０００７】
この抵抗加熱ヒータにおいて、各碍子の基部外周面に対する第１短絡防止体のそれぞれの位置が、線状電熱材の巻き方の進み具合に対応するように基部軸方向にずれていることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１および図２に本発明の１実施形態の抵抗加熱ヒータが示されている。
【００１０】
抵抗加熱ヒータの発熱体(1) は、金属製線状電熱材、例えば、ニクロム製の電熱材を同一円筒面上にそれぞれ同方向かつ交互に所定の間隔をあけて螺旋状に巻いて形成された２個の発熱コイル(1a)を備えている。両発熱コイル(1a)の一端部同士がリング状の接続部材(1b)により接続され、両発熱コイル(1a)が一体になされ、二重螺旋状の発熱体(1) が構成されている。それぞれの発熱コイル(1a)の他端部は軸方向にそって折り曲げられ、その他端部に、発熱体(1) の軸方向に沿うとともに軸方向外側にのびた電導体製棒状部材(11)の一端がそれぞれ溶接により固定されている。さらに、棒状部材(11)の他端部に半径方向外方に突出した板状の端子部材(5) が溶接により固定されている。端子部材(5) は、適当な電源につながれたリード線に接続できるようになっている。
【００１１】
発熱体(1) の内側には、発熱コイル(1a)の内径より小さい外径を有する円板状の基部(2a)を備えた碍子(2) が軸方向に沿って直列に並べて配されている。碍子(2) は、一体焼成物であり、図３に示したように、碍子(2) の基部(2a)の中央には、軸方向の貫通孔(2b)が形成されている。各碍子(2) の基部(2a)の外周に、互いに周方向に９０°の角度をなして半径方向外方に突出した４個の板状の第１短絡防止体(2c)が形成されている。各第１短絡防止体(2c)の先端に第１短絡防止体(2c)と直交した板状の第２短絡防止体(2d)が形成されている。両第１短絡防止体(2c)は発熱コイル(1a)の線状電熱材の軸方向と平行になるように、発熱体(1) の軸方向に垂直な面に対して傾斜している。また、第１短絡防止体(2c)は、互いに軸方向に発熱コイル(1a)のピッチの１／４ずつずれた位置に設けられ、それぞれの防止体(2c)が発熱コイル(1a)の線状電熱材間に位置するようになされている。また、隣り合った碍子(2) の第１短絡防止体(2c)が、それぞれ同一方向、または周方向に互いに４５°の角度をなすように配置されている。碍子(2) の基部(2a)外周および第１、第２短絡防止体(2c)(2d)は高温でも絶縁性に優れた高純度アルミナによりコーティングされている。また、第２短絡防止体(2d)の外側面のみがコーティングされていることもある。
【００１２】
発熱体(1) の一端側には、円板状の基部(3a)を備えた支持碍子(3) が配されている。基部(3a)の発熱体(1) 側端面には、突部(3b)が形成されており、発熱体(1) の一端面と支持碍子(3) の基部(3a)との間に間隔があくように、突部(3b)の先端部が発熱体(1) の内側に位置し、突部(3b)の先端面が支持碍子(3) 側の端に位置した碍子(2) の一端面に当接している。また、突部(3b)の直径は、発熱コイル(1a)の内径より小さく、発熱体(1) の先端部が、突部(3a)の周囲に突部(3) の外周部と間隔をあけて位置するようになされている。支持碍子(3) の中央部には１個の軸方向貫通孔(3c)が形成されているとともに、支持碍子(3) の一端側端面に凹部(3d)が形成されている。碍子(3) の外周は高純度アルミナによりコーティングされている。
【００１３】
一方、発熱体(1) の他端側には、支持碍子(3) の基部(3a)と同外径を有する円板状の支持碍子(4) が配されている。支持碍子(4) の中央部には１個の軸方向貫通孔(4a)が、支持碍子(4) の外周部には２個の軸方向貫通孔(4b)が形成されており、発熱体(1) の棒状部材(11)が貫通孔(4b)に挿通されている。また、支持碍子(4) の外周部の貫通孔(4b)に、貫通孔(4b)から半径方向外方に向かって碍子(4) の外周まで伸びたスリット(4c)が形成されており、貫通孔(4b)に棒状部材(11)を挿通するさいに、端子部材(5) がスリット(4c)を通るようになされている。支持碍子(4) の外周は高純度アルミナによりコーティングされている。
【００１４】
各碍子(2)(3)(4) の中央部に形成された貫通孔(2b)(3c)(4a)はそれぞれ互いに連通しているとともに、各貫通孔(2b)(3c)(4a)に棒状の発熱体固定部材(6) が挿通されている。発熱体固定部材(6) は、一端部が支持碍子(3) の凹部(3d)内に位置して支持碍子(3) から突出することなく、他端部が支持碍子(4) から突出する長さを有しているとともに、固定部材(6) の両端にはおねじ部が設けられており、それぞれのおねじ部にナット(7) が締め合わされて発熱体(1) および各碍子(2)(3)(4) が一体になされている。また、固定部材(6) には、軸方向の貫通孔(6a)が形成されている。
【００１５】
一体になった発熱体(1) および各碍子(2)(3)(4) が、一端側が閉塞されて他端側が開口した例えば耐熱鋼からなるラジアントチューブ(9) 内に、支持碍子(3) が閉塞側に位置するよう、かつ、端子部材(5) がラジアントチューブ(9) 外に位置するように挿入されている。このさい第２短絡防止体(2d)は、発熱体(1) 外周とラジアントチューブ(9) 内周との間にある。
【００１６】
上記のように構成された抵抗加熱ヒータにおいては、例えば、両側の支持碍子(3)(4)のいずれか一方が破損した場合には、それぞれの側に位置したナット(7) を緩めて破損した碍子(3)(4)を発熱体固定部材(6) から抜いて、新たな碍子(3)(4)と交換した後、ナット(7) を締めればよい。支持碍子(4) を交換するさいは、端子部材(5) がスリット(4c)を通るので端子部材(5) と碍子(4) とが干渉することがない。
【００１７】
また、直列に並べられた碍子(2) の１個または２個以上が破損した場合、支持碍子(4) 側のナット(7) を緩めて支持碍子(4) を発熱体固定部材(6) から抜いた後、碍子(2) を回転させて第１短絡防止部材(2c)を発熱コイル(1a)の巻方向に沿って移動させ、碍子(2) を発熱コイル(1a)の他端に位置させ、他端に位置した碍子(2) から順に、発熱コイル(1a)の内側から取り出し、破損した碍子(2) を新たな碍子(2) と交換した後、発熱コイル(1a)の他端側から順に、取り出した碍子(2) および交換した碍子(2) を回転させて第１短絡防止部材(2c)を発熱コイル(1a)の巻方向に沿って移動させ、碍子(2) を発熱コイル(1a)の所定箇所に位置させ、発熱体固定部材(6) を支持碍子(4) に挿通させてナット(7) を締めればよい。
【００１８】
上記の抵抗加熱ヒータを熱処理設備等において使用するさい、発熱体固定部材(6) の貫通孔(6a)の他端側開口から不活性ガスを吹き込めば、不活性ガスがチューブ(9) 内にくまなく行き渡り、発熱体(1) の過度の酸化を防止することができる。
【００１９】
また、抵抗加熱ヒータの使用時に発熱体(1) が熱膨張しても、発熱体(1) の一端面と支持碍子(3) の基部(3a)との間および発熱体(1) の内側と基部(3a)外周との間に間隔が開けられているので、熱膨張による伸長を吸収することができ、発熱コイル(1a)は自由に膨脹できる。
【００２０】
図４に、本発明の抵抗加熱ヒータに用いられる他の碍子(12)が示されている。同図に示された碍子(12)は、円柱状の基部(12a) の中央部に形成された軸方向貫通孔(12b) と、基部(12a) の外周面から、互いに周方向に１８０°の角度をなして半径方向外方に突出した２個の板状の第１短絡防止体(12c) と、各第１短絡防止体(12c) の先端に形成された第１短絡防止体(12c) と直交した板状の第２短絡防止体(12d) とを備えている。両第１短絡防止体(12c) は発熱コイル(1a)の線状電熱材の軸方向と平行になるように、軸方向に垂直な面に対して傾斜しているとともに互いに軸方向に発熱コイル(1a)のピッチの１／２ずつずれた位置に設けられており、それぞれ発熱コイル(1a)の線状電熱材間に位置するようになされている。碍子(12)の外周および第１、第２短絡防止体(12c)(12d)は高純度アルミナによりコーティングされている。
【００２１】
図５に、本発明の第２実施形態の抵抗加熱ヒータが示されている。なお、以下の説明において第１の実施形態に示されているものと同一物および同一部分には同一符号を付して説明を省略する。この抵抗加熱ヒータにおいては、Ｌ字状の端子部材(15)が用いられている。端子部材(15)は、軸線に平行な取付部と、半径方向外方に突出した端子部とからなり、取付部が棒状部材(11)に溶接されているとともに、両端子部材(15)の端子部が周方向に互いに１８０°をなすようになされている。支持碍子(14)の中央部に軸方向貫通孔(14a) が１個、外周部に円周方向に長い軸方向貫通孔(14b) が２個形成されている。また、周部の貫通孔(14b) からそれぞれ周方向に互いに１８０°の角度をなして外側にのびた切欠(14c) が形成されている。
【００２２】
上記の抵抗加熱ヒータにおいては、ナット(7) を外した後、碍子(14)を回転させて切欠(14c) と端子部材(15)の位置を合わせた後に碍子(14)を抜けばよい。
【００２３】
上記の抵抗加熱ヒータにおいては、ナット(7) を外した後、碍子(24)を回転させて切欠(24c) と端子部材(25)の位置を合わせた後に碍子(24)を抜けばよい。
【００２４】
なお、碍子の基部から突出する第１短絡防止体の数は、上記実施形態のように、２または４個に限られるものではなく、５個以上であってもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の抵抗加熱ヒータにおいては、各碍子と発熱体とを互いに固定する必要が無く、抵抗加熱ヒータの組立に要する工数を少なくすることができ、ヒータが安価になる。また、発熱体の線状電熱材間に第１短絡防止体が位置しているので螺旋状発熱体の電熱材同士が短絡することがない。さらに、チューブと発熱体との間に第２短絡防止体が位置しているので、チューブと発熱体とが接触して短絡することがない。また、碍子が破損した場合は、端に位置した碍子から順に回転させて軸方向に移動させて発熱体の端から碍子を取り出し、破損した碍子を交換する。この後、碍子を、発熱コイルの端から順に入れ、碍子を回転させて所定の場所に位置させればよい。さらに、発熱体の周囲を碍子が覆いつくすことがないので、放熱性がよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明における第１実施形態の抵抗加熱ヒータの分解斜視図である。
【図２】  同抵抗加熱ヒータの縦断面図である。
【図３】  同抵抗加熱ヒータに用いられる碍子の斜視図である。
【図４】  同抵抗加熱ヒータに用いられる他の碍子の斜視図である。
【図５】  本発明における第２実施形態の抵抗加熱ヒータの分解斜視図である。
【符号の説明】
(1)                 発熱体
(1a)                発熱コイル
(2)(12)             碍子
(2c)(12c)           第１短絡防止体
(2d)(12d)  第２短絡防止体
【図１】
0003975243.tif 000002
【図２】
0003975243.tif 000003
【図３】
0003975243.tif 000004
【図４】
0003975243.tif 000005
【図５】
0003975243.tif 000006