面状ヒータ装置

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【発明の名称】	面状ヒータ装置
【発明者】	【氏名】豊嶋正吾【住所又は居所】愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番５６号日本碍子株式会社内【氏名】安達博人【住所又は居所】愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番５６号エヌジーケイ・キルンテック株式会社内
【要約】	【課題】応答性にすぐれること、材料ロスを防止できること、偏流に対応する前記是正構造を不要とすることを達成できる面状ヒータ装置を提供する。【解決手段】支持板３に１本のリボン状発熱線４を巻き廻して、支持板３面に発熱線の複数の発熱面４１を平行に配設した面状ヒータ２に特徴があり、この支持板３は、その平行な対向辺の１辺に山形凹凸３１ａをピッチＰで繰り返し形成し、他の辺に１／２ピッチずらせた同形の山形凹凸３１ｂを同ピッチＰで繰り返し形成したものである。１本のリボン状発熱線４を、前記山形凹凸３１ａの山形斜面３２ａに沿って巻き回し、かつ、図１に示すように、対向する両辺の山形凹凸間（３１ａと３１ｂとの間）に架設して、支持板３面に対して前記リボン状発熱線４の発熱面４１を平行に、かつ支持板面上にその発熱面４１を複数本、並列して配設した。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持板に１本のリボン状発熱線を巻き廻して、支持板面にその発熱線の発熱面を平行に設した面状ヒータを具備したことを特徴とする面状ヒータ装置。
【請求項２】
前記面状ヒータが、支持板の対向辺の１辺に山形凹凸を繰り返し形成し、他の辺に１／２ピッチずらせた同形の山形凹凸を繰り返し形成するとともに、１本のリボン状発熱線を前記山形斜面に沿って巻き回し、かつ対向する両辺の山形凹凸間に架設して、支持板面に対して前記リボン状発熱線の発熱面を平行に、かつ支持板面上にその発熱面を複数本、並列して配設したものである請求項１に記載の面状ヒータ装置。
【請求項３】
前記支持板が、マイカプレートまたはアルミナプレートからなる非吸水性電気絶縁材である請求項１または２に記載の面状ヒータ装置。
【請求項４】
前記支持板が、表裏貫通した空間を設けた枠状プレートである請求項３に記載の面状ヒータ装置。
【請求項５】
リボン状発熱線を配設した前記支持板の表面に、外周表面を固定する枠部材を装着した請求項２、３または４に記載の面状ヒータ装置。
【請求項６】
リボン状発熱線を配設した前記支持板を収容、固定するケースが、補強構造を持つ請求項２～５のいずれかに記載の面状ヒータ装置。
【請求項７】
面状ヒータの前面に、リボン状発熱線の垂れ下がり防止片を備えた枠部材を取り付けた請求項２～６のいずれかに記載の面状ヒータ装置。
【請求項８】
面状ヒータのリボン状発熱線の上面に、熱電対の先端部を直接スポット溶接した請求項２～７のいずれかに記載の面状ヒータ装置。

【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱応答性に優れた面状ヒータ装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、樹脂成形部品など製造に際して、面積の広い樹脂板を加熱する場合、各種面状ヒータ装置が用いられてきた。例えば、セラミック体中に電熱線を埋め込んだセラミック埋め込み遠赤外線ヒータを多数個、配列させた面状ヒータ装置がある。（特許文献１を参照）このようなセラミック埋め込み遠赤外線ヒータは、電熱線が外部に露出していないので耐久性に優れるものの、ヒータ自体の熱容量が大きいため、通電後、所定温度に到達するまでかなりの時間を要するので応答性に劣り、断続的な加熱運転には不適当であった。また非常時に通電を遮断しても、安全な温度域に降温するまでに時間がかかるという問題もあった。
【０００３】
このような応答性を改良した面状ヒータとして、鉄ニッケル系、ニッケルクロム系など所定材質のヒータ用金属薄板をエッチング加工またはプレス打ち抜き加工などによって、往復パターンの発熱部を形成した面状ヒータがある。（特許文献２を参照）この面状ヒータ装置の１例を図１３に示すが、このヒータ装置１は、薄板金属ヒータ素材を前記手段で往復パターンの発熱部１１に成形し、その折り返し部１２を固定ねじ２１でヒータ支持板２に固定したもので、往復パターン１１も両端部を通電端子１３、１３としている。
【０００４】
このようなヒータ装置では、装置の熱容量が小さくできるので、応答性が大幅に改善されるものである。しかし、ヒータ用金属薄板の一部が除去されるので材料ロスが生じることになる。さらにエッチングまたは打ち抜き加工そのものがコスト高の原因となり、全体が高価なものとなった。また材料の電気抵抗値にばらつきがあった場合、ヒータ抵抗値の調整がほとんどできないという不具合があるうえ、発熱部１１の折り返し部１２付近での電流の偏り（偏流）を防止するため、特別な是正構造を付加する必要あるなどの問題点があった。
【特許文献１】特公昭４５－０１７９４７号公報：特許請求の範囲
【特許文献２】特開２００１－１２６８４７公報：請求項１、図１、図１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、応答性にすぐれること、材料ロスを防止できること、偏流に対応する前記是正構造を不要とすることを達成できる面状ヒータ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の問題は、支持板に１本のリボン状発熱線を巻き廻して、支持板面に発熱線の発熱面を平行に配設した面状ヒータを具備することを特徴とする本発明の面状ヒータ装置によって、解決することができる。そして、本発明は、この面状ヒータを、支持板の対向辺の１辺に山形凹凸を繰り返し形成し、他の辺に１／２ピッチずらせた同形の山形凹凸を繰り返し形成するとともに、１本のリボン状発熱線を前記山形斜面に沿って巻き回し、かつ対向する両辺の山形凹凸間に架設して、支持板面に対して前記リボン状発熱線の発熱面を平行に、かつ支持板面上にその発熱面を複数本、並列して配設した形態とするのが好ましい。
【０００７】
さらに、本発明では、前記支持板が、マイカプレートまたはアルミナプレートからなる非吸水性電気絶縁材であるのが好ましく、またその形状としては、表裏貫通した空間を設けた枠状プレートであるのが好ましい。
また、リボン状発熱線を配設した前記支持板の表面に、外周表面を固定する枠部材を装着するのがより好ましい。また、リボン状発熱線を配設した前記支持板を収容、固定するケースが、補強構造を有するものであるのがより好ましい。
さらに、面状ヒータの前面にリボン状発熱線の垂れ下がり防止片を備えた枠部材を取り付けた構造とすることが好ましく、面状ヒータのリボン状発熱線の上面に、温度制御用の熱電対の先端部を直接スポット溶接した構造とすることもできる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の面状ヒータ装置は、このように、露出したリボンヒータを用いるので応答性にすぐれている。また、１本のリボン状発熱線を巻き廻して面状ヒータを構成しているので、材料ロスが全く発生しないという利点が得られる。そのうえ、１本のリボン状発熱線を巻き廻してヒータとするので、部分的な電流の偏りが生じないので、前記した是正構造は必要としないという優れた効果がある。よって本発明は、従来の問題点を解消した面状ヒータ装置として、工業的価値はきわめて大なるものがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の面状ヒ－タ装置に係る実施形態について、図１～６を参照しながら説明する。
本発明の面状ヒ－タ装置の特徴は、図１に例示するリボン状発熱線４を複数列に配設した面状ヒータ２を用いる点にあり、そして、支持板３に１本のリボン状発熱線４を巻き廻して、支持板３面に発熱線の複数の発熱面４１を平行に配設した面状ヒータ２にそのポイントがある。
【００１０】
さらに具体的に説明すると、本発明では、１本のリボン状発熱線４を巻き廻すために、図２に示す形状の支持板３を用いる。この支持板３は、その平行な対向辺の１辺に山形凹凸３１ａをピッチＰで繰り返し形成し、他の辺に１／２ピッチずらせた同形の山形凹凸３１ｂを同ピッチＰで繰り返し形成したものである。
【００１１】
そして、１本のリボン状発熱線４を、図３に示すように、前記山形凹凸３１aの山形斜面３２ａに沿って巻き回し、かつ、図１に示すように、対向する両辺の山形凹凸間（３１ａと３１ｂとの間）に架設して、支持板３面に対して前記リボン状発熱線４の発熱面４１を平行に、かつ支持板面上にその発熱面４１を複数本、並列して配設して好ましく構成される。
【００１２】
ここで、リボン状発熱線４は、端部４２、４２から引き出され、入力端子（図示せず）に接続される。なお、この実施形態では、山形斜面３２aは角度４５度の傾斜角とするのがよい。また、支持板３には、固定用孔３３が外周に４箇所設けてある。
【００１３】
本発明の面状ヒータ装置は、以上説明した面状ヒータ２を主要部材とするもので、その、部材構成例を図４に示す。図４では、四角枠付きケース５１内において、前記面状ヒータ２は発熱面４１を表面に向け、固定用孔３３を取付金具５２にねじ止めして収容、配設されている。なお、所要電力は、入力端子５３、５３から供給されるものである。また、ここで四角枠付きケース５１はその平面部に、発熱線からの輻射熱による変形を緩和するため、プレスによる絞り部５１ａなどの折り曲げ部分からなる補強構造をもつことが好ましい。
【００１４】
さらに、面状ヒータ２の表面に、その外周表面を枠状に固定する枠部材５４を装着して、発熱面４１の両端部分を押し圧するように構成すると、面状ヒータ２を下向きに設置した場合に、前記発熱面４１が垂れるのを防止できるのでより好ましい。この枠部材５４には、耐熱性、電気絶縁性などからアルミナ焼結セラミックスが好適である。
【００１５】
さらに、本発明に用いられる支持板３について補足すると、その材質としては、マイカ（雲母質）プレートまたは焼結アルミナプレートのような非吸水性電気絶縁材を利用するのが好適である。その厚さは、表面サイズにもよるが１ｍｍ～５ｍｍのものが利用可能である。またその形状としては、図５に例示するように、表裏貫通した多数の円孔空間３４（図５Ａ）や、中央をえぐった空間３５（図５Ｂ）を設けた枠状プレートとすれば、その支持板自体の熱容量が一層小さなものとなるので温度応答性がより改善される利点が得られるので好ましい。
【００１６】
本発明の面状ヒータ装置は、以上説明したように、リボン状発熱線を露出した状態で用いるので応答性に優れるのは言うまでもない。例えば、図６に示すように、セラミック埋め込み遠赤外ヒータでは、温度曲線Ａに示すように通電開始後３分経過しても飽和温度に到達しないが、本発明の面状ヒータ装置では温度曲線Ｂに示すように約１０秒後には飽和温度に達するという高い応答性が得られる。
【００１７】
このように、本発明では優れた応答性が得られるので、間歇加熱の場合には、加熱効率が高められるとともに加熱過程の電力ロスも低減できる。さらに、１本のリボン状発熱線を巻き廻して面状ヒータを構成しているので、発熱材の材料ロスが全く発生しないという格別の利点が得られる。そのうえ、発熱面の往復、折り返し部分においても、従来ヒータのように断面積の変化が存在しないので、部分的な電流の偏りが生じないので、材料劣化が生じないから従来のような是正構造も不要であるというメリットも得られる。
【００１８】
以上に説明した実施形態では、図４に示されるように四角形の枠部材５４によって面状ヒータ２の外周部を押さえたが、ヒータ使用中にリボン状発熱線４が熱膨張し、加熱面が下向きの場合には中央部が垂れ下がることがある。そこで図７、図８に示すように、面状ヒータ２の前面に取り付けられる枠部材５４をリボン状発熱線４の垂れ下がり防止片５５を備えたものとし、また、垂れ下がり防止片５５はリボン状発熱線どうしが接触することができない様に図９に示すように内側となる面に隔壁構造５６を持ち、面状ヒータ２の中央部の垂れ下がりを防止することが好ましい。なお垂れ下がり防止片５５は必ずしも１つである必要はないが、数を増やすと発熱面が遮蔽されるため、図示のように最も垂れ下がり易い中央部に１つ設けることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の面状ヒータ装置には温度を検出して出力を制御するための熱電対が取り付けられるが、従来の面状ヒータの場合には絶縁性の筒状体を取り付け、その内部に熱電対の先端部を挿入・固定するのが普通であった。しかし図１０、図１１に示すように、熱電対６０を構成する２本の金属線の先端をクロスさせ、リボン状発熱線４の中央部上面に直接スポット溶接することにより、構造の簡素化とコストダウンを図ることができる。
【００２０】
さてこの種の面状ヒータ装置は、１２５ｍｍ×１２５ｍｍのサイズで、１個当たりの発熱量が５７０～５８０Ｗであるものが一般的で、事実上の規格となっている。従来品は巻き線密度に限界があり、単位面積当たりの発熱量を上記制約に合わせるために、トランスで電圧を３０Ｖ程度まで落として通電していた。
【００２１】
しかし本発明の面状ヒータ装置は、前記したような特殊なリボン状発熱線４の巻き廻し構造を採用したので、巻き線密度により決定される単位面積あたりの抵抗値を従来品よりも高めることができ、電圧を５０Ｖとして運転しても上記制約に対応可能である。そこで図１２に示すように４個の面状ヒータ装置を直列に接続し、その両端に工業用電源電圧である２００Ｖを印加する運転方法を採用することができる。このような方法を採用すれば、従来のようにトランスを設置する必要がなくなり、大幅なコストダウンが可能となる。なお本発明の面状ヒータ装置は巻き線密度の調整可能幅が大きいので、必ずしも４個直列接続のみならず、２個直列接続や６個直列接続も可能である。このような使用方法が可能となるのも、本発明の大きな利点である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の面状ヒータ装置を説明するための面状ヒータの正面図。
【図２】本発明の支持板を示す正面図。
【図３】発熱線の巻き回し状態を説明するための支持板と発熱線の要部斜視図。
【図４】本発明の面状ヒータ装置を示す正面図（Ａ）、側面図（Ｂ）。
【図５】本発明の支持板の他の形態（Ａ）（Ｂ）を示す正面図。
【図６】本発明の応答性を示すグラフ。
【図７】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態を示す正面図である。
【図９】枠部材の内側面を示す平面図とそのＡ－Ａ断面図である。
【図１０】熱電対の取付構造を示す断面図である。
【図１１】熱電対の取付構造を示す平面図と側面図である。
【図１２】本発明の面状ヒータ装置の４個直列接続状態を示す平面図である。
【図１３】従来の面状ヒータ装置を示す正面図。
【符号の説明】
【００２３】
２：面状ヒータ
３：支持板、３１ａ、３１ｂ：山形凹凸，３２ａ、３２ｂ：山形斜面
４：リボン状発熱線、４１：発熱面

【出願人】	【識別番号】０００００４０６４【氏名又は名称】日本碍子株式会社【住所又は居所】愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番５６号【識別番号】５９１０７６１０９【氏名又は名称】エヌジーケイ・キルンテック株式会社【住所又は居所】愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番５６号
【出願日】	平成１７年１２月８日（２００５．１２．８）
【代理人】	【識別番号】１０００７８１０１【弁理士】【氏名又は名称】綿貫達雄【識別番号】１０００８５５２３【弁理士】【氏名又は名称】山本文夫
【公開番号】	特開２００６－２６１０９５（Ｐ２００６－２６１０９５Ａ）
【公開日】	平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【出願番号】	特願２００５－３５４３４２（Ｐ２００５－３５４３４２）