JP2008059788A

JP2008059788A - 輻射ヒータ

Info

Publication number: JP2008059788A
Application number: JP2006232254A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Takai; 俊広高井; Seien Ohashi; 靖艶大橋; Kazuji Hayashi; 和司林
Original assignee: Asano Laboratories Co Ltd
Current assignee: Asano Laboratories Co Ltd
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2008-03-13
Also published as: US20080083733A1

Abstract

【課題】帯状ヒータエレメントの加熱面からの熱の輻射を促進して被加熱物を効率良く加熱するととともに、前記支持板に対向する対向面からの熱の輻射を抑えて、支持板及び接続端子の温度上昇を抑制してこれらの部材の寿命延長を図ることができる輻射ヒータを提供する。
【解決手段】概略矩形状をなす支持板の一方の面に立設されている一対の接続端子の間に、帯状ヒータエレメント４０を、その幅方向が前記支持板と平行な平面に沿うように前記支持板の一方の面を覆うように配置した輻射ヒータであって、帯状ヒータエレメント４０は複数の張架支持部材によって支持されており、さらに、帯状ヒータエレメント４０の被加熱物に向けられる加熱面４０Ａには、輻射率を向上させる塗膜４６が形成されているが、加熱面４０Ａとは反対面であって前記支持板に対向する対向面４０Ｂには、塗膜４６が形成されていないことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、発熱体の温度を上昇させて、この発熱体からの輻射熱によって被加熱物を加熱する輻射ヒータに関するものであって、特に、熱可塑性樹脂シート材を加熱して成形する成形装置の加熱器に好適なものである。

従来、前述の輻射ヒータとして、例えば特許文献１に示されるように、一対の接続端子が間隔を開けて配置された支持板の一方の面に、帯状ヒータエレメントがその幅方向を支持板と平行となるように、かつ、前記支持板の一方の面を略覆うように配置されたものが提案されている。
この輻射ヒータにおいては、帯状ヒータエレメントに接続端子を介して通電することにより帯状ヒータエレメントを直接発熱させ、この帯状ヒータエレメントからの輻射熱によって被加熱物を加熱するものである。

このような輻射ヒータにおいては、帯状ヒータエレメントへ通電する電流または電圧を変化させることで帯状ヒータエレメント自体の温度を調整することができ、この輻射ヒータによる被加熱物の加熱状態を応答性良く制御することができる。
したがって、例えば前述の成形装置の加熱器として使用した場合には、被加熱物である熱可塑性樹脂シート材の温度を測定した結果をフィードバックさせて輻射ヒータの加熱状態を瞬時に調整でき、熱可塑性樹脂シート材を所定の温度に加熱することが可能となる。
特開２００２−２６０８３１号公報

ところで、帯状ヒータエレメントに通電して発熱させた場合には、帯状ヒータエレメントの被加熱物を向く面（加熱面）から熱が輻射されるのみならず、この加熱面の裏側、つまり、前記支持板に対向する面（対向面）からも熱が輻射される。このため、支持板側にも熱が伝わって温度上昇するため、支持板が熱変形してしまうといった問題や、接続端子や接続端子に接続された電源ケーブルの寿命が短くなってしまうといった問題があった。

さらに、被加熱物を効率良く加熱するために、支持板に反射率の高い反射板を設けて帯状ヒータエレメントの対向面から輻射された熱を被加熱物側へと反射させる輻射ヒータも提供されているが、この場合、輻射ヒータによる被加熱物の加熱状態は、帯状ヒータエレメントの加熱面からの輻射熱と反射板からの反射熱によって決定される。ここで、反射板の表面が酸化したり汚れたりして反射率が低下した場合には、反射熱が小さくなってしまい、反射板の表面状態によって輻射ヒータによる加熱状態が変動してしまうことになる。
したがって、複数の輻射ヒータを並べて使用した場合には、個々の輻射ヒータにおける加熱状態がばらついてしまい、被加熱物を均一に加熱することができないことがあった。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、帯状ヒータエレメントの被加熱物に向けられる加熱面からの熱の輻射を促進して被加熱物を効率良く加熱するととともに、前記支持板に対向する対向面からの熱の輻射を抑えて、支持板及び接続端子の温度上昇を抑制してこれらの部材の寿命延長を図ることができる輻射ヒータを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係る輻射ヒータは、概略矩形状をなす支持板と、該支持板の一方の面に略垂直に互いに間隔をあけて立設されている一対の接続端子とを有し、これら一対の接続端子の間に、帯状ヒータエレメントを、その幅方向が前記支持板と平行な平面に沿うように、しかも前記支持板の一方の面を覆うように配置した輻射ヒータであって、前記一対の接続端子の間に配置された前記帯状ヒータエレメントは、前記支持板から互いに間隔を開けて絶縁体を介して立設された複数の張架支持部材によって前記支持板から離間した状態で支持されており、さらに、前記帯状ヒータエレメントの被加熱物に向けられる加熱面には、輻射率を向上させる塗膜が形成されているが、該加熱面とは反対面であって前記支持板に対向する対向面には、前記塗膜が形成されていないものであることを特徴としている。

この構成の輻射ヒータによれば、帯状ヒータエレメントの被加熱物に向けられる加熱面に輻射率を向上させる塗膜が形成されているので、加熱面からの熱の輻射が促進され、被加熱物を効率良く加熱することができる。また、帯状ヒータエレメントの前記支持板と対向する対向面には、輻射率を向上させる前記塗膜が形成されていないので、対向面からの熱の輻射が抑えられることになる。したがって、支持板の温度上昇を抑制して、支持板及び接続端子への熱影響を抑えることができ、これらの部材の寿命延長を図ることができる。

さらに、対向面からの輻射熱が抑えられているので、支持板に反射率の高い反射板を設けて熱を反射させる必要がなく、反射板の表面状態によって輻射ヒータの加熱状態がばらつくことがない。すなわち、この輻射ヒータにおいては、反射熱は加熱にほとんど寄与せず、帯状ヒータエレメントの加熱面からの輻射熱のみが被加熱物の加熱に寄与することになる。したがって、輻射ヒータ毎の加熱状態のばらつきが小さく、複数の輻射ヒータを並べて使用した場合でも、個々の輻射ヒータにおける加熱状態が一定となり、被加熱物を均一に加熱することができる。

ここで、前記帯状ヒータエレメントを、その幅方向中央部が前記加熱面側に向けて突出するように断面山形状とすることにより、山形状の稜線がリブのように作用して、この帯状ヒータエレメントの剛性を向上させることができ、張架支持部材の間の部分が垂れ下がるように変形することを防止できる。

さらに、前記支持板と前記帯状ヒータエレメントとの間に断熱材を配置することにより、支持板側への熱の伝達をさらに抑えることができ、支持板及び接続端子の温度上昇を抑制して、これらの部材の更なる寿命延長を図ることができる。

また、前記帯状ヒータエレメントを、前記加熱面に対向する側から見て、前記加熱面の面積が前記支持板の面積の５５％から７５％を占めるように構成することが好ましい。
前記加熱面の面積を前記支持板の面積の５５％以上とすることによって、帯状ヒータエレメント自体からの輻射熱にのみでも被加熱物を一様に加熱することができる。
また、前記加熱面の面積を前記支持板の面積の７５％以下とすることによって、隣り合うように配置された帯状ヒータエレメント同士の間の空隙を確保することができる。したがって、この帯状ヒータエレメントが熱膨張によって変形しても隣り合うように配置された帯状ヒータエレメント同士の接触を防止でき、帯状ヒータエレメントを温度上昇させて輻射熱を大きくしても安定して加熱することができる。
なお、この効果をさらに確実に奏功せしめるために、前記加熱面の面積が前記支持板の面積の６０％から７０％を占めるように構成することがより好ましい。

本発明によれば、帯状ヒータエレメントの被加熱物に向けられる加熱面からの熱の輻射を促進して被加熱物を効率良く加熱するととともに、前記支持板に対向する対向面からの熱の輻射を抑えて、支持板及び接続端子の温度上昇を抑制してこれらの部材の寿命延長を図ることができる輻射ヒータを提供することができる。

以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照にして説明する。図１から図３に本実施形態である輻射ヒータを示す。
この輻射ヒータ１０は、概略正方形平板状をなす支持板１１と、この支持板１１の一方側（図２において上側）を向く面１１Ａ側に配置される帯状ヒータエレメント４０とを有している。

支持板１１は、例えばステンレス鋼の板材から構成されており、その外形を詳述すると、正方形面の４つの角部がそれぞれ正方形面の辺稜部に対して４５°で交差する直線で切り落とされた八角形平板状をなしている。この八角形面の辺稜部には、それぞれ支持板１１に対して直交するように一方側を向く面１１Ａ側に向けて折り曲げられて構成された側壁部１２が配設されている。これにより、この支持板１１は、全体として八角形の角盆状をなしている。なお、各辺稜部に形成された側壁部１２同士の間にはスリットが形成されている。
また、支持板１１の一方側を向く面１１Ａには、断熱材としてマイカシート１３が貼着されている。なお、このマイカシート１３は断熱性及び絶縁特性に優れたものである。

さらに、支持板１１の一方側を向く面１１Ａには、複数の張架支持部材１５及び一対の接続端子２０、２０が配置されている。本実施形態においては、図１に示すように、八角形面の対角上（図１おいては、左上側及び右下側）に前記一対の接続端子２０、２０が配置され、これらの接続端子２０、２０の間に８個の張架支持部材１５が、八角形面の対向する一対の辺稜部（図１において上側及び下側に位置する辺稜部）に沿ってそれぞれ交互に配置されている。なお、これらの張架支持部材１５及び一対の接続端子２０、２０の支持板１１の一方側を向く面１１Ａからの突出高さは、前記側壁部１２の高さよりも一段低くなるように設定されている。

張架支持部材１５は、図２に示すように、支持板１１に穿設された貫通孔を通じて一方側を向く面１１Ａ側に向けて突出するように固定されたスタッドピン１６に、概略円筒状をなす一対のスペーサ（第１スペーサ１７及び第２スペーサ１８）が貫通されてブッシュナット１９で固定されることで構成されている。

支持板１１の一方側を向く面１１Ａにマイカシート１３を介して接するように配置された第１スペーサ１７は、絶縁体によって構成され、その一方側を向く端面の中央に凹部１７Ａが穿設されている。
また、第２スペーサ１８は、同じく絶縁体によって構成され、他方側（図２において下側）に向けて突出して前記凹部１７Ａに嵌合可能な凸部１８Ａを有している。ここで、この凸部１８Ａの突出高さは前記凹部１７Ａの深さよりも大きくされており、これら第１、第２スペーサ１７、１８の間に位置するスタッドピン１６の周縁に、僅かなスペースが形成されることになる。

接続端子２０は、支持板１１の角部に設けられた貫通孔に一方側を向く面１１Ａから嵌入される矩形平板状をなす絶縁碍子２１と、支持板１１及び絶縁碍子２１を貫通するようにして支持板１１の一方側を向く面１１Ａ及び他方側を向く面１１Ｂからそれぞれ突出するように配置されるボルト２２とを有している。

ボルト２２のうち支持板１１の一方側を向く面１１Ａから突出した部分には、前記絶縁碍子２１の側から順に電極金具２３、ワッシャ２４、固定ナット２５が配設されている。また、ボルト２２のうち支持板１１の他方側を向く面１１Ｂから突出した部分には、絶縁ワッシャ２６が支持板１１の他方側を向く面１１Ｂに密着するようにワッシャ２７とナット２８とによって固定され、このワッシャ２７のさらに他方側には内部筒２９が配置されるとともにこの内部筒２９の外側に碍管３０が配置され、これら内部筒２９及び碍管３０の他方側には電源ケーブル（図示なし）が接続される接続部３１が複数のナットとワッシャによって構成されている。

帯状ヒータエレメント４０は、薄板状をなすニクロム板を左右から交互に切れ目をいれることで蛇行するように構成されており、帯状部４２と折り返し部４３とが交互に設けられている。
この帯状ヒータエレメント４０の端部はそれぞれＵ字状に切り欠かれており、同じくＵ字状に形成された補強部材４４が積層するように接合されている。なお、これら端部は帯状ヒータエレメント４０の対角上に位置するように構成されている。
また、前記折り返し部４３の内側部分には、前記張架支持部材１５を構成する第２スペーサ１８の凸部１８Ａが係合可能な切欠部（図示なし）が設けられている。さらに、この折り返し部４３の外側部分には、薄板小片状の導電部材４５が積層するように貼着されている。

また、この帯状ヒータエレメント４０の断面（帯状ヒータエレメント４０が延びる方向に垂直な断面）は、図３に示すように、一方側（図３において上側）に向けて幅方向中央が突出する山形状をなすように折り曲げられている。この帯状ヒータエレメント４０の一方側を向く面には、耐熱性を有するとともに輻射率を向上させるために黒色を呈する合成樹脂製塗料が塗布されて塗膜４６が形成されており、帯状ヒータエレメント４０の他方側を向く面にはこの塗膜４６が形成されていない。つまり、帯状ヒータエレメント４０の一方側を向く面にのみ選択的に前記塗膜４６が形成されているのである。

ここで、帯状ヒータエレメント４０の前記塗膜４６が形成された一方側を向く面が被加熱物に対向配置される加熱面４０Ａとされ、前記塗膜４６が形成されていない他方側を向く面が前記支持板１１の一方側を向く面１１Ａに対向配置される対向面４０Ｂとされている。
また、塗膜４６が形成された加熱面４０Ａの輻射率は０．９６とされ、塗膜４６が形成されていない対向面４０Ｂの輻射率は０．６４〜０．７６とされている。

帯状ヒータエレメント４０は以下のようにして支持板１１に装着される。前記対向面４０Ｂが支持板１１の一方側を向く面１１Ａに対向するようにして、接続端子２０に設けられた電極金具２３に帯状ヒータエレメント４０のＵ字状に切り欠かれた端部及び補強部材４４が載置され、固定ナット２５によって固定される。なお、この固定ナット２５は緩み防止のためにボルト２２に溶着されている。
そして、帯状ヒータエレメント４０の折り返し部４３の内側部分に設けられた切欠部が張架支持部材１５の第２スペーサの凸部１８Ａに係合されて、折り返し部４０Ｂは、第１スペーサ１７と第２スペーサ１８との間のスペースに遊動可能に支持される。なお、第１、第２スペーサ１７、１８を固定するブッシュナット１９の外れ防止のために前記スタッドピン１６の先端がカシメられている。

これにより、帯状ヒータエレメント４０は、支持板１１の一方側を向く面１１Ａから離間するとともに、側壁部１２の端面よりも他方側に後退した位置に配置されることになる。
ここで、支持板１１の一方側を向く面１１Ａに対向する側、つまり、帯状ヒータエレメント４０の加熱面４０Ａに対向する側から見て、この帯状ヒータエレメント４０の面積は、支持板１１の面積の５５％から７５％を占めるように構成されており、より具体的には６５％を占めるように構成されている。

このような構成とされた輻射ヒータ１０は、前記接続端子２０の接続部３１に電源ケーブルが接続され、帯状ヒータエレメント４０に通電されることで帯状ヒータエレメント４０が温度上昇し、この帯状ヒータエレメント４０からの輻射熱によって、加熱面４０Ａに対向配置された被加熱物を加熱するものである。

本実施形態である輻射ヒータ１０においては、帯状ヒータエレメント４０の被加熱物と対向配置される加熱面４０Ａに輻射率を向上させる塗膜４６が形成されているので、加熱面４０Ａからの熱の輻射が促進されて被加熱物を効率良く加熱することができる。また、帯状ヒータエレメント４０の前記支持板１１の一方側を向く面１１Ａに対向するように配置される対向面４０Ｂには、輻射率を向上させる前記塗膜４６が形成されていないので、対向面４０Ｂからの熱の輻射が抑えられて支持板１１の温度上昇が防止され、支持板１１、接続端子２０等への熱影響を抑えることができ、これらの部材の寿命延長を図ることができる。

さらに、対向面４０Ｂから輻射される熱が少ないので、支持板１１に反射率の高い反射板を設けて熱を反射する必要がなく、反射板の表面状態によるこの輻射ヒータ１０の加熱状態がばらつくことがない。すなわち、この輻射ヒータ１０においては、反射熱は加熱にほとんど寄与せず、帯状ヒータエレメント４０の加熱面４０Ａからの輻射熱のみが被加熱物の加熱に寄与することになる。したがって、輻射ヒータ１０毎の加熱状態のばらつきが小さくなり、複数の輻射ヒータ１０を並べて使用した場合でも被加熱物を均一に加熱することができる。

さらに、支持板１１の一方側を向く面に断熱材としてマイカシート１３が貼着されているので、支持板１１及び接続端子２０の温度上昇をさらに確実に防止することができる。なお、本実施形態においては、断熱性及び絶縁特性に優れたマイカシート１３が貼着されているので、この帯状ヒータエレメント４０がマイカシート１３上に落下した場合でも支持板１１への漏電を防止することができる。

また、加熱面４０Ａに対向する側から見て、帯状ヒータエレメント４０の加熱面４０Ａの面積が、支持板１１の面積の５５％から７５％を占めるように、より具体的には６５％を占めるように構成されているので、帯状ヒータエレメント４０からの輻射熱にのみによって被加熱物を均一に加熱することができるとともに、隣り合うように配置された帯状部４２同士の間の空隙を確保して、帯状ヒータエレメント４０が熱膨張によって変形した場合でも帯状部４２同士が接触することを防止でき、帯状ヒータエレメント４０を温度上昇させて被加熱物を効率良く加熱することができる。

さらに、本実施形態においては、一対の接続端子２０が支持板１１の対角上に位置するように設けられているので、この接続端子２０同士の間隔が大きくなり、この接続端子２０に電源ケーブルを接続する作業を容易に行うことができる。
また、支持板１１がなす八角形面の各辺稜部に形成された側壁部１２同士の間にスリットが形成されているので、この支持板１１が熱膨張した際に側壁部１２同士が干渉することを防止できる。

また、帯状ヒータエレメント４０の断面が、その幅方向中央が一方側に向けて突出する山形状をなすように折り曲げられているので、この帯状ヒータエレメント４０の強度が向上し、加熱した際に帯状ヒータエレメント４０が垂れ下がるように変形することを防止できる。
また、帯状ヒータエレメント４０の折り返し部４３の外側部分に導電部材４５が貼着されているので、折り返し部４３における電流経路が是正されて均一に電流を流すことができる。

以上、本発明の実施形態である輻射ヒータについて説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
本実施形態では、帯状ヒータエレメントを蛇行するように配置したものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えば、帯状ヒータエレメントを渦巻状に配置してもよい。ただし、本実施形態のように帯状ヒータエレメントを蛇行させることで接続端子同士を離間するように配置することができ、配線作業が容易となるので好ましい。

塗料についても本実施形態に限定されることはなく、加熱面の輻射率を向上させるものであれば任意のものを使用することができる。例えば帯状ヒータエレメントとしてニクロム板を使用した場合には、ニクロム板の表面色よりも濃色の塗料であれば輻射率を向上させることができる。

また、支持板を概略正方形をなすものとして説明したが、これに限定されることはなく、支持板は任意の形状としてもよい。ただし、概略正方形状とすることで多数の輻射ヒータを並べて加熱器を構成する場合に、加熱器の形状を任意の形状に形成することが容易となるため好ましい。

また、加熱面に対向する側から見て、帯状ヒータエレメントの加熱面の面積が、支持板の面積の５５％から７５％を占めるように、より具体的には６５％を占めるように構成したものとして説明したが、この数値範囲に限定されることはない。ただし、この数値範囲内に設定することにより、実施形態である輻射ヒータと同様の効果を確実に奏功せしめることができるので好ましい。

さらに、断熱材としてマイカシートを貼着したものとして説明したが、断熱材の材質に限定はなく適宜のものを適用することができる。
また、張架支持部材や接続端子の構成は、本実施形態に限定されることはなく、帯状ヒータエレメントを確実に支持できるものであればよい。

本実施形態である輻射ヒータの平面図である。図１に示す輻射ヒータの断面図である。図１に示す輻射ヒータに備えられた帯状ヒータエレメントの一部拡大断面図である。

符号の説明

１０輻射ヒータ
１１支持板
１３マイカシート（断熱材）
２０接続端子
４０帯状ヒータエレメント
４０Ａ加熱面
４０Ｂ対向面
４６塗膜

Claims

概略矩形状をなす支持板と、該支持板の一方の面に略垂直に互いに間隔をあけて立設されている一対の接続端子とを有し、これら一対の接続端子の間に、帯状ヒータエレメントを、その幅方向が前記支持板と平行な平面に沿うように、しかも前記支持板の一方の面を覆うように配置した輻射ヒータであって、
前記一対の接続端子の間に配置された前記帯状ヒータエレメントは、前記支持板から互いに間隔を開けて絶縁体を介して立設された複数の張架支持部材によって前記支持板から離間した状態で支持されており、
さらに、前記帯状ヒータエレメントの被加熱物に向けられる加熱面には、輻射率を向上させる塗膜が形成されているが、該加熱面とは反対面であって前記支持板に対向する対向面には、前記塗膜が形成されていないものであることを特徴とする輻射ヒータ。
前記帯状ヒータエレメントは、その幅方向中央部が前記加熱面側に向けて突出するように断面山形状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の輻射ヒータ。
前記支持板と前記帯状ヒータエレメントも前記対向面との間に、断熱材が配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の輻射ヒータ。
前記帯状ヒータエレメントは、前記加熱面に対向する側から見て、前記加熱面の面積が前記支持板の面積の５５％から７５％を占めるように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の輻射ヒータ。