JP2016515283A - ヒーターエレメント用保持装置及びヒーター - Google Patents

Abstract

本発明はヒーターエレメント用保持装置、及び、そのような保持装置を少なくとも１つ有するヒーターに関し、当該保持装置（２）は耐火金属製又は耐火金属基合金製であって、互いに垂直又は実質的に垂直に配置される少なくとも２つの保持エレメント（４，６，８）を有し、第１の保持エレメント（４）は少なくとも一部が第２の保持エレメント（６）の開口部に配置される、ことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明はヒーターエレメント用保持装置、及び、少なくとも１つのこの種の保持装置を有するヒーター、特に、タングステンヒーターに関する。

特許文献１には、タングステン又はモリブデン製の焼結高温炉用のヒーターが開示されている。ヒーターは円筒形で多数のヒーターエレメントを、吊り下げた網の形で備えている。上記網は場合によっては保持装置を用いて炉内に固定される。前記保持装置は網の上端をＹ形状に取り囲むかどを屈曲させた板で作られる。かどを屈曲させた板の端と端の間には別の一枚の板が配備されている。当該板はかどを屈曲させた板とはリベット接合される。

中国実用新案公開公報 第２８９６１７２号（CN2896172U）

本発明の課題は、ヒーターエレメントの保持装置、及び、上述の保持装置を備える低コストで製造することができ、使用につき安定性があるヒーターの提供にある。

これらの課題は請求項１ないし１１に記載した技術的特徴によって解決される。好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。
請求項１によれば、ヒーターエレメント、例えば、タングステンヒーターに用いるヒーターエレメント用の保持装置が提供される。前記保持装置は耐火金属製又は耐火金属基合金製であるため、高温に耐え、また、高温下でもその形状が維持される。耐火金属又は耐火金属基合金製とは、融点が１１７２℃（プラチナの融点に相当する。）又はそれ以上のメタル又は合金のことをいう。上記保持装置は、互いに直角又は実質的に直角に設置される少なくとも２つの保持エレメントを有する。例えば、ヒーターエレメントが１つの保持エレメントに網又は格子板の形で固定可能ないし保持され、もう１つの保持エレメントによって、上記保持装置を炉容器に固定することができる。すなわち、当該保持装置を使うことによってヒーターエレメントを炉容器内に保持ないし固定することができる。２つの保持エレメントは互いに結合されており、この場合、２つの保持エレメントの１つは、他の保持エレメントの少なくとも一部を配置ないし挿入するための開口部ないし貫通穴を有している。例えば、開口部は、前記開口部に挿入される保持エレメントの部分の実施形態に応じて（四）角形又は円形である。このため機械的応力の発生する位置（すなわち、２つの保持エレメントの継手部）はシンプルで安定した結合状態が実現する。特に、例えば上述の特許文献１に記載されたような機械的に安定性が低いかどを丸めた板に替わって、大きな断面を有する中実材を使用するのでシンプルで短時間の製造が可能な安定した保持装置が提供される。

好ましくは、第１の保持エレメントは少なくともその一部分が第２の保持エレメントの開口部に配置され、この場合において第１の保持エレメントとは変形によって結合される。すなわち、２つの保持エレメントが再結晶温度よりも十分に低い温度で互いに結合される。製造方法の一例としては第１の保持エレメントを第２の保持エレメントの開口部に第２の保持エレメントの反対側に第１のエレメントが突き出るように挿入する。引き続く工程では、突き出した部分を、例えば、ハンマー打ちによって冷間変形させることにより、２つの保持エレメントが互いに確実に結合される。

溶接によって、即ち溶接工程による高い局部温度によって溶接継手部ではマイクロ・クラックや金属組織の脆化が生じる可能性がある。これらを避けるため特に好ましくは、第１及び第２保持エレメントを互いに溶接しないことである。

１つの実施例では、前記保持装置を導電性としているので、前記保持装は付加的に、当該保持装置に固定することができるヒーターエレメントの電気接点として使用することができる。好ましくは、前記保持エレメントは、少なくとも１つは単一材ないし中実材で形成されること、すなわち、板で形成されるものでない。例えば、少なくとも１つの保持エレメントは棒として、四角形または多角形に断面形成される。これによってそれぞれの保持エレメント及びひいては前記保持装置の機械的安定度が高められる。さらに、保持エレメントの製作が、例えば、市販材の切断により簡単に短時間で製造することができるので、単純化される。特に好ましくは、２つの保持エレメントを中実材製とすることである。

特に好ましくは、第１の保持エレメントを例えばボルト又はクランプで炉容器と結合させることにより、前記保持装置を炉内に固定できることである。すなわち、例えば前記保持装置に（言い換えると前記第２の保持エレメントに）、例えば、タングステン製の網又はタングステン製の板のようなヒーターエレメントを吊り下げて固定すると、前記保持装置とヒーターエレメントの全荷重が第１の保持エレメントにかかる。代案として、ヒーターエレメントを---例えば一枚の板の形で----前記保持装置上に立たせて置くことであるが、この場合も同様に前記保持装置とヒーターエレメントの荷重が第１の保持エレメントに作用する。

１つの実施形態は、保持装置が第２の保持エレメントに固定されている第３の保持エレメントを有している。すなわち、前記保持装置の使用に際して例えばタングステンの網のようなヒーターエレメントを第３の保持エレメントに、例えば溶接することによって、固定することである。使用するヒーターエレメントにその都度大きさ寸法を合わせた第３の保持エレメントの使用により、使用するヒーターエレメントの形状寸法如何によらず、第１及び第２の保持エレメントを製造することができる。すなわち、モジュラー設計生産方式によって、１つの工程で第１及び第２の保持エレメントからなる同一の部品ユニットを大量生産することができ、次工程でこれらのユニットに用途に応じた寸法に製作ないし形成された第３の保持エレメントを固定することにより、対応する用途ないし対応するヒーターエレメントに適合させることができる。例えば、第３の保持エレメントを円筒形又は角形形状の炉容器ないしヒーターに適合させることができる。すなわち、第３の保持エレメントは、曲げて作ることも直線で形成することもできるし、それぞれの用途に適合する任意の形状に形成することができる。

好ましくは、第２及び第３の保持エレメントは、少なくとも１つの嵌め合い結合手段（formschluessigen Verbindungsmittel）、および／または、例えばリベット結合やねじ結合のような、加圧結合手段（kraftschluessigen Verbindungsmittel）によって互いに結合される。特に好ましくは、第２及び第３の保持エレメントを材料結合によって互いに結合（stoffschluessig miteinander verbunden）しないこと、例えば互いに溶接しないことである。すなわち、例えばリベットを使って結合することにより、上述の溶接による欠点が回避される。

特に好ましくは、前記保持装置、つまり第１、第２及び第３の保持エレメントをタングステン又はタングステン基合金で形成することである。タングステン基合金とはタングステンの重量含有率≧５０％の合金のことをいう。好ましくは、タングステン基合金はタングステンの重量含有率≧９０％である。タングステンは脆化傾向がありこのため従来の結合技術（例えば溶接）はほとんど使用できないので、保持エレメントの上述のような結合は、本実施例では特に好ましい。

請求項１１によって１つのヒーターを提供する。これは、例えば、タングステンヒーターで少なくとも前記及び以下に述べるような保持装置を有し、少なくとも１つの保持装置が、少なくとも１つのヒーターエレメントに導電的に結合される。

上述した保持装置ならびにヒーターの実施形態のそれぞれの特徴、及び、以下に述べる保持装置の実施例のそれぞれの特徴は互いに自由に組み合わせることができる。

実施形態について、以下、図によって詳説する。

保持装置の外観図 保持装置の異なる外観図 図１ａ，ｂの保持装置の分解組立図 図１ａ，ｂの保持装置の側面図 図１ａ，ｂの保持装置の異なる側面図 図１ａ，ｂの保持装置の平面図

図１ａ、図１ｂは好ましい実施形態による保持装置２の外観図を示す。保持装置２は互いに結合された第１、第２及び第３の保持エレメント４，６，８から成り、これらは、例えばタングステンやモリブデンなどの、耐火金属ないし耐火金属基合金製である。保持装置２は導電性であって、保持装置２に（吊り下げて）固定することができる１つ（又は複数）のヒーターエレメント１８の電流供給に使用される。図１ａにスケッチ風に表したヒーターエレメント１８は、例えばタングステン製の網や、１枚の板または（垂直に交差する）複数の針金で形成される。

保持装置２を使用する際には、保持装置は、第１の保持エレメント４の固定、つまり支持具の固定によって、例えばクランプ結合手段、または、ねじ手段によって炉容器（表示していない）に結合することによって、炉内に固定される。すなわち、組立後には、保持装置２ないしヒーターエレメント１８は、炉容器に（第１の保持エレメントで）吊り下げられて設置される。ヒーターエレメント１８は良好な電気接触が保証されるよう、例えばクランプ結合手段、および／または、溶接結合で第３の保持エレメント８に固定される。

図２は、３つの保持エレメント４，６，８の結合を表すために、図１の保持装置２を分解組立図に表示した。保持エレメント４，６，８は中実材製であって板の屈曲で製造したものではない。第１の保持エレメント４の一端にはホゾ１２が形成されており、それが第２の保持エレメント６に設けられた対応する開口部１０に差し込まれる。つぎに、ホゾ１２がハンマー打ちのように冷間変形によって変形させられることで第１及び第２の保持エレメント４，６が互いに確実に結合される。

第１及び第２の保持エレメント４，６の結合後は第３の保持エレメント８が４つのリベット１６ａないし１６ｄによって第２の保持エレメント６に結合される。
このように、保持装置２のこの実施態様では個々の部品の溶接が不要であるため、溶接による欠点（マイクロ・クラックの発生、金属組織の脆性化）を回避することができる。

第１の保持エレメント４には、選択的に、挿入結合後に第２の保持エレメント６に隣接する２つの開先１４ａ、１４ｂを設けることができる。当該開先１４ａ、１４ｂは、補助的に、２つの保持エレメント４，６の結合を確実にするための溶接継手とすることができる。この場合、溶接継手の位置は保持装置の使用時の機械的荷重のある位置の外側、又は、実質的に外側にある。すなわち、１つ、ないし２つの溶接継手は第１及び第２の保持エレメントの結合部（開口部１０とホゾ１２）から十分離れて配置されるため、結合部に対する溶接の悪影響はない。

図３ａ乃至ｃは上述の保持装置２の側面図および平面図を示す。実施例の保持装置２は円筒形状の炉容器に使用するために形成されており、特に図示の当該保持装置２を３つ使用し、それによってそれぞれに結合されるヒーターエレメント１８が円筒形の炉容器を加熱する。そのために、少なくとも第３の保持エレメント８、つまりヒーターエレメントの保持板は、屈曲させた板からなり、その曲率を炉の形状寸法に合わせて製作される。

炉容器の断面は任意であり、例えば、矩形、楕円等が可能である。これに対応して第３の保持エレメント８は様々な形状寸法の炉容器ないしヒーターエレメントに合わせることができる。すなわち、保持装置の製造では、例えば、先ず初めに第１及び第２の保持エレメントからなるユニットを作り込むことができる。そして対応する形状寸法に形成された第３の保持エレメントをこれに固定することによって、はじめて保持装置を炉容器ないしヒーターエレメントの対応する形状寸法に合わせることができる。すなわち、第３の保持エレメントは、例えば、指定された曲率と指定された長さを有する。第３の保持エレメント８はリベット１６ａ乃至ｄによって簡単かつ迅速に第２の保持エレメント６と結合することができるので、モジュラー設計生産方式によって保持装置２を上述の方法で早くそして簡単にそれぞれの利用に適合させることができる。

他の実施例では、ここでは図示していないが、保持装置は第１及び第２の保持エレメントのみから製造される。この場合、第２の保持エレメントは例えばヒーターエレメント１８を固定することができるようにこれに対応した形状寸法に形成される。

２ 保持装置
４ 第１の保持エレメント
６ 第２の保持エレメント
８ 第３の保持エレメント
１０ 開口部
１２ ホゾ
１４ａ乃至ｂ 面取り
１６ａ乃至ｄ リベット
１８ ヒーターエレメント

Claims (11)

1. ヒーターエレメント（１８）用の保持装置（２）において、前記保持装置（２）は、耐火金属製又は耐火金属基合金製であって、垂直又は実質的に垂直に配置される少なくとも２つの保持エレメント（４，６，８）を有し、第１の保持エレメント（４）は少なくとも一部が第２の保持エレメント（６）の開口部に配置される、ことを特徴とする保持装置。
2. 前記第１の保持エレメント（４）が前記第２の保持エレメント（６）に変形、特に冷間変形によって固定される、ことを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
3. 前記第１及び第２の保持エレメント（４，６）が互いに溶接されていない、ことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１つに記載された保持装置。
4. 前記保持装置（２）は導電性であって、特に、保持装置に固定することができるヒーターエレメント（１８）用の電気接点として形成される、ことを特徴とする請求項１、２又は３のいずれか１つに記載された保持装置。
5. 少なくとも１つの保持エレメント（４，６，８）が、特に、棒として、四角又は多角形に断面形成されたモノブロックで形成される、ことを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載された保持装置。
6. 当該保持装置（２）が第１の保持エレメント（４）によって炉容器内に固定される、ことを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載された保持装置。
7. 前記保持装置（２）が前記第２の保持エレメント（６）に固定される第３の保持エレメント（９）を有する、ことを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載された保持装置。
8. 前記第２及び第３の保持エレメント（６，８）は、少なくとも１つの嵌め合い結合手段、および／または、加圧結合手段（１６ａ乃至ｄ）によって互いに結合され、特に互いに材料結合によっては結合されない、ことを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載された保持装置。
9. ヒーターエレメント（１８）は、特に、少なくとも１つの網、あるいは、少なくとも１つの板および／または多数の針金であって、前記第２の保持エレメント（６）又は前記第３の保持エレメント（８）に吊り下げて固定することができる、ことを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載された保持装置。
10. タングステン又はタングステン基合金で形成される、ことを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載された保持装置。
11. 上記請求項のいずれか１つに記載された少なくとも１つの保持装置（２）を有するヒーターであって、前記少なくとも１つの保持装置（２）が少なくとも１つのヒーターエレメント（１８）と導電結合している、ことを特徴とするヒーター。

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