JP2691866B2 - 電気ヒ−タ - Google Patents

電気ヒ−タ

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JP2691866B2
JP2691866B2 JP10791994A JP10791994A JP2691866B2 JP 2691866 B2 JP2691866 B2 JP 2691866B2 JP 10791994 A JP10791994 A JP 10791994A JP 10791994 A JP10791994 A JP 10791994A JP 2691866 B2 JP2691866 B2 JP 2691866B2
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electric heater
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公男 北村
健司 田中
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Teitokusha Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主として電気炉等の高
温環境で使用される電気ヒータ及びその製造方法に関す
る。さらに詳しくは、発熱板に当該発熱板の長手方向に
交差する複数のスリットを形成してなる電気抵抗発熱体
と、当該発熱体を支持するための断熱耐火物よりなる成
形体とを備えた電気ヒータに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、上述の如きスリットを有する発熱
体を備えたヒータの従来技術としては、例えば、実開昭
61−48692号公報や実開平3−82594号公報
記載のものが知られている。また、スリットを有する発
熱体を用いたものではないが、放熱開口を有するヒータ
の従来技術としては、実開平1−200588号公報記
載のものが知られている。
【0003】上記前二者の従来技術にあっては、発熱有
効面積を広くするために、発熱板に、当該発熱板の長手
方向に交差する複数のスリットを、その開口部が両縁部
に交互に位置するように形成して、発熱体が蛇行状の回
路を構成するようにしてある。しかし、発熱体の長手方
向を垂直に向けた場合等においては、発熱体が自重によ
り垂れ下がることにより発熱体全体の位置ずれが生じた
り各回路間が短絡する恐れがある。そして、これを防ぐ
ために、断熱材に発熱体を埋め込むか、発熱体の全面を
コーティング材で覆っており、発熱体の放熱効率が悪か
った。
【0004】また、後者の従来技術にあっては、発熱体
が外部に露出して放熱効率は良いが、発熱線を蛇行状に
折り曲げたものであるから、発熱体自体の発熱効率はス
リットを形成した発熱体に比較して劣る。また、発熱体
を支持する鍔部が脆い断熱耐火物で形成されているので
強度が劣り、発熱線間の短絡を防ぐために発熱線間に成
形体を侵入させるように成形体を成形する必要がある
が、このような成形作業は複雑で高コストものとなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、放熱
効率が高いにも拘わらず、発熱体の自重による発熱体全
体の位置ずれや各回路間の短絡を防止でき、安価に製造
可能な電気ヒータを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明にかかる電気ヒータの第一の特徴構成は、発
熱板に当該発熱板の長手方向に交差する複数のスリット
を形成してなる電気抵抗発熱体と、当該発熱体を支持す
るための断熱耐火物よりなる成形体とを備えた構成であ
って、成形体に発熱体を受け入れるための受入溝を形成
し、発熱体を前記長手方向に交差する幅方向の中央部が
成形体側へ突出するように形成して前記受入溝内に載置
し、当該幅方向両側から発熱体の縁部に当接して当該発
熱体を成形体に支持するための鍔部を有し且つ断熱耐火
物よりも硬質の絶縁材料よりなる別体の支持体を設ける
ことにより当該両支持体間に放熱開口を形成し、発熱体
の通電時において両縁部が熱膨張により鍔部に接当し、
両鍔部及び受入溝間において発熱体が突っ張る関係に、
発熱体、両鍔部及び受入溝を配置したことにある。
【0007】また、本発明にかかる電気ヒータの第二の
特徴構成は、上記第一の特徴構成において、複数のスリ
ットにより発熱体が蛇行状の回路を構成し、各スリット
と両縁部との交差部に角部を形成したことにある。
【0008】また、本発明にかかる電気ヒータの第三の
特徴構成は、上記第二の特徴構成において、スリットの
底部と縁部との間の回路の断面積を、各スリット間の回
路の断面積よりも大きくしたことにある。
【0009】また、本発明にかかる電気ヒータの第四の
特徴構成は、上記第一の特徴構成において、両縁部のう
ち一方の縁部側に2つ以上連続して開口部を有するよう
にスリットを設けることにより、当該スリット間に回路
を構成しない放熱部を形成したことにある。
【0010】
【作用】上記本発明にかかる電気ヒータの第一の特徴構
成によれば、発熱体は硬質の絶縁材料よりなる支持体の
鍔部をもって成形体に支持されるので強度的に優れてお
り、各発熱体の間の間隔を従来よりも小さくしても発熱
体を支持できる。したがって、単位面積あたりに多くの
発熱体を設けることができるので、電気ヒータ全体の放
熱効率が高いものとなる。しかも、両支持体間に放熱開
口を形成してあるので、発熱体の放熱効率も優れてい
る。そして、上記発熱体、両鍔部及び受入溝の配置関係
によれば、発熱体の通電時において、発熱体は、熱膨張
により両鍔部及び受入溝間において突っ張るので、長手
方向に対して移動し難くなる。また、発熱体の両鍔部及
び受入溝間における突っ張りと、発熱体の幅方向の中央
部が成形体側に突出していることとがあいまって、膨張
等により発熱体が受入溝の外側へ脱落してくることを防
止できる。
【0011】上記本発明にかかる電気ヒータの第二の特
徴構成によれば、発熱体が蛇行状の回路を構成するの
で、発熱体の縁部は蛇行のターン部に相当し、当該ター
ン部の一部が鍔部に覆われて当該部分の放熱効率が低下
する。しかし、各スリットと両縁部との交差部に角部を
形成してあるので、当該角部における回路の断面積は、
スリットの底部と縁部との間の回路の断面積よりも大き
くなり、単位長さ当たりの抵抗値が低下して、当該角部
における発熱量は低下する。そして、放熱開口を通して
外部に露出する各スリット間の回路において発熱が十分
に行われる。
【0012】また、上記第四の特徴構成によれば、スリ
ット間に回路を構成しない放熱部を形成してあるので、
回路により発生する熱を、回路からの直接的な放熱と当
該放熱部を介しての放熱との双方により外部に放射する
ことができる。
【0013】
【発明の効果】このように、上記本発明の第一の特徴構
成によれば、単位面積あたりの発熱体量を多くすると共
に放熱開口設けたことで高い放熱効率を得ることができ
るにも拘わらず、熱膨張を原因とする突っ張りで発熱体
のずれを防いで自重による発熱体全体の位置ずれ及び各
回路間の短絡や発熱体の受入溝からの脱落を防止でき、
しかも、各スリット間に成形体を侵入させる等の複雑な
成形作業を不要として安価に製造可能な電気ヒータを提
供し得るに至った。
【0014】また、第二〜第四の特徴構成によって、発
熱体の放熱効率をより向上させ得るに至った。
【0015】
【実施例】まず、図1〜図6を参照しながら、本発明の
第一の実施例を説明する。図1に示すように、本発明に
かかる電気ヒータ1は、大略、セラミックファイバーを
主体とする軽量の断熱耐火物よりなる成形体2に、電気
抵抗発熱体(以下、単に「発熱体」とする。)4を複数
列並べて設けてなる。また、セラミックスを焼成してな
る支持体6を、発熱体4の各列におけるほぼ全長にわた
って設けることにより、発熱体4を支持体2に支持する
と共に、各支持体6,6間に放熱開口7を形成してあ
る。
【0016】図2に示すように、この発熱体は、Fe−
Cr−Alやニッケルクロム合金等で作成した発熱板
に、当該発熱板の長手方向Lに交差する複数のスリット
4aを、その開口部が両縁部e,eに交互に位置するよ
うにプレス機等で打ち抜き形成して、発熱体4が蛇行状
の回路4bを構成するようにしてある。ところで、発熱
体の縁部は蛇行のターン部に相当し、当該ターン部の一
部が後述する支持体の鍔部に覆われて当該部分の放熱効
率が低下する。しかし、各スリット4aと前記両縁部
e,eとの交差部に角部4cを形成してあるので、当該
角部4cにおける回路の断面積は、スリットの底部と縁
部との間の回路4gの断面積よりも大きくなり、単位長
さ当たりの抵抗値が低下して、当該角部4cにおける発
熱量は低下する。そして、放熱開口7を通して外部に露
出する各スリット間の回路4dにおいて発熱が十分に行
われる。なお、Fe−Cr−Al系の発熱体では、経時
変化により熱膨張よりも大きな回路長の伸びを生じる
が、本発明では当該回路長の伸びによっても発熱体4は
鍔部及び受入溝2b間で突っ張り、そのずれが防止され
る。
【0017】ここに、本実施例の電気ヒータは高温環境
を前提とした工業用電気炉に用いられるものであって、
成形体2を構成する断熱耐火物としては、セラミックフ
ァイバーやセラミック粉末に有機・無機のバインダーを
混入したものなど、様々なものを用いることができる。
また、支持体6を構成する絶縁材料は、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
イトを主体とするセラミックスや炭化けい素、窒化けい
素等の他、成形体の断熱耐火物よりも硬質且つ良熱伝導
性のものであれば、様々なものを用いることができる。
これら成形体及び支持体を構成する材料の種類や配合
は、電気ヒータの使用温度等に対応して適宜変更でき
る。
【0018】上記支持体6は、複数個の第一の支持片8
と第二の支持片10とにより分割形成してあり、第二の
支持片10の下部に、成形体2内に埋め込むための固定
脚12を突設してある。また、成形体2には、第一の支
持片8の下部と嵌合してこの第一の支持片が上記長手方
向Lに直交する直交方向Wに対して移動することを規制
する第一の溝2aを形成し、第一の支持片8の下部をこ
の第一の溝2aに嵌合させてある。そして、各第一の支
持片8の両端部に夫々形成した斜め上向きの面8aに、
第二の支持片10の頭部に形成した斜め下向きの面10
aを接当させ、第一の支持片8を第二の支持片10で押
さえることにより後述のワッシャ等12aとあいまって
第一の支持片8の抜けを防止し、これら両支持片8,1
0が成形体2に固定されるように構成してある。
【0019】第二の支持片10の頭部の上記長手方向L
視における外形は第一の支持片8の同方向視における外
形とほぼ同様である。これら各第一・第二支持片8,1
0は、上記長手方向Lに直交状に交差する両側から当該
発熱体4の両縁部e,eに当接してこれを成形体2に支
持するための鍔部8b,10bを当該発熱体4の各列に
おけるほぼ全長にわたって有している。
【0020】電気ヒータは、放熱面を下側にして炉内の
天井に取り付けられることもあり、発熱体4が放熱開口
7から抜け落ちないようにする必要がある。そこで、成
形体2に発熱体4を載置するための受入溝2bを形成
し、上記長手方向Lに交差する幅方向Wの中央部を成形
体2側に突出させるように湾曲させた発熱体4を当該受
入溝2bの湾曲に沿わせて受入溝2b内に配置してあ
る。本実施例のごとく板状の発熱体4の中央部を湾曲さ
せる場合、先の鍔部8b,10bに応力集中が生じ易く
なるので、かかる部分を硬質の部材で構成した本発明
は、板状の発熱体を用いる場合に特に好適に実施するこ
とができる。なお、本実施例では、受入溝2b及び発熱
体4の幅方向W断面形状を何れも円弧状に形成してあ
る。
【0021】第二の支持片10に設けた固定脚12は断
面円形の棒状に形成してあり、この固定脚12を成形体
に設けた貫通孔2cの裏面まで貫通させ、その先端にセ
ラミック製のワッシャ12aを嵌め込んでから、先端部
に設けた孔12bに割ピン12cを差し込むことによ
り、支持体6の抜け止め手段を更正してある。なお、成
形体2の裏面は平坦に形成しておいてもよいが、本実施
例では、固定脚12の先端が裏面から突出しないよう
に、成形体2の裏面における貫通孔2cの周りに凹部2
dを形成してある。
【0022】発熱体4の各列端部4fには、繋ぎ部5a
を溶接してあり、一対の入力端子5b,5b間で全体を
直列状に連ねてある。この繋ぎ部5aは、既成形板2の
端部に形成した溝2eと、第二の支持片10に形成した
斜め下向きの斜面10aとの間に収めてある。したがっ
て、繋ぎ部5aは外部に露出しておらず、本来的に熱が
留まることで断線し易いが、本実施例では、繋ぎ部5a
の断面積を各発熱体4を構成する回路の断面積よりも大
きくすることで、当該繋ぎ部5aにおける発熱を小さく
抑えて断線を防止してある。なお、入力端子を複数組設
けるようにしてもよいし、全ての発熱体を並列に組み合
わせてもよい。また、各入力端子5aは成形体2の裏面
側に突出させてあるが、成形体2の横側に突出させても
よい。
【0023】上述のように構成することで、発熱体4へ
の通電時において両縁部e,eが熱膨張により鍔部8
b,10bに接当し、これら両鍔部8b,10b及び受
入溝2b間において発熱体4が突っ張る関係に、発熱体
4、両鍔部8b、10b及び受入溝2bを配置してあ
る。すなわち、図3は熱膨張前の状態を示す図である
が、発熱体4の両縁部e,eは熱膨張により両鍔部8
b,10bに接当し、これら両鍔部8b,10b及び受
入溝2b間において突っ張ることで、発熱体4の下面は
受入溝2bに圧接するので、発熱体4は長手方向Lに対
して移動し難くなる。また、発熱体4が上記角部4cを
有することで両鍔部8b、10bに対する両縁部e,e
の接触長が増大し、当該突っ張りはより確実なものとな
る。
【0024】ここで、上記実施例に係るヒーターを組み
立てるに際しては、まず、発熱体4を受入溝2b上にそ
の湾曲に沿わせるように載置してから、第一の支持片8
第一の溝2aに嵌め込む。その後、固定脚12を貫通孔
2cに差し込み、第二の支持片10によって第一の支持
片8を押さえつけ、成形体の裏面から固定脚12にワッ
シャ12a及び割ピン12cを嵌め込んで、第二の支持
体10の抜けを防止すれば、ヒータの組立は終了する。
なお、成形体2に上記溝2a,2a及び貫通孔2c等を
設けるに当たっては、既成の板材にこれら溝や孔をカッ
ターやドリル等を用いて形成してもよいが、型に未硬化
の断熱耐火物を詰め込んで成形することにより作成して
もよい。また、発熱体4を構成するには、板状体にプレ
ス機等でスリットを打ち抜いて形成する他、フライス盤
等でスリットを切削形成してもよい。
【0025】次に、発熱体の他の実施例を列挙する。ま
ず、図7に示す第二実施例では、発熱体4のスリット4
aの底部と上記縁部e,eとの間のターン部の回路4g
の断面積を、各スリット4a間の回路4dの断面積より
も大きくすることによって、上記鍔部8b,10bに覆
われる当該ターン部の回路4gからの発熱を抑制してあ
る。ここに、本実施例にかかる発熱体4は一定の厚さの
板にスリットを形成したものであるから、ターン部の回
路4gの幅W1を各スリット間の回路4dの幅W2より
も大きくすることで、上記関係をもたせてある。
【0026】一方、図8に示す第三実施例では、各縁部
e,eに夫々開口する一対の第一のスリット4a1と、
いずれの縁部e,eに対しても開口しない第二のスリッ
ト4a2とを板状体の長手方向に対して交互に設けるこ
とで、2箇所の縁部の回路4g、4gと1箇所の中央部
の回路4hとで交互に回路をなす発熱体4を構成してあ
る。すなわち、第一、第二のスリット4a1,4a2よ
りなるスリット4aを設けることによって、蛇行状の回
路4b、4bを線対称状に一対構成してある。本実施例
によれば、発熱体4は線対称に構成してあるので、上記
長手方向Lに対して発熱体4自体が短絡し難い利点があ
る。また、ターン部の回路4gの幅W1と各スリット間
の回路4dの幅W2とをほぼ同じ大きさにし、中央部の
回路4hの幅W3をW1及びW2の倍に設定すること
で、回路4b各部における発熱量がより均一化するよう
にしている。なお、幅W1を幅W2よりも大きくし、幅
W3が幅W2のほぼ倍となるようにしておけば、縁部
e,eにおける発熱量を低減できる。
【0027】次に、図9に示す第四実施例では、ほぼ同
形状のスリット4aを2つ以上連続して、具体的には、
同方向に2つ連続して形成したスリット4aを2つごと
に交互に設けることで、当該スリット4a間に回路4b
を構成しない放熱部4iを形成してある。したがって、
回路4bにより発生する熱を、回路4bからの直接的な
放熱と当該放熱部4iを介しての放熱との双方により外
部に放射することができる。
【0028】また、図10に示す第五実施例では、第三
実施例とは異なり、ほぼ同形状のスリット4aを多数連
続して一方の縁部e側に設けることで、当該スリット4
a間に回路4bを構成しない放熱部4iを形成してあ
る。このように構成することで、放熱部4i側の縁部e
からの発熱量よりも、回路4b側の縁部eからの発熱量
を大きくでき、特に、発熱体4を複数本成形体に設ける
場合に、回路4bを外側に向けた状態で成形体2の最も
端の位置に本実施例の発熱体4を配置すると、成形体2
の端部での温度低下を防止できる。
【0029】また、図11に示す第六実施例では、ほぼ
同形状のスリット4aを多数連続して双方の縁部e,e
に設けることで、当該スリット4a間に回路4bを構成
しない放熱部4iを形成してある。
【0030】また、図12に示す第七実施例では、縁部
e,eに開口しないほぼ同形状のスリット4aを多数連
続して設けることで、当該スリット4a間に回路4bを
構成しない放熱部4iを形成してある。発熱体4自体の
短絡防止の機能は、本実施例のものが最も優れており、
また、第六、第三、第五実施例のものが順次優れてい
る。
【0031】なお、上記第一実施例では、各発熱体4は
端部4fで途切れており、各端部4fどうしの間に別体
の繋ぎ部5aを溶接して発熱体4どうしを連続させた
が、図13に示すように、線状の発熱体22が各列間で
つながっており、発熱体22どうしの繋ぎ部22aが支
持片10及び成形体2に埋まっている場合、別体の繋ぎ
片5aを繋ぎ部22aに沿わせて溶接することで、繋ぎ
部22aにおける発熱を低減させることができる。
【0032】次に、本発明のその他の実施例について説
明する。上記第一実施例では、受入溝2b及び発熱体4
の幅方向Wに対する断面形状を円弧状に形成したが、例
えば図14に示すように、受入溝2b及び発熱体4の幅
方向Wに対する断面形状を略V字状に形成したり、多角
形状に形成することで、幅方向Wの中央部が成形体2側
へ突出するようにしてもよい。
【0033】上記第一実施例では、セラミックスよりな
る支持体6を発熱体4のほぼ全長にわたって設けたが、
図15(a)(b)に示すように、支持体6たる支持片
28を発熱体4の長手方向Lに対して間欠的に配置して
もよい。この場合、発熱体4を支持片28に突っ張らせ
るために、上記長手方向Lの同位置において支持片28
を発熱体4の各列にわたり幅方向Wに並べて配置すれば
よい。
【0034】上記各実施例では成形体2を平板状に形成
したが、この成形体2を円筒状に形成してもよい。かか
る円筒状のヒータを作成するに当たっては、開口部を形
成するための先の木型をゴム等の可撓部材で構成し、こ
れを成形型の一部となる円筒の外面に螺旋状に巻き付
け、支持片をその巻き付けた可撓部材の両側に交互に配
置し、発熱体を巻き付ける。その後、底板と外側の円筒
状の成形型を嵌め込んで、断熱耐火物を充填し、成形す
ればよい。また、図15(b)に示すように、発熱体4
の長手方向が上記円筒面を構成する母線方向に向くよう
に、発熱体4及び支持体6を配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】電気ヒータの平面図である。
【図2】発熱体の要部を示す図であって、(a)は平面
図、(b)は(a)のD−D線断面図である。
【図3】図1のA−A線縦断面図である。
【図4】図1のB−B線縦断面図である。
【図5】図1のC−C線縦断面図である。
【図6】第二の支持片の斜視図である。
【図7】第二実施例にかかる発熱体の要部を示す図であ
って、(a)は平面図,(b)は(a)のF−F線断面
図である。
【図8】第三実施例にかかる発熱体の要部を示す図であ
って、(a)は平面図,(b)は(a)のG−G線断面
図、(c)は(a)のH−H断面図である。
【図9】第四実施例にかかる発熱体の要部を示す平面図
である。
【図10】第五実施例にかかる発熱体の要部を示す平面
図である。
【図11】第六実施例にかかる発熱体の要部を示す平面
図である。
【図12】第七実施例にかかる発熱体の要部を示す平面
図である。
【図13】発熱体の繋ぎ部の改変例を示す要部平面図で
ある。
【図14】第八実施例にかかる発熱体の要部を示す図3
に相当する断面図である。
【図15】支持体を円筒状に形成した場合の第九実施例
を示し、(a)は円筒状のヒータの内側から発熱体を見
た図、(b)は(a)のJ−J断面図である。
【符号の説明】
L 発熱板の長手方向 4a スリット 4 発熱体 2 成形体 2b 受入溝 e,e 発熱体の縁部 8b,10b 鍔部 6 支持体 7 放熱開口

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発熱板に当該発熱板の長手方向(L)に
    交差する複数のスリット(4a)を形成してなる電気抵
    抗発熱体(4)と、当該発熱体を支持するための断熱耐
    火物よりなる成形体(2)とを備えた電気ヒータであっ
    て、前記成形体(2)に発熱体(4)を受け入れるため
    の受入溝(2b)を形成し、前記発熱体(4)を前記長
    手方向(L)に交差する幅方向(W)の中央部が成形体
    (2)側へ突出するように形成して前記受入溝(2b)
    内に載置し、当該幅方向(W)両側から前記発熱体
    (4)の縁部(e,e)に当接して当該発熱体(4)を
    前記成形体(2)に支持するための鍔部(8b,10
    b)を有し且つ前記断熱耐火物よりも硬質の絶縁材料よ
    りなる別体の支持体(6)を設けることにより当該両支
    持体(6,6)間に放熱開口(7)を形成し、前記発熱
    体(4)の通電時において前記両縁部(e,e)が熱膨
    張により前記鍔部(8b,10b)に接当し、前記両鍔
    部(8b,10b)及び前記受入溝(2b)間において
    発熱体(4)が突っ張る関係に、前記発熱体(4)、両
    鍔部(8b,10b)及び受入溝(2b)を配置した電
    気ヒータ。
  2. 【請求項2】 前記複数のスリット(4a)により前記
    発熱体(4)が蛇行状の回路(4b)を構成し、前記各
    スリット(4a)と前記両縁部(e,e)との交差部に
    角部(4c)を形成した請求項1記載の電気ヒータ。
  3. 【請求項3】 前記スリット(4a)の底部と前記縁部
    (e)との間の回路(4g)の断面積を、前記各スリッ
    ト間の回路(4d)の断面積よりも大きくした請求項2
    記載の電気ヒータ。
  4. 【請求項4】 ほぼ同形状の前記スリット(4a)を2
    つ以上連続して設けることにより、当該スリット(4
    a)間に回路を構成しない放熱部(4i)を形成した請
    求項1記載の電気ヒータ。
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