JP3561770B2

JP3561770B2 - 電気加熱ユニットおよびその製造方法

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Publication number: JP3561770B2
Application number: JP16192196A
Authority: JP
Inventors: 庸夫杉山
Original assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Current assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2016-06-21
Also published as: JPH1012361A; TW408899U

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炉などの加熱装置に用いられる電気加熱ユニットおよびその製造方法に関し、特にセラミック・ファイバなどの断熱材を主成分とする断熱主体の表面に設けられた溝内に、波形に加工された発熱体が一体的に支持されている加熱ユニット、およびかかる加熱ユニットを真空成型により製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
波形に加工された面状抵抗発熱体を、セラミック・ファイバを主成分とする断熱主体の表面に設けられた溝の底部に一体的に埋設して形成された電気加熱ユニット、およびその真空成型による製造方法が米国特許第４５７５６１９号明細書（特開昭６０−２４３９９２号公報）に開示されている。この構造には、波形の発熱体を断熱主体の表面近傍に自己支持でき、発熱体が断熱主体の厚み方向に一定の幅をもって分布する従来のコイル状発熱体に比べて、明らかに外部への熱の放射が容易となり、したがって、発熱体の過熱を従来より少なくできるという利点がある。
【０００３】
しかし、上記の加熱ユニットには、なお以下に述べるような問題がある。図１８および図１９は上記の加熱ユニットの一部を示しており、（１）はセラミック・ファイバを主成分とする断熱主体、（１ａ）はその加熱表面、（１ｂ）は加熱表面（１ａ）と反対側の非加熱冷表面、（２）は加熱表面（１ａ）に形成された溝、（２ａ）は溝（２）の底部、（２ｂ）は溝（２）の両側壁、（３）は波形に加工された発熱体、（３ａ）は発熱体（３）の幅方向両側の彎曲部である。これらの図面に示すように、溝（２）の底部（２ａ）では発熱体（３）のごく一部のみが自由空間に向かって露出しているにすぎず、大部分は断熱主体（１）に囲まれており、しかも発熱体（３）の彎曲部（３ａ）は溝（２）の両側壁（２ｂ）を貫通して完全に断熱主体（１）の内側に埋設されている。この構造では、発熱体（３）の表面のほとんどが断熱主体（１）で覆われており、発熱体（３）の全表面のうち、熱エネルギを空間に向かって自由に放射できる露出表面の割合が著しく低い。そのため、発熱体（３）が過熱しやすいのみならず、断熱主体（１）の断熱層を貫通して非加熱冷表面（１ｂ）側へ逃げる熱の量が多くなる。したがって、加熱効率が充分でなく、特に高温で使用される場合には、発熱体（３）の劣化、消耗およびそれによる断線が生じ、充分な寿命が得られなかったりするという問題があった。
【０００４】
そこで、図２０に示すように、溝（２）の底部（２ａ）から開口側に離れた位置において、発熱体（３）の彎曲部（３ａ）が溝（２）の両側壁（２ｂ）より断熱主体（１）内に入って断熱主体（１）に埋設支持され、溝（２）内で発熱体（３）の全表面が断熱主体（１）の外に露出している加熱ユニットが提案された。たとえば実開平２−８９３００には、発熱体の数が１つでなくて２つである点は別にして、このような加熱ユニットの１例が開示されている。図２１はこのような加熱ユニットの製造工程の１例を示しており、（４）は真空成型型、（５）は型（４）内に水平に配置された多孔金属板などよりなるスクリーン、（６）はスクリーン（５）より下方の型（４）の壁の部分に設けられた真空吸引口である。加熱ユニットを製造する場合、まず、スクリーン（５）の上に溝（２）の発熱体（３）より開口側の部分を形成するための角棒状の第１マスク部材（７）をのせ、その上に波形の発熱体（３）をのせ、その上に溝（２）の発熱体（３）より底側の部分を形成するための角棒状の第２マスク部材（８）をのせる。そして、公知の真空成型を行い、スクリーン（５）より上の発熱体（３）およびマスク部材（７）（８）の周りに断熱主体（１）となる断熱材層（９）を形成し、加熱乾燥硬化後に断熱主体（１）からマスク部材（７）（８）を除去して、溝（２）を形成する。第１マスク部材（７）は溝（２）の開口側に除去できるので、除去作業は容易である。これに対し、第２マスク部材（８）については、溝（２）の開口側に発熱体（３）があるため、第２マスク部材（８）を溝（２）の底と発熱体（３）との間の空間を溝（２）の長さ方向に移動させて、溝（２）の一端から引き出す必要がある。このため、第２マスク部材（８）の除去作業は１つずつ手作業で行われており、この工程が大変面倒であるという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、発熱体の表面のできるだけ多くの部分を断熱主体の外に露出させることができ、しかも製造が容易な加熱ユニットを提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、発熱体の表面のできるだけ多くの部分が断熱主体の外に露出した加熱ユニットを容易にかつ安価に製造できる方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明による加熱ユニットは、断熱材を主成分とする断熱主体の表面に設けられた溝に、溝の幅より大きい振幅の波形に加工された発熱体が設けられ、発熱体の幅方向両側の彎曲部が溝の両側壁より断熱主体内に入ることによって断熱主体に一体的に支持されている電気加熱ユニットにおいて、断熱主体と別に作られた耐火物製溝底形成部材が、溝の底部を覆って溝開口側の面が断熱主体より露出するように断熱主体に一体的に支持され、発熱体が、溝底形成部材より溝開口側に配置されて、溝底形成部材の表面の一部と接触するように断熱主体に一体的に支持され、かつ溝内で断熱主体の外に露出していることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明による加熱ユニットは、真空成型によって製造され、セラミック・ファイバを主成分とする断熱成型体の表面の溝に、波形に加工された発熱体が一体的に支持されている電気加熱ユニットであって、真空成型型の所定位置に設けられまたは置かれた溝形成用凸条部に沿って少なくとも一部が凸条部と接触するように置かれた波形に加工された発熱体に、凸条部に直交する断面の寸法関係において、発熱体の波形の振幅のうち、凸条部の幅にほぼ相当する発熱体の部分を覆う外形寸法をもつ耐火物製溝底形成部材を、発熱体の一部と接触するとともに、凸条部とは接触しないように配置して、真空成型することにより、断熱成型体に溝底形成部材および発熱体が一体的に支持されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明による加熱ユニットの製造方法は、セラミック・ファイバを主成分とする断熱成型体の表面の溝に、波形に加工された発熱体が一体的に支持されている電気加熱ユニットを真空成型によって製造する方法であって、真空成型型の所定位置に設けまたは置いた溝形成用凸条部に沿って、少なくとも一部が凸条部に接触するように、波形に加工された発熱体を置き、凸条部に直交する断面の寸法関係において、発熱体の波形の振幅のうち、凸条部の幅にほぼ相当する発熱体の部分を覆う外形寸法をもつ耐火物製溝底形成部材を、発熱体の一部と接触するとともに、凸条部とは接触しないように配置して、真空成型することにより、断熱成型体を溝底形成部材および発熱体と一体的に成型することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明による加熱ユニットの製造方法をさらに具体的に説明すると、たとえば、次のようになる。
【００１１】
真空成型型内のスクリーンの上に、マスク部材を置くことにより、溝形成用凸条部を形成する。次に、マスク部材の上に波形の発熱体を置き、発熱体の上に溝底形成部材を置く。そして、このような状態で、型内のスクリーンより上の空間内にセラミック・ファイバを含むスラリーを導入し、真空成型を行う。これにより、スラリー中のセラミック・ファイバが型内のスクリーンの上面、マスク部材、発熱体および溝底形成部材の各表面上に堆積し、断熱主体となる断熱成型体が形成される。セラミック・ファイバは、マスク部材がある部分には堆積しない。また、溝底形成部材もマスクとして作用し、溝底形成部材に近接して配置された発熱体の部分の周囲にセラミック・ファイバの堆積が起こらない。真空成型が終了すると、成型物を型から取り出して、加熱乾燥硬化させ、マスク部材を除去する。これにより、断熱主体の加熱表面の溝の底部に溝底形成部材が一体的に支持されるとともに、発熱体が溝内で断熱主体の外に露出するように断熱主体に一体的に支持された本発明の加熱ユニットが得られる。
【００１２】
上記の本発明の方法において、溝底形成部材がマスクの作用をして、断熱材が発熱体の表面を取り囲むように堆積することが阻止されるため、発熱体が断熱主体の表面の溝内で露出するように支持された加熱ユニットが得られる。そして、マスク部材などの溝形成用凸条部は溝の開口側に容易に除去することができ、溝底形成部材は耐火物製であるため、成型物から取り除く必要がなく、そのままで加熱ユニットの断熱主体の一部として使用に供することができ、従来のような手作業による面倒なマスク部材の除去作用が不要になる。したがって、本発明の方法によれば、発熱体が断熱主体の表面の溝内で露出するように支持された加熱ユニットを、容易にかつ安価に製造することができる。
【００１３】
本発明の加熱ユニットによれば、発熱体の表面の大部分を溝底形成部材により断熱主体から隔離して、断熱主体の外に露出させることができ、このため、発熱体から空間に向かって自由に熱を放射することができ、発熱体の過熱が少なく、また、加熱効率がきわめて高くなる。
【００１４】
スクリーンを用いて加熱ユニットを製造する場合、スクリーンの形状は、加熱ユニットに要求される形状により、平面、円筒面、円筒分割面、その他の曲面のものなどから適宜選ばれる。
【００１５】
溝形成用凸条部は、スクリーンの上にアルミニウムなどの金属棒よりなるマスク部材を置くことにより形成するのが好適である。しかし、スクリーンと同様の多孔金属板を角筒状に形成したマスク部材をスクリーンの上に置くことにより溝形成用凸条部を形成してもよい。さらに、上面に溝形成用凸条部を一体に形成したスクリーンを用いてもよい。
【００１６】
溝形成用凸条部の幅は断熱主体の溝の幅と等しく、発熱体の波形の振幅より小さい。溝底形成部材の外形幅は、好ましくは溝の幅程度、さらに好ましくは溝の幅よりわずかに大きい程度であるのがよい。小さすぎると充分なマスク効果が期待できないし、逆に大きすぎると発熱体の支持に充分な断熱材の堆積が得られないことがある。
【００１７】
断熱主体を構成する断熱材の材質は任意であるが、セラミック・ファイバが特に好適である。また、溝底形成部材の材質も、適宜選定可能で、特に限定されないが、軽量な耐火物が好適であり、断熱材がセラミック・ファイバである場合、加熱ユニット全体としての材質の整合性の点で、セラミック・ファイバを主成分とする成型物が特に好適である。
【００１８】
溝底形成部材の成型密度は、従来技術により、形状、目的とする強度、断熱性能などに応じた幅広い調整が可能である。たとえば、溝底形成部材として、内部に多数の空洞または気泡を有する低密度成型物を用いることができる。
【００１９】
溝底形成部材の断熱主体より露出して発熱体に面する表面が熱の高放射体または高反射体からなることがある。熱の高放射材料として、炭化珪素などの粉末を含むペースト状または液状の市販品が入手でき、これを所望の表面に塗布または含浸させて乾燥することにより、表面が高放射材料で被覆された溝底形成部材が容易に作製できる。もちろん、将来かかる高放射性材料のファイバが入手できるようになれば、周知技術により、直接それを成型したものを溝底形成部材として使用することもできる。
【００２０】
溝底形成部材の形状は多くの変形が可能であり、加熱ユニットの使用態様、目的などに応じて最適のものが選択できる。
【００２１】
たとえば、溝底形成部材の溝開口側の面が凹凸状に形成され、この凹凸面の凸状の部分の一部に発熱体が接触している。このようにすれば、発熱体を凹凸面の凸状の部分で確実に支持でき、しかも発熱体は溝形成部材の凹凸面の凹状の部分には接触しないので、発熱体の露出面積をさらに大きくすることができる。
【００２２】
たとえば、溝底形成部材の溝開口側の面の幅方向両側を除く部分に溝の長さ方向にのびる１条の凹条が形成されることにより、この面が凹凸状に形成されている。この場合、凹状の両側の凸状の部分で発熱体を確実に支持することができ、幅の広い凹条の部分では発熱体が溝形成部材と接触しないので、発熱体の露出面積がさらに大きくなる。発熱体は、通常、平面状に形成されるが、このような溝形成部材を用いる場合、溝内に露出した発熱体の部分が、溝底形成部材の凹条内に突出するような凸形状に形成されることもある。
【００２３】
たとえば、溝底形成部材の溝開口側の面の幅方向中央部に溝の長さ方向にのびる１条の凸条が形成されることにより、この面が凹凸状に形成されている。
【００２４】
たとえば、溝底形成部材の溝開口側の面に複数の突起が形成されることにより、この面が凹凸状に形成されている。突起の平面形状および断面形状は任意である。
【００２５】
また、溝底形成部材の溝開口側の面に複数の凹所を形成することにより、この面を凹凸状に形成することもできる。たとえば、溝形成部材をハニカム状にすることにより、その片面に複数の凹所を形成することができる。
【００２６】
たとえば、溝底形成部材の幅方向両側に、溝の両側壁部にそれぞれ一体的に支持されかつ溝の幅方向に互いに対向する凹面を有する発熱体支持部が設けられ、この凹面に発熱体の彎曲部が接触して支持されている。
【００２７】
たとえば、凹条の底の幅方向中央部に、発熱体の幅方向中央部を把持するための突起が形成されている。このようにすれば、溝内に露出している発熱体の部分を確実に保持することができる。
【００２８】
断熱主体の１つの溝に、複数の発熱体が支持されることもある。その場合、たとえば、溝底形成部材に接触している発熱体より溝開口側に、溝の両側壁部に一体的に支持された耐火物製スペーサにより隔てられた少なくとも１つの発熱体が設けられ、これら複数の発熱体が溝の深さ方向に間隔をおいて支持されている。発熱体の間のスペーサも、溝形成部材と同様、真空成型時にマスクの作用をし、成型物から取り除く必要がなく、そのままで加熱ユニットの断熱主体の一部として使用に供することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明のいくつかの実施形態について説明する。なお、これらの実施形態において、前述の従来例に対応する部分にはそれと同じ図面参照符号を付し、互いに対応する部分には同じ図面参照符号を付している。
【００３０】
（第１実施形態）
図１および図２は、第１実施形態の加熱ユニットの主要部を示している。
【００３１】
図１および図２において、断熱材としてのセラミック・ファイバを主成分とする断熱主体（１）の加熱表面（１ａ）に形成された断面略方形の溝（２）の底部（２ａ）に、断熱主体（１）と別に作られた板状の耐火物製溝底形成部材（１０）が、底部（２ａ）を覆って溝（２）開口側の面が断熱主体（１）より露出するように、一体的に支持されている。そして、波形の発熱体（３）が、溝底形成部材（１０）より溝（２）開口側に配置され、両側の彎曲部（３ａ）が溝（２）の両側壁（２ｂ）より断熱主体（１）内に入ることによって断熱主体（１）に一体的に支持されている。
【００３２】
溝底形成部材（１０）は、好ましくは、断熱主体（１）と同様のセラミック・ファイバを主体とする成型物よりなり、その溝（２）開口側の面の幅方向両側に溝（２）の長さ方向にのびる断面方形状の凸条（１１）が一体に形成され、それらの間に、溝（１）の長さ方向に伸びる断面方形状の幅の広い１条の凹条（１２）が形成されている。これにより、溝底形成部材（１０）の溝（２）開口側の面が凹凸状に形成されている。溝底形成部材（１０）の外幅は溝（２）の幅より少し大きく、凹条（１２）の部分の内幅は溝（２）の幅より少し小さい。溝（２）の両側壁（２ｂ）が溝底形成部材（１０）の両側の凸条（１１）の頂面の幅方向中間部に位置し、両側の凸条（１１）の幅方向外側の部分が両側壁（２ｂ）の底部（２ａ）寄りの部分に埋設されることにより、溝底形成部材（１０）が断熱主体（１）に確実に支持されている。そして、両側の凸条（１１）の頂面の凹条（１２）側の部分と凹条（１２）の表面が、溝（２）内に露出している。
【００３３】
発熱体（３）は、溝（２）の両側壁（２ｂ）を貫通する両側寄りの部分において溝底形成部材（１０）の両側の凸状の部分すなわち凸条（１１）の頂面に接触するように配置されている。そして、溝底形成部材（１０）の凹条（１２）に対応する幅の広い部分において、発熱体（３）は断熱主体（１）および溝底形成部材（１０）から完全に離れ、その部分の全表面が溝（１）内に露出している。このため、発熱体（３）から空間に向かって自由に熱を放射することができ、発熱体（３）が過熱しにくくなり、非加熱冷表面（１ｂ）側へ逃げる熱の量が少なくなる。したがって、加熱効率が向上し、発熱体（３）の寿命が長くなる。
【００３４】
図３は、上記の加熱ユニットの製造工程の１例を示している。
【００３５】
図３に示す製造装置は、前述の図２１に示すものと同様のものである。型（４）は、たとえばアクリル樹脂などの適当な材料で箱形に形成されている。スクリーン（５）は、型（４）内の高さの中間部に水平に配置されている。真空吸引口（６）は、図示しない公知の真空吸引手段に接続されている。
【００３６】
加熱ユニットの製造は、たとえば次のようにして行われる。
【００３７】
まず、スクリーン（５）上に、アルミニウム製の角棒状マスク部材（７）を置く。これにより、スクリーン（５）上に溝形成用凸条部が形成される。次に、マスク部材（７）の上に発熱体（３）を置き、発熱体（３）の上に溝底形成部材（１０）を置く。このとき、発熱体（３）の両側の彎曲部（３ａ）は、マスク部材（７）および溝底形成部材（１０）より幅方向外側に突出している。このような状態で、水、バインダおよびセラミック・ファイバを含むスラリー中に型（４）を沈めると同時に、真空吸引手段を作動させて、スクリーン（５）より下の空間に真空吸引力を作用させ、スクリーン（１０）より上の空間内にスラリーを導入する。真空吸引力はスクリーン（５）を介してスラリーに作用し、この吸引力よりスラリーがスクリーン（５）の上面に流れ込む際に、スラリー中に分散していたセラミック・ファイバが型（４）内のスクリーン（５）の上面、マスク部材（７）、発熱体（３）および溝底形成部材（１０）の各表面上に堆積し、断熱主体（１）となる断熱材層（９）が形成される。セラミック・ファイバは、マスク部材（７）がある部分には堆積しない。また、また、セラミック・ファイバはマスク部材（７）および溝底形成部材（１０）より幅方向外側に突出している発熱体（３）の彎曲部（３ａ）の周囲に堆積して、彎曲部（３ａ）が断熱主体（１）に埋設されるが、溝底形成部材（１０）も真空吸引力を阻止するマスクとして作用し、溝底形成部材（３）の凹条（１２）の部分と、溝底形成部材（３）とマスク部材（７）の間にある発熱体（３）の部分とは、スラリーの流れに対して溝底形成部材（３）の陰になるため、凹条（１２）内およびこれに面している発熱体（３）の周囲にセラミック・ファイバの堆積が起こらない。真空成型が終了すると、成型物を型（４）から取り出して、加熱乾燥硬化させ、マスク部材（７）を除去する。これにより、断熱主体（１）の加熱表面（１ａ）の溝（２）の底部（２ａ）に溝底形成部材（１０）が一体的に支持されるとともに、発熱体（３）が溝（２）内で断熱主体（１）の外に露出するように断熱主体（１）に一体的に支持された、図１および図２に示す加熱ユニットが得られる。この加熱ユニットにおいて、型（４）のスクリーン（５）に対応する面が加熱表面（１ａ）となり、マスク部材（７）があった部分がこの加熱表面（１ａ）に形成された溝（２）の発熱体（３）より開口側の部分となる。
【００３８】
上記の真空成型は公知のものであり、マスク部材（７）、発熱体（３）および溝底形成部材（１０）をそれぞれ適当な治具で型（４）内の一定位置に支持した状態で、これらを支持しうる程度の仮成型を行い、治具を取り外した後に、本成型を行う。
【００３９】
溝底形成部材（１０）の凸条（１１）および凹条（１２）の断面形状は、方形状に限らず、適宜変更可能である。
【００４０】
（第２実施形態）
図４および図５は、第２実施形態の加熱ユニットの主要部を示している。
【００４１】
第２実施形態の場合、溝底形成部材（１３）は断面方形の板状をなす。溝底形成部材（１３）の幅は溝（２）の幅より少し大きく、溝底形成部材（１３）の両側部が両側壁（２ｂ）の底部（２ａ）寄りの部分に埋設されることにより、溝底形成部材（１３）が断熱主体（１）に確実に支持されている。そして、溝底形成部材（１３）の溝（２）開口側の表面の両側部を除く部分が溝（２）内に露出している。溝（２）内にある発熱体（３）の直線状の部分は溝底形成部材（１３）の表面に線接触しており、残りの大部分が溝（２）内に露出している。
【００４２】
第２実施形態の加熱ユニットは、真空成型法により、第１実施形態のものと同様に製造される。この場合も、溝底形成部材（１３）がマスクの作用をし、溝（２）内に発熱体（３）が露出した加熱ユニットが得られる。溝底形成部材（１３）の材質は通常は第１実施形態と同様でよいが、場合によっては空孔の多い低密度成型品を用いてもよい。この場合、特に内部に空洞を多く含む成型品を使用すると、溝底形成部材（１３）に接する発熱体（３）にとっては空気層と同様の自由放熱の効果が得られる。
【００４３】
（第３実施形態）
溝底形成部材の発熱体（３）に対向する表面の仕上げについては特に限定はなく、第２実施形態のように平坦でもよいし、あるいは凹凸状に形成されてもよい。溝底形成部材の表面を凹凸状にすると、平坦なものと製作上の手間はほとんど変わらないが、表面の凹凸により発熱体（３）と溝底形成部材との接触面積が減少し、発熱体（３）の自由表面がより多くなり、放熱効率が一層良くなる。
【００４４】
図６は溝底形成部材（１４）の表面が凹凸状に形成された実施形態（第３実施形態）を示し、図７は溝底形成部材（１４）を示している。
【００４５】
第３実施形態の場合、溝底形成部材（１４）の表面が断面波形の凹凸状に形成され、溝（２）内に露出した発熱体（３）が凸状部（１５）の一部に接触している。
【００４６】
図８は、第３実施形態における溝底形成部材（１４）の変形例を示している。
【００４７】
この場合、溝底形成部材（１４）の表面に互いに斜めに交差する多数の溝を形成することにより、多数の角柱状の凸状部（１６）が形成されて、この表面が凹凸状に形成されている。そして、この凸状部（１６）の一部に発熱体（３）が接触する。
【００４８】
（第４実施形態）
図９は、溝底形成部材（１７）の表面が凹凸状に形成された他の実施形態（第４実施形態）を示している。
【００４９】
第４実施形態の場合、板状の溝底形成部材（１７）の溝（２）内に露出した表面の幅方向中央部に断面方形状の１条の凸条（１８）が形成され、溝（２）内に露出した発熱体（３）がこの凸条（１８）の頂面に接触している。凸条（１８）は、真空成型工程で自立安定性の良い形状とするため、ある程度の幅が必要である。
【００５０】
凸条（１８）の断面形状は、方形状に限らず、適宜変更可能ある。また、凸条（１８）の数は１条に限定されるものではなく、発熱体（３）の幅により２条以上あってもよい。こうすれば、全体として充分な凸条（１８）の幅が確保できる。いずれにしても、このような溝底形成部材（１７）の製作は、従来技術により容易にできる。
【００５１】
（第５実施形態）
図１０は、第５実施形態の加熱ユニットの主要部を示している。
【００５２】
第５実施形態の場合、溝底形成部材（２０）は、第２実施形態の溝底形成部材（１３）と同様の板状の溝底形成部（２１）と、その両側に配置された発熱体支持部（２２）とから構成されている。発熱体支持部（２２）は、溝底形成部（２１）とは別に作られ、断面が略Ｖ状で、内面が凹面（２２ａ）となっている。発熱体支持部（２２）は、凹面（２２ａ）が溝（２）の幅方向に互いに対向するように、両側壁（２ｂ）の底部（２ａ）寄りの部分に埋設されて、断熱主体（１）に一体的に支持されている。発熱体（３）の両側の彎曲部（３ａ）が発熱体支持部（２２）の凹面（２２ａ）の底の部分にきつくはまり、これにより、発熱体（３）が断熱主体（１）に一体的に支持されている。溝底形成部（２１）の幅は、溝（２）の幅とほぼ等しい。溝底形成部（２１）は、両側の発熱体支持部（２２）に挟まれて、溝（２）開口側に露出した表面が発熱体（３）に接触するように、底部（２ａ）に配置され、発熱体支持部（２２）と発熱体（３）により断熱主体（１）に一体的に支持されている。
【００５３】
第５実施形態の加熱ユニットの製造方法を前述の図３を参照して説明すると、マスク部材（７）の上に発熱体（３）を置いた後、発熱体（３）の上に溝底形成部（２１）を置き、マスク部材（７）および溝底形成部（２１）より突出している発熱体（３）の彎曲部（３ａ）に発熱体支持部（２２）をセットする。そして、第１実施形態の場合と同様に真空成型を行う。真空成型時に、溝底形成部（２１）がマスクの作用をして、発熱体（３）へのセラミック・ファイバの堆積を阻止するとともに、発熱体支持部（２２）もマスクの作用をして、凹面（２２ａ）および発熱体（３）の彎曲部（３ａ）へのセラミック・ファイバの堆積が阻止され、彎曲部（３ａ）が発熱体支持部（２２）内において溝（２）に向かって露出し、実質的に発熱体（３）の全表面が断熱主体（１）の外に露出した加熱ユニットが得られる。この加熱ユニットは、発熱体（３）の彎曲部（３ａ）も断熱主体（１）の外に露出しているので、彎曲部（３ａ）からの熱の放射性に優れている。
【００５４】
上記実施形態では、溝底形成部（２１）と発熱体支持部（２２）とは、別々に作られ、互いに接合されていないが、発熱体（３）と組み合わせた後に、適宜な手段によって互いに接合されてもよい。また、溝底形成部（２１）と発熱体支持部（２２）とが一体に作られた溝底形成部材（２０）を用いることも可能である。その場合、真空成型前に、発熱体（３）と溝底形成部材（２０）を組み合わせたものをマスク部材（７）の上に置く。
【００５５】
溝底形成部（２１）および発熱体支持部（２２）の形状は、第５実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。溝底形成部（２１）として、たとえば、第１、第３あるいは第４実施形態の溝底形成部材（１０）（１４）（１７）と同様のものを用い、上記と同様の作用効果を奏する加熱ユニットを上記と同様に製造することができる。
【００５６】
（第６実施形態）
図１１および図１２は、第６実施形態の加熱ユニットの主要部を示している。
【００５７】
第６実施形態の場合、溝底形成部材（２３）は、同形状の複数の溝底形成片（２４）より構成されている。溝底形成片（２４）の詳細が、図１３に示されている。溝底形成片（２４）の溝（２）開口側の面の幅方向両側に溝（２）の長さ方向にのびる断面方形状の凸条（２５）が一体に形成された、それらの間に、溝（２）の長さ方向にのびる幅の広い凹条（２６）が形成されている。凹条（２６）の底の幅方向中央部の一端側の部分に、発熱体（３）の幅方向中央部を把持するための突起（２７）が一体に形成されている。突起（２７）の片面は溝底形成片（２４）の一端面と面一であり、この突起（２７）の端面の高さの中間部に、幅方向にのびる断面半円状の溝（２８）が形成されている。突起（２７）の反対側の面は溝（２８）の形状に合わせて半円筒面状に形成され、溝底形成片（２４）の反対側の端面よりも長さ方向の内側に位置している。突起（２５）は凸条（２５）よりも高く突出し、溝（２８）の下縁が凸条（２５）の頂面とほぼ同じ高さにある。
【００５８】
１対の溝底形成片（２４）が溝（２８）側の端面同志を密着させた状態に組み合わされ、このように組み合わされたものが複数組、端面同志を密着させた状態で、溝（２）の長さ方向に隙間なく並べられている。溝底形成片（２４）は、第１実施形態の溝底形成部材（１０）と同様に、断熱主体（１）に一体的に支持されている。
【００５９】
発熱体（３）は、第１実施形態の場合と同様、溝底形成片（２４）の両側の凸条（２５）の頂面に接触した状態で、両側の彎曲部（３ａ）において断熱主体（１）に一体的に支持され、発熱体（３）の幅方向中央部が、１対の溝底形成片（２４）の突起（２７）の溝（２８）が組み合わされることにより形成された断面円形の穴に通されて把持されている。そして、溝（２）内の両側壁（２ｂ）間において、突起（２７）の穴に通された部分以外の発熱体（３）の表面が露出している。
【００６０】
このような構成は、特に高温で使用された場合に、発熱体（３）のクリープ伸びによる変形を束縛するのに有効である。
【００６１】
なお、突起（２７）の溝（２８）の断面形状を三角形にし、１対の溝（２８）を組み合わせた断面四角形の穴に発熱体（３）を通すようにしてもよい。このようにすれば、穴内において、発熱体（３）は突起（２７）と４箇所で線接触し、残りの大部分は露出する。
【００６２】
第６実施形態の加熱ユニットの製造方法を前述の図３を参照して説明すると、マスク部材（７）の上面に、溝底形成片（２４）の突起（２７）の先端部がはまる凹所を形成しておき、発熱体（３）に複数の溝底形成片（２４）を組み合わせたものを、突起（２７）の先端部が上記の凹所に嵌まるように、マスク（７）の上に置き、第１実施形態の場合と同様に真空成型を行う。
【００６３】
真空成型工程における溝底形成片（２４）の形状自立安定性を確保するため、溝底形成片（２４）として、通常は、第１実施形態の溝底形成部材（１０）に突起（２７）を形成したような形状のものを使用するのが好適である。しかし、溝底形成片（２４）の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。また、上記実施形態では、互いに分割された複数の溝底形成片（２４）により溝底形成部材（２３）を構成しているが、溝底形成部材全体を一体に形成し、その適当箇所に、発熱体（３）の幅方向中央部を把持するための任意形状の突起を形成するようにしてもよい。
【００６４】
（第７実施形態）
図１４および図１５は、第７実施形態の加熱ユニットの主要部を示している。
【００６５】
第７実施形態における溝底形成部材（１０）は、第１実施形態のものと同様のものである。しかし、凹条（１２）の深さが第１実施形態の場合より深く、凹条（１２）の内幅が溝（２）の幅とほぼ等しい。発熱体（３）は、第１実施形態の場合と同様に断熱主体（１）に支持されている。そして、溝（２）内に露出した発熱体（３）の部分に、溝底形成部材（１０）の凹条（１２）内に突出するような凸形状の屈曲部（３ｂ）が形成されている。
【００６６】
この加熱ユニットの製造方法は、前述の各実施形態の場合と同じである。
【００６７】
この構造は、溝（２）の単位面積当たりの発熱体（３）密度が高くとれるので、高出力密度の加熱ユニット用として好適である。
【００６８】
発熱体（３）の屈曲部（３ａ）の凸形状には特別な限定を設ける必要はなく、図１４のようなもののほか、図示しないが、三角形や、曲率をもった山形や谷形のものなどでもよい。
【００６９】
（第８実施形態）
図１６および図１７は、第８実施形態の加熱ユニットの主要部を示している。
【００７０】
第８実施形態の場合、断熱主体（１）の溝（２）の底部（２ａ）に、第１実施形態の場合と同様に、溝底形成部材（１０）と第１発熱体（３）が一体的に支持されている。そして、第１発熱体（３）の溝（２）開口側に１対のスペーサ（３０）が配置され、さらにスペーサ（３０）の溝（２）開口側に第２発熱体（３１）が配置されている。第２発熱体（３１）は第１発熱体（３）と同じ形状を有し、両側の彎曲部（３１ａ）が溝（２）の両側壁（２ｂ）の部分に埋設されて、断熱主（１）に一体的に支持されている。スペーサ（３０）は溝（２）の長さ方向にのびる角柱状をなし、２つの発熱体（３）（３１）の両側寄りの部分に挟まれた状態で、溝（２）の両側壁（２ｂ）の部分に埋設されて、断熱主体（１）に一体的に支持されている。スペーサ（３０）の対向面は、溝（２）の両側壁（２ｂ）とほぼ面一になっている。スペーサ（３０）は、たとえばセラミック・ファイバなどの耐火物製である。
【００７１】
第８実施形態の加熱ユニットの製造方法を前述の図３を参照して説明すると、マスク部材（７）の上に第２発熱体（３１）を置き、第２発熱体（３１）の両側寄りの部分の上にスペーサ（３０）を置き、その上に第１発熱体（３）を置き、さらにその上に溝底形成部材（１０）を置く。そして、第１実施形態の場合と同様に真空成型を行う。真空成型時に、第１実施形態の場合と同様、溝底形成部材（１０）がマスクの作用をして、その凹条（１２）内および第１発熱体（３）の表面へのセラミック・ファイバの堆積を阻止する。また、スペーサ（３０）は２つの発熱体（３）（３１）の間隔を保持するとともに、マスクの作用をし、第２発熱体（３１）の表面へのセラミック・ファイバの堆積を阻止する。これにより、２つの発熱体（３）（３１）が溝（２）内に露出した加熱ユニットが得られる。
【００７２】
第８実施形態の加熱ユニットも、高出力密度の加熱ユニットとして好適なものである。２つの発熱体（３）（３１）の波形相互の配置関係については、特に制限を設けるものでないが、２つの発熱体（３）（３１）の表面からできるだけ自由に熱が放射できるように、波形相互の位相をずらすのが好ましく、位相の絶対値が１８０度あるいは図１７に示すように９０度ずれているものが特に好ましい。
【００７３】
発熱体の数は２つに限定されるものでなく、３つ以上の発熱体を設けても全く同様である。もちろん、発熱体の形状も上記実施形態のような平坦なものである必要はなく、たとえば前記第７実施形態のように幅方向中央部が屈曲したようなものを使用することもできる。
【００７４】
本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変形が可能である。断熱主体の溝の断面形状は方形、台形に限らず、三角形や多角形、あるいは曲面を有する形状にしてもよく、例示の上記各実施形態からの変更は容易である。また、これに対応して、溝底形成部材、スペーサあるいは波形発熱体の、幅に直交した断面形状の変更も種々可能であり、その結果、これらの望ましい組み合わせを選択することも容易であり、いずれも本発明の技術範囲に属する軽微な変形にすぎない。さらに、本発明は、真空成型法以外の方法、たとえば、キャスタブルなどの耐火物製溝底形成部材を型に鋳込んで、断熱主体および発熱体と一体的に成型する方法により製造される加熱ユニットにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態を示す加熱ユニットの主要部の斜視図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線の拡大断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態の加熱ユニットの製造工程の１例を示す製造装置の中間省略垂直断面図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態を示す加熱ユニットの主要部の断面図である。
【図５】図５は、図４のＢ−Ｂ線の断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３実施形態を示す加熱ユニットの主要部の断面図である。
【図７】図７は、第３実施形態の加熱ユニットの溝底形成部材の１例を示す斜視図である。
【図８】図８は、第３実施形態の加熱ユニットの溝底形成部材の変形例を示す斜視図である。
【図９】図９は、本発明の第４実施形態を示す加熱ユニットの主要部の断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第５実施形態を示す加熱ユニットの主要部の断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第６実施形態を示す加熱ユニットの主要部の断面図である。
【図１２】図１２は、図１１のＣ−Ｃ線の拡大断面図である。
【図１３】図１３は、第６実施形態の加熱ユニットの溝底形成部材の１例を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明の第７実施形態を示す加熱ユニットの主要部の断面図である。
【図１５】図１５は、図１４のＤ−Ｄ線の断面図である。
【図１６】図１６は、本発明の第８実施形態を示す加熱ユニットの主要部の断面図である。
【図１７】図１７は、図１６のＥ−Ｅ線の断面図である。
【図１８】図１８は、従来例を示す加熱ユニットの主要部の断面図である。
【図１９】図１９は、図１８のＦ−Ｆ線の拡大断面である。
【図２０】図２０は、他の従来例を示す加熱ユニットの主要部の断面図である。
【図２１】図２１は、図２０の加熱ユニットの製造工程を示す製造装置の中間省略垂直断面図である。
【符号の説明】
（１）断熱主体
（２）溝
（２ａ）溝の底部
（２ｂ）溝の側壁
（３）（３１）発熱体
（３ａ）（３１ａ）発熱体の彎曲部
（４）真空成型型
（７）マスク部材（溝形成用凸条部）
（１０）（１３）（１４）（１７）（２０）（２３）溝底形成部材

Claims

断熱材を主成分とする断熱主体の表面に設けられた溝に、溝の幅より大きい
振幅の波形に加工された発熱体が設けられ、発熱体の幅方向両側の彎曲部が溝の両側壁より断熱主体内に入ることによって断熱主体に一体的に支持されている電気加熱ユニットにおいて、断熱主体と別に作られた耐火物製溝底形成部材が、溝の底部を覆って溝開口側の面が断熱主体より露出するように断熱主体に一体的に支持され、発熱体が、溝底形成部材より溝開口側に配置されて、溝底形成部材の表面の一部と接触するように断熱主体に一体的に支持され、かつ溝内で断熱主体の外に露出していることを特徴とする電気加熱ユニット。
真空成型によって製造され、セラミック・ファイバを主成分とする断熱成型
体の表面の溝に、波形に加工された発熱体が一体的に支持されている電気加熱ユニットであって、真空成型型の所定位置に設けられまたは置かれた溝形成用凸条部に沿って少なくとも一部が凸条部と接触するように置かれた波形に加工された発熱体に、凸条部に直交する断面の寸法関係において、発熱体の波形の振幅のうち、凸条部の幅にほぼ相当する発熱体の部分を覆う外形寸法をもつ耐火物製溝底形成部材を、発熱体の一部と接触するとともに、凸条部とは接触しないように配置して、真空成型することにより、断熱成型体に溝底形成部材および発熱体が一体的に支持されていることを特徴とする電気加熱ユニット。
セラミック・ファイバを主成分とする断熱成型体の表面の溝に、波形に加工
された発熱体が一体的に支持されている電気加熱ユニットを真空成型によって製造する方法であって、真空成型型の所定位置に設けまたは置いた溝形成用凸条部に沿って、少なくとも一部が凸条部に接触するように、波形に加工された発熱体を置き、凸条部に直交する断面の寸法関係において、発熱体の波形の振幅のうち、凸条部の幅にほぼ相当する発熱体の部分を覆う外形寸法をもつ耐火物製溝底形成部材を、発熱体の一部と接触するとともに、凸条部とは接触しないように配置して、真空成型することにより、断熱成型体を溝底形成部材および発熱体と一体的に成型することを特徴とする電気加熱ユニットの製造方法。