JP5525248B2 - 電気ヒーター及び電気ヒーターの製造方法並びに加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気ヒーター及び電気ヒーターの製造方法並びに加熱装置に関する。さらに詳しくは、スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体と、この発熱体を支持する絶縁体とを備え、この発熱体のうち前記スリットに沿う幅方向に位置する一対の幅方向端部で前記絶縁体に支持される電気ヒーター及び電気ヒーターの製造方法並びに加熱装置に関する。

従来、上述の如き電気ヒーターとして、例えば特許文献１に記載のものが知られている。この電気ヒーターでは、碍子を鉛直方向上下に分割形成すると共にその間に発熱体を係止させている。しかし、碍子を上下に分割形成すると共にこれら碍子に固定ピンを鉛直方向に貫通させて固定している。そのため、碍子は固定ピンの貫通分だけ幅広に形成され、碍子の熱容量が増大する。また、碍子が幅広に形成されると、その分だけ発熱体の加熱空間に対する露出面積が減少し、温度分布が不均一となり、加熱効率が低下する。これらの結果、昇降温のレスポンスが未だ不十分となっていた。

特開２００２−３５９０６１号公報

かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、絶縁体の熱容量を低減させると共に加熱空間に対する絶縁体の露出面積を減らして温度分布の均一化を図り昇降温のレスポンスを向上させる電気ヒーター及び電気ヒーターの製造方法並びに加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る電気ヒーターの特徴は、スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体と、この発熱体を支持する絶縁体とを備え、この発熱体のうち前記スリットに沿う幅方向に位置する一対の幅方向端部で前記絶縁体に支持される構成において、前記発熱体は、前記幅方向が水平方向に沿うように支持されるものであり、前記幅方向端部は、前記発熱体の端部を第一屈曲部で鉛直方向上方に向けて屈曲させて形成され、各幅方向端部に位置する絶縁体は、前記水平方向に対して少なくとも２分割され、２分割された各分割体の間に鉛直方向に沿って形成されその下端で開口し前記幅方向端部の少なくとも一部が配置される空隙を有し、前記幅方向端部を係止して前記第一屈曲部を前記絶縁体の下方に位置させ、前記幅方向端部の上方の部分で前記各分割体を締結する締結具を設けることにある。

上記構成によれば、絶縁体を水平方向に対して少なくとも２分割された各分割体で構成するので、締結具を鉛直方向に貫通させることなく分割体を締結でき、発熱体の幅方向に対し各分割体を幅狭に形成することができる。しかも、各分割体の締結部分は締結可能な強度を有していればよく、幅方向端部の上部も幅方向に対し幅狭に形成可能である。従って、各分割体全体の容積を削減して、絶縁体全体の熱容量を低減させることができる。また、締結具は幅方向端部の上方の部分で各分割体を締結するので、加熱空間側に締結具が露出することはない。加えて、上述の如く絶縁体は発熱体の幅方向に対し薄く形成できるので、絶縁体の加熱空間側に露出する部分を減少することができる。従って、加熱空間に対する発熱体の専有面積（加熱面密度）を増加させることができる。これらにより、加熱空間に対する温度分布が均一化され昇降温のレスポンスを向上させることが可能となる。
上記構成において、前記幅方向端部は、その先端部分が第二屈曲部で鉛直方向下方へ向かって前記発熱体の外方へ折り曲げて形成される折曲部を有し、前記絶縁体の一方の分割体は、板状を呈すると共に前記発熱体側へ湾曲する湾曲部を有し、前記絶縁体の他方の分割体は、前記湾曲部に対向するように開口する切欠部を有し、前記湾曲部と前記切欠部とにより前記幅方向端部を挟み込むことで前記幅方向端部を係止するとよい。
また、上記構成において、前記幅方向端部は、その先端部分が第二屈曲部で前記水平方向へ折り曲げて形成される折曲部を有し、前記絶縁体の一方の分割体は、他方の分割体へ突出し前記折曲部に対向する突出部を有し、前記幅方向端部を前記各分割体で挟み込むことで前記幅方向端部を係止してもよい。係る場合、前記一方の分割体を前記他方の分割体に対し前記発熱体側に位置させ、前記折曲部を前記発熱体側へ配向させるとよい。
また、上記構成において、前記各分割体はその下部に凹部を有し、前記空隙は前記凹部を前記水平方向に対向させることで形成される溝部であり、前記幅方向端部及び前記凹部に貫通孔をそれぞれ形成し、これら貫通孔に絶縁体を挿入することで前記幅方向端部を係止してもよい。
また、上記構成において、前記各分割体はその下部に凹部を有し、前記空隙は前記凹部を前記水平方向に対向させることで形成される溝部であり、前記溝部に接着剤を充填し硬化させることで前記幅方向端部を係止してもよい。

前記発熱体を少なくとも２組前記幅方向に並列配置させて備え、幅方向外側の分割体を２組の発熱体で共通させるとよい。これにより、発熱体を支持する絶縁体全体の幅方向に対する厚みの増加を抑制でき、発熱体を並列配置しても絶縁体の熱容量を抑制することができる。しかも、隣接する発熱体を近接させて配置することができ、加熱面密度をさらに増加させることができる。

前記締結具が前記分割体を貫通する棒状部材で構成することが望ましい。係る場合、基材に固定される固定部材を備え、この固定部材に前記棒状部材を貫通させることで固定することが望ましい。これにより、絶縁体の熱容量を抑制しながら容易に絶縁体を固定することができる。

上記各構成において、前記発熱体は、鉛直方向下方側へ湾曲する凸状を呈する。

上記目的を達成するため、本発明に係る電気ヒーターの製造方法の特徴は、上記いずれかに記載の電気ヒーターの製造方法において、スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体と、この発熱体を支持する絶縁体とを備え、この発熱体のうち前記スリットに沿う幅方向に位置する一対の幅方向端部で前記絶縁体に支持される構造であり、前記発熱体は、前記幅方向が水平方向に沿うように支持されるものであり、前記幅方向端部は、前記発熱体の端部を第一屈曲部で鉛直方向上方に向けて屈曲させて形成され、前記２分割された各分割体の間に鉛直方向に沿って形成されその下端で開口し前記幅方向端部の少なくとも一部が配置される空隙を形成し、前記幅方向端部を係止して前記第一屈曲部を前記絶縁体の下方に位置させ、前記幅方向端部の上方の部分で前記各分割体を締結具により締結することにある。

上記いずれかに記載の電気ヒーターは、これを備えた加熱装置として実施することができる。

上記本発明に係る電気ヒーター及び電気ヒーターの製造方法並びに加熱装置の特徴によれば、絶縁体の熱容量を低減させると共に加熱空間に対する絶縁体の露出面積を減らして昇降温のレスポンスを向上させることが可能となった。

本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。

本発明の第一実施形態に係る電気ヒーターの正面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 湾曲前の薄板部材の平面図である。 絶縁体近傍の部分拡大正面図である。 第一実施形態の改変例を示す正面図である。 （ａ）は本発明の第二実施形態を示す図４相当図、（ｂ）は（ａ）の改変例を示す図４相当図である。 （ａ）は本発明の第三実施形態における絶縁体近傍の部分拡大断面図、（ｂ）は（ａ）の改変例を示す絶縁体近傍の部分拡大断面図である。 （ａ）は第三実施形態における湾曲前の薄板部材の平面図、（ｂ）は第三実施形態における発熱体の幅方向端部の部分拡大側面図である。 本発明の第四実施形態を示す図４相当図である。 第四実施形態の改変例を示す図４相当図である。 本発明の第五実施形態を示す図４相当図である。 （ａ）は本発明の第六実施形態を示す図４相当図、（ｂ）は本発明の第七実施形態を示す図４相当図である。 本発明のさらに他の実施形態を示す図４相当図である。

次に、図１〜５を参照しながら、本発明の第一実施形態について説明する。
図１に示すように、本発明に係る電気ヒーター１は、発熱体１０と、この発熱体１０を支持する一対の絶縁体２０，２０とを備えている。一対の絶縁体２０，２０は、発熱体１０の幅方向Ｘの両端に位置し、締結具３０により固定部材４０にそれぞれ固定されている。固定部材４０は例えば鋼材により構成される基材としてのフレーム２にセラミックファイバー等の断熱部材３を介して固定されている。また、固定部材４０には、発熱体１０に電力を供給するリード部材５０がフレーム２と電気的に絶縁した状態で固定されている。

この電気ヒーター１には、例えば図１に示す如く、炉内に吊り下げ支持するための支持部材１０１がフレーム２に溶接等により設けられ、加熱ユニット１００を構成する。この加熱ユニット１００は、主として炉の天井に設置され、炉内に投入される被加熱物を加熱する加熱装置として実施される。

図１，２に示すように、発熱体１０は板状に且つ矩形状に形成され、複数のスリット１１を幅方向Ｘから交互に切り込むことで蛇行状の電流路１２が形成されている。図１に示すように、発熱体１０における一対の幅方向端部１３，１３の間は、スリット１１に直交する長手方向Ｙ視でなだらかに湾曲し、鉛直方向Ｚ下方側（炉内部側）に凸状を呈している。また、発熱体１０の長手方向Ｙの端部に位置する電流路端部１２ｘ，１２ｙは、鉛直方向Ｚ上方に折り曲げられ、リード部材５０に接続されている。

この発熱体１０は、図３に示すように、例えばＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金やニッケルクロム合金等の導電性材料よりなる薄板部材１０’より製作される。幅方向端部１３は、薄板部材１０’の幅方向Ｘの一対の端部１３’，１３’を第一屈曲部１４’で鉛直方向Ｚ上方に向かって屈曲させて形成されている。また、折曲部１６は、幅方向端部１３の先端部分を第二屈曲部１５’で鉛直方向Ｙ下方に向かって薄板部材１０’外方へ折り曲げて形成されている。以下の各実施形態における発熱体も特記のない限り同様の材料、構成である。

図１，４に示すように、絶縁体２０は、幅方向Ｘに沿った水平方向に対して分割形成された第一分割体２１及び第二分割体２２とからなる。この第一、第二分割体２１，２２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いわゆるセラミックス材料や窒化珪素質材料により構成され、発熱体１０とフレーム２とを電気的に絶縁する。以下の各実施形態における絶縁体及び各分割体も特記のない限り同様の材料、構成である。

第一、第二分割体２１，２２は、幅方向Ｘに直交する長手方向Ｙに長尺状に形成されている。絶縁体２０を水平方向に対して分割形成することで、その幅方向Ｘに対し各分割体２１，２２を幅狭に形成することができる。これにより、絶縁体２０全体の熱容量を抑制することができ、加熱空間に対する温度分布が均一化され昇降温のレスポンスを向上させることが可能となる。また、各分割体２１，２２を幅狭に形成することで、鉛直方向Ｚ下方の加熱空間Ｓ（炉内部）に対する絶縁体２０の露出面積を減らすことができる。

図４に示すように、第一分割体２１は略板状を呈し、発熱体１０側に湾曲する湾曲部２３が形成されている。第二分割体２２の一側（第一分割体２１側）には、切欠部２４が形成されている。この切欠部２４は、第一分割体２１の湾曲部２３に対向するよう開口している。切欠部２４の下部には、第一分割体２１側へ若干突出する突出部２５が設けられ、この突出部２５と第一分割体２１との間には、空隙２６が発熱体１０の肉厚より幅広に形成されている。また、第一、第二分割体２１，２２には、後述の締結具３０を貫通させる貫通孔２７が形成されている。この貫通孔２７は、湾曲部２３及び切欠部２４より上方に設けられている。

ここで、第二分割体２２の切欠部２４には幅方向端部１３の折曲部１６が係止される。幅方向端部１３の第二屈曲部１５は、第一分割体２１の湾曲部２３により発熱体１０側への移動が規制される。一方、折曲部１６は、切欠部２４により他側への移動が規制される。また、空隙２６は、発熱体１０の幅方向Ｘへの移動を規制すると共に幅方向端部１３の脱落を防止する。

このように、湾曲部２３と切欠部２４とにより幅方向端部１３を挟み込むことで、発熱体１０を第一、第二分割体２１，２２間に係止させる。これにより、湾曲部２３、切欠部２４及び空隙２６が相俟って、発熱体１０の発熱・冷却時の熱変形による幅方向Ｘへの移動を規制し、絶縁体２０からの脱落、抜けを防止する。さらに、発熱体１０の第一屈曲部１４は、絶縁体２０の下方に位置するので、第一分割体２１が加熱空間に対して発熱体１０に覆うように支持され、絶縁体２０の加熱空間に対する露出部分をさらに減らすことができる。

締結具３０は各分割体２１，２２を幅方向Ｘへ貫通し、各分割体２１，２２を固定部材４０に締結固定する。この締結具３０は貫通孔２７により幅方向端部１３より上方に位置するので、締結具３０が発熱体１０からの放熱を妨げることはない。また、締結具３０は各分割体２１，２２を幅方向Ｘで締結させるので、絶縁体２０をさらに幅狭に形成することが可能となり、絶縁体２０の熱容量を抑制することができる。この締結具３０としては、例えば棒状部材としてのボルト３１が用いられる。

図１に示すように、固定部材４０は、例えば板状物をチャンネル状に形成したチャンネル部材が用いられ、ボルト、ビスや溶接等の取付手段４１によりフレーム２に固定されている。また、リード部材５０は、発熱体１０とほぼ同様の薄板部材からなり、碍子等の絶縁部材５１を介してフレーム２に電気的に絶縁した状態で固定具５２により固定されている。

ここで、本実施形態における電気ヒーター１の組立製造手順について説明する。
まず、フレーム２に予め固定した固定部材４０内へ第一分割体２１の湾曲部２３と第二分割体２２の切欠部２４を対向させて嵌め込む。次に、ボルト３１を各分割体２１，２２の貫通孔２７に貫通させると共にナット３２により固定部材４０に締結固定する。そして、切欠部２４に空隙２６を介して発熱体１０の幅方向端部１３を長手方向Ｙへ向かって挿入する。これにより、幅方向端部１３を第一、第二分割体２１，２２間で係止させ、発熱体１０を絶縁体２０に吊り下げ支持する。

本実施形態において、電気ヒーター１は、単一の発熱体１０により構成したが、複数の発熱体１０により構成することも可能である。
例えば、図５に示す如き改変例に係る電気ヒーター１Ａは、並列配置される複数の発熱体１０を備え、この発熱体群の幅方向Ｘの最外側に上述の絶縁体２０と、各発熱体１０間に第二の絶縁体２０Ａを設けている。この第二絶縁体２０Ａは、上記の第一分割体２１，２１と、この一対の第一分割体２１，２１に挟まれる第二分割体２２Ａからなる。第一分割体２１は、第二分割体２２Ａに対し対称に配置されている。

第二分割体２２Ａは略Ｔ字状を呈し、その両側面（各第一分割体２１，２１側）に切欠部２４，２４がそれぞれ形成されている。また、第二分割体２２Ａには、第一分割体２１の貫通孔２７と連通する貫通孔２７Ａが形成されている。これら貫通孔２７，２７Ａにボルト３１を貫通させることで、各第一分割体２１，２１と第二分割体２２Ａとを固定部材４０に締結固定する。

ここで、絶縁体２０を第二絶縁体２０Ａとして用いることも可能である。しかし、係る場合、発熱体１０に対して幅方向Ｘ外側に位置する第二分割体２２が各発熱体１０間で重複するため、その分絶縁体の熱容量が増加する。しかも、隣接する発熱体１０を近接させて配置することも困難である。一方、第二絶縁体２０Ａは、第二分割体２２Ａを隣接する２組の発熱体１０間で共通させている。これにより、幅方向Ｘに対し第二絶縁体２０Ａを幅狭に形成でき、第二絶縁体２０Ａの熱容量を抑制することができる。しかも、隣接する発熱体１０の幅方向端部１３をより近接配置させることが可能となり、発熱体１０を幅方向Ｘに対し密に配置することができる。従って、加熱空間に対する加熱面密度を増加させることができ、温度分布が均一化され昇降温のレスポンスを向上させることが可能となる。

なお、図５に示す改変例では、４体の発熱体１０を並列配置して構成したが、発熱体１０の数はこれに限定されるものではない。また、上記第一実施形態の改変例では、発熱体１０をリード部材５０，５０間で電気的に直列に接続したが、並列に接続することも可能である。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態において、上記第一実施形態と同様の部材には同一の符号を附してあり、主として上記実施形態と異なる部分について説明する。

図６（ａ）に示す第二実施形態においては、発熱体の幅方向端部及び絶縁体の形状が上記第一実施形態と異なる。第二実施形態に係る電気ヒーター１Ａにおいて、発熱体１０Ａの幅方向端部１３Ａは、第一屈曲部１４Ａにより鉛直方向Ｙ下方に配向するように形成されている。

絶縁体２０Ｂは、対をなす第一分割体２１Ｂ及び第二分割体２２Ｂとからなる。第一分割体２１Ｂは板状を呈し、その下端には傾斜部２３Ｂが形成されている。この傾斜部２３Ｂは、発熱体１０Ａに沿うように鉛直方向Ｚに対し鋭角に傾斜している。一方、第二分割体２２Ｂは略Ｊ字状を呈し、第一分割体２１Ｂ側に溝部２４Ｂと傾斜部２３Ｂへ突出する突出部２５Ｂが形成されている。この突出部２５Ｂと傾斜部２３Ｂとの間には、発熱体１０Ａの厚さよりも幅広の空隙２６Ｂが形成されている。

本実施形態では、傾斜部２３Ｂと溝部２４Ｂとにより発熱体１０Ａの幅方向端部１３Ａを挟み込むことで、発熱体１０Ａを第一、第二分割体２１Ｂ，２２Ｂ間に係止させる。これにより、傾斜部２３Ｂ、溝部２４Ｂ及び空隙２６Ｂが相俟って、発熱体１０Ａの発熱・冷却時の熱変形による幅方向Ｘへの移動を規制し、絶縁体２０からの脱落、抜けを防止する。

このように、第二実施形態に係る電気ヒーター１Ａにおいても、上記第一実施形態と同様に、各分割体２１Ｂ，２２Ｂを幅狭に形成することができ、絶縁体２０Ｂの熱容量を抑制することができる。また、絶縁体２０Ｂを幅狭に形成することで、各分割体２１Ｂ，２２Ｂの加熱空間側に対する露出部分を減らすことができ、温度分布が均一化され昇降温のレスポンスを向上させることが可能となる。

ここで、第二実施形態においても、上記第一実施形態の改変例の如く、複数の発熱体を並列に配置することは可能である。
第二実施形態の改変例に係る電気ヒーター１Ｃでは、図６（ｂ）に示すように、並列配置される各発熱体１０Ａの間に第二絶縁体２０Ｃを設けている。この第二絶縁体２０Ｃは、上述の第二実施形態の第一分割体２１Ｂと、この一対の第一分割体２１Ｂ，２１Ｂに挟まれる第二分割体２２Ｃからなる。

第二分割体２２Ｃは略Ｔ字状を呈し、その両側面（各第一分割体２１Ｂ，２１Ｂ側）に溝部２４Ｃ及び傾斜部２３Ｂ側へ突出する突出部２５Ｃが形成されている。また、第二分割体２２Ｃには、第一分割体２１Ｂの貫通孔２７Ｂと連通する貫通孔２７Ｃが形成されている。

この改変例においても、上記第一実施形態の改変例と同様に、第二分割体２２Ｃを隣接する発熱体１０Ｂ間で共通させている。これにより、絶縁体２０Ｃを幅狭に形成でき、絶縁体２０Ｃ全体の熱容量を抑制することができる。しかも、加熱空間に対する加熱面密度を増加させることができ、昇降温のレスポンスを向上させることが可能となる。

図７，８に示す第三実施形態においては、発熱体及び絶縁体の構成が上記各実施形態と異なる。図７（ａ）に示すように、第三実施形態に係る電気ヒーター１Ｄは、発熱体１０Ｂと、一対の分割体６１，６１及びこの一対の分割体６１，６１に挿入する絶縁体としての碍管６２とからなる絶縁体６０とを備える。

発熱体１０Ｂには、一対の幅方向端部１３Ｂ，１３Ｂに適宜間隔をおいて複数の略円形の貫通孔１７が形成されている。図８に示すように、発熱体１０Ｂにおける一対の幅方向端部１３Ｂ，１３Ｂの間は、スリット１１に直交する長手方向Ｙ視でなだらかな円弧状（アーチ状）をなすように形成しており、下側（炉内部側）に凸状を呈している。この発熱体１０Ｂは、発熱により軟化すると共に熱膨張すると、発熱体１０Ｂの自重が鉛直方向Ｚに作用し、カテナリー曲線の如き形状となる。この形状は力学的に安定しており、軟化しても発熱体１０Ｂの形状は維持されると共に脱落が防止される。

図８に示すように、この発熱体１０Ｂは、薄板部材１０’に上述のスリット１１を形成すると共に幅方向Ｘの一対の端部１３’１３’に貫通孔１７を形成することで製作される。幅方向端部１３Ｂは、薄板部材１０’全体を幅方向Ｘに沿うように円弧状に形成すると共に端部１３’を第一屈曲部１４’で薄板部材１０’のなす円弧の内側へ折り曲げて形成されている。ここで、円弧の内側へ折り曲げるとは、両方の幅方向端部１３Ｂ，１３Ｂを略鉛直方向Ｚに沿うように互いに平行に配向させることをいう。このように構成することで、発熱体に加熱による軟化が生じても、発熱体１０Ｂは幅方向端部１３Ｂ，１３Ｂで鉛直に支持されており、支持部分に不要な応力は発生しない。

図７（ａ）に示すように、分割体６１の下部には凹部６３が形成されており、この凹部６３に碍管６２を貫通させる貫通孔６４が形成されている。また、分割体６１の上部には、締結具３０としてのボルト３１を貫通させる第二貫通孔６５が形成されている。この分割体６１及び碍管６２は、上記各実施形態と同様の絶縁材料により構成され、発熱体１０Ｂとフレーム２，２’とを電気的に絶縁する。一対の分割体６１，６１を凹部６３，６３を対向させてボルト３１及びナット３２により固定部材４０に締結固定する。これにより、発熱体１０Ｂの幅方向端部１３Ｂを挿入する溝６６が鉛直方向Ｚに向かって形成される。

ここで、本実施形態における電気ヒーター１Ｄの組立製造手順について説明する。
まず、一対の分割体６１，６１を対向させて発熱体１０Ｂの幅方向端部１３Ｂを挿入する溝部６６を形成する。この溝部６６に発熱体１０Ｂの幅方向端部１３Ｂを下方から挿入する。挿入後、発熱体１０Ｂの貫通孔１７及び一対の分割体６１，６１の貫通孔６４，６４に碍管６２を挿入して連結させる。これら連結された部材をフレーム２に予め取り付けた固定部材４０に嵌め込み、締結具３０により分割体６１，６１を締結固定する。これにより、幅方向端部１３Ｂが溝部６６内で碍管６２に係止され、発熱体１０Ｂは絶縁体６０に吊り下げられる。

本実施形態においても、上記各実施形態と同様に、各分割体２１Ｂ，２２Ｂを幅狭に形成することができ、絶縁体６０の熱容量を抑制することができる。また、幅狭に形成することで、各分割体６１，６１の加熱空間側に対する露出部分を減らすことができ、温度分布が均一化され昇降温のレスポンスを向上させることが可能となる。さらに、第一屈曲部１４Ｂは絶縁体６０の下方に位置するので、一方の分割体６１が加熱空間Ｓに対して発熱体１０Ｂに覆うように支持され、絶縁体６０の加熱空間Ｓに対する露出部分をさらに減らすことができる。

ここで、第三実施形態においても、上記各実施形態の改変例の如く、複数の発熱体を並列に配置することは可能である。
第三実施形態の改変例に係る電気ヒーター１Ｅでは、図７（ｂ）に示すように、並列配置される各発熱体１０Ｂの間に第二の絶縁体６０Ａを設けている。この第二絶縁体６０Ａは、上述の分割体６１，６１と、この一対の分割体６１，６１に挟まれる第二分割体６７とからなる。

第二分割体６７は、その幅方向Ｘの両側面に凹部６８がそれぞれ形成されている。凹部６８には、各分割体６１，６１の貫通孔６４，６４と連通し碍管６２を貫通させる貫通孔６９ａが形成されている。また、その上部には、分割体６１，６１の第二貫通孔６５，６５と連通する第二貫通孔６９ｂが形成されている。

分割体６１，６１及び第二分割体６７の各貫通孔６４，６９ａ及び発熱体１０Ｅの貫通孔１７に碍管６２を挿入することで発熱体１０Ｂを第二絶縁体６０Ａに係止し、複数の発熱体１０Ｂを並列配置する。この改変例においても、発熱体１０Ｂに対し幅方向Ｘの外側に位置する第二分割体６７を共通としているので、第二絶縁体６０Ａを幅狭に構成でき、第二絶縁体６０Ａの熱容量を抑制することができる。また、加熱空間Ｓに対する加熱面密度を増加させることができ、温度分布が均一化され昇降温のレスポンスを向上させることが可能となる。

図９，１０に示す第四実施形態においては、発熱体及び絶縁体の構成が上記各実施形態と異なる。図９に示すように、第四実施形態に係る電気ヒーター１Ｆは、複数の発熱体１０Ｃと、これらの発熱体１０Ｃを取り付ける一体物の絶縁体７０と、絶縁体７０を固定すると共にフレーム２に取り付けられる固定部材４０Ａとを備える。

発熱体１０Ｃは、上記各実施形態と同様にスリット１１が形成されると共に下側に凸の略円弧状に形成されている。発熱体１０Ｃの幅方向端部１３Ｃは、上記各実施形態と異なり、屈曲形成されていない。その幅方向端部１３Ｃには、貫通部材８０を貫通させる貫通孔１７が形成されている。また、固定部材４０Ａは、長手方向Ｙ視で略Ｌ字状に形成されている。

絶縁体７０は、全体として板状を呈すると共に、縦部７１とこの縦部７１から少なくとも幅方向Ｘへ屈曲する横部７２とからなる。縦部７１には、先の締結具３０を貫通させる貫通孔７３が形成されている。横部７２は、発熱体１０Ｃに沿うように鉛直方向Ｚに対して鋭角に傾斜し、貫通部材８０を貫通させる第二貫通孔７４が形成されている。このように、発熱体１０Ｃを取り付ける横部７２を縦部７１から連続して一体的に形成することで、絶縁体７０全体の体積を減らすことができ、絶縁体７０の熱容量を抑制することが可能となる。しかも、横部７２は幅方向端部１３Ｃを取付可能に形成すればよく、横部７２を幅方向Ｘに対して幅狭に形成することができる。これにより、横部７２の加熱空間Ｓ側への露出を減らすことができ、加熱面密度を向上させて温度分布が均一化されると共に加熱効率を向上させることができる。なお、貫通部材８０には、例えばボルト８１を用いる。

ここで、発熱体１０Ｃの絶縁体７０への取付について説明する。
ボルト８１は、横部７２の貫通孔７４及び発熱体１０Ｃの貫通孔１７を貫通し、ナット８２により幅方向端部１３Ｃを横部７２の下面７２ａに取り付ける。ここで、同図の一点鎖線で示す発熱体１０Ｃ’の如く、横部７２の上面７２ｂに取り付けることも可能である。しかし、横部７２の下面７２ａ側に取り付けることで、加熱空間に対し発熱体１０Ｃを横部７２を覆うように位置させることができ、絶縁体７０の加熱面側の露出部分を低減させることができる。しかも、隣接する発熱体１０Ｃを近接して配置することができ、加熱面密度を向上させることができる。従って、これらの点で下面７２ａに発熱体１０Ｃを取り付ける態様の方が優れている。

本実施形態において、横部７２を縦部７１から鉛直方向Ｚに対し鋭角に折り曲げて形成したが、横部７２の傾斜角度は上記態様に限られるものではない。
例えば、図１０（ａ）に示す第四実施形態の第一改変例に係る電気ヒーター１Ｇは、鉛直方向Ｚに対し鈍角に屈曲形成した横部７２Ａを有する絶縁体７０Ａを備えている。この横部７２Ａには、鉛直方向Ｚ上方に凸になだらかに湾曲させた発熱体１０Ｄが取り付けられている。同図（ｂ）に示す第二改変例に係る電気ヒーター１Ｈは、略水平に屈曲形成した横部７２Ｂを有する絶縁体７０Ｂを備えている。この横部７２Ｂには、平坦に形成した発熱体１０Ｅが取り付けられている。

また、上記第四実施形態では、各発熱体の一対の幅方向端部にそれぞれ絶縁体７０を設け、発熱体を並列配置した。しかし、隣接する発熱体間において、絶縁体７０を鉛直方向Ｚに対し線対称に一対設ける態様の他、第二の絶縁体７０Ｃを用いて行うことも可能である。例えば、図１０（ｃ）に示すように、第三改変例に係る電気ヒーター１Ｊにおいて、第二絶縁体７０Ｃは、縦部７１Ｃとこの縦部７１Ｃから分岐する一対の横部７２Ｃ，７２Ｃよりなる。これにより、縦部７１Ｃが隣接する発熱体１０Ｃ間で共通するので、絶縁体７０をさらに幅狭に形成でき、より面密度を向上させることが可能となる。

図１１に示す第五実施形態に係る電気ヒーター１Ｋは、貫通部材８０としてのボルト８１に代えて絶縁ピン８３を設ける点で上記第四実施形態と異なる。また、絶縁体７０Ｄの横部７２Ｄには、第四実施形態と異なり貫通孔を設けていない。

絶縁ピン８３は、固定部材４０Ｂの貫通孔４２を鉛直方向Ｚへ貫通して取り付けられている。発熱体１０Ｃは、幅方向端部１３Ｃが横部７２Ｄの上面７２ｂに載置されると共に、発熱体１０Ｃの貫通孔１７に絶縁ピン８３を貫通させることで横部７２Ｄに取り付けられる。これにより、発熱体の熱変形による幅方向Ｘへの移動が規制されると共に、横部７２Ｄにより発熱体１０Ｃの落下も防止される。しかも、横部７２Ｄに発熱体１０Ｃの貫通孔１７に対応して複数の貫通孔を形成しなくてもよく、絶縁体の加工が容易となる。

図１２（ａ）に示す第六実施形態においては、絶縁体及び固定部材の構成が上記各実施形態と異なる。第六実施形態に係る電気ヒーター１Ｌは、複数の発熱体１０Ｆと、絶縁体９０と、この絶縁体９０を保持する固定部材４０Ｄとを備える。

発熱体１０Ｆは、先の第三実施形態と同様の構成であるが、幅方向端部１３Ｆには貫通孔１７が形成されていない。固定部材４０Ｄは、例えばステンレス板等の板状物を略方形に屈曲して管状に形成されると共に、発熱体１０Ｆ側の側面４４に長手方向Ｙに沿って開口部４３が形成されている。固定部材４０Ｄを板状物を屈曲加工により形成するので、固定部材４０Ｄを薄くすることができ、固定部材４０Ｄの熱容量を抑制することができる。この固定部材４０Ｄ内部には、絶縁体９０が長手方向Ｙに向かって嵌め込まれる。

絶縁体９０は、対をなす第一、第二分割体９１，９２とからなる。第一分割体９１は略Ｌ字状を呈すると共に、幅方向Ｘに沿う水平部９３とその水平部９３から鉛直方向Ｚ下方に連続する鉛直部９４とからなる。この鉛直部９４の下端は、発熱体１０Ｆに沿う傾斜面９４ａが形成されている。

第二分割体９２は略Ｌ字状を呈すると共に、鉛直方向Ｚに沿う鉛直部９５とその鉛直部９５から水平方向に連続する水平部９６とからなり、固定部材４０Ｃの下部４５により支持されている。この水平部９６の上面には、発熱体１０Ｆに沿う傾斜面９６ａが形成されている。

第一、第二分割体９１，９２は、固定部材４０Ｄの内部に嵌め合わせて固定され、第一、第二分割体９１，９２により幅方向端部１３Ｆを挿入する溝部９７が鉛直方向Ｚに形成される。この溝部９７の一端は、傾斜面９４ａ，９６ａにより形成される空隙９７ａが形成されると共に、開口部４３と連通している。

このように、絶縁体９０を第一、第二分割体９１，９２により構成しているので、発熱体１０Ｆの幅方向端部１３Ｆを保持する溝部９７を容易に形成することができる。また、第一、第二分割体９１，９２を管状の固定部材４０Ｄに嵌め込んで固定するので、各分割体９１，９２は少なくとも絶縁を確保し得る厚みを有していればよく、絶縁体９０全体を幅方向Ｘに対して幅狭に形成することができる。これにより、絶縁体９０の熱容量を抑制することができる。しかも、絶縁体９０の各分割体９１，９２は薄く形成され且つ管状の固定部材４０Ｄに嵌め込んで固定されるので、絶縁体９０の加熱空間Ｓ側に露出する部分を減らすことができ、加熱面密度を向上させることができる。従って、温度分布が均一化され昇降温のレスポンスを向上させることができる。さらに、絶縁体９０を長手方向Ｙに向かって挿入すればよく、固定作業を容易に行うことができる。

ここで、幅方向端部１３Ｆは、溝部９７に挿入されると共に保持される。幅方向端部１３Ｆの第一屈曲部１４Ｆは、第一、第二分割体９１，９２の傾斜面９４ａ，９６ａにより挟持される。これにより、傾斜面９４ａ，９６ａ及び溝部９７が相俟って、発熱体１０Ｆの発熱・冷却時の熱変形による幅方向Ｘへの移動を規制すると共に、絶縁体９０からの脱落、抜けを防止する。

図１２（ｂ）に示す第七実施形態に係る電気ヒーター１Ｍは、発熱体１０Ｇ、絶縁体９０Ａ及び固定部材４０Ｅの形状が上記第六実施形態と異なる。
発熱体１０Ｇは、鉛直方向Ｚ下方へ凸状になだらかに湾曲している。幅方向端部１３Ｇは、幅方向Ｘへ配向するように発熱体１０Ｇの端部を第一屈曲部１４Ｇで発熱体１０Ｇ側に半円状に折り曲げて形成されている。固定部材４０Ｅは、その下面４５に長手方向Ｙに沿って開口部４３が形成されている。

絶縁体９０Ａは、対をなす第一、第二分割体９１Ａ，９２Ａとからなる。第一分割体９１Ａは略Ｌ字状を呈すると共に、幅方向Ｘに沿う水平部９３Ａとその水平部９３Ａから鉛直方向Ｚに連続する鉛直部９４Ａとからなり、固定部材４０Ｅの下部４５により支持されている。この水平部９３Ａの一端は、発熱体１０Ｆの第一屈曲部１４Ｇに沿うように曲面９３Ａａが形成されている。

第二分割体９２Ａは略Ｌ字状を呈すると共に、鉛直方向Ｚに沿う鉛直部９５Ａとその鉛直部９５Ａから水平方向Ｘに連続する水平部９６Ａとからなる。第一、第二分割体９１Ａ，９２Ａは、固定部材４０Ｅの内部に嵌め合わせて固定され、第一、第二分割体９１Ａ，９２Ａにより幅方向端部１３Ｇを挿入する溝部９７が水平方向Ｘに形成される。この溝部９７の一端は、曲面９３Ａａと鉛直部９５Ａにより形成される空隙９７ａが形成されると共に、開口部４３と連通している。

本実施形態においても、第六実施形態と同様に、発熱体１０Ｇの幅方向端部１３Ｇを保持する溝部９７を容易に形成することができ、絶縁体９０Ａ全体を幅狭に形成することができる。これにより、絶縁体９０Ａの熱容量を抑制することができ、レスポンスを向上させることができる。さらに、本実施形態では、幅方向端部１３Ｇを幅方向Ｘに配向させているので、第一分割体９１Ａは発熱体１０Ｇの上方に位置する。よって、第一分割体９１Ａが、加熱空間Ｓに対して露出することはなく、絶縁体９０Ａの露出面積をさらに減少させることができる。

ここで、幅方向端部１３Ｇは、溝部９７に挿入されると共に保持される。幅方向端部１３Ｇの第一屈曲部１４Ｇは、第一分割体９１Ａの曲面９３Ａａ及び鉛直部９５Ａにより挟持される。これにより、曲面９３Ａａ、鉛直部９５Ａ及び溝部９７Ａが相俟って、発熱体１０Ｇの発熱・冷却時の熱変形による幅方向Ｘへの移動を規制すると共に、絶縁体９０Ａからの脱落、抜けを防止する。

最後に、本発明のさらに他の実施形態の可能性について説明する。
上記第一、第二実施形態において、発熱体の幅方向端部の形状は上記形状に限られるものではない。例えば、図１３（ａ）〜（ｄ）に示すように、幅方向端部１３の先端部分を略直角に折り曲げて折曲部１６’を形成しても構わない。

また、折曲部１６’の折曲方向は、幅方向Ｘに沿う水平方向であればいずれの方向であってもよい。但し、図１３（ｂ）（ｃ）に示すように、折曲部１６’を発熱体１０側へ配向させることで、一方の分割体が加熱空間Ｓに対して露出することはなく、絶縁体２０の加熱空間Ｓに対する露出部分を減らすことができる。これにより、昇降温のレスポンスをさらに向上させることができる。さらに、同図（ｃ）に示す如き発熱体１０を並列配置する態様において、隣接する発熱体１０をより近接することができる。しかも、第二分割体２２ｃの加熱空間Ｓへの露出部分を減らすことも可能となり、加熱面密度をさらに向上させることができる。

上記第一、第二実施形態において、絶縁体の形状も上記形状に限られるものではない。例えば、図１３（ａ）（ｄ）に示すように、第一分割体２１ａの厚みをほぼ一定にして屈曲形成しても構わない。これにより、第一分割体２１ａの熱容量をさらに低減することができる。

また、上記第一、第二実施形態において、発熱体を下側に凸状に湾曲させて形成した。しかし、上側に凸状の発熱体や平坦に形成した発熱体に適用することも可能である。第二実施形態の場合、発熱体の形状に合わせて、傾斜部２３Ｄ，２３Ｅを鉛直方向Ｚに対し鈍角又は垂直等に傾斜させればよい。

上記第三実施形態において、絶縁体としての碍管６２により発熱体１０Ｂを一対の分割体６１，６１間に吊り下げ支持した。しかし、碍管６２に代えて溝部６６に接着剤を充填硬化させて発熱体１０Ｂを対の分割体６１，６１間に吊り下げ支持させても構わない。また、上記第四〜第七実施形態において、発熱体の並列配置の態様を例に説明した。しかし、発熱体の一対の幅方向端部にそれぞれ絶縁体を設けることで、単一の発熱体により電気ヒーターを構成することが可能である。

上記第六、七実施形態において、絶縁体９０を第一、第二分割体９１，９２により構成した。しかし、係る態様に限られず、絶縁体９０を一体物として形成しても構わない。但し、係る場合、発熱体端部を挿入する溝を形成するために肉厚に形成する必要があり、熱容量の低減の点で上記第六、七実施形態の方が優れている。

本発明に係る電気ヒーターは、例えばガラス、セラミック、金属等の被加熱物の熱処理用のヒーターとして利用することができる。また、この電気ヒーターは加熱ユニットとして例えば炉内に設置し、加熱装置として利用することも可能である。また、電気ヒーター及び電気ヒーターの製造方法並びに加熱装置は、例えば半導体ウエハの半導体製造装置やガラス基板等を加熱処理する基板処理装置等にも適用可能である。

１，１Ａ〜１Ｍ，１’：電気ヒーター、２，２’：フレーム（基材）、３：断熱部材、１０，１０Ａ〜１０Ｍ：発熱体、１０’：薄板部材、１１：スリット、１２：電流路、１２ｘ，１２ｙ：電流路端部、１３，１３Ａ〜１３Ｍ：幅方向端部、１３’：端部、１４，１４Ａ〜１４Ｍ，１４’：第一屈曲部、１５，１５’：第二屈曲部、１６，１６’：折曲部、１７：貫通孔、２０，２０Ａ〜２０Ｃ，２０ａ〜２０ｄ：絶縁体、２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１ａ，２１ｂ：第一分割体、２２，２２Ａ〜２２Ｃ，２２ａ〜２２ｄ：第二分割体、２３：湾曲部、２３Ｂ，２３Ｃ：傾斜部、２４：切欠部、２４Ａ〜２４Ｃ：溝部、２５，２５Ａ〜２５Ｃ：突出部、２６，２６Ａ〜２６Ｃ：空隙、２７，２７Ａ〜２７Ｃ：貫通孔、３０：締結具（ボルト）、３１：ボルト、３２：ナット、４０，４０Ａ〜４０Ｅ：固定部材、４１：取付手段、４２：貫通孔、４３：開口部、４４：側面、４５：下面、５０：リード部材、５１：絶縁部材、５２：固定具、６０，６０Ａ：絶縁体、６１：分割体（碍子）、６２：碍管、６３：凹部、６４：貫通孔、６５：第二貫通孔、６６：溝部、６７：第二分割体、６８：凹部、６９ａ：貫通孔、６９ｂ：第二貫通孔、７０，７０Ａ〜７０Ｄ：絶縁体、７１，７１Ｃ：縦部、７２，７２Ａ〜７２Ｄ：横部、７２ａ：下面、７２ｂ：上面、７３：貫通孔、７４：第二貫通孔、８０：貫通部材、８１：ボルト、８２：ナット、９０，９０Ａ：絶縁体、９１，９１Ａ：第一分割体、９２，９２Ａ：第二分割体、９３，９３Ａ：水平部、９３Ａａ：曲面、９４，９４Ａ：鉛直部、９４ａ：傾斜面、９５，９５Ａ：鉛直部、９６，９６Ａ：水平部、９６ａ：傾斜面、９７：溝部、９７ａ：一端（空隙）、１００，１００Ａ〜１００Ｃ：加熱ユニット、１０１：支持部材、Ｓ：加熱空間、Ｘ：幅方向、Ｙ：長手方向、Ｚ：鉛直方向

Claims (12)

1. スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体と、この発熱体を支持する絶縁体とを備え、この発熱体のうち前記スリットに沿う幅方向に位置する一対の幅方向端部で前記絶縁体に支持される電気ヒーターであって、
   前記発熱体は、前記幅方向が水平方向に沿うように支持されるものであり、
   前記幅方向端部は、前記発熱体の端部を第一屈曲部で鉛直方向上方に向けて屈曲させて形成され、
   各幅方向端部に位置する絶縁体は、前記水平方向に対して少なくとも２分割され、２分割された各分割体の間に鉛直方向に沿って形成されその下端で開口し前記幅方向端部の少なくとも一部が配置される空隙を有し、前記幅方向端部を係止して前記第一屈曲部を前記絶縁体の下方に位置させ、前記幅方向端部の上方の部分で前記各分割体を締結する締結具を設けてある電気ヒーター。
2. 前記幅方向端部は、その先端部分が第二屈曲部で鉛直方向下方へ向かって前記発熱体の外方へ折り曲げて形成される折曲部を有し、前記絶縁体の一方の分割体は、板状を呈すると共に前記発熱体側へ湾曲する湾曲部を有し、前記絶縁体の他方の分割体は、前記湾曲部に対向するように開口する切欠部を有し、前記湾曲部と前記切欠部とにより前記幅方向端部を挟み込むことで前記幅方向端部を係止する請求項１記載の電気ヒーター。
3. 前記幅方向端部は、その先端部分が第二屈曲部で前記水平方向へ折り曲げて形成される折曲部を有し、前記絶縁体の一方の分割体は、他方の分割体へ突出し前記折曲部に対向する突出部を有し、前記幅方向端部を前記各分割体で挟み込むことで前記幅方向端部を係止する請求項１記載の電気ヒーター。
4. 前記一方の分割体を前記他方の分割体に対し前記発熱体側に位置させ、前記折曲部を前記発熱体側へ配向させる請求項３記載の電気ヒーター。
5. 前記各分割体はその下部に凹部を有し、前記空隙は前記凹部を前記水平方向に対向させることで形成される溝部であり、前記幅方向端部及び前記凹部に貫通孔をそれぞれ形成し、これら貫通孔に絶縁体を挿入することで前記幅方向端部を係止する請求項１記載の電気ヒーター。
6. 前記各分割体はその下部に凹部を有し、前記空隙は前記凹部を前記水平方向に対向させることで形成される溝部であり、前記溝部に接着剤を充填し硬化させることで前記幅方向端部を係止する請求項１記載の電気ヒーター。
7. 前記発熱体を少なくとも２組前記幅方向に並列配置させて備え、幅方向外側の分割体が２組の発熱体で共通する請求項１〜６のいずれかに記載の電気ヒーター。
8. 前記締結具が前記分割体を貫通する棒状部材である請求項１〜７のいずれかに記載の電気ヒーター。
9. 基材に固定される固定部材を備え、この固定部材に前記棒状部材を貫通させることで固定してある請求項８記載の電気ヒーター。
10. 前記発熱体は、鉛直方向下方側へ湾曲する凸状を呈する請求項１〜９のいずれかに記載の電気ヒーター。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の電気ヒーターの製造方法であって、
    スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体と、この発熱体を支持する絶縁体とを備え、この発熱体のうち前記スリットに沿う幅方向に位置する一対の幅方向端部で前記絶縁体に支持される構造であり、
    前記発熱体は、前記幅方向が水平方向に沿うように支持されるものであり、
    前記幅方向端部は、前記発熱体の端部を第一屈曲部で鉛直方向上方に向けて屈曲させて形成され、
    前記２分割された各分割体の間に鉛直方向に沿って形成されその下端で開口し前記幅方向端部の少なくとも一部が配置される空隙を形成し、前記幅方向端部を係止して前記第一屈曲部を前記絶縁体の下方に位置させ、前記幅方向端部の上方の部分で前記各分割体を締結具により締結する電気ヒーターの製造方法。
12. 請求項１〜１０のいずれかに記載の電気ヒーターを備えた加熱装置。

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