JP5903114B2 - Electric heater, method of manufacturing electric heater, and heating apparatus provided with the same - Google Patents
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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。 The present invention relates to an electric heater, an electric heater manufacturing method, and a heating apparatus. More specifically, a plate-like heating element in which a current path is formed by forming a slit, and an insulator that supports the heating element, and a pair of heating elements positioned in the width direction along the slit of the heating element. The present invention relates to an electric heater supported by the insulator at a width direction end, a method for manufacturing the electric heater, and a heating device.
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。
Conventionally, as an electric heater as described above, for example, the one described in
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。 In view of such conventional circumstances, the present invention provides an electric heater and an electric heater that reduce the heat capacity of the insulator and reduce the exposed area of the insulator with respect to the heating space to make the temperature distribution uniform and improve the response of temperature rise and fall An object of the present invention is to provide a manufacturing method and a heating apparatus.
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、基材に固定される固定部材を備え、各幅方向端部に位置する絶縁体は、縦部とこの縦部から少なくとも発熱体側へ屈曲する横部とからなり、前記発熱体を貫通する絶縁ピンを備え、前記固定部材及び前記幅方向端部は、前記絶縁ピンを貫通させる貫通孔を有し、前記絶縁ピンは、前記幅方向端部を前記横部に載置した状態で、且つ、前記絶縁ピンを前記貫通孔に貫通させた状態で、前記幅方向端部を前記絶縁体に取り付けることにある。
In order to achieve the above object, the electric heater according to the present invention is characterized by including a plate-like heating element in which a current path is formed by forming a slit, and an insulator that supports the heating element. In the structure supported by the insulator at a pair of width direction ends located in the width direction along the slit, the fixing member fixed to the base material, and the insulator located at each width direction end is A vertical portion and a horizontal portion bent at least from the vertical portion toward the heat generating body, including an insulating pin that penetrates the heat generating body, and the fixing member and the widthwise end portion are through holes that penetrate the insulating pin. The insulating pin has the width direction end portion placed on the lateral portion and the insulating pin penetrates the through hole, and the width direction end portion is the insulator. To be attached to.
この構成によれば、絶縁体を縦部と縦部から少なくとも幅方向に屈曲する横部で構成するので、縦部で絶縁体全体を支持し且つ横部に発熱体を取り付けることができ、絶縁体全体を薄く形成し絶縁体全体の熱容量を低減することが可能となる。また、横部は発熱体の幅方向端部を載置できればよく、絶縁体の加熱空間側に露出する部分を減らし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。しかも、絶縁ピンを幅方向端部に貫通させるので、発熱体の熱変形等による幅方向への移動を規制し、脱落を防止することができる。 According to this configuration, since the insulator is composed of the vertical portion and the horizontal portion that is bent at least in the width direction from the vertical portion, the vertical portion can support the entire insulator and the heating element can be attached to the horizontal portion. It becomes possible to reduce the heat capacity of the whole insulator by forming the whole body thin. Moreover, the horizontal part should just mount the width direction edge part of a heat generating body, and can reduce the part exposed to the heating space side of an insulator, and can improve a heating surface density. Therefore, the temperature distribution can be made uniform and the response to temperature rise and fall can be improved. In addition, since the insulating pin is passed through the end portion in the width direction, the movement in the width direction due to the thermal deformation of the heating element can be restricted and the dropout can be prevented.
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、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の製造方法において、基材に固定される固定部材を備え、各幅方向端部に位置する絶縁体は、縦部とこの縦部から少なくとも発熱体側へ屈曲する横部とからなり、前記発熱体を貫通する絶縁ピンを備え、前記幅方向端部に前記絶縁ピンを貫通させる貫通孔を形成し、前記幅方向端部を前記横部に載置すると共に前記絶縁ピンを前記固定部材及び前記貫通孔に貫通させて前記絶縁体に取り付けることにある。 In order to achieve the above object, the method of manufacturing an electric heater according to the present invention includes a plate-like heating element in which a current path is formed by forming a slit, and an insulator that supports the heating element. In the method of manufacturing an electric heater supported by the insulator at a pair of width direction end portions positioned in the width direction along the slit among the heating elements, each heating direction end includes a fixing member fixed to a base material. The insulator located in the portion includes a vertical portion and a horizontal portion that is bent at least from the vertical portion toward the heating element, includes an insulating pin that penetrates the heating element, and allows the insulating pin to penetrate the end in the width direction. A through hole is formed, the end in the width direction is placed on the lateral portion, and the insulating pin is passed through the fixing member and the through hole and attached to the insulator.
上記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。 The electric heater described above can be implemented as a heating device provided with the electric heater.
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。 According to the characteristics of the electric heater, the method for manufacturing the electric heater, and the heating device according to the present invention, it is possible to reduce the heat capacity of the insulator and reduce the exposed area of the insulator with respect to the heating space, thereby improving the response of raising and lowering the temperature. It has become possible.
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。 Other objects, configurations, and effects of the present invention will become apparent from the following embodiments of the present invention.
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。
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the
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。
As shown in FIG. 1, for example, the
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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
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。
As shown in FIG. 3, the
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。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
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。
The first and second divided
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。
As shown in FIG. 4, the
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。
Here, the
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。
In this manner, the
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。
The
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。
As shown in FIG. 1, for example, a channel member in which a plate-like object is formed in a channel shape is used as the fixing
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。
Here, an assembly manufacturing procedure of the
First, the
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。
In the present embodiment, the
For example, an electric heater 1A according to a modification as shown in FIG. 5 includes a plurality of
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。
22 A of 2nd division bodies are substantially T-shaped, and the
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。
Here, it is also possible to use the
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。
In the modification shown in FIG. 5, four
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。 Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following embodiments, the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and different portions from the above embodiments will be mainly described.
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。
In 2nd embodiment shown to Fig.6 (a), the width direction edge part of a heat generating body and the shape of an insulator differ from the said 1st embodiment. In the electric heater 1A according to the second embodiment, the width
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。
The
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。
In the present embodiment, the
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。
Thus, also in the electric heater 1A according to the second embodiment, each of the divided
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。
Here, also in the second embodiment, it is possible to arrange a plurality of heating elements in parallel as in the modified example of the first embodiment.
In the
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。
22 C of 2nd division bodies are substantially T-shaped, and the
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。
Also in this modified example, as in the modified example of the first embodiment, the second divided
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。
In the third embodiment shown in FIGS. 7 and 8, the configuration of the heating element and the insulator is different from the above embodiments. As shown in FIG. 7A, an electric heater 1D according to the third embodiment includes a
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。
In the
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。
As shown in FIG. 8, the
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。
As shown in FIG. 7A, a
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。
Here, an assembly manufacturing procedure of the electric heater 1D in the present embodiment will be described.
First, the
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。
Also in the present embodiment, each divided
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。
Here, also in the third embodiment, it is possible to arrange a plurality of heating elements in parallel as in the modified examples of the above embodiments.
In the
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。
The second divided
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。
The
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。
In the fourth embodiment shown in FIGS. 9 and 10, the configurations of the heating element and the insulator are different from those in the above embodiments. As shown in FIG. 9, the electric heater 1F according to the fourth embodiment includes a plurality of
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。
The
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。
The
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。
Here, attachment of the
The
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。
In the present embodiment, the
For example, the
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。
Moreover, in the said 4th embodiment, the
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。
The electric heater 1K according to the fifth embodiment shown in FIG. 11 is different from the fourth embodiment in that an insulating pin 83 is provided instead of the
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。
The insulating pin 83 is attached through the through
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。
In the sixth embodiment shown in FIG. 12A, the configurations of the insulator and the fixing member are different from those of the above embodiments. The electric heater 1L according to the sixth embodiment includes a plurality of
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。
The
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。
The
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。
The second divided
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。
The first and second divided
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。
Thus, since the
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。
Here, the width
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。
The electric heater 1M according to the seventh embodiment shown in FIG. 12B is different from the sixth embodiment in the shapes of the
The
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。
The
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。
The second divided
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。
Also in the present embodiment, as in the sixth embodiment, the
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。
Here, the width
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。
Finally, the possibilities of yet another embodiment of the present invention will be described.
In said 1st, 2nd embodiment, the shape of the width direction edge part of a heat generating body is not restricted to the said shape. For example, as shown in FIGS. 13A to 13D, a
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。
Further, the bending direction of the
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。
In the first and second embodiments, the shape of the insulator is not limited to the above shape. For example, as shown in FIGS. 13A and 13D, the first divided
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。 Further, in the first and second embodiments, the heating element is formed so as to be curved downwardly. However, it can also be applied to a heating element that is convex upward or a heating element that is formed flat. In the case of the second embodiment, the inclined portions 23D and 23E may be inclined with respect to the vertical direction Z at an obtuse angle or perpendicular according to the shape of the heating element.
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。
In the third embodiment, the
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。
In the sixth and seventh embodiments, the
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。 The electric heater according to the present invention can be used as a heater for heat treatment of an object to be heated such as glass, ceramic, or metal. In addition, this electric heater can be installed as a heating unit, for example, in a furnace and used as a heating device. In addition, the electric heater, the electric heater manufacturing method, and the heating apparatus can be applied to, for example, a semiconductor manufacturing apparatus for a semiconductor wafer, a substrate processing apparatus for heating a glass substrate, and the like.
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 1, 1A to 1M, 1 ': Electric heater, 2, 2': Frame (base material), 3: Thermal insulation member, 10, 10A to 10M: Heating element, 10 ': Thin plate member, 11: Slit, 12: Current Path, 12x, 12y: current path end, 13, 13A-13M: width direction end, 13 ': end, 14, 14A-14M, 14': first bent portion, 15, 15 ': second bent Part, 16, 16 ′: bent part, 17: through hole, 20, 20A to 20C, 20a to 20d: insulator, 21, 21A, 21B, 21a, 21b: first divided body, 22, 22A to 22C, 22a to 22d: second divided body, 23: curved portion, 23B, 23C: inclined portion, 24: notched portion, 24A to 24C: groove portion, 25, 25A to 25C: protruding portion, 26, 26A to 26C: gap, 27 , 27A to 27C: through hole, 30: fastener (bolt) 31: bolt, 32: nut, 40, 40A to 40E: fixing member, 41: mounting means, 42: through hole, 43: opening, 44: side surface, 45: lower surface, 50: lead member, 51: insulating member, 52: Fixing tool, 60, 60A: Insulator, 61: Divided body (insulator), 62: Fence pipe, 63: Recessed part, 64: Through hole, 65: Second through hole, 66: Groove part, 67: Second divided body , 68: recessed portion, 69a: through hole, 69b: second through hole, 70, 70A to 70D: insulator, 71, 71C: vertical portion, 72, 72A to 72D: horizontal portion, 72a: lower surface, 72b: upper surface, 73: through hole, 74: second through hole, 80: penetrating member, 81: bolt, 82: nut, 90, 90A: insulator, 91, 91A: first divided body, 92, 92A: second divided body, 93, 93A: horizontal portion, 93Aa: curved surface, 94, 94A: lead Portion, 94a: inclined surface, 95, 95A: vertical portion, 96, 96A: horizontal portion, 96a: inclined surface, 97: groove portion, 97a: one end (gap), 100, 100A to 100C: heating unit, 101: support member , S: heating space, X: width direction, Y: longitudinal direction, Z: vertical direction
Claims (3)
基材に固定される固定部材を備え、
各幅方向端部に位置する絶縁体は、縦部とこの縦部から少なくとも発熱体側へ屈曲する横部とからなり、
前記発熱体を貫通する絶縁ピンを備え、
前記固定部材及び前記幅方向端部は、前記絶縁ピンを貫通させる貫通孔を有し、
前記絶縁ピンは、前記幅方向端部を前記横部に載置した状態で、且つ、前記絶縁ピンを前記貫通孔に貫通させた状態で、前記幅方向端部を前記絶縁体に取り付けるものである電気ヒーター。 A pair of widthwise end portions located in the width direction along the slit of the heating element, each including a plate-like heating element in which a current path is formed by forming a slit, and an insulator that supports the heating element. An electric heater supported by the insulator,
A fixing member fixed to the substrate;
The insulator located at each end in the width direction consists of a vertical part and a horizontal part bent at least from the vertical part to the heating element side,
Comprising an insulating pin penetrating the heating element;
The fixing member and the end in the width direction have a through-hole through which the insulating pin penetrates,
The insulating pin attaches the width direction end to the insulator in a state where the width direction end is placed on the lateral portion and the insulating pin penetrates the through hole. There is an electric heater.
基材に固定される固定部材を備え、
各幅方向端部に位置する絶縁体は、縦部とこの縦部から少なくとも発熱体側へ屈曲する横部とからなり、前記発熱体を貫通する絶縁ピンを備え、前記幅方向端部に前記絶縁ピンを貫通させる貫通孔を形成し、前記幅方向端部を前記横部に載置すると共に前記絶縁ピンを前記固定部材及び前記貫通孔に貫通させて前記絶縁体に取り付ける電気ヒーターの製造方法。 A pair of widthwise end portions located in the width direction along the slit of the heating element, each including a plate-like heating element in which a current path is formed by forming a slit, and an insulator that supports the heating element. A method of manufacturing an electric heater supported by the insulator,
A fixing member fixed to the substrate;
The insulator located at each end in the width direction includes a vertical portion and a horizontal portion bent at least from the vertical portion toward the heating element, and includes an insulating pin that penetrates the heating element, and the insulating end is provided at the end in the width direction. A method of manufacturing an electric heater, wherein a through hole for penetrating a pin is formed, the end portion in the width direction is placed on the lateral portion, and the insulating pin is passed through the fixing member and the through hole to be attached to the insulator.
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