JP7093809B2

JP7093809B2 - バンドヒータ

Info

Publication number: JP7093809B2
Application number: JP2020101400A
Authority: JP
Inventors: 聡常田; 啓太新井; 勇一櫻田; 七重内藤; 貴大湯本; 裕幸半田; 春雄荻原; 利美加藤; 穂積依田
Original assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Current assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Priority date: 2020-06-11
Filing date: 2020-06-11
Publication date: 2022-06-30
Anticipated expiration: 2040-06-11
Also published as: JP2021197229A; WO2021251039A1

Description

本発明は、円筒体に巻き付けるバンドヒータに関する。なお、本書で、アルミはアルミニウム（アルミニウム合金を含む。）の略称である。

円筒体に巻き付けるバンドヒータは、広く実用に供されている（例えば、特許文献１（第４図、第５図）参照）。

特許文献１を図１２及び図１３に基づいて説明する。
図１２は従来のバンドヒータの断面図であり、バンドヒータ１００は、円環が一箇所で分割されたようなＣ形状を呈し、端部同士に渡したボルト１０１を締めることで内径を縮めることができる。

図１３は従来の射出装置の側面図であり、従来の射出装置１１０は、スクリューを内蔵する加熱筒１１１と、この加熱筒１１１の基部に付設されペレット状の樹脂材料を落下しつつ加熱筒１１１へ供給するホッパ１１２と、加熱筒１１１の基部から先端へ分割して配置したバンドヒータ１００Ａ～１００Ｄと、測温部１１３Ａ～１１３Ｄとを備える。

バンドヒータ１００Ａ～１００Ｄは、場所を区別するためにＡ～Ｄを添えたものであって、バンドヒータ１００と同一物である。
測温部１１３Ａが所望の温度になるように、バンドヒータ１００Ａは温度制御される。その他のバンドヒータ１００Ｂ～１００Ｄも同様に、測温部１１３Ｂ～１１３Ｄが所望の温度になるように温度制御される。

ところで、射出装置１１０において、ホッパ１１２で供給される樹脂材料は、固体であり、これを溶融化するため、ホッパ１１２に近いバンドヒータ１００Ａでは加熱を主体とすることが求められる。一方、加熱筒１１１の先端では、樹脂材料は既に加熱され、且つ樹脂材料が混錬されて可塑化されるため、加熱はそれほど必要がなく、迅速な（レスポンスの良い）温度制御が求められる。

しかし、従来技術では、バンドヒータ１００Ａ～１００Ｄは、皆同じバンドヒータ１００である。しかし、本発明者らが詳細に検討したところ、バンドヒータ１００Ａ～１００Ｄには、改善の余地があることが判った。
すなわち、取付け部位によって、要求性能が異なる場合に備えて、バンドヒータ１００Ａ～１００Ｄの改善が求められる。

特開昭６２－１２８７２３号公報

本発明は、取付け部位によって要求性能が異なる場合に好適なバンドヒータを提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、円筒体に巻き付けるバンドヒータであって、
このバンドヒータは、前記円筒体に被せる内ケースと、この内ケースに被せる内側電気絶縁材と、この内側電気絶縁材に被せる発熱体と、この発熱体に被せる外側電気絶縁材と、この外側電気絶縁材に被せる外ケースと、この外ケースに被せるバンドとからなり、
前記外側電気絶縁材は、前記内側電気絶縁材より厚いことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載のバンドヒータであって、
前記外側電気絶縁材の厚さは、前記内側電気絶縁材の厚さの５倍～１０倍であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２記載のバンドヒータであって、
前記外側電気絶縁材は、前記内側電気絶縁材を５枚～１０枚重ねてなることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、円筒体に巻き付けるバンドヒータであって、
このバンドヒータは、前記円筒体に被せる内ケースと、この内ケースに被せる内側電気絶縁材と、この内側電気絶縁材に被せる発熱体と、この発熱体に被せる外側電気絶縁材と、この外側電気絶縁材に被せる外ケースと、この外ケースに被せるバンドとからなり、
前記外ケースと前記バンドの少なくとも一方は、前記内ケースよりも熱伝導率が大きい材料で構成されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項４項記載のバンドヒータであって、
前記内ケースは、ＳＵＳ鋼で構成され、前記外ケースと前記バンドの少なくとも一方は、アルミめっき鋼板で構成されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、外側電気絶縁材を内側電気絶縁材より厚くした。電気絶縁材は断熱材でもある。発熱体より外側（反加熱筒側）の外側電気絶縁材を厚くしたので、発熱体が発する熱の大部分が加熱筒へ向かう。
本発明により、加熱を主体とし、温度制御を従としたバンドヒータが提供される。

請求項２に係る発明では、外側電気絶縁材の厚さを内側電気絶縁材の厚さの５倍～１０倍とした。外側電気絶縁材の断熱性能を十分に高めることができ、加熱筒に向かう熱を増やすことができる。

請求項３に係る発明では、外側電気絶縁材は、内側電気絶縁材を５枚～１０枚重ねてなる。電気絶縁材が一種類で済み、部品の調達コストを下げることができる。

請求項４に係る発明では、発熱体より外側の外ケースとバンドの少なくとも一方を、内ケースよりも熱伝導率が大きい材料で構成したので、冷却性能が高まる。
本発明により、温度制御を主体とし、加熱を従としたバンドヒータが提供される。

請求項５に係る発明では、内ケースは、ＳＵＳ鋼で構成され、外ケースとバンドの少なくとも一方は、アルミめっき鋼板で構成されている。アルミめっき鋼板はＳＵＳ鋼に比較して格段に熱伝導率が大きい。そして、アルミめっき鋼板及びＳＵＳ鋼は入手が容易である。

本発明に係るバンドヒータの断面図である。発熱体の斜視図である。図１の３－３線断面の分解図である。本発明に係る別のバンドヒータの断面図である。図４の５－５線断面の分解図である。本発明に係るバンドヒータを備えている射出装置の要部を示す側面図である。図６の７－７線断面図であって加熱部の断面図である。図７の８－８線断面の分解図である。（ａ）は保温部の作用説明図、（ｂ）は加熱部の作用説明図、（ｃ）は予熱部の作用説明図である。（ａ）はバンドの変形例を説明する断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ矢視図である。（ａ）は発熱体の変更例を説明する斜視図、（ｂ）は（ａ）のｂ―ｂ線断面図、（ｃ）は比較例を説明する断面図である。従来のバンドヒータの断面図である。従来の射出装置の側面図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１～図３に基づいて、予熱部に好適なバンドヒータ１０Ａの構造を説明する。
図１に示すように、バンドヒータ１０Ａは、円筒体に巻く内ケース１１と、内ケース１１に被せる内側電気絶縁材１２と、この内側電気絶縁材１２に被せる発熱体２０と、この発熱体２０に被せる外側電気絶縁材１４と、この外側電気絶縁材１４に被せる外ケース１５と、この外ケース１５に被せるバンド１６とからなる。

バンド１６は、割りが１箇所であるワンピースバンドが好ましいが、割りが２箇所であるツーピースバンドであってもよい。ワンピースバンドやツーピースバンドであれば、バンド１６は、ボルト１７で縮径することができる。

内ケース１１の割り位置と、内側電気絶縁材１２の割り位置と、発熱体２０の割り位置と、外側電気絶縁材１４の割り位置と、外ケース１５の割り位置と、バンド１６の割り位置を合わせる。すると、ボルト１７を締めることで、円筒体に内ケース１１を密着させ、内ケース１１に内側電気絶縁材１２を密着させ、内側電気絶縁材１２に発熱体２０を密着させ、発熱体２０に外側電気絶縁材１４を密着させ、外側電気絶縁材１４に外ケース１５を密着させ、外ケース１５にバンド１６を密着させることができる。

図２に示すように、発熱体２０は、絶縁板２１に電熱線２２をつるまき状に巻いてなる。電熱線２２は、裸線である。そのため、発熱体２０は、内側電気絶縁材１２と外側電気絶縁材１４とで、絶縁される。

図３は図１の３－３線断面の分解図であり、バンドヒータ１０Ａは、内ケース１１と、内側電気絶縁材１２と、発熱体２０と、外側電気絶縁材１４と、外ケース１５と、バンド１６とを重ねてなる。
内ケース１１、外ケース１５及びバンド１６は、錆びにくいステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）の薄板が好適である。

内側電気絶縁材１２は、例えば０．４ｍｍ厚さのマイカ（雲母）である。０．２ｍｍ厚さのマイカを２枚重ねてもよい。
外側電気絶縁材１４は、内側電気絶縁材１２の５倍～１０倍の厚さのマイカ（雲母）である。０．４ｍｍ厚さの内側電気絶縁材１２を、５枚～１０枚重ねることが、好ましい。０．２ｍｍ又は０．４ｍｍ厚さのマイカを準備し、枚数を変えるだけで、外側電気絶縁材１４と内側電気絶縁材１２とが得られて便利である。

なお、内ケース１１の内側に、想像線で示す冷却ジャケット１８を追加することは差し支えない。冷却ジャケット１８は、冷媒（水、空気など）が適宜流される。

次に、図４～図５に基づいて保温部に好適なバンドヒータの構造を説明する。
図４は保温部に好適なバンドヒータの断面図であり、図５は図４の５－５線断面の分解図である。
図５において、外側電気絶縁材１４Ｂの厚さが図３の外側電気絶縁材１４と異なる。また、外ケース１５Ｂの材質が図３の外ケース１５と異なる。
その他の内ケース１１、内側電気絶縁材１２、発熱体２０及びバンド１６は、形態、材質とも図３と同じである。

図３と異なり、外側電気絶縁材１４Ｂは、内側電気絶縁材１２と同じ厚さのマイカ（雲母）とする。
外ケース１５Ｂは、アルミニウムをめっきした炭素鋼板（アルミめっき鋼板）とする。

以上に説明したバンドヒータ１０Ａ、１０Ｂは、円筒部に巻き付けて使用される。具体的な使用例を、図６に基づいて説明する。
図６に示すように、バンドヒータ１０Ａ、１０Ｂは、例えば、射出装置３０に使用される。射出装置３０であれば、加熱筒３２が円筒体に相当する。

射出装置３０は、先端にノズル３１を有する加熱筒３２と、この加熱筒３２に回転自在に且つ軸方向移動可能に収納されるスクリュー３３と、加熱筒３２に接続される落下口ブロック３４と、この落下口ブロック３４に取付けられペレット状の樹脂材料を落下口３５を介して加熱筒３２内へ落下させるホッパ３６とを備える。

加熱筒３２の基部寄りに予熱部に好適なバンドヒータ１０Ａが配置され、加熱筒３２の先端に保温部に好適なバンドヒータ１０Ｂが配置される。
この例では、バンドヒータ１０Ａとバンドヒータ１０Ｂとの間の加熱部に、バンドヒータ１０Ａやバンドヒータ１０Ｂとは異なる構成のバンドヒータ１０Ｃが配置されている。
この加熱部に好適なバンドヒータ１０Ｃの構成を、図７、図８に基づいて説明する。

図７は図６の７－７線断面図であり、図８は図７の８－８線断面の分解図である。
図８において、加熱部に好適なバンドヒータ１０Ｃは、内ケース１１と、内側電気絶縁材１２と、発熱体２０と、外側電気絶縁材１４Ｂと、外ケース１５と、バンド１６とを重ねてなる。
内ケース１１、外ケース１５及びバンド１６は、錆びにくいステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）の薄板が好適である。
内側電気絶縁材１２及び外側電気絶縁材１４Ｂは、例えば０．４ｍｍ厚さのマイカ（雲母）である。０．２ｍｍ厚さのマイカを２枚重ねてもよい。

以上に述べた材質及びこの材質に対応する熱伝導率λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）を、加熱部、予熱部、保温部に付記したものを、表１に示す。

マイカの熱伝導率λは０．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、ＳＵＳ３０４の熱伝導率λ１６．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）より格段に小さい。すなわち、マイカは電気絶縁性能に加えて、断熱性能をも有する。

予熱部に好適なバンドヒータは、保温部に好適なバンドヒータに対して外側電気絶縁材の厚さを５倍～１０倍にした。厚さが５倍になると伝熱量は１／５になり、厚さが１０倍になると伝熱量は１／１０になる。すなわち、予熱部では、外側電気絶縁材で伝熱が遮断される。

また、保温部に好適なバンドヒータでは、外ケースにアルミめっき鋼板を採用した。ＳＵＳ３０４の熱伝導率λが１６．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）であるのに対して、炭素鋼の熱伝導率λは５４（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、アルミの熱伝導率λが２０４（Ｗ／ｍ・Ｋ）であるため、アルミめっき鋼板の熱伝導率λは十分に大きくなる。結果、外ケースからバンドへの伝熱量が増大し、バンドから大気への放熱量が増加する。

好ましくは、保温部に好適な別のバンドヒータでは、ＳＵＳ３０４であったバンドをアルミめっき鋼板に変更する。バンドから大気への放熱量が増加する。
又は、外ケースとバンドを共にアルミめっき鋼板にすることは差し支えない。バンドから大気への放熱量がさらに増加する。

表１で説明した作用を、図面に基づいて再度説明する。
図９（ａ）で保温部に好適なバンドヒータ１０Ｂの作用を示し、図９（ｂ）で加熱部に好適なバンドヒータ１０Ｃの作用を示し、図９（ｃ）で予熱部に好適なバンドヒータ１０Ａの作用を説明する。

図９（ｂ）のバンドヒータ１０Ｃでは、発熱体２０の発生熱は、約半分のｑ１が加熱筒３２に伝わり、残りの約半分のｑ２が大気へ放熱される。

対して、図９（ｃ）のバンドヒータ１０Ａでは、外側電気絶縁材１４の断熱作用により、大気への放熱ｑ３は小さくなり、発熱体２０の発生熱の大部分の伝熱量ｑ４が加熱筒３２に伝わる。

また、図９（ａ）のバンドヒータ１０Ｂでは、外ケース１５Ｂとバンド１６の少なくとも一方がアルミめっき鋼板で構成されているため、大気への放熱ｑ５が大きくなり、その分だけ加熱筒３２への伝熱量ｑ６は小さくなる。
バンドヒータ１０Ｂの温度が所定温度を超えた場合、放熱ｑ５が大きいため、速やかに温度を所定温度に下げることができる。よって、バンドヒータ１０Ｂでの温度制御性能は、バンドヒータ１０Ａ、１０Ｃより格段に良くなる。

バンド１６の変形例を、図１０に基づいて説明する。
図１０（ａ）にバンド１６Ｂの断面図を示し、図１０（ｂ）に図１０（ａ）のｂ矢視図を示す。
図１０（ｂ）に示すように、バンド１６Ｂに適当な大きさの冷却窓１９を開ける。

図９（ａ）で示した放熱ｑ５は、バンド１６を介さないで、外カバー１５Ｂから直接大気へ放熱されるため、さらに増加する。
そのため、図１０の構造であれば、バンド１６Ｂの材質は、ＳＵＳ３０４が採用可能となり、材料の選択枝が増える。

次に、発熱体２０の変更例を、図１１に基づいて説明する。
図１１（ａ）に示すように、発熱体２０は、絶縁板２１に千鳥状に貫通穴２３を設け、この貫通穴２３を通過するようにして、電熱線２２を巻く。絶縁板２１の下面が加熱筒側の面である。
図１１（ｂ）に示すように、長さＬ１で示す部分が加熱筒に臨む。残りの長さＬ２は長さＬ１に比較して格段に短い。Ｌ１が概ね７０％でＬ２が概ね３０％となる。

図１１（ｃ）は比較例を示し、図２の断面図に相当する。この比較例では長さＬ３が加熱筒に臨む。この長さＬ３は残りの長さＬ４とほぼ等しくなる。Ｌ３とＬ４が共に５０％となる。
Ｌ１とＬ３が、加熱筒の加熱に大きく寄与すると考えると、図１１（ａ）、（ｂ）に示す発熱体２０の方が、図２に示す発熱体２０より、望ましいといえる。

尚、円筒体は、加熱筒の他、各種の配管や容器であってもよく、要は形状が円筒であれば種類は問わない。

本発明のバンドヒータは、射出装置に好適である。

１０Ａ、１０Ｂ…バンドヒータ、１１…内ケース、１２…内側電気絶縁材、１４…外側電気絶縁材、１４Ｂ…符号１４より薄い外側電気絶縁材、１５…外ケース、１５Ｂ…符号１５と材質が異なる外ケース、１６…バンド、２０…発熱体、３２…円筒体（加熱筒）。

Claims

円筒体に巻き付けるバンドヒータであって、
このバンドヒータは、前記円筒体に被せる内ケースと、この内ケースに被せる内側電気絶縁材と、この内側電気絶縁材に被せる発熱体と、この発熱体に被せる外側電気絶縁材と、この外側電気絶縁材に被せる外ケースと、この外ケースに被せるバンドとからなり、
前記外側電気絶縁材は、前記内側電気絶縁材より厚いことを特徴とするバンドヒータ。
請求項１記載のバンドヒータであって、
前記外側電気絶縁材の厚さは、前記内側電気絶縁材の厚さの５倍～１０倍であることを特徴とするバンドヒータ。
請求項２記載のバンドヒータであって、
前記外側電気絶縁材は、前記内側電気絶縁材を５枚～１０枚重ねてなることを特徴とするバンドヒータ。
円筒体に巻き付けるバンドヒータであって、
このバンドヒータは、前記円筒体に被せる内ケースと、この内ケースに被せる内側電気絶縁材と、この内側電気絶縁材に被せる発熱体と、この発熱体に被せる外側電気絶縁材と、この外側電気絶縁材に被せる外ケースと、この外ケースに被せるバンドとからなり、
前記外ケースと前記バンドの少なくとも一方は、前記内ケースよりも熱伝導率が大きい材料で構成されていることを特徴とするバンドヒータ。
請求項４項記載のバンドヒータであって、
前記内ケースは、ＳＵＳ鋼で構成され、前記外ケースと前記バンドの少なくとも一方は、アルミめっき鋼板で構成されていることを特徴とするバンドヒータ。