JPH0527238B2

JPH0527238B2 -

Info

Publication number: JPH0527238B2
Application number: JP59102376A
Authority: JP
Inventors: Goro Sato
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-05-21
Filing date: 1984-05-21
Publication date: 1993-04-20
Also published as: JPS60246582A

Description

【発明の詳細な説明】電気抵抗発熱器は、電気抵抗体に電流を通じ
て、電力を熱エネルギーに変換する装置で、電気
抵抗体としては、金属又は非金属の両者が用いら
れているが、この発明は、主として、前者を用い
た電気抵抗発熱器に応用されるものである。

従来、金属抵抗体を電気抵抗発熱器の発熱構造
体とする場合は、線状のものゝときは、Coil状
（以下発熱線Coilと称することにする）のものが、
帯状のものゝときは、ジグザグ状（以下発熱ジク
ザク帯と称することにする）のものが、主とし
て、実用に供されている。

これらの発熱構造体は、それを挿入する溝が、
構成されている耐熱絶縁物によつて、炉内に支持
されているのである。したがつて、これ等の発熱
構造体（発熱線Coil又は発熱ジクザク帯）は、水
平に設置されなければならない。もし垂直に設置
すれば、温度が上昇して、発熱体が、軟化すれ
ば、自己重量で伸びて、上部と下部のピツチが変
動するから、使用に堪えないのである。これは、
極端な場合であるが、溝が垂直でなく、或程度傾
斜して設置された場合にも、程度の差はあるが、
上述したピツチの変動が、生ずるという欠点があ
る。このことは、平板状の耐熱絶縁体１に、２な
る放熱窓、３なる発熱線Coil挿入溝を構成した支
持体に、４なる発熱線Coilを挿入した状態を示す
第１図を参照すれば、更によく理解出来るものと
思う。

上述のことは、円筒形の支持体の外側又は内側
に、発熱線Coil挿入溝および放熱窓を、螺旋状に
構成し、それに発熱線Coilを挿入したものにおい
ても、同様なことが生ずることは、容易に理解し
得るものと思う。

本発明は、上述のような従来品の欠点が、発生
しないように、発熱線Coilの全巻回数が、１巻回
毎に、少なくとも２ケ所で、必要な空隙を介し
て、支持体に、嵌り込んで、回線間のピツチを固
定するとともに、発熱線Coilが、放熱窓から、離
脱することを防止するので、この電気発熱器を、
如何なる状態に設置しても、従来品に生ずる支障
を皆無にすることに構成した。以下で、図を用い
て説明する。

第２図は、本発明によつて製作した、電気抵抗
発熱器である。１は、２なる放熱窓を有する耐熱
絶縁物よりなる支持体で、４は発熱線Coilで、５
はリード線である。発熱線Coilは、放熱窓の部分
を除いては、１なる支持体中に埋め込まれている
のである。第３図および第４図は、その内部状態
を示した断面である。第３図は、第２図のＸ−
X′線に沿うて、縦に切断した場合の、第４図は、
Ｙ−Y′線に沿うて、横に切断した場合の、断面
図である。

第３図は、４なる発熱線Coilが、第６図の１１
なる突出部で、７なる空隙を介して、１なる支持
体に、嵌まり込んでいる状態を示している。図示
のように、Coil内側は、空洞６である。このよう
な複合構造体となつているので、図示のように、
垂直に設置して、線の温度を上昇し、それを軟化
しても、発熱線Coilの各巻回線は、変位すること
はないのである。

７なる空隙は、Coilの温度が上昇して、その外
径が大きくなつても、支持体に、圧力が加わらな
い程度に、また、その嵌り込みの深さは、Coilが
冷却して収縮しても、溝から外れない程度にして
おくのである。

第３図は、発熱線Coilの、縦方向に対する固定
化を示したものであるが、第４図は、横方向に対
する固定化の機構を示したものである。第４図
は、前述したように、横断面図である。１は支持
体で、２は放熱窓であるが、この場合は、両面
に、放熱窓が構成されている場合を示している。
４は発熱線Coilで、７は発熱線と支持体との間に
介在する空隙である。発熱線Coilの各巻回線は、
ＡとＢの左右２箇所で、図示のように、支持体に
嵌り込んでいるので、横方向に、離脱することが
出来ないのである。

第３図と第４図とに示した構造から、本発明の
電気抵抗発熱器は、発熱線Coilとの支持体とは、
両者の間に、必要な空隙を介して、三次元的な嵌
り込み構造となつていることを、理解出来るもの
と思う。

次に、その製造方法について述べる以上の説明から理解し得るように、本発明の特
徴の一つは、発熱線Coilの一部分が、支持体中
に、必要な空隙を介して、三次元的に、嵌めこま
れていることである。そのためには、嵌め込む部
分と、嵌め込まない部分とを、何らかの方法で、
区切らなければならないのである。

その方法を、第５図と第６図とを用いて説明す
る。第５図は、発熱線成形体で、４は発熱線Coil
で、５はリード線で、８は各区分Coilを接続して
いる「ワタリ」線部分である。この発熱線成形体
を、その外径よりも少し大きい内径を有する収縮
弾性有機質チユーブ９に挿入して、電流を通じ
て、適当な温度（最高で120℃程度）まで、徐々
に昇温すれば、第６図に示すように、発熱線成形
体全部が、９′なる収縮膜で包まれて、Coilの部
分の、巻線の、線の部分のみが、突出した状態１
１になるのである。この状態になつたなら、電流
を切つて、Coilの一区分毎の両端を、図示のよう
に、丈夫な木綿糸１０で縛つて、チユーブの不要
部分を切り捨てれば、第６図のような状態になる
のである。これを被覆Coilと称することにする。

この突出部１１が、９なるチユーブの肉厚に相
当する厚さの有機質膜を介して、支持体中に、嵌
り込むのである。この膜の厚さが、第３図及び第
４図の７なる間隙の大きさをきめるのである。間
隙の大きさが、９なるチユーブの肉厚のみでは、
不充分なときは、線の外周が、必要な厚さの有機
質皮膜で被覆されている発熱線を素材として、
Coilを形成し、以上述べた要領で、第６図に示し
た状態のものにすれば、嵌り込み部分での、間隙
の大きさは、９なるチユーブのみのときより、大
きくなるのである。

また、被覆Coilの突出程度が小さいときは、
９′なるチユーブが冷却しないうちに、Coilの線
間に相当する巾の木綿テープなどで、突出部１１
をさけて、螺旋状に締めて、必要な突出量とし、
冷却後、テープを取りはずせばよい。

次に、第４図に示す状態にした被覆Coilを、８
なる「ワタリ」部分で曲げて、第７図に示すよう
に、ジクザク状態にして、成形金型に取り付ける
のである。これは、第２図、第３図および第４図
に例示した、平板形発熱器の場合に相当するもの
である。以下でも、先づ、この形式のものとし
て、説明を進めることにする。

成形金型は、第７図、第８図および第９図に示
すように、側板１４，１５、間隔板１６，１７、
底板１８およびフタ板１９によつて、箱型に構成
されるようになつており、ジクザグ状に成形され
た被覆Coilを、第７図に示すように、取付けるに
当つて、両面に放熱窓を構成するときは、第１１
図に示した形状の、弾性ゴムまたは発砲スチロー
ルなどよりなる窓型１２，１３、を、第８図に示
すように、半円形の溝部Ｃを被覆Coilに添わせて
取付け、片面のみに、放熱窓を構成するときは、
第９図に示すように、片側には、窓型１２を取付
けるのであるが、その反対側に関しては、充填材
料が、粉末材料か、繊維材料かによつて異なり、
その詳細は後述するが、こゝでは、粉末材料とし
て、説明を進める。粉末材料のときは、予め準備
しておいた、支持体と同質で、ほゞ同じ形状の支
持片２０を図示のように挿入して、組立てるので
ある。両面密封のとき（放熱窓のないとき）は、
両面に支持片を挿入して、組立てるのである。そ
の要領は、第１０図に示す通りである。

被覆Coilを組込んだ成形金型の空間に、支持体
構成材料２７又は２８を充填し、フタ板１９を施
して、硬化するのであるが、２７は、骨格材料と
して粉末材料を用いたことを、２８は、繊維材料
を用いたことを、それぞれ示している。硬化した
ものは、離型、乾燥を経て、焼成するのである
が、本発明は、その焼成方法に関しても、独自性
を有しているものである。

焼成は、別に設けた炉を用いても出来るのであ
るが、こゝでの被焼成品は、すべて発熱線Coilを
内蔵しておるから、これを利用すれば、自己焼成
が可能になるのである。特に同形式のものを、多
数焼成する場合は、甚だ有効な結果を生むのであ
る。

すなわち、同一形式の被焼成品を１ケ所に配列
して、一括して、合理的な保温断熱を施し、各被
焼成品の発熱線Coilが、同一電圧になるように、
結線して、電力を印加すれば、各被焼成品は、
ほゞ同じような温度上昇をするから、焼成品群の
うちの、２、３ケ所の温度管理を行つておれば、
焼成作業管理は充分であるとともに、焼成に要す
るエネルギーを著しく低減し得るのである。これ
までの実施結果によれば数分の一で足りる場合が
多いのである。

次に、支持体の構成材料の材質に関して説明す
る以上でも述べたように、支持体の構成材料のう
ち、骨格材料としては、粉末材料と繊維材料の２
種類を、それぞれ単独に、または、両者を混合し
て用いるのである。混合物のときは、その混合割
合によつて、混合割合の大きい方の取り扱いをす
ることになるので、先づ単独の場合について述べ
ることにする。

骨格材料として、粉末材料を用いる場合は、特
許請求範囲第４項に示したような種類の材料を用
いるのである。例として、アルミナを用いた場合
について述べることにする。

平均粒度200メツシ程度のアルミナ82％、微粉
ジルコン５％およびアルミナ・セメント13％をよ
く混合したものに、適量の水を加えて、モルタル
状態としたものを、被覆Coil（発熱線としてFe−
Cr−Al合金を用いた場合）を、取り付けた成形
金型（金型の内部には、予め離型剤を塗布してお
く）内部の空間に、振動を与えながら、流し込ん
で、充填するのである。充填が終つたものに、フ
タ板１９を施して、硬化させるのであるが、この
金型を、70〜90℃程度の温水中に浸漬しておけ
ば、短時間（大きさにもよるが、容積１リットル
程度のものなら、20分間程度）で硬化するのであ
る。

硬化が終つたものは、型からはづして、乾燥
し、焼成するのであるが、内蔵する有機質物質が
焼成する700℃程度までは、毎時100℃程度の昇温
速度で行うのである。焼結は、1250℃〜1300℃
で、１時間前後の熱処理で完了するのである。

上述した焼成は、別に設けた炉で行つてもよい
が、焼成せんとするものが、内蔵している、発熱
線Coilに電流を通じて、焼成し得ることが、本発
明の特長の一つであることは、前述した通りであ
る。

以上で粉末材料を骨格材料とした場合の説明を
したので、次は繊維材料を用いた場合について述
べることにする。

その実施例として、珪酸アルミニウム繊維
（Al₂O₃50〜65％、SiO₂35〜50％の化学組成で、
安全使用温度1250〜1450℃のもの）のブランケツ
ト状のものを素材とした場合について述べること
にする。

上記のブラケツトに、アルミナ・セメント微粉
末の25％水性ゲルを含浸し、それを「絞りローラ
ー」で軽く絞ると云う処理を数回繰返すことによ
つて、「ブランケツト」：「アルミナ・セメント」＝
60：40程度になつたものを、支持体構成材料とす
るのである。このアルミナ・セメントの水性ゲル
を含浸したブランケツトを、含浸ブランケツトと
称することにする。この状態の含浸ブランケツト
は、圧縮され易く、その厚さを1/2以下に圧縮す
ることは容易である。

この含浸ブランケツトを用いて、第７図に示し
た状態の被覆Coilの周辺の空間を充填して、支持
体を構成する要領を述べる。

先づ、含浸ブランケツトを、重ね合わせて、そ
の厚さが、支持体に成形したときの厚さの3/4程
度にしたものを、裁断型を用いて、第１２図に示
すような形状に裁断する。第１２図の２１は、空
間を充填する含浸ブランケツト部分で、２２は、
被覆Coilがぎりぎり入いるような寸法に切り抜か
れた切除部分である。これを予備成形品と称する
ことにする。

この予備成形品２ケで、第７図に示したジグザ
グ状に成形した被覆Coilの、Coil部分が、その切
除部に嵌り込むように、上下より抱き込んで、成
形金型に挿入し、側板１４，１５で、両側から圧
縮して、側板をセツトしたのち、フタ板１９を施
して、組込みを終るのである。これは、両面放熱
窓形式の場合である。

組込みを終つたものは、粉末材料を用いたとき
に、全く同じ要領で、硬化工程以後の処理を行う
のである。

以上で、粉末材料および繊維材料を用いて、平
板形の両面放熱窓形式の場合の製作要領を述べた
ので、次に、片面放熱窓形式および全面密封形式
のものについて述べることにする。

骨格材料として、粉末材料を用いた場合につい
ては、すでに、その要領を述べておいたが、こゝ
で、不充分な点を補つておく。

両面放熱窓形式のときは、第８図に示した要領
で、両側に窓型１２，１３を、図示のように取付
けて、成形金型を組立て、型の内部の空間部に、
前述の要領で、支持体を構成するのである。

片面放熱窓形式のときは、第９図に示すよう
に、片面には、窓型１２を、その反対側には、支
持体と同質（焼成処理を行つたもの）な支持片２
０を図示のように取付けて、成形金型を組立て、
前述の要領で、支持体を構成すれば支持体２０
は、支持体によくなじんで、一体化するのであ
る。

両面密封形式のときは、第１０図に示すよう
に、両側に支持片２０，２０′を取り付け、形成
金型を組立て、その空間部に、支持体を構成する
のである。

以上で、粉末材料を用いたときの説明を終え
て、次は、繊維材料を用いた場合の説明をする。
繊維材料を用いた、両面放熱窓形式の場合につい
ては、すべに説明したので、片面放熱窓形式およ
び全面密封形式の場合について述べる。

第１２図に示した、含浸ブラケツトの予備成形
品は、放熱窓を構成する場合のものであつて、窓
用予備成形品と呼び、第１３図に示したものを、
密封用予備成形品と呼ぶことにする。第１３図に
おいて、２３は、２４なる切り抜き窓を有する含
浸ブランケツトで、それは、第１２図のものと同
形で、厚さが、薄いものである。これに、２５な
る含浸ブラケツトを図示のように、貼り合わせた
ものは、放熱窓を構成しない側面に用いる密封用
予備成形品である。２３と２５とを、貼り合わせ
たものは、窓用予備成形品と同じ厚さのものであ
る。

片面放熱窓形式のときは、窓用予備成形品と、
密封用予備成形品とで、全面密封形式のときは、
密封用予備成形品２ケを用いて、第７図に示した
ようなジグザグに成形した被覆Coilを挟んで、成
型金型に圧入し、前述した要領で、製作工程を進
めて、それぞれ、片面放熱窓形式および全面密封
形式の発熱器とするのである。

以上で、本発明を、平板形電気抵抗発熱器に応
用した結果を、可成り詳しく述べたので、同じよ
うな要領で、円筒形、角柱形、カマボコ形及びそ
の他の異形なものも可能なことを推知し得るので
あるが、もう一つの実施例として、円筒形の内側
に、発熱線Coilを構成した場合について述べる。

第１４図は、円筒形の電気抵抗発熱器で、１
は、円筒形の支持体で、２は、放熱窓で、４は、
発熱線Coilで、５は、リード線である。

以下に、その製作要領を簡単に述べる。

この円筒形発熱器の作り方は、第１１図に示し
た窓型と同じような横断面を有する長い弾性ゴム
帯型を準備し、それを半円形ミゾＣを外側にし
て、円筒形の内径に相当する外径を有する円柱状
をした中芯型に、螺旋状に、予定ピツチと、予定
巻回数を巻きつけるのである。巻き初めと、巻き
終りは、適当な有機質接着剤で接着するか、或は
木綿糸で取り付ける。これが、第１４図の２なる
放熱窓を構成する窓型である。これに、第６図の
８なる「ワタリ」部のない、一様なCoil状の被覆
Coilを、窓型のＣなるミゾに沿うて、窓形の長さ
に相当する丈、巻き付け、その巻き初めと、巻き
終りとは、窓型のときと同じ要領でセツトする。
これをCoil装着状態と称することにする。こゝま
では、粉末材料のときも、繊維材料のときも、同
じであるが、この後は異なるので、先づ粉末材料
について説明したあと、繊維材料について述べる
ことにする。

Coil装着状態の中芯型を、円筒形の外径に相当
する内径の外型（２つ割又は３つ割型の割り型）
とともに、中心を合わせて、底型に取り付けるの
である。この状態の成型金型の空間部に、平板形
発熱器の場合と同じ要領で、モルタル状の支持体
構成材料を充填し、上部にフタ型を施して、平板
形のときと同じ要領で、硬化作業を行うのであ
る。

硬化が終つたなら、下記の要領で、離型作業を
行うのである。先づ、中芯型を抜き取り、次は、
窓型を取り外してから、底型、フタ型及び外型の
順番で、離型するのである。

成型品の、乾燥、焼成は、平板形のと同じ要領
で行うのである。

繊維材料を骨格材料とするときは、平板形のと
きと同じように、含浸ブランケツトを準備し、円
筒形の両端部および螺旋状に巻いた被覆Coilのピ
ツチ間に用いる予備成形品を準備し、それを、前
述したCoilを装着した状態の中芯型に取り付け、
その外側に、必要な巾の含浸ブランケツトを、必
要な厚さに巻き付けて、割り型構造の外型で、所
定寸法まで圧縮し、予め、両端部に取り付けてお
いた、リング状の端部成形型（これは、粉末材料
時の、底型、フタ型に相当する）で、所定の寸法
まで圧縮したものを、作業用枠に、取り付けて、
硬化処理を行うのである。

硬化後の、離型、乾燥、焼成の各作業は、粉末
材料のときと、全く同じ要領で行うのである。

以上に述べたことから、円筒形の場合も、基本
的には、平板形のときと、同じしくみであること
を、理解し得るのである。このことは、円筒形以
外の、更に複数な構造のものも、本発明の方法
で、製作可能なことを、示すものである。

これまで述べたことから、本発明は、構造（複
合構造）的に、製造方法的に、支持体の材質的
に、新規性を有しており、その工業化は、工業的
ばかりでなく、一般社会生活にも、多大な硬化を
もたらすことを、期待し得るものと考えている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の平板形電気抵抗発熱器の斜視
図で、１は支持体、２は放熱窓、３は発熱線Coil
の挿入溝、４は発熱線Coilで、５はリード線であ
る。第２図は、本発明の平板形電気抵抗発熱器の
斜視図で、１は支持体、２は放熱窓、４は発熱線
Coilで、５はリード線である。Ｘ−X′及びＹ−
Y′は、それぞれ縦断面図示及び横断面図のとき
の、位置を示している。第３図は、第２図のＸ−
X′に沿うて切断した縦断面図の上半分を、第４
図は、Ｙ−Y′に沿うて切断した横断面図を、そ
れぞれ示しており、両図において、１は支持体、
２は放熱窓、４は放熱線Coil、５はリード線、６
はCoilの内部空洞、７は発熱線と支持体間に介在
する空隙である。ＡおよびＢは、発熱線と支持体
とが嵌り込んでいる位置を示している。第５図
は、被覆前の発熱線Coilであつて、４は発熱線
Coil、５はリード線、８は「ワタリ」線部分で、
９は被覆用収縮性弾性有機質薄膜チユーブであ
る。第６図は、弾性有機質薄膜で被覆した発熱線
Coilで、４は発熱線Coil、５はリード線部、８は
「ワタリ」線部、９′は収縮した状態の弾性有機質
薄膜チユーブ、１０は木綿糸で縛つた状態の被覆
チユーブの端部、１１は突出部を示している。第
７図は、被覆Coilを、８なる「ワタリ」部で、ジ
クザクに曲げて、成形金型に取り付けた状態の正
面図であつて、第８図、第９図及び第１０図は、
それぞれ、両面放熱窓形式、片面放熱窓形式及び
全密封形式のときの側面図である。各図に共通的
に、４は発熱線Coil、５はリード線部、８は「ワ
タリ」線部、９′は収縮状態の被覆チユーブ、１
０は被服チユーブの端部、１１は突出部、１２，
１３は弾性ゴム製窓型で、成形金型は、側板１
４，１５、間隔板１６，１７、底板１８及びフタ
板１９で、構成しており、２０，２０′は支持片
で、２７は粉末材料を、２８は繊維材料を、それ
ぞれ、骨格材料としたときの支持体を示してお
る。第１１図は、弾性ゴム又は発泡スチロールよ
りなる放熱窓用の窓型の斜視図で、片面は、Ｃな
る半円形の凹面となつている。第１２図は、窓用
予備成形品の斜視図で、２２は、２１なる浸漬ブ
ラケツトを切り抜いた窓部である。第１３図は、
密封用予備成形品の斜視図で、２４なる窓を切り
抜いた２３なる浸漬ブランケツトに、浸漬ブラン
ケツト２５を貼り合わせたものである。第１４図
は、内側に、発熱線Coilを設けた円筒形電気抵抗
発熱器の部分縦断面図で、１は円筒形支持体、２
は放熱窓、４は発熱線Coil、５はリード線であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１コイル状の金属電気抵抗発熱体（以下単に発
熱コイルと称す）と発熱コイルを内蔵する耐熱電
気絶縁材料よりなるその支持体（以下単に支持体
と称す）とで構成される電気抵抗発熱器におい
て、発熱コイルが支持体より離脱したり、発熱コ
イルの熱軟化などで、発熱コイル各部の相互関係
状態が、変動したりしないように、該支持体に上
記発熱コイルが嵌まり込む溝部を設け、該支持体
の溝部と上記発熱コイルとの間に必要な空隙を構
成すると共に、発熱コイルの内側を空洞にしたこ
とを特徴とする電気抵抗発熱器。２特許請求の範囲第１項に記載の電気抵抗発熱
器において、発熱コイルの内側の空洞と連結する
放熱窓を支持体の片面または両面に設けたことを
特徴とする電気抵抗発熱器。３コイル状に加工した発熱体表面に必要な厚さ
の有機質の熱収縮チユーブを被覆したものを成形
基体とし、放熱窓の予定部に、放熱窓に相応する
形状の弾性ゴム体または発砲スチロール体の窓型
を、形成基体、又は、成形金型に、有機質接着剤
で貼付するか、又は、機械的に装着して、成形金
型に成形基体を正確に取り付け、金型内に生じ
た、熱収縮チユーブを被覆したコイル内空間部を
除く全空間部に、支持体構成材料を充填し、それ
が固化したのち、離型、乾燥、および焼成作業に
より、有機物質を消失せしめるとともに、支持体
を焼結して、発熱コイルと支持体の両者が、必要
な空隙を介して、部分的に、嵌まり合つている複
合構造体とすることを特徴とする電気抵抗発熱器
の製造方法。４特許請求の範囲第３項に記載の電気抵抗発熱
器の製造方法において、その焼成作業を、被焼成
品が内蔵している発熱コイルに電流を通じて、そ
れを焼成熱源とする方法で行うことを特徴とする
電気抵抗発熱器の製造方法。５特許請求の範囲第３項に記載の電気抵抗発熱
器の製造方法において、支持体の構成材料は、ア
ルミナ、ジルコン、マグネシヤ、ムライト、シヤ
モツト及び酸化珪素などの粉末材料を骨格材料と
して、それに、結合材料として、アルミナ・セメ
ントを配合したものであるが、その重量配合比
を、骨格材料100に対して、結合材料10〜50にし
たものを特徴とする電気抵抗発熱器の製造方法。６特許請求の範囲第３項に記載の電気抵抗発熱
器の製造方法において、支持体の構成材料はセラ
ミツク・フアイバーと称される無機質繊維材料を
骨格材料とし、それに、結合材料として、アルミ
ナ・セメントを配合し、アルミナ・セメントを水
中に分散して、10〜50％濃度のゲル状態とし、そ
れを繊維材料のバルク、ブランケツト、フエルト
およびペーパーなどに含漬した材料を用いること
を特徴とする電気抵抗発熱器の製造方法。