JPH06283259A - 加熱体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 導電率が０．５〜９０％の導体に耐熱絶縁被
膜を設けた絶縁電線を空芯巻で平板状に巻回してなるコ
イル状の発熱体の両側面に、耐熱絶縁層を介して放熱板
５を圧締して平板状の加熱体１を構成する。良伝熱性材
料からなる放熱ブロック１１に、加熱体１の厚さにほぼ
等しい深さの平らな凹部を形成し、その凹部に加熱体１
を収容して加熱ブロック１０を構成する。 【効果】 加熱体の発熱体で発生した熱が、放熱板およ
び放熱ブロックによって効率的に放散されるとともに、
放熱板、放熱ブロックに接触する面に効率よく、かつ均
一に伝熱することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は入力された電力を熱に変
換させることができ、高熱を発生することができる加熱
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電気調理器具等の加熱体とし
てシーズヒータが一般的に用いられている。図７はシー
ズヒータの例を示したものである。シーズヒータ２０
は、外径が３〜５mm程度の耐熱金属管２１の中空部のほ
ぼ中心に螺旋状のニクロム線２２を配し、これらの間隙
に酸化マグネシウム等の良伝熱性、電気絶縁性粉末２３
を満たして構成されている。このようシーズヒータ２０
にあっては、ニクロム線２２に通電することによって発
生した熱が耐熱金属管２１に伝えられる。そして耐熱金
属管２１に被加熱体を接触させることによって、被加熱
体が加熱される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うなシーズヒータを用いた加熱体は、耐熱金属管の形状
が断面円形であるために、シーズヒータと被加熱体との
接触面は線状となり、被加熱体への伝熱効率が非常に悪
いものであった。また、被加熱体における温度分布も、
シーズヒータと接触している部分と接触していない部分
とでむらができ、均一な温度分布が得られないという問
題があった。

【０００４】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、被加熱体を効率よく、かつ均一に加熱できるように
した加熱体の提供を目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１記載の加熱体は、導電率が０．５
〜９０％の導体に耐熱絶縁被膜を設けた絶縁電線を空芯
巻で平板状に巻回してなるコイル状の発熱体の両側面
に、耐熱絶縁層を介して放熱板を圧締してなる平板状の
ものである。また請求項２記載の加熱体は、上記請求項
１記載の加熱体において、上記放熱板の外表面が平坦で
あるものである。

【０００６】本発明の請求項３記載の加熱ブロックは、
良伝熱性材料からなる放熱ブロックに、上記請求項１ま
たは２記載の加熱体の厚さにほぼ等しい深さの平らな凹
部を形成し、該凹部に上記請求項１または２記載の加熱
体を収容したものである。本発明の請求項４記載の加熱
ユニットは、上記請求項１または２記載の加熱体の側面
に良伝熱性材料からなる放熱フィンを取り付けたもので
ある。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を詳しく説明する。図１ないし
図３はこの発明の加熱体の一例を示すものである。この
加熱体１は、図１に示すようにコイル状の発熱体２、中
間耐熱絶縁層３、２層の側面耐熱絶縁層４，４および２
枚の放熱板５，５から構成されるものである。図２は、
加熱体１の放熱板５，５および一方の側面耐熱絶縁層４
を取り除いて内部構造を示したものであり、図３は加熱
体１の外観を示したものである。

【０００８】発熱体２は、１本の絶縁電線６を整列巻き
に巻回して得られた巻列数が２列のコイル状のもので、
この２つの巻列７，７の中間には中間耐熱絶縁層３が配
されている。これら巻列７，７は互いに逆方向に同じ巻
回数で巻回されてされており、それぞれの巻き初めがと
もに最内周にあり、巻き終りはそれぞれ最外周にあり、
これら巻き終りリード８，８が延びている。またそれぞ
れの巻列７，７の巻き初めにおいて、１本の絶縁電線６
が連続している。

【０００９】発熱体２の巻径は、外径で２５〜３００m
m、内径で１０〜１００mmで、（外径）と（内径）の比
率は３対１前後が好ましく、巻幅は２０ｍｍ以下、好ま
しくは１０ｍｍ以下、より好ましくは１〜５ｍｍ程度と
される。巻列は、２〜７０列程度とすることが好まし
く、巻層数は２０〜７５０層程度とすることが好まし
い。巻回数は発熱量によって定められるが、通常は４０
〜５０００ターンの範囲とされる。

【００１０】絶縁電線６としては、導体上に耐熱性絶縁
被膜を被覆したものが用いられる。ここでの導体として
は、導電率が０．５〜９５％（ＩＡＣＳ）の範囲のもの
が選択される。導電率が９５％を越える導体では、大電
流が急激に流れ、発熱量が大きくなり、導体が溶断する
ことがある。また導電率が０．５％未満の導体では、発
熱量が不足する。導体は耐熱性の良好なものが好まし
く、例えば、銅クラッド鋼、ニッケル、ステンレス鋼ク
ラッド銅、ニッケルクラッド銅、アルムニウム、銅合
金、金、白金、炭素繊維、ニクロムなどが好ましく用い
られる。

【００１１】耐熱絶縁被膜としては、アルミナ、マグネ
シアなどのセラミック粉末をメチルシリコーン、メチル
フェニルシリコーンなどの熱硬化性樹脂のバインダーに
混合したものを導体に塗布、焼付け、その上にポリイミ
ドエナメルなどの耐熱樹脂塗料を塗布、焼付けたもの
で、コイル状に巻回後、高温で焼成して耐熱性の優れた
絶縁被覆とするもの、あるいはコイル状に巻回前に高温
で焼成するものがある。導体の径は、０．２〜３ｍｍ程
度が好ましいが、この範囲外であってもよい。またセラ
ミック絶縁被膜の厚さは２０〜５０μｍ程度が好ましい
が、この範囲外であってもよい。

【００１２】中間耐熱絶縁層３には、耐熱性、電気絶縁
性および圧締した場合にある程度の変形を起こす材料、
例えば板状のマイカ、ガラスクロス、ガラスマット、セ
ラミックペーパー（シート）などが用いられる。この中
間耐熱絶縁層３の厚みは０．１〜１ｍｍ程度が好まし
く、その表面にエポキシ系接着剤などの耐熱性接着剤が
塗布したものが使用される。中間耐熱絶縁層３は、図２
に示すように、その外形が四角状のもので、その中心に
は発熱体２の中空部に対応する円形の穴があけられてお
り、また発熱体２の巻回時に絶縁電線６をその内周側に
位置せしめるための切り込み９が上記穴に向けて形成さ
れている。そして、発熱体２は、中間耐熱絶縁層３の表
面の耐熱性接着剤によって各巻列７，７が中間絶縁層に
固着された状態となっている。

【００１３】本発明において、中間耐熱絶縁層３は任意
に設けることができるもので、これを設けず、巻回後、
各絶縁電線間を相互に接着、あるいは融着せしめて固着
した構成とすることもできる。この固着には耐熱絶縁被
膜を有する絶縁電線６を巻回後、ポリイミドなどの耐熱
性樹脂を含浸して硬化させて固着する方法や、セラミッ
ク絶縁被膜の上にポリイミドなどの耐熱樹脂塗料を塗布
・焼付けたセラミック絶縁電線を巻回したのち、急速昇
温加熱硬化して固着する方法などがある。

【００１４】発熱体２の両側面には、２枚の側面耐熱絶
縁層４，４が設けられている。この側面耐熱絶縁層４と
しては、先の中間絶縁層３と同じものが用いられるが切
り込みは不要である。これら側面耐熱絶縁層４，４も、
その表面の耐熱性接着剤によって各巻列７，７に強固に
固着されている。

【００１５】側面耐熱絶縁層４，４の両側には２枚の放
熱板５，５が圧締して取り付けられて、図３に示すよう
なこの例の加熱体１が構成されている。この例の放熱板
５，５にあっては、一方の放熱板５を加熱体１の厚み分
と折り曲げ部分５ｃとを有する浅皿状の収容部５ａと
し、他方の放熱板５を平板状の蓋部５ｂとし、上記収容
部５ａに、上述の発熱体２と中間耐熱絶縁層３および側
面耐熱絶縁層４，４とを一体化したものを収め、蓋部５
ｂをかぶせたのち、プレス装置により加圧するとともに
折り曲げ部５ｃを図１および図３のように折り曲げて圧
締一体化したものである。また、放熱板５，５には、発
熱体２の中空部に対応する円形の穴があけられており、
収容部５ａの穴には加熱体１の厚み分と折り曲げ部５ｃ
が設けられ、加圧により折り曲げられている。

【００１６】放熱板５としては、アルミニウム、アルミ
ニウム合金、銅、銅合金などの熱伝導性の良好な材料か
らなるものが使用される。放熱板５の厚さは約０．１〜
１．０ｍｍ程度が好ましく、表面積は２０〜３０００ｃ
ｍ²で発熱体１の発熱量に比例した大きさとし、発熱体
１の表面積の１．５倍以上が好ましい。

【００１７】また放熱板５として、軟鉄、鋼、珪素鋼な
どの磁性体からなる金属板を用いることもでき、その中
でも耐熱性、防錆性のなど点から、ステンレス鋼板、亜
鉛メッキ、スズメッキなどの防錆処理を施した鉄板等を
好ましく用いることができる。このような磁性体からな
る放熱板５を用いた場合には、この放熱板５が一種の磁
気回路を構成し、発熱体２で同時に発生する磁束の大部
分が発熱体１の中心の空洞部分に集中する。この結果、
加熱体は高い発熱量を確保できるとともに、磁場が発生
するものとなりうる。発生磁場の強さは、発熱体１の巻
列数、巻層数、巻回数などによって変化する。

【００１８】本発明の加熱体１にあっては、その形状が
平板状であることが重要である。すなわち、その放熱板
５に被加熱体を接触させると被加熱体が加熱されるが、
加熱体１を平板状とすることによって、これと被加熱体
との接触面積を増大させることができる。その結果、伝
熱効率を向上させることができるとともに、被加熱体の
温度分布を均一化することができる。本発明において加
熱体１は平板状であればよく、例えば発熱体２および放
熱板５の中空部の形状を四角状などの任意の形状とする
ことができる。また、放熱板５の形状はその表面に若干
の凹凸が形成されているものであってもよいが、被加熱
体との接触面積をできるだけ大きくすることが望まし
く、このために放熱板５の外表面は平坦に形成すること
が好ましい。

【００１９】また、本発明の加熱体１では、放熱板５，
５で、その中心にある発熱体２を圧締することも重要で
ある。すなわち、放熱板５，５で圧締することで発熱体
２の各巻列７，７が各絶縁層３，４，４になかば埋め込
まれた状態となり、巻線６と絶縁層３，４，４との接触
面積が増大し、熱伝導が良好となって発熱体２で発生し
た熱が速やかに放熱板５，５に伝えられる。このため、
発熱体２の巻線自体の温度上昇を防止することが可能と
なる。従って、絶縁電線６の寿命が延びるとともに放熱
効果が著しく高いものとなる。また、発熱体２の磁気振
動やうなりもこの圧締により防止でき、耐熱絶縁被膜の
損傷を大きく低下させうる。

【００２０】次に本発明の加熱ブロックの説明をする。
図４は、本発明の加熱ブロックの例を示すものである。
この加熱ブロック１０は上述の加熱体１および放熱ブロ
ック１１から構成されている。放熱ブロック１１は、平
板状のブロックの一面に、加熱体１の厚さにほぼ等しい
深さの平らな凹部が形成されているもので、この凹部に
平板状の加熱体１が収容されて加熱ブロック１０が構成
されている。放熱ブロック１１は、例えばアルミニウ
ム、アルミニウム合金、銅、銅合金などの良伝熱性材料
を用いて形成される。放熱ブロック１１の平面形状、そ
の面積、厚さは、発熱体１の大きさ、発熱量、被加熱体
の形状、大きさ等により、所望する程度の加熱が行われ
るように適宜設定することができる。

【００２１】このような加熱ブロック１０にあっては、
その加熱体１が収容されている面を被加熱体に接触せし
めると、加熱体で発生した熱が被加熱体へ伝えられる。
そして加熱ブロック１０と被加熱体との接触面積が大き
いので伝熱効率がよく、また被加熱体では均一な温度分
布が得られる。

【００２２】図５は加熱ブロック１０を用いた加熱容器
の例を示したものである。この加熱容器１２は、有底四
角筒状の容器本体１３の側壁外面にそれぞれ加熱ブロッ
ク１０，１０，１０，１０が取り付けられ、また底部外
面に２つの加熱ブロック１０，１０が取り付けられてい
る。これら加熱ブロック１０は、加熱体１が収容されて
いる面が容器本体１３と接するように、ねじ止め等の任
意の固定手段により固定されている。また底部には脚体
１４が任意に設けられている。この容器本体１３の形状
は、その側壁や底部の外面が平面状に形成されることが
好ましく、さらに好ましくは平坦に形成される。また容
器本体１３は、例えばアルミニウム、アルミニウム合
金、銅、銅合金などの良伝熱性材料を用いて好ましく形
成される。また各加熱体１…間のリードの結合は直列結
線でも並列結線でもよく、発熱量等を考慮して決めるこ
とができる。

【００２３】このような加熱容器１２にあっては、発熱
体１によって発生した熱が側壁および底部に伝熱され、
例えば容器本体１３内に固体あるいは液体などを入れ、
それらを好適に加熱することができる。また本発明の加
熱体１は熱を発生するとともに磁場を発生しうるもので
あるので、容器本体１３としてステンレス鋼などの磁性
体を用いると、容器本体１３に電磁誘導による渦電流が
発生し、その発熱作用によってさらに効率よく加熱が行
われる。

【００２４】次に本発明の加熱ユニットについて説明す
る。図６は、本発明の加熱ユニットの例を示すものであ
る。本発明の加熱ユニットは、加熱体１の側面に放熱フ
ィン１６を取り付けたもので、図６に示すように、複数
の加熱体１および放熱フィン１６を用いた構成とするこ
とができる。図６の例の加熱ユニット１５は、複数の放
熱フィン１６，１６…を平行に配して、それらの間にそ
れぞれ加熱体１，１…を設け、これらを筒体１７に収容
したものである。

【００２５】放熱フィン１６は、金属薄板をほぼ一定の
折曲げ幅で多段に折畳み、各段部１６ａを形成する面
に、多数の切り込み１６ｂ…を設けたものである。これ
ら切り込み１６ｂは、段部１６ａの一方の面から他方の
面に向かって４５度の角度で切り込まれた複数の切り込
み１６ｂ…と、該切り込み１６ｂ…に対して９０度の角
度で切り込まれた複数の切り込み１６ｃ…とが交互に形
成された構成となっている。そして放熱フィン１６の段
部１６ａを形成する面が筒体１７の側壁と平行となるよ
うに角筒状の筒体１７に収容される。放熱フィン１６は
例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金な
どの良伝熱性材料を用いて形成される。また筒体１７の
材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金
などの良伝熱性材料でも、あるいはセラミックスなどの
断熱性材料でもよく、加熱ユニットの用途等に応じて適
宜選択される。

【００２６】このように複数の加熱体１を用いて構成さ
れた加熱ユニット１５において、加熱体１の数は放熱
量、耐久性等を考慮して適宜設定することができる。ま
た各加熱体１…間のリードの結合は直列結線でも並列結
線でもよく、発熱量等を考慮して決めることができる。
このような加熱ユニット１５に気体や液体の流体を送
り、通過させることによって、その流体を効率よく加熱
することができ、温風機や温水機などに有用に用いるこ
とができる。

【００２７】本発明の加熱体は、電気炊飯器、電気鍋、
ホットプレートなどの各種電気調理器具をはじめ、電気
魔法瓶、温風機、温水機などの家庭電気製品や、各種の
工業用加熱装置など広範な用途に好適に用いることがで
きる。以下、実施例を示す。

【００２８】（実施例１）導体径０．４ｍｍ、２μｍの
ニッケルめっきを施した導電率４０％の銅クラッド鋼線
上に厚さ２５μｍのセラミック絶縁被膜を設け、更に保
護層として１０μｍのポリイミド皮膜を設けた絶縁電線
を、外径約４０ｍｍ、内径２２ｍｍ、巻幅１．６ｍｍ、
巻線長７ｍで整列巻により巻列数２列で巻回した。この
とき２列の巻列の間にマイカの中間耐熱絶縁層を挿ん
だ。次にこれの両側面に厚さ０．３ｍｍのマイカの側面
耐熱絶縁層を固着した後、厚さ０．３ｍｍ、幅５０ｍ
ｍ、長さ７０ｍｍで径２０ｍｍの中心穴を形成したアル
ミニウム合金からなる放熱板を、プレス加工により圧締
して取り付け、図３に示すような加熱体とした。この加
熱体に交流（６０Ｈｚ）３０Ｖを印加したところ、４．
４Ａの電流が流れ、加熱体の中空部分の交流磁場の強さ
は約１１７ガウスであった。また、放熱板の温度は通電
１分後で２９０℃になった。

【００２９】（実施例２）実施例１において、導体とし
て導電率が６０％のＮｉ−ＣＳ線を用いた以外は同様に
して加熱体を作成した。この加熱体に交流（６０Ｈｚ）
３０Ｖを印加したところ、６．７Ａの電流が流れ、加熱
体の中空部分の交流磁場の強さは約１６０ガウスであっ
た。また、放熱板の温度は通電１分後で３２０℃になっ
た。

【００３０】（実施例３）実施例１において、導体とし
て導電率が８０％のＮｉ−ＣＳ線を用いた以外は同様に
して加熱体を作成した。この加熱体に交流（６０Ｈｚ）
３０Ｖを印加したところ、９Ａの電流が流れ、加熱体の
中空部分の交流磁場の強さは約２３０ガウスであった。
また、放熱板の温度は通電１分後で３８０℃になった。

【００３１】（実施例４）実施例１において、導体とし
て導電率が３．４％のコンスタンタン線を用いた以外は
同様にして加熱体を作成した。この加熱体に交流（６０
Ｈｚ）３０Ｖを印加したところ、０．４Ａの電流が流
れ、加熱体の中空部分の交流磁場の強さは約１０ガウス
であった。また、放熱板の温度は通電１分後で１８０℃
になった。

【００３２】（実施例５）実施例１において、放熱板と
してアルミニウム合金板に代えて厚さ０．３ｍｍのＳＵ
Ｓ４３０板を用いた以外は同様にして加熱体を得た。こ
の加熱体に交流３０Ｖを印加したところ、４．４Ａの電
流が流れ、中空部分の交流磁場の強さは、１３０ガウス
であった。また、放熱板の温度は通電１分後で２７０℃
になった。

【００３３】（比較例１）実施例１において、コイル状
の発熱体を構成する絶縁電線として、径０．３ｍｍ、導
電率９９％のニッケルめっき軟銅線に厚さ３５μｍのセ
ラミック絶縁被膜を設けたものを用いる以外は同様にし
て加熱体を作成した。この加熱体に交流３０Ｖを印加し
たところ、通電１分後に溶断した。

【００３４】（比較例２）絶縁電線として、径０．３ｍ
ｍ、導電率（０．５％未満の例）１．８％のニクロム線
に厚さ３５μｍのセラミック絶縁被膜を設けたものを用
いた以外は実施例１と同様にして加熱体を作成した。こ
の加熱体に交流３０Ｖを印加したところ、０．２Ａの電
流が流れ、交流磁場の強さは５ガウスであり、通電１分
後で放熱板温度は１００℃であった。

【００３５】（実施例６）放熱ブロックとして、平面形
状が縦６０ｍｍ、横１３０ｍｍの長方形であって、厚さ
が１０．２ｍｍのアルミニウムブロックの一面上ほぼ中
央に縦６０ｍｍ、横６２ｍｍ、深さ３．３ｍｍの凹部が
形成されたものを用意し、この凹部に実施例１で得られ
た加熱体を収容して図４に示すような加熱ブロックを得
た。この加熱体に交流３０Ｖを印加したところ、通電１
５分後で放熱板温度は３５０で、放熱ブロックの温度は
２９０℃となった。

【００３６】（実施例７）実施例６で得られた加熱ブロ
ックを用いて図５に示すような加熱容器を作製した。容
器本体の４つの側壁を、外寸で縦７５ｍｍ、横１６０ｍ
ｍ、厚さ３ｍｍのアルミニウム合金板を用いてそれぞれ
形成し、底部を厚さ３ｍｍのアルミニウム合金板を用い
て形成した。また底部の四隅には高さ２３ｍｍの脚体を
設けた。この容器本体の４つの側壁の、外面ほぼ中央に
実施例６で得られた加熱ブロックをそれぞれねじ止めで
固定した。また底部外面のほぼ中央に２つの加熱ブロッ
クを並べて取り付けて、図５に示すような加熱容器を得
た。各加熱体のリードの結線は直列とした。この加熱容
器に交流１００Ｖを印加し、通電１分後に側壁内面の中
央部、端縁部、底部内面の中央部、端縁部の数ヶ所の温
度を測定したところ、いずれの場所でも１８０℃であっ
た。

【００３７】（実施例８）実施例１で得られた加熱体を
用いて、図６に示すような加熱ユニットを作製した。長
さ４２０ｍｍ、幅６６ｍｍのアルミニウム薄板に、プレ
ス加工により切り込みを形成した後、幅８ｍｍで多段に
折畳み、放熱フィンを作製した。また、厚さ１ｍｍのア
ルミニウム合金からなる縦５１．０ｍｍ、横６２．５ｍ
ｍ、長さ（奥行き）６６ｍｍの四角筒に、５枚の放熱フ
ィンおよび４枚の加熱体を交互に配して収容し、図６に
示すような加熱ユニットを作製した。各加熱体のリード
の結線は直列とした。この加熱ユニットに交流５０Ｖ
を、印加して、毎分０．２５ｍ³の風を送った。通電１
分後、放熱フィンの温度は１７０℃であり、加熱ユニッ
トからは温度１５０℃の温風が得られた。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の加熱体によ
れば、放熱板によって効率的に熱が放散されるととも
に、放熱板に接触する面に効率よく、かつ均一に伝熱す
ることができる。また本発明の加熱ブロックによれば、
加熱ブロックに接触する面に効率よく、かつ均一に伝熱
することができる。さらに本発明の加熱ユニットによれ
ば、放熱フィンにによって効率的に熱が放散され、加熱
ユニット内を通過する流体に効率よく伝熱することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の加熱体の一例を示す断面図である。

【図２】 本発明の加熱体の内部構造を示す分解断面図
である。

【図３】 本発明の加熱体の一例を示す斜視図である。

【図４】 本発明の加熱ブロックの一例を示す斜視図で
ある。

【図５】 加熱ブロックを用いた加熱容器の例を示す斜
視図である。

【図６】 本発明の加熱ユニットの一例を示す一部切欠
斜視図である。

【図７】 従来の加熱体の例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１…加熱体、２…発熱体、４…耐熱絶縁層、５…放熱
板、６…絶縁電線、１０…加熱ブロック、１１…放熱ブ
ロック、１５…加熱ユニット、１６…放熱フィン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電率が０．５〜９０％の導体に耐熱絶
   縁被膜を設けた絶縁電線を空芯巻で平板状に巻回してな
   るコイル状の発熱体の両側面に、耐熱絶縁層を介して放
   熱板を圧締してなる平板状の加熱体。
2. 【請求項２】 上記請求項１記載の加熱体において、上
   記放熱板の外表面が平坦である加熱体。
3. 【請求項３】 良伝熱性材料からなる放熱ブロックに、
   上記請求項１または２記載の加熱体の厚さにほぼ等しい
   深さの平らな凹部を形成し、該凹部に上記請求項１また
   は２記載の加熱体を収容してなる加熱ブロック。
4. 【請求項４】 上記請求項１または２記載の加熱体の側
   面に良伝熱性材料からなる放熱フィンを取り付けた加熱
   ユニット。