加熱ユニット、加熱ロール、および加熱装置
【課題】金属製の筒体から成るとともに、その外周面上にロール層を形成し、前記金属製の筒体の内部に発熱体を配した加熱ロールにおいて、熱応答性を高めるとともに、熱の軸線方向の分布を均一にした加熱ロールを提供する。
【解決手段】中空の金属製の筒体１０の内側に、カーボングラファイトシートを圧縮成形して成るとともに中心部に形成された挿通孔２３にシーズヒータ１７を挿入した熱伝達部材２２を収納し、しかもシーズヒータ１７の外周面と熱伝達部材２２の挿通孔２３の内周面との間の隙間をなくし、さらに熱伝達部材２２の外周面と前記筒体１０の内周面との間の隙間をなくし、上記シーズヒータ１７からの熱を熱伝達部材２２を介して金属筒体１０に伝達し、上記金属筒体の軸線方向の温度分布を均一にしたものである。
【解決手段】中空の金属製の筒体１０の内側に、カーボングラファイトシートを圧縮成形して成るとともに中心部に形成された挿通孔２３にシーズヒータ１７を挿入した熱伝達部材２２を収納し、しかもシーズヒータ１７の外周面と熱伝達部材２２の挿通孔２３の内周面との間の隙間をなくし、さらに熱伝達部材２２の外周面と前記筒体１０の内周面との間の隙間をなくし、上記シーズヒータ１７からの熱を熱伝達部材２２を介して金属筒体１０に伝達し、上記金属筒体の軸線方向の温度分布を均一にしたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加熱ユニット、加熱ロール、および加熱装置に係り、とくにカーボングラファイト製の熱伝達部材を用いて各種のヒータから成る発熱体からの熱を効率的に伝達するようにした加熱ユニット、加熱ロール、および加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に加熱ロールは、アルミニウム合金や鉄系の金属から成る中空の筒体の外周面上にゴム等のロール層を形成し、しかも上記金属製筒体の中心部には、軸線方向に延びるシーズヒータ、セラミックヒータ等の各種のヒータを配し、このようなヒータからの熱を上記金属製の筒体を介してロール層に伝達し、これによって外周面のロール層の温度を高くして加熱するようにしている。
【０００３】
従来のこの種の加熱ロールは、中心部に配されるヒータと金属製の筒体との間に半径方向に大きな隙間が存在する。中心部に配されたヒータからの熱が半径方向に放射されるとともに、その熱が上記金属製の筒体の中心孔の内周面で反射し、再びヒータに戻って輻射するようになる。従って上記輻射熱によって中心部に配されるシーズヒータやセラミックヒータそれ自身が損傷劣化され、中心部のヒータの寿命が短くなる欠点がある。また金属製筒体の内部空間に間隔を隔てて余裕をもって、例えばシーズヒータを配した構成によると、外周面のロール層の温度分布が軸線方向に必ずしも均一ではなく、軸線方向の中間部分が最も高く、両端側の温度が低くなる傾向になる（図６参照）。
【０００４】
なお本願発明者は、例えば特開２００６−３４４５３２号公報において、熱の立上げ時間を短縮し、熱応答性を改善するために、加熱ロールのロール本体の外周部に断熱層を介してカーボングラファイトシートを螺旋状に巻装してカーボングラファイト層を形成し、カーボングラファイト層に対して通電を行なうことにより、この加熱ロールの外表面を所定の温度に昇温させるようにした加熱ロールを提案している。このような加熱ロールは、中心部に発熱手段を構成するヒータを配する必要がないために、従来のシーズヒータを用いた加熱ロールの欠点を解消することができる。ところがカーボングラファイトシートを発熱体として用いているために、外表面の温度をそれほど高くできないという欠点がある。
【０００５】
また従来のキッチンユニットや電気炊飯器に用いられる加熱装置は、放熱板の裏面側に、例えばシーズヒータを直接取付けるようにし、このシーズヒータからの熱を上記放熱板を介して放散させるようにしていた。このような従来の加熱装置の構造は、シーズヒータからの熱の伝達の立上り特性に劣るばかりでなく、放熱板内における熱の分布が不均一であって、これによって温度ムラが生ずる欠点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３４４５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明の課題は、内部の発熱体からの熱を均一に伝達できるようにした加熱ユニットを提供することである。
【０００８】
本願発明の別の課題は、発熱体からの熱の伝達が迅速に行なわれ、これによって立上り特性が改善されるようにした加熱ユニットを提供することである。
【０００９】
本願発明のさらに別の課題は、ロールの全長にわたって均一な温度に加熱することができる加熱ロールを提供することである。
【００１０】
本願発明のさらに別の課題は、温度の立上り特性に優れた加熱ロールを提供することである。
【００１１】
本願発明のさらに別の課題は、内部に挿入される発熱体が、それ自身が発生する熱によって損傷することがないようにした加熱ロールを提供することである。
【００１２】
本願発明のさらに別の課題は、発熱体からの熱が均一に放熱板に伝達され、これによって温度ムラがない加熱装置を提供することである。
【００１３】
本願発明のさらに別の課題は、発熱体からの熱が迅速に放熱板に伝達され、熱の立上り特性に優れた加熱装置を提供することである。
【００１４】
本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の技術的思想、およびその実施の形態によって明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願の主要な発明は、天然黒鉛を圧縮成形したカーボングラファイトの熱伝達部材に挿通孔が形成されるととともに、該挿通孔にヒータが挿入され、熱伝達部材と前記ヒータとの間に隙間が存在しないことを特徴とする加熱ユニットに関するものである。
【００１６】
ここで、前記熱伝達部材が天然黒鉛から圧延して製作されたカーボングラファイトシートを圧縮成形したものであってよい。また前記カーボングラファイトの熱伝達部材の中心部に軸線方向に貫通して挿通孔が形成され、該挿通孔に前記ヒータが挿入されていてよい。
【００１７】
加熱ユニットに関する別の発明は、カーボングラファイト製の角紐を密着した状態で丸棒状のヒータの周囲に螺旋状に巻装したことを特徴とする加熱ユニットに関するものである。
【００１８】
加熱ロールに関する主要な発明は、中空の筒体から成り、該筒体の外周面上にロール層を形成し、前記筒体の内部に軸線方向に延びる発熱体を配した加熱ロールにおいて、
前記筒体の内部に加熱ユニットが配され、該加熱ユニットは、天然黒鉛を圧縮成形したカーボングラファイトの熱伝達部材に挿通孔が形成されるとともに、該挿通孔に前記発熱体を構成するヒータが挿入され、前記熱伝達部材と前記ヒータとの間に隙間が存在せず、しかも前記加熱ユニットと前記筒体の内周面との間に隙間が存在しないことを特徴とする加熱ロールに関するものである。
【００１９】
ここで、前記カーボングラファイトの熱伝達部材が天然黒鉛から圧延して製作されたカーボングラファイトシートを圧縮成形したものであって、前記カーボングラファイトの熱伝達部材の中心部に軸線方向に貫通して挿通孔が形成され、該挿通孔内に前記ヒータが挿入されてよい。また前記発熱体が断面円形のシーズヒータから構成され、該シーズヒータの外径が前記カーボングラファイトの熱伝達部材の中心部に貫通して形成された断面円形の挿通孔の内径と等しく、前記シーズヒータの外周面と前記カーボングラファイトの熱伝達部材の挿通孔の内周面との間に半径方向に隙間が存在しないようにしてよい。また前記カーボングラファイトの熱伝達部材には、軸線方向に貫通して複数の挿通孔が形成され、それらの挿通孔にそれぞれヒータが挿入されてよい。また前記中空の筒体の外周面上に形成されるロール層がゴムから成ってよい。また前記中空の筒体の外周面上に形成されるロール層がセラミックから成ってよい。
【００２０】
加熱装置に関する主要な発明は、放熱板によって内側に配された発熱体からの熱を放熱するようにした加熱装置において、
前記放熱板の内側に加熱ユニットが配され、該加熱ユニットは、天然黒鉛を圧縮成形したカーボングラファイトの熱伝達部材に挿通孔が形成されるとともに、該挿通孔に前記発熱体を構成するヒータが挿入され、前記熱伝達部材と前記ヒータとの間に隙間が存在せず、
前記熱伝達部材の外表面と接するように前記放熱板が取付けられることを特徴とする加熱装置に関するものである。
【００２１】
ここで、前記カーボングラファイトの熱伝達部材が断面矩形の棒状であって、軸線方向に貫通して挿通孔が形成され、該挿通孔に前記ヒータが挿入されるとともに、前記熱伝達部材の外周側の一面と接するように前記放熱板が取付けられてよい。また前記カーボングラファイトの熱伝達部材が断面三角形の棒状であって、軸線方向に貫通して挿通孔が形成され、該挿通孔に前記ヒータが挿入されるとともに、前記熱伝達部材の外周側の一面と接するように前記放熱板が取付けられてよい。
【発明の効果】
【００２２】
本願の主要な発明は、天然黒鉛を圧縮成形したカーボングラファイトの熱伝達部材に挿通孔が形成されるととともに、該挿通孔にヒータが挿入され、熱伝達部材とヒータとの間に隙間が存在しないようにしたものである。
【００２３】
このような特徴ある加熱ユニットによると、ヒータによって発生した熱が、このヒータを収納している挿通孔を備える熱伝達部材に効果的に伝達されるとともに、この熱伝達部材がカーボングラファイトから構成されているために、その良好な熱伝導性を利用して極めて迅速かつ均一にこの熱伝達部材に熱の伝達を行なうことが可能になり、均一な温度であってしかも立上り特性に優れた加熱ユニットを提供できるようになる。
【００２４】
加熱ロールに関する主要な発明は、中空の筒体から成り、該筒体の外周面上にロール層を形成し、筒体の内部に軸線方向に延びる発熱体を配した加熱ロールにおいて、筒体の内部に加熱ユニットが配され、該加熱ユニットは、天然黒鉛を圧縮成形したカーボングラファイトの熱伝達部材に挿通孔が形成されるとともに、該挿通孔に発熱体を構成するヒータが挿入され、熱伝達部材とヒータとの間に隙間が存在せず、しかも加熱ユニットと筒体の内周面との間に隙間が存在しないようにしたものである。
【００２５】
従ってこのような加熱ロールによると、発熱体で発生した熱がカーボングラファイトから成る熱伝達部材を介して中空の筒体の内周側に伝達され、この筒体およびその外側のロール層を熱伝達部材を介して迅速に昇温加熱することができる。しかも熱伝達部材がカーボングラファイトから構成され、その良好な熱伝達特性によって、軸線方向にわたって安定的な温度分布で加熱することが可能になる。また加熱手段で発生した熱が熱伝達部材を介して外周側に伝達されるとともに、中空の筒体の内周面における熱の輻射が防止され、発熱手段それ自身の熱でこの発熱手段が損傷劣化されることがない。
【００２６】
加熱装置に関する主要な発明は、放熱板によって内側に配された発熱体からの熱を放熱するようにした加熱装置において、放熱板の内側に加熱ユニットが配され、該加熱ユニットは、天然黒鉛を圧縮成形したカーボングラファイトの熱伝達部材に挿通孔が形成されるとともに、該挿通孔に発熱体を構成するヒータが挿入され、熱伝達部材とヒータとの間に隙間が存在せず、熱伝達部材の外表面と接するように放熱板が取付けられるようにしたものである。
【００２７】
従ってこのような加熱装置によると、ヒータから成る発熱体で発生した熱が、熱伝達部材を介して放熱板に伝達されるようになり、とくに優れた熱伝達特性を有するカーボングラファイトから成る熱伝達部材を利用して放熱板を迅速にしかも均一な温度に加熱することが可能になる。従って温度分布の不均一性を回避して安定的な温度分布で加熱することができる加熱装置を提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本願の一実施の形態の加熱ロールの縦断面図である。
【図２】この加熱ロールの内部に組込まれる熱伝達部材の外観斜視図である。
【図３】同熱伝達部材の縦断面図である。
【図４】熱伝達部材の製作を示す加圧型の縦断面図である。
【図５】変形例の熱伝達部材の断面図である。
【図６】加熱ロールの軸線方向の温度分布を示すグラフである。
【図７】さらに別の実施の形態のカーボングラファイト製の角紐と、角紐をヒータに巻付けた加熱ユニットの外観斜視図である。
【図８】角紐を用いた加熱ユニットの縦断面図である。
【図９】別の実施の形態の加熱装置の外観斜視図である。
【図１０】同加熱装置の正面図および縦断面図である。
【図１１】さらに別の実施の形態の加熱装置の外観斜視図である。
【図１２】同加熱装置の正面図および縦断面図である。
【図１３】さらに別の実施の形態の加熱装置の外観斜視図である。
【図１４】同加熱装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下本願発明を図示の実施の形態によって説明する。図１は本実施の形態の加熱ロールの全体の構成を示しており、ここでは、金属、例えばアルミニウム合金から成る金属筒体１０を備えている。この筒体１０がロール本体を構成している。そして金属筒体１０の外周面上にはロール層１１が形成される。ロール層１１は、ゴムまたはセラミックから構成される。すなわちその外表面の温度を２００℃程度に維持する場合には、ロール層１１をゴムによって製作する。これに対して外表面の温度を４００℃以上の温度に維持する場合には、セラミック溶射によってロール層１１を形成する。なお使用目的に応じて、ロール層１１をゴムやセラミックス以外の材料としてもよい。またロール層１１を含むロールの外径は、その目的に応じて各種の寸法のものが製作可能であって、例えば直径が、５６ｍｍφ、８０ｍｍφ、１００ｍｍφ、１５０ｍｍφ、２００ｍｍφ等の各種の寸法のロールを製作することができる。
【００３０】
このようなロールは、その金属筒体１０の両端の開口の部分にフランジ１２を取付けるようにしている。フランジ１２は軸線方向に突出するように中空の支軸１３を備えるとともに、このフランジ１２がビス１４によって金属筒体１０の両端面に固定されるようになっている。
【００３１】
金属筒体１０の中心部には発熱手段を構成するシーズヒータ１７が配される。シーズヒータ１７は、Ｎｒ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ等の合金から成る発熱素子をコイル状、筒状等の形状にし、金属製の鞘（シーズ、Ｓｈｅａｔｈ）の中に挿入したものである。ここで鞘と上記の合金から成る発熱素子との間に酸化マグネシウムが充填される。発熱素子をコイル状に構成する場合には、このコイルの一端をリード線に、他の一端をシーズに接続する。そして上記端子とシーズとにそれぞれ図１に示すリード線１９が接続される。外周部を構成するシーズ（Ｓｈｅａｔｈ）は、耐熱性および耐蝕性を有するステンレスまたはインコネイルで作られ、ヒートコイルを高温・高圧、腐蝕から保護する。またシーズの中の酸化マグネシウムは熱伝達性および絶縁性に優れ、シーズとヒートコイルの絶縁を保護し、振動からヒートコイルを保護し、ヒートコイルの熱をシーズに伝える働きをする。従ってこのようなシーズヒータは、耐久性、気密性、機械的強度等に優れ、放熱面積が大きいという特徴を有している。このようなシーズヒータ１７が、図１に示すマイカ製の断熱ストッパ１８によってその軸線方向の両端が受けられて保持された状態で金属筒体１０の内部に配される。
【００３２】
なお発熱手段としては、必ずしもシーズヒータを用いることなく、他のヒータ、例えばセラミックヒータ、石英ヒータ、電磁誘導ヒータ等各種のヒータに代えることができる。
【００３３】
次に上記シーズヒータ１７と金属筒体１０の中心孔の内周面との間にカーボングラファイトから成る熱伝達部材２２が充填配置される。そしてこの熱伝達部材２２の挿通孔２３の内側に、上記シーズヒータ１７の外周面が密着するように挿入される。
【００３４】
ここで熱伝達部材を構成するカーボングラファイトシートについて説明する。一般に炭素はダイヤモンド、グラファイト（黒鉛）および無定形炭素の形態で安定に存在する。この内とくにグラファイトは黒色不透明であって六方晶形の結晶構造を有し、電気および熱の良導体である。
【００３５】
このようなグラファイト（黒鉛）は、天然に存在する。そしてこのような天然のグラファイトを圧延することによってグラファイトシートが得られる。またアクリルニトリルを用いたアクリル樹脂フィルム等の有機合成フィルムを無酸素下で焼成すると、シート状のグラファイトが得られる。シート状のグラファイトは柔軟性および圧縮弾性があり、しかも相手材との馴染みがよいために、ガスケットやパッキンの材料として用いられている。ここではこのようなグラファイトシートの熱伝達特性、すなわち所定の熱の良導体であるという性質を利用して、このグラファイトシートによって熱伝達部材２２を構成している。
【００３６】
熱伝達部材２２として用いるカーボングラファイトシートとしては、天然黒鉛から成るグラファイトシートを用いるのが好適である。その主な理由は、コスト上の理由による。すなわち天然のグラファイトを用いたグラファイトシートは、極めて安価に製造できる特徴を有している。このような安価なグラファイトシートは、天然鱗状黒鉛等の原料を浮遊選鉱し、さらに薬品処理を行なった後に濃硫酸と酸化剤との混酸によって熱処理を行なう。そしてこの後に膨潤化処理を行なう。膨潤化処理は、炉内においてバーナで高温急加熱を行なうことにより達成される。そしてこの後にロール圧延を行なって成形する。これによってシート状のグラファイトシートが得られる。
【００３７】
このような天然のカーボングラファイトから成る熱伝達部材２２は、図２および図３に示すようにスリーブ状であって、中心部に軸線方向に貫通する挿通孔２３を備えた形状として成形される。ここで上記熱伝達部材２２の挿通孔２３の内径は、円柱状のシーズヒータ１７の外径と等しくなっており、またこの熱伝達部材２２の外径は、上記金属筒体１０の中心孔の内径と等しくなっている。従って、熱伝達部材２２が金属筒体１０の内部に組込まれると、シーズヒータ１７と熱伝達部材２２との間の隙間がなくなり、熱伝達部材２２と金属筒体１０との間の隙間がなくなる。
【００３８】
このような熱伝達部材２２は、図４に示すように製作される。すなわちここでは、下型２７の中心部に芯棒２８が組合わされるとともに、外周側に外型２９が配された加圧型が用いられる。そして上記芯棒２８の外周部であって外型２９の中心部の貫通孔３２内に高さ方向に摺動可能に円筒状のスライド型３０が取付けられる。
【００３９】
上記芯棒２８の外周面上に予め天然黒鉛を圧延して成形されたカーボングラファイトシート３１を所定のターン数巻装しておく（図４Ａ参照）。そしてこの状態で、上方から下方に向けて図４Ｂに示すようにスライド型３０を下降させて衝撃力を加え、これによって芯棒２８の外周部に巻装されているカーボングラファイトシート３１を圧縮成形する。すなわちここでは、常温でカーボングラファイトシート３１を圧縮成形し、これによって図２および図３に示すようなスリーブ形状の熱伝達部材２２を得るようにしている。ここで芯棒２８の外径を上記シーズヒータ１７の外径と等しくし、外型２９の貫通孔３２の内径を上記金属筒体１０の中心孔の内径と等しくしておくことによって、金属筒体１０内に隙間を生じない状態で組込むことが可能な熱伝達部材２２が得られる。
【００４０】
このようなロールを加熱する場合には、図１に示す一対のリード線１９を通してシーズヒータ１７に通電し、これによってシーズヒータ１７を発熱させる。発熱したシーズヒータ１７の熱は、熱伝達部材２２を介して金属筒体１０に伝達される。そして金属筒体１０からさらに外周側のロール層１１に熱の伝達が行なわれる。ここで熱伝達部材２２が金属筒体１０の中心孔とシーズヒータ１７の外周面との間の空間を埋めるように配されているために、極めて良好な立上り特性を有することになる。しかも熱伝達部材２２がとくにこのロールの軸線方向に安定的に熱の伝達を行なうために、より均一な温度で加熱ロールの外周面の温度を上げることが可能になる。
【００４１】
すなわち図６に示すように、従来に比べて軸線方向の温度分布がほぼ平坦であって極めて均一になり、温度が安定化する利点がある。またシーズヒータ１７からの熱が金属筒体１０の中心孔の内周面で反射して再びシーズヒータ１７に輻射されることがなく、これによってシーズヒータ１７の損傷劣化が防止され、シーズヒータ１７の長寿命化が図られるようになり、故障が少なく、信頼性の高い加熱ロールが得られる。なおシーズヒータ１７に通電する電流量や時間を制御することによって、外周面のロール層１１の温度を任意の温度とすることができ、例えば１００〜５００℃程度の範囲内の温度にすることができる。ここでロール層１１は、低温の場合にはゴムから構成され、高温の場合にはセラミック溶射層が用いられる。またこのようなロールは、使用する目的に応じて、各種の寸法のものを製作することができ、細いものは直径が５０ｍｍから太いものは６００ｍｍまで各種の寸法のロールを製作することができる。
【００４２】
次に変形例の構成を図５によって説明する。上記図２および図３に示す構成は、熱伝達部材２２がその中心部に軸線方向に貫通する挿通孔２３を有し、この挿通孔２３の部分にシーズヒータ１７を挿入するようにしている。このような構成に代えて、図５Ａに示すように、熱伝達部材２２の内部に、軸線方向に例えば３本の挿通孔３５を形成し、これらの挿通孔３５にそれぞれシーズヒータ１７を配してよい。あるいはまた図５Ｂに示すように、熱伝達部材２２内に円周方向に沿って６０度間隔で６本の挿通孔３５を形成し、これらの挿通孔３５内にそれぞれシーズヒータ１７を挿入してよい。なおこの場合において、上記挿通孔３５の内径をシーズヒータ１７の外径と一致させることにより、シーズヒータ１７と熱伝達部材２２の挿通孔３５の内周面との間の隙間をなくすことができる。
【００４３】
次に別の変形例の加熱ユニットを図７および図８によって説明する。この加熱ユニット２２は、カーボングラファイト製の角紐５０を用いて熱伝達部材２２を構成したものである。すなわち一般に芯材にカーボングラファイトの粉末を含浸させて圧縮成形した柔軟な角紐５０がガスケット材料として広く利用されている。そこでこのような角紐５０を発熱部材として利用するようにしたものである。すなわち角紐５０は、図７Ａに示すように、断面がほぼ正方形あるいは長方形の紐状をなしている。このような角紐５０を、丸棒状のヒータ１７の外周部に図７Ｂに示すように密着して螺旋状に巻装する。図８は完全に角紐５０を螺旋状に密着して巻付けた加熱ユニットの縦断面を示しており、角紐５０が互いに密着するようにしかもシーズヒータ１７の外周面上に密着して巻付けられて熱伝達部材２２が形成される。従ってこのような構成によっても、上記実施の形態と同様の加熱ユニットを製作することができる。
【００４４】
次に別の実施の形態を図９および図１０によって説明する。この実施の形態は、本願発明を加熱装置に応用したものである。すなわちここでは、例えばキッチンユニット等に組込まれる電熱ヒータから成る加熱装置に関するものである。この加熱ヒータは、図９に示すように、ほぼ矩形の放熱板４０を備えている。放熱板４０は、鉄、アルミニウム等の金属板あるいはセラミック板から構成される。この放熱板４０の表面それ自体が熱の放熱面を構成している。そしてこのような放熱板４０の下面には、とくに図１０および図１１に示すように、矩形断面のカーボングラファイト製の熱伝達部材２２が配される。
【００４５】
このような熱伝達部材２２は、各列にそれぞれ複数個、例えば５個が直線状に配されるとともに、これらの直線状の熱伝達部材２２が５列に横に並べられる。なおここでも、熱伝達部材２２は、例えばシート状をなすカーボングラファイトシートを圧縮成形して成形されたものであってよい。そしこのような熱伝達部材２２の上面が上記放熱板４０と接するようにこの放熱板４０と組合わされる。そして熱伝達部材２２には、その中心部に軸線方向に貫通するように挿通孔が形成され、これらの挿通孔にそれぞれシーズヒータ１７が挿入される。ここで、シーズヒータ１７の外径と上記熱伝達部材２２の軸線方向に延びる挿通孔の内径とが同じ値になっているために、シーズヒータ１７の外周面と熱伝達部材２２の挿通孔の内周面との間には隙間が存在しない。なお図１０Ｂに示す構成は、シーズヒータ１７を挿入した熱伝達部材２２の側面が互いに接触するようになっているが、隣接する熱伝達部材２２は必ずしも互いに接する必要はなく、適宜間隙をあけて配列してもよい。
【００４６】
従って、シーズヒータ１７に通電を行なうと、このシーズヒータ１７で発生した熱が、熱伝達部材２２を介して放熱板４０に迅速に伝達される。熱伝達部材２２は上述の如くカーボングラファイトシートを圧縮成形したものであって、優れた熱伝導性を有しており、しかも放熱板４０のほぼ全面であってその下面に熱伝達部材２２が取付けられているために、放熱板４０は迅速に昇温加熱されることになる。
【００４７】
従ってこのような加熱装置は、熱伝達部材２２によって放熱板４０の温度の立上り特性に優れるとともに、熱伝達部材２２の熱伝導性によって放熱板４０の全面にわたって温度ムラのないほぼ均一な温度に加熱することが可能になる。しかもシーズヒータ１７で発生した熱が、熱伝達部材２２によって速やかに伝達されるとともに、熱の輻射によるシーズヒータ１７への戻りがなくなるために、シーズヒータ１７のそれ自身の熱による損傷劣化が回避され、シーズヒータ１７の長寿命化が図られる。
【００４８】
次に別の実施の形態を図１１および図１２によって説明する。この実施の形態は、カーボングラファイト製の熱伝達部材２２の断面形状を正三角形あるいは二等辺三角形の形状にしたものである。そしてこのような熱伝達部材２２の三角の一面が放熱板４０の下面に面接触するようにし、これによって各列５個ずつの熱伝達部材２２が互いに平行に放熱板４０の下面に５列に取付けられることになる。
【００４９】
このような構成の加熱装置においても、カーボングラファイト製の上記熱伝達部材２２によって温度の立上り特性が改善され、さらにこの熱伝達部材２２の優れた熱伝導性によって放熱板４０の全面にわたる安定な温度分布を達成することができる。また熱伝達部材２２によって、シーズヒータ１７からの熱のシーズヒータ１７への輻射による戻りが防止されるために、シーズヒータ１７の長寿命化が図られることになる。
【００５０】
次にさらに別の実施の形態を図１３および図１４によって説明する。この実施の形態は、三角形の熱伝達部材２２と放熱板４０とを組合わせてブロック状のヒータとしたものである。すなわち図１３および図１４に示すように、断面が正三角形の熱伝達部材２２を各列について向きを交互に変えて７段に組合わせるとともに、これらを２列に配し、これによってブロック状のヒータを構成している。ここで上下の隙間の部分を埋めるように、上部と下部とにはそれぞれ２つずつの直角三角形の熱伝達部材４５を充填配置するようにしている。そして四囲を放熱板４０によって覆うようしている。ここで、上記放熱板４０の内側に配される熱伝達部材２２の中心部に軸線方向に延びるように形成されている挿通孔にはそれぞれシーズヒータ１７が挿入される。
【００５１】
従ってこのような構成によると、それぞれのシーズヒータ１７に通電を行なうと、これらのシーズヒータ１７が発熱するとともに、その熱が熱伝達部材２２を介して周囲に伝達されるようになり、とくに四囲を囲むように配されている放熱板４０を介して外部に熱が放散される。従ってこれによって、周囲に熱を放散することが可能なブロック状の加熱装置が得られる。ここでも、上記カーボングラファイト製の熱伝達部材２２、４５によってシーズヒータ１７からの熱を迅速にしかもムラなく周囲の放熱板４０に伝達することができるとともに、シーズヒータ１７からの熱が輻射によってシーズヒータ１７自身に戻ることがなく、これによってシーズヒータ１７の長寿命化と信頼性とを得ることが可能になる。なおこのような加熱装置は、例えばサウナバスや暖炉の加熱ヒータとして利用することができる。
【００５２】
以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態における加熱ロールの具体的な形状や寸法等については、各種の設計変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本願発明は、外周側を所定の温度に昇温加熱するようにした加熱ロールや、炊事用の加熱ヒータ、あるいはブロック状ヒータとして利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 金属筒体
１１ ロール層
１２ フランジ
１３ 支軸
１４ ビス
１７ シーズヒータ
１８ 断熱ストッパ
１９ リード線
２２ 熱伝達部材
２３ 挿通孔
２７ 下型
２８ 芯棒
２９ 外型
３０ スライド型
３１ カーボングラファイトシート
３２ 貫通孔
３５ 挿通孔
４０ 放熱板
４５ 熱伝達部材
５０ 角紐
【技術分野】
【０００１】
本発明は加熱ユニット、加熱ロール、および加熱装置に係り、とくにカーボングラファイト製の熱伝達部材を用いて各種のヒータから成る発熱体からの熱を効率的に伝達するようにした加熱ユニット、加熱ロール、および加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に加熱ロールは、アルミニウム合金や鉄系の金属から成る中空の筒体の外周面上にゴム等のロール層を形成し、しかも上記金属製筒体の中心部には、軸線方向に延びるシーズヒータ、セラミックヒータ等の各種のヒータを配し、このようなヒータからの熱を上記金属製の筒体を介してロール層に伝達し、これによって外周面のロール層の温度を高くして加熱するようにしている。
【０００３】
従来のこの種の加熱ロールは、中心部に配されるヒータと金属製の筒体との間に半径方向に大きな隙間が存在する。中心部に配されたヒータからの熱が半径方向に放射されるとともに、その熱が上記金属製の筒体の中心孔の内周面で反射し、再びヒータに戻って輻射するようになる。従って上記輻射熱によって中心部に配されるシーズヒータやセラミックヒータそれ自身が損傷劣化され、中心部のヒータの寿命が短くなる欠点がある。また金属製筒体の内部空間に間隔を隔てて余裕をもって、例えばシーズヒータを配した構成によると、外周面のロール層の温度分布が軸線方向に必ずしも均一ではなく、軸線方向の中間部分が最も高く、両端側の温度が低くなる傾向になる（図６参照）。
【０００４】
なお本願発明者は、例えば特開２００６−３４４５３２号公報において、熱の立上げ時間を短縮し、熱応答性を改善するために、加熱ロールのロール本体の外周部に断熱層を介してカーボングラファイトシートを螺旋状に巻装してカーボングラファイト層を形成し、カーボングラファイト層に対して通電を行なうことにより、この加熱ロールの外表面を所定の温度に昇温させるようにした加熱ロールを提案している。このような加熱ロールは、中心部に発熱手段を構成するヒータを配する必要がないために、従来のシーズヒータを用いた加熱ロールの欠点を解消することができる。ところがカーボングラファイトシートを発熱体として用いているために、外表面の温度をそれほど高くできないという欠点がある。
【０００５】
また従来のキッチンユニットや電気炊飯器に用いられる加熱装置は、放熱板の裏面側に、例えばシーズヒータを直接取付けるようにし、このシーズヒータからの熱を上記放熱板を介して放散させるようにしていた。このような従来の加熱装置の構造は、シーズヒータからの熱の伝達の立上り特性に劣るばかりでなく、放熱板内における熱の分布が不均一であって、これによって温度ムラが生ずる欠点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３４４５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明の課題は、内部の発熱体からの熱を均一に伝達できるようにした加熱ユニットを提供することである。
【０００８】
本願発明の別の課題は、発熱体からの熱の伝達が迅速に行なわれ、これによって立上り特性が改善されるようにした加熱ユニットを提供することである。
【０００９】
本願発明のさらに別の課題は、ロールの全長にわたって均一な温度に加熱することができる加熱ロールを提供することである。
【００１０】
本願発明のさらに別の課題は、温度の立上り特性に優れた加熱ロールを提供することである。
【００１１】
本願発明のさらに別の課題は、内部に挿入される発熱体が、それ自身が発生する熱によって損傷することがないようにした加熱ロールを提供することである。
【００１２】
本願発明のさらに別の課題は、発熱体からの熱が均一に放熱板に伝達され、これによって温度ムラがない加熱装置を提供することである。
【００１３】
本願発明のさらに別の課題は、発熱体からの熱が迅速に放熱板に伝達され、熱の立上り特性に優れた加熱装置を提供することである。
【００１４】
本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の技術的思想、およびその実施の形態によって明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願の主要な発明は、天然黒鉛を圧縮成形したカーボングラファイトの熱伝達部材に挿通孔が形成されるととともに、該挿通孔にヒータが挿入され、熱伝達部材と前記ヒータとの間に隙間が存在しないことを特徴とする加熱ユニットに関するものである。
【００１６】
ここで、前記熱伝達部材が天然黒鉛から圧延して製作されたカーボングラファイトシートを圧縮成形したものであってよい。また前記カーボングラファイトの熱伝達部材の中心部に軸線方向に貫通して挿通孔が形成され、該挿通孔に前記ヒータが挿入されていてよい。
【００１７】
加熱ユニットに関する別の発明は、カーボングラファイト製の角紐を密着した状態で丸棒状のヒータの周囲に螺旋状に巻装したことを特徴とする加熱ユニットに関するものである。
【００１８】
加熱ロールに関する主要な発明は、中空の筒体から成り、該筒体の外周面上にロール層を形成し、前記筒体の内部に軸線方向に延びる発熱体を配した加熱ロールにおいて、
前記筒体の内部に加熱ユニットが配され、該加熱ユニットは、天然黒鉛を圧縮成形したカーボングラファイトの熱伝達部材に挿通孔が形成されるとともに、該挿通孔に前記発熱体を構成するヒータが挿入され、前記熱伝達部材と前記ヒータとの間に隙間が存在せず、しかも前記加熱ユニットと前記筒体の内周面との間に隙間が存在しないことを特徴とする加熱ロールに関するものである。
【００１９】
ここで、前記カーボングラファイトの熱伝達部材が天然黒鉛から圧延して製作されたカーボングラファイトシートを圧縮成形したものであって、前記カーボングラファイトの熱伝達部材の中心部に軸線方向に貫通して挿通孔が形成され、該挿通孔内に前記ヒータが挿入されてよい。また前記発熱体が断面円形のシーズヒータから構成され、該シーズヒータの外径が前記カーボングラファイトの熱伝達部材の中心部に貫通して形成された断面円形の挿通孔の内径と等しく、前記シーズヒータの外周面と前記カーボングラファイトの熱伝達部材の挿通孔の内周面との間に半径方向に隙間が存在しないようにしてよい。また前記カーボングラファイトの熱伝達部材には、軸線方向に貫通して複数の挿通孔が形成され、それらの挿通孔にそれぞれヒータが挿入されてよい。また前記中空の筒体の外周面上に形成されるロール層がゴムから成ってよい。また前記中空の筒体の外周面上に形成されるロール層がセラミックから成ってよい。
【００２０】
加熱装置に関する主要な発明は、放熱板によって内側に配された発熱体からの熱を放熱するようにした加熱装置において、
前記放熱板の内側に加熱ユニットが配され、該加熱ユニットは、天然黒鉛を圧縮成形したカーボングラファイトの熱伝達部材に挿通孔が形成されるとともに、該挿通孔に前記発熱体を構成するヒータが挿入され、前記熱伝達部材と前記ヒータとの間に隙間が存在せず、
前記熱伝達部材の外表面と接するように前記放熱板が取付けられることを特徴とする加熱装置に関するものである。
【００２１】
ここで、前記カーボングラファイトの熱伝達部材が断面矩形の棒状であって、軸線方向に貫通して挿通孔が形成され、該挿通孔に前記ヒータが挿入されるとともに、前記熱伝達部材の外周側の一面と接するように前記放熱板が取付けられてよい。また前記カーボングラファイトの熱伝達部材が断面三角形の棒状であって、軸線方向に貫通して挿通孔が形成され、該挿通孔に前記ヒータが挿入されるとともに、前記熱伝達部材の外周側の一面と接するように前記放熱板が取付けられてよい。
【発明の効果】
【００２２】
本願の主要な発明は、天然黒鉛を圧縮成形したカーボングラファイトの熱伝達部材に挿通孔が形成されるととともに、該挿通孔にヒータが挿入され、熱伝達部材とヒータとの間に隙間が存在しないようにしたものである。
【００２３】
このような特徴ある加熱ユニットによると、ヒータによって発生した熱が、このヒータを収納している挿通孔を備える熱伝達部材に効果的に伝達されるとともに、この熱伝達部材がカーボングラファイトから構成されているために、その良好な熱伝導性を利用して極めて迅速かつ均一にこの熱伝達部材に熱の伝達を行なうことが可能になり、均一な温度であってしかも立上り特性に優れた加熱ユニットを提供できるようになる。
【００２４】
加熱ロールに関する主要な発明は、中空の筒体から成り、該筒体の外周面上にロール層を形成し、筒体の内部に軸線方向に延びる発熱体を配した加熱ロールにおいて、筒体の内部に加熱ユニットが配され、該加熱ユニットは、天然黒鉛を圧縮成形したカーボングラファイトの熱伝達部材に挿通孔が形成されるとともに、該挿通孔に発熱体を構成するヒータが挿入され、熱伝達部材とヒータとの間に隙間が存在せず、しかも加熱ユニットと筒体の内周面との間に隙間が存在しないようにしたものである。
【００２５】
従ってこのような加熱ロールによると、発熱体で発生した熱がカーボングラファイトから成る熱伝達部材を介して中空の筒体の内周側に伝達され、この筒体およびその外側のロール層を熱伝達部材を介して迅速に昇温加熱することができる。しかも熱伝達部材がカーボングラファイトから構成され、その良好な熱伝達特性によって、軸線方向にわたって安定的な温度分布で加熱することが可能になる。また加熱手段で発生した熱が熱伝達部材を介して外周側に伝達されるとともに、中空の筒体の内周面における熱の輻射が防止され、発熱手段それ自身の熱でこの発熱手段が損傷劣化されることがない。
【００２６】
加熱装置に関する主要な発明は、放熱板によって内側に配された発熱体からの熱を放熱するようにした加熱装置において、放熱板の内側に加熱ユニットが配され、該加熱ユニットは、天然黒鉛を圧縮成形したカーボングラファイトの熱伝達部材に挿通孔が形成されるとともに、該挿通孔に発熱体を構成するヒータが挿入され、熱伝達部材とヒータとの間に隙間が存在せず、熱伝達部材の外表面と接するように放熱板が取付けられるようにしたものである。
【００２７】
従ってこのような加熱装置によると、ヒータから成る発熱体で発生した熱が、熱伝達部材を介して放熱板に伝達されるようになり、とくに優れた熱伝達特性を有するカーボングラファイトから成る熱伝達部材を利用して放熱板を迅速にしかも均一な温度に加熱することが可能になる。従って温度分布の不均一性を回避して安定的な温度分布で加熱することができる加熱装置を提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本願の一実施の形態の加熱ロールの縦断面図である。
【図２】この加熱ロールの内部に組込まれる熱伝達部材の外観斜視図である。
【図３】同熱伝達部材の縦断面図である。
【図４】熱伝達部材の製作を示す加圧型の縦断面図である。
【図５】変形例の熱伝達部材の断面図である。
【図６】加熱ロールの軸線方向の温度分布を示すグラフである。
【図７】さらに別の実施の形態のカーボングラファイト製の角紐と、角紐をヒータに巻付けた加熱ユニットの外観斜視図である。
【図８】角紐を用いた加熱ユニットの縦断面図である。
【図９】別の実施の形態の加熱装置の外観斜視図である。
【図１０】同加熱装置の正面図および縦断面図である。
【図１１】さらに別の実施の形態の加熱装置の外観斜視図である。
【図１２】同加熱装置の正面図および縦断面図である。
【図１３】さらに別の実施の形態の加熱装置の外観斜視図である。
【図１４】同加熱装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下本願発明を図示の実施の形態によって説明する。図１は本実施の形態の加熱ロールの全体の構成を示しており、ここでは、金属、例えばアルミニウム合金から成る金属筒体１０を備えている。この筒体１０がロール本体を構成している。そして金属筒体１０の外周面上にはロール層１１が形成される。ロール層１１は、ゴムまたはセラミックから構成される。すなわちその外表面の温度を２００℃程度に維持する場合には、ロール層１１をゴムによって製作する。これに対して外表面の温度を４００℃以上の温度に維持する場合には、セラミック溶射によってロール層１１を形成する。なお使用目的に応じて、ロール層１１をゴムやセラミックス以外の材料としてもよい。またロール層１１を含むロールの外径は、その目的に応じて各種の寸法のものが製作可能であって、例えば直径が、５６ｍｍφ、８０ｍｍφ、１００ｍｍφ、１５０ｍｍφ、２００ｍｍφ等の各種の寸法のロールを製作することができる。
【００３０】
このようなロールは、その金属筒体１０の両端の開口の部分にフランジ１２を取付けるようにしている。フランジ１２は軸線方向に突出するように中空の支軸１３を備えるとともに、このフランジ１２がビス１４によって金属筒体１０の両端面に固定されるようになっている。
【００３１】
金属筒体１０の中心部には発熱手段を構成するシーズヒータ１７が配される。シーズヒータ１７は、Ｎｒ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ等の合金から成る発熱素子をコイル状、筒状等の形状にし、金属製の鞘（シーズ、Ｓｈｅａｔｈ）の中に挿入したものである。ここで鞘と上記の合金から成る発熱素子との間に酸化マグネシウムが充填される。発熱素子をコイル状に構成する場合には、このコイルの一端をリード線に、他の一端をシーズに接続する。そして上記端子とシーズとにそれぞれ図１に示すリード線１９が接続される。外周部を構成するシーズ（Ｓｈｅａｔｈ）は、耐熱性および耐蝕性を有するステンレスまたはインコネイルで作られ、ヒートコイルを高温・高圧、腐蝕から保護する。またシーズの中の酸化マグネシウムは熱伝達性および絶縁性に優れ、シーズとヒートコイルの絶縁を保護し、振動からヒートコイルを保護し、ヒートコイルの熱をシーズに伝える働きをする。従ってこのようなシーズヒータは、耐久性、気密性、機械的強度等に優れ、放熱面積が大きいという特徴を有している。このようなシーズヒータ１７が、図１に示すマイカ製の断熱ストッパ１８によってその軸線方向の両端が受けられて保持された状態で金属筒体１０の内部に配される。
【００３２】
なお発熱手段としては、必ずしもシーズヒータを用いることなく、他のヒータ、例えばセラミックヒータ、石英ヒータ、電磁誘導ヒータ等各種のヒータに代えることができる。
【００３３】
次に上記シーズヒータ１７と金属筒体１０の中心孔の内周面との間にカーボングラファイトから成る熱伝達部材２２が充填配置される。そしてこの熱伝達部材２２の挿通孔２３の内側に、上記シーズヒータ１７の外周面が密着するように挿入される。
【００３４】
ここで熱伝達部材を構成するカーボングラファイトシートについて説明する。一般に炭素はダイヤモンド、グラファイト（黒鉛）および無定形炭素の形態で安定に存在する。この内とくにグラファイトは黒色不透明であって六方晶形の結晶構造を有し、電気および熱の良導体である。
【００３５】
このようなグラファイト（黒鉛）は、天然に存在する。そしてこのような天然のグラファイトを圧延することによってグラファイトシートが得られる。またアクリルニトリルを用いたアクリル樹脂フィルム等の有機合成フィルムを無酸素下で焼成すると、シート状のグラファイトが得られる。シート状のグラファイトは柔軟性および圧縮弾性があり、しかも相手材との馴染みがよいために、ガスケットやパッキンの材料として用いられている。ここではこのようなグラファイトシートの熱伝達特性、すなわち所定の熱の良導体であるという性質を利用して、このグラファイトシートによって熱伝達部材２２を構成している。
【００３６】
熱伝達部材２２として用いるカーボングラファイトシートとしては、天然黒鉛から成るグラファイトシートを用いるのが好適である。その主な理由は、コスト上の理由による。すなわち天然のグラファイトを用いたグラファイトシートは、極めて安価に製造できる特徴を有している。このような安価なグラファイトシートは、天然鱗状黒鉛等の原料を浮遊選鉱し、さらに薬品処理を行なった後に濃硫酸と酸化剤との混酸によって熱処理を行なう。そしてこの後に膨潤化処理を行なう。膨潤化処理は、炉内においてバーナで高温急加熱を行なうことにより達成される。そしてこの後にロール圧延を行なって成形する。これによってシート状のグラファイトシートが得られる。
【００３７】
このような天然のカーボングラファイトから成る熱伝達部材２２は、図２および図３に示すようにスリーブ状であって、中心部に軸線方向に貫通する挿通孔２３を備えた形状として成形される。ここで上記熱伝達部材２２の挿通孔２３の内径は、円柱状のシーズヒータ１７の外径と等しくなっており、またこの熱伝達部材２２の外径は、上記金属筒体１０の中心孔の内径と等しくなっている。従って、熱伝達部材２２が金属筒体１０の内部に組込まれると、シーズヒータ１７と熱伝達部材２２との間の隙間がなくなり、熱伝達部材２２と金属筒体１０との間の隙間がなくなる。
【００３８】
このような熱伝達部材２２は、図４に示すように製作される。すなわちここでは、下型２７の中心部に芯棒２８が組合わされるとともに、外周側に外型２９が配された加圧型が用いられる。そして上記芯棒２８の外周部であって外型２９の中心部の貫通孔３２内に高さ方向に摺動可能に円筒状のスライド型３０が取付けられる。
【００３９】
上記芯棒２８の外周面上に予め天然黒鉛を圧延して成形されたカーボングラファイトシート３１を所定のターン数巻装しておく（図４Ａ参照）。そしてこの状態で、上方から下方に向けて図４Ｂに示すようにスライド型３０を下降させて衝撃力を加え、これによって芯棒２８の外周部に巻装されているカーボングラファイトシート３１を圧縮成形する。すなわちここでは、常温でカーボングラファイトシート３１を圧縮成形し、これによって図２および図３に示すようなスリーブ形状の熱伝達部材２２を得るようにしている。ここで芯棒２８の外径を上記シーズヒータ１７の外径と等しくし、外型２９の貫通孔３２の内径を上記金属筒体１０の中心孔の内径と等しくしておくことによって、金属筒体１０内に隙間を生じない状態で組込むことが可能な熱伝達部材２２が得られる。
【００４０】
このようなロールを加熱する場合には、図１に示す一対のリード線１９を通してシーズヒータ１７に通電し、これによってシーズヒータ１７を発熱させる。発熱したシーズヒータ１７の熱は、熱伝達部材２２を介して金属筒体１０に伝達される。そして金属筒体１０からさらに外周側のロール層１１に熱の伝達が行なわれる。ここで熱伝達部材２２が金属筒体１０の中心孔とシーズヒータ１７の外周面との間の空間を埋めるように配されているために、極めて良好な立上り特性を有することになる。しかも熱伝達部材２２がとくにこのロールの軸線方向に安定的に熱の伝達を行なうために、より均一な温度で加熱ロールの外周面の温度を上げることが可能になる。
【００４１】
すなわち図６に示すように、従来に比べて軸線方向の温度分布がほぼ平坦であって極めて均一になり、温度が安定化する利点がある。またシーズヒータ１７からの熱が金属筒体１０の中心孔の内周面で反射して再びシーズヒータ１７に輻射されることがなく、これによってシーズヒータ１７の損傷劣化が防止され、シーズヒータ１７の長寿命化が図られるようになり、故障が少なく、信頼性の高い加熱ロールが得られる。なおシーズヒータ１７に通電する電流量や時間を制御することによって、外周面のロール層１１の温度を任意の温度とすることができ、例えば１００〜５００℃程度の範囲内の温度にすることができる。ここでロール層１１は、低温の場合にはゴムから構成され、高温の場合にはセラミック溶射層が用いられる。またこのようなロールは、使用する目的に応じて、各種の寸法のものを製作することができ、細いものは直径が５０ｍｍから太いものは６００ｍｍまで各種の寸法のロールを製作することができる。
【００４２】
次に変形例の構成を図５によって説明する。上記図２および図３に示す構成は、熱伝達部材２２がその中心部に軸線方向に貫通する挿通孔２３を有し、この挿通孔２３の部分にシーズヒータ１７を挿入するようにしている。このような構成に代えて、図５Ａに示すように、熱伝達部材２２の内部に、軸線方向に例えば３本の挿通孔３５を形成し、これらの挿通孔３５にそれぞれシーズヒータ１７を配してよい。あるいはまた図５Ｂに示すように、熱伝達部材２２内に円周方向に沿って６０度間隔で６本の挿通孔３５を形成し、これらの挿通孔３５内にそれぞれシーズヒータ１７を挿入してよい。なおこの場合において、上記挿通孔３５の内径をシーズヒータ１７の外径と一致させることにより、シーズヒータ１７と熱伝達部材２２の挿通孔３５の内周面との間の隙間をなくすことができる。
【００４３】
次に別の変形例の加熱ユニットを図７および図８によって説明する。この加熱ユニット２２は、カーボングラファイト製の角紐５０を用いて熱伝達部材２２を構成したものである。すなわち一般に芯材にカーボングラファイトの粉末を含浸させて圧縮成形した柔軟な角紐５０がガスケット材料として広く利用されている。そこでこのような角紐５０を発熱部材として利用するようにしたものである。すなわち角紐５０は、図７Ａに示すように、断面がほぼ正方形あるいは長方形の紐状をなしている。このような角紐５０を、丸棒状のヒータ１７の外周部に図７Ｂに示すように密着して螺旋状に巻装する。図８は完全に角紐５０を螺旋状に密着して巻付けた加熱ユニットの縦断面を示しており、角紐５０が互いに密着するようにしかもシーズヒータ１７の外周面上に密着して巻付けられて熱伝達部材２２が形成される。従ってこのような構成によっても、上記実施の形態と同様の加熱ユニットを製作することができる。
【００４４】
次に別の実施の形態を図９および図１０によって説明する。この実施の形態は、本願発明を加熱装置に応用したものである。すなわちここでは、例えばキッチンユニット等に組込まれる電熱ヒータから成る加熱装置に関するものである。この加熱ヒータは、図９に示すように、ほぼ矩形の放熱板４０を備えている。放熱板４０は、鉄、アルミニウム等の金属板あるいはセラミック板から構成される。この放熱板４０の表面それ自体が熱の放熱面を構成している。そしてこのような放熱板４０の下面には、とくに図１０および図１１に示すように、矩形断面のカーボングラファイト製の熱伝達部材２２が配される。
【００４５】
このような熱伝達部材２２は、各列にそれぞれ複数個、例えば５個が直線状に配されるとともに、これらの直線状の熱伝達部材２２が５列に横に並べられる。なおここでも、熱伝達部材２２は、例えばシート状をなすカーボングラファイトシートを圧縮成形して成形されたものであってよい。そしこのような熱伝達部材２２の上面が上記放熱板４０と接するようにこの放熱板４０と組合わされる。そして熱伝達部材２２には、その中心部に軸線方向に貫通するように挿通孔が形成され、これらの挿通孔にそれぞれシーズヒータ１７が挿入される。ここで、シーズヒータ１７の外径と上記熱伝達部材２２の軸線方向に延びる挿通孔の内径とが同じ値になっているために、シーズヒータ１７の外周面と熱伝達部材２２の挿通孔の内周面との間には隙間が存在しない。なお図１０Ｂに示す構成は、シーズヒータ１７を挿入した熱伝達部材２２の側面が互いに接触するようになっているが、隣接する熱伝達部材２２は必ずしも互いに接する必要はなく、適宜間隙をあけて配列してもよい。
【００４６】
従って、シーズヒータ１７に通電を行なうと、このシーズヒータ１７で発生した熱が、熱伝達部材２２を介して放熱板４０に迅速に伝達される。熱伝達部材２２は上述の如くカーボングラファイトシートを圧縮成形したものであって、優れた熱伝導性を有しており、しかも放熱板４０のほぼ全面であってその下面に熱伝達部材２２が取付けられているために、放熱板４０は迅速に昇温加熱されることになる。
【００４７】
従ってこのような加熱装置は、熱伝達部材２２によって放熱板４０の温度の立上り特性に優れるとともに、熱伝達部材２２の熱伝導性によって放熱板４０の全面にわたって温度ムラのないほぼ均一な温度に加熱することが可能になる。しかもシーズヒータ１７で発生した熱が、熱伝達部材２２によって速やかに伝達されるとともに、熱の輻射によるシーズヒータ１７への戻りがなくなるために、シーズヒータ１７のそれ自身の熱による損傷劣化が回避され、シーズヒータ１７の長寿命化が図られる。
【００４８】
次に別の実施の形態を図１１および図１２によって説明する。この実施の形態は、カーボングラファイト製の熱伝達部材２２の断面形状を正三角形あるいは二等辺三角形の形状にしたものである。そしてこのような熱伝達部材２２の三角の一面が放熱板４０の下面に面接触するようにし、これによって各列５個ずつの熱伝達部材２２が互いに平行に放熱板４０の下面に５列に取付けられることになる。
【００４９】
このような構成の加熱装置においても、カーボングラファイト製の上記熱伝達部材２２によって温度の立上り特性が改善され、さらにこの熱伝達部材２２の優れた熱伝導性によって放熱板４０の全面にわたる安定な温度分布を達成することができる。また熱伝達部材２２によって、シーズヒータ１７からの熱のシーズヒータ１７への輻射による戻りが防止されるために、シーズヒータ１７の長寿命化が図られることになる。
【００５０】
次にさらに別の実施の形態を図１３および図１４によって説明する。この実施の形態は、三角形の熱伝達部材２２と放熱板４０とを組合わせてブロック状のヒータとしたものである。すなわち図１３および図１４に示すように、断面が正三角形の熱伝達部材２２を各列について向きを交互に変えて７段に組合わせるとともに、これらを２列に配し、これによってブロック状のヒータを構成している。ここで上下の隙間の部分を埋めるように、上部と下部とにはそれぞれ２つずつの直角三角形の熱伝達部材４５を充填配置するようにしている。そして四囲を放熱板４０によって覆うようしている。ここで、上記放熱板４０の内側に配される熱伝達部材２２の中心部に軸線方向に延びるように形成されている挿通孔にはそれぞれシーズヒータ１７が挿入される。
【００５１】
従ってこのような構成によると、それぞれのシーズヒータ１７に通電を行なうと、これらのシーズヒータ１７が発熱するとともに、その熱が熱伝達部材２２を介して周囲に伝達されるようになり、とくに四囲を囲むように配されている放熱板４０を介して外部に熱が放散される。従ってこれによって、周囲に熱を放散することが可能なブロック状の加熱装置が得られる。ここでも、上記カーボングラファイト製の熱伝達部材２２、４５によってシーズヒータ１７からの熱を迅速にしかもムラなく周囲の放熱板４０に伝達することができるとともに、シーズヒータ１７からの熱が輻射によってシーズヒータ１７自身に戻ることがなく、これによってシーズヒータ１７の長寿命化と信頼性とを得ることが可能になる。なおこのような加熱装置は、例えばサウナバスや暖炉の加熱ヒータとして利用することができる。
【００５２】
以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態における加熱ロールの具体的な形状や寸法等については、各種の設計変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本願発明は、外周側を所定の温度に昇温加熱するようにした加熱ロールや、炊事用の加熱ヒータ、あるいはブロック状ヒータとして利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 金属筒体
１１ ロール層
１２ フランジ
１３ 支軸
１４ ビス
１７ シーズヒータ
１８ 断熱ストッパ
１９ リード線
２２ 熱伝達部材
２３ 挿通孔
２７ 下型
２８ 芯棒
２９ 外型
３０ スライド型
３１ カーボングラファイトシート
３２ 貫通孔
３５ 挿通孔
４０ 放熱板
４５ 熱伝達部材
５０ 角紐
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然黒鉛を圧縮成形したカーボングラファイトの熱伝達部材に挿通孔が形成されるととともに、該挿通孔にヒータが挿入され、熱伝達部材と前記ヒータとの間に隙間が存在しないことを特徴とする加熱ユニット。
【請求項２】
前記熱伝達部材が天然黒鉛から圧延して製作されたカーボングラファイトシートを圧縮成形したものであることを特徴とする請求項１に記載の加熱ユニット。
【請求項３】
前記カーボングラファイトの熱伝達部材の中心部に軸線方向に貫通して挿通孔が形成され、該挿通孔に前記ヒータが挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱ユニット。
【請求項４】
カーボングラファイト製の角紐を密着した状態で丸棒状のヒータの周囲に螺旋状に巻装したことを特徴とする加熱ユニット。
【請求項５】
中空の筒体から成り、該筒体の外周面上にロール層を形成し、前記筒体の内部に軸線方向に延びる発熱体を配した加熱ロールにおいて、
前記筒体の内部に加熱ユニットが配され、該加熱ユニットは、天然黒鉛を圧縮成形したカーボングラファイトの熱伝達部材に挿通孔が形成されるとともに、該挿通孔に前記発熱体を構成するヒータが挿入され、前記熱伝達部材と前記ヒータとの間に隙間が存在せず、しかも前記加熱ユニットと前記筒体の内周面との間に隙間が存在しないことを特徴とする加熱ロール。
【請求項６】
前記カーボングラファイトの熱伝達部材が天然黒鉛から圧延して製作されたカーボングラファイトシートを圧縮成形したものであって、前記カーボングラファイトの熱伝達部材の中心部に軸線方向に貫通して挿通孔が形成され、該挿通孔内に前記ヒータが挿入されていることを特徴とする請求項５に記載の加熱ロール。
【請求項７】
前記発熱体が断面円形のシーズヒータから構成され、該シーズヒータの外径が前記カーボングラファイトの熱伝達部材の中心部に貫通して形成された断面円形の挿通孔の内径と等しく、前記シーズヒータの外周面と前記カーボングラファイトの熱伝達部材の挿通孔の内周面との間に半径方向に隙間が存在しないことを特徴とする請求項５に記載の加熱ロール。
【請求項８】
前記カーボングラファイトの熱伝達部材には、軸線方向に貫通して複数の挿通孔が形成され、それらの挿通孔にそれぞれヒータが挿入されていることを特徴とする請求項５に記載の加熱ロール。
【請求項９】
前記中空の筒体の外周面上に形成されるロール層がゴムから成ることを特徴とする請求項５に記載の加熱ロール。
【請求項１０】
前記中空の筒体の外周面上に形成されるロール層がセラミックから成ることを特徴とする請求項５に記載の加熱ロール。
【請求項１１】
放熱板によって内側に配された発熱体からの熱を放熱するようにした加熱装置において、
前記放熱板の内側に加熱ユニットが配され、該加熱ユニットは、天然黒鉛を圧縮成形したカーボングラファイトの熱伝達部材に挿通孔が形成されるとともに、該挿通孔に前記発熱体を構成するヒータが挿入され、前記熱伝達部材と前記ヒータとの間に隙間が存在せず、
前記熱伝達部材の外表面と接するように前記放熱板が取付けられることを特徴とする加熱装置。
【請求項１２】
前記カーボングラファイトの熱伝達部材が断面矩形の棒状であって、軸線方向に貫通して挿通孔が形成され、該挿通孔に前記ヒータが挿入されるとともに、前記熱伝達部材の外周側の一面と接するように前記放熱板が取付けられることを特徴とする請求項１１に記載の加熱装置。
【請求項１３】
前記カーボングラファイトの熱伝達部材が断面三角形の棒状であって、軸線方向に貫通して挿通孔が形成され、該挿通孔に前記ヒータが挿入されるとともに、前記熱伝達部材の外周側の一面と接するように前記放熱板が取付けられることを特徴とする請求項１１に記載の加熱装置。
【請求項１】
天然黒鉛を圧縮成形したカーボングラファイトの熱伝達部材に挿通孔が形成されるととともに、該挿通孔にヒータが挿入され、熱伝達部材と前記ヒータとの間に隙間が存在しないことを特徴とする加熱ユニット。
【請求項２】
前記熱伝達部材が天然黒鉛から圧延して製作されたカーボングラファイトシートを圧縮成形したものであることを特徴とする請求項１に記載の加熱ユニット。
【請求項３】
前記カーボングラファイトの熱伝達部材の中心部に軸線方向に貫通して挿通孔が形成され、該挿通孔に前記ヒータが挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱ユニット。
【請求項４】
カーボングラファイト製の角紐を密着した状態で丸棒状のヒータの周囲に螺旋状に巻装したことを特徴とする加熱ユニット。
【請求項５】
中空の筒体から成り、該筒体の外周面上にロール層を形成し、前記筒体の内部に軸線方向に延びる発熱体を配した加熱ロールにおいて、
前記筒体の内部に加熱ユニットが配され、該加熱ユニットは、天然黒鉛を圧縮成形したカーボングラファイトの熱伝達部材に挿通孔が形成されるとともに、該挿通孔に前記発熱体を構成するヒータが挿入され、前記熱伝達部材と前記ヒータとの間に隙間が存在せず、しかも前記加熱ユニットと前記筒体の内周面との間に隙間が存在しないことを特徴とする加熱ロール。
【請求項６】
前記カーボングラファイトの熱伝達部材が天然黒鉛から圧延して製作されたカーボングラファイトシートを圧縮成形したものであって、前記カーボングラファイトの熱伝達部材の中心部に軸線方向に貫通して挿通孔が形成され、該挿通孔内に前記ヒータが挿入されていることを特徴とする請求項５に記載の加熱ロール。
【請求項７】
前記発熱体が断面円形のシーズヒータから構成され、該シーズヒータの外径が前記カーボングラファイトの熱伝達部材の中心部に貫通して形成された断面円形の挿通孔の内径と等しく、前記シーズヒータの外周面と前記カーボングラファイトの熱伝達部材の挿通孔の内周面との間に半径方向に隙間が存在しないことを特徴とする請求項５に記載の加熱ロール。
【請求項８】
前記カーボングラファイトの熱伝達部材には、軸線方向に貫通して複数の挿通孔が形成され、それらの挿通孔にそれぞれヒータが挿入されていることを特徴とする請求項５に記載の加熱ロール。
【請求項９】
前記中空の筒体の外周面上に形成されるロール層がゴムから成ることを特徴とする請求項５に記載の加熱ロール。
【請求項１０】
前記中空の筒体の外周面上に形成されるロール層がセラミックから成ることを特徴とする請求項５に記載の加熱ロール。
【請求項１１】
放熱板によって内側に配された発熱体からの熱を放熱するようにした加熱装置において、
前記放熱板の内側に加熱ユニットが配され、該加熱ユニットは、天然黒鉛を圧縮成形したカーボングラファイトの熱伝達部材に挿通孔が形成されるとともに、該挿通孔に前記発熱体を構成するヒータが挿入され、前記熱伝達部材と前記ヒータとの間に隙間が存在せず、
前記熱伝達部材の外表面と接するように前記放熱板が取付けられることを特徴とする加熱装置。
【請求項１２】
前記カーボングラファイトの熱伝達部材が断面矩形の棒状であって、軸線方向に貫通して挿通孔が形成され、該挿通孔に前記ヒータが挿入されるとともに、前記熱伝達部材の外周側の一面と接するように前記放熱板が取付けられることを特徴とする請求項１１に記載の加熱装置。
【請求項１３】
前記カーボングラファイトの熱伝達部材が断面三角形の棒状であって、軸線方向に貫通して挿通孔が形成され、該挿通孔に前記ヒータが挿入されるとともに、前記熱伝達部材の外周側の一面と接するように前記放熱板が取付けられることを特徴とする請求項１１に記載の加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−２７２２８３（Ｐ２０１０−２７２２８３Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２１７８４（Ｐ２００９−１２１７８４）
【出願日】平成２１年５月２０日（２００９．５．２０）
【出願人】（０００２０６１７４）大成ラミネーター株式会社 (32)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２０日（２００９．５．２０）
【出願人】（０００２０６１７４）大成ラミネーター株式会社 (32)
【Ｆターム（参考）】
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