炉内加熱ヒータ用碍子およびそれを用いた炉内加熱ヒータ
【課題】炉内加熱ヒータの１本当たりの出力を向上させ、かつ加熱線の各二重線部における折返し先端部での短絡を良好に防止する。
【解決手段】炉内加熱ヒータ１は、折返し先端部１１ａおよび二重線部１１ｂを有する加熱線１１を複数セット備える。各加熱線１１の先端側には炉内加熱ヒータ用碍子１２が配置される。碍子１２は、各二重線部１１ｂを１本ずつ通す線挿通孔のセットＳを有するベース板部１２ａを備える。ベース板部１２ａは、基準線Ｌを含む垂直面に対して傾斜状に突出し、隣り合う折返し先端部１１ａ同士が短絡しないように線挿通孔のセットＳをセット毎に仕切る仕切り壁１２ｃと、それら仕切り壁１２ｃの突出端を円筒状に繋ぎ、折返し先端部１１ａのいずれもが保護管３１（保護カバー）の内周面と短絡しないように線挿通孔のセットＳの全てと保護管３１の内周面とを仕切る外周壁１２ｄとを一体に備える。
【解決手段】炉内加熱ヒータ１は、折返し先端部１１ａおよび二重線部１１ｂを有する加熱線１１を複数セット備える。各加熱線１１の先端側には炉内加熱ヒータ用碍子１２が配置される。碍子１２は、各二重線部１１ｂを１本ずつ通す線挿通孔のセットＳを有するベース板部１２ａを備える。ベース板部１２ａは、基準線Ｌを含む垂直面に対して傾斜状に突出し、隣り合う折返し先端部１１ａ同士が短絡しないように線挿通孔のセットＳをセット毎に仕切る仕切り壁１２ｃと、それら仕切り壁１２ｃの突出端を円筒状に繋ぎ、折返し先端部１１ａのいずれもが保護管３１（保護カバー）の内周面と短絡しないように線挿通孔のセットＳの全てと保護管３１の内周面とを仕切る外周壁１２ｄとを一体に備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内加熱ヒータ用碍子およびそれを用いた炉内加熱ヒータに関し、特に加熱線の先端側に配置される碍子、およびその碍子を用いた炉内加熱ヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の炉内加熱ヒータ用碍子として、例えば下記特許文献１に記載されているように、加熱線を螺旋状に巻いて形成した発熱コイル内に配置されるものが知られている。この特許文献１では、碍子の基部に板状の第１短絡防止体が複数設けられ、各第１短絡防止体の先端に板状の第２短絡防止体が設けられている。そして、碍子が発熱コイルのピッチ間を回転しつつ移動できるように、各第１短絡防止体の取り付け位置や形状が設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１６２９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載されたような加熱線が螺旋状に巻かれた形態以外にも、加熱線が基端から先端に向かって延び、先端側で折り返されて再び基端側に戻る形態とされ、そのような折返し形態からなる二重線部が複数セット設けられるものがある。通常、後者の形態の加熱線によると、前者の形態の加熱線に比べて有効発熱部の長さを長く設定できるので、より大きな出力（発熱量）を得ることが可能である。この場合、後者の形態の加熱線においては、各セットの二重線部同士、および隣り合う各二重線部のセット同士の短絡を防止するために、碍子が加熱線の基端から先端にかけて二重線部の各加熱線を単独で通過させるように複数配置されることが多い。
【０００５】
ところが、例えば図１９に示すように、碍子１３０が複数配置される後者の形態では、加熱線１１０が通電による発熱で線膨張し、各二重線部１１０ｂにおける折返し先端部１１０ａ（ループ部分）が広がるように熱変形することがある。このため、隣り合う折返し先端部１１０ａ同士が接触することで、加熱線１１０が短絡し、断線してしまうという問題があった。
【０００６】
特に、近年では、炉内加熱ヒータ（以下、単にヒータともいう）は消耗部品なので、設備コストの削減の観点から、ヒータの使用本数を減らしたいとの要請がある一方、その使用本数を減らした場合でも、ヒータ全体の出力は維持あるいは向上させたいとの要請もある。このような両要請を実現するためには、ヒータ１本当たりの出力を大きく設定する必要があり、加熱線を出来るだけ密に（有効発熱部の長さをより長く）配置する必要がある。しかしながら、加熱線を密に配置すればするほど、隣り合う折返し先端部同士が接触しやすくなるので、上記した問題が発生するおそれが高くなる。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、上記した後者の形態の加熱線を用いて、ヒータ１本当たりの出力を向上させつつ、しかも加熱線の各二重線部における折返し先端部での短絡を良好に防止し得る炉内加熱ヒータ用碍子およびその碍子を用いた炉内加熱ヒータを提供することにある。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、基端から先端に向かって延び、先端側で折り返されて再び基端側に戻る加熱線の折返し形態からなる二重線部が複数セットあり、各セットの二重線部同士、および隣り合う各二重線部のセット同士の短絡を防止するために、加熱線の基端から先端にかけて二重線部の各加熱線を単独で通過させるように複数配置される炉内加熱ヒータ用碍子であって、それら複数の炉内加熱ヒータ用碍子のうち、先端部に配置される碍子は、各セットの二重線部を１本ずつ通す線挿通孔のセットを、基準線の周りに所定の角度間隔で有するベース板部を備えており、線挿通孔のセットは、基準線の周りの第１ピッチ円に沿って前記角度間隔で形成される第１線挿通孔と、第１ピッチ円に比べて小径の第２ピッチ円に沿って第１線挿通孔間の部位に対応するように前記角度間隔で形成される第２線挿通孔とで構成されており、ベース板部の、加熱線の各二重線部における折返し先端部側には、基準線を含む垂直面に対して傾斜状に突出し、隣り合う折返し先端部同士が短絡しないように線挿通孔のセットをセット毎に仕切る仕切り壁が一体に形成されていることを特徴とする。この場合、例えば仕切り壁の突出端を筒状に繋ぎ、折返し先端部のいずれもが該ベース板部の外周上を基準線から離れる向きに超えないように仕切る外周壁が一体に形成されていると好適である。
【０００９】
この炉内加熱ヒータ用碍子では、第１ピッチ円に沿って形成される第１線挿通孔と、第２ピッチ円に沿って形成される第２線挿通孔とにより線挿通孔のセットが構成されており、第２線挿通孔が第１線挿通孔間の部位に対応する位置に配置されている。すなわち、第１線挿通孔と第２線挿通孔を円周方向に沿って見た場合、両挿通孔は千鳥状に配置されるようになっている。このため、線挿通孔が１つのピッチ円に沿って等角度間隔で形成され、隣り合う一対の線挿通孔が線挿通孔の１セットを構成する従来の炉内加熱ヒータ用碍子に比べて、線挿通孔のセット数を増やすことができ、それに応じて加熱線の使用本数を増やすことができるので、ヒータの出力を向上させることができる。この場合、複数のセットの二重線部の任意の１セットが、仕切り壁の隣り合うもの同士の間に位置し、その仕切り壁の近傍で折り返されるようになる。つまり、ベース板部の「行き方向」の線挿通孔から先端側に出た線部分は、隣り合う仕切り壁の近傍で折り返され、ベース板部の「帰り方向」の線挿通孔を通過して基端側へ戻る。これらの仕切り壁によって、複数セットの二重線部同士がベース板部の線挿通孔より先端側に延び出た部分で接触すること（短絡）が防止される。つまり、通電による発熱で各二重線部の折返し先端部のループが広がるように熱変形しても、仕切り壁があるから、それに当たってそれ以上、隣の二重線部側へ寄ることが阻止され、短絡が防止される。
【００１０】
また、上記課題を解決するために本発明は、基端から先端に向かって延び、先端側で折り返されて再び基端側に戻る加熱線の折返し形態からなる二重線部が複数セットあり、各セットの二重線部同士、および隣り合う各二重線部のセット同士の短絡を防止するために、加熱線の基端から先端にかけて二重線部の各加熱線を単独で通過させるように複数配置される炉内加熱ヒータ用碍子を備え、それら炉内加熱ヒータ用碍子の隣り合うもの同士が相互に連結可能とされ、連結状態にあるそれら複数の炉内加熱ヒータ用碍子が装着された碍子付き加熱線のアッセンブリの外側に、筒状の金属製の保護カバーが装着されてなる炉内加熱ヒータであって、それら複数の炉内加熱ヒータ用碍子のうち、先端部に配置される碍子は、各セットの二重線部を１本ずつ通す線挿通孔のセットを、基準線の周りに所定の角度間隔で有するベース板部を備えており、線挿通孔のセットは、基準線の周りの第１ピッチ円に沿って前記角度間隔で形成される第１線挿通孔と、第１ピッチ円に比べて小径の第２ピッチ円に沿って第１線挿通孔間の部位に対応するように前記角度間隔で形成される第２線挿通孔とで構成されており、ベース板部の、加熱線の各二重線部における折返し先端部側には、基準線を含む垂直面に対して傾斜状に突出し、隣り合う折返し先端部同士が短絡しないように線挿通孔のセットをセット毎に仕切る仕切り壁が一体に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
この炉内加熱ヒータでは、線挿通孔のセットをセット毎に仕切る仕切り壁が基準線を含む垂直面に対して傾斜状に突出している。このため、通電による発熱で各二重線の折返し先端部が中心の基準線から離れる向きに反り返るように熱変形しても、傾斜状の仕切り壁が存在するため、反り返るように熱変形する折返し先端部が、この傾斜状の仕切り壁に当たりやすくなって、保護カバーの内周面に接触すること（短絡）が防止される。
【００１２】
この場合、例えば仕切り壁の突出端を筒状に繋ぎ、折返し先端部のいずれもが保護カバーの内周面と短絡しないように線挿通孔のセットの全てと該保護カバーの内周面とを仕切る外周壁が一体に形成されていると好適である。
【００１３】
上記した傾斜状の仕切り壁の存在により、各二重線の折返し先端部が中心の基準線から離れる向きに反り返るように熱変形しても、保護カバーの内周面に接触することが防止されるが、熱変形の態様によっては折返し先端部が仕切り壁の間のスペースに向かって延び出す場合がある。このような場合でも、筒状の外周壁の存在により、折返し先端部がこの筒状の外周壁に当たることで、保護カバーの内周面に接触することがほぼ確実に防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る炉内加熱ヒータ用碍子およびそれを用いた炉内加熱ヒータを適用した加熱炉を概略的に示す説明図。
【図２】図１に示した炉内加熱ヒータの主要部を構成するヒータ本体（碍子付き加熱線）のアッセンブリの斜視図。
【図３】図２に示した加熱線の斜視図。
【図４】図２に示した碍子１２，１３の連結状態を示す斜視図。
【図５】図２の部分拡大図。
【図６】図２に示した加熱線とヒータ端子とを接続する前の、加熱線同士の結線状態を示す正面図。
【図７】（ａ）は図２に示したヒータ端子の斜視図。（ｂ）は碍子１６，１７等が介装された（ａ）のヒータ端子と図９の加熱線とを接続した状態を示す斜視図。
【図８】図２に示したヒータ本体の外側に装着される保護管の斜視図。
【図９】図２に示したヒータ本体と図１１に示した保護管とを組み付けた状態を示す平面断面図（保護管のみ破断）。
【図１０】（ａ）は碍子１２の平面図。（ｂ）は（ａ）の縦断面図。（ｃ）は（ａ）の底面図。（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図１１】（ａ）は碍子１３の平面図。（ｂ）は（ａ）の縦断面図。（ｃ）は（ａ）の底面図。
【図１２】（ａ）は碍子１４の平面図。（ｂ）は（ａ）の縦断面図。（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図１３】（ａ）は碍子１５の平面図。（ｂ）は（ａ）の縦断面図。
【図１４】（ａ）は碍子１６の平面図。（ｂ）は（ａ）の縦断面図。
【図１５】（ａ）は碍子１７の平面図。（ｂ）は（ａ）の縦断面図。
【図１６】加熱線の折返し先端部が発熱により線膨張した状態を示す説明図。
【図１７】（ａ）は本発明の実施例２に係る碍子１２’の平面図。（ｂ）は（ａ）の縦断面図。
【図１８】本発明の変形例に係る碍子１２’’の縦断面図。
【図１９】従来の碍子を用いた場合において、加熱線の発熱による線膨張に起因して折返し先端部が断線した状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１（ａ），１（ｂ）は、本発明に係る炉内加熱ヒータ用碍子（以下、単に碍子という）１２、およびその碍子１２を用いた炉内加熱ヒータ１（加熱源）を適用した工業用熱処理設備としての加熱炉Ｆ１，Ｆ２を例示したものである。炉内加熱ヒータ１は、炉内の熱分布および熱処理効果の観点から、加熱炉Ｆ１のように垂直方向に複数設置される場合や、加熱炉Ｆ２のように水平方向に複数設置される場合がある。なお、本発明に係る碍子１２および炉内加熱ヒータ１は、炉内への扉が一つである加熱炉に限らず、入口用と出口用の各扉が設けられている加熱炉（例えば、連続炉）に広く適用することができる。
【００１７】
炉内加熱ヒータ１（図９参照）の主要部を構成するヒータ本体（碍子付き加熱線）のアッセンブリ１０は、図２および図３に示すように、加熱線（ヒータ素線）１１、碍子１２〜１７、およびヒータ端子２１を備えている。
【００１８】
加熱線１１は、線状の金属製の電熱素材（例えば、ニクロム製の電熱素材）を基端から先端に向かって直線状に延び出させ、先端側でＵ字状に折り返して再び基端側に直線状に戻すような折返し形態を１セットとするものであり、折返し先端部１１ａと二重線部１１ｂとを有している。このような形態の加熱線１１が複数セット使用されて、全体で一つの発熱体を構成している。
【００１９】
この実施例１では、例えば８セットの加熱線１１が使用されており、そのうち６セットの加熱線１１Ａは基端から先端までの全長（有効発熱部）がほぼ同じ長さに設定されている。残り２セットの加熱線１１Ｂは、いずれも２本ある基端部の一方が他方に比べて所定長だけ長く設定されており、この長く設定された部位がヒータ端子２１（図７参照）と溶接により接続されるリード部１１ｃ（溶接しろ）として機能するようになっている。
【００２０】
碍子１２〜１５は、図２に示すように、加熱線１１の先端側から基端側（ヒータ端子２１側）に向かってこの順に装着されている。また、碍子１６，１７は、ヒータ端子２１の基端側（加熱線１１側）から先端側に向かってこの順に装着されている。最初に、碍子１３〜１７について説明する。
【００２１】
碍子１３は、図１１に示すように、各セットの加熱線１１における二重線部１１ｂを１本ずつ通す線挿通孔のセットを、基準線（中心軸線）Ｌの周りの所定の角度間隔で有する略円板状（径方向外方に向かうに従って上面が低くなるように傾斜する形態）のベース板部１３ａを備えている。この実施例では、８セットの加熱線１１に対応して、線挿通孔のセットが８セット設けられている。
【００２２】
線挿通孔のセットは、基準線Ｌの周りの第１ピッチ円Ｐ１に沿って角度θ（＝４５度）の等角度間隔で形成される第１線挿通孔１３ａ１と、第１ピッチ円Ｐ１に比べて小径の第２ピッチ円Ｐ２に沿って第１線挿通孔１３ａ１間の部位に対応するように角度θ（＝４５度）の等角度間隔で形成される第２線挿通孔１３ａ２とで構成されている。具体的には、第１線挿通孔１３ａ１と第２線挿通孔１３ａ２は、ベース板部１３ａを円周方向に沿って見た場合、千鳥状に配置されるようになっている。
【００２３】
ベース板部１３ａには、各加熱線１１の折返し先端部１１ａ側に突出する連結基部１３ｂが設けられている。連結基部１３ｂは、基準線Ｌを中心軸線とする略円柱状（先端側が基端側に比べて若干量だけ先細りとなる形態）をなし、ベース板部１３ａの各線挿通孔１３ａ２よりも径方向内側部位に一体形成されている。
【００２４】
連結基部１３ｂには、基準線Ｌを中心軸線とする円形かつ段付き状の挿通孔１３ｂ１が形成されている。挿通孔１３ｂ１は、補強のための芯棒や、温度検出のためのセンサを組み入れる等して適宜利用される。ベース板部１３ａには、挿通孔１３ｂ１に連通する正四角錐台状の凹部１３ａ３が形成されている。連結基部１３ｂの先端には、ベース板部１３ａの凹部１３ａ３における底辺および高さ寸法を若干量だけ小さくした正四角錐台状の凸部１３ｂ２が形成されている。
【００２５】
このように構成された碍子１３は、図４に示すように、複数用いられ、任意の碍子１３の凸部１３ｂ２が他の碍子１３の凹部１３ａ３に嵌合することで、複数の碍子１３が基準線Ｌの方向に数珠繋ぎ状に連結される。この場合、凸部１３ｂ２および凹部１３ａ３が正四角錐台状に形成されているので、各碍子１３が連結された状態では、碍子１３同士の基準線Ｌ回りの相対回転が防止されるようになっている。
【００２６】
各碍子１３の線挿通孔１３ａ１には、図５に示すように、各加熱線１１の二重線部１１ｂが１本ずつ通り、各二重線部１１ｂの基端部は、図２および図７（ｂ）に示すように、最も基端側に近い位置に配置される碍子１３のベース板部１３ａから突出した状態となる。この状態で、一方の加熱線１１Ｂのリード部１１ｃと他方の加熱線１１Ｂのリード部１１ｃとが、図６にて矢印で示すように、全加熱線１１の二重線部１１ｂを経由して直列に繋がるよう、所定の加熱線１１Ａ同士、所定の加熱線１１Ａと加熱線１１Ｂとが、円柱状の結線部材１９ａで接続され、あるいは板状の結線部材１９ｂで接続されている。
【００２７】
碍子１４は、図２および図１２に示すように、円板状をなし、ベース基板部１３ａの線挿通孔１３ａ１，１３ａ２にそれぞれ対応する線挿通孔１４ａ１，１４ａ２と、基準線Ｌを中心軸線とする円形の貫通孔１４ｂとを有している。碍子１４は、各加熱線１１Ｂのリード部１１ｃのみを挿通させ（図７（ｂ）参照）、線挿通孔１４ａ１，１４ａ２の形成されていない板面にて結線部材１９ａ，１９ｂの端面と当接することにより、碍子１３側への配置位置が規定されるようになっている。
【００２８】
碍子１５は、図２および図１３に示すように、碍子１４とほぼ同じ大きさの円板状をなし、各加熱線１１Ｂのリード部１１ｃのみを挿通させる線挿通孔１５ａを有していて、碍子１４の板面に当接した状態で配置される。
【００２９】
碍子１６は、図２および図１４に示すように、碍子１５とほぼ同じ大きさの円板状をなし、各ヒータ端子２１のみを挿通させる線挿通孔１６ａを有していて（図７（ｂ）参照）、各加熱線１１Ｂのリード部１１ｃにおける基端面に当接した状態で配置される。
【００３０】
碍子１７は、図２および図１５に示すように、碍子１５に比べて直径、厚さともに大きな小径部１７ａと大径部１７ｂを有する二段の円柱状をなし、各ヒータ端子２１のみを挿通させる線挿通孔１７ｃを有している。
【００３１】
ヒータ端子２１は、図７（ａ）に示すように、直線棒状の非発熱体であり、その一端にて電源（例えば、交流電源）側の端子と結線するための端子板部２１ａを備えている。ヒータ端子２１には、図７（ｂ）に示すように、端子板部２１ａ側から加熱線１１Ｂのリード部１１ｃ側に向けて碍子１７、断熱部材１８（例えば、複数の丸状ブランケット）、碍子１６がこの順に挿通され、基端部が碍子１５の板面に当接した状態で加熱線１１Ｂのリード部１１ｃに溶接により接続される。
【００３２】
上記の碍子１２〜１７、断熱部材１８およびヒータ端子２１が装着されたヒータ本体のアッセンブリ１０（図２参照）の外側には、図８に示すような、保護カバーとしての円筒状の金属製（例えば、ステンレス製）の保護管（ラジアントチューブ）３１が装着される。保護管３１は、先端部にて底部３１ａを備え、基端部にて加熱炉Ｆ１，Ｆ２のフランジ部（図１参照）に固定するためのフランジ部３１ｂを備えている。
【００３３】
この実施例１では、例えば図９に示すように、上記碍子１６を流用して、保護管３１側の碍子として保護管３１の底部３１ａに着座させた状態で、ヒータ本体のアッセンブリ１０を保護管３１内に組み込み、碍子１２をその碍子１６に接触させることにより、そのアッセンブリ１０の保護管３１内での先端位置を規定するようにしている。
【００３４】
ヒータ本体のアッセンブリ１０が保護管３１内に組み込まれた状態では、碍子１２〜１６の外側面と保護管３１の内周面との間に所定長の隙間が形成され、また、碍子１７の小径部１７ａにおける外側面と保護管３１の内周面との間に極僅かの隙間が形成されるとともに、大径部１７ｂが保護管３１のフランジ部３１ｂに着座するようになっている。
【００３５】
そして、上記のように構成された炉内加熱ヒータ１では、電源（図示省略）からヒータ端子２１への通電により、加熱線１１が発熱し、発生した熱が保護管３１を経て外部へ放射されることとなる。
【００３６】
ところで、この実施例１では、加熱線１１の先端側に配置される碍子１２が、図２および図１０に示すように、碍子１３に共通する形状と、共通しない形状との両形状を具備するように構成されている。具体的には、図１０に示すように、各セットの加熱線１１における二重線部１１ｂを１本ずつ通す線挿通孔のセットＳを、基準線Ｌの周りの所定の角度間隔で有する略円板状のベース板部１２ａを備え、かつ各加熱線１１の折返し先端部１１ａ側に突出する連結基部１２ｂを備える点において共通している。
【００３７】
具体的には、線挿通孔のセットＳは、基準線Ｌの周りの第１ピッチ円Ｐ１に沿って角度θ（＝４５度）の等角度間隔で形成される第１線挿通孔１２ａ１と、第１ピッチ円Ｐ１に比べて小径の第２ピッチ円Ｐ２に沿って第１線挿通孔１２ａ１間の部位に対応するように角度θ（＝４５度）の等角度間隔で形成される第２線挿通孔１２ａ２とで構成されている。第１線挿通孔１２ａ１と第２線挿通孔１２ａ２は、ベース板部１２ａを円周方向に沿って見た場合、千鳥状に配置されている。
【００３８】
また、連結基部１２ｂは、碍子１３の連結基部１３ｂと同様、基準線Ｌを中心軸線とする略円柱状をなし、ベース板部１２ａの各線挿通孔１２ａ２よりも径方向内側部位に一体形成されている。連結基部１２ｂには、基準線Ｌを中心軸線とする円形かつ段付き状の挿通孔１２ｂ１が形成されており、ベース板部１２ａには、挿通孔１２ｂ１に連通する正四角錐台状の凹部１２ａ３が形成されている。凹部１２ａ３は、碍子１３に形成された凹部１３ａ３とほぼ同じ大きさに形成されており、基端側に配置される碍子１３の凸部１３ｂ２と嵌まり合って連結状態となる。
【００３９】
これに対して、ベース板部１２ａの各加熱線１１の折返し先端部１１ａ側には、仕切り壁１２ｃと外周壁１２ｄとが一体に形成されている点において、このような仕切り壁等のない碍子１３と異なっている。また、碍子１２の連結基部１２ｂには、連結のための凸部が省略されている点において、連結基部１３ｂに凸部１３ｂ２が形成されている碍子１３と異なっている。
【００４０】
仕切り壁１２ｃは、図１０（ｂ）の図示下端にてベース板部１２ａに、内側端にて連結基部１２ｂに接続され、基準線Ｌを含む垂直面に対して傾斜状に突出し、加熱線１１の隣り合う折返し先端部１１ａ同士が短絡しないように線挿通孔のセットＳをセット毎に仕切っている。ここで、垂直面は、仕切り壁１２ｃ毎に規定されるものであり、任意の仕切り壁１２ｃに対応する垂直面としては、例えばその仕切り壁１２ｃの内側端と基準線Ｌを通るものを選ぶことができる。つまり、仕切り壁１２ｃは、仕切り壁１２ｃ毎に同じ基準で規定された垂直面に対してそれぞれ傾斜している。
【００４１】
外周壁１２ｄは、仕切り壁１２ｃの突出端を円筒状に繋ぎ、加熱線１１の折返し先端部１１ａのいずれもがベース板部１２ａの外周上を基準線Ｌから離れる向きに超えないように仕切っている。つまり、外周壁１２ｄは、加熱線１１の折返し先端部１１ａのいずれもが保護管３１の内周面と短絡しないようにベース板部１２ａの線挿通孔のセットＳの全てと保護管３１の内周面とを仕切っている。
【００４２】
仕切り壁１２ｃと外周壁１２ｄは、ベース板部１２ａの板面からの高さ寸法が同じ長さに設定されている。この高さ寸法は、加熱線１１の発熱時に折返し先端部１１ａが基準線Ｌの方向に向かって最大に線膨張した場合でも超えることのない長さ、すなわち加熱線１１の線径が例えば５〜１０ｍｍであり、加熱線１１の有効発熱部の長さが例えば１０００〜１５００ｍｍであって、ベース板部１２ａの直径が９０〜１００ｍｍであるとき、例えば１５〜３０ｍｍ程度となるように設定されている。
【００４３】
上記のように構成された碍子１２〜１４を用いることにより、線挿通孔が１つのピッチ円に沿って等角度間隔で形成され、隣り合う一対の線挿通孔が線挿通孔の１セットを構成する従来の碍子に比べて、線挿通孔のセットＳ数を増やすことができ、それに応じて加熱線１１の使用本数を増やすことができるので、炉内加熱ヒータ１の出力を向上させることができる。
【００４４】
そして、碍子１２を加熱線１１の先端側に配置すると、図１６にて破線で示すように、複数のセットの二重線部１１ｂの任意の１セットが、仕切り壁１２ｃの隣り合うもの同士の間に位置し、その仕切り壁１２ｃの近傍で折り返されるようになる。つまり、碍子１２のベース板部１２ａにおける「行き方向」の線挿通孔１２ａ１（１２ａ２）から先端側に出た線部分は、隣り合う仕切り壁１２ｃの近傍で折り返され、ベース板部１２ａの「帰り方向」の線挿通孔１２ａ２（１２ａ１）を通過して基端側へ戻る。
【００４５】
これらの仕切り壁１２ｃによって、複数セットの二重線部１１ｂ同士がベース板部１２ａの線挿通孔１２ａ１，１２ａ２より先端側に延び出た部分で接触すること（短絡）が防止される。つまり、通電による発熱で各加熱線１１の二重線部１１ｂが異なる態様で線膨張し、あるいは折返し先端部１１ａのループが広がるように熱変形しようとしても、仕切り壁１２ｃがあるから、それに当たってそれ以上、隣の折返し先端部１１ａ側へ寄ることが阻止され、最終的には、図１６にて二点鎖線で示すように、折返し先端部１１ａが基準線Ｌの方向に延び出すようになって、折返し先端部１１ａ同士の短絡が防止される。
【００４６】
また、上記のように構成された炉内加熱ヒータ１を用いると、通電による発熱で各加熱線１１の二重線部１１ｂにおける折返し先端部１１ａが基準線Ｌから離れる向きに反り返るように熱変形しようとしても、外周壁１２ｄがあるから、それに当たってそれ以上、保護管３１の内周面側へ寄ることが阻止され、最終的には、図１６にて二点鎖線で示すように、折返し先端部１１ａが基準線Ｌの方向に延び出すようになって、保護管３１の内周面に接触すること（短絡）が防止される。
【実施例２】
【００４７】
上記実施例１においては、ベース板部１２ａに、仕切り壁１２ｃの突出端を円筒状に繋ぎ、線挿通孔のセットＳの全てと保護管３１の内周面とを仕切る外周壁１２ｄを一体に形成したので、加熱線１１の折返し先端部１１ａが仕切り壁１２ｃの間のスペースに向かって延び出しても、円筒状の外周壁１２ｄの存在により、折返し先端部１１ａがこの円筒状の外周壁１２ｄに当たることで、保護管３１の内周面に接触することをほぼ確実に防止できた。ただし、例えば図１７の碍子１２’に示すように、外周壁１２ｄを省略してもよい。
【００４８】
この実施例２のように外周壁１２ｄを省略するようにしても、仕切り壁１２ｃが基準線Ｌを含む垂直面に対して傾斜状に突出配置されているので、反り返るように熱変形する折返し先端部１１ａが、この傾斜状の仕切り壁１２ｃに当たって、保護管３１の内周面への接触には至らないことが十分に期待される。なお、図１７に示した碍子１２’において、外周壁１２ｄが省略されている点を除けば、その他の構成は碍子１２と同じであるため、碍子１２と同じ機能を果たす部位には同一の符号を付して説明は省略する。
【００４９】
（変形例）
碍子１２，１２’は、その先端側において他の碍子１３等と連結されることがなく、単に保護管３１側の碍子１６等と接触できる形状であればよいので、上記実施例１，２では、連結基端部１２ｂの先端に凸部を設けないように構成したが、碍子１３を成形するための型を利用して、碍子１２を成形することも可能である。したがって、この場合には、例えば図１８に示すように、碍子１２’’の連結基端部１２ｂの先端に碍子１３とほぼ同じ形状の凸部１２ｂ２が形成されるようになるが、このような碍子１２’’を用いて炉内加熱ヒータを構成してもよい。なお、図１８において、凸部１２ｂ２以外の構成は碍子１２と同じである。
【００５０】
上記実施例等においては、碍子１２等と碍子１３、または碍子１３同士が四角錐台状の凹部１２ａ３と凸部１３ｂ２との嵌合により、または凹部１３ａ３と凸部１３ｂ２との嵌合により、基準線Ｌ回りの相互の相対回転が防止される構成とした。ただし、凹部、凸部は四角錐台状に限らず、例えば半月状であってもよい。
【００５１】
また、碍子１２等における線挿通孔のセット数は、ベース板部１２ａの大きさや加熱線１１の線径等に応じて適宜変更可能である。
【００５２】
さらに、碍子１２等のベース板部１２ａは、円板形状に限らず、例えば正多角形状に形成してもよい。また、これに対応して保護管３１を、例えば正多角形の筒状に形成してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
Ｆ１，Ｆ２ 加熱炉
１ 炉内加熱ヒータ
１０ ヒータ本体（碍子付き加熱線）のアッセンブリ
１１，１１Ａ，１１Ｂ 加熱線
１１ａ 折返し先端部
１１ｂ 二重線部
１１ｃ リード部
１２〜１７ 碍子
１２ａ ベース板部
Ｓ 線挿通孔のセット
１２ａ１ 第１線挿通孔
１２ａ２ 第２線挿通孔
１２ａ３ 凹部
１２ｂ 連結基部
１２ｂ１ 挿通孔
１２ｃ 仕切り壁
１２ｄ 外周壁
２１ ヒータ端子
３１ 保護管
１２’，１２’’ 碍子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内加熱ヒータ用碍子およびそれを用いた炉内加熱ヒータに関し、特に加熱線の先端側に配置される碍子、およびその碍子を用いた炉内加熱ヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の炉内加熱ヒータ用碍子として、例えば下記特許文献１に記載されているように、加熱線を螺旋状に巻いて形成した発熱コイル内に配置されるものが知られている。この特許文献１では、碍子の基部に板状の第１短絡防止体が複数設けられ、各第１短絡防止体の先端に板状の第２短絡防止体が設けられている。そして、碍子が発熱コイルのピッチ間を回転しつつ移動できるように、各第１短絡防止体の取り付け位置や形状が設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１６２９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載されたような加熱線が螺旋状に巻かれた形態以外にも、加熱線が基端から先端に向かって延び、先端側で折り返されて再び基端側に戻る形態とされ、そのような折返し形態からなる二重線部が複数セット設けられるものがある。通常、後者の形態の加熱線によると、前者の形態の加熱線に比べて有効発熱部の長さを長く設定できるので、より大きな出力（発熱量）を得ることが可能である。この場合、後者の形態の加熱線においては、各セットの二重線部同士、および隣り合う各二重線部のセット同士の短絡を防止するために、碍子が加熱線の基端から先端にかけて二重線部の各加熱線を単独で通過させるように複数配置されることが多い。
【０００５】
ところが、例えば図１９に示すように、碍子１３０が複数配置される後者の形態では、加熱線１１０が通電による発熱で線膨張し、各二重線部１１０ｂにおける折返し先端部１１０ａ（ループ部分）が広がるように熱変形することがある。このため、隣り合う折返し先端部１１０ａ同士が接触することで、加熱線１１０が短絡し、断線してしまうという問題があった。
【０００６】
特に、近年では、炉内加熱ヒータ（以下、単にヒータともいう）は消耗部品なので、設備コストの削減の観点から、ヒータの使用本数を減らしたいとの要請がある一方、その使用本数を減らした場合でも、ヒータ全体の出力は維持あるいは向上させたいとの要請もある。このような両要請を実現するためには、ヒータ１本当たりの出力を大きく設定する必要があり、加熱線を出来るだけ密に（有効発熱部の長さをより長く）配置する必要がある。しかしながら、加熱線を密に配置すればするほど、隣り合う折返し先端部同士が接触しやすくなるので、上記した問題が発生するおそれが高くなる。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、上記した後者の形態の加熱線を用いて、ヒータ１本当たりの出力を向上させつつ、しかも加熱線の各二重線部における折返し先端部での短絡を良好に防止し得る炉内加熱ヒータ用碍子およびその碍子を用いた炉内加熱ヒータを提供することにある。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、基端から先端に向かって延び、先端側で折り返されて再び基端側に戻る加熱線の折返し形態からなる二重線部が複数セットあり、各セットの二重線部同士、および隣り合う各二重線部のセット同士の短絡を防止するために、加熱線の基端から先端にかけて二重線部の各加熱線を単独で通過させるように複数配置される炉内加熱ヒータ用碍子であって、それら複数の炉内加熱ヒータ用碍子のうち、先端部に配置される碍子は、各セットの二重線部を１本ずつ通す線挿通孔のセットを、基準線の周りに所定の角度間隔で有するベース板部を備えており、線挿通孔のセットは、基準線の周りの第１ピッチ円に沿って前記角度間隔で形成される第１線挿通孔と、第１ピッチ円に比べて小径の第２ピッチ円に沿って第１線挿通孔間の部位に対応するように前記角度間隔で形成される第２線挿通孔とで構成されており、ベース板部の、加熱線の各二重線部における折返し先端部側には、基準線を含む垂直面に対して傾斜状に突出し、隣り合う折返し先端部同士が短絡しないように線挿通孔のセットをセット毎に仕切る仕切り壁が一体に形成されていることを特徴とする。この場合、例えば仕切り壁の突出端を筒状に繋ぎ、折返し先端部のいずれもが該ベース板部の外周上を基準線から離れる向きに超えないように仕切る外周壁が一体に形成されていると好適である。
【０００９】
この炉内加熱ヒータ用碍子では、第１ピッチ円に沿って形成される第１線挿通孔と、第２ピッチ円に沿って形成される第２線挿通孔とにより線挿通孔のセットが構成されており、第２線挿通孔が第１線挿通孔間の部位に対応する位置に配置されている。すなわち、第１線挿通孔と第２線挿通孔を円周方向に沿って見た場合、両挿通孔は千鳥状に配置されるようになっている。このため、線挿通孔が１つのピッチ円に沿って等角度間隔で形成され、隣り合う一対の線挿通孔が線挿通孔の１セットを構成する従来の炉内加熱ヒータ用碍子に比べて、線挿通孔のセット数を増やすことができ、それに応じて加熱線の使用本数を増やすことができるので、ヒータの出力を向上させることができる。この場合、複数のセットの二重線部の任意の１セットが、仕切り壁の隣り合うもの同士の間に位置し、その仕切り壁の近傍で折り返されるようになる。つまり、ベース板部の「行き方向」の線挿通孔から先端側に出た線部分は、隣り合う仕切り壁の近傍で折り返され、ベース板部の「帰り方向」の線挿通孔を通過して基端側へ戻る。これらの仕切り壁によって、複数セットの二重線部同士がベース板部の線挿通孔より先端側に延び出た部分で接触すること（短絡）が防止される。つまり、通電による発熱で各二重線部の折返し先端部のループが広がるように熱変形しても、仕切り壁があるから、それに当たってそれ以上、隣の二重線部側へ寄ることが阻止され、短絡が防止される。
【００１０】
また、上記課題を解決するために本発明は、基端から先端に向かって延び、先端側で折り返されて再び基端側に戻る加熱線の折返し形態からなる二重線部が複数セットあり、各セットの二重線部同士、および隣り合う各二重線部のセット同士の短絡を防止するために、加熱線の基端から先端にかけて二重線部の各加熱線を単独で通過させるように複数配置される炉内加熱ヒータ用碍子を備え、それら炉内加熱ヒータ用碍子の隣り合うもの同士が相互に連結可能とされ、連結状態にあるそれら複数の炉内加熱ヒータ用碍子が装着された碍子付き加熱線のアッセンブリの外側に、筒状の金属製の保護カバーが装着されてなる炉内加熱ヒータであって、それら複数の炉内加熱ヒータ用碍子のうち、先端部に配置される碍子は、各セットの二重線部を１本ずつ通す線挿通孔のセットを、基準線の周りに所定の角度間隔で有するベース板部を備えており、線挿通孔のセットは、基準線の周りの第１ピッチ円に沿って前記角度間隔で形成される第１線挿通孔と、第１ピッチ円に比べて小径の第２ピッチ円に沿って第１線挿通孔間の部位に対応するように前記角度間隔で形成される第２線挿通孔とで構成されており、ベース板部の、加熱線の各二重線部における折返し先端部側には、基準線を含む垂直面に対して傾斜状に突出し、隣り合う折返し先端部同士が短絡しないように線挿通孔のセットをセット毎に仕切る仕切り壁が一体に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
この炉内加熱ヒータでは、線挿通孔のセットをセット毎に仕切る仕切り壁が基準線を含む垂直面に対して傾斜状に突出している。このため、通電による発熱で各二重線の折返し先端部が中心の基準線から離れる向きに反り返るように熱変形しても、傾斜状の仕切り壁が存在するため、反り返るように熱変形する折返し先端部が、この傾斜状の仕切り壁に当たりやすくなって、保護カバーの内周面に接触すること（短絡）が防止される。
【００１２】
この場合、例えば仕切り壁の突出端を筒状に繋ぎ、折返し先端部のいずれもが保護カバーの内周面と短絡しないように線挿通孔のセットの全てと該保護カバーの内周面とを仕切る外周壁が一体に形成されていると好適である。
【００１３】
上記した傾斜状の仕切り壁の存在により、各二重線の折返し先端部が中心の基準線から離れる向きに反り返るように熱変形しても、保護カバーの内周面に接触することが防止されるが、熱変形の態様によっては折返し先端部が仕切り壁の間のスペースに向かって延び出す場合がある。このような場合でも、筒状の外周壁の存在により、折返し先端部がこの筒状の外周壁に当たることで、保護カバーの内周面に接触することがほぼ確実に防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る炉内加熱ヒータ用碍子およびそれを用いた炉内加熱ヒータを適用した加熱炉を概略的に示す説明図。
【図２】図１に示した炉内加熱ヒータの主要部を構成するヒータ本体（碍子付き加熱線）のアッセンブリの斜視図。
【図３】図２に示した加熱線の斜視図。
【図４】図２に示した碍子１２，１３の連結状態を示す斜視図。
【図５】図２の部分拡大図。
【図６】図２に示した加熱線とヒータ端子とを接続する前の、加熱線同士の結線状態を示す正面図。
【図７】（ａ）は図２に示したヒータ端子の斜視図。（ｂ）は碍子１６，１７等が介装された（ａ）のヒータ端子と図９の加熱線とを接続した状態を示す斜視図。
【図８】図２に示したヒータ本体の外側に装着される保護管の斜視図。
【図９】図２に示したヒータ本体と図１１に示した保護管とを組み付けた状態を示す平面断面図（保護管のみ破断）。
【図１０】（ａ）は碍子１２の平面図。（ｂ）は（ａ）の縦断面図。（ｃ）は（ａ）の底面図。（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図１１】（ａ）は碍子１３の平面図。（ｂ）は（ａ）の縦断面図。（ｃ）は（ａ）の底面図。
【図１２】（ａ）は碍子１４の平面図。（ｂ）は（ａ）の縦断面図。（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図１３】（ａ）は碍子１５の平面図。（ｂ）は（ａ）の縦断面図。
【図１４】（ａ）は碍子１６の平面図。（ｂ）は（ａ）の縦断面図。
【図１５】（ａ）は碍子１７の平面図。（ｂ）は（ａ）の縦断面図。
【図１６】加熱線の折返し先端部が発熱により線膨張した状態を示す説明図。
【図１７】（ａ）は本発明の実施例２に係る碍子１２’の平面図。（ｂ）は（ａ）の縦断面図。
【図１８】本発明の変形例に係る碍子１２’’の縦断面図。
【図１９】従来の碍子を用いた場合において、加熱線の発熱による線膨張に起因して折返し先端部が断線した状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１（ａ），１（ｂ）は、本発明に係る炉内加熱ヒータ用碍子（以下、単に碍子という）１２、およびその碍子１２を用いた炉内加熱ヒータ１（加熱源）を適用した工業用熱処理設備としての加熱炉Ｆ１，Ｆ２を例示したものである。炉内加熱ヒータ１は、炉内の熱分布および熱処理効果の観点から、加熱炉Ｆ１のように垂直方向に複数設置される場合や、加熱炉Ｆ２のように水平方向に複数設置される場合がある。なお、本発明に係る碍子１２および炉内加熱ヒータ１は、炉内への扉が一つである加熱炉に限らず、入口用と出口用の各扉が設けられている加熱炉（例えば、連続炉）に広く適用することができる。
【００１７】
炉内加熱ヒータ１（図９参照）の主要部を構成するヒータ本体（碍子付き加熱線）のアッセンブリ１０は、図２および図３に示すように、加熱線（ヒータ素線）１１、碍子１２〜１７、およびヒータ端子２１を備えている。
【００１８】
加熱線１１は、線状の金属製の電熱素材（例えば、ニクロム製の電熱素材）を基端から先端に向かって直線状に延び出させ、先端側でＵ字状に折り返して再び基端側に直線状に戻すような折返し形態を１セットとするものであり、折返し先端部１１ａと二重線部１１ｂとを有している。このような形態の加熱線１１が複数セット使用されて、全体で一つの発熱体を構成している。
【００１９】
この実施例１では、例えば８セットの加熱線１１が使用されており、そのうち６セットの加熱線１１Ａは基端から先端までの全長（有効発熱部）がほぼ同じ長さに設定されている。残り２セットの加熱線１１Ｂは、いずれも２本ある基端部の一方が他方に比べて所定長だけ長く設定されており、この長く設定された部位がヒータ端子２１（図７参照）と溶接により接続されるリード部１１ｃ（溶接しろ）として機能するようになっている。
【００２０】
碍子１２〜１５は、図２に示すように、加熱線１１の先端側から基端側（ヒータ端子２１側）に向かってこの順に装着されている。また、碍子１６，１７は、ヒータ端子２１の基端側（加熱線１１側）から先端側に向かってこの順に装着されている。最初に、碍子１３〜１７について説明する。
【００２１】
碍子１３は、図１１に示すように、各セットの加熱線１１における二重線部１１ｂを１本ずつ通す線挿通孔のセットを、基準線（中心軸線）Ｌの周りの所定の角度間隔で有する略円板状（径方向外方に向かうに従って上面が低くなるように傾斜する形態）のベース板部１３ａを備えている。この実施例では、８セットの加熱線１１に対応して、線挿通孔のセットが８セット設けられている。
【００２２】
線挿通孔のセットは、基準線Ｌの周りの第１ピッチ円Ｐ１に沿って角度θ（＝４５度）の等角度間隔で形成される第１線挿通孔１３ａ１と、第１ピッチ円Ｐ１に比べて小径の第２ピッチ円Ｐ２に沿って第１線挿通孔１３ａ１間の部位に対応するように角度θ（＝４５度）の等角度間隔で形成される第２線挿通孔１３ａ２とで構成されている。具体的には、第１線挿通孔１３ａ１と第２線挿通孔１３ａ２は、ベース板部１３ａを円周方向に沿って見た場合、千鳥状に配置されるようになっている。
【００２３】
ベース板部１３ａには、各加熱線１１の折返し先端部１１ａ側に突出する連結基部１３ｂが設けられている。連結基部１３ｂは、基準線Ｌを中心軸線とする略円柱状（先端側が基端側に比べて若干量だけ先細りとなる形態）をなし、ベース板部１３ａの各線挿通孔１３ａ２よりも径方向内側部位に一体形成されている。
【００２４】
連結基部１３ｂには、基準線Ｌを中心軸線とする円形かつ段付き状の挿通孔１３ｂ１が形成されている。挿通孔１３ｂ１は、補強のための芯棒や、温度検出のためのセンサを組み入れる等して適宜利用される。ベース板部１３ａには、挿通孔１３ｂ１に連通する正四角錐台状の凹部１３ａ３が形成されている。連結基部１３ｂの先端には、ベース板部１３ａの凹部１３ａ３における底辺および高さ寸法を若干量だけ小さくした正四角錐台状の凸部１３ｂ２が形成されている。
【００２５】
このように構成された碍子１３は、図４に示すように、複数用いられ、任意の碍子１３の凸部１３ｂ２が他の碍子１３の凹部１３ａ３に嵌合することで、複数の碍子１３が基準線Ｌの方向に数珠繋ぎ状に連結される。この場合、凸部１３ｂ２および凹部１３ａ３が正四角錐台状に形成されているので、各碍子１３が連結された状態では、碍子１３同士の基準線Ｌ回りの相対回転が防止されるようになっている。
【００２６】
各碍子１３の線挿通孔１３ａ１には、図５に示すように、各加熱線１１の二重線部１１ｂが１本ずつ通り、各二重線部１１ｂの基端部は、図２および図７（ｂ）に示すように、最も基端側に近い位置に配置される碍子１３のベース板部１３ａから突出した状態となる。この状態で、一方の加熱線１１Ｂのリード部１１ｃと他方の加熱線１１Ｂのリード部１１ｃとが、図６にて矢印で示すように、全加熱線１１の二重線部１１ｂを経由して直列に繋がるよう、所定の加熱線１１Ａ同士、所定の加熱線１１Ａと加熱線１１Ｂとが、円柱状の結線部材１９ａで接続され、あるいは板状の結線部材１９ｂで接続されている。
【００２７】
碍子１４は、図２および図１２に示すように、円板状をなし、ベース基板部１３ａの線挿通孔１３ａ１，１３ａ２にそれぞれ対応する線挿通孔１４ａ１，１４ａ２と、基準線Ｌを中心軸線とする円形の貫通孔１４ｂとを有している。碍子１４は、各加熱線１１Ｂのリード部１１ｃのみを挿通させ（図７（ｂ）参照）、線挿通孔１４ａ１，１４ａ２の形成されていない板面にて結線部材１９ａ，１９ｂの端面と当接することにより、碍子１３側への配置位置が規定されるようになっている。
【００２８】
碍子１５は、図２および図１３に示すように、碍子１４とほぼ同じ大きさの円板状をなし、各加熱線１１Ｂのリード部１１ｃのみを挿通させる線挿通孔１５ａを有していて、碍子１４の板面に当接した状態で配置される。
【００２９】
碍子１６は、図２および図１４に示すように、碍子１５とほぼ同じ大きさの円板状をなし、各ヒータ端子２１のみを挿通させる線挿通孔１６ａを有していて（図７（ｂ）参照）、各加熱線１１Ｂのリード部１１ｃにおける基端面に当接した状態で配置される。
【００３０】
碍子１７は、図２および図１５に示すように、碍子１５に比べて直径、厚さともに大きな小径部１７ａと大径部１７ｂを有する二段の円柱状をなし、各ヒータ端子２１のみを挿通させる線挿通孔１７ｃを有している。
【００３１】
ヒータ端子２１は、図７（ａ）に示すように、直線棒状の非発熱体であり、その一端にて電源（例えば、交流電源）側の端子と結線するための端子板部２１ａを備えている。ヒータ端子２１には、図７（ｂ）に示すように、端子板部２１ａ側から加熱線１１Ｂのリード部１１ｃ側に向けて碍子１７、断熱部材１８（例えば、複数の丸状ブランケット）、碍子１６がこの順に挿通され、基端部が碍子１５の板面に当接した状態で加熱線１１Ｂのリード部１１ｃに溶接により接続される。
【００３２】
上記の碍子１２〜１７、断熱部材１８およびヒータ端子２１が装着されたヒータ本体のアッセンブリ１０（図２参照）の外側には、図８に示すような、保護カバーとしての円筒状の金属製（例えば、ステンレス製）の保護管（ラジアントチューブ）３１が装着される。保護管３１は、先端部にて底部３１ａを備え、基端部にて加熱炉Ｆ１，Ｆ２のフランジ部（図１参照）に固定するためのフランジ部３１ｂを備えている。
【００３３】
この実施例１では、例えば図９に示すように、上記碍子１６を流用して、保護管３１側の碍子として保護管３１の底部３１ａに着座させた状態で、ヒータ本体のアッセンブリ１０を保護管３１内に組み込み、碍子１２をその碍子１６に接触させることにより、そのアッセンブリ１０の保護管３１内での先端位置を規定するようにしている。
【００３４】
ヒータ本体のアッセンブリ１０が保護管３１内に組み込まれた状態では、碍子１２〜１６の外側面と保護管３１の内周面との間に所定長の隙間が形成され、また、碍子１７の小径部１７ａにおける外側面と保護管３１の内周面との間に極僅かの隙間が形成されるとともに、大径部１７ｂが保護管３１のフランジ部３１ｂに着座するようになっている。
【００３５】
そして、上記のように構成された炉内加熱ヒータ１では、電源（図示省略）からヒータ端子２１への通電により、加熱線１１が発熱し、発生した熱が保護管３１を経て外部へ放射されることとなる。
【００３６】
ところで、この実施例１では、加熱線１１の先端側に配置される碍子１２が、図２および図１０に示すように、碍子１３に共通する形状と、共通しない形状との両形状を具備するように構成されている。具体的には、図１０に示すように、各セットの加熱線１１における二重線部１１ｂを１本ずつ通す線挿通孔のセットＳを、基準線Ｌの周りの所定の角度間隔で有する略円板状のベース板部１２ａを備え、かつ各加熱線１１の折返し先端部１１ａ側に突出する連結基部１２ｂを備える点において共通している。
【００３７】
具体的には、線挿通孔のセットＳは、基準線Ｌの周りの第１ピッチ円Ｐ１に沿って角度θ（＝４５度）の等角度間隔で形成される第１線挿通孔１２ａ１と、第１ピッチ円Ｐ１に比べて小径の第２ピッチ円Ｐ２に沿って第１線挿通孔１２ａ１間の部位に対応するように角度θ（＝４５度）の等角度間隔で形成される第２線挿通孔１２ａ２とで構成されている。第１線挿通孔１２ａ１と第２線挿通孔１２ａ２は、ベース板部１２ａを円周方向に沿って見た場合、千鳥状に配置されている。
【００３８】
また、連結基部１２ｂは、碍子１３の連結基部１３ｂと同様、基準線Ｌを中心軸線とする略円柱状をなし、ベース板部１２ａの各線挿通孔１２ａ２よりも径方向内側部位に一体形成されている。連結基部１２ｂには、基準線Ｌを中心軸線とする円形かつ段付き状の挿通孔１２ｂ１が形成されており、ベース板部１２ａには、挿通孔１２ｂ１に連通する正四角錐台状の凹部１２ａ３が形成されている。凹部１２ａ３は、碍子１３に形成された凹部１３ａ３とほぼ同じ大きさに形成されており、基端側に配置される碍子１３の凸部１３ｂ２と嵌まり合って連結状態となる。
【００３９】
これに対して、ベース板部１２ａの各加熱線１１の折返し先端部１１ａ側には、仕切り壁１２ｃと外周壁１２ｄとが一体に形成されている点において、このような仕切り壁等のない碍子１３と異なっている。また、碍子１２の連結基部１２ｂには、連結のための凸部が省略されている点において、連結基部１３ｂに凸部１３ｂ２が形成されている碍子１３と異なっている。
【００４０】
仕切り壁１２ｃは、図１０（ｂ）の図示下端にてベース板部１２ａに、内側端にて連結基部１２ｂに接続され、基準線Ｌを含む垂直面に対して傾斜状に突出し、加熱線１１の隣り合う折返し先端部１１ａ同士が短絡しないように線挿通孔のセットＳをセット毎に仕切っている。ここで、垂直面は、仕切り壁１２ｃ毎に規定されるものであり、任意の仕切り壁１２ｃに対応する垂直面としては、例えばその仕切り壁１２ｃの内側端と基準線Ｌを通るものを選ぶことができる。つまり、仕切り壁１２ｃは、仕切り壁１２ｃ毎に同じ基準で規定された垂直面に対してそれぞれ傾斜している。
【００４１】
外周壁１２ｄは、仕切り壁１２ｃの突出端を円筒状に繋ぎ、加熱線１１の折返し先端部１１ａのいずれもがベース板部１２ａの外周上を基準線Ｌから離れる向きに超えないように仕切っている。つまり、外周壁１２ｄは、加熱線１１の折返し先端部１１ａのいずれもが保護管３１の内周面と短絡しないようにベース板部１２ａの線挿通孔のセットＳの全てと保護管３１の内周面とを仕切っている。
【００４２】
仕切り壁１２ｃと外周壁１２ｄは、ベース板部１２ａの板面からの高さ寸法が同じ長さに設定されている。この高さ寸法は、加熱線１１の発熱時に折返し先端部１１ａが基準線Ｌの方向に向かって最大に線膨張した場合でも超えることのない長さ、すなわち加熱線１１の線径が例えば５〜１０ｍｍであり、加熱線１１の有効発熱部の長さが例えば１０００〜１５００ｍｍであって、ベース板部１２ａの直径が９０〜１００ｍｍであるとき、例えば１５〜３０ｍｍ程度となるように設定されている。
【００４３】
上記のように構成された碍子１２〜１４を用いることにより、線挿通孔が１つのピッチ円に沿って等角度間隔で形成され、隣り合う一対の線挿通孔が線挿通孔の１セットを構成する従来の碍子に比べて、線挿通孔のセットＳ数を増やすことができ、それに応じて加熱線１１の使用本数を増やすことができるので、炉内加熱ヒータ１の出力を向上させることができる。
【００４４】
そして、碍子１２を加熱線１１の先端側に配置すると、図１６にて破線で示すように、複数のセットの二重線部１１ｂの任意の１セットが、仕切り壁１２ｃの隣り合うもの同士の間に位置し、その仕切り壁１２ｃの近傍で折り返されるようになる。つまり、碍子１２のベース板部１２ａにおける「行き方向」の線挿通孔１２ａ１（１２ａ２）から先端側に出た線部分は、隣り合う仕切り壁１２ｃの近傍で折り返され、ベース板部１２ａの「帰り方向」の線挿通孔１２ａ２（１２ａ１）を通過して基端側へ戻る。
【００４５】
これらの仕切り壁１２ｃによって、複数セットの二重線部１１ｂ同士がベース板部１２ａの線挿通孔１２ａ１，１２ａ２より先端側に延び出た部分で接触すること（短絡）が防止される。つまり、通電による発熱で各加熱線１１の二重線部１１ｂが異なる態様で線膨張し、あるいは折返し先端部１１ａのループが広がるように熱変形しようとしても、仕切り壁１２ｃがあるから、それに当たってそれ以上、隣の折返し先端部１１ａ側へ寄ることが阻止され、最終的には、図１６にて二点鎖線で示すように、折返し先端部１１ａが基準線Ｌの方向に延び出すようになって、折返し先端部１１ａ同士の短絡が防止される。
【００４６】
また、上記のように構成された炉内加熱ヒータ１を用いると、通電による発熱で各加熱線１１の二重線部１１ｂにおける折返し先端部１１ａが基準線Ｌから離れる向きに反り返るように熱変形しようとしても、外周壁１２ｄがあるから、それに当たってそれ以上、保護管３１の内周面側へ寄ることが阻止され、最終的には、図１６にて二点鎖線で示すように、折返し先端部１１ａが基準線Ｌの方向に延び出すようになって、保護管３１の内周面に接触すること（短絡）が防止される。
【実施例２】
【００４７】
上記実施例１においては、ベース板部１２ａに、仕切り壁１２ｃの突出端を円筒状に繋ぎ、線挿通孔のセットＳの全てと保護管３１の内周面とを仕切る外周壁１２ｄを一体に形成したので、加熱線１１の折返し先端部１１ａが仕切り壁１２ｃの間のスペースに向かって延び出しても、円筒状の外周壁１２ｄの存在により、折返し先端部１１ａがこの円筒状の外周壁１２ｄに当たることで、保護管３１の内周面に接触することをほぼ確実に防止できた。ただし、例えば図１７の碍子１２’に示すように、外周壁１２ｄを省略してもよい。
【００４８】
この実施例２のように外周壁１２ｄを省略するようにしても、仕切り壁１２ｃが基準線Ｌを含む垂直面に対して傾斜状に突出配置されているので、反り返るように熱変形する折返し先端部１１ａが、この傾斜状の仕切り壁１２ｃに当たって、保護管３１の内周面への接触には至らないことが十分に期待される。なお、図１７に示した碍子１２’において、外周壁１２ｄが省略されている点を除けば、その他の構成は碍子１２と同じであるため、碍子１２と同じ機能を果たす部位には同一の符号を付して説明は省略する。
【００４９】
（変形例）
碍子１２，１２’は、その先端側において他の碍子１３等と連結されることがなく、単に保護管３１側の碍子１６等と接触できる形状であればよいので、上記実施例１，２では、連結基端部１２ｂの先端に凸部を設けないように構成したが、碍子１３を成形するための型を利用して、碍子１２を成形することも可能である。したがって、この場合には、例えば図１８に示すように、碍子１２’’の連結基端部１２ｂの先端に碍子１３とほぼ同じ形状の凸部１２ｂ２が形成されるようになるが、このような碍子１２’’を用いて炉内加熱ヒータを構成してもよい。なお、図１８において、凸部１２ｂ２以外の構成は碍子１２と同じである。
【００５０】
上記実施例等においては、碍子１２等と碍子１３、または碍子１３同士が四角錐台状の凹部１２ａ３と凸部１３ｂ２との嵌合により、または凹部１３ａ３と凸部１３ｂ２との嵌合により、基準線Ｌ回りの相互の相対回転が防止される構成とした。ただし、凹部、凸部は四角錐台状に限らず、例えば半月状であってもよい。
【００５１】
また、碍子１２等における線挿通孔のセット数は、ベース板部１２ａの大きさや加熱線１１の線径等に応じて適宜変更可能である。
【００５２】
さらに、碍子１２等のベース板部１２ａは、円板形状に限らず、例えば正多角形状に形成してもよい。また、これに対応して保護管３１を、例えば正多角形の筒状に形成してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
Ｆ１，Ｆ２ 加熱炉
１ 炉内加熱ヒータ
１０ ヒータ本体（碍子付き加熱線）のアッセンブリ
１１，１１Ａ，１１Ｂ 加熱線
１１ａ 折返し先端部
１１ｂ 二重線部
１１ｃ リード部
１２〜１７ 碍子
１２ａ ベース板部
Ｓ 線挿通孔のセット
１２ａ１ 第１線挿通孔
１２ａ２ 第２線挿通孔
１２ａ３ 凹部
１２ｂ 連結基部
１２ｂ１ 挿通孔
１２ｃ 仕切り壁
１２ｄ 外周壁
２１ ヒータ端子
３１ 保護管
１２’，１２’’ 碍子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端から先端に向かって延び、先端側で折り返されて再び基端側に戻る加熱線の折返し形態からなる二重線部が複数セットあり、各セットの二重線部同士、および隣り合う各二重線部のセット同士の短絡を防止するために、前記加熱線の基端から先端にかけて前記二重線部の各加熱線を単独で通過させるように複数配置される炉内加熱ヒータ用碍子であって、
それら複数の炉内加熱ヒータ用碍子のうち、先端部に配置される碍子は、前記各セットの二重線部を１本ずつ通す線挿通孔のセットを、基準線の周りに所定の角度間隔で有するベース板部を備えており、
前記線挿通孔のセットは、前記基準線の周りの第１ピッチ円に沿って前記角度間隔で形成される第１線挿通孔と、前記第１ピッチ円に比べて小径の第２ピッチ円に沿って前記第１線挿通孔間の部位に対応するように前記角度間隔で形成される第２線挿通孔とで構成されており、
前記ベース板部の、前記加熱線の各二重線部における折返し先端部側には、前記基準線を含む垂直面に対して傾斜状に突出し、隣り合う折返し先端部同士が短絡しないように前記線挿通孔のセットをセット毎に仕切る仕切り壁が一体に形成されていることを特徴とする炉内加熱ヒータ用碍子。
【請求項２】
前記仕切り壁の突出端を筒状に繋ぎ、前記折返し先端部のいずれもが該ベース板部の外周上を前記基準線から離れる向きに超えないように仕切る外周壁が一体に形成されている請求項１に記載の炉内加熱ヒータ用碍子。
【請求項３】
基端から先端に向かって延び、先端側で折り返されて再び基端側に戻る加熱線の折返し形態からなる二重線部が複数セットあり、各セットの二重線部同士、および隣り合う各二重線部のセット同士の短絡を防止するために、前記加熱線の基端から先端にかけて前記二重線部の各加熱線を単独で通過させるように複数配置される炉内加熱ヒータ用碍子を備え、
それら炉内加熱ヒータ用碍子の隣り合うもの同士が相互に連結可能とされ、連結状態にあるそれら複数の炉内加熱ヒータ用碍子が装着された碍子付き加熱線のアッセンブリの外側に、筒状の金属製の保護カバーが装着されてなる炉内加熱ヒータであって、
それら複数の炉内加熱ヒータ用碍子のうち、先端部に配置される碍子は、前記各セットの二重線部を１本ずつ通す線挿通孔のセットを、基準線の周りに所定の角度間隔で有するベース板部を備えており、
前記線挿通孔のセットは、前記基準線の周りの第１ピッチ円に沿って前記角度間隔で形成される第１線挿通孔と、前記第１ピッチ円に比べて小径の第２ピッチ円に沿って前記第１線挿通孔間の部位に対応するように前記角度間隔で形成される第２線挿通孔とで構成されており、
前記ベース板部の、前記加熱線の各二重線部における折返し先端部側には、前記基準線を含む垂直面に対して傾斜状に突出し、隣り合う折返し先端部同士が短絡しないように前記線挿通孔のセットをセット毎に仕切る仕切り壁が一体に形成されていることを特徴とする炉内加熱ヒータ。
【請求項４】
前記仕切り壁の突出端を筒状に繋ぎ、前記折返し先端部のいずれもが前記保護カバーの内周面と短絡しないように前記線挿通孔のセットの全てと該保護カバーの内周面とを仕切る外周壁が一体に形成されている請求項３に記載の炉内加熱ヒータ。
【請求項１】
基端から先端に向かって延び、先端側で折り返されて再び基端側に戻る加熱線の折返し形態からなる二重線部が複数セットあり、各セットの二重線部同士、および隣り合う各二重線部のセット同士の短絡を防止するために、前記加熱線の基端から先端にかけて前記二重線部の各加熱線を単独で通過させるように複数配置される炉内加熱ヒータ用碍子であって、
それら複数の炉内加熱ヒータ用碍子のうち、先端部に配置される碍子は、前記各セットの二重線部を１本ずつ通す線挿通孔のセットを、基準線の周りに所定の角度間隔で有するベース板部を備えており、
前記線挿通孔のセットは、前記基準線の周りの第１ピッチ円に沿って前記角度間隔で形成される第１線挿通孔と、前記第１ピッチ円に比べて小径の第２ピッチ円に沿って前記第１線挿通孔間の部位に対応するように前記角度間隔で形成される第２線挿通孔とで構成されており、
前記ベース板部の、前記加熱線の各二重線部における折返し先端部側には、前記基準線を含む垂直面に対して傾斜状に突出し、隣り合う折返し先端部同士が短絡しないように前記線挿通孔のセットをセット毎に仕切る仕切り壁が一体に形成されていることを特徴とする炉内加熱ヒータ用碍子。
【請求項２】
前記仕切り壁の突出端を筒状に繋ぎ、前記折返し先端部のいずれもが該ベース板部の外周上を前記基準線から離れる向きに超えないように仕切る外周壁が一体に形成されている請求項１に記載の炉内加熱ヒータ用碍子。
【請求項３】
基端から先端に向かって延び、先端側で折り返されて再び基端側に戻る加熱線の折返し形態からなる二重線部が複数セットあり、各セットの二重線部同士、および隣り合う各二重線部のセット同士の短絡を防止するために、前記加熱線の基端から先端にかけて前記二重線部の各加熱線を単独で通過させるように複数配置される炉内加熱ヒータ用碍子を備え、
それら炉内加熱ヒータ用碍子の隣り合うもの同士が相互に連結可能とされ、連結状態にあるそれら複数の炉内加熱ヒータ用碍子が装着された碍子付き加熱線のアッセンブリの外側に、筒状の金属製の保護カバーが装着されてなる炉内加熱ヒータであって、
それら複数の炉内加熱ヒータ用碍子のうち、先端部に配置される碍子は、前記各セットの二重線部を１本ずつ通す線挿通孔のセットを、基準線の周りに所定の角度間隔で有するベース板部を備えており、
前記線挿通孔のセットは、前記基準線の周りの第１ピッチ円に沿って前記角度間隔で形成される第１線挿通孔と、前記第１ピッチ円に比べて小径の第２ピッチ円に沿って前記第１線挿通孔間の部位に対応するように前記角度間隔で形成される第２線挿通孔とで構成されており、
前記ベース板部の、前記加熱線の各二重線部における折返し先端部側には、前記基準線を含む垂直面に対して傾斜状に突出し、隣り合う折返し先端部同士が短絡しないように前記線挿通孔のセットをセット毎に仕切る仕切り壁が一体に形成されていることを特徴とする炉内加熱ヒータ。
【請求項４】
前記仕切り壁の突出端を筒状に繋ぎ、前記折返し先端部のいずれもが前記保護カバーの内周面と短絡しないように前記線挿通孔のセットの全てと該保護カバーの内周面とを仕切る外周壁が一体に形成されている請求項３に記載の炉内加熱ヒータ。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−２９０２９（Ｐ２０１１−２９０２９Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７４４５１（Ｐ２００９−１７４４５１）
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【特許番号】特許第４４０１４３２号（Ｐ４４０１４３２）
【特許公報発行日】平成２２年１月２０日（２０１０．１．２０）
【出願人】（５９６１７４３４１）ミクニ機工株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【特許番号】特許第４４０１４３２号（Ｐ４４０１４３２）
【特許公報発行日】平成２２年１月２０日（２０１０．１．２０）
【出願人】（５９６１７４３４１）ミクニ機工株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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