JP7671850B2

JP7671850B2 - 加熱装置

Info

Publication number: JP7671850B2
Application number: JP2023536686A
Authority: JP
Inventors: 良彦木佐木
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2021-07-20
Filing date: 2022-07-07
Publication date: 2025-05-02
Anticipated expiration: 2042-07-07
Also published as: CN117652203A; WO2023002855A1; JPWO2023002855A1

Description

本開示は、加熱装置に関するものである。加熱装置は、例えば金属、ガラスまたは樹脂等の加工用の金型等を加熱するために用いることができる。

加熱装置として、例えば、特許文献１に記載の金属板の接合体の接合方法に係る加熱装置が知られている。特許文献１には、加熱板と、加熱板の側方から内部に挿入されたカートリッジヒータと、上側加熱板の上側に配置されている天板と、下側加熱板の下側に配置されている敷板と、上側加熱板と天板および下側加熱板と敷板の間に備えている断熱材と、を備えている加熱装置が記載されている。

カートリッジヒータは、加熱板の加熱面に平行な一方向に沿って位置している。このように、加熱板の内部にあるカートリッジヒータの分布が均一でないため、加熱板の加熱面における温度のばらつきが生じてしまうおそれがあった。

特開２０２１－３８８５号公報

本開示の加熱装置は、金属プレートと、複数のヒータと、を備える。金属プレートは、加熱面である第１面と、第１面の反対に位置して複数の凹部を有する第２面と、第１面と第２面とのそれぞれに繋がる第３面と、を有する。複数のヒータは、複数の凹部のそれぞれに位置する。さらに、本開示による加熱装置は、第１断熱部材を備える。第１断熱部材は、第３面に対向して金属プレートを囲っている。

図１は、加熱装置の一例を示す断面図である。図２は、加熱装置の他の例を示す断面図である。図３は、図２に示す加熱装置をＡ－Ａ’線で切断した拡大断面図である。図４は、加熱装置の他の例を示す断面図である。図５は、加熱装置の他の例を示す断面図である。図６は、加熱装置の他の例を示す断面図である。図７は、加熱装置の他の例を示す断面図である。図８は、加熱装置の他の例を示す断面図である。

近年、加熱装置の均熱性を高めることが求められている。

加熱装置１００について詳細に説明する。

図１は、加熱装置１００の一例を示す断面図である。図１に示すように、加熱装置１００は、加熱面１１である第１主面（第１面の一例）と複数の凹部１２を有する第２主面（第２面の一例）とを有する金属プレート１と、複数の凹部１２にそれぞれ位置している複数のヒータ２と、金属プレート１の側方に位置している第１断熱部材３と、を備えている。

金属プレート１は、金型を支持するための部材である。金属プレート１は、第１主面および第２主面を有する板状または円柱状の部材であってもよい。図１に示す金属プレート１は、板状の部材である。

金属プレート１は、金属材料を有する。金属プレート１は、例えばＳＵＳ（ステンレス）やＫＯＶＡＲ（コバール）、インバーなどの主に鉄からなる金属やインコネル等の主にニッケルからなる金属、あるいはＴｉ（チタン）や銅、真鍮、クロム合金等の金属材料を有する。金属プレート１の寸法は、金属プレート１が板状の場合には、例えば、長さを１０～５００ｍｍ、厚さを１～１００ｍｍにすることができる。

金属プレート１の第１主面は、加熱面１１である。金属プレート１の加熱面１１は、金型と接触可能な上面に位置している。金属プレート１の第２主面は、例えば、第１主面の反対側に位置していてもよい。金属プレート１の第１主面が例えば、上面に位置しているときに、金属プレート１の第２主面は、下面に位置していてもよい。金属プレート１の第２主面は、複数の凹部１２を有する。複数の凹部１２は、例えば、底面と側面とを有していてもよい。凹部１２の底面は、例えば、円形状または四角形状であってもよい。凹部１２の深さは、０．５ｍｍ～９０ｍｍにすることができる。また、凹部１２の幅は、底面が円形であるときは、直径を０．５～１００ｍｍにすることができる。また、複数の凹部１２の底面の形状は、例えば、同じであってもよい。また、複数の凹部１２の底面の形状は、それぞれ異なっていてもよい。また、複数の凹部１２の深さは、それぞれ異なっていてもよい。

なお、本願明細書でいう「上面」とは、ヒータ２から見て加熱面１１が位置する面を意味している。「下面」とは、加熱面１１から見てヒータ２が位置する面を意味している。但し、本願明細書でいう「上面」、「下面」とは、位置関係の理解のし易さのために用いるものであって、実施形態を限定するものではない。例えば、図に示す加熱装置１００を傾けた状態で実施することもできるものとする。

また、金属プレート１は一体に形成されていてもよいし、別体に形成されたものが接合等により固定されたものであってもよい。つまり、金属プレート１は、複数の凹部１２を有する第１部分と複数の貫通孔を有する第２部分とが、それぞれの凹部１２および貫通孔が連続するように重なって固定されたものであってもよい。

ヒータ２は、電流が流れることによって発熱するための部材である。ヒータ２は、図１に示すように、第２主面の複数の凹部１２に位置している。加熱装置１００は、複数のヒータ２を有している。また、複数のヒータ２は、複数の凹部１２にそれぞれ位置している。ヒータ２は、例えば、内部に発熱抵抗体を有するセラミック体で構成されているセラミックヒータであってもよい。また、ヒータ２は金属管の中に発熱体とセラミック材料とを有するカートリッジヒータであってもよい。ヒータ２の形状は、例えば、丸棒状もしくは角棒状等の棒状または板状であってもよい。ヒータ２は、内部に発熱抵抗体を有しているとき、発熱抵抗体は、例えば、折返し形状を有していてもよい。また、発熱抵抗体は、折返し部の後端側においては一対の直線状部となっていてもよい。発熱抵抗体の発熱パターンは、例えば、繰り返して折り返されている折返し部が先端側だけにあるパターンではなく、先端側と後端側との間を繰り返して往復するパターンであってもよい。ヒータ２の後端側は、外部の電源に接続されている。ヒータ２の後端側は、例えば、支持体などの部材で固定されていてもよい。

発熱抵抗体は、金属材料を有している。金属材料は、例えば、タングステン、モリブデンまたはレニウムを有する。発熱抵抗体は、絶縁性の部材を有していてもよい。これにより、発熱抵抗体の抵抗値を調整することができる。発熱抵抗体は、金属プレート１の加熱面１１で最も発熱するように配置されていてもよい。発熱抵抗体は、例えば、折返し部が凹部１２に位置していてもよい。

セラミック体は、絶縁性のセラミック材料を有していてもよい。セラミック体は、例えばアルミナ、窒化珪素または窒化アルミニウム等の絶縁性のセラミック材料を有していてもよい。ヒータ２がセラミック体で構成されているとき、セラミック体の寸法は、セラミック体が円柱状の場合には、例えば長さを１～２００ｍｍに、外径を０．５～１００ｍｍにすることができる。また、セラミック体の寸法は、セラミック体が円筒状の場合には、例えば長さを１～２００ｍｍに、外径を０．５～１００ｍｍに、内径を０．２～９０ｍｍにすることができる。

本開示の加熱装置１００は、金属プレート１の第２主面が複数の凹部１２を有し、複数の凹部１２のそれぞれに複数のヒータ２が位置している。これにより、特許文献１に記載の加熱装置１００のように加熱板に平行な方向にヒータ２が挿入されている場合と比較して、加熱面１１における温度のばらつきを低減することができる。その結果、加熱装置１００の均熱性を高めることができる。

第１断熱部材３は、ヒータ２による熱が外部に伝わることを防ぐための部材である。第１断熱部材３は、金属プレート１の側方に位置している。言い換えれば、第１断熱部材３は、金属プレート１の側面に対向して金属プレート１を囲っている。なお、金属プレート１の側面は、金属プレート１の第１面と第２面とのそれぞれに繋がる第３面の一例である。第１断熱部材３は、例えば、セラミック、ガラス、金属を有していてもよい。第１断熱部材３は、金属プレート１よりも熱伝導率の低いことが好ましい。第１断熱部材３は、例えば酸化アルミニウム、窒化珪素または窒化アルミニウム等のセラミック材料を有していてもよい。第１断熱部材３は、例えば、ポーラスまたは綿のように内部に隙間を有する繊維状のセラミック部材が好ましい。これにより、外部の温度変化によって部材を歪みにくくすることができる。その結果、耐久性を向上できる。第１断熱部材３は、例えば、加熱装置１００を金属プレート１の加熱面１１に垂直な方向から見たときに、金属プレート１との間に隙間を有していてもよい。また、第１断熱部材３は、接合材等の別の部材によって金属プレート１に固定されていてもよい。

第１断熱部材３の形状は、例えば、板状、環状または膜状であってもよい。また、金属プレート１が、例えば主面が四角形状の板状であるときに、第１断熱部材３は、金属プレート１の側方を覆っていてもよい。これにより、金属プレート１から熱が逃げてしまうおそれをさらに低減できる。また、第１断熱部材３は、金属プレート１の４つの側面（第３面の一例）の全てを覆っていてもよい。これにより、金属プレート１から熱が逃げてしまうおそれをさらに低減できる。また、第１断熱部材３は、板状に成形された複数の部材であって、金属プレート１の側面の全体を覆うことで、全体として環状の構造体を有していてもよい。

本開示の加熱装置１００においては、第１断熱部材３は、金属プレート１の側方に位置している。これにより、金属プレート１の内周に有している凹部１２にヒータ２が位置していることで、ヒータ２の熱を加熱面１１に伝えつつ、金属プレート１の側方から逃げる熱を第１断熱部材３によって抑えることができる。これにより、金属プレート１の加熱面１１における中央側と側面側との温度に、ばらつきが生じてしまうおそれを低減できる。その結果、金属プレート１の加熱面１１の均熱性を高めることができる。

また、図２に示すように、第１断熱部材３の側方に位置し、第１断熱部材３を覆う枠部材４を有していてもよい。これにより、第１断熱部材３が露出している面積を小さくすることができる。そのため、第１断熱部材３が長期使用により経時劣化するおそれを低減できる。

枠部材４は、第１断熱部材３を保護するための部材である。枠部材４は、図３に示すように、第１断熱部材３の側方に位置している。また、枠部材４は、第１断熱部材３を覆うように位置している。枠部材４は、例えば、セラミック、ガラス、金属を有していてもよい。また、枠部材４の形状は、例えば、板状、円筒状または角筒状であってもよい。また、例えば、金属プレート１の主面が四角形状で、第１断熱部材３が金属プレート１の側方を覆っている場合、枠部材４は、第１断熱部材３の側方に覆っていてもよい。枠部材４の寸法は、例えば、枠部材４が板状のとき、幅を１０～５００ｍｍ、厚さを０．３～２０ｍｍにすることができる。

また、図３に示すように、凹部１２は、金属プレート１の第２主面の長さに合わせて、均等に位置していると好ましい。また、凹部の数は、図３に示されている数よりも多くてもよい。

また、図４に示すように、加熱装置１００は、枠部材４および第１断熱部材３を貫通しており、枠部材４および金属プレート１を固定している第１固定部材５を有していてもよい。これにより、振動等の外力により、枠部材４、第１断熱部材３および金属プレート１とが接触する部分に応力を分散できる。その結果、第１断熱部材３と金属プレート１とが接触する部位にクラックが生じるおそれを低減できる。

第１固定部材５は、枠部材４と第１断熱部材３とを金属プレート１に固定するための部材である。第１固定部材５の形状は、例えば、長手方向を有する棒状または筒状であってもよい。第１固定部材５は、例えば、ネジ状の部位を有しており、金属プレート１と第１固定部材５と第１断熱部材３とがネジ穴を有していてもよい。ネジ穴に第１固定部材５のネジ状の部位が挿入されることによって、枠部材４と第１断熱部材３とを金属プレート１に固定していてもよい。第１固定部材５は、例えば、セラミック、ガラス、金属等を有していてもよい。特に耐熱性のあるＳＵＳ（ステンレス）やＫＯＶＡＲ（コバール）、インバーなどの主に鉄からなる金属やインコネル等の主にニッケルからなる金属、あるいはＴｉ（チタン）や銅、真鍮、クロム合金等の金属材料が好ましい。また、第１固定部材５は、例えば、ろう材などの接合材によって枠部材４および第１断熱部材３に固定されていてもよい。また、第１固定部材５は、例えば、枠部材４および第１断熱部材３に、かしめることによって固定されていてもよい。第１固定部材５が、長手方向を有する棒状である場合は、例えば、長さを３～１００ｍｍに、外径を１～１０ｍｍにすることができる。

また、図４に示すように、第１固定部材５は、金属プレート１の側面に対して垂直に挿入されていてもよい。これにより、金属プレート１が熱膨張する向きに第１固定部材５が挿入されるため、第１固定部材５と金属プレート１との間に生じる応力を分散できる。

また、図５に示すように、加熱装置１００は、枠部材４と金属プレート１との間に位置するスペーサー６を有していてもよい。スペーサー６は、例えば、第１断熱部材３と金属プレート１との間に位置していてもよい。これにより、枠部材４と金属プレート１とを、所定の間隔をあけて固定することができる。そのため、枠部材４と金属プレート１との間隔のずれにより均熱性が悪化するおそれを低減できる。

スペーサー６の形状は、例えば板状、棒状または環状である。また、スペーサー６は、例えば、第１固定部材５が長手方向を有する部材であるときに、第１固定部材５の外周の少なくとも一部を囲むように位置していてもよい。スペーサー６は、金属材料、セラミックまたはガラスを有していてもよい。金属材料は、例えば、ＳＵＳ（ステンレス）やＫＯＶＡＲ（コバール）、インバーなどの主に鉄からなる金属やインコネル等の主にニッケルからなる金属、あるいはチタンや銅、真鍮、クロム合金等の金属材料を有していてもよい。スペーサー６は、例えば、第１固定部材５の外周を囲むような環状であるとき、外径を２～２０ｍｍに、内径を１～１０ｍｍに、厚みを０．５～５ｍｍにすることができる。

スペーサー６は、環状の部材であって、スペーサー６の内周面と第１固定部材５の外周面とが接触していてもよい。これにより、第１固定部材５が長手方向に垂直な方向に動くことを抑制できる。その結果、加熱装置１００の耐久性を向上できる。

また、図６に示すように、加熱面１１は、第１断熱部材３よりも上方に位置していてもよい。これにより、第１断熱部材３と金型との間に、金属プレート１を位置することができる。これにより、金型を加熱するときに、第１断熱部材３が金型と直接触れることにより、第１断熱部材３および金型が劣化するおそれを低減できる。その結果、加熱装置１００の信頼性を高めることができる。

加熱面１１が第１断熱部材３よりも上方に位置している例として、例えば、図６に示すように加熱面１１に垂直な断面を見たときに、第１断熱部材３の上端（端部の一例）が、加熱面１１よりも下方に位置していてもよい。また、金属プレート１は、加熱面１１の面積よりも第２主面の面積が小さくなっており、第２主面を囲む位置に第１断熱部材３を有していてもよい。また、金属プレート１は、側面に凹部１２またはザグリを有しており、凹部１２またはザグリに第１断熱部材３を有していてもよい。また、金属プレート１は、それぞれ板状の第１部位と第２部位とを有しており、第１部位の下面が第２部位の上面の全体に接触しており、第１部位の下面と第２部位の側面とに挟まれた空間に、第１断熱部材３が位置していてもよい。このときに、第１断熱部材３は、第１部位の下面と第２部位の側面とにそれぞれ接触していてもよいし、第1部位の下面から隙間を空けて位置していてもよい。

なお、本願明細書でいう「上方」とは、ヒータ２から見て加熱面１１が位置する方向を意味している。本願明細書でいう「上方」は、直上であってもよい。「下方」とは、加熱面１１から見てヒータ２が位置する方向を意味している。「側方」とは、加熱面１１に平行であって、加熱装置１００の内側から外側へ向かう方向を意味している。但し、本願明細書でいう「上方」、「下方」および「側方」とは、位置関係の理解のし易さのために用いるものであって、実施形態を限定するものではない。例えば、図に示す加熱装置１００を傾けた状態で実施することもできるものとする。

また、図６に示すように、枠部材４の上端（端部の一例）は、第１断熱部材３の上端よりも上方に位置していてもよい。ここでいう「上端」では、第１断熱部材３の最も上方に位置している部分を意味している。

また、図７に示すように、加熱面１１は、枠部材４よりも外側まで伸びており、枠部材４の上方に位置していてもよい。これにより、枠部材４と金型との間に、金属プレート１を位置することができる。これにより、金型を加熱するときに、枠部材４が金型に直接触れてしまい、金型の熱が枠部材４に逃げるおそれを低減できる。その結果、加熱装置１００の信頼性を高めることができる。

また、図７に示すように、加熱装置１００は、第２主面と接している第２断熱部材７を更に備えていてもよい。これにより、ヒータ２の熱が金属プレート１の下方に放出されてしまうおそれを低減できる。その結果、加熱の効率性を高めることができる。

第２断熱部材７は、ヒータ２による熱が外部に伝わることを防ぐための部材である。第２断熱部材７は、金属プレート１の第２主面と接している。第２断熱部材７は、例えば、セラミック、ガラスまたは金属を有していてもよい。また、第２断熱部材７は、例えば、ポーラスまたは綿のように内部に隙間を有する繊維状のセラミック部材が好ましい。これにより、外部の温度変化によって部材を歪みにくくすることができる。その結果、耐久性を向上できる。また、第２断熱部材７は、加熱装置１００を金属プレート１の加熱面１１に垂直な方向から見たときに、金属プレート１と第２断熱部材７との間に隙間を有していてもよい。

第２断熱部材７の形状は、例えば、板状であってもよい。第２断熱部材７の寸法は、例えば、板状の部材であるときに、幅を１０～５００ｍｍ、厚さを０．３～２０ｍｍにすることができる。

また、図８に示すように、加熱装置１００は、板状であって第２断熱部材７と接している支持プレート８を有していてもよい。

支持プレート８は、第２断熱部材７を固定するための部材である。支持プレート８は、金属材料を有している。また、支持プレート８の形状は、例えば、角板状、円板状であってもよい。支持プレート８は、例えば、セラミック、ガラス、金属を有していてもよい。支持プレート８の寸法は、板状の場合、縦の長さを１０～５００ｍｍに、横の長さを１０～５００ｍｍに、厚さを０．３～３０ｍｍにすることができる。

また、図８に示すように、加熱装置１００は、枠部材４および支持プレート８を固定する第２固定部材９を有していてもよい。これにより、枠部材４および支持プレート８を強固に固定することができる。これにより、振動等の外力により、枠部材４および支持プレート８が接触する部分に生じる応力を分散できる。その結果、枠部材４および支持プレート８が接触する部位にクラックが生じるおそれを低減できる。その結果、耐久性を向上できる。

第２固定部材９は、枠部材４および支持プレート８を固定するための部材である。第２固定部材９の形状は、例えば、長手方向を有する棒状または筒状であってもよい。第２固定部材９は、例えば、ネジ状の部位を有しており、枠部材４および支持プレート８がネジ穴を有しており、ネジ穴に第２固定部材９のネジ状の部位が挿入されることによって、枠部材４および支持プレート８を固定していてもよい。第２固定部材９は、例えば、セラミック、ガラス、金属等を有していてもよい。また、第２固定部材９は、例えば、ろう材などの接合材によって枠部材４および支持プレート８に固定されていてもよい。また、第２固定部材９は、例えば、枠部材４および支持プレート８に、かしめることによって固定されていてもよい。第２固定部材９が、長手方向を有する棒状である場合は、例えば、長さを３～１００ｍｍに、外径を１～１０ｍｍにすることができる。

また、図８に示すように、第１断熱部材３と第２断熱部材７とが接していてもよい。これにより、第１断熱部材３と第２断熱部材７とを連続してつなげることができる。これにより、金属プレート１の熱が支持プレート８に伝わるおそれを低減できる。その結果、加熱装置１００の信頼性を高めることができる。

また、図８に示すように、支持プレート８は、枠部材４と接していてもよい。これにより、支持プレート８と枠部材４とが接している部位において、支持プレート８から枠部材４を経由して加熱装置１００の外部へ熱を伝えやすくすることができる。これにより、加熱の効率を高めつつ、加熱装置１００の全体として熱引きを高めることができる。その結果、加熱装置１００の耐久性を向上できる。

また、図８に示すように、第１断熱部材３の下端は、支持プレート８よりも上方に位置していてもよい。これにより、金属プレート１の熱が第１断熱部材３を経由して支持プレート８よりも下方に逃げてしまうおそれを低減できる。その結果、加熱装置１００の均熱性を向上できる。

１：金属プレート
１１：加熱面
１２：凹部
２：ヒータ
３：第１断熱部材
４：枠部材
５：第１固定部材
６：スペーサー
７：第２断熱部材
８：支持プレート
９：第２固定部材
１００：加熱装置

Claims

金属プレートと、
複数のヒータと、を備え、
前記金属プレートは、加熱面である第１面と、該第１面の反対に位置して複数の凹部を有する第２面と、前記第１面と前記第２面とのそれぞれに繋がる第３面と、を有し、
前記複数のヒータは、前記複数の凹部のそれぞれに位置し、
さらに、第１断熱部材を備え、
該第１断熱部材は、前記第３面に対向して前記金属プレートを囲っており、
さらに、
前記第１断熱部材の側方に位置し、前記第１断熱部材を覆う枠部材と、
前記枠部材および前記第１断熱部材を貫通しており、前記枠部材および前記金属プレートを固定している第１固定部材と、
前記枠部材と前記金属プレートとの間に位置するスペーサーと、を有し、
前記スペーサーは、前記第１固定部材の少なくとも一部を囲んでいる、加熱装置。
前記枠部材の端部は、前記第１断熱部材の端部よりも上方に位置している、請求項１に記載の加熱装置。
金属プレートと、
複数のヒータと、を備え、
前記金属プレートは、加熱面である第１面と、該第１面の反対に位置して複数の凹部を有する第２面と、前記第１面と前記第２面とのそれぞれに繋がる第３面と、を有し、
前記複数のヒータは、前記複数の凹部のそれぞれに位置し、
さらに、第１断熱部材を備え、
該第１断熱部材は、前記第３面に対向して前記金属プレートを囲っており、
さらに、
前記第１断熱部材の側方に位置し、前記第１断熱部材を覆う枠部材を有し、
前記加熱面の少なくとも一部は、前記枠部材の直上に位置している、加熱装置。
金属プレートと、
複数のヒータと、を備え、
前記金属プレートは、加熱面である第１面と、該第１面の反対に位置して複数の凹部を有する第２面と、前記第１面と前記第２面とのそれぞれに繋がる第３面と、を有し、
前記複数のヒータは、前記複数の凹部のそれぞれに位置し、
さらに、第１断熱部材を備え、
該第１断熱部材は、前記第３面に対向して前記金属プレートを囲っており、
前記第１面は、前記第１断熱部材の端部よりも上方に位置している、加熱装置。
前記金属プレートの前記第２面と接している第２断熱部材と、を更に備えている、請求項１に記載の加熱装置。
板状であって、前記第２断熱部材と接している支持プレートを有している、請求項５に記載の加熱装置。
前記第１断熱部材と前記第２断熱部材とが接している、請求項５に記載の加熱装置。
前記第１断熱部材の側方に位置し、前記第１断熱部材を覆う枠部材と、
板状であって、前記第２断熱部材と接している支持プレートと、を有しており、
前記支持プレートは、前記枠部材と接している、請求項６または請求項７に記載の加熱装置。