JPH0945465A - 輻射加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被加熱物の色による加熱力の変化が少なく、
かつ、昇温時間が短く、しかも必要な方向へ輻射を集中
させることができる輻射加熱装置を提供する。 【解決手段】 輻射加熱装置１は赤外線ヒータ５を有す
る。赤外線ヒータ５は面状の発熱体の表面に赤外線放射
物質層を被着し、赤外線放射面１４から遠赤外線を放射
する。そして、赤外線ヒータ５の前方に輻射方向規制手
段１５Ａを配置する。輻射方向規制手段１５Ａは赤外線
ヒータ５の主輻射方向に沿って開孔する多数の空洞部１
７と、これらの空洞部１７を画成する赤外線反射性の多
数の隔壁１８とを有する。輻射方向規制手段１５Ａの前
後の少なくとも一方に赤外線反射性を有する反射板２１
Ａを配置する。反射板２１Ａと赤外線ヒータ５の主輻射
方向とのなす角度は０°〜６５°である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の被加熱物を
輻射加熱する輻射加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の被加熱物を輻射加熱する際に、ヒ
ータ温度が５００℃前後の遠赤外線ヒータ、ヒータ温度
が８００℃前後の中赤外線ヒータ、あるいはヒータ温度
がより高い近赤外線ヒータが使い分けられている。遠赤
外線ヒータおよび中赤外線ヒータは、近赤外線ヒータと
比較すると、被加熱物の色による加熱力の変化が少ない
等の長所がある。反面、遠赤外線ヒータおよび中赤外線
ヒータは、ヒータの単位輻射面積当りの輻射強度が低い
ので、これを補うためにヒータの輻射体面積を大きくし
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このことから、 ・ヒータの熱容量とヒータ入力の比が大きくなるので、
昇温時間が長くなる。ヒータを断続的に使用する場合、
作業能率やエネルギ効率が低下する。 ・放射面の面積が大きいので、輻射加熱装置と被加熱物
との間に間隔を設ける場合、反射板の効率が低下し、必
要な方向へ輻射を集中させることが困難である。 等の不都合がある。

【０００４】本発明の課題は、被加熱物の色による加熱
力の変化が少なく、かつ、昇温時間が短く、しかも必要
な方向へ輻射を集中させることができる輻射加熱装置を
提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の輻射加熱装置
は、面状の発熱体の表面に被着された赤外線放射物質層
が前記発熱体によって加熱されて前記赤外線放射物質層
の赤外線放射面から赤外線を放射する赤外線ヒータを備
えている。そして、前記赤外線ヒータの前方に輻射方向
規制手段を配置している。輻射方向規制手段は、前記赤
外線ヒータの赤外線放射面に垂直な方向（以下、主輻射
方向という。）に沿って開孔する多数の空洞部と、これ
らの多数の空洞部を画成する赤外線反射性の多数の隔壁
とを有している。本発明の輻射加熱装置は、さらに、前
記輻射方向規制手段の前後の少なくとも一方に赤外線反
射性の反射板を配置している。

【０００６】面状の赤外線ヒータは、単位面積当りの入
力エネルギを小さくできるので、放射面温度を低温にす
ることができ、遠赤外線−中赤外線による輻射加熱を行
える。このため、被加熱物の色による加熱力の変化が少
ない。さらに、発熱体の表面に直接赤外線放射物質層が
被着されているので、ヒータ熱容量が小さくなる。これ
により、断続加熱においてもヒータの昇温過程のエネル
ギロスが減少し、被加熱物の加熱・乾燥時間を短くする
ことができる。

【０００７】輻射方向規制手段は、空洞部に斜めに入射
する赤外線を赤外線反射性の隔壁で反射させ、輻射加熱
装置の主輻射方向の輻射強度を増加させる。この輻射方
向規制手段は微小な空洞部と赤外線反射性の隔壁を多数
有しているので、輻射方向を規制する作用が大きい。こ
のため、一般のコーン状の反射板に比べると、輻射方向
規制手段の厚さが小さくても目的を達することができ
る。

【０００８】輻射方向規制手段の前方に位置する反射板
は、輻射方向規制手段を通過した斜め方向の赤外線を反
射して輻射加熱装置の主輻射方向の輻射強度を増加させ
る。輻射方向規制手段の後方に位置する反射板は、輻射
方向規制手段に入射する赤外線を増加させる。

【０００９】以上のように、本発明の輻射加熱装置は、 ・被加熱物の色による加熱力の変化が少なく、 ・断続加熱においても、効率が高く、 ・間隔をおいて加熱する場合でも、必要な方向に輻射を
集中できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の輻射加熱装置の実施の一
形態を図１〜図６によって説明する。輻射加熱機は、図
４に示されているように、一列に横に並んで配置されて
いる３つの輻射加熱装置１で構成されている。以下、輻
射加熱装置１を図１〜図６によって説明する。

【００１１】ヒータケース２は図１および図２に示され
ているように、一面が開放した長方形の箱体で、底面に
は、幅方向中央部に３つの端子部挿入孔３が長手方向に
間隔をおいて形成されているとともに、幅方向両端部に
それぞれ２つの取付片挿入孔４が長手方向に間隔をおい
て形成されている。このヒータケース２は赤外線反射性
を有しているステンレス鋼等の金属で形成されている。
ヒータケース２内には３個の赤外線ヒータ５が固定さ
れ、各赤外線ヒータ５の端子部がヒータケース２の端子
部挿入孔３を挿通して外側に突出している。

【００１２】赤外線ヒータ５は、図５に示されているよ
うに、発熱体６の表面に赤外線放射物質層１３が被着さ
れている構成を有している。図６に発熱体６を形成する
ニクロム等からなる金属板を示してあり、所定部分を折
曲することにより発熱体６が完成される。折曲前の金属
板はジグザグ状に延びている帯板部分６Ａの両端に端子
部分６Ｃが形成されており、図に示されている折り曲げ
線Ｘ−ＸおよびＹ−Ｙに沿って、帯板部分６Ａの両端部
をそれぞれ逆Ｌ字形に折曲して取付部を形成し、かつ、
端子部分６Ｃは所定の形状に折曲して帯板部分６Ａの両
端に起立する端子を形成する。

【００１３】この発熱体６は、図５に示されているよう
に、セラミック等からなる絶縁性のケース７に取り付け
られている。ケース７は一面が開放した長方形の箱体で
あり、ケース７の内部において発熱体６の両端部に形成
されている逆Ｌ字形の取付部６ａが固定具８で固定され
る。発熱体６はケース７に固定された状態で、ジグザグ
状に延びている帯板部分６ｂがケース７の開放部に配置
されている。

【００１４】ケース７の底壁の中央部に形成されている
開口には取付具９が固定されてケース７の底壁から突出
している。取付具９は中央部に熱電対のリード線の挿通
孔１０と、その両側に発熱体６の端子６ｃの挿通孔１１
とが貫通して形成されている。発熱体６の端子６ｃは取
付具９の端子挿通孔１１を挿通して取付具９から突出
し、端子６ｃを通じて発熱体６に通電できるように構成
されている。

【００１５】また、発熱体６の帯体部分６ｂの中央部分
の内面に、ヒータ温度を計測する温度センサとしての熱
電対１２が溶接されており、熱電対１２のリード線１２
ａが取付具９のリード線挿通孔１０を挿通し、熱電対１
２の信号によってヒータ温度が制御されるように構成さ
れている。

【００１６】ケース７の開放部に配置されている発熱体
６の帯板部分６ｂの外側の表面には、セラミックからな
る赤外線放射物質層１３がプラズマ溶射によって所定厚
さで被着されており、発熱体６に通電されると、発熱体
６によって赤外線放射物質層１３が直接加熱され、赤外
線放射物質層１３の赤外線放射面１４から遠赤外線が放
射される。

【００１７】輻射方向規制部材１５は図１および図２に
示されているように、一面が開放した長方形の箱体で、
ヒータケース２よりも若干小さい大きさを有し、開口側
の端面の各長辺側にそれぞれ一対の取付片１６が突出形
成されている。この輻射方向規制部材１５が３個の赤外
線ヒータ５を覆うようにヒータケース２内に挿入され、
輻射方向規制部材１５の各取付片１６がヒータケース２
の取付片挿入孔４に挿入され、かしめられることによっ
て、輻射方向規制部材１５は３個の赤外線ヒータ５を覆
うようにしてヒータケース２内に挿入固定されている。

【００１８】輻射方向規制部材１５は赤外線反射性を有
しているステンレス鋼等の金属からなっており、各面が
両端開放のハニカム構造を有している。すなわち、輻射
方向規制部材１５の各面は、図３に示されているよう
に、縦横に格子状に配置された多数の薄板で構成されて
おり、これらの薄板によって長方形の空洞部１７が縦横
に隣接して多数形成されている。したがって、赤外線ヒ
ータ５の前方には、赤外線ヒータ５の主輻射方向に沿っ
て開孔している多数の空洞部１７と、これらの空洞部１
７を画成している薄板からなる赤外線反射性の隔壁１８
とからなる輻射方向規制手段１５Ａが配置している。

【００１９】反射板部材１９は、図１および図２に示さ
れているように、赤外線反射性を有しているアルミニウ
ム合金等の金属からなっており、ヒータケース２を収納
する長方形の枠部２０と、枠部２０の一方の端面から外
側に拡開する４つの反射板２１Ａからなる角錐状の反射
部２１とを備えており、枠部２０の一対の長辺側の各端
面にはそれぞれ一対のケース載置片２２が内側に突出し
て形成されている。この反射板部材１９の枠部２０内
に、赤外線ヒータ５と輻射方向規制部材１５とを収納固
定したヒータケース２がケース載置片２２に当接するよ
うにして配置固定される。これにより、赤外線ヒータ５
の前方に輻射方向規制手段１５Ａが配置され、輻射方向
規制手段１５Ａの前方に反射板２１Ａが配置される。

【００２０】反射板部材１９の枠部２０側には背面カバ
ー２３が枠部２０を覆うようにして固定されており、枠
部２０から突出している赤外線ヒータ５の端子部が保護
される。また、反射板部材１９の反射部２１側には枠体
２４が反射部２１の側面および前面の四周を覆うように
して固定されている。枠体２４には複数本のガード２５
が固定されて枠体２４の窓孔に格子状に配置されてい
る。

【００２１】ヒータケース２、輻射方向規制手段１５
Ａ、および反射板２１Ａは赤外線反射性を有している金
属、例えばステンレス鋼、アルミニウム合金、あるいは
Ｃｒめっきを施したもの等で形成すればよい。

【００２２】以下、上記輻射加熱装置の作用を説明す
る。発熱体６に通電されると、発熱体６によって赤外線
放射物質層１３が直接加熱され、赤外線放射物質層１３
の赤外線放射面１４から遠赤外線が放射される。この赤
外線放射面１４から放射された遠赤外線は、前方の輻射
方向規制手段１５Ａに入射する。なお、赤外線ヒータ５
を収納しているヒータケース２も赤外線反射性の金属か
らなっているので、ヒータケース２の側面も赤外線反射
板を構成し、遠赤外線を反射する。このため、輻射方向
規制手段１５Ａに入射する遠赤外線を増すことができ
る。

【００２３】輻射方向規制手段１５Ａに入射する遠赤外
線は、多数の空洞部１７に入り、ここで斜めに入射する
遠赤外線は空洞部１７を形成している隔壁１８で反射さ
れ、主輻射方向の輻射強度が増す。

【００２４】輻射方向規制手段１５Ａを通過した遠赤外
線は、斜め方向の遠赤外線がさらに反射板部材１９の反
射板２１Ａで反射され、主輻射方向の輻射強度がさらに
増す。

【００２５】次に、本発明の輻射加熱装置の実施の別の
形態を、図７〜図９によって説明する。輻射加熱機は自
動車補修塗装乾燥用のもので、台車部３０と、台車部３
０に垂設されている柱部３１と、上下２個の輻射加熱装
置１が横に３列並んで配置されている６個の輻射加熱装
置１と、６個の輻射加熱装置１と柱部３１とを連結し、
輻射加熱装置１の上下位置を調節自在とした可動アーム
３２とから構成されている。

【００２６】以下、輻射加熱装置１を図７〜図９によっ
て説明する。ヒータマウント４０は略正方形の板材の中
央部が前方に膨出成形されて正方形のヒータ取付面４１
を有するヒータ取付部４２が前方に突出形成されている
板部材であり、ヒータ取付面４１に赤外線ヒータ５が固
定される。４２ａはヒータ取付部４２に形成されている
赤外線ヒータ５の端子部の挿入孔である。赤外線ヒータ
５は前記実施の形態において説明したものと同じ構造を
有しているので説明は省略する。

【００２７】反射板部材４３は赤外線反射性を有してい
るアルミニウム合金等の金属からなっており、ヒータマ
ウント４０のヒータ取付部４２の外周面に挿入される正
方形の取付枠４４と、取付枠４４の一方の端面から外側
に拡開する４つの反射板４５Ａからなる角錐状の反射部
４５とを備えている。この反射板部材４３は取付枠４４
がヒータマウント４０のヒータ取付部４２の外周に挿入
されて固定され、反射部４５が赤外線ヒータ５を覆うよ
うにしてヒータマウント４０のヒータ取付部４２から前
方に突出している。

【００２８】赤外線ヒータ５と反射板部材４３とを固定
したヒータマウント４０は、一面が開放した正方形の箱
体状のヒータカバー４６内に収納され、ヒータマウント
４０の底面がヒータカバー４６内の底面に固定される。
ヒータカバー４６の背面には取手４７が固定されてい
る。

【００２９】そして、ヒータカバー４６の前面の開口に
は、盤形状の輻射方向規制手段４８が開口を閉塞するよ
うにして固定される。輻射方向規制手段４８は赤外線反
射性を有しているステンレス鋼等の金属からなってお
り、前記実施の形態で説明したもの（図３参照）と同じ
両端開放のハニカム構造を有している。したがって、反
射板４５Ａの前方には、赤外線ヒータ５の主輻射方向に
沿って開孔している多数の空洞部と、これらの空洞部を
画成している薄板からなる赤外線反射性の隔壁とからな
る輻射方向規制手段４８が配置している。輻射方向規制
手段４８の前方には複数本のガード４９が格子状に配置
されてヒータカバー４６に固定されている。

【００３０】反射板４５Ａおよび輻射方向規制手段４８
は赤外線反射性を有している金属、例えばステンレス
鋼、アルミニウム合金、あるいはＣｒめっきを施したも
の等で形成すればよい。

【００３１】以下、上記輻射加熱装置の作用を説明す
る。発熱体６によって加熱された赤外線放射物質層１３
の赤外線放射面１４から放射された遠赤外線は、前方の
輻射方向規制手段４８に入射するが、斜め方向の遠赤外
線は反射板部材４３の反射板４５Ａで反射されるため、
輻射方向規制手段４８に入射する遠赤外線が増す。

【００３２】輻射方向規制手段４８に入射した遠赤外線
は、多数の空洞部に入り、ここで斜めに入射する遠赤外
線は空洞部を形成している隔壁で反射され、主輻射方向
の輻射強度が増す。

【００３３】上記実施の２つの形態における輻射方向規
制手段の空洞部の断面形状は長方形に限ることはなく、
例えば六角形等でもよい。

【００３４】上記実施の２つの形態における輻射方向規
制手段の具体的な寸法の一例を示すと、隔壁の板厚：
０．０５ｍｍ、空洞部の大きさ：３×５ｍｍ、空洞部の
長さ：５ｍｍである。そして、赤外線ヒータの赤外線放
射面と輻射方向規制手段の空洞部の入口との距離は１０
０ｍｍである。

【００３５】隔壁の板厚は薄い方が開口率（開口面積）
が大きくなるので好ましいが、反面薄すぎると強度低下
が起きる。したがって、隔壁の板厚は０．０３〜１ｍｍ
の範囲が好ましく、０．１〜０．３ｍｍの範囲がより好
ましい。同様に、空洞部の断面の大きさが大きいと、開
口率（開口面積）が大きくなる利点があるが、反面大き
すぎると輻射方向規制の効果が減少する。したがって、
空洞部の断面の大きさは直径３ｍｍの円以上で、一辺が
３５ｍｍの正方形以下の大きさが好ましく、直径５ｍｍ
の円以上で、一辺が１０ｍｍの正方形以下の大きさがよ
り好ましい。赤外線ヒータの赤外線放射面と輻射方向規
制手段の空洞部の入口との距離は１０〜１２０ｍｍの範
囲が好ましく、４０〜９０ｍｍの範囲がより好ましい。
その限定理由は、前記範囲を下回るとヒータの熱が隔壁
に吸収されて、輻射量が減少し、前記範囲を上回ると、
ヒータとワークとの距離が大きくなって、輻射効率が低
下するからである。空洞部の長さは５〜４５ｍｍの範囲
が好ましく、８〜２０ｍｍの範囲がより好ましい。その
限定理由は空洞部長さが長くなると、輻射方向規制の効
果は上がるが、輻射量は減少するので、両者のバランス
を図る必要があるからである。

【００３６】また、反射板の具体的な角度の一例を示す
と、反射板と赤外線ヒータの主輻射方向とのなす角度
は、前記実施の第１の形態では６０°、第２の形態では
２５°である。上記角度は０°〜６５°の範囲とするの
が好ましく、０°〜３０°の範囲がより好ましい。その
限定理由は、より高温加熱ができ、均等熱源部が広くな
るためである。

【００３７】以下に黒色に塗装した鋼板（寸法：１４０
０×９００×１ｍｍ）を種々の輻射加熱装置で加熱試験
した結果から本発明の輻射加熱装置の効果を説明する。

【００３８】（試験１）：主要な試験条件は次の通りで
ある。 輻射加熱装置と被加熱物との距離 ：５０ｃｍ 輻射加熱装置の電力 ：６ｋＷ 輻射加熱装置のヒータ放射面の温度 ：８５０℃ 室温 ：２２℃ 輻射加熱装置 １：実施の第２の形態で説明した輻射加熱装置（反射板
と主輻射方向とのなす角度は２５°）。 ２：上記１の輻射加熱装置から輻射方向規制手段を取り
除いたもの。 ３：上記１の輻射加熱装置の反射板と主輻射方向とのな
す角度を７０°としたもの。

【００３９】試験結果は次の通りである。図１０に輻射
加熱装置の前方の塗装鋼板の温度変化を示す。同一の電
力で加熱したにもかかわらず、実施の第２の形態で説明
した輻射加熱装置で加熱した場合は、輻射方向規制手段
を欠く装置、反射板が開き過ぎている装置に比較して、
鋼板の昇温速度が大きい。これは、輻射が輻射加熱装置
の前方に集中していることを示している。

【００４０】（試験２）：主要な試験条件は次の通りで
ある。 輻射加熱装置と被加熱物との距離 ：３０ｃｍ 輻射加熱装置の電力 ：０．６５ｋＷ 輻射加熱装置のヒータ放射面の温度 ：５４０℃ 照射時間 ：１５分 室温 ：２４℃ 輻射加熱装置 １：下記３の輻射加熱装置から輻射方向規制手段と反射
板部材とを取り除いたもの。 ２：下記３の輻射加熱装置から輻射方向規制手段を取り
除いたもの。 ３：実施の第２の形態で説明した輻射加熱装置（反射板
と主輻射方向とのなす角度は２５°）。

【００４１】試験結果は次の通りである。表１に輻射加
熱装置の前方に配置した塗装鋼板におけるＸ軸の温度分
布を測定した結果を示し、図１１にそのグラフを示す。
これによると、実施の第２の形態で説明した輻射加熱装
置で加熱した場合は、輻射方向規制手段を欠く装置、輻
射方向規制手段と反射板部材とを欠く装置に比較して中
心温度が高く、しかも周辺の温度が低くなっている。こ
れは、必要な部分のみ加熱できることを示しており、本
発明の輻射加熱装置は補修塗装乾燥等の用途に適してい
ることが明らかである。

【００４２】

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
加熱物の色による加熱力の変化が少なく、かつ、昇温時
間が短く、しかも必要な方向に輻射を集中できる輻射加
熱装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の輻射加熱装置の実施の一形態を示し、
（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は要部を示
す左側面断面図である。

【図２】上記輻射加熱装置の分解斜視図である。

【図３】輻射方向規制部材の一部分を示す斜視図であ
る。

【図４】輻射加熱装置を３個並べた輻射加熱機を示す正
面図である。

【図５】赤外線ヒータを示す縦断面図である。

【図６】発熱体を形成するための金属板を示す平面図で
ある。

【図７】本発明の輻射加熱装置の実施の別の形態を示
し、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。

【図８】上記輻射加熱装置の分解図であり、（ａ）は輻
射規制手段の側面図、（ｂ）はヒータカバーの側面断面
図、（ｃ）は反射板部材の側面断面図、（ｄ）は赤外線
ヒータの側面図、（ｅ）はヒータマウントの側面断面
図、（ｆ）は取手の側面図である。

【図９】輻射加熱装置を６個並べた輻射加熱機を示し、
（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。

【図１０】試験１の試験結果を示すグラフである。

【図１１】試験２の試験結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 輻射加熱装置 ２ ヒータケース ３ 端子部挿入孔 ４ 取付片挿入孔 ５ 赤外線ヒータ ６ 発熱体 ７ ケース ８ 固定具 ９ 取付具 １０ リード線挿通孔 １１ 端子挿通孔 １２ 熱電対 １３ 赤外線放射物質層 １４ 赤外線放射面 １５ 輻射方向規制部材 １５Ａ 輻射方向規制手段 １６ 取付片 １７ 空洞部 １８ 隔壁 １９ 反射板部材 ２０ 枠部 ２１ 反射部 ２１Ａ 反射板 ２２ ケース載置片 ２３ 背面カバー ２４ 枠体 ２５ ガード ３０ 台車部 ３１ 柱部 ３２ 可動アーム ４０ ヒータマウント ４１ ヒータ取付面 ４２ ヒータ取付部 ４３ 反射板部材 ４４ 取付枠 ４５ 反射部 ４５Ａ 反射板 ４６ ヒータカバー ４７ 取手 ４８ 輻射方向規制手段 ４９ ガード

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 面状の発熱体の表面に被着された赤外線
   放射物質層が前記発熱体によって加熱されて前記赤外線
   放射物質層の赤外線放射面から赤外線を放射する赤外線
   ヒータを備えている輻射加熱装置において、 前記赤外線ヒータの主輻射方向に沿って開孔する多数の
   空洞部と、これらの多数の空洞部を画成する赤外線反射
   性の多数の隔壁とを有している輻射方向規制手段が前記
   赤外線ヒータの前方に配置され、 前記輻射方向規制手段の前後の少なくとも一方に赤外線
   反射性の反射板が配置されていることを特徴とする輻射
   加熱装置。
2. 【請求項２】 赤外線ヒータの赤外線放射面と輻射方向
   規制手段の空洞部入口との距離が１０〜１２０ｍｍの範
   囲にあることを特徴とする請求項１記載の輻射加熱装
   置。
3. 【請求項３】 輻射方向規制手段の空洞部の断面の大き
   さが直径３ｍｍの円以上で、一辺が３５ｍｍの正方形以
   下の大きさを有しており、空洞部の長さが５〜４５ｍｍ
   の範囲にあることを特徴とする請求項１または２記載の
   輻射加熱装置。
4. 【請求項４】 反射板と赤外線ヒータの主輻射方向との
   なす角度が０〜６５°の範囲にあることを特徴とする請
   求項１、２、または３記載の輻射加熱装置。