(57)【要約】      （修正有）【課題】発光管両端部のクラック発生を抑制すること。【解決手段】ヒータは、発光管２と、多層膜と、金属箔１２と、リード線２０と、溶着部３０と、封止部２ａとを具備する。発光管は、内部に発熱体１０が設けられる。多層膜は、発光管の外周面に形成される。金属箔は、発熱体と電気的に接続される。リード線は、金属箔と電気的に接続される。溶着部は、金属箔とリード線とを接合する。封止部は、発熱体、金属箔、溶着部、およびリード線の一部が埋設され、発光管の内部を封止するように発光管に形成される。また、封止部は、リード線が発光管の外部へ引き出される導出部１１を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に発熱体が設けられた発光管と；
前記発光管の外周面に形成された多層膜と；
前記発熱体と電気的に接続された金属箔と；
前記金属箔と電気的に接続されたリード線と；
前記金属箔と前記リード線とを接合する溶着部と；
前記発熱体、前記金属箔、前記溶着部、および前記リード線の一部が埋設され、前記発光管の内部を封止するように前記発光管に形成され、前記リード線が前記発光管の外部へ引き出される導出部を有する封止部と；
を具備する、ヒータ。
【請求項２】
前記溶着部は、タンタルまたはプラチナを含む、請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記導出部から引き出された前記リード線を囲むように前記導出部に設けられるセメント材；
をさらに具備する、請求項１または２に記載のヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
輻射熱により被照射体を加熱する目的で使用されるヒータが知られている。ヒータは、空間暖房や塗装乾燥などの用途では防眩性が求められるため、発光管の外表面に可視光遮断効果の高い多層膜が形成される。多層膜は、赤外線を透過させ、可視光を遮断させるために、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層したものからなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−０１９３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなヒータにおいては、発光管の両端部に封止部を設け、発光管の内部を気密に保っている。しかしながら、封止部に埋設された金属材料が酸化によって膨張し、封止部にクラックが発生する可能性がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、クラックの発生を抑制することができるヒータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態のヒータは、発光管と、多層膜と、金属箔と、リード線と、溶着部と、封止部とを具備する。発光管は、内部に発熱体が設けられる。多層膜は、発光管の外周面に形成される。金属箔は、発熱体と電気的に接続される。リード線は、金属箔と電気的に接続される。溶着部は、金属箔とリード線とを接合する。封止部は、発熱体、金属箔、溶着部、およびリード線の一部が埋設され、発光管の内部を封止するように発光管に形成される。また、封止部は、リード線が発光管の外部へ引き出される導出部を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、クラックの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１に係るヒータを示す平面図である。
【図２】実施形態１に係るヒータを示す図１の断面図である。
【図３】実施形態１に係るヒータの使用態様を例示する図である。
【図４】実施形態２に係るヒータを示す図である。
【図５】実施形態２の変形例に係るヒータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に説明する実施形態に係るヒータ１は、発光管２と、多層膜３と、金属箔１２と、リード線２０と、溶着部３０（３１）と、封止部２ａ、２ｂとを具備する。発光管２は、内部に発熱体１０が設けられる。多層膜３は、発光管２の外周面に形成される。金属箔１２は、発熱体１０と電気的に接続される。リード線２０は、金属箔１２と電気的に接続される。溶着部３０（３１）は、金属箔１２とリード線２０とを接合する。封止部２ａ、２ｂは、金属箔１２、溶着部３０（３１）、およびリード線２０の一部が埋設され、発光管２の内部を封止するように発光管２に形成される。また、封止部２ａ、２ｂは、リード線２０が発光管２の外部へ引き出される導出部１１を有する。
【００１０】
また、以下に説明する実施形態に係る溶着部３０（３１）は、タンタルまたはプラチナを含む。
【００１１】
また、以下に説明する実施形態に係るヒータ１は、セメント材２１をさらに具備する。セメント材２１は、導出部１１から引き出されたリード線２０を囲むように導出部１１に設けられる。
【００１２】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づき説明する。なお、以下に示す各実施形態は、本発明が開示する技術を限定するものではない。また、以下に示す各実施形態及び各変形例は、矛盾しない範囲で適宜組合せることができる。また、各実施形態の説明において、同一構成には同一符号を付与して後出の説明を適宜省略する。
【００１３】
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係るヒータを示す平面図である。図１に示すように、実施形態１に係るヒータ１は、発光管２、多層膜３、第１口金４、第２口金５、第１被覆チューブ６、第２被覆チューブ７、第１外部導入線８、第２外部導入線９、発熱体１０を有する。
【００１４】
なお、説明を分かりやすくするために、図１には、鉛直上向きを正方向とし、鉛直下向きを負方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、後出の説明に用いる他の図面でも示している。
【００１５】
発光管２は、透明でかつ無着色である材料から形成され、筒状に形成されている。発光管２の材料としては、例えば高軟化点の石英ガラスが例示される。
【００１６】
多層膜３は、発光管２の外周面に形成される。多層膜３は、低屈折率膜と、高屈折率膜とを複数層具備している。低屈折率膜は酸化ケイ素を主成分とし、高屈折率膜は酸化鉄を主成分とする。多層膜３は、発光管２から放射される光のうち、赤外線を透過し、可視光を遮断する。
【００１７】
多層膜３は、ディップ法、真空蒸着法、スパッタ法などで形成され、低屈折率膜と高屈折率膜とが１０層程度、交互に積層されている。具体的には、例えば発光管２の表面に直接形成される第１層から始まる奇数層を低屈折率膜で形成し、第２層から始まる偶数層を高屈折率膜で形成する。低屈折率膜の主成分である酸化ケイ素、具体的には二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）は発光管２の成分に近いため、第１層とすることで、発光管２の表面への付着力を向上させることが可能となる。また、二酸化ケイ素は化学的および熱的な耐性に優れ、機械的強度を有しているため、高温となる発光管２の表面に直接形成されても剥離や損傷を起こす可能性が低い。なお、奇数層を高屈折率膜で形成し、偶数層を低屈折率膜で形成することも可能である。また、多層膜３において発光管２から最も遠い最上層を高屈折率膜としてもよく、また、低屈折率膜としてもよい。
【００１８】
高屈折率膜の主成分である酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）は、酸化ケイ素に比べて防眩性が高い。このため、高屈折率膜に酸化鉄を用いることで、ヒータ１の防眩性を向上させることができる。ただし、酸化鉄は、酸化ケイ素に比べると発光管２の成分と異なることから、低屈折率膜を介して発光管２の外側に設けられることが望ましい。
【００１９】
なお、低屈折率膜は、二酸化ケイ素に限られず、酸化ケイ素（ＳｉＯ）などのケイ素酸化物であればどのような形態であってもよい。また、低屈折率膜は、酸化ケイ素に限らず、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）等のケイ素酸化物以外の他の金属化合物を用いることにしてもよい。また、高屈折率膜は、例えば、酸化鉄に限られず、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）など、酸化鉄以外の金属酸化物を用いることにしてもよい。
【００２０】
また、多層膜３の各層の膜厚は、全て異なる厚みであってもよいし、あるいは、低屈折率膜ごと、高屈折率膜ごとにそれぞれ同じ厚みであってもよい。また、低屈折率膜の膜厚は、高屈折率膜の膜厚よりも厚く形成してもよい。具体的には、例えば、低屈折率膜の膜厚は、８０ｎｍであり、高屈折率膜の膜厚は、５７ｎｍであるが、これに限定されるものではない。
【００２１】
発熱体１０は、発光管２の内部に配置され、図示されていない不活性ガス及びハロゲン化物とともに封入されている。発熱体１０は、図示されていないアンカー材に支持されている。発熱体１０の一端は、第１口金４の内部に収容されている封止部２ａまで伸びて形成され、第１外部導入線８と電気的に接続される。一方、発熱体１０の他端は、第２口金５の内部に設けられている封止部２ｂまで伸びて形成され、第２外部導入線９と電気的に接続されている。
【００２２】
発熱体１０は、コイル状に形成されたタングステン製のフィラメントである。発熱体１０は、第１外部導入線８と第２外部導入線９とを介して、図示されていない電源から電圧が印加されることにより、発熱し、発光する。
【００２３】
第１外部導入線８および第２外部導入線９は、例えばＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）その他のフッ素樹脂で芯線を被覆した耐熱性の電線である。
【００２４】
第１外部導入線８は、第１被覆チューブ６で被覆されている。第１被覆チューブ６は、第１口金４の内部における第１外部導入線８の絶縁性を向上させる。同様に、第２外部導入線９は、第２被覆チューブ７で被覆されている。第２被覆チューブ７は、第２口金５の内部における第２外部導入線９の絶縁性を向上させる。
【００２５】
第１口金４および第２口金５は、発光管２を支持し、固定するための部材である。具体的には、第１口金４および第２口金５は、発光管２の両端に設けられた封止部２ａ，２ｂを収容し、封止部２ａ，２ｂが固定されている。なお、封止部２ａと第１口金４との間や封止部２ｂと第２口金５との間には、例えばアルミナを主成分とするセメント材や、シリコンなどの充填剤が充填され、充填剤により封止部２ａ，２ｂが第１口金４や第２口金５に固定されてもよい。
【００２６】
ここで、第１口金４および第２口金５の内部に収容された封止部２ａ，２ｂの構成について、図２を参照して更に詳しく説明する。図２は、実施形態１に係るヒータ１を示す図１の断面図である。（ａ）は、封止部２ａおよびその近傍をＸ軸方向に沿って断面視したＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は、封止部２ａの近傍をＹ軸方向に沿って断面視したＢ−Ｂ断面図である。なお、図２では、第１口金４の図示を省略している。また、第２口金５に収容された封止部２ｂおよびその近傍の構成については、図２に示す第１口金４およびその近傍の構成と同様である。このため、封止部２ｂに関する図示および説明は省略する。
【００２７】
図２に示すように、封止部２ａの内部には、金属箔１２が埋設されている。本実施形態１における封止部２ａは、板状に形成された、いわゆるピンチシール部である。また、封止部２ａは、金属箔１２に接続されたリード線２０を、発光管２の外部へ引き出すための開口である導出部１１を有する。
【００２８】
金属箔１２は、モリブデンによって矩形状に形成されている。金属箔１２は、発熱体１０の一端１３と電気的に接続されている。また、金属箔１２は、溶着部３０を介してリード線２０に接合され、リード線２０と電気的に接続されている。導出部１１から引き出されたリード線２０は、例えば溶接により図１に示す第１外部導入線８と電気的に接続されている。
【００２９】
ここで、溶着部３０を有しない従来の封止部２ａについて説明する。金属箔１２とリード線２０とは、例えば溶接により電気的に接続される。導出部１１から封止部２ａの内部に進入した空気中の酸素は、例えば３５０℃を超える高温環境下でリード線２０との接合部分の金属箔１２を酸化させる。酸化した金属箔１２は、膨張する。金属箔１２を埋設する封止部２ａには、金属箔１２の膨張により生じる応力によりクラックが発生する。発生したクラックがさらに進行すると、発光管２の内部に封入したガスが封止部２ａから漏出し、発光管２の外部から空気が進入する。空気が進入することで、発熱体１０を構成するタングステンの蒸発が促進されて、発熱体１０が断線することで不点に至る。
【００３０】
そこで、実施形態１に係るヒータ１は、金属箔１２とリード線２０との間に溶着部３０を配置する。具体的には、溶着部３０は、金属箔１２とリード線２０とを接合する。
【００３１】
溶着部３０は、溶着部材を金属箔１２とリード線２０との間に挟み、溶着部材自身の融点以上に加熱して溶融し、加熱後、溶着部３０から放熱して固化することで形成される。溶融した溶着部材の固化により形成された溶着部３０は、金属箔１２とリード線２０とを接合する。これにより、金属箔１２およびリード線２０は、高温環境下での酸化による金属箔１２の膨張が抑制される。金属箔１２の膨張が抑制されることで、金属箔１２の膨張に起因する封止部２ａに対するクラックの発生が抑制される。
【００３２】
実施形態１に係る溶着部３０は、例えば棒状または線状のタンタルである。また、図示するように溶着部材を折り曲げて金属箔１２とリード線２０との間に配置させてもよい。また、溶着部材としては、例えば線径０．２ｍｍ程度のものを使用できる。なお、溶着部３０は、タンタルに限らず、例えばプラチナを含んでもよい。また、プラチナは、例えばモリブデン材にプラチナをメッキした、いわゆるモリブデンプラチナメッキであってもよい。特に、消費電力が１５００Ｗ以上、例えば２０００Ｗのヒータ１においては、溶着部３０はプラチナまたはモリブデンプラチナメッキで形成されるとよい。
【００３３】
また、実施形態に係るヒータ１は、セメント材２１をさらに有してもよい。セメント材２１は、導出部１１から引き出されたリード線２０を囲むように導出部１１に設けられる。セメント材２１は、例えば、アルミナセメントである。セメント材２１は、リード線２０と導出部１１との間のわずかな隙間を塞ぐことにより、導出部１１の内外の気密性を高めることができる。すなわち、導出部１１にセメント材２１を設けることにより、環境雰囲気中の酸素が導出部１１を介して封止部２ａの内部に進入することを抑制することで金属箔１２の膨張を抑制し、さらに、金属箔１２の膨張に起因する封止部２ａに対するクラックの発生を抑制することができる。
【００３４】
図３は、実施形態１に係るヒータの使用態様を例示する図である。（ａ）は、照射方向が水平下向きの場合、（ｂ）は、照射方向が斜め下向きの場合、をそれぞれ例示したものである。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、照射方向が水平下向きの場合、ヒータ１の照射により被照射体側に到達した熱は、ヒータ１の下側から第１口金４および第２口金５の内部に収容された封止部２ａ，２ｂを加熱する。例えば消費電力が１５００Ｗ以上、例えば２０００Ｗのヒータ１において、特に十分な放熱性を確保できない設置状況下では、封止部２ａ，２ｂに埋設された金属箔１２は、例えば３５０℃を超える高温となりうる。
【００３６】
一方、図３（ｂ）に示すように、照射方向が斜め下向きの場合、ヒータ１の照射により被照射体側に到達した熱は、ヒータ１の上方に位置する第１口金４の内部に収容された封止部２ａを加熱する。例えば消費電力が１５００Ｗ以上、例えば２０００Ｗのヒータ１において、特に十分な放熱性を確保できない設置状況下では、封止部２ａに埋設された金属箔１２は、例えば３５０℃を超える高温となりうる。
【００３７】
実施形態１に係るヒータ１によれば、このように金属箔１２が高温となる条件下においても、封止部２ａ，２ｂに対するクラックの発生が抑制される。
【００３８】
［実施形態２］
図４は、実施形態２に係るヒータを示す図である。図４に示すヒータ１は、溶着部３０に代えて溶着部３１を有することを除き、実施形態１に係るヒータ１と同じ構成を有している。
【００３９】
実施形態２に係る溶着部３１は、例えば膜状または箔状のプラチナである。また、溶着部材としては、例えば厚さ０．０５ｍｍ程度のプラチナ箔を使用できる。なお、溶着部３１は、プラチナに限らず、例えばタンタルまたはモリブデンプラチナメッキで形成されてもよい。特に、消費電力が１５００Ｗ以上、例えば２０００Ｗのヒータ１においては、溶着部３１はプラチナまたはモリブデンプラチナメッキで形成されるとよい。このように、実施形態２に係るヒータ１によれば、金属箔１２およびリード線２０を接合する溶着部３１を有することにより、高温環境下での酸化に伴う金属箔１２の膨張が抑制される。さらに、金属箔１２の膨張に起因する封止部２ａに対するクラックの発生が抑制される。
【００４０】
［実施形態２の変形例］
図５は、実施形態２の変形例に係るヒータを示す図である。（ａ）は、封止部２ａをＹ軸負方向側から見た図である。（ｂ）は、（ａ）のうち、二点鎖線で囲んだ領域をＺ軸負方向側から見た側面図である。図５に示すヒータ１は、金属箔１２が折り曲げ部１２ａを有することを除き、実施形態２に係るヒータ１と同じ構成を有している。
【００４１】
図５に示すように、溶着部３１およびリード線２０は、折り曲げ部１２ａを有することにより厚みｔが大きくなっている部分に配置されている。このように金属箔１２を折り曲げることで金属箔１２の断面積を増すことができ、箔切れ、封着破損といった不具合を抑制することができる。実施形態２の変形例に係るヒータ１は、特に高電流タイプのヒータで使用されるが、いかなる電流タイプのヒータで使用してもよい。
【００４２】
上述したように、実施形態に係るヒータ１は、ヒータ１は、発光管２と、多層膜３と、金属箔１２と、リード線２０と、溶着部３０（３１）と、封止部２ａ、２ｂとを具備する。発光管２は、内部に発熱体１０が設けられる。多層膜３は、発光管２の外周面に形成される。金属箔１２は、発熱体１０と電気的に接続される。リード線２０は、金属箔１２と電気的に接続される。溶着部３０（３１）は、金属箔１２とリード線２０とを接合する。封止部２ａ、２ｂは、発熱体１０、金属箔１２、溶着部３０（３１）、およびリード線２０の一部が埋設され、発光管２の内部を封止するように発光管２に形成される。また、封止部２ａ、２ｂは、リード線２０が発光管２の外部へ引き出される導出部１１を有する。これにより、クラックの発生を抑制することができる。
【００４３】
また、実施形態に係る溶着部３０（３１）は、タンタルまたはプラチナを含む。これにより、消費電力が大きいヒータや十分な放熱性を確保できない環境下に設置されたヒータにおいても、クラックの発生を抑制することができる。
【００４４】
また、実施形態に係るヒータ１は、セメント材２１をさらに具備する。セメント材２１は、導出部１１から引き出されたリード線２０を囲むように導出部１１に設けられる。これにより、クラックの発生をさらに抑制することができる。
【００４５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４６】
１  ヒータ
２  発光管
２ａ，２ｂ  封止部
３  多層膜
４  第１口金
５  第２口金
１０  発熱体
１１  導出部
１２  金属箔
２０  リード線
２１  セメント材
３０，３１  溶着部
【図１】
2020047551.tif 000003
【図２】
2020047551.tif 000004
【図３】
2020047551.tif 000005
【図４】
2020047551.tif 000006
【図５】
2020047551.tif 000007