(57)【要約】【課題】ガラス管の内部に発熱体を収容したヒータにおいて、被加熱対象物に対し局所的な加熱を行う。【解決手段】給電により発熱する発熱体２がガラス管３の中空内に収容されたヒータ１であって、輻射熱を透過する前記ガラス管と、前記ガラス管に部分的に設けられ、前記発熱体による輻射熱の管外への放射を抑制する、少なくとも１つの不透明ガラス部４とを備え、前記不透明ガラス部からの輻射熱の放射が抑制され、前記ガラス管の透明領域を透過した輻射熱が前記ガラス管外に放射される。【選択図】図２
2018106926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電により発熱する発熱体がガラス管の中空内に収容されたヒータであって、
輻射熱を透過する前記ガラス管と、
前記ガラス管に部分的に設けられ、前記発熱体による輻射熱の管外への放射を抑制する、少なくとも１つの不透明ガラス部とを備え、
前記不透明ガラス部からの輻射熱の放射が抑制され、前記ガラス管の透明領域を透過した輻射熱が前記ガラス管外に放射されることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記発熱体は、カーボンワイヤーにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載されたヒータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載されたヒータの製造方法であって、
前記ガラス管の外面に溝部を形成する工程と、
前記溝部に不透明ガラスを埋設する工程とを含むことを特徴とするヒータの製造方法。
【請求項４】
前記ガラス管の外面に溝部を形成する工程において、
前記溝部を形成可能なモールドを用い、管引きして前記溝部を有するガラス管を成形することを特徴とする請求項３に記載されたヒータの製造方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載されたヒータの製造方法であって、
溶融した透明ガラス原料と不透明ガラス原料とをそれぞれ流下させ、管引きにより、不透明ガラス部を前記ガラス管に部分的に設けることを特徴とするヒータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体がガラス管に収容されたヒータ及びその製造方法に関し、例えばカーボンワイヤー発熱体が長尺のガラス管に収納されたヒータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されているように、加熱源としてカーボンワイヤー発熱体を用い、このカーボンワイヤー発熱体をガラス管に封入したヒータが知られている。
このヒータは、所定の形状に屈曲させた石英ガラス管の内部に、線状のカーボンワイヤー発熱体を収容、封入したものであって、クリーンで高速昇温に優れたヒータとしての特徴を備えている。
【０００３】
ここで、特許文献１に記載されている従来のヒータを図１１に基づいて説明する。
図１１に示すように、ヒータ１００は、ヒータ部２００と、ヒータ部２００の両端に設けられた封止端子部３００ａ、３００ｂとを備えている。
前記ヒータ部２００は、カーボンワイヤー発熱体と、このカーボンワイヤー発熱体を収容した石英ガラス管２１０とから構成されている。また、ヒータ部２００を構成する石英ガラス管２１０はツヅラ状に屈曲しており、直線部２１０ａ１、２１０ａ２と屈曲部２１０ｂ１、２１０ｂ２とによって形成されている。
【０００４】
そして、ヒータ１００は、石英ガラス管２１０に収容されたカーボンワイヤー発熱体に通電して発熱させることにより、石英ガラス管２１０を介して輻射熱が外部に放射されるように構成されている。
【０００５】
尚、ヒータ１００は、石英ガラス管２１０の両端部が封止端子部３００ａに接続された第１のヒータ１００ａと、石英ガラス管２１０の両端部が封止端子部３００ｂに接続された第２のヒータ１００ｂとを備える。前記第１のヒータ１００ａのヒータ部２００の直線部２１０ａ１と、第２のヒータ１００ｂのヒータ部２００の直線部２１０ａ２とは交互に位置するように配置されている。そのため、このヒータ１００にあっては、カーボンワイヤー発熱体の間のピッチ間隔が狭められ、被加熱面に対し、より均一な加熱を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−８７７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記のように特許文献１に開示されるヒータ１００にあっては、石英ガラス管２１０の直線部２１０ａ１と直線部２１０ａ２とが交互に敷き詰められるように多数配置されるため、面状の被加熱対象であれば効果的に加熱することができる。
【０００８】
しかしながら、図１２に示すように被加熱物Ｗの表面における被加熱対象Ｐ１が直線状など局所的である場合には、１本の直線状の石英ガラス管２１０及びカーボンワイヤー発熱体２２０でヒータ部を構成したとしても、図１３に示すようにヒータ部の全周囲から輻射熱が放射されるため、加熱の必要のない部位Ｐ２、Ｐ３の方向にも照射され、当該被加熱対象Ｐ１のみを有効に加熱することができないという技術的課題があった。即ち、図１２、図１３に示すヒータにあっては、特定方向の加熱には適していなかった。
【０００９】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、ガラス管の内部に発熱体を収容したヒータにおいて、被加熱対象物に対し局所的な加熱を行うことができるヒータ及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するためになされた本発明にかかるヒータは、給電により発熱する発熱体がガラス管の中空内に収容されたヒータであって、輻射熱を透過する前記ガラス管と、前記ガラス管に部分的に設けられ、前記発熱体による輻射熱の管外への放射を抑制する、少なくとも１つの不透明ガラス部とを備え、前記不透明ガラス部からの輻射熱の放射が抑制され、前記ガラス管の透明領域を透過した輻射熱が前記ガラス管外に放射されることに特徴を有する。尚、前記発熱体は、カーボンワイヤーにより形成されていることが望ましい。
このように構成されたヒータによれば、ガラス管に不透明ガラス部が部分的に設けられるため、発熱体から放射された輻射熱を前記不透明ガラス部において散乱、遮蔽し、ガラス管を透過した輻射熱を特定方向の被加熱対象（例えばライン状の被加熱対象）に照射し、その他の方向への照射を抑制することができる。
【００１１】
また、上記目的を達成するためになされた本発明にかかるヒータの製造方法は、前記したヒータの製造方法であって、前記ガラス管の外面に溝部を形成する工程と、前記溝部に不透明ガラスを埋設する工程とを含むことに特徴を有する。
尚、前記ガラス管の外面に溝部を形成する工程において、前記溝部を形成可能なモールドを用い、管引きして前記溝部を有するガラス管を成形することが望ましい。
【００１２】
或いは、上記目的を達成するためになされたヒータの製造方法は、前記ヒータの製造方法であって、溶融した透明ガラス原料と不透明ガラス原料とをそれぞれ流下させ、管引きにより、不透明ガラス部を前記ガラス管に部分的に設けてもよい。
このようにすることで前記した構成のヒータを得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ガラス管の内部に発熱体を収容したヒータにおいて、被加熱対象物に対し局所的な加熱を行うことができるヒータ及びその製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明に係るヒータの全体を示す正面図である。
【図２】図２は、図１のヒータのガラス管を拡大して示す斜視図である。
【図３】図３は、図２のガラス管の横断面図である。
【図４】図４は、図１のヒータのガラス管を製造する管引き形成装置を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、図４の管引き形成装置に用いるモールドの平面図である。
【図６】図６は、図４の管引き形成装置により得られたガラス管の例を示す斜視図である。
【図７】図７（ａ）は、図１のヒータのガラス管を製造する管引き形成装置の変形例を模式的に示す縦断面図であり、図７（ｂ）は横断面図である。
【図８】図８は、図１のヒータのガラス管の変形例を示す横断面図である。
【図９】図９（ａ）は、螺旋状の被加熱対象を示す平面図であり、図９（ｂ）はそれに対応するガラス管の平面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、３次元の被加熱対象Ｐ１を示す斜視図であり、図１０（ｂ）は、それに対応するガラス管を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、従来のヒータの例を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、従来の１本のガラス管によるヒータ部による照射を示す斜視図である。
【図１３】図１３は、従来のヒータのガラス管の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明に係るヒータの実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明に係るヒータの全体を示す正面図であり、図２は、図１の一部（破線で囲む領域）を拡大して示す斜視図である。尚、本実施形態に示すヒータは、図１１に示したヒータと同様にガラス管の中にカーボンワイヤー発熱体が収容されたものである。
【００１６】
図示するヒータは、給電されることにより発熱するカーボンワイヤー発熱体２（図２参照）と、このカーボンワイヤー発熱体２を管内の中空３ａに収納し、両端に封止端子部５、６（図１参照）を有するガラス管３とを備える。前記ガラス管３は、例えば、石英ガラス管であり、良好な透明性を得るために、例えば天然真空電気溶融石英ガラスにより形成されている。その内径は、例えば３ｍｍに形成され、外径は、例えば、６ｍｍに形成されている。
そして、図１のヒータ１は、ガラス管３に収容されたカーボンワイヤー発熱体２に通電して発熱させることにより、ガラス管３を介して輻射熱が外部に放射されるように構成されている。
【００１７】
尚、カーボンワイヤー発熱体２は、極細いカーボン単繊維を束ねたカーボンファイバー束を、編紐形状、あるいは組紐形状に複数束編み上げて作製したものであり、従来の金属製やＳｉＣ製の発熱体に比べて、熱容量が小さく昇降温特性に優れ、また非酸化性雰囲気中では高温耐久性にも優れている。
また、このカーボンワイヤー発熱体２は、細いカーボン単繊維の繊維束を複数本編んで作製されたものであるため、ムクのカーボン材からなる発熱体に比べフレキシビリティに富み、形状変形順応性や加工性に優れている。
【００１８】
具体的には、前記カーボンワイヤー発熱体２として、直径５乃至１５μｍのカーボンファイバー、例えば、直径７μｍのカーボンファイバーを約３０００乃至３５００本程度束ねたファイバー束を１０束程度用いて直径約２ｍｍの編紐、あるいは組紐形状に編み込んだ等のカーボンワイヤー発熱体２が用いられる。前記の場合において、ワイヤーの編み込みスパンは２乃至５ｍｍ程度である。
【００１９】
本発明にあっては、前記ガラス管３の構成に特徴を有する。以下、ガラス管３の構成について詳しく説明する。
図２に示すように前記ガラス管３の外面には、長さ方向に例えば直線状に延びるスリット状の溝部３ｂが形成され、この溝部３ｂを埋めるように不透明ガラス部４が設けられている。本実施の形態においては、２つの溝部３ｂ及び不透明ガラス部４がガラス管３の長さ方向に沿って並行して設けられている。尚、溝部３ｂの幅、及び２つの溝部３ｂ間の距離などは、被加熱対象の大きさ（幅など）に応じて設定されている。
【００２０】
前記不透明ガラス部４は、例えば天然石英ガラスにより形成されて、多数の微細な気泡を含んでおり、それにより不透明な状態となされている。前記不透明ガラス部４としては、光を遮断しながらも、火炎加工性を確保できるガラス密度（例えば２．１３ｇ／ｃｍ３〜２．２４ｇ／ｃｍ３）を有する不透明材料が望ましい。これは、気泡の含有量が多い（ガラスの密度が２．１３ｇ／ｃｍ３より低い）場合、溶接などの火炎加工による収縮が発生し、透明石英ガラスとの溶接難易度が上がるためである。一方、気泡の含有量が少ない（ガラスの密度が２．２４ｇ／ｃｍ３より高い）場合、光透過性が向上するためである。
尚、本実施の形態において、輻射熱を散乱、遮蔽するために効果的な不透明性を確保するため、前記不透明ガラス部４の気泡密度は、５．０×１０５個／ｃｍ３以上３．０×１０６個／ｃｍ３未満であって、気泡粒径は、１μｍ以上１００μｍ未満であることが望ましい。
【００２１】
このようにガラス管３に不透明ガラス部４が設けられることにより、図３に示すようにカーボンワイヤー発熱体２から放射される輻射熱は、前記不透明ガラス部４において散乱、遮蔽され、その他の部位を透過する。そのため、図３に示す例では、輻射熱は２つの不透明ガラス部４の間を透過し、被加熱物Ｗの局所的な被加熱対象Ｐ１に照射される。図示するように被加熱対象Ｐ１の左右両側の加熱の不要な領域Ｐ２、Ｐ３の方向には照射が抑制される。よって、局所的な被加熱対象Ｐ１に対してのみ効果的な加熱が可能となる。
【００２２】
このようなヒータ１を製造する場合、ガラス管３の製造にあっては、例えば図４に模式的に示す管引き形成装置１０において、前記ガラス管３の溝部３ｂの形状を形成可能なモールド１１を用いればよい。
図５にモールド１１の平面図（図４のＩ−Ｉ矢視図）を示す。図５に示すようにモールド１１には、前記ガラス管３の溝部３ｂに対応する突起部１１ａが形成されている。
即ち、図５のように形成されたモールド１１を下端に設け、ガラス原料を収容した原料収容筒１２を加熱炉１３内に配設し、ヒータ１４の加熱により原料収容筒１２内のガラス原料を溶融してガラス溶融体Ｇを形成する。
【００２３】
そして、前記モールド１１と原料収容筒１２内の中央に配置されたマンドレル１５によって形成されるリング状の型穴１６から前記ガラス溶融体Ｇを流下させ、管引きすることにより図６に示すような溝部３ｂを有するガラス管３を得ることができる。
更に、図６に示すようなガラス管３を形成後、溝部３ｂに不透明ガラスを火炎溶接により埋設し、不透明ガラス部４を形成することによりヒータ１を製造する。
【００２４】
或いは、図７（ａ）（原料収容筒１２の縦断面）、図７（ｂ）（原料収容筒１２の横断面）に示すように、管引き形成装置１０において、原料収容筒１２内の原料収容空間を透明ガラス原料用１２ａと不透明ガラス原料用１２ｂに仕切り、溶融した透明ガラス原料６Ａと不透明ガラス原料６Ｂとを流下させる管引きの際に、ガラス管３の所定位置に不透明ガラスが配置されるよう一体形成してもよい。
【００２５】
このように本発明のヒータに係る実施の形態によれば、ガラス管３の所望の箇所に、部分的に不透明ガラス部が設けられるため、カーボンワイヤー発熱体２から放射された輻射熱を前記不透明ガラス部において散乱、遮蔽し、ガラス管３を透過した輻射熱を特定方向の被加熱対象に照射し、それ以外の方向の照射を抑制することができる。
【００２６】
尚、前記実施の形態においては、ガラス管３に設けた不透明ガラス部により１方向にのみ輻射熱を局所的に放射するものとしたが、本発明にあっては、その構成に限定されるものではない。
即ち、局所的な被加熱対象の形状、配置に対応させて不透明ガラス部４を設ければよい。
【００２７】
被加熱物が管形状であって、その管内側に局所的に被加熱対象が存在する場合には、ガラス管３を管状の被加熱物の中に挿入し、局所的な被加熱対象の位置に対応させて不透明ガラス部４を設ければよい。例えば、図８に示すように管状の被加熱物Ｗの内側に長さ方向に沿って４つの局所的な被加熱対象Ｐ１がある場合には、ガラス管３の周面に（管長さ方向に延びる）４つの不透明ガラス部４を設け、４つの特定方向に輻射熱を照射するように構成すればよい。
【００２８】
或いは、図９（ａ）に示すように被加熱対象Ｐ１が螺旋状の場合には、図９（ｂ）に示すようにガラス管３を螺旋状に形成し、その長さ方向に沿ってスリット状の溝部３ｂも螺旋状に形成すればよい。
また、図１０（ａ）に示すように被加熱対象部Ｗが３次元物（図では球状）であって、その表面に線状に非加熱対象Ｐ１がある場合には、図１０（ｂ）に示すように、その被加熱対象Ｐ１の形状に合わせてガラス管３を屈曲させることにより対応することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１    ヒータ
２    カーボンワイヤー発熱体
３    ガラス管
３ａ  中空
３ｂ  溝部
４    不透明ガラス部
５    封止端子部
１０  管引き形成装置
１１  モールド
１２  原料収容筒
１３  加熱炉
１４  ヒータ
１５  マンドレル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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