(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に不活性ガスが充填された非酸化性雰囲気の発熱体収納空間を有し、端部に気密シール部を有する外囲器と、前記外囲器内に並列に封入された複数の保護管と、前記保護管内に収納された炭素繊維体からなる炭素発熱体と、前記気密シール部を気密を保持して貫通するように設けられた給電部材とで構成されたヒータにおいて、
一方の給電部材の、発熱体収納空間内に突出した接続部がいずれかの保護管に収納された炭素発熱体の端部に接続され、他方の給電部材の、発熱体収納空間内に突出した接続部が前記保護管と異なる保護管に収納された炭素発熱体の端部に接続され、且つ、前記保護管内に収納された炭素発熱体同士が直列接続されており、
保護管の両端が外囲器の内周面に部分的に融着固定されていることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
保護管が透明又は半透明体である事を特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
炭素発熱体の印加電圧が、２００Ｖ〜３８０Ｖであることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒータ。
【請求項４】
外囲器が、その両端に気密シール部を有するダブルエンドタイプであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヒータ。
【請求項５】
外囲器が、その一端のみに気密シール部を有し、該気密シール部に給電部材が平行に埋設されているシングルエンドタイプであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、炭素繊維体や炭素棒を発熱体とする高電圧用のヒータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭素発熱体を発熱源とするヒータは、耐熱性，耐食性および耐熱衝撃性に優れ、さらに、赤外線放射率が大きくまた水に吸収されやすい波長成分を多量に含むことから、家庭用調理器，暖房器または工業用加熱装置等に利用されている。このヒータに印加される電圧は使用国によって異なり、１００Ｖ、２００Ｖ、２２０Ｖ、２４０Ｖ、３８０Ｖなど様々なものがある。特に、印加電圧が高くなると、炭素発熱体の断面の直径は小さくなりその全長は長くなる。従って、このような細くて長い炭素発熱体を直線状で外囲器に収容しようとすると当然外囲器の全長も長大化し、実用に供することができなくなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような印加電圧の高いヒータにおいて、細くて長大な炭素発熱体をコンパクトに収納することができるようなヒータの構造を開発することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、特に２００Ｖ〜３８０Ｖの高電圧が印加されるヒータ(10)に関し「内部に不活性ガスが充填された非酸化性雰囲気の発熱体収納空間(12a)を有し、端部に気密シール部(12b)を有する外囲器(12)と、前記外囲器(12)内に並列に封入された複数の保護管(13)と、前記保護管(13)内に収納された炭素繊維体からなる炭素発熱体(14)と、前記気密シール部(12b)を気密を保持して貫通するように設けられた給電部材(16)(17)とで構成されたヒータ(10)において、一方の給電部材(16)の、発熱体収納空間(12a)内に突出した接続部(21a)がいずれかの保護管(13)に収納された炭素発熱体(14)の端部に接続され、他方の給電部材(17)の、発熱体収納空間(12a)内に突出した接続部(21b)が前記保護管(13)と異なる保護管(13')に収納された炭素発熱体(14)の端部に接続され、且つ、前記保護管(13)(13')…内に収納された炭素発熱体(14)同士が直列接続されており、保護管(13)(13')…の両端が外囲器(12)の内周面に部分的に融着固定されている」ことを特徴とする。そして、「請求項２」は前記保護管(13)(13')…を更に限定したもので「保護管(13)(13')…が透明又は半透明体である」事を特徴とするものである。
【０００５】
このように、外囲器(12)内に平行に収納された複数の保護管(13)(13')…内に直列接続された炭素発熱体(14)を収納することで、高電圧用の長大な炭素発熱体(14)をコンパクトに外囲器(12)内に収納することができ、高電圧ヒータ(10)として実用に供することができる。なお、保護管(13)(13')…を透明とすることにより、炭素発熱体(14)の特長、即ち、赤外線放射率が大きく且つ水に吸収されやすい波長成分を多量に含む点を阻害されず、炭素発熱体(14)特有の加熱効果を発揮することができる。
【０００６】
前記炭素発熱体(14)は、炭素繊維体で構成されており、前述のように直列接続されている。また、外囲器(12)の形状は、ダブルエンドタイプ(図１参照)あるいはシングルエンドタイプ(図２参照)のいずれであってもよいことはいうまでもない。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。図１は、本発明の一実施例のダブルエンド型のヒータ(10A)で、家庭用調理器，暖房器または工業用加熱装置等の発熱体として用いられるものであり、外囲器(12)、保護管(13)(13')…、炭素発熱体(14)、および給電部材(16)にて構成されている。保護管(13)(13')…は透明、半透明又は不透明のいずれでもよいが、炭素発熱体(14)の特性を生かすためには透明又は半透明である事が好ましい。
【０００８】
外囲器(12)は、石英ガラス等により管状に形成される。外囲器(12)の長手方向両端部には、収縮法あるいはピンチング法等により気密シール部(12b)が形成され、これにより、外囲器(12)の内部には、密閉された発熱体収納空間(12a)が得られる。そして、この発熱体収納空間(12a)には、非酸化性雰囲気を得るために、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスが充填されると共に、炭素発熱体(14)がそれぞれ収納されている複数の保護管(13)が収納されている。炭素発熱体(14)は、炭素繊維体あるいは炭素棒からなる棒状部材である。
【０００９】
保護管(13)はたとえば石英管などの耐熱性に優れた透明部材(勿論、これに限られずセラミックスのような半透明又は不透明な部材でもよい)が使用され、外囲器(12)内に略平行にて複数本収納され、外囲器(12)の内周面に固定される。固定方法は別段特定されないが、ここでは外囲器(12)の一部を保護管(13)の両端に融着させて固定するようにしている。勿論、図２のように、金具(18)のようなもので保護管(13)の両端を外囲器(12)の内周面に固定してもよい。保護管(13)の収納方法は、これらが互いに接触するようにしてもよいし、スペースに余裕があれば互いに離間させて収納するようにしてもよい。
【００１０】
炭素発熱体(14)は前記保護管(13)内に個別に収納されており、並設された炭素発熱体(14)は互いに導通部材(19)で直列接続されている。勿論、炭素発熱体(14)が後述する炭素繊維体の場合、１本の長大な炭素繊維体を蛇行させて並設された保護管(13)に通してもよい。この場合、保護管(13)の間の「導通部分(19')」が前記導通部材(19)に位置的に相当する。いずれにせよ並設された保護管(13)の炭素発熱体(14)は直列接続されて１本の発熱体を構成する。
【００１１】
前記炭素発熱体(14)が炭素繊維体にて構成される場合は、それぞれが炭素繊維を主体とした不織布、マット状物または織布等の繊維集合材料を棒状に成形したものである。炭素繊維体を構成する炭素繊維の種類は特に限定されるものではないが、例示するならば、原料面から、天然繊維系炭素繊維（木綿等の天然繊維を原料とする）、ポリアクリル系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、フェノール系炭素繊維、フラン系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維（異方性ピッチ，等方性ピッチまたは合成ピッチ等）およびポリビニルアルコール系炭素繊維等を挙げることができる。また、形態面から、ガラス状炭素繊維（ポリカルボジイミド系炭素繊維等）等を挙げることができ、分子構造面から、黒鉛質系炭素、非晶質系炭素あるいはこれらの中間的結晶構造を有する炭素および活性炭素繊維等を挙げることができる。
【００１２】
また、炭素繊維の繊維径も特に限定されるものではないが、発熱機能を有効に発揮させる観点からは、５〜２０μｍ程度であることが好ましく、より好ましくは７〜１５μｍ程度である。また、その密度も特に限定されるものではないが、優れた発熱能を得るという観点からは、１．５ｇ／ｃｍ3程度あるいはそれ以下であることが好ましく、より好ましくは０．０１〜０．６ｇ／ｃｍ3である。このように密度を低くすると、炭素繊維体の見かけの体積が大きくなるので、遠赤外線量が多くなり、優れた発熱能を得ることができる。
【００１３】
炭素発熱体(14)が炭素棒の場合、炭素粒状物を棒状に成形したものが使用される。その他の部分は炭素繊維体と同様で、保護管(13)内に収納された炭素棒は導通部材(19)にて互いに直列接続されることになる。
【００１４】
そして、保護管(13)内にそれぞれ収容された炭素発熱体(14)は前述のように外囲器(12)の発熱体収納空間(12a)内に配置・固定された状態において、いずれか一つの炭素発熱体(14)のフリーな接続部(14a)およびいずれか他の炭素発熱体(14)のフリーな接続部(14b)に給電部材(16)の接続端部(21a)(21b)がそれぞれ接続されるようになっている。
【００１５】
給電部材(16)は、モリブデン等からなる金属箔(20)、前記金属箔(20)の一端にその一端が溶接された内部リード棒(21)、前記金属箔(20)の他端にその一端が溶接された外部リード棒(22)とで構成されており、前記内部リード棒(21)の他端はたとえばコイル状に形成され、このコイル状部分、即ち、接続部(21a)(21b)が前記炭素発熱体(14)のフリーな接続部(14a)(14b)にそれぞれ埋設・接続されている。勿論、内部リード棒(21)と炭素発熱体(14)との接続方法はこれに限られるものでない。
【００１６】
そして、給電部材(16)の金属箔(20)が気密シール部(12b)に埋設され、給電部材(16)の一方端部（すなわち内部リード棒(21)の端部）が発熱体(14)の接続部(14a)に接続され、他方端部（すなわち外部リード棒(22)の端部）が外囲器(12)の外部へ突出される。
【００１７】
このようにして印加電圧が高い場合、細くて長大な炭素発熱体(14)は複数の並設された保護管(13)(13')…内に直列接続状態で収納されることにより、短い外囲器(12)内にコンパクトに収納されることになる。
【００１８】
ヒータ(10)の使用時には、給電部材(16)の外部リード棒(22)に電源が接続される。そして、図示しない電源スイッチがオンされると、電源から給電部材(16)を介して炭素発熱体(14)に電流が供給され、炭素発熱体(14)が発熱する。炭素発熱体(14)からの熱はそのまま保護管(13)と外囲器(12)とを通って外部に放射される。このとき、保護管(13)および外囲器(12)も共に加熱され保護管(13)および外囲器(12)の加熱に由来する波長の赤外線も発生するが、保護管(13)が透明体である場合、炭素発熱体(14)そのものから出た赤外線も阻害されることなく放射され、炭素発熱体(14)の持つ特有の加熱効果を発揮することができる。
【００１９】
なお、上記外囲器(12)の形状はダブルエンドタイプのものを中心に説明したが、勿論、図２に示すようにシングルエンドタイプのものでもよいことは言うまでもない。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、外囲器内に並列に封入された複数の保護管内に直列接続にて炭素発熱体が収納されているので、細くて長大となる炭素発熱体を短い外囲器内にコンパクトに収納することができ、２００Ｖ〜３８０Ｖの高電圧が印加されるヒータとして使用することができる。
【００２１】
また、炭素発熱体を収納する保護管として透明な部材を使用しているので、炭素発熱体から発生する炭素特有の波長の赤外線をそのまま外部に放射することができ、炭素特有の加熱を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例(ダブルエンドタイプ)を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施例(シングルエンドタイプ)を示す断面図である。
【符号の説明】
(10)…ヒータ
(12)…外囲器
(12a)…発熱体収納空間
(12b)…気密シール部
(13)…保護管
(14)…発熱体
(14a)…接続部
(14b)…発熱部
(16)(17)…給電部材
【図１】
0003899273.tif 000002
【図２】
0003899273.tif 000003