(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に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、炭素繊維体からなり、端部に接続部を有し、前記発熱体収容空間内に収納される発熱体と、一方の端部が前記発熱体の前記接続部に接続され、他方の端部が前記外囲器の外部に突出される給電部材と、前記給電部材とは非接触で且つ独立して前記発熱体の端部に設けられた導電性部材とを備えるヒータであって、
前記導電性部材の一方の端部が前記発熱体の前記接続部に接触している給電部材の発熱側先端と同じ位置もしくは発熱側に入った位置に配置され、他方の端部が前記接続部に配置されていることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記導電性部材は、前記接続部から前記発熱体の発熱側にわたる内部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記導電性部材は、前記接続部から前記発熱体の発熱側にわたる外面に接触するように配置されていることを特徴とする請求項１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、炭素繊維体を発熱体とするヒータの電極構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭素繊維体を発熱体とするヒータは、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いことから、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利用されている。
【０００３】
図５および図６に示す従来のヒータ(1)は、内部に非酸化性雰囲気の発熱体収納空間(1a)を有する外囲器(1b)を含み、発熱体収納空間(1a)には、炭素繊維体からなる棒状の発熱体(2)が収容されている。そして、発熱体(2)の両端部には接続部(2a)が形成され、接続部(2a)には給電部材(4)が接続されている。
【０００４】
そして使用時は給電部材(4)を通して発熱体(2)に電流が供給され、接続部(2a)に挟まれた発熱体(2)の内側の部分、即ち発熱部(2b)を発熱させる。
【０００５】
炭素繊維体からなる発熱体(2)は、熱伝導性が極めて悪く熱が電極側へ逃げにくいため、従来のヒータ(1)では、通電時に、発熱体(2)の接続部(2a)に設置された給電部材(4)の発熱側先端から集中的に電流が流れ、前記発熱側先端との接触位置で、高温のいわゆるヒートスポット(P)が発生する。その結果、次第にこの部分(P)が蒸発して空洞を形成し、最終的には発熱体(2)の断線に至り、発熱体寿命が短くなるという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の解決課題は、ヒートスポットの発生により発熱体が破損されるのを防止し、発熱体寿命の長いヒータを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、内部に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、炭素繊維体からなり、端部に接続部(14a)を有し、発熱体収容空間(12a)内に収納される発熱体(14)と、一方の端部が発熱体(14)の接続部(14a)に接続され、他方の端部が外囲器(12)の外部に突出される給電部材(16)と、給電部材(16)とは非接触で且つ独立して発熱体(14)の端部に設けられた導電性部材(18)とを備えるヒータ(10)であって、導電性部材(18)の一方の端部(c)が発熱体(14)の接続部(14a)に接触している給電部材(16)の発熱側先端(b)と同じ位置(B)もしくは発熱側(H)に入った位置(C)に配置され、他方の端部が接続部(14a)に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
このような構成にすることにより、外部の電源より給電部材(16)を介して発熱体(14)に供給される電流(i0)は、接続部(14a)で給電部材(16)の発熱側先端(b)から発熱部(14c)へ流れる電流(i1)と、導電部材(18)を経由して導電部材先端(c)から発熱部(14c)へ直接流れる電流(i2)とに分岐され、再び発熱部(14c)で合流(i1＋i2)し、この部分(14c)で発熱する。
【０００９】
従って、給電部材(16)の発熱側先端(b)から発熱体(14)に供給される電流(i1)と、導電部材先端(c)から発熱体に供給される電流(i2)とは、供給電流(i0＝i1＋i2)に比べて大幅に小さくなる。換言すれば、給電部材(16)の発熱側先端(b)から発熱体(14)に流れる電流(i1)は、従来の場合（即ち、供給電流i0）と比較して大幅に小さくなるため、給電部材(16)の発熱側先端(b)に接触する部分における発熱を抑制できるため、従来例と異なり給電部材(16)の発熱側先端(b)付近にヒートスポットが発生しない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示実施例に従って説明する。図１および図２は本発明の第１実施例である。本発明のヒータ(10)は、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)、発熱体(14)、給電部材(16)および導電性部材(18)で構成されている。
【００１１】
外囲器(12)は、石英ガラス等により管状に形成されたものを所定の寸法に切断されたものが用いられる。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（不活性）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ともに、発熱体(14)が収納される。
【００１２】
発熱体(14)は、炭素繊維体からなる棒状部材であり、発熱体(14)の両端部は給電部材(16)が接続される接続部(14a)である。発熱体(14)を構成する炭素繊維体は、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で、これを棒状またはコイル状等に成形或いは切断したものである。
【００１３】
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。
【００１４】
また、発熱体（炭素繊維体）(14)を構成する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。
【００１５】
さらに、発熱体(14)（＝炭素繊維体）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。
【００１６】
そして、発熱体(14)を外囲器(12)の発熱体収納空間(12a)内に配置した状態において、発熱体(14)に給電部材(16)の内部リード棒(16a)の一端が接続され、発熱体(14)の端面(A)と、給電部材(16)の発熱側先端(b)と略垂直に接する面(B)との間に接続部(14a)が形成される。
【００１７】
給電部材(16)は、一般的にはモリブデン箔(16b)、モリブデン製の内部リード棒(16a)およびモリブデン製の外部リード棒(16c)とで構成されている。前記内部リード棒(16a)の一方の端部には、発熱体(14)の接続部(14a)に取り付られるコイル状部(16d)が形成されており、他方の直線状の端部がモリブデン箔(16b)の一方の端部にスポット溶接されている。また、モリブデン箔(16b)の他方の端部には外部リード棒(16c)の一方の端部がスポット溶接されている。
【００１８】
そして、給電部材(16)のモリブデン箔(16b)と、内・外リード棒(16a)(16c)のその近傍部分とが気密シール部(12b)に気密状にて埋設され、給電部材(16)の一方の端部（即ち、内部リード棒(16a)の端部で、ここでは前記コイル状部(16d)で、このコイル状部(16d)に発熱体(14)の接続部(14a)が挿入される事になる。）が発熱体(14)の接続部(14a)に接続され、他方の端部（即ち、外部リード棒(16c)の非溶接側端部）が外囲器(12)の外部へ突出される。
【００１９】
導電性部材(18)は、モリブデンやタングステン等のような導電性、耐熱性および耐酸化性を兼ね備えた材料からなる棒状部材である。導電性部材(18)は、そのの抵抗値が発熱体(14)の抵抗値よりも小さく、給電部材(16)とは独立して接続部(14a)の内部に埋め込まれる。
【００２０】
導電性部材(18)の配置される位置は、給電部材(16)から供給される電流(i0)を分岐させることにより給電部材(16)の発熱側先端(b)でのヒートスポットの発生を防止するという観点から決定される。具体的には、導電性部材(18)の発熱側先端(c)は、給電部材(16)の発熱側先端(b)と略垂直に接する面(B)より発熱側の位置に設置され、接続部(14a)と、導電性部材(18)の発熱側先端(c)と略垂直に接する面(C)との間に緩衝部(14b)が形成され、この先に発熱部(14c)が形成される。一方、導電性部材(18)の他端は接続部(14a)内に設置される。
【００２１】
ヒータ(10)の使用時には、給電部材(16)の外部リード棒(16c)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)を介して発熱体(14)に電流(i0)が供給される。
【００２２】
給電部材(16)を介して発熱体(14)に供給される電流(i0)は、給電部材(16)の発熱側先端(b)より緩衝部(14b)に供給される電流(i1)と導電性部材(18)を経由して発熱側先端(c)より発熱部(14c)に供給される電流(i2)とに分岐される。
【００２３】
従って、給電部材(16)から緩衝部(14b)へ供給される電流(i1)は、電源から供給される電流(i0)の一部であるため、緩衝部(14b)での発熱が少なく、給電部材(16)の発熱側先端(b)近傍でのヒートスポット発生を抑制できる。
【００２４】
また、給電部材(16)の発熱側先端(b)から緩衝部(14b)へ供給される電流(i1)と導電性部材(18)を経由して導電性部材(18)の発熱側先端(c)より供給される電流(i2)とは、発熱部(14c)で合流するため、発熱部(14c)では発熱体が赤熱状態となる。
【００２５】
この実施例によれば、発熱体(14)のヒートスポットの発生を防止できる緩衝部(14b)が接続部(14a)と発熱部(14c)との間に形成されているため、発熱体(14)が破損されるのを防止でき、その寿命を延ばすことができる。
【００２６】
なお、上述実施例では、導電性部材(18)の発熱側先端(c)の位置が、給電部材(16)の発熱側先端(b)と略垂直に接する面(B)より発熱側の位置(C)に設置される例を示したが、導電性部材(18)の発熱側先端(c)の位置は、図示しないが給電部材(16)の発熱側先端(b)と同じ位置(B)であってもよい。このような場合も、外部からの供給電流(i0)は、給電部材(16)の発熱側先端(b)より発熱部(14c)に供給される電流(i1)と導電性部材(18)の発熱側先端(c)より発熱部(14c)に供給される電流(i2)とに分岐され、給電部材(16)の発熱側先端(b)に接触する部分における発熱を抑制でき、ヒートスポットが発生しないからである。
【００２７】
また、上述実施例では、給電部材(16)の一方の端部にコイル状部(16d)を形成し、このコイル状部(16d)を発熱体(14)の接続部(14a)に巻き付けるようにしているが、たとえば、図３および図４に示すように、給電部材(16)の一方の端部に真っ直ぐな棒状部(16e)を形成し、この棒状部(16e)を発熱体(14)の接続部(14a)に差し込むようにしてもよい。なお、このような場合には、給電部材(16)の発熱側先端位置(B)を一義的に決めるような係止部(16f)を設けてもよい。
【００２８】
この場合には、上述した棒状の導電性部材(18)に代えて、図３に示すようなスリーブ状の導電性部材(20)または図４に示すようなコイル状の導電性部材(22)を接続部(14a)から緩衝部(14b)にかけての外面に接触した状態で設けるようにしてもよいし、図示していないが、棒状の導電性部材(18)を前記棒状部(16e)と独立且つ平行に挿入してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、発熱体に、給電部材とは非接触で且つ独立した、一方の端部が発熱体の接続部に接触している給電部材の発熱側先端と同じ位置もしくは発熱側に入った位置に、他方の端部が接続部に配置された導電性部材を備えることで、外部の電源より供給される電流は、給電部材の発熱側先端を通って発熱部へ流れる電流と、導電部材の発熱側先端を通って発熱部へ流れる電流とに分岐される。従って、給電部材先端での発熱が小さくなりヒートスポットの発生を防止でき、発熱体の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例を示す断面図である。
【図２】図１の実施例の要部を示す拡大斜視図である。
【図３】本発明の第２実施例の要部拡大斜視図である。
【図４】本発明の第３実施例の要部拡大斜視図である。
【図５】従来例を示す断面図である。
【図６】従来例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
(14)…発熱体
(14a)…接続部
(14b)…緩衝部
(14c)…発熱部
(16)…給電部材
(18)…導電性部材
【図１】
0003847605.tif 000002
【図２】
0003847605.tif 000003
【図３】
0003847605.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003847605.tif 000006
【図６】
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