(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）  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が形成されている外囲器と、
（ｂ）  発熱体収納空間内に配設された耐熱絶縁棒と、
（ｃ）  前記発熱体収納空間内に収納され、前記耐熱絶縁棒に隙間を設けて巻着されている炭素繊維体からなる発熱体と、
（ｄ）  その一部が気密シール部に埋設され、その一端が発熱体の端部に接続され、他端が気密シール部から外部に導出されている給電部とで構成されており、
（ｅ）  前記給電部の一端と前記発熱体の端部との接続部が前記気密シール部の圧着部分に埋設されている事を特徴とするヒータ。
【請求項２】
（ａ）  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が形成されている外囲器と、
（ｂ）  発熱体収納空間内に配設された多重の耐熱絶縁棒と、
（ｃ）  前記発熱体収納空間内に収納され、前記多重の耐熱絶縁棒のそれぞれに隙間を設けて巻着されている多重の炭素繊維体からなる発熱体と、
（ｄ）  その一部が前記気密シール部に埋設され、その一端が前記発熱体の端部に接続され、他端が前記気密シール部から外部に導出されている給電部とで構成されており、
（ｅ）  前記給電部の一端と前記発熱体の端部との接続部が前記気密シール部の圧着部分に埋設されている事を特徴とするヒータ。
【請求項３】
耐熱絶縁棒に発熱体を固定する突部あるいは凹溝が形成されている事を特徴とする請求項１又は２に記載のヒータ。
【請求項４】
発熱体の螺旋間隙に嵌り込む位置決め突起が外囲器に形成されている事を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のヒータ。
【請求項５】
発熱体を耐熱絶縁棒に押圧して位置決めする押圧突起が外囲器に形成されている事を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は炭素繊維体からなる発熱体を用いたヒータの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素繊維体からなる発熱体(24)を用いたヒータ(B)において、ワット数が高くなってくるとそれだけ発熱体(24)の長さが長くなってくる。発熱体(24)が長くなると図９のような細長い発熱体(24)をそのまま外囲器(21)の発熱体収納空間(23)内に収納しようとすると外囲器(21)が長くなってしまい、ヒータ(B)を使用しようとしている機器に収納出来なくなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は係る従来例に鑑みてなされたもので、外囲器より長大な発熱体をコンパクトにしかも綺麗に収納できるヒータの開発にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
「請求項１」に記載のヒータ(A)は、第１実施例の変形例(A1-2)〜(A1-5)で、(a)内部に非酸化性雰囲気の発熱体収納空間(3)を有し、端部に気密シール部(2)が形成されている外囲器(1)と、(b)発熱体収納空間(3)内に配設された耐熱絶縁棒(10)と、(c)前記発熱体収納空間(3)内に収納され、前記耐熱絶縁棒(10)に隙間(4a)を明けて巻着されている炭素繊維体からなる発熱体(4)と、(d)その一部が気密シール部(2)に埋設され、その一端が発熱体(4)の端部に接続され、他端が気密シール部(2)から外部に導出されている給電部(6)とで構成されており、(e)給電部(6)の一端と発熱体(4)の端部との接続部が気密シール部(2)の圧着部分に埋設されている事を特徴とするもので、このように、発熱体(4)が耐熱絶縁棒(10)に隙間(4a)を明けて螺旋状に巻着されているので、長大な発熱体(4)でも短い外囲器(1)内にコンパクトに収納する事が出来る。この場合、複数の耐熱絶縁棒(10)を発熱体収納空間(3)内に収納し、耐熱絶縁棒(10)のそれぞれに発熱体(4)を巻き付けてもよい。その場合、発熱体(4)を直列接続してもよいし、並列接続してもよい。
【０００５】
「請求項２」に記載のヒータ(A)は、その第２実施例で、(a)内部に非酸化性雰囲気の発熱体収納空間(3)を有し、端部に気密シール部(2)が形成されている外囲器(1)と、(b)発熱体収納空間(3)内に配設された多重の耐熱絶縁棒(10a)(10b)…と、(c)前記発熱体収納空間(3)内に収納され、前記多重の耐熱絶縁棒(10a)(10b)…に隙間(4a)を明けて巻着されている炭素繊維体からなる多重の発熱体(4a)(4b)…と、(d)その一部が気密シール部(2)に埋設され、その一端が発熱体(4)の端部に接続され、他端が気密シール部(2)から外部に導出されている給電部(6)とで構成されており、（ｅ）給電部(6)の一端と発熱体(4)の端部との接続部が気密シール部(2)の圧着部分に埋設されている事を特徴とするもので、このように、発熱体(4)が耐熱絶縁棒(10)に隙間(4a)を明けて螺旋状に且つ多重に巻着されているので、請求項１に比べて遙かに長大な発熱体(4)でも短い外囲器(1)内にコンパクトに収納する事が出来る。この場合、１本の発熱体(4)を多重の耐熱絶縁棒(10a)(10b)…に巻き付けてもよいし、多重の耐熱絶縁棒(10a)(10b)…のそれぞれに複数の発熱体(4)を巻き付けてもよい。その場合、発熱体(4)を直列接続してもよいし、並列接続してもよい。
【０００６】
「請求項３」に記載のヒータ(A1-3)は「請求項１、２」の改良に関し、「耐熱絶縁棒(10)に発熱体(4)を固定する突部(10a)または凹溝(図示せず)が形成されている事を特徴とするもので、突部(10a)または凹溝を設けることで外囲器(1)に比して長い発熱体(4)を所定間隔で綺麗に絶縁棒(10)に巻き付ける事が出来、外囲器(1)内に綺麗に収納する事が出来る。
【０００７】
「請求項４」に記載のヒータ(A1-4)は「請求項１、２」の更に他の改良に関し、「発熱体(4)の螺旋間隙(4a)に嵌まり込む位置決め突起(11)が外囲器(1)に形成されている事を特徴とするもので、位置決め突起(11)により所定間隔で耐熱絶縁棒(10)に螺旋状に巻着された発熱体(4)の位置保持がなされ、使用中に発熱体(4)の位置がずれるような事がない。
【０００８】
「請求項５」に記載のヒータ(A1-5)は「請求項１、２」の更なる改良に関し、「発熱体(4)を耐熱絶縁棒(10)に押圧する押圧突起(11a)が外囲器(1)に形成されている事を特徴とするもので、前記同様、押圧突起(11a)により所定間隔で耐熱絶縁棒(10)に螺旋状に巻着された発熱体(4)の位置保持がなされ、使用中に発熱体(4)の位置がずれるような事がない。
【０００９】
【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１〜７は本発明の第１実施例の基本形(A1-1)並びにその変形例(A1-2〜A1-5)であり、図８は第２実施例(A2)であり、第１実施例の基本形(A1-1)を中心に説明した後、その変形例(A1-2〜A1-5)及び第２実施例(A2)を説明する。変形例(A1-2〜A1-5)及び第２実施例(A2)の説明に際し、煩雑を避ける意味で第１実施例の基本形(A1-1)と重複する部分の説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
【００１０】
外囲器(1)は石英ガラス管で形成されており、その両端部に収縮或いはピンチングによる気密シール部(2)が形成されており、気密シール部(2)間が発熱体収納空間(3)となっており、内部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、或いは略真空に保持された非酸化性雰囲気となっている。不活性ガスを充填する場合は、通電時、不活性ガスが膨張するため例えば０.４〜０.６気圧程度の負圧に設定されている。本実施例ではピンチングによる気密シール部(2)をその代表例として説明する。
【００１１】
発熱体(4)は低密度の炭素繊維体、例えば不織布、厚みのあるマット状のもの、炭素繊維の織布など様々な形態のものがあるが、本実施例では不織布、厚みのあるマット状のものを切断して断面矩形の紐状の発熱体(4)を使用する。
【００１２】
炭素繊維体は、細い炭素繊維の集合体でその種類は特に制限されないが、炭素繊維の例を挙げれば木綿のような天然繊維を原料とする天然繊維系炭素繊維、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、ポリカルボジイミド系炭素繊維などのガラス状炭素繊維、異方性ピッチ、等方性ピッチ、合成ピッチ等のピッチ系炭素繊維、ポリビニルアルコール系炭素繊維、活性炭繊維、コイル状炭素繊維などが挙げられる。
【００１３】
また、前記炭素材料の分子構造も特に限定されるものでなく、例えば黒鉛質系炭素、非晶質系炭素或いはこれらの中間的結晶構造を有する炭素などが挙げられる。炭素繊維の繊維径は所望の効果を得られる限り特に制限はないが、通常５〜20μｍ程度、好ましくは７〜15μｍ程度、より好ましくは７〜11μｍ程度である。
【００１４】
発熱体(4)の密度も特に制限されないが、通常1.5ｇ/cm3程度或いはそれ以下、好ましくは0.01〜0.6ｇ/cm3、より好ましくは0.05〜0.25g/cm3が好ましい。このように密度の低い炭素材料は見かけの体積が大きいので、遠赤外線量が多くなり、より優れた発熱能を有する。
【００１５】
給電部(6)は、一般的にはモリブデン箔(8)、モリブデン製の内部リード棒(7)及びモリブデン製の外部リード棒(9)とで構成されており、モリブデン箔(8)の一端に内部リード棒(7)の一端がスポット溶接されており、モリブデン箔(8)の他端に外部リード棒(9)の一端がスポット溶接されている。そして、気密シール部(2)内にモリブデン箔(8)及びその溶接部分近傍が埋設されており、外部リード棒(9)の他端が気密シール部(2)から外部に導出されている。一方、図１の場合、内部リード棒(7)の先端部分は発熱体収納空間(3)内に突出しており、耐熱絶縁棒(10)に巻着された発熱体(4)の端部に挿入されている。挿入代を(C)で示す。
【００１６】
これに対して、図２，３の場合は、内部リード棒(7)の全体が気密シール部(2)内に埋設されており、その他端が気密シール部(2)内に埋設された発熱体(4)の埋設端(5)に挿入されて接続されている。そして内部リード棒(7)の挿入端は発熱体収納空間(3)内に露出せず、発熱体収納空間(3)の端部との間である一定の幅(s)が設けられている。
【００１７】
図示していないが、必要に応じて気密シール部(2)の一部を更に部分圧着し、この部分で発熱体(4)の埋設端(5)への内部リード棒(7)の挿入部分(C)を接続するようにしてもよく、このようにすることで圧着部分の発熱体(4)がより強く圧縮され高密度となり、内部リード棒(7)の挿入部分(C)との密着性が向上し、両者の接続がより強固に行われ、導通がより良好になり、通電時に内部リード棒(7)の先端から１〜２ｍｍ位に位置に発生していた高温スポット（高温スポットは電流が集中的に流れて異常に高温になる部分で、次第にこの部分が蒸発して空洞を形成し、最終的には断線に至る。）の解消を図る事が出来ると同時に抜けにくくもなる。
【００１８】
耐熱性絶縁棒(10)は、中空或いは管状の石英ガラス棒又はセラミック棒などが使用され、その周囲に発熱体(4)が隙間(4a)を明けて螺旋状に巻着される。耐熱性絶縁棒(10)の両端には支持体(12)が装着され、その端部が気密シール部(2)内に埋設されて耐熱性絶縁棒(10)を発熱体収納空間(3)の中心にセットする。図の場合、耐熱性絶縁棒(10)は、中空体で支持体(12)の端部の螺旋部(13)が耐熱性絶縁棒(10)の端部に挿入固定されている。
【００１９】
次に、本発明に係るヒータ(A1-1)の製造方法の一例に付いて簡単に説明する。まず、モリブデン箔(8)に外部リード棒(9)及び内部リード棒(7)をスポット溶接して給電部(6)を形成し、耐熱絶縁棒(10)に所定間隔で予め巻き付けて於いた発熱体(4)の両端に内部リード棒(7)の端部を挿入する。
【００２０】
続いて、所定寸法に切断された直管型の外囲器(1)を構成する石英ガラス内に前記の組立体を挿入し、石英ガラスの中央部分に接続されているチップ管(図では、チップ管の根本を封切した封切跡(14)が示されている。)に窒素ガスやアルゴンガスのような不活性ガス供給源(図示せず)を接続し、石英ガラス内に不活性ガスを通流させながら石英ガラスの端部を加熱しピンチャ(図示せず)でピンチングする。石英ガラスの端部のピンチングは両端同時でもよいし、１つずつでもよい。
【００２１】
ピンチャは加熱軟化した石英ガラスの端部を圧着封止するもので、圧着封止された気密シール部(2)は図のように全体が矩形板状に形成される。図１の場合、内部にモリブデン箔(8)とモリブデン箔(8)にスポット溶接された内部リード棒(7)及び外部リード棒(9)の溶接近傍並びに支持体(12)の自由端が埋設され、内部リード棒(7)及び外部リード棒(9)の非溶接端部が発熱体収納空間(3)内或いは気密シール部(2)外に突出し、前述のように内部リード棒(7)の突出端が発熱体(4)の巻着端に挿入されている。
【００２２】
図２，３の場合は、発熱体(4)の端部(5)が気密シール部(2)内に埋設され且つ内部リード棒(7)全体が気密シール部(2)内に埋設されており、所定の幅(S)を以て内部リード棒(7)の先端が発熱体収納空間(3)より後退している場合である。
【００２３】
石英ガラスの端部の封止が終了すると、チップ管を真空源に接続して内部を真空にし、続いて窒素ガスやアルゴンガスのような不活性ガスを充填し、最後にチップ管の根本を封切する。このようにして、図１〜３に示すヒータ(A1-1、A1-2)が形成される事になる。
【００２４】
而して、ヒータ(A1)に通電すると内部リード棒(7)を通って発熱体(4)に電流が流れ、発熱体(4)から遠赤外線が大量に放射される。尚、図２，３の場合は、発熱体(4)の端部が気密シール部(2)内に埋設され且つ気密シール部(2)内で内部リード棒(7)と接続しているので、十分な導通が確保されるので、発熱体(4)に部分的高温スポットが発生せず長時間の使用にあっても発熱体(4)の断線を生じることがない。
【００２５】
本明細書を通じて言える事であるが、気密シール部(2)はピンチングの代わりに従来使用されている「シュリンク方式(外囲器(1)内を減圧状態にしておき、外囲器(1)の両端を加熱する事で外囲器(1)の両端を収縮させ、気密シール部(2)を形成する方法)」を採用する事が出来る。また、図示していないが、モリブデン箔(8)を使用せず、給電部(6)として単なるモリブデン棒を使用し、外囲器(1)にハードガラスを使用し、気密シール部(2)にモリブデン棒だけで構成された給電部(6)を貫通させると言うような方式もある。
【００２６】
図４，５は本発明の第１実施例の変形例１(A1-2)で、この場合は耐熱絶縁棒(10)の周囲に突起(10a)を所定間隔で突設した(又は、螺旋溝(10a)が形成されている)場合で、突起(10a)間に(或いは螺旋溝(10a)に沿って)発熱体(4)を巻いていくだけで自然に均等間隔で発熱体(4)を耐熱絶縁棒(10)に巻着する事が出来且つ使用時にも発熱体(4)が突起(10a)(或いは螺旋溝(10a))から出てずれるような事がない。
【００２７】
図６は本発明の第１実施例の変形例２(A1-3)で、この場合は耐熱絶縁棒(10)に所定間隔で螺旋状に巻着された発熱体(4)の螺旋間隙(4a)に嵌まり込むように外囲器(1)に位置決め突起(11)を形成した場合で、位置決め突起(11)により所定間隔で耐熱絶縁棒(10)に螺旋状に巻着された発熱体(4)の位置保持がなされ、使用中に発熱体(4)の位置がずれるような事がない。
【００２８】
図７は本発明の第１実施例の変形例３(A1-4)で、この場合は耐熱絶縁棒(10)に所定間隔で螺旋状に巻着された発熱体(4)を直接、耐熱絶縁棒(10)に押圧する押圧突起(11a)が突設された例で、位置決め突起(11)同様、所定間隔で耐熱絶縁棒(10)に螺旋状に巻着された発熱体(4)の位置保持がなされ、使用中に発熱体(4)の位置がずれるような事がない。
【００２９】
図８は本発明の第２実施例(A2)で、この場合は細径の耐熱絶縁棒(10a)に発熱体(4a)を巻着し、これを太径の耐熱絶縁棒(10b)に挿入し且つその外周に発熱体(4b)を巻着した多重(ここでは２重)の耐熱絶縁棒(10)を使用した例である。耐熱絶縁棒(10a)(10b)はそれぞれに取着された支持体(12a)(12b)にて支持されている。なお、前記支持体(12a)(12b)の螺旋部(13a)(13b)は耐熱絶縁棒(10a)(10b)内周に挿入されており、他端は気密シール部(2)内に埋設されている。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、発熱体が耐熱絶縁棒に螺旋状に巻着されているので、外囲器より長い発熱体でも短い外囲器にコンパクトに収納する事が出来る。また、耐熱絶縁棒に突部(或いは螺旋溝)を形成したり、発熱体の螺旋間隙に嵌まり込む位置決め突起や発熱体を耐熱絶縁棒に直接押圧する押圧突起を外囲器に形成する事で、発熱体を所定間隔で綺麗に外囲器内に収納する事が出来、しかも使用中のずれを防止する事が出来る。また、耐熱絶縁棒を多重にすることで、発熱体の多重化を図ることが出来、より一層のコンパクト化を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るヒータの第１実施例の基本形の中央断面図
【図２】本発明に係るヒータの第１実施例の変形例１の中央断面図
【図３】図２の直角方向の中央断面図
【図４】本発明に係るヒータの第１実施例の変形例２の中央断面図
【図５】図４の直角方向の中央断面図
【図６】本発明に係るヒータの第１実施例の変形例３の中央断面図
【図７】図６の直角方向の中央断面図
【図８】本発明に係るヒータの第２実施例の中央断面図
【図９】従来のヒータの中央断面図
【符号の説明】
(A)…ヒータ
(1)…外囲器
(2)…気密シール部
(3)…発熱体収納空間
(4)…発熱体
(5)…埋設端
(6)…給電部
(10)…耐熱絶縁棒
【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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