JP2004139769A

JP2004139769A - 発熱構造体

Info

Publication number: JP2004139769A
Application number: JP2002301397A
Authority: JP
Inventors: Shushi O; 王　▲習▼之
Original assignee: ARUBA JAPAN KK
Current assignee: ARUBA JAPAN KK
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】カーボンから様々な形状の発熱構造体を製造することを目的とする。
【解決手段】複数本のカーボンファイバ２を束ねて、且つ弯曲させて、石英管１の弯曲状中空室４に真空状態にて、挿入設置する。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱構造体に係り、特に、家庭用ヒーター等に好適な発熱構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発熱構造体として、例えば、反射盤付きヒーターとして、ハロゲンランプヒーターの熱を反射盤に反射する構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。ハロゲンランプは、電源入力時の突入電流が定格電流の約８倍もあり、過電流対策を必要とした。又、従来の反射盤付きヒーターは倒立水滴型（倒立とっくり型）のランプヒーターを備えていた（例えば、特許文献２の図４参照）。このランプヒーターは略半円状と直線状が一体化しており、ヒーターの熱の全てが効率よくパラボラ状の反射盤に反射しているとは言えず、放熱量にムラがあった。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−　２２１８５号公報
【特許文献２】
実用新案登録第　３０８４１６５号公報（第３頁、図４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、従来の、ハロゲンランプを使用する反射盤付きヒーターは、過電流対策を必要としコストが大きく、又、遠赤外線の放射効率も消費電力に比して大きくはなかった。さらに、ヒーターの放射熱が均等に反射盤に反射していないので、効率よく暖をとれなかった。
【０００５】
そこで、上記ハロゲンランプよりも遠赤外線放射量が多く、消費電力が少なく、且つ電源保護回路が簡略化できるカーボンランプヒーター（発熱構造体）について、本発明者は種々の試作と実験を繰返してきたが、従来のカーボンランプヒーターは、真っ直ぐな棒状体であって、必要とされる熱量や遠赤外線輻射量を確保するためには、管体を長くする必要があった。小型の家庭用ヒーター等には適用するのが難しいことが判った。
【０００６】
本発明の目的は、カーボンから必要な発熱量と遠赤外線輻射量を確保するために様々な形状の発熱構造体を製造し、反射盤付きヒーター・電気ストーブ・電気こたつ・調理器具等の様々な発熱器具の用途に対応できうる発熱構造体を提供する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る発熱構造体は、複数本のカーボンファイバを束ねて、石英管の真空状態又は不活性ガス封入状態の中空室内に、挿入設置している。
【０００８】
又、束ねた複数本のカーボンファイバの全体を弯曲状として、且つ、１個以上の束ね具にて、結束したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を示す図面に基づき、本発明を詳説する。
【００１０】
本発明では、繊維状又は線状の炭素から成るカーボンファイバ２を発熱構造体に使用する。図２は、本発明の発熱構造体の第一の実施の形態のカーボンファイバ発熱体Ｃを示す一部断面平面図である。複数本の繊維状又は線状のカーボンファイバ２を束ねた束状カーボンファイバ３に、所定ピッチで、束ね具Ｚとして結束環状リング８を外嵌して、結束していき、透明な石英管１内へ挿入する。結束環状リング８の外径は、石英管１内に挿入できるように、石英管１の内径より小さくする。
【００１１】
（束ね具Ｚとしての）結束環状リング８は、束状カーボンファイバ３を弯曲状にしても任意の２個の隣同士の結束環状リング８が接触しないような間隔を置いて、配設する。又、結束環状リング８の外側形状は、弯曲形状になった石英管１の内壁に沿えるように、緩やかな弯曲形状にする。この複数個の結束環状リング８によって、束状カーボンファイバ３を、石英管１内部の長手方向中心位置に安定して配設でき、石英管１の内外に熱を均等に保ち、クラック発生を防ぐことができる。結束環状リング８の材質は、セラミック製のもの、或いは、電導製と耐熱性を有するカーボン等の材質にするとよい。
【００１２】
図３は、カーボンファイバ発熱体Ｃの発熱体端部Ｃ′の要部拡大説明図である。束状カーボンファイバ３の端部３′を、束状カーボンファイバ３の全てに電流を流しやすくするために、接続端子６で束ねてリード線５と接続する。その構造を、発熱体端部Ｃ′の拡大断面図を示す図４で具体的に説明すると、接続端子６は、円筒容器形状で、小孔６′を配設している。束状カーボンファイバ３の端部３′は、接続端子６に、確実に固着するための電導薄膜接着１２を介して挿着し、中空室端面４′の小孔６′から挿入されたリード線５と、電気的に接続する。
【００１３】
接続端子６の材質は、モリブデン薄片、或いは、電導性のよいカーボン製にするのが好ましく、又、リード線５は、束状カーボンファイバ３へ電力供給するもので、モリブデン等の電導性のある材質にする。
【００１４】
石英管１の両端部を加熱圧着し、封止部１０で管内を密閉にし、その円筒状の石英管１の内部を中空室４とする。加熱圧着する際に、中空室４は、真空状にするか、或いは、不活性ガスを充填する。又、加熱圧着によってできる中空室端面４′に接続端子６を当接する。リード線５は、封止部１０で封着され、カーボンファイバ発熱体Ｃの両発熱体端部Ｃ′外方へ延長していく。接続端子６の小孔６′と電導薄膜接着１２に、接触していないリード線５には、グラスファイバー被覆等の感電防止対策を施す。
【００１５】
カーボンファイバ発熱体Ｃの、両方の発熱体端部Ｃ′には、封止部１０・リード線５を保護・固定するために、セラミック製等の端部ソケット１１を嵌着するとよい。
【００１６】
上述の、図２・図３・図４では、束ね具Ｚとして、セラミック製、或いは、カーボン製等の結束環状リング８で、束状カーボンファイバ３を束ねる第一の実施の形態を示した。
【００１７】
次に、図５は、本発明の第二の実施の形態を示した一部断面平面図で、結束環状リング８の代わりに、束ね具Ｚとして細い結束帯７を使用しており、この結束帯７で、束状カーボンファイバ３を束ねた状態を示している。
【００１８】
具体的には、束状カーボンファイバ３を、細い円環状の結束帯７に挿嵌し、所定ピッチで束ねて、透明な石英管１内へ挿入する。発熱体端部Ｃ′は、図６の要部拡大説明図のようになる。結束部材の違い以外は、図２・図３・図４と同様の構造のカーボンファイバ発熱体Ｃとなる。
なお、図１〜図６に於て、（図示省略したが）束ね具Ｚは１個でも良い場合がある。
【００１９】
さらに、図７は本発明の第三の実施の形態を示す一部断面平面図である。複数本の繊維状又は線状のカーボンファイバ２を束ねた束状カーボンファイバ３を、束ね具Ｚとしての線材９にて、所定ピッチで、コイル状に巻いていく。線材９としては、耐熱性を有し、耐電性の高い金属ワイヤー或いはカーボンファイバ等を用いる。束状カーボンファイバ３の端部３′に於て、複数本のカーボンファイバ２がバラバラにならないように、両端部を束ね、カーボンファイバ３全体へ均等に電力を伝播させるために、線材９として、例えばモリブデン線を何重にも巻いておく。このとき、リード線５を、束状カーボンファイバ３の端部３′の束と一緒に（５〜２０ｍｍ程度）束ね、線材９で、束状カーボンファイバ３と共に巻く。図８は、この発熱体端部Ｃ′の要部拡大説明図を示す。
【００２０】
図９は、図７の発熱体端部Ｃ′を示す拡大断面図である。石英管１の両端部を加熱圧着して、封止部１０とし、束状カーボンファイバ３の端部３′を、石英管１の中空室端面４′に当接する。束状カーボンファイバ３の端部３′から延長しているリード線５は、中空室端面４′の中心を貫通し、封止部１０に封着され、カーボンファイバ発熱体Ｃの両発熱体端部Ｃ′外方へ延長していく。カーボンファイバ２と接触していないリード線５に、グラスファイバー被覆等の感電防止対策を行なう。
【００２１】
さらに、図２や図５のカーボンファイバ発熱体Ｃと同様に、カーボンファイバ発熱体Ｃの発熱体端部Ｃ′には、封止部１０・リード線５を、保護・固定するために、セラミック製等の端部ソケット１１を嵌着するとよい。又、中空室４は、真空状にするか、或いは、不活性ガスを充填する。
【００２２】
ここで、カーボンファイバ２（炭素繊維）の特性を述べると、突入電流がほとんど無いため、電源保護回路の簡略化が可能で安全である。さらに、電導性がよく、耐熱性があり、熱伝導率や熱衝撃にも優れている。又、強度・弾性率が高いので、曲げることもでき、様々な形状の発熱構造体を製造できる。これに対し、ニクロム線等の金属を使用した発熱体は、酸化したり、電気腐食を起こす等劣化するので、寿命が短いが、カーボンは劣化しにくいので、寿命が長い。
【００２３】
以上の特性から、上述した、三形態のカーボンファイバ発熱体Ｃは、いずれも、図１のように様々な形状に曲げることが可能となり、反射盤付きヒーター・電気ストーブ・電気こたつ・調理器具等、様々な発熱器具の用途に対応できる。その一例として、図１０に、反射盤付きヒーターＣの斜視図を示す。略円環形状のカーボンランプヒーターが効率よく暖房でき、図１１の正面図に示すような発熱体が、本発明の発熱構造体から容易に製造できる。
【００２４】
言い換えると、従来のカーボンランプヒーターは、材質が炭素系材料の焼結体を発熱体としており、加工が難しいため、真っ直ぐな（ストレートの）棒状体のものが主流であった。よって、図１の　（ａ）の倒立水滴型、（ｂ）　の略円環型、（ｃ）　のコイル型、　（ｄ）　の蛇行型のような、様々な形状のカーボンランプヒーターは製造できなかったが、本発明によって可能となった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は上述の如く構成されるので、次に記載する効果を奏する。
【００２６】
（請求項１によれば）カーボンファイバ２は、突入電流がほとんど無いため、束状カーボンファイバ３の発熱構造体を使う発熱器具は、電源保護回路の簡略化が可能で、且つ安全である。さらに、カーボンファイバ２は電導性がよく、耐熱性があり、熱伝導率や熱衝撃にも優れているため、発熱器具は、消費電力を抑えられ、効率よく暖房できる。又、強度・弾性率が高いので、曲げることもでき、様々な形状の発熱構造体を製造できる。又、カーボンは劣化しにくいので、カーボンファイバ発熱体Ｃは、使用に対し寿命が長い。
【００２７】
（請求項２によれば）束状カーボンファイバ３を、（結束帯７・結束環状リング８・線材９等の）束ね具Ｚにて結束したので、石英管１内部の長手方向中心線上に安定して配設でき、石英管１の内外に熱を均等に保ち、石英管１のクラック発生を防ぐことができる。又、カーボンファイバ発熱体Ｃを様々な形状に曲げられるため、本発明の発熱構造体は、反射盤付きヒーター・電気ストーブ・電気こたつ・調理器具等、様々な発熱器具の用途にコンパクトに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発熱構造体の実施の様々な形態を示す説明図である。
【図２】本発明の発熱構造体の第一の実施の形態を示す一部断面平面図である。
【図３】発熱体端部を示す要部拡大説明図である。
【図４】発熱体端部を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の発熱構造体の第二の実施の形態を示す一部断面平面図である。
【図６】発熱体端部を示す要部拡大説明図である。
【図７】本発明の発熱構造体の第三の実施の形態を示す一部断面平面図である。
【図８】発熱体端部を示す要部拡大説明図である。
【図９】発熱体端部を示す拡大断面図である。
【図１０】本発明の発熱構造体を配設した反射盤付きヒーターの斜視図である。
【図１１】発熱体の正面図である。
【符号の説明】
Ｃ　カーボンファイバ発熱体
１　石英管
２　カーボンファイバ
３　束状カーボンファイバ
４　中空室
７　結束帯
８　結束環状リング
９　線材
Ｚ　束ね具

Claims

複数本のカーボンファイバ（２）を束ねて、石英管（１）の真空状態又は不活性ガス封入状態の中空室（４）内に、挿入設置したことを特徴とする発熱構造体。
束ねた複数本のカーボンファイバ（２）の全体を弯曲状として、且つ、１個以上の束ね具Ｚにて、結束した請求項１記載の発熱構造体。