JP2006128058A - ヒータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ガラス管2内に封入されたカーボンワイヤー発熱体3と、前記カーボンワイヤー発熱体に電力を供給する接続線を有する二つの封止端子部4とを備え、前記カーボンワイヤー発熱体3と接続線5とを導電性部材7によって挟持し、かつ、導電性部材7と弾性体8が封止端子部4を構成するガラス管2,6の内部に収容され、前記導電性部材7を弾性体によってガラス管2,6の内壁に押し付けられることにより、ガラス管2,6の内壁に固定される。
【選択図】 図2
Description
図12,13において、符号31は、カーボンワイヤー発熱体であって、その一端部には導電性のクランプ部材32が設けられ、このクランプ部材32に導電性のスプリング部材33の一端が取り付けられている。また、前記カーボンワイヤー発熱体31の他端部にも、クランプ部材32が設けられ、導電性のフック部材34が取り付けられている。
また、前記カーボンワイヤー発熱体31、クランプ部材32,32、スプリング部材33、フック部材34、接続線35の一部はガラス管36の内部に収容されている。そして、ガラス管36の端部で接続線35,35をピンチシールしている。更に、ガラス管36の内部は例えば窒素雰囲気の減圧状態になされている。
しかしながら、前記した従来のヒータにあっては、スプリング部材によってカーボンワイヤー発熱体に引張力を作用させているため、前記ヒータを振動する環境下では使用することができなかった。
そのため、カーボンワイヤー発熱体のより強固な挟持を実現せしめ、振動環境下において使用しても、カーボンワイヤー発熱体が振動することがなく、カーボンワイヤー発熱体のガラス管の内壁との接触を抑制でき、耐久性が向上する。
このように封止端子部を構成するガラス管の内壁を先細り形状としたため、導電性部材を前記ガラス管内に収納することによって、前記導電性部材は前記接続線、カーボンワイヤー発熱体をより強固に挟持する。その結果、ヒータの耐振動性がより向上する。
このように、二つの導電性部材において高さに差を設けたのは、導電性部材と弾性体をガラス管の内部に収容した際、カーボンワイヤー発熱体がガラス管の中心に配されるようにするためである。
より好ましくは、前記弾性体及び導電性部材を、封止端子部を構成するガラス管に収納した状態において、前記二つの導電性部材のうち弾性体が接する導電性部材の高さと弾性体の高さとの総和と、他の導電性部材の高さとを等しくするのが良い。
このように構成することにより、カーボンワイヤー発熱体及び接続線を所定の位置に置くことができると共に、導電性部材によってカーボンワイヤー発熱体及び接続線を確実に挟持することができる。
このように構成することにより、導電性部材のカーボンワイヤー発熱体の挿入端部側で、導電性部材が圧接し、カーボンワイヤー発熱体をより強固に挟持することができる。
このように接続線と溝部とによって形成される空隙にカーボンワイヤーが配設されているために、導電性部材の内側に配置された前記カーボンワイヤーの弾性力と、これより大きな、導電性部材の外側に配置された弾性体の弾性力のバランスによって、通電性をより高めることができ、かつ前記接続線及びカーボンワイヤー発熱体を前記導電性部材により強固に挟持することができ、またこれらを前記封止端子部のガラス管内壁により安定して固定することができる。
これによって、高温環境下においても、弾性力を保持することができる。特に、700℃を超える環境下(発熱温度)においては、カーボンフェルトを用いることが好ましく、これによって、この温度でも十分な弾性保持力が得られる。
以下に、本発明にかかるヒータを実施形態に基づいて説明する。まず、第一の実施形態を図1乃至図4に基づいて説明する。なお、図1は、本発明にかかるヒータの第一の実施形態を示す斜視図であり、図2は、図1の封止端子部示す分解斜視図、図3は、カーボンワイヤー発熱体と接続線との接続構造を示す図、図4は封止端子部の断面図である。
また、この第一の実施形態の説明にあっては、カーボンワイヤー発熱体の発熱部が収納されるガラス体としてガラス管が用いられ、カーボンワイヤー発熱体の両端が配置されるガラス管と、発熱部が収容されたガラス管とによって一つの密閉空間が形成されている場合について説明する。
前記接続線5の直径は、必要に応じて適宜選択することができるが、直径が小さすぎる場合には、大きな電気抵抗となるため好ましくない。また直径が大きすぎる場合には、端子自体が大きくなるため好ましくない。なお、接続線5は、カーボン材7に収容されているカーボンワイヤー発熱体3に容易に接続ができるように、その先端部は尖っている。
前記溝7a,7bは、カーボンワイヤー発熱体3、接続線5の径よりも若干小さめに形成され、前記溝7a,7bによってカーボンワイヤー発熱体3と接続線と挟持し、両者の接続を確実にしている。このように、カーボン材7のように安価な材料でしかもシンプルな構造で高耐振動性の接合を行なうことができる。
なお、前記溝7a,7bの断面形状は、V字形状、半円形状等のいずれの形状であっても良いが、カーボン材7A,7Bによるカーボンワイヤー発熱体3および接続線5の固定をより強固にし、かつ電気的な接続をより安定なものとするためには、前記したV字状であることがより好ましい。
また、カーボンワイヤー発熱体3が、前記カーボン材7A,7Bの前記接続線5を収容する溝部7bまで配設されることにより、接続線5と電気的に直接接続される。
これは、後述するように、前記カーボン材7及び弾性体8をガラス管2の大径部2b,ガラス管6の内部に収容した際、溝7a(カーボンワイヤー発熱体3)がガラス管2の小径部2aの中心に位置するようにするためである。
このように黒鉛化したカーボン材7は、ヒータ使用時の温度域内(通常2000℃未満)では、結晶構造の変化を起こさず、即ち、黒鉛化がそれ以上進行しないので電気抵抗値(Ω/m)等の物性変化もほとんど起こさないため、好ましい。
また、カーボン材7が前記したように黒鉛化されているため、前記接続線5をカーボン材7A、7Bの間に挿入する際、摩擦が少なく(抵抗が少なく)、接続線5をカーボン材7A,7Bの間に容易に挿入することができる。また、これを収容するガラス管の破損の危険性を低くすることができる。
これによって、高温環境下においても、弾性力を保持することができる。特に、700℃を超える環境下(発熱温度)においては、カーボンフェルトを用いることが好ましく、これによって、この温度でも十分な弾性保持力が得られる。
なお、耐熱性フェルト状体の材質としては、カーボンフェルトのみならず、タングステンやモリブデンからなるフェルト状体でもよい。
この第二の実施形態の第一の特徴は、図5に示すように、封止端子部4を構成するガラス管2bの他の封止端子部に対向する側(カーボンワイヤー発熱体3の導出側)の内壁2cを先細り形状とした点にある。前記ガラス管2bの内壁2cを先細り形状としたため、カーボン材7A,7Bを前記ガラス管内2bに収納することにより、前記カーボン材7A,7Bの先端部分は前記内壁2cに沿って先細りになるため、前記カーボンワイヤー発熱体3、接続線5を強固に挟持する。
その結果、カーボンワイヤー発熱体3を十分な張力をもって保持することができると共に、耐振動性をより向上させることができる。
このように接続線5と溝部7bとによって形成される空隙に、前記カーボンワイヤー10が配設されているために、通電性をより高めることができる。即ち、接続線5とカーボン材7A,7Bとの当接により、相互間の安定した通電を行うと共に、接続線5と溝部7aとによって形成される空隙に前記カーボンワイヤー10を多数存在させることで、通電性をより高めることができる。更に、前記カーボンワイヤー10及び弾性体8の弾力性により、接続線5の挟持力も安定する。
その結果、ガラス管2bとガラス管6との溶接が容易になり、前記ガラス管2b、6に無理な応力が生ずることなしに、カーボンワイヤー発熱体3と接続線5とをより安定して接合することができる。
まず、接続線5をガラス管6にピンチシールし、封止端子部4の一部を、予め形成する。続いて、ガラス管2内にカーボンワイヤー発熱体3を収容する。即ち、一端側の大径部2bからカーボンワイヤー発熱体3を挿入し、他端側の大径部2bから外部に引き出す。
このとき、前記溝7b内にはカーボンワイヤー発熱体3の端部のカーボンワイヤー10が存在するが、接続線5の先端は尖っているため、接続線5はカーボンワイヤー10内を貫通する。その結果、カーボンワイヤー発熱体3と接続線5とは、電気的に確実に接続される。特に、カーボン材7を介しても接続線5からカーボンワイヤー発熱体3へも通電されるため、異常な発熱が生じることがない。
そのため、前記溝7bに接続線5が挿入されると、図4、図8に示すようにカーボン材7Aとカーボン材7Bとの対向面は、接続線5の挿入側端部に一定の隙間Sが生じる。
言い換えれば、カーボン材7A,7Bのカーボンワイヤー発熱体3の挿入端部側で、カーボン材7A,7Bが圧接し、カーボンワイヤー発熱体3を強固に挟持する。
特に、第二の実施形態にあっては、接続線5がカーボンワイヤー10の中心に挿入されることにより、前記接続線と溝部とによって形成される空隙に、カーボンワイヤー10が配設される。
このとき、前記した一端部の封止端子部の場合と同様に、前記溝7b内にはカーボンワイヤー発熱体3が存在するが、接続線5の先端は尖っているため、接続線5はカーボンワイヤー発熱体3内を貫通する。その結果、カーボンワイヤー発熱体3と接続線5とは、電気的に確実に接続される。カーボン材7を介しても接続線5からカーボンワイヤー発熱体3へも通電されるため、異常な発熱が生じることがない。
そのため、前記溝7bに接続線5が挿入されると、図8に示すようにカーボン材7Aとカーボン材7Bとの対向面は、接続線5の挿入側端部に一定の隙間Sが生じる。
言い換えれば、カーボン材7A,7Bのカーボンワイヤー発熱体3の挿入端部側で、カーボン材7A,7Bが圧接し、カーボンワイヤー発熱体3を強固に挟持する。
特に、第二の実施形態にあっては、接続線5がカーボンワイヤー10の中心に挿入されることにより、前記接続線と溝部とによって形成される空隙に、カーボンワイヤー10が配設される。
また、上記実施形態にあっては、図10に示すように、弾性体8をカーボン材7の一方側に入れた場合を示したが、図10(a)に示すように弾性体8をコ字状に形成し、カーボン材7を挟持するように形成しても良い。また、図10(b)に示すように弾性体8をカーボン材7の両側に入れても良い。
2 ガラス管
2a 小径部
2b 大径部
3 カーボンワイヤー発熱体
4 封止端子部
5 接続線
6 ガラス管
7 カーボン材(導電性部材)
7A カーボン材(導電性部材)
7B カーボン材(導電性部材)
10 カーボンワイヤー
21 板状ガラス体
S 隙間
Claims (11)
- ガラス体内に封入されたカーボンワイヤー発熱体と、前記カーボンワイヤー発熱体に電力を供給する接続線を有する二つの封止端子部とを備えたヒータであって、
前記封止端子部は、前記カーボンワイヤー発熱体と接続線とを導電性部材によって挟持し、かつ、前記導電性部材と弾性体とが封止端子部を構成するガラス管の内部に収容され、前記導電性部材が弾性体によってガラス管の内壁に押し付けられることにより、ガラス管の内壁に固定されるように構成されていることを特徴とするヒータ。 - 前記弾性体が、前記導電性部材の少なくとも一側面及びガラス管の内壁に接して、前記ガラス管の内部に収容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。
- 前記導電性部材は二つの部材から構成され、前記導電性部材の相対向する面には、前記カーボンワイヤー発熱体が収容される溝部と接続線が収容される溝部とが形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載されたヒータ。
- 封止端子部を構成するガラス管において、カーボンワイヤー発熱体の導出側の内壁を先細り形状としたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載されたヒータ。
- 前記弾性体が前記導電性部材の一側面にのみ存在し、前記二つの導電性部材のうち、弾性体が接する導電性部材の高さが他の導電性部材の高さよりも低いことを特徴とする請求項3に記載されたヒータ。
- 前記弾性体及び導電性部材を、封止端子部を構成するガラス管に収納した状態において、前記二つの導電性部材のうち弾性体が接する導電性部材の高さと弾性体の高さとの総和と、他の導電性部材の高さが等しいことを特徴とする請求項5に記載されたヒータ。
- 前記カーボンワイヤー発熱体を収容する各導電性部材の溝部がV字状であり、二つの導電性部材を重ねた際に前記V字状の溝部の組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、カーボンワイヤー発熱体の直径以下の寸法で形成され、かつ前記接続線を収容する各導電性部材の溝部がV字状であり、二つの導電性部材を重ねた際に前記V字状の溝部の組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、接続線の直径以下の寸法で形成されていることを特徴とする請求項3に記載されたヒータ。
- 前記カーボンワイヤー発熱体が、前記導電性部材の前記接続線を収容する溝部まで挿通されていることを特徴とする請求項3または請求項7に記載されたヒータ。
- 前記接続線と溝部とによって形成される空隙に、前記カーボンワイヤー発熱体端部のカーボンワイヤーが配設されていること特徴とする請求項3または請求項7に記載されたヒータ。
- 前記導電性部材は、黒鉛化処理されたカーボン材であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載されたヒータ。
- 前記弾性体は耐熱性フェルト状体から形成されていることを特徴とする請求項1、請求項2、請求項5、請求項6、請求項7のいずれかに記載されたヒータ。
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