JP2006339168A - ヒータランプ - Google Patents

Abstract

【課題】被処理物を高温で加熱するための大出力化、加熱温度の立ち上がり時間の短縮化、ランプの小型化を図ったヒータランプを提供すること。
【解決手段】管型バルブ１内の管軸方向にフィラメントが配置されたヒータランプにおいて、前記フィラメントは、フィラメント素線をコイル状に巻回した外側フィラメント２と、外側フィラメント２の内側に配置され、フィラメント素線をコイル状に巻回した内側フィラメント３とから構成され、外側フィラメント２の外径（Ｌ１）が内側フィラメント３の外径（Ｌ２）よりも大きく、かつ、内側フィラメント３の外周に外側フィラメント２が接触した状態で、外側フィラメント２と内側フィラメント３とを並列接続したことを特徴とするヒータランプである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒータランプに係り、特に、工業用の加熱炉等に利用されるヒータランプに関する。

図３に、従来の工業用加熱炉等で利用されているヒータランプの一例を示す。このヒータランプは、両端封止型の管型バルブ内にコイル状に巻回されたフィラメントが配置されている。このフィラメントは、図４のフィラメントの一部拡大図に示すように、タングステン製のフィラメント素線をコイル状に巻回したもので構成されている。

ところで、近年、被処理物を高温で加熱する、さらには立ち上がり温度が速いヒータランプが要求されている。
このような要求を満たすべく、フィラメント素線径をそのままにした従来のヒータランプに大電力を投入したのでは、フィラメントの温度が許容温度以上に上昇し、フィラメントが溶融断線してしまうので、フィラメント素線の断面積を大きくしなければならない。

しかし、フィラメント素線の断面積を大きくするために、１本のフィラメント素線の線径を大きくして大電力化、高温化を図ろうとすると、以下に列挙するような諸問題が発生する。
イ、コイルの素線径が大きくなると、コイル径も大きいものとなり、コイル径に比例して バルブ径も大きくなってしまい、小型化（細管化）の要請に逆行してしまう。
ロ、仮に、コイル径を小さくしようとすると、コイルのバネ係数が大きくなり、硬いコイ ルとなってしまう。
ハ、製造上、太いワイヤーを小さい径で巻こうとすると、曲げ（巻き）ストレスによりワ イヤーの割れ、裂けが発生し易くなり、コイル製造および製造の高速化が困難である。ニ、コイルの素線径が大きくなると、コイル重量も大きくなり、自重によりコイル変形が 発生し易すくなる。
ホ、コイル重量が増大すると、振動や衝撃時にフィラメントを管型バルブ内に保持してい るコイルサポータの負担が大きくなり、コイルサポータが変形したり破損し易くなり、 コイルをバルブ中央に保持し、バルブ内壁に接触しないようにするために設けられたサ ポータ本来の機能が果たせなくなる。
ヘ、上記のコイル変形や耐振動性・耐衝撃性の低下を防止するためにコイルサポータ数を 増やす必要があり、コストアップにつながる。
ト、コイルの素線径が大きくなると、コイルの熱容量が大きくなり、加熱温度の立ち上が り時間が遅れる。

また、フィラメント素線の断面積を大きくするために、図５に示すように、２本のフィラメント素線を平行に配置して、同一径でコイル状に巻回した場合は、軸方向にフィラメント長が長くなってしまい、規定された管型バルブ内に収容できなくなり、ランプの小型化に対応できないという問題がある。

本発明の目的は、上記の種々の問題点を考慮して、被処理物を高温で加熱するための大出力化、加熱温度の立ち上がり時間の短縮化、ランプの小型化を図ったヒータランプを提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、管型バルブ内の管軸方向にフィラメントが配置されたヒータランプにおいて、前記フィラメントは、フィラメント素線をコイル状に巻回した外側フィラメントと、前記外側フィラメントの内側に配置され、フィラメント素線をコイル状に巻回した内側フィラメントとから構成され、外側フィラメントの外径（Ｌ１）が内側フィラメントの外径（Ｌ２）よりも大きく、かつ、内側フィラメントの外周に外側フィラメントが接触した状態で、前記外側フィラメントと前記内側フィラメントとを並列接続したことを特徴とするヒータランプである。

本発明によれば、フィラメント全体の断面積を大きくできるので大出力化が可能となり、フィラメントに細いコイル径のものを用いることができるので熱容量を小さくすることができ、かつ外側フィラメントと内側フィラメントから放射される熱が相互に影響し合うので、加熱温度の立ち上がりを速くすることができる。
また、フィラメントに細いコイル径のものを用いることができるのでコイル径の小さいヒータランプで大出力のヒータランプを実現でき、また、フィラメントの製造時、細いワイヤーを適度なコイル径で巻くことができるので、ワイヤーへのストレスが小さくコイルの割れを防止できると共に、ばね定数が小さい柔らかいコイルを使用することができるので、熱膨張・収縮の吸収を容易に行うことができ、フィラメントの高寿命化を図ることができる。
また、フィラメントが多重化されるので、曲げに強くなり、コイル変形やコイルの耐振動・耐衝撃性に優れ、フィラメントサポータへの負担が少なくなりフィラメントサポータ数を増やす必要がないので、コスト増大を防ぐことができる。

本発明の一実施形態を図１および図２を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係るヒータランプの構成を示す一部断面図、図２は図１に示すフィラメント構造の一部拡大図である。
これらの図において、１はヒータランプの管型バルブ、２は管型バルブ１内の管軸方向に収納された外側フィラメント、３は管型バルブ１内の管軸方向に収納されると共に、外側フィラメント２の内側に配置された内側フィラメント、４は外側フィラメント２および内側フィラメント３を管型バルブ１内の複数箇所で支持するフィラメントサポータ、５は管型バルブ１内部の両端部に設けられる外側フィラメント２および内側フィラメント３の端部に接続される内部リード棒、６は管型バルブ１の両端部を封止するためのシール部、７は管型バルブ１外部の両端部に設けられる外部リード棒、８は、金属泊であり、一端に外部リード棒７が接続され、他端に内部リード棒５が接続されており、シール部６に埋設されている。

本発明のヒータランプのフィラメントは、これらの図に示すように、フィラメント素線をコイル状に巻回した外側フィラメント２と、外側フィラメント２の内側に配置されるフィラメント素線をコイル状に巻回した内側フィラメント３とから構成されている。そして内部リード棒５の外側に内側フィラメント３が接触し、その内側フィラメント３の外周に外側フィラメント２が接触した状態で、外側フィラメント２をかしめまたは溶接することにより、内側フィラメント３と外側フィラメント２が内部リード棒５に対して固着され電気的に接続された状態となる。

このように、内側フィラメント３と外側フィラメント２が内部リード棒５に対して電気的に接続された状態となるので、内部リード棒５に流れた電流は内側フィラメント３と外側フィラメント２の双方に流れ、内側フィラメント３と外側フィラメント２は全体として電源に対して並列接続された状態となる。
なお、内部リード棒５を使用せずに、内側フィラメント３と外側フィラメント２の端部を引き伸ばし、直接それぞれの端部を金属泊８に接続するようにしてもよい。

ここで、外側フィラメント２の内側に内側フィラメント３が配置されるとは、図２に示すように、外側フィラメント２の外径をＬ１、内側フィラメント３の外径をＬ２とするとき、少なくともＬ１＞Ｌ２の関係にあることを意味する。従って、外側フィラメント２の内径をＬ３とするとき、Ｌ２＞Ｌ３の関係にあるようなフィラメント構造のものも含まれる。
なお、図２には、外側フィラメント２と内側フィラメント３のコイルピッチがほぼ同一ピッチで示されているが、必ずしも両者のコイルピッチは同じでなくても差し支えない。

このように、本実施形態に係る発明によれば、並列接続された外側フィラメント２と内側フィラメント３のそれぞれに電流を流すことができるので、双方のフィラメント２，３で発熱させることができ、結果として、フィラメント全体の断面積を大きくできたこととなり、大出力のヒータランプを得ることができる。

また、外側フィラメント２と内側フィラメント３とに、細いコイル径のものを用いることができるので熱容量を小さくでき、また外側フィラメント２と内側フィラメント３から放射される熱が相互に影響し合うので、加熱温度の立ち上がりを速くすることができる。

また、各フィラメント２，３に、細いコイル径のものを用いることができるので、全体としてコイル径の小さいヒータランプで大出力のヒータランプを実現することができる。

さらに、フィラメントの製造時、細いワイヤーを適度なコイル径で巻くことができ、ワイヤーへのストレスを増大させることがないので、コイル割れが発生しにくく、また、ばね定数が小さい柔らかいコイルを使用することができるので、熱膨張・収縮の吸収を容易に行うことができ、フィラメントの高寿命化を図ることができる。

また、フィラメントが多重化されるので、曲げに強くなり、ヒータランプに振動が加えられた場合でも、フィラメントが多重化されているので、コイル変形やコイルの耐振動・耐衝撃性に優れたものとすることができる。その結果として、フィラメントサポータへの負担を増大することがないので、フィラメントサポータ数を増やす必要もなく、コスト増大を防ぐことができる。

本発明の一実施形態に係るヒータランプの構成を示す一部断面図である。 図１に示すフィラメント構造の一部拡大図である。 従来技術に係る工業用の加熱炉で利用されるヒータランプの一例を示す図である。 図３に示すフィラメント構造の一部拡大図である。 ２本のフィラメント素線を平行に配置して、同一径でコイル状に巻回したフィラメント構造を示す図である。

符号の説明

１ 管型バルブ
２ 外側フィラメント
３ 内側フィラメント
４ フィラメントサポータ
５ 内部リード棒
６ シール部
７ 外部リード棒

Claims (1)

1. 管型バルブ内の管軸方向にフィラメントが配置されたヒータランプにおいて、
   前記フィラメントは、フィラメント素線をコイル状に巻回した外側フィラメントと、
   前記外側フィラメントの内側に配置され、フィラメント素線をコイル状に巻回した内側フィラメントとから構成され、
   外側フィラメントの外径が内側フィラメントの外径よりも大きく、かつ、内側フィラメントの外周に外側フィラメントが接触した状態で、前記外側フィラメントと前記内側フィラメントとを並列接続したことを特徴とするヒータランプ。
   

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