JP2007323965A - ヒータ - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明では、炭素繊維発熱体と形状保持機能を有する発熱体とを組み合わせて発熱体を構成するため、炭素繊維自体の優れた特性を活かしつつ、炭素繊維のみからなる発熱体では、到底、奏することができない形状保持性と耐震強度を付与した状態で発熱させることができるヒータの提供を目的とする。
【解決手段】ガラス管13の内部に収容した発熱体12を、柔軟性を有する長尺状の炭素繊維発熱体17と、該炭素繊維発熱体17のガラス管13内における変形を規制する長尺状の規制体18とで構成し、上記規制体18を、ガラス管13に収容した形状のまま保持可能な形状保持性材料で形成し、ガラス管13の軸方向の両端部側に、上記発熱体12がガラス管13の軸方向に配されるよう上記規制体18の軸方向の両端部をそれぞれ固定支持する支持部16を具備したヒータ11。
【選択図】図3
【解決手段】ガラス管13の内部に収容した発熱体12を、柔軟性を有する長尺状の炭素繊維発熱体17と、該炭素繊維発熱体17のガラス管13内における変形を規制する長尺状の規制体18とで構成し、上記規制体18を、ガラス管13に収容した形状のまま保持可能な形状保持性材料で形成し、ガラス管13の軸方向の両端部側に、上記発熱体12がガラス管13の軸方向に配されるよう上記規制体18の軸方向の両端部をそれぞれ固定支持する支持部16を具備したヒータ11。
【選択図】図3
Description
この発明は、建造物内の暖房等に好適な炭素繊維を発熱体に用いて構成したヒータに関する。
ヒータの中でも炭素繊維(「カーボンファイバ」、或いは、「CFCH」)を発熱体に用いて構成したカーボンヒータは、炭素繊維の優れた特性により、以下のような効果を有する。
1)炭素繊維は、軽量であるため、発熱体としてヒータに適用すれば、ヒータ全体を軽量化することができる。
2)炭素繊維は、柔軟性を有するため、耐熱ガラス内に容易に配して製造することができる。
3)炭素繊維は、発熱時に遠赤外線を発するため、遠赤外線効果を得ることができる。
4)炭素繊維は、撚り本数に応じて太さ、長さを容易に変更できるため、電気抵抗を自在に変更することができる。
1)炭素繊維は、軽量であるため、発熱体としてヒータに適用すれば、ヒータ全体を軽量化することができる。
2)炭素繊維は、柔軟性を有するため、耐熱ガラス内に容易に配して製造することができる。
3)炭素繊維は、発熱時に遠赤外線を発するため、遠赤外線効果を得ることができる。
4)炭素繊維は、撚り本数に応じて太さ、長さを容易に変更できるため、電気抵抗を自在に変更することができる。
しかし、炭素繊維には、上述した(1)から(4)ような優れた特性を有する反面、以下のような難点を挙げることができる。
1)発熱量を大きくするために通常炭素繊維をコイル状に屈曲させ、これをガラス管内に保持させて使用する。ところが炭素繊維自体は柔らかく柔軟性を有するため、起立して使用する場合にはこれを支えるための支持手段がなければ、経時変化により下部に至るほど自重で圧縮されてコイル間隔が狭まり、逆に上部はコイル間隔が広がってしまい安定した均等な発熱が期待できない。
また、耐震性の点でも難点があるため、運搬時や持ち運びの際にカーボンヒータが振動したとき、炭素繊維の支持手段、或いは、保持手段がなければ、耐熱ガラス内の炭素繊維が耐熱ガラスの内壁に接触し、これが原因で長時間使用しているとガラス管が熱ひずみにより破裂してしまうおそれを有する。
2)炭素繊維を用いたカーボンヒーターでは、発熱を開始してからの昇温時間が例えば、ニクロム線ヒーター等に比べて長くかかるうえ、発光量が少ないので発熱状態が外部から判別し難いという難点を有する。
1)発熱量を大きくするために通常炭素繊維をコイル状に屈曲させ、これをガラス管内に保持させて使用する。ところが炭素繊維自体は柔らかく柔軟性を有するため、起立して使用する場合にはこれを支えるための支持手段がなければ、経時変化により下部に至るほど自重で圧縮されてコイル間隔が狭まり、逆に上部はコイル間隔が広がってしまい安定した均等な発熱が期待できない。
また、耐震性の点でも難点があるため、運搬時や持ち運びの際にカーボンヒータが振動したとき、炭素繊維の支持手段、或いは、保持手段がなければ、耐熱ガラス内の炭素繊維が耐熱ガラスの内壁に接触し、これが原因で長時間使用しているとガラス管が熱ひずみにより破裂してしまうおそれを有する。
2)炭素繊維を用いたカーボンヒーターでは、発熱を開始してからの昇温時間が例えば、ニクロム線ヒーター等に比べて長くかかるうえ、発光量が少ないので発熱状態が外部から判別し難いという難点を有する。
このような難点に対して下記特許文献1が開示されている。
上記特許文献1における「発熱構造体」は、複数の突起部が長手方向に配設され、長手方向に隣り合う突起部の間に凹部が形成された芯部材を具備し、該芯部材は、凹部ごとに炭素繊維(カーボンファイバ)を巻き付けることができる。
上記特許文献1における「発熱構造体」は、複数の突起部が長手方向に配設され、長手方向に隣り合う突起部の間に凹部が形成された芯部材を具備し、該芯部材は、凹部ごとに炭素繊維(カーボンファイバ)を巻き付けることができる。
これにより、芯部材は、上記突起部がガラス管に接触することにより、炭素繊維がガラス管に直接、接触しないよう炭素繊維をガラス管内に配している。
さらに、炭素繊維を巻き付けたとき、炭素繊維の発熱が阻害されないよう炭素繊維が芯部材に接触する部位をできるだけ減らすために、軸方向に間隙部を形成している。しかし、芯部材は、炭素繊維が配される上記凹部の両側に上記突起部を有するため、この突起部に巻き付けた炭素繊維が接触し、結果的に炭素繊維の発熱が阻害されてしまうという問題点がある。
また、下記特許文献2において「ヒータ管」が開示されている。上記特許文献2における「ヒータ管」は、耐熱繊維糸の紐状体と、これに螺旋状に巻き付けられた炭素繊維糸とをもって可撓性発熱本体が形成され、該可撓性発熱本体が、複数の保持リングを介して密封管内に保持された構造が開示されている。
ここで示されている炭素繊維糸を巻き付ける紐状体は、石英ガラス、石綿、セラミック等の耐熱性繊維を編んで形成されたものであり、紐状体自体が発熱するものではない。
しかも、紐状体はフレキシブルであるから、発熱体である炭素繊維糸の形態を、自重や振動及び経時変化に耐えて保持できる機能は有していない。
そこで本発明では、炭素繊維発熱体と形状保持機能を有する発熱体とを組み合わせて発熱体を構成するため、炭素繊維自体の優れた特性を活かしつつ、炭素繊維のみからなる発熱体では、到底、奏することができない形状保持性と耐震強度を付与した状態で発熱させることができるヒータの提供を目的とする。
本願発明のヒータは、ガラス管の内部に長尺状の発熱体を収容し、該発熱体に通電して発熱させるヒータであって、上記発熱体を、柔軟性を有する長尺状の炭素繊維発熱体と、該炭素繊維発熱体のガラス管内における変形を規制する長尺状の規制体とで構成し、上記規制体を、ガラス管に収容した形状のまま保持可能な形状保持性材料で形成し、ガラス管の軸方向の両端部側に、上記発熱体がガラス管の軸方向に配されるよう上記規制体の軸方向の両端部をそれぞれ固定支持する支持部を具備したことを特徴とする。
上記形状保持性材料は、ガラス管に収容したとき、ガラス管に接触しなくてもガラス管の軸方向に配した形状のまま保持可能な剛性を有する金属などの材料を示す。
本願発明のヒータは、上記規制体を上記ガラス管内の中心軸線上に配し、上記炭素繊維発熱体を上記規制体に対してその軸方向に沿って螺旋状に巻装したことを特徴とする。
本願発明のヒータは、上記炭素繊維発熱体を2本具備し、該2本の炭素繊維発熱体のそれぞれを、上記規制体の軸方向に互いに位置ズレさせて上記規制体に対して同一方向に螺旋状に巻き付けたことを特徴とする。
本願発明のヒータは、上記炭素繊維発熱体と上記規制体とを互いに螺旋状に絡ませて構成したことを特徴とする。
本願発明の上記発熱体は、上記炭素繊維発熱体を構成する多数の炭素繊維の内部に、上記炭素繊維発熱体の軸方向に沿って上記規制体を配した構成であることを特徴とする。
上記規制体は、電力の供給により発熱する抵抗材料で形成することが好ましい。
上記抵抗材料は、ニクロム、モリブテン、タングステンなどの金属発熱体を含む材料、或いは、炭素、炭化ケイ素、カンタルなどの非金属発熱体を含む材料であってもよい。
上述した抵抗材料の中でも、上記規制体は、ニクロムで構成することが好ましい。
ニクロムは、周知のとおり、耐酸化性がよく、また、高温で長時間使用しても性質の劣化が少ないからである。
ニクロムは、周知のとおり、耐酸化性がよく、また、高温で長時間使用しても性質の劣化が少ないからである。
さらに、上記支持部は、上記発熱体を通電状態に接続する接続部で形成し、上記接続部は、上記炭素繊維発熱体と上記規制体との双方の軸方向の端部を嵌挿して上記発熱体を保持可能な孔部を備えて構成することが好ましい。
請求項1に記載のヒータは、柔軟性を有する炭素繊維発熱体と、形状保持性材料で形成した規制体とで構成した発熱体を具備することにより、ガラス管内で上記規制体が上記炭素繊維発熱体を保持した状態でガラス管の軸方向へ配することができる。
さらに、上述したような発熱体は、その軸方向の両端側を支持部により固定支持されるため、ガラス管の軸心上(中心軸上)に配した状態に保たれることになる。
よって、本発明のヒータは、規制体などガラス管内に配した部材がガラス管に接触することがなく、炭素繊維発熱体を保持することが可能となる。このため、ガラス管に突っ張りなどの負荷が加わることもなく、ヒータに振動が生じても、発熱体がガラス管に接触してしまうこともないため、ガラス管の破損などのおそれもない。
さらに、炭素繊維発熱体が経時変化や振動等により、ガラス管内の軸方向の両端側に偏在してしまうこともなく、軸方向において均一な発熱を確保することができる。
請求項2に記載のヒータは、炭素繊維発熱体を形状保持性を有する規制体に螺旋状に巻きつけることで炭素繊維発熱体と規制体との一体性が増し、よりしっかりと炭素繊維発熱体の形状を保持することができる。
請求項3に記載のヒータは、2本の炭素繊維発熱体を規制体に螺旋状に巻きつけることで、規制体から解れにくく、且つ、軸方向へ位置ずれしないよう、しっかりと巻きつけることができる。
請求項4に記載のヒータは、炭素繊維発熱体と規制体とを互いに螺旋状に絡ませて構成した発熱体を具備することにより、炭素繊維発熱体と規制体との一体性をより向上させることができる。
請求項5に記載のヒータは、外周側に炭素繊維発熱体が配され、中心側に規制体が配された構成の発熱体を具備することとなる。このため、炭素繊維発熱体の外周は、規制体を含めて他の部材と接触せずにガラス管内に配されることになる。
従って、炭素繊維発熱体は、規制体によりガラス管内における変形を規制された状態で、しかも、外周全体から発熱が阻害されることなく発熱することができる。
請求項6に記載のヒータは、規制体自体を抵抗材料により形成することにより、炭素繊維発熱体と規制体とのそれぞれが発熱時に奏する特性を組み合わせて発熱させることができる。
請求項7に記載のヒータは、規制体をニクロムで構成しているので、ニクロムが有する発熱時の立ち上りが早いという特性を活かすことができる。スイッチを入れると、ニクロムで構成した規制体の方が早く発熱するので、炭素繊維発熱体が昇温するまでに要する時間をニクロムでカバーすることができ、また、第三者が、発熱体が発熱していることを直ぐに視認させることができるため、安全性を確保することができるなどの効果を有する。
請求項8に記載のヒータは、接続部の孔部に発熱体の端部を差し込むだけでしっかりと発熱体の保持が可能となり、また、振動が生じた場合も、炭素繊維発熱体のみを差し込む場合と異なり、規制体も含めて差し込むことにより、炭素繊維発熱体における孔部への差し込み部分の形状保持性が向上させることができるため、発熱体が孔部から取り外れてしまうおそれがない。
この発明の一実施形態を、以下図面を用いて説明する。
図1は、馬蹄形カーボンヒータ11の外観図であり、図2は、図1の領域Aのガラス管の内部構成を示す。本実施例のカーボンヒータ11は、図1、及び、図2に示したように、線状の発熱体12と、耐熱性を有する無色透明の石英ガラス管13(以下、「ガラス管13」という。)とを具備して構成される。
上記ガラス管13は、略全体が細長い円管状であり、正面視馬蹄形状に湾曲さ形状さている。
ガラス管13の軸方向の両端部には、ガラス管13の内外にかけてステンレス製のリード線14が連通されている。ガラス管13の軸方向の両端部は、該ガラス管13の内部(以下、「ガラス管13内」という。)が真空状態、或いは、不活性ガス封入状態になるよう、例えば、熱溶着することで封止した封止端部15を形成している。さらに、上記封止端部15には、ガラス管13の両端部においてリード線14を固定するためにセラミック15aを固着している。
リード線14の長さ方向におけるガラス管13の内側は、図3に示したように、コイル状に形成し、その中心に発熱体12の端部を挿通可能な孔部16aを有する接続部16を立設している。
なお、図3は、カーボンヒータ11の軸方向一方の端部を一部断面で表した内部構成を示す。
なお、図3は、カーボンヒータ11の軸方向一方の端部を一部断面で表した内部構成を示す。
リード線14の長さ方向におけるガラス管13の外側は、耐熱性、及び、絶縁性の有するシール部材により被覆され、図示しないが、電極に接続されている。
一方、発熱体12は、図2、及び、図3に示したように、炭素繊維発熱体17と、ニクロム線18(Ni・Cr線)とで形成され、図4に示したように、ガラス管13の軸心と一致するよう軸心に沿って配されている。
なお、図4は、ガラス管13の軸方向における所定部位の切断断面図である。
なお、図4は、ガラス管13の軸方向における所定部位の切断断面図である。
また、炭素繊維発熱体17は、複数の炭素繊維(カーボンフィラメント)を撚って紐状に形成し、手で湾曲自在な柔軟性を有して形成している。これに対してニクロム線18は、可撓性を有し、且つ、ガラス管13の軸方向の形状に応じて変形後させた形状に保持可能な形状保持性(剛性)を有している。
なお、本実施例では、ニクロム線18を用いたが、このように形状保持性を有する素材であれば、ニクロム線18の他に、例えば、鉄クロム合金線(Fe・Cr線)、銅ニッケル合金線、ステンレス線、タングステン等の熱伝導性の有する抵抗材料によりの単線、撚り線を用いることができる。
さらに詳しくは、ニクロム線18は、炭素繊維発熱体17と比較して太さ(断面積)が10分の1程度であり、抵抗値が大きくなるよう形成している。これにより、炭素繊維発熱体17と比較してニクロム線18による消費電力を抑制することができる。
上記ニクロム線18は、ガラス管13内に、その軸方向の形状に沿って配し、その外周には、2本の紐状の炭素繊維発熱体17,17が、ニクロム線18の軸方向の両端部を含めた軸方向全体に螺旋状(スパイラル状)に巻装している。
上記2本の炭素繊維発熱体17,17は、それぞれ同じ長さ、且つ、径で形成し、ニクロム線18の外周に同一方向回りに螺旋状に巻き付けている。
但し、炭素繊維発熱体17,17のニクロム線18に対する巻きつけ形態は、特に限定されるものではないが、本実施例では、発熱体12の軸方向において炭素繊維発熱体17の間にニクロム線18が視認可能に2本の炭素繊維発熱体17,17が互いに重ならないようなピッチで、且つ、軸方向に互いにズラしてニクロム線18に巻き付けている。
但し、炭素繊維発熱体17,17のニクロム線18に対する巻きつけ形態は、特に限定されるものではないが、本実施例では、発熱体12の軸方向において炭素繊維発熱体17の間にニクロム線18が視認可能に2本の炭素繊維発熱体17,17が互いに重ならないようなピッチで、且つ、軸方向に互いにズラしてニクロム線18に巻き付けている。
上述したように、発熱体12を、2本の炭素繊維発熱体17を具備して構成しても、形状保持性の高いニクロム線18を中心軸に配しているため、炭素繊維発熱体17の形状保持性を向上させることができる。
すなわち、柔軟な炭素繊維発熱体17は、形状保持性の高いニクロム線18の外周に螺旋状に密着させた状態で巻き付けることにより、ガラス管13内の軸方向に沿った形状に保持されることができる。
また、上記発熱体12は、その長さ方向の端部に至るまで、ニクロム線18の外周に炭素繊維発熱体17,17が巻き付けて構成されている。このため、ニクロム線18、及び、炭素繊維発熱体17,17の双方の端部を一体に接続部16の孔部16aに通電状態に挿嵌されることになる。
このため、発熱体12は、接続部16によって該発熱体12の長さ方向の両端部側からガラス管13内の軸心上に配した状態に固定支持することができる。
このとき、図3に示したように、接続部16と、該接続部16の孔部16aに差し込んだ発熱体12との間に、導電性を有した筒状をした導電性部材19を介在させて接続してもよい。導電性部材19を介在させることにより、より確実な通電状態を得ることができるとともに、強固に発熱体12の端部を孔部16aに嵌挿させることができる。
続いて、上述したカーボンヒータ11の製造方法について説明する。
発熱体12は、ガラス管13に封入する前に、直線状のニクロム線18の外周に、2本の紐状の炭素繊維発熱体17を、予め、螺旋状に巻装して一体に構成される。
発熱体12は、ガラス管13に封入する前に、直線状のニクロム線18の外周に、2本の紐状の炭素繊維発熱体17を、予め、螺旋状に巻装して一体に構成される。
上記発熱体12を、ガラス管13の軸方向の一端側からガラス管13内へ挿入し、ガラス管13の軸方向の形状に沿って形状変形させながらガラス管13内へ配していく。
なお、このようにガラス管13へ発熱体12を挿入する際には、ニクロム線18の外周に巻き付けた炭素繊維発熱体17が解れないように、挿入時のみ発熱体12の長さ方向の端部を適宜、クリップ、或いは、テープなどの保持部材でニクロム線18、及び、炭素繊維発熱体17を保持した状態で挿通してもよい(図示せず)。
このように発熱体12をガラス管13内へ収容すれば、発熱体12の長さ方向の両端部を、それぞれに対応するガラス管13の端部における接続部16へ順に接続していく。この接続は、上述したように、発熱体12の軸方向の両端部を、それぞれに対応する接続部16の孔部16aに挿嵌するだけでよい。
そして、ガラス管13内が真空状態、又は、不活性ガス封入状態となるようガラス管13の端部を熱溶着し、ガラス管13の封止端部15にリード線14を固定するためのセラミックス15aを固着する。
以上によりカーボンヒータ11として用いることができるが、本実施例におけるカーボンヒータ11は、さらに、ニクロム線18の焼き入れ工程を行う。
具体的に、本実施例のカーボンヒータ11は、定格100V電圧を有するが、該カーボンヒータ11に対して意図的に例えば、200Vの高電圧をかける。これにより、殊に、ニクロム線18の組織を結晶化することができ、該ニクロム線18をさらに硬化させることができる。
本実施例のカーボンヒータ11は、上述した焼き入れ工程を経て製造されるため、発熱体12の形状保持性を格段に向上させることができる。すなわち、ニクロム線18は、それ自体が元々、形状保持性を有するが、焼き入れを施すことにより、径細であっても柔軟な炭素繊維発熱体17を、よりしっかりと保持することができるようになる。
すなわち、炭素繊維発熱体17は、このようなニクロム線18に巻き付けることにより、ガラス管13内に配したときも、振動したり、経時変化により変形したりせずに、しっかりとニクロム線18に保持されることになる。
具体的に、従来のヒータのように発熱体を螺旋状とした炭素繊維発熱体17のみで構成した場合のように、経時変化により、ガラス管の軸方向の中央側に相当する部位がと弛んで、両端側へ偏在してしまうといった事態が生じることもない。
このため、発熱体12は、その長さ方向の各部において均一の発熱量で発熱することができる。また、ヒータ11は、発熱体12の耐振動性が向上するため、ガラス管13に頻繁に接触し、ガラス管13が熱歪みにより破損してしまうことがない。
さらに、上述したように、発熱体12には、例えば、直線形状からガラス管13の軸心上(中心軸上)に配した後で高電圧をかけて焼き入れすることにより、ニクロム線18をガラス管13の湾曲形状に応じた形状に突っ張りなく容易に配することができる。
また、上述した本実施例のカーボンヒータ11を用いることにより、その他にも以下のような様々な効果を得ることができる。
発熱体12は、その中心軸にニクロム線18を配し、該ニクロム線18に炭素繊維発熱体17を巻装させ、ニクロム線18と、炭素繊維発熱体17の双方の端部を接続部16の孔部16aに差し込むことにより、発熱体12の長さ方向の両端部は、固定され、発熱体12をガラス管13内に配した状態にしっかりと保持することができる。
発熱体12は、その中心軸にニクロム線18を配し、該ニクロム線18に炭素繊維発熱体17を巻装させ、ニクロム線18と、炭素繊維発熱体17の双方の端部を接続部16の孔部16aに差し込むことにより、発熱体12の長さ方向の両端部は、固定され、発熱体12をガラス管13内に配した状態にしっかりと保持することができる。
さらにまた、形状保持性を有するニクロム線18が孔部16aに挿嵌されるとともに、その外周の炭素繊維発熱体17が、接続部16に対して密着保持されるため、振動などが生じた場合であっても、抜け出してしまうことがなく保持することができる。
具体的に、柔軟な炭素繊維発熱体17のみを孔部16aに挿通した場合のように、振動により孔部16aから抜け出してしまうという事態がなく、接続部16から発熱体12が抜け出さないよう、例えば、螺子止めするなど、別途、抜け留めのための対策を講じる必要性もない。
また、炭素繊維発熱体17は、カーボンヒータ11の電源スイッチ(図示せず)をONにしてから昇温するまでに時間を要するという難点を有するが、炭素繊維発熱体17と比較して昇温時間が短いニクロム線18を組み合わせて用いることにより、電源スイッチをONにすると同時にすぐ、発熱体12を発熱させることができる。
このため、電源スイッチをONにした途端に、ニクロム線18は直ぐに赤く発光するので、発熱体12が発熱していることを目視により適格に認識することができ、安全性を確保することができるといった効果を奏することができる。
実施例1のカーボンヒータ11は、炭素繊維発熱体17を2本、具備することで、1本だけ具備する場合と比較してより一層、遠赤外線効果など炭素繊維の有する特性をより発揮することができる。
さらにまた、発熱体12の軸方向の端部を、接続部16の孔部16aに挿通したとき、接続部16に対しても密着性をより高めた状態で孔部16aに挿嵌でき、強固に取り付けることができる。
さらにまた、発熱体12の軸方向の端部を、接続部16の孔部16aに挿通したとき、接続部16に対しても密着性をより高めた状態で孔部16aに挿嵌でき、強固に取り付けることができる。
上記の実施例では、馬蹄形のカーボンヒータ11について説明をしたが、図5に示したように直線状のガラス管53内に発熱体12を収容した直線形状のヒータ51にも用いられることは言うまでもない。
直線形状のカーボンヒータ51では、起立させて配置する場合に特にその効果が期待できる。
勿論、上述した形態に限らず、例えば、コイル形状など、他の形状のヒータであっても、構わない。
以下、実施例2のカーボンヒータ21について図6を用いて説明する。但し、図6は、実施例2のカーボンヒータ21の上記図3に対応する図である。さらに、以下で説明するカーボンヒータ21の構成のうち、上述した実施例1におけるカーボンヒータ11と同様の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
カーボンヒータ21は、図6に示したように、ニクロム線18に、その軸方向にかけて1本の炭素繊維発熱体17のみを巻き付けて構成した発熱体22を具備している。
カーボンヒータ21は、図6に示したように、ニクロム線18に、その軸方向にかけて1本の炭素繊維発熱体17のみを巻き付けて構成した発熱体22を具備している。
このような構成により、発熱体12をニクロム線18と炭素繊維発熱体17とで構成することにより奏する上述した効果の他にも、殊に以下の効果を得ることができる。
発熱体22の軸方向において、ニクロム線18が視認される割合が実施例1の発熱体12と比較して高くなるため、電源スイッチをONにした直後であっても発熱体22が発熱していることを、より確実に第三者に視認させることができるなどの効果を奏することができる。
その他にも、発熱体22の構成が簡素になり、製造が容易であるという効果を得ることができる。
カーボンヒータ31は、図7で示すような形態で構成することもできる。
なお、図7は、実施例3のカーボンヒータ21の上記3に対応する図である。
なお、図7は、実施例3のカーボンヒータ21の上記3に対応する図である。
すなわち、実施例3における発熱体32は、炭素繊維発熱体37のみならず、ニクロム線38も螺旋状とし、炭素繊維発熱体37とニクロム線38と互いに絡ませてガラス管13の軸心上に配して構成している。
なお、炭素繊維発熱体37と、ニクロム線38とは、一方の側に対する巻き数、若しくは、螺旋のピッチを互いに異なるよう構成してもよい。
なお、炭素繊維発熱体37と、ニクロム線38とは、一方の側に対する巻き数、若しくは、螺旋のピッチを互いに異なるよう構成してもよい。
カーボンヒータ31をこのように構成することにより、殊に以下の効果を奏することができる。
炭素繊維発熱体37とニクロム線38との一体性が増すため、例えば、ガラス管13内へ発熱体32を挿入する時に炭素繊維発熱体37とニクロム線38とが互いに解れてしまうことを、確実に回避することができる。
炭素繊維発熱体37とニクロム線38との一体性が増すため、例えば、ガラス管13内へ発熱体32を挿入する時に炭素繊維発熱体37とニクロム線38とが互いに解れてしまうことを、確実に回避することができる。
さらに、炭素繊維発熱体37とニクロム線38との一体性が増すことにより、ニクロム線38は、炭素繊維発熱体37の形状をしっかりと保持することができる。このため、発熱体32の耐振動性をより向上させることができる。
実施例4のカーボンヒータ41について図8を用いて説明する。
図8は、ガラス管13の軸方向の一部位を拡大して発熱体42の長さ方向の一部位を断面で示した図である。
図8は、ガラス管13の軸方向の一部位を拡大して発熱体42の長さ方向の一部位を断面で示した図である。
実施例4における発熱体42は、上記図8(a)に示したように、中心軸に沿ってニクロム線18を配し、その外周側に、多数の炭素繊維47a(カーボンフィラメント)を加撚しながらニクロム線18に対して巻き付けた炭素繊維発熱体47を有して一体に構成している。
このため、発熱体42は、内部に形状保持性を有するニクロム線18を内蔵しているため、単に炭素繊維のみで形成した発熱体と異なり、形状保持性を確保することができる。
よって、発熱体42は、それ自体をガラス管13に収容した後においても、例えば、図8に示したように、ガラス管13の軸方向に沿って螺旋状の形態に保つことができる。
螺旋状の形態は、直線状に配した発熱体42を、ガラス管13へ挿入する前に、例えば、棒状の部材に巻き付けるなどすれば容易に螺旋状に変形させることができる。さらに、棒状の部材を取り外し、螺旋状の発熱体42を、そのままガラス管13へ挿入すればよい。
このような炭素繊維発熱体42を用いることにより、炭素繊維発熱体47とニクロム線38との一体性、密着性を格段に向上させることができ、ガラス管13へ挿入時に炭素繊維発熱体42とニクロム線18とが解れてしまうおそれもない。
さらに、発熱体42における炭素繊維発熱体47は、ニクロム線38をはじめとして外周部において他の部材と接触しないため、他の部材に発熱が阻害されずに外周全体から効率よく発熱することができる。
上記発熱体は、上述した構成に限らず、炭素繊維発熱体をニクロム線などの形状保持性を有する部材により保持可能に組み合わせた形態であれば特に限定しない。例えば、上記発熱体は、ガラス管13の軸線上に配した炭素繊維発熱体の外周に対して螺旋状のニクロム線を巻き付けた構成であってもよい。
また、上述したカーボンヒータ11,21,31,41は、以下のように構成してもよい。すなわち、例えば、実施例1のカーボンヒータ11の構成をもとにして説明すると、発熱体12は、図9に示したように、接続部16の孔部16aに差し込んだ状態でニクロム線18の端部を、炭素繊維発熱体17を介さずに接続部16と通電状態に接続してもよい。この接続は、ハンダなどを用いて熱溶着することにより形成した溶着部18aを介して一体化することができる。
上記構成により、発熱体12と接続部16との一体性がさらに増し、カーボンヒータ11が振動した場合であっても、万一にも発熱体12が孔部16aから抜け出してしまうことがない。
また、カーボンヒータ11,21,31,41は、上述したように、上記形態に限定しない。例えば、図10(a)に示したように、円方向の一部位を切り欠いて、その切り欠いた対向端部を外側に突き出し形態、或いは、図10(b)に示したように、周方向の一部位を切り欠いた円弧状形態など、上述した正面視馬蹄形状に限らず、その他の形態で構成することができる。
このように、上述したカーボンヒータ11,21,31,41は、このように様々な効果を奏することができるものの、上記した実施例の形態に限定せず、その他にも様々な構成で形成してもよい。
また、上述の実施形態と、この発明の構成との対応において、この実施形態のカーボンヒータ11,21,31,41は、この発明のヒータに対応し、同様に、
石英ガラス管13は、ガラス管に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、上述したように多くの実施の形態を得ることができる。
石英ガラス管13は、ガラス管に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、上述したように多くの実施の形態を得ることができる。
11,21,31,41,51…カーボンヒータ
12,22,32,42…発熱体
13,53…石英ガラス管
16…接続部
16a…孔部
17,37,47…炭素繊維発熱体
18,38…ニクロム線
12,22,32,42…発熱体
13,53…石英ガラス管
16…接続部
16a…孔部
17,37,47…炭素繊維発熱体
18,38…ニクロム線
Claims (8)
- ガラス管の内部に長尺状の発熱体を収容し、該発熱体に通電して発熱させるヒータであって、
上記発熱体を、柔軟性を有する長尺状の炭素繊維発熱体と、該炭素繊維発熱体のガラス管内における変形を規制する長尺状の規制体とで構成し、
上記規制体を、ガラス管に収容した形状のまま保持可能な形状保持性材料で形成し、
ガラス管の軸方向の両端部側に、上記発熱体がガラス管の軸方向に配されるよう上記規制体の軸方向の両端部をそれぞれ固定支持する支持部を具備した
ヒータ。 - 上記規制体を上記ガラス管内の中心軸線上に配し、上記炭素繊維発熱体を上記規制体に対してその軸方向に沿って螺旋状に巻装した
請求項1に記載のヒータ。 - 上記炭素繊維発熱体を2本具備し、
該2本の炭素繊維発熱体のそれぞれを、上記規制体の軸方向に互いに位置ズレさせて上記規制体に対して同一方向に螺旋状に巻き付けた
請求項2に記載のヒータ。 - 上記炭素繊維発熱体と上記規制体とを互いに螺旋状に絡ませて構成した
請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載のヒータ。 - 上記発熱体は、上記炭素繊維発熱体を構成する多数の炭素繊維の内部に、上記炭素繊維発熱体の軸方向に沿って上記規制体を配した構成である
請求項1に記載のヒータ。 - 上記規制体を、電力の供給により発熱する抵抗材料で形成した
請求項1から請求項5のうちいずれか一項に記載のヒータ。 - 上記規制体を、ニクロムで構成した
請求項6に記載のヒータ。 - 上記支持部を、上記発熱体を通電状態に接続する接続部で形成し、
上記接続部には、上記炭素繊維発熱体と上記規制体との双方の軸方向の端部を嵌挿して上記発熱体を保持可能な孔部を備えた
請求項1から請求項7のうちいずれか一項に記載のヒータ。
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