JP2018152292A - ヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】照射効率を向上させることができるヒータを提供すること。【解決手段】実施形態に係るヒータは、発光管と、発熱体と、反射膜とを具備する。発光管は、筒状であり、光を透過する。発熱体は、発光管の内部に設けられ、炭素を主成分とする。反射膜は、発光管の外周面に設けられ、光を反射する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、ヒータに関する。

従来、熱源として、例えばヒータを用いることが知られている。ヒータは、発光管内に固定される発熱体の材料として炭素を用いるものがある。

特開２００６−０４０８９８号公報

しかしながら、従来のヒータでは、発光管の全周にわたって発熱体の光を放射しているため、例えば特定の方向に被照射体がある場合、光の照射ロスが多くなってしまい、照射効率が低下するおそれがあった。

本発明が解決しようとする課題は、照射効率を向上させることができるヒータを提供することを目的とする。

実施形態に係るヒータは、発光管と、発熱体と、反射膜とを具備する。発光管は、筒状であり、光を透過する。発熱体は、前記発光管の内部に設けられ、炭素を主成分とする。反射膜は、前記発光管の外周面に設けられ、前記光を前記発光管の内部へ反射する。

本発明によれば、照射効率を向上させることができる。

実施形態に係るヒータの側面図である。 実施形態に係るヒータの断面図である。 実施形態に係るヒータの開口角と管壁負荷との関係を示す図である。 実施形態の変形例に係るヒータの側面図である。 実施形態の変形例に係るヒータの断面図である。 実施形態の変形例に係るヒータの断面図である。

以下で説明する実施形態に係るヒータ１は、発光管２と、発熱体３０と、反射膜１００とを具備する。発光管２は、筒状であり、光を透過する。発熱体３０は、発光管２の内部に設けられ、炭素を主成分とする。反射膜１００は、発光管２の外周面に設けられ、光を反射する。

以下で説明する実施形態に係る反射膜１００は、主成分が金である。

以下で説明する実施形態に係る反射膜１００は、発光管２の外周面のうち、周方向における占有範囲が２５０°未満である。

以下で説明する実施形態に係る反射膜１００は、占有範囲が１８０°のとき、発光管２は、管壁負荷が８Ｗ／ｃｍ^２である。

以下、図面を参照して、実施形態に係るヒータについて説明する。実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。

（実施形態）
まず、図１を用いて、実施形態に係るヒータ１の構成例について説明する。図１は、実施形態に係るヒータ１の側面図である。なお、図１では、説明を分かりやすくするために、ヒータ１の光の照射方向をＺ軸負方向とする３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、以下の説明で用いる他の図面においても示す場合がある。

図１に示したヒータ１は、被照射体や被照射空間を加熱するものであり、例えば、印刷物の乾燥工程において印刷物に印刷されたインク等を乾燥する乾燥装置、塗装工程において材料に塗装された塗料を加熱して乾燥する乾燥装置として使用される。

図１に示すように、実施形態に係るヒータ１は、発光管２と、発熱体３０と、嵌合部４０と、インナーリード５０と、金属箔６０と、アウターリード７０と、反射膜１００とを含んで構成されている。

発光管２は、筒状部１０と、シール部２０とを有し、管径と比較して全長がＹ軸方向である軸方向へ長い長尺物である。筒状部１０は、例えば、石英ガラスで形成され、透明であり、内部の光を外部へ透過する。なお、石英ガラスに着色を施した着色バルブや、石英ガラスに金属混合物等を含んだガラスでも良い。

また、筒状部１０は、内部に空間を有し、かかる空間にガスが充填される。ガスは、例えば約０．８気圧のアルゴンガスである。なお、ガスは、熱伝導率が低いものがよく、例えば、クリプトン、キセノン、アルゴン、ネオン等のうち１種類、または複数種組み合わせたガスを含んで構成されていればよい。

シール部２０は、筒状部１０の軸方向における両端部に設けられる。シール部２０は、封着部であり、筒状部１０を封止する。本実施形態におけるシール部２０は、ピンチシールにより板状に形成されている。なお、シール部２０は、シュリンクシールにより円柱状に形成されてもよい。

発熱体３０は、発光管２の内部に設けられ、炭素を主成分とする材料によって形成される。具体的には、発熱体３０は、筒状部１０の軸方向（Ｙ軸方向）に沿って設けられ、筒状のメッシュ構造により形成される。

嵌合部４０は、発熱体３０の両端にそれぞれ連結され、発熱体３０に引張力を与える部材である。嵌合部４０は、発熱体３０の両端を筒状部１０の軸方向における両端部側にそれぞれ引っ張ることで、発熱体３０を筒状部１０の周面に接触することなく固定させる。

インナーリード５０は、発熱体３０に電力を供給する部材である。インナーリード５０は、嵌合部４０を介して一端が発熱体３０に、他端が金属箔６０にそれぞれ電気的に接続される。

金属箔６０は、一端がインナーリード５０と接続され、他端がアウターリード７０と接続される。金属箔６０は、シール部２０の内部にそれぞれ埋設される。金属箔６０は、例えば、モリブデン箔であり、シール部２０の板状面に沿うように配置される。

アウターリード７０は、金属箔６０と外部の図示しない電源とを接続する。アウターリード７０は、一端が金属箔６０にそれぞれ接続され、他端が発光管２の外部に露出している。アウターリード７０の他端は、シール部２０とともに、図示しないコネクタを介して図示しないケーブルと電気的に接続される。つまり、外部の図示しない電源と接続されたコネクタ、ケーブル、アウターリード７０、金属箔６０、インナーリード５０を介して、外部の図示しない電源から供給される電力が発熱体３０に供給される。アウターリード７０は、例えばモリブデン棒である。

ここで、従来のヒータについて説明する。従来のヒータは、発光管における筒状部の全周にわたって発熱体の光を外部へ放射していた。しかしながら、従来は、例えば特定の方向に被照射体がある場合、光の照射ロスが多くなってしまうため、照射効率が低下するおそれがあった。

そこで、実施形態に係るヒータ１は、発熱体３０の光を反射する反射膜１００を具備する。具体的には、反射膜１００は、発光管２の外周面に設けられ、発熱体３０の光を発光管２の内部へ反射する。

つまり、実施形態に係る反射膜１００は、被照射体が存在しない側に設けられ、被照射体が存在する側へ発熱体３０の光を反射する。これにより、実施形態に係るヒータ１は、照射光に指向性を持たせることができるため、照射効率を向上させることができる。

実施形態に係る反射膜１００は、金を主成分とする材料で形成される。具体的には、反射膜１００は、全成分のうち９０％以上の成分が金である。金は、例えばアルミナに比べて反射効率が高い。つまり、反射膜１００は、主成分が金である場合、主成分がアルミナである場合よりも照射効率を高めることができる。

また、反射膜１００は、アルミナを含んでいてもよい。アルミナは、金に比べて耐熱性が高い。つまり、反射膜１００は、アルミナを含む場合、金のみで構成される場合よりも反射膜１００としての耐熱性を高めることができる。

次に、図２を用いてヒータ１の断面について説明する。図２は、実施形態に係るヒータ１の断面図である。図２には、図１におけるヒータ１をＡ―Ａ線で切断した断面を示している。

図２に示すように、筒状部１０は、断面視において略円形である。つまり、筒状部１０は、円筒形である。嵌合部４０および発熱体３０も同様に、断面視において略円形であり、円筒形である。また、嵌合部４０および発熱体３０は、筒状部１０の中心軸Ｏを中心として略同心円状に配置される。

反射膜１００は、発光管２（筒状部１０）の外周面のうち、被照射体が存在する照射側とは反対側（以下、反射側）に設けられる。具体的には、反射膜１００は、発光管２の外周面のうち、周方向における占有範囲が１／２である。言い換えると、反射膜１００は、筒状部１０の中心軸Ｏまわりの中心角αが１８０°である。つまり、筒状部１０は、照射側が開口している角（以下、開口角）が１８０°である。

なお、反射膜１００は、中心角αが１８０°に限定されるものではなく、中心角αが２５０°未満であればよい。つまり、反射膜１００は、発光管２の外周面のうち、周方向における占有範囲が発光管２の中心軸Ｏまわりに２５０°未満であればよい。

なお、反射膜１００の占有範囲が２５０°以上であった場合、発熱体３０の光が発光管２内に滞留しやすくなるため、照射効率が低下するおそれがある。したがって、反射膜１００の占有範囲を２５０°未満にすることで、光が発光管２内に滞留しにくくなるため、照射効率を最大限に高めることができる。

次に、図３を用いて、実施形態に係るヒータ１の開口角と使用可能な管壁負荷との関係について説明する。図３は、実施形態に係るヒータ１の開口角と管壁負荷との関係を示す図である。図３には、金を主成分とする反射膜１００を用いた場合の発光管２の管壁負荷を示す。

開口角は、発光管２の外周面のうち、反射膜１００が設けられていない範囲であり、発光管２の中心軸Ｏ（図２参照）まわりの角度で表される。また、管壁負荷は、ヒータ１の出力電力を発光管２の内表面積で除した値である。発光管２の内表面積は、筒状部１０の内径〔ｍｍ〕×３．１４（円周率）×有効発光長〔ｍｍ〕で求められる。

図３に示すように、発光管２は、開口角が広くなるほど、管壁負荷が大きくなる。言い換えると、反射膜１００の占有範囲が狭いほど、管壁負荷が大きくなり、占有範囲が広いほど、管壁負荷が小さくなる。

例えば、開口角が１８０°、すなわち、反射膜１００の占有範囲が１８０°の場合、発光管２の使用可能な管壁負荷が８Ｗ／ｃｍ^２以下である。このように、金を主成分とする反射膜１００を発光管２に設けた場合であっても、管壁負荷を高く保つことができる。

上述したように、実施形態に係るヒータ１は、発光管２と、発熱体３０と、反射膜１００とを具備する。発光管２は、筒状であり、光を透過する。発熱体３０は、発光管２の内部に設けられ、炭素を主成分とする。反射膜１００は、発光管２の外周面に設けられ、光を発光管２の内部へ反射する。これにより、照射光に指向性を持たせることができるため、照射効率を向上させることができる。

なお、上述した実施形態では、発熱体３０がメッシュ状である場合を示した（図１参照）が、これに限定されるものではなく、発熱体３０がコイル状であってもよい。かかる点について、図４および図５を用いて説明する。

図４は、実施形態の変形例に係るヒータ１の側面図である。図５は、実施形態の変形例に係るヒータ１の断面図である。図５には、図４におけるＢ−Ｂ線で切断した場合のヒータ１の断面を示す。

図４に示すように、変形例に係る発熱体３０は、発光管２の軸方向に沿ってコイル状に延伸して設けられる。発熱体３０は、両端が直線状になっており、直線状の両端それぞれが嵌合部４０に接続される。

また、図５に示すように、コイル状の発熱体３０は、円筒状であり、嵌合部４０よりも、径が大きい。図５に示すように、反射膜１００は、例えば、発光管２の外周面のうち、周方向における占有範囲が発光管２の中心軸Ｏまわりに１８０°である。なお、占有範囲は、１８０°に限定されるものではなく、２５０°未満であればよい。

これにより、上述した実施形態と同様に、発熱体３０がコイル状であっても、照射光に指向性を持たせることができるため、照射効率を高めることができる。

また、上述した実施形態では、反射膜１００は、１種類（例えば金を主成分とする反射膜１００のみ）であったが、複数組み合わせてもよい。かかる点について、図６を用いて、説明する。

図６は、実施形態の変形例に係るヒータ１の断面図を示している。図６に示すように、ヒータ１は、第１反射膜１０１および第２反射膜１０２を具備する。第１反射膜１０１は、例えば金が主成分であり、第２反射膜１０２は、例えばアルミナが主成分である。

第１反射膜１０１および第２反射膜１０２は、発光管２の外周面において、周方向に交互に配置される。これにより、反射膜１００として、照射効率および耐熱性の両立を図ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ ヒータ
２ 発光管
１０ 筒状部
２０ シール部
３０ 発熱体
４０ 嵌合部
５０ インナーリード
６０ 金属箔
７０ アウターリード
１００ 反射膜

Claims (4)

1. 光を透過する筒状の発光管と；
   前記発光管の内部に設けられ、炭素を主成分とする発熱体と；
   前記発光管の外周面に設けられ、前記光を反射する反射膜と；
   を具備することを特徴とするヒータ。
2. 前記反射膜は、
   主成分が金である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
3. 前記反射膜は、
   前記発光管の外周面のうち、周方向における占有範囲が前記発光管の中心軸まわりに２５０°未満である、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のヒータ。
4. 前記反射膜は、
   前記占有範囲が１８０°のとき、
   前記発光管は、
   管壁負荷が８Ｗ／ｃｍ^２以下である、
   ことを特徴とする請求項３に記載のヒータ。

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