JP2019061816A - ヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】金属反射膜を形成して熱の取出し効率を向上させたヒータにおいて、発光管に直接反射膜を設けると、発熱体からの輻射熱や伝導熱が大きくなって、反射膜の剥がれや封止部のクラックが発生する。反射膜の剥がれや封着部のクラック発生を抑制するヒータを提供する。【解決手段】ヒータ１は、発熱体１４が封入された発光管１０、および発光管１０を内包する外管３０を有する。反射膜５０を外管３０の外側に設けることで、ヒータ１から赤外線や熱を効率よく取り出しつつ、輻射熱や伝導熱を抑制することで、膜剥がれやクラック発生を抑制できる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、ヒータに関する。

例えば、塗装装置や樹脂硬化装置などの分野において、塗装乾燥や熱源としてのヒータが開示されている。

特開２００１−２１０２８０号公報

従来のヒータは、全方位に熱を放射するため、効率の良い発光を得るために反射膜を形成することがある。ヒータに反射膜を形成することで、取り出し効率は上昇するが、温度の上昇により反射膜が剥がれる可能性がある。また従来のヒータは、温度の上昇により石英ガラス製である発光管の封止部にクラックが発生する可能性がある。

本発明の実施形態は、反射膜の剥がれや封止部のクラック発生を抑制するヒータを提供する。

本発明の実施形態によれば、ヒータは、空間に発熱体および不活性ガスが封入される内管と、内管が内包される外管と、内管および外管を保持する口金と、外管に設けられ、発熱体から放出される熱を反射する反射膜と、を有する。

本発明の実施形態によれば、金属反射膜の剥がれや封止部のクラック発生を抑制するヒータを提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係るヒータを例示する模式図である。 図２は、第１の実施形態に係るヒータ１の一点鎖線Ａ−Ａを矢視した断面図である。 図３は、第１の実施形態に係るヒータの変形例１を例示する模式図である。 図２は、第１の実施形態に係るヒータの変形例２を例示する模式図である。

以下で説明する実施形態に係るヒータ１は、空間１２に発熱体１４および不活性ガスが封入される内管１０と、内管１０が内包される外管３０と、内管１０および外管３０を保持する口金４０と、外管２０に設けられ、発熱体から放出される熱を反射する反射膜５０と、を有する。

本実施形態によれば、反射膜５０の剥がれや封止部１６のクラック発生を抑制することができる。

また、以下で説明する実施形態に係るヒータ１において、反射膜は、発熱体が延びる方向の発熱体の長さと略同等である。

本実施形態によれば、反射膜５０の剥がれや封止部１６のクラック発生を抑制しつつ、発熱体１４から放射される赤外線や輻射熱などを効率よく反射膜５０へ到達させることができる。

また、以下で説明する実施形態に係るヒータ１において、反射膜５０は、外管の全周の１／４以上、３／４以下の範囲にわたって設けられる。

本実施形態によれば、反射膜５０の剥がれや封止部１６のクラック発生を抑制しつつ、被照射体へ赤外線などを効率よく到達させることができる。

また、以下で説明する実施形態に係るヒータ１において、反射膜は、金を含む。

本実施形態によれば、反射膜５０の剥がれや封止部１６のクラック発生を抑制しつつ、被照射体へ赤外線などを効率よく到達させることができる。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）

第１の実施形態に係るヒータについて、図１を用いて説明する。図１は、ヒータ１を例示している。

図１に示したように、本実施形態に係るヒータ１は、空間１２に発熱体１４および不図示の不活性ガスが封入される内管である発光管１０と、発光管１０が内包される外管３０と、発光管１０と外管３０とを保持する口金４０，４０と、外管３０に設けられ、発熱体１４から放出される熱を反射する反射膜５０と、を有する。

本実施形態では、ヒータ１として、発光管１０が内包される外管３０を含む、いわゆる二重管ヒータの実施形態を例示している。

発光管１０は、直管状に形成され、発光管１０の内部に空間１２を有する。また、発光管１０の両端には封止部１６，１６が形成されることで、空間１２を気密に保つ。発光管１０は、赤外線や熱を透過する材料で構成されており、例えば石英ガラスで構成される。発光管１０は、外径が１０．５ｍｍ、発光長（いずれかの発光管１０における一方の封止部１６−他方の封止部１６の距離）が３００ｍｍである。

空間１２には、封止部１６、１６の外部より電力が印加されることで、空間１２に封入される発熱体１４が赤熱し発光する。空間１２は、例えば内径が９ｍｍ、発光長が３００ｍｍで構成される。

発熱体１４は、空間１２に封入され、ヒータ１の外部より電力が印加されることで、例えば１ｕｍ〜２．５ｕｍの赤外線を放出する。発熱体１４は、例えば、タングステンをコイル状に巻きつける、いわゆるフィラメントで構成される。なお、発熱体１４は、カーボン繊維を撚り合わせた、カーボン繊維であってもよい。また、発熱体１４には、発光管１０の延びる方向に垂直な断面において、発光管１０の内部の所望の位置に発熱体１４を位置させるために、発熱体１４を保持するための不図示のアンカーを設けてもよい。

空間１２には、不活性ガスが封入される。ガスは、発熱体１４から蒸発したタングステンを再び発熱体１４に戻す。不活性ガスの封入圧力は、例えば、７０（ｋＰａ）〜１００（ｋＰａ）である。ガスは、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガスや、窒素などのいずれか一種、または二種以上の混合ガスでよい。また、ガスは、発熱体１４から蒸発したタングステンを再び発熱体１４に戻す、いわゆるハロゲンサイクルを促進するため、臭素などのハロゲンが含まれていてもよい。なお、ハロゲンを空間１２に封入する際は、例えば、ジブロモメタン（ＣＨ_２Ｂｒ_２）等の液体で封入させてもよい。

封止部１６，１６は、空間１２の両端に形成される。封止部１６，１６は、発光管１０と同じ石英ガラスで構成される。封止部１６，１６は、発熱体１４を所望の位置に設けた後に、不図示のガスバーナーなどの溶融手段により溶融して、不図示のピンチャーなどの成形手段によりピンチして封止する、いわゆるピンチシールにより形成される。なお、封止部１６，１６には、発光管１０と異なる石英ガラスなどで構成されても良い。また、封止部１６，１６は、図示しない減圧手段により空間１２を減圧したあとで図示しないガスバーナーなどの溶融手段により溶融して成形する、いわゆるシュリンクシールにより形成されてもよい。封止部１６，１６の長さは、例えば、８ｍｍである。

封止部１６，１６の内部には、発熱体１４の端部、箔１８，１８、アウターリード２０，２０を有する。なお、以降の説明では、一方の封止部１６についてのみ説明する。

箔１８は、封止部１６に埋設され、封止されることにより、発光管１０を気密に保つ。箔１８は、一端が発熱体１４の空間１２側の端部と溶接され、他端がアウターリード２０の一端と溶接され、封止部１６，１６に埋設して設けられる。箔１８は、例えばモリブデンにより構成される。

アウターリード２０は、一部が封止部１６に埋設され、発光管１０の内部と発光管１０の外部とを電気的に接続する。アウターリード２０は、一端が箔１８と溶接され、他端が配線２２と接続される。アウターリード２０は、例えば、モリブデンにより構成される。

配線２２は、発光管１０の内部である空間１２に設けられる発熱体１４と、不図示の電源と電気的に接続する。配線２２は、一端がアウターリード２０の他端と接続され、他端が不図示の電源と接続される。配線２２は、例えば軟銅線により構成される。なお、配線２２の他端には、電源回路との接続を容易にするため、端子２４が設けられてもよい。

外管３０は、発光管１０が外部空間２６に内包されるように設けられる。外管３０は、例えば、石英ガラスにより構成される。なお、発光管１０と外管３０との間の外部空間２６には、発光管１０から伝導熱の放射を抑制するため、例えば、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガスや、窒素などのガスが封入されてもよい。

口金４０は発光管１０の封止部１６、アウターリード２０の封止部１６の内部に埋設された側の一部、および外管３０の一端が覆われるように外周に設けられ、発光管１０およびアウターリード２０の接続箇所が露出することを防ぐ。口金４０は、例えば、セラミックスで構成される。また、口金４０内には、発光管１０と口金４０との嵌合をより強固とするため、例えばセメントで発光管１０の封止部１６と固着されてもよい。

反射膜５０は、外管３０の外表面に設けられ、発光管１０に不図示の電源より電力が供給されたとき所望の方向のみに赤外線や熱が放射されるよう赤外線や熱を反射する。反射膜５０は、例えば、金を含む。なお、図１に示すように、反射膜５０が設けられる長さＬは、発熱体１４の、発光管１０が延びる方向の長さと略同等、具体的には発熱体１４の、発光管１０が延びる方向の長さ±５ｍｍであることが望ましい。反射膜５０が、発熱体１４の、発光管１０が延びる方向の長さと略同等であることで、発熱体１４から放射される赤外線や熱などを効率よく反射膜５０へ到達させることができる。

このようにして設けられたヒータ１は、ヒータ１の外部から、ヒータ１に不図示の電源より電力が供給されることで、ヒータ１から赤外線や熱が放出される。

ここで、発光管１０、外管３０および反射膜５０の構成について、更に詳しく説明する。図２は、図１で例示したヒータ１の一点鎖線Ａ−Ａの矢視断面図である。なお、図２では、発熱体１４の描画を省略している。

図２に例示したヒータ１の矢視断面図で、反射膜５０は、外管３０の全周のおおよそ１／２の範囲、より具体的には、外管３０の周方向の角度θがおおよそ１８０°の範囲にわたって設けられている。θが１８０°であると、内部の空間１２に設けられた発熱体１４から直接放出される赤外線や熱の量と、発熱体１４から放出され反射膜５０に到達し反射される赤外線や熱の量とがほぼ等しくなることから、より効率的にヒータ１から赤外線や熱を取り出すことができる。また、反射膜５０を外管３０に設けることで、反射膜５０の剥がれや発光管１０の封止部１６のクラック発生を抑制できる。特に、反射膜５０を外管３０の外側に設けることで、ヒータ１から赤外線や熱を効率よく取り出すことができつつ、反射膜５０の剥がれや封止部１６のクラック発生を抑制できる。

反射膜５０を外管３０に設けることによる反射膜５０の剥がれを抑制するメカニズムは以下のとおりである。すなわち、反射膜５０を発光管１０の外側に直接設けると、発熱体１４からの輻射熱が直接反射膜５０に到達したり、封止部１６に発熱体１４からの伝導熱が到達したりする。特に、発光管１０に投入される電力、すわなち、発熱体１４に投入される電力が９００Ｗ以上となると、発熱体１４からの輻射熱や伝導熱が多くなるため、反射膜５０に到達する輻射熱や封止部１６に到達する伝導熱が多くなる。このため、発光管１０に直接反射膜５０を設けることは好ましくない。一方、本実施形態のように、反射膜５０を外管３０に設けることで、発熱体１４からの輻射熱が反射膜５０に到達しにくくなり、発熱体１４からの伝導熱が封止部１６に到達しにくくなるため、反射膜５０の剥がれや封止部１６のクラック発生を抑制できる。

また、反射膜５０は、外管３０の１／４以上、３／４の範囲にわたって設けられることが望ましい。反射膜５０が外管３０の１／４よりも小さい範囲にわたって設けられると、反射膜５０が反射する赤外線や熱の量が少なくなることから、好ましくない。一方、反射膜５０が外管３０の３／４よりも大きい範囲にわたって設けられると、ヒータ１から取り出すことができる赤外線や熱の量が少なくなることから、好ましくない。よって、反射膜５０は、外管３０の１／４以上、３／４の範囲にわたって設けられることが望ましい。

また、反射膜５０は金を含むことが望ましい。反射膜５０に金を含むことで、反射膜５０の赤外線反射特性が向上することから、反射膜５０は金を含むことが望ましい。

また、発光管１０の外径をＲ１、外管３０の外径をＲ２としたとき、Ｒ２／Ｒ１は１．５以上２．５以下であることが望ましい。Ｒ２／Ｒ１が１．５よりも小さくなることで、発光管１０から反射膜５０に到達する輻射熱が大きくなり、反射膜５０の温度が上昇して反射膜５０が剥がれやすくなることから、好ましくない。一方、Ｒ２／Ｒ１が２．５よりも大きくなることで、反射膜５０が外管３０の１／４以上、３／４の範囲にわたって設けられても、発光管１０からの光の広がりである配光が広がることで、反射膜５０に到達する赤外線が減少することから、ヒータ１から放出される赤外線の量を示す照度が低下するため、好ましくない。よって、Ｒ２／Ｒ１は１．５以上２．５以下であることが望ましい。

以上の実施形態に基づいて説明したように、本発明によれば、外管３０に反射膜５０が設けられることで、発熱体１４からの輻射熱が直接反射膜５０に到達しにくくなり、発熱体１４から封止部１６に伝導熱が到達しにくくなるため、反射膜５０の剥がれや封止部１６のクラック発生を抑制することができる。

また、本発明によれば、反射膜５０が、発熱体１４の、発光管１０が延びる方向の長さと略同等であることで、反射膜５０の剥がれや封止部１６のクラック発生を抑制しつつ、発熱体１４から放射される赤外線などを効率よく反射膜５０へ到達させることができる。

また、本発明によれば、反射膜５０が、外管３０の１／４以上、３／４の範囲にわたって設けられることで、反射膜５０の剥がれや封止部１６のクラック発生を抑制しつつ、ヒータ１の外部に設けられる不図示の被照射体へ赤外線などを効率よく到達させることができる。

また、本発明によれば、反射膜５０が金を含むことで、反射膜５０の剥がれや封止部１６のクラック発生を抑制しつつ、ヒータ１の外部に設けられる不図示の被照射体へ赤外線などを効率よく到達させることができる。

（第１の実施形態の変形例１）

第１の実施形態では、発光管１０が口金４０を介して外管３０に内包されているが、この構造に限定されるものではない。図３は、第１の実施形態の変形例１を例示する図である。なお、本変形例で、第１の実施形態と同様の箇所には、第１の実施形態と同じ符号を付与することで説明を省略する。

図３では、ヒータ２が外管３０を直接発光管１０の封止部１６，１６に封着することで、口金４０，４０を有しない構成を示す。ヒータ２は口金４０を有しないことで、封止部１６，１６をヒータ２の外側へ露出することができ、ヒータ２外の大気と接触させることができ、封止部１６，１６から熱を放射させることができるため、封止部１６の温度上昇を更に抑制することができ、封止部１６によりクラック発生を抑制することができる。

（第１の実施形態の変形例２）

第１の実施形態では、封止部１６、１６が口金４０内に収容されているが、この構造に限定されるものではない。図４では、第１の実施形態の変形例２を例示する図である。

図４では、ヒータ３の封止部１６，１６が、口金４２，４２を貫通して設けられる構成を示す。ヒータ３は封止部１６，１６が口金４２、４２を貫通して設けられる構成とすることで、口金が封止部１６，１６を保持しつつ、封止部１６，１６の配線２２と接続された側の一部をヒータ３の外側へ露出することができ、ヒータ３外の大気と接触させることができることから、封止部１６の温度上昇を更に抑制することができ、封止部１６によりクラックが発生することを抑制することができる。

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

１，２，３…ヒータ、
１０…発光管、
１２…空間、
１４…発熱体、
１６…封止部、
１８…箔、
２０…アウターリード、
２２…配線、
２４…端子、
３０…外管、
４０、４２…口金、
５０…反射膜。

Claims (4)

1. 空間に発熱体および不活性ガスが封入される内管と；
   前記内管が内包される外管と；
   前記内管および前記外管を保持する口金と；
   前記外管に設けられ、前記発熱体から放出される熱を反射する反射膜と；
   を有するヒータ。
2. 前記反射膜は、前記発熱体が延びる方向の前記発熱体の長さと略同等である、請求項１記載のヒータ。
3. 前記反射膜は、前記外管の全周の１／４以上、３／４以下の範囲にわたって設けられる、請求項１または２記載のヒータ。
4. 前記反射膜は、金を含む、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のヒータ。
   

Images