JP2019164955A

JP2019164955A - ヒータ

Info

Publication number: JP2019164955A
Application number: JP2018053165A
Authority: JP
Inventors: 大橋　剛; Takeshi Ohashi; 剛大橋
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2019-09-26
Also published as: CN209120501U; TW201941661A

Abstract

【課題】長さ方向の全体にわたり、要求に応じた照射特性を得ることができるヒータを提供すること。【解決手段】ヒータは、発光管と、複数の発光体３１、３２と、非発光体３５とを具備する。発光管は、筒状であり、赤外光を透過する。複数の発光体は、炭素を含有するカーボンフィラメントであり、発光管の長さ方向に沿うように発光管の内部にそれぞれ設けられる。非発光体は、金属製であり、長さ方向に隣り合う発光体同士を接続する。【選択図】図２

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、通電により赤外光を放射する発光体として炭素を含有するカーボンフィラメント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、被照射物の寸法や加熱箇所に応じた照射特性を得ることが困難な場合があった。

本発明が解決しようとする課題は、長さ方向の全体にわたり要求に応じた照射特性を得ることができるヒータを提供することである。

実施形態のヒータは、発光管と、複数の発光体と、非発光体とを具備する。発光管は、筒状であり、赤外光を透過する。複数の発光体は、炭素を含有するカーボンフィラメントであり、発光管の長さ方向に沿うように発光管の内部にそれぞれ設けられる。非発光体は、金属製であり、長さ方向に隣り合う発光体同士を接続する。

本発明によれば、長さ方向の全体にわたり要求に応じた照射特性を得ることができる。

実施形態１に係るヒータの側面図である。実施形態１に係るヒータが有する発熱部の側面図である。実施形態１に係るヒータの断面図である。実施形態１に係るヒータの照射特性を示す図である。実施形態１に係るヒータの照射特性を示す図である。実施形態２に係るヒータが有する発熱部の側面図である。

以下で説明する実施形態に係るヒータ１は、発光管２と、複数の発光体３０と、非発光体３５とを具備する。発光管２は、筒状であり、赤外光を透過する。複数の発光体３０は、発光管２の長さ方向に沿うように発光管２の内部にそれぞれ設けられ、炭素を含有するカーボンフィラメントである。非発光体３５は、金属製であり、長さ方向に隣り合う発光体３０同士を接続する。

また、以下で説明する実施形態に係るヒータ１は、複数の発光体３０の長さ方向において単位長さ当たり６Ｗ／ｍｍ以下の電力が供給される。

また、以下で説明する実施形態に係る非発光体３５は、長さ方向に２５ｍｍ以上２００ｍｍ以下の全長を有する。

また、以下で説明する実施形態に係る複数の発光体３０は、非発光体３５を挟んで隣り合う第１発光体３１および第２発光体３２を含み、非発光体３５は、第１発光体３１の第２発光体３２側の端部および第２発光体３２の第１発光体３１側の端部をそれぞれ圧着して支持する第１圧着部８０および第２圧着部８１と、両端が第１圧着部８０および第２圧着部８１にそれぞれ接続される接続部９０とを有する。

また、以下で説明する実施形態に係る第１圧着部８０および第２圧着部８１は、ニッケルまたは銅を含み、接続部９０は、モリブデンを含む。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づき説明する。なお、以下に示す各実施形態は、本発明が開示する技術を限定するものではない。また、以下に示す各実施形態及び各変形例は、矛盾しない範囲で適宜組合せることができる。また、各実施形態の説明において、同一構成には同一符号を付与して後出の説明を適宜省略する。

［実施形態１］
まず、図１〜図３を用いて、実施形態１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１に係るヒータの側面図、図２は、実施形態１に係るヒータが有する発熱部を部分的に拡大視した側面図、図３は、実施形態１に係るヒータの断面図である。

図１に示したヒータ１は、被照射体や被照射空間などの加熱対象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。なお、図１〜図３では、説明を分かりやすくするために、ヒータ１に対して図示しない加熱対象が配置される方向を負方向とするＺ軸を含む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に示すように、実施形態１に係るヒータ１は、発光管２と、発熱部１００と、インナーリード４０と、支持部材５０と、金属箔６０と、アウターリード７０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軸方向である長さ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、発光管２は、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の長さ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。

発熱部１００は、複数の発光体３０と、非発光体３５とを有する。図１、図２に示すように、発光体３０は、発熱部１００のＹ軸方向の両端部に設けられた第１発光体３１および第２発光体３２を有する。

発光体３０は、発光管２の内部に設けられ、例えば炭素繊維などの炭素を主成分とする材料によって形成されたカーボンフィラメントである。具体的には、発光体３０は、軸方向が筒状部１０の長さ方向（Ｙ軸方向）に沿うように巻かれた線状部材または長尺の板状部材である。なお、発光体３０は、メッシュ状、管状あるいは板状であってもよい。

非発光体３５は、発光管２の内部に設けられ、長さ方向に隣り合う発光体３０同士を接続する金属製の部材である。非発光体３５は、第１圧着部８０と、第２圧着部８１と、接続部９０とを有する。

第１圧着部８０は、第１発光体３１の第２発光体３２側の端部を圧着して支持する。図２に示すように、第１圧着部８０は、第１発光体３１の外周に沿うように折り曲げられ、例えばかしめにより圧着されて第１発光体３１の端部を支持する。図２では、第１発光体３１の断面が矩形状として図示されたが、これに限らず、例えば円形状または楕円形状であってもよい。また、第２圧着部８１は、第２発光体３２の第１発光体３１側の端部を圧着して支持する。第２圧着部８１は、第１圧着部８０と同様の構成を有している。第１圧着部８０および第２圧着部８１は、ニッケルまたは銅を含む導電性の金属材料で構成される。第１圧着部８０および第２圧着部８１は、合金であってもよい。

接続部９０は、両端が第１圧着部８０および第２圧着部８１にそれぞれ接続される。接続部９０は、例えばモリブデン棒であり、溶接等により第１圧着部８０および第２圧着部８１にそれぞれ接続される。

インナーリード４０は、発熱部１００に電力を供給する部材である。インナーリード４０は、支持部材５０を介して一端が発熱部１００に、他端が金属箔６０にそれぞれ電気的に接続される。インナーリード４０は、例えばモリブデン棒である。

支持部材５０は、発熱部１００の両端をそれぞれ保持し、発熱部１００に引張力を与える部材である。支持部材５０は、発熱部１００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、発熱部１００を筒状部１０の内部に固定させる。

金属箔６０は、一端がインナーリード４０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。アウターリード７０は、例えばモリブデン棒である。

このように構成されたヒータ１では、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４０、支持部材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部１００に給電され、発熱部１００が有する発光体３０は赤外線を発する。一方、発熱部１００のうち、非発光体３５は、給電によりわずかに発熱するものの、発熱の程度は発光体３０よりも低い。また、非発光体３５は、給電されても赤外線を発しない。

ここで、従来のヒータについて説明する。従来のヒータでは、発熱部は発光管の長手方向に沿って延びる発光体のみで構成されていた。このため、特定の範囲を照射して加熱するためには、ヒータの長手方向の寸法を変更したり、ヒータの配置や数を変更したりする必要があった。しかしながら、例えば予め取付位置が定められた加熱装置に適用される場合は、ヒータの寸法や配置等の設計変更には限度があり、必ずしも対策が十分でなかった。

そこで、実施形態１に係るヒータ１は、複数の発光体３０と、長さ方向に隣り合う発光体３０同士を接続する非発光体３５とを具備する。つまり、実施形態１に係るヒータ１では、図２に示すように、赤外線が周囲に向けて放射される放射領域１０１と、赤外線が放射されない非放射領域１０２とが形成される。このように、実施形態１に係るヒータ１は、発光管２の長さ方向の両端部では発光し、中央部では所定の範囲で発光しない発熱部１００を設けることで、長さ方向の全体にわたり要求に応じた照射特性を得ることができる。

ここで、発熱部１００のうち、非放射領域１０２を構成する非発光体３５の長さＬａは、発光体３０を含む発熱部１００の長さ方向の全長Ｌにかかわらず、２５ｍｍ以上２００ｍｍ以下とすることができる。このように非発光体３５の長さＬａを規定することにより、発熱部１００の長さ方向の中央部と向かい合う部分における赤外光の照射強度が要求に応じて弱められた照射特性を得ることができる。これに対し、長さＬａが２５ｍｍ未満だと、非発光体３５を有さない発熱部を適用した場合との相違が明確でない場合があり、長さＬａが２００ｍｍを超えると、適用範囲が限定される。ただし、長さＬａは必ずしも上記した範囲に限定されるものではない。

また、図示しない電源から発熱部１００に供給される電力は、発光体３０の長さ方向の全長に基づいて上限を規定することができる。具体的には、発光体３０が有する第１発光体３１の長さ方向の長さＬ１と第２発光体３２の長さ方向の長さＬ２とを合算したＬ１＋Ｌ２を基準として単位長さ当たり６Ｗ／ｍｍ以下の電力が発熱部１００に供給される。このように発熱部１００に供給される電力に上限を設けることにより、非発光体３５が有する第１圧着部８０および第２圧着部８１と接続部９０との接合部分に脱落などの不具合の発生を抑制することができる。なお、上記した電力の上限は、第１圧着部８０および第２圧着部８１と接続部９０との接合部分の温度が５００℃以下に維持されるように規定したが、これに限らず、接合強度および第１圧着部８０、第２圧着部８１、接続部９０の組成等に応じて変更することができる。

ここで、発熱部１００の全長Ｌは、支持部材５０に保持された発熱部１００の端部までの長さ方向に沿った長さをいう。具体的には、第１発光体３１のＹ軸正方向側の端部と第２発光体３２のＹ軸負方向側の端部との間のＹ軸方向に沿った長さを全長Ｌと規定する。また、非発光体３５の長さＬａは、第１圧着部８０のＹ軸正方向側の端部と第２圧着部８１のＹ軸負方向側の端部との間のＹ軸方向に沿った長さをいう。

また、第１発光体３１の長さＬ１は、第１発光体３１のうち、支持部材５０および第１圧着部８０によって支持されていない露出部分の長さをいう。具体的には、第１発光体３１を保持する支持部材５０のＹ軸負方向側の端部と第１圧着部８０のＹ軸正方向側の端部との間のＹ軸方向に沿った長さを長さＬ１と規定する。同様に、第２発光体３２の長さＬ２は、第２圧着部８１のＹ軸負方向側の端部と、第２発光体３２を保持する支持部材５０のＹ軸正方向側の端部との間のＹ軸方向に沿った長さをいう。なお、第１発光体３１の長さＬ１と第２発光体３２の長さＬ２は、同じであってもよく、異なってもよい。

次に、図４および図５を用いて、実施形態１に係るヒータ１を用いた照射強度の試験結果について説明する。図４、図５は、実施形態１に係るヒータ１の照射特性を示す図である。

まず、図４を用いて、実施形態１に係るヒータ１の照射特性について説明する。照射特性は、筒状部１０の照射側、すなわちＺ軸負方向側の端部からＺ軸負方向側に１０ｍｍ離れた場所に設置した測定器による照射強度の測定結果を、後述する各条件で最も高い照射強度を１００％とする相対強度としてそれぞれ図示したものである。図４では、発熱部１００の長さ方向の中央から被照射体であるセンサまでのＹ軸方向の距離と、測定器による測定結果との関係について、図２に示す発熱部１００の全長Ｌを４００ｍｍとし、非発光体３５の長さＬａを２５ｍｍ（実線）、５０ｍｍ（破線）、１００ｍｍ（一点鎖線）、１５０ｍｍ（二点鎖線）、２００ｍｍ（点線）としたときの結果をそれぞれ示す。また、照射強度の測定方法は、測定器として、珠電子製のＳＰＤ−１０２を用いた。

図４に示すように、非発光体３５の長さＬａが２５ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲ではいずれも、非発光体３５を設けることでＹ軸方向の中央部における照射強度が低下している。また、非発光体３５の長さＬａが大きくなるにつれて照射強度の低下の程度は大きくなる。

次に、図５について説明する。図５は、図４に示す測定結果から発熱部１００の中央部、すなわち「中央からの距離」＝０ｍｍの地点における照射強度の相対強度を抜き出したものである。図５に示すように、非発光体３５の長さＬａが２５ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲では、中央部における照射強度は長さＬａが大きくなるにつれて低下し、長さＬａが２００ｍｍの場合には、中央部における照射強度はほぼ０となる。このように実施形態１に係るヒータ１によれば、発熱部１００が非発光体３５を有することにより、要求に応じた照射特性を得ることができる。

［実施形態２］
図６は、実施形態２に係るヒータが有する発熱部の側面図である。図６に示すヒータ１は、発熱部１００が第３発光体３３および第４発光体３４をさらに有することで発光体３０が長さ方向に４つ配置された点で実施形態１に係るヒータ１と相違する。このように複数の発光体３０および非発光体３５を長さ方向に沿うように並べて配置することで、要求に応じたさらに複雑な照射特性を得ることができる。

ここで、発熱部１００のうち、非発光体３５の長さＬａ、Ｌｂ、Ｌｃは、発光体３０を含む発熱部１００の長さ方向の全長Ｌにかかわらず、２５ｍｍ以上２００ｍｍ以下とすることができる。このように非発光体３５の長さＬａを規定することにより、発熱部１００の長さ方向の中央部と向かい合う部分における赤外光の照射強度が要求に応じて弱められた照射特性を得ることができる。ただし、長さＬａ〜Ｌｃは必ずしも上記した範囲に限定されるものではない。また、長さＬａ〜Ｌｃはすべて同じであってもよく、それぞれ異なってもよい。

また、図示しない電源から発熱部１００に供給される電力は、発光体３０が有する第１発光体３１の長さ方向の長さＬ１、第２発光体３２の長さ方向の長さＬ２、第３発光体３３の長さ方向の長さＬ３および第４発光体３４の長さ方向の長さＬ４を合算したＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４を基準として単位長さ当たり６Ｗ／ｍｍ以下の電力が発熱部１００に供給される。このように発熱部１００に供給される電力に上限を設けることにより、非発光体３５が有する第１圧着部８０および第２圧着部８１と接続部９０との接合部分に脱落などの不具合の発生を抑制することができる。なお、上記した電力の上限は、これに限らず、接合強度および第１圧着部８０、第２圧着部８１、接続部９０の組成等に応じて変更することができる。また、発熱部１００が有する発光体３０の数は図示したものに限られず、３または５以上であってもよい。また、各発光体３０の長さＬ１〜Ｌ４は、すべて同じであってもよく、一部またはすべて異なってもよい。さらに、長さ方向に隣り合う発光体３０同士を接続する非発光体３５の長さＬａ〜Ｌｃは、すべて同じであってもよく、一部またはすべて異なってもよい。

なお、上述した実施形態に係るヒータ１は、直線状に形成されているが、これに限定されるものではない。ヒータ１は、曲がって形成されてもよい。

上述したように、実施形態に係るヒータ１は、発光管２と、複数の発光体３０と、非発光体３５とを具備する。発光管２は、筒状であり、赤外光を透過する。複数の発光体３０は、発光管２の長さ方向に沿うように発光管２の内部にそれぞれ設けられ、炭素を含有するカーボンフィラメントである。非発光体３５は、金属製であり、長さ方向に隣り合う発光体３０同士を接続する。これにより、非発光体３５を設けて照射強度を部分的に低減させることで、長さ方向の全体にわたり要求に応じた照射特性を得ることができる。

また、実施形態に係るヒータ１は、複数の発光体３０の長さ方向において単位長さ当たり６Ｗ／ｍｍ以下の電力が供給される。これにより、非発光体３５の接合部分における不具合の発生を抑制することができる。

また、実施形態に係る実施形態に係る非発光体３５は、長さ方向に２５ｍｍ以上２００ｍｍ以下の全長を有する。これにより、長さ方向の全体にわたり要求に応じた照射特性を得ることができる。

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。これらの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発光体
３５非発光体
４０インナーリード
５０支持部材
６０金属箔
７０アウターリード
８０第１圧着部
８１第２圧着部
９０接続部
１００発熱部

Claims

赤外光を透過する筒状の発光管と；
前記発光管の長さ方向に沿うように前記発光管の内部にそれぞれ設けられ、炭素を含有するカーボンフィラメントである複数の発光体と；
前記長さ方向に隣り合う前記発光体同士を接続する金属製の非発光体と；
を具備する、ヒータ。
前記複数の発光体の前記長さ方向において単位長さ当たり６Ｗ／ｍｍ以下の電力が供給される、請求項１に記載のヒータ。
前記非発光体は、前記長さ方向に２５ｍｍ以上２００ｍｍ以下の全長を有する、請求項１または２に記載のヒータ。
前記複数の発光体は、前記非発光体を挟んで隣り合う第１発光体および第２発光体を含み、
前記非発光体は、前記第１発光体の前記第２発光体側の端部および前記第２発光体の前記第１発光体側の端部をそれぞれ圧着して支持する第１圧着部および第２圧着部と、両端が前記第１圧着部および前記第２圧着部にそれぞれ接続される接続部とを有する、請求項１〜３のいずれか１つに記載のヒータ。
前記第１圧着部および前記第２圧着部は、ニッケルまたは銅を含み、
前記接続部は、モリブデンを含む、請求項４に記載のヒータ。