JP2020047550A

JP2020047550A - ヒータ

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Publication number: JP2020047550A
Application number: JP2018177323A
Authority: JP
Inventors: 周平阿部; Shuhei Abe
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2038-09-21
Also published as: JP7124593B2

Abstract

【課題】反射膜の反射効率および耐熱性の双方を高める。【解決手段】実施形態のヒータは、発光管と、第１反射膜と、第２反射膜とを具備する。発光管は、筒状であり、光を透過する。第１反射膜は、発光管の外面に設けられ、光を発光管の内部へ反射する。第２反射膜は、第１反射膜を覆うように設けられ、第１反射膜よりも光の反射率が小さい。【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、発光管内から発せられる光を所定の照射方向へ反射させる反射膜を有することが知られている。

また、反射膜は、アルミナまたは金を材料として用いることが知られている。アルミナを用いた反射膜は、耐熱性に優れており、金を用いた反射膜は、反射特性に優れている。

特開２０１５−１９７９５９号公報

しかしながら、従来の反射膜では、光の反射効率および反射膜の耐熱性の双方を高めることが困難であった。

本発明が解決しようとする課題は、反射膜の反射効率および耐熱性の双方を高めることができるヒータを提供することを目的とする。

実施形態のヒータは、発光管と、第１反射膜と、第２反射膜とを具備する。発光管は、筒状であり、光を透過する。第１反射膜は、発光管の外面に設けられ、光を発光管の内部へ反射する。第２反射膜は、第１反射膜を覆うように設けられ、第１反射膜よりも光の反射率が小さい。

本発明によれば、反射膜の反射効率および耐熱性の双方を高めることができる。

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上面図である。実施形態に係るヒータの断面図である。ヒータの反射率を比較した図である。反射膜の表面温度を比較した図である。波長ごとの反射率を比較した図である。

以下で説明する実施形態に係るヒータ１は、発光管２１と、第１反射膜５と、第２反射膜６とを具備する。発光管２１は、筒状であり、光を透過する。第１反射膜５は、発光管２１の外面２ｂに設けられ、光を発光管２１の内部へ反射する。第２反射膜６は、第１反射膜５を覆うように設けられ、第１反射膜５よりも光の反射率が小さい。

また、以下で説明する実施形態に係る第１反射膜５は金属を主成分とし、第２反射膜６は無機化合物を主成分とする。

また、以下で説明する実施形態に係る第２反射膜６の厚みは、第１反射膜５の厚みよりも大きい。

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、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］
図１〜図３を参照して、実施形態を説明する。図１は、実施形態に係るヒータを示す側面図である。図２は、実施形態に係るヒータを示す断面図である。図３は、実施形態に係るヒータの断面図である。なお、図１は、ヒータ１の管軸方向における一部を省略した図である。図２は、ヒータ１をさらに簡略化した図である。図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。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。

実施形態に係るヒータ１は、被照射体や被照射空間に熱を与えるものであり、一例として、ペットボトルの成型工程においてプリフォームを加熱する照射装置、樹脂成型工程において材料である樹脂を加熱する照射装置に使用することが想定されている。ヒータ１は、図１に示すように、バルブ２と、フィラメント３と、ガス４と、第１反射膜５と、第２反射膜６と、金属箔６１，６２と、アウターリード７１，７２とを含んで構成されている。なお、ヒータ１は、ランプ電力が１５００Ｗ〜２５００Ｗである。

バルブ２は、内部の光を外部に透過させるものであり、筒状部２１と、シール部２２，２３とを含んで構成されている。バルブ２は、例えば、石英ガラスで形成され、透明で、かつ無着色であり、管径と比較して全長が長い長尺物である。

筒状部２１は、内部空間として内部２ａが形成され、その内部２ａにフィラメント３が配置されている。筒状部２１は、発光管の一例である。

シール部２２，２３は、筒状部２１の管軸方向における両端部に配置されている。シール部２２，２３は、封着部であり、筒状部２１を封止する。本実施形態におけるシール部２２，２３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２２，２３は、シュリンクシールにより円柱状に形成されてもよい。

フィラメント３は、バルブ２の内部２ａに、管軸に沿って配置され、主部３１と、レグ部３２，３３と、アンカー３４が一体的に形成されている。本実施形態におけるフィラメント３は、タングステンからなる金属線である。

主部３１は、点灯時に発熱して光を放出する部分であり、バルブ２の内部２ａに配置されている。主部３１は、金属線を巻くことで形成されている。主部３１は、図３に示すように、管軸方向から見た場合に円形状に形成されている。つまり、主部３１は、円筒形状に形成されている。

レグ部３２，３３は、主部３１の管軸方向における両端部に配置され、一部がシール部２２，２３に埋め込まれて配置される。レグ部３２，３３は、主部３１に電力を供給する部分である。レグ部３２，３３は、一端が主部３１の両端部にそれぞれ接続され、他端が金属箔６１，６２にそれぞれ電気的に接続されている。

アンカー３４は、主部３１のサポート部材であり、主部３１およびレグ部３２，３３とは、別部材として構成されている。アンカー３４は、一方の端部が主部３１の周回りに数ターン巻きつけられていることで主部３１と接続されている。アンカー３４は、中央部がバルブ２の内壁２ｃに向かって形成されている。アンカー３４は、他方の端部が管軸方向からみた場合に、内壁２ｃに沿うように円弧状に形成されている。アンカー３４は、１つ以上の、所定ピッチを保つように、管軸方向に複数設けられ、フィラメント３の主部３１をバルブ２の内部２ａの略中央に位置するように支持している。

ガス４は、バルブ２の内部２ａに充填される。本実施形態におけるガス４は、微量のジブロモメタン（ＣＨ_２Ｂｒ_２）が含まれた約０．８気圧のアルゴンガスである。なお、ガス４は、熱伝導率が低いものがよく、具体的には、クリプトン、キセノン、アルゴン、ネオンなどのうち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。さらに、臭素、ヨウ素などのうち１種類、または複数種組み合わせたハロゲン物質を含んで構成されていてもよい。

第１反射膜５は、バルブ２の外面２ｂに形成される。第１反射膜５は、外面２ｂのうち、筒状部２１の領域に形成されている。第１反射膜５は、管軸方向からみた場合に、外面２ｂに沿って円弧状に形成されている。第１反射膜５は、フィラメント３からの光をバルブ２の内部２ａに向けて反射する。つまり、第１反射膜５は、フィラメント３からバルブ２を透過して、バルブ２の外部に照射される光の一部をバルブ２の内部２ａに向けて反射する。なお、管軸方向からみた場合に、第１反射膜５がバルブ２の外面２ｂを覆う領域は、任意に決定されるものである。バルブ２が直線状のヒータ１における第１反射膜５がバルブ２の外面２ｂを覆う領域は、バルブ２の軸心Ｏに対してなす角度、すなわちバルブ２の周方向の角度θ１が１７０°〜２３０°であることが好ましい。本実施形態における第１反射膜５は、膜角度が１８０°である。

また、第１反射膜５の管軸方向の幅Ｌ２は、主部３１の管軸方向の全長をＬ１としたとき、Ｌ２≧Ｌ１とすることができる。このように第１反射膜５の幅Ｌ２を規定することにより、主部３１から放射される光の反射効率を管軸方向の全体にわたり高めることができる。なお、第１反射膜５の幅Ｌ２は、要求に応じた照射特性を有するよう任意に決定されるものであり、例えばＬ２＜Ｌ１であってもよい。

第１反射膜５は、金または銀を含む金属を主成分として形成される。具体的には、第１反射膜５は、全成分のうち５０％以上の成分が金または銀の金属材料である。第１反射膜５は、第２反射膜６に比べて反射効率が高い。

第２反射膜６は、第１反射膜５の外側を覆うように形成される。第２反射膜６は、第１反射膜５よりも耐熱性が高く、第１反射膜５を補強する。また、第１反射膜５は、第２反射膜６の放熱を促し、例えば過熱による凝集に伴う反射特性の低下を抑制することができる。ここで、第２反射膜６の厚みは、第１反射膜５の厚みよりも大きくすることができる。このように第２反射膜６の厚みを規定することにより、第１反射膜５の放熱性をさらに高めることができる。

また、第２反射膜６が第１反射膜５を覆う領域は、バルブ２の軸心Ｏに対してなす角度、すなわちバルブ２の周方向の角度θ２がθ１以上であることが好ましく、例えば０°≦（θ２−θ１）≦１０°とすることができる。また、第２反射膜６の管軸方向の幅Ｌ３は、第１反射膜５の幅Ｌ２に対し、Ｌ３≧Ｌ２とすることができる。このように第２反射膜６の角度θ２および幅Ｌ３を規定することにより、周方向および管軸方向の全体にわたり第１反射膜５の耐熱性を高めることができる。

第２反射膜６は、無機化合物を主成分とする材料で形成される。具体的には、第２反射膜６は、全成分のうち５０％以上の成分が無機化合物である。無機化合物としては、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）または硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）を含む。

なお、第２反射膜６は、主成分としてアルミナを含む場合、酸化チタン（ＴｉＯ_２）および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）を含むこととしてもよい。これにより、第２反射膜６に含まれる粒子の平均粒径を小さくすることができるため、第２反射膜６としての物理的強度を高めることができる。

金属箔６１，６２は、一端がフィラメント３のレグ部３２，３３と接続され、他端がアウターリード７１，７２と接続される。金属箔６１，６２は、シール部２２，２３の内部にそれぞれ埋設されている。本実施形態における金属箔６１，６２は、モリブデン箔であり、シール部２２，２３の板状面に沿うように配置されている。

アウターリード７１，７２は、金属箔６１，６２と外部の図示しない電源とを接続する。アウターリード７１，７２は、一端が金属箔６１，６２にそれぞれ接続され、他端がバルブ２の外部に露出している。アウターリード７１，７２の一部は、シール部２２，２３にそれぞれ埋設されている。アウターリード７１，７２の他端は、シール部２２，２３とともに、図示しないコネクタにそれぞれ挿入され、コネクタに設けられている図示しないケーブルと電気的に接続され、ケーブルを介して電源と接続される。アウターリード７１，７２は、モリブデン棒である。

次に、図４〜図６を用いて、第２反射膜６の有無による反射特性、表面温度および分光分布の相違について説明する。図４は、ヒータの反射率を比較した図である。図５は、反射膜の表面温度を比較した図である。図６は、波長ごとの分光分布を比較した図である。図４〜図６では、第１反射膜５の材料として金（Ａｕ）を、第２反射膜６の材料としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を、それぞれ使用したヒータの試作品を「第２反射膜有り」、第２反射膜６を形成せずに第１反射膜５のみを形成したヒータの試作品を「第２反射膜無し」として作製し、それぞれ評価した。なお、図４においては、測定装置としてハンディ型分光色差計ＮＦ７７７（日本電色工業社製）を用いた。また、図６においては、測定装置として多目的分光放射計ＭＳＲ−７０００（株式会社オプトリサーチ製）を用いた。

まず、図４を用いて、ヒータの照射特性について説明する。図４の横軸は、点灯負荷を示す。なお、点灯条件は、以下のとおりである。まず３．５Ｗ／ｍｍで点灯後、横軸に示した所望の点灯負荷（Ｗ／ｍｍ）（３．５、４、５、６、７、８）で一定時間点灯し、さらに３．５Ｗ／ｍｍで再点灯した。また、所望の点灯負荷を横軸、相対反射強度を縦軸に示す。また、相対反射強度は、点灯条件で最初に３．５Ｗ／ｍｍで点灯したときの反射率を１００％として再点灯後の反射率を規格化した値である。

図４に示すように、「第２反射膜無し」の場合には点灯負荷が５Ｗ／ｍｍ以上において第１反射膜５が劣化し、反射率が低下する。一方、「第２反射膜有り」の場合には点灯負荷が８Ｗ／ｍｍであっても反射率の低下がなく、高負荷のヒータでも金属製の反射膜が採用可能となることがわかる。

また、図５に示すように、「第２反射膜有り」の場合には反射膜全体としての熱容量が増すことで「第２反射膜無し」の場合と比較して膜表面温度が低くなる。このため、高負荷でも第１反射膜５の劣化が起こりにくい。

次に、図６を用いて、ヒータの分光分布について説明する。図６の横軸は、波長を示し、縦軸は、強度を示す。なお、強度は、第２反射膜無しのピーク照度を１００％として強度を規格化した値である。図６に示すように、「第２反射膜有り」の場合には「第２反射膜無し」の場合と比較して赤外域のピーク値が高くなり、照射強度が最大で約５％上昇した。

上述したように、実施形態に係るヒータ１は、発光管２１と、第１反射膜５と、第２反射膜６とを具備する。発光管２１は、筒状であり、光を透過する。第１反射膜５は、発光管２１の外面に設けられ、光を発光管２１の内部へ反射する。第２反射膜６は、第１反射膜５を覆うように設けられ、第１反射膜５よりも光の反射率が小さい。これにより、反射膜の反射効率および耐熱性の双方を高めることができる。

また、実施形態に係る第１反射膜５は金属を主成分とし、第２反射膜６は無機化合物を主成分とする。これにより、反射膜の反射効率および耐熱性の双方を高めることができる。

また、実施形態に係る第２反射膜６の厚みは、第１反射膜５の厚みよりも大きい。これにより、反射膜の耐熱性をさらに高めることができる。

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。

本発明の実施形態を説明したが、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。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。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バルブ
２ｂ外面
３フィラメント
４ガス
５第１反射膜
６第２反射膜

Claims

光を透過する筒状の発光管と；
前記発光管の外面に設けられ、前記光を前記発光管の内部へ反射する第１反射膜と；
前記第１反射膜を覆うように設けられ、前記第１反射膜よりも前記光の反射率が小さい第２反射膜と；
を具備する、ヒータ。
前記第１反射膜は金属を主成分とし、前記第２反射膜は無機化合物を主成分とする、請求項１に記載のヒータ。
前記第２反射膜の厚みは、前記第１反射膜の厚みよりも大きい、請求項１または２に記載のヒータ。