JP2020107478A

JP2020107478A - ヒータ

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Publication number: JP2020107478A
Application number: JP2018244782A
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: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2020-07-09
Also published as: CN111385918A; EP3675284A1

Abstract

【課題】耐用期間を向上することができる。【解決手段】実施形態のヒータは、発光管と、フィラメントと、リード線と、固定部材とを具備する。発光管は、赤外光を透過する。フィラメントは、炭素を含有し、発光管の内部に配置されて発光管の管軸方向に延在する。リード線は、フィラメントに電力を供給する。固定部材は、第１圧着部と第２圧着部とを有し、フィラメントとリード線とを電気的に接続するように固定する。第１圧着部は、フィラメントを圧着する。第２圧着部は、リード線を圧着する。【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、外部からの電力供給により赤外光を放射するフィラメントとして炭素を含有するものがある。

特開２００６−０４０８９８号公報

フィラメントは、両端を支持する導電性の支持部材と、支持部材に接続されたリード線を介した電力供給により発熱し、光を発する。

しかしながら、通電制御によりフィラメントの発熱と冷却とが繰り返されるヒータサイクルによって支持部材とリード線との接続が遮断される場合があり、実使用における耐用期間が低下する懸念があった。

本発明が解決しようとする課題は、耐用期間を向上す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、フィラメントと、リード線と、固定部材とを具備する。発光管は、赤外光を透過する。フィラメントは、炭素を含有し、発光管の内部に配置されて発光管の管軸方向に延在する。リード線は、フィラメントに電力を供給する。固定部材は、第１圧着部と第２圧着部とを有し、フィラメントとリード線とが電気的に接続するように固定する。第１圧着部は、フィラメントを圧着する。第２圧着部は、リード線を圧着する。

本発明によれば、耐用期間を向上することができる。

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が有する固定部材の拡大図である。圧着前の固定部材を示す展開図である。実施形態に係るヒータが有する固定部材の断面図である。第１圧着部の変形例を示す断面図である。第２圧着部の変形例を示す断面図である。

以下で説明する実施形態に係るヒータ１は、発光管２と、フィラメント３０と、リード線４０と、固定部材５０とを具備する。発光管２は、赤外光を透過する。フィラメント３０は、炭素を含有し、発光管２の内部に配置されて発光管２の管軸方向に延在する。リード線４０は、フィラメント３０に電力を供給する。固定部材５０は、第１圧着部５１と第２圧着部５２とを有し、フィラメント３０とリード線４０とが電気的に接続するように固定する。第１圧着部５１は、フィラメント３０を圧着する。第２圧着部５２は、リード線４０を圧着する。

また、以下で説明する実施形態に係る第１圧着部５１および第２圧着部５２はそれぞれ、個別に圧着可能に配置される。

また、以下で説明する実施形態に係る固定部材５０の長さ方向の寸法は、第１圧着部５１の方が第２圧着部５２よりも大きい。

また、以下で説明する実施形態に係る第２圧着部５２は、リード線４０が載置される固定部材５０の本体部５４から固定部材５０の長さ方向に交差する幅方向に延在し、リード線４０を挟んで本体部５４と重なり合うようにそれぞれかしめられる一対の圧着片５２１，５２２を有する。

また、以下で説明する実施形態に係る固定部材５０は、第１圧着部５１と第２圧着部５２との間に配設された接続部５３を有する。

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は、実施形態に係るヒータの側面図である。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している。

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、フィラメント３０と、インナーリード４０と、固定部材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軸方向である管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、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や、ガラス管の外壁に、例えば反射効率の高い材料やヒータからの照射光を受け赤外線を放射する材料など、塗布膜を施したガラスでもよい。

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、例えば筒状部１０と同じ石英ガラスを、図示しないガスバーナーなどの加熱手段により加熱して変形させて形成される。シール部２０は、筒状部１０の長さ方向（Ｙ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。

フィラメント３０は、発光管２の内部に配置され、例えば炭素繊維などの炭素を含有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、フィラメント３０は、筒状部１０の長さ方向に延在する紐状部材または長尺の板状部材である。図１に示すフィラメント３０は、軸方向が筒状部１０の長さ方向に沿うように巻かれており、所望の発光特性を有する。なお、フィラメント３０は、メッシュ状、管状あるいは板状であってもよい。

インナーリード４０は、フィラメント３０に電力を供給する部材である。インナーリード４０は、一端が固定部材５０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。インナーリード４０は、リード線の一例である。

固定部材５０は、フィラメント３０とインナーリード４０とが電気的に接続するよう固定する部材である。また、フィラメント３０の両端にそれぞれ接続された一対の固定部材５０は、フィラメント３０に適切な引張力を与えることでフィラメント３０を保持する。一対の固定部材５０は、フィラメント３０の両端を筒状部１０の長さ方向における両端部側にそれぞれ引っ張ることで、フィラメント３０を筒状部１０の内部に固定させる。固定部材５０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。固定部材５０は、合金であってもよい。なお、フィラメント３０とインナーリード４０とを接続する固定部材５０の詳細については、図２〜図４を用いて後述する。

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、固定部材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フィラメント３０に給電され、フィラメント３０は赤外光を発する。

次に、図２を用いて、固定部材５０を用いたフィラメント３０およびインナーリード４０の固定について説明する。図２は、実施形態に係るヒータが有する固定部材の拡大図である。

図２に示す固定部材５０は、第１圧着部５１と、第２圧着部５２と、接続部５３とを有する。第１圧着部５１は、フィラメント３０を圧着する。第２圧着部５２は、インナーリード４０を圧着する。接続部５３は、第１圧着部５１と第２圧着部５２との間に配設される。なお、本明細書で「圧着」とは、例えば、インナーリード４０の周囲に図示しない工具等を用いて固定部材５０を押圧して隙間を介して設ける。文字通りの圧着に限定されない。「圧着」とは、例えばフィラメント３０の周囲に図示しない工具等を用いて固定部材５０を押圧して隙間なく設ける、いわゆるかしめの形態であってもよい。

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、フィラメントを支持する支持部材にインナーリードの一端を溶接することで固定されていた。しかしながら、実使用による加熱と冷却の繰り返しにより支持部材とインナーリードとの溶接部分が外れ、実使用に適した耐用期間が得られない場合があった。特に、点灯時における溶接部分の温度が４５０℃を超える条件下で使用されるヒータにおいては、支持部材とインナーリード部材の線膨張係数差により溶接部分の外れが発生しやすく、耐用期間の低下が顕著であった。

そこで、実施形態に係るヒータ１は、第２圧着部５２を有する固定部材５０を具備する。つまり、実施形態に係る固定部材５０は、第２圧着部５２での圧着によりインナーリード４０を固定する。これにより、実施形態に係るヒータ１は、ヒータサイクルによるインナーリード４０の固定部材５０からの脱落が生じにくくなり、耐用期間が向上する。

次に、図３、図４を用いて、固定部材５０についてさらに説明する。図３は、圧着前の固定部材を示す展開図である。図４は、実施形態に係るヒータが有する固定部材の断面図である。図４中、（ａ）は、図２のＩ−Ｉ断面図に相当し、（ｂ）は、図２のＩＩ−ＩＩ断面図に相当する。

図３に示すように、固定部材５０は、本体部５４と、圧着片５１１，５１２，５２１，５２２とを有する。

本体部５４は、Ｙ軸方向に延在している。本体部５４のＹ軸負方向側にはフィラメント３０が載置され、Ｙ軸正方向側にはインナーリード４０が載置される。また、本体部５４は、Ｚ軸方向にフィラメント３０が収容可能な程度の幅を有している。

圧着片５１１，５２１は、本体部５４のＺ軸負方向側の端部に配置されており、圧着片５１２，５２２は、本体部５４のＺ軸正方向側の端部に配置されている。また、圧着片５１１，５１２は、本体部５４を挟んで互いに向かい合うように本体部５４のＹ軸負方向側に配置されており、圧着片５２１，５２２は、本体部５４を挟んで互いに向かい合うように本体部５４のＹ軸正方向側に配置されている。図２に示した接続部５３は、本体部５４のうち、圧着片５１１，５１２，５２１，５２２に面していない部分に相当する。

次に、第１圧着部５１におけるフィラメント３０の固定について説明する。図４（ａ）に示すように、第１圧着部５１は、圧着片５１１，５１２を有する。圧着片５１１は、フィラメント３０が載置される固定部材５０の本体部５４のＺ軸負方向側の端部からフィラメント３０の外周に沿うようにＸ軸正方向側に延び、さらにフィラメント３０を挟んで本体部５４と向かい合うように延在する。圧着片５１２は、本体部５４のＺ軸正方向側の端部からフィラメント３０の外周に沿うようにＸ軸正方向側に延び、さらにフィラメント３０を挟んで本体部５４と向かい合うように延在する。

圧着片５１１，５１２の内面に相当する第１面５１１ａ，５１２ａのうち、フィラメント３０を挟んで本体部５４と向かい合う部分が、例えば圧着片５１１，５１２の外面に相当する第２面５１１ｂ，５１２ｂを押圧するかしめによりフィラメント３０に密着するように圧着されている。これにより、フィラメント３０は、第１圧着部５１に固定される。

また、圧着片５１１のＺ軸正方向側の端部と、圧着片５１２のＺ軸負方向側の端部とは、Ｘ軸方向から見て互いに重なりあわず、Ｚ軸方向に沿うように配置されている。このため、フィラメント３０と第１面５１１ａ，５１２ａとの密着性が高くなり、固定部材５０からのフィラメント３０の脱落が生じにくくなる。このとき、圧着片５１１と、圧着片５１２とは、互いに接触してもよく、離間してもよい。同様に、圧着片５１１，５１２のうち、Ｚ軸方向に向かい合う部分５５，５６は、フィラメント３０に接触してもよく、フィラメント３０から離間してもよい。

次に、第２圧着部５２におけるインナーリード４０の圧着について説明する。図４（ｂ）に示すように、第２圧着部５２は、圧着片５２１，５２２を有する。圧着片５２１は、インナーリード４０が載置される固定部材５０の本体部５４のＺ軸負方向側の端部からＸ軸正方向側に屈曲し、さらにインナーリード４０を挟んで本体部５４と向かい合うように延在する。圧着片５２２は、本体部５４のＺ軸正方向側の端部からＸ軸正方向側に屈曲し、さらにインナーリード４０を挟んで本体部５４と向かい合うように延在する。

圧着片５２１の内面に相当する第１面５２１ａのうち、インナーリード４０を挟んで本体部５４と向かい合う部分が、例えばかしめによりインナーリード４０に密着するように圧着されている。また、圧着片５２２の内面に相当する第１面５２２ａのうち、インナーリード４０を挟んで本体部５４と向かい合う部分が、例えばかしめにより圧着片５２１の外面に相当する第２面５２１ｂに密着するように圧着されている。これにより、インナーリード４０は、第２圧着部５２に固定される。なお、圧着片５２１，５２２のかしめは、同時に行ってもよく、圧着片５２１の第２面５２１ｂをかしめた後で圧着片５２２の第２面５２２ｂをかしめ、圧着片５２１，５２２を圧着させてもよい。また、圧着片５２１，５２２のうち、Ｚ軸方向に向かい合う部分５７，５８は、図示したようにＺ軸に沿う本体部５４からＸ軸方向に沿うように屈曲されてもよく、湾曲してもよい。さらに、第１面５２１ａまたは第１面５２２ａが、本体部５４と接触するようにかしめられてもよい。

図２に戻り、実施形態に係る固定部材５０の具体的な寸法について説明する。Ｙ軸方向の寸法は、第１圧着部５１の寸法ｄ１の方が第２圧着部５２の寸法ｄ２よりも大きい。これにより、インナーリード４０と比較して変形しやすいフィラメント３０をより確実に固定させることができる。より具体的には、寸法ｄ１は、１６［ｍｍ］以下とすることができ、例えば１２［ｍｍ］としてもよい。寸法ｄ２は、０．５［ｍｍ］以上とすることができ、例えば２［ｍｍ］としてもよい。寸法ｄ２が０．５［ｍｍ］未満だと、加工が困難な場合がある。

また、固定部材５０の長さ方向（Ｙ軸方向）の寸法ｄ４は、１８［ｍｍ］以下とすることができ、例えば１６［ｍｍ］としてもよい。寸法ｄ４が１８［ｍｍ］を超えると、ヒータ１の全長に対してフィラメント３０の管軸方向の長さで規定される発光長が短くなり、所望の性能が得られない場合がある。

そして、接続部５３のＹ軸方向の寸法ｄ３は、（寸法ｄ４）−（寸法ｄ１）−（寸法ｄ２）として規定される。接続部５３は、本体部５４が露出した部分に相当する。接続部５３を設けることにより、フィラメント３０とインナーリード４０との接触による不具合を抑制し、耐用期間を向上することができる。ただし、固定部材５０は、接続部５３を有さない、すなわち、寸法ｄ３＝０であってもよい。かかる場合、第１圧着部５１および第２圧着部５２がそれぞれ個別に圧着可能に配置されるよう、図３に示す圧着片５１１，５２１の間、圧着片５１２，５２２の間に、例えば切込みをそれぞれ設けるとよい。

固定部材５０の幅方向（Ｚ軸方向）の寸法ｄ５は、４［ｍｍ］以上１８［ｍｍ］以下とすることができ、例えば８［ｍｍ］としてもよい。ただし、固定部材５０に固定されるフィラメント３０の寸法に応じて変更してもよい。

［変形例］
図５は、第１圧着部の変形例を示す断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）に示す第１圧着部５１およびフィラメント３０は、図４（ａ）に示す第１圧着部５１およびフィラメント３０と同じ視点で断面視したものに相当する。

図５（ａ）に示す固定部材５０は、第１圧着部５１の圧着片５１１，５２１からフィラメント３０側に突出する突出爪８０を有する点で実施形態に係る固定部材５０と相違する。このように突出爪８０の一部がフィラメント３０に食い込むように配置されることで、第１圧着部５１からのフィラメント３０の脱落がさらに抑制される。

また、図５（ｂ）に示すように、圧着片５１２と向かい合う圧着片５１１の端部５１１ｃおよび圧着片５１１と向かい合う圧着片５１２の端部５１２ｃがそれぞれ内側に折り返されてもよい。このように端部５１１ｃ，５１２ｃが折り返されることにより、フィラメント３０と圧着片５１１，５２１との密着性が高まり、第１圧着部５１からのフィラメント３０の脱落が抑制される。

また、図５（ｃ）に示すように、第１圧着部５１が断面円形または楕円形の筒状に形成されてもよい。このように第１圧着部５１が筒状に形成されることにより、フィラメント３０の圧着作業が容易になる。

図６は、第２圧着部の変形例を示す断面図である。図６（ａ）〜（ｃ）に示す第２圧着部５２およびインナーリード４０は、図４（ｂ）に示す第２圧着部５２およびフィラメント３０と同じ視点で断面視したものに相当する。

図６（ａ）に示す固定部材５０は、第２圧着部５２のＺ軸方向の寸法ｄ６が図２に示す第１圧着部５１のＺ軸方向の寸法ｄ５よりも小さい。このように固定部材５０は、寸法ｄ５，ｄ６が互いに異なってもよい。

また、図６（ｂ）に示すように、第２圧着部５２が断面円形または楕円形の筒状に形成されてもよい。このように第２圧着部５２が筒状に形成されることにより、インナーリード４０の圧着作業が容易になる。ただし、断面が円形状のインナーリード４０は、断面が矩形状のフィラメント３０と比較して筒状の第２圧着部５２からは脱落しやすい。このため、例えば図６（ｃ）に示すように、第２圧着部５２をＸ軸方向に向かい合う圧着部分５２ａ，５２ｂによる圧着だけではなく、例えばＺ方向に向かい合う圧着部分５２ａ，５２ｂでさらに圧着させることにより、第２圧着部５２からのインナーリード４０の脱落を抑制し、耐用期間を向上させてもよい。

なお、上記した実施形態では、フィラメント３０は矩形状の断面を有するとして図示および説明したが、これに限らず、例えば円形または楕円形の断面を有してもよい。

上述したように、実施形態に係るヒータ１は、発光管２と、フィラメント３０と、リード線４０と、固定部材５０とを具備する。発光管２は、赤外光を透過する。フィラメント３０は、炭素を含有し、発光管２の内部に配置されて発光管２の管軸方向に延在する。リード線４０は、フィラメント３０に電力を供給する。固定部材５０は、第１圧着部５１と第２圧着部５２とを有し、フィラメント３０とリード線４０とが電気的に接続するように固定する。第１圧着部５１は、フィラメント３０を圧着する。第２圧着部５２は、リード線４０を圧着する。これにより、ヒータ１の耐用期間を向上することができる。

また、実施形態に係る第１圧着部５１および第２圧着部５２はそれぞれ、個別に圧着可能に配置される。これにより、使用するフィラメント３０およびリード線４０に応じて個別に圧着させることができ、ヒータ１の耐用期間を向上することができる。

また、実施形態に係る固定部材５０の長さ方向の寸法は、第１圧着部５１の方が第２圧着部５２よりも大きい。これにより、フィラメント３０およびリード線４０の特性に応じた圧着が可能となり、ヒータ１の耐用期間を向上することができる。

また、実施形態に係る第２圧着部５２は、リード線４０が載置される固定部材５０の本体部５４から固定部材５０の長さ方向に交差する幅方向に延在し、リード線４０を挟んで本体部５４と重なり合うようにそれぞれかしめられる一対の圧着片５２１，５２２を有する。これにより、ヒータサイクルによっても第２圧着部５２からのリード線４０に脱落が抑制され、耐用期間を向上することができる。

また、実施形態に係る固定部材５０は、第１圧着部５１と第２圧着部５２との間に配設された接続部５３を有する。これにより、フィラメント３０とリード線４０との接触による不具合が抑制され、耐用期間を向上することができる。

本発明の実施形態を説明したが、本実施形態は、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。本実施形態は、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。本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フィラメント
４０インナーリード（リード線）
５０固定部材
５１第１圧着部
５２第２圧着部
５３接続部
６０金属箔
７０アウターリード

Claims

赤外光を透過する発光管と；
炭素を含有し、前記発光管の内部に配置されて前記発光管の管軸方向に延在するフィラメントと；
前記フィラメントに電力を供給するリード線と；
前記フィラメントを圧着する第１圧着部と前記リード線を圧着する第２圧着部とを有し、前記フィラメントと前記リード線とが電気的に接続するように固定する固定部材と；
を具備する、ヒータ。
前記第１圧着部および前記第２圧着部はそれぞれ、個別に圧着可能に配置される、請求項１に記載のヒータ。
前記固定部材の長さ方向の寸法は、前記第１圧着部の方が前記第２圧着部よりも大きい、請求項１または２に記載のヒータ。
前記第２圧着部は、前記リード線が載置される前記固定部材の本体部から前記固定部材の長さ方向に交差する幅方向に延在し、前記リード線を挟んで前記本体部と重なり合うようにそれぞれかしめられる一対の圧着片を有する、請求項１〜３のいずれか１つに記載のヒータ。
前記固定部材は、前記第１圧着部と前記第２圧着部との間に配設された接続部を有する、請求項１〜４のいずれか１つに記載のヒータ。