JP3693638B2

JP3693638B2 - 炭素系発熱素子および炭素系発熱体ランプ

Info

Publication number: JP3693638B2
Application number: JP2002281290A
Authority: JP
Inventors: 吉久須田; 昇神庭
Original assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: JP2004119204A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い赤外線放射率を持つ炭素系発熱素子およびそれを用いた炭素系発熱体ランプに係わり、特に熱源としてコイル形状の炭素系発熱体を用いた炭素系発熱素子におけるコイル形状炭素系発熱体とリード線の接合に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来熱源として使用されている赤外線電球としては、ニクロム線やタングステン線を螺旋状に成型した発熱体を硝子管内に挿入し、空気中または、特定の雰囲気中で発熱させ、熱を放射するものがある。また、特公昭６４−１９１４号公報には、実質的に炭素からなり、軽量、高弾性率、適当な可とう性をも有する炭素系コイル状発熱体と、その製造方法、特徴が詳述されている。さらに、特許第３１７３８００号には、炭素の出発材料に窒化硼素などの金属または半金属化合物を最終的な発熱体の所望の固有抵抗値に応じた割合で混合し、焼成することにより、所望の固有抵抗値を有する炭素系発熱体を製造する方法が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭６４−１９１４号公報
【特許文献２】
特許第３１７３８００号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記タングステン線を螺旋形状に成型した発熱体は、赤外線放射率が約０．４％前後と低く、また、突入電流も高いものであった。また、ニクロム線からなる発熱体は、突入電流は低いものの、発熱体が赤熱するまでに長い時間を要し、速熱性に問題があった。上記の炭素系コイル状発熱体は、赤外線放射率が約０．８と高い放射特性を持ち、不活性雰囲気等では高温でも金属材料のように軟化を起こすこともなく、軽量、高弾性率、適度な可とう性を持つと言う利点を持つが、ランプ状のヒータに加工して使用する場合に、炭素系コイル状発熱体の形状、あるいは炭素という組成に由来して、一般に用いられる金属線等への接合が非常に困難であるという問題があった。
【０００５】
したがって本発明の目的は、炭素系発熱体と金属線等の導電体との接合の問題が解決された炭素系発熱素子および炭素系発熱体ランプを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、少なくともその一部がコイル状に形成された炭素系発熱体と、炭素系発熱体の一端におけるコイルと螺合して炭素系発熱体とともに２重螺旋を形成する第１の導電体とを具備する炭素系発熱素子が提供される。
【０００７】
この炭素系発熱素子は、炭素系発熱体の他端におけるコイルと螺合して炭素系発熱体とともに２重螺旋を形成する第２の導電体をさらに具備しても良い。
【０００８】
本発明によれば、前述の炭素系発熱素子と、
片口金の形式で炭素系発熱体を密閉し、かつ、前記第１および第２の導電体を支持する熱線が透過可能な容器とを具備する炭素系発熱体ランプもまた提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態に係る炭素系発熱素子１１の発熱体とリード線の接合部分を示す図である。図１において、炭素系発熱体１０は少なくともリード線１２との接合部分またはその全体がコイル状に形成されている。リード線１２も発熱体１０との接合部分がコイル状に形成されており、発熱体１０とともに２重螺旋を形成するように発熱体１０と螺合している。
【００１０】
この炭素系発熱体は、賦形性を有し焼成後実質的に零でない炭素残査収率を示す組成物を所望の形状に成形した後、焼成することにより得られる。
【００１１】
成形前の組成物に、カーボンブラック、黒鉛またはコークス粉などの結晶性炭素粉末を混合すれば賦形性が向上する。さらに、金属炭化物、金属硼化物、金属珪化物、金属窒化物、金属酸化物、半金属窒化物、半金属酸化物または半金属炭化物などの金属または半金属化合物を、目的とする焼成後の発熱体の固有抵抗値に応じた割合で混合することにより、任意の固有抵抗値を有する発熱体を得ることができる。したがって、使用される電源の電圧値と所要の発熱量とから決まる抵抗値を実現する発熱体に対して要求される断面積および長さの制限が、固有抵抗値が制御可能なことにより大幅に緩和されるので、発熱体の用途に合った任意の形状の発熱体を製造することが可能となる。
【００１２】
前述の、賦形性を有し焼成後実質的に零でない炭素残査収率を示す組成物としては、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル−ポリ酢酸ビニル共重合体、ポリアミド等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド等の熱硬化性樹脂、リグニン、セルロース、トラガントガム、アラビアガム、糖類等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ天然高分子物質、及び前記には含有されない、ナフタレンスルホン酸のホルマリン縮合物、コプナ樹脂等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ合成高分子物質が挙げられる。使用する組成物の種と量は、目的とする発熱体の形状により適宜選択され、単独でも二種以上の混合体でも使用することができるが、特にポリ塩化ビニル樹脂、フラン樹脂を使用することが好ましい。
【００１３】
本発明において、炭素系発熱体と接合される導電体については炭素系発熱体との接合のためにコイル状に加工するだけで良いので加工が容易であり、接合に際しても単にコイルを巻き合わせるだけで良く複雑な作業は不要である。なお、若干のテンションをかけて封止すれば発熱体と導電体が密着して容易に外れることはない。
【００１４】
発熱体と導電体の線径は必ずしも同じである必要はなく、線径が異なっていても螺合による接合は可能である。
【００１５】
導電体のコイルの内側に形成されるメスねじと発熱体のコイルの外側に形成されるオスねじとを螺合させ、導電体を発熱体の外側から被るようにして接合することも可能である。またその逆に、発熱体の方が外側になるように接合することも可能である。
【００１６】
接合をより確実にするため、黒鉛ペーストのような耐熱性および導電性を有する接着剤を使用しても問題はない。
【００１７】
接合部の２重螺旋の内側にタングステン、モリブデンのような導電体の心棒を入れて接合をさらに確実にしても良い。この場合に上記接着剤の併用も可能である。この導電体の心棒には、両コイルのピッチ、線径に合った溝を形成し、その溝に沿って両コイルを螺合しても良い。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
塩素化塩化ビニル樹脂（日本カーバイド社製Ｔ−７４１）４５部、フラン樹脂（日立化成社製ヒタフランＶＦ−３０２）１５部の混合樹脂系を用い、これに天然黒鉛微粉末（日本黒鉛社製平均粒径５μｍ）２０部を加え、可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを２０部添加して、分散、混合、押出成形を行い、直径０．８mmφのポリ塩化ビニル線状体を得た。これを平滑な表面を有する直径３mmφの炭素質ボビンに巻き付けた。これを空気存在下で、不融不溶化の炭素前駆体化処理を施した後、窒素雰囲気化中で１０００℃の焼成処理し、自然放冷した。炭素質ボビンより賦形物を離型し、さらに真空下で１８００℃の処理を施して、線径０．４mmφ、ピッチ０．４mmφ、コイル内径３mmφのコイル状炭素系発熱体を得た。
【００１９】
図２に示すように、このコイル状炭素系発熱体１０に片側が線径０．５mmφ、ピッチ０．４mmφのコイル形状に加工した、片側がコイル形状のタングステン線の内部リード線１２をコイル状炭素系発熱体１０の両端に各々螺合して係合させて、タングステン線リード１２の他端の直線状部分をモリブデン箔１４に、モリブデン箔１４の他端を外部リード線としてのモリブデン線１６を溶接接合した。さらに、この構造体を、石英硝子管１８に挿入し、モリブデン箔１４の部分で封着し、内部を不活性ガスで置換して両口金形式のコイル状炭素系発熱体ランプを得た。
（実施例２）
塩素化塩化ビニル樹脂（日本カーバイド社製Ｔ−７４１）４５部、フラン樹脂（日立化成社製ヒタフランＶＦ−３０２）１５部の混合樹脂系を用い、これに天然黒鉛微粉末（日本黒鉛社製平均粒径５μｍ）２０部、窒化ホウ素粉末（信越化学工業社製平均粒径５μｍ）２０部を加え、可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを２０部添加して、分散、混合、押出成形を行い、実施例１と同様にして、両口金のコイル状炭素系発熱体ランプを得た。
（実施例３）
実施例２と同様な方法で得たコイル状炭素系発熱体を用い、図３に示すように、コイル状炭素系発熱体１０の一端には長い内部リード線１２′を、他端には、短い内部リード線１２″を実施例２と同様な方法で螺合して係合し、両リード線を実施例２と同様にして、モリブデン箔１４を介して外部リード線としてのモリブデン線１６と接合し、両リード線が同方向になるように配置し、一端が閉じてある石英管１８′に挿入して、モリブデン箔１４の部分で封着し、内部を不活性ガスで置換して片口金のコイル状炭素系発熱体ランプを得た。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、炭素系発熱体とリード線との接合の問題が解決される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における発熱体とリード線との接合の一実施形態を示す図である。
【図２】両口金形式の炭素系発熱体ランプの一例を示す図である。
【図３】片口金形式の炭素系発熱体ランプの一例を示す図である。

Claims

少なくともその一部がコイル状に形成された炭素系発熱体と、
炭素系発熱体の一端におけるコイルと螺合して炭素系発熱体とともに２重螺旋を形成する第１の導電体とを具備する炭素系発熱素子。
炭素系発熱体は、アモルファス炭素および結晶性炭素粉末を含む請求項１記載の炭素系発熱素子。
炭素系発熱体は、金属または半金属化合物をさらに含む請求項２記載の炭素系発熱素子。
前記２重螺旋を形成する炭素系発熱体および導電体がその周囲に巻着された導電性心棒をさらに具備する請求項１〜３のいずれか１項記載の炭素系発熱素子。
前記導電性心棒は、炭素系発熱体および導電体を案内する溝を有する請求項４記載の炭素系発熱素子。
炭素系発熱体の他端におけるコイルと螺合して炭素系発熱体とともに２重螺旋を形成する第２の導電体をさらに具備する請求項１〜５のいずれか１項記載の炭素系発熱素子。
請求項６記載の炭素系発熱素子と、
片口金の形式で炭素系発熱体を密閉し、かつ、第１および第２の導電体を支持する熱線が透過可能な容器とを具備する炭素系発熱体ランプ。