JP4294431B2 - 赤外線電球及び加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、赤外線電球及び加熱装置に関する。

従来の加熱装置は、タングステン等の発熱体を使用していた。近年、棒状又は板状に成形した炭素系物質の焼結体を発熱体として使用する赤外線電球が開発されている。炭素系物質の赤外線放射率は７８〜８４％と高いため、炭素系物質を発熱体として用いることで赤外線電球の赤外線放射率が高くなる。赤外線電球を食品の加熱に使用すると、高い遠赤外線放出率により短時間で加熱ができ料理の味も良い。赤外線電球は発熱量が大きいので、室内等を暖める暖房装置にも適している。

従来、炭素系物質の発熱体を１重のガラス管に封止して、赤外線電球を構成していた。１重のガラス管（典型的には石英ガラス管）で構成した赤外線電球を有する加熱装置（例えば焼肉機）を使用した場合、被加熱物から飛散する油や塩分による赤外線電球の汚染はさけられなかった。特にガラス管に塩分が付着した状態で赤外線電球を使用していると、塩分中のアルカリ成分により石英ガラス管に失透現象が生じ、赤外線電球の加熱効率が減少するとともに、最悪の場合石英ガラス管が破損するおそれがあった。

特開２００１−３１３００５号公報に、炭素系発熱体を２重のガラス管に封入することにより、ガラス管表面に金属イオンを含む物質、又は炭化物が付着して失透現象が起きることを防ぐ従来例１の赤外線電球が開示されている。従来例１の赤外線電球は、発熱体を封入した第１のガラス管を２本、第２のガラス管で封止している。

赤外線電球は、炭素系発熱体の断面形状を１対５以上にすると、顕著な輻射強度の指向性（方向による輻射強度差）を持つ。この赤外線電球を用いることにより、指向性のある加熱ができる。反射膜又は反射板を形成することにより、所望の輻射強度分布を有する従来例２の赤外線電球が、国際公開ＷＯ０１／０４１５０７号パンフレットに開示されている。反射膜はガラス管の外面上に約５μｍの厚みに蒸着された金の薄膜であって、半円筒形状である。反射膜は、発熱体から輻射された赤外線の約７０％を反射し、反射膜の背面はほとんど輻射されない。
反射板は、厚さ約０．４〜０．５ｍｍのアルミニウム製の半円筒形状であり、その内面に鏡面加工が施された反射面を有する。反射板の赤外線反射率は、約８０〜９０％である。反射板は、発熱体の中心線と平行に、ガラス管の外面から所定の間隔を有して配置されている。反射板は、実質的に発熱体の中心線を中心として設置される。従来例２の赤外線電球は、反射膜又は反射板を有することにより、局所的に輻射強度を大きくすることができる。

特開２００１−３１３００５号公報 国際公開第ＷＯ０１／０４１５０７号パンフレット

特許文献１に記載された従来例１の赤外線電球において、内側の第１のガラス管は外側の第２のガラス管に封入されているため、内側のガラス管と外側のガラス管とが簡単に取り外すことのできない構成であった。そのため、例えば加熱調理器において、外側のガラス管が被加熱物から飛散する油や塩分によって汚れた場合、赤外線電球ごと交換しなければならなかった。赤外線電球の交換に必要なコストが高くなるという問題があった。従来の赤外線電球は、失透現象を適切に防止し又は起こりにくくする構造を有していなかった。そのため、飛散する油や塩分が付着し易い用途の加熱装置（例えば焼肉機）においては、高い輻射強度を維持した状態で長期の使用をすることが出来なかった。
特許文献２に記載された従来例２の赤外線電球は、局所的に輻射強度を大きくすることができるが、その所定の方向への赤外線の集熱率は更に改善の余地があった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされるものであり、内側のガラス管と外側のガラス管とが取り外し可能な構成とし、使い勝手の良い赤外線電球及びその赤外線電球を用いた加熱装置を提供することを目的とする。
本発明は、飛散する油や塩分が付着し易い用途においても、ガラス管の失透現象を防ぎ、高い輻射強度を維持した状態で長期の使用が可能な赤外線電球及びその赤外線電球を用いた加熱装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記の作用に加えて、改善された輻射分布を有する（所定の方向への高い赤外線放射強度を有する）赤外線電球及びその赤外線電球を用いた加熱装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は下記の構成を有する。請求項１に記載の発明は、長手方向に延びる形状を有する１又は複数個の発熱体と、非晶質ガラスで形成され前記発熱体を封止した第１のガラス管と、筒状であってその中の空洞部に前記第１のガラス管を配置した第２のガラス管と、前記第１及び第２のガラス管の両端部をそれぞれ保持する保持部材と、を有し、前記保持部材は、前記保持部材と前記第１のガラス管とを所定の固定部材で固定し、前記保持部材と前記第２のガラス管とをバンドで固定する構造を有し、前記第２のガラス管を少なくとも前記第１のガラス管との配置関係を解除するように取り外し可能にしたことを特徴とする赤外線電球である。本発明は、発熱体を二重管で覆うことにより失透現象を防ぎ、内側のガラス管と外側のガラス管とが取り外し可能な構成とし、使い勝手の良い赤外線電球を実現する。第１及び第２のガラス管等を保持部材に取り外し可能に取り付けることにより、第１及び第２のガラス管等の相互の位置関係を固定し、且つ第２のガラス管等の取り外し容易な構造を実現できる。第１のガラス管を固定部材で固定することにより、発熱体の固定及びその電気的接続を実現する。例えば赤外線電球を加熱装置に取り付けた状態において、加熱装置の筐体と第２のガラス管との隙間から油や煙を含んだ空気が洩れないように、両者を密着させることが好ましい。一方、保持部材も加熱装置に取り付けられる。本発明においては、第２のガラス管はバンドで保持部材に固定される故、第２のガラス管が加熱装置の筐体と保持部材とにより歪み応力を受けることを防止できる。第２のガラス管と保持部材とはバンドで固定されている故、歪み応力を容易に逃すことが出来るからである。

請求項２に記載の発明は、前記発熱体を２５℃環境において定格で加熱した時、前記第２のガラス管の外周表面の温度が、全ての部分において６００℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の赤外線電球である。飛散する油や塩分が付着し易い使用環境において、赤外線電球のガラス管（典型的には石英ガラス管）は、６００℃を超えると、急速に失透現象が進行する。ガラス管の表面温度を６００℃以下に保持すると、油や塩分が表面に付着しても、ガラス管の失透現象はほとんど進行しない。本発明は、飛散する油や塩分が付着し易い用途においても、高い輻射強度を維持した状態で長期の使用が可能な赤外線電球を実現する。

請求項３に記載の発明は、前記発熱体を２５℃環境において定格で加熱した時、前記第２のガラス管の外周表面の温度が、全ての部分において５５０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の赤外線電球である。飛散する油や塩分が付着し易い使用環境において、赤外線電球のガラス管（典型的には石英ガラス管）は、その表面温度を５５０℃以下に保持すると、油や塩分が表面に付着しても、ガラス管の失透現象はその表面温度が６００℃の場合より更に遅くなる。本発明は、飛散する油や塩分が付着し易い用途においても、高い輻射強度を維持した状態で長期の使用が可能な赤外線電球を実現する。

請求項４に記載の発明は、前記第２のガラス管が石英ガラスを含む耐熱性ガラスであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の赤外線電球である。石英ガラスを含む耐熱性ガラスは赤外線電球のガラス管の材料として適しており、上記の発明は、これらのガラスを用いた赤外線電球に適している。

請求項５に記載の発明は、前記第１のガラス管の中心軸が、前記第２のガラス管の中心軸から偏心していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の赤外線電球である。例えば赤外線電球を加熱調理器に使用した場合、発熱体を、第２のガラス管の油や塩分が表面に付着し易い側から遠ざけて配置することにより、第２のガラス管において実効的に失透現象が起きにくくすることが出来る。

請求項６に記載の発明は、前記第１又は第２のガラス管の外周上に、長手方向に所定の幅で反射膜が形成され、又は反射板が配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載の赤外線電球である。これにより、赤外線電球の全体サイズを大きくすることなく、輻射分布を改善する（所定の方向への赤外線放射強度を高くする）ことが出来る。

請求項７に記載の発明は、前記第１のガラス管と前記第２のガラス管との間に、長手方向に所定の幅で延びる反射板が設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載の赤外線電球である。赤外線電球の全体サイズを大きくすることなく、輻射分布を改善する（所定の方向への赤外線放射強度を高くする）ことが出来る。

請求項８に記載の発明は、前記第２のガラス管の外周上に密着して、長手方向に所定の幅で反射板が配置されており、前記反射板の少なくとも長手方向に平行な端部と前記第２のガラス管の表面とが、耐熱性の接着剤で接着されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載の赤外線電球である。これにより、例えば赤外線電球を加熱調理器に使用した場合、油等を含んだ空気が反射板と第２のガラス管との隙間から中に入り込んで、第１のガラス管等を失透させることを防止できる。

請求項９に記載の発明は、前記反射板が、その幅方向の中心近傍に長手方向に延びる溝部を有することを特徴とする請求項８に記載の赤外線電球である。例えば赤外線電球を加熱調理器に使用した場合、反射板に付着した油が溝部に集中してたまる。これにより、他の部分（例えば高い反射率を維持する必要がある部分）の汚れの進行を遅くすることが出来る。

請求項１０に記載の発明は、前記反射板の幅方向の両端部が外側にカーリングし又は外側に曲げ加工されることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかの請求項に記載の赤外線電球である。これにより、ユーザが反射板の端部のエッジで怪我をすることを防止できる。反射板と第２のガラス管との接触部において高い密着性を実現し、油等を含んだ空気が反射板と第２のガラス管との隙間から中に入り込んで、第１のガラス管等を失透させることを防止できる。

請求項１１に記載の発明は、前記第１のガラス管の中心軸に垂直な断面において、前記反射膜又は前記反射板の断面形状が、前記第１のガラス管の中心軸を焦点とする放物線に近似することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかの請求項に記載の赤外線電球である。断面が放射線形状の反射膜（又は反射板）は、その焦点位置に置かれた発熱体が放射する熱をほとんど全て逃さず所定の方向に反射する。これにより、高い集熱率の赤外線電球を実現できる。

請求項１２に記載の発明は、前記第２のガラス管は円筒形状を有し、前記第２のガラス管の外周上に長手方向に所定の幅で反射膜が形成されており、前記第１のガラス管の中心軸に垂直な断面において、前記反射膜が、前記第１のガラス管の中心軸を焦点とする放物線に近似することを特徴とする請求項５に記載の赤外線電球である。断面が放射線形状の反射膜（又は反射板）は、加工が難しく高価である。上記の構成で第１のガラス管（発熱体）の中心軸を第２のガラス管の中心軸から偏心させることにより、放物線に近似する断面を有し、焦点に配置された発熱体からの熱を所定の方向に放射する反射膜を近似的に実現できる。これにより、放射線形状の反射膜（又は反射板）に近似する高い集熱率の安価な赤外線電球を実現できる。

請求項１３に記載の発明は、前記第１のガラス管の中心軸に垂直な断面において、前記反射膜の幅方向の両端と、前記第１のガラス管の中心軸と、が略直線上に位置することを特徴とする請求項１２に記載の赤外線電球である。これにより、更に高い集熱率の安価な赤外線電球を実現できる。

請求項１４に記載の発明は、前記発熱体は板状であって、前記発熱体の最も幅が広い面に垂直でその長手方向に延びる中心線を通る面が、前記反射膜又は前記反射板の長手方向に延びる中心線を略通ることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかの請求項に記載の赤外線電球である。発熱体自体の指向性と、反射膜又は反射板による指向性とを合わせて、更に高い集熱率の赤外線電球を実現できる。

請求項１５に記載の発明は、前記第２のガラス管の両端が開口していることを特徴とする請求項１に記載の赤外線電球である。これにより、汚れた第２のガラス管を交換又は清掃のため容易に取り外すことが出来る。第２のガラス管と第１のガラス管との間に外部の空気を流通させることにより、第２のガラス管を効果的に冷却し、失透現象を更に起きにくくすることが出来る。

請求項１６に記載の発明は、前記第１のガラス管は両端に前記発熱体に通電するための金属端子を有し、前記金属端子は前記第２のガラス管の両端より外側に配置されることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかの請求項に記載の赤外線電球である。作業者が金属端子にリード線を接続する時、第２のガラス管が邪魔にならない。本発明は、作業性の良い赤外線電球を実現する。

請求項１７に記載の発明は、前記発熱体が、炭素系物質で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれかの請求項に記載の赤外線電球である。炭素系物質で形成された発熱体は高い赤外線放射率を有する。炭素系物質で形成された発熱体は発熱量が大きいため、そのガラス管が高温になる。炭素系物質の発熱体を用いた加熱装置においては、ガラス管が失透することを防止するための保護策を設ける必要があった（例えば発熱体と被加熱物との間に仕切りのガラス板を設ける。）本発明は、赤外線放射率が高いという炭素系物質の発熱体の特徴を生かしつつ、加熱装置において特別な保護策を設ける必要がない赤外線電球を実現する。

請求項１８に記載の発明は、前記反射膜が、金、銀、アルミニウム、ステンレス、ニッケル等の反射率の高い金属材料又は窒化チタン、酸化アルミニウム等の反射性を有する物質で少なくとも反射面層が形成されることを特徴とする請求項６又は請求項１２に記載の赤外線電球である。本発明は、高い集熱率を有する赤外線電球を実現する。

請求項１９に記載の発明は、前記反射板は、ステンレス、金、銀、酸化アルミニウム、ニッケル又はアルミニウムで形成されることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかの請求項に記載の赤外線電球である。本発明は、高い集熱率を有する赤外線電球を実現する。

請求項２０に記載の発明は、請求項１から請求項１９のいずれかの請求項に記載の赤外線電球を有することを特徴とする加熱装置である。本発明は、上記の作用を有する加熱装置を実現する。

請求項２１に記載の発明は、前記発熱体が炭素系物質で形成された請求項１５に記載の赤外線電球と、前記赤外線電球の発熱体をその内側に配置し内側と外側とを略仕切る内壁と、前記赤外線電球を格納する筐体と、を有し、前記内壁は、互いに対向しそれぞれ前記赤外線電球の第２のガラス管の両端が挿入された穴を有する２つの壁を有することを特徴とする加熱装置である。本発明は、第２のガラス管と第１のガラス管との間に外部の空気を流通させ、第２のガラス管を効果的に冷却することにより、失透現象が起きにくい加熱装置を実現する。

請求項２２に記載の発明は、前記加熱装置が、焼肉器、加熱調理器、オーブン、加熱暖房機、電気ストーブ又は乾燥機であることを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載の加熱装置である。本発明は、上記の特徴を生かした加熱装置を実現する。

本発明によれば、発熱体を二重管で覆うことによりガラス管の失透現象を防ぎ、内側のガラス管と外側のガラス管とが取り外し可能な構成とし、使い勝手の良い赤外線電球及びその赤外線電球を用いた加熱装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、飛散する油や塩分が付着し易い用途においても、高い輻射強度を維持した状態で長期の使用が可能な赤外線電球及びその赤外線電球を用いた加熱装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、上記の作用に加えて、改善された輻射分布を有する（所定の方向への高い赤外線放射強度を有する）赤外線電球及びその赤外線電球を用いた加熱装置を実現できるという有利な効果が得られる。

以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。

《実施の形態１》
図１〜図４及び図１３を用いて、本発明の実施の形態１の赤外線電球及びそれを用いた加熱調理器を説明する。図１は本発明の実施の形態１の赤外線電球の概略的な構成を示す図である。図１において、上下に示した実施の形態１の赤外線電球は、その中央部分及び両端の保持部材（後述）を省略したものであり、連続した構造を有している。実施の形態１の赤外線電球は、第１のガラス管１、発熱体２、放熱ブロック３、内部リード線４、コイル状部５、スプリング状部６、モリブデン箔７、外部リード線８、第２のガラス管９、反射膜１０を有する。実施の形態１の赤外線電球は、第１のガラス管１と第２のガラス管９とで二重に、発熱部分を覆った構造である。

図１に示すように、実施の形態１の赤外線電球は、発熱体２と放熱ブロック３と内部リード線４とが第１のガラス管１内に封入されている。第１のガラス管１は石英ガラス（例えば、ダウコーニング社製バイコールガラス（品番 ＃７１９０））の非晶質ガラスである。実施の形態１において、第１のガラス管のサイズは、直径１０．５ミリである。
第１のガラス管１内に封入された板状の発熱体２は、黒鉛などの結晶化炭素、抵抗値調整物質、及びアモルファス炭素の混合物からなる炭素系物質で形成されている。この発熱体２の形状は板状であり、例えば、幅Ｔｍｍ、厚みｔｍｍ、長さ３００ｍｍに形成されている（Ｔ≧５ｔ）。なお、板状形状は多角形形状でも良い。炭素系物質の赤外線放射率は７８〜８４％と高いため、炭素系物質を発熱体として用いることで、赤外線電球の赤外線放射率が高くなる。また平板状であることから加熱に要する余分なエネルギーが必要でないなど大きな特徴を有している。炭素系物質は、温度と抵抗の関係を表す温度抵抗特性がわずかに負或いは正の特性を有しているため、通電開始の瞬間の突入電流が小さく、制御回路も簡単なものでよい。突入電流が小さいのでノイズによる周辺機器への影響も無い。

放熱ブロック３は導電性材料で形成されており、発熱体２の一端に電気的に接続されている。なお、この放熱ブロックは、発熱体の発熱量が低出力の時は省略しても良い。内部リード線４は、その一端にコイル状部５が形成されており、そのコイル状部５に続いて弾性を有するスプリング状部６が形成されている。
図１に示すように、内部リード線４のコイル状部５が放熱ブロック３の外周面に密着して巻回され電気的に接続されている。内部リード線４のスプリング状部６は、放熱ブロック３の外周面から所定の間隔を有して配置されており、発熱体２の膨張による寸法変化を吸収できるように構成されている。

実施の形態１の加熱調理器においては、上記の赤外線電球を横置きに配置する（図１３）。縦置き仕様の他の赤外線電球においては、第１のガラス管１の内部で、発熱体２の一方の端部を担持する内部リード線４がバネ性のあるスプリング状部６を有し、他方の端部を担持する内部リード線４がバネ性を有しない。この赤外線電球を縦に設置する加熱装置（例えば縦型の暖房装置）においては、バネ性を有しない端部を上側に配置し、バネ性を有する端部を下側に配置する。

内部リード線４は、モリブデン箔７を介して外部リード線８に接続される。モリブデン箔７を含む第１のガラス管１の端部を溶融し平板状に押しつぶして封止する（「封止部」と呼ぶ。）。第１のガラス管１の中には、アルゴンガス等の不活性ガスが封入される。
外部リード線８に電力を印加すると、発熱体２に電流が流れ、その電流に対する発熱体の抵抗により熱が生じる。このとき、発熱体からは赤外線が輻射される。

本発明の実施の形態１の赤外線電球は、第１のガラス管１の発熱部分を第２のガラス管９を用いて覆い２重管の構成としたものである。第２のガラス管９は、石英ガラスを含む耐熱性ガラスで形成され、円筒形の形状を有する。第２のガラス管９の外郭サイズは、発熱体２を２５℃環境において定格で加熱した時、第２のガラス管９の全ての部分における表面温度が６００℃以下（好ましくは５５０℃以下）となるようにする。これにより、第２のガラス管９は、使用時に表面にアルカリ金属等を含む物質が付着しても失透現象を起こしにくい。実施の形態１において、第２のガラス管９のサイズは、直径５０ミリである。
第２のガラス管９は円筒状の形状であって、その中に空洞部を有し、両端に開口を有する。第２のガラス管９の空洞部に第１のガラス管１を配置する。第１のガラス管１の中心軸（発熱体２の中心軸）と第２のガラス管９の中心軸とはほぼ一致する。

反射膜１０は第２のガラス管９の外壁に反射率の高い金箔を転写後焼成して得られる。反射膜１０は、第２のガラス管９の外壁の発熱体２の幅面に対向した方向に施される。反射膜１０の幅は第２のガラス管９の外周の約半分であり（第１のガラス管１の中心軸に垂直な断面において、反射膜１０の幅方向の両端と、第１のガラス管１の中心軸（発熱体２の中心軸）と、が略直線上に位置する。）、反射膜１０の長さは発熱体２の発光長を覆う長さである。

図２は、図１の赤外線電球の軸垂直断面方向の輻射強度分布特性を表す分布図である。図２に示されているｘ軸及びｙ軸は、図１に示した発熱体２の長手方向に対して垂直な平面内における直交座標軸である。ｘ軸は発熱体２の幅方向に垂直な方向であり、ｙ軸は発熱体２の幅方向に平行な方向である。図２の中心に、発熱体２を封止した第１のガラス管１を記載している。図２のグラフにおいて、半径方向の距離が赤外線の輻射強度を示し、円周方向が発熱体２の輻射方向（角度）を示している。輻射強度分布曲線１１及び１２は、発熱体２に一定の電圧を印加したとき、発熱体２の中心軸から一定の距離の地点における微少な一定の面積内に到達する赤外線量を測定して得た。図２において、半径方向の単位はＷ／ｃｍ^２である。

実線で示す輻射強度分布曲線１２は、反射膜１０を有する実施の形態１の赤外線電球の輻射強度分布曲線である。点線で示す輻射強度分布曲線１１は、第２のガラス管９が反射膜１０を有しない場合の発熱体２の輻射強度分布曲線を比較のために示す。反射膜を有する赤外線電球は、反射膜を有しない赤外線電球と比較して、ｘ軸方向の輻射強度が約１．５倍である。赤外線電球は反射膜１０を設けることにより、優れた指向性（一方向への高い集熱率）が得られる。上記の２重構成により第１のガラス管の表面保護と第２のガラス管の表面劣化（失透）を防ぎ、且つ優れた指向性を有する赤外線電球を実現できる。

図３、４を用いて、実施の形態１の赤外線電球における第１のガラス管１と第２のガラス管９とを保持する保持部材３０の構成を説明する。図３は、本発明の実施の形態１の赤外線電球における保持部材３０の取り付け構造を示す分解構成図である。図４は、保持部材３０に第１のガラス管１と第２のガラス管９とを取り付けた状態を示す組立構成図である。保持部材３０は、第１のガラス管１と第２のガラス管９とを、それらの相互の配置関係を解除するように取り外し可能に保持する。

第１のガラス管１と第２のガラス管９とは、左右の端部を２個の保持部材３０で保持される。左右の保持部材３０の構造は同一である。一方の保持部材３０を示す図３、４において、保持部材３０は、アルミダイカストで形成された保持ブロック３１と、ステンレスの板金で形成された底板３５及び上板３６と、２本のビス４２と、金属バンド４３とで構成される。

底板３５は、側部４５と、側部４５から上方向に突出し、上板３６を固定する折り曲げ部４０と、ビス４２を挿通するビス穴３９と、発熱体から引き出される外部リード線８を耐熱ガラスチューブ４７を介して挟み込むリード線保持部４１と、を有する。上板３６は左右に突出する４つの折り曲げ部４４と、真中に設けられた切り欠きに形成されたバネ性を有する押さえ板３８と、を有する。上板３６と底板３５とは、その間の開口部３７に第１のガラス管１の封止部を挿通した状態で組み立てられる。折り曲げ部４４及び４０を折り曲げて、第１のガラス管１を挟み込んだ状態で上板３６を底板３５に固定する。バネ性を有する押さえ板３８が第１のガラス管１を所定の力で保持する。

保持ブロック３１は、底板３５を保持する第１のガラス管保持ブロック３４と、第２のガラス管９を保持する斜面３３と、ストッパ４６とを有する。第１のガラス管保持ブロック３４は、ビス穴３２を有する。第１のガラス管１を第２のガラス管９に通した状態で、２本のビス４２をビス穴３９を介してビス穴３２に締め込むことにより、第１のガラス管１を開口部３７に挟持し上板３６と底板３５とからなる筐体は、保持ブロック３１に固定される。２本のビス４２をビス穴３２に締め込む時、第２のガラス管９の外壁が斜面３３で保持され、第２のガラス管９の端部がストッパ４６に当たった状態にする。第２のガラス管９と保持ブロック３１とを、金属バンド４３で一体になるように締め付けて固定する。

左右の保持部材３０を上記の様に組み立てることにより、第１のガラス管１及び第２のガラス管９は簡単に取り外しができる状態で、それぞれ保持部材３０に固定される。第１のガラス管１と保持部材３０とを固定する力が第２のガラス管９に歪み応力を発生せず、第２のガラス管９と保持部材３０とを固定する力が第１のガラス管１に歪み応力を発生させない。以下、簡単にその理由を説明する。２個の保持部材３０は、それぞれ第１のガラス管１の左右に取り付けられることにより相対位置が固定され、その間に第２のガラス管９を固定することが出来る。左右の保持部材３０のストッパ４６間の距離は、第２のガラス管９の長さとほぼ同一である。第１のガラス管１を保持部材３０に取り付けた状態で、第２のガラス管９は固定されていないから、第１のガラス管１を保持部材３０に取り付ける力が第２のガラス管９を歪ませる恐れはない。第２のガラス管９と保持ブロック３１とを金属バンド４３で固定する時、第１のガラス管１にはほとんど歪み応力が働かない。

図１３は、実施の形態１の赤外線電球を用いた加熱調理器の全体構成を示す図である。本発明の加熱調理器は、外壁２０と内壁２１とを有し、赤外線電球は内壁２１に設けられた穴２４に挿入される。発熱体全体が左右の内壁２１の間に入り、第２のガラス管９の両端が内壁２１から外側に少し突出するような長さを有する赤外線電球を用いる。第２のガラス管９の外周と内壁２１との間は密封されており、その間から油煙が外に漏れることはない。
この構成によると、被加熱物２３を加熱した際に、被加熱物から放出された油、塩分などが網２２を通過して第２のガラス管９に付着する。第２のガラス管９の表面は６００℃以下（好ましくは５５０℃以下）である故、第２のガラス管９が失透する恐れはない。油、塩分などを含む空気は、内壁２１により遮蔽される故、第２のガラス管９の側面の開口部からその内部に入り込むことはない。外部の空気が第２のガラス管９の内部を通り抜けることにより、第２のガラス管９の表面温度が更に下がる。これにより、第１のガラス管１及び第２のガラス管９の失透劣化を防ぎ、赤外線電球を長寿命化することができる。
第２のガラス管が失透し又は汚れた場合であっても、加熱調理器から赤外線電球を簡単に取り外すことができ、更に第２のガラス管９を赤外線電球から簡単に取り外すことができる。容易に第２のガラス管を清掃し、又は第２のガラス管のみを取り替えることができる。
ガラス管９は、石英ガラスを含む耐熱性ガラスとして非結晶質ガラスについて説明したが、結晶化ガラス等においても構造上同様の効果が得られる。なお、第１のガラス管と第２のガラス管についてダウコーニング社製バイコールガラス（品番 ＃７１９０）を使用すると吸収波長域がガラス管に対して透過し易くなり、且つ透過した熱が被加熱物に吸収されやすいため、加熱効率が向上される。
実施の形態１の赤外線電球及びそれを使用した加熱装置（加熱調理器）は、高い加熱効率を有し、使い勝手が良い。
図１３の加熱装置（加熱調理器）は、１つの赤外線電球を有する。しかしこれに限られるものでなく、加熱装置は、複数の上記の赤外線電球を用いても良く、これにより同様の効果が得られる。

《実施の形態２》
図５〜９を用いて、本発明の実施の形態２の赤外線電球及びそれを用いた加熱調理器を説明する。図５は、実施の形態２の赤外線電球の概略的な構成を示す図である。図５において、上下に示した実施の形態２の赤外線電球は、その中央部分及び両端の保持部材（後述）を省略したものであり、連続した構造を有している。図６は、図５に示した実施の形態２における赤外線電球の軸垂直断面方向の断面図である。第２のガラス管に挿入される第１のガラス管の位置において、実施の形態２の赤外線電球（図６）は、実施の形態１の赤外線電球（第２のガラス管の中心軸と第１のガラス管の中心軸とがほぼ一致する。）と異なる。又、両端の保持部材の構造において、実施の形態２の赤外線電球（図８、９）は実施の形態１の赤外線電球（図３、４）と異なる。それ以外の点において、実施の形態２の赤外線電球は実施の形態１と同一であり、その説明を省略する。

図６に示す本発明の実施の形態２の赤外線電球において、第１のガラス管１は円筒形の第２のガラス管９の中心軸ではなく、中心軸から偏心した位置（第２のガラス管外径よりＥの距離の位置）に配設されている。図６にて位置関係を説明する。図６の断面形状において、第２のガラス管９の外周とｘ軸（発熱体２の中心軸を通り、発熱体２の幅方向に垂直な線）との交点を中心として、第２のガラス管９の外周の所定の幅の部分に反射膜１０が形成されている。反射膜１０の断面形状は、発熱体２の中心軸（第２のガラス管９の外周から距離Ｅの位置）に焦点を有する放物線１４に近似する。放物線の焦点に配置された点光源から放射された光は、放物線によって反射されて平行光になる。好ましくは、反射膜１０の幅方向の両端と発熱体２の中心軸とが略直線上に位置し（反射膜１０の幅方向の両端がｙ軸上にある。）、反射膜１０の長さは発熱体２の発光長を覆う長さである。

反射膜１０は例えば金など反射率の高い物質で形成される。実施の形態２において、反射膜１０は第２のガラス管９の外壁に金箔を転写後焼成して得られる。実施の形態２におけるその他の構成は、前述の実施の形態１と同様の構成であるため、その説明は省略する。

図７は実施の形態２の赤外線電球における軸垂直断面方向の輻射強度分布特性を表す分布図である。発熱体２の形状、電力（Ｗ数）、測定距離等の条件を実施の形態１（図２）と同じにして、反射膜１０を有する実施の形態２の赤外線電球の輻射強度分布特性を測定した。図７の実線で示す輻射強度分布曲線１３は、その測定結果である。分布図の単位はＷ／ｃｍ^２で縮尺は図２と同一である。図７の点線で示した輻射強度分布曲線１１は、第２のガラス管９が反射膜１０を有しない場合の発熱体２の輻射強度分布曲線を比較のために示す。反射膜を有する実施の形態２の赤外線電球は、反射膜を有しない赤外線電球と比較して、ｘ軸方向の輻射強度が約２倍である。
第１のガラス管１の中心軸を第２のガラス管９の中心軸から偏心させ、第２のガラス管９の外周に設けられた反射膜１０が発熱体２を焦点とする放物線に近似するように第１のガラス管１を配置することにより、ｘ軸方向の輻射強度を実施の形態１よりさらに約１．５倍にできた。

図８、９を用いて、実施の形態２の赤外線電球における第１のガラス管１と第２のガラス管９とを保持する保持部材８０の構成を説明する。図８は、本発明の実施の形態２の赤外線電球における保持部材８０の取り付け構造を示す分解構成図である。図９は、保持部材８０に第１のガラス管１と第２のガラス管９とを取り付けた状態を示す組立構成図である。保持部材８０は、第１のガラス管１と第２のガラス管９とを、それらの相互の配置関係を解除するように取り外し可能に保持する。

第１のガラス管１と第２のガラス管９とは、左右の端部を２個の保持部材８０で保持される。左右の保持部材８０の構造は同一である。一方の保持部材８０を示す図８、９において、保持部材８０は、アルミダイカストで形成された保持ブロック８１と、ステンレスの板金で形成された底板３５及び上板３６と、２本のビス４２と、で構成される。
底板３５及び上板３６の構造は実施の形態１と同一である。底板３５及び上板３６は、第１のガラス管１を所定の力で保持する。

保持ブロック８１は、底板３５を保持する第１のガラス管保持ブロック８４と、第２のガラス管９を保持する斜面３３と、ストッパ８６とを有する。第１のガラス管保持ブロック８４は、実施の形態１の第１のガラス管保持ブロック３４と比較して、高さが低く、それ以外の点において同一の構造を有する。第１のガラス管１を第２のガラス管９に通した状態で、２本のビス４２をビス穴３９を介してビス穴３２に締め込むことにより、第１のガラス管１を開口部３７に挟持し上板３６と底板３５とからなる筐体は、保持ブロック８１に固定される。２本のビス４２をビス穴３２に締め込む時、第２のガラス管９の外壁が斜面３３で保持され、第２のガラス管９の端部がストッパ８６の下の隙間８５に挟み込まれるようにする。第２のガラス管９は、ストッパ８６により長手方向と断面の半径方向に位置規制された状態になる。第２のガラス管９の端部を挟み込む隙間８５のクリアランスを所定の値以下にすることにより、底板３５を保持ブロック８１に取り付けた状態において、第２のガラス管９は保持ブロック８１に固定される。第２のガラス管９と保持ブロック８１とを耐熱性の接着剤で接着して、第２のガラス管９が回転しない様にしても良い。

左右の保持部材８０を上記の様に組み立てることにより、第１のガラス管１及び第２のガラス管９は簡単に取り外しができる状態で、それぞれ保持部材８０に固定される。実施の形態１と同様に、第１のガラス管１と保持部材８０とを固定する力が第２のガラス管９に歪み応力を発生せず、第２のガラス管９と保持部材８０とを固定する力が第１のガラス管１に歪み応力を発生させない。

図１３は、実施の形態２の赤外線電球を用いた加熱調理器の全体構成を示す図である。図１３については、実施の形態１で説明した。

実施の形態２において、第１のガラス管の表面保護と、２重管の加熱側表面の失透劣化を防ぐことができ、さらにより優れた方向性（指向性）を有する赤外線電球を実現できる。
なお、実施の形態１及び２においては、反射膜に金膜を用いた例で説明したが、金だけに限定されるものでなく、銀、アルミニウム、ステンレス、ニッケル等の反射率の高い金属材料、又は窒化チタン、酸化アルミニウム等の反射性を有する物質で反射面層を形成しても良い。反射膜の膜厚が薄い場合、赤外線の一部が膜を透過する。従って、反射膜がある程度の膜厚を有することが好ましい。
なお、実施の形態１及び２においては、反射膜は、第２のガラス管外面に取り付けたが、これに代えて第２のガラス管の内面に取り付けても、同様の効果があることは言うまでもない。

《実施の形態３》
図１０を用いて本発明の実施の形態３の赤外線電球を説明する。図１０は、実施の形態３の赤外線電球の長手方向に垂直な平面の断面図である。実施の形態３の赤外線電球は、反射膜の代わりに反射板を有すること、及び保持ブロック８１（図８）に代えて保持ブロック１０１を有することが、実施の形態２と異なる。それ以外の点において実施の形態３の赤外線電球は、実施の形態２の赤外線電球とほぼ同一である。
反射板１５は、ステンレス、金、銀、酸化アルミニウム、ニッケル又はアルミニウム等の赤外線反射率の高い材質で形成され、又は金、銀、アルミニウム、ステンレス、ニッケル等の反射率の高い金属材料又は窒化チタン、酸化アルミニウム等の反射性を有する物質で少なくとも反射面層が形成される。反射板１５は、半円筒形状であって、内面に鏡面加工が施された反射面を有する。反射板の赤外線反射率は、約８０〜９０％である。

保持ブロック１０１は、実施の形態２のストッパ８６（図８）に代えて、ストッパ１０６を有する点で、実施の形態２の保持ブロック８１と異なる。それ以外の点に置いて、保持ブロック１０１は保持ブロック８１と同一の構造を有する。ストッパ１０６は、ストッパ１０６の上面から直立するブロックと、直立するブロックからストッパ１０６の上面に平行に内側に（赤外線電球を組み立てた状態において発熱体２の中心に向って）伸びる２つのブロック１１１及び１１３と、を有する。ストッパ１０６の直立するブロックは、第２のガラス管９を長手方向に動かないようにする。ブロック１１１と１１３との間の隙間１１２に反射板１５の端部が挟み込まれて固定される。ブロック１１３と保持ブロック１０１の上面との間の隙間１１４に第２のガラス管９の端部が挟み込まれて固定される。反射板１５と保持ブロック１０１とを耐熱性の接着剤で接着して、反射板１５が回転しない様にしても良い。

図１０において、反射板１５は第１のガラス管１と第２のガラス管９との間に配置される。第１のガラス管１の中心軸に垂直な断面において、反射板１５の幅方向の両端と第１のガラス管の中心軸と、が略直線上に位置する。反射板１５の長さは、発熱体の発光長を覆う程度にする。発熱体２は板状であって、発熱体のもっとも幅が広い面に垂直でその長手方向に延びる中心線を通る面が、反射板１５の長手方向に延びる中心線を略通る。

《実施の形態４》
図１１を用いて本発明の実施の形態４の赤外線電球を説明する。図１１は、実施の形態４の赤外線電球の長手方向に垂直な平面の断面図である。実施の形態４の赤外線電球は、反射膜の代わりに反射板を有することが、実施の形態２と異なる。それ以外の点において実施の形態４の赤外線電球は、実施の形態２の赤外線電球と同一である。図１１において、反射板１５は第２のガラス管９の外周上に密着して配置される。ストッパ８６と保持ブロック８１の上面との間の隙間８５に第２のガラス管９及び反射板１５の端部が挟み込まれて固定される。
反射板１５は、全体又は反射面をアルミニウム、金、窒化チタン、銀、ステンレス鋼等の赤外線反射率の高い材質で形成され、半円筒形状であって、内面に鏡面加工が施された反射面を有する。反射板の赤外線反射率は、約８０〜９０％である。

第１のガラス管１の中心軸に垂直な断面において、反射板１５の幅方向の両端と第１のガラス管の中心軸と、が略直線上に位置する。反射板１５の長さは、発熱体の発光長を覆う程度にする。発熱体２は板状であって、発熱体のもっとも幅が広い面に垂直でその長手方向に延びる中心線を通る面が、反射板の長手方向に延びる中心線を略通る。反射板１５の曲率半径を第２のガラス管９の半径より少しだけ小さくすることにより、反射板１５が第２のガラス管に密着する。
反射板１５の長手方向に平行な端部と第２のガラス管９の表面とが耐熱性の接着剤１７で接着されている。これにより、赤外線電球が加熱調理器等に使用された場合に、被加熱物が放出した水分などが第２のガラス管９と反射板１５との間に入り込むことを防ぐ。

《実施の形態５》
図１２を用いて本発明の実施の形態５の赤外線電球を説明する。図１２は、実施の形態５の赤外線電球の長手方向に垂直な平面の断面図である。実施の形態５の赤外線電球は、実施の形態４の赤外線電球（図１１）に類似する構造を有する。図１２において、反射板１５は第２のガラス管９の外周上に密着して配置される。図１２の反射板の位置は図１１と同一であるが、反射板の形状が少し異なる。反射板の幅方向の両端部１８が外側にカーリングし、又は外側に曲げ加工されており、被加熱物が放出した水分などが第２のガラス管９と反射板１５との間に入り込むことを防ぐ。

反射板１５は、その幅方向の中心近傍に長手方向に延びる溝部１９を有し、被加熱物が放出した水分などが反射板１５と第２のガラス管９の間に入り込んだ場合に、溝部１９を通して排出することができる。
実施の形態５の赤外線電球は、保持ブロック１２１を有する。保持ブロック１２１は、保持ブロック８１（図８）と比較して、溝部１９との干渉を避けるための溝部１２２を有する点で異なり、それ以外の点で同一である。それ以外の点において、実施の形態５の赤外線電球は、実施の形態４と同一である。

実施の形態１〜５において、第１のガラス管１の両端から外部リード線８が引き出されている。これに代えて、第１のガラス管１の両端に金属端子を設けても良い。この場合、金属端子を第２のガラス管９の両端より外側に配置する。作業者が金属端子にリード線を接続する時、第２のガラス管が邪魔にならない。

実施の形態１〜５の赤外線電球は反射膜又は反射板を有していたが、指向性を必要としない加熱装置においては、赤外線電球は、反射膜又は反射板を取り外した構成とする。

本発明の実施の形態１〜５の赤外線電球の用途は、加熱調理器に限られるものではない。本発明の赤外線電球は、暖房機器（例えばストーブ、コタツ、エアコン、赤外線治療器等）、乾燥機器（例えば衣類乾燥・布団乾燥・食品乾燥・生ゴミ処理機・加熱型消臭器等）、調理器（例えばオーブン・オーブンレンジ・オーブントースター・トースター・ロースター・保温器・焼き鳥器・コンロ・冷蔵庫解凍用等）、理容器（例えばドライヤー・パーマネント加熱器等）、シートに文字や画像等を定着する機器（例えばＬＢＰ、ＰＰＣ、ファックスなどトナーを媒体として表示する機器や熱を利用してフィルム原本から被転写体へ熱転写する機器等）等、熱源により非加熱物を加温することを目的とした加熱装置に適用できる。

本発明の赤外線電球は加熱装置の加熱源として有用であり、本発明の加熱装置は、種々の用途に適している。

本発明の実施の形態１の赤外線電球の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１の赤外線電球の輻射分布図 本発明の実施の形態１の赤外線電球における保持部材の取り付け構造を示す分解構成図 本発明の実施の形態１の赤外線電球における保持部材の取り付け状態を示す組立構成図 本発明の実施の形態２の赤外線電球の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態２の赤外線電球の構成を示す断面図 本発明の実施の形態２の赤外線電球の輻射分布図 本発明の実施の形態２の赤外線電球における保持部材の取り付け構造を示す分解構成図 本発明の実施の形態２の赤外線電球における保持部材の取り付け状態を示す組立構成図 本発明の実施の形態３の赤外線電球の構成を示す断面図 本発明の実施の形態４の赤外線電球の構成を示す断面図 本発明の実施の形態５の赤外線電球の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１〜５の赤外線電球を用いた加熱調理器の構成を示す概要図

符号の説明

１ 第１のガラス管
２ 発熱体
３ 放熱ブロック
４ 内部リード線
５ コイル状部
６ スプリング状部
７ モリブデン箔
８ 外部リード線
９ 第２のガラス管
１０ 反射膜
１５ 反射板
１７ 接着剤
２０ 加熱調理器の外壁
２１ 加熱調理器の内壁
３１、８１、１０１、１２１ 保持ブロック
３５ 底板
３６ 上板
４３ 金属バンド

Claims (22)

1. 長手方向に延びる形状を有する１又は複数個の発熱体と、非晶質ガラスで形成され前記発熱体を封止した第１のガラス管と、筒状であってその中の空洞部に前記第１のガラス管を配置した第２のガラス管と、
   前記第１及び第２のガラス管の両端部をそれぞれ保持する保持部材と、
   を有し、
   前記保持部材は、前記保持部材と前記第１のガラス管とを所定の固定部材で固定し、前記保持部材と前記第２のガラス管とをバンドで固定する構造を有し、前記第２のガラス管を少なくとも前記第１のガラス管との配置関係を解除するように取り外し可能にしたことを特徴とする赤外線電球。
2. 前記発熱体を２５℃環境において定格で加熱した時、前記第２のガラス管の外周表面の温度が、全ての部分において６００℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の赤外線電球。
3. 前記発熱体を２５℃環境において定格で加熱した時、前記第２のガラス管の外周表面の温度が、全ての部分において５５０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の赤外線電球。
4. 前記第２のガラス管が石英ガラスを含む耐熱性ガラスであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の赤外線電球。
5. 前記第１のガラス管の中心軸が、前記第２のガラス管の中心軸から偏心していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の赤外線電球。
6. 前記第１又は第２のガラス管の外周上に、長手方向に所定の幅で反射膜が形成され、又は反射板が配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載の赤外線電球。
7. 前記第１のガラス管と前記第２のガラス管との間に、長手方向に所定の幅で延びる反射板が設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載の赤外線電球。
8. 前記第２のガラス管の外周上に密着して、長手方向に所定の幅で反射板が配置されており、前記反射板の少なくとも長手方向に平行な端部と前記第２のガラス管の表面とが、耐熱性の接着剤で接着されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載の赤外線電球。
9. 前記反射板が、その幅方向の中心近傍に長手方向に延びる溝部を有することを特徴とする請求項８に記載の赤外線電球。
10. 前記反射板の幅方向の両端部が外側にカーリングし又は外側に曲げ加工されることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかの請求項に記載の赤外線電球。
11. 前記第１のガラス管の中心軸に垂直な断面において、前記反射膜又は前記反射板の断面形状が、前記第１のガラス管の中心軸を焦点とする放物線に近似することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかの請求項に記載の赤外線電球。
12. 前記第２のガラス管は円筒形状を有し、
    前記第２のガラス管の外周上に長手方向に所定の幅で反射膜が形成されており、
    前記第１のガラス管の中心軸に垂直な断面において、前記反射膜が、前記第１のガラス管の中心軸を焦点とする放物線に近似することを特徴とする請求項５に記載の赤外線電球。
13. 前記第１のガラス管の中心軸に垂直な断面において、前記反射膜の幅方向の両端と、前記第１のガラス管の中心軸と、が略直線上に位置することを特徴とする請求項１２に記載の赤外線電球。
14. 前記発熱体は板状であって、前記発熱体の最も幅が広い面に垂直でその長手方向に延びる中心線を通る面が、前記反射膜又は前記反射板の長手方向に延びる中心線を略通ることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかの請求項に記載の赤外線電球。
15. 前記第２のガラス管の両端が開口していることを特徴とする請求項１に記載の赤外線電球。
16. 前記第１のガラス管は両端に前記発熱体に通電するための金属端子を有し、前記金属端子は前記第２のガラス管の両端より外側に配置されることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかの請求項に記載の赤外線電球。
17. 前記発熱体が、炭素系物質で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれかの請求項に記載の赤外線電球。
18. 前記反射膜が、金、銀、アルミニウム、ステンレス、ニッケル等の反射率の高い金属材料又は窒化チタン、酸化アルミニウム等の反射性を有する物質で少なくとも反射面層が形成されることを特徴とする請求項６又は請求項１２に記載の赤外線電球。
19. 前記反射板は、ステンレス、金、銀、酸化アルミニウム、ニッケル又はアルミニウムで形成されることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかの請求項に記載の赤外線電球。
20. 請求項１から請求項１９のいずれかの請求項に記載の赤外線電球を有することを特徴とする加熱装置。
21. 前記発熱体が炭素系物質で形成された請求項１５に記載の赤外線電球と、前記赤外線電球の発熱体をその内側に配置し内側と外側とを略仕切る内壁と、前記赤外線電球を格納する筐体と、を有し、
    前記内壁は、互いに対向しそれぞれ前記赤外線電球の第２のガラス管の両端が挿入された穴を有する２つの壁を有することを特徴とする加熱装置。
22. 前記加熱装置が、焼肉器、加熱調理器、オーブン、加熱暖房機、電気ストーブ、理容器、シートに文字や画像等を定着する機器又は乾燥機であることを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載の加熱装置。

Images