JP4311656B2 - Heater sealing terminal structure and heater using the same - Google Patents
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Description
本発明は、ヒータの封止端子構造及びこれを用いたヒータに関し、特に、発熱体がシリカガラス部材中に収納されたヒータ及びその封止端子構造に関する。 The present invention relates to a heater sealing terminal structure and a heater using the same, and more particularly to a heater in which a heating element is housed in a silica glass member and the sealing terminal structure thereof.
本願発明者らは、既に発熱体をガラス管中に封入したヒータを特許文献1(特開2000―228271号公報)及び特許文献2(特開2000−21890号公報)において提案している。
まず、特許文献1に記載されたヒータの概要を図8、図9に基づいて説明する。なお、図8はヒータの側面図であり、図9は図8に用いられている封止端子部(封止端子構造)の斜視図である。
The inventors of the present application have already proposed a heater in which a heating element is enclosed in a glass tube in Patent Document 1 (JP 2000-228271 A) and Patent Document 2 (JP 2000-21890 A).
First, the outline of the heater described in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS. 8 is a side view of the heater, and FIG. 9 is a perspective view of the sealing terminal portion (sealing terminal structure) used in FIG.
図8に示されているヒータ21は、カーボンワイヤー発熱体22と、前記カーボンワイヤー発熱体22を収納する、両端が開放されたU字状の小径のシリカガラス管23と、前記小径のシリカガラス管23の両端部23a、23bに圧縮収納されたワイヤーカーボン材Aと、前記小径のシリカガラス管23を収容すると共に、一端が閉塞されかつ他端が開放された大径のシリカガラス管24と、前記大径のシリカガラス管24の開放された端部に取り付けられた、カーボンワイヤー発熱体22と接続される接続線32a、32bとを備える封止端子部30とから構成されている。
なお、前記小径のシリカガラス管23は、その頂部において大径のシリカガラス管24の内部に固定部25を介して固定されている。
The
The small-diameter
更に、封止端子部30の構造を、図9に基づいて説明すると、封止端子部30を構成するガラス管31は、即ち、大径シリカガラス管24と融着してあるいは溶接して一体化するガラス管31は、大径シリカガラス管24との融着側から、シリカガラス部31a、グレイデッド(Graded)シール部31b、タングステン(W)ガラス部31cによって構成されている。
そして、小径のシリカガラス管23内に圧縮収納されているワイヤーカーボン材に接続されるタングステン(W)からなる接続線32a、32bは、タングステン(W)ガラス部31cのピンチシール部31dでピンチシールされる。
Further, the structure of the
The
すなわち、ピンチシール部31dを、接続線を構成するタングステン(W)の熱膨張係数に近いタングステン(W)ガラスで形成すると共に、大径シリカガラス管24との融着側をシリカガラスで形成している。
このように、ピンチシール部31dを、接続線を構成するタングステン(W)の熱膨張係数に近いタングステン(W)ガラスで形成することにより、接続線32a、32bの高温時熱膨張に伴うガラス部(ピンチシール部31d)の破損を防止している。
That is, the pinch seal portion 31d is formed of tungsten (W) glass having a thermal expansion coefficient close to that of tungsten (W) constituting the connection line, and the fused side with the large-diameter
In this way, the pinch seal portion 31d is formed of tungsten (W) glass having a thermal expansion coefficient close to that of tungsten (W) constituting the connection line, so that the glass portion accompanying the thermal expansion at high temperature of the
次に、特許文献2に記載されたヒータの概要を図10に基づいて説明する。なお、図10はヒータの概略側面図である。
図10において、ヒータ40は、半ドーナツ形のシリカガラス製容器41を有し、その下部にシリカガラス管42が垂直に接続されている。シリカガラス製容器41は容器本体とフタ部材から構成され、容器本体にはカーボンワイヤー発熱体43を配置するための溝44が形成されている。溝44の両端には、端子装置を配置するための端子用凹所45が設けられている。
Next, an outline of the heater described in
In FIG. 10, the
そして、前記端子用凹所45及びシリカガラス管42内には、カーボンワイヤー発熱体43と複数のワイヤー状カーボン端子線46を接続するための第1の端子装置47、複数のワイヤー状カーボン端子線46と金属製端子線(内接続線)48を接続するための第2の端子装置49、シリカガラス管42の内側の金属製端子線48と電源側の金属製端子線(外接続線)50を接続するための第3の端子装置51が設けられている。
And in the said terminal recess 45 and the
前記第3の端子装置51は、シリカガラス管42の内側に配置された内接続線48と電源側の外接続線50を接続するためのものである。この内接続線48はモリブデン棒であり、このモリブデン棒の一端は第2の端子装置49に接続され、他端はモリブデン箔52に接続されている。したがって、このモリブデン棒(内接続線48)は、カーボンワイヤー発熱体43とは間接的に接続される。
また、シリカガラス管42の下端部には、シリカガラス製のキャップ53が接続されており、モリブデン棒(内接続線48)はキャップ53を通って引き出されている。モリブデン箔52の底部側からは、2本の外接続線50が外側に引き出されている。
The
A
そして、モリブデン箔52全体が包み込まれるように、ピンチシール部53aが形成されている。ピンチシール部53aは、モリブデン箔52を、シリカガラス管42の内部及び大気から遮断している。このピンチシール部53aは、シリカ製のキャップ53の先端部を加熱軟化させピンチして(はさみ込んで)密封することにより形成される。
And the
このように、内接続線(モリブデン棒)48と電源側の外接続線50との接続をモリブデン箔52を介して行い、しかもこのモリブデン箔52の部分でシリカ製のキャップ53の先端部を加熱軟化させピンチすることによって、金属とガラスの熱膨張の差を吸収し、キャップ53(ピンチシール部53a)の破損を防止している。
In this way, the inner connection line (molybdenum bar) 48 and the power supply side
ところで、特許文献1に示された封止端子構造にあっては、封止端子部30を構成するガラス管31が、シリカガラス部31a、グレイデッド(Graded)シール部31b、タングステン(W)ガラス部31cによって構成されている。
そのため、シリカガラス部31aとタングステン(W)ガラス部31c間の熱膨張係数差による歪みを吸収緩和させるためには、構造上、ガラス管31の厚さは、より薄く形成されなければならない。
By the way, in the sealing terminal structure shown by patent document 1, the
Therefore, in order to absorb and relieve distortion due to the difference in thermal expansion coefficient between the silica glass portion 31a and the tungsten (W)
しかしながら、ガラス管31の厚さを薄くすることは、一方において外力に対して機械的強度が弱くなり、破損し易く、その取り扱いに注意を要するという技術的課題があった。また、前記ガラス管31の製造には熟練を要し、特に低コスト製品の量産には適さないという技術的課題があった。特に、自動化による大量生産に適さないものであった。
However, reducing the thickness of the
また、特許文献2に示された封止端子構造にあっては、シリカ製のキャップ53の先端部を加熱軟化させ、モリブデン箔52の部分をピンチして(はさみ込んで)封止している。
しかしながら、モリブデン箔52とシリカガラス(キャップ53)とを直接封止しているため、吸収できる熱膨張の差は小さく、それ故、許容される温度範囲が小さいという技術的課題があった。また、内接続線と外接続線が箔(モリブデン箔)を介して接続されているため、端子として許容する電流を小さくしなければならず、ヒータのパワーが制限されるという技術的課題があった。
In the sealing terminal structure disclosed in
However, since the
本発明者等は、これら課題を解決するためになされたものであり、機械的強度がより強く、取り扱いが便利であり、製造が容易であり、しかも、許容温度範囲が大きく、また許容電流が大きい、ヒータの封止端子構造について鋭意研究した。
この研究において、許容温度範囲を大きく、また許容電流を大きくするために、特許文献2に示すようなモリブデン箔とシリカガラス(キャップ)とを直接封止する方法ではなく、特許文献1に示すような接続線とガラス部材(ガラス管)とを直接封止する方法を検討し、従来にない新たな封止端子構造を発明するに至った。
The inventors of the present invention have been made to solve these problems, have higher mechanical strength, are easy to handle, are easy to manufacture, have a wide allowable temperature range, and have a high allowable current. We have conducted extensive research on the large heater sealing terminal structure.
In this research, in order to increase the allowable temperature range and increase the allowable current, not the method of directly sealing the molybdenum foil and the silica glass (cap) as shown in
本発明は、前記した技術的課題を解決するためになされたものであり、機械的強度がより強く、取り扱いが便利であり、また封止端子部を容易に形成することができ、しかも、許容温度範囲を大きく、また許容電流を大きくできる封止端子構造及びこれを用いたヒータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described technical problems, has higher mechanical strength, is convenient to handle, can easily form a sealing terminal portion, and is allowed. It is an object of the present invention to provide a sealed terminal structure capable of increasing the temperature range and increasing the allowable current, and a heater using the same.
上記技術的課題を解決するためになされた本発明にかかるヒータの封止端子構造は、発熱体がシリカガラス部材中に収納されたヒータの封止端子構造において、前記発熱体に電力を供給する接続線と、前記接続線の外周面に熱膨張率の異なる複数のガラスを積層し形成された、前記接続線の径方向に熱膨張係数が変化する熱膨張傾斜部と、前記シリカガラス部材に一端部を融着すると共に、他端部を前記熱膨張傾斜部の外周面に融着するシリカガラスからなる封止部材とを備え、前記熱膨張傾斜部の厚さが、前記接続線の軸線方向において封止部材の厚さに対応して変化し、 前記接続線は、熱膨張傾斜部及び封止部材を介して前記シリカガラス部材に取り付けられることを特徴としている。 The sealing terminal structure of the heater according to the present invention made to solve the above technical problem is a heater sealing terminal structure in which a heating element is housed in a silica glass member, and supplies power to the heating element. A connection line, a thermal expansion inclined portion having a coefficient of thermal expansion that changes in the radial direction of the connection line, formed by laminating a plurality of glasses having different thermal expansion coefficients on the outer peripheral surface of the connection line, and the silica glass member A sealing member made of silica glass that fuses one end and fuses the other end to the outer peripheral surface of the thermal expansion inclined portion, and the thickness of the thermal expansion inclined portion is the axis of the connection line The connecting wire is attached to the silica glass member via a thermal expansion inclined portion and a sealing member .
このように、接続線の外周面に熱膨張率の異なる複数のガラスを積層、形成された、前記接続線の径方向に熱膨張係数が変化する熱膨張傾斜部を備え、前記接続線は、熱膨張傾斜部を介して前記ガラス部材に取り付けられるため、従来のようなシリカガラス部、グレイデッド(Graded)シール部、タングステン(W)ガラス部をその長さ方向に有するガラス管を用いる必要がなく、ヒータを容易に製造でき、しかも量産することができる。
しかも、接続線の外周面に熱膨張率の異なる複数のガラスが積層、形成されるため、従来のように接続線の軸線方向にシリカガラス部、グレイデッド(Graded)シール部、タングステン(W)ガラス部が設けられた封止端子部に比べて、機械的強度が強くなり、取り扱いが便利である。なお、従来のように箔(モリブデン箔)を用いていないため、許容温度範囲を大きく、また許容電流を大きくすることができる。
In this way, a plurality of glasses having different thermal expansion coefficients are laminated and formed on the outer peripheral surface of the connection line, and provided with a thermal expansion inclined portion whose coefficient of thermal expansion changes in the radial direction of the connection line, Since it is attached to the glass member via a thermal expansion inclined portion, it is necessary to use a glass tube having a silica glass portion, a graded seal portion, and a tungsten (W) glass portion in the length direction as in the conventional case. The heater can be easily manufactured and mass-produced.
Moreover, since a plurality of glasses having different thermal expansion coefficients are laminated and formed on the outer peripheral surface of the connection line, the silica glass part, graded seal part, tungsten (W) in the axial direction of the connection line as in the past. Compared to the sealed terminal portion provided with the glass portion, the mechanical strength is increased and the handling is convenient. Since a foil (molybdenum foil) is not used as in the prior art, the allowable temperature range can be increased and the allowable current can be increased.
ここで、前記シリカガラス部材に一端部を融着すると共に、他端部を前記熱膨張傾斜部の外周面に融着するシリカガラスからなる封止部材を備え、前記接続線は、熱膨張傾斜部及び封止部材を介して前記シリカガラス部材に取り付けられることが望ましい。 Here, the sealing glass is provided with a sealing member made of silica glass that has one end fused to the silica glass member and the other end fused to the outer peripheral surface of the thermal expansion inclined portion. It is desirable to be attached to the silica glass member via a part and a sealing member.
また、前記熱膨張傾斜部の厚さが、前記接続線の軸線方向において封止部材の厚さに対応して変化することが望ましい。このように、接続線の軸線方向において、熱膨張傾斜部の厚さが封止部材の厚さに対応して変化するため、熱膨張による歪みをより緩和することができる。 In addition, it is desirable that the thickness of the thermal expansion inclined portion changes corresponding to the thickness of the sealing member in the axial direction of the connection line. Thus, in the axial direction of the connecting line, the thickness of the thermal expansion inclined portion changes corresponding to the thickness of the sealing member, so that distortion due to thermal expansion can be further alleviated.
なお、熱膨張傾斜部の厚さが、封止部材の厚さの0.2倍未満である場合及び1倍を超える場合には熱膨張よる歪みを吸収できず、破損する虞があるため、好ましくない。
したがって、前記熱膨張傾斜部の厚さは、封止部材の厚さの0.2〜1倍であることが望ましい。
In addition, when the thickness of the thermal expansion inclined portion is less than 0.2 times the thickness of the sealing member and more than 1 time, the strain due to thermal expansion cannot be absorbed and may be damaged. It is not preferable.
Therefore, it is desirable that the thickness of the thermal expansion inclined portion is 0.2 to 1 times the thickness of the sealing member.
また、前記接続線がタングステンからなり、かつ、前記熱膨張傾斜部が、前記接続線の外周面に形成されたタングステンガラス層と、前記タングステンガラス層上に積層された熱膨張係数が8〜20×10-7/℃(0〜300℃)であるガラス層とからなることが望ましい。
更に、前記発熱体が、カーボンワイヤー発熱体であることが望ましい。
Further, the connection line is made of tungsten, and the thermal expansion inclined portion has a tungsten glass layer formed on the outer peripheral surface of the connection line, and a thermal expansion coefficient of 8 to 20 laminated on the tungsten glass layer. It is desirable to consist of a glass layer that is × 10 −7 / ° C. (0 to 300 ° C.).
Furthermore, it is desirable that the heating element is a carbon wire heating element.
上記技術的課題を解決するためになされた本発明にかかるヒータは、前記封止端子構造を用いたヒータにおいて、発熱体がカーボンワイヤー発熱体であって、前記カーボンワイヤー発熱体がシリカガラス部材中に収納されると共に、前記カーボンワイヤー発熱体の端部がシリカガラス管部の内部に充填されたワイヤーカーボン部材に保持され、かつ、カーボンワイヤー発熱体に電力を供給する接続線が、前記ワイヤーカーボン部材に保持されていることを特徴としている。 The heater according to the present invention made to solve the above technical problem is a heater using the sealing terminal structure, wherein the heating element is a carbon wire heating element, and the carbon wire heating element is in a silica glass member. And a connecting wire for supplying electric power to the carbon wire heating element, wherein the end portion of the carbon wire heating element is held by a wire carbon member filled in the silica glass tube part. It is characterized by being held by a member.
以上のように、本発明によれば、機械的強度がより強く、取り扱いが便利であり、また封止端子部を容易に形成することができ、しかも、許容温度範囲を大きく、また許容電流を大きくできる封止端子構造及びこれを用いたヒータを得ることができる。 As described above, according to the present invention, the mechanical strength is stronger, the handling is convenient, the sealing terminal portion can be easily formed, the allowable temperature range is increased, and the allowable current is increased. A sealed terminal structure that can be enlarged and a heater using the same can be obtained.
以下に、本発明にかかる第一の実施形態について図1乃至図6に基づいて説明する。ここで、図1は、本発明にかかる両端に接続線を有するヒータの実施形態を示す断面図であり、図2は、図1の封止端子構造を示す拡大断面図、図3は、図1の封止端子を示す断面図、図4は、カーボンワイヤーを示す平面図、図5はカーボンワイヤー発熱体と接続線の接続状態を示す断面図、図6は図4の横断面図である。なお、図2、図3では、ヒータの左右端部が同一形状であるため、一方の端部のみを図示すると共に、一の端部の説明をもって両端部の説明とする。 Below, 1st embodiment concerning this invention is described based on FIG. 1 thru | or FIG. Here, FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a heater having connecting wires at both ends according to the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the sealing terminal structure of FIG. 1, and FIG. 4 is a plan view showing a carbon wire, FIG. 5 is a cross-sectional view showing a connection state between a carbon wire heating element and a connection line, and FIG. 6 is a cross-sectional view of FIG. . 2 and 3, since the left and right end portions of the heater have the same shape, only one end portion is illustrated, and the description of one end portion is used as the description of both end portions.
図1に示されているヒータ1は、カーボンワイヤー発熱体2と、前記カーボンワイヤー発熱体2を収納する、両端が開放された大径のシリカガラス管3と、前記大径のシリカガラス管3の両端部3a,3bに収納された小径のシリカガラス管4a,4bと、この小径のシリカガラス管4a,4bの内部に圧縮収納されたワイヤーカーボン材Aと、前記大径のシリカガラス管3の端部を封止し、閉塞する封止端子部10a,10bとから構成されている。
A heater 1 shown in FIG. 1 includes a carbon
この封止端子部10a,10bは、カーボンワイヤー発熱体2に電力を供給する接続線6a,6bと、前記接続線6a,6bの外周面に形成された熱膨張傾斜部7a,7bと、大径のシリカガラス管3の両端部3a,3bに一端部が融着する共に、他端部が、接続線6a,6bの外周囲に形成された熱膨張傾斜部7a,7bの外周面に融着する円筒状のシリカガラスからなる封止部材5a,5bとを備えている。
The sealing
この前記接続線6a,6bはMo(モリブデン)、あるいはW(タングステン)棒からなり、その直径は1mm乃至3mmに形成されている。前記接続線6a,6bの直径は、必要に応じて適宜選択することができるが、直径が小さすぎる場合には、大きな電気抵抗となる傾向があり、また直径が大きすぎる場合には、端子自体が大きくなる傾向がある。
なお、接続線6a,6bは、小径シリカガラス管4a,4b内に圧縮収納されているワイヤーカーボン材Aに容易に接続ができるように、その先端部は尖っている。
The connecting
The connecting
また、この接続線6a,6bの外周面には、図2、3に示すように、タングステンガラス層7a1が形成され、更に前記タングステンガラス層7a1上に、例えば熱膨張係数が8×10-7/℃(0〜300℃)である96%珪酸ガラス層7a2が積層、形成されている。即ち、接続線6a,6bの径方向に熱膨張係数が小さくなるように、熱膨張傾斜部7a,7bが形成されている。
また、図3に示すように、前記封止部材5aは、小径部5a1と、大径部5a3と、前記小径部5a1と大径部5a3とを接続する立上がり部5a2が形成された円筒状体である。
そして、前記小径部5a1の内周面は、前記96%珪酸ガラス層7a2の外周面に融着され、大径部5a3の端面は、前記大径のシリカガラス管3の両端部3aの端面に融着される。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, a tungsten glass layer 7a1 is formed on the outer peripheral surfaces of the connecting
As shown in FIG. 3, the sealing
And the inner peripheral surface of the said small diameter part 5a1 is melt | fused by the outer peripheral surface of the said 96% silicate glass layer 7a2, and the end surface of the large diameter part 5a3 is on the end surface of the both ends 3a of the said large diameter
更に、熱膨張傾斜部7a(タングステンガラス層7a1及び前記96%珪酸ガラス層7a2(より具体的には、コーニング社製、バイコール(登録商標)))の全体の厚さt3は、前記小径部5a1の厚さt1(肉厚)の0.2倍〜1倍に形成されている。
この熱膨張傾斜部7aの厚さt3が封止部材5a(小径部5a1)の厚さt1の0.2倍未満である場合及び1倍を超える場合には熱膨張による歪みの吸収できず、破損する虞があるため、望ましくない。
Furthermore, the entire thickness t3 of the thermal expansion inclined
When the thickness t3 of the thermal expansion inclined
この封止端子部10a,10bは、次のようにして製造される。
先ず、モリブデン接続線6a、6bの熱膨張傾斜部7a、7bを形成する外周面を酸化処理する。この酸化処理は、接続線6a、6bを酸水素バーナで加熱し、前記接続線6a、6bの外周面のみに固形状の亜硝酸ナトリウムを当接させ、付着させる。そして、更に、前記接続線6a、6bの外周面をバーナで加熱することにより、前記外周面の酸化を促進させる。これによって、接続線6a、6bの外周面に酸化層を厚く形成する。
The sealing
First, the outer peripheral surfaces forming the thermal expansion inclined
続いて、円筒状のモリブデンガラスを用意し、その内径を、接続線6a、6bの外径より僅かに大きくなるように加工し、所定の長さに切断する。そして、切断された円筒状のモリブデンガラスを接続線6a、6bの酸化膜が形成された外周面に、装着し、前記モリブデンガラス層7a1、7b1の肉厚が0.5mm程度になるように、焼き付ける。
Subsequently, cylindrical molybdenum glass is prepared, and the inner diameter thereof is processed to be slightly larger than the outer diameter of the connecting
更に、円筒状の前記96%珪酸ガラスを用意し、その内径を、前記モリブデンガラス層7a1、7b1の外径より僅かに大きくなるように加工し、所定の長さに切断する。そして、切断された円筒状の前記96%珪酸ガラスを前記モリブデンガラス層7a1、7b1の外周面に装着し、前記96%珪酸ガラス層7a2、7b2の肉厚が0.5mm程度になるように、焼き付ける。 Further, the cylindrical 96% silicate glass is prepared, and the inner diameter thereof is processed so as to be slightly larger than the outer diameter of the molybdenum glass layers 7a1 and 7b1, and cut into a predetermined length. Then, the cut cylindrical 96% silicate glass is attached to the outer peripheral surfaces of the molybdenum glass layers 7a1 and 7b1, and the thickness of the 96% silicate glass layers 7a2 and 7b2 is about 0.5 mm. Bake.
続いて、封止部材5a、5bの小径部の内周面を、前記96%珪酸ガラス層7a2、7b2の外周面に融着することによって、封止端子部10a、10bが完成する。なお、このとき、前記小径部の肉厚が1.5〜3.0mm程度になされる。
Subsequently, the sealing
また、前記カーボンワイヤー発熱体2としては、図4に示すような複数本のカーボンファイバーを束ねたファイバー束を複数束用いてワイヤー状に編み込んだもの等が用いられる。このカーボンワイヤー発熱体2は、図5、図6に示すように小径のシリカガラス管4a,4bの内部に圧縮収納された複数本のワイヤーカーボン材A間に、圧縮状態で埋設されている。
Further, as the carbon
前記カーボンワイヤー発熱体2の具体例としては、直径5乃至15μmのカーボンファイバー、例えば、直径7μmのカーボンファイバーを1000乃至3000本程度束ねたファイバー束を10束程度用いて直径約1.3〜2.5mmの編紐、あるいは組紐形状に編み込んだ等のカーボンワイヤーが用いられる。
前記の場合において、ワイヤーの編み込みスパンは2乃至5mm程度であり、カーボンファイバーによる表面の毛羽立ちは0.5乃至1.5mm程度である。なお、前記毛羽立ちとは、図3の符号aに示すような、カーボンファイバーが切断されたものの一部が、カーボンワイヤーの外周面から突出したものである。
Specific examples of the carbon
In the above case, the wire braiding span is about 2 to 5 mm, and the surface fluff due to the carbon fiber is about 0.5 to 1.5 mm. In addition, the said fluff is what a part of what the carbon fiber was cut | disconnected as shown to the code | symbol a of FIG. 3 protruded from the outer peripheral surface of the carbon wire.
また、前記ワイヤーカーボン材Aは、カーボンワイヤー発熱体2と同一もしくは、少なくともカーボンファイバーを束ねたファイバー束を複数編み上げてなる編紐あるいは組紐形状である点において同等の構成材料が用いられる。
なお、同一の構成材料とは、カーボンファイバー直径、カーボンファイバーの束ねた本数、ファイバー束を束ねる束数、編み込み方、編み込みスパン長さ、毛羽立ち長さ、材質が同一であることを意味している。
The wire carbon material A is the same as the carbon
In addition, the same constituent material means that the carbon fiber diameter, the number of bundled carbon fibers, the number of bundles of bundled fiber bundles, the knitting method, the knitted span length, the fluff length, and the material are the same. .
また、小径のシリカガラス管4a,4bに収容されるワイヤーカーボン材Aの本数は、カーボンワイヤー発熱体2の本数以上が収容されるのが良い。より好ましくは、カーボンワイヤー発熱体2の本数の5倍以上の本数が、ワイヤーカーボン材Aとして収容されているのが良い。具体的に説明すれば、例えばカーボンワイヤー発熱体2が1本のときワイヤーカーボン材Aが14本、あるいはカーボンワイヤー発熱体2が2本のときワイヤーカーボン材Aが12本等、5倍以上の本数がワイヤーカーボン材Aとして用いられるのが好ましい。
Moreover, the number of the wire carbon materials A accommodated in the small diameter
前記のように、カーボンワイヤー発熱体2とワイヤーカーボン材Aとして例示した、直径7μmのカーボンファイバーを1000乃至3000本程度束ねたファイバー束を9束程度用いて直径約2mmの編紐、あるいは組紐形状に編み込んだ等のカーボンワイヤーの電気抵抗は、室温で略10〜30Ω/1m・1本、1000℃で5〜15Ω/1m・1本である。
また、前記カーボンワイヤーを5本束ねたときの電気抵抗は、室温で略2〜6Ω/1m・1本、1000℃で1〜3Ω/1m・1本である。
As described above, the carbon
The electric resistance when the five carbon wires are bundled is about 2 to 6 Ω / 1 m · 1 at room temperature and 1 to 3 Ω / 1 m · 1 at 1000 ° C.
したがって、ワイヤーカーボン材Aとして、小径シリカガラス管4a,4bに前記カーボンワイヤーが5本、圧縮収容されている場合には、前記したように室温で略2〜6Ω/1m・1本、1000℃で1〜3Ω/1m・1本となり、電気抵抗が1/5(1/本数)となり、低下する。
その結果、ワイヤーカーボン材Aによる発熱を、カーボンワイヤー発熱体2の発熱に比べ、極端に低下させることができる。
Accordingly, when the carbon carbon material A is compressed and accommodated as five carbon wires in the small-diameter
As a result, the heat generated by the wire carbon material A can be extremely reduced compared to the heat generated by the carbon
また、カーボンワイヤー発熱体2と後述する接続線6a,6bとの間にワイヤーカーボン材Aが介在するために、カーボンワイヤー発熱体2の熱が接続線6a,6bに極力伝わらないようにすることができ、封止端子部10a,10bの高温劣化を防止することができる。即ち、ワイヤーカーボン材Aが断熱材として機能し、封止端子部10a,10bの高温劣化を防止することができる。
In addition, since the wire carbon material A is interposed between the carbon
ここで、ワイヤーカーボン材Aの長さは40mm以上、より好ましくは45mm以上に設定される。一般にヒータ温度が1200℃、ワイヤーカーボン材Aの長さが35mmとした場合、封止端子部10a,10bの温度は250℃程度となる。封止端子部10a,10bの温度が270℃を超えた場合、熱膨張差により封止端子部10a,10bにクラックが入る可能性があるため、断熱材としてのワイヤーカーボン材Aの長さは40mm以上、より好ましくは45mm以上に設定する必要がある。
Here, the length of the wire carbon material A is set to 40 mm or more, more preferably 45 mm or more. Generally, when the heater temperature is 1200 ° C. and the length of the wire carbon material A is 35 mm, the temperature of the sealing
また、ワイヤーカーボン材A間に接続線6a,6bが圧接状態で収容されるため、ワイヤーカーボンAの炭素成分が還元性の作用をし、接続線6a,6bの酸化の増大を抑制することができる。その結果、接続線6a,6bの酸化に伴うスパークの発生を防止することができる。また、ワイヤーカーボン材Aが圧縮収納された部分に、カーボンワイヤー発熱体2及び接続線6a,6bが取り付けられるため、カーボンワイヤー発熱体2によって高温になっても、接続が緩んでしまうことがなく、良好な電気的接続状態が維持される。
In addition, since the connecting
なお、前記実施形態では、熱膨張傾斜部7a,7bとして,タングステンガラス層及び前記96%珪酸ガラス層の2層が形成された場合を示したが、本発明は2層の場合に限定されるものではなく、2層以上で形成されていても良い。
例えば、図7の符号8aに示すように、接続線側にタングステンガラス層を、中間層に熱膨張係数が21〜34×10-7/℃(0〜300℃)であるガラス(好ましくは硼珪酸ガラス)層を、更に封止部材側に熱膨張係数が8〜20×10-7/℃(0〜300℃)であるガラス層を形成してもよい。
In the embodiment, the case where two layers of the tungsten glass layer and the 96% silicate glass layer are formed as the thermal expansion inclined
For example, as shown by
また、前記熱膨張傾斜部8aの厚さは、前記接続線6a,6bの軸線方向において一定である必要はなく、変化してもよい。例えば、図7に示すように、立上がり部5a2が肉厚になるため、その厚さに対応して、熱膨張傾斜部8aの厚さを大きくしても良い。このように、接続線6a,6bの軸線方向において、熱膨張傾斜部8aの厚さを、封止部材5aの厚さに対応して変化させることにより、熱膨張による歪みをより緩和することができる。
Further, the thickness of the thermal expansion inclined
この場合においても、熱膨張傾斜部8aの厚さt3は、封止部材5aの小径部5a1の肉厚t1の0.2倍〜1倍に形成され、同様に、熱膨張傾斜部8aの厚さt4は、封止部材5aの立上が部5a2の肉厚t2の0.2倍〜1倍に形成されていることが望ましい。
即ち、接続線6aの軸線方向において、封止部材5aの肉厚の変化に対応して、熱膨張傾斜部部8aの厚さが変化し、熱膨張傾斜部8aの厚さが封止部材の5aの肉厚の0.2倍〜1倍に形成されていることが望ましい。
尚、図中、熱膨張傾斜部の厚さ、封止部材の小径部の厚さは模式的示したものであって、必ずしも前記した、厚さ(肉厚)t1,t2,t3,t4の関係を満たすようには図示していない。
Also in this case, the thickness t3 of the thermal expansion inclined
That is, in the axial direction of the connecting
In the drawing, the thickness of the thermal expansion inclined portion and the thickness of the small diameter portion of the sealing member are schematically shown, and are not necessarily the thicknesses (thicknesses) t1, t2, t3, and t4. It is not shown to satisfy the relationship.
また上記実施形態にあっては、棒状(管状)のヒータを例にとって説明したが、平板状のヒータにも適用することができる。
更に、上記実施形態においては、接続線に熱膨張傾斜部を形成し、この熱膨張傾斜部に封止部材を取り付ける場合について説明したが、前記熱膨張傾斜部に発熱体が収納されているシリカガラス部材を取り付けても良い。
Moreover, in the said embodiment, although demonstrated taking the case of the rod-shaped (tubular) heater as an example, it is applicable also to a flat heater.
Furthermore, in the said embodiment, although the thermal expansion inclination part was formed in the connection line and the case where a sealing member was attached to this thermal expansion inclination part was demonstrated, the silica by which the heat generating body is accommodated in the said thermal expansion inclination part A glass member may be attached.
以上のように本発明にかかるヒータは、あらゆる分野に用いられているヒータに、特に好ましくは一般産業用ヒータに適用することができる。 As described above, the heater according to the present invention can be applied to heaters used in all fields, particularly preferably to general industrial heaters.
1 ヒータ
2 カーボンワイヤー発熱体
3 大径のシリカガラス管
3a 大径のシリカガラス管の端部
3b 大径のシリカガラス管の端部
4a,4b 小径のシリカガラス管
5a,5b 封止部材
5a1 小径部
5a2 立上がり部
5a3 大径部
6a,6b 接続線
7a,7b 熱膨張傾斜部
7a1 タングステンガラス層
7a2 96%珪酸ガラス層
8a 熱膨張傾斜部
10a,10b 封止端子部
A ワイヤーカーボン材
a 毛羽立ち
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記発熱体に電力を供給する接続線と、
前記接続線の外周面に熱膨張率の異なる複数のガラスを積層し形成された、前記接続線の径方向に熱膨張係数が変化する熱膨張傾斜部と、
前記シリカガラス部材に一端部を融着すると共に、他端部を前記熱膨張傾斜部の外周面に融着するシリカガラスからなる封止部材とを備え、
前記熱膨張傾斜部の厚さが、前記接続線の軸線方向において封止部材の厚さに対応して変化し、
前記接続線は、熱膨張傾斜部及び封止部材を介して前記シリカガラス部材に取り付けられることを特徴とするヒータの封止端子構造。 In the sealing terminal structure of the heater in which the heating element is housed in the silica glass member,
A connection line for supplying power to the heating element;
A thermal expansion slope portion in which a thermal expansion coefficient changes in the radial direction of the connection line, formed by laminating a plurality of glasses having different thermal expansion coefficients on the outer peripheral surface of the connection line,
A sealing member made of silica glass, with one end fused to the silica glass member and the other end fused to the outer peripheral surface of the thermal expansion inclined portion;
The thickness of the thermal expansion inclined portion changes corresponding to the thickness of the sealing member in the axial direction of the connection line,
The connecting terminal is attached to the silica glass member via a thermal expansion inclined portion and a sealing member, and a sealing terminal structure for a heater.
かつ、前記熱膨張傾斜部が、前記接続線の外周面に形成されたタングステンガラス層と、前記タングステンガラス層上に積層された熱膨張係数が8〜20×10-7/℃(0〜300℃)であるガラス層とからなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載されたヒータの封止端子構造。 The connecting wire is made of tungsten;
And the said thermal expansion inclination part is a tungsten glass layer formed in the outer peripheral surface of the said connection line, and the thermal expansion coefficient laminated | stacked on the said tungsten glass layer is 8-20 * 10 < -7 > / degreeC (0-300). The heater sealing terminal structure according to claim 1, wherein the sealing terminal structure of the heater is a glass layer having a temperature of ° C.
発熱体がカーボンワイヤー発熱体であって、
前記カーボンワイヤー発熱体がシリカガラス部材中に収納されると共に、前記カーボンワイヤー発熱体の端部がシリカガラス管部の内部に充填されたワイヤーカーボン部材に保持され、
かつ、カーボンワイヤー発熱体に電力を供給する接続線が、前記ワイヤーカーボン部材に保持されていることを特徴とするヒータ。 In the heater using the sealed terminal structure according to any one of claims 1 to 4 ,
The heating element is a carbon wire heating element,
While the carbon wire heating element is housed in a silica glass member, the end of the carbon wire heating element is held by a wire carbon member filled inside the silica glass tube part,
And the connecting wire which supplies electric power to a carbon wire heat generating body is hold | maintained at the said wire carbon member, The heater characterized by the above-mentioned.
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