JP4943677B2 - 炭素ヒータ - Google Patents

Description

本発明は、発熱体として炭素繊維または炭素フィラメントを用いる炭素ヒータに関するもので、詳しくは、炭素フィラメントに一体に形成された支持部が、前記炭素フィラメントから突出されて石英チューブ内に支持されるようにした炭素ヒータに関するものである。

一般に、炭素ヒータは、発熱体として炭素成分からなるフィラメントを用いたヒータであって、熱効率が良く、廃棄時、環境に無害であり、遠赤外線放射、脱臭効果、殺菌及び抗菌作用などの多様な効果があることで知られ、最近、加熱装置はもちろん、暖房装置および乾燥装置などにも大いに適用されつつある。

図１および図２は、従来の螺旋状の炭素ヒータを示した斜視図及び主要部断面図である。

図１および図２に示すように、従来の炭素ヒータは、両側の封止部１１により内部が密封される石英チューブ１０と、この石英チューブ１０内に螺旋状に長く配列された炭素フィラメント１２と、この炭素フィラメント１２の両端部に付着されるとともに、前記石英チューブ１０の両側に延長される金属ワイヤー１４と、前記石英チューブ１０の封止部１１内の金属片１８により前記金属ワイヤー１４と電気的に連結されるとともに、外部に露出される外部電極１６と、から構成される。

前記石英チューブ１０は、内部が密封されており、その内部には、前記炭素フィラメント１２が２５０〜３００℃以上で酸化することを防ぐために、真空状態が維持されるか、または不活性ガスが充填されている。

前記炭素フィラメント１２は、螺旋状に形成されており、前記金属ワイヤー１４は、前記炭素フィラメント１２の両端部に連結されている。

図３は、従来のシート状の炭素フィラメントが用いられる炭素ヒータを示した主要部断面図である。

図３に示すように、従来の炭素ヒータは、石英チューブ２０内に備わったシート状の炭素フィラメント２２と、このシート状の炭素フィラメント２２の両端部に挿入される円筒状の黒鉛棒としての炭素棒２４と、これら炭素棒２４と金属ワイヤー２３との間に連結され、炭素フィラメント２２に引張力を提供するスプリング２５と、から構成される。

図３のうち、図面符号２６は、外部電極であり、２８は、前記外部電極２６と金属ワイヤー２３とを連結する金属片である。

一方、前記炭素フィラメントは、図２の螺旋状、図３のシート状の他にも、直線状、織物状、スポンジ状などの多様な形態に形成される。

ここで、図２に示した螺旋状の炭素フィラメント１２の場合、金属ワイヤー１４との連結部における接触抵抗を減少するために、炭素フィラメント１２と金属ワイヤー１４とを互いに縛っているが、図３に示したシート状の炭素フィラメント２２の場合、前記金属ワイヤー２３との連結部を縛ることなく、炭素棒２４に溝を設けた後、その溝に炭素フィラメント２２の両端部を挿入し、その外側に形成されたスプリング２５で前記炭素棒２４および炭素フィラメント２２に引張力を加えている。

しかしながら、図３に示した炭素ヒータは、前記シート状の炭素フィラメント２２の両端部を炭素棒２４に挿入固定した後、前記炭素棒２４をスプリング２５を通して金属ワイヤー２３に連結するため、炭素フィラメント２２の連結構造はもちろん、全体的な炭素ヒータの構造が複雑になり、その分ヒータの製造原価も上昇するという問題点があった。

特に、従来の炭素ヒータにおいて、前記炭素フィラメント２２は、その両端部に形成された炭素棒２４、スプリング２５、金属ワイヤー２３などを通して引っ張られるので、前記石英チューブ２０内に支持されるようになる。その結果、長時間使用すると、炭素フィラメント２２が伸ばされて変形が発生し、前記炭素フィラメント２２が石英チューブ２０の内面に接触されるという問題点もあった。

本発明は、従来の問題点を解決するためになされたもので、炭素フィラメントに一体に形成された支持部が、前記炭素フィラメントの長さ方向と交差する方向に突出されてチューブ内に支持されるように構成することで、簡単な炭素フィラメントの連結構造により長時間使用できる炭素ヒータを提供することを目的とする。

また、炭素フィラメントの両端部に連結伝導体を挿入連結することで、炭素フィラメントと電極との連結構造が簡単になり、炭素フィラメントと電極との連結作業が容易になるとともに、製造原価を節減できる炭素ヒータを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の炭素ヒータは、チューブ内に発熱体としての炭素フィラメントが備わり、前記炭素フィラメントに一体に形成された支持部が、前記炭素フィラメントの長さ方向と直交する方向に突出されて前記チューブ内に支持されることを特徴とする。

前記炭素フィラメントは、シート状に形成されたことを特徴とする。

前記炭素フィラメントの支持部は、前記炭素フィラメントの長さ方向に所定間隔ごとに突出形成されたことを特徴とする。

前記炭素フィラメントの支持部は、前記炭素フィラメントの中心線に対して両側に対称となるように長さ方向に形成されたことを特徴とする。

前記支持部は、多角形状に突出形成されたことを特徴とする。

前記炭素フィラメントの少なくとも一端部を連結する連結伝導体は、前記炭素フィラメントの少なくとも一端部に挿入された状態で固定連結されたことを特徴とする。

前記連結伝導体は、シート構造により形成されたことを特徴とする。

前記連結伝導体は、メッシュ構造からなることを特徴とする。

前記連結伝導体は、前記炭素フィラメントが多重の炭素シートを圧着する方式で成形されるとき、それら多重の炭素シートの間に挿入固定されることを特徴とする。

前記金属ワイヤーは、一端部が炭素フィラメントに固定された連結伝導体に連結され、他端部は、外部電極と電気的に連結されることを特徴とする。

本発明による炭素ヒータは、炭素フィラメントの両端部に金属材からなる連結伝導体が挿入固定されるとともに、炭素フィラメントに一体に形成された支持部が、炭素フィラメントの長さ方向と交差する方向に突出されてチューブ内に支持されるため、炭素フィラメントと外部電極との連結構造が簡単になるという効果がある。

また、本発明は、炭素フィラメントの支持部により炭素フィラメントがさらに安定した構造でチューブ内に支持されるため、炭素ヒータの寿命が長くなり、炭素ヒータの設計及び組立作業も容易に行われるという効果がある。

また、本発明は、炭素フィラメントの両端部に金属材からなる連結伝導体が挿入固定され、連結伝導体が炭素フィラメントに電気的に連結されるため、炭素フィラメントと外部電極との連結構造が簡単になるとともに、炭素フィラメントと外部電極との連結作業が容易になり、炭素ヒータの製作原価を節減できるという効果がある。

以下、本発明による炭素ヒータの実施形態を図面に基づいて説明する。

図４および図５は、本発明の一実施形態による炭素ヒータを示した図であり、図４は、主要部正断面図であり、図５は、主要部平断面図である。

図４および図５に示すように、本発明の一実施形態による炭素ヒータは、両端部に封止部５１が形成された石英チューブ５０と、この石英チューブ５０内に長く連結された発熱体としてのシート状の炭素フィラメント５２と、前記石英チューブ５０の封止部５１に形成されて外部に露出される外部電極５６と、前記石英チューブ５０の両端部で封止部５１に固定された金属片５８を通して前記外部電極５６に連結される金属ワイヤー５５と、前記炭素フィラメント５２の両端部と前記金属ワイヤー５５とを連結する連結伝導体５４と、から構成される。

前記石英チューブ５０の内部は、真空状態が維持されるか、または不活性ガスが充填された状態で密封される。ここで、前記チューブは、石英からなるチューブが好ましいが、必ずこれに限定されることはなく、特殊ガラス管などの充分な耐熱性および強度を有するチューブであれば使用可能である。

前記炭素フィラメント５２は、多重の炭素シートが互いに圧着される方式で成形される。

前記炭素フィラメント５２は、前記石英チューブ５０内に長く位置され、電源印加時に発熱作用をする発熱部５２ａと、この発熱部５２ａに一体に形成され、前記発熱部５２ａの両側から前記炭素フィラメント５２の長さ方向と交差する方向に突出されて前記石英チューブ５０内に支持される支持部５２ｂと、から構成される。

前記支持部５２ｂは、前記発熱部５２ａに一体に形成されて突出され、図４に示すように、四角形状に形成されるか、または、図６乃至図９に示すように、多様な形状に形成される。

すなわち、図６に示した支持部５２ｃは台形状であり、図７に示した支持部５２ｄは逆台形状であり、図８に示した支持部５２ｅは中間部が膨らんだ多角形状であり、図９に示した支持部５２ｆは中間部が窪んだ多角形状である。この他にも、前記支持部は、熱伝逹状態や支持剛性などの設計条件および必要に応じて、多様に変更して構成することができる。

これら支持部５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅおよび５２ｆは、前記炭素フィラメント５２の中心線に対して両側に対称となるように、前記炭素フィラメントの長さ方向に形成されることが好ましい。

前記金属ワイヤー５５は、金属材からなり、前記連結伝導体５４に熔接などの方法で固定されることで、前記連結伝導体５４と電気的に相互連結される。

前記連結伝導体５４は、メッシュ構造により形成された金属薄板シートであり、前記炭素フィラメント５２の両端部に挿入固定されて連結される。

すなわち、前記連結伝導体５４は、多重の炭素シートが互いに圧着される方式で前記炭素フィラメント５２が成形されるとき、それら多重の炭素シートの間に挿入されて共に圧着されながら、炭素フィラメント５２の両端部に連結されて固定される。

一方、前記説明では、シート状の炭素フィラメント５２のみを例示したが、これに限定されることなく、設計条件によって、螺旋状、直線状、織物状、またはスポンジ状などの多様な形状の炭素フィラメント５２に前記支持部を一体に形成して構成することができる。

以下、このように構成された本発明による炭素ヒータの作用を説明する。

まず、前記したように、炭素フィラメント５２は、多重の炭素シートを圧着する方式で成形するが、このとき、それら多重の炭素シートの間に連結伝導体５４を挿入した状態で圧着して加工することで、炭素フィラメント５２の両端部に連結伝導体５４が固定設置される。

このように、前記炭素フィラメント５２に連結伝導体５４が連結された状態で、前記連結伝導体５４に金属ワイヤー５５を熔接などの方法で連結することで、金属ワイヤー５５を連結伝導体５４に容易に連結することができる。

前記したように、炭素フィラメント５２の両端部に連結伝導体５４および金属ワイヤー５５をそれぞれ連結した状態で、炭素フィラメント５２を前記石英チューブ５０内に挿入した後、封止部５１を密封し、外部電極５６と金属ワイヤー５５に連結された金属片５８とを連結すると、前記石英チューブ５０内の炭素フィラメント５２の設置が終了される。

このとき、前記炭素フィラメント５２の支持部５２ｂは、前記炭素フィラメント５２の発熱部５２ａの両側から、所定間隔ごとに前記炭素フィラメント５２の長さ方向に突出形成されて前記石英チューブ５０内に支持されるので、前記炭素フィラメント５２は、長時間使用しても大きく変形されることなく、石英チューブ５０内に安定した支持構造を確保することで、炭素フィラメント５２の損傷が最小化されるので、炭素ヒータの寿命が延長される。

また、前記炭素フィラメント５２の支持部５２ｂは、前記炭素フィラメント５２の発熱部５２ａに一体に形成されることで、前記炭素フィラメント５２の製作が容易になる。また、前記炭素フィラメント５２の支持部５２ｂは、前記石英チューブ５０内で前記炭素フィラメント５２の発熱体５２ａを支持するので、前記炭素フィラメント５２の両端部で引っ張る連結伝導体５４と金属ワイヤー５５との相互連結のための設計及び組立作業も、さらに容易でかつ簡便に行われる。

従来の螺旋状の炭素ヒータを示した斜視図である。 従来の螺旋状の炭素ヒータを示した主要部縦断面図である。 従来のシート状の炭素ヒータを示した主要部縦断面図である。 本発明の一実施形態による炭素ヒータの主要部正断面図である。 本発明の一実施形態による炭素ヒータの主要部平断面図である。 本発明の他の実施形態による炭素ヒータを示した主要部縦断面図（その１）である。 本発明の他の実施形態による炭素ヒータを示した主要部縦断面図（その２）である。 本発明の他の実施形態による炭素ヒータを示した主要部縦断面図（その３）である。 本発明の他の実施形態による炭素ヒータを示した主要部縦断面図（その４）である。

符号の説明

５０ 石英チューブ
５２ 炭素フィラメント
５２ａ 発熱部
５２ｂ 支持部
５４ 連結伝導体
５５ 金属ワイヤー
５６ 外部電極
５８ 金属片

Claims (6)

1. チューブ内に発熱体としての炭素フィラメントを備え、
   前記炭素フィラメントに一体に形成された支持部は、前記炭素フィラメントの長さ方向と直交する方向に突出して前記チューブ内に支持される炭素ヒータにおいて、
   前記炭素フィラメントの少なくとも一端部を連結する連結伝導体は、前記炭素フィラメントの少なくとも一端部に挿入された状態で固定連結され、メッシュ構造のシート形状に形成され、前記炭素フィラメントが多重の炭素シートを圧着する方式で成形されるとき、それら多重の炭素シートの間に挿入固定されることを特徴とする炭素ヒータ。
2. 前記炭素フィラメントは、シート状に形成されたことを特徴とする請求項１記載の炭素ヒータ。
3. 前記炭素フィラメントの支持部は、前記炭素フィラメントの長さ方向に所定間隔ごとに突出形成されたことを特徴とする請求項１記載の炭素ヒータ。
4. 前記炭素フィラメントの支持部は、前記炭素フィラメントの中心線に対して両側に対称となるように長さ方向に形成されたことを特徴とする請求項１記載の炭素ヒータ。
5. 前記支持部は、多角形状に突出形成されたことを特徴とする請求項１記載の炭素ヒータ。
6. 金属ワイヤーの一端部が前記炭素フィラメントに固定された前記連結伝導体に連結され、その他端部は、外部電極と電気的に連結されることを特徴とする請求項１記載の炭素ヒータ。

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