JPH0773957A - 長尺金属発熱体支持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被加熱体を加熱する螺旋状のタングステンを
所定位置に支持する装置を提供する。 【構成】 発熱体１２の外周近傍を取り囲み且つその膨
張を規制する断面形状が矩形状の規制部材１０１を該発
熱体１２の軸方向と同方向に亙って配設すると共に、上
部に配した上部規制部材１０２には上記発熱体から発す
る輻射熱，熱電子１３等を放出する開口部１０２ａを軸
方向に亙って形成し、且つ、下部に配した下部規制部材
１０３の底面１０３ａからは上記発熱体１２のピッチ毎
に直接支持する凸状支持部材１０４を上記発熱体１２の
軸方向に亙って複数立設すると共に、該凸状支持部材１
０４の発熱体１２と当接する頭部１０４ａの軸方向の幅
Ｗ₁が立設部１０４ｂの幅Ｗ₂ より大とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、輻射熱，熱電子等を放
出する長尺金属発熱体を支持する長尺金属発熱体支持装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に従来の長尺金属発熱体の支持装置
の一例を示す。同図に示すように、長尺の被加熱体１１
は長尺の金属発熱体１２からの輻射熱，熱電子１３等の
放出により加熱されており、当該金属発熱体１２はその
両端部において碍子１４，１４により固定されている。
上記金属発熱体１２は、長尺に亙る放出面が必要な場合
には、一般にタングステン，ニッケル−クロム系合金等
の熱膨張を吸収できる構造である螺旋構造としており、
金属発熱体１２に電流を通電して金属発熱体１２自身を
発熱させることにより、金属発熱体１２から当該部表面
温度に応じた量の輻射熱，熱電子１３等の放出を誘発さ
せて、被加熱体１１を加熱している。なお、金属発熱体
１２に給電するためには金属発熱体両端部において供給
電源１５に接続する必要があるため、当該両端部は電源
１５とのターミナルとなる碍子１４等の絶縁部において
接続している。

【０００３】また、図４に別の長尺金属発熱体支持装置
を示す。本構造は例えば家庭用卓上ヒータに見られる構
造である。金属発熱体１２は金属発熱体支持体１６に直
接設置し、金属発熱体１２は適宜固定治具１７により支
持台に固定されている。図３での説明と同様に、金属発
熱体１２への通電に伴う発熱により輻射熱，熱電子１３
等を放出させて、被加熱体１１を加熱している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の長尺金属発熱体
支持装置には以下（１）〜（３）に述べるような問題が
ある。

【０００５】（１） 金属発熱体１２は加熱した際の発
熱に伴う熱膨張を生じる。前記のように金属発熱体１２
を両端部固定の状態で使用した場合の当該膨張量の吸収
は、金属発熱体が螺旋状の場合には螺旋のピッチ分で行
えるのみとなる。このため金属発熱体１２を高温に加熱
した場合には当該金属発熱体１２の熱膨張量が多くな
り、この際、金属発熱体１２自身の自重とのあいまり当
該金属発熱体１２の座屈や撓みを生じる。これより以下
の課題を生じる。 （ａ） 当該変形量及び方向は重力方向に対して顕著と
なる傾向はあるものの再現性がないため、輻射熱，熱電
子１３等の被照射面である被加熱体１１への入射条件を
定量化できない。 （ｂ） 金属発熱体１２の近傍に位置する装置，治具等
に接触して、電源の短絡現象，被接触物の加熱等を招来
する。

【０００６】（２） 高温に加熱することにより蒸発し
た金属発熱体１２の蒸散物１８は、図４（ｂ）に示すよ
うに金属発熱体支持体装置の支持体１６と金属発熱体１
２との接触面に蒸着物１９として蒸着する。このため、
長時間の使用により蒸着膜厚が大きくなり、蒸着部の抵
抗が小さくなる結果、金属発熱体１２に供給した電流が
蒸着部への分流を生じ、入力電力の損逸を生じる。ま
た、金属発熱体１２の形状に応じては、当該分流現象に
伴い長尺金属発熱体の加熱が不均一となり、長尺金属発
熱体からの輻射熱量，電子放出量等が長尺金属発熱体の
長手方向に不均一となる。

【０００７】（３） 金属発熱体１２の発熱量が支持台
１６を通して損逸する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明に係る長尺金属発熱体支持装置の構造は、被加熱体を
加熱する螺旋状の長尺金属発熱体を所定位置に支持する
長尺金属発熱体支持装置において、上記発熱体の外周近
傍を取り囲み且つその膨張を規制する規制部材を該発熱
体の軸方向と同方向に亙って配設すると共に、上部に配
した上部規制部材には上記発熱体から発する輻射熱，熱
電子等を放出する開口部を軸方向に亙って形成し、且
つ、下部に配した下部規制部材には上記発熱体を所定間
隔で直接支持する凸状支持部材を上記発熱体の軸方向に
亙って立設すると共に、該凸状支持部材の発熱体と当接
する頭部の発熱体軸方向の幅が立設部の幅より大とする
ことを特徴とする。

【０００９】また上記構成において、上記規制部材を耐
熱絶縁物からなる多層構造とすることを特徴とする。

【００１０】

【作用】（１） 規制部材を配設することで、金属発熱
体と当該発熱体から放出される輻射熱，熱電子等の被照
射物との幾何学的配置を一定に保持できる。 （２） 複数の凸状支持部材を立設することにより、金
属発熱体近傍に位置する設置物への接触に伴う電源の短
絡，被接触物の加熱等が回避できる。 （３） 凸状支持部材の頭部の発熱体軸方向の幅を立設
部の幅より大とすることで、鉛直方向に落下する蒸着物
同志の接触がなくなり、金属発熱体支持体の金属発熱体
との接触面における金属発熱体の蒸着部への供給電流の
分流現象が回避でき、長尺部全体に亙り均一に加熱でき
る。 （４） 金属発熱体支持台からの熱散逸量が低減する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を説明する。図
１には本実施例に係る長尺金属発熱体支持装置の長手方
向断面図（ａ）と幅方向断面図（ｂ）を示している。簡
便化のためここでは長尺金属発熱体１２として断面方向
形状が円形で螺旋状に加工したタングステンを例示して
説明する。

【００１２】同図に示すように本実施例に係る長尺金属
発熱体支持装置は、被加熱体１１を加熱する螺旋状のタ
ングステン１２を所定位置に支持するものであり、上記
発熱体１２の外周近傍を取り囲み且つその膨張を規制す
る断面形状が矩形状の規制部材１０１を該発熱体１２の
軸方向と同方向（図中左右方向）に亙って配設すると共
に、上部に配した上部規制部材１０２には上記発熱体か
ら発する輻射熱，熱電子１３等を放出する開口部１０２
ａを軸方向に亙って形成し、且つ、下部に配した下部規
制部材１０３の底面１０３ａからは上記発熱体１２のピ
ッチ毎に直接支持する凸状支持部材１０４を上記発熱体
１２の軸方向に亙って複数立設すると共に、該凸状支持
部材１０４の発熱体１２と当接する頭部１０４ａの軸方
向の幅Ｗ ₁ が立設部１０４ｂの幅Ｗ₂ より大としてい
る。

【００１３】また、タングステン１２は規制部材１０１
の両端部でその設置面に固定治具１７により固定してお
り、且つ当該位置で供給電源１５と接続している。そし
て、当該供給電源１５によりタングステン１２に電流を
供給することによりタングステン１２をジュール熱によ
り発熱させてその表面から輻射熱，熱電子１３等を得て
いる。当該放出量はタングステン１２の表面温度に依存
するため、所望する温度となるように電流供給量を設定
する。

【００１４】本実施例では発熱体１２の周囲を取り囲ん
で規制する規制部材１０１は下部規制部材１０３の内周
側面に絶縁層１０５を配して２層として、伝導に伴う熱
の散逸量を低減している。これにより各層間における接
触熱抵抗が介在するためタングステン１２の表面温度及
び規制部材１０１の設置面温度が一定の条件においては
伝導に伴う熱の散逸量を低減できる。なお、接触熱抵抗
を大きくするためには層の数を極力多くすればよいが、
実際には装置寸法、使用する各層材料における最小使用
可能厚さ及び層数増加に伴う熱散逸低減量と製作費増大
量との関係から制限される。

【００１５】また、タングステン１２からの輻射熱，熱
電子１３等の放出は、金属発熱体の上方側すなわちタン
グステン設置面とは反対方向から行われるが、この際、
タングステン１２の熱膨張に伴う変形を回避すべく浮き
上がり防止用の上部規制部材１０２を設置している。こ
の上部規制部材１０２は、タングステン１２が常温時に
は、輻射熱，熱電子１３等の放出面が重力方向に向いて
いる場合には最大２点で、それ以外では最大１点でのみ
タングステン１２と接触する構造となっており、タング
ステン１２の加熱時における熱膨張時には多点で接触す
るような幾何学的配置となっている。

【００１６】また、図２（ａ）に示すように、この凸状
支持部材１０４はその立設部１０４ｂの形状を底面側に
向ってその幅が減少するテーパ状にしてもよい。

【００１７】上述したように、下部規制部材１０３の底
面からは複数の凸状支持部材１０４を複数立設してお
り、タングステン１２の支持はそのピッチ毎に頭部１０
４ａとの単位接触点とすると共に、その凸状支持部材１
０４の頭部１０４ａの幅Ｗ₁ が立設部１０４ｂの幅Ｗ₂
よりも大（Ｗ₁ ＞Ｗ₂ ）とすることにより、タングステ
ン１２の表面から直視できない影の部分を持つ構造とし
ている。これより、高温での運転によりタングステン１
２の蒸散物１８が蒸着する場合でも、図２（ａ）に示す
ようにタングステン１２表面から直視できない影の部分
には蒸発したタングステンが蒸着物１９として蒸着しな
いことになる。

【００１８】このように、蒸散物１８の蒸着は凸部及び
凹部のタングステン１２の表面から直視できる位置のみ
となる。螺旋状のタングステン１２はタングステン設置
面である頭部１０４ａと点（または微小な面）で接触す
るのみとなる。よって、タングステン１２は電気的に連
続な蒸着部に異なる２点で接触しないことから、供給電
流の当該蒸着物１９への分流現象は生じない。

【００１９】さらに、タングステン１２のピッチが細か
い場合には、図２（ｂ）に示すように凸状支持部材１０
４の頭部１０４ａにさらに断面逆メサ形状の支持部１０
４ｃを複数個形成するようにしてもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上具体的に示したように本発明により
下記の効果が期待できることから、安定、長寿命で且つ
高効率な金属発熱体支持体装置を提供することができ
る。 （１） 金属発熱体と輻射熱，熱電子等の被照射物との
幾何学的配置を一定に保持できる。 （２） 金属発熱体近傍に位置する設置物への接触に伴
う電源の短絡、被接触物の加熱等が回避できる。 （３） 金属発熱体支持体の金属発熱体との接触面にお
ける金属発熱体の蒸着部への供給電流の分流現象が回避
でき、長尺部全体に亘り均一に加熱できる。 （４） 金属発熱体支持台からの熱散逸量が低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる金属発熱体支持装置
の概念図。

【図２】他の実施例の要部概略図である。

【図３】従来の金属発熱体支持体装置の概念図である。

【図４】従来の金属発熱体支持体装置の概念図である。

【符号の説明】

１１ 被加熱体 １２ 金属発熱体（タングステン） １３ 輻射熱，熱電子 １８ 蒸散物 １９ 蒸着物 １０１ 規制部材 １０２ 上部規制部材 １０３ 下部規制部材 １０４ 凸状支持部材 １０４ａ 頭部 １０４ｂ 立設部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 隆正 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 今野 茂生 東京都昭島市武蔵野３丁目１番２号 日本 電子株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加熱体を加熱する螺旋状の長尺金属発
   熱体を所定位置に支持する長尺金属発熱体支持装置にお
   いて、 上記発熱体の外周近傍を取り囲み且つその膨張を規制す
   る規制部材を該発熱体の軸方向と同方向に亙って配設す
   ると共に、 上部に配した上部規制部材には上記発熱体から発する輻
   射熱，熱電子等を放出する開口部を軸方向に亙って形成
   し、 且つ、下部に配した下部規制部材には上記発熱体を所定
   間隔で直接支持する凸状支持部材を上記発熱体の軸方向
   に亙って複数立設すると共に、該凸状支持部材の発熱体
   と当接する頭部の発熱体軸方向の幅が立設部の幅より大
   とすることを特徴とする長尺金属発熱体支持装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の長尺金属発熱体支持装置
   において、 上記規制部材を耐熱絶縁物からなる多層構造とすること
   を特徴とする長尺金属発熱体支持装置。