JP4943675B2 - 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、シート状の炭素フィラメントがツイスト構造でチューブに配置され、全方向に均一な輻射特性を有するとともに、堅固なフィラメント支持構造を実現できる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、従来の炭素ヒータは、炭素フィラメント２２がシート状に形成されることで、シート状の炭素フィラメント２２の面からは輻射量が多いが、側面からは輻射量が非常に少ないため、輻射エネルギーを炭素ヒータの全方向に均一に放出することが困難であるという問題点があった。

また、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ことで、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、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があった。

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、シート状の炭素フィラメントをツイスト構造でチューブ内に配置して構成し、必要に応じて支持部を形成するか、支持ワイヤーを設置することで、ツイスト構造のシート状の炭素フィラメントから全方向に均一な輻射エネルギーを放出できるとともに、堅固なフィラメント支持構造を実現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、本発明による炭素ヒータは、チューブ内にシート状の炭素フィラメントが備わり、前記炭素フィラメントは、前記チューブ内にツイスト構造で配置されることを特徴とする。

本発明の一実施形態によると、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されて前記チューブ内に支持されることを特徴とする。

ここで、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。

本発明の他の実施形態によると、前記炭素フィラメントは、その長さ方向と交差する方向にて前記炭素フィラメントに結合された支持ワイヤーにより前記チューブ内に支持されたことを特徴とする。

ここで、前記支持ワイヤーは、前記炭素フィラメントを構成する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。

一方、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固定されることを特徴とする。

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。

本発明による炭素ヒータは、炭素フィラメントがツイスト構造で石英チューブ内に配置されるため、輻射熱を全方向に均一に放射できるという効果がある。

また、本発明は、炭素フィラメントがツイスト構造で配置された状態で、シート状の炭素フィラメントに支持部が形成されるか、または、支持ワイヤーが設置されるため、炭素フィラメント支持構造が一層堅固になり、炭素ヒータの寿命が延長されるとともに、炭素ヒータの設計及び組立作業も容易にな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は、本発明による炭素ヒータの第１実施形態を示した主要部構成図である。

図４に示すように、本発明による第１実施形態のツイスト構造の炭素フィラメントを有する炭素ヒータは、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内にツイスト構造で長く連結される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から外部に露出される外部電極５６と、前記石英チューブ５０の両側で封止部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、前記チューブとしては、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も使用可能である。

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。特に、前記炭素フィラメント５２は、長いシート状の薄板が螺旋状に捩じれたツイスト構造で形成される。

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、多重の炭素シートを互いに圧着す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の両端部に連結固定される。

以下、このように構成された本発明による炭素ヒータの炭素フィラメント構造の作用を説明する。

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の両端部に連結伝導体５４が連結された状態で、両端部にそれぞれ備わった連結伝導体５４を互いに反対方向に回転すると、図４のように、炭素フィラメント５２がツイスト構造で配置される。その後、前記炭素フィラメント５２がツイスト構造で配置された状態で、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。

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。

このように、炭素フィラメント５２がツイスト構造で前記石英チューブ５０内に配置されると、炭素フィラメントから発生した輻射エネルギーが前記石英チューブの全方向に放射され、均一な発熱作用を行うことができる。

図５は、本発明による炭素ヒータの第２実施形態を示した内部構成図であり、図６は、図５のＡ-Ａ線断面図である。

本発明の第２実施形態の炭素ヒータにおける炭素フィラメント５２’は、前述した第１実施形態の構成とは異なって、炭素フィラメント５２’に一体に形成された支持部５２ｂが前記炭素フィラメント５２’から突出形成される点に特徴がある。

すなわち、本発明の第２実施形態の炭素フィラメント５２’は、前記石英チューブ５０内に長く捩じれたツイスト構造で配置され、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’の長さ方向との交差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。

ここで、前記発熱部５２ａがツイスト構造で前記石英チューブ５０内に配置されることで、前記支持部５２ｂも、前記石英チューブ５０内の多様な角度位置で支持されるので、炭素フィラメント５２’の支持構造がさらに堅固になる。

図７は、本発明による炭素ヒータの第３実施形態を示した内部構成図であり、図８は、図７のＢ-Ｂ線断面図である。

本発明の第３実施形態の炭素ヒータにおける炭素フィラメント５２”は、前述した第２実施形態の構成とは異なって、炭素フィラメント５２”に一体に形成された支持部が前記炭素フィラメント５２”から突出されず、支持ワイヤー６０が挿入設置される点に特徴がある。

前記支持ワイヤー６０は、ツイスト構造で前記石英チューブ５０内に配置された前記炭素フィラメント５２”の長さ方向との交差方向に炭素フィラメント５２”に結合され、前記石英チューブ５０内に支持される。

前記支持ワイヤー６０は、直線状に形成され、前記炭素フィラメント５２”が多重の炭素シートを互いに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が好ましく、その両端部は、前記炭素フィラメント５２”が前記石英チューブ５０内に位置するとき、前記石英チューブ５０の内面に接触されるように構成することが好ましい。

また、前記支持ワイヤー６０は、前記石英チューブ５０内で所定間隔ごとに複数個設置され、前記炭素フィラメント５２”が前記石英チューブ内に支持されるように構成することが好ましい。

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。 本発明による炭素ヒータの第１実施形態を示した主要部縦断面図である。 本発明による炭素ヒータの第２実施形態を示した主要部縦断面図である。 図５のＡ-Ａ線断面図である。 本発明による炭素ヒータの第３実施形態を示した主要部縦断面図である。 図７のＢ-Ｂ線断面図である。

符号の説明

５０ 石英チューブ
５２，５２’，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
６０ 支持ワイヤー

Claims (3)

1. チューブ内にシート状の炭素フィラメントを備え、
   前記炭素フィラメントが、前記チューブ内にツイスト構造で配置された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にメッシュ構造の連結伝導体が連結され、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前記多重の炭素シートの間に挿入固定され、前記連結伝導体に支持ワイヤーが連結され、前記炭素フィラメントは前記支持ワイヤーにより前記チューブ内に支持されたことを特徴とする炭素ヒータ。
2. 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２記載の炭素ヒータ。

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