ヒータの封止端子構造及びこれを用いたヒータ
【課題】 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、許容電流を大きくでき、結果ヒータの許容温度範囲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。
【解決手段】 発熱体２がガラス部材３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６ａ，６ｂと、前記接続線の一端を保持すると共にガラス部材３の端部を封止する、導電性金属材料からなる有底筒形状のキャップ部材７ａ、７ｂと、前記キャップ部材７ａ、７ｂの少なくとも内底面に設けられた、ガラス部材の端部と接するゴムパッキン部材８ａ，８ｂとを備え、前記ガラス部材３の端部を前記キャップ部材７ａ，７ｂに収容すると共に、ガラス部材３の端部角部が前記ゴムパッキン部材８ａ，８ｂの斜面部に接する。
【解決手段】 発熱体２がガラス部材３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６ａ，６ｂと、前記接続線の一端を保持すると共にガラス部材３の端部を封止する、導電性金属材料からなる有底筒形状のキャップ部材７ａ、７ｂと、前記キャップ部材７ａ、７ｂの少なくとも内底面に設けられた、ガラス部材の端部と接するゴムパッキン部材８ａ，８ｂとを備え、前記ガラス部材３の端部を前記キャップ部材７ａ，７ｂに収容すると共に、ガラス部材３の端部角部が前記ゴムパッキン部材８ａ，８ｂの斜面部に接する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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１２、図１３に基づいて説明する。なお、図１２はヒータの側面図であり、図１３は図１２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。
【０００３】
図１２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。
【０００４】
更に、封止端子部３０の構造を、図１３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。
【０００５】
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。
【０００６】
次に、特許文献２に記載されたヒータの概要を図１４に基づいて説明する。なお、図１４はヒータの概略側面図である。
図１４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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００―２２８２７１号公報
【特許文献２】特開２０００−２１８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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に基づいて、従来のガラス部材（ガラス管）を用いない、新たな封止端子構造を発明するに至った。
【００１６】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
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、前記接続線の一端を保持すると共にガラス部材の端部を封止する、導電性金属材料からなる有底筒形状のキャップ部材と、前記キャップ部材の少なくとも内底面に設けられた、ガラス部材の端部と接するゴムパッキン部材とを備え、前記ガラス部材の端部を前記キャップ部材に収容すると共に、ガラス部材の端部角部が前記ゴムパッキン部材の斜面部に接することを特徴としている。
【００１８】
このように、キャップ部材は有底筒形状に形成され、ガラス部材の端部をその内部に収容すると共に、ガラス部材の端部角部が前記ゴムパッキン部材の斜面部に接するように構成されている。
したがって、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もしくはモリブデン箔のような介在物を用いる必要がなく、ヒータを容易に製造でき、また、ヒータパワーの制限が小さくなり許容電流を大きくでき、結果ヒータの許容温度を大きくでき、しかも量産することができる。
しかも、金属製のキャップ部材を用いているため、パッキン部材を介してガス透過をより確実に防止することができる。また、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を設ける必要がなく、比較的厚いガラス管のみを用いることができ、結果従来品に比べ機械的強度が強くなり、取り扱いが便利である。
特に、ガラス部材の端部角部が前記ゴムパッキン部材の斜面部に接するように構成されているため、ガラス部材の内部の機密性がより向上する。
尚、発熱体が収納されるガラス部材としてはシリカガラスが好ましく、また有底筒形状のキャップは有底円筒形状であることが好ましい。
【００１９】
ここで、前記キャップ部材による前記接続線の一端の保持が、キャップ部材の一部での前記接続線のかしめによる保持であり、かつ前記接続線を保持するキャップ部材の保持部外周面に螺子部を形成することが望ましい。このようにキャップ部材に螺子部を形成し、外部接続線と螺合させることにより、前記接続線、前記キャップ部材及び外部接続線のより確実な接続を図ることができる。
【００２０】
また、前記ガラス部材の端部の少なくとも端面に、放射光を反射する反射部材が形成されていることが望ましい。
このように、前記ガラス部材の端部の少なくとも端面に、放射光を反射する反射部材を形成することにより、ガラス部材を伝わってくる放射光を反射し、キャップ部材の温度上昇を抑制できる。
【００２１】
また、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、前記接続線を保持、固定すると共に、ガラス部材の端部を封止するゴム製のキャップ部材と、前記キャップ部材の少なくとも内底面に形成された、ガラス部材の端部と接する斜面部とを備え、前記キャップ部材は有底筒形状に形成され、ガラス部材の端部をその内部に収容すると共に、ガラス部材の端部角部が前記斜面部に接することを特徴としている。
【００２２】
このように構成されているため、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もしくはモリブデン箔のような介在物を用いる必要がなく、ヒータを容易に製造でき、またヒータパワーの制限が小さくなり許容電流を大きくでき、結果ヒータの許容温度を大きくでき、しかも量産することができる。
しかも、ゴム製のキャップ部材を用いているため、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を設ける必要がなく、比較的厚いガラス管のみを用いることができ、結果従来品に比べ機械的強度が強くなり、取り扱いが便利である。
特に、ガラス部材の端部角部が前記キャップ部材の斜面部に接するように構成されているため、ガラス部材の内部の機密性がより向上する。
尚、発熱体が収納されるガラス部材としてはシリカガラスが好ましく、また有底筒形状のキャップは有底円筒形状であることが好ましい。
【００２３】
ここで、前記キャップ部材を構成する材質は、耐熱性、ガス不透過性の観点からをフッ素ゴムであることが望ましい。
また、前記キャップ部材にガス不透過性の樹脂膜を形成することが望ましい。このガス不透過性の樹脂膜としては、フッ素樹脂膜を用いることができる。
【００２４】
また、前記ガラス部材の端部の少なくとも端面に、放射光を反射する反射部材が形成されていることが好ましい。このように、前記ガラス部材の端部の少なくとも端面に、放射光を反射する反射部材を形成することにより、ガラス部材を伝わってくる放射光を反射し、キャップ部材の温度上昇を抑制できる。
特に、キャップ部材がゴム製の場合には、そのゴムの劣化を抑制することができる。
【００２５】
また、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。
【発明の効果】
【００２６】
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、許容電流を大きくでき、結果ヒータの許容温度範囲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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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５に基づいて説明する。ここで、図１は、本発明にかか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、カーボンワイヤーを示す平面図、図４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５は図４の横断面図である。なお、図２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。
【００２８】
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、その端部が大径のシリカガラス管３と、前記シリカガラス管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。
【００２９】
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の一端を保持すると共に、前記シリカガラス管３の端部を封止する、導電性金属材料からなるキャップ部材７ａ，７ｂとを備えている。この実施形態の場合、接続線６ａ，６ｂは外部に延設されず、前記したようにキャップ部材７ａ，７ｂに、その一端部がかしめによって保持されている。しかし、キャップ部材７ａ，７ｂは導電性の金属からなるため、キャップ部材７ａ，７ｂに電力を供給することにより、接続線７ａ，７ｂを介してカーボンワイヤー発熱体２に電力を、より簡易的な構造によって、より確実に供給することができる。
なお、前記キャップ部材を構成する導電性金属材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等を挙げることができる。
【００３０】
このキャップ部材７ａ，７ｂは有底円筒形状に形成され、シリカガラス管３の端部をその内部に収容する。また、キャップ部材７ａ，７ｂの先端部とシリカガラス管３の外周面との間に例えば、エポキシ樹脂等の有機系接着剤９ａ，９ｂを塗布し、前記シリカガラス管３にキャップ部材を固定している。なお、この有機系接着剤は、例えば、セラミックス系接着剤に比べ、ガス不透過性において優れている。
また、図２に示すように、キャップ部材７ａ，７ｂの内周面とシリカガラス管３の外周面間には、間隙Ｓが形成されている。この隙間Ｓは、キャップ部材７ａ，７ｂとシリカガラス管３の熱膨張率の相違から、封止端子部が破損するのを防止するために設けられている。
【００３１】
また、このキャップ部材７ａ，７ｂの内底面には、前記シリカガラス管３の端部と接し、前記シリカガラス管３の内部を密封するリング状のゴムパッキン部材８ａ，８ｂが設けられている。このゴムパッキン部材８ａ，８ｂには内側から外側に傾斜するリング状の斜面部８ａ１が形成され、前記リング状の斜面部８ａ１にシリカガラス管３の端部の角部が押圧状態で接することにより、前記シリカガラス管３の内部の密封が図られている。
【００３２】
また、前記したようにシリカガラス管３の端部が、ゴムパッキン部材８ａ，８ｂに対していわゆる線接触状態で押え付けられるため、シリカガラス管３の内部の機密性をより向上させることができる。
なお、前記ゴムパッキン部材８ａ，８ｂの材質としては、ブチルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムを用いることができるが、耐熱性、ガス不透過性の観点から、フッ素ゴムがより好ましい。
【００３３】
また、前記したように、キャップ部材７ａ，７ｂの先端部をシリカガラス管３の外周面に固定し、シリカガラス管３の端部がゴムパッキン部材８ａ，８ｂに押圧状態で接するように構成されているため、キャップ部材７ａ，７ｂとシリカガラス管３が熱膨張しても、シリカガラス管３の密閉度が低下することはない。
【００３４】
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。
【００３５】
また、前記カーボンワイヤー発熱体２としては、図３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４、図５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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、熱膨張差によりキャップ部材とシリカガラス管との固定部近傍（接着剤塗布部近傍）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。
【００４３】
次に、図６、図７に基づいて、前記した第一の実施形態の変形例を説明する。
図６に示した変形例は、かしめによるキャップ部材７ａの接続線６ａの保持部７ａ１の外周面に螺子部７ａ２を形成したものである。そして、外部接続線１１の端子部１１ａの内部に螺子部１１ａ１を形成し、前記螺子部７ａ２と螺合させることにより、接続線１１ａ２と接続線６ａとを電気的に接続するものである。
このように、キャップ部材７ａ，７ｂに螺子部７ａ２を形成し、外部接続線１１と螺合させることにより、確実な電気接続を図ることができる。
【００４４】
また、図７に示した変形例は、キャップ部材７ａ，７ｂの内周面にゴムパッキン部材１２が形成され、シリカガラス管３の外周面を、前記円筒状のゴムパッキン部材１２に密着させたものである。このように、前述の隙間Ｓを形成することなく、キャップ部材の内面にゴムパッキン部材１２を形成することによっても、キャップ部材７ａ，７ｂとシリカガラス管３の熱膨張率の相違から、封止端子部が破損するのを防止することができる。また、機密性をより向上させることができる。
なお、前記ゴムパッキン部材１２は、前記キャップ部材７ａ，７ｂに内底面に設けられたリング状のゴムパッキン部材８ａと一体に形成したものでもよく、また、分割されたものであってもよい。
【００４５】
次に、第二の実施形態について、図８乃至図１１に基づいて説明する。なお、ヒータの左右の封止端子部が同一形状であるため、一方の封止端子部のみを図示すると共に、一の封止端子部の説明をもって両封止端子部の説明とする。また、封止端子部以外のヒータの構成は、第一の実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
図８に示すようにこの封止端子部１７ａ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と、前記接続線６ａを保持すると共に、前記大径のシリカガラス管３の端部を封止する、ゴム製のキャップ部材１３ａとを備えている。この実施形態の場合、接続線６ａは外部に延設され、前記接続線６ａの略中間部が前記キャップ部材１３ａに、固定、保持されている。そのため、前記接続線６ａに電力を供給することによりカーボンワイヤー発熱体２に電力を供給することができる。
【００４６】
また、キャップ部材１３ａに対して、接続線６ａは次のようにして固定される。まず、図９（ａ）に示すように接続線６ａの中央部６ａ１以外をマスキングし、中央部６ａ１を酸化処理し、前記酸化処理した中央部６ａ１に接着剤１６ａを塗布する（図９（ｂ））。そして、前記酸化処理した中央部６ａ１にキャップ部材としてゴムの一体成形を行う。前記酸化処理によって、接続線６ａと接着剤１６ａの結合性を高め、この接着剤６ａを介することで接続線６ａとゴム製キャップ部材１３ａの一体成形を可能とすることができる。
【００４７】
また、このキャップ部材１３ａを構成するゴム材としては、ブチルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムを用いることができるが、耐熱性の観点からシリコンゴム、フッ素ゴムが好ましく、また密封性の観点からブチルゴム、フッ素ゴムが好ましい。したがって、耐熱性、機密性（密封性）が好ましい、フッ素ゴムを用いることがより好ましい。
【００４８】
このキャップ部材１３ａは有底円筒形状に形成され、シリカガラス管３の端部をその内部に圧入することにより収容する。
また、このキャップ部材１３ａの表面にはゴムのガス透過性を抑制するために、ガス不透過性の樹脂膜１４ａが形成されている。この樹脂膜は、耐熱性の観点からフッ素系樹脂が好ましい。なお、キャップ部材１３ａ自体がフッ素ゴムで形成されている場合には、必ずしも、前記樹脂膜１４ａを形成する必要はない。
【００４９】
なお、キャップ部材１３ａにシリカガラス管３の端部が単に圧入されているに過ぎないため、キャップ部材１３ａとシリカガラス管３の熱膨張率の相違から生じる破損を防止することができる。
【００５０】
また、キャップ部材１３ａの内底面を、図１０（ａ）に示すように平面状に形成し、シリカガラス管３の端面が接するようにしても良いが、キャップ部材１３ａに内側から外側に傾斜するリング状の斜面部１３ａ１を形成し、前記リング状の斜面部１３ａ１にシリカガラス管３の端部の角部が押圧状態で接するようになすことがより好ましい。
このようにシリカガラス管３の端部が、キャップ部材１３ａに対していわゆる線接触状態で押えられているため、シリカガラス管３の内部の機密性をより向上させることができる。
【００５１】
更に、図１０（ｃ）に示すように、前記リング状の斜面部１３ａ１のほか、キャップ部材１３ａに外側から内側に傾斜するリング状の斜面部１３ａ２を形成し、前記リング状の斜面部１３ａ１及びリング状の斜面部１３ａ２にシリカガラス管３の端部の角部が接するようになすことが、前記シリカガラス管３の内部の密閉性がより図られ好ましい。
尚、前記した二つのリング状の斜面部１３ａ１，１３ａ２を形成し、シリカガラス管３の端部の角部が接するようになすことは、第一の実施形態においても実現可能である。
【００５２】
また、図１１（ａ）に示すように、シリカガラス管３の端面にアルミニウムからなる反射膜１５ａを形成するのが好ましい。この反射膜１５ａによってシリカガラス管３を伝わってくる放射光を反射し、キャップ部材１３ａを構成するゴム材の劣化を抑制する。
なお、前記反射膜１５ａを、図１１（ｂ）に示すように、シリカガラス管３の端面のみならず、端部の内周面及び外周面に形成することにより、放射光をより反射することができ、キャップ部材１３ａを構成するゴム材の劣化をより抑制できる。また、前記反射膜１５ａは蒸着等の手段を用いることにより形成することができる。また、この反射膜を形成することは、第一の実施形態においても実現可能である。
【００５３】
上記実施形態の説明において、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。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明にかかるヒータの実施形態を示す断面図である。
【図２】図２は、図１の封止端子構造を示す拡大断面図である。
【図３】図３は、カーボンワイヤーを示す平面図である。
【図４】図４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である。
【図５】図５は図４の横断面図である。
【図６】図６は第一の実施形態の第一変形例を示す断面図である。
【図７】図７は第一の実施形態の第二変形例を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明にかかる第二の実施形態を示す断面図である。
【図９】図９は、第二の実施形態を製造過程を説明するための図であって、接続線を示す側面図である。
【図１０】図１０は、第二の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図１１】図１１は、第二の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図１２】図１２は、従来のヒータを示す側面図である。
【図１３】図１３は、図１２の封止端子部の拡大斜視図である。
【図１４】図１４は、従来の他の封止端子構造を示した側面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ ヒータ
２ カーボンワイヤー発熱体
３ シリカガラス管
３ａ シリカガラス管の端部
３ｂ シリカガラス管の端部
４ａ，４ｂ 小径のシリカガラス管
６ａ，６ｂ 接続線
７ａ，７ｂ キャップ部材
８ａ，８ｂ ゴムパッキン部材
９ａ，９ｂ 接着剤
１０ａ，１０ｂ 封止端子部
１１ 外部接続線
１２ ゴムパッキン部材
１３ａ キャップ部材
１３ａ１ 斜面部
１３ａ２ 斜面部
１７ａ 封止端子部
Ａ ワイヤーカーボン材
ａ 毛羽立ち
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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１２、図１３に基づいて説明する。なお、図１２はヒータの側面図であり、図１３は図１２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。
【０００３】
図１２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。
【０００４】
更に、封止端子部３０の構造を、図１３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。
【０００５】
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。
【０００６】
次に、特許文献２に記載されたヒータの概要を図１４に基づいて説明する。なお、図１４はヒータの概略側面図である。
図１４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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００―２２８２７１号公報
【特許文献２】特開２０００−２１８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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に基づいて、従来のガラス部材（ガラス管）を用いない、新たな封止端子構造を発明するに至った。
【００１６】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
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、前記接続線の一端を保持すると共にガラス部材の端部を封止する、導電性金属材料からなる有底筒形状のキャップ部材と、前記キャップ部材の少なくとも内底面に設けられた、ガラス部材の端部と接するゴムパッキン部材とを備え、前記ガラス部材の端部を前記キャップ部材に収容すると共に、ガラス部材の端部角部が前記ゴムパッキン部材の斜面部に接することを特徴としている。
【００１８】
このように、キャップ部材は有底筒形状に形成され、ガラス部材の端部をその内部に収容すると共に、ガラス部材の端部角部が前記ゴムパッキン部材の斜面部に接するように構成されている。
したがって、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もしくはモリブデン箔のような介在物を用いる必要がなく、ヒータを容易に製造でき、また、ヒータパワーの制限が小さくなり許容電流を大きくでき、結果ヒータの許容温度を大きくでき、しかも量産することができる。
しかも、金属製のキャップ部材を用いているため、パッキン部材を介してガス透過をより確実に防止することができる。また、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を設ける必要がなく、比較的厚いガラス管のみを用いることができ、結果従来品に比べ機械的強度が強くなり、取り扱いが便利である。
特に、ガラス部材の端部角部が前記ゴムパッキン部材の斜面部に接するように構成されているため、ガラス部材の内部の機密性がより向上する。
尚、発熱体が収納されるガラス部材としてはシリカガラスが好ましく、また有底筒形状のキャップは有底円筒形状であることが好ましい。
【００１９】
ここで、前記キャップ部材による前記接続線の一端の保持が、キャップ部材の一部での前記接続線のかしめによる保持であり、かつ前記接続線を保持するキャップ部材の保持部外周面に螺子部を形成することが望ましい。このようにキャップ部材に螺子部を形成し、外部接続線と螺合させることにより、前記接続線、前記キャップ部材及び外部接続線のより確実な接続を図ることができる。
【００２０】
また、前記ガラス部材の端部の少なくとも端面に、放射光を反射する反射部材が形成されていることが望ましい。
このように、前記ガラス部材の端部の少なくとも端面に、放射光を反射する反射部材を形成することにより、ガラス部材を伝わってくる放射光を反射し、キャップ部材の温度上昇を抑制できる。
【００２１】
また、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、前記接続線を保持、固定すると共に、ガラス部材の端部を封止するゴム製のキャップ部材と、前記キャップ部材の少なくとも内底面に形成された、ガラス部材の端部と接する斜面部とを備え、前記キャップ部材は有底筒形状に形成され、ガラス部材の端部をその内部に収容すると共に、ガラス部材の端部角部が前記斜面部に接することを特徴としている。
【００２２】
このように構成されているため、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もしくはモリブデン箔のような介在物を用いる必要がなく、ヒータを容易に製造でき、またヒータパワーの制限が小さくなり許容電流を大きくでき、結果ヒータの許容温度を大きくでき、しかも量産することができる。
しかも、ゴム製のキャップ部材を用いているため、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を設ける必要がなく、比較的厚いガラス管のみを用いることができ、結果従来品に比べ機械的強度が強くなり、取り扱いが便利である。
特に、ガラス部材の端部角部が前記キャップ部材の斜面部に接するように構成されているため、ガラス部材の内部の機密性がより向上する。
尚、発熱体が収納されるガラス部材としてはシリカガラスが好ましく、また有底筒形状のキャップは有底円筒形状であることが好ましい。
【００２３】
ここで、前記キャップ部材を構成する材質は、耐熱性、ガス不透過性の観点からをフッ素ゴムであることが望ましい。
また、前記キャップ部材にガス不透過性の樹脂膜を形成することが望ましい。このガス不透過性の樹脂膜としては、フッ素樹脂膜を用いることができる。
【００２４】
また、前記ガラス部材の端部の少なくとも端面に、放射光を反射する反射部材が形成されていることが好ましい。このように、前記ガラス部材の端部の少なくとも端面に、放射光を反射する反射部材を形成することにより、ガラス部材を伝わってくる放射光を反射し、キャップ部材の温度上昇を抑制できる。
特に、キャップ部材がゴム製の場合には、そのゴムの劣化を抑制することができる。
【００２５】
また、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。
【発明の効果】
【００２６】
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、許容電流を大きくでき、結果ヒータの許容温度範囲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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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５に基づいて説明する。ここで、図１は、本発明にかか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、カーボンワイヤーを示す平面図、図４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５は図４の横断面図である。なお、図２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。
【００２８】
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、その端部が大径のシリカガラス管３と、前記シリカガラス管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。
【００２９】
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の一端を保持すると共に、前記シリカガラス管３の端部を封止する、導電性金属材料からなるキャップ部材７ａ，７ｂとを備えている。この実施形態の場合、接続線６ａ，６ｂは外部に延設されず、前記したようにキャップ部材７ａ，７ｂに、その一端部がかしめによって保持されている。しかし、キャップ部材７ａ，７ｂは導電性の金属からなるため、キャップ部材７ａ，７ｂに電力を供給することにより、接続線７ａ，７ｂを介してカーボンワイヤー発熱体２に電力を、より簡易的な構造によって、より確実に供給することができる。
なお、前記キャップ部材を構成する導電性金属材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等を挙げることができる。
【００３０】
このキャップ部材７ａ，７ｂは有底円筒形状に形成され、シリカガラス管３の端部をその内部に収容する。また、キャップ部材７ａ，７ｂの先端部とシリカガラス管３の外周面との間に例えば、エポキシ樹脂等の有機系接着剤９ａ，９ｂを塗布し、前記シリカガラス管３にキャップ部材を固定している。なお、この有機系接着剤は、例えば、セラミックス系接着剤に比べ、ガス不透過性において優れている。
また、図２に示すように、キャップ部材７ａ，７ｂの内周面とシリカガラス管３の外周面間には、間隙Ｓが形成されている。この隙間Ｓは、キャップ部材７ａ，７ｂとシリカガラス管３の熱膨張率の相違から、封止端子部が破損するのを防止するために設けられている。
【００３１】
また、このキャップ部材７ａ，７ｂの内底面には、前記シリカガラス管３の端部と接し、前記シリカガラス管３の内部を密封するリング状のゴムパッキン部材８ａ，８ｂが設けられている。このゴムパッキン部材８ａ，８ｂには内側から外側に傾斜するリング状の斜面部８ａ１が形成され、前記リング状の斜面部８ａ１にシリカガラス管３の端部の角部が押圧状態で接することにより、前記シリカガラス管３の内部の密封が図られている。
【００３２】
また、前記したようにシリカガラス管３の端部が、ゴムパッキン部材８ａ，８ｂに対していわゆる線接触状態で押え付けられるため、シリカガラス管３の内部の機密性をより向上させることができる。
なお、前記ゴムパッキン部材８ａ，８ｂの材質としては、ブチルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムを用いることができるが、耐熱性、ガス不透過性の観点から、フッ素ゴムがより好ましい。
【００３３】
また、前記したように、キャップ部材７ａ，７ｂの先端部をシリカガラス管３の外周面に固定し、シリカガラス管３の端部がゴムパッキン部材８ａ，８ｂに押圧状態で接するように構成されているため、キャップ部材７ａ，７ｂとシリカガラス管３が熱膨張しても、シリカガラス管３の密閉度が低下することはない。
【００３４】
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。
【００３５】
また、前記カーボンワイヤー発熱体２としては、図３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４、図５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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、熱膨張差によりキャップ部材とシリカガラス管との固定部近傍（接着剤塗布部近傍）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。
【００４３】
次に、図６、図７に基づいて、前記した第一の実施形態の変形例を説明する。
図６に示した変形例は、かしめによるキャップ部材７ａの接続線６ａの保持部７ａ１の外周面に螺子部７ａ２を形成したものである。そして、外部接続線１１の端子部１１ａの内部に螺子部１１ａ１を形成し、前記螺子部７ａ２と螺合させることにより、接続線１１ａ２と接続線６ａとを電気的に接続するものである。
このように、キャップ部材７ａ，７ｂに螺子部７ａ２を形成し、外部接続線１１と螺合させることにより、確実な電気接続を図ることができる。
【００４４】
また、図７に示した変形例は、キャップ部材７ａ，７ｂの内周面にゴムパッキン部材１２が形成され、シリカガラス管３の外周面を、前記円筒状のゴムパッキン部材１２に密着させたものである。このように、前述の隙間Ｓを形成することなく、キャップ部材の内面にゴムパッキン部材１２を形成することによっても、キャップ部材７ａ，７ｂとシリカガラス管３の熱膨張率の相違から、封止端子部が破損するのを防止することができる。また、機密性をより向上させることができる。
なお、前記ゴムパッキン部材１２は、前記キャップ部材７ａ，７ｂに内底面に設けられたリング状のゴムパッキン部材８ａと一体に形成したものでもよく、また、分割されたものであってもよい。
【００４５】
次に、第二の実施形態について、図８乃至図１１に基づいて説明する。なお、ヒータの左右の封止端子部が同一形状であるため、一方の封止端子部のみを図示すると共に、一の封止端子部の説明をもって両封止端子部の説明とする。また、封止端子部以外のヒータの構成は、第一の実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
図８に示すようにこの封止端子部１７ａ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と、前記接続線６ａを保持すると共に、前記大径のシリカガラス管３の端部を封止する、ゴム製のキャップ部材１３ａとを備えている。この実施形態の場合、接続線６ａは外部に延設され、前記接続線６ａの略中間部が前記キャップ部材１３ａに、固定、保持されている。そのため、前記接続線６ａに電力を供給することによりカーボンワイヤー発熱体２に電力を供給することができる。
【００４６】
また、キャップ部材１３ａに対して、接続線６ａは次のようにして固定される。まず、図９（ａ）に示すように接続線６ａの中央部６ａ１以外をマスキングし、中央部６ａ１を酸化処理し、前記酸化処理した中央部６ａ１に接着剤１６ａを塗布する（図９（ｂ））。そして、前記酸化処理した中央部６ａ１にキャップ部材としてゴムの一体成形を行う。前記酸化処理によって、接続線６ａと接着剤１６ａの結合性を高め、この接着剤６ａを介することで接続線６ａとゴム製キャップ部材１３ａの一体成形を可能とすることができる。
【００４７】
また、このキャップ部材１３ａを構成するゴム材としては、ブチルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムを用いることができるが、耐熱性の観点からシリコンゴム、フッ素ゴムが好ましく、また密封性の観点からブチルゴム、フッ素ゴムが好ましい。したがって、耐熱性、機密性（密封性）が好ましい、フッ素ゴムを用いることがより好ましい。
【００４８】
このキャップ部材１３ａは有底円筒形状に形成され、シリカガラス管３の端部をその内部に圧入することにより収容する。
また、このキャップ部材１３ａの表面にはゴムのガス透過性を抑制するために、ガス不透過性の樹脂膜１４ａが形成されている。この樹脂膜は、耐熱性の観点からフッ素系樹脂が好ましい。なお、キャップ部材１３ａ自体がフッ素ゴムで形成されている場合には、必ずしも、前記樹脂膜１４ａを形成する必要はない。
【００４９】
なお、キャップ部材１３ａにシリカガラス管３の端部が単に圧入されているに過ぎないため、キャップ部材１３ａとシリカガラス管３の熱膨張率の相違から生じる破損を防止することができる。
【００５０】
また、キャップ部材１３ａの内底面を、図１０（ａ）に示すように平面状に形成し、シリカガラス管３の端面が接するようにしても良いが、キャップ部材１３ａに内側から外側に傾斜するリング状の斜面部１３ａ１を形成し、前記リング状の斜面部１３ａ１にシリカガラス管３の端部の角部が押圧状態で接するようになすことがより好ましい。
このようにシリカガラス管３の端部が、キャップ部材１３ａに対していわゆる線接触状態で押えられているため、シリカガラス管３の内部の機密性をより向上させることができる。
【００５１】
更に、図１０（ｃ）に示すように、前記リング状の斜面部１３ａ１のほか、キャップ部材１３ａに外側から内側に傾斜するリング状の斜面部１３ａ２を形成し、前記リング状の斜面部１３ａ１及びリング状の斜面部１３ａ２にシリカガラス管３の端部の角部が接するようになすことが、前記シリカガラス管３の内部の密閉性がより図られ好ましい。
尚、前記した二つのリング状の斜面部１３ａ１，１３ａ２を形成し、シリカガラス管３の端部の角部が接するようになすことは、第一の実施形態においても実現可能である。
【００５２】
また、図１１（ａ）に示すように、シリカガラス管３の端面にアルミニウムからなる反射膜１５ａを形成するのが好ましい。この反射膜１５ａによってシリカガラス管３を伝わってくる放射光を反射し、キャップ部材１３ａを構成するゴム材の劣化を抑制する。
なお、前記反射膜１５ａを、図１１（ｂ）に示すように、シリカガラス管３の端面のみならず、端部の内周面及び外周面に形成することにより、放射光をより反射することができ、キャップ部材１３ａを構成するゴム材の劣化をより抑制できる。また、前記反射膜１５ａは蒸着等の手段を用いることにより形成することができる。また、この反射膜を形成することは、第一の実施形態においても実現可能である。
【００５３】
上記実施形態の説明において、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。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明にかかるヒータの実施形態を示す断面図である。
【図２】図２は、図１の封止端子構造を示す拡大断面図である。
【図３】図３は、カーボンワイヤーを示す平面図である。
【図４】図４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である。
【図５】図５は図４の横断面図である。
【図６】図６は第一の実施形態の第一変形例を示す断面図である。
【図７】図７は第一の実施形態の第二変形例を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明にかかる第二の実施形態を示す断面図である。
【図９】図９は、第二の実施形態を製造過程を説明するための図であって、接続線を示す側面図である。
【図１０】図１０は、第二の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図１１】図１１は、第二の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図１２】図１２は、従来のヒータを示す側面図である。
【図１３】図１３は、図１２の封止端子部の拡大斜視図である。
【図１４】図１４は、従来の他の封止端子構造を示した側面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ ヒータ
２ カーボンワイヤー発熱体
３ シリカガラス管
３ａ シリカガラス管の端部
３ｂ シリカガラス管の端部
４ａ，４ｂ 小径のシリカガラス管
６ａ，６ｂ 接続線
７ａ，７ｂ キャップ部材
８ａ，８ｂ ゴムパッキン部材
９ａ，９ｂ 接着剤
１０ａ，１０ｂ 封止端子部
１１ 外部接続線
１２ ゴムパッキン部材
１３ａ キャップ部材
１３ａ１ 斜面部
１３ａ２ 斜面部
１７ａ 封止端子部
Ａ ワイヤーカーボン材
ａ 毛羽立ち
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体が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、前記接続線の一端を保持すると共にガラス部材の端部を封止する、導電性金属材料からなる有底筒形状のキャップ部材と、前記キャップ部材の少なくとも内底面に設けられた、ガラス部材の端部と接するゴムパッキン部材とを備え、
前記ガラス部材の端部を前記キャップ部材に収容すると共に、ガラス部材の端部角部が前記ゴムパッキン部材の斜面部に接することを特徴とするヒータの封止端子構造。
【請求項２】
前記キャップ部材による前記接続線の一端の保持が、キャップ部材の一部での前記接続線のかしめによる保持であり、かつ前記接続線を保持するキャップ部材の保持部外周面に螺子部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載されたヒータの封止端子構造。
【請求項３】
前記ガラス部材の端部の少なくとも端面に、放射光を反射する反射部材が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたのヒータの封止端子構造。
【請求項４】
発熱体が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、前記接続線を保持、固定すると共に、ガラス部材の端部を封止するゴム製のキャップ部材と、前記キャップ部材の少なくとも内底面に形成された、ガラス部材の端部と接する斜面部とを備え、
前記キャップ部材は有底筒形状に形成され、ガラス部材の端部をその内部に収容すると共に、ガラス部材の端部角部が前記斜面部に接することを特徴とするヒータの封止端子構造。
【請求項５】
前記キャップ部材を構成する材質がフッ素ゴムであることを請求項４に記載されたヒータの封止端子構造。
【請求項６】
前記キャップ部材にガス不透過性の樹脂膜を形成したことを特徴とする請求項４に記載されたヒータの封止端子構造。
【請求項７】
前記ガラス部材の端部の少なくとも端面に、放射光を反射する反射部材が形成されていることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載されたのヒータの封止端子構造。
【請求項８】
前記請求項１乃至請求項７のいずれかに記載された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。
【請求項１】
発熱体が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、前記接続線の一端を保持すると共にガラス部材の端部を封止する、導電性金属材料からなる有底筒形状のキャップ部材と、前記キャップ部材の少なくとも内底面に設けられた、ガラス部材の端部と接するゴムパッキン部材とを備え、
前記ガラス部材の端部を前記キャップ部材に収容すると共に、ガラス部材の端部角部が前記ゴムパッキン部材の斜面部に接することを特徴とするヒータの封止端子構造。
【請求項２】
前記キャップ部材による前記接続線の一端の保持が、キャップ部材の一部での前記接続線のかしめによる保持であり、かつ前記接続線を保持するキャップ部材の保持部外周面に螺子部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載されたヒータの封止端子構造。
【請求項３】
前記ガラス部材の端部の少なくとも端面に、放射光を反射する反射部材が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたのヒータの封止端子構造。
【請求項４】
発熱体が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、前記接続線を保持、固定すると共に、ガラス部材の端部を封止するゴム製のキャップ部材と、前記キャップ部材の少なくとも内底面に形成された、ガラス部材の端部と接する斜面部とを備え、
前記キャップ部材は有底筒形状に形成され、ガラス部材の端部をその内部に収容すると共に、ガラス部材の端部角部が前記斜面部に接することを特徴とするヒータの封止端子構造。
【請求項５】
前記キャップ部材を構成する材質がフッ素ゴムであることを請求項４に記載されたヒータの封止端子構造。
【請求項６】
前記キャップ部材にガス不透過性の樹脂膜を形成したことを特徴とする請求項４に記載されたヒータの封止端子構造。
【請求項７】
前記ガラス部材の端部の少なくとも端面に、放射光を反射する反射部材が形成されていることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載されたのヒータの封止端子構造。
【請求項８】
前記請求項１乃至請求項７のいずれかに記載された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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−４６７３（Ｐ２００６−４６７３Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１７７２９９（Ｐ２００４−１７７２９９）
【出願日】平成１６年６月１５日（２００４．６．１５）
【出願人】（０００２２１１２２）東芝セラミックス株式会社 (294)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１５日（２００４．６．１５）
【出願人】（０００２２１１２２）東芝セラミックス株式会社 (294)
【Ｆターム（参考）】
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