ヒータ
【課題】 振動環境下においても、カーボンワイヤー発熱体と該カーボンワイヤー発熱体を収容したガラス管の内壁との衝突を抑制することにより、耐久性のあるヒータを提供する。
【解決手段】 ガラス管２内に封入されたカーボンワイヤー発熱体３と、前記カーボンワイヤー発熱体に電力を供給する接続線を有する二つの封止端子部４とを備え、前記カーボンワイヤー発熱体３と接続線５とを導電性部材７によって挟持し、かつ、導電性部材７と弾性体８が封止端子部４を構成するガラス管２，６の内部に収容され、前記導電性部材７を弾性体によってガラス管２，６の内壁に押し付けられることにより、ガラス管２，６の内壁に固定される。
【解決手段】 ガラス管２内に封入されたカーボンワイヤー発熱体３と、前記カーボンワイヤー発熱体に電力を供給する接続線を有する二つの封止端子部４とを備え、前記カーボンワイヤー発熱体３と接続線５とを導電性部材７によって挟持し、かつ、導電性部材７と弾性体８が封止端子部４を構成するガラス管２，６の内部に収容され、前記導電性部材７を弾性体によってガラス管２，６の内壁に押し付けられることにより、ガラス管２，６の内壁に固定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒータに関し、より詳細にはカーボンワイヤー発熱体をガラス管、板状ガラス体等のガラス体に封入したヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からカーボンワイヤー発熱体を用いたヒータは、金属発熱体を用いたヒータに比べて熱容量が小さく昇降温特性に優れ、また、非酸化性雰囲気中では高温耐久性にも優れているため各種の加熱用機器として産業用に広く使用されている。
【０００３】
このカーボンワイヤー発熱体を用いたヒータとしては、例えば、図１２，１３に示すヒータが知られている。以下、図１２，１３に基づいて、従来のヒータについて説明する。尚、図１２は概略断面図、図１３は図１２に示したヒータの要部断面図である。
図１２，１３において、符号３１は、カーボンワイヤー発熱体であって、その一端部には導電性のクランプ部材３２が設けられ、このクランプ部材３２に導電性のスプリング部材３３の一端が取り付けられている。また、前記カーボンワイヤー発熱体３１の他端部にも、クランプ部材３２が設けられ、導電性のフック部材３４が取り付けられている。
【０００４】
前記スプリング３３の他端、及びフック部材３４の他端は、接続線３５，３５に接続されており、前記接続線３５、３５に供給された電力をスプリング部材３３及びクランプ部材３２と、フック部材３４及びクランク部材３２を介して、カーボンワイヤー発熱体３１に供給されるように構成されている。
また、前記カーボンワイヤー発熱体３１、クランプ部材３２，３２、スプリング部材３３、フック部材３４、接続線３５の一部はガラス管３６の内部に収容されている。そして、ガラス管３６の端部で接続線３５，３５をピンチシールしている。更に、ガラス管３６の内部は例えば窒素雰囲気の減圧状態になされている。
【０００５】
このように、この種のヒータ３０では、カーボンワイヤー発熱体３１にスプリング部材３３によって一定の引張力を作用させているため、カーボンワイヤー発熱体３１は弛むことなく、接続線３５，３５の間に張設されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、カーボンワイヤー発熱体は、前記したように一定の引張力をもって接続線間に張設されている。これは、ガラス管に封入されたカーボンワイヤーを一定の長さとし、出力を安定させると共に均熱性を確保するためである。
しかしながら、前記した従来のヒータにあっては、スプリング部材によってカーボンワイヤー発熱体に引張力を作用させているため、前記ヒータを振動する環境下では使用することができなかった。
【０００７】
一例を挙げて説明すれば、前記ヒータを車両のような振動する物体に取り付けた場合、該振動によってヒータに用いられているスプリング部材も同様に振動する。この振動によって、カーボンワイヤー発熱体も振動し、カーボンワイヤー発熱体はガラス管の内壁に衝突（接触）する。このガラス管内壁との衝突が重ねられると、カーボンワイヤー発熱体は化学反応により、あるいは機械的ダメージの蓄積によりその寿命は短くなり、ついにカーボンワイヤー発熱体は切断される。
【０００８】
本発明は、上記したヒータが有する技術的課題を解決するためになされたものであり、振動環境下においも、カーボンワイヤー発熱体と該カーボンワイヤー発熱体を収容したガラス管の内壁との衝突を抑制することにより、耐久性のあるヒータを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、ガラス体内に封入されたカーボンワイヤー発熱体と、前記カーボンワイヤー発熱体に電力を供給する接続線を有する二つの封止端子部とを備えたヒータであって、前記封止端子部は、前記カーボンワイヤー発熱体と接続線とを導電性部材によって挟持し、かつ、前記導電性部材と弾性体とが封止端子部を構成するガラス管の内部に収容され、前記導電性部材が弾性体によってガラス管の内壁に押し付けられることにより、ガラス管の内壁に固定されるように構成されていることを特徴としている。
【００１０】
このように、カーボンワイヤー発熱体及び接続線とを挟持する導電性部材と、弾性体とを、封止端子部を構成するガラス管の内部に収容し、前記弾性体が導電性部材をガラス管の内壁に押し付けることにより、導電性部材を固定している。
そのため、カーボンワイヤー発熱体のより強固な挟持を実現せしめ、振動環境下において使用しても、カーボンワイヤー発熱体が振動することがなく、カーボンワイヤー発熱体のガラス管の内壁との接触を抑制でき、耐久性が向上する。
【００１１】
ここで、前記弾性体が、前記導電性部材の少なくとも一側面及びガラス管の内壁に接して、前記ガラス管の内部に収容されていることが望ましい。より好ましくは、導電性部材の両側面に弾性体が接するように配置するのが良い。
【００１２】
また、前記導電性部材は二つの部材から構成され、前記導電性部材の相対向する面には、前記カーボンワイヤー発熱体が収容される溝部と接続線が収容される溝部とが形成されていることが望ましい。このように溝部が形成されているため、カーボンワイヤー発熱体及び接続線を所定の位置に置くことができる。
【００１３】
更に、封止端子部を構成するガラス管において、カーボンワイヤー発熱体の導出側の内壁を先細り形状としたことが望ましい。
このように封止端子部を構成するガラス管の内壁を先細り形状としたため、導電性部材を前記ガラス管内に収納することによって、前記導電性部材は前記接続線、カーボンワイヤー発熱体をより強固に挟持する。その結果、ヒータの耐振動性がより向上する。
【００１４】
更に、前記弾性体が前記導電性部材の一側面にのみ存在し、前記二つの導電性部材のうち、弾性体が接する導電性部材の高さが他の導電性部材の高さよりも低いことが望ましい。
このように、二つの導電性部材において高さに差を設けたのは、導電性部材と弾性体をガラス管の内部に収容した際、カーボンワイヤー発熱体がガラス管の中心に配されるようにするためである。
より好ましくは、前記弾性体及び導電性部材を、封止端子部を構成するガラス管に収納した状態において、前記二つの導電性部材のうち弾性体が接する導電性部材の高さと弾性体の高さとの総和と、他の導電性部材の高さとを等しくするのが良い。
【００１５】
また、前記カーボンワイヤー発熱体を収容する各導電性部材の溝部がＶ字状であり、二つの導電性部材を重ねた際に前記Ｖ字状の溝部の組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、カーボンワイヤー発熱体の直径以下の寸法で形成され、かつ前記接続線を収容する各導電性部材の溝部がＶ字状であり、二つの導電性部材を重ねた際に前記Ｖ字状の溝部の組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、接続線の直径以下の寸法で形成されていることが望ましい。
このように構成することにより、カーボンワイヤー発熱体及び接続線を所定の位置に置くことができると共に、導電性部材によってカーボンワイヤー発熱体及び接続線を確実に挟持することができる。
【００１６】
さらに、前記カーボンワイヤー発熱体が、前記導電性部材の前記接続線を収容する溝部まで挿通されていることが望ましい。
このように構成することにより、導電性部材のカーボンワイヤー発熱体の挿入端部側で、導電性部材が圧接し、カーボンワイヤー発熱体をより強固に挟持することができる。
【００１７】
前記接続線と溝部とによって形成される空隙に、前記カーボンワイヤー発熱体端部のカーボンワイヤーが配設されていることが望ましい。
このように接続線と溝部とによって形成される空隙にカーボンワイヤーが配設されているために、導電性部材の内側に配置された前記カーボンワイヤーの弾性力と、これより大きな、導電性部材の外側に配置された弾性体の弾性力のバランスによって、通電性をより高めることができ、かつ前記接続線及びカーボンワイヤー発熱体を前記導電性部材により強固に挟持することができ、またこれらを前記封止端子部のガラス管内壁により安定して固定することができる。
【００１８】
また、前記導電性部材は、黒鉛化処理されたカーボン材であることが望ましい。このように、黒鉛化処理されたカーボン材である場合には摩擦抵抗が少なく、ガラス管内部に容易に挿入することができる。また、これを収容するガラス管の破損の危険性を低くすることができる。
【００１９】
更に、前記弾性体は耐熱性フェルト状体から形成されていることが望ましい。
これによって、高温環境下においても、弾性力を保持することができる。特に、７００℃を超える環境下（発熱温度）においては、カーボンフェルトを用いることが好ましく、これによって、この温度でも十分な弾性保持力が得られる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように本発明にかかるヒータは、特に、振動環境下においも、カーボンワイヤー発熱体と該カーボンワイヤー発熱体を収容したガラス管の内壁との衝突を抑制することにより、耐久性のある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】
【００２１】
本発明にかかるヒータは、カーボンワイヤー発熱体の少なくとも発熱部が、ガラス管あるいは板状のガラス体等のガラス体内に配置され、前記発熱体の両端は前記ガラス体から導出され、前記両端の各々は、前記カーボンワイヤー発熱体に電力を供給する接続線と共に各々のガラス管内に配置された導電性部材によって挟持され、前記導電性部材は弾性体により、前記ガラス管の内壁に押し付けられ固定されている点に特徴があり、また前記ガラス体と前記ガラス管によって一つの密閉空間を形成することに、または前記ガラス体と前記二つのガラス管を覆う別のガラス管によって一つの密閉空間を形成することに特徴がある。
以下に、本発明にかかるヒータを実施形態に基づいて説明する。まず、第一の実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。なお、図１は、本発明にかかるヒータの第一の実施形態を示す斜視図であり、図２は、図１の封止端子部示す分解斜視図、図３は、カーボンワイヤー発熱体と接続線との接続構造を示す図、図４は封止端子部の断面図である。
また、この第一の実施形態の説明にあっては、カーボンワイヤー発熱体の発熱部が収納されるガラス体としてガラス管が用いられ、カーボンワイヤー発熱体の両端が配置されるガラス管と、発熱部が収容されたガラス管とによって一つの密閉空間が形成されている場合について説明する。
【００２２】
図１に示したヒータ１は、ガラス管２内に封入されたカーボンワイヤー発熱体３と、前記カーボンワイヤー発熱体３に電力を供給する接続線５を有する二つの棒状（直線状）の封止端子部４とを備えている。このガラス管２は、小径部２ａと、小径部２ａに続いて形成された大径部２ｂとを備えている。前記小径部２ａは発熱部であり、いわゆるヒータ部を形成する。また大径部２ｂは封止端子部４の一部を形成する。
【００２３】
この封止端子部４は、図２，３、４に示すように、ガラス管６にピンチシールされた接続線５と、カーボンワイヤー発熱体３と接続線５とを接続する導電性部材（導電性部材としては種々あるが、以下、代表してカーボン材と記す）７と、前記カーボン材７を収容するガラス管６及びガラス管２の大径部２ｂと、前記カーボン材７をガラス管６及びガラス管２の大径部２ｂの内壁に対して、押し付ける耐熱性を有するフェルト状の弾性体８とを備えている。
【００２４】
前記接続線５は、カーボンワイヤー発熱体３に電力を供給するものであって、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５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ため好ましくない。また直径が大きすぎる場合には、端子自体が大きくなるため好ましくない。なお、接続線５は、カーボン材７に収容されているカーボンワイヤー発熱体３に容易に接続ができるように、その先端部は尖っている。
【００２５】
また、ガラス管６は、従来の場合と同様に、石英ガラス部、グレイデッドシール部、タングステンガラス部によって構成されて、タングステンガラス部によって接続線５をピンチシールしている。（特開２０００−２２８２７１号公報参照）
【００２６】
前記カーボンワイヤー発熱体３としては、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３はガラス管２の内部を挿通させ、カーボン材７まで延設される。
【００２７】
前記カーボンワイヤー発熱体３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約３０００乃至３５００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２．５ｍｍ程度である。なお、前記毛羽立ちとは、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。
【００２８】
また、カーボン材７は、図３に示すように二つの直方体形状の部材７Ａ，７Ｂから構成されている。この二つの部材７Ａ，７Ｂの相対向面には、カーボンワイヤー発熱体３が収容される溝７ａ及び接続線５が収容される溝７ｂが形成されている。
前記溝７ａ，７ｂは、カーボンワイヤー発熱体３、接続線５の径よりも若干小さめに形成され、前記溝７ａ，７ｂによってカーボンワイヤー発熱体３と接続線と挟持し、両者の接続を確実にしている。このように、カーボン材７のように安価な材料でしかもシンプルな構造で高耐振動性の接合を行なうことができる。
【００２９】
具体的に説明すると、前記カーボンワイヤー発熱体３を収容する各カーボン材７Ａ，７Ｂの溝部７ａがＶ字状であり、二つのカーボン材７Ａ，７Ｂを重ねた際に前記Ｖ字状の溝部７ａの組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、カーボンワイヤー発熱体３の直径以下の寸法で形成されている。また、前記接続線５を収容する各カーボン材７Ａ，７Ｂの溝部７ｂがＶ字状であり、二つのカーボン材７Ａ，７Ｂを重ねた際に前記Ｖ字状の溝部７ｂの組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、接続線の直径以下の寸法で形成されている。
【００３０】
このように構成されているため、図２に示すように二つのカーボン材７Ａ，７Ｂの間には隙間Ｓが形成されるが、カーボンワイヤー発熱体３及び接続線５を所定の位置に置くことができると共に、カーボン材７Ａ，７Ｂによってカーボンワイヤー発熱体３及び接続線５を確実に挟持することができる。
なお、前記溝７ａ，７ｂの断面形状は、Ｖ字形状、半円形状等のいずれの形状であっても良いが、カーボン材７Ａ，７Ｂによるカーボンワイヤー発熱体３および接続線５の固定をより強固にし、かつ電気的な接続をより安定なものとするためには、前記したＶ字状であることがより好ましい。
【００３１】
さらに、前記カーボンワイヤー発熱体３が、図３（ｂ）に示すように、前記カーボン材７Ａ，７Ｂの前記接続線５を収容する溝部７ｂまで配設されることにより、接続線５とカーボンワイヤー発熱体３とを含めた径がより大きくなり、カーボン材７Ａ，７Ｂのカーボンワイヤー発熱体３の挿入端部側で、カーボン材７Ａ，７Ｂがカーボンワイヤー発熱体３に圧接し、カーボンワイヤー発熱体３をより強固に挟持することができる。
また、カーボンワイヤー発熱体３が、前記カーボン材７Ａ，７Ｂの前記接続線５を収容する溝部７ｂまで配設されることにより、接続線５と電気的に直接接続される。
【００３２】
また、弾性体８と接する側のカーボン部材７Ｂの高さＬ２は、カーボン材７Ａの高さＬ１よりも低く形成されている。
これは、後述するように、前記カーボン材７及び弾性体８をガラス管２の大径部２ｂ，ガラス管６の内部に収容した際、溝７ａ（カーボンワイヤー発熱体３）がガラス管２の小径部２ａの中心に位置するようにするためである。
【００３３】
また、カーボン材７は、上記特定結晶構造、即ち、面間隔ｄ（００２）が０．３４３ｎｍ以下、結晶子の大きさＬｃ（００２）が４．０ｎｍ以上、の結晶構造を有している。上記特定結晶構造のカーボン材７は、例えば、通常のカーボン材７を、不活性ガス雰囲気中、２０００℃以上の高温で熱処理して黒鉛化を進行させることにより得られる。
このように黒鉛化したカーボン材７は、ヒータ使用時の温度域内（通常２０００℃未満）では、結晶構造の変化を起こさず、即ち、黒鉛化がそれ以上進行しないので電気抵抗値（Ω／ｍ）等の物性変化もほとんど起こさないため、好ましい。
また、カーボン材７が前記したように黒鉛化されているため、前記接続線５をカーボン材７Ａ、７Ｂの間に挿入する際、摩擦が少なく（抵抗が少なく）、接続線５をカーボン材７Ａ，７Ｂの間に容易に挿入することができる。また、これを収容するガラス管の破損の危険性を低くすることができる。
【００３４】
更に、耐熱性を有する弾性体８はとしては、耐熱性フェルト状体から形成されていることが望ましい。
これによって、高温環境下においても、弾性力を保持することができる。特に、７００℃を超える環境下（発熱温度）においては、カーボンフェルトを用いることが好ましく、これによって、この温度でも十分な弾性保持力が得られる。
なお、耐熱性フェルト状体の材質としては、カーボンフェルトのみならず、タングステンやモリブデンからなるフェルト状体でもよい。
【００３５】
次に、図５乃至図７に基づいて第二の実施形態について説明する。なお、図１乃至図４に示した部材と同一、あるいは相当する部材については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この第二の実施形態の第一の特徴は、図５に示すように、封止端子部４を構成するガラス管２ｂの他の封止端子部に対向する側（カーボンワイヤー発熱体３の導出側）の内壁２ｃを先細り形状とした点にある。前記ガラス管２ｂの内壁２ｃを先細り形状としたため、カーボン材７Ａ，７Ｂを前記ガラス管内２ｂに収納することにより、前記カーボン材７Ａ，７Ｂの先端部分は前記内壁２ｃに沿って先細りになるため、前記カーボンワイヤー発熱体３、接続線５を強固に挟持する。
その結果、カーボンワイヤー発熱体３を十分な張力をもって保持することができると共に、耐振動性をより向上させることができる。
【００３６】
また、この第二の実施形態の第二の特徴は、図６、図７に示すように、前記接続線５とカーボン材７Ａ，７Ｂの溝部７ｂとによって形成される空隙に、カーボンワイヤー発熱体３端部のカーボンワイヤー１０が配設されている点に特徴がある。このカーボンワイヤー１０は、編紐あるいは組紐形状に編み込まないことによって形成される。
このように接続線５と溝部７ｂとによって形成される空隙に、前記カーボンワイヤー１０が配設されているために、通電性をより高めることができる。即ち、接続線５とカーボン材７Ａ，７Ｂとの当接により、相互間の安定した通電を行うと共に、接続線５と溝部７ａとによって形成される空隙に前記カーボンワイヤー１０を多数存在させることで、通電性をより高めることができる。更に、前記カーボンワイヤー１０及び弾性体８の弾力性により、接続線５の挟持力も安定する。
【００３７】
更に、この第二の実施形態の第三の特徴は、図６に示すように、弾性体８及びカーボン材７Ａ，７Ｂとを封止端子部を構成するガラス管２ｂに収納した状態において、弾性体８が接するカーボン材７Ｂの高さと弾性体８の高さとの総和ｈ１と、カーボン材７Ａの高さｈ２とを等しくした点にある。このようになすことによって、カーボン材７Ａ、７Ｂと弾性体８をガラス管２ｂの内部に収容した際、カーボンワイヤー発熱体３をガラス管２ｂの中心に位置させることができる。そして、接続線５はガラス管６の中心に位置するため、カーボンワイヤー発熱体３の中心と接続線５の中心を一致させることができる。
その結果、ガラス管２ｂとガラス管６との溶接が容易になり、前記ガラス管２ｂ、６に無理な応力が生ずることなしに、カーボンワイヤー発熱体３と接続線５とをより安定して接合することができる。
【００３８】
次に、前記第一、第二の実施形態にかかるヒータの製造方法について図１乃至図８に基づいて説明する。尚、必要に応じて、第二の実施形態にかかるヒータの製造方法に触れることとする。
まず、接続線５をガラス管６にピンチシールし、封止端子部４の一部を、予め形成する。続いて、ガラス管２内にカーボンワイヤー発熱体３を収容する。即ち、一端側の大径部２ｂからカーボンワイヤー発熱体３を挿入し、他端側の大径部２ｂから外部に引き出す。
【００３９】
そして、最初に一方の封止端子部を形成するため、引き出されたカーボンワイヤー発熱体３の一端部を、カーボン材７Ａ，７Ｂの溝７ａ，７ｂに入れ、カーボン部材７Ａ，７Ｂで前記カーボンワイヤー発熱体３を挟む。
【００４０】
なお、前記した第二の実施形態にあっては、図７に示すように、カーボンワイヤー発熱体３の端部は、編紐あるいは組紐形状に編み込まれていない状態になっている。そして、カーボンワイヤー発熱体３の編紐あるいは組紐形状に編み込まれている部分をカーボン材７Ａ，７Ｂの溝７ａに入れ、編紐あるいは組紐形状に編み込まれていない部分（カーボンワイヤー１０）を溝７ｂに入れる。そして、カーボン部材７Ａ，７Ｂで前記カーボンワイヤー発熱体３を挟む。
【００４１】
この状態のカーボン材７Ｂの側面に弾性体８を付けて、前記ガラス管２の一方の大径部２ｂにカーボン材７の半分程度を収容する。このとき、前記カーボン材７は黒鉛化されているため、摩擦抵抗が少なく、比較的容易に収容することができる。
【００４２】
このようにカーボン材７が大径部２ｂに収容され、カーボンワイヤー発熱体３はカーボン材により挟持されるため、カーボン材７の一端部は固定される。その後、前記カーボン材７の端部から突出したカーボンワイヤー発熱体３を切断する。
【００４３】
続いて、前記大径部２ｂに収容されたカーボン材７の外部に突出した部分を、ガラス管６の内部に収容しながら、前記接続線５をカーボン材７の溝７ｂに挿入する。
このとき、前記溝７ｂ内にはカーボンワイヤー発熱体３の端部のカーボンワイヤー１０が存在するが、接続線５の先端は尖っているため、接続線５はカーボンワイヤー１０内を貫通する。その結果、カーボンワイヤー発熱体３と接続線５とは、電気的に確実に接続される。特に、カーボン材７を介しても接続線５からカーボンワイヤー発熱体３へも通電されるため、異常な発熱が生じることがない。
【００４４】
しかも、カーボンワイヤー発熱体３を収容する各カーボン材７Ａ，７Ｂの溝部７ａがＶ字状であり、二つのカーボン材７Ａ，７Ｂを重ねた際に前記Ｖ字状の溝部７ａの組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、カーボンワイヤー発熱体３の直径以下の寸法で形成されている。また、前記接続線５を収容する各カーボン材７Ａ，７Ｂの溝部７ｂがＶ字状であり、二つのカーボン材７Ａ，７Ｂを重ねた際に前記Ｖ字状の溝部７ｂの組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、接続線の直径以下の寸法で形成されている．さらに、前記カーボンワイヤー発熱体３が、前記カーボン材７Ａ，７Ｂの前記接続線５を収容する溝部７ｂまで挿通されている。
そのため、前記溝７ｂに接続線５が挿入されると、図４、図８に示すようにカーボン材７Ａとカーボン材７Ｂとの対向面は、接続線５の挿入側端部に一定の隙間Ｓが生じる。
言い換えれば、カーボン材７Ａ，７Ｂのカーボンワイヤー発熱体３の挿入端部側で、カーボン材７Ａ，７Ｂが圧接し、カーボンワイヤー発熱体３を強固に挟持する。
特に、第二の実施形態にあっては、接続線５がカーボンワイヤー１０の中心に挿入されることにより、前記接続線と溝部とによって形成される空隙に、カーボンワイヤー１０が配設される。
【００４５】
そして、他方の封止端子部を形成するため、まず、他方の大径部２ｂから引き出されたカーボンワイヤー発熱体３端部を、カーボン材７Ａ，７Ｂの溝７ａ，７ｂに入れ、カーボン部材７Ａ，７Ｂでカーボンワイヤー発熱体３を挟む。
【００４６】
なお、前記した第二の実施形態にあっては、カーボンワイヤー発熱体３の端部は、編紐あるいは組紐形状に編み込まれていない状態になっている。そして、カーボンワイヤー発熱体３の編紐あるいは組紐形状に編み込まれている部分をカーボン材７Ａ，７Ｂの溝７ａに入れ、編紐あるいは組紐形状に編み込まれていない部分（カーボンワイヤー１０）を溝７ｂに入れる。そして、カーボン部材７Ａ，７Ｂで前記カーボンワイヤー発熱体３を挟む。
【００４７】
この状態でカーボン材７Ｂの側面に弾性体８を付けて、前記ガラス管２の大径部２ｂに、カーボン材７の半分程度を収容する。このとき、前記カーボン材７は黒鉛化されているため、摩擦抵抗が少なく、比較的容易に収容することができる。
【００４８】
その後、カーボン材７の外部に突出したカーボンワイヤー発熱体を引っ張り、所定の張力を与える。このとき、一端側の封止端子部において、前記カーボンワイヤー発熱体３の一端部が強固に挟持されているため、前記カーボンワイヤー発熱体３に、所定の張力を与えることができる。そして、カーボン材７から突出したカーボンワイヤー発熱体を切断する。
【００４９】
続いて、大径部２ｂから外部に突出したカーボン材７をガラス管６の内部に収容しながら、前記接続線５を溝７ｂに挿入する。
このとき、前記した一端部の封止端子部の場合と同様に、前記溝７ｂ内にはカーボンワイヤー発熱体３が存在するが、接続線５の先端は尖っているため、接続線５はカーボンワイヤー発熱体３内を貫通する。その結果、カーボンワイヤー発熱体３と接続線５とは、電気的に確実に接続される。カーボン材７を介しても接続線５からカーボンワイヤー発熱体３へも通電されるため、異常な発熱が生じることがない。
【００５０】
しかも、カーボンワイヤー発熱体３を収容する各カーボン材７Ａ，７Ｂの溝部７ａがＶ字状であり、二つのカーボン材７Ａ，７Ｂを重ねた際に前記Ｖ字状の溝部７ａの組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、カーボンワイヤー発熱体３の直径以下の寸法で形成されている。また、前記接続線５を収容する各カーボン材７Ａ，７Ｂの溝部７ｂがＶ字状であり、二つのカーボン材７Ａ，７Ｂを重ねた際に前記Ｖ字状の溝部７ｂの組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、接続線の直径以下の寸法で形成されている．さらに、前記カーボンワイヤー発熱体３が、前記カーボン材７Ａ，７Ｂの前記接続線５を収容する溝部７ｂまで挿通されている。
そのため、前記溝７ｂに接続線５が挿入されると、図８に示すようにカーボン材７Ａとカーボン材７Ｂとの対向面は、接続線５の挿入側端部に一定の隙間Ｓが生じる。
言い換えれば、カーボン材７Ａ，７Ｂのカーボンワイヤー発熱体３の挿入端部側で、カーボン材７Ａ，７Ｂが圧接し、カーボンワイヤー発熱体３を強固に挟持する。
特に、第二の実施形態にあっては、接続線５がカーボンワイヤー１０の中心に挿入されることにより、前記接続線と溝部とによって形成される空隙に、カーボンワイヤー１０が配設される。
【００５１】
その後、両封止端子部４，４において、ガラス管６の開放端部と、ガラス管２の大径部２ｂ開放端部とを合わせ、窒素ガス等を流しながら、酸水素バーナーで溶接する。最終的に、前記図示しない枝管から、ガラス管２及びガラス管６を１ｔｏｒｒもしくは２ｔｏｒｒ以下で減圧した後に、この枝管の接続側端部を酸水素バーナーで加熱し封じると共に、枝管を除去する。
【００５２】
このように構成されたヒータのカーボンワイヤー発熱体３は、カーボン材７によって挟持され、前記カーボン材７は弾性材８によってガラス管２の大径部２ｂ、ガラス管６の内壁に押し付けられるため、振動環境下において使用した場合であっても、カーボンワイヤー発熱体３は振動することなく、カーボンワイヤー発熱体３と該カーボンワイヤー発熱体２を収容したガラス管２の小径部２ａの内壁との接触を抑制することができる。
【００５３】
なお、前記カーボン材７は、図９に示すように、その角部７ｃを面取りするのが良い。このように面取りされたカーボン部材の場合、前記大径部２ｂ、ガラス管６への挿入を容易に行なうことができる。
また、上記実施形態にあっては、図１０に示すように、弾性体８をカーボン材７の一方側に入れた場合を示したが、図１０（ａ）に示すように弾性体８をコ字状に形成し、カーボン材７を挟持するように形成しても良い。また、図１０（ｂ）に示すように弾性体８をカーボン材７の両側に入れても良い。
【００５４】
また、上記実施形態にあっては、カーボンワイヤー発熱体３の少なくとも発熱部が、ガラス管内に配置された場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図１１に示すようにカーボンワイヤー発熱体３の発熱部が、板状のガラス体２０に配置されていても良い。このヒータについて簡単に説明すると、カーボンワイヤー発熱体３の両端は前記ガラス体２０から導出され、前記両端の各々は、前記カーボンワイヤー発熱体３に電力を供給する接続線５と共に各々のガラス管２１，２２内に配置された導電性部材７Ａ，７Ｂによって挟持され、前記導電性部材７Ａ，７Ｂは弾性体８により、前記ガラス管２１，２２の内壁に押し付けられ固定されている。そしてまた前記ガラス管２１，２２は、ガラス体２０の下面に融着したガラス管２３によって一つの密閉空間が形成されている。なお、二つのガラス管２１，２２を一つのガラス管２３で覆っているが、別々のガラス管で覆うことにより、一つの密閉空間を形成しても良い。
【００５５】
さらに、上記した実施形態にあっては、発熱部を収納するガラス体（ガラス管）と接続線が収納されるガラス管とを結合させることによって一つの密閉空間が形成される場合を示したが、本発明はこれに限定されることなく、発熱部を収納するガラス体と接続線が収納される二つのガラス管とを、更に別のガラス管で覆うことによって、一つの密閉空間を形成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかるヒータは、あらゆる産業の加熱手段として用いることができ、特に振動環境下において好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、本発明にかかるヒータの第一の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の封止端子部示す分解斜視図である。
【図３】図３は、カーボンワイヤー発熱体と接続線との接続構造を示す図である。
【図４】図４は、封止端子部の断面図である。
【図５】図５は、本発明にかかるヒータの第二の実施形態を示す断面図である。
【図６】図６は、図５のＩ−Ｉ断面図である。
【図７】図７は、カーボンワイヤー発熱体と接続線との接続構造を示す図である。
【図８】図８は、カーボンワイヤー発熱体と接続線との接続状態を示す図である。
【図９】図９は、カーボン材の変形例を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、弾性体の変形例を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、他のヒータの形態を示す概略断面図である。
【図１２】図１１は、従来のヒータの概略断面図である。
【図１３】図１２は、図１１に示したヒータの要部断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ ヒータ
２ ガラス管
２ａ 小径部
２ｂ 大径部
３ カーボンワイヤー発熱体
４ 封止端子部
５ 接続線
６ ガラス管
７ カーボン材（導電性部材）
７Ａ カーボン材（導電性部材）
７Ｂ カーボン材（導電性部材）
１０ カーボンワイヤー
２１ 板状ガラス体
Ｓ 隙間
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒータに関し、より詳細にはカーボンワイヤー発熱体をガラス管、板状ガラス体等のガラス体に封入したヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からカーボンワイヤー発熱体を用いたヒータは、金属発熱体を用いたヒータに比べて熱容量が小さく昇降温特性に優れ、また、非酸化性雰囲気中では高温耐久性にも優れているため各種の加熱用機器として産業用に広く使用されている。
【０００３】
このカーボンワイヤー発熱体を用いたヒータとしては、例えば、図１２，１３に示すヒータが知られている。以下、図１２，１３に基づいて、従来のヒータについて説明する。尚、図１２は概略断面図、図１３は図１２に示したヒータの要部断面図である。
図１２，１３において、符号３１は、カーボンワイヤー発熱体であって、その一端部には導電性のクランプ部材３２が設けられ、このクランプ部材３２に導電性のスプリング部材３３の一端が取り付けられている。また、前記カーボンワイヤー発熱体３１の他端部にも、クランプ部材３２が設けられ、導電性のフック部材３４が取り付けられている。
【０００４】
前記スプリング３３の他端、及びフック部材３４の他端は、接続線３５，３５に接続されており、前記接続線３５、３５に供給された電力をスプリング部材３３及びクランプ部材３２と、フック部材３４及びクランク部材３２を介して、カーボンワイヤー発熱体３１に供給されるように構成されている。
また、前記カーボンワイヤー発熱体３１、クランプ部材３２，３２、スプリング部材３３、フック部材３４、接続線３５の一部はガラス管３６の内部に収容されている。そして、ガラス管３６の端部で接続線３５，３５をピンチシールしている。更に、ガラス管３６の内部は例えば窒素雰囲気の減圧状態になされている。
【０００５】
このように、この種のヒータ３０では、カーボンワイヤー発熱体３１にスプリング部材３３によって一定の引張力を作用させているため、カーボンワイヤー発熱体３１は弛むことなく、接続線３５，３５の間に張設されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、カーボンワイヤー発熱体は、前記したように一定の引張力をもって接続線間に張設されている。これは、ガラス管に封入されたカーボンワイヤーを一定の長さとし、出力を安定させると共に均熱性を確保するためである。
しかしながら、前記した従来のヒータにあっては、スプリング部材によってカーボンワイヤー発熱体に引張力を作用させているため、前記ヒータを振動する環境下では使用することができなかった。
【０００７】
一例を挙げて説明すれば、前記ヒータを車両のような振動する物体に取り付けた場合、該振動によってヒータに用いられているスプリング部材も同様に振動する。この振動によって、カーボンワイヤー発熱体も振動し、カーボンワイヤー発熱体はガラス管の内壁に衝突（接触）する。このガラス管内壁との衝突が重ねられると、カーボンワイヤー発熱体は化学反応により、あるいは機械的ダメージの蓄積によりその寿命は短くなり、ついにカーボンワイヤー発熱体は切断される。
【０００８】
本発明は、上記したヒータが有する技術的課題を解決するためになされたものであり、振動環境下においも、カーボンワイヤー発熱体と該カーボンワイヤー発熱体を収容したガラス管の内壁との衝突を抑制することにより、耐久性のあるヒータを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、ガラス体内に封入されたカーボンワイヤー発熱体と、前記カーボンワイヤー発熱体に電力を供給する接続線を有する二つの封止端子部とを備えたヒータであって、前記封止端子部は、前記カーボンワイヤー発熱体と接続線とを導電性部材によって挟持し、かつ、前記導電性部材と弾性体とが封止端子部を構成するガラス管の内部に収容され、前記導電性部材が弾性体によってガラス管の内壁に押し付けられることにより、ガラス管の内壁に固定されるように構成されていることを特徴としている。
【００１０】
このように、カーボンワイヤー発熱体及び接続線とを挟持する導電性部材と、弾性体とを、封止端子部を構成するガラス管の内部に収容し、前記弾性体が導電性部材をガラス管の内壁に押し付けることにより、導電性部材を固定している。
そのため、カーボンワイヤー発熱体のより強固な挟持を実現せしめ、振動環境下において使用しても、カーボンワイヤー発熱体が振動することがなく、カーボンワイヤー発熱体のガラス管の内壁との接触を抑制でき、耐久性が向上する。
【００１１】
ここで、前記弾性体が、前記導電性部材の少なくとも一側面及びガラス管の内壁に接して、前記ガラス管の内部に収容されていることが望ましい。より好ましくは、導電性部材の両側面に弾性体が接するように配置するのが良い。
【００１２】
また、前記導電性部材は二つの部材から構成され、前記導電性部材の相対向する面には、前記カーボンワイヤー発熱体が収容される溝部と接続線が収容される溝部とが形成されていることが望ましい。このように溝部が形成されているため、カーボンワイヤー発熱体及び接続線を所定の位置に置くことができる。
【００１３】
更に、封止端子部を構成するガラス管において、カーボンワイヤー発熱体の導出側の内壁を先細り形状としたことが望ましい。
このように封止端子部を構成するガラス管の内壁を先細り形状としたため、導電性部材を前記ガラス管内に収納することによって、前記導電性部材は前記接続線、カーボンワイヤー発熱体をより強固に挟持する。その結果、ヒータの耐振動性がより向上する。
【００１４】
更に、前記弾性体が前記導電性部材の一側面にのみ存在し、前記二つの導電性部材のうち、弾性体が接する導電性部材の高さが他の導電性部材の高さよりも低いことが望ましい。
このように、二つの導電性部材において高さに差を設けたのは、導電性部材と弾性体をガラス管の内部に収容した際、カーボンワイヤー発熱体がガラス管の中心に配されるようにするためである。
より好ましくは、前記弾性体及び導電性部材を、封止端子部を構成するガラス管に収納した状態において、前記二つの導電性部材のうち弾性体が接する導電性部材の高さと弾性体の高さとの総和と、他の導電性部材の高さとを等しくするのが良い。
【００１５】
また、前記カーボンワイヤー発熱体を収容する各導電性部材の溝部がＶ字状であり、二つの導電性部材を重ねた際に前記Ｖ字状の溝部の組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、カーボンワイヤー発熱体の直径以下の寸法で形成され、かつ前記接続線を収容する各導電性部材の溝部がＶ字状であり、二つの導電性部材を重ねた際に前記Ｖ字状の溝部の組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、接続線の直径以下の寸法で形成されていることが望ましい。
このように構成することにより、カーボンワイヤー発熱体及び接続線を所定の位置に置くことができると共に、導電性部材によってカーボンワイヤー発熱体及び接続線を確実に挟持することができる。
【００１６】
さらに、前記カーボンワイヤー発熱体が、前記導電性部材の前記接続線を収容する溝部まで挿通されていることが望ましい。
このように構成することにより、導電性部材のカーボンワイヤー発熱体の挿入端部側で、導電性部材が圧接し、カーボンワイヤー発熱体をより強固に挟持することができる。
【００１７】
前記接続線と溝部とによって形成される空隙に、前記カーボンワイヤー発熱体端部のカーボンワイヤーが配設されていることが望ましい。
このように接続線と溝部とによって形成される空隙にカーボンワイヤーが配設されているために、導電性部材の内側に配置された前記カーボンワイヤーの弾性力と、これより大きな、導電性部材の外側に配置された弾性体の弾性力のバランスによって、通電性をより高めることができ、かつ前記接続線及びカーボンワイヤー発熱体を前記導電性部材により強固に挟持することができ、またこれらを前記封止端子部のガラス管内壁により安定して固定することができる。
【００１８】
また、前記導電性部材は、黒鉛化処理されたカーボン材であることが望ましい。このように、黒鉛化処理されたカーボン材である場合には摩擦抵抗が少なく、ガラス管内部に容易に挿入することができる。また、これを収容するガラス管の破損の危険性を低くすることができる。
【００１９】
更に、前記弾性体は耐熱性フェルト状体から形成されていることが望ましい。
これによって、高温環境下においても、弾性力を保持することができる。特に、７００℃を超える環境下（発熱温度）においては、カーボンフェルトを用いることが好ましく、これによって、この温度でも十分な弾性保持力が得られる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように本発明にかかるヒータは、特に、振動環境下においも、カーボンワイヤー発熱体と該カーボンワイヤー発熱体を収容したガラス管の内壁との衝突を抑制することにより、耐久性のある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】
【００２１】
本発明にかかるヒータは、カーボンワイヤー発熱体の少なくとも発熱部が、ガラス管あるいは板状のガラス体等のガラス体内に配置され、前記発熱体の両端は前記ガラス体から導出され、前記両端の各々は、前記カーボンワイヤー発熱体に電力を供給する接続線と共に各々のガラス管内に配置された導電性部材によって挟持され、前記導電性部材は弾性体により、前記ガラス管の内壁に押し付けられ固定されている点に特徴があり、また前記ガラス体と前記ガラス管によって一つの密閉空間を形成することに、または前記ガラス体と前記二つのガラス管を覆う別のガラス管によって一つの密閉空間を形成することに特徴がある。
以下に、本発明にかかるヒータを実施形態に基づいて説明する。まず、第一の実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。なお、図１は、本発明にかかるヒータの第一の実施形態を示す斜視図であり、図２は、図１の封止端子部示す分解斜視図、図３は、カーボンワイヤー発熱体と接続線との接続構造を示す図、図４は封止端子部の断面図である。
また、この第一の実施形態の説明にあっては、カーボンワイヤー発熱体の発熱部が収納されるガラス体としてガラス管が用いられ、カーボンワイヤー発熱体の両端が配置されるガラス管と、発熱部が収容されたガラス管とによって一つの密閉空間が形成されている場合について説明する。
【００２２】
図１に示したヒータ１は、ガラス管２内に封入されたカーボンワイヤー発熱体３と、前記カーボンワイヤー発熱体３に電力を供給する接続線５を有する二つの棒状（直線状）の封止端子部４とを備えている。このガラス管２は、小径部２ａと、小径部２ａに続いて形成された大径部２ｂとを備えている。前記小径部２ａは発熱部であり、いわゆるヒータ部を形成する。また大径部２ｂは封止端子部４の一部を形成する。
【００２３】
この封止端子部４は、図２，３、４に示すように、ガラス管６にピンチシールされた接続線５と、カーボンワイヤー発熱体３と接続線５とを接続する導電性部材（導電性部材としては種々あるが、以下、代表してカーボン材と記す）７と、前記カーボン材７を収容するガラス管６及びガラス管２の大径部２ｂと、前記カーボン材７をガラス管６及びガラス管２の大径部２ｂの内壁に対して、押し付ける耐熱性を有するフェルト状の弾性体８とを備えている。
【００２４】
前記接続線５は、カーボンワイヤー発熱体３に電力を供給するものであって、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５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ため好ましくない。また直径が大きすぎる場合には、端子自体が大きくなるため好ましくない。なお、接続線５は、カーボン材７に収容されているカーボンワイヤー発熱体３に容易に接続ができるように、その先端部は尖っている。
【００２５】
また、ガラス管６は、従来の場合と同様に、石英ガラス部、グレイデッドシール部、タングステンガラス部によって構成されて、タングステンガラス部によって接続線５をピンチシールしている。（特開２０００−２２８２７１号公報参照）
【００２６】
前記カーボンワイヤー発熱体３としては、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３はガラス管２の内部を挿通させ、カーボン材７まで延設される。
【００２７】
前記カーボンワイヤー発熱体３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約３０００乃至３５００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２．５ｍｍ程度である。なお、前記毛羽立ちとは、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。
【００２８】
また、カーボン材７は、図３に示すように二つの直方体形状の部材７Ａ，７Ｂから構成されている。この二つの部材７Ａ，７Ｂの相対向面には、カーボンワイヤー発熱体３が収容される溝７ａ及び接続線５が収容される溝７ｂが形成されている。
前記溝７ａ，７ｂは、カーボンワイヤー発熱体３、接続線５の径よりも若干小さめに形成され、前記溝７ａ，７ｂによってカーボンワイヤー発熱体３と接続線と挟持し、両者の接続を確実にしている。このように、カーボン材７のように安価な材料でしかもシンプルな構造で高耐振動性の接合を行なうことができる。
【００２９】
具体的に説明すると、前記カーボンワイヤー発熱体３を収容する各カーボン材７Ａ，７Ｂの溝部７ａがＶ字状であり、二つのカーボン材７Ａ，７Ｂを重ねた際に前記Ｖ字状の溝部７ａの組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、カーボンワイヤー発熱体３の直径以下の寸法で形成されている。また、前記接続線５を収容する各カーボン材７Ａ，７Ｂの溝部７ｂがＶ字状であり、二つのカーボン材７Ａ，７Ｂを重ねた際に前記Ｖ字状の溝部７ｂの組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、接続線の直径以下の寸法で形成されている。
【００３０】
このように構成されているため、図２に示すように二つのカーボン材７Ａ，７Ｂの間には隙間Ｓが形成されるが、カーボンワイヤー発熱体３及び接続線５を所定の位置に置くことができると共に、カーボン材７Ａ，７Ｂによってカーボンワイヤー発熱体３及び接続線５を確実に挟持することができる。
なお、前記溝７ａ，７ｂの断面形状は、Ｖ字形状、半円形状等のいずれの形状であっても良いが、カーボン材７Ａ，７Ｂによるカーボンワイヤー発熱体３および接続線５の固定をより強固にし、かつ電気的な接続をより安定なものとするためには、前記したＶ字状であることがより好ましい。
【００３１】
さらに、前記カーボンワイヤー発熱体３が、図３（ｂ）に示すように、前記カーボン材７Ａ，７Ｂの前記接続線５を収容する溝部７ｂまで配設されることにより、接続線５とカーボンワイヤー発熱体３とを含めた径がより大きくなり、カーボン材７Ａ，７Ｂのカーボンワイヤー発熱体３の挿入端部側で、カーボン材７Ａ，７Ｂがカーボンワイヤー発熱体３に圧接し、カーボンワイヤー発熱体３をより強固に挟持することができる。
また、カーボンワイヤー発熱体３が、前記カーボン材７Ａ，７Ｂの前記接続線５を収容する溝部７ｂまで配設されることにより、接続線５と電気的に直接接続される。
【００３２】
また、弾性体８と接する側のカーボン部材７Ｂの高さＬ２は、カーボン材７Ａの高さＬ１よりも低く形成されている。
これは、後述するように、前記カーボン材７及び弾性体８をガラス管２の大径部２ｂ，ガラス管６の内部に収容した際、溝７ａ（カーボンワイヤー発熱体３）がガラス管２の小径部２ａの中心に位置するようにするためである。
【００３３】
また、カーボン材７は、上記特定結晶構造、即ち、面間隔ｄ（００２）が０．３４３ｎｍ以下、結晶子の大きさＬｃ（００２）が４．０ｎｍ以上、の結晶構造を有している。上記特定結晶構造のカーボン材７は、例えば、通常のカーボン材７を、不活性ガス雰囲気中、２０００℃以上の高温で熱処理して黒鉛化を進行させることにより得られる。
このように黒鉛化したカーボン材７は、ヒータ使用時の温度域内（通常２０００℃未満）では、結晶構造の変化を起こさず、即ち、黒鉛化がそれ以上進行しないので電気抵抗値（Ω／ｍ）等の物性変化もほとんど起こさないため、好ましい。
また、カーボン材７が前記したように黒鉛化されているため、前記接続線５をカーボン材７Ａ、７Ｂの間に挿入する際、摩擦が少なく（抵抗が少なく）、接続線５をカーボン材７Ａ，７Ｂの間に容易に挿入することができる。また、これを収容するガラス管の破損の危険性を低くすることができる。
【００３４】
更に、耐熱性を有する弾性体８はとしては、耐熱性フェルト状体から形成されていることが望ましい。
これによって、高温環境下においても、弾性力を保持することができる。特に、７００℃を超える環境下（発熱温度）においては、カーボンフェルトを用いることが好ましく、これによって、この温度でも十分な弾性保持力が得られる。
なお、耐熱性フェルト状体の材質としては、カーボンフェルトのみならず、タングステンやモリブデンからなるフェルト状体でもよい。
【００３５】
次に、図５乃至図７に基づいて第二の実施形態について説明する。なお、図１乃至図４に示した部材と同一、あるいは相当する部材については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この第二の実施形態の第一の特徴は、図５に示すように、封止端子部４を構成するガラス管２ｂの他の封止端子部に対向する側（カーボンワイヤー発熱体３の導出側）の内壁２ｃを先細り形状とした点にある。前記ガラス管２ｂの内壁２ｃを先細り形状としたため、カーボン材７Ａ，７Ｂを前記ガラス管内２ｂに収納することにより、前記カーボン材７Ａ，７Ｂの先端部分は前記内壁２ｃに沿って先細りになるため、前記カーボンワイヤー発熱体３、接続線５を強固に挟持する。
その結果、カーボンワイヤー発熱体３を十分な張力をもって保持することができると共に、耐振動性をより向上させることができる。
【００３６】
また、この第二の実施形態の第二の特徴は、図６、図７に示すように、前記接続線５とカーボン材７Ａ，７Ｂの溝部７ｂとによって形成される空隙に、カーボンワイヤー発熱体３端部のカーボンワイヤー１０が配設されている点に特徴がある。このカーボンワイヤー１０は、編紐あるいは組紐形状に編み込まないことによって形成される。
このように接続線５と溝部７ｂとによって形成される空隙に、前記カーボンワイヤー１０が配設されているために、通電性をより高めることができる。即ち、接続線５とカーボン材７Ａ，７Ｂとの当接により、相互間の安定した通電を行うと共に、接続線５と溝部７ａとによって形成される空隙に前記カーボンワイヤー１０を多数存在させることで、通電性をより高めることができる。更に、前記カーボンワイヤー１０及び弾性体８の弾力性により、接続線５の挟持力も安定する。
【００３７】
更に、この第二の実施形態の第三の特徴は、図６に示すように、弾性体８及びカーボン材７Ａ，７Ｂとを封止端子部を構成するガラス管２ｂに収納した状態において、弾性体８が接するカーボン材７Ｂの高さと弾性体８の高さとの総和ｈ１と、カーボン材７Ａの高さｈ２とを等しくした点にある。このようになすことによって、カーボン材７Ａ、７Ｂと弾性体８をガラス管２ｂの内部に収容した際、カーボンワイヤー発熱体３をガラス管２ｂの中心に位置させることができる。そして、接続線５はガラス管６の中心に位置するため、カーボンワイヤー発熱体３の中心と接続線５の中心を一致させることができる。
その結果、ガラス管２ｂとガラス管６との溶接が容易になり、前記ガラス管２ｂ、６に無理な応力が生ずることなしに、カーボンワイヤー発熱体３と接続線５とをより安定して接合することができる。
【００３８】
次に、前記第一、第二の実施形態にかかるヒータの製造方法について図１乃至図８に基づいて説明する。尚、必要に応じて、第二の実施形態にかかるヒータの製造方法に触れることとする。
まず、接続線５をガラス管６にピンチシールし、封止端子部４の一部を、予め形成する。続いて、ガラス管２内にカーボンワイヤー発熱体３を収容する。即ち、一端側の大径部２ｂからカーボンワイヤー発熱体３を挿入し、他端側の大径部２ｂから外部に引き出す。
【００３９】
そして、最初に一方の封止端子部を形成するため、引き出されたカーボンワイヤー発熱体３の一端部を、カーボン材７Ａ，７Ｂの溝７ａ，７ｂに入れ、カーボン部材７Ａ，７Ｂで前記カーボンワイヤー発熱体３を挟む。
【００４０】
なお、前記した第二の実施形態にあっては、図７に示すように、カーボンワイヤー発熱体３の端部は、編紐あるいは組紐形状に編み込まれていない状態になっている。そして、カーボンワイヤー発熱体３の編紐あるいは組紐形状に編み込まれている部分をカーボン材７Ａ，７Ｂの溝７ａに入れ、編紐あるいは組紐形状に編み込まれていない部分（カーボンワイヤー１０）を溝７ｂに入れる。そして、カーボン部材７Ａ，７Ｂで前記カーボンワイヤー発熱体３を挟む。
【００４１】
この状態のカーボン材７Ｂの側面に弾性体８を付けて、前記ガラス管２の一方の大径部２ｂにカーボン材７の半分程度を収容する。このとき、前記カーボン材７は黒鉛化されているため、摩擦抵抗が少なく、比較的容易に収容することができる。
【００４２】
このようにカーボン材７が大径部２ｂに収容され、カーボンワイヤー発熱体３はカーボン材により挟持されるため、カーボン材７の一端部は固定される。その後、前記カーボン材７の端部から突出したカーボンワイヤー発熱体３を切断する。
【００４３】
続いて、前記大径部２ｂに収容されたカーボン材７の外部に突出した部分を、ガラス管６の内部に収容しながら、前記接続線５をカーボン材７の溝７ｂに挿入する。
このとき、前記溝７ｂ内にはカーボンワイヤー発熱体３の端部のカーボンワイヤー１０が存在するが、接続線５の先端は尖っているため、接続線５はカーボンワイヤー１０内を貫通する。その結果、カーボンワイヤー発熱体３と接続線５とは、電気的に確実に接続される。特に、カーボン材７を介しても接続線５からカーボンワイヤー発熱体３へも通電されるため、異常な発熱が生じることがない。
【００４４】
しかも、カーボンワイヤー発熱体３を収容する各カーボン材７Ａ，７Ｂの溝部７ａがＶ字状であり、二つのカーボン材７Ａ，７Ｂを重ねた際に前記Ｖ字状の溝部７ａの組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、カーボンワイヤー発熱体３の直径以下の寸法で形成されている。また、前記接続線５を収容する各カーボン材７Ａ，７Ｂの溝部７ｂがＶ字状であり、二つのカーボン材７Ａ，７Ｂを重ねた際に前記Ｖ字状の溝部７ｂの組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、接続線の直径以下の寸法で形成されている．さらに、前記カーボンワイヤー発熱体３が、前記カーボン材７Ａ，７Ｂの前記接続線５を収容する溝部７ｂまで挿通されている。
そのため、前記溝７ｂに接続線５が挿入されると、図４、図８に示すようにカーボン材７Ａとカーボン材７Ｂとの対向面は、接続線５の挿入側端部に一定の隙間Ｓが生じる。
言い換えれば、カーボン材７Ａ，７Ｂのカーボンワイヤー発熱体３の挿入端部側で、カーボン材７Ａ，７Ｂが圧接し、カーボンワイヤー発熱体３を強固に挟持する。
特に、第二の実施形態にあっては、接続線５がカーボンワイヤー１０の中心に挿入されることにより、前記接続線と溝部とによって形成される空隙に、カーボンワイヤー１０が配設される。
【００４５】
そして、他方の封止端子部を形成するため、まず、他方の大径部２ｂから引き出されたカーボンワイヤー発熱体３端部を、カーボン材７Ａ，７Ｂの溝７ａ，７ｂに入れ、カーボン部材７Ａ，７Ｂでカーボンワイヤー発熱体３を挟む。
【００４６】
なお、前記した第二の実施形態にあっては、カーボンワイヤー発熱体３の端部は、編紐あるいは組紐形状に編み込まれていない状態になっている。そして、カーボンワイヤー発熱体３の編紐あるいは組紐形状に編み込まれている部分をカーボン材７Ａ，７Ｂの溝７ａに入れ、編紐あるいは組紐形状に編み込まれていない部分（カーボンワイヤー１０）を溝７ｂに入れる。そして、カーボン部材７Ａ，７Ｂで前記カーボンワイヤー発熱体３を挟む。
【００４７】
この状態でカーボン材７Ｂの側面に弾性体８を付けて、前記ガラス管２の大径部２ｂに、カーボン材７の半分程度を収容する。このとき、前記カーボン材７は黒鉛化されているため、摩擦抵抗が少なく、比較的容易に収容することができる。
【００４８】
その後、カーボン材７の外部に突出したカーボンワイヤー発熱体を引っ張り、所定の張力を与える。このとき、一端側の封止端子部において、前記カーボンワイヤー発熱体３の一端部が強固に挟持されているため、前記カーボンワイヤー発熱体３に、所定の張力を与えることができる。そして、カーボン材７から突出したカーボンワイヤー発熱体を切断する。
【００４９】
続いて、大径部２ｂから外部に突出したカーボン材７をガラス管６の内部に収容しながら、前記接続線５を溝７ｂに挿入する。
このとき、前記した一端部の封止端子部の場合と同様に、前記溝７ｂ内にはカーボンワイヤー発熱体３が存在するが、接続線５の先端は尖っているため、接続線５はカーボンワイヤー発熱体３内を貫通する。その結果、カーボンワイヤー発熱体３と接続線５とは、電気的に確実に接続される。カーボン材７を介しても接続線５からカーボンワイヤー発熱体３へも通電されるため、異常な発熱が生じることがない。
【００５０】
しかも、カーボンワイヤー発熱体３を収容する各カーボン材７Ａ，７Ｂの溝部７ａがＶ字状であり、二つのカーボン材７Ａ，７Ｂを重ねた際に前記Ｖ字状の溝部７ａの組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、カーボンワイヤー発熱体３の直径以下の寸法で形成されている。また、前記接続線５を収容する各カーボン材７Ａ，７Ｂの溝部７ｂがＶ字状であり、二つのカーボン材７Ａ，７Ｂを重ねた際に前記Ｖ字状の溝部７ｂの組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、接続線の直径以下の寸法で形成されている．さらに、前記カーボンワイヤー発熱体３が、前記カーボン材７Ａ，７Ｂの前記接続線５を収容する溝部７ｂまで挿通されている。
そのため、前記溝７ｂに接続線５が挿入されると、図８に示すようにカーボン材７Ａとカーボン材７Ｂとの対向面は、接続線５の挿入側端部に一定の隙間Ｓが生じる。
言い換えれば、カーボン材７Ａ，７Ｂのカーボンワイヤー発熱体３の挿入端部側で、カーボン材７Ａ，７Ｂが圧接し、カーボンワイヤー発熱体３を強固に挟持する。
特に、第二の実施形態にあっては、接続線５がカーボンワイヤー１０の中心に挿入されることにより、前記接続線と溝部とによって形成される空隙に、カーボンワイヤー１０が配設される。
【００５１】
その後、両封止端子部４，４において、ガラス管６の開放端部と、ガラス管２の大径部２ｂ開放端部とを合わせ、窒素ガス等を流しながら、酸水素バーナーで溶接する。最終的に、前記図示しない枝管から、ガラス管２及びガラス管６を１ｔｏｒｒもしくは２ｔｏｒｒ以下で減圧した後に、この枝管の接続側端部を酸水素バーナーで加熱し封じると共に、枝管を除去する。
【００５２】
このように構成されたヒータのカーボンワイヤー発熱体３は、カーボン材７によって挟持され、前記カーボン材７は弾性材８によってガラス管２の大径部２ｂ、ガラス管６の内壁に押し付けられるため、振動環境下において使用した場合であっても、カーボンワイヤー発熱体３は振動することなく、カーボンワイヤー発熱体３と該カーボンワイヤー発熱体２を収容したガラス管２の小径部２ａの内壁との接触を抑制することができる。
【００５３】
なお、前記カーボン材７は、図９に示すように、その角部７ｃを面取りするのが良い。このように面取りされたカーボン部材の場合、前記大径部２ｂ、ガラス管６への挿入を容易に行なうことができる。
また、上記実施形態にあっては、図１０に示すように、弾性体８をカーボン材７の一方側に入れた場合を示したが、図１０（ａ）に示すように弾性体８をコ字状に形成し、カーボン材７を挟持するように形成しても良い。また、図１０（ｂ）に示すように弾性体８をカーボン材７の両側に入れても良い。
【００５４】
また、上記実施形態にあっては、カーボンワイヤー発熱体３の少なくとも発熱部が、ガラス管内に配置された場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図１１に示すようにカーボンワイヤー発熱体３の発熱部が、板状のガラス体２０に配置されていても良い。このヒータについて簡単に説明すると、カーボンワイヤー発熱体３の両端は前記ガラス体２０から導出され、前記両端の各々は、前記カーボンワイヤー発熱体３に電力を供給する接続線５と共に各々のガラス管２１，２２内に配置された導電性部材７Ａ，７Ｂによって挟持され、前記導電性部材７Ａ，７Ｂは弾性体８により、前記ガラス管２１，２２の内壁に押し付けられ固定されている。そしてまた前記ガラス管２１，２２は、ガラス体２０の下面に融着したガラス管２３によって一つの密閉空間が形成されている。なお、二つのガラス管２１，２２を一つのガラス管２３で覆っているが、別々のガラス管で覆うことにより、一つの密閉空間を形成しても良い。
【００５５】
さらに、上記した実施形態にあっては、発熱部を収納するガラス体（ガラス管）と接続線が収納されるガラス管とを結合させることによって一つの密閉空間が形成される場合を示したが、本発明はこれに限定されることなく、発熱部を収納するガラス体と接続線が収納される二つのガラス管とを、更に別のガラス管で覆うことによって、一つの密閉空間を形成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかるヒータは、あらゆる産業の加熱手段として用いることができ、特に振動環境下において好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、本発明にかかるヒータの第一の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の封止端子部示す分解斜視図である。
【図３】図３は、カーボンワイヤー発熱体と接続線との接続構造を示す図である。
【図４】図４は、封止端子部の断面図である。
【図５】図５は、本発明にかかるヒータの第二の実施形態を示す断面図である。
【図６】図６は、図５のＩ−Ｉ断面図である。
【図７】図７は、カーボンワイヤー発熱体と接続線との接続構造を示す図である。
【図８】図８は、カーボンワイヤー発熱体と接続線との接続状態を示す図である。
【図９】図９は、カーボン材の変形例を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、弾性体の変形例を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、他のヒータの形態を示す概略断面図である。
【図１２】図１１は、従来のヒータの概略断面図である。
【図１３】図１２は、図１１に示したヒータの要部断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ ヒータ
２ ガラス管
２ａ 小径部
２ｂ 大径部
３ カーボンワイヤー発熱体
４ 封止端子部
５ 接続線
６ ガラス管
７ カーボン材（導電性部材）
７Ａ カーボン材（導電性部材）
７Ｂ カーボン材（導電性部材）
１０ カーボンワイヤー
２１ 板状ガラス体
Ｓ 隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス体内に封入されたカーボンワイヤー発熱体と、前記カーボンワイヤー発熱体に電力を供給する接続線を有する二つの封止端子部とを備えたヒータであって、
前記封止端子部は、前記カーボンワイヤー発熱体と接続線とを導電性部材によって挟持し、かつ、前記導電性部材と弾性体とが封止端子部を構成するガラス管の内部に収容され、前記導電性部材が弾性体によってガラス管の内壁に押し付けられることにより、ガラス管の内壁に固定されるように構成されていることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記弾性体が、前記導電性部材の少なくとも一側面及びガラス管の内壁に接して、前記ガラス管の内部に収容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。
【請求項３】
前記導電性部材は二つの部材から構成され、前記導電性部材の相対向する面には、前記カーボンワイヤー発熱体が収容される溝部と接続線が収容される溝部と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に記載されたヒータ。
【請求項４】
封止端子部を構成するガラス管において、カーボンワイヤー発熱体の導出側の内壁を先細り形状としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたヒータ。
【請求項５】
前記弾性体が前記導電性部材の一側面にのみ存在し、前記二つの導電性部材のうち、弾性体が接する導電性部材の高さが他の導電性部材の高さよりも低いことを特徴とする請求項３に記載されたヒータ。
【請求項６】
前記弾性体及び導電性部材を、封止端子部を構成するガラス管に収納した状態において、前記二つの導電性部材のうち弾性体が接する導電性部材の高さと弾性体の高さとの総和と、他の導電性部材の高さが等しいことを特徴とする請求項５に記載されたヒータ。
【請求項７】
前記カーボンワイヤー発熱体を収容する各導電性部材の溝部がＶ字状であり、二つの導電性部材を重ねた際に前記Ｖ字状の溝部の組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、カーボンワイヤー発熱体の直径以下の寸法で形成され、かつ前記接続線を収容する各導電性部材の溝部がＶ字状であり、二つの導電性部材を重ねた際に前記Ｖ字状の溝部の組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、接続線の直径以下の寸法で形成されていることを特徴とする請求項３に記載されたヒータ。
【請求項８】
前記カーボンワイヤー発熱体が、前記導電性部材の前記接続線を収容する溝部まで挿通されていることを特徴とする請求項３または請求項７に記載されたヒータ。
【請求項９】
前記接続線と溝部とによって形成される空隙に、前記カーボンワイヤー発熱体端部のカーボンワイヤーが配設されていること特徴とする請求項３または請求項７に記載されたヒータ。
【請求項１０】
前記導電性部材は、黒鉛化処理されたカーボン材であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたヒータ。
【請求項１１】
前記弾性体は耐熱性フェルト状体から形成されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項５、請求項６、請求項７のいずれかに記載されたヒータ。
【請求項１】
ガラス体内に封入されたカーボンワイヤー発熱体と、前記カーボンワイヤー発熱体に電力を供給する接続線を有する二つの封止端子部とを備えたヒータであって、
前記封止端子部は、前記カーボンワイヤー発熱体と接続線とを導電性部材によって挟持し、かつ、前記導電性部材と弾性体とが封止端子部を構成するガラス管の内部に収容され、前記導電性部材が弾性体によってガラス管の内壁に押し付けられることにより、ガラス管の内壁に固定されるように構成されていることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記弾性体が、前記導電性部材の少なくとも一側面及びガラス管の内壁に接して、前記ガラス管の内部に収容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。
【請求項３】
前記導電性部材は二つの部材から構成され、前記導電性部材の相対向する面には、前記カーボンワイヤー発熱体が収容される溝部と接続線が収容される溝部と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に記載されたヒータ。
【請求項４】
封止端子部を構成するガラス管において、カーボンワイヤー発熱体の導出側の内壁を先細り形状としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたヒータ。
【請求項５】
前記弾性体が前記導電性部材の一側面にのみ存在し、前記二つの導電性部材のうち、弾性体が接する導電性部材の高さが他の導電性部材の高さよりも低いことを特徴とする請求項３に記載されたヒータ。
【請求項６】
前記弾性体及び導電性部材を、封止端子部を構成するガラス管に収納した状態において、前記二つの導電性部材のうち弾性体が接する導電性部材の高さと弾性体の高さとの総和と、他の導電性部材の高さが等しいことを特徴とする請求項５に記載されたヒータ。
【請求項７】
前記カーボンワイヤー発熱体を収容する各導電性部材の溝部がＶ字状であり、二つの導電性部材を重ねた際に前記Ｖ字状の溝部の組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、カーボンワイヤー発熱体の直径以下の寸法で形成され、かつ前記接続線を収容する各導電性部材の溝部がＶ字状であり、二つの導電性部材を重ねた際に前記Ｖ字状の溝部の組合せで生じる四角形の対向する辺の距離が、接続線の直径以下の寸法で形成されていることを特徴とする請求項３に記載されたヒータ。
【請求項８】
前記カーボンワイヤー発熱体が、前記導電性部材の前記接続線を収容する溝部まで挿通されていることを特徴とする請求項３または請求項７に記載されたヒータ。
【請求項９】
前記接続線と溝部とによって形成される空隙に、前記カーボンワイヤー発熱体端部のカーボンワイヤーが配設されていること特徴とする請求項３または請求項７に記載されたヒータ。
【請求項１０】
前記導電性部材は、黒鉛化処理されたカーボン材であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたヒータ。
【請求項１１】
前記弾性体は耐熱性フェルト状体から形成されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項５、請求項６、請求項７のいずれかに記載されたヒータ。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−１２８０５８（Ｐ２００６−１２８０５８Ａ）
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２４５８（Ｐ２００５−２２４５８）
【出願日】平成１７年１月３１日（２００５．１．３１）
【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５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月３１日（２００５．１．３１）
【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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