ヒータ
【課題】螺旋状に巻回された石英ガラス管の内部に、カーボンワイヤー発熱体を収容したヒータにおいて、熱分布（温度分布）のバラツキが小さく、より均一に加熱することができるヒータを提供する。
【解決手段】螺旋状に巻回された石英ガラス管１１の内部に、紐状のカーボンワイヤー発熱体１５を収容したヒータ１０であって、螺旋状に巻回された石英ガラス管１１の軸線ｌと平行な方向（Ｘ１方向）における、前記カーボンワイヤー発熱体１５の断面が、軸線ｌと平行な長軸を有する楕円形状（ａ２＞ｂ２）である。
【解決手段】螺旋状に巻回された石英ガラス管１１の内部に、紐状のカーボンワイヤー発熱体１５を収容したヒータ１０であって、螺旋状に巻回された石英ガラス管１１の軸線ｌと平行な方向（Ｘ１方向）における、前記カーボンワイヤー発熱体１５の断面が、軸線ｌと平行な長軸を有する楕円形状（ａ２＞ｂ２）である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータに関し、例えば、シリカガラス管の内部にカーボンワイヤー発熱体を収容したヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されているように、加熱源としてカーボンワイヤー発熱体を用い、このカーボンワイヤー発熱体をガラス管に封入したヒータが知られている。
このヒータは、所定の形状に屈曲させた石英ガラス管の内部に、線状のカーボンワイヤー発熱体を収容、封入したものであって、クリーンで高速昇温に優れたヒータとしての特徴を備えている。
【０００３】
ここで、特許文献１に記載されているヒータを図４に基づいて説明する。
図示するように、ヒータ１００は、ヒータ部２００と、ヒータ部２００の両端に設けられた封止端子部３００とを備えている。
また、ヒータ部２００は、カ−ボンワイヤー発熱体と、このカ−ボンワイヤー発熱体を収容した石英ガラス管２１０とから構成されている。また前記石英ガラス管２１０は、直線部２１０ａと屈曲部２１０ｂとによって形成されている。
そして、ヒータ１００は、石英ガラス管２１０に収容されたカーボンワイヤー発熱体に通電して発熱させることにより、石英ガラス管２１０を介して輻射熱が外部に放射されるように構成されている。
【０００４】
また、特許文献１に記載されたヒータ１００は、ヒータ部２００を構成する石英ガラス管２１０がツヅラ状に屈曲させて形成している。
そのため、このヒータ１００にあっては、カーボンワイヤー発熱体の間のピッチ間隔を狭めることができ、より均一な加熱を行うことができる。
また、ヒータ１００は、石英ガラス管２１０の両端部が封止端子部３００ａに接続された第１のヒータ１００ａと、石英ガラス管２１０の両端部が封止端子部３００ｂに接続された第２のヒータ１００ｂとを備え、第１のヒータ１００ａのヒータ部２００の直線部２１０ａ１と、第２にヒータ１００ｂのヒータ部２００の直線部２１０ａ２とが交互に位置するように配置されている。
なお、第１のヒータ１００ａは、ヒータ部２００を構成する直線部２１０ａ１と、屈曲部２１０ｂ１とが同一平面に形成されている。また、第２のヒータ１００ｂは、ヒータ部２００を構成する屈曲部２１０ｂ２が、直線部２１０ａ２と同一平面に形成されておらず、上下方向に屈曲している。
【特許文献１】特開２００７−８７７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来技術のヒータにあっては、前記したようにカーボンワイヤー発熱体の間のピッチ間隔を狭めることで、より均一な加熱が行える。
しかしながら、前記ヒータにあっては、同一平面に屈曲部が形成されていないガラス管では、内部に配設したカーボンワイヤー発熱体の断面位置が屈曲部の方向にずれる。一方、同一平面に屈曲部が形成されているガラス管の内部に配設されたカーボンワイヤー発熱体の断面位置は、ほぼ石英ガラス管の直径平面（石英ガラス管断面の軸芯付近）に位置する。そのため、前記ヒータは、ヒータ平面方向における輻射熱の熱分布（温度分布）にバラツキがあるという技術的課題を有していた。
【０００６】
このヒータの輻射熱の熱分布（温度分布）について、図５を参照しながら、具体的に説明する。尚、図５は、図４に示した従来のヒータにおける隣接する４本の直線部２１０ａの断面（Ｉ−Ｉ断面）を示した図であり、図中の符号ｆは、石英ガラス管２１０の直線部２１０ａから放射される輻射熱を模式的に示した熱分布曲線（温度分布曲線）である。
【０００７】
図５に示すように、隣接する２つの石英ガラス管の直線部２１０ａ間には隙間ｔ１が形成されるため、隣接するカーボンワイヤー発熱体２５０間に所定の間隔が形成される。
その結果、前記ヒータ１００の平面方向（Ｘ２方向）において、カーボンワイヤー発熱体２５０が偏って配置される石英ガラス管２１０ａ１と、カーボンワイヤー発熱体２５０が略石英ガラス管の直径平面（石英ガラス管２１０ａの断面の軸芯付近）に配置されている石英ガラス管２１０ａ２とが交互に並ぶ。
【０００８】
そのため、前記ヒータ１００は、Ｘ２方向の輻射熱の熱分布曲線（温度分布曲線）ｆが波形状になり、上記したようにＸ２方向における輻射熱の熱分布（温度分布）にバラツキが生じ、均一な温度分布にならず、被加熱対象物を均一に加熱することができないというという技術的課題を有していた。
【０００９】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、螺旋状に巻回された石英ガラス管の内部に、カーボンワイヤー発熱体を収容したヒータにおいて、熱分布（温度分布）のバラツキが小さく、より均一に加熱することができ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】
【００１０】
上記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、螺旋状に巻回された石英ガラス管の内部に、紐状のカーボンワイヤー発熱体を収容したヒータであって、螺旋状に巻回された石英ガラス管の軸線と平行な方向における、前記カーボンワイヤー発熱体の断面が、前記軸線と平行な長軸を有する楕円形状であり、螺旋状に巻回された石英ガラス管の軸線と平行な方向における、前記石英ガラス管の断面の外形状が前記軸線と平行な長軸を有する楕円形状になされ、かつ、螺旋状に巻回された石英ガラス管の軸線と平行な方向における、前記石英ガラス管の断面の内形状が前記軸線と平行な長軸を有する楕円形状の中空になされ、前記石英ガラス管の断面の外形状の楕円長軸をａ１、該外形状の楕円短軸をｂ１とすると、１ ＜ ａ１／ｂ１ ＜ １．０４を満たすことを特徴としている。
【００１１】
このように、本発明にかかるヒータは、螺旋状に巻回された石英ガラス管の軸線と平行な方向における、前記カーボンワイヤー発熱体の断面が、前記軸線と平行な長軸を有する楕円形状になされているため、隣接するカーボンワイヤー発熱体同士の間隔を小さくすることができる。即ち、本発明によれば、ヒータの軸線方向（巻回方向）において、カーボンワイヤー発熱体が配置されていない領域を減少させることができ、輻射熱の熱分布（温度分布）をより均一になすことができる。
また、本発明にかかるヒータは、螺旋状に巻回された石英ガラス管の前記軸線と平行な方向における断面を、前記軸線と平行な長軸を有する楕円形状になしたため、円筒状の石英ガラス管の場合に比べて、カーボンワイヤー発熱体をより楕円形状になすことができ、これにより、輻射熱の熱分布（温度分布）をより均一になすことができる。
特に、ａ１／ｂ１が、１以下である場合には、石英ガラス管の軸線と垂直な方向に潰れた形状となるため、隣接する石英ガラス管の間の距離（ｓ１）が大きくなり熱分布が不均一になる。また、ａ１／ｂ１が１より更に小さくなると、石英ガラス管の内面とカーボンワイヤー発熱体との接触抵抗が大きくなり、石英ガラス管にカーボンワイヤー発熱体を挿入するときに、カーボンワイヤー発熱体が入らなくなる虞れがある。
また、ａ１／ｂ１が、１．０４を超えると、石英ガラス管の内面と、カーボンワイヤー発熱体との接触抵抗が大きくなり、石英ガラス管にカーボンワイヤー発熱体を挿入するときに、カーボンワイヤー発熱体が入らなくなる虞れがあり、好ましくない。したがって、１ ＜ ａ１／ｂ１ ＜ １．０４の関係を満たすことが望ましい。
【００１２】
また、前記石英ガラス管の前記断面の内形状の楕円長軸をｄ１とし、該石英ガラス管の内部に収容されたカーボンワイヤー発熱体の前記断面の楕円長軸をａ２とすると、１ ≦ ｄ１／ａ２ ＜ １．３を満たすことが望ましい。
ｄ１／ａ２が１未満となるのが好ましくないのは、ｄ１／ａ２が１未満の場合、石英ガラス管内のカーボンワーヤー発熱体を収容できないためである。
また、ｄ１／ａ２が１．３以上の場合には、軸線方向に隣り合うカーボンワイヤー発熱体同士の距離が長くなり熱分布が不均一になるため、好ましくない。
したがって、１ ≦ ｄ１／ａ２ ＜ １．３の関係を満たすことが望ましい。
このように螺旋状に巻回された石英ガラス管内のカーボンワーヤー発熱体が、石英ガラス管の内径（楕円長軸）の大部分を占めるように楕円形状となっているため、軸線方向に隣り合うカーボンワイヤー発熱体同士の距離が短くなり、均熱性が向上する。
【００１３】
また、前記カーボンワイヤー発熱体の前記断面の楕円長軸をａ２とし、該カーボンワイヤー発熱体の前記断面の楕円短軸をｂ２とすると、１．５ ＜ ａ２／ｂ２ ＜ ２．０を満たすことが望ましい。
ａ２／ｂ２が１．５以下の場合には、カーボンワイヤー発熱体が円形状に近いため、軸線方向隣り合うカーボンワイヤー発熱体同士の同士の距離が長くなり熱分布が不均一となり好ましくない。また、ａ２／ｂ２が２．０以上の場合には、カーボンワイヤー発熱体が扁平な楕円状となるため、軸線方向に隣り合うカーボンワイヤー発熱体同士の距離が短くなり均熱性は向上するものの、石英ガラス管の螺旋外周側との距離が長くなり螺旋外周側への熱放射率が低下する虞れがある。また、カーボンワイヤー発熱体に過度の引張り応力を負荷することになるため、カーボンワイヤー発熱体が断裂する虞れがあるため好ましくない。
したがって、１．５ ＜ ａ２／ｂ２ ＜ ２．０を満たすことが望ましい。
このように、螺旋状に巻回された石英ガラス管内のカーボンワイヤー発熱体が適度な楕円形状となっており、軸線方向に隣り合うカーボンワイヤー発熱体同士の距離も短くなるため、均熱性が向上する。
【００１４】
また、前記石英ガラス管における、前記軸線方向と直交方向した相対向する部位の肉厚において、螺旋状に巻回された石英ガラス管の外周側の肉厚が、内周側の肉厚よりも薄く形成されており、外周側の肉厚をｔ１とし、内周側の肉厚をｔ２とすると、１ ＜ ｔ２／ｔ１ ＜ １．１を満たすことが望ましい。
このように螺旋状に巻回された石英ガラス管の外周側の肉厚が、内周側の肉厚よりも薄く形成されているため、螺旋状の外周側に熱を効率よく放射することができるため、ヒータの熱効率を高めることができる。
【００１５】
また、前記螺旋状に巻回された隣接する石英ガラス管の間隔が、前記カーボンワイヤー発熱体の幅より小さく、かつ石英ガラス管の間隔が１．２ｍｍ以下であることが望ましい。この構成により、前記石英ガラス管の軸線方向（巻回方向）において、熱が放射されない領域を小さくすることができるため、輻射熱の熱分布（温度分布）をより均一になすことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、旋状に巻回された石英ガラス管の内部に、カーボンワイヤー発熱体を収容したヒータにおいて、熱分布（温度分布）のバラツキが小さく、より均一に加熱することができ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】
【００１７】
以下、本発明のヒータにかかる一実施形態について図１および図２に基づいて説明する。
尚、図１は、本発明のヒータにかかる実施形態の側面図である。また、図２は、本発明の実施形態におけるカーボンワイヤー発熱体を収容した石英ガラス管の断面図であり、軸線と平行な方向の石英ガラス管の断面図であって、螺旋状に巻回して形成された石英ガラス管１１の隣接する螺旋部１１ａの断面を示している。
【００１８】
図１に示すように、本発明にかかるヒータ１は、輻射熱を放射するヒータ部１０と、ヒータ部１０の両端に設けられた封止端子部２０とを備えている。
また、ヒータ部１０は、軸線を中心としてＸ１方向（軸線方向）に螺旋状に巻回された石英ガラス管１１と、前記石英ガラス管１１内に収容されたカーボンワイヤー発熱体１５（図２参照）とを備えている。また、ヒータ部１０は、封止端子部２０を介して、制御装置（図示しない）からの制御により電力供給装置（図示しない）から電力供給されるよう構成されている。
【００１９】
そして、前記電力供給装置（図示しない）からヒータ部１０に電力供給されると（カーボンワイヤー発熱体１５が通電されると）、カーボンワイヤー発熱体１５が発熱し、ヒータ部１０が赤外線を放射するように構成されている。
尚、本実施形態にあっては、ヒータ部１０を構成するカーボンワイヤー発熱体１５の形状と石英ガラス管１１の形状とに特徴があり、それ以外の構成（封止端子部２０、制御装置（図示しない）、電力供給装置（図示しない）等）については、従来技術のものと同じである。そのため、以下では、従来技術と同様の構成についての説明は省略する。
【００２０】
先ず、石英ガラス管１１内に収容されるカーボンワイヤー発熱体１５について説明する。
このカーボンワイヤー発熱体１５は、極細いカーボン単繊維を束ねたカーボンファイバー束を、編紐形状、あるいは組紐形状に複数束編み上げて作製したものであり、従来の金属製やＳｉＣ製の発熱体に比べて、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。
また、このカーボンワイヤー発熱体１５は、細いカーボン単繊維の繊維束を複数本編んで作製されたものであるため、ムクのカーボン材からなる発熱体に比べフレキシビリティに富み、形状変形順応性や加工性に優れている。
【００２１】
具体的には、前記カーボンワイヤー発熱体１５として、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１０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発熱体１５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程度である。
【００２２】
次に、ヒータ部１０の構成について詳細に説明する。
図１に示すように、ヒータ部１０を構成する石英ガラス管１１は、一方の封止端子部２０に接続された第１直線部１１ｂと、第１直線部１１ｂから延びて複数回、軸線ｌを中心として、Ｘ１方向（軸線方向）に螺旋状に巻回された螺旋部１１ａと、螺旋部１１ａの端部で折り返されてＸ１方向（軸線方向）に延設され、他方の封止端子部２０に接続される第２直線部１１ｃとを有する。
【００２３】
より具体的には、図２に示すように、ヒータ部１０は、前記軸線ｌと平行な方向（Ｘ１方向）における断面が環状である石英ガラス管１１と、前記石英ガラス管１１の内部に収容されたカーボンワイヤー発熱体１５とを備えている。そして、このカーボンワイヤー発熱体１５の前記軸線ｌと平行な方向（Ｘ１方向）における断面は、前記軸線ｌと平行な長軸ａ２を有する楕円形状になされている。
【００２４】
このカーボンワイヤー発熱体１５を詳細に説明すると、その断面は、前記したように長軸が「ａ２」であり、短軸が「ｂ２（ｂ２＜ａ２）」の楕円形状になされている。また、この前記楕円形状に形成されたカーボンワイヤー発熱体１５は、螺旋状に巻回された石英ガラス管１１の内周側（螺旋部１１ａの内周側）に寄せられて配置されている。
また、カーボンワイヤー発熱体１５の上述した楕円形状の断面は、前記長軸ａ２と前記短軸ｂ２とが以下の「数１」の関係を満たすようになされていることが望ましい。
【数１】
【００２５】
このように、前記石英ガラス管１１の軸線方向（Ｘ１方向）における、前記カーボンワイヤー発熱体１５の断面が、前記軸線ｌと平行な長軸ａ２を有する楕円形状になされているため、隣接するカーボンワイヤー発熱体１５同士の間隔を小さくすることができる。
即ち、本発明によれば、ヒータの軸線方向（Ｘ１方向：巻回方向）において、カーボンワイヤー発熱体１５が配置されていない領域を減少させることができ、輻射熱の熱分布（温度分布）をより均一になすことができる。
【００２６】
また、本実施形態のカーボンワイヤー発熱体１５は、上述したように、細いカーボン単繊維の繊維束を複数本編んで作製されたものであるため、その両端を引っ張る（テンションをかける）ことにより、簡単に、その断面形状を変形させることができる。
そのため、カーボンワイヤー発熱体１５を石英ガラス管１１の内部に配置する際、例えば、カーボンワイヤー発熱体１５を引っ張ることにより、石英ガラス管１１の内部に、断面が楕円形状に形成されたカーボンワイヤー発熱体１５を配置することができる。
【００２７】
具体的には、先ず、カーボンワイヤー発熱体１５の一端部を石英ガラス管１１の一端（第１直線部１１ｂ）から挿入し、螺旋状に形成された石英ガラス管１１の螺旋部１１ａの内部を通し、当該石英ガラス管１１の他端（第２直線部１１ｃ）からカーボンワイヤー発熱体１５の一端部を引出す。
次に、石英ガラス管１１の内部に挿通したカーボンワイヤー発熱体１５の両端部を引っ張ることにより、石英ガラス管１１の内部において、カーボンワイヤー発熱体１５の断面形状を楕円形状に形成させる。
このような方法よれば、手間のかかる製造工程を行うことなく、石英ガラス管１１の内部に、断面が略楕円形状に形成されたカーボンワイヤー発熱体１５を配置することができる。
【００２８】
また、石英ガラス管１１は、前記したように前記軸線に平行な断面が、円形（ａ１＝ｂ１）の環状に形成されていても良いが、より好ましくは、螺旋状に巻回された石英ガラス管１１の軸線ｌと平行な方向（Ｘ１方向）における、前記石英ガラス管１１の外形状が前記軸線と平行な長軸を有する楕円形状（ａ１＞ｂ１）になされ、かつ、螺旋状に巻回された石英ガラス管１１の軸線ｌと平行な方向における、前記石英ガラス管１１の内形状が前記軸線ｌと平行な長軸を有する楕円形状の中空（ｄ１＞ｂ１−ｔ１−ｔ２）になされていることが望ましい。
また、より好ましくは、石英ガラス管１１の前記楕円形状の長軸ａ１と、前記楕円形状の短軸ｂ１とが以下に示す「数２」の関係を満たしていることが望ましい。
【数２】
【００２９】
このように、本実施形態にかかるヒータ１は、螺旋状に巻回された石英ガラス管１１の軸線ｌと平行な方向における断面を、いわゆる楕円形状になしたため、円筒状の石英ガラス管の場合に比べて、石英ガラス管１１の内部に収容するカーボンワイヤー発熱体１５をより楕円形状になすことができ、輻射熱の熱分布（温度分布）をより均一になすことができる。
【００３０】
また、前記石英ガラス管１１の肉厚について特に限定されるものではないが、石英ガラス管１１の螺旋部１１ａの肉厚が以下に示すように形成されるのが好ましい。
具体的には、前記石英ガラス管１１における、前記軸線方向（Ｘ１方向）と直交方向した相対向する部位の肉厚ｔ１、ｔ２が、前記軸線方向に相対向する部位の肉厚ｔ３より薄く（ｔ３＞ｔ１、ｔ３＞ｔ２）形成されていることが望ましい。
【００３１】
このように、石英ガラス管１１における、前記軸線方向と直交方向した相対向する部位の肉厚ｔ１、ｔ２が前記軸線方向に相対向する部位の肉厚ｔ３より薄く形成されているため、石英ガラス管１１の軸線方向（Ｘ１方向）と直交した方向に、熱を効率よく放射することができるため、ヒータの熱効率を高めることができる。
【００３２】
また、前記石英ガラス管１１における、前記軸線方向と直交方向した相対向する部位の肉厚ｔ１、ｔ２において、螺旋状に巻回された石英ガラス管１１の外周側の肉厚ｔ１が、内周側ｔ２の肉厚よりも薄く（ｔ２＞ｔ１）形成されていることが望ましく、より好ましくは、石英ガラス管１１の肉厚（ｔ１およびｔ２）が以下に示す「数３」の関係を満たすようになされていることが望ましい。
【数３】
このように螺旋状に巻回された石英ガラス管１１の外周側の肉厚ｔ１が、内周側の肉厚ｔ２よりも薄く形成されているため、螺旋状の外周側に熱を効率よく放射することができるため、ヒータの熱効率を高めることができる。
【００３３】
また、前記石英ガラス管１１は、前記カーボンワイヤー発熱体１５との関係において、以下の比率で構成されていることが望ましい。
具体的には、石英ガラス管１１の内径断面の楕円形状の長軸（ｄ１）と、前記カーボンワイヤー発熱体１５の前記断面の楕円形状の長軸（ａ２）とが下記の「数４」の関係を満たすようになされていることが望ましい。
【数４】
【００３４】
次に、本実施形態の石英ガラス管１１の螺旋形状について図３に基づいて説明する。
図３は、図１に示したヒータの隣接する石英ガラス管同士との間隔を示した模式図である。
図示するように、石英ガラス管１１は、軸線ｌ（Ｘ１方向）と平行方向において、隣接する螺旋部１１ａとの間に間隔ｓ１が形成されていると共に、軸線ｌ（Ｘ１方向）と直交方向において、隣接する螺旋部１１ａとの間に間隔ｓ２が形成されている。
【００３５】
そして、石英ガラス管１１は、軸線ｌ（Ｘ１方向）と平行方向において、隣接する石英ガラス管１１の螺旋部１１ａ同士が非接触であり、かつ隣接する螺旋部１１ａとの間に間隔ｓ１が極力小さいことが望ましい（０＜ｓ１≦１．２（ｍｍ））。
このように隣接する螺旋部１１ａの間隔ｓ１を極力小さくすることによって、前記軸線と平行な方向（Ｘ１方向）において、熱を放射しない領域（部分）を小さくすることができ、前記軸線と平行な方向（Ｘ１方向）の熱分布（温度分布）をより均一になすことができる。
尚、隣接する石英ガラス管１１の螺旋部１１ａ同士が接触する場合には、螺旋状に巻回したヒータの内側に熱がこもるため好ましくない。
また、隣接する螺旋部１１ａの間隔ｓ１を、少なくともカーボンワイヤー発熱体の幅ａ２より小さくすることが、輻射熱の熱分布（温度分布）を均一になすために好ましい。
【００３６】
また、石英ガラス管１１は、隣接する石英ガラス管１１の螺旋部１１ａ同士の間隔ｓ２のバラツキが少なくなるように螺旋状に巻回されていることが好ましく、例えば、ｓ２のバラツキが「標準偏差 ０．１５」以内であることが望ましい。
このように、石英ガラス管１１が精度良く巻回されていることにより、前記軸線と平行な方向（Ｘ１方向）の熱分布（温度分布）をより均一になすことができる。
【実施例】
【００３７】
続いて、本発明の実施形態のヒータ１について、当該ヒータ１を実際に製作し、カーボンワイヤー発熱体１５に通電して発熱させ、温度分布を測定した実施例に基づいて検証する。
【００３８】
［実施例］
具体的には、下記の表１に示す要件を満たすヒータ１（石英ガラス管１１の螺旋状に形成された部分の軸線ｌ方向（Ｘ１方向）の長さ寸法が「１４０ｍｍ」のヒータ１）を製作し、その製作したヒータ１を通電して発熱させ、ヒータ１から「７００ｍｍ」離れた位置において、軸線ｌ方向（Ｘ１方向）における温度分布を測定した（表１中の符号は、図２および図３に対応している）。
尚、下記の表１に示す実施例１〜３は、いずれも、上述した「数１」〜「数４」の要件を満しており、且つ軸線ｌ方向に隣接する螺旋部１１ａ同士の間隔ｓ１が「０＜ｓ１≦１．２（ｍｍ）」となっている（以下では、説明の便宜上、「０＜ｓ１≦１．２（ｍｍ）」を「数５」という）。
また、下記の表１に示す「ａ１」は「５．８６ｍｍ」であり、「ｄ１」は「２．８ｍｍ」であり、「ｔ２」は「１．５９ｍｍ」である。
また、下記の表１には、上記の温度分布と共に、ヒータ１を製作した際に不具合の有無を示している。
【００３９】
【表１】
【００４０】
［比較例］
つぎに、本実施形態のヒータ１を、上述した実施例と異なる要件で製作し、その製作したヒータ１を通電し発熱させ、ヒータ１から「７００ｍｍ」離れた位置において、軸線ｌ方向（Ｘ１方向）における温度分布を測定した（表１中の符号は、図２および図３に対応している）。
【００４１】
具体的には、下記の表２に示す要件を満たすヒータ１（石英ガラス管１１の螺旋状に形成された部分の軸線ｌ方向（Ｘ１方向）の長さ寸法が「１４０ｍｍ」のヒータ１）を製作し、その製作したヒータ１を通電して発熱させ、ヒータ１から「７００ｍｍ」離れた位置において、軸線ｌ方向（Ｘ１方向）における温度分布を測定した。
また、下記の表２に示す「ａ１」は「５．８３ｍｍ」であり、「ｄ１」は「２．８８ｍｍ」であり、「ｔ２」は「１．５３ｍｍ」である。
なお、下記の表２には、上記の測定した温度分布と共に、ヒータ１を製作した際に不具合の有無を示している。
【００４２】
【表２】
【００４３】
ここで、表２に示す比較例を説明する。
比較例１および比較例２は、上述した「数１」〜「数５」の要件のうち、「数２」の要件（１ ＜ ａ１／ｂ１ ＜ １．０４）だけを満さないヒータ１を製作し、そのヒータ１を通電させて温度分布を測定した例である。
また、比較例３は、上述した「数１」〜「数５」の要件のうち、「数４」の要件（１ ≦ ｄ１／ａ２ ＜ １．３）だけを満たさないヒータ１を製作して、そのヒータ１を通電させて温度分布を測定した例である。
また、比較例４および比較例５は、上述した「数１」〜「数５」の要件のうち、「数１」の要件（１．５ ＜ ａ２／ｂ２ ＜ ２．０）だけを満たさないヒータ１を製作し、そのヒータ１を通電させて温度分布を測定した例である。
また、比較例６は、上述した「数１」〜「数５」の要件のうち、「数３」の要件（１ ＜ ｔ２／ｔ１ ＜ １．１）だけを満たさないヒータ１を製作し、そのヒータ１を通電させて温度分布を測定した例である。
また、比較例７は、上述した「数１」〜「数５」の要件のうち、「数５」の要件（０＜ｓ１≦１．２）だけを満たさないヒータ１を製作し、そのヒータ１を通電させて温度分布を測定した例である。
【００４４】
また、表２に示すように、比較例１、２、および５では、ヒータ１を製作しているときに不具合があった。
具体的には、比較例１および比較例２の要件でヒータ１を製作しているときに、石英ガラス管１１の管内にカーボンワイヤー発熱体１５を挿入できないことがあった。また、比較例４の要件でヒータを製作しているときに、石英ガラス管１１の中に挿入したカーボンワイヤー発熱体１が断裂することがあった。
【００４５】
そして、上記の表１および表２を参照して、上記実施例の測定結果と、上記比較例の測定結果とを比べると、実施例１〜３は、いずれも、温度分布の分布幅が「±５℃」以内であったのに対して、比較例１および比較例３〜７の温度分布の分布幅が「±１０℃」以上であった。すなわち、実施例１〜３は、比較例１および比較例３〜７と比べて温度分布の分布幅が小さかった。
また、比較例２は、温度分布の分布幅が「±５℃」以内であったものの、製品製作上の不具合が確認された。
以下、具体的に、実施例１〜３と、比較例１〜７とを比較する。
【００４６】
先ず、上記の「数１」〜「数５」の要件を全て満たす実施例１〜３と、上記の「数２」の要件（１ ＜ ａ１／ｂ１ ＜ １．０４）を満たしていない比較例１〜２とを比べる。
具体的には、実施例１〜３と、比較例１とを比べると、上記の「数２」の要件を満たす実施例１〜３の方が、「ａ１／ｂ１」が「１」である比較例１よりも、温度分布の分布幅が小さかった。
また、実施例１〜３では、ヒータ１を製作しているときに不具合が確認されなかったのに対して、比較１および比較２では、いずれも、ヒータ１を製作しているときに不具合があることが確認された。
これにより、ヒータ１は、上記の「数２」の要件（１ ＜ ａ１／ｂ１ ＜ １．０４）を満たしていることが好ましいことが確認された。
【００４７】
次に、上記の「数１」〜「数５」の要件を全て満たす実施例１〜３と、上記の「数４」の要件を満していない比較例３とを比べると、実施例１〜３の方が、比較例３よりも、温度分布の分布幅が小さかった。
これにより、ヒータ１は、上記の「数４」の要件（１ ≦ ｄ１／ａ２ ＜ １．３）の要件を満たしていることが好ましいことが確認された。
【００４８】
次に、上記の「数１」〜「数５」の要件を全て満たす実施例１〜３と、上記の「数１」の要件（１．５ ＜ ａ２／ｂ２ ＜ ２．０）を満たしていない比較例４および比較例５とを比べると、実施例１〜３の方が、比較例４および比較例５よりも、温度分布の分布幅が小さかった。また、比較例５では、ヒータ１を製作しているときに不具合があった。
これにより、ヒータ１は、上記の「数１」の要件（１．５ ＜ ａ２／ｂ２ ＜ ２．０）を満たしていることが好ましいことが確認された。
【００４９】
次に、上記の「数１」〜「数５」の要件を全て満たす実施例１〜３と、上記の「数３」の要件（１ ＜ ｔ２／ｔ１ ＜ １．１）を満たしていない比較例６を比べると、実施例１〜３の方が、比較例６よりも、温度分布の分布幅が小さかった。
これにより、ヒータ１は、上記の「数３」の要件（１ ＜ ｔ２／ｔ１ ＜ １．１）を満たしていることが好ましいことが確認された。
【００５０】
次に、上記の「数１」〜「数５」の要件を全て満たす実施例１〜３と、上記の「数５」の要件（０＜ｓ１≦１．２）だけ満たしていない比較例７とを比べると、実施例１〜３の方が、比較例７よりも、温度分布の分布幅が小さかった。
これにより、ヒータ１は、上記の「数５」の要件（０＜ｓ１≦１．２）を満たしていることが好ましいことが確認された。
【００５１】
以上説明したように、本発明にかかるヒータによれば、熱分布（温度分布）のバラツキが小さく、被加熱対象物を均一に加熱することができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、本実施形態において、石英ガラス管１１の形状を図３に示すもの（従来技術のヒータ部１０と同様の形状）に変えても、本実施形態と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態にかかるヒータの側面図である。
【図２】図１に示したヒータの一部断面図である。
【図３】図１に示したヒータの隣接する石英ガラス管同士との間隔を示した模式図である。
【図４】従来のヒータを示した斜視図である。
【図５】図３に示した従来のヒータの一部断面図と、熱分布曲線（温度曲線）を示した図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ ヒータ
１０ ヒータ部
１１ 石英ガラス管
１１ａ 螺旋部（石英ガラス管）
１１ｂ 第１直線部（石英ガラス管）
１１ｃ 第２直線部（石英ガラス管）
１５ カーボンワイヤー発熱体
２０ 封止端子部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータに関し、例えば、シリカガラス管の内部にカーボンワイヤー発熱体を収容したヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されているように、加熱源としてカーボンワイヤー発熱体を用い、このカーボンワイヤー発熱体をガラス管に封入したヒータが知られている。
このヒータは、所定の形状に屈曲させた石英ガラス管の内部に、線状のカーボンワイヤー発熱体を収容、封入したものであって、クリーンで高速昇温に優れたヒータとしての特徴を備えている。
【０００３】
ここで、特許文献１に記載されているヒータを図４に基づいて説明する。
図示するように、ヒータ１００は、ヒータ部２００と、ヒータ部２００の両端に設けられた封止端子部３００とを備えている。
また、ヒータ部２００は、カ−ボンワイヤー発熱体と、このカ−ボンワイヤー発熱体を収容した石英ガラス管２１０とから構成されている。また前記石英ガラス管２１０は、直線部２１０ａと屈曲部２１０ｂとによって形成されている。
そして、ヒータ１００は、石英ガラス管２１０に収容されたカーボンワイヤー発熱体に通電して発熱させることにより、石英ガラス管２１０を介して輻射熱が外部に放射されるように構成されている。
【０００４】
また、特許文献１に記載されたヒータ１００は、ヒータ部２００を構成する石英ガラス管２１０がツヅラ状に屈曲させて形成している。
そのため、このヒータ１００にあっては、カーボンワイヤー発熱体の間のピッチ間隔を狭めることができ、より均一な加熱を行うことができる。
また、ヒータ１００は、石英ガラス管２１０の両端部が封止端子部３００ａに接続された第１のヒータ１００ａと、石英ガラス管２１０の両端部が封止端子部３００ｂに接続された第２のヒータ１００ｂとを備え、第１のヒータ１００ａのヒータ部２００の直線部２１０ａ１と、第２にヒータ１００ｂのヒータ部２００の直線部２１０ａ２とが交互に位置するように配置されている。
なお、第１のヒータ１００ａは、ヒータ部２００を構成する直線部２１０ａ１と、屈曲部２１０ｂ１とが同一平面に形成されている。また、第２のヒータ１００ｂは、ヒータ部２００を構成する屈曲部２１０ｂ２が、直線部２１０ａ２と同一平面に形成されておらず、上下方向に屈曲している。
【特許文献１】特開２００７−８７７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来技術のヒータにあっては、前記したようにカーボンワイヤー発熱体の間のピッチ間隔を狭めることで、より均一な加熱が行える。
しかしながら、前記ヒータにあっては、同一平面に屈曲部が形成されていないガラス管では、内部に配設したカーボンワイヤー発熱体の断面位置が屈曲部の方向にずれる。一方、同一平面に屈曲部が形成されているガラス管の内部に配設されたカーボンワイヤー発熱体の断面位置は、ほぼ石英ガラス管の直径平面（石英ガラス管断面の軸芯付近）に位置する。そのため、前記ヒータは、ヒータ平面方向における輻射熱の熱分布（温度分布）にバラツキがあるという技術的課題を有していた。
【０００６】
このヒータの輻射熱の熱分布（温度分布）について、図５を参照しながら、具体的に説明する。尚、図５は、図４に示した従来のヒータにおける隣接する４本の直線部２１０ａの断面（Ｉ−Ｉ断面）を示した図であり、図中の符号ｆは、石英ガラス管２１０の直線部２１０ａから放射される輻射熱を模式的に示した熱分布曲線（温度分布曲線）である。
【０００７】
図５に示すように、隣接する２つの石英ガラス管の直線部２１０ａ間には隙間ｔ１が形成されるため、隣接するカーボンワイヤー発熱体２５０間に所定の間隔が形成される。
その結果、前記ヒータ１００の平面方向（Ｘ２方向）において、カーボンワイヤー発熱体２５０が偏って配置される石英ガラス管２１０ａ１と、カーボンワイヤー発熱体２５０が略石英ガラス管の直径平面（石英ガラス管２１０ａの断面の軸芯付近）に配置されている石英ガラス管２１０ａ２とが交互に並ぶ。
【０００８】
そのため、前記ヒータ１００は、Ｘ２方向の輻射熱の熱分布曲線（温度分布曲線）ｆが波形状になり、上記したようにＸ２方向における輻射熱の熱分布（温度分布）にバラツキが生じ、均一な温度分布にならず、被加熱対象物を均一に加熱することができないというという技術的課題を有していた。
【０００９】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、螺旋状に巻回された石英ガラス管の内部に、カーボンワイヤー発熱体を収容したヒータにおいて、熱分布（温度分布）のバラツキが小さく、より均一に加熱することができ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】
【００１０】
上記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、螺旋状に巻回された石英ガラス管の内部に、紐状のカーボンワイヤー発熱体を収容したヒータであって、螺旋状に巻回された石英ガラス管の軸線と平行な方向における、前記カーボンワイヤー発熱体の断面が、前記軸線と平行な長軸を有する楕円形状であり、螺旋状に巻回された石英ガラス管の軸線と平行な方向における、前記石英ガラス管の断面の外形状が前記軸線と平行な長軸を有する楕円形状になされ、かつ、螺旋状に巻回された石英ガラス管の軸線と平行な方向における、前記石英ガラス管の断面の内形状が前記軸線と平行な長軸を有する楕円形状の中空になされ、前記石英ガラス管の断面の外形状の楕円長軸をａ１、該外形状の楕円短軸をｂ１とすると、１ ＜ ａ１／ｂ１ ＜ １．０４を満たすことを特徴としている。
【００１１】
このように、本発明にかかるヒータは、螺旋状に巻回された石英ガラス管の軸線と平行な方向における、前記カーボンワイヤー発熱体の断面が、前記軸線と平行な長軸を有する楕円形状になされているため、隣接するカーボンワイヤー発熱体同士の間隔を小さくすることができる。即ち、本発明によれば、ヒータの軸線方向（巻回方向）において、カーボンワイヤー発熱体が配置されていない領域を減少させることができ、輻射熱の熱分布（温度分布）をより均一になすことができる。
また、本発明にかかるヒータは、螺旋状に巻回された石英ガラス管の前記軸線と平行な方向における断面を、前記軸線と平行な長軸を有する楕円形状になしたため、円筒状の石英ガラス管の場合に比べて、カーボンワイヤー発熱体をより楕円形状になすことができ、これにより、輻射熱の熱分布（温度分布）をより均一になすことができる。
特に、ａ１／ｂ１が、１以下である場合には、石英ガラス管の軸線と垂直な方向に潰れた形状となるため、隣接する石英ガラス管の間の距離（ｓ１）が大きくなり熱分布が不均一になる。また、ａ１／ｂ１が１より更に小さくなると、石英ガラス管の内面とカーボンワイヤー発熱体との接触抵抗が大きくなり、石英ガラス管にカーボンワイヤー発熱体を挿入するときに、カーボンワイヤー発熱体が入らなくなる虞れがある。
また、ａ１／ｂ１が、１．０４を超えると、石英ガラス管の内面と、カーボンワイヤー発熱体との接触抵抗が大きくなり、石英ガラス管にカーボンワイヤー発熱体を挿入するときに、カーボンワイヤー発熱体が入らなくなる虞れがあり、好ましくない。したがって、１ ＜ ａ１／ｂ１ ＜ １．０４の関係を満たすことが望ましい。
【００１２】
また、前記石英ガラス管の前記断面の内形状の楕円長軸をｄ１とし、該石英ガラス管の内部に収容されたカーボンワイヤー発熱体の前記断面の楕円長軸をａ２とすると、１ ≦ ｄ１／ａ２ ＜ １．３を満たすことが望ましい。
ｄ１／ａ２が１未満となるのが好ましくないのは、ｄ１／ａ２が１未満の場合、石英ガラス管内のカーボンワーヤー発熱体を収容できないためである。
また、ｄ１／ａ２が１．３以上の場合には、軸線方向に隣り合うカーボンワイヤー発熱体同士の距離が長くなり熱分布が不均一になるため、好ましくない。
したがって、１ ≦ ｄ１／ａ２ ＜ １．３の関係を満たすことが望ましい。
このように螺旋状に巻回された石英ガラス管内のカーボンワーヤー発熱体が、石英ガラス管の内径（楕円長軸）の大部分を占めるように楕円形状となっているため、軸線方向に隣り合うカーボンワイヤー発熱体同士の距離が短くなり、均熱性が向上する。
【００１３】
また、前記カーボンワイヤー発熱体の前記断面の楕円長軸をａ２とし、該カーボンワイヤー発熱体の前記断面の楕円短軸をｂ２とすると、１．５ ＜ ａ２／ｂ２ ＜ ２．０を満たすことが望ましい。
ａ２／ｂ２が１．５以下の場合には、カーボンワイヤー発熱体が円形状に近いため、軸線方向隣り合うカーボンワイヤー発熱体同士の同士の距離が長くなり熱分布が不均一となり好ましくない。また、ａ２／ｂ２が２．０以上の場合には、カーボンワイヤー発熱体が扁平な楕円状となるため、軸線方向に隣り合うカーボンワイヤー発熱体同士の距離が短くなり均熱性は向上するものの、石英ガラス管の螺旋外周側との距離が長くなり螺旋外周側への熱放射率が低下する虞れがある。また、カーボンワイヤー発熱体に過度の引張り応力を負荷することになるため、カーボンワイヤー発熱体が断裂する虞れがあるため好ましくない。
したがって、１．５ ＜ ａ２／ｂ２ ＜ ２．０を満たすことが望ましい。
このように、螺旋状に巻回された石英ガラス管内のカーボンワイヤー発熱体が適度な楕円形状となっており、軸線方向に隣り合うカーボンワイヤー発熱体同士の距離も短くなるため、均熱性が向上する。
【００１４】
また、前記石英ガラス管における、前記軸線方向と直交方向した相対向する部位の肉厚において、螺旋状に巻回された石英ガラス管の外周側の肉厚が、内周側の肉厚よりも薄く形成されており、外周側の肉厚をｔ１とし、内周側の肉厚をｔ２とすると、１ ＜ ｔ２／ｔ１ ＜ １．１を満たすことが望ましい。
このように螺旋状に巻回された石英ガラス管の外周側の肉厚が、内周側の肉厚よりも薄く形成されているため、螺旋状の外周側に熱を効率よく放射することができるため、ヒータの熱効率を高めることができる。
【００１５】
また、前記螺旋状に巻回された隣接する石英ガラス管の間隔が、前記カーボンワイヤー発熱体の幅より小さく、かつ石英ガラス管の間隔が１．２ｍｍ以下であることが望ましい。この構成により、前記石英ガラス管の軸線方向（巻回方向）において、熱が放射されない領域を小さくすることができるため、輻射熱の熱分布（温度分布）をより均一になすことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、旋状に巻回された石英ガラス管の内部に、カーボンワイヤー発熱体を収容したヒータにおいて、熱分布（温度分布）のバラツキが小さく、より均一に加熱することができ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】
【００１７】
以下、本発明のヒータにかかる一実施形態について図１および図２に基づいて説明する。
尚、図１は、本発明のヒータにかかる実施形態の側面図である。また、図２は、本発明の実施形態におけるカーボンワイヤー発熱体を収容した石英ガラス管の断面図であり、軸線と平行な方向の石英ガラス管の断面図であって、螺旋状に巻回して形成された石英ガラス管１１の隣接する螺旋部１１ａの断面を示している。
【００１８】
図１に示すように、本発明にかかるヒータ１は、輻射熱を放射するヒータ部１０と、ヒータ部１０の両端に設けられた封止端子部２０とを備えている。
また、ヒータ部１０は、軸線を中心としてＸ１方向（軸線方向）に螺旋状に巻回された石英ガラス管１１と、前記石英ガラス管１１内に収容されたカーボンワイヤー発熱体１５（図２参照）とを備えている。また、ヒータ部１０は、封止端子部２０を介して、制御装置（図示しない）からの制御により電力供給装置（図示しない）から電力供給されるよう構成されている。
【００１９】
そして、前記電力供給装置（図示しない）からヒータ部１０に電力供給されると（カーボンワイヤー発熱体１５が通電されると）、カーボンワイヤー発熱体１５が発熱し、ヒータ部１０が赤外線を放射するように構成されている。
尚、本実施形態にあっては、ヒータ部１０を構成するカーボンワイヤー発熱体１５の形状と石英ガラス管１１の形状とに特徴があり、それ以外の構成（封止端子部２０、制御装置（図示しない）、電力供給装置（図示しない）等）については、従来技術のものと同じである。そのため、以下では、従来技術と同様の構成についての説明は省略する。
【００２０】
先ず、石英ガラス管１１内に収容されるカーボンワイヤー発熱体１５について説明する。
このカーボンワイヤー発熱体１５は、極細いカーボン単繊維を束ねたカーボンファイバー束を、編紐形状、あるいは組紐形状に複数束編み上げて作製したものであり、従来の金属製やＳｉＣ製の発熱体に比べて、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。
また、このカーボンワイヤー発熱体１５は、細いカーボン単繊維の繊維束を複数本編んで作製されたものであるため、ムクのカーボン材からなる発熱体に比べフレキシビリティに富み、形状変形順応性や加工性に優れている。
【００２１】
具体的には、前記カーボンワイヤー発熱体１５として、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１０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発熱体１５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程度である。
【００２２】
次に、ヒータ部１０の構成について詳細に説明する。
図１に示すように、ヒータ部１０を構成する石英ガラス管１１は、一方の封止端子部２０に接続された第１直線部１１ｂと、第１直線部１１ｂから延びて複数回、軸線ｌを中心として、Ｘ１方向（軸線方向）に螺旋状に巻回された螺旋部１１ａと、螺旋部１１ａの端部で折り返されてＸ１方向（軸線方向）に延設され、他方の封止端子部２０に接続される第２直線部１１ｃとを有する。
【００２３】
より具体的には、図２に示すように、ヒータ部１０は、前記軸線ｌと平行な方向（Ｘ１方向）における断面が環状である石英ガラス管１１と、前記石英ガラス管１１の内部に収容されたカーボンワイヤー発熱体１５とを備えている。そして、このカーボンワイヤー発熱体１５の前記軸線ｌと平行な方向（Ｘ１方向）における断面は、前記軸線ｌと平行な長軸ａ２を有する楕円形状になされている。
【００２４】
このカーボンワイヤー発熱体１５を詳細に説明すると、その断面は、前記したように長軸が「ａ２」であり、短軸が「ｂ２（ｂ２＜ａ２）」の楕円形状になされている。また、この前記楕円形状に形成されたカーボンワイヤー発熱体１５は、螺旋状に巻回された石英ガラス管１１の内周側（螺旋部１１ａの内周側）に寄せられて配置されている。
また、カーボンワイヤー発熱体１５の上述した楕円形状の断面は、前記長軸ａ２と前記短軸ｂ２とが以下の「数１」の関係を満たすようになされていることが望ましい。
【数１】
【００２５】
このように、前記石英ガラス管１１の軸線方向（Ｘ１方向）における、前記カーボンワイヤー発熱体１５の断面が、前記軸線ｌと平行な長軸ａ２を有する楕円形状になされているため、隣接するカーボンワイヤー発熱体１５同士の間隔を小さくすることができる。
即ち、本発明によれば、ヒータの軸線方向（Ｘ１方向：巻回方向）において、カーボンワイヤー発熱体１５が配置されていない領域を減少させることができ、輻射熱の熱分布（温度分布）をより均一になすことができる。
【００２６】
また、本実施形態のカーボンワイヤー発熱体１５は、上述したように、細いカーボン単繊維の繊維束を複数本編んで作製されたものであるため、その両端を引っ張る（テンションをかける）ことにより、簡単に、その断面形状を変形させることができる。
そのため、カーボンワイヤー発熱体１５を石英ガラス管１１の内部に配置する際、例えば、カーボンワイヤー発熱体１５を引っ張ることにより、石英ガラス管１１の内部に、断面が楕円形状に形成されたカーボンワイヤー発熱体１５を配置することができる。
【００２７】
具体的には、先ず、カーボンワイヤー発熱体１５の一端部を石英ガラス管１１の一端（第１直線部１１ｂ）から挿入し、螺旋状に形成された石英ガラス管１１の螺旋部１１ａの内部を通し、当該石英ガラス管１１の他端（第２直線部１１ｃ）からカーボンワイヤー発熱体１５の一端部を引出す。
次に、石英ガラス管１１の内部に挿通したカーボンワイヤー発熱体１５の両端部を引っ張ることにより、石英ガラス管１１の内部において、カーボンワイヤー発熱体１５の断面形状を楕円形状に形成させる。
このような方法よれば、手間のかかる製造工程を行うことなく、石英ガラス管１１の内部に、断面が略楕円形状に形成されたカーボンワイヤー発熱体１５を配置することができる。
【００２８】
また、石英ガラス管１１は、前記したように前記軸線に平行な断面が、円形（ａ１＝ｂ１）の環状に形成されていても良いが、より好ましくは、螺旋状に巻回された石英ガラス管１１の軸線ｌと平行な方向（Ｘ１方向）における、前記石英ガラス管１１の外形状が前記軸線と平行な長軸を有する楕円形状（ａ１＞ｂ１）になされ、かつ、螺旋状に巻回された石英ガラス管１１の軸線ｌと平行な方向における、前記石英ガラス管１１の内形状が前記軸線ｌと平行な長軸を有する楕円形状の中空（ｄ１＞ｂ１−ｔ１−ｔ２）になされていることが望ましい。
また、より好ましくは、石英ガラス管１１の前記楕円形状の長軸ａ１と、前記楕円形状の短軸ｂ１とが以下に示す「数２」の関係を満たしていることが望ましい。
【数２】
【００２９】
このように、本実施形態にかかるヒータ１は、螺旋状に巻回された石英ガラス管１１の軸線ｌと平行な方向における断面を、いわゆる楕円形状になしたため、円筒状の石英ガラス管の場合に比べて、石英ガラス管１１の内部に収容するカーボンワイヤー発熱体１５をより楕円形状になすことができ、輻射熱の熱分布（温度分布）をより均一になすことができる。
【００３０】
また、前記石英ガラス管１１の肉厚について特に限定されるものではないが、石英ガラス管１１の螺旋部１１ａの肉厚が以下に示すように形成されるのが好ましい。
具体的には、前記石英ガラス管１１における、前記軸線方向（Ｘ１方向）と直交方向した相対向する部位の肉厚ｔ１、ｔ２が、前記軸線方向に相対向する部位の肉厚ｔ３より薄く（ｔ３＞ｔ１、ｔ３＞ｔ２）形成されていることが望ましい。
【００３１】
このように、石英ガラス管１１における、前記軸線方向と直交方向した相対向する部位の肉厚ｔ１、ｔ２が前記軸線方向に相対向する部位の肉厚ｔ３より薄く形成されているため、石英ガラス管１１の軸線方向（Ｘ１方向）と直交した方向に、熱を効率よく放射することができるため、ヒータの熱効率を高めることができる。
【００３２】
また、前記石英ガラス管１１における、前記軸線方向と直交方向した相対向する部位の肉厚ｔ１、ｔ２において、螺旋状に巻回された石英ガラス管１１の外周側の肉厚ｔ１が、内周側ｔ２の肉厚よりも薄く（ｔ２＞ｔ１）形成されていることが望ましく、より好ましくは、石英ガラス管１１の肉厚（ｔ１およびｔ２）が以下に示す「数３」の関係を満たすようになされていることが望ましい。
【数３】
このように螺旋状に巻回された石英ガラス管１１の外周側の肉厚ｔ１が、内周側の肉厚ｔ２よりも薄く形成されているため、螺旋状の外周側に熱を効率よく放射することができるため、ヒータの熱効率を高めることができる。
【００３３】
また、前記石英ガラス管１１は、前記カーボンワイヤー発熱体１５との関係において、以下の比率で構成されていることが望ましい。
具体的には、石英ガラス管１１の内径断面の楕円形状の長軸（ｄ１）と、前記カーボンワイヤー発熱体１５の前記断面の楕円形状の長軸（ａ２）とが下記の「数４」の関係を満たすようになされていることが望ましい。
【数４】
【００３４】
次に、本実施形態の石英ガラス管１１の螺旋形状について図３に基づいて説明する。
図３は、図１に示したヒータの隣接する石英ガラス管同士との間隔を示した模式図である。
図示するように、石英ガラス管１１は、軸線ｌ（Ｘ１方向）と平行方向において、隣接する螺旋部１１ａとの間に間隔ｓ１が形成されていると共に、軸線ｌ（Ｘ１方向）と直交方向において、隣接する螺旋部１１ａとの間に間隔ｓ２が形成されている。
【００３５】
そして、石英ガラス管１１は、軸線ｌ（Ｘ１方向）と平行方向において、隣接する石英ガラス管１１の螺旋部１１ａ同士が非接触であり、かつ隣接する螺旋部１１ａとの間に間隔ｓ１が極力小さいことが望ましい（０＜ｓ１≦１．２（ｍｍ））。
このように隣接する螺旋部１１ａの間隔ｓ１を極力小さくすることによって、前記軸線と平行な方向（Ｘ１方向）において、熱を放射しない領域（部分）を小さくすることができ、前記軸線と平行な方向（Ｘ１方向）の熱分布（温度分布）をより均一になすことができる。
尚、隣接する石英ガラス管１１の螺旋部１１ａ同士が接触する場合には、螺旋状に巻回したヒータの内側に熱がこもるため好ましくない。
また、隣接する螺旋部１１ａの間隔ｓ１を、少なくともカーボンワイヤー発熱体の幅ａ２より小さくすることが、輻射熱の熱分布（温度分布）を均一になすために好ましい。
【００３６】
また、石英ガラス管１１は、隣接する石英ガラス管１１の螺旋部１１ａ同士の間隔ｓ２のバラツキが少なくなるように螺旋状に巻回されていることが好ましく、例えば、ｓ２のバラツキが「標準偏差 ０．１５」以内であることが望ましい。
このように、石英ガラス管１１が精度良く巻回されていることにより、前記軸線と平行な方向（Ｘ１方向）の熱分布（温度分布）をより均一になすことができる。
【実施例】
【００３７】
続いて、本発明の実施形態のヒータ１について、当該ヒータ１を実際に製作し、カーボンワイヤー発熱体１５に通電して発熱させ、温度分布を測定した実施例に基づいて検証する。
【００３８】
［実施例］
具体的には、下記の表１に示す要件を満たすヒータ１（石英ガラス管１１の螺旋状に形成された部分の軸線ｌ方向（Ｘ１方向）の長さ寸法が「１４０ｍｍ」のヒータ１）を製作し、その製作したヒータ１を通電して発熱させ、ヒータ１から「７００ｍｍ」離れた位置において、軸線ｌ方向（Ｘ１方向）における温度分布を測定した（表１中の符号は、図２および図３に対応している）。
尚、下記の表１に示す実施例１〜３は、いずれも、上述した「数１」〜「数４」の要件を満しており、且つ軸線ｌ方向に隣接する螺旋部１１ａ同士の間隔ｓ１が「０＜ｓ１≦１．２（ｍｍ）」となっている（以下では、説明の便宜上、「０＜ｓ１≦１．２（ｍｍ）」を「数５」という）。
また、下記の表１に示す「ａ１」は「５．８６ｍｍ」であり、「ｄ１」は「２．８ｍｍ」であり、「ｔ２」は「１．５９ｍｍ」である。
また、下記の表１には、上記の温度分布と共に、ヒータ１を製作した際に不具合の有無を示している。
【００３９】
【表１】
【００４０】
［比較例］
つぎに、本実施形態のヒータ１を、上述した実施例と異なる要件で製作し、その製作したヒータ１を通電し発熱させ、ヒータ１から「７００ｍｍ」離れた位置において、軸線ｌ方向（Ｘ１方向）における温度分布を測定した（表１中の符号は、図２および図３に対応している）。
【００４１】
具体的には、下記の表２に示す要件を満たすヒータ１（石英ガラス管１１の螺旋状に形成された部分の軸線ｌ方向（Ｘ１方向）の長さ寸法が「１４０ｍｍ」のヒータ１）を製作し、その製作したヒータ１を通電して発熱させ、ヒータ１から「７００ｍｍ」離れた位置において、軸線ｌ方向（Ｘ１方向）における温度分布を測定した。
また、下記の表２に示す「ａ１」は「５．８３ｍｍ」であり、「ｄ１」は「２．８８ｍｍ」であり、「ｔ２」は「１．５３ｍｍ」である。
なお、下記の表２には、上記の測定した温度分布と共に、ヒータ１を製作した際に不具合の有無を示している。
【００４２】
【表２】
【００４３】
ここで、表２に示す比較例を説明する。
比較例１および比較例２は、上述した「数１」〜「数５」の要件のうち、「数２」の要件（１ ＜ ａ１／ｂ１ ＜ １．０４）だけを満さないヒータ１を製作し、そのヒータ１を通電させて温度分布を測定した例である。
また、比較例３は、上述した「数１」〜「数５」の要件のうち、「数４」の要件（１ ≦ ｄ１／ａ２ ＜ １．３）だけを満たさないヒータ１を製作して、そのヒータ１を通電させて温度分布を測定した例である。
また、比較例４および比較例５は、上述した「数１」〜「数５」の要件のうち、「数１」の要件（１．５ ＜ ａ２／ｂ２ ＜ ２．０）だけを満たさないヒータ１を製作し、そのヒータ１を通電させて温度分布を測定した例である。
また、比較例６は、上述した「数１」〜「数５」の要件のうち、「数３」の要件（１ ＜ ｔ２／ｔ１ ＜ １．１）だけを満たさないヒータ１を製作し、そのヒータ１を通電させて温度分布を測定した例である。
また、比較例７は、上述した「数１」〜「数５」の要件のうち、「数５」の要件（０＜ｓ１≦１．２）だけを満たさないヒータ１を製作し、そのヒータ１を通電させて温度分布を測定した例である。
【００４４】
また、表２に示すように、比較例１、２、および５では、ヒータ１を製作しているときに不具合があった。
具体的には、比較例１および比較例２の要件でヒータ１を製作しているときに、石英ガラス管１１の管内にカーボンワイヤー発熱体１５を挿入できないことがあった。また、比較例４の要件でヒータを製作しているときに、石英ガラス管１１の中に挿入したカーボンワイヤー発熱体１が断裂することがあった。
【００４５】
そして、上記の表１および表２を参照して、上記実施例の測定結果と、上記比較例の測定結果とを比べると、実施例１〜３は、いずれも、温度分布の分布幅が「±５℃」以内であったのに対して、比較例１および比較例３〜７の温度分布の分布幅が「±１０℃」以上であった。すなわち、実施例１〜３は、比較例１および比較例３〜７と比べて温度分布の分布幅が小さかった。
また、比較例２は、温度分布の分布幅が「±５℃」以内であったものの、製品製作上の不具合が確認された。
以下、具体的に、実施例１〜３と、比較例１〜７とを比較する。
【００４６】
先ず、上記の「数１」〜「数５」の要件を全て満たす実施例１〜３と、上記の「数２」の要件（１ ＜ ａ１／ｂ１ ＜ １．０４）を満たしていない比較例１〜２とを比べる。
具体的には、実施例１〜３と、比較例１とを比べると、上記の「数２」の要件を満たす実施例１〜３の方が、「ａ１／ｂ１」が「１」である比較例１よりも、温度分布の分布幅が小さかった。
また、実施例１〜３では、ヒータ１を製作しているときに不具合が確認されなかったのに対して、比較１および比較２では、いずれも、ヒータ１を製作しているときに不具合があることが確認された。
これにより、ヒータ１は、上記の「数２」の要件（１ ＜ ａ１／ｂ１ ＜ １．０４）を満たしていることが好ましいことが確認された。
【００４７】
次に、上記の「数１」〜「数５」の要件を全て満たす実施例１〜３と、上記の「数４」の要件を満していない比較例３とを比べると、実施例１〜３の方が、比較例３よりも、温度分布の分布幅が小さかった。
これにより、ヒータ１は、上記の「数４」の要件（１ ≦ ｄ１／ａ２ ＜ １．３）の要件を満たしていることが好ましいことが確認された。
【００４８】
次に、上記の「数１」〜「数５」の要件を全て満たす実施例１〜３と、上記の「数１」の要件（１．５ ＜ ａ２／ｂ２ ＜ ２．０）を満たしていない比較例４および比較例５とを比べると、実施例１〜３の方が、比較例４および比較例５よりも、温度分布の分布幅が小さかった。また、比較例５では、ヒータ１を製作しているときに不具合があった。
これにより、ヒータ１は、上記の「数１」の要件（１．５ ＜ ａ２／ｂ２ ＜ ２．０）を満たしていることが好ましいことが確認された。
【００４９】
次に、上記の「数１」〜「数５」の要件を全て満たす実施例１〜３と、上記の「数３」の要件（１ ＜ ｔ２／ｔ１ ＜ １．１）を満たしていない比較例６を比べると、実施例１〜３の方が、比較例６よりも、温度分布の分布幅が小さかった。
これにより、ヒータ１は、上記の「数３」の要件（１ ＜ ｔ２／ｔ１ ＜ １．１）を満たしていることが好ましいことが確認された。
【００５０】
次に、上記の「数１」〜「数５」の要件を全て満たす実施例１〜３と、上記の「数５」の要件（０＜ｓ１≦１．２）だけ満たしていない比較例７とを比べると、実施例１〜３の方が、比較例７よりも、温度分布の分布幅が小さかった。
これにより、ヒータ１は、上記の「数５」の要件（０＜ｓ１≦１．２）を満たしていることが好ましいことが確認された。
【００５１】
以上説明したように、本発明にかかるヒータによれば、熱分布（温度分布）のバラツキが小さく、被加熱対象物を均一に加熱することができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、本実施形態において、石英ガラス管１１の形状を図３に示すもの（従来技術のヒータ部１０と同様の形状）に変えても、本実施形態と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態にかかるヒータの側面図である。
【図２】図１に示したヒータの一部断面図である。
【図３】図１に示したヒータの隣接する石英ガラス管同士との間隔を示した模式図である。
【図４】従来のヒータを示した斜視図である。
【図５】図３に示した従来のヒータの一部断面図と、熱分布曲線（温度曲線）を示した図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ ヒータ
１０ ヒータ部
１１ 石英ガラス管
１１ａ 螺旋部（石英ガラス管）
１１ｂ 第１直線部（石英ガラス管）
１１ｃ 第２直線部（石英ガラス管）
１５ カーボンワイヤー発熱体
２０ 封止端子部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状に巻回された石英ガラス管の内部に、紐状のカーボンワイヤー発熱体を収容したヒータであって、
螺旋状に巻回された石英ガラス管の軸線と平行な方向における、前記カーボンワイヤー発熱体の断面が、前記軸線と平行な長軸を有する楕円形状であり、
螺旋状に巻回された石英ガラス管の軸線と平行な方向における、前記石英ガラス管の断面の外形状が前記軸線と平行な長軸を有する楕円形状になされ、
かつ、螺旋状に巻回された石英ガラス管の軸線と平行な方向における、前記石英ガラス管の断面の内形状が前記軸線と平行な長軸を有する楕円形状の中空になされ、
前記石英ガラス管の断面の外形状の楕円長軸をａ１、該外形状の楕円短軸をｂ１とすると、
１ ＜ ａ１／ｂ１ ＜ １．０４
を満たすことを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記石英ガラス管の前記断面の内形状の楕円長軸をｄ１とし、該石英ガラス管の内部に収容されたカーボンワイヤー発熱体の前記断面の楕円長軸をａ２とすると、
１ ≦ ｄ１／ａ２ ＜ １．３
を満たす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】
前記カーボンワイヤー発熱体の前記断面の楕円長軸をａ２とし、該カーボンワイヤー発熱体の前記断面の楕円短軸をｂ２とすると、
１．５ ＜ ａ２／ｂ２ ＜ ２．０
を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載されたヒータ。
【請求項４】
前記石英ガラス管における、前記軸線方向と直交方向した相対向する部位の肉厚において、螺旋状に巻回された石英ガラス管の外周側の肉厚が、内周側の肉厚よりも薄く形成されており、
外周側の肉厚をｔ１とし、内周側の肉厚をｔ２とすると、
１ ＜ ｔ２／ｔ１ ＜ １．１
を満たす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】
前記螺旋状に巻回された隣接する石英ガラス管の間隔が、前記カーボンワイヤー発熱体の幅より小さく、かつ石英ガラス管の間隔が１．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載されたヒータ。
【請求項１】
螺旋状に巻回された石英ガラス管の内部に、紐状のカーボンワイヤー発熱体を収容したヒータであって、
螺旋状に巻回された石英ガラス管の軸線と平行な方向における、前記カーボンワイヤー発熱体の断面が、前記軸線と平行な長軸を有する楕円形状であり、
螺旋状に巻回された石英ガラス管の軸線と平行な方向における、前記石英ガラス管の断面の外形状が前記軸線と平行な長軸を有する楕円形状になされ、
かつ、螺旋状に巻回された石英ガラス管の軸線と平行な方向における、前記石英ガラス管の断面の内形状が前記軸線と平行な長軸を有する楕円形状の中空になされ、
前記石英ガラス管の断面の外形状の楕円長軸をａ１、該外形状の楕円短軸をｂ１とすると、
１ ＜ ａ１／ｂ１ ＜ １．０４
を満たすことを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記石英ガラス管の前記断面の内形状の楕円長軸をｄ１とし、該石英ガラス管の内部に収容されたカーボンワイヤー発熱体の前記断面の楕円長軸をａ２とすると、
１ ≦ ｄ１／ａ２ ＜ １．３
を満たす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】
前記カーボンワイヤー発熱体の前記断面の楕円長軸をａ２とし、該カーボンワイヤー発熱体の前記断面の楕円短軸をｂ２とすると、
１．５ ＜ ａ２／ｂ２ ＜ ２．０
を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載されたヒータ。
【請求項４】
前記石英ガラス管における、前記軸線方向と直交方向した相対向する部位の肉厚において、螺旋状に巻回された石英ガラス管の外周側の肉厚が、内周側の肉厚よりも薄く形成されており、
外周側の肉厚をｔ１とし、内周側の肉厚をｔ２とすると、
１ ＜ ｔ２／ｔ１ ＜ １．１
を満たす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】
前記螺旋状に巻回された隣接する石英ガラス管の間隔が、前記カーボンワイヤー発熱体の幅より小さく、かつ石英ガラス管の間隔が１．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−８６８１８（Ｐ２０１０−８６８１８Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５５３６１（Ｐ２００８−２５５３６１）
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
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