JP2019016508A - ヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】防水性を保ちつつ多層膜の劣化を抑制するヒータを提供する。
【解決手段】ヒータは、発光管２、多層膜、金属箔１２、リード線２０、外部導入線８、封止部２ａ、被覆チューブ６、シール材１８、口金４、充填剤１９を具備する。発光管は、内部に発熱体が設けられる。多層膜は、発光管の外周面に形成される。金属箔は、発熱体およびリード線と電気的に接続される。外部導入線は、リード線と接続された接続部を有する。封止部は、金属箔およびリード線の一部が埋設される。封止部は、リード線が発光管の外部へ引き出される導出部を有する。被覆チューブは、導出部から引き出されたリード線および外部導入線を被覆する。シール材は、導出部に設けられ、導出部と、被覆チューブの導出部側と、被覆されたリード線および接続部とを絶縁する。口金は、開口部、収容部、貫通穴を有する。充填剤は、口金の開口部を塞ぐように封止部と収容部の間に充填される。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、ヒータに関する。

輻射熱により被照射体を加熱する目的で使用されるヒータが知られている。ヒータは、空間暖房や塗装乾燥などの用途では防眩性が求められるため、発光管の外表面に可視光遮断効果の高い多層膜が形成される。多層膜は、赤外線を透過させ、可視光を遮断させるために、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層したものからなる。

特開２００５−０１９３１７号公報

上記のようなヒータにおいては、用途に応じた防水性が要求される場合がある。かかる場合、例えばリード線などの導電部をシリコーン製のシール材で被覆することで絶縁性能を向上させ、所定の規格に準拠した防水性を付与する対策が取られている。

しかしながら、ヒータの設置環境やシリコーン製のシール材を適用する部位によっては、ヒータ使用時の熱の影響により、シール材からシロキサン等の気体が発生することがある。このように発生した気体が多層膜の表面に付着すると、多層膜を劣化させ、防眩性能の低下を招くおそれがある。

本発明が解決しようとする課題は、防水性を保ちつつ多層膜の劣化を抑制することができるヒータを提供することである。

実施形態のヒータは、発光管と、多層膜と、金属箔と、リード線と、外部導入線と、封止部と、被覆チューブと、シール材と、口金と、充填剤とを具備する。発光管は、内部に発熱体が設けられる。多層膜は、発光管の外周面に形成される。金属箔は、発熱体と電気的に接続される。リード線は、金属箔と電気的に接続される。外部導入線は、リード線と接続された接続部を有する。封止部は、金属箔およびリード線の一部が埋設され、発光管の内部を封止するように発光管に形成される。また、封止部は、リード線が発光管の外部へ引き出される導出部を有する。被覆チューブは、導出部から引き出されたリード線および外部導入線を被覆する。シール材は、導出部に設けられ、導出部と、被覆チューブの導出部側と、被覆されたリード線および外部導入線の接続部とを絶縁する。口金は、封止部が挿入される開口部と、封止部を収容する収容部と、収容部内から外部へ外部導入線を挿通させる貫通穴と、を有する。充填剤は、口金の開口部を塞ぐように封止部と収容部との間に充填される。

本発明によれば、防水性を保ちつつ多層膜の劣化を抑制することができる。

実施形態１に係るヒータを示す平面図である。 実施形態１に係るヒータを示す図１のＡ−Ａ断面図である。 実施形態２に係るヒータを示す断面図である。

以下に説明する実施形態に係るヒータ１は、発光管２と、多層膜３と、金属箔１２と、リード線２０と、外部導入線８、９と、封止部２ａと、被覆チューブ６、７と、シール材１８と、口金４、５と、充填剤１９とを具備する。発光管２は、内部に発熱体１０が設けられる。多層膜３は、発光管２の外周面に形成される。金属箔１２は、発熱体１０と電気的に接続される。リード線２０は、金属箔１２と電気的に接続される。外部導入線８、９は、リード線２０と接続された接続部２１を有する。封止部２ａは、金属箔１２およびリード線２０の一部が埋設され、発光管２の内部を封止するように発光管２に形成される。また、封止部２ａは、リード線２０が発光管２の外部へ引き出される導出部１１を有する。被覆チューブ６、７は、導出部１１から引き出されたリード線２０および外部導入線８、９を被覆する。シール材１８は、導出部１１に設けられ、導出部１１と、被覆チューブ６、７の導出部１１側と、被覆されたリード線２０および外部導入線８、９の接続部２１と、を絶縁する。口金４、５は、封止部２ａが挿入される開口部１４と、封止部２ａを収容する収容部１５と、収容部１５内から外部へ外部導入線８、９を挿通させる貫通穴１６と、を有する。充填剤１９は、口金４、５の開口部１４を塞ぐように封止部２ａと収容部１５との間に充填される。

また、以下に説明する実施形態に係るヒータ１は、外部導入線８、９と被覆チューブ６、７との間に設けられた環状部材２２をさらに具備する。

また、以下に説明する実施形態に係る口金４、５は、収容部１５と口金４、５の外部とを連通させる切欠部１７を有し、切欠部１７が充填剤１９によって塞がれており、切欠部１７は導出部１１よりも発光管２側に設けられている。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づき説明する。なお、以下に示す各実施形態は、本発明が開示する技術を限定するものではない。また、以下に示す各実施形態及び各変形例は、矛盾しない範囲で適宜組合せることができる。また、各実施形態の説明において、同一構成には同一符号を付与して後出の説明を適宜省略する。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係るヒータを示す平面図である。図１に示すように、実施形態１に係るヒータ１は、発光管２、多層膜３、第１口金４、第２口金５、第１被覆チューブ６、第２被覆チューブ７、第１外部導入線８、第２外部導入線９、発熱体１０を有する。

なお、説明を分かりやすくするために、図１には、鉛直上向きを正方向とし、鉛直下向きを負方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、後出の説明に用いる他の図面でも示している。

発光管２は、透明でかつ無着色である材料から形成され、筒状に形成されている。発光管２の材料としては、例えば高軟化点の石英ガラスが例示される。

多層膜３は、発光管２の外周面に形成される。多層膜３は、低屈折率膜と、高屈折率膜とを複数層具備している。低屈折率膜は酸化ケイ素を主成分とし、高屈折率膜は酸化鉄を主成分とする。多層膜３は、発光管２から放射される光のうち、赤外線を透過し、可視光を遮断する。

多層膜３は、ディップ法、真空蒸着法、スパッタ法などで形成され、低屈折率膜と高屈折率膜とが１０層程度、交互に積層されている。具体的には、例えば発光管２の表面に直接形成される第１層から始まる奇数層を低屈折率膜で形成し、第２層から始まる偶数層を高屈折率膜で形成する。低屈折率膜の主成分である酸化ケイ素、具体的には二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）は発光管２の成分に近いため、第１層とすることで、発光管２の表面への付着力を向上させることが可能となる。また、二酸化ケイ素は化学的および熱的な耐性に優れ、機械的強度を有しているため、高温となる発光管２の表面に直接形成されても剥離や損傷を起こす可能性が低い。なお、奇数層を高屈折率膜で形成し、偶数層を低屈折率膜で形成することも可能である。また、多層膜３において発光管２から最も遠い最上層を高屈折率膜としてもよく、また、低屈折率膜としてもよい。

高屈折率膜の主成分である酸化鉄は、酸化ケイ素に比べて防眩性が高い。このため、高屈折率膜に酸化鉄を用いることで、ヒータ１の防眩性を向上させることができる。ただし、酸化鉄は、酸化ケイ素に比べると発光管２の成分と異なることから、低屈折率膜を介して発光管２の外側に設けられることが望ましい。

なお、低屈折率膜は、二酸化ケイ素に限られず、酸化ケイ素（ＳｉＯ）などのケイ素酸化物であればどのような形態であってもよい。また、低屈折率膜は、酸化ケイ素に限らず、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）等のケイ素酸化物以外の他の金属化合物を用いることにしてもよい。また、高屈折率膜は、例えば、酸化鉄に限られず、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）など、酸化鉄以外の金属酸化物を用いることにしてもよい。

また、多層膜３の各層の膜厚は、全て異なる厚みであってもよいし、あるいは、低屈折率膜ごと、高屈折率膜ごとにそれぞれ同じ厚みであってもよい。また、低屈折率膜の膜厚は、高屈折率膜の膜厚よりも厚く形成してもよい。具体的には、例えば、低屈折率膜の膜厚は、８０ｎｍであり、高屈折率膜の膜厚は、５７ｎｍであるが、これに限定されるものではない。

発熱体１０は、発光管２の内部に配置され、図示されていない不活性ガス及びハロゲン化物とともに封入されている。発熱体１０は、図示されていないアンカー材に支持されている。発熱体１０の一端は、第１口金４の内部に収容されている、図１では図示されていない封止部まで伸びて形成され、第１外部導入線８と電気的に接続される。一方、発熱体１０の他端は、第２口金５の内部に設けられている、図示されていない封止部まで伸びて形成され、第２外部導入線９と電気的に接続されている。

発熱体１０は、コイル状に形成されたタングステン製のフィラメントである。発熱体１０は、第１外部導入線８と第２外部導入線９とを介して、図示されていない電源から電圧が印加されることにより、発熱し、発光する。なお、封止部については図２を用いて後述する。

第１外部導入線８および第２外部導入線９は、例えばＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）その他のフッ素樹脂で芯線を被覆した耐熱性の電線である。

第１外部導入線８は、第１被覆チューブ６で被覆されている。第１被覆チューブ６は、第１口金４の内部における第１外部導入線８の絶縁性を向上させる。同様に、第２外部導入線９は、第２被覆チューブ７で被覆されている。第２被覆チューブ７は、第２口金５の内部における第２外部導入線９の絶縁性を向上させる。

第１口金４および第２口金５は、発光管２を支持し、固定するための部材である。具体的には、第１口金４および第２口金５は、発光管２の両端に設けられた封止部を収容し、封止部が固定されている。

ここで、第１口金４および第２口金５の内部構成について、図２を参照して更に詳しく説明する。図２は、実施形態１に係るヒータ１を示す図１のＡ−Ａ断面図である。図２は、第１口金４およびその近傍を断面視したものに相当する。なお、第２口金５およびその近傍の構成については、図２に示す第１口金４およびその近傍の構成と同様である。このため、第２口金５に関する図示および説明は省略する。

図２に示すように、第１口金４には、発光管２の内部を封止するように発光管２に形成された封止部２ａが、空隙３０を有するように収容されている。また、封止部２ａの内部には、金属箔１２が埋設されている。本実施形態１における封止部２ａは、板状に形成された、いわゆるピンチシール部である。

金属箔１２は、モリブデンによって矩形状に形成されている。金属箔１２は、発熱体１０の一端１３と電気的に接続されている。また、金属箔１２は、リード線２０と電気的に接続されている。さらにリード線２０は、例えば溶接により第１外部導入線８の接続部２１と電気的に接続されている。すなわち、発熱体１０および第１外部導入線８は、金属箔１２、リード線２０および接続部２１を介して電気的に接続される。接続部２１は、例えば第１外部導入線８の端部から露出する芯線８ａを覆うように設けられたスプライス端子である。ただし、接続部２１は、スプライス端子に限られず、例えばリード線２０と接続されるはんだであってもよい。

また、封止部２ａは、金属箔１２に接続されたリード線２０を、発光管２の外部へ引き出すための開口である導出部１１を有する。

また、導出部１１から引き出されたリード線２０および第１外部導入線８は、第１被覆チューブ６で被覆されている。第１被覆チューブ６は、例えば、熱収縮性を有するシリコーンゴムによって形成された筒状の部材である。リード線２０および第１外部導入線８を第１被覆チューブ６で被覆することにより、第１外部導入線８の表面を伝った外部からリード線２０に向かう水の侵入が抑制される。

また、第１被覆チューブ６の一端は、導出部１１を囲むように封止部２ａに接している。そして、導出部１１と、第１被覆チューブ６の導出部１１側と、被覆されたリード線２０および第１外部導入線８の接続部２１と、は、シール材１８で覆われている。このように、導出部１１から引き出されたリード線２０および第１外部導入線８の接続部２１を第１被覆チューブ６で覆うと共に、第１被覆チューブ６をシール材１８で覆うことにより、リード線２０および接続部２１の絶縁性を適正に確保するために要するシール材１８の使用量を減らすことが可能になる。すなわち、導出部１１から引き出されたリード線２０および接続部２１の絶縁性が、第１被覆チューブ６とシール材１８とによって確保されるので、シール材１８の使用量が最小限に制御される。このようにシール材１８の使用量を減らすことで、シール材１８から生じるシロキサン等の発生量をさらに抑えることができる。

シール材１８は、例えば、室温硬化型のシリコーンゴムである。導出部１１と第１被覆チューブ６の導出部１１側の端部を覆うように塗布されたシール材１８は、硬化後はゴム弾性体となる。硬化したシール材１８は、リード線２０および接続部２１を絶縁すると共に、導出部１１を介した封止部２ａの内部への水の侵入を抑制することができる。すなわち、シール材１８は、第１被覆チューブ６と協働してリード線２０および接続部２１を絶縁する。なお、シール材１８は、室温硬化型に限られず、例えば熱硬化型のシリコーンゴムであってもよい。

第１口金４は、開口部１４と、収容部１５と、貫通穴１６と、切欠部１７とを有する。開口部１４は、第１口金４の発光管２側、すなわちＸ軸負方向側の端部に設けられる。開口部１４は、封止部２ａが挿入されるよう封止部２ａのＹＺ平面方向の寸法よりも幅広に開口されている。収容部１５は、開口部１４に連通しており、封止部２ａを収容するために設けられた空間を有している。

また、貫通穴１６は、第１口金４の発光管２とは反対側、すなわちＸ軸正方向側の端部に設けられる。貫通穴１６は、収容部１５に連通しており、第１外部導入線８を被覆した第１被覆チューブ６が挿通できる寸法に開口されている。封止部２ａが開口部１４を介して第１口金４の内部に適切に固定されると、収容部１５には封止部２ａが収容され、貫通穴１６には収容部１５内から外部へ第１外部導入線８が挿通される。

切欠部１７は、収容部１５と第１口金４の外部とを連通させるように形成されている。切欠部１７は、後述する充填剤１９を第１口金４の内部に充填するための充填口として機能する。充填剤１９は、収容部１５に封止部２ａが収容された後で充填されることとなるため、開口部１４と封止部２ａとの間にはわずかな隙間しか残されておらず、開口部１４からの充填剤１９の充填は困難である。そこで、専ら充填剤１９の充填に用いられる切欠部１７を開口部１４とは別途設けることにより、充填剤１９の充填作業を円滑に実施することができる。

また、切欠部１７は、Ｚ軸方向から見て封止部２ａと連通するように設けられており、板状の封止部２ａのＹ軸方向（厚み方向）における側面が、切欠部１７と重なって配置されている。このように封止部２ａが配置された切欠部１７から充填された充填剤１９は、封止部２ａを挟んで両方向に分配されながら収容部１５の全体に行き渡るように充填される。このため、第１口金４が切欠部１７を有することにより、充填剤１９の充填作業を円滑に実施することができる。ここで、切欠部１７のＹ軸方向の幅は、封止部２ａのＹ軸方向の厚みよりも広いことが作業上好ましいが、これに限られず、例えば切欠部１７のＹ軸方向の幅が封止部２ａのＹ軸方向の厚み以下であってもよい。

また、切欠部１７は、導出部１１よりも発光管２側に設けられている。すなわち、切欠部１７から充填された充填剤１９は、シロキサン等の気体の発生源であるシール材１８や第１被覆チューブ６よりも発光管２側を被覆することとなる。このため、多層膜３の劣化の要因となる物質が発光管２の表面に形成された多層膜３に到達しにくくなり、多層膜３の劣化を抑制することができる。なお、第１口金４は、切欠部１７を有する形状に限定されるものではない。すなわち、第１口金４は、導出部１１よりも発光管２側に設けられており、かつ、収容部１５への充填剤１９の充填が可能な形状であればよく、例えば円筒状の充填口を切欠部１７に代えて有してもよい。

また、封止部２ａと収容部１５との間には、充填剤１９が充填されている。具体的には、充填剤１９は、第１口金４の開口部１４を塞ぐように充填される。充填剤１９は、例えば、アルミナセメントである。硬化した充填剤１９は、ヒータ１使用時の熱の影響により、シール材１８から発生するおそれがあるシロキサン等の気体の透過を抑制する。かかる充填剤１９で塞がれた開口部１４からは、シロキサン等の気体が放出されにくくなる。このため、多層膜３の劣化の要因となる物質が発光管２の表面に形成された多層膜３に到達しにくくなり、多層膜３の劣化を抑制することができる。

なお、充填剤１９は、例えば、第１口金４の切欠部１７が開口部１４とともに塞がれるまで充填される。切欠部１７および開口部１４が充填剤１９で塞がれることにより、ヒータ１の使用時に発生したシロキサン等の気体は、開口部１４から離れた貫通穴１６から放出されることになる。このため、多層膜３の劣化の要因となる物質が発光管２の表面に形成された多層膜３に到達しにくくなり、多層膜３の劣化を抑制することができる。

なお、図２に示した例では、第１口金４の内部に充填剤１９が充填されていない空隙３０を有するがこれに限られず、第１口金４の内部の空間をすべて充填剤１９で充填するようにしてもよい。

上述したように、実施形態１に係るヒータ１は、発光管２と、多層膜３と、金属箔１２と、リード線２０と、外部導入線８、９と、封止部２ａと、被覆チューブ６、７と、シール材１８と、口金４、５と、充填剤１９とを具備する。発光管２は、内部に発熱体１０が設けられる。多層膜３は、発光管２の外周面に形成される。金属箔１２は、発熱体１０と電気的に接続される。リード線２０は、金属箔１２と電気的に接続される。外部導入線８、９は、リード線２０と接続された接続部２１を有する。封止部２ａは、金属箔１２およびリード線２０の一部が埋設され、発光管２の内部を封止するように発光管２に形成される。また、封止部２ａは、リード線２０が発光管２の外部へ引き出される導出部１１を有する。被覆チューブ６、７は、導出部１１から引き出されたリード線２０および外部導入線８、９を被覆する。シール材１８は、導出部１１に設けられ、導出部１１と、被覆チューブ６、７の導出部１１側と、被覆されたリード線２０および外部導入線８、９の接続部２１と、を絶縁する。口金４、５は、封止部２ａが挿入される開口部１４と、封止部２ａを収容する収容部１５と、収容部１５内から外部へ外部導入線８、９を挿通させる貫通穴１６と、を有する。充填剤１９は、口金４、５の開口部１４を塞ぐように封止部２ａと収容部１５との間に充填される。これにより、実施形態１に係るヒータ１によれば、防水性を保ちつつ、シール材１８の使用に伴う多層膜３の劣化を抑制することができる。

また、実施形態１に係る口金４、５は、収容部１５と口金４、５の外部とを連通させる切欠部１７を有し、切欠部１７が充填剤１９によって塞がれており、切欠部１７は導出部１１よりも発光管２側に設けられている。これにより、収容部１５内に封止部２ａが収容された状態で収容部１５内への充填剤１９の適切な充填が容易となり、多層膜３の劣化を抑制することができる。また、多層膜３の劣化の要因となる物質が発光管２の表面に形成された多層膜３に到達しにくくなり、多層膜３の劣化を抑制することができる。

［実施形態２］
図３は、実施形態２に係るヒータを示す断面図である。実施形態２に係るヒータ１は、図２に示した実施形態１に係るヒータ１と比較して、環状部材２２をさらに備える点が異なる。すなわち、ヒータ１は、第１外部導入線８と第１被覆チューブ６との間に環状部材２２を有する。なお、図３において、実施形態１に係るヒータ１と同一部分には、同一符号を付する。

環状部材２２は、例えば遮水性を有するシリコーンゴム製のＯリングである。第１外部導入線８と第１被覆チューブ６との間に環状部材２２を配置することにより、第１外部導入線８と第１被覆チューブ６との間からの水の侵入がさらに抑えられる。特に、ヒータ１を図示しない灯具に設置する際、第１外部導入線８を例えば１８０°折り曲げる場合であっても、環状部材２２が第１外部導入線８に設置されることで、環状部材２２と第１外部導入線８との接触を確実とすることができるため、防水性を確保する上で好適である。

このように、実施形態２に係るヒータ１は、外部導入線８、９と被覆チューブ６、７との間に設けられた環状部材２２をさらに具備する。これにより、防水性をさらに高めることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ ヒータ
２ 発光管
２ａ 封止部
３ 多層膜
４ 第１口金
５ 第２口金
６ 第１被覆チューブ
７ 第２被覆チューブ
８ 第１外部導入線
８ａ 芯線
９ 第２外部導入線
１０ 発熱体
１１ 導出部
１２ 金属箔
１４ 開口部
１５ 収容部
１６ 貫通穴
１７ 切欠部
１８ シール材
１９ 充填剤
２０ リード線
２１ 接続部
２２ 環状部材
３０ 空隙

Claims (3)

1. 内部に発熱体が設けられた発光管と；
   前記発光管の外周面に形成された多層膜と；
   前記発熱体と電気的に接続された金属箔と；
   前記金属箔と電気的に接続されたリード線と；
   前記リード線と接続された接続部を有する外部導入線と；
   前記金属箔および前記リード線の一部が埋設され、前記発光管の内部を封止するように前記発光管に形成され、前記リード線が前記発光管の外部へ引き出される導出部を有する封止部と；
   前記導出部から引き出された前記リード線および前記外部導入線を被覆する被覆チューブと；
   前記導出部に設けられ、前記導出部と、前記被覆チューブの前記導出部側と、前記被覆された前記リード線および前記外部導入線の接続部と、を絶縁するシール材と；
   前記封止部が挿入される開口部と、前記封止部を収容する収容部と、前記収容部内から外部へ前記外部導入線を挿通させる貫通穴と、を有する口金と；
   前記口金の前記開口部を塞ぐように前記封止部と前記収容部との間に充填された充填剤と；
   を具備する、ヒータ。
2. 前記外部導入線と前記被覆チューブとの間に設けられた環状部材；
   をさらに具備する、請求項１に記載のヒータ。
3. 前記口金は、前記収容部と前記口金の外部とを連通させる切欠部を有し、前記切欠部が前記充填剤によって塞がれており、前記切欠部は前記導出部よりも発光管側に設けられている、請求項１または２に記載のヒータ。

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