专利名称：加热器的制作方法
技术领域：
本发明是关于在建筑物内的暖房等当中以合适的碳素纤维作为发热体构成的加热器。
背景技术：
加热器中以碳素纤维([carbon fiber]或[CFCH])作为发热体构成的碳素加热器，由于碳素纤维的优良特性，具有以下的效果。
1)碳素纤维质量很轻，作为发热体应用于加热器，能够减轻加热器整体重量。
2)碳素纤维具有柔软性，能够很容易地配置在耐热玻璃内进行制造。
3)碳素纤维在发热时发射远红外线，能够得到远红外线效果。
4)碳素纤维能够根据形成根数方便地调整粗细和长短，能够自由地改变电阻。
但是，碳素纤维除了具有上述(1)到(4)提到的优良特性之外，还具有以下缺点。
1)为了加大发热量，通常将碳素纤维卷曲成线圈状，并将其放入玻璃管内使用。但是，由于碳素纤维本身具有柔软性，直立使用的时候如果没有支撑结构进行支撑，经过一定时间，下部将被自身重量压缩使线圈间隔变窄，相反上部线圈间隔则变宽，从而无法实现稳定均匀的发热。
此外，在防振性能上也有问题，搬运时碳素加热器受到振动，如果没有碳素纤维的支撑结构或固定结构，则耐热玻璃管内的碳素纤维将接触耐热玻璃内壁，一旦长时间使用，玻璃管有由于热变形而破裂的危险。
2)使用碳素纤维的碳素加热器，开始发热后的升温时间相比镍铬合金线加热器等要长，而且发光量要少，因此不容易从外部判断发热状态。
针对上述问题提出了下述专利文献1。
所述专利文献1的[发热结构体]在沿长度方向配置多个突起部，并在长度方向相邻的突起部之间形成了有凹部的芯材，该芯材可以在每个凹部缠绕碳素纤维(carbon fiber)。
这样，芯材就可以通过突起部接触玻璃管，从而可以将碳素纤维不接触玻璃管直接配置在玻璃管内。
特别是，缠绕碳素纤维后，为了不阻碍碳素纤维发热，要尽量减少碳素纤维与芯材接触的部位，为此在轴向形成了间隙。但是，由于配置了碳素纤维的所述凹部两侧具有所述突起部，芯材和缠绕于突起部的碳素纤维相接触，结果会阻碍碳素纤维的发热。
此外，下述专利文献2中公示了[加热管]。所述专利文献2的[加热管]由耐热纤维系的线状体和能螺旋状缠绕的碳素纤维系形成可挠性发热本体，该可挠性发热本体通过多个固定环固定在密封管内。
这里提到的缠绕碳素纤维系的线状体，是由石英玻璃、石棉、陶瓷等耐热性纤维编织而成的，并不是线状体自身发热。
而且，因为线状体具有柔韧性，所以作为发热体的碳素纤维系会由于自重或振动以及长时间使用而无法保持其形态。
特开2005-26095号公报[专利文献2]特开2004-335350号公报发明内容本发明是关于碳素纤维发热体和具有形状保持能力的发热体组合而成的发热体，目的是提供既能保持碳素纤维自身优良性能，又赋予其在单纯由碳素纤维组成时根本无法实现的形状保持性能和防振性能的加热器。
本发明为一种在玻璃管内部收容了长尺状发热体，向发热体通电使其发热的加热器；特点是所述发热体由具有柔软性的长尺状碳素纤维发热体和限制碳素纤维发热体在玻璃管内形变的长尺状限制体构成；所述限制体由能保持收容于玻璃管时的形状的形状保持性材料，同时供电时发热的电阻材料形成；在玻璃管轴向两端部具有支持部，能够分别固定支撑限制体的轴向两端部，使所述发热体沿玻璃管轴向配置。
上述形状保持性材料采用收容于玻璃管内时不接触玻璃管也能够保持沿玻璃管轴向配置的形状的具有刚性的金属等材料。
上述限制体，可以由含有镍铬合金、钼、钨、铁铬合金(Fe.Cr)、铜镍合金、不锈钢等金属发热体的电阻材料或含有碳、碳化硅、坎萨尔斯铬铝电热丝等非金属发热体的电阻材料形成。
上述电阻材料中，所述限制体最好由镍铬合金构成。
众所周知，镍铬合金具有很好的抗氧化性，此外在高温中长时间使用也不会出现性能恶化的现象。
特别是，上述支持部由在通电状态下连接发热体的连接部形成，上述连接部具有能够插入碳素纤维发热体和限制体轴向端部从而固定发热体的孔部。
上述结构的加热器，只要将发热体端部插入连接部的孔部即可牢固地固定发热体，此外，即使产生振动的时候，与单独插入碳素纤维发热体时不同，通过与限制体一同插入，从而提高碳素纤维发热体插入孔部的部分的形状保持性能，因此没有发热体从孔部脱离的危险。
此外，本发明的加热器，所述限制体配置于所述玻璃管内的中心轴线上，所述碳素纤维发热体对于所述限制体沿轴向以螺旋状缠绕安装。
本发明的加热器，具有2个所述碳素纤维发热体，使该2个碳素纤维发热体分别沿所述限制体的轴向相互错开，并对于所述限制体沿同一方向以螺旋状缠绕。
本发明的加热器，将所述碳素纤维发热体和所述限制体以螺旋状相互缠绕构成。
本发明的上述发热体由在构成所述碳素纤维发热体的多个碳素纤维内部，沿碳素纤维发热体的轴向配置所述限制体构成。
本发明的加热器，由于限制体自身由电阻材料组成，能够组合碳素纤维发热体和限制体各自发热时的特性进行发热。
特别是，本发明所述的加热器，限制体由镍铬合金构成，能够发挥镍铬合金发热时升温快的特性。通电后，由镍铬合金构成的限制体更快发热，可以通过镍铬合金代替碳素纤维发热体升温所需的时间，此外第三者可以直接确认发热体发热状态，因此具有确保安全性的效果。
图1是实施例1的碳素加热器正面示意图；图2是图1中A区域的说明图；图3是将实施例1的碳素加热器的轴向一侧端部以轴向剖面表示的说明图；图4是显示实施例1的碳素加热器的轴向一个部位的圆周剖面的说明图；图5是直线形状的碳素加热器的正面示意图；图6是将实施例2的碳素加热器的轴向一侧端部以轴向剖面表示的说明图；图7是实施例3的碳素加热器的轴向一侧端部的说明图；
图8是实施例4的碳素加热器的轴向一侧端部的说明图；图9是另一种碳素加热器的说明图；图10(a)是另一种碳素加热器的正面示意图，(b)是又一种碳素加热器的正面示意图。
符号说明11、21、31、41、51碳素加热器12、22、32、42发热体13、53石英玻璃管16连接部16a孔部17、37、47碳素纤维发热体18、38镍铬合金线具体实施方式
通过下面的附图对本发明一种实施方式进行说明。
实施例1图1是马蹄形碳素加热器11的外观示意图，图2是图1的A部分的玻璃管内部结构示意图。本实施例的碳素加热器11如图1及图2所示，由线状发热体12、具有耐热性的无色透明的石英玻璃管13(以下称[玻璃管13])构成。
上述玻璃管13整体略微成细长的圆管状，正面看去为马蹄形状。
在玻璃管13轴向两端部，经玻璃管内外连通了不锈钢制成的引导线14。玻璃管13轴向两端部形成了通过热熔焊接而密封的密封端部15，确保玻璃管13内部(以下称[玻璃管13内])保持真空状态或密封惰性气体的状态。特别是，上述密封端部15上固着了陶瓷体15a，用于固定玻璃管13两端部的引导线14。
如图3所示，沿引导线14的长度方向的玻璃管13内侧形成线圈状，并在中心直立设置了具有能够插入发热体12端部的孔部16a的连接部16。
另外，图3是用一部分剖面表示碳素加热器11轴向一侧端部的内部结构示意图。
沿引导线14长度方向的玻璃管13外侧由具有耐热性以及绝缘性的密封部件覆盖，而且虽然图中没有图示，但与电极相连接。
另一方面，发热体12如图2及图3所示，由碳素纤维发热体17和镍铬合金线18(Ni.Cr线)形成，并如图4所示，沿轴心配置，使其与玻璃管13轴心一致。
另外，图4是玻璃管13轴向指定部位的剖面示意图。
此外，碳素纤维发热体17是将多个碳素纤维(carbon filament)捻成线状，使其具有可自由弯曲的柔软性。与此相比，镍铬合金线18具有可挠性，而且具有形状保持性(刚性)，能够保持根据玻璃管13轴向形状变形后的形状。
当然，本实施例中虽然使用了镍铬合金线18，但只要是具有形状保持性的材料，除镍铬合金线18以外还可以使用由铁铬合金线(Fe.Cr线)、铜镍合金线、不锈钢线、钨等具有热传导性的电阻材料形成的单线或复线。
具体说明为，镍铬合金线18相比碳素纤维发热体17，粗细(截面积)只有1/10，而电阻值却比较大。因此，相比碳素纤维发热体17，使用镍铬合金线18能够抑制电力消耗。
上述镍铬合金线18在玻璃管13内按轴向形状配置，其外表面有2根线状的碳素纤维发热体17、17以螺旋状(spiral)缠绕在包含镍铬合金线18轴向两端部的整个轴上。
上述2根碳素纤维发热体17、17分别具有相同的长度和直径，并在镍铬合金线18外表面按同一方向以螺旋状缠绕。
不过，碳素纤维发热体17、17相对镍铬合金线18的缠绕形态并没有特殊限制，本实施例中，沿发热体12轴向，以碳素纤维发热体17之间的镍铬合金线18可见，并且2根碳素纤维发热体17、17间留有互不重叠的间隔，沿轴向相互错开地缠绕在镍铬合金线18上。
如上所述，即使发热体12由2根碳素纤维发热体17、17构成，由于在中心轴配置了具有高形状保持性的镍铬合金线18，所以能够大大提高碳素纤维发热体17的形状保持性能。
即、柔软的碳素纤维发热体17螺旋状紧密附着在具有较高形状保持性的镍铬合金线18上，从而保持沿玻璃管13内轴向配置的形状。
此外，上述发热体12沿长度方向一直到端部，在镍铬合金线18外表面都缠绕了碳素纤维发热体17、17。因此，可以将镍铬合金线18以及碳素纤维发热体17、17的端部一起插入连接部16的孔部16a，保持通电状态。
这样，发热体12就可以通过连接部16以从发热体12长度方向的两端部沿玻璃管13轴心配置的状态固定支撑。
这里，还可以如图3所示，在连接部16和插入连接部16的孔部16a的发热体12之间通过具有导电性的筒状导电部件19连接。通过导电部件19，可以进一步确保通电状态，同时能够使发热体12的端部插入孔部16a更为牢固。
接着，对上述碳素加热器11的制造方法进行说明。
发热体12在封入玻璃管13之前，事先在直线状镍铬合金线18的外表面螺旋状缠绕2根线状的碳素纤维发热体17。
从玻璃管13轴向一侧端部将发热体12插入玻璃管13内，按玻璃管13轴向形状进行变形，同时配置在玻璃管13内。
另外，将发热体12插入玻璃管13时，要将发热体12长度方向的端部适当地剪短，以保证镍铬合金线18外表面缠绕的碳素纤维发热体17不会松开，也可以用胶带等固定材料固定镍铬合金线18以及碳素纤维发热体17插入(没有图示)。
如上所述，将发热体12收容在玻璃管13内，并将发热体12长度方向的两端部分别连接在对应的玻璃管13端部的连接部16。连接时，只需将发热体12轴向两端部分别插入对应的连接部16的孔部16a即可。
此外，将玻璃管13端部进行热熔焊接，使玻璃管13内保持真空状态或惰性气体填充状态，并且固定安装陶瓷部15a，用于在玻璃管13密封端部15固定引导线14。
通过以上过程即可作为碳素加热器11使用，但本实施例的碳素加热器11，还要进行镍铬合金线18的淬火工程。
具体说明为，本实施例的碳素加热器11的额定电压为110V，可以有意地对该碳素加热器11载入200V的高电压。这样，能够使镍铬合金线18的组织结晶化，进一步硬化镍铬合金线18。
本实施例的碳素加热器11经过上述淬火过程制造，从而能够大大提高发热体12的形状保持性能。即、镍铬合金线18本身就具有形状保持性，通过淬火，虽然直径比较细，但能够更牢固地固定柔软的碳素纤维发热体17。
即、通过将碳素纤维发热体17缠绕在这种镍铬合金线18上配置于玻璃管13内，即使产生振动或经过较长时间使用也不会变形，能够被镍铬合金线18牢固地固定。
具体说明为，不会像以往单纯以螺旋状碳素纤维发热体17作为发热体的加热器，经过长时间使用，出现玻璃管轴向的中央部位松弛，偏向两端的情况。
这样，发热体12就可以在长度方向各个部位均匀地发出热量。此外由于提高了加热器11发热体12的抗振动性，不会出现频繁接触玻璃管13，使玻璃管13因热变形而破损的现象。
特别是，如上所述，发热体12以直线形状配置在玻璃管13轴心上(中心轴上)后通过高电压进行淬火，可以使镍铬合金线18对应玻璃管13的弯曲形状，很容易配置。
此外，使用本实施例的碳素加热器11，还可以得到如下各种效果。
发热体12的中心轴上配置了镍铬合金线18，并在镍铬合金线18上缠绕了碳素纤维发热体17，将镍铬合金线18和碳素纤维发热体17的端部插入连接部16的孔部16a，固定发热体12长度方向的两端部，牢固地保持发热体12配置在玻璃管13内的状态。
此外，将具有形状保持性的镍铬合金线18插入孔部16a，同时其外表面的碳素纤维发热体17紧密附着固定在连接部16，即使产生振动，也不会出现拔出的现象。
具体说明为，将柔软的碳素纤维发热体17插入孔部16a，不会出现由于振动而从孔部16a拔出的现象，因此无需螺钉固定等其它防止脱离方案，以避免发热体12从连接部16脱离。
此外，虽然碳素纤维发热体17存在从打开碳素加热器11的电源开关(没有图示)到升温需要一定时间的问题，但是通过组合使用升温时间相比碳素纤维发热体17短的镍铬合金线18，在打开电源开关的同时，即可使发热体12发热。
这样，在打开电源开关的同时，镍铬合金线18就会变红发光，能够用肉眼确认发热体12的发热状态，达到确保安全性的效果。
实施例1的碳素加热器11具有2根碳素纤维发热体17，相比只有1根的情况，能够进一步发挥远红外线效果等碳素纤维具有的特性。
此外，将发热体12的轴向端部插入连接部16的孔部16a时，能够在进一步与连接部16紧密附着的状态下插入孔部16a，从而牢固地安装。
在上述实施例中虽然对马蹄形碳素加热器11进行了说明，但也可以如图5所示，使用在直线状玻璃管53内收容发热体12的直线状加热器51。
直线形状的碳素加热器51在直立配置时，更能够体现其效果。
当然，不只限于上述形态，采用线圈形状等其它形状的加热器也无关紧要。
实施例2下面，利用图6对实施例2的碳素加热器21进行说明。图6是实施例2的碳素加热器21与图3对应的示意图。特别是下面说明的碳素加热器21的结构中，与实施例1的碳素加热器11相同的结构用同一符号标记，并省去说明。
如图6所示，碳素加热器21具有在镍铬合金线18上沿轴向缠绕1根碳素纤维发热体17构成的发热体22。
上述结构，由镍铬合金线18和碳素纤维发热体17构成发热体12，除上述效果外，还可以得到以下效果。
在发热体22的轴向，镍铬合金线18的可视比例相比实施例1的发热体12有所提高，即使在打开电源开关的瞬间，第三者也可更容易地用肉眼确认发热体22的发热状态。
此外，发热体22的结构变得简单，具有容易制造的效果。
实施例3碳素加热器31可以由如图7所示的形态构成。图7是实施例3的碳素加热器21与图3对应的示意图。
即、在实施例3的发热体32中不仅是碳素纤维发热体37，连镍铬合金线38也采用螺旋状，将碳素纤维发热体37和镍铬合金线38相互缠绕配置于玻璃管13的轴心。
另外，碳素纤维发热体37和镍铬合金线38对一侧的缠绕数或螺旋间隔可以互不相同。
通过上述结构构成碳素加热器31，可以得到以下效果。
增强了碳素纤维发热体37和镍铬合金线38的一体性，在向玻璃管13内插入发热体32时，能够确实避免碳素纤维发热体37和镍铬合金线38相互解开的问题。
特别是，通过增强碳素纤维发热体37和镍铬合金线38的一体性，镍铬合金线38能够更加确实地保持碳素纤维发热体37的形状。从而能够提高发热体32的抗振动性能。
实施例4利用图8对实施例4的碳素加热器41进行说明图8是放大玻璃管13轴向一个部位，以剖面表示发热体42长度方向该部位的示意图。
实施例4的发热体42如图8(a)所示，沿中心轴配置了镍铬合金线18，并在镍铬合金线18外表面缠绕了多个碳素纤维47a(carbon filament)构成的碳素纤维发热体47，形成一体。
这样，发热体42内置了具有形状保持性的镍铬合金线18，与单纯由碳素纤维形成的发热体不同，具有形状保持性。
因此，发热体42即使在收容于玻璃管13后，也能如图8所示，沿玻璃管13轴向保持螺旋状。
至于螺旋状形态，在直线状配置的发热体42插入玻璃管13之前，将其缠绕于棒状部件，即可容易地变形成螺旋状。特别是，可以取出棒状部件，将螺旋状的发热体42直接插入玻璃管13。
通过使用上述碳素纤维发热体42，能够进一步提高碳素纤维发热体47和镍铬合金线38的一体性，紧密附着性，再插入到玻璃管13时，不会出现碳素纤维发热体47和镍铬合金线18相互解开的问题。
特别是，发热体42的碳素纤维发热体47在镍铬合金线38外表面不会与其它部件接触，因此不会被其它部件阻碍发热，从整个外表面有效地进行发热。
发热体不限于上述结构，只要是将碳素纤维发热体与镍铬合金线等具有形状保持性的部件固定组合的形态即可。例如，上述发热体也可以采用在玻璃管13轴线上配置的碳素纤维发热体外表面缠绕螺旋状镍铬合金线的结构。
此外，上述碳素加热器11、21、31、41也可采用下述结构。即、如果以实施例1的碳素加热器11结构为基础进行说明，发热体12可以如图9所示，在插入到连接部16的孔部16a的状态下，将镍铬合金线18的端部不经过碳素纤维发热体17，而与连接部16连接，保持通电状态。这种连接，可以通过使用锡铅合金热焊接形成的焊接部18a实现一体化。
通过上述结构，更加增强了发热体12和连接部16的一体性，即使碳素加热器11受到振动，也不会出现发热体12从孔部16a拔出的现象。
此外，碳素加热器11、21、31、41不限于上述形态。例如，可以采用如图10(a)所示，切开圆周的一部分，将切开部分相对的端部向外侧突出的形态，或采用如图10(b)所示，切去圆周一部分的圆弧形态等，并不限于正面看去形状为马蹄形的结构，可以采用其它形态的结构。
如上所述，碳素加热器11、21、31、41不仅能够得到上述各种效果，而且并不限于上述实施例的形态，还可以由其它各种结构形成。
此外，上述实施方式和本发明结构的对应关系如下实施方式的碳素加热器11、21、31、41对应于本发明的加热器，同样，石英玻璃管13对应玻璃管，本发明并不限于上述实施方式的结构，可以如上所述，得到多种实施方式。
权利要求
1.一种加热器，该加热器在玻璃管内部收容有长尺状发热体，且当给发热体通电后能发热；所述发热体由具有柔软性的长尺状碳素纤维发热体和限制碳素纤维发热体在玻璃管内形变的长尺状限制体构成；所述限制体由能保持收容于玻璃管时的形状的形状保持性材料同时当供电时能发热的电阻材料形成；在玻璃管的轴向两端部具有支持部，能够分别固定支撑限制体的轴向两端部，使发热体沿玻璃管轴向配置。
2.根据权利要求1所述的加热器，其中所述限制体由镍铬合金构成。
3.根据权利要求1所述的加热器，其中所述限制体由钼、不锈钢、铁铬合金或者铜镍合金形成的金属发热体构成。
4.根据权利要求1所述的加热器，其中所述限制体由碳化硅或坎萨尔斯铬铝电热丝形成的非金属发热体构成。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的加热器，其中所述支持部由使发热体保持通电状态的连接部形成，所述连接部具有能够插入所述碳素纤维发热体和所述限制体的轴向端部从而固定所述发热体的孔部。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的加热器，其中所述限制体配置于所述玻璃管内的中心轴线上，所述碳素纤维发热体沿所述限制体的轴向以螺旋状缠绕安装。
7.根据权利要求6所述的加热器，该加热器具有2个碳素纤维发热体，该2个碳素纤维发热体分别沿所述限制体的轴向相互错开，并相对所述限制体沿同一方向以螺旋状缠绕。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的加热器，该加热器由所述碳素纤维发热体和所述限制体以螺旋状相互缠绕构成。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的加热器，其中所述发热体通过在构成碳素纤维发热体的多个碳素纤维的内部沿所述碳素纤维发热体的轴向配置所述限制体而构成。
全文摘要
本发明公开了一种由碳素纤维发热体和具备形状保持能力的发热体所组成的发热体，目的是提供在保持碳素纤维自身优良性能的同时，能够具有在单纯由碳素纤维组成的发热体根本无法实现的形状保持性能和防振性能的状态下发热的加热器。由具有柔软性的长尺状碳素纤维发热体17和限制碳素纤维发热体17在玻璃管13内形变的长尺状限制体18构成发热体12，并收容于玻璃管13内部，限制体18由能够保持收容于玻璃管13时的形状的形状保持性材料，同时当供电时能发热的电阻材料18、38形成，加热器11在玻璃管13轴向两端部具有支持部16，能够分别固定支撑限制体18的轴向两端部，使发热体12沿玻璃管13轴向配置。
文档编号H05B3/14GK101083855SQ20061009886
公开日2007年12月5日 申请日期2006年7月17日 优先权日2006年6月1日
发明者芝田耕藏 申请人:株式会社天美