JP2003045622A

JP2003045622A - 赤外線電球、その発熱体及び同発熱体の製造方法

Info

Publication number: JP2003045622A
Application number: JP2001232353A
Authority: JP
Inventors: Kenji Higashiyama; 健二東山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2003-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】発熱体の抵抗値を広範囲に変化させることの
可能な、低ワット或いは高ワット或いは高電圧用の赤外
線電球を提供する。【解決手段】板状或いは棒状或いはパイプ状の耐熱性
及び電気絶縁性を持つ基材の表面に面状或いはコイル状
の発熱体層を形成した発熱体の両端部に黒鉛ブロックを
接合し、該黒鉛ブロックの他端部に内部リード線を密な
嵌め合せで接続し、それを石英ガラス管に封止し、不活
性ガスで密封する。前記発熱体層は、炭素或いは黒鉛、
金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、金属硼化物、金
属珪化物の導電性粉末の１種或いは２種類以上のものと
結合材とを用いて、スパッター法、溶射法、印刷法、転
写法や描画法等で基材表面に被着し、乾燥焼成して形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱性及び電気絶
縁性を持つ基材の表面に薄膜または厚膜の発熱体層を形
成した発熱体を有する赤外線電球（すなわち赤外線ラン
プ）、その発熱体及び同発熱体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の加熱用熱源としては、ステンレス
スチール等の管に発熱体を挿入し、酸化マグネシウムを
絶縁材料として用いた構造のシーズヒーターや、ニクロ
ム線をコイル状に巻いた物を不透明石英ガラス管中に入
れたニクロム線ヒーターなどのヒータータイプのものが
ある。また、タングステン線をコイル状に巻いて形成し
たフィラメントを石英ガラス管に挿入し、内部に不活性
ガスを密封したランプや、不活性ガス中に少量のハロゲ
ン化合物を含むガスを密封したハロゲンランプなどのラ
ンプタイプのものがある。この中でも従来はハロゲンラ
ンプが主流であった。しかし、ニクロム線ヒーターなど
のヒータータイプのものは、電源投入後の温度上昇速度
が極端に遅いという問題を有していた。またハロゲンラ
ンプなどのタングステン線を用いたランプタイプのもの
は、電源投入時に大きなラッシュ電流が流れ、電源変動
により制御回路の動作に問題を生じるおそれがあるとと
もに、ノイズにより周辺機器に悪影響を及ぼすなどの問
題を有していた。

【０００３】これらの問題を解決するため発熱体に炭素
系物質の焼結体を用いるよう改良したランプタイプの赤
外線電球が、特開平１１−５４０９２号公報に開示され
ている。この赤外線電球についてその構造を示す図１２
を参照しつつ説明する。図１２において、この従来の
赤外線電球においては、炭素系材料を焼結して形成した
棒状の発熱体６５の両端部に、それぞれ内部リード線６
８ａ、６８ｂの一端部のコイル状部６６ａ、６６ｂを密
な嵌め合せで挿入し、電気的接続を形成している。

【０００４】図示していないがこのコイル状部６６ａ、
６６ｂの外径部にはそこを締め付け固定するためにステ
ンレス製スリーブが巻き付けられている。また、前記内
部リード線６８ａ、６８ｂの途中部分には、発熱体６５
に引っ張り力を与えるためのスプリング部６７ａ、６７
ｂを有している。前記内部リード線６８ａ、６８ｂの他
端部は、外部リード線１０ａ、１０ｂが溶接されたモリ
ブデン箔９ａ、９ｂの他端部に溶接接合され、こうして
発熱体構体が形成されている。この発熱体構体を石英ガ
ラス管１の内部に挿入し、前記モリブデン箔９ａ、９ｂ
の部分で石英ガラス管１の両端部を溶融封止して、石英
ガラス管１の内部には不活性ガスが密封されている。

【０００５】このようにして形成された従来の赤外線電
球は、発熱体に炭素系物質を使用しているため電源投入
時のラッシュ電流がなく、発熱体の熱容量が小さいため
温度上昇も早いという特徴を有している。さらに、発熱
体の炭素系物質の放射率が黒体に近い０．８７程度なの
で、高い放射率を示し省エネルギー効果が大きいといわ
れている。しかし、上述の従来の赤外線電球において
は、発熱体自体が１０００℃以上になるため、内部リー
ド線６８ａ、６８ｂのそれぞれの発熱体６５との接合部
であるコイル状部６６ａ、６６ｂが高温になりその接合
部分の信頼性に問題が生じていた。

【０００６】本発明者らはその問題を解決するよう赤外
線電球を改良した。その改良は特開２０００−３０６６
５７号公報に開示されている。その赤外線電球の構成
は、炭素系物質の発熱体の両端部に電気及び熱の良導体
である黒鉛ブロックを接合し、該黒鉛ブロックの外径部
に内部リード線の一端部を密な嵌め合せで巻き付け、電
気的接続を形成したものである。同構成の赤外線電球に
よれば、黒鉛ブロックが熱の放熱体として働き、内部リ
ード線との接合部の温度上昇を抑制して接合部分の信頼
性を向上させている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した先行発明の、
炭素系物質の焼結体を発熱体として用いた赤外線電球
は、下記の問題を有していた。即ち、広範囲のワット数
の赤外線電球を作成しようとすれば、発熱体自体の抵抗
値を自由に変化させねばならない。炭素系物質の焼結体
で形成した発熱体で抵抗値を高くするためには、電導物
質である炭素の固有抵抗が大きく変えられないため、炭
素成分を減らして、結合材料や絶縁材料の含有量を増や
す必要がある。ところが、この発熱体においては炭素成
分自体が結合材となっているので、炭素成分を少なくす
ると発熱体の強度が低下し、振動衝撃に耐えられなくな
る問題があった。

【０００８】また、抵抗値を高くする方法としては、発
熱体の全長を長くすればよいが、それにも限界があり、
精々１．５〜２倍程度しか自由度は得られない。また、
発熱体の断面積を小さくすれば可能であるが、これも発
熱体の強度が低下するため限界がある。このような理由
のために発熱体の抵抗値を大きく変えることが困難であ
り、実用化できるワット数の範囲には制限があった。即
ち、３００〜１０００Ｗの範囲のランプは作成できるが
その範囲以外のものは実用化できなかった。また、上記
と同じ理由で電源電圧が２００〜２４０Ｖで使用できる
赤外線電球を作成するのも難しかった。

【０００９】また上記の先行例では、発熱体の製造方法
が押出成形によっており、必要とする形状の開口を有す
るダイス部から練り物状の発熱体材料を押し出して成形
していた。そのときに発熱体材料として硬いものや滑り
にくいものなどを用いると、ダイスの開口部が短時間に
摩耗して成形体の断面積が変化し、安定した抵抗値のも
のが作れない。そのため、材料選定に大きな制限を有し
ており、それも抵抗値を大きく変えられない一つの要因
となっていた。また、他の先行例として耐熱性及び電気
絶縁性を持つ基材上に発熱体層を形成した面状発熱体が
従来あったが、発熱体層が外部に露出しているためキズ
が付きやすく、また、空気中に発熱体層が露出している
ため一般的には５００〜６００℃以上の発熱温度は実現
できなかった。

【００１０】本発明は、使用電圧が数Ｖから６００Ｖ、
好ましくは５０Ｖから２４０Ｖで、消費電力が数Ｗから
２０００Ｗ、好ましくは５０Ｗから１０００Ｗの範囲の
炭素系発熱体を用いた赤外線電球（すなわち赤外線ラン
プ）を提供しようとするものである。また本発明は、発
熱体の発熱温度が自由に選択でき、かつ発熱部の長さや
形状が自由に選択でき、かつ、従来の炭素系発熱体を用
いた赤外線電球の特徴を失うことなく、高放射率の赤外
線電球を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の赤外線電球は、
耐熱性及び電気絶縁性を持つ基材の表面に発熱体層を形
成した発熱体、前記発熱体の両端部にそれぞれリード線
を接続した発熱体構体（アセンブリ）、及び前記発熱体
構体を内部に挿入し、前記リード線を端部から外部に導
出した耐熱性管を有することを特徴とする。

【００１２】この構成によれば、耐熱性及び電気絶縁性
を持つ基材の表面に薄膜または厚膜の発熱体層を形成し
ているために、発熱体層の断面積を極めて小さくするこ
とができる。また、発熱体層の形状を単純な面状とする
以外に線状パターンに加工することも容易にできるた
め、発熱体層のネット（実質上）の長さも大幅に長くで
きる。また発熱体層を機械的強度を有する耐熱性及び電
気絶縁性を持つ基材の表面に形成するので、発熱体層自
体に大きな強度が要求されず、そのために材料や形状、
厚さの選択に大きな自由度を有している。その結果、広
範囲の抵抗値の発熱体を強度による制約を受けずに形成
できる。したがって、使用電圧が数Ｖから６００Ｖ、好
ましくは５０Ｖ〜２４０Ｖで、消費電力が数Ｗから２０
００Ｗ、好ましくは５０Ｗから１０００Ｗの範囲の炭素
系物質を用いた赤外線電球を提供できる。また、発熱体
の発熱温度が自由に選択でき、かつ発熱部の長さや形状
が自由に選択でき、かつ従来の炭素系物質の焼結体を発
熱体とした赤外線電球の特徴を失うことなく、高放射率
の赤外線電球が提供できる。

【００１３】また、発熱体を耐熱性管内に挿入した構造
なのでキズが付くこともなく、また、耐熱性管内に発熱
体を密封し内部を不活性ガスで充填したランプ構造のも
のが容易に作れるので、１０００℃以上の発熱温度のも
のが低価格で実現できる。剛直な耐熱性及び電気絶縁性
を持つ基材の表面に発熱体層を形成しているので、発熱
体層自体は剛直である必要はなく、赤外線電球の配置に
対する制限がない。即ち、従来のニクロム線やタングス
テン線コイルを用いたヒーター或いはランプは、使用条
件に制限があり、一般的にはコイルが水平となる状態で
しか使用できなかったが、本発明のものは、水平、垂直
いかなる方向でも使用することができる。

【００１４】本発明の他の観点による赤外線電球は、板
状、棒状、またはパイプ状の耐熱性及び電気絶縁性を持
つ基材の少なくとも一部の面に発熱体層を形成した発熱
体、前記発熱体の両端部にそれぞれ電気的に接続した耐
熱性及び電気伝導性を有するブロック、前記ブロックの
外周部にそれぞれ密な嵌め合せで接続したリード線、前
記リード線のそれぞれの端部を両端から外部に導出し、
かつ内部に不活性ガスを密封した石英ガラス管を有する
ことを特徴とする。

【００１５】この構成によれば、耐熱性及び電気絶縁性
を持つ基材の表面に発熱体層を形成した構造なので、従
来の赤外線電球の発熱体に比べ大幅に断面積を小さくで
きるため、抵抗値を大幅に変えることができる。その結
果、３００Ｗ以下或いは１０００Ｗ以上の赤外線電球が
容易に実現できる。また、発熱体を石英ガラス管に密封
し、内部を不活性ガスで置換した構造なので、発熱体を
より高温にしても酸化がおこらないため、６００℃以上
の高温度の赤外線電球が作成できる。その結果、従来の
面状発熱体で達成できなかった高温型の加熱源が提供で
きる。

【００１６】従来の面状発熱体では、膜状の発熱体層の
両端部に電源供給用のリード線を信頼性よく取り付ける
構造が確立されていなかった。ところが、本発明の赤外
線電球は、従来の炭素系物質を発熱体とした赤外線電球
やハロゲンランプの如き確立したリード線取り付け構造
が適用できるので信頼性の高いランプが実現できる。ま
た、発熱体のリード線取り付け部に熱伝導性の高いブロ
ックを介してリード線を取りつける構造なので、リード
線部が高温にならず長期間安定した接続が確保できる。

【００１７】本発明の他の観点による赤外線電球は、両
端部が実質的に同じ方向に終端する形状の耐熱性及び電
気絶縁性を持つ板状、棒状、またはパイプ状の基材の少
なくとも一部の面に発熱体層を形成した発熱体、前記発
熱体の両端部にそれぞれ電気的に接続した耐熱性及び電
気伝導性を有するブロック、前記ブロックの外周部にそ
れぞれ密な嵌め合せで接続したリード線、前記リード線
のそれぞれの端部を一方の端部から外部に導出し、かつ
内部に不活性ガスを密封した石英ガラス管を有すること
を特徴とする

【００１８】この構成によれば、上述した本発明の赤外
線電球の特徴をそのまま有しながら、リード線を石英ガ
ラス管の一方の端部から取り出すことができる。そのた
め、赤外線電球を各種の装置に取りつける場合、配線接
続が短距離で良くなり配線材料の節約ができる。また、
石英ガラス管の一端部が封止されているので、直接液中
に投入できる赤外線電球が実現できる。

【００１９】上記構成の赤外線電球において、前記ブロ
ックが、炭素または黒鉛材料から形成されているのが好
ましい。炭素または黒鉛材料は、高電気伝導性で、良好
な熱伝導性を有しているため熱の放熱性がよく、接合し
たリード線部の温度上昇を低く抑えることができる。そ
の結果、発熱体とリード線との接合部の信頼性が飛躍的
に向上できる。また、炭素または黒鉛材料は熱的に安定
な材料なので、発熱体が１０００℃以上になっても性能
変化が起こらず常に安定した接続状態が確保できる。

【００２０】上記構成の赤外線電球において、前記耐熱
性及び電気絶縁性を持つ基材が、石英ガラスまたは低熱
膨張性結晶化ガラスであるのが好ましい。発熱体の基材
として熱膨張係数が小さい石英ガラス或いは低熱膨張性
結晶化ガラスの板、棒またはパイプを用いることによ
り、温度の急激な変化でも破損することのない発熱体が
実現できる。また、その基材表面をサンドブラスト加工
しておくと、発熱体層と基材との接合強度が増加しより
信頼性の高い発熱体が形成できる。

【００２１】前記板状の耐熱性及び電気絶縁性を持つ基
材の一方の面または両方の面に、同一線幅或いは一部異
なる線幅部を有する一定膜厚の発熱体層、または一部異
なる膜厚部を有するパターンの発熱体層を形成するのが
好ましい。発熱体層が薄層で線状の発熱体が形成できる
ので、発熱体の長さを大きく変化させることが可能とな
り、広範囲のワット数のランプが形成できる。また、発
熱体の線幅を部分的に変化させたり、厚みを変化させる
ことが簡単にできるため、発熱体層のパターン内で発熱
温度を自由に制御できる。したがって特に温度分布が必
要な赤外線電球の場合には有効である。

【００２２】前記棒状またはパイプ状の耐熱性及び電気
絶縁性を持つ基材の表面に、同一ピッチ或いは一部異な
るピッチ部を有する一定膜厚のコイル状パターンの発熱
体層、または一部異なる膜厚部を有するコイル状パター
ンの発熱体層を形成するのが好ましい。棒状またはパイ
プ状の基材の表面にコイル状パターンの発熱体層を形成
するため、発熱体の全長が自由に設計でき、広範囲のワ
ット数のランプが実現できる。また、剛直な基材をベー
スにしているので、従来のタングステンコイルの如きコ
イルのタレ防止のサポート材が不要となり簡単な構造の
赤外線電球が実現できる。またその使用状態においても
水平状態或いは垂直状態など如何なる方向でも点灯でき
る赤外線電球が実現できる。

【００２３】前記リード線をタングステン線またはモリ
ブデン線から形成するのが好ましい。タングステンやモ
リブデンは非常に高い融点を有しているため、発熱体が
高温なっても安定した性能を維持できる。また、これら
の材料は適度のバネ性を有しているため、炭素または黒
鉛材料で形成した前記ブロックに巻き付けても密な嵌め
合せを長期間保持することができる。前記リード線が、
途中部分にコイル状スプリング部を有し、その外径が前
記耐熱性管の内径に実質的に同一または僅かに小さいの
が好ましい。発熱体の両端部に取りつけたリード線の途
中部分にコイル状スプリング部を有しているため、リー
ド線の両端に引っ張り張力を加えながら石英ガラス管に
封止すれば、発熱体に常に引っ張り張力が働き発熱時の
発熱体の熱膨張により伸びを吸収できる。また、コイル
状スプリング部の外径を挿入した石英ガラス管の内径に
実質的に同一の寸法に成形しているため、発熱体を常に
石英ガラス管の中央部或いは必要とする部分に保持する
ことが可能となる。その結果、振動や衝撃に強い赤外線
電球が提供できる。

【００２４】前記発熱体層の形成材料が、炭素、金属酸
化物、金属炭化物、金属窒化物、金属硼化物、金属珪化
物、またはこれらの少なくとも１つ以上の混合物或いは
組成物を含むのが好ましい。発熱体層が薄膜或いは厚膜
で形成できかつ膜厚が制御できるため、前記各種の導電
性材料が容易に使用できる。これらの材料は、融点が高
く高温でも安定な材料であり、石英ガラス管に封止し不
活性ガスで密封した構造なので、金属酸化物以外の材料
が使用可能となる。また、これらの材料は、その放射率
が黒体に近いものなので輻射による加熱に適した発熱体
を形成することができる。

【００２５】前記発熱体層の形成材料が、炭素、金属酸
化物、金属炭化物、金属窒化物、金属硼化物、金属珪化
物、またはこれらの少なくとも１つ以上の混合物或いは
組成物と結合材とを含むのが好ましい。発熱体材料と結
合材との混合物であるため、発熱体材料自体に耐熱性及
び電気絶縁性を持つ基材に対する接合能が無くても結合
材により基材に良く結合できるため、高融点の材料が使
用でき、かつ基材に強固に接合した発熱体層が実現でき
る。また、前記各種発熱体材料は単独または混合物或い
は組成物で使用でき、かつ結合材との混合比率を変える
ことにより広範囲の抵抗値を有する発熱体が実現でき
る。

【００２６】前記結合材が、金属酸化物であるのがさら
に好ましい。結合材に金属酸化物を用いているため、耐
熱性及び電気絶縁性を持つ基材として各種酸化物系の材
料が使用でき、基材との接着強度の強い発熱体層が形成
できる。前記発熱体層の形成材料の炭素が、易黒鉛化性
炭素或いは難黒鉛化性炭素またはそれらの混合物である
のがさらに好ましい。炭素系材料の電気伝導度は、易黒
鉛化性炭素が大きく、難黒鉛化性炭素が低い。これらの
電気伝導度の異なる２種類の炭素材料を使用することに
より、発熱体材料自体でも抵抗値を任意に設定すること
ができ、より抵抗値を自由に設定可能な発熱体層が実現
できる。また、難黒鉛化性炭素は、熱硬化性樹脂等の分
解時に形成されるが、熱分解時にはその材料が結合材と
しても働くので、発熱体層の安定性が増加し点灯或いは
消灯の如き熱サイクルにも抵抗値変化の少ない発熱体層
が形成できる。

【００２７】前記発熱体層の形成材料の金属酸化物が、
酸化ルテニウムであるのが好ましい。発熱体に酸化ルテ
ニウムを用いることにより、耐熱性管内を不活性ガス雰
囲気にする必要はなく空気雰囲気の赤外線電球が形成で
きる。また、前記発熱体層の形成材料の金属炭化物が、
炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ニオブ、炭化バナ
ジウム、炭化タンタル、炭化モリブデン、炭化タングス
テンの少なくとも１つを含むのがさらに好ましい。これ
らの金属炭化物の電気伝導度は、１３〜５２×１０^３／
Ω・ｃｍと金属材料に近い半導体材料であり、かつその
融点は２０００℃以上である。これらの材料は発熱体用
の抵抗材料に適した材料であり、その膜厚または結合材
との混合比を変えることにより低ワットから高ワットの
赤外線電球が作成できる。

【００２８】前記発熱体層の形成材料の金属窒化物が、
窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化バナジウム、窒化
ニオブ、窒化タンタル、窒化クロムの少なくとも１つを
含むのがさらに好ましい。これらの金属窒化物の電気伝
導度は５〜５６×１０^３／Ω・cmで、かつその融点は２
０００℃以上なので発熱体用の抵抗材料としては適した
材料であり、その膜厚または結合材との混合比を変える
ことにより広範囲のワット数の赤外線電球が作成でき
る。

【００２９】前記発熱体層の形成材料の金属硼化物が、
硼化チタン、硼化ジルコニウム、硼化ニオブ、硼化タン
タル、硼化クロム、硼化モリブデンの少なくとも１つを
含むのがさらに好ましい。これらの金属硼化物の電気伝
導度は２２〜１１０×１０^３／Ω・ｃｍで、かつそれら
の融点は１７００℃以上である。したがって、それらの
膜厚または結合材との混合比を変えることにより広範囲
のワット数の赤外線電球が実現できる。前記発熱体層の
形成材料の金属珪化物が、珪化チタン、珪化ジルコニウ
ム、珪化ニオブ、珪化タンタル、珪化クロム、珪化モリ
ブデン、珪化タングステンの少なくとも１つを含むのが
さらに好ましい。これらの金属珪化物の電気伝導度は１
〜８０×１０^３／Ω・ｃｍで、かつ高融点の材料なので
広範囲のワット数の赤外線電球が作成できる。特に炭
素、金属炭化物、金属窒化物、金属硼化物、金属珪化物
のうち２種類以上を混合して発熱体層を形成すれば、よ
り広範囲のワット数で小刻みに必要なワット数の赤外線
電球が実現できる。しかも、印加電圧が低電圧から２４
０Ｖと高電圧まで世界中の商用電源で使用できる赤外線
電球が提供できる。

【００３０】本発明の赤外線電球に用いる発熱体の製造
方法は、スパッタリング法または溶射法により、耐熱性
及び電気絶縁性を持つ基材の表面に発熱体層を形成する
ことを特徴とする。この製造方法によれば、スパッタリ
ング法または溶射法を用いて耐熱性及び電気絶縁性を持
つ基材上に発熱体層を直接形成できるので、発熱体層厚
の制御が容易であり必要とする発熱体層の抵抗値が正確
に得られる。

【００３１】本発明の他の観点による赤外線電球に用い
る発熱体の製造方法は、ディップ法、印刷法、転写法、
または描画法により、耐熱性及び電気絶縁性を持つ基材
の表面に発熱体層を塗布し、空気中或いは不活性ガス雰
囲気中で焼成して形成することを特徴とする。この製造
方法によれば、各種の発熱体材料と結合材、有機バイン
ダー及び粘度調節のための溶剤を加え練り合わせたペー
スト状の塗料を用いて、印刷法、転写法またはノズルか
ら吐出し発熱体を描く描画法により発熱体層のパターン
が容易に形成できる。このように、発熱体材料を選定
し、結合材との混合比を変えることにより、広範囲の抵
抗値の発熱体層が簡単に形成できる。このパターン形成
方法は厚膜ハイブリッドＩＣの量産で実績を有する製造
方法であり、本赤外線電球の発熱体層の形成に適用でき
る。また、不活性ガス雰囲気の焼成炉（コンベアー式）
を用いる生産方式をとれば、安価に発熱体を量産するこ
とができる。

【００３２】上記構成の発熱体の製造方法において、前
記耐熱性及び電気絶縁性を持つ基材の表面に形成された
発熱体層の少なくとも電流が流れる方向、またはそれに
所定の角度の方向にトリミングを施し、発熱体の抵抗値
を調節するのが好ましい。発熱体層の膜厚はＹＡＧレー
ザーでトリミングすることが可能な厚みなので、発熱体
層をトリミングし抵抗値を正確、かつ迅速に目的値に調
整することができる。特に抵抗値の粗調整には発熱体層
の電流が流れる方向と直角に、微調整は平行にトリミン
グすればより好適である。

【００３３】本発明の加熱装置は、上述した構成の赤外
線電球を用いた加熱、暖房、保温、乾燥、調理、医療、
焙煎、熟成、発酵、解凍、殺菌、または焼成装置であ
る。この構成によれば、任意の発熱特性を赤外線電球の
配線パターン（膜厚や材質及び、もしくは配線形状）を
変更することによりコンパクトで安価な発熱特性を有
し、かつ発熱体のより安定した品質を有する加熱装置を
提供できる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の赤外線電球（赤外
線ランプ）の好適な実施例について、添付の図面を参照
しつつ説明する。

【００３５】《実施例１》図１は、本発明の実施例１の
赤外線電球の平面図であり、図２は実施例１の赤外線電
球における発熱体と内部リード線接合用のブロックとの
接合方法の詳細を示した分解斜視図である。図１におい
て、実施例１の赤外線電球における発熱体３は、耐熱性
及び電気絶縁性を持つ石英ガラス板２の表裏両面に発熱
体層３ａ、３ｂが形成されている。発熱体３の両端部に
は、耐熱性及び電気伝導性を有する材料、例えば黒鉛丸
棒４ａ、４ｂに接着剤、例えば、黒鉛微粉末と熱硬化性
樹脂、例えばフェノール樹脂と有機溶剤を混合したペー
スト状の材料を塗布し接合し、乾燥後１０００℃で約１
時間焼成し硬化して接着した。

【００３６】前記黒鉛ブロック４ａ、４ｂの他端部に
は、内部リード線５ａ、５ｂ、例えば、モリブデン線或
いはタングステン線の一端部に形成したコイル状部６
ａ、６ｂを密な嵌め合せでねじ込み接続している。前記
内部リード線５ａ、５ｂの途中部分には、耐熱性管、例
えば透明石英ガラス管１の内径より少し小さいコイル外
径を有するコイル状スプリング部７ａ、７ｂを有してい
る。前記内部リード線５ａ、５ｂの他端部は、モリブデ
ン線で形成した外部リード線１０ａ、１０ｂが溶接され
たモリブデン箔９ａ、９ｂの他端部に溶接接合して発熱
体構体が形成されている。この発熱体構体を透明石英ガ
ラス管１内に挿入し、前記モリブデン箔９ａ、９ｂの部
分で透明石英ガラス管１の両端部を溶融して封止してい
る。この封止に先立ち、透明石英ガラス管１内の空気が
不活性ガス、例えば、アルゴンガスや窒素ガス或いはこ
れらの混合ガスで置換されており、酸化物以外の発熱体
層の形成材料を用いたとき発熱体層の酸化を防ぐように
している。

【００３７】次に、発熱体３と黒鉛ブロック４ａ、４ｂ
との接続方法の詳細について図２を参照しつつ説明す
る。図２において、例えば、石英ガラス板２の上表面に
発熱体層３ａが形成された発熱体３の両端部に前述した
ペースト状の接着剤を塗布する。その後、前記発熱体３
の厚みとほぼ等しいか僅かに大きい幅のスリット部８
ａ、８ｂを形成した黒鉛ブロック４ａ、４ｂのスリット
部８ａ、８ｂに接着剤を塗布した前記発熱体３の両端部
をそれぞれ挿入する。その後、１００〜２００℃で１時
間乾燥し、それを窒素雰囲気の電気炉で１０００℃で１
時間焼成し、前記発熱体と黒鉛ブロックを接合した。接
合の機構としては、接着剤中の有機樹脂分が分解し、炭
化する過程で接着力が生じている。

【００３８】次に、本発明の実施例１の赤外線電球にお
ける発熱体層について具体的に説明する。本発明の赤外
線電球は、耐熱性及び電気絶縁性を持つ基材である石英
ガラス板２の表面及び裏面にそれぞれ発熱体層３ａ、３
ｂを形成した構造の発熱体を用いたものである。発熱体
層に用いる抵抗となる材料としては、ある程度の導電性
が必要であり、かつ、ランプの点灯時の温度で溶けない
ことが必須の条件である。さらに輻射エネルギーを多く
放出させるためには発熱体材料の放射率が黒体の１に近
いものが好適である。これらの条件を満たす発熱体層の
形成材料としては、炭素、金属酸化物、金属炭化物、金
属窒化物、金属硼化物、金属珪化物などがある。この種
材料を用いて発熱体層を形成する発熱体の製造方法の一
例を印刷法を例にして図２を参照しつつ説明する。

【００３９】発熱体層の形成材料として、粒径１〜１０
μの硼化チタン粉末（日本新金属（株）製）２０ｗｔ％
にカオリン粉末５０ｗｔ％及び有機ビヒクル（粘度調整
材、分散材、チクソ性材、有機溶剤よりなる）３０ｗｔ
％を混合し、３本ロールのミキサーでよく混練してペー
スト状材料を作成する。図２に示すように、横幅６．５
ｍｍ、縦長さ２１０ｍｍ、厚み１ｍｍの石英ガラス板２
の両面（図示は片面のみ）に、スクリーン印刷法で前記
ペースト状材料を印刷する（スクリーンは２５０メッシ
ュのステンレス製網で、６ｍｍ×２１０ｍｍの印刷パタ
ーンを有している）。印刷した石英ガラス板２を１２０
〜１５０℃で１５分乾燥後、１０００℃〜１２００℃の
窒素雰囲気中で１時間焼成して両面に発熱体層３ａ、３
ｂを形成した発熱体３を作成する。

【００４０】このようにして作成した発熱体３の両端部
に前述した炭素系接着剤を塗付して、スリット内法幅
１．１ｍｍを有する６．５φｍｍ×１８ｍｍの黒鉛ブロ
ック４ａ、４ｂのそれぞれのスリット部８ａ、８ｂに挿
入し、１５０℃１時間乾燥後、窒素雰囲気炉中で１００
０℃で１時間焼成して接続する。図１に示したように、
発熱体３の両端部に接続した黒鉛ブロック４ａ、４ｂの
外周部に途中部分にスプリング部７ａ、７ｂ（外径φ
８．０ｍｍ）をそれぞれ有するφ０．７ｍｍのモリブデ
ン線で形成した内部リード線５ａ、５ｂを密な嵌め合せ
でコイル状に巻き付ける。

【００４１】内部リード線５ａ、５ｂのそれぞれの他端
部に３ｍｍ×８ｍｍの矩形で厚み２５μｍのモリブデン
箔９ａ、９ｂを溶接した。モリブデン箔９ａ、９ｂの他
端部にφ０．７ｍｍのモリブデン線を外部リード線１０
ａ、１０ｂとしてそれぞれ溶接し、発熱体構体を作成す
る。この発熱体構体を内径８．５ｍｍ、外径１０．５ｍ
の透明石英ガラス管１の中に挿入し、アルゴンガスを流
しながらモリブデン箔９ａ、９ｂの部分の透明石英ガラ
ス管１の両端部を溶融封止して赤外線電球を形成した。

【００４２】このようにして作成した赤外線電球を１０
００℃で２０００時間連続点灯したが安定に点灯した。
石英ガラス板２の表面をサンドブラスト処理を施したも
のは発熱体層３ａ、３ｂとの接合強度が増しより好適で
あった。また、石英ガラス板２の両面でなく片面のみに
発熱体層３ａまたは発熱体層３ｂを形成したものも問題
なく使用できることが実証された。石英ガラス板２への
発熱体材料のペーストの塗布は、石英ガラス板２の片面
または両面だけでなく、図３に示したように石英ガラス
板２の側面部を含む４面全周に発熱体層２０を塗布した
ものも何等問題なく使用できる。このような図３の形状
のものは、ペースト材料に有機溶剤を加え、粘度を低下
させた液状体中に浸漬して引き上げるディップ法で形成
することができる。その発熱体層２０の膜厚は、液状体
の粘度や石英ガラス板の引き上げ速度を変えることによ
りある程度調整することができる。

【００４３】本実施例１では、発熱体層の膜厚が全て同
一の形状のものについて説明したが、膜厚が部分的に異
なるものも形成して使用できる。即ち、異なるパターン
でスクリーン印刷を２回実施すれば部分的に膜厚の厚い
部分が形成できる。このような発熱体を形成すれば、膜
厚の厚い部分は電流が通りやすいため発熱温度が下が
る。即ち、発熱体のなかで発熱温度を制御した赤外線電
球が製造することが可能となる。例えば、発熱体層の両
端部の膜厚を薄くすれば、その部分の温度を高くでき、
両端部の温度が高い温度分布の発熱体が作成できる。こ
のような、両端部の温度が高い温度分布を有する赤外線
電球は、複写機等の電子写真法のトナー定着用ヒーター
として好適である。

【００４４】《実施例２》図４は本発明の実施例２の赤
外線電球の平面図であり、図５はその発熱体部分の詳細
な構成を示す分解斜視図である。実施例２の赤外線電球
は、実施例１のものと発熱体と黒鉛ブロックとの接続構
造のみが異なるものである。したがって、実施例１のも
のと同一部分には同一符号を付して重複する説明は省略
する。図５において、実施例２の赤外線電球の発熱体２
５は、耐熱性及び電気絶縁性を持つ基材である石英ガラ
ス棒２８の外周面に発熱体層２５ａを付着形成したもの
である。発熱体２５の両端部の外周には実施例１のもの
と同様な炭素系接着剤を塗布し、黒鉛ブロック２６ａ、
２６ｂの開口部２７ａ、２７ｂを発熱体２５の両端部に
挿入し、接着する。石英ガラス棒２８の外周面をサンド
ブラスト処理し、凹凸を有する表面にしておく方が発熱
体層２５ａとの接合力が増大する効果がある。

【００４５】図４において、黒鉛ブロック２６ａ、２６
ｂの他端部には、モリブデン線で形成され、途中部分に
スプリング部７ａ、７ｂを有する、内部リード線５ａ、
５ｂのコイル状部６ａ、６ｂが密な嵌め合せでねじ込ま
れている。そして、実施例１と同様に内部リード線５
ａ、５ｂ、モリブデン箔９ａ、９ｂ、及び外部リード線
１０ａ、１０ｂが取り付けられ、発熱体構体を形成して
いる。この発熱体構体を透明石英ガラス管１に挿入し、
モリブデン箔９ａ、９ｂの部分で透明石英ガラス管１を
溶融封止し、内部にアルゴンガスを密封して赤外線電球
を作成する。

【００４６】発熱体部分の製造方法には、例えば転写法
を用いることができる。具体例について説明する。石英
ガラス棒２８の外周面の表面積とほぼ同じ寸法のパター
ンを有するスクリーンマスクを用いて、離形処理を施さ
れたＰＥＴフィルムの表面に、実施例１で説明したペー
スト状の発熱体材料をスクリーン印刷法で印刷する。パ
ターンの印刷されたＰＥＴフィルムを平面状のシリコー
ンシート上に固定し、ＰＥＴフィルム上の発熱体材料を
石英ガラス管２８を転がして転写する。これを１２０〜
１５０℃で１５分乾燥後、１０００〜１２００℃窒素雰
囲気中で１時間焼成して発熱体２５を作成した。このよ
うにして形成した赤外線電球は、従来例で説明した炭素
系物質の焼結体を発熱体とした赤外線電球とほぼ同じ赤
外線の放射量を示すことが確認された。

【００４７】従来の炭素系物質の焼結体を発熱体とした
赤外線電球は、３６０゜全周に放射光を放射するが、本
発明のものは石英ガラス棒２８の全周でなく所望の部分
にのみ発熱体層を形成できる。例えば、石英ガラス管２
８の半周部のみに発熱体層を転写、焼成したものは、そ
の部分からしか放射光が放射されないので放射エネルギ
ーに無駄が少なくなり、省エネルギーが実現できる。ま
た、発熱体の発熱面積は石英ガラス棒２８の外径とスク
リーンマスクのパターンを変更することで容易に選択で
きる。

【００４８】以上の実施例２では、発熱体の形成方法を
印刷、転写法を用いた例で説明したが、その方法に制限
されるものではなく、例えば、ディップ法、溶射法、ス
パッター法等膜面形成技術がそのまま適用できる。実施
例１でも説明したが、石英ガラス棒状体に形成した発熱
体の膜厚を部分的に厚くしたり、薄くしたりすることが
できる。即ち、転写法では、厚くしたい部分、言い換え
れば、発熱温度を低くしたい部分には、発熱体ペースト
材料を２回転写すればよい。このような構成にすれば発
熱体中に任意の配光分布を有する赤外線電球が実現す
る。

【００４９】《実施例３》図６及び図７は本発明の実施
例３の赤外線電球の２つの実施形態の発熱体の平面図を
それぞれ示している。図６は石英ガラス棒２８の表面
に、コイル状発熱体３１を形成したものであり、図７は
石英ガラス板２の片面或いは両面に線状の発熱体パター
ン４０を形成したものである。それぞれの発熱体の赤外
線電球への実装に付いては実施例１及び実施例２のもの
と同様であるので重複する説明は省略する。

【００５０】図６に示すコイル状発熱体３１の形成方法
には、例えば、厚膜ハイブリッドＩＣの導体パターンや
抵抗パターン形成に量産法として使われている描画法が
適用できる。描画法はペンで線や図を書くのと同じ原理
でパターンを形成するものである。描画したい線幅の開
口部を有するノズルを取り付け、温度管理された容器
に、実施例１で説明したペースト状の発熱体材料を入
れ、容器に外圧を加えペースト状発熱体材料を押し出
し、石英ガラス棒の外周面にパターンを描いて発熱体層
を形成する。すなわち、固定したノズルに対して、石英
ガラス棒２８をその軸の回りに回転させながらゆっくり
移動させて螺旋状に描画すると、図６に示したごときコ
イル状パターンの発熱体層３１を容易に作成することが
できる。このようにして形成した発熱体パターンを、実
施例２で説明したように乾燥、焼成して発熱体層３１を
作成する。その発熱体層の両端部に黒鉛ブロック、内部
リード線、モリブデン箔、外部リード線を付けた発熱体
構体を石英ガラス管に封入し、内部に不活性ガスを充填
して封止すれば赤外線電球ができる。

【００５１】本実施例３のパターン構成の発熱体にすれ
ば、コイル状パターンのピッチを変えることにより発熱
体層３１の長さを自由に変化させることができる。言い
換えれば、発熱体の抵抗値を幅広く変化させることが可
能となり、低ワットから高ワットまでの赤外線電球が実
現できる。即ち石英ガラス棒の軸方向の送り速度を変え
ることにより、コイル状パターンの総延長を変えること
ができ、それによって抵抗値の変更ができる。また、石
英ガラス棒２８の回転速度を制御することによって、描
画されたコイル状パターンの膜厚を制御できる。即ち、
回転速度を落とせば膜厚を厚くでき、回転数を変化させ
ることで石英ガラス棒２８上で膜厚の異なる部分を有す
るコイル状発熱体層が容易に形成できる。実施例２と同
様に石英ガラス棒の表面をサンドブラスト加工し凹凸を
形成すれば石英ガラス棒と発熱体層との接合強度が増し
より効果がある。

【００５２】図７に示す面上のジグザグ線形の発熱体層
４０は、前述した描画法を用いて基材である石英ガラス
板２の表面に描画して形成するが、実施例１で説明した
印刷法でも形成することができる。前述したコイル状の
発熱体層と同様に線幅、線長、線厚を変えれば広範囲の
抵抗値の発熱体層が形成できる。

【００５３】《実施例４》図８及び図９は本発明の実施
例４の赤外線電球の２つの実施形態の発熱体の平面図を
それぞれ示している。図８は石英ガラス板２の片面或い
は両面に同一膜厚で発熱体の発熱温度の異なる部分を有
する発熱体を形成したものであり、図９は石英ガラス棒
２８の表面に部分によってコイルピッチの異なるコイル
状発熱体５１を形成したものである。それぞれの発熱体
の赤外線電球への実装に付いてはそれぞれ実施例１及び
実施例２のものと同様であるので重複する説明は省略す
る。

【００５４】図８に示す平面状発熱体の形成方法は、石
英ガラス板２の片面或いは両面に、スクリーン印刷法で
発熱体層４６を印刷して形成したものであり、発熱体層
４６の両端部４５ａ、４５ｂのパターン幅が狭い形状と
したものである。この平面状発熱体によれば、１度の印
刷で両端部での発熱温度が高い分布の発熱体が形成でき
る。勿論、反対に両端部の幅が広いものを作れば、両端
部での発熱温度が低い分布の発熱体が実現できる。幅の
変化は両端部のみに限定されるものではなく、その他の
部分でも可能であり、所望の温度分布を有する発熱体が
形成できる。

【００５５】図９に示すコイル状発熱体の形成方法は、
石英ガラス棒２８の両端部５２ａ、５２ｂの部分におい
て移動速度を低下させて、両端部でコイルピッチが狭い
コイル状発熱体層５１を形成したものである。このコイ
ル状発熱体を用いる方法によれば、１度の描画で両端部
での発熱温度が高い分布の発熱体が形成できる。勿論、
反対に両端部のコイルピッチが広いものを作れば両端部
での発熱温度が低い分布の発熱体が実現できる。コイル
ピッチの変化は両端部のみに限定されるものではなく、
その他の部分でも可能であり、所望の温度分布を有する
発熱体が形成できる。これらの発熱体は、前述した実施
例１及び実施例２の方法で石英ガラス管の内部に封入し
て赤外線電球が完成する。実施例３の赤外線電球では、
前述した膜厚を変える方法を組み合せれば、さらに広範
囲に発熱温度分布の制御ができる。例えば、複写機等の
電子写真のトナー定着用ヒーターに好適な赤外線電球が
実現できる。

【００５６】《実施例５》図１０は実施例５の赤外線電
球におけるコ字形の平面状発熱体の斜視図である。この
発熱体の赤外線電球への実装に付いては実施例１のもの
と同様であるので重複する説明は省略する。図１０に示
した実施例５の平面状発熱体は、コ字形の石英ガラス板
５５の両端部（図１０で左方の２つの端部）を除く全周
面に発熱体層５６を形成したものである。このような形
状の発熱体の両端部に、黒鉛ブロック、内部リード線、
モリブデン箔、外部リード線を取りつけたものを石英ガ
ラス管に挿入し、封止する。この構造によれば、石英ガ
ラス管の同じ一方の側から２つのリード線を取り出すよ
うにでき、したがって石英ガラス管の他方の端部にリー
ド線が無い構造の赤外線電球が実現できる。

【００５７】本実施例５の赤外線電球では、石英ガラス
管の片側のみからリード線が取り出せるので、液体中に
直接投入して加熱することができ、液体の加熱効率の高
い赤外線電球が実現できる。なお、上述した実施例では
石英ガラス板５５を基材として用いた例について説明し
たが、石英ガラス棒を基材として用いても何等問題なく
同様の特性の赤外線電球が実現できることは言うまでも
ないことである。また、発熱体形状としては、面状につ
いて説明したがコイル状の発熱体を用いても、何等問題
なく本構成の赤外線電球が実現できる。さらに、基材の
形状をコ字形として説明したが、Ｕ字形やＷ字形など、
２つの終端部が実質的に同一方向になるような形状の基
材を用いることができるのはいうまでもない。この実施
例５においても石英ガラス基材の表面をサンドブラスト
加工すれば発熱体層の密着強度が向上できる効果がある
ことは言うまでもない。

【００５８】《実施例６》図１１は実施例６の赤外線電
球における発熱体層をトリミング（一部切削）した平面
状発熱体の斜視図である。この発熱体の赤外線電球の実
装に付いては実施例１のものと同様であるので重複する
説明は省略する。図１１に示す実施例６の平面状発熱体
は、基材の石英ガラス板２の片面に発熱体層６０を塗布
し、焼成後、発熱体層６０の一部をＹＡＧレーザにより
トリミングして削除し、発熱体層の抵抗値を調節するも
のである。すなわち、図中６１、６２は発熱体層６０の
一部を削除した部分である。第１の削除部６１は発熱体
の電流が流れる方向と同じ方向に線状に発熱体層６０の
一部を削除したもので、第２の削除部６２は電流の流れ
る方向に直角に発熱体層６０の一部を線状に削除したも
のである。

【００５９】このように発熱体層の一部を削除すること
により、発熱体層の抵抗値が上昇するので、発熱体層を
焼成後にその抵抗値を調整することができる。即ち、ま
ず必要とする抵抗値より少し低めの発熱体層６０を形成
しておき、発熱体層６０の一部を削除して抵抗値を目的
の値に調節するものである。この構成は、精密なワット
数の精度が要求される赤外線電球に適用することができ
る。抵抗値を大きく変えるには電流流路に直角な方向の
トリミング溝である第２の削除部６２を形成する方法が
適し、抵抗値を微調整するには第１の削除部６１を形成
する方法が適している。このような発熱体層のトリミン
グでの削除には、厚膜ハイブリッドＩＣの印刷抵抗の調
整に使われているＹＡＧレーザーによるレーザートリミ
ング法がそのまま適用できる。本実施例６では、発熱体
層６０を剛直で耐熱性及び電気絶縁性を持つ基材で支持
しているので、発熱体層自体の強度は要求されない。そ
のため、基本的には発熱体層の厚みに制限がなく、広い
範囲の抵抗値を有する発熱体が形成できる。

【００６０】以上の実施例１乃至実施例６の説明では耐
熱性及び電気絶縁性を持つ基材として石英ガラス板また
は石英ガラス棒を使用した例について述べたが、材料は
石英ガラスに制限されるものではない。他にこの基材と
しては、例えば低熱膨張性結晶化ガラス、例えば日本電
気硝子（株）製ネオセラム（商品名）、或いは発熱温度
が低い発熱体には、アルミナ基板、フォルステライト基
板、コージェライト基板などのセラミック系材料も使用
できる。また、棒状体の基材は無空棒だけでなく、パイ
プ状の基材も何等制限なく使用できることは勿論のこと
である。

【００６１】また、発熱体用材料として硼化チタンを用
いた例について説明したが、それに制限されるものでは
なく、各種の高融点で電気伝導性材料が適用できる。即
ち、炭素や黒鉛、金属酸化物としては、酸化ルテニウ
ム、金属硼化物としては、硼化チタン以外に硼化ジルコ
ニウム、硼化ニオブ、硼化タンタル、硼化クロム、硼化
モリブデン、金属窒化物としては、窒化チタン、窒化ジ
ルコニウム、窒化バナジウム、窒化ニオブ、窒化タンタ
ル、窒化クロム、金属炭化物としては、炭化チタン、炭
化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化タ
ンタル、炭化モリブデン、炭化タングステン、金属珪化
物としては、珪化チタン、珪化ジルコニウム、珪化ニオ
ブ、珪化タンタル、珪化クロム、珪化モリブデン、珪化
タングステンがそれぞれ使用することができることを実
験で確めた。また、前記化合物を単独で使用できること
は勿論だが、同じ系統の化合物同士或いは異なる系統の
化合物を２種類以上を混合して用いることができること
も実証済みである。

【００６２】また、金属粉末、例えば、銀、チタン、パ
ラジウム、モリブデン、タングステン、ニッケルの１種
或いは複数種と上記各種化合物との混合物も発熱体層と
して適用できる。また、酸化ルテニウムを用いた発熱体
は、石英ガラス管に封止するとき内部を不活性ガスに置
換する必要が無く、空気雰囲気の赤外線電球が実現でき
る。その結果、製造コストの削減が可能である。発熱体
の結合材または抵抗調節のための絶縁性材料として、カ
オリンを用いた例について説明したが、融点が発熱温度
より高く、かつ熱膨張係数が下地の基材に近いもので有
ればカオリンに制限されるものではない。例えば、結合
材としては、焼結後に形成されるムライト、ステアタイ
ト、コージェライトなどの組成物を含む混合物粉末（出
発原料が酸化物である必要はない）、低熱膨張性結晶化
ガラスを形成する組成物を含む混合粉末或いは各種珪酸
塩ガラスを形成する組成物を含む混合物粉末、或いは、
予め仮焼によりムライト、ステアタイト、コージェライ
ト、低熱膨張性結晶化ガラス等を形成した微粉末、或い
はこれらの複数のものを混合した微粉末などが使用でき
る。

【００６３】赤外線電球の外囲器となる耐熱性管の材料
として石英ガラス管を用いた例について説明したが、材
料はそれに制限されるものではなく、例えば、バイコー
ルガラス（米国コーニング社の登録商標、ＳｉＯ_２を９
６〜９８％含む低熱膨張係数のガラス）なども使用でき
る。

【００６４】本発明の赤外線電球は、発熱体材料として
炭素や各種金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属
硼化物、金属珪化物のごとき放射率の高い材料を用いて
いる。そのため、本赤外線電球は、加熱方式として輻射
エネルギーを用いる加熱装置には好適な熱源である。し
たがって、本発明の赤外線電球を用いた加熱、暖房、保
温、乾燥、調理、医療、焙煎、熟成、発酵、解凍、殺
菌、または焼成装置は、従来の熱源を用いたものに較
べ、短時間で熱処理のできる効率の高い、省エネルギー
型の装置を提供することができる。

【００６５】

【発明の効果】以上実施例で詳細に説明したように、本
発明の赤外線電球は、耐熱性及び電気絶縁性を持つ基材
の表面に発熱体層を形成した発熱体を用いている。した
がって発熱体材料の機械的強度や形状に制約がなくな
り、発熱体層の材料選択の自由度が従来の炭素系物質の
焼結体に比べ大幅に広がり発熱体の抵抗値を広範囲に選
定できる。発熱体層の電導物質として炭素、黒鉛、金属
炭化物、金属硼化物、金属窒化物、または金属珪化物を
用いているので、発熱体の放射率が炭素材料に近く放射
効率の高い赤外線電球が実現できる。さらに、発熱体層
の厚みを変えることによりさらに広範囲に抵抗値を変え
られる。発熱体形状が面状だけでなく、コイル状の形状
も作成できるので大幅な抵抗値変化が実現できる。

【００６６】発熱体層の厚みや幅を部分的に変えた発熱
体層が簡単に形成できるため、発熱体中の温度分布を変
えた赤外線電球が実現できる。面状発熱体においては、
発熱体層をトリミングすることにより抵抗値の精度向上
ができ、高精度の抵抗値を有する赤外線電球が作成でき
る。発熱体形状としては、面状で片面または両面に発熱
体を有するものや、棒状基材の全面或いは必要な部分の
みに発熱体層を形成した発熱体を有する赤外線電球が作
成できる。Ｕ字形等特別な形の基材を用いれば各種形状
の発熱体が簡単に作成できる。本発明では、剛直な耐熱
性及び電気絶縁性を持つ基材の表面に発熱体層を形成し
た発熱体を用いている。そのため、発熱体が重力により
変形したりすることがないので、赤外線電球の使用方向
に制限がなく、水平や垂直等いかなる方向でも使用でき
る。さらに、基材の形状をコ字形など両端部が実質的に
同じ方向に終端する形状にすれば、給電用のリード線を
一端部を封止した外囲管の一方の端部から取り出すこと
ができる。その両者の結果、この赤外線電球を例えば投
込型の液体加熱装置等、種々の用途、加熱方法の装置に
容易に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の赤外線電球の平面図

【図２】実施例１の赤外線電球の発熱体部分の分解斜視
図

【図３】実施例１の赤外線電球の発熱体部分の別な実施
形態の斜視図

【図４】本発明の実施例２の赤外線電球の平図面

【図５】実施例２の赤外線電球の発熱体部分の分解斜視
図

【図６】本発明の実施例３の赤外線電球の発熱体部分の
平面図

【図７】実施例３の赤外線電球の発熱体部分の別な実施
形態の斜視図

【図８】本発明の実施例４の赤外線電球の発熱体部分の
斜視図

【図９】実施例４の赤外線電球の発熱体部分の別な実施
形態の平面図

【図１０】本発明の実施例５の赤外線電球の発熱体部分
の斜視図

【図１１】本発明の実施例６の赤外線電球の発熱体部分
の斜視図

【図１２】従来の炭素系物質の焼結体を用いた赤外線電
球の平面図

【符号の説明】

１石英ガラス管２、２８、５５耐熱性及び電
気絶縁性を持つ基材３、２５発熱体３ａ、３ｂ、２０、２５ａ、３１、４０、４６、５１、
５６、６０発熱体層４ａ、４ｂ、２６ａ、２６ｂ黒鉛ブロック５ａ、５ｂ内部リード線７ａ、７ｂスプリング形
状部６ａ、６ｂコイル部８ａ、８ｂスリ割り部９ａ、９ｂモリブデン箔１０ａ、１０ｂ外部リード線２７ａ、２７ｂ開口部６１、６２削除部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐熱性及び電気絶縁性を持つ基材の表面
に発熱体層を形成した発熱体、前記発熱体の両端部にそれぞれリード線を接続した発熱
体構体、及び前記発熱体構体を内部に挿入し、前記リー
ド線を端部から外部に導出した耐熱性管を有することを
特徴とする赤外線電球。
【請求項２】板状、棒状、またはパイプ状の耐熱性及
び電気絶縁性を持つ基材の少なくとも一部の面に発熱体
層を形成した発熱体、前記発熱体の両端部にそれぞれ電気的に接続した耐熱性
及び電気伝導性を持つブロック、前記ブロックの外周部にそれぞれ密な嵌め合せで接続さ
れたリード線、及び前記リード線のそれぞれの端部を両
端から外部に導出し、かつ内部に不活性ガスを密封した
石英ガラス管を有することを特徴とする赤外線電球。
【請求項３】両端部が実質的に同じ方向に終端する形
状の耐熱性及び電気絶縁性を持つ板状、棒状、またはパ
イプ状の基材の少なくとも一部の面に発熱体層を形成し
た発熱体、前記発熱体の両端部にそれぞれ電気的に接続した耐熱性
及び電気伝導性を持つブロック、前記ブロックの外周部にそれぞれ密な嵌め合せで接続さ
れたリード線、前記リード線のそれぞれの端部を一方の端部から外部に
導出し、かつ内部に不活性ガスを密封した石英ガラス管
を有することを特徴とする請求項１または２記載の赤外
線電球。
【請求項４】前記耐熱性及び電気絶縁性を持つ板状、
棒状、またはパイプ状の基材の形状がコ字形、Ｕ字形、
またはＷ字形であることを特徴とする請求項１、２また
は３記載の赤外線電球。
【請求項５】前記ブロックを炭素或いは黒鉛材料で形
成したことを特徴とする請求項２または３記載の赤外線
電球。
【請求項６】前記耐熱性及び電気絶縁性を持つ基材
が、石英ガラス、低熱膨張性結晶化ガラス、またはセラ
ミックスであることを特徴とする請求項１、２または３
記載の赤外線電球。
【請求項７】前記耐熱性及び電気絶縁性を持つ基材の
表面をサンドブラスト処理により粗面化したことを特徴
とする請求項６記載の赤外線電球。
【請求項８】板状の耐熱性及び電気絶縁性を持つ基材
の少なくとも一方の面に、同一線幅或いは一部異なる線
幅部を有する一定膜厚の発熱体層、または一部異なる膜
厚部を有するパターンの発熱体層を形成したことを特徴
とする請求項１、２または３に記載の赤外線電球。
【請求項９】棒状或いはパイプ状の耐熱性及び電気絶
縁性を持つ基材の外表面に、同一ピッチ或いは一部異な
るピッチ部を有する一定膜厚のコイル状パターンの発熱
体層、または一部異なる膜厚部を有するコイル状パター
ンの発熱体層を形成したことを特徴とする請求項１、２
または３記載の赤外線電球。
【請求項１０】前記リード線をタングステン線または
モリブデン線により形成したことを特徴する請求項１、
２または３記載の赤外線電球。
【請求項１１】前記リード線が、途中部分にコイル状
スプリング部を有し、そのコイル状スプリング部の外径
が前記耐熱性管の内径に実質的に同一または僅かに小さ
いことを特徴とする請求項１、２、３または１０記載の
赤外線電球。
【請求項１２】前記発熱体層が、炭素、金属酸化物、
金属炭化物、金属窒化物、金属硼化物、金属珪化物、ま
たはこれらのうち少なくとも１つ以上の混合物或いは組
成物を含むことを特徴とする請求項１、２または３記載
の赤外線電球。
【請求項１３】前記発熱体層が、炭素、金属酸化物、
金属炭化物、金属窒化物、金属硼化物、金属珪化物、ま
たはこれらのうち少なくとも１つ以上の混合物或いは組
成物と結合材とを含むことを特徴とする請求項１、２ま
たは３記載の赤外線電球。
【請求項１４】前記結合材が、金属酸化物であること
を特徴とする請求項１３記載の赤外線電球。
【請求項１５】前記発熱体層を形成する炭素が、易黒
鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、またはそれらの混合物で
あることを特徴とする請求項１２または１３記載の赤外
線電球。
【請求項１６】前記発熱体層を形成する金属酸化物
が、酸化ルテニウムであることを特徴とする請求項１２
または１３記載の赤外線電球。
【請求項１７】前記発熱体層を形成する金属炭化物
が、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ニオブ、炭化
バナジウム、炭化タンタル、炭化モリブデン、炭化タン
グステンの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求
項１２または１３記載の赤外線電球。
【請求項１８】前記発熱体層を形成する金属窒化物
が、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化バナジウム、
窒化ニオブ、窒化タンタル、窒化クロムの少なくとも１
つを含むことを特徴とする請求項１２または１３記載の
赤外線電球。
【請求項１９】前記発熱体層を形成する金属硼化物
が、硼化チタン、硼化ジルコニウム、硼化ニオブ、硼化
タンタル、硼化クロム、硼化モリブデンの少なくとも１
つを含むことを特徴とする請求項１２または１３記載の
赤外線電球。
【請求項２０】前記発熱体層を形成する金属珪化物
が、珪化チタン、珪化ジルコニウム、珪化ニオブ、珪化
タンタル、珪化クロム、珪化モリブデン、珪化タングス
テンの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１
２または１３記載の赤外線電球。
【請求項２１】耐熱性及び電気絶縁性を持つ基材の表
面に形成した発熱体層を有することを特徴とする発熱
体。
【請求項２２】耐熱性及び電気絶縁性を持つ基材の表
面に形成した発熱体層を有する発熱体の製造方法であっ
て、スパッタリング法、または溶射法により、前記発熱体層
を形成する物質を前記耐熱性及び電気絶縁性を持つ基材
の表面に被着して発熱体層を形成することを特徴とする
発熱体の製造方法。
【請求項２３】耐熱性及び電気絶縁性を持つ基材の表
面に形成した発熱体層を有する発熱体の製造方法であっ
て、ディップ法、印刷法、転写法、または描画法により、前
記発熱体層を形成する物質を含む塗料を前記耐熱性及び
電気絶縁性を持つ基材の表面に塗布し、空気中或いは不
活性ガス雰囲気中で焼成して発熱体層を形成することを
特徴とする発熱体の製造方法。
【請求項２４】前記耐熱性及び電気絶縁性を持つ基材
の表面に形成された発熱体層の少なくとも電流が流れる
方向、またはそれに所定の角度をもつ方向にトリミング
を施し、発熱体の抵抗値を調節することを特徴とする請
求項２２または２３記載の発熱体の製造方法。
【請求項２５】請求項１乃至２０のいずれかに記載の
赤外線電球を用いたことを特徴とする加熱、暖房、保
温、乾燥、調理、医療、ばい煎、熟成、発酵、解凍、殺
菌、または焼成装置。