JP2627506B2

JP2627506B2 - 遠赤外線ヒータ

Info

Publication number: JP2627506B2
Application number: JP62143509A
Authority: JP
Inventors: 信之長谷川
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd; Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd; AGC Inc
Priority date: 1987-06-09
Filing date: 1987-06-09
Publication date: 1997-07-09
Anticipated expiration: 2012-07-09
Also published as: US5077461A; JPS63307682A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、遠赤外線ヒータに関する。

更に詳細には、本発明は、絶縁性の耐熱材成分と、導
電材成分とが混合、分散したセラミック質抵抗発熱体に
於いて、前記発熱体自身が直接遠赤外線領域の波長を有
効に放射する遠赤外線ヒータに関する。

〔従来の技術〕

遠赤外線ヒータとして従来から、（１）石英管内にタ
ングステンフィラメントを封入した赤外線ランプあるい
は石英パイプ内にニクロム線を封入した石英管ヒータ、
（２）金属管内に、ニクロム線を酸化マグネシウムなど
の絶縁物を介して封入したシーズヒータの金属表面に、
アルミナ系、ジルコニア系、またはチタニア系などのセ
ラミック質遠赤外放射材を被覆したもの、（３）前記遠
赤外放射材からなるセラミック管内にニクロム線を封入
したものなどが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

これら従来の遠赤外線ヒータは以下のような問題点を
有している。

つまり、前記（１）の赤外線ランプおよび石英管ヒー
タは、電熱線の発熱光が石英を介して放射されるため、
その主放射波長が1.5μ前後の近赤外領域にあり、遠赤
外領域の波長の光を十分に放射していない。さらにこれ
らのヒータは機械的強度が弱い。

前記（２）の、シーズヒータにセラミック質遠赤外放
射材を被覆したものは、３μ〜50μの遠赤外線を有効に
放射するものであるが、金属管とその表面のセラミック
質放射材の熱膨張差により前記セラミック質放射材が金
属表面から剥離するという避けがたい問題点を有してい
る。

前記（３）の、セラミック管にニクロム線を封入した
ものは、前記（２）のシーズヒータが有する剥離の問題
を解決し、かつ絶縁材を使用しないための軽量化が可能
であり、さらに熱効率も改善されているが、依然として
加熱方式がニクロム線による放射体の間接的加熱である
ことに基因する問題点がある。つまり、ニクロム線など
の電熱線の酸化腐食による抵抗増から局部的に異常加熱
し断線するという問題点は依然として解決されず、さら
に間接的加熱による熱エネルギーロス、温度分布の不均
一、温度制御に於ける応答時間の遅れなどの問題点もあ
る。

本発明はかかる問題点の解決を目的とするものであ
り、セラミック質抵抗発熱体自身が遠赤外波長の光を有
効に放射し、熱効率が高く、十分な機械的強度を持ち、
600℃付近まで使用可能な遠赤外線放射ヒータを提供す
ることを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、アルミノケイ酸塩を50重量％以上含む絶縁
性耐熱性構造材料中に、導電材としてのSiまたはFeSiを
５〜60重量％含有させた抵抗発熱体よりなる遠赤外線ヒ
ータである。本発明に使用される絶縁性耐熱性構造材料
は、アルミノケイ酸塩を50重量％以上含むセラミック材
料である。このセラミック材料は、放射率が高く、かつ
Siの融点（1410℃）以下で焼結することができるので、
特に有利である。本発明に使用されるその他の耐熱性構
造材料としては次のようなものが挙げられる。

（１）ZrO₂・TiO₂系： ZrO₂・SiO₂ 40〜60％ TiO₂5〜25％（重量％、以下同じ）、 ZrO₂・SiO₂ 30〜50％、 TiO₂ 25〜60％（２）Al₂O₃・TiO₂系： Al₂O₃ 40〜70％、 TiO₂＋SiO₂ 25〜45％（３）TiO₂系： TiO₂ 90％以上、Cr₂O₃ 10％以下（４）Fe₂O₃・SiO₂系： Fe₂O₃ 25〜45％、 SiO₂ 25〜45％（銅鉱石スラグ） SiO₂ 30〜80％、 Al₂O₃およびFe₂O₃ 5.5〜60％（５）周期律表の第２、３周期に属する、少なくとも１
種の酸化物、炭化物、窒化物などと第４、５周期に属す
る少なくとも１種の酸化物、炭化物、窒化物などの混合
物からなるもの。たとえば、 MgO−Fe₂O₃−SiO₂−TiO₂−CaO−MnO₂−ZrO₂系（６）SiC系アルミノケイ酸塩を主とする構造材料は、通常、Al₂O
₃、SiO₂以外に金属酸化物（Fe₂O₃、Cr₂O₃、Mn₂O₃、Zr
O₂、TiO₂、MnO₂、Li₂O、CaO、MgO、NiO、CoO、Cu₂O等の
うち少なくとも１種を含有するもの）を0.5〜30％含ん
でいる。このような構造材料の具体例としては、次のよ
うなものが挙げられる。

その他ペタライト（Li₂O、Na₂O、Al₂O₃、8SiO₂）、タ
ルク（4SiO₂、3MgO、H₂O）などが挙げられる。

本発明に使用される構造材料は、上記粘土質材料等の
構造材料単独でもよいが、さらにガラス成分を配合した
ものがより好ましい。

ガラス成分はヒータとしての使用温度以上の耐熱性が
あるものであれば何でもよいが、抵抗発熱体の耐熱衝撃
性をよくするため特に低熱膨張性のケイ酸塩ガラス、例
えばSiO₂系、SiO₂−Al₂O₃系、SiO₂−B₂O₃系、SiO₂−Li₂
O系、SiO₂−ZnO系などが好ましい。また、このガラス成
分は焼成後セラミック化する結晶化ガラスであってもよ
い。これらの具体例を以下に示す。

非晶質ガラスの例１）SiO₂系（SiO₂ 100％〔石英粉〕、SiO₂ 96％）２）B₂O₃−SiO₂系（SiO₂ 80％、B₂O₃ 10％、Al₂O₃ 4
％）３）Al₂O₃−SiO₂系（SiO₂ 55％、Al₂O₃ 23％、B₂O₃ 7
％）結晶化ガラスの例１）Li₂O−SiO₂系（SiO₂ 65〜81％、Li₂O 7〜15％、Al₂
O₃ 4〜20％）２）ZnO−SiO₂系（SiO₂ 44〜51％、ZnO 19〜26％、Al₂O
₃ 17〜23％）３）MgO−Al₂O₃−SiO₂系（SiO₂ 43〜64％、Al₂O₃ 14〜3
1％、MgO 13〜25％）４）Li₂O−Al₂O₃−SiO₂系（SiO₂ 59〜70％、Al₂O₃ 12〜
15％、Li₂O 3〜４％）ガラス成分の好ましい配合量は、構造材料全重量に対
して10〜50重量％が適当である。

本発明における構造材料の具体的な配合例を以下に示
す。

１）木節粘土70％、ホウケイ酸ガラス30％２）蛙目粘土70％、長石30％３）アルミナ30％、木節粘土30％、アルミノケイ酸ガラ
ス40％４）カオリン60％、木節粘土15％、タルク15％、マグサ
イト10％５）ペタライト75％、炭酸リチウム15％、アルミナ10％本発明の抵抗発熱体は、構造材料、たとえば、粘土質
成分または粘土質成分とガラス成分に、導電性材料すな
わちSiまたはFeSi、および水、必要により適当なバイン
ダーを加えて混練し、所望の形状に成形後、1000℃〜14
00℃で焼成することにより製造される。

SiまたはFeSiは、粉末状のものを抵抗発熱体の全重量
に対して５〜60重量％の割合で使用する。SiまたはFeSi
の配合量をこのように変化させることによって、抵抗発
熱体の抵抗値を10^-2〜10¹Ω・cmの範囲で任意に変える
ことができる。また本発明の抵抗発熱体は正の抵抗温度
係数をもっている。SiまたはFeSiの配合量が５重量％よ
り少ないと抵抗が大きくなりすぎて抵抗発熱体としての
機能が失われ、また60重量％より多いと抵抗が小さくな
りすぎるとともに、機械的強度が小さくなり、好ましく
ない。

構造材料成分としてガラス成分を添加すると、1000℃
〜1400℃で焼成することによって溶融したガラス成分が
表面に溶出し、抵抗発熱体表面に絶縁性のガラス質保護
膜が形成される。一方、構造材料成分としてガラス成分
を添加しない場合には、大気中、1000℃〜1400℃で焼成
することによって、表面のケイ素が酸化され、抵抗発熱
体表面の絶縁性のSiO₂保護膜が形成される。また、アル
ゴン等の不活性雰囲気中で焼成した後、空気等の酸化性
ガス雰囲気中で再度焼成して、表面に保護膜を形成させ
ることもできる。

成形方法としては、押出成形、金型加圧成形、ドクタ
ーブレード成形など任意の方法が適用できる。本発明の
抵抗発熱体は管状、棒状、平板状等、任意の形状となし
得る。この抵抗発熱体の両端に、金属溶射、はんだ付
け、導電性ペーストの焼付等の方法により導電膜を形成
し、遠赤外線ヒータとする。

このようにして得られる本発明の遠赤外線ヒータは、
３μ〜50μの遠赤外線を効率よく放射し、600℃まで安
定して使用することができる。

〔実施例〕

次に本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の遠赤外線ヒータの一例を示した要部
断面図である。

木節粘土70重量％と熱膨張係数50×10^-7/℃以下、軟
化点700℃以上のホウケイ酸ガラス30重量％を混合した
原料65重量％とケイ素粉末35重量％を配合した混合物を
水和捏合後、管状に成形し、その成形乾燥品を大気中13
00℃〜1400℃の間で焼成することによって、絶縁性のガ
ラス質保護膜２でコートされた外径15mm、内径10mm、長
さ500mmの抵抗発熱体１を得た。さらに、得られた前記
発熱体１の両端部のガラス質保護膜２を15mmの巾で除去
した後、Al材を溶射し電極３を形成した。

このようにして得られた本発明品について、表面温度
500℃での各波長に於ける分光放射率を測定した結果、
第２図に示すごとく、図中破線で示した従来の赤外線ラ
ンプの分光放射率と比較し明らかに３μ〜30μの遠赤外
線を効率良く放射していることが確認された。さらに本
発明品の物性を測定した結果、気孔率０％、熱膨張係数
40×10^-7/℃（０℃〜600℃）、JIS−Ｒ−1601による曲
げ強度700〜1000kg/cm²の値であった。この測定結果は
本発明品が緻密な低熱膨張材であり、曲げ強度も大きい
ことから十分な耐熱衝撃性を持ち、機械的強度も実用上
問題のないことを示すものである。

〔発明の効果〕

本発明の遠赤外線ヒータは、セラミック質の抵抗発熱
体自身が遠赤外線放射体となっているため、以下のよう
なすぐれた効果を奏する。

（１）任意の形状に成形して、遠赤外放射体を直接発熱
させることが可能なため、熱容量を小さくし速熱性で、
熱効率が高く、発熱体の表面温度制御も迅速にすること
ができる。したがって省エネルギ効果が大きい。

（２）材質的に、補強材を必要としない機械的強度を有
し、また導電材であるSiまたはFeSiの配合量によって任
意の抵抗値をとることができるため、遠赤外線ヒータと
しての設計の自由度が大きい。

（３）ニクロム線を使用しないセラミック質の発熱体で
あるため、断線がなく、温度分布がよい。

（４）製造方法、構造が簡単なため安価に供給すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の遠赤外線ヒータの実施例を示す要部断
面図であり、第２図は本発明品と従来の赤外線ランプの
波長と分光放射率との関係を示す図である。１……セラミック質抵抗発熱体２……ガラス質保護膜、３……電極

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミノケイ酸塩を50重量％以上含む絶縁
性耐熱性構造材料中に、導電材としてのSiまたはFeSiを
５〜60重量％含有させた抵抗発熱体よりなる遠赤外線ヒ
ータ。
【請求項２】抵抗発熱体表面に絶縁性ガラス質保護層を
有する特許請求の範囲第（１）項記載の遠赤外線ヒー
タ。