JP2978716B2

JP2978716B2 - 遠赤外線ヒータ

Info

Publication number: JP2978716B2
Application number: JP6106172A
Authority: JP
Inventors: 弘人佐藤; 龍太郎多田
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1994-04-22
Filing date: 1994-04-22
Publication date: 1999-11-15
Anticipated expiration: 2014-11-15
Also published as: JPH07296946A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工業用加熱、食品用加
熱等に利用される遠赤外線ヒータに関する。

【０００２】

【従来の技術】赤外線放射加熱は、熱エネルギーの伝達
が瞬間的に行われること、加熱源と被加熱体との間にお
ける熱損失が殆どないこと、クリーンな加熱方法である
こと等の特長を有する。そして、赤外線放射加熱のう
ち、特に遠赤外線による放射加熱は、被加熱体を構成す
る物質の多くが遠赤外線領域における光吸収率の高いも
のであるために加熱効率が高くて有効な加熱手段とされ
る。なお、この明細書において「遠赤外線」とは波長５
μｍ以上の赤外線をいうものとする。

【０００３】従来における遠赤外線ヒータとしては、次
のようなものが知られている。図８に示すように、遠赤外線領域における放射率の
高いセラミックパイプ１と、このセラミックパイプ１の
内部に配設された抵抗発熱体２と、セラミックパイプ１
の内部に充填された熱伝導率の高い絶縁性物質３（Ｍｇ
Ｏ粉末など）とを有してなる管状ヒータ（いわゆるシー
ズヒータ）。上記のセラミックパイプに代えて、ガラスパイプま
たは金属パイプの外表面に遠赤外線放射物質をコーティ
ングしてなるパイプを用いた管状ヒータ。図９に示すように、セラミック基板４上に、抵抗発
熱層５と遠赤外線放射層６とが積層形成されてなる板状
ヒータ（いわゆるセラミックヒータ）。上記いずれの遠赤外線ヒータも、遠赤外線放射物質より
なる部材または遠赤外線放射層が形成されてなる部材を
所定の温度に昇温させることにより遠赤外線を放射させ
るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
遠赤外線ヒータにおいては、通電を開始してから所期の
放射強度が得られて安定するまでの時間（ウォームアッ
プ時間）が長い、という問題がある。

【０００５】例えば図８に示したシーズヒータにおいて
は、抵抗発熱体２からセラミックパイプ１への伝熱が、
絶縁性物質３の熱伝導によるものであるため、セラミッ
クパイプ１が所定の温度（放射可能温度）に到達するま
でには、通常２〜５分間程度の時間が必要である。

【０００６】また、図９に示したセラミックヒータにお
いては、抵抗発熱層５によってセラミック基板４が直接
的に加熱されるため、放射強度の立ち上がりがシーズヒ
ータに比べて速いものであるが、このヒータによって
も、通常１分間以上のウォームアップ時間が必要であ
る。この場合において、セラミック基板４の板厚を小さ
くして低熱容量化を図ることも考えられるが、セラミッ
ク基板の製造上の観点および機械的強度を確保する観点
から基板の板厚を小さくすることには限界がある。

【０００７】本発明は以上のような事情に基いてなされ
たものである。本発明の目的は、通電を開始してから所
期の放射強度が安定して得られるまでのウォームアップ
時間が、従来のものに比べて短い遠赤外線ヒータを提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の遠赤外線ヒータ
は、支持部材（40）と、この支持部材（40）に支持され
た近赤外線ランプ（10) と、前記支持部材（40）に支持
され、前記近赤外線ランプ（10) に離間して設けられた
遠赤外線放射板（20) とを備えてなり、前記遠赤外線放
射板（20) は、基板（21) と、基板（21) の一面に形成
された高効率吸収層（22) と、基板（21) の他面に形成
された遠赤外線放射層（23) とからなり、前記近赤外線
ランプ（10) からの近赤外線を一面側で吸収し、遠赤外
線を他面側から放射することを特徴とする。

【０００９】本発明の遠赤外線ヒータにおいては、遠赤
外線放射板（20) の単位放射面積あたりの熱容量が０．
１Ｊ／（Ｋ・ｃｍ²）以下であることが好ましい。

【００１０】本発明の遠赤外線ヒータにおいては、遠赤
外線放射板（20) が、これを支持する支持部材（40) に
対して実質的に断熱状態であることが好ましい。

【００１１】本発明の遠赤外線ヒータは、棒状の近赤外
線ランプ（10) と、この近赤外線ランプ（10) からの近
赤外線を反射する反射鏡（30) と、前記近赤外線ランプ
（10) に沿って離間して設けられ、近赤外線ランプ（1
0)からの近赤外線および反射鏡（30) からの近赤外線を
一面側で吸収し、遠赤外線を他面側から放射する遠赤外
線放射板（20) と、前記近赤外線ランプ（10) 、前記反
射鏡（30) および遠赤外線放射板（20) を所定の位置に
支持固定する支持部材（40) とを備えてなり、前記遠赤
外線放射板（20) は、基板（21) と、基板（21) の一面
に形成された高効率吸収層（22) と、基板（21) の他面
に形成された遠赤外線放射層（23) とからなり、単位放
射面積あたりの熱容量が０．１Ｊ／（Ｋ・ｃｍ²）以下
であって、支持部材（40) に対して実質的に断熱状態で
支持されていることを特徴とする。

【００１２】

【作用】

（１）近赤外線ランプ（10) は、通電開始後数秒間で安
定した近赤外線を放射することができる。この近赤外線
ランプ（10) からの近赤外線は、遠赤外線放射板（20)
の一面側に照射され、高効率吸収層（22) に吸収されて
効率よく熱に変換される。これにより、遠赤外線放射板
（20) は、通電を開始してから極めて短時間で所定の温
度（遠赤外線放射可能温度）まで昇温する。所定の温度
に達した遠赤外線放射板（20) の他面側における遠赤外
線放射層（23) からは高い効率で遠赤外線が放射され
る。（２）遠赤外線放射板（20) の板厚を小さくして熱容量
を一定以下とすることにより、後述する実験例の結果か
らも明らかなように、放射強度の立ち上がりが一層速く
なり、昇温時間（ウォームアップ時間）を更に短縮する
ことができる。（３）遠赤外線放射板（20) が支持部材（40) に対して
実質的に断熱状態とすることにより、遠赤外線放射板
（20) の熱が支持部材（40) へ流出することによる熱損
失は殆ど生じない。従って、このことからも昇温時間の
短縮化を図ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図１は本発明の遠赤外線ヒータの一例を示す平面図、図
２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図、図３は、遠赤外線放射
板の支持状態を示す説明用斜視図である。なお、図３に
おいては構成要素の図示を一部省略している。

【００１４】図１〜図３において、１０はハロゲンラン
プからなる近赤外線ランプ、２０は遠赤外線放射板、３
０はアルミニウム等よりなる反射鏡、４０は支持部材で
ある。近赤外線ランプ１０、遠赤外線放射板２０および
反射鏡３０は、それぞれ支持部材４０によって所定の位
置に支持固定される。５１および５２は、それぞれ近赤
外線ランプ１０と電気的に接続されるリード線である。

【００１５】６１は支持部材４０の一端側に一体的に取
り付けられた保持具であり、遠赤外線放射板２０の一端
側は保持具６１を介して支持部材４０に支持されてい
る。６２は支持部材４０の他端側に取り付けられたバネ
状保持具であり、遠赤外線放射板２０の他端側はバネ状
保持具６２を介して支持部材４０に支持される。このよ
うに、遠赤外線放射板２０は、保持具６１およびバネ状
保持具６２のみに接触しており、支持部材４０に対して
は実質的に断熱状態となっている。図３において、６３
は、支持部材４０の底板の一部がリード線５２側へ直角
に折り曲げられ、近赤外線ランプ１０の端部を保持する
ための貫通孔が形成されてなるランプ保持部であり、図
示しない他端側も同様のランプ保持部が形成されてい
る。

【００１６】図４は、遠赤外線放射板２０の部分拡大図
（図２のＢ部の拡大図）である。同図において、２１は
厚さ０．１ｍｍのステンレス基板、２２は、ステンレス
基板２１の一面に形成された厚さ２０μｍの高効率吸収
層、２３は、ステンレス基板２１の他面に形成された厚
さ２０μｍの遠赤外線放射層である。

【００１７】ステンレス基板２１の一面に形成された高
効率吸収層２２は黒色を呈しており、シリカ（Ｓｉ
Ｏ₂）と、VI族、 VII族、VIII族から選ばれた少なくと
も１つの金属の酸化物とが含有されて構成されている。
この高効率吸収層２２は、可視領域から遠赤外領域まで
の範囲にわたり高い吸収率を有するものであり、具体的
には、約１〜１０μｍの波長領域における分光吸収率が
０．９以上とされる。

【００１８】ステンレス基板２１の他面に形成された遠
赤外線放射層２３は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を主成分
とし、必要に応じてＺｒＳｉＯ₄、ＭｇＳｉＯ₄などが
添加含有されて構成されている。

【００１９】図５は遠赤外線放射層２３の分光放射率特
性を示す曲線図である。同図に示すように、遠赤外線放
射層２３は、遠赤外線領域における放射効率の高いもの
である。従って、遠赤外線放射板２０の他面側から高い
効率で遠赤外線を放射することができる。

【００２０】本実施例のヒータによる遠赤外線放射加熱
は以下のようにして行われる。先ず、近赤外線ランプ１
０のフィラメントに通電して、白熱化したフィラメント
から近赤外線を放射させる。ここで、通電を開始してか
ら約２秒間以内で放射強度が定格動作に達して安定した
近赤外線が放射される。

【００２１】近赤外線ランプ１０からの近赤外線は、直
接、または反射鏡３０に反射された後に遠赤外線放射板
２０の一面側に照射される。この近赤外線のエネルギー
は一面側に形成された高効率吸収層２２によって高い効
率で吸収され、高効率吸収層２２内において熱に変換さ
れる。これにより、遠赤外線放射板２０が加熱されて遠
赤外線放射が可能となる所定の温度に到達する。

【００２２】ここで、遠赤外線放射板２０は、その
板厚が０．１ｍｍ程度と非常に薄くて熱容量の小さいも
のである。また、遠赤外線放射板２０は、支持部材
４０に対して実質的に断熱状態で保持されており、遠赤
外線放射板２０の熱が支持部材４０へ流出することによ
る熱損失は殆ど生じない。これにより、遠赤外線放射板
２０は、極めて短い時間で所定の温度に到達することが
でき、近赤外線ランプ１０の立ち上がり時間が短いこと
と相まって、昇温時間（ウォームアップ時間）の短縮化
を図ることができる。

【００２３】〔実験例１〕本実施例の遠赤外線ヒータ、
図８に示したような管状ヒータ、図９に示したような板
状ヒータの各々について、後記表１に示す条件に従っ
て、遠赤外線放射面における昇温特性を測定した。結果
を図６に示す。なお、図６に示すグラフの縦軸は、各ヒ
ータにおける「安定時の放射面温度Ｔ₀（Ｋ）」に対す
る「放射面温度Ｔ（Ｋ）」の比を表す。

【００２４】

【表１】

【００２５】図６に示すように、本実施例の遠赤外線ヒ
ータは、遠赤外線放射面における昇温速度が非常に大き
いものである。従って、通電を開始してから所期の放射
強度が安定して得られるまでの時間を極めて短くするこ
とができる。

【００２６】〔実験例２〕本実施例の遠赤外線ヒータに
おいて、後記表２に示すような板厚の異なる遠赤外線放
射板（試料〜）を作製し、それぞれの試料を搭載し
た場合における放射板表面温度の経時的変化を測定し
た。なお、測定条件は以下のとおりである。入力電力：４２４Ｗ放射面積：６５ｃｍ² 基板材質：ステンレス（ＳＵＳ３０４）結果を図７に示す。なお、図７に示す番号（〜）
は、それぞれ試料番号である。

【００２７】

【表２】

【００２８】図７に示すように、遠赤外線放射板の板厚
が０．２ｍｍ以下〔試料〜：単位放射面積あたりの
熱容量が０．１Ｊ／（Ｋ・ｃｍ²）以下〕であれば、昇
温時間の短縮化を十分に図ることができる。なお、遠赤
外線放射板の板厚は、低熱容量化を図る観点からは小さ
い方が好ましいが、機械的強度の観点から０．１ｍｍ以
上であることが必要である。従って、遠赤外線放射板の
板厚としては、基板としてステンレス基板を用いるこの
例において０．１〜０．２ｍｍの範囲に設定することが
好ましい。

【００２９】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこれらに限定されるものではなく、種々の
変更が可能である。例えば、遠赤外線放射板は平板
状のものでなくてもよく、例えば樋状であってもよい。
また、遠赤外線放射板の幅を反射鏡の幅より小さく
することによって、遠赤外線とともに近赤外線を放射さ
せるようにしてもよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明の遠赤外線ヒータによれば、支持
部材と、この支持部材に支持された近赤外線ランプと、
前記支持部材に支持され、前記近赤外線ランプに離間し
て設けられた遠赤外線放射板とを備えてなり、前記近赤
外線ランプからの近赤外線を一面側で吸収して遠赤外線
を他面側から放射するので、通電を開始してから所期の
放射強度が安定して得られるまでの時間を、従来の遠赤
外線ヒータに比べて短縮することができる。また、遠赤
外線放射板の低熱容量化を図るとともに、この遠赤外線
放射板を、支持部材に対して実質的に断熱状態で保持す
ることにより、更にウォームアップ時間を短縮化するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の遠赤外線ヒータの一例を示す平面図で
ある。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図３】遠赤外線放射板の支持状態を示す説明用斜視図
である。

【図４】遠赤外線放射板の部分拡大図である。

【図５】遠赤外線放射層の分光放射率特性を示す曲線図
である。

【図６】本発明の遠赤外線ヒータ、従来の管状ヒータお
よび板状ヒータの各々について、遠赤外線放射面におけ
る昇温特性を示す曲線図である。

【図７】板厚の異なる遠赤外線放射板を搭載した場合に
おける放射板表面温度の経時的変化を示す曲線図であ
る。

【図８】従来の遠赤外線ヒータ（シーズヒータ）の概略
を示す説明図である。

【図９】従来の遠赤外線ヒータ（セラミックヒータ）の
概略を示す説明図である。

【符号の説明】

１０近赤外線ランプ２０遠赤外線放射板２１ステンレス
基板２２高効率吸収層２３遠赤外線放
射層３０反射鏡４０支持部材５１リード線５２リード線６１保持具６２バネ状保持
具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05B 3/00 345 H05B 3/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】支持部材（40）と、この支持部材（40）
に支持された近赤外線ランプ（10) と、前記支持部材
（40）に支持され、前記近赤外線ランプ（10) に離間し
て設けられた遠赤外線放射板（20) とを備えてなり、前記遠赤外線放射板（20) は、基板（21) と、基板（2
1) の一面に形成された高効率吸収層（22) と、基板（2
1) の他面に形成された遠赤外線放射層（23) とからな
り、前記近赤外線ランプ（10) からの近赤外線を一面側
で吸収し、遠赤外線を他面側から放射することを特徴と
する遠赤外線ヒータ。
【請求項２】遠赤外線放射板（20) の単位放射面積あ
たりの熱容量が０．１Ｊ／（Ｋ・ｃｍ²）以下であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の遠赤外線ヒータ。
【請求項３】遠赤外線放射板（20) が、これを支持す
る支持部材（40) に対して実質的に断熱状態であること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の遠赤外線
ヒータ。
【請求項４】棒状の近赤外線ランプ（10) と、この近赤外線ランプ（10) からの近赤外線を反射する反
射鏡（30) と、前記近赤外線ランプ（10) に沿って離間して設けられ、
近赤外線ランプ（10)からの近赤外線および反射鏡（30)
からの近赤外線を一面側で吸収し、遠赤外線を他面側
から放射する遠赤外線放射板（20) と、前記近赤外線ランプ（10) 、前記反射鏡（30) および遠
赤外線放射板（20) を所定の位置に支持固定する支持部
材（40) とを備えてなり、前記遠赤外線放射板（20) は、基板（21) と、基板（2
1) の一面に形成された高効率吸収層（22) と、基板（2
1) の他面に形成された遠赤外線放射層（23) とからな
り、単位放射面積あたりの熱容量が０．１Ｊ／（Ｋ・ｃ
ｍ²）以下であって、支持部材（40) に対して実質的に
断熱状態で支持されていることを特徴とする遠赤外線ヒ
ータ。