JP3108590U

JP3108590U - 電熱膜加熱装置

Info

Publication number: JP3108590U
Application number: JP2004006491U
Authority: JP
Inventors: 林正平
Original assignee: 林正平
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2010-11-04

Abstract

【課題】構造が簡略化され、温度の自動制御が可能な電熱膜加熱装置を提供する。
【解決手段】基板１と、基板１の表面にコーティングされたＰＴＣ特性材料からなる電熱膜層２と、電熱膜層２の両端にそれぞれ設置された電極３とからなり、電熱膜層２が電極３の導電により発熱するようにしたことを特徴とする温度自動制御機能を有する薄膜加熱部を備えた電熱膜加熱装置。特に、電熱膜層２の厚さは２μｍ以下であり、基板１の形状としては、平面状、管状、はちの巣状等の加熱装置の形状に合わせた形状が採用される。また、基板１には遠赤外線用材料を添加することにより、遠赤外線により被加熱物を加熱することも可能である。
【選択図】図２

Description

本考案は、電熱膜加熱装置に関するものであり、さらに詳しくは、電熱膜加熱装置の加熱部の構造を提供するものであって、特に一種の温度自動制御機能を具備する薄膜加熱部を備えた電熱膜加熱装置に関するものである。

従来の加熱装置によれば、主にニクロムコイル（ニッケルクロム合金線）または石英管を用い、空気の熱伝導により加熱する必要があるが、空気による熱伝導は効率が悪く、均等に加熱できないという欠点がある以外に、体積を大きくとり、また、加熱温度のコントロールが容易ではないという欠点があった。現在においては、電熱膜加熱方式が採用されるに至っているが、かかる電熱膜加熱方式の電熱膜と従来の電熱コイルとを比較すると、前記電熱膜は二次加熱（導熱）の必要がない為、加熱を迅速に、かつ均一に行なうことができ、また、安全で効率よく行なうことができるというメリットがある。

台湾特許公告第４７２９９７号の「加熱装置」を例にとれば、その内容は、加熱装置として、主に少なくとも１つの電熱膜を有するものについてであり、電熱膜として１つの基板と１つのＡｇ−エポキシ樹脂と１つの電極とを含むものが開示されている。そして、電熱膜は基板の一方の面に設けられ、他方の面には遠赤外線層が設けられる。電熱膜層は導電の保護層を有し、保護層は酸化表面を有し、Ａｇ−エポキシ樹脂は保護層上に設けられ、且つ、保護層内部と電気的に連結されている。また、電極は保護層とＡｇ−エポキシ樹脂と電熱膜層とに電気的に連結されている。さらに、電熱膜と前記遠赤外線層との作用により生ずる遠赤外線による目的物の加熱についても記載されている［中華民国９１年１月１１日（西暦２００２年１月１１日）専利参照］。

また、台湾特許公告第２３８４０９号の「半導体加熱膜の製法」を例にとれば、主に金、銀等の金属化合物またはその他の有機化合物を主体とし、これに製造過程において適量のアンチモン、鉄等の化合物を混合剤として添加し、均一に攪拌した後、一定比率で導電材料を混ぜ合わせることにより導電材料流体を調製する。基板を洗浄した後、高温炉室に入れ、基板の表面を活性化させた状態にし、前記導電材料流体と空気を混合し、一定量を高温炉室内に噴入することにより霧化分解した霧状の帯電イオンにより基板表面をコーティングするか、または、直接活性化した前記基板表面に噴き付けてコーティングすることにより、基板表面に「半導電性発熱薄膜」を形成する方法が記載されている［中華民国８４年１月１１日（西暦１９９５年１月１１日）専利参照］。

しかし、前記電熱膜を加熱源とする加熱装置は、高温焼結により基板上に独立に遠赤外線層を形成するものであり、その加工ステップは多少複雑であり、また、電熱膜層と遠赤外線層との間に基板があり、間隔があるため、エネルギー転換効率が悪いという欠点がある。また、前記加熱膜は抵抗材料を使用しており、温度コントロールが容易ではなく、温度調節装置を設置する必要があるという欠点がある。

また、ＰＴＣ(Positive Temparature Coefficient(正温度係数)。以下、本願明細書において同じ。)現象を発現する材料は、温度変化に応じ電気抵抗値が変化する特性を有するものである。すなわち、かかる特性は、低温時には電気抵抗が小さく、温度が上昇するにつれ電気抵抗が大きくなり、キュリー温度以上になると電気抵抗が急激に増加し、絶縁体に近い状態になる。その結果、電流が減少する為、発熱温度が低下し、温度低下により、抵抗が小さくなり、電流が再び増加するというものである。ＰＴＣ現象を発現する材料は、前記の如く温度変化に応じ電気抵抗値が変化する特性を有することにより温度に対する自己制御機能を有する。

従って、前記の如くＰＴＣ特性を有する材料は、自己制御機能を具備するが、前記特性を有する従来のプレス成型または圧出成型のＰＴＣ発熱体は下記の如き、欠点を包蔵している。

すなわち、
１．電圧を加えると、大量の電流が流れるとともに、急激に発熱し、昇温率が
１０⁴−１０⁶Ｋ／Ｓに到達する。ＰＴＣ発熱体の結晶が半導体であり、結
晶領域が高抵抗である為に、結晶領域に電場を加えることにより、結晶領
域上の電場強度はＰＴＣ発熱体上の電場の１００倍にもなる為、ＰＴＣ発
熱体は、高温度を生じる。
２．ＰＴＣ発熱体用材料内の電気抵抗が均一でない場合、温度が不均一になる。
３．温度がキュリー温度近くまで上昇する時、圧縮応力が突然引っ張り応力に
変化し、且つ応力の極限に達しやすい。
４．ＰＴＣ発熱体セラミックスは抗張強度が低い為、へき開現象を生じやすい。
５．ＰＴＣ成分組成、または結晶粒が不均一であれば、ＰＴＣ発熱体セラミッ
クスに熱点を生じる。
等を挙げることができる。

従って、前記の如き問題点が熱破壊、または絶縁破壊の原因となり、ひいてはＰＴＣ発熱体の使用安定性に影響を及ぼすという欠点があり、かかる欠点を如何に克服するかが課題となっている。
台湾特許公告第４７２９９７号公報台湾特許公告第２３８４０９号公報

従って、本考案の課題は、前記プレス成型または圧出成型によるＰＴＣ発熱体が有する前記欠点を解消し、温度の自動制御機能を有し、熱破壊、絶縁破壊を防止した電熱膜を有する薄膜加熱部を備えた電熱膜加熱装置を提供する点にある。
また、本考案の課題は、簡略化された電熱膜加熱装置を提供する点にあり、さらに、本考案の課題は、電熱膜加熱装置において、基板の調製、特に基板材料に遠赤外線用材料を混合することにより、遠赤外線用材料を含有する基板を製造し、被加熱物の遠赤外線による加熱可能な薄膜加熱部を備えた電熱膜加熱装置を提供する点にある。

そこで、本考案者は、前記の電熱膜加熱装置の従来の開発状況に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、長年のセラミックス材料の設計製造の知見に基いて特定の半導体セラミックス材料の特定の薄膜を電熱膜として使用することにより前記課題を解決できることにより想到し、本考案の完成に到達した。

かくして、本考案によれば、
基板（１）と、当該基板（１）の表面にコーティングされたＰＴＣ特性材料からなる電熱膜層（２）と、当該電熱膜層（２）の両端にそれぞれ設置された電極（３）とからなり、前記電熱膜層（２）が前記電極（３）の導電により発熱するようにしたことを特徴とする温度自動制御機能を有する薄膜加熱部を備えた電熱膜加熱装置
が提供される。

また、本考案は、基板（１）と、当該基板（１）の表面上にコーティングされたＰＴＣ特性を有する電熱膜層（２）と、当該電熱膜層（２）の両端にそれぞれ設置された電源（３）とからなる薄膜加熱部を基本構成とし、その具体的な実施の態様として以下の各考案を包含する。
１．前記基板（１）の形状が、平面状、管状、はちの巣状等のいずれでもよい温度自動制御機能を有する薄膜加熱部を備えた前記電熱膜加熱装置。
２．前記電熱膜層（２）の厚さが、２μｍ以下の薄膜である、温度自動制御機能を有する薄膜加熱部を備えた電熱膜加熱装置。
３．遠赤外線用材料を含有してなる基板（１）と、当該基板（１）の表面にコーティングされたＰＴＣ特性材料からなる電熱膜層（２）と、当該電熱膜層（２）の両端にそれぞれ設置された電極（３）とからなり、前記電熱膜層（２）が前記電極（３）の導電により発熱し、遠赤外線を放射するようにしたことを特徴とする温度自動制御機能を有する薄膜加熱部を備えた電熱膜加熱装置。
４．前記電熱膜層（２）上に耐熱絶縁層（４）が被覆されてなる、温度自動制御機能を有する薄膜加熱部を備えた電熱膜加熱装置。

本考案によれば、薄膜加熱部が、基板（１）と、当該基板（１）の表面にコーティングされたＰＴＣ特性材料を具備する電熱膜層（２）と、当該電熱膜層（２）の両端にそれぞれ設置された電極（３）とからなるものであり、温度調節装置を要しないので、かかる構成から、簡略化した電熱加熱装置を提供することができ、かつ、発熱温度が自動的に制御され、従来のプレス成型または押出成型によるＰＴＣ発熱体と対比して、本考案の電熱膜が実用上顕著な効果を奏するものである。

以下、本考案について具体的に説明する。
本考案に係る電熱膜加熱装置は、図１、２に示すように、基板（１）を有し、当該基板（１）の表面にＰＴＣ特性材料を具備する電熱膜（２）を形成し、当該電熱膜（２）の両端に電極（３）が設置されたものであり、当該電極の導電により前記電熱膜（２）を発熱させることができる。

本考案に係る薄膜加熱部を構成する基板（１）としては、特に限定されるものではなく、ＰＴＣ特性を有する材料からなる電熱膜がコーティングできるものであり、耐熱性を有するものであれば、通常用いられているものでよく、硬質、軟質の無機または有機材料のいずれかのものを選択することができる。例えば、ガラス、セラミックス、アルミナ、ジルコニア、シリコン、チタニア、マイカ等のセラミックス多孔体等を用いることができる。

次に、電熱膜層（２）は、ＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient(正温係数))特性を有する材料を用いて調製したものである。ＰＴＣ特性を有する材料としては、半導体セラミックス粉末を挙げることができ、具体例としてチタン酸ストロンチウム系またはチタン酸バリウム系等の半導体セラミックスを用いることができ、バリウムに対してランタン(La³⁺)、セリウム(Ce³⁺)等のドナーイオン等の成分がさらに配合されて電気抵抗値が制御される。また、チタンに対しては、ネオビウム(Nb⁵⁺)等のドナーが所定量注入され、同様に抵抗値が調整される。

本考案において、電熱膜の基板へのコーティングの方法としては、熱化学反応、ＣＶＤ(Chemical vapor deposition process)法（化学気相蒸着法）、または真空蒸着法（ＰＶＤ法）等を挙げることができる。本考案で採用する熱化学反応による被膜のＰＴＣ発熱体は、被膜の厚さは２μｍ以下であり、且つ前記基板（１）との結合は分子結合、且つ高温相互拡散化学反応による結合である為、瞬間的に急激に発熱した時にも、温度変化による温度差または熱点問題が起きることはなく、従来のプレス成型または圧出成型のＰＴＣ発熱体の欠点を克服するとともにＰＴＣ発熱体の正温度係数特性のメリットを保持することができる。特に、電熱膜層の厚さが２μｍ以下である場合に、温度制御が変動幅を少なく微細に行なうことができる。

さらに具体的な実施例について説明すると、基板（１）を有し、当該基板（１）の表面にＰＴＣ特性材料を具備するドーパントを含有したチタン酸バリウム系半導体セラミックスを電熱膜層（２）として、２μｍの厚さで形成させた。コーティングは通常採用される熱化学反応を用いた。電熱膜層（２）の両端には電極（３）を設置した。

前記の如き構成により薄膜加熱部を備えた電熱膜加熱装置の構造の簡略化及び温度の自動制御が可能となる。
また、本考案の前記基板（１）には成型時に遠赤外線用材料を添加することも可能である。前記遠赤外線用材料は、加熱により遠赤外線を放射することができる材料であり、例えば、セラミックス粉末を挙げることができる。例えば、遠赤外セラミックスとして、アルミナ(Al₂O₃)、シリカ(SiO₃)、ジルコニア(ZrO₂)、チタニア(TiO₂)、マグネシア(MgO)、ムライト(3(3Al₂O₃・2SiO₂))、ジルコン((ZrO₂・SiO₂)₄)、コージエライト(2MgO・Al₂O₃・5SiO₂)、窒素ケイ素(Si3N₄)、炭化ケイ素(Sic)等の材料を任意に選択することができる。これらの材料は、粒粉状として基板を形成する前に基板原料に所定量混合することができ、混合物を成型し基板とする。遠赤外セラミックスは基板の材料としても使用することができるので、特定の材料、例えば、ポリエチレンテレフタレート等の高分子フィルム、またはガラス等の材料の基板が要求される場合を除き、前記赤外線セラミックスを基板材料として併用することができる。このようにして得られた、前記基板（１）に加熱用の前記電熱膜層（２）がコーティングされ、前記電極（３）の導電により前記電熱膜層（２）が前記基板（１）の遠赤外線用材料に作用し、発生する遠赤外線により被加熱物を加熱することができる。
遠赤外線用材料は、基板用材料に混入して用いるので、このように基板上に遠赤外線用材料をコーティングし、これを高温焼結して、遠赤外線層を形成する工程を省略することができる。
前記基板（１）は遠赤外線機能を具備する基板であり、前記電熱膜層（２）により加熱されることにより、直接遠赤外線に放射することができ、従来の装置に比較して、効率的であり、前記の如く、電熱膜加熱装置の構造の簡略化および加熱効率化を図ることができる。

また、本考案によれば、前記記電熱膜加熱装置の前記基板（１）の上面に前記電熱膜層（２）を設置し、前記電熱膜層（２）の上面に耐熱絶縁層（４）（耐熱絶縁膜層（４）としては、例えば、無機材料を用いることができる。）を設置することにより、電熱膜加熱装置の後方の断熱および安全を確保することができる。

前記の如く、本考案は、一種の電熱膜加熱装置の温度自動制御機能を具備する薄膜加熱部の構造を提供するものであり、その構造は、本考案の全部の目的を達成したものである。

以上は、本考案の実施例について本考案の技術及び特徴を具体的に説明したものであり、本考案は、これらにより限定されるものではない。

本考案に係る薄膜加熱部を備えた電熱膜加熱装置は、温度の自動制御機能を有するものであり、半導体セラミックスを利用したものとして小型から大規模の加熱装置の分野をはじめ各種分野において熱源またはセンサー等として広範囲に用いられる。
従って、加熱装置として高効率の装置を提供することができるので製造面においては電気機器製造工業の分野、用途面においても、極めて多種の分野で寄与するところが著しく大きい。

本考案の実施例に係る電熱膜加熱装置の薄膜加熱部の正面図である。本考案の実施例に係る電熱膜加熱装置の薄膜加熱部の断面図である。

符号の説明

１基板
２電熱膜層
３電極
４耐熱絶縁層

Claims

基板（１）と、当該基板（１）の表面にコーティングされたＰＴＣ(Positive Temparature Coefficient(正温度係数))特性材料からなる電熱膜層（２）と、当該電熱膜層（２）の両端にそれぞれ設置された電極（３）とからなり、前記電熱膜層（２）が前記電極（３）の導電により発熱するようにしたことを特徴とする温度自動制御機能を有する薄膜加熱部を備えた電熱膜加熱装置。
前記基板（１）の形状が、平面状、管状、はちの巣状等でもよいことを特徴とする請求項１記載の温度自動制御機能を有する薄膜加熱部を備えた電熱膜加熱装置。
前記電熱膜層（２）の厚さが、２μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の温度自動制御機能を有する薄膜加熱部を備えた電熱膜加熱装置。
前記基板（１）が、遠赤外線用材料を含有し、遠赤外線により被加熱物を加熱することを特徴とする請求項１記載の温度自動制御機能を有する薄膜加熱部を備えた電熱膜加熱装置。
前記電熱膜層（２）上に耐熱絶縁層（４）が被覆されてなること特徴とする請求項４記載の温度自動制御機能を有する薄膜加熱部を備えた電熱膜加熱装置。