JPH02276184A - 赤外線放射用発熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は赤外線放射用発熱装置に関し、更に詳しくは、
物質の加熱あるいは暖房に好適な赤外線放射用発熱装置
に関するものである。

従来の技術 近年、赤外線放射エネルギーは、物質の加熱あるいは暖
房等において産業上広い利用性を有する。

従って、このような赤外線放射エネルギーを有効に利用
すべく、種々の赤外線放射用発熱装置が提案されている
。例えば、電力をエネルギー源とする場合、従来は高温
用の高効率赤外線放射体として疑似黒体にも利用されて
いる放射率が１に近い炭化珪素が用いられている。その
炭化珪素による赤外線放射体は抵抗体であるので、電力
が直接供給されることにより赤外線放射エネルギーを放
射せしめる一次的な赤外線放射用発熱装置として利用さ
れている。

しかしながら、炭化珪素による赤外線放射体は作成過程
において空気中で高温焼成を行うと炭化珪素が酸化され
るため、その作成時には、所定の形状に形成された赤外
線放射体は非酸化雰囲気で炭化珪素のセラミックス粒子
を２ｏＯｏ℃〜２３ｏｏ℃で焼成して前記セラミックス
粒子を再結晶化し、前記セラミックス粒子間を結晶結合
することにより作成されている。しかし、前記焼成は非
酸化雰囲気の高温下で行われるため難しいものであり、
コストが高いものとなっていた。又、炭化珪素による赤
外線放射体は導電性があるため、その表面に絶縁材料を
設ける等の電気的絶縁処理を行う必要があった。又、前
記炭化珪素による赤外線放射体は熱衝撃性に劣るもので
あった。

したがって、高効率な赤外線放射エネルギーの放射が十
分でないが、電気的絶縁性、および熱衝撃性に秀でる赤
外線放射体として、コープイライト、あるいはチタン酸
アルミニウム等からなる熱膨張係数２．０×１ｏ　１／
℃以下の低膨張セラミックス粒子に金属酸化物を加えて
焼成して得た赤外線放射体を、別途設けた発熱体、たと
えば、ニクロム線等の金属抵抗体にて加熱して前記低膨
張セラミックの赤外線放射体より赤外線放射エネルギー
を放射せしめる二次的な赤外線放射用発熱装置が利用さ
れている。この赤外線放射体の組成を説明すると、前記
低膨張セラミックは結晶と溶融した非結晶が混在されて
結合され、前記金属酸化物は前記結晶と前記非結晶間に
存在するとともに、その一部は前記結晶中に固溶され、
又、その一部は非結晶に固溶されて非結晶層を形成して
いる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、近年、上記のような赤外線放射体とその
赤外線放射体を加熱する金属抵抗体を組合せた二次的な
赤外線放射用発熱装置において、より高効率な赤外線放
射エネルギーを有する赤外線放射用発熱装置が要望され
ている。

本発明はかかる課題を解決し、高効率な赤外線放射エネ
ルギーを放射するとともに、秀でた電気的絶縁性と耐熱
衝撃性を有する赤外線放射用発熱装置を提供することを
目的とする。

課題を解決するための手段 本発明の赤外線放射用発熱装置は、炭化珪素を主成分と
するセラミックス粒子がガラス質材料により結合され、
かつ、そのセラミックス粒子間に空間が形成された赤外
線放射体を、発熱体によシ加熱せしめて前記赤外線放射
体よシ赤外線を放射せしめる構成としたものである。

作　　　用 本発明の赤外線放射用発熱装置は、赤外線放射体として
、炭化珪素を主成分とするセラミックス粒子をガラス質
材料にて結合せしめ、かつ、前記セラミックス粒子間に
空間を形成せしめた多孔体状の赤外線放射体が用いられ
ている。したがって、その赤外線放射体は前記ガラス質
材料の軟化温度付近の温度で所定の形状に焼成ができる
ので、その形成が容易となるとともに、従来の炭化珪素
の抵抗体に比べて前記セラミックス粒子を前記ガラス質
材料にて結合し隔離しているので、電気的絶縁性を有し
たものにでき、かつ、前記セラミックス粒子の熱膨張を
粒子間の空間で吸収することができるので、熱衝撃に耐
えることができる。又、前記多孔体状の赤外線放射体は
従来のコープイライト等からなる低膨張セラミックの赤
外線放射体に比べて高効率な赤外線エネルギーを放射す
ることができる。

実施例 以下、本発明の一実施例の赤外線放射用発熱装置につい
て図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例における赤外線放射用発熱装
置に用いられる赤外線放射体の一構成例の断面図である
。

第１図において、１は炭化珪素を主成分とするセラミッ
クス粒子であり、その周りに軟化点が１６００℃以下の
ガラス質材料からなるガラス層２を形成せしめて隣接す
る前記セラミックス粒子１をそれぞれ結合させるととも
に、前記セラミックス粒子１間に空間４を形成した多孔
体状の構成となっている。以上のように構成された赤外
線放射体３の生成についての組成を説明する。

原料として炭化珪素を主成分とするセラミックス粒子１
は平均粒径が小さくなる程焼成した場合に酸化の度合い
が大きくなり前記赤外線放射体３の赤外線放射特性を劣
化せしめるため、平均粒径を２μｍ以上とし、成型性を
考慮して２００μｍ以下のものを用いる。ガラス層２の
ガラス質材料は重量％として、ＫＯを４％、Ｌｉ２Ｏを
３％、ＡＩ　Ｏを１９％、Ｃａ　Ｏを３％、Ｓ　ｉ　Ｏ
２を６６％、ＮａＯを１％、Ｂ２Ｏ３を２％、Ｍｇｏを
２％を含む原料を秤量混合する。そして、そのガラス質
材料とセラミックス粒子１との重量比を２：８として有
機バインダーを秤量混合した後に成形を行う。次に、焼
成であるが、焼成条件として、空気中で１６００℃以下
で焼成時間を短くして行う。

その理由として、前記セラミックス粒子１の平均粒径に
よっても異なるが、１５００℃迄で短時間であればセラ
ミックス粒子１の酸化は微量であるという結果を重量変
化及びＸ線分析により得られている。それ故に、前記ガ
ラス質材料は１６０゜℃以下の軟化点となるべく原料を
調整したものを用いる。尚、この調合によって得られる
焼成品は、セラミックス粒子１の平均粒径、ガラス層２
のガラス質材料、ガラス層２のガラス質材料の量により
物性的に影響を与えることとなる。次に、平均粒径が３
６μｍ、１７μｍ１５μｍ、２μｍ　にそれぞれ選別さ
れたセラミックス粒子１の各粒子群にガラス層２のガラ
ス質材料として同じ成分ものを同じ重量比でそれぞれ混
合成形された成形品を、昇温１６ｏ℃／Ｈでこのガラス
質材料の軟化点温度以上である１１６０℃まで昇温し２
時間保持して焼成された各赤外線放射体３の試料Ａ　、
　Ｂ　、　Ｃ。

Ｄについて、そのかさ比重、気孔率％、吸水率（へ）。

曲げ強度（Ｋ９ｆ／ｍ２）の物性についての測定結果を
表１にて示す。

表　　　１ 前記衣１の結果から各赤外線放射体３は、セラミックス
粒子１間に空間４が形成された多孔体であることがわか
る。又、これらの赤外線放射体３においては、熱衝撃の
際、前記セラミックス粒子１の熱膨張が空間４で緩和さ
れることによりセラミックス粒子１間の破壊を防ぎ耐衝
撃性の秀でたものとすることができだ。又、試料Ａにお
いては。

２０℃における体積抵抗を測定すると１ｏΩ・αとなり
、電気的絶縁を可能とすることができた。

又、前記空間４を形成した多孔体である赤外線放射体３
を得るだめ、空間４の形成や各セラミックス粒子１間の
結合を考慮すると、セラミックス粒子１とガラス質材料
の重量比として、９−１から６：６の間の比にする必要
がある。

次に、赤外線放射体３と発熱体として金属抵抗体５を組
合せ高効率な放射エネルギーを得る赤外線放射用発熱装
置について、第２図を参照して説明する。

図において、赤外線放射体３を筒状に形成し、その内径
部に発熱体としてニクロム等の金属抵抗体６を挿入した
後、その金属抵抗体５の両端を碍子６により赤外線放射
体３の両端にそれぞれ保持する構成とし、金属抵抗体６
の両端に電圧をかけて発熱させ、その熱エネルギーで赤
外線放射体３を加熱させることにより、その赤外線放射
体３がら赤外線放射エネルギーを得ることができる構成
となっている。

以上のように構成された赤外線放射用発熱装置による赤
外線放射体３の放射強度の測定結果と従来の赤外線放射
用発熱装置に用いられるコージライトからなる赤外線放
射体の放射強度の測定結果との比較を第３図に示す。図
中の前記放射強度の測定条件としては、発熱体の加熱に
より赤外線放射体の一定面積が６００℃の一定温度に保
たれた状態において、その一定面積の表面から得られる
各波長域における一定時間の放射エネルギー量の度合い
を比較測定したものである。前記測定結果により本実施
例と従来のものとを比較すると、本実施例の赤外線放射
体３の放射強度曲線７の方が、従来のコージライトから
なる赤外線放射体の放射強度曲線８より上回っているこ
とがわかる。故に、赤外線放射エネルギーをより高効率
に得ることができる。

さらに、炭化珪素自体の熱伝導率は従来用いられている
コージライトに比べ良いために、第２図に示すような各
セラミックス粒子１間がガラス質材料にて結合され、か
つ、空間４が形成された構造の場合においても、よりエ
ネルギー損失を少なくして有効に利用することができる
。

尚、第１図にて説明した前記ガラス層２のガラス質材料
として、Ｋ２Ｏ，Ｌｉ。０１Ａ１２０３、Ｃａ　ＯＳ　
ｉＯＮ　ａ　ＯＢ　２０３としたが、それらとそれら以
外のアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、リ
ン酸、フッ化物、ホウ酸等の少なくとも一種類を含む軟
化点が１５００℃以下のガラス質材料を使用することに
より同様な効果を得ることができる。

又、ガラス質材料を選択することにより強度等の物性を
変えることができるので、目的に合せた物性須に調整す
ることが可能である。

発明の効果 以上のように本発明の赤外線放射用発熱装置は、炭化珪
素を主成分とするセラミックス粒子の表面にガラス質材
料からなるガラス層を配設せしめて互いに隣接する前記
セラミックス粒子が結合され、かつ、そのセラミックス
粒子間に空間が形成された多孔体状の赤外線放射体を使
用することにより、電気的絶縁性がある高効率の赤外線
放射エネルギを得ることができた。さらに、前記空間に
より熱衝撃に強い赤外線放射体が得られることができた
。さらに、熱伝導が良いため、よりエネルギ損失が少な
く高効率な赤外線放射体とすることができた。その上、
高温度の非酸化雰囲気中で焼成する必要がないので低コ
スト化が実現できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における赤外線放射用発熱装
置の要部を模型的に示す断側面図、第２図は同装置の断
面図、第３図は同装置の一条件下における放射線強度曲
線図である。 １・・・・・・セラミックス粒子、２・・・・・・ガラ
ス層、３・・・・・・赤外線放射体、４・・・・・・空
間、５・・・・・・金属抵抗体。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名第３
図 し５ミｖ２杓［↓ ミ反１砲二くｕｍ）−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　炭化珪素を主成分とするセラミックス粒子がガ
   ラス質材料により結合され、かつ、そのセラミックス粒
   子間に空間が形成された赤外線放射体と、前記赤外線放
   射体より赤外線を放射せしめるべく上記赤外線放射体を
   加熱せしめるための発熱体とを備えたことを特徴とする
   赤外線放射用発熱装置。
2. （２）　赤外線放射体は、炭化珪素を主成分とするセラ
   ミックス粒子の平均粒径が２μｍ〜２００μｍであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の赤外線放射
   用発熱装置。
3. （３）　赤外線放射体は、軟化点が１５００℃以下のア
   ルカリ金属酸化物，アルカリ土類金属酸化物，アルミナ
   ，シリカ，リン酸，フッ化物，ホウ酸のうち少なくとも
   一種類を含むガラス質材料であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の赤外線放射用発熱装置。
4. （４）　赤外線放射体は、炭化珪素を主成分とするセラ
   ミックス粒子とガラス質材料の重量比が、それぞれ９：
   １から５：５の比の間であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の赤外線放射用発熱装置。