JPH03280382A

JPH03280382A - 赤外線ヒータ

Info

Publication number: JPH03280382A
Application number: JP7970390A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Saida; 斉田　淳; Toshihiko Ishigami; 敏彦石神; Masahiko Yotsuyanagi; 四ツ柳　真彦; Akio Watanabe; 昭男渡辺
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1990-03-28
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1991-12-11

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、絶縁性基体の表面に導電膜からなる発熱体を
付設して構成した赤外線ヒータに関する。

（従来の技術）例えば、食品の乾燥や工業用各種部品の乾燥に赤外線ヒ
ータが使用されている。

このような分野で使用される従来の赤外線ヒータとして
は、第３図および第４図に示すような構造のヒータが知
られている。このものは、アルミナなどのような絶縁性
セラミックスからなる円筒形の基体１と、この基体１の
表面に形成された例えばグラファイトなどのようなカー
ボン系の導電性被膜からなる発熱体２と、上記円筒形基
体１の端部に取り付けられた受電端子３．３とで構成さ
れている。

上記円筒形基体１は、加圧成形により円筒形状に成形さ
れて焼成されたものであり、がっ導電性被膜からなる発
熱体２はこの円筒形基体１の外表面に、スパッターリン
グまたは塗布方法により付着されている。

上記導電性被膜からなる発熱体２はこの円筒形基体１の
外表面に蛇行形の帯状に形成され、この蛇行形帯状をな
す発熱体２の両端部が上記円筒形基体１の端部に取り付
けられた受電端子３．３に接続されている。

したがって、受電端子３．３を電源に接続すれば発熱体
２に電流が流れ、この発熱体２が発熱して赤外線を放出
する。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記従来の構造の場合、グラファイトな
どのような導電性被膜からなる発熱体２はアルミナなど
のような絶縁性セラミックスからなる円筒形の基体１の
表面に、単にスパッターリングまたは塗布方法により付
着されているだけであるから被膜２の付着強度が低く、
つまり導電外被ＩＩ２の基体１に対する結着力が弱い不
具合がある。

このため、機械的な衝撃や急激な温度変化等のような熱
的衝撃が加えられると導電性被膜２が剥離し易い。

このような剥離部分は局部的に高温度になって温度むら
を生じたり、この剥離部分が高温のために蒸発して時間
経過に伴って抵抗が大きくなったり、入力に対する発熱
特性が低下したり、さらには断線する等の不具合もある
。

また、従来の場合は導電性被膜２が直接剥き出して大気
に露出されており、このため被膜２の表面に塵や埃が付
着堆積してこれら塵や埃が赤外線の放射効率を低下させ
たり、被膜２が酸素と反応して抵抗値が増大して温度が
低下したり、被膜２が破損する等の不具合を招く。

さらに、導電性被膜２が直接剥き出しであると、取り扱
い中に導電性被膜２に傷を付けたり、表面を汚し、温度
むらを発生させる不具合もある。

本発明はこのような事情にもとづきなされたもので、そ
の目的とするところは、導電性被膜の基体に対する結着
力を強くして剥離を防止するとともに、この導電性被膜
の表面に汚れや傷が付くのを防止することができる赤外
線ヒータを提供しようとするものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、絶縁性基体の表面に導電膜からなる発熱体を
付設してなる赤外線ヒータにおいて、上記基体の表面に
上記導電膜を気相成長法により形成し、かっこの基体を
赤外線透過性の密封容器に収容し、この密封容器の内部
を真空または不活性ガス雰囲気にしたことを特徴とする
。

（作　用）本発明によれば、導電膜を基体の表面に気相成長法によ
り形成したので、導電性被膜の基体に対する結着力が強
くなり、剥離を防止することができる。また、上記基体
を赤外線透過性の密封容器に収容したので、導電膜が直
接大気に露出されなくなり、導電膜の表面の汚や傷付き
を防止することができる。

【実施例）以下本発明について、第１図および第２図に示す一実施
例にもとづき説明する。

図において１１は絶縁性円筒形の基体、１２はこの基体
１１の表面に形成された導電性被膜からなる発熱体、１
３．１３は上記円筒形基体１１の端部に取り付けられた
ホルダー兼用の受電端子である。

１４は上記円筒形基体１１を覆う密封容器であり、赤外
線透過材料、例えば円筒形のアルミナにて形成されてい
る。この密封容器１４の両端部はキャップ１５．１５に
より気密に閉塞されており、これらキャップ１５．１５
の中央部には封止チューブ１６．１６が接合されている
。これら封止チューブ１６．１６には、上記円筒形基体
１１の端部に取り付けられたホルダー兼用の受電端子１
３．１３が貫通して外部に導出されており、このため円
筒形基体１１は密封容器１４の中心位置に同心状に保持
されている。なお、受電端子１３．１３と封止チューブ
コロ、１６は気密に接合されている。

上記密封容器１４内部は、例えば１０−’Ｔ　ｏｒｒ程
度の高真空に保たれている。

さらに詳シ、＜説明すると、本実施例の円筒形基体１１
は、ボロンナイトライドなどのような絶縁性セラミック
スにより形成されており、この基体１１は気相成長法に
より製造されている。

上記ボロンナイトライドの気相成長法ｃ構成された基体
１１は、例えば内径１２１１％外径１４１１、長さ２５
０ｍｍの真円の円筒形になっている。

二の基体１１の表面に形成された導電性被膜からなる発
熱体１２は、グラファイトなどのようなカーボン系材料
からなり、この基体１１の表面に気相成長法により形成
されている。上記導電性被膜からなる発熱体１２は円筒
形基体１１の外表面に軸方向に長い蛇行形をなす帯状に
形成されている。この場合、膜厚は０．１ｍｍ、帯の幅
は５■、隣接する帯間の間隔は０，６■に形成されてい
る。

このような蛇行形厚電性被膜１−３の端部は、基体１１
の端部に固定された受電端子１３．１３に接続されてい
る。なお、受電端子１３．１３は基体１１に対して導電
性耐熱接着剤などにより接合されている。

密封容器１４は、外径２６＋ｕ＋、内径２４Ｉｌｌａｌ
、管長４００■の透光性アルミナチューブで形成されて
おり、上記導電性被膜からなる発熱体１２より放射され
た赤外線を透過する。密封容器１４の両端を閉塞するキ
ャップ１５．１５も透光性アルミナにより形成されてお
り、封止チューブ１６．１６はニオビウムのような耐熱
性金属で形成されている。

そして、本実施例では、実質的に密封容器１４内が１０
−５Ｔ　ｏｒｒ程度の高真空に保たれている。

なお、このようなヒータの製造方法を説明する。

まず、基体１１の製造方法から説明すると、直径１１．
．５ｍｍ、長さ３００■のカーボンよりなる芯材を用意
する。この芯材を気相成長作業用容器に収容し、この容
器内を真空に排気する。上記容器内で芯材を例えば約２
０００℃に加熱し１、この温度を維持しつつ芯材に回転
を与える。この状態で容器内に、少量の３塩化硼素（Ｂ
Ｃｌ２）と少量のアンモニア（ＮＨ３）のガスを注入す
ると、上記カーボンからなる芯材の表面に化学反応、つ
まり気相成長によってボロンナイトライドが形成される
。これを所定時間継続することにより、例えば芯材の表
面に肉厚が１．２５ｍｍ程度のボロンナイトライドの円
筒形が形成される。

このような方法により、表面に気相成長によってボロン
ナイトライドを形成した芯材を上記気相成長作業用容器
から取り出し、旋盤加工により上記カーボンよりなる芯
材を削り出す。この場合、芯材の外径が１１．５＋ａＩ
１１．ボロンナイトライド基体１１の内径は１２ｍｍ、
外径が１４ｍａ＋であるから、上記切削によりカーボン
芯材を削り取って除去し、かつボロンナイトライド層の
内面を若干削ることにより前記した内径が１２ＩＩ１１
１外径が１．４１１１ｍの円筒形基体１１を得ることが
できる。

これを、所定長さに切断すれば、ボロンナイトライドか
らなる円筒形基体１１が完成する。

次に、発熱体１２としての導電性被膜を作る場合を説明
する。

上記気相成長法で得られたボロンナイトライドからなる
円筒形基体１１を気相成長作業用容器に収容し、この容
器内を真空に排気する。上記容器内で円筒形基体１１を
例えば約２０００℃に加熱し、この温度を維持しつつ円
筒形基体１１に回転を与える。この状態で容器内に、少
量のエタンまたはメタンガスを注入する。すると、上記
ボロンナイトライドからなる円筒形基体１１の表面に化
学反応、つまり気相成長によってカーボンが形成される
。これを所定時間継続することにより、例えば所定膜厚
、例えば０．１ｍｍ程度の導電性発熱被膜が形成される
。

この後、上記導電性発熱被膜を形成した円筒形基体１１
を気相成長作業用容器から取り出し、この導電性発熱被
膜を切削手段などにより、蛇行形の帯となるように加工
する。

このようにすれば、ヒータの内部構造体が完成され、こ
の内部構造体を前記外管としての密封容器１４内に収容
し、封止チューブ１６により内部雰囲気を真空にしてこ
れを封止することにより本実施例のヒータが完成される
。

このような構成のヒータについて、作用を説明する。

受電端子１３．１３を電源に接続すると、発熱体１２に
電流が流れ、この発熱体１２が発熱する。

この場合、発熱体１２は円筒形基体１１の外表面に軸方
向に長い蛇行形をなす帯状に形成され、軸方向に所定長
さを有するとともに周方向に一定間隔をなして配置され
ているので、所定の長さに亘りかつ周方向に均等に赤外
線を放出することかできる。

この赤外線は密封容器１４を透過して外部に放出される
。

このような実施例においては、円筒形基体１１が気相成
長によってボロンナイトライドにて形成されているので
、従来の基体１に比べて軽量になる。つまり、従来の円
筒形の基体１はアルミナなどを加圧成形して焼成してい
たので、加圧成形およびその後の焼成工程で破損しない
ように、肉厚がある程度大きく保たれていた。

これに対して、本実施例の円筒形基体１１は気相成長に
よってボロンナイトライドで形成されているので、薄肉
に形成することができ、よって軽量になる。

円筒形基体１１が薄肉、軽量になれば、取扱いが容易で
あり、ヒータとして軽量化が実現する。

そして、本実施例の導電性被膜発熱体１２は、上記ボロ
ンナイトライドからなる円筒形基体１１の表面に化学反
応、つまり気相成長によって形成したので、導電性被膜
１２の基体１１に対する結着力が極めて強くなる。

このため、機械的な衝撃や急激な温度変化等のような熱
的衝撃が加えられても、導電性被膜１２の剥離が防止さ
れる。

よって、剥離による局部的に発熱が防止され、温度むら
や発熱特性の劣化か軽減されるとともに断線も防止され
る。

また、上記導電性被膜１２を形成した円筒形基体１１は
密封容器１４内に収容し、導電性被膜１２の周囲は真空
に保たれているので、導電性被膜１２が直接大気に剥き
出しにならず、被膜１２の表面に塵や埃が付着堆積する
のが防止される。

したがって、これら塵や埃による赤外線の放射を阻害す
るような不具合が防止され、また被膜１２が酸素と反応
しないので抵抗値が増大したり、温度が低下したり、被
膜１２が破損する等の不具合が解消される。

さらにまた、導電性被膜１２は密封容器１４で覆われる
ので、取り扱い中に導電性被膜１２が直接向かに接触し
て傷を受けたり、表面が汚れる等の不具合も防止される
。

上記実施例に記載したヒータを３本製造し、これらを８
００℃、１０００℃、１２００℃の温度でそれぞれ５０
時間通電発熱させた場合の実験結果について説明する。

これらヒータは、いづれの温度領域であっても、導電性
被膜発熱体１２の剥離、温度むらおよび溶断は認められ
なかった。

また、導電性被膜発熱体１２を大気中に剥き出しで使用
した場合は６００℃が使用限界であるが、上記実験によ
るとその２倍の１２００℃であっても使用前と比べて抵
抗値の変化は見られず、かつ放射効率の低下も認められ
なかった。

なお、上記実施例の場合、密封容器１４の内部を真空雰
囲気に保つようにしたが、これに代わって、密封容器１
４の内部を不活性ガスの雰囲気に維持してもよい。

不活性ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）キセノン（Ｘｅ
）、クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）および窒素（
Ｎ２）がよい。

他の不活性ガスとして知られているヘリウム（Ｈｅ）を
使用すると、１２００℃程度の高温で使用した場合にヘ
リウムガスが密封容器１４を構成するアルミナの結晶粒
界を透過して容器外に飛散し、導電性被膜発熱体１２間
で放電を発生して抵抗値の変化を招くことが確認されて
おり、したがってヘリウムは好ましくない。

ヘリウムを除いて、上記アルゴン、キセノン、クリプト
ン、ネオンおよび窒素であれば、前記実施例の真空の場
合と同様な効果が得られる。なお、窒素は厳密な意味で
不活性ガスではないとされる場合もあるが、本発明では
同様の効果があるので不活性ガスに含めるものとする。

但し、これら不活性ガスにおいては、封入ガス圧が５０
〜５００　Ｔ　ｏｒｒの範囲であることが望ましい。

すなわち、封入ガス圧が５０　Ｔ　ｏｒｒ未満の場合は
、不活性ガス量が不足し、１０００℃や１２００℃の高
温で使用した場合に導電性被膜発熱体１２間で放電を発
生し、被膜の蒸発を生じたり、抵抗値が２５％以上も増
大し、かつ放射効率が１５％も低下するのが見られる。

また、封入ガス圧が５００Ｔｏｒｒを超える場合は、１
２００℃の高温で使用した場合に密封容器１４内の圧力
が高くなり過ぎ、容器を封止ｔでいる接合部からガスの
漏れなどが生じ、容器の破損も心配される。

なお、上記不活性ガスはこれらを単体で使用してもよい
が、２種以上の不活性ガスを混合して使用してもよいこ
とは勿論である。

また、上記実施例では、円筒形基体１１を気相成長によ
るボロンナイトライドにより形成したが、本発明はこれ
に限らず、基体は従来のようにアルミナなどを加圧成形
して焼成したものであっても同様の効果があり、この場
合でも実施可能である。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、発熱体となる導電
膜を基体の表面に気相成長法により形成したので、導電
性被膜の基体に対する結着力が強くなり、剥離を防止す
ることができる。このため、機械的な衝撃や急激な温度
変化等のような熱的衝撃が加えられても、導電性被膜の
剥離が防止され、剥離による局部的に発熱が防止され、
温度むらや発熱特性の劣化が軽減されるとともに断線も
防止される。また、上記導電膜を形成した基体を赤外線
透過の密封容器に収容したので、導電膜が直接大気に剥
き出しにならず、この被膜の表面に塵や埃が付着堆積す
るのが防止され、赤外線の放射を阻害することがなくな
るとともに、被膜が酸素と反応するのが防止され、抵抗
値や放射効率が低下するのが防止される。さらに導電性
被膜が容器で保護されるので、取り扱い中に導電性被膜
が傷を受けたり、表面が汚れる等の不具合も防止される
。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例を示し、第１図
はヒータの側面図、第２図は第１図中■−■線の断面図
、第３図および第４図は従来の構造を示し、第３図はヒ
ータの側面図、第４図は第３図中ＩＶ−ＩＶ線の断面図
である。・・・円筒形基体、２・・・導電性発熱被膜、３・・・端子、４・・・密封容器、５・・・キャツブ。

Claims

【特許請求の範囲】絶縁性基体の表面に導電膜からなる発熱体を付設してな
る赤外線ヒータにおいて、上記基体の表面に上記導電膜を気相成長法により形成し
、かつこの基体を赤外線透過性の密封容器に収容し、こ
の密封容器内部を真空または不活性ガス雰囲気にしたこ
とを特徴とする赤外線ヒータ。