JPH03280383A - 赤外線ヒータ - 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】 ［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５図および第６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、かつ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、
つまり導電性被膜２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が直接剥き出しで大気
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
の第１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。

また、本発明の第２の目的は、導電性被膜の表面の汚や
傷付き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。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の１番目は、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（ＣＶＤ）により形成
したことを特徴とする。

本発明の２番目は、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、上記絶縁
性基体の表面に上記導電膜を気相成長法により形成し、
かっこの導電膜を気相成長法により形成した絶縁層で覆
ったことを特徴とする。

（作　用） 本発明の１番目によれば、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、本発明の２番目によれば、気相成長法により形成
された導電膜をさらに気相成長法により形成された絶縁
層で覆ったので、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） 以下本発明の第１の発明について、第１図および第２図
に示す第１の実施例にもとづき説明する。

図に示す赤外線ヒータは、基本的構造は従来と同様であ
り、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、１３．１
３は上記円筒形基体１１の端部に取り付けられた受電端
子である。

本実施例の円筒形基体Ｉ　Ｚ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により形成された
基体１１は、例えば内径１２麿１、外径１４１■、長さ
２５０■の真円の円筒形になっている。

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。

本実施例の場合、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．ｌｌｌ１ｍ
、帯の幅は５■、隣接する帯間の間隔は０．６ｔ＋ｉｉ
こ形成されている。

このような蛇行形導電性被膜１３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。

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．
５層重、長さ３００ＩＩＩｍ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２０００℃に加熱し、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（
ＢＣｊ！　ｓ　）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１．２５ｓ■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１１，５１１、
ボロンナイトライド基体１１の内径は１２ｍｇ＋、外径
が１４１−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
若干側ることにより前記した内径が１２ｓ■、外径が１
４１■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１１０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
線を放出することができる。

このような実施例においては、円筒形基体１１が気相成
長法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、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
や発熱特性の劣化が軽減されるとともに断線も防止され
る。

上記実施例に記載した寸法、大きさのヒータは。

入力が２ＫＷの場合に約６００℃となるもので、このよ
うなヒータを５本製造し、これについて実験した結果を
説明する。

これらヒータに２ＫＷを入力し、１２０分通電−３０分
遮断の繰返し通電の使用試験を行った。

使用開始、０時間、５０時間、１００時間、３００時間
、５００時間をチエツクタイムとして各時間毎に、導電
性被膜発熱体１２の剥離、これに起因する温度むらおよ
び溶断の有無を目視により調べたが、いづれのチエツク
タイム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、２５０回のオン−オフ通電繰返し後でも、抵抗値
の変化は発生しなかった。

なお、上記実施例では、円筒形基体１１を気相成長によ
りボロンナイトライドによって形成されたので薄形、軽
量化が可能になるが、本発明の第１の目的は導電性被膜
からなる発熱体１２が基体から剥離するのを防止する点
にあるから、円筒形基体１１を気相成長法によってボロ
ンナイトライドにより形成することには限らず、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、導電性被膜発熱体１２を基体の表面に化
学反応、つまり気相成長によって形成すれば導電性被膜
１２が基体から剥れ難くなる。

次に、本発明の第２の発明について、第３図および第４
図に示す第２の実施例にもとづき説明する。

本実施例で上記第１の実施例と異なるのは、導電性被膜
からなる発熱体１２の外表面を気相成長法により形成さ
れた絶縁層２０で覆った点である。

すなわち、図中１１は、前記実施例と同様にボロンナイ
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
れ円筒形の基体、１２は上記基体１１の表面にグラファ
イトなどのようなカーボン系材料から気相成長法により
形成された導電性被膜からなる発熱体、１３．１３は上
記円筒形基体１１の端部に取り付けられた受電端子であ
る。

本実施例では、導電性被膜からなる発熱体１２の外側を
、ボロンナイトライドなどのような絶縁性セラミックス
によりなる絶縁層２０で覆ってあり、この絶縁層２０は
気相成長法によりコーティれた絶縁層２０は膜厚が約０
．０８ｗ＋ａとされ、円筒形基体１１の軸方向に沿い長
さ２３０■の範囲に亘り形成されている。

なお、このような絶縁層２０を作るには、上記第１の実
施例で説明した製造方法で形成されたヒータを、更に気
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。上記容器内で上記ヒータを例えば約２０００℃に加
熱し、この温度を維持しつつヒータを回転させる。この
状態で容器内に、少量の３塩化硼素（ＢＣ，１１３）と
少量のアンモニア（ＮＨ３）のガスを注入すると、上記
ヒタの表面に化学反応、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
とにより導電性発熱被膜１２の表面に０．０８＋＊ａ＋
のボロンナイトライドからなる絶縁層２０が形成される
。

このような構成の第２の実施例の場合は、導電性被膜１
２が絶縁層２０で覆われるので、直接剥き出しにならず
、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
して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が絶縁層２０で保護される
ので、取り扱い中に導電性被膜１２が傷を受けたり、表
面が汚れる等の不具合も防止される。

そして、絶縁層２０は気相成長によって形成されている
ので、円筒形基体１１および導電性被膜１２に対する付
着強度が大きく、絶縁層２０自身が剥れる心配もない。

なお、このものに対しても、入力２ＫＷの場合に約６０
０℃となるヒータを製造し、前記第１の実施例で記載し
たのと同様な実験を行ったが、０時間、５０時間、１０
０時間、３００時間、５００時間の各チエツクタイム毎
で目視により調べた結果、導電性被膜１２および絶縁層
２０の剥離は全く認められなかった。

また、本実施例でも、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するものには限らず、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。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明の１番目によれば、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、本発明の２番目によれば、気相成長法により形成
された導電膜をさらに気相成長法により形成された絶縁
層で覆ったので、導電膜が直接剥き出しにならず、被膜
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、また被膜が酸素と反応して抵抗値
が増大したり、温度が低下したり、被膜が破損する等の
不具合が解消されるとともに、導電性被膜が絶縁層で保
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。また、絶縁層
は気相成長法によって形成されているので、円筒形基体
および導電性被膜に対する付着強度が大きく、絶縁層自
身の剥れも防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は第１の発明の実施例を示し、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図は第２の発明の実施例を示し、
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、第５図および第６図は従来の構造を示し、
第５図はヒータの側面図、第６図は第５図中Ｖｌ−ＶＩ
線の断面図である。 １１・・・円筒形基体、１２・・・導電性発熱被膜、１
３・・・端子、２０・・・絶縁層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）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
   たことを特徴とする赤外線ヒータ。
2. （２）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、 上記絶縁性基体の表面に上記導電膜を気相成長法により
   形成し、かつこの導電膜を気相成長法により形成した絶
   縁層で覆ったことを特徴とする赤外線ヒータ。