JPH0410377A - 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
設け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４図および第５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の両端部は上記円筒形基体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膜２が剥離し易い。特に１０
００℃を越える高温になると、導電膜２がきわめて容易
に剥離し易くなる。

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、導電膜２は、円筒形基体１の全面に亘り均等な発
熱分布を得るため、帯状をなし、しかも蛇行形の配線パ
ターンで形成されている。

二のような配線パターンの場合、蛇行長さが大きいので
隣接する帯状導電膜２間の電位差が大きくなり、大電流
を流すとこれら隣接する帯状導電膜２相互間で放電する
場合がある。

１度放電が発生すると、この箇所では度々放電か発生し
、この放電部が変形して局部的に大電流か流れるように
なり、これがさらに放電を誘い、ついには導電膜２が破
壊される不具合がある。

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、隣接する導電膜間で
放電を発生しないようにした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、上記導電膜は上記
基体の表面に気相成長法により形成し、この導電膜は帯
形をなして上記基体の表面に所定のパターンに配線し、
隣接する帯形導電膜の間隔を０．３〜５．０＋ｉ＋＊と
じ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、隣接する
帯形導電膜の間隔を０．３〜５．０■としたので導電膜
間の放電が防止される。

（実施例） 以下本発明について、第１図ないし第３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ブ１６．１６か接合されている。

これら封止チューブ１６．１６には、上記円筒形基体１
１の端部に取り付けられたホルダー兼用の受電端子１３
、］３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１
６．１６は気密に接合されている。

上記密封容器１４内部は、例えば１０−５Ｔ　ｏｒｒ程
度の高真空に保たれている。

さらに詳しく説明すると、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に形成された基体
１１は、例えば内径１２ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ２５
０５ｇ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。上記導電膜からなる発熱体１２は円筒形基体１
１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、導電膜１２は膜厚を８０μｍ、第３図に示す
ように、帯の幅Ｗは５１１Ｉ１１１隣接する帯間の間隔
ｐを０．３〜５．０＋ｉ＋ａ、具体的にはｇ−０，８ｍ
ｍに形成されている。

このような蛇行形導電膜１２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。

前期密封容器１４は、外径２６ｍｍ、内径２４ｍｍ、管
長４００１の透光性アルミナチューブで形成されており
、上記導電膜からなる発熱体１２から放射された赤外線
を透過する。密封容器１４の両端を閉塞するキャップ１
５．１５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．
５＋ａｍ、長さ３００■のカーボンよりなる芯材を用意
し、この芯材を気相成長作業用容器に収容し、この作業
用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（
ＢＣＩ）、）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１１．５ｍｍ、
ボロンナイトライド基体１１の内径は１２ｍｍ、外径か
１４ｍｍ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、かっ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か１２ｓ＋ｍ、外径か１
４１（肉厚１．ｍｍ）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
らなる中空円筒形基体１１か完成する。

次に、発熱体１２としての導電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８０μｍ程度の導電性発熱被膜か形成される。

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。この時、帯の幅Ｗを５１１１ｍ、隣接する帯間の
間隔ｐを０．８■に形成する。

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
線を放出することができる。

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、しかもボロンナイトライドは機
械的な切削加工が容易であるため後加工により寸法精度
を正確に規定できるから不要な部分を削除することもで
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、本実施例の導電膜よりなる発熱体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、導電膜
からなる発熱体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、導電膜１２の剥離が防止され１
０００℃以上に高温になっても剥がれを生じない。

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。

また、隣接する帯形導電膜１２．１２間の間隔ｐを０．
３■■以上としたので、これら導電膜１２間で放電する
のが防止される。

（−Ｌｒ、導１１１１１２．１２ｒｊ′Ｊ（’）間Ｆｉ
ｉｉｌヲ５．０以下に規制することにより発熱面積を確
保することができる。つまり、導電膜１２．１２間の間
隔ｇを大きくし過ぎると、導電膜１２による発熱面積が
減少して基体１１全体で発熱のばらつきが生じるが、間
隔ｇを５，０以下に規制すればこのような不具合を防止
することができる。

なお、上記導電膜１２を形成した円筒形基体１１を密封
容器１４内に収容し、導電膜１２の周囲を真空に保つの
で、導電膜１２が直接大気に剥き出しにならず、導電膜
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、また導電膜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、
導電膜１２が破損する等の不具合が解消される。

さらにまた、導電膜１２は密封容器１４で覆われるので
、取り扱い中に導電膜１２が直接何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。

上記帯形導電膜１２．１２間の間隔ｇについて実験した
結果を示す。

上記実施例に記載した寸法のヒータにおいて、導電膜１
２．１２間の間隔ｇを種々変えたヒータを製造し、これ
らを２ＫＷ入力で２時間点灯−３０分消灯の点滅サイク
ルで１０００時間の点灯試験を行った。

この結果を下記の表に示す。

Ｘ印は導電膜１２が放電により破損したものであり、こ
の表の結果から、入力２ＫＷでは、導電膜１２の間隔ｇ
を０，３厘−以上に設定する必要があることが確認され
る。

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、これに代わりて、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（Ｘ
ｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）および窒素
（Ｎ２）がよい。

また、上記実施例では導電膜よりなる発熱体１２を密封
容器１４で覆ったが、このような密封容器１４に代わっ
て導電膜１２の表面を直接絶縁膜で覆ってもよい。

この場合の絶縁膜は、ボロンナイトランドを気相成長法
により形成すれば、剥がれが生じ難い。

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。

［発明の効果コ 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か加えられても、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、隣接する導電膜間の間隔ｐを０．３
ｍｍ以上としたので、これら導電膜間て放電するのが防
止され、かつこの導電膜間の間隔ｇを５．０以下に規制
したので、導電膜のパターン配置の密度が所定レベルに
維持され、所定の発熱面積を確保することができので、
基体全体での発熱ばらつきが防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３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図は導電膜のパターンを拡大した図、第４図および
第５図は従来の構造を示し、第４図はヒータの側面図、
第５図は第４図中Ｖ−Ｖ線の断面図である。 １１・・・円筒形基体、１２・・・導電性発熱膜、１３
・・・端子、１４・・・密封容器。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

1. 【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、 上記導電膜は上記基体の表面に気相成長法により形成し
   、この導電膜は帯形をなして上記基体の表面に所定のパ
   ターンに配線し、隣接する帯形導電膜の間隔を０．３〜
   ５．０ｍｍとしたことを特徴とする赤外線ヒータ。