JPH0410378A - 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は帯状に形成され、この円
筒形基体１の外表面に蛇行形の配線パターンをなして形
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。

このような配線パターンの場合、蛇行の端部ては導電膜
２がＵターンされるので、帯形の場合にこの屈曲部に角
部が生じる。

このような角部には電場が集中し、隣接する導電膜２と
の間、あるいは角部相互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が発生し
、この放電部が変形して局部的に大電流が流れるように
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、導電膜の角部で放電
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所定の配線パターンをな
す導電膜からなる発熱体を付設した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、上記配線パターンの角
部となる部分を曲線に形成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かできる。また、配線パタ
ーンの角部となる部分を曲線にしたので電場の集中が回
避され、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。

そして、本実施例の場合、上記導電膜からなる発熱体１
２の外表面を絶縁層２０て覆っである。

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より形成された
基体１１は、例えば内径１２１＋１、外径１４ｍａ、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配線パ
ターンをなして形成され、その導電膜１２は帯状に形成
されている。この場合、膜厚は８０μｍ１帯の幅は５■
、隣接する帯間の間隔ｇは０．３〜５．０１■、具体的
には０．８■■に形成されている。

そして、上記蛇行形の配線パターン上において導電膜１
２の角部となる部分１２ａは、第３図に示すように、コ
ーナ取り、つまり曲線に形成されている。

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。

上記導電膜からなる発熱体１２の外側は、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
りコーティングされている。

このボロンナイトライド気相成長法により形成された絶
縁層２０は膜厚が約０．０８５ｍとされ、円筒形基体１
１の軸方向に沿い長さ２３０■１の範囲に亘り形成され
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．
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２０
００℃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（ＢＣＮ
３）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か形成される。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１．２５ａｍ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１２ｍｍ、外径が
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１２５ｍ、外径が１４
ｇｍ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
膜を切削により蛇行形パターンの帯となるように加工す
る。

この切削時に、導電膜１２の角部となる部分１２ａを第
３図に示すように、曲線に形成する。

さらに、一番外側の絶縁層２０を作るには、上記の製造
方法で形成したヒータを、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
しっ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（Ｂ（１３）と少量のアンモニア（ＮＨ３
）のガスを注入すると、上記ヒー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０．０８１０１のボロンナイトライドから
なる絶縁層２０か形成される。

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
向に長い蛇行形パターンで帯状に形成され、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、本実施例の導電膜からなる発熱体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
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の剥離か防止さ
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。

そしてまた、導電膜１２の角部となる部分１２ａを第３
図に示すように曲線に形成したので、この部分に電場が
集中することがなくなり、隣接する導電膜１２との間、
および角部相互間で放電を発生することがなくなる。

さらに、導電膜１２は絶縁層２０によって覆われるので
、導電膜１２が直接剥き出しにならず、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
応して抵抗値が増大したり、温度か低下したり、導電膜
１２か破損する等の不具合が解消される。

また、導電膜１２か絶縁層２０で保護されるので、取り
扱い中に導電膜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、この絶縁層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。

上記し−タについて実験した結果を説明する。

導ＩＥＩ１１２の角部をコーナ取りしない従来のヒータ
と、第３図のように角部となる部分１２ａを曲線に形成
した本発明のヒータを各１０本づつ作り、２ＫＷ入力で
２時間点灯−３０分消灯の点滅試験を１０００時間続け
た。

従来タイプのヒータは、１０００時間に達するまでに放
電の発生が認められ、この内８本は途中で破壊した。

これに対し、本発明のヒータは、１０本中２本に放電が
生したが、破壊までは至らず、残りの８本は放電が全く
認められ、結局１０本全部が１０００時間の寿命に耐え
ることができた。

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、本発明は、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１
２を基体の表面に化学反応、つまり気相成長によって形
成すれば導電膜１２が基体から剥れ難くなる。

また、導電膜１２は絶縁層２０で覆うことには限らず、
真空や不活性ガスを充填した気密容器に収容してもよい
。

［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、配線パターンの角部となる箇所をが
防止され、寿命が長くなる。

【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、２０・・・絶縁層。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 絶縁性基体の表面に、所定の配線パターンをなす導電膜
   からなる発熱体を付設した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、上記配線パターンの角部と
   なる部分を曲線に形成したことを特徴とする赤外線ヒー
   タ。