JPH0561754B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセラミツクをプラズマ溶射によつて面
状にコートした遠赤外線ヒータ、特に6μm以遠に
一様な放射強度を有する遠赤外線ヒータに関す
る。

従来周知の赤外線ヒータに、赤外線ランプやシ
ーズヒータがある。これらヒータは、第１図にそ
れぞれ放射特性Ａ，Ｂで示すように、主に3μmの
近赤外に放射強度を有するものであり、第２図に
示す人体皮膚の吸収特性Ｓに対し3μm近傍の極大
吸収を目的としている。

ところが、これら赤外線ヒータをサウナ等で使
用する場合、人体に対し確かに効率的な加熱吸収
性はあるものの、熱感を超えて皮膚に痛感を覚え
ることがある。これは第２図の皮膚の吸収特性Ｓ
に示すように、3.5μm〜5.5μmに水の吸収特性Ｗ
にほぼ近似した難吸収帯が存することにその原因
があると考えられる。

この一方、黒体により近い放射特性をもつセラ
ミツクを蒸着し、波長域２〜16μmでほぼ一様な
エネルギ分布を有する面状発熱体（第１図の特性
Ｃ）が開発されている。しかし、この発熱体でも
たしかに遠赤外線域が広いので加熱浸透効果が大
きいものの、放射強度のピークが3μm近傍にある
ため、上記皮膚への痛感は避け難く、そのうえ近
赤外から遠赤外にわたつて一様な放射特性を有す
ることからエネルギ効率が悪い欠点をもつてい
た。

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、皮
膚、皮膚下の水の吸収率により合致して人体に対
しソフトな加熱効果を与えるとともに、省エネル
ギを考慮してエネルギ効率の高い赤外線ヒータを
提供すること、すなわち6μm以上の遠赤外で放射
強度の大きい遠赤外線ヒータを提供することを目
的としている。

上記目的を達成するため、本発明者らは鋭意研
究を重ねた結果、純度の高い白アルミナが上記特
性を充足する最適な材料であることを見出した。

本発明は、面状の耐熱絶縁性支持体面上に発熱
抵抗体を固着した状態で白アルミナを50〜100μm
の厚みにプラズマ溶射し、白アルミナ薄膜からな
る放熱体を形成したことを基本的な特徴とするも
ので、その一般的な特性として第１図の分光放射
エネルギ特性Ｄを得た。これにより、ソフトな加
熱効果が得られるとともに省エネルギとして大き
な利点が得られる。そして、機械的な性質も、プ
ラズマ溶射によるところから上記面状体の性質に
拘らずその表面に強固な皮膜が形成でき、耐熱衝
撃性に優れ熱サイクルによつても一切はく離など
生じない。このような面状の遠赤外線ヒータは、
人体に加熱効果を与える機器、たとえばサウナの
熱源や足温器、暖房機器、医療機器などに特に好
適である。

以下、添付図面に示す実施例によつて具体的に
説明する。

第３図に成品の構造例を示す。１，２はマイカ
を主体に成型した厚さ0.35mmの人造マイカ板、３
は人造マイカ板１，２の間に埋設されたニクロム
抵抗板でパターン印刷法により所望の形状、本例
では蛇行状にエツチング成形されたものである。
このニクロム抵抗板３には電流を流すための端子
４，５が前もつて形成され、製作時に外部に露出
させている。人造マイカ板１，２とこれに挟まれ
たニクロム抵抗板３で熱源となる面状体を構成す
る。

６は人造マイカ板２の表面に形成された白アル
ミナの皮膜で、膜厚は50〜100μmである。材料と
しての白アルミナは、高純度（99％以上）の微粉
末状のAl₂O₃セラミツクであり、肉眼で白色に見
えるものである。

この実施例の製造方法は、第４図の垂直断面図
に示すごとく、人造マイカ板１の上へニクロム抵
抗板３を置き、ニクロム抵抗板３に人造マイカ板
２を重ね、これら三者をホツトプレスにより密着
成形する。成形体を所定温度に保持してその表
面、すなわち人造マイカ板２の表面に前処理とし
てアルミメタリコン（塗布）する。次に、プラズ
マアーク利用でほぼ数千℃〜10000℃に溶融させ
た白アルミナを高速プラズマ溶射によつて、上記
メタリコン塗布部に溶射する。膜厚は50μm〜
100μが適当であり、50μm以下であると波長域２
〜5.5μm（第１図）のエネルギ分布が上昇し目的
とする特性が得られない。膜厚の上限をほぼ
100μに限定するのは100μ以上としても特性とし
てはそれほど変化せず、その一方で高純度白アル
ミナが高価なことが主なる理由である。

こうして作成した成品の端子４，５を介してニ
クロム抵抗板３に電流を流すと、ニクロム抵抗板
３が発熱し、人造マイカ板２を介して白アルミナ
皮膜６を加熱する。表面温度をほぼ250℃に保持
するように加熱すると、第１図の曲線Ｄで示す放
射特性を示す。波長が6μm以上の遠赤外でほぼ均
一なエネルギ分布をなし、３〜5.5μmの近赤外の
放射強度は遠赤外に比べ１桁以上小さくなつてい
る。ニクロム板３（その他金属板又は酸化物から
なる抵抗体でもよい）の加熱を反復しヒータサイ
クルを繰り返しても、人造マイカ板１，２のニク
ロム板３とはホツトプレスであるから強固に密着
しており、かつ白アルミナ皮膜は人造マイカ板２
上でプラズマ溶射による均一で強固な皮膜を形成
しているので、はく離等は一切生じない。また、
いずれの材料も熱膨張係数が小さいので、熱膨張
に基づく耐久性の点で何ら問題はない。

なお、上記実施例で、耐熱絶縁支持板として人
造マイカ板１，２を用いたが、これに替えて人造
石綿板（無機質のアスベストプレスボードでリン
酸系バインダーをアスベストペーパーに塗布含浸
し熱間加圧成型したもの）としてもよい。もちろ
ん、ニクロム板を挟んで２枚の石綿板をホツトプ
レスによつて密着成形し、石綿板の表面にプラズ
マ溶射で白アルミナの皮膜を形成する。

第５図は第２の実施例を示し、第６図はその断
面図である。７はホツトプレスによつて成形した
人造マイカ板または石綿板（耐熱絶縁支持板）、
８はこの耐熱絶縁支持板７の表面にニクロムまた
はカンタルをプラズマ溶射で形成した抵抗皮膜
で、膜厚を数μm〜数十μmに選び、パターンマス
ク法またはエツチング法によつて所望のパターン
形状としたものである。９はこの抵抗皮膜８およ
び絶縁板７の表面にプラズマ溶射で形成した白ア
ルミナの皮膜で、膜厚は先の実施例と同じく50〜
100μmである。１０，１１の夫々はパターン状の
抵抗皮膜８と一体に作成され、外部に露出させた
端子部である。この端子部１０，１１から電流が
供給される。なお、溶射された抵抗皮膜８の抵抗
値の経時変化をなくするために、溶射形成後約
600℃で焼鈍（アニール）するのが好ましい。

上記抵抗皮膜８、白アルミナ皮膜９のいずれも
がプラズマ溶射による皮膜形成なので、第６図に
示されるごとく、絶縁板７と抵抗皮膜８、絶縁板
７と白アルミナ皮膜９および抵抗皮膜８と白アル
ミナ皮膜９はぞれぞれ強固に結合している。

この成品に電流を流し、抵抗皮膜８を発熱させ
表面温度をほぼ250℃に保有すると、第１実施例
と同様に、特性Ｄ（第１図）を得る。この場合、
白アルミナ皮膜９は抵抗皮膜８から直接に加熱さ
れるので、第１実施例よりエネルギ効率の点で優
れている。

第７図は第３の実施例を示し、第８図はその断
面模式図である。１２は筒状の金属盤、１３は筒
状金属盤１２の外周面にプラズマ溶射で形成した
耐熱電気絶縁皮膜で膜厚50〜100μmのものであ
る。１４はこの耐熱電気絶縁皮膜１３の外周にプ
ラズマ溶射で形成した抵抗皮膜で、先の第２実施
例と同様にニクロムまたはカンタルからなる。ま
た同様に、経時変化をなくするために溶射後約
600℃で焼鈍するのが好ましい。１５は絶縁皮膜
１３および定皮膜１４の上にプラズマ溶射で形成
された膜厚50〜100μmの白アルミナ皮膜である。

絶縁皮膜１３、抵抗皮膜１４、白アルミナ皮膜
１５のいずれもがプラズマ溶射なので、金属盤１
２と絶縁皮膜１３、絶縁皮膜１３と抵抗皮膜１
４、絶縁皮膜１３と白アルミナ皮膜１５および抵
抗皮膜１４と白アルミナ皮膜１５のそれぞれの接
合面は強固に結合している。

上記金属盤１２の材質は、アルミニウム、銅、
鉄、真ちゆう、ステンレスのいずれでもよい。ま
た、この例の金属盤１２は筒状であるが、半円筒
状でも、また平板状でもよく、さらに一般の曲面
であつても何らさしつかえはない。

上記耐熱電気絶縁皮膜１３の材質は、アルミ
ナ、チタニア、窒化ホウ素、炭化硅素、アルミナ
とチタニアの複合物などが好ましい。そして、こ
の皮膜１３の膜厚は、金属盤１２との熱膨張差を
考慮してクラツクが生じないようできるだけ薄
く、上記実施例のように50〜100μm程度とするの
が好ましい。

この第３実施例の成品に電流を流し、抵抗皮膜
１４を発熱させ表面温度をほぼ250℃に保持する
と、第１、第２の実施例と同様に、２〜6μmの波
長域で放射強度が小さく6μｍ以上の遠赤外で一
様な放射強度を有する特性Ｄ（第１図）を得た。
この場合、発熱する抵抗皮膜１４の背面側が絶縁
皮膜１３を介して金属盤１２となつているので、
発生する熱のほとんどすべてが白アルミナ皮膜１
５で消費される。この結果、白アルミナ皮膜１５
の直接加熱と相俟つて、第１、第２実施例よりは
るかにエネルギ効率が高い。すなわち、単位エネ
ルギ（電流）に対する遠赤外線の放射量が多く、
省エネルギに寄与するところ大である。

以上の実施例で示した成品を、例えば低温サウ
ナに設置し、人体に対する印象実験を試みたとこ
ろ、熱感ないし痛感を何ら与えず、ソフトな温感
が得られた。と同時に、体熱放散のための発汗も
遠赤外線による水分活性化（分子、原子レベルで
のエネルギ振動）により、従来よりも速やかに蒸
発し皮膚感覚として実に快適であり、さらに、温
感の持続性つまり保温効果も高いとの結果が得ら
れている。

なお、上記各実施例において、高効率で遠赤外
線を放射するセラミツク材料を白アルミナの微粉
末としたが、チタニア微粉末とアルミナ微粉末の
混合物または遷移金属酸化物を主体にするセラミ
ツク（MnO₂，CoO，Fe₂O₃などの組み合せ）と
してもよい。同じように波長域２〜6μmで低く、
6μm以上の遠赤外で高い放射特性を示す。本実施
例では、最も特性のよい白アルミナを選択して開
示した。

以上のように、本発明は、面状の耐熱絶縁性支
持体面上に発熱抵抗体を固着した状態で白アルミ
ナを50〜100μmの厚みにプラズマ溶射して白アル
ミナの薄膜よりなる放熱体を形成したものである
ので、２〜6μmの波長域で放射強度が小さく6μm
以上で放射強度が大きくかつ一様にエネルギを放
射する遠赤外線ヒータが得られた。したがつて、
このヒータを人体に適用すると、ソフトな加熱効
果が得られるとともに、エネルギ効率が高く省エ
ネルギに貢献できる。

本発明の遠赤外線ヒータは、特にサウナの熱源
として好適であるほか、足温器、室内などの暖房
機器、医療機器にも応用でき、さらに各種乾燥機
器、調理機器等にも汎用性があり、工業上の利用
価値は非常に大なるものがある。

さらに、本発明によれば、発熱抵抗体を空隙を
生ずることなしに埋込んだ状態で支持することが
でき、常に安定した効率的な放熱特性を得ること
ができ、放熱体の支持体に対する密着性、固着性
がきわめて良好で繰返しのヒートサイクルによつ
ても剥離を生ずることがなく、製作が容易で曲面
のヒータも何ら困難なしに製作できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は各種赤外線ヒータの分光放射エネルギ
ー特性を示すグラフ、第２図は人体の皮膚（Ｓ）
と水（Ｗ）の分光透過率を示すグラフ、第３図は
本発明の第１実施例の拡大斜視図、第４図はその
断面図、第５図は第２実施例の斜視図、第６図は
その断面図、第７図は第３実施例の斜視図で第８
図はその断面模式図である。 Ｄ……本発明の実施例に係る分光放射エネルギ
ー特性曲線、１，２，７……人造マイカ板または
石綿板、３……ニクロム抵抗板、８，１４……ニ
クロムまたはカンタルの抵抗皮膜、６，９，１５
……プラズマ溶射で形成した白アルミナ皮膜、１
２……金属盤、１３……耐熱電気絶縁皮膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 面状の耐熱絶縁性支持体と、この支持体表面
   に固着した発熱抵抗体と、この発熱抵抗体が固着
   された支持体表面上に白アルミナを50〜100μmの
   厚みにプラズマ溶射してなる放熱体とからなり、
   6μmの波長を境にして、短波長側の遠赤外線の放
   射強度が低く長波長側において遠赤外線の放射強
   度が高い放射特性を有することを特徴とする遠赤
   外線ヒータ。 ２ 上記耐熱絶縁性支持体が人造マイカ板または
   人造石綿板である特許請求の範囲第１項記載の遠
   赤外線ヒータ。 ３ 上記耐熱絶縁性支持体が人造マイカ板または
   人造石綿板であり、発熱抵抗体をいま一つの人造
   マイカ板または人造石綿板との間に挟み込んだ状
   態で両板をホツトプレスすることにより発熱抵抗
   体が固着されている特許請求の範囲第１項記載の
   遠赤外線ヒータ。 ４ 上記発熱抵抗体がプラズマ溶射により上記耐
   熱絶縁性支持体表面に固着して形成された特許請
   求の範囲第１項記載の遠赤外線ヒータ。 ５ 上記耐熱絶縁性支持体が金属製支持体上に絶
   縁層を形成してなる特許請求の範囲第１項記載の
   遠赤外線ヒータ。