JPH11121147A - 遠赤外線放射セラミックヒーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱効率の良いヒーターを提供する。 【解決手段】 裏面構成体５と発熱体２を有する表面構
成体１との間に無機素材からなる断熱材７を介在する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は遠赤外線放射セラミ
ックヒーターに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラスチック或いはゴム製品を加
圧成形する際に、その素材を予め加熱したり、各種塗料
の塗装面を乾燥させたり、更には食品の加熱処理と調理
等を行う場合に、その加熱方法として遠赤外線放射セラ
ミックヒーターを使用することがある。

【０００３】このような遠赤外線放射セラミックヒータ
ーとして従来、図６に示すように、厚みが８〜１０ｍｍ
のセラミック板１０１内にニクロム線等の発熱体１０２
を蛇行状に埋設し、リード線１０３を通じて発熱体１０
２に給電することにより、発熱体１０２からの熱をセラ
ミック板１０１の放射面（裏面）１０４から放射するよ
うにしたものが知られている。

【０００４】また、図７に示すように、ニクロム線等の
発熱体２０１を蛇行状に埋設したセラミック製の表面構
成体２０２の裏面側に高さが５〜１５ｍｍの中空部２０
３を設けてセラミック製の裏面構成体２０４を形成し、
リード線２０５を通じて発熱体２０１に給電することに
より、発熱体２０１からの熱を表面構成体２０２の放射
面（表面）２０６から放射するようにしたヒーター２０
７も知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記図６に示す従来の
ヒーターにおいては、発熱体１０２からの熱がセラミッ
ク板１０１自体を伝ってセラミック板１０１の裏面１０
５側へ熱移動し、セラミック板１０１の放射面１０４か
らの発熱量が低下し、熱効率が悪い問題がある。

【０００６】また、上記図７に示す従来のヒーター２０
７においては、空気の熱伝導率は０．０５〜０，０８ｗ
／ｍ・ｋ（５００℃〜１０００℃）で、セラミックの約
１．０ｗ／ｍ・ｋと比較して非常に低いことから、その
中空部２０３における空気による断熱効果が高く、裏面
構成体２０４への熱移動が抑制され、その背面２０８か
らの放熱が抑制される。そのため、上記図６のヒーター
に比べて放射面２０６の温度は１０％程上昇し、電力消
費量は約１５％削減できる。

【０００７】しかし、該図７に示すヒーター２０７にお
いては、中空部２０３内において、空気の対流が生じる
ため、この対流による熱移動が生じ、空気による断熱効
果が半減する。したがって、この中空部２０３の存在に
よっても裏面構成体２０４への伝熱抑制が格段に高くな
るとは言えず、格段に性能が向上するとは言い難い。

【０００８】そこで本発明は、発熱体の熱のヒーターの
裏面側への伝熱抑制を極めて高くし、熱効率の高い遠赤
外線放射セラミックヒーターを提供することを目的とす
るものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１記載の第１の発明は、裏面構成体と発熱
体を有する表面構成体との間に無機素材からなる断熱材
を介在したことを特徴とするものである。

【００１０】本発明においては、断熱材によって発熱体
からの熱が裏面構成体から放熱されるのを抑制し、その
分、表面構成体の放射面である表面の温度が上昇する。
請求項２記載の第２の発明は、裏面構成体と発熱体を有
する表面構成体との間に収納室を設け、該収納室内に無
機素材からなる断熱材を隙間なく充てんしたことを特徴
とするものである。

【００１１】本発明においても上記第１の発明と同様の
作用を発揮する。請求項３記載の第３の発明は、裏面構
成体と発熱体を有する表面構成体との間に無機素材から
なる断熱材を、裏面構成体との間に空隙を設けて介在し
たことを特徴とするものである。

【００１２】本発明においても上記第１の発明と同様の
作用を発揮する上に、特に断熱材によって対流が生じな
い空気のみの層が形成されるため、熱伝熱効率の高い空
気により裏面構成体への熱の移動を更に抑制でき、放射
面である表面の温度が更に上昇する。

【００１３】請求項４記載の第４の発明は、上記第１又
は第２又は第３の発明において、断熱材を、その体内に
空気部を有するもので形成したものである。本発明にお
いては、断熱材の内部に空気部を有し、かつその空気部
内の空気の対流が発生しないため、熱伝導率の低い空気
により一層断熱効果が高くなる。

【００１４】そして請求項５記載の第５の発明は、上記
第１又は第２又は第３の発明において、断熱材をセラミ
ックファイバーとしたものである。本発明においては、
上記第４の発明と同様の作用を発揮する断熱材を安価な
材料で形成できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１乃至図３に示す実施例に基づ
いて本発明の実施の形態について説明する。図１及び図
２は第１実施例を示し、その図１は遠赤外線放射セラミ
ックヒーターの縦断面図、図３はその製造工程を示す図
である。

【００１６】図１において、ヒーターＡを構成するセラ
ミック製の表面構成体１は所望の大きさの板状に形成さ
れ、例えば１辺が１２ｃｍの正方形の板状に形成されて
いる。該表面構成体１内にはニクロム線等の発熱体２が
埋設され、該発熱体２は１本の発熱線を蛇行させて構成
され、その両端のリード線３，４が後述する裏面構成体
５から引き出されている。また、表面構成体１の放射面
である表面１ａは、上記発熱体２が埋設された部分を凸
面にした凹凸面に形成されている。更に、該表面構成体
１の厚みＤ₁ は約３ｍｍに形成されている。

【００１７】セラミック製の裏面構成体５は、その周壁
５ａを上記表面構成体１の裏面側に一体に固着して設け
られており、その裏面板５ｂと上記表面構成体１間に所
定の収納室６が形成されている。該周壁５ａと裏面板５
ｂの厚みＤ₂ は約２ｍｍに形成され、収納室６の側周部
の高さＨ₁ は約５ｍｍに形成され、略中央部の高さＨ ₂
は約７ｍｍに形成されている。

【００１８】上記収納室６内には無機素材からなる断熱
材７が隙間なく充てんされて介在している。該断熱材７
としては例えば繊維状のセラミック（セラミックファイ
バー）をシート状にしたもので、その繊維間に空気部を
有するものである。

【００１９】次に上記のヒーターＡの製造工程について
図２により説明する。先ず、図２（ａ）に示すように、
発熱体２を埋め込むための溝１ｂを形成した表面構成体
１をセラミック材料で成形し、その軟質状態においてそ
の溝１ｂに、図２（ａ）に示すような蛇行状の発熱体２
を配置して埋め込む。

【００２０】次で、上記図１で説明した収納室６内に隙
間なく収納される大きさに加工された断熱材７を上記表
面構成体１の内面（上面）に載置して発熱体２を覆う。
次で図２（ｃ）に示すように、セラミック材料で成形さ
れた裏面構成体５を、上記の断熱材７を挟む状態で上記
表面構成体１上に載置し、その裏面構成体５の周壁５ａ
の下端と表面構成体１の周縁１ｃを同一のセラミック材
料で接着する。このとき、発熱体２のリード線３，４は
裏面構成体５の中央部から突出させる。

【００２１】そして、上記の接合した両構成体１，５を
乾燥させ、その後焼結する。これにより、上記図１に示
すヒーターＡが形成される。次に上記実施例のヒーター
Ａによる作用について説明する。

【００２２】図１のヒーターＡにおけるリード線３，４
を通じて発熱体２に給電すると、発熱体２が発熱し、そ
の熱は表面構成体５の放射面である表面１ａに伝熱され
るとともに内面１ｄ側へも伝熱する。このとき、放射面
１ａからの熱はそのまま放射されるが内面１ｄからの熱
は断熱材７により断熱される。また、該断熱材内には空
気が存在するとともにその空気の対流はその断熱材７の
繊維によって抑制されるため、無機質の断熱材７の熱伝
導率（０．２ｗ／ｍ・ｋ）よりも低い空気による断熱が
有効に発揮される。したがって、裏面構成体５の背面５
ｅ側からの放熱が抑制され、その分、表面１ａの温度が
上昇する。

【００２３】この実施例におけるヒーターＡと、上記図
７に示す従来構造のヒーター２０７の表面１ａ，２０６
の温度と背面５ｅ，２０８の温度の実験結果を図３及び
図４に示す。なお、図７に示す従来構造は、図１に示す
本発明の構造のうちの断熱材７を有しない構造で、夫々
の表面構成体１と２０２は同一厚みとし、夫々の裏面構
成体５と２０４は同一厚みとした。

【００２４】そして、夫々のヒーター１と２０７の発熱
体２，２０１として４００Ｗのものを使用し２００Ｖの
電流を給電した。その結果、背面の経時温度は図３に示
すように、本発明の実施例のヒーターＡについては特性
Ｘ₁ の値を示し、従来のヒーター２０７については特性
Ｙ₁ の値を示した。

【００２５】また、表面の経時温度は図４に示すよう
に、本発明の実施例のヒーターＡについては特性Ｘ₂ の
値を示し、従来のヒーター２０７については特性Ｙ₂ の
値を示した。

【００２６】上記の実験結果からも分かるように、本発
明のヒーターＡにおいては、その放射面である表面の温
度が従来のヒーター２０７に比べて上昇し、実験結果で
は約１０％上昇した。

【００２７】したがって、本発明のヒーターＡによって
上記従来のヒーター２０７における表面温度と同等の温
度を得るには、電力消費量を約１５％節減することがで
きる。

【００２８】図５は第２実施例を示す。本第２実施例
は、上記図１に示す実施例のセラミックファイバー製の
断熱材７の充てん量を変えたものである。

【００２９】すなわち、断熱材７の厚みを収納室６の高
さよりも薄いものにして、該断熱材７と裏面構成体５と
の間に空隙１０を形成したものである。その他の構造は
上記図１に示す第１実施例と同様であるため、同一部分
には同一符号を付してその説明は省略する。

【００３０】本第２実施例においても断熱材７を設けた
ことにより、この断熱材７による熱の裏面構成体５側へ
の伝熱を抑制するとともに、特に収納室６内に空気のみ
の層を設けるとともにその空気の対流を断熱材７の存在
で抑制することができる。したがって、断熱材７よりも
熱伝導率の低い多量の空気によって断熱効果をより高め
ることができる。そのため、本第２実施例においても上
記図７に示す従来のヒーター２０７に比べて表面温度を
上昇させることができ、また、電力消費量を節減するこ
とができる。

【００３１】なお、上記第１，第２実施例における断熱
材７としては、上記のような繊維状のセラミックファイ
バー等の他に、ガラスファイバー等を使用してもよい。
また、無機素材でポーラス状（軽量ケイ酸カルシウム断
熱材等）のものを板状に加工された断熱材及びケイ酸カ
ルシウム材等を板状に加工された断熱材でもよい。更
に、鉱物質断熱材（黒曜石、真珠岩、松脂岩等）を加
工、熱処理して出来る中空の球（パーライト）を断熱材
として使用してもよい。

【００３２】すなわち、上記のように断熱材７を収納し
た状態でヒーターを高温で焼結するため、断熱材７は耐
熱性（約１４００℃以上の耐熱）を有する必要がある
が、このような耐熱性を有するものであれば、繊維状又
はポーラス状或いは中実状の無機素材からなる断熱材で
あれば、本発明の断熱材として使用できるもので、上記
の実施例のものに限定するものではない。

【００３３】

【発明の効果】以上のようであるから、請求項１及び２
記載の発明によれば、断熱材によって裏面構成体側から
の放熱の抑制を高くし、表面構成体の放射面である表面
の温度を高めることができる。これによりヒーターの熱
効率を高めることができる。このことは、放射面である
表面の温度を従来の表面温度と同等にする場合には電力
消費量を節減できる。

【００３４】請求項３記載の発明によれば、断熱材の外
に空気の対流が生じない空気層が形成されるため、より
一層ヒーターの熱効率を高め、また、消費電力量の低減
を図り得る。

【００３５】請求項４記載の発明によれば、断熱材の体
内に存在する空気によってより一層の断熱効果を発揮
し、上記の効果をより高めることができる。請求項５記
載の発明によれば、更に、上記の効果を有するヒーター
を安価に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す側断面図。

【図２】図１のヒーターの製造工程を示す図。

【図３】本発明のヒーターと従来のヒーターの背面温度
を示す特性図。

【図４】本発明のヒーターと従来のヒーターの表面温度
を示す特性図。

【図５】本発明の第２実施例を示す側断面図。

【図６】第１の従来のヒーターを示すもので、（ａ）は
平面図、（ｂ）は（ａ）のＺ−Ｚ線断面図。

【図７】第２の従来のヒーターを示す側断面図。

【符号の説明】

Ａ…ヒーター １…表面構成体 ２…発熱体 ５…裏面構成体 ７…断熱材 １０…空隙

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 裏面構成体と発熱体を有する表面構成体
   との間に無機素材からなる断熱材を介在したことを特徴
   とする遠赤外線放射セラミックヒーター。
2. 【請求項２】 裏面構成体と発熱体を有する表面構成体
   との間に収納室を設け、該収納室内に無機素材からなる
   断熱材を隙間なく充てんしたことを特徴とする遠赤外線
   放射セラミックヒーター。
3. 【請求項３】 裏面構成体と発熱体を有する表面構成体
   との間に無機素材からなる断熱材を、裏面構成体との間
   に空隙を設けて介在したことを特徴とする遠赤外線放射
   セラミックヒーター。
4. 【請求項４】 断熱材を、その体内に空気部を有するも
   ので形成した請求項１又は２又は３記載の遠赤外線放射
   セラミックヒーター。
5. 【請求項５】 断熱材をセラミックファイバーで形成し
   た請求項１又は２又は３記載の遠赤外線放射セラミック
   ヒーター。