JPS58184285A - 赤外線放射装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は速熱性と遠赤外線放射効率を向上した赤外線放
射装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、赤外線照射によって対象物を加熱する方法が知ら
れているが、近年に到り、赤外線の波長の長いほど加熱
効率がよいことが解り、注目されるようになった。

一般に遠赤外線放射装置には次の諸物件が要求される。

（１）　　遠赤外線領域（波長が３〜５０μ）において
放射率が１に近いこと。

（２）加熱時の速熱性に優れていること。

（３）放射に適した５００〜７００℃の温度において赤
外線放射物質が熱的、化学的に安定であること、。

（４）支持体と赤外線放射物質との密着性がよく冷熱衝
撃によって剥離やクラックを生じないこと１゜（５）機
械的な衝撃に対して強いこと。

従来の赤外−電球は速熱性は良いが遠赤外線の放射エネ
ルギ比が少表いため、加熱効果が小さい１゜また、遠赤
外線放射装置として、ジルコン（ＺｒＯ，・８　ｉｏ、
　）を主成分とし、これに、酸化鉄（Ｆｅ、０．　）。

酸化コバルト（Ｃ・０）、ＩＩ化二ソ）ｙル（Ｎ１ｐ）
　。

酸化クロム（Ｃｒ３０ｓ）、酸化マンガン（ＭｎＯ）な
どの酸化物および粘土を加え成形し、焼結して外囲器を
構成し、この外囲器内にニクロム線などの発熱体を収容
したものや、周期律表の第２属や！Ｉ３輌に属する金属
の少なくとも１種の酸化物あるいは発熱体を収容した金
属製外囲器表面に上述のジルコンを溶射したものなどが
知られている。

しかしながら、上述のジルコンを主体とする外囲器はこ
れが一種の磁器であるため、機械的に弱く１通電したと
きの速熱性に劣り、かつ、長尺物の製作が困難であり、
さらＫ、５００　”０以上の冷熱サイクルでクランクを
生じゃすく、寿命の点で好ましくなく、しかも、１０μ
以上の波長和おける放射率が小さい欠点がある。また１
周期率表の第２属や第３属と、第４属および第５属に属
する酸化物からなる混合物を金属製外囲器に＠射してラ
イニングした溶射ヒータは５００〜７００　’Ｏの温度
で波長７μ以上の放射±そ大きい利点があるが、その反
面、波長３〜７μ゛膚おける放射率が小さく、かつ混合
物の溶射であることからライニング層が不均一となり、
さらに、金属製外囲器との熱＊！ｆｆ１Ｌ率差が大きい
ため冷熱サイクルによって剥離やクツツクが生じ中すく
、寿命の点から好ましくなかった。

さらに、金属外ｉＩｍＫジルコンを癖射し九溶射ヒータ
はライニング層の熱伝導率が大きく、冷熱サイクルなど
の熱衝撃に対して強く、かつ機械的に強い特徴があるが
、そ０反藺、波長３〜７μお！び１５〜５μにおける放
射率が小さいので、強力表遠赤外線放射を行なうには不
充分であった。

一方、赤外線放射装置の応用爾では短時間で加熱効果を
得られることが装置の利用効率を亮めることになるので
、速熱性に対する要求が高くなって来ており、従来の金
属表面に遠赤外線放射物質を溶射したいわゆる溶射ヒー
タでは、従来の赤外線電球の立ち上が）４１性に比較し
て劣っていた。

〔発明の目的〕

本発明は遠赤外線を効率的に放射し、速熱性に１ 優れ、熱的、化学的に＠定で衝撃にも強い赤外線放射装
置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

発熱体を収容した近赤外線透過性外囲器の表面に／スポ
ンジ二メン系セシミタス層を被着したこと和より、発熱
体から放射された近赤外線や可視光をセラミクス層によ
って遠赤外ＩＩＫ変換して放射させるものである。

〔発明の実施例」 本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

図は本発明を適用してなる電球形赤外線放射装置の一例
を示す０図中、（１）は石英ガラス製管形外囲器、（２
）、（２）はこの外囲器（１）の外表面に形成された赤
外線放射性セラミクス層、（３）はこのセラミクス層（
２）を設けないために外囲器（１）の一部が菖出した露
出面、（４１、（４１は外囲器（１）の両端を圧潰封止
してなる封止部、＋５＋　、　＋５１はとの封止部（４
）　、　（４）内に極膜されたモリブデン導入箔、（６
）　、　（６）は導入１１１５）　、　＋５）ＫＩＩ絖
して外囲器（１）内に導入された内導線、（７）はｍｌ これら内導線（６）　、　（６）ｆｉ和装架されたタン
グステンコイル発熱体、　（８）　、　１８）・四・は
発熱体（７）を支持するアンカ、（９）、（９）は導入
箔（５）　、　（５）　Ｋ　＊続して側止部外に延在す
る外導線である。そして、外１１４！ｌ１１）内にはア
ルゴン・窒素混合ガスなどの不活性ガスが両人しである
。

上記石英ガラスは耐熱性に優れ、熱衝撃に強くしかも可
視光から遠赤外１ｓｔでの広い波長域の光をよく透過す
る。上記セラミクス層（２）はβ−スボ／シュメン（Ｌ
ｉＯ２−Ａｌ＊Ｏ，−８ｉ０．　）、またはその金属元
素の一部を他の金属で置換えた他のセラミクスたとえば
Ｌｉ０１−ＡｌｚＯｌ　＠　Ｆｅ１０３−ｓｔｏ、を主
体とするもので３〜５Ｇｐｍの遠赤外線の放射率が大き
く、熱膨張率が低く、吸湿性に富み＾密度で化学的に安
定である。そのセラミクス層（２）は外囲器＋１）表面
に５０〜５００μの厚さで被着してあり、その被着面積
は外囲器（１）表面の５０〜８０チが適当である。

この赤外線放射装置を製造するには、たとえばアルコキ
シド方法で形成できる。このためにはリチウム、アルミ
ニウムおよびシリコンの各°ｒルコキシドを上述の化学
式になるように一合したものに無機結着剤たとえば粘土
を適量配合する。そして、上述のように組立てた電球の
外囲器に調合アルコキシドを塗布して焼付ければよい。

この赤外線放射装置の使用状ｍを説明する０発熱体（７
）に通電すると発熱し、近赤外＊（波長０．８〜３μｍ
）ｔ−主とし少量ながら可視光および遠赤外１１ｍ（波
長３μ以上）を含む光を放射する。これらの放射が外囲
器ｆｌ）を透過し、一部は露出面（３）からそのまま放
射され、大部分はセラミクス層（２）に吸収されてこれ
を高温に熱する。しかしてセラミクス層（２）は遠赤外
線をよく放射するので、この装置からの放射はセラミク
ス層（２）から放射された遠赤外線と露出面（３）を透
過した近赤外線の混ったものになる。このとき、＊出面
（３）から可視光本放射されるので温い感じを与える。

さらに、外囲器（１）は各種波長の光をよく透過するの
で、光の伝達、換言すればエネルギ伝達が急速でかつ高
効率であるので、セラミクス層−２）の温度上昇が急速
で、短時間で定格出力に達する。

つぎに、実験によってこれらの”効）果、を測定した。

試作装置は外Ｈ器（１）の径径を１０．８ｍ、管長を１
７２ｍとＬ、定格出力ｔ１ｏ　ｏＶ＜　ｏ　ＯＷ＋！：
Ｌ。

外囲器ｔｌ）表面の８０％′をセラミクス層（２）で覆
うこと和しえ、そして、実施例ムはセラミクス層（２）
を１ｉ０１　＠Ａｊ、ｏ、　＠ｓｔｏ、　　３０重量％
と粘土７０重−１−とからなるセラミクスとし、実施例
Ｂはセラミクス層（２）を８ｉ０．　＠ムｌ＠０＠　＊
Ｆｅ１０ｇ　＠８ｉ０．３０重量−と粘土７０重量−と
からなるセラミクスとした。また、比較のため、従来例
Ｃとして金属製外囲器にジルコン（ＺｒＯｓ・８ｉ０．
　）を溶射してなる同定格の溶射ヒータをとり、従来例
りは実施例Ａ。

Ｂと同様な構造と寸法定格を有しセラミクス層を設けて
ない赤外線電球をとった。

まず、これら各実施例および従来例に通電して熱的に平
衡に達した状態で放射スペクトルを測定し、この結果を
第２図に示した。７図は横軸に波長を神の単位でとり、
縦軸に比放射率を優の単位でとったもので、曲線（Ａ１
）は実施例人の放射スペクトル、曲線（Ｂ１）は実施例
Ｂの放射スペクトル曲線（Ｃ・）は従来例ｃ４・放射ス
ークトー、曲線（ＤＩ）は従来例りの放射スペクトルを
それぞれ示す、この図から実施例Ａ、Ｂとも波長０．８
〜５，０２ｍおよび波長２０〜５０μｍと２個の山を有
しており、従来例ＣＫ比較してこの２個の山がいずれも
高く、を九従来例ＤＫ比較して波長３μｍ以上において
放射率が高い。

つぎに、これら赤外線放射装置に通電してセラミクス層
（２）の表面温度の立上りを比較した。また従来例Ｃは
コーテング層表面温度とし、従来例りは外囲器表面温度
とした。これらの測定結果を第３図に示す。図は横軸に
通電開始からの経過時間を分の本位でとり、縦軸に表面
温度を℃の単位でとったもので、曲線（人、）は実施例
Ａの立上り一線、曲線（Ｂ２）は実施例Ｂの立上）曲線
、曲線（Ｃ鵞）は従来例Ｃの立上り曲線、−ｍｌ（Ｄｇ
）は従来例０の立上り曲線をそれぞれ示す。この図から
従来例りの立上りが最も速く、実施例Ａ、Ｂがこれより
わずかに劣ることが解る。その理由はセラミクス層（２
）の熱容量が小さいため立上りの遅れがわずかであるた
めと思われる。そして、従来の病射ヒータに比較して立
上りが格段に速くなったことが理解できる１゜ つぎに、これら各実施例および従来例の装置を用いて塗
装体の焼付は時間を比較した。試験は１ｏｏＸＩＭＸ１
■の軟鋼板にチタン顔料人やメラミン系塗料を塗布し、
上記試験ヒータを用いて２００■の距離から照射して完
全乾燥するまでの時間を測定した。この結果を次の表に
示す。

丁 この表から実施例Ａ、Ｂがいずれも乾燥時間が短いこと
が解る。この理由は上述の通り、実施例のものがいずれ
も温度立上りが速く、しかも遠赤外線の放射率が高いた
めと考えられる。

つぎに、使用条件を考慮して、使用時の表面温度である
６　００　’Ｏと室温との冷熱試験を行なった結果、１
００００サイクル以上の試験を行なっても剥離やクラン
クの発生は見られず、寿命的にも間藺のないことが判明
した。

また、セラミクス層（２）の形成に際し、無機結着剤と
して粘土などを添加した理由は被着強度を向上して剥離
などのおそれをなくすためで、その混人事は９０％未満
にすることが必要で、若しもセラミクス層（２）中の無
機結着剤の割合いが９０−を越すと遠赤外線の放射率が
着しく低くなり、本発明の目的に反する結果になる。

さらに、前述の実施例においてセラミクス層（２）の形
成手段としてアルコキシド法を採用したが、その理由は
比較的低温でセラミクス化できること、さらに形成され
たセラミクス層が薄くかつその被着強度が高いためであ
る。そして、セラミクス層の形成方法はこれに限られる
ことなく、たとえば溶射法でもよく、あるいはβスポン
ジ二メノ粉末を粘度て混線したものを外囲器表面に塗布
して焼付けてもよい。

さらに、前述の実施例においてセラミクス層（２）の被
着面積を外囲器全表面積の５０〜８０＊［したのは放射
光中の遠赤外線と近赤外線との比率を調整するためで、
また暖房Ｆｆ４Ｋｍつては可視光による心理的効果も期
待できる。しかし、本発明においてはセラミクス層は外
囲器の全表面を被覆してもさしつかえない。

さらに１重置Ｉ！ｊＩＫおける外囲器の構成材料は前述
の石英ガラス０はかアルミナセフィクス、結晶化ガラス
、コランダムなどでもよく、要は近赤外ｍｌ（波長０．
８〜３声ｍ）を喪〈透過するものなら何んでもよく、近
赤外線のはか可視光や遠赤外線も透過すればさらに好ま
しいことはもちろんであるさらに、本発明は外囲器を密
閉しない構造にしてもよく、九とえば、両端開口したア
ルミナセラミクス製管形外囲器内にアルミニウム含有鉄
絵クロム合金製コイル発熱体を収容し、外囲器の両端を
・虫気性ｆ閉塞したものの表面にβ−スポンジュメン系
セラミクス層を形成してもよい。

さらに、本発明においては外囲器の形状ｒ（限定はない
。

Ｉ性外囲器の表面に、β−スポンジュメン系セラミクス
層を被着したので、発熱体から発する熱エネルギを近赤
外線の形でセラミクス層に伝達し７、したがって立上シ
が速く遠赤外線の放射率が高い利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の赤外線放射装置の一実施例の断面図、
第２図は同じ〈実施例の放射スペクトルを従来のそれと
比較して本発明の優位を示すグラフ、８３図は同じ〈実
施例の立上り特性を従来のそれと比較して本発明の優位
を示すグラフである。 （１）・・・外囲器　　　　　　（２）・・・セラミク
ス層（３）・・・外囲器の篇出面　　（カ°°・発熱体
代理人　弁理士　　井　上　−男 第　　１　　図 第　　２　　図 □−躬一 第　　３　　図 ＭＭ　’１１’Ｈｊｊ　　　（＊）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）発熱体を収容した近赤外線透過性外囲器の表面に
   βスギ／シュメン系セラミクス層を被着したことを特徴
   とする赤外線放射装置。
2. （２）　　セラミクス層はβスポンジュメン系徽化吻を
   １０−以上含有していること′ｔ４Ｉ微とする特許請求
   の範囲第１項記載の赤外線放射装置。
3. （３）外囲器表面の一部がセラミクス層の間に旙出して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の赤外
   線放射装置。