JPS6180784A - 遠赤外線放射発熱体および製法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は遠赤外線放射発熱体およびその製造方法に係る
。

遠赤外線を放射する発熱体は、塗料の乾燥、樹脂の硬化
、暖房等に使用され、省エネルギー発熱体として最近非
常に注目されているものである。

〔従来の技術〕

従来、遠赤外線放射体として、（１）石英管や磁器管の
中にタングステンフィラメントやニクロム線を封入し念
もの、（２）金属パイプの中にニクロム線を絶縁物を介
して封入したもの、（３）上記（２）の金属パイプの表
面に放射層としてセラミックをコーティングしたもの、
等がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の遠赤外線放射体は、いずれも、応
答性が悪く立上り時間が長い、遺産が低い、遠赤外線（
典型的には波長４μ四以上）の放射率が低い、表面のコ
ーティング層が剥離しやす負 い、製造が煩雑であるなどの問題点を有している。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の如き問題点を解決する本発明による手段け、通電
されて発熱する窒化珪素と導電性セラミック材料からな
る発熱部と、該発熱部の表面く形成された酸化珪素と酸
化チタンを含有する遠赤外線放射層とで構成し念遠赤外
紳放射発熱体にある。

上記発熱部は一般的に９０〜２０重量％、好ましくは８
０〜４０重量％の窒化珪素８１５Ｎ４と一般的に１０〜
８０重量に、好ましくは２０〜６０重量％の導電性セラ
ミック材料とからなる。窒化珪素が少なすぎると焼結性
が悪く、多すぎると導電性が不足する。

導電性セラミック材料としては、例えば、窒化ブタンＴ
ｉＮ、炭化チタンＴＩＣ、ホウ化チタンＴｉＢ２　、　
炭化’）ルコニウムＺｒＣ、炭化ハフニウムＨｆＣ、炭
化タンタルＴａＣ、炭化タングステ：ｙＷＣ，炭化珪素
ＳｉＣ、窒化ジルコニウムＺｒＮ。

珪化モリブデンＭｏＳｉ２　、ランタンクロマイトＬ　
ａ　Ｃｒ　４０４を用いることができる。

遠赤外線放射発熱体を１００〜２００Ｖの電圧で使用す
る場合、発熱部が１０２０傭以下の比抵抗を有すること
が望ましい。

発熱部に必要に応じて微量の焼結助剤を添加することが
で、舞る。焼結助、剤としては、酸化イツトリウムＹ２
Ｏ５、スピネルＭｙＡＬ２０＜　　＊酸化マグネシウム
ＭｆＯ、フルミ＋Ａｚ２０３．　酸（）ＪＨＲ５ｉ０２
　。

酸化チタンＴｉｅ２．酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３，酸化ニラクル
ＮｉＯ、酸化カルシウムＣａＯ、酸化クロムＣｒ２Ｏ３
、酸化鉛ＰｂＯ９ＷＩ化鋼ＣｕＯ、ジルコニアＺｒＯ２
、酸化マンガンＭ、０２’　、酸化リチウムＬｉｄ２．
ムライト、ツウジェライト。ステアタイト、ユークリプ
タイト、炭化珪素ＳｉＣ、サイアロン、窒化アルミニウ
ムｋｔＮ等と用いることができる。焼結助剤の添加−ｊ
ｋは１０モル％以下である。　　゛ 上記遠赤外線放射層は一般的に１０〜９０モル％、好ま
しくは２０〜８０モル％の酸化珪素Ｓ　ｉｏ２と一般的
に１０〜９０モル％、好ましくは２０〜８０モル％の酸
化チタンＴｉｅ２を含んで成る。酸化珪素および酸化チ
タンの両方が少なくとも１０重量に含有されることによ
ってはじめて本発明の所望の効果が奏せられる。放射層
が実質的に酸化珪素と酸化チタンだけからなることが最
も好ましい。

遠赤外線放射層の厚さは１０μｍ〜１炊の範囲内である
ことが好ましい。厚さが１０μｍ未満では遠赤外線放射
特性が十分に発揮されず、一方、１ｍ１１１を上回ると
結合力が弱くなって発熱部から剥離する恐れがある。

本発明は、同様にして、従来技術の問題点を解決する手
段として、通電嘔れて発熱する窒化珪素と導電性セラミ
ック材料からなる発熱部を形成し、該発熱部の表面に酸
化珪素と酸化チタンを含有する遠赤外線放射層を形成す
る遠赤外線放射発熱体の製造方法を提倶する。

上記遠赤外線放射層の形成は浸漬法や溶射法などを用い
て実施することもできるが、発熱部の導電性セラミック
材料の少なくとも１部分としてチタン化合物を用いかつ
発熱部の表面を酸化する方法で行なうことは操作が簡単
であり好ましい。その表面酸化は酸素含有雰囲気中で発
熱部を外部強制加熱あるいけ自己通電加熱して行なうこ
とができる。この場合、チタン化合物は発熱部の少なく
とも１０重量％含まれているべきである。

発熱部の表面を酸化して遠赤外線放射層を形成する場合
、遠赤外線放射発熱体を１０００℃以下のｉｔで使用す
るとして、１２００℃で３０分〜２時間程度加熱するこ
とが望ましい。

〔作　用〕

本発明による遠赤外線放射発熱体は直接通電自己発熱タ
イプだから応答性がよく立上り時間が短かい。ま六、我
々は、先に、遠赤外線放射層として酸化チタンを用いる
ことを開示したが（特願昭５８−２３６５４８号明細書
）、更に検討を進めた結果、遠赤外線放出層が酸化チタ
ンと酸化珪素の両方を含有しているものは優れた遠赤外
線放射特性を示すことを見い出した。また、発熱部に用
いる窒化珪素は焼結性が良く、強度および耐熱衝撃性が
アルミナと較べてもなお良好である。従来の磁気ヒ　　
　　　　１ｍｍタＯ強度は１０１ｇ／ｍ　２であるのに
較べ、本発明による発熱体の強度は４０Ｋｇ／ｍ２であ
り、高強度でろ石。しかも、窒化珪素を含む発熱部は表
面を酸化して酸化珪素を生成することができるので本発
明の製造において有利である。さらに、熱膨張係数と見
ると、酸化ｆ　ｌ　ンＴｉｅ２が７　Ｘ　１０−’ｄｅ
ｇ−”、酸化珪ｇｓｉ０２が３　Ｘ　１０　　ｄｅｇ　
　であるＯＫ対し、例えば、窒化珪素−窒化チタン系は
５　Ｘ　１０−’ｄｅｇ−’であり、その差が小さい。

従って、加熱冷却による放射層の剥離にも強い。さらに
、この発熱体は発熱部の表面酸化法で製造することがで
きるので、製造が容易であり、主意性に優れている。

〔実施例〕

第１図は、本発明の実施例である遠赤外線放射発熱体の
断面模式図である。図中、１Ｖｉ円管状の発熱部、２け
発熱部１の表面に形成された遠赤外線放射層、３は発熱
部１の両端部に形成した電極端子である。

次に、このような発熱体の製造例について説明する。

原料として平均粒径α９μｍの窒化チタンＴｉＮ粉末２
７　壷１６７ｓと、平均粒径１．５μｍの窒化珪素Ｓ　
ｉ　、Ｎ４粉末Ｋ、焼結助剤としてイツトリアＹ２Ｏ５
５ｗｔ　９（。

スピネルＭｙｋ１２０４５　ｗｔにを混ぜた粉末をボリ
エデレン容器中で水と分散剤で４０時時間式混合し、そ
の後ドラムドライヤーで乾燥する。

上記粉末１００重量部と、メチルセルロース８重量部、
水を１６重量部、可塑剤４重量部とコンティニュアスニ
ーダで混練する。

上記で製造した練土を押出成形機で円管状に押出し、湿
妾３０〜９０％、湛度３０〜１００℃で乾燥し切断する
。

上記乾燥品を窒素雰囲気中で１８００℃に４時間保ち、
焼成して円管状の発熱体基材１を製造した。Ｉ該基材の
大きさは外径８ｍφ、内径６ｍｌ１ｌφ。

長さ４００＋ｗで抵抗は８Ωであった。

上記発熱体基材を酸素雰囲気下で１２００℃に１時間加
熱し、ＴｌＯ２−５ｉ０２遠赤外線放射層２を形成した
０両端部に白金、銀等をメタライズし、ステンレスやコ
バール（銅ニツケル合金）等の電極端子３を固定し次。

第２図は従来の発熱体の一例である金属シーズ発熱体の
断面模式図である。これはインコネル金属パイプ（商品
名：インコネル６００）４中に絶縁粉末である酸化マグ
ネシウム５を介してコイル状のニクロム線６を埋設し九
発熱体である。図中、７は電極端子、８は固定スリーブ
である。

第３図は上述のような本発明の実施例の発熱体を表面温
度５００℃に発熱させ、その赤外線放射測定を行なった
結果を示す；放射上曲線である。

同図に、比較のために、第２図に示した従来の金属シー
ス型発熱体の同様な放射率曲線分示し念。

図から明らかなように、本発明の実施列の発熱体は従来
品と較べて遠赤外線（長波長）帯の放射率が非常に大き
くなっている。

第４図は第１図に示し念実施例および第２図に示した従
来品にそれぞれ類似した外径８酬、長石３２５ｍの発熱
体に１０ｏｖ、６００Ｗの電力を入力したときの、発熱
体の応答特性を示す。本発明の実施列の発熱体は従来品
と較べて立上り時間が大変に速くなっていることがわか
る。これは、発熱部が円管状をしているなめ熱容量が小
さいこと、発熱部によって直接的に遠赤外線放射層が加
熱されていること、及び遠赤外線放射層が非常に薄いこ
と釦よるものでらると考えられる。

次に、我々が先に開示した発熱部がチタン化合物とアル
ミナからなり、遠赤外線放射層が酸化チタンを含む発熱
体と、本発明による発熱体の特性を比較した。

比較試験は直径４０ｍＡ、厚さ１ｆｆｉｌの円板状の試
料を作成し、表面篇度を５００℃に保持し、黒体炉を基
準とするダブルビーム放射基測定装置を用いて測定した
。本発明品は、発熱部が窒化珪素５Ｉ５Ｎ４　７５重量
％と窒化チタン２５重量％からな９、遠赤外線放射層は
発熱部を表面酸化して４畜３０μｍに形成したものであ
った。比較品は、アルミナ人Ａ２０５７８重：ｔ９にと
窒化チタン２２重量％からなり、遠赤外線放射層は発熱
部を表面酸化して厚さ２０μｍに形成したものであった
。

第５図にその結果を示す。図から、本発明によ啄 る発熱体は比較品と較べて波長４μｍ以上（４〜１０μ
？ＰＬ）の遠赤外線放射率が向上していることがわかる
。

上記の本発明の実施例と同様にして、但し、発熱体の組
成、嘴化処理温度と保持時間、放射層の厚さをいろいろ
変更して遠赤外線放射発熱体（試料／Ｐ６１〜７）を作
成した。そのデータを下記表に記す。

表 Ｘ焼結助剤は士ギ灯生ＴｉＮあるいはと＝体支ＴＩＣ傘
奪メ９トにおいてＹ２Ｏ５５ｗｔ％、　Ｍｆｋｔ２０４
５ｗｔ％を添加した。

これらの発熱体の放射基特性を測定したところ、試料４
１〜６は第５図の本発明品と同様の放射率を示し念。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなよう【、本発明により、良好な
遠赤外線放射特性を有し、立上り時間が速くて応答性に
優れ、強度および熱衝撃性が改良され、遠赤外線放射層
の剥離も抑えられ、かつ製造容易で生産性に優れた遠赤
外線放射発熱体が提供される。また、その遠赤外線放射
発熱体を製造する方法、特に、製造が容易で生産性に優
れた製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の遠赤外線放射発熱体の模式断
面図、＠２図は従来例の金属シーズ発熱体の模式断面図
、第３図は発熱体の放射率を波長に関して表わし念グラ
フ図、第４図は発熱体の表面温度の立上り特性を示すグ
ラフ図、第５図は発熱体の放射率を波長に関して表わし
たグラフ図である。 １・・・・・・発熱部、　２・・・・・・遠赤外線放射
層、３・・・・・・電極端子、　　４・・・・・・金属
パイプ、　　５・・・・・・酸化マグネシウム、　　６
・・・・・・ニクロム線、　　７・・・・・・電極端子
、　　８・・・・・・固定スリーブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、通電されて発熱する、窒化珪素と導電性セラミック
   材料とからなる発熱部と、該発熱部の表面に形成された
   、酸化珪素と酸化チタンを含有する遠赤外線放射層とを
   有して成ることを特徴とする遠赤外線放射発熱体。 ２、前記発熱部が９０〜２０重量％の窒化珪素と１０〜
   ８０重量％の導電性セラミック材料からなる特許請求の
   範囲第１項記載の遠赤外線放射発熱体。 ３、前記導電性セラミック材料が窒化チタン、炭化チタ
   ン、ホウ化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム
   、炭化タンタル、炭化タングステン、炭化珪素、窒化ジ
   ルコニウム、珪化モリブデン、ランタンクロマイトの１
   種以上からなる特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の遠赤外線放射発熱体。 ４、前記導電性材料がチタン化合物を含む特許請求の範
   囲第３項記載の遠赤外線放射発熱体。 ５、前記発熱部が１０＾２Ωｃｍ以下の比抵抗を有する
   特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれかに記載
   の遠赤外線放射発熱体。 ６、前記遠赤外線放射層が１０〜９０モル％の酸化珪素
   と１０〜９０モル％の酸化チタンからなる特許請求の範
   囲第１項から第５項までのいずれかに記載の遠赤外線放
   射発熱体。 ７、前記遠赤外線放射層の厚さが１０μｍ〜１ｍｍの範
   囲内である特許請求の範囲第１項から第６項までのいず
   れかに記載の遠赤外線放射発熱体。 ８、窒化珪素と導電性セラミック材料からなる通電され
   て発熱する発熱部を形成し、該発熱部の表面に酸化珪素
   と酸化チタンとを含有する遠赤外線放射層を形成するこ
   とを特徴とする遠赤外線放射発熱体の製造方法。 ９、前記導電性セラミック材料としてチタン化合物を含
   有する前記発熱部を形成し、該発熱部の表面を酸化して
   該発熱部の表面に酸化珪素と酸化チタンを含有する遠赤
   外線放射層を形成する特許請求の範囲第８項記載の方法
   。 １０、前記発熱部に導電加熱することによつて前記表面
   酸化を行なう特許請求の範囲第９項記載の方法。 １１、前記発熱部を外部加熱することによつて前記表面
   酸化を行なう特許請求の範囲第９項記載の方法。 １２、２０〜８０重量％の窒化珪素と２０〜８０重量％
   の導電性セラミック材料から前記発熱部を形成する特許
   請求の範囲第９項から第１１項までのいずれかに記載の
   方法。 １３、前記導電性セラミック材料が前記発熱部の重量を
   基準に少なくとも１０重量％のチタン化合物を含む特許
   請求の範囲第１２項記載の方法。 １４、前記発熱部の表面に溶射法または浸漬法を用いて
   前記遠赤外線放射層を形成する特許請求の範囲第８項記
   載の方法。