JPS63160188A - 赤外線ヒ−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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は物質の加熱や暖房等に用いられる赤外線ヒータ
の改良に係る。

（従来の技術） 赤外線放射エネルギーは、物質の加熱あるいは暖房等、
産業上広い利用性を有する。したがって、このような赤
外線放射エネルギーを有効利用するために、種々の赤外
線ヒータが提案されてきた。

ところで、従来の電力をエネルギー源とする赤外線ヒー
タは、ニクロム線のような金属抵抗体、ガラス繊維にカ
ーボンを塗布した抵抗体又はＳ　ＩＣ％ランタンクロマ
イト等のセラミックスからなる発熱体と、赤外線放射率
の高い赤外線放射体とを別々に作製し、これらを組合わ
せて構成されている。

こうした赤外線ヒータのなかでも、ステンレス又はセラ
ミックスからなるパイプの表面に、例えば溶射法により
赤外線放射効率の高いジルコニア、アルミナ等のセラミ
ックス粒子を付着させ、このパイプをニクロム線からな
る発熱体の周囲に配置した構成の赤外線ヒータが最も一
般的に使用されている。

また、アルミニウムからなるパイプの表面に、アルマイ
ト処理によって赤外線放射効率の高いアルミナ被膜を形
成し、このパイプをニクロム線からなる発熱体の周囲に
配置した構成の赤外線ヒータも知られている。

しかしながら、上述したような従来の赤外線ヒータは、
発熱体と赤外線放射体とが構造的に一体化されていない
ため、熱伝達が悪く、熱効率も悪いため、速熱性に欠け
る。また、使用中に構造的な変化が生じやすく、しかも
それに伴う劣化、例えばパイプ表面に付着させた赤外線
放射体の剥離が生じる等の問題がある。後者の問題点、
すなわち赤外線放射体の剥離を防止するためには、例え
ばパイプと赤外線放射体との間に両者の熱膨張差を緩和
する中間層を設ける等の改善がなされているが、工程が
複雑になるうえ、剥離を防止する効果は必ずしも完全で
はない。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、速熱性に優れ、しかも使用中に劣化が生じにくい赤
外線ヒータを提供することを目的とする。

［発明の構成コ （問題点を解決するだめの手段） とにより赤外線放射体を形成したことを特徴とするもの
である。

本発明において、赤外線放射体としてはアルミナ又はジ
ルコニアのうち少なくともいずれか一方を含む酸化物か
らなるものが望ましい。こうした赤外線放射体は、後に
詳述するように発熱体を構成する金属単体又は合金の表
面を熱酸化処理することにより酸化物の被膜として形成
される。この赤外線放射体の゛膜厚は特に限定されない
が、赤外線を放射するのに有効な厚さであればよく、１
ｐ〜１　ｍｍ　％更に好ましくは３〜５００ＩＩＩＲの
厚さがよい。ここで、赤外線放射体の膜厚が薄すぎると
、赤外線の放射効果が少ないうえ、表面の電気絶縁性が
悪くなって安全上好ましくない。逆に、赤外線放射体の
膜厚が厚すぎると、電気絶縁性の観点からは望ましいが
、赤外線放射体にクラックが発生しやすいので好ましく
ない。

以」二のことからもわかるように、発熱体を構成する金
属単体又は合金は、十分大きい電気抵抗を有するととも
に、熱酸化処理によってその表面に赤外線放射体となる
アルミナやジルコニアが容易に形成されることが要求さ
れる。このような性質を有する金属単体又は合金として
は、例えば以下のようなものが挙げられる。

００１１５〜３０重量％、Ａｌ２〜１０重量％、Ｙ及び
希土類元素のうち少なくとも１種０．０５〜１重量％、
残部Ｆｅなる組成を有するもの。

００１１５〜３０重量％、Ａｌ２〜１０重量％、Ｔｉ、
Ｚｒ、Ｈｆ（７）うち少なくとも１種０．０５〜２重量
％、残部Ｆｅなる組成を有するもの。

■Ｃｒ１５〜３０重斂％、Ａｌ２〜１０重量％、Ｎｉ５
〜３０重量％、Ｙ及び希土類元素のうち少なくとも１種
０．０５〜１重量％、残部Ｆｅなる組成を有するもの。

■Ｃｒ１．５−３０重量％、Ａｌ２〜１０重量％、Ｎｉ
５−３０重量％、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆのうち少なくとも１
種０，０５〜２重量％、残部Ｆｅなる組成を有するもの
。

■Ｚｒ又はＺｒ合金。

上記■〜■の合金において、Ｃｒ及びＡ、ｆ？は、Ｆｅ
の電気抵抗を増大させて発熱体としての機能を発揮させ
、かつ熱酸化処理により合金表面でアルミナを主成分と
する赤外線放射体となる元素である。Ｃｒの添加量は電
気抵抗の増大の観点からは多いことが望ましいか、合金
の加工性を考慮すると、１５〜３０重量％、好ましくは
１８〜２５重量％の範囲か望ましい。Ａ、＆はＦｅの電
気抵抗を増大させるのに極めてを効な元素であり、その
添加量も多いことが望ましいか、添加量が多すぎると合
金の加工性が著しく低下し、しかも融点が低下するため
熱酸化処理時に合金が変形しやすくなる。このため、Ａ
、ｉ？の添加はは２〜１０重量％、好ましくは３〜７年
量％の範囲がよい。

」１記■及び■に合金において、Ｎｉは合金をオーステ
ナイト化するのに有効な元素で、合金の耐クリープ性を
著しく向上させる作用を有する。すなわち、Ｎｉの添加
により、赤外線ヒータとしての使用中に変形を防止する
効果が得られる。また、Ｎｉは合金の耐食性を向上させ
る作用も有する。

Ｎｉの添加量は、５〜３０重量％であることが望ましい
。これは、５重量％未満では」−記の効果が少なく、一
方３０重量％を超えて添加してもそれに見合った効果の
向」二が認められないためである。

上記■〜■の合金において、Ｙ及び希土類元素のうち少
なくとも１種、又はＴｉ、Ｚｒ、Ｉｆのうち少なくとも
１種は、熱酸化によって生成されるアルミナを主成分と
する赤外線放射体と合金との密着性を向上させるのに有
効な元素であり、少量の添加で効果がある。Ｙ及び希土
類元素のうち少なくとも１種の添加量は、０．０５〜１
重量％の範囲が有効である。これは、０．０５重量％未
満では上記の効果が得られず、一方１重量％を超えると
合金の加工性が極めて悪くなるためである。また、Ｔｉ
、Ｚｒ、Ｈｆのうち少なくとも１種の添加量は、０．０
５〜２重量％の範囲が有効である。これは、Ｙ及び希土
類元素のうち少なくとも１種と同様に、０．０５重置火
未満では」１記の効果が得られず、一方２重量％を超え
ると合金の加工性が極めて悪くなるためである。

上記■のＺｒ合金としては、Ｚｒを主成分としていれば
よく、例えばジルコニア２　（１，５％５ｎ−０，１２
％Ｆｅ−０，１％Ｃｒ−０，０５％Ｎｉ−残部Ｚｒ）を
挙げることができる。

本発明の赤外線ヒータは、以下のような方法により製造
される。まず、上記の金属単体又は合金は、通常の真空
溶融法等により作製された後、通常の圧延又は線引き加
工により所望のヒータ形状に加工される。ヒータの形状
は板状、パイプ状又は線状等いかなる形状でもよい。次
に、加工された金属単体又は合金は、大気、酸素、水蒸
気等の酸化雰囲気中で熱酸化処理が施される。この熱酸
化処理の温度は、■及び■については９００〜］３５０
°Ｃ１■及び■については９００〜１３００℃、■につ
いては５００〜９００°０１更に好ましくは６００〜８
００℃の範囲が望ましい。

処理温度を上記のような範囲とするのが望ましいのは以
下のような理由による。すなわち、上記の各範囲未満で
は酸化物の形成速度が遅く赤外線放射に有効な厚さの被
膜を形成するのが困難である。

一方、上記各範囲を超えると酸化物の成長速度は速くな
るものの、■〜■では合金の融点に近くなるためヒータ
形状の変形を招くおそれがあり、また■の金属単体又は
合金では形成される酸化物被膜がポーラスでかつ下地金
属との密着性が悪くなるため、実用上好ましくない。熱
酸化処理は、電気炉中又は燃焼ガス雰囲気中で行っても
よいし、ヒータの寸法が大きい場合には通電による加熱
を用いることもできる。以上のようにして得られたヒー
タの両端に電極を取（−ｊけることにより、通電加熱に
よる赤外線ヒータを得ることができる。

（作用） 」１記のような本発明の赤外線ヒータによれば、従来の
シーズ型の赤外線ヒータに比較して構造が極めて簡単で
全体の熱容量が小さくなり、短時間で所望の温度まで加
熱することが可能である。また、本発明の赤外線ヒータ
における赤外線放射体は、金属１１体又は合金からなる
発熱体の表面に形成された発熱体の構成元素の酸化物波
膜であるので、金属単体又は合金との接合強度が高く、
繰返し加熱を行っても赤外線放射体の剥離が生じること
はなく、耐久性に優れた赤外線ヒータを得ることができ
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

下記表に示す実施例１〜６、比較例１，２、実施例１１
〜１７、比較例１１．１２については、マグネシアルツ
ボを用い、高周波真空溶融により各合金を作製した。そ
して、これらを幅２腑、厚さ　０．’／ｍｍの薄板状に
圧延加工した後、第１図に示すように蛇行状に加工した
。また、実施例２１〜２３、比較例２１．２２について
は、市販のＺｒ又はジルカロイ２　（１，５％５ｎ−０
，１２％Ｆｅ−０，１％Ｃｒ　−０，０５％Ｎｉ−残部
Ｚｒ）を圧延し、２００　ｍｍ　Ｘ　２００　ｍｍ　Ｘ
　１　ｍｍの板を切出した後、線幅がＩＭとなるように
両端から切込みを入れ、第１図に示すように蛇行状に加
工した。なお、第１図において、加工した金属単体又は
合金の中央部は省略している。

次に、第１図図示の形状の各金属単体又は合金に下記表
に示す条件で熱酸化処理を施し、金属単体又は合金の表
面に、アルミナ又はジルコニアを主成分とする酸化物か
らなる赤外線放射体を形成した。各赤外線放射体につい
て、下地金属との密着性及び厚さを調べた結果を下記表
に示す。

」二記表に示すように実施例１〜６．１１〜１７．２１
〜２３では、赤外線放射体はクラックや剥離かなく、適
当な厚さを有していた。これに対して、比較例］、１１
．２２の場合には熱酸化処理の温度か低いため赤外線放
射体の厚さか薄くなった。

また、比較例２，１２．２１の場合には合金組成が不適
当であったり、熱酸化処理温度が高いため、赤外線放射
体に剥離か生じ、実用に供することができなかった。

次いで、第１図に示すように」−記のようにして作製さ
れた赤外線ヒータ］の両端の赤外線放射体を除去した後
、電極２，２を取付けた。各ヒータについて、抵抗値を
測定したところ、実施例１〜６、実施例１１〜１７は約
２Ω、実施例２１．２２は約コ２Ω、実施例２３は約２
０Ωてあった。

更に、以上の各ヒータについて、実施例１〜６、比較例
１、実施例１１〜１７、比較例１１では約３０Ｖの電圧
を印加し、実施例２１〜２３、比較例２２ては約１００
Ｖの電圧を印加した場合の、昇温特性及び放射される赤
外線の波長分布を調べた。これらの結果を第４図及び第
５図に示す。

第４図は、実施例］の赤外線ヒータの昇温特性と、従来
のシーズ型の赤外線ヒータの昇温特性とを示すものであ
る。第４図から明らかなように、本発明に係る赤外線ヒ
ータは、従来の赤外線ヒータと比較して、極めて短時間
てヒータ表面の温度が上昇することがわかる。なお、第
４図には図示しないが、実施例１以外の他の実施例のヒ
ータでも同様の昇温特性が得られた。

また、第５図は、実施例１，２１、比較例１゜２２の赤
外線ヒータから放射される赤外線の波長分布を示すもの
である。第５図から明らかなように、実施例１及び２１
の赤外線ヒータでは物質の加熱に有効な３〜１５ｐの波
長の赤外線が選択的に放射されていることがわかる。こ
れに対して、比較例１及び２２の赤外線ヒータでは３〜
１５．ｃｍの波長の赤外線の放射か少なくなっている。

これは比較例１及び２２ては赤外線放射体の厚さが薄い
ためであると考えられる。なお、第５図には図示しない
が、実施例１及び２１以外の他の実施例のヒータでも同
様の赤外線放射特性が得られた。

なお、」二記実施例では、第１図に示す形状のヒータに
ついて説明したが、ヒータ形状はこれに限定されず、例
えば第２図又は第３図に示す形状でもよい。第２図は、
板状の赤外線ヒータ３の対向する２辺に電極４．４を形
成したものである。第３図は、円筒状の赤外線ヒータ５
の両端部に電極６．６を形成したものである。

［発明の効果］ 以」二詳述したように本発明によれば、極めて簡単な構
造を有し、速熱性に優れ、しかも使用中に劣化が生じに
くい等顕著な効果を奏する赤外線ヒータを提供できるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における赤外線ヒータを一部省
略して示す平面図、第２図は本発明の他の実施例におけ
る赤外線ヒータの平面図、第３図は本発明の更に他の実
施例における赤外線ヒータの斜視図、第４図は本発明の
実施例１の赤外線ヒータ及び従来の赤外線ヒータの昇温
特性を示す特性図、第５図は本発明の実施例１．２１の
赤外線ヒータ及び比較例１．２２の赤外線ヒータの赤外
線放射特性を示す特性図である。 １．３．５・・・赤外線ヒータ、２，４．６・・・電極
。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 −一￥？ ぢ；炬■

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属単体又は合金製の発熱体表面にあらかじめ熱
   酸化処理を施すことにより赤外線放射体を形成したこと
   を特徴とする赤外線ヒータ。
2. （２）赤外線放射体がアルミナ又はジルコニアのうち少
   なくともいずれか一方を含む酸化物からなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の赤外線ヒータ。
3. （３）発熱体がＣｒ１５〜３０重量％、Ａｌ２〜１０重
   量％、Ｙ及び希土類元素のうち少なくとも１種０．０５
   〜１重量％、残部Ｆｅなる組成を有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の赤外線ヒータ。
4. （４）発熱体がＣｒ１５〜３０重量％、Ａｌ２〜１０重
   量％、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆのうち少なくとも１種０．０５
   〜２重量％、残部Ｆｅなる組成を有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の赤外線ヒータ。
5. （５）発熱体がＣｒ１５〜３０重量％、Ａｌ２〜１０重
   量％、Ｎｉ５〜３０重量％、Ｙ及び希土類元素のうち少
   なくとも１種０．０５〜１重量％、残部Ｆｅなる組成を
   有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の赤
   外線ヒータ。
6. （６）発熱体がＣｒ１５〜３０重量％、Ａｌ２〜１０重
   量％、Ｎｉ５〜３０重量％、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆのうち少
   なくとも１種０．０５〜２重量％、残部Ｆｅなる組成を
   有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の赤
   外線ヒータ。
7. （７）発熱体がＺｒ又はＺｒ合金からなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の赤外線ヒータ。