JPS63160188A - 赤外線ヒ−タ - Google Patents

赤外線ヒ−タ

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JPS63160188A
JPS63160188A JP30630486A JP30630486A JPS63160188A JP S63160188 A JPS63160188 A JP S63160188A JP 30630486 A JP30630486 A JP 30630486A JP 30630486 A JP30630486 A JP 30630486A JP S63160188 A JPS63160188 A JP S63160188A
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JP
Japan
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weight
infrared
infrared heater
alloy
heater
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Pending
Application number
JP30630486A
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English (en)
Inventor
芳野 久士
光雄 河合
尚史 金子
糸山 勝
唯治 岡崎
俊自 野村
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02205659A (ja) * 1989-02-03 1990-08-15 Daido Steel Co Ltd 高電気抵抗材料およびその製造方法
JP2021520226A (ja) * 2018-05-10 2021-08-19 ジェイティー インターナショナル エス.エイ.JT International S.A. エアロゾル発生デバイスのための消耗品カートリッジ

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