JPH04137480A - 赤外線ヒータ - 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］ （産業上の利用分野） 本発明は、絶縁性セラミックからなる密封容器内に発熱
体を収容した赤外線ヒータに関する。

（従来の技術） 例えば、食品の乾燥や塗装など工業用各種部品の乾燥に
赤外線ヒータが使用されている。

このような分野で使用される赤外線ヒータは、従来、ア
ルミナなどの絶縁性セラミックから形成された円筒形密
封容器に発熱体を収容してあり、この発熱体は、例えば
アルミナやボ゛ロンナイトライドなどのような絶縁性セ
ラミックスよりなる円筒形の基体の表面に例えばグラフ
ァイトなどのようなカーボン系の導電膜からなる発熱ラ
インを螺旋形や蛇行形に配置して構成しである。

このような赤外線ヒータは、螺旋形や蛇行形の導電膜か
らなる発熱ラインに通電すればこの発熱ラインが発熱す
る。したがって、この発熱ラインから放射される赤外線
が密封容器を透過して外部の被加熱物を加熱する。

（発明が解決しようとする課題） このような赤外線ヒータにおいては、発熱体の酸化を防
止する目的で、発熱体を密封容器に収容し、この密封容
器の内部を真空または不活性ガスの雰囲気に保っている
。このため、密封容器は赤外線を透過する耐熱性の材料
で形成しなければならず、従来ではアルミナなどのよう
な絶縁性セラミックで形成している。

しかしながら、絶縁性セラミックで密封容器を形成する
場合、アルミナ粉末を所定の型に加圧成形し、これを高
温度で焼き上げる方法が採用されるが、このような絶縁
性セラミックからなる密封容器の表面状態はブラスト加
工したように微細な凹凸面をなしており、表面粗さ（粗
度）は２．５□以上となっている。

このような梨地面状の表面をもつ密封容器の場合、組立
や使用中に密封容器の外表面に汚れやごみ、はこりが付
着し易く、しかも−旦付着すると微細な凹凸面であるか
ら拭い取るのが難しい。

このように表面に汚れやごみ、はこりか付着した場合、
赤外線の透過を阻害し、各ヒータ間で赤外線放射性能か
ばらついたり、時間経過に伴い赤外線放射力か著しく低
下した、上記ごみやほこりが加熱されて密封容器の表面
温度か高くなり、熱応力で密封容器が熱損傷を生じる場
合がある。

一方、食品の乾燥や塗装などの乾燥に使用されるこの種
の赤外線ヒータは、主として９００〜２５００　ｎｍの
近赤外線領域の波長を利用しており、他領域の波長は光
や他の不要な熱として消費されている。

しかし、最近は赤外線ヒータの高出力化が要求されてお
り、このためには９００〜２５００　ｎｏ＋の波長領域
の照射効率を高めることが必要であり、上記無駄に捨て
られていた他領域の波長エネルギーを有効に活用する研
究が進められている。

その１つとして本発明者らは、外囲器としての気密容器
の外面に２８０　Ｏｎ１１以上の遠赤外線領域の波長を
反射する波長選択反射膜を形成することを検討、研究し
ており、この波長選択反射膜としてはシリカＳｉＯ２と
チタニアＴ　ｉ　Ｏ２の薄膜を交互に多数層積層して干
渉膜を形成することである。

このような多層干渉膜は、発熱体から放射される波長う
ちの９００〜２５０　ＯｎＩｌ以外の領域の遠赤外線エ
ネルギーを反射して発熱体に戻す作用かあり、この帰還
されたエネルギーで発熱体が加熱され、入力に対する発
熱体の放射効率を高めることができる利点がある。

このような多層干渉膜からなる波長選択反射膜は、気密
容器の外面にＳｉＯ２の溶液とＴｉＯ２の溶液を交互に
、蒸着、スパッターリング、デイツプ法などで塗着して
いる。

しかしながら、前記した通り、密封容器の表面状態はブ
ラスト加工したように、表面粗度が２．５□以上となっ
ているため、上記波長選択反射膜の塗付成形に際して塗
付液の流れが不均一であり、膜厚に著しくばらつきを発
生し、所定の波長選択作用が発揮できないなどの不具合
かある。

また、このような波長選択反射膜を塗着しても、外表面
の平滑さは解消されず、汚れやごみ、はこりが堆積し易
いものである。

したがって、本発明の課題は、密封容器の表面状態が粗
いため、表面に汚れやごみ、はこりが付着し易く、赤外
線の透過を阻害し、各ヒータ間で赤外線放射性能にばら
つきを生じたり、使用中に赤外線放射性能か低下するこ
とである。

また他の課題は、表面に波長選択反射膜を形成する場合
、密封容器の表面状態が粗いためこの波長選択反射膜が
強固に付着しないばかりでなく、膜厚差が生じて所定の
波長選択反射機能が得られない点である。

本発明はこのような事情にもとづきなされたもので、そ
の第１の目的とするところは、密封容器の表面に汚れや
ごみ、はこりか付着し難くなり、赤外線の透過性能を高
レベルに維持し、各ヒータ間で赤外線放射性能にばらつ
きを生じたり、使用中に赤外線放射性能が低下するなど
の不具合を防止することができる赤外線ヒータを提供し
ようとするものである。

本発明の第２の目的とするところは、表面に波長選択反
射膜を形成する場合、波長選択反射膜が強固に付着し、
膜厚差を防止できて所定の波長選択反射機能が得られる
赤外線ヒータを提供しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するだめの手段） 本発明の１番目は、絶縁性セラミックからなる密封容器
の外面の表面粗度を１．８、以下に仕上げたことを特徴
とする。

本発明の２番目は、絶縁性セラミックからなる密封容器
の外面に波長選択反射膜を形成したものにおいて、上記
密封容器の外面の表面粗度を１．８μｍ以下に仕上げた
ことを特徴とする。

（作用） 本発明の１番目によれば、密封容器の外面の表面状態か
平滑になるので、この表面に汚れやごみ、はこりが付着
し難くなり、赤外線の透過性能を高レベルに維持し、各
ヒータ間で赤外線放射性能にばらつきを生じたり、使用
中に赤外線放射性能が低下するなどの不具合を防止する
ことかできる。

また本発明の２番目によれば、密封容器の外表面が平滑
になるので、この表面に波長選択反射膜を形成する場合
、波長選択反射膜が強固に付着し、膜厚差の発生を防止
できて所定の波長選択反射機能が得られる。

（実施例） 以下本発明について、第１図ないし第３図に示す一実施
例にもとづき説明する。

図において１０は密封容器であり、赤外線を透過する円
筒形のセラミックスにて形成されている。

本実施例では、密封容器１０が外径２６ｍｍ、内径２４
　ｍｍ、管長２２０ｍｍの透光性アルミナチューブで形
成されている。

この円筒形密封容器１０の両端部はキャップ１１．１１
により気密に閉塞されている。これらキャップ１１．１
１も透光性アルミナにより形成されており、円筒形密封
容器１０の端部にアルミナ、カルシア、マグネシアなど
を主成分とした半田ガラスにて気密に接合されている。

これらキャップ１１．１１の中央部には封止チューブ１
２．１２か気密に接合されており、これら封止チューブ
１２．１２はニオビウムのよう な耐熱性導電金属により形成されている。

このような密封容器１０内部は、例えば１゜Ｔ　ｏｒｒ
程度の高真空、またはアルゴン、キセノン、クリプトン
などの不活性ガスの雰囲気に保たれている。

この密封容器１０内部には発熱体２ｏが収容されている
。この発熱体２ｏは、例えば絶縁性円筒形の基体２１と
、この絶縁性基体２１の外面に形成された導電膜からな
る発熱ライン２２と、上記絶縁性基体２１の端部に取り
付けられたホルダ兼用の受電端子２４．２４とで構成さ
れている。

上記絶縁性基体２１は、ボロンナイトライドなどのよう
な絶縁性セラミックスにより形成されており、例えば内
径１２ａ＋１１．外径１４ａｖ、肉厚１　ｆｆ１Ｉｎｓ
長さ２０ｏ＋ｍの真円筒形になっている。このボロンナ
イトライドからなる絶縁性基体２１は気相成長法によっ
て形成されている。

このような絶縁性基体２１の内面には導電膜からなる帯
形状の発熱ライン２２が形成されている。

導電膜からなる発熱ライン２２は、グラファイトなどの
ようなカーボン系材料からなり、上記絶縁性基体２１の
外表面に気相成長法により形成されている。この発熱ラ
イン２２は絶縁性基体２１の外面に螺旋パターンまたは
蛇行パターンをなして形成されており、導電膜の膜厚が
８０Ｍ、、、帯の幅Ｗは６■、隣接する帯間間隔ｇは１
．０ｍｍに形成され、電気抵抗１０オームとされている
。

なお、このような導電膜からなる発熱ライン２２も作気
相成長法により形成することができる。

上記円筒形絶縁性基体２１の両端には、ホルダー兼用の
受電端子２４．２４が接続されている。

受電端子２４．２４はステンレスなどのような導電性金
属からなり、円筒形絶縁性基体２１の両端に導電性接着
剤を介して接合されており、これら受電端子２４．２４
は上記発熱ライン２２の両端と電気的に接続されている
。

これら各受電端子２４．２４には導電性のサポート２５
．２５が接続されており、これらサポート２５．２５は
前記密封容器１０の端部に設けた封止チューブ１２．１
２に接合されている。本実施例では導電性のサポート２
５．２５か封止チューブ１２．１２を気密に貫通して外
部に導出されている。

このため、発熱体２０は気密容器１０内に同心状に収容
されているものである。

上記のように構成した気密容器１０の外表面１０ａは表
面処理して平滑に仕上げられている。

すなわち、透光性アルミナチューブで形成された気密容
器１０の外表面は、そのままであると、第３図に示す拡
大断面の想像線にて示す通り、平均表面粗度が２．５μ
ｍ程度である。これに対し本実施例では、第３図の実線
で示す通り、気密容器１０の外表面１０ａを表面加工し
て、平均表面粗度を１．８．□以下にしである。

このような気密容器１０の表面加工は、この容器を構成
するアルミナチューブを硼酸塩の溶液に浸すと浸蝕され
る性質かあるので、この硼酸塩溶液の温度と浸漬時間を
コントロールして所望の表面粗度を得ることかできる。

このような構成の赤外線ヒータについて、作用を説明す
る。

導電性サポート２５．２５を電源に接続すると、受電端
子２４．２４を介して絶縁性基体２］の発熱ライン２２
に電流か流れ、この発熱ライン２２が発熱する。

したがって、発熱ライン２２が赤外線を放出するので、
この赤外線は密封容器１０を透過して外部に放出される
。

このような実施例においては、密封容器１０の外面１０
ａの表面粗度を１．８＃。以下にして平滑にしたので、
密封容器１０の表面に汚れやごみ、ホコリカ付着し難く
なる。このため、赤外線の透過性能を低下させることが
なくなり、各ヒータ間で赤外線放射性能にばらつきを生
じたり、使用中に赤外線放射性能が低下するなどの不具
合を防止することができる。

このうな作用について実験した結果を説明する。

上記実施例の大きさの定格出力２ＫＷ形赤外線ヒータに
ついて、密封容器１０の表面粗度を０．７□、１，０−
１１．５−１１，８−１２．０□および２．２μｍ＠の
ちのをそれぞれ３本づつ製造した。これら赤外線ヒータ
を定格の１０％増しで使用し、温度１１５０℃において
３時間ＯＮ−１時間ＯＦＦの通電繰返しテストをし、経
過０時間、１００時間、３００時間、５００時間および
１０００時間についてそれぞれ密封容器１０の破損具合
、７８０〜２０００ｎｍの波長領域の放射パワーが使用
不可能まで低下するか否か、および各ヒータ間の放射ば
らつきを調べた。

その結果を下記の表に示す。

以上の実験から、密封容器１０の表面粗度は１．８Ｍ、
、以下に規制すれば良好な特性が得られることか確認さ
れる。

次に、本発明の第２の実施例について、第４図ないし第
７図にもとづき説明する。

本実施例は、密封容器１０の外表面に波長選択反射膜３
０を形成した点が上記第１の実施例と異なる。

なお、第１の実施例と同一部材は同一番号を付してその
説明を省略する。

透光性アルミナチューブからなる密封容器１゜の表面粗
度を１．８μ−以下に仕上げてあり、この平滑な表面１
０ａには波長選択反射膜３ｏを形成しである。この波長
選択反射膜３０は、９００〜２５０　Ｏｎ１１の波長域
を透過し、この領域以外の波長は反射するもので、例え
ば８１０２などのような高屈折率をもつ金属酸化膜と、
ＴｉＯ２などからなる低屈折率の金属酸化膜とを交互に
積層し、合計１２〜２４層の多層膜を作ることにより得
られる。

なお、このような多層膜３０を形成する場合、前記した
ように気密容器１ｏを構成するアルミナチューブを硼酸
塩の溶液に浸すことによりその表面粗度を１．８□以下
となるように処理し、この後このアルミナチューブを真
空蒸着装置内に収容して真空雰囲気でこのアルミナチュ
ーブにその下方よりＳｉＯ２とＴｉＯ２を交互に加熱蒸
発させてＳｉＯ２膜とＴｉＯ２膜を作り、これを焼成す
ることにより得られる。

また、ＳｉＯ２の溶液とＴｉＯ２の溶液にアルミナチュ
ーブを交互に漬けることにより、上記と同様の多層膜３
０を形成することもできる。

このような第２の実施例の構成の場合は、密封容器１０
の外面１０ａに波長選択反射膜３０を形成したので、発
熱体２０から放射される９００〜２５００　ｎｍの波長
域、つまり近赤外線は外部に透過し、これ以外の波長領
域のエネルギーは波長選択反射膜３０により反射されて
発熱体２０に戻される。したがって、発熱体２０はこの
帰還エネルギーで再加熱されるので、入力に対する発熱
量が増し、放射効率が向上する。この結果、同一人力で
あるにも拘らず、波長選択反射膜３０を設けないヒータ
に比べ９００〜２５００　ｎｍの波長域、つまり近赤外
線の放射出力が向上する。

しかも、本実施例の場合、絶縁性セラミックからなる密
封容器１０の外面１０ａの表面粗度が１．８□以下に仕
上げられているので、予め平坦となっており、この表面
に形成される薄い波長選択反射膜３０は密封容器１０の
外面１０ａに膜厚差を生じることなく、均等にかつ確実
に付着させることができる。このため波長選択反射機能
のばらつきが防止される。

第２の実施例について、実験した結果を説明する。

波長選択反射膜を設けない従来の赤外線ヒータと、本実
施例のように密封容器１０の外面１０ａの表面粗度を１
．８Ｍ。以下に仕上げ、この表面１０ａに波長選択反射
膜３０を設けた赤外線ヒータとの相対分光出力について
調べたところ、第７図の結果を得た。

第７図から判る通り、実線で示した本実施例の赤外線ヒ
ータは、９００〜２５０ＯｎＩｇの波長域、つまり近赤
外線の出力か向上し、これに比べて約２８００〜４２０
０　ｎｍの出力か低下している。このことは２８００　
ｎｍ以上の遠赤外線が波長選択反射膜３０により発熱体
２０に戻され、９００〜２５００　ｒｖの近赤外線に変
換されたと解釈することができる。

また、密封容器１０の外面１０ａの表面粗度を１．８μ
ｍ、、以下に仕上げであるので、ヒータのどこの場所も
波長選択反射膜３０の膜厚差が生じなく、１０００時間
の使用でも波長選択反射膜３０の剥がれがなかった。

なお、本発明は、発熱体２０の構成は上記実施例に限ら
ず、要するに電熱体であればニクロム線ヒータ、コイル
ヒータなどであってもよい。

したがって、絶縁性基体２１も円筒形に限らず、平板形
であってもよい。

さらに、絶縁性基体２１はボロンナイトランドによりす
ることに限らず、アルミナなどの絶縁性セラミック、そ
の他の耐熱性材料で成形したものであってもよい。

そして、絶縁性基体２１に形成される発熱ライン２２は
、導電膜で形成されることには限らない［発明の効果コ 以上説明したように本発明の１番目によれば、絶縁性セ
ラミックからなる密封容器の外面の表面粗度を１．８．
ｆｆｉ以下に仕上げたので、この密封容器の外面の表面
状態か平滑になり、この表面に汚れやごみ、はこりが付
着し難くなり、赤外線の透過性能を高レベルに維持する
ことができる。また各ヒータ間で赤外線放射性能にばら
つきを生じたり、使用中に赤外線放射性能が低下するな
どの不具合を防止することができる。

また、本発明の２番目によれば、絶縁性セラミックから
なる密封容器の外面の表面粗度を１．８１以下に仕上げ
、この平滑な表面に波長選択反射膜を形成するから、波
長選択反射膜か強固に付着し、膜厚差の発生を防止する
ことができ、所定の波長選択反射機能が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す赤外線ヒータの断
面図、第２図は第１図の■−■線の断面図、第３図は第
１図のｍ部の拡大した断面図、第４図は本発明の第２の
実施例を示す赤外線ヒータの断面図、第５図は第４図の
Ｖ−■線の断面図、第６図は第４図の■部の拡大した断
面図、第７図は分光分布の特性図である。 １０・・・密封容器、１０ｇ・・・表面、１１・・・キ
ャップ、１２・・・封止チューブ、 ２０・・・発熱体、２１・・・絶縁性基体、２２・・・
発熱ライン、２４・・・受電端子、 ３０・・・波長選択反射膜。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性セラミックからなる密封容器内に発熱体を
   収容した赤外線ヒータにおいて、上記密封容器の外面の
   表面粗度を１．８μｍ以下に仕上げたことを特徴とする
   赤外線ヒータ。
2. （２）絶縁性セラミックからなる密封容器内に発熱体を
   収容し、この密封容器の外面に所定の波長を反射する波
   長選択反射膜を形成した赤外線ヒータにおいて、 上記密封容器の外面の表面粗度を１．８μｍ以下に仕上
   げたことを特徴とすることを特徴とする赤外線ヒータ。
3. （３）上記波長選択反射膜は、ＳｉＯ＿２とＴｉＯ＿２
   の薄膜を交互に多数層積層して形成したことを特徴とす
   る第２の請求項に記載した赤外線ヒータ。