JPH0414792A

JPH0414792A - 赤外線ヒータ

Info

Publication number: JPH0414792A
Application number: JP11735190A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Ishigami; 敏彦石神; Atsushi Saida; 斉田　淳; Masahiko Yotsuyanagi; 四ツ柳　真彦; Toshio Hiruta; 寿男蛭田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1990-05-07
Filing date: 1990-05-07
Publication date: 1992-01-20

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、絶縁性基体の表面に導電膜からなる発熱体を
設けて構成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従来の赤外線ヒータとして
は、第３図および第４図に・示すような構造のヒータが
知られている。このものは、アルミナなどのような絶縁
性セラミックスからなる円筒形の基体１と、この基体１
の表面に形成された例えばグラファイトなどのようなカ
ーボン系の導電性被膜からなる発熱体２と、上記円筒形
基体１の端部に取り付けられた電力供給端子３．３とで
構成されている。

上記円筒形基体１は、加圧成形により円筒形状に成形さ
れて焼成されたものであり、かつ導電膜からなる発熱体
２はこの円筒形基体１の外表面に、スパッターリングま
たは塗布方法により付着されている。

上記導電膜からなる発熱体２は帯状に形成され、この円
筒形基体１の外表面に蛇行形の配線パターンをなして形
成され、この蛇行形帯状をなす発熱体２の両端部は上記
円筒形基体１の端部に取り付けられた電力供給端子３．
３に接続されている。

したがって、電力供給端子３．３を電源に接続すれば発
熱体２に電流が流れ、この発熱体２が発熱して赤外線を
放出する。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記従来の構造の場合、グラファイトな
どのような導電膜からなる発熱体２はアルミナなどのよ
うな絶縁性セラミックスからなる円筒形の基体１の表面
に、単にスパッターリングまたは塗布方法により付着さ
れているだけであるから被膜２の付着強度が低く、つま
り導電膜２の基体１に対する結着力が弱い不具合がある
。

このため、機械的な衝撃や急激な温度変化等のような熱
的衝撃が加えられると導電膜２が剥離し易い。特に１０
００℃を越える高温になると、導電膜２がきわめて容易
に剥離し易くなる。

このような剥離部分は局部的に高温度になって温度むら
を生じたり、この剥離部分が高温のために蒸発して時間
経過に伴って抵抗が大きくなったり、入力に対する発熱
特性が低下したり、さらには断線する等の不具合もある
。

また、導電膜２は、円筒形基体１の全面に亘り均等な発
熱分布を得るため、帯状をなし、しかも蛇行形の配線パ
ターンで形成されている。

このような配線パターンの場合、蛇行の端部は円筒形基
体１の端部まで伸びるので隣接する導電膜２間で大きな
電位差を生じ、隣接する導電膜２との間や角部相互で放
電が発生する場合がある。

１度放電が発生すると、この箇所では度々放電が発生し
、この放電部が変形して局部的に大電流が流れるように
なり、これがさらに放電を誘い、ついには導電膜２が破
壊される不具合がある。

本発明はこのような事情にもとづきなされたもので、そ
の目的とするところは、導電膜の基体に対する結着力を
強くして剥離を防止するとともに、導電膜間で放電が発
生するのを防止することができ、しかも導電膜の配線パ
ターンが均等に形成し易く、発熱むらが生じない赤外線
ヒータを提供しようとするものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、円筒形または円柱形をなす絶縁性基体の表面
に導電膜からなる発熱体を付設した赤外線ヒータにおい
て、上記導電膜は上記基体の表面に気相成長法により形
成し、かつ絶縁性基体の表面に螺旋形の配線パターンを
なして形成したことを特徴とする。

（作用）本発明によれば、導電膜を基体の表面に気相成長法によ
り形成したので、導電性被膜の基体に対する結着力が強
くなり、剥離を防止することができる。また、導電膜の
配線パターンを螺旋形にしたので、製造が容易であり、
隣接する導電膜間で電位差が小さくなり、放電が防止さ
れるとともに、導電膜の分布が均等になり易く、発熱分
布のばらつきが少なくなる。

（実施例）以下本発明について、第１図および第２図に示す一実施
例にもとづき説明する。

図に示す赤外線ヒータは、基本的構造は従来と同様であ
り、１１は絶縁性円筒形の基体、１２はこの基体１１の
表面に形成された導電膜からなる発熱体、１３．１３は
上記円筒形基体１１の端部に取り付けられた電力供給端
子である。

そして、本実施例の場合、上記導電膜からなる発熱体１
２の外表面を絶縁層２０で覆っである。

本実施例の円筒形基体１１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、こ
の基体１１は気相成長法により製造されている。

上記ボロンナイトライドの気相成長法により形成された
基体１１は、例えば内径１２ｍｍ、外径１４　ａｍ、長
さ２５０ｍｍの真円の円筒形になっている。

この基体１１の表面に形成された導電膜からなる発熱体
１２は、グラファイトなどのようなカボン系材料からな
り、この基体１１の表面に気相成長法により形成されて
いる。

本実施例の場合、上記導電膜からなる発熱体１２は円筒
形基体１１の外表面に螺旋形の配線パターンをなして形
成され、その導電膜１２は帯状に形成されている。この
場合、膜厚は８０　ｕ　ｍ　ｓ帯の幅は２　、　０１１
１％隣接する帯間の間隔ｐは５．０Ｉｉｍに形成されて
いる。

このような螺旋形導電性被膜１３の端部は、基体１１の
端部に固定された電力供給端子１３．１３に接続されて
いる。なお、電力供給端子１３．１３は基体１１に対し
て導電性耐熱接着剤などにより接合されている。

上記導電膜からなる発熱体１２の外側は、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なる絶縁
層２０で覆ってあり、この絶縁層２０は気相成長法によ
りコーティングされている。

このボロンナイトライド気相成長法により形成された絶
縁層２０は膜厚が約０．０８ｍｍとされ、円筒形基体１
１の軸方向に沿い長さ２３０ｖの範囲に亘り形成されて
いる。

なお、このようなヒータの製造方法を説明する。

まず、基体１１の製造方法から説明すると、直径１１．
５ｍｍ、長さ３００＋ａｍのカーボンよりなる芯材を用
意する。この芯材を気相成長作業用容器に収容し、この
容器内を真空に排気する。上記容器内で芯材を例えば約
２０００℃に加熱し、この温度を維持しつつ芯材に回転
を与える。この状態で容器内に、少量の３塩化硼素（Ｂ
Ｃｊｌ１３）と少量のアンモニア（ＮＨ３）のガスを注
入すると、上記カーボンからなる芯材の表面に化学反応
、つまり気相成長によってボロンナイトライドが形成さ
れる。これを所定時間継続することにより、例えば芯材
の表面に肉厚が１．２５ｍｍ程度のボロンナイトライド
の円筒形が形成される。

このような方法により、表面に気相成長によってボロン
ナイトライドを形成した芯材を上記気相成長作業用容器
から取り出し、旋盤加工により上記カーボンよりなる芯
材を削り出す。この場合、芯材の外径が１１．５ｍｍ、
ボロンナイトライド基体１１の内径は１２ａ＋ｉ、外径
が１４ｓｆｆｉであるから、上記切削によりカーボン芯
材を削り取って除去し、かつボロンナイトライド層の内
面を若干側ることにより前記した内径が１２■、外径が
１４ａｍの円筒形基体１１を得ることができる。

これを、所定長さに切断すれば、ボロンナイトライドか
らなる円筒形基体１１が完成する。

次に、発熱体１２としての導電膜を作る場合を説明する
。

上記気相成長法で得られたボロンナイトライドからなる
円筒形基体１１の表面に、マスキングをする。このマス
キングは円筒形基体１１の表面に、第２図で斜線で示す
領域を除いて、耐熱性金属箔、例えばモリブデン（Ｍ　
ｏ　）箔を密着して巻付ける。

このようなマスキングをした円筒形基体１１を気相成長
作業用容器に収容し、この容器内を真空に排気する。上
記容器内で円筒形基体１１を例えば約１８００℃に加熱
し、この温度を維持しつつ円筒形基体１１に回転を与え
る。この状態で容器内に、少量のエタンまたはメタンガ
スを注入する。。

すると、上記ボロンナイトライドからなる円筒形基体１
１の表面に化学反応、つまり気相成長によってカーボン
が形成される。これを所定時間継続することにより、例
えば所定膜厚、例えば８０μコ程度の導電性発熱被膜か
形成される。

この後、上記導電性発熱被膜を形成した円筒形基体１１
を気相成長作業用容器から取り出し、上記マスキングし
たモリブデン箔を剥ぎとる。

これにより、第２図に斜線で示す領域に、螺旋形の導電
膜１２が形成される。

さらに、一番外側の絶縁層２０を作るには、上記の製造
方法で形成したヒータを、更に気相成長作業用容器に収
容し、この容器内を真空に排気する。上記容器内で上記
ヒータを例えば約２０００℃に加熱し、この温度を維持
しつつヒータを回転させる。この状態で容器内に、少量
の３塩化硼素（ＢＣＮ　３　）と少量のアンモニア（Ｎ
Ｈ３）のガスを注入すると、上記ヒータの表面に化学反
応、つまり気相成長によってボロンナイトライドが形成
される。これを所定時間継続することにより導電性発熱
被膜１２の表面に０．０８■のボロンナイトライドから
なる絶縁層２０が形成される。

このような構成のヒータについて、作用を説明する。

電力供給端子１３．１３を電源に接続すると、発熱体１
２に電流が流れ、この発熱体１２が発熱する。この場合
、発熱体１２は円筒形基体１１の外表面に螺旋形のパタ
ーンで帯状に形成され、螺旋のピッチは所定の一定間隔
をなして配置されているので、発熱体１２の分布は軸方
向および周方向に亘りそれぞれ均等になり、発熱分布も
均等になる。

このような実施・例においては、円筒形基体１１が気相
成長法によってボロンナイトライドにて形成されている
ので、従来の基体１に比べて軽量になる。つまり、従来
の円筒形の基体１はアルミナなどを加圧成形して焼成し
ていたので、加圧成形およびその後の焼成工程で破損し
ないように、肉厚がある程度大きく保たれていた。

これに対して、実施例の円筒形基体１１は気相成長によ
ってボロンナイトライドで形成されているので、薄肉に
形成することができ、よって軽量になる。

円筒形基体１１が薄肉、軽量になれば、取扱いが容易で
あり、ヒータとして軽量が実現する。

そして、本実施例の導電膜からなる発熱体１２は、上記
ボロンナイトライドからなる円筒形基体１１の表面に化
学反応、つまり気相成長によって形成したので、導電膜
１２の基体１１に対する結着力が極めて強くなる。

このため、機械的な衝撃や急激な温度変化等のような熱
的衝撃が加えられても、導電性被膜１２の剥離が防止さ
れる。

よって、剥離による局部的に発熱が防止され、温度むら
や発熱特性の劣化が軽減されるとともに断線も防止され
る。

そして、導電膜１２は螺旋形状に配置されているので、
導電膜１２の間隔を一定にすることができ、隣接する導
電膜１２間の電位差を小さくすることができ、角部の発
生は無く、したがって導電膜１２間で放電を発生するこ
とがなくなる。

また、導電膜１２は螺旋形状に配置されているので、発
熱体１２の分布は軸方向および周方向に亘り均等にする
ことができ、発熱分布を均等にし易い。

さらに、螺旋形状の導電膜１２は前記したようにマスキ
ングにより容易に作ることができ、製造が容易である。

さらに、導電膜１２は絶縁層２０によって覆われるので
、導電膜１２が直接剥き出しにならず、導電膜１２の表
面に塵や埃が付着堆積するのが防止される。

したかって、これら塵や埃による赤外線の放射を阻害す
るような不具合が防止され、また導電膜１２が酸素と反
応して抵抗値が増大したり、温度が低下したり、導電膜１２が破損する等の不具合が解消される。

また、導電膜１２が絶縁層２０で保護されるので、取り
扱い中に導電膜１２が傷を受けたり、表面が汚れる等の
不具合も防止される。

そして、この絶縁層２０は気相成長によって形成されて
いるので、円筒形基体１１および導電膜１２に対する付
着強度が大きく、絶縁層２０自身が剥れる心配もない。

上記ヒータについて実験した結果を説明する。

上記実施例の構造のヒータを１０本作り、２ＫＷ入力で
２時間点灯−３０分消灯の点滅試験を１０００時間続け
た。

第３図および第４図に示す従来の構造で、しかも蛇行形
パターンのヒータは、１０００時間に達するまでに放電
の発生が認められ、この内８本は途中で破壊した。

これに対し、本発明のヒータは、１０本全部が１０００
時間の寿命に耐えることができた。

なお、上記実施例では、円筒形基体１１を気相成長によ
りボロンナイトライドによって形成されたので薄形、軽
量化が可能になるが、本発明は、円筒形基体１１を気相
成長法によってボロンナイトライドにより形成すること
には限らす、基体は従来のように、アルミナなどを加圧
成形して焼成したものであっても、導電性被膜発熱体１
２を基体の表面に化学反応、つまり気相成長によって形
成すれば導電膜１２が基体から剥れ難くなる。

また、導電Ｈ１２は絶縁層２０て覆うことには限らず、
真空や不活性ガスを充填した気密容器に収容してもよい
。

そして、基体は円筒形に限らず、円柱形であってもよい
。

［発明の効果コ以上説明したように本発明によれば、発熱体となる導電
膜を基体の表面に気相成長法により形成したので、導電
膜の基体に対する結着力が強くなり、剥離を防止するこ
とができる。このため、機械的な衝撃や急激な温度変化
等のような熱的衝撃が加えられても、導電膜の剥離が防
止され、剥離による局部的に発熱が防止され、温度むら
や発熱特性の劣化が軽減されるとともに断線も防止され
る。また、導電膜は螺旋の配線パターンとしたので、製
造が容易であるばかりでなく、隣接する導電膜間で電位
差が小さく、角部の発生もなく、隣接する導電膜間や、
角部で放電が発生するのが防止され、寿命が長くなると
ともに、円筒または円柱基体の周方向および軸方向に均
等な分布とすることができ、発熱分布も均等になり易い
。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例を示し、第１図
はヒータの側面図、第２図は絶縁膜を被覆する前のヒー
タの側面図、第３図および第４図は従来の構造を示し、
第３図はヒータの側面図、第４図は第３図中ＩＶ−ＩＶ
線の断面図である。１１・・・円筒形基体、１２・・・導電膜、１３・・・
端子、２０・・・絶縁層。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）円筒形または円柱形をなす絶縁性基体の表面に導
電膜からなる発熱体を設けた赤外線ヒータにおいて、上記導電膜は上記基体の表面に気相成長法により形成し
、かつ絶縁性基体の表面に螺旋形の配線パターンをなし
て形成したことを特徴とする赤外線ヒータ。
（２）上記導電膜の表面を絶縁膜で被覆したことを特徴
とする第１の請求項に記載の赤外線ヒータ。