JPH0613162A - 赤外線ヒ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発熱能力を上げるために入力を増した場合、導
電発熱膜の剥離が防止される赤外線ヒ−タを提供する。 【構成】絶縁性基体１１の表面に導電発熱膜１２を設
け、この導電発熱膜を絶縁層１３で覆った赤外線ヒ−タ
において、上記導電発熱膜と絶縁層とを、それぞれ複数
層１２１、１２２および１３１、１３２交互に積層して
形成したことを特徴とする。 【作用】導電発熱膜と絶縁層を交互に複数層積層したの
で、複数層の導電発熱膜の膜厚の総和が膜厚を増した場
合と同様になり、電流密度の過剰を防止する。しかも各
導電発熱膜はそれぞれ絶縁層により覆われているので、
付着強度が高くなり、剥がれが防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、円柱または円筒形等の
形状を有する絶縁性基体の表面に導電発熱膜を形成した
赤外線ヒ−タに関する。

【０００２】

【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−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−タとしては、図２に示すような
構造のヒ−タが採用されている。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−ボン系の導電発熱膜２と、この導電
発熱膜２を覆う絶縁層３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４、４、およびリード線
５、５とで構成される。上記導電発熱膜２は、円筒形基
体１の外表面にスパッタ−リングまたは気相成長法によ
り形成してあり、円筒形基体１の外表面に蛇行形や螺旋
形の帯状に形成され、この帯状をなす導電発熱膜２の両
端部が上記円筒形基体１の端部に取り付けられた電力供
給端子４、４に接続される。なお、このようなヒータユ
ニットは、図示しない赤外線透過性の絶縁セラミックチ
ューブからなる外容器に収容されるようになっており、
上記リード線５、５は外容器の端部から外部に導かれて
いる。したがって、これらリード線５、５を電源に接続
すれば導電発熱膜２に電流が流れ、この導電発熱膜２が
発熱して赤外線を放出する。

【０００３】上記導電発熱膜２を覆う絶縁層３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からな
り、導電発熱膜２の機械的保護をなして剥がれを防止す
るとともに、導電発熱膜２の酸化を防止し、抵抗値の変
動を防止するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のこの
種の赤外線ヒ−タは、導電発熱膜２の最大膜厚が約１０
０μｍ、帯の幅が５mm程度であり、最大電流を１５Ａ程
度しか流せない。したがって定格入力は２ｋＷ程度のも
のであった。しかしながら、最近においては発熱能力の
大きな赤外線ヒ−タが要請されており、入力を３〜４ｋ
Ｗまで高める要求がある。これに対し、上記従来の導電
発熱膜２の膜厚では入力を高くすると電流密度が過剰と
なるため、膜厚を大きくする必要があり、例えば最大膜
厚を１６０〜２００μｍまで大きくして電流密度を押さ
える必要がある。

【０００５】しかし、導電発熱膜２の膜厚を大きくする
と、絶縁基体１の表面温度と導電発熱膜２との間の熱膨
脹差が大きくなって、導電発熱膜２が剥離し易くなる。
導電発熱膜２は絶縁層３により覆われて、剥がれが防止
されるようになっているが、上記のように膜厚が過大に
なると、機械的衝撃および急激な温度変化による熱膨脹
差のため、絶縁層３による導電発熱膜２の押さえが利か
なくなり、導電発熱膜２が絶縁基体１の表面から浮き上
がる場合がある。

【０００６】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、発熱能力を上げる
ために入力を増した場合、導電発熱膜の剥離が防止され
る赤外線ヒ−タを提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁性基体の
表面に導電発熱膜を設け、この導電発熱膜を絶縁層で覆
った赤外線ヒ−タにおいて、上記導電発熱膜と絶縁層と
を、それぞれ複数層交互に積層して形成したことを特徴
とする。

【０００８】

【作用】本発明によれば、導電発熱膜と絶縁層を交互に
複数層積層したので、複数層の導電発熱膜の膜厚の和が
１層の場合の膜厚を増したのと同様になり、電流密度の
過剰を防止する。しかも各導電発熱膜はそれぞれ絶縁層
により覆われるので、付着強度が高くなり、剥がれが防
止される。

【０００９】

【実施例】以下本発明について、図１に示す一実施例に
もとづき説明する。

【００１０】図に示す赤外線ヒ−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である。こ
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１
１は気相成長法により製造されている。なお、ボロンナ
イトライドにより形成された上記基体１１は、例えば内
径１２mm、外径１４mm、長さ２５０mmの真円の円筒形を
なしている。

【００１１】この基体１１の表面には、第１の導電発熱
膜１２１が形成されている。この第１の導電発熱膜１２
１は、グラファイトなどのようなカ−ボン系材料からな
り、上記円筒形基体１１の表面に気相成長法により形成
されており、この基体１１の外表面に、蛇行または螺旋
形状をなして長い帯状に形成されている。この場合、膜
厚は略８０μｍ、帯の幅ｗは約５mm、隣接する帯間の間
隔ｌは略０．６mm程度に形成されている。

【００１２】上記第１の導電発熱膜１２１および円筒形
基体１１の表面には第１の絶縁層１３１が形成されてい
る。第１の絶縁層１３１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、やはり気相成
長法により第１の導電発熱膜１２１および基体１１の外
表面にコ−ティングされている。この絶縁層１３１は膜
厚が約０．０８mmとされ、基体１１の外周面の略全面に
亘って形成されている。

【００１３】第１の絶縁層１３１の外面には第２の導電
発熱膜１２２が形成されている。この第２の導電発熱膜
１２２も、グラファイトなどのようなカ−ボン系材料か
らなり、気相成長法により形成されている。この第２の
導電発熱膜１２２は、上記第１の導電発熱膜１２１と対
向しており、第１の絶縁層１３１を介して積層されるよ
うになっており、したがって第１の導電発熱膜１２１と
同様に、蛇行または螺旋形状をなして長い帯状に形成さ
れている。この場合、第２の導電発熱膜１２２も膜厚は
略８０μｍ、帯の幅ｗは約５mm、隣接する帯間の間隔ｌ
は略０．６mm程度に形成されている。

【００１４】さらに、第２の導電発熱膜１２２の表面に
は第２の絶縁層１３２が積層して形成されており、この
第２の絶縁層１３２も、第１の絶縁層１３１と同様に、
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、やはり気相成長法により第１の導電発熱
膜１２１および第１の絶縁層１３１の外表面にコ−ティ
ングされている。この絶縁層１３２の膜厚も約０．０８
mmとされている。

【００１５】上記円筒形基体１１の端部にはそれぞれ電
力供給端子１４、１４が耐熱接着剤などにより接合され
ており、上記第１および第２の導電発熱膜１２１、１２
２はそれぞれ端部をこれら電力供給端子１２１、１２２
に電気的に接続されている。このため第１および第２の
導電発熱膜１２１、１２２は電気的に並列接続されてい
るものである。なお、１５、１５はリード線である。上
記ボロンナイトライドなどのような絶縁性セラミックス
により形成された基体１１の製造方法を説明しておく。

【００１６】所定の直径および長さを有するカ−ボンよ
りなる円柱形芯材を用意し、この芯材を気相成長作業用
容器に収容し、この作業用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、この状態で容器内
に、少量の３塩化硼素（ＢＣｌ₃ ）と少量のアンモニア
（ＮＨ₃ ）のガスを注入すると、上記カ−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数mmのボロンナイ
トライドの円筒形が形成される。

【００１７】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−ボ
ンよりなる芯材を削り出す。このような芯材の除去によ
り所定の肉厚を有する円筒形基体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
ドからなる中空円筒形基体１１が完成する。次に、導電
発熱膜を作る場合を説明しておく。

【００１８】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２０００℃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−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８０μｍの導電発熱膜が形成され
る。

【００１９】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、この
導電性発熱被膜を切削手段などにより、全体の配線が螺
旋形の帯となるように加工する。この時、帯の幅ｗおよ
び隣接する帯間のピッチｌを規制する。これにより第１
の導電発熱膜１２１が形成される。

【００２０】そして、本実施例の場合、上記第１の導電
発熱膜１２１の表面に第１の絶縁層１３１をコーティン
グし、この場合、上記基体１１を製造した場合と同様に
してボロンナイトライドの絶縁層１３１を気相成長によ
って形成する。そして、この第１の絶縁層１３１の外面
に、上記第１の導電発熱膜１２１を作った場合と同様の
気相成長によってカ−ボンを積層形成し、第２の導電発
熱膜１２２を作る。さらにこの表面に、第１の絶縁層１
３１を形成した方法と同様にして第２の絶縁層１３２を
作ることができる。このような構成の赤外線ヒ−タにつ
いて、作用を説明する。

【００２１】電力供給リード線１５、１５を電源に接続
すると、電力供給端子１４、１４からそれぞれ第１の導
電発熱膜１２１および第２の導電発熱膜１２２に電流が
流れ、これら第１の導電発熱膜１２１および第２の導電
発熱膜１２２が発熱する。この場合、各導電発熱膜１２
１および１２２は、円筒形基体１１の外表面に帯形状の
配線が螺旋形に形成されているから円筒形基体１１の全
長に亘りかつ周方向に均等に赤外線を放出する。

【００２２】そして、上記実施例の場合、第１の導電発
熱膜１２１および第２の導電発熱膜１２２はそれぞれ膜
厚が例えば８０μｍづつとなっているので、総和は１６
０μｍとなり、１層の導電発熱膜を実質的に膜厚を厚く
した場合と同様な断面積となる。このため、実質的に膜
厚が厚くなるから、大電流を流すことができ、例えば第
１の導電発熱膜１２１および第２の導電発熱膜１２２に
それぞれ１５Ａづつの電流を流すことができる。したが
って定格入力を３〜４ｋＷ程度まで高くすることがで
き、高密度な赤外線ヒータが得られる。

【００２３】この場合、導電発熱膜を複数層に分離し、
これら第１の導電発熱膜１２１および第２の導電発熱膜
１２２は膜厚が薄いので剥れる割合が少なく、しかも各
層はそれぞれ第１の絶縁層１３１および第２の絶縁層１
３２により被覆してあるから、これら第１の導電発熱膜
１２１および第２の導電発熱膜１２２がそれぞれ独自に
絶縁層にて保護されるようになり、熱膨脹差があっても
付着強度が高く、剥れない。

【００２４】また、外側の第２の導電発熱膜１２２は第
２の絶縁層１３２により覆われるので、外側の導電発熱
膜１２２が直接剥き出しにならず、外側の導電発熱膜１
２２の表面に塵や埃が付着堆積するのが防止される。よ
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、また導電発熱膜１２２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、導電発
熱膜１２２が破損する等の不具合が解消される。

【００２５】さらにまた、外側の導電発熱膜１２２が絶
縁層１３２で保護されるので、取り扱い中に導電発熱膜
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。

【００２６】そして、絶縁層１３１、１３２は気相成長
法によって形成されているので、円筒形基体１１および
導電発熱膜１２１、１２２にする付着強度が大きく、絶
縁層１３１、１３２自身が剥れる心配もない。

【００２７】なお、上記実施例においては、導電発熱膜
および絶縁層をそれぞれ２層づつ形成した場合を説明し
たが、さらに大電流を流したい場合は、積層数を増すこ
とができ、よって２層づつに限定されるものではない。

【００２８】また、上記実施例では、円筒形基体１１を
気相成長法によるボロンナイトライドにより形成し、か
つ導電発熱膜１２１、１２２をカ−ボン系材料で気相成
長法により形成したが、本発明はこれらの構成に限ら
ず、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よく、導電発熱膜もスパッタ−リ
ングまたは塗布方法などにより形成してもよい。さらに
絶縁層もボロンナイトライドにより形成することに限定
されない。そしてまた、ヒ−タの形状は円筒形、円柱形
に限らず、円板や角板などのようなプレ−ト形ヒ−タで
あってもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、導
電発熱膜と絶縁層を交互に、複数層積層したので、複数
層の導電発熱膜の断面積の総和が膜厚を増した場合と同
様になり、電流密度が過剰にならないから大電流を流す
ことができる。よって、入力の増加により発熱能力を高
めることができる。しかも各導電発熱膜はそれぞれ絶縁
層により覆われるので、付着強度が高くなり、剥がれが
防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、（ａ）図はヒ−タの
側面図、（ｂ）は（ａ）図中Ｂ−Ｂ線の断面図、（ｃ）
図は主要部の拡大した断面図。

【図２】従来例を示し、（ａ）図はヒ−タの側面図、
（ｂ）は（ａ）図中Ｂ−Ｂ線の断面図、（ｃ）図は主要
部の拡大した断面図。 １１…円筒形基体、１２１…第１の導電発熱膜、１２２
…第２の導電発熱膜、１３１…第１の絶縁層、１３２…
第２の絶縁層、１４…端子。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基体の表面に導電発熱膜を設け、
   この導電発熱膜を絶縁層で覆った赤外線ヒ−タにおい
   て、 上記導電発熱膜と絶縁層とを、それぞれ複数層交互に積
   層して形成したことを特徴とする赤外線ヒ−タ。
2. 【請求項２】 上記各導電発熱膜は気相成長法によって
   形成し、かつ上記各絶縁層は上記導電発熱膜の表面に気
   相成長法によって形成したことを特徴とする請求項１に
   記載の赤外線ヒ−タ。