JPS63307682A - 遠赤外線ヒ−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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、遠赤外線ヒータに関する。

更に詳細には、本発明は、絶縁性の耐熱材成分と、導電
材成分とが混合、分散したセラミック質抵抗発熱体に於
いて、前記発熱体自身が直接遠赤外線領域の波長を有効
に放射する遠赤外線ヒータに関する。

〔従来の技術〕

遠赤外線ヒータとして従来から、（１）石英管内にタン
グステンフィラメントを封入した赤外線ランプあるいは
石英パイプ内にニクロム線を封入した石英管ヒータ、（
２）金属管内に、ニクロム線を酸化マグネシウムなどの
絶縁物を介して封入したシーズヒータの金属表面に、ア
ルミナ系、ジルコニア系、またはチタニア系などのセラ
ミック質遠赤外放射材を被覆したもの、（３）前記遠赤
外放射材からなるセラミック管内にニクロム線を封入し
たものなどが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

これら従来の遠赤外線ヒータは以下のような問題点を有
している。

つまり、前記（１）の赤外線ランプおよび石英管ヒータ
は、電熱線の発熱光が石英を介して放射されるため、そ
の主放射波長が１．５μ前後の近赤外領域にあり、遠赤
外領域の波長の光を十分に放射していない。さらにこれ
らのヒータは機械的強度が弱い。

前記（２）の、シーズヒータにセラミック質遠赤外放射
材を被覆したものは、３μ〜５０μの遠赤外線を有効に
放射するものであるが、金属管とその表面のセラミック
質放射材の熱膨張差により前記セラミック質放射材が金
属表面から剥離するという避けがたい問題点を有してい
る。

前記（３）の、セラミック管にニクロム線を封入したも
のは、前記（２）のシーズヒータが有する剥離の問題を
解決し、かつ絶縁材を使用しないため軽量化が可能であ
り、さらに熱効率も改善されているが、依然として加熱
方式がニクロム線による放射体の間接的加熱であること
に基因する問題点がある。つまり、ニクロム線などの電
熱線の酸化腐食による抵抗増から局部的に異常加熱し断
線するという問題点は依然として解決されず、さらに間
接的加熱による熱エネルギーロス、温度分布の不均一、
温度制御に於ける応答時間の遅れなどの問題点もある。

本発明はかかる問題点の解決を目的とするものであり、
セラミック質抵抗発熱体自身が遠赤外波長の光を有効に
放射し、熱効率が高く、十分な機械的強度を持ち、６０
０℃付近まで使用可能な遠赤外線放射ヒータを提供する
ことを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の遠赤外線ヒータは、絶縁性かつ耐熱性の構造材
料中に、導電材としてのＳｉまたはＦｅＳ　ｉを５〜６
０重量％含有させた抵抗発熱体よりなることを特徴とし
ている。

本発明に使用される耐熱性構造材料として最も好ましい
ものは、アルミノケイ酸塩を主とするセラミック材料で
ある。このセラミック材料は、放射率が高く、かつＳｉ
の融点（１４１０℃）以下で焼結することができるので
、特に有利である。本発明に使用されるその他の耐熱性
構造材料としては次のようなものが挙げられる。

（１）ＺｒＯｚ４＋０２系：２ｒＯ＊・５１０２　４０
〜６０％ＴｔＯｚ　５〜２５％（重量％、以下同じ）、
ＺｒＯ２・５１０２３０〜５０％、 ＴｉＯ２２５〜６０％ （２）＾１２０３・Ｔｉ口、系：Ａｊ！２０３４０〜７
０％、Ｔｉ０ｉ＋５ｉ０２　２５〜４５％ （３）Ｔ　ｉ［）２系：ＴｉＯ，９Ｑ％以上、ＣｒｚＯ
ａ　１０％以下（４）ＦｅｚＯ３−３ｉＯｉ系：Ｆｅｚ
Ｏ５２５〜４５％、５ｉ０２２５〜４５％（銅鉱石スラ
グ）Ｓｌ［１２３０〜８０％、 ＾ｊ！　２０３およびＦｅ２Ｏ３５，５〜６０％（５）
周期律表の第２．３周期に属する、少なくとも１種の酸
化物、炭化物、窒化物などと第４．５周期に属する少な
くとも１種の酸花物、炭化物、窒化物などとの混合物か
らなるもの。たとえば、 ＭｇＯ−Ｆｅ２０３ＭｇＯ−Ｆｅ２０３−５１０２−Ｔ
１０２−ＣａＯ−系（６）ＳｉＣ系 上記耐熱性構造材料は、抵抗発熱体中、１０〜５０％の
割合で配合することが好ましい。

アルミノケイ酸塩を主とする構造材料は、通常、Ａｆ２
０ｓ　、５１０２以外に金属酸化物（Ｆｅ２０３、Ｃｒ
２ｒＪ３、Ｍｎ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＯ２
、Ｌｉ２Ｏ。

ＣａＯｌＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｃｏｎ　ＳＣｕ、０等のうち
少なくとも１種を含有するもの）を０．５〜３０％含ん
でいる。このような構造材料の具体例としては、次のよ
うなものが挙げられる。

Ｓｉｎ□　　　Ａ　Ａ　２０３　　　　に２０（％）　
　　（％）　　　（％） 本節粘土　　　　　　４９　３３ 蛙目粘土　　　　　　４７　３５ カオリン　　　　　　４５　４０ 天草陶石　　　　　　４７　３６ 力リ長石　　　　　　６５　　２０　　１１パイロフエ
ライト　　６６　２７ ベントナイト　　　　　５９　　１４ その他ヘタライト（Ｌｉ、０、Ｎａ、０、Ａ　Ｊ　、ｏ
、、８ＳｔＯ＊）、タルク（４Ｓｉ０２．３Ｍｇ０１■
２０）などが挙げられる。

本発明に使用される構造材料は、上記粘土質材料等の構
造材料単独でもよいが、さらにガラス成分を配合したも
のがより好ましい。

ガラス成分はヒータとしての使用温度以上の耐熱性があ
るものであれば何でもよいが、抵抗発熱体の耐熱衝撃性
をよくするため特に低熱膨張性のケイ酸塩ガラス、例え
ばＳｉＯ□系、５ｉｎ２−＾ｌ１２ｏ３系、５ｉｎ２−
８．０３系、５ｉ０２−Ｌｉ２０系、ＳｉＯ，−ＺｎＯ
系などが好ましい。また、このガラス成分は焼成後セラ
ミック化する結晶化ガラスであってもよい。これらの具
体例を以下に示す。

非晶質ガラスの例 １）ＳｉＯ□系（Ｓ１０２１００％〔石英粉〕、ＳｌＯ
□　９６％）２）８２０３　３１０□系（Ｓｔｅ２８０
％、８２０３１０％、八１２０３４％） ３）　Ａ　ｊ！　２０３−Ｓ１０□系（Ｓｔ０２５５％
、真＊２ｏ３２３％、Ｂ、０．７％） 結晶化ガラスの例 １）Ｌ１２０　　　Ｓ１０□系　（Ｓｔ０２　６５〜８
１％、Ｌｉ、０　７〜１５％、Ａｊ！２０ｓ　　４〜２
０％） ２）ＺｎＯ−Ｓｉ口２系　（ＳｉＯｚ　　　４４〜５１
％、Ｚｎ０　１９〜２６％、Ａｊ！ａＯｓ１７〜２３％
） ３）　ＭｇＯ−＾ｊ！　２０３−３ｉ０２系（３１０２
４３〜６４％、八１２ｏｓ１４〜３１％、Ｍｇ０１３〜
２５％）４）Ｌ１□０−＾β２０コーＳｉＯ，系（Ｓ１
０２　５９〜７０％、＾β２０．１２〜１５％、Ｌｉ２
Ｏ３〜４％）ガラス成分の好ましい配合量は、構造材料
全重量に対して１０〜５０重量％が適当である。

本発明における構造材料の具体的な配合例を以下に示す
。

１）　木簡粘土７０％、ホウケイ酸ガラス３０％２）　
蛙目粘土７０％、長石３０％ ３）　アルミナ３０％、末節粘土３０％、アルミノケイ
酸ガラス４０％ ４）　カオリン６０％、本節粘土１５％、タルク１５％
、マグサイト１０％ ５）　ペタライト７５％、炭酸リチウム１５％、アルミ
ナ１０％ 本発明の抵抗発熱体は、構造材料、たとえば、粘土質成
分または粘土質成分とガラス成分に、導電性材料すなわ
ちＳｉまたはＰｅＳｉ、および水、必要により適当なバ
インダーを加えて混練し、所望の形状に成形後、１００
０℃〜１４００℃で焼成することにより製造される。

ＳｉまたはＦｅＳｉは、粉末状のものを抵抗発熱体の全
重量に対して５〜６０重量％の割合で使用する。

ＳｉまたはＦｅＳｉの配合量をこのように変化させるこ
とによって、抵抗発熱体の抵抗値を１０″″２〜１０１
　Ω・ｃｍの範囲で任意に変えることができる。また本
発明の抵抗発熱体は正の抵抗温度係数をもっている。Ｓ
ｉまたはＦｅＳｉの配合量が５重量％より少ないと抵抗
が大きくなりすぎて抵抗発熱体としての機能が失われ、
また６０重量％より多いと抵抗が小さくなりすぎるとと
もに、機械的強度が小さくなり、好ましくない。

構造材料成分としてガラス成分を添加すると、１０００
℃〜１４００℃で焼成することによって溶融したガラス
成分が表面に溶出し、抵抗発熱体表面に絶縁性のガラス
質保護膜が形成される。一方、構造材料成分としてガラ
ス成分を添加しない場合には、大気中、１０００℃〜１
４００℃で焼成することによって、表面のケイ素が酸化
され、抵抗発熱体表面の絶縁性のＳｉｎ、保護膜が形成
される。また、アルゴン等の不活性雰囲気中で焼成した
後、空気等の酸化性ガス雰囲気中で再度焼成して、表面
に保護膜を形成させることもできる。

成形方法としては、押出成形、金型加圧成形、ドクター
ブレード成形など任意の方法が適用できる。本発明の抵
抗発熱体は管状、棒状、平板状等、任意の形状となし得
る。この抵抗発熱体の両端に、金属溶射、はんだ付け、
導電性ペーストの焼付等の方法により導電膜を形成し、
遠赤外線ヒータとする。

このようにして得られる本発明の遠赤外線ヒータは、３
μ〜５０μの遠赤外線を効率よく放射し、６００℃まで
安定して使用することができる。

〔実施例〕

次に本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の遠赤外線ヒータの一例を示した要部断
面図である。

木節粘土７０重量％と熱膨張係数５０　Ｘ　１０−’％
／℃以上、軟化点７００℃以上のホウケイ酸ガラス３０
重量％を混合した原料６５重量％とケイ素粉末３５重量
％を配合した混合物を水和捏合後、管状に成形し、その
成形乾燥品を大気中１３００℃〜１４００℃の間で焼成
することによって、絶縁性のガラス質保護膜２でコート
された外径１５鰭、内径１０ｎ、長さ５００鰭の抵抗発
熱体１を得た。さらに、得られた前記発熱体１０両端部
のガラス質保護膜２を１５叩の巾で除去した後、ＡＩ！
材を溶射し電極３を形成した。

このようにして得られた本発明品について、表面温度５
００℃での各波長に於ける分光放射率を測定した結果、
第２図に示すごとく、図中破線で示した従来の赤外線ラ
ンプの分光放射率と比較し明らかに３μ〜３０μの遠赤
外線を効率良く放射していることが確認された。さらに
本発明品の物性を測定した結果、気孔率０％、熱膨張係
数ｌＯＸ　１０−’％／℃（０℃〜６００℃）、ＪＩＳ
−Ｒ−１６０１による曲げ強度７００〜１０００ｋｇ／
ｃｄの値であった。この測定結果は本発明品が緻密な低
熱膨張材であり、曲げ強度も大きいことから十分な耐熱
衝撃性を持ち、機械的強度も実用上問題のないことを示
すものである。

〔発明の効果〕

本発明の遠赤外線ヒータは、セラミック質の抵抗発熱体
自身が遠赤外放射体となっているため、以下のようなす
ぐれた効果を奏する。

（１）任意の形状に成形して、遠赤外放射体を直接発熱
させることが可能なため、熱容量を小さくし速熱性で、
熱効率が高く、発熱体の表面温度制御も迅速にすること
ができる。したがって省エネルギ効果が大きい。

（２）材質的に、補強材を必要としない機械的強度を有
し、また導電材であるＳｉまたはＦｅＳｉの配合量によ
って任意の抵抗値をとることができるため、遠赤外線ヒ
ータとしての設計の自由度が大きい。

（３）ニクロム線を使用しないセラミック質の発熱体で
あるため、断線がなく、温度分布がよい。

（４）　　ｍｌ造方法、構造が簡単なため安価に供給す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１１！ｌは本発明の遠赤外線ヒータの実施例を示す要
部断面図であり、第２図は本発明品と従来の赤外線ラン
プの波長と分光放射率との関係を示す図である。 １・・・セラミック質抵抗発熱体 ２・・・ガラス質保護膜　　　３・・・電極第１図 第２図 波長λ（μｍ） 特許庁長官　　小　川　邦　夫　　殿 ■、事件の表示　　　昭和６２年特許願第１４３５０９
号２、発明の名称　　　　遠赤外線ヒータ３、補正をす
る者 事件との関係　　出願人 名称　東海高熱工業株式会社 ４、代理人 ５、補正命令の日付　　自　　　発 １、　明細書第１１頁１２〜１３行目の“５０×１０−
７％／℃以上”をｒ５０　Ｘ　１０−’／を以下」と訂
正する。 ２、　同書第１２頁９〜１０行目の“１０　Ｘ　１０−
’％／℃”を「４０　ｘ　１０−’／ｌＪと訂正する。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性耐熱性構造材料中に、導電材としてのＳｉ
   またはＦｅＳｉを５〜６０重量％含有させた抵抗発熱体
   よりなる遠赤外線ヒータ。
2. （２）絶縁性耐熱性構造材料が、アルミノケイ酸塩を主
   とするものである特許請求の範囲第（１）項記載の遠赤
   外線ヒータ。
3. （３）抵抗発熱体表面に絶縁性ガラス質保護層を有する
   特許請求の範囲第（１）項記載の遠赤外線ヒータ。