JP3206730B2 - Driving method of ceramic heating element for infrared light source - Google Patents
Driving method of ceramic heating element for infrared light sourceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、特に赤外線光源
の発熱体として用いられる赤外線光源用セラミックス発
熱体の駆動方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for driving a ceramic heating element for an infrared light source which is used as a heating element for an infrared light source.
【0002】[0002]
【従来の技術】図4に、この種の赤外線光源用セラミッ
クス発熱体の1例を示す。これは、原料粉末をシート状
に形成して焼成した、厚さ約0.5mmの板状部材を放
電加工してジグザグ状の発熱部11と直線状のリード部
12a,12bとを形成し、これを耐熱性接着材13に
よりセラミックス管14に取り付けて構成したものであ
る。なお、2a,2bはリード線である。2. Description of the Related Art FIG. 4 shows an example of this type of ceramic heating element for an infrared light source. In this method, a plate-like member having a thickness of about 0.5 mm, which is obtained by forming a raw material powder into a sheet and firing it, is subjected to electric discharge machining to form a zigzag-shaped heating part 11 and linear leads 12a and 12b. This is attached to a ceramic tube 14 with a heat-resistant adhesive 13. 2a and 2b are lead wires.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、図4のよう
な赤外線光源用セラミックス発熱体は、その光量にフラ
ツキが生じないよう通常は直流電圧によって駆動される
が、その発熱部の温度が1500℃付近で、発熱時間が
数百時間程度になると、発熱部の温度分布が局部的に変
化したり変形が生じたりして、最終的には断線に至るこ
とがある。The ceramic heating element for an infrared light source as shown in FIG. 4 is normally driven by a DC voltage so that the light quantity does not fluctuate. However, the temperature of the heating section is 1500 ° C. In the vicinity, when the heat generation time is about several hundred hours, the temperature distribution of the heat generation portion may locally change or deform, and eventually may lead to disconnection.
【0004】また、このような異常はプラス端子側に発
生することが確認されている。これは、材質の不均一性
などに起因するものではなく、セラミックス発熱体に含
まれる原子の移動(マイグレーション)によるものと推
測されている。したがって、この発明の課題は、特に赤
外線光源用セラミックス発熱体に変形等の異常を生じ難
くし、その信頼性を向上させることにある。It has been confirmed that such an abnormality occurs on the positive terminal side. It is presumed that this is not due to the non-uniformity of the material or the like, but to the migration of atoms contained in the ceramic heating element. Therefore, an object of the present invention is to make it difficult for abnormalities such as deformation to occur particularly in the ceramic heating element for an infrared light source, and to improve the reliability thereof.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】 このような課題を解決
すべく、請求項1の発明では、セラミックス材料からな
り通電によりその一部が高温加熱される赤外線光源用セ
ラミックス発熱体を、その熱応答を上回る周波数で、か
つ、赤外線光源を使用する装置の動作周波数帯域外の高
周波数の交流電圧により駆動するようにしている。Means for Solving the Problems In order to solve such a problem, according to the invention of claim 1, a ceramic heating element for an infrared light source, which is made of a ceramic material and a part of which is heated to a high temperature by energization, has a thermal response. The apparatus is driven by a high frequency AC voltage having a frequency higher than the above and outside the operating frequency band of the device using the infrared light source.
【0006】 上記請求項1の発明においては、前記赤
外線光源用セラミックス発熱体を、主材料として二ケイ
化モリブデンから形成することができ(請求項2の発
明)、あるいは、モリブデン,シリコン,または炭化ケ
イ素から形成することができる(請求項3の発明)。According to the first aspect of the invention, the ceramic heating element for an infrared light source can be formed of molybdenum disilicide as a main material (the invention of the second aspect ), or can be molybdenum, silicon, or carbonized. It can be formed from silicon (the invention of claim 3 ).
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】図1はこの発明の第1の実施の形
態を示す構成図である。すなわち、セラミックス発熱体
1に対し、直流電源部3とインバータ4とを設け、セラ
ミックス発熱体1を例えば図1に符号で示すように、
直流電源の極性を所定の周期で切り換え、交流駆動する
ようにしたものである。なお、このときの周期として
は、赤外線光源としてセラミックス発熱体1を使用する
装置の運転に支障を与えない周期に選ぶ必要がある。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. That is, a DC power supply unit 3 and an inverter 4 are provided for the ceramic heating element 1, and the ceramic heating element 1 is, for example, as shown in FIG.
The polarity of the DC power supply is switched at a predetermined cycle, and AC driving is performed. The cycle at this time must be selected so as not to hinder the operation of the apparatus using the ceramic heating element 1 as the infrared light source.
【0008】この点について、赤外線分析計を例にとり
補足説明する。図2はセラミックス発熱体1の熱応答性
を示す特性図である。すなわち、図2(b)に示すよう
な電圧をセラミックス発熱体1に加えると、セラミック
ス発熱体1は図2(a)に示すように、印加開始(パル
スの立ち上がり)からt時間後に赤外線分析計の光源と
して要求される温度Tに達し、その後は印加終了(駆動
パルスの立ち下がり)まで一定の温度レベルを保つ。[0008] This point will be supplementarily described by taking an infrared analyzer as an example. FIG. 2 is a characteristic diagram showing the thermal response of the ceramic heating element 1. That is, when a voltage as shown in FIG. 2 (b) is applied to the ceramic heating element 1, the ceramic heating element 1 is subjected to infrared spectroscopy t hours after the start of application (pulse rise) as shown in FIG. 2 (a). Reaches a temperature T required as a light source, and thereafter maintains a constant temperature level until the application is completed (fall of the driving pulse).
【0009】本発明者等の実験によれば、セラミックス
発熱体1の発熱部外形寸法が0.5mm×3mm×5m
mの場合、その熱応答周波数は10Hz程度となる。し
たがって、所定の光量レベルを得られるように、かつ、
フラツキを生じないようにするためには、セラミックス
発熱体1を駆動する交流電圧の周波数を、これを上回る
周波数に選定する必要がある。According to experiments by the present inventors, the outer dimensions of the heating portion of the ceramic heating element 1 are 0.5 mm × 3 mm × 5 m.
In the case of m, the thermal response frequency is about 10 Hz. Therefore, to obtain a predetermined light level, and
In order to prevent flicker, it is necessary to select the frequency of the AC voltage for driving the ceramic heating element 1 to be higher than this.
【0010】また、赤外線ガス分析計では、セラミック
ス発熱体1から放射される赤外線を断続光とするための
チョッパの回転にしたがって検出信号が繰り返し出力さ
れるよう構成されており、その動作周波数(検出周波数
帯域)は、通常数Hz〜数十Hzの範囲に設定されてい
る。セラミックス発熱体1を駆動する交流電圧の周波数
は、適用しようとする赤外線ガス分析計の検出周波数帯
域外の高周波に選定することが望ましい。Further, the infrared gas analyzer is configured so that a detection signal is repeatedly output in accordance with the rotation of a chopper for converting infrared rays emitted from the ceramic heating element 1 into intermittent light. The frequency band is usually set in the range of several Hz to several tens Hz. It is desirable that the frequency of the AC voltage for driving the ceramic heating element 1 be set to a high frequency outside the detection frequency band of the infrared gas analyzer to be applied.
【0011】上述の2点を考慮した上で周波数を決定
し、図1のようにセラミックス発熱体1を交流駆動する
ことにより、発熱部11の温度分布の異常や変形を防止
できることが、数多くの実験結果からも確かめられてい
る。これは、交流駆動により、セラミックス発熱体に含
まれるシリコン原子またはモリブデン原子の、いわゆる
マイグレーションが無くなるためと推測されている。Considering the above two points, the frequency is determined, and the ceramic heating element 1 is driven by an alternating current as shown in FIG. It has been confirmed from experimental results. This is presumed to be due to the so-called migration of silicon atoms or molybdenum atoms contained in the ceramic heating element being eliminated by the AC driving.
【0012】なお、セラミックスの材質としては主とし
てモリブデン,シリコンまたは炭化ケイ素(SIC)な
どを用いることができるが、機械的強度を考慮すれば、
二ケイ化モリブデンを用いることが望ましい。セラミッ
クス発熱体1に二ケイ化モリブデンを用い、1400℃
以上の高温で発熱させるという条件で比較実験を行なっ
たところ、直流駆動の場合には百時間程度で発熱部に温
度分布の変化や変形が発生したが、50Hzの交流駆動
では、数千時間経過後も直流に見られるような不具合は
発生しないことを確認している。As the material of the ceramic, molybdenum, silicon, silicon carbide (SIC) or the like can be mainly used. However, considering the mechanical strength,
It is desirable to use molybdenum disilicide. 1400 ° C. using molybdenum disilicide for ceramic heating element 1
When a comparative experiment was conducted under the condition of heat generation at the above high temperature, a change in temperature distribution and deformation occurred in the heat generating portion in about 100 hours in the case of DC drive, but several thousand hours elapsed in the case of 50 Hz AC drive. It has been confirmed that there will not be any problems that can be seen with direct current.
【0013】また、交流電圧をここでは整流器31,ト
ランス32およびコンバータ33等からなり直流電力を
出力する直流電源部3と、この直流電力を交流電力に変
換するインバータ4とを介して得るようにしているが、
このような構成に限らないことはもちろんである。つま
り、その周波数や波形(正弦波,矩形波,台形波など)
は任意に選択できるが、光源として用いることから熱応
答性に影響を与えず(熱応答性を上回る周波数)、ま
た、赤外線分析計のような赤外線光源を使用する装置の
検出周波数帯域外の高周波とするという条件を満足すれ
ば良い。こうすることにより、光源のフラツキも無くな
り、直流電圧とほぼ同等の駆動が可能となる。Further, the AC voltage is obtained through a DC power supply unit 3 which comprises a rectifier 31, a transformer 32, a converter 33 and the like and outputs DC power, and an inverter 4 which converts the DC power into AC power. But
Of course, the configuration is not limited to this. In other words, its frequency and waveform (sine wave, rectangular wave, trapezoidal wave, etc.)
Can be arbitrarily selected, but since it is used as a light source, it does not affect the thermal responsiveness (frequency higher than the thermal responsiveness). Is satisfied. By doing so, there is no fluctuation of the light source, and driving almost equivalent to DC voltage can be performed.
【0014】 図3は駆動方法の別の例を説明するため
の説明図である。この例は、セラミックス発熱体を、電
流のデューティ比がほぼ50%(電力のデューティ比や
オン,オフのデューティ比の観点からはほぼ100%)
に近い矩形波によって交流駆動するようにしたものであ
る。図3(a)の符号1はセラミックス発熱体、3は直
流電源、Q1〜Q4は電力用の電界効果トランジスタ
(FET)である。FIG. 3 illustrates another example of the driving method .
It is an illustration of. In this example, the ceramic heating element has a current duty ratio of approximately 50% (approximately 100% from the viewpoint of the power duty ratio and the ON / OFF duty ratio).
AC drive is performed by a rectangular wave close to. In FIG. 3A, reference numeral 1 denotes a ceramic heating element, 3 denotes a DC power supply, and Q1 to Q4 denote electric field effect transistors (FETs).
【0015】いま、Q1とQ4をオン、かつ、Q2とQ
3をオフにすると電流は矢印Aの向きに流れ、逆にQ2
とQ3をオン、かつ、Q1とQ4をオフにすると電流は
矢印Bの向きに流れる。したがって、これらA,Bの状
態を交互に繰り返すようにFET素子Q1〜Q4をスイ
ッチング動作させ、電流の向きを瞬時的に変えれば、図
3(b)に符号で示すように、オフタイムが数μs、
オンタイムが数百msの如くオン,オフのデューティ比
としてはほぼ100%、電流のデューティ比としてはほ
ぼ50%の矩形波で、セラミックス発熱体1を駆動する
ことが可能となる。Now, Q1 and Q4 are turned on, and Q2 and Q4 are turned on.
3 is turned off, the current flows in the direction of arrow A, and conversely, Q2
When Q3 and Q3 are turned on and Q1 and Q4 are turned off, current flows in the direction of arrow B. Therefore, if the FET elements Q1 to Q4 are switched so as to alternately repeat the states of A and B, and the direction of the current is instantaneously changed, the off-time becomes several as shown by the symbol in FIG. μs,
The ceramic heating element 1 can be driven with a rectangular wave having an on / off duty ratio of approximately 100% and a current duty ratio of approximately 50% such that the on-time is several hundred ms.
【0016】なお、7は抵抗からなる電流検出手段で、
ここでの電圧降下vを検出して制御回路8にフィードバ
ック信号として与えるようにすれば、高精度に電流制御
を行なうことができる。この例によれば、セラミックス
発熱体1に変形を生じることのないのは勿論のこと、光
源のフラツキも完全に無くなり、直流電圧とほぼ同等の
駆動が可能となる。Reference numeral 7 denotes current detecting means composed of a resistor.
If the voltage drop v is detected and given as a feedback signal to the control circuit 8, current control can be performed with high accuracy. According to this example, not only does the ceramic heating element 1 not be deformed, but also the fluctuation of the light source is completely eliminated, and the driving substantially equal to the DC voltage can be performed.
【0017】[0017]
【発明の効果】この発明によれば、セラミックス発熱体
の発熱部を、所定周波数以上の周波数の交流電圧で駆動
するようにしたので、発熱部の光量の経時変化が少なく
なって長寿命化することが可能となり、信頼性を著しく
高めることができるという利点がもたらされる。According to the present invention, the heating portion of the ceramic heating element is driven by an AC voltage having a frequency equal to or higher than a predetermined frequency, so that the change in the amount of light in the heating portion with time is reduced and the life is extended. This has the advantage that reliability can be significantly increased.
【図1】 この発明の実施の形態を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
【図2】 セラミックス発熱体の熱応答特性説明図であ
る。FIG. 2 is an explanatory diagram of thermal response characteristics of a ceramic heating element.
【図3】 駆動方法の別の例を説明するための説明図で
ある。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining another example of a driving method .
【図4】 セラミックス発熱体の構造例を示す概要図で
ある。FIG. 4 is a schematic view showing a structural example of a ceramic heating element.
1…セラミックス発熱体、2a,2b…リード線、3…
直流電源部、4…インバータ、7…電流検出手段、8…
制御回路、11…発熱部、12a,12b…リード部、
13…耐熱性接着材、14…セラミックス管、31…整
流器、32…トランス、33…コンバータ。1 ceramic heating element, 2a, 2b lead wire, 3 ...
DC power supply unit, 4 ... inverter, 7 ... current detection means, 8 ...
Control circuit, 11: heating section, 12a, 12b: lead section,
13: heat resistant adhesive, 14 : ceramic tube, 31: rectifier, 32: transformer, 33: converter.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂中 正雄 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−335376(JP,A) 特開 平7−304325(JP,A) 特開 平5−296833(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 3/00 H05B 3/20 H05B 3/14 G01N 21/00 G01J 3/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Masao Sakanaka 1-1-1, Tanabe-Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Fuji Electric Co., Ltd. (56) References JP-A-7-335376 (JP, A) JP-A-7-304325 (JP, A) JP-A-5-296833 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H05B 3/00 H05B 3/20 H05B 3/14 G01N 21/00 G01J 3/10
Claims (3)
の一部が高温加熱される赤外線光源用セラミックス発熱
体を、その熱応答を上回る周波数で、かつ、赤外線光源
を使用する装置の動作周波数帯域外の高周波数の交流電
圧により駆動することを特徴とする赤外線光源用セラミ
ックス発熱体の駆動方法。1. An infrared light source ceramic heating element made of a ceramic material and partially heated to a high temperature when energized, has a high frequency exceeding its thermal response and outside the operating frequency band of an apparatus using the infrared light source. A method for driving a ceramic heating element for an infrared light source, wherein the method is driven by an AC voltage having a frequency.
を、主材料として二ケイ化モリブデンから形成すること
を特徴とする請求項1に記載の赤外線光源用セラミック
ス発熱体の駆動方法。2. A ceramic heating element for the infrared light source.
From molybdenum disilicide as the main material
The method for driving a ceramic heating element for an infrared light source according to claim 1, wherein:
を、主材料としてモリブデン,シリコン,または炭化ケ
イ素から形成することを特徴とする請求項1に記載の赤
外線光源用セラミックス発熱体の駆動方法。3. The ceramic heating element for the infrared light source
With molybdenum, silicon or carbide
The method for driving a ceramic heating element for an infrared light source according to claim 1, wherein the ceramic heating element is formed from i .
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP18882297A JP3206730B2 (en) | 1996-07-23 | 1997-07-15 | Driving method of ceramic heating element for infrared light source |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-193389 | 1996-07-23 | ||
| JP19338996 | 1996-07-23 | ||
| JP18882297A JP3206730B2 (en) | 1996-07-23 | 1997-07-15 | Driving method of ceramic heating element for infrared light source |
Publications (2)
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| JPH1092551A JPH1092551A (en) | 1998-04-10 |
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Family
ID=26505169
Family Applications (1)
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| JP18882297A Expired - Fee Related JP3206730B2 (en) | 1996-07-23 | 1997-07-15 | Driving method of ceramic heating element for infrared light source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3206730B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3213597A1 (en) * | 2014-10-27 | 2017-09-06 | Valeo Systemes Thermiques | Heating device for air conditioning unit for automotive vehicle |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103487460B (en) * | 2013-10-15 | 2016-01-06 | 中国农业大学 | A kind of method improving cladding material heat-insulating property testing board precision |
| JP7013288B2 (en) * | 2018-03-13 | 2022-01-31 | 日本特殊陶業株式会社 | Ceramic heater |
-
1997
- 1997-07-15 JP JP18882297A patent/JP3206730B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP3213597A1 (en) * | 2014-10-27 | 2017-09-06 | Valeo Systemes Thermiques | Heating device for air conditioning unit for automotive vehicle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1092551A (en) | 1998-04-10 |
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