JPH0351272B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 絶縁層と、高放射率の絶縁材料より成る２次
エミツタと、これ等の絶縁層と２次エミツタの間
に位置され、前記の２次エミツタおよび絶縁層か
ら独立して形成され、これ等絶縁層と２次エミツ
タに対して自由に膨脹および収縮ができるように
それ等に直接に固着されない金属箔より成る１次
エミツタとを有し、１次赤外線は前記の絶縁層で
反射されて前記の２次エミツタで吸収され、この
２次エミツタはその２次放射面より２次赤外線を
放射し、また前記の１次エミツタの熱膨脹および
収縮を可能にするために、この１次エミツタの一
方の全側面に隣接した空〓を有して該１次エミツ
タをその間に保持するように前記の絶縁層と２次
エミツタを一緒に結着する結合手段を有すること
を特徴とする赤外線パネルエミツタ。

２ 結合手段は、絶縁層と２次エミツタの間に配
された高放射率の絶縁性結合剤より成り、この結
合剤、絶縁層および２次エミツタは同じ熱膨脹係
数を有し、この結合剤、絶縁層および２次エミツ
タの熱膨張係数は1000℃まで約１％よりも小さい
請求の範囲第１項記載の赤外線パネルエミツタ。

３ 結合剤、絶縁層および２次エミツタの熱膨脹
計数は、1000℃で約0.1％である請求の範囲第２
項記載の赤外線パネルエミツタ。

４ １次エミツタは、エツチされたパターンを有
する請求の範囲第１項記載の赤外線パネルエミツ
タ。

５ 金属箔は該箔の全面積の約80％から90％をカ
バーする電極パターンを有する請求の範囲第４項
記載の赤外線パネルエミツタ。

６ ２次エミツタは織成アルミナ布である請求の
範囲第２項記載の赤外線パネルエミツタ。

７ 絶縁層はアルミナ・シリカボードである請求
の範囲第６項記載の赤外線パネルエミツタ。

８ 結合剤はアルミナとシリカを有する請求の範
囲第７項記載の赤外線パネルエミツタ。

９ 空〓は約0.025cmから約0.076cmの厚さを有す
る請求の範囲第１項記載の赤外線パネルエミツ
タ。

１０ ２次放射面全体に亘る温度変化は約0.5℃
よりも小さい請求の範囲第１項記載の赤外線パネ
ルエミツタ。

１１ ２次赤外線は中間および遠赤外線範囲内に
ある請求の範囲第１項記載の赤外線パネルエミツ
タ。

１２ ２次赤外線は略々2.7μのピーク波長を有す
る請求の範囲第１１項記載のパネルエミツタ。

１３ 孔を有するメツシユシートと孔を有する１
次赤外線放射手段との複合体を形成し、この複合
体の一方の面に隣接して前記の１次赤外線を反射
する絶縁層を置き、前記の複合体の反対の面に隣
接して、この複合体と反対の側に２次放射面を有
する高放射率の絶縁材料を位置させてアセンブリ
を形成し、前記の絶縁層と高放射率材料を、その
間に複合体を保持するように一緒に固着し、前記
のアセンブリを加熱して前記のメツシユシートを
気化させることを特徴とする赤外線パネルエミツ
タの製造方法。

１４ 固着工程は、水と高放射率の絶縁性結合剤
とより成るスラリを２次放射面に加えてこのスラ
リをメツシユシートと１次放射手段の孔を経て絶
縁層に浸透させ、前記の結合剤、材料および絶縁
層は同じ熱膨脹係数を有し、加熱工程は、アセン
ブリ内のスラリより水分を蒸発させるために第１
の時間の間第１の温度でアセンブリを加熱する工
程と、１次放射手段の熱膨脹および収縮を可能に
するように該１次放射手段に隣接して空〓を形成
するために第２の時間の間前記第１の温度よりも
高い第２の温度でアセンブリを加熱する工程と、
前記の絶縁層、放射手段および絶縁材料を互いに
結着するために第３の時間の間前記第２の温度よ
りも高い第３の温度でアセンブリを加熱する工程
とより成る請求の範囲第１３項記載の方法。

１５ １次放射手段は金属箔である請求の範囲第
１３項記載の方法。

１６ 金属箔は該箔の全面積の約80％から90％を
カバーするエツチされた電極パターンを有する請
求の範囲第１５項記載の方法。

１７ 絶縁材料は織成アルミナ布である請求の範
囲第１４項記載の方法。

１８ 絶縁層はアルミナ・シリカボードである請
求の範囲第１７項記載の方法。

１９ 結合剤はアルミナとシリカを有する請求の
範囲第１８項記載の方法。

２０ 第１の温度は約150℃よりも低い請求の範
囲第１４項記載の方法。

２１ 第２の温度は約500℃よりも低い請求の範
囲第１４項記載の方法。

２２ 第３の温度は約800℃よりも低い請求の範
囲第１４項記載の方法。

２３ 第１放射手段を先ずメツシユシートの一方
の面に結合する請求の範囲第１３項記載の方法。

２４ 高放射率の絶縁材料を位置させる工程の前
に、スラリーを複合体に施し、絶縁層に浸透させ
る工程を有する請求の範囲第１４項記載の方法。

技術分野 本発明は非集束（nonfocused）赤外線パネル
エミツタおよびその製造方法に関するものであ
る。

背景技術 赤外線は、可視光（0.72μ）とマイクロ波
（1000μ）の間の電磁スペクトル部分である。赤
外線領域は近赤外線（0.72μ−1.5μ）、中間赤外線
（1.5μ−5.6μ）および遠赤外線（5.6μ−1000μ）に
分けられる。

物体が赤外線源の近くを通ると赤外線エネルギ
はその物体の物質を透過し、その分子によつて吸
収される。分子の固有周波数は増加し、その物質
内に熱を発生し、物体は熱くなる。すべての物質
は、その色と原子構造に応じて、赤外線の或る波
長を他の波長よりも容易に吸収する。中間赤外線
は、波長の短い近赤外線よりも遥かに多くの物質
に吸収され易い。

赤外線源の１つのタイプは「集束（focused）」
エミツタである。このタイプのものは、多くの物
質によつて反射され易く吸収されにくい特定の波
長の赤外線エネルギ（普通は近赤外線領域）を放
射する。このタイプのエミツタは、前記の透過の
不足を補うために強くされ、また放射線を加工領
域に集束するために反射器が用いられる。強さを
増すことによつて消費電力が増し、より熱くなる
エミツタの動作に冷却システムが必要となり、エ
ミツタの寿命が短くなり、温度に敏感な加熱され
た被加工物を損傷する。更に、反射器およびエミ
ツタ面上への蒸気の凝縮によつて強さが損なわれ
ることもある。集束赤外線源は一般に可なりの入
力エネルギを必要とし、赤外線に変換されるのは
このうちの20−59％だけであり、その予想寿命は
略々300時間である。

よく知られた集束エミツタはＴ−３ランプであ
るが、このランプは、小さなタンタル円板で支持
されたらせん状のタングステンフイラメント（抵
抗素子）を入れた密封管状石英容器より成る。こ
の管状容器には、ハロゲンまたはアルゴンが充填
され、フイラメントの酸化による劣化を防いでい
る。石英と金属リードワイヤの熱膨脹係数の相違
のためにシールで適当な冷却を維持せねばなら
ず、さもなければランプの破損をきたすことにな
る。前記のＴ−３ランプは、定格電圧において
1.15μのピーク波長で動作し、これに応じたフイ
ラメント温度は2246℃である。

別の一般に使用されている集束エミツタは
Ni／Cr合金石英ランプで、このランプは、フイ
ラメントが非排気石英管に入れられている点を除
けば前記のＴ−３ランプと構造は同じである。こ
の赤外線源は、定格電圧において2.11μのピーク
波長で動作し、これに応じたフイラメント温度は
1100℃である。

２次放射線の原理に基づいて動作する非集束赤
外線パネルエミツタは有効である。このパネルエ
ミツタは、そのエネルギを周囲の物質に伝搬する
抵抗素子を有し、今度はこの周囲の物質が、全加
工面に亘りまた色および原子構造のより広いスペ
クトルに亘つて赤外線エネルギをより均一に放射
する。

この種のパネルエミツタの抵抗素子の代表的な
ものは、コイル状に巻回された線またはひだをつ
けたリボン箔で、パネルの表面を横切つて前後に
延在する連続した溝内におかれる。パネル表面の
各端における溝の彎曲部分によつて隣接溝内の線
または箔の近さが制限される。その結果、この構
造は抵抗素子によるパネル面のカバー範囲が65か
ら70％に制限され、このようにカバー範囲が限ら
れることによつて、パネル放射面全体に亘つて厳
密な温度均一性を得ることが難しい。

別の公知のパネルエミツタは、抵抗素子として
役立つ酸化錫で被覆されたガラス放射層を有して
いる。この酸化錫の層は高価な蒸着法によつて設
けられる。

発明の開示 本発明の目的は、絶縁層と２次エミツタの間に
設けられた１次エミツタがこれ等の絶縁層と２次
エミツタに対して熱膨脹および収縮が可能な赤外
線パネルエミツタおよびその製造方法を得ること
にある。

本発明の別の目的は、簡単且つ経済的に製造す
ることのできる改良されたパネルエミツタを得る
ことにある。

本発明の更に別の目的は、消費電力の少ないこ
のようなパネルエミツタを得ることにある。

本発明によれば、非集束赤外線パネルエミツタ
は絶縁層と２次エミツタ間に位置されたエツチさ
れた箔（以下エツチング箔と云う）の１次エミツ
タより成る。このエツチング箔の電極パターンは
該箔の全面積の約60％から約90％をカバーする。
パネル放射面全体に亘る温度変化は約0.5℃より
も小さい。

更に本発明によれば、非集束赤外線パネルエミ
ツタは、結着されたパネルエミツタであり、この
エミツタは、結合剤で互いに結着された１次エミ
ツタ、２次エミツタおよび絶縁層より成り、結合
剤、２次エミツタおよび絶縁層は、略々同じ小さ
な熱膨脹係数、好ましくは1000℃で約0.1％の収
縮率を有する。

本発明は更にこのようなパネルエミツタの製造
方法に関するものである。１次エミツタはメツシ
ユシートに取付けられて複合体を形成し、この複
合体を絶縁層に隣接して置く。結合剤のスラリー
を前記の複合体に施し、絶縁層に浸透させる。次
いで２次エミツタを前記の複合体に隣接して置
き、アセンブリを形成する。附加的なスラリーを
２次エミツタの放射面に施す。次いでアセンブリ
を低い温度（250℃よりも下が好ましい）で加熱
し、パネル構成要素の水分を取る。メツシユシー
トを気化し、箔の熱膨脹のための空隙を形成する
ために或る温度（好ましくは500℃よりも下）で
加熱する。次いでアセンブリをより高い温度（好
ましくは800℃よりも上）で加熱して２次エミツ
タ、１次エミツタおよび絶縁層を結着する。結着
されたパネルは、中間および近赤外線波長の放射
線を出す。

本発明のその他の目的および利点は、添付の図
面と以下の実施例の説明から明らかになるであろ
う。以下の説明において用いる「上方」、「下方」、
「上」および「下」という言葉は説明のために過
ぎないもので、何等制限の意味に使用されるもの
ではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパネルエミツタの一実施例の
一部断面斜視図、 第２図はエツチング箔の一部の平面図、 第３図は本発明の製造方法に使用される構成要
素の分解斜視図、 第４図は第１図と異なる実施例の一部断面斜視
図である。

発明を実施するための最良の形態 第１図は本発明のパネルエミツタ１０の好適な
一実施例を示す。このパネルエミツタ１０の形は
任意の所望のものでよいが、説明のため方形のも
のとして示してある。前記のパネルエミツタ１０
は、絶縁層１４の下に配された１次エミツタ１２
とこの１次エミツタの下に配された２次エミツタ
１６とを有する。この２次エミツタの下面はパネ
ル放射面１９である。

前記の絶縁層１４は電気絶縁性でパネルによる
一方向へだけの即ち第１図で下方だけへの十分な
放射を保証するように赤外線を反射する。約1.27
cmから約7.62cmの厚さの絶縁層を用いることがで
きる。高温での使用に対しては前記の絶縁層はア
ルミナとシリカであるべきで、毛布状またはボー
ドの形のものでよい。好適な絶縁層は、ニユーヨ
ーク市、ナイヤガラ フオールズ（New York、
Niagara Falls）のカーボランダム カンパニー
（Carborundum Co.）で製造されているアルミナ
とシリカよりつくられた3.81cm厚の「ホツト ボ
ード（hot board）」である。

１次エミツタ１２は抵抗素子で、通過電流に対
する抵抗によつて発熱し、１次赤外線を出す。こ
の１次エミツタより出された「１次」赤外線は２
次エミツタ１６で吸収され、この２次エミツタを
発熱させて「２次」赤外線を出させる。

好適な実施例では、１次エミツタは一般に平ら
なエツチング箔である。この箔は高い放射率を有
する任意の材料でよく、ステンレス鋼のような約
0.8より大きいものが好ましい。この箔は約
0.0013cmから約0.013cmの厚さを有する必要があ
る。好適な材料は、米国ペンシルベニア州 ピツ
ツバーグのユナイテツド・ステート・スチール・
コーポレーシヨン（United State Steel Corp.）
でつくられている「インコネル（Inconel）」鋼で
ある。箔よりも厚い２つの端子１１と１３が電源
との接続のため箔から延在している。例えば
30.48cm×45.72cmのパネルでは箔は29.21cm×
44.45cmの寸法を有し、したがつて各縁に1.27cm
の余白を有する。この余白は十分に小さいので、
該余白における第２エミツタは十分な赤外線を吸
収して放射し、30.48cm×45.72cmの全放射面を均
一に保つことができる。

エツチング箔のパターンは、公知の金属エツチ
ング法でつくることができる。このパターンは、
パネルの動作ワツト数に応じて箔の全面積の約60
％から約90％をカバーするものでよい。前記のパ
ターンは、全面積の少なくとも約80％から約90％
をカバーするように第２図に示したように間隔が
極めて接近しているのが好ましい。エツチング箔
を用いることによつて、精密で間隔の小さな１次
エミツタの形を形成することができ、また、パネ
ルの各端で彎曲または折畳まれる金属条帯を有す
る従来のエミツタよりも更に大きなパネル面積が
可能となる。

本発明の、１次エミツタは、該１次エミツタの
熱膨脹および収縮を可能とするために極めて小さ
な空隙に隣接している。この空隙は後にパネルエ
ミツタの製法で説明する。

２次エミツタ１６は、２次赤外線放射のための
放射面１９を有する絶縁性の高放射率材料より成
る。この２次エミツタ１６は、質量の小さい、約
0.8よりも大きな放射率を有する薄い（約0.0813
cmから約0.102cm）シートが好ましい。米国ミネ
ソタ州セントポールのスリーＭカンパニー（3M
Co）でつくられている織成アルミナ布が好適で、
このアルミナ布は98％のアルミナと２％の有機材
料とより成り、厚さは約0.099cmで放射率は0.9で
ある。前述のカーボランダム・コンパニーでつく
られてこれと略々同じ組織と厚さを有するアルミ
ナ紙は、もう１つの適当な例である。絶縁層およ
び２次エミツタをつくるのに使用できるその他の
材料は、シリコンゴムとフアイバーガラスを有す
る。

約0.8よりも大きな高放射率を有するのが好ま
しい絶縁性結合剤をスラリーの形でパネル構成要
素に施し、後に述べるように２次エミツタ、１次
エミツタおよび絶縁層を一体に結着するのを促進
するようにするのが好ましい。前記の結合剤はア
ルミナとシリカでよく、スラリーの全重量の少な
くとも20％のシリカを含むべきである。好適な材
料は、前述のカーボランダム・カンパニーで販売
されている「QF180」で、この商品は、スラリー
の形でアルミナ65重量％、シリカ25重量％、水10
重量％より成る。結合剤、２次エミツタおよび絶
縁層の熱膨脹係数を同じにし、結着の間にパネル
が反るのを防ぐようにすることが大切である。

次に本発明のパネルエミツタ１０の製造方法を
第３図によつて説明する（第１図と同じ符号は同
一部分を示す）。１次エミツタ１２をメツシユシ
ート１８の一方の面に隣接して置き、１つの複合
体を形成する。絶縁層１４を前記の複合体の一方
の面に隣接して置き、端子１１と１３をこの絶縁
層の孔１５と１７に挿入する。結合剤スラリーの
被覆を例えばブラツシングによつて複合体の上面
に施し、メツシユシートの孔、１次エミツタの孔
を経て絶縁層に浸透させるのが好ましい。次いで
余分なスラリーを押し出す。結合剤、２次エミツ
タおよび絶縁層は略々同じ熱膨脹係数を有する。

２次エミツタ１６を複合体の絶縁層と反対の面
に隣接して置き、アセンブリを形成する。結合剤
スラリーの被覆を２次エミツタの反射面１９に施
し、絶縁層を経て浸透させる。余分なスラリーを
押し出す。スラリーを２回即ち１回は複合体にま
た１回はアセンブリに施すのが好ましいが、スラ
リーが絶縁層に浸透するならば１回だけで十分で
ある。

メツシユシート１８は、絶縁層１４と１次エミ
ツタ１２の間または１次エミツタ１２と２次エミ
ツタ１６の間の何れに置いてもよい。代表的に云
えば、１次エミツタ１２を例えば接着によつて取
付け、このメツシユシートを２次エミツタに隣接
して置く。

次いでこのアセンブリを或る温度で或る期間緩
りと加熱し、各構成要素特に絶縁層１４の水分
（スラリーよりの）を除く。例えば、アセンブリ
を約150℃よりも低い温度で60分加熱する。

次いでアセンブリを或る温度で或る期間加熱
し、後に説明する理由によつて、メツシユシート
１８を気化し、余分な結合剤を蒸発させる。例え
ばアセンブリを約500℃より下の温度で60分加熱
する。

次いでアセンブリを或る温度で或る期間加熱
し、２次エミツタ１６、１次エミツタ１２および
絶縁層１４を一体に結着する。800℃以上、好ま
しくは1000℃で少なくとも60分間加熱することに
よつて、結合剤中のシリカはガラス化し、パネル
構成要素を結着してガラス質状のパネルエミツタ
が形成される。更に、用いられる温度の高さに応
じて、絶縁層と２次エミツタ内および両者間の空
〓が除かれて焼結体が形成される。

メツシユシート１８は、パネル構成要素が結着
される温度よりも低い温度で気化する任意の材料
で形成することができる。このメツシユシートの
目的は、処理中には１次エミツタを保持し、また
結着されたパネルエミツタ内で１次エミツタ１２
が自由に熱膨脹および収縮できるように２次エミ
ツタ１６と絶縁層１４との間に小さな空隙をつく
ることにある。このメツシユシート１８は、１次
エミツタ１２と２次エミツタ１６の間或いは絶縁
層１４と１次エミツタ１２の間の何れに置いても
よいが、前者の方が好ましい。結合剤はメツシユ
シートの孔によつて絶縁層１４に浸透し、結合を
促進する。前記のメツシユシートは約0.025cmか
ら約0.076cmの厚さを有し、少なくとも約0.32cm
の孔を有し、約350℃以下の温度で気化するのが
好ましい。適当な材料は、略々350℃で分解する
略々0.015ミルの厚さのゆるく織成されたナイロ
ンメツシユである。

本発明の製造方法によつてつくられたパネルエ
ミツタの好ましい実施例が第１図に一部を断面で
示してある。２次エミツタ１６は織成アルミナ布
より成る。エツチング箔の１次エミツタは前記の
アルミナ布の２次エミツタ１６と隣接し、絶縁層
１４とこのアルミナ布間のメツシユシートにより
残された空隙（図示せず）内で膨脹および収縮す
ることができる。アルミナ・シリカ結合剤（図示
せず）は前記の布、箔および絶縁層を一体に結着
する。

アルミナ布、アルミナ・シリカスラリーおよび
アルミナ・シリカ絶縁層が特に高温での使用に好
ましい。絶縁層と２次エミツタのアルミナ含有量
は70重量％よりも大きく、結合剤スラリーはガラ
ス質結合を得るためスラリーの全重量の約20％か
ら50％のシリカを含むべきである。アルミナ布、
アルミナ・シリカ結合剤およびアルミナ・シリカ
絶縁層の熱膨脹係数は小さく、略々同じである、
即ち1000℃ですべて略々0.1％の収縮率である。
約１％よりも多く収縮する材料は、結着の間に反
るので、パネルに使用すべきではない。

第４図に示すように、追加的に支持するため
に、絶縁層１４をセラミツクラグ２１，２３によ
つて鋼のハウジング２０と連結することにより、
結着されたパネルをこのハウジング２０内に配す
ることができる。更に、赤外線を通す「vicor」
（コーニング（Corning）社のガラスの商標名）
ガラス板（図示せず）を放射面１９上に設けてこ
の放射面を保護するようにしてもよい。熱電対２
２を有する石英管を絶縁層１４の溝内に１次エミ
ツタ１２と隣接して設け、この１次エミツタの温
度を監視するようにしてもよい。

本発明のパネルエミツタはその全放射面１９に
亘つて均一に赤外線エネルギを放射する。パネル
全体に亘る温度変化は0.5℃またはそれ以下に抑
えることができる。パネルは中間および遠赤外線
範囲の広い帯域の赤外線を放射し、したがつて広
範囲の色および原子構造の物質を容易に通り、吸
収される。前記の広い帯域内でパネルはピーク波
長を放射するが、このピーク波長は、パネルエミ
ツタで加熱されるものの物質および色を選択的に
加熱するために、１次エミツタの温度を変えるこ
とによつて広い範囲内で調節することができる。

この用途に対して設計された１つのタイプのパ
ネルエミツタは、2.7μのピーク波長に相当する
800℃のピーク温度定格を有する。

30.48cm平方の本発明のパネルエミツタは全入
力エネルギの80％から90％を加工エネルギに変換
する。代表的に云えば、このパネルエミツタの始
動電流は僅かに約4.5アンペアであり、ウオーム
アツプ後に流れる電流は2.2アンペアである。こ
のパネルエミツタは、加工状態において屡々遭遇
することのある電圧変動に影響されることがな
い。

以上本発明を幾つかの実施形態で説明したが、
その他にも数多くの変形があることは当業者には
明らかであろう。したがつて、本発明は図面の実
施例に限定されるのではなく、請求の範囲の文言
およびそ同効物によつて制限さるべきものであ
る。