(57)【要約】【課題】  最高使用温度を発熱体の発熱温度まで高めることができる面状ヒーターを提供する。【解決手段】  面状ヒーター１は、発熱体２と、発熱体２の周囲を覆う支持部材４と、発熱体２と支持部材４との間に配された絶縁層３とを備えている。絶縁層３は、支持部材４の内表面に溶射法により付着されたセラミックス被膜からなっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と、前記発熱体の周囲を覆う支持部材と、前記発熱体と前記支持部材との間に配された、前記発熱体と前記支持部材との間を絶縁するための絶縁層とを備え、前記絶縁層はセラミックスからなることを特徴とする面状ヒーター。
【請求項２】
前記絶縁層は、前記支持部材の内表面に溶射法により形成されたセラミックス被膜からなる請求項１記載の面状ヒーター。
【請求項３】
前記発熱体は、電源から通電されて発熱する板状の発熱素子からなる請求項１または２記載の面状ヒーター。
【請求項４】
前記板状の発熱素子は、テフロン（登録商標）をバインダーに使用した導電性炭素および石墨の練物からなる請求項３記載の面状ヒーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、バンドヒーターやその他の用途として円筒状やその他の形状に形成可能な面状ヒーターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７は円筒状のバンドヒーターを示す斜視図である。バンドヒーター２１を目標物に巻き付け、その端部２２を固定具２３により固定して用いる。バンドヒーター２１の内部には発熱体（図示せず）が設けられており、バンドヒーター２１の外表面を構成する支持部材２４と該発熱体との間には、絶縁層（図示せず）が配されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
支持部材２４の材料として、金属、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）が用いられる。更に、発熱体として、例えばニクロム線が用いられる。ニクロム線は電源から通電することにより発熱しその熱が絶縁層を介して支持部材２４に伝えられる。電気絶縁性および熱伝導性を有する絶縁層の材料として従来からマイカ（雲母）が知られている。しかし、マイカは絶縁性に優れるがその熱特性により約３５０℃以上の温度では使用できない問題がある。従って、最高使用温度をもっと高めることができるヒーターの開発が望まれている。
【０００４】
また、ニクロム線のように所定の径（太さ）を有する発熱体の場合には絶縁層との間に空隙が生じ、異常発熱が発生し断線に至るという問題がある。
【０００５】
従って、この発明の目的は、上述の問題を解決し、発熱体の使用温度で使用可能であり、故障が無く安定して使用することができる面状ヒーターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、発熱体と、前記発熱体の周囲を覆う支持部材と、前記発熱体と前記支持部材との間に配された、前記発熱体と前記支持部材との間を絶縁するための絶縁層とを備え、前記絶縁層はセラミックスからなることに特徴を有するものである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記絶縁層は、前記支持部材の内表面に溶射法により形成されたセラミックス被膜からなることに特徴を有するものである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、前記発熱体は、電源から通電されて発熱する板状の発熱素子からなることに特徴を有するものである。
【０００９】
請求項４記載の発明は、前記板状の発熱素子は、テフロン（登録商標）をバインダーに使用した導電性炭素および石墨の練物からなることに特徴を有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば下記に示す有用な効果がもたらされる。
【００１１】
電気絶縁性および熱伝導性を有する絶縁材料としてセラミックスを用いることにより、ヒーターの最高使用温度を発熱体の発熱温度まで高めることができる。例えば、ニクロム線を発熱体として使用することにより８００℃以上の最高使用温度を得ることができる。
【００１２】
セラミックスを溶射法により支持部材の内表面に付着させる方法によりセラミックス被膜からなる絶縁層を形成することができる。
【００１３】
面状のヒーターは、そのまま面状（板状）で使用しても、円筒状のバンドヒーター等に構成して使用することもでき種々の用途に用いることができる。
【００１４】
発熱体として板状の発熱素子を用いることにより、発熱体と絶縁層や支持部材との間に空隙があくのを防止することができ故障が無く安定して使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、この発明の実施の形態に係る断面面であり、（ａ）は一部を分解して示している。面状ヒーター１は、発熱体２と、発熱体２の周囲を覆う支持部材４と、発熱体２と支持部材４との間を絶縁するための絶縁層３とを備えており、図１（ｂ）に示すように板状（面状）に形成されている。
【００１７】
面状ヒーター１の外表面を構成する支持部材４は、ステンレス鋼（ＳＵＳ製品：ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０など）からなっている。支持部材の材料は前記に限定されるものではない。例えば、鋼が用いられる。
【００１８】
発熱体２として、板状の発熱素子を用いる。板状の発熱素子として、例えば、テフロン（登録商標）をバインダーに使用した、導電性炭素および石墨（Ｓｉ、Ｃａ、Ａｌ、Ｂｉ等の多数の元素よりなる）の練物を使用することができる。このような板状の発熱素子を発熱体として用いると、電気消費量が少ないばかりでなく、柔軟性があるため、発熱体とセラミックス被膜との間に空隙があくことがない。また、発熱体として、テフロン（登録商標）をバインダーに使用した、酸化亜鉛と酸化錫を使用することもできる。
【００１９】
また、発熱体２として、ニクロム線やＦｅ−Ｃｒからなる合金線を用いることもできる。
【００２０】
発熱体２は、電源から通電されて発熱する（図示せず）。なお、発熱体は、上述したものに限定されない。
【００２１】
絶縁層３としてセラミックスを用いる。セラミックスは、絶縁性および熱伝導性を有し、更に、ニクロム線やＦｅ−Ｃｒ合金など、発熱温度の高い発熱体でも、絶縁層として使用することができる耐熱性を有している。絶縁層としてセラミックスを用いることにより、ヒーターの最高使用温度を発熱体の発熱温度まで高めることができる。例えば、ニクロム線を発熱体とした場合には、８００℃以上の最高使用温度を得ることができる。
【００２２】
支持部材４の内表面に溶射法によりセラミックスを付着させてセラミックス被膜を形成する。なお、セラミックス被膜の形成方法は、溶射法に限定されない。
【００２３】
このようなセラミックス被膜を構成する絶縁材料として、アルミナ（Ａl2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）、マグネシア（ＭｇＯ）またはジルコニア（ＺｒＯ2）等の単一酸化物を使用する。また、マグネシアおよびジルコニア（ＭｇＯ＋ＺｒＯ2）、マグネシアおよびシリカ（ＭｇＯ＋ＳｉＯ2）、アルミナおよびシリカ（Ａl2Ｏ3＋ＳｉＯ2）、または、アルミナおよびジルコニア（Ａl2Ｏ3＋ＺｒＯ2）からなる２成分材料等を使用することもできる。
【００２４】
セラミックス被膜の厚さは、５０〜３００μｍとする。ただし、例えば、円筒状のバンドヒーターのようにＲ形状として使用する場合には、膜厚が厚いとコーティング被膜にクラックが発生する場合がある。従って、この場合は５０〜２００μｍの厚さが好ましい。また、本発明の面状ヒーターは、円筒状の他にも、四角形状や他の多角形状に形成して使用することができる。
【００２５】
ニクロム線のように所定の径（太さ）を有する線状の発熱体を使用する場合には、ニクロム線とセラミックス被膜との間に空隙ができ異常発熱が発生する場合がある。この場合には、空隙を無くすために布状に形成されたセラミックスからなる絶縁シート材を、ニクロム線とセラミックス被膜や支持部材との間に挿入する。このようにセラミックスシートをセラミックス被膜とともに用いることにより、空隙があくのを防止することができる。このセラミックスシートの材料として、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア等の単一酸化物を使用する。また、マグネシアおよびジルコニア、マグネシアおよびシリカ、アルミナおよびシリカ、または、アルミナおよびジルコニアからなる２成分材料を使用することもできる。このセラミックスシートの厚さは、１００〜５００μｍが好ましい。
【００２６】
溶射法によるセラミックス被膜からなる絶縁層の電気絶縁性を高めるために、無機系材料で溶射法により形成された被膜に封孔処理を行うと更に絶縁性が高まる。
【００２７】
また、絶縁性を高めるために、マイカ板を併用してもよい。
【００２８】
このように形成された面状ヒーターを、円筒状に形成することにより、図７に示すようなバンドヒーターが構成される。発熱体２として、板状の発熱素子を用いることによりこのようなバンドヒーターの製造が容易となる。また、バンドヒーターの外側をグラスウールによって更に覆うことにより（図示せず）、加温、保温効率が向上する。
【実施例１】
【００２９】
次に、この発明を実施例により詳細に説明する。
【００３０】
図２は、この発明の実施例１に係る面状ヒーターの断面図、図３および図４は、発熱体を示す平面図である。
【００３１】
面状ヒーター１の外表面を構成する支持部材４１はステンレス鋼からなっている。支持部材４１の内表面には、溶射法によりセラミックスを付着させてセラミックス被膜５が形成されている。セラミックス被膜５は、アルミナおよびシリカ（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）からなる２成分材料からなっている。セラミックス被膜５の内側には、マイカ板６が配されている。マイカ板は、絶縁性を強化するために併用して使用される。セラミックス被膜５およびマイカ板６により絶縁層が構成されている。
【００３２】
マイカ板６の内側には、板状の発熱素子７が配されている。発熱素子７により発熱体が構成されている。図２、図３に示すように、発熱素子７に隣接してアルミナおよびシリカ（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）からなるセラミックスシート８と、セラミックスシート８の両表面に配されたマイカ板９とによって形成された絶縁板が配され、板状の発熱素子７は、この絶縁板の両表面上、すなわち、マイカ板９の表面上に互いに所定間隔をあけて配列されている。板状の発熱素子７は、テフロン（登録商標）をバインダーに使用した、導電性炭素および石墨の練物からなっている。このように構成された板状の発熱素子７は、錫あるいは銅の電極２５を介して電源２６から通電されて発熱する。なお、図３では配列された発熱素子７の各々に電極２５を設けているが、図４に示すように、板状の発熱素子７を絶縁板（セラミックスシート８およびマイカ板９）の表側、裏側、表側…と連続させて絶縁板に巻き付けるように設け、電極２５を板状発熱素子７の端部の２箇所に設けてもよい。
【実施例２】
【００３３】
図５は、この発明の実施例２に係る面状ヒーターの断面図であり、一部を分解して示している。
【００３４】
面状ヒーター１の外表面を構成する支持部材４２はステンレス鋼からなっている。支持部材４２の内表面には、溶射法によりセラミックスを付着させてセラミックス被膜１１が形成されている。セラミックス被膜１１は、マグネシアおよびジルコニア（ＭｇＯ＋ＺｒＯ2）からなる２成分材料からなっている。セラミックス被膜１１の内側には、セラミックスシート１２が配されている。セラミックスシート１２は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなっている。セラミックスシート１２の内側には、マイカ板１３が配されている。セラミックス被膜１１、セラミックスシート１２およびマイカ板１３により絶縁層が構成されている。
【００３５】
マイカ板１３の内側には、ニクロム線１４が配されている。ニクロム線１４により発熱体が構成されている。発熱体として、Ｆｅ−Ｃｒ合金を用いてもよい。図５に示すように、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなるセラミックスシート１５と、セラミックスシート１５の両表面上に配されたマイカ板１６とによって形成された絶縁板が配され、ニクロム線１４は、この絶縁板の両表面上、すなわち、マイカ板１６の表面上に互いに所定間隔をあけて配列されている。
【００３６】
ニクロム線１４の断面形状は、図５では円形であるが、断面形状を四角形状に形成することもできる。これにより、ニクロム線のすわりが安定し、空隙もより小さくなる。ニクロム線は、電源から通電されて発熱する（図示せず）。
【実施例３】
【００３７】
図６は、この発明の実施例３に係る面状ヒーターの断面図であり、一部を分解して示している。
【００３８】
面状ヒーター１の外表面を構成する支持部材４３はステンレス鋼からなっている。支持部材４３の外表面および内表面には、Ｎｉ−Ｃｒ合金からなる被膜３１が溶射法により形成されている。支持部材４３の内表面に形成されたＮｉ−Ｃｒ被膜３１の内側には、セラミックス被膜３２が形成されている。セラミックス被膜３２は、マグネシアおよびシリカ（ＭｇＯ＋ＳｉＯ2）からなる２成分材料からなっている。支持部材４３の外、内の両表面にＮｉ−Ｃｒ被膜３１を形成するのは、支持部材４３がサンドブラストにかけられ、その応力によりしなりが生じるためそれによるうねりを矯正するためである。更に、支持部材４３の内表面に形成されたＮｉ−Ｃｒ被膜３１により、支持部材４３とセラミックス被膜３２との間の密着性が確保される。Ｎｉ−Ｃｒ被膜の厚さは３０〜５０μｍが好ましい。セラミックス被膜３２の内側には、セラミックスシート３３が配されている。セラミックスシート３３は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなっている。セラミックスシート３３の内側には、マイカ板３４が配されている。セラミックス被膜３２、セラミックスシート３３およびマイカ板３４により絶縁層が構成されている。
【００３９】
マイカ板３４の内側には、断面形状が四角形のニクロム線３５が配されている。ニクロム線３５により発熱体が構成されている。図６に示すように、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなるセラミックスシート３７と、セラミックスシート３７の両表面上に配されたマイカ板３６とによって形成された絶縁板が配され、ニクロム線３５は、この絶縁板の両表面上、すなわち、マイカ板３６の表面上に互いに所定間隔をあけて配列されている。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の実施の形態に係る面状ヒーターの断面図である。
【図２】この発明の実施例１に係る面状ヒーターの断面図である。
【図３】この発明の実施例１に係る発熱体を示す平面図である。
【図４】この発明の実施例１に係る発熱体を示す平面図である。
【図５】この発明の実施例２に係る面状ヒーターの断面図である。
【図６】この発明の実施例３に係る面状ヒーターの断面図である。
【図７】バンドヒーターの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  面状ヒーター
２  発熱体
３  絶縁層
４、４１、４２、４３  支持部材
５  セラミックス被膜
６  マイカ板
７  板状の発熱素子
８  セラミックスシート
９  マイカ板
１１  セラミックス被膜
１２  セラミックスシート
１３  マイカ板
１４  ニクロム線
１５  セラミックスシート
１６  マイカ板
２１  バンドヒーター
２２  バンドヒーター端部
２３  固定具
２４  支持部材
２５  電極
２６  電源
３１  Ｎｉ−Ｃｒ合金被膜
３２  セラミックス被膜
３３  セラミックスシート
３４  マイカ板
３５  ニクロム線
３６  マイカ板
３７  セラミックスシート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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