JPH01145363A - 高効率遠赤外線ヒータの製造方法 - 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、高効率遠赤外線ヒータの製造方法に関するも
のであり、特に酸化第２鉄を主体とするセラミ・ンクか
らなる高効率遠赤外線ヒータの製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来より、水や有機物が遠赤外線波長域で大きな吸収特
性を有することに着目して、遠赤外線を用いた材料の乾
燥や揮発性有機物の蒸発、あるいは樹脂や塗料の焼付け
が行われている。

本願出願人らは、この様な目的に使用する高効率なセラ
ミックス赤外線ヒータを、既に特願昭６１−１２９８５
５において提案している。

本願出願人らが提案したセラミックス赤外線ヒータは、
酸化チタン及び／又は酸化スズが所定量固溶した酸化第
２鉄を用いるものであり、導電性を有すると共に、遠赤
外線波長域で優れたエネルギー放射率を有している。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記セラミ・ンクス赤外線ヒータは導電性を有している
ため、用途によフては使用中に漏電しないよう表面を電
気絶縁膜で覆う必要がある。

しかしながら、上記セラミック赤外線ヒータの赤外線放
射効率を低下させず、最も赤外線加熱効率の優れている
約６００℃の高温でも劣化せず、しかも熱膨張率の差に
よる剥離がない電気絶縁膜で赤外線ヒータを被覆するこ
とは容易ではなかった。

［問題点をＭＷ決するための手段］ 本発明は、上記問題点を解決することを目的とし、次の
ような構成を採用した。

即ち、本発明の要旨とするところは、 酸化チタン及び／又は酸化スズを１〜２０モル％添加し
た酸化第２鉄から構成される原料粉末に対して、自己施
釉成分を０．２〜５．０重量％混合成形し、焼結するこ
とを特徴とする高効率遠赤外線ヒータの製造方法にある
。

原料粉末は、酸化チタン及び／又は酸化スズ粉末と酸化
第２鉄粉末とを所定量混合したもの、酸化チタン及び／
又は酸化スズが所定量固溶した酸化第２鉄粉末、あるい
は焼結によって酸化チタン及び／又は酸化スズが所定量
固溶した酸化第２鉄となるもののいずれを用いてもよい
。

自己施釉成分は、焼結時に焼結体の表面に移動して反応
し、多くの場合無定形の電気絶縁層を形成する成分であ
る。この自己施釉成分は、焼成中に表面に移動すること
が必要であるため、蒸発し易く、また表面拡散しやすい
ものがよい。この様な自己施釉成分として、マンガン、
バナジウム、硼素、ニッケル、あるいはこれらの酸化物
、塩化物、硫酸塩、臭酸塩等の化合物、鉄の塩化物、硫
酸塩、臭酸塩等の化合物、各種リン酸塩、ペタライト等
を、単独、あるいは絹み合わせて用いることができる。

この自己施釉成分が、　０．２重量％より少ないと得ら
れた高効率遠赤外線ヒータの表面に十分な電気絶縁層を
形成することができず、また５、０重量％より多いと、
形成される電気絶縁層が厚くなり剥離し易くなると共に
、自己施釉成分がヒータの内部にも残留して高効率遠赤
外線ヒータの導電性を低下させる。

上記原料の混合は、所定量の各粉末を湿式あるいは乾式
で、ボールミル、バイブロミルなど通常の手段により行
うことができる。混合された原料は、金型成形あるいは
押出成形等通常の成形方法で所望の形状に成形される。

上記成形体は、１２００〜１３５０℃、好ましくは１３
００〜１３５０℃、大気中あるいはマツフル炉等の中性
あるいは弱還元性雰囲気で焼結され、高効率遠赤外線ヒ
ータとなる。

［作用コ 上記原料よりなる成形体を焼結すると、酸化チタン及び
／又は酸化スズが添加された酸化第２鉄は導電性を有し
、遠赤外線領域でエネルギー放射効率の高い焼結体とな
ると共に、この原料中に含まれる自己施釉成分が焼結体
の表面に移動し、焼固しで電気絶縁層を形成する。この
電気絶縁層は、赤外線放射効率を低下させず、最も赤外
線加熱効率の優れている約６００℃の高温でも劣化せず
、しかも熱膨張率の差による剥離がないため、表面に電
気絶縁層を有する高効率遠赤外線ヒータを容易に製造す
ることができる。

［実施例］ 本発明の詳細な説明する。

・第１実施例 市販の酸化第２鉄に５モル％の酸化スズを加えて十分混
合した後に、１３００℃で２時間処理して、酸化第２鉄
に酸化スズを固溶させた。

その後、この酸化第２鉄固溶体に、自己施釉成分である
二酸化マンガンを１．０重量％添加し、ボールミルで２
４時間粉砕混合した。

ついで、得られた粉末を、金型を用い、成形圧７５０ｋ
ｇ／ｃｍ２で、直径６ＣＴＩ＋−、厚さ約５ｍｍの円板
に成形した。

そして、この成形体を、１００℃／ｈｒで昇温し、最高
温度１３００℃に１時間保持して焼結し、その後自然冷
却を行った。その結果、表面が黒光りした焼結体が得ら
れた。

この焼結体を、輻５ｍｍ、長さ３７ｍｍに切り出しテス
トピースとした。

このテストピースの表層部および内部の比抵抗を、横河
ヒューレットバッカード社製ミリオームメータ及びアト
パンテスト社製デジタル◆マルチメータを用い、Ｊ　Ｉ
　Ｓ　　Ｃ２１４１−１９７４にしたがって測定した。

表層部は、テストピース表面に電極を接触させて測定し
、内部はテストピースの表面を所定量ずつ削り取ってか
ら測定した。

その結果、このテストピースの表層部約０．３ｍｍは、
常温における比抵抗が約１００〜５００×１０３Ω◆ｃ
ｍと大きく電気絶縁性であるが、内部の常温における比
抵抗は約０．２〜４Ω・ｃＷｌと導電性を示した。

なお、二酸化マンガンを添加しない以外は上記と全く同
じ方法により得られた比較試料（特順昭６１−１２９８
５５に記載される高効率遠赤外線ヒータ）について、同
様にして常温における比抵抗を測定したところ、試料全
体にわたって約０．１〜３Ω・ｃＴＩ＋であった。

さらに、第１実施例と上記比較試料との赤外線放射率特
性を、赤外線放射スペクトル測定装置により測定した結
果を第１図に示す。この赤外線放射スペクトル測定装置
は、試料加熱炉、黒体炉、赤外分光光度計（測定波長範
囲２〜３０．３μｍ）より構成され、試料加熱炉にセッ
トされた直径約４ｃｙｎ、厚さ約３ＴＩＩＩＴｌの平板
状試料の赤外線放射率特性を、黒体炉の放射率を１とし
たときの示差赤外線放射スペクトルとして測定する。

上記のことから、本実施例によって製造された試料の表
面は電気絶縁層によって覆われると共に、本実施例の試
料は、従来の高効率遠赤外線ヒータに比べ赤外線放射率
特性はやや落ちるが、赤外波長全域にわたって十分な放
射率特性を持っており、実用上何ら間層のないことが確
認された・・第２実施例 第１実施例の酸化スズの代わりにアナターゼ型の酸化チ
タンを５モル％使用する以外は、第１実施例と同様にし
て、焼結体を作成し、テストピースを作成した。

このテストピースの特性を第１実施例と同様の方法によ
って測定したところ、表層部の常温における比抵抗は常
温で約１００〜６００×１０３Ω・口と電気絶縁性であ
ると共に、内部の常温における比抵抗は約０．８〜６Ω
・ａｍと導電性であることが確認された。

また、第１実施例と同様の赤外線放射率特性を有するこ
とも確認された。

・第３実施例 市販の酸化第２鉄に、酸化チタン５モル％、導電性酸化
スズゾル（Ｓｂ２０ｓ約５％、残部ＳｎＯ２、固形分２
３．４重量％）を固形分換算で０．５重量％（ＳｎＯ２
は約０．５モル％）、及び自己施釉成分として二酸化マ
ンガン１．０重量％を添加し、第１実施例と同様にして
粉末を得た。この粉末を第１実施例と同様に成形、焼結
し、テストピースを作成した。

本実施例のテストピースについて、第１実施例と同様に
して赤外線放射特性を測定したところ、測定波長全域に
わたって０．９に近い赤外線放射率が得られた。

またテストピースの表層部と内部とについて、温度と比
抵抗との関係をＪ　Ｉ　Ｓ　　Ｃ２１４１−１９７４に
準じ゛Ｃ測定した。結果を第２図に示す。

第２図から、２５〜８００℃の範囲で、表層部は十分な
比抵抗を有する絶縁体であることと、内部が低抵抗の導
電体であることが確認された。

・第４実施例 第２酸化鉄に対し５モル％の酸化チタン、さらに自己施
釉成分であるリン酸マンガン２重量％を用い、第１実施
例と同様にして粉末を得た。この粉末にＰＶＡ　　（ポ
リビニルアルコール）０．１重量％を加えて押出成形を
行い、焼結して、直径約６順の丸棒を得た。

この丸棒の表面の常温における比抵抗を上述の方法によ
り測定したところ約１００×１０３Ω・印を示した。

次いで、この丸棒を長さ１２０ｍｍに切り出し、両端を
電極として、所定の電圧（交流６０Ｈ２）を印加し、試
料の表面温度を表面温度計（アンリツ製ＨＬＢ−５ＯＲ
）を使用して測定した。結果を第３図、第４図に示す。

第３図から、本実施例により得られた焼結体は、電圧と
表面温度とが比例することが分かった。

また、第４図から、本実施例により得られた焼結体は、
通電後の温度の立ち上がりがよく、短時間で一定温度と
なることが分かった。

・第５実施例 第２酸化鉄に対し５モル％の酸化チタンを加え、さらに
、自己施釉成分であるペタライ）（Ｌｉ２０争ＡＱ２０
３争８Ｓ　１０２）及びＮｉＯを各々０．５重量％加え
、第４実施例と同様にして調製し棒状の焼結体を得た。

得られた焼結体の表面は二酸化マンガンの場合とほぼ同
様に黒光りし、表面の常温における比抵抗は１８０Ｘ　
１０３Ω・ｃｍであるのに対し、内部は８７０Ω争Ｑｍ
を示した。

この焼結体に、第４実施例と同様の方法で６０Ｈ２の交
流電圧を印加し、焼結体の表面温度を測定したところ、
発熱部の長さ１００ｍｍ、太さ６ｍｍの丸棒の場合、電
圧２０Ｖで、印加後２分で５２３℃、　５分で５５８℃
、　１００分で５６８℃の昇温特性を示した。

また、この焼結体を平板に加工し、前述と同様の方法で
赤外線放射率を測定したところ、　２．０〜２５μｍの
範囲で０．８以上と優れた値を示した。

さらに、上記焼結体に対して、ＪＩＳＲ１５０３に準じ
た方法で常温における耐酸試験を行ったところ重量減少
率は３．２％を示した。

・第６実施例 市販の酸化第２鉄に、酸化チタンを１〜２０モル％の範
囲で変化させて添加すると共に、自己施釉成分として二
酸化マンガン１．０重量％を添加し、第１実施例と同様
にして酸化チタンの含有量の異なる各種粉末を得た。こ
れら粉末を第１実施例と同様に成形、焼結し、テストピ
ースを作成した。

各テストピースについて、第１実施例と同様にして赤外
線放射特性を測定したところ、酸化チタンが１〜２０モ
ル％であるテストピースは、いずれも測定した赤外波長
全域にわたって０．９に近い放射率を示した。

また各テストピースの表層部と内部とについて、第１実
施例と同様にして常温における比抵抗を調べた。その結
果、酸化チタンが１〜２０モル％の範囲では、いずれの
テストピースの表層部も十分な比抵抗を有する絶縁体で
あることと、内部が低抵抗の導電体であることが確認さ
れた。

・第７実施例 市販の酸化第２鉄に、酸化チタンを５モル％添加すると
共に、自己施釉成分である二酸化マンガンを０．２〜５
．０重量％を添加し、第１実施例と同様にして自己施釉
成分の含有量の異なる各種粉末を得た。これら粉末を第
１実施例と同様に成形、焼結し、テストピースを作成し
た。

各テストピースについて、第１実施例と同様にして赤外
線放射特性を測定したところ、自己施釉成分である二酸
化マンガンが０．２〜５．０％であるテストピースは、
いずれも測定した赤外波長全域にわたって０．９に近い
放射率を示した。

また各テストピースの表層部と内部とについて、第１実
施例と同様にして常温における比抵抗を調べた。その結
果、酸化チタンが１〜２０モル％の範囲では、いずれの
テストピースの表層部も十分な比抵抗を有する絶縁体で
あることと、内部が低抵抗の導電体であることが確認さ
れた。

［発明の効果コ 本発明により製造された高効率遠赤外線ヒータは、ヒー
タに直接通電することにより、波長が５゜６　ａｍ以上
の遠赤外線領域においても０．９以上の放射率を有する
と共に、表面が電気絶縁層によって覆われているために
取り扱いが極めて簡便となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による高効率遠赤外線ヒー
タと比較例との赤外線放射率を比較する線図、第２図は
本発明の第３実施例の温度と比抵抗との関係図、第３図
は本発明の第４実施例の電圧と温度との関係図、第４図
はその定電圧における時間と温度との関係図である。 代理人　弁理士　定立　勉（ほか１名）第１図 ｊ皮　　長　（ｐｍ） 第２図 Ａ　　／ｌ　　Ｋ（３１ｆｘ１００） 第３図 電　　　　Ｌ（ｖ） 第４図 １１　　　間　（ｍｉｎ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　酸化チタン及び／又は酸化スズを１〜２０モル％添加
   した酸化第２鉄から構成される原料粉末に対して、自己
   施釉成分を０．２〜５．０重量％混合成形し、焼結する
   ことを特徴とする高効率遠赤外線ヒータの製造方法。