JPH0784342B2

JPH0784342B2 - 高効率遠赤外線ヒータの製造方法

Info

Publication number: JPH0784342B2
Application number: JP62301669A
Authority: JP
Inventors: 弘義高木; 眞小石; 四郎北川; 一彦加藤
Original assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Current assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1987-11-30
Publication date: 1995-09-13
Anticipated expiration: 2010-09-13
Also published as: JPH01145363A

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ックから
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
ミック赤外線ヒータを、既に特願昭61−129855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、遠作外
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］上記セラミック赤外線ヒータは導電性を有しているた
め、用途によっ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。

［問題点を解決するための手段］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、あるいは組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
高効率塩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1300〜1350
℃、大気中あるいはマッ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］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、焼固して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］本発明の実施例を説明する。

・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24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750kg/cm
²で、直径6cm、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13
00℃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、幅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
ヒューレットパッカード社製ミリオームメータ及びアド
バンテスト社製デジタル・マルチメータを用い、JIS C
2141−1974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装部約0.3mmは、常温
における比抵抗が約100〜500×10³Ω・cm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・cm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（特願昭61−129855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・cm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4cm、厚さ約3mm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としたときの示唆赤外線放
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、実用上何ら問題のないことが確
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・cm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・cm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（Sb₂O₅約５％、残部SnO₂、固形分23.4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JIS C2141−1974に準じて測定した。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6mm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・cm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60Hz）を印加し、試料の表面
温度を表面温度計（アンリツ製HLB−50R）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ト（Li₂O・Al₂O₃・8Si
O₂）及びNiOを各々0.5重量％加え、第４実施例と同様に
して調整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180×10³Ω
・cmであるのに対し、内部は870Ω・cmを示した。

この焼結体に、第４実施例と同様の方法で60Hz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］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5.6μｍ以上の線
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実施例による高校率遠赤外線ヒー
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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北川四郎愛知県名古屋市中区千代田２丁目24番15号北川工業株式会社内 (72)発明者加藤一彦愛知県瀬戸市東拝戸町51番地審査官米田健志

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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。