JPH11242986A - 炭素系発熱体 - Google Patents
炭素系発熱体Info
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- JPH11242986A JPH11242986A JP28004698A JP28004698A JPH11242986A JP H11242986 A JPH11242986 A JP H11242986A JP 28004698 A JP28004698 A JP 28004698A JP 28004698 A JP28004698 A JP 28004698A JP H11242986 A JPH11242986 A JP H11242986A
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- Japan
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- heating element
- metal
- metalloid
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発熱体として必要な高い固有抵抗値を有する
炭素系発熱体を提供する。 【解決手段】 賦形性を有し焼成後高い炭素残査収率を
示す組成物中に、金属または半金属化合物の一種または
二種以上を均一に分散させ、得られた分散物を賦形し、
非酸化性雰囲気において焼成して得られた炭素系発熱体
であって、固有抵抗値が２０〜２００×１０-3Ωcmの発
熱体である。
炭素系発熱体を提供する。 【解決手段】 賦形性を有し焼成後高い炭素残査収率を
示す組成物中に、金属または半金属化合物の一種または
二種以上を均一に分散させ、得られた分散物を賦形し、
非酸化性雰囲気において焼成して得られた炭素系発熱体
であって、固有抵抗値が２０〜２００×１０-3Ωcmの発
熱体である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発熱体として必要
な任意の固有抵抗値と形状を有する炭素系発熱体に関す
る。
な任意の固有抵抗値と形状を有する炭素系発熱体に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、抵抗用発熱体としては主としてタ
ングステン線やニクロム線などの金属線加工品と等方性
炭素材料やガラス状炭素などの炭素の切削加工品、炭化
珪素などの金属化合物が使用されてきた。その中でも金
属線の加工品は主として小型の民生機器のヒーター用発
熱体として、炭素や金属化合物は産業用炉などに使用さ
れている。
ングステン線やニクロム線などの金属線加工品と等方性
炭素材料やガラス状炭素などの炭素の切削加工品、炭化
珪素などの金属化合物が使用されてきた。その中でも金
属線の加工品は主として小型の民生機器のヒーター用発
熱体として、炭素や金属化合物は産業用炉などに使用さ
れている。
【０００３】従来の発熱体用素材の中でも炭素は、金属
線などと異なり、発熱速度、発熱効率、遠赤外線の発生
効率が良いなど優れた特徴を有している。しかし従来の
炭素発熱体は、大きな板形状体やブロック形状体より切
削加工により作製するため製造工程が煩雑で高価なうえ
細い物や薄い物など作製することが困難である。また、
ある規格範囲の固有抵抗値を有するブロック体などから
切削するため発熱量の制御は形状を変えるしか方策がな
いなどの問題点を有している。
線などと異なり、発熱速度、発熱効率、遠赤外線の発生
効率が良いなど優れた特徴を有している。しかし従来の
炭素発熱体は、大きな板形状体やブロック形状体より切
削加工により作製するため製造工程が煩雑で高価なうえ
細い物や薄い物など作製することが困難である。また、
ある規格範囲の固有抵抗値を有するブロック体などから
切削するため発熱量の制御は形状を変えるしか方策がな
いなどの問題点を有している。
【０００４】そこで本発明者らは特願平９−２５８８９
３号において薄板形状だけでなく細い棒形状体、細い円
柱形状体など従来の炭素材料では得ることのできない形
状を得ることが可能なうえ任意の固有抵抗値を有するこ
とで広範な設定電流・電位の印加による発熱制御が可能
で、発熱体としての炭素材料が持つ発熱速度、発熱効
率、遠赤外線の発生効率に優れた炭素系発熱体として、
賦形性を有し焼成後実質的に零でない炭素残査収率を示
す組成物と、金属或いは半金属化合物の一種または二種
以上を混合し、焼成することによって、製造される炭素
系発熱体を提案した。
３号において薄板形状だけでなく細い棒形状体、細い円
柱形状体など従来の炭素材料では得ることのできない形
状を得ることが可能なうえ任意の固有抵抗値を有するこ
とで広範な設定電流・電位の印加による発熱制御が可能
で、発熱体としての炭素材料が持つ発熱速度、発熱効
率、遠赤外線の発生効率に優れた炭素系発熱体として、
賦形性を有し焼成後実質的に零でない炭素残査収率を示
す組成物と、金属或いは半金属化合物の一種または二種
以上を混合し、焼成することによって、製造される炭素
系発熱体を提案した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記出願
に開示された実施例としての炭素系発熱体の固有抵抗値
はいずれも２０×１０-3Ω未満である。また、発熱体の
長さにはコスト面その他による現実的な上限がある。発
熱体の抵抗値はその材料の固有抵抗値及びその長さに比
例し、その断面積に反比例するから、固有抵抗値と長さ
に上限があれば、断面積には、所望の抵抗値を得るため
にはそれ以上広くすることができない或る上限が存在す
る。断面積に上限があるということは発熱体の機械的強
度と発熱体に許される消費電力値に上限があるというこ
とを意味し、逆に、固有抵抗値の上限を上げることがで
きれば発熱体の機械的強度と消費電力を大きくすること
ができる。
に開示された実施例としての炭素系発熱体の固有抵抗値
はいずれも２０×１０-3Ω未満である。また、発熱体の
長さにはコスト面その他による現実的な上限がある。発
熱体の抵抗値はその材料の固有抵抗値及びその長さに比
例し、その断面積に反比例するから、固有抵抗値と長さ
に上限があれば、断面積には、所望の抵抗値を得るため
にはそれ以上広くすることができない或る上限が存在す
る。断面積に上限があるということは発熱体の機械的強
度と発熱体に許される消費電力値に上限があるというこ
とを意味し、逆に、固有抵抗値の上限を上げることがで
きれば発熱体の機械的強度と消費電力を大きくすること
ができる。
【０００６】したがって本発明の目的は、より高い固有
抵抗値を有する炭素系発熱体を提供して発熱体の機械的
強度を改善し、かつ高消費電力に対応することにある。
抵抗値を有する炭素系発熱体を提供して発熱体の機械的
強度を改善し、かつ高消費電力に対応することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、賦形性
を有し焼成後実質的に零でない炭素残査収率を示す組成
物と、金属或いは半金属化合物の一種または二種以上を
混合し、焼成して得られる炭素系発熱体であって、固有
抵抗値が２０〜２００×１０-3Ωcmである炭素系発熱体
が提供される。
を有し焼成後実質的に零でない炭素残査収率を示す組成
物と、金属或いは半金属化合物の一種または二種以上を
混合し、焼成して得られる炭素系発熱体であって、固有
抵抗値が２０〜２００×１０-3Ωcmである炭素系発熱体
が提供される。
【０００８】前述の金属或いは半金属化合物とは一般に
入手可能な金属炭化物、金属硼化物、金属珪化物、金属
窒化物、金属酸化物、半金属窒化物、半金属酸化物、半
金属炭化物等が挙げられる。使用する金属或いは半金属
化合物種と量は、目的とする発熱体の抵抗値・形状によ
り適宜選択され、単独でも二種以上の混合体でも使用す
ることができるが、抵抗値制御の簡易さから、特に炭化
硼素、炭化珪素、窒化硼素を使用することが好ましい。
入手可能な金属炭化物、金属硼化物、金属珪化物、金属
窒化物、金属酸化物、半金属窒化物、半金属酸化物、半
金属炭化物等が挙げられる。使用する金属或いは半金属
化合物種と量は、目的とする発熱体の抵抗値・形状によ
り適宜選択され、単独でも二種以上の混合体でも使用す
ることができるが、抵抗値制御の簡易さから、特に炭化
硼素、炭化珪素、窒化硼素を使用することが好ましい。
【０００９】前述の組成物としては、不活性ガス雰囲気
中での焼成により５％以上の炭化収率を示す有機物質を
使用するものである。具体的には、ポリ塩化ビニル、ポ
リアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化
ビニル−ポリ酢酸ビニル共重合体、ポリアミド等の熱可
塑性樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド等の熱硬化性
樹脂、リグニン、セルロース、トラガントガム、アラビ
アガム、糖類等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内に
持つ天然高分子物質、及び前記には含有されない、ナフ
タレンスルホン酸のホルマリン縮合物、コプナ樹脂等の
縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ合成高分子物
質が挙げられる。使用する組成物種と量は、目的とする
発熱体の形状により適宜選択され、単独でも二種以上の
混合体でも使用することができるが、特にポリ塩化ビニ
ル樹脂、フラン樹脂を使用することが好ましい。
中での焼成により５％以上の炭化収率を示す有機物質を
使用するものである。具体的には、ポリ塩化ビニル、ポ
リアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化
ビニル−ポリ酢酸ビニル共重合体、ポリアミド等の熱可
塑性樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド等の熱硬化性
樹脂、リグニン、セルロース、トラガントガム、アラビ
アガム、糖類等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内に
持つ天然高分子物質、及び前記には含有されない、ナフ
タレンスルホン酸のホルマリン縮合物、コプナ樹脂等の
縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ合成高分子物
質が挙げられる。使用する組成物種と量は、目的とする
発熱体の形状により適宜選択され、単独でも二種以上の
混合体でも使用することができるが、特にポリ塩化ビニ
ル樹脂、フラン樹脂を使用することが好ましい。
【００１０】前述の組成物中には炭素粉末が含有されて
いることが好ましい。炭素粉末としては、カーボンブラ
ック、黒鉛、コークス粉等が挙げられるが、使用する炭
素粉末種と量は、目的とする発熱体の抵抗値・形状によ
り適宜選択され、単独でも二種以上の混合体でも使用す
ることができるが、特に形状制御の簡易さから黒鉛を使
用することが好ましい。
いることが好ましい。炭素粉末としては、カーボンブラ
ック、黒鉛、コークス粉等が挙げられるが、使用する炭
素粉末種と量は、目的とする発熱体の抵抗値・形状によ
り適宜選択され、単独でも二種以上の混合体でも使用す
ることができるが、特に形状制御の簡易さから黒鉛を使
用することが好ましい。
【００１１】本発明では、前述の有機物質の焼成により
生じる炭素材料及び炭素粉は電気良導体として、そして
金属或いは半金属化合物は導電阻害物質として作用して
おり、電流は導電阻害物質である金属或いは半金属化合
物を飛び越え、いわゆるホッピングしながら炭素材料ま
たはそれと炭素粉末を媒体として流れる。この為これら
２つないし３つの成分の種類やその比率等を変え、それ
らを均一に混合、分散させ焼成することにより、所望の
固有抵抗値を有する本発明の炭素系発熱体を得ることが
できる。
生じる炭素材料及び炭素粉は電気良導体として、そして
金属或いは半金属化合物は導電阻害物質として作用して
おり、電流は導電阻害物質である金属或いは半金属化合
物を飛び越え、いわゆるホッピングしながら炭素材料ま
たはそれと炭素粉末を媒体として流れる。この為これら
２つないし３つの成分の種類やその比率等を変え、それ
らを均一に混合、分散させ焼成することにより、所望の
固有抵抗値を有する本発明の炭素系発熱体を得ることが
できる。
【００１２】また本発明の炭素系発熱体は、発熱速度、
発熱効率、遠赤外線の発生効率など発熱体としての優れ
た特徴を具備し、設計どおりの抵抗値と形状を有するた
め、設定電流・電位の印加により発熱量を容易に制御す
ることが可能である。但し、発熱量を制御する際には、
場合によりかなりの高温になることから、アルゴンガス
等の不活性ガス雰囲気とした容器中で使用することで、
酸化を防止する必要がある。またこの時遠赤外線の発生
効率の妨げとならずに高温に耐える石英等の透明な容器
を用いることが望ましい。
発熱効率、遠赤外線の発生効率など発熱体としての優れ
た特徴を具備し、設計どおりの抵抗値と形状を有するた
め、設定電流・電位の印加により発熱量を容易に制御す
ることが可能である。但し、発熱量を制御する際には、
場合によりかなりの高温になることから、アルゴンガス
等の不活性ガス雰囲気とした容器中で使用することで、
酸化を防止する必要がある。またこの時遠赤外線の発生
効率の妨げとならずに高温に耐える石英等の透明な容器
を用いることが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に、本発明による炭素系発熱
体の製造方法を説明する。まず、組成物と或いは金属化
合物とを混練機を用いて良く混合させる。得られた混合
体を、真空成型機、射出成型機、押し出し成型機などの
既存の成形手法により設計形状に賦形する。次に賦形体
を、炭素前駆体化処理し、得られた炭素前駆体を窒素、
アルゴン等の不活性ガス雰囲気中もしくは真空下で１０
００℃程度、好ましくは２０００℃程度まで加熱昇温
し、炭素化し炭素系発熱体を得る。昇温速度は、特に５
００℃迄は３〜１００℃／ｈ、好ましくは５〜５０℃／
ｈとゆっくりと焼成するのが適当で、昇温速度が大きい
と変形したり微細なクラックが生じるなどの欠陥が生じ
る。したがって、５００℃迄は１００℃／ｈ以上の昇温
速度を避けた方が良い。
体の製造方法を説明する。まず、組成物と或いは金属化
合物とを混練機を用いて良く混合させる。得られた混合
体を、真空成型機、射出成型機、押し出し成型機などの
既存の成形手法により設計形状に賦形する。次に賦形体
を、炭素前駆体化処理し、得られた炭素前駆体を窒素、
アルゴン等の不活性ガス雰囲気中もしくは真空下で１０
００℃程度、好ましくは２０００℃程度まで加熱昇温
し、炭素化し炭素系発熱体を得る。昇温速度は、特に５
００℃迄は３〜１００℃／ｈ、好ましくは５〜５０℃／
ｈとゆっくりと焼成するのが適当で、昇温速度が大きい
と変形したり微細なクラックが生じるなどの欠陥が生じ
る。したがって、５００℃迄は１００℃／ｈ以上の昇温
速度を避けた方が良い。
【００１４】本発明の炭素系発熱体は、発熱速度、発熱
効率、遠赤外線の発生効率など発熱体としての優れた特
徴を具備し、設計どおりの抵抗値と形状を有するため、
設定電流・電位の印加により発熱量を容易に制御するこ
とが可能である。
効率、遠赤外線の発生効率など発熱体としての優れた特
徴を具備し、設計どおりの抵抗値と形状を有するため、
設定電流・電位の印加により発熱量を容易に制御するこ
とが可能である。
【００１５】
【実施例】以下に、実施例によって本発明を更に具体的
に説明するが、本願発明はこの実施例によって何等限定
されるものではない。 （実施例１）塩素化塩化ビニル樹脂（日本カーパイド社
製 Ｔ−７４１）４０重量％に天然黒鉛微粉末（日本黒
鉛製 平均粒径５μｍ）５重量％を複合した組成物、窒
化硼素（信越化学工業製 平均粒径２μｍ）４０重量
％、炭化珪素（昭和電工製 平均粒径０．５μｍ）１５
重量％に、可塑剤としてジアリルフタレートモノマー２
０重量％を添加して、ヘンシェルミキサーを用いて分散
した後、表面温度を１２０℃に保ったミキシング用二本
ロールを用いて十分に混練を繰り返して組成物を得、ペ
レタイザーによってペレット化し、成形用組成物を得
た。このペレットをスクリュー型押出機で直径４mmφの
ダイスを用い脱気を行いつつ１３０℃で３ｍ／秒の速度
で押し出し、これを２００℃に加熱されたエアオーブン
中で１０時間処理してブレカーサー（炭素前駆体）線材
とした。次に、これを窒素ガス雰囲気中で１８００℃で
焼成し、円柱状の炭素系発熱体を得た。
に説明するが、本願発明はこの実施例によって何等限定
されるものではない。 （実施例１）塩素化塩化ビニル樹脂（日本カーパイド社
製 Ｔ−７４１）４０重量％に天然黒鉛微粉末（日本黒
鉛製 平均粒径５μｍ）５重量％を複合した組成物、窒
化硼素（信越化学工業製 平均粒径２μｍ）４０重量
％、炭化珪素（昭和電工製 平均粒径０．５μｍ）１５
重量％に、可塑剤としてジアリルフタレートモノマー２
０重量％を添加して、ヘンシェルミキサーを用いて分散
した後、表面温度を１２０℃に保ったミキシング用二本
ロールを用いて十分に混練を繰り返して組成物を得、ペ
レタイザーによってペレット化し、成形用組成物を得
た。このペレットをスクリュー型押出機で直径４mmφの
ダイスを用い脱気を行いつつ１３０℃で３ｍ／秒の速度
で押し出し、これを２００℃に加熱されたエアオーブン
中で１０時間処理してブレカーサー（炭素前駆体）線材
とした。次に、これを窒素ガス雰囲気中で１８００℃で
焼成し、円柱状の炭素系発熱体を得た。
【００１６】得られた炭素系発熱体は断面の直径３．２
mmφ、曲げ強度が２７０MPa であった。ホイートストー
ンブリッジ法により固有抵抗を測定したところ、９８×
１０ -3Ω・cmの値を有していた。この炭素系発熱体を長
さ３００mmに切断し、端部にリードを接続し、アルゴン
ガス雰囲気の石英管中で通電したところ１００Ｖで瞬時
１５００℃に達するとともに、遠赤外線の放射が確認で
きた。また使用中にクラックの発生もなく安定した発熱
量を得ることができた。
mmφ、曲げ強度が２７０MPa であった。ホイートストー
ンブリッジ法により固有抵抗を測定したところ、９８×
１０ -3Ω・cmの値を有していた。この炭素系発熱体を長
さ３００mmに切断し、端部にリードを接続し、アルゴン
ガス雰囲気の石英管中で通電したところ１００Ｖで瞬時
１５００℃に達するとともに、遠赤外線の放射が確認で
きた。また使用中にクラックの発生もなく安定した発熱
量を得ることができた。
【００１７】（実施例２）塩素化塩化ビニル樹脂（日本
カーパイド社製 Ｔ−７４１）３０重量％、フラン樹脂
５％に天然黒鉛微粉末（日本黒鉛製 平均粒径５μｍ）
５重量％を複合した組成物、窒化硼素（信越化学工業製
平均粒径２μｍ）４０重量％、炭化硼素（電気化学工
業製）２０重量％に、可塑剤としてジアリルフタレート
モノマー２０重量％を添加して、分散、混練後、押し出
し成形し、これを２００℃に加熱されたエアオーブン中
で１０時間処理してプレカーサー（炭素前駆体）線材と
した。次に、これを窒素ガス雰囲気中で１８００℃で焼
成し、円柱状の炭素系発熱体を得た。
カーパイド社製 Ｔ−７４１）３０重量％、フラン樹脂
５％に天然黒鉛微粉末（日本黒鉛製 平均粒径５μｍ）
５重量％を複合した組成物、窒化硼素（信越化学工業製
平均粒径２μｍ）４０重量％、炭化硼素（電気化学工
業製）２０重量％に、可塑剤としてジアリルフタレート
モノマー２０重量％を添加して、分散、混練後、押し出
し成形し、これを２００℃に加熱されたエアオーブン中
で１０時間処理してプレカーサー（炭素前駆体）線材と
した。次に、これを窒素ガス雰囲気中で１８００℃で焼
成し、円柱状の炭素系発熱体を得た。
【００１８】得られた炭素系発熱体は断面の直径４．８
mmφ、曲げ強度が２４０MPa であった。ホイートストー
ンブリッジ法で固有抵抗を測定したところ、１９３×１
０-3Ω・cmの値を有していた。この炭素系発熱体を長さ
３００mmに切断し、端部にリードを接続し、アルゴンガ
ス雰囲気の石英管中で通電したところ１００Ｖで瞬時１
５００℃に達するとともに、遠赤外線の放射が確認でき
た。また使用中にクラックの発生もなく安定した発熱量
を得ることができた。
mmφ、曲げ強度が２４０MPa であった。ホイートストー
ンブリッジ法で固有抵抗を測定したところ、１９３×１
０-3Ω・cmの値を有していた。この炭素系発熱体を長さ
３００mmに切断し、端部にリードを接続し、アルゴンガ
ス雰囲気の石英管中で通電したところ１００Ｖで瞬時１
５００℃に達するとともに、遠赤外線の放射が確認でき
た。また使用中にクラックの発生もなく安定した発熱量
を得ることができた。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高い固有抵抗値を有し、機械的強度及び耐電力値の高い
炭素系発熱体が提供される。
高い固有抵抗値を有し、機械的強度及び耐電力値の高い
炭素系発熱体が提供される。
Claims (5)
- 【請求項１】 賦形性を有し焼成後実質的に零でない炭
素残査収率を示す組成物と、金属或いは半金属化合物の
一種または二種以上を混合し、焼成して得られる炭素系
発熱体であって、固有抵抗値が２０〜２００×１０-3Ω
cmである炭素系発熱体。 - 【請求項２】 断面積が０．０１〜１００mm2の、円柱
形状である請求項１記載の炭素系発熱体。 - 【請求項３】 前記金属或いは半金属化合物は、金属炭
化物、金属硼化物、金属珪化物、金属窒化物、金属酸化
物、半金属窒化物、半金属酸化物または半金属炭化物で
あることを特徴とする請求項１または２記載の炭素系発
熱体。 - 【請求項４】 前記組成物は、樹脂を含むことを特徴と
する請求項１〜３のいずれか１項記載の炭素系発熱体。 - 【請求項５】 前記組成物中には、カーボンブラック、
黒鉛及びコークス粉からなる群から選ばれた一種または
二種以上の炭素粉末が含有されていることを特徴とする
請求項１〜４のいずれか１項記載の炭素系発熱体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28004698A JPH11242986A (ja) | 1997-12-26 | 1998-10-01 | 炭素系発熱体 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36120297 | 1997-12-26 | ||
| JP9-361202 | 1997-12-26 | ||
| JP28004698A JPH11242986A (ja) | 1997-12-26 | 1998-10-01 | 炭素系発熱体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11242986A true JPH11242986A (ja) | 1999-09-07 |
Family
ID=26553600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28004698A Withdrawn JPH11242986A (ja) | 1997-12-26 | 1998-10-01 | 炭素系発熱体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11242986A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002051207A1 (fr) * | 2000-12-18 | 2002-06-27 | Mitsubishi Pencil Co., Ltd. | Procede permettant de produire un element chauffant contenant du carbone |
| US6501056B1 (en) | 1998-04-28 | 2002-12-31 | E. Tec Corporation | Carbon heating element and method of manufacturing the same |
-
1998
- 1998-10-01 JP JP28004698A patent/JPH11242986A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6501056B1 (en) | 1998-04-28 | 2002-12-31 | E. Tec Corporation | Carbon heating element and method of manufacturing the same |
| WO2002051207A1 (fr) * | 2000-12-18 | 2002-06-27 | Mitsubishi Pencil Co., Ltd. | Procede permettant de produire un element chauffant contenant du carbone |
| JP2002184559A (ja) * | 2000-12-18 | 2002-06-28 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 炭素系発熱体の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060110 |