JPH11242987A - 炭素系発熱体 - Google Patents

炭素系発熱体

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JPH11242987A
JPH11242987A JP28002898A JP28002898A JPH11242987A JP H11242987 A JPH11242987 A JP H11242987A JP 28002898 A JP28002898 A JP 28002898A JP 28002898 A JP28002898 A JP 28002898A JP H11242987 A JPH11242987 A JP H11242987A
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JP
Japan
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carbon
heating element
metal
based heating
metalloid
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JP28002898A
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English (en)
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Yoshihisa Suda
吉久 須田
Osamu Shimizu
修 清水
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Mitsubishi Pencil Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Pencil Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱安定性に優れた炭素系発熱体を提供する。 【解決手段】 難黒鉛化性炭素と、金属或いは半金属化
合物の一種または二種以上とを含む炭素系発熱体であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【0005】ところで、炭素には3000℃程度の熱処
理を行なうとその構造が容易に黒鉛構造に変化するもの
とそうでないものとがあるのが知られている。この相違
が生ずる原因は炭素に存在する構造欠陥が加熱により除
去され易いか否かによるものであり、前者は易黒鉛化性
炭素、後者は難黒鉛化性炭素と呼ばれている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記出願
では、組成物を焼成して得られる炭素が難黒鉛性である
か易黒鉛性であるかの言及はなく、そのことが通電の際
の経年変化或いは熱安定性といかなる関係にあるかが明
らかでない。したがって本発明の目的は、この関係を明
らかにして炭素系発熱体の経年変化特性または熱安定性
を改善することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、難黒鉛
化性炭素と金属或いは半金属化合物の一種または二種以
上とを含む炭素系発熱体が提供される。上記難黒鉛化性
炭素は、3000℃処理後でも平均面間隔が3.42オ
ングストローム以上にとどまるものであることが好まし
い。
【0008】3000℃処理後に平均面間隔が3.42
オングストローム未満に低下するような易黒鉛化性炭素
と金属或いは半金属の化合物とを含む炭素系発熱体で
は、通電中に黒鉛化が進行して許されるレベル以上に抵
抗値が変化しクラックが発生する。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。
【0009】前述の炭素系発熱体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。
【0010】本発明では、前述の難黒鉛化性炭素及び炭
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。
【0011】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。
【0012】
【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、焼成後に難黒鉛化性炭
素となる組成物と金属或いは半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、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1000
℃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500℃
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。
【0013】前述の工程において、賦形体を焼成する前
に酸素の存在下で加熱することによる炭素前駆体化処理
を行なって架橋反応を起こさせることが好ましい。こう
することにより、焼成後に易黒鉛化性炭素となる樹脂を
出発物質として難黒鉛化性炭素を得ることもできる。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。
【0014】
【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(日本カーバイド社
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)55重量%
に対して、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1.6mm
φ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。
【0015】得られた炭素系発熱体は断面の直径1.3
mmφ、曲げ強度が300MPa 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、19.
2×10-3Ω・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。
【0016】また炭素構造については、該炭素系発熱体
を不活性雰囲気中にて3000℃処理を施した後の、X
線回折法での面間隔d(002) は3.45Åであった。 (実施例2)ポリ塩化ビニル樹脂35重量%、フラン樹
脂5重量%に天然黒鉛微粉末(日本黒鉛製 平均粒径5
μm)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)55重量%に対して、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、押し出し成形を行い、これを300
℃に加熱されたエアオーブン中で30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。
【0017】得られた炭素系発熱体は断面の直径1.4
mmφ、曲げ強度が310MPa 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、18.
3×10-aΩ・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。
【0018】また炭素構造については、該炭素系発熱体
を不活性雰囲気中にて3000℃処理を施した後の、X
線回折法での面間隔d(002) は3.44Åであった。ポ
リ塩化ビニル樹脂は焼成後に易黒鉛化性炭素となる樹脂
であるが、前駆体処理により架橋構造をつくることによ
り焼成後に難黒鉛化性炭素が得られている。 (比較例1)ポリ塩化ビニル樹脂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 平均粒径2μm)
55重量%に対して、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
し成形を行い、これをプレカーサー(炭素前駆体)線材
とすることなく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。
【0019】得られた炭素系発熱体は断面の直径1.2
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、14.
1×10-3Ω・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
認できたが、連続使用中にクラックの発生、抵抗値の減
少が生じ、安定した発熱量を得ることができなかった。
【0020】また炭素構造については、該炭素系発熱体
を不活性雰囲気中にて3000℃処理を施した後の、X
線回折法での面間隔d(002) は3.38Åであった。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
経年変化特性または熱安定性に優れた炭素系発熱体が提
供される。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 難黒鉛化性炭素と、金属或いは半金属化
    合物の一種または二種以上とを含む炭素系発熱体。
  2. 【請求項2】 前記難黒鉛化性炭素は、3000℃処理
    後でも平均面間隔が3.42オングストローム以上にと
    どまる請求項1記載の炭素系発熱体。
  3. 【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。
  4. 【請求項4】 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1種または2種以上の炭素粉末
    をさらに含む請求項1〜3のいずれか1項記載の炭素系
    発熱体。
JP28002898A 1997-12-26 1998-10-01 炭素系発熱体 Withdrawn JPH11242987A (ja)

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JP28002898A JPH11242987A (ja) 1997-12-26 1998-10-01 炭素系発熱体

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JP9-361188 1997-12-26
JP36118897 1997-12-26
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
KR100434934B1 (ko) * 2000-05-25 2004-06-09 동경 엘렉트론 주식회사 카본 와이어 발열체 봉입 히터

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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
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Effective date: 20060110