JP2000048938A - Manufacture of carbon heating element - Google Patents

Manufacture of carbon heating element

Info

Publication number
JP2000048938A
JP2000048938A JP23111399A JP23111399A JP2000048938A JP 2000048938 A JP2000048938 A JP 2000048938A JP 23111399 A JP23111399 A JP 23111399A JP 23111399 A JP23111399 A JP 23111399A JP 2000048938 A JP2000048938 A JP 2000048938A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heating element
temperature
carbon
graphite
precursor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP23111399A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshimitsu Kurumisawa
利光 胡桃沢
Tadami Suzuki
忠視 鈴木
Shuzo Tokumitsu
修三 徳満
Yasunori Kaneko
康典 金子
Yasuhisa Mori
泰久 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP23111399A priority Critical patent/JP2000048938A/en
Publication of JP2000048938A publication Critical patent/JP2000048938A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heating element for a household cooking appliances and a heating element for a household heater which can be operated for a long time. SOLUTION: This manufacturing method of a carbon heating element suitable for a household cooking appliances and a household heater which can be operated for a long time is accomplished by performing a precursor treatment to raise temperature and heat, in an inert gas atmosphere, a molding body provided by uniformly kneading graphite carbon, a resin material of which carbon residue yield after baking is almost 100%, and ceramics having a resistivity equal to or more than 1013 μΩ.cm, and thereafter carrying out baking in a vacuum condition at a temperature higher than that of the precursor treatment and higher than that when operating the heating element.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素発熱体の製造
方法に関するものである。
[0001] The present invention relates to a method for producing a carbon heating element.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭素材料は、耐熱性、耐熱衝撃性、耐食
性に優れ、かつ熱の放射率があらゆる材料で最も高く、
また融点が3800℃と非常に高いため、発熱体に非常
に適しているものである。従って、特に半導体製造装置
の高温電気炉用の発熱体として工業化されているもので
ある。
2. Description of the Related Art Carbon materials are excellent in heat resistance, thermal shock resistance and corrosion resistance, and have the highest heat emissivity among all materials.
Further, since it has a very high melting point of 3800 ° C., it is very suitable for a heating element. Therefore, it is industrialized especially as a heating element for a high-temperature electric furnace of a semiconductor manufacturing apparatus.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前記従来の構成の発熱
体は、家庭用の調理機器用の発熱体や暖房器用の発熱体
としては実用が困難であるという課題を有している。
The heating element of the above-mentioned conventional construction has a problem that it is difficult to use it as a heating element for home cooking appliances or a heating element for a heater.

【0004】つまり、固有抵抗が1500〜2000μ
Ω・cmと小さいため、必要な発熱量を得るためには発熱
体を太くかつ長くした上で、電流値を大きくしなければ
発熱量が不足するものである。すなわち、本抵抗値の発
熱体を使用した半導体製造用の高温電気炉用発熱体の消
費電力は50kW程度であり、これは家庭用電源の許容
量を大きく越えてしまうものである。
That is, the specific resistance is 1500 to 2000 μm.
Since it is as small as Ω · cm, in order to obtain a required heat value, the heat generating element is made thick and long, and the heat value is insufficient unless the current value is increased. That is, the power consumption of the heating element for a high-temperature electric furnace for semiconductor production using the heating element having this resistance value is about 50 kW, which greatly exceeds the allowable amount of a home power supply.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、黒鉛炭素と、
焼成後の炭素残渣収率がほぼ100%である樹脂材料
と、固有抵抗が1013μΩ・cm以上のセラミックスと
を均一に混練して得られた成形体を不活性ガス雰囲気中
で昇温加熱する前駆体処理を実行し、その後真空中で、
少なくとも前記前駆体処理における温度より高く、かつ
発熱体の動作時の温度よりも高い温度の焼成を行なうよ
うにして、長期の動作が可能な家庭用の調理機器用や暖
房器用に適した炭素発熱体の製造方法としているもので
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a graphite carbon,
A molded body obtained by uniformly kneading a resin material having a carbon residue yield of about 100% after firing and a ceramic having a specific resistance of 10 13 μΩ · cm or more is heated and heated in an inert gas atmosphere. And then in a vacuum,
By performing calcination at a temperature at least higher than the temperature in the precursor treatment and higher than the temperature during operation of the heating element, carbon heat generation suitable for household cooking appliances and heaters capable of long-term operation. It is the method of body production.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】請求項1に記載した発明は、黒鉛
炭素と、焼成後の炭素残渣収率がほぼ100%である樹
脂材料と、固有抵抗が1013μΩ・cm以上のセラミッ
クスとを均一に混練して得られた成形体を不活性ガス雰
囲気中で昇温加熱する前駆体処理を実行し、その後真空
中で、少なくとも前記前駆体処理における温度より高
く、かつ発熱体の動作時の温度よりも高い温度の最終焼
成を行なうようにして、長期の動作が可能な家庭用の調
理機器用や暖房器用に適した炭素発熱体の製造方法とし
ているものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION According to the first aspect of the present invention, graphite carbon, a resin material having a carbon residue yield of about 100% after firing, and a ceramic having a specific resistance of 10 13 μΩ · cm or more are used. Precursor processing is performed in which the molded body obtained by uniformly kneading is heated and heated in an inert gas atmosphere, and then, in a vacuum, at least higher than the temperature in the precursor processing, and during the operation of the heating element. By performing the final firing at a temperature higher than the temperature, a method of manufacturing a carbon heating element suitable for household cooking appliances and heaters that can operate for a long period of time is provided.

【0007】請求項2に記載した発明は、セラミックス
として窒化ホウ素を使用して、成形性が良く、抵抗値の
調整が容易で、製造が簡単な炭素発熱体の製造方法とし
ているものである。
The second aspect of the present invention is a method of manufacturing a carbon heating element which uses boron nitride as a ceramic, has good formability, can easily adjust a resistance value, and is easy to manufacture.

【0008】請求項3に記載した発明は、前駆体の処理
は不活性ガス雰囲気中で少なくとも800℃以上の温度
で実施するようにして、出発原料の樹脂材料をほぼ10
0%炭素化できる家庭用の調理機器用や暖房器用に適し
た炭素発熱体の前駆体の製造方法としているものであ
る。
According to the third aspect of the present invention, the treatment of the precursor is carried out in an inert gas atmosphere at a temperature of at least 800 ° C., so that the resin material as a starting material is reduced to about 10%.
This is a method for producing a precursor of a carbon heating element which can be converted to 0% carbon and is suitable for household cooking appliances and heaters.

【0009】請求項4に記載した発明は、焼成を120
0℃以上で、真空下で行うようにして、長期間の使用に
対しても、炭素構造が安定しているため固有抵抗の変化
が少なく、電気特性が安定し、かつ不純物の蒸発が少な
くバルブの機械的強度が維持できる炭素発熱体の製造方
法としているものである。
According to a fourth aspect of the present invention, the sintering is performed for 120 hours.
Operate under vacuum at 0 ° C or higher. The valve has a stable carbon structure for long-term use, so there is little change in specific resistance, electrical characteristics are stable, and there is little evaporation of impurities. And a method of manufacturing a carbon heating element capable of maintaining the mechanical strength of the carbon heating element.

【0010】[0010]

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。一般
に炭素は、構造がガラス状である無定形のものから六方
晶の結晶構造をもつものまで高範囲な中間構造をとるこ
とが知られている。当然のことながら、固有抵抗はガラ
ス状の状態ほど大きく、結晶性が高くなるほど小さくな
り、炭化焼成温度の上昇とともにガラス状の状態から結
晶性に変化することもわかっている。
Embodiments of the present invention will be described below. In general, it is known that carbon has an intermediate structure in a wide range from a glassy amorphous structure to a hexagonal crystal structure. Naturally, it is also known that the specific resistance increases in the glassy state, decreases in the higher the crystallinity, and changes from the glassy state to the crystallinity as the carbonization firing temperature increases.

【0011】本実施例では、主成分である黒鉛炭素とし
て黒鉛粉末を使用しており、黒鉛炭素を粘結する粘結剤
として、焼成後の炭素残渣収率がほぼ100%で、焼成
時の収縮率の小さい熱硬化性樹脂を使用している。炭素
は、一旦、黒鉛のような結晶状態に変化してしまうと約
3800℃近くまで構造的に安定であり、従って焼成時
の温度や使用時の温度に対しても安定なものである。ま
た前記粘結剤としては、発明者らが種々検討した結果、
フルフリルアルコール樹脂、フルフリルアルコール/フ
ルフラール共重合樹脂、フルフラール/フェノール共重
合樹脂などのフラン系樹脂、レゾール系、ノボラックな
どのフェノール系樹脂、キシレン樹脂、トルエン樹脂な
どの熱硬化性樹脂化合物群より選択したモノマーまたは
初期重合物が適していることが判明した。つまり前記樹
脂群は、黒鉛との相溶性が非常によく成型時に黒鉛が十
分に成型体中に均一に分散するものである。以上の構成
とすることによって、黒鉛粉末と粘結剤とが強固に結合
して、炭化焼成後に高い機械的強度を示すものとなる。
In this embodiment, graphite powder is used as graphite carbon as a main component, and as a binder for binding graphite carbon, the carbon residue yield after firing is almost 100%. A thermosetting resin with a small shrinkage is used. Once carbon has changed into a crystalline state like graphite, it is structurally stable up to about 3800 ° C., and is therefore stable at the temperature during firing and the temperature during use. Further, as the binder, as a result of various studies by the inventors,
From thermosetting resin compounds such as furfuryl alcohol resin, furfuryl alcohol / furfural copolymer resin, furfural resin such as furfural / phenol copolymer resin, phenolic resin such as resol and novolak, xylene resin, and toluene resin. The selected monomer or prepolymer has been found to be suitable. In other words, the resin group has very good compatibility with graphite, and the graphite is sufficiently dispersed uniformly in the molded body during molding. With the above configuration, the graphite powder and the binder are firmly bonded to each other, and exhibit high mechanical strength after carbonization and firing.

【0012】以下本実施例の発熱体の製造方法について
説明する。前記黒鉛粉末と粘結剤とをミキサー等を使用
して混練して均一に分散させ、3本ロールミル等を使用
して、剪断力を加えてそれらを十分に相溶・結着させ
て、黒鉛粉末の1次粒子表面に有機物質を物理化学的に
結合させる。これを出発原料として、成形後熱処理をし
て発熱体としているものである。
Hereinafter, a method of manufacturing the heating element of the present embodiment will be described. The graphite powder and the binder are kneaded and uniformly dispersed using a mixer or the like, and a shearing force is applied using a three-roll mill or the like to sufficiently dissolve and bind them, thereby obtaining graphite. An organic substance is physicochemically bonded to the surface of the primary particles of the powder. Using this as a starting material, heat treatment is performed after molding to form a heating element.

【0013】しかしこの状態では、得られた抵抗体の固
有抵抗値が小さく、またプランジャー等による押出し成
型時に離型性が極めて悪いものである。このため、所定
の抵抗値と所定の形状の炭素棒を得ることができないも
のである。
However, in this state, the specific resistance of the obtained resistor is small, and the releasability is extremely poor at the time of extrusion molding with a plunger or the like. Therefore, a carbon rod having a predetermined resistance value and a predetermined shape cannot be obtained.

【0014】このため発明者らは種々検討した結果、前
記出発原料にセラミックスを加えると、固有抵抗値の調
整が容易で、しかも成形性の良い抵抗体を成形できるこ
とを見いだしているものである。前記セラミックスとし
ては、黒鉛および粘結剤と均等に混ざり合って成形性が
よく、押し出し成形時の摩擦抵抗が小さく離型性に優れ
ていて、かつ不活性雰囲気中では2200℃付近までは
1014〜1015μΩ・cmの高い固有抵抗値を有している
窒化ホウ素が最も適しているものである。
Therefore, as a result of various studies, the present inventors have found that the addition of ceramics to the starting material makes it possible to easily adjust a specific resistance value and to form a resistor having good moldability. The ceramics are uniformly mixed with graphite and a binder, have good moldability, have low frictional resistance during extrusion molding, have excellent mold releasability, and have a temperature of 10 14 to 2200 ° C. in an inert atmosphere. Boron nitride, which has a high specific resistance of 10 15 μΩ · cm, is the most suitable.

【0015】窒化ホウ素の熱伝導率は、ステンレス鋼と
ほぼ同等の20〜30W/(m・K)であるので、成形
体全体によく熱が伝わるものである。また、窒化ホウ素
は黒鉛と構造が極めてよく類似した物質である。黒鉛は
六方晶系に属し、結晶の格子定数は、a=2.4704
Å、c=6.7244Åである。一方、窒化ホウ素は同
じ六方晶系に属し、a=2.5044Å,c=6.656
2Åである。黒鉛に対する格子定数のミスマッチΔaは
0.034Åであり、1.4%に過ぎないものである。
また同様にミスマッチΔcは−0.0682Åで、−
1.0%に過ぎないものである。つまり、成形時におい
ては黒鉛と同等に混練し分散できるものである。一般に
離型剤として使用される代表的な物質である二硫化モリ
ブデンは、600℃以上では酸化・分解しやすく、本実
施例には使用できないものである。つまり摩擦係数が急
激に大きくなるものである。それに対して窒化ホウ素
は、1000℃付近まで摩擦抵抗が0.2付近で一定で
あり賦形性と離型性に富むものである。
Since the thermal conductivity of boron nitride is approximately 20 to 30 W / (m · K), which is almost the same as that of stainless steel, heat is well transmitted to the entire molded body. Boron nitride is a substance whose structure is very similar to graphite. Graphite belongs to a hexagonal system, and the lattice constant of the crystal is a = 2.4704.
{, C = 6.7244}. On the other hand, boron nitride belongs to the same hexagonal system, and a = 2.5044 ° and c = 6.656.
2Å. The lattice constant mismatch Δa with respect to graphite is 0.034 °, which is only 1.4%.
Similarly, the mismatch Δc is −0.0682 °, and −
It is only 1.0%. That is, it can be kneaded and dispersed in the same manner as graphite during molding. Molybdenum disulfide, which is a typical substance generally used as a mold release agent, is easily oxidized and decomposed at 600 ° C. or higher, and cannot be used in this embodiment. That is, the coefficient of friction rapidly increases. On the other hand, boron nitride has a constant frictional resistance around 0.2 up to around 1000 ° C., and is rich in shape-forming properties and releasability.

【0016】また抵抗体として極めて重要な固有抵抗値
は、黒鉛単体では1500〜2000μΩ・cmであり、
発熱体というよりも導電体に近い性質のものである。一
方、窒化ホウ素は不活性雰囲気中では2200℃付近ま
では1014〜1015μΩ・cmの大きな固有抵抗値をも
ち、絶縁体の部類に属するものである。発明者らが種々
検討した結果、発熱体の太さを直径で約1mmとし、発熱
体の全長を290mmとして固有抵抗値が10000〜1
8000μΩ・cmの物質をつくるには、黒鉛を100重
量部とすると、窒化ホウ素を50〜100重量部とすれ
ばよいことがわかった。また、発熱体としては立ち上が
り速度が速く均一に発熱する熱伝導率の高い材料が望ま
れるが、窒化ホウ素は、前記したようにセラミックスと
しては例外的に大きな20〜30W/(m・K)の熱伝
導率を有しており、金属材料のステンレス鋼とほぼ同等
であるので、成形性と電気抵抗の調整と熱伝導率に関し
て理想的な配合材料であるといえる。
The specific resistance value which is extremely important as a resistor is 1500 to 2000 μΩ · cm for graphite alone.
It has a property closer to a conductor than a heating element. On the other hand, boron nitride has a large specific resistance of 10 14 to 10 15 μΩ · cm up to around 2200 ° C. in an inert atmosphere, and belongs to the class of insulator. As a result of various studies by the inventors, the thickness of the heating element was set to about 1 mm in diameter, the total length of the heating element was set to 290 mm, and the specific resistance value was 10,000 to 1
It has been found that, in order to produce a material of 8000 μΩ · cm, if graphite is 100 parts by weight, boron nitride should be 50 to 100 parts by weight. As the heating element, a material having a high rise rate and a high heat conductivity that uniformly generates heat is desired. However, as described above, boron nitride is exceptionally large as a ceramic, having a large 20 to 30 W / (m · K). Since it has thermal conductivity and is almost equivalent to stainless steel as a metal material, it can be said that it is an ideal compound material with respect to formability and electric resistance adjustment and thermal conductivity.

【0017】要約すると、窒化ホウ素を本発熱体の原料
に加えることにより、所望の高い固有抵抗値をその配合
比を変えるのみで自由に設計できること、また材料の混
練時に黒鉛と同じ振る舞いをするので、分散性と離型性
が非常に良くなるものである。
In summary, by adding boron nitride to the raw material of the present heating element, a desired high specific resistance value can be freely designed only by changing the compounding ratio, and the same behavior as graphite at the time of material kneading can be obtained. The dispersibility and the releasability are extremely improved.

【0018】以上のように本実施例の炭素発熱体は、出
発原料として、黒鉛粉末を1〜80重量部に対して、粘
結剤を99〜20重量部、好ましくは黒鉛粉末5〜50
重量部に対して、粘結剤を45〜50重量部とするもの
である。さらに、窒化ホウ素は、黒鉛粉末5重量部に対
して2.5重量部〜5重量、黒鉛粉末50重量部に対し
て25重量部〜50重量部を配合するものである。この
とき、窒化ホウ素の配合量を増量すれば固有抵抗値を大
きくできるものである。
As described above, in the carbon heating element of this embodiment, as a starting material, the binder is 99 to 20 parts by weight, preferably 5 to 50 parts by weight, preferably 1 to 80 parts by weight of the graphite powder.
The binder is 45 to 50 parts by weight based on parts by weight. Further, boron nitride is used in an amount of 2.5 to 5 parts by weight with respect to 5 parts by weight of graphite powder, and 25 to 50 parts by weight with respect to 50 parts by weight of graphite powder. At this time, the specific resistance can be increased by increasing the amount of boron nitride.

【0019】また粘結剤としては、フルフリルアルコー
ル樹脂、フルフリルアルコール/フルフラール共重合樹
脂、フルフラール/フェノール共重合樹脂などのフラン
系樹脂、レゾール系、ノボラックなどのフェノール系樹
脂、キシレン樹脂、トルエン樹脂などの熱硬化性樹脂化
合物群より選択したモノマーまたは初期重合物を少なく
とも1種類以上を含む化合物を使用するものである。こ
れらをミキサーによって十分混練し、得られた混練物を
ロールミルを用いて剪断力を加えつつ、黒鉛と窒化ホウ
素と有機物質とを物理化学的に結着させる。次いで、シ
ート状に成形した後、プランジャーにより押し出し成形
するものである。本実施例では、直径が0.8〜2mmの
丸棒またはパイプ状に押し出し成形している。この際、
加えた黒鉛と窒化ホウ素とは離型剤として作用し、所定
の形状の炭素棒を精度よく形成できるものである。
Examples of the binder include furfuryl alcohol resins, furfuryl alcohol / furfural copolymer resins, furan resins such as furfural / phenol copolymer resins, phenol resins such as resole and novolak, xylene resins, and toluene. A compound containing at least one or more monomers or prepolymers selected from a thermosetting resin compound group such as a resin is used. These are sufficiently kneaded by a mixer, and the obtained kneaded material is subjected to physicochemical bonding between graphite, boron nitride and an organic substance while applying a shearing force using a roll mill. Next, after being formed into a sheet shape, it is extruded with a plunger. In the present embodiment, it is extruded into a round bar or pipe having a diameter of 0.8 to 2 mm. On this occasion,
The added graphite and boron nitride act as a release agent and can accurately form a carbon rod having a predetermined shape.

【0020】こうして得られた成形体を適当な長さに切
断した後、空気オーブン中で5〜10℃/時間の昇温速
度でゆっくり乾燥させながら、180℃で1時間保持し
て、液体分を完全に乾燥させる。次いで、横型管状炉に
より、窒素あるいはアルゴンなどの不活性ガス雰囲気中
で5℃/時間の昇温速度で300℃まで昇温する。この
後、800℃以上好ましくは1000℃に達するまで2
0℃/時間の昇温速度で昇温して、この状態で3時間保
持した後、炉内で放冷して、前駆体処理を完了する。
The molded body obtained in this manner is cut into a suitable length, and while being slowly dried in an air oven at a temperature rising rate of 5 to 10 ° C./hour, it is kept at 180 ° C. for 1 hour to obtain a liquid component. Allow to dry completely. Then, the temperature is raised to 300 ° C. at a rate of 5 ° C./hour in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon by a horizontal tubular furnace. Thereafter, the temperature is raised to 800 ° C. or more, preferably to 1000 ° C.
The temperature was raised at a rate of 0 ° C./hour, and after maintaining this state for 3 hours, it was allowed to cool in a furnace to complete the precursor treatment.

【0021】こうして、完成した前駆体を次に焼成す
る。焼成の目的は、大きく分けて二つある。第一番目
は、不純物を除去することである。第二番目は、実際の
発熱体としての使用温度よりも高い温度で熱処理してお
くことによって、長期の実使用によっても構造変化が生
じず、一定の抵抗値すなわち消費電力量を一定に維持で
きるようにすることである。
The completed precursor is then fired. The purpose of firing is roughly divided into two. The first is to remove impurities. Second, by performing a heat treatment at a temperature higher than the actual use temperature of the heating element, a structural change does not occur even during long-term actual use, and a constant resistance value, that is, a constant power consumption can be maintained. Is to do so.

【0022】発明者らの分析では、黒鉛とりわけ天然黒
鉛のうち大半がミネラル成分を不純物として含んでいる
ものである。これらの不純物には、Si,Fe,Ca,
Al,Kなどがある。これらが含まれている場合は、不
純物のない精製した黒鉛に比べて炭素の酸化開始温度が
約100℃も低下して活性になり、炭素の発熱体として
は甚だ不適当であることも確かめている。
According to the analysis by the inventors, most of graphite, especially natural graphite, contains mineral components as impurities. These impurities include Si, Fe, Ca,
Al, K and the like. When these are contained, the oxidation start temperature of carbon is lowered by about 100 ° C. as compared with purified graphite without impurities, and the carbon becomes active, and it is also confirmed that it is extremely unsuitable as a carbon heating element. I have.

【0023】以上述べた理由によって、前記不純物は徹
底的に除去する必要がある。このため本実施例では、最
終焼成の条件を、前駆体の処理温度よりも高温であると
同時に、発熱体の動作温度よりも高温で、かつ減圧真空
下で行うようにしているものである。具体的には120
0℃以上の温度で、減圧真空下で行うようにしている。
このため、不純物は除去できるものである。
For the reasons described above, the impurities need to be thoroughly removed. For this reason, in the present embodiment, the final baking is performed at a temperature higher than the processing temperature of the precursor, at a temperature higher than the operating temperature of the heating element, and under reduced pressure vacuum. Specifically, 120
It is performed at a temperature of 0 ° C. or more under reduced pressure vacuum.
Therefore, impurities can be removed.

【0024】またこの焼成温度とすることによって、発
熱体として使用したときの特性が非常に安定するもので
ある。すなわち、発熱体が動作中に、前駆体処理で生じ
たガラス状炭素が結晶へと次第に構造変化して行くこと
を防止できるものである。図1は、炭化焼成温度と体積
抵抗率との関係を示す特性図である。この図から判るよ
うに、最終焼成温度を前駆体の処理温度よりも高温で、
かつ実際の動作温度よりも高温とした場合には、体積抵
抗率の変化は非常に小さいものとなっている。
By setting the firing temperature, the characteristics when used as a heating element are very stable. That is, it is possible to prevent the vitreous carbon generated by the precursor treatment from gradually changing its structure into crystals while the heating element is operating. FIG. 1 is a characteristic diagram showing the relationship between the carbonization firing temperature and the volume resistivity. As can be seen from this figure, the final firing temperature is higher than the processing temperature of the precursor,
When the temperature is higher than the actual operating temperature, the change in the volume resistivity is very small.

【0025】本実施例では、温度を1500〜1600
℃とし、減圧真空下(1/1000Torr)で最終焼
成を実行した場合には、発熱体として適当な固有抵抗値
である10000〜18000μΩ・cmの発熱体が得ら
れた。
In this embodiment, the temperature is set between 1500 and 1600.
When the final firing was performed under reduced pressure and vacuum (1/1000 Torr), a heating element having an appropriate specific resistance of 10,000 to 18000 μΩ · cm was obtained as the heating element.

【0026】表1に、1600℃で不活性ガス雰囲気で
熱処理した場合と1600℃で真空下(1/1000T
orr)で熱処理した場合の炭素発熱体の組成分析の結
果を示している。いずれも同温度で3時間保持している
ものである。この分析データから判るように、減圧真空
下では余分な不純物がほぼ除去されることが証明でき
る。
Table 1 shows that the heat treatment was performed at 1600 ° C. in an inert gas atmosphere and that the heat treatment was performed at 1600 ° C. under vacuum (1 / 1000T
5 shows the results of composition analysis of the carbon heating element when heat treatment was performed at orr). In each case, the temperature was maintained for 3 hours. As can be seen from the analysis data, it can be proved that the excess impurities are almost completely removed under reduced pressure vacuum.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】次に、本実施例によって製造した炭素発熱
体として完成させたものについて、発熱体としての特性
のチェックを実行した結果を説明する。実験に使用した
サンプルは、発熱体を外径10mm前後で肉厚1mm程度の
太さの石英管に入れ、真空に排気した後、瞬間的に14
00℃で加熱して保管中に炭素発熱体に付着した不純物
と水分とを除去し、この後にアルゴンガスを600To
rr封入して製造している。この発熱体の特性は、固有
抵抗が18000μΩ・cm、発熱体の直径は1.2mm、
発熱長は280mmのもので、100V−380Wで発熱
温度が1200℃であった。このサンプルについて10
0Vで2分通電−2分休止のサイクル試験を行ったとこ
ろ、通電時間が8760時間(1年相当)で断線するこ
となく、また消費電力量の変化も初期に比べて10%以
内の耐久性が高い発熱体を得ることができた。
Next, the results of checking the characteristics as a heating element of a completed carbon heating element manufactured according to this embodiment will be described. In the sample used in the experiment, the heating element was placed in a quartz tube having an outer diameter of about 10 mm and a thickness of about 1 mm, evacuated to vacuum, and then instantaneously cooled to 14 mm.
The mixture was heated at 00 ° C. to remove impurities and moisture adhering to the carbon heating element during storage.
rr encapsulated. The characteristic of this heating element is that the specific resistance is 18000 μΩ · cm, the diameter of the heating element is 1.2 mm,
The exothermic length was 280 mm, and the exothermic temperature was 1200 ° C. at 100 V-380 W. About this sample 10
When a cycle test was conducted at 0 V for 2 minutes and a 2-minute pause, the current was applied for 8760 hours (equivalent to 1 year) without disconnection, and the power consumption changed within 10% of the initial level. However, a heating element having a high temperature could be obtained.

【0029】また、炭素発熱体は放射率が0.8と大き
いため、オーブンレンジのように庫内が大きく、放射熱
により加熱する調理器の発熱体に適しているものであ
る。例えば、本発熱体をオーブンレンジに組み込んだ場
合、同じ消費電力量でトーストを焼いた場合、従来6分
かかっていたものが、半分の3分で調理できるものであ
る。このため、本実施例の炭素発熱体を使用した場合に
は、大幅なエネルギーの節約になるものである。また、
電気暖房器の発熱体として用いた場合、発熱体から10
cm離れた場所を室温に比べて35℃上昇させるために
は、当発熱体の消費電力が167Wであるのに対して、
従来のヒータ例えばNi−Crを発熱体とした石英管ヒ
ータでは186Wを必要とした。つまり本実施例の発熱
体を使用した場合には、約10%の消費電力の節約がで
きるものである。
Further, since the carbon heating element has a large emissivity of 0.8, the inside of the refrigerator is large like a microwave oven, and is suitable for a heating element of a cooker heated by radiant heat. For example, when the present heating element is incorporated in a microwave oven, and when toasting is baked with the same power consumption, it can be cooked in three minutes, which used to take six minutes in the past. For this reason, when the carbon heating element of this embodiment is used, significant energy savings can be achieved. Also,
When used as a heating element of an electric heater, 10
In order to raise the temperature by 35 ° C. compared to room temperature, the power consumption of the heating element is 167 W,
A conventional heater, for example, a quartz tube heater using Ni-Cr as a heating element required 186 W. That is, when the heating element of this embodiment is used, power consumption can be reduced by about 10%.

【0030】[0030]

【発明の効果】請求項1に記載した発明は、黒鉛炭素
と、焼成後の炭素残渣収率がほぼ100%である樹脂材
料と、固有抵抗が1013μΩ・cm以上のセラミックス
とを均一に混練して得られた成形体を不活性ガス雰囲気
中で昇温加熱する前駆体処理を実行し、その後真空中
で、少なくとも前記前駆体処理における温度より高く、
かつ発熱体の動作時の温度よりも高い温度の焼成を行な
うようにして、長期の動作が可能な家庭用の調理機器用
や暖房器用に適した炭素発熱体の製造方法が実現できる
ものである。
According to the first aspect of the present invention, graphite carbon, a resin material having a carbon residue yield of about 100% after firing, and a ceramic having a specific resistance of 10 13 μΩ · cm or more can be uniformly prepared. Precursor processing of heating and heating the molded body obtained by kneading in an inert gas atmosphere is performed, and then, in vacuum, at least higher than the temperature in the precursor processing,
In addition, a method of manufacturing a carbon heating element suitable for household cooking appliances and heaters that can operate for a long period of time can be realized by performing firing at a temperature higher than the temperature during operation of the heating element. .

【0031】請求項2に記載した発明は、セラミックス
として窒化ホウ素を使用して、成形性が良く、抵抗値の
調整が容易で、製造が容易な炭素発熱体の製造方法が実
現できるものである。
According to the second aspect of the present invention, a method of manufacturing a carbon heating element which uses boron nitride as a ceramic, has good formability, can easily adjust a resistance value, and is easy to manufacture, can be realized. .

【0032】請求項3に記載した発明は、前駆体の処理
は不活性ガス雰囲気中で少なくとも800℃以上の温度
で実施するようにして、出発原料の樹脂材料を95%以
上炭素化できる家庭用の調理機器用や暖房器用に適した
炭素発熱体の前駆体の製造方法が実現できるものであ
る。
According to the third aspect of the present invention, the treatment of the precursor is carried out in an inert gas atmosphere at a temperature of at least 800 ° C., so that the resin material as a starting material can be carbonized by 95% or more. Thus, a method for producing a precursor of a carbon heating element suitable for a cooking appliance or a heater can be realized.

【0033】請求項4に記載した発明は、焼成を120
0℃以上で、真空下で行うようにして、長期間の使用に
対しても、炭素構造が安定しているため固有抵抗の変化
が少なく電気特性が安定し、かつ不純物の蒸発が少なく
バルブの機械的強度を維持できる炭素発熱体の製造方法
が実現できるものである。
According to the invention described in claim 4, the firing is performed for 120 hours.
At a temperature of 0 ° C. or higher, it is performed under vacuum, and even for long-term use, the carbon structure is stable, the change in specific resistance is small, the electric characteristics are stable, and the evaporation of impurities is small, and A method of manufacturing a carbon heating element capable of maintaining mechanical strength can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例である炭素発熱体の温度と抵抗
値との関係を示す特性図
FIG. 1 is a characteristic diagram showing a relationship between temperature and resistance of a carbon heating element according to an embodiment of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳満 修三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 金子 康典 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 森 泰久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Shuzo Tokuma 1006 Kadoma Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 72) Inventor Mori Yasuhisa 1006 Kadoma, Kazuma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 黒鉛炭素と、焼成後の炭素残渣収率がほ
ぼ100%である樹脂材料と、固有抵抗が1013μΩ・
cm以上のセラミックスとを均一に混練して得られた成
形体を不活性ガス雰囲気中で昇温加熱する前駆体処理を
実行し、その後真空中で、少なくとも前記前駆体処理に
おける温度より高く、かつ発熱体の動作時の温度よりも
高い温度で焼成を行なう炭素発熱体の製造方法。
(1) A graphite carbon, a resin material having a carbon residue yield of about 100% after firing, and a specific resistance of 10 13 μΩ ·
cm or more of ceramics is uniformly kneaded, and a molded body obtained is heated and heated in an inert gas atmosphere to perform a precursor treatment, and then in a vacuum, at least higher than the temperature in the precursor treatment, and A method for producing a carbon heating element, wherein firing is performed at a temperature higher than the temperature at which the heating element operates.
【請求項2】 セラミックスは、窒化ホウ素を使用した
請求項1に記載した炭素発熱体の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the ceramic is boron nitride.
【請求項3】 前駆体の処理は不活性ガス雰囲気中で少
なくとも800℃以上の温度で実施する請求項1に記載
した炭素発熱体の製造方法。
3. The method for producing a carbon heating element according to claim 1, wherein the treatment of the precursor is performed at a temperature of at least 800 ° C. in an inert gas atmosphere.
【請求項4】 焼成を1200℃以上で、真空下で行う
ようにした請求項1に記載した炭素発熱体の製造方法。
4. The method for producing a carbon heating element according to claim 1, wherein the calcination is performed at a temperature of 1200 ° C. or higher under a vacuum.
JP23111399A 1999-08-18 1999-08-18 Manufacture of carbon heating element Pending JP2000048938A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23111399A JP2000048938A (en) 1999-08-18 1999-08-18 Manufacture of carbon heating element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23111399A JP2000048938A (en) 1999-08-18 1999-08-18 Manufacture of carbon heating element

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP16011098A Division JP3262071B2 (en) 1998-06-09 1998-06-09 Manufacturing method of carbon heating element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000048938A true JP2000048938A (en) 2000-02-18

Family

ID=16918507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23111399A Pending JP2000048938A (en) 1999-08-18 1999-08-18 Manufacture of carbon heating element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000048938A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6922017B2 (en) 2000-11-30 2005-07-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Infrared lamp, method of manufacturing the same, and heating apparatus using the infrared lamp
JP2010044936A (en) * 2008-08-12 2010-02-25 Casio Comput Co Ltd Thermister-cum-electric heater, processing device, and method for manufacturing thermistor-cum-electric heater
JP2011248190A (en) * 2010-05-28 2011-12-08 Konica Minolta Business Technologies Inc Heat generating belt for fixing device and image forming device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6922017B2 (en) 2000-11-30 2005-07-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Infrared lamp, method of manufacturing the same, and heating apparatus using the infrared lamp
US7267597B2 (en) 2000-11-30 2007-09-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of producing an infrared lamp
JP2010044936A (en) * 2008-08-12 2010-02-25 Casio Comput Co Ltd Thermister-cum-electric heater, processing device, and method for manufacturing thermistor-cum-electric heater
JP2011248190A (en) * 2010-05-28 2011-12-08 Konica Minolta Business Technologies Inc Heat generating belt for fixing device and image forming device
US8872072B2 (en) 2010-05-28 2014-10-28 Konica Minolta Business Technologies, Inc. Heat-producing element for fixing device and image forming apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106376107B (en) High-power silicon nitride ceramic heating plate and manufacturing method of high-power silicon nitride ceramic heating plate with soft inside and hard outside
CN107244924A (en) A kind of high micropore electric forging coal base brick fuel of high heat conduction and preparation method thereof
JP3262071B2 (en) Manufacturing method of carbon heating element
JP2000048938A (en) Manufacture of carbon heating element
JP2507151B2 (en) Conductive ceramics sintered body and method for producing the same
JP2000007436A (en) Graphite material and its production
CN1055368C (en) Electrothermal lanthanum chromate body and its mfg. method
JPS5925751B2 (en) Manufacturing method of dense silicon nitride porcelain
JPH0259468A (en) Production of isotropic graphite material modified to have high specific resistance
JP3611345B2 (en) Ceramic and its use
JP4623778B2 (en) Method for producing carbon-based heating element
WO2016136228A1 (en) Ptc thermistor member and ptc thermistor element
JP2955127B2 (en) Ceramic heater
CN113056045B (en) Graphene heating mixture, heating element, heating tube and preparation process
KR20060011550A (en) Silicon carbide with clay, preparation method thereof, and ceramic heater using the same
JP2537606B2 (en) Ceramic Heater
JP7357286B2 (en) Method for producing graphite material with high coefficient of thermal expansion and its graphite material
JPH04349387A (en) Conductive heating element
JP2001106574A (en) Carbon-based spring member and its manufacturing process
JPH04357167A (en) Ceramics heater
JPH0826827A (en) Electrically conductive reactional silicon carbide sintered compact, its production and use
JP4766742B2 (en) Method for producing carbon-based heating element
JPH11242988A (en) Carbonic heating element
JP2001110553A (en) DENSE SiC HEATER AND MANUFACTURING PROCEDURE FOR IT
KR101779254B1 (en) Method for fabricating heating element with carbon coils and heat transfer system