JP2001015250A - 炭素系発熱体の製造方法 - Google Patents
炭素系発熱体の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 任意の形状・固有抵抗値及び温度係数、特
に、実質的に零に近い温度係数を有する炭素系発熱体の
製造方法を提供する。 【解決手段】 塩素化塩化ビニル樹脂等の樹脂に黒鉛粉
末と窒化硼素を混合し、１７００℃以上１８００℃以下
の温度で焼成する。
に、実質的に零に近い温度係数を有する炭素系発熱体の
製造方法を提供する。 【解決手段】 塩素化塩化ビニル樹脂等の樹脂に黒鉛粉
末と窒化硼素を混合し、１７００℃以上１８００℃以下
の温度で焼成する。
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、形状及び温度係数を有する炭素系
発熱体の製造方法に関する。
な任意の固有抵抗値、形状及び温度係数を有する炭素系
発熱体の製造方法に関する。
【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】
【発明が解決しようとする課題】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。
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】また、一般の炭素発熱体は負の温度係数を
持ち、高温になると常温での抵抗より抵抗値が下がる。
炭素発熱体は通電時に瞬時に目的の温度まで上昇すると
はいえ、この抵抗値の変化率によっては、温度の自動制
御等がやりにくくなる可能性がある。したがって本発明
の目的は、任意の形状、固有抵抗値及び温度係数、特
に、実質的に零に近い温度係数を有する炭素系発熱体の
製造方法を提供することにある。
持ち、高温になると常温での抵抗より抵抗値が下がる。
炭素発熱体は通電時に瞬時に目的の温度まで上昇すると
はいえ、この抵抗値の変化率によっては、温度の自動制
御等がやりにくくなる可能性がある。したがって本発明
の目的は、任意の形状、固有抵抗値及び温度係数、特
に、実質的に零に近い温度係数を有する炭素系発熱体の
製造方法を提供することにある。
【０００５】
【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
物に、金属或いは半金属化合物の一種または二種以上
を、所望の固有抵抗値に応じた割合で混合し、室温での
抵抗値に対する使用温度での抵抗値の割合を抵抗変化率
とするとき、所望の抵抗変化率から決定される温度で焼
成するステップを具備する炭素系発熱体の製造方法が提
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
物に、金属或いは半金属化合物の一種または二種以上
を、所望の固有抵抗値に応じた割合で混合し、室温での
抵抗値に対する使用温度での抵抗値の割合を抵抗変化率
とするとき、所望の抵抗変化率から決定される温度で焼
成するステップを具備する炭素系発熱体の製造方法が提
供される。
【０００６】前記の所望の抵抗変化率から決定される温
度は１７００℃以上１８００℃以下であることが望まし
い。焼成温度が１７００℃未満では、使用時に負の抵抗
変化（減少）を起こし、焼成温度が低いほど使用時に温
度に依存する抵抗値の減少量が大きくなる。１８００℃
を超える焼成温度では、使用時に正の抵抗変化（増加）
を起こし、焼成温度の増加に伴い、使用時に温度に依存
する抵抗値の増加量も大きくなる。前述の定義による抵
抗変化率と焼成温度の関係が予めわかっていれば、目的
に応じて抵抗変化率を焼成温度で調整することが可能と
なり、温度の自動制御等も容易になる。
度は１７００℃以上１８００℃以下であることが望まし
い。焼成温度が１７００℃未満では、使用時に負の抵抗
変化（減少）を起こし、焼成温度が低いほど使用時に温
度に依存する抵抗値の減少量が大きくなる。１８００℃
を超える焼成温度では、使用時に正の抵抗変化（増加）
を起こし、焼成温度の増加に伴い、使用時に温度に依存
する抵抗値の増加量も大きくなる。前述の定義による抵
抗変化率と焼成温度の関係が予めわかっていれば、目的
に応じて抵抗変化率を焼成温度で調整することが可能と
なり、温度の自動制御等も容易になる。
【０００７】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、酸化アルミを使用すること
が好ましく、炭素の持つ優れた特性を堅持するためにも
その使用量は７０重量部以下が好ましい。
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、酸化アルミを使用すること
が好ましく、炭素の持つ優れた特性を堅持するためにも
その使用量は７０重量部以下が好ましい。
【０００８】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く、炭素の
持つ優れた特性を堅持するためにもその使用量は３０重
量部以上が好ましい。
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く、炭素の
持つ優れた特性を堅持するためにもその使用量は３０重
量部以上が好ましい。
【０００９】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。
【００１０】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。このためこれ
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。このためこれ
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を容器
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を容器
を用いることが望ましい。
【００１２】
【実施例】本明細書において、抵抗変化率とは、室温で
の抵抗値に対する使用温度（１２００℃）での抵抗値の
割合（％）と定義する。 （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）３３重量％に天然黒鉛微粉末（日本黒
鉛製 平均粒径５μｍ）１重量％、窒化硼素（信越化学
工業製 平均粒径２μｍ）６６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、ヘ
ンシェルミキサーを用いて分散した後、表面温度を１２
０℃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１×１０-2Pa以下の真空
中で１５００℃で焼成し、丸棒状の炭素系発熱体を得
た。
の抵抗値に対する使用温度（１２００℃）での抵抗値の
割合（％）と定義する。 （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）３３重量％に天然黒鉛微粉末（日本黒
鉛製 平均粒径５μｍ）１重量％、窒化硼素（信越化学
工業製 平均粒径２μｍ）６６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、ヘ
ンシェルミキサーを用いて分散した後、表面温度を１２
０℃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１×１０-2Pa以下の真空
中で１５００℃で焼成し、丸棒状の炭素系発熱体を得
た。
【００１３】得られた炭素系発熱体は直径１．３mmφ、
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、２４×１０-3Ω・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、１２０
０℃での抵抗値は３１．１Ωで、抵抗変化率は約７４％
であった。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。 （実施例２）真空中での焼成温度を１６５０℃にした以
外、実施例１と同様にして、直径１．３mmφ、固有抵抗
１７×１０-3Ω・cmの丸棒状の炭素系発熱体を得た。
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、２４×１０-3Ω・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、１２０
０℃での抵抗値は３１．１Ωで、抵抗変化率は約７４％
であった。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。 （実施例２）真空中での焼成温度を１６５０℃にした以
外、実施例１と同様にして、直径１．３mmφ、固有抵抗
１７×１０-3Ω・cmの丸棒状の炭素系発熱体を得た。
【００１４】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、１２００℃での抵抗値は２７．９Ωで、
抵抗変化率は約７９％であった。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。 （実施例３）真空中での焼成温度を１７００℃にした以
外、実施例１と同様にして、直径１．３mmφ、固有抵抗
１３×１０-3Ω・cmの丸棒状の炭素系発熱体を得た。
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、１２００℃での抵抗値は２７．９Ωで、
抵抗変化率は約７９％であった。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。 （実施例３）真空中での焼成温度を１７００℃にした以
外、実施例１と同様にして、直径１．３mmφ、固有抵抗
１３×１０-3Ω・cmの丸棒状の炭素系発熱体を得た。
【００１５】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、１２００℃での抵抗値は２５．２Ωで、
抵抗変化率は約８６％であった。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。 （実施例４）真空中での焼成温度を１８００℃にした以
外、実施例１と同様にして、直径１．３mmφ、固有抵抗
８×１０-3Ω・cmの丸棒状の炭素系発熱体を得た。
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、１２００℃での抵抗値は２５．２Ωで、
抵抗変化率は約８６％であった。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。 （実施例４）真空中での焼成温度を１８００℃にした以
外、実施例１と同様にして、直径１．３mmφ、固有抵抗
８×１０-3Ω・cmの丸棒状の炭素系発熱体を得た。
【００１６】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、１２００℃での抵抗値は１９．６Ωで、
抵抗変化率は約１０８％であった。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。 （実施例５）真空中での焼成温度を１９００℃にした以
外、実施例１と同様にして、直径１．３mmφ、固有抵抗
７×１０-3Ω・cmの丸棒状の炭素系発熱体を得た。
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、１２００℃での抵抗値は１９．６Ωで、
抵抗変化率は約１０８％であった。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。 （実施例５）真空中での焼成温度を１９００℃にした以
外、実施例１と同様にして、直径１．３mmφ、固有抵抗
７×１０-3Ω・cmの丸棒状の炭素系発熱体を得た。
【００１７】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、１２００℃での抵抗値は１６．２Ωで、
抵抗変化率は約１１５％であった。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。
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、１２００℃での抵抗値は１６．２Ωで、
抵抗変化率は約１１５％であった。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】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、任
意の形状・固有抵抗値及び温度係数、特に、実質的に零
に近い温度係数を有する炭素系発熱体の製造方法が提供
される。
意の形状・固有抵抗値及び温度係数、特に、実質的に零
に近い温度係数を有する炭素系発熱体の製造方法が提供
される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 修 東京都品川区東大井５丁目23番37号 三菱 鉛筆株式会社内 Ｆターム(参考） 3K092 QB14 QB74 VV19
Claims (2)
- 【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に、金属或いは半金属化合物の
一種または二種以上を、所望の固有抵抗値に応じた割合
で混合し、室温での抵抗値に対する使用温度での抵抗値
の割合を抵抗変化率とするとき、所望の抵抗変化率から
決定される温度で焼成するステップを具備することを特
徴とする炭素系発熱体の製造方法。 - 【請求項２】 前記所望の抵抗変化率から決定される温
度は１７００℃以上１８００℃以下である請求項１記載
の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18181799A JP4623778B2 (ja) | 1999-06-28 | 1999-06-28 | 炭素系発熱体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18181799A JP4623778B2 (ja) | 1999-06-28 | 1999-06-28 | 炭素系発熱体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001015250A true JP2001015250A (ja) | 2001-01-19 |
| JP4623778B2 JP4623778B2 (ja) | 2011-02-02 |
Family
ID=16107355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18181799A Expired - Fee Related JP4623778B2 (ja) | 1999-06-28 | 1999-06-28 | 炭素系発熱体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4623778B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002184559A (ja) * | 2000-12-18 | 2002-06-28 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 炭素系発熱体の製造方法 |
| WO2005124471A1 (ja) | 2004-06-16 | 2005-12-29 | Mitsubishi Pencil Co., Ltd. | 定着用ヒータとその製造方法 |
| CN112011268A (zh) * | 2019-05-30 | 2020-12-01 | 贵州火焰山电器股份有限公司 | 一种远红外纳米碳素材料电热涂料 |
-
1999
- 1999-06-28 JP JP18181799A patent/JP4623778B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002184559A (ja) * | 2000-12-18 | 2002-06-28 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 炭素系発熱体の製造方法 |
| WO2005124471A1 (ja) | 2004-06-16 | 2005-12-29 | Mitsubishi Pencil Co., Ltd. | 定着用ヒータとその製造方法 |
| EP1757996A1 (en) * | 2004-06-16 | 2007-02-28 | Mitsubishi Pencil Co., Ltd. | Heater for fixing and method of manufacturing the same |
| JP2010156993A (ja) * | 2004-06-16 | 2010-07-15 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 定着用ヒータとその製造方法 |
| KR101019758B1 (ko) * | 2004-06-16 | 2011-03-04 | 미쓰비시 엔피쯔 가부시키가이샤 | 정착용 히터와 그 제조 방법 |
| US8741429B2 (en) | 2004-06-16 | 2014-06-03 | Mitsubishi Pencil Co., Ltd. | Fixing heater and manufacturing method thereof |
| EP1757996B1 (en) * | 2004-06-16 | 2015-02-18 | MITSUBISHI PENCIL Co., Ltd. | Heater for fixing and method of manufacturing the same |
| CN112011268A (zh) * | 2019-05-30 | 2020-12-01 | 贵州火焰山电器股份有限公司 | 一种远红外纳米碳素材料电热涂料 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4623778B2 (ja) | 2011-02-02 |
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