JP2602802B2 - ２珪化モリブデン系発熱体に使用する端子部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２珪化モリブデン系発熱
体の端子材、詳しくは成形後の乾燥工程が短縮され、乾
燥時の水分の除去が容易で、クラックの発生しにくい形
状を有する端子材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】２珪化モリブデンは、非酸化物中最も優
れた耐酸化性を有し、高温下での高強度、耐食性、そし
て導電性を併せもつことから、発熱体として周知であ
る。従来本発熱体は３mm径、４mm径、６mm径、９mm径の
各々の丸棒状素材をＵ字形状に加工し、本発熱部分に各
々２倍径（断面積４倍／抵抗は発熱部の１／４）の端子
材を突合せ、通電加圧溶接により接合し、端子導通部分
にアルミ溶射皮膜を施し最終製品としており、発熱体及
び端子材は、原料粉と有機バインダーとを混練してなる
混練物を原料として成形されている。

【０００３】然しながら、発熱体６mm径、９mm径に夫々
対応している１２mm径、１８mm径の端子材を作成するの
に使用する押出成型体（以下グリーンと記す）は夫々１
５mm径、２2.５mm径を有し、その乾燥において断面での
水分分布が不均一になり、中心部の水分除去が極めて困
難である。

【０００４】原料粉と有機バインダーとを混練してなる
混練物によって成形されたグリーンを乾燥するに際し、
断面の水分分布が不均一にならない様、理想的には雰囲
気の湿度を高相対湿度から徐々に低下（例えば相対湿度
８０〜９０％から約１０％に低下）させるとともに、成
形直後のグリーンを前記雰囲気中で室温から徐々に昇温
（例えば６０〜８０℃に昇温）させる方法がある。

【０００５】さらに１０mm以下のグリーン径の場合では
簡便な乾燥方法として、グリーンをビニールシートで覆
って２〜３日放置し、グリーン内部の水分を略一様にし
てからビニールシートを取外し、大気中に２〜３日放置
して予備乾燥する。次に表層部が完全には乾燥せずに中
心部の水分の抜け道が残されている状態にて熱風乾燥を
行う方法がある。

【０００６】然し、１０mm以上のグリーン径の場合、前
者の方法では乾燥に長時間（１８０Hr）必要な上に完全
に水分を除去した良好な乾燥グリーンが得られにくい。
後者の方法では全く良好な乾燥グリーンが得られない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の事情に
鑑みてなされたものであり、短時間で確実に乾燥でき、
欠陥のない健全な乾燥グリーンからえられた６mm径以上
の径を有する２珪化モリブデン発熱体に使用する端子材
を提供することを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するための第１の手段は、端子材グリーンの形状を図１
に示すごとく、従来の丸棒形状の数個所に例えば１mm幅
のスリットを入れ、乾燥を容易にすることである。即ち
中心部から水分移動距離が短かくなる様配慮したもので
ある。実際に端子材として使用する場合の発熱部との溶
接及び電極導通部のクランプ方式等は、従来と何ら変更
なくそのまま適用できる。

【０００９】更に課題を解決するための第２の手段は、
端子材グリーンの形状を図２に示すごとく、従来の丸棒
形状の中心部に例えば１mmの穴を設けたものである。即
ち中心部に穴を設けたことにより、中心付近の乾燥を容
易ならしめることとグリーン密度を向上させ、乾燥時の
収縮クラックを起しにくくする。この形状においても、
実際に端子材として使用する場合、発熱部との溶接及び
電極導通部のクランプ方式は従来と全く変更なく適用で
きる。断面積の減少に伴う抵抗の減少も事実上問題にな
らない範囲である。

【００１０】本発明の製造工程は次の通りである。２珪
化モリブデンを主体とする粉末に、メチルセルロース系
水溶性高分子を結合剤として１〜１０重量％混合する混
合工程と、この混合物に、５〜１５重量％の水を加えて
混練する混練工程と、混練物を約５℃の冷蔵庫内に２４
時間保管し、結合剤の溶け込みを完全なものと（熟成効
果）する養生工程と、この混練物によって、発熱部及び
端子部をそれぞれ所要径の棒状に室温下で冷却しながら
成形する押出し成形工程と、棒状に成形された発熱部及
び端子部を自然乾燥して脱水する乾燥工程と、乾燥後、
水素、窒素、アルゴン及びネオン等の非酸化雰囲気中で
４００〜８００℃にて、発熱部及び端子部の中の結合剤
を分解除去する脱結合剤工程と、結合剤の除去後、同じ
く水素、窒素、アルゴン、真空等の非酸化雰囲気中で１
４００〜１８００℃にて、発熱部及び端子部のそれぞれ
の焼結を行う１次焼成工程と、非酸化雰囲気中で焼成し
た発熱部及び端子部の焼結体を自己通電により、大気雰
囲気中で１５００〜１８００℃にて通電焼結を行う２次
焼成工程と、を含む工程からなる。

【００１１】本発明においては、２珪化モリブデン粉末
に対する結合剤の添加量は比較的に少なく、加熱によっ
て添加量の９０％以上は分解除去される。仮に、微量の
結合剤中の炭素成分が残っても、大気雰囲気中において
自己通電焼結を行う２次焼成工程で、炭酸ガスやガス状
単量体の気体として分解し、最終的には発熱体には殆ど
存在しない。

【００１２】押出し成形により製造した６φ（グリーン
径7.５φ）サイズまでの成形体は、成形体断面の水分分
布は均一で中心部の水分除去は比較的容易なため、乾燥
は前述したビニールシートによる簡便な方法にて良好な
乾燥グリーンを得ることができるが、それ以上の大きさ
の径を有する成形体の乾燥はこの方法では困難である。
そこで、大きな径を有する成形体に対する第１の手段と
して、例えば１５φグリーン成形体の場合、外周より中
心に向かって４mmの位置まで１mm幅のスリットを少なく
とも１個所例えば４〜６個所入れ、中心部からの水分移
動距離が短くなるよう設計する。図１に示すスリット６
個所の場合、最終焼結後の焼結体では断面積は従来丸棒
端子材の８５％相当の断面積となり、従って電気抵抗も
８５％相当の抵抗となる。このスリット入り素材の先端
を先細テーパー状に加工し、６φ発熱部材と溶接すべ
く、先端を同じ６φ断面積となるように研磨加工し、通
電加圧溶接により最終発熱体とした場合、端子の電気抵
抗は発熱部の電気抵抗に対し従来丸棒素材の場合１／４
相当であるのに対し、本スリット入り素材の場合１／3.
４となる。通常端子断面積はジュール熱による加熱を防
ぐため、発熱部断面積の少なくとも２倍以上、好ましく
は３倍以上に設定する必要がある。

【００１３】同様に第二の手段としては１５φグリーン
成形体の中心部に１mmφの穴を設けたものである。この
場合断面積は従来丸棒端子材の９9.６％相当の断面積と
なる。この穴を設けた素材を最終発熱体に使用した場
合、端子の電気抵抗は発熱部の電気抵抗に対し従来丸棒
素材の場合１／４相当であるのに対し、本穴あき素材の
場合１／3.９８となり殆ど変化しない。しかし発熱部と
して通電加圧溶接時に先端を同じ６φ断面積となるよう
に研磨加工し、６φ発熱部と突き合わせる素材加圧面の
電気抵抗は、基本的に等しいことが望ましく、その抵抗
のバラツキの範囲は５％以内の範囲が適切な溶接にとっ
て好ましい（この場合突合せ端子部は６φ丸棒発熱部材
の９８％相当の断面積となり抵抗の差２％）。さらにジ
ュール熱による通電加圧時の突合せ面の塑性流動にて、
中心部の穴が塞がれ、発熱体として使用時に発熱部の熱
が上昇しないことが望ましく、1.５φ以上では完全に穴
が塞がれない。以上の内容から中心部の穴は、1.５φ以
下、もしくは1.０φ以下が好ましい。

【００１４】以下に実施例を示して具体的に本発明を説
明する。本発明の製造法によって、実施例としての２珪
化モリブテン発熱体を次のように得た。この原料粉の性
状は、 原料粉 MoSi₂ −１５％ MoB 理論密度 6.４８ 平均粒子径 1.６７μm 見掛密度 1.４７ｇ／cc 比表面積 1.８ｍ² ／ｇ である。発熱部として直径６mmの棒状焼結体と、端子部
としての直径１２mmの棒状焼結体を製作し、これらの固
有抵抗値の比を概略１：４に設定する。そのため、押出
し直後のグリーン成形物として発熱部が直径7.５mmに、
端子部として図１及び図２に示すような２種類の形状の
直径１５mmの成形金型を選択した。即ち、混合及び混練
工程において、２珪化モリブデンを主体とする粉末に、
高重合メチルセルロースとグリセリンとからなる１〜１
０重量％の結合剤を混合し、更に５〜１５重量％の水を
加えて混練する。混練終了後、混練物を約５℃に設定さ
れた冷蔵庫内に２４時間放置し、材料へのバインダーの
溶け込みを完全なものとする。次に、押出し成形工程で
は、前工程で得られた混練物を用い、前述のように直径
7.５mmで長さ５００mmの棒状の発熱部を製作する。また
端子部として図１又は図２の形状の直径１５mmで長さ２
００mmの棒状に製作する。製作にあたっては、エキスト
ルーダー型の押出し成形機にて室温下で冷却しながら成
形を行い、十分な強度を有する成形物とする。

【００１５】この後、7.５mm及び１５mm成形グリーンを
図３に示す乾燥パターンにて、恒温・恒湿乾燥機により
乾燥を行った。従来の丸棒状形状ものは１８０Hrの長時
間乾燥で良好な乾燥グリーンが得られないが、図１、図
２の形状のものは７０Hrの乾燥で良好な乾燥グリーンが
得られた。

【００１６】本乾燥グリーンを水素、窒素、アルゴン、
及びネオン等の非酸化雰囲気中で４００〜８００℃に
て、成形物中の結合剤を分解除去した。この脱結合剤工
程後、同じく水素、窒素、アルゴン、真空等の非酸化雰
囲気中で１４００〜１８００℃にて、発熱部及び端子部
の成形物の焼結を進めるために１次焼成を行った。この
１次焼成後、最終的に発熱部及び端子部の焼結体を、自
己通電により大気雰囲気中で１５００〜１８００℃に
て、さらに焼結を進め発熱体として最適な焼結体とする
ために２次焼成を行った。

【００１７】この焼成工程に至るまでのパターンを要約
すれば、以下の通りである。 混合工程……原料粉５kgに、メチルセルロース系混合
結合剤３２５ｇと水６５０ｇを加える。 混練工程……連続ニーダー 養生……混練物の冷却養生 温 度 ５℃で２４時間 成形工程……真空押出し成形 乾燥工程……恒温・恒湿乾燥機による図３の乾燥パタ
ーンにより乾燥 脱結合剤 工程……雰囲気 水素ガス 温 度 ４００℃で２時間 １次焼成（カーボンヒーター焼成炉） 工程……雰囲気 真空 温 度 １５００℃で１時間 ２次焼成（自己通電焼成） 工程……雰囲気 大気 温 度 １６００℃で３０秒

【００１８】一方、得られた実施例の２珪化モリブデン
発熱体の性状を確認するため、次のような加工を行っ
た。直系６mmを有した棒状焼結体である発熱部を通電に
より１５００℃以上に加熱し、高温可塑性を利用してＵ
字形に加工する。この両端部を所定の同一長さで切断す
る（２珪化モリブデン発熱体は高温で可塑性を有するた
め、通常Ｕ字形に加工して垂直状態で使用する）。端子
部としての直径１２mmの棒状焼結体は、長手方向の一方
側端部の直径を、発熱部の直径６mmに合致さすべく予め
機械加工しておく。このように加工された発熱部及び端
子部の互いの接合部を、数秒間、通電による加圧溶接で
局部加熱する。十分に可塑性が生じ、約１mmだけクラン
プ電極が移動したところで電流をカットし、発熱部と端
子部を融着した。発熱部と端子部とを融着接合して得ら
れた２珪化モリブデン発熱体としては、端子部に発熱電
力を導入するために、端子先端に電気良導体であるアル
ミニウムを溶射により被覆した導電性接続部が設けられ
ている。

【００１９】本発熱体は発熱体温度として１８００℃の
使用に耐えることができ、使用中の抵抗変化が少なく、
従来の２珪化モリブデン発熱体のように粘土質成分を含
まないため、ガラス成分の結晶化に伴う１４５０℃付近
の変態に伴う脆化温度領域がない。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による２珪
化モリブデン発熱体の製造法は、乾燥工程を容易にした
形状の端子を使用して、従来より短時間で乾燥を行うこ
とができ、乾燥時の欠陥も発生しにくく、品質を向上す
ることができた。さらに発熱体として使用した場合従来
の方式と何ら変更なく使用できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による端子用グリーンの１例を示す縦断
面図である。

【図２】本発明による端子用グリーンの別の例の縦断面
図である。

【図３】実施例に用いた乾燥の乾燥パターンを示すグラ
フ図である。

【符号の説明】

１ 端子グリーン ２ スリット ３ 穴洞

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２珪化モリブデン系焼結体よりなり、発
   熱部と端子部材とを突合わせ溶接してなる発熱体におけ
   る端子部材であって、該端子部材がその外周面に少なく
   とも１つのスリットを有するか、或いは該端子部材の中
   心を貫通する空洞を有することを特徴とする端子部材。
2. 【請求項２】 端子部材の断面の径が１２mm以上である
   請求項１の端子部材。
3. 【請求項３】 ２珪化モリブデン系粉末及びメチルセル
   ロース系水溶性高分子結合剤に水を加えて混練し、成形
   後乾燥、脱結合剤及び焼成してえられた端子部材である
   請求項１の端子部材。