JP3639998B2 - セラミック発熱体 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガスバーナの点火器等各種燃焼機器の点火用及び加熱に用いるセラミック発熱体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガスバーナの点火用としては、高電圧の火花放電を利用する点火装置が用いられている。
しかしながら、この火花放電を利用した点火装置は点火時に雑音等の電波障害を生じたり、点火に際しても信頼性に欠け、未着火の場合には安全性にも大きな問題があった。そこでこうした問題を解決するために電波障害がなく、短時間の急速昇温が可能な点火器が要望されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
こうした問題点を解決するために、電波障害のない点火器で短時間の急速昇温が可能なセラミック発熱体が提案されている。
一方、セラミック発熱体の中でもＳｉＣ発熱体はすぐれた耐熱性と適当な抵抗値をもち、工業炉用加熱源として幅広く用いられているが、上記の用途の点火器としても各種提案されている。しかし、点火器はその使用上から寸法的に小さいことが必要であるが、他方ＳｉＣは熱伝導率が高く、小型にした場合、非発熱部と金属リード線との接合部の信頼性に問題があった。例えば特公昭５７−９２０３号で提案された小型ヒータは、実質的にＳｉＣからなり、発熱部と非発熱部とを形状的に断面積を変えてある。この方法によれば、発熱部に対し、非発熱部はある程度温度を下げられるが、ガス燃焼炉の点火用等、燃焼ガスに長時間暴露されるような用途では接合部の信頼性が急激に低くなり、問題であった。
また、再結晶ＳｉＣでできたセラミック発熱体は気孔率２０体積％−２７体積％をもつが、該発熱体においては気孔を利用して金属Ｓｉを含浸し、抵抗を下げて非発熱部を形成する方法をとる。この方法によれば、非発熱部の温度は下げられるが、発熱部が多孔質のため酸化劣化が著しく長期の使用には不適であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明はこうした問題点に鑑み、なされたもので、緻密なＳｉＣ発熱体の非発熱部に関し、非発熱部の抵抗を大幅に低くおさえたものである。
すなわち、発熱部と非発熱部とが一体成形されてなるセラミック発熱体において、発熱部が実質的にＳｉＣからなり、非発熱部がＳｉＣとＭｏ，Ｗ，Ｎｂよりなる群から選ばれた金属のホウ化物またはけい化物または炭化物との複合材とからなることを特徴とする。
【０００５】
【作用】
ここで発熱部はＳｉＣであればα，βのいずれでもよいが、気孔率が５体積％以下が望ましい。また、非発熱部をＳｉＣとＭｏ，Ｗ，Ｎｂよりなる群から選ばれた金属のホウ化物またはけい化物または炭化物との複合材としたのは、これらの化合物はいずれも高融点化合物をつくり、ＳｉＣと複合化し焼結するのに適当であるからである。
【０００６】
【実施例】
本発明の実施例で詳細に説明する。
【０００７】
【実施例１】
β−ＳｉＣに対して助剤Ｂ，Ｃを添加した発熱部原料と、非発熱部としてβ−ＳｉＣ７０重量部（助剤としてＢ，Ｃ添加）に対し、ホウ化ニオブ（ＮｂＢ_２）３０重量部とした配合を準備した。これらを一軸加圧プレス内の型に体積比１：１になるよう充填し、加圧成形してＷ５０×Ｌ５０×ｔ５の成形体を得た。
この成形体を窒素中１９００〜１９５０℃で焼結し、それをコの字型に切断加工して発熱体素子とした。次に、発熱体素子の非発熱部の両端に金属リード線をロウ付け接合し、セラミック発熱体とした。セラミック発熱体の形状を図１に示した。この時の発熱部の比抵抗はρ＝１×１０^−１Ωｃｍで、非発熱部の比抵抗はρ＝３×１０^−３Ωｃｍであった。
このセラミック発熱体を１３００℃に通電発熱して接合部の温度を測定した。その結果を図３−▲１▼に示した。
【０００８】
【実施例２】
上記実施例１の発熱部原料と非発熱部としてβ−ＳｉＣ７０重量部に対し、二けい化モリブデン（ＭｏＳｉ_２）３０重量部とした配合を準備した。この時の発熱部の比抵抗はρ＝１×１０^−１Ωｃｍで、非発熱部の比抵抗はρ＝２×１０^−３Ωｃｍ側であった。これらを実施例１と同様の方法でセラミック発熱体を製作した。このセラミック発熱体を１３００℃に通電発熱して接合部の温度を測定した。その結果を図３−▲２▼に示した。
【０００９】
【実施例３】
上記実施例１の発熱部原料と非発熱部としてβ−ＳｉＣ７０重量部に対し、炭化タングステン（ＷＣ）３０重量部とした配合を準備した。これらを実施例１と同様の方法でセラミック発熱体を製作した。この時の発熱部の比抵抗はρ＝１×１０^−１Ωｃｍで、非発熱部の比抵抗はρ＝４×１０^−３Ωｃｍであった。このセラミック発熱体を１３００℃に通電発熱して接合部の温度を測定した。その結果を図３−▲３▼に示した。
【００１０】
【比較例１】
発熱部及び非発熱部ともにβ−ＳｉＣに対して助剤Ｂ，Ｃを添加して、Ｗ５０×Ｌ５０×ｔ５のＳｉＣ焼結体を得た。それを切断加工して非発熱部の断面積が発熱部の断面積より大きくなるようにした。発熱体形状を図２に示した。金属リード線は実施例１と同様にロウ付した。
この時の発熱部、非発熱部の比抵抗は共にρ＝１×１０^−１Ωｃｍであった。このセラミック発熱体を１３００℃に通電発熱して接合部の温度を測定した。その結果を図３−▲６▼に示した。
【００１１】
【比較例２】
β−ＳｉＣのみを出発原料として、Ｗ５０×Ｌ５０×ｔ５のＳｉＣ焼結体を得た。この焼結体は気孔率２０体積％を有していた。非発熱部は、この気孔に金属Ｓｉを含浸することで得られた。図１に示す形状に加工し、発熱体とした。金属リード線は実施例１と同様にロウ付した。この時の発熱部の比抵抗は、ρ＝１×１０^−１Ωｃｍで非発熱部の比抵抗はρ＝１×１０^−２Ωｃｍであった。このセラミック発熱体を１３００℃に通電発熱して接合部の温度を測定した。その結果を図３−▲４▼に示した。
【００１２】
【比較例３】
β−ＳｉＣのみを出発原料として、Ｗ５０×Ｌ５０×ｔ５のＳｉＣ焼結体を得た。この焼結体は気孔率２０体積％を有していた。非発熱部は、この気孔に金属Ｆｅ−Ｓｉを含浸することで得られた。図１に示す形状に加工し、発熱体とした。金属リード線は実施例１と同様にロウ付した。この時の発熱部の比抵抗は、ρ＝１×１０^−１Ωｃｍで非発熱部の比抵抗はρ＝８×１０^−３Ωｃｍあった。このセラミック発熱体を１３００℃に通電発熱して接合部の温度を測定した。その結果を図３−▲５▼に示した。
以上から比較例におけるセラミック発熱体が非発熱部の温度上昇により断線したりして長時間の使用に耐えなかったのに対し、本発明のセラミック発熱体は非発熱部の温度上昇も少なく、長時間安定して使用できることがわかった。
【００１３】
【発明の効果】
本発明のセラミック発熱体はガス点火用として従来にない安全で確実な点火器として使用できる。この点火器を使用すれば、長期間の使用に耐え、メンテナンスを含めた大幅なコスト低減が可能となり、産業上の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるセラミック発熱体の斜視図。
【図２】従来のセラミック発熱体の斜視図。
【図３】セラミック発熱休を１３００℃に通電発熱させたときの接合部の温度を示すグラフ。
【符号の説明】
１発熱部
２非発熱部
３金属リード線
４接合部
５発熱体素子
６セラミック発熱体

Claims (1)

1. 発熱部と非発熱部とが一体成形されてなるセラミック発熱体において、発熱部が実質的にＳｉＣからなり、非発熱部がＳｉＣとＭｏ，Ｗ，Ｎｂよりなる群から選ばれた金属のホウ化物またはけい化物または炭化物との複合材とからなることを特徴とするセラミック発熱体。

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