JPH02144874A - 導電性ハニカムセラミックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、温風ヒーター、湯わかし器、ヒーターなどの
熱交換用、さらにはサイリスタ保護抵抗、ダミーロード
などの扁電力用抵抗器として用いられ、特に、６００℃
の高温域まで任意の温度で安定して発熱させることがで
き、セルを更に空冷または水冷によって高電力の負荷小
型化が可能な導電性ハニカムセラミックスに関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来、ハニカム構造体は、その構造上多数の貫通したセ
ルを有し、表面積が大きいため、該セルを通過する気体
、液体、固体等被体への熱伝達効率が高く、熱交換器に
よく利用されている。また材質としては、耐熱性、耐熱
衝撃性耐食性の点からアルミナ、ムライト、ニージェラ
イト、ジルコニアなどのセラシック材が一般に用いられ
、ハニカムセラミックスを形成している。

しかしながら、セルを通過する物体を直接加温する場合
は、上記ハニカムセラミックがいずれも絶縁性材質から
なっているため、ハニカムセラミックス自体を外部から
の熱源により間接的に加熱しなければならず、より熱伝
達効率の向上、装置の小型化をすすめるため、直接通電
かつ発熱可能な導電性ハニカムセラミックスの開発が望
まれている。

現在、導電性ハニカムセラミックスとして利用されてい
るものに、ＰＴＣ材賞からなるハニカムセラミックスが
あり、温風暖房機、衣類乾燥器、ヘアドライヤなどの、
主に温風ヒーター用に利用されている。

上記ＰＴＣ材質は周知のごとくチタン酸バリウムを主成
分とする半導体であり、キュリー点以下の温度では−１
〜−３％／℃の負の抵抗温度特性を示し、キュリー点を
超えると急激に抵抗変化、＋１２〜＋１８％／℃の大き
な正の抵抗温度特性を示すものである。このようにＰＴ
Ｃ材賞は一般に呼ばれるＰＴＣ特性を有しているため、
キュリー点での定温発熱作用があり、温風暖房機などの
ヒーターとして使用されているものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上述のＰＴＣ材質からなるハニカムセラミッ
クスは、微量のＹ％　Ｌａ５Ｓｂｓ　Ｎｂ等の希土類元
素を添加す名ことによってキュリー点を変化させること
ができるものの、キュリー点の高温化については、抵抗
温度特性の劣化にともなう耐電圧の低下、発熱温度での
短寿命などの点から、実用化されているキュリー点、最
高３４０℃程度までであるのが現状である。このことは
、最近の温風ヒーターに対する高発熱量、高電力化、小
型化の要求に十分答えられないという問題点を有してい
る。

また、前記ＰＴＣハニカムセラミックスは、その材質上
、緻密質でなく、素体表面の絶縁性が得られないため水
など導電性のある物体への直接加熱に用いることができ
ないものである。さらに、ＰＴＣ材質が大きな正と負の
抵抗温度特性を兼ね備えた半導体であることから、回路
上印加電圧、抵抗値の任意設定が必要な高電力用抵抗器
には利用できないという欠点も有している。

本発明は上記の問題点を解消させ、６００℃の高温域ま
で安定して発熱させることができ、貫通したセルを空気
、水などが直接通過することによって、ヒーターまたは
抵抗器としてより高電力化、小型化が可能な導電性ハニ
カムセラミックスを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち、本発明の導電性ハニカムセラミックスは多数
の貫通したセルからなるハニカム構造体に於いて、該ハ
ニカム構造体が正の抵抗温度特性をもつ導電性セラミッ
ク体からなり、該導電性セラミック体の材質が、アルミ
ノケイ酸塩とガラス成分を主成分とする耐熱性絶縁材４
０〜９５重量％に、導電材としてのＳｉまたはＰｅ５ｔ
を５〜６０重量％含有してなることを特徴とするもので
ある。

ここで上記アルミノケイ酸塩は、成形性、緻密焼結性、
安価な点から木節粘土、蛙目粘土、カオリン、陶石、長
石、ベントナイトなどの粘土質材料が主に用いられる。

またガラス成分としては、上記アルミノケイ酸塩の焼結
性をさらに向上させるため添加されるものであるが、ガ
ラス作業点が焼結温度に近いこと、熱膨張係数が小さい
ことなどの条件からホウケイ酸ガラスなど硬質ガラスが
用いられる。さらに、上記ガラス成分の配合量は耐熱性
絶縁材全重量に対し任意であるが、好ましくは１０〜５
０重量％である。

一方、導電材として用いられ、正の抵抗温度特性をもつ
ＳｔまたはＦｅＳｉの配合量は、ハニカム構造体全重量
に対して５〜６０重量％配合されるが、５重量％より小
さい場合は、高抵抗で抵抗温度特性が負になるため本発
明の導電性ハニカムセラミックスの機能がそこなわれる
。また６０重量％より多い場合は、焼結性不十分からハ
ニカムセラミックスの機械的強度が実用に十分耐えられ
なくなるものである。

〔作用、構成〕

本発明による導電性ハニカムセラミックスについて図面
を用いて説明する。

第１図は本発明の代表的な抵抗温度特性を示したグラフ
で、第２図は本発明の導電性ハニカムセラミックスの正
面図であり、第３図は一部を切欠いた側面図である。第
４図は本発明のさらに他の斜視図である。

第１図に於いて、本発明品は表面発熱温度６００℃まで
ほぼ一定の正の抵抗温度係数を有し、従来のＰ、Ｔ、Ｃ
，材質品で見られるようなキュリー点前後で抵抗温度係
数が負から正に変わるものではないため６００℃までの
高温域まで、任意の温度で安定して発熱させることがで
きるものである。

また、本発明品は導電材の配合割合を変えることによっ
て比抵抗を１０−１〜１０”Ω備まで任意に変えること
ができ、この範囲にあってはＯ〜＋０、２％／℃と正の
抵抗温度係数をとりうるちのである。

さらに本発明品の材質は熱膨張係数が３０〜５０Ｘ１０
−’／’Ｃと小さく、見掛気孔率１％以下の緻密質から
なるものである。

以上のように、本発明品は発熱量が大きく、高電力負荷
が可能で任意に比抵抗を選べることから、大容量ヒータ
ーとしてだけでなく、高電力用抵抗器としても使用可能
なものである。

また第３図に示すように導電性セラミック体４の表面に
ガラス質絶縁膜５を形成させることにより、空気などの
絶°縁物体だけでなく、水などの非絶縁性物体もセルに
直接通過させ加温することができるものである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面を用いて説明する
。

第２図は本発明である導電性ハニカムセラミックスの正
面図であり、第３図は一部を切欠いた側面図である。

アルミノケイ酸塩として末節粘土６５重量％とガラス成
分として軟化点８５０℃のホウケイ酸ガラス３５重量％
との配合原料７２重量％に対し、導電材としてのＳｉ粉
末２８重量％を添加し、水和捏合後、よく知られた真空
押出し成形機に口金型を取付け、多数のセル１と隔壁２
からなるハニカム構造を成形した。

次に、ハニカム成形品を乾燥後、１１００”０〜１４０
０℃の間で焼成した。さらに、ここで得た焼成品を所定
の長さに切断後、切断面の隔壁２とそれに続く両端側面
にアルミ材を溶射吹き付は電極３を形成した。

このようにして得られた寸法、外径φ４０ｍ、隔壁厚０
．６鶴、ピッチ２．５龍（目開き１．９鶴）、長さ６０
鶴（両端電極巾５鶴）の本発明品は表面発熱温度５００
℃一定とした場合、無風状態で１７０Ｗの発熱量（印加
電力）に対し、セル通風ｉｔｏ、　３　ｒｒｒ／ｎ＋１
ｎ（３０’Ｃ）　＋７）通風状態では２５０Ｗと空冷に
よって約１．５倍に発熱量を増加させることができた。

なお、この空冷（温風）効果は当然のことながら、セル
数を多（し、表面積を大きくするほど、また通風量を多
くするほど向上させることができるものである。

さらに本発明の上記形状品にょる０−３ｎ？　／５ｉｎ
（３０℃）通、風待、表面発熱温度４００’Ｃ〜６００
　’Ｃでの寿命特性を下表に示した。５ｏｏｏ時間経過
で４００℃、５００℃、６００’Ｃのいづれも抵抗変化
率−５％〜＋１０％以内と非常に安定し、十分実用に耐
えうる結果であった。

一方、第４図は本発明品の他の一例を示した斜視図であ
る。

本発明品は乾燥成形品を所定の寸法に切断後、酸化中で
焼成したため、隔壁２断面がガラス質絶縁膜でコートさ
れ、側面に電極３が施されていることから、直接セル内
に水を通し水冷（温水加熱）することができるものであ
る。

ここで本発明品の導電性セラミック体は酸化雰囲気中以
外にＮ２、Ａｒなどの中性雰囲気中でも同一焼成条件で
焼結可能なものである。

また電極取付方法としてはアルミ材以外に黄銅材、二、
ケル材などによる溶射吹付は方法の他、Ａｇ、　Ｐｔ、
　ＡｇＰｄなどの導電ペーストを塗布、焼付は方法を採
用してもよい。

さらに本発明品は外形寸法、セルの形状、大きさ、隔壁
厚み、電極取付位置など自由に選ぶことができ、本実施
例に限定されるものではない。

〔発明の効果〕

以上記したように、本発明に係る導電性ハニカムセラミ
ックスは、ハニカム構造体を直接通電発熱させることが
できるため、空気などのセル通過被体を直接加熱するこ
とができ、熱交換効率が高いものである。さらに本発明
品は、６００℃付近の従来にない高温域まで安定して発
熱させることができるため、空冷または水冷などによっ
て発熱量（消費電力）をより大きくできるものである。

このような、本発明品を用いることによって、従来より
も高発熱量、高電力でより小型な熱交換器が可能となっ
た。特に、温風ヒーター、高電力用抵抗器の分野で非常
に有効といえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の代表的な抵抗温度特性を示すグラフで
、第２図は本発明の導電性ハニカムセラミックスの正面
図である。また第３図は一部切欠いた側面図で、第４図
は本発明のさらに他の斜視図である。 １−・・−セル　　　　２−・・−隔壁３−・・・・−
電極　　　　４−・・−導電性セラミック体５−・・−
・・−ガラス質絶縁膜 特許出願人　　東海高熱工業株式会社 第 図 −３：ｔＰ！！！ ノ４：愕ｉｔ屹ｔテミッＺイ葬 −５：　ｆ”＞スｔｅ徹梗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多数の貫通したセルからなるハニカム構造体に於いて、
   該ハニカム構造体が正の抵抗温度特性をもつ導電性セラ
   ミック体からなり、該導電性セラミック体の材質が、ア
   ルミノケイ酸塩とガラス成分を主成分とする耐熱性絶縁
   材４０〜９５重量％に導電材としてのＳｉまたはＦｅＳ
   ｉを５〜６０重量％含有してなることを特徴とする導電
   性ハニカムセラミックス。