JPH03182086A - 絶縁性に優れたＦｅ―Ｃｒ―Ａｌ系合金発熱体 - 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、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａ　Ｑ系合金よりなる絶縁性に
優れた発熱体に関し、発熱機器、特に小型、軽量の発熱
機器の使用に好適な絶縁性に優れた発熱体に関する。

（従来の技術） Ｆｅ−Ｃｒ−Ａ　Ｑ系合金は、電気比抵抗値が高く、ま
た優れた高温耐酸化性に優れることから発熱材料として
古くから多方面にわたり使用されてきた。

発熱部材として使用される場合、供給電力や目的出力に
あわせ、適当な電気抵抗値をもたせ使用する。他方、発
熱部材各種装置内に収納する場合、装置内の空間、発熱
効率などの点から制限された空間内に収納する必要があ
る。そのため発熱部材の抵抗値を維持しつつ限られた空
間内に収納し、しかも均一に且つ効率良く発熱させるた
めには発熱部材間の絶縁性を考慮にいれる必要があった
。

そこで、従来は、マイカ、石英、アルミナなどの耐熱セ
ラミックスを絶縁材として電熱材料間に配置したり、絶
縁材を用い電熱材料を支持し、電熱材料間に接触がない
ように特別に配置を検討するなどの必要があった。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、絶縁材を使用する場合、発熱部材は発熱
するので、絶縁材はかなりの高温になること、過酷なヒ
ートサイクルにさらされることから、耐熱、耐久性が要
求され、使用可能な材質、その形状等は限定される。ま
た発熱部材間の絶縁を得るためには、部材を絶縁材で被
覆したり、或いは、絶縁材を各接点などの特定の位置に
配置したりする必要があるが、複雑な形状の場合はこれ
らのことが困難である。更に、絶縁材による熱損失があ
り、均一性や発熱効果を悪化させるという問題点があっ
た。

本発明者らは、これらの問題点を解決するため種々検討
した結果、絶縁材を使用することなく、発熱部材自体の
表面に生ずる特殊な表面酸化物の絶縁性を利用できるこ
とを見出し、本発明を完成するに至ったもので、本発明
の目的は、表面に絶縁性を有するＦｅ−Ｃｒ−Ａ　Ｑ系
合金よりなる発熱体を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 即ち、本発明の要旨は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａ　Ｑ系合金より
なる発熱体表面にアルミナウィスカー被膜を設けたこと
を特徴とする絶縁性に優れたＦｅ−Ｃｒ−Ａ　Ｑ系合金
発熱体にある。

即ち、本発明は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａ　Ｑ系合金を大気中で
表面酸化する際、その酸化速度が速く、その形状が特殊
であるアルミナウィスカーを設け、該アルミナウィスカ
ーによりＦｅ−Ｃｒ−Ａ　Ｑ系合金よりなる発熱部材間
の絶縁性を得るのである。

次に本発明の詳細な説明する。

本発明で使用するＦｅ−Ｃｒ−Ａ　Ｑ系合金の各成分割
合は、現在電熱材料として使用されているものであれば
何れでもよく、例えば、Ｃｒ：１０〜３０ｗｔ％、Ａ悲
：２．５〜８ｗｔ％、残部Ｆｅ、及び不可避的な不純物
、或いは必要に応じ、他の成分を含んでいてもよい。

Ｆｅ−Ｃｒ−Ａα系合金表面上に設けられるアルミナウ
ィスカーは、該合金を９００℃付近の大気酸化させた際
に生成する酸化物のうち、針状結晶を有する表面酸化物
である。

アルミナウィスカーを均一に効率よく生成させる方法に
ついては、既にい（つかの報告があるが、その方法につ
いて問うものでなく、何れの方法でもよく限定されるも
のではない。

アルミナウィスカーは、アルミナであるため絶縁抵抗は
高く、又大気酸化で表面に形成されるため、複雑な形状
のものであっても、均一に表面に生成し、発熱部材間の
絶縁性を確保できる。

（作用） 一般に、絶縁性はその絶縁物質の絶縁抵抗がどの程度で
あるかということが問題である。ところで、アルミナウ
ィスカーは完全なアルミニウムの酸化物であるため高い
絶縁抵抗を持ち、又高温においても化学的に安定なので
、高温下でも高い絶縁抵抗値を保持し、優れた絶縁性を
有する。

また、優れた絶縁体であるためには、どの程度の電圧ま
で耐えうることができるかという絶縁強度が問題である
。基本的にはアルミナは、絶縁強度の点で他の物質に比
べ優れるものであるが、般に絶縁破壊に至る電圧、絶縁
破壊電圧は、絶縁物の厚さによる。この点に関し、アル
ミナウィスカーは、母材表面にほぼ垂直な方向に伸びた
針状結晶であるため同じ体積あたりの他のアルミナ結晶
に比べ見かけ上の厚さが厚くなり、絶縁破壊電圧は大と
なる。

又、一般に、表面酸化物の厚さは、酸化の処理時間の平
方根に比例し厚くなるものであるが、アルミナウィスカ
ーも例外でなく、加えてその酸化速度が同じＦｅ−Ｃｒ
−Ａ　Ｑ系合金に生成するアルミナウィスカーでない他
の表面酸化物の場合に比べて非常に速いため、同一酸化
処理時間であっても、他のアルミナ表面酸化物に比べ酸
化物層が厚くなる。

このように、アルミナウィスカーは、その形状及び生成
速度のため、絶縁破壊電圧が高く、絶縁強度が太きい。

また、アルミナウィスカーは母合金との密着性が良く、
過酷なヒートショックなどにも耐え、耐久性に優れる。

本発明では、アルミナウィスカーの上記の特性を利用す
るのである。

また、本発明において、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａ　Ｑ系合金表面
に設けるアルミナウィスカー被膜の厚さは、接触点にか
かる電圧即ち必要とされる絶縁破壊電圧により処理時間
を設定することによって、適宜に定めることができる。

次に、実施例をもって本発明を説明する。

実施例において、絶縁破壊電圧は、第１図の装置を用い
、両極の間に試験片を設置し、徐々に試験片に電圧を加
えていき、回路に導通のあった時点の電圧を測定し、こ
れを絶縁破壊電圧とした。

実施例１ Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａ　Ｑ−フェライト系ステンレス鋼
の５０４Ｚ　Ｉｎの冷間圧延箔を９００℃×１分、２Ｘ
　１０−’Ｔｏｒｒ真空雰囲気で加熱し、その後９００
℃大気雰囲気中で酸化させ、その表面にアルミナウィス
カーを生成させた。９００℃大気雰囲気中での酸化処理
時間を２，４゜８．１６峙間とし、それぞれ絶縁破壊の
起こる電圧Ａ＋＋＋定した。

比較例として、冷間圧延のままの状態で同様の大気雰囲
気中酸化処理を施したウィスカー未生戒のものを用意し
、絶縁破壊電圧を測定した。

その結果を第２図に示す。第２図は、酸化処理時間と絶
縁破壊電圧との関係を示した図であって、この図よりウ
ィスカーの絶縁破壊電圧を処理＋６ｈｒで１００Ｖと高
く、絶縁性に優れることがわかる。

実施例２ Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａ　Ｑ−フェライト系ステンレス鋼
の直径１．０ＩＩＩＩｎの　線に９００’ＣＸＩ分、２
　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ真空雰囲気で加熱し、その後９
００℃大気雰囲気中で３２時間酸化させ、その表面にア
ルミナウィスカーを生成させた。

このアルミナウィスカーを有する細線の長さ２．３ｍを
第３図のように内径５．０ｍｍ（肉厚１．Ｏｍｍ）、長
さ１００ｍｍの石英管に螺旋状に挿入し、ヒーターを作
成した。この時の初期直流抵抗値は１１．８Ωであった
。

このヒーターに最高１００ｖまで通電し、発熱させヒー
ターの表面温度を測定したところ、第４図のような良好
な発熱結果を得た。又、このときの抵抗値変化を第５図
に示すが、温度上昇に伴う抵抗値変化以外は観察されず
、絶縁破壊による部材間の短絡はなかった。

（発明の効果） 以上のように、本発明では酸化処理で表面に形成された
アルミナウィスカーにより、絶縁材を用いることなく　
Ｆｅ−Ｃｒ−Ａ　Ｑ系合金の絶縁性を確保することがで
きる。そのため、次のような利点を有する。

本絶縁材による熱損失がなく、発熱効果が高い本絶縁材
の配置等による寸法の制限、寸法の変化がほとんどない 家絶縁性強度、即ち絶縁破壊電圧をアルミナウィスカー
被膜厚を処理時間により、任意に設定することができる したがって、本発明にかかる表面にアルミナウィスカー
被膜を設けたＦｅ−Ｃｒ−Ａ　Ｑ系合金よりなる発熱体
は、エネルギー密度が高く、発熱効率の優れた小型軽量
の発熱機器用の発熱部材として優れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかるアルミナウィスカーの絶縁抵
抗を測定するための装置、第２図は、実施例１における
アルミナウィスカーの酸化処理時間と絶縁破壊電圧の関
係を示す図、第３図は、実施例２において作成したヒー
ターの構成を示し、第４図は、加電圧とヒーターの表面
温度、第５図は、ヒーターの表面温度と抵抗値の関係を
示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．表面にアルミナウイスカー被膜を設けたことを特徴
   とする絶縁性に優れたＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金発熱体。