JPH05234664A

JPH05234664A - 多孔質発熱体

Info

Publication number: JPH05234664A
Application number: JP6102792A
Authority: JP
Inventors: Koichi Imura; 浩一井村; Kenichi Okamoto; 賢一岡本; Zaikiyuu Boku; 在九朴; Akiko Niitsuma; 明子新妻
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1992-02-18
Filing date: 1992-02-18
Publication date: 1993-09-10

Abstract

(57)【要約】【目的】高強度で伝熱効率が優れている多孔質発熱体
を提供する。【構成】ＰＴＣ材料で構成され三次元網目構造をもつ
多孔質発熱体において、気孔率が６０％以上９８％以下
であって、網目構造の開口径が５０μｍを超え５０００
μｍ以下であって、三次元網目構造の骨格に沿った貫通
孔を持たないことを特徴とする多孔質発熱体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はヘアドライヤー、温風
機、衣類乾燥機、食器乾燥機等の家庭用電気製品や各種
産業用装置の加熱手段として好適な発熱体であって、Ｐ
ＴＣ材料で構成され三次元網目構造をもつ多孔質発熱体
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、温風機等に使用されている発熱体
又は定温発熱体は、ハニカム構造や三次元網目構造を持
ちＰＴＣ材料から構成されている。従来の発熱体は高分
子ポリマーにＰＴＣ原料スラリーを付着させ、乾燥及び
焼結することによって製造されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハニカ
ム構造の発熱体の場合には、発熱体内に流通させる気体
と発熱体との接触面積をある程度以上大きくすることが
できない。これは、製造上の都合でハニカム構造をある
程度以上細かく構成することができないからである。こ
のように流通させる気体と発熱体との接触面積が小さい
ため、充分な加熱効率が得られないのである。従って、
流通気体を充分に加熱するには発熱体自体を厚肉大型に
して流路を長くする必要がある。このため、ハニカム型
発熱体はコンパクトで軽量なヒータを作製するのに余り
適していない。

【０００４】一方、三次元網目構造の多孔質発熱体はハ
ニカム型にくらべて接触面積を大きくすることができ
る。しかし、従来の三次元網目型発熱体には、例えば径
が１〜０．０５ｍｍ程度の貫通孔が存在し、強度の面で
マイナスになっている。この貫通孔は発熱体の製造時に
必然的に形成される。すなわち、三次元網目形状の高分
子ポリマーにＰＴＣ原料スラリーを付着させて乾燥焼結
させる過程で、高分子ポリマーが焼失した部分が貫通孔
として残るのである。

【０００５】また、高分子ポリマーを加熱焼失させる時
に、高分子ポリマーの熱膨張や熱分解で発生したガスに
よって焼結体表面に亀裂が生じ易いという不都合もあ
る。

【０００６】このように従来の三次元網目構造の発熱体
は強度の面で様々な問題があった。発熱体自体を小型化
すれば強度的な問題をある程度補うことができるが、そ
のためには開口径をさらに微細にして接触面積を大きく
する必要がある。しかし、このようにすると、製造時に
ＰＴＣ原料スラリーの脱液が難しくなり、三次元網目構
造が目詰まりを起して十分な通気量が得られなくなって
しまう。

【０００７】この発明は、このような従来技術の問題点
を解決し、流通させる気体と発熱体との接触面積を大き
くすることによって伝熱効率を向上することができ、さ
らに高強度である多孔質発熱体を提供することを目的と
している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、ＰＴＣ材料
で構成され三次元網目構造をもつ多孔質発熱体におい
て、気孔率が６０％以上９８％以下であって、網目構造
の開口径が５０μｍを超え５０００μｍ以下であって、
三次元網目構造の骨格に沿った貫通孔を持たないことを
特徴とする多孔質発熱体を要旨としている。

【０００９】

【実施例】本発明による多孔質発熱体の気孔率は６０％
以上９８％以下である。気孔率をこの範囲に限定したの
は、気孔率が６０％未満であると、気体の透過断面積が
小さくなり、加熱効率が悪くなるためである。また、気
孔率が９８％を超えると、三次元網目構造の骨格の太さ
が細くなり、充分な強度が得られない。

【００１０】本発明による多孔質発熱体の網目構造の開
口径は５０μｍを超え５０００μｍ以下である。開口径
をこの範囲に限定したのは、開口径が５０μｍ以下であ
ると、気体の透過抵抗が大きくなりすぎて、充分な通気
量を得ることが困難になるためである。また開口径が５
０００μｍよりも大きい場合には、発熱体の表面積が小
さくなって、流通させる気体との接触面積が充分でなく
なる。そのため充分な熱伝導効率が得られない。開口孔
は、好ましくは６０〜５０００μｍにし、さらに好まし
くは３００〜２０００μｍにする。

【００１１】本発明による多孔質発熱体は三次元網目構
造の骨格に沿った貫通孔を有さない。このような貫通孔
を有さない多孔質発熱体を得るために、本発明による多
孔質発熱体は特別な製造方法で作るものである。すなわ
ち、気孔率が６０％以上９８％以下であり網目構造の開
口径が５０μｍを超え５０００μｍ以下であって三次元
網目構造の骨格に沿った貫通孔を持たない多孔質発熱体
を得るために、ＰＴＣ原料を含む混合物を起泡させ、起
泡状態を維持したままで、これを焼結するのである。こ
のように泡状構造を固定した状態のまま焼結することに
よって骨格に沿った貫通孔を有さない多孔質発熱体が得
られる。三次元網目構造の骨格に沿った貫通孔がない
と、中空の骨格は少ないかまたはほとんどないことにな
る。このため充分な強度を維持しつつ三次元網目構造を
微細に形成し接触面積を大きくすることができるのであ
る。

【００１２】泡状構造の固定化法としては、乾燥や、混
合物中に添加した有機高分子のゲル化、凍結のうち、少
なくとも１つを採用することが望ましい。

【００１３】さらに、泡状構造を固定する際に、ＰＴＣ
混合物の流動性を失わせ固定するまでにいわゆる誘導期
間なるものを設けることが望ましい。

【００１４】三次元網目構造を構成するＰＴＣ材料は、
ＢａＴｉＯ₃を主成分として、これにシフター剤として
ＰｂＯ、半導体化剤としてＬａ，Ｙ，Ｓｂ，Ｎｂ等、特
性改良剤としてＭｎ等及び焼結助剤を添加して焼結した
ものである。

【００１５】充分に安定したＰＴＣ特性を得るために
は、５μｍ以下程度の均一な結晶粒径を持つことが望ま
しく、相対密度で８０〜９５％程度の物が望ましいが、
相対密度は１００％のものでも良い。

【００１６】以下、本発明の多孔質発熱体の製造法をさ
らに詳しく説明する。

【００１７】例えば、ＰＴＣ原料粉と分散媒をバインダ
ー、分散剤、起泡剤のうち少なくとも一つと共に混合し
て原料混合物を調整する。これを攪拌して起泡させた
後、泡状構造を固定化し、成形、焼結して多孔質発熱体
を製造する。

【００１８】バインダーは、乾燥後の成形体強度を増し
作業を容易にするため及び原料混合物の起泡効率を増し
泡の安定化をはかる目的で添加される。

【００１９】分散剤は、分散媒中でＰＴＣ原料粉を分散
して原料混合物の高濃度化を可能にし、成形体での粉体
充填密度を増加する目的で添加される。

【００２０】起泡剤は、原料混合物の起泡性を向上し成
形体の気孔率を増す目的で添加され、また生じた泡を安
定化し、泡状構造が固定される前に、泡が消失しないよ
うに添加される。

【００２１】機械的な攪拌によって起泡させてもよい
し、手動による攪拌により起泡させてもよい。また、ガ
スを生ずる化学反応を利用し起泡する方法、原料混合物
中に気体を導入して細かい気泡を作る方法、加圧して気
体を溶解し減圧により気泡を発生させ起泡する方法、ジ
エチルエーテル等の気化し易い物質を分散し加熱により
気化して気泡を作り起泡する方法もあり、これらの方法
のうち１つもしくは２つ以上を組み合わせて用いること
ができる。

【００２２】泡状構造の固定は、乾燥、ＰＴＣ原料の混
合物に添加した有機高分子のゲル化、凍結のうち少なく
とも１つの方法によって泡を含む系の流動性を失わせて
行なう。そして、望ましくは、この固定化の過程におい
て、適当な誘導期間を設ける。このように誘導期間を設
けることによって、気泡を含有する系が一定期間流動し
た後に固定されることになり、開口径を制御することが
容易になるのである。

【００２３】前記のように泡状構造を固定し成形した
後、成形体を乾燥して、適切な温度で焼結する。そし
て、所定形状に加工し、電極を形成して、多孔質発熱体
が製造される。

【００２４】なお、ＰＴＣ材料とは温度が高くなると抵
抗値が高くなるもので、ある温度まで抵抗値が急激に上
昇する。一般にＢａＴｉＯ₃系のセラミックであり、サ
ーミスタ、自動消磁素子、自己制御型ヒーター等に利用
される材料である。

【００２５】実験例１平均粒径０．５μｍのＰＴＣ原料粉１００重量部に、ポ
リアクリル酸アンモニウム１重量部、イオン交換水５０
重量部、ＰＶＡ２重量部を加えボールミルにて１０時間
混合した。次に、これにステアリン酸アンモニウム１重
量部、アクリル系バインダー５重量部、イオン交換水１
０重量部を混合しながら攪拌機で起泡した。泡が安定し
た後、薄板状に成形し乾燥器で乾燥して起泡状態が固定
化された成形体を得た。

【００２６】この成形体を、空気中１４００℃で０．５
時間焼結して三次元網目構造を持つＰＴＣ多孔体を得
た。このＰＴＣ多孔体は平均開口径６００μｍであり、
平均気孔径２０００μｍ、気孔率７０％、常温での３点
曲げ強度１５Ｍｐａ、キュリー点２００℃であった。

【００２７】この焼結体を直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍに
加工し、両面に銀電極を形成して、５０Ｈｚ、ＡＣ１０
０Ｖにて発熱試験を行ったところ、風量０．３ｍ³／ｍ
ｉｎで３８０Ｗの発熱量が得られた。またこの条件で５
００時間経過した後でも発熱温度の低下がほとんど見ら
れなかった。

【００２８】比較例１実験例１と同じＰＴＣ原料粉１００重量部に、ポリアク
リル酸アンモニウム１重量部、イオン交換水５０重量
部、ＰＶＡ２重量部を加えボールミルにて１０時間混合
し、スラリーを得た。

【００２９】次に、開口径２０００μｍのウレタンフォ
ームをスラリー中に浸漬し充分に脱液した後に乾燥し
た。それらの操作を１０回繰り返し成形体を得た。

【００３０】この成形体を１４００℃で０．５時間焼結
したところ、得られた三次元網目構造を持つＰＴＣ多孔
体は、平均開口径１２００μｍであり、気孔率８５％、
常温での３点曲げ強度１．０Ｍｐａであり、非常に低強
度であった。このように低強度である原因は三次元網目
構造の骨格に沿った貫通穴が存在するからである。

【００３１】比較例２実験例１と同じＰＴＣ原料粉を用い、押出し成形でハニ
カム成形体を作製した。この成形体を、１４００℃で
０．５時間焼結してハニカム状焼結体を得た。このハニ
カムの開口径は８００μｍであった。

【００３２】この焼結体を直径５０ｍｍ、厚さ８ｍｍに
加工し、両面に銀電極を形成して、５０Ｈｚ、ＡＣ１０
０Ｖにて発熱試験を行ったところ、風量０．３ｍ³／ｍ
ｉｎで３７０Ｗの発熱量が得られた。なお、前述の実験
例１では同径で厚さ３ｍｍの発熱体によってこれと同等
の発熱量が得られた。

【００３３】以上のように、本発明の多孔質定温発熱体
は、実用に供するに充分な強度を持ち、さらに、ハニカ
ム状発熱体と比較して小さな素子サイズで、同等の発熱
量を得ることができることは明らかである。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明の多孔質発熱
体によれば、高強度、コンパクトでかつ発熱量の大きな
気体加熱用のヒーターを得ることができる。

【００３５】また、本発明の多孔質発熱体は簡単かつ安
価に製造することができる。 ◆

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者新妻明子神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＰＴＣ材料で構成され三次元網目構造を
もつ多孔質発熱体において、気孔率が６０％以上９８％
以下であって、網目構造の開口径が５０μｍを超え５０
００μｍ以下であって、三次元網目構造の骨格に沿った
貫通孔を持たないことを特徴とする多孔質発熱体。