JPH0760730B2 - セラミック製ヒーター - Google Patents
セラミック製ヒーターInfo
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- JPH0760730B2 JPH0760730B2 JP20790091A JP20790091A JPH0760730B2 JP H0760730 B2 JPH0760730 B2 JP H0760730B2 JP 20790091 A JP20790091 A JP 20790091A JP 20790091 A JP20790091 A JP 20790091A JP H0760730 B2 JPH0760730 B2 JP H0760730B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、暖房、乾燥、調理等
の比較的低温域での加熱用電源として利用されるヒータ
ーで、特に、物理的、化学的に優れているだけでなく、
耐熱性、強度、経済性などヒーターとして具備すべき諸
条件においても、金属製材料よりも優れた炭化けい素
（ＳｉＣ）を発熱体材料として使用するセラミック製ヒ
ーターに関するものである。
の比較的低温域での加熱用電源として利用されるヒータ
ーで、特に、物理的、化学的に優れているだけでなく、
耐熱性、強度、経済性などヒーターとして具備すべき諸
条件においても、金属製材料よりも優れた炭化けい素
（ＳｉＣ）を発熱体材料として使用するセラミック製ヒ
ーターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＳｉＣ単体を発熱体材料とするセラミッ
ク製ヒーターの使用される温度範囲は約９００〜１６０
０°Ｃであり、従来のこの種のセラミック製ヒーター
は、一般工業用加熱の熱源として多く使用されていた。
ク製ヒーターの使用される温度範囲は約９００〜１６０
０°Ｃであり、従来のこの種のセラミック製ヒーター
は、一般工業用加熱の熱源として多く使用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＳｉＣ発熱体は、ニク
ロム線等の主として低温域での発熱体材料として古くか
ら使用されてきた金属材料に比較して、既述のように、
ヒーターとしての諸条件において優れているにも拘わら
ず、一般工業用加熱の熱源などの比較的狭い温度範囲で
の用途に制約されていた。その主たる原因は、ＳｉＣ発
熱体の電気的特性、つまり、温度抵抗特性にある。即
ち、ＳｉＣ発熱体の電気抵抗は温度依存性が強い。図６
はＳｉＣ発熱体の温度抵抗特性図を示し、同図から明ら
かなように、４００°Ｃ付近を境にして、それ以下の低
温域では負特性、それ以上の高温域では正特性を持って
いる。従って、暖房、乾燥、調理などのように、比較
的、低温域で使用される場合は、温度の上昇に伴い電気
抵抗が急激に小さくなるために、発熱量をほぼ一定に保
持するためには、電圧や電流の制御系が必要となり、ヒ
ーター全体としてのコストアップの原因となっている。
ロム線等の主として低温域での発熱体材料として古くか
ら使用されてきた金属材料に比較して、既述のように、
ヒーターとしての諸条件において優れているにも拘わら
ず、一般工業用加熱の熱源などの比較的狭い温度範囲で
の用途に制約されていた。その主たる原因は、ＳｉＣ発
熱体の電気的特性、つまり、温度抵抗特性にある。即
ち、ＳｉＣ発熱体の電気抵抗は温度依存性が強い。図６
はＳｉＣ発熱体の温度抵抗特性図を示し、同図から明ら
かなように、４００°Ｃ付近を境にして、それ以下の低
温域では負特性、それ以上の高温域では正特性を持って
いる。従って、暖房、乾燥、調理などのように、比較
的、低温域で使用される場合は、温度の上昇に伴い電気
抵抗が急激に小さくなるために、発熱量をほぼ一定に保
持するためには、電圧や電流の制御系が必要となり、ヒ
ーター全体としてのコストアップの原因となっている。
【０００４】この点に着目して、本出願人は、多孔質Ｓ
ｉＣ焼結体に、それの温度抵抗をほぼ一定にする所定量
のニッケル化合物を含有させて、温度抵抗特性の負特性
を消失させるようにしたものを既に提案している。しか
し、このニッケル化合物を添加しただけでは、５００°
Ｃ以上での特性が負性抵抗となり、高温域での使用につ
いて改善の余地が残されていた。
ｉＣ焼結体に、それの温度抵抗をほぼ一定にする所定量
のニッケル化合物を含有させて、温度抵抗特性の負特性
を消失させるようにしたものを既に提案している。しか
し、このニッケル化合物を添加しただけでは、５００°
Ｃ以上での特性が負性抵抗となり、高温域での使用につ
いて改善の余地が残されていた。
【０００５】この発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、電気抵抗の温度依存性を解消して、暖房等の低温域
での使用に際しても、電圧や電流の制御系を不要にで
き、かつ急速昇温を可能にし、しかも高温域での温度抵
抗特性にも優れたセラミック製ヒーターを提供すること
を目的としている。
で、電気抵抗の温度依存性を解消して、暖房等の低温域
での使用に際しても、電圧や電流の制御系を不要にで
き、かつ急速昇温を可能にし、しかも高温域での温度抵
抗特性にも優れたセラミック製ヒーターを提供すること
を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に係るセラミック製ヒーターは、多孔質Ｓ
ｉＣ焼結体に、それの温度抵抗特性をほぼ一定にする所
定量のニッケル（Ｎｉ）化合物、および第２成分として
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏから選ばれた遷移金属化
合物を含有させたものである。
に、この発明に係るセラミック製ヒーターは、多孔質Ｓ
ｉＣ焼結体に、それの温度抵抗特性をほぼ一定にする所
定量のニッケル（Ｎｉ）化合物、および第２成分として
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏから選ばれた遷移金属化
合物を含有させたものである。
【０００７】上記ニッケル化合物を３〜２０重量％、好
ましくは５〜１０重量％に、また、第２成分として遷移
金属化合物を３〜１０重量％、好ましくは５〜１０重量
％に設定するのが好ましい。
ましくは５〜１０重量％に、また、第２成分として遷移
金属化合物を３〜１０重量％、好ましくは５〜１０重量
％に設定するのが好ましい。
【０００８】
【作用】この発明によれば、第１成分として、Ｎｉ化合
物を含有させることにより、ＳｉＣ単体の場合にみられ
る温度抵抗特性の負特性を消失させて、低温域での使用
に際して、電圧や電流の制御系を用いなくとも、温度変
化にかかわらず、ほぼ一定の電気抵抗が保たれる。この
ような特性のニッケル化合物の他に、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍ
ｎ，Ｆｅ，Ｃｏから選ばれた遷移金属化合物を第２成分
として添加することによって、８００〜９００°Ｃの高
温まで抵抗値を一定にして、ヒーターの汎用性の拡大を
図ることができる。
物を含有させることにより、ＳｉＣ単体の場合にみられ
る温度抵抗特性の負特性を消失させて、低温域での使用
に際して、電圧や電流の制御系を用いなくとも、温度変
化にかかわらず、ほぼ一定の電気抵抗が保たれる。この
ような特性のニッケル化合物の他に、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍ
ｎ，Ｆｅ，Ｃｏから選ばれた遷移金属化合物を第２成分
として添加することによって、８００〜９００°Ｃの高
温まで抵抗値を一定にして、ヒーターの汎用性の拡大を
図ることができる。
【０００９】特に、上記ニッケル化合物および遷移金属
化合物の含有量を特定することにより、広い温度領域に
わたる優れた温度抵抗特性の実現が確実になる。
化合物の含有量を特定することにより、広い温度領域に
わたる優れた温度抵抗特性の実現が確実になる。
【００１０】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１は棒型ヒーターの概略構成図を示し、この
棒型ヒーターは、発熱部１の両端にメタリコン部２Ａ，
２Ａを含む冷端部２，２を設けたもので、その冷端部
２，２は金属シリコンの含浸により電気抵抗を下げてい
る。上記のような棒型ヒーターの発熱体材料として、こ
の発明では、多孔質ＳｉＣ焼結体に、３重量％〜２０重
量％の範囲のＮｉ化合物ならびにＴｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆ
ｅ，Ｃｏから選ばれた遷移金属化合物を含有させたもの
である。尚、上記Ｎｉ化合物としては、ＮｉＯやＮｉＣ
Ｏ3 が挙げられる。
明する。図１は棒型ヒーターの概略構成図を示し、この
棒型ヒーターは、発熱部１の両端にメタリコン部２Ａ，
２Ａを含む冷端部２，２を設けたもので、その冷端部
２，２は金属シリコンの含浸により電気抵抗を下げてい
る。上記のような棒型ヒーターの発熱体材料として、こ
の発明では、多孔質ＳｉＣ焼結体に、３重量％〜２０重
量％の範囲のＮｉ化合物ならびにＴｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆ
ｅ，Ｃｏから選ばれた遷移金属化合物を含有させたもの
である。尚、上記Ｎｉ化合物としては、ＮｉＯやＮｉＣ
Ｏ3 が挙げられる。
【００１１】次に、本発明者が行なった実験例について
説明する。純度が９７％以上の高純度のＳｉＣの粉末
（ＧＣ８０００）７０〜９４重量％に、第１成分として
のＮｉＯもしくはＮｉＣＯ3 粉末（試薬１級）を３〜２
０重量％、第２成分としてのＴｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｍｎ，
Ｆｅから選ばれた遷移金属化合物を３〜１０重量％、そ
れぞれ添加し、さらに、成形助材としてポリエチレング
リコール＃４０００（３部）およびメタノール溶剤とし
てステアリン酸（１部）を添加し、ボールミルで混合し
た後、スプレードライヤーで乾燥造粒する。このように
して得られた造粒粉を金型にとり、１０００〜２０００
ｋｇ／ｃｍ2の面圧を加えて、５×５×５０リットルの
角柱を成形した後、これを真空焼成炉にセットし、１５
００°Ｃまでは１０-1〜１０-2Ｔｏｒｒ下で焼成し、つ
づいて、アルゴンガス（大気圧）下で２０００°Ｃまで
昇温し、１時間保持して焼成を完了する。その後、自然
冷却して電気抵抗測定用試料を得る。
説明する。純度が９７％以上の高純度のＳｉＣの粉末
（ＧＣ８０００）７０〜９４重量％に、第１成分として
のＮｉＯもしくはＮｉＣＯ3 粉末（試薬１級）を３〜２
０重量％、第２成分としてのＴｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｍｎ，
Ｆｅから選ばれた遷移金属化合物を３〜１０重量％、そ
れぞれ添加し、さらに、成形助材としてポリエチレング
リコール＃４０００（３部）およびメタノール溶剤とし
てステアリン酸（１部）を添加し、ボールミルで混合し
た後、スプレードライヤーで乾燥造粒する。このように
して得られた造粒粉を金型にとり、１０００〜２０００
ｋｇ／ｃｍ2の面圧を加えて、５×５×５０リットルの
角柱を成形した後、これを真空焼成炉にセットし、１５
００°Ｃまでは１０-1〜１０-2Ｔｏｒｒ下で焼成し、つ
づいて、アルゴンガス（大気圧）下で２０００°Ｃまで
昇温し、１時間保持して焼成を完了する。その後、自然
冷却して電気抵抗測定用試料を得る。
【００１２】上記のようにして得られた試料は、ＳｉＣ
の密度が２．０ｇ／ｃｍ3 、気孔率が３５〜４０％、平
均的気孔径が約２μｍであり、ほとんど収縮が認められ
なかったが、粒子はネッキングしており、曲げ強度も８
〜１５ｋｇ／ｍｍ2 で、気孔率３５％〜４０％の多孔質
であっても、比較的高強度の焼結体が得られた。上記Ｓ
ｉＣにＣｏなどの遷移金属化合物を添加することによ
り、ＳｉＣの粒界表面に上記遷移金属が反応してＳｉ化
合物となり、この結果、抵抗が一定となる。また、この
遷移金属は、比較的融点が高いが、なかでも温度による
抵抗変化が起こりにくいように、融点が１０００°Ｃ以
上のものから選ぶのがよい。
の密度が２．０ｇ／ｃｍ3 、気孔率が３５〜４０％、平
均的気孔径が約２μｍであり、ほとんど収縮が認められ
なかったが、粒子はネッキングしており、曲げ強度も８
〜１５ｋｇ／ｍｍ2 で、気孔率３５％〜４０％の多孔質
であっても、比較的高強度の焼結体が得られた。上記Ｓ
ｉＣにＣｏなどの遷移金属化合物を添加することによ
り、ＳｉＣの粒界表面に上記遷移金属が反応してＳｉ化
合物となり、この結果、抵抗が一定となる。また、この
遷移金属は、比較的融点が高いが、なかでも温度による
抵抗変化が起こりにくいように、融点が１０００°Ｃ以
上のものから選ぶのがよい。
【００１３】次に、上記焼結体試料の両端にＡｇペース
トで０．１φの白金線を焼き付け、恒温炉中にセット
し、常温〜８００°Ｃでの抵抗を２点法により測定し
た。その結果を図２に表で示し、各特性を図３〜図５に
示す。図２の表ならびに図３の特性図から明らかなよう
に、ＮｉＯの添加量が３重量％以上のものにおいて、５
００°Ｃまでは抵抗の不変性が認められ、ＳｉＣ単体の
場合の負特性が完全に消失していることが確認できた。
トで０．１φの白金線を焼き付け、恒温炉中にセット
し、常温〜８００°Ｃでの抵抗を２点法により測定し
た。その結果を図２に表で示し、各特性を図３〜図５に
示す。図２の表ならびに図３の特性図から明らかなよう
に、ＮｉＯの添加量が３重量％以上のものにおいて、５
００°Ｃまでは抵抗の不変性が認められ、ＳｉＣ単体の
場合の負特性が完全に消失していることが確認できた。
【００１４】なお、ＮｉＯの添加量が１重量％未満の場
合では、負特性の消失効果がほとんどなく、３重量％未
満〜１重量％の場合では、負特性の消失効果を有するも
のの、抵抗が高すぎてヒーターとして好ましくない。ま
た、１０重量％〜２０重量％の場合は、負特性の消失効
果を有するものの、必要な発熱量を得るための抵抗とし
て十分でない。また、ＮｉＯ単独の場合、５００°Ｃを
越えると、抵抗は負特性を示しているが、ＭｎＯ2 ，Ｆ
ｅ2 Ｏ3，ＣｏＯをそれぞれ第２成分として５％添加し
たものでは、抵抗が５００°Ｃを越えて８００°Ｃまで
はほぼ一定となった。とくに、Ｃｒ2 Ｏ3 およびＣｏＯ
を添加したものは、抵抗変化率が小さく、ヒーターとし
て好ましい結果が得られた。これは、Ｃｏなどの金属元
素が粒子境界に入り易く、低温での伝導性が改良される
ことによる。しかし、図２および図４に示すように、第
２成分の添加量を１０重量％まで増やすと、再び高温に
おいて、負の温度抵抗特性となり、ヒーターとして好ま
しくない結果となった。第２成分がＦｅＯ3 のもので
は、１０重量％まで増やしても、高温での抵抗が安定し
ているが、熱サイクルで抵抗が変化し、不安定になるお
それがある。
合では、負特性の消失効果がほとんどなく、３重量％未
満〜１重量％の場合では、負特性の消失効果を有するも
のの、抵抗が高すぎてヒーターとして好ましくない。ま
た、１０重量％〜２０重量％の場合は、負特性の消失効
果を有するものの、必要な発熱量を得るための抵抗とし
て十分でない。また、ＮｉＯ単独の場合、５００°Ｃを
越えると、抵抗は負特性を示しているが、ＭｎＯ2 ，Ｆ
ｅ2 Ｏ3，ＣｏＯをそれぞれ第２成分として５％添加し
たものでは、抵抗が５００°Ｃを越えて８００°Ｃまで
はほぼ一定となった。とくに、Ｃｒ2 Ｏ3 およびＣｏＯ
を添加したものは、抵抗変化率が小さく、ヒーターとし
て好ましい結果が得られた。これは、Ｃｏなどの金属元
素が粒子境界に入り易く、低温での伝導性が改良される
ことによる。しかし、図２および図４に示すように、第
２成分の添加量を１０重量％まで増やすと、再び高温に
おいて、負の温度抵抗特性となり、ヒーターとして好ま
しくない結果となった。第２成分がＦｅＯ3 のもので
は、１０重量％まで増やしても、高温での抵抗が安定し
ているが、熱サイクルで抵抗が変化し、不安定になるお
それがある。
【００１５】以上の実験結果から総合的に判断すると、
この発明に係るセラミック製ヒーターにおけるＮｉ化合
物の含有量は、３〜２０重量％で、好ましくは５〜１０
重量％の範囲が適当であり、また、第２成分として遷移
金属化合物の含有量は、３〜１０重量％で、好ましくは
５〜１０重量％の範囲が適当であると言える。
この発明に係るセラミック製ヒーターにおけるＮｉ化合
物の含有量は、３〜２０重量％で、好ましくは５〜１０
重量％の範囲が適当であり、また、第２成分として遷移
金属化合物の含有量は、３〜１０重量％で、好ましくは
５〜１０重量％の範囲が適当であると言える。
【００１６】上記ヒーターに直接通電してＲＴ→８００
°Ｃまで急速昇温させた場合、従来のものでは、１ＫＷ
を投入するとして、２０〜３０分はかかっていたが、こ
の実施例のものでは、５分程度に短縮された。
°Ｃまで急速昇温させた場合、従来のものでは、１ＫＷ
を投入するとして、２０〜３０分はかかっていたが、こ
の実施例のものでは、５分程度に短縮された。
【００１７】尚、上記実施例では、棒型（ＪＩＳ第２
種）のヒーターに適用したものを示したが、これ以外に
も、板型、柄付型、割型、ヘアピン型、三相型、スパイ
ラル型、コの字型など電気回路的に可能なものであれ
ば、どのような形状のヒーターに適用しても良い。
種）のヒーターに適用したものを示したが、これ以外に
も、板型、柄付型、割型、ヘアピン型、三相型、スパイ
ラル型、コの字型など電気回路的に可能なものであれ
ば、どのような形状のヒーターに適用しても良い。
【００１８】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、多孔
質ＳｉＣ焼結体に所定量のＮｉ化合物、および第２成分
としてＴｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏから選ばれた遷移
金属化合物を含有させたので、ＳｉＣ単体の場合にみら
れる温度抵抗特性の低温域での負特性を消失させること
ができ、暖房、乾燥、調理などの比較的低温で使用され
る場合の発熱量を、電圧や電流の制御系を用いることな
く、ほぼ一定に保持することができるばかりでなく、５
００°Ｃを越える高温域においての抵抗の減少が抑制さ
れて広範囲に温度抵抗特性を一定にすることができる。
したがって、急速昇温を高い加熱効率の下で実現でき、
かつ汎用性の拡大を図り得る。
質ＳｉＣ焼結体に所定量のＮｉ化合物、および第２成分
としてＴｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏから選ばれた遷移
金属化合物を含有させたので、ＳｉＣ単体の場合にみら
れる温度抵抗特性の低温域での負特性を消失させること
ができ、暖房、乾燥、調理などの比較的低温で使用され
る場合の発熱量を、電圧や電流の制御系を用いることな
く、ほぼ一定に保持することができるばかりでなく、５
００°Ｃを越える高温域においての抵抗の減少が抑制さ
れて広範囲に温度抵抗特性を一定にすることができる。
したがって、急速昇温を高い加熱効率の下で実現でき、
かつ汎用性の拡大を図り得る。
【００１９】また、請求項２によれば、Ｎｉ化合物と遷
移金属化合物の各含有量を特定したことにより、好適な
温度抵抗特性のヒーターを確実に得ることができる。
移金属化合物の各含有量を特定したことにより、好適な
温度抵抗特性のヒーターを確実に得ることができる。
【図１】この発明の実施例による棒型のセラミック製ヒ
ーターの概略構成図である。
ーターの概略構成図である。
【図２】この発明におけるセラミック製ヒーターの添加
剤による抵抗特性を表にして示した図である。
剤による抵抗特性を表にして示した図である。
【図３】遷移金属化合物の一成分系の添加による抵抗温
度特性を示す図である。
度特性を示す図である。
【図４】二成分添加系での抵抗温度特性を示す図であ
る。
る。
【図５】含有量を異ならせた二成分添加系での抵抗温度
特性を示す図である。
特性を示す図である。
【図６】ＳｉＣ単体の場合の温度抵抗特性図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 多孔質炭化けい素焼結体に、それの温度
抵抗特性をほぼ一定にする所定量のニッケル化合物、お
よび第２成分としてＴｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏから
選ばれた遷移金属化合物を含有させてなるセラミック製
ヒーター。 - 【請求項２】 ニッケル化合物を３〜２０重量％、好ま
しくは５〜１０重量％に設定し、第２成分として遷移金
属化合物を３〜１０重量％、好ましくは５〜１０重量％
に設定してなる請求項１のセラミック製ヒーター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20790091A JPH0760730B2 (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | セラミック製ヒーター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20790091A JPH0760730B2 (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | セラミック製ヒーター |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0547455A JPH0547455A (ja) | 1993-02-26 |
| JPH0760730B2 true JPH0760730B2 (ja) | 1995-06-28 |
Family
ID=16547436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20790091A Expired - Lifetime JPH0760730B2 (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | セラミック製ヒーター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0760730B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2128213A1 (en) * | 1992-01-16 | 1993-07-22 | Jainagesh A. Sekhar | Electrical heating element, related composites, and composition and method for producing such products using dieless micropyretic synthesis |
| US5256860A (en) * | 1993-01-22 | 1993-10-26 | Therm-O-Disc, Incorporated | Control for glass cooktops utilizing rod-shaped thermistor |
| US5449886A (en) * | 1993-03-09 | 1995-09-12 | University Of Cincinnati | Electric heating element assembly |
| FR2780845B1 (fr) * | 1998-07-06 | 2000-08-11 | Electricite De France | Resistance electrique chauffante pour four electrique et procede de fabrication d'une telle resistance |
| GB2460833B (en) * | 2008-06-09 | 2011-05-18 | 2D Heat Ltd | A self-regulating electrical resistance heating element |
-
1991
- 1991-08-20 JP JP20790091A patent/JPH0760730B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0547455A (ja) | 1993-02-26 |
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