JPS58107467A - 金属電気抵抗材料 - 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】 本発明は、金属電気抵抗材料に関するもので。

ａｉ−ｃｒ系合金、ｉｎ　−ｃｒ−ｙｅ系合金、または
Ｆｅ−１ｒ−ムｌ系合金からなる高融点の難方ロエ性合
金を薄帯化すること（でより比表面積を大きくして、発
熱効率を高めた安価な材料を提供しようとするものであ
る。

従来、大気中において１０００〜１２００℃前後の温度
で使用できる電熱用金属材料としてニクロム線（Ｎｉ−
Ｃｊｒ系合金）、クロメル線（Ｎｉ−Ｏｒ−Ｆｅ系合金
）％カンタル線（Ｆｅ−Ｏｒ−ムｌ系合金）等が使用さ
れているが、いずれも高融点材料（Ｔｍ＝　　１４００
〜１５５０℃）テアリ、使用されるときの形状は、細い
ワイヤー（最小直径０．１ｍｍ）、または薄帯状（最小
厚み０．８ｍｍ　、幅数ｍｍ程度）である。なお１通常
の加工法（線引、圧延、焼鈍等を用いた方法）ではこれ
以上薄いものはできない。

熱効率の点からは、単位体積当りの表面積が広いものの
方が望ましい。たとえば、断面形状が円形よりも長方形
の方がよく、長方形でも厚みがより薄いものの方が優れ
ている。本発明はこのような事柄を踏まえてなされたも
ので、より薄い電気抵抗材料を低コストで量産性よく提
供する。

本発明の金属電気抵抗材料の特徴とするところは、ｕｉ
−Ｃｒ系合金、　Ｎｉ　−０ｒ−Ｆｅ系合金、またはＦ
ｅ−０ｒ−Ａｌ系合金を超急冷法により薄帯化１７てな
り、その厚みが１００μｍ以下で平均結晶粒径が１０μ
ｍ以下であることにある。さらに、前記母合金に硼素を
０．１〜４重量％含有させることにより、溶融母合金の
粘性を制御し、量産性を一層向上させたことにある。

以下５本発明について詳細に説明する。

第１図は単位長、単位断面積直方体の比表面積（ただし
、それらの断面の面積を除く）と形状寸法との関係を示
し、巾ｙと厚みＸとの比の値Ｙ／Ｘ（ただしｘｙ＝１）
の対数を横軸に、前記比表面積５＝２（Ｘ＋７）を縦軸
に示したものである。

なお、黒丸は単位長、単位断面積の円柱体の側面の面積
を示している。

この図からもわかるように、発熱体の断面形状が円形で
あるよりは、長方形状で、厚みが薄くなればなるほど、
比表面積の増大することがわかる。

たとえば、現在、線引加工で得られている直径０．８ｍ
ｍのニクロム線の単位長（たとえば１ｃｒｎ）あたりの
比表面積は６．０２−であり、これを同じ断面積で厚さ
１００μｍのニクロム薄帯の単位長（１ｃＩｎ）あたり
の比表面積１ｔｉ　１０，２４−である。発熱効率は発
熱体の表面積に比例するので、ニクロム薄帯の発熱効率
は断面形状が円形の２倍となる。

発明者等は、Ｎ１−ｃｒ系合金、Ｎｉ　−０ｒ−Ｆｅ系
合金、Ｆｅ−０ｒ−Ａｌ系合金について、種々の加工法
による薄帯化を試みた結果、超急冷法による薄帯化が低
コストで量産性よく、発熱体として大気中でも長時間安
定して使用できる材料の製法としてもっとも適している
ことを見出した。

本発明で用いる超急冷法の一例について、第２図を用い
て説明する。図において、１は石英または窒化珪素等か
らなる耐熱性ノズルで、下端にスリット状の透孔を持ち
、内部には、外部加熱装置（高周波誘導加熱炉、電気炉
等）２によって溶解された合金３が充填されている。４
ｒｒｉ高速回転する金属製ローラーである。このローラ
ー４の表面にノズル１の上方から急激に導入した不活性
ガス（ムｒ、Ｎ２ガス等）の圧力により、前述の溶融合
金３を吹きつけ、これを超急冷し、金属薄帯６を得る。

超急冷法には、この図に示したもののほか、二個の高速
回転する金属製ローラーの隙間に溶融金属を吹きつける
両ローラー法、１個の高速回転する金属製ローラーの円
板面に向けて溶融金属を吹きつける超急冷法等、各種の
ものが存在する。

本発明では、金属薄帯が連続して得られるものであれば
、どの超急冷法でもよい。

一般に、超急冷薄帯作製時の冷却速度は、薄帯の厚みに
反比例し、また冷却速度が大きい程、その薄帯の結晶粒
径は小さい。発明者等の各種の超急冷法を用いた実験に
よれば、Ｎ１−ｃｒ系合金。

ｙｉ−ｃｒ−Ｆｅ系合金、Ｆｅ−０ｒ−Ａｌ系合金のい
ずれについても、厚さが１００μｍを越えるものは冷却
速度が小さいため超急冷薄帯の作製が困難であり、かつ
得られた薄帯の平均結晶粒径は数１０μｍ以上のものが
多かった。発明者等は、超急冷法による薄帯作製条件を
変えることにより、異なる平均結晶粒径を持つ金属薄帯
を作製し、その降伏応力を測定した。第３図にその結果
の代表例を示す。横軸は薄帯の平均結晶粒径Ｇｇ（μｍ
）の対数値を示す。縦軸は、同組成の通常品の降伏応力
をσ０　とし、超急冷薄帯のそれをσとしたときの応力
の比σ／σ。×１００を示したものである。この図から
もわかるように、平均結晶粒径ＧＳが１０μｍ以下では
、薄帯の降伏応力が３０〜６０％高くなっている。この
ように、本発明の平均結晶が１０μｍ以下の金属薄帯は
、強度が向上し、実用に適しており、また、後加工も容
易なものである。

このように、超急冷法で作製したＮ１−Ｊｒ系合金、　
ｕｉ　−ｃｒ−Ｆｅ系合金、またはＦａ−Ｏｒ−Ａｌ系
合金からなる金属薄体であって、その厚みが１０：）μ
ｍ以下で、平均結晶粒径が１０μｍ以下である薄帯は、
発熱効率が高く、実用的な電気抵抗材料である。

次に、発明者等は、この種電気抵抗材料をさらに低コス
トで、量産性よく製造するため１通常の大気中で超急冷
することを試みた。Ｎｉ−Ｃｒ系合金、　Ｎｉ　−０ｒ
−Ｆｅ系合金、およびＦａ　−Ｃｒ　−Ａｌ系合金は、
融点が高い（Ｔｍ−１４００℃〜１６６０℃）合金であ
り、かつ、その溶融金属の粘性が他の非晶質金属等の母
合金のそれと比較して非常に大きく、ノズルよりスリッ
トを通して噴出させることがノズルの高温強度の点から
非常に困難であ、る。

そして、溶融金属の流れが悪いために、得られる薄帯の
表面性、形状等に好ましくない結果の生じるおそれがあ
る。発明者等は、この点を改善すべく、発熱体としての
特性（高温耐酸化性、電気抵抗値、その温度特性等）を
低下させることなく、粘性を制御できる添加元素につい
て実験、研究した結果、硼素（Ｂ）がもっとも優れてい
ることを発見した。硼素の添加により、合金の融点が下
げられ、なおかつ、溶融金属の粘性がいちぢるしく低下
することを見出した。すなわち、硼素を重量百分率で０
．０５％ｌ０１１％、０．６％、１．０％、２．０％１
４．０％、６．０％添加含有させて、検討したところ、
４重量％を越えると、得られた金属薄帯に硼素が析出し
、また、高温度下での耐酸化性が非常に低下することが
わかった。そして、Ｏ，Ｑ５重量％では溶融金属の粘性
を低下させるという効果が不十分でノズルからの噴出は
困難であったが、０．１重量％の添加量では噴出も可能
で、薄帯の表面性もよく、数ｍ以上の長尺なものを得る
ことができた。

次に、本発明の実施例について述べる。

〔実施例１〕 純度９９．９％のＮｉ　３８７．５　ｇ　、同じ（９９
，９％のａｒ１ｏｏ９．同じ（’９９．９％〕５１ｔｓ
！ｊ、同じ（９９，９％のＭｎ６．ｊ９．同じ＜９９．
９％の電解鉄２．５，１７．および同じ（９９，９％の
硼素６ｇを配合し、アルミするつぼに入れて、アルゴン
雰囲気中において高周波誘導加熱法で溶解し、これを金
型に鋳込んだり、あるいは大気中で石英管に吸い上げた
りしてノズル用ペレットとした。このペレット２０〜４
Ｑｇを、幅０．４ｍｍ　、長さ２Ｑｍｍのスリットヲも
つ石英ノズルに投入し５石英ノズル内をアルコンガスで
不活性雰囲気にした後、外部より電気炉にて１．６ｏｏ
−Ｃまで加熱して溶融させた。

溶融した金属を、直径３ｏＣＩｎ２幅６Ｃｒｎで１６０
Ｏｒｐｍで回転する銅製ローラーの側面表面に差圧０．
５気圧のアルゴンガスを石英ノズル内に急激に導入する
ことにより、そのスリットより噴出させて超急冷し、金
属薄帯を得た。これらの一連の工程を大気中で実施した
。得られた薄帯は、厚さ６０μｍ　、巾２ｏｍｍ、長さ
６〜６ｍのもので、薄帯の断面をエッチして、光学顕微
鏡で観察したところ、その平均結晶粒径は６μｍであっ
た。その降伏応力’ｄ　１　ｏＯｋｇ／１７　　と、通
常の同組成のものに比べて約４０％大きかった。

〔実施例２〕 実施例１と同様にして純度９９．９％のＯｒ１２０ｇ、
同じ＜９９．９％のム１２７，５９　、同じ（９９，９
％の（ｊｏｓ、９．同じ＜９９．９％の電解鉄３４７，
５夙および同じ（９９，９％のＢｙ、９を配合して溶解
し、ペレットを作製した。このペレット４０　ｆｌ　ｋ
　ｂ　実施例１と同様の石英ノズルに入れ、電気炉にて
１６６０′Ｃ′！！で加熱して溶融し、銅製ローラー（
直径３０ｃｒｒＬ２回転速度２００Ｏｒｐｍ）に差圧０
．６気圧のアルゴンガスにて吹きつけて超急冷し。

厚さ４０μｍ、巾２０ｆｆ１ｍ、長さ５〜ａｌｌＯ長尺
のしなやかな金属薄帯を得た。その平均結晶粒径は６〜
８μｍであった。降伏応力を測定したところ１００ｋｇ
／−で、通常の同組成のものより約３０％大きかった。

この金属薄帯は大気中で１３６０℃の通電加熱温度にも
なんら変化することなく。

長時間（１０００時間）使用でき、これを用いて作った
電熱器は、ワイヤ線を、スパイラルに巻いて作って熱源
した電熱器に比べて、同じ抵抗値にした場合、発熱効率
が６０〜８０％高くなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は単位長、単位断面積をもつ円柱の側面゛表面積
、ならび単位長、単位断面積直方体の側面表面積とその
断面寸法形状との関係を示−す図、第２図は超急冷法を
実施するための装置の一例の基本的な構成を示す図、第
３図は超急冷薄帯の平均結晶粒径と降伏応力との関係を
示す図である。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 １ｉ瀝（Ｘ） 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超急冷法によって作製されたＮ１−ｃｒ系合金。 ）ｉｉ　−０ｒ−Ｆｅ系合金、またはＦｅ−０ｒ−ムす
   系合金の金属薄帯からなり、その厚みは１００μｍ以下
   で、平均結晶粒径が１０μｍ以下であるととを特徴とす
   る金属電気抵抗材料。
2. （２）超急冷法によって作製された。　Ｎｉ−”Ｏｒ系
   合金、Ｎｉ　−Ｃｒ−Ｆｅ系合金、またはＦｅ−Ｃｒ−
   ム１電合金を主成分とし、０．１〜４重量％の硼素を含
   む金属薄帯からなり、その厚みが１００μｍ以下で、平
   均結晶粒径が１０μｍ以下であるととを特徴とする金属
   電気抵抗材料。