JPS6330360A - 酸化第二鉄焼結体及びセラミツクス赤外線ヒ−タ - 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、ＩＶ族金属酸化物を固溶した導電性酸化第二
鉄焼結体に関する。更に本発明は、ｌｖ族金属酸化物を
固溶した導電性酸化第二鉄焼結体によって形成され、遠
赤外線を放射するセラミックス赤外線ヒータに関する。

〔従来の技術〕

水分の乾燥や揮発有機物の蒸発、あるいは樹脂や塗料の
焼付けなどには遠赤外線を効率よく放射する赤外線ヒー
タを利用するのが望ましい。水や有機物が遠赤外線波長
域で大きな熱エネルギーの吸収特性をもつので、遠赤外
線は水分の乾燥、揮発有機物の蒸発などに適しているか
らである。

しかしながら、従来、赤外線ヒータの発熱材料としては
一般にニクロムやタングステン等の金属材料が用いられ
、これらの金属材料では特に遠赤外線波長域になる程、
発熱体からの熱放射効率が低下してしまう。

このため、充分な遠赤外線波長域での熱放射エネルギー
を金属発熱体から得るためには、金属発熱体の表面温度
をより高温にして赤外線エネルギー放射強度を高めるこ
とによっていた。その結果、従来の赤外線ヒータでは金
属発熱体を高温にする為に多大なエネルギーを消費し、
同時に金属発熱体の寿命が短かくなってしまうという問
題を有していた。

これに対し、最近、発熱材料として各種のセラミックス
を利用する研究が進められている。セラミックス材料は
、金属材料に比較して一般に赤外線放射特性が優れてお
り、アルミナ、ジルコニア、チタニア、ムライト、コー
ディエライト、β−スポンジュメン等のセラミックスを
発熱体とした赤外線加熱ヒータが開発されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の如くセラミックス材料は、遠赤外線波長域での熱
放射効率が金属材料にくらべて優れている点から最近注
目され、従来の金属発熱体による赤外線加熱ヒータを置
換しつつある。

しかしながら、従来のセラミックス材料では、一般に電
気絶縁体でおり導電性が劣っている。このため、セラミ
ックス材料自体に通電し、セラミックス材料を自己発熱
させることが難しいものであった。このため、従来のセ
ラミックスを利用した赤外線加熱ヒータでは、金属材料
を発熱体としし〜用い、その外側をセラミックスで覆っ
たいわゆる二重構造をとっている。即ち、金属発熱体の
発熱エネルギーは一層セラミックスに吸収され、セラミ
ックスが間接加熱されることにより、セラミックスから
熱エネルギーを放射するにうにされていた。その結果、
セラミックスを加熱する為の金属発熱体についてはそれ
自体のエネルギー効率は何ら改善されず、金属発熱体と
セラミックスとの二重構造をとるために赤外線ヒータと
しての構造自体が複雑化してしまうという問題を有して
いた。

更に、従来のセラミックス材料の遠赤外線波長域での熱
放射エネルギーは金属材料にくらべて優れているものの
、一般に１５μｍ以上の遠赤外線領域では赤外線エネル
ギー放射強度が低下してしまい、１５μｍ以上の遠赤外
線波長域で０．９以上のエネルギー放射率を１ｑること
かできるセラミックス材料は知られていなかった。この
ため、セラミックスを発熱体として用いて赤外線加熱ヒ
ータの熱効率を一層改善する為には、遠赤外線波長域で
高いエネルギー放射率を有するセラミックス材料の開発
が望まれていた。

本発明は、上記の従来技術の有していた問題点を解決す
るために、第一に導電性を有するとともに遠赤外線波長
域でも優れたエネルギー放射率を有する新たなセラミッ
クス材料を提供することを目的とし、第二にかかる新た
なセラミックス材料の特有な性質を利用して、簡単な構
造でエネルギー効率に優れたセラミックス赤外線ヒータ
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〕

本発明は上記目的を達成するために第一に、酸化第二鉄
に酸化チタン又は酸化スズ等の少なくとも一種類の１ｖ
族金ＲＪｔ化物を１乃至２０モル％固溶させて焼結体を
構成するものである。更に本発明の第二は、酸化チタン
又は酸化スズ等の少なくとも一種類のＩＶ族金属酸化物
を１乃至２０モル％固溶させた酸化第二鉄焼結体を発熱
体としてセラミックス赤外線ヒータを形成するものであ
る。

〔作用〕

上記構成によれば第一に、酸化チタン又は酸化スズ等の
少なくとも一種類のＩＶ族金属酸化物を１乃至２０モル
％固溶させた酸化第二鉄焼結体は、高い導電性を有する
ので直接通電して自己発熱させることが可能であり、又
、赤外線波長域で特に波長が１５μｍ以上の遠赤外線領
域においても０．９以上の赤外線放射率を有するので、
高いエネルギー効率で赤外線を放射することが可能であ
る。第二に、酸化チタン又は酸化スズ等の少なくとも一
種類の１ｖ族金属酸化物を１乃至２０モル％固溶した酸
化第二鉄焼結体は、焼結体自体が優れた導電性セラミッ
クス材料でおり、更に、遠赤外線波長域で０．９以上の
優れた赤外線放射率を有するので、上記焼結体それ自体
に通電して高効率に赤外線を放射できる発熱体として作
用させることができることとなる。

（実施例〕 以下、第１図乃至第５図を参照して本発明のいくつかの
実施例を説明する。

（第１の実施例） 市販の酸化鉄に５モル％の酸化スズを加え、充分に混合
する。混合はいわゆる湿式によっても乾式によってもよ
い。次に、混合粉を軽く圧縮成形して１３００℃で２時
間熱処理し、酸化鉄に酸化スズを固溶させた。その後、
ボールミルで２４時間粉砕する。粉砕は湿式でも乾式で
もよく、ボールミルに限らず他のバイブロミルなど通常
の粉砕手段を用いることもできる。上記粉砕粉は乾燥し
たのち、静水圧２　ｔ　／　ｃｔ７ｔで加圧成形し、１
２００℃で１時間焼成を行う。上記によって得られた酸
化第二鉄焼結体は、波長１５μｍ以上の赤外線波長域で
０．９以上の赤外線放射率を有し、更に上記焼結体の電
気比抵抗は約０．１乃至３ｑｃｍ程度であった。この関
係を第１図乃至第３図に示す。

第１図は、上記実施例によって得られた酸化第二鉄焼結
体の赤外線放射率と波長との関係を示した赤外線放射率
の波長特性曲線である。第１図において、横軸は波長、
縦軸は赤外線放射率を示している。上記実施例によると
、焼結体は波長２乃至２８μｍの広範囲の赤外線領域に
おいても０．９以上の高い放射率を維持していることが
わ夕かる。

第２図は、上記実施例によって得られた酸化第二鉄焼結
体の赤外線放射率の波長特性を、従来の一般的に赤外線
ヒータとして用いられた石英管ヒータあるいは赤外線ラ
ンプの赤外線放射率の波長特性とともに示した比較図で
ある。従来の赤外線ランプでは、波長が長くなるにつれ
て放射率は−様に低下し、波長５μｍ以上の遠赤外線波
長域では放射率がほとんど零近傍となってしまう。また
は、石英管ヒータも波長が４μｍ以上の赤外線波長域で
は放射率が０．５近傍又はそれ以下に低下してしまい、
遠赤外線放射率が極めて悪いことがわかる。更に、従来
のセラミックスの一例としてのα−Ｆｅ２０３では波長
約１０μｍ迄の赤外線領域で放射率が０．９以下でおり
、また波長１５μｍ以上での遠赤外線領域で放射率は０
．６近傍迄急激に低下してしまう。

これに対し、本実施例による酸化スズを固溶した酸化第
二鉄焼結体では、波長が２μ７ｎ乃至２５μｍの広い範
囲にわたって０．９以上のほず−様な赤外線放射率を得
ている。

第３図は上記実施例によって得た酸化第二鉄焼結体の電
気比抵抗の温度特性を示す抵抗温度特性曲線で必る。図
において横軸は温度を逆数で、縦軸は電気比抵抗を指数
表示でそれぞれ表わしている。なお、図中曲線（１）は
酸化スズを５モル％固溶した上記実施例に係る酸化第二
鉄焼結体の比抵抗温度特性を示しており、図中曲線（２
）は下記の第２の実施例に係る酸化チタンを５モル％固
溶した酸化第二鉄焼結体の比抵抗温度特性を併せて示し
ている。上記第１の実施例によると、酸化スズを５モル
％固溶する酸化第二鉄焼結体は８００　’Ｃ乃至至温の
温度範囲において約０．１乃至数Ωの低い比抵抗を示し
ている。

（第２の実施例） 酸化鉄に５モル％の酸化チタンを加えて充分に混合した
混合粉を軽く圧縮成形して１３００℃で２時間熱処理し
、その俊、ボールミルで２４時間粉砕し、乾燥した粉砕
粉を静水圧２ｔ／ｃｉで成形し、’１２００’ｃで１時
間焼成を行った。上記実施例により１ｑられた焼結体の
赤外線放射率は、第１図に示す第１実施例での赤外線放
射率の波長特性とほず同様の放射率を示した。第３図曲
線（２）に得られた焼結体の比抵抗温度特性を示す。本
実施例によると第１実施例にくらべ若干高い比抵抗を示
すが、掌温乃至ａ　ｏ　ｏ　’ｃの温度範囲にわたって
１０ｃｍ以下の優れた導電性を示すことがわかる。

（第３の実施例） 酸化鉄に添加する酸化スズ又は酸化チタンの添加量を変
化させ、酸化第二鉄焼結体に固溶するＩｖ族金属酸化物
の固溶量を変えて焼結体を得て、それぞれの固溶量下で
の比抵抗を測定した。第４図は、図中（１）に酸化スズ
を添加した場合、（２）に酸化チタンを添加した場合の
それぞれの酸化第二鉄焼結体の比抵抗の組成依存特性曲
線を示す。

図において横軸は添加量、縦軸は比抵抗を示す。

ＩＶ族金属酸化物の添加量が数モル％乃至２０モル％の
広い範囲においても材料組成敏感性を示さず、安定した
数Ωｃｍ乃至０．１Ωｃｍの低い比低抗値が得られてい
ることがわかる。

（第４の実施例） 酸化鉄粉体に酸化スズを５モル％加え、更に水を加えて
から通常の湿式ボールミルで２４時間の混合を行なった
。混合物を１００℃で充分に乾燥したのち１ｔ／ｃｕｔ
の圧力で成形し成形体を得る。

その俊、１２００’Ｃで３時間焼成して焼結体を得た。

得られた酸化第二鉄焼結体は第１図に示したのとはず同
等の赤外線放射率を示し、比抵抗及び比抵抗温度特性も
第３図、第４図とほず同様の結果が得られた。

本実施例によると、第１乃至第３の実施例の場合と異な
り、原料を充分に混合したのち粉体成形し、その後、−
回の焼成をすることにより均一に酸化スズを固溶した酸
化第二鉄焼結体を得ることができる。したがって、本発
明に係る焼結体を簡便な製法で提供することができる効
果をもつ。

なお、上記第４の実施例において、酸化鉄粉体に添加す
る添加物を酸化スズとして示したが、酸化スズの代りに
酸化チタンを添加することもできる。この場合、酸化ス
ズを添加する第４の実施例での焼結条件を１３００’Ｃ
で４時間の焼成条件ににすることによって良好な焼結体
を得た。上記実施例にＪ：る酸化チタンを固溶した酸化
第二鉄焼結体は、第１図乃至第４図に示した赤外線放射
率及び比抵抗特性とはず同等の性能を示した。

（第５の実施例） 上記第１乃至第４の実施例の説明では、酸化鉄とＩＶ族
金属酸化物とを混合し、その後熱処理をすることにより
、ＩＶ族金属酸化物を固溶した酸化第二鉄を得る方法を
例示した。これに対し、塩化鉄と１ｖ族塩化物とを化学
反応させることによって水酸化物を析出させ、析出物を
焼成してＩＶ族金属酸化物を固溶する酸化第二鉄焼結体
を得る第５の実施例を以下に説明する。

塩化鉄の水溶液に塩化スズを酸化物換算として１０モル
％になるように加え、混合液を撹拌したのちアンモニア
水を加え、水酸化物を完全に析出させる。析出した水酸
化物は濾別したのち１００℃前後で充分に乾燥させる。

乾燥した水酸化物は更に５００℃にて２時間、仮焼を行
う。その後、仮焼によって固まった仮焼物はボールミル
で粉砕して粉砕粉にする。水を加えたいわゆる湿式ボー
ルミル粉砕による場合、粉砕時間は２４時間である。な
お、粉砕は湿式に限らず乾式でもよく、又、ボールミル
に限らずジェットミルなど通常の他の粉砕方法も使用で
きる。

次に、上記粉砕粉を３００Ｋｇ／〜の成形圧力で予備成
形した後、１ｔ／Ｃｌ１１の成形圧で静水圧成形・　　
する。その後、成形体を１２００℃で１時間焼成し、Ｉ
Ｖ族金属酸化物を固溶した酸化第二鉄焼結体を得た。

なお、上記第５の実施例の説明では、塩化鉄に塩化スズ
を加えて酸化スズを固溶した酸化第二鉄焼結体を得る例
を説明したが、塩化スズの代りに４塩化チタンを塩化鉄
に加えることによって酸化チタンを固溶する酸化第二鉄
焼結体を１ｑることもできた。この場合の実施例として
は、４塩化チタンを酸化物′ｆＡ算で２０モル％添加し
、アンモニア水を加えて水酸化物を析出し、乾燥、仮焼
ののち静水圧成形して焼成することによった。本焼成の
焼結条件は１４００℃で１時間でめった。上記実施例に
よると、添加物の均等分散が容易となり工程管理に便と
なるだけでなく、鉄の酸洗排出液を利用できる効果をあ
げることができる。

上記第１乃至第５の実施例の方法により、円筒状の１ｖ
族金屈酸化物を固溶する酸化第二鉄焼結体を得た。第５
図に上記焼結体を用いて構成したセラミックス赤外線ヒ
ータの実施例を構成図にて示す。ＩＶ族金属酸化物を固
溶する酸化第二鉄焼結体の円筒状焼結体１の両端の電極
部２には、ニクロム系金属が電極材料に限らず他の通常
の電極材料をも用いることもできる。上記電極部分は、
通常の端子ににより電気的に電源装置に接続することが
できる。これによって上記焼結体１に直接通電すること
ができ、簡便な構成で焼結体を自己発熱させるセラミッ
クス赤外線ヒータを構成できる。

例えば、本実施例によると、肉厚２＃、外形１４ｍ１長
ざ２５ｃｍの円筒状焼結体は約３００の抵抗を有し、両
端電極部に１００Ｖを印加すると３００Ｗの赤外線ヒー
タを構成する。なお、形状は上記実施例に限らずパネル
状、Ｕ字状などに任意に形成することができる。

なお、上記第１乃至第４の実施例の説明では、粉体成形
のバインダを用いる場合について言及していないが、通
常のＰＶＡなどを用いることもでき、又、バインダを用
いずに成形することができるのは勿論である。また、本
発明によると、焼結体に有害な重金属などを含まないの
で、公害を生じることがない安全なセラミックス赤外線
ヒータを提供できる効果をもあわせ生むものでおる。

〔発明の効果〕

本発明によると、酸化第二鉄焼結体に酸化チタンまたは
酸化スズを１乃至２０モル％固溶したことによって、導
電性を有した酸化第二鉄焼結体を提供することができる
。また、前記酸化チタン又は酸化スズを固溶することに
よって酸化第二鉄焼結体は遠赤外線波長域においても優
れたエネルギ放射率を有し、従来にないセラミックス材
料を提供することができる。

更に、本発明によると、ＩＶ族金属酸化物を固溶した酸
化第二鉄焼結体は、導電性を有するとともに優れたエネ
ルギー放射率を有する特有な性質を持つので、簡単な構
造で形成したセラミックス赤外線ヒータを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る酸化第二鉄焼結体の赤外線放射率
の波長特性曲線、第２図は本発明に係る酸化第二鉄焼結
体の赤外線放射率と従来技術の赤外線放射率とを比較し
た比較図、第３図は本発明に係る酸化第二鉄焼結体の抵
抗温度特性曲線図、第４図は本発明に係る酸化第二鉄焼
結体に固溶するＩＶ族金属酸化物の固溶量を変えた場合
の比抵抗の組成依存特性曲線、第５図は本発明に係るセ
ラミックス赤外線ヒータの実施例を構成を示す構成図で
ある。 １・・・酸化第二鉄焼結体、２・・・電極部。 出願人代理人　　　長谷用　　芳　　樹第　　１　　図 第　　２　　図 波　　　　長しυｍ） 第　　３　　図 第　　４　　図 添　　加　　景　（モル％）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＩＶ族金属酸化物である酸化チタン又は酸化スズ
   の少なくともいずれかを１乃至２０モル％固溶したこと
   を特徴とする酸化第二鉄焼結体。
2. （２）ＩＶ族金属酸化物である酸化チタン又は酸化スズ
   の少なくともいずれかを１乃至２０モル％固溶した酸化
   第二鉄焼結体によって形成されることを特徴とするセラ
   ミックス赤外線ヒータ。