WO1998059526A1 - Element chauffant carbone et son procede de production - Google Patents

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WO1998059526A1
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carbon
heating element
metal
based heating
metalloid
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Yoshihisa Suda
Osamu Shimizu
Original Assignee
Mitsubishi Pencil Co., Ltd.
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/145—Carbon only, e.g. carbon black, graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
    • H01C17/06—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
    • H01C17/065—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base by thick film techniques, e.g. serigraphy
    • H01C17/06506—Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits
    • H01C17/06513—Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits characterised by the resistive component

Definitions

  • the present invention relates to a carbon-based heating element having any specific resistance value and shape required as a heating element, and a method for producing the same.
  • processed metal wire products such as tungsten wire and nickel wire, cut carbon products such as isotropic carbon materials and glassy carbon, and metals such as silicon carbide Compounds have been used.
  • processed metal wire is mainly used as a heating element for heaters of small consumer devices, and carbon and metal compounds are used in industrial furnaces.
  • carbon has excellent characteristics such as good heat generation speed, heat generation efficiency, and far-infrared ray generation efficiency, unlike metal wires.
  • the conventional carbon heating element is manufactured by cutting a large plate-shaped or block-shaped body, the manufacturing process is complicated, expensive, and it is difficult to manufacture a thin or thin object.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and its object is to obtain not only a thin plate shape but also a shape that cannot be obtained with a conventional carbon material, such as a thin rod shape, a thin cylindrical shape, etc.
  • Heat resistance can be controlled by applying a wide range of set current and potential by having a specific resistance value of, and carbon with excellent heat generation speed, heat generation efficiency, and far-infrared ray generation efficiency of the carbon material as a heating element System heating element and method of manufacturing the same To provide. Disclosure of the invention
  • the present inventors have made earnest research as a subject of development to obtain a heating element having an arbitrary specific resistance value and a shape required for the heating element, and as a result of the earnest research, Metal carbide, metal boride, metal silicide in a composition that has a non-zero residual carbon yield after firing and has a target resistance value after firing and carbonization. , Metal nitrides, metal oxides, metalloid nitrides, metalloid oxides, metalloids or other metal or metalloid compounds, etc.
  • the body has an arbitrary specific resistance value and shape, and can control the heat generation by the current and potential as set. In addition, the body effectively excels in the above problems such as excellent heat generation speed, heat generation efficiency, and far infrared ray generation efficiency. The facts that could be resolved were confirmed.
  • a step of mixing a composition having shapeability and exhibiting a carbon residue yield that is not substantially zero after firing with one or more of a metal or metalloid compound and firing the mixture provides a method for producing a carbon-based heating element having a pump.
  • the above-mentioned metal or metalloid compound includes generally available metal carbides, metal borides, metal silicides, metal nitrides, metal oxides, metalloid nitrides, metalloid oxides, metalloid carbides, and the like.
  • the kind and amount of the metal or metalloid compound to be used are appropriately selected depending on the resistance value and shape of the desired heating element, and can be used alone or as a mixture of two or more.
  • the amount is preferably not more than 70 parts by weight.
  • thermoplastic resins such as polyvinyl chloride vinyl, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride-polyvinyl acetate copolymer, and polyamide, phenolic resin, and furan resin.
  • Thermosetting resins such as epoxy resin, unsaturated polyester resin, polyimide, etc., and condensed polycyclic aromatics such as lignin, cellulose, tragacanth, arabic gum, saccharides, etc.
  • the type and amount of the composition to be used are appropriately selected depending on the shape of the desired heating element, and can be used alone or as a mixture of two or more types. It is preferable that the amount of use be 30 parts by weight or more in order to maintain the excellent properties of carbon.
  • the above composition preferably contains carbon powder.
  • the carbon powder include carbon black, graphite, and coke powder.
  • the type and amount of the carbon powder to be used are appropriately selected depending on the desired resistance value and shape of the heating element. Although a mixture of two or more kinds can be used, it is particularly preferable to use graphite because of simplicity of shape control.
  • the carbon material and the carbon powder generated by the above-mentioned calcination of the organic substance act as an electric conductor
  • the metal or metalloid compound acts as a conduction inhibitor
  • the electric current is a conduction inhibitor. It jumps over a certain metal or metalloid compound and flows using so-called hopping as a medium with the carbon material or the carbon powder. So these two or
  • the carbon-based heating element of the present invention having a desired specific resistance value can be obtained by changing the types and ratios of the three components, uniformly mixing, dispersing, and firing them.
  • the carbon-based heating element of the present invention has excellent characteristics as a heating element, such as a heating rate, a heating efficiency, and a far-infrared ray generation efficiency, and has a resistance value and a shape as designed.
  • the amount of heat generated can be easily controlled by applying a potential.
  • the composition and the metal or metalloid compound are mixed well using a kneader.
  • the obtained mixture is shaped into a design shape by existing molding methods such as vacuum molding machines, injection molding machines, and extrusion molding machines.
  • the shaped body is subjected to a carbon precursor treatment, and the obtained carbon precursor is subjected to about 1000 ° C. in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon or under vacuum, preferably about 2 ° C.
  • the temperature is raised to about 00 ° C. and carbonized to obtain a carbon-based heating element.
  • the heating rate is preferably 3 to 100 ° C / h up to 500 ° C, and more preferably 5 to 50 ° C / h. If it is too large, defects such as deformation and fine cracks may occur. Therefore, it is better to avoid a temperature rise rate of 100 ° C./h or more up to 500 ° C.
  • the carbon-based heating element of the present invention has excellent characteristics as a heating element, such as heat generation rate, heat generation efficiency, and far-infrared ray generation efficiency, and has a resistance value as designed. Therefore, the heating value can be easily controlled by applying the set current potential.
  • Example 1 45% by weight of chlorinated vinyl chloride resin (T-741) manufactured by Nippon Riki-Bide Co., Ltd., and flane resin (Hitafuran VF-302) manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd. 15 % By weight, a composite of 10% by weight of natural graphite fine powder (Nippon Graphite Co., Ltd. average particle size 5m) and boron nitride (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. average particle size 2m) 30% by weight After adding 20% by weight of a plasticizer as a plasticizer and dispersing using a Henschel's mixer, the surface temperature was kept at 120 ° C.
  • a plasticizer as a plasticizer and dispersing using a Henschel's mixer
  • the composition was obtained by sufficiently kneading the mixture using a two-rolling roll, and pelletized by a pelletizer to obtain a molding composition.
  • the pellets were extruded with a screw-type extruder using a die with a diameter of 1.5 mm at a speed of 3 m / sec at 130 ° C while deaeration was carried out.
  • the wire was treated for 10 hours in an air oven heated to 0 ° C to obtain a precursor (carbon precursor) wire. Next, this was heated up to 500 ° C in nitrogen gas at a heating rate of 25 ° CZ, and then heated up to 180 ° C at 100 ° CZ. After holding at 180.degree. C. for 3 hours, the mixture was naturally cooled to complete firing.
  • the obtained carbon-based heating element had a diameter of 1.0 mm, a bending strength of 340 MPa. When the specific resistance was measured by the Wheatbridge method, it had a value of 5.5 X 10 — 3 ⁇ cm.
  • This carbon-based heating element was cut to 16.5 mm, and a lead was connected to the end and energized in an argon gas atmosphere.When the temperature reached 100 V instantaneously at 100 V, it reached 120 ° C. The emission of far-infrared rays was confirmed. In addition, a stable calorific value was obtained without cracks during use.
  • Example 2 40% by weight of flavon resin (Hitafuran VF303, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) and 15% by weight of dry distillation pitch (MH-1P, manufactured by Kureha Chemical Industry Co., Ltd.) Kiss graphite powder (Average particle size manufactured by Kowa Seiko Co., Ltd.)
  • the temperature is raised up to 500 ° C at a heating rate of 25 ° C / hour, and then the temperature is raised up to 140 ° C at 100 ° CZ, and 3 ° C at 140 ° C. After holding for a while, the mixture was naturally cooled to complete the firing.
  • the obtained carbon-based heating element had a length of 0.5 mm and a width of 1.5 mm and a bending strength of 300 MPa.
  • the specific resistance was measured by the Hoisting Bridge method, it was 4.5 X 10 — 3 ⁇ cm.
  • This carbon-based heating element was cut to 180 mm, and a lead was connected to the end and energized under an argon gas atmosphere. Radiation was confirmed. In addition, a stable calorific value could be obtained without cracking during use.
  • Example 3 45 parts by weight of chlorinated vinyl chloride resin (T-74 1, manufactured by Nippon Carbide Co., Ltd.), 15 parts by weight of furan resin (Hitafuran VF-302, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.)
  • Natural graphite fine powder Japanese graphite
  • a composition containing 10 parts by weight of boron nitride (average particle size 2 zm, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) and 30 parts by weight of dialkyl phthalate monomer as a plasticizer was added, dispersed and mixed, extruded, and then fired in a nitrogen gas atmosphere to obtain a columnar carbon-based heating element.
  • the obtained carbon-based heating element had a cross-sectional diameter of 0.8 mm and a bending strength of 34 MPa.
  • the specific resistance was measured by the Wheatstone bridge method, it was 5.5 X 10 — 3 ⁇ cm.
  • This carbon-based heating element was cut in the form of a reference, and a lead was connected to the end of the heating element.
  • electricity was supplied in a quartz tube in an argon gas atmosphere, the temperature instantaneously reached 100 V at 100 V, and Far-infrared radiation was confirmed. In addition, a stable calorific value was obtained without cracks during use.
  • Example 4 30 parts by weight of chlorinated vinyl chloride resin (T-741 manufactured by Nippon Carbide Co., Ltd.) and 10 parts by weight of furan resin (Hitafuran VF-302 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) Composition containing 10 parts by weight of natural graphite fine powder (Nippon Graphite Co., Ltd., average particle size 5; t / m) in a resin mixture of
  • the obtained carbon-based heating element had a cross-sectional diameter of 0.8 mm and a bending strength of 315 MPa.
  • the specific resistance was measured by the Wheatstone prism method, it was 7.5 X 10 — 3 ⁇ cm.
  • This carbon-based heating element was cut to 16.5 mm, a lead was connected to the end, and electricity was supplied in a quartz tube in an argon gas atmosphere.When the temperature reached 100 V instantaneously, the temperature reached 125 ° C. At the same time, far-infrared radiation was confirmed. In addition, a stable calorific value could be obtained without cracking during use.
  • Chlorinated vinyl chloride resin (T-1 7 4 1) 30 parts by weight of flavan resin (Hitafuran VF manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.)
  • the obtained carbon-based heating element had a cross-sectional diameter of 0.7 mm and a bending strength of 300 MPa. Had a value of 9. 8 X 1 0- 3 ⁇ cm was measured resistivity by Wheel toss toe Nburi Tsu di method. This carbon-based heating element was cut to 16.5 mm, a lead was connected to the end, and current was passed through a quartz tube in an argon gas atmosphere. At the same time, far-infrared radiation was confirmed. In addition, a stable calorific value could be obtained without cracking during use.
  • Example 6 25 parts by weight of chlorinated vinyl chloride resin (Nippon Carbide Co., Ltd., T-74 1), furan resin (Hitafuran VF, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.)
  • the obtained carbon-based heating element had a cross-sectional diameter of 2.0 mm and a bending strength of 250 MPa.
  • the specific resistance was measured by the Wheatstone bridge method, it was found to be 19.8 X 10 — 3 ⁇ cm.
  • This carbon-based heating element was cut to 1650mm, a lead was connected to the end, and electricity was supplied in a quartz tube in an argon gas atmosphere. The radiation of far infrared rays was confirmed. In addition, a stable calorific value was obtained without cracks during use.
  • Example 7 Chlorinated vinyl chloride resin (Nippon Carbide Co., Ltd. 7 4 1) 50 parts by weight of natural graphite fine powder (Nippon Graphite Co., Ltd.
  • the obtained carbon-based heating element had a diameter of 0.1 mm and a bending strength of 500 MPa.
  • the specific resistance was measured by the Wheatstone bridge method, it had a value of 0.3 ⁇ 10 3 Qcm.
  • Example 8 40 parts by weight of franc resin (Hitafuran VF303, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) and 15 parts by weight of dry distillation pitch (MH-1P, manufactured by Kureha Chemical Industry Co., Ltd.) 15 parts by weight, Kiss graphite powder (Average particle size 4 ⁇ m, manufactured by Kowa Seiko Co., Ltd.) 5 parts by weight of silicon carbide powder (average particle size 1 mm, manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd.), boron nitride (Average particle size 5 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) m) 20 parts by weight of diaryl phthalate monomer as a plasticizer was added to 25 parts by weight and dispersed, and then a columnar carbon-based heating element was obtained in the same process as in Example 1. .
  • the obtained carbon-based heating element had a cross-sectional diameter of 1.5 mm and a bending strength of 320 MPa.
  • the specific resistance was measured by the Wheatstone bridge method, it was found to be 11.3 X 10 — 3 ⁇ cm.
  • This carbon-based heating element was cut to 180 mm, a lead was connected to the end, and electricity was supplied in a quartz tube in an argon gas atmosphere. The radiation of far infrared rays was confirmed. In addition, a stable calorific value was obtained without cracks during use.
  • Flan resin Hydroxafuran VF303 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.
  • the obtained carbon-based heating element had a bending strength of 405 MPa with a cross-sectional diameter of 0.5.
  • the specific resistance was measured by the Wheatstone bridge method, it was found to be 3.5 X 10 — 3 ⁇ cm.
  • This carbon-based heating element was cut at 180 °, a lead was connected to the end, and electricity was passed through a quartz tube in an argon gas atmosphere. At the same time, far-infrared radiation was confirmed. In addition, a stable calorific value could be obtained without cracking during use.
  • the carbon-based heating element of the present invention has the excellent characteristics of the carbon-based heating element such as higher heat generation rate, higher heat generation efficiency, and far infrared ray generation efficiency than the metal-based heating element, and Compared to conventional carbon materials, it can have any fine shape and resistance, so it can apply a wide range of set currents and potentials, and has excellent reproducibility and high reliability.
  • Example 10 Chlorinated vinyl chloride resin (Nippon Carbide Co., Ltd. T
  • the temperature is raised in the vacuum at 110 ° C to 110 ° C at a temperature of 1100 ° C, maintained at 110 ° C for 3 hours while maintaining the vacuum state, and then naturally cooled to complete firing. did.
  • the obtained carbon-based heating element had a columnar shape with a diameter of 2.3, and a bending strength of 200 MPa.
  • the intrinsic resistance was measured by the Wheatstone prism method, it was found to be 125 ⁇ 10 — 3 ⁇ cm.
  • This carbon-based heating element was cut into a band of 290, a lead was connected to the end, and electricity was supplied under argon gas atmosphere.
  • the temperature reached 100 V, it instantaneously fell to 900 ° C (below the processing temperature). As it reached, far-infrared radiation was confirmed.
  • a stable calorific value could be obtained without cracks during use

Landscapes

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Description

明 細 書 炭素系発熱体とその製造方法 技術分野
本発明は、 発熱体と して必要な任意の固有抵抗値と形状を有する 炭素系発熱体とその製造方法に関する。 背景技術
従来、 抵抗用発熱体と しては主と してタ ングステン線やニク ロム 線などの金属線加工品と等方性炭素材料やガラス状炭素などの炭素 の切削加工品、 炭化珪素などの金属化合物が使用されてきた。 その 中でも金属線の加工品は主と して小型の民生機器のヒータ一用発熱 体と して、 炭素や金属化合物は産業用炉などに使用されている。 従来の発熱体用素材の中でも炭素は、 金属線などと異なり、 発熱 速度、 発熱効率、 遠赤外線の発生効率が良いなど優れた特徴を有し ている。 しかし従来の炭素発熱体は、 大きな板形状体やブロ ッ ク形 状体より切削加工により作製するため製造工程が煩雑で高価なうえ 細い物や薄い物など作製することが困難である。 また、 ある規格範 囲の固有抵抗値を有するプロ ッ ク体などから切削するため発熱量の 制御は形状を変える しか方策がないなどの問題点を有している。 本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、 その目的は薄板 形状だけでなく細い棒形状体、 細い円筒形状体など従来の炭素材料 では得ることのできない形状を得ることが可能なうえ任意の固有抵 抗値を有することで広範な設定電流 · 電位の印加による発熱制御が 可能で、 発熱体と しての炭素材料が持つ発熱速度、 発熱効率、 遠赤 外線の発生効率に優れた炭素系発熱体及びそれを製造する方法を提 供することにある。 発明の開示
本発明者らは、 このよ う な実状に鑑み、 発熱体と して必要な任意 の固有抵抗値と形状を有する発熱体を得ることを開発の課題と して 鋭意研究の結果、 賦形性を有し焼成後実質的に零でない炭素残査収 率を示す組成物中に、 焼成 · 炭素化後に目標の抵抗値を持たせるこ とを目的と し、 金属炭化物、 金属硼化物、 金属珪化物、 金属窒化物 、 金属酸化物、 半金属窒化物、 半金属酸化物、 半金属炭化物等の金 属或いは半金属化合物の一種または二種以上を混合し、 焼成するこ とにより得られる炭素系発熱体は、 任意の固有抵抗値と形状を有し 、 設定どおりの電流 ， 電位による発熱制御が可能なうえ、 発熱速度 、 発熱効率、 遠赤外線の発生効率が優れているなど前記課題が効果 的に解決しう る事実を確認した。
本発明によれば、 賦形性を有し焼成後実質的に零でない炭素残査 収率を示す組成物と、 金属或いは半金属化合物の一種または二種以 上を混合し、 焼成するステ ッ プを具備する炭素系発熱体の製造方法 が提供される。
本発明によれば、 上記の方法によって、 製造される炭素系発熱体 もまた提供される。
前述の金属或いは半金属化合物とは一般に入手可能な金属炭化物 、 金属硼化物、 金属珪化物、 金属窒化物、 金属酸化物、 半金属窒化 物、 半金属酸化物、 半金属炭化物等が挙げられる。 使用する金属或 いは半金属化合物種と量は、 目的とする発熱体の抵抗値 · 形状によ り適宜選択され、 単独でも二種以上の混合体でも使用することがで きるが、 抵抗値制御の簡易さから、 特に炭化硼素、 炭化珪素、 窒化 硼素、 酸化アルミ を使用することが好ま しく 、 炭素の持つ優れた特 性を堅持するためにもその使用量は 7 0重量部以下が好ま しい。 前述の組成物と しては、 不活性ガス雰囲気中での焼成により 5 % 以上の炭化収率を示す有機物質を使用する ものである。 具体的には 、 ポリ塩ィ匕ビニル、 ポ リ アク リ ロニ ト リル、 ポ リ ビニルアルコール 、 ポリ塩化ビニルーポリ酢酸ビニル共重合体、 ポリ ア ミ ド等の熱可 塑性樹脂、 フエノール樹脂、 フラ ン樹脂、 エポキシ樹脂、 不飽和ポ リエステル樹脂、 ポリ イ ミ ド等の熱硬化性樹脂、 リ グニン、 セル口 ース、 トラガン トガム、 アラ ビアガム、 糖類等の縮合多環芳香族を 分子の基本構造内に持つ天然高分子物質、 及び前記には含有されな い、 ナフタ レンスルホン酸のホルマリ ン縮合物、 コプナ樹脂等の縮 合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ合成高分子物質が挙げられ る。 使用する組成物種と量は、 目的とする発熱体の形状により適宜 選択され、 単独でも二種以上の混合体でも使用するこ とができるが 、 特にポリ塩化ビニル樹脂、 フ ラ ン樹脂を使用するこ とが好ま し く 、 炭素の持つ優れた特性を堅持するためにもその使用量は 3 0重量 部以上が好ま しい。
前述の組成物中には炭素粉末が含有されていることが好ま しい。 炭素粉末と しては、 カーボンブラ ッ ク、 黒鉛、 コ一クス粉等が挙げ られるが、 使用する炭素粉末種と量は、 目的とする発熱体の抵抗値 • 形状により適宜選択され、 単独でも二種以上の混合体でも使用す ることができるが、 特に形状制御の簡易さから黒鉛を使用すること が好ま しい。
本発明では、 前述の有機物質の焼成により生じる炭素材料及び炭 素粉は電気良導体と して、 そして金属或いは半金属化合物は導電阻 害物質と して作用 しており、 電流は導電阻害物質である金属或いは 半金属化合物を飛び越え、 いわゆるホッ ピングしながら炭素材料ま たはそれと炭素粉末を媒体と して流れる。 この為これら 2つないし 3 つの成分の種類やその比率等を変え、 それらを均一に混合、 分散 させ焼成することにより、 所望の固有抵抗値を有する本発明の炭素 系発熱体を得るこ とができる。
また本発明の炭素系発熱体は、 発熱速度、 発熱効率、 遠赤外線の 発生効率など発熱体と しての優れた特徴を具備し、 設計どおりの抵 抗値と形状を有するため、 設定電流 ' 電位の印加により発熱量を容 易に制御することが可能である。
但し、 発熱量を制御する際には、 場合によりかなりの高温になる ことから、 アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気と した容器中で使用 することで、 酸化を防止する必要がある。 またこの時遠赤外線の発 生効率の妨げとならずに高温に耐える石英等の透明な容器を用いる ことが望ま しい。 発明を実施するための最良の形態
以下に、 本発明による炭素系発熱体の製造方法を説明する。 まず 、 組成物と金属或いは半金属化合物とを混練機を用いて良く混合さ せる。 得られた混合体を、 真空成型機、 射出成型機、 押し出し成型 機などの既存の成形手法により設計形状に賦形する。 次に賦形体を 、 炭素前駆体化処理し、 得られた炭素前駆体を窒素、 アルゴン等の 不活性ガス雰囲気中も し く は真空下で 1 0 0 0 °c程度、 好ま し く は 2 0 0 0 °C程度まで加熱昇温し、 炭素化し炭素系発熱体を得る。 昇 温速度は、 特に 5 0 0 °C迄は 3 ~ 1 0 0 °C / h、 好ま し く は 5〜 5 0 °C / h とゆっ く り と焼成するのが適当で、 昇温速度が大きいと変 形したり微細なクラ ッ クが生じるなどの欠陥が生じる。 したがって 、 5 0 0 °C迄は 1 0 0 °C / h以上の昇温速度を避けた方が良い。 本発明の炭素系発熱体は、 発熱速度、 発熱効率、 遠赤外線の発生 効率など発熱体と しての優れた特徴を具備し、 設計どおりの抵抗値 と形状を有するため、 設定電流 ' 電位の印加により発熱量を容易に 制御するこ とが可能である。
以下に、 実施例によって本発明を更に具体的に説明するが、 本願 発明はこの実施例によって何等限定される ものではない。
(実施例 1 ) 塩素化塩化ビニル樹脂 （日本力一バイ ド社製 T 一 7 4 1 ) 4 5重量％、 フ ラ ン樹脂 （日立化成社製 ヒ タ フラ ン V F - 3 0 2 ) 1 5重量％、 の混合樹脂系に天然黒鉛微粉末 （日本黒鉛 社製 平均粒度 5 m ) 1 0重量％を複合した組成物と窒化硼素 （ 信越化学社製 平均粒度 2 m ) 3 0重量％に対し、 可塑剤と して ジァ リ ノレフ タ レ一 トモノマ一 2 0重量％を添加して、 ヘンシ ェル ' ミ キサーを用いて分散した後、 表面温度を 1 2 0 °Cに保った ミ キシ ング用二本ロールを用いて十分に混練を繰り返して組成物を得、 ぺ レタイザ一によつてペレツ ト化し成形用組成物を得た。 このペレツ トをスク リ ユー型押し出し機で直径 1 . 5 mmのダイスを用い脱気を 行ないつつ 1 3 0 °Cで 3 m /秒の速度で押し出し、 これを枠に固定 して、 1 8 0 °Cに加熱されたエア一 · オーブン中で 1 0 時間処理し てプレ ' カーサ一 （炭素前駆体） 線材と した。 次に、 これを窒素ガ ス中で 5 0 0 °C迄を 2 5 °C Z時の昇温速度で昇温し、 その後 1 8 0 0 °C迄を 1 0 0 °C Z時で昇温し、 1 8 0 0 °Cで 3 時間保持した後自 然冷却して焼成を完了した。
得られた炭素系発熱体は直径 1 . 0 mm、 で曲げ強度が 3 4 0 MP a であった。 ホイース ト ンブリ ッ ジ法により固有抵抗を測定したとこ ろ 5 . 5 X 1 0 — 3 Ω cmの値を有していた。 この炭素系発熱体を 1 6 5 mmに切断し、 端部にリ一ドを接続しアルゴンガス雰囲気下で通電 したところ 1 0 0 Vで瞬時に 1 2 0 0 °Cに達するとと もに、 遠赤外 線の放射が確認できた。 また使用中にクラ ッ クの発生もなく安定し た発熱量を得ることができた。 (実施例 2 ) フ ラ ン樹脂 （日立化成社製 ヒ タフ ラ ン V F 3 0 3 ) 4 0重量％、 乾留ピッチ （呉羽化学工業社製 M H— 1 P ) 1 5 重量％の混合樹脂系にキッ シュ黒鉛粉末 （光和精鉱社製 平均粒度
4 i m ) 1 5重量％を複合した組成物と、 炭化珪素粉末 （出光石油 化学社製 平均粒度 5重量％、 窒化硼素 （信越化学社製 平均粒度 5 // m ) 2 5重量％に対し可塑剤と してジァ リルフタ レ一 トモノ マー 2 0重量％を添加し、 ヘンシ ヱル · ミ キサーを用いて分 散した後、 表面温度を 1 0 0 °Cに保った ミ キシ ング用三本ロールを 用いて十分に混練を繰り返してシー ト状組成物を得これをペレタイ ザ一でペレツ ト化するとと もに、 このペレツ トをプラ ンジ ャー型油 圧押し出し成形機で縦 0 . 8 mm横 2 . 0 mm長方形状ダイ スを用い脱 気をしつつ l m /秒の吐出速度で押し出し、 これを枠に固定して、 2 0 0 °Cに加熱されたエアー ' オーブン中で 1 0 時間処理してプレ • カーサ一 （炭素前駆体） 線材と した。 次に、 これを窒素ガス中で
5 0 0 °C迄を 2 5 °C /時の昇温速度で昇温し、 その後 1 4 0 0 °C迄 を 1 0 0 °C Z時で昇温し、 1 4 0 0 °Cで 3 時間保持した後自然冷却 して焼成を完了した。
得られた炭素系発熱体は縦 0 . 5匪横 1 . 5 mmで曲げ強度が 3 0 0 MPa であつた。 ホイ一ス ト ンブリ ッ ジ法により固有抵抗を測定し たところ 4 . 5 X 1 0 —3 Ω cmの値を有していた。 この炭素系発熱体 を 1 8 0 mmに切断し、 端部にリ一ドを接続しアルゴンガス雰囲気下 で通電したところ 1 0 0 Vで瞬時に 1 2 0 0 °Cに達するとともに、 遠赤外線の放射が確認できた。 また使用中にクラ ッ クの発生もなく 安定した発熱量を得ることができた。
(実施例 3 ) 塩素化塩化ビニル樹脂 （日本カーバイ ド社製 T 一 7 4 1 ) 4 5重量部、 フラ ン樹脂 （日立化成社製 ヒ タ フ ラ ン V F - 3 0 2 ) 1 5重量部、 の混合樹脂系に天然黒鉛微粉末 （日本黒鉛 社製 平均粒度 5 ^ m) 1 0重量部を含有させた組成物と窒化硼素 (信越化学社製 平均粒度 2 z m) 3 0重量部に対し、 可塑剤と し てジァ リ ルフタ レー トモノ マーを 2 0重量部添加して、 分散、 混合 し、 押し出し成形を行ない、 その後窒素ガス雰囲気中で焼成し、 円 柱状の炭素系発熱体を得た。
得られた炭素系発熱体は断面の直径 0 . 8 mm、 曲げ強度が 3 4 0 MPa であった。 ホイー トス トー ンブリ ツ ジ法により固有抵抗を測定 したところ 5 . 5 X 1 0 —3 Ω cmの値を有していた。 この炭素系発熱 体を 1 6 5誦に切断し、 端部にリー ドを接続しアルゴンガス雰囲気 の石英管中で通電したところ 1 0 0 Vで瞬時に 1 2 0 0 °Cに達する とともに、 遠赤外線の放射が確認できた。 また使用中にクラ ッ クの 発生もなく安定した発熱量を得ることができた。
(実施例 4 ) 塩素化塩化ビニル樹脂 （日本カーバイ ド社製 T一 7 4 1 ) 3 0重量部、 フラ ン樹脂 （日立化成社製 ヒ タフ ラ ン V F - 3 0 2 ) 1 0重量部、 の混合樹脂系に天然黒鉛微粉末 （日本黒鉛 社製 平均粒度 5 ;t/ m) 1 0重量部を含有させた組成物と窒化硼素
(信越化学社製 平均粒度 2 z m) 5 0重量部に対し、 可塑剤と し てジァ リルフタ レー トモノ マー 2 0重量部を添加して、 分散した後 、 実施例 3 と同様の工程により円柱状の炭素系発熱体を得た。
得られた炭素系発熱体は断面直径 0 . 8 mm、 曲げ強度が 3 1 5 MP a であった。 ホイ一 トス トーンプリ ッ ジ法により固有抵抗を測定し たところ 7 . 5 X 1 0 —3 Ω cmの値を有していた。 この炭素系発熱体 を 1 6 5 mmに切断し、 端部にリ ー ドを接続しアルゴンガス雰囲気の 石英管中で通電したところ 1 0 0 Vで瞬時に 1 2 5 0 °Cに達すると と もに、 遠赤外線の放射が確認できた。 また使用中にクラ ッ クの発 生もなく安定した発熱量を得ることができた。
(実施例 5 ) 塩素化塩化ビニル樹脂 （日本力一バイ ド社製 T一 7 4 1 ) 3 0重量部、 フ ラ ン樹脂 （日立化成社製 ヒタフ ラ ン V F
- 3 0 2 ) 5重量部、 の混合樹脂系に天然黒鉛微粉末 （日本黒鉛社 製 平均粒度 5 m ) 5重量部を含有させた組成物と窒化硼素 （信 越化学社製 平均粒度 2 ^ 111 ) 6 0重量部に対し、 可塑剤と してジ ァリルフタ レー トモノ マー 2 0重量部を添加して、 分散した後、 実 施例 3 と同様の工程により円柱状の炭素系発熱体を得た。
得られた炭素系発熱体は断面直径 0 . 7 mm、 曲げ強度が 3 0 0 MP a であった。 ホイー トス トー ンブリ ッ ジ法により固有抵抗を測定し たところ 9 . 8 X 1 0—3 Ω cmの値を有していた。 この炭素系発熱体 を 1 6 5 mmに切断し、 端部に リ ー ドを接続しアルゴンガス雰囲気の 石英管中で通電したところ 1 0 0 Vで瞬時に 1 3 5 0 °Cに達すると と もに、 遠赤外線の放射が確認できた。 また使用中にク ラ ッ クの発 生もなく安定した発熱量を得るこ とができた。
(実施例 6 ) 塩素化塩化ビニル樹脂 （日本カーバイ ド社製 T 一 7 4 1 ) 2 5 重量部、 フラ ン樹脂 （日立化成社製 ヒ タフラ ン V F
- 3 0 2 ) 5重量部、 の混合樹脂系と窒化硼素 （信越化学社製 平 均粒度 2 m ) 7 0重量部に対し、 可塑剤と してジァ リルフタ レー トモノ マー 2 0重量部を添加して、 分散した後、 実施例 3 と同様の 工程により円柱状の炭素系発熱体を得た。
得られた炭素系発熱体は断面直径 2 . 0 mm, 曲げ強度が 2 5 0 MP a であった。 ホイー トス トー ンブリ ツ ジ法により固有抵抗を測定し たところ 1 9 . 8 X 1 0 — 3 Ω cmの値を有していた。 この炭素系発熱 体を 1 6 5 麵に切断し、 端部にリ ー ドを接続しアルゴンガス雰囲気 の石英管中で通電したところ 1 0 0 Vで瞬時に 1 3 5 0 °Cに達する とともに、 遠赤外線の放射が確認できた。 また使用中にクラ ッ クの 発生もなく安定した発熱量を得ることができた。
(実施例 7 ) 塩素化塩化ビニル樹脂 （日本カーバイ ド社製 T 一 7 4 1 ) 5 0重量部と、 天然黒鉛微粉末 （日本黒鉛社製 平均粒度
5 fi m) 4 5重量部と窒化硼素 （信越化学社製 平均粒度 2 / m ) 5重量部に対し、 可塑剤と してジァ リルフタ レー トモノマー 2 0重 量部を添加して、 分散した後、 実施例 3 と同様の工程により円柱状 の炭素系発熱体を得た。
得られた炭素系発熱体は直径 0 . 1 mm、 曲げ強度が 5 0 0 MPa で あった。 ホイー トス トー ンブリ ッ ジ法により固有抵抗を測定したと ころ 0 . 3 X 1 0 3 Q cmの値を有していた。 この炭素系発熱体を 1
6 5 mmに切断し、 端部にリ 一 ドを接続しアルゴンガス雰囲気の石英 管中で通電したところ 1 0 0 Vで瞬時に 1 0 0 0 °Cに達するとと も に、 遠赤外線の放射が確認できた。 また使用中にクラ ッ クの発生も なく安定した発熱量を得ることができた。
(実施例 8 ) フ ラ ン樹脂 （日立化成社製 ヒ タ フ ラ ン V F 3 0 3 ) 4 0重量部、 乾留ピッチ （呉羽化学工業社製 MH— 1 P ) 1 5 重量部の混合樹脂系、 キッ シュ黒鉛粉末 （光和精鉱社製 平均粒度 4 u m) 1 5重量部、 炭化珪素粉末 （出光石油化学社製 平均粒度 1 m m) 5重量部、 窒化硼素 （信越化学社製 平均粒度 5 m) 2 5重量部に対し可塑剤と してジァ リルフタ レー トモノ マー 2 0重量 部を添加し、 分散した後、 実施例 1 と同様の工程により円柱状の炭 素系発熱体を得た。
得られた炭素系発熱体は断面直径 1 . 5 mmで曲げ強度が 3 2 0 MP a であった。 ホイー トス トー ンブリ ッ ジ法により固有抵抗を測定し たところ 1 1 . 3 X 1 0 — 3 Ω cmの値を有していた。 この炭素系発熱 体を 1 8 0 mmに切断し、 端部にリ ー ドを接続しアルゴンガス雰囲気 の石英管中で通電したところ 1 0 0 Vで瞬時に 1 2 0 0 °Cに達する とともに、 遠赤外線の放射が確認できた。 また使用中にクラ ッ クの 発生もなく安定した発熱量を得ることができた。 (実施例 9 ) フ ラ ン樹脂 （日立化成社製 ヒ タ フラ ン V F 3 0 3
) 3 5重量部、 乾留ピッチ （呉羽化学工業社製 M H— 1 P ) 1 0 重量部の混合樹脂系、 キッ シュ黒鉛粉末 （光和精鉱社製 平均粒度
4 m ) 1 0重量部、 炭化珪素粉末 （出光石油化学社製 平均粒度 1 z m ) 5重量部、 窒化硼素 （信越化学社製 平均粒度 5 ) 4 0重量部に対し可塑剤と してジァリルフタ レー トモノ マー 2 0重量 部を添加し、 分散した後、 実施例 3 と同様の工程により円柱状の炭 素系発熱体を得た。
得られた炭素系発熱体は断面直径 0 . 5 關で曲げ強度が 4 0 5 MP a であった。 ホイー トス ト ー ンブリ ツ ジ法により固有抵抗を測定し たところ 3 . 5 X 1 0 —3 Ω cmの値を有していた。 この炭素系発熱体 を 1 8 0 關に切断し、 端部にリ一ドを接続しアルゴンガス雰囲気の 石英管中で通電したところ 1 0 0 Vで瞬時に 1 3 0 0 °Cに達すると と もに、 遠赤外線の放射が確認できた。 また使用中にクラ ッ クの発 生もなく安定した発熱量を得ることができた。
以上説明したように、 本発明の炭素系発熱体は金属系発熱体に比 ベ、 発熱速度、 発熱効率、 遠赤外線の発生効率が良いなど炭素系発 熱体の有する優れた特性を持つうえ、 従来の炭素材に比べ任意の微 細形状 · 抵抗を具備することができるので、 広範な設定電流 ' 電位 の印加が可能なうえ再現性がよ く信頼性が高い極めて優れたもので あ O o
(実施例 1 0 ) 塩素化塩化ビニル樹脂 （日本カーバイ ド社製 T
- 7 4 1 ) 3 0重量部に、 天然黒鉛粉末 （日本黒鉛社製 平均粒度
5 ^ m ) 2重量部を含有させた組成物と、 窒化硼素 （信越化学社製 平均粒度 2 m ) 6 0重量部、 酸化アル ミ ニウム （アル ミ ナ） 粉 末 （平均粒度 7 ^ m ) 8重量部に対し可塑剤と してジァ リルフタ レ ー トモノマー 2 4重量部を添加し、 ヘンシヱル ' ミ キサーを用いて 分散した後、 表面温度を 1 0 0 °cに保ったミ キシング用三本ロール を用いて十分に混練を繰り返し、 その後ペレタイザ一でペレツ ト化 し、 このペレツ 卜をスク リ ュー型押出機で直径 3 mmのダイスを用い 脱気を行いつつ押し出し、 これを枠に固定して、 1 8 0 °Cに加熱さ れたエア一オーブン中で 1 0時間処理してプレ ' カーサ一 （炭素前 駆体） 線材と した。 次にこれを窒素ガス中で 5 0 0 °C迄を 2 5 °C/ 時の昇温速度で昇温し、 その後 1 0 0 0 °C迄を 5 0 °C/時で昇温し 、 1 0 0 0 °Cで 3時間保持した。
次に真空中にて 1 1 0 0 °Cまで 1 0 0 °CZ時で昇温し、 真空状態 を維持しながら 1 1 0 0 °Cで 3時間保持した後自然冷却して、 焼成 を終了した。
得られた炭素系発熱体は、 直径 2 . 3 誦の円柱形状を有し、 曲げ 強度が 2 0 0 MPa であった。 ホイ一トス トーンプリ ッ ジ法により固 有抵抗を測定したところ 1 2 5 X 1 0 —3 Ω cmの値を有していた。 こ の炭素系発熱体を 2 9 0 匪に切断し、 端部にリ ー ドを接続しァルゴ ンガス雰囲気下で通電したところ 1 0 0 Vで瞬時に 9 0 0 °C (処理 温度以下） に達するとともに、 遠赤外線の放射が確認できた。 また 使用中にクラ ッ クの発生もなく安定した発熱量を得ることができた

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 賦形性を有し焼成後実質的に零でない炭素残査収率を示す組 成物と、 金属或いは半金属化合物の一種または二種以上を混合し、 焼成するステ ップを具備することを特徴とする炭素系発熱体の製造 方法。
2 . 該金属或いは半金属化合物は、 金属炭化物、 金属硼化物、 金 属珪化物、 金属窒化物、 金属酸化物、 半金属窒化物、 半金属酸化物 または半金属炭化物であることを特徴とする請求の範囲 1記載の炭 素系発熱体の製造方法。
3 . 該組成物は、 樹脂を含むことを特徴とする請求の範囲 1 記載 の炭素系発熱体の製造方法。
4 . 該組成物中には、 カーボンブラ ッ ク、 黒鉛及びコ一クス粉か らなる群から選ばれた 1 種または 2種以上の炭素粉末が含有されて いることを特徵とする請求の範囲 1 記載の炭素系発熱体の製造方法 o
5 . 賦形性を有し焼成後実質的に零でない炭素残査収率を示す組 成物と、 金属或いは半金属化合物の一種または二種以上を混合し、 焼成して得られることを特徴とする炭素系発熱体。
6 . 該金属或いは半金属化合物は、 金属炭化物、 金属硼化物、 金 属珪化物、 金属窒化物、 金属酸化物、 半金属窒化物、 半金属酸化物 または半金属炭化物であることを特徵とする請求の範囲 5記載の炭 素系発熱体。
7 . 該組成物は、 樹脂を含むことを特徴とする請求の範囲 5記載 の炭素系発熱体。
8 . 該組成物中には、 カーボンブラ ッ ク、 黒鉛及びコークス粉か らなる群から選ばれた 1種または 2種以上の炭素粉末が含有されて いることを特徵とする請求の範囲 5記載の炭素系発熱体。
9 . 固有抵抗値が 0 . 3 〜 2 0 0 X 1 0 — 3 Ω cmである請求の範囲 5記載の炭素系発熱体。
1 0. 断面積が 0 . 1 〜 1 0 0 mm2 の、 断面形状を有する請求の 範囲 5記載の炭素系発熱体。
1 1 . 密閉し、 不活性ガスで内部を不活性な雰囲気と した耐熱容 器中で使用するこ とを特徴とする請求の範囲 5記載の炭素系発熱体
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