JP3216737B2 - 複合粒子の溶射発熱体とその製造法 - Google Patents
複合粒子の溶射発熱体とその製造法Info
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- JP3216737B2 JP3216737B2 JP26275592A JP26275592A JP3216737B2 JP 3216737 B2 JP3216737 B2 JP 3216737B2 JP 26275592 A JP26275592 A JP 26275592A JP 26275592 A JP26275592 A JP 26275592A JP 3216737 B2 JP3216737 B2 JP 3216737B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、通電発熱させるための
溶射発熱体に係り、特に導電性物質又は絶縁体か半導体
物質をそれぞれの粒子にコーテングした複合粒子を溶射
加工した溶射発熱体に関する。
溶射発熱体に係り、特に導電性物質又は絶縁体か半導体
物質をそれぞれの粒子にコーテングした複合粒子を溶射
加工した溶射発熱体に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の発熱体は、金属、カーボン、導電
性セラミックス及び前記導電性物質と絶縁物質の混合物
をその特性に応じて塗布、焼結、シース化、蒸着、溶射
等の加工技術により製造していた。しかしながら、例え
ば金属の溶射加工で発熱体を形成する場合抵抗率が通常
１０-4オーダの為、所定の抵抗値を得るためには発熱体
の長さを（ジグ等を用いて）長くしたり、又その断面積
を小さくする必要があったが、その厚みには限度がある
ため、特に電力密度が小さいという問題があった。ま
た、金属の溶射材料は約１万円／ｋｇと高価である。一
方、ＴｉＯ2 等の導電性セラミックスは電気特性や耐久
性に問題があった。
性セラミックス及び前記導電性物質と絶縁物質の混合物
をその特性に応じて塗布、焼結、シース化、蒸着、溶射
等の加工技術により製造していた。しかしながら、例え
ば金属の溶射加工で発熱体を形成する場合抵抗率が通常
１０-4オーダの為、所定の抵抗値を得るためには発熱体
の長さを（ジグ等を用いて）長くしたり、又その断面積
を小さくする必要があったが、その厚みには限度がある
ため、特に電力密度が小さいという問題があった。ま
た、金属の溶射材料は約１万円／ｋｇと高価である。一
方、ＴｉＯ2 等の導電性セラミックスは電気特性や耐久
性に問題があった。
【０００３】このような技術を開示した文献として、特
開昭５９−９４３９４号公報、特公平２−５６４２５号
公報がある。一方、特開昭６４−８２６０号公報に金属
−セラミック複合皮膜の形成方法がある。これは主眼が
複合皮膜の製造法であり、又、無電解メッキを主体にし
ているため、かぎられた金属のみであり導電性セラミッ
クス等は不可能であり、また、化学的処理のため不純物
の影響が懸念される。又、電力印加による発熱体の特性
評価も欠点になっている。
開昭５９−９４３９４号公報、特公平２−５６４２５号
公報がある。一方、特開昭６４−８２６０号公報に金属
−セラミック複合皮膜の形成方法がある。これは主眼が
複合皮膜の製造法であり、又、無電解メッキを主体にし
ているため、かぎられた金属のみであり導電性セラミッ
クス等は不可能であり、また、化学的処理のため不純物
の影響が懸念される。又、電力印加による発熱体の特性
評価も欠点になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の技術的な本質は
見掛け抵抗率を１０-3〜１０0 に制御できる技術を確立
することである。この技術が達成されれば、所定の抵抗
値が抵抗率、長さ、及び断面積の３要素を任意に変えら
れるので容易に得られることになる。また、電気的に安
定であるためには導電性物質が連続していることが重要
であり、マクロ的にみてその割合が同程度であることが
均一加熱上必要となる。そこで、本発明は、上記した諸
要求を満足することのできる高付加価値の溶射発熱体と
その製造法を提供することを課題とするものである。
見掛け抵抗率を１０-3〜１０0 に制御できる技術を確立
することである。この技術が達成されれば、所定の抵抗
値が抵抗率、長さ、及び断面積の３要素を任意に変えら
れるので容易に得られることになる。また、電気的に安
定であるためには導電性物質が連続していることが重要
であり、マクロ的にみてその割合が同程度であることが
均一加熱上必要となる。そこで、本発明は、上記した諸
要求を満足することのできる高付加価値の溶射発熱体と
その製造法を提供することを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、絶縁体基材と、該基材表面に導電性セ
ラミックス又は導電性酸化物をコーテングした絶縁又は
半導体粒子からなる複合粒子を溶射して形成した溶射皮
膜とからなる溶射発熱体とするか、又は絶縁体基材と、
該基材表面に絶縁又は半導体物質をコーテングした導電
性粒子からなる複合粒子を溶射して形成した溶射皮膜と
からなる溶射発熱体としたものである。
に、本発明では、絶縁体基材と、該基材表面に導電性セ
ラミックス又は導電性酸化物をコーテングした絶縁又は
半導体粒子からなる複合粒子を溶射して形成した溶射皮
膜とからなる溶射発熱体とするか、又は絶縁体基材と、
該基材表面に絶縁又は半導体物質をコーテングした導電
性粒子からなる複合粒子を溶射して形成した溶射皮膜と
からなる溶射発熱体としたものである。
【０００６】また、本発明では、絶縁体の基材表面に、
導電性セラミックス又は導電性酸化物をコーテングした
絶縁又は半導体粒子からなる複合粒子、又は、絶縁又は
半導体物質をコーテングした導電性粒子からなる複合粒
子を溶射して、通電発熱させる溶射皮膜を形成すること
を特徴とする複合粒子の溶射発熱体の製造法としたもの
である。上記のように、本発明では、セラミックスの粒
子表面に導電性のセラミックス又は酸化物をコーテング
した複合物質（粒子）を溶射加工して形成した溶射皮膜
に、電力印加することにより発熱体とする。
導電性セラミックス又は導電性酸化物をコーテングした
絶縁又は半導体粒子からなる複合粒子、又は、絶縁又は
半導体物質をコーテングした導電性粒子からなる複合粒
子を溶射して、通電発熱させる溶射皮膜を形成すること
を特徴とする複合粒子の溶射発熱体の製造法としたもの
である。上記のように、本発明では、セラミックスの粒
子表面に導電性のセラミックス又は酸化物をコーテング
した複合物質（粒子）を溶射加工して形成した溶射皮膜
に、電力印加することにより発熱体とする。
【０００７】上記において、コーテング膜はメッキ、メ
カニカルアロイング、スパッタ等で製造でき、膜厚は
０．１μｍ〜２０μｍ程度に変えられるものである。導
電性物質としては、金属、合金類とＢ4 Ｃ、ＴｉＣ、Ｗ
Ｃ、ＺｒＣ、ＴｉＢ2 、Ｍｏ2Ｂ5 、ＴｉＮ、ＡｌＮ、
ＭｏＳｉ2 などの導電性セラミックやＳｎＯ、Ｐｂ
Ｏ2、ＲｅＯ2 、Ｖ2 Ｏ3 などの導電性酸化物が使用で
きる。絶縁又は半導体粒子の粒径は１０〜７５μｍ程度
であり、絶縁物質（粒子）としてはＡｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ
2 、ＺｒＯ2 、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｃｒ2 Ｏ3 、Ｍｇ
Ｏ、ＭｎＯ等とそれぞれの混合物であり、半導体物質と
してはＳｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＺｎＳ、Ｐ
ｂＳなどである。
カニカルアロイング、スパッタ等で製造でき、膜厚は
０．１μｍ〜２０μｍ程度に変えられるものである。導
電性物質としては、金属、合金類とＢ4 Ｃ、ＴｉＣ、Ｗ
Ｃ、ＺｒＣ、ＴｉＢ2 、Ｍｏ2Ｂ5 、ＴｉＮ、ＡｌＮ、
ＭｏＳｉ2 などの導電性セラミックやＳｎＯ、Ｐｂ
Ｏ2、ＲｅＯ2 、Ｖ2 Ｏ3 などの導電性酸化物が使用で
きる。絶縁又は半導体粒子の粒径は１０〜７５μｍ程度
であり、絶縁物質（粒子）としてはＡｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ
2 、ＺｒＯ2 、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｃｒ2 Ｏ3 、Ｍｇ
Ｏ、ＭｎＯ等とそれぞれの混合物であり、半導体物質と
してはＳｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＺｎＳ、Ｐ
ｂＳなどである。
【０００８】
【作用】例えば、金属が１μｍコーテングされた３０μ
ｍの複合粒子を用いた溶射加工で、膜厚を１００μｍに
したとすれば、３０μｍの粒子が１／２に縮少して積層
し１個１５μｍのラメラとなり、６個半径方向に並ぶと
仮定すれば、コーテング層のみをとれば同様に全体の膜
厚は６μｍとなる。これは金属のみの場合に比して約１
７倍の抵抗値が得られることになる。また、コーテング
層は三次元で連続しているため、電気的に安定であり、
マクロ的に導電性物質の割合が同程度となり均一加熱さ
れる。また、コーテング膜厚を変えることにより見掛け
抵抗率も変化する。
ｍの複合粒子を用いた溶射加工で、膜厚を１００μｍに
したとすれば、３０μｍの粒子が１／２に縮少して積層
し１個１５μｍのラメラとなり、６個半径方向に並ぶと
仮定すれば、コーテング層のみをとれば同様に全体の膜
厚は６μｍとなる。これは金属のみの場合に比して約１
７倍の抵抗値が得られることになる。また、コーテング
層は三次元で連続しているため、電気的に安定であり、
マクロ的に導電性物質の割合が同程度となり均一加熱さ
れる。また、コーテング膜厚を変えることにより見掛け
抵抗率も変化する。
【０００９】一方、金属の溶射材料は約１万円／ｋｇと
高価であるが、安価なセラミックを核に用いている為、
金属の割合が小さく安価となる。従って、複雑な溶射加
工をせずとも、この複合粒子の溶射加工により家庭の電
源で使える任意の形状のヒータが簡単に得られる。
高価であるが、安価なセラミックを核に用いている為、
金属の割合が小さく安価となる。従って、複雑な溶射加
工をせずとも、この複合粒子の溶射加工により家庭の電
源で使える任意の形状のヒータが簡単に得られる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ 平均粒径２７．５μｍのＡｌ2 Ｏ3 ＋２．３ＴｉＯ2 か
らなる粒子に、導電性物質として平均粒径１．３μｍの
Ｎｉ粉を１０：３ｗｔ％の割合でメカニカルアロイング
法を用いてコーテングした。Ｎｉ膜厚が約２μｍの複合
粒子が得られた。この複合粒子をプラズマ溶射法で、す
でにＡｌ2 Ｏ3 で絶縁処理を施こした２５Ａ ＳＵＳ３
０４、長さ１０ｃｍの外表面に、膜厚８０μｍの溶射発
熱体を形成した。
るが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ 平均粒径２７．５μｍのＡｌ2 Ｏ3 ＋２．３ＴｉＯ2 か
らなる粒子に、導電性物質として平均粒径１．３μｍの
Ｎｉ粉を１０：３ｗｔ％の割合でメカニカルアロイング
法を用いてコーテングした。Ｎｉ膜厚が約２μｍの複合
粒子が得られた。この複合粒子をプラズマ溶射法で、す
でにＡｌ2 Ｏ3 で絶縁処理を施こした２５Ａ ＳＵＳ３
０４、長さ１０ｃｍの外表面に、膜厚８０μｍの溶射発
熱体を形成した。
【００１１】図１にこの複合粒子の溶射発熱体を用いた
抵抗率測定の加熱装置を示す。図１において、溶射発熱
体１が本体（ＳＵＳ３０４）２の上に形成されており、
溶射発熱体１の両端に電極３を取り付け、アンメータ５
を介してスライダック（１００Ｖ、１０Ａ）４に接続さ
れている。溶射発熱体１の中央には熱電対６を設置し温
度が測定されている。
抵抗率測定の加熱装置を示す。図１において、溶射発熱
体１が本体（ＳＵＳ３０４）２の上に形成されており、
溶射発熱体１の両端に電極３を取り付け、アンメータ５
を介してスライダック（１００Ｖ、１０Ａ）４に接続さ
れている。溶射発熱体１の中央には熱電対６を設置し温
度が測定されている。
【００１２】この溶射発熱体１に取り付けた電極３にス
ライダック４で５０Ｖ電圧を印加したところ、電流値が
１０Ａ流れたことによりこの発熱体の抵抗は常法で５Ω
であった。このことより抵抗率を計算すると０．０４Ω
・ｃｍであり、Ｎｉ粉のみに対して約１００倍の見掛け
抵抗率の増加を得た。
ライダック４で５０Ｖ電圧を印加したところ、電流値が
１０Ａ流れたことによりこの発熱体の抵抗は常法で５Ω
であった。このことより抵抗率を計算すると０．０４Ω
・ｃｍであり、Ｎｉ粉のみに対して約１００倍の見掛け
抵抗率の増加を得た。
【００１３】次に上記溶射発熱体にスライダックで５Ｗ
（５．０Ｖ、１．０Ａ）２０Ｗ（１０．０Ｖ、２．０
Ａ）の昇温加熱実験を実施した。その結果を図２に示
す。３０分で電力密度０．０５Ｗ／ｃｍ2 で４５℃、
０．２Ｗ／ｃｍ2 で７５℃であった。なお室温２８．１
℃であった。なお、温度は溶射発熱体表面に取りつけた
熱電対６で測定した。
（５．０Ｖ、１．０Ａ）２０Ｗ（１０．０Ｖ、２．０
Ａ）の昇温加熱実験を実施した。その結果を図２に示
す。３０分で電力密度０．０５Ｗ／ｃｍ2 で４５℃、
０．２Ｗ／ｃｍ2 で７５℃であった。なお室温２８．１
℃であった。なお、温度は溶射発熱体表面に取りつけた
熱電対６で測定した。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば次のような効果を奏する
ことができる。 （１）本発明は導電性物質をコーテングした複合粒子を
溶射加工したことにより、この皮膜の見掛け抵抗率が任
意に制御できた。従って、家庭電源で容易にヒータが得
られ、利用範囲が拡大した。 （２）この皮膜は三次元的に導電性物質で連続されてい
るため電気的に安定であり、マクロ的に均一加熱され
る。 （３）この複合粒子は核に安価な絶縁粒子を用いたこと
により安価となった。 （４）見掛け抵抗率が増加したため高抵抗となった。よ
ってヒータのコンパクト化が可能となった。
ことができる。 （１）本発明は導電性物質をコーテングした複合粒子を
溶射加工したことにより、この皮膜の見掛け抵抗率が任
意に制御できた。従って、家庭電源で容易にヒータが得
られ、利用範囲が拡大した。 （２）この皮膜は三次元的に導電性物質で連続されてい
るため電気的に安定であり、マクロ的に均一加熱され
る。 （３）この複合粒子は核に安価な絶縁粒子を用いたこと
により安価となった。 （４）見掛け抵抗率が増加したため高抵抗となった。よ
ってヒータのコンパクト化が可能となった。
【図１】本発明の溶射発熱体を用いた加熱実験装置の概
略説明図。
略説明図。
【図２】溶射発熱体の表面温度を示すグラフ。
１：溶射発熱体、２：本体（ＳＵＳ３０４）、３：電
極、４：スライダック、５：アンメータ、６：熱電対
極、４：スライダック、５：アンメータ、６：熱電対
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村田 好和 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会 社荏原製作所内 (56)参考文献 特開 昭64−8260（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 4/04 H05B 3/12,3/16,3/20
Claims (3)
- 【請求項１】 絶縁体基材と、該基材表面に導電性セラ
ミックス又は導電性酸化物をコーテングした絶縁又は半
導体粒子からなる複合粒子を溶射して形成した溶射皮膜
とからなる溶射発熱体。 - 【請求項２】 絶縁体基材と、該基材表面に絶縁又は半
導体物質をコーテングした導電性粒子からなる複合粒子
を溶射して形成した溶射皮膜とからなる溶射発熱体。 - 【請求項３】 絶縁体の基材表面に、導電性セラミック
ス又は導電性酸化物をコーテングした絶縁又は半導体粒
子からなる複合粒子、又は、絶縁又は半導体物質をコー
テングした導電性粒子からなる複合粒子を溶射して、通
電発熱させる溶射皮膜を形成することを特徴とする複合
粒子の溶射発熱体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26275592A JP3216737B2 (ja) | 1992-09-07 | 1992-09-07 | 複合粒子の溶射発熱体とその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26275592A JP3216737B2 (ja) | 1992-09-07 | 1992-09-07 | 複合粒子の溶射発熱体とその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06116701A JPH06116701A (ja) | 1994-04-26 |
| JP3216737B2 true JP3216737B2 (ja) | 2001-10-09 |
Family
ID=17380143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26275592A Expired - Fee Related JP3216737B2 (ja) | 1992-09-07 | 1992-09-07 | 複合粒子の溶射発熱体とその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3216737B2 (ja) |
-
1992
- 1992-09-07 JP JP26275592A patent/JP3216737B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06116701A (ja) | 1994-04-26 |
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