JP4807681B2 - 低温用の溶射発熱体及びその製造方法並びにそれを用いた加熱装置 - Google Patents
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Description
前記導電性溶射皮膜の表面上に塗布されたシリコーン樹脂からなって、該導電性溶射皮膜の酸化を防止すると共に絶縁を行う絶縁保護皮膜とを有する。
ここで、立体とは、球体、中空の球体、錐体、中空の錐体、多面体、及び中空の多面体のいずれか1を指し、低温用とは、溶射発熱体で被加熱物を加熱してその温度を、例えば、−20〜300℃の範囲に保持できる機能を指す(以下の発明においても同様)。
前記絶縁溶射皮膜の表面上に溶射処理形成された鉄酸化物の導電性溶射皮膜と、
前記導電性溶射皮膜の表面上に塗布されたシリコーン樹脂からなって、該導電性溶射皮膜の酸化を防止すると共に絶縁を行う絶縁保護皮膜とを有する。
更に、第1及び第2の発明に係る低温用の溶射発熱体において、前記導電性溶射皮膜は、マグネタイトの溶射により形成することもできる。
前記導電性溶射皮膜を乾燥した後その表面上にシリコーン樹脂を塗布して、該導電性溶射皮膜の酸化を防止すると共に絶縁を行う絶縁保護皮膜を形成する第2工程とを有する。
前記絶縁溶射皮膜の表面上に溶射処理により鉄酸化物の導電性溶射皮膜を形成する第2工程と、
前記導電性溶射皮膜を乾燥した後その表面上にシリコーン樹脂を塗布して、該導電性溶射皮膜の酸化を防止すると共に絶縁を行う絶縁保護皮膜を形成する第3工程とを有する。
ここで、図1(A)は本発明の一実施の形態に係る加熱装置の低温用の溶射発熱体の断面図、(B)は(A)の領域Pの拡大図である。
ここで、絶縁溶射皮膜15がアルミナ質なので、下地溶射皮膜14は、例えば、ニッケルとアルミニウムの合金粉末を溶射材料に用いて形成する。なお、下地溶射皮膜14の膜厚は、例えば0.03〜0.08mmである。膜厚が0.03mm未満の場合、下地溶射皮膜14が連続した均質な皮膜とならず、絶縁溶射皮膜15を銅管13の外表面上に強固に形成することができない。そして、膜厚が0.08mmを超えると、銅管13と下地溶射皮膜14との間の熱膨張差により、下地溶射皮膜14が銅管13から剥離し易くなるので好ましくない。また、アルミナ質の絶縁溶射皮膜15の膜厚は、例えば0.2〜0.5mmである。絶縁溶射皮膜15が0.2mm未満では銅管13との間の絶縁抵抗を所定値(例えば、20〜50MΩ)以上にするのが困難になり、絶縁溶射皮膜15が0.5mmを超えると銅管13に伝わる熱量が少なくなって好ましくない(以上、第1工程)。
そして、導電性溶射皮膜16の電気抵抗率が0.01〜0.1Ω・cmの範囲であると、使用する銅管13の外径に応じて導電性溶射皮膜16の長さ及び厚みを調整することにより、実用電圧電源(100V又は200V)で所望の電力密度を有する(所望の電気抵抗値を有する)溶射発熱体11を作成することができる。
そして、電極溶射皮膜17の表面上の絶縁保護皮膜18の一部を除去して露出させ露出した電極溶射皮膜17に導線19をボンディング部材20を用いて固定し、ボンディング部材20を絶縁するためにボンディング部材20の上に封止部材21を塗布する。
粒度が45〜100μmで、表1に示す鉄酸化物の組成割合を有するミルスケールを溶射材料とし、アルミナ板の基材に空気中でアルゴンガスを使用したプラズマ溶射により溶射距離を170mmに設定して厚み100μmの溶射皮膜を形成し、溶射皮膜の電気抵抗と鉄酸化物の組成をそれぞれ測定した。溶射皮膜中の鉄酸化物の組成割合を表1に併せて示す。また、溶射皮膜の電気抵抗から求めた電気抵抗率を表2に示す。
表2に示すように、溶射皮膜の電気抵抗率は0.057Ω・cmとなり、溶射皮膜の厚みを調整することで実用電圧電源(100V又は200V)で所望の電力密度を得ることができる。また、形成された溶射皮膜の組成は、表1に示すように、ウスタイトを22.7重量%、マグネタイトを74.7重量%、及びヘマタイトを2.6重量%含有する均質な組織となった。
表2に示すように、酸化ニッケルの溶射皮膜の電気抵抗率は0.006Ω・cmと小さく、低電圧を使用しないと所望の電力密度を得ることができず、実用電圧電源が使用できないことから実用的でない。また、実用電圧電源で所望の電力密度を得ようとすると、溶射皮膜の厚みを溶射では管理できない厚さにすることが要求され、製造の観点から実用的でない。また、酸化ニッケル30重量%ヘマタイト70重量%の混合粉末を使用した溶射皮膜では、絶縁物質であるヘマタイトが含まれるため、電気抵抗率を0.024Ω・cmとすることができるが、酸化ニッケルとヘマタイトは比重差及び融点差が大きいため、形成された溶射皮膜は不均質となって発熱体としての品質が維持できない。
外径が19mm、長さが400mm、肉厚が0.9mmの銅管内に水を通過させながら加熱して出口で必要温度にする加熱装置に加熱源として使用する使用電圧が200Vで電力密度が10W/cm2の溶射発熱体(導電性溶射皮膜の目標電気抵抗値は18〜20Ω)を作製した。
続いて、各電極溶射皮膜上の絶縁保護皮膜の一部を除去してはんだにより導線を固定し、はんだ及び露出した電極溶射皮膜の上にシリコーン樹脂を塗布して絶縁を行った。完成した溶射発熱体の導電性溶射皮膜の実測電気抵抗は、目標電気抵抗値の±5%の管理範囲内の値を示した。また、導線と銅管の間の電気抵抗は20MΩを超え、実質的に絶縁状態となっている。
例えば、導電性溶射皮膜をミルスケールの溶射により形成したが、マグネタイトの溶射により形成することもできる。
溶射発熱体の基材として銅パイプを使用したが、銅以外の金属パイプを基材として使用することも、金属板材を使用することもできる。また、セラミックスや耐熱性プラスチックで作製された絶縁性のパイプや板材を基材として使用することもできる。なお、絶縁性のセラミックや耐熱性プラスチックを基材として使用した場合、基材に下地溶射皮膜を介して導電性溶射皮膜を、あるいは導電性溶射皮膜を基材の上に直接形成することができる。更に、球体、中空の球体、錐体、中空の錐体、多面体、及び中空の多面体のいずれか1からなる立体を基材としてその外側表面に導電性溶射皮膜を形成することも、パイプ、球体、中空の球体、錐体、中空の錐体、多面体、及び中空の多面体を基材としてその内側表面に導電性溶射皮膜を形成することもできる。
Claims (6)
- 絶縁性の立体、パイプ、及び板材のいずれか1つを基材としその表面に溶射処理形成された鉄酸化物の導電性溶射皮膜と、
前記導電性溶射皮膜の表面上に塗布されたシリコーン樹脂からなって、該導電性溶射皮膜の酸化を防止すると共に絶縁を行う絶縁保護皮膜とを有することを特徴とする低温用の溶射発熱体。 - 導電性の立体、パイプ、及び板材のいずれか1つを基材としその表面に溶射処理形成された絶縁溶射皮膜と、
前記絶縁溶射皮膜の表面上に溶射処理形成された鉄酸化物の導電性溶射皮膜と、
前記導電性溶射皮膜の表面上に塗布されたシリコーン樹脂からなって、該導電性溶射皮膜の酸化を防止すると共に絶縁を行う絶縁保護皮膜とを有することを特徴とする低温用の溶射発熱体。 - 請求項1又は2記載の低温用の溶射発熱体において、前記導電性溶射皮膜は、鋼材の圧延工程で排出されるミルスケールの溶射により形成され、抵抗率が0.01〜0.1Ω・cmの範囲にあることを特徴とする低温用の溶射発熱体。
- 絶縁性の立体、パイプ、及び板材のいずれか1つを基材としその表面に溶射処理により鉄酸化物の導電性溶射皮膜を形成する第1工程と、
前記導電性溶射皮膜を乾燥した後その表面上にシリコーン樹脂を塗布して、該導電性溶射皮膜の酸化を防止すると共に絶縁を行う絶縁保護皮膜を形成する第2工程とを有することを特徴とする低温用の溶射発熱体の製造方法。 - 導電性の立体、パイプ、及び板材のいずれか1つを基材としその表面に溶射処理により絶縁溶射皮膜を形成する第1工程と、
前記絶縁溶射皮膜の表面上に溶射処理により鉄酸化物の導電性溶射皮膜を形成する第2工程と、
前記導電性溶射皮膜を乾燥した後その表面上にシリコーン樹脂を塗布して、該導電性溶射皮膜の酸化を防止すると共に絶縁を行う絶縁保護皮膜を形成する第3工程とを有することを特徴とする低温用の溶射発熱体の製造方法。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の低温用の溶射発熱体を加熱源として使用することを特徴とする加熱装置。
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