JP5685152B2 - Porous heating element - Google Patents
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Description
本発明はアルミニウムを原料として焼結した焼結体に関するもので、特に、通電による抵抗発熱性を有し、発熱体として好適に使用可能な多孔質発熱体に関するものである。 The present invention relates to a sintered body obtained by sintering aluminum as a raw material, and in particular, relates to a porous heating element that has resistance exothermicity by energization and can be suitably used as a heating element.
金属や金属酸化物・窒化物等の粉末を焼成してなる焼結体は、その緻密性から様々な分野での利用可能性があり、従来から多くの技術が開発されてきていた。
特に、金属材料としてのアルミニウム材料は、軽量かつ安価であり、加工性も良いことから、従来から焼結体を製造する原材料としてアルミニウム材料が検討されてきた。
しかし、アルミニウム材料は極めて酸化し易く、その表面に安定で硬い酸化皮膜が形成され易いため、これをそのまま焼結させても機械的強度の高い焼結体を得ることは困難である。
Sintered bodies obtained by firing powders of metals, metal oxides, and nitrides can be used in various fields because of their denseness, and many techniques have been developed.
In particular, an aluminum material as a metal material is light and inexpensive, and has good workability. Therefore, an aluminum material has been conventionally studied as a raw material for producing a sintered body.
However, since aluminum materials are very easily oxidized and a stable and hard oxide film is easily formed on the surface thereof, it is difficult to obtain a sintered body having high mechanical strength even if it is sintered as it is.
ところで、本出願人は、先に、アルミニウム粉末を使用した焼結体の発明に係る特許文献１の特許出願をした。この特許文献１に記載の焼結体の発明は、アルミニウム微粒子とゼオライト微粒子と有機バインダ及び／または無機バインダとを含有し、これらが均一に混合された混合物を、常温でプレス成形し、非酸化雰囲気において１２００℃〜１８００℃の範囲内の温度で焼結したものであり、これによって、優れた機械的強度を有する焼結体が得られている。 By the way, the present applicant has previously filed a patent application of Patent Document 1 relating to the invention of a sintered body using aluminum powder. The invention of the sintered body described in Patent Document 1 contains aluminum fine particles, zeolite fine particles, an organic binder and / or an inorganic binder, and a mixture in which these are uniformly mixed is press-molded at room temperature and non-oxidized. Sintered at a temperature in the range of 1200 ° C. to 1800 ° C. in an atmosphere, and thereby a sintered body having excellent mechanical strength is obtained.
ところが、特許文献１の発明においては、１２００℃〜１８００℃の範囲内の温度で焼結したことから、得られる焼結体は主にアルミナ質であると予測され、通電発熱はなく、抵抗体、抵抗発熱体等の用途に適した導電性は備えられていなかった。このため、アルミニウム材料を使用した焼結体として応用分野の拡大を図ることはできなかった。
従来から使用されている発熱体として、ニクロム合金、カンタル合金等の金属材料や、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミック材料からなるものが開発されている。
しかし、金属材料からなる発熱体は、液体加熱用の発熱体等として使用する場合において、金属の周囲にマグネシア等の絶縁物を配設し、更に、全体を金属シースで包む必要があることから、また、金属線によって面放熱させていたことから、発熱効率が低かった。一方、セラミック材料からなる発熱体においては、脆くて急激な温度変化による熱衝撃にも弱く、急速加熱や急速冷却が困難であった。
However, in the invention of Patent Document 1, since sintering was performed at a temperature in the range of 1200 ° C. to 1800 ° C., the obtained sintered body was predicted to be mainly alumina, there was no energization heat generation, and the resistor In addition, conductivity suitable for uses such as a resistance heating element was not provided. For this reason, the application field could not be expanded as a sintered body using an aluminum material.
Conventionally used heating elements have been developed which are made of metal materials such as nichrome alloy and cantal alloy, and ceramic materials such as silicon carbide (SiC).
However, when a heating element made of a metal material is used as a heating element for liquid heating, an insulator such as magnesia needs to be disposed around the metal, and further, the whole needs to be wrapped with a metal sheath. In addition, the heat generation efficiency was low because the surface was radiated by a metal wire. On the other hand, a heating element made of a ceramic material is fragile and vulnerable to thermal shock caused by a rapid temperature change, and rapid heating and rapid cooling are difficult.
そこで、本発明は、かかる不具合を解決すべくなされたものであって、機械的強度が高く、かつ、通電発熱性を有し、抵抗発熱体として好適に使用可能な多孔質発熱体の提供を課題とするものである。 Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and provides a porous heating element that has high mechanical strength, is electrically heated, and can be suitably used as a resistance heating element. It is to be an issue.
請求項１の多孔質発熱体は、アルミニウム粉と、抵抗値を調節する鉄粉と、前記アルミニウムの溶融点より低い温度では溶融しない炭素粉と、有機化合物粉としての木粉と、アルミニウム酸化物及びケイ素酸化物、前記アルミニウム酸化物と前記ケイ素酸化物の複合酸化物、アルミニウムのケイ酸塩のうちの少なくとも１種を含有する陶磁器用の粘土粉とを具備し、前記アルミニウム粉、前記炭素粉、前記陶磁器用の粘土粉、前記鉄粉及び木粉との比重の違いによって移動が生じない量の水及び／またはバインダとが混合されてなる混合物を、圧力を加えて成形し、焼結して５％〜５０％の範囲内の空隙を有し、通電によって発熱する成型体を形成してなるものである。 The porous heating element according to claim 1 includes an aluminum powder, an iron powder that adjusts a resistance value, a carbon powder that does not melt at a temperature lower than the melting point of the aluminum, a wood powder as an organic compound powder, and an aluminum oxide And a ceramic oxide clay powder containing at least one of silicon oxide, a composite oxide of the aluminum oxide and the silicon oxide, and an aluminum silicate, the aluminum powder, the carbon powder , A mixture of water and / or a binder in an amount that does not move due to the difference in specific gravity between the clay powder for ceramics, the iron powder, and the wood powder, is molded by applying pressure, and sintered. And forming a molded body that has voids in the range of 5% to 50% and generates heat when energized.
ところで、上記アルミニウム粉は、通常、アトマイズ法（噴霧式）によって製造された不規則な形状（針状、紡錘形状等）のものが使用される。
また、上記炭素粉は、通常、熱伝導率が低く、高温下でも前記アルミニウム粉とは反応しないものであるが、ここでは、前記アルミニウム粉の溶融点（６６８℃）より低い温度では溶融しないものであればよく、例えば、黒鉛、カーボンブラック、活性炭、炭素繊維等の粉状物が挙げられる。
そして、上記鉱物質粉としての陶磁器用の粘土粉は、アルミニウム酸化物及びケイ素酸化物、アルミニウム酸化物とケイ素酸化物の複合酸化物、アルミニウムのケイ酸塩のうちの少なくとも１種を含有するものであればよく、例えば、蛙目粘土、木節粘土、カオリン、長石、陶石、ゼオライトの粉末等が使用される。前記蛙目粘土、木節粘土、カオリン、長石、陶石、ゼオライトの粉末は、通常、鉱物質粉と呼ばれ、陶磁器用の粘土粉である。
By the way, the aluminum powder is usually used in an irregular shape (needle shape, spindle shape, etc.) manufactured by an atomizing method (spray type).
The carbon powder usually has a low thermal conductivity and does not react with the aluminum powder even at high temperatures, but here it does not melt at a temperature lower than the melting point (668 ° C.) of the aluminum powder. For example, powdery materials such as graphite, carbon black, activated carbon, and carbon fiber can be used.
The clay powder for ceramics as the mineral powder contains at least one of aluminum oxide and silicon oxide, composite oxide of aluminum oxide and silicon oxide, and aluminum silicate. For example, Sasame clay, Kibushi clay, kaolin, feldspar, porcelain stone, zeolite powder and the like are used. The powder of the above-mentioned clay, kibushi clay, kaolin, feldspar, porcelain stone, and zeolite is usually called mineral powder and is a clay powder for ceramics.
ここで、上記成型体における空隙が５％〜５０％の範囲内とは、本発明者らが、鋭意実験研究を重ねた結果、成型体における空隙が５％〜５０％の範囲内においては、抵抗発熱体として使用において、十分な強度及び通電発熱性を確保できることを見出し、この知見に基づいて設定されたものである。即ち、成型体における空隙が５％未満のものでは、成型体の抵抗値が小さく、通電による発熱性が損なわれる。一方で、成型体における空隙が５０％を超えると、抵抗発熱体として使用において、強度が足りず、また、通電性が損なわれる。
なお、上記５％〜５０％の範囲内は、厳格に５％〜５０％の範囲内であることを要求するものではなくて約５％〜約５０％の範囲内であればよく、当然、誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。
Here, the void in the molded body is within the range of 5% to 50%. As a result of the inventors' extensive research, the void in the molded body is within the range of 5% to 50%. In use as a resistance heating element, it has been found that sufficient strength and energization heat generation can be ensured, and is set based on this finding. That is, when the voids in the molded body are less than 5%, the resistance value of the molded body is small and the heat generation due to energization is impaired. On the other hand, if the voids in the molded body exceed 50%, the strength is insufficient in use as a resistance heating element, and the electrical conductivity is impaired.
The range of 5% to 50% is not strictly required to be in the range of 5% to 50%, and may be in the range of about 5% to about 50%. This is an approximate value including an error, and does not deny an error of several percent.
上記５％〜５０％の範囲内の空隙は、形成した乾燥状態の発熱体の体積及び重量を測定し、水を含浸させた状態の重量を測定し、再び乾燥させて重量を測定し、その重量の変化を気孔率に置き換えたものである。また、「パラフィン浸透装置（ＵＬＶＡＣ ＤＡ−１５Ｄ）」により真空に脱気したところにパラフィンを含浸させて、その重さの変化から算出したものも、結果的に大きな差は生じなかった。したがって、ここでは前者、後者の区別なく説明する。 The voids in the range of 5% to 50% are measured by measuring the volume and weight of the dried heating element formed, measuring the weight of the impregnated water, drying again, and measuring the weight. The change in weight is replaced with porosity. Moreover, the paraffin was impregnated in the place deaerated in a vacuum by the “paraffin permeation apparatus (ULVAC DA-15D)” and calculated from the change in the weight, as a result, there was no significant difference. Therefore, here, the former and the latter will be described without distinction.
更に、上記水及び／またはバインダは、水のみを単独で用いても良いし、バインダのみを単独で用いても良く、水とバインダの両方を併用しても良いという意味である。そして、この水及び／またはバインダは、前記アルミニウム粉、前記炭素粉、前記陶磁器用の粘土粉が比重の違いによって移動が生じない量、即ち、重力沈降しない程度の量であり、即ち、比重の違いによって沈殿しない程度の量が、前記アルミニウム粉、前記炭素粉、前記陶磁器用の粘土粉に混合される。
なお、上記常温とは、ＪＩＳ Ｚ ８７０３で規定されるように、２０℃±１５℃（５℃〜３５℃）の範囲内の温度をいう。
Further, the water and / or binder may be water alone, may be used alone, or both water and binder may be used in combination. The water and / or the binder is an amount in which the aluminum powder, the carbon powder, and the clay powder for ceramics do not move due to a difference in specific gravity, that is, an amount that does not cause gravity sedimentation. An amount that does not precipitate due to the difference is mixed with the aluminum powder, the carbon powder, and the clay powder for ceramics.
The normal temperature means a temperature within a range of 20 ° C. ± 15 ° C. (5 ° C. to 35 ° C.) as defined in JIS Z 8703.
特に、前記混合物において、例えば、前記アルミニウム粉の含有量が３５重量部〜７０重量部の範囲内、好ましくは、４０重量部〜６５重量部の範囲内であり、前記炭素粉の含有量が３重量部〜１５重量部の範囲内、好ましくは、５重量部〜１０重量部の範囲内であり、前記鉱物質粉（陶磁器用の粘土粉）の含有量が２５重量部〜６５重量部の範囲内、好ましくは、３０重量部〜６０重量部の範囲内であるものである。
なお、上記数値は、厳格なものでなく概ねであり、当然、測定等による誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。
Particularly, in the mixture, for example, the content of the aluminum powder is in the range of 35 to 70 parts by weight, preferably in the range of 40 to 65 parts by weight, and the content of the carbon powder is 3 It is in the range of 15 parts by weight to 15 parts by weight, preferably in the range of 5 to 10 parts by weight, and the content of the mineral powder (clay powder for ceramics) is in the range of 25 to 65 parts by weight. Of these, the range is preferably 30 to 60 parts by weight.
The above numerical values are not strict, but are approximate, and are naturally approximate values including errors due to measurement and the like, and do not deny errors of several percent.
請求項２の多孔質発熱体は、請求項１の構成において、前記炭素粉を黒鉛粉としたものである。
ここで、上記黒鉛（グラファイト、石墨）は、常圧で安定な炭素同素体の鉱物であり、炭素６員環が連なる層状構造を有し、融点が非常に高いものである。粉末化した黒鉛粉には、天然黒鉛を用いるのが一般的で、中でも鱗状黒鉛を用いるのが最も一般的であるが、その他にも土状黒鉛等の天然黒鉛や鱗状天然黒鉛粉末を長柱状に造粒した長柱状造粒黒鉛等の使用も可能である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a porous heating element according to the first aspect, wherein the carbon powder is graphite powder.
Here, the graphite (graphite, graphite) is a carbon allotrope mineral that is stable at normal pressure, has a layered structure in which carbon 6-membered rings are continuous, and has a very high melting point. Natural graphite is generally used for powdered graphite powder, and scale graphite is most commonly used, but in addition, natural graphite such as earth graphite and scale-like natural graphite powder are long columnar. It is also possible to use long columnar granulated graphite or the like.
請求項３の多孔質発熱体は、請求項１または請求項２のいずれかの構成において、前記アルミニウム粉のレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が３０μｍ〜７５μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ未満であるもの、好ましくは、中位径が３５μｍ〜６５μｍの範囲内であり、粒子径が１００μｍ未満であるものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the porous heating element according to any one of the first and second aspects, wherein the median diameter of the aluminum powder measured by a laser diffraction / scattering method is within a range of 30 μm to 75 μm. The particle diameter measured by the test method is less than 150 μm, preferably the median diameter is in the range of 35 μm to 65 μm and the particle diameter is less than 100 μm.
ところで、ＪＩＳ Ｚ ８９０１「試験用粉体及び試験用粒子」の本文及び解説の用語の定義によれば、中位径とは、粉体の粒径分布において、ある粒子径より大きい個数（または質量）が、全粉体のそれの５０％を占めるときの粒子径（直径）、即ち、オーバサイズ５０％の粒径であり、通常、メディアン径または５０％粒子径といいＤ50と表わされる。定義的には、平均粒子径と中位径で粒子群のサイズを表現されるが、ここでは、商品説明の表示、レーザ回折・散乱法によって測定した値である。
そして、この「レーザ回折・散乱法によって測定した中位径」とは、レーザ回折式粒度分布測定装置を用いてレーザ回折・散乱法によって得られた粒度分布において積算重量部が５０％となる粒子径（Ｄ50）をいう。
なお、上記数値は、厳格なものでなく概ねであり、当然、測定等による誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。
By the way, according to definitions of terms in the text and explanation of JIS Z 8901 “Test Powder and Test Particles”, the median diameter is the number (or mass) larger than a certain particle diameter in the particle size distribution of the powder. ) is the particle diameter when occupying 50% of its Zenkonatai (diameter), i.e., a particle size of oversized 50%, usually expressed as the median diameter or 50% particle size and good D 50. By definition, the size of the particle group is expressed by the average particle diameter and the median diameter, but here, it is a value measured by the display of the product description and the laser diffraction / scattering method.
The “median diameter measured by the laser diffraction / scattering method” is a particle whose cumulative weight part is 50% in the particle size distribution obtained by the laser diffraction / scattering method using a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus. This refers to the diameter (D 50 ).
The above numerical values are not strict, but are approximate, and are naturally approximate values including errors due to measurement and the like, and do not deny errors of several percent.
請求項４の多孔質発熱体は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記炭素粉のレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が６０μｍ〜９０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が２００μｍ未満であるであるもの、好ましくは、中位径が７０μｍ〜８０μｍの範囲内であり、粒子径が１５０μｍ未満であるものである。
なお、上記数値も、厳格なものでなく概ねであり、当然、測定等による誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。
The porous heating element according to claim 4 is the structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the median diameter measured by a laser diffraction / scattering method of the carbon powder is in a range of 60 μm to 90 μm, The particle diameter measured by a sieve test method is less than 200 μm, preferably the median diameter is in the range of 70 μm to 80 μm and the particle diameter is less than 150 μm.
Note that the above numerical values are also not approximate but approximate, and are naturally approximate values including errors due to measurement or the like, and do not deny errors of several percent.
請求項５の多孔質発熱体は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つの構成において、前記陶磁器用の粘土粉のレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が５μ〜３０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１００μｍ未満であるもの、好ましくは、中位径が１０μ〜２０μｍの範囲内であり、粒子径が７０μｍ未満であるものである。なお、上記数値も、厳格なものでなく概ねであり、当然、測定等による誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。 The porous heating element according to claim 5 is the structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the median diameter measured by the laser diffraction / scattering method of the clay powder for ceramics is in the range of 5 μm to 30 μm. The particle diameter measured by the sieve test method is less than 100 μm, preferably the median diameter is in the range of 10 μm to 20 μm and the particle diameter is less than 70 μm. Note that the above numerical values are also not approximate but approximate, and are naturally approximate values including errors due to measurement or the like, and do not deny errors of several percent.
請求項１の発明に係る多孔質発熱体は、アルミニウム粉と、抵抗値を調節する鉄粉と、前記アルミニウムの溶融点より低い温度では溶融しない炭素粉と、有機化合物粉としての木粉と、アルミニウム酸化物及びケイ素酸化物、前記アルミニウム酸化物と前記ケイ素酸化物の複合酸化物、アルミニウムのケイ酸塩のうちの少なくとも１種を含有する陶磁器用の粘土粉とを具備し、前記アルミニウム粉、前記炭素粉、前記陶磁器用の粘土粉、前記鉄粉及び木粉との比重の違いによって移動が生じない量の水及び／またはバインダとが混合されてなる混合物を、圧力を加えて成形し、焼結して５％〜５０％の範囲内の空隙を有する成型体とし、通電によって前記成型体が発熱するものである。 The porous heating element according to the invention of claim 1 is an aluminum powder, an iron powder that adjusts a resistance value, a carbon powder that does not melt at a temperature lower than the melting point of the aluminum, a wood powder as an organic compound powder, Aluminum oxide and silicon oxide, a composite oxide of the aluminum oxide and the silicon oxide, clay powder for ceramics containing at least one of aluminum silicate, the aluminum powder, A mixture formed by mixing water and / or a quantity of water and / or a binder that does not move due to the difference in specific gravity between the carbon powder, the clay powder for ceramics, the iron powder, and the wood powder is formed by applying pressure, Sintered into a molded body having voids in the range of 5% to 50%, and the molded body generates heat when energized.
アルミニウム粉と、炭素粉と、陶磁器用の粘土粉と、水及び／またはバインダが混合されてなる混合物を、圧力を加えて成形することによって、これら混合物は強固で緻密な固形状態となる。したがって、この状態で焼結することによって、高強度の成型体を得ることができる。
特に、アルミニウム粉、炭素粉、陶磁器用の粘土粉が比重の違いによって移動が生じない量の水及び／またはバインダが混合されることによって、成形性が向上するため、加熱加圧せずとも常温の加圧で、また、低圧力でも成形できる。このため、成形コストを抑えることができる。
By forming a mixture of aluminum powder, carbon powder, clay powder for ceramics, water and / or a binder by applying pressure, the mixture becomes a strong and dense solid state. Therefore, a high-strength molded body can be obtained by sintering in this state.
In particular, aluminum powder, carbon powder, and clay powder for ceramics are mixed with an amount of water and / or binder that does not move due to the difference in specific gravity. It is possible to mold at a low pressure. For this reason, the molding cost can be suppressed.
ここで、炭素粉が混合されていることによって、アルミニウム粉の表面に炭素粉が付着し、アルミニウム粉が炭素粉に覆われた状態となるため、加熱過程においてアルミニウムの融点（６６０．４℃）に達しても、アルミニウムが溶融して表面に噴出する焼結不良が生じることはなく、焼成によって上記混合物は複合化されて、５％〜５０％の範囲内の空隙を有する成型体となり、かかる成型体は通電により発熱する。
これによって、機械的強度が高く、また、通電により抵抗発熱する多孔質発熱体となり、かかる多孔質発熱体は、抵抗発熱体として使用可能となる。
Here, since the carbon powder adheres to the surface of the aluminum powder and the aluminum powder is covered with the carbon powder by mixing the carbon powder, the melting point of aluminum during the heating process (660.4 ° C.) Even if it reaches, the sintering failure that aluminum melts and jets to the surface does not occur, and the mixture is compounded by firing to form a molded body having voids in the range of 5% to 50%. The molded body generates heat when energized.
As a result, the porous heating element has a high mechanical strength and generates resistance heat when energized, and the porous heating element can be used as a resistance heating element.
特に、こうして得られた多孔質発熱体は、体積が大きい割には通電による昇温速度及び通電解除による降温速度が速く、通電量によって発熱温度は一定である。
更には、製造過程における抵抗制御が容易である。即ち、原料の粒子形状や粒度分布を選択したり、その配合量を調節したり、また、成形時の圧力調節をしたりして成型体の緻密度を調節することによって、更には、焼結温度を調節して焼結密度を調節することによって、成型体の抵抗値を制御して通電による発熱温度を制御することが可能である。また、成型時の金型形状等による成形形状の調節、成形時の充填量の調節、成形時の部分的な圧力調節等で成型体の抵抗分布を調節することによって、成型体の特定部位を特定の温度に発熱させることできる。
したがって、この発明に係る多孔質発熱体は、抵抗発熱体として使用に好適であり、特に、面で加熱する発熱体等の使途に適する。また、酸等の化学的にも強靭である。
このようにして、機械的強度が高く、かつ、通電発熱性を有し、抵抗発熱体として好適に使用可能な多孔質発熱体となる。
In particular, the porous heating element obtained in this way has a high temperature rise rate by energization and a temperature decrease rate by energization release for a large volume, and the heat generation temperature is constant depending on the energization amount.
Furthermore, resistance control in the manufacturing process is easy. That is, by selecting the particle shape and particle size distribution of the raw material, adjusting the blending amount, adjusting the pressure during molding, and adjusting the density of the molded body, further sintering By adjusting the temperature to adjust the sintered density, it is possible to control the heat generation temperature by energization by controlling the resistance value of the molded body. In addition, by adjusting the shape of the molded body by the mold shape at the time of molding, adjusting the filling amount at the time of molding, adjusting the resistance distribution of the molded body by adjusting partial pressure at the time of molding, etc. Can generate heat at a specific temperature.
Therefore, the porous heating element according to the present invention is suitable for use as a resistance heating element, and particularly suitable for the use of a heating element or the like that is heated on the surface. In addition, it is chemically strong such as acid.
In this way, a porous heating element having high mechanical strength and energization heat generation and can be suitably used as a resistance heating element is obtained.
この発明に係る多孔質発熱体によれば、例えば、前記混合物において、前記アルミニウム粉の含有量は３５重量部〜７０重量部の範囲内であり、前記炭素粉の含有量は３重量部〜１５重量部の範囲内であり、前記陶磁器用の粘土粉の含有量は２５重量部〜６５重量部の範囲内である。 According to the porous heating element of the present invention, for example, in the mixture, the content of the aluminum powder is in the range of 35 parts by weight to 70 parts by weight, and the content of the carbon powder is 3 parts by weight to 15 parts by weight. The content of the clay powder for ceramics is in the range of 25 to 65 parts by weight.
ここで、本発明者等は、より確実に高強度で通電発熱性を有する多孔質発熱体を得るための原料配合比について、鋭意実験研究を重ねた結果、前記混合物において、前記アルミニウム粉の含有量が３５重量部〜７０重量部の範囲内、好ましくは、４０重量部〜６５重量部の範囲内であり、前記炭素粉の含有量が３重量部〜１５重量部の範囲内、好ましくは、５重量部〜１０重量部の範囲内であり、前記陶磁器用の粘土粉の含有量が２５重量部〜６５重量部の範囲内、好ましくは、３０重量部〜６０重量部の範囲内であることによって、上記目的を達成できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものである。 Here, as a result of repeated earnest experimental research on the raw material blending ratio for obtaining a porous heating element having high strength and high heat conductivity, the inventors have more reliably contained the aluminum powder in the mixture. The amount is in the range of 35 to 70 parts by weight, preferably in the range of 40 to 65 parts by weight, and the carbon powder content is in the range of 3 to 15 parts by weight, preferably It is in the range of 5 to 10 parts by weight, and the content of the clay powder for ceramics is in the range of 25 to 65 parts by weight, preferably in the range of 30 to 60 parts by weight. Thus, the present inventors have found that the above object can be achieved, and have completed the present invention based on this finding.
即ち、混合物において、アルミニウム粉の含有量が３５重量部未満であると、アルミニウム粉が少なすぎて、通電性が損なわれる。一方、アルミニウム粉の含有量が７０重量部を超えると、アルミニウム粉において炭素粉に覆われない部分が増大し、そのことによって、焼成過程において溶融したアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる。
また、炭素粉の含有量が３重量部未満であると、炭素粉が極めて少な過ぎてアルミニウム粉において炭素粉に覆われない部分が増大し、そのことによって、焼成過程において溶融したアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる。一方、炭素粉の含有量が１５重量部を超えると、炭素粉が多過ぎて成型体の強度及び純度が低下し、多孔質発熱体の抵抗発熱体としての使用において強度や通電発熱性が足りないものとなる。
更に、陶磁器用の粘土粉の含有量が２５重量部未満であると、陶磁器用の粘土粉が少なすぎて、得られる成型体の抵抗値が小さくなり、多孔質発熱体の抵抗発熱体としての利用において通電発熱性が足りないものとなる。一方、陶磁器用の粘土粉の含有量が６５重量部を超えると、陶磁器用の粘土粉が多過ぎて、通電性が損なわれる。
That is, in the mixture, when the content of the aluminum powder is less than 35 parts by weight, the aluminum powder is too small and the electrical conductivity is impaired. On the other hand, when the content of the aluminum powder exceeds 70 parts by weight, the portion of the aluminum powder that is not covered with the carbon powder increases, which tends to cause a sintering failure in which molten aluminum is ejected to the surface in the firing process. Become.
Further, when the content of the carbon powder is less than 3 parts by weight, the amount of the carbon powder is too small and the portion of the aluminum powder that is not covered with the carbon powder increases. It becomes easy to produce the sintering defect which ejects. On the other hand, when the content of the carbon powder exceeds 15 parts by weight, the carbon powder is too much to reduce the strength and purity of the molded body, and the strength and the current-carrying exotherm are sufficient when the porous heating element is used as a resistance heating element. It will not be.
Furthermore, if the content of the clay powder for ceramics is less than 25 parts by weight, the amount of the clay powder for ceramics is too small, the resistance value of the resulting molded product becomes small, and the resistance heating element of the porous heating element In use, the energization heat generation is insufficient. On the other hand, when the content of the clay powder for ceramics exceeds 65 parts by weight, there is too much clay powder for ceramics and the electrical conductivity is impaired.
したがって、この発明の多孔質発熱体によれば、確実に高強度で通電発熱性を有し、純度の高いものとなる。
なお、前記混合物において、前記アルミニウム粉の含有量が４０重量部〜６５重量部の範囲内であり、前記炭素粉の含有量が５重量部〜１０重量部の範囲内であり、前記鉱物質粉（陶磁器用の粘土粉）の含有量が３０重量部〜６５重量部の範囲内あることによって、更に確実に多孔質発熱体において高い強度及び純度並びに通電発熱性を確保できるため、より好ましい。
Therefore, according to the porous heating element of the present invention, it is surely high in strength and has a heat generating property and high purity.
In the mixture, the content of the aluminum powder is in the range of 40 to 65 parts by weight, the content of the carbon powder is in the range of 5 to 10 parts by weight, and the mineral powder It is more preferable because the content of (clay powder for ceramics) is in the range of 30 parts by weight to 65 parts by weight, so that high strength and purity as well as energization heat generation can be ensured in the porous heating element.
請求項２の発明に係る多孔質発熱体によれば、前記炭素粉は黒鉛粉であり、炭素粉としての黒鉛粉は、融点が非常に高く、また、アルミニウム粉の表面に付着しやすいことから、焼成過程において、溶融したアルミニウムが表面に噴出する焼結不良を確実に抑制できる。したがって、請求項１に記載の効果に加えて、安定した強度や通電発熱性等の性能を確保でき、高い品質を確保することができる。 According to the porous heating element of the invention of claim 2, the carbon powder is graphite powder, and the graphite powder as the carbon powder has a very high melting point and easily adheres to the surface of the aluminum powder. In the firing process, it is possible to reliably suppress poor sintering in which molten aluminum is ejected to the surface. Therefore, in addition to the effect of the first aspect, performances such as stable strength and energization heat generation can be secured, and high quality can be secured.
請求項３の発明に係る多孔質発熱体によれば、前記アルミニウム粉はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が３０μｍ〜７５μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ未満である。 According to the porous heating element of the invention of claim 3, the aluminum powder has a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in a range of 30 μm to 75 μm, and a particle diameter measured by a sieve test method is 150 μm. Is less than.
ここで、アルミニウム粉のレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が３０μｍ未満であると、焼成過程においてアルミニウム粉が低温で溶融しやすくて表面に噴出する可能性があり、一方、アルミニウム粉の中位径が７５μｍを超えると、炭素粉に覆われない部分が増大し、そのことによって、焼成過程において溶融したアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる可能性がある。アルミニウム粉のふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ以上の場合においても、炭素粉に覆われない部分が増大し、そのことによって、焼成過程において溶融したアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる可能性がある。 Here, when the median diameter of the aluminum powder measured by the laser diffraction / scattering method is less than 30 μm, the aluminum powder is likely to melt at a low temperature during the firing process, and may be ejected to the surface. When the median diameter exceeds 75 μm, the portion that is not covered with carbon powder increases, which may result in poor sintering in which molten aluminum is ejected to the surface during the firing process. Even when the particle size measured by the aluminum powder sieving test method is 150 μm or more, the portion that is not covered with carbon powder increases, which causes poor sintering where molten aluminum is ejected to the surface during the firing process. May be easier.
したがって、この発明の多孔質発熱体によれば、請求項１または請求項２に記載の効果に加えて、確実に高強度及び通電発熱性を有するものとなる。また、このように小径粒子と大径粒子の取合せによって成形時における充填性が向上することになるため、多孔質発熱体における強度の向上を図ることができる。
なお、前記アルミニウム粉はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が３５μｍ〜６５μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１００μｍ未満であることによって、高強度で通電発熱性を有する多孔質発熱体をより確実に得ることができるため、更に好ましい。
Therefore, according to the porous heating element of the present invention, in addition to the effect of the first or second aspect, it surely has high strength and energization heat generation. Further, since the filling property at the time of molding is improved by combining the small-diameter particles and the large-diameter particles in this manner, the strength of the porous heating element can be improved.
The aluminum powder has a median diameter measured by the laser diffraction / scattering method in the range of 35 μm to 65 μm, and the particle diameter measured by the sieve test method is less than 100 μm. Since the porous heat generating body which has it can be obtained more reliably, it is still more preferable.
請求項４の発明に係る多孔質発熱体によれば、前記炭素粉はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が６０μｍ〜９０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が２００μｍ未満である。 According to the porous heating element of the invention of claim 4, the carbon powder has a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in a range of 60 μm to 90 μm, and a particle diameter measured by a sieve test method is 200 μm. Is less than.
ここで、炭素粉のレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が６０μｍ未満であると、焼成過程において炭素粉が液状化し易くてアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる可能性がある。一方、炭素粉の中位径が９０μｍを超えると、炭素粉が均一に分散混合されにくくなって、アルミニウム粉において炭素粉に覆われない部分が増大し、そのことによって、同様に、焼成過程においてアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる可能性がある。
炭素粉のふるい試験法によって測定した粒子径が２００μｍ以上の場合においても、アルミニウム粉において炭素粉に覆われない部分が増大し、焼成過程においてアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる可能性がある。
更には、このように小径粒子と大径粒子の取合せによって成形時における充填性が向上してアルミニウム粉に炭素粉が確実に付着することになるため、焼成過程においてアルミニウムが表面に噴出するのが確実に防止される。
Here, if the median diameter measured by the laser diffraction / scattering method of the carbon powder is less than 60 μm, the carbon powder is liable to be liquefied during the firing process, and there is a possibility that a sintering failure in which aluminum is ejected to the surface is likely to occur. is there. On the other hand, when the median diameter of the carbon powder exceeds 90 μm, the carbon powder is difficult to uniformly disperse and mix, and the portion of the aluminum powder that is not covered with the carbon powder increases. There is a possibility that poor sintering in which aluminum is ejected to the surface is likely to occur.
Even when the particle diameter measured by the carbon powder sieving test method is 200 μm or more, the portion of the aluminum powder that is not covered by the carbon powder increases, and it is likely to cause poor sintering in which aluminum is ejected to the surface during the firing process. There is sex.
Furthermore, since the filling property at the time of molding is improved by the combination of the small particles and the large particles as described above, and the carbon powder is surely adhered to the aluminum powder, the aluminum is ejected to the surface during the firing process. It is surely prevented.
したがって、この発明の多孔質発熱体によれば、請求項１乃至請求項３に記載の効果に加えて、確実に高強度及び通電発熱性を確保することができる。
なお、前記炭素粉はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が７０μｍ〜８０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ未満であることによって、高強度で通電発熱性を有する多孔質発熱体をより確実に得ることができるため、更に好ましい。
Therefore, according to the porous heating element of the present invention, in addition to the effects of the first to third aspects, high strength and energization heat generation can be reliably ensured.
The carbon powder has a median diameter measured by the laser diffraction / scattering method in the range of 70 μm to 80 μm, and the particle diameter measured by the sieve test method is less than 150 μm. Since the porous heat generating body which has it can be obtained more reliably, it is still more preferable.
請求項５の発明に係る多孔質発熱体によれば、前記陶磁器用の粘土粉はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が５μｍ〜３０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１００μｍ未満である。 According to the porous heating element of the invention of claim 5, the clay powder for ceramics has a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in a range of 5 μm to 30 μm, and particles measured by a sieve test method The diameter is less than 100 μm.
ここで、陶磁器用の粘土粉のレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が５μｍ未満の微細粉されたものを得るのにはコストが掛かるうえに、中位径が５μｍ未満であると、熱による陶磁器用の粘土粉の成分変化が生じ易くなり、成型体において安定した強度や通電発熱性等の性能を確保できない可能性がある。一方、陶磁器用の粘土粉の中位径が３０μｍを超えると、陶磁器用の粘土粉が均一に分散混同され難くてその分布に偏りが生じたり、熱による陶磁器用の粘土粉の成分変化が生じ易い。それによって、やはり成型体において安定した強度や通電発熱性等の性能を確保できない可能性がある。陶磁器用の粘土粉のふるい試験法によって測定した粒子径が１００μｍ以上である場合においても、同様に、陶磁器用の粘土粉が均一に分散混同され難くてその分布に偏りが生じたり、熱による陶磁器用の粘土粉の成分変化が生じ易かったりする可能性があり、それによって、やはり成型体において安定した強度や通電発熱性等の性能を確保できない可能性がある。 Here, in order to obtain a fine powder having a median diameter of less than 5 μm measured by the laser diffraction / scattering method of clay powder for ceramics, the median diameter is less than 5 μm. Changes in the composition of clay powder for ceramics due to heat are likely to occur, and it may not be possible to ensure performance such as stable strength and energization heat generation in the molded body. On the other hand, if the median diameter of the clay powder for ceramics exceeds 30 μm, the clay powder for ceramics is difficult to uniformly disperse and mix, resulting in a bias in the distribution, or a change in the composition of the clay powder for ceramics due to heat. easy. As a result, there is a possibility that performance such as stable strength and energization heat generation property cannot be secured in the molded body. Similarly, when the particle size measured by the clay powder sieve test method for ceramics is 100 μm or more, the clay powder for ceramics is also difficult to be uniformly dispersed and confused, resulting in uneven distribution of the ceramic powder due to heat. There is a possibility that a change in the composition of the clay powder is likely to occur, and as a result, it may not be possible to ensure performance such as stable strength and electrical heating characteristics in the molded body.
したがって、この発明の多孔質発熱体によれば、請求項１乃至請求項４に記載の効果に加えて、確実に高強度及び通電発熱性を確保することができる。また、このように小径粒子と大径粒子の取合せによって成形時における充填性が向上することになるため、多孔質発熱体における強度の向上を図ることができる。
なお、前記鉱物質粉（陶磁器用の粘土粉）はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が１０μｍ〜２０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が７０μｍ未満であることによって、高強度で通電発熱性を有する多孔質発熱体をより確実に得ることができるため、更に好ましい。
Therefore, according to the porous heating element of the present invention, in addition to the effects of the first to fourth aspects, high strength and energization heat generation properties can be reliably ensured. Further, since the filling property at the time of molding is improved by combining the small-diameter particles and the large-diameter particles in this manner, the strength of the porous heating element can be improved.
In addition, the mineral powder (clay powder for ceramics) has a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in a range of 10 μm to 20 μm, and a particle diameter measured by a sieve test method is less than 70 μm. Further, it is more preferable because a porous heating element having high strength and energization heat generation can be obtained more reliably.
以下、本発明の実施の形態に係る発熱体について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態において、同一記号及び同一符号は、実施の形態の同一または相当する機能部分を意味し、実施の形態相互との同一記号及び同一符号は、それら実施の形態に共通する機能部分であるから、ここでは重複する詳細な説明を省略する。 Hereinafter, a heating element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiments, the same symbols and the same reference numerals mean the same or corresponding functional parts of the embodiments, and the same symbols and the same reference numerals with the embodiments mean the functional parts common to the embodiments. Therefore, the detailed description which overlaps is abbreviate | omitted here.
［実施の形態１］
まず、本発明の実施の形態１に係る多孔質発熱体について、図１乃至図２９を参照して説明する。
本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は、アルミニウム粉２、黒鉛粉末としての炭素粉３、無機酸化物材料としての陶磁器用の粘土粉である蛙目粘土粉４、有機化合物粉５としての木粉（以下、「木粉５」とも記す）、水及び／またはバインダ６を使用して製造されるものである。
[Embodiment 1]
First, a porous heating element according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.
A porous heating element 1 according to the first embodiment includes an aluminum powder 2, a carbon powder 3 as a graphite powder, a clay clay powder 4 that is a clay powder for ceramics as an inorganic oxide material, and an organic compound powder 5. Wood flour (hereinafter also referred to as “wood flour 5”) , water and / or a binder 6.
図１のフローチャートに示されるように、本発明の実施の形態１に係る多孔質発熱体１においては、最初に、焼結原料混合工程にて、アルミニウム粉２、炭素粉３、蛙目粘土粉４、木粉５、水６及び／またはバインダが混合され、焼結原料混合物７となる（ステップＳ１）。 As shown in the flowchart of FIG. 1, in the porous heating element 1 according to Embodiment 1 of the present invention, first, in the sintering raw material mixing step, aluminum powder 2, carbon powder 3, and clay mesh powder 4. Wood powder 5, water 6 and / or binder are mixed to form a sintered raw material mixture 7 (step S1).
ここで、アルミニウム粉２としては、市販のアルミニウム粉末を用いることができ、このようなアルミニウム粉末は、ミナルコ（株）、日本軽金属（株）、東洋アルミニウム（株）、大和金属粉工業（株）等から発売されている。また、アルミニウム粉２には、１００％アルミニウムでなく、無機物等の不純物が僅かに含まれたものや、リサイクルのアルミニウムでも使用可能であり、更には、鉄や銅等の金属を僅かに含有したアルミニウム合金の粉末等を使用することも可能である。 Here, as the aluminum powder 2, a commercially available aluminum powder can be used, and such aluminum powders are Minalco Co., Ltd., Nippon Light Metal Co., Ltd., Toyo Aluminum Co., Ltd., Daiwa Metal Powder Co., Ltd. Etc. are on sale. Further, the aluminum powder 2 can be used not only with 100% aluminum but also with a slight amount of impurities such as inorganic substances or recycled aluminum, and further contains a slight amount of metal such as iron or copper. It is also possible to use aluminum alloy powder or the like.
このアルミニウム粉２には、レーザ回折・散乱法によって測定した中位径が３０μｍ〜７５μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ未満であるものを用いるのが好ましい。つまり、小径粒子と大径粒子の取合せによって充填性を向上させるためである。また、アルミニウム粉２の中位径が３０μｍ未満であると、焼成過程においてアルミニウム粉２が低温で溶融しやすくて表面に噴出する可能性があり、一方、アルミニウム粉２の中位径が７５μｍを超えると、炭素粉３に覆われない部分が増大し、そのことによって、焼成過程において溶融したアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる可能性がある。アルミニウム粉２のふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ以上の場合においても、炭素粉３に覆われない部分が増大し、そのことによって、焼成過程において溶融したアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる。なお、より好ましくは、レーザ回折・散乱法によって測定したアルミニウム粉２の中位径が３５μｍ〜６５μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１００μｍ未満である。 The aluminum powder 2 preferably has a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in the range of 30 μm to 75 μm and a particle diameter measured by a sieve test method of less than 150 μm. That is, the filling property is improved by combining small particles and large particles. Further, if the median diameter of the aluminum powder 2 is less than 30 μm, the aluminum powder 2 may be easily melted at a low temperature during the firing process and may be ejected to the surface, while the median diameter of the aluminum powder 2 is 75 μm. When exceeding, the part which is not covered with the carbon powder 3 will increase, and, thereby, it may become easy to produce the sintering defect which the aluminum fuse | melted in the baking process spews out on the surface. Even when the particle diameter measured by the sieving test method of aluminum powder 2 is 150 μm or more, the portion that is not covered with carbon powder 3 increases, and as a result, the sintered aluminum in which molten aluminum is ejected to the surface in the firing process. Is likely to occur. More preferably, the median diameter of the aluminum powder 2 measured by the laser diffraction / scattering method is in the range of 35 μm to 65 μm, and the particle diameter measured by the sieve test method is less than 100 μm.
炭素粉としての炭素粉３は、アルミニウム粉２の溶融点より低い温度では溶融しないものであり、この炭素粉３には、市販の黒鉛粉末を用いることができる。そして、このような黒鉛粉末は、西村黒鉛（株）、日本黒鉛工業（株）、伊藤黒鉛工業（株）、（株）中越黒鉛工業所等から発売されている。市販の黒鉛粉末には、鱗状黒鉛や土状黒鉛等の天然黒鉛、鱗状天然黒鉛粉末を長柱状に造粒した長柱状造粒黒鉛等の人造黒鉛が存在するが、中でも、一般的に純度が高いとされる天然の鱗状黒鉛を用いるのが好ましい。鱗状黒鉛を用いることで、アルミニウム粉２に絡んで付着し易く、アルミニウム粉２の溶融によりアルミニウムが表面に噴出する焼結不良を効果的に抑制することができるからである。 The carbon powder 3 as the carbon powder does not melt at a temperature lower than the melting point of the aluminum powder 2, and a commercially available graphite powder can be used for the carbon powder 3. And such graphite powder is marketed by Nishimura Graphite Co., Ltd., Nippon Graphite Industry Co., Ltd., Ito Graphite Industry Co., Ltd., Chuetsu Graphite Industry Co., Ltd., etc. Commercial graphite powder includes natural graphite such as scaly graphite and earthy graphite, and artificial graphite such as long columnar granulated graphite obtained by granulating scaly natural graphite powder into a long columnar shape. It is preferable to use natural scaly graphite, which is considered high. By using scaly graphite, it is easy to get entangled and adhered to the aluminum powder 2, and it is possible to effectively suppress the sintering failure in which aluminum is ejected to the surface due to the melting of the aluminum powder 2.
この炭素粉３には、レーザ回折・散乱法によって測定した中位径が６０μｍ〜９０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が２００μｍ未満であるものを用いるのが好ましい。ここでも、小径粒子と大径粒子の取合せによって充填性が向上するからである。
また、炭素粉３の中位径が６０μｍ未満であると、焼成過程において炭素粉３が液状化し易く、アルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる。一方、炭素粉３の中位径が９０μｍを超えると、炭素粉３が均一に分散混合され難くなって、アルミニウム粉２において炭素粉３に覆われない部分が増大し、そのことによって、同様に焼成過程においてアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる。炭素粉３のふるい試験法によって測定した粒子径が２００μｍ以上の場合においても、アルミニウム粉２において炭素粉３に覆われない部分が増大し、焼成過程においてアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる。なお、より好ましくは、レーザ回折・散乱法によって測定した炭素粉３の中位径が７０μｍ〜８０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ未満である。
The carbon powder 3 preferably has a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in a range of 60 μm to 90 μm and a particle diameter measured by a sieve test method of less than 200 μm. This is also because the filling property is improved by combining the small-diameter particles and the large-diameter particles.
Further, when the median diameter of the carbon powder 3 is less than 60 μm, the carbon powder 3 is liable to be liquefied during the firing process, and a sintering failure in which aluminum is ejected to the surface is likely to occur. On the other hand, if the median diameter of the carbon powder 3 exceeds 90 μm, the carbon powder 3 becomes difficult to be uniformly dispersed and mixed, and the portion of the aluminum powder 2 that is not covered by the carbon powder 3 increases, Sintering defects in which aluminum is ejected to the surface during the firing process tend to occur. Even when the particle diameter of the carbon powder 3 measured by the sieving test method is 200 μm or more, the portion of the aluminum powder 2 that is not covered with the carbon powder 3 increases, resulting in poor sintering in which aluminum is ejected to the surface during the firing process. It becomes easy. More preferably, the median diameter of the carbon powder 3 measured by the laser diffraction / scattering method is in the range of 70 μm to 80 μm, and the particle diameter measured by the sieve test method is less than 150 μm.
陶磁器用の粘土粉としての蛙目粘土粉４は、花崗岩が風化し堆積してできた風化残留粘土を水簸（珪砂と粘土の分離）し、精製して粉末状にしたものであり、アルミニウムのケイ酸塩鉱物のＡｌ２Ｓｉ４０１０（ＯＨ）８であるカオリン主成分で、石英、長石、雲母等が混在する粘土粉である。そして、一般的に、化学成分析によればアルミニウム酸化物のＡｌ２Ｏ３及びケイ素酸化物ＳｉＯ２の成分量が最も多く、その他にＦｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等の成分を含有しているが、成分量は産地等により異なるため、主としてＡｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２が含有されていればその他の成分や組成比は特に限定されるものではない。この蛙目粘土粉４には、例えば、（株）ヤマス、共立マテリアル（株）等から発売されている市販の蛙目粘土粉を用いることができる。 Sasame clay powder 4 as a clay powder for ceramics is made from the weathered residual clay formed by weathering and depositing granite, which has been refined and powdered by elutriation (separation of silica sand and clay), aluminum This is a clay powder in which quartz, feldspar, mica and the like are mixed, with the main component of kaolin being Al 2 Si 4 0 10 (OH) 8 of the silicate mineral. In general, according to chemical analysis, the amount of aluminum oxide Al 2 O 3 and silicon oxide SiO 2 is the largest, and in addition, Fe 2 O 3 , TiO 2 , CaO, MgO, Na 2 O , K 2 O and other components are contained, but the amount of the component varies depending on the production area, etc. Therefore, if Al 2 O 3 and SiO 2 are mainly contained, other components and composition ratios are not particularly limited. Absent. As this Sasame clay powder 4, for example, a commercially available Sasame clay powder marketed by Yamas Corporation, Kyoritsu Material Co., Ltd. or the like can be used.
また、この蛙目粘土粉４にはレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が５μｍ〜３０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１００μｍ未満であるとし、小径粒子と大径粒子の取合せによって充填性が向上するからである。
そして、蛙目粘土粉４の中位径が５μｍ未満の微細粉されたものを得るのにはコストが掛かる上に、蛙目粘土粉４の中位径が５μｍ未満であると、熱による蛙目粘土粉４の成分変化が生じやすくなり、後述の成型体８において安定した強度や通電発熱性等の性能を確保できない可能性がある。一方、蛙目粘土粉４の中位径が３０μｍを超えると、蛙目粘土粉４が均一に分散混同され難くてその分布に偏りが生じたり、熱による蛙目粘土粉４の成分変化が生じやすかったりする可能があり、それによって、やはり成型体８において安定した強度や通電発熱性等の性能を確保できない可能性がある。
蛙目粘土粉４のふるい試験法によって測定した粒子径が１００μｍ以上の場合においても、同様に、蛙目粘土粉４が均一に分散混同され難くてその分布に偏りが生じたり、熱による蛙目粘土粉４の成分変化が生じやすかったりする。それによって、やはり成型体８において安定した強度や通電発熱性等の性能を確保できない可能性がある。
なお、より好ましくは、レーザ回折・散乱法によって測定した蛙目粘土粉４の中位径が１０μｍ〜２０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が７０μｍ未満である。
In addition, this square clay powder 4 has a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in the range of 5 μm to 30 μm, and a particle diameter measured by a sieve test method is less than 100 μm. This is because the packing property is improved by combining the diameter particles.
Further, it is costly to obtain a fine powder having a median diameter of less than 5 μm, and when the median diameter of the mesh clay powder 4 is less than 5 μm, There is a possibility that changes in the components of the mesh clay powder 4 are likely to occur, and performance such as stable strength and energization exothermicity cannot be secured in the molded body 8 described later. On the other hand, if the median diameter of the Sasame clay powder 4 exceeds 30 μm, the Sasame clay powder 4 is difficult to be uniformly dispersed and mixed, resulting in an uneven distribution, or changes in the components of the Sasame clay powder 4 due to heat. As a result, there is a possibility that the molded body 8 may not be able to ensure performance such as a stable strength and energization heat generation.
Similarly, even when the particle size measured by the sieve test method of the square mesh powder 4 is 100 μm or more, the uniform clay powder 4 is hardly uniformly dispersed and confused, resulting in uneven distribution, or due to heat. The component change of the clay powder 4 is likely to occur. As a result, there is a possibility that performances such as stable strength and energization heat generation cannot be secured in the molded body 8.
More preferably, the median diameter of the square clay powder 4 measured by the laser diffraction / scattering method is in the range of 10 μm to 20 μm, and the particle diameter measured by the sieve test method is less than 70 μm.
有機化合物粉末としての木粉５には、大鋸屑、間伐材のチップ、小径木、製材端材、樹皮等の木屑を粉砕機で微粉砕したものが使用されるが、ウィスカー状のものを用いるのが好ましい。ウィスカー状の木粉５を使用することでアルミニウム粉２、炭素粉３、蛙目粘土粉４等の原料がウィスカーのヒケ状の隙間に絡みつくため、原料の充填性が高くなると共に、この状態で後述の成形工程で圧力を掛けて生じたものは強固で緻密なものとなる。そして、この成形された混合物を焼結することによって得られる成型体８は、その強度が非常に高いものとなる。 For the wood powder 5 as the organic compound powder, wood sawdust such as large sawdust, thinned wood chips, small diameter wood, lumber mill ends, and bark is pulverized with a pulverizer. Is preferred. By using the whisker-like wood powder 5, the raw materials such as the aluminum powder 2, the carbon powder 3, and the square clay powder 4 are entangled with the whisker-like gaps of the whisker. What is generated by applying pressure in the molding process described later is strong and dense. And the molded object 8 obtained by sintering this molded mixture becomes a very high intensity | strength.
また、この木粉５には、レーザ回折・散乱法によって測定した中位径が８０μｍ〜１２０μｍｍの範囲内であり、ふるい試験法による粒子径が２００μｍ未満であるものを用いることが好ましい。小径粒子と大径粒子の取合せによって充填性が向上するからである。また、木粉５の中位径が８０μｍ未満の微細粉されたものを得るにはコストが掛かり、一方で、木粉５の中位径が１２０μｍを超えると、木粉５が均一に分散混合され難くて焼失による空隙の分布に偏りが生じ、成型体８において安定した強度が確保されない可能性がある。また、木粉５のふるい試験法による粒子径が２００μｍ以上の場合においても、木粉５が均一に分散混合され難くて焼失による空隙の分布に偏りが生じ、成型体８において安定した強度が確保されない。なお、より好ましくは、レーザ回折・散乱法によって測定した木粉５の中位径が５０μｍ〜１００μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ未満である。 The wood powder 5 preferably has a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in the range of 80 μm to 120 μm and a particle diameter by a sieve test method of less than 200 μm. This is because the filling property is improved by combining small particles and large particles. In addition, it is costly to obtain a fine powder having a median diameter of less than 80 μm of wood powder 5. On the other hand, if the median diameter of wood powder 5 exceeds 120 μm, the wood powder 5 is uniformly dispersed and mixed. Therefore, there is a possibility that the distribution of voids due to burning is biased and a stable strength is not ensured in the molded body 8. Further, even when the particle diameter of the wood powder 5 by the sieving test method is 200 μm or more, the wood powder 5 is difficult to be uniformly dispersed and mixed, resulting in uneven distribution of voids due to burning, and ensuring a stable strength in the molded body 8. Not. More preferably, the median diameter of the wood powder 5 measured by the laser diffraction / scattering method is in the range of 50 μm to 100 μm, and the particle diameter measured by the sieve test method is less than 150 μm.
なお、粒子径が２００μｍ未満の木粉５を経済的に得るには、間伐材、小径木、樹皮、製材端材、大鋸屑等の木屑を、水分２０重量部以下に乾燥した後に、微粉砕する必要がある。木屑を水分２０重量部以下に乾燥することによって、粉砕物がスラリー化して微粉砕を妨げることを防止できるからである。更に、乾燥した木屑を微粉砕して、粒子径が２００μｍ未満の木粉５とするためには、周速５０ｍ／秒〜８０ｍ／秒の範囲内の微粉砕機を用いるのが好ましく、このような微粉砕機としては、例えば、河本鉄工（株）製のミクロンコロイドミル等がある。
ここで、スギ（杉）・ヒノキ（檜）等の針葉樹は、我が国において広く分布しており、建材等として大量に使用されているため、大鋸屑や間伐材並びに樹皮を容易に大量に入手することができる。更に、針葉樹の微細組織はウィスカー状であり、微粉砕して木粉５とすることが容易である。したがって、原料収集と国土保全上は、大鋸屑及び間伐材のチップ並びに樹皮としては、針葉樹の大鋸屑または針葉樹の間伐材のチップ或いは針葉樹の樹皮を用いることが好ましい。
In order to economically obtain the wood powder 5 having a particle diameter of less than 200 μm, the wood chips such as thinned wood, small diameter wood, bark, sawn timber, and large sawdust are dried to a water content of 20 parts by weight or less and then pulverized. There is a need. This is because by drying the wood chips to a water content of 20 parts by weight or less, the pulverized product can be prevented from becoming a slurry and hindering fine pulverization. Further, in order to finely pulverize the dried wood chips to obtain a wood powder 5 having a particle diameter of less than 200 μm, it is preferable to use a fine pulverizer having a peripheral speed in the range of 50 m / sec to 80 m / sec. An example of such a fine pulverizer is a micron colloid mill manufactured by Kawamoto Tekko Co., Ltd.
Here, conifers such as cedar (Japanese cedar) and Japanese cypress (Japanese cypress) are widely distributed in Japan and are used in large quantities as building materials, etc., so it is easy to obtain large amounts of sawdust, thinned wood and bark. Can do. Furthermore, the fine structure of coniferous trees is whisker-like, and can be easily pulverized into wood powder 5. Therefore, in terms of raw material collection and national land conservation, it is preferable to use coniferous large sawdust or coniferous thinning chips or coniferous bark as large sawdust and thinned wood chips and bark.
そして、本実施の形態１では、アルミニウム粉２、炭素粉３、蛙目粘土粉４、及び木粉５に、これら原料が比重の違いによって移動が生じない量（重力沈降しない量）の水及び／またはバインダ６が混合されることによって、蛙目粘土粉４が粘土鉱物質であることからこれが成形性または保形性等の確保に有利に機能して、原料同士が互いに接着され、手で握っても崩れることなくまとまった状態の焼結原料混合物７が得られる。このようにして得られた焼結原料混合物７は、アルミニウム粉２や木粉５の表面に炭素粉３が付着した状態になっている。 In the first embodiment, the aluminum powder 2, the carbon powder 3, the glazed clay powder 4, and the wood powder 5 have an amount of water that does not move due to the difference in specific gravity (an amount that does not cause gravity sedimentation) When the binder 6 is mixed, the clayey clay powder 4 is a clay mineral substance, which functions advantageously to ensure moldability or shape retention, and the raw materials are bonded to each other by hand. The sintered raw material mixture 7 is obtained in a state that is not collapsed even when gripped. The sintered raw material mixture 7 thus obtained is in a state in which the carbon powder 3 is adhered to the surfaces of the aluminum powder 2 and the wood powder 5.
なお、本実施の形態１においては、これら原料の混合に精密分散混合機が用いられ、アルミニウム粉２、炭素粉３、蛙目粘土粉４、及び木粉５が均一に分散混合されて焼結原料混合物７となっている。なお、精密分散混合機としては、周速５μｍ／秒〜８０ｍ／秒の範囲内、より好ましくは、周速２０ｍ／秒〜３０ｍ／秒の範囲内の高速攪拌分散機を用いるのが好ましく、このような高速攪拌分散機としては、例えば、ホソカワミクロン（株）製の横型タービュライザ（登録商標）等がある。 In the first embodiment, a precision dispersion mixer is used to mix these raw materials, and aluminum powder 2, carbon powder 3, square clay powder 4 and wood powder 5 are uniformly dispersed and mixed and sintered. The raw material mixture 7 is obtained. In addition, as the precision dispersion mixer, it is preferable to use a high-speed stirring disperser within a peripheral speed range of 5 μm / second to 80 m / second, more preferably within a peripheral speed range of 20 m / second to 30 m / second. As such a high-speed stirring disperser, for example, there is a horizontal turbulizer (registered trademark) manufactured by Hosokawa Micron Corporation.
また、本実施の形態１においては、原料に蛙目粘土粉４を用いることから、水６を少量混合するだけで容易に原料同士が接着されてまとまった状態となり、後述の成形工程においては常温で加圧するだけで、焼結原料混合物７が成形されて強固なものとすることができるが、本発明を実施する場合には、原料同士の接着に、有機バインダや無機バインダを使用することも可能であり、水とバインダとを併用することも可能である。
ここで、「有機バインダ」としては、例えば、合成樹脂、澱粉、合成糊、砂糖等を用いることができる。また、合成樹脂には熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂があり、熱可塑性樹脂としてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、ポリウレタン系樹脂等を用いることができ、熱硬化性樹脂としてはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリオール樹脂、イソシアネート樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタンプレポリマー等を用いることができる。なお、中でも、ポリオール系樹脂とイソシアネート系樹脂とは常温で反応して強固な結合を形成し、特に、イソシアネート系樹脂は、木粉５等における水酸基（−ＯＨ）と反応して強固なウレタン結合を形成するため、焼結原料混合物７を成形したものはとても強固で緻密な状態のものとなる。
Further, in the first embodiment, since the raw clay powder 4 is used as a raw material, the raw materials are easily bonded together by simply mixing a small amount of water 6. The sintered raw material mixture 7 can be molded and strengthened simply by pressurizing with an organic binder or an inorganic binder for bonding the raw materials when the present invention is carried out. It is possible to use water and a binder together.
Here, as the “organic binder”, for example, synthetic resin, starch, synthetic glue, sugar and the like can be used. Synthetic resins include thermoplastic resins and thermosetting resins, and polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyvinyl acetate, acrylic resins, polyurethane resins, etc. should be used as thermoplastic resins. As the thermosetting resin, phenol resin, epoxy resin, polyol resin, isocyanate resin, melamine resin, urea resin, unsaturated polyester resin, alkyd resin, urethane prepolymer and the like can be used. Of these, the polyol resin and the isocyanate resin react at room temperature to form a strong bond. In particular, the isocyanate resin reacts with the hydroxyl group (—OH) in the wood powder 5 and the like to form a strong urethane bond. In order to form, the sintered raw material mixture 7 is very strong and dense.
「無機バインダ」としては、セメント等の水硬性材料、磁器（タイル）・陶器の原料であるベントナイト等の粘土、ρ−アルミナ（Ａｌ2Ｏ3・ｎＨ2 Ｏ：ｎ≒０．５）、ケイ酸ナトリウム、水溶性アルカリケイ酸、（株）ジャパンナノコート製のシリカバインダ、グランデックス（株）製のシリカバインダである汎用バインダＦＪ２９４等を用いることができる。
なお、有機バインダは、加熱過程において焼失し空隙となり、無機バインダは、焼失せずに焼成されることになる。
“Inorganic binders” include hydraulic materials such as cement, clay such as bentonite, which is a raw material for porcelain (tile) and ceramics, ρ-alumina (Al 2 O 3 · nH 2 O: n≈0.5), silica Sodium sulfate, water-soluble alkali silicic acid, silica binder manufactured by Japan Nanocoat Co., Ltd., general-purpose binder FJ294, which is a silica binder manufactured by Grandex Co., Ltd., and the like can be used.
Note that the organic binder is burned off in the heating process to form voids, and the inorganic binder is baked without being burned out.
更に、本発明を実施する場合においては、樹脂成型方法のように、アルミニウム粉２、炭素粉３、蛙目粘土粉４及び木粉５に、水６を入れ、スラリー状の焼結原料混合物７として金型に充填し、固めたのちに、後述の成形工程（ステップＳ２）に供することもできる。また、セラミックや磁器（タイル）の製造のように、焼結原料混合物７をスプレードライヤーによって乾燥させた後、後述の成形工程（ステップＳ２）に供することも可能である。
いずれにせよ、後述する焼成過程において形状が保持される程度に固化された状態のものが作製できれば、原料同士を接着する手段やバインダの種類は特に限定されない。
Further, in the case of carrying out the present invention, as in the resin molding method, water 6 is put into the aluminum powder 2, the carbon powder 3, the glazed clay powder 4 and the wood powder 5, and the slurry-like sintered raw material mixture 7 is added. Can be used for the molding step (step S2) described later after the mold is filled and hardened. Moreover, it is also possible to use for the below-mentioned shaping | molding process (step S2), after drying the sintering raw material mixture 7 with a spray dryer like manufacture of ceramics or porcelain (tile).
In any case, the means for adhering the raw materials to each other and the type of the binder are not particularly limited as long as a solidified state can be produced in such a manner that the shape is maintained in the firing process described later.
次に、本実施の形態１においては、この焼結原料混合物７が、成形工程において、常温で加圧され（ステップＳ２）、強固で緻密な固形状態の成型体８となる。
ここで、成形工程においては、焼結原料混合物７をプレス成形金型に投入し所定圧力のプレスで成形するプレス成形と、焼結原料混合物７を耐圧性の型枠に入れ所定圧力で押し出して成形する押出成形等が可能である。
Next, in the first embodiment, this sintered raw material mixture 7 is pressed at room temperature in the molding step (step S2), and becomes a solid and compact solid-state molded body 8.
Here, in the molding process, the sintering raw material mixture 7 is put into a press molding die and molded by a press with a predetermined pressure, and the sintering raw material mixture 7 is put into a pressure-resistant mold and extruded at a predetermined pressure. Extrusion molding or the like is possible.
因みに、本実施の形態１においては、原料に蛙目粘土粉４を用いたことから、上述の如く、水及び／またはバインダ６を少量混合するだけで容易に原料同士が接着されてまとまった状態となる。このため、常温での加圧で、更に、低圧力で成形することができる。よって、高圧力や加熱装備のプレス装置を必ずしも用いなくても良く、低コスト化を図ることができる。
具体的に、水及び／またはバインダ６を混合してなる焼結原料混合物７をプレス成形する場合、プレス圧力は、１０ｋｇ／ｃｍ２〜２００ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内とするのが好ましい。プレス成形の圧力が１０ｋｇ／ｃｍ２未満であると、焼結原料混合物７が十分に圧縮されないため、得られる成型体８の強度が弱くなり後述の焼成過程において破損する可能性がある。また、プレス成形の圧力が２００ｋｇ／ｃｍ２を超えると、焼結原料混合物７に圧力が掛かり過ぎて高緻密度とものとなり、成型体８の抵抗値が小さくなって多孔質発熱体１の通電発熱性が損なわれる可能性がある。焼結不良となる可能性がある。より好ましくは、５０ｋｇ／ｃｍ２〜１５０ｋｇ／ｃｍ２の範囲内である。特に、水分量が多いほど低圧力での成形が可能となる。
By the way, in the first embodiment, because the raw clay powder 4 is used as the raw material, as described above, the raw materials are easily bonded together by simply mixing a small amount of water and / or the binder 6. It becomes. For this reason, it can shape | mold by low pressure by pressurization at normal temperature. Therefore, it is not always necessary to use a press device with high pressure or heating equipment, and the cost can be reduced.
Specifically, when the water and / or a binder 6 by mixing sintered raw material mixture 7 is press-formed, the pressing pressure is preferably in the range of 10kg / cm 2 ~200kg / cm 2 . When the pressure of press molding is less than 10 kg / cm 2 , the sintered raw material mixture 7 is not sufficiently compressed, so that the strength of the resulting molded body 8 is weakened and may be damaged in the firing process described later. On the other hand, when the pressure of the press molding exceeds 200 kg / cm 2 , the sintered raw material mixture 7 is excessively pressured to have a high density, the resistance value of the molded body 8 is reduced, and the porous heating element 1 is energized. Exothermicity may be impaired. There is a possibility of poor sintering. More preferably, in the range of 50kg / cm 2 ~150kg / cm 2 . In particular, as the amount of moisture increases, molding at a lower pressure becomes possible.
そして、このように本実施の形態１においては、常温の加圧によって成形でき、外部からの均一な加熱が不要であるため、プレス成形の場合には、厚い成型体８（例えば、１５０トンのプレス機で約２０ｍｍ厚まで）を得ることも可能である。更に、加熱機構が不要であることから、プレス成形機及び金型の構造を簡単にして、広い面積の成型体８（例えば、１０００ｍｍ×２０００ｍｍ）を得ることも可能である。なお、このときのプレス成形機としては、例えば、１５０トン以上の粉末成形プレス機が使用できる。このプレス機によれば、成形途中にガス抜きが出来る機構が付いているため、成形によって高強度のものが安定して得られる。勿論、例えば、後述するように、凹凸を有する金型や曲線部を有する金型枠型等を使用し、成形によって焼結原料混合物７の意匠面に凹凸を形成したり、焼結原料混合物７を所望形状に成形することも可能である。 As described above, in the first embodiment, molding can be performed by pressurization at room temperature, and uniform heating from the outside is not necessary. Therefore, in the case of press molding, a thick molded body 8 (for example, 150 tons) is used. It is also possible to obtain up to about 20 mm thick with a press. Furthermore, since a heating mechanism is unnecessary, it is possible to obtain a large-area molded body 8 (for example, 1000 mm × 2000 mm) by simplifying the structure of the press molding machine and the mold. In addition, as a press molding machine at this time, the powder molding press machine of 150 tons or more can be used, for example. According to this press machine, since a mechanism capable of degassing is provided during molding, a high-strength one can be stably obtained by molding. Of course, as will be described later, for example, a mold having irregularities, a mold frame having a curved portion, or the like is used to form irregularities on the design surface of the sintering raw material mixture 7 by molding, or the sintering raw material mixture 7 Can be formed into a desired shape.
一方、押出成形の場合には、焼結原料混合物７を曲面形状の筒状・棒状等複雑な形状に成形することが可能である。特に、水及び／またはバインダ６を混合してなる焼結原料混合物７は、成形性が良いため、押出成形によってハニカム状等の極めて複雑な形状に形成することも可能である。このようにして、図２に示す本実施の形態１に係る射出成型した多孔質発熱体１０及び押出成形した多孔質発熱体２０が得られる。 On the other hand, in the case of extrusion molding, the sintering raw material mixture 7 can be formed into a complicated shape such as a curved cylindrical shape or rod shape. In particular, since the sintering raw material mixture 7 formed by mixing water and / or the binder 6 has good moldability, it can be formed into an extremely complicated shape such as a honeycomb by extrusion molding. In this way, the injection-molded porous heating element 10 and the extruded porous heating element 20 according to the first embodiment shown in FIG. 2 are obtained.
なお、本発明を実施する場合には、勿論、加熱加圧によって、焼結原料混合物７を成形することも可能である。殊に、本発明においては、蛙目粘土粉４等の鉱物質粉が使用され、これが成形性または保形性等の確保に有利に機能することから、加熱加圧の場合、水やバインダを混合せずとも成形が可能である。因みに、水やバインダを混合せず加熱加圧する場合のプレス成形圧力は、５０ｋｇ／ｃｍ２〜３００ｋｇ／ｃｍ２の範囲内とするのが好ましい。プレス成形の圧力が５０ｋｇ／ｃｍ２未満であると、水やバインダを混合していない場合に焼結原料混合物７が十分に圧縮されないため強度が弱くなり後述の焼成過程において破損する可能性がある。また、プレス成形の圧力が３００ｋｇ／ｃｍ２を超えると、焼結原料混合物７に圧力が掛かり過ぎて高緻密度とものとなり、得られる成型体８の抵抗値が小さくなって多孔質発熱体１の通電発熱性が損なわれる可能性がある。より好ましくは、１００ｋｇ／ｃｍ２〜２００ｋｇ／ｃｍ２の範囲内である。しかし、抵抗値及び複合成分によっては、１００ｋｇ／ｃｍ２〜２００ｋｇ／ｃｍ２の範囲外の使用も有り得る。 In carrying out the present invention, of course, the sintered raw material mixture 7 can be formed by heating and pressing. In particular, in the present invention, mineral powder such as Sasame clay powder 4 is used, and this functions advantageously to ensure moldability or shape retention. Molding is possible without mixing. Incidentally, the press molding pressure when heating and pressing without mixing water and binder is preferably in the range of 50kg / cm 2 ~300kg / cm 2 . If the pressure of the press molding is less than 50 kg / cm 2 , the strength of the sintered raw material mixture 7 is not sufficiently compressed when water or a binder is not mixed, and the strength may be weakened and may be damaged in the firing process described later. . On the other hand, when the pressure of the press molding exceeds 300 kg / cm 2 , the pressure is applied to the sintering raw material mixture 7 so as to have a high density, and the resistance value of the resulting molded body 8 becomes small and the porous heating element 1 is reduced. There is a possibility that the energization exothermic property is impaired. More preferably, in the range of 100kg / cm 2 ~200kg / cm 2 . However, depending on the resistance value and the composite component, there may be used outside the range of 100kg / cm 2 ~200kg / cm 2 .
続いて、成形された焼結原料混合物７は、焼結工程において、温度制御電気炉内にて１０００℃〜１２００℃の範囲内で焼結される（ステップＳ３）。
ここで、焼結の温度が１０００℃〜１２００℃の範囲内とは、本発明者らが鋭意実験研究を重ねた結果、１０００℃未満では、十分な焼成が行われずに粉状態のものが得られ焼結不良となってしまうことが確認されたことから、焼結温度の下限値を１０００℃とし、一方で、１２００℃を超えると、得られる成型体８は通電発熱性を有さないことが確認されたことから、焼結温度の上限値を１２００℃としたものである。
なお、焼結工程の昇温プログラムは、各原料の種類、粒子径、配合量や、後述の成型体８において必要とされる抵抗値、発熱温度等によって予め実験によって最適値が設定される。
そして、このように１０００℃〜１２００℃の範囲内で焼結することによって、成型体８となる。このようにして得られた成型体８は、通電によって容易に抵抗発熱する。特に成型体８の全面で発熱する。
Subsequently, the formed sintered raw material mixture 7 is sintered in a temperature controlled electric furnace within a range of 1000 ° C. to 1200 ° C. in the sintering process (step S3).
Here, the sintering temperature within the range of 1000 ° C. to 1200 ° C. means that the inventors have conducted extensive experimental research. As a result, when the temperature is lower than 1000 ° C., a powder is obtained without sufficient firing. Since the lower limit of the sintering temperature is set to 1000 ° C., and the temperature exceeds 1200 ° C., the obtained molded body 8 does not have current exothermic property. Therefore, the upper limit of the sintering temperature is set to 1200 ° C.
Note that the temperature increase program for the sintering process is set to an optimum value in advance through experiments based on the type, particle diameter, blending amount of each raw material, the resistance value required for the molded body 8 described later, the heat generation temperature, and the like.
And it becomes the molded object 8 by sintering within the range of 1000 to 1200 degreeC in this way. The molded body 8 thus obtained easily generates resistance when energized. In particular, heat is generated on the entire surface of the molded body 8.
このようにして、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１が得られる。
具体的には、図２（ａ）に示すように、直方体状の多孔質発熱体１０（多孔質発熱体１）は、直方体状の抵抗体部１１と、その抵抗体部１１の両端に埋設した端子１２，１３とからなる。この端子１２，１３は、焼結原料混合物７を形成した後、型内に端子１２及び端子１３を配置し、成型工程Ｓ２で一体化させたものである。この端子１２，１３は、ステンレス製であり、焼結工程Ｓ３で溶融しない材料として、低抵抗材料として選択されたものである。
また、図２（ｂ）は、円筒状の多孔質発熱体２０（多孔質発熱体１）は、円筒形状の抵抗体部２１と、その抵抗体部２１の両端の表面に巻回した端子２２，２３とからなる。この端子２２，２３は、銅製であり、焼結工程Ｓ３で形成した成型体８に対して所定の圧力を加えながら巻回されたものである。
In this way, the porous heating element 1 according to the first embodiment is obtained.
Specifically, as shown in FIG. 2A, a rectangular parallelepiped porous heating element 10 (porous heating element 1) is embedded in a rectangular parallelepiped resistor 11 and both ends of the resistor 11. Terminal 12, 13. The terminals 12 and 13 are formed by forming the sintered raw material mixture 7 and then arranging the terminals 12 and 13 in a mold and integrating them in the molding step S2. The terminals 12 and 13 are made of stainless steel, and are selected as low resistance materials as materials that do not melt in the sintering step S3.
FIG. 2B shows a cylindrical porous heating element 20 (porous heating element 1) having a cylindrical resistor 21 and terminals 22 wound around the surfaces of both ends of the resistor 21. , 23. The terminals 22 and 23 are made of copper, and are wound while applying a predetermined pressure to the molded body 8 formed in the sintering step S3.
なお、本実施の形態１の発熱体１０では埋設端子とし、発熱体２０では巻回端子としたが、本発明を実施する場合には、発熱体１０または発熱体２０の端部表面に電極を張り合わせてもよいし、強圧する構造としてもよい。いずれにせよ、端子は接触抵抗が低い状態で通電できるものとするのが望ましい。
以下、この本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は、図２に示す射出成型した多孔質発熱体１０を前提に説明する。
Although the heating element 10 of the first embodiment is an embedded terminal and the heating element 20 is a winding terminal, when the present invention is implemented, an electrode is provided on the end surface of the heating element 10 or the heating element 20. They may be bonded together or may be structured to be pressed strongly. In any case, it is desirable that the terminal can be energized with a low contact resistance.
Hereinafter, the porous heating element 1 according to Embodiment 1 will be described on the assumption that the injection-molded porous heating element 10 shown in FIG.
このようにして得られた本実施の形態１に係る多孔質発熱体１（１０）は軽量であると共に、アルミニウムより硬くて摩耗にも強く、各原料を混合して成形したものよりもその機械的強度は増大しており、高い機械的強度を有していた。殊に、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１が発熱している際に水を吹きつけても割れることもなく、また後述するように、この多孔質発熱体１に熱勾配（温度分布）がある場合においても、発熱時に割れることはなかった。更に、酸等の化学的にも強靭であることが判明した。 The porous heating element 1 (10) according to the first embodiment obtained in this way is light in weight, harder than aluminum and resistant to wear, and its machine than that formed by mixing raw materials. The mechanical strength increased and had high mechanical strength. In particular, when the porous heating element 1 according to the first embodiment is generating heat, it does not break even when water is blown, and a thermal gradient (temperature) is applied to the porous heating element 1 as will be described later. Even when there was a distribution), there was no cracking during heat generation. Furthermore, it has been found that it is chemically strong such as acid.
また、図４乃至図２６のＢＳＥ（反射電子顕微鏡）を含む走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：２次電子像）により、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１には、開口した空隙が分布しており、多孔質であることが分かった。そして、この多孔質発熱体１の面にエアコンプレッサによる圧縮空気をエアガンで吹き付けたところ、圧縮空気が多孔質発熱体１を通り抜け、通気性を有することが明らかになった。これは、多数の空隙が連通しているためと思われる。
更に、この空隙の大きさは、ガス吸着式細孔分布測定器により測定した結果、数μｍ〜数十μｍであったが、原料の粒子形状や配合量、成形時の圧力等によってこの空隙の大きさ、空隙率は制御可能である。
In addition, by the scanning electron microscope (SEM: secondary electron image) including the BSE (reflection electron microscope) of FIGS. 4 to 26, the open voids are distributed in the porous heating element 1 according to the first embodiment. It was found to be porous. When compressed air from an air compressor was blown onto the surface of the porous heating element 1 with an air gun, it became clear that the compressed air passed through the porous heating element 1 and had air permeability. This seems to be due to the large number of voids communicating with each other.
Furthermore, the size of the voids was several μm to several tens of μm as a result of measurement with a gas adsorption type pore distribution measuring device. The size and porosity can be controlled.
そして、本発明者らの実験研究によって、この空隙率が５％〜５０％の範囲内であることで、多孔質発熱体１の抵抗発熱体としての利用において十分な強度や通電発熱性が確保できることが確認されている。即ち、空隙率が５％未満であると、多孔質発熱体１の抵抗値が低く、通電発熱性が損なわれる。一方で、５０％を超えると、抵抗発熱体としての利用において強度が足りず、通電発熱性も損なわれる。
なお、空隙の比率は、形成した乾燥状態の多孔質発熱体１の体積及び重量を測定し、水を含浸させた状態の重量を測定し、再び乾燥させて重量を測定し、その重量の変化を気孔率に置き換えて測定した。
As a result of experiments conducted by the present inventors, this porosity is in the range of 5% to 50%, so that sufficient strength and energization exothermicity are ensured when the porous heating element 1 is used as a resistance heating element. It has been confirmed that it can be done. That is, when the porosity is less than 5%, the resistance value of the porous heating element 1 is low, and the energization heat generation property is impaired. On the other hand, if it exceeds 50%, the strength as a resistance heating element is insufficient, and the current-generating heat generation is also impaired.
The void ratio is determined by measuring the volume and weight of the formed porous heating element 1 in a dry state, measuring the weight in a state impregnated with water, measuring the weight again by drying, and changing the weight. Was replaced by porosity.
ここで、このようにして得られた本実施の形態１に係る多孔質発熱体１のＸ線回折（ＷＡＸＳ分析）によるスペクトルを図３に、また、ＳＥＭ−ＥＤＸによるスペクトル及びＢＳＥ（反射電子顕微鏡）を含む走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：２次電子像）写真を図４乃至図１９に示す。なお、ＥＤＸは２μｍのスポットによる点分析である。
図３乃至図１９に示されるように、このようにして得られた本実施の形態１に係る多孔質発熱体１には、主に、アルミニウム（Ａｌ）や、ケイ素（Ｓｉ）や、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）や、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の複合酸化物またはアルミニウム酸化物とケイ素酸化物の複合酸化物が存在していることが分かる。
このような本実施の形態１に係る多孔質発熱体１が得られるのは、焼成過程においてアルミニウム２の融点（６６０．４℃）に達しても、アルミニウム粉２が溶融して表面に噴出することなく、焼成により、焼結原料混合物７が複合化したためと推測される。
Here, the spectrum by X-ray diffraction (WAXS analysis) of the porous heating element 1 according to the first embodiment thus obtained is shown in FIG. 3, and the spectrum by SEM-EDX and BSE (reflection electron microscope). ) Including scanning electron microscope (SEM: secondary electron image) photographs are shown in FIGS. Note that EDX is a point analysis using a 2 μm spot.
As shown in FIG. 3 to FIG. 19, the porous heating element 1 according to the first embodiment thus obtained mainly includes aluminum (Al), silicon (Si), alumina ( Al 2 O 3) or, or silicon dioxide (SiO 2), a composite oxide composite oxide or aluminum oxide and silicon oxide of alumina (Al 2 O 3) and silicon dioxide (SiO 2) is present I understand that.
The porous heating element 1 according to the first embodiment is obtained because the aluminum powder 2 is melted and ejected to the surface even when the melting point (660.4 ° C.) of the aluminum 2 is reached in the firing process. It is presumed that the sintered raw material mixture 7 was composited by firing.
このような特性の発熱体１が得られるのは、黒鉛粉３が混合されていることで、アルミニウム粉２が黒鉛粉３に覆われ、黒鉛粉３が燃焼することでアルミニウムの周囲は還元雰囲気に近い状態となるため、アルミニウムの酸化が防止され、また、アルミニウムの溶融点（６６０．４℃）に達しても、アルミニウムが溶融して表面に噴出することがなく、焼成により、焼結原料混合物７が複合化したためと推測される。 The heating element 1 having such characteristics can be obtained because the graphite powder 3 is mixed, the aluminum powder 2 is covered with the graphite powder 3, and the graphite powder 3 burns so that the periphery of the aluminum is in a reducing atmosphere. Therefore, the oxidation of aluminum is prevented, and even when the melting point of aluminum (660.4 ° C.) is reached, the aluminum is not melted and ejected to the surface. It is presumed that the mixture 7 was complexed.
より具体的には、上述の如く、この多孔質発熱体１はアルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、並びに、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の複合酸化物またはアルミニウム酸化物とケイ素酸化物の複合酸化物が主成分となっているが、特に、焼成によって、溶融したアルミニウムのネットワークが形成され、また、シリコンが生成するという構造変化が起こったことで通電発熱性を有するものとなったと思われる。なお、金属シリコンは以下のような反応によって生成されたものと推測される。
ＳｉＯ２＋Ｃ→Ｓｉ＋ＣＯ２
ＳｉＯ２＋Ｃ→Ｓｉ＋２ＣＯ
２Ａｌ＋３ＳｉＯ２→３Ｓｉ＋Ａｌ２Ｏ３
なお、得られた発熱体１に通電したときに、５６０℃以上になると赤熱して表面に溶融物が噴出し始めたことから、アルミニウム２と蛙目粘土４からのシリカ（ＳｉＯ２）や生成したシリコン（Ｓｉ）とが反応結合してＡｌ−Ｓｉ合金（融点：５７７℃）が生成されている可能性もある。
More specifically, as described above, the porous heating element 1 includes aluminum (Al), silicon (Si), alumina (Al 2 O 3 ), silicon dioxide (SiO 2 ), and alumina (Al 2 O 3). ) And silicon dioxide (SiO 2 ) composite oxide or aluminum oxide and silicon oxide composite oxide as a main component. In particular, by firing, a molten aluminum network is formed, and silicon It seems that the structure was changed to have a heat generating property due to the structural change. Metallic silicon is presumed to have been generated by the following reaction.
SiO 2 + C → Si + CO 2
SiO 2 + C → Si + 2CO
2Al + 3SiO 2 → 3Si + Al 2 O 3
In addition, when the obtained heating element 1 was energized, when it became 560 ° C. or higher, it was red-hot and a melt began to be ejected on the surface. Therefore, silica (SiO 2 ) and formation from the aluminum 2 and the clay mesh 4 There is also a possibility that an Al—Si alloy (melting point: 577 ° C.) is produced due to reaction bonding with the silicon (Si).
因みに、本発明者らの実験研究により、黒鉛粉等の炭素粉末３を用いずに焼成した場合、温度制御電気炉内の温度が６００℃以上になるとアルミニウム２（融点：６６０．４℃）が溶融して表面に噴出する焼結不良となり表面に多数の窪みが形成されたアルミニウムの溶融物が生成されてしまい、上述のような発熱体１を製造することはできないことが確認されている。しかし、本発明においては、７００℃以上の高温になってもアルミニウム２が溶融して表面に噴出する焼結不良が生じることはない。 Incidentally, according to the experimental study by the present inventors, when firing without using the carbon powder 3 such as graphite powder, when the temperature in the temperature controlled electric furnace becomes 600 ° C. or higher, aluminum 2 (melting point: 660.4 ° C.) is formed. It has been confirmed that the heat generating body 1 cannot be manufactured because the aluminum melt having a large number of dents formed on the surface due to poor sintering that is melted and ejected to the surface. However, in the present invention, even if the temperature becomes 700 ° C. or higher, the sintering failure that the aluminum 2 melts and is ejected to the surface does not occur.
ここで、多孔質発熱体１の通電による発熱の様子について具体的に図２７を参照にして説明する。
まず、多孔質発熱体１の通電による温度変化の様子について調べるために、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１の配合として、表１の配合内容で、図１のフローチャートにしたがって多孔質発熱体１を製造した。
Here, a state of heat generation by energization of the porous heating element 1 will be specifically described with reference to FIG.
First, in order to investigate the state of temperature change due to energization of the porous heating element 1, the porous heating element 1 according to the first embodiment is blended in accordance with the flowchart of FIG. A heating element 1 was produced.
なお、表１に示される配合材料のうち、アルミニウム粉２としては、ミナルコ（株）製の＃２６０Ｓ（Ａｌ：９９ｗｔ％）でふるい試験法による粒子径が７５μｍ未満（２００メッシュアンダー）のものを用いた。このアルミニウム粉２について日機装（株）のレーザ回折式粒度分布測定装置マイクロトラックで測定したところ中位径は４５μｍであった。
炭素粉３としては、西村黒鉛（株）製の天然の鱗状黒鉛粉１０９９Ｍ（固定炭素：９９％でふるい試験法による粒子径が１５０μｍ未満（１００メッシュアンダー）のものを用いた。この炭素粉３について日機装（株）製のレーザ回折式粒度分布測定装置マイクロトラックで測定したところ中位径は７５μｍであった。
Of the compounding materials shown in Table 1, the aluminum powder 2 is # 260S (Al: 99 wt%) manufactured by Minalco Co., Ltd. and has a particle diameter of less than 75 μm (200 mesh under) by a sieve test method. Using. When this aluminum powder 2 was measured with a laser diffraction particle size distribution measuring device Microtrac of Nikkiso Co., Ltd., the median diameter was 45 μm.
As the carbon powder 3, a natural scaly graphite powder 1099M (fixed carbon: 99% with a particle size of less than 150 μm (100 mesh under) by a sieve test method) manufactured by Nishimura Graphite Co., Ltd. was used. As a result, the median diameter was 75 μm as measured with a laser diffraction particle size distribution measuring device Microtrack manufactured by Nikkiso Co., Ltd.
蛙目粘土粉４には、（株）ヤマス製の土岐口特級蛙目粘土粉（ＳｉＯ２：４８．７７％、Ａｌ２Ｏ３：３４．４０％、Ｆｅ２Ｏ３：１．３５％、ＴｉＯ２：０．９５％、Ｋ２Ｏ：０．８５％、ＭｇＯ：０．３８％、ＣａＯ：０．１６％、Ｎａ２Ｏ：０．１６％等）で、ふるい試験法による粒子径が６５μｍ未満（２５０メッシュアンダー）のものを用いた。この蛙目粘土粉４について日機装（株）製のレーザ回折式粒度分布測定装置マイクロトラックで測定したところ中位径は１０μｍであった。 The Sasame clay powder 4 includes Tokiguchi special grade Sasame clay powder (SiO 2 : 48.77%, Al 2 O 3 : 34.40%, Fe 2 O 3 : 1.35%, manufactured by Yamas Co., Ltd. TiO 2 : 0.95%, K 2 O: 0.85%, MgO: 0.38%, CaO: 0.16%, Na 2 O: 0.16%, etc.), and the particle size by the sieve test method is The thing of less than 65 micrometers (250 mesh under) was used. When the Sakaime clay powder 4 was measured with a laser diffraction particle size distribution measuring device Microtrac manufactured by Nikkiso Co., Ltd., the median diameter was 10 μm.
木粉５としては、スギの間伐材・小径木・製材端材・樹皮・大鋸屑等の木屑を、破砕機（木材用クラッシャー）で粗粉砕して、この粗粉砕木粉を、熱風乾燥機によって水分２０重量部以下に熱風乾燥し、微粉砕機で微粉砕してなる木粉を使用した。ここで、微粉砕機としては、河本鉄工（株）製のミクロンコロイドミルを使用して、粉砕タービン羽の周速を５０ｍ／秒〜８０ｍ／秒として、微粉砕を行った。このようにして得られた木粉はウィスカー状であり、ふるい試験法による粒子径が１５０μｍ未満（１００メッシュアンダー）で、日機装（株）製のレーザ回折式粒度分布測定装置マイクロトラックで測定したところその中位径は１００μｍであった。
また、これら原料の混合には精密分散混合機であるホソカワミクロン（株）製の横型タービュライザ（登録商標）ＴＣＸ−８を用いた。
As wood flour 5, wood chips such as cedar thinned wood, small-diameter wood, sawn timber, bark, and large sawdust are coarsely crushed with a crusher (wood crusher), and this coarsely crushed wood powder is obtained with a hot air dryer. Wood powder obtained by drying with hot air to a water content of 20 parts by weight or less and finely pulverizing with a fine pulverizer was used. Here, as a fine pulverizer, a micron colloid mill manufactured by Kawamoto Tekko Co., Ltd. was used, and the pulverization turbine blades were pulverized at a peripheral speed of 50 m / second to 80 m / second. The wood powder thus obtained has a whisker shape and has a particle diameter of less than 150 μm (100 mesh under) as measured by a sieve test method, and is measured with a laser diffraction particle size distribution measuring device Microtrac manufactured by Nikkiso Co., Ltd. Its median diameter was 100 μm.
For mixing these raw materials, a horizontal turbulizer (registered trademark) TCX-8 manufactured by Hosokawa Micron Corporation, which is a precision dispersion mixer, was used.
更に、ここでは、表１の配合内容で作製された焼結原料混合物７は押出成形し、１１００℃の焼結温度で焼結して、厚み（Ｔ）５ｍｍ×幅（Ｗ）３５ｍｍ×長さ（Ｌ）２１０ｍｍの多孔質発熱体１とした。
なお、焼結工程の昇温プログラムとしては、まず室温から６００℃まで２０時間かけて昇温して６００℃で３時間保持し、更に、６００℃から９００℃まで６時間かけて昇温して９００℃で２時間保持し、最後に、９００℃から１１００℃まで４時間かけて昇温して１１００℃で２時間保持して、焼結を完了させた後、自然冷却させた。
Furthermore, here, the sintered raw material mixture 7 prepared with the blending contents shown in Table 1 is extruded, sintered at a sintering temperature of 1100 ° C., and thickness (T) 5 mm × width (W) 35 mm × length. (L) A 210 mm porous heating element 1 was obtained.
As a temperature raising program for the sintering process, first, the temperature was raised from room temperature to 600 ° C. over 20 hours, held at 600 ° C. for 3 hours, and further raised from 600 ° C. to 900 ° C. over 6 hours. The temperature was held at 900 ° C. for 2 hours, and finally, the temperature was raised from 900 ° C. to 1100 ° C. over 4 hours and held at 1100 ° C. for 2 hours to complete the sintering, and then naturally cooled.
そして、製造された多孔質発熱体１の長さ方向の両端に幅１０ｍｍの端子により電圧をかけ（１０Ｖの通電）、多孔質発熱体１の所定部位（中心部分）の経時的な温度測定を行った。その測定結果のグラフを図２７（ａ）に示す。更に、通電解除後における経時的な温度測定も行った。その測定結果のグラフを図２７（ｂ）に示す。
なお、参考までに、通電時における電流、抵抗値、電気抵抗率について、図２７（ａ）としてグラフ下段の表に示す。表において、電流は電圧１０Ｖを端子間に加えた場合の測定値であり、抵抗値は電圧及び電流の測定値から計算式
抵抗値＝電圧／電流
によって算出したものである。また、電気抵抗率（比抵抗）も計算式
電気抵抗率＝抵抗値／（長さ／断面積）
によって算出したものである。
Then, a voltage is applied to both ends in the length direction of the manufactured porous heating element 1 by a terminal having a width of 10 mm (energization of 10 V), and a time-dependent temperature measurement of a predetermined portion (center portion) of the porous heating element 1 is performed. went. A graph of the measurement results is shown in FIG. Furthermore, the temperature was measured over time after the energization was canceled. The graph of the measurement result is shown in FIG.
For reference, the current, resistance value, and electrical resistivity during energization are shown in the lower table of FIG. 27A. In the table, the current is a measured value when a voltage of 10 V is applied between the terminals, and the resistance value is calculated from a measured value of the voltage and current by a calculation formula resistance value = voltage / current. Also, the electrical resistivity (resistivity) is calculated from the formula: electrical resistivity = resistance value / (length / cross-sectional area)
It is calculated by.
図２７（ａ）に示すように、多孔質発熱体１に通電すると、直ぐに温度が上昇（発熱）して１０分前後で完全に温度が上昇し、その後も高温（定温）状態が維持されることが分かる。また、図２７（ｂ）に示すように、通電解除直後からすぐに温度が急激に減少し、約５分前後で元の温度状態に戻ることが分かった。
このように、本実施の形態１に係る発熱体１は、体積の大きさに比較して通電による昇温速度が極めて速く、また、通電解除による降温速度も極めて速いものである。
なお、図２７（ａ）の表に示したように、本実施の形態１に係る発熱体１の電気抵抗率は約４９×１０−８Ω・ｍ乃至約５６×１０−８Ω・ｍであり、アルミニウムの電気抵抗率が２．６５×１０−８Ω・ｍからしても、本実施の形態１に係る発熱体１の電気抵抗率は極めて高いものである。ニクロムは１．５×１０−６Ω・ｍであるから、それに近い値である。
As shown in FIG. 27 (a), when the porous heating element 1 is energized, the temperature immediately rises (heat generation), and the temperature rises completely in about 10 minutes, and the high temperature (constant temperature) state is maintained thereafter. I understand that. Moreover, as shown in FIG.27 (b), it turned out that temperature falls rapidly immediately after electricity supply cancellation | release, and returns to the original temperature state in about 5 minutes.
As described above, the heating element 1 according to the first embodiment has an extremely high temperature rising rate due to energization and an extremely low temperature decrease rate due to energization cancellation compared to the size of the volume.
As shown in the table of FIG. 27A, the electrical resistivity of the heating element 1 according to the first embodiment is about 49 × 10 −8 Ω · m to about 56 × 10 −8 Ω · m. In addition, even if the electrical resistivity of aluminum is 2.65 × 10 −8 Ω · m, the electrical resistivity of the heating element 1 according to the first embodiment is extremely high. Since nichrome is 1.5 × 10 −6 Ω · m, it is close to that value.
また、図２７（ａ）のグラフに示すように、一定の電圧による連続通電のもとでは、次第に温度上昇がなくなり発熱温度は一定の状態となることが確認された。そこで、本実施の形態１に係る発熱体１の熱伝導率及び比熱を測定したところ、熱伝導率が７Ｗ／ｍ・Ｋで、比熱が０．７４ｋＪ／Ｋｇ・Ｋであった。アルミニウムの熱伝導率が２３６Ｗ／ｍ・Ｋで、比熱が０．９０ｋＪ／Ｋｇ・Ｋあることからすると、本実施の形態１に係る発熱体１は熱伝導が極めて低いものである。 Further, as shown in the graph of FIG. 27 (a), it was confirmed that under continuous energization with a constant voltage, the temperature rise gradually disappeared and the heat generation temperature became constant. Therefore, when the heat conductivity and specific heat of the heating element 1 according to Embodiment 1 were measured, the heat conductivity was 7 W / m · K and the specific heat was 0.74 kJ / Kg · K. Considering that the thermal conductivity of aluminum is 236 W / m · K and the specific heat is 0.90 kJ / Kg · K, the heating element 1 according to the first embodiment has a very low thermal conductivity.
ここで、本発明者らの実験研究によれば、原料の粒子形状や配合量や種類、また、成形時の圧力によって多孔質発熱体１の抵抗値が変化することが確認された。その一因は、原料の粒子形状や配合量や種類、また、成形時の圧力によって多孔質発熱体１の緻密度が変化するためと思われる。具体的には、例えば、原料に粗い粒子を用いた場合、細かい粒子を用いた場合よりも抵抗値が大きくなったり、成形時におけるプレス圧力が高い程、抵抗値が大きくなったりした。 Here, according to an experimental study by the present inventors, it was confirmed that the resistance value of the porous heating element 1 varies depending on the particle shape, blending amount and type of raw material, and the pressure during molding. One reason seems to be that the density of the porous heating element 1 varies depending on the particle shape, blending amount and type of the raw material, and the pressure during molding. Specifically, for example, when coarse particles are used as the raw material, the resistance value becomes larger than when fine particles are used, or the resistance value increases as the press pressure during molding increases.
よって、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１によれば、原料の粒子形状や配合量や種類、また、成形時の圧力の調節によって多孔質発熱体１の緻密度を変化させることにより、多孔質発熱体１の抵抗値を制御することが可能である。因みに、本発明者らの実験研究により、多孔質発熱体１の緻密度を高めると、多孔質発熱体１の抵抗値が低くなることが確認されている。したがって、加熱したい所望の位置のみの発熱を高くできる。 Therefore, according to the porous heating element 1 according to the first embodiment, by changing the density of the porous heating element 1 by adjusting the particle shape, blending amount and type of raw material, and the pressure during molding. The resistance value of the porous heating element 1 can be controlled. Incidentally, it has been confirmed by experimental studies by the present inventors that the resistance value of the porous heating element 1 decreases when the density of the porous heating element 1 is increased. Therefore, the heat generation only at a desired position to be heated can be increased.
特に、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１によれば、原料に木粉５が用いられており、焼成過程において、この木粉５が焼失することによってその部分が空隙となり、多孔質発熱体１の緻密性に大きく影響する。このため、木粉５の添加量を調節することで、多孔質発熱体１の抵抗値の制御が容易にできる。 In particular, according to the porous heating element 1 according to the first embodiment, the wood powder 5 is used as a raw material, and in the firing process, the wood powder 5 is burned off, and the portion becomes a void, so that the porous material is porous. This greatly affects the density of the heating element 1. For this reason, the resistance value of the porous heating element 1 can be easily controlled by adjusting the amount of the wood powder 5 added.
念のため、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１の配合として、各原料の配合比を様々変えて製造した実施例１乃至実施例７に係る多孔質発熱体１の抵抗値について表２に示す。
ここでは、表２に示した配合内容で作製された焼結原料混合物７は、それぞれ、１５０ｋｇ／ｃｍ2のプレス圧力でプレス成形し、１１００℃の焼結温度で焼結して、多孔質発熱体１とした。
そして、交流スライダーダック電源（直流安定化電源）を使用し、各多孔質発熱体１に通電（Ｖ）したときの、電流（Ａ）、抵抗値（Ω）をそれぞれ測定した。なお、表２において、電流（Ａ）は直接電流計で、抵抗値（Ω）はテスタの抵抗レンジによって測定した測定値である。また、発熱温度は、赤外線サーモグラフィー（熱画像計測装置：（株）チノー社製 携帯用小形熱画像カメラ ＣＰＡ−０１７）によって確認した。
As a precaution, the resistance values of the porous heating elements 1 according to Examples 1 to 7 manufactured with various mixing ratios of the respective raw materials as the composition of the porous heating element 1 according to the first embodiment are shown. It is shown in 2.
Here, each of the sintered raw material mixtures 7 prepared with the blending contents shown in Table 2 is press-molded at a pressing pressure of 150 kg / cm 2 and sintered at a sintering temperature of 1100 ° C. Body 1 was designated.
Then, using an AC slider duck power supply (DC stabilized power supply), the current (A) and the resistance value (Ω) when each porous heating element 1 was energized (V) were measured. In Table 2, the current (A) is a direct ammeter, and the resistance value (Ω) is a measured value measured by the resistance range of the tester. The heat generation temperature was confirmed by infrared thermography (thermal image measuring device: portable small thermal image camera CPA-017 manufactured by Chino Co., Ltd.).
表２に示したように、各原材料の配合量・配合比によって抵抗値が変化することから、各原材料の配合量・配合比を調節することで多孔質発熱体１の抵抗値を制御できることが分かる。また、電圧を変化させると、抵抗値も変化することから、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１の発熱温度は通電量によって決定され、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は通電により抵抗発熱していることが分かる。
なお、表２から、蛙目粘土粉４の量が多いほど、多孔質発熱体１の抵抗値が高くなることが分かる。そして、本発明者らの実験研究によれば、アルミニウム粉末２１００重量部に対して、蛙目粘土粉４が６０重量部〜１５０重量部の範囲内であれば、多孔質発熱体１において抵抗体として使途に適した抵抗値・通電発熱性を確保できることが確認されている。
As shown in Table 2, since the resistance value changes depending on the blending amount and blending ratio of each raw material, the resistance value of the porous heating element 1 can be controlled by adjusting the blending amount and blending ratio of each raw material. I understand. Further, when the voltage is changed, the resistance value also changes. Therefore, the heat generation temperature of the porous heating element 1 according to the first embodiment is determined by the energization amount, and the porous heating element 1 according to the first embodiment is determined. It can be seen that resistance heat is generated by energization.
In addition, it can be seen from Table 2 that the resistance value of the porous heating element 1 increases as the amount of the square clay powder 4 increases. According to the experimental study by the present inventors, the resistor in the porous heating element 1 is provided if the clay clay powder 4 is in the range of 60 parts by weight to 150 parts by weight with respect to 2100 parts by weight of the aluminum powder. As a result, it has been confirmed that a resistance value and energization heat generation suitable for use can be secured.
更に、本発明者らの実験研究によれば、焼結原料混合物７において、アルミニウム粉２の含有量が３５重量部〜７０重量部の範囲内であり、黒鉛粉３の含有量が２重量部〜１５重量部の範囲内であり、蛙目粘土粉４の含有量が２５重量部〜６５重量部の範囲内であるのが好ましい。
焼結原料混合物７において、アルミニウム粉２の含有量が３５重量部未満であると、アルミニウム粉２が少なすぎて、通電性が損なわれる可能性がある。一方、アルミニウム粉２の含有量が７０重量部を超えると、アルミニウム粉２に対して黒鉛粉３が極めて少なくなり、焼成過程において溶融したアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じる可能性がある。
Furthermore, according to the experimental study by the present inventors, in the sintering raw material mixture 7, the content of the aluminum powder 2 is in the range of 35 parts by weight to 70 parts by weight, and the content of the graphite powder 3 is 2 parts by weight. It is preferable to be in the range of ˜15 parts by weight, and the content of the square clay powder 4 is in the range of 25 parts by weight to 65 parts by weight.
If the content of the aluminum powder 2 in the sintered raw material mixture 7 is less than 35 parts by weight, the aluminum powder 2 is too small and the electrical conductivity may be impaired. On the other hand, when the content of the aluminum powder 2 exceeds 70 parts by weight, the graphite powder 3 is extremely small with respect to the aluminum powder 2, and there is a possibility that poor sintering occurs in which molten aluminum is ejected to the surface in the firing process. .
また、黒鉛粉３の含有量が２重量部未満であると、アルミニウム粉２に対して黒鉛粉３が極めて少な過ぎ、焼成過程において溶融したアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じる可能性がある。一方、炭素粉の含有量が１５重量部を超えると、黒鉛粉３が多過ぎて多孔質発熱体１の強度及び純度が低下し、抵抗発熱体としての使途に適した強度や通電発熱性が得られない可能性がある。
更に、蛙目粘土粉４の含有量が２５重量部未満であると、蛙目粘土粉４が少なすぎて、成型体８の抵抗値が小さくなり、抵抗発熱体としての使途に適した通電発熱性が損なわれる可能性がある。一方、蛙目粘土粉４の含有量が６５重量部を超えると、アルミニウム粉２の含有量が３５重量部未満であると、アルミニウム粉２が少なすぎて、成型体８の通電性が損なわれる可能性がある。
Further, if the content of the graphite powder 3 is less than 2 parts by weight, the graphite powder 3 is too small relative to the aluminum powder 2, and there is a possibility that sintering failure occurs in which molten aluminum is ejected to the surface in the firing process. is there. On the other hand, when the content of the carbon powder exceeds 15 parts by weight, the graphite powder 3 is too much and the strength and purity of the porous heating element 1 are lowered, and the strength and current-generating heat resistance suitable for use as a resistance heating element are obtained. It may not be obtained.
Furthermore, when the content of the square clay powder 4 is less than 25 parts by weight, the amount of the square clay powder 4 is too small, the resistance value of the molded body 8 becomes small, and the energization heat generation suitable for use as a resistance heating element. May be impaired. On the other hand, when the content of the square clay powder 4 exceeds 65 parts by weight, the aluminum powder 2 is too small when the content of the aluminum powder 2 is less than 35 parts by weight, and the conductivity of the molded body 8 is impaired. there is a possibility.
なお、より好ましくは、焼結原料混合物７において、アルミニウム粉２の含有量が４０重量部〜６５重量部の範囲内であり、黒鉛粉３の含有量が５重量部〜１０重量部の範囲内であり、蛙目粘土粉４の含有量が３０重量部〜６０重量部の範囲内である。
ところで、表２において、電流（Ａ）、抵抗値（Ω）の測定値において測定幅があるのは、部位によって抵抗値が多少異なるためである。
そして、本発明者らの実験研究によれば、長さ方向両端から中心部分に向かって抵抗値・発熱温度が高くなる傾向があることが確認されている。これは、プレス成形時に、中心部に近いほど原料粒子の動きが制限されて緻密度が高くなったためと思われる。
More preferably, in the sintering raw material mixture 7, the content of the aluminum powder 2 is in the range of 40 to 65 parts by weight, and the content of the graphite powder 3 is in the range of 5 to 10 parts by weight. And the content of the clay mesh powder 4 is in the range of 30 to 60 parts by weight.
By the way, in Table 2, there are measurement widths in the measured values of current (A) and resistance value (Ω) because the resistance value is slightly different depending on the part.
According to the experimental study by the present inventors, it has been confirmed that the resistance value and the heat generation temperature tend to increase from both ends in the length direction toward the center portion. This seems to be because the density of the raw material particles was restricted and the density became higher as it was closer to the center during press molding.
参考までに、プレス成形によって厚み（Ｔ）５ｍｍ×幅（Ｗ）３５ｍｍ×長さ（Ｌ）２１０ｍｍの平板状とした多孔質発熱体１において、長さ方向両端に幅１０ｍｍの端子による通電を行い、多孔質発熱体１全体の温度分布を赤外線サーモグラフィー（熱画像計測装置：（株）チノー社製 携帯用小形熱画像カメラ ＣＰＡ−０１７）によって測定した温度分布写真を図２８に示す。
図２８に示すように、この多孔質発熱体１は、長さ方向両端から中心部分に向かって温度が高くなっていて、長さ方向両端は温度が低くなっている。したがって、この多孔質発熱体１は、端子を両端に接続して通電する製品として使用した場合に、端子の過加熱による通電不良やショート更には、焼損を防止することができ、製品として長時間の安全な発熱を維持できる。
For reference, in the porous heating element 1 having a flat plate shape of thickness (T) 5 mm × width (W) 35 mm × length (L) 210 mm by press molding, energization is performed by terminals having a width of 10 mm at both ends in the length direction. FIG. 28 shows a temperature distribution photograph obtained by measuring the temperature distribution of the entire porous heating element 1 using an infrared thermography (thermal image measuring device: portable small thermal image camera CPA-017 manufactured by Chino Co., Ltd.).
As shown in FIG. 28, the temperature of the porous heating element 1 increases from both ends in the length direction toward the center portion, and the temperature decreases at both ends in the length direction. Therefore, when this porous heating element 1 is used as a product in which a terminal is connected to both ends and is energized, it can prevent an energization failure or short circuit due to overheating of the terminal, and even burnout, and the product can be used for a long time. Can maintain a safe fever.
また、本発明者らの実験研究によって、焼結温度の１０００℃〜１２００℃の範囲内において、焼結させる温度を様々調節することで、多孔質発熱体１の抵抗値が変化することが判明しておいる。これは、焼結温度によって焼結密度（焼成過程における粒子同士の密度）が変化するためと思われる。したがって、焼結温度を調節することによっても、多孔質発熱体１の抵抗値を制御することが可能である。
なお、その他、多孔質発熱体１は、その形状によっても抵抗値が変化したり、通電量によっても変化したりすることから、その形状や通電量を調節することによっても、多孔質発熱体１の抵抗値を制御することができる。
In addition, according to the experimental study by the present inventors, it has been found that the resistance value of the porous heating element 1 is changed by variously adjusting the sintering temperature within the sintering temperature range of 1000 ° C. to 1200 ° C. I have. This seems to be because the sintering density (the density of particles in the firing process) changes depending on the sintering temperature. Therefore, the resistance value of the porous heating element 1 can be controlled also by adjusting the sintering temperature.
In addition, since the resistance value of the porous heating element 1 changes depending on its shape or changes depending on the energization amount, the porous heating element 1 can also be adjusted by adjusting its shape and energization amount. The resistance value can be controlled.
更に、このように、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１によれば、多孔質発熱体１の抵抗値は、その緻密度、即ち、圧縮圧によって影響されることから、焼結原料混合物７を成形する際に、その緻密度分布を調節することにより、多孔質発熱体１において抵抗分布の制御が可能となる。即ち、成型体８において部位によって異なる発熱温度の設定ができ、多孔質発熱体１の特定部位を特定温度に発熱させることできる。 Furthermore, as described above, according to the porous heating element 1 according to the first embodiment, since the resistance value of the porous heating element 1 is affected by the density, that is, the compression pressure, When the mixture 7 is formed, the resistance distribution in the porous heating element 1 can be controlled by adjusting the density distribution. In other words, different heat generation temperatures can be set for each part in the molded body 8, and a specific part of the porous heating element 1 can be heated to a specific temperature.
ここで、焼結原料混合物７を成形する際に、その緻密度分布を調節する方法としては、成型時の金型形状や押出し成形等による成形形状の調節、成形時の原料充填量の調節、成形時の部分的な圧力調節、圧縮面に形成した複数多数個の突起等が挙げられる。
具体的には、例えば、プレス成形の際に凹凸を有する金型を使用して焼結原料混合物７をプレス成形することが挙げられる。これによって、意匠面に凹凸部が形成されて、係る凹部と凸部とで緻密度が大きく異なるものを得ることができる。そして、この凹部と凸部とで緻密度が大きく異なるものを焼結することによって得られる成型体８は、凹部と凸部とで抵抗値が大きく異なり、多孔質発熱体１は凹凸部分で通電による発熱温度が大きく異なったものとなる。
Here, as a method of adjusting the density distribution when the sintered raw material mixture 7 is molded, the mold shape at the time of molding, the adjustment of the molding shape by extrusion molding, the adjustment of the raw material filling amount at the time of molding, Examples include partial pressure adjustment during molding, and a plurality of protrusions formed on the compression surface.
Specifically, for example, press molding the sintered raw material mixture 7 using a mold having irregularities during press molding. As a result, a concavo-convex portion is formed on the design surface, and a product having greatly different densities can be obtained between the concave portion and the convex portion. And the molded object 8 obtained by sintering what the density differs greatly by this recessed part and a convex part differs greatly in a resistance value by a recessed part and a convex part, and the porous heat generating body 1 energizes in an uneven part. The exothermic temperature due to is greatly different.
また、プレス成形の際に曲線部を有する金型を使用して、焼結原料混物７をプレス成形することによって、曲線部で緻密度が大きく変化したものを得ることができる。そして、これを焼結してなる成型体８は、曲線部で抵抗値が大きく変化し、多孔質発熱体１は通電による発熱温度が部位によって大きく異なるものとなる。
更に、プレス成形の際に、プレス成形金型に焼結原料混物７の充填率を変化させて充填しプレス成形することによって、また、焼結原料混物７を厚みが部位によって変化するようにプレス成形をすることによって、充填量や厚みの差によって緻密度が変化することから、これを焼結してなる成型体８も、部位によって抵抗値が大きく変化し、多孔質発熱体１は通電による発熱温度が部位によって大きく異なったものとなる。
Further, by pressing the sintered raw material mixture 7 using a mold having a curved portion during press molding, a material having a large change in density at the curved portion can be obtained. Then, the molded body 8 obtained by sintering this has a large change in resistance value at the curved portion, and the heat generation temperature due to energization of the porous heating element 1 varies greatly depending on the part.
Further, during the press molding, the press mold is filled with the filling ratio of the sintered raw material mixture 7 and is press-molded, and the thickness of the sintered raw material mixture 7 changes depending on the part. Since the density changes due to the difference in filling amount and thickness due to the press molding, the molded body 8 obtained by sintering this also has a large change in resistance value depending on the part. The temperature of heat generated by energization varies greatly depending on the site.
参考までに、中央部の厚み（Ｔ）が５．５ｍｍで、長さ方向両端部の厚み（Ｔ）が４．５ｍｍと厚みに差をつけた成型体（幅（Ｗ）４５ｍｍ×長さ（Ｌ）１３０ｍｍ）８の写真と、この成型体８に３０Ｖで４５秒通電したときの赤外線サーモグラフィー（熱画像計測装置：（株）チノー社製 携帯用小形熱画像カメラ ＣＰＡ−０１７）によって測定した多孔質発熱体１の温度分布の写真を図２９に示す。図２９に示されるように、厚みが大きい中央部付近で発熱温度が高くなっており、厚みが小さい長さ方向両端部では、発熱温度が低くなっていることが分かる。
その他にも、成形時に部分的に圧力を変えて成形することによっても緻密度を変化させることができることから、多孔質発熱体１において、特定部位を特定温度に発熱させることが可能である。
For reference, a molded body (width (W) 45 mm × length (thickness (T)) having a thickness (T) of 5.5 mm and a thickness (T) of both end portions in the length direction of 4.5 mm. L) 130 mm) 8 and porosity measured by infrared thermography (thermal image measuring device: portable small thermal image camera CPA-017 manufactured by Chino Co., Ltd.) when the molded body 8 was energized at 30 V for 45 seconds. A photograph of the temperature distribution of the quality heating element 1 is shown in FIG. As shown in FIG. 29, it can be seen that the heat generation temperature is high near the central portion where the thickness is large, and the heat generation temperature is low at both ends in the length direction where the thickness is small.
In addition, since the density can also be changed by partially changing the pressure at the time of molding, it is possible to heat a specific part to a specific temperature in the porous heating element 1.
また、押出成形の場合には、複雑な立体形状（断面形状で肉厚が変化している等）の成型体８を容易に形成できることから、成型体８の緻密度を部位によって変化させることが容易にできる。したがって、成型体８において、部位によって抵抗値を異にする（変化させる）ことが容易にでき、多孔質発熱体１の特定部位を特定の温度に発熱させることが容易に可能である。 Moreover, in the case of extrusion molding, since the molded body 8 having a complicated three-dimensional shape (thickness is changed in a cross-sectional shape, etc.) can be easily formed, the density of the molded body 8 can be changed depending on the part. Easy to do. Therefore, in the molded body 8, the resistance value can be easily changed (changed) depending on the part, and the specific part of the porous heating element 1 can be easily heated to a specific temperature.
ここで、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１（１０，２０）の応用分野（使用用途）について説明する。
このように本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は、通電性を有し、電気抵抗性が高く直接抵抗発熱特性を示すことから、抵抗発熱体として使用できる。
より具体的には、例えば、電気暖房発熱体、電熱器、電気温水器等の各種熱源としての使用が可能である。
殊に、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は、その全面から発熱することから、面状発熱体としての利用も可能である。勿論、電磁誘導加熱（ＩＨ）の調理器としての使用も可能である。
また、各種発熱体としての使用において、抵抗発熱体としての多孔質発熱体１は、上述の如く、熱伝導が低く、通電量によって発熱温度を一定に保つことができることから、低温から高温まで幅広い温度範囲で使用でき、温度制御も容易にできる。
Here, an application field (use application) of the porous heating element 1 (10, 20) according to the first embodiment will be described.
As described above, the porous heating element 1 according to the first embodiment has electrical conductivity, has high electrical resistance, and directly exhibits resistance heating characteristics, and thus can be used as a resistance heating element.
More specifically, for example, it can be used as various heat sources such as an electric heating heating element, an electric heater, and an electric water heater.
In particular, since the porous heating element 1 according to Embodiment 1 generates heat from the entire surface, it can be used as a planar heating element. Of course, use as a cooker for electromagnetic induction heating (IH) is also possible.
Further, in the use as various heating elements, the porous heating element 1 as a resistance heating element has a low heat conduction and can maintain a constant heat generation temperature depending on the amount of energization. It can be used in a temperature range and temperature control can be easily performed.
そして、抵抗加熱式であることに加え、上述の如く、体積の大きさに比較して通電による昇温速度や通電解除による降温速度が速いことから、従来の各種発熱体と比較して、熱効率がよく省電力化が可能であり、安全性も高い。殊に、電熱器等としての使用において、多孔質発熱体１の直接抵抗発熱体としての使用により、従来の間接抵抗加熱式である電熱器等と比較して、熱効率が極めて高く、省電力である。更に、従来の面状発熱体がヒータ線を金属やセラミックで被覆したもので低熱効率であるのに対し、直接抵抗発熱体としての多孔質発熱体１の使用においては、熱効率が極めて高く、省電力とすることができる。また、多孔質発熱体１の昇温速度や通電解除による降温速度が速いという特性は、特に、焼入れ焼鈍用や工業製品加熱用発熱体として有望である。 In addition to the resistance heating type, as described above, the rate of temperature rise by energization and the rate of temperature decrease by energization release are faster than the size of the volume. However, it can save power and has high safety. In particular, in the use as an electric heater or the like, the use of the porous heating element 1 as a direct resistance heating element results in extremely high thermal efficiency and low power consumption compared to the conventional indirect resistance heating type electric heater or the like. is there. Furthermore, while the conventional sheet heating element is a heater wire coated with metal or ceramic and has low thermal efficiency, in the use of the porous heating element 1 as a direct resistance heating element, the thermal efficiency is extremely high, saving It can be electric power. Moreover, the characteristic that the temperature increase rate of the porous heating element 1 and the temperature decrease rate due to the release of energization are fast are particularly promising as a heating element for quenching annealing and industrial product heating.
更に、上述の如く、製造コストを安価にできることから、従来の各種発熱体と比較して、低コスト化を図ることができ、また、軽量で機械的強度が高いことから、小型化が可能である。
加えて、本発明者らの実験研究によれば、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は５５０℃を超えるまでは変色（赤熱）せず、抵抗値の経年変化が確認できない程度に少ないこと、また、濃塩酸液に浸漬しても強度や電気的特性等の変化がないこと、更には、８００℃の発熱状態下で水滴を滴下しても断線しないこと等が確認されており、焼損し難く、化学的にも安定であることから、上記電気材料としての具体的用途に特に好適に使用することができ、商品としての長寿命化も期待できる。
Furthermore, as described above, the manufacturing cost can be reduced, so that the cost can be reduced compared to various conventional heating elements, and the light weight and the high mechanical strength can reduce the size. is there.
In addition, according to the experimental study by the present inventors, the porous heating element 1 according to the first embodiment does not change color (red heat) until it exceeds 550 ° C., and the change in resistance value over time cannot be confirmed. It has been confirmed that there are no changes in strength, electrical characteristics, etc. even when immersed in concentrated hydrochloric acid solution, and that there is no disconnection even when water drops are dripped in an exothermic state of 800 ° C. Since it is difficult to burn out and is chemically stable, it can be used particularly suitably for specific applications as the above-mentioned electric material, and a long life as a product can be expected.
また、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１によれば、原料の粒子形状や添加量の調節、また、成形時の圧力調節等によって、更には、焼結温度の調節等によって、成型体８の抵抗値の制御が可能となることから、抵抗発熱体として各用途に応じた発熱温度の制御が可能である。
更には、成形時の部分的な圧力調節や、成型時の金型形状等による成形形状の調節、成形時の充填量の調節等によって、成型体８における抵抗分布の制御が可能となることから、抵抗発熱体としての多孔質発熱体１は、発熱による温度分布の制御設定が可能である。なお、この発熱による温度分布の制御が可能であることを利用し、例えば、多孔質発熱体１を焼き菓子等の食品加工用発熱体として使用することで、食品の所望の部位に焼き焦げを付けたりすることができる。
In addition, according to the porous heating element 1 according to the first embodiment, the molding is performed by adjusting the particle shape and addition amount of the raw material, adjusting the pressure during molding, and further adjusting the sintering temperature. Since the resistance value of the body 8 can be controlled, the heat generation temperature can be controlled according to each application as a resistance heating element.
Furthermore, it is possible to control the resistance distribution in the molded body 8 by adjusting the partial pressure at the time of molding, adjusting the molding shape by the mold shape at the time of molding, adjusting the filling amount at the time of molding, etc. The porous heating element 1 as a resistance heating element can be set to control the temperature distribution due to heat generation. In addition, utilizing the fact that the temperature distribution can be controlled by this heat generation, for example, by using the porous heating element 1 as a heating element for food processing such as baked confectionery, scorching is performed on a desired portion of the food. It can be attached.
なお、通電による発熱状態の多孔質発熱体１に水を掛けたり水を噴霧したりしたところ、この多孔質発熱体１から温熱の水蒸気が発生した。このことから、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は、例えば、加湿器、水蒸気発生装置等としての利用も可能である。また、例えば、電気暖房発熱体やとして使用される多孔質発熱体１において、一方面に送風しながら他方面に水を噴射することで、電気暖房発熱体としての多孔質発熱体１から温熱の水蒸気を発生させることができることから、過乾燥防止効果が期待できる電気暖房発熱体としての使用も考えられる。因みに、水掛け等による多孔質発熱体１からの微細な水蒸気の発生は、多孔質発熱体１が多孔質で通気性を有する（連通した気孔を有する）ことに起因すると思われる。また、この多孔質で通気性であることを利用して、例えば、熱風発生器や乾燥装置やアルコール等の蒸留用発熱体としての使用も期待できる。 In addition, when water was sprayed or sprayed on the porous heating element 1 in a heat generation state by energization, warm water vapor was generated from the porous heating element 1. From this, the porous heat generating body 1 which concerns on this Embodiment 1 can also be utilized as a humidifier, a water vapor | steam generator, etc., for example. Further, for example, in the porous heating element 1 used as an electric heating heating element or the like, by blowing water to the other side while blowing air on one side, the heating from the porous heating element 1 as the electric heating heating element Since water vapor can be generated, use as an electric heating heating element that can be expected to prevent overdrying is also conceivable. Incidentally, the generation of fine water vapor from the porous heating element 1 due to watering or the like seems to be caused by the porous heating element 1 being porous and air-permeable (having continuous pores). In addition, by utilizing this porous and breathable property, it can be expected to be used as a heating element for distillation such as a hot air generator, a drying device, or alcohol.
更に、本発明者らの実験研究によれば、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は遠赤外線を発生していることが確認されていることから、多孔質発熱体１は発熱体として、遠赤外線による伝熱効果をも期待できる。
そのようなセラミックス遠赤外線放射材料については、種々のものがその放射率及び放射特性と共に知られている。例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ４）、マグネシア（ＭｇＯ）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、コージライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）、βスポジューメン（Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２）、ムライト（Ａｌ２Ｏ３・３ＳｉＯ２）、チタン酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３・ＴｉＯ２）等であり、これらは、一般に白色を呈している。
Furthermore, according to the experimental study by the present inventors, it has been confirmed that the porous heating element 1 according to the first embodiment generates far infrared rays. As such, the heat transfer effect by far infrared rays can be expected.
Various types of such ceramic far-infrared radiation materials are known along with their emissivity and radiation characteristics. For example, alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), titania (TiO 2 ), silica (SiO 2 ), zircon (ZrSiO 4 ), magnesia (MgO), yttria (Y 2 O 3 ), cordierite ( 2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 ), β-spodumene (Li 2 O · Al 2 O 3 · 4SiO 2 ), mullite (Al 2 O 3 · 3SiO 2 ), aluminum titanate (Al 2 O 3 · TiO 2 ) These are generally white in color.
また、上記の白色系の他に、セラミックス遠赤外線放射材料としては、有色の全赤外域で放射率が高いセラミックス遠赤外線放射材料がある。そのような有色系のセラミックス材料としては、例えば、酸化銅（Ｃｕ２Ｏ，ＣｕＯ）、酸化コバルト（ＣｏＯ、Ｃｏ３Ｏ４）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化錫（ＳｎＯ２）等の遷移金属の酸化物、或いは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）等の炭化物等が挙げられ、これらの多くは、窯業用顔料としても一般に用いられているものである。また、これらは２種以上の組合せで高効率の赤外線放射が得られ、例えば、ＭｎＯ２−Ｆｅ２Ｏ３−ＣｕＯ−ＣｏＯ、或いはＣｏＯ−Ｆｅ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３−ＭｎＯ２等の一体の焼成物は高効率赤外線放射体と呼ばれるものであり、黒色を呈し、「黒体」に近い赤外線の放射特性が得られる。 In addition to the above-described white materials, ceramic far-infrared radiation materials include ceramic far-infrared radiation materials having high emissivity in a colored all-infrared region. Examples of such colored ceramic materials include copper oxide (Cu 2 O, CuO), cobalt oxide (CoO, Co 3 O 4 ), nickel oxide (NiO), manganese oxide (MnO 2 ), iron oxide ( Transition metal oxides such as Fe 2 O 3 ), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), silicon carbide (SiC), zirconium carbide (ZrC), tantalum carbide (TaC), etc. Examples thereof include carbides, and many of these are commonly used as ceramic pigments. In addition, these two or more types can be combined to obtain highly efficient infrared radiation, such as MnO 2 —Fe 2 O 3 —CuO—CoO or CoO—Fe 2 O 3 —Cr 2 O 3 —MnO 2 . The integrally fired product is called a high-efficiency infrared radiator, exhibits a black color, and provides infrared radiation characteristics close to a “black body”.
加えて、ゼーベック効果の起電力が生じていることも確認されていることから、それを利用した熱感知センサー等への用途も期待できる。特に、厚み（Ｔ）５ｍｍ×幅（Ｗ）３５ｍｍ×長さ（Ｌ）２１０ｍｍの平板状とした多孔質発熱体１から、０．３Ｖ程度の電圧が検出されている。したがって、５本程度の多孔質発熱体１の検出電圧を加算する方向に接続すれば、発光ダイオードの点灯が容易になる。このことから、電力の供給を終了してから５本程度からなる多孔質発熱体１のその時の温度が高いか、低いかを表示させることができる。
なお、この特性は、負荷電力の供給には無関係である。
In addition, since it has been confirmed that an electromotive force of the Seebeck effect is generated, it can be expected to be applied to a heat sensor or the like using the electromotive force. In particular, a voltage of about 0.3 V is detected from the porous heating element 1 having a plate shape of thickness (T) 5 mm × width (W) 35 mm × length (L) 210 mm. Accordingly, if the detection voltages of about five porous heating elements 1 are connected in the direction in which the detection voltages are added, the light emitting diode can be easily turned on. From this, it is possible to display whether the temperature at that time of the porous heating element 1 composed of about five is high or low after the supply of power is finished.
This characteristic is not related to the supply of load power.
このように、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は、アルミニウム粉２と、アルミニウムの溶融点より低い温度では溶融しない黒鉛粉としての炭素粉３と、陶磁器用の粘土粉としての蛙目粘土粉４と、有機化合物粉５と、これらアルミニウム粉末２、炭素粉３、蛙目粘土粉４、及び木粉５が比重の違いによって移動が生じない量の水及び／またはバインダ６とが混合された焼結原料混合物７を、常温で圧力を加えて成形し、１０００℃〜１２００℃の範囲内の温度で焼結して５％〜５０％の範囲内の空隙を有し、通電によって発熱する成型体８を形成してなるものである。
したがって、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１によれば、機械的強度が高く、かつ、通電により抵抗発熱し、抵抗発熱体として使用可能となる。
Thus, the porous heating element 1 according to the first embodiment includes the aluminum powder 2, the carbon powder 3 as graphite powder that does not melt at a temperature lower than the melting point of aluminum, and the soot as clay powder for ceramics. Eye clay powder 4, organic compound powder 5, and a quantity of water and / or binder 6 in which these aluminum powder 2, carbon powder 3, cocoon clay powder 4 and wood powder 5 do not move due to the difference in specific gravity. The mixed sintered raw material mixture 7 is molded by applying pressure at room temperature, sintered at a temperature in the range of 1000 ° C. to 1200 ° C. and having a void in the range of 5% to 50%, and by energization A molded body 8 that generates heat is formed.
Therefore, according to the porous heating element 1 according to the first embodiment, the mechanical strength is high, and resistance heat is generated by energization, and the resistance heating element can be used.
特に、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は、体積が大きい割には通電による昇温速度及び通電解除による降温速度が速く、通電量によって発熱温度は一定である。
更には、製造過程における抵抗制御が容易である。即ち、原料の粒子形状や粒度分布を選択したり、その配合量を調節したり、また、成形時の圧力調節をしたりして成型体８の緻密度を調節することによって、更には、焼結温度を調節して焼結密度を調節することによって、成型体８の抵抗値を制御して通電による発熱温度を制御することが可能である。また、成型時の金型形状等による成形形状の調節、成形時の充填量の調節、成形時の部分的な圧力調節等で成型体８の抵抗分布を調節することによって、多孔質発熱体１において異なる発熱温度の設定ができ、多孔質発熱体１の特定部位を特定の温度に発熱させることできる。したがって、抵抗発熱体として発熱体等の使途に適する。
In particular, the porous heating element 1 according to the first embodiment has a high rate of temperature increase due to energization and a rate of temperature decrease due to energization release for a large volume, and the heat generation temperature is constant depending on the amount of energization.
Furthermore, resistance control in the manufacturing process is easy. That is, by selecting the particle shape and particle size distribution of the raw material, adjusting the blending amount, and adjusting the pressure at the time of molding to adjust the density of the molded body 8, further, By adjusting the sintering temperature to adjust the sintering density, the resistance value of the molded body 8 can be controlled to control the heat generation temperature due to energization. Further, the porous heating element 1 is adjusted by adjusting the resistance distribution of the molded body 8 by adjusting the molding shape by the mold shape at the time of molding, adjusting the filling amount at the time of molding, or adjusting the partial pressure at the time of molding. A different exothermic temperature can be set, and a specific portion of the porous heating element 1 can be heated to a specific temperature. Therefore, it is suitable for the use of a heating element or the like as a resistance heating element.
更には、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１よれば、各原料は入手しやすく安価な材料であり、非酸化条件下等の特別な条件下で製造されるものでもないため、製造コストの低コスト化が可能である。
このようにして、機械的強度が高く、かつ、酸等の化学的にも強靭であり、通電発熱性を有し、抵抗発熱体として使用可能な多孔質発熱体１となる。
Furthermore, according to the porous heating element 1 according to the first embodiment, each raw material is an easily available and inexpensive material, and is not manufactured under special conditions such as non-oxidizing conditions. Cost can be reduced.
In this way, the porous heating element 1 has high mechanical strength and is chemically strong, such as acid, has current-generating heat generation, and can be used as a resistance heating element.
［実施の形態２］
続いて、本実施の形態２に係る多孔質発熱体１について説明する。
本実施の形態２に係る多孔質発熱体１は、上述した実施の形態１の製造方法とほぼ同様である。異なるのは、金属粉としての鉄粉９を混合した点である。その他は、上記実施の形態１と同じであるから、その詳細な説明を省略する。
[Embodiment 2]
Next, the porous heating element 1 according to the second embodiment will be described.
The porous heating element 1 according to the second embodiment is almost the same as the manufacturing method of the first embodiment described above. The difference is that iron powder 9 as metal powder is mixed. The rest is the same as in the first embodiment, and a detailed description thereof is omitted.
即ち、本実施の形態２に係る多孔質発熱体１０は、アルミニウム粉２、炭素粉としての炭素粉３、陶磁器用の粘土粉としての蛙目粘土粉４、有機化合物粉としての木粉５、金属粉としての鉄粉末９と、これら原料が比重の違いによって移動が生じない量の水及び／またはバインダ６とが混合されてなる焼結原料混合物７を、圧力を加えて成形し、１０００℃〜１２００℃の範囲内の温度で焼結して５％〜５０％の範囲内の空隙を有し、通電によって発熱する成型体８を形成してなるものである。 That is, the porous heating element 10 according to the second embodiment includes an aluminum powder 2, a carbon powder 3 as a carbon powder, a square clay powder 4 as a clay powder for ceramics, and a wood powder 5 as an organic compound powder. A sintered raw material mixture 7 formed by mixing iron powder 9 as a metal powder and water and / or a binder 6 in such an amount that these raw materials do not move due to a difference in specific gravity, is molded by applying pressure, and 1000 ° C. Sintered at a temperature in the range of ˜1200 ° C. to form a molded body 8 having voids in the range of 5% to 50% and generating heat upon energization.
ここで、鉄粉末９としては、市販の鉄粉末を用いることができ、このような鉄粉末は、ヘガネスジャパン（株）、（株）神戸製鋼所等から発売されている。また、鉄粉９には、１００％鉄粉でなく、無機物等の不純物が僅かに含まれたものや、リサイクルの鉄粉でも使用可能であり、更には、アルミニウム等のその他の金属を僅かに含有した鉄粉合金の粉末等を使用することも可能である。 Here, as the iron powder 9, commercially available iron powder can be used, and such iron powder is commercially available from Höganäs Japan K.K. and Kobe Steel K.K. Further, the iron powder 9 can be used not only with 100% iron powder but also with a slight amount of impurities such as inorganic substances, recycled iron powder, and other metals such as aluminum. It is also possible to use iron powder alloy powder or the like.
なお、この鉄粉末９は、レーザ回折・散乱法によって測定した中位径が１５０μｍ〜４５μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が２００μｍ未満であるのが好ましい。小径粒子と大径粒子の取合せによって充填性が向上するからである。なお、より好ましくは、レーザ回折・散乱法によって測定した鉄粉の中位径が７５μｍ〜１０６μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ未満である。 In addition, it is preferable that this iron powder 9 has a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method within a range of 150 μm to 45 μm, and a particle diameter measured by a sieve test method is less than 200 μm. This is because the filling property is improved by combining small particles and large particles. More preferably, the median diameter of the iron powder measured by the laser diffraction / scattering method is in the range of 75 μm to 106 μm, and the particle diameter measured by the sieve test method is less than 150 μm.
このようにして得られた本実施の形態２に係る多孔質発熱体１０も、機械的強度が高く、通電によって発熱する。
ここで、参考までに本実施の形態２に係る多孔質発熱体１０の配合として、表３の上段の配合内容で、図３０のフローチャートにしたがって実施例８及び実施例９に係る多孔質発熱体１０を製造したときの抵抗値を表３の下段に示す。なお、表３に示される配合材料のうち鉄粉末９以外のものについては、上述の表１で使用した配合材料と同様のものを使用した。また、鉄粉末９としては、ヘガネスジャパン（株）製のＡＳＣ１００．２９（Ｆｅ：９９ｗｔ％）でふるい試験法による粒子径が１５０μｍ未満（１００メッシュアンダー）のものを用いた。この鉄粉末９について日機装（株）のレーザ回折式粒度分布測定装置マイクロトラックで測定したところ中位径が７５μｍであった。
The porous heating element 10 according to Embodiment 2 thus obtained also has high mechanical strength and generates heat when energized.
Here, for reference, the porous heating element according to Example 8 and Example 9 according to the flowchart of FIG. The lower part of Table 3 shows the resistance value when 10 is manufactured. In addition, about the thing except iron powder 9 among the compounding materials shown in Table 3, the thing similar to the compounding material used in the above-mentioned Table 1 was used. As the iron powder 9, ASC100.29 (Fe: 99 wt%) manufactured by Höganäs Japan KK and having a particle size of less than 150 μm (100 mesh under) by a sieve test method was used. The iron powder 9 was measured with a laser diffraction particle size distribution measuring device Microtrac of Nikkiso Co., Ltd., and the median diameter was 75 μm.
鉄粉末９が混合された本実施の形態２に係る多孔質発熱体１０においては、鉄粉末９を混合しないときと比べて、通電量を同様にした場合、その抵抗値が高く通電による発熱温度が高くなる傾向にあった。
また、本実施の形態２においては、鉄粉末９の配合量を調節することによって、成型体８の抵抗値を容易に制御できて多孔質発熱体１０の通電による発熱温度を容易に調節することができた。
なお、本発明を実施する場合には、金属粉は鉄粉に限定されず、例えば、銅粉等を使用することも可能である。
In the porous heating element 10 according to the second embodiment in which the iron powder 9 is mixed, the resistance value is high when the energization amount is the same as when the iron powder 9 is not mixed, and the heat generation temperature due to the energization is high. Tended to be higher.
In the second embodiment, by adjusting the blending amount of the iron powder 9, the resistance value of the molded body 8 can be easily controlled, and the heat generation temperature due to the energization of the porous heating element 10 can be easily adjusted. I was able to.
In addition, when implementing this invention, metal powder is not limited to iron powder, For example, copper powder etc. can also be used.
ところで、上記実施の形態１及び実施の形態２においては、陶磁器用の粘土粉として蛙目粘土粉４を用いたが、本発明を実施する場合には、アルミニウム酸化物及びケイ素酸化物、アルミニウム酸化物とケイ素酸化物の複合酸化物、アルミニウムのケイ酸塩のうちの少なくとも１種を含有するものであれば、蛙目粘土粉４の他に、木節粘土、カオリン、長石、陶石、ゼオライトの粉末等を用いることができる。
更には、本発明者らの実験研究によって、蛙目粘土粉４等の陶磁器用の粘土粉の代わりに、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3）粉及びシリカ粉（ＳｉＯ2 ）の併用や、アルミニウム酸化物とケイ素酸化物の複合酸化物またはアルミニウムのケイ酸塩からなるセラミックス遠赤外線材料の粉末を使用できることが確認されている。これによっても、機械的強度が高く、かつ、通電発熱性を有し、抵抗発熱体として使用可能な多孔質発熱体となる。
By the way, in Embodiment 1 and Embodiment 2 above, the clay mesh powder 4 is used as the clay powder for ceramics. However, when the present invention is carried out, aluminum oxide, silicon oxide, and aluminum oxide are used. As long as it contains at least one of composite oxides of silicon and silicon oxide and aluminum silicate, Kibushi clay powder, kaolin, feldspar, porcelain stone, zeolite Or the like can be used.
Furthermore, according to the experimental study by the present inventors, instead of clay powder for ceramics such as Sasame clay powder 4, a combination of alumina (Al 2 O 3 ) powder and silica powder (SiO 2 ), aluminum oxide It has been confirmed that powders of ceramic far-infrared materials made of silicon oxide and silicon oxide composite oxide or aluminum silicate can be used. This also provides a porous heating element that has high mechanical strength and that has energization heat generation and can be used as a resistance heating element.
即ち、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3）粉及びシリカ粉（ＳｉＯ2 ）を用いた場合には、アルミニウム粉と、前記アルミニウムの溶融点より低い温度では溶融しない炭素粉と、アルミナ粉と、シリカ粉とが混合されてなる混合物を、圧力を加えて成形し、焼結して５％〜５０％の範囲内の空隙を有し、通電によって発熱する成型体８を形成してなる多孔質発熱体となる。
また、これに水及び／またはバインダを混合する場合には、アルミニウム粉と、前記アルミニウムの溶融点より低い温度では溶融しない炭素粉と、アルミナ粉と、シリカ粉と、前記アルミニウム粉、前記炭素粉、前記アルミナ粉、前記シリカ粉が比重の違いによって移動が生じない量の水及び／またはバインダとが混合されてなる混合物を、常温で圧力を加えて成形し、焼結して５％〜５０％の範囲内の空隙を有し、通電によって発熱する成型体８を形成してなる多孔質発熱体となる。
That is, when alumina (Al 2 O 3 ) powder and silica powder (SiO 2 ) are used, aluminum powder, carbon powder that does not melt at a temperature lower than the melting point of the aluminum, alumina powder, silica powder, A porous heating element formed by forming a mixture 8 formed by applying pressure and sintering to form a molded body 8 having a void in the range of 5% to 50% and generating heat upon energization; Become.
In addition, when water and / or a binder are mixed with this, aluminum powder, carbon powder that does not melt at a temperature lower than the melting point of the aluminum, alumina powder, silica powder, the aluminum powder, and the carbon powder A mixture obtained by mixing water and / or a binder in such an amount that the alumina powder and the silica powder do not move due to a difference in specific gravity is molded by applying pressure at room temperature, and sintered to 5% to 50%. %, The porous heating element is formed by forming a molded body 8 that generates heat when energized.
さらに、アルミニウム酸化物とケイ素酸化物の複合酸化物またはアルミニウムのケイ酸塩からなるセラミックス遠赤外線材料の粉末を使用する場合には、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3）粉及びシリカ粉（ＳｉＯ2 ）を用いた場合には、アルミニウム粉と、前記アルミニウムの溶融点より低い温度では溶融しない炭素粉と、アルミニウム酸化物とケイ素酸化物の複合酸化物またはアルミニウムのケイ酸塩からなるセラミックス遠赤外線材料の粉末とが混合されてなる混合物を、圧力を加えて成形し、焼結して５％〜５０％の範囲内の空隙を有し、通電によって発熱する成型体８を形成してなる多孔質発熱体となる。
また、これに水及び／またはバインダを混合する場合には、アルミニウム粉と、前記アルミニウムの溶融点より低い温度では溶融しない炭素粉と、アルミニウム酸化物とケイ素酸化物の複合酸化物またはアルミニウムのケイ酸塩からなるセラミックス遠赤外線材料の粉末と、前記アルミニウム粉、前記炭素粉、前記セラミックス遠赤外線材料の粉末とが比重の違いによって移動が生じない量の水及び／またはバインダとが混合されてなる混合物を、常温で圧力を加えて成形し、焼結して５％〜５０％の範囲内の空隙を有し、通電によって発熱する成型体８を形成してなる多孔質発熱体となる。
このような構成の多孔質発熱体も上記実施の形態１及び実施の形態２に係る多孔質発熱体１と同様、機械的強度が高く、かつ、通電発熱性を有し、抵抗発熱体として使用可能である。
Furthermore, when using a ceramic far-infrared material powder composed of a composite oxide of aluminum oxide and silicon oxide or aluminum silicate, alumina (Al 2 O 3 ) powder and silica powder (SiO 2 ) are used. When used, a ceramic far infrared material powder composed of aluminum powder, carbon powder that does not melt at a temperature lower than the melting point of the aluminum, and a composite oxide of aluminum oxide and silicon oxide or aluminum silicate A porous heating element formed by molding a mixture obtained by mixing and sintering, and sintering to form a molded body 8 having a void in the range of 5% to 50% and generating heat when energized. It becomes.
In addition, when water and / or a binder are mixed with this, an aluminum powder, a carbon powder that does not melt at a temperature lower than the melting point of the aluminum, a composite oxide of aluminum oxide and silicon oxide, or an aluminum silica. The ceramic far-infrared material powder comprising an acid salt and the aluminum powder, the carbon powder, and the ceramic far-infrared material powder are mixed with water and / or a binder in such an amount that no movement occurs due to a difference in specific gravity. The mixture is molded by applying pressure at room temperature and sintered to form a porous heating element having a void in the range of 5% to 50% and forming a molded body 8 that generates heat when energized.
Similar to the porous heating element 1 according to the first and second embodiments, the porous heating element having such a configuration also has high mechanical strength and has a heat-generating property and is used as a resistance heating element. Is possible.
また、上記実施の形態１及び実施の形態２においては、黒鉛粉として炭素粉３を用いたが、本発明を実施する場合には、炭素粉としては、アルミニウム粉２の溶融点より低い温度では溶融せず、アルミニウム粉２を覆うことで焼成過程においてアルミニウムが表面に噴出して焼結されなくなる焼結不良を抑制することができるものであればよく、炭素粉３の他に、例えば、カーボンブラック、炭素繊維、活性炭等が挙げられる。しかし、炭素粉３は、融点が高く、また、アルミニウム粉２の表面に付着しやすい（絡みやすい）ため、焼成過程でアルミニウムが表面に噴出する焼結不良を確実に抑制でき、発熱体において安定した強度や通電発熱性等の性能を確保できる。このため、黒鉛粉としては炭素粉３が適する。 Moreover, in Embodiment 1 and Embodiment 2 described above, the carbon powder 3 was used as the graphite powder. However, when the present invention is carried out, the carbon powder is used at a temperature lower than the melting point of the aluminum powder 2. Any material that does not melt and that can cover the aluminum powder 2 can suppress poor sintering in which aluminum is ejected to the surface during the firing process and is not sintered. In addition to the carbon powder 3, for example, carbon Black, carbon fiber, activated carbon, etc. are mentioned. However, since the carbon powder 3 has a high melting point and easily adheres to the surface of the aluminum powder 2 (easy to be entangled), it can reliably suppress the sintering failure in which aluminum is ejected to the surface during the firing process, and is stable in the heating element. Performance such as improved strength and heat generation can be ensured. For this reason, carbon powder 3 is suitable as the graphite powder.
上記実施の形態１及び実施の形態２においては、原料に木粉等の有機化合物粉５を使用しているが、これは本発明に必須の配合成分ではない。しかし、木粉等の有機化合物粉５が混合されている場合には、成形固化の強度を向上させることができ、多孔質発熱体１の強度を向上させることが可能である。また、有機化合物粉５は焼成過程において焼失し空隙となることから、その配合量を調節することで、多孔質発熱体１における空隙率を容易に制御することができ、更には、多孔質発熱体１の抵抗値を容易に制御することが可能である。
なお、本発明の実施の形態で挙げている数値は、その全てが臨界値を示すものではなく、ある数値は実施に好適な好適値を示すものであるから、上記数値を若干変更してもその実施を否定するものではない。
In Embodiment 1 and Embodiment 2 described above, organic compound powder 5 such as wood powder is used as a raw material, but this is not an essential component for the present invention. However, when the organic compound powder 5 such as wood powder is mixed, the strength of molding and solidification can be improved, and the strength of the porous heating element 1 can be improved. In addition, since the organic compound powder 5 is burned away and becomes voids in the firing process, the porosity in the porous heating element 1 can be easily controlled by adjusting the blending amount thereof, and further, the porous heat generation. The resistance value of the body 1 can be easily controlled.
Note that the numerical values given in the embodiments of the present invention are not all critical values, and certain numerical values indicate preferred values suitable for implementation, so even if the numerical values are slightly changed. The implementation is not denied.
上記実施の形態の多孔質発熱体１によれば、前記焼結温度は１０００℃〜１２００℃の範囲内の温度とした。ここで、本発明者らは、抵抗発熱体としての使用において、十分な高強度及び通電発熱性を確保できる多孔質発熱体を得るための焼結温度について鋭意実験研究を重ねた結果、焼結温度を１０００℃〜１２００℃の範囲内の温度とすることによって、上記目的を達成できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成したものである。即ち、焼結温度が１０００℃未満である場合には、十分な焼成が行われずに焼結不良となり、一方で、１２００℃を超えると、得られる成型体８は通電性が損なわれる。
したがって、この発明に係る多孔質発熱体１によれば、確実に機械的強度が高く、かつ、通電発熱性を有するものとなる。
According to the porous heat generating element 1 of the said embodiment, the said sintering temperature was made into the temperature within the range of 1000 degreeC-1200 degreeC. Here, as a result of repeated earnest experimental research on the sintering temperature for obtaining a porous heating element capable of ensuring sufficient high strength and energization heating in use as a resistance heating element, The inventors have found that the above object can be achieved by setting the temperature within a range of 1000 ° C. to 1200 ° C., and have completed the present invention based on this finding. That is, when the sintering temperature is less than 1000 ° C., sufficient firing is not performed, resulting in poor sintering. On the other hand, when the sintering temperature exceeds 1200 ° C., the resulting molded body 8 is impaired in electrical conductivity.
Therefore, according to the porous heating element 1 according to the present invention, the mechanical strength is surely high and the energization heat generation property is obtained.
１，１０，２０ 多孔質発熱体
２ アルミニウム粉
３ 炭素粉（黒鉛粉）
４ 無機酸化物材料の粉末（蛙目粘土粉）
５ 有機化合物粉（木粉）
６ 水・バインダ
７ 焼結原料混合物
８ 成形体
９ 金属粉（鉄粉）
1, 10, 20 Porous heating element 2 Aluminum powder 3 Carbon powder (graphite powder)
4 Powder of inorganic oxide material (Sasame clay powder)
5 Organic compound powder (wood flour)
6 Water / Binder 7 Sintering raw material mixture 8 Molded body 9 Metal powder (iron powder)
Claims (5)
抵抗値を調節する鉄粉と、
前記アルミニウムの溶融点より低い温度では溶融しない炭素粉と、
有機化合物粉としての木粉と、
アルミニウム酸化物及びケイ素酸化物、前記アルミニウム酸化物と前記ケイ素酸化物の複合酸化物、アルミニウムのケイ酸塩のうちの少なくとも１種を含有する陶磁器用の粘土粉とを具備し、
前記アルミニウム粉、前記炭素粉、前記陶磁器用の粘土粉、前記鉄粉及び前記木粉との比重の違いによって移動が生じない量の水及び／またはバインダとが混合されてなる混合物を、圧力を加えて成形し、焼結して５％〜５０％の範囲内の空隙を有し、通電によって発熱する成型体を形成してなることを特徴とする多孔質発熱体。 With aluminum powder,
Iron powder to adjust the resistance value,
Carbon powder that does not melt at a temperature lower than the melting point of the aluminum,
Wood powder as organic compound powder,
Aluminum oxide and silicon oxide, a composite oxide of the aluminum oxide and the silicon oxide, clay powder for ceramics containing at least one of aluminum silicate,
The mixture of water and / or binder in an amount that does not move due to the difference in specific gravity between the aluminum powder, the carbon powder, the clay powder for ceramics, the iron powder, and the wood powder , In addition, the porous heating element is formed by forming and sintering to form a molded body having voids in the range of 5% to 50% and generating heat when energized.
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