(57)【要約】【課題】通電したときに瞬時に所定の高温に到達することができ、発熱効率に優れ、かつ通電耐久性が優れ、そして加工性が良好な新規な合金、これを用いた抵抗発熱体を提供する。【解決手段】少なくとも、ニッケル、インジウム及びチタンを含有し、（インジウム）／（ニッケル）の質量比が０．００１〜０．２、（チタン）／（ニッケル）の質量比が０．０３〜０．３である合金、およびこれを用いた抵抗発熱体である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともニッケル、インジウム及びチタンを含有するニッケル基合金。
【請求項２】
（インジウム）／（ニッケル）の質量比が０．００１〜０．２である請求項１に記載のニッケル基合金。
【請求項３】
（チタン）／（ニッケル）の質量比が０．０３〜０．３である請求項１又は２に記載のニッケル基合金。
【請求項４】
ニッケル、インジウム及びチタンのそれぞれが金属酸化物である請求項１〜３のいずれかに記載のニッケル基合金。
【請求項５】
さらに、以下の（Ａ）元素を含有する請求項１〜４のいずれかに記載のニッケル基合金。
〔（Ａ）元素〕
ニッケル、インジウム及びチタン並びに放射性元素を除く、長周期律における第６〜１３族元素の１種以上。
【請求項６】
（Ａ）元素が鉄である請求項５に記載のニッケル基合金。
【請求項７】
〔（Ａ）元素〕／（ニッケル）の質量比が０．０１〜０．４０である請求項５又は６に記載のニッケル基合金。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のニッケル基合金を含有し、通電により発熱する抵抗発熱体。
【請求項９】
ニッケル基合金を含有する発熱抵抗体と、りん青銅を含有する電極とが一体成型されたものである請求項８記載の抵抗発熱体。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の抵抗発熱体に通電し抵抗発熱体を発熱させ発熱体の周囲に存在する気体を加熱する手段と、発熱体の周囲の加熱された気体を移動させるための送風手段とを有する気体加熱装置。
【請求項１１】
気体が空気又は水蒸気である請求項１０に記載の気体加熱装置。
【請求項１２】
請求項８又は９に記載の抵抗発熱体に通電し抵抗発熱体を発熱させ発熱体に接触する固体又は発熱体の近傍に存在する固体を加熱する固体加熱装置。
【請求項１３】
固体が雪又は氷である融雪又は融氷装置である請求項１２に記載の固体加熱装置。
【請求項１４】
請求項８又は９に記載の抵抗発熱体に通電し抵抗発熱体を発熱させ発熱体の周囲に存在する媒体（気体以外の媒体）を加熱し、該媒体を介して媒体の中の液体を加熱する液体加熱装置。
【請求項１５】
請求項８又は９に記載の抵抗発熱体に通電し抵抗発熱体を発熱させ発熱体と液体を接触させ、液体を加熱する液体加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な合金及びこれを用いた抵抗発熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属系の抵抗発熱体としてニクロム線が一般的であるが、通電したときに所定の高温に到達するのに時間がかかった。また、高電圧で通電したときの耐久性は必ずしも満足できるものではなかった。
【０００３】
なおニクロム線は、周知のようにニッケル−クロム基合金からなる線条であり、その組成は例えば、ニクロム−1種(ＮＣＨ第1種）は、８０ニッケル−２０クロム、ニクロム２種(ＮＣＨ第２種）は、６５ニッケル−１５クロム−２０鉄という組成を有している。
【０００４】
なお、特許文献１には、固体電解質型燃料電池用セパーレータ材としてはあるが、ニッケル基合金とアルミナ、シリカ、チタニア、酸化インジウム、酸化第二スズ、炭化ケイ素及び窒化ケイ素の中から選ばれた少なくとも1種の無機系酸化物とを非酸化性雰囲気下あるいは真空中で焼結して得たものが提唱されている。しかし、同文献には、ニッケル基合金とアルミナとの焼結体が、ニッケル基合金の含有量２５容量％以上の組成で、元々のニッケル基合金の有する電気伝導度よりの低下が低く抑えられること、１０００℃における線膨張率がジルコニアのそれに近い値であることが実際に示されているのみである。ニッケル−酸化インジウム系等その外の組成については、何らその特性は実証されておらず、また抵抗発熱特性等についても何ら示されていない。
【特許文献１】特開平６−７６８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、通電したときに瞬時に所定の高温に到達することができ、発熱効率に優れ、かつ通電耐久性が優れ、そして加工性が良好な新規な合金、これを用いた抵抗発熱体および加熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する本発明は、少なくともニッケル、インジウム及びチタンを含有するニッケル基合金である。
【０００７】
さらに、本発明は、少なくともニッケル、インジウム及びチタンを含有するニッケル基合金を含有し、通電により発熱する抵抗発熱体を示すものである。
【０００８】
また、本発明は、少なくともニッケル、インジウム及びチタンを含有するニッケル基合金を含有してなる抵抗発熱体に通電して発熱させ、当該発熱体に接するあるいは周囲に存在する媒体を加熱する各種加熱装置を示すものである。
【０００９】
なお、本明細書において、「合金」とは単体金属に、１種類以上の金属または非金属を添加した物質のうち、金属的性質を持つものをいう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、通電したときに瞬時に所定の高温に到達することができ、発熱効率に優れ、かつ通電耐久性が優れ、そして加工性が良好な抵抗発熱体を経済的有利に提供することができる。また、本発明抵抗発熱体は、合金中における上述の元素の成分比、印加電圧及び抵抗発熱体の形状を調整すれば、抵抗発熱体の発熱量を所望の水準に自動調整することができるという優れた特性を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施形態に基づき詳細に説明する。
〔ニッケル基合金及び抵抗発熱体〕
本発明に係るニッケル基合金は、少なくともニッケル、インジウム及びチタンを含有する。
【００１２】
この場合において、合金中、ニッケル含有量は抵抗発熱体の発熱量の大きさ、発熱即応性、長期使用時の劣化防止、及び経済性の観点より、好ましくは２０〜５０質量％、より好ましくは２５〜４５質量％である。
【００１３】
本発明の合金中の（インジウム）／（ニッケル）の質量比は抵抗発熱体の発熱量の大きさ、発熱即応性及び長期使用時の劣化防止の観点より、好ましくは０．００１〜０．２、より好ましくは０．００５〜０．１８である。
【００１４】
また、本発明の合金中の（チタン）／（ニッケル）の質量比は抵抗発熱体の発熱量の大きさ、発熱即応性及び長期使用時の劣化防止の観点より、好ましくは０．０３〜０．３、より好ましくは０．０５〜０．２８である。
【００１５】
さらに、本発明に係るニッケル基合金においては、ニッケル、インジウム及びチタンのそれぞれが金属酸化物の形態を呈していても良い。なお、このように各金属成分が金属酸化物の形態を呈していても、金属的特性を発揮するものである。
【００１６】
また、本発明のニッケル基合金は、抵抗発熱体の発熱量の大きさ、発熱即応性及び長期使用時の劣化防止の観点より、さらに、（Ａ）元素を含有することが好ましい。
【００１７】
〔（Ａ）元素〕
ニッケル（Ｎｉ）、インジウム（Ｉｎ）及びチタン（Ｔｉ）並びに放射性元素を除く、長周期律における第６〜１３族元素の１種以上。
【００１８】
（Ａ）元素には、具体的には、第３周期のＡｌ、第４周期のＳｃ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、第５周期のＹ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、第６周期の、ランタノイド系元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｔｌ、Ｐｂが含まれる。
【００１９】
なお、参考までに第６〜１３族元素に属する放射性元素としては、Ｔｃ、Ｐｍ、アクチノイド系元素（Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、Ｎｐ、Ｐｕ、Ａｍ、Ｃｍ、Ｂｋ、Ｃｆ、Ｅｓ、Ｆｍ、Ｍｄ、Ｎｏ、Ｌｒ）、Ｒｆ、Ｄｂ、Ｓｇ、Ｂｈ、Ｈｓ、Ｍｔ、Ｄｓ、Ｒｇ、Ｕｕｂ、Ｕｕｔが挙げられる。
【００２０】
この場合において、（Ａ）元素の中でも、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｗ、Ａｌ等の１種以上を使用することが本発明の所望の目的を達成するために好ましい。さらには、これらのうち、Ｆｅおよび／またはＣｒを少なくとも含むことが望ましく、特にＦｅを含むことが望ましい。
【００２１】
（Ａ）元素の酸化物の使用量は、合金を１００質量％としたときに、ニッケル、インジウム及びチタンの酸化物の量を１００質量％から差し引いたバランス量を用いられる。
【００２２】
さらに、本発明のニッケル基合金において、この（Ａ）元素のニッケルに対する質量比、〔（Ａ）元素〕／（ニッケル）が、０．０１〜０．４０であることが、より良好な抵抗発熱体の発熱量の大きさ、発熱即応性及び長期使用時の劣化防止の観点から望まれる。
【００２３】
本発明のニッケル基合金は、ニッケル化合物、インジウム化合物、チタン化合物、及び必要に応じ（Ａ）元素を含む化合物（以下、「原料化合物」という）を乾式又は湿式にて混合し、酸化雰囲気下１０００℃以上にて焼成することにより得られる。この場合において、原料化合物を十分に混和させるため、分散剤、及び高分子化合物等のバインダーを使用してもよい。原料化合物において、ニッケル化合物、インジウム化合物、チタン化合物、及び（Ａ）元素を含む化合物はそれぞれの金属の金属粉末、酸化物、炭酸塩、硝酸塩等形態を含む。
【００２４】
また、本発明の合金はニッケル、インジウム、チタン、及び（Ａ）元素以外の元素を含んでいてもよい。本発明の合金中の元素の検出及び定量はＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分析装置）にて行うことができる。
【００２５】
本発明の抵抗発熱体は、上記したようなニッケル基合金を含有してなるものである。
【００２６】
本発明の抵抗発熱体は種々の形態に加工できる。例えば、当該合金のみを、線条、帯状ないし板状、フィルム状、メッシュ状、バルク状等の任意形状に成形して抵抗体としたもののみならず、当該合金をフィラー、粒子等として、樹脂ないしゴム組成物、塗料組成物などのような有機系媒体、あるいはガラス、カーボン、金属、セラミックス等の無機系媒体中に配合して抵抗発熱体としたものなども含まれる。
【００２７】
このうち、抵抗発熱体としては、発熱面積が大きいことが有利であるので、帯状であることが好ましい。抵抗発熱体が帯状である場合、厚みは好ましくは２５〜１００μｍであり、幅は好ましくは５〜３０ｍｍであり、長さは任意に設定できる。
【００２８】
本発明の抵抗発熱体は、合金中における上述の元素の成分比、印加電圧及び抵抗発熱体の形状を調整すれば、抵抗発熱体の発熱量を所望の水準に自動調整することができるという優れた特性を示す。
【００２９】
なお本発明の抵抗発熱体は、本発明に係る上記ニッケル基合金を含有してなるものであるが、この抵抗発熱体を抵抗体部とし、その両端部に、電極を設けることができる。用いられる電極としては、良導電性のものであれば、特に限定されるものではなく、銅ないし銅合金、銀等各種のものを用いることができるが、特に、りん青銅を含有する電極を前記抵抗体部と一体成型することが、安定かつ良好な接合形成できるゆえに望ましい。
〔気体加熱装置〕
本発明によれば、上述の抵抗発熱体に通電し抵抗発熱体を発熱させ発熱体の周囲に存在する気体を加熱する手段と、発熱体の周囲の加熱された気体を移動させるための送風手段とを有する気体加熱装置を提供することができる。
【００３０】
この場合において、加熱される気体が空気のとき、気体加熱装置は、いわゆる温風ヒーターとなる。この温風ヒーターは居住する部屋、浴室の脱衣場やトイレの暖房に使用できる。また、バスタブに温湯を満たした状態で浴室のドアを閉じ、この温風ヒーターを運転し浴室内空気を循環させれば簡易サウナとして楽しむことができる。
【００３１】
この温風ヒーターによれば閉じた空間のみならず、暖房をすべき空間に外部からの新鮮な空気を取り込みつつ、その空間を暖房することができるが、このように温風器を取り付けた場合、ヒーターの電源を停止させ温風器のファンを逆回転させれば例えば室内やトイレの換気も可能である。
【００３２】
さらに、本発明の抵抗発熱体は自動車室内用ヒーターとしても用いることができる。自動車の暖房は一般的にはエンジンの発熱を利用するが、冬に暖房装置を運転しても最初は冷風が出て暖かくない。しかしながら、本発明の抵抗発熱体は電圧印加のより瞬時に温風を発生することができるという利点がある。
【００３３】
また、靴（長靴を含む）、手袋、ジャケットやズボン等の防寒用具に本発明の抵抗発熱体を装着し、バッテリー等にて発熱させれば厳冬期でもこれらの防寒用具により快適にアウトドアライフを楽しむことができる。
【００３４】
さらに、この気体加熱装置を用い、加熱される気体としての水蒸気を更に再加熱し２００〜４００℃とし、再加熱した水蒸気を調理器具等に使用することができると共に、この方式を利用することにより従来なしえなかった触媒装置にも使用できる。このような再加熱された水蒸気を用いれば、加熱調理が短時間で可能であり、旨味が食材から逃げず大変美味しく調理することができる。
【００３５】
また、本発明の抵抗発熱体はエアーコンディショナーにおける結露防止用のヒーターとして使用することが可能である。
〔固体加熱装置〕
本発明によれば、上述の抵抗発熱体に通電し抵抗発熱体を発熱させ発熱体の周囲に存在する固体を加熱することができる。
【００３６】
この場合において、例えば抵抗発熱体は複写機における印刷紙に付着させたトナーを定着させるトナー熱定着ローラー用ヒーターとすることができる。
【００３７】
また、本明細書において、雪や氷は、液体である水が固体の状態となったものと定義し、この固体加熱装置による加熱対象である固体の一形態となる。固体が雪や氷である場合、本発明の抵抗発熱体は様々な形態で、融雪ヒーター、融氷ヒーターとして利用することができる。融雪ヒーターの一例として、雪掻きスコップや雪掻きシャベルの先端部に本発明の抵抗発熱体を装着し通電すれば雪掻きスコップやシャベルの先端部が発熱し、雪掻き作業の効率を極めて向上させることができる。
【００３８】
さらに、雪道を自動車が走ると自動車の車輪の後部に設置される泥跳ね防止ゴムに雪が付着し、それが固まりとなって落下し、後続の車の走行の障害になることがあるが、そのようなゴムに本発明の抵抗発熱体を装着し雪がゴムに付着することを防止することができる。
【００３９】
また、荷台が外気に露出したダンプカー等の車両の荷台に積雪し、荷台の片側をジャッキアップにより傾斜させても雪は荷台から滑り落ちずに堆積するという現象があるが、荷台に本発明の抵抗発熱体を装着し通電すれば雪は容易に除去できる。
【００４０】
また、信号機に付着する雪等、種々の場面での融雪に利用することができる。
〔液体加熱装置〕
上述の抵抗発熱体に通電し抵抗発熱体を発熱させ発熱体の周囲に存在する媒体（気体以外の媒体）、例えば金属、プラスチックや紙等を加熱し、該媒体を介して媒体の中の液体、例えば水、茶、コーヒー等の飲料や、保温を必要とする液状油や乳化物等の液体を加熱又は保温する液体加熱装置として使用することができる。
【００４１】
例えばコーヒーサーバーを加熱、保温するヒーターや自動車内に設置したマグカップを加熱、保温するためのヒーターとして利用することができる。
【００４２】
また、本発明において金属、プラスチック等の種々の媒体を介して水を瞬時に加熱することができることから、湯沸かし器（温水器）、温水シャワーや温水プールの加熱ヒーターとして使用することができる。
【００４３】
さらに、上述の抵抗発熱体に通電し抵抗発熱体を発熱させ、直接、水等の液体と接触させ、液体を加熱することができる。本発明の抵抗発熱体は水に接触させても漏電しないという特性を示す。この発熱体を用いて温水器を作製すれば温水器をコンパクトにすることができる。
【００４４】
また、必要に応じ気体、固体及び液体から選ばれる少なくとも２種以上の混合物を本発明の抵抗発熱体により加熱できることはいうまでもない。例えば、本発明のヒーターは農業分野において面上発熱体として水耕栽培に利用できる。
【実施例】
【００４５】
（実施例１）
水５００質量部、ポリビリルアルコール（和光純薬工業社製、１６３−０３０４５）２５質量部及びポリアクリル酸アンモニウム（東亞合成社製、ＮＩＥ０１ＰＡ）２．５質量部の混合物中に、ニッケル粉末（高純度化学研究所社製、ＮＩＥ０１ＰＡ）１００質量部、酸化インジウム（高純度化学研究所社製、ＩＮＯ０２ＰＢ）３．６質量部（Ｉｎとして３質量部）、酸化チタン（高純度科学研究所製、ＺＲＯ０１ＰＢ）１７．５質量部（Ｔｉとして１０質量部）、及び酸化第二鉄（高純度科学研究所製、ＦＥＯ０６ＰＢ）３８．６質量部（Ｆｅとして２７質量部）を超音波処理及び攪拌混合下、分散させた。ついで乾燥により水を除去後、成形し、空気中にて１３００℃で５時間焼成し、本発明の合金を得た。この合金を圧延して長さ１，０００ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚み７５μｍの抵抗発熱体を得た。
【００４６】
（試験例１）
実施例１にて得られた抵抗発熱体（発明品１）の両端にりん青銅により電極を一体成型したヒーターと、同形状のニッケルクロム合金（ニッケル８０質量％、以下「ニクロム線」という）を有する円形状シーズヒーター（絶縁材料は酸化マグネシウム粉末のパイプヒーター）を用意した。
【００４７】
双方のヒーターを、直径４６０ｍｍ、高さ７２０ｍｍの円柱状ステンレス製ビーカーの底面の円周に沿わせるように配置した。その中に、２５℃の水を１０Ｌ入れ、ビーカー底面中央部を攪拌羽根（直径６０ｍｍのプロペラ型）で攪拌（１００ｒｐｍ）しつつ、各ヒーターに商用電源（１００Ｖ、５０Ｈｚ）にて印加した。水温が５０℃に到達に要した時間を測定したところ、発明品１を使用したヒーターの場合は４０秒後であるのに対し、ニクロム線使用のシーズヒーターの場合には６５秒後であった。発明品１を使用したヒーターは、従来のニクロム線使用したシーズヒーターと比較して水の加熱効率が顕著に高い。従って、本発明の抵抗発熱体は即湯方式に用いるのに有利である。また、発熱体において絶縁材料及びパイプが不要なことからコンパクトな即湯器を提供することができる。
【００４８】
（実施例２）
実施例１において、ニッケル粉末１００質量部に対して、酸化インジウムの量を１０．８質量部とし、酸化チタンを３５質量部とすること以外は実施例１と同様にして抵抗発熱体を得た。
【００４９】
（試験例２）
実施例２にて得られた抵抗発熱体（発明品２）の両端にりん青銅により電極を一体成型したヒーターを用い、試験例１と同様にして水温が５０℃に到達する温度を測定したところ、発明品２を使用したヒーターの場合は３０秒後であった。発明品２を使用したヒーターは、従来のニクロム線使用したシーズヒーターと比較して水の加熱効率が顕著に高い。
【００５０】
（実施例３）
実施例１において、酸化インジウムの量を５．４質量部とし、酸化チタンを３５質量部とすること以外は実施例１と同様にして抵抗発熱体を得た。
【００５１】
（試験例３）
実施例３にて得られた抵抗発熱体（発明品３）の両端にりん青銅により電極を一体成型したヒーターを用い、試験例１と同様にして水温が５０℃に到達する温度を測定したところ、発明品３を使用したヒーターの場合は３５秒後であった。発明品３を使用したヒーターは、従来のニクロム線を使用したシーズヒーターと比較して水の加熱効率が顕著に高い。