トースターを のぞくと、うすい オレンジ色に 光る せんが 見えます。この せんの 多くは、ニクロムせんと よばれる ものです。ニッケルと クロムという 金属きんぞくを まぜて つくります。

金属きんぞくは、空気の 中で あつく すると、空気中の 酸素さんそと むすびついて、酸化さんかします。鉄の はりがねを コンロで あぶると、黒く ぼろぼろに なる ことが ありますね。あれも 酸化さんかです。おおくの 金属きんぞくは、あつい ほど 酸化さんかが はやく すすんで、もろく なって きれて しまいます。

ニクロムせんが きれにくい わけは、2つ あります。ひとつ目は、電気の ながれにくさ（電気抵抗でんきていこう）が 大きい ので、ねつが 出やすい こと。ふたつ目は、あつく なると、ひょうめんに うすい まくが できて、中を まもる こと。つぎの しょうから、ひとつずつ 見て いきます。

トースターの中をのぞくと、オレンジ色に光る線が見えます。多くはニクロム線で、ニッケルとクロムを主な材料にした合金です［1］。

金属を空気中で熱すると、空気中の酸素と結びついて酸化が進みます。鉄の針金をコンロであぶると、黒くぼろぼろになることがあります。あれも酸化です。多くの金属は、空気中で高温にすると酸化が速く進み、もろくなって切れるといわれます［3］。

ニクロム線は、電気抵抗が高く、耐酸化性もよいので、空気中で高温に熱して使え、長い時間使っても性質の劣化が少ないと説明されています［1］。ここに、答えの二つの柱があります。ひとつは「熱が出やすいこと」、もうひとつは「熱くなると身を守ること」です。次の章から、一つずつ見ていきます。

トースターの発熱体として見慣れた赤熱する線の多くは、ニッケルとクロムを主体とする合金、ニクロム線である［1］。発熱体は、熱を出すだけでなく、自分の熱で傷まないことも求められる。

金属を空気中で赤熱させると、酸化が急速に進み、もろくなって切れるのが普通だとされる［3］。電球のフィラメントは真空に封じる必要があったのに対し、ニクロムは不要だった［8］。ところがニクロム線は、電気抵抗が高く、耐酸化性がよいため、空気中で高温に加熱しても使え、長時間使っても劣化が少ない［1］。

この性質は、「高い電気抵抗」と「表面に生じる酸化クロムの膜」という二つの要因に分けて考えると見通しがよい。前者は熱の出やすさ、後者は壊れにくさに関わる。以下、この順に述べる。

電気は、せんの 中を ながれる とき、ながれにくい ところが あると、そこで ねつを 出します。細い 道を 人が おしあって とおると、あつく なる ような ものです。これは 電気の ながれを 人の 列に たとえた 話で、人が せんの 中を 歩く わけでは ありません。

ニクロムは、電気の ながれにくさが、銅どうの およそ60〜70ばい あります［1］。銅どうは、コンセントの コードに つかわれる ほど 電気を よく とおします。同じ 長さ、同じ 太さの せんに、同じだけ 電気を ながすなら、ニクロムの ほうが ずっと たくさん ねつを 出せます。

もし コードと 同じ 銅どうの せんで ヒーターを つくっても、ほとんど あつく なりません。ニクロムは、「電気を とおしにくい」という ところが、ヒーターに ぴったりなのです。

電気が線を流れるとき、流れにくさ（電気抵抗）が大きいほど、同じ電流でたくさんの熱が出ます。コンセントのコードに銅が使われるのは、電気をよく通して熱を出しにくいからです。ヒーターの線は、その反対の性質がほしいのです。

ニクロムの電気抵抗率は約110マイクロオーム・センチメートルで、銅の約60〜70倍といわれます［1］。銅を1.7マイクロオーム・センチメートルとして割ると約65倍になります。同じ太さ、同じ長さ、同じ電流なら、単位時間あたりに出る熱（電力）もおよそ65倍です。コードと同じ銅の線でヒーターを作っても、ほとんど温まりません。

では、電気が通りにくければ、それだけで熱に強いのでしょうか。そうではありません。熱が出やすいことは、むしろ線が自分の熱で傷みやすいことでもあります。それでも切れにくいのは、次に見る膜のおかげだといわれています。

通電した導体の発熱は、同じ電流なら電気抵抗に比例する。ニクロムの電気抵抗率は約110μΩ·cmで、銅の約60〜70倍とされる［1］。銅を1.7μΩ·cmとして割ると約65倍で、同じ寸法の線に同じ電流を流せば、単位時間あたりの発熱（電力）もおよそその倍率になる。したがって、コード用の銅線ではヒーターにならず、抵抗の高いニクロムが電熱線に選ばれる。

一方で、高い抵抗は、線自身を高温にさらすことでもある。熱を出しやすい材料が、空気中で自分の熱に耐えられなければ、電熱線にはならない。では、赤熱した線の表面で何が起きているのか。次章で述べる。

ニクロムせんの ひょうめんは、あかく なるまで あつく なると、クロムが 空気と むすびついて、うすい まくが できます［3］。この まくが あると、中の 金属きんぞくは、酸化さんかが すすみにくく なると いわれます。

たとえば、ぬれた かさを 雨ガッパで つつむ ような ものです。雨ガッパが あれば、かさは ぬれにくく なります。ただし 本当は、まくは 自分の ひょうめんが かわって できる もので、あとから かぶせる ものでは ありません。

この まくは、とても ゆっくり そだつ そうです［4］。だから、中まで 酸化さんかが すすむ までには、長い じかんが かかると 考えられます。

ニクロム線を赤く光るまで熱すると、表面に酸化クロムの層ができます。Wikipediaは、この層が空気の中で安定で、内側の金属の酸化が進むのを抑えると説明しています［3］。

たとえるなら、雨の日に傘の上からビニールをかぶせるようなものです。ただし本当は、膜はあとから貼るものではなく、線の表面そのものが変わってできます。

ニッケルとクロムの合金の研究でも、クロムの酸化物（Cr₂O₃）の保護膜ができ、その膜が非常にゆっくり成長するので、高温での耐食性が高いと説明されています［4］。膜が速く厚くなる金属は、中まで酸化が進みます。ニクロムの膜は成長が遅く、内側を長く守れるのです。

ただし、膜が絶対に壊れないとまではいえません。次の章でみるように、使い続ければ線にも限界があります。

ニクロム線を赤熱温度まで加熱すると、表面に酸化クロム（クロミア、Cr₂O₃）の層が生じる。Wikipediaの説明では、この層は空気中で熱力学的に安定で、内部の酸化の進行を抑える［3］。Ni-Cr系合金の酸化皮膜を調べた研究の要旨も、クロミアの保護皮膜が欠陥の拡散を介して非常にゆっくり成長することが、高温での耐食性の理由だと述べている［4］。

つまり、ニクロムも表面は酸化する。その酸化で生じた膜が、内部の酸化を抑えるのである。ただし、これらの資料は膜が内部を守る働きを述べるもので、「膜は絶対に壊れない」とまでは言っていない。

では、膜に守られているなら、いくらでも熱くしてよいのか。そう単純ではない。次章で述べる、融点と使用上限のちがいが関わる。

ニッケル80、クロム20の ニクロムは、およそ1400℃で とけ始めます［3］。でも、ふつうに つかえる おんどは、それより ずっと ひくく、1150℃くらいと 書かれて います［5］。

日本の きまり（JIS）では、ニッケルが 多い 1しゅが およそ1100℃まで、ニッケルが すこし 少ない 2しゅは、1000℃より ひくい おんどまでの 電気ろや ヒーターに つかうと されます［2］。しりょうに よって 数字が すこし ちがうのは、せいぶんや つかいかたが ちがうからです。

つまり、「とけない」と「ずっと つかえる」は ちがう はなしです。ひどく あつくすると、細く なった ところから きれる ことも あるのです。

ニクロムの融点は約1400℃です［3］。ところがニッケル80%の製品資料では、使える温度の上限は約1150℃とされています［5］。融けないことと、長く使えることは別なのです。

日本の規格（JIS）では、ニッケル77%以上・クロム19〜21%の第1種が最高約1100℃、ニッケル57%以上・クロム15〜18%の第2種が1000℃以下（日本大百科全書は約950℃とも）までの電気炉や電熱器に使われます［2］。資料によって上限は、1000℃以下だったり、1150℃だったりと少しずつ違います。成分の割合や使い方で変わるため、「ニクロムは何℃まで」とひとつの数字では言えません。

使い続けるうちに、線の一部が細くなって抵抗が不均一になり、その部分だけ温度が上がって溶けて断線に至ることがある、と説明する特許もあります［7］。切れにくいとは、永遠に切れないということではありません。

融点と使用上限は別の量である。ニクロムの融点は約1400℃だが［3］、ニッケル80%の製品資料が示す耐熱温度は約1150℃である［5］。融点の近くまで使えるわけではないのは、使用中に求められるのが「融けないこと」だけでなく、「長時間、酸化や変形を許容範囲に抑えること」だからと考えられるが、その温度が決まる細かい理由は、今回の資料には書かれていない。

JISでは、第1種（Ni 77%以上・Cr 19〜21%）が最高約1100℃、第2種（Ni 57%以上・Cr 15〜18%、残りは鉄など）が1000℃以下までの電気炉・電熱器に用いられる［2］。日本大百科全書のように第2種を約950℃とする記述もあり、上限は資料、成分、使用条件で幅がある。

寿命の限界もある。シーズヒータの特許は、電熱線が長期使用で部分的に細くなって抵抗が不均一になり、温度のむらから高温部が溶けて断線に至る場合があると述べる［7］。ただしこれは特許の背景説明であり、ニクロム一般の劣化機構として断言はできない。

そもそも、この合金はいつ、だれが、何を狙って作ったのか。最初の記録を見てみる。

アメリカの アルバート・マーシュという 人が、1905年に、ニッケルと クロムを まぜた ものを、特許とっきょに 出願しゅつがんしました。1906年に みとめられました［6］。

この まぜものは、電気を とおしにくく、あつくしても さめても もろくならず、酸化さんかにも 強いと、特許とっきょに 書かれて います。電球の せんは、ガラスの 中の しんくうに 入れなければ なりませんでした。ニクロムなら、それが いりません［8］。

はりがねの ように かんたんに かたちを かえられ、やすく つくれたので、特許とっきょの すうねん 後に、ゼネラル・エレクトリックなどが 電気トースターを つくった、と 町の はくぶつかんは つたえて います［8］。

1905年3月15日、アメリカ・イリノイ州レイクブラフに住むアルバート・マーシュが、ニッケルとクロムの合金の特許を出願し、1906年2月6日に認められました［6］。特許は、この合金が電気を通しにくく、融点が純銅より高く、加熱と冷却をくり返しても結晶化してもろくならず、酸化にも強いと述べています。電気を通しにくさは、純銅の約50倍としています。現代の資料の60〜70倍とは別の数字で、測り方や成分が違うのかもしれません。

電球のフィラメントは、酸化を避けるために真空のガラス球に封じる必要がありました。ニクロムは真空が要らず、何度加熱して冷やしても切れにくく、針金のように加工でき、安く作れました。その点を、レイクブラフの歴史博物館は特徴として紹介しています［8］。その数年後には、ゼネラル・エレクトリックなどが電気トースターを作った、とも伝えられています。

1905年3月15日、イリノイ州レイクブラフのアルバート・マーシュが、クロム50%未満・ニッケル50%超の合金を出願し、1906年2月6日に特許（US 811,859）を得た［6］。特許文は、この合金が電気をよく通さず、融点が純銅より高く、加熱・冷却でも結晶化してもろくならず、酸化にも強いと述べ、抵抗を純銅の約50倍とする。現代の資料が示す60〜70倍とは異なる値だが、特許文はOCRで一部不鮮明な箇所があり、測定条件や成分の差については資料からは分からない。

発明の意義は、電熱用の線を「真空に封じなくてよい」ものにした点にある。電球のフィラメントは酸化を避けるため真空に封じる必要があったが、ニクロムは酸化クロムの膜で自分を守れるため、むき出しで使える。加えて、加熱と冷却を何度くり返しても切れにくく、針金のように加工でき、安価だった。博物館の解説は、特許の数年後にはGEなどが電気トースターを作ったと伝える［8］。

ここで注意したいのは、特許が述べるのは「酸化に強い」という性質までで、酸化クロムの膜という機構は、のちの資料の説明であることだ。

けいさんして みる

銅どうの 電気の ながれにくさを 1.7、ニクロムを 110と します。110を 1.7で わると、およそ 65に なります。本に 「60〜70ばい」と 書いて あるのと、あうか たしかめて みましょう。

見て みよう

トースターや ヘアドライヤーを つかい おわって、プラグを ぬき、よく さめてから、おとなの 人と いっしょに 見ましょう。ふたや カバーは あけないで、外から 見える 赤い せんだけを 見ます。さわっては いけません。せつめいしょや ラベルに、どんな ことが 書いて あるかも 読んで みましょう。

倍率を検算する

銅の電気抵抗率を1.7、ニクロムを110として割ると、約65倍です。特許の「約50倍」とも、現代の資料の「60〜70倍」とも、完全には同じになりません。数字がそろわないところが、資料を比べる面白さです。

家の中で探す

トースターやヘアドライヤーは、使い終えてプラグを抜き、十分に冷えてから、大人といっしょに観察しましょう。ふたやカバーは開けず、外から見える発熱体だけを見ます。さわってはいけません。取扱説明書や表示に材料が書かれているかも見てみましょう。ニクロムとは限りません。

くらべてみる

電気ストーブとドライヤーなど、熱を出す器具の説明書や表示を2つ見比べて、消費電力（ワット）の数字がどれくらい違うか調べてみましょう。

検算：110÷1.7＝約64.7で、書籍の「約60〜70倍」に収まる［1］。マーシュの特許が述べる「約50倍」は［6］、合金の成分や測り方が違う可能性があるが、その差の理由は資料からは決められない。

調べる手がかり：酸化クロムの膜については、Ni-Cr系の酸化皮膜の研究［4］が出発点になる。膜の厚さや傷ついたときの様子は、まだ本文で触れていない余地がある。

観察：使用後に十分冷めた家庭用の電熱器具について、電源を抜き、大人といっしょに、ふたやカバーを開けずに外から見える発熱体を観察する。取扱説明書や表示に材料や消費電力が記されているかを確かめてみるとよい。