JP2001257056A - 三相型炭化珪素発熱体 - Google Patents

三相型炭化珪素発熱体

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JP2001257056A
JP2001257056A JP2000111358A JP2000111358A JP2001257056A JP 2001257056 A JP2001257056 A JP 2001257056A JP 2000111358 A JP2000111358 A JP 2000111358A JP 2000111358 A JP2000111358 A JP 2000111358A JP 2001257056 A JP2001257056 A JP 2001257056A
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Shigeru Kudo
工藤  茂
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TOKAI KONETSU KOGYO KK
Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd
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TOKAI KONETSU KOGYO KK
Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】相対密度が90%以上の反応焼結炭化珪素から
なり、1400〜1600℃の高温領域にて使用可能な
三相型炭化珪素発熱体を提供する。 【解決手段】相対密度が90%以上の円筒状の反応焼結
炭化珪素からなり、発熱部が120°間隔に配置した3
本の溝がスパイラル状に切り込まれている構造、端部が
120°間隔に配置した3本の溝がストレートに切り込
まれている構造及び電極部が内径側に絶縁性耐火物を挿
入し、外形側から金属製電極板にて固定した構造である
三相型炭化珪素発熱体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、三相型炭化珪素発
熱体、更に詳しくは、耐熱温度が高く、省スペース・省
電力に寄与する三相型炭化珪素発熱体に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の三相型炭化珪素発熱体としては、
図4に示すような先端部16から平行の3本の発熱部1
2とそれに連結された端部13を有しているW字型構造
のものが広く使用されている。発熱部の材質は、再結晶
炭化珪素であり、気孔率が約20〜25%程度有する。
本発熱体は、三相電源にて直接使用可能となるため、通
常の単相ヒータと比較すると、単相電源に変換する装置
が省けるため電源装置面で低コストであり、各相のバラ
ンスも保ち易くなるため、省電力につながる。また、片
端子型となるため、加熱炉の天井や側壁から吊り下げる
といったセット方法が容易となり、配線容量も少なくて
済む特長も有する。一方、本ヒータの最高発熱温度は、
発熱部表面温度にて約1400℃であり、それ以上に上
げて使用すると炭化珪素の酸化が激しく急激に抵抗増加
するため、ヒータ寿命が短くなる。一方、発熱部表面温
度が1600℃まで使用可能な高温型の炭化珪素発熱体
の発熱部は、耐熱性を上げるために気孔率が約10%以
下の反応焼結炭化珪素にて形成している。本発熱体は、
上記再結晶質炭化珪素発熱体と比較すると比抵抗が0.
02Ωcmと低いため、通常は発熱部をスパイラル加工
して全抵抗を上げることにより、既設の電源設備にて使
用可能となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記三相型発熱体の高
温領域での使用については、図4に示す構造のものが提
案されている。本ヒータは、反応焼結炭化珪素材質によ
り比抵抗が小さいため、各発熱部にスパイラル加工して
おり、三相電源にて1400〜1600℃の高温炉に使
用可能となる。しかし、3本の発熱体を連結した構造で
あるため、発熱時に各発熱部の異なった方向に生じる熱
膨張により応力が発生し、構造上弱いスパイラル部分に
その応力が集中するために、その部分にて折損し易いと
いった欠点があった。また、製造上の問題点としては、
連結された各3本の発熱体の抵抗値を合わせる工程が必
要であり、連結後熱処理による抵抗変化により、抵抗値
バランスが崩れるといった問題が発生し、製品歩留りを
悪くさせていた。本発明の目的は、上記欠点を克服する
ため改良に至ったもので、相対密度が90%以上の反応
焼結炭化珪素からなり、1400〜1600℃の高温領
域にて、好適に使用される三相型発熱体を提供すること
にある。
【0004】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明に係わ
る三相型炭化珪素発熱体は、相対密度が90%以上の円
筒状の反応焼結炭化珪素からなり、発熱部が120°間
隔に配置した3本の溝がスパイラル状に切り込まれてい
る構造、端部が120°間隔に配置した3本の溝がスト
レートに切り込まれている構造及び電極部内径側に絶縁
性耐火物を挿入し、外形側から金属製電極板にて固定し
た構造、からなることを構成上の特徴とする。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明を図面により説明する。図
1は本発明に係わる三相型炭化珪素発熱体の平面図であ
る。すなわち、円筒状の炭化珪素発熱体において、発熱
部22は120°の間隔にて配置した3本の溝をスパイ
ラル状に加工し形成させる。スパイラルのピッチ幅24
は抵抗値に依存するので、比抵抗と直径や厚みによりあ
らかじめ設計する必要がある。端部は120°の間隔に
て配置した3本の溝をストレート加工し、その終端部分
にて、それぞれ3本にアルミニウム等の金属を溶射し電
極25を形成させる。溝幅は1〜5mmの範囲であるこ
とが好ましく、1mm未満では各相の接触による短絡が
生じ易く、5mm以上では発熱素子の強度が低下し、取
り扱いが難しくなる。本発明の発熱体の材質は、反応焼
結炭化珪素にて構成される。その製造方法は、炭化珪素
粉末と炭素粉末を混合し棒状に押出し成形した後、15
00〜2000℃の温度にてSiと接触させることによ
り炭素と反応させて緻密化させるものである。本方法に
よれば、相対密度90%以上の緻密な炭化珪素となるた
め、再結晶質に比較すると耐熱温度が高く、高強度にな
る。本発熱体は、3本の溝を有する複雑な構造であるた
め、材質自体の強度がある程度高い必要があり、そのた
めには相対密度90%以上であることが必要不可欠とな
る。スパイラル溝加工については、成形体による加工、
Si接触前に1200℃〜1800℃の温度にて焼成す
る仮焼工程後による加工、あるいはSiと接触させる焼
成工程(1500〜1800℃)後の加工、いずれかの
方法にて実施されるが、特に強度や加工性を考慮すると
仮焼工程後加工が好適に用いられる。また、本発明によ
る発熱体は1本の円筒を加工して三相型とするために、
各3本の発熱体抵抗値を合わせる手間が省け、抵抗値バ
ランスによる歩留りが良いといった製造上のメリットも
ある。図2及び図3は、本発明に係わる電極を含めた三
相発熱体の全体図及び電極構造の断面図である。図2に
示すように、本発熱体の端部を碍子33にて束ね、その
外側から金属製バンド34にて固定する。また、電極部
35は、金属製電極板31をボルト及びナット32にて
固定し、リード線を接合する。電極部35の詳細につい
ては、図3に示すように、内径側に例えばアルミナ質あ
るいはムライト質の絶縁性耐火材45を挿入し、発熱体
の電極部35の外径側から金属製電極板43を金属溶射
部分の電極25に密着させ、ボルト及びナット41にて
締め付け固定させる。ボルト及びナット41と金属製電
極板43との間に高絶縁性材質、例えばアルミナ質の碍
子42・46を挿入し、各相間の絶縁性を保たせる。ボ
ルト及びナット41について、例えばアルミナ質等の絶
縁性耐熱性セラミック質のものを用いることが可能なら
ば、この限りではない。このように本発明によれば、相
対密度が90%以上の反応焼結炭化珪素にて形成され、
発熱部が3本のスパイラル溝を120°の間隔にて加工
し、形成させる構造にすることで、三相交流電源を分け
る事無く直接接続させて発熱可能な三相型炭化珪素発熱
体が提供される。
【0006】
【実施例】次に本発明を実施例を用いて詳細に説明す
る。
【0007】
【実施例】図1に示すように120°の等間隔に3本の
スパイラル溝を有する、直径21は40mm、肉厚26
は5mm、発熱部22は300mm、端部23は400
mm、ピッチ長24は75mmの三相型炭化珪素発熱体
を作製した。密度を測定した結果、相対密度で93%前
後であった。
【0008】
【比較例】図4に示すように、3本の炭化珪素発熱体を
連結させ、各発熱体に一つの溝にてスパイラル加工した
W字形発熱体を作製した。各発熱部直径11は20m
m、発熱部厚み17は5mm、発熱部12は300m
m、端部13は400mmであり、その中心間隔14は
それぞれ50mmであった。このようにして製造した発
熱体それぞれ10セットについて、三相電源により発熱
体表面温度にて1600℃まで発熱させた結果、実施例
の発熱体は全て良好に発熱したのに対し、比較例の発熱
体は、10セット中5セットにスパイラル部分での折損
が生じた。
【0009】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば相対密度
が90%以上の反応焼結炭化珪素にて形成され、発熱部
が3本のスパイラル溝を120°の間隔にて加工し形成
させる構造にすることで、三相交流電源を分ける事無く
直接接続させて発熱可能な三相型発熱体が提供される。
したがって、1400℃〜1600℃の高温領域にて使
用可能な省スペース・省電力に寄与する三相型発熱体と
して極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の三相型炭化珪素発熱体の平面図。
【図2】本発明の電極部を有する三相型炭化珪素発熱体
の平面図。
【図3】本発明の三相型炭化珪素発熱体の電極部の拡大
断面図。
【図4】従来及び比較例の三相型炭化珪素発熱体の平面
図。
【符号の説明】
11.発熱部直径 12.発熱部 13.端部 14.中心間隔 15.電極 16.連結部 17.発熱部厚み 21.発熱部直径 22.発熱部 23.端部 24.ピッチ長 25.電極 26.発熱部厚み 31.金属製電極板 32.ボルト及びナット 33.補強用碍子 34.金属製バンド 35.電極部 41.ボルト及びナット 42.碍子 43.金属製電極板 44.金属製リード線 45.絶縁性耐火物 46.碍子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 相対密度が90%以上の円筒状の反応焼
    結炭化珪素からなり、発熱部が120°間隔に配置した
    3本の溝がスパイラル状に切り込まれている構造、端部
    が120°間隔に配置した3本の溝がストレートに切り
    込まれている構造及び電極部が内径側に絶縁性耐火物を
    挿入し、外形側から金属製電極板にて固定した構造であ
    ることを特徴とする三相型炭化珪素発熱体。
JP2000111358A 2000-03-09 2000-03-09 三相型炭化珪素発熱体 Withdrawn JP2001257056A (ja)

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