JP2503077B2

JP2503077B2 - 電気ヒ―タ及びそれを用いた加熱方法

Info

Publication number: JP2503077B2
Application number: JP1173522A
Authority: JP
Inventors: 不二男石黒
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1989-07-05
Filing date: 1989-07-05
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2011-06-05
Also published as: US5124531A; JPH0340388A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、加熱されるべき加熱必要部分と加熱が回避
されるべき加熱不可部分とが共存する微小形状の被加熱
体の加熱、特に空気流量センサ等の膜エレメントに用い
られる白金皮膜抵抗器の保護ガラスの焼成に用いて好適
な電気ヒータ、及びそれを用いた加熱方法に関するもの
である。

（背景技術）空気流量センサ等の膜エレメントには、白金メッキを
施したセラミックス体の両端に卑金属製のリード線を取
り付けた白金皮膜抵抗器が一般に用いられている。

而して、このような白金皮膜抵抗器においては、セラ
ミックス体に対する白金メッキ層の焼付け及び卑金属リ
ード線の焼付接続後において、白金メッキ層部分を保護
するために、白金メッキ層部分にガラスを塗布して焼成
することが行なわれるが、かかるガラスが塗布される白
金メッキ層部分（セラミック体）の全長は４〜5mm程度
と極めて短く、そのガラスの塗布部分だけを加熱する有
効な手段がなかったことから、従来にあっては、かかる
ガラスの焼成に際して、白金膜抵抗器全体を内部に収容
して加熱する、アルミナ等のセラミックスパイプの回り
に発熱体を巻き付けた管状炉や、レンガ製の箱体にSiC
等の発熱体を配した箱形炉等が用いられていた。

ところが、それら管状炉や箱形炉を用いて白金皮膜抵
抗器全体を加熱するガラス焼成手法では、炉の熱容量が
大きく、加熱、冷却に時間がかかる上、ガラスの焼成温
度も800℃程度と極めて高いことから、炉内温度がリー
ド線の酸化温度以上（通常、400℃以上）に維持される
時間が極めて長くなるといった問題があり、そのため
に、単に白金メッキ層部分にだけガラスを塗布して、リ
ード線を露出したまま焼成した場合には、酸化によって
リード線が変色し、甚だしい場合には、リード線が千切
れてしまうといった不具合があった。また、そのような
リード線の酸化を防止するために、窒素ガスや水素ガス
等を炉内に注入して、炉内を中性雰囲気や還元雰囲気に
設定する手法は、ガラスが分解したり、ガラスに気泡が
生じ易くなる等といった不具合を招くことから、採用し
難いといった事情があった。

そこで、そのような不具合を回避するために、通常
は、白金メッキ層部分だけでなく、リード線部分にもガ
ラスを塗布して、そのリード線に塗布したガラス層によ
ってガラス焼成中のリード線の酸化を防止することが行
なわれているが、このような手法では、炉内から抵抗器
を取り出した後、リード線を覆う部分の焼成ガラスの除
去工程が必要となり、白金皮膜抵抗器の生産性が大幅に
低下するといった問題があった。

また、管状炉や箱形炉を用いる従来の手法では、炉の
熱容量が大きいことから、800℃程度以下の中温乃至低
温での温度制御が難しく、中温乃至低温の一定温度制御
に際して、オーバシュートやリンギング現象が生じ易い
といった問題があり、更には熱効率が悪く、焼成に要す
る時間が長くなるといった問題もあった。

なお、そのような炉の代わりに、電熱器を用いること
も考えられるが、電熱器では一様な加熱ができず、加熱
ムラが生じるといった問題があり、また白金皮膜抵抗器
の熱容量に比して、その熱容量が未だ著しく大きいとい
った問題もあった。

（解決課題）ここにおいて、本発明は、以上のような事情を背景と
して為されたものであり、その解決すべき課題とすると
ころは、前記白金皮膜抵抗器の如き、加熱されるべき加
熱必要部分と加熱が回避されるべき加熱不可部分とが共
存する微小形状の被加熱体の加熱に際して、被加熱体の
加熱必要部分だけを効果的に、しかも従来の加熱手段に
比して極めて急速に加熱、冷却することのできる電気ヒ
ータ、並びにその電気ヒータを用いた加熱方法を提供す
ることにある。

（解決手段）そして、その課題を解決するために、本発明にあって
は、直径1mm以下の通電発熱ワイヤを曲成して所定の加
熱空間を形成し、該加熱空間内に配置される被加熱体を
該通電発熱ワイヤにて非接触状態で加熱し得るように、
電気ヒータを構成したのである。

なお、ここで、被加熱体が、加熱されるべき加熱必要
部分と共に、加熱が回避されるべき加熱不可部分を備え
たものである場合には、被加熱体の加熱必要部分のみを
収容可能な大きさに加熱空間を設定して、被加熱体の加
熱必要部分をその加熱空間内に配置し、通電発熱ワイヤ
にてその加熱必要部分だけを局部的に加熱するようにす
ることが望ましい。

また、本発明は、前記課題の解決のために、直径1mm
以下の通電発熱ワイヤを曲成して、加熱されるべき加熱
必要部分と加熱が回避されるべき加熱不可部分とが共存
する被加熱体の少なくとも加熱必要部分を収容可能な加
熱空間を形成し、加熱不可部分を所定の断熱支持部材で
周囲空間から断熱して支持した状態下で、少なくとも加
熱必要部分が加熱空間内に収容されるように配置された
被加熱体を、通電発熱ワイヤにて非接触状態で加熱し得
るようにした電気ヒータをも、その要旨とする。

更に、本発明手法は、直径1mm以下の通電発熱ワイヤ
を曲成して形成した加熱空間内に被加熱体を挿入して、
該通電発熱ワイヤにて該被加熱体の一部を非接触状態で
局部的に加熱することを、その要旨とする。

（実施例）以下、本発明をより一層具体的に明らかにするため
に、その実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

先ず、第１図において、10は、被加熱体としての白金
皮膜抵抗器であって、アルミナ等からなるセラミックパ
イプの表面に、白金が所定の厚さでメッキされた後、所
定の加熱処理によって焼き付けられた抵抗器本体12と、
その抵抗器本体12の両端に白金ペースト14,14を用いて
焼付接続された卑金属製の一対のリード線16,16とから
なっている。

一方、同図において、18は、上記白金皮膜抵抗器10の
抵抗器本体12の保護用ガラス焼成用に作製された、本発
明に従う電気ヒータであって、白金,Ni−Cr合金,Fe−Cr
合金等の、直径:1mm以下、好ましくは0.5mm以下の所定
の通電発熱材料からなる通電発熱ワイヤにて構成されて
おり、かかる通電発熱ワイヤが、上記白金皮膜抵抗器10
の抵抗器本体12の外径よりも若干大きめの径をもって、
その抵抗器本体12の長さよりも若干短い長さにわたっ
て、所定のピッチで円筒コイル状に巻回された構造を有
している。

ところで、前記被加熱体としての白金皮膜抵抗器10の
抵抗器本体12にガラスを塗布し、上記本発明に従う電気
ヒータ18でこのガラスを焼成するには、第１図に示され
ているように、電気ヒータ18のコイル部18aの内側空間
内に、抵抗器本体12とコイル部18aの中心が略一致する
ように、白金皮膜抵抗器10を同心的に挿入、配置する。
つまり、通電発熱ワイヤにて囲まれた電気ヒータ18の加
熱空間内の中央に、被加熱体としての白金皮膜抵抗器10
の加熱必要部分としての抵抗器本体12を非接触状態で位
置せしめるのである。

そして、電気ヒータ18に対して白金皮膜抵抗器10をそ
のように配置した状態で、好ましくは、同図に示されて
いるように、白金皮膜抵抗器10のリード線16,16に放熱
用金属棒20,20を接触させた状態で、更に好ましくは、
電気ヒータ18のコイル部18aの上方に若干離隔して半円
筒状のカバー部材（図示せず）を設けた状態で、電気ヒ
ータ18を所望の熱処理スケジュールに従って通電加熱す
る。

なお、かかる電気ヒータ18の通電加熱は、例えば第２
図に示されているように、電気ヒータ18（脚部18b,18
b）と電源22との間にリレー、サイリスタ等の制御回路2
4を介在させて、かかる制御回路24をプログラムコント
ローラ26で制御することによって行なわれることとな
る。また、電源22として定電圧電源や定電流電源を用い
るときは、電流乃至は電圧をコントローラ26で直接制御
するようにしてもよい。

このようにすれば、電気ヒータ18が白金皮膜抵抗器10
の抵抗器本体12だけに対応して配置されていること、及
び電気ヒータ18が熱容量の極めて小さな1mm以下の直径
の通電発熱ワイヤで構成されて、通電量の変化に応じて
その加熱温度が極めて良好に昇降され得るようになって
いることに基づいて、白金皮膜抵抗器10の抵抗器本体12
が、電気ヒータ18（コイル部18a）の通電発熱作用によ
り、予め定められた熱処理スケジュールに従って忠実に
且つ集中的に加熱制御されるのであり、それによって、
リード線16,16に実用上問題となるほどの酸化作用を招
くことなく、抵抗器本体12に塗布されたガラスが良好に
焼成せしめられるのである。

そして、本実施例によれば、このように、白金皮膜抵
抗器10をコイル部18aに挿入して、電気ヒータ18を単に
通電制御するだけで、実用上問題となるほどリード線1
6,16を酸化させることなく、白金メッキ層の保護ガラス
を良好に焼成できるため、リード線16,16に対してガラ
スを塗布したり、焼成後においてそのガラスを除去した
りする等の工程を全く不要と為して、抵抗器本体12に対
するガラスの焼成作業を極めて簡単にできるのであり、
また電気ヒータ18の熱容量が極めて小さく、電気ヒータ
18を極めて急速に加熱・冷却できることから、ガラスの
焼成作業に要する時間を大幅に短縮できると共に、熱効
率を大幅に向上させ得るといった利点が得られるのであ
り、更に、800℃程度以下の中温乃至低温での定温制御
時においても、オーバシュートやリンギング現象の発生
を極めて良好に抑制できるといった利点が得られるので
ある。

また、本実施例によれば、電気ヒータ18自体が極めて
コンパクトであるため、真空中や窒素雰囲気中、或いは
水素雰囲気中で用いるような場合において、スペース的
に極めて有利であるといった利点もあるのである。

なお、上記ガラスの焼成時において、前述のように、
白金皮膜抵抗器10の加熱不可部分としてのリード線16,1
6に放熱用金属棒20,20を接触させるようにすれば、その
ガラスの焼成時において、リード線16,16の温度上昇を
良好に防止して、リード線16,16の酸化を極めて良好に
防止できるといった効果が得られるのであり、また電気
ヒータ18のコイル部18aの上方に若干離隔して半円筒状
のカバー部材を設ければ、上昇気流の発生を良好に防止
して、加熱必要部分としての抵抗器本体12をより均等
に、且つより良好な熱効率をもって加熱できるといった
効果が得られるのである。

因に、直径:2mm、長さ:4mmのアルミナ製のセラミック
パイプに厚さ:0.10μｍの白金メッキを施して焼き付け
た後、かかる白金メッキを施した抵抗器本体12の両端
に、直径:0.15mm、長さ:10mmのNi−Fe合金製のリード線
16,16を白金ペースト14,14を用いて焼付接続して、被加
熱体としての白金皮膜抵抗器10を作製する一方、かかる
白金皮膜抵抗器10の抵抗器本体12に対する保護ガラスの
焼成のために、直径:0.4mmの白金線を用いて、コイル部
18aの長さが3mmで、その内径がセラミックパイプの外径
よりも若干大きい第１図の如き電気ヒータ18を作製し、
それらを第１図のように配置して、第３図に示す如き加
熱スケジュールに従って電気ヒータ18を通電加熱し、白
金皮膜抵抗器10の抵抗器本体12の外面に塗布したガラス
を焼成した。そして、その焼成後の白金皮膜抵抗器10に
ついて、ガラスの焼成状態とリード線16,16の酸化状態
を評価したところ、ガラスの焼成状態は極めて良好で、
リード線16,16も、放熱用金属棒20,20の非接触部位の基
端部表面が僅かに変色しているだけで、実用上問題のな
いことが認められた。また、電気ヒータ18の加熱空間
（コイル部18aの内部空間）内の温度が、第３図に示す
加熱スケジュールに極めて良好に追随することが認めら
れ、500℃での定温加熱制御時において、オーバシュー
トやリンギング現象の発生が良好に抑制されることも認
められた。

また、放熱用金属棒20,20を用いずに同様の熱処理、
およびその後の評価を行ったところ、リード線16,16の
変色領域が３〜4mmに広がったが、何れも表面のみの酸
化であって、実用上支障のないことが認められた。

次に、本発明の別の実施例を第４図に示す。なお、本
実施例は、白金皮膜抵抗器10の抵抗器本体12に対する電
気ヒータ18のコイル部18aの長さ関係が異なっている点
だけが、前記実施例と異なっている。

すなわち、本実施例の電気ヒータ18は、コイル部18a
の長さが白金皮膜抵抗器10の抵抗器本体12の長さよりも
若干長くされており、抵抗器本体12に塗布されたガラス
の焼成時においては、第４図に示されているように、電
気ヒータ18の加熱空間（コイル部18aの内部空間）内に
加熱必要部分としての抵抗器本体12だけでなく、加熱不
可部分としてのリード線16,16の一部も収容されるよう
になっているのである。

このような電気ヒータ18によっても、保護ガラスの焼
成時において、第４図に示されているように、白金皮膜
抵抗器10のリード線16,16をアルミナ等からなる断熱パ
イプ28,28に挿入し、周囲空間から断熱して支持させる
ようにすることにより、前記実施例と同様の効果を得る
ことができるのである。

なお、断熱パイプ28,28内に放熱用金属を挿入して、
ガラス焼成時において、これをリード線16,16と接触さ
せるようにすれば、リード線16,16の昇温をより良好に
回避して、リード線16,16に対する酸化作用をより良好
に防止することが可能である。

また、断熱パイプ28,28を水冷することでも、リード
線16,16の酸化作用をより良好に防止することが可能で
ある。

以上、本発明の幾つかの実施例を詳細に説明したが、
それらは文字通りの例示であり、本発明が、それらの具
体例に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる変更，修正，改良等を施した態様
で実施できることは、言うまでもないところである。

例えば、前記実施例では、何れも、通電発熱ワイヤが
円筒コイル状に巻回されて電気ヒータ18が構成されてい
たが、第５図に示されているように、通電発熱ワイヤを
角筒コイル状に巻回して電気ヒータ18を構成するように
することも可能であり、また第６図および第７図に示さ
れているように、通電発熱ワイヤを曲成して複数のヒー
タエレメント30を作製し、それらを互いに接近、離隔可
能に配設して、それらの接近によって所定の加熱空間を
形成させるようにして、電気ヒータ18を構成することも
可能である。なお、このように、互いに接近、離隔可能
に設けた複数のヒータエレメント30で電気ヒータを構成
するようにすれば、被加熱体を加熱空間内に収容するた
めの操作が極めて容易となるため、加熱作業をより簡単
に行うことが可能となる。

また、前記実施例では、被加熱体として白金皮膜抵抗
器を加熱する例について述べたが、本発明に従う電気ヒ
ータを白金皮膜抵抗器以外の被加熱体の加熱に用いるこ
とも勿論可能であり、その際、その被加熱体の加熱必要
部分に応じて電気ヒータを構成する通電発熱ワイヤの曲
成形状を任意に設定し得ることも勿論である。なお、電
気ヒータを構成する通電発熱ワイヤの強度に比してその
長さが長く、電気ヒータ自体の強度でその曲成形状を維
持し得ないような場合には、断熱性のセラミックファイ
バーで電気ヒータの一部を支持させるようにしてもよ
い。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明に従う電気ヒ
ータは、熱容量の極めて小さな直径1mm以下の通電発熱
ワイヤを曲成して所定の加熱空間を形成し、その加熱空
間内に配置される被加熱体を非接触状態で加熱し得るよ
うにしたものであるため、加熱必要部分と加熱不可部分
とが共存する微小形状の被加熱体の加熱必要部分だけを
局部的に効果的に、しかも極めて迅速に加熱、冷却し得
るのであり、それ故、加熱不可部分を不要に加熱するこ
とによって生じる不具合を良好に回避しつつ、被加熱体
の加熱必要部分を短時間に、且つ良好な熱効率をもっ
て、しかも所望の加熱スケジュールに忠実に従って良好
に加熱できるといった利点があるのであり、また被加熱
体の加熱必要部分に応じて通電発熱ワイヤの曲成形状、
つまり加熱空間形状を任意に設定できることから、被加
熱体の形状に拘わらず、加熱必要部分を極めて均等に加
熱することができるといった利点もあるのである。

そして、このような電気ヒータにおいて、被加熱体の
加熱不可部分を所定の断熱支持部材で周囲空間から断熱
して被加熱体を加熱するようにした場合には、被加熱体
の加熱不可部分の一部を加熱空間内に収容した状態で被
加熱体を加熱しても、上述のような効果を同様に得るこ
とができるのであり、また本発明手法に従えば、加熱必
要部分と加熱不可部分が共存する微小形状の被加熱体の
加熱必要部分だけを、効果的に加熱することができるの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う電気ヒータの一例の使用状態を
示す図であり、第２図は、第１図の電気ヒータのの通電
発熱回路の一例を示すブロック図であり、第３図は、第
１図の如き電気ヒータを用いて白金皮膜抵抗器の保護ガ
ラスを焼成する際の熱処理スケジュールの一例を示す図
である。第４図は、本発明に従う電気ヒータの別の一例
を使用状態を示す図である。第５図，第６図および第７
図は、それぞれ、本発明に従う電気ヒータの更に異なる
一例を示す斜視図である。 10:白金皮膜抵抗器（被加熱体） 12:抵抗器本体（加熱必要部分） 16:リード線（加熱不可部分） 18:電気ヒータ、20:放熱用金属棒 28:断熱パイプ、30:ヒータエレメント

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】直径1mm以下の通電発熱ワイヤを曲成して
所定の加熱空間を形成し、該加熱空間内に配置される被
加熱体を該通電発熱ワイヤにて非接触状態で加熱し得る
ようにしたことを特徴とする電気ヒータ。
【請求項２】前記被加熱体が、加熱されるべき加熱必要
部分と共に、加熱が回避されるべき加熱不可部分を備
え、前記加熱空間が該被加熱体の加熱必要部分のみを収
容可能な大きさに設定されて、該加熱空間内に配置され
た該被加熱体の加熱必要部分を前記通電発熱ワイヤにて
局部的に加熱し得るようになっている請求項（１）記載
の電気ヒータ。
【請求項３】直径1mm以下の通電発熱ワイヤを曲成し
て、加熱されるべき加熱必要部分と加熱が回避されるべ
き加熱不可部分とが共存する被加熱体の少なくとも加熱
必要部分を収容可能な加熱空間を形成し、前記加熱不可
部分を所定の断熱支持部材で周囲空間から断熱して支持
した状態下で、少なくとも前記加熱必要部分が該加熱空
間内に収容されるように配置された前記被加熱体を、前
記通電発熱ワイヤにて非接触状態で加熱し得るようにし
たことを特徴とする電気ヒータ。
【請求項４】直径1mm以下の通電発熱ワイヤを曲成して
形成した加熱空間内に被加熱体を挿入して、該通電発熱
ワイヤにて該被加熱体の一部を非接触状態で局部的に加
熱することを特徴とする電気ヒータを用いた加熱方法。