JP3834780B2 - 炭化珪素発熱体の端子構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化珪素発熱体の高温耐熱端子構造を有する発熱体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セラミック製品や電子部品の加熱や焼成においては、精密な温度制御が容易に得られること、炉内雰囲気への悪影響が少ないこと等の理由により、電気加熱方式による抵抗炉が多く使用されている。
近年では多機能な用途の増加により、セラミック製品や電子部品の加熱や焼成には、処理品に含まれる諸材料が多岐にわたり、金属原料やアルカリ原料のような反応性や浸食性に富む材料も多く使用されている。
これらの処理品の加熱や焼成は、高温の処理温度の用途として、金属系発熱体よりも、むしろセラミック系の炭化珪素発熱体が多用されている。
高温で使用する炭化珪素発熱体は、その材質的な理由から発熱部に螺旋状の溝を切った形状となっており、その形状は一重螺旋の両端子型（図６）と、二重往復螺旋の片端子型（図７）がある。形状は、炉の構造によって、両・片何れかの端子形状を選択するが、片端子型は発熱体の交換が容易であることと、発熱体の貫通孔が少ないため、省エネルギー構造炉に適することから、該発熱体の使用炉が増加している。
その端子構造は、発熱体端子部の内側にセラミック質で前記端子部の内径にほぼ等しい外径の丸棒または円筒、あるいは円筒で片端密閉形の絶縁碍子を挿着し、絶縁碍子挿着端子部の外側端をアルミニウム金属金具で締め付け、更に該アルミニウム金属金具の下部で、絶縁碍子挿着端子部の外側にセラミックカラーを締め付けバンドで締め付けて固定した構造となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年では、セラミックスの多機能な用途の増加により、製品の処理に含まれる材料が多岐にわたり、反応性や浸食性のある材料が増えている。
これらの加熱、焼成等の処理については、高温での処理等で発熱体の使用条件や環境はますます厳しくなってきている。
しかし、従来の端子構造では、その端子部分の金属金具の材質的問題や発熱体と端子部分の固定方法について問題があり、端子の電極部分の使用温度は７００℃が限界で、それ以上の温度になった場合、アルミニウム編組線の溶断や接触不良等を起こし、使用はほとんど不可能であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、片端子型炭化珪素発熱体を使用する場合の端子構造として、端部を高温から守るように、発熱体端部にニッケル金属金具をはめ込ませた後、そのはめ込み部をニッケルメタライズ処理し、ニッケル編組線をニッケル金属金具に固定させた。
更に端部にセラミックカラーをかぶせ、その内部にセラミックセメントを充填し、発熱体端子部分が酸化劣化などされることなく、より高温まで使用可能な端子構造とした。
【０００５】
【発明の実施の形態】
更に、本発明を説明する。
従来の端子部の金属金具は、材質としてアルミニウムを使用しているため、その材質的性質（アルミニウムの融点：６６０．４℃、線膨張率：０．２３７×１０^−４Ｋ）により、使用温度は７００℃以下が限界であった。
しかし近年は処理物の多品種化、複雑化により、処理温度は高温になってきている。処理温度が高くなることにより発熱体の使用条件は厳しくなり、それに伴い端子部雰囲気も厳しくなり、より高温での使用が要求されている。
本発明は、この問題に対し、材質をアルミニウムからニッケル（ニッケル融点：１４５０℃、線膨張率：０．１５×１０^−４Ｋ）に変更し、ニッケル金属金具を検討し、端子部を高温から保護し、かつ固定させる方法として、端部とニッケル金属金具をはめ込み後、ニッケルメタライズ処理を行い、セラミックカラーをかぶせ、内部にセラミックセメントを充填して、発熱体端子部分の保護を行い、高温まで使用可能な端子構造とした。
【０００６】
【実施例】
本発明を実施例により説明する。
図４および図５に従来の端子構造を示す。また、図１および図２に本発明の高温域まで使用可能な端子構造を示し、図３に取り付けの際、使用したニッケル金属金具を示す。
［実施例１〜３］
金属金具の材質をアルミニウムからニッケルに変更し、ニッケル編組線および図３に示したニッケル金属金具を端部にはめ込み、ニッケルメタライズ処理を行い、更に端部にセラミックカラーをかぶせ、内部にセラミックセメントを充填した高温域まで使用可能な端子構造としたものを酸化テスト用のサンプルとした。［比較例１〜３］
図４および図５に示した従来の端子構造のものを、比較用のサンプルとした。表１に実施例１〜３とその比較例１〜３の温度７００〜１０００℃のときの酸化テスト後の抵抗増加率（ΔＲ）を示す。
【０００７】
【表１】

この表の結果から、本発明の端子構造を使用した発熱体については、比較例のサンプルに比較して、良好な状態を有し、抵抗増加率も少なかった。
このことにより、本発明の端子構造を使用した場合、端子部雰囲気温度が高温域（７００〜１０００℃）でも使用可能なことを確認した。
【０００８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、端子部雰囲気が高温域（８００〜１０００℃）での使用が可能となる。
従って、本発明の方法を使用すれば、これまで使用不可能であった高温域での使用が可能となることから、新たな使用方法が可能となる。例えば、より炉内の奥深くに発熱体を取り付けることが可能となり、炉内温度の均一化が図れ、炉の構造も多用化に対応できる。
また、端子部が高温域まで使用可能となるため、端子部の断熱構造が簡略化できる。
また、接触抵抗の増加を抑えることにより、発熱体の寿命も延び、発熱体の交換などの保守作業が簡略化できる。
このことにより、低コスト化や安全操業も可能となり、本発明の効果は大きく、産業界の貢献は多大なものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の炭化珪素発熱体の端子構造の一実施例を示す正面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】ニッケル金属金具の斜視図。
【図４】従来の炭化珪素発熱体の端子構造の正面図。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図。
【図６】両端子型炭化珪素発熱体の外形図。
【図７】片端子型炭化珪素発熱体の外形図。
【符号の説明】
１．端部
２．セラミックカラー
３．アルミニウム編組線
４．内張りアルミニウム編組線
５．絶縁板
６．ニッケル金属金具
７．ニッケル編組線
８．セラミックセメント
９．締め付けバンド
１０．アルミニウム金属金具
１１．発熱部

Claims (1)

1. 二重往復螺旋の片端子型の電気炉用炭化珪素発熱体の端子構造で、２つ割り端子部を有するものにおいて、該２つ割り端子部にそれぞれニッケル金属金具をはめ込み、そのはめ込み部をニッケルメタライズ処理し、２つ割り端子部間に絶縁板を介在させ、ニッケル編組線をニッケル金属金具に固定させて、セラミックカラーをかぶせ、その内部にセラミックセメントを詰めてなり、端子部雰囲気温度を１０００℃として４０ｈ酸化処理した後においても抵抗増加率が１．０％未満である炭化珪素発熱体の端子構造。

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