JP4041259B2

JP4041259B2 - Manufacturing method of heater

Info

Publication number: JP4041259B2
Application number: JP2000046228A
Authority: JP
Inventors: 勝彦奥田
Original assignee: 三洋熱工業株式会社
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: TW529315B; JP2001237054A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明はシーズヒータ、カートリッジヒータ等に関し、特に、従来よりシーズヒータ、カートリッジヒータ等の寿命を延ばす技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からシーズヒータやカートリッジヒータが使用されている。これらのヒータは、金属線状の発熱体と、この発熱体を密閉するカバーと、前記発熱体とカバーとの間に充填された電気絶縁材料を備えている。前記カバーは金属製の部分と前記発熱体のリード線が貫通する電気絶縁体の部分とからなる。そして、このリード線により前記発熱体に通電することにより、前記発熱体のジュール熱が発生する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通常、ニッケルが前記発熱体およびカバーのうち金属製の部分の組成の一部に使用されているので、前記発熱体およびカバーのうち金属製の部分が８５０℃以上の高温で長時間使用されている間に、前記発熱体およびカバーのうち金属製の部分からニッケルの蒸気が発生する。
また、前記電気絶縁材料はマグネシア（酸化マグネシウム）等の酸化物であるので、このニッケルの蒸気が前記電気絶縁材料としての酸化物の酸素を奪うことになる。このため、酸素を奪われた前記電気絶縁材料の耐電圧特性および絶縁抵抗が劣化する。
【０００４】
その結果、シーズヒータやカートリッジヒータの使用時に、前記発熱体から前記電気絶縁材料を通って前記カバーの金属製の部分に異常に大きな漏洩電流が流れる場合には、前記発熱体が局部的に大きなジュール熱を発生することにより局部的に異常に高い温度となって、断線するおそれがあるという問題がある。
【０００５】
本願発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その課題は、発熱体とカバーとの間に充填された電気絶縁材料の耐電圧特性および絶縁抵抗の劣化を少なくすることにより、シーズヒータやカートリッジヒータ等のヒータの寿命を長くすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の第１の発明の構成は、請求項１記載のとおりである。上記第１の発明の構成により、前記カバーの金属製の部分により前記カバーの熱伝導性を良好にするとともに、ヒータの発熱体およびカバーの金属製の部分に酸化膜が形成されているので、前記発熱体の発熱状態において前記発熱体およびカバーの金属製の部分（前記発熱体の発熱状態において温度が上昇する）からニッケルの蒸気が発生することが少なくなる。このため、このニッケルの蒸気により前記発熱体とカバーとの間の電気絶縁材料としての酸化物の酸素が奪われることが少なくなる。さらに、ヒータの電気絶縁材料中の水分を少なくすることができる。この結果、前記電気絶縁材料の耐電圧特性および絶縁抵抗の劣化が少なくなる。
【０００７】
さらに、第２の発明の構成は、請求項２記載のとおりである。上記第２の発明の構成により、上記第１の発明の作用とともに、電気炉で前記カバーの金属製の部分の加熱および前記発熱体の加熱を行うことができる。
さらに、第３の発明の構成は、請求項３記載のとおりである。上記第３の発明の構成により、上記第１の発明の作用または第２の発明の作用とともに、前記カバーの電気絶縁体の部分として鉛ガラスを使用し、さらに、口もとガイシをセラミック接着剤により前記鉛ガラスに固定し、前記発熱体のリード線が前記口もとガイシを貫通するようにすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明における実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図１は本願発明の第１の実施の形態に係わるシーズヒータの正面を一部切り欠いて拡大して示し、図２は図１に示すものの左側面を示す。
【０００９】
図１において、シーズヒータ１は、線状の金属製の発熱体２、この発熱体２を覆うニッケルを含有する金属製のパイプ３、発熱体２とパイプ３との間を電気的に絶縁する電気絶縁材料４、発熱体２の図示左端に接続された第１のリード線７、発熱体２の図示右端に接続された第２のリード線８、パイプ３の図示左端部分を封止する第１の鉛ガラス５およびパイプ３の図示右端部分を封止する第２の鉛ガラス６を備えている。
【００１０】
なお、第１のリード線７は第１の鉛ガラス５を貫通し、第２のリード線８は第２の鉛ガラス６を貫通している。発熱体２の表面には電気絶縁性がある酸化膜が形成され、パイプ３の表面には酸化膜が形成されている。シーズヒータ１の直径Ｄはたとえば６．５mmであり、シーズヒータ１の長さＬはたとえば１０００mmである。
また、図２に示すように、パイプ３は円筒状である。
【００１１】
第１の実施の形態に係わるシーズヒータ１の製造方法は以下のとおりである。まず、寸法外形７．５mmφ、長さ１０００mmの金属性のパイプ３を用意する。パイプ３の材質は、インコロイ８００（商品名）である。インコロイ８００は、重量比でニッケルおよびコバルトを３０〜３５％、クロムを１９〜２３％、鉄を３９．５％以上、炭素を０．１％以下、マンガンを１．５％以下、イオウを０．０１５％以下、シリコンを１．０％以下、銅を０．７５％以下、アルミニウムを０．１５〜０．６％、チタンを０．１５〜０．６％それぞれ含有する合金である。パイプ３を電気炉により１０００℃にて１．５時間加熱し、パイプ３の表面に酸化膜を形成する。
【００１２】
次に、線状の発熱体２を用意する。発熱体２の材質は、ＪＩＳＦＣＨ−１のＮＴＫNo.３０（商品名）である。ＮＴＫNo.３０は、重力比でクロムを２３〜２６％、アルミニウムを４〜６％、炭素を０．１０％以下、シリコンを１．５％以下、マンガンを１．０％以下それぞれ含有し、残部が鉄である合金である。
発熱体２は、径が０．８mmφであり、長さが６４００mmである。発熱体２を巻芯１．２mmφにて巻き加工してコイル状にした後に、洗浄して乾燥後、電気炉で１１００℃にて３時間加熱して、発熱体２の表面に酸化膜を形成する。この酸化膜の材質は酸化アルミニウムであるので、この酸化膜は電気絶縁体である。
【００１３】
次に、酸化膜を形成した発熱体２を酸化膜を形成したパイプ３内に入れ、パイプ３と発熱体２との間隙に電気絶縁材料４としてのマグネシア粉末を充填した後に、常温にてプレス等によりパイプ３を圧延して、パイプ３の減径をおこなって、パイプ３の直径Ｄを６．５mmφにしてシーズヒータ１の未完成品を作る。
このシーズヒータ１の未完成品を６５０℃の大気中で４時間加熱処理して電気絶縁材料４中の水分を少なくした後に、パイプ３の両端部分を鉛ガラス５、６で完全に封口し、リード線７、８がそれぞれ第１の鉛ガラス５、第２の鉛ガラス６を貫通するようにする。このようにして、長さＬが１０００mmであるシーズヒータ１を試作した。
【００１４】
第１のリード線７と第２のリード線８との間に電圧を加えて、発熱体２に通電し、発熱体２を発熱させ、パイプ３の表面温度が９５０℃に達し、充分に安定した後（約１時間後）に、第１のリード線７（または第２のリード線８）とパイプ３との間の絶縁抵抗を測定した。
次に、発熱体２の通電を止めて、パイプ３の表面温度が常温に復帰後に、第１のリード線７（または第２のリード線８）とパイプ３との間の耐電圧を測定した。なお、比較のために、従来品（酸化膜処理を施さないパイプおよび発熱線で試作したシーズヒータ）について測定したので、下の表１に示す。
【００１５】
【表１】

【００１６】
以上により、パイプ３の表面および発熱体２の表面に予め大気中で酸化膜を生成させているために、発熱体２の発熱時にパイプ３および発熱体２から発生するニッケルの蒸気が少なくなり、電気絶縁材料４としての酸化物の酸素が奪われることが少なくなる。このため、シーズヒータ１を超高温域（９００ないし９５０℃）で使用することを可能にし、著しくシーズヒータ１の寿命を延ばすことができる。
【００１７】
図３は、第２の実施の形態に係わるカートリッジヒータのリード線側を拡大して示し、図４は図３に示すもののIV−IV断面構造を若干縮小して示し、図５は図４に示すもののV−V断面構造を拡大して示し、図６は図４に示すもののVI−VI断面構造を拡大して示している。
【００１８】
図４に示すように、カートリッジヒータ１１の構造の概略は、コイル状の発熱体１２をセラミックコア１３に巻いて金属製のパイプ１４内に入れて電気絶縁材料１５を発熱体１２と金属製のパイプ１４の間に充填し、発熱体１２に第１および第２のリード線１９、２０を接続し、鉛ガラス１６でパイプ１４のリード線１９、２０の出口部を封止したものである。なお、図４は第１のリード線１９を通る断面を示しているが、第２のリード線２０を通る断面の場合の符号を図４のかっこ内に示す。
図６に示すように、４本の貫通孔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄがセラミックコア１３内にて平行に形成されている。
【００１９】
図４に示すように、第１のリード線１９および第２のリード線２０は金属製の棒状体である。電気的接続用の導電性の撚り線１９ａ、１９ｂの図示左端部分が第１のリード線１９の図示右端部分１９ｘに溶接され、電気的接続用の導電性の撚り線２０ａ、２０ｂの図示左端部分が第２のリード線２０の図示右端部分２０ｘに溶接されている（図５参照）。
【００２０】
撚り線１９ａは貫通孔１３ａを挿通し、撚り線１９ｂは貫通孔１３ｂを挿通している。撚り線１９ａの図示右端部分と撚り線１９ｂの図示右端部分は貫通孔１３ａ、１３ｂの右側で接続され、さらに、発熱体１２の図示右端部分１２ａに接続されている。
撚り線２０ａは貫通孔１３ｃを挿通し、撚り線２０ｂは貫通孔１３ｄを挿通している。撚り線２０ａと撚り線２０ｂは貫通孔１３ｃ、１３ｄの右側で接続されているとともに、貫通孔１３ｃ、１３ｄの左側で発熱体１２の左端部分１２ｂに接続されている。
【００２１】
パイプ１４と同じ材質の底板１４ａがパイプ１４の右端部分を覆うように溶接されている。パイプ１４の左端部分は鉛ガラス１６で封口され、口もとガイシ１８がセラミック接着剤１７により鉛ガラス１６およびパイプ１４に固定されている。
図３に示すように、第１のリード線１９は口もとガイシ１８の貫通孔１８ａを挿通し、第２のリード線２０は口もとガイシ１８の貫通孔１８ｂを挿通している。
【００２２】
第２の実施の形態に係わるカートリッジヒータの製造方法は以下のとおりである。
まず、材質インコロイ８００、外径１２mmφ、長さ１２０mmのパイプ１４を用意する。このパイプ１４の図示右端部分にインコロイ８００の底板１４ａを溶接し、電気炉により１０００℃にて１．５時間加熱し、パイプ１４の表面に酸化膜を形成する。
【００２３】
つぎに、発熱体１２を用意する。発熱体１２の材質はカンタルＡＦ線（商品名）である。カンタルＡＦ線は、重量比でクロムを２２％、アルミニウムを５．３％それぞれ含有し、残部は鉄である合金である。
セラミックコア（５ないし６mmφ、長さ６０mm）の外周に線状（外径０．３mmφ）の発熱体１２をピッチ０．４mmで巻き加工を行い、洗浄して乾燥した後に、電気炉により１１５０℃にて加熱し、発熱体１２の表面に酸化膜を形成する。この場合の酸化膜の材質も酸化アルミニウムであるので、この場合の酸化膜は電気絶縁体である。
【００２４】
つぎに、前記パイプ１４の中心部に発熱体１２を巻き加工したセラミックコア１３を挿入し、セラミックコア１３および発熱体１２とパイプ１４との間隙に電気絶縁材料１５となるマグネシアを充填後に、プレスでパイプ１４を１０．２mmφまで減径し、さらに、研磨機にてパイプ１４を１０＋０ないし１０−０．０５mmφまで研磨する。
【００２５】
つぎに、電気炉により６５０℃で４時間乾燥して電気絶縁材料１５中の水分を少なくした後に、パイプ１４の第１および第２のリード線１９、２０の出口部を鉛ガラス１６で封口する。その後、セラミック接着剤１７により口もとガイシ１８を鉛ガラス１６の図示左側に固定する（図４参照）。口もとガイシ１８には貫通孔１８ａ、１８ｂが形成されているので、第１のリード線１９は貫通孔１８ａを挿通し、第２のリード線２０は貫通孔１８ｂを挿通する。
このようにして、カートリッジヒータ１１（直径Ｍが１０mmで、長さＮが１２０mmで、定格が１２０ボルト、４００ワットである。）を製作した。
【００２６】
図７はカートリッジヒータを使用する金型を縮小して示し、図８はカートリッジヒータの特性の測定方法を示す。
図７および図８において、金型２１の寸法は、内径Ｔ（金型２１の中心の貫通孔２２の径）が５０mmφであり、外径Ｑが１１０mmφであり（図７参照）、長さＰが９０ｍｍである（図８参照）。金型２１のうち８０mmφの円周（貫通孔２２と同心円となる円周）上に孔径１０.１mmφの貫通孔２３を２０個形成する。
【００２７】
その各貫通孔２３にカートリッジヒータ１１を１本づつ挿入する。定格１２０ボルト、４００ワットのカートリッジヒータ１１を２本直列に接続したものを１組とし、１０組のカートリッジヒータ１１を並列に位相制御回路３１の出力端子（Ｕ−Ｖ間）に接続する。なお、図８においては、便宜上１組のカートリッジヒータ１１のみを示す。
位相制御回路３１は、その入力端子（Ｒ−Ｓ間）に印加された入力交流電圧（実効値で２００ボルト）を位相制御してその出力端子（Ｕ−Ｖ間）に入力交流電圧より低い出力電圧（実効値）を出力する。可変抵抗３６はこの出力電圧の大きさを調節するものであり、この場合、出力電圧（実効値）を入力交流電圧（実効値）の７０％にセットしている。
【００２８】
温度センサ３４は金型２１の温度を測定するものであり、たとえば熱電対である。温度調節計３５は設定温度を１０００℃にしている。温度調節計３５は、この設定温度と温度センサ３４で測定した金型２１の温度との温度差を求め、この温度差が零になるように位相制御回路３１をＰＩＤ制御する。なお、この場合、ＰＩＤ制御は、比例制御（Ｐ）、積分制御（Ｉ）および微分制御（Ｄ）の３つの制御を組合わせて前記温度差が零になるように制御することである。
カートリッジヒータ１１に通電してから約４５分間で金型２１の温度が１０００℃に安定した。この状態で連続７２０時間の耐久試験を行っても発熱体１２の断線等の異常が認められなかった。
【００２９】
なお、この場合、カートリッジヒータ１１の１本当りの印加電圧を７０ボルトとすると、カートリッジヒータ１１の１本当りにて、電流１．９４アンペア、消費電力１３６ワットとなる。このため、２０本のカートリッジヒータ１１では約２．７キロワットの消費電力となる。
【００３０】
【発明の効果】
本願の発明に係るヒータの製造方法によれば、ヒータを超高温域（９００ないし９５０℃）で使用することを可能にし、著しくヒータの寿命を延ばすことができる。このため、本願の発明に係るヒータの製造方法により製造されたヒータは、塑性成形の金型、半導体ウェファ製造工程、チタン板の成形等のホットサイジング成形工程、プラスチックの成形工程等において使用できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１の実施の形態に係わるシーズヒータの正面を一部分切り欠いて示す正面図である。
【図２】図１に示すものの左側面を示す側面図である。
【図３】第２の実施の形態に係わるカートリッジヒータのリード線側を拡大して示す側面図である。
【図４】図３に示すもののIV−IV断面構造を若干縮小して示す断面図である。
【図５】図４に示すもののV−V断面構造を拡大して示す断面図である。
【図６】図４に示すもののVI−VI断面構造を拡大して示す断面図である。
【図７】カートリッジヒータを使用する金型を縮小して示す正面図である。
【図８】カートリッジヒータの特性の測定方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１シーズヒータ
２発熱体
３パイプ
４電気絶縁材料
５第１の鉛ガラス
６第２の鉛ガラス
７第１のリード線
８第２のリード線
１１カートリッジヒータ
１２発熱体
１３セラミックコア
１４パイプ
１４ａ底板
１５電気絶縁材料
１６鉛ガラス
１９第１のリード線
２０第２のリード線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sheathed heater, a cartridge heater, and the like, and more particularly to a technique for extending the lifetime of a sheathed heater, a cartridge heater, and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a sheathed heater or a cartridge heater has been used. These heaters include a metal linear heating element, a cover for sealing the heating element, and an electrically insulating material filled between the heating element and the cover. The cover includes a metal portion and an electric insulator portion through which the lead wire of the heating element passes. Then, when the heating element is energized by the lead wire, Joule heat of the heating element is generated.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Usually, since nickel is used for a part of the composition of the metal part of the heating element and the cover, the metal part of the heating element and the cover is used for a long time at a high temperature of 850 ° C. or more. In the meantime, nickel vapor is generated from the metal part of the heating element and the cover.
Further, since the electrical insulating material is an oxide such as magnesia (magnesium oxide), the vapor of nickel deprives the oxygen of the oxide as the electrical insulating material. For this reason, the withstand voltage characteristic and the insulation resistance of the electrical insulating material deprived of oxygen deteriorate.
[0004]
As a result, when an abnormally large leakage current flows from the heating element through the electrical insulating material to the metal part of the cover when using a sheathed heater or a cartridge heater, the heating element is locally large. By generating Joule heat, there is a problem that the temperature becomes locally abnormally high and there is a risk of disconnection.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and the problem is that by reducing the withstand voltage characteristics and the deterioration of the insulation resistance of the electrically insulating material filled between the heating element and the cover, the seeds can be reduced. It is to extend the life of heaters such as heaters and cartridge heaters.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the configuration of the first invention of the present application is as set forth in claim 1. According to the configuration of the first aspect of the invention, the metal part of the cover improves the thermal conductivity of the cover, and the heating element of the heater and the metal part of the cover are formed with an oxide film. In the heating state of the heating element, nickel vapor is less likely to be generated from the metal part of the heating element and the cover (the temperature rises in the heating state of the heating element) . For this reason, the oxide of oxygen as an electrical insulating material between the heating element and the cover is less likely to be taken away by the nickel vapor. Furthermore, moisture in the electrical insulating material of the heater can be reduced. As a result, the withstand voltage characteristics and the insulation resistance of the electrically insulating material are reduced.
[0007]
Further, the configuration of the second invention is as described in claim 2. According to the configuration of the second invention, together with the operation of the first invention, the metal portion of the cover and the heating element can be heated in an electric furnace.
Further, the configuration of the third invention is as described in claim 3. According to the configuration of the third invention, together with the operation of the first invention or the operation of the second invention, lead glass is used as an electric insulator part of the cover, and the mouth is made of the ceramic adhesive. It can fix to lead glass and the lead wire of the said heat generating body can penetrate the said mouth insulator.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partially cut away front view of the sheathed heater according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the left side of the one shown in FIG.
[0009]
In FIG. 1, a sheathed heater 1 electrically insulates a linear metal heating element 2, a metal pipe 3 containing nickel covering the heating element 2, and the heating element 2 and the pipe 3. The first insulating material 4, the first lead wire 7 connected to the left end of the heating element 2, the second lead wire 8 connected to the right end of the heating element 2, and the left end portion of the pipe 3 are sealed. The first lead glass 5 and the second lead glass 6 for sealing the illustrated right end portion of the pipe 3 are provided.
[0010]
The first lead wire 7 penetrates the first lead glass 5, and the second lead wire 8 penetrates the second lead glass 6. An electrically insulating oxide film is formed on the surface of the heating element 2, and an oxide film is formed on the surface of the pipe 3. The diameter D of the sheathed heater 1 is, for example, 6.5 mm, and the length L of the sheathed heater 1 is, for example, 1000 mm.
Moreover, as shown in FIG. 2, the pipe 3 is cylindrical.
[0011]
The manufacturing method of the sheathed heater 1 according to the first embodiment is as follows. First, a metallic pipe 3 having a dimensional outer shape of 7.5 mmφ and a length of 1000 mm is prepared. The material of the pipe 3 is Incoloy 800 (trade name). Incoloy 800 is 30 to 35% of nickel and cobalt, 19 to 23% of chromium, 39.5% or more of iron, 0.1% or less of carbon, 1.5% or less of manganese and 0% of sulfur by weight ratio. .015% or less, silicon is 1.0% or less, copper is 0.75% or less, aluminum is 0.15 to 0.6%, and titanium is 0.15 to 0.6%. The pipe 3 is heated in an electric furnace at 1000 ° C. for 1.5 hours to form an oxide film on the surface of the pipe 3.
[0012]
Next, a linear heating element 2 is prepared. The material of the heating element 2 is NTK No. 30 (trade name) of JISFCH-1. NTK No. 30 contains 23 to 26% chromium, 4 to 6% aluminum, 0.10% or less carbon, 1.5% or less silicon, and 1.0% or less manganese in the gravity ratio, and the balance Is an iron alloy.
The heating element 2 has a diameter of 0.8 mmφ and a length of 6400 mm. The heating element 2 is wound into a coil shape with a winding core of 1.2 mmφ, washed and dried, and then heated in an electric furnace at 1100 ° C. for 3 hours to form an oxide film on the surface of the heating element 2 To do. Since the material of this oxide film is aluminum oxide, this oxide film is an electrical insulator.
[0013]
Next, the heating element 2 on which the oxide film is formed is placed in the pipe 3 on which the oxide film is formed, and the gap between the pipe 3 and the heating element 2 is filled with magnesia powder as the electrical insulating material 4 and then pressed at room temperature. The pipe 3 is rolled by, for example, the diameter of the pipe 3 is reduced, and the diameter D of the pipe 3 is set to 6.5 mmφ to make an unfinished product of the sheathed heater 1.
After heat-treating the unfinished product of the sheathed heater 1 in the atmosphere at 650 ° C. for 4 hours to reduce the moisture in the electrical insulating material 4, both ends of the pipe 3 are completely sealed with

lead glasses

5 and 6, The

lead wires

7 and 8 pass through the first lead glass 5 and the second lead glass 6, respectively. In this manner, a sheathed heater 1 having a length L of 1000 mm was made as a prototype.
[0014]
A voltage is applied between the first lead wire 7 and the second lead wire 8 to energize the heating element 2 to generate heat, and the surface temperature of the pipe 3 reaches 950 ° C. and is sufficiently stable. (After about 1 hour), the insulation resistance between the first lead wire 7 (or the second lead wire 8) and the pipe 3 was measured.
Next, the energization of the heating element 2 was stopped, and the withstand voltage between the first lead wire 7 (or the second lead wire 8) and the pipe 3 was measured after the surface temperature of the pipe 3 returned to room temperature. . For comparison, measurements were made on conventional products (pipes not subjected to oxide film treatment and sheathed heaters prototyped with heating wires) and are shown in Table 1 below.
[0015]
[Table 1]

[0016]
As described above, since an oxide film is generated in the air in advance on the surface of the pipe 3 and the surface of the heating element 2, the vapor of nickel generated from the pipe 3 and the heating element 2 when the heating element 2 generates heat is reduced. Oxygen in the oxide as the electrically insulating material 4 is less deprived. For this reason, the sheathed heater 1 can be used in an ultra-high temperature range (900 to 950 ° C.), and the life of the sheathed heater 1 can be significantly extended.
[0017]
3 shows an enlarged view of the lead wire side of the cartridge heater according to the second embodiment, FIG. 4 shows a slightly reduced IV-IV cross-sectional structure of FIG. 3, and FIG. 6 shows an enlarged VV cross-sectional structure, and FIG. 6 shows an enlarged VI-VI cross-sectional structure shown in FIG.
[0018]
As shown in FIG. 4, the outline of the structure of the cartridge heater 11 is as follows. Filled between the pipes 14, the first and second

lead wires

19 and 20 are connected to the heating element 12, and the outlet portions of the

lead wires

19 and 20 of the pipe 14 are sealed with lead glass 16. FIG. 4 shows a cross section passing through the first lead wire 19, but the reference numerals in the case of a cross section passing through the second lead wire 20 are shown in parentheses in FIG.
As shown in FIG. 6, four through

holes

13 a, 13 b, 13 c and 13 d are formed in parallel in the ceramic core 13.
[0019]
As shown in FIG. 4, the first lead wire 19 and the second lead wire 20 are metal rods. The illustrated left end portions of the conductive stranded

wires

19a and 19b for electrical connection are welded to the illustrated right end portion 19x of the first lead wire 19 and the illustrated left end portions of the conductive stranded

wires

20a and 20b for electrical connection. Is welded to the right end portion 20x of the second lead wire 20 (see FIG. 5).
[0020]
The stranded wire 19a is inserted through the through hole 13a, and the stranded wire 19b is inserted through the through hole 13b. The illustrated right end portion of the stranded wire 19a and the illustrated right end portion of the stranded wire 19b are connected to the right side of the through

holes

13a and 13b, and further connected to the illustrated right end portion 12a of the heating element 12.
The stranded wire 20a is inserted through the through hole 13c, and the stranded wire 20b is inserted through the through hole 13d. The stranded wire 20a and the stranded wire 20b are connected to the right side of the through

holes

13c and 13d, and are connected to the left end portion 12b of the heating element 12 on the left side of the through

holes

13c and 13d.
[0021]
A bottom plate 14 a made of the same material as the pipe 14 is welded so as to cover the right end portion of the pipe 14. The left end portion of the pipe 14 is sealed with a lead glass 16, and an insulator 18 is fixed to the lead glass 16 and the pipe 14 with a ceramic adhesive 17.
As shown in FIG. 3, the first lead wire 19 is inserted through the through-hole 18 a of the insulator 18, and the second lead wire 20 is inserted through the through-hole 18 b of the insulator 18.
[0022]
The manufacturing method of the cartridge heater according to the second embodiment is as follows.
First, a pipe 14 having a material Incoloy 800, an outer diameter of 12 mmφ, and a length of 120 mm is prepared. A bottom plate 14a of Incoloy 800 is welded to the right end portion of the pipe 14 shown in the drawing, and heated at 1000 ° C. for 1.5 hours by an electric furnace, thereby forming an oxide film on the surface of the pipe 14.
[0023]
Next, the heating element 12 is prepared. The material of the heating element 12 is Kanthal AF line (trade name). The Kanthal AF line is an alloy containing 22% chromium and 5.3% aluminum by weight, with the balance being iron.
A linear (outer diameter 0.3 mmφ) heating element 12 is wound around the outer periphery of a ceramic core (5 to 6 mmφ, length 60 mm) at a pitch of 0.4 mm, washed and dried, and then heated to 1150 ° C. in an electric furnace. To form an oxide film on the surface of the heating element 12. Since the material of the oxide film in this case is also aluminum oxide, the oxide film in this case is an electrical insulator.
[0024]
Next, a ceramic core 13 in which a heating element 12 is wound is inserted into the center of the pipe 14, and magnesia serving as an electrical insulating material 15 is filled in the gap between the ceramic core 13 and the heating element 12 and the pipe 14. The pipe 14 is reduced in diameter to 10.2 mmφ, and the pipe 14 is further polished to 10 + 0 to 10−0.05 mmφ with a polishing machine.
[0025]
Next, after drying in an electric furnace at 650 ° C. for 4 hours to reduce moisture in the electrical insulating material 15, the outlet portions of the first and second

lead wires

19 and 20 of the pipe 14 are sealed with lead glass 16. . Thereafter, the insulator 18 is fixed to the left side of the lead glass 16 with the ceramic adhesive 17 (see FIG. 4). Since the through

hole

18a, 18b is formed in the mouth insulator 18, the first lead wire 19 is inserted through the through hole 18a, and the second lead wire 20 is inserted through the through hole 18b.
In this way, a cartridge heater 11 (diameter M was 10 mm, length N was 120 mm, rating was 120 volts, 400 watts) was manufactured.
[0026]
FIG. 7 shows a reduced mold for using the cartridge heater, and FIG. 8 shows a method for measuring the characteristics of the cartridge heater.
7 and 8, the dimensions of the mold 21 are such that the inner diameter T (the diameter of the through hole 22 at the center of the mold 21) is 50 mmφ, the outer diameter Q is 110 mmφ (see FIG. 7), and the length P Is 90 mm (see FIG. 8). Twenty through-holes 23 having a hole diameter of 10.1 mmφ are formed on a circumference of 80 mmφ in the mold 21 (a circumference that is concentric with the through-hole 22).
[0027]
One cartridge heater 11 is inserted into each through-hole 23 one by one. Two cartridge heaters 11 with a rating of 120 volts and 400 watts connected in series are set as one set, and 10 sets of cartridge heaters 11 are connected in parallel to the output terminal (between U and V) of the phase control circuit 31. In FIG. 8, only one set of cartridge heaters 11 is shown for convenience.
The phase control circuit 31 performs phase control on the input AC voltage (200 V in effective value) applied to its input terminal (between R and S), and outputs lower than the input AC voltage on its output terminal (between U and V). Outputs voltage (effective value). The variable resistor 36 adjusts the magnitude of the output voltage. In this case, the output voltage (effective value) is set to 70% of the input AC voltage (effective value).
[0028]
The temperature sensor 34 measures the temperature of the mold 21 and is, for example, a thermocouple. The temperature controller 35 sets the set temperature to 1000 ° C. The temperature controller 35 obtains a temperature difference between the set temperature and the temperature of the mold 21 measured by the temperature sensor 34, and performs PID control of the phase control circuit 31 so that the temperature difference becomes zero. In this case, the PID control is to control the temperature difference to be zero by combining three controls of proportional control (P), integral control (I), and differential control (D).
The temperature of the mold 21 was stabilized at 1000 ° C. in about 45 minutes after the cartridge heater 11 was energized. Even when a durability test for 720 hours was performed in this state, no abnormality such as disconnection of the heating element 12 was observed.
[0029]
In this case, if the applied voltage per cartridge heater 11 is 70 volts, the current is 1.94 amperes and the power consumption is 136 watts per cartridge heater 11. Therefore, the 20 cartridge heaters 11 consume about 2.7 kilowatts of power.
[0030]
【The invention's effect】
According to the heater manufacturing method of the present invention, the heater can be used in an ultrahigh temperature range (900 to 950 ° C.), and the life of the heater can be significantly extended. For this reason, the heater manufactured by the heater manufacturing method according to the present invention can be used in plastic molding dies, semiconductor wafer manufacturing processes, hot sizing molding processes such as titanium plate molding, plastic molding processes, etc. It becomes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a partially cutaway front view of a sheathed heater according to a first embodiment of the present invention.
2 is a side view showing the left side of what is shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is an enlarged side view showing a lead wire side of a cartridge heater according to a second embodiment.
4 is a cross-sectional view showing a slightly reduced IV-IV cross-sectional structure of what is shown in FIG. 3. FIG.
5 is an enlarged cross-sectional view of the VV cross-sectional structure shown in FIG. 4. FIG.
6 is a cross-sectional view showing an enlarged VI-VI cross-sectional structure of what is shown in FIG. 4;
FIG. 7 is a front view showing a mold using a cartridge heater in a reduced scale.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a method for measuring characteristics of the cartridge heater.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Seeds heater 2 Heat generating body 3 Pipe 4 Electrical insulation material 5 1st lead glass 6 2nd lead glass 7 1st lead wire 8 2nd lead wire 11 Cartridge heater 12 Heat generating body 13 Ceramic core 14 Pipe 14a Bottom plate 15 Electrical insulating material 16 Lead glass 19 First lead wire 20 Second lead wire

Claims

An electric insulating material made of oxide is filled between a metal heating element containing chromium and aluminum and a cover for sealing the heating element, and the cover is composed of an electric insulator part and a metal part, A heater manufacturing method in which a lead wire of the heating element passes through an electric insulator portion of the cover,
Heating the metal part of the cover to form an oxide film on the surface of the metal part;
Meanwhile, the heating element is heated to form an oxide film made of aluminum oxide on the surface of the heating element.
Next, the heating element on which the oxide film is formed is placed in a metal part on which the oxide film is formed, and oxidation is performed in a gap between the metal part on which the oxide film is formed and the heating element on which the oxide film is formed. A first step of filling an electrically insulating material comprising a material;
Next, a second step of heating the product manufactured in the first step in the air to reduce moisture in the electrical insulating material;
Next, the metal part in which the oxide film of the cover is formed and the electric insulator part of the cover seal the heating element in which the oxide film is formed and the electrically insulating material made of the filled oxide, A heater manufacturing method comprising a third step of allowing the lead wire of the heating element on which the oxide film is formed to penetrate the portion of the electrical insulator of the cover.

A method of manufacturing a heater according to claim 1,
In the first step, the heater manufacturing method is characterized in that heating of the metal portion of the cover and heating of the heating element are performed in an electric furnace.

It is a manufacturing method of the heater according to claim 1 or 2,
Lead glass is used as an electrical insulator part of the cover, and a mouth insulator is fixed to the lead glass with a ceramic adhesive so that a lead wire of the heating element penetrates the mouth insulator. A method for manufacturing a heater.