JPH03190081A - ジルコニア発熱体を用いた高温発熱体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ジルコニア発熱体（Ｚｒ０２発熱体）を用い
た高温発熱体に関するものである。

［従来の技術］ 酸化雰囲気において約２０００℃まで使用できる発熱体
として、ジルコニア発熱体が開発された。

ジルコニア発熱体は、１２００°Ｃ〜１３００℃までは
抵抗の温度特性が負特性であり、抵抗値が非常に高い。

そのためジルコニア発熱体を用いる場合には、抵抗値が
急激に減少する温度（１２００℃〜１５００°Ｃ）まで
ジルコニア発熱体を予熱して、抵抗値を下げた後に通電
を行っている。

従来ジルコニア発熱体の予熱を行う場合には、第５図に
示すように炉１内を断熱材２，２で加熱空間１ａと予熱
空間１ｂ、ｌｂとに区分けし、加熱空間ｌａ内にジルコ
ニア発熱体３，３を配置し、予熱空間１ｂ、ｌｂ内に予
熱用発熱体４，４を配置して断熱材２．２を介してジル
コニア発熱体３゜３の予熱を行っていた。断熱材２．２
は、ジルコニア発熱体３，３の発熱温度よりも耐熱温度
の低い予熱用発熱体４，４をジルコニア発熱体３，３の
発熱から保護するものである。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の構造により予熱を行うと、断熱材２，２を介して
予熱を行うために加熱効率が非常に悪く、また大きな電
力を必要とする上、予熱の応答性が悪くなる問題がある
。また炉内を加熱空間１ａと予熱空間１ｂとに設けるた
め、炉が２重構造となって炉が大型化する上、炉の価格
が高くなる問題がある。

ジルコニア発熱体３，３の発熱温度よりも耐熱温度の高
い発熱体を予熱用発熱体として用いれば、炉を２重構造
とせずに予熱を行えるが、ジルコニア発熱体とは別に予
熱用発熱体を設けることは、炉を小形化することの障害
となる。またジルコニア発熱体と予熱用発熱体とを並設
するだけでは、加熱効率の増加に限界がある。

本発明の目的は、ジルコニア発熱体及び予熱用発熱体の
配置スペースをできるだけ小さくすることができ、しか
も予熱用発熱体による加熱効率を向上させることができ
るジルコニア発熱体を用いた高温発熱体を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 請求項１の発明では、上記課題を解決するために、ジル
コニア発熱体の内部に予熱用発熱体収納部を形成し、こ
の予熱用発熱体収納部内に室温から通電可能な予熱用発
熱体をジルコニア発熱体と電気的に絶縁した状態で配置
する。

予熱用発熱体収納部は、予熱用発熱体をほぼ包み込むよ
うにして収納して、しかも予熱用発熱体から発散される
熱を効率よくジルコニア発熱体に伝達できるものであれ
ば、どのような形状でもよ（、例えばジルコニア発熱体
を貫通する貫通孔やジルコニア発熱体を貫通しない有底
の孔または凹部でもよく、更には溝でもよい。

予熱用発熱体としては、公知の種々の発熱体を用いるこ
とができる。ジルコニア発熱体の発熱温度よりも耐熱温
度が高い発熱体としては、非酸化性雰囲気で使用される
黒鉛発熱体、タングステン発熱体、モリブデン発熱体等
がある。

予熱用発熱体として、非酸化性雰囲気内で使用される発
熱体を用いる場合には、予熱用発熱体はガスシールド管
内に配置されることになる。その場合請求項２の発明の
ように、予熱用発熱体収納部を内部に非酸化性ガスを保
持するガスシールド管を兼ねるように構成することがで
きる。

またジルコニア発熱体の発熱温度よりも耐熱温度が低い
発熱体でも、発熱体を使用温度（耐熱温度）まで冷却す
れば本発明の予熱用発熱体として使用できる。請求項３
の発明では、予熱用発熱体として耐熱温度がジルコニア
発熱体の発熱温度よりも低い発熱体を用いる場合に、予
熱用発熱体をガスフローによって冷却する。ガスフロー
冷却により使用が可能な発熱体としては、例えば炭化け
い素発熱体（Ｓ　ｉ　Ｃ）　、モリブデンシリサイド発
熱体（ＭｏＳｉ２）、ランタンクロマイト発熱体（Ｌａ
Ｃｒ０３）等がある。

［作　用］ 請求項１の発明のように、ジルコニア発熱体の内部に予
熱用発熱体収納部を設けて、この収納部内に予熱用発熱
体を収納するようにすれば、予熱用発熱体から発散され
る熱を予熱用発熱体の周囲を囲むジルコニア発熱体に効
率よく伝達することができ、加熱効率を向上させること
ができる上、応答速度を上げることができる。その結果
、少ない電力で予熱を行うことができる。またジルコニ
ア発熱体と予熱用発熱体とを並設する場合に比べて、本
発明の高温発熱体を用いると、炉の形状寸法をコンパク
ト化することができる。

請求項２の発明のように、予熱用発熱体収納部をガスシ
ールド管として用いれば、ガスシ−ル管が不要になり、
予熱用発熱体収納部の寸法を小さくして高温発熱体の形
状の小形化を図ることができる。

更に、請求項３の発明のように、予熱用発熱体をガスフ
ローによって冷却するようにすれば、予熱用発熱体とし
て耐熱温度がジルコニア発熱体の発熱温度よりも低い発
熱体を用いることができる。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の概略構成を示す断面図であ
る。同図において１０は円筒状に形成されたジルコニア
発熱体であり、軸線方向に延びる貫通孔１１が予熱用発
熱体収納凹部を構成している。ジルコニア発熱体１０の
両端部には環状の電極固定部１２及び１３が形成され、
該電極固定部１２及び１３にそれぞれリング状の電極１
４及び１５が固定されている。電極１４及び１５は、交
流電力を出力する電源装置１６に接続されている。

貫通孔１１の内部には、予熱用発熱体１７が挿入されて
いる。本実施例では、予熱用発熱体１７としてジルコニ
ア発熱体の発熱温度（約２００００Ｃ）よりも耐熱温度
の高いものを用いている。具体的には、予熱用発熱体１
７として、アルゴン等の不活性ガスを封入した酸化マグ
ネシム（ＭｇＯ）製のガスシールド管１８内に、螺旋状
に形成した黒鉛発熱体１９を配置した構造の発熱体を用
いている。ガスシールド管１８の開口部は、ジルコニア
繊維を主材料とした耐熱性絶縁材料からなる封止体２０
で封止され、黒鉛発熱体１９は封止体２０を貫通してガ
スシールド管１８内に挿入されている。

ガスシールド管１８の軸線方向の両端部は、ジルコニア
繊維を主材料とした耐熱性絶縁材料からなる絶縁スペー
サ２１及び２２を介してジルコニア発熱体１０と一体化
されている。２３は、黒鉛発熱体１９の端子部１９ａ及
び１９ｂが固定された端子台であり、この端子台２３は
ガスシールド管１８の気密を保持する機能も果たしてい
る。黒鉛発熱体１９の端子部１９ａ及び１９ｂには、通
電電極２４ａ及び２４ｂが固定され、通電電極２４ａ及
び２４ｂは交流電力を出力する予熱発熱体用電源装置２
５に接続されている。

この高温発熱体を発熱させる場合には、まず予熱発熱体
用電源装置２５から黒鉛発熱体１９に通電を行い、黒鉛
発熱体１９を１３００〜１５００℃まで加熱して、ジル
コニア発熱体１ｏを抵抗値が下がる温度まで予熱する。

その後電源装置１６からジルコニア発熱体１０へ通電を
行って、ジルコニア発熱体１０を約２０００℃以上で発
熱させる。ジルコニア発熱体１０へ通電を開始した後は
、黒鉛発熱体１９への通電を停止する。

第２図は、本発明の他の実施例であり、第１図の実施例
と同じ部分には第１図の実施例で付した符号と同じ符号
を付しである。本実施例が第１図の実施例と異なる点は
、ジルコニア発熱体１１０に形成した予熱用発熱体収納
部をガスシールド管として用いた点である。第２図にお
いて、ジルコニア発熱体１１０の内部には、軸線方向の
一端側に開口する有底の孔１１１が予熱用発熱体収納部
として形成されている。孔１１１の開口端部内には、耐
熱性絶縁材料からなる封止体１２０が挿入され、黒鉛発
熱体１９はこの封止体１２０を貫通して孔１１１内に挿
入されている。ジルコニア発熱体１１０の一方の端面と
端子台２３との間には、耐熱性の気密シール２６が配置
されている。

第３図は、本発明の更に他の実施例を示している。本実
施例は、予熱用発熱体として、耐熱温度がジルコニア発
熱体１０の発熱温度よりも低い発熱体を用いる場合の実
施例である。本実施例では、予熱用発熱体１１７として
炭化けい素光熱体（使用温度：１５００〜１６００℃）
を用い、ジルコニア発熱体１０が発熱を開始した後に、
予熱用発熱体１１７をガスフロー冷却する。そこで本実
施例では、貫通孔１１の内部に酸化マグネシウム（Ｍｇ
Ｏ）からなる両端が開口した筒状のガスシールド管２７
を絶縁スペーサ１２１及び１２２を介して保持する。ガ
スシールド管２７の内部には、冷却ガス出入口２８ａ、
２９ａを備えた封止体２８．２９を介して予熱用発熱体
１１７が配置されている。ガスシールド管２７内に供給
されるガスは、不活性ガスが好ましく、本実施例ではア
ルゴンガスを用いている。本実施例の高温発熱体を発熱
させる場合には、まず電源装置２５から予熱用発熱体１
１７に電力を供給して該発熱体を１５００〜１６００℃
まで加熱し、その熱でジルコニア発熱体１０を予熱する
。その後電源装置１６からジルコニア発熱体１０に通電
を開始すると同時または通電後にガスシールド管２７内
に冷却ガスを供給する。ガスは図示の矢印の流路で流れ
、予熱用発熱体１１７を耐熱温度以下に冷却する。予熱
用発熱体１１７に使用する発熱体の耐熱温度に応じて、
冷却ガスの流速及び流量が適宜に選択される。

第１図ないし第３図の実施例では、説明のために各部を
ある程度誇張して描いてあり、また長さも短く描いであ
る。例えば実際に第１図の実施例の高温発熱体を炉に用
いる場合には、第４図に示すような構成で用いられる。

第４図において３０は炉であり、３１は断熱材、３２及
び３３は支持フレームである。

［発明の効果］ 請求項１の発明によれば、ジルコニア発熱体の内部に予
熱用発熱体収納部を設けて、この収納部内に予熱用発熱
体を収納するようにしたので、予熱用発熱体から発散さ
れる熱を予熱用発熱体の周囲を囲むジルコニア発熱体に
効率よ（伝達することができ、加熱効率を向上させるこ
とができる上、応答速度を上げることができる。その結
果、少ない電力で予熱を行うことができる。またジルコ
ニア発熱体と予熱用発熱体とを並設する場合に比べて、
本発明の高温発熱体を用いると、炉の形状寸法をコンパ
クト化できる利点がある。

また請求項２の発明によれば、予熱用発熱体収納部をガ
スシールド管として用いているので、ガスシ−ル管が不
要になり、予熱用発熱体収納部の寸法を小さくして高温
発熱体の形状の小形化を図ることができる利点がある。

更に、請求項３の発明によれば、予熱用発熱体をガスフ
ローによって冷却するため、予熱用発熱体として耐熱温
度がジルコニア発熱体の発熱温度よりも低い発熱体を用
いることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はそれぞれ本発明の高温発熱体の実
施例を示す概略断面図、第４図は第１図の実施例の高温
発熱体を炉に適用した場合の概略断面図、第５図は従来
の予熱方法を説明するための従来の炉の概略断面図であ
る。 １・・・炉、２，２・・・断熱材、３，１０，１１００
．。 ジルコニア発熱体、４，１７，１１７・・・予熱用発熱
体、１１・・・貫通孔（予熱用発熱体収納部）、１１１
・・・有底の孔（予熱用発熱体収納部）、１４゜１５・
・・電極、１６．２５・・・電源装置、１８．２７・・
・ガスシールド管、１９・・・黒鉛発熱体、２０，２８
．２９，１２０・・・封止体、２１，２２，１２１゜１
２２・・・絶縁スペーサ。 第１図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ジルコニア発熱体の内部に予熱用発熱体収納部が
   形成され、 前記予熱用発熱体収納部内に室温から通電可能な予熱用
   発熱体が前記ジルコニア発熱体と電気的に絶縁した状態
   で配置されていることを特徴とするジルコニア発熱体を
   用いた高温発熱体。
2. （２）前記予熱用発熱体が非酸化性雰囲気内で使用され
   る発熱体からなり、前記予熱用発熱体収納部が内部に非
   酸化性ガスを保持するガスシールド管を兼ねるように構
   成されている請求項１に記載のジルコニア発熱体を用い
   た高温発熱体。
3. （３）前記予熱用発熱体の耐熱温度が前記ジルコニア発
   熱体の発熱温度よりも低い発熱体からなり、前記予熱用
   発熱体が前記耐熱温度以下にガスフロー冷却されている
   請求項１に記載のジルコニア発熱体を用いた高温発熱体
   。