JPS5917516B2

JPS5917516B2 - シ−ズヒ−タおよびその製造方法

Info

Publication number: JPS5917516B2
Application number: JP13759478A
Authority: JP
Inventors: 英賢川西; 正紀藤村; 昇成尾; 孝小野; 嘉浩松尾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-11-07
Filing date: 1978-11-07
Publication date: 1984-04-21
Also published as: JPS5564388A

Description

【発明の詳細な説明】り本発明はシーズヒータおよびその製造方法、特に、
高温度下での絶縁抵抗が高く、多湿雰囲気中に放置して
おいても絶縁抵抗の高い、かつ高温度下で長時間使用し
ても寿命の著しく長いシーズヒータならびにそれを製造
するのに適した方法に関’５するものである。

従来、シーズヒータにおいて、マグネシヤ粉末が、金属
パイプとヒータ線との間につめる絶縁充填材として使用
されている。

マグネシア粉末は、周知のように、絶縁材料として非常
に優れたものである０しかし、吸湿性があるため、多湿
雰囲気中に長時間放置すると、絶縁抵抗が低下するとい
う欠点をもつている。そのため、シーズヒータの絶縁充
填材としてマグネシア粉末を使用すると、多湿雰囲気中
に放置したとき、金属パイプとヒータ線との間の絶縁抵
抗が低下してしまう。そこでマグネシア粉末が吸湿しな
いように、シーズヒータの端子部をシリコーンゴムや低
融点ガラスで封止したり、ＣａＯ−Ｂ２Ｏ３系またはＣ
ａＯ−Ｂ２Ｏ３一ＳｉＯ２系助焼結剤をマグネシア粉末
に添加し、加熱処理するといつた方法がとられている。
これらの方法により、多湿雰囲気中に放置しても絶縁抵
抗が低下せず、また、高温（８００℃）での絶縁抵抗も
実用上シーズヒータに要求される最低絶縁抵抗（２ＭΩ
以上）以上あり著しく改善される。しかし、シーズヒー
タの端子部をシリコーンゴムや低融点ガラスで封止する
方法では、高温で使用している際に、ヒータ線に接合さ
れている端子が曲つたり、封口体にクラツクが生じるこ
とがあり、その結果無封口に近い状態となり、マグネシ
ア粉末の吸湿が起こり、絶縁抵抗が急激に低下し、使用
不可能となる。また封止効果が完全に行なわれている場
合、高温で使用していると、高温での絶縁劣化の現象が
起こり、最低絶縁抵抗を満足出来なくなり、実用上使用
不可能となる。一方、ＣａＯ−Ｂ２Ｏ３系、またはＣａ
Ｏ−Ｂ２Ｏ３一ＳｉＯ２系助焼結剤を含有したシーズヒ
ータを高温で使用すると、これらの助焼結剤とヒータ線
とが反応し、ヒータ線の断線を促進させ、シーズヒータ
の寿命を短かくする。

このようにいずれの方法においても、高温で使用する際
、それぞれ欠点があり、長時間の使用に耐えうるもので
はない。このため、高温での絶縁抵抗が高く、多湿雰囲
気中に放置しても、絶縁低下をきたさず、なおかつ高温
で使用した際シーズヒータの寿命を長くする絶縁充填材
が望まれる。本発明にかかるシーズヒータは、ヒータ線
と金属パイプとを絶縁するために、通常のマグネシア粉
末をヒータ線のコイル内に充填するとともに、後工程の
熱処理において、ＭｇＯ焼結体となることろの、助焼結
剤を含むマグネシア粉末をヒータ線コイルの外側、すな
わち、金属パイプとコイル状ヒータ線との間に充填して
なるものである。

これによりヒータ線と助焼結剤との反応を避けることが
でき、ヒータ線の長寿命化が可能となる。また本発明の
方法は、シーズヒータ充填材として、通常のマグネシア
粉末および、ＣａＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系の化合物、
ガラスまたはそれらの混合物からなる助焼結剤を１〜３
０重量％含むマグネシア粉末を使用し、それぞれをヒー
タ線のコイル内およびヒータ線コイルの外側に同時充填
し、後工程として１０００℃〜１３００℃の範囲の温度
で熱処理することを特徴とする。ヒータ線のコイル内に
通常のマグネシア粉末、ヒータ線のコイルの外側にＣａ
Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系の化合物、ガラスまたはそれ
らの混合物を含むマグネシア粉末を充填することにより
、標準形状のシーズヒータ（金属パイプの長さ７００、
外径６．６鴎、コイル状ヒータの外周径３露０において
通電時における金属パイプ表面温度８００℃での高温で
、絶縁抵抗が２ＭΩ以上あり、相対湿度９５％、温度４
０℃の雰囲気中に１４日間放置したときの、最低絶縁抵
抗が２ＭΩ以上あり、なおかつ通電による金属パイプ表
面温度８００℃での寿命試験（２０分０ｎ−１０分０ｆ
ｆを１サイクルとする）において、５０００回以上もつ
シーズヒータを提供することができる。

以下、本発明について実施例にもとづいて説明するＯ実
施例１マグネシア粉末として、一般にシーズヒータの絶縁充填
材に使用されている、粒度４２０〜３７μｍの電融マグ
ネシア粉末を用いた。

また助焼結剤としては市販の試薬特級の無水シリカ粉末
、炭酸カルシウム、無水硼酸を使用した。炭酸カルシウ
ム、無水硼酸、および無水シリカを重量比で７２．０：
２３．９：４．１の割合に配合し、混合した。

混合物を白金ルツボに入れ、１３００℃の温度で３０分
加熱して、溶融させてから鉄板上に流し出して急冷した
。得られたガラス塊を粉砕し、２４メツシユのふるいを
通して、助焼結剤を作成した。第１図に示す充填用仕切
管（ステンレス製パイプ、肉敬０．３露富、内径４φ）
１をインコロイ製の金属パイプ２とコイル状ヒータ線３
との間に挿入し、その充填用仕切管１と金属パイプ２と
の間に上記の方法より作成した助焼結剤を９重量％含ん
だマグネシア粉末を、一方充填用仕切管１内にマグネシ
ア粉末を次のように充填した。金属パイプを振動させ、
３０ＣＴＩＬ／鼎の速度で充填用仕切管を土部に移動さ
せることにより、それぞれの粉末を同時に充填していき
、充填用仕切管が金属パイプの外に抜き出た時点で充填
を終了した。充填後の構造を第２図に示した。充填を終
えてから、金属パイプを圧延減径してその長さを７００
闘、外径６．６φとした。次に水素１０％および窒素９
０％の還元性ガス気流中において、１２００℃の温度で
１時間加熱処理をしてから、さらに空気中において８０
０℃の温度で２時間加熱処理をしてシーズヒータを完成
した。第２図において４は端子、５はマグネシア焼結層
、６はマグネシア粉末層である。上述のようにして作つ
たシーズヒータをまず、ヒータ線に通電して発熱させ、
金属パイプの表面温度が８００℃に達したとき、金属パ
イプとヒータ線との間に１０００Ｖの直流電圧を印加し
て、その間の絶縁抵抗を測定した。次に、それぞれを温
度４０℃、相対湿度９５％の恒温恒湿槽中に入れ、１４
日間放置した。この間において、絶縁抵抗がもつとも低
くなつたときの値を最低絶縁抵抗とした。さらに、上記
恒温恒湿槽中に１４日間放置したシーズヒータを商用電
源に接続して発熱させ、金属パイプの表面温度が８００
℃に達するまでの、金属パイプとヒータ線との間の絶縁
抵抗を測定し、その間の最低絶縁抵抗値を調べた。また
金属パイプの表面温度が８００℃になる一定電圧のもと
で、２０分０ｎ−１０分０ｆｆの寿命試験を行ない、ヒ
ータ線が断線するまでの回数、Ｏまたは高温（８００℃
）で最低絶縁抵抗２ＭΩを切る時の回数を調べた。比較
のため、絶縁充填材として、マグネシア粉末だけを使用
し、低融点ガラスおよびシリコーンゴムで封止したシー
ズヒータ、また絶縁充填材と５して上記の方法により作
成したＣａＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス助焼結剤を
９重量％含むマグネシア粉末だけからなるシーズヒータ
を、上述と同じ条件で作成し、それぞれの絶縁抵抗の沖
淀、および寿命試験を行つた。

Ｏこれらの結果を第１表に示す。

上表から明らかなように、絶縁充填材として、マグネシ
ア粉末を使用し、低融点ガラスおよびシリコーンゴムで
封止したシーズヒータは、寿命試験において、ニクロム
ヒータ線の断線という現象は見られないが、１０００回
前後の時点で高温（８００℃）での絶縁抵抗を測定する
と、実用上シーズヒータに要求される最低絶縁抵抗（２
ＭΩ）を切つてしまい、実使用に耐えないものとなる。

また、ＣａＯ−Ｂ２Ｏ，−ＳｉＯ２系助焼結剤を含んだ
マグネシア粉末を充填した無封ロシーズヒータは、寿命
試験中において、絶縁劣化による最低絶縁抵抗の低下は
見られないが、助焼結剤とニクロムヒータ線との反応に
より、ヒータ線の断線が起こり、１５００回前後で使用
に耐えないものとなる。一方、本発明のシーズヒータは
、封止型シーズヒータにおいて見られるような絶縁劣化
の現象もなく、ニクロムヒータ線との反応も非常に弱く
、５０００回以上経過してもヒータ線の断線もなく、使
用できる。実施例２マグネシア粉末および試薬は実施例１と同様のものを用
いた。

炭酸カルシウムと無水硼酸を、重量比で１：１の割合に
配合し、混合した。混合物を仮焼ルツボに入れ、７００
℃の電気炉で２時間焼成した。焼成後、ＣａＯ−Ｂ２Ｏ
３系化合物を粉砕し、２４メツシユのふるいを通して、
助焼結剤を作成した。インコロイ製金属パイプ、ニクロ
ムヒータ線を使用し、実施例１と同様の方法により、マ
グネシア粉末および、上記の助焼結剤を５重量％含んだ
マグネシア粉末を、ヒータ線のコイルの内側および外側
にそれぞれ充填した。光填後、実施例１と同様の熱処理
を行ない、シーズヒータを完成した。

完成したシーズヒータの特性を実施例１と同様の条件で
測定した。比較のため、上記の方法により作成したＣａ
Ｏ一Ｂ２Ｏ３系助焼結剤を５重量％含むマグネシア粉末
だけからなるシーズヒータを上述と同じ条件で作成し、
特性の評価を行なつた。

これらの結果を第２表に示す。

上表から明らかなように、ＣａＯ−Ｂ２Ｏ３系助焼剤を
含むマグネシア粉末をヒータ線のコイルの外側に、マグ
ネシア粉末をヒータ線のコイルの内側に充填したシーズ
ヒータは一従来のタイプのシーズヒータに比較して寿命
が長い。

実施例３マグネシア粉末および試薬として実施例１と同様のもの
を用いた。

炭酸カルシウム、無水硼酸および無水シリカを、重量比
で１：１：０．２の割合に配合し、混合した。混合物を
仮焼ルツボに入れ、７００℃の電気炉で２時間焼成した
。焼成後、ＣａＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系化合物を粉砕
し、２４メツシユのふるいを通して、助焼結剤を作成し
た０この助焼結剤を１２重量％含むマグネシア粉末を用
いて、実施例１に示すと同様の方法により充填した。圧
延後、水素１０％および窒素９０％の還元性ガス気流中
において、１１００℃の温度で１時間加熱処理した。さ
らに空気中において、８００℃の温度で２時間加熱処理
して、シーズヒータを完成した。また比較のため、上記
の助焼結剤を含むマグネシア粉末だけからなるシーズヒ
ータを、上述と同じ条件で作成した。実施例１と同様の
条件で、それぞれの特性を測定した。

これらの結果を第３表に示す。第３表の結果から明らか
なように、寿命は５０００回以上となつた。

以上、実施例１〜３に示した様に、本発明の方法により
、作成したシーズヒータは、通電時における金属パイプ
表面温度８００℃での高温で、絶縁抵抗が２ＭΩ以上あ
り、多湿雰囲気中での絶縁性がよい。

また表面温度８００℃という高い温度での寿命試験にお
いて、絶縁劣化もなく、助焼結剤とヒータ線との反応を
２相光填することにより、抑制しているため寿命は従来
のものに比較して４〜５倍長くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシーズヒータの絶縁材の充填のし方を
示す断面図、第２図は本発明の一実施例におけるシーズ
ヒータの断面図である。１・・・・・・充填用仕切管、２・・・・・・金属パイ
プ、３・・・・・・コイル状ヒータ線、４・・・・・・
端子、５・・・・・・マグネシア粉末充填口、６・・・
・・・助焼結剤含有マグネシア粉末光填口、７・・・・
・・マグネシア焼結相、８・・・・・・マグネシア粉末
相。

Claims

【特許請求の範囲】１金属パイプと、上記金属パイプ内に設けられるコイ
ル状ヒータ線と、上記パイプとヒータ線間を電気絶縁す
る絶縁性充填剤からなるシーズヒータにおいて、上記ヒ
ータ線のコイル内にはマグネシサ粉末が充填され、上記
金属パイプとヒータ線の間には助焼結剤を含むＭｇＯを
１０００〜１３００℃の温度範囲で熱処理されたＭｇＯ
焼結体を有することを特徴とするシーズヒータ。２金属パイプ、コイル状ヒータ線、それらの間に充填
される電気絶縁充填材とからなるシーズヒータの製造方
法において、充填用仕切管を金属パイプとヒータ線との
間に挿入し、上記仕切管の内側には通常のＭｇＯ粉末を
、一方充填用仕切管と金属パイプとの間には助焼結剤を
含んだＭｇＯ粉末を、同時に振動充填させながら、その
充填速度に合せて充填用仕切管を上部に移動させ、充填
終了時には充填用仕切管を金属パイプの外に抜き取るこ
とにより、ヒータ線のコイル内には通常のマグネシア粉
末を充填し、金属パイプとコイル状ヒータ線との間には
助焼結剤を含むＭｇＯ粉末を充填し、１０００〜１３０
０℃の温度範囲で熱処理することにより上記助焼結剤を
焼結することを特徴とするシーズヒータの製造方法。３特許請求の範囲第２項の記載において、助焼結剤が
ＣａＯ−Ｂ＿２Ｏ＿３系の化合物、ガラス、またはそれ
らの混合物であることを特徴とするシーズヒータの製造
方法。４特許請求の範囲第２項の記載において、助焼結剤が
ＣａＯ−Ｂ＿２Ｏ＿３−ＳｉＯ＿２系の化合物、ガラス
、またはそれらの混合物であることを特徴とするシーズ
ヒータの製造方法。５特許請求の範囲第４項もしくは第５項の記載におい
て、助焼結剤のＭｇＯに対する含有量は１〜３０重量％
の範囲の量であることを特徴とするシーズヒータの製造
方法。