JPS6030076B2

JPS6030076B2 - シ−ズヒ−タおよびその製造方法

Info

Publication number: JPS6030076B2
Application number: JP16347378A
Authority: JP
Inventors: 英賢川西; 嘉浩松尾; 正紀藤村; 昇成尾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-12-28
Filing date: 1978-12-28
Publication date: 1985-07-13
Also published as: JPS5590094A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はシーズヒ−夕およびその製造方法に関するもの
で、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、且つ高温度下で長時
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
れを製造するのに通した方法を提供するものである。

従来のシーズヒータにおいて、金属パイプとヒータ線と
の間につめる絶縁充填剤としてマグネシャ粉末が使用さ
れている。

マグネシャ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。しかし、これは吸湿性があるための
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
いう欠点を持っている。従って、シーズヒータの絶縁充
填剤としてマグネシャ粉末を使用すると、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、マグネシャ粉末が吸湿し
ないように、シーズヒータの端子部をシリコーンゴムが
低融ガラスで封止したり、Ｃａ○−Ｚ０３系またはＣａ
Ｏ−Ｂ２０３−Ｓｊ０２系助競給剤をマグネシャ粉末に
添加し、加熱処理するといっ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（８００００）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（２ＭＯ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が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□体にクラックが生じることがあり
、無封口に近い状態となり、マグネシャ粉末の吸湿が起
こり、絶縁抵抗が急激に低下し、使用不可能となる。ま
たこのシリコーンゴム等により封止効果が完全に行なわ
れている場合でも、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できなくな
り、実用上使用不可能となる場合がある。一方、Ｃａ○
一＆０３系またはＣａ○−＆０３−Ｓｉ０２系助焼結剤
を含有したマグネシャ粉末を用いたシーズヒータでは、
かなり高温（１１００ｑｏ〜１３００００）で熱処理を
するため、ヒータ線の組織が粗大化したりもろくなった
りし、助暁結剤の組成によってはこれらの肋競結剤とヒ
ータ線とが反応し、ヒータ線の断線を促進するといった
現象が生じ、シーズヒータの寿命を短かくする。このよ
うに何れの方法においても、高温で使用する際それぞれ
の欠点があり、長時間の使用に耐え得るものではない。
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、なお且つ高温で使用した
際、シーズヒータの寿命を長くする絶縁充填剤が望まれ
る。本発明にかかるシーズヒータの特徴は、ヒータ線と
金属パイプとを絶縁するために、カルシウムを酸化カル
シウムに換算して０．５〜１の重量％、棚素を酸化棚素
に換算して０．５〜１の重量％、珪素を酸化珪素に換算
して０．５〜１０重量％、および亜鉛を酸化亜鉛に換算
して０．５〜２の重量％を含むマグネシャを使用してい
ることにある。

これにより、６００００〜１１００００の範囲内の温度
で暁結させることができ、ヒータ線の粗大化およびヒー
タ線と助競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
ヒータの絶縁充填剤として、酸化カルシウム成分０．５
〜１０重量％と酸化棚素成分０．５〜１の重量％と酸化
珪素成分０．５〜１の重量％および酸化亜鉛成分０．５
〜２の重量％を含むマグネシャ粉末を使用し、これを金
属パイプとヒータ線との間に充填してから６００００〜
１１００００の範囲内の温度で加熱処理することを特徴
とするマグネシャに対する添加成分として、酸化カルシ
ウム、酸化側素、酸化珪素および酸化亜鉛を使用するこ
とにより、標準形状のシーズヒータ（金属パイプの長さ
４０仇肋、外径６．６柳、コイル状ヒータの外周径３肌
）において、通電時における金属パイプ表面温度８００
００での高温で、絶縁抵抗が２ＭＯ以上であり、相対湿
度９５％、温度４０００の雰囲気中に１４日放置したと
きの最低絶縁抵抗が２ＭＱ以上あり、なお且つ通電によ
り金属パイプ表面温度８００００での寿命試験（２０分
通電、１０分休止を１サイクルとする）において、５０
００回以上持つシーズヒータを提供することができる。

以下本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例１マグネシャ粉末として、一般にシーズヒータの絶縁充填
剤に使用されている粒度３７〜４２０一肌の露融マグネ
シャ粉末を用いた。

また、酸化カルシウム成分としては市販の試薬特級炭酸
カルシウム粉末、酸化棚素成分としては市販の試薬特級
無水酸化側素粉末、酸化珪素成分としては市販の試薬特
級無水シリカ粉末、酸化亜鉛成分しては市販の試薬特級
酸化亜鉛粉末をそれぞれ使用した。これらの粉末を第１
表に示すような重量比率になるように配合し、振動式混
合機を用いて乾式混合した。第１（但し※は比較例）この混合粉末を絶縁充填剤として、金属パイプとこのパ
イプ内に挿通されたコイル状のニクロムヒータ線との間
に振動させながら図面に示すように充填した。

図において１は金属パイプ、２はニクロムヒータ線、３
は端子、４は絶縁充填剤である。充填を終えてから金属
パイプを圧延減律して、その長さを７０仇吻、外径６．
６側とした。この圧延減摩によって、絶縁充填剤の充填
率は８０〜８５％に高められた。次に水素１０％および
窒素９０％の還元性ガス気流中において、１０５０００
の温度で３船ご間加熱処理をし、シーズヒータを完成し
た。上述のようにして作成した各試料のシーズヒ−夕そ
れぞれを５個づつ用意し、これらをまずヒータ線に通電
した発熱させ、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４０００、相対湿度９５％の恒溢恒湿
槽中に入れ、１４日間放置した。この間において、絶縁
抵抗が最も低くなったときの値を最低絶縁抵抗とした。
更に、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た発熱させ、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。これらの特性を測定後、金属パイプの表面温度が８
００００となる一定電圧の元で２０分通電、１０分休止
の寿命試験を行ない、ヒータ線が断線するまでの回数を
調べた。それぞれの条件下での測定結果を第１表に平均
値として示している。比較のために、マグネシャ粉末の
みの絶縁充填剤を使用して、上述と同じ条件でシーズヒ
ータを作成し、それぞれの絶縁抵抗の測定および寿命試
験を行なった。これらの結果も第１表に示している。第
１表から明らかなように、表面温度８００００での絶縁
抵抗は添加成分の量の増加とともに熱伝導が低下するた
め、減少する傾向にある。酸化カルシウムではその量が
１の重量％を越えると２ＭＱ以下になる（試料２０）。
また酸化棚素および酸化珪素ではその何れかの量が１の
重量％を越えると２ＭＱ以下になる（試料１８１９）。
酸化亜鉛ではその量が２０重量％を越えると２ＭＱ以下
になる（試料２１）。ところが多湿雰囲気中に放置する
と、酸化カルシウム成分、酸化棚素成分、酸化珪素成分
、および酸化亜鉛成分がそれぞれ０．５重量％未満であ
るとマグネシャ粉末の糠結が不充分となり、最低絶縁抵
抗は非常に低い（試料１、２、３）。更に、多湿雰囲気
中に１４日間放置してから通電発熱させたとき最低絶縁
抵抗は、酸化カルシウム成分、酸化棚素成分、酸化珪素
成分および酸化亜鉛成分がそれぞれ０．５重量％未満と
少なすぎると２ＭＱ以下となる。寿命試験では添加成分
の量の増加とともに熱伝導が低下し、シーズヒ一タ内部
の温度上昇が著しく、ヒータ線の寿命を短かくする傾向
にある。特に、酸化カルシウム、酸化棚素および酸化珪
素では何れかの量が１の重量％、た酸化亜鉛では２の重
量％を越えると５０００回以下となる。試料４〜１７か
ら明らかなとおり、酸化カルシウム成分が０．５〜１の
重量％、酸化棚素成分が０．５〜１の重量％、酸化珪素
成分が０．５〜１０重量％および酸化亜鉛成分が０．５
〜２の重量％のとき、金属パイプ表面温度８００００で
の絶縁抵抗および多湿雰囲気中あるいはその後の通電時
における電気絶縁抵抗は何れも２ＭＯ以上であり、且つ
寿命試験においても５０００回以上ある。これは、実用
上要求される条件を満足する値である。実施例２実施例１の試料１１と同じ条件で絶縁充填剤を調整し、
これを金属パイプとヒータ線との間に充填した。

充填を終えてから、金属パイプを圧延減摩してその長さ
を７０仇吻、外径６．６肌とした。この圧延減径した金
属パイプの両端に電流を流し、ジュール発熱により金属
パイプの温度を３硯砂・間で１１００℃に昇温したのち
電流を止め冷却、焼錨を行なった。糠鈍した金属パイプ
をＵ字形に曲げ加工し、空気中、窒素中、２５％窒素と
７５％水素との混合ガス中において、種々の温度で３０
分間加熱処理した。このようにして得られたＵ字形シー
ズヒータについて、実施例１と同じ条件で絶縁抵抗を測
定した。更に同じ条件で寿命試験を行なった。その結果
を第２表に示している。第２表
（但し※は比較例）第２表の結果から明らかな
ように、加熱温度が６００００以下のとき、多湿雰囲気
中での最低絶縁抵抗および多湿雰囲気中放置後の通電加
熱時における最低絶縁抵抗は２ＭＯ以下となる。

空気雰囲気中処理温度が９００ｏ○以下になると金属パ
イプの酸化による腐食が進行し、寿命試験に悪影響を与
え、５０００回以下となる。しかし９００００以上の温
度で熱処理する場合、還元性および中性雰囲気中で処理
すると５０００回以上となる。加熱処理温度が１１００
００以上になると、還元性および中性雰囲気中において
もヒータ線が添加物と反応したりヒータ線の組織が粗大
化するため、寿命は低下する。以上の結果から明らかな
ように、加熱温度が６００００〜１１００００のとき、
通電時（金属パイプ表面温度８００り０）における絶縁
抵抗、多湿雰囲気中での最低絶縁抵抗および多湿雰囲気
中放置後の通電加熱時における最低絶縁抵抗は実用上必
要とされる２ＭＯ以上であり、なお且つ寿命試験におい
て５０００回以上もつ。加熱処理温度が特に９００ｏｏ
〜１１００００のとき、多湿雰囲気中における絶縁抵抗
が１０ＭＱ以上あり極めて高い絶縁抵抗のシーズヒ−夕
を得ることができる。これは上述の酸化カルシウム成分
、酸化柳素成分、酸化珪素成分、酸化亜鉛成分、マグネ
シャ成分系の組成物の融点が９００℃〜１１００００の
温度領域にあるため、この温度域で加熱処理することに
よって絶縁充填剤が液相糠結するからである。実施例
３市販の試薬特級の炭酸カルシウム、酸化棚素、酸化珪素
、酸化亜鉛粉末を重量比でそれぞれ２：３：１：４の割
合に配合し７００００の温度で熱して反応させた。

この反応生成物を粉砕して、それを粒度３７〜４２０〃
ｍの蚕融マグネシャ粉末に１政寸９０の重量比で配合し
た。これを使用して、その他は実施例１（実施例２も可
能）と同じ条件で、シーズヒ−夕を作った。このシーズ
ヒータの金属パイプ表面温度８００００での絶縁抵抗お
よび多湿雰囲気（４０つ０、９５％）中に１４日放置し
た際の最低絶縁抵抗、ならびに放置後の通電加熱時の最
低絶縁抵抗を測定したところ、それぞれ２．則ＭＱ、３
５．２ＭＱ、２．７ＭＱであった。また寿命試験を行な
ったところ９８１０回もった。このように添加成分を予
じめ仮焼成しておくことにより絶縁抵抗はわずかに高く
なり、シーズヒータの寿命を長くすることができる。実
施例４市販の試薬特級の炭酸カルシウム、酸化側素、酸化珪素
、酸化亜鉛粉末を重量比でそれぞれ２：３：２：３の割
合に配合し、１２００００の温度で白金ルッボにて熔融
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１〜１０仏のに粉砕し、それを３７
〜４２０山肌の雷融マグネシャ粉末に１５対８５の重量
比で配合した。これを使用して実施例１（実施例２も可
能）と同じ条件でシーズヒータを作った。このシーズヒ
ータの金属パイプ表面温度８００００での絶縁抵抗およ
び多湿雰囲気（４０℃、９５％）中に１４日間放置した
際の最低絶縁抵抗ならびに放置後の通電加熱時の最低絶
縁抵抗を測定したところ、それぞれ２．３ＭＱ、４３．
８ＭＱ、２．９ＭＯであった。寿命試験は１３８５０回
と非常に良い結果であった。本発明のシーズヒータは以
上述べたように実施し得るもので、通電時における金属
パイプ表面温度８００００での高温で絶縁抵抗が２ＭＱ
以上あり、多湿雰囲気中での絶縁性も良い。

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、製造時において加熱処理温度を下
げることにより肋焼結剤とヒータ線との反応を著しく抑
制し、寿命を５０００回以上もつシーズヒータを得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例におけるシーズヒータの断面図で
ある。１・・・・・・金属パイプ、２・・…・ニクロムヒータ
線、３・・・・・・端子、４・・・・・・電気絶縁充填
剤。

Claims

【特許請求の範囲】１カルシウムを酸化カルシウムに換算して０．５〜１
０重量％、硼素を酸化硼素に換算して０．５〜１０重量
％、硅素を酸化硅素を換算して０．５〜１０重量％、亜
鉛を酸化亜鉛に換算して０．５〜２０重量％を含むマグ
ネシヤによつて、ヒータ線と金属パイプとを絶縁してな
ることを特徴とするシーズヒータ。２酸化カルシウム成分を０．５〜１０重量％、酸化硼
素成分を０．５〜１０重量％、酸化硅素成分を０．５〜
１０重量％、酸化亜鉛成分を０．５〜２０重量％を含む
マグネシヤ粉末を電気絶縁充填剤とし、これをヒータ線
と金属パイプとの間に詰めた後、６００℃〜１１００℃
の範囲内で加熱処理することを特徴とするシーズヒータ
の製造方法。３電気絶縁充填剤をヒータ線と金属パイプとの間に詰
めた後、還元性雰囲気中または中性雰囲気中において９
００℃〜１１００℃の範囲内の温度で加熱処理すること
を特徴とする特許請求の範囲第２項記載のシーズヒータ
の製造方法。４酸化カルシウム成分、酸化硼素成分、酸化硅素成分
、酸化亜鉛成分をそれぞれ粉末の形でマグネシヤ粉末に
添加混合して、電気絶縁充填剤とすることを特徴とする
特許請求の範囲第２項または第３項記載のシーズヒータ
の製造方法。５酸化カルシウム成分、酸化硼素成分、酸化硅素成分
、酸化亜鉛成分の４成分を予じめ反応させ、得られた反
応生成物を粉末状にし、この粉末をマグネシヤ粉末に添
加混合して電気絶縁充填剤とすることを特徴とする特許
請求の範囲第２項または第３項記載のシーズヒータの製
造方法。６電気絶縁充填剤をヒータ線と金属パイプとの間に詰
めた後、金属パイプを圧延減径し、焼鈍し、曲げ加工し
た後、されに加熱処理するシーズヒータの製造方法にお
いて、上記電気絶縁充填剤を０．５〜１０重量％の酸化
カルシウム成分、０．５〜１０重量％の酸化硼素成分、
０．５〜１０重量％の酸化硅素成分および０．５〜２０
重量％の酸化亜鉛成分を含むマグネシヤ粉末で構成し、
かつ上記加熱処理を６００℃〜１１００℃の範囲内の温
度で行うことを特徴とするシーズヒータの製造方法。７酸化カルシウム成分、酸化硼素成分、酸化硅素成分
、酸化亜鉛成分をそれぞれ粉末の形でマグネシヤ粉末に
添加混合して、電気絶縁充填剤とすることを特徴とする
特許請求の範囲第６項記載のシーズヒータの製造方法。８酸化カルシウム成分、酸化硼素成分、酸化硅素成分
、酸化亜鉛成分の４成分を予じめ反応させ、得られた反
応生成物を粉末状にし、この粉末をマグネシヤ粉末に添
加混合して電気絶縁充填剤とすることを特徴とする特許
請求の範囲第６項記載のシーズヒータの製造方法。