JPS6077395A - ２段絶縁構造を有する金属管装電熱体 - 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】 この発明は外装保護管どして鋼管、鋼質、ステンレス鋼
筈あるいは特殊合金管等の金属管を装備した金属色装°
市熱体に関りるもので、特にその絶縁構造の改良に関づ
るものである。

金屈質装電熱体どしては、いわゆるカー１〜リツジヒー
タとシース゛ヒータがある。カートリッジヒータは、主
として穿孔した金属部に挿入して使用されるイン量ナー
トヒータで、セラミックコアに形成した保持孔に電熱線
を挿通保持づる両巻タイプと、セラミックコアの外周に
電熱線を旧する外巻タイプとの２秤類があるが、いづ゛
れも外装金属管に挿入した後、空隙部にマグネシア、シ
リカ、アルミナ等の無機質耐熱絶縁′４３）木を密実に
充填してなるものである。また一方シーズヒータは４夕
１本加熱、気体加熱、金属面への接触加熱などあらゆ′
　る加熱目的に対して広汎４Ｔ用途をもつ金属筐装電熱
体で、両端部に端子を連結した電熱線を外装金属管の中
心に配し、空隙部に無（！＋Ａ質耐熱絶縁粉末を密実に
充填した構造を有している。

第１図は、従来から用いられている外巻タイプのカート
リッジヒータの一例を示ＴＪ縦断面図で、Ｌラミック＝
１７１の貫通穴にり一１〜線２を仲通し、これと電気的
に接続してヒラミックコアの外周に電熱線３を巻装し、
外装金属管４に′ＪＡ填して空隙部に無機質耐熱絶縁粉
末５を充填し、スウ］、−ジング加Ｉ　、ロール加工、
ドローインク加工、ブレス加工等によってヒータ外径を
減径・絞縮して充填粉末を密実状態とし、防湿封口剤６
で封口処理を施していた。

無機質耐熱絶縁粉末５としては、電融マグネシーア＜Ｍ
（ＩＱ）が多１月されており、吸湿性が人きいため、吸
温による絶縁劣化を防ぐために防θ１＝１０剤６で月日
処理を施しているものであり、封口剤としてはガラスあ
るい（Ｊシリコン樹脂が用いられている。しかしながら
、ガラス月日のみでは使用中の熱膨張によりクラックが
入り防湿処理としては完全ではなく、またシリコン樹脂
の場合には、耐熱温度が２００℃以下と低く、しかも希
釈剤としての有機溶剤がしばしばヒータ内部に侵入し、
黒化現象を起し、絶縁不良ひいては地絡を誘起していた
のである。またガラス封口は、上記に加え、電気炉中で
行うため、冷却１こよりヒータ内部が減圧状態となり、
１ｉｉ４？ｌＳ圧試験中、あるいは使用電圧の高いもの
にあっては、内部で放電を起すなど絶縁不良を起し、や
はり地絡現象を誘発していた。

絶縁不良が発生し、地絡づると電熱線の溶断から外装金
属管の破壊に及び、被加熱体、たとえば金型のｌｉｌ傷
を惹起すると共に欠ＩＩ　したヒータの抜出を困が「に
し１、生産機械を長期に渡ってｆｆ　Ｊｌ：づることを
余儀なくされるなど重大なＩＱ失をｌｉｌ　＜欠点があ
った。

そもそも、上記外巻タイプのカー１〜リツジヒーク及び
両巻タイプのカー１−リッジヒータに限らず、シーズヒ
ータを含め、完全な」・１０処理を施りこと自体きわめ
て困難である。　リ゛なわら、金属管製電熱体を構成づ
るづへての材質の線１１′Ｊ３眼差を吸収して、完−金
な防湿封口処理を施し得る耐熱絶縁１１０剤は現在の所
皆無である。囚に、外装金属管に多用される５ＵＳ３０
４の線膨張係数は、１６７ＸＩＯ−６／”Ｃであり、充
填絶縁粉末どして多用されている電融マグネシア（Ｊ、
単結晶で８０〜１２．８Ｘ　１０−６　／℃である。両
者間の線膨張係数の相違は、そのまま即、防湿処理の困
ｆｌｌ性及び絶縁不良に通ずるものとも言える。このＪ
：うに不完全な封口処理を施した場合、微小隙間よりヒ
ータ内部に侵入した湿気を外部に飛散させカ１い悪１′
１川を生じ、１、（１つて絶縁回復をＲらせる結果とな
っていたのが現状と言える。

そこで、この発明の目的とづ”るところは、基本的には
、絶縁性能の向上を封口処理に頼ることなく達成しよう
とりるところにあり、またたとえ、過負荷現象等、何等
かの原因によって電熱線が溶断づるにうな事故が生起し
た場合においても、また封口処理に起因づるヒータ内部
の黒変化によって絶縁不良を生起した場合においでも、
その影響をヒータ内部にのみ止め、外部にまで波及しな
い金属管製電熱体を提供するところにある。

上記目的のため、この発明においてｌよ外装金属管を内
側金属管と外側金属管の内外２重性構造とし、しかｂそ
の両名間に無機質耐熱絶縁粉末を密実に充１ＩＹｔｔ、
、内側金ｆｉ！笥及びその内部に密実に充填された無（
浅黄耐熱絶縁粉末と、外側金属管と内側金属管の間に別
途独立に密実状態で充填された無機質耐熱絶縁粉末とに
よつＣ１２段絶縁Ｍ４造の金属性装発熱体としたもので
あり、こ１口こまって、艮１１１Ｊに渡つぐ高い絶縁抵
抗を保有させると共に漏洩電流を茗しく抑制し、Ｊ：た
、たとえ内側金属管内において絶縁破壊現象が生起して
も、内側金属管内にその影響を止め、外側金属管にまで
及ばづ゛、地絡現象を有効に防止し得ることを確認した
のぐある。

第２図は、この発明に係る金属管製電熱体の一種である
外巻タイプのカートリッジヒータの一例を承り縦断面図
で、図中、従来例と同様のｌ＞ｉ酸部分は同一符号で示
している。すなわら、セラミックコア１の貫通穴にリー
ド線２を挿通し、これと電気的に接続した電熱線３をし
ラミックコア１の外周に巻装している点においくは従来
例と同様である１、この発明においては、これら電熱体
要素を先ず内側金属慎４８に装置眞し、空隙部に無機質
耐熱絶縁粉末５ａを充填し、さらに外側金属性４］）に
装填した後、内側金属管４ａと外側金属餘４１）との間
隙部に別途無機質ｌｌ１４熱絶縁ｔ））末５１＋４光填
し、全体的に減径・絞縮加工を施して充填絶縁わ）末を
密実状態どし、乾燥後絶縁粉末５１）の端末に防湿封口
剤６ａを施したものζある。このｌ！／Ｊ湿１・１口剤
としては、ガラスとシリ：１ン樹脂を（Ｊｊ用している
。この場合、月口部が狭隘て、′６ｖ８服差か小さい！
こめ、クラックの発生も少く、高い絶縁抵抗を長門に渡
って保有させることが可能である。絶縁粉末５ａの端末
部は格別の月口処１！ｌ！を施さず、速やかに通電自己
回復を行わしめるようにしている。なお熱論、使用環境
によれば、絶縁粉末５１）の端末部の月日処理を省略し
ても良く、また逆に、絶縁粉末５ａ、５ｂの両端末部に
同一ないし貸（・トの月日処理を施しても良い。図示の
例において（よ、絶縁粉末５ａの端末部に］１０処理を
施していないので、封口剤の希釈用有機溶剤がヒータ内
部に侵入して畠温部に接りることがないため、黒化現象
を生起づることもなく、また、ヒータ内部の減圧状態に
よる放電現象も大気圧下でバランスされ、全く起り得な
い。かかる２段絶縁構造の効果は大であり、上記実施例
のカートリッジヒータによって、ヒータ表面温；αと絶
縁抵抗並びにヒータ表面）品度と漏洩電流の関係をテス
トしたところ、第３図及び第４図に示す結果が得られた
ものであり、実施例＜Ａ）が従来品（Ｂ）に比し、いず
れの点においも勝っていた。

第５図は、向きタイプのカー１〜リツジヒータにおける
この発明の一実施例を示？Ｉらので、レラミックコア７
の保持孔に電熱線８を挿通保持し、内側金属管４ａに装
填して空隙部に無鵬費耐熱絶縁ｒ５）末５ａを充填し、
さらに底眉子９を配しＣ外側金属管４１）に装填した後
、内側金属色／Ｉ　ａと夕日）１金属管４１＋どの間隙
部に別途無機質耐熱絶縁粉末５１）を充填し、全体的に
減径・絞縮加工をｈ色して充填絶縁粉末を密実状態とし
、乾すへ・）後絶縁粉木５１＋の端末にガラス封口剤１
０’ｇ施し、さらに全端末に渡って防湿１１口剤６ａを
施りどとしに、引き出した電熱線８とリード線１１を口
碍子１２内にａ３いて圧着端子１３で接続しζＪ３す、
外側金属管４１）は図示通り、その開口端’ｅ　Ｄ　Ｖ
３了１２のｊ四部に圧接した構造どなっている。

さらにまた第６図は、シーズヒータにこの発明を適用し
た場合の一実番例を示りｂので、両端部に端子１４を接
続した電熱線１５を先ず内側金属管１ａの中心に配し、
空隙部に無機質耐熱絶縁粉末５　ａを充填した後、さら
に外側金属管４ｂに装置４１シ、内側金属管４ａと外側
金属管４　ｂとの間隙部に別途無機′ｆＩ耐熱絶縁粉末
５ｂを充填し、全体的に絞縮・減径して充填絶縁粉末を
密実状態とし、絶縁粉末５ｂの端末にガラス１６とシリ
コン樹脂１７１）２段１′Ｊ口を施したものである。

なお、前記カートリッジヒータめ例にＪ３いては、いず
れも、内側金属管４８及び外側金属管４１）ともイ１底
の金属管を例示しているが、２段絶縁構造を達成し得る
限り、有底に限られるものではなく、例えば第８図に示
りごとく、無底の外側金属管４ｂとし、防湿利口剤６ａ
を前端部・後端部の２箇所に施り（笥造、あるいは第９
図に示すごとく。

底両了１８を保持できる程度の鍔部を設（〕た外側金属
管４　ｂとしても良い。

東−りるに、金属管装置熱体にＪｊける外装金属管を内
外２車管棉込とし、内側金属管内に充填した無１幾貿耐
熱絶縁粉末と別個に、内側金属管と外側金属性どの間に
無機質絶縁粉末を充填した２段絶縁（ｊ４造を特徴とシ
イ）もので、充１ｎわ）末とじで（Ｊ電バ１；マグネシ
ア（ｆｖｌｏｏ）、アルミナ（ＡＡｚ　０３　）、シリ
ツノ（ＳｉＯｚ）、窒化硼素（１３Ｎ　＞等が用いられ
、内外同一粉末でしまＩこｎ　１ｉｌｉ　１５）未Ｃし
良く、さらにまたこれらを適宜五合使用してし良い。

窒化１素（ＢＮ）は比較的、τ゛シ８価（あるが、ステ
ンレス同等の熱伝導性と高温での高い電気絶縁刊があり
、池の酸化物セラミックスより濠れＣいるのＣ１２段「
１、づ４ｉ−わら内側金属性と夕１側金属１゛へとの間
に充填づる絶縁粉末として用いれば使用化が少＜Ｋ　＜
て良く、１段目、η４ｃわち内側金属管内に充填づる絶
縁粉末に比較的安１ｌＴｌｉなアルミナ（、ＡＡ２０３
）を１ｉ体に使用づることにより、高性能Ｃ゛安価ヒー
タを提供づることｈＫ　”Ｃきる。

なお、熱論、１段目、２段目ｊ（に、Ｖ記絶縁杓木を適
宜混合して使用しても良い。

また内り）側に使用づる金属性は、実／１１匂例にＪｊ
いテハ共に：　Ｌ　’０．５　ス’−ｒ　ｌ：／　Ｌ／
　スｆ（管（ＳＬＩＳ３０４　）を使用したか、その他
、Ａ−ステシイ１−系スラーンレスはもとより、チタン
、鋼、銅、ｆｌ、銅、アルミニウム、ハステロイ（商品
名）、インコネル〈商品名）およびインコロイ（商品名
）等、各種の金属管を使用づることかできる。２段目絶
縁部にガラス川口処理を行うときは、線ｒｆＪ５服係数
の近似なしの、ＩＩＹましくけ同材質のものにづるのが
気密性の点で実績十信卸性が高い。しかしながら、耐蝕
性を要求される用途に対しては、外側金１１Σ管のみ、
チタン、ハステロイ、イン＝１ネル、インコロイ及び５
ＵＳ３１６等を用い、内側金属管には熱伝導・ｒの良り
Ｙな銅、ｔ６５６、畝又はステンレス等の異種祠を用途
に応じて選択使用することが望まれる。

４Ｔお内側金属管の肉厚は、どちらかといえば、ぐきる
だ（）薄いもの、たとえば０．１〜２２　ｍｍ程度の−
６のが好ましく、あまり肉厚があるとヒータ外径＝Ｊ法
が大きくなるきらいがある。

１メ上ＫＴＩ　１ｉｊｌ　したところから明らかな通り
、この発明に係る金属管装電熱体は、外装金属管を内側
金属管と外側金属τ′（の内外２重管（ｆ１１造とし、
両省間に、内側金属管内に充填した絶縁粉末とは別途、
さらに無（浅黄耐熱絶縁扮末を密実に充填したことを１
セＩ徴どづるものであり、高温時にｄ３　Ｌ：Ｊる謡洩
雷流の減少効果が高（、絶縁抵抗も良りγＣ・あり、安
全性の向−ヒを図り１ｑだもの１・ある。ｊ、た、たと
え、過負荷現象等、何等かの原因によって電熱線が溶断
じたり、１寸口処理を施した」３合においてその月口剤
に起因づる黒化現象か介ａシｉ、：揚合であつ（ム、そ
の影響を内側金属管内に留めることができ、地絡現象に
まで至らづ゛、外側金属管の破１ψｊにまでは〒らない
ため、液加だ）物を損傷りる危険１！Ｉｂ少イＩく、ま
たツノ−１〜リツジヒータのようなイン１ナー１〜（ψ
用においてし、容易に１ム出覆ることができるという利
点も有し−Ｃいる。さらにまた、内側金属管は、耐熱絶
縁粉末の中にあり、熱１ムｊ５率は絶ｉイ。

粉末より高いこと）〕冒ろ、均熱板の効果を生じ、ヒー
タ外表面の温度分布を改善しくｎる利点も右している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の外巻タイプのカー１〜リツジヒータの
一例を示覆縦断面図、 第２図は、この発明に係る外在タイプのｊＪ−１−リッ
ジヒータの一実施例を示す縦断面図、第３図は、この発
明に係る外巻タイプのカートリッジヒータ（Ａ）と従来
品（Ｂ）の絶縁抵抗の比較グラフ、 第４図は、同カートリッジヒータ（△）と従来品（Ｂ）
の漏洩電流比較図、 第５図は、この発明に係る両巻タイプのツノ−１〜リツ
ジヒータの一実施例を示づ縦断面図、第６図は、この発
明に係るシーズヒータの一実施例を示７１縦断面図、 第７図は、第６図におけるイ部分の拡大図、第８図は、
この発明に係る外巻タイプのカー１〜リツジヒータの他
実施例を示す縦ＩＤｉ面図、第９図は、この発明に係る
外巻タイプのカー１〜リツジヒータのさらに他の例を承
す縦断面図Ｃある。 １・・・セラミックコア　２・・・リード線３・・・電
熱線　４ａ・・・内側金属管７１ｂ・・・外側金属管 ５ａ、５ｂ・・無ｌ浅黄耐熱絶縁ｆ５）末第２図 ヒータ表面ｊ量度（０す ＠４図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　外装金属管内の所定位置におい（、ヒラミック
   コアを介し、あるいは介さずに電熱線を配置し、空隙部
   に無（浅黄耐熱絶縁粉末を密実に充填してなる金屈恰装
   電熱体にＪ３いて、外装金属管を内側金属管と外側金属
   管の内外２重管構造とし、内側金属管内及び内側金属管
   と外側金属管との間に各々ツバ（１幾貿耐熱絶縁粉末を
   密実に充填してなる２段絶縁１Ｍ造を右づる金属管共電
   熱体。