JPS6258118B2

JPS6258118B2 -

Info

Publication number: JPS6258118B2
Application number: JP8788581A
Authority: JP
Inventors: Hidesato Kawanishi; Noboru Naruo
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-06-08
Filing date: 1981-06-08
Publication date: 1987-12-04
Also published as: JPS57202672A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はシーズヒータに関し、特に寿命が長
く、かつ長時間使用後の高温での絶縁抵抗値（以
下熱時絶縁抵抗値と称す）の高いシーズヒータを
提供しようとするものである。一般にシーズヒータは第１図に示すように両端
に端子棒１を備えたコイル状の電熱線２を金属パ
イプ３に挿入し、この金属パイプ３にマグネシア
粉末等の電気絶縁粉末４を充填してなり、必要に
応じて金属パイプ３の両端を低融点ガラス５およ
び耐熱性樹脂６で完全封口してなるものである。
この加熱部品としてのシーズヒータは、その非常
に優れた性能・品質・簡便さなどから飛躍的に多
用されてきており、家電製品を初め、各種工業用
や宇宙開発・原子力などの特殊用途に至るまでそ
の市場範囲は拡大してきている。その中でも高温
用シーズヒータの用途は今後さらに伸びていくも
のと思われる。ところが、世界的視野で高温用シーズヒータの
性能および品質の現状をみると、十分に熱時絶縁
抵抗値を保証し、かつ耐久性能を保証しうるシー
ズヒータが存在していなかつた。特に諸外国では生活環境や規格および国民性の
違いによつて、吸湿絶縁性能をあまり重視せず
に、むしろ簡便な樹脂封口やプラスチツク成型体
などでの封口ですましているものがほとんどであ
つた。ところが、ガラス等で完全封口したもの以外
は、ほとんど密封が不十分であつたり、透湿性が
あつたりして、高温多湿の条件下に長期間おかれ
ると、その絶縁性を著しく劣化させてしまい、感
電や漏電等の事故となる危険があつた。これに対し、ガラス５により完全封口したもの
は耐湿性能が極めて良好であることが知られてい
る。しかし、完全封口を施した場合、ヒータ使用時
の温度が650℃を超えると熱時絶縁抵抗値が低下
し、結果的に耐久性能が悪くなる現象がみられ
た。特に金属パイプ３の表面温度が高くなるほど
この傾向が著しくなつていた。この理由は以下の通りであると想定される。す
なわち、完全封口されたシーズヒータの内部は酸
素が不十分であり、電熱線２が酸化しても非常に
薄い酸化膜となり、しかもこの酸化膜は不連続で
ある。また、酸化反応によりシーズヒータ内部は
減圧状態となり残存する窒素が酸化膜の不連続な
部分や薄い酸化膜を通つて電熱線２内部に拡散し
消費される。この結果、シーズヒータ内部は真空
に近い状態となる。さらに、シーズヒータ内部が
真空に近い状態になると、酸化膜が使用中に徐々
に蒸発し、続いて電熱線２の成分元素も蒸発に至
る。これらの蒸発した酸化物や金属は電気絶縁粉
末４と反応したり、またごくわずかの空隙に存在
し、熱時絶縁抵抗値を著しく低下させることにな
る。さらに、電熱線２の成分元素の蒸発によつて
電熱線２が細くなり、ついには断線する。このよ
うに従来のシーズヒータは熱時絶縁抵抗値が劣化
しやすく、かつ寿命の短いものであつた。このため、本発明者らは、電気絶縁粉末４に着
目し、各種検討した結果、電気絶縁粉末４として
WO₃，CuO，SnO₂，Fe₂O₃を添加し、電熱線２
の成分元素の蒸発現象を抑えることにより、所期
の目的である長時間使用後の熱時絶縁抵抗値の高
い、かつ寿命の長いシーズヒータが得られるとい
う結論を得ている。しかし、このシーズヒータは添加する酸化物自
体の固有抵抗値がマグネシア等の絶縁粉末に比較
して低いために熱時絶縁抵抗値が全体的に低くな
るものであつた。本発明は上記事情に鑑み、上記従来のシーズヒ
ータの欠点を解消し、さらに酸化物の添加による
熱時絶縁抵抗値の全体的な低下を防止し、所期の
目的を達成するシーズヒータを提供しようとする
ものである。本発明の特徴は、一価元素を固溶させた
WO₃，CuO，SnO₂，Fe₂O₃を添加した電気絶縁
粉末を用いることにある。上記一価元素であるLi，Na，Ｋの群から選ば
れる少くとも一種の元素を固溶させたWO₃，
CuO，SnO₂，Fe₂O₃は固有抵抗値が高くなり、
このWO₃，CuO，SnO₂，Fe₂O₃を添加した電気
絶縁粉末を用いると熱時絶縁抵抗値が低下するこ
とはない。また、上記のWO₃，CuO，SnO₂，Fe₂O₃は、
従来と同様に、電熱線２の成分元素の蒸発現象を
抑える作用をするために、熱時絶縁抵抗値の劣化
や寿命の低下が防止される。以下、本発明の実施例について添付図面を参照
して説明する。実施例１まず、電気絶縁粉末４として、従来使用されて
いた電融マグネシア粉末に、Li，NaまたはＫを
固溶させたWO₃を１重量％添加したものを準備
する。なお、比較例としてWO₃のみを１重量％
添加したもの、および従来例としてマグネシア粉
末のみのものを準備した。またWO₃の粒径は５
ミクロン以下とした。次に金属パイプ３としてNCF2P（商品名イン
コロイ800）を用い、電熱線２としてニクロム線
第１種を用いた。この電熱線２をコイル状とし、
両端に端子棒１を接続し、これを上記金属パイプ
３に挿入後、あらかじめ準備しておいた上記電気
絶縁粉末４を各金属パイプ３に充填し、圧延減
径、焼鈍の各工程を経たのち、さらに金属パイプ
３の両端を低融点ガラス５および樹脂６で完全封
口し外径6.6mm、長さ500mmの試料Ａ〜Ｅを作成し
た。なお、試料番号Ａは従来例、ＢはWO₃を用い
た比較例、ＣはLiを固溶させたWO₃を添加した
もの、ＤはNaを固溶させたWO₃を添加したも
の、ＥはＫを固溶させたWO₃を添加したものを
示す。完成された各試料の初期特性として室温時にお
ける絶縁抵抗値と金属パイプ表面温度750℃での
熱時絶縁抵抗値を測定するとともに、金属パイプ
表面温度950℃とした連続通電による電熱線が断
線するまでの日数を調べ、この結果を第１表に示
す。また、この時の金属パイプ表面温度750℃での
熱時絶縁抵抗値の経時変化を調べ、この結果を第
２図に示す。

【表】第１表および第２図より明らかなように、本発
明の試料Ｃ〜Ｅのシーズヒータでは、初期の熱時
絶縁抵抗値が比較例の試料Ｂと比較して高くなつ
た。また、寿命は、従来例の試料番号Ａに比較し
て長くなり使用中における熱時絶縁抵抗値も高く
なり、一価元素を固溶させないWO₃を添加した
試料番号Ｂと同様の傾向を示した。このように、一価元素を固溶させたWO₃を使
用すると、完成初期の熱時絶縁抵抗値を高めるこ
とができるとともに、長時間使用後の熱時絶縁抵
抗値の高い、かつ寿命の長いシーズヒータを得る
ことができた。実施例２実施例１と同様の電極マグネシア粉末に、Li，
NaまたはＫを固溶させたCuOを１重量％添加
し、電気絶縁粉末４をそれぞれ準備した。また、比較例としてCuOのみを１重量％添加
したものを電気絶縁粉末４として準備した。以下、実施例１と同様にして、試料Ｆ〜Ｉのシ
ーズヒータを作成した。なお、試料Ｆは、CuOを添加した比較例、Ｇ
はLiを固溶させたCuOを添加したもの、ＨはNa
を固溶させたCuOを添加したもの、ＩはＫを固
溶させたCuOを添加したものを示す。完成した各試料について、実施例１と同様にし
て初期特性、熱時絶縁の経時変化寿命を測定し
た。この測定結果のうち第２表に初期特性、寿命
を示す。また第３図に熱時絶縁の経時変化を示す。なお、第１図においてＦ〜Ｉはそれぞれ試料Ｆ
〜Ｉの各シーズヒータの場合を示す。

【表】第２表および第３図より明らかなように、本発
明の試料Ｇ〜Ｉは、初期の熱時絶縁抵抗値が、一
価元素を固溶しない試料Ｆと比較して高くなつ
た。また、寿命は、従来の電融マグネシア粉末のみ
を用いた試料Ａに比較して長くなつた。さらに、使用中における熱時絶縁抵抗値も試料
ＡまたＦよりも高くなり、経時変化は試料Ｆと同
様の傾向を示した。このように、一価元素を固溶させたCuOを使
用することにより、完成初期の熱時絶縁抵抗値を
高めることができるとともに、長時間使用後の熱
時絶縁抵抗値の高い、かつ寿命の長いシーズヒー
タを得ることができた。実施例３実施例１と同様の電融マグネシア粉末に、Li，
NaまたはＫを固溶させたSnO₂を１重量％添加
し、電気絶縁粉末４をそれぞれ準備した。また、比較例としてSnO₂のみを１重量％添加
したものを電気絶縁粉末４として準備した。以下、実施例１と同様にして、試料Ｊ〜Ｍのシ
ーズヒータを作成した。なお、試料Ｊは、SnO₂を添加した比較例、Ｋ
はLiを固溶させたSnO₂を添加したもの、ＬはNa
を固溶させたSnO₂を添加したもの、ＭはＫを固
溶させたSnO₂を添加したものを示す。完成した各試料について、実施例１と同様にし
て初期特性、熱時絶縁の経時変化寿命を測定し
た。この測定結果のうち第３表に初期特性、寿命
を示す。また第４図に熱時絶縁の経時変化を示す。なお、第４図においてＪ〜Ｍはそれぞれ試料Ｊ
〜Ｍの各シーズヒータの場合を示す。

【表】第３表および第４図より明らかなように、本発
明の試料Ｋ〜Ｍは、初期の熱時絶縁抵抗値が、一
価元素を固溶しない試料Ｊと比較して高くなつ
た。また、寿命は、従来の電融マグネシア粉末のみ
を用いた試料Ａに比較して長くなつた。さらに、使用中における熱時絶縁抵抗値も試料
ＡまたＪよりも高くなり、経時変化は試料Ｊと同
様の傾向を示した。このように、一価元素を固溶させたSnO₂を使
用することにより、完成初期の熱時絶縁抵抗値を
高めることができるとともに、長時間使用後の熱
時絶縁抵抗値の高い、かつ寿命の長いシーズヒー
タを得ることができた。実施例４実施例１と同様の電融マグネシア粉末に、Li，
NaまたはＫを固溶させたFe₂O₃を１重量％添加
し、電気絶縁粉末４をそれぞれ準備した。また、比較例としてFe₂O₃のみを１重量％添加
したものを電気絶縁粉末４として準備した。以下、実施例１と同様にして、試料Ｎ〜Ｑのシ
ーズヒータを作成した。なお、試料Ｎは、Fe₂O₃を添加した比較例、Ｏ
はLiを固溶させたFe₂O₃を添加したもの、ＰはNa
を固溶させたFe₂O₃を添加したもの、ＱはＫを固
溶させたFe₂O₃を添加したものを示す。完成した各試料について、実施例１と同様にし
て初期特性、熱時絶縁の経時変化寿命を測定し
た。この測定結界のうち第４表に初期特性、寿命
を示す。また第５図に熱時絶縁の経時変化を示す。なお、第５図において、Ｎ〜Ｑはそれぞれ試料
Ｎ〜Ｑの各シーズヒータの場合を示す。

【表】第４表および第５図より明らかなように、本発
明の試料Ｏ〜Ｑは、初期の熱時絶縁抵抗値が、一
価元素を固溶しない試料Ｎと比較して高くなつ
た。また、寿命は、従来の電融マグネシア粉末のみ
を用いた試料Ａに比較して長くなつた。さらに、使用中における熱時絶縁抵抗値も試料
ＡまたＮよりも高くなり、経時変化は試料Ｎと同
様の傾向を示した。このように、一価元素を固溶させたFe₂O₃を使
用すると、完成初期の熱時絶縁抵抗値を高めるこ
とができるとともに、長時間使用後の熱時絶縁抵
抗値の高い、かつ寿命の長いシーズヒータを得る
ことができた。また、上記実施例において、WO₃，CuO，
SnO₂またはFe₂O₃が添加される電気絶縁粉末４
の母材として、電融マグネシア粉末の場合につい
て説明したが、その他の、電融アルミナ粉末、電
融シリカ粉末を用いてもよい。また、マグネシア粉末を用いる場合において
も、マグネシア粉末の種類により、その特性を維
持しながら本発明の効果が付加される。例えば、固有抵抗値の高いマグネシア粉末に
WO₃を添加した電気絶縁粉末を用いれば絶縁抵
抗値のより高いシーズヒータを得ることができ、
また比較的寿命の長い高純度マグネシア粉末に
WO₃を添加した電気絶縁粉末を用いると、寿命
のより長いシーズヒータが得られる。さらに、電熱線２としてニクロム線を用いた
が、第５表に示す線材を用いても同様の効果が得
られ、金属パイプ３についても第６表に示すもの
を用いても同様の効果が得られる。なお、一価元素を固溶させたWO₃，CuO，
SnO₂，Fe₂O₃の添加量は、0.1重量％〜30重量％
の範囲が望ましい。この添加量が0.1重量％以下では、電熱線の成
分元素の蒸発現象を抑える能力が不足し、効果が
認められない。逆に添加量が30重量％を越えると、添加する酸
化物の固有抵抗値の影響で熱時絶縁抵抗値が著し
く低くなるため、実用に供し得ない。

【表】

【表】以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、一価元素を固溶させたWO₃，CuO，SnO₂，
Fe₂O₃のうち少なくとも一種の酸化物を添加した
電気絶縁粉末を用いることにより、寿命が長くか
つ長時間使用後の熱時絶縁抵抗値の高いシーズヒ
ータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的なシーズヒータの断面図、第２
図〜第５図は本発明実施例のシーズヒータにおけ
る熱時絶縁抵抗値の経時変化を示す特性図であ
る。２……電熱線、３……金属パイプ、４……電気
絶縁粉末。

Claims

【特許請求の範囲】１金属パイプに電熱線を挿入するとともに電気
絶縁粉末を充填してなるシーズヒータにおいて、
前記電気絶縁粉末として、一価元素を固溶した
WO₃，CuO，SnO₂，Fe₂O₃の群から選ばれる少
くとも一種の酸化物を添加したものを用いてなる
シーズヒータ。２一価元素は、Li，Na，Ｋの群から選ばれる
少なくとも一種の元素であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のシーズヒータ。