JPS6359517B2

JPS6359517B2 -

Info

Publication number: JPS6359517B2
Application number: JP56087889A
Authority: JP
Priority date: 1981-06-08
Filing date: 1981-06-08
Publication date: 1988-11-18
Also published as: JPS57202675A

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のがほとんどであつ
た。ところが、ガラス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℃を越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
この傾向が著しく大きくなつていた。この理由は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
真空に近い状態となると、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、多種検討した結果、電気絶縁粉末４として
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、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、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、あらかじめ、WO₃，CuO，
SnO₂，Fe₂O₃の群から選ばれる少くとも１種の
酸化物と、Li₂O，Na₂O，K₂Oの群から選ばれる
少くとも１種の酸化物とを熱処理し、これをマグ
ネシア粉末に添加したものを電気絶縁粉末として
用いるところにある。上記の酸化物を添加し、熱処理したWO₃，
CuO，SnO₂，Fe₂O₃の酸化物は、固有抵抗値が
熱処理前に比較して、高くなつた。このため、あらかじめ熱処理したWO₃，CuO，
SnO₂，Fe₂O₃の酸化物を添加した電気絶縁粉末
を用いても熱時絶縁抵抗値が著しく低下すること
はない。また、上記WO₃，CuO，SnO₂，Fe₂O₃の酸化
物は、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有するため、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説明する。（実施例１）市販のWO₃とLi₂O，Na₂O，K₂Oの群から選ば
れる少くとも一種の酸化物とを混合し、1200℃で
熱処理した。これを、電融マグネシア粉末に１重量％添加
し、電気絶縁粉末４とした。また、電熱線２として線径0.29mmのニクロム線
第１種を用い、これを巻径２mmのコイル状とし、
両端に端子棒１を接続した。さらに、金属パイプ３として長さ413mm、外径
８mm、肉厚0.46mmのNCF2P（商品名インコロイ
800）を用いた。この金属パイプ３に上記端子棒１を両端に接続
した電熱線２を挿入し、この金属パイプ３にあら
かじめ準備しておいた上記電気絶縁粉末４を充填
し、圧延減径、焼鈍（1050℃、10分間）の各工程
を経て、金属パイプ３を長さ500mm、外径6.6mmと
し、さらに金属パイプ３の両端を低融点ガラス５
および耐熱性樹脂６で封口して、試料番号３〜７
のシーズヒータを作成した。なお、試料番号３〜７のシーズヒータにおい
て、WO₃に添加した酸化物の種類と添加量は、
第１表に示す通りである。また、比較のために、従来例として、従来の電
融マグネシア絶縁のみを電気絶縁粉末４として用
いたシーズヒータ（試料番号１）を作成した。ま
た、比較例として、従来の電融マグネシア粉末
に、市販のWO₃を１重量％添加したのを電気絶
縁粉末４として用いたシーズヒータ（試料番号
２）を作成した。上記試料番号１〜７の各シーズヒータについて
絶縁性能および寿命性能を調べるために以下の試
験を行つた。まず、完成された各試料の初期特性として、金
属パイプ表面温度750℃とした状態における熱時
絶縁抵抗値を測定した。この結果を第１表に示
す。また、金属パイプ３の表面温度を950℃に維持
するように電熱線２に連続通電し、熱時絶縁抵抗
値の変化を測定した。なお、熱時絶縁抵抗値を測定する時は金属パイ
プ３の表面温度を750℃に低下させて測定した。ちなみに、上記連続通電開始から11日後におけ
る熱時絶縁抵抗値を第１表に示す。さらに、上記連続通電を維持し、電熱線２が断
線するまでの日数（寿命）を測定した。この結果を第１表に示す。

【表】第１表から明らかなように、Li₂O，Na₂O，
K₂Oの酸化物を添加し、あらかじめ熱処理した
WO₃を添加した電気絶縁粉末を使用した試料番
号３〜７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番号２と比較して高くなつ
た。また、寿命は、従来例の試料番号１に比較し
て、長くなり、使用後の熱時絶縁抵抗値について
も、高い値を示し、従来のWO₃を添加した試料
番号と同様の傾向を示した。このように、Li₂O，Na₂O，K₂Oの群から選ば
れる少くとも１種の酸化物を添加し熱処理した
WO₃を用いることにより、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２）市販のCuOとLi₂O，Na₂O，K₂Oの群から選ば
れる少くとも一種の酸化物とを混合し、1200℃で
熱処理した。これを、実施例１と同様の電融マグネシア粉末
に１重量％添加し、電気絶縁粉末４とした。以下、実施例１と同様にして、試料番号12〜16
のシーズヒータを作成した。なお、試料番号12〜16のシーズヒータにおい
て、CuOに添加した酸化物の種類と添加量は第２
表に示す通りである。また、比較のために、比較例として、従来の電
融マグネシア粉末に市販のCuOを１重量％添加し
たものを電気絶縁粉末４として用いたシーズヒー
タ（試料番号11）も作成した。これらのシーズヒータについて、実施例１と同
様にして、初期熱時絶縁抵抗値、11日後の熱時絶
縁抵抗値、寿命を測定し、この測定結果を第２表
に示す。

【表】

【表】第２表から明らかなように、Li₂O，Na₂O，
K₂Oを添加し、あらかじめ熱処理したCuOを添加
した電気絶縁粉末を使用した試料番号12〜16のシ
ーズヒータでは、初期の熱時絶縁抵抗値が比較例
の試料番号11と比較して高くなつた。また、寿命は、従来例の試料番号１に比較し
て、長くなり、使用後の熱時絶縁抵抗値について
も、高い値を示し、従来のCuOを添加した試料番
号11と同様の傾向を示した。このように、Li₂O，Na₂O，K₂Oの群から選ば
れる少くとも１種の酸化物を添加し熱処理した
CuOを用いることにより、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）市販のSuO₂とLi₂O，Na₂O，K₂Oの群が選ばれ
る少くとも１種の酸化物とを混合し、1200℃で熱
処理した。これを、実施例１と同様の電融マグネシア粉末
に１重量％添加し、電気絶縁粉末４とした。以下、実施例１と同様にして、試料番号22〜26
のシーズヒータを作成した。なお、試料番号22〜26のシーズヒータにおい
て、SnO₂に添加した酸化物の種類と添加量は第
３表に示す通りである。また、比較のために、比較例として、従来の電
融マグネシア粉末に市販のSnO₂を１重量％添加
したものを電気絶縁粉末４として用いたシーズヒ
ータ（試料番号21）も作成した。これらのシーズヒータについて、実施例１と同
様にして、初期熱時絶縁抵抗値、11日後の熱時絶
縁抵抗値、寿命を測定し、この測定結果を第３表
に示す。

【表】第３表から明らかなように、Li₂O，Na₂O，
K₂Oを添加し、あらかじめ熱処理したSnO₂を添
加した電気絶縁粉末を使用した試料番号22〜26の
シーズヒータでは、初期の熱時絶縁抵抗値が比較
例の試料番号21と比較して高くなつた。また、寿命は、従来例の試料番号１に比較し
て、長くなり、使用後の熱時絶縁抵抗値について
も、高い値を示し、従来のSnO₂を添加した試料
番号21と同様の傾向を示した。このように、Li₂O，Na₂O，K₂Oの群から選ば
れる少くとも１種の酸化物を添加し熱処理した
SnO₂を用いることにより、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）市販のFe₂O₃とLi₂O，Na₂O，K₂Oの群から選
ばれる少くとも一種の酸化物とを混合し、1200℃
で熱処理した。これを、実施例１と同様の電融マグネシア粉末
に１重量％添加し、電気絶縁粉末４とした。以下、実施例１と同様にして、試料番号32〜36
のシーズヒータを作成した。なお、試料番号32〜36のシーズヒータにおい
て、Fe₂O₃に添加した酸化物の種類と添加量は第
４表に示す通りである。また、比較のために、比較例として、従来の電
融マグネシア粉末に市販のFe₂O₃を１重量％添加
したものを電気絶縁粉末４として用いたシーズヒ
ータ（試料番号31）も作成した。これらのシーズヒータについて、実施例１と同
様にして、初期熱時絶縁抵抗値、11日後の熱時絶
縁抵抗値、寿命を測定し、この測定結果を第４表
に示す。

【表】第４表から明らかなように、Li₂O，Na₂O，
K₂Oを添加し、あらかじめ熱処理したFe₂O₃を添
加した電気絶縁粉末を使用した試料番号32〜36の
シーズヒータでは、初期の熱時絶縁抵抗値が比較
例の試料番号31と比較して高くなつた。また、寿命は、従来例の試料番号１に比較し
て、長くなり、使用後の熱時絶縁抵抗値について
も、高い値を示し、従来のFe₂O₃を添加した試料
番号31と同様の傾向を示した。このように、Li₂O，Na₂O，K₂Oの群から選ば
れる少くとも１種の酸化物を添加し熱処理した
Fe₂O₃を用いることにより、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５）市販のCuOとFe₂O₃の混合物とLi₂O，Na₂O，
K₂Oの群から選ばれる少くとも一種の酸化物とを
混合し、1200℃で熱処理した。なお、CuOと
Fe₂O₃の混合比は同一とした。これを、実施例１と同様の電融マグネシア粉末
に１重量％添加し、電気絶縁粉末４とした。以下、実施例１と同様にして、試料番号42〜46
のシーズヒータを作成した。なお、試料番号42〜46のシーズヒータにおい
て、CuOとFe₂O₃の混合物に添加した酸化物の種
類と添加量は第５表に示す通りである。また、比較のために、比較例として、従来の電
融マグネシア粉末に市販のCuOとFe₂O₃の混合物
を１重量％添加したものを電気絶縁粉末４として
用いたシーズヒータ（試料番号41）も作成した。これらのシーズヒータについて、実施例１と同
様にして、初期熱時絶縁抵抗値、11日後の熱時絶
縁抵抗値、寿命を測定し、この測定結果を第５表
に示す。

【表】第５表から明らかなように、Li₂O，Na₂O，
K₂Oを添加し、あらかじめ熱処理したCuOと
Fe₂O₃の混合物を添加した電気絶縁粉末を使用し
た試料番号42〜46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番号41と比較して高
くなつた。また、寿命は、従来例の試料番号１に比較し
て、長くなり、使用後の熱時絶縁抵抗値について
も、高い値を示し、従来のCuOとFe₂O₃の混合物
を添加した試料番号41と同様の傾向を示した。このように、Li₂O，Na₂O，K₂Oの群から選ば
れる少くとも１種の酸化物を添加し熱処理した
CuOとFe₂O₃の混合物を用いることにより、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。なお、上記実施例１〜５において、電熱線２と
して、ニクロム線第１種を用いたが、第６表に示
す線材を用いても同様の結果が得られ、金属パイ
プ３についても第７表に示すものを用いても同様
の結果が得られた。

【表】

【表】以上の説明から明らかなように本発明のシーズ
ヒータは、金属パイプ電熱線を挿入するととも電
気絶縁粉末を充填してなるシーズヒータにおい
て、WO₃，CuO，SnO₂，Fe₂O₃の群から選ばれ
る少くとも一種の酸化物に、Li₂O，Na₂O，K₂O
の群から選ばれる少くとも一種の酸化物とを混合
し、これらの混合物をあらかじめ熱処理し、これ
をマグネシア粉末に添加したものを前記電気絶縁
粉末として用いたもので、WO₃，CuO，SnO₂，
Fe₂O₃の群から選ばれる少くとも一種の酸化物
に、Li₂O，Na₂O，K₂Oの群から選ばれる少くと
も一種の酸化物とを混合し、これらの混合物をあ
らかじめ熱処理しているため、一般には絶縁性の
よくないWO₃，CuO，SnO₂，Fe₂O₃の酸化物を
安定化させて絶縁特性を高めることができ、そし
てこれにより絶縁特性が高めれらたWO₃，CuO，
SnO₂，Fe₂O₃の群から選ばれる少くとも一種の
酸化物をマグネシア粉末に添加したものを電気絶
縁粉末として用いているため、長時間使用後にお
ける熱時絶縁抵抗値が高く、かつ寿命の長いシー
ズヒータを得ることができるものである。なお、本発明のシーズヒータは図に示す形状の
ものに限定されることはなく、カートリツジヒー
タやクロープラグと称されるものをも含む。

【図面の簡単な説明】

図は一般的なシーズヒータの断面図である。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、
WO₃，CuO，SnO₂，Fe₂O₃の群から選ばれる少
くとも一種の酸化物に、Li₂O，Na₂O，K₂Oの群
から選ばれる少くとも一種の酸化物とを混合し、
これらの混合物をあらかじめ熱処理し、これをマ
グネシア粉末に添加したものを前記電気絶縁粉末
として用いてなるシーズヒータ。