【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明はシーズヒータの製造方法に関するもの
である。
一般にシーズヒータの絶縁充填材としてマグネ
シアが用いられている。このマグネシアは吸湿し
て絶縁抵抗が低下するため、ほとんどのシーズヒ
ータでは、両端開口部をガラスあるいは樹脂で封
口し、湿気の侵入を防ぐことにより、吸湿による
絶縁抵抗の低下を防いでいる。
しかし、このように両端開口部を封口すること
により、湿気の侵入は無くなるが、同時に空気の
流入も無くなることになる。
そのため、中・高温用シーズヒータでは電熱線
がシーズヒータ内部の空気を短い時間で消費した
後、電熱線成分の気散が起こり、熱時絶縁抵抗が
劣化する。そのため、絶縁低下速度も速く、寿命
も短いものであつた。
本発明は、従来のシーズヒータが有していた上
記のような欠点を解消せんとするものであり、長
寿命で、加熱時の絶縁抵抗が高く、高絶縁耐圧を
有し、かつ絶縁抵抗および絶縁耐圧の経時変化が
少ないシーズヒータを提供することを目的とした
ものである。
第１図に本発明の製造方法にかかるシーズヒー
タの部分断面図、第２図にそのＸ−Ｘ断面図を示
す。第１図および第２図において、１はステンレ
スパイプ、２はパイプ１内に収納された鉄、コバ
ルト、ニツケルまたは銅等の加熱により酸化する
ことが可能な金属よりなる線材、３はパイプ１内
に充填されたマグネシア等よりなる絶縁充填材、
４は電熱線である。なお、第１図および第２図に
示す線材２は第３図に示すような薄板２′であつ
てもよい。
この構成のシーズヒータを、熱処理することに
より、内部に収納した金属の一部または全体を酸
化しパイプ内に金属酸化物を生成する。
その後、シーズヒータの両端開口部からの吸湿
を防止するためにパイプ１の両端をガラス封口す
る。
ステンレスパイプ内に形成される金属酸化物は
封口されたシーズヒータ内部の酸素が電熱線の酸
化膜として消費されることにより、内部の酸素分
圧が減少した時点で分解され、常に一定の酸素分
圧を保つためのものであり、このことにより、電
熱線成分の気散等を防止し、シーズヒータの長寿
命化を図ることができる。
第４図にシーズヒータの通電時間と加熱状態に
おける絶縁抵抗の変化の関係を示す。第４図にお
いて、参照番号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇは、
それぞれ第１表に示すシーズヒータの特性を示し
ている。
The present invention relates to a method of manufacturing a sheathed heater. Magnesia is generally used as an insulating filler for sheathed heaters. This magnesia absorbs moisture and its insulation resistance decreases, so in most sheathed heaters, the openings at both ends are sealed with glass or resin to prevent moisture from entering, thereby preventing the insulation resistance from decreasing due to moisture absorption. However, by sealing the openings at both ends in this way, the intrusion of moisture is eliminated, but at the same time, the inflow of air is also eliminated. Therefore, in a sheathed heater for medium and high temperatures, after the heating wire consumes the air inside the sheathed heater in a short period of time, the heating wire components are diffused, and the insulation resistance during heat deteriorates. Therefore, the rate of insulation deterioration was fast and the life span was short. The present invention aims to eliminate the above-mentioned drawbacks of conventional sheathed heaters, and has a long life, high insulation resistance during heating, high dielectric strength voltage, and high insulation resistance and The object of the present invention is to provide a sheathed heater whose dielectric strength changes less over time. FIG. 1 shows a partial cross-sectional view of a sheathed heater according to the manufacturing method of the present invention, and FIG. 2 shows a cross-sectional view taken along line XX. In Figures 1 and 2, 1 is a stainless steel pipe, 2 is a wire made of a metal such as iron, cobalt, nickel, or copper that can be oxidized by heating, and 3 is inside the pipe 1. Insulating filling material made of magnesia etc. filled with
4 is a heating wire. Note that the wire rod 2 shown in FIGS. 1 and 2 may be a thin plate 2' as shown in FIG. 3. By heat-treating the sheathed heater with this configuration, part or all of the metal housed inside is oxidized and metal oxide is generated within the pipe. Thereafter, both ends of the pipe 1 are sealed with glass to prevent moisture absorption from the openings at both ends of the sheathed heater. The metal oxides formed inside the stainless steel pipe are decomposed when the internal oxygen partial pressure decreases due to the oxygen inside the sealed sheathed heater being consumed as an oxide film on the heating wire, and a constant amount of oxygen is maintained at all times. This is to maintain the pressure, thereby preventing the heating wire components from escaping and extending the life of the sheathed heater. FIG. 4 shows the relationship between the energization time of the sheathed heater and the change in insulation resistance in the heating state. In FIG. 4, reference numbers A, B, C, D, E, F, G are
The characteristics of each sheathed heater shown in Table 1 are shown.
【表】
なお、酸化物中の酸素の量は、電熱線として用
いられるニクロム線中に含まれるクロムの量を酸
化させ得る量（酸化されたクロムの量／酸化前の
クロムの量）で示している。
第４図から明らかなように、ステンレスパイプ
内に金属酸化物層を形成したシーズヒータの絶縁
抵抗変化が、従来のシーズヒータより少ないこと
がわかる。特に、酸化物中の酸素の量が、電熱線
中に含まれるクロムの量の１／10以上を酸化クロ
ムに変え得る量である場合は、シーズヒータとし
て使用可能な一つの目安としての絶縁抵抗値1M
Ωに達する時間が、従来のシーズヒータに比して
10倍以上になり、寿命を大幅に長くすることがで
きる。
第５図はシーズヒータを加熱していない場合に
おける内部の圧力と通電時間の関係を示す特性図
であり、第５図中の参照番号Ａ，Ｂ，Ｇは、それ
ぞれ第１表に示した参照番号と同一のものを示
す。
第５図から、本発明にかかるシーズヒータは、
従来のものに比して、内部圧力の経時変化が遅い
ことがわかる。
従来の完全封口されたシーズヒータＧでは、比
較的初期の通電時間において電熱線の酸化反応が
進行し、シーズヒータ内部の酸素が完全に取りさ
られてしまい、その後も電熱線は加熱され続ける
ため電熱線は窒化物の被膜を作り、シーズヒータ
内部の圧力が減少しつづけ、シーズヒータ内部に
は電熱線と反応するものが無くなる。
そのため、電熱線の金属の気散が発生し、徐々
に絶縁抵抗が劣化する。また、この気散を防止す
るための酸化および窒化膜も少ないため、電熱線
のやせほそりも速く、寿命も短かい。
しかし、本発明によるシーズヒータでは、第５
図に示すように、シーズヒータの内部圧力は４／
５気圧（空温測定）で一定値を示し、窒化が進行
しなくなる。これは、シーズヒータ内部の酸素が
電熱線の酸化膜として消費され、内部の酸素分圧
が減少し、パイプ内に生成させた金属酸化物の分
解圧に達すると金属酸化物が分解し、酸素が電熱
線に消費されても、常に一定の酸素分圧を保つよ
うになるためである。そのため、金属酸化物が存
在する間はシーズヒータ内部は常に窒化が起こら
ず、４／５気圧を保つ。
この反応は、金属酸化物がすべて金属に還元さ
れた時点で終了し、その後、通常のシーズヒータ
と同様に窒化が起こり、内部圧は減少し、電熱線
との反応物が無くなつた時点で電熱線からの金属
の気散が起こり第４図に示すように絶縁抵抗は
徐々に劣化する。しかし、従来のシーズヒータに
比べ、シーズヒータ内部に多量の酸素を入れたこ
とになり、電熱線（ニクロム線）が高温時に生成
する酸化クロムの皮膜生成を長時間持続させるこ
とになるため、シーズヒータ内においても、空気
中使用と同様の効果を示し、電熱線自体の寿命も
伸びる。また、酸素および窒素が消費された時点
では、電熱線に厚い皮膜が生成されている状態に
なるため、電熱線からの金属の気散速度も非常に
少なくなり、空気が消費された後の絶縁抵抗の劣
化速度も非常におそくなる。
また、上記実施例のように、ステンレスパイプ
内に線状または薄板状の金属酸化物を形成したシ
ーズヒータと、シーズヒータの絶縁充填材中に酸
化物を均一に分散する場合とを比較すると、酸化
物の量が同じ場合、寿命に関してはほぼ同様の効
果を示すが、熱時絶縁抵抗に関しては、均一に酸
化物を添加した場合には初期値から低い値を示す
ことになるが、本発明によるシーズヒータでは初
期値が従来のシーズヒータと同様にマグネシアに
よる絶縁抵抗値を示し、以後、この値が長時間続
くようになり、最初から絶縁特性の良いシーズヒ
ータを得ることができる。
なお、上記実施例の金属酸化物としてFe、Cu
の金属酸化物のみについて説明したが、その他に
錫、ニツケル、コバルト等の金属酸化物を用いて
もほぼ同様な効果を得ることが確認されている。
以上の説明から明らかなように、本発明の製造
方法によれば、高熱時絶縁、長寿命のシーズヒー
タを得ることができ、かつ、加熱により酸化が可
能な金属材料よりなる線状体または薄板をパイプ
の内部に収納するだけでよく、ほぼ従来通りの工
程で生産することができる。[Table] The amount of oxygen in the oxide is expressed as the amount that can oxidize the amount of chromium contained in the nichrome wire used as a heating wire (amount of oxidized chromium/amount of chromium before oxidation). ing. As is clear from FIG. 4, the change in insulation resistance of the sheathed heater in which a metal oxide layer is formed inside the stainless steel pipe is smaller than that of the conventional sheathed heater. In particular, if the amount of oxygen in the oxide is such that more than 1/10 of the amount of chromium contained in the heating wire can be converted to chromium oxide, the insulation resistance as a guideline for use as a sheathed heater. value 1M
The time to reach Ω is shorter than that of conventional sheathed heaters.
10 times or more, significantly extending the lifespan. Fig. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between internal pressure and energization time when the sheathed heater is not heated. Reference numbers A, B, and G in Fig. 5 refer to the references shown in Table 1, respectively. Indicates the same number. From FIG. 5, the sheathed heater according to the present invention is
It can be seen that the internal pressure changes over time more slowly than in the conventional case. In the conventional completely sealed sheathed heater G, the oxidation reaction of the heating wire progresses during the relatively early energization time, and the oxygen inside the sheathed heater is completely removed, and the heating wire continues to be heated even after that. The heating wire forms a nitride film, the pressure inside the sheathed heater continues to decrease, and there is no longer anything inside the sheathed heater that reacts with the heating wire. Therefore, the metal of the heating wire is diffused, and the insulation resistance gradually deteriorates. Furthermore, since there are few oxidized and nitride films to prevent this diffusion, the heating wire thins out quickly and has a short lifespan. However, in the sheathed heater according to the present invention, the fifth
As shown in the figure, the internal pressure of the sheathed heater is 4/
It shows a constant value at 5 atm (air temperature measurement) and nitriding stops progressing. This is because the oxygen inside the sheathed heater is consumed as an oxide film on the heating wire, the internal oxygen partial pressure decreases, and when the decomposition pressure of the metal oxide generated in the pipe is reached, the metal oxide decomposes and the oxygen This is because even if the oxygen is consumed by the heating wire, a constant oxygen partial pressure is always maintained. Therefore, while the metal oxide is present, nitridation does not occur inside the sheathed heater and the pressure is maintained at 4/5 atmospheres. This reaction ends when all the metal oxides are reduced to metals, and then nitridation occurs as in a normal sheathed heater, the internal pressure decreases, and when there are no more reactants with the heating wire. Metal is diffused from the heating wire, and the insulation resistance gradually deteriorates as shown in FIG. However, compared to conventional sheathed heaters, a large amount of oxygen is put inside the sheathed heater, and the chromium oxide film that is generated when the heating wire (nichrome wire) is high temperature continues for a long time. Even inside the heater, the same effect as when used in air is exhibited, and the life of the heating wire itself is extended. In addition, at the point when oxygen and nitrogen are consumed, a thick film is formed on the heating wire, so the rate of metal diffusion from the heating wire is very low, and the insulation after the air is consumed is reduced. The rate of deterioration of the resistor also becomes very slow. Furthermore, when comparing a sheathed heater in which a linear or thin plate-shaped metal oxide is formed inside a stainless steel pipe as in the above example, and a case in which the oxide is uniformly dispersed in the insulating filler of the sheathed heater, When the amount of oxide is the same, the life expectancy shows almost the same effect, but when the oxide is added uniformly, the thermal insulation resistance shows a value lower than the initial value. In this sheathed heater, the initial value shows the insulation resistance value due to magnesia, similar to the conventional sheathed heater, and this value continues for a long time thereafter, making it possible to obtain a sheathed heater with good insulation properties from the beginning. In addition, as the metal oxides in the above examples, Fe, Cu
Although only the metal oxides have been described, it has been confirmed that substantially similar effects can be obtained by using other metal oxides such as tin, nickel, and cobalt. As is clear from the above description, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to obtain a sheathed heater that is insulated at high temperatures and has a long life. It is only necessary to store the inside of the pipe, and it can be produced using almost the same conventional process.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図は本発明の一実施例にかかるシーズヒー
タの要部断面図、第２図は第１図のＸ−X′線に
おける断面図、第３図は本発明の他の実施例にか
かるシーズヒータの断面図、第４図はシーズヒー
タの通電時間に対する絶縁抵抗の経時変化を示す
特性図、第５図はシーズヒータの通電時間に対す
る内部圧力の変化を示す特性図である。
１……ステンレスパイプ、２……金属よりなる
線材、２′……金属よりなる薄板、３……電熱線、
４……絶縁充填材。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a sheathed heater according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line X-X' in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a sheathed heater according to another embodiment of the present invention. A sectional view of the sheathed heater, FIG. 4 is a characteristic diagram showing the change in insulation resistance over time with respect to the energization time of the sheathed heater, and FIG. 5 is a characteristic diagram showing the change in internal pressure with respect to the energization time of the sheathed heater. 1...Stainless steel pipe, 2...Wire made of metal, 2'...Thin plate made of metal, 3...Heating wire,
4...Insulating filler.