JPH01166481A - シーズヒータ - 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】 産業上の利用分野 本発明は、一般調理器具や暖房器具などの幅広い製品分
野における加熱源として応用されるシーズヒータに関し
、特に通電時の電気絶縁特性に優れた信頼性の高いシー
ズヒータに関するものである。

従来の技術 従来よりシーズヒータは簡便であると共に、安全性が高
く、かつ耐食性に優れているため、オープン、電子レン
ジ、電気コンロ、電気ストーブ等、調理および暖房器具
の加熱源として幅広く使用されている。

このシーズヒータは、一般に、両端に端子棒を備えたコ
イル状の電熱線を金属パイプの中央部に挿入し、この金
属パイプに電気絶縁粉末を充填した後、圧延減径し、所
定の形状に曲げ加工して製造される。

このようなシーズヒータの電気絶縁粉末として従来より
電融マグネシアが用いられてきた。

これは電融マグネシアが電気絶縁性、熱伝導性に優れ、
また商業的に安価で、かつ安定して供給されているため
であった。

発明が解決しようとする問題点 シーズヒータには前述したように電気絶縁粉末として電
融マグネシアが用いられてきた。この電融マグネシアの
絶縁抵抗は温度上昇と共に低下、半導体的性質を示す。

その関係は一般に次式で表わされる。

ここでρは固有抵抗、Ｅは活性化エネルギー、Ｔは絶対
温度、ｋは゛ポルツマン定数、Ａは定数である。

従って、電融マグネシアの絶縁抵抗はＡ及びΣによって
決まり、それぞれの値によって低温用から高温用のグレ
ードに分類される。

１０００℃における固有抵抗は、低温用で１０６Ω儒程
度、高温用で１０７〜１０８Ω譚程度であるが、最近の
加熱温度の高温化や形状の短小化等の要望を満たすため
には、これらの絶縁抵抗では不十分であった。

一方、単結晶マグネシアは１ｏｏｏ℃で１０Ωα砒、の
固有抵抗を示すが、コスト的には通常の電融マグネシア
の約１ｏｏＯ倍の価格であり、非常に高価でシーズヒー
タへの適用は難しかった。

本発明は前述した問題点を解決するもので、高い絶縁抵
抗を有する安価なシーズヒータを提供することを目的と
するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明は、電気絶縁粉末と
して、電融マグネシア粉末を使用し、シリカゾルをシリ
カ重量に換算して０，３〜１５ｗｔ％添加し、４５０℃
以上の温度で加熱処理したものである。

作　　用 シーズヒータの電気絶縁粉末に使用される電融マグネシ
アは一般に不純物を含有している。これらの不純物は１
価のアルカリ金属酸化物であるＮａ２ｏ＋に２０．２価
のアルカリ土類金属酸化物であるＣａＯ１’３価の酸化
物であるＦｅ２Ｏ３やＡｔ２０３、Ｂ２Ｏ２，４価の酸
化物であル５１０２ヤｚｘ０２等カ主なものである。こ
れらの不純物の混入は、電融マグネシアの原材料が天然
マグネサイトや海水マグネシアクリンカであることから
不可避であるが、２価のＭｇＯ中に１価や３価、４価の
酸化物やイオン半径の異なる２価の酸化物が不純物とし
て混入することにより、結晶内に欠陥を生じて半導体的
性質を付与する結果、絶縁抵抗が単結晶マグネシアに比
べて大きく低下することになる。通常、電融マグネシア
はｐ型の半導体としての性質を有し、Ｍｑと０の比は、
０が過剰でＭｑが不足していると考えられている。

本発明では、この電融マグネシア粉末にシリカゾルを添
加して吸着させた後、４５０℃以上の温度で加熱処理し
て乾燥及び拡散処理することにより、電融マグネシア粉
末の表面及び内部を改質して半導体的性質を押さえ、絶
縁抵抗を高めることができるものである。

電融マグネシア粉末にシリカゾルを添加して吸着させる
工程としては、（１）粉末状態でシリカゾルを添加し、
４５０℃以上の温度で加熱処理を行なった後、金属パイ
プ内に充填してシーズヒータを形成する。（２）　　金
属パイプ内に電融マグネシア粉末を充填した後、シリカ
ゾルを含浸し、圧延減径して４５０℃以上の温度で加熱
処理を行なってシーズヒータを形成する。（３）金属パ
イプ内に電融マグネシア粉末を充填し、圧延減径した後
、シリカゾルを含浸し、４５０℃以上の温度で加熱処理
を行なってシーズヒータを形成する等、シーズヒータの
加工工程中のいずれの段階で行なっても効果を有するも
のである。

シリカゾルの添加量は、用いる電融マグネシアの半導体
的性質の程度や不純物量によって異なり、添加量が少な
いとｐ型半導体となり、また添加量が多いとｎ型半導体
となって共に十分な絶縁抵抗が得られないが、一般にシ
リカ重量に換算して０．３〜１５ｗｔ％の範囲内で高い
絶縁抵抗を得ることができる。

４５０℃以上の温度での加熱処理は、シリカゾルに含ま
れる水分を除去乾燥する目的と、シリカ成分を電融マグ
ネシア中に拡散する目的を有している。乾燥のためには
、化学吸着水を除去する必要があり４５０℃以上の温度
での加熱処理が必要となる。またシリカ成分の拡散につ
いては、電融マグネシアの内部まで十分に拡散させるた
めには９００℃以上の加熱処理が望ましい。従って加熱
処理の温度は、４５０℃以上、望ましくは９００℃以上
が必要である。

実施例 以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図にもとづい
て説明する。

まず、４０〜３２゛６メツシユに粉砕した電融マグネシ
アを、中心に直径３ｍ、長さ４０簡のステンレス棒を配
置した内径８ｍ、外径１０＋ｏ＋、長さ２０■のステン
レスパイプ内に充填し、シリカ含有量２０ｗｔ％　のシ
リカゾルを任意の量だけ添加して含浸させた後、１３０
ＫＰ／ｃｒＩの圧力でプレスレ、パイプ内の完全に充填
した。その後、パイプ及び中心のステンレス棒に直径０
．５ｍのニクロム線をスポット溶接し、絶縁測定用のリ
ード線とした。サンプルは電気炉内に投入し、１ｏＯｏ
℃で３０分の加熱処理を施した。比較のため、シリカゾ
ルを添加含浸しないサンプルも同様の処理を施した。

以上のようにして作製したサンプルを電気炉中に吊るし
、約１時間かけて１０００℃に昇温し、約１０分間保持
した後、ＤＣｌｏｏＶの絶縁計を用いて絶縁抵抗を測定
し、計算により固有抵抗を求めた。

２種の電融マグネシアを用いて測定を行なったが、用い
た電融マグネシアの組成を第１表に、得られた固有抵抗
と、シリカに換算したシリカゾルの添加量の関係を第１
図に示す。

（以下４！Ｑ） 第１図から明らかなように、比較的高純度の電融マグネ
シアＡにおいては、シリカに換算したシリカゾルの添加
量が１．６〜３ｗｔ％で最大の固有抵抗を示し、さらに
添加量が増加すると逆に固有抵抗が低下した。一方、比
較的低純度の電融マグネシアＢにおいては、同様に４〜
５ｗｔ％　で最大の固有抵抗を示した。このことは、シ
リカゾルを添加した電融マグネシアの半導体的性質がｐ
型からｎ型へと添加量と共に変化することを意味してい
る。

また、固有抵抗の改良度合は低純度の電融マグネシアＢ
において著しく、固有抵抗の最大値はほぼ同等の値とな
った。このことは半導体的性質をなくすことにより、一
定の固有抵抗が得られることを意味しており、工業的に
は比較的低コストの低純度マグネシアを用いることが可
能となシ、シーズヒータの材料コストを引き下げること
ができることを意味する。

次に、同様に第１表に示した２種類の電融マグネシアを
用いてシーズヒータを作製した。両端に端子棒を備えた
コイ゛ル状の電熱線を耐食耐熱超合金ＮＣＦ３００から
なる金属パイプに挿入し、電気絶縁粉末として電融マグ
ネシア粉末を金属パイプ内に充填した後、シリカ含有量
２０ｗｔ％　　のシリカゾルを任意の量だけ添加して含
浸させ、圧延減径を施し、最高温度１０５０℃のトンネ
ル炉で加熱処理し、さらにＵ字状に曲げ加工およびプレ
ス加工を施して、外径６．６＋＋ｍ、全長５００ｍｍの
Ｕ字状のシーズヒータを作製した。

、　　ｉＣＣクシスヒータを用いてＡＣｌｏＯｖ、４ｏ
。

Ｗで通電を行ない、６分後安定状態になった時点でＤＣ
５００Ｖの絶縁計を用いて絶縁抵抗を測定した。測定は
各条件ごとに５本のシーズヒータについて行なった。そ
して得られた絶縁抵抗と、シリカに換算したシリカゾル
の添加量の関係を第２図に示す。

第２図から明らかなように、シーズヒータの絶縁抵抗と
シリカゾルの添加量の関係は、第１図に示した電融マグ
ネシアの固有抵抗とシリカゾルの添加量の関係と良い一
致を示した。電融マグネシアＡについては、シリカに換
算して２ｗｔ％　前後のシリカゾルの添加で最大の絶縁
抵抗が得られ、電融マグネシアＢについては、同様に７
ｗｔ％前後のシリカゾルの添加で最大の絶縁抵抗が得ら
れた。

このように本発明のシーズヒータは、従来の電融マグネ
シアのみを電気絶縁粉末として用いたシーズヒータと比
べて、通電時の絶縁抵抗を向上させることができると共
に、比較的低純度の電融マグネシアを用いて高い絶縁抵
抗のシーズヒータを提供できることがわかった。また絶
縁抵抗の向上により、シーズヒータの高温化が図れると
共に、全長を短かくしたり、外径を細くしたりするとい
う具合に、シーズヒータのコンパクト化も図れるように
なった。

発明の効果 上記実施例の説明から明らかなように本発明によれば、
電気絶縁粉末として、電融マグネシアを使用し、シリカ
ゾルをシリカ重量に換算して０．３〜１５ｗｔ％添加し
、４５０℃以上の温度で加熱処理しているため、特に通
電時の電気絶縁特性に優れ、信頼性が高く、しかも安価
なシーズヒータを提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるシーズヒータの電融
マグネシアの固有抵抗とシリカゾルの添加量の関係を示
すグラフ、第２図は同シーズヒータの絶縁抵抗とシリカ
ゾルの添加量の関係を示すグラフである。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 シリカにＰＡ！シたシワ力 ジルの添７０量　　ｗｔ％

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電気絶縁粉末として、電融マグネシア粉末を使用し、シ
   リカゾルをシリカ重量に換算して０．３〜１５ｗｔ％添
   加し、４５０℃以上の温度で加熱処理したことを特徴と
   するシーズヒータ。