JPH0340388A - 電気ヒータ及びそれを用いた加熱方法 - 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】 （技術分野） 本発明は、加熱されるべき加熱必要部分と加熱が回避さ
れるべき加熱不可部分とが共存する微小形状の被加熱体
の加熱、特に空気流量センサ等の膜エレメントに用いら
れる白金皮膜抵抗器の保護ガラスの焼成に用いて好適な
電気ヒータ、及びそれを用いた加熱方法に関するもので
ある。

（背景技術） 空気流量センサ等の膜エレメントには、白金メツキを施
したセラミックス体の両端に卑金属製のリード線を取り
付けた白金皮膜抵抗器が一般に用いられている。

而して、このような白金皮膜抵抗器においては、セラ旦
ツクス体に対する白金メツキ層の焼付は及び卑金属リー
ド線の焼付接続後において、白金メツキ層部分を保護す
るために、白金メツキ層部分にガラスを塗布して焼成す
ることが行なわれるが、かかるガラスが塗布される白金
メツキ層部分（セラミック体）の全長は４〜５ｍｍ程度
と極めて短く、そのガラスの塗布部分だけを加熱する有
効な手段がなかったことから、従来にあっては、かかる
ガラスの焼成に際して、白金皮膜抵抗器全体を内部に収
容して加熱する、アルξす等のセラミックスパイプの回
りに発熱体を巻き付けた管状炉や、レンガ製の箱体にＳ
ｉＣ等の発熱体を配した箱形炉等が用いられていた。

ところが、それら管状炉や箱形炉を用いて白金皮膜抵抗
器全体を加熱するガラス焼成手法では、炉の熱容量が大
きく、加熱、冷却に時間がかかる上、ガラスの焼成温度
もｓ　ｏ　ｏ　’ｃ程度と極めて高いことから、炉内温
度がリード線の酸化温度以上（通常、４００°Ｃ以上）
に維持される時間が極めて長くなるといった問題があり
、そのために、単に白金メツキ層部分にだけガラスを塗
布して、リード線を露出したまま焼成した場合には、酸
化によってリード線が変色し、甚だしい場合には、リー
ド線が千切れてしまうといった不具合があった。

また、そのようなリード線の酸化を防止するために、窒
素ガスや水素ガス等を炉内に注入して、炉内を中性雰囲
気や還元雰囲気に設定する手法は、ガラスが分解したり
、ガラスに気泡が生じ易くなる等といった不具合を招く
ことから、採用し難いといった事情があった。

そこで、そのような不具合を回避するために、通常は、
白金メツキ層部分だけでなく、リード線部分にもガラス
を塗布して、そのリード線に塗布したガラス層によって
ガラス焼成中のリード線の酸化を防止することが行なわ
れているが、このような手法では、炉内から抵抗器を取
り出した後、リード線を覆う部分の焼成ガラスの除去工
程が必要となり、白金皮膜抵抗器の生産性が大幅に低下
するといった問題があった。

また、管状炉や箱形炉を用いる従来の手法では、炉の熱
容量が大きいことから、８００°Ｃ程度以下の中温乃至
低温での温度制御が難しく、中温乃至低温の一定温度制
御に際して、オーバシュートやリンギング現象が生じ易
いといった問題があり、更には熱効率が悪く、焼成に要
する時間が長くなるといった問題もあった。

なお、そのような炉の代わりに、電熱器を用いることも
考えられるが、電熱器では−様な加熱ができず、加熱ム
ラが生じるといった問題があり、また白金皮膜抵抗器の
熱容量に比して、その熱容量が未だ著しく大きいといっ
た問題もあった。

（解決課題） ここにおいて、本発明は、以上のような事情を背景とし
て為されたものであり、その解決すべき課題とするとこ
ろは、前記白金皮膜抵抗器の如き、加熱されるべき加熱
必要部分と加熱が回避されるべき加熱不可部分とが共存
する微小形状の被加熱体の加熱に際して、被加熱体の加
熱必要部分だけを効果的に、しかも従来の加熱手段に比
して極めて急速に加熱、冷却することのできる電気ヒー
タ、並びにその電気ヒータを用いた加熱方法を提供する
ことにある。

（解決手段） そして、その課題を解決するために、本発明にあっては
、直径１ｍ以下の通電発熱ワイヤを油底して所定の加熱
空間を形成し、該加熱空間内に配置される被加熱体を該
通電発熱ワイヤにて非接触状態で加熱し得るように、電
気ヒータを構成したのである。

なお、ここで、被加熱体が、加熱されるべき加熱必要部
分と共に、加熱が回避されるべき加熱不可部分を備えた
ものである場合には、被加熱体の加熱必要部分のみを収
容可能な大きさに加熱空間を設定して、被加熱体の加熱
必要部分をその加熱空間内に配置し、通電発熱ワイヤに
てその力Ｕ熱必要部分だけを局部的に加熱するようにす
ることが望ましい。

また、本発明は、前記課題の解決のために、直径１＋ｍ
＋＋以下の通電発熱ワイヤを油底して、加熱されるべき
加熱必要部分と加熱が回避されるべき加熱不可部分とが
共存する被加熱体の少なくとも加熱必要部分を収容可能
な加熱空間を形威し、加熱不可部分を所定の断熱支持部
材で周囲空間から断熱して支持した状態下で、少なくと
も加熱必要部分が加熱空間内に収容されるように配置さ
れた被加熱体を、通電発熱ワイヤにて非接触状態で加熱
し得るようにした電気ヒータをも、その要旨とする。

更に、本発明手法は、直径１ｍ以下の通電発熱ワイヤを
油底して形成した加熱空間内に被加熱体を挿入して、該
通電発熱ワイヤにて該被加熱体の一部を非接触状態で局
部的に加熱することを、その要旨とする。

（実施例） 以下、本発明をより一層具体的に明らかにするために、
その実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

先ず、第１図において、１０は、被加熱体としての白金
皮膜抵抗器であって、アルξす等からなるセラミックパ
イプの表面に、白金が所定の厚さでメツキされた後、所
定の加熱処理によって焼き付けられた抵抗器本体１２と
、その抵抗器本体１２の両端に白金ペースト１４．１４
を用いて焼付接続された卑金属製の一対のリード線１６
．１６とからなっている。

一方、同図において、１８は、上記白金皮膜抵抗器ｌＯ
の抵抗器本体１２の保護用ガラス焼成用に作製された、
本発明に従う電気ヒータであって、白金、Ｎｉ−Ｃｒ合
金、Ｆｅ−Ｃｒ合金等の、直径：１ｍ以下、好ましくは
０．５ｍ＋ｓ以下の所定の通電発熱材料からなる通電発
熱ワイヤにて構成されており、かかる通電発熱ワイヤが
、上記白金皮膜抵抗器１０の抵抗器本体１２の外径より
も若干大きめの径をもって、その抵抗器本体１２の長さ
よりも若干短い長さにわたって、所定のピッチで円筒コ
イル状に巻回された構造を有している。

ところで、前記被加熱体としての白金皮膜抵抗器１０の
抵抗器本体１２にガラスを塗布し、上記本発明に従う電
気ヒータ１８でこのガラスを焼成するには、第１図に示
されているように、電気ヒータ１８のコイル部１８ａの
内側空間内に、抵抗器本体１２とコイル部１８ａの中心
が略一致するように、白金皮膜抵抗器１０を同心的に挿
入、配置する。つまり、通電発熱ワイヤにて囲まれた電
気ヒータ１８の加熱空間内の中央に、被加熱体としての
白金皮膜抵抗器１０の加熱必要部分としての抵抗器本体
１２を非接触状態で位置せしめるのである。

そして、電気ヒータ１８に対して白金皮膜抵抗器１０を
そのように配置した状態で、好ましくは、同図に示され
ているように、白金皮膜抵抗器１０のリード線１６．１
６に放熱用金属棒２０．２０を接触させた状態で、更に
好ましくは、電気ヒータ１８のコイル部１８ａの上方に
若干離隔して半円筒状のカバ一部材（図示せず）を設け
た状態で、電気ヒータ１８を所望の熱処理スケジュール
に従って通電加熱する。

なお、かかる電気ヒータ１８の通電加熱は、例えば第２
図に示されているように、電気ヒータ１８（脚部１８ｂ
、１８ｂ）と電源２２との間にリレー、サイリスタ等の
制御回路２４を介在させて、かかる制御回路２４をプロ
グラムコントローラ２６で制御することによって行なわ
れることとなる。

また、電源２２として定電圧電源や定電流電源を用いる
ときは、電流乃至は電圧をコントローラ２６で直接制御
するようにしてもよい。

このようにすれば、電気ヒータ１８が白金皮膜抵抗器１
０の抵抗器本体１２だけに対応して配置されていること
、及び電気ヒータ１８が熱容量の極めて小さな１ｍ＋ａ
以下の直径の通電発熱ワイヤで構成されて、通電量の変
化に応じてその加熱温度が極めて良好に昇降され得るよ
うになっていることに基づいて、白金皮膜抵抗器１０の
抵抗器本体１２が、電気ヒータ１８（コイル部１８ａ）
の通電発熱作用により、予め定められた熱処理スケジュ
ールに従って忠実に且つ集中的に加熱制御されるのであ
り、それによって、リード線１６．１６に実用上問題と
なるほどの酸化作用を招くことなく、抵抗器本体１２に
塗布されたガラスが良好に焼成せしめられるのである。

そして、本実施例によれば、このように、白金皮膜抵抗
器１０をコイル部１８ａに挿入して、電気ヒータ１８を
単に通電制御するだけで、実用上問題となるほどリード
線１６．１６を酸化させることなく、白金メツキ層の保
護ガラスを良好に焼成できるため、リード線１６．１６
に対してガラスを塗布したり、焼成後においてそのガラ
スを除去したりする等の工程を全く不要と為して、抵抗
器本体１２に対するガラスの焼成作業を極めて簡単にで
きるのであり、また電気ヒータ１８の熱容量が極めて小
さく、電気ヒータ１８を極めて急速に加熱・冷却できる
ことから、ガラスの焼成作業に要する時間を大幅に短縮
できると共に、熱効率を大幅に向上させ得るといった利
点が得られるのであり、更に、８００°Ｃ程度以下の中
温乃至低温での定温制御時においても、オーバシュート
やリンギング現象の発生を極めて良好に抑制できるとい
った利点が得られるのである。

また、本実施例によれば、電気ヒータ１８自体が極めて
コンパクトであるため、真空中や窒素雰囲気中、或いは
水素雰囲気中で用いるような場合において、スペース的
に極めて有利であるといった利点もあるのである。

なお、上記ガラスの焼成時において、前述のように、白
金皮膜抵抗器１０の加熱不可部分としてのリード線１６
．１６に放熱用金属棒２０．２０を接触させるようにす
れば、そのガラスの焼成時において、リード線１６．１
６の温度上昇を良好に防止して、リード線１６．１６の
酸化を極めて良好に防止できるといった効果が得られる
のであり、また電気ヒータ１８のコイル部１８ａの上方
に若干離隔して半円筒状のカバ一部材を設ければ、上昇
気流の発生を良好に防止して、加熱必要部分としての抵
抗器本体１２をより均等に、且つより良好な熱効率をも
って加熱できるといった効果が得られるのである。

因に、直径：２１１Ｉ１１、長さ：４ｆｆ１ｍｌのアル
ミナ製のセラミックパイプに厚さ：　０．１０μ糟の白
金メツキを施して焼き付けた後、かかる白金メツキを施
した抵抗器本体１２の両端に、直径：０．１５ｍｍ、長
さ：１０ｍｏ＋のＮｉ−Ｆｅ合金製のリード線１６゜１
６を白金ベース）１４．１４を用いて焼付接続して、被
加熱体としての白金皮膜抵抗器１０を作製する一方、か
かる白金皮膜抵抗器１０の抵抗器本体１２に対する保護
ガラスの焼成のために、直径：０．４ｍの白金線を用い
て、コイル部１８ａの長さが３ｆｆＩＩｌで、その内径
がセラミックパイプの外径よりも若干大きい第１図の如
き電気ヒータ１８を作製し、それらを第１図のように配
置して、第３図に示す如き加熱スケジュールに従って電
気ヒータ１８を通電加熱し、白金皮膜抵抗器１０の抵抗
器本体１２の外面に塗布したガラスを焼成した。

そして、その焼成後の白金皮膜抵抗器１０について、ガ
ラスの焼成状態とリード線１６．１６の酸化状態を評価
したところ、ガラスの焼成状態は極めて良好で、リード
線１６．１６も、放熱用金属棒２０．２０の非接触部位
の基端部表面が僅かに変色しているだけで、実用上問題
のないことが認められた。また、電気ヒータ１８の加熱
空間（コイル部１８ａの内部空間）内の温度が、第３図
に示す加熱スケジュールに極めて良好に追随することが
認められ、５００℃での定温加熱制御時において、オー
バシュートやリンギング現象の発生が良好に抑制される
ことも認められた。

また、放熱用金属棒２０，２０を用いずに同様の熱処理
、およびその後の評価を行ったところ、リード線１６．
１６の変色領域が３〜４１１１１１１に広がったが、何
れも表面のみの酸化であって、実用上支障のないことが
認められた。

次に、本発明の別の実施例を第４図に示す。なお、本実
施例は、白金皮膜抵抗器１ｏの抵抗器本体１２に対する
電気ヒータ１８のコイル部１８ａの長さ関係が異なって
いる点だけが、前記実施例と異なっている。

すなわち、本実施例の電気ヒータ１８は、コイル部１８
ａの長さが白金皮膜抵抗器１０の抵抗器本体１２の長さ
よりも若干長くされており、抵抗器本体１２に塗布され
たガラスの焼成時においては、第４図に示されているよ
うに、電気ヒータ１８の加熱空間（コイル部１８ａの内
部空間）内に、加熱必要部分としての抵抗器本体１２だ
けでなく、加熱不可部分としてのリード線１６．１６の
一部も収容されるようになっているのである。

このような電気ヒータ１８によっても、保護ガラスの焼
成時において、第４図に示されているように、白金皮膜
抵抗器１０のリード線１６．１６をアルξす等からなる
断熱パイプ２８．２８に挿入し、周囲空間から断熱して
支持させるようにすることにより、前記実施例と同様の
効果を得ることができるのである。

なお、断熱パイプ２８．２８内に放熱用金属を挿入して
、ガラス焼成時において、これをリード線１６．１６と
接触させるようにすれば、リード線１６．１６の昇温を
より良好に回避して、り一ド線１６．１６に対する酸化
作用をより良好に防止することが可能である。

また、断熱パイプ２８．２８を水冷することでも、リー
ド線１６．１６の酸化作用をより良好に防止することが
可能である。

以上、本発明の幾つかの実施例を詳細に説明したが、そ
れらは文字通りの例示であり、本発明が、それらの具体
例に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内
において、種々なる変更、修正、改良等を施したＵ様で
実施できることは、言うまでもないところである。

例えば、前記実施例では、何れも、通電発熱ワイヤが円
筒コイル状に巻回されて電気ヒータ１８が構成されてい
たが、第５図に示されているように、通電発熱ワイヤを
角筒コイル状に巻回して電気ヒータ１８を構成するよう
にすることも可能であり、また第６図および第７図に示
されているように、通電発熱ワイヤを曲成して複数のヒ
ータエレメント３０を作製し、それらを互いに接近、離
隔可能に配設して、それらの接近によって所定の加熱空
間を形成させるようにして、電気ヒータ１８を構成する
ことも可能である。なお、このように、互いに接近、離
隔可能に設けた複数のヒータエレメント３０で電気ヒー
タを構成するようにすれば、被加熱体を加熱空間内に収
容するための操作が極めて容易となるため、加熱作業を
より簡単に行うことが可能となる。

また、前記実施例では、被加熱体として白金皮膜抵抗器
を加熱する例について述べたが、本発明に従う電気ヒー
タを白金皮膜抵抗器以外の被加熱体の加熱に用いること
も勿論可能であり、その際、その被加熱体の加熱必要部
分に応じて電気ヒータを構成する通電発熱ワイヤの曲成
形状を任意に設定し得ることも勿論である。なお、電気
ヒータを構成する通電発熱ワイヤの強度に比してその長
さが長く、電気ヒータ自体の強度でその曲成形状を維持
し得ないような場合には、断熱性のセラミックファイバ
ーで電気ヒータの一部を支持させるようにしてもよい。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明に従う電気ヒー
タは、熱容量の極めて小さな直径１閣以下の通電発熱ワ
イヤを曲成して所定の加熱空間を形成し、その加熱空間
内に配置される被加熱体を非接触状態で加熱し得るよう
にしたものであるため、加熱必要部分と加熱不可部分と
が共存する微小形状の被加熱体の加熱必要部分だけを局
部的に効果的に、しかも極めて迅速に加熱、冷却し得る
のであり、それ故、加熱不可部分を不要に加熱すること
によって生じる不具合を良好に回避しつつ、被加熱体の
加熱必要部分を短時間に、且つ良好な熱効率をもって、
しかも所望の加熱スケジュールに忠実に従って良好に加
熱できるといった利点があるのであり、また被加熱体の
加熱必要部分に応じて通電発熱ワイヤの曲成形状、つま
り加熱空間形状を任意に設定できることから、被加熱体
の形状に拘わらず、加熱必要部分を極めて均等に加熱す
ることができるといった利点もあるのである。

そして、このような電気ヒータにおいて、被加熱体の加
熱不可部分を所定の断熱支持部材で周囲空間から断熱し
て被加熱体を加熱するようにした場合には、被加熱体の
加熱不可部分の一部を加熱空間内に収容した状態で被加
熱体を加熱しても、上述のような効果を同様に得ること
ができるのであり、また本発明手法に従えば、加熱必要
部分と加熱不可部分が共存する微小形状の被加熱体の加
熱必要部分、だけを、効果的に加熱することができるの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う電気ヒータの一例の使用状態を
示す図であり、第２図は、第１図の電気ヒータの通電発
熱回路の一例を示すブロック図であり、第３図は、第１
図の如き電気ヒータを用いて白金皮膜抵抗器の保護ガラ
スを坑底する際の熱処理スケジュールの一例を示す図で
ある。第４図は、本発明に従う電気ヒータの別の一例の
使用状態を示す図である。第５図、第６図および第７図
は、それぞれ、本発明に従う電気ヒータの更に異なる一
例を示す斜視図である。 １０：白金皮膜抵抗器（被加熱体） １２：抵抗器本体（加熱必要部分） １６：リード線（加熱不可部分）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）直径１ｍｍ以下の通電発熱ワイヤを曲成して所定
   の加熱空間を形成し、該加熱空間内に配置される被加熱
   体を該通電発熱ワイヤにて非接触状態で加熱し得るよう
   にしたことを特徴とする電気ヒータ。
2. （２）前記被加熱体が、加熱されるべき加熱必要部分と
   共に、加熱が回避されるべき加熱不可部分を備え、前記
   加熱空間が該被加熱体の加熱必要部分のみを収容可能な
   大きさに設定されて、該加熱空間内に配置された該被加
   熱体の加熱必要部分を前記通電発熱ワイヤにて局部的に
   加熱し得るようになっている請求項（１）記載の電気ヒ
   ータ。
3. （３）直径１ｍｍ以下の通電発熱ワイヤを曲成して、加
   熱されるべき加熱必要部分と加熱が回避されるべき加熱
   不可部分とが共存する被加熱体の少なくとも加熱必要部
   分を収容可能な加熱空間を形成し、前記加熱不可部分を
   所定の断熱支持部材で周囲空間から断熱して支持した状
   態下で、少なくとも前記加熱必要部分が該加熱空間内に
   収容されるように配置された前記被加熱体を、前記通電
   発熱ワイヤにて非接触状態で加熱し得るようにしたこと
   を特徴とする電気ヒータ。
4. （４）直径１ｍｍ以下の通電発熱ワイヤを曲成して形成
   した加熱空間内に被加熱体を挿入して、該通電発熱ワイ
   ヤにて該被加熱体の一部を非接触状態で局部的に加熱す
   ることを特徴とする電気ヒータを用いた加熱方法。