JPS649713B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、高温において高導電性を有するラン
タンクロマイト系焼結体を発熱体として使用する
場合の電極構造に関する。 従来から一般に用いられている金属発熱体や、
高温域における炭素、炭化珪素等の非金属発熱体
は、電気抵抗の温度係数が「正」の特性を有し、
使用時に於いて発熱体端子部に接続する電極部の
温度上昇が小さいため、その電極構造は簡単であ
り、特別な工夫を要しない。 しかしながら、高温に於いて酸化性雰囲気が高
い安定性を持つ導電性酸化物は、一般には第６図
に示す様に、電気抵抗の温度係数が「負」である
特性を有する。従つて、この導電性酸化物を柄付
型発熱体、即ち同一比抵抗の素材にて発熱部及び
柄部（即ち端子部）の電気抵抗を各々の断面積の
大きさにより調節して使用する場合、発熱部の温
度上昇に伴いその電気抵抗が小さくなるため、断
面積を大きくした端子部と発熱部との電気抵抗の
差が小さくなる。そのため端子部の温度上昇が大
きくなり、最終的には端子部も発熱する状態とな
り、端子部に接続する電極部もかなり高温になる
欠点がある。 それ故、電気抵抗の温度係数が「正」の特性を
有する発熱体と同様な電極構造を導電性酸化物の
発熱体の場合に使用すると、その電極金属の劣化
腐蝕が著しくなると同時に、導電性酸化物本来の
熱衝撃抵抗性が劣るため発熱体の端子部を炉外に
出して電極を取り付けて使用したときに、発熱体
の端子部とその周辺温度との差（温度勾配）によ
り発生する熱応力により、発熱体の端子部の破壊
が起るという欠点を有する。 本発明の目的は、電気抵抗の温度係数が「負」
の特性を有する導電性酸化物タイプの発熱体であ
るランタンクロマイト系発熱体に於いて、上記の
如き欠点を解消し、電気的接触抵抗が著しく低い
発熱体電極構造を提供することにある。 以下、図面に基づいて本発明の電極構造につい
て説明する。尚、両端子部分は同一なので、一方
の端子部分についてのみ説明する。 第１図又は第２図に於いて、ランタンクロマイ
ト系発熱体端子部３の周辺の表面に複数の螺旋溝
構造１又は互いに平行な円周溝構造４、及びラン
タンクロマイト系発熱体中心部側の螺旋溝構造１
終端から、又は該発熱体の中心部に最も近い円周
溝から各円周溝と互いに交差して、延びる縦溝構
造２が設けられている。該発熱体端子部は、該発
熱体が炉に組み入れられたときに炉の内部より放
熱される熱の影響を避け得る状態、即ち電極効果
を保持（導電性を持続）するに充分な長さを炉外
に露出することを要する。この長さは、炉の構
造、使用温度、昇温速度、発熱体の本数により決
定されるが約25〜40mmである。その長さのうち例
えば約15mmの部分に複数回、通常４〜５周溝切り
するのであるが、その幅及び深さは巻き付けられ
る金属導線の直径によつて決定される。 第３図に於いて、上記の様にして溝構造が施さ
れた発熱体端子部３の表面全体に高温での耐酸化
性を有する耐熱金属被膜５を強固に焼付ける。こ
の焼付け用金属被膜としては市販の導電ペースト
（銀、金、白金、銅又はこれらの合金のペースト）
を用い、充分な焼付け強度を生ずる温度（材質に
応じて変化するが500〜1500℃程度）で且つ酸化
性雰囲気下で焼付け形成する。 第４図及び第５図に於いて、耐熱、耐酸化性金
属被膜を形成した溝構造部の溝幅及び溝深さに適
合する耐熱、耐酸化性金属導線６を埋没する様に
巻き付け、該導線のゆるみを防止するための２本
撚線７とし、先端に圧着端子８を接続する。圧着
端子としては、市販のものを広く使用でき、例え
ばアルミニウム製のものを使用する。 この際、接触不良による電気抵抗増加を防止す
るため、予め導電ペーストを塗布し、巻き付ける
導線のなじみを良くする。巻き付けた後、導線と
溝との間隙をなくするため更に導電ペーストにて
上塗りし、表面を平滑にして一体化構造の電極と
する。 用いられる導線としては高温耐熱、耐酸化性金
属製のものが好ましく、貴金属製のものが特に好
ましい。その様な金属としては、例えば銀、銀合
金、白金、金等が挙げられる。また、この導線は
発熱体からの熱伝導による加熱により導電性が損
なわれる温度にまで上昇することのない放熱容量
を持つ太さであれば良く、用いた材質によつて適
宜決定される。 以下、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明
する。 実施例 １ Ａ型及びＢ型の２種の発熱体を用いて以下の条
件により本発明の電極構造の評価を行なつた。 (1) Ａ型発熱体 発熱体の組成 酸化ランタン（La₂O₃）と酸化第二クロム
（Cr₂O₃）を同量とし、そのうち酸化ランタン
のLaイオン５〜10％をCaイオンで置換固溶さ
せたランタンクロマイト複合酸化物（La_1-X
Ca_XCrO₃，ｘ：0.05〜0.10）である。 発熱体の形状 外径18mm×内径６mm×全長430mmのうち中央
部の120mmを外径14mmに細くし、発熱部となし、
その両端20mmを温度勾配の緩和を計るため外径
18mm〜14mmとなるように２mmずつのテーパーを
付け、他を端子部（柄部）とした形状で、内径
穴両端を約10mm同一素材にて栓をする。 電極構造及び取り付け 発熱体の生品（未焼成品）時点で、焼成後に
所定の寸法になる様に、両端子部15mmの長さ内
に幅約1.2mm深さ約1.2mmの螺旋溝構造４周及び
発熱体中心部側の螺旋溝終端から発熱体端部に
延びる縦溝構造を円周上に切削加工する。所定
温度に焼成、焼結後、発熱体素体の電極部とす
る長さ25mmの両端子部の表面全体に市販銀ペー
ストを塗布する。 この際、螺旋溝の内部まで充分銀ペーストが
行きとどくようにペーストの粘性を調整する。 銀ペーストを塗布された発熱体をペースト中
の溶剤乾燥後、電気炉にて850〜900℃で焼成
し、銀被膜と発熱体の接着を強固に形成する。
溝に銀ペーストを塗布した後、銀線（直径１
mm）を溝にしつかり巻き付け溝の最終部で銀線
のゆるみ防止のため、２本撚をかけその約150
mmを導線とし、端末にアルミニウム圧着端子を
接続する。 更に発熱体と銀線の接触不良をなくすため巻
いた銀線と溝との間隙に銀ペーストを上塗り
し、発熱体とする。 昇温 電極保護のため、発熱体を炉に組入れる場合
電極は炉外に出す。 発熱体電極より出された導線の圧着端子部を
炉の電極板にネジ止めし、電圧をかけ室温より
１時間当り250℃の昇温速度で、発熱部表面温
度約1800℃まで昇温し、約40時間保持した後
500℃まで、昇温時と同速度で降温する操作を
繰り返す。この操作はフニライト単結晶の育成
法の一つであるブリツジマン法と言われるもの
である。 (2) Ｂ型発熱体 発熱体の組成 Ｂ型発熱体はＡ型発熱体とは組成を異にし、
２種類の固有抵抗を有する組成よりなる。 主成分はＡ型と同じで、酸化ランタン
（La₂O₃）と酸化第二クロム（Cr₂O₃）とは同量
である。 組成―１：酸化ランタンのLaイオン１〜５％
をCaイオンで置換固溶させたランタンク
ロマイト複合酸化物（La_1-XCa_XCrO₃，
ｘ：0.01〜0.05）である。 組成―２：LaCrO₃組成のうちLaイオン５〜10
％をCaイオンで置換固溶させたランタン
クロマイト複合酸化物（La_1-XCa_XCrO₃，
ｘ：0.05〜0.10）である。 発熱体の形状 外径16mm×内径８mm×全長550mmのうち中央
部180mmには抵抗の大きい組成―１を使用し、
両端部250mmには抵抗の小さい組成―２を使用
する。発熱部と端子部の中間に発熱体の温度勾
配を緩和するため20mmの組成―１、２を混合し
たなじみ層を形成した所謂棒型発熱体である。 このＢ型発熱体は、前述のごとく端子部と発
熱部の抵抗比を組成により変化させたもので、
第６図に示す様にＡ型発熱体に比してその発熱
部の固有抵抗は大きい。 電極構造及び取り付け (1)―と同様。 昇温 (1)―と同様。 (3) 評価 本実施例に於ける発熱体電極表面の温度は、
600〜900℃であり、炉の構造及び操作から考え
て、極めて苛酷な使用条件である。かかる条件に
於いても、本発明電極構造では導線が溝内部に強
く固着されているため、操り返し使用しても、そ
の電極部には何ら異状の発生はなく、Ａ型及びＢ
型のいずれの発熱体の場合にも、極めて有効に用
いられることが判つた。 実施例 ２ 実施例１のＡ型発熱体を用いて従来型の電極構
造と本発明の電極構造とを比較した。 (1) 使用発熱体 実施例１の(1)―及びに示す発熱体の同一ロ
ツトのものを使用した。ただし、下記構造―１の
場合は発熱体未端の栓はしない。抵抗値：23〜25
Ω（30℃） (2) 電極構造 構造―１：従来型のステンレスターミナル使用
のものを用いた。即ち、第７図において発熱体体
端子部３に金属被膜（この場合銀メタリコン）５
を施し、ステンレスターミナル１０を取り付け
て、接着面に銀ペースト９を塗布する。次に第８
図に示す様にステンレスターミナル１０にアルミ
ニウム編組線１１を巻き付けクランプ１２で固定
する。 構造―２：実施例１の(1)―に示す通りであ
る。 尚、電極構成後の抵抗値は発熱体素体のみの抵
抗値と同値であつた。 (3) 発熱体の配線 上記の電極構造を施した発熱体を縦式８本掛管
状炉に入れ、第９図に示す様に配線する。即ち、
構造―１の発熱体１３４本を並列に、及び構造―
２の発熱体１４４本を並列に結ぎ、それを直列に
結ぐ。配線後の全体合成抵抗は12Ω（30℃）であ
つた。 (4) 試験方法及び結果 室温より１時間当り約250℃の昇温速度で、７
時間後に発熱体温度約1800℃まで昇温し、48時間
保持した後、17時間かけて室温まで降温する。こ
のスケジユールに従つて、72時間の繰り返し操作
を行なつた。６回操作後の電極部を含む発熱体の
抵抗値を第１表に示す。また、操作回数（使用回
数）による各発熱体電極部の劣化状態を第２表に
示す。

【表】

【表】

【表】 (5) 評価 第１表に於いて構造―２の発熱体４本の抵抗値
がいずれも若干低下しているが、これはランタン
クロマイト系発熱体の焼結度の進展と酸化作用に
よるもので、ランタンクロマイト系発熱体の特性
によるものである。それに対して構造―１の発熱
体４本の抵抗値がいずれも著しく増加しているの
は、ステンレスターミナルの酸化腐蝕によるスケ
ール（鉄の酸化物）発生による電気的接触不良の
ためである。このことは、ステンレスターミナル
を取り除いた発熱体自体の抵抗値が構造―２の発
熱体とほぼ同じ値を示したことから判る。 第２表から明らかな様に、構造―１の発熱体は
低操作回数にて、スケールが発生し、抵抗の増大
が著しく使用下能となる。それに対して、構造―
２の発熱体では、電極の一部が侵されても、その
導電性を損うことなく長時間使用可能であること
が判る。 両者の寿命を比較すると、本発明の電極は従来
のものに比して、５倍以上の寿命を持つことが判
る。 実施例 ３ 電極の溝構造において、螺旋溝構造を４周切削
加工する代わりに、互いに平行な円周溝構造を５
周切削加工した以外は、すべて実施例１及び２と
同様にして、それぞれの実施例と同様の結果を得
た。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は発熱体端子部の溝構造、第
３図は発熱体端子部に金属被膜を施した状態の部
分断面図、並びに第４図及び第５図は発熱体端子
部に金属導線を巻きつけ、それを２本撚線にし、
先端に圧着端子を接続した様子を示す。第６図は
本発明に用いた発熱体の抵抗温度特性を示す。第
７図は従来型電極構造の断面図を示し、第８図は
従来型電極のステンレスターミナルに金属導線を
固定した状態を示す。第９図は実施例２における
発熱体の配線を示す。 １…螺旋溝構造、２…縦溝構造、３…ランタン
クロマイト系発熱体端子部、４…円周溝構造、５
…金属被膜、６…金属導線、７…撚線、８…圧着
端子、９…銀ペースト、１０…ステンレスターミ
ナル、１１…アルミニウム編組線、１２…クラン
プ、１３…構造―１（従来型）の発熱体、１４…
構造―２（本発明）の発熱体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (i) ランタンクロマイト系発熱体の両端子部
   分に設けられた複数周の螺旋溝、 (ii) ランタンクロマイト系発熱体中心部側の上記
   螺旋溝終端から発熱体端部に延びる縦溝、 (iii) 上記螺旋溝及び縦溝を含むランタンクロマイ
   ト系発熱体の両端子部分全面に形成された耐熱
   及び耐酸化性の導電性金属皮膜、 (iv) 上記螺旋溝及び縦溝内に巻設されており、そ
   の両端部分が撚り合わされた状態で端子に接続
   されている耐熱及び耐酸化性の金属導線、 及び (v) 上記螺旋溝及び縦溝内に巻設された金属導線
   上に形成されていて、ランタンクロマイト系発
   熱体の両端子部分表面を平滑ならしめている耐
   熱及び耐酸化性の導電性金属皮膜 を備えたランタンクロマイト系発熱体電極。 ２ (i) ランタンクロマイト系発熱体の両端子部
   分に設けられた複数周の互いに平行な円周溝、 (ii) ランタンクロマイト系発熱体の中心部に最も
   近い上記円周溝から各円周溝と互いに交差して
   発熱体端部に延びる縦溝、 (iii) 上記円周溝及び縦溝を含むランタンクロマイ
   ト系発熱体の両端子部分全面に形成された耐熱
   及び耐酸化性の導電性金属皮膜、 (iv) 上記円周溝及び縦溝内に巻設されており、そ
   の両端部分が撚り合わされた状態で端子に接続
   されている耐熱及び耐酸化性の金属導線、 及び (v) 上記円周溝及び縦溝内に巻設された金属導線
   上に形成されていて、ランタンクロマイト系発
   熱体の両端子部分表面を平滑ならしめている耐
   熱及び耐酸化性の導電性金属皮膜 を備えたランタンクロマイト系発熱体電極。