JP2001167862A - ヒータ及び該ヒータの端子部構造 - Google Patents
ヒータ及び該ヒータの端子部構造Info
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Abstract
分布のばらつきを防止できる熱処理炉用ヒータ及び該ヒ
ータの端子部構造を提供する。 【解決手段】 端子部5と、該端子部5を介して供給さ
れた電力によって発熱する発熱部4とを有するヒータの
端子部構造において、上記端子部5の断面積を発熱部4
の断面積より小さく設定する。例えば、端子部5の直径
bを発熱部4の直径aの約1/2にする。
Description
を焼成する熱処理炉に採用されるヒータの端子部構造に
関する。
炉では、SiCからなる棒状,あるいはスパイラル形状
のヒータが採用されている。図10は、従来の一般的な
SiC製ヒータを示しており、このヒータ50は、炉内
に挿入される発熱部50aと、炉壁51を貫通して炉外
に露出する端子部50bとを有しており、この端子部5
0bを介して発熱部50aに電力を供給することによっ
て該発熱部50aが発熱し、これにより炉内を所定温度
に昇温させる。
の炉内の温度分布は、ヒータの配置構造,配置方法ある
いは発熱むら等のさまざまな要因によって影響を受け易
く、これらの問題を解決してもなおヒータ自体の構造に
よる影響が残り、炉内温度にばらつきが生じるという問
題がある。
10に示すように、上記ヒータ50の基材中の熱伝導に
よる端子部50bからの放熱、あるいはヒータ50と炉
壁51との僅かな隙間からの熱洩れによる放熱の影響が
考えられる。特に、ヒータ基材がSiCの場合、その熱
伝導率が高いことから、温度の低い端子部に熱がより流
れ易くなり、その結果ヒータ50の発熱部50aで発熱
むらが生じ易くなっている。
たもので、ヒータ端子部からの放熱を低減して炉内温度
分布のばらつきを防止できるヒータ及び該ヒータの端子
部構造を提供することを目的としている。
部と、該端子部を介して供給された電力によって発熱す
る発熱部とを有するヒータの端子部構造において、上記
端子部の断面積を発熱部の断面積より小さく設定したこ
とを特徴としている。
記端子部の外径が発熱部の外径より小径に設定されてい
ることを特徴としている。
記端子部の外径と発熱部の外径とが同一に設定されてお
り、該端子部は中空に発熱部は中実に形成されているこ
とを特徴としている。
配置される端子部と、炉内に位置するように配置され、
上記端子部を介して供給された電力によって発熱する発
熱部とを有する熱処理炉用ヒータの端子部構造におい
て、上記端子部の断面積を発熱部の断面積より小さく設
定したことを特徴としている。
記端子部の外径が発熱部の外径より小径に設定されてい
ることを特徴としている。
配置される端子部と、炉内に位置するように配置され、
上記端子部を介して供給された電力によって発熱する発
熱部とを有する熱処理炉用ヒータの端子部構造におい
て、上記端子部の外表面を断熱材で覆ったことを特徴と
している。
のいずれかに記載の端子部構造を有することを特徴とす
るヒータである。
化珪素,二珪化モリブデン,ジルコニア等が挙げられる
が、加工しやすいなどの理由から炭化珪素を用いること
が好ましい。
端子部構造によれば、端子部の断面積を発熱部の断面積
より小さくしたので、発熱部からの端子部への熱伝導に
より伝達される熱量が低減され、それだけ端子部からの
放熱が抑制されることとなる。その結果、発熱部での発
熱むらを回避でき、ひいては炉内の温度分布のばらつき
を防止できる。
くしたことから、ヒータに熱伝導率の高いSiCを採用
した場合の発熱部から端子部への熱の移動を抑制でき、
端子部の温度低下が防止されることとなり、発熱部の発
熱むらを回避できる。
ことによる抵抗値の増加が懸念されるが、端子部の小径
化による発熱量は、発熱部の発熱量に比べて極僅かであ
り、抵抗値増加分の発熱量増加による温度上昇は無視で
きるレベルである。
図面に基づいて説明する。図1及び図2は、請求項1,
2,4,5の発明の一実施形態(第1実施形態)による
熱処理炉用ヒータの端子部構造を説明するための図であ
り、図1はヒータが配設された熱処理炉の概略図、図2
はヒータ端子部の要部の断面図である。
ており、これは耐火断熱材からなる炉壁2aにより密閉
された炉本体2を形成し、該炉本体2に、図示していな
いが、セラミック等の被処理材を出し入れする開口を形
成するとともに、該開口にこれを開閉する炉扉を配設し
て構成されている。
支持された複数本のヒータ3が挿入されており、この各
ヒータ3は被処理材を囲むように配置されている。
る非金属円柱状発熱部4をU字状に折り曲げて形成され
たものであり、この発熱部4の両端部には円柱状の端子
部5が接続形成されている。
置しており、端子部5は天井部2bから炉外に露出して
いる。この端子部5には不図示の電極部を介して電源が
接続されており、端子部5を介して発熱部4に電力を供
給することにより炉内を所定温度に昇温させる。
の断面積より小さく設定されており、具体的には発熱部
4の直径a20mmφに対して端子部5の直径bは10
mmφと1/2となっている。上記端子部5は発熱部4
とともに一体成形した後、切削加工を施して形成された
ものである。なお、端子部のみ別途製作し、これを発熱
部に接着剤等により固着してもよい。
大きさを有する大径孔2cと該大径孔2cに続いて端子
部5が挿通可能な大きさを有する小径孔2dとが同軸を
なすように段付き形成されており、これにより端子部5
の発熱部4との接続部は炉壁2aに埋設されている。
熱量は、 Q=λ/L(t1−t2)・A λ:ヒータの熱伝導率(W/m・K) L:発熱部と端子部間の距離(m) t1:発熱部の温度(K) t2:端子部の温度(K) A:ヒータ断面積(m2 ) で表されることから、端子部5の直径bを発熱部4の直
径aより小さくすることにより、端子部5内を移動する
熱量を低減できる。
明するための図である。これは、熱処理炉を炉外径20
0φ×炉高さ650mm×断熱材厚さ50mmとし、ヒ
ータ発熱部を直径20φ×長さ500mmとし、炉外に
露出するヒータ端子部の炉外長さを50mmとするとと
もに、端子部の直径をそれぞれ20,10,6mmφの
3条件とした。
0℃/minの昇温速度でもって昇温し、1000℃に
2hrキープした後の温度を評価した。ヒータ端子部の
自然対流伝達係数は上面部で10.48Kcal/m2
・h・℃、側面部で7.57Kcal/m2 ・h・℃で
ある。また端子温度の計算結果は、端子部20mmφで
上面部Ave=641℃,側面部Ave=670℃、端
子部10mmφで上面部Ave=608℃,側面部Av
e=660℃、端子部6mmφで上面部Ave=590
℃,側面部Ave=673℃である。
示しており、第1欄aは端子上面部表面積,第2欄bは
端子上面部温度差,第3欄cは端子側面部表面積,第4
欄dは端子側面部温度である。表1からも明らかなよう
に、端子部の直径を発熱部と同じ20mmφとした場合
の放熱量は17.5Kcal/hと高くなっている。こ
れに対して、端子部の直径を10mmφとした場合の放
熱量は8.09Kcal/hであり、従来端子部に比べ
て約半減している。また端子部の直径を6mmφとした
場合の放熱量は4.83Kcal/hであり、従来端子
部に比べて大幅に低減されている。
1/2としたことによって、端子部の抵抗値が増加する
ことが懸念される。しかしながら、端子部の抵抗値増加
により生じる発熱量は、20mmφ端子部が0.02W
(電圧50V,電流20A時)となる。これに対して1
0mmφ端子部の場合は0.08Wとなり、約4倍とな
るものの両者とも発熱部の1KWと比較すると0.1%
程度であり、抵抗値増加分に伴う発熱量の増加による温
度上昇は無視できるレベルである。
の直径bを発熱部4の直径aの約1/2としたので、発
熱部4からの端子部5へ伝達される熱量が低減され、そ
れだけ端子部5からの放熱が抑制されることとなる。そ
の結果、発熱部での発熱むらを回避でき、ひいては炉内
の温度分布のばらつきを防止できる。
部4の直径aより小径にしたので、熱伝導率の高いSi
Cを採用した場合の発熱部4から端子部5への熱の移動
を抑制でき、端子部5の温度低下が防止されることとな
り、発熱部4の発熱むらを回避できる。
2実施形態)によるヒータの端子部構造を説明するため
の図である。
端子部12を接続形成するとともに、該端子部12の外
径と発熱部11の外径とを同一に設定し、上記端子部1
2は中空に発熱部11は中実に形成して構成されてい
る。
12との外径は同じでありながら、端子部12を中空に
して発熱部11の断面積より小さくしたので、発熱部1
1から端子部12へ伝達される熱量が低減され、それだ
け端子部12からの放熱が抑制されることとなり、上記
実施形態と同様の効果が得られる。
3実施形態)によるヒータの端子部構造を説明するため
の図である。
る発熱部21と、炉外に露出する端子部22とを同じ外
径とし、この炉外に露出する端子部22の外表面を断熱
材23により覆って構成されている。
との外径は同一とし、炉外に露出する端子部22の外表
面を断熱材23で覆ったので、端子部22の見掛けの断
面積が略ゼロになり、端子部12からの放熱が抑制され
ることとなり、この場合も上記実施形態と同様の効果が
得られる。
実施形態(第4実施形態)によるヒータの端子部構造を
説明するための図である。
る一対の発熱部31,31を非接触状態で互いに巻きつ
けてなるスパイラル形状のものであり、各発熱部31の
上端には端子部32が接続形成されている。
挿通して炉内に位置しており、端子部32は炉壁2aか
ら炉外に露出している。そして、各端子部32の断面積
は発熱部31の断面積より小さく設定されており、かつ
各端子部32の外表面は断熱材33により覆われてい
る。
ないように一体成形され、かつヒータ基材との間に隙間
が生じないように炉壁2aの外面に気密に接している。
この断熱材33は熱伝導率0.01〜0.04W/m・
K程度のアルミナ−シリカ系のファイバー質からなるも
のである。なお、ブロック状の断熱材を別途形成し、こ
の断熱材に端子部挿入用に孔を繰り抜いて形成してもよ
い。
びる電極部34が接続されており、この各電極部34の
先端部は断熱材33を貫通して外部に露出している。こ
の各電極部34の露出部にはアルミ網線35が巻きつけ
られており、該アルミ網線35に不図示の電源が接続さ
れる。
を発熱部31の断面積より小さくするとともに、各端子
部32の外表面を断熱材33により覆ったので、発熱部
31を伝導して端子部32に移動した熱が、該端子部3
2の表面から外気に伝達されるのをより確実に防止で
き、これにより発熱部31から端子部32への熱伝達量
を大幅に低減できる。その結果、端子部32近傍の発熱
部31の温度低下を防止でき、ひいては炉内の温度分布
のばらつきを防止できる。
うことにより、端子部32の異常温度上昇が懸念され
る。本実施形態では、通常ターミナルとして使用するア
ルミ網線35の耐久性について実験を行ったところ、特
に問題が生じることはなかったことから、温度上昇によ
る影響はほとんどないと考えられる。
に行った実験結果を示す図である。この実験では、本実
施形態のスパイラルヒータ30により炉内を昇温し、炉
内に載置した被熱処理材37の上端部と下端部の温
度差を測定して行った(図9(b)参照)。また比較す
るために端子部38を炉外に露出した従来のスパイラル
ヒータ39により炉内を昇温し、上記同様に被熱処理材
37の上端部と下端部の温度差を測定した(図9
(a)参照)。
の上端部と下端部との温度差は約20℃と、上端部
側の温度が低くなっている。これは端子部38からの放
熱の影響により該端子部38付近の温度が低下し、この
ため発熱部40に温度分布のばらつきが生じ、このため
炉内において温度勾配が生じるからである。
場合には、端子部33からの放熱が低減されることか
ら、被熱処理材37に生じる温度差は約10℃以下とな
っており、温度差が半減していることが分かる。このよ
うに端子部の断面積を発熱部より小さくするとともに端
子部を断熱材で覆うことにより、炉内の温度勾配が小さ
くなり、焼成時の被熱処理材の温度差を小さくすること
ができ、ひいては焼結差の小さい高品質の焼結体を得る
ことができる。
タの端子部構造を説明するための熱処理炉の概略図であ
る。
めの図である。
するための図である。
するための図である。
するための図である。
験結果を示す図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 端子部と、該端子部を介して供給された
電力によって発熱する発熱部とを有するヒータの端子部
構造において、上記端子部の断面積を発熱部の断面積よ
り小さく設定したことを特徴とするヒータの端子部構
造。 - 【請求項2】 請求項1において、上記端子部の外径が
発熱部の外径より小径に設定されていることを特徴とす
るヒータの端子部構造。 - 【請求項3】 請求項1において、上記端子部の外径と
発熱部の外径とが同一に設定されており、該端子部は中
空に発熱部は中実に形成されていることを特徴とするヒ
ータの端子部構造。 - 【請求項4】 炉外に位置するように配置される端子部
と、炉内に位置するように配置され、上記端子部を介し
て供給された電力によって発熱する発熱部とを有する熱
処理炉用ヒータの端子部構造において、上記端子部の断
面積を発熱部の断面積より小さく設定したことを特徴と
する熱処理炉用ヒータの端子部構造。 - 【請求項5】 請求項4において、上記端子部の外径が
発熱部の外径より小径に設定されていることを特徴とす
る熱処理炉用ヒータの端子部構造。 - 【請求項6】 炉外に位置するように配置される端子部
と、炉内に位置するように配置され、上記端子部を介し
て供給された電力によって発熱する発熱部とを有する熱
処理炉用ヒータの端子部構造において、上記端子部の外
表面を断熱材で覆ったことを特徴とする熱処理炉用ヒー
タの端子部構造。 - 【請求項7】 請求項1から請求項6のいずれかに記載
の端子部構造を有することを特徴とするヒータ。
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JP35161699A JP4310563B2 (ja) | 1999-12-10 | 1999-12-10 | ヒータ及び該ヒータの端子部構造 |
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JP4310563B2 JP4310563B2 (ja) | 2009-08-12 |
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ID=18418475
Family Applications (1)
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JP35161699A Expired - Lifetime JP4310563B2 (ja) | 1999-12-10 | 1999-12-10 | ヒータ及び該ヒータの端子部構造 |
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---|---|
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006302887A (ja) * | 2005-04-20 | 2006-11-02 | Ngk Insulators Ltd | 給電部材及び加熱装置 |
JP2007003129A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Kanto Yakin Kogyo Co Ltd | 熱処理炉用カーボンヒーター |
US8395096B2 (en) | 2009-02-05 | 2013-03-12 | Sandvik Thermal Process, Inc. | Precision strip heating element |
JP2017119593A (ja) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックス部材 |
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---|---|---|---|---|
WO2021065525A1 (ja) * | 2019-10-03 | 2021-04-08 | 株式会社Ihi | ギアポンプ |
-
1999
- 1999-12-10 JP JP35161699A patent/JP4310563B2/ja not_active Expired - Lifetime
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US10880955B2 (en) | 2015-12-28 | 2020-12-29 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Ceramic member |
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