JPS6134236B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、外被管の内部に絶縁体を介して発熱
体が設けられてなるシーズヒータに関する。 シーズヒータは、外被管と発熱体間の高絶縁に
より、安全かつ効率の良い熱源として使用され
る。したがつて外被管と発熱体間の絶縁性能の良
いことが要望される。絶縁性能の劣化は、外被管
端末部の封止部において生ずることが多い。なか
でも特に高い絶縁性能を要求されるガラスを封止
材とするシーズヒータにおいては信頼性の高い封
止状態を安定して得るこことが困難であつた。こ
のため従来から発熱体の端子材質の改善あるいは
封止条件の改善等がなされている。しかしながら
これらの改善はまだ充分でなかつた。 したがつて本発明の目的は、良好な絶縁性能を
有するシーズヒータを提供することである。 本発明の他の目的は、安定した封止状態を有す
るシーズヒータを提供することである。 本発明の他の目的は、封止条件が広い範囲を有
するシーズヒータを提供することである。 本発明の他の目的は封止作業が簡単なシーズヒ
ータを提供することである。 従来ガラスを封止材とするシーズヒータにおい
ては、鉛ガラスが用いられている。しかしながら
鉛ガラスは安定した封止状態を得ることは難かし
かつた。 発明者は、鉛ガラスによるシーズヒータの封止
状態を研究した結果、安定した封止状態が得られ
ないのは次のことに起因することを見出した。 まず、端末封止時800〜900℃に加熱するが、鉛
ガラスの軟化温度は600〜650℃と高いため鉛ガラ
スは外部の末端部から徐々に溶融し外被管内の端
部の鉛ガラスが溶融する前に外被管端末では封止
されてしまう。そのためその後外被管内の端部が
溶融するまで加熱した場合、外被管内部のガスが
膨張して外部に逃げようとし、このガスが泡状と
なり封止されたガラスを外部に押し出して封止状
態を劣化させる。 また、封止ガラス外被管外部に押し出されるの
を防ぐために従来溶融したガラスを外部から内部
に押し治具により押込んでいるが、押し治具に接
触するガラス表面は急激に冷却されて歪を発生
し、この歪が封止状態を劣化させる。更に、外被
管内部のガラスが充分に溶融しない前に押し込む
ことによる封止状態の劣化もある。 更に鉛ガラスの軟化温度が600〜650℃と高いた
め800〜900℃で数分間加熱しているが、この加熱
により外被管および端子の表面が過度に酸化して
しまい封止状態を劣化させる。 また、封止作業も前述の押し治具による押し込
み工程の後、端子のネジ部に付着したガラスある
いは外被管外部にあふれたガラスを取り除くため
にあらためてダイスを通したり、叩き落す工程が
必要であつた。 また、押し治具の押込みにより封止部を形成す
るためガラスは端子の周囲に均一に配置すること
が難かしく、封止状態を劣化させる。 発明者は、上記の点を改善すべく研究を重ねた
結果、従来はシーズヒータの端末封止材としては
適さないとされていたソルダーガラスを封止材と
して用いることにより良好な絶縁状態を有するシ
ーズヒータを得られることを見出した。ソルダー
ガラスは、ガラス、セラミツクあるいは金属など
の接合に用いられる半田ガラスである。 すなわち本発明は、外被管の内部に絶縁体を介
して発熱体が設けられるシーズヒータであつて外
被管端部をソルダーガラスで封止してなることを
特徴とする。 第１図に本発明に係るシーズヒータの一実施例
の端部を示す。第１図において、例えばステンレ
スでなる外被管１の内部には、例えばマグネシア
粉末でなる絶縁体２を介して例えばニクロム線で
なる発熱体３が設けられており、外被管１の端部
は、ソルダーガラスでなる封止材４で封止されて
いる。発熱体３の端部は端子５に接続されてい
る。 本発明に係るシーズヒータは次の点で特に優れ
ている。すなわち封止材であるソルダーガラス
は、金属との濡れ性が良いうえに軟化温度が低く
良好な封止状態を得るこそができる。 実施例を述べる。 表１に示すソルダーガラスを封止材として第１
図に示すようなシーズヒータを製造し特性を評価
した。なお外被管はステンレス（SUS）、鉄
（Fe）および銅（Cu）材を用い、端子はステンレ
ス（SUS430相当）を用い絶縁体は酸化マグネシ
ウム粉末である。外被管は13φ、端子径は４φで
ある。

【表】 表１に示すガラスの高温絶縁性を第２図に示
す。第２図より明らかなように従来の鉛ガラスよ
り優れた値を示している。 表１に示すガラスを封止材とし、２〜５分間酸
化雰囲気にてガラスが十分に溶融するまで加熱し
て封止を行ない封止の状態を観察し、気密性を評
価した。なお濡れ性は封止部の状態により評価
し、気密性はVEECO製のヘリウム気密試験装置
にて評価した。 結果を表２に示す。封止のガラス量は約１ｇで
ある。

【表】 表２から明らかなように番号１〜３のソルダー
ガラスを用いた濡れ性、外観、作業性とも外被管
の材質の相違に関係なく極めて良好で気密性も良
好であつた。番号４のものは、封止時にガラスが
結晶化をはじめ流れが悪かつた。 次に表２に示すシーズヒータを用いサーマルシ
ヨツクテストを行なつたところ、いずれもクラツ
クは発生せず良好な結果を得た。サーマルシヨツ
クテストは、200℃迄炉で昇温した後水中に投入
して行なつた。 次に耐振動テストを行なつた。表２中の番号２
のものにつき下記条件で振動テストを行なつた
後、更に湿度試験を行ない絶縁抵抗の劣化を調べ
た。振動テストは全振幅0.4mm、加速度1G、振動
数50Hz、時間１時間で行なつた。湿度試験は40
℃、相対湿度90％中に24時間放置した。これらの
試験後の絶縁抵抗を測定したところ、ほとんど劣
化はなかつた。 次に強制耐候性試験を行ない、電気抵抗劣化を
評価した。試験は、スガ試験機製ヂユーサイクル
サンシヤインウエザーメータにより行ない条件
は、温度65℃、湿度90％、散水２時間毎に18分
間、時間100時間で行なつた。この結果を表３に
示す。

【表】 表３より明らかなように耐候試験後においても
実用上充分な電気抵抗を有している。 本発明に係るシーズヒータは上述のように従来
の鉛ガラス封止材とするシーズヒータと比較して
各特性は優れている。 本発明に係るシーズヒータの優れている点につ
き考察する。まずソルダーガラスは鉛ガラスより
も軟化温度が低いことから次の効果をもたらす。
すなわち封止時の温度（例えば700℃〜800℃）で
短時間に全体が軟化し、鉛ガラスの場合のような
外被管内部のガス膨張による弊害がなく安定した
絶縁性能が得られる。また軟化したガラスの濡れ
性が良いことにより更に絶縁性能は向上する。ま
た、短時間で軟化し封止できるので外被管および
端子表面には封着に適する酸化膜が形成され、こ
のことも絶縁性能を向上させる。上記の点および
封止時の温度が通常700〜900℃を考慮するとソル
ダーガラスの軟化温度は500℃以下であることが
望ましい。また表２にて明らかになつたように封
止時に結晶化するものは流れがわるくなるととも
に濡れ性も低下する。このことおよび封止時の温
度条件を考慮すると結晶化をはじめる温度が500
℃以上の望ましくは700℃以上のソルダーガラス
が好ましい。 また、封止材されたガラスは信頼性の点からコ
ンプレツシヨンシールの状態が好ましい。このこ
ととシーズヒータの外被管は通常SUS系、Fe
系、Cu系であること、端子はSUS系、Cu系であ
ることを考慮すれば熱膨張係数は96×10^-7／℃以
上であることが望ましい。 なお、この観点から熱膨張係数は外被管＞ガラ
ス〓端子部とすることがよい。 封止工程時、溶融したガラスは絶縁体である例
えば酸化マグネシウム粉末中に浸透する。端末部
の絶縁を考慮すれば深く浸透することが望ましい
が、浸透したガラスは、シーズヒータの使用時に
約200℃以上になると、急激に絶縁劣化を生ず
る。このことから浸透したガラスは発熱体とは離
隔しておることが望ましい。また封止部のガラス
の量は、絶縁効果および長平方向の熱膨張を考慮
すると１〜５mmの厚さであることが望ましい。作
業性、信頼性および価格を考慮すれば２〜３mmが
よい。 更にガラス量を一定にし絶縁状体を安定にする
ために、封止時に供給されるガラスは、粉末より
も所定の形状に成形されたものとすることが望ま
しい。 上記したように、ソルダーガラスによる封止は
充分な絶縁性能を有するが、屋外での使用等のよ
うに苛酷な条件で使用されるものは、ソルダーガ
ラスの封止部表面にはつ水性のシリコーンを被覆
することが効果がある。シリコーンはソルダーガ
ラスとの密着性がよく、ソルダーガラスでの封止
後、すみやかにシリコーンを被覆しておけばガラ
スの表面劣化を防止することができ、保管時の劣
化を防ぐことができる。 シリコーンの被覆は、溶融したシリコーンにシ
ーズヒータ端部の封止部を浸漬することにより行
なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るシーズヒータの端部を
断面して示した図面、第２図は、本発明の封止材
の高温絶縁性を示すグラフである。 １……外被管、２……絶縁体、３……発熱体、
４……封止材、５……端部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外被管の内部に絶縁体を介して発熱体が設け
   られてなるシーズヒータであつて外被管端部を軟
   化温度が500℃以下でかつ結晶化温度が500℃以上
   であるソルダーガラスにて封止したことを特徴と
   するシーズヒータ。 ２ 封止したソルダーガラスの表面にシリコーン
   を被覆してなる特許請求の範囲第１項に記載のシ
   ーズヒータ。 ３ ソルダーガラスの熱膨張係数が96×10^-7／℃
   以上である特許請求の範囲第１項に記載のシーズ
   ヒータ。 ４ 絶縁体に浸透したソルダーガラスは発熱体と
   隔離してなる特許請求の範囲第１項に記載のシー
   ズヒータ。 ５ 封止部のソルダーガラスは、１〜５mmの厚さ
   を有してなる特許請求の範囲第４項に記載のシー
   ズヒータ。 ６ 外被管の熱膨張係数は、ソルダーガラスより
   大きく、端子の熱膨張係数はソルダーガラスとほ
   ぼ同等である特許請求の範囲第３項に記載のシー
   ズヒータ。