非鉄金属溶湯用ヒーターおよびその製造方法
【課題】筒部材に発熱体を簡便に収めることが可能な非鉄金属溶湯用ヒーターを提供する。
【解決手段】発熱体２とリード線３とセラミックスを主成分とする保護部材４と備え、保護部材４は、発熱体２を収める発熱体収容部１１と、リード線３を収める支持部１３と、発熱体収容部１１と支持部１３とを互いに交わる角度にて繋ぐとともに、発熱体収容部材１１からの延長上の部分に、発熱体２を出し入れ可能に設けられた第一の開口部１７と該第一の開口部１７を閉栓する蓋部材１４とが設けられた屈曲部１２と、を有する非鉄金属溶湯用ヒーター１。
【解決手段】発熱体２とリード線３とセラミックスを主成分とする保護部材４と備え、保護部材４は、発熱体２を収める発熱体収容部１１と、リード線３を収める支持部１３と、発熱体収容部１１と支持部１３とを互いに交わる角度にて繋ぐとともに、発熱体収容部材１１からの延長上の部分に、発熱体２を出し入れ可能に設けられた第一の開口部１７と該第一の開口部１７を閉栓する蓋部材１４とが設けられた屈曲部１２と、を有する非鉄金属溶湯用ヒーター１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非鉄金属溶湯用ヒーターおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非鉄金属溶湯を用いる際には、非鉄金属を溶解し、さらに、この溶解した状態を溶湯保持炉内で保持させなければならない。そこで、溶湯保持炉内に電気式の浸漬ヒーターを設置することにより、非鉄金属の溶解や溶解状態の保持を行うことがある。電気式の浸漬ヒーターとしては、発熱体をＬ字型の筒部材に収めて作られた非鉄金属溶湯用ヒーターが提案されている（例えば、特許文献１，２）。この提案されている非鉄金属溶湯用ヒーターによれば、非鉄金属溶湯用ヒーターを溶湯保持炉から簡単に出し入れすることが可能になる。加えて、提案されている非鉄金属溶湯用ヒーターによれば、溶湯を汲み上げて溶湯の液面が下がった場合であっても、溶湯中に発熱体全体を沈めておくことができる。そのため、溶湯への伝熱効率を維持することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−７９３９８号公報
【特許文献２】特開平８−１４７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、提案されている非鉄金属溶湯用ヒーターでは、筒部材の内部に発熱体を収める際に手間取ってしまう。さらに、提案されている非鉄金属溶湯用ヒーターでは、Ｌ字型の筒部材に収められた発熱体を取り替えることが困難である。
【０００５】
上記の問題に鑑みて、本発明は、筒部材に発熱体を簡便に収めることが可能な非鉄金属溶湯用ヒーターおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下に示す非鉄金属溶湯用ヒーターおよびその製造方法である。
【０００７】
［１］ 発熱体と、前記発熱体に接続して前記発熱体を通電させるリード線と、前記発熱体および前記リード線を内部に収めるとともにセラミックスを主成分とする保護部材と、を備え、前記保護部材は、前記発熱体を収める発熱体収容部と、前記発熱体から引き出された前記リード線を収める支持部と、前記発熱体収容部と前記支持部とを互いに交わる角度にて繋ぐとともに、前記発熱体収容部からの延長上の部分に、前記発熱体を出し入れ可能に設けられた第一の開口部と該第一の開口部を閉栓する蓋部材とが設けられた屈曲部と、を有する非鉄金属溶湯用ヒーター。
【０００８】
［２］ 前記屈曲部の肉厚が前記発熱体収容部の肉厚よりも大きい前記［１］に記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【０００９】
［３］ 前記蓋部材は、前記第一の開口部に着脱可能に設けられているとともに、前記第一の開口部から前記発熱体を交換可能な前記［１］または［２］に記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【００１０】
［４］ 前記保護部材においては、前記発熱体収容部と前記支持部とが互いに垂直な角度で交わる前記［１］〜［３］のいずれかに記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【００１１】
［５］ 前記保護部材の材質は、窒化ケイ素、サイアロンからなる群から選ばれる１種を主成分とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【００１２】
［６］ 前記保護部材は、複数の部材を連結して形成されている前記［１］〜［５］のいずれかに記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【００１３】
［７］ 前記複数の部材は接合材を介して連結され、前記接合材は、（ａ）窒化珪素、（ｂ）珪素を主成分としてアルミニウム、酸素、窒素を含有するサイアロン、（ｃ）サイアロン系ガラス、（ｄ）酸窒化珪素ガラス、（ｅ）ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３を含有する耐熱ガラス、（ｆ）ＳｉＯ２を主成分とする不定形耐火物、（ｇ）アルミナセメント、（ｈ）燃焼合成により作製されたＡｌ２Ｏ３を主成分とする無機材料のうちのいずれか１種あるいは前記（ａ）〜前記（ｈ）のうちの２種以上の組み合わせからなる前記［６］に記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【００１４】
［８］ 前記［１］〜［７］のいずれかに記載の非鉄金属溶湯用ヒーターを製造するための非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法であって、前記発熱体を前記発熱体収容部に収める工程と、前記リード線を前記支持部に収める工程と、前記屈曲部内または前記第一の開口部外で前記発熱体と前記リード線とを接続し、次いで前記発熱体および前記リード線を前記発熱体収容部内に収めた状態で前記第一の開口部を前記蓋部材で閉栓する工程と、を有する非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法。
【００１５】
［９］ 前記［６］または［７］に記載の非鉄金属溶湯用ヒーターを製造するための非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法であって、前記保護部材が、第二の開口部を有して前記発熱体収容部を構成する発熱体収容部材と、第三の開口部を有して前記支持部を構成する支持部材と、前記第一の開口部、第四の開口部および第五の開口部を有して前記屈曲部を構成する屈曲部材とを備えるとともに、前記発熱体を前記発熱体収容部材に収める工程と、前記発熱体を収めた前記発熱体収容部材の前記第二の開口部を前記屈曲部材の第四の開口部とを連結し、さらに、前記支持部材の前記第三の開口部と前記屈曲部材の第五の開口部とを連結して前記保護部材を組み上げる工程と、前記発熱体を前記屈曲部材の前記第一の開口部まで引き出し、さらに前記支持部材の中に前記リード線を収めて前記リード線を前記屈曲部材の前記第一の開口部まで引き出して、前記発熱体と前記リード線とを接続し、次いで前記発熱体を前記発熱体収容部材の内部に送り込んだ後に前記屈曲部材の前記第一の開口部を前記蓋部材で閉栓する工程と、を有する非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法。
【００１６】
［１０］ 前記［６］または［７］に記載の非鉄金属溶湯用ヒーターを製造するための非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法であって、前記保護部材が、第二の開口部を有して前記発熱体収容部を構成する発熱体収容部材と、第三の開口部を有して前記支持部を構成する支持部材と、前記第一の開口部、第四の開口部および第五の開口部を有して前記屈曲部を構成する屈曲部材とを備えるとともに、前記発熱体収容部材の前記第二の開口部と前記屈曲部材の前記第四の開口部とを連結し、さらに前記支持部材の前記第三の開口部と前記屈曲部材の前記第五の開口部とを連結して前記保護部材を組み上げる工程と、前記支持部材の中に前記リード線を収めて前記リード線を前記屈曲部材の前記第一の開口部から引き出す工程と、前記リード線と前記発熱体とを接続し、次いで前記発熱体を前記第一の開口部から前記保護部材の中に入れて前記発熱体収容部材の内部に送り込み、前記第一の開口部を前記蓋部材で閉栓する工程と、を有する非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の非鉄金属溶湯用ヒーターによれば、筒部材に発熱体を簡便に収めることが可能となる。本発明の非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法によれば、筒部材に発熱体を簡便に収めることが可能な非鉄金属溶湯用ヒーターを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーターの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーターの模式図（断面図）である。本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１は、発熱体２と、発熱体２に接続して発熱体２を通電させるリード線３と、発熱体２およびリード線３を内部に収めるとともにセラミックスを主成分とする保護部材４と、備える。本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１によれば、こうして発熱体２とリード線３が保護部材４の内部に収められているので、溶湯中に浸漬しても、発熱体２やリード線３が溶湯に接触してしまうことを防止できる。
【００２１】
また、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、保護部材４が、セラミックスを主成分とするので、金属溶湯に対する耐久性に優れている。本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１において、保護部材４の主成分として選択し得るセラミックスとしては、窒化珪素、サイアロンなどを挙げることができる。
【００２２】
さらに、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、保護部材４は、発熱体２を収める袋管形状の発熱体収容部材１１と、発熱体２から引き出されたリード線３を収める筒形状の支持部材１３と、発熱体収容部材１１と支持部材１３とを互いに交わる角度（方向Ｘと方向Ｙとが１８０度以外の角度で交わる）にて繋ぐ屈曲部材１２とを有する。
【００２３】
さらに、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１の保護部材４の屈曲部材１２には、発熱体収容部材１１からの延長上の位置に、発熱体２を出し入れ可能に設けられた第一の開口部１７と、該第一の開口部１７を閉栓する蓋部材１４とが設けられている。こうした第一の開口部１７が設けられていると、保護部材４の発熱体収容部材１１の内部に発熱体２を簡便に収めることが可能になる。
【００２４】
また、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、蓋部材１４は、第一の開口部１７に着脱可能に設けられていることが好ましい。このように蓋部材１４が着脱可能である場合には、第一の開口部１７から発熱体２を簡便に交換することが可能になる。
【００２５】
本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１を、支持部材１３の貫通する方向Ｙを鉛直方向に合わせて溶湯保持炉内に配置すると、発熱体２を溶湯保持炉の幅方向に沿う状態で設置することが可能になる。このように設置すると、溶湯保持炉内の溶湯が減少し、溶湯の液面が下がった場合であっても、発熱体２全体を溶湯中に沈めておくことが可能になり、その結果、溶湯への伝熱効率を良好に維持させることが可能になる。
【００２６】
特に、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、発熱体２全体を確実に溶湯中に沈めておくことを可能にする観点から、保護部材４においては、発熱体収容部材１１と支持部材１３とが互いに垂直な角度で交わることが好ましい。
【００２７】
本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、非鉄金属溶湯用ヒーター１を溶湯に浸漬させて発熱体収容部材１１に浮力が生じると、屈曲部材１２において他の部材と比べて大きな応力が生じる（例えば、保護部材４を折り曲げようとする応力が屈曲部材１２に生じる）。
【００２８】
本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、屈曲部材１２が発熱体収容部材１１や支持部材１３とは別の部材であるので、屈曲部材１２を他の部材よりも構造的強度の強い形態にしておくことが容易である。屈曲部材１２の構造的強度を強くすると、屈曲部材１２に大きな応力が生じたとしても、屈曲部材１２の破損を抑えることができる。その結果、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１の耐久性を高めることが可能になる。
【００２９】
また、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１のように、屈曲部材１２については、屈曲部材１２の中で屈曲部材１２を折り曲げようとする応力が作用する部分にリブ部３０を設けておくことが好ましい。本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、リブ部３０は、屈曲部材１２のうちの、Ｘ方向に延びる管構造（第四の開口部１５を有する管構造）と、Ｙ方向に延びる管構造（第五の開口部１６を有する管構造）とを、アヒルの水かきのようにつないでいる。こうしたリブ部３０が設けられた場合には、発熱体収容部材１１に浮力が生じる場合でも、リブ部３０が筋交いのような役割を果たし、その結果として、屈曲部材１２の破損を確実に抑制することが可能になる。
【００３０】
特に、本発明の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、保護部材４の構造的強度を高める観点からは、屈曲部材１２の肉厚が発熱体収容部材１１の肉厚よりも大きいことが好ましい。
【００３１】
こうして、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１の保護部材４は、発熱体収容部材１１、屈曲部材１２、支持部材１３という３個の筒部材を組み合わせて作られている。具体的に述べると、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１の保護部材４は、発熱体収容部材１１の第二の開口部２１と屈曲部材の第四の開口部１５とを連結し、さらに支持部材１３の第三の開口部２３と屈曲部材の第五の開口部１６とを連結して組み上げられている。
【００３２】
なお、保護部材４については、適当な成形法により当初から１個の筒部材として作られたものであっても、あるいは２個または４個以上の筒部材を組み合わせて作られたものであってもよい。
【００３３】
本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、屈曲部材１２は、発熱体収容部材１１および支持部材１３と接合材を介して連結されていることが好ましい。ここで、接合材は、（ａ）窒化珪素、（ｂ）珪素を主成分としてアルミニウム、酸素、窒素を含有するサイアロン、（ｃ）サイアロン系ガラス、（ｄ）酸窒化珪素ガラス、（ｅ）ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３を含有する耐熱ガラス、（ｆ）ＳｉＯ２を主成分とする不定形耐火物、（ｇ）アルミナセメント、（ｈ）燃焼合成により作製されたＡｌ２Ｏ３を主成分とする無機材料のうちのいずれか１種あるいは（ａ）〜（ｈ）のうちの２種以上の組み合わせからなることが好ましい。
【００３４】
上記（ａ）〜（ｈ）のうちの１種以上からなる接合材を介して、屈曲部材１２と発熱体収容部材１１、屈曲部材１２と支持部材１３とが連結されている場合には、屈曲部材１２と発熱体収容部材１１との連結部分や、屈曲部材１２と支持部材１３との連結部分における溶湯に対する耐久性を高めることが可能になる。その結果、保護部材４に破損が生じにくくなる。
【００３５】
本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１については、例えば、以下の第一の工程から第三の工程を経て得ることができる。
【００３６】
まず、第一の工程では、発熱体２を発熱体収容部材１１に収める。
【００３７】
続いて、第二の工程では、発熱体２を収めた発熱体収容部材１１の第二の開口部２１と屈曲部材１２の第四の開口部１５とを連結し、さらに、支持部材１３の第三の開口部２３と屈曲部材１２の第五の開口部１６とを連結して保護部材４を組み上げる。
【００３８】
最後に、第三の工程では、発熱体２を屈曲部材１２の第一の開口部１７まで引き出し、さらに支持部材１３の中にリード線３を収めてリード線３を屈曲部材１２の第一の開口部１７まで引き出して、発熱体２とリード線３とを接続し、次いで発熱体２を発熱体収容部材１１の内部に送り込んだ後に、屈曲部材１２の第一の開口部１７を蓋部材１４で閉栓する。
【００３９】
また、本実施例の非鉄金属溶湯用ヒーター１を、以下の工程Ｉから工程ＩＩＩを経て得ることも可能である。
【００４０】
まず、工程Ｉでは、発熱体収容部材１１の第二の開口部２１と屈曲部材１２の第四の開口部１５とを連結し、さらに支持部材１３の第三の開口部２３と屈曲部材１２の第五の開口部１６とを連結して保護部材４を組み上げる。
【００４１】
次に、工程ＩＩでは、支持部材１３の中にリード線３を収めてリード線３を屈曲部材１２の第一の開口部１７から引き出す。
【００４２】
最後に、工程ＩＩＩでは、リード線３と発熱体２とを接続し、次いで発熱体２を第一の開口部１７から保護部材４の中に入れて発熱体収容部材１１の内部に送り込み、第一の開口部１７を蓋部材１４で閉栓する。
【００４３】
以上のように、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１については、簡便な方法で製造することが可能である。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４５】
（１）非鉄金属溶湯用ヒーター
（実施例１）
発熱体収容部材１１、屈曲部材１２、支持部材１３、蓋部材１４は、いずれもアルミナ、イットリアを焼結助剤とする緻密質な窒化珪素焼結体から作製した。発熱体収容部材１１については、長さ４００ｍｍ、内径２０ｍｍ、肉厚５ｍｍの直線的に延びる袋管形状に作製した。支持部材１３については、長さ４００ｍｍ、内径２０ｍｍ、肉厚５ｍの両端を開口させた円管形状に作製した。また、屈曲部材１２については、高さおよび幅が２００ｍｍで内径２０ｍｍ、肉厚１０ｍｍの円筒の管をＴ字形状に分岐させた形で、さらにＴ字形状の３つの端部がいずれも開口させたものに作製した。また、屈曲部材１２においては、第四の開口部１５の開口する方向Ｘと第五の開口部１６の開口する方向Ｙとが９０度をなし、また、第四の開口部１５の開口する方向Ｘと第一の開口部１７の開口する方向Ｚとが１８０度をなす。蓋部材１４は、第一の開口部１７に対する嵌め合い構造となるように作製した。
【００４６】
続いて、発熱体収容部材１１の第二の開口部２１と屈曲部材１２の第四の開口部１５とを嵌め合わせ、支持部材１３の第三の開口部２３と屈曲部材１２の第五の開口部１６とを嵌め合わせて、Ｌ字型の保護部材４を作製した。さらに、支持部材１３の開口端部２４からリード線３を挿入し、リード線３の先端を屈曲部材１２の第一の開口部１７から引き出した。さらに、リード線３と発熱体２と溶接により接合した後、発熱体２を屈曲部材１２の第一の開口部１７から挿入して発熱体収容部材１１の内部に収めた。最後に、屈曲部材１２の第一の開口部１７に蓋部材１４を嵌め合わせることにより、実施例１の非鉄金属溶湯用ヒーター１を得た。
【００４７】
（実施例２）
屈曲部材１２における第四の開口部１５の接合面、第五の開口部１６の接合面、第一の開口部１７の接合面それぞれにサイアロンガラス組成からなるＳｉ３Ｎ４−Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系の混合粉末スラリーを塗布して混合粉末スラリーを乾燥させた後、発熱体収容部材１１、支持部材１３、蓋部材１４を嵌め合わせ、次いで窒素雰囲気中で加熱処理（１５００〜１７００℃）を施すことにより、各部材を接合した以外は、実施例１と同様の方法で実施例２の非鉄金属溶湯用ヒーター１を得た。
【００４８】
実施例２の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、発熱体収容部材１１の第二の開口部２１と屈曲部材１２の第四の開口部１５との接合、および支持部材１３の第三の開口部２３と屈曲部材１２の第五の開口部１６との接合、および屈曲部材１２の第一の開口部１７と蓋部材１４との接合が、Ｓｉ３Ｎ４−Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系の混合粉末スラリーから作られた接合材を介してなされている。ここで用いたＳｉ３Ｎ４−Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系の混合粉末スラリーは、３０．２質量％Ｓｉ３Ｎ４、４３．３質量％Ｙ２Ｏ３、１１．７質量％Ａｌ２Ｏ３、１４．８質量％ＳｉＯ２の組成となるように各粉末を秤量し、プラスチック製ポットおよび窒化珪素製ボールを用いて、少量のエタノール中で湿式混合して調製されたものである。
【００４９】
（実施例３）
Ｓｉ３Ｎ４−Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系の混合粉末スラリーを用いる代わりに、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｎａ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３系耐熱ガラス粉末スラリーを用いた以外は、実施例２と同様の方法で実施例３の非鉄金属溶湯用ヒーター１を得た。
【００５０】
実施例３の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、発熱体収容部材１１の第二の開口部２１と屈曲部材１２の第四の開口部１５との接合、支持部材１３の第三の開口部２３と屈曲部材１２の第五の開口部１６との接合、および屈曲部材１２の第一の開口部１７と蓋部材１４との接合が、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｎａ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３系耐熱ガラス粉末スラリーから作られた接合材を介してなされている。ここで用いたＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｎａ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３系耐熱ガラス粉末スラリーは、市販の耐熱ガラスであるパイレックス（登録商標）ガラスのバルクを粉砕して粉末状とし、これに少量のエタノールを加えて混合して調製されたものである。
【００５１】
（実施例４）
屈曲部材１２における第四の開口部１５の接合面、第五の開口部１６の接合面、第一の開口部１７の接合面、発熱体収容部材１１の第二の開口部２１の接合面、支持部材１３の第三の開口部２３の接合面、および蓋部材１４の接合面に、ネジ溝を形成し、発熱体収容部材１１、屈曲部材１２、支持部材１３、蓋部材１４を互いに螺合させ、さらに部材の継ぎ目部分を不定形耐火物またはセメントで覆った以外は、実施例１と同様の方法で実施例４の非鉄金属溶湯用ヒーター１を得た。ここで用いた不定形耐火物、セメントは、市販であるインシュラルＭ９９（登録商標）、インシュラルＪＤＲ１１５０Ａ（登録商標）、アサヒアルミナセメント１号（登録商標）である。
【００５２】
（実施例５）
屈曲部材１２における第四の開口部１５を有する管構造と第五の開口部１６を有する管構造との間に、溶湯中への浸漬時に発熱体収容部材１１に生じる浮力への対策として、リブ部３０を設けた（図１中のリブ部３０を参照）以外は、実施例４と同様な方法で実施例５の非鉄金属溶湯用ヒーター１を得た。
【００５３】
（２）浸漬試験
実施例１〜５の非鉄金属溶湯用ヒーター１を７５０℃のアルミ溶湯に３０日間、浸漬した。実施例１〜５の非鉄金属溶湯用ヒーター１は、浸漬を開始して３０日後でも、各部材間の継ぎ目部分に亀裂が確認されず、さらに、保護部材４の内部（発熱体２やリード線３が収められている空間）への溶湯の漏れが確認されなかった。よって、実施例１〜５の非鉄金属溶湯用ヒーター１については、ヒーターとして良好に使用可能であることが判明した。
【００５４】
（３）接合強度試験
実施例２，３の非鉄金属溶湯用ヒーター１から、発熱体収容部材１１の第二の開口部２１と屈曲部材１２の第四の開口部１５との継ぎ目部分を中央に含むかたちで幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ４０ｍｍの試験片を切り出し（実施例２，３の非鉄金属溶湯用ヒーター１からそれぞれ１０個の試験片を切り出した）、ＪＩＳ Ｒ １６０１に準じた室温での４点曲げ強度試験（結果は表１中の「室温での４点曲げ強度」の欄）、およびＪＩＳ Ｒ １６０４に準じた高温での４点曲げ強度試験（結果は表１中の「８００℃での４点曲げ強度」の欄）を行った。表１に示した数値は、１０個の試験片から得られたデータの算術平均値である。
【００５５】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、非鉄金属溶湯用ヒーターおよびその製造方法として利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１：非鉄金属溶湯用ヒーター、２：発熱体、３：リード線、４：保護部材、１１：発熱体収容部材（発熱体収容部）、１２：屈曲部材（屈曲部）、１３：支持部材（支持部）、１４：蓋部材、１５：第四の開口部、１６：第五の開口部、１７：第一の開口部、２１：第二の開口部、２３：第三の開口部、２４：（支持部材の）開口端部、３０：リブ部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非鉄金属溶湯用ヒーターおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非鉄金属溶湯を用いる際には、非鉄金属を溶解し、さらに、この溶解した状態を溶湯保持炉内で保持させなければならない。そこで、溶湯保持炉内に電気式の浸漬ヒーターを設置することにより、非鉄金属の溶解や溶解状態の保持を行うことがある。電気式の浸漬ヒーターとしては、発熱体をＬ字型の筒部材に収めて作られた非鉄金属溶湯用ヒーターが提案されている（例えば、特許文献１，２）。この提案されている非鉄金属溶湯用ヒーターによれば、非鉄金属溶湯用ヒーターを溶湯保持炉から簡単に出し入れすることが可能になる。加えて、提案されている非鉄金属溶湯用ヒーターによれば、溶湯を汲み上げて溶湯の液面が下がった場合であっても、溶湯中に発熱体全体を沈めておくことができる。そのため、溶湯への伝熱効率を維持することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−７９３９８号公報
【特許文献２】特開平８−１４７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、提案されている非鉄金属溶湯用ヒーターでは、筒部材の内部に発熱体を収める際に手間取ってしまう。さらに、提案されている非鉄金属溶湯用ヒーターでは、Ｌ字型の筒部材に収められた発熱体を取り替えることが困難である。
【０００５】
上記の問題に鑑みて、本発明は、筒部材に発熱体を簡便に収めることが可能な非鉄金属溶湯用ヒーターおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下に示す非鉄金属溶湯用ヒーターおよびその製造方法である。
【０００７】
［１］ 発熱体と、前記発熱体に接続して前記発熱体を通電させるリード線と、前記発熱体および前記リード線を内部に収めるとともにセラミックスを主成分とする保護部材と、を備え、前記保護部材は、前記発熱体を収める発熱体収容部と、前記発熱体から引き出された前記リード線を収める支持部と、前記発熱体収容部と前記支持部とを互いに交わる角度にて繋ぐとともに、前記発熱体収容部からの延長上の部分に、前記発熱体を出し入れ可能に設けられた第一の開口部と該第一の開口部を閉栓する蓋部材とが設けられた屈曲部と、を有する非鉄金属溶湯用ヒーター。
【０００８】
［２］ 前記屈曲部の肉厚が前記発熱体収容部の肉厚よりも大きい前記［１］に記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【０００９】
［３］ 前記蓋部材は、前記第一の開口部に着脱可能に設けられているとともに、前記第一の開口部から前記発熱体を交換可能な前記［１］または［２］に記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【００１０】
［４］ 前記保護部材においては、前記発熱体収容部と前記支持部とが互いに垂直な角度で交わる前記［１］〜［３］のいずれかに記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【００１１】
［５］ 前記保護部材の材質は、窒化ケイ素、サイアロンからなる群から選ばれる１種を主成分とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【００１２】
［６］ 前記保護部材は、複数の部材を連結して形成されている前記［１］〜［５］のいずれかに記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【００１３】
［７］ 前記複数の部材は接合材を介して連結され、前記接合材は、（ａ）窒化珪素、（ｂ）珪素を主成分としてアルミニウム、酸素、窒素を含有するサイアロン、（ｃ）サイアロン系ガラス、（ｄ）酸窒化珪素ガラス、（ｅ）ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３を含有する耐熱ガラス、（ｆ）ＳｉＯ２を主成分とする不定形耐火物、（ｇ）アルミナセメント、（ｈ）燃焼合成により作製されたＡｌ２Ｏ３を主成分とする無機材料のうちのいずれか１種あるいは前記（ａ）〜前記（ｈ）のうちの２種以上の組み合わせからなる前記［６］に記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【００１４】
［８］ 前記［１］〜［７］のいずれかに記載の非鉄金属溶湯用ヒーターを製造するための非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法であって、前記発熱体を前記発熱体収容部に収める工程と、前記リード線を前記支持部に収める工程と、前記屈曲部内または前記第一の開口部外で前記発熱体と前記リード線とを接続し、次いで前記発熱体および前記リード線を前記発熱体収容部内に収めた状態で前記第一の開口部を前記蓋部材で閉栓する工程と、を有する非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法。
【００１５】
［９］ 前記［６］または［７］に記載の非鉄金属溶湯用ヒーターを製造するための非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法であって、前記保護部材が、第二の開口部を有して前記発熱体収容部を構成する発熱体収容部材と、第三の開口部を有して前記支持部を構成する支持部材と、前記第一の開口部、第四の開口部および第五の開口部を有して前記屈曲部を構成する屈曲部材とを備えるとともに、前記発熱体を前記発熱体収容部材に収める工程と、前記発熱体を収めた前記発熱体収容部材の前記第二の開口部を前記屈曲部材の第四の開口部とを連結し、さらに、前記支持部材の前記第三の開口部と前記屈曲部材の第五の開口部とを連結して前記保護部材を組み上げる工程と、前記発熱体を前記屈曲部材の前記第一の開口部まで引き出し、さらに前記支持部材の中に前記リード線を収めて前記リード線を前記屈曲部材の前記第一の開口部まで引き出して、前記発熱体と前記リード線とを接続し、次いで前記発熱体を前記発熱体収容部材の内部に送り込んだ後に前記屈曲部材の前記第一の開口部を前記蓋部材で閉栓する工程と、を有する非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法。
【００１６】
［１０］ 前記［６］または［７］に記載の非鉄金属溶湯用ヒーターを製造するための非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法であって、前記保護部材が、第二の開口部を有して前記発熱体収容部を構成する発熱体収容部材と、第三の開口部を有して前記支持部を構成する支持部材と、前記第一の開口部、第四の開口部および第五の開口部を有して前記屈曲部を構成する屈曲部材とを備えるとともに、前記発熱体収容部材の前記第二の開口部と前記屈曲部材の前記第四の開口部とを連結し、さらに前記支持部材の前記第三の開口部と前記屈曲部材の前記第五の開口部とを連結して前記保護部材を組み上げる工程と、前記支持部材の中に前記リード線を収めて前記リード線を前記屈曲部材の前記第一の開口部から引き出す工程と、前記リード線と前記発熱体とを接続し、次いで前記発熱体を前記第一の開口部から前記保護部材の中に入れて前記発熱体収容部材の内部に送り込み、前記第一の開口部を前記蓋部材で閉栓する工程と、を有する非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の非鉄金属溶湯用ヒーターによれば、筒部材に発熱体を簡便に収めることが可能となる。本発明の非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法によれば、筒部材に発熱体を簡便に収めることが可能な非鉄金属溶湯用ヒーターを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーターの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーターの模式図（断面図）である。本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１は、発熱体２と、発熱体２に接続して発熱体２を通電させるリード線３と、発熱体２およびリード線３を内部に収めるとともにセラミックスを主成分とする保護部材４と、備える。本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１によれば、こうして発熱体２とリード線３が保護部材４の内部に収められているので、溶湯中に浸漬しても、発熱体２やリード線３が溶湯に接触してしまうことを防止できる。
【００２１】
また、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、保護部材４が、セラミックスを主成分とするので、金属溶湯に対する耐久性に優れている。本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１において、保護部材４の主成分として選択し得るセラミックスとしては、窒化珪素、サイアロンなどを挙げることができる。
【００２２】
さらに、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、保護部材４は、発熱体２を収める袋管形状の発熱体収容部材１１と、発熱体２から引き出されたリード線３を収める筒形状の支持部材１３と、発熱体収容部材１１と支持部材１３とを互いに交わる角度（方向Ｘと方向Ｙとが１８０度以外の角度で交わる）にて繋ぐ屈曲部材１２とを有する。
【００２３】
さらに、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１の保護部材４の屈曲部材１２には、発熱体収容部材１１からの延長上の位置に、発熱体２を出し入れ可能に設けられた第一の開口部１７と、該第一の開口部１７を閉栓する蓋部材１４とが設けられている。こうした第一の開口部１７が設けられていると、保護部材４の発熱体収容部材１１の内部に発熱体２を簡便に収めることが可能になる。
【００２４】
また、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、蓋部材１４は、第一の開口部１７に着脱可能に設けられていることが好ましい。このように蓋部材１４が着脱可能である場合には、第一の開口部１７から発熱体２を簡便に交換することが可能になる。
【００２５】
本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１を、支持部材１３の貫通する方向Ｙを鉛直方向に合わせて溶湯保持炉内に配置すると、発熱体２を溶湯保持炉の幅方向に沿う状態で設置することが可能になる。このように設置すると、溶湯保持炉内の溶湯が減少し、溶湯の液面が下がった場合であっても、発熱体２全体を溶湯中に沈めておくことが可能になり、その結果、溶湯への伝熱効率を良好に維持させることが可能になる。
【００２６】
特に、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、発熱体２全体を確実に溶湯中に沈めておくことを可能にする観点から、保護部材４においては、発熱体収容部材１１と支持部材１３とが互いに垂直な角度で交わることが好ましい。
【００２７】
本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、非鉄金属溶湯用ヒーター１を溶湯に浸漬させて発熱体収容部材１１に浮力が生じると、屈曲部材１２において他の部材と比べて大きな応力が生じる（例えば、保護部材４を折り曲げようとする応力が屈曲部材１２に生じる）。
【００２８】
本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、屈曲部材１２が発熱体収容部材１１や支持部材１３とは別の部材であるので、屈曲部材１２を他の部材よりも構造的強度の強い形態にしておくことが容易である。屈曲部材１２の構造的強度を強くすると、屈曲部材１２に大きな応力が生じたとしても、屈曲部材１２の破損を抑えることができる。その結果、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１の耐久性を高めることが可能になる。
【００２９】
また、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１のように、屈曲部材１２については、屈曲部材１２の中で屈曲部材１２を折り曲げようとする応力が作用する部分にリブ部３０を設けておくことが好ましい。本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、リブ部３０は、屈曲部材１２のうちの、Ｘ方向に延びる管構造（第四の開口部１５を有する管構造）と、Ｙ方向に延びる管構造（第五の開口部１６を有する管構造）とを、アヒルの水かきのようにつないでいる。こうしたリブ部３０が設けられた場合には、発熱体収容部材１１に浮力が生じる場合でも、リブ部３０が筋交いのような役割を果たし、その結果として、屈曲部材１２の破損を確実に抑制することが可能になる。
【００３０】
特に、本発明の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、保護部材４の構造的強度を高める観点からは、屈曲部材１２の肉厚が発熱体収容部材１１の肉厚よりも大きいことが好ましい。
【００３１】
こうして、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１の保護部材４は、発熱体収容部材１１、屈曲部材１２、支持部材１３という３個の筒部材を組み合わせて作られている。具体的に述べると、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１の保護部材４は、発熱体収容部材１１の第二の開口部２１と屈曲部材の第四の開口部１５とを連結し、さらに支持部材１３の第三の開口部２３と屈曲部材の第五の開口部１６とを連結して組み上げられている。
【００３２】
なお、保護部材４については、適当な成形法により当初から１個の筒部材として作られたものであっても、あるいは２個または４個以上の筒部材を組み合わせて作られたものであってもよい。
【００３３】
本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、屈曲部材１２は、発熱体収容部材１１および支持部材１３と接合材を介して連結されていることが好ましい。ここで、接合材は、（ａ）窒化珪素、（ｂ）珪素を主成分としてアルミニウム、酸素、窒素を含有するサイアロン、（ｃ）サイアロン系ガラス、（ｄ）酸窒化珪素ガラス、（ｅ）ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３を含有する耐熱ガラス、（ｆ）ＳｉＯ２を主成分とする不定形耐火物、（ｇ）アルミナセメント、（ｈ）燃焼合成により作製されたＡｌ２Ｏ３を主成分とする無機材料のうちのいずれか１種あるいは（ａ）〜（ｈ）のうちの２種以上の組み合わせからなることが好ましい。
【００３４】
上記（ａ）〜（ｈ）のうちの１種以上からなる接合材を介して、屈曲部材１２と発熱体収容部材１１、屈曲部材１２と支持部材１３とが連結されている場合には、屈曲部材１２と発熱体収容部材１１との連結部分や、屈曲部材１２と支持部材１３との連結部分における溶湯に対する耐久性を高めることが可能になる。その結果、保護部材４に破損が生じにくくなる。
【００３５】
本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１については、例えば、以下の第一の工程から第三の工程を経て得ることができる。
【００３６】
まず、第一の工程では、発熱体２を発熱体収容部材１１に収める。
【００３７】
続いて、第二の工程では、発熱体２を収めた発熱体収容部材１１の第二の開口部２１と屈曲部材１２の第四の開口部１５とを連結し、さらに、支持部材１３の第三の開口部２３と屈曲部材１２の第五の開口部１６とを連結して保護部材４を組み上げる。
【００３８】
最後に、第三の工程では、発熱体２を屈曲部材１２の第一の開口部１７まで引き出し、さらに支持部材１３の中にリード線３を収めてリード線３を屈曲部材１２の第一の開口部１７まで引き出して、発熱体２とリード線３とを接続し、次いで発熱体２を発熱体収容部材１１の内部に送り込んだ後に、屈曲部材１２の第一の開口部１７を蓋部材１４で閉栓する。
【００３９】
また、本実施例の非鉄金属溶湯用ヒーター１を、以下の工程Ｉから工程ＩＩＩを経て得ることも可能である。
【００４０】
まず、工程Ｉでは、発熱体収容部材１１の第二の開口部２１と屈曲部材１２の第四の開口部１５とを連結し、さらに支持部材１３の第三の開口部２３と屈曲部材１２の第五の開口部１６とを連結して保護部材４を組み上げる。
【００４１】
次に、工程ＩＩでは、支持部材１３の中にリード線３を収めてリード線３を屈曲部材１２の第一の開口部１７から引き出す。
【００４２】
最後に、工程ＩＩＩでは、リード線３と発熱体２とを接続し、次いで発熱体２を第一の開口部１７から保護部材４の中に入れて発熱体収容部材１１の内部に送り込み、第一の開口部１７を蓋部材１４で閉栓する。
【００４３】
以上のように、本実施形態の非鉄金属溶湯用ヒーター１については、簡便な方法で製造することが可能である。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４５】
（１）非鉄金属溶湯用ヒーター
（実施例１）
発熱体収容部材１１、屈曲部材１２、支持部材１３、蓋部材１４は、いずれもアルミナ、イットリアを焼結助剤とする緻密質な窒化珪素焼結体から作製した。発熱体収容部材１１については、長さ４００ｍｍ、内径２０ｍｍ、肉厚５ｍｍの直線的に延びる袋管形状に作製した。支持部材１３については、長さ４００ｍｍ、内径２０ｍｍ、肉厚５ｍの両端を開口させた円管形状に作製した。また、屈曲部材１２については、高さおよび幅が２００ｍｍで内径２０ｍｍ、肉厚１０ｍｍの円筒の管をＴ字形状に分岐させた形で、さらにＴ字形状の３つの端部がいずれも開口させたものに作製した。また、屈曲部材１２においては、第四の開口部１５の開口する方向Ｘと第五の開口部１６の開口する方向Ｙとが９０度をなし、また、第四の開口部１５の開口する方向Ｘと第一の開口部１７の開口する方向Ｚとが１８０度をなす。蓋部材１４は、第一の開口部１７に対する嵌め合い構造となるように作製した。
【００４６】
続いて、発熱体収容部材１１の第二の開口部２１と屈曲部材１２の第四の開口部１５とを嵌め合わせ、支持部材１３の第三の開口部２３と屈曲部材１２の第五の開口部１６とを嵌め合わせて、Ｌ字型の保護部材４を作製した。さらに、支持部材１３の開口端部２４からリード線３を挿入し、リード線３の先端を屈曲部材１２の第一の開口部１７から引き出した。さらに、リード線３と発熱体２と溶接により接合した後、発熱体２を屈曲部材１２の第一の開口部１７から挿入して発熱体収容部材１１の内部に収めた。最後に、屈曲部材１２の第一の開口部１７に蓋部材１４を嵌め合わせることにより、実施例１の非鉄金属溶湯用ヒーター１を得た。
【００４７】
（実施例２）
屈曲部材１２における第四の開口部１５の接合面、第五の開口部１６の接合面、第一の開口部１７の接合面それぞれにサイアロンガラス組成からなるＳｉ３Ｎ４−Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系の混合粉末スラリーを塗布して混合粉末スラリーを乾燥させた後、発熱体収容部材１１、支持部材１３、蓋部材１４を嵌め合わせ、次いで窒素雰囲気中で加熱処理（１５００〜１７００℃）を施すことにより、各部材を接合した以外は、実施例１と同様の方法で実施例２の非鉄金属溶湯用ヒーター１を得た。
【００４８】
実施例２の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、発熱体収容部材１１の第二の開口部２１と屈曲部材１２の第四の開口部１５との接合、および支持部材１３の第三の開口部２３と屈曲部材１２の第五の開口部１６との接合、および屈曲部材１２の第一の開口部１７と蓋部材１４との接合が、Ｓｉ３Ｎ４−Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系の混合粉末スラリーから作られた接合材を介してなされている。ここで用いたＳｉ３Ｎ４−Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系の混合粉末スラリーは、３０．２質量％Ｓｉ３Ｎ４、４３．３質量％Ｙ２Ｏ３、１１．７質量％Ａｌ２Ｏ３、１４．８質量％ＳｉＯ２の組成となるように各粉末を秤量し、プラスチック製ポットおよび窒化珪素製ボールを用いて、少量のエタノール中で湿式混合して調製されたものである。
【００４９】
（実施例３）
Ｓｉ３Ｎ４−Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系の混合粉末スラリーを用いる代わりに、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｎａ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３系耐熱ガラス粉末スラリーを用いた以外は、実施例２と同様の方法で実施例３の非鉄金属溶湯用ヒーター１を得た。
【００５０】
実施例３の非鉄金属溶湯用ヒーター１では、発熱体収容部材１１の第二の開口部２１と屈曲部材１２の第四の開口部１５との接合、支持部材１３の第三の開口部２３と屈曲部材１２の第五の開口部１６との接合、および屈曲部材１２の第一の開口部１７と蓋部材１４との接合が、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｎａ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３系耐熱ガラス粉末スラリーから作られた接合材を介してなされている。ここで用いたＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｎａ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３系耐熱ガラス粉末スラリーは、市販の耐熱ガラスであるパイレックス（登録商標）ガラスのバルクを粉砕して粉末状とし、これに少量のエタノールを加えて混合して調製されたものである。
【００５１】
（実施例４）
屈曲部材１２における第四の開口部１５の接合面、第五の開口部１６の接合面、第一の開口部１７の接合面、発熱体収容部材１１の第二の開口部２１の接合面、支持部材１３の第三の開口部２３の接合面、および蓋部材１４の接合面に、ネジ溝を形成し、発熱体収容部材１１、屈曲部材１２、支持部材１３、蓋部材１４を互いに螺合させ、さらに部材の継ぎ目部分を不定形耐火物またはセメントで覆った以外は、実施例１と同様の方法で実施例４の非鉄金属溶湯用ヒーター１を得た。ここで用いた不定形耐火物、セメントは、市販であるインシュラルＭ９９（登録商標）、インシュラルＪＤＲ１１５０Ａ（登録商標）、アサヒアルミナセメント１号（登録商標）である。
【００５２】
（実施例５）
屈曲部材１２における第四の開口部１５を有する管構造と第五の開口部１６を有する管構造との間に、溶湯中への浸漬時に発熱体収容部材１１に生じる浮力への対策として、リブ部３０を設けた（図１中のリブ部３０を参照）以外は、実施例４と同様な方法で実施例５の非鉄金属溶湯用ヒーター１を得た。
【００５３】
（２）浸漬試験
実施例１〜５の非鉄金属溶湯用ヒーター１を７５０℃のアルミ溶湯に３０日間、浸漬した。実施例１〜５の非鉄金属溶湯用ヒーター１は、浸漬を開始して３０日後でも、各部材間の継ぎ目部分に亀裂が確認されず、さらに、保護部材４の内部（発熱体２やリード線３が収められている空間）への溶湯の漏れが確認されなかった。よって、実施例１〜５の非鉄金属溶湯用ヒーター１については、ヒーターとして良好に使用可能であることが判明した。
【００５４】
（３）接合強度試験
実施例２，３の非鉄金属溶湯用ヒーター１から、発熱体収容部材１１の第二の開口部２１と屈曲部材１２の第四の開口部１５との継ぎ目部分を中央に含むかたちで幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ４０ｍｍの試験片を切り出し（実施例２，３の非鉄金属溶湯用ヒーター１からそれぞれ１０個の試験片を切り出した）、ＪＩＳ Ｒ １６０１に準じた室温での４点曲げ強度試験（結果は表１中の「室温での４点曲げ強度」の欄）、およびＪＩＳ Ｒ １６０４に準じた高温での４点曲げ強度試験（結果は表１中の「８００℃での４点曲げ強度」の欄）を行った。表１に示した数値は、１０個の試験片から得られたデータの算術平均値である。
【００５５】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、非鉄金属溶湯用ヒーターおよびその製造方法として利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１：非鉄金属溶湯用ヒーター、２：発熱体、３：リード線、４：保護部材、１１：発熱体収容部材（発熱体収容部）、１２：屈曲部材（屈曲部）、１３：支持部材（支持部）、１４：蓋部材、１５：第四の開口部、１６：第五の開口部、１７：第一の開口部、２１：第二の開口部、２３：第三の開口部、２４：（支持部材の）開口端部、３０：リブ部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と、
前記発熱体に接続して前記発熱体を通電させるリード線と、
前記発熱体および前記リード線を内部に収めるとともにセラミックスを主成分とする保護部材と、を備え、
前記保護部材は、
前記発熱体を収める発熱体収容部と、
前記発熱体から引き出された前記リード線を収める支持部と、
前記発熱体収容部と前記支持部とを互いに交わる角度にて繋ぐとともに、前記発熱体収容部からの延長上の部分に、前記発熱体を出し入れ可能に設けられた第一の開口部と該第一の開口部を閉栓する蓋部材とが設けられた屈曲部と、を有する非鉄金属溶湯用ヒーター。
【請求項２】
前記屈曲部の肉厚が前記発熱体収容部の肉厚よりも大きい請求項１に記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【請求項３】
前記蓋部材は、前記第一の開口部に着脱可能に設けられているとともに、
前記第一の開口部から前記発熱体を交換可能な請求項１または２に記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【請求項４】
前記保護部材においては、前記発熱体収容部と前記支持部とが互いに垂直な角度で交わる請求項１〜３のいずれか一項に記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【請求項５】
前記保護部材の材質は、窒化ケイ素、サイアロンからなる群から選ばれる１種を主成分とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【請求項６】
前記保護部材は、複数の部材を連結して形成されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【請求項７】
前記複数の部材は接合材を介して連結され、
前記接合材は、（ａ）窒化珪素、（ｂ）珪素を主成分としてアルミニウム、酸素、窒素を含有するサイアロン、（ｃ）サイアロン系ガラス、（ｄ）酸窒化珪素ガラス、（ｅ）ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３を含有する耐熱ガラス、（ｆ）ＳｉＯ２を主成分とする不定形耐火物、（ｇ）アルミナセメント、（ｈ）燃焼合成により作製されたＡｌ２Ｏ３を主成分とする無機材料のうちのいずれか１種あるいは前記（ａ）〜前記（ｈ）のうちの２種以上の組み合わせからなる請求項６に記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の非鉄金属溶湯用ヒーターを製造するための非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法であって、
前記発熱体を前記発熱体収容部に収める工程と、
前記リード線を前記支持部に収める工程と、
前記屈曲部内または前記第一の開口部外で前記発熱体と前記リード線とを接続し、次いで前記発熱体および前記リード線を前記発熱体収容部内に収めた状態で前記第一の開口部を前記蓋部材で閉栓する工程と、を有する非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法。
【請求項９】
請求項６または７に記載の非鉄金属溶湯用ヒーターを製造するための非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法であって、
前記保護部材が、第二の開口部を有して前記発熱体収容部を構成する発熱体収容部材と、第三の開口部を有して前記支持部を構成する支持部材と、前記第一の開口部、第四の開口部および第五の開口部を有して前記屈曲部を構成する屈曲部材とを備えるとともに、
前記発熱体を前記発熱体収容部材に収める工程と、
前記発熱体を収めた前記発熱体収容部材の前記第二の開口部を前記屈曲部材の第四の開口部とを連結し、さらに、前記支持部材の前記第三の開口部と前記屈曲部材の第五の開口部とを連結して前記保護部材を組み上げる工程と、
前記発熱体を前記屈曲部材の前記第一の開口部まで引き出し、さらに前記支持部材の中に前記リード線を収めて前記リード線を前記屈曲部材の前記第一の開口部まで引き出して、前記発熱体と前記リード線とを接続し、次いで前記発熱体を前記発熱体収容部材の内部に送り込んだ後に前記屈曲部材の前記第一の開口部を前記蓋部材で閉栓する工程と、を有する非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法。
【請求項１０】
請求項６または７に記載の非鉄金属溶湯用ヒーターを製造するための非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法であって、
前記保護部材が、第二の開口部を有して前記発熱体収容部を構成する発熱体収容部材と、第三の開口部を有して前記支持部を構成する支持部材と、前記第一の開口部、第四の開口部および第五の開口部を有して前記屈曲部を構成する屈曲部材とを備えるとともに、
前記発熱体収容部材の前記第二の開口部と前記屈曲部材の前記第四の開口部とを連結し、さらに前記支持部材の前記第三の開口部と前記屈曲部材の前記第五の開口部とを連結して前記保護部材を組み上げる工程と、
前記支持部材の中に前記リード線を収めて前記リード線を前記屈曲部材の前記第一の開口部から引き出す工程と、
前記リード線と前記発熱体とを接続し、次いで前記発熱体を前記第一の開口部から前記保護部材の中に入れて前記発熱体収容部材の内部に送り込み、前記第一の開口部を前記蓋部材で閉栓する工程と、を有する非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法。
【請求項１】
発熱体と、
前記発熱体に接続して前記発熱体を通電させるリード線と、
前記発熱体および前記リード線を内部に収めるとともにセラミックスを主成分とする保護部材と、を備え、
前記保護部材は、
前記発熱体を収める発熱体収容部と、
前記発熱体から引き出された前記リード線を収める支持部と、
前記発熱体収容部と前記支持部とを互いに交わる角度にて繋ぐとともに、前記発熱体収容部からの延長上の部分に、前記発熱体を出し入れ可能に設けられた第一の開口部と該第一の開口部を閉栓する蓋部材とが設けられた屈曲部と、を有する非鉄金属溶湯用ヒーター。
【請求項２】
前記屈曲部の肉厚が前記発熱体収容部の肉厚よりも大きい請求項１に記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【請求項３】
前記蓋部材は、前記第一の開口部に着脱可能に設けられているとともに、
前記第一の開口部から前記発熱体を交換可能な請求項１または２に記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【請求項４】
前記保護部材においては、前記発熱体収容部と前記支持部とが互いに垂直な角度で交わる請求項１〜３のいずれか一項に記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【請求項５】
前記保護部材の材質は、窒化ケイ素、サイアロンからなる群から選ばれる１種を主成分とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【請求項６】
前記保護部材は、複数の部材を連結して形成されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【請求項７】
前記複数の部材は接合材を介して連結され、
前記接合材は、（ａ）窒化珪素、（ｂ）珪素を主成分としてアルミニウム、酸素、窒素を含有するサイアロン、（ｃ）サイアロン系ガラス、（ｄ）酸窒化珪素ガラス、（ｅ）ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３を含有する耐熱ガラス、（ｆ）ＳｉＯ２を主成分とする不定形耐火物、（ｇ）アルミナセメント、（ｈ）燃焼合成により作製されたＡｌ２Ｏ３を主成分とする無機材料のうちのいずれか１種あるいは前記（ａ）〜前記（ｈ）のうちの２種以上の組み合わせからなる請求項６に記載の非鉄金属溶湯用ヒーター。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の非鉄金属溶湯用ヒーターを製造するための非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法であって、
前記発熱体を前記発熱体収容部に収める工程と、
前記リード線を前記支持部に収める工程と、
前記屈曲部内または前記第一の開口部外で前記発熱体と前記リード線とを接続し、次いで前記発熱体および前記リード線を前記発熱体収容部内に収めた状態で前記第一の開口部を前記蓋部材で閉栓する工程と、を有する非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法。
【請求項９】
請求項６または７に記載の非鉄金属溶湯用ヒーターを製造するための非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法であって、
前記保護部材が、第二の開口部を有して前記発熱体収容部を構成する発熱体収容部材と、第三の開口部を有して前記支持部を構成する支持部材と、前記第一の開口部、第四の開口部および第五の開口部を有して前記屈曲部を構成する屈曲部材とを備えるとともに、
前記発熱体を前記発熱体収容部材に収める工程と、
前記発熱体を収めた前記発熱体収容部材の前記第二の開口部を前記屈曲部材の第四の開口部とを連結し、さらに、前記支持部材の前記第三の開口部と前記屈曲部材の第五の開口部とを連結して前記保護部材を組み上げる工程と、
前記発熱体を前記屈曲部材の前記第一の開口部まで引き出し、さらに前記支持部材の中に前記リード線を収めて前記リード線を前記屈曲部材の前記第一の開口部まで引き出して、前記発熱体と前記リード線とを接続し、次いで前記発熱体を前記発熱体収容部材の内部に送り込んだ後に前記屈曲部材の前記第一の開口部を前記蓋部材で閉栓する工程と、を有する非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法。
【請求項１０】
請求項６または７に記載の非鉄金属溶湯用ヒーターを製造するための非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法であって、
前記保護部材が、第二の開口部を有して前記発熱体収容部を構成する発熱体収容部材と、第三の開口部を有して前記支持部を構成する支持部材と、前記第一の開口部、第四の開口部および第五の開口部を有して前記屈曲部を構成する屈曲部材とを備えるとともに、
前記発熱体収容部材の前記第二の開口部と前記屈曲部材の前記第四の開口部とを連結し、さらに前記支持部材の前記第三の開口部と前記屈曲部材の前記第五の開口部とを連結して前記保護部材を組み上げる工程と、
前記支持部材の中に前記リード線を収めて前記リード線を前記屈曲部材の前記第一の開口部から引き出す工程と、
前記リード線と前記発熱体とを接続し、次いで前記発熱体を前記第一の開口部から前記保護部材の中に入れて前記発熱体収容部材の内部に送り込み、前記第一の開口部を前記蓋部材で閉栓する工程と、を有する非鉄金属溶湯用ヒーターの製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−１０５５５３（Ｐ２０１３−１０５５５３Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４７１３３（Ｐ２０１１−２４７１３３）
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（５１００１４８６９）株式会社ヤマト (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（５１００１４８６９）株式会社ヤマト (2)
【Ｆターム（参考）】
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