JP6317469B2 - Heater and fluid heating apparatus using the same - Google Patents

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Description

本発明は、液体加熱用ヒータ、粉体加熱用ヒータ、気体加熱用ヒータ、酸素センサ用ヒータまたは半田ごて用ヒータ等に用いられる管状ヒータに関するものである。   The present invention relates to a tubular heater used for a liquid heating heater, a powder heating heater, a gas heating heater, an oxygen sensor heater, a soldering iron heater, or the like.

液体加熱用ヒータ等に用いられるヒータとして、例えば特開平１１−８７０２１号公報（以下、特許文献１という）に記載されたセラミックヒータが知られている。特許文献１に記載のセラミックヒータは、柱状のセラミック体と、このセラミック体の内部に設けられた発熱抵抗体とを備えている。このセラミックヒータを流路内に配置し、発熱抵抗体に電流を流して発熱させることによって、流路を流れる液体を加熱することができる。特許文献１に記載されたセラミックヒータは、セラミックを主成分とする芯材の周りに、発熱抵抗体が設けられたセラミック積層体を巻きつけることによって、形成されている。   As a heater used for a liquid heating heater or the like, for example, a ceramic heater described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-87021 (hereinafter referred to as Patent Document 1) is known. The ceramic heater described in Patent Document 1 includes a columnar ceramic body and a heating resistor provided inside the ceramic body. By disposing the ceramic heater in the flow path and causing the heating resistor to generate heat by flowing current, the liquid flowing in the flow path can be heated. The ceramic heater described in Patent Document 1 is formed by winding a ceramic laminate provided with a heating resistor around a core material mainly composed of ceramic.

しかしながら、特許文献１に記載されたセラミックヒータにおいては、芯材に発熱抵抗体が設けられたセラミック積層体を巻き付ける際に、セラミック積層体の繋ぎ目に隙間ができてしまう傾向があった。その結果、セラミック体の表面に長さ方向に延びる溝が形成される場合があった。セラミックヒータは、例えば、環状の金具に挿入された状態で外部機器に取り付けられて用いられるが、セラミック体の表面に溝が形成されていると、セラミック体と環状の金具との間に隙間が形成されてしまうことになる。この隙間を埋めるために、ろう材等を隙間に充填した構成が考えられるが、この構成には以下のような問題があった。すなわち、熱膨張率が大きいろう材を隙間に充填した状態でセラミックヒータを使用すると、ろう材とセラミック体との間に大きな熱応力が発生するおそれがあった。そのため、セラミック体の表面の溝を起点とするクラックが生じてしまうおそれがあった。その結果、セラミックヒータの長期信頼性を向上させることが困難であった。   However, in the ceramic heater described in Patent Document 1, there is a tendency that a gap is formed at the joint of the ceramic laminate when the ceramic laminate in which the heating resistor is provided on the core material is wound. As a result, a groove extending in the length direction may be formed on the surface of the ceramic body. The ceramic heater is used, for example, by being attached to an external device in a state of being inserted into an annular metal fitting. If a groove is formed on the surface of the ceramic body, there is a gap between the ceramic body and the annular metal fitting. It will be formed. In order to fill this gap, a configuration in which a brazing material or the like is filled in the gap can be considered, but this configuration has the following problems. That is, when a ceramic heater is used in a state where a brazing material having a high thermal expansion coefficient is filled in the gap, there is a possibility that a large thermal stress is generated between the brazing material and the ceramic body. For this reason, there is a possibility that a crack starting from the groove on the surface of the ceramic body may occur. As a result, it has been difficult to improve the long-term reliability of the ceramic heater.

ヒータは、柱状または筒状であって外周面に長さ方向に延びた溝部を有するセラミック体と、該セラミック体の内部に設けられた発熱抵抗体と、前記セラミック体が挿入された環状の金具とを備えており、前記セラミック体と前記金具とが、前記セラミック体の表面に周方向に形成された金属層および該金属層の表面に設けられたろう材を介して接合されているとともに、前記金属層は、前記溝部の内側における厚みが前記溝部の外側における厚みよりも大きく、前記溝部の底面の隅部における厚みが前記溝部の底面の中央部における厚みよりも大きい。 The heater is a columnar or cylindrical ceramic body having a groove extending in the lengthwise direction on the outer peripheral surface, a heating resistor provided inside the ceramic body, and an annular metal fitting into which the ceramic body is inserted The ceramic body and the metal fitting are joined via a metal layer formed on the surface of the ceramic body in the circumferential direction and a brazing material provided on the surface of the metal layer, and the metal layer greatly than the thickness thickness at the inner side of the groove in the outside of the groove, the thickness of the corner portion of the bottom surface of the groove has a size greater than the thickness at the central portion of the bottom surface of the groove.

ヒータの側面図である。It is a side view of a heater. 図１に示すヒータの断面図である。It is sectional drawing of the heater shown in FIG. 図１に示すヒータのセラミック体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the ceramic body of the heater shown in FIG. 図１に示すヒータをＡ−Ａ’線で切断した断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected the heater shown in FIG. 1 by the A-A 'line. ヒータの変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of a heater. ヒータの変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of a heater. ヒータを用いた流体加熱装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fluid heating apparatus using a heater.

以下、ヒータ１００について、図面を参照しながら説明する。図１はヒータ１００を示す側面図である。図１に示すように、ヒータ１００は、セラミック体１と金具５とを備えている。ヒータ１００は、例えば、流体である液体（水等）を被加熱物とする液体加熱用ヒータとして用いることができる。   Hereinafter, the heater 100 will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view showing the heater 100. As shown in FIG. 1, the heater 100 includes a ceramic body 1 and a metal fitting 5. The heater 100 can be used, for example, as a liquid heating heater that uses a fluid (such as water) as a fluid to be heated.

図２に示すように、セラミック体１は、内側の空間が流体の流路１０となる管状の部材である。被加熱物である流体を、流路１０内でヒータ１００に接触させて加熱する。あるいは、流路１０内およびセラミック体１の外周面に接触させることで流体を加熱する。なお、本例のヒータ１００においては、セラミック体１が管状であるが、これに限られない。具体的には、セラミック体１が柱状であってもよい。この場合には、ヒータは、セラミック体１の外周面に被加熱物を接触させて、発熱抵抗体２から発せられた熱をセラミック体１の外周面から伝えることによって、被加熱物を加熱するようにして用いられる。本例のようにセラミック体１が内部に流路１０を有する管状であると、流体を効率よく加熱できる。これは、セラミック体１の内部に流路１０があることによって、熱せられた流体から熱が外部に逃げにくくなるためである。   As shown in FIG. 2, the ceramic body 1 is a tubular member whose inner space serves as a fluid flow path 10. The fluid to be heated is brought into contact with the heater 100 in the flow path 10 and heated. Alternatively, the fluid is heated by contacting the flow path 10 and the outer peripheral surface of the ceramic body 1. In addition, in the heater 100 of this example, although the ceramic body 1 is tubular, it is not restricted to this. Specifically, the ceramic body 1 may be columnar. In this case, the heater heats the object to be heated by bringing the object to be heated into contact with the outer peripheral surface of the ceramic body 1 and transferring heat generated from the heating resistor 2 from the outer peripheral surface of the ceramic body 1. It is used in this way. When the ceramic body 1 is in a tubular shape having the flow path 10 inside as in this example, the fluid can be efficiently heated. This is because the presence of the flow path 10 inside the ceramic body 1 makes it difficult for heat to escape from the heated fluid.

本例のヒータ１００におけるセラミック体１は、長さ方向を有する円筒状の部材である。セラミック体１は、例えば酸化物セラミックス、窒化物セラミックスまたは炭化物セラミックス等の絶縁性のセラミックスから成る。具体的には、セラミック体１は、アルミナ質セラミックス、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスまたは炭化珪素質セラミックス等のセラミックスから成る。中でも、耐酸化性の観点から、アルミナ質セラミックスを用いることが好ましい。   The ceramic body 1 in the heater 100 of this example is a cylindrical member having a length direction. The ceramic body 1 is made of insulating ceramics such as oxide ceramics, nitride ceramics or carbide ceramics. Specifically, the ceramic body 1 is made of ceramics such as alumina ceramics, silicon nitride ceramics, aluminum nitride ceramics, or silicon carbide ceramics. Among these, alumina ceramics are preferably used from the viewpoint of oxidation resistance.

セラミック体１の寸法は、例えば以下の通りに設定することができる。具体的には、長さ方向の全長を４０〜１５０ｍｍ程度に、外径を４〜３０ｍｍ程度に、内径を１〜２８ｍｍ程度に設定することができる。   The dimensions of the ceramic body 1 can be set as follows, for example. Specifically, the total length in the length direction can be set to about 40 to 150 mm, the outer diameter can be set to about 4 to 30 mm, and the inner diameter can be set to about 1 to 28 mm.

図２に示すように、セラミック体１の内部には発熱抵抗体２が設けられている。発熱抵抗体２は、抵抗体に電流が流れることによって発熱するものである。図２に示すように、発熱抵抗体２は、セラミック体１の内部に流路１０に沿って埋設されている。なお、図２には示していないが、発熱抵抗体２は、セラミック体１の先端側（図中の左側）において、セラミック体１の外周面に沿って周方向にも設けられている。   As shown in FIG. 2, a heating resistor 2 is provided inside the ceramic body 1. The heating resistor 2 generates heat when a current flows through the resistor. As shown in FIG. 2, the heating resistor 2 is embedded in the ceramic body 1 along the flow path 10. Although not shown in FIG. 2, the heating resistor 2 is also provided in the circumferential direction along the outer peripheral surface of the ceramic body 1 on the tip side (left side in the drawing) of the ceramic body 1.

発熱抵抗体２は、例えばタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）またはレニウム（Ｒｅ）等の高融点の金属を主成分とした導電体から成る。発熱抵抗体２の寸法は、例えば、幅を０．３〜２ｍｍ程度に、厚みを０．０１〜０．１ｍｍ程度に、全長を５００〜５０００ｍｍ程度に設定することができる。これらの寸法は、発熱抵抗体２の発熱温度および発熱抵抗体２に加える電圧等によって適宜設定される。   The heating resistor 2 is made of a conductor whose main component is a high melting point metal such as tungsten (W), molybdenum (Mo), or rhenium (Re). The dimensions of the heating resistor 2 can be set, for example, to a width of about 0.3 to 2 mm, a thickness of about 0.01 to 0.1 mm, and a total length of about 500 to 5000 mm. These dimensions are appropriately set depending on the heating temperature of the heating resistor 2, the voltage applied to the heating resistor 2, and the like.

セラミック体１の後端側（図中の右側）の表面には、電極３が設けられている。電極３は、外部の電源と発熱抵抗体２とを電気的に接続するための部材であって、セラミック体１の後端側の２か所にそれぞれ設けられている。電極３は、発熱抵抗体２に電気的に接続されている。電極３は、例えばタングステンまたはモリブデン等の金属材料から成る。   An electrode 3 is provided on the surface on the rear end side (right side in the drawing) of the ceramic body 1. The electrodes 3 are members for electrically connecting an external power source and the heating resistor 2 and are respectively provided at two locations on the rear end side of the ceramic body 1. The electrode 3 is electrically connected to the heating resistor 2. The electrode 3 is made of a metal material such as tungsten or molybdenum.

金具５は、セラミック体１を外部機器に取り付けやすくするための部材である。外部機器としては、例えば温水洗浄便座等が挙げられる。本例のヒータ１００が温水洗浄便座に用いられる場合には、洗浄用の水がセラミック体１の内部の流路１０を通過して加熱されることによって温水になるように用いられる。具体的には、例えば、セラミック体１の後端側から水が導入され、この水がセラミック体１の内部の流路１０を通過する間に発熱抵抗体２によって加熱された後に、セラミック体１の先端側から温水となって放出される。このとき、セラミック体１の先端側から放出される温水がセラミック体１の後端側に設けられた電極３に触れてしまうことによって漏電が生じることを防ぐ必要がある。そのためには、温水洗浄便座にヒータ１００が取り付けられた際に、セラミック体１と金具５との間で水漏れが生じることのないようにしておく必要がある。   The metal fitting 5 is a member for facilitating attachment of the ceramic body 1 to an external device. As an external device, a warm water washing toilet seat etc. are mentioned, for example. When the heater 100 of this example is used for a warm water washing toilet seat, the washing water is used so as to be heated by passing through the flow path 10 inside the ceramic body 1 and being heated. Specifically, for example, water is introduced from the rear end side of the ceramic body 1, and after this water is heated by the heating resistor 2 while passing through the flow path 10 inside the ceramic body 1, the ceramic body 1. It is discharged as warm water from the tip side of the. At this time, it is necessary to prevent electrical leakage from occurring due to the hot water discharged from the front end side of the ceramic body 1 touching the electrode 3 provided on the rear end side of the ceramic body 1. For this purpose, it is necessary to prevent water leakage between the ceramic body 1 and the metal fitting 5 when the heater 100 is attached to the warm water washing toilet seat.

金具５は、環状の部材であって、セラミック体１が挿入されている。金具５は、例えばステンレス鋼または鉄−コバルト−ニッケル合金等の金属材料から成る。特に耐腐食性の観点からは、ステンレス鋼から成ることが好ましい。金具５の寸法は、例えば以下の通り設定することができる。具体的には、内径をセラミック体１の外径とほぼ等しく、外径を８ｍｍ〜５０ｍｍ程度に設定することができる。また、セラミック体１の長さ方向における長さは、例えば０．３ｍｍ〜５ｍｍ程度に設定できる。   The metal fitting 5 is an annular member, and the ceramic body 1 is inserted therein. The metal fitting 5 is made of a metal material such as stainless steel or iron-cobalt-nickel alloy. In particular, from the viewpoint of corrosion resistance, it is preferably made of stainless steel. The dimension of the metal fitting 5 can be set as follows, for example. Specifically, the inner diameter can be set substantially equal to the outer diameter of the ceramic body 1, and the outer diameter can be set to about 8 mm to 50 mm. Moreover, the length in the length direction of the ceramic body 1 can be set to about 0.3 mm to 5 mm, for example.

ここで、図３に示すように、セラミック体１は外周面に長さ方向に延びる溝部１１を有している。溝部１１は、例えば、セラミック体１を以下の方法によって製造することによって形成することができる。以下では、セラミック体１がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする例を用いて説明する。Here, as shown in FIG. 3, the ceramic body 1 has the groove part 11 extended in a length direction on an outer peripheral surface. The groove 11 can be formed, for example, by manufacturing the ceramic body 1 by the following method. In the following description using the example ceramic body 1 is mainly composed of alumina (Al 2 O 3).

まず、Ａｌ２Ｏ３を主成分として、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＺｒ２Ｏが合計で１０質量％以下になるように調製したアルミナ質セラミックグリーンシートを作製する。First, an alumina ceramic green sheet prepared by using Al 2 O 3 as a main component so that SiO 2 , CaO, MgO and Zr 2 O are 10% by mass or less in total is produced.

次に、このアルミナ質セラミックグリーンシートの表面に、発熱抵抗体２となる所定の抵抗体パターンを形成する。発熱抵抗体２の形成方法としては、抵抗体となる導電性ペーストを使ったスクリーン印刷法等を用いることができる。すなわち、アルミナ質セラミックグリーンシートの表面に発熱抵抗体２となる抵抗体パターンを形成する。   Next, a predetermined resistor pattern to be the heating resistor 2 is formed on the surface of the alumina ceramic green sheet. As a method for forming the heating resistor 2, a screen printing method using a conductive paste to be a resistor can be used. That is, a resistor pattern to be the heating resistor 2 is formed on the surface of the alumina ceramic green sheet.

発熱抵抗体２となる抵抗体パターンは、ヒータ１００の長さ方向に沿って伸びた複数の直線部と、これらの直線部を繋ぐ複数の折り返し部とを備えている。アルミナ質セラミックグリーンシートには、内部の発熱抵抗体２と表面の電極３とを電気的に接続するためのスルーホール導体も設ける。スルーホール導体には、例えばタングステン、モリブデンまたはレニウム等の高融点金属を主成分とする導電性ペーストを用いることができる。   The resistor pattern serving as the heating resistor 2 includes a plurality of straight portions extending along the length direction of the heater 100 and a plurality of folded portions connecting the straight portions. The alumina ceramic green sheet is also provided with a through-hole conductor for electrically connecting the internal heating resistor 2 and the surface electrode 3. For the through-hole conductor, for example, a conductive paste whose main component is a refractory metal such as tungsten, molybdenum or rhenium can be used.

また、アルミナ質セラミックグリーンシートとは別に、円筒状のアルミナ質セラミック成型体を成型する。そして、この円筒状のアルミナ質セラミック成型体に、抵抗体パターンを形成したアルミナ質セラミックグリーンシートを、抵抗体パターンを形成した面がアルミナ質セラミック成型体に接触するように巻き付ける。このとき、同一の組成のアルミナ質セラミックスを分散させた密着液をアルミナ質セラミックグリーンシートに塗布しておいてアルミナ質セラミックグリーンシートとアルミナ質セラミック成型体とを密着させることで、アルミナ質一体成型体を得ることができる。   Separately from the alumina ceramic green sheet, a cylindrical alumina ceramic molded body is molded. Then, the alumina ceramic green sheet on which the resistor pattern is formed is wound around the cylindrical alumina ceramic molded body so that the surface on which the resistor pattern is formed contacts the alumina ceramic molded body. At this time, by applying an adhesion liquid in which alumina ceramics of the same composition are dispersed to the alumina ceramic green sheet, the alumina ceramic green sheet and the alumina ceramic molded body are adhered to each other, so that the alumina integral molding is performed. You can get a body.

こうして得られた、アルミナ質一体成型体を１５００〜１６００℃の窒素雰囲気中で焼成することによって、内部に発熱抵抗体２を有するセラミック体１を得ることができる。   The ceramic body 1 having the heating resistor 2 inside can be obtained by firing the alumina-integrated molded body thus obtained in a nitrogen atmosphere at 1500 to 1600 ° C.

上述の工程の中で、アルミナ質セラミックグリーンシートをアルミナ質セラミック成型体に巻き付けるときに、アルミナ質セラミックグリーンシートをアルミナ質セラミック成型体の全周に隈なく巻き付けようとすると、アルミナ質セラミックグリーンシートの一部が重なるようにしてアルミナ質セラミック成型体に巻き付けられてしまう場合がある。そうすると、セラミック体１の外周面の形状が所望の滑らかな形状ではなくなるおそれが生じる。そこで、アルミナ質セラミックグリーンシートを巻き付ける際には、巻き付けの始めと終わりとに当たるアルミナ質セラミックグリーンシートの端部と端部との間に微小な隙間ができるように巻き付けることが好ましい。そうすると、この隙間が、図３に示すように、セラミック体１の外周面に溝部１１として残ることになる。   In the above process, when the alumina ceramic green sheet is wound around the alumina ceramic molded body, if the alumina ceramic green sheet is completely wound around the alumina ceramic molded body, the alumina ceramic green sheet is May be wound around an alumina ceramic molded body so that a part of them overlap. If it does so, there exists a possibility that the shape of the outer peripheral surface of the ceramic body 1 may not become a desired smooth shape. Therefore, when winding the alumina ceramic green sheet, it is preferable to wind the alumina ceramic green sheet so that a minute gap is formed between the end portions of the alumina ceramic green sheet corresponding to the start and end of the winding. As a result, the gap remains as a groove 11 on the outer peripheral surface of the ceramic body 1 as shown in FIG.

図３および図４に示すように、本例のヒータ１００においては、セラミック体１の外周面のうち金具５が取り付けられる領域に金属層４が形成されている。金属層４は、セラミック体１の表面に周方向に形成されている。金属層は、例えば、メタライズ層であって、印刷等によってセラミック体１の表面に形成されている。この金属層４と金具５とがろう材６によって接合されている。金属層４は、溝部１１以外の領域だけではなく、溝部１１の内部にも設けられている。これにより、ろう材６によってセラミック体１と金具５とを接合するときに、溝部１１の内部においてもろう材６を濡れ広がらせやすくすることができる。その結果、セラミック体１と金具５との間の隙間（溝部１１）にろう材６を充填させてこの隙間からの水漏れを防ぐとともに、セラミック体１と金具５との接合強度を向上させることができる。   As shown in FIGS. 3 and 4, in the heater 100 of this example, the metal layer 4 is formed in the region where the metal fitting 5 is attached on the outer peripheral surface of the ceramic body 1. The metal layer 4 is formed on the surface of the ceramic body 1 in the circumferential direction. The metal layer is a metallized layer, for example, and is formed on the surface of the ceramic body 1 by printing or the like. The metal layer 4 and the metal fitting 5 are joined by a brazing material 6. The metal layer 4 is provided not only in the region other than the groove 11 but also in the groove 11. Thereby, when the ceramic body 1 and the metal fitting 5 are joined by the brazing material 6, the brazing material 6 can be easily wetted and spread also inside the groove portion 11. As a result, the gap (groove portion 11) between the ceramic body 1 and the metal fitting 5 is filled with the brazing filler metal 6 to prevent water leakage from the gap, and the bonding strength between the ceramic body 1 and the metal fitting 5 is improved. Can do.

さらに、本例のヒータ１００においては、金属層４が溝部１１の内側における厚み（ｔｉ）が溝部１１の外側における厚み（ｔｏ）よりも大きい。溝部１１における金属層４の厚みを大きくすることによって、溝部１１に充填されるろう材６の量を減らすことができる。そのため、ヒートサイクル下において生じる熱応力を低減できる。これにより、ヒートサイクル下において、セラミック体１にクラックが生じるおそれを低減できる。その結果、ヒータ１００の長期信頼性を向上できる。   Further, in the heater 100 of this example, the metal layer 4 has a thickness (ti) inside the groove portion 11 larger than a thickness (to) outside the groove portion 11. By increasing the thickness of the metal layer 4 in the groove 11, the amount of the brazing material 6 filled in the groove 11 can be reduced. Therefore, the thermal stress generated under the heat cycle can be reduced. Thereby, a possibility that a crack may arise in the ceramic body 1 under a heat cycle can be reduced. As a result, the long-term reliability of the heater 100 can be improved.

なお、ここでいう「溝部１１の内側における厚み」とは、セラミック体１の長さ方向に垂直な断面を見たときに、溝部１１の表面に対して垂線を引いたときに、この垂線方向における金属層４の幅（厚み）を意味している。また、ここでいう「溝部１１の外側における厚み」とは、セラミック体１の長さ方向に垂直な断面を見たときに、セラミック体１の径方向における金属層４の幅（厚み）を意味している。   Here, the “thickness inside the groove 11” means the perpendicular direction when a perpendicular is drawn to the surface of the groove 11 when the cross section perpendicular to the length direction of the ceramic body 1 is viewed. This means the width (thickness) of the metal layer 4. Further, the “thickness outside the groove portion 11” here means the width (thickness) of the metal layer 4 in the radial direction of the ceramic body 1 when a cross section perpendicular to the length direction of the ceramic body 1 is viewed. doing.

また、図４に示すように、ろう材６が溝部１１に入り込んでいてもよい。これにより、金具５が周方向に回転するような外力が加わったときに、ろう材６が溝部１１に引っかかることによって、金具５が回転するおそれを低減できる。   Further, as shown in FIG. 4, the brazing material 6 may enter the groove 11. Thereby, when the external force which the metal fitting 5 rotates in the circumferential direction is applied, the possibility that the metal fitting 5 rotates by the brazing material 6 being caught in the groove portion 11 can be reduced.

金属層４としては、例えばタングステンまたはモリブデンを用いることができる。金属層４の厚みは、例えば０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ程度に設定できる。特に、溝部１１の外側における金属層４の厚みが０．０３ｍｍの場合には、溝部１１における金属層４の厚みは０．３ｍｍに設定できる。ろう材６の熱膨張率は、金属層４の熱膨張率よりも大きい。具体的には、ろう材６としては、例えば銀または銀−銅等を用いることができる。金属層４として、例えば、タングステンを用いた場合には、熱膨張率を４．５×１０−６／Ｋにすることができる。また、ろう材６として、銀を用いた場合には、熱膨張率を１９×１０−６／Ｋにすることができる。上述したセラミック体１を成すセラミックスの熱膨張率は例えば７．１×１０−６／Ｋであるので、溝部１１内における金属層４の厚みを大きくすることによって、溝部１１内において、セラミック体１の熱膨張率に近い熱膨張率を有する金属層４の割合が大きくなる。また、金属層４の外表面にめっき等の手法でニッケル層を設けてもよい。これにより、ニッケル層を介してろう材が金属層４に濡れ広がりやすくすることができる。その結果、セラミック体１と金具５との接合強度がさらに向上する。As the metal layer 4, for example, tungsten or molybdenum can be used. The thickness of the metal layer 4 can be set to about 0.01 mm to 0.1 mm, for example. In particular, when the thickness of the metal layer 4 outside the groove 11 is 0.03 mm, the thickness of the metal layer 4 in the groove 11 can be set to 0.3 mm. The thermal expansion coefficient of the brazing material 6 is larger than the thermal expansion coefficient of the metal layer 4. Specifically, for example, silver or silver-copper can be used as the brazing material 6. For example, when tungsten is used as the metal layer 4, the coefficient of thermal expansion can be set to 4.5 × 10 −6 / K. Further, when silver is used as the brazing material 6, the coefficient of thermal expansion can be 19 × 10 −6 / K. Since the thermal expansion coefficient of the ceramic forming the ceramic body 1 is, for example, 7.1 × 10 −6 / K, the ceramic body 1 is formed in the groove 11 by increasing the thickness of the metal layer 4 in the groove 11. The ratio of the metal layer 4 having a thermal expansion coefficient close to the thermal expansion coefficient is increased. Further, a nickel layer may be provided on the outer surface of the metal layer 4 by a technique such as plating. As a result, the brazing material can be easily spread on the metal layer 4 via the nickel layer. As a result, the bonding strength between the ceramic body 1 and the metal fitting 5 is further improved.

さらに、図４に示すように、金属層４は、溝部１１の底面の隅部における厚みが溝部１１の底面の中央部における厚みよりも大きい構成であってもよい。このように、クラックの起点になりやすい溝部１１の隅部において、金属層４を厚く形成しておくことによって、ろう材６によって隅部に加わる応力を低減することができる。その結果、ヒータ１００の長期信頼性をさらに向上できる。   Furthermore, as shown in FIG. 4, the metal layer 4 may be configured such that the thickness at the corner of the bottom surface of the groove 11 is larger than the thickness at the center of the bottom of the groove 11. In this way, by forming the metal layer 4 thick at the corner of the groove 11 that is likely to start a crack, the stress applied to the corner by the brazing material 6 can be reduced. As a result, the long-term reliability of the heater 100 can be further improved.

また、図５に示すように、金属層４が溝部１１を埋めているとともに、溝部１１の幅方向において中央部に向かって厚みが大きくなっていてもよい。これにより、溝部１１の近傍におけるろう材６の量を減らすことができる。そのため、ろう付け時に発生する溝部１１における残留応力を小さくできるので、ヒートサイクル下においてクラックが生じるおそれを低減できる。その結果、ヒータ１００の長期信頼性を向上できる。   As shown in FIG. 5, the metal layer 4 may fill the groove 11, and the thickness may increase toward the center in the width direction of the groove 11. Thereby, the quantity of the brazing material 6 in the vicinity of the groove part 11 can be reduced. Therefore, since the residual stress in the groove part 11 generated at the time of brazing can be reduced, it is possible to reduce the possibility of cracks occurring under a heat cycle. As a result, the long-term reliability of the heater 100 can be improved.

また、図５に示すように、金属層４が溝部１１を埋めているとともに、金属層４を囲むろう材６に金属層４が食い込んでいてもよい。具体的には、金属層４の表面のうち溝部１１を覆う部分が外周側（ろう材６側）に膨らんでおり、この膨らんでいる部分がろう材６に食い込んでいてもよい。これにより、金具５が周方向に回転するような外力が加わったときに、金属層４がろう材６に食い込んでいることによって、金具５が回転するおそれを低減できる。   As shown in FIG. 5, the metal layer 4 may fill the groove 11, and the metal layer 4 may bite into the brazing material 6 surrounding the metal layer 4. Specifically, a portion of the surface of the metal layer 4 that covers the groove 11 swells on the outer peripheral side (the brazing material 6 side), and this bulging portion may bite into the brazing material 6. Thereby, when the external force which the metal fitting 5 rotates in the circumferential direction is added, the possibility that the metal fitting 5 rotates by the metal layer 4 biting into the brazing material 6 can be reduced.

また、図６に示すように、金属層４は、溝部１１の外側における厚みが、溝部１１に向かって大きくなっていてもよい。これにより、セラミック体１の外周のうち応力が特に集中しやすい溝部１１の開口の近傍において、ろう材６の量を減らすとともに溝部１１の開口を金属層４によって保護することができる。その結果、ヒータ１００の長期信頼性を向上できる。   As shown in FIG. 6, the metal layer 4 may have a thickness on the outer side of the groove portion 11 that increases toward the groove portion 11. As a result, the amount of the brazing material 6 can be reduced and the opening of the groove portion 11 can be protected by the metal layer 4 in the vicinity of the opening of the groove portion 11 where stress is particularly concentrated on the outer periphery of the ceramic body 1. As a result, the long-term reliability of the heater 100 can be improved.

また、図６に示すように、セラミック体１が溝部１１の内面とセラミック体１の溝部１１以外の外周面とからなる角部１２を有するとともに、金属層４が角部１２を覆う部分において突出していてもよい。これにより、セラミック体１のうち特に応力が集中しやすい角部１２を金属層４によって保護することができる。その結果、ヒータ１００の長期信頼性を向上できる。   Further, as shown in FIG. 6, the ceramic body 1 has a corner portion 12 including an inner surface of the groove portion 11 and an outer peripheral surface other than the groove portion 11 of the ceramic body 1, and the metal layer 4 protrudes at a portion covering the corner portion 12. It may be. Thereby, the corner | angular part 12 in which stress tends to concentrate especially among the ceramic bodies 1 can be protected by the metal layer 4. FIG. As a result, the long-term reliability of the heater 100 can be improved.

次に上述のヒータ１００を備えた流体加熱装置２００について説明する。図７に示すように、流体加熱装置２００は、液状の流体が所定の方向に流れる流路部６３を有する本体部６と、金具５が本体部６に固定されてセラミック体１の一部が流路部６３内に配置された上述のヒータ１００とを備えている。なお、図７においては、流体の流れる方向を破線の白抜き矢印で示している。流体加熱装置２００においては、本体部６は、ヒータ１００を収容する空間と、ヒータ１００が挿入される貫通孔６１と、流体を流出させる開口部６２とを備えている。本体部６の内部のヒータ１００の周囲の空間が、流体が流れる流路部６３である。本体部６は、例えば、ステンレス等の金属材料から成る。貫通孔６１には金具５がニトリルゴム等から成るシールリング（図示せず）を介して固定されている。ヒータ１００は、セラミック体１の先端側が本体部６の内部に貫通孔６１から挿入されているとともに、セラミック体１の後端側が本体部６の外部に位置している。   Next, the fluid heating apparatus 200 including the above-described heater 100 will be described. As shown in FIG. 7, the fluid heating apparatus 200 includes a body portion 6 having a flow path portion 63 through which a liquid fluid flows in a predetermined direction, and a metal fitting 5 fixed to the body portion 6 so that a part of the ceramic body 1 is formed. The above-described heater 100 disposed in the flow path portion 63 is provided. In FIG. 7, the direction in which the fluid flows is indicated by a dashed white arrow. In the fluid heating apparatus 200, the main body 6 includes a space for housing the heater 100, a through hole 61 into which the heater 100 is inserted, and an opening 62 through which fluid flows out. A space around the heater 100 inside the main body 6 is a flow path portion 63 through which a fluid flows. The main body 6 is made of a metal material such as stainless steel, for example. The metal fitting 5 is fixed to the through hole 61 via a seal ring (not shown) made of nitrile rubber or the like. In the heater 100, the front end side of the ceramic body 1 is inserted into the main body portion 6 from the through hole 61, and the rear end side of the ceramic body 1 is located outside the main body portion 6.

液状の流体は、セラミック体１の後端側からセラミック体１の内部の空間（流路１０）を通ってセラミック体１の先端側から流路部６３の内部に流れる。そして、流路部６３の内部に流れた流体は、セラミック体１の外周面に接するようにして、セラミック体１の先端側から後端側に向かって流れた後に、開口部６２から流出する。セラミック体１の内部の空間から開口部６２までの間の空間が、流体加熱装置２００の流路といえる。   The liquid fluid flows from the rear end side of the ceramic body 1 through the space (flow path 10) inside the ceramic body 1 to the inside of the flow path portion 63 from the front end side of the ceramic body 1. Then, the fluid that has flowed into the flow path portion 63 flows out from the opening 62 after flowing from the front end side to the rear end side of the ceramic body 1 so as to be in contact with the outer peripheral surface of the ceramic body 1. A space between the space inside the ceramic body 1 and the opening 62 can be said to be a flow path of the fluid heating device 200.

ヒータ１００のセラミック体１が図７に示すような管状ではなく、柱状である場合には、本体部６は、流体を流入させるための開口部をさらに備える。この流入用の開口部は、本体部６の内部に位置するセラミック体１の先端側の部分を、流体を流出させるための開口部６２とで挟むような位置に配置される図７に示すように、流体を流出させるための開口部６２がヒータ１００の上方かつ後端側に位置する（図面における右上に位置する）場合であれば、流入用の開口部は、例えば、ヒータ１００の下方かつ後端側に配置（図面における左下に配置）すればよい。   When the ceramic body 1 of the heater 100 is not in a tubular shape as shown in FIG. 7 but in a columnar shape, the main body 6 further includes an opening for allowing fluid to flow in. As shown in FIG. 7, the inflow opening is arranged such that the tip end portion of the ceramic body 1 located inside the main body 6 is sandwiched between the opening 62 for allowing the fluid to flow out. If the opening 62 for allowing the fluid to flow out is located above the heater 100 and on the rear end side (located at the upper right in the drawing), the inflow opening is, for example, below the heater 100 and What is necessary is just to arrange | position to the rear end side (arrange | position to the lower left in drawing).

このような流体加熱装置２００は、セラミック体１の外周面にクラックが生じるおそれが低減されたヒータ１００を用いることによって、長期信頼性が向上している。   Such a fluid heating device 200 has improved long-term reliability by using the heater 100 in which the risk of cracks occurring on the outer peripheral surface of the ceramic body 1 is reduced.

１：セラミック体
１０：流路
１１：溝部
２：発熱抵抗体
３：電極
４：金属層
５：金具
６：本体部
６１：貫通孔
６２：開口部
６３：流路部
１００：ヒータ
２００：流体加熱装置1: Ceramic body 10: Channel 11: Groove portion 2: Heating resistor 3: Electrode 4: Metal layer 5: Metal fitting 6: Body portion 61: Through hole 62: Opening portion 63: Channel portion 100: Heater 200: Fluid heating apparatus

Claims (7)

柱状または筒状であって外周面に長さ方向に延びた溝部を有するセラミック体と、該セラミック体の内部に設けられた発熱抵抗体と、前記セラミック体が挿入された環状の金具とを備えており、
前記セラミック体と前記金具とが、前記セラミック体の表面に周方向に形成された金属層および該金属層の表面に設けられたろう材を介して接合されているとともに、
前記金属層は、前記溝部の内側における厚みが前記溝部の外側における厚みよりも大きく、前記溝部の底面の隅部における厚みが前記溝部の底面の中央部における厚みよりも大きいヒータ。 A ceramic body having a columnar or cylindrical shape and having a groove extending in the longitudinal direction on the outer peripheral surface, a heating resistor provided inside the ceramic body, and an annular metal fitting into which the ceramic body is inserted And
The ceramic body and the metal fitting are joined via a metal layer formed in the circumferential direction on the surface of the ceramic body and a brazing material provided on the surface of the metal layer,
The metal layer is, the much larger than the thickness at the outer thickness the groove inside the groove, the groove of the bottom surface of the heater thickness at the corners is greater than the thickness at the central portion of the bottom surface of the groove. 前記ろう材が前記溝部に入り込んでいる請求項１に記載のヒータ。The heater according to claim 1, wherein the brazing material enters the groove. 柱状または筒状であって外周面に長さ方向に延びた溝部を有するセラミック体と、該セラミック体の内部に設けられた発熱抵抗体と、前記セラミック体が挿入された環状の金具とを備えており、
前記セラミック体と前記金具とが、前記セラミック体の表面に周方向に形成された金属層および該金属層の表面に設けられたろう材を介して接合されているとともに、
前記金属層は、前記溝部の内側における厚みが前記溝部の外側における厚みよりも大きく、前記溝部を埋めているとともに、該溝部において中央部に向かって厚みが大きくなっているヒータ。 A ceramic body having a columnar or cylindrical shape and having a groove extending in the longitudinal direction on the outer peripheral surface, a heating resistor provided inside the ceramic body, and an annular metal fitting into which the ceramic body is inserted And
The ceramic body and the metal fitting are joined via a metal layer formed in the circumferential direction on the surface of the ceramic body and a brazing material provided on the surface of the metal layer,
The heater in which the metal layer has a thickness on the inner side of the groove portion larger than that on the outer side of the groove portion, fills the groove portion, and increases in thickness toward the central portion in the groove portion . 前記ろう材に前記金属層が食い込んでいる請求項３に記載のヒータ。  The heater according to claim 3, wherein the metal layer bites into the brazing material. 柱状または筒状であって外周面に長さ方向に延びた溝部を有するセラミック体と、該セラミック体の内部に設けられた発熱抵抗体と、前記セラミック体が挿入された環状の金具とを備えており、A ceramic body having a columnar or cylindrical shape and having a groove extending in the longitudinal direction on the outer peripheral surface, a heating resistor provided inside the ceramic body, and an annular metal fitting into which the ceramic body is inserted And
前記セラミック体と前記金具とが、前記セラミック体の表面に周方向に形成された金属層および該金属層の表面に設けられたろう材を介して接合されているとともに、  The ceramic body and the metal fitting are joined via a metal layer formed in the circumferential direction on the surface of the ceramic body and a brazing material provided on the surface of the metal layer,
前記金属層は、前記溝部の内側における厚みが前記溝部の外側における厚みよりも大きく、前記溝部の外側における厚みが、前記溝部に向かって大きくなっているヒータ。  The heater in which the metal layer has a thickness inside the groove portion larger than a thickness outside the groove portion, and a thickness outside the groove portion increases toward the groove portion. 前記金属層の熱膨張率は、前記ろう材の熱膨張率よりも小さい請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のヒータ。  The heater according to any one of claims 1 to 5, wherein a thermal expansion coefficient of the metal layer is smaller than a thermal expansion coefficient of the brazing material. 液状の流体が流れる流路部を有する本体部と、前記金具が前記本体部に固定されて前記セラミック体の一部が前記流路部内に配置された請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のヒータとを備えた流体加熱装置。  The main body having a flow path section through which a liquid fluid flows, and the metal fitting is fixed to the main body section, and a part of the ceramic body is disposed in the flow path section. A fluid heating apparatus comprising the heater described above.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018081794A (en) * 2016-11-15 2018-05-24 日本特殊陶業株式会社 Ceramic heater and glow plug
WO2018155037A1 (en) * 2017-02-24 2018-08-30 京セラ株式会社 Heater
JP7153902B2 (en) * 2018-05-10 2022-10-17 株式会社幸和電熱計器 Fluid heating device
US11612019B2 (en) * 2018-10-30 2023-03-21 Hong Ku Kang Air heater
JPWO2020175564A1 (en) * 2019-02-28 2021-12-16 京セラ株式会社 Heat exchange unit and cleaning equipment equipped with it

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3588233B2 (en) * 1997-08-29 2004-11-10 京セラ株式会社 Ceramic heater
JP2001210453A (en) * 2000-01-31 2001-08-03 Toto Ltd Ceramic heater and sanitary cleansing equipment with ceramic heater, and heat exchanger with built-in ceramic heater
JP2001257062A (en) * 2000-03-13 2001-09-21 Ibiden Co Ltd Ceramic heater
JP4755426B2 (en) * 2005-02-23 2011-08-24 株式会社住友金属エレクトロデバイス Manufacturing method of ceramic substrate
CN102483261B (en) * 2009-09-08 2014-10-15 松下电器产业株式会社 Cylindrical heat exchanger

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