JP6792539B2 - 流体加熱用のセラミックヒータ - Google Patents

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Description

本開示は、例えば温水洗浄便座、電気温水器、24時間風呂、等に用いられる流体加熱用のセラミックヒータに関する。
通常、温水洗浄便座には、樹脂製の容器である熱交換器とセラミックヒータとを有する熱交換ユニットが備えられている。セラミックヒータは、熱交換器内に収容された洗浄水を温めるために用いられる。
ところで、温水洗浄便座用のセラミックヒータは、常時、水等の流体中にあるため、使用の過程でセラミックヒータ表面にカルシア、マグネシア等に由来するスケールが付着するという問題点がある。これはセラミックの表面に結晶粒レベルで凹凸が存在するためにスケールが付着するものと考えられている。
このスケールは軟水よりも硬水の方が多く発生することが知られており、水の加熱によってセラミックヒータの表面に析出する。セラミックヒータの表面へのスケールの付着が進行すると、析出したスケールがセラミックヒータから剥がれ落ちることで水路系での目詰まりを誘発する虞がある。
上記問題に対し、下記の特許文献1には、この種のセラミックヒータとして、発熱抵抗体を有する筒状のセラミック体の表面を、ガラスを主体とするコート層で被覆するように構成したものが開示されている。
このようなセラミックヒータによれば、セラミック体の表面がコート層で被覆されることでセラミックヒータ表面へのスケールの付着を抑制することができる。
特願2017−020886号公報
ところで、ある種の硬水中で上記セラミックヒータを長期間使用すると、特に、セラミック体の外表面に形成された外側のコート層が水中に溶解することが判明した。このような事象に対しては、コート層の膜厚を厚くすることでコート層の耐久性を担保すること対応が考えられるが、一方で、コート層の膜厚が厚くなるほどセラミックヒータ内を通過する流体に発熱抵抗体から発生する熱を伝導させることが困難になるという課題があった。
本開示の一側面の流体加熱用のセラミックヒータは、発熱抵抗体を有する筒状のセラミック体と、前記セラミック体の外周面を被覆するように構成されたガラスを主体とする外側コート層と、前記セラミック体の内周面を被覆するように構成されたガラスを主体とする内側コート層と、を備えた流体加熱用のセラミックヒータであって、前記内側コート層は、前記外側コート層よりも薄くなるように構成される。
このようなセラミックヒータによれば、筒状のセラミック体の外周面、及び、内周面がガラスを主体とする外側コート層、及び、内側コート層で被覆されることで、セラミックヒータ表面へのスケールの付着を抑制することができる。
また、内側コート層は外側コート層よりも薄くなるように構成されているため、外側コート層の耐久性を担保しつつ、セラミックヒータ内を通過する流体に発熱抵抗体から発生する熱を効率的に伝導させることができる。
また、本開示の一側面の流体加熱用のセラミックヒータにおいて、外側コート層の表面の算術平均表面粗さ(Ra)、及び、内側コート層の表面の算術平均表面粗さ(Ra)は、いずれも0.5μm以下となるように構成されてもよい。
このようなセラミックヒータによれば、各コート層がセラミックの表面に結晶粒レベルで存在する凹凸を埋めるため、スケールの付着をより効果的に抑制することができる。
また、本開示の一側面の流体加熱用のセラミックヒータにおいて、外側コート層、及び、内側コート層は、いずれも釉薬の成分を含むように構成されてもよい。
このようなセラミックヒータによれば、釉薬を塗布し焼成することによって各コート層を生成できるので、コート層を生成する工程を簡素化することができる。
また、本開示の一側面の流体加熱用のセラミックヒータにおいて、セラミック体は、セラミック製の支持体と、支持体の外周に巻き付けられ、発熱抵抗体を埋設して構成されたセラミックシートと、を含んで構成されてもよい。
このようなセラミックヒータによれば、支持体にセラミックシートを巻き付けることでセラミック体を得ることができるので、セラミック体の広範囲をなるべく均一に発熱させる構成とすることができる。
また、本開示の一側面の流体加熱用のセラミックヒータにおいて、外側コート層の厚さは、セラミックシートの厚さよりも薄くなるように構成されてもよい。
このようなセラミックヒータによれば、外側コート層の厚さは、セラミックシートの厚さよりも薄く構成されているので、発熱抵抗体から発生する熱をより効率的に流体に伝導させることができる。
また、本開示の一側面の流体加熱用のセラミックヒータにおいて、外側コート層は、セラミックシートのうちの発熱抵抗体が配置された領域の全体を覆うように構成されてもよい。
このようなセラミックヒータによれば、外側コート層がセラミックシートのうちの発熱抵抗体が配置された領域の全体を覆うので、発熱抵抗体の発熱によりセラミックシートが伸縮し、セラミックシートに剥がれようとする力が作用したとしても、外側コート層がセラミックシートを覆っているので、セラミックシートの剥離を抑制することができる。
また、本開示の一側面の流体加熱用のセラミックヒータにおいて、外側コート層、及び、内側コート層は、いずれも無鉛物質から構成されてもよい。
このようなセラミックヒータによれば、各コート層が無鉛物質からなるので、還元雰囲気中で鉛が存在することによる変色を抑制することができる。
実施形態におけるセラミックヒータの正面図。 図1のII−II断面図。 セラミックシートを展開して示す説明図。 セラミックヒータの製造方法を示す説明図(その1)。 セラミックヒータの製造方法を示す説明図(その2)。 セラミックヒータの製造方法を示す説明図(その3)。 セラミックヒータの製造方法を示す説明図(その4)。 セラミックヒータの先端領域における断面構造を示す部分断面図。
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
[1.実施形態]
[1−1.構成]
本実施形態のセラミックヒータ11は、例えば温水洗浄便座の熱交換ユニットの熱交換器において、洗浄水を温めるために用いられるものである。
図1に示されるように、このセラミックヒータ11は、円筒状をなすセラミック製のヒータ本体13と、中央に挿通孔を有しヒータ本体13に外嵌されるフランジ15とを備えている。フランジ15は、例えばアルミナ等のセラミックスによって形成されている。また、ヒータ本体13とフランジ15とは、ガラスロウ材23にて接合されている。
図1、図2に示されるように、ヒータ本体13は、円筒状をなすセラミック製の支持体17と、支持体17の外周に巻き付けられたセラミックシート19とを備えて構成されている。支持体17は、軸先方向にわたり貫通する貫通孔17A(図8参照)を備えた円筒形状に形成されている。本実施形態において、支持体17及びセラミックシート19は、アルミナ(Al)等のセラミックからなる。アルミナの熱膨張係数は、50×10−7/K〜90×10−7/Kの範囲内であり、本実施形態においては、70×10−7/K(30℃〜380℃)となっている。
また、本実施形態では、支持体17の外径が12mm、内径が8mm、長さが65mmに設定され、セラミックシート19の厚さが0.5mm、長さが60mmに設定されている。なお、セラミックシート19は、支持体17の外周を完全には覆っていない。このため、セラミックシート19の巻き合わせ部20には、支持体17の軸線方向に沿って延びるスリット21が形成されている。また、本実施形態において、支持体17及びセラミックシート19の表面のうち少なくとも一部は、釉薬層61によって覆われている。
釉薬層61は、SiをSiO換算にて60〜74重量%、AlをAl換算にて16〜30重量%含有したガラスセラミックとして構成される。すなわち、釉薬層61は、無鉛物質から構成される。なお、無鉛物質とは、鉛を含まない物質を表す。ただし、無鉛物質は、完全に鉛を含まない物質に限らず、還元雰囲気に晒されたときに、鉛を含むことによる変色が目視できない程度であれば、ごく微量の鉛が含まれる物質であってもよい。
また、釉薬層61は、塗布された釉薬を焼成することによって形成される。本実施形態の釉薬層61に用いる釉薬には、転移点830℃、屈伏点900℃以上、融点1128℃、熱膨張係数は、60×10−7/K(30〜700℃)のものが用いられる。
なお、転移点とは、熱膨張曲線の傾きが急激に変化する温度を示す。また、屈伏点とは、熱膨張測定においてガラスの軟化によりガラスの伸びが検出できなくなり、熱膨張曲線の屈曲点として現れる温度を示す。
釉薬層61は、自身の屈伏点が当該セラミックヒータ11使用時の最高温度以上となるように材料が選択される。なお、釉薬層61の屈伏点に応じてヒータ配線41の仕様が決定されてもよい。ここで、セラミックヒータ11使用時の最高温度とは、例えば、当該セラミックヒータ11使用時の最大出力でヒータ配線41を発熱させたときのヒータ配線41の温度を意味する。
つまり、釉薬層61がヒータ配線41によって釉薬の屈伏点以上の温度にならないように釉薬やヒータ配線41の出力等が設定される。
図2、図3に示されるように、セラミックシート19には、蛇行したパターン形状のヒータ配線41と、一対の内部端子42とが内蔵されている。本実施形態において、ヒータ配線41及び内部端子42は、タングステン(W)を主成分として含んでいる。なお、各内部端子42は、図示しないビア導体等を介して、図1に示すように、セラミックシート19の外周面に形成された外部端子43に電気的に接続されている。
また、ヒータ配線41は、支持体17の軸線方向に沿って延びる複数の配線部44と、隣接する配線部44同士を接続する接続部45とを備えている。セラミックシート19を厚さ方向から見たときに両端部に位置する一対の配線部44は、図2に示すセラミックシート19の巻き合わせ部20を挟んで互いに反対側に配置されており、第1端が内部端子42に接続されるとともに、第2端が接続部45を介して隣接する配線部44の第2端に接続されている。
なお、第1端とは、図3では上端を示し、第2端とは、図3では下端を示す。また、セラミックシート19を厚さ方向から見たときに上記した一対の配線部44間に位置する配線部44は、第1端が接続部45を介して隣接する配線部44の第1端に接続されるとともに、第2端が接続部45を介して隣接する配線部44の第2端に接続されている。
図2、図3に示されるように、本実施形態の配線部44は、線幅W1が0.60mm、厚さが15μmに設定されている。同様に、本実施形態の接続部45も、線幅W2が0.60mm、厚さが15μmに設定されている。すなわち、配線部44の線幅W1は、接続部45の線幅W2と同一になっている。また、配線部44の厚さも接続部45の厚さと同一であるため、配線部44の断面積は、接続部45の断面積と同一になっている。
なお、図2に示されるように、セラミックシート19において、後にヒータ配線41となる配線部44の表面46からセラミックシート19の外周面47までの厚さtは、0.2mmとなっている。また、巻き合わせ部20において、配線部44の端縁からセラミックシート19の端面48までの距離wは、0.7mmである。ここで、「距離w」とは、円筒状をなす支持体17の周方向に沿った長さをいう。さらに、巻き合わせ部20を挟んで互いに反対側に配置される一対の配線部44間の距離Lは、2.4mmである。ここで、「距離L」とは、一対の配線部44の端縁同士をつなぐ直線の長さをいう。なお、巻き合わせ部20に形成されたスリット21の幅は、L−2wの式から導き出されるものであり、本実施形態では1mmとなっている。
次に、図8に示すように、釉薬層61は、外側コート層61Aと、内側コート層61Bと、を備えている。
外側コート層61Aは、ヒータ本体13(支持体17,セラミックシート19)の筒状外表面のうち少なくともヒータ配線41の形成領域を被覆するように構成されている。内側コート層61Bは、ヒータ本体13(支持体17,セラミックシート19)の筒状内表面(貫通孔17Aの内表面)のうち少なくともヒータ配線41が配置された領域Hを被覆するように構成されている。
また、外側コート層61Aは、ヒータ本体13(支持体17,セラミックシート19)のうちヒータ配線41が配置された領域Hよりも先端側に位置する先端側領域Fの少なくとも一部を覆うように構成されている。さらに、内側コート層61Bは、領域Hにおける自身の厚さ寸法の最大値T1が、外側コート層61Aの領域Hにおける自身の厚さ寸法の最大値T2よりも小さい構成である(T1<T2)。
[1−2.製造方法]
次に、本実施形態のセラミックヒータ11を製造する方法を説明する。
まず、アルミナを主成分とする粘土状のスラリーを従来周知の押出機(図示略)に投入し、筒状部材を成形する。そして、成形した筒状部材を乾燥させた後、所定の温度(例えば約1000℃)に加熱する仮焼成を行うことにより、図4に示すような支持体17を得る。
また、アルミナ粉末を主成分とするセラミック材料を用いて、セラミックシート19となる第1,第2のセラミックグリーンシート51,52を形成する。なお、セラミックグリーンシートの形成方法としては、ドクターブレード法などの周知の成形法を用いることができる。
そして、従来周知のペースト印刷装置(図示略)を用いて、第1のセラミックグリーンシート51の表面上に導電性ペーストを印刷する。本実施形態では、導電性ペーストとしてタングステンペーストを採用する。その結果、図5に示すように、第1のセラミックグリーンシート51の表面上に、ヒータ配線41及び内部端子42となる未焼成電極53が形成される。なお、未焼成電極53の位置は、例えば、ヒータ配線41の位置に対して焼成時の収縮分を加えた大きさとなるように調整される。
そして、導電性ペーストの乾燥後、第1のセラミックグリーンシート51の印刷面、すなわち、未焼成電極53の形成面上に、第2のセラミックグリーンシート52を積層し、シート積層方向に押圧力を付与する。その結果、図6に示すように、各セラミックグリーンシート51,52が一体化され、グリーンシート積層体54が形成される。
なお、第2のセラミックグリーンシート52の厚さは、例えば、ヒータ配線41の配線部44のうち最も外側に配置された配線部44からセラミックシート19の外周面47までの厚さtに対して焼成時の収縮分を加えた大きさとなるように調整される。さらに、ペースト印刷装置を用いて、第2のセラミックグリーンシート52の表面上に導電性ペーストを印刷する。その結果、第2のセラミックグリーンシート52の表面上に、外部端子43となる未焼成電極55が形成される。
次に、図7に示すように、グリーンシート積層体54の片側面にアルミナペースト等のセラミックペーストを塗布し、グリーンシート積層体54を支持体17の外周面18に巻き付けて接着する。このとき、グリーンシート積層体54の端部同士が重ならないようにグリーンシート積層体54のサイズを調節する。
次に、未焼成電極55よりも先端側の所定の領域に対して釉薬を塗布し、周知の手法に従って乾燥工程や脱脂工程などを行った後、グリーンシート積層体54のアルミナ及びタングステンが焼結しうる所定の温度に加熱する同時焼成を行う。ここでの所定の温度には、例えば、1400℃〜1600℃程度の温度を採用できる。
その結果、セラミックグリーンシート51,52中のアルミナ、及び、導電性ペースト中のタングステンが同時焼結し、グリーンシート積層体54がセラミックシート19となり、未焼成電極53がヒータ配線41及び内部端子42となり、未焼成電極55が外部端子43となる。また、外部端子43よりも先端側の所定の領域において、釉薬層61が形成される。
この際の釉薬の塗布に関しては、例えば、セラミックシート19が焼結された支持体17を支持体17の先端側、すなわち、支持体17において外部端子43から遠い側の端部を鉛直方向の下側に向けて、支持体17の先端側から規定の位置まで釉薬が溜められた槽に浸すことによって、釉薬を塗布する。
ただし、規定の位置とは、図1および図3に示すように、セラミックシート19のうちのヒータ配線41が配置された領域を領域Hとしたときに、この領域Hの全体を覆う位置であって、外部端子43が覆われない位置を示す。図1では、ハッチングされた領域が釉薬層61を形成した領域を示す。なお、領域Hは、ヒータ配線41が折り返して配置される範囲内を示す。
この工程によって、釉薬は、ヒータ本体13の表面のうちの外周面および内周面に塗布され、これを焼成することによって、釉薬層61がヒータ本体13の表面のうちの外周面および内周面を被覆することになる。つまり、ヒータ本体13の外周面に外側コート層61Aが、ヒータ本体13の内周面に内側コート層61Bがそれぞれ形成される。
なお、釉薬層61の厚さは、釉薬の粘度や塗布量を適宜調整することで任意に設定することができる。また、釉薬を塗布する手法は、刷毛で塗る手法や吹付け等、任意の手法を採用することができる。本実施形態では、釉薬層61の厚さ寸法に関して、内側コート層61Bは、領域Hにおける自身の厚さ寸法の最大値T1が、外側コート層61Aの領域Hにおける自身の厚さ寸法の最大値T2よりも小さい構成となるように(T1<T2)、釉薬の塗布状態を調整する。なお、釉薬層61の厚さ(詳細には、外側コート層61Aおよび内側コート層61Bのそれぞれの最大厚さ寸法)は、グリーンシート積層体54の厚さよりも薄くなるように塗布時に調整される。また、外側コート層61Aの領域Hにおける自身の厚さ寸法の最大値T2は、ヒータ本体13をフランジ15の挿通孔に組み付ける際に、挿通孔に干渉しない程度の厚さに調整される。
その後、外部端子43にニッケルめっきを施し、ヒータ本体13とする。なお、釉薬層61は焼結後のヒータ本体13に対し、釉薬を塗布しこれを焼き付けることで形成してもよい。
次に、アルミナ性のフランジ15を、ヒータ本体13の所定の取付位置に外嵌する。
この際、図1に示すように、ガラスロウ材23を介してヒータ本体13とフランジ15とを溶着固定し、セラミックヒータ11を完成させる。
[1−3.実験例]
以下、本実施形態のセラミックヒータ11の性能を評価するために行った実験例について説明する。
まず、測定用サンプルを次のように準備した。実施例として、ヒータ配線の表面からセラミックシートの外周面までの厚さtが0.18mm、ヒータ配線の端縁からセラミックシートの端面までの距離wが0.6mm、巻き合わせ部を挟んで互いに反対側に配置される一対の配線部間の距離Lが1.4mm、巻き合わせ部に形成されたスリットの幅(=L−2w)が0.2mmとなるセラミックヒータを準備し、内側コート層の方が外側コート層よりも薄くなるように釉薬を塗布・形成しサンプルAとした。なお、厚さt、距離w、距離Lについては図2にて示す定義に従う。
また、比較例として、上記セラミックヒータに、内側コート層の方が外側コート層よりも厚くなるように釉薬を塗布・形成しサンプルBとした。なお、サンプルA,Bの違いは、各コート層の厚さ関係のみであり、その他の構成は同一である。
また、サンプルA、Bの断面SEM画像を撮像し、得られた断面SEM画像から釉薬層、及び、セラミックシート表面の算術平均粗さ(Ra)、及び、積層方向の厚さを同定した。このとき、サンプルAの外側コート層の表面の算術平均表面粗さ(Ra)、及び、内側コート層の表面の算術平均表面粗さ(Ra)は、いずれも0.5μm以下であり、サンプルBも同様であった。また、サンプルA、Bの外側コート層の厚さは約100μmと、セラミックシートの厚さよりも薄かった。また、サンプルAの内側コート層の厚さは約10μmであった。
サンプルA,Bを同条件にて硬水(硬度480mg/l)中にて水を流動させつつ、通電時間が合計350hとなるようにヒータを作動させて耐久試験を実施したところ、サンプルA、Bのいずれにおいてもスケールの付着は見られなかった。また、サンプルBに比べてサンプルAの方が水温の上昇が早くなるという結果が得られた。なお、耐久試験後においてサンプルA、Bの外側コート層の厚さは約16μm減少していた。一方、サンプルA、Bの内側コート層の厚さには変化が見られなかった。
以上の結果より、外側コート層の膜厚を20μm以上確保することで、外側コート層の耐久性は担保されることがわかった。また、内側コート層の方が外側コート層よりも薄くなるように構成することで、効率的に水温を上昇させることができることがわかった。
[2.他の実施形態]
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
(2a)上記実施形態では、セラミックヒータ11は、一対の内部端子42間に印加される電圧の種別については規定していないが、交流電圧が印可されてもよいし、直流電圧が印可されてもよい。
(2b)上記実施形態では、セラミックヒータ11は、釉薬層61を形成したが、これに限定されるものではない。例えば、ガラスを主体とし、鉄等の金属を微量混合したコート層であってもよい。
(2c)上記実施形態では、セラミックヒータ11使用時の最高温度について、当該セラミックヒータ11使用時にヒータ配線41を発熱させたときのヒータ配線41の最高温度と規定したが、ヒータ配線41の最高温度は釉薬層61の屈伏点の温度を超えたとしても、コート層61の温度が釉薬層61の屈伏点以下になればよい。つまり、セラミックヒータ11使用時の最高温度とは、釉薬層61の最高温度であってもよい。
(2d)上記実施形態では、釉薬層61の屈伏点がガラスロウ材23の屈伏点やセラミックヒータ11使用時の最高温度以上の温度となるよう設定したが、これに限定されるものではない。例えば、ヒータ本体13の外周面にメタライズ層を形成し、当該メタライズ層上に金属ロウ材を用いて金属製フランジを接合する態様においては、釉薬層61の屈伏点が金属ロウ材の融点以上となるように設定してもよい。この態様においては、金属ロウ材が酸化しないように還元雰囲気で実施されるため、鉛を含有する釉薬では変色が生じ得るが、本実施例で用いた釉薬層61は無鉛物質からなるので、還元雰囲気中で鉛が存在することによる変色を抑制することができる。また、釉薬層61の転移点がガラスロウ材23の転移点やセラミックヒータ11使用時の最高温度以上の温度としてもよいし、釉薬層61の軟化点がガラスロウ材23の軟化点やセラミックヒータ11使用時の最高温度以上の温度としてもよい。
(2e)上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
(2f)上述したセラミックヒータ11の他、当該セラミックヒータ11を構成要素とするシステムなど、種々の形態で本開示を実現することもできる。
[3.文言の対応関係]
ヒータ配線41は発熱抵抗体の一例に相当し、ヒータ本体13はセラミック体の一例に相当する。また、釉薬層61はコート層の一例に相当し、ガラスロウ材23は接合材の一例に相当する。
11…セラミックヒータ、13…ヒータ本体、15…フランジ、15A…挿通孔、17…支持体、17A…貫通孔、17B…先端面、18…外周面、19…セラミックシート、19A…段差部、20…巻き合わせ部、21…スリット、23…ガラスロウ材、41…ヒータ配線、61…釉薬層、61A…外側コート層、61B…内側コート層。

Claims (7)

  1. 発熱抵抗体を有する筒状のセラミック体と、
    前記セラミック体の外周面を被覆するように構成されたガラスを主体とする外側コート層と、
    前記セラミック体の内周面を被覆するように構成されたガラスを主体とする内側コート層と、を備えた流体加熱用のセラミックヒータであって、
    前記内側コート層は、前記外側コート層よりも薄くなるように構成された流体加熱用のセラミックヒータ。
  2. 請求項1に記載の流体加熱用のセラミックヒータであって、
    前記外側コート層の表面の算術平均表面粗さ(Ra)、及び、前記内側コート層の表面の算術平均表面粗さ(Ra)は、いずれも0.5μm以下となるように構成された流体加熱用のセラミックヒータ。
  3. 請求項1または請求項2に記載の流体加熱用のセラミックヒータであって、
    前記外側コート層、及び、前記内側コート層は、いずれも釉薬の成分を含むように構成された流体加熱用のセラミックヒータ。
  4. 請求項1〜3の何れか1項に記載の流体加熱用のセラミックヒータであって、
    前記セラミック体は、
    セラミック製の支持体と、
    前記支持体の外周に巻き付けられ、前記発熱抵抗体を埋設して構成されたセラミックシートと、を含むように構成された流体加熱用のセラミックヒータ。
  5. 請求項4に記載の流体加熱用のセラミックヒータであって、
    前記外側コート層の厚さは、前記セラミックシートの厚さよりも薄くなるように構成された流体加熱用のセラミックヒータ。
  6. 請求項5に記載の流体加熱用のセラミックヒータであって、
    前記外側コート層は、前記セラミックシートのうちの前記発熱抵抗体が配置された領域の全体を覆うように構成された流体加熱用のセラミックヒータ。
  7. 請求項1〜6の何れか1項に記載の流体加熱用のセラミックヒータであって、
    前記外側コート層、及び、前記内側コート層は、いずれも無鉛物質からなるように構成された流体加熱用のセラミックヒータ。

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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2914290T3 (es) * 2016-07-05 2022-06-08 Ngk Spark Plug Co Calentador de cerámica
KR20240002273A (ko) 2022-06-28 2024-01-05 (주)아셈스 궐련형 전자담배 장치
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Family Cites Families (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3769493A (en) * 1971-07-12 1973-10-30 E Zeitlin Electric immersion heater assembly
JPS5277456U (ja) * 1975-12-08 1977-06-09
JPS545239A (en) * 1977-06-14 1979-01-16 Ngk Spark Plug Co Ltd Ceramic heater of adjusted resistance
EP0112922B1 (en) * 1982-06-24 1988-09-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Panel heater
US5118983A (en) * 1989-03-24 1992-06-02 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Thermionic electron source
KR100361113B1 (ko) * 1994-08-18 2003-02-05 닛뽕도구슈우도오교오가부시끼가이샤 세라믹 히터용 알루미나기 소결재료
US5659867A (en) * 1995-11-28 1997-08-19 Hewlett-Packard Company Instant-on fuser roller structure
JPH09213461A (ja) * 1996-01-31 1997-08-15 Ngk Spark Plug Co Ltd セラミックスヒーター
JP3691649B2 (ja) * 1997-10-28 2005-09-07 日本特殊陶業株式会社 セラミックヒータ
JP2000058237A (ja) * 1998-06-05 2000-02-25 Ngk Spark Plug Co Ltd セラミックヒ―タ及びそれを用いた酸素センサ
US6236027B1 (en) * 1999-03-26 2001-05-22 Ibiden Co., Ltd. Ceramic heater
JP2000277240A (ja) * 1999-03-26 2000-10-06 Ibiden Co Ltd セラミックヒーター
JP2000286045A (ja) * 1999-03-29 2000-10-13 Ibiden Co Ltd セラミックヒーター
JP3069747U (ja) * 1999-12-17 2000-06-30 上道電気工業株式会社 浸漬ヒ―タ―
JP3934843B2 (ja) * 2000-01-25 2007-06-20 京セラ株式会社 半田ごて
JP3921327B2 (ja) * 2000-04-14 2007-05-30 京セラ株式会社 セラミックヒータ及びその製造方法
DE50104623D1 (de) * 2000-06-30 2004-12-30 Bosch Gmbh Robert Glühstiftkerze mit ionenstromsensor sowie verfahren zum betreiben einer derartigen glühstiftkerze
GB2404740B (en) * 2002-02-28 2005-12-21 Ngk Spark Plug Co Prismatic ceramic heater for heating gas sensor element, prismatic gas sensor element in multilayered structure including the prismatic ceramic heater,
JP2004146569A (ja) * 2002-10-24 2004-05-20 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体製造装置用セラミックスヒーター
JP2004281369A (ja) * 2003-02-26 2004-10-07 Kyocera Corp セラミックヒータおよびそれを用いた流体加熱装置
KR20080108372A (ko) * 2003-12-24 2008-12-12 쿄세라 코포레이션 세라믹 히터 및 그 제조 방법
KR101299495B1 (ko) * 2005-12-08 2013-08-29 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 세라믹스 히터, 히터 급전 부품 및 세라믹스 히터의제조방법
JP5019545B2 (ja) * 2008-10-24 2012-09-05 日本特殊陶業株式会社 セラミック接合体、セラミックヒータおよびガスセンサ
CN201667917U (zh) * 2010-05-21 2010-12-15 赵宪东 一种陶瓷渔网坠
CN201888715U (zh) * 2010-09-03 2011-07-06 浙江苏泊尔家电制造有限公司 具有防垢性能的炊具容器和加热器
CN202261880U (zh) * 2011-08-23 2012-05-30 吴佩良 具有陶瓷或玻璃涂层的热水器电加热器
CN202304003U (zh) * 2011-08-26 2012-07-04 江苏辉煌太阳能股份有限公司 半封闭防垢真空太阳能集热管
CN102423935A (zh) * 2011-10-12 2012-04-25 西安交通大学 一种热障涂层***
JP5896142B2 (ja) * 2012-03-23 2016-03-30 東芝ライテック株式会社 セラミックヒータおよび定着装置
CN102734778A (zh) * 2012-06-04 2012-10-17 伟盈技术研发(无锡)有限公司 一种新型内腔附着有纳米陶瓷涂层防水垢蒸汽发生器
JP5723324B2 (ja) * 2012-06-12 2015-05-27 日本特殊陶業株式会社 セラミックヒータ及びガスセンサ
JP5748918B2 (ja) * 2012-08-31 2015-07-15 京セラ株式会社 ヒータ
CN203256489U (zh) * 2013-01-21 2013-10-30 杭州佐帕斯工业有限公司 一种带新型防护涂层的电加热管
JP6062821B2 (ja) * 2013-07-31 2017-01-18 京セラ株式会社 ヒータ
JP5911179B2 (ja) * 2013-08-21 2016-04-27 信越化学工業株式会社 立体形状のセラミックスヒーター
CN106416424B (zh) * 2014-01-30 2019-08-23 京瓷株式会社 加热器
CN105636253A (zh) * 2014-10-29 2016-06-01 青岛海尔空调器有限总公司 一种防凝露耐腐蚀的ptc电加热器及其制造方法
EP3214896B1 (en) * 2014-10-31 2020-09-02 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ceramic heater and manufacturing method for same
JP6575187B2 (ja) 2015-07-10 2019-09-18 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、物理量センサー装置、電子機器および移動体
CN105509488B (zh) * 2015-12-23 2017-09-12 西安超码科技有限公司 一种浸入式陶瓷电阻内加热装置
KR20180125993A (ko) * 2016-03-16 2018-11-26 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤 세라믹 히터
CN206433210U (zh) * 2017-01-20 2017-08-22 东莞市国研电热材料有限公司 一种高散热性水加热用陶瓷发热体

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