JPH0294384A - Ceramic heater with heat radiating fin - Google Patents
Ceramic heater with heat radiating finInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は温風ヒータ等に利用される放熱フィン付きセラ
ミックヒータに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a ceramic heater with radiation fins used in hot air heaters and the like.
従来より、温風ヒータには正の抵抗温度特性を有するＰ
ＴＣヒータにアルミニウムの放熱フィンを固着したもの
が用いられていた。（例えば、特公昭６１−１７３５１
号、６２−４８３５０号公報参照）これは、第８図に示
すようにチタン酸バリウム系セラミックスからなるＰＴ
Ｃヒータ１１の両面に電極１２を形成し、さらにアルミ
ニウム板を折り曲げて形成した放熱フィン１３を固着し
たものであった。Conventionally, hot air heaters have a positive resistance temperature characteristic of P.
A TC heater with aluminum radiation fins fixed to it was used. (For example, Tokuko Sho 61-17351
(Refer to No. 62-48350) This is a PT made of barium titanate ceramics as shown in Figure 8.
Electrodes 12 were formed on both sides of the C heater 11, and radiation fins 13 formed by bending an aluminum plate were further fixed.
このＰＴＣヒータ１１に電源１４によって通電して発熱
させ、放熱フィン１３中に空気を通過させて温風を発生
させるようになっていた。また、上記ＰＴＣヒータ１１
は正の抵抗温度特性を有しており、ある温度で急激に抵
抗値が増大してそれ以上高温になることを防止できると
いう性質を有していた。This PTC heater 11 is energized by a power source 14 to generate heat, and air is passed through the radiation fins 13 to generate warm air. In addition, the PTC heater 11
has a positive resistance-temperature characteristic, and has the property that the resistance value increases rapidly at a certain temperature and can prevent the temperature from rising further.
ところが、上記の如き従来の放熱フィン付きＰＴＣヒー
タは、その特性上発熱量が低（，９７ｎ＋＋＋＋Ｘ６６
１１１１Ｉｉ、または１４８ｍｍ Ｘ ４４ｍｍ程度の
大きさの温風ヒータとして用いた場合に精々１２０〇−
程度の出力しか得られず、高出力の温風ヒータとするこ
とができなかった。However, due to its characteristics, the conventional PTC heater with radiation fins as described above has a low calorific value (,97n++++X66
1111Ii or 148mm x 44mm when used as a hot air heater at most 1200-
However, only a moderate output could be obtained, and a high-output hot air heater could not be obtained.
上記に鑑みて本発明は、セラミック体中に発熱抵抗体を
埋設してなるセラミックヒータを用い、このセラミック
ヒータに直接複数の金属板からなる放熱フィンを取付け
たり、またはセラミックヒータを金属製のケースで覆っ
て、該ケースに複数の金属製放熱フィンを取付けて、放
熱フィン付きセラミックヒータを構成したものである。In view of the above, the present invention uses a ceramic heater in which a heating resistor is embedded in a ceramic body, and radiates fins made of a plurality of metal plates are directly attached to the ceramic heater, or the ceramic heater is mounted in a metal case. A plurality of metal heat radiation fins are attached to the case to form a ceramic heater with heat radiation fins.
以下、本発明実施例を図によって説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図に縦断面図を示すように、本発明の放熱フィン付
きセラミックヒータは、複数のセラミ・ツクヒータ１を
用い、これらに金属板から成る複数の放熱フィン２を取
付けて構成されている。As shown in a longitudinal cross-sectional view in FIG. 1, the ceramic heater with radiation fins of the present invention is constructed by using a plurality of ceramic heaters 1 and attaching a plurality of radiation fins 2 made of metal plates to these.
セラミックヒータ１はセラミック体中に発熱抵抗体１ａ
を埋設し、該発熱抵抗体１ａに通電するためのリード線
３を備えたものである。例えば、アルミナセラミックの
生シート上にＭｏ−Ｍｎまたは−等からなるペーストで
発熱パターンを印刷して発熱抵抗体１ａとし、更にアル
ミナセラミックの生シートを重ね合わせ、焼結一体色し
てなるものを用いれば良い。また、この他に窒化珪素、
窒化アルミ等のセラミック体中に発熱抵抗体１ａを埋設
してなるものを用いることもできる。The ceramic heater 1 includes a heating resistor 1a in a ceramic body.
The heating resistor 1a is embedded therein and is provided with a lead wire 3 for supplying current to the heating resistor 1a. For example, a heating resistor 1a is produced by printing a heating pattern on a raw sheet of alumina ceramic with a paste made of Mo-Mn or -, and then overlaying raw sheets of alumina ceramic and sintering it in one piece. Just use it. In addition, silicon nitride,
It is also possible to use one in which the heating resistor 1a is embedded in a ceramic body such as aluminum nitride.
さらに、放熱フィン２はアルミニウム、銅、真鍮などの
金属からなる板状体であり、これらの金属は軽く、熱伝
導性が良いためセラミ・ツクヒータ１に発生した熱を良
好に伝え放熱するため、温風発生特性を優れたものとで
きる。特にアルミニウムは表面の酸化膜によって保護さ
れ、劣化しにくいため優れていた。Furthermore, the heat dissipation fin 2 is a plate-shaped body made of metal such as aluminum, copper, or brass, and since these metals are light and have good thermal conductivity, they effectively transfer and dissipate the heat generated in the ceramic heater 1. Excellent hot air generation characteristics can be achieved. Aluminum in particular was excellent because it was protected by an oxide film on its surface and was resistant to deterioration.
また、放熱フィン２には取付孔２ａが形成されており、
第２図に示すように、メタライズ層１ｂを形成したセラ
ミックヒータ１を上記取付孔２ａ内に挿入し、ロウ付け
することによって、セラミ・ツクヒータ１と放熱フィン
２は固着されている。ロウ付けにはＡｇロウ、Ａｌロウ
やｐｂ系、Ｚｎ系、Ｓｎ系等のノλンダを用いれば良い
。また、第３図に示すように高温時のセラミックヒータ
１と金属フィン２の熱膨張差を緩和するために、セラミ
ックヒータ１のメタライズ層１ｂを分割させて形成した
もので良い。Furthermore, a mounting hole 2a is formed in the radiation fin 2,
As shown in FIG. 2, the ceramic heater 1 with the metallized layer 1b formed thereon is inserted into the mounting hole 2a, and the ceramic heater 1 and the radiation fin 2 are fixed together by brazing. For brazing, Ag solder, Al solder, or a non-lambda solder such as PB-based, Zn-based, or Sn-based solder may be used. Further, as shown in FIG. 3, the metallized layer 1b of the ceramic heater 1 may be formed by dividing it in order to alleviate the difference in thermal expansion between the ceramic heater 1 and the metal fins 2 at high temperatures.
さらに、上記放熱フィン２の取付孔２ａは、完全に打ち
抜いたものではなく、折り曲げ部２ｂを形成したもので
あり、この折り曲げ部２ｂによって放熱フィン２とセラ
ミックヒータｌを強固に固定することができ、また、第
１図に示すように折り曲げ部２ｂの長さを放熱フィン２
の配置間隔と一致させておけば、放熱フィン２の取付が
容易である。Furthermore, the mounting hole 2a of the radiation fin 2 is not completely punched out, but has a bent portion 2b, which allows the radiation fin 2 and the ceramic heater l to be firmly fixed. In addition, as shown in FIG. 1, the length of the bent portion 2b is
If the arrangement spacing is made to match the spacing between the radiating fins 2 and the radiating fins 2, it is easy to attach the heat dissipating fins 2.
上記実施例では、セラミックヒータ１と放熱フィン２を
ロウ付げにより固定したもののみを示したが、この他に
、圧入や接着剤による固定であっても良い。In the above embodiment, only the ceramic heater 1 and the radiation fin 2 are fixed by brazing, but they may also be fixed by press fitting or adhesive.
さらに、セラミックヒータ１と放熱フィン２の固着はロ
ウ付げに限らず接着剤等を用いても良い。Furthermore, the fixation of the ceramic heater 1 and the radiation fins 2 is not limited to brazing, and adhesives or the like may also be used.
また、上記３本のセラミックヒータ１はそれぞれ並列に
接続されており、各セラミックヒータ１への通電を切り
換えることによって発熱量を調整することができる。ま
た、セラミックヒータ１の数は必要に応じて適宜変更す
ることができる。Further, the three ceramic heaters 1 are connected in parallel, and the amount of heat generated can be adjusted by switching the energization to each ceramic heater 1. Further, the number of ceramic heaters 1 can be changed as necessary.
この実施例に示したものは、セラミ・ツクヒータ１に直
接放熱フィン２を取付けているため発熱効率が良いとい
う特長を持っている。The device shown in this embodiment has a feature of good heat generation efficiency because the heat radiation fins 2 are directly attached to the ceramic heater 1.
次に本発明の他の実施例を説明する。Next, another embodiment of the present invention will be described.
これは、第４図、第５図（ａ） （ｂ）に示すように、
セラミックヒータｌを金属製のケース５ａ、５ｂで覆い
、該ケース５ａ、５ｂに前記実施例と同様の金属板から
成る放熱フィン２を取付け、各セラミックヒータ１を並
列に接続して、なるものである。As shown in Figures 4 and 5 (a) and (b),
The ceramic heater 1 is covered with metal cases 5a and 5b, and the radiation fins 2 made of metal plates similar to those in the above embodiment are attached to the cases 5a and 5b, and the ceramic heaters 1 are connected in parallel. be.
上記金属製のケース５ａ、５ｂはアルミニウム、銅など
放熱フィン２と同質の金属材により形成されたものであ
り、第５図（ａ）に示すようにセラミックヒータ１をケ
ース５ａ、５ｂで覆った後放熱フィン２の取付孔２ａに
挿入して取付ける。このとき、ケース５ａ、５ｂと放熱
フィン２との固着はロウ付けを行ったり、あるいは単に
圧入するだけでもよい。The metal cases 5a and 5b are made of the same metal material as the radiation fin 2, such as aluminum and copper, and as shown in FIG. 5(a), the ceramic heater 1 is covered with the cases 5a and 5b. Insert it into the mounting hole 2a of the rear heat dissipation fin 2 and attach it. At this time, the cases 5a, 5b and the radiation fins 2 may be fixed by brazing or simply by press fitting.
また、セラミックヒータ１とケース５ａ、５ｂとは固着
せず、互いの熱伝導を良くするためにセラミックヒータ
１の表面を研摩して滑らかな面としたり、セラミックヒ
ータ１とケース５ａ、５ｂの間にグリース６を介在させ
ておけば良い。このグリース６としては、例えばシリコ
ンオイルにＡｌ、Ｎｉ粉等を混入したものを用いる。In addition, the ceramic heater 1 and the cases 5a, 5b are not fixed to each other, and the surface of the ceramic heater 1 is polished to have a smooth surface in order to improve mutual heat conduction, and the ceramic heater 1 and the cases 5a, 5b are It is sufficient if grease 6 is interposed between the two. As the grease 6, for example, silicone oil mixed with Al, Ni powder, etc. is used.
この実施例によれば、セラミックヒータ１をケース５ａ
、５ｂで覆って保護していることからセラミックヒータ
１の割れ、欠は等を防止することができ、圧入によって
容易に放熱フィン２を取付けることができる。According to this embodiment, the ceramic heater 1 is placed in the case 5a.
, 5b, the ceramic heater 1 can be prevented from cracking, chipping, etc., and the radiation fins 2 can be easily attached by press-fitting.
また、他の実施例として、第６図に示すように、上記ケ
ース５ａ、５ｂをセラミックヒータ１の長軸方向に複数
に分割しておいて、各ケース５ａ、５ｂをセラミックヒ
ータｌにロウ付げによって固着し、各ケース５ａ、５ｂ
に放熱フィン２を取付けたものでも良い。セラミックヒ
ータ１と金属ケース５ａ、５ｂをロウ付けすると高温時
の熱膨張差が問題となるが、上記のようにケース５ａ、
５ｂを複数に分割しであることによって熱膨張差を緩和
することができる。As another embodiment, as shown in FIG. 6, the cases 5a and 5b are divided into a plurality of parts in the longitudinal direction of the ceramic heater 1, and each case 5a and 5b is brazed to the ceramic heater l. Each case 5a, 5b is fixed by
It is also possible to have heat dissipation fins 2 attached thereto. When the ceramic heater 1 and the metal cases 5a and 5b are brazed, the difference in thermal expansion at high temperatures becomes a problem.
By dividing 5b into a plurality of parts, the difference in thermal expansion can be alleviated.
さらに他の実施例として、第７図に示すように、セラミ
ックヒータ１を覆うケース５ａ、５ｂに予め一体的に放
熱フィン２を形成しておいてもよい。In yet another embodiment, as shown in FIG. 7, the radiation fins 2 may be integrally formed in the cases 5a and 5b that cover the ceramic heater 1 in advance.
また、第１図、第４図に示す放熱フィン付きセラミック
ヒータを構成する複数のセラミックヒータ１のうち少な
くとも一つを正の抵抗温度特性を有するＰＴＣヒータで
置き換えて、これらのセラミックヒータ、ＰＴＣヒータ
を直列に接続すれば、ＰＴＣヒータがある温度で急激に
抵抗値が増大するため、全体としての自己温度制御を行
うことができる。Furthermore, at least one of the plurality of ceramic heaters 1 constituting the ceramic heater with radiation fins shown in FIGS. 1 and 4 may be replaced with a PTC heater having a positive resistance temperature characteristic. If the PTC heaters are connected in series, the resistance value of the PTC heater increases rapidly at a certain temperature, so that the self-temperature control as a whole can be performed.
スＢよ−
第４図に示す構造の放熱フィン付きセラミックヒータを
試作し、さまざまな実験を行った。セラミックヒータ１
はアルミナセラミックスからなり、厚み０．９ｍｍ、幅
１０ｍｍ、長さ９７ｍｍのものを３本用い、ケース５ａ
、５ｂはアルミニウムからなり厚み１■とし、放熱ファ
ン２はアルミニウムからなり、厚み０．５ｍｍ 、長さ
６６ 、５ｎ＋ｍのものを４３枚用いた。B. We prototyped a ceramic heater with radiation fins with the structure shown in Figure 4, and conducted various experiments. Ceramic heater 1
is made of alumina ceramics and has a thickness of 0.9 mm, a width of 10 mm, and a length of 97 mm.
, 5b are made of aluminum and have a thickness of 1 mm, and the heat dissipation fan 2 is made of aluminum, and 43 pieces having a thickness of 0.5 mm, a length of 66 mm, and 5 nm+m are used.
この放熱フィン付きセラミックヒータについて、セラミ
ックヒータ１の表面を研磨し、セラミックヒータ１とケ
ース５ａ、５ｂの間にグリース６を介在させたもの（Ｃ
、）と、セラミックヒータ１を研磨せず、グリース６を
介在させなかったもの（Ｃ２）の２種類を用意した。ま
た、比較例として全く同じ大きさのチタン酸バリウム系
セラミックスから成るＰＴＣヒータを用いたもの（Ｐ）
を用意した。これら３種類について、それぞれヒータ１
の温度（”Ｃ）と出力（−）の関係を調べたところ第９
図に示す通りであった。Regarding this ceramic heater with radiation fins, the surface of the ceramic heater 1 is polished and grease 6 is interposed between the ceramic heater 1 and the cases 5a and 5b (C
, ) and one in which the ceramic heater 1 was not polished and the grease 6 was not interposed (C2) were prepared. In addition, as a comparative example, a PTC heater made of barium titanate ceramics of exactly the same size was used (P).
prepared. For these three types, heater 1
When I investigated the relationship between the temperature ("C) and the output (-) of the 9th
It was as shown in the figure.
第９図中、比較例のＰは、その特性上出力を１２００−
以上にすることができなかった。これに対し、本発明実
施例であるＣ１は、１５０〇−以上とすることができ、
高出力であることが確認された。ただし、Ｃ２は放熱特
性が悪かったことから、セラミックヒータ１の表面を研
磨しておくこと、セラミックヒータ１とケース５ａ、５
ｂの間にグリースを介在させることが重要であることが
わかる。In Fig. 9, the comparative example P has an output of 1200-
I couldn't do more than that. On the other hand, C1 according to the embodiment of the present invention can be set to 1500- or more,
It was confirmed that the output was high. However, since C2 had poor heat dissipation characteristics, it was necessary to polish the surface of ceramic heater 1, and to
It can be seen that it is important to interpose grease between b.
尖醜災」−
次に、前記実験例１と同じ放熱フィン付きセラミックヒ
ータで、セラミックヒータ１の表面を研磨し、グリース
６は用いずに、１２００−に調整したものを用意した。Next, using the same ceramic heater with radiation fins as in Experimental Example 1, the surface of the ceramic heater 1 was polished, and the surface of the ceramic heater 1 was adjusted to 1200° without using Grease 6.
これに対し、５分間通電０Ｎ１２分間ＯＦＦのサイクル
を２１．５時間（１８４サイクル）（り返した後、出力
量、発熱温度の変化を調べた。結果は第１表に示すよう
に、初期値とほとんど変わらず、耐久性にも優れていた
。On the other hand, after 21.5 hours (184 cycles) (repeating the cycle of energizing on for 5 minutes and turning off for 12 minutes), changes in the output amount and heat generation temperature were investigated.The results are as shown in Table 1, with the initial value It was almost the same and had excellent durability.
第１表
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によれば、セラミック体中に発熱
抵抗体を埋設してなるセラミックヒータを用い、このセ
ラミックヒータを複数の金属板からなる放熱フィンの取
付孔に挿入して固定したり、またはセラミックヒータを
金属製のケースで覆って該ケースに複数の金属製放熱フ
ィンを取付けて放熱フィン付きセラミックヒータを構成
したことによって、セラミックヒータの熱が放熱フィン
を通じて効率よく放熱され、またセラミックヒータ自体
は高出力とできることから、出力が大きく発熱特性に優
れた放熱フィン付きセラミックヒータを提供することが
できる。Table 1 [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a ceramic heater in which a heating resistor is embedded in a ceramic body is used, and a heat dissipation fin made of a plurality of metal plates is attached to the ceramic heater. By inserting the ceramic heater into a hole and fixing it, or by covering the ceramic heater with a metal case and attaching multiple metal radiating fins to the case to configure a ceramic heater with radiating fins, the heat of the ceramic heater can be transferred to the radiating fins. Since heat is efficiently dissipated through the ceramic heater and the ceramic heater itself can have a high output, it is possible to provide a ceramic heater with heat dissipation fins that has a large output and excellent heat generation characteristics.
第１図は本発明実施例に係る放熱フィン付きセラミック
ヒータの全体構造を示す縦断面図、第２図は同じく一部
分解斜視図、第３図はセラミックヒータの他の例を示す
斜視図である。
第４図は本発明の他の実施例の全体構造を示す縦断面図
、第５図（ａ）は同じく一部分解斜視図、第５図（ｂ）
は同図（ａ）中のＸ−Ｘ線断面図である。
第６図、第７図はそれぞれ本発明のさらに他の実施例を
示す縦断面図である。
第８図は従来の放熱フィン付きＰＴＣヒータを示す縦断
面図である。
第９図は本発明実施例に係る放熱フィン付きセラミック
ヒータの出力と発熱温度の関係を示すグラフである。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the overall structure of a ceramic heater with radiation fins according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partially exploded perspective view of the same, and FIG. 3 is a perspective view showing another example of the ceramic heater. . FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the overall structure of another embodiment of the present invention, FIG. 5(a) is a partially exploded perspective view, and FIG. 5(b)
is a sectional view taken along the line X--X in FIG. FIGS. 6 and 7 are longitudinal cross-sectional views showing still other embodiments of the present invention. FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a conventional PTC heater with radiation fins. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the output and heat generation temperature of the ceramic heater with radiation fins according to the embodiment of the present invention.
Claims (2)
ミックヒータを、複数の金属板からなる放熱フィンに形
成した取付孔中に挿入固定してなる放熱フィン付きセラ
ミックヒータ。(1) A ceramic heater with radiation fins, in which a ceramic heater having a heating resistor embedded in a ceramic body is inserted and fixed into a mounting hole formed in a radiation fin made of a plurality of metal plates.
ミックヒータを金属製のケースで覆い、該ケースに複数
の金属製放熱フィンを取付けたことを特徴とする放熱フ
ィン付きセラミックヒータ。(2) A ceramic heater with radiation fins, characterized in that a ceramic heater having a heating resistor embedded in a ceramic body is covered with a metal case, and a plurality of metal radiation fins are attached to the case.
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