CN107432056A - 加热器 - Google Patents

Abstract

加热器具备：柱状或者筒状的陶瓷体；设置在陶瓷体的内部的发热电阻体；沿周向设置在陶瓷体的外周面的金属层；以及经由接合材料与金属层接合的凸缘。接合材料具有从金属层一直扩展到凸缘的凹凸部，在凹凸部内进一步沿周向在陶瓷体的外周面设置有金属线。

Description

加热器

技术领域

本公开涉及在液体加热用加热器、粉体加热用加热器、气体加热用加热器、氧传感器用加热器或者烙铁用加热器等中使用的加热器。

背景技术

作为加热器，例如已知JP实开平6-69241号公报(以下，也称为专利文献1)中记载的陶瓷凸缘结构体。专利文献1记载的陶瓷凸缘结构体具备：在内部设置了加热器的陶瓷圆筒体；和经由接合材料与陶瓷圆筒体接合的凸缘。

发明内容

一种加热器，具备：柱状或者筒状的陶瓷体；设置在该陶瓷体的内部的发热电阻体；沿周向设置在所述陶瓷体的外周面的金属层；和经由接合材料与该金属层接合的凸缘。所述接合材料具有从所述金属层一直扩展到所述凸缘的凹凸部，在该凹凸部内进一步沿周向在所述陶瓷体的外周面设置有金属线。

附图说明

图1是加热器的一实施方式的侧视图。

图2是表示加热器内的发热电阻体的透视侧视图。

图3是图1所示的加热器的部分放大图。

图4是表示变形例的加热器内的金属线的示意图。

图5是表示变形例的加热器内的金属线的示意图。

图6是变形例的加热器的部分放大图。

具体实施方式

以下，参照附图说明一实施方式涉及的加热器10。图1是表示加热器10的侧视图。如图1所示，加热器10具备陶瓷体1和凸缘7。加热器10例如能够用作将作为流体的液体(水等)设为被加热物的液体加热用加热器。进一步地，如图2所示，在陶瓷体1的内部设置有发热电阻体2。

本实施方式的陶瓷体1是内侧的空间成为流体的流路的筒状构件。另外，在本实施方式的加热器10中，陶瓷体1是筒状，但是并不限于此。具体来说，陶瓷体1也可以是柱状。在该情况下，如下方式使用加热器10，即，通过使被加热物与陶瓷体1的外周面接触，从陶瓷体1的外周面传递从发热电阻体2发出的热，从而对被加热物进行加热。

本实施方式的加热器10中的陶瓷体1是具有长度方向的圆筒状的构件。陶瓷体1例如由氧化物陶瓷、氮化物陶瓷或者碳化物陶瓷等绝缘性的陶瓷构成。具体来说，陶瓷体1由氧化铝质陶瓷、氮化硅质陶瓷、氮化铝质陶瓷或者碳化硅质陶瓷等陶瓷构成。其中，从耐氧化性的观点来看，优选陶瓷体1由氧化铝质陶瓷构成。

陶瓷体1的尺寸例如能够按以下方式设定。具体来说，能够将长度方向的全长设为40～150mm程度，将外径设为4～30mm程度，将内径设为1～28mm程度。

如图2所示，在陶瓷体1的内部设置有发热电阻体2。发热电阻体2因电流流过而发热。发热电阻体2沿流路埋设在陶瓷体1的内部。另外，图2中未清楚地示出，但是在陶瓷体1的前端侧(图中的左侧)沿陶瓷体1的外周面在周向上也设置有发热电阻体2。更具体来说，发热电阻体2被设置成蜿蜒着包围流路。

发热电阻体2例如由以钨(W)、钼(Mo)或者铼(Re)等高熔点的金属为主成分的导电体形成。关于发热电阻体2的尺寸，例如可将宽度设定为0.3～2mm程度，将厚度设定为0.01～0.1mm程度，将全长设定为500～5000mm程度。根据发热电阻体2的发热温度以及施加给发热电阻体2的电压等，适当设定这些尺寸。

在陶瓷体1的后端侧(图中的右侧)的表面设置有电极20。电极20是用于将外部的电源和发热电阻体2电连接的构件，分别设置在陶瓷体1的后端侧的两个位置处。电极20与发热电阻体2电连接。电极20例如由钨或者钼等金属材料形成。

凸缘7是为了容易地将陶瓷体1安装到外部设备的构件。作为外部设备，例如可列举智能座便器等。在本实施方式的加热器10被用于智能座便器的情况下，使智能座便器中的喷淋用的水通过陶瓷体1的内部(以筒的内周面作为壁面的流路)后被加热，从而变成温水。具体来说，例如，从陶瓷体1的后端侧导入水，在该水通过陶瓷体1的内部流路的期间被发热电阻体2加热，然后变成温水，从陶瓷体1的前端侧放出该温水。此时，从陶瓷体1的前端侧放出的温水有可能会附着于陶瓷体1的外表面，需要防止因该水接触到设置在陶瓷体1的后端侧的电极20而发生漏电。在将加热器10用于智能座便器的情况下，凸缘7也具有防止温水附着于电极20而最终防止漏电的作用。

另外，加热器10对水(被加热物)的加热不仅借助陶瓷体1的内的流路来进行，还可以借助陶瓷体1的外表面来进行。此外，加热器10对水(被加热物)的加热可以借助陶瓷体1的内部流路和外表面这两者来进行。

凸缘7是环状的构件，插入陶瓷体1。在本实施方式的加热器10中，凸缘7在从内周至外周的中途具有两个弯曲部。具体来说，凸缘7具有：从金属层3向外周侧垂直竖起的第1部分71；从第1部分71的外周侧的端部向后端侧延伸的第2部分72；以及从第2部分72的后端向外周侧延伸的第3部分73。并且，由第1部分71和第2部分72、以及第2部分72和第3部分73形成两个弯曲部。

凸缘7例如由不锈钢或者铁-钴-镍合金等金属材料形成。特别是从耐腐蚀性的观点来看，优选凸缘7由不锈钢形成。例如，如下那样设定凸缘7的尺寸。具体来说，可将第1部分71的内径设定为与陶瓷体1的外径大致相等，将第3部分73的外径设定为8mm～50mm程度。此外，陶瓷体1的长度方向上的长度(第2部分72的长度)例如可设定为0.3mm～5mm程度。另外，在本实施方式中，凸缘7虽然由金属材料形成，但是并不限于此。具体来说，根据其用途，还可使用陶瓷材料或者树脂材料等。

如图3所示，在本实施方式的加热器10中，在陶瓷体1的外周面中安装了凸缘7的区域，形成有金属层3，并且通过接合材料6接合该金属层3和凸缘7。金属层3沿周向设置在陶瓷体1的外周面。金属层3不仅设置在凸缘7与陶瓷体1之间，还从此处起一直设置到陶瓷体1的前端侧以及后端侧。由此，能够增大金属层3与凸缘7的接合区域。详细来说，能够将凸缘7当中的陶瓷体1的前端侧及后端侧这两者与金属层3接合。

换言之，当在包含陶瓷体1的长度方向的截面处观察时，金属层3的宽度比凸缘7的宽度大。由此，由于能够将接合材料6润湿扩展到金属层3的大范围，所以能够提高凸缘7与金属层3的接合强度。

作为金属层3，例如可使用由钨或者钼等形成的金属化层4。此外，作为接合材料6，可适当选择用于将金属层3与凸缘7接合的材料。在本实施方式的加热器10中，使用钎料作为接合材料6。作为钎料，例如可使用银或者银-铜钎料等。特别地，如图3所示，也可以通过将金属层3设为上述的金属化层4以及镀覆层5的复合层，从而提高金属层3与钎料的润湿性。由此，能够提高陶瓷体1与凸缘7的接合强度。作为这样的镀覆层5，例如可使用镍层。

进一步地，在本实施方式的加热器10中，接合材料6具有从金属层3一直扩展到凸缘7的凹凸部60。并且，接合材料6的整体形状可以是凹凸部60，接合材料6也可以具有凹凸部60以外的部分。

并且，在凹凸部60的内部沿周向将金属线8设置于陶瓷体1的外周面。由此，能够在陶瓷体1的整周以较少的接合材料6，接合金属层3和凸缘7。此外，通过在沿陶瓷体1的周向设置金属线8之后涂敷接合材料6，能够使接合材料6沿金属线8润湿扩展。

由此，由于能够减少接合材料6的量，所以能够减少热循环下的接合材料6的热膨胀量。由此，能够减轻在接合材料6与陶瓷体1之间或者接合材料6与凸缘7之间产生的热应力。因此，能够降低在接合材料6产生裂纹的可能性。其结果是，能够提高加热器10的长期可靠性。

进一步地，优选金属线8的热膨胀率大于陶瓷体1。在接合金属层3和凸缘7时，也一并接合金属线8。这里，若在通过接合材料6将金属线8与金属层3接合之后从高温冷却到常温，则会从金属线8对陶瓷体1施加压缩应力。相反，在金属线8的热膨胀率比陶瓷体1小的情况下，会从金属线8经由接合材料6和金属层3施加拉伸陶瓷体1的拉伸应力。由陶瓷构成的陶瓷体1对压缩应力的耐久性比对拉伸应力的耐久性大。如上所述，通过使金属线8的热膨胀率大于陶瓷体1，从而能够提高热循环下的可靠性。

特别地，优选金属线8的热膨胀率大于陶瓷体1，且优选金属线8与陶瓷体1及金属层3这两者相接。由此，在从高温冷却到常温时，从金属线8对陶瓷体1施加了压缩应力时，金属线8就会将由陶瓷体1和凸缘7构成的角部紧固。其结果，能够成为陶瓷体1与凸缘7之间的密封性得到提高的加热器10。

进一步地，优选金属线8与金属层3及凸缘7相接。由于接合材料6顺着金属线8扩展，因此通过金属线8与金属层3及凸缘7相接，能够使接合材料6遍及凸缘7的整周。其结果，能够提高陶瓷体1与凸缘7的接合强度。

进一步地，如图4、5所示，金属线8可以是具有间断处80的环状。由此，在金属线8发生热膨胀时，能够减少金属线8从金属层3浮起而变形。其结果，能够提高加热器10的可靠性。这里所说的“具有间断处的环状”例如可以如图4所示是金属线8发生了断线。此外，“具有间断处的环状”例如也可以如图5所示是金属线8部分欠缺。换言之，也可以是金属线8具有凹部的形状。凹部可以处于金属线8的外周面。在金属线8中的外周和内周，外周的热膨胀量大。通过在热膨胀大的外周面设置凹部，能够减少金属线8的变形。

进一步地，优选金属线8的导热率比接合材料6低。由此，从陶瓷体1传递来的热很难被传递到凸缘7。其结果，能够减少在使用加热器10时热从凸缘7散出。

此外，可以是金属线8的整体被接合材料6覆盖着。由此，由于金属线8与接合材料6的界面不会露出到外部，因此能够减少腐蚀从金属线8与接合材料6的界面起蔓延。

此外，如图6所示，也可以是金属线8的一部分露出到外部。通过使金属线8露出到外部，从而能够减轻在接合材料6与金属线8之间产生的热应力。这是因为，金属线8中未被接合材料6覆盖的部分容易对外部发生热膨胀。另外，在这样的情况下，金属线8的一部分会露出到接合材料6的表面当中的一部分。在该情况下，若接合材料6的表面大致具有凹凸形状，则能够认为接合材料6具有凹凸部60。

在本实施方式的加热器10中，金属线8设置得比凸缘7更靠后端侧。换言之，金属线8处于比凸缘7更远离发热电阻体2的位置。由此，很难受到设置在陶瓷体1的前端侧的发热电阻体2所引起的热的影响。其结果，能够降低金属线8发生腐蚀等的可能性。特别地，在将加热器10用于水的加热中的情况下，通过将金属线8设置得比凸缘7更靠后端侧，从而能够降低金属线8被水润湿的可能性。

此外，从凸缘7看去，接合材料6可以是在后端侧比前端侧多。由此，接合材料6很难受到发热电阻体2所引起热的影响。其结果，能够降低接合材料6产生裂纹的可能性。

此外，在本实施方式中，虽然将金属线8仅设置在了比凸缘7更靠后端侧的位置处，但是并不限于此。具体来说，可以将金属线8仅设置在比凸缘7更靠前端侧的位置，还可以在前端侧和两端侧这两处分别设置金属线8。

另外，在本实施方式中，接合材料6仪与凸缘7中的第1部分71接触，但是并不限于此。具体来说，也可以润湿扩展到凸缘7中的第2部分72。这样，通过使接合材料6还润湿扩展到凸缘7中延伸到后端侧的第2部分72，从而能够使凸缘7与金属层3的接合更牢固。

作为金属线8，例如能够使用镍线、铁线或者钴合金线等。另外，在使金属线8的导热率比接合材料6的导热率低时，例如，只要由镍线构成金属线8，并且使用银钎料作为接合材料6即可。在该情况下，能够将金属线8的导热率设为90.9W/mK程度，将接合材料6的导热率设为420W/mK程度。

关于金属线8的形状，例如截面是圆形状。关于金属线8的尺寸，例如可将粗细设定为Φ0.2～0.8mm程度，将长度设定为23～160mm程度。进一步地，在金属线8具有上述间断处的情况下，间断处内金属线8的周向的尺寸例如可设定为0.1～3mm程度。在间断处是凹部的情况下，凹部的深度例如相对于金属线8的粗细可设定为10～70％程度。

符号说明

1：陶瓷体

2：发热电阻体

3：金属层

4：金属化层

5：镀覆层

6：接合材料

60：凹凸部

7：凸缘

8：金属线

10：加热器

Claims (5)

1.一种加热器，其特征在于，具备：

柱状或者筒状的陶瓷体；

设置在该陶瓷体的内部的发热电阻体；

沿周向设置在所述陶瓷体的外周面的金属层；以及

经由接合材料与该金属层接合的凸缘，

所述接合材料具有从所述金属层一直扩展到所述凸缘的凹凸部，在该凹凸部内进一步沿周向在所述陶瓷体的外周面设置有金属线。

2.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，

所述金属线的热膨胀率比所述陶瓷体大。

3.根据权利要求1或2所述的加热器，其特征在于，

所述金属线与所述金属层及所述凸缘相接。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的加热器，其特征在于，

所述金属线是有间断处的环状。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的加热器，其特征在于，

所述金属线的导热率比所述接合材料低。