JP2006120559A - Ceramic heater, heat exchange unit and manufacturing method of ceramic heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば温水洗浄便座、電気温水器、24時間風呂などに用いられるセラミックヒータ、熱交換ユニット、及びセラミックヒータの製造方法に関する。 The present invention relates to a ceramic heater, a heat exchange unit, and a method for manufacturing a ceramic heater used in, for example, a warm water washing toilet seat, an electric water heater, a 24-hour bath, and the like.
従来より、例えば温水洗浄便座には、洗浄水を暖めるために、樹脂製の筐体を有する熱交換器が用いられており、この熱交換器には、長尺のパイプ状のセラミックヒータが取り付けられている。 Conventionally, for example, a warm water washing toilet seat has been used with a heat exchanger having a resin casing in order to warm the washing water. A long pipe-shaped ceramic heater is attached to the heat exchanger. It has been.
前記セラミックヒータは、パイプ状のセラミック基体の外周面に、ヒータを内蔵したシート状のセラミックヒータが巻きつけられたものであり、その軸中心には、洗浄水となる水道水が供給される流路が設けられている。 The ceramic heater is obtained by winding a sheet-shaped ceramic heater with a built-in heater around the outer peripheral surface of a pipe-shaped ceramic base, and the center of the shaft is supplied with tap water serving as cleaning water. There is a road.
この種のセラミックヒータを製造する場合には、例えば下記の方法が挙げられる。
・まず、パイプ状のアルミナ質のセラミック基体を仮焼成により形成する。一方、アルミナ質のセラミックシートの表面に、タングステン等の高融点金属を印刷してヒータ(ヒータパターン)を形成する。
When manufacturing this kind of ceramic heater, the following method is mentioned, for example.
First, a pipe-like alumina ceramic substrate is formed by temporary firing. On the other hand, a high melting point metal such as tungsten is printed on the surface of the alumina ceramic sheet to form a heater (heater pattern).
・次に、このセラミックシートにアルミナペーストを塗布し、セラミック基体の外周面に巻き付けて接着し加圧して、一体焼成する。これにより、図11(a)に示す様に、セラミック基体1001にシート状のヒータ部材1003が巻き付けられた形状のセラミックヒータ本体1005が得られる。
Next, an alumina paste is applied to the ceramic sheet, wound around the outer peripheral surface of the ceramic substrate, bonded, pressurized, and integrally fired. As a result, as shown in FIG. 11A, a
・次に、セラミックヒータ本体1005の後端側(同図上側)に、セラミック製のフランジ1007を外嵌する。つまり、セラミックヒータ本体1005を、フランジ1007の中央に設けられた丸穴1009に通して、所定の取付位置にフランジ1007を配置する。
Next, a
・次に、セラミックヒータ本体1005の上方よりリング状のガラス接着剤1011を嵌め込み、フランジ1007上に載置する。
・次に、このガラス接着剤1011を加熱して溶融させることにより、フランジ1007をセラミックヒータ本体1005に接合して、図11(b)に示すセラミックヒータ1013を製造する(引用文献1、2参照)。尚、ガラス接着剤ではなく、有機接着剤等を用いて接合する方法もある。
Next, by heating and melting the
上述した従来技術では、加熱して接合する際に、セラミックヒータ本体1005とフランジ1007との間に、溶融したガラス接着剤1011が流れ込むのを容易にするために、フランジ1007の丸穴1009の上面側の端部にC面取り部1015を設けていた。
In the prior art described above, the upper surface of the
ところが、溶融したガラス接着剤1011の流れ込みを容易にするために、C面取り部1015を大きくすると、丸穴1009の上面側の開口面積は大きくなってガラス接着剤1011の流れ込みは良くなるものの、セラミックヒータ本体1005の外周面とフランジ1007の内周面が近接する部分(近接部1013:ここでは各面が平行で対向する部分)の寸法Lが短くなって、接合強度が低下するという問題があった。
However, if the
つまり、本発明者等の研究により、セラミックヒータ本体1005とフランジ1007との接合強度を上げるためには、前記近接部1013の寸法Lを長くすることが望ましいということが分かっているので、単にC面取り部1015を大きくする方法は、必ずしも好ましくはない。
That is, the inventors' research has shown that in order to increase the bonding strength between the
一方、C面取り部1015を小さくすると、前記近接部1013の寸法Lは長くなるものの、セラミックヒータ本体1005とフランジ1007との間にガラス接着剤1011が流れ込みにくくなり、この場合も接合強度が低下するという問題があった。
On the other hand, when the C chamfered
この対策として、フランジ1007の厚みを大きくすることが考えられるが、その場合は、コストアップにつながるとともに、セラミックヒータ1013を装着する相手部材である熱交換器等の設計変更が必要になり、好ましくない。
As a countermeasure for this, it is conceivable to increase the thickness of the
本発明はこうした問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、接合の作業が容易で、接合強度が高く、しかも低コストであり、相手部材等の周囲の構造の設計変更などが不要なセラミックヒータ、そのセラミックヒータを用いた熱交換ユニット、及びセラミックヒータの製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of these problems, and its purpose is that the joining work is easy, the joining strength is high, and the cost is low, and there is no need to change the design of the surrounding structure such as the mating member. An object of the present invention is to provide a ceramic heater, a heat exchange unit using the ceramic heater, and a method for manufacturing the ceramic heater.
(1)請求項1の発明は、貫通孔を有するフランジと、該フランジの貫通孔に通された長尺のセラミックヒータ本体とを、接合剤により接合したセラミックヒータにおいて、前記フランジの貫通孔の少なくとも一方の開口端に、該開口端側の方が開口面積が増加する面取り部を設けるとともに、該面取り部の一部又は全体の表面形状を、曲面によって外側に凸の形状に又は複数の平面によって外側に凸の形状にしたことを特徴とする。 (1) The invention of claim 1 is a ceramic heater in which a flange having a through hole and a long ceramic heater main body passed through the through hole of the flange are joined by a bonding agent. At least one opening end is provided with a chamfered portion whose opening area is increased on the opening end side, and a part or the entire surface shape of the chamfered portion is formed to be convex outwardly by a curved surface or a plurality of planes. It is characterized by having a convex shape outward.
本発明では、面取り部の一部又は全体の表面形状を、曲面によって外側に凸の形状に又は複数の平面によって外側に凸の形状にしたので、フランジとセラミックヒータ本体との接合に好ましい導入開口部(面取り部により形成される開口部)の形状とすることができる。よって、接合の作業が容易で、接合強度が高く、しかも低コストであり、相手部材の設計変更などが不要等の顕著な効果を奏する。 In the present invention, the surface shape of a part or the whole of the chamfered portion is formed to be convex outwardly by a curved surface or convex outwardly by a plurality of planes. Therefore, a preferable introduction opening for joining the flange and the ceramic heater body. The shape of the portion (opening formed by the chamfered portion) can be used. Therefore, the joining operation is easy, the joining strength is high, and the cost is low, and there is a remarkable effect that the design change of the counterpart member is unnecessary.
つまり、本発明では、面取り部の表面形状は、従来のC面取りに比べて外側に凸となっているので、面取り部におけるフランジの厚み方向の寸法を実質的に短くしても、面取り部の開口端における開口面積を十分に確保することができる。よって、接合時には、接合剤を導入開口部にスムーズに導入することができるので、接合の作業が容易である。 That is, in the present invention, since the surface shape of the chamfered portion is convex outward as compared with the conventional C chamfer, even if the dimension in the thickness direction of the flange in the chamfered portion is substantially shortened, A sufficient opening area at the opening end can be ensured. Therefore, since the bonding agent can be smoothly introduced into the introduction opening at the time of bonding, the bonding operation is easy.
また、前記の様に、面取り部におけるフランジの厚み方向の寸法を実質的に短くできるので、セラミックヒータ本体の外周面とフランジの内周面が近接する近接部の寸法を十分に確保することができる。よって、フランジの厚みを増加しなくても、十分な接合強度を確保することができる。従って、製造コストを低減することができ、また、相手部材等の周囲の構造の設計変更が不要であるという利点がある。 Further, as described above, since the dimension in the thickness direction of the flange in the chamfered portion can be substantially shortened, it is possible to sufficiently secure the dimension of the adjacent portion where the outer peripheral surface of the ceramic heater body and the inner peripheral surface of the flange are close to each other. it can. Therefore, sufficient bonding strength can be ensured without increasing the thickness of the flange. Therefore, there is an advantage that the manufacturing cost can be reduced and the design change of the surrounding structure such as the counterpart member is unnecessary.
ここで、近接部としては、フランジの貫通孔の内周面とセラミックヒータ本体との外周面とが平行である範囲が挙げられるが、それだけではなく、面取り部の表面が湾曲しているので(多段の場合は角度が変化しているので)、面取り部の表面がセラミックヒータ本体の表面とほぼ平行になっている範囲も含まれる。 Here, the proximity portion includes a range in which the inner peripheral surface of the through hole of the flange and the outer peripheral surface of the ceramic heater body are parallel, but not only that, but the surface of the chamfered portion is curved ( Since the angle changes in the case of multiple stages), the range in which the surface of the chamfered portion is substantially parallel to the surface of the ceramic heater body is also included.
つまり、この近接部の範囲としては、貫通孔の(セラミックヒータ本体の外周面と)平行な内周面だけでなく、その内周面を基準として、径方向に所定量(例えば0.3mm以下)湾曲又は屈曲した範囲が挙げられる。 In other words, the range of the proximity portion includes not only the inner peripheral surface of the through-hole (parallel to the outer peripheral surface of the ceramic heater body) but also a predetermined amount (for example, 0.3 mm or less) in the radial direction with reference to the inner peripheral surface. ) A curved or bent range is mentioned.
また、前記(面取り部の厚み方向の寸法が)実質的に短くとは、面取り部から、近接部のうち前記ほぼ平行な部分(例えば後述する疑似真円部)を除外することにより、実質的に面取り部の寸法が短くなることを示している。 In addition, the fact that the dimension in the thickness direction of the chamfered portion is substantially short means that the substantially parallel portion (for example, a pseudo perfect circle portion to be described later) of the adjacent portions is excluded from the chamfered portion. This shows that the dimension of the chamfered portion is shortened.
更に、前記フランジとは、セラミックヒータ本体の側方に(例えば鍔状に)張り出す部材である。また、前記面取り部の表面の断面形状(貫通孔の貫通方向に沿った断面形状)としては、外側に凸に湾曲する形状、多段に折れ曲がって外側に凸となった形状が挙げられる。 Further, the flange is a member that protrudes to the side of the ceramic heater body (for example, in a bowl shape). In addition, examples of the cross-sectional shape (cross-sectional shape along the penetrating direction of the through hole) of the surface of the chamfered portion include a shape that curves outwardly and a shape that is bent in multiple steps and convex outward.
(2)請求項2の発明は、前記セラミックヒータ本体が、円筒状の部材であることを特徴とする。
本発明は、セラミックヒータ本体の好ましい形状を例示したものである。この場合のフランジの貫通孔の形状としては、セラミックヒータ本体の外形形状(軸に垂直の平面における外形形状)に対応した円形が好適である。
(2) The invention of claim 2 is characterized in that the ceramic heater body is a cylindrical member.
The present invention exemplifies a preferable shape of the ceramic heater body. In this case, the shape of the through hole of the flange is preferably a circle corresponding to the outer shape of the ceramic heater body (the outer shape in a plane perpendicular to the axis).
(3)請求項3の発明は、前記面取り部における前記フランジの貫通孔の貫通方向に沿った断面形状が、R形状(半径rの円の形状)である。
本発明は、面取り部の断面形状の好ましい形状を例示したものである。この形状であれば、十分な開口面積を確保できるとともに、十分な近接部の寸法(フランジの厚み方向寸法:貫通方向の寸法)を確保することができる。
(3) In the invention of
The present invention exemplifies a preferable shape of the cross-sectional shape of the chamfered portion. If it is this shape, while being able to ensure sufficient opening area, the dimension (thickness direction dimension of a flange: dimension of a penetration direction) of sufficient proximity | contact part can be ensured.
(4)請求項4の発明は、前記面取り部における前記フランジの貫通孔の貫通方向に沿った断面形状が、R形状に比べて、フランジの厚み方向の変化に対する径方向の変化が大であることを特徴とする。 (4) In the invention of claim 4, the cross-sectional shape along the penetration direction of the through hole of the flange in the chamfered portion is larger in the radial direction relative to the change in the thickness direction of the flange than the R shape. It is characterized by that.
本発明は、面取り部の断面形状の好ましい形状を例示(図9参照)したものであり、この形状であれば、R形状の場合より大きな開口面積を確保することができる。
この面取り部の断面形状としては、フランジの内部側から開口端側に行くほど、R形状より開口面積の増加の程度が大きな所定の関数で表せる形状が挙げられる。例えば、断面の径方向の寸法(内径)の増加程度が、比例定数1の1次関数よりも大きな増加率で増加する形状が挙げられる。具体的には、断面形状が、y=2logx(yはフランジの厚み方向、xはフランジの径方向)などの関数で示される形状が挙げられる
(5)請求項5の発明は、前記面取り部における前記フランジの貫通孔の貫通方向に沿った断面形状が、R形状に比べて、フランジの径方向の変化に対する厚み方向の変化が大であることを特徴とする。
The present invention exemplifies a preferable shape of the cross-sectional shape of the chamfered portion (see FIG. 9). With this shape, a larger opening area can be secured than in the case of the R shape.
As the cross-sectional shape of the chamfered portion, there is a shape that can be expressed by a predetermined function in which the degree of increase in the opening area is larger than the R shape as it goes from the inner side of the flange to the opening end side. For example, there is a shape in which the degree of increase in the radial dimension (inner diameter) of the cross section increases at a larger increase rate than the linear function of the proportionality constant 1. Specifically, the cross-sectional shape may be a shape indicated by a function such as y = 2logx (y is the thickness direction of the flange, x is the radial direction of the flange). (5) The invention of
本発明は、面取り部の断面形状の好ましい形状を例示(図10参照)したものであり、この形状であれば、R形状の場合より、接合剤を近接部に導入しやすいという利点がある。 The present invention exemplifies a preferable shape of the cross-sectional shape of the chamfered portion (see FIG. 10), and this shape has an advantage that it is easier to introduce the bonding agent into the proximity portion than the R shape.
この面取り部の断面形状は関数で表すことができ、例えば前記y=2logxの線対称の図形(y=xに対して線対称)が挙げられる。
(6)請求項6の発明は、前記フランジの貫通孔における前記セラミックヒータ本体と近接する近接部の貫通方向の寸法が、前記フランジの厚みの1/10〜1/2の範囲内であることを特徴とする。
The cross-sectional shape of the chamfered portion can be expressed by a function, for example, the y = 2logx line symmetric figure (line symmetric with respect to y = x).
(6) In the invention of claim 6, the dimension in the penetrating direction of the proximity portion adjacent to the ceramic heater body in the through hole of the flange is within a range of 1/10 to 1/2 of the thickness of the flange. It is characterized by.
この範囲であれば、高い接合強度を発揮することができる。また、フランジの開口端における面取り部の径方向の寸法(半径)としては、4〜10mmの範囲が挙げられる。この範囲であれば、接着剤を導入開口部内にスムーズに導入することができる。 If it is this range, high joint strength can be exhibited. Moreover, the range of 4-10 mm is mentioned as a dimension (radius) of the radial direction of the chamfering part in the opening end of a flange. Within this range, the adhesive can be smoothly introduced into the introduction opening.
(7)請求項7の発明は、前記セラミックヒータ本体の一端側に発熱体を配置するとともに、該発熱体と反対側に前記フランジの面取り部を設けたことを特徴とする。
本発明は、セラミックヒータ本体の好ましい構造を例示したものである。
(7) The invention of
The present invention exemplifies a preferable structure of the ceramic heater body.
(8)請求項8の発明は、前記面取り部以外における前記セラミックヒータ本体の外周面と前記フランジの貫通孔の内周面との間隙が、0.2〜2mmであることを特徴とする。 (8) The invention of claim 8 is characterized in that a gap between the outer peripheral surface of the ceramic heater main body and the inner peripheral surface of the through hole of the flange other than the chamfered portion is 0.2 to 2 mm.
本発明は、セラミックヒータ本体とフランジとの間隙の好ましい寸法(片側での寸法)を例示したものである。この範囲であれば、両部材を組み合わせた場合にがたつき難く容易に組み合わせることができ、しかも、高い接合強度を実現することができる。 The present invention exemplifies preferred dimensions (dimensions on one side) of the gap between the ceramic heater body and the flange. If it is this range, when both members are combined, it is hard to rattle and can be combined easily, and high joint strength can be realized.
(9)請求項9の発明は、前記フランジの面取り部が設けられた表面側において、前記面取り部より外周方向の外側に、前記接合剤の流出を防止する段部(例えば止め段)を設けたことを特徴とする。 (9) In the invention of claim 9, a step (for example, a stop step) for preventing the bonding agent from flowing out is provided outside the chamfered portion in the outer peripheral direction on the surface side where the chamfered portion of the flange is provided. It is characterized by that.
本発明では、面取り部の外側に、段が高くなるような段部を設けているので、接合剤が面取り部の周囲に広がることを防止できる。
(10)請求項10の発明は、前記フランジはセラミック製であり、前記接合剤はガラスを主成分とする材料又は樹脂製接着剤であることを特徴とする。
In this invention, since the step part which a step becomes high is provided in the outer side of the chamfer part, it can prevent that a bonding agent spreads around a chamfer part.
(10) The invention of claim 10 is characterized in that the flange is made of ceramic and the bonding agent is a glass-based material or a resin adhesive.
本発明は、フランジや接合剤の好ましい例を示したものである。
(11)請求項11の発明は、前記フランジはセラミック製又は樹脂製であり、前記接合剤は樹脂製接着剤であることを特徴とする。
The present invention shows preferred examples of flanges and bonding agents.
(11) The invention of
本発明は、フランジや接合剤の好ましい例を示したものである。
(12)請求項12の発明(熱交換ユニット)は、前記請求項1〜11のいずれかに記載のセラミックヒータを、熱交換器に取り付けたことを特徴とする。
The present invention shows preferred examples of flanges and bonding agents.
(12) The invention (heat exchange unit) of claim 12 is characterized in that the ceramic heater according to any one of claims 1 to 11 is attached to a heat exchanger.
本発明では、上述したセラミックヒータを熱交換器に取り付けることにより、熱交換ユニットを構成することができる。
(13)請求項13の発明は、前記請求項1〜10のいずれかに記載のセラミックヒータの製造方法において、前記セラミックヒータ本体を立設し、該立設したセラミックヒータ本体に前記面取り部を上にして前記フランジを外嵌し、該フランジの上面にガラスを主成分とする接合剤を配置し、所定の温度で加熱することにより前記接合剤を軟化させて、該接合剤を前記面取り部から前記セラミックヒータ本体とフランジとの間隙に導いて、前記セラミックヒータ本体と前記フランジとの接合を行うことを特徴とする。
In this invention, a heat exchange unit can be comprised by attaching the ceramic heater mentioned above to a heat exchanger.
(13) According to a thirteenth aspect of the present invention, in the ceramic heater manufacturing method according to any one of the first to tenth aspects, the ceramic heater body is erected, and the chamfered portion is formed on the erected ceramic heater body. The flange is externally fitted up, a bonding agent mainly composed of glass is disposed on the upper surface of the flange, and the bonding agent is softened by heating at a predetermined temperature, and the bonding agent is removed from the chamfered portion. To the gap between the ceramic heater body and the flange to join the ceramic heater body and the flange.
本発明では、立設したセラミックヒータ本体に面取り部を上にしてフランジを外嵌し、フランジの上面にガラスを主成分とする接合剤を配置して加熱する。これにより、重力によって、軟化した接合剤を、面取り部からセラミックヒータ本体とフランジとの間隙にスムーズに導いて、セラミックヒータ本体とフランジとの接合を行う。 In the present invention, a flange is externally fitted to a standing ceramic heater body with the chamfered portion facing up, and a bonding agent mainly composed of glass is disposed on the upper surface of the flange and heated. As a result, the bonding agent softened by gravity is smoothly guided from the chamfered portion to the gap between the ceramic heater main body and the flange, thereby joining the ceramic heater main body and the flange.
よって、セラミックヒータ本体とフランジとの接合を、容易に且つ確実に行うことができる。
(14)請求項14の発明は、前記請求項1〜10のいずれかに記載のセラミックヒータの製造方法において、前記セラミックヒータ本体を立設し、該立設したセラミックヒータ本体に前記面取り部を上にして前記フランジを外嵌し、該フランジの上面に樹脂製接着剤を配置し、該樹脂製接着剤を前記面取り部から前記セラミックヒータと前記フランジとの間隙に導いて、前記セラミックヒータ本体と前記フランジとの接合を行うことを特徴とする。
Therefore, the ceramic heater body and the flange can be joined easily and reliably.
(14) According to a fourteenth aspect of the present invention, in the ceramic heater manufacturing method according to any one of the first to tenth aspects, the ceramic heater body is erected, and the chamfered portion is provided on the erected ceramic heater body. The flange is externally fitted upward, a resin adhesive is disposed on the upper surface of the flange, and the resin adhesive is guided from the chamfered portion to the gap between the ceramic heater and the flange, thereby the ceramic heater body. And the flange are joined.
本発明では、立設したセラミックヒータ本体に面取り部を上にしてフランジを外嵌し、フランジの上面に樹脂製接合剤を配置する。これにより、重力によって、接合剤を、面取り部からセラミックヒータ本体とフランジとの間隙にスムーズに導いて、セラミックヒータ本体とフランジとの接合を行う。 In the present invention, the flange is externally fitted to the upright ceramic heater body with the chamfered portion facing up, and the resin bonding agent is disposed on the upper surface of the flange. Accordingly, the bonding agent is smoothly guided from the chamfered portion to the gap between the ceramic heater body and the flange by gravity, thereby joining the ceramic heater body and the flange.
よって、セラミックヒータ本体とフランジとの接合を、容易に且つ確実に行うことができる。 Therefore, the ceramic heater body and the flange can be joined easily and reliably.
次に、本発明の最良の形態の例(実施例)について説明する。 Next, an example (example) of the best mode of the present invention will be described.
a)まず、本実施例のセラミックヒータの構成について説明する。
本実施例のセラミックヒータは、例えば温水洗浄便座の熱交換ユニットに取り付けられて、洗浄水を暖めるために用いられるものである。
a) First, the structure of the ceramic heater of the present embodiment will be described.
The ceramic heater of the present embodiment is attached to a heat exchange unit of a warm water washing toilet seat, for example, and used to warm washing water.
図1に示す様に、このセラミックヒータ1は、アルミナ製の長尺のパイプ状(円筒状)のセラミックヒータ本体3に、アルミナ製の板状のフランジ5が外嵌され、セラミックヒータ本体3とフランジ5とがガラス接着剤7によって接合されて一体化されたものである。
As shown in FIG. 1, the ceramic heater 1 includes an alumina plate-
前記セラミックヒータ本体3は、アルミナ製の芯部材9の外周面に、アルミナ製のシート状のヒータ部材11が巻き付けられたものであり、ヒータ部材11の先端側(同図下方)には、熱交換器13(図6参照)内に収容されるヒータ(図示せず)が内蔵され、後端側には、熱交換器13の外側に配置される一対のヒータ端子15が形成されている。
The
図2に示す様に、前記フランジ5は、縦30mm×横30mm×厚み4.0mmの正方形の板状の部材であり、その中心には、フランジ5を板厚方向に貫く直径φ11.85mmの円形の貫通孔17が形成されている。尚、四隅にも、小径の取付孔19が設けられている。
As shown in FIG. 2, the
図3(図2のA−A断面)に示す様に、フランジ5の貫通孔17の一方の開口端側、即ちセラミックヒータ本体3に取り付ける際に後端側になる開口端側(同図上方)には、開口端側ほど開口部(導入開口部)23の径が大きくなるような面取り部21が設けられている。尚、フランジ表面の開口端面の形状は直径がφ16〜18mmの円形である。
As shown in FIG. 3 (cross section AA in FIG. 2), one opening end side of the through
つまり、図4に拡大して示す様に、前記面取り部21は、その断面(即ち貫通孔17の中心軸に沿った断面)の形状が、半径2〜3mm(例えば2.5mm)のR形状であり、その中心点Cは、フランジ5の先端面及び貫通孔17の内周面より2〜3mm(例えば2.5mm)の距離に設定されている。
That is, as shown in an enlarged view in FIG. 4, the chamfered
従って、この面取り部21の構造によって、貫通孔17の開口端側に開口する空間である導入開口部23は、先端側より後端側(開口端側)の方が開口面積が急増するようになっている。つまり、面取り部21の表面形状は、(断面がR形状の)曲面によって外側に凸の形状となっている。
Therefore, due to the structure of the chamfered
また、貫通孔17の先端側の内周面は、直径がほぼ同一の円筒状の近接部25(即ち断面形状がほぼ直線である部分)となっており、その寸法Lは、1〜2mm(例えば2mm)に設定されている。尚、この寸法Lは、フランジ5の全体の厚みに対して、1/4〜1/2の範囲(例えば1/2)である。
Further, the inner peripheral surface on the tip end side of the through
詳しくは、この近接部25は、貫通孔17の内径が全く同一の真円部25a(寸法L1=例えば1.5mm)と、真円部25aに連接する面取り部21の一部を構成する疑似真円部25b(寸法L2=0.5mm)とから構成されている。つまり、疑似真円部25bにおいては、貫通孔17の内径は、真円部25aの上端から上方にゆくにつれて増加するが、その増加の程度は僅かであるので、実質的に真円を構成する部分であるとみなすことができる。尚、この疑似真円部25bの範囲としては、真円部25aからの径方向の寸法のズレが0.3mm以内を採用できる。
Specifically, the
更に、近接部25において、セラミックヒータ本体3の外周面とフランジ5の内周面との間隔(間隙26の寸法:片側)は、0.2〜2mmの範囲の例えば0.3mmに設定されている。
Further, in the
b)次に、本実施例の製造方法について説明する。
・まず、セラミックヒータ本体3の製造方法を説明する。
例えばドクターブレード法により、アルミナ質(アルミナ90重量%以上)のセラミックシート(グリーンシート)を製造する。
b) Next, the manufacturing method of the present embodiment will be described.
-First, the manufacturing method of the ceramic heater
For example, an alumina-based (
次に、このセラミックシートの一方の表面に、タングステン等の高融点金属を印刷してヒータ(ヒータパターン)を形成する。同様に、他方の表面に、ヒータ端子15となる端子パターンを形成し、端子パターンとヒータパターンとはスルーホールを介して接続する。
Next, a high melting point metal such as tungsten is printed on one surface of the ceramic sheet to form a heater (heater pattern). Similarly, a terminal pattern to be the
尚、ヒータパターンは、セラミックシートの一方の側、即ち熱交換器13の内部に配置されるように、ヒータ部材11の先端側に形成し、端子パターンは、熱交換器13の外部に配置されるように、ヒータ部材11の後端側に形成する。
The heater pattern is formed on one side of the ceramic sheet, that is, on the front end side of the
次に、このヒータパターンを覆うように、他のセラミックシートを積層してセラミックシートの積層体を形成する。
次に、この積層体のセラミックシート41にアルミナペーストを塗布し、仮焼成されたアルミナ製のパイプ状の芯部材9の外周面に巻き付け、接着し加圧して、一体焼成する。これにより、図5(a)に示す様に、芯部材9にシート状のヒータ部材11が巻き付けられた形状のセラミックヒータ本体3が得られる。
Next, another ceramic sheet is laminated so as to cover the heater pattern to form a laminate of ceramic sheets.
Next, an alumina paste is applied to the laminated
次に、セラミックヒータ本体3を、後端側(同図上側)を上にして立設し、その後端側に、セラミック製のフランジ5を外嵌する。つまり、セラミックヒータ本体3を、フランジ5の貫通孔17に通して、所定の取付位置にフランジ5を配置する。
Next, the
次に、セラミックヒータ本体3の上方より、リング状のガラス接着剤7を嵌め、フランジ5上に載置する。尚、ガラス接着剤7としては、例えばホウケイ酸系のガラス接着剤を採用できる。
Next, a ring-shaped
次に、このガラス接着剤7を加熱して溶融させることにより、図5(b)に示す様に、フランジ5をセラミックヒータ本体3に接合して、セラミックヒータ1を製造する。
特に、本実施例では、ガラス接着剤7はフランジ5の貫通孔17の上部に配置されるので、前記図4に示す様に、溶融したガラス接着剤7は、重力によって貫通孔17の導入開口部23に導入され、更に、近接部25における間隙26に導かれ、その後凝固することによって、フランジ5とセラミックヒータ本体3とを強固に接合する。
Next, the
In particular, in this embodiment, the
・次に、熱交換ユニット13の製造方法を説明する。
前記図6に示す様に、上述した方法にて製造されたセラミックヒータ3を、ヒータ側を先にして、熱交換器27の内部に挿入し、フランジ5を熱交換器27の固定部29に当接する。
-Next, the manufacturing method of the
As shown in FIG. 6, the
次に、固定部材(ネジ等)31を用いて、フランジ5を固定部29に固定して、熱交換ユニット1を完成する。
c)この様に、本実施例では、フランジ5の貫通孔17に、その後端側ほど(即ち内部側より開口端側ほど)開口面積が急速に増加する面取り部21、即ち断面がR形状の面取り部21を設けているので、ガラス接着剤7が溶融すると、溶融したガラス接着剤7はスムーズに貫通孔17内、即ち導入開口部23及び間隙26に導入される。従って、フランジ5とセラミックヒータ本体3との接合を迅速に行うことができ、作業性に優れている。
Next, the
c) As described above, in this embodiment, the chamfered
また、本実施例では、面取り部21の断面がR形状であるので、近接部25の長さを十分にとった場合でも、開口面積を大きく取ることができる。従って、近接部25の長さを十分にとることによる高い接合性を確保できるとともに、ガラス接着剤7の流れ込み易さも確保できるという顕著な利点がある。
In this embodiment, since the cross section of the chamfered
更に、近接部25の長さを十分に確保できるので、フランジ5の厚みを増やす必要がなく、低コストを実現でき、相手部材等の周囲の部材の設計変更が不要であるという利点がある。
Furthermore, since the length of the
次に、実施例2について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は省略する。
本実施例は、前記実施例1とは、面取り部の形状が異なる。
図7に示す様に、本実施例のセラミックヒータ41では、フランジ43の面取り部47の貫通孔45の中心軸に沿った断面形状が、曲線ではなく直線が折れ曲がった多段形状となっている。
Next, the second embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
The present embodiment is different from the first embodiment in the shape of the chamfered portion.
As shown in FIG. 7, in the
つまり、面取り部47の断面形状は、外側に凸となる様に、複数箇所で折れ曲がっており、前記実施例1と同様に、後端側(開口端側)にゆくほど、開口面積が急増する様になっている。尚、急増の程度は、前記多段が多くなるほど、前記実施例1のR形状とほぼ同様となる。
That is, the cross-sectional shape of the chamfered
本実施例においても、前記実施例1とほぼ同様な効果を奏する。 Also in this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
次に、実施例3について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は省略する。
本実施例は、前記実施例1とは、フランジの後端面の形状が異なる。
図8に示す様に、本実施例のセラミックヒータ51では、前記実施例1と同様に、フランジ53の貫通孔55には、断面がR形状の面取り部57を有している。
Next, the third embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
This embodiment is different from the first embodiment in the shape of the rear end face of the flange.
As shown in FIG. 8, in the
特に本実施例では、フランジ53の後端面に、面取り部57の開口端より1段高くなった止め段59を有している。
従って、ガラス接着剤61を溶融させた場合に、止め段59により、ガラス接着剤61が貫通孔61以外の周囲に流出することを防止できるという効果がある。
In particular, in the present embodiment, the rear end surface of the
Therefore, when the
次に、実施例4について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は省略する。
本実施例は、前記実施例1とは、面取り部の形状が異なる。
図9にフランジを模式的に示す様に、本実施例では、フランジ71の貫通孔73の貫通方向に沿った面取り部75の断面形状は、前記実施例1のR形状(同図点線)に比べて、フランジ71の厚み方向の変化に対する径方向の変化が大となるように設定されている。
Next, the fourth embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
The present embodiment is different from the first embodiment in the shape of the chamfered portion.
As schematically shown in FIG. 9, in this embodiment, the cross-sectional shape of the chamfered
つまり、面取り部75の断面形状は、R形状より開口面積の増加の程度が大きな関数で表せる形状である。
具体的には、断面形状が、y=2logx(yはフランジ71の厚み方向、xはフランジ71の径方向)で示される形状である。
That is, the cross-sectional shape of the chamfered
Specifically, the cross-sectional shape is a shape indicated by y = 2logx (y is the thickness direction of the
従って、本実施例では、前記実施例1と同様に、面取り部75は真円部77の上端から湾曲し始めるが、R形状に比べて、導入開口部79の面積(貫通方向と垂直に切断した場合の開口面積)は急速に増加する構造となっており、面取り部75の開口端における開口面積は大きくなっている。
Therefore, in this embodiment, as in the first embodiment, the chamfered
尚、面取り部75の開口端は、直径φ20mm程度の大きな円形である。また、真円部77の貫通方向の寸法L1は前記実施例1と同じであり、近接部78の寸法Lは、前記実施例1とほぼ同じある。
The open end of the chamfered
これによって、本実施例では、ガラス接着剤による接着の際に、ガラス接着剤を導入開口部79内にスムーズに導入できるという利点がある。 Thus, in this embodiment, there is an advantage that the glass adhesive can be smoothly introduced into the introduction opening 79 at the time of bonding with the glass adhesive.
次に、実施例5について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は省略する。
本実施例は、前記実施例1とは、面取り部の形状が異なる。
図10に示す様に、本実施例では、フランジ81の貫通孔83の貫通方向に沿った面取る部85の断面形状が、R形状に比べて、フランジ81の径方向の変化に対する厚み方向の変化が大となるように設定されている。
Next, although Example 5 is demonstrated, description of the content similar to the said Example 1 is abbreviate | omitted.
The present embodiment is different from the first embodiment in the shape of the chamfered portion.
As shown in FIG. 10, in this embodiment, the cross-sectional shape of the chamfered
つまり、面取り部85は、前記R形状(同図点線)と比べて、同図下方に落ち込んでいる形状である。
具体的には、断面形状が、前記実施例4のy=2logx(yはフランジ81の厚み方向、xはフランジ81の径方向)のグラフを、y=xに対して線対称とした形状である。
That is, the chamfered
Specifically, the cross-sectional shape of the graph of y = 2logx (y is the thickness direction of the
従って、本実施例では、面取り部85は、前記実施例1のフランジ表面におけるR形状と同様な開始位置から湾曲し始めるが、R形状に比べて、急速に落ち込み、真円部87の寸法が短くなっている。
Therefore, in this embodiment, the chamfered
尚、面取り部75の開口端の形状は前記実施例1と同じである。また、実施例1と比べて、真円部87の貫通方向の寸法L1は約0.4mmと短く、疑似真円部88の寸法L2は約1mmと長いが、近接部89の寸法Lは、前記実施例1とほぼ同じある。
The shape of the open end of the chamfered
本実施例の場合、実施例4よりは貫通孔83の奥(先端側)の方まで面取り部85が伸びているので、導入開口部90内に十分なガラス接着剤を確保できるとともに、ガラスガラス接着剤を貫通孔83の奥の方までスムーズに導入できるという利点がある。
In the case of the present embodiment, since the chamfered
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
(1)例えばガラス接着剤ではなく、有機接着剤等を用いて接合してもよい。また、フランジとしては、樹脂製のフランジを採用できる。
In addition, this invention is not limited to the said Example at all, and it cannot be overemphasized that it can implement with a various aspect in the range which does not deviate from the summary of this invention.
(1) For example, an organic adhesive may be used instead of a glass adhesive. Moreover, a resin-made flange can be employ | adopted as a flange.
(2)また、前記実施例1等では、面取り部の断面形状をR形状としたが、例えば1本の傾斜45°の直線より大きな程度で開口面積が増加する断面形状であれば、各種の曲線又は多段の直線の構成を採用できる。 (2) Moreover, in the said Example 1 etc., although the cross-sectional shape of the chamfered part was made into R shape, if it is cross-sectional shape which an opening area increases to a degree larger than one straight line of 45 degrees of inclination, for example, various A curved line or multi-stage straight line structure can be adopted.
1、41、51…セラミックヒータ
3…セラミックヒータ本体
7、61…ガラス接着剤
5、43、53、71、81…フランジ
9…芯部材
11…ヒータ部材
17、45、55、73、83…貫通孔
21、47、57、75、85…面取り部
25、89…近接部
23、79、90…導入開口部
59…止め段
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記フランジの貫通孔の少なくとも一方の開口端に、該開口端側の方が開口面積が増加する面取り部を設けるとともに、該面取り部の一部又は全体の表面形状を、曲面によって外側に凸の形状に又は複数の平面によって外側に凸の形状にしたことを特徴とするセラミックヒータ。 In a ceramic heater in which a flange having a through hole and a long ceramic heater main body passed through the through hole of the flange are joined by a bonding agent,
At least one open end of the through hole of the flange is provided with a chamfered portion whose opening area is increased on the open end side, and a part or the entire surface shape of the chamfered portion is convex outward by a curved surface. A ceramic heater having a shape or a convex shape outward by a plurality of planes.
前記セラミックヒータ本体を立設し、該立設したセラミックヒータ本体に前記面取り部を上にして前記フランジを外嵌し、該フランジの上面にガラスを主成分とする接合剤を配置し、所定の温度で加熱することにより前記接合剤を軟化させて、該接合剤を前記面取り部から前記セラミックヒータ本体とフランジとの間隙に導いて、前記セラミックヒータ本体と前記フランジとの接合を行うことを特徴とするセラミックヒータの製造方法。 In the method for manufacturing a ceramic heater according to any one of claims 1 to 10,
The ceramic heater main body is erected, the flange is externally fitted to the erected ceramic heater main body with the chamfered portion facing up, and a bonding agent mainly composed of glass is disposed on the upper surface of the flange. The bonding agent is softened by heating at a temperature, and the bonding agent is guided from the chamfered portion to the gap between the ceramic heater body and the flange to bond the ceramic heater body and the flange. A method for manufacturing a ceramic heater.
前記セラミックヒータ本体を立設し、該立設したセラミックヒータ本体に前記面取り部を上にして前記フランジを外嵌し、該フランジの上面に樹脂製接着剤を配置し、該樹脂製接着剤を前記面取り部から前記セラミックヒータと前記フランジとの間隙に導いて、前記セラミックヒータ本体と前記フランジとの接合を行うことを特徴とするセラミックヒータの製造方法。 In the method for manufacturing a ceramic heater according to any one of claims 1 to 10,
The ceramic heater body is erected, the flange is externally fitted to the erected ceramic heater body with the chamfered portion facing up, a resin adhesive is disposed on the upper surface of the flange, and the resin adhesive is A method of manufacturing a ceramic heater, wherein the ceramic heater body and the flange are joined by being guided from the chamfered portion to a gap between the ceramic heater and the flange.
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