JP2017069084A - セラミックヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】ガラスを介して接合されたヒータ本体とフランジとの間の気密性及び接合強度に優れたセラミックヒータを提供する。
【解決手段】セラミックヒータ１１は、セラミック製の筒状のヒータ本体１３と、ヒータ本体１３に外嵌される金属製の環状のフランジ１５とを備える。フランジ１５は、第１面及び第２面を貫通する穴部を有し、第１面側に凹状部分を有する。凹状部分には、ガラス３３が充填されたガラス溜り部３５を有する。ガラス溜り部３５に配置されたガラス３３を介して、フランジ１５及びヒータ本体１３が接合される。ヒータ本体１３の外周面とフランジ１５の穴部の内面との間には、ヒータ本体１３の周方向に沿って不均一な寸法の隙間が形成される。隙間の最大寸法Ｙｍａｘが０．８ｍｍ以下である。隙間の最大隙間Ｙｍａｘと最小寸法Ｙｍｉｎとの差が０．１ｍｍ以上である。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば温水洗浄便座、ファンヒータ、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に係り、特にはセラミック製の筒状のヒータ本体に、金属製の環状のフランジを外嵌させた構造のセラミックヒータに関するものである。

通常、温水洗浄便座には、樹脂製の容器（熱交換器）を有する熱交換ユニットが用いられている。この熱交換ユニットには、熱交換器内に収容された洗浄水を暖めるために、筒状のセラミックヒータが取り付けられている。

この種のセラミックヒータとしては、円筒状のセラミック製のヒータ本体に、平板からなる円環状のセラミック製のフランジを外嵌し、ガラスを介してヒータ本体とフランジとを接合したものが知られている。

また、近年では、ヒータ本体とフランジとの間の気密性や強度（接合強度）などを改善するために、円筒状のセラミック製のヒータ本体に、平板からなる円環状の金属製のフランジを外嵌し、ヒータ本体とフランジとをろう材によって接合したものが提案されている（例えば、特許文献１、２を参照）。

特開平１１−７４０６３号公報 特開平９−２８３１９７号公報

しかしながら、上述したセラミック製ヒータ本体と金属製フランジとをガラスを介して溶着接合する場合、ヒータ本体とフランジとの隙間に対し、溶融したガラスが均一に行き渡らず、それが原因となって接合強度不足や水漏れが起こるという問題がある。即ち、セラミックと金属とではガラスに対する濡れ性が異なり、具体的には、金属製フランジよりもセラミック製ヒータ本体のほうがガラスに対する濡れ性が高い。よって、溶融したガラスはまずヒータ本体の外周面に濡れ拡がり、次いでフランジの穴部内面が濡れ始める。しかし、ヒータ本体の外周面とフランジの穴部内面との隙間の寸法が周方向にわたりほぼ均等である場合には、フランジ側への濡れ拡がりが遅れやすく、溶融したガラスが周方向全体に行き渡らないことがある。その結果、当該隙間がガラスによって完全には埋まらず、それが原因となって接合強度が不足したり、気密性の悪化により水漏れが起こったりするなどの問題があった。従って、上述の場合にはセラミックヒータに十分な性能を付与することが難しかった。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラスを介して接合されたヒータ本体とフランジとの間の気密性及び接合強度に優れたセラミックヒータを提供することにある。

そして上記課題を解決するための手段（手段１）としては、セラミック製の筒状のヒータ本体と、前記ヒータ本体に外嵌されている金属製の環状のフランジとを備えたセラミックヒータにおいて、前記フランジは、第１面及び第２面を貫通している穴部を有するとともに、前記第１面側に凹状部分を有し、前記凹状部分には、ガラスが充填されたガラス溜り部を有するとともに、前記ガラス溜り部に配置された前記ガラスを介して、前記フランジ及び前記ヒータ本体が接合されており、前記ヒータ本体の外周面と前記フランジの前記穴部の内面との間には、前記ヒータ本体の周方向に沿って不均一な寸法の隙間が形成されるとともに、前記隙間の最大寸法が０．８ｍｍ以下であり、かつ前記隙間の最大寸法と最小寸法との差が０．１ｍｍ以上であることを特徴とするセラミックヒータがある。

手段１に記載の発明によると、ヒータ本体の外周面とフランジの穴部の内面との間には、ヒータ本体の周方向に沿って不均一な寸法の隙間が形成され、その隙間には最大寸法となる箇所と最小寸法となる箇所が存在している。よって、隙間の最小寸法となる箇所、つまりヒータ本体の外周面とフランジの穴部の内面とが最も接近した箇所を起点として、溶融したガラスが濡れ拡がり始める。そして、溶融したガラスは、隙間の最小寸法となる箇所から隙間が最大寸法となる箇所へと徐々に回り込み、結果として隙間の周方向全体に十分に行き渡る。従って、当該隙間がガラスによって完全に埋められることから、ヒータ本体とフランジとの間の気密性及び接合強度に優れたセラミックヒータを提供することができる。

ここで、隙間の最大寸法と最小寸法との差が０．１ｍｍ未満であると、両者の寸法差が小さすぎて、隙間の最小寸法となる箇所が濡れ拡がりの起点となりにくく、溶融したガラスが周方向全体に行き渡らないおそれがある。また、隙間の最大寸法が０．８ｍｍ超であると、隙間の最大寸法となる箇所までガラスが回り込まず、溶融したガラスによってその箇所が埋められなくなるおそれがある。従って、上記のように、隙間の最大寸法を０．８ｍｍ以下とし、かつ隙間の最大寸法と最小寸法との差を０．１ｍｍ以上とすることが、気密性及び接合強度の向上を図るうえで必須となる。

なお、ヒータ本体が軸方向に沿って延びる溝部を外周面に有する場合、隙間において溝部を除く領域についての最大寸法が０．８ｍｍ以下であることが好ましい。

上記手段のセラミックヒータでは、ヒータ本体の周方向に沿って不均一な寸法の隙間を形成するために、例えば、フランジの中心軸をヒータ本体の中心軸に対して偏心した状態で配置するようにしてもよい。このときの偏心量としては特に限定されないが、例えば０．０５ｍｍ以上が好適であり、さらには０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍとすることがより好適である。あるいは、フランジの中心軸をヒータ本体の中心軸に対して傾斜した状態で配置するようにしてもよい。このときの傾斜角度としては特に限定されないが、例えば０．１°以上が好適であり、さらには０．１°〜３．０°とすることがより好適である。

そのほか、ヒータ本体の周方向に沿って不均一な寸法の隙間を形成するために、フランジの穴部の断面形状またはヒータ本体の外周面の断面形状を非円形状にしてもよい。具体的にいうと、例えばフランジの穴部の断面形状が円形状である場合、ヒータ本体の外周面の断面形状（ただし溝部を除く）を略楕円形状としてもよい。また、ヒータ本体の外周面の断面形状（ただし溝部を除く）が円形状である場合、フランジの穴部の断面形状を略楕円形状としてもよい。

上記手段のセラミックヒータでは、フランジの凹状部分のガラス溜り部には、ガラスが充填され、そのガラスを介してヒータ本体及びフランジが接合されている。ゆえに、この構成のセラミックヒータを製造する場合には、例えばガラス溜り部にガラスの材料を充填して、そのガラスを介してヒータ本体とフランジとを溶着接合すればよい。よって、従来のろう付けによる接合方法を行う場合に比べて、容易に製造可能なセラミックヒータとすることができる。

また、凹状部分を有する上記手段のフランジを用いた場合、例えば平板状のフランジの穴部の幅の狭い内周面のみで接合する場合に比べて、ガラス溜り部に配置されたガラスが、軸方向に沿って広い面積にわたりヒータ本体の外周面やフランジの穴部の内面に溶着する。それによって、ヒータ本体とフランジとの間に高い気密性や接合強度が付与される。

ここで「ガラス溜り部」とは、前記凹状部分のうち、ガラスを溜めることができる部分（ガラスが充填されて溜められている部分）のことを指す。

前記フランジは、金属製の環状のフランジであって、それを形成する金属材料としては、金属単体や合金が挙げられる。このような金属単体や合金の好適例としては、クロム及び鉄を含む金属であるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０などのステンレスが挙げられる。ステンレスを用いる理由としては、ステンレスは耐熱性、耐食性、機械的強度に優れ、かつガラスに対する密着性が高いからである。そのほか、鉄、銅、クロム、ニッケル等といった金属単体や、クロム鋼、鉄−ニッケル、鉄−ニッケル−コバルト等といった合金なども、フランジを形成する金属材料として選択することができる。

ここで、フランジがクロムを含む金属からなる場合、フランジの表面のクロム含有量は、フランジの内部のクロム含有量より大きいことが好ましい。この場合、フランジの表面におけるガラスの濡れ性が向上することから、ガラスがフランジの表面に強固に接合しやすくなり、気密性や接合強度が向上する。また、金属製のフランジの表面にクロムが多く存在すると、耐食性の向上につながるという利点がある。なお、フランジの表面のクロムは、金属単体として存在していてもよいほか、酸化物として存在していてもよい。

フランジは、板材が凹状部分を有するようにカップ形状に曲げられた状態に形成されたものであることが好ましく、ガラスはガラス溜り部となるカップ内部の少なくとも一部を埋めた状態に形成されていることが好ましい。このような構造であれば、例えばプレス加工等により、板材からフランジを容易に製造することができる。

上記手段のセラミックヒータでは、フランジを構成する金属の熱膨張係数は、ヒータ本体を構成するセラミックの熱膨張係数及びガラスの熱膨張係数よりも大きいことが好ましい。従って、ガラスの溶着の際の温度（溶着温度）から例えば常温に温度が低下する際に、外側のフランジから内側のガラス及びヒータ本体に対して応力を加えることができる。この応力の作用により、気密性や接合強度を高めることができる。

ここで、フランジを形成する金属の熱膨張係数としては、特に限定されないが、例えば１００×１０^−７／Ｋ〜２００×１０^−７／Ｋの範囲内の値を採用することができる。また、ヒータ本体を構成するセラミックの熱膨張係数及びガラスの熱膨張係数としては、いずれも特に限定されないが、例えば５０×１０^−７／Ｋ〜９０×１０^−７／Ｋの範囲内の値を採用することができる。なお、ガラスの熱膨張係数はセラミックの熱膨張係数より大きいことが好ましく、この場合には気密性や接合強度をよりいっそう向上させることができる。

セラミックヒータでは、フランジはガラス及びヒータ本体に圧縮残留応力を加えた状態に接合されていることがよく、この場合には気密性や接合強度をよりいっそう向上させることができる。

上記手段のセラミックヒータにおいて、ヒータ本体を形成するセラミックとしては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化けい素、窒化ほう素、ジルコニア、チタニア、ムライトなどを好適例として挙げることができる。ヒータ本体は、例えば、タングステン、モリブデン、タンタル等などからなる発熱体（ヒータパターン層）を備えている。

上記手段のセラミックヒータに使用されるガラスとしては、特に限定されないが、例えば、Ｂ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２・Ａｌ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２・Ｎａ_２Ｏ系、ＳｉＯ_２・ＰｂＯ系、ＳｉＯ_２・Ａｌ_２Ｏ_３・ＢａＯ系のガラス、または、それぞれの成分を組み替えた成分系のガラスなどが好適例として挙げられる。

ガラスが溜められるガラス溜り部の深さ（軸方向における深さ）としては、例えば１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で設定されることが好ましく、ガラスの深さとしては、例えば２ｍｍ以上に設定されることが好ましい。

（ａ）は本発明を具体化した実施形態におけるセラミックヒータの正面図、（ｂ）は同セラミックヒータにおけるフランジ及びガラスの部分を軸方向に沿って切断したときの部分破断面図。 実施形態のセラミックヒータのガラス部分を透過して示す平面図。 実施形態のセラミックヒータのセラミック層のヒータパターン層側を展開して示す説明図。 （ａ）は実施形態のセラミックヒータのフランジを示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図。 実施形態のセラミックヒータにおけるフランジ及びガラスの部分を軸方向に沿って切断したときの要部拡大破断面図。 （ａ）〜（ｆ）は実施形態のセラミックヒータの製造方法を示す説明図。 別の実施形態のセラミックヒータのガラス部分を透過して示す平面図。 別の実施形態のセラミックヒータにおけるフランジ及びヒータ本体を軸方向に沿って切断したときの概略断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態のセラミックヒータ及びその製造方法を図１〜図６に基づいて説明する。

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、洗浄水を暖めるために用いられるものである。

図１、図２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、ヒータ本体１３に外嵌される金属製の円環状のフランジ１５とを備えている。ヒータ本体１３は、セラミック管１７と、そのセラミック管１７の外周のほぼ全体を覆うセラミック層１９とにより構成されている。本実施形態では、セラミック管１７の外径が１０ｍｍφ、内径が８ｍｍφ、長さが６５ｍｍに設定され、セラミック層１９の厚さが０．５ｍｍ、長さが６０ｍｍに設定されている。セラミック層１９はセラミック管１７の外周を完全には覆っていないため、ヒータ本体１３の外周面１４には、軸方向に沿って延びる例えば幅１ｍｍ×深さ０．５ｍｍの溝部２１が形成されている。

このヒータ本体１３を構成しているセラミック管１７及びセラミック層１９は、例えばアルミナからなる。アルミナの熱膨張係数としては、５０×１０^−７／Ｋ〜９０×１０^−７／Ｋの範囲内であり、本実施形態のものでは７０×１０^−７／Ｋ（３０℃〜３８０℃）となっている。

図３に示されるように、セラミック層１９の内周面（セラミック管１７側の面）または内部には、蛇行したパターン形状のヒータパターン層２２及び一対の内部端子２３が形成されている。これらの内部端子２３は、図示しないビア導体等を介して、セラミック層１９の外周面の端部の外部端子２５（図１参照）と電気的に接続されている。

図４に示されるように、フランジ１５は、例えばステンレス等の金属からなる円環状の部材であり、板材の中央部分が第１面Ｓ１の側に曲げられて凹状（カップ形状）となったものである。より具体的にいうと、本実施形態のフランジ１５は、例えば厚さ１ｍｍの板材を曲げることで形成されたものである。板材の中央部には、内面である第１面Ｓ１及び外面である第２面Ｓ２を貫通する穴部２７が形成されている。本実施形態では、凹状部分１６の開口部側（即ち図４（ｂ）の上側）の内径は、例えば１６ｍｍφに設定されている。一方、凹状部分１６の底部側（即ち図４（ｂ）の下側）の内径、つまり穴部２７の内径は、例えば１２ｍｍφに設定されている。

また、フランジ１５の全体の高さＨ１（図４（ｂ）の上下方向）は例えば６ｍｍであり、半径ｒ（例えば１．５ｍｍ）にて湾曲した底部２９と、底部２９から上方に（軸方向と垂直に）延びる円筒状の側部３１とから構成されている。なお、例えば、底部２９の高さＨ２は１．５ｍｍであり、側部３１の高さＨ３は４．５ｍｍである。また、半径ｒは、軸方向に沿った断面における半径を意味する。

ここで、フランジ１５を形成する金属の熱膨張係数は、１００×１０^−７／Ｋ〜２００×１０^−７／Ｋの範囲内の値となる。例えば、フランジ１５がＳＵＳ３０４（主成分がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ）製である場合には、その熱膨張係数は、１７８×１０^−７／Ｋ（３０℃〜３８０℃）であり、ＳＵＳ４３０（主成分がＦｅ、Ｃｒ）製である場合には、その熱膨張係数は、１１０×１０^−７／Ｋ（３０℃〜３８０℃）である。

本実施形態では、図５に示されるように、フランジ１５の凹状部分１６のうち、ヒータ本体１３の外周面とフランジ１５の内面である第１面Ｓ１とで囲まれた空間が、ガラス３３が充填されるガラス溜り部３５とされている。なお、図１及び図２では、ガラス３３の部分にハッチングをかけて示している。

このガラス溜り部３５の高さＨ４（図５の上下方向）は、例えば１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内にて設定され、本実施形態では５ｍｍとされている。ガラス溜り部３５の側部３１における幅（即ち開口部の径方向の長さ）Ｘは、例えば１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内にて設定され、本実施形態では２ｍｍとされている。

ガラス溜り部３５には、ガラス３３がガラス溜り部３５の高さＨ４の１／３以上に充填されており、そのガラス３３を介してヒータ本体１３とフランジ１５とが溶着接合されている。ガラス３３の高さ（ヒータ本体１３の軸方向に沿った寸法）Ｈ５は、例えば１ｍｍ〜１９ｍｍの範囲内にて設定されている。

ガラス３３としては、例えばＮａ_２Ｏ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｂ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２系のガラス、いわゆるＡｌ_２Ｏ_３・Ｂ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２系のガラス（ホウケイ酸ガラス）が用いられている。このガラス３３の熱膨張係数は、例えば５０×１０^−７／Ｋ〜９０×１０^−７／Ｋ（３０℃〜３８０℃）の範囲内の値となり、本実施形態では６２×１０^−７／Ｋ（３０℃〜３８０℃）となっている。

図４，図５に示されるように、凹状部分１６の底部２９側に位置する穴部２７の内面２８と、ヒータ本体１３の外周面１４との間には、寸法Ｙの隙間３９が存在している。本実施形態においてこの隙間３９は、ヒータ本体１３の周方向に沿って不均一な寸法となっている。隙間３９において溝部２１を除く領域の最大寸法Ｙｍａｘは、０．８ｍｍ以下となるように設定されている。また、隙間３９の最大寸法Ｙｍａｘと最小寸法Ｙｍｉｎとの差は、０．１ｍｍ以上となるように設定されている。第１面Ｓ１側のガラス溜まり３５に充填されたガラス３３の一部は、この隙間３９をヒータ本体１３の外周面１４に沿って軸方向に流出し、第２面Ｓ２の下端のさらに下方位置まで到っている。

次に、本実施形態のセラミックヒータ１１を製造する方法を図６に基づいて説明する。

まず、図６（ａ）に示されるように、円筒状をなすアルミナ質のセラミック管１７を仮焼成する。

また、図６（ｂ）に示されるように、アルミナ質のセラミックシート５１の表面または積層したシート内部に、タングステン等の高融点金属を印刷する。これにより、後にヒータパターン層２２、内部端子２３及び外部端子２５となるパターン５３を形成する。

次に、このセラミックシート５１の片側面にセラミックペースト（アルミナペースト）を塗布し、図６（ｃ）に示されるように、セラミックシート５１をセラミック管１７の外周面に巻き付けて接着してから一体焼成する。その後、外部端子２５にニッケルめっきを施し、ヒータ本体１３とする。

次に、ステンレスからなる板材を金型を用いてプレス成形して、カップ状のフランジ１５を形成しておき、このフランジ１５を、図６（ｄ）に示されるように、ヒータ本体１３の所定の取付位置に外嵌する。この状態でヒータ本体１３及びフランジ１５を図示しない治具で支持する。なお、ヒータ本体１３の周方向に沿って不均一な寸法の隙間３９を形成するために、ここではフランジ１５の中心軸Ｃ１をヒータ本体１３の中心軸Ｃ２に対して若干（例えば０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度）偏心した状態で配置する（図４参照）。

また、ホウケイ酸ガラスからなる上記ガラス材料をリング状にプレス成形し、これを６４０℃で３０分仮焼して、仮焼済みガラス材５５を作製する。そして、図６（ｅ）に示されるように、ヒータ本体１３とフランジ１５との間のガラス溜り部３５に、リング状の仮焼済みガラス材５５を配置する。

次に、この状態のものを焼成用の連続炉に投入して、ヒータ本体１３とフランジ１５とのガラス付けを行う。具体的には、連続炉内を還元雰囲気（例えば、Ｎ_２＋５％Ｈ_２）にして溶着温度（１０１５℃）で所定時間加熱することで、仮焼済みガラス材５５を溶融させる。その後、仮焼済みガラス材５５を常温（例えば２５℃）まで冷却して固化させることで、ガラス３３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。
＜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。

ここでは、上記製造方法にてセラミックヒータ１１を製造するにあたり、隙間３９において溝部２１を除く領域の最大寸法Ｙｍａｘが、０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍとなるようにした。また、隙間３９の最大寸法Ｙｍａｘと最小寸法Ｙｍｉｎとの差が、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍとなるようにした。このように試験区を設定して、１試験区あたり１０本のセラミックヒータ１１を連続炉に投入し、ガラス付けを行った。そして、得られたセラミックヒータ１１の製品サンプルについて気密性試験を行い、気密性不具合の有無（「気密性不具合発生数／投入数（各１０本）」）を調査した。その結果を表１に示す。なお、気密性検査においては、従来周知のヘリウムリークディテクタを用い、１×１０^−８Ｐａ・ｍ^３／ｓ以上のヘリウム漏れをもって「不具合」とした。

表１に示されるように、隙間３９において溝部２１を除く領域の最大寸法Ｙｍａｘが０．８ｍｍ以下、かつ隙間３９の最大寸法Ｙｍａｘと最小寸法Ｙｍｉｎとの差が０．１ｍｍ以上の試験区（即ち実施例）では、気密性不具合は全く発生しなかった。これに対し、上記最大寸法Ｙｍａｘが１．０ｍｍの試験区では、最大寸法Ｙｍａｘと最小寸法Ｙｍｉｎとの差が０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲のいずれにおいても、気密性不具合が発生した。また、最大寸法Ｙｍａｘと最小寸法Ｙｍｉｎとの差が０．０５ｍｍの試験区では、最大寸法Ｙｍａｘが０．６ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲のいずれもおいても、気密性不具合が発生した。

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態のセラミックヒータ１１では、ヒータ本体１３の外周面１４とフランジ１５の穴部２７の内面２８との間には、ヒータ本体１３の周方向に沿って不均一な寸法の隙間３９が形成されている。また、その隙間３９には最大寸法Ｙｍａｘとなる箇所と最小寸法Ｙｍｉｎとなる箇所が存在している。よって、隙間３９の最小寸法Ｙｍｉｎとなる箇所、つまりヒータ本体１３の外周面１４とフランジ１５の穴部２７の内面２８とが最も接近した箇所を起点として、溶融したガラス３３が濡れ拡がり始める。そして、溶融したガラス３３は、隙間３９の最小寸法Ｙｍａｘとなる箇所から隙間３９が最大寸法Ｙｍａｘとなる箇所へと徐々に回り込み、結果として隙間３９の周方向全体に十分に行き渡る。従って、当該隙間３９がガラス３３によって完全に埋められることから、ヒータ本体１３とフランジ１５との間の気密性及び接合強度に優れたセラミックヒータ１１を提供することができる。

（２）本実施形態のセラミックヒータ１１では、フランジ１５の凹状部分１６のガラス溜り部３５にガラス３３が充填され、そのガラス３３を介してヒータ本体１３及びフランジ１５が接合されている。ゆえに、この構成のセラミックヒータ１１を製造する場合には、ガラス溜り部３５にガラス３３の材料を充填して、そのガラス３３を介してヒータ本体１３とフランジ１５とを溶着接合すればよい。よって、従来のろう付けによる接合方法を行う場合に比べて、セラミックヒータ１１を容易に製造することができる。また、本実施形態のフランジ１５はカップ形状に曲げられたものであり、ガラス３３がガラス溜り部３５となるカップ内部を埋めた構造となっている。従って、このような構造であれば、例えばプレス加工等により、板材からフランジ１５を容易に製造することができる。

（３）本実施形態のセラミックヒータ１１では、凹状部分１６を有するフランジ１５を用いている。このため、従来の平板状のフランジを接合する場合に比べて、ガラス溜り部３５に配置されたガラス３３が、軸方向に沿って広い面積にわたりヒータ本体１３の外周面１４やフランジ１５の穴部２７の内面２８に溶着する。それによって、ヒータ本体１３とフランジ１５との間に高い気密性や接合強度が付与される。

（４）本実施形態のセラミックヒータ１１では、フランジ１５を構成する金属（ステンレス）の熱膨張係数は、ヒータ本体１３を構成するセラミック（アルミナ）の熱膨張係数及びガラス３３の熱膨張係数よりも大きくなっている。従って、ガラス３３の溶着の際の温度から常温に温度が低下する際に、外側のフランジ１５から内側のガラス３３及びヒータ本体１３に対して応力を加えることができる。この応力の作用により、気密性や接合強度を高めることができる。また、製造後においてもこのフランジ１５は、ガラス３３及びヒータ本体１３に圧縮残留応力を加えているため、気密性や接合強度をよりいっそう向上させることができる。

（５）本実施形態のセラミックヒータ１１では、フランジ１５がクロム及び鉄を含むステンレスからなり、焼成工程を経ることでフランジ１５の表面のクロム含有量が、フランジ１５の内部のクロム含有量より大きくなっている。従って、フランジ１５の表面におけるガラス３３の濡れ性が向上する結果、ガラス３３がフランジ１５の表面に強固に接合しやすくなり、気密性や接合強度が向上する。また、金属製のフランジ１５の表面にクロムが多く存在することで、耐食性の向上を図ることができる。

なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施形態のセラミックヒータ１１では、フランジ１５の穴部２７の断面形状及びヒータ本体１３の外周面１４の断面形状（ただし溝部２１を除く）がともに円形状であったため、フランジ１５の中心軸Ｃ２をヒータ本体１３の中心軸Ｃ１に対して偏心した状態で配置した。これに対し、例えば図７に示す別の実施形態のセラミックヒータ１１Ａのように、ヒータ本体１３の外周面１４の断面形状（ただし溝部２１を除く）を円形状とする一方、フランジ１５Ａの穴部２７の断面形状を略楕円形状としてもよい。この場合においても、ヒータ本体１３の周方向に沿って不均一な寸法の隙間３９を形成することができる。なお、図示しないが、フランジ１５の穴部２７の断面形状が円形状である場合、ヒータ本体１３の外周面１４の断面形状（ただし溝部２１を除く）を略楕円形状としてもよい。

・上記実施形態のセラミックヒータ１１では、フランジ１５の中心軸Ｃ２がヒータ本体１３の中心軸Ｃ１に対して若干偏心した状態で配置したが、これに限定されない。例えば図８に示す別の実施形態のセラミックヒータ１１Ｂのように、フランジ１５の中心軸Ｃ２をヒータ本体１３の中心軸Ｃ１に対して傾斜した状態で配置するようにしてもよい。この場合においても、ヒータ本体１３の周方向に沿って不均一な寸法の隙間３９を形成することができる。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）上記手段１において、前記フランジの中心軸は、前記ヒータ本体の中心軸に対して偏心した状態で配置されていること。
（２）上記手段１において、前記フランジの中心軸は、前記ヒータ本体の中心軸に対して０．０５ｍｍ以上偏心した状態で配置されていること。
（３）上記手段１において、前記フランジの中心軸は、前記ヒータ本体の中心軸に対して傾斜した状態で配置されていること。
（４）上記手段１において、前記フランジの中心軸は、前記ヒータ本体の中心軸に対して０．１°以上傾斜した状態で配置されていること。
（５）上記手段１において、前記フランジの前記穴部または前記ヒータ本体の外周面は、略断面楕円形状であること。
（６）上記手段１において、前記フランジを構成する金属の熱膨張係数は、前記ヒータ本体を構成する金属の熱膨張係数及び前記ガラスの熱膨張係数よりも大きいこと。

１１，１１Ａ…セラミックヒータ
１３…ヒータ本体
１４…ヒータ本体の外周面
１５，１５Ａ…フランジ
１６…凹状部分
２７…穴部
２８…穴部の内面
３３…ガラス
３５…ガラス溜り部
３９…隙間
ｄ１…フランジの径方向
Ｓ１…第１面
Ｓ２…第２面
Ｙｍａｘ…隙間の最大寸法
Ｙｍｉｎ…隙間の最大寸法

Claims (5)

1. セラミック製の筒状のヒータ本体と、前記ヒータ本体に外嵌されている金属製の環状のフランジとを備えたセラミックヒータにおいて、
   前記フランジは、第１面及び第２面を貫通している穴部を有するとともに、前記第１面側に凹状部分を有し、
   前記凹状部分には、ガラスが充填されたガラス溜り部を有するとともに、前記ガラス溜り部に配置された前記ガラスを介して、前記フランジ及び前記ヒータ本体が接合されており、
   前記ヒータ本体の外周面と前記フランジの前記穴部の内面との間には、前記ヒータ本体の周方向に沿って不均一な寸法の隙間が形成されるとともに、
   前記隙間の最大寸法が０．８ｍｍ以下であり、かつ前記隙間の最大寸法と最小寸法との差が０．１ｍｍ以上である
   ことを特徴とするセラミックヒータ。
2. 前記ヒータ本体は、軸方向に沿って延びる溝部を外周面に有するとともに、前記隙間において前記溝部を除く領域についての最大寸法が０．８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックヒータ。
3. 前記フランジは、クロムを含む金属からなることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックヒータ。
4. 前記フランジは、ステンレスからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
5. 前記フランジは、板材が前記凹状部分を有するようにカップ形状に曲げられた状態に形成されたものであって、前記ガラスは、カップ内部の少なくとも一部を埋めた状態に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。

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