JP2017183217A - セラミックヒーター - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でセラミックヒーターの長寿命化を図る構成を提供する。
【解決手段】セラミックヒーターは、本体部１０と、発熱部と、第１給電部及び第２給電部とを備える。発熱部は、本体部の中心線Ｐに沿って延びるとともに、本体部の横断面において円状に並ぶ複数の縦方向部分２１を備える。縦方向部分２１は、第１縦方向部分２１ａを含む補強縦方向部分２３と基本縦方向部分２４とから構成されている。基本縦方向部分２４の断面積に対する補強縦方向部分２３の断面積の比率は１．１〜１．３であり、補強縦方向部分２３の断面積[μｍ^２]は、本体部の横断面において複数の縦方向部分２１がなす円の面積Ｓ[μｍ^２]に対する比率が０．００１０〜０．００１６となる断面積である。第１縦方向部分２１ａと第２縦方向部分２１ｂとの間の極間距離Ｌ[ｍｍ]は、上記円の直径[ｍｍ]に対する比率が０．５５〜０．７５となる長さである。
【選択図】図２

Description

本発明は、セラミックヒーターに関する。

特許文献１には、セラミック体の内部に発熱部を埋設してなるセラミックヒーターが開示されている。特許文献１のセラミックヒーターでは、発熱部において電位差が最も大きい部位間に導電性材料からなる電気力線遮断体を介在させている。これにより、セラミックヒーターを長期間使用した場合に生じるマイグレーション（セラミック体を構成する成分がイオン化してセラミック体の内部を移動する現象）を抑制している。マイグレーションは、発熱部を劣化させて断線させる要因の一つになることから、マイグレーションを抑制することによって、セラミックヒーターの長寿命化を図ることができる。

特開平１０−３３５０５０号公報

特許文献１に開示される上記技術は、発熱部の特定部位間に電気力線遮断体を介在させる必要があることから、セラミックヒーターの構造が複雑化するという問題があった。
この発明は、本発明者らによる鋭意研究の結果、発熱部における特定の縦方向部分の断面積に関するパラメータ、及び特定の縦方向部分間の距離に関するパラメータを、それぞれ特定の範囲に設定した場合に、連続通電時における発熱部の抵抗変化によるヒーター特性の劣化及び発熱部の断線が抑制されることを見出したことに基づいてなされたものである。この発明の目的は、簡易な構成でセラミックヒーターの長寿命化を図ることにある。

上記の目的を達成するためのセラミックヒーターは、セラミックからなる長尺状の本体部と、前記本体部の内部に設けられる発熱抵抗体からなる発熱部と、前記発熱部の一端に接続される第１給電部と、前記発熱部の他端に接続される第２給電部とを備えるセラミックヒーターであって、前記発熱部は、前記本体部の一端側から他端側に向かって延びるとともに前記本体部の横断面において円状に並ぶ複数の縦方向部分と、前記縦方向部分同士を連結する連結部分とを備え、前記縦方向部分は、基本縦方向部分と、前記基本縦方向部分よりも断面積の大きい補強縦方向部分とから構成されており、電気的に最も前記第１給電部側に位置する第１縦方向部分は、前記補強縦方向部分であり、前記基本縦方向部分の断面積（Ａ２）[μｍ^２]に対する前記補強縦方向部分の断面積（Ａ１）[μｍ^２]の比率（Ａ１／Ａ２）は１．１〜１．３の範囲であり、前記補強縦方向部分の断面積（Ａ１）[μｍ^２]は、前記本体部の横断面において前記複数の縦方向部分がなす円の面積（Ｓ）[μｍ^２]に対する比率（Ａ１／Ｓ）が０．００１０〜０．００１６の範囲となる断面積であり、前記第１縦方向部分と、前記第１縦方向部分に対して前記本体部の周方向に隣接する前記縦方向部分であって、電気的に前記第２給電部に近い側に位置する縦方向部分との間の極間距離Ｌ[ｍｍ]は、前記本体部の横断面において前記複数の縦方向部分がなす円の直径（Ｄ）[ｍｍ]に対する比率（Ｌ／Ｄ）が０．５５〜０．７５の範囲となる長さであることを特徴とする。

上記構成によれば、発熱部における特定の縦方向部分の断面積に関するパラメータ、及び特定の縦方向部分間の距離に関するパラメータが、それぞれ特定の範囲に設定されている。これにより、第１給電部を陽極側として連続通電した場合において、発熱部の抵抗変化によるヒーター特性の劣化や発熱部の断線が発生し難くなる。したがって、発熱部の形状及び配置を調整することによってセラミックヒーターの長寿命化を図ることが可能となり、セラミックヒーターの長寿命化に伴う構造の複雑化を抑制することができる。

上記セラミックヒーターにおいて、前記第１縦方向部分に対して前記本体部の周方向に隣接する前記縦方向部分であって、電気的に前記第２給電部に近い側に位置する縦方向部分は、電気的に最も前記第２給電部側に位置する第２縦方向部分であり、前記第１縦方向部分及び前記第２縦方向部分は、前記補強縦方向部分であることが好ましい。

上記構成によれば、第１給電部を陽極側として使用した場合にも、第２給電部を陽極側として使用した場合にも同様にセラミックヒーターを長寿命化させる効果を得ることができる。したがって、第１給電部及び第２給電部に接続する電極を指定することなくセラミックヒーターを使用することができる。

上記セラミックヒーターにおいて、前記第１縦方向部分、前記第１縦方向部分に前記連結部分により直接連結される前記縦方向部分、前記第２縦方向部分、及び前記第２縦方向部分に前記連結部分により直接連結される前記縦方向部分は、前記補強縦方向部分であることが好ましい。

上記構成によれば、陽極に接続される給電部（第１給電部又は第２給電部）に、電気的に最も近くに位置する縦方向部分（第１縦方向部分及び第２縦方向部分）に加えて、同二番目に近くに位置する縦方向部分についても、補強縦方向部分としている。これにより、発熱部に断線が発生し難くなる効果をより高めることができる。

本発明によれば、簡易な構成でセラミックヒーターの長寿命化を図ることができる。

セラミックヒーターの斜視図。 セラミックヒーターの横断面図（図１の２−２線断面図）。 発熱部及び給電部の周方向展開図。

以下、本発明のセラミックヒーターを図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、セラミックヒーターは、セラミックからなる長尺状の本体部１０を備えている。本体部１０を構成するセラミックは特に限定されるものではなく、公知のセラミックヒーターに用いられる絶縁性のセラミックを用いることができる。絶縁性のセラミックとしては、例えば、酸化物セラミック、窒化物セラミック、炭化物セラミックが挙げられる。

酸化物セラミックとしては、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライトが挙げられる。窒化物セラミックとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げられる。炭化物セラミックとしては、例えば、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステンが挙げられる。また、本体部１０を構成するセラミックには、バインダー等のその他成分が含まれていてもよい。

本体部１０の外周形状は特に限定されるものではなく、セラミックヒーターの用途等に応じて、円柱状、円筒状、角柱状、角筒状等に適宜、設定することができる。なお、図１及び図２においては、本体部１０を円柱状とした例について図示している。

図１及び図２に示すように、本体部１０の内部には、抵抗発熱体からなる発熱部２０が埋設されている。発熱部２０は、本体部１０の一端側から他端側に向かって、本体部１０の中心線Ｐに沿って延びるとともに、本体部１０の横断面において、間隔をあけて円状に並ぶ複数の縦方向部分２１と、縦方向部分２１同士を連結する連結部分２２とから構成される。図３の周方向展開図に示すように、発熱部２０は、周方向に隣り合う縦方向部分２１の端部同士が、連結部分２２によって本体部１０の一端側及び他端側にて交互に連結されており、発熱部２０は、全体として所謂、櫛歯型の一つながりの導体パターンとなっている。

図３において、連結部分２２によって連結された複数の縦方向部分２１のうち、両末端に位置する二つの縦方向部分２１は、発熱部２０よりも本体部１０の一端側に設けられる第１給電部３０ａ及び第２給電部３０ｂにそれぞれ接続されている。以下では、複数の縦方向部分２１のうち、第１給電部３０ａに接続される縦方向部分２１を第１縦方向部分２１ａと記載するとともに、第２給電部３０ｂに接続される縦方向部分２１を第２縦方向部分２１ｂと記載する。

ここで、図２に示すように、本体部１０は、径方向において、発熱部２０よりも内側に位置する内層１１と、発熱部２０よりも外側に位置して、発熱部２０を被覆する外層１２とを有している。本実施形態では、図１に示すように、本体部１０における第１給電部３０ａ及び第２給電部３０ｂの一部の外側に対しては、外層１２を設けない構成とすることによって、第１給電部３０ａ及び第２給電部３０ｂの一部を本体部１０の外面に露出させている。つまり、本体部１０の長手方向において、発熱部２０が位置する部分、並びに第１給電部３０ａ及び第２給電部３０ｂにおける発熱部２０側の一部が位置する部分に対して外層１２を設けている。そして、第１給電部３０ａ及び第２給電部３０ｂにおける発熱部２０と反対側の一部が位置する部分に対しては外層１２を設けずに、第１給電部３０ａ及び第２給電部３０ｂの一部を本体部１０の外面に露出させている。

なお、発熱部２０及び各給電部（第１給電部３０ａ及び第２給電部３０ｂ）を構成する材料は特に限定されるものではなく、公知のセラミックヒーターに用いられる材料を用いることができる。上記材料としては、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｒｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等の高融点金属が挙げられる。発熱部２０及び各給電部は、単独の材料からなるものであってもよいし、複数の材料からなるものであってもよい。また、アルミナ等のセラミックが少量含まれていてもよい。また、発熱部２０及び各給電部を構成する材料は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

本実施形態のセラミックヒーターにおいては、発熱部２０を構成する複数の縦方向部分２１のうちの一部の縦方向部分２１の断面積、及び一部の縦方向部分２１間の距離がそれぞれ特定範囲に設定されている。以下では、この点について説明する。

図２及び図３に示すように、発熱部２０を構成する複数の縦方向部分２１は、その断面積が相対的に大きい補強縦方向部分２３と、その断面積が相対的に小さい基本縦方向部分２４とから構成されている。本実施形態においては、第１給電部３０ａに接続される第１縦方向部分２１ａ、第１縦方向部分２１ａに連結部分２２により直接連結される縦方向部分２１、第２給電部３０ｂに接続される第２縦方向部分２１ｂ、第２縦方向部分２１ｂに連結部分２２により直接連結される縦方向部分２１が補強縦方向部分２３として形成されている。そして、その他の縦方向部分２１が基本縦方向部分２４として形成されている。

基本縦方向部分２４の断面積Ａ２[μｍ^２]に対する補強縦方向部分２３の断面積Ａ１[μｍ^２]の比率（Ａ１／Ａ２）は、１．１〜１．３の範囲である。補強縦方向部分２３は、その断面積が全て同じであってもよいし、上記範囲内において、その断面積に多少のばらつきがあってもよい。なお、製造上、基本縦方向部分２４の断面積に２％程度のばらつきが生じることがあるが、基本縦方向部分２４の断面積にばらつきがある場合には、平均値を基本縦方向部分２４の断面積Ａ２とみなす。

また、補強縦方向部分２３の断面積Ａ１は、本体部１０の横断面において、複数の縦方向部分２１がなす円の面積Ｓに応じて設定されている。具体的には、上記円の面積Ｓ[μｍ^２]に対する断面積Ａ１[μｍ^２]の比率が、０．００１０〜０．００１６の範囲となるように、補強縦方向部分２３の断面積Ａ１が設定されている。

補強縦方向部分２３の断面積Ａ１を大きくするための構成としては、例えば、補強縦方向部分２３の幅（周方向長さ）を長くする構成、及び補強縦方向部分２３の厚さ（径方向長さ）を厚くする構成が挙げられる。これらの中でも、補強縦方向部分２３の幅（周方向長さ）を長くする構成を採用することが好ましい。

セラミックヒーターの製造時において、発熱部２０は、多くの場合、平面上に形成された導体パターンを、本体部１０を構成する長尺部材に巻き付けることによって形成される。その際、補強縦方向部分２３の幅（周方向長さ）の変更については、導体パターンの平面形状を変更するのみで可能である。そのため、断面積の大きい補強縦方向部分２３を容易に形成することができる。なお、図２及び図３は、補強縦方向部分２３の幅（周方向長さ）を長くすることによって、補強縦方向部分２３の断面積Ａ１を大きく形成した例について図示している。

また、図２に示すように、第１縦方向部分２１ａと、周方向において第１縦方向部分２１ａに隣接する縦方向部分２１であって、電気的に第２給電部３０ｂに近い側の縦方向部分２１との間の極間距離Ｌ（直線距離）が特定の値に設定されている。

図３の周方向展開図に示すように、本実施形態において、縦方向部分２１は、それぞれ周方向に隣接する縦方向部分２１に対して連結部分２２を介して連結されている。そのため、周方向において第１縦方向部分２１ａに隣接する縦方向部分２１であって、電気的に第２給電部３０ｂに近い側の縦方向部分２１は、第２給電部３０ｂに接続される第２縦方向部分２１ｂとなる。そして、上記極間距離Ｌは、本体部１０の横断面において、複数の縦方向部分２１がなす円の直径Ｄに応じて設定されている。具体的には、上記円の直径Ｄ[ｍｍ]に対する上記極間距離Ｌ[ｍｍ]の比率（Ｌ／Ｄ）が、０．５５〜０．７５の範囲となるように、上記極間距離Ｌが設定されている。

また、上記の極間距離Ｌ以外の各縦方向部分２１の間の距離は、特に限定されるものではないが、極間距離Ｌよりも短い距離、例えば、極間距離Ｌの０．１〜０．１５倍となる長さであることが好ましい。

次に、本実施形態の作用について説明する。
本体部１０の横断面において円状に並ぶ複数の縦方向部分２１と、縦方向部分２１同士を連結する連結部分２２とから構成される発熱部２０を備えるセラミックヒーターの場合、連続通電時において、電気的に最も陽極側に位置する縦方向部分２１（第１縦方向部分２１ａ）に断線が発生しやすい。その大きな要因は、マイグレーション、特に、セラミックの構成成分が分解して生じる酸化物イオン等の陰イオンが、陽極側である第１縦方向部分２１ａに引き寄せられて第１縦方向部分２１ａを酸化することにあると考えられる。

ここで、本実施形態のセラミックヒーターでは、第１縦方向部分２１ａを補強縦方向部分２３として、その断面積Ａ１を、基本縦方向部分２４の断面積Ａ２よりも大きく、かつ上記円の面積Ｓに対する比率（Ａ１／Ｓ）が０．００１０〜０．００１６となる範囲に設定している。すなわち、第１縦方向部分２１ａの断面積を大きくすることによって、第１縦方向部分２１ａにおける電流密度が小さくなるように構成している。

同時に、第１縦方向部分２１ａと、第１縦方向部分２１ａに対して本体部１０の周方向に隣接する縦方向部分２１であって、電気的に第２給電部３０ｂに近い側に位置する縦方向部分２１（第２縦方向部分２１ｂ）との間の極間距離Ｌを、上記円の直径Ｄに対する極間距離Ｌの比率（Ｌ／Ｄ）が０．５５〜０．７５となる範囲に設定している。すなわち、第１縦方向部分２１ａとの間で大きな電位差が生じる部位間の距離（極間距離Ｌ）を大きく確保している。

第１縦方向部分２１ａにおける電流密度を小さくする構成、及び第１縦方向部分２１ａとの間で大きな電位差が生じる部位間の距離（極間距離Ｌ）を大きく確保する構成を同時に採用することで、第１縦方向部分２１ａの周辺に発生するマイグレーションの規模が小さく抑えられる。その結果、連続通電時における抵抗変化率が低下して、発熱部２０に断線が発生し難くなる。

また、上記円の直径Ｄに対する極間距離Ｌの比率（Ｌ／Ｄ）に基づいて極間距離Ｌの上限が設定されていることにより、本体部１０の表面における発熱分布の偏り、すなわち第１縦方向部分２１ａと隣接する縦方向部分２１（第２縦方向部分２１ｂ）との間の部分における発熱性能が他の部分と比較して過度に低くなることが抑制されている。

次に、本実施形態の効果について記載する。
（１）セラミックヒーターは、セラミックからなる長尺状の本体部と、本体部の内部に設けられる発熱抵抗体からなる発熱部と、発熱部の一端に接続される第１給電部と、発熱部の他端に接続される第２給電部とを備える。発熱部は、本体部の一端側から他端側に向かって延びるとともに本体部の横断面において円状に並ぶ複数の縦方向部分と、縦方向部分同士を連結する連結部分とを備える。縦方向部分は、補強縦方向部分と、補強縦方向部分よりも断面積の小さい基本縦方向部分とから構成されており、電気的に最も第１給電部側に位置する第１縦方向部分を含む一部の縦方向部分は、補強縦方向部分である。

基本縦方向部分の断面積（Ａ２）に対する補強縦方向部分の断面積（Ａ１）の比率（Ａ１／Ａ２）は１．１〜１．３の範囲であり、補強縦方向部分の断面積（Ａ１）は、本体部の横断面において複数の縦方向部分がなす円の面積Ｓに対する比率（Ａ１／Ｓ）が０．００１０〜０．００１６の範囲となる断面積である。

第１縦方向部分と、第１縦方向部分に対して本体部の周方向に隣接する縦方向部分であって、電気的に第２給電部に近い側に位置する縦方向部分との間の極間距離Ｌは、上記円の直径Ｄに対する比率（Ｌ／Ｄ）が０．５５〜０．７５の範囲となる長さである。

上記構成によれば、第１給電部を陽極側として連続通電した場合において、発熱部の抵抗変化によるヒーター特性の劣化及び発熱部の断線が発生し難くなる。したがって、発熱部の形状及び配置を調整することによってセラミックヒーターの長寿命化を図ることが可能となり、セラミックヒーターの長寿命化に伴う構造の複雑化を抑制することができる。

また、基本縦方向部分の断面積（Ａ２）に対する補強縦方向部分の断面積（Ａ１）の比率（Ａ１／Ａ２）が１．３以下であることにより、本体部の表面において、補強縦方向部分の外側に位置する部分と、基本縦方向部分の外側に位置する部分との間における温度差が小さくなる。これにより、本体部の表面における発熱分布の偏りを抑制することができる。

（２）第１縦方向部分に対して本体部の周方向に隣接する縦方向部分であって、電気的に第２給電部に近い側に位置する縦方向部分は、電気的に最も第２給電部側に位置する第２縦方向部分であり、第１縦方向部分及び第２縦方向部分は、補強縦方向部分である。

上記構成によれば、第１給電部を陽極側として使用した場合にも、第２給電部を陽極側として使用した場合にも同様にセラミックヒーターを長寿命化させる効果を得ることができる。したがって、第１給電部及び第２給電部に接続する電極を指定することなくセラミックヒーターを使用することができる。

（３）第１縦方向部分、第１縦方向部分に連結部分により直接連結される縦方向部分、第２縦方向部分、及び第２縦方向部分に連結部分により直接連結される縦方向部分は、補強縦方向部分である。

上記構成では、陽極に接続される給電部（第１給電部又は第２給電部）に対して、電気的に最も近くに位置する縦方向部分（第１縦方向部分及び第２縦方向部分）に加えて、同二番目に近くに位置する縦方向部分についても、補強縦方向部分として形成している。これにより、陽極に接続される給電部に対して、二番目に近くに位置する縦方向部分における断線についても抑制することができる。その結果、発熱部に断線が発生し難くなる効果をより高めることができる。

（４）基本縦方向部分の断面積（Ａ２）は全て同じである。
上記構成によれば、本体部の表面における発熱分布の偏りをより効果的に抑制することができる。

（５）補強縦方向部分は、基本縦方向部分と比較して、その厚さ（径方向長さ）が等しく、且つその幅（周方向長さ）が異なっている。
上記構成によれば、セラミックヒーターの製造時において、発熱部を構成する導体パターンの平面形状を変更するのみで、縦方向部分の断面積を調整することが可能であり、補強縦方向部分を容易に形成することができる。

なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・発熱部の補強縦方向部分に関して、少なくとも、第１給電部に接続される第１縦方向部分が補強縦方向部分として形成されていれば、補強縦方向部分として形成される縦方向部分の位置や数を変更してもよい。

例えば、上記実施形態を変更して、第１縦方向部分に連結される縦方向部分、及び第２縦方向部分に連結される縦方向部分を基本縦方向部分として、第１縦方向部分及び第２縦方向部分のみを補強縦方向部分としてもよい。

また、第２給電部に接続される第２縦方向部分、及び第２縦方向部分に連結される縦方向部分を基本縦方向部分として、電気的に第１給電部に近い側の縦方向部分のみを補強縦方向部分としてもよい。この場合には、第１給電部を陽極専用の端子として用いればよい。

・発熱部に関して、本体部の一端側から他端側に向かって、本体部の中心線に沿って延びるとともに、本体部の横断面において、間隔をあけて円状に並ぶ複数の縦方向部分と、縦方向部分同士を連結する連結部分とから構成される発熱部の範囲において、その形状等を変更してもよい。

例えば、所謂、渦巻型のパターンのように、横断面において周方向に隣接しない縦方向部分同士が連結部分によって連結された形状であってもよい。この場合には、第２縦方向部分以外の縦方向部分が、第１縦方向部分との間に極間距離を確保すべき縦方向部分（横断面の周方向において第１縦方向部分に隣接する縦方向部分であって、電気的に第２給電部に近い側の縦方向部分）となることもある。

また、複数の縦方向部分は、本体部の中心線に沿って直線状に延びる構成であってもよいし、中心線に沿って螺旋状に延びる構成であってもよい。
また、一端が第１給電部に接続されるとともに他端が第２給電部に接続される発熱部を複数、備える構成であってもよい。

・本体部に関して、外層の厚さは一定であってもよいし、部位に応じて異なっていてもよい。
例えば、外層における、補強縦方向部分の外側に位置する部位の厚さを他の部位の厚さよりも薄く形成してもよい。この場合には、本体部の表面において、補強縦方向部分の外側に位置する部分と、基本縦方向部分の外側に位置する部分との間における温度差が小さくなる。これにより、本体部の表面における発熱分布の偏りを抑制することができる。

同様に、外層における、第１縦方向部分との間に極間距離が確保されている部分の外側に位置する部位の厚さを他の部位の厚さよりも薄く形成することによっても、本体部の表面における発熱分布の偏りを抑制することができる。

以下に、上記実施形態をさらに具体化した実施例について説明する。
（実施例及び比較例）
図１〜３に示す構造のセラミックヒーターについて、表１に示すように、補強縦方向部分の断面積（Ａ１）、基本縦方向部分の断面積（Ａ２）、及び極間距離Ｌをそれぞれ異ならせた実施例１〜２及び比較例１〜２を作製した。表１に示す直径Ｄ及び面積Ｓはそれぞれ、本体部の横断面において複数の縦方向部分がなす円の直径及び面積である。また、各実施例及び各比較例のセラミックヒーターの構成は以下のとおりである。

本体部の組成（Ａｌ_２Ｏ_３：９２質量％、Ｎａ_２Ｏ_３≦０．３２質量％、ＭｇＯ：０．５質量％、ＣａＯ：１．８質量％、ＳｉＯ_２：５．１質量％）
発熱部の組成（Ｗ：Ｒｅ＝８：２（質量比））
寸法（直径３．２ｍｍ×長さ５０ｍｍ（給電部が設けられている部分の直径２．７ｍｍ））
（耐久性の評価）
各実施例及び各比較例のセラミックヒーターに対して、下記条件による連続通電試験を行った後、連続通電試験の前後における抵抗値（室温）の変化率を求めた。その結果を表１の抵抗変化率欄に示す。

電流値：直流０．７０Ａ
電圧値：１９．５Ｖ
連続通電時間：１０００時間
（発熱分布の評価）
各実施例及び各比較例のセラミックヒーターに対して、１２Ｖにて２５秒間の通電を行った状態において、周方向における第１縦方向部分と第２縦方向部分との中間位置の温度、及び中心軸を挟んで上記中間位置の反対側となる対角位置の温度を、サーモビュアー（アビオニクス製 赤外線サーモグラフィカメラ（ＩｎｆＲｅＣ）型式：Ｒ３００ＳＲ−Ｈ）を用いて測定し、その温度差を求めた。その結果を表１の温度差欄に示す。なお、温度差欄に示した数値は、セラミックヒーターの軸方向において、上記中間位置と上記対角位置との温度差が最も大きくなった位置の温度差である。

表１に示すように、「Ａ１／Ａ２」が１．１〜１．３の範囲であり、「Ａ１／Ｓ」が０．００１０〜０．００１６の範囲であり、「Ｌ／Ｄ」が０．５５〜０．７５の範囲であるという条件を満たす実施例１及び実施例２は、１０００時間の連続通電後における抵抗変化率が５％未満という低い値であった。一方、上記条件を満たしていない比較例１及び比較例２は、１０００時間の連続通電の途中において、発熱部に断線が発生していまい、抵抗変化率を測定することができなかった。これらの結果から、上記条件を満たす構成とすることにより、発熱部の抵抗変化によるヒーター特性の劣化及び発熱部の断線を抑制できることが分かる。

また、「Ａ１／Ａ２」が１．０である比較例１と比較して、実施例１及び実施例２はいずれも、温度差の数値が小さくなっている。この結果から、上記条件を満たす範囲においては、補強縦方向部分の断面積（Ａ１）を大きく設定したことによる発熱分布の偏りへの影響は小さいと考えられる。

Ａ１…補強縦方向部分の断面積、Ａ２…基本縦方向部分の断面積、Ｄ…直径、Ｌ…極間距離、Ｐ…中心線、１０…本体部、１１…内層、１２…外層、２０…発熱部、２１…縦方向部分、２１ａ…第１縦方向部分、２１ｂ…第２縦方向部分、２２…連結部分、２３…補強縦方向部分、２４…基本縦方向部分、３０ａ…第１給電部、３０ｂ…第２給電部。

Claims (3)

1. セラミックからなる長尺状の本体部と、前記本体部の内部に設けられる発熱抵抗体からなる発熱部と、前記発熱部の一端に接続される第１給電部と、前記発熱部の他端に接続される第２給電部とを備えるセラミックヒーターであって、
   前記発熱部は、前記本体部の一端側から他端側に向かって延びるとともに前記本体部の横断面において円状に並ぶ複数の縦方向部分と、前記縦方向部分同士を連結する連結部分とを備え、
   前記縦方向部分は、基本縦方向部分と、前記基本縦方向部分よりも断面積の大きい補強縦方向部分とから構成されており、
   電気的に最も前記第１給電部側に位置する第１縦方向部分は、前記補強縦方向部分であり、
   前記基本縦方向部分の断面積（Ａ２）[μｍ^２]に対する前記補強縦方向部分の断面積（Ａ１）[μｍ^２]の比率（Ａ１／Ａ２）は１．１〜１．３の範囲であり、
   前記補強縦方向部分の断面積（Ａ１）[μｍ^２]は、前記本体部の横断面において前記複数の縦方向部分がなす円の面積（Ｓ）[μｍ^２]に対する比率（Ａ１／Ｓ）が０．００１０〜０．００１６の範囲となる断面積であり、
   前記第１縦方向部分と、前記第１縦方向部分に対して前記本体部の周方向に隣接する前記縦方向部分であって、電気的に前記第２給電部に近い側に位置する縦方向部分との間の極間距離Ｌ[ｍｍ]は、前記本体部の横断面において前記複数の縦方向部分がなす円の直径（Ｄ）[ｍｍ]に対する比率（Ｌ／Ｄ）が０．５５〜０．７５の範囲となる長さであることを特徴とするセラミックヒーター。
2. 前記第１縦方向部分に対して前記本体部の周方向に隣接する前記縦方向部分であって、電気的に前記第２給電部に近い側に位置する縦方向部分は、電気的に最も前記第２給電部側に位置する第２縦方向部分であり、
   前記第１縦方向部分及び前記第２縦方向部分は、前記補強縦方向部分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ー。
3. 前記第１縦方向部分、前記第１縦方向部分に前記連結部分により直接連結される前記縦方向部分、前記第２縦方向部分、及び前記第２縦方向部分に前記連結部分により直接連結される前記縦方向部分は、前記補強縦方向部分であることを特徴とする請求項２に記載のセラミックヒーター。