JP3443493B2 - 液体加熱用セラミックヒータ - Google Patents

液体加熱用セラミックヒータ

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慎一 揚野
秀明 下水流
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は液体中に浸漬して加
熱するためのセラミックヒータに関する。 【0002】 【従来の技術】従来より用いられているセラミックヒー
タは、アルミナ等のセラミック体中にWやMo等の高融
点金属からなる発熱抵抗体を埋設し、この発熱抵抗体に
通電するための通電端子を備えたものである。 【0003】そして、このセラミックヒータを液体加熱
に用いる場合は、発熱抵抗体を埋設した部分を液体中に
浸漬させ、通電端子より通電することによりセラミック
ヒータを発熱させ、液体を加熱するようになっている。
このような液体加熱用セラミックヒータは、風呂用の温
水発生器、熱帯魚用水槽、あるいは各種実験機器等に広
く用いられている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】ところが、上記セラミ
ックヒータを用いて液体を加熱する際に、物理的衝撃や
ヒートショック等のためにセラミックヒータにクラック
や折れなどの異常が発生した場合、電流が液体中に漏れ
てしまう恐れがあり、人体や各種生物が液体と接触する
場合には感電の恐れがあるという問題があった。 【0005】なお、このような事故を防止するために、
セラミックヒータに通電する電源側は接地されている
が、これだけでは完全に漏れ電流を防止できない場合が
あった。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明は、内部に発熱抵
抗体を埋設し、液体中に浸漬して加熱するようにしたセ
ラミックヒータであって、液体中に浸漬されたセラミッ
ク体の側部表面には帯状の露出電極を備え、該露出電極
を接地するようにしたことを特徴とする。 【0007】 【作用】本発明によれば、液体中に浸漬された露出電極
を接地しておくことによって、セラミックヒータにクラ
ック等が生じた場合に、液体中へ漏れる電流を上記露出
電極から逃がすことができ、感電の恐れを防止すること
ができる。 【0008】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図によっ
て説明する。 【0009】図1に示すセラミックヒータ1は、円柱状
のセラミック体10の先端側(図面の左側)内部に発熱
抵抗体11を埋設し、該発熱抵抗体11に通電するため
の通電端子12、13を後端部に備えている。また、セ
ラミック体10の側部表面には帯状の露出電極14を備
え、該露出電極14と導通する接地端子15を後端部に
備えている。 【0010】また、セラミック体10の側面後端側には
セラミックス製の鍔20を備えている。そして、この鍔
20よりも先端側の発熱抵抗体11埋設部および露出電
極14までを液体中に浸漬し、上記通電端子12、13
間に所定の電圧を印加すればセラミックヒータ1が発熱
し、液体を加熱することができる。 【0011】このとき、露出電極14も液体中に浸漬さ
れているため、セラミックヒータ1にクラックや折れ等
が生じた場合でも、液体中に漏れた電流をこの露出電極
14を介して接地端子15から逃がすことができ、感電
の恐れを防止することができる。 【0012】なお、上記セラミックヒータ1を成すセラ
ミック体10はアルミナ、窒化珪素等のセラミックスか
ら成り、発熱抵抗体11や露出電極14はW,Mo,M
n等の高融点金属単体、またはWC,TiN等の金属炭
化物、金属窒化物等から成っている。さらに露出電極1
4の表面は、Ni等のメッキを介してAg,Au等のコ
ーティングを施しておくことにより、液体中に露出して
も腐食したり、液体に悪影響を及ぼす恐れはない。 【0013】次に本発明のセラミックヒータ1の製造方
法を説明する。 【0014】まず、図2(a)に示すように、所定のセ
ラミック原料を押出成形等により棒状成形体10aと
し、一方同様の原料を用いてドクターブレード法等によ
りシート状成形体10bとする。このシート状成形体1
0bの一方面に上述したW,Mo等の材料をペースト状
として印刷し、発熱抵抗体11を形成する。該発熱抵抗
体11は、先端側の発熱部11aと後端側の通電部11
bからなり、該通電部11bの端部はスルーホールを介
して他方面に備えた通電端子12、13と導通させてい
る。 【0015】一方、上記通電端子12、13を形成した
他方面には露出電極14及び接地端子15を形成し、こ
の両者を導通させるための導通部16を発熱抵抗体11
側に備えている。即ち、図2(b)に示すように、導通
部16の両端をスルーホール17、18を介してそれぞ
れ露出電極14及び接地端子15に接続してある。 【0016】そして、上記棒状成形体10aの周囲に、
シート状成形体10bの発熱抵抗体11を形成した面を
密着させて巻付ければ、発熱抵抗体11が埋設され、外
表面には通電端子12、13、露出電極14、接地端子
15が形成された成形体が得られる。これを所定の条件
で焼成した後、露出電極14や各端子にメッキ等を施
し、鍔20を取りつければセラミックヒータ1が完成す
る。 【0017】なお、図1、2に示した実施形態及び製法
は一つの例であり、本発明はこれに限るものではない。
例えば、上記製法では発熱抵抗体11として導電材のペ
ーストを塗布して焼成するメタライズ手法によるものを
示したが、上記導電材の線状体を埋設して発熱抵抗体1
1とすることもできる。 【0018】また、本発明の他の実施形態を図3(a)
に示すように、内部に発熱抵抗体(不図示)を埋設した
セラミック体10を板状とし、この側面に先端まで延び
る線状の露出電極14を形成し、端部に通電端子12、
13及び接地端子15を備えた構造とすることもでき
る。 【0019】さらに他の実施形態を図3(b)に示すよ
うに、内部に発熱抵抗体(不図示)を埋設した棒状のセ
ラミック体10の側面に、先端から後端まで延びる線状
の露出電極14を形成して、この露出電極14の後端側
を接地端子15とすることもできる。 【0020】このように、セラミックヒータ1自体の形
状や露出電極14の形状はさまざまなものとすることが
できる。また、露出電極14の面積については特に制限
はないが、できるだけ広い方が漏れ電流を逃がす効果が
高い。さらに、露出電極14を備える位置についても、
液体中に浸漬される部位であればどこでも良いが、発熱
抵抗体11の発熱部11aに近い部分が好ましい。 【0021】また、本発明のセラミックヒータ1の接地
端子15を電流計を介して接地しておき、接地側の漏れ
電流を検知できるようにしておくこともできる。このよ
うにすれば、ヒートショックなどによりセラミックヒー
タ1にクラック等の異常が生じた場合に、上記接地側の
電流が増加することで異常を検知することができ、異常
を検知した場合は、即座に通電を遮断するとともに警報
信号を出すことができる。 【0022】さらに、図示していないが、液体を溜める
槽をステンレス等の金属で形成して接地しておき、上記
セラミックヒータ1の露出電極14がこの槽に接するよ
うに配置することもできる。 【0023】 【実施例】実験例1 本発明実施例として、セラミック体10をアルミナセラ
ミックスで形成し、発熱抵抗体11及び露出電極14と
してWを用い、露出電極14上にはNiメッキとAgコ
ーティングを施して、図1に示すセラミックヒータ1を
得た。 【0024】まず、図4に示すように、このセラミック
ヒータ1を槽30に充填した4リットルの工業水中に浸
漬し、通電端子12、13間に100Vの電圧を印加し
て液体加熱を行い、このセラミックヒータ1から10c
m離れた位置での漏れ電流A1 を電流計31で測定し
た。なお、接地端子15には何も接続しなかった。 【0025】この時の漏れ電流の値は表1に示す通りで
ある。一般に0.5mA以上の漏れ電流が流れると人体
に感じることが知られているが、表1に示すようによう
に通常の使用における漏れ電流は極めて微量であり、何
ら問題ないことがわかる。 【0026】 【表1】 【0027】実験例2 次に、このセラミックヒータ1に意識的にヒートショッ
クを与えて長さ1〜3mmのクラックを数カ所〜数十カ
所発生させたものを3本用意し、それぞれ工業水と3%
の塩水を加熱させ、上記と同様にして漏れ電流を測定し
た。 【0028】結果は表2に示すように、いずれも0.8
mA以上の人体に感じる漏れ電流が発生した。即ち、通
常のセラミックヒータ1にクラックが発生すると人体に
感じる漏れ電流が生じることがわかる。 【0029】 【表2】 【0030】実験例3 そこで、図5に示すようにクラックを有するセラミック
ヒータ1の接地端子15に電流計32を接続して接地
し、その他の条件は全て実験例2と同様にして、漏れ電
流A1 及び接地電流A2 をそれぞれ測定した。 【0031】結果は表3に示すように、いずれも接地電
流A2 側に大部分の電流を逃がすことができ、漏れ電流
1 は0.5mA以下と小さく、人体に感じるレベルで
はなかった。 【0032】したがって、本発明のセラミックヒータ1
を用いて、接地端子15を接地することにより、クラッ
クが発生しても人体に感じるような漏れ電流の発生を防
止できることがわかる。 【0033】 【表3】【0034】実験例4 次に、実際に温水器に近い条件として同様の実験を行っ
た。 【0035】図6に示すように、二つの槽30a、30
bを用意して両方に8リットルずつの液体を充填し、両
槽30a、30b間をポンプ33、34で90cmの距
離を介して液体が循環できるようにした。一方の槽30
aにクラックを有するセラミックヒータ1を浸漬し、他
方の槽30bにて漏れ電流A1 を測定するようにした。 【0036】まず、セラミックヒータ1の接地端子15
に何も接続せずに、100Vの電圧を印加した時の漏れ
電流を測定したところ、表4に示すように0.5mA以
上の人体に感じる漏れ電流A1 が生じた。 【0037】これに対し、セラミックヒータ1の接地端
子15を電流計32を介して接地し、接地電流A2 を測
定すると、表5に示すように大部分の電流を逃がすこと
ができ、漏れ電流A1 は極めて微量となった。したがっ
て、実際の温水器に用いた場合、本発明のセラミックヒ
ータ1を用いて接地端子15を接地しておけば、ヒータ
にクラックが生じたような場合でも人体に感じる漏れ電
流が生じることを防止できる。 【0038】 【表4】 【0039】 【表5】 【0040】 【発明の効果】このように本発明によれば、内部に発熱
抵抗体を埋設し、液体中に浸漬して加熱するようにした
セラミックヒータであって、液体中に浸漬される部位の
表面に露出電極を備え、該露出電極を接地端子するよう
にしたことによって、ヒータにクラックが生じたような
場合に生じる漏れ電流を逃がすことができ、人体に感じ
るような漏れ電流が液体中に流れることを防止できる。
したがって、本発明のセラミックヒータを用いて液体加
熱を行えば、人体に悪影響を及ぼすことのない安全性の
高い温水発生器を提供できる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の液体加熱用セラミックヒータを示す側
面図である。 【図2】(a)は本発明の液体加熱用セラミックヒータ
の製造工程を示す斜視図であり、(b)は(a)中のX
−X線断面図である。 【図3】(a)(b)は本発明の他の実施形態を示す斜
視図である。 【図4】本発明のセラミックヒータを用いた実験装置を
示す図である。 【図5】本発明のセラミックヒータを用いた実験装置を
示す図である。 【図6】本発明のセラミックヒータを用いた実験装置を
示す図である。 【符号の説明】 1:セラミックヒータ 10:セラミック体 10a:棒状成形体 10b:シート状成形体 11:発熱抵抗体 11a:発熱部 11b:通電部 12:通電端子 13:通電端子 14:露出電極 15:接地端子 16:導通部 17:スルーホール 18:スルーホール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−265853(JP,A) 特開 昭59−77248(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 3/78 - 3/82 H05B 3/18 H05B 3/48 H05B 3/14 H05B 3/03 F24H 9/20 F24H 1/10 F24H 1/18

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】内部に発熱抵抗体を埋設し、液体中に浸漬
    して加熱するようにしたセラミックヒータであって、液
    体中に浸漬されたセラミック体の側部表面に帯状の露出
    電極を備え、該露出電極を接地するようにしたことを特
    徴とする液体加熱用セラミックヒータ。
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