JP6679511B2 - セラミックヒータ - Google Patents
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Description
本開示は、例えば温水洗浄便座、電気温水器、２４時間風呂、等に用いられるセラミックヒータに関する。
通常、温水洗浄便座には、樹脂製の容器である熱交換器とセラミックヒータとを有する熱交換ユニットが備えられている。セラミックヒータは、熱交換器内に収容された洗浄水を温めるために用いられる。
下記の特許文献１には、この種のセラミックヒータとして、円筒状のセラミック製の支持体にヒータ配線を印刷したセラミックシートを巻き付け、一体焼成することにより構成したものが開示されている。
ところで、温水洗浄便座用のセラミックヒータは、常時、水等の流体中にあるため、使用の過程でセラミックヒータ表面にカルシア、マグネシア等に由来するスケールが付着するという問題点がある。これはセラミックの表面に結晶粒レベルで凹凸が存在するためにスケールが付着するものと考えられている。
このスケールは軟水よりも硬水の方が多く発生することが知られており、水の加熱によってセラミックヒータの表面に析出する。セラミックヒータの表面へのスケールの付着が進行すると、析出したスケールがセラミックヒータから剥がれ落ちることで水路系での目詰まりを誘発する虞がある。
本開示の一側面は、流体加熱用のセラミックヒータにおいて、セラミックヒータの表面へのスケールの付着を抑制できるようにすることが望ましい。
本開示の一側面のセラミックヒータは、セラミック体と、コート層と、を備える。セラミック体は、発熱抵抗体を有する。コート層は、ガラスを主体とし、セラミック体の表面を被覆するように構成される。
コート層は、セラミック体の表面を平滑化する機能を有する。
具体的には、コート層の表面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）は、セラミック体の表面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）よりも小さくなるように構成される。
このようなセラミックヒータによれば、セラミック体の表面がガラスを主体とするコート層で被覆されることで、セラミックの表面に結晶粒レベルで存在する凹凸を埋めることでセラミック体の表面を平滑化することができる。ゆえに、セラミックヒータ表面へのスケールの付着を抑制することができる。
具体的には、コート層の表面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）は、セラミック体の表面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）よりも小さくなるように構成される。
このようなセラミックヒータによれば、セラミック体の表面がガラスを主体とするコート層で被覆されることで、セラミックの表面に結晶粒レベルで存在する凹凸を埋めることでセラミック体の表面を平滑化することができる。ゆえに、セラミックヒータ表面へのスケールの付着を抑制することができる。
また、本開示の一側面のセラミックヒータにおいて、コート層は、釉薬の成分を含むように構成されてもよい。
このようなセラミックヒータによれば、釉薬を塗布し焼成することによってコート層を生成できるので、コート層を生成する工程を簡素化することができる。
このようなセラミックヒータによれば、釉薬を塗布し焼成することによってコート層を生成できるので、コート層を生成する工程を簡素化することができる。
また、本開示の一側面のセラミックヒータにおいて、コート層は、該コート層の屈伏点が当該セラミックヒータ使用時の最高温度以上となるように構成されてもよい。
このようなセラミックヒータによれば、コート層の屈伏点がセラミックヒータ使用時の最高温度以上の温度であるため、セラミックヒータの使用時にコート層が軟化しにくくすることができる。
このようなセラミックヒータによれば、コート層の屈伏点がセラミックヒータ使用時の最高温度以上の温度であるため、セラミックヒータの使用時にコート層が軟化しにくくすることができる。
また、本開示の一側面のセラミックヒータは、挿通孔を有し、セラミック体を挿通孔に挿通した状態で接合材にてセラミック体と接合するように構成されたフランジ、をさらに備え、コート層は、該コート層の屈伏点が接合材の屈伏点又は融点以上の温度となるように構成されてもよい。
このようなセラミックヒータによれば、コート層の屈伏点が接合材の屈伏点又は融点以上の温度であるため、フランジをセラミック体に接合する際に、接合材に熱を加えたとしても、コート層が軟化しにくくすることができる。
また、本開示の一側面のセラミックヒータにおいて、コート層は、セラミック体よりも熱膨張率が小さくなるように構成されてもよい。
このようなセラミックヒータによれば、セラミックヒータの焼成後の冷却過程において、コート層はセラミック体の収縮による圧縮応力が与えられた状態となる。コート層に引張応力が加わりにくくすることができるので、コート層の熱衝撃に対する耐性を向上させることができる。
このようなセラミックヒータによれば、セラミックヒータの焼成後の冷却過程において、コート層はセラミック体の収縮による圧縮応力が与えられた状態となる。コート層に引張応力が加わりにくくすることができるので、コート層の熱衝撃に対する耐性を向上させることができる。
また、本開示の一側面のセラミックヒータにおいて、セラミック体は、セラミック製の支持体と、支持体の外周に巻き付けられ、発熱抵抗体を埋設して構成されたセラミックシートと、をさらに備えてもよい。
このようなセラミックヒータによれば、支持体にセラミックシートを巻き付けることでセラミック体を得ることができるので、セラミック体の広範囲をなるべく均一に発熱させる構成とすることができる。
また、本開示の一側面のセラミックヒータにおいて、コート層の厚さは、セラミックシートの厚さよりも薄くなるように構成されてもよい。
このようなセラミックヒータによれば、コート層の厚さは、セラミックシートの厚さよりも薄く構成されているので、発熱抵抗体から発生する熱をより効率的に流体に伝導させることができる。
このようなセラミックヒータによれば、コート層の厚さは、セラミックシートの厚さよりも薄く構成されているので、発熱抵抗体から発生する熱をより効率的に流体に伝導させることができる。
また、本開示の一側面のセラミックヒータにおいて、コート層は、セラミックシートのうちの発熱抵抗体が配置された領域の全体を覆うように構成されてもよい。
このようなセラミックヒータによれば、コート層がセラミックシートのうちの発熱抵抗体が配置された領域の全体を覆うので、発熱抵抗体の発熱によりセラミックシートが伸縮し、セラミックシートに剥がれようとする力が作用したとしても、コート層がセラミックシートを覆っているので、セラミックシートの剥離を抑制することができる。
このようなセラミックヒータによれば、コート層がセラミックシートのうちの発熱抵抗体が配置された領域の全体を覆うので、発熱抵抗体の発熱によりセラミックシートが伸縮し、セラミックシートに剥がれようとする力が作用したとしても、コート層がセラミックシートを覆っているので、セラミックシートの剥離を抑制することができる。
また、本開示の一側面のセラミックヒータにおいて、セラミックヒータの形状は、筒状または柱状となるように構成されてもよい。
このようなセラミックヒータによれば、セラミックヒータの形状が筒状または柱状であるので、簡素な形状でセラミック体の表面積を大きくすることができる。よって、発熱抵抗体から発生する熱をより効率的に流体に伝導させることができる。
このようなセラミックヒータによれば、セラミックヒータの形状が筒状または柱状であるので、簡素な形状でセラミック体の表面積を大きくすることができる。よって、発熱抵抗体から発生する熱をより効率的に流体に伝導させることができる。
また、本開示の一側面のセラミックヒータにおいて、セラミックヒータの形状は、筒状に構成され、コート層は、少なくともセラミック体の表面のうちの外周面を被覆するように構成されてもよい。
このようなセラミックヒータによれば、コート層が外周面を被覆するので、外周面へのスケールの付着を抑制することができる。発熱抵抗体がセラミック体の外周に沿って配置された場合、より高温となる外周面をコート層で被覆するので、スケールの付着を抑制する効果を得やすくすることができる。
また、本開示の一側面のセラミックヒータにおいて、コート層は、セラミック体の表面のうちの外周面および内周面を被覆するように構成されてもよい。
このようなセラミックヒータによれば、コート層が外周面および内周面を被覆するので、セラミック体の内側を通過する流体によってセラミック体の内周面に析出するスケールも抑制することができる。
このようなセラミックヒータによれば、コート層が外周面および内周面を被覆するので、セラミック体の内側を通過する流体によってセラミック体の内周面に析出するスケールも抑制することができる。
また、本開示の一側面のセラミックヒータにおいて、コート層は、無鉛物質から構成されてもよい。
このようなセラミックヒータによれば、コート層が無鉛物質からなるので、還元雰囲気中で鉛が存在することによる変色を抑制することができる。
このようなセラミックヒータによれば、コート層が無鉛物質からなるので、還元雰囲気中で鉛が存在することによる変色を抑制することができる。
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．実施形態］
［１−１．構成］
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、洗浄水を温めるために用いられるものである。
［１．実施形態］
［１−１．構成］
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、洗浄水を温めるために用いられるものである。
図１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に外嵌されるフランジ１５とを備えている。フランジ１５は、例えばアルミナ等のセラミックスによって形成されている。また、ヒータ本体１３とフランジ１５とは、ガラスロウ材２３にて接合されている。
図１、図２に示されるように、ヒータ本体１３は、円筒状をなすセラミック製の支持体１７と、支持体１７の外周に巻き付けられたセラミックシート１９とを備えて構成されている。支持体１７は、軸先方向にわたり貫通する貫通孔１７Ａ（図９，図１０参照）を備えた円筒形状に形成されている。本実施形態において、支持体１７及びセラミックシート１９は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックからなる。アルミナの熱膨張係数は、５０×１０−７／Ｋ〜９０×１０−７／Ｋの範囲内であり、本実施形態においては、７０×１０−７／Ｋ（３０℃〜３８０℃）となっている。
また、本実施形態では、支持体１７の外径が１２ｍｍ、内径が８ｍｍ、長さが６５ｍｍに設定され、セラミックシート１９の厚さが０．５ｍｍ、長さが６０ｍｍに設定されている。なお、セラミックシート１９は、支持体１７の外周を完全には覆っていない。このため、セラミックシート１９の巻き合わせ部２０には、支持体１７の軸線方向に沿って延びるスリット２１が形成されている。また、本実施形態において、支持体１７及びセラミックシート１９の表面のうち少なくとも一部は、釉薬層６１によって覆われている。
釉薬層６１は、ＳｉをＳｉＯ２換算にて６０〜７４重量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算にて１６〜３０重量％含有したガラスセラミックとして構成される。すなわち、釉薬層６１は、無鉛物質から構成される。なお、無鉛物質とは、鉛を含まない物質を表す。ただし、無鉛物質は、完全に鉛を含まない物質に限らず、還元雰囲気に晒されたときに、鉛を含むことによる変色が目視できない程度であれば、ごく微量の鉛が含まれる物質であってもよい。
また、釉薬層６１は、塗布された釉薬を焼成することによって形成される。本実施形態の釉薬層６１に用いる釉薬には、転移点８３０℃、屈伏点９００℃以上、融点１１２８℃のものが用いられる。
なお、転移点とは、熱膨張曲線の傾きが急激に変化する温度を示す。また、屈伏点とは、熱膨張測定においてガラスの軟化によりガラスの伸びが検出できなくなり、熱膨張曲線の屈曲点として現れる温度を示す。
また、釉薬層６１の熱膨張係数は、６０×１０−７／Ｋ（３０〜７００℃）のものを用いている。すなわち、釉薬層６１は、ヒータ本体１３の支持体１７よりも熱膨張率が小さくなるように構成されているとよい。
釉薬層６１は、自身の屈伏点が当該セラミックヒータ１１使用時の最高温度以上となるように材料が選択される。なお、釉薬層６１の屈伏点に応じてヒータ配線４１の仕様が決定されてもよい。ここで、セラミックヒータ１１使用時の最高温度とは、例えば、当該セラミックヒータ１１使用時の最大出力でヒータ配線４１を発熱させたときのヒータ配線４１の温度を意味する。
つまり、釉薬層６１がヒータ配線４１によって釉薬の屈伏点以上の温度にならないように釉薬やヒータ配線４１の出力等が設定される。
図２、図３に示されるように、セラミックシート１９には、蛇行したパターン形状のヒータ配線４１と、一対の内部端子４２とが内蔵されている。本実施形態において、ヒータ配線４１及び内部端子４２は、タングステン（Ｗ）を主成分として含んでいる。なお、各内部端子４２は、図示しないビア導体等を介して、図１に示すように、セラミックシート１９の外周面に形成された外部端子４３に電気的に接続されている。
図２、図３に示されるように、セラミックシート１９には、蛇行したパターン形状のヒータ配線４１と、一対の内部端子４２とが内蔵されている。本実施形態において、ヒータ配線４１及び内部端子４２は、タングステン（Ｗ）を主成分として含んでいる。なお、各内部端子４２は、図示しないビア導体等を介して、図１に示すように、セラミックシート１９の外周面に形成された外部端子４３に電気的に接続されている。
また、ヒータ配線４１は、支持体１７の軸線方向に沿って延びる複数の配線部４４と、隣接する配線部４４同士を接続する接続部４５とを備えている。セラミックシート１９を厚さ方向から見たときに両端部に位置する一対の配線部４４は、図２に示すセラミックシート１９の巻き合わせ部２０を挟んで互いに反対側に配置されており、第１端が内部端子４２に接続されるとともに、第２端が接続部４５を介して隣接する配線部４４の第２端に接続されている。
なお、第１端とは、図３では上端を示し、第２端とは、図３では下端を示す。また、セラミックシート１９を厚さ方向から見たときに上記した一対の配線部４４間に位置する配線部４４は、第１端が接続部４５を介して隣接する配線部４４の第１端に接続されるとともに、第２端が接続部４５を介して隣接する配線部４４の第２端に接続されている。
図２、図３に示されるように、本実施形態の配線部４４は、線幅Ｗ１が０．６０ｍｍ、厚さが１５μｍに設定されている。同様に、本実施形態の接続部４５も、線幅Ｗ２が０．６０ｍｍ、厚さが１５μｍに設定されている。すなわち、配線部４４の線幅Ｗ１は、接続部４５の線幅Ｗ２と同一になっている。また、配線部４４の厚さも接続部４５の厚さと同一であるため、配線部４４の断面積は、接続部４５の断面積と同一になっている。
なお、図２に示されるように、セラミックシート１９において、後にヒータ配線４１となる配線部４４の表面４６からセラミックシート１９の外周面４７までの厚さｔは、０．２ｍｍとなっている。また、巻き合わせ部２０において、配線部４４の端縁からセラミックシート１９の端面４８までの距離ｗは、０．７ｍｍである。ここで、「距離ｗ」とは、円筒状をなす支持体１７の周方向に沿った長さをいう。さらに、巻き合わせ部２０を挟んで互いに反対側に配置される一対の配線部４４間の距離Ｌは、２．４ｍｍである。ここで、「距離Ｌ」とは、一対の配線部４４の端縁同士をつなぐ直線の長さをいう。なお、巻き合わせ部２０に形成されたスリット２１の幅は、Ｌ−２ｗの式から導き出されるものであり、本実施形態では１ｍｍとなっている。
次に、図１０に示すように、釉薬層６１は、外面被覆層６１Ａと、内面被覆層６１Ｂと、を備えている。
外面被覆層６１Ａは、ヒータ本体１３（支持体１７，セラミックシート１９）の筒状外表面のうち少なくともヒータ配線４１の形成領域を被覆するように構成されている。内面被覆層６１Ｂは、ヒータ本体１３（支持体１７，セラミックシート１９）の筒状内表面（貫通孔１７Ａの内表面）のうち少なくともヒータ配線４１が配置された領域Ｈを被覆するように構成されている。
外面被覆層６１Ａは、ヒータ本体１３（支持体１７，セラミックシート１９）の筒状外表面のうち少なくともヒータ配線４１の形成領域を被覆するように構成されている。内面被覆層６１Ｂは、ヒータ本体１３（支持体１７，セラミックシート１９）の筒状内表面（貫通孔１７Ａの内表面）のうち少なくともヒータ配線４１が配置された領域Ｈを被覆するように構成されている。
また、外面被覆層６１Ａは、ヒータ本体１３（支持体１７，セラミックシート１９）のうちヒータ配線４１が配置された領域Ｈよりも先端側に位置する先端側領域Ｆの少なくとも一部を覆うように構成されている。さらに、外面被覆層６１Ａは、先端側領域Ｆにおける自身の厚さ寸法の最大値Ｔ２が、領域Ｈにおける自身の厚さ寸法の最大値Ｔ１よりも大きい構成である（Ｔ２＞Ｔ１）。
また、ヒータ本体１３は、領域Ｈよりも先端側の先端側領域Ｆにおいて、筒状外表面に段差部１９Ａを備えている。段差部１９Ａは、セラミックシート１９の先端部でもあり、ヒータ本体１３の筒状外表面のうち径方向寸法が変化する部位でもある。
そして、外面被覆層６１Ａは、ヒータ本体１３の筒状外表面のうち段差部１９Ａにおいて、自身の厚さ寸法が最大値Ｔ２となる構成である。
［１−２．製造方法］
次に、本実施形態のセラミックヒータ１１を製造する方法を説明する。
［１−２．製造方法］
次に、本実施形態のセラミックヒータ１１を製造する方法を説明する。
まず、アルミナを主成分とする粘土状のスラリーを従来周知の押出機（図示略）に投入し、筒状部材を成形する。そして、成形した筒状部材を乾燥させた後、所定の温度（例えば約１０００℃）に加熱する仮焼成を行うことにより、図４に示すような支持体１７を得る。
また、アルミナ粉末を主成分とするセラミック材料を用いて、セラミックシート１９となる第１，第２のセラミックグリーンシート５１，５２を形成する。なお、セラミックグリーンシートの形成方法としては、ドクターブレード法などの周知の成形法を用いることができる。
そして、従来周知のペースト印刷装置（図示略）を用いて、第１のセラミックグリーンシート５１の表面上に導電性ペーストを印刷する。本実施形態では、導電性ペーストとしてタングステンペーストを採用する。その結果、図５に示すように、第１のセラミックグリーンシート５１の表面上に、ヒータ配線４１及び内部端子４２となる未焼成電極５３が形成される。なお、未焼成電極５３の位置は、例えば、ヒータ配線４１の位置に対して焼成時の収縮分を加えた大きさとなるように調整される。
そして、導電性ペーストの乾燥後、第１のセラミックグリーンシート５１の印刷面、すなわち、未焼成電極５３の形成面上に、第２のセラミックグリーンシート５２を積層し、シート積層方向に押圧力を付与する。その結果、図６に示すように、各セラミックグリーンシート５１，５２が一体化され、グリーンシート積層体５４が形成される。
なお、第２のセラミックグリーンシート５２の厚さは、例えば、ヒータ配線４１の配線部４４のうち最も外側に配置された配線部４４からセラミックシート１９の外周面４７までの厚さｔに対して焼成時の収縮分を加えた大きさとなるように調整される。さらに、ペースト印刷装置を用いて、第２のセラミックグリーンシート５２の表面上に導電性ペーストを印刷する。その結果、第２のセラミックグリーンシート５２の表面上に、外部端子４３となる未焼成電極５５が形成される。
次に、図７に示すように、グリーンシート積層体５４の片側面にアルミナペースト等のセラミックペーストを塗布し、グリーンシート積層体５４を支持体１７の外周面１８に巻き付けて接着する。このとき、グリーンシート積層体５４の端部同士が重ならないようにグリーンシート積層体５４のサイズを調節する。
次に、未焼成電極５５よりも先端側の所定の領域に対して釉薬を塗布し、周知の手法に従って乾燥工程や脱脂工程などを行った後、グリーンシート積層体５４のアルミナ及びタングステンが焼結しうる所定の温度に加熱する同時焼成を行う。ここでの所定の温度には、例えば、１４００℃〜１６００℃程度の温度を採用できる。
その結果、セラミックグリーンシート５１，５２中のアルミナ、及び、導電性ペースト中のタングステンが同時焼結し、グリーンシート積層体５４がセラミックシート１９となり、未焼成電極５３がヒータ配線４１及び内部端子４２となり、未焼成電極５５が外部端子４３となる。また、外部端子４３よりも先端側の所定の領域において、釉薬層６１が形成される。
この際の釉薬の塗布に関しては、例えば、セラミックシート１９が焼結された支持体１７を支持体１７の先端側、すなわち、支持体１７において外部端子４３から遠い側の端部を鉛直方向の下側に向けて、支持体１７の先端側から規定の位置まで釉薬が溜められた槽に浸すことによって、釉薬を塗布する。
ただし、規定の位置とは、図１および図３に示すように、セラミックシート１９のうちのヒータ配線４１が配置された領域を領域Ｈとしたときに、この領域Ｈの全体を覆う位置であって、外部端子４３が覆われない位置を示す。図１では、ハッチングされた領域が釉薬層６１を形成した領域を示す。なお、領域Ｈは、ヒータ配線４１が折り返して配置される範囲内を示す。
この工程によって、釉薬は、ヒータ本体１３の表面のうちの外周面および内周面に塗布され、これを焼成することによって、釉薬層６１がヒータ本体１３の表面のうちの外周面および内周面を被覆することになる。
なお、釉薬層６１の厚さは、釉薬の粘度を調整することで任意に設定することができる。また、釉薬を塗布する手法は、刷毛で塗る手法や吹付け等、任意の手法を採用することができる。これらの手法を用いることで、釉薬層６１の厚さ寸法に関して、先端側領域Ｆにおける外面被覆層６１Ａの厚さ寸法の最大値Ｔ２が、領域Ｈにおける外面被覆層６１Ａの厚さ寸法の最大値Ｔ１よりも大きい構成となるように（Ｔ２＞Ｔ１）、釉薬の塗布状態を調整する。本実施形態では、ヒータ本体１３の筒状外表面のうち段差部１９Ａにおいて、外面被覆層６１Ａの厚さ寸法が最大値Ｔ２となるように、釉薬の塗布状態を調整する。また、本実施形態では、ヒータ本体１３のうち支持体１７の先端面１７Ｂには釉薬層６１が形成されないように、先端面１７Ｂに塗布された釉薬を焼成前に除去する工程を実施する。なお、釉薬層６１の厚さ（詳細には、外面被覆層６１Ａおよび内面被覆層６１Ｂのそれぞれの最大厚さ寸法）は、グリーンシート積層体５４の厚さよりも薄くなるように塗布時に調整される。
その後、外部端子４３にニッケルめっきを施し、ヒータ本体１３とする。なお、釉薬層６１は焼結後のヒータ本体１３に対し、釉薬を塗布しこれを焼き付けることで形成してもよい。
次に、アルミナ性のフランジ１５を、ヒータ本体１３の所定の取付位置に外嵌する。すなわち、フランジ１５は、図１および図８に示すように、中央に挿通孔１５Ａを有する円筒状に形成されており、図１および図９に示すように、挿通孔１５Ａにヒータ本体１３を挿通した状態で保持される。
この際、図１に示すように、ガラスロウ材２３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。ここで、ガラスロウ材２３には、例えば、日本電気硝子製のＢＨ−Ｗ等の材料を用いることができる。この材料を用いる場合、ガラスロウ材２３は、転移点４７０℃、屈伏点５５０℃となる。
すなわち、釉薬およびガラスロウ材２３は、釉薬層６１の屈伏点がガラスロウ材２３の屈伏点以上の温度となるように設定される。
［１−３．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。
［１−３．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。
まず、測定用サンプルを次のように準備した。ヒータ配線の表面からセラミックシートの外周面までの厚さｔが０．１８ｍｍ、ヒータ配線の端縁からセラミックシートの端面までの距離ｗが０．６ｍｍ、巻き合わせ部を挟んで互いに反対側に配置される一対の配線部間の距離Ｌが１．４ｍｍ、巻き合わせ部に形成されたスリットの幅（＝Ｌ−２ｗ）が０．２ｍｍとなるセラミックヒータを準備し、これに釉薬層を形成しサンプルＡとした。なお、厚さｔ、距離ｗ、距離Ｌについては図２にて示す定義に従う。
また、比較例として、釉薬層６１を備えないセラミックヒータを準備し、これをサンプルＢとした。なお、サンプルＡ，Ｂの違いは、釉薬層の有無のみであり、その他の構成は同一である。
また、サンプルＡ，Ｂの断面ＳＥＭ画像を撮像し、得られた断面ＳＥＭ画像から釉薬層、及び、セラミックシート表面の算術平均粗さ（Ｒａ）、及び、積層方向の厚さを同定した。このとき、サンプルＡの表面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）は、サンプルＢの表面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）よりも小さかった。これより、釉薬層の算術平均表面粗さ（Ｒａ）は、セラミックシート表面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）よりも小さいということが云える。また、釉薬層６１の厚さは、セラミックシートの厚さよりも薄かった。
また、サンプルＡ，Ｂの断面ＳＥＭ画像を撮像し、得られた断面ＳＥＭ画像から釉薬層、及び、セラミックシート表面の算術平均粗さ（Ｒａ）、及び、積層方向の厚さを同定した。このとき、サンプルＡの表面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）は、サンプルＢの表面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）よりも小さかった。これより、釉薬層の算術平均表面粗さ（Ｒａ）は、セラミックシート表面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）よりも小さいということが云える。また、釉薬層６１の厚さは、セラミックシートの厚さよりも薄かった。
サンプルＡ，Ｂを同条件にて水道水中にて水道水を流動させつつヒータを作動させたところ、サンプルＢに付着するスケールの量に対して、サンプルＡに付着するスケールの量が減少するという結果が得られた。
［１−４．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）セラミックヒータ１１は、ヒータ本体１３と、釉薬層６１と、を備える。ヒータ本体１３は、ヒータ配線４１を有する。釉薬層６１は、ガラスを主体とし、ヒータ本体１３の表面を被覆するように構成される。釉薬層６１は、ヒータ本体１３の表面を平滑化する機能を有する。具体的には、釉薬層６１の表面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）は、ヒータ本体１３の表面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）よりも小さくなるように構成される。
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）セラミックヒータ１１は、ヒータ本体１３と、釉薬層６１と、を備える。ヒータ本体１３は、ヒータ配線４１を有する。釉薬層６１は、ガラスを主体とし、ヒータ本体１３の表面を被覆するように構成される。釉薬層６１は、ヒータ本体１３の表面を平滑化する機能を有する。具体的には、釉薬層６１の表面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）は、ヒータ本体１３の表面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）よりも小さくなるように構成される。
このようなセラミックヒータ１１によれば、ヒータ本体１３の表面がガラスを主体とする釉薬層６１で被覆されることで、セラミックの表面に結晶粒レベルで存在する凹凸を埋めることでヒータ本体１３の表面を平滑化することができる。ゆえに、セラミックヒータ１１表面へのスケールの付着を抑制することができる。
（１ｂ）セラミックヒータ１１において、釉薬層６１は、釉薬の成分を含むように構成される。
このようなセラミックヒータ１１によれば、釉薬を塗布し焼成することによって釉薬層６１を生成できるので、釉薬層６１を生成する工程を簡素化することができる。
このようなセラミックヒータ１１によれば、釉薬を塗布し焼成することによって釉薬層６１を生成できるので、釉薬層６１を生成する工程を簡素化することができる。
（１ｃ）セラミックヒータ１１において、釉薬層６１は、該釉薬層６１の屈伏点が当該セラミックヒータ１１使用時の最高温度以上となるように構成される。
このようなセラミックヒータ１１によれば、釉薬層６１の屈伏点がセラミックヒータ１１使用時の最高温度以上の温度であるため、セラミックヒータ１１の使用時に釉薬層６１が軟化しにくくすることができる。
このようなセラミックヒータ１１によれば、釉薬層６１の屈伏点がセラミックヒータ１１使用時の最高温度以上の温度であるため、セラミックヒータ１１の使用時に釉薬層６１が軟化しにくくすることができる。
（１ｄ）セラミックヒータ１１は、挿通孔１５Ａを有し、ヒータ本体１３を挿通孔１５Ａに挿通した状態でガラスロウ材２３にてヒータ本体１３と接合するように構成されたフランジ１５、をさらに備え、釉薬層６１は、該釉薬層６１の屈伏点がガラスロウ材２３の屈伏点以上の温度となるように構成される。
このようなセラミックヒータ１１によれば、釉薬層６１の屈伏点がガラスロウ材２３の屈伏点以上の温度であるため、フランジ１５をヒータ本体１３に接合する際に、ガラスロウ材２３に熱を加えたとしても、釉薬層６１が軟化しにくくすることができる。
（１ｅ）セラミックヒータ１１において、釉薬層６１は、ヒータ本体１３よりも熱膨張率が小さくなるように構成される。
このようなセラミックヒータ１１によれば、セラミックヒータ１１の焼成後の冷却過程において、釉薬層６１はヒータ本体１３の収縮による圧縮応力が与えられた状態となる。釉薬層６１に引張応力が加わりにくくすることができるので、釉薬層６１の熱衝撃に対する耐性を向上させることができる。
このようなセラミックヒータ１１によれば、セラミックヒータ１１の焼成後の冷却過程において、釉薬層６１はヒータ本体１３の収縮による圧縮応力が与えられた状態となる。釉薬層６１に引張応力が加わりにくくすることができるので、釉薬層６１の熱衝撃に対する耐性を向上させることができる。
（１ｆ）セラミックヒータ１１において、ヒータ本体１３は、セラミック製の支持体１７と、支持体１７の外周に巻き付けられ、ヒータ配線４１を埋設して構成されたセラミックシート１９と、をさらに備える。
このようなセラミックヒータ１１によれば、支持体１７にセラミックシート１９を巻き付けることでヒータ本体１３を得ることができるので、ヒータ本体１３の広範囲をなるべく均一に発熱させる構成とすることができる。
（１ｇ）セラミックヒータ１１において、釉薬層６１の厚さは、セラミックシート１９の厚さよりも薄くなるように構成される。
このようなセラミックヒータ１１によれば、釉薬層６１の厚さは、セラミックシート１９の厚さよりも薄く構成されているので、ヒータ配線４１から発生する熱をより効率的に流体に伝導させることができる。
このようなセラミックヒータ１１によれば、釉薬層６１の厚さは、セラミックシート１９の厚さよりも薄く構成されているので、ヒータ配線４１から発生する熱をより効率的に流体に伝導させることができる。
（１ｈ）セラミックヒータ１１において、釉薬層６１は、セラミックシート１９のうちのヒータ配線４１が配置された領域の全体を覆うように構成される。
このようなセラミックヒータ１１によれば、釉薬層６１がセラミックシート１９のうちのヒータ配線４１が配置された領域の全体を覆うので、ヒータ配線４１の発熱によりセラミックシート１９が伸縮し、セラミックシート１９に剥がれようとする力が作用したとしても、釉薬層６１がセラミックシート１９を覆っているので、セラミックシート１９の剥離を抑制することができる。
このようなセラミックヒータ１１によれば、釉薬層６１がセラミックシート１９のうちのヒータ配線４１が配置された領域の全体を覆うので、ヒータ配線４１の発熱によりセラミックシート１９が伸縮し、セラミックシート１９に剥がれようとする力が作用したとしても、釉薬層６１がセラミックシート１９を覆っているので、セラミックシート１９の剥離を抑制することができる。
（１ｉ）セラミックヒータ１１において、セラミックヒータ１１の形状は、筒状または柱状となるように構成される。
このようなセラミックヒータ１１によれば、セラミックヒータ１１の形状が筒状または柱状であるので、簡素な形状でヒータ本体１３の表面積を大きくすることができる。よって、ヒータ配線４１から発生する熱をより効率的に流体に伝導させることができる。
このようなセラミックヒータ１１によれば、セラミックヒータ１１の形状が筒状または柱状であるので、簡素な形状でヒータ本体１３の表面積を大きくすることができる。よって、ヒータ配線４１から発生する熱をより効率的に流体に伝導させることができる。
（１ｊ）セラミックヒータ１１において、セラミックヒータ１１の形状は、筒状に構成され、釉薬層６１は、少なくともヒータ本体１３の表面のうちの外周面を被覆するように構成される。
このようなセラミックヒータ１１によれば、釉薬層６１が外周面を被覆するので、外周面へのスケールの付着を抑制することができる。ヒータ配線４１がヒータ本体１３の外周に沿って配置された場合、より高温となる外周面を釉薬層６１で被覆するので、スケールの付着を抑制する効果を得やすくすることができる。
（１ｋ）セラミックヒータ１１において、釉薬層６１は、ヒータ本体１３の表面のうちの外周面および内周面を被覆するように構成されてもよい。
このようなセラミックヒータ１１によれば、釉薬層６１が外周面および内周面を被覆するので、ヒータ本体１３の内側を通過する流体によってヒータ本体１３の内周面に析出するスケールも抑制することができる。
このようなセラミックヒータ１１によれば、釉薬層６１が外周面および内周面を被覆するので、ヒータ本体１３の内側を通過する流体によってヒータ本体１３の内周面に析出するスケールも抑制することができる。
（１ｌ）セラミックヒータ１１において、釉薬層６１は、無鉛物質から構成される。
このようなセラミックヒータ１１によれば、釉薬層６１が無鉛物質からなるので、還元雰囲気中で鉛が存在することによる変色を抑制することができる。
このようなセラミックヒータ１１によれば、釉薬層６１が無鉛物質からなるので、還元雰囲気中で鉛が存在することによる変色を抑制することができる。
［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
（２ａ）上記実施形態では、セラミックヒータ１１の支持体１７が筒状をなしていたが、これに限定されるものではない。例えば、支持体１７は、棒状や板状をなしていてもよい。すなわち、セラミックヒータ１１は、例えば、電気温水器、２４時間風呂、等、温水洗浄便座とは別のものに用いられてもよい。
（２ｂ）上記実施形態では、セラミックヒータ１１は、一対の内部端子４２間に印加される電圧の種別については規定していないが、交流電圧が印可されてもよいし、直流電圧が印可されてもよい。
（２ｃ）上記実施形態では、セラミックヒータ１１は、釉薬層６１を形成したが、これに限定されるものではない。例えば、ガラスを主体とし、鉄等の金属を微量混合したコート層であってもよい。
（２ｄ）上記実施形態では、セラミックヒータ１１使用時の最高温度について、当該セラミックヒータ１１使用時にヒータ配線４１を発熱させたときのヒータ配線４１の最高温度と規定したが、ヒータ配線４１の最高温度は釉薬層６１の屈伏点の温度を超えたとしても、コート層６１の温度が釉薬層６１の屈伏点以下になればよい。つまり、セラミックヒータ１１使用時の最高温度とは、釉薬層６１の最高温度であってもよい。
（２ｅ）上記実施形態では、釉薬層６１の屈伏点がガラスロウ材２３の屈伏点やセラミックヒータ１１使用時の最高温度以上の温度となるよう設定したが、これに限定されるものではない。例えば、ヒータ本体１３の外周面にメタライズ層を形成し、当該メタライズ層上に金属ロウ材を用いて金属製フランジを接合する態様においては、釉薬層６１の屈伏点が金属ロウ材の融点以上となるように設定してもよい。この態様においては、金属ロウ材が酸化しないように還元雰囲気で実施されるため、鉛を含有する釉薬では変色が生じ得るが、本実施例で用いた釉薬層６１は無鉛物質からなるので、還元雰囲気中で鉛が存在することによる変色を抑制することができる。また、釉薬層６１の転移点がガラスロウ材２３の転移点やセラミックヒータ１１使用時の最高温度以上の温度としてもよいし、釉薬層６１の軟化点がガラスロウ材２３の軟化点やセラミックヒータ１１使用時の最高温度以上の温度としてもよい。
（２ｆ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
（２ｇ）上述したセラミックヒータ１１の他、当該セラミックヒータ１１を構成要素とするシステムなど、種々の形態で本開示を実現することもできる。
［３．文言の対応関係］
ヒータ配線４１は発熱抵抗体の一例に相当し、ヒータ本体１３はセラミック体の一例に相当する。また、釉薬層６１はコート層の一例に相当し、ガラスロウ材２３は接合材の一例に相当する。
［３．文言の対応関係］
ヒータ配線４１は発熱抵抗体の一例に相当し、ヒータ本体１３はセラミック体の一例に相当する。また、釉薬層６１はコート層の一例に相当し、ガラスロウ材２３は接合材の一例に相当する。
１１…セラミックヒータ、１３…ヒータ本体、１５…フランジ、１５Ａ…挿通孔、１７…支持体、１７Ａ…貫通孔、１７Ｂ…先端面、１８…外周面、１９…セラミックシート、１９Ａ…段差部、２０…巻き合わせ部、２１…スリット、２３…ガラスロウ材、４１…ヒータ配線、６１…釉薬層、６１Ａ…外面被覆層、６１Ｂ…内面被覆層。
Claims (8)
- 流体加熱用のセラミックヒータであって、
発熱抵抗体を有するセラミック体と、
ガラスを主体とし、前記セラミック体の表面を被覆するように構成されたコート層と、を備え、
前記セラミック体は、セラミック製の支持体と、前記支持体の外周に巻き付けられ、前記発熱抵抗体を埋設して構成されたセラミックシートと、をさらに備え、
前記コート層は、前記セラミック体の表面を平滑化する機能を有し、
前記コート層の厚さは、前記セラミックシートの厚さよりも薄くなるように構成され、
前記コート層は、前記セラミック体よりも熱膨張率が小さくなるように構成され、
前記コート層は、前記セラミックシートのうちの前記発熱抵抗体が配置された領域の全体及び前記発熱抵抗体の先端から前記セラミックシートの先端までの領域を覆うように構成され、
前記セラミックヒータの形状は、筒状に構成され、
前記コート層は、少なくとも前記セラミック体の表面のうちの外周面を被覆するように構成され、
前記発熱抵抗体が配置された領域における前記コート層の最大厚さＴ１と、前記発熱抵抗体の先端から前記セラミックシートの先端までの領域における前記コート層の最大厚さＴ２とを比較したとき、Ｔ２＞Ｔ１であるセラミックヒータ。 - 請求項１に記載のセラミックヒータであって、
前記コート層の表面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）は、前記セラミック体の表面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）よりも小さくなるように構成されたセラミックヒータ。 - 請求項１又は請求項２に記載のセラミックヒータであって、
前記コート層は、釉薬の成分を含むように構成されたセラミックヒータ。 - 請求項３に記載のセラミックヒータであって、
前記釉薬は、該釉薬の屈服点が当該セラミックヒータ使用時の最高温度以上となるように構成されたセラミックヒータ。 - 請求項３または請求項４に記載のセラミックヒータであって、
挿通孔を有し、前記セラミック体を前記挿通孔に挿通した状態で接合材にて前記セラミック体と接合するように構成されたフランジをさらに備え、
前記釉薬は、該釉薬の屈服点が前記接合材の屈服点または融点以上の温度となるように構成されたセラミックヒータ。 - 請求項１〜５の何れか１項に記載のセラミックヒータであって、
前記セラミックヒータの形状は、筒状または柱状となるように構成されたセラミックヒータ。 - 請求項１〜６の何れか１項に記載のセラミックヒータであって、
前記コート層は、前記セラミック体の表面のうちの外周面および内周面を被覆するように構成されたセラミックヒータ。 - 請求項１〜７の何れか１項に記載のセラミックヒータであって、
前記コート層は無鉛物質からなるように構成されたセラミックヒータ。
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