JP6811177B2 - セラミックヒータ - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本国際出願は、2016年3月16日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第2016−051823号に基づく優先権と、2016年3月16日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第2016−051824号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第2016−051823号の全内容と日本国特許出願第2016−051824号の全内容を本国際出願に援用する。
本開示は、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、はんだごて、ヘアアイロンなどに用いられるセラミックヒータに係り、特には、支持体の外周にヒータ配線を有するセラミックシートを巻き付け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温めるために、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知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許第3038039号公報
ところで、温水洗浄便座用のセラミックヒータは、常時水中にあるため、乾燥状態で通電、加熱されることは殆どない。一方、断水時や配管の故障時には、乾燥状態で通電、加熱される可能性がある。しかしながら、一般的なヒータ配線の断面積(例えば、線幅、厚さ)は均一であるため、乾燥状態で加熱されると、セラミックシートの巻き合わせ部においてヒータ配線が局部的に発熱してしまい、発熱したヒータ配線付近のセラミックシート中に存在するガラス成分が溶融するおそれがある。この場合、電子が動きやすくなるため、巻き合わせ部を挟んで互いに反対側に位置する一対のヒータ配線間に部分放電が発生し、絶縁破壊に至る可能性がある。しかも、部分放電の際に発生するスパークにより、セラミックシート中に存在するセラミック成分も溶融するため、セラミックヒータが破損する可能性がある。
本開示の一局面においては、ヒータ配線に生じる絶縁破壊を抑制することにより、信頼性を向上させることが可能なセラミックヒータを提供することが望ましい。
参考発明の一局面は、セラミック製の支持体と、支持体の外周に巻き付けられ、ヒータ配線を有するセラミックシートと、を備えるセラミックヒータであって、ヒータ配線は、複数の配線部と、接続部とを備え、複数の配線部は、一対の外側配線部と、内側配線部とを備え、外側配線部の断面積が内側配線部の断面積よりも大きい構成である。
複数の配線部は、支持体の軸線方向に沿って延びるように構成されている。接続部は、隣接する配線部同士を接続するように構成されている。一対の外側配線部は、セラミックシートの巻き合わせ部を挟んで互いに反対側に配置される。内側配線部は、セラミックシートにおいて一対の外側配線部の間に配置される。
このセラミックヒータにおいては、セラミックシートの巻き合わせ部を挟んで互いに反対側に位置する一対の外側配線部の断面積を、セラミックシートにおいて一対の外側配線部の間に配置される内側配線部の断面積よりも大きくすることにより、外側配線部の電気抵抗が内側配線部の電気抵抗よりも小さくなる。このため、外側配線部が位置する巻き合わせ部において、ヒータ配線の局部発熱を抑えることが可能となる。その結果、外側配線部付近のセラミックシート中に存在するガラス成分の溶融が抑制されるため、一対の外側配線部間での絶縁破壊を抑制できるとともに、セラミックヒータの破損を抑制することができる。ゆえに、セラミックヒータの信頼性を向上させることができる。
外側配線部の断面積が内側配線部の断面積よりも大きい構成としては、例えば、外側配線部の線幅が内側配線部の線幅よりも太い構成が挙げられる。つまり、一対の外側配線部の線幅を内側配線部の線幅よりも太くすることにより、外側配線部の電気抵抗が内側配線部の電気抵抗よりも小さくなるため、ヒータ配線の局部発熱を抑えることが可能となる。
なお、外側配線部の線幅は、内側配線部の線幅の1.07倍よりも大きく、かつ2.4倍未満に設定されてもよい。外側配線部の線幅が内側配線部の線幅の1.07倍よりも大きく設定されることで、外側配線部が局部的に発熱するのを抑制することや、巻き合わせ部を挟んで互いに反対側に位置する一対の外側配線部間に絶縁破壊が起きるのを抑制することができる。一方、外側配線部の線幅が内側配線部の線幅の2.4倍未満に設定されることで、外側配線部が局部的に低温となることを抑制でき、均熱性が低下することを抑制できる。
外側配線部の断面積が内側配線部の断面積よりも大きい構成としては、例えば、外側配線部の厚さが内側配線部の厚さよりも厚い構成が挙げられる。つまり、一対の外側配線部の厚さを内側配線部の厚さよりも厚くすることにより、外側配線部の電気抵抗が内側配線部の電気抵抗よりも小さくなる。
なお、外側配線部の厚さは、内側配線部の厚さの1.25倍よりも大きく、かつ2.4倍未満に設定されてもよい。外側配線部の厚さが内側配線部の厚さの1.25倍よりも大きく設定されることで、外側配線部が局部的に発熱するのを抑制することや、巻き合わせ部を挟んで互いに反対側に位置する一対の外側配線部間に絶縁破壊が起きるのを抑制することができる。一方、外側配線部の厚さが内側配線部の厚さの2.4倍未満に設定されることで、外側配線部が局部的に低温となることを抑制でき、均熱性が低下することを抑制できる。
本開示の局面は、セラミック製の支持体と、支持体の外周に巻き付けられ、ヒータ配線を有するセラミックシートと、を備えるセラミックヒータであって、ヒータ配線は、複数の配線部と、接続部とを備え、複数の配線部は、一対の外側配線部と、内側配線部とを備え、外側配線部の中央部の断面積が内側配線部の断面積よりも大きい構成である。
複数の配線部は、支持体の軸線方向に沿って延びるように構成されている。接続部は、隣接する配線部同士を接続するように構成されている。一対の外側配線部は、セラミックシートの巻き合わせ部を挟んで互いに反対側に配置される。内側配線部は、セラミックシートにおいて一対の外側配線部の間に配置される。
このセラミックヒータにおいては、セラミックシートの巻き合わせ部を挟んで互いに反対側に位置する一対の外側配線部の中央部の断面積を、セラミックシートにおいて一対の外側配線部の間に配置される内側配線部の断面積よりも大きくすることにより、外側配線部の中央部の電気抵抗が内側配線部の電気抵抗よりも小さくなる。このため、外側配線部が位置する巻き合わせ部において、ヒータ配線の局部発熱を抑えることが可能となる。その結果、外側配線部の中央部付近のセラミックシート中に存在するガラス成分の溶融が抑制されるため、一対の外側配線部間での絶縁破壊を抑制できるとともに、セラミックヒータの破損を抑制することができる。ゆえに、セラミックヒータの信頼性を向上させることができる。
外側配線部の中央部の断面積が内側配線部の断面積よりも大きい構成としては、例えば、外側配線部の中央部の線幅が内側配線部の線幅よりも太い構成が挙げられる。つまり、一対の外側配線部の中央部の線幅を内側配線部の線幅よりも太くすることにより、外側配線部の中央部の電気抵抗が内側配線部の電気抵抗よりも小さくなるため、ヒータ配線の局部発熱を抑えることが可能となる。
なお、中央部の線幅は、内側配線部の線幅の1.07倍よりも大きく、かつ2.0倍以下に設定されてもよい。中央部の線幅が内側配線部の線幅の1.07倍よりも大きく設定されることで、外側配線部が局部的に発熱するのを抑制することや、巻き合わせ部を挟んで互いに反対側に位置する一対の外側配線部間に絶縁破壊が起きるのを抑制することができる。一方、中央部の線幅が内側配線部の線幅の2.0倍以下に設定されることで、外側配線部が局部的に低温となることを抑制でき、均熱性が低下することを抑制できる。
上記セラミックヒータは、セラミック製の支持体と、支持体の外周に巻き付けられたセラミックシートとを備える。支持体及びセラミックシート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、窒化珪素、窒化ホウ素、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。特に、支持体及びセラミックシートは、アルミナを備えてもよい。このようにすれば、耐熱性、耐薬品性、強度に優れたセラミックヒータを低コストで製造することができる。また、セラミックシートは、例えば、タングステン、モリブデン、タンタル等を用いて構成される発熱体(ヒータ配線)を有している。なお、ヒータ配線は、タングステン及びモリブデンの少なくとも一種を主成分として含んでもよい。このようにすれば、ヒータ配線をセラミックシートに対して確実に密着させることができるため、セラミックヒータの信頼性がよりいっそう向上する。
参考例1におけるセラミックヒータの正面図。 参考例1におけるセラミックヒータを示す平面図。 図1のIII−III線断面図。 参考例1におけるセラミックシートを展開して示す説明図。 図5A、図5B、図5C、図5Dは、参考例1におけるセラミックヒータの製造方法を示す説明図。 第2実施形態において、セラミックシートを展開して示す説明図。 参考例2におけるセラミックヒータの正面図。 参考例2におけるセラミックヒータを示す平面図。 図7のIX−IX線断面図。 参考例2におけるセラミックシートを展開して示す説明図。 図11A、図11B、図11C、図11Dは、参考例2におけるセラミックヒータの製造方法を示す説明図。 第4実施形態において、支持体及びセラミックシートを示す要部断面図。 第4実施形態において、セラミックシートを展開して示す説明図。
11…セラミックヒータ、17…支持体、19,61…セラミックシート、20…巻き合わせ部、41,62…ヒータ配線、44…配線部、45,67…接続部、46,63…外側配線部、47,66…内側配線部、64…外側配線部の中央部、W1…外側配線部の線幅、W2,W6…内側配線部の線幅、W4…中央部の線幅、111…セラミックヒータ、117…支持体、119,161…セラミックシート、120,168…巻き合わせ部、141,162…ヒータ配線、144…配線部、145,167…接続部、146,163…外側配線部、147,166…内側配線部、164…外側配線部の中央部、T1…外側配線部の厚さ、T2,T4…内側配線部の厚さ、T3…中央部の厚さ。
参考例1
以下、本開示の参考例1のセラミックヒータ及びその製造方法を図面に基づいて説明する。
参考例1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,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。フランジ15は、例えばステンレス等の金属板を曲げることによって形成された円環状の部材であり、中央部分が凹状(カップ形状)をなしている。
参考例1では、図2に示されるように、フランジ15の凹状部分のうち、ヒータ本体13の外周面14とフランジ15の内面とで囲まれた空間がガラス溜り部35となっている。ガラス溜り部35には、ガラス33が充填されており、そのガラス33を介してヒータ本体13とフランジ15とが溶着固定されている。なお、図2では、ガラス33の部分をハッチングで示している。
図1〜図3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とにより構成されている。参考例1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)等のセラミックを用いて構成される。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、参考例1においては、70×10−7/K(30℃〜380℃)となっている。また、参考例1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とともに支持体17の外周面を露出させるスリット21が形成されている。参考例1のスリット21は、幅が1mm、深さが0.5mmに設定されている。
図3,図4に示されるように、セラミックシート19の内部には、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とが形成されている。参考例1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、セラミックシート19の外周面に形成された外部端子43(図1参照)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。複数の配線部44は、一対の外側配線部46と、複数の内側配線部47とを備えている。一対の外側配線部46は、セラミックシート19の巻き合わせ部20(図3参照)を挟んで互いに反対側に配置されている。外側配線部46の第1端(図4では上端)は内部端子42に接続され、外側配線部46の第2端(図4では下端)は接続部45を介して内側配線部47に接続されている。なお、各内部端子42は、セラミックシート19を厚さ方向から見たときに一対の外側配線部46の間に配置されている。
図3,図4に示されるように、各内側配線部47は、セラミックシート19において一対の外側配線部46の間に配置されている。内側配線部47の第1端(図4では上端)は、接続部45を介して隣接する内側配線部47の第1端に接続されている。さらに、内側配線部47の第2端(図4では下端)は、接続部45を介して、隣接する内側配線部47の第2端、または、隣接する外側配線部46の第2端に接続されている。
なお、参考例1の外側配線部46は、線幅W1が0.66mm、厚さが15μmに設定されている。また、参考例1の内側配線部47は、線幅W2が0.60mm、厚さが15μmに設定されている。同様に、参考例1の接続部45も、線幅W3が0.60mm、厚さが15μmに設定されている。即ち、外側配線部46の線幅W1は、内側配線部47の線幅W2及び接続部45の線幅W3よりも太くなっている。具体的に言うと、外側配線部46の線幅W1は、内側配線部47の線幅W2及び接続部45の線幅W3の1.1倍に設定されている。また、内側配線部47の線幅W2は、接続部45の線幅W3と同一になっている。なお、外側配線部46の厚さは、内側配線部47の厚さ及び接続部45の厚さと同一であるため、外側配線部46の断面積は、内側配線部47の断面積及び接続部45の断面積よりも大きくなっている。
次に、参考例1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、支持体17(図5A参照)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(参考例1では、タングステンペースト)を印刷する。その結果、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(図5B参照)。なお、未焼成電極53の線幅は、例えば、ヒータ配線41の線幅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(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、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(図5C参照)。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、グリーンシート積層体54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、グリーンシート積層体54を支持体17の外周面に巻き付けて接着する(図5D参照)。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、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(セラミックグリーンシート51,52及び未焼成電極53,55)のアルミナ及びタングステンが焼結しうる所定の温度(例えば、1400℃〜1600℃程度)に加熱する同時焼成を行う。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。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。
次に、ステンレスを用いて構成され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を形成する。そして、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。その後、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、参考例1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。外側配線部の線幅が0.60mm、内側配線部の線幅が0.60mm、内側配線部の線幅に対する外側配線部の線幅の比の値が1.0となるセラミックシートを備えたセラミックヒータ、換言すると、外側配線部の線幅が内側配線部の線幅と等しいセラミックヒータを準備し、これをサンプル1Aとした。また、外側配線部の線幅が0.64mm、内側配線部の線幅が0.60mm、比の値が1.07となるセラミックヒータを準備し、これをサンプル1Bとした。さらに、外側配線部の線幅が0.60mm、内側配線部の線幅が0.55mm、比の値が1.09となるセラミックヒータを準備し、これをサンプル1Cとした。また、外側配線部の線幅が0.66mm、内側配線部の線幅が0.60mm、比の値が1.1となるセラミックヒータ、即ち、参考例1のセラミックヒータ11と同じセラミックヒータを準備し、これをサンプル1Dとした。また、外側配線部の線幅が0.69mm、内側配線部の線幅が0.60mm、比の値が1.15となるセラミックヒータを準備し、これをサンプル1Eとした。また、外側配線部の線幅が1.20mm、内側配線部の線幅が0.60mm、比の値が2.0となるセラミックヒータを準備し、これをサンプル1Fとした。また、外側配線部の線幅が1.44mm、内側配線部の線幅が0.60mm、比の値が2.4となるセラミックヒータを準備し、これをサンプル1Gとした。なお、サンプル1A〜1Gは、それぞれ5個ずつ準備した。
次に、各測定用サンプル(サンプル1A〜1G)のセラミックシートが備える一対の内部端子(ヒータ配線)に対してニクロム線をはんだ付けし、各測定用サンプルを乾燥状態にして基台に設置した。そして、一対の内部端子間に電圧(交流240V)を6分間印加し、セラミックシートの表面温度をサーモカメラで計測した。また、外側配線部での局部発熱や一対の外側配線部間での絶縁破壊が生じたか否かを観察し、絶縁破壊が生じた場合には、その発生時間を計測、記録した。以上の結果を表1に示す。
Figure 0006811177
その結果、サンプル1Aでは、5個全てのサンプルにおいて、局部発熱が生じるとともに、1分50秒後にスパークが発生して絶縁破壊が生じたことが確認された。また、サンプル1Bでは、5個全てのサンプルにおいて局部発熱が生じるとともに、5個中2個のサンプルにおいて絶縁破壊が生じたことが確認された。一方、サンプル1C〜1Gでは、5個全てのサンプルを6分間ずつ観察したが、局部発熱や絶縁破壊の発生は確認されなかった。しかしながら、サンプル1Gでは、セラミックシートの巻き合わせ部が低温になり、均熱性が低下することが確認された。
以上のことから、巻き合わせ部を挟んで互いに反対側に位置する一対の外側配線部の線幅を、一対の外側配線部の間に配置される内側配線部の線幅の1.09倍以上2.0倍以下に設定すれば、局部発熱及び絶縁破壊が発生しにくくなり、均熱性も低下しにくくなることが証明された。
従って、参考例1によれば以下の効果を得ることができる。
(1)参考例1のセラミックヒータ11では、外側配線部46の線幅W1を、内側配線部47の線幅W2よりも太くすることにより、外側配線部46の電気抵抗が内側配線部47の電気抵抗よりも小さくなる。このため、外側配線部46が位置する巻き合わせ部20において、ヒータ配線41の局部発熱を抑えることが可能となる。その結果、外側配線部46付近のセラミックシート19中に存在するガラス成分の溶融が抑制されるため、一対の外側配線部46間での絶縁破壊を抑制できるとともに、セラミックヒータ11の破損を抑制することができる。ゆえに、セラミックヒータ11の信頼性を向上させることができる。
(2)参考例1では、セラミックシート19に形成された一対の内部端子42が、同じくセラミックシート19に形成された一対の外側配線部46よりも内側に配置されている(図4参照)。このため、セラミックシート19を支持体17の外周に巻き付けると、両内部端子42は、支持体17の径方向において互いに反対側に位置するようになる。その結果、両内部端子42間の距離が大きくなるため、両内部端子42間での放電の発生を抑制することができる。
[第2実施形態]
以下、本開示を具体化した第2実施形態を図面に基づいて説明する。ここでは、前記参考例1と相違する部分を中心に説明する。本実施形態では、ヒータ配線の構造が前記参考例1とは異なっている。
詳述すると、図6のセラミックシート61に示されるように、ヒータ配線62を構成する外側配線部63は、中央部64の線幅W4が0.66mm、中央部64とは別の部位65の線幅W5が0.60mm、厚さが15μmに設定されている。ここで、「外側配線部63の中央部64」とは、外側配線部63の中央部分において、外側配線部63の長さの3分の1以下を占める領域をいう。また、ヒータ配線62を構成する内側配線部66は、線幅W6が0.60mm、厚さが15μmに設定されている。さらに、ヒータ配線62を構成する接続部67も、線幅W7が0.60mm、厚さが15μmに設定されている。即ち、外側配線部63の中央部64の線幅W4は、外側配線部63の別の部位65の線幅W5、内側配線部66の線幅W6、及び、接続部67の線幅W7よりも太くなっている。具体的に言うと、中央部64の線幅W4は、別の部位65の線幅W5、内側配線部66の線幅W6及び接続部67の線幅W7の1.1倍に設定されている。なお、中央部64の厚さは、別の部位65の厚さ、内側配線部66の厚さ及び接続部67の厚さと同一であるため、中央部64の断面積は、別の部位65の断面積、内側配線部66の断面積及び接続部67の断面積よりも大きくなっている。また、外側配線部63の線幅は、中央部64と別の部位65との接続部分において、別の部位65から中央部64に行くに従って徐々に太くなっている。
〈実験例〉
以下、本実施形態のセラミックヒータ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。外側配線部の中央部の線幅が0.60mm、内側配線部の線幅が0.55mm、内側配線部の線幅に対する中央部の線幅の比の値が1.09となるセラミックシートを備えたセラミックヒータを準備し、これをサンプル1C´とした。また、中央部の線幅が0.66mm、内側配線部の線幅が0.60mm、比の値が1.1となるセラミックヒータ、即ち、本実施形態のセラミックヒータと同じセラミックヒータを準備し、これをサンプル1D´とした。さらに、中央部の線幅が0.69mm、内側配線部の線幅が0.60mm、比の値が1.15となるセラミックヒータを準備し、これをサンプル1E´とした。また、中央部の線幅が1.20mm、内側配線部の線幅が0.60mm、比の値が2.0となるセラミックヒータを準備し、これをサンプル1F´とした。なお、サンプル1C´〜1F´は、それぞれ5個ずつ準備した。
次に、各測定用サンプル(サンプル1C´〜1F´)が備える一対の内部端子間に電圧(交流240V)を6分間印加し、セラミックシートの表面温度をサーモカメラで計測した。また、外側配線部での局部発熱や一対の外側配線部間での絶縁破壊が生じたか否かを観察した。以上の結果を表2に示す。
Figure 0006811177
その結果、サンプル1C´〜1F´では、5個全てのサンプルを6分間観察したが、局部発熱や絶縁破壊の発生は確認されなかった。なお、サンプル1D´,1E´では、外側配線部の中央部がやや低温になったが、セラミックシートの均熱性に悪影響を及ぼす程のものではないことが確認された。
以上のことから、巻き合わせ部を挟んで互いに反対側に位置する一対の外側配線部の中央部の線幅を、一対の外側配線部の間に配置される内側配線部の線幅の1.09倍以上2.0倍以下に設定すれば、局部発熱及び絶縁破壊が発生しにくくなり、均熱性も低下しにくくなることが証明された。
従って、本実施形態によれば、外側配線部63の中央部64の線幅W4を、内側配線部66の線幅W6よりも太くすることにより、中央部64の電気抵抗が内側配線部66の電気抵抗よりも小さくなる。このため、外側配線部63が位置するセラミックシート61の巻き合わせ部において、ヒータ配線62の局部発熱を抑えることが可能となる。その結果、外側配線部63の中央部64付近のセラミックシート61中に存在するガラス成分の溶融が抑制されるため、一対の外側配線部63間での絶縁破壊を抑制できるとともに、セラミックヒータの破損を抑制することができる。ゆえに、セラミックヒータの信頼性を向上させることができる。
参考例2
以下、本開示を具体化した参考例2のセラミックヒータ及びその製造方法を図面に基づいて説明する。
参考例2のセラミックヒータ111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7,図8に示されるように、このセラミックヒータ111は、円筒状をなすセラミック製のヒータ本体113と、ヒータ本体113に外嵌される金属製の円環状のフランジ115とを備えている。フランジ115は、例えばステンレス等の金属板を曲げることによって形成された円環状の部材であり、中央部分が凹状(カップ形状)をなしている。
参考例2では、図8に示されるように、フランジ115の凹状部分のうち、ヒータ本体113の外周面114とフランジ115の内面とで囲まれた空間がガラス溜り部135となっている。ガラス溜り部135には、ガラス133が充填されており、そのガラス133を介してヒータ本体113とフランジ115とが溶着固定されている。なお、図8では、ガラス133の部分をハッチングで示している。
図7〜図9に示されるように、ヒータ本体113は、円筒状をなすセラミック製の支持体117と、支持体117の外周に巻き付けられたセラミックシート119とにより構成されている。参考例2において、支持体117及びセラミックシート119は、アルミナ(Al2O3)等のセラミックを用いて構成される。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、参考例2においては、70×10−7/K(30℃〜380℃)となっている。また、参考例2では、支持体117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119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119は、支持体117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119の巻き合わせ部120には、支持体117の軸線方向に沿って延びるとともに支持体117の外周面を露出させるスリット121が形成されている。参考例2のスリット121は、幅が1mm、深さが0.5mmに設定されている。
図9,図10に示されるように、セラミックシート119の内部には、蛇行したパターン形状のヒータ配線141と、一対の内部端子142とが形成されている。参考例2において、ヒータ配線141及び内部端子142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142は、図示しないビア導体等を介して、セラミックシート119の外周面に形成された外部端子143(図7参照)に電気的に接続されている。
また、ヒータ配線141は、支持体117の軸線方向に沿って延びる複数の配線部144と、隣接する配線部144同士を接続する接続部145とを備えている。各配線部144は、一対の外側配線部146と、複数の内側配線部147とを備えている。両外側配線部146は、セラミックシート119の巻き合わせ部120(図9参照)を挟んで互いに反対側に配置されている。外側配線部146の第1端(図10では上端)は内部端子142に接続され、外側配線部146の第2端(図10では下端)は接続部145を介して内側配線部147に接続されている。なお、各内部端子142は、セラミックシート119を厚さ方向から見たときに一対の外側配線部146の間に配置されている。
図9,図10に示されるように、各内側配線部147は、セラミックシート119において一対の外側配線部146の間に配置されている。内側配線部147の第1端(図10では上端)は、接続部145を介して隣接する内側配線部147の第1端に接続されている。さらに、内側配線部147の第2端(図10では下端)は、接続部145を介して、隣接する内側配線部147の第2端、または、隣接する外側配線部146の第2端に接続されている。
なお、参考例2の外側配線部146は、厚さT1が20μm、線幅が0.60mmに設定されている。また、参考例2の内側配線部147は、厚さT2が15μm、線幅が0.60mmに設定されている。同様に、参考例2の接続部145も、厚さが15μm、線幅が0.60mmに設定されている。即ち、外側配線部146の厚さT1は、内側配線部147の厚さT2及び接続部145の厚さよりも厚くなっている。具体的に言うと、外側配線部146の厚さT1は、内側配線部147の厚さT2及び接続部145の厚さの1.33倍に設定されている。また、内側配線部147の厚さT2は、接続部145の厚さと同一になっている。なお、外側配線部146の線幅は、内側配線部147の線幅及び接続部145の線幅と同一であるため、外側配線部146の断面積は、内側配線部147の断面積及び接続部145の断面積よりも大きくなっている。
次に、参考例2のセラミックヒータ111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、支持体117(図11A参照)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119となる第1,第2のセラミックグリーンシート151,152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、印刷工程を行い、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151の表面上に導電性ペースト(本実施形態では、タングステンペースト)を印刷する。参考例2では、導電性ペーストを2回に分けて印刷することにより、外側配線部146の厚さT1を、内側配線部147の厚さT2よりも厚くする。詳述すると、まず、第1のセラミックグリーンシート151の表面上に導電性ペーストを印刷し、ヒータ配線141及び内部端子142を構成する未焼成電極である第1電極153を形成する工程を行う(図11B参照)。なお、第1電極153の線幅は、例えば、ヒータ配線141の線幅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。次に、第1電極153上において外側配線部146となる部位に導電性ペーストを印刷し、外側配線部146の一部を構成する第2電極154を形成する工程を行う(図11B参照)。なお、図示しないが、第2電極154の線幅は、例えば、第1電極153よりも幅狭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151の印刷面(第1電極153及び第2電極154の形成面)上に、第2のセラミックグリーンシート152を積層し、シート積層方向に押圧力を付与する。その結果、各セラミックグリーンシート151,152が一体化され、グリーンシート積層体155が形成される(図11C参照)。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152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152の表面上に、外部端子143となる未焼成電極156が形成される。
次に、巻付工程を行い、グリーンシート積層体155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、グリーンシート積層体155を支持体117の外周面に巻き付けて接着する(図11D参照)。このとき、グリーンシート積層体155の端部同士が重ならないようにグリーンシート積層体155のサイズを調節する。次に、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155(セラミックグリーンシート151,152、第1電極153、第2電極154及び未焼成電極156)のアルミナ及びタングステンが焼結しうる所定の温度(例えば、1400℃〜1600℃程度)に加熱する同時焼成を行う。その結果、セラミックグリーンシート151,152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155がセラミックシート119となり、電極153,154がヒータ配線141及び内部端子142となり、未焼成電極156が外部端子143となる。その後、外部端子143にニッケルめっきを施し、ヒータ本体113とする。
次に、ステンレスを用いて構成され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115を形成する。そして、フランジ115を、ヒータ本体113の所定の取付位置に外嵌する。その後、ガラス133を介してヒータ本体113とフランジ115とを溶着固定し、セラミックヒータ111を完成させる。
〈実験例〉
以下、参考例2のセラミックヒータ111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。外側配線部の厚さが15μm、内側配線部の厚さが15μm、内側配線部の厚さに対する外側配線部の厚さの比の値が1.0となるセラミックシートを備えたセラミックヒータ、換言すると、外側配線部の厚さが内側配線部の厚さと等しいセラミックヒータを準備し、これをサンプル2Aとした。また、外側配線部の厚さが18μm、内側配線部の厚さが15μm、比の値が1.2となるセラミックヒータを準備し、これをサンプル2Bとした。さらに、外側配線部の厚さが15μm、内側配線部の厚さが12μm、比の値が1.25となるセラミックヒータを準備し、これをサンプル2Cとした。また、外側配線部の厚さが19μm、内側配線部の厚さが15μm、比の値が1.27となるセラミックヒータを準備し、これをサンプル2Dとした。また、外側配線部の厚さが20μm、内側配線部の厚さが15μm、比の値が1.33となるセラミックヒータ、即ち、本実施形態のセラミックヒータ111と同じセラミックヒータを準備し、これをサンプル2Eとした。また、外側配線部の厚さが25μm、内側配線部の厚さが15μm、比の値が1.67となるセラミックヒータを準備し、これをサンプル2Fとした。また、外側配線部の厚さが30μm、内側配線部の厚さが15μm、比の値が2.0となるセラミックヒータを準備し、これをサンプル2Gとした。また、外側配線部の厚さが36μm、内側配線部の厚さが15μm、比の値が2.4となるセラミックヒータを準備し、これをサンプル2Hとした。なお、サンプル2A〜Hは、それぞれ5個ずつ準備した。
次に、各測定用サンプル(サンプル2A〜2H)のセラミックシートが備える一対の内部端子(ヒータ配線)に対してニクロム線をはんだ付けし、各測定用サンプルを乾燥状態にして基台に設置した。そして、一対の内部端子間に電圧(交流240V)を6分間印加し、セラミックシートの表面温度をサーモカメラで計測した。また、外側配線部での局部発熱や一対の外側配線部間での絶縁破壊が生じたか否かを観察し、絶縁破壊が生じた場合には、その発生時間を計測、記録した。以上の結果を表3に示す。
Figure 0006811177
その結果、サンプル2Aでは、5個全てのサンプルにおいて、局部発熱が生じるとともに、1分50秒後にスパークが発生して絶縁破壊が生じたことが確認された。また、サンプル2Bでは、5個全てのサンプルにおいて局部発熱が生じるとともに、5個中2個のサンプルにおいて絶縁破壊が生じたことが確認された。さらに、サンプル2Cでは、絶縁破壊の発生は確認されなかったが、5個中1個のサンプルにおいて局部発熱が生じたことが確認された。一方、サンプル2D〜2Hでは、5個全てのサンプルを6分間ずつ観察したが、局部発熱や絶縁破壊の発生は確認されなかった。しかしながら、サンプル2Hでは、セラミックシートの巻き合わせ部が低温になり、均熱性が低下することが確認された。
以上のことから、巻き合わせ部を挟んで互いに反対側に位置する一対の外側配線部の厚さを、一対の外側配線部の間に配置される内側配線部の厚さの1.27倍以上2.0倍以下に設定すれば、局部発熱及び絶縁破壊が発生しにくくなり、均熱性も低下しにくくなることが証明された。
従って、参考例2によれば以下の効果を得ることができる。
(1)参考例2のセラミックヒータ111では、外側配線部146の厚さT1を、内側配線部147の厚さT2よりも厚くすることにより、外側配線部146の電気抵抗が内側配線部147の電気抵抗よりも小さくなる。このため、外側配線部146が位置する巻き合わせ部120において、ヒータ配線141の局部発熱を抑えることが可能となる。その結果、外側配線部146付近のセラミックシート119中に存在するガラス成分の溶融が抑制されるため、一対の外側配線部146間での絶縁破壊を抑制できるとともに、セラミックヒータ111の破損を抑制することができる。ゆえに、セラミックヒータ111の信頼性を向上させることができる。
(2)参考例2では、セラミックシート119に形成された一対の内部端子142が、同じくセラミックシート119に形成された一対の外側配線部146よりも内側に配置されている(図10参照)。このため、セラミックシート119を支持体117の外周に巻き付けると、両内部端子142は、支持体117の径方向において互いに反対側に位置するようになる。その結果、両内部端子142間の距離が大きくなるため、両内部端子142間での放電の発生を抑制することができる。
(3)参考例2では、外側配線部146を幅広に形成することなく、外側配線部146の電気抵抗を小さくしているため、巻き合わせ部120を挟んで互いに反対側に配置される一対の外側配線部146間の距離を確保しやすくなる。よって、両外側配線部146間での部分放電の発生をより確実に抑制することができる。
[第4実施形態]
以下、本開示を具体化した第4実施形態を図面に基づいて説明する。ここでは、前記参考例2と相違する部分を中心に説明する。本実施形態では、ヒータ配線の構造が前記参考例2とは異なっている。
詳述すると、図12,図13に示されるように、セラミックシート161が有するヒータ配線162を構成する外側配線部163は、中央部164の厚さT3が20μm、中央部164とは別の部位165の厚さが15μm、線幅が0.60mmに設定されている。ここで、「外側配線部163の中央部164」とは、外側配線部163の中央部分において、外側配線部163の長さの3分の1以下を占める領域をいう。また、ヒータ配線162を構成する内側配線部166は、厚さT4が15μm、線幅が0.60mmに設定されている。さらに、ヒータ配線162を構成する接続部167も、厚さが15μm、線幅が0.60mmに設定されている。即ち、外側配線部163の中央部164の厚さT3は、外側配線部163の別の部位165の厚さ、内側配線部166の厚さT4、及び、接続部167の厚さよりも厚くなっている。具体的に言うと、中央部164の厚さT3は、別の部位165の厚さ、内側配線部166の厚さT4及び接続部167の厚さの1.33倍に設定されている。なお、中央部164の線幅は、別の部位165の線幅、内側配線部166の線幅及び接続部167の線幅と同一であるため、中央部164の断面積は、別の部位165の断面積、内側配線部166の断面積及び接続部167の断面積よりも大きくなっている。
また、本実施形態では、導電性ペーストを2回に分けて印刷することにより、中央部164の厚さT3を、内側配線部166の厚さT4よりも厚くしている。詳述すると、まず、セラミックシート161となるセラミックグリーンシートの表面上に導電性ペーストを印刷し、ヒータ配線162を構成する未焼成電極である第1電極を形成する工程を行う。次に、第1電極上において中央部164となる部位に導電性ペーストを印刷し、中央部164の一部を構成する第2電極を形成する工程を行う。なお、図示しないが、第2電極の線幅は、例えば、第1電極よりも幅狭となるように調整される。その後、焼成工程を行うことにより、セラミックグリーンシートがセラミックシート161となり、第1電極の形成領域の一部が内側配線部166となり、第1,第2電極の形成領域が内側配線部166よりも厚い中央部164となる。
〈実験例〉
以下、本実施形態のセラミックヒータ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。外側配線部の中央部の厚さが15μm、内側配線部の厚さが12μm、内側配線部の厚さに対する中央部の厚さの比の値が1.25となるセラミックシートを備えたセラミックヒータを準備し、これをサンプル2C´とした。また、中央部の厚さが20μm、内側配線部の厚さが15μm、比の値が1.33となるセラミックヒータ、即ち、本実施形態のセラミックヒータと同じセラミックヒータを準備し、これをサンプル2E´とした。さらに、中央部の厚さが25μm、内側配線部の厚さが15μm、比の値が1.67となるセラミックヒータを準備し、これをサンプル2F´とした。また、中央部の厚さが30μm、内側配線部の厚さが15μm、比の値が2.0となるセラミックヒータを準備し、これをサンプル2G´とした。なお、サンプル2C´,2E´〜2G´は、それぞれ5個ずつ準備した。
次に、各測定用サンプル(サンプル2C´,2E´〜2G´)が備える一対の内部端子間に電圧(交流240V)を6分間印加し、セラミックシートの表面温度をサーモカメラで計測した。また、外側配線部での局部発熱や一対の外側配線部間での絶縁破壊が生じたか否かを観察した。以上の結果を表4に示す。
Figure 0006811177
その結果、サンプル2C´,2E´〜2G´では、5個全てのサンプルを6分間観察したが、局部発熱や絶縁破壊の発生は確認されなかった。なお、サンプル2E´〜2G´では、外側配線部の中央部がやや低温になったが、セラミックシートの均熱性に悪影響を及ぼす程のものではないことが確認された。
以上のことから、巻き合わせ部を挟んで互いに反対側に位置する一対の外側配線部の中央部の厚さを、一対の外側配線部の間に配置される内側配線部の厚さの1.25倍以上2.0倍以下に設定すれば、局部発熱及び絶縁破壊が発生しにくくなり、均熱性も低下しにくくなることが証明された。
従って、本実施形態によれば、外側配線部163の中央部164の厚さT3を、内側配線部166の厚さT4よりも厚くすることにより、中央部164の電気抵抗が内側配線部166の電気抵抗よりも小さくなる。このため、外側配線部163が位置するセラミックシート161の巻き合わせ部168において、ヒータ配線162の局部発熱を抑えることが可能となる。その結果、外側配線部163の中央部164付近のセラミックシート161中に存在するガラス成分の溶融が抑制されるため、一対の外側配線部163間での絶縁破壊を抑制できるとともに、セラミックヒータの破損を抑制することができる。ゆえに、セラミックヒータの信頼性を 向上させることができる。
[他の実施形態]
なお、上述の実施形態を以下のように変更してもよい。
・上記参考例2において、接続部45の線幅W3を、外側配線部46の線幅W1及び内側配線部47の線幅W2よりも太くしてもよい。同様に、上記第2実施形態において、接続部67の線幅W7を、外側配線部63の中央部64の線幅W4、外側配線部63の別の部位65の線幅W5、及び、内側配線部66の線幅W6よりも太くしてもよい。
・上記第2実施形態では、1つの外側配線部63に1つの中央部64が設けられていた。しかし、中央部64と同様の線幅を有する幅広部を、1つの外側配線部に2つ以上設けてもよい。また、1つの外側配線部に2つ以上の幅広部を設ける場合、各幅広部は、外側配線部が延びる方向に沿って互いに離間配置されていてもよいし、外側配線部が延びる方向に沿って互いに接触した状態に配置されていてもよい。
・上記実施形態では、セラミックヒータ11の支持体17およびセラミックヒータ111の支持体117が筒状をなしていたが、支持体は棒状をなしていてもよい。即ち、セラミックヒータは、温水洗浄便座とは別のもの(例えば、ファンヒータなど)に用いられるものであってもよい。また、上記実施形態ではステンレス製のフランジを用いたが、例えばアルミナ製のフランジを用いても良い。
・上記実施形態のセラミックヒータ11およびセラミックヒータ111は、一対の内部端子42間および一対の内部端子142間に交流電圧が印加されるものであったが、一対の内部端子42間および一対の内部端子142間に直流電圧が印加されるものであってもよい。
・上記参考例2では、導電性ペーストを2回に分けて印刷することにより、外側配線部146の厚さT1を内側配線部147の厚さT2よりも厚くしていたが、導電性ペーストを3回以上に分けて印刷することにより、外側配線部146の厚さT1を内側配線部147の厚さT2よりも厚くしてもよい。同様に、上記第4実施形態では、導電性ペーストを2回に分けて印刷することにより、中央部164の厚さT3を内側配線部166の厚さT4よりも厚くしていたが、導電性ペーストを3回以上に分けて印刷することにより、中央部164の厚さT3を内側配線部166の厚さT4よりも厚くしてもよい。
・上記参考例2では、第1のセラミックグリーンシート151の表面上に導電性ペーストを印刷して、ヒータ配線141の略全体(外側配線部146の上層部分を除いた領域)を構成する未焼成電極(第1電極153)を形成した後、第1電極153上において外側配線部146となる部位に導電性ペーストを印刷して、外側配線部146の上層部分を構成する未焼成電極(第2電極154)を形成していた。しかし、第1のセラミックグリーンシート151の表面上において外側配線部146となる部位に導電性ペーストを印刷して、外側配線部146の下層部分を構成する未焼成電極を形成した後、未焼成電極上と第1のセラミックグリーンシート151の表面上とに導電性ペーストを印刷して、ヒータ配線141の略全体(外側配線部146の下層部分を除いた領域)を構成する未焼成電極を形成してもよい。また、インクジェット装置等を用いて導電性ペーストの印刷を1回のみ行うことにより、ヒータ配線141全体を形成してもよい。
・上記第4実施形態では、セラミックグリーンシートの表面上に導電性ペーストを印刷して、ヒータ配線162の略全体(中央部164の上層部分を除いた領域)を構成する未焼成電極(第1電極)を形成した後、第1電極上において中央部164となる部位に導電性ペーストを印刷して、中央部164の上層部分を構成する未焼成電極(第2電極)を形成していた。しかし、セラミックグリーンシートの表面上において中央部164となる部位に導電性ペーストを印刷して、中央部164の下層部分を構成する未焼成電極を形成した後、未焼成電極上とセラミックグリーンシートの表面上とに導電性ペーストを印刷して、ヒータ配線162の略全体(中央部164の下層部分を除いた領域)を構成する未焼成電極を形成してもよい。また、インクジェット装置等を用いて導電性ペーストの印刷を1回のみ行うことにより、ヒータ配線162全体を形成してもよい。
・上記参考例2では、外側配線部146となる第2電極154の線幅を、同じく外側配線部146となる第1電極153よりも幅狭となるように調整していたが、第2電極154の線幅を第1電極153と同一の幅にしてもよいし、第2電極154の線幅を第1電極153よりも幅広にしてもよい。同様に、上記第4実施形態では、中央部164となる第2電極の線幅を、同じく中央部164となる第1電極よりも幅狭となるように調整していたが、第2電極の線幅を第1電極と同一の幅にしてもよいし、第2電極の線幅を第1電極よりも幅広にしてもよい。

ここで、文言の対応関係について説明する。
上記実施形態においては、セラミックヒータ11,111がそれぞれセラミックヒータの一例に相当し、支持体17,117がそれぞれ支持体の一例に相当し、セラミックシート19,61,119,161がそれぞれセラミックシートの一例に相当する。
巻き合わせ部20,120,168がそれぞれ巻き合わせ部の一例に相当し、ヒータ配線41,62,141,162がそれぞれヒータ配線の一例に相当し、配線部44,144がそれぞれ配線部の一例に相当し、接続部45,67,145,167がそれぞれ接続部の一例に相当する。
外側配線部46,63,146,163がそれぞれ外側配線部の一例に相当し、内側配線部47,66,147,166がそれぞれ内側配線部の一例に相当し、外側配線部の中央部64,164がそれぞれ外側配線部の中央部の一例に相当する。
[他の技術的思想]
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)外側配線部の線幅が内側配線部の線幅よりも太い構成、または外側配線部の中央部の線幅が内側配線部の線幅よりも太い構成のセラミックヒータにおいて、前記外側配線部の線幅が、前記内側配線部の線幅の1.09倍以上2.0倍以下、より好ましくは、前記内側配線部の線幅の1.1倍以上2.0倍以下に設定されている、セラミックヒータ。
(2)外側配線部の中央部の線幅が内側配線部の線幅よりも太い構成のセラミックヒータにおいて、前記中央部の線幅が、前記外側配線部における前記中央部とは別の部位の線幅よりも太い、セラミックヒータ。
(3)外側配線部の中央部の厚さが内側配線部の厚さよりも厚い構成のセラミックヒータにおいて、前記中央部の厚さが、前記外側配線部における前記中央部とは別の部位の厚さよりも厚いことを特徴とするセラミックヒータ。
(4)外側配線部の厚さが内側配線部の厚さよりも厚い構成のセラミックヒータを製造する方法であって、前記セラミックシートに対して導電性ペーストを印刷することにより前記ヒータ配線を形成する印刷工程と、前記ヒータ配線が印刷された前記セラミックシートを前記支持体に巻き付ける巻付工程とを含み、前記印刷工程では、導電性ペーストを複数回に分けて印刷することにより、前記外側配線部の厚さを前記内側配線部の厚さよりも厚くすることを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
(5)技術的思想(4)において、前記印刷工程は、前記セラミックシートに前記ヒータ配線を構成する第1電極を形成する工程と、前記第1電極上において前記外側配線部となる部位に、前記第1電極よりも幅狭の第2電極を形成する工程とを含むことを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
(6)外側配線部の中央部の厚さが内側配線部の厚さよりも厚い構成のセラミックヒータを製造する方法であって、前記セラミックシートに対して導電性ペーストを印刷することにより前記ヒータ配線を形成する印刷工程と、前記ヒータ配線が印刷された前記セラミックシートを前記支持体に巻き付ける巻付工程とを含み、前記印刷工程では、導電性ペーストを複数回に分けて印刷することにより、前記中央部の厚さを前記内側配線部の厚さよりも厚くすることを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
(7)技術的思想(6)において、前記印刷工程は、前記セラミックシートに前記ヒータ配線を構成する第1電極を形成する工程と、前記第1電極上において前記中央部となる部位に、前記第1電極よりも幅狭の第2電極を形成する工程とを含むことを特徴とするセラミックヒータの製造方法。

Claims (8)

  1. 円筒状をなす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、ヒータ配線を有するセラミックシートとを備えるセラミックヒータにおいて、
    前記ヒータ配線は、前記支持体の軸線方向に沿って延びる複数の配線部と、隣接する前記配線部同士を接続する接続部とを備え、
    前記複数の配線部は、前記セラミックシートの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外側配線部と、前記セラミックシートにおいて前記一対の外側配線部の間に配置される内側配線部とを備え、
    前記複数の配線部は、前記支持体の外周のうち半周以上の領域に設けられており、
    前記外側配線部の中央部の断面積が、前記外側配線部において中央部を除いた別の部位の断面積および前記内側配線部の断面積よりも大きい、
    セラミックヒータ。
  2. 前記外側配線部の中央部の線幅が、前記内側配線部の線幅よりも太い、請求項に記載のセラミックヒータ。
  3. 前記中央部の線幅が、前記内側配線部の線幅の1.07倍よりも大きく、かつ2.0倍以下に設定されている、請求項に記載のセラミックヒータ。
  4. 前記外側配線部の中央部の厚さが、前記内側配線部の厚さよりも厚い、請求項に記載のセラミックヒータ。
  5. 前記中央部の厚さが、前記内側配線部の厚さの1.25倍以上2.0倍以下に設定されている、請求項に記載のセラミックヒータ。
  6. 前記支持体及び前記セラミックシートは、アルミナを備える、請求項1から請求項のうちいずれか一項に記載のセラミックヒータ。
  7. 前記ヒータ配線は、タングステン及びモリブデンの少なくとも一種を主成分として含む、請求項1から請求項のうちいずれか一項に記載のセラミックヒータ。
  8. 前記複数の配線部は、前記支持体の外周のうち4分の3以上の領域に設けられている、請求項1から請求項のうちいずれか一項に記載のセラミックヒータ。
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