JPH09266061A - Ceramic heater - Google Patents

Ceramic heater

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Publication number
JPH09266061A
JPH09266061A JP9903296A JP9903296A JPH09266061A JP H09266061 A JPH09266061 A JP H09266061A JP 9903296 A JP9903296 A JP 9903296A JP 9903296 A JP9903296 A JP 9903296A JP H09266061 A JPH09266061 A JP H09266061A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ceramic heater
ceramic
heater body
case
inorganic adhesive
Prior art date
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Pending
Application number
JP9903296A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naotoshi Morita
直年 森田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP9903296A priority Critical patent/JPH09266061A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic heater which can prevent leakage and is high in heat conductivity. SOLUTION: This ceramic heater 10 comprises a ceramic heater element 20 enclosed in a stainless case 40. Therefore even if a ceramic layer 12 on the surface of the ceramic heater element 20 is cracked, no water touches heater wiring 16 and so leakage does not occur. Further, an inorganic adhesive containing metal powder is packed between the ceramic heater element 20 and the case 40 to enhance heat conductivity.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックヒータ
に関し、特に、常時入浴できる温度に湯温を保つ風呂用
セラミックヒータ、或いは、電気温水器用セラミックヒ
ータ等の、液体の加熱用セラミックヒータに関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic heater, and more particularly to a ceramic heater for liquid such as a ceramic heater for bath which keeps the hot water at a temperature at which it can be bathed constantly, or a ceramic heater for electric water heater. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガラス管にニクロム線を配設したシーズ
ヒータに代わり、セラミック層の間にメタライズヒータ
配線を内蔵するセラミックヒータが液体の加熱用に用い
られるようになっている。セラミックヒータは、シーズ
ヒータに比べて小型で長寿命であるという特徴を有して
いるが、熱衝撃に弱く、例えば、気泡や液中の異物が表
面に付着した際に、当該部分の温度のみが高まることに
よりセラミック層にヒビが入り易いという問題点があ
る。特に、セラミックヒータを導電性の高い液中で用い
る場合には、当該ヒビの部分にてヒータ配線が露出し
て、漏電の可能性がある。
2. Description of the Related Art Instead of a sheathed heater in which a nichrome wire is arranged in a glass tube, a ceramic heater having a metallized heater wiring built in between ceramic layers is used for heating a liquid. Ceramic heaters are characterized by their smaller size and longer life than sheathed heaters, but they are vulnerable to thermal shock and, for example, when air bubbles or foreign matter in the liquid adheres to the surface, only the temperature of that part However, there is a problem that the ceramic layer is likely to be cracked due to the increase of the temperature. In particular, when the ceramic heater is used in a highly conductive liquid, the heater wiring may be exposed at the cracked portion, which may cause electric leakage.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このため、本発明者
は、セラミックヒータをステンレスケースに収容し、当
該ステンレスケースによってセラミックヒータの表面が
水と直接触れないようにすることで、ヒビ割が発生して
も漏電しないようにする構造を案出した。
Therefore, the inventor of the present invention stores the ceramic heater in a stainless steel case and prevents the surface of the ceramic heater from directly contacting water by the stainless steel case, whereby cracking occurs. We devised a structure that prevents leakage even if it occurs.

【0004】しかしながら、セラミックヒータをステン
レスケースに収容すると、セラミックヒータと液体との
温度勾配が急になるという課題が想定された。即ち、セ
ラミックヒータにて風呂水を加熱する際には、セラミッ
クヒータを水と直接接触させれば、セラミックヒータ表
面が湯温である50°Cを越えることがない。これに対
して、ステンレスケースに収容した場合には、ステンレ
スケースを介在させるために、セラミックヒータの表面
が100°C近くまで上昇すると予想される。
However, when the ceramic heater is housed in the stainless steel case, the problem that the temperature gradient between the ceramic heater and the liquid becomes steep is assumed. That is, when the bath water is heated by the ceramic heater, if the ceramic heater is brought into direct contact with the water, the surface of the ceramic heater does not exceed the hot water temperature of 50 ° C. On the other hand, when it is housed in the stainless steel case, the surface of the ceramic heater is expected to rise to nearly 100 ° C. due to the interposition of the stainless steel case.

【0005】ここで、10°Cの水を50°Cまで加熱
する際に、セラミックヒータを水と直接接触させれば、
セラミックヒータの温度は、10°Cから50°Cまで
しか上昇しないため、ヒータ配線の抵抗値の上昇は大き
くない。一方、上述したようにステンレスケースに収容
した場合には、セラミックヒータの温度が10°Cから
100°C近くまで上昇するため、ヒータ配線の抵抗値
が倍以上になる。このために、ステンレスケースに収容
した場合には、最高温度(100°C)に達した際の定
常電流よりも、数倍の電流が流れる加熱開始(10°
C)に合わせてセラミックヒータの電源回路の電流容量
を設定せねばならず、当該電源回路のコストを上昇させ
る原因となる。
Here, when heating the water of 10 ° C. to 50 ° C., if the ceramic heater is brought into direct contact with the water,
Since the temperature of the ceramic heater rises only from 10 ° C to 50 ° C, the increase in the resistance value of the heater wiring is not large. On the other hand, in the case where the heater is housed in the stainless steel case as described above, the temperature of the ceramic heater rises from 10 ° C. to nearly 100 ° C., so that the resistance value of the heater wiring becomes double or more. For this reason, in the case of housing in a stainless steel case, the heating start (10 ° C) at which a current several times as much as the steady current when the maximum temperature (100 ° C) is reached flows
The current capacity of the power supply circuit of the ceramic heater must be set in accordance with C), which causes an increase in the cost of the power supply circuit.

【0006】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、漏電を
防止し得ると共に熱伝導性の高いセラミックヒータを提
供することにある。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a ceramic heater capable of preventing leakage current and having high thermal conductivity.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1のセラミックヒータでは、セラミック層間
にヒータ配線を配設して成るセラミックヒータ体と、前
記セラミックヒータ体を収容し、該セラミックヒータ体
を被加熱液から分離する金属製ケースと、からなり、前
記セラミックヒータ体と前記金属製ケースとの間に無機
系接着剤を充填したことを技術的特徴とする。
To achieve the above object, in a ceramic heater according to a first aspect of the present invention, a ceramic heater body formed by arranging heater wiring between ceramic layers, the ceramic heater body is housed, and It is a technical feature that it comprises a metal case for separating the ceramic heater body from the liquid to be heated, and an inorganic adhesive is filled between the ceramic heater body and the metal case.

【0008】請求項2のセラミックヒータでは、セラミ
ック層間にヒータ配線を配設して成るセラミックヒータ
体と、前記セラミックヒータ体を収容し、該セラミック
ヒータ体を被加熱液から分離する金属製ケースと、から
なり、前記セラミックヒータ体と前記金属製ケースとの
間に金属粉末を含有する無機系接着剤を充填したことを
技術的特徴とする。
According to another aspect of the ceramic heater of the present invention, there is provided a ceramic heater body having heater wiring arranged between ceramic layers, and a metal case for accommodating the ceramic heater body and separating the ceramic heater body from a liquid to be heated. The technical feature is that an inorganic adhesive containing metal powder is filled between the ceramic heater body and the metal case.

【0009】請求項3のセラミックヒータでは、セラミ
ック層間にヒータ配線を配設して成るセラミックヒータ
体と、前記セラミックヒータ体を収容し、該セラミック
ヒータ体を被加熱液から分離する金属製ケースと、から
なり、前記セラミックヒータ体と前記金属製ケースとの
間に金属粉末を充填すると共に、該金属粉末を無機系接
着剤にて封止したことを技術的特徴とする。
According to another aspect of the ceramic heater of the present invention, there is provided a ceramic heater body having heater wiring arranged between the ceramic layers, and a metal case for accommodating the ceramic heater body and separating the ceramic heater body from a liquid to be heated. The present invention is characterized in that a metal powder is filled between the ceramic heater body and the metal case, and the metal powder is sealed with an inorganic adhesive.

【0010】[0010]

【作用】請求項1の構成では、セラミックヒータ体を被
加熱液から分離する金属ケースに収容してあるため、セ
ラミックヒータ体がひび割れても、被加熱液に直接触れ
ることがないので漏電を生じない。
In the structure of the first aspect, since the ceramic heater body is housed in the metal case for separating from the liquid to be heated, even if the ceramic heater body is cracked, the liquid to be heated is not directly contacted, so that electric leakage occurs. Absent.

【0011】請求項2の構成では、セラミックヒータ体
を被加熱液から分離する金属ケースに収容してあるた
め、セラミックヒータ体がひび割れても、被加熱液に直
接触れることがないので漏電を生じない。また、セラミ
ックヒータ体と金属製ケースとの間に金属粉末を含有す
る無機系接着剤を充填してあるため、熱伝導性が高い。
According to the second aspect of the present invention, since the ceramic heater body is housed in the metal case that separates it from the liquid to be heated, even if the ceramic heater body is cracked, it does not come into direct contact with the liquid to be heated, so that electric leakage occurs. Absent. In addition, since the inorganic adhesive containing metal powder is filled between the ceramic heater body and the metal case, the thermal conductivity is high.

【0012】請求項3の構成では、セラミックヒータ体
を被加熱液から分離する金属ケースに収容してあるた
め、セラミックヒータ体がひび割れても、被加熱液に直
接触れることがないので漏電を生じない。また、セラミ
ックヒータ体と金属製ケースとの間に金属粉末を充填し
てあるため、熱伝導性が高い。
According to the third aspect of the present invention, since the ceramic heater body is housed in the metal case for separating it from the liquid to be heated, even if the ceramic heater body is cracked, it does not come into direct contact with the liquid to be heated, so that electric leakage occurs. Absent. Moreover, since the metal powder is filled between the ceramic heater body and the metal case, the thermal conductivity is high.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施態
様について図を参照して説明する。図1は、本発明の第
1実施態様に係るセラミックヒータ10を示している。
セラミックヒータ10は、中空のセラミック碍管30の
外周に、外側の第1セラミック層12、内側の第2セラ
ミック層14を配置した棒状のセラミックヒータ体20
と、該セラミックヒータ体20を収容するステンレスの
ケース40とから成る、セラミックヒータ体20の第1
セラミック層12と第2セラミック層14との間には、
ヒータ配線16が配設されている。ステンレスのケース
40には、フランジ42が一体に形成されている。セラ
ミックヒータ体20の上部位置には、ヒータ配線16へ
の接続用の端子16aが取り付けられている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a ceramic heater 10 according to the first embodiment of the present invention.
The ceramic heater 10 is a rod-shaped ceramic heater body 20 in which a first ceramic layer 12 on the outer side and a second ceramic layer 14 on the inner side are arranged on the outer periphery of a hollow ceramic porcelain tube 30.
And a stainless steel case 40 accommodating the ceramic heater body 20.
Between the ceramic layer 12 and the second ceramic layer 14,
The heater wiring 16 is provided. A flange 42 is formed integrally with the stainless case 40. A terminal 16 a for connecting to the heater wiring 16 is attached to an upper position of the ceramic heater body 20.

【0014】第1実施態様のセラミックヒータは、風呂
の湯を常時入浴できる温度に保つための保温用に用いら
れ、風呂の湯をくみ上げて、オゾンで浄化する図示しな
い浄化用タンクに配置される。このセラミックヒータ1
0は、浄化用タンクの上面に穿設された通孔からフラン
ジ42より下部を挿入することにより、該ケース40を
浄化用タンクの湯中へ浸漬し、ヒータ配線16に流され
た電流によって当該湯を加熱するよう構成されている。
The ceramic heater of the first embodiment is used for keeping the hot water of the bath at a temperature at which it can be bathed at all times, and is arranged in a purification tank (not shown) for pumping the hot water of the bath and purifying it with ozone. . This ceramic heater 1
In the case of 0, the case 40 is immersed in the hot water of the purification tank by inserting the lower portion from the flange 42 through the through hole formed in the upper surface of the purification tank, and the current is passed through the heater wiring 16 by the current. It is configured to heat hot water.

【0015】次に、第1実施態様のセラミックヒータの
製造方法について図2及び図3を参照して述べる。先
ず、第1、第2セラミック層12、14の製造方法につ
いて説明する。アルミナ粉末にMgO2%(重量比、以
下同じ)、CaO2%、SiO2 4%を混合してボール
ミルで50〜80時間、湿式粉砕した後に脱水乾燥す
る。この粉末にメタクリル酸イソブチルエステル3%、
ブチルエステル3%、ニトロセルロース1%、ジオクチ
ルフタレート0.5%を加え、更に、溶剤としてトリク
ロールエチレン、n−ブタノールを加えてボールミルで
混合して流動性のあるスラリーとする。これを減圧脱泡
後に平板状に流し出して徐冷し、溶剤を発散させ、図2
(A)に示すように第1セラミック層12と成る厚さ
0.05mmの第1アルミナグリーンシート12γ、及
び、第2セラミック層14と成る厚さ0.5mmの第2ア
ルミナグリーンシート14γを形成する。
Next, a method of manufacturing the ceramic heater according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. First, a method of manufacturing the first and second ceramic layers 12 and 14 will be described. 2% of MgO (weight ratio, the same below), 2% of CaO, and 4% of SiO 2 were mixed with alumina powder, wet-milled in a ball mill for 50 to 80 hours, and then dehydrated and dried. 3% methacrylic acid isobutyl ester in this powder,
Butyl ester (3%), nitrocellulose (1%) and dioctyl phthalate (0.5%) are added, and trichloroethylene and n-butanol are added as a solvent and mixed by a ball mill to obtain a fluid slurry. After degassing under reduced pressure, it was poured into a flat plate and gradually cooled to release the solvent.
As shown in (A), a first alumina green sheet 12γ having a thickness of 0.05 mm to be the first ceramic layer 12 and a second alumina green sheet 14γ having a thickness of 0.5 mm to be the second ceramic layer 14 are formed. To do.

【0016】次に、ヒータ配線16を形成するため、タ
ングステン粉末にアルミナ等の不純物を多めに混入しス
ラリー状にした高抵抗のメタライズインクを形成する。
このタングステンメタライズインクを第2アルミナグリ
ーンシート14γに面状にスクリーン印刷して金属ペー
スト層16γを形成する。図2(B)に、図2(A)に
示す第2アルミナグリーンシート14γをB矢印に沿っ
て見た平面図を示している。ここで、図2(A)は、図
2(B)のC−C断面に相当する。
Next, in order to form the heater wiring 16, a high resistance metallized ink is formed by mixing a large amount of impurities such as alumina into tungsten powder to form a slurry.
The tungsten metallized ink is screen-printed on the second alumina green sheet 14γ to form a metal paste layer 16γ. FIG. 2B shows a plan view of the second alumina green sheet 14γ shown in FIG. 2A as seen along the arrow B. Here, FIG. 2A corresponds to the C-C cross section of FIG.

【0017】そして、これら第1、第2グリーンシート
12γ、14γを図2(C)に示すように熱圧着する。
そして、この熱圧着したアルミナグリーンシート12
γ、14γの一方の端部にヒータ配線からの接続用の端
子16aを形成するための図示しないスルーホールを穿
設し、該スルーホール内に、端子用のメタライズインク
を充填する。そして、このように積層したアルミナグリ
ーンシート12γ、14γを図1に示すセラミック碍管
30に巻き付け、1400°C〜1600°Cの非酸素
雰囲気下で同時焼成する。焼成により形成したセラミッ
クヒータに、上記端子16aにニッケルメッキを施した
後、当該端子16aに外部給電用のリード線を銀ロウ付
けし、セラミックヒータ体20を完成する。
Then, the first and second green sheets 12γ and 14γ are thermocompression bonded as shown in FIG. 2 (C).
Then, this thermocompression bonded alumina green sheet 12
A through hole (not shown) for forming a terminal 16a for connection from the heater wiring is bored at one end of γ, 14γ, and a metallized ink for the terminal is filled in the through hole. Then, the alumina green sheets 12γ and 14γ thus laminated are wound around the ceramic porcelain tube 30 shown in FIG. 1 and simultaneously fired in a non-oxygen atmosphere at 1400 ° C. to 1600 ° C. After the terminals 16a are nickel-plated on the ceramic heater formed by firing, a lead wire for external power supply is silver-brazed to the terminals 16a to complete the ceramic heater body 20.

【0018】このセラミックヒータ体20を図3に示す
ようにステンレスのケース40内に収容する。セラミッ
クヒータ体20は、第1、第2アルミナグリーンシート
12γ、14γが焼成時に2割程度収縮するため、外寸
を一定にすることが困難である。このため、セラミック
ヒータ体20の外周面20aと、ケース40の内周面4
0aとの間は、約0.25mmのクリアランスが設けられ
ている。また、セラミックヒータ体20の下面20b
と、ケース40の底部40bとは、約0.25mmのクリ
アランスが空くように、セラミックヒータ体20は図示
しない治具にて固定される。なお、ケース40のフラン
ジ42の内周側には、後述する無機系接着剤の充填を容
易にするため、傾斜部42aが形成されている。
The ceramic heater body 20 is housed in a stainless case 40 as shown in FIG. It is difficult to keep the outer dimensions of the ceramic heater body 20 constant because the first and second alumina green sheets 12γ and 14γ shrink about 20% during firing. Therefore, the outer peripheral surface 20a of the ceramic heater body 20 and the inner peripheral surface 4 of the case 40 are
A clearance of about 0.25 mm is provided between 0a and 0a. In addition, the lower surface 20b of the ceramic heater body 20
The ceramic heater body 20 is fixed by a jig (not shown) so that a clearance of about 0.25 mm is left between the bottom portion 40b of the case 40 and the bottom portion 40b. In addition, an inclined portion 42a is formed on the inner peripheral side of the flange 42 of the case 40 in order to facilitate filling of an inorganic adhesive described later.

【0019】次に、該セラミックヒータ体20とケース
40との間に、無機系接着剤として東亜合成(株)によ
り提供される約1300°Cの耐熱性を有するアロンセ
ラミック(登録商標)を図示しないロート状部材を用い
て流し込む。そして、該セラミックヒータ体20及びケ
ース40を真空室に搬入し、真空状態にすることによっ
てセラミックヒータ体20とケース40との間の該無機
系接着剤50中の気泡を除去する。その後、90°Cに
て乾燥させた後、150°Cにて無機系接着剤50を硬
化させることにより、セラミックヒータ10を完成す
る。なお、接着剤として無機系接着剤以外にも、有機系
接着剤を用いることも考え得るが、耐熱性が低く、長期
に渡って安定した接着力を発揮し得ないため、本実施態
様においては無機系接着剤を用いている。
Next, between the ceramic heater body 20 and the case 40, an Aron Ceramic (registered trademark) having a heat resistance of about 1300 ° C. provided by Toagosei Co., Ltd. as an inorganic adhesive is shown. Do not pour using a funnel-shaped member. Then, the ceramic heater body 20 and the case 40 are carried into a vacuum chamber and placed in a vacuum state to remove bubbles in the inorganic adhesive 50 between the ceramic heater body 20 and the case 40. Then, after drying at 90 ° C., the inorganic adhesive 50 is cured at 150 ° C. to complete the ceramic heater 10. In addition to the inorganic adhesive, it is possible to use an organic adhesive as the adhesive, but since the heat resistance is low and stable adhesive force cannot be exhibited over a long period of time, in the present embodiment, An inorganic adhesive is used.

【0020】この第1実施態様の構成に係るセラミック
ヒータ10においては、セラミックヒータ体20がケー
ス40内に収容されているため、該セラミックヒータ体
20の表面の第1セラミック層12にヒビが入っても、
該第1セラミック層12に埋設されているヒータ配線1
6が水に直接触れることがなく、漏電を発生することが
ない。
In the ceramic heater 10 according to the structure of the first embodiment, since the ceramic heater body 20 is housed in the case 40, the first ceramic layer 12 on the surface of the ceramic heater body 20 is cracked. Even
Heater wiring 1 embedded in the first ceramic layer 12
6 does not come into direct contact with water and does not generate electric leakage.

【0021】なお、従来技術の直接水に浸漬する方式の
セラミックヒータでは、フランジを別体に製造した後、
セラミックヒータ体に接続していたため、フランジとセ
ラミックヒータ体との間の隙間が発生し易かった。上述
したようにセラミックヒータ10は、浄化用タンクの上
面に穿設された通孔の周縁にフランジ42を当接固定
し、該通孔より下部を挿入することにより、該ケース4
0を浄化用タンクの湯中へ浸漬する。このため、隙間が
あると水が漏れて、上述した端子16aが濡れて漏電が
発生し易くなった。これに対して、この第1実施態様の
構成では、ケース40の上部にフランジ42を一体に形
成してあるため、フランジ42とケース40との間の漏
電の原因となる隙間が生じない。
Incidentally, in the conventional ceramic heater of the type which is directly immersed in water, after the flange is manufactured separately,
Since it was connected to the ceramic heater body, a gap was easily generated between the flange and the ceramic heater body. As described above, in the ceramic heater 10, the flange 42 is brought into contact with and fixed to the peripheral edge of the through hole formed in the upper surface of the purification tank, and the lower portion of the through hole is inserted, whereby the case 4
0 is immersed in the hot water of the purification tank. For this reason, if there is a gap, water leaks, and the above-mentioned terminal 16a gets wet, so that electric leakage easily occurs. On the other hand, in the configuration of the first embodiment, since the flange 42 is integrally formed on the upper portion of the case 40, there is no gap between the flange 42 and the case 40 that causes electric leakage.

【0022】引き続き、本発明の第2実施態様について
図4を参照して説明する。この第2実施態様において
も、セラミックヒータ体20とケース40とは、上述し
た第1実施態様と同様なものを用いる。但し、上記第1
実施態様においては、セラミックヒータ体20とケース
40との0.25mmの隙間に無機系接着剤を充填した
が、この第2実施態様においては、該0.25mmの隙間
に図4に示すように金属粉末を含有する無機系接着剤5
2を充填する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Also in this second embodiment, the same ceramic heater body 20 and case 40 as those in the above-described first embodiment are used. However, the first
In the embodiment, the 0.25 mm gap between the ceramic heater body 20 and the case 40 was filled with the inorganic adhesive. However, in the second embodiment, the 0.25 mm gap is filled with the inorganic adhesive as shown in FIG. Inorganic adhesive containing metal powder 5
Fill 2

【0023】ここで、無機系接着剤としてはアロンセラ
ミックを用い、金属粉末として、325メッシュ(粒子
径約50μm)の銅粉末を用いる。金属粉末として銅の
他に、無酸素銅、アルミ等の熱伝導率が高いと共に、錆
にくく、廉価な材質のものを用いることができる。この
金属粉末を無機系接着剤中に混合して、セラミックヒー
タ体20とケース40との間に流し込む。そして、減圧
して脱砲し、90°Cにて乾燥させた後、150°Cに
て無機系接着剤52を硬化させることにより、セラミッ
クヒータ110を完成する。なお、第2実施態様では、
金属粉末を、無機系接着剤との重量比率で9%の混合し
たものと、10%のものと、30%のものと、50%の
ものとを作り、後述するように熱伝導試験を行った。こ
こで、金属粉末を重量比率で50%混合した無機系接着
剤は、流度が下がるため、0.25mmの隙間に流れ込み
難くなり、この第2実施態様の方法で使用し得る上限値
であると判断された。
Here, Aron ceramic is used as the inorganic adhesive, and copper powder of 325 mesh (particle diameter of about 50 μm) is used as the metal powder. As the metal powder, in addition to copper, oxygen-free copper, aluminum, or the like, which has a high thermal conductivity, is resistant to rust, and is an inexpensive material, can be used. This metal powder is mixed in an inorganic adhesive and poured between the ceramic heater body 20 and the case 40. Then, the ceramic heater 110 is completed by depressurizing and degassing, drying at 90 ° C., and then curing the inorganic adhesive 52 at 150 ° C. In the second embodiment,
A mixture of metal powder in a weight ratio of 9% with an inorganic adhesive, a mixture of 10%, a mixture of 30%, and a mixture of 50% were prepared, and a heat conduction test was conducted as described later. It was Here, the inorganic adhesive in which the metal powder is mixed by 50% in weight ratio has a lower flow rate, so that it is difficult to flow into the gap of 0.25 mm, which is the upper limit value that can be used in the method of the second embodiment. Was judged.

【0024】この第2実施態様においても、セラミック
ヒータ体20がケース40内に収容されているため、該
セラミックヒータ体20にヒビが入っても、漏電を発生
することがない。
Also in the second embodiment, since the ceramic heater body 20 is housed in the case 40, even if the ceramic heater body 20 is cracked, no leakage current is generated.

【0025】引き続き、本発明の第3実施態様について
図5を参照して説明する。この第3実施態様において
も、セラミックヒータ体20とケース40とは、上述し
た第1、2実施態様と同様なものを用いる。第3実施態
様においては、セラミックヒータ体20とケース40と
の間の0.25mmの隙間に図5に示すように先ず、金属
粉末54を流入する。この金属粉末としては、325メ
ッシュ(粒子径約50μm)の銅粉末を用いる。ここ
で、金属粉末として銅の他に、無酸素銅、アルミ等の熱
伝導率が高いと共に、錆にくく、廉価な種々の材質のも
のを用いることができる。その後、隙間に充填した該金
属粉末54の上から無機系接着剤(アロンセラミック)
50を流し込み、真空室にて脱泡し、90°Cにて乾燥
させた後、150°Cにて無機系接着剤50を硬化させ
ることにより、この金属粉末54を封止して、錆の発生
を防ぐと共に、セラミックヒータ体20にケース40を
固定する。なお、図中の50aは、金属粉末54中に浸
透した無機系接着剤50を示している。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Also in this third embodiment, the same ceramic heater body 20 and case 40 as those in the above-described first and second embodiments are used. In the third embodiment, first, the metal powder 54 is introduced into the 0.25 mm gap between the ceramic heater body 20 and the case 40 as shown in FIG. As this metal powder, 325 mesh (particle diameter about 50 μm) copper powder is used. Here, as the metal powder, in addition to copper, various materials such as oxygen-free copper and aluminum which have high thermal conductivity, are resistant to rust, and are inexpensive can be used. After that, an inorganic adhesive (aron ceramic) is placed on the metal powder 54 filled in the gap.
50 is poured, degassed in a vacuum chamber, dried at 90 ° C., and then the inorganic adhesive 50 is cured at 150 ° C. to seal the metal powder 54 and prevent rust. The case 40 is fixed to the ceramic heater body 20 while preventing the generation thereof. Note that reference numeral 50a in the figure denotes the inorganic adhesive 50 that has penetrated into the metal powder 54.

【0026】この第3実施態様においては、粒子径が小
さいため、上記0.25mmの隙間へ金属粉末54を容易
に流し込むことができる。ここで、上述した第2実施態
様では、金属粉末の量を増大させることにより、熱伝導
性を高めれると考えられるが、金属粉末を重量比率で5
0%以上混合した無機系接着剤は、0.25mmの隙間に
流れ込み難くなり、製造が困難であった。このため、金
属粉末を重量比率で50%を越える無機系接着剤を用い
ることができなかった。これに対して、第3実施態様に
おいては、無機系接着剤に対して50%を越える金属粉
末を上記0.25mmの隙間へ流し込むことができる。
In the third embodiment, since the particle diameter is small, the metal powder 54 can be easily poured into the gap of 0.25 mm. Here, in the second embodiment described above, it is considered that the thermal conductivity can be improved by increasing the amount of the metal powder, but the metal powder is added in a weight ratio of 5%.
The inorganic adhesive mixed with 0% or more was difficult to flow into the gap of 0.25 mm and was difficult to manufacture. For this reason, it has been impossible to use an inorganic adhesive in which the weight ratio of metal powder exceeds 50%. On the other hand, in the third embodiment, more than 50% of the metal powder with respect to the inorganic adhesive can be poured into the gap of 0.25 mm.

【0027】引き続き、上記第1、第2、第3実施態様
のセラミックヒータの熱伝導性を比較した実験結果につ
いて説明する。この実験では、10リットルの水を各セ
ラミックヒータにて加熱した。図中で、横軸に経過時間
(分)を、縦軸に温度(°C)を取っている。
Next, the experimental results for comparing the thermal conductivity of the ceramic heaters of the first, second and third embodiments will be described. In this experiment, 10 liters of water was heated by each ceramic heater. In the figure, the horizontal axis represents elapsed time (minutes) and the vertical axis represents temperature (° C).

【0028】図中の曲線(ホ)は、第1実施態様のセラ
ミックヒータ体20を直接水に漬けて加熱を行った場合
を示している。最短時間で水を加熱しており、熱伝導率
が最も高い。曲線(ニ)は、第3実施態様の金属粉末を
隙間に充填したセラミックヒータ210により加熱した
場合を示している。この第3実施態様のセラミックヒー
タ210では、セラミックヒータ体20を直接水に漬け
て加熱を行った際の熱伝導率と遜色がないことが分か
る。
The curve (e) in the drawing shows the case where the ceramic heater body 20 of the first embodiment is directly immersed in water for heating. It heats water in the shortest time and has the highest thermal conductivity. Curve (d) shows the case where the metal powder of the third embodiment is heated by the ceramic heater 210 with the gap filled. It can be seen that in the ceramic heater 210 of the third embodiment, the thermal conductivity is comparable to that when the ceramic heater body 20 is directly immersed in water for heating.

【0029】図中の曲線(ハ)は、第2実施態様におい
て、金属粉末の含有率を50%にした無機系接着剤を用
いるセラミックヒータ110による結果を、また、曲線
(ロ)は、含有率を10%にした無機系接着剤を用いる
セラミックヒータ110による結果を示している。更
に、曲線(イ)は、金属粉末を含まない無機系接着剤を
用いた第1実施態様のセラミックヒータ10による結果
を示している。ここで、図示しないが、金属粉末の含有
率を9%にした無機系接着剤を用いるセラミックヒータ
110では、金属粉末を含まない無機系接着剤を用いる
第1実施態様のセラミックヒータ10に近い実験結果が
得られた。このため、金属粉末の含有率を10%にする
ことにより、熱伝導率の改善が図り得ると考えられる。
また、無機系接着剤の金属粉末含有率を50%にするこ
とにより、熱伝導率を大いに改善できるが、上述したよ
うに製造が困難になると共に、ケース40とセラミック
ヒータ体20との接着強度が低下する。このため、無機
系接着剤の金属粉末含有率30%が、製造が容易である
とともに、ケース40とセラミックヒータ体20との接
着強度が高く、第2実施態様においては最適な値である
と考えられる。
The curve (c) in the figure shows the result by the ceramic heater 110 using the inorganic adhesive in which the content of the metal powder is 50% in the second embodiment, and the curve (b) shows the content. The result by the ceramic heater 110 using the inorganic adhesive whose rate is 10% is shown. Furthermore, the curve (a) shows the result of the ceramic heater 10 of the first embodiment using an inorganic adhesive containing no metal powder. Here, although not shown, in the ceramic heater 110 using the inorganic adhesive containing 9% of the metal powder, an experiment similar to that of the ceramic heater 10 of the first embodiment using the inorganic adhesive containing no metal powder was performed. Results were obtained. Therefore, it is considered that the thermal conductivity can be improved by setting the content of the metal powder to 10%.
Further, by setting the metal powder content of the inorganic adhesive to 50%, the thermal conductivity can be greatly improved, but as described above, the manufacturing becomes difficult and the adhesive strength between the case 40 and the ceramic heater body 20 is increased. Is reduced. Therefore, the metal powder content rate of 30% of the inorganic adhesive is considered to be the optimum value in the second embodiment because the production is easy and the adhesive strength between the case 40 and the ceramic heater body 20 is high. To be

【0030】このように第2、第3実施態様において
は、熱伝導率が高いので、セラミックヒータに電力を供
給する電源回路を廉価に構成することができる。即ち、
10°Cの水を50°Cまで加熱する際に、熱伝導率が
高いため、セラミックヒータの温度が10°Cから50
°C程度までしか上昇しないので、最も抵抗値の低い加
熱開始から、最も抵抗値の大きい定常状態に移行するま
でのヒータ配線の抵抗値の変化が小さい。従って、加熱
開始時と定常状態との電流の変化量が小さくなり、定常
状態に対して大きな容量を設けて、加熱開始時の電流容
量に耐え得るように設計する必要がなくなり、電源回路
のコストを抑えることが可能となる。
As described above, in the second and third embodiments, since the thermal conductivity is high, the power supply circuit for supplying electric power to the ceramic heater can be constructed at low cost. That is,
When water of 10 ° C is heated to 50 ° C, the thermal conductivity is high, so the temperature of the ceramic heater changes from 10 ° C to 50
Since the temperature rises only to about ° C, the change in the resistance value of the heater wiring from the start of heating with the lowest resistance value to the steady state with the highest resistance value is small. Therefore, the amount of change in current between the start of heating and the steady state is small, and it is no longer necessary to provide a large capacity for the steady state and design to withstand the current capacity at the start of heating. Can be suppressed.

【0031】なお、上述した第1、第2、第3実施態様
では無機系接着剤として、アロンセラミックを用いた
が、これ以外にも、水ガラス、セメント等の種々の無機
系接着剤を用いることができる。また、ケース40の材
料として、ステンレスを用いたが、銅、アルミ、或い
は、鋼板にニッケルメッキを施したものなど、耐蝕性が
ある種々の金属を用いることができる。
In the first, second, and third embodiments described above, Aron ceramic was used as the inorganic adhesive, but other than this, various inorganic adhesives such as water glass and cement are used. be able to. Further, although stainless is used as the material of the case 40, various metals having corrosion resistance such as copper, aluminum, or a steel plate plated with nickel can be used.

【0032】更に、上述した実施態様では、セラミック
層を構成するセラミックとして、アルミナを主成分とす
るセラミック材料を用いたが、AlN、ガラスセラミッ
ク、SiC、ムライト、ガラスセラミック等、種々のセ
ラミック材料を採用することができる。また、ヒータ配
線を形成する金属ペースト層の材料はセラミック材料に
応じて適宜選択すればよく、例えば、タングステンの他
にモリブデン、白金等を用いることができる。また、上
述した実施態様では、風呂の湯の加熱に用いるセラミッ
クヒータを例に挙げたが、本発明は、種々の用途のセラ
ミックヒータへ好適に適用できる。
Further, in the above-mentioned embodiment, the ceramic material mainly containing alumina was used as the ceramic constituting the ceramic layer, but various ceramic materials such as AlN, glass ceramic, SiC, mullite, glass ceramic, etc. may be used. Can be adopted. The material of the metal paste layer forming the heater wiring may be appropriately selected according to the ceramic material. For example, molybdenum, platinum or the like may be used in addition to tungsten. Further, in the above-described embodiment, the ceramic heater used for heating the hot water of the bath is described as an example, but the present invention can be suitably applied to ceramic heaters for various purposes.

【0033】[0033]

【効果】本発明によれば、セラミックヒータ体を金属ケ
ースに収容してあるため、セラミックヒータ体がひび割
れても、水に直接触れることがないので漏電を生じな
い。
According to the present invention, since the ceramic heater body is housed in the metal case, even if the ceramic heater body is cracked, the ceramic heater body does not come into direct contact with water, so that electric leakage does not occur.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例に係るセラミックヒータを
示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a ceramic heater according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すセラミックヒータの製造工程を示
し、図2(A)は、積層前の第1グリーンシートと第2
グリーンシートとの断面図を、図2(B)は図2(A)
のB矢視図を、図2(C)は、積層後の第1グリーンシ
ートと第2グリーンシートとの断面図を示している。
FIG. 2 shows a manufacturing process of the ceramic heater shown in FIG. 1, and FIG. 2 (A) shows a first green sheet and a second green sheet before lamination.
Fig. 2 (B) is a cross-sectional view of the green sheet.
2B is a sectional view of the first green sheet and the second green sheet after lamination.

【図3】第1実施態様に係るセラミックヒータ体とケー
スとの間への無機系接着剤の充填状態を示す説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory view showing a filling state of the inorganic adhesive between the ceramic heater body and the case according to the first embodiment.

【図4】第2実施態様に係るセラミックヒータ体とケー
スとの間への無機系接着剤の充填状態を示す説明図であ
る。
FIG. 4 is an explanatory view showing a filling state of an inorganic adhesive between a ceramic heater body and a case according to a second embodiment.

【図5】第3実施態様に係るセラミックヒータ体とケー
スとの間への金属粉末と無機系接着剤の充填状態を示す
説明図である。
FIG. 5 is an explanatory view showing a filling state of metal powder and an inorganic adhesive between the ceramic heater body and the case according to the third embodiment.

【図6】第1、第2、第3実施態様のセラミックヒータ
の熱伝導率の試験結果を表すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing test results of thermal conductivity of the ceramic heaters of the first, second and third embodiments.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 セラミックヒータ 12 第1セラミック層 14 第2セラミック層 16 ヒータ配線 20 セラミックヒータ体 40 ケース 42 フランジ 50 無機系接着剤 52 無機系接着剤 54 金属粉末 10 Ceramic Heater 12 First Ceramic Layer 14 Second Ceramic Layer 16 Heater Wiring 20 Ceramic Heater Body 40 Case 42 Flange 50 Inorganic Adhesive 52 Inorganic Adhesive 54 Metal Powder

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミック層間にヒータ配線を配設して
成るセラミックヒータ体と、 前記セラミックヒータ体を収容し、該セラミックヒータ
体を被加熱液から分離する金属製ケースと、からなり、 前記セラミックヒータ体と前記金属製ケースとの間に無
機系接着剤を充填したことを特徴とするセラミックヒー
タ。
1. A ceramic heater body formed by arranging heater wiring between ceramic layers, and a metal case for accommodating the ceramic heater body and separating the ceramic heater body from a liquid to be heated. A ceramic heater characterized in that an inorganic adhesive is filled between the heater body and the metal case.
【請求項2】 セラミック層間にヒータ配線を配設して
成るセラミックヒータ体と、 前記セラミックヒータ体を収容し、該セラミックヒータ
体を被加熱液から分離する金属製ケースと、からなり、 前記セラミックヒータ体と前記金属製ケースとの間に金
属粉末を含有する無機系接着剤を充填したことを特徴と
するセラミックヒータ。
2. A ceramic heater body formed by arranging heater wiring between ceramic layers, and a metal case for accommodating the ceramic heater body and separating the ceramic heater body from a liquid to be heated. A ceramic heater characterized in that an inorganic adhesive containing metal powder is filled between a heater body and the metal case.
【請求項3】 セラミック層間にヒータ配線を配設して
成るセラミックヒータ体と、 前記セラミックヒータ体を収容し、該セラミックヒータ
体を被加熱液から分離する金属製ケースと、からなり、 前記セラミックヒータ体と前記金属製ケースとの間に金
属粉末を充填すると共に、該金属粉末を無機系接着剤に
て封止したことを特徴とするセラミックヒータ。
3. A ceramic heater body formed by arranging heater wiring between ceramic layers, and a metal case for accommodating the ceramic heater body and separating the ceramic heater body from a liquid to be heated. A ceramic heater characterized in that a metal powder is filled between a heater body and the metal case and the metal powder is sealed with an inorganic adhesive.
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KR20220096680A (en) * 2020-12-31 2022-07-07 서울대학교산학협력단 Self-heating object module for testing thermal image camera performance and accumulating precise data

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