KR102136520B1

KR102136520B1 - 세라믹 히터

Info

Publication number: KR102136520B1
Application number: KR1020187024530A
Authority: KR
Inventors: 유스케 마키노; 나오야 나카니시; 아츠토시 스기야마; 히데후미 스즈키
Original assignee: 니뽄 도쿠슈 도교 가부시키가이샤
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2020-07-22
Also published as: KR20180124029A; EP3439428A4; CN108886840B; WO2017168896A1; EP3439428A1; JP6604884B2; JP2017183070A; CN108886840A

Abstract

히터 배선에 발생하는 절연 파괴를 방지함으로써, 신뢰성을 향상시키는 것이 가능한 세라믹 히터를 제공하는 것. 본 발명의 세라믹 히터는, 지지체 (17) 의 외주에 감기고, 히터 배선 (41) 이 내장된 세라믹 시트 (19) 를 구비한다. 히터 배선 (41) 은, 지지체 (17) 의 축선 방향을 따라 연장되는 배선부 (44) 와, 인접하는 배선부 (44) 끼리를 접속하는 접속부를 구비한다. 히터 배선 (41) 의 표면 (46) 에서 세라믹 시트 (19) 의 외주면 (47) 까지의 두께를 t 로 하고, 히터 배선 (41) 에 인가되는 전압을 V 로 하고, 히터 배선 (41) 의 단부 가장자리에서 세라믹 시트 (19) 의 단면 (48) 까지의 거리를 w 로 하고, 권합부 (20) 를 사이에 두고 서로 반대측에 배치되는 1 쌍의 배선부 (44) 간의 거리를 L 로 하였을 때, t ≥ 0.2 ㎜ 의 관계를 만족시킴과 함께, L/V ≥ 9/500 및 w/V ≥ 3/500 의 적어도 일방의 관계를 만족시키고 있다.

Description

세라믹 히터

본 발명은, 예를 들어 온수 세정 변좌, 팬 히터, 전기 온수기, 24 시간 욕조, 납땜 인두, 헤어 아이론 등에 사용되는 세라믹 히터와 관련되는 것으로, 특히, 지지체의 외주에 히터 배선이 내장된 세라믹 시트를 감은 구조의 세라믹 히터에 관한 것이다.

통상적으로 온수 세정 변좌에는, 수지제의 용기 (열 교환기) 를 갖는 열 교환 유닛이 사용되고 있다. 이 열 교환 유닛에는, 열 교환기 내에 수용된 세정수를 따뜻하게 하기 위해서, 통상 (筒狀) 의 세라믹 히터가 장착되어 있다.

이 종류의 세라믹 히터로는, 원통상의 세라믹제의 지지체에 히터 배선을 인쇄한 세라믹 시트를 감고, 일체 소성함으로써 구성한 것이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).

일본 특허공보 제3038039호 (도 1 등)

그런데, 온수 세정 변좌용의 세라믹 히터는, 항상 수중에 있기 때문에, 건조 상태에서 통전, 가열되는 경우는 거의 없다. 한편, 단수시나 배관의 고장시에는, 건조 상태로 통전, 가열될 가능성이 있다. 그러나, 건조 상태로 가열되면, 세라믹 시트의 권합부 (卷合部) 를 사이에 두고 서로 반대측에 위치하는 1 쌍의 히터 배선 간에 전위차가 발생하여 발열되고, 발열된 히터 배선 부근의 세라믹 시트 중에 존재하는 유리 성분이 용융될 우려가 있다. 이 경우, 전자가 움직이기 쉬워지기 때문에, 권합부를 사이에 두고 서로 반대측에 위치하는 1 쌍의 히터 배선 간에 부분 방전이 발생하여, 절연 파괴에 이른다. 게다가, 부분 방전시에 발생하는 스파크에 의해, 세라믹 시트 중에 존재하는 세라믹 성분도 용융되기 때문에, 세라믹 히터가 파손된다는 문제가 있다.

본 발명은 상기의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 히터 배선에 발생하는 절연 파괴를 방지함으로써, 신뢰성을 향상시키는 것이 가능한 세라믹 히터를 제공하는 것에 있다.

그리고 상기 과제를 해결하기 위한 수단 (수단 1) 으로는, 세라믹제의 지지체와, 상기 지지체의 외주에 감기고, 히터 배선이 내장된 세라믹 시트를 구비하는 세라믹 히터에 있어서, 상기 히터 배선은, 상기 지지체의 축선 방향을 따라 연장되는 복수의 배선부와, 인접하는 상기 배선부끼리를 접속하는 접속부를 구비하고, 상기 세라믹 시트에 있어서 상기 히터 배선의 표면에서 상기 세라믹 시트의 외주면까지의 두께를 t (㎜) 로 하고, 상기 히터 배선에 인가되는 전압을 V (V) 로 하고, 상기 세라믹 시트의 권합부에 있어서 상기 히터 배선의 단 (端) 가장자리에서 상기 세라믹 시트의 단면 (端面) 까지의 거리를 w (㎜) 로 하고, 상기 권합부를 사이에 두고 서로 반대측에 배치되는 1 쌍의 상기 배선부 간의 거리를 L (㎜) 로 하였을 때, t ≥ 0.2 ㎜ 의 관계를 만족시킴과 함께, L/V ≥ 9/500 및 w/V ≥ 3/500 의 적어도 일방의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터가 있다.

따라서, 수단 1 에 기재된 발명에 의하면, t ≥ 0.2 ㎜ 의 관계를 만족시킴과 함께, L/V ≥ 9/500 및 w/V ≥ 3/500 의 적어도 일방의 관계를 만족시킴으로써, 절연 파괴 강도를 높이는 것이 가능해진다. 그 결과, 권합부 부근의 세라믹 시트 중에 존재하는 유리 성분의 용융이 방지되기 때문에, 권합부를 사이에 두고 서로 반대측에 위치하는 1 쌍의 히터 배선 간에서의 절연 파괴를 방지할 수 있음과 함께, 세라믹 히터의 파손을 방지할 수 있다. 그러므로, 세라믹 히터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또, 상기 세라믹 히터는, t/V ≥ 1/500 및 w/t ≥ 3 의 적어도 일방의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 또한, 권합부에, 지지체의 축선 방향을 따라 연장됨과 함께 지지체의 외주면을 노출시키는 슬릿이 형성되고, 슬릿의 폭을 L - 2w 의 식으로부터 도출되는 것으로 하였을 때, 0.2 ≤ L - 2w ≤ 1.5 의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 이상과 같이 설정하면, 절연 파괴 강도가 보다 확실하게 높아지기 때문에, 권합부를 사이에 두고 서로 반대측에 위치하는 1 쌍의 히터 배선 간에서의 절연 파괴를 확실하게 방지할 수 있음과 함께, 세라믹 히터의 파손을 확실하게 방지할 수 있다. 그러므로, 세라믹 히터의 신뢰성이 더욱 향상된다.

상기 세라믹 히터는, 세라믹제의 지지체와, 지지체의 외주에 감겨진 세라믹 시트를 구비한다. 지지체 및 세라믹 시트를 형성하는 세라믹으로는, 예를 들어, 알루미나, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 지르코니아, 티타니아, 멀라이트 등을 바람직한 예로서 들 수 있다. 특히, 지지체 및 세라믹 시트는, 알루미나로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 내열성, 내약품성, 강도가 우수한 세라믹 히터를 저비용으로 제조할 수 있다. 또, 세라믹 시트는, 예를 들어, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈 등으로 이루어지는 발열체 (히터 배선) 를 갖고 있다. 또한, 히터 배선은, 텅스텐 및 몰리브덴의 적어도 1 종을 주성분으로서 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 히터 배선을 세라믹 시트에 대해 확실하게 밀착시킬 수 있기 때문에, 세라믹 히터의 신뢰성이 더욱 향상된다.

도 1 은 본 실시형태에 있어서의 세라믹 히터의 정면도이다.
도 2 는 세라믹 히터를 나타내는 평면도이다.
도 3 은 도 1 의 A-A 선 단면도이다.
도 4 는 세라믹 시트를 전개하여 나타내는 설명도이다.
도 5(a) ∼ 도 5(d) 는 세라믹 히터의 제조 방법을 나타내는 설명도이다.
도 6 은 다른 실시형태에 있어서, 세라믹 히터의 제조 방법을 나타내는 설명도이다.

이하, 본 발명을 구체화한 일 실시형태의 세라믹 히터 및 그 제조 방법을 도면에 기초하여 설명한다.

본 실시형태의 세라믹 히터 (11) 는, 예를 들어 온수 세정 변좌의 열 교환 유닛의 열 교환기에 있어서, 세정수를 따뜻하게 하기 위해서 사용되는 것이다.

도 1, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 이 세라믹 히터 (11) 는, 원통상을 이루는 세라믹제의 히터 본체 (13) 와, 히터 본체 (13) 에 외측에서부터 끼워지는 금속 제의 원환상의 플랜지 (15) 를 구비하고 있다. 플랜지 (15) 는, 예를 들어 스테인리스 등의 금속판을 굽힘으로써 형성된 원환상의 부재로, 중앙 부분이 오목상 (컵 형상) 을 이루고 있다.

본 실시형태에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 플랜지 (15) 의 오목상 부분 중, 히터 본체 (13) 의 외주면 (14) 과 플랜지 (15) 의 내면으로 둘러싸인 공간이 유리 고임부 (35) 로 되어 있다. 유리 고임부 (35) 에는, 유리 (33) 가 충전되어 있고, 그 유리 (33) 를 개재하여 히터 본체 (13) 와 플랜지 (15) 가 용착 고정되어 있다. 또한, 도 2 에서는, 유리 (33) 의 부분을 해칭으로 나타내고 있다.

도 1 ∼ 도 3 에 나타내는 바와 같이, 히터 본체 (13) 는, 원통상을 이루는 세라믹제의 지지체 (17) 와, 지지체 (17) 의 외주에 감겨진 세라믹 시트 (19) 에 의해 구성되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 지지체 (17) 및 세라믹 시트 (19) 는, 알루미나 (Al₂O₃) 등의 세라믹으로 이루어진다. 알루미나의 열 팽창 계수는, 50 × 10^-7/K ∼ 90 × 10^-7/K 의 범위 내이며, 본 실시형태에 있어서는, 70 × 10^-7/K (30 ℃ ∼ 380 ℃) 로 되어 있다. 또, 본 실시형태에서는, 지지체 (17) 의 외경이 12 ㎜, 내경이 8 ㎜, 길이가 65 ㎜ 로 설정되고, 세라믹 시트 (19) 의 두께가 0.5 ㎜, 길이가 60 ㎜ 로 설정되어 있다. 또한, 세라믹 시트 (19) 는, 지지체 (17) 의 외주를 완전히는 덮고 있지 않다. 이 때문에, 세라믹 시트 (19) 의 권합부 (20) 에는, 지지체 (17) 의 축선 방향을 따라 연장됨과 함께 지지체 (17) 의 외주면 (18) 을 노출시키는 슬릿 (21) 이 형성되어 있다.

도 3, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 세라믹 시트 (19) 에는, 사행된 패턴 형상의 히터 배선 (41) 과, 1 쌍의 내부 단자 (42) 가 내장되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 히터 배선 (41) 및 내부 단자 (42) 는, 텅스텐 (W) 을 주성분으로서 포함하고 있다. 또한, 각 내부 단자 (42) 는, 도시되지 않은 비아 도체 등을 통하여, 세라믹 시트 (19) 의 외주면에 형성된 외부 단자 (43) (도 1 참조) 에 전기적으로 접속되어 있다.

또, 히터 배선 (41) 은, 지지체 (17) 의 축선 방향을 따라 연장되는 복수의 배선부 (44) 와, 인접하는 배선부 (44) 끼리를 접속하는 접속부 (45) 를 구비하고 있다. 세라믹 시트 (19) 를 두께 방향에서 보았을 때에 양단부에 위치하는 1 쌍의 배선부 (44) 는, 세라믹 시트 (19) 의 권합부 (20) (도 3 참조) 를 사이에 두고 서로 반대측에 배치되어 있고, 제 1 단 (端) (도 4 에서는 상단) 이 내부 단자 (42) 에 접속됨과 함께, 제 2 단 (도 4 에서는 하단) 이 접속부 (45) 를 통하여 인접하는 배선부 (44) 의 제 2 단에 접속되어 있다. 또, 세라믹 시트 (19) 를 두께 방향에서 보았을 때에 상기한 1 쌍의 배선부 (44) 간에 위치하는 배선부 (44) 는, 제 1 단이 접속부 (45) 를 통하여 인접하는 배선부 (44) 의 제 1 단에 접속됨과 함께, 제 2 단이 접속부 (45) 를 통하여 인접하는 배선부 (44) 의 제 2 단에 접속되어 있다.

도 3, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 배선부 (44) 는, 선폭 W1 이 0.60 ㎜, 두께가 15 ㎛ 로 설정되어 있다. 동일하게, 본 실시형태의 접속부 (45) 도, 선폭 W2 가 0.60 ㎜, 두께가 15 ㎛ 로 설정되어 있다. 즉, 배선부 (44) 의 선폭 W1 은, 접속부 (45) 의 선폭 W2 와 동일하게 되어 있다. 또, 배선부 (44) 의 두께도 접속부 (45) 의 두께와 동일하기 때문에, 배선부 (44) 의 단면적은, 접속부 (45) 의 단면적과 동일하게 되어 있다.

또한, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 세라믹 시트 (19) 에 있어서, 배선부 (44) (히터 배선 (41)) 의 표면 (46) 에서 세라믹 시트 (19) 의 외주면 (47) 까지의 두께 t 는, 0.2 ㎜ 로 되어 있다. 또, 권합부 (20) 에 있어서, 배선부 (44) (히터 배선 (41)) 의 단부 가장자리에서 세라믹 시트 (19) 의 단면 (48) 까지의 거리 w 는, 0.7 ㎜ 이다. 여기서, 「거리 w」란, 원통상을 이루는 지지체 (17) 의 둘레 방향을 따른 길이를 말한다. 또한, 권합부 (20) 를 사이에 두고 서로 반대측에 배치되는 1 쌍의 배선부 (44) 간의 거리 L 은, 2.4 ㎜ 이다. 여기서, 「거리 L」이란, 1 쌍의 배선부 (44) 의 단부 가장자리끼리를 잇는 직선의 길이를 말한다. 또한, 권합부 (20) 에 형성된 슬릿 (21) 의 폭은, L - 2w 의 식으로부터 도출되는 것으로, 본 실시형태에서는 1 ㎜ 로 되어 있다.

다음으로, 본 실시형태의 세라믹 히터 (11) 를 제조하는 방법을 설명한다.

먼저, 알루미나를 주성분으로 하는 점토상의 슬러리를 종래 주지의 압출기 (도시 생략) 에 투입하고, 통상 부재를 성형한다. 그리고, 성형한 통상 부재를 건조시킨 후, 소정의 온도 (예를 들어 약 1000 ℃) 로 가열하는 임시 소성을 실시함으로써, 지지체 (17) (도 5(a) 참조) 를 얻는다.

또, 알루미나 분말을 주성분으로 하는 세라믹 재료를 사용하여, 세라믹 시트 (19) 가 되는 제 1, 제 2 세라믹 그린 시트 (51, 52) 를 형성한다. 또한, 세라믹 그린 시트의 형성 방법으로는, 닥터 블레이드법 등의 주지의 성형법을 사용할 수 있다. 그리고, 종래 주지의 페이스트 인쇄 장치 (도시 생략) 를 사용하여, 제 1 세라믹 그린 시트 (51) 의 표면 상에, 도전성 페이스트 (본 실시형태에서는, 텅스텐 페이스트) 를 인쇄한다. 그 결과, 제 1 세라믹 그린 시트 (51) 의 표면 상에, 히터 배선 (41) 및 내부 단자 (42) 가 되는 미소성 전극 (53) 이 형성된다 (도 5(b) 참조). 또한, 미소성 전극 (53) 의 위치는, 예를 들어, 히터 배선 (41) 의 위치에 대해 소성시의 수축분을 더한 크기가 되도록 조정된다.

그리고, 도전성 페이스트의 건조 후, 제 1 세라믹 그린 시트 (51) 의 인쇄면 (미소성 전극 (53) 의 형성면) 상에, 제 2 세라믹 그린 시트 (52) 를 적층하고, 시트 적층 방향으로 가압력을 부여한다. 그 결과, 각 세라믹 그린 시트 (51, 52) 가 일체화되어, 그린 시트 적층체 (54) 가 형성된다 (도 5(c) 참조). 또한, 제 2 세라믹 그린 시트 (52) 의 두께는, 예를 들어, 히터 배선 (41) 의 외측 배선부 (46) 에서 세라믹 시트 (19) 의 외주면 (47) 까지의 두께 t 에 대해 소성시의 수축분을 더한 크기가 되도록 조정된다. 또한, 페이스트 인쇄 장치를 사용하여, 제 2 세라믹 그린 시트 (52) 의 표면 상에 도전성 페이스트를 인쇄한다. 그 결과, 제 2 세라믹 그린 시트 (52) 의 표면 상에, 외부 단자 (43) 가 되는 미소성 전극 (55) 이 형성된다.

다음으로, 그린 시트 적층체 (54) 의 편측면에 세라믹 페이스트 (알루미나 페이스트) 를 도포하고, 그린 시트 적층체 (54) 를 지지체 (17) 의 외주면 (18) 에 감아 접착한다 (도 5(d) 참조). 이 때, 그린 시트 적층체 (54) 의 단부끼리가 겹치지 않도록 그린 시트 적층체 (54) 의 사이즈를 조절한다. 다음으로, 주지된 수법에 따라 건조 공정이나 탈지 공정 등을 실시한 후, 그린 시트 적층체 (54) (세라믹 그린 시트 (51, 52) 및 미소성 전극 (53, 55)) 의 알루미나 및 텅스텐이 소결될 수 있는 소정의 온도 (예를 들어, 1400 ℃ ∼ 1600 ℃ 정도) 로 가열하는 동시 소성을 실시한다. 그 결과, 세라믹 그린 시트 (51, 52) 중의 알루미나 및 도전성 페이스트 중의 텅스텐이 동시 소결되어, 그린 시트 적층체 (54) 가 세라믹 시트 (19) 가 되고, 미소성 전극 (53) 이 히터 배선 (41) 및 내부 단자 (42) 가 되고, 미소성 전극 (55) 이 외부 단자 (43) 가 된다. 그 후, 외부 단자 (43) 에 니켈 도금을 실시하여, 히터 본체 (13) 로 한다.

다음으로, 스테인리스로 이루어지는 판재를, 금형을 사용하여 프레스 성형하여, 컵상의 플랜지 (15) 를 형성한다. 그리고, 플랜지 (15) 를, 히터 본체 (13) 의 소정의 설치 위치에 외측으로부터 끼운다. 그 후, 유리 (33) 을 개재하여 히터 본체 (13) 와 플랜지 (15) 를 용착 고정시켜, 세라믹 히터 (11) 를 완성시킨다.

〈실험예〉

이하, 본 실시형태의 세라믹 히터 (11) 의 성능을 평가하기 위해서 실시한 실험예에 대해 설명한다.

먼저, 측정용 샘플을 다음과 같이 준비하였다. 히터 배선 (배선부) 의 표면에서 세라믹 시트의 외주면까지의 두께 t (도 3 참조) 가 0.18 ㎜, 히터 배선 (배선부) 의 단부 가장자리에서 세라믹 시트의 단면까지의 거리 w (도 3 참조) 가 0.6 ㎜, 권합부를 사이에 두고 서로 반대측에 배치되는 1 쌍의 배선부 간의 거리 L (도 3 참조) 이 1.4 ㎜, 권합부에 형성된 슬릿의 폭 L - 2w 가 0.2 ㎜ 가 되는 세라믹 히터를 준비하고, 이것을 샘플 A 로 하였다. 또, 두께 t 가 0.18 ㎜, 거리 w 가 1 ㎜, 거리 L 이 3 ㎜, 폭 L - 2w 가 1 ㎜ 가 되는 세라믹 히터를 준비하고, 이것을 샘플 B 로 하였다. 두께 t 가 0.2 ㎜, 거리 w 가 0.5 ㎜, 거리 L 이 3 ㎜, 폭 L - 2w 가 2 ㎜ 가 되는 세라믹 히터를 준비하고, 이것을 샘플 C 로 하였다. 두께 t 가 0.2 ㎜, 거리 w 가 0.7 ㎜, 거리 L 이 1.6 ㎜, 폭 L - 2w 가 0.2 ㎜ 가 되는 세라믹 히터를 준비하고, 이것을 샘플 D 로 하였다. 두께 t 가 0.2 ㎜, 거리 w 가 0.7 ㎜, 거리 L 이 2.4 ㎜, 폭 L - 2w 가 1 ㎜ 가 되는 세라믹 히터, 즉, 본 실시형태의 세라믹 히터 (11) 와 동일한 세라믹 히터를 준비하고, 이것을 샘플 E 로 하였다. 두께 t 가 0.2 ㎜, 거리 w 가 1 ㎜, 거리 L 이 3 ㎜, 폭 L - 2w 가 1 ㎜ 가 되는 세라믹 히터를 준비하고, 이것을 샘플 F 로 하였다. 두께 t 가 0.3 ㎜, 거리 w 가 1 ㎜, 거리 L 이 2.4 ㎜, 폭 L - 2w 가 0.4 ㎜ 가 되는 세라믹 히터를 준비하고, 이것을 샘플 G 로 하였다. 두께 t 가 0.3 ㎜, 거리 w 가 1 ㎜, 거리 L 이 3 ㎜, 폭 L - 2w 가 1 ㎜ 가 되는 세라믹 히터를 준비하고, 이것을 샘플 H 로 하였다. 두께 t 가 0.4 ㎜, 거리 w 가 1.3 ㎜, 거리 L 이 3 ㎜, 폭 L - 2w 가 0.4 ㎜ 가 되는 세라믹 히터를 준비하고, 이것을 샘플 I 로 하였다. 두께 t 가 0.4 ㎜, 거리 w 가 1.3 ㎜, 거리 L 이 3.8 ㎜, 폭 L - 2w 가 1.2 ㎜ 가 되는 세라믹 히터를 준비하고, 이것을 샘플 J 로 하였다. 두께 t 가 0.4 ㎜, 거리 w 가 1.5 ㎜, 거리 L 이 4.5 ㎜, 폭 L - 2w 가 1.5 ㎜ 가 되는 세라믹 히터를 준비하고, 이것을 샘플 K 로 하였다. 두께 t 가 0.5 ㎜, 거리 w 가 1.3 ㎜, 거리 L 이 3 ㎜, 폭 L - 2w 가 0.4 ㎜ 가 되는 세라믹 히터를 준비하고, 이것을 샘플 L 로 하였다. 두께 t 가 0.5 ㎜, 거리 w 가 1.5 ㎜, 거리 L 이 3.8 ㎜, 폭 L - 2w 가 0.8 ㎜ 가 되는 세라믹 히터를 준비하고, 이것을 샘플 M 으로 하였다. 두께 t 가 0.5 ㎜, 거리 w 가 1.3 ㎜, 거리 L 이 3 ㎜, 폭 L - 2w 가 0.4 ㎜ 가 되는 세라믹 히터를 준비하고, 이것을 샘플 N 으로 하였다. 두께 t 가 0.5 ㎜, 거리 w 가 1.5 ㎜, 거리 L 이 4.3 ㎜, 폭 L - 2w 가 1.3 ㎜ 가 되는 세라믹 히터를 준비하고, 이것을 샘플 O 로 하였다. 두께 t 가 0.5 ㎜, 거리 w 가 1.5 ㎜, 거리 L 이 4.3 ㎜, 폭 L - 2w 가 1.3 ㎜ 가 되는 세라믹 히터를 준비하고, 이것을 샘플 P 로 하였다. 두께 t 가 0.5 ㎜, 거리 w 가 1.5 ㎜, 거리 L 이 4.5 ㎜, 폭 L - 2w 가 1.5 ㎜ 가 되는 세라믹 히터를 준비하고, 이것을 샘플 Q 로 하였다. 또한, 샘플 A ∼ Q 는, 각각 10 개씩 준비하였다.

다음으로, 각 측정용 샘플 (샘플 A ∼ Q) 의 세라믹 시트가 구비하는 1 쌍의 내부 단자 (히터 배선) 에 대해 니크롬선을 납땜하고, 각 측정용 샘플을 건조 상태로 하여 기대에 설치하였다. 그리고, 1 쌍의 내부 단자 간에 전압 V (교류 100 V, 140 V, 200 V, 240 V 중 어느 것) 를 6 분간 인가하고, 세라믹 시트의 표면 온도를 서모 카메라로 계측하였다. 구체적으로 말하면, 샘플 A ∼ E 에 대해서는 교류 100 V 의 전압을 인가하고, 샘플 F ∼ H, L, M 에 대해서는 교류 140 V 의 전압을 인가하고, 샘플 I, J, P 에 대해서는 교류 200 V 의 전압을 인가하고, 샘플 K, N, O, Q 에 대해서는 교류 240 V 의 전압을 인가하였다. 또, 샘플 A ∼ Q 의 각각에 있어서, t/V, w/t, L/V, w/V 의 값을 산출하였다. 또한, 권합부를 사이에 두고 서로 반대측에 위치하는 1 쌍의 배선부 간에 있어서, 절연 파괴가 발생하였는지의 여부를 관찰하고, 절연 파괴가 발생한 경우에는, 그 발생 시간을 계측, 기록하였다. 그리고, 각 샘플 A ∼ Q 에 있어서, 절연 파괴의 발생률이 60 ％ 이상이 되는 것 (즉, 10 개 중 6 개 이상의 샘플에 절연 파괴가 발생하는 것) 을「×」로 판정하고, 절연 파괴의 발생률이 30 ％ 이상 50 ％ 이하가 되는 것 (즉, 10 개 중, 3 개 ∼ 5 개의 샘플에 절연 파괴가 발생하는 것) 을「△」로 판정하고, 절연 파괴의 발생률이 10 ％ 이상 20 ％ 이하가 되는 것 (즉, 10 개 중, 1 개 또는 2 개의 샘플에 절연 파괴가 발생하는 것) 을「○」로 판정하고, 절연 파괴의 발생률이 0 ％ 가 되는 것 (즉, 10 개 모든 샘플에 절연 파괴가 발생하지 않는 것) 을「◎」로 판정하였다. 이상의 결과를 표 1 에 나타낸다.

그 결과, 두께 t 가 0.2 ㎜ 미만이 되는 샘플 A, B 에서는, 절연 파괴의 발생률이 60 ％ 이상이 되기 때문에, 판정이「×」가 되는 것이 확인되었다. 또, 두께 t 가 0.2 ㎜ 이상이 되지만, L/V 가 9/500 미만이고 w/V 가 3/500 미만이 되는 샘플 N 에서는, 절연 파괴의 발생률이 60 ％ 이상이 되는 것이 확인되었다. 한편, 두께 t 가 0.2 ㎜ 이상이 됨과 함께, L/V 가 9/500 이상 또는 w/V 가 3/500 이상이 되는 샘플 C ∼ M, O ∼ Q 에서는, 절연 파괴의 발생률이 50 ％ 이하가 되는 것이 확인되었다. 또한, 샘플 C ∼ M, O ∼ Q 중, t/V 가 1/500 이상이 됨과 함께, w/t 가 3 이상이 되는 샘플 D, E, G ∼ J, M, O ∼ Q 에서는, 절연 파괴의 발생률이 20 ％ 이하가 되는 것이 확인되었다. 특히, 샘플 D, E, G ∼ J, M, O ∼ Q 중, L/V 가 9/500 이상이 되고, 또한 w/V 가 3/500 이상이 되는 샘플 E, H, J, M, P, Q 에서는, 절연 파괴가 발생하지 않는 것이 확인되었다.

이상으로부터, t ≥ 0.2 ㎜, L/V ≥ 9/500, w/V ≥ 3/500, t/V ≥ 1/500 및 w/t ≥ 3 의 관계를 모두 만족시키도록 설정하면, 절연 파괴의 발생이 방지되는 것이 증명되었다.

따라서, 본 실시형태에 의하면 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(1) 본 실시형태의 세라믹 히터 (11) 에서는, 두께 t 가 0.2 ㎜, 거리 w 가 0.7 ㎜, 거리 L 이 2.4 ㎜, 전압 V 가 교류 100 V 이기 때문에, t ≥ 0.2 ㎜ 의 관계를 만족시킴과 함께, L/V ≥ 9/500 및 w/V ≥ 3/500 의 관계를 만족시키게 되어, 절연 파괴 강도를 높이는 것이 가능해진다. 그 결과, 권합부 (20) 부근의 세라믹 시트 (19) 중에 존재하는 유리 성분의 용융이 방지되기 때문에, 권합부 (20) 를 사이에 두고 서로 반대측에 위치하는 1 쌍의 배선부 (44) 간에서의 절연 파괴를 방지할 수 있음과 함께, 세라믹 히터 (11) 의 파손을 방지할 수 있다. 그러므로, 세라믹 히터 (11) 의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

(2) 본 실시형태에서는, 세라믹 시트 (19) 에 형성된 1 쌍의 내부 단자 (42) 가, 세라믹 시트 (19) 의 권합부 (20) 를 사이에 두고 서로 반대측에 위치하는 1 쌍의 배선부 (44) 보다 내측에 배치되어 있다 (도 4 참조). 이 때문에, 세라믹 시트 (19) 를 지지체 (17) 의 외주에 감으면, 양 내부 단자 (42) 는, 지지체 (17) 의 직경 방향에 있어서 서로 반대측에 위치하게 된다. 그 결과, 양 내부 단자 (42) 간의 거리가 커지기 때문에, 양 내부 단자 (42) 간에서의 방전의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시형태를 이하와 같이 변경해도 된다.

· 상기 실시형태에서는, 그린 시트 적층체 (54) 의 편측면에 세라믹 페이스트를 도포하고, 그린 시트 적층체 (54) 를 지지체 (17) 의 외주면 (18) 에 감아 접착하고 있었지만, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 세라믹 페이스트 (61) 의 일부에서, 세라믹 시트가 되는 그린 시트 적층체 (62) 의 단면과 지지체 (63) 의 외주면 (64) 을 덮도록 해도 된다. 또한, 이 경우에 있어서도, 거리 w 는, 히터 배선 (미소성 전극 (65)) 의 단 가장자리에서 세라믹 시트 (그린 시트 적층체 (62)) 의 단면까지의 길이가 된다.

· 상기 실시형태에서는, 세라믹 히터 (11) 의 지지체 (17) 가 통상을 이루고 있었지만, 지지체는 봉상을 이루고 있어도 된다. 즉, 세라믹 히터는, 온수 세정 변좌와는 다른 것 (예를 들어, 팬 히터 등) 에 사용되는 것이어도 된다.

· 상기 실시형태의 세라믹 히터 (11) 는, 1 쌍의 내부 단자 (42) 간에 교류 전압이 인가되는 것이었지만, 1 쌍의 내부 단자 (42) 간에 직류 전압이 인가되는 것이어도 된다.

다음으로, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상 외에, 전술한 실시형태에 의해 파악되는 기술적 사상을 이하에 열거한다.

(1) 세라믹제의 지지체와, 상기 지지체의 외주에 감기고, 히터 배선이 내장된 세라믹 시트를 구비하는 세라믹 히터에 있어서, 상기 히터 배선은, 상기 지지체의 축선 방향을 따라 연장되는 복수의 배선부와, 인접하는 상기 배선부끼리를 접속하는 접속부를 구비하고, 상기 세라믹 시트에 있어서 상기 히터 배선의 표면에서 상기 세라믹 시트의 외주면까지의 두께를 t (㎜) 로 하고, 상기 히터 배선에 인가되는 전압을 V (V) 로 하고, 상기 세라믹 시트의 권합부에 있어서 상기 히터 배선의 단 가장자리에서 상기 세라믹 시트의 단면까지의 거리를 w (㎜) 로 하고, 상기 권합부를 사이에 두고 서로 반대측에 배치되는 1 쌍의 상기 배선부 간의 거리를 L (㎜) 로 하였을 때, t ≥ 0.2 ㎜ 의 관계를 만족시킴과 함께, L/V ≥ 9/500 및 w/V ≥ 3/500 의 적어도 일방의 관계를 만족시키고, 또한, t/V ≥ 1/500 및 w/t ≥ 3 의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.

(2) 상기 수단 1 에 있어서, 상기 배선부의 선폭이, 상기 접속부의 선폭과 동일한 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.

11 : 세라믹 히터
17, 63 : 지지체
18, 64 : 지지체의 외주면
19 : 세라믹 시트
20 : 권합부
21 : 슬릿
41 : 히터 배선
44 : 배선부
45 : 접속부
46 : 히터 배선의 표면
47 : 세라믹 시트의 외주면
48 : 세라믹 시트의 단면
L : 권합부를 사이에 두고 반대측에 배치되는 1 쌍의 배선부 간의 거리
t : 히터 배선의 표면에서 세라믹 시트의 외주면까지의 두께
V : 전압
w : 히터 배선의 단부 가장자리에서 세라믹 시트의 단면까지의 거리

Claims

세라믹제의 지지체와, 상기 지지체의 외주에 감기고, 히터 배선이 내장된 세라믹 시트를 구비하는 세라믹 히터에 있어서,
상기 히터 배선은, 상기 지지체의 축선 방향을 따라 연장되는 복수의 배선부와, 인접하는 상기 배선부끼리를 접속하는 접속부를 구비하고,
상기 세라믹 시트에 있어서 상기 히터 배선의 표면에서 상기 세라믹 시트의 외주면까지의 두께를 t 로 하고, 상기 히터 배선에 인가되는 전압을 V 로 하고, 상기 세라믹 시트의 권합부에 있어서 상기 히터 배선의 단 가장자리에서 상기 세라믹 시트의 단면까지의 거리를 w 로 하고, 상기 권합부를 사이에 두고 서로 반대측에 배치되는 1 쌍의 상기 배선부 간의 거리를 L 로 하였을 때, 0.5 ㎜ ≥ t ≥ 0.2 ㎜ 의 관계를 만족시킴과 함께, 15/500 ≥ L/V ≥ 9/500 및 5.36/500 ≥ w/V ≥ 3/500 의 적어도 일방의 관계를 만족시키고,
상기 전압 V 의 단위는 볼트 (V) 이고, 상기 두께 t, 상기 거리 w 및 상기 거리 L 의 각 단위는 밀리미터 (㎜) 인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제 1 항에 있어서,
1.79/500 ≥ t/V ≥ 1/500 및 5 ≥ w/t ≥ 3 의 적어도 일방의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 권합부에, 상기 지지체의 축선 방향을 따라 연장됨과 함께 상기 지지체의 외주면을 노출시키는 슬릿이 형성되고,
상기 슬릿의 폭을 L - 2w 의 식으로부터 도출되는 것으로 하였을 때, 0.2 ≤ L - 2w ≤ 1.5 의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제 1 항에 있어서,
상기 지지체 및 상기 세라믹 시트는, 알루미나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제 1 항에 있어서,
상기 히터 배선은, 텅스텐 및 몰리브덴의 적어도 1 종을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.