以下、本発明を具体化した一実施形態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。
Hereinafter, a ceramic heater and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。
The ceramic heater 11 of the present embodiment is used for warming cleaning water in a heat exchanger of a heat exchange unit of a warm water cleaning toilet seat, for example.
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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the ceramic heater 11 includes a cylindrical ceramic heater main body 13 and a metal annular flange 15 that is externally fitted to the heater main body 13. . The flange 15 is an annular member formed by bending a metal plate such as stainless steel, and has a concave portion (cup shape) at the center.
本実施形態では、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。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the space surrounded by the outer peripheral surface 14 of the heater main body 13 and the inner surface of the flange 15 in the concave portion of the flange 15 is the glass reservoir 35. The glass reservoir 35 is filled with glass 33, and the heater body 13 and the flange 15 are welded and fixed through the glass 33. In FIG. 2, the portion of the glass 33 is indicated by hatching.
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。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とともに支持体17の外周面18を露出させるスリット21が形成されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the heater main body 13 includes a cylindrical ceramic support 17 and a ceramic sheet 19 wound around the outer periphery of the support 17. In the present embodiment, the support 17 and the ceramic sheet 19 are made of a ceramic such as alumina (Al 2 O 3 ). The thermal expansion coefficient of alumina is in the range of 50 × 10 −7 / K to 90 × 10 −7 / K, and in this embodiment, 70 × 10 −7 / K (30 ° C. to 380 ° C.). ing. Moreover, in this embodiment, the outer diameter of the support body 17 is set to 12 mm, the inner diameter is set to 8 mm, the length is set to 65 mm, the thickness of the ceramic sheet 19 is set to 0.5 mm, and the length is set to 60 mm. The ceramic sheet 19 does not completely cover the outer periphery of the support 17. Therefore, a slit 21 that extends along the axial direction of the support 17 and exposes the outer peripheral surface 18 of the support 17 is formed in the winding portion 20 of the ceramic sheet 19.
図3,図4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、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。
3 and 4, the ceramic sheet 19 has a meandering pattern-shaped heater wiring 41 and a pair of internal terminals 42 incorporated therein. In the present embodiment, the heater wiring 41 and the internal terminal 42 contain tungsten (W) as a main component. Each internal terminal 42 is electrically connected to an external terminal 43 (see FIG. 1) formed on the outer peripheral surface of the ceramic sheet 19 via a via conductor (not shown).
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、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おり、第1端(図4では上端)が内部端子42に接続されるとともに、第2端(図4では下端)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。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。
Further, the heater wiring 41 includes a plurality of wiring portions 44 extending along the axial direction of the support body 17 and a connection portion 45 that connects the adjacent wiring portions 44 to each other. A pair of wiring portions 44 located at both ends when the ceramic sheet 19 is viewed from the thickness direction are disposed on opposite sides of the winding portion 20 of the ceramic sheet 19 (see FIG. 3). One end (upper end in FIG. 4) is connected to the internal terminal 42, and the second end (lower end in FIG. 4) is connected to the second end of the adjacent wiring portion 44 via the connection portion 45. Further, when the ceramic sheet 19 is viewed from the thickness direction, the wiring portion 44 located between the pair of wiring portions 44 described above has a first end connected to the first end of the wiring portion 44 adjacent to the first wiring portion 44 via the connection portion 45. In addition to being connected, the second end is connected to the second end of the adjacent wiring portion 44 via the connection portion 45.
図3,図4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。即ち、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。
As shown in FIGS. 3 and 4, the wiring portion 44 of the present embodiment has a line width W1 of 0.60 mm and a thickness of 15 μm. Similarly, the connecting portion 45 of the present embodiment is also set to have a line width W2 of 0.60 mm and a thickness of 15 μm. That is, the line width W1 of the wiring part 44 is the same as the line width W2 of the connection part 45. Further, since the thickness of the wiring part 44 is also the same as the thickness of the connection part 45, the cross-sectional area of the wiring part 44 is the same as the cross-sectional area of the connection part 45.
なお、図3に示されるように、セラミックシート19において、配線部44(ヒータ配線41)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(ヒータ配線41)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。
As shown in FIG. 3, in the ceramic sheet 19, the thickness t from the surface 46 of the wiring portion 44 (heater wiring 41) to the outer peripheral surface 47 of the ceramic sheet 19 is 0.2 mm. Moreover, in the winding part 20, the distance w from the edge of the wiring part 44 (heater wiring 41) to the end surface 48 of the ceramic sheet 19 is 0.7 mm. Here, “distance w” refers to the length along the circumferential direction of the cylindrical support 17. Furthermore, the distance L between the pair of wiring portions 44 arranged on the opposite sides of the winding portion 20 is 2.4 mm. Here, “distance L” refers to the length of a straight line connecting the edges of the pair of wiring portions 44. Note that the width of the slit 21 formed in the winding portion 20 is derived from the equation L-2w, and is 1 mm in this embodiment.
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。
Next, a method for manufacturing the ceramic heater 11 of this embodiment will be described.
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5(a)参照)を得る。
First, a clay-like slurry containing alumina as a main component is put into a conventionally known extruder (not shown) to form a cylindrical member. And after drying the shape | molded cylindrical member, the support body 17 (refer Fig.5 (a)) is obtained by performing temporary baking which heats to predetermined | prescribed temperature (for example, about 1000 degreeC).
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(本実施形態では、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5(b)参照)。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。
Also, the first and second ceramic green sheets 51 and 52 to be the ceramic sheet 19 are formed using a ceramic material mainly composed of alumina powder. In addition, as a formation method of a ceramic green sheet, well-known forming methods, such as a doctor blade method, can be used. Then, a conductive paste (in this embodiment, a tungsten paste) is printed on the surface of the first ceramic green sheet 51 using a conventionally known paste printing apparatus (not shown). As a result, the unfired electrode 53 to be the heater wiring 41 and the internal terminal 42 is formed on the surface of the first ceramic green sheet 51 (see FIG. 5B). Note that the position of the unfired electrode 53 is adjusted so that, for example, the size of the position of the heater wiring 41 plus the shrinkage during firing is added.
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5(c)参照)。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の外側配線部46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。
Then, after drying the conductive paste, the second ceramic green sheet 52 is laminated on the printed surface of the first ceramic green sheet 51 (formation surface of the unfired electrode 53), and a pressing force is applied in the sheet laminating direction. To do. As a result, the ceramic green sheets 51 and 52 are integrated to form a green sheet laminate 54 (see FIG. 5C). The thickness of the second ceramic green sheet 52 is, for example, a size obtained by adding shrinkage during firing to the thickness t from the outer wiring portion 46 of the heater wiring 41 to the outer peripheral surface 47 of the ceramic sheet 19. It is adjusted to become. Further, a conductive paste is printed on the surface of the second ceramic green sheet 52 using a paste printing apparatus. As a result, an unfired electrode 55 that becomes the external terminal 43 is formed on the surface of the second ceramic green sheet 52.
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18に巻き付けて接着する(図5(d)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。
Next, a ceramic paste (alumina paste) is applied to one side of the green sheet laminate 54, and the green sheet laminate 54 is wound around and bonded to the outer peripheral surface 18 of the support 17 (see FIG. 5 (d)). At this time, the size of the green sheet laminate 54 is adjusted so that the ends of the green sheet laminate 54 do not overlap each other. Next, after performing a drying process or a degreasing process according to a well-known method, a predetermined temperature at which the alumina and tungsten of the green sheet laminate 54 (the ceramic green sheets 51 and 52 and the unfired electrodes 53 and 55) can be sintered. Simultaneous firing is performed by heating to (for example, about 1400 ° C. to 1600 ° C.). As a result, the alumina in the ceramic green sheets 51 and 52 and the tungsten in the conductive paste are simultaneously sintered, the green sheet laminate 54 becomes the ceramic sheet 19, and the unfired electrode 53 becomes the heater wiring 41 and the internal terminal 42. Thus, the unfired electrode 55 becomes the external terminal 43. Thereafter, the external terminals 43 are plated with nickel to form the heater body 13.
次に、ステンレスからなる板材を、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。
Next, a plate material made of stainless steel is press-molded using a mold to form a cup-shaped flange 15. Then, the flange 15 is externally fitted to a predetermined mounting position of the heater body 13. Thereafter, the heater body 13 and the flange 15 are welded and fixed via the glass 33 to complete the ceramic heater 11.
〈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。
<Experimental example>
Hereinafter, experimental examples performed for evaluating the performance of the ceramic heater 11 of the present embodiment will be described.
まず、測定用サンプルを次のように準備した。ヒータ配線(配線部)の表面からセラミックシートの外周面までの厚さt(図3参照)が0.18mm、ヒータ配線(配線部)の端縁からセラミックシートの端面までの距離w(図3参照)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(図3参照)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、これをサンプルAとした。また、厚さtが0.18mm、距離wが1mm、距離Lが3mm、幅L-2wが1mmとなるセラミックヒータを準備し、これをサンプルBとした。厚さtが0.2mm、距離wが0.5mm、距離Lが3mm、幅L-2wが2mmとなるセラミックヒータを準備し、これをサンプルCとした。厚さtが0.2mm、距離wが0.7mm、距離Lが1.6mm、幅L-2wが0.2mmとなるセラミックヒータを準備し、これをサンプルDとした。厚さtが0.2mm、距離wが0.7mm、距離Lが2.4mm、幅L-2wが1mm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11と同じセラミックヒータを準備し、これをサンプルEとした。厚さtが0.2mm、距離wが1mm、距離Lが3mm、幅L-2wが1mmとなるセラミックヒータを準備し、これをサンプルFとした。厚さtが0.3mm、距離wが1mm、距離Lが2.4mm、幅L-2wが0.4mmとなるセラミックヒータを準備し、これをサンプルGとした。厚さtが0.3mm、距離wが1mm、距離Lが3mm、幅L-2wが1mmとなるセラミックヒータを準備し、これをサンプルHとした。厚さtが0.4mm、距離wが1.3mm、距離Lが3mm、幅L-2wが0.4mmとなるセラミックヒータを準備し、これをサンプルIとした。厚さtが0.4mm、距離wが1.3mm、距離Lが3.8mm、幅L-2wが1.2mmとなるセラミックヒータを準備し、これをサンプルJとした。厚さtが0.4mm、距離wが1.5mm、距離Lが4.5mm、幅L-2wが1.5mmとなるセラミックヒータを準備し、これをサンプルKとした。厚さtが0.5mm、距離wが1.3mm、距離Lが3mm、幅L-2wが0.4mmとなるセラミックヒータを準備し、これをサンプルLとした。厚さtが0.5mm、距離wが1.5mm、距離Lが3.8mm、幅L-2wが0.8mmとなるセラミックヒータを準備し、これをサンプルMとした。厚さtが0.5mm、距離wが1.3mm、距離Lが3mm、幅L-2wが0.4mmとなるセラミックヒータを準備し、これをサンプルNとした。厚さtが0.5mm、距離wが1.5mm、距離Lが4.3mm、幅L-2wが1.3mmとなるセラミックヒータを準備し、これをサンプルOとした。厚さtが0.5mm、距離wが1.5mm、距離Lが4.3mm、幅L-2wが1.3mmとなるセラミックヒータを準備し、これをサンプルPとした。厚さtが0.5mm、距離wが1.5mm、距離Lが4.5mm、幅L-2wが1.5mmとなるセラミックヒータを準備し、これをサンプルQとした。なお、サンプルA~Qは、それぞれ10個ずつ準備した。
First, a measurement sample was prepared as follows. The thickness t (see FIG. 3) from the surface of the heater wiring (wiring portion) to the outer peripheral surface of the ceramic sheet is 0.18 mm, and the distance w from the edge of the heater wiring (wiring portion) to the end surface of the ceramic sheet (FIG. 3) Reference) is 0.6 mm, the distance L (see FIG. 3) between a pair of wiring parts arranged on opposite sides of the winding part is 1.4 mm, and the width L− of the slit formed in the winding part A ceramic heater having 2 w of 0.2 mm was prepared, and this was designated as sample A. Also, a ceramic heater having a thickness t of 0.18 mm, a distance w of 1 mm, a distance L of 3 mm, and a width L-2w of 1 mm was prepared, and this was designated as Sample B. A ceramic heater having a thickness t of 0.2 mm, a distance w of 0.5 mm, a distance L of 3 mm, and a width L-2w of 2 mm was prepared. A ceramic heater having a thickness t of 0.2 mm, a distance w of 0.7 mm, a distance L of 1.6 mm, and a width L-2w of 0.2 mm was prepared. A ceramic heater having a thickness t of 0.2 mm, a distance w of 0.7 mm, a distance L of 2.4 mm, and a width L-2w of 1 mm, ie, the same ceramic heater as the ceramic heater 11 of the present embodiment, is prepared. This was designated as Sample E. A ceramic heater having a thickness t of 0.2 mm, a distance w of 1 mm, a distance L of 3 mm, and a width L-2w of 1 mm was prepared. A ceramic heater having a thickness t of 0.3 mm, a distance w of 1 mm, a distance L of 2.4 mm, and a width L-2w of 0.4 mm was prepared. A ceramic heater having a thickness t of 0.3 mm, a distance w of 1 mm, a distance L of 3 mm, and a width L-2w of 1 mm was prepared. A ceramic heater having a thickness t of 0.4 mm, a distance w of 1.3 mm, a distance L of 3 mm, and a width L-2w of 0.4 mm was prepared. A ceramic heater having a thickness t of 0.4 mm, a distance w of 1.3 mm, a distance L of 3.8 mm, and a width L-2w of 1.2 mm was prepared. A ceramic heater having a thickness t of 0.4 mm, a distance w of 1.5 mm, a distance L of 4.5 mm, and a width L-2w of 1.5 mm was prepared. A ceramic heater having a thickness t of 0.5 mm, a distance w of 1.3 mm, a distance L of 3 mm, and a width L-2w of 0.4 mm was prepared. A ceramic heater having a thickness t of 0.5 mm, a distance w of 1.5 mm, a distance L of 3.8 mm, and a width L-2w of 0.8 mm was prepared. A ceramic heater having a thickness t of 0.5 mm, a distance w of 1.3 mm, a distance L of 3 mm, and a width L-2w of 0.4 mm was prepared. A ceramic heater having a thickness t of 0.5 mm, a distance w of 1.5 mm, a distance L of 4.3 mm, and a width L-2w of 1.3 mm was prepared. A ceramic heater having a thickness t of 0.5 mm, a distance w of 1.5 mm, a distance L of 4.3 mm, and a width L-2w of 1.3 mm was prepared. A ceramic heater having a thickness t of 0.5 mm, a distance w of 1.5 mm, a distance L of 4.5 mm, and a width L-2w of 1.5 mm was prepared. In addition, 10 samples A to Q were prepared.
次に、各測定用サンプル(サンプルA~Q)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V(交流100V、140V、200V、240Vのいずれか)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。具体的に言うと、サンプルA~Eに対しては交流100Vの電圧を印加し、サンプルF~H,L,Mに対しては交流140Vの電圧を印加し、サンプルI,J,Pに対しては交流200Vの電圧を印加し、サンプルK,N,O,Qに対しては交流240Vの電圧を印加した。また、サンプルA~Qのそれぞれにおいて、t/V,w/t,L/V,w/Vの値を算出した。さらに、巻き合わせ部を挟んで互いに反対側に位置する一対の配線部間において、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。そして、各サンプルA~Qにおいて、絶縁破壊の発生率が60%以上となるもの(即ち、10個中6個以上のサンプルに絶縁破壊が生じるもの)を「×」と判定し、絶縁破壊の発生率が30%以上50%以下となるもの(即ち、10個中、3個~5個のサンプルに絶縁破壊が生じるもの)を「△」と判定し、絶縁破壊の発生率が10%以上20%以下となるもの(即ち、10個中、1個または2個のサンプルに絶縁破壊が生じるもの)を「○」と判定し、絶縁破壊の発生率が0%となるもの(即ち、10個全てのサンプルに絶縁破壊が生じないもの)を「◎」と判定した。以上の結果を表1に示す。
Next, nichrome wire was soldered to a pair of internal terminals (heater wiring) provided in the ceramic sheets of each measurement sample (samples A to Q), and each measurement sample was dried and placed on the base. . Then, voltage V (any one of AC 100V, 140V, 200V, and 240V) was applied between the pair of internal terminals for 6 minutes, and the surface temperature of the ceramic sheet was measured with a thermo camera. More specifically, an AC voltage of 100V is applied to Samples A to E, an AC voltage of 140V is applied to Samples F to H, L, and M, and Samples I, J, and P are applied. In this case, an AC voltage of 200 V was applied, and an AC voltage of 240 V was applied to the samples K, N, O, and Q. In each of samples A to Q, values of t / V, w / t, L / V, and w / V were calculated. Further, whether or not dielectric breakdown occurred was observed between a pair of wiring parts located on opposite sides of the winding part, and when dielectric breakdown occurred, the occurrence time was measured and recorded. Then, in each sample A to Q, those having an insulation breakdown rate of 60% or more (that is, those causing breakdown in 6 or more samples out of 10) are judged as “x” and When the occurrence rate is 30% or more and 50% or less (that is, breakdown occurs in 3 to 5 samples out of 10), it is judged as “△”, and the breakdown occurrence rate is 10% or more. Those that are 20% or less (that is, those in which dielectric breakdown occurs in one or two samples out of 10) are judged as “◯”, and those in which the occurrence rate of dielectric breakdown becomes 0% (that is, 10 All samples were not evaluated for dielectric breakdown) as “◎”. The results are shown in Table 1.
その結果、厚さtが0.2mm未満となるサンプルA,Bでは、絶縁破壊の発生率が60%以上となるため、判定が「×」となることが確認された。また、厚さtが0.2mm以上となるものの、L/Vが9/500未満であってw/Vが3/500未満となるサンプルNでは、絶縁破壊の発生率が60%以上となることが確認された。一方、厚さtが0.2mm以上となるとともに、L/Vが9/500以上またはw/Vが3/500以上となるサンプルC~M,O~Qでは、絶縁破壊の発生率が50%以下となることが確認された。さらに、サンプルC~M,O~Qのうち、t/Vが1/500以上となるとともに、w/tが3以上となるサンプルD,E,G~J,M,O~Qでは、絶縁破壊の発生率が20%以下となることが確認された。特に、サンプルD,E,G~J,M,O~Qのうち、L/Vが9/500以上となり、かつw/Vが3/500以上となるサンプルE,H,J,M,P,Qでは、絶縁破壊が生じないことが確認された。
As a result, in samples A and B having a thickness t of less than 0.2 mm, the occurrence rate of dielectric breakdown was 60% or more, so it was confirmed that the determination was “x”. In addition, although the thickness t is 0.2 mm or more, in the sample N in which L / V is less than 9/500 and w / V is less than 3/500, the occurrence rate of dielectric breakdown is 60% or more. It was confirmed. On the other hand, in the samples C to M and O to Q in which the thickness t is 0.2 mm or more and L / V is 9/500 or more or w / V is 3/500 or more, the occurrence rate of dielectric breakdown is 50. % Or less was confirmed. Further, among the samples C to M and O to Q, in the samples D, E, G to J, M, and O to Q in which t / V is 1/500 or more and w / t is 3 or more, insulation is performed. It was confirmed that the incidence of destruction was 20% or less. In particular, among samples D, E, G to J, M, and O to Q, samples E, H, J, M, and P in which L / V is 9/500 or more and w / V is 3/500 or more. , Q, it was confirmed that dielectric breakdown does not occur.
以上のことから、t≧0.2mm、L/V≧9/500、w/V≧3/500、t/V≧1/500及びw/t≧3の関係を全て満たすように設定すれば、絶縁破壊の発生が防止されることが証明された。
From the above, if t ≧ 0.2 mm, L / V ≧ 9/500, w / V ≧ 3/500, t / V ≧ 1/500 and w / t ≧ 3 are all set to satisfy the relationship. It was proved that the occurrence of dielectric breakdown was prevented.
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
Therefore, according to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1)本実施形態のセラミックヒータ11では、厚さtが0.2mm、距離wが0.7mm、距離Lが2.4mm、電圧Vが交流100Vであるため、t≧0.2mmの関係を満たすとともに、L/V≧9/500及びw/V≧3/500の関係を満たすようになり、絶縁破壊強度を高めることが可能となる。その結果、巻き合わせ部20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防止されるため、巻き合わせ部20を挟んで互いに反対側に位置する一対の配線部44間での絶縁破壊を防止できるとともに、セラミックヒータ11の破損を防止することができる。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。
(1) In the ceramic heater 11 of the present embodiment, since the thickness t is 0.2 mm, the distance w is 0.7 mm, the distance L is 2.4 mm, and the voltage V is 100 V AC, a relationship of t ≧ 0.2 mm. In addition, the relationship of L / V ≧ 9/500 and w / V ≧ 3/500 is satisfied, and the dielectric breakdown strength can be increased. As a result, melting of the glass component existing in the ceramic sheet 19 in the vicinity of the winding portion 20 is prevented, so that dielectric breakdown is caused between the pair of wiring portions 44 located on the opposite sides of the winding portion 20. While being able to prevent, damage to the ceramic heater 11 can be prevented. Therefore, the reliability of the ceramic heater 11 can be improved.
(2)本実施形態では、セラミックシート19に形成された一対の内部端子42が、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位置する一対の配線部44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防止することができる。
(2) In the present embodiment, the pair of internal terminals 42 formed on the ceramic sheet 19 are disposed on the inner side than the pair of wiring portions 44 positioned on opposite sides of the winding portion 20 of the ceramic sheet 19. (See FIG. 4). For this reason, when the ceramic sheet 19 is wound around the outer periphery of the support 17, both internal terminals 42 are positioned on opposite sides in the radial direction of the support 17. As a result, since the distance between the internal terminals 42 is increased, the occurrence of discharge between the internal terminals 42 can be prevented.
なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。
In addition, you may change this embodiment as follows.
・上記実施形態では、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に巻き付けて接着していたが、図6に示されるように、セラミックペースト61の一部で、セラミックシートとなるグリーンシート積層体62の端面と支持体63の外周面64とを覆うようにしてもよい。なお、この場合においても、距離wは、ヒータ配線(未焼成電極65)の端縁からセラミックシート(グリーンシート積層体62)の端面までの長さとなる。
In the above embodiment, the ceramic paste is applied to one side of the green sheet laminate 54, and the green sheet laminate 54 is wound around and adhered to the outer peripheral surface 18 of the support 17, but as shown in FIG. A part of the ceramic paste 61 may cover the end face of the green sheet laminate 62 serving as a ceramic sheet and the outer peripheral face 64 of the support 63. Also in this case, the distance w is the length from the edge of the heater wiring (unfired electrode 65) to the end surface of the ceramic sheet (green sheet laminate 62).
・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、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。
In the above embodiment, the support 17 of the ceramic heater 11 has a cylindrical shape, but the support may have a rod shape. That is, the ceramic heater may be used for a different one (for example, a fan heater) from the warm water cleaning toilet seat.
・上記実施形態のセラミックヒータ11は、一対の内部端子42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間に直流電圧が印加されるものであってもよい。
In the ceramic heater 11 of the above embodiment, an AC voltage is applied between the pair of internal terminals 42, but a DC voltage may be applied between the pair of internal terminals 42.
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。
Next, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the embodiment described above are listed below.
(1)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、ヒータ配線が内蔵された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、前記セラミックシートにおいて前記ヒータ配線の表面から前記セラミックシートの外周面までの厚さをt(mm)とし、前記ヒータ配線に印加される電圧をV(V)とし、前記セラミックシートの巻き合わせ部において前記ヒータ配線の端縁から前記セラミックシートの端面までの距離をw(mm)とし、前記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前記配線部間の距離をL(mm)としたとき、t≧0.2mmの関係を満たすとともに、L/V≧9/500及びw/V≧3/500の少なくとも一方の関係を満たし、かつ、t/V≧1/500及びw/t≧3の関係を満たすことを特徴とするセラミックヒータ。
(1) In a ceramic heater comprising a ceramic support and a ceramic sheet wound around an outer periphery of the support and incorporating a heater wiring, the heater wiring is a plurality extending along the axial direction of the support. And a connecting portion for connecting the adjacent wiring portions to each other, wherein the thickness of the ceramic sheet from the surface of the heater wiring to the outer peripheral surface of the ceramic sheet is t (mm). V (V) is a voltage applied to the ceramic sheet, and w (mm) is the distance from the edge of the heater wire to the end surface of the ceramic sheet at the winding portion of the ceramic sheet. When the distance between the pair of wiring portions arranged on the opposite side is L (mm), the relationship t ≧ 0.2 mm is satisfied, and L / Meet at least one of the relations of ≧ 9/500 and w / V ≧ 3/500, and the ceramic heater and satisfies the relation of t / V ≧ 1/500 and w / t ≧ 3.
(2)上記手段1において、前記配線部の線幅が、前記接続部の線幅と同一であることを特徴とするセラミックヒータ。
(2) The ceramic heater according to the above means 1, wherein the wiring portion has the same line width as the connection portion.