WO2023127704A1 - ヒータ - Google Patents

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WO2023127704A1
WO2023127704A1 PCT/JP2022/047491 JP2022047491W WO2023127704A1 WO 2023127704 A1 WO2023127704 A1 WO 2023127704A1 JP 2022047491 W JP2022047491 W JP 2022047491W WO 2023127704 A1 WO2023127704 A1 WO 2023127704A1
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bonding material
ceramic body
outer peripheral
heater
flange
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English (en)
French (fr)
Inventor
将 山本
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京セラ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/02—Details
    • H05B3/06—Heater elements structurally combined with coupling elements or holders
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible

Definitions

  • the present disclosure relates to heaters used for liquid heating, gas heating, oxygen sensors, or the like.
  • a ceramic heater described in Patent Document 1 is known as a heater used in a liquid heating device.
  • the ceramic heater described in Patent Document 1 has a cylindrical ceramic body having a heating resistor on its surface, and is fitted onto the ceramic body, and has a concave portion along the length direction of the ceramic body. and a bonding material that fills the concave portion and bonds the ceramic body and the flange.
  • a heater of the present disclosure has a cylindrical ceramic body extending from a first end to a second end, a heating resistor disposed inside the ceramic body, and a facing portion facing the outer peripheral portion of the ceramic body.
  • An annular flange and a first bonding material annularly connecting a region between the opposing portion and the outer peripheral surface of the ceramic body are provided.
  • a second bonding material covering the first bonding material and extending from the outer surface of the flange to the outer peripheral surface is provided.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a heater.
  • FIG. 2 is a partially transparent schematic view of the heater shown in FIG. 3 is a side view of the heater shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the heater shown in FIG. 1.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of part A of the heater shown in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing another example of the heater.
  • 7 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the B portion of the heater shown in FIG. 6.
  • FIG. FIG. 8 is an enlarged sectional view showing another example of the heater.
  • FIG. 9 is a side view showing another example of the heater.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing another example of the heater.
  • FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing another example of the heater.
  • FIG. 12 is a partial cross-sectional view showing another example of the heater.
  • FIG. 13 is a partial cross-sectional view showing another example of the heater.
  • FIG. 14 is a partial cross-sectional view showing another example of the heater.
  • a heater 100 according to the present disclosure includes a cylindrical ceramic body 1 extending from a first end to a second end, a heating resistor 2 disposed inside the ceramic body 1 , and an outer peripheral portion of the ceramic body 1 .
  • An annular flange 3 having a portion 31 , and a first bonding material 4 annularly connecting a region between the facing portion 31 and the outer peripheral surface 11 of the ceramic body 1 .
  • the heater 100 according to the present disclosure further includes a second bonding material 5 that covers the first bonding material 4 and extends from the outer surface 32 of the flange 3 to the outer peripheral surface 11 .
  • the upper right corner of the heater 100 is the first end, and the lower left corner is the second end.
  • the upper side is the first end and the lower side is the second end.
  • first end side and second end side may be described, but the portion near the first end is defined with respect to the center of the longitudinal direction, which is the direction in which the ceramic body 1 extends. is the "first end side”, and the portion near the second end is the "second end side”.
  • the “first end side” can also be called the vicinity of the first end, and the “second end side” can also be called the vicinity of the second end.
  • the ceramic body 1 is a member provided to protect the heating resistor 2.
  • the shape of the ceramic body 1 is cylindrical having a longitudinal direction. In the heater 100 shown in FIG. 1, the ceramic body 1 is cylindrical.
  • the ceramic body 1 is made of an insulating ceramic material. Examples of the material of the ceramic body 1 include alumina and silicon nitride. When the ceramic body 1 is cylindrical, the dimensions of the ceramic body 1 are, for example, 20 to 150 mm in length, 10 to 30 mm in outer diameter, and 5 to 25 mm in inner diameter.
  • the heating resistor 2 is a member for heating an object to be heated such as liquid or gas.
  • the heating resistor 2 is positioned inside the ceramic body 1 .
  • the heating resistor 2 may be arranged so as to generate the most heat on the second end side of the ceramic body 1 .
  • the heating resistor 2 extends from the first end side of the ceramic body 1 toward the second end side, and extends around the ceramic body 1 at the second end side of the ceramic body 1.
  • the folding may be repeated in the length direction of the ceramic body 1 along the direction.
  • the heating resistor 2 may be, for example, not a pattern in which the fold is only on the second end side, but may be a pattern in which the folded back is repeatedly reciprocated between the first end side and the second end side.
  • the heat generating resistor 2 is indicated by a chain double-dashed line through the ceramic body 1 for ease of understanding.
  • the heating resistor 2 may be, for example, a metal material such as tungsten (W), molybdenum (Mo) or platinum (Pt).
  • the heating resistor 2 may contain an insulating member in order to adjust the resistance value.
  • the dimensions of the heating resistor 2 can be set to, for example, a width of 0.2 to 10 mm, a total length of 10 to 500 mm, and a thickness of 0.01 to 0.2 mm.
  • the ceramic body 1 may have an electrode pad electrically connected to the heating resistor 2 located inside the ceramic body 1 located on the side surface on the first end side.
  • An external circuit external power source
  • This electrode pad is made of molybdenum (Mo) or tungsten (W), for example.
  • Mo molybdenum
  • W tungsten
  • Ni nickel
  • the thickness of the electrode pad is, for example, 10 to 150 ⁇ m.
  • the length of the electrode pad is, for example, 1 to 10 mm, and the width is, for example, 1 to 10 mm.
  • through holes may be provided in the ceramic body 1 and the electrical connection may be made via through-hole conductors.
  • the flange 3 is a member for fixing to an external device.
  • the flange 3 may be made of a metal material such as an iron-chromium alloy such as SUS, an iron-nickel alloy, an iron-nickel-cobalt alloy, or a Ni alloy.
  • the flange 3 is, for example, an annular or cup-shaped member.
  • the flange 3 may have a flange portion 34 on the first end side. This makes it easier to fix when connecting to an external device. In addition, it becomes easier to position when mounting.
  • the flange 3 has a facing portion 31 facing the outer peripheral surface 11 of the ceramic body 1, an inner surface 33 corresponding to the inner side, and an outer surface 32 corresponding to the outer side.
  • the flange 3 is an annular member as shown in FIG. 2, the dimensions of the facing portion 31 are, for example, 0.05 to 1 mm.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view further enlarging the A portion shown in FIG.
  • the first joining material 4 is a member for fixing the flange 3 and the ceramic body 1 together.
  • the material of the first bonding material 4 is, for example, a glass material or a brazing material such as Ag--Cu.
  • the second joining material 5 is a member for fixing the ceramic body 1 and the flange 3 together.
  • the second bonding material 5 is, for example, a glass material or a brazing material such as Ag--Cu.
  • the second bonding material 5 covers the first bonding material 4 and extends from the outer surface 32 of the flange 3 to the outer peripheral surface 11 of the ceramic body 1 .
  • the outer surface 32 of the flange 3 can be joined with the two joining materials, ie, the first joining material 4 and the second joining material 5, so that the joining strength is higher than in the case where only the first joining material 4 is used. can be improved. As a result, the heater 100 has excellent durability.
  • This metal layer is made of molybdenum (Mo) or tungsten (W), for example. Furthermore, it is made of nickel (Ni) plated.
  • first bonding material 4 and the second bonding material 5 may be made of the same material.
  • a plurality of layers can be provided by adjusting the composition of the material and applying the bonding material in a plurality of times, and the structure shown in FIG. 4 can be obtained.
  • thermal stress is less likely to occur due to a difference in thermal expansion coefficient than when different bonding materials are used.
  • the first bonding material 4 and the second bonding material 5 are made of different materials
  • the first bonding material 4 is a glass material and the second bonding material 5 is an Ag—Cu brazing material.
  • the first bonding material 4 is an Ag--Cu brazing material and the second bonding material 5 is a glass material.
  • an annular flange 3 having a facing portion 31 facing the outer peripheral portion of the ceramic body 1 and an area between the facing portion 31 and the outer peripheral surface 11 of the ceramic body 1 are connected in an annular fashion. and a first bonding material 4 .
  • the heater 100 further includes a second bonding material 5 that covers the first bonding material 4 and extends from the outer surface 32 of the flange 3 to the outer peripheral surface 11 .
  • the "region" referred to here is a range including the facing portion 31 between the ceramic body 1 and the flange 3.
  • the first bonding material 4 is annularly positioned on the outer peripheral surface 11 of the ceramic body 1 , and the ceramic body 1 and the flange 3 are annularly connected by the first bonding material 4 .
  • joining in an annular shape means that the first bonding material 4 does not have to be present without interruption, and is present in 90% or more of the outer circumference length of the ceramic body 1, and 10% or more of the outer circumference length. It is sufficient if there is no gap between.
  • the ceramic body 1 and the flange 3 can be bonded more firmly.
  • the ceramic body 1 is strongly bonded in this manner, even if the flange 3 expands in the radial direction perpendicular to the length direction of the ceramic body 1 due to heat during use of the heater 100, the flange 3 is unlikely to separate.
  • the outer peripheral surface 11 of the ceramic body 1 is wider than when the same amount of the second bonding material 5 is present. Since the ceramic body 1 and the flange 3 are fixed within the range, the bonding strength is excellent. As a result, the heater 100 has excellent durability.
  • the first bonding material 4 may have a first inclined surface 401 extending from the inner surface 33 toward the first end to the outer peripheral surface 11 .
  • the first bonding material 4 forms not only a region between the facing portion 31 and the outer peripheral surface 11 of the ceramic body 1 but also a first inclined surface 401 extending from the inner surface 33 toward the outer peripheral surface 11 toward the first end. have and exist.
  • the ceramic body 1 and the flange 3 are joined more firmly than when the first inclined surface 401 extending from the inner surface 33 toward the outer peripheral surface 11 toward the first end is not provided. Therefore, the heater 100 has excellent durability.
  • the heater 100 has excellent durability.
  • the heater 100 has excellent durability.
  • the heater 100 has excellent durability.
  • the heater 100 has excellent durability.
  • the second bonding material 5 may be positioned along the first inclined surface 401 and over at least one of the inner surface 33 and the outer peripheral surface 11 .
  • the flange 3 is joined to the ceramic body 1 more firmly, and as a result, the heater 100 is excellent in durability.
  • the first bonding material 4 may have a second inclined surface 402 extending from the outer surface 32 toward the second end to the outer peripheral surface 11 .
  • the first bonding material 4 forms not only a region between the facing portion 31 and the outer peripheral surface 11 of the ceramic body 1, but also a second inclined surface 402 extending from the outer surface 32 toward the second end to the outer peripheral surface 11. have and exist.
  • the ceramic body 1 and the flange 3 are joined together more firmly than when the second inclined surface 402 extending from the outer surface 32 toward the second end to the outer peripheral surface 11 is not provided. Therefore, the heater 100 has excellent durability.
  • the heater 100 has excellent durability.
  • the heater 100 has excellent durability.
  • the heater 100 has excellent durability.
  • the heater 100 has excellent durability.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view further enlarging the B portion shown in FIG.
  • the length X from the outer peripheral surface 11 of the ceramic body 1 to the peripheral edge portion of the second bonding material 5 in contact with the outer surface 32 of the flange 3 is the length from the outer peripheral surface 11 of the ceramic body 1 to the opposing portion 31. It may be larger than the length Y (the width of the region) between them. As a result, the flange 3 and the ceramic body 1 are firmly joined together, so that they are less likely to separate even when thermal expansion, vibration, or the like occurs.
  • the length X is 0.05-1 mm and the length Y is 0.15-5 mm.
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view of another heater 100.
  • FIG. FIG. 8 is another example of FIG. 6 showing an example in which the second bonding material 5 is positioned along the first inclined surface 401 and over at least one of the inner surface 33 and the outer peripheral surface 11 .
  • FIG. 8 shows an example in which the second bonding material 5 is positioned along the first inclined surface 401 and over the inner surface 33 .
  • the thickness of the second bonding material 5 along the first inclined surface 401 is thicker than the example shown in FIG. 6, and the portion in contact with the inner surface 33 is longer.
  • Such a configuration can also improve the bonding strength.
  • the heater 100 has excellent durability.
  • the ceramic body 1 has a groove 6 extending from the first end to the second end, and the first bonding material 4 or the second bonding material 5 extends from the outer peripheral surface 11. and groove 6. Since the first bonding material 4 and the second bonding material 5 are positioned on the outer peripheral surface 11 and the groove 6, the volume and the bonding area of the first bonding material 4 and the second bonding material 5 are increased, thereby increasing the bonding strength. . As a result, the heater 100 has excellent durability.
  • FIG. 10 shows an example in which the first bonding material 4 is positioned on the outer peripheral surface 11 and the groove 6.
  • the first bonding material 4 when the portion located on the outer peripheral surface 11 is defined as a first portion 41 and the portion located in the groove 6 subsequent to the first portion 41 is defined as a second portion 42, the second portion 42 is , may be located closer to the first end than the first portion 41 .
  • the bonding strength increases compared to when the distances to the first ends of the first portion 41 and the second portion 42 are the same.
  • the heater 100 has excellent durability.
  • the boundary between the first portion 41 and the second portion 42 is indicated by a dotted line from the viewpoint of ease of understanding.
  • the first portion 41 is on the left of this boundary, and the second portion 42 is on the right.
  • FIG. 10 shows an example in which the second bonding material 5 is positioned on the outer peripheral surface 11 and the groove 6 .
  • the second bonding material 5 when the portion located on the outer peripheral surface 11 is defined as a third portion 51 and the portion located in the groove 6 subsequent to the third portion 51 is defined as a fourth portion 52, the fourth portion 52 is , may be located closer to the second end than the first portion 41 .
  • the bonding strength increases compared to when the distances to the second ends of the third portion 51 and the fourth portion 52 are the same.
  • the heater 100 has excellent durability.
  • the boundary between the third portion 51 and the fourth portion 52 is indicated by a dotted line for ease of understanding.
  • the portion located to the left of this boundary is the third portion 51
  • the portion located to the right is the fourth portion 52 .
  • a cup shape is given as an example of the shape of the flange 3
  • other portions may have various shapes as long as it has the facing portion 31, the outer surface 32 and the inner surface 33.
  • it may have a cylindrical shape extending in the longitudinal direction of the ceramic body 1, or a disc shape extending in a radial direction perpendicular to the longitudinal direction of the ceramic body 1 as shown in FIG.
  • the surface facing the first end corresponds to the inner surface 33 and the surface facing the second end corresponds to the outer surface 32 .
  • the shape of the flange 3 may be convex in the direction from the first end to the second end.
  • the convex shape is such that the shape of the flange 3 is directed from the collar portion 34 toward the second end, toward the outer peripheral surface 11 of the ceramic body 1, and the portion closest to the outer peripheral surface 11 is closest to the second end of the flange 3. Farther from the second end than the nearer portion. With such a shape, the flange 3 is difficult to come off when the heater 100 is transported, installed, or the like.
  • the flange 3 may have a curved portion C as shown in FIG. Thereby, when an external force is applied to the flange 3, the stress generated in the flange 3 can be dispersed by the effect of the spring. As a result, the heater 100 has excellent durability.
  • the flange 3 may have a curved portion D as shown in FIG.
  • the curved portion D bends to absorb the stress caused by the difference in thermal expansion caused by the temperature difference.
  • a curved portion E may be provided at a portion of the flange 3 near the facing portion 31 . Accordingly, compared to the case where the portion of the flange 3 near the facing portion 31 extends linearly toward the outer peripheral surface 11 , when vibration occurs, the flange 3 will move between the first joining material 4 and the second joining member 4 . It is difficult to separate from the material 5.
  • the first joining material 4 may be positioned between the ceramic body 1 and the inner peripheral surface of the flange 3 .
  • the inner peripheral surface is a part of the inner surface 33 of the flange 3 and is the inner surface of the portion extending from the collar portion 34 toward the second end. This increases the bonding strength between the ceramic body 1 and the flange 3 . As a result, the heater 100 has excellent durability.
  • the flange 3 may have a surface roughness of the outer surface 32 larger than that of the facing portion 31 . This increases the bonding strength between the flange 3 and the first bonding material 4 and the second bonding material 5 . As a result, the heater 100 has excellent durability.
  • the outer surface 32 may be roughened by machining, blasting, or the like.
  • the ceramic body 1 is alumina
  • an alumina green sheet containing Al 2 O 3 as a main component and adjusted so that the total content of SiO 2 , CaO, MgO and ZrO 2 is within 10% by mass is produced.
  • an alumina green sheet containing Al 2 O 3 as a main component and adjusted so that the total content of SiO 2 , CaO, MgO and ZrO 2 is within 10% by mass is produced.
  • the method of forming the heating resistor 2 includes a screen printing method, a transfer method, a resistor embedding method, a method of forming a metal foil by an etching method as another method, a method of forming a coil of nichrome wire and embedding it, and the like.
  • the screen printing method is more likely to be used from the viewpoint of stability in terms of quality and suppression of manufacturing costs.
  • electrode pads are formed in a predetermined pattern similarly to the formation of the heating resistors 2 .
  • the alumina green sheet is filled with a conductor paste for forming holes for electrically connecting the heating resistors 2 and the electrode pads.
  • a cylindrical molded body made of alumina is formed by extrusion molding.
  • an adhesive liquid in which alumina is dispersed is applied to at least one of the cylindrical molded body and the alumina green sheet, and the alumina green sheet is wound around the cylindrical molded body and adhered to the cylindrical molded body, so that the alumina material is integrated.
  • a molded body can be obtained.
  • the composition of the alumina green sheet, the cylindrical compact made of alumina, and the adhesion liquid are the same, the adhesion is further enhanced.
  • the ceramic body 1 can be obtained by firing the alumina integrally molded body thus obtained in a reducing atmosphere (nitrogen atmosphere) at 1500 to 1600°C.
  • the electrode pads on the surface of the ceramic body 1 are plated as a base for forming the power supply section.
  • Nickel plating, gold plating, tin plating and the like are commonly used for plating.
  • the plating method may be selected from electroless plating, electrolytic plating, barrel plating, etc., according to the purpose.
  • a flange 3 made of metal processed into a desired shape by cutting, pressing, or the like.
  • the ceramic body 1 is set on a jig, the flange 3 is inserted, and the first bonding material 4 is annularly applied in a region between the opposing portion 31 of the flange 3 and the outer peripheral surface 11 of the ceramic body 1.
  • the second bonding material 5 is positioned so as to cover the first bonding material 4 and extend from the outer surface 32 to the outer peripheral surface 11 of the flange 3 , and the flange 3 is bonded to the ceramic body 1 .
  • the electrode pad is joined by a method such as soldering a lead member as a power supply part.
  • the heater 100 of this embodiment can be produced by the above method.

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  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

本開示におけるヒータは、第１端から第２端に掛けて延びる筒状のセラミック体と、該セラミック体の内部に配置されている発熱抵抗体と、前記セラミック体の外周部に対向する対向部を有する環状のフランジと、前記対向部および前記セラミック体の外周面の間である領域を環状に繋ぐ第１接合材と、を備えている。さらに、本開示におけるヒータは、第２接合材を備え、該第２接合材は、前記第１接合材を覆って、前記フランジにおける外面から前記外周面にわたっている。

Description

ヒータ
　本開示は、液体加熱、気体加熱または酸素センサ等に用いられるヒータに関するものである。
　液体加熱装置に用いられるヒータとして、例えば、特許文献１に記載のセラミックヒーターが知られている。特許文献１に記載されているセラミックヒーターは、表面に発熱抵抗体を有する筒状のセラミック体と、セラミック体に外嵌されており、セラミック体の長さ方向に沿って凹状部分を有しているフランジと、凹状部分に充填されセラミック体とフランジとを接合する接合材とを、備えている。
特許第６８６０２７７号公報
　本開示のヒータは、第１端から第２端にかけて延びる筒状のセラミック体と、該セラミック体の内部に配置されている発熱抵抗体と、前記セラミック体の外周部に対向する対向部を有する環状のフランジと、前記対向部および前記セラミック体の外周面の間である領域を環状に繋ぐ第１接合材と、を備えている。さらに、前記第１接合材を覆って、前記フランジにおける外面から前記外周面にわたる第２接合材を備える。
図１は、ヒータの一例を示す斜視図である。 図２は、図１に示すヒータの一部を透過した概略図である。 図３は、図１に示すヒータの側面図である。 図４は、図１に示すヒータの部分断面図である。 図５は、図４に示すヒータのＡ部分の近傍の拡大断面図である。 図６は、ヒータの他の例を示す部分断面図である。 図７は、図６に示すヒータのＢ部分の近傍の拡大断面図である。 図８は、ヒータの他の例を示す拡大断面図である。 図９は、ヒータの他の例を示す側面図である。 図１０は、ヒータの他の例を示す部分断面図である。 図１１は、ヒータの他の例を示す部分断面図である。 図１２は、ヒータの他の例を示す部分断面図である。 図１３は、ヒータの他の例を示す部分断面図である。 図１４は、ヒータの他の例を示す部分断面図である。
　本開示のヒータについて詳細に説明する。
　本開示におけるヒータ１００は、第１端から第２端にかけて延びる筒状のセラミック体１と、セラミック体１の内部に配置されている発熱抵抗体２と、セラミック体１の外周部に対向する対向部３１を有する環状のフランジ３と、対向部３１およびセラミック体１の外周面１１の間である領域を環状に繋ぐ第１接合材４と、を備える。そして、本開示におけるヒータ１００は、第１接合材４を覆って、フランジ３における外面３２から外周面１１にわたる第２接合材５をさらに備えている。
　なお、図１、図２において、ヒータ１００の右上が第１端であり、左下が第２端である。また、図３において、上方が第１端であり、下が第２端である。また、以下の記載において、「第１端側」および「第２端側」と記載する場合があるが、セラミック体１が延びる方向である長手方向の中心を基準に、第１端に近い部分が「第１端側」であり、第２端に近い部分が「第２端側」である。「第１端側」は第１端の近傍、「第２端側」は第２端の近傍ともいうことができる。
　セラミック体１は、発熱抵抗体２を保護するために設けられる部材である。セラミック体１の形状は、長手方向を有する筒状である。図１に示すヒータ１００においては、セラミック体１は円筒状である。
　セラミック体１は、絶縁性のセラミック材料からなる。セラミック体１の材質としては、例えば、アルミナまたは窒化珪素が挙げられる。また、セラミック体１の寸法は、セラミック体１が円筒状の場合には、例えば長さが２０～１５０ｍｍに、外径が１０～３０ｍｍに、内径が５～２５ｍｍである。
　発熱抵抗体２は、液体や気体などの被加熱物を加熱するための部材である。発熱抵抗体２は、セラミック体１の内部に位置している。発熱抵抗体２は、セラミック体１の第２端側で最も発熱するように配置されていてもよい。発熱抵抗体２は、例えば、図２に示すように、セラミック体１の第１端側から第２端側に向かって延びており、セラミック体１の第２端側において、セラミック体１の周方向に沿いつつ、セラミック体１の長さ方向に折返しが繰り返されているものであってもよい。また、発熱抵抗体２は、例えば、折返しが第２端側だけにあるパターンではなく、第１端側と第２端側との間を繰り返して往復するパターンであってもよい。発熱抵抗体２は、図３において、理解し易さを優先して、セラミック体１を透過して二点鎖線で示している。
　発熱抵抗体２は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）または白金（Ｐｔ）等の金属材料であってもよい。発熱抵抗体２は、抵抗値を調整するために、絶縁性の部材を含んでいてもよい。発熱抵抗体２の寸法は、例えば幅を０．２～１０ｍｍに、全長を１０～５００ｍｍに、厚みを０．０１～０．２ｍｍに設定することができる。
　セラミック体１は、セラミック体１の内部に位置する発熱抵抗体２と電気的に接続される電極パッドが第１端側の側面に位置していてもよい。この電極パッドと、外部の端子とを接合することにより、外部回路（外部電源）と電気的に接続することができる。なお、電極パッドの位置、電気的接続に関する上記の記載は一例であってこの限りではない。この電極パッドは、例えばモリブデン（Ｍｏ）またはタングステン（Ｗ）からなる。さらには、ニッケル（Ｎｉ）をメッキしたものからなる。また、電極パッドの厚みは、例えば１０～１５０μｍである。さらに、電極パッドの長さは例えば１～１０ｍｍ、幅は例えば１～１０ｍｍである。
　電極パッドと発熱抵抗体２とを電気的に接続する方法としては、例えば、セラミック体１にスルーホールを設け、スルーホール導体を介して電気的に接続すればよい。
　フランジ３は、外部の装置と固定するための部材である。フランジ３は、例えばＳＵＳなどの鉄―クロム合金、鉄―ニッケル合金や鉄―ニッケルーコバルト合金、またはＮｉ合金等の金属材料であってもよい。また、フランジ３は、例えば、環状やカップ形状の部材である。また、図３に示すように、フランジ３は、第１端側に鍔部３４を有していてもよい。これにより、外部の装置と接続するときに、固定しやすくできる。また、取付け時に、位置決めをしやすくなる。
　フランジ３は、図４に示すように、セラミック体１の外周面１１に対向する対向部３１と、内側にあたる内面３３と、外側にあたる外面３２を有している。フランジ３が、図２に示すような環状の部材であるときの寸法は、例えば、対向部３１は０．０５～１ｍｍである。
　図５は、図４に示したＡ部分を更に拡大した部分断面図である。
　図５に示すように、第１接合材４は、フランジ３とセラミック体１とを固定するための部材である。第１接合材４の材質は、例えば、ガラス材またはＡｇ－Ｃｕなどのロウ材である。
　第２接合材５は、セラミック体１とフランジ３とを固定するための部材である。第２接合材５は、例えば、ガラス材またはＡｇ－Ｃｕなどのロウ材である。第２接合材５は、第１接合材４を覆って、フランジ３における外面３２からセラミック体１の外周面１１にわたっている。
　これにより、フランジ３の外面３２において、第１接合材４および第２接合材５の２つの接合材で接合できるので、第１接合材４のみで固定されている場合と比較して、接合強度を向上できる。その結果、ヒータ１００は、耐久性に優れる。
　さらに、対向部３１に沿ってセラミック体１の外周に、金属層（図示せず）を設けることで、さらに接合強度を向上できる。この金属層は、例えばモリブデン（Ｍｏ）またはタングステン（Ｗ）からなる。さらには、ニッケル（Ｎｉ）をメッキしたものからなる。
　また、第１接合材４と第２接合材５とは、同じ材料であってもよい。その場合、例えば、材料の成分の調整をすること、接合材の塗着を複数回に分けることにより複数の層を設けることができ、図４のような構造にできる。第１接合材４と第２接合材５とが同じ材料である場合、異なる接合材を使用するよりも熱膨張係数の違いから熱応力が生じるおそれが少ない。
　また、第１接合材４と第２接合材５とが異なる材料である例としては、第１接合材４がガラス材であり、第２接合材５がＡｇ－Ｃｕロウ材である。さらに他の例としては、第１接合材４がＡｇ－Ｃｕロウ材であり、第２接合材５がガラス材である。
　本実施形態におけるヒータ１００の構造において、セラミック体１の外周部に対向する対向部３１を有する環状のフランジ３と、対向部３１およびセラミック体１の外周面１１の間である領域を環状に繋ぐ第１接合材４と、を備える。そして、ヒータ１００は、第１接合材４を覆って、フランジ３における外面３２から外周面１１にわたる第２接合材５をさらに備えている。
　ここで言う「領域」は、セラミック体１とフランジ３との間において、対向部３１を含む範囲である。そして、第１接合材４は、セラミック体１の外周面１１において環状に位置しており、セラミック体１とフランジ３とは第１接合材４により環状に繋がっている。
　ここでいう「環状に繋ぐ」とは、第１接合材４が途切れることなく存在している必要はなく、セラミック体１の外周長さの９０％以上に存在し、外周長さの１０％以上の隙間が無いものであればよい。環状に途切れることなく第１接合材４が存在しているときには、セラミック体１とフランジ３とをより強固に接合できる。このように強固に接合されているときには、ヒータ１００の使用時の熱によって、セラミック体１の長さ方向に垂直な径方向にフランジ３が拡がったとしてもフランジ３が剥離しにくい。
　このような本実施形態におけるヒータ１００は、同量の第１接合材４が存在する場合、同量の第２接合材５が存在する場合に比較して、セラミック体１の外周面１１の広い範囲でセラミック体１とフランジ３とが固定されるため、接合強度に優れる。その結果、ヒータ１００は、耐久性に優れる。
　また、図６に示すように、第１接合材４は、内面３３から第１端に向かって外周面１１まで延びる第１傾斜面４０１を有していてもよい。このとき、第１接合材４は、対向部３１およびセラミック体１の外周面１１の間である領域のみならず、内面３３から第１端に向かって外周面１１まで延びる第１傾斜面４０１を有して存在する。このような構成を満たしているときには、内面３３から第１端に向かって外周面１１まで延びる第１傾斜面４０１を有さない場合と比較して、セラミック体１とフランジ３と強固に接合されているため、ヒータ１００は、耐久性に優れる。また、このような構成を有することにより、使用時にパーティクルが発生したときに、パーティクルが領域に入りにくくなる。その結果、ヒータ１００は、耐久性に優れる。
　また、図６に示すように、第２接合材５は、第１傾斜面４０１に沿うとともに、内面３３および外周面１１の少なくともいずれかにわたって位置していてもよい。これにより、フランジ３はより強固にセラミック体１に接合されることから、その結果、ヒータ１００は、耐久性に優れる。
　また、図６に示すように、第１接合材４は、外面３２から第２端に向かって外周面１１まで延びる第２傾斜面４０２を有していてもよい。このとき、第１接合材４は、対向部３１およびセラミック体１の外周面１１の間である領域のみならず、外面３２から第２端に向かって外周面１１まで延びる第２傾斜面４０２を有して存在する。このような構成を満たしているときには、外面３２から第２端に向かって外周面１１まで延びる第２傾斜面４０２を有さない場合と比較して、セラミック体１とフランジ３と強固に接合されているため、ヒータ１００は、耐久性に優れる。また、このような構成を有することにより、使用時にパーティクルが発生したときに、パーティクルが領域に入りにくくなる。その結果、ヒータ１００は、耐久性に優れる。
　また、図７は、図６に示したＢ部分を更に拡大した部分断面図である。図７に示すように、セラミック体１の外周面１１からフランジ３における外面３２に接する第２接合材５の周縁部までの長さＸは、セラミック体１の外周面１１から対向部３１との間の長さＹ（領域の幅）より大きくてもよい。これにより、フランジ３とセラミック体１とは強固に接合されるため、熱膨張および振動等が生じた場合であっても剥離することが少ない。図７の場合、例えば、長さＸは、例えば０．０５～１ｍｍ、長さＹは０．１５～５ｍｍである。
　また、図８は、他のヒータ１００の場合の部分断面図である。図８は、第２接合材５が、第１傾斜面４０１に沿うとともに、内面３３および外周面１１の少なくともいずれかにわたって位置した例を示した図６の他の例である。図８においては、第２接合材５が、第１傾斜面４０１に沿うとともに、内面３３にわたって位置した例を示している。図８に示す構成は、図６に示した例に比較して、第１傾斜面４０１に沿っている第２接合材５の厚みが厚く、内面３３と接している部分が長い。このような構成によっても接合強度を向上できる。その結果、ヒータ１００は、耐久性に優れる。
　また、図９および図１０に示すように、セラミック体１は、第１端から第２端に掛けて延びる溝６を有し、第１接合材４または第２接合材５が、外周面１１および溝６に位置していてもよい。第１接合材４および第２接合材５が、外周面１１および溝６に位置している分、第１接合材４および第２接合材５の体積および接合領域が増えることから接合強度を高まる。その結果、ヒータ１００は、耐久性に優れる。
　また、図１０は、第１接合材４が、外周面１１および溝６に位置している例を示している。ここで、第１接合材４において、外周面１１に位置する部分を第１部分４１、第１部分４１に続いて溝６に位置する部分を第２部分４２としたとき、第２部分４２は、第１部分４１よりも第１端の近くに位置していてもよい。これにより、第１部分４１と第２部分４２との第１端までの距離が同じであるときと比較して、接合強度が高まる。その結果、ヒータ１００は、耐久性に優れる。
　なお、図１０において、理解し易さの観点から、第１部分４１と第２部分４２の境界を点線で示している。図１０において、この境界から左が第１部分４１であり、右が第２部分４２であり、第１部分４１は、溝６以外に存在する部分ともいえる。
　また、図１０は、第２接合材５が、外周面１１および溝６に位置している例を示している。ここで、第２接合材５において、外周面１１に位置する部分を第３部分５１、第３部分５１に続いて溝６に位置する部分を第４部分５２としたとき、第４部分５２は、第１部分４１よりも第２端の近くに位置していてもよい。これにより、第３部分５１と第４部分５２との第２端までの距離が同じであるときと比較して、接合強度が高まる。その結果、ヒータ１００は、耐久性に優れる。
　なお、図１０において、理解し易さの観点から、第３部分５１と第４部分５２の境界を点線で示している。図１０において、この境界から左に位置する部分が第３部分５１であり、右に位置する部分が第４部分５２であり、第３部分５１は、溝６以外に存在する部分ともいえる。
　また、フランジ３の形状の例として、カップ形状を挙げているが、対向部３１、外面３２および内面３３を有していれば、他の部分は様々な形状であってもよい。例えば、セラミック体１の長手方向に延びる筒状や、図１１に示すように、セラミック体１の長手方向に垂直な径方向に拡がる円板状であってもよい。なお、円板状である場合、第１端に向いている面が内面３３にあたり、第２端に向いている面が外面３２にあたる。
　また、図１２のように、フランジ３の形状が第１端から第２端に向かう方向に凸状であってもよい。凸状として具体的には、フランジ３の形状が、鍔部３４から第２端に向かい、セラミック体１の外周面１１に向かい、外周面１１に最も近い部分がフランジ３の第２端に最も近い部分よりも第２端から離れているというものである。このような形状であるときには、ヒータ１００の運搬時および取付時等において、フランジ３が抜けにくい。
　また、図１３には、フランジ３の他の例を示している。図１３に示すように、フランジ３が湾曲部Ｃを有していてもよい。これにより、フランジ３に外力が加わったときに、ばねの効果でフランジ３に生じる応力を分散させることができる。その結果、ヒータ１００は耐久性に優れる。
　また、図１３に示すように、フランジ３が湾曲部Ｄを有していてよい。これにより、ヒータ１００を通電加熱した場合に、外面３２と内面３３との間に温度差が生じても湾曲部Ｄが撓むことで温度差に起因する熱膨張差から生じる応力を吸収できる。
　また、図１３に示すように、フランジ３の対向部３１に近い部分において、湾曲部Ｅを有していてもよい。これにより、フランジ３の対向部３１に近い部分が外周面１１に向かって直線状に延びている場合と比較して、振動が生じたときに、フランジ３が第１接合材４および第２接合材５と剥離しにくい。
　また、図１４に示すように、フランジ３がカップ形状のときに、第１接合材４がセラミック体１とフランジ３の内周面との間に位置していてもよい。内周面とは、フランジ３における内面３３の一部であり、鍔部３４から第２端に向かって延びる部分の内側の面のことである。これにより、セラミック体１とフランジ３との接合強度が高まる。その結果、ヒータ１００は、耐久性に優れる。
　また、フランジ３は、外面３２における表面粗さが、対向部３１における表面粗さよりも大きくてもよい。これにより、フランジ３と第１接合材４および第２接合材５との接合強度を高まる。その結果、ヒータ１００は、耐久性に優れる。外面３２における表面粗さを、対向部３１における表面粗さよりも大きくするには、外面３２の機械加工、ブラスト加工などにより、表面を荒らせばよい。
　次に、ヒータ１００の製造方法の一例について説明する。ここではセラミック体１がアルミナの場合の例について説明する。まず、Ａｌ２Ｏ３を主成分とし、ＳｉＯ２，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＺｒＯ２が合計で１０質量％以内になるように調整したアルミナグリーンシートを作製する。
　まず、Ａｌ２Ｏ３を主成分とし、ＳｉＯ２，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＺｒＯ２が合計で１０質量％以内になるように調整したアルミナグリーンシートを作製する。
　そして、このアルミナグリーンシートの表面に、発熱抵抗体２となる所定のパターンを形成する。発熱抵抗体２の形成方法としては、スクリーン印刷法、転写法、抵抗体埋設法、その他の方法として金属泊をエッチング法などにより形成する方法や、ニクロム線をコイル状に形成し埋設する方法などがある。これらの形成方法のうち、スクリーン印刷法が品質面での安定性や製造コストが抑えられるといった面から用いられやすい。
　アルミナグリーンシートの発熱抵抗体２を形成する面とは反対側の面に、電極パッドを発熱抵抗体２の形成と同様に所定のパターン形状で形成する。
　また、アルミナグリーンシートには、発熱抵抗体２と電極パッドとを電気的に接続するための孔を形成するための導体ペーストを充填する。
　また、押し出し成型にてアルミナからなる円筒状の成形体を成型する。
　そして、アルミナを分散させた密着液を、円筒状の成形体およびアルミナグリーンシートの少なくともいずれかに塗布して、アルミナグリーンシートを円筒状の成型体に巻きつけて密着させることで、アルミナ質一体成形体を得ることができる。なお、アルミナグリーンシート、アルミナからなる円筒状の成形体および密着液が同一の組成であれば、より密着力が高まる。
　こうして得られたアルミナ質一体成形体を１５００～１６００℃の還元雰囲気中（窒素雰囲気）で焼成することでセラミック体１を得ることができる。
　次に、セラミック体１の表面の電極パッド上に給電部形成時の下地となるメッキを施す。メッキは、ニッケルメッキ、金メッキ、スズメッキなどが汎用的である。メッキの施術方法は無電解メッキや電解メッキ、バレルメッキなどの施術方法を目的に応じて選択すればよい。
　また、切削、プレスなどで所望の形状に加工した金属からなるフランジ３を用意する。
　次に、治具にセラミック体１をセットし、フランジ３を挿通させて、フランジ３における対向部３１と、セラミック体１の外周面１１との間である領域に、第１接合材４を環状に位置させる。次に、第１接合材４を覆って、フランジ３の外面３２から外周面１１にわたるように第２接合材５を位置させて、セラミック体１にフランジ３を接合する。
　なお、電極パッドには、給電部としてリード部材をはんだ付けするなどの方法で接合する。
　以上の方法により、本実施形態のヒータ１００を作製することができる。
１：セラミック体
１１：外周面
２：発熱抵抗体
３：フランジ
３１：対向部
３２：外面
３３：内面
４：第１接合材
４０１：第１傾斜面
４０２：第２傾斜面
４１：第１部分
４２：第２部分
５：第２接合材
５１：第３部分
５２：第４部分
６：溝
１００：ヒータ

Claims (11)

  1. 　第１端から第２端に掛けて延びる筒状のセラミック体と、
    　該セラミック体の内部に配置されている発熱抵抗体と、
    　前記セラミック体の外周部に対向する対向部を有する環状のフランジと、
    　前記対向部および前記セラミック体の外周面の間である領域を環状に繋ぐ第１接合材と、
    　を備えており、
    　さらに、第２接合材を備え、
    　該第２接合材は、前記第１接合材を覆って、前記フランジにおける外面から前記外周面にわたっている、ヒータ。
  2. 　前記第２接合材は、前記フランジにおける内面から前記外周面にわたって前記第１接合材を覆っている、請求項１に記載のヒータ。
  3. 　前記第１接合材は、前記内面から前記第１端に向かって前記外周面まで延びる第１傾斜面を有する、請求項２に記載のヒータ。
  4. 　前記第２接合材は、前記第１傾斜面に沿うとともに、前記内面および前記外周面の少なくともいずれかにわたって位置する、請求項３に記載のヒータ。
  5. 　前記第１接合材は、前記外面から前記第２端に向かって前記外周面まで延びる第２傾斜面を有する、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のヒータ。
  6. 　前記セラミック体は、前記第１端から前記第２端に掛けて延びる溝を有し、
    　前記第１接合材または前記第２接合材は、前記外周面および前記溝に位置する、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のヒータ。
  7. 　前記第１接合材は、前記外周面に位置する部分を第１部分、該第１部分に続いて前記溝に位置する部分を第２部分としたとき、
    　該第２部分は、前記第１部分よりも前記第１端の近くに位置する、請求項６に記載のヒータ。
  8. 　前記第２接合材は、前記外周面に位置する部分を第３部分、該第３部分に続いて前記溝に位置する部分を第４部分としたとき、
    　該第４部分は、前記第１部分よりも前記第２端の近くに位置する、請求項７に記載のヒータ。
  9. 　前記外周面から前記外面に接する前記第２接合材の周縁部までの長さは、前記外周面から前記対向部との間の長さよりも大きい、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のヒータ。
  10. 　前記フランジは、前記外面における表面粗さが、前記対向部における表面粗さよりも大きい、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のヒータ。
  11. 　前記第１接合材および前記第２接合材が絶縁性を有する、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のヒータ。
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