特開 2025-6762 セラミックヒータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025006762

(43)【公開日】2025-01-17

(54)【発明の名称】セラミックヒータ

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/42 20060101AFI20250109BHJP

【ＦＩ】

H05B3/42

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023107746

(22)【出願日】2023-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100113022

【弁理士】

【氏名又は名称】赤尾 謙一郎

(72)【発明者】

【氏名】牧野 友亮

【テーマコード（参考）】

3K092

【Ｆターム（参考）】

3K092PP13

3K092PP20

3K092QA01

3K092QA02

3K092QB02

3K092QB43

3K092QB62

3K092RD09

3K092TT17

3K092VV03

3K092VV04

3K092VV12

(57)【要約】

【課題】フランジとヒータ本体とを封止材で確実に封止及び接続することができ、小型化も可能なセラミックヒータを提供する。
【解決手段】セラミック製の棒状または筒状のヒータ本体２０と、ヒータ本体の軸線Ｌの周囲に筒状をなすように設けられ、ヒータ本体が挿入されているフランジ３０と、を備えたセラミックヒータ１１であって、フランジは、それぞれ別部材であって、ヒータ本体の挿通孔を有する板状部３１と、ヒータ本体を囲みヒータ本体の外面に沿って軸線方向に延びる筒状部３２とを、軸線に沿って結合させてなり、板状部が筒状部よりも径方向外側に突出し、板状部と、筒状部と、ヒータ本体の外面とで囲まれる領域Ｒに封止材４０が充填され、フランジとヒータ本体とが接合されてなる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミック製の棒状または筒状のヒータ本体と、
前記ヒータ本体の軸線の周囲に筒状をなすように設けられ、前記ヒータ本体が挿入されているフランジと、を備えたセラミックヒータであって、
前記フランジは、それぞれ別部材であって、前記ヒータ本体の挿通孔を有する板状部と、前記ヒータ本体を囲み前記ヒータ本体の外面に沿って前記軸線方向に延びる筒状部とを、前記軸線に沿って結合させてなり、
前記板状部が前記筒状部よりも径方向外側に突出し、
前記板状部と、前記筒状部と、前記ヒータ本体の外面とで囲まれる領域に封止材が充填され、前記フランジと前記ヒータ本体とが接合されてなる、セラミックヒータ。

【請求項2】

前記板状部と前記筒状部とが前記封止材によって互いに固定されてなる、請求項１に記載のセラミックヒータ。

【請求項3】

前記板状部と前記筒状部との間に隙間を有し、該隙間に前記封止材が充填されてなる、請求項２に記載のセラミックヒータ。

【請求項4】

前記軸線に沿って前記筒状部と反対側には、前記板状部を超えて前記封止材が介在しない、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。

【請求項5】

前記軸線に沿って前記筒状部と反対側には、前記板状部を超えて前記封止材が介在する、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。

【請求項6】

前記ヒータ本体の外面と前記筒状部の内面との前記径方向の最大距離をＤ１とし、
前記筒状部の外面と前記板状部の外縁との前記径方向の最大距離をＤ２としたとき、
Ｄ１＞Ｄ２である、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。

【請求項7】

前記ヒータ本体の外面と前記筒状部の内面との前記径方向の最大距離をＤ１とし、
前記筒状部の外面と前記板状部の外縁との前記径方向の最大距離をＤ２としたとき、
Ｄ１＜Ｄ２である、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。

【請求項8】

前記板状部の内面には、前記筒状部に向かって延びて前記ヒータ本体の外面へのガイドとなる延出部が設けられてなる、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。

【請求項9】

前記封止材はガラスである請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば温水洗浄便座、ファンヒータ、電気温水器、２４時間風呂、半田ごて、ヘアアイロン等に用いられるセラミックヒータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば温水洗浄便座には、樹脂製の容器（熱交換器）を有する熱交換ユニットが用いられており、この熱交換ユニットには、熱交換器内に収容された洗浄水を暖めるために、長尺のパイプ状のセラミックヒータが配置されている。
このセラミックヒータは、棒状または筒状のヒータ本体と、ヒータ本体に外嵌されたフランジと、を備えており、フランジを取付対象となる容器（熱交換器）の所定部位に取り付けるようになっている。

【0003】

フランジとヒータ本体の外面との隙間にはガラス等の封止材が充填され、フランジとヒータ本体とが接合されている。
そして、フランジとヒータ本体との隙間に安定して溶融ガラスを流し込むために種々の開発がなされている。
例えば、フランジに封止材溜り部を設けると共に、封止材の垂れを抑制するための幅狭部を配置した技術が知られている（特許文献１参照）。
また、金属製円板状のフランジ部（支持部材）に、ヒータ本体の側面に沿って延びる筒状部を接続することで、ヒータ本体と筒状部との間隔を一定とし、この隙間に充填されるガラスの厚みを均一にして熱膨張差による応力の偏りを抑制し、耐久性を向上させた技術が知られている（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１０８２５６号公報

【特許文献2】特開２０１９－１３３７６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、フランジに封止材溜り部を設ける場合、封止材溜り部をカップ状に形成するため、フランジを小径化、小型化することが難しい場合がある。また、金属等をカップ状に形成するプレス加工等の工程が増えるおそれがある。
また、特許文献２の技術のように円板状のフランジ部と筒状部とを一体に接続する場合、軸方向にフランジ部と反対側の筒状部の開口から溶融ガラスを流し込むことになるが、フランジ部と筒状部との隅部に残った空気が排出されずに隅部にガラスが流入せず、隅部付近の気密や強度が低下するおそれがある。

【0006】

そこで、本発明は、フランジとヒータ本体とを封止材で確実に封止及び接続することができ、小型化も可能なセラミックヒータの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明のセラミックヒータは、セラミック製の棒状または筒状のヒータ本体と、前記ヒータ本体の軸線の周囲に筒状をなすように設けられ、前記ヒータ本体が挿入されているフランジと、を備えたセラミックヒータであって、前記フランジは、それぞれ別部材であって、前記ヒータ本体の挿通孔を有する板状部と、前記ヒータ本体を囲み前記ヒータ本体の外面に沿って前記軸線方向に延びる筒状部とを、前記軸線に沿って結合させてなり、前記板状部が前記筒状部よりも径方向外側に突出し、前記板状部と、前記筒状部と、前記ヒータ本体の外面とで囲まれる領域に封止材が充填され、前記フランジと前記ヒータ本体とが接合されてなる。

【0008】

このセラミックヒータによれば、フランジを構成する板状部と筒状部とが別体であるので、封止材を充填させる前に板状部と筒状部とを配置した際、両者の間には必ず隙間が生じる。
そして、上記領域に液状の（溶融した）封止材を流し込む際に、板状部と筒状部との間の隅部に残った空気が隙間から排出されるので、隅部に封止材が流入し易くなる。その結果、隅部付近の気密や強度の低下を抑制し、フランジとヒータ本体とを封止材で確実に封止及び接続することができる。
また、板状部が筒状部よりも径方向外側に突出していることで、それぞれ別体である板状部と筒状部とを配置した際、板状部の外縁が筒状部よりも確実に径方向外側に位置する。このため、板状部の外縁と筒状部との間に隙間が生じることが無く、上記領域に液状の（溶融した）封止材を流し込む際に、この隙間から封止材が（板状部の面方向に）流出することを抑制できる。
また、筒状部を小径にしてフランジ、ひいてはセラミックヒータを小型化できる。

【0009】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記板状部と前記筒状部とが前記封止材によって互いに固定されていてもよい。
このセラミックヒータによれば、フランジとヒータ本体とを封止材でさらに確実に封止及び接続することができる。

【0010】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記板状部と前記筒状部との間に隙間を有し、該隙間に前記封止材が充填されていてもよい。
このセラミックヒータによれば、板状部と筒状部とをより強固に固定することができる。

【0011】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記軸線に沿って前記筒状部と反対側には、前記板状部を超えて前記封止材が介在しなくてもよい。
このセラミックヒータによれば、板状部を超えて封止材が突出して他部材（例えば取付対象となる熱交換器）に干渉することを抑制できる。

【0012】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記軸線に沿って前記筒状部と反対側には、前記板状部を超えて前記封止材が介在してもよい。
このセラミックヒータによれば、フランジとヒータ本体とをより強固に固定することができる。

【0013】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記ヒータ本体の外面と前記筒状部の内面との前記径方向の最大距離をＤ１とし、前記筒状部の外面と前記板状部の外縁との前記径方向の最大距離をＤ２としたとき、Ｄ１＞Ｄ２であってもよい。
このセラミックヒータによれば、フランジの径を小さくしてフランジ、ひいてはセラミックヒータをより小型化できる。

【0014】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記ヒータ本体の外面と前記筒状部の内面との前記径方向の最大距離をＤ１とし、前記筒状部の外面と前記板状部の外縁との前記径方向の最大距離をＤ２としたとき、Ｄ１＜Ｄ２であってもよい。
セラミックヒータでは、筒状部よりも外周に張り出した板状部を、固定対象である熱交換器側の固定部で上下（軸方向）に挟み込むことで熱交換器に固定される。このため、鍔となる板状部が大径なほど、換言すればＤ１＜Ｄ２であるほど、固定対象にしっかりと固定できる。

【0015】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記板状部の内面には、前記筒状部に向かって延びて前記ヒータ本体の外面へのガイドとなる延出部が設けられていてもよい。
このセラミックヒータによれば、板状部をヒータ本体に挿通して配置する際の位置決めがし易くなる。

【0016】

前記封止材はガラスであってもよい。
ガラスは液状の状態で、板状部と筒状部との隙間に容易に入り込んで封止することができる。

【発明の効果】

【0017】

この発明によれば、フランジとヒータ本体とを封止材で確実に封止及び接続することができ、小型化も可能なセラミックヒータが得られる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態に係るセラミックヒータを示す正面図である。

【図2】ヒータ本体の構成を示す斜視図である。

【図3】図１の紙面に沿う方向に切断した断面図である。

【図4】本発明の実施形態に係るセラミックヒータのフランジの変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は本発明の実施形態に係るセラミックヒータ１１を示す正面図、図２はヒータ本体２０の構成を示す斜視図、図３は図１の紙面に沿う方向に切断した断面図である。
本発明の実施形態に係るセラミックヒータ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ることができる。

【0020】

図１に示すように、セラミックヒータ１１は、セラミック製のヒータ本体２０と、ヒータ本体２０の軸線Ｌの周囲に筒状をなすように設けられ、ヒータ本体２０が挿入されているフランジ３０と、を備える。

【0021】

ヒータ本体２０は、軸線Ｌを中心として本例では円筒状をなすように設けられている。ヒータ本体２０は、セラミック管２１と、そのセラミック管２１の外周のほぼ全体を覆うセラミック層（セラミックシート）２２と、を備えている。
セラミック層２２はセラミック管２１の外周を完全には覆っていないため、ヒータ本体２０の外周面には、軸方向（軸線Ｌが延びる方向と平行な方向）に延びるスリット２２ｓが形成されている。

【0022】

図２に示すように、セラミック層２２の内周面（セラミック管２１側の面）または内部には、蛇行したパターン形状のヒータパターン層２５および一対の内部端子２６が形成されている。これらの内部端子２６は、図示しないビア導体等を介して、セラミック層２２の外周面の端部の外部端子２７と電気的に接続されている。
ヒータパターン層２５はヒータ本体２０の先端２０ａ寄りに配置され、外部端子２７はヒータ本体２０の後端側に配置されている。

【0023】

なお、本例では、セラミック管２１はその軸線Ｏ方向に貫通孔２１ｈを有して円筒状をなす。そして、熱交換器にて、貫通孔２１ｈの内部に流れる水がセラミックヒータ１１で加熱され、さらに熱交換器の内壁と、セラミックヒータの外周との隙間の水もセラミックヒータ１１で加熱される。
セラミック管２１およびセラミック層２２は例えばアルミナから形成することができる。

【0024】

次に、フランジ３０について説明する。
図１に示すように、フランジ３０は、ヒータ本体２０の後端側であって、外部端子２７よりも先端側に配置されている。
また、フランジ３０は、それぞれ別部材であって、ヒータ本体２０の挿通孔を有する板状部３１と、ヒータ本体２０を囲みヒータ本体２０の外面に沿って前記軸線Ｌ方向に延びる筒状部３２と、を有する。そして、フランジ３０は、軸線Ｌに沿って板状部３１と筒状部３２とを結合させてなる。
板状部３１と筒状部３２とは、例えば、ステンレス等の金属からなる。
なお、本例では、筒状部３２が板状部３１よりも先端側に配置されているが、逆の位置関係であっても良い。

【0025】

図３は、図１の紙面に沿う方向に切断した断面図である。
図３に示すように、板状部３１が筒状部３２よりも径方向外側に突出している。
また、板状部３１と、筒状部３２と、ヒータ本体２０（セラミック層２２）の外面とで囲まれる領域Ｒに封止材（ガラス）４０が充填され、フランジ３０とヒータ本体２０とが接合されている。

【0026】

ここで、フランジ３０を構成する板状部３１と筒状部３２とが別体であるので、ガラス４０を充填させる前に板状部３１と筒状部３２とを配置した際、両者の間には必ず隙間Ｇ１が生じる。
そして、上記領域Ｒに液状の（溶融した）ガラス４０を流し込む際に、板状部３１と筒状部３２との間の隅部ＲＣに残った空気が隙間Ｇ１から排出されるので、隅部ＲＣにガラス４０が流入し易くなる。その結果、隅部ＲＣ付近の気密や強度の低下を抑制し、フランジ３０とヒータ本体２０とをガラス４０で確実に封止及び接続することができる。
一方、例えばガラス４０を流し込む前に板状部３１と筒状部３２とを溶接等で一体化した場合、隙間Ｇ１が生じないので、ガラス４０を流し込む際に隅部ＲＣに残った空気が排出されずに隅部ＲＣにガラスが流入しないことがある。

【0027】

また、板状部３１が筒状部３２よりも径方向外側に突出していることで、それぞれ別体である板状部３１と筒状部３２とを配置した際、板状部３１の外縁３１ｅが筒状部３２よりも確実に径方向外側に位置する。このため、板状部３１の外縁３１ｅと筒状部３２との間に隙間が生じることが無く、上記領域Ｒに液状の（溶融した）ガラス４０を流し込む際に、この隙間からガラス４０が（板状部３１の面方向に）流出することを抑制できる。
また、筒状部３２を小径にしてフランジ３０、ひいてはセラミックヒータ１１を小型化できる。

【0028】

なお、板状部３１と筒状部３２とが別体であることは、封止材（ガラス）を再溶融させたときに、板状部３１と筒状部３２とが分離するか否かで判別できる。
又、封止材はガラスが好ましいが、そのほかに樹脂接着剤や金属ロウ材（銀ロウ等）を用いることもできる。

【0029】

そして、上記領域Ｒにガラス４０が充填されていることで、板状部３１と筒状部３２とがガラス４０によって（ガラス４０を介して）互いに固定されている。
さらに、本例では、板状部３１と筒状部３２との間の上記隙間Ｇ１にもガラス４０が充填されている。これにより、板状部３１と筒状部３２とをより強固に固定することができる。

【0030】

なお、図３に示すように、本例では、軸線Ｌに沿って筒状部３２と反対側（後端側）には、板状部３１を超えてガラス４０が介在しない。これにより、板状部３１を超えてガラス４０が突出して他部材（例えば取付対象となる熱交換器）に干渉することを抑制できる。
また、本例では、ヒータ本体２０の外面と筒状部３２の内面との径方向の最大距離をＤ１とし、筒状部３２の外面と板状部３１の外縁３１ｅとの径方向の最大距離をＤ２としたとき、Ｄ１＞Ｄ２である。このようにすると、フランジ３０の径を小さくしてフランジ３０、ひいてはセラミックヒータ１１をより小型化できる。

【0031】

さらに、本例では、板状部３１の内面に、筒状部３２に向かって延びてヒータ本体２０の外面へのガイドとなる延出部３１ｆが設けられている。
これにより、板状部３１をヒータ本体２０に挿通して配置する際の位置決めがし易くなる。なお、図３の例では、板状部３１の内面側を曲げて延出部３１ｆを形成している。

【0032】

図４は、本発明の実施形態に係るセラミックヒータのフランジの変形例を示す。なお、図４において、図３のセラミックヒータと同一構成部分は同一符号を付して説明を省略する。
図４に示すように、この例では、板状部３５の内面の延出部３５ｆが、板状部３５の主面から垂直に延びた肉厚部となっている。延出部３５ｆは例えば板状部３５をプレスして形成できる。
また、この例では、軸線Ｌに沿って筒状部３２と反対側（後端側）に、板状部３５を超えてガラス４１が介在する。これにより、フランジ３０とヒータ本体２０とをより強固に固定することができる。

【0033】

また、本例では、Ｄ１＜Ｄ２である。セラミックヒータ１１では、筒状部３２よりも外周に張り出した板状部３１を、固定対象である熱交換器側の固定部で上下（軸方向）に挟み込むことで熱交換器に固定される。このため、鍔となる板状部３１が大径なほど、換言すればＤ１＜Ｄ２であるほど、固定対象である熱交換器にしっかりと固定できる。

【0034】

セラミックヒータ１１は、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、図３と天地を逆にし、ヒータ本体２０の先端２０ａを上向きにした状態で、所定の治具を用い、板状部３１をヒータ本体２０に挿通配置すると共に、板状部３１の上にヒータ本体２０を囲むように筒状部３２を配置する。筒状部３２の重さにより、隙間Ｇ１は最小となる。
このように、板状部３１と筒状部３２を組み合わせた状態で、上から（筒状部３２側から）を領域Ｒに固化したリング状のガラスを配置する。そして、全体を加熱してガラスを溶融させ、領域Ｒにガラス４０を充填させる。その後、ガラス４０は固化する。
板状部３１とヒータ本体２０との隙間から多少ガラスが垂れても、適度に固化する。
勿論、リング状のガラスを用いる代わりに、板状部３１と筒状部３２を組み合わせた状態で、領域Ｒに溶融したガラス４０を流し込んでもよい。
このようにして、ヒータ本体２０にフランジ３０を接合する。

【0035】

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
セラミック管２１は貫通孔２１ｈを有さず棒状でもよい。また、板状部は円盤状でなく、四角や多角形の板でもよい。筒状部も円筒に限らず、多角筒などでもよい。

【符号の説明】

【0036】

１１ セラミックヒータ
２０ ヒータ本体
３０ フランジ
３１、３５ 板状部
３１ｅ、３５ｅ 板状部の外縁
３１ｆ、３５ｆ 延出部
３２ 筒状部
４０ 封止材
Ｌ 軸線
Ｒ 領域
Ｇ１ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】