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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-22
(45)【発行日】2023-03-30
(54)【発明の名称】セラミックヒータ
(51)【国際特許分類】
H05B 3/42 20060101AFI20230323BHJP
【ＦＩ】
H05B3/42
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019238946
(22)【出願日】2019-12-27
(65)【公開番号】P2021108256
(43)【公開日】2021-07-29
【審査請求日】2022-05-23
(73)【特許権者】
【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】110001036
【氏名又は名称】弁理士法人暁合同特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】東出 侑也
(72)【発明者】
【氏名】牧野 友亮
(72)【発明者】
【氏名】杉山 敦俊
【審査官】根本 徳子
(56)【参考文献】
【文献】特許第６１７４８２１（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】国際公開第２０１６／１６３５５８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】実開平０４－１１５７９７（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開平１１－０７４０６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／１３０６１９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許第０３１１６４０１（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０５Ｂ ３／０２－３／１８、３／４０－３／８２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
セラミック製の丸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、一側に開口する一側開口部を有する封止材溜り部と、他側に開口する他側開口部を有する接続部と、を備え、
前記ヒータ本体が前記封止材溜り部と前記接続部との内部に配置された状態で、前記封止材溜り部に充填された封止材によって前記フランジと前記ヒータ本体とが接合されており、
前記封止材の前記他側の端部においては、自身の内周面と前記ヒータ本体の外周面との隙間が、前記接続部と前記ヒータ本体の外周面との間の径方向の距離よりも狭い幅狭部が設けられている、セラミックヒータ。
【請求項2】
前記フランジは、前記封止材溜り部を構成する大径部と、前記大径部よりも小径とされ、かつ、前記接続部を構成する小径部と、段差状をなして前記小径部と前記大径部を連結する連結部と、を有する、請求項１に記載のセラミックヒータ。
【請求項3】
前記フランジの内部には、自身の内部に前記ヒータ本体が挿入された状態で前記フランジに支持されるスペーサが配置され、前記幅狭部は前記スペーサである、請求項１または請求項２に記載のセラミックヒータ。
【請求項4】
前記フランジは金属製である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
【請求項5】
前記封止材溜り部を構成する内壁の厚みは一定である、請求項１から請求項４のいずれか１項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】
本開示は、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、コジェネレーションシステム等に用いられるセラミックヒータに関する。
【背景技術】
【0002】
ヒータ本体と、ヒータ本体に外嵌されているフランジと、を備えたセラミックヒータとして、例えば、特許第６１７４８２１号公報（下記特許文献１）に記載のものが知られている。フランジは、ヒータ本体の軸方向に凹んだ凹状部分を有するカップ形状とされ、凹状部分にはガラスが充填されている。フランジとヒータ本体がガラスによって接合されることでセラミックヒータが全体として一体に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第６１７４８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
フランジの内径は、溶融したガラスの垂れ防止を考慮して例えばヒータ本体の外径との差が所定寸法以下となるようにすることが好ましい。しかしながら、フランジの内径は、フランジに接続される相手側配管の構成によって決まる場合があり、その場合にはヒータ本体の外径との差が１ｍｍよりも大きくなることがあり得る。ヒータ本体の外径との差が大きくなれば、溶融したガラスの垂れを防止できなくなるおそれがある。すなわち、フランジの内径に寸法上の制約がある場合に、ガラス等の封止材の垂れを抑制した状態で接合を行うことは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示のセラミックヒータは、セラミック製の丸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、一側に開口する一側開口部を有する封止材溜り部と、他側に開口する他側開口部を有する接続部と、を備え、前記ヒータ本体が前記封止材溜り部と前記接続部との内部に配置された状態で、前記封止材溜り部に充填された封止材によって前記フランジと前記ヒータ本体とが接合されており、前記封止材の前記他側の端部には、自身の内周面と前記ヒータ本体の外周面との隙間が、前記接続部と前記ヒータ本体の外周面との間の径方向の距離よりも狭い幅狭部が設けられている、セラミックヒータである。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、フランジの内径に寸法上の制約がある場合に、封止材の垂れを抑制した状態で接合を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示のセラミックヒータは、セラミック製の丸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、一側に開口する一側開口部を有する封止材溜り部と、他側に開口する他側開口部を有する接続部と、を備え、前記ヒータ本体が前記封止材溜り部と前記接続部との内部に配置された状態で、前記封止材溜り部に充填された封止材によって前記フランジと前記ヒータ本体とが接合されており、前記封止材の前記他側の端部においては、自身の内周面と前記ヒータ本体の外周面との隙間が、前記接続部と前記ヒータ本体の外周面との間の径方向の距離よりも狭い幅狭部が設けられている、セラミックヒータである。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示のセラミックヒータは、セラミック製の丸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、一側に開口する一側開口部を有する封止材溜り部と、他側に開口する他側開口部を有する接続部と、を備え、前記ヒータ本体が前記封止材溜り部と前記接続部との内部に配置された状態で、前記封止材溜り部に充填された封止材によって前記フランジと前記ヒータ本体とが接合されており、前記封止材の前記他側の端部においては、自身の内周面と前記ヒータ本体の外周面との隙間が、前記接続部と前記ヒータ本体の外周面との間の径方向の距離よりも狭い幅狭部が設けられている、セラミックヒータである。
【0009】
フランジとヒータ本体とを接合する際には、溶融した封止材を一側開口部から封止材溜り部に充填し、封止材が冷え固まることで接合が完了する。充填の際にフランジの内径とヒータ本体の外径との差が大きい場合でも、幅狭部の内周面とヒータ本体の外周面との隙間が、接続部とヒータ本体の外周面との間の径方向の距離よりも狭くなっているため、封止材溜り部に充填された封止材が他側に垂れることを防止できる。
【0010】
（２）前記フランジは、前記封止材溜り部を構成する大径部と、前記大径部よりも小径とされ、かつ、前記接続部を構成する小径部と、段差状をなして前記小径部と前記大径部を連結する連結部と、を有することが好ましい。
封止材の冷却時に封止材の他側を支点として封止材の一側が拡径しようとし、封止材の一側に引っ張り応力が発生することが知られている。上記の構成によると、封止材溜り部が大径部で構成されているから、封止材溜り部が小径部で構成されている場合に比べて、引っ張り応力を広い範囲に分散させることができる。したがって、封止材にクラックが入ることを抑制できる。
封止材の冷却時に封止材の他側を支点として封止材の一側が拡径しようとし、封止材の一側に引っ張り応力が発生することが知られている。上記の構成によると、封止材溜り部が大径部で構成されているから、封止材溜り部が小径部で構成されている場合に比べて、引っ張り応力を広い範囲に分散させることができる。したがって、封止材にクラックが入ることを抑制できる。
【0011】
（３）前記フランジの内部には、自信の内部に前記ヒータ本体が挿入された状態で前記フランジに支持されるスペーサが配置され、前記幅狭部は前記スペーサであることが好ましい。
幅狭部をフランジと一体に構成した場合、フランジが幅狭部の位置で厚く、歪な形状となるため、封止材の冷却時に応力が発生しやすくなる。また、プレス加工によって幅狭部を加工できないため、製造コストの面で不利になる。その点、幅狭部をフランジとは別体で構成したから、フランジが歪な形状となることを回避でき、プレス加工によって幅狭部を製造できる。
幅狭部をフランジと一体に構成した場合、フランジが幅狭部の位置で厚く、歪な形状となるため、封止材の冷却時に応力が発生しやすくなる。また、プレス加工によって幅狭部を加工できないため、製造コストの面で不利になる。その点、幅狭部をフランジとは別体で構成したから、フランジが歪な形状となることを回避でき、プレス加工によって幅狭部を製造できる。
【0012】
（４）前記フランジは金属製であることが好ましい。
フランジが金属製である場合、金属平板をプレス加工することによってフランジを形成できるため、フランジの製造コストを低減できる。
フランジが金属製である場合、金属平板をプレス加工することによってフランジを形成できるため、フランジの製造コストを低減できる。
【0013】
（５）前記封止材溜り部を構成する内壁の厚みは一定であることが好ましい。
封止材溜り部を構成する内壁の厚みが一定でない、すなわち封止材溜り部の形状が歪である場合、封止材の冷却時に応力が発生しやすくなる。その点、封止材溜り部を構成する内壁の厚みが一定であれば、封止材の冷却時に応力が発生しにくくなり、例えば、封止材が割れることを回避できる。
封止材溜り部を構成する内壁の厚みが一定でない、すなわち封止材溜り部の形状が歪である場合、封止材の冷却時に応力が発生しやすくなる。その点、封止材溜り部を構成する内壁の厚みが一定であれば、封止材の冷却時に応力が発生しにくくなり、例えば、封止材が割れることを回避できる。
【0014】
［本開示の実施形態１の詳細］
本開示のセラミックヒータの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本開示のセラミックヒータの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0015】
＜セラミックヒータの全体構成＞
実施形態１のセラミックヒータ１１は、温水洗浄便座、２４時間風呂、手洗い用、コジェネレーションなどに利用される液体加熱用のヒータである。セラミックヒータ１１は、図１および図２に示すように、円筒状をなすセラミック製のヒータ本体２０と、ヒータ本体２０が挿入されている金属製の円環状の第２フランジ３０と、第２フランジ３０の下方に配された第１フランジ４０と、を備えている。
実施形態１のセラミックヒータ１１は、温水洗浄便座、２４時間風呂、手洗い用、コジェネレーションなどに利用される液体加熱用のヒータである。セラミックヒータ１１は、図１および図２に示すように、円筒状をなすセラミック製のヒータ本体２０と、ヒータ本体２０が挿入されている金属製の円環状の第２フランジ３０と、第２フランジ３０の下方に配された第１フランジ４０と、を備えている。
【0016】
＜ヒータ本体＞
ヒータ本体２０は、軸線ＡＸを中心として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２３には、軸方向（軸線ＡＸが延びる方向と平行な方向）に延びる溝部２４が形成されている。
ヒータ本体２０は、軸線ＡＸを中心として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２３には、軸方向（軸線ＡＸが延びる方向と平行な方向）に延びる溝部２４が形成されている。
【0017】
ヒータ本体２０を構成しているセラミック管２１およびセラミック層２２は、例えば、アルミナからなる。アルミナの熱膨張係数としては、５０×１０－７／Ｋ～９０×１０－７／Ｋの範囲内であり、本実施形態のものでは７０×１０－７／Ｋ（３０℃～３８０℃）となっている。
【0018】
図６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。
【0019】
＜第２フランジ＞
第２フランジ３０は、例えば、ステンレス等の金属からなる円環状の部材であり、図２に示すように、軸線ＡＸの周囲に筒状をなすように設けられている。第２フランジ３０は、例えば、プレス加工によって金属板材の中央部分が下方に押し出されることで凹状（カップ形状）に形成されたものである。第２フランジ３０は、詳細には、上方に開口する大径部３１と、大径部３１の下方に配されて大径部３１よりも小径とされた小径部３２と、段差状をなして大径部３１と小径部３２を連結する連結部３３と、を備えて構成されている。小径部３２の底面における中央部には穴部３４が形成されている。穴部３４は、小径部３２の底面を上下方向に貫通する形態をなしている。
第２フランジ３０は、例えば、ステンレス等の金属からなる円環状の部材であり、図２に示すように、軸線ＡＸの周囲に筒状をなすように設けられている。第２フランジ３０は、例えば、プレス加工によって金属板材の中央部分が下方に押し出されることで凹状（カップ形状）に形成されたものである。第２フランジ３０は、詳細には、上方に開口する大径部３１と、大径部３１の下方に配されて大径部３１よりも小径とされた小径部３２と、段差状をなして大径部３１と小径部３２を連結する連結部３３と、を備えて構成されている。小径部３２の底面における中央部には穴部３４が形成されている。穴部３４は、小径部３２の底面を上下方向に貫通する形態をなしている。
【0020】
第２フランジ３０を形成する金属の熱膨張係数は、１００×１０－７／Ｋ～２００×１０－７／Ｋの範囲内の値となる。例えば、第２フランジ３０がＳＵＳ３０４（主成分がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ）製である場合には、その熱膨張係数は、１７８×１０－７／Ｋ（３０℃～３８０℃）であり、ＳＵＳ４３０（主成分がＦｅ、Ｃｒ）製である場合には、その熱膨張係数は、１１０×１０－７／Ｋ（３０℃～３８０℃）である。
【0021】
第２フランジ３０の小径部３２の内部が、ガラス３６が充填されるガラス溜り部３７とされている。第２フランジ３０とヒータ本体２０はガラス３６によって一体に接合されている。ガラス３６としては、例えば、Ｎａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・Ｂ２Ｏ３・ＳｉＯ２系のガラス、いわゆるＡｌ２Ｏ３・Ｂ２Ｏ３・ＳｉＯ２系のガラス（ホウケイ酸ガラス）が用いられている。このガラス３６の熱膨張係数は、例えば、５０×１０－７／Ｋ～９０×１０－７／Ｋ（３０℃～３８０℃）の範囲内の値となり、本実施形態では６２×１０－７／Ｋ（３０℃～３８０℃）となっている。
【0022】
穴部３４の孔縁とヒータ本体２０の外周面２３との間には、例えば、０．１ｍｍ～１．０ｍｍ程度の狭小隙間が存在し、本実施形態ではその狭小隙間の寸法が０．３ｍｍ～０．５ｍｍ程度に設定されている。
【0023】
＜第１フランジ＞
第１フランジ４０は、例えば、ステンレス等の金属からなる円環状の部材であり、図２に示すように、軸線ＡＸの周囲に筒状をなすように設けられている。第１フランジ４０は、例えば、母材となる金属材がプレス加工によって下方に押し出されることで段付きの有底筒状に成形された後、底面が打ち抜かれることで製造される。第１フランジ４０は全体として上下方向に貫通する形態をなし、詳細には、上方に開口する大径部４１と、大径部４１の下方に配されて大径部４１よりも小径とされた小径部４２と、段差状をなして大径部４１と小径部４２を連結する連結部４３と、を備えて構成されている。
第１フランジ４０は、例えば、ステンレス等の金属からなる円環状の部材であり、図２に示すように、軸線ＡＸの周囲に筒状をなすように設けられている。第１フランジ４０は、例えば、母材となる金属材がプレス加工によって下方に押し出されることで段付きの有底筒状に成形された後、底面が打ち抜かれることで製造される。第１フランジ４０は全体として上下方向に貫通する形態をなし、詳細には、上方に開口する大径部４１と、大径部４１の下方に配されて大径部４１よりも小径とされた小径部４２と、段差状をなして大径部４１と小径部４２を連結する連結部４３と、を備えて構成されている。
【0024】
大径部４１は、上側に開口する上側開口部４４を有し、小径部４２は、下側に開口する下側開口部４５を有している。小径部４２は、図示しない相手側配管に接続される接続部４９を構成している。相手側配管は水を供給する配管であり、相手側配管から第１フランジ４０の下側開口部４５を通ってヒータ本体２０の内部に進入した水が加熱されるようになっている。
【0025】
第１フランジ４０はヒータ本体２０の下端部に外嵌されている。ヒータ本体２０の下端は第１フランジ４０の小径部４２の上端部に位置しており、ヒータ本体２０が大径部４１と連結部４３を上下方向に貫通する配置とされている。第１フランジ４０の内部に、ガラス４６が充填されるガラス溜り部４７が設けられている。ガラス溜り部４７とは、ガラス４６が充填されている空間のことであり、詳細には、ヒータ本体２０の外周面と、第１フランジ４０の大径部４１から連結部４３にかけての内周面と、後述するスペーサ５０と、によって囲まれた空間のことである。
【0026】
ヒータ本体２０がガラス溜り部３７と接続部４９との内部に配置された状態で、第１フランジ４０とヒータ本体２０はガラス４６によって一体に接合されている。ガラス４６としては、例えば、Ｎａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・Ｂ２Ｏ３・ＳｉＯ２系のガラス、いわゆるＡｌ２Ｏ３・Ｂ２Ｏ３・ＳｉＯ２系のガラス（ホウケイ酸ガラス）が用いられている。このガラス４６の熱膨張係数は、例えば、５０×１０－７／Ｋ～９０×１０－７／Ｋ（３０℃～３８０℃）の範囲内の値となり、本実施形態では６２×１０－７／Ｋ（３０℃～３８０℃）となっている。
【0027】
ガラス溜り部４７を構成する内壁のうち第１フランジ４０によって構成されている内壁の厚みＴは一定である。この厚みＴは、例えば、０．８±０．１ｍｍとされている。厚みＴを一定にすると、ガラス４６の冷却時に応力が発生しにくくなり、ガラス４６の割れを防止できる。
【0028】
さて、ガラス溜り部４７を構成する内壁のうち下側の端部はスペーサ５０によって構成されている。スペーサ５０は、図４および図５に示すように、円筒状をなして上下方向に延びる筒状部５１と、筒状部５１の上縁から径方向外側に張り出す鍔部５２と、を備えて構成されている。筒状部５１の内周面は、図３に示すように、ヒータ本体２０の外周面に沿って配されている。
【0029】
ヒータ本体２０の外径は、例えば、１０．４±０．３ｍｍとされ、第１フランジ４０の小径部４２の内径は、例えば、１３．０５±０．０５ｍｍとされている。このため、ヒータ本体２０の外周面と第１フランジ４０の小径部４２の内周面との間の径方向の距離Ｌは、１．１５～１．５ｍｍ（片側）となる。距離Ｌが１ｍｍよりも大きいと、ガラス４６が第１フランジ４０の下側に垂れるおそれがある。そこで、本実施形態では隙間Ｇにスペーサ５０を配置することでガラス４６の垂れを抑制するようにしている。
【0030】
スペーサ５０は第１フランジ４０とは別体で構成され、上側開口部４４からガラス溜り部４７に挿入され鍔部５２が連結部４３に引っ掛けられることで第１フランジ４０に配置されている。スペーサ５０により隙間Ｇのほとんどは閉じられ、ヒータ本体２０の外周面とスペーサ５０の筒状部５１の内周面との間に狭小隙間Ｓ１だけが残された状態となる。この狭小隙間Ｓ１の寸法は、例えば、０～０．３５ｍｍ（片側）である。また、鍔部５２は連結部４３の上面に接触した状態で配置されているため、鍔部５２と連結部４３の上面との間にはほぼ隙間がない状態とされる。ガラス４６の下側の端部においては、スペーサ５０が配置されることにより、狭小隙間Ｓ１が径方向の距離Ｌ１よりも狭いものとされている。これにより、ガラス溜り部４７に充填されたガラス４６が第１フランジ４０の下側に垂れることを抑制できる。なお、ガラス４６の垂れを抑制するには、狭小隙間Ｓ１の寸法を０．５ｍｍ以下（片側）とすることが好ましい。
【0031】
＜セラミックヒータの製造方法＞
次に、セラミックヒータ１１を製造する方法を図６および図７を参照しながら説明する。
まず、図６に示すように、円筒状をなすアルミナ質のセラミック管２１を仮焼成する。これとは別に、アルミナ質のセラミックシート６０の表面または積層したシート内部に、タングステン等の高融点金属を印刷する。これにより、後にヒータパターン層２５、内部端子２６及び外部端子２７となるパターン６１を形成する。
次に、セラミックヒータ１１を製造する方法を図６および図７を参照しながら説明する。
まず、図６に示すように、円筒状をなすアルミナ質のセラミック管２１を仮焼成する。これとは別に、アルミナ質のセラミックシート６０の表面または積層したシート内部に、タングステン等の高融点金属を印刷する。これにより、後にヒータパターン層２５、内部端子２６及び外部端子２７となるパターン６１を形成する。
【0032】
次に、このセラミックシート６０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、図６の左図に示すように、セラミックシート６０をセラミック管２１の外周面に巻き付けて接着してから一体焼成する。その後、外部端子２７にニッケルめっきを施し、ヒータ本体２０とする。これにより、図６の右図に示すように、外部端子２７のみが外部に露出した状態で配される。
【0033】
次に、図７の左図に示すように、第１フランジ４０と第２フランジ３０をヒータ本体２０の所定の高さ位置に外嵌し、この状態で各フランジ３０、４０およびヒータ本体２０を図示しない治具で支持する。第１フランジ４０をヒータ本体２０に外嵌する際には、予めスペーサ５０の鍔部５２を第１フランジ４０の連結部４３の上面に配置した状態としておき、その状態からスペーサ５０の筒状部５１をヒータ本体２０の下端部に外嵌する。これにより、ヒータ本体２０の外周面と第１フランジ４０の内周面との間に形成される隙間Ｇはスペーサ５０によってほとんど閉じられた状態となる。
【0034】
次に、ホウケイ酸ガラスからなるガラス材料をリング状にプレス成形し、これを６４０℃で３０分仮焼して、仮焼済みガラス材３８、４８を予め作製しておき、図７の中央図に示すように、ヒータ本体２０と各フランジ３０、４０との間のガラス溜り部３７、４７に、リング状の仮焼済みガラス材３８、４８を配置する。
【0035】
次に、この状態のものを焼成用の連続炉に投入して、ヒータ本体２０と各フランジ３０、４０とのガラス付けを行う。具体的には、連続炉内を還元雰囲気（例えば、Ｎ２＋５％Ｈ２）にして溶着温度（１０１５℃）で所定時間加熱することで、仮焼済みガラス材３８、４８を溶融させる。その後、仮焼済みガラス材３８、４８を常温（例えば２５℃）まで冷却して固化させることで、図７の右図に示すように、ガラス３６、４６を介してヒータ本体２０と各フランジ３０、４０とを溶着固定し、セラミックヒータ１１を完成させる。
【0036】
＜実施形態１の効果＞
本実施形態のセラミックヒータ１１によると、第１フランジ４０とヒータ本体２０とを接合する際には、溶融したガラス４６を上側開口部４４からガラス溜り部４７に充填し、ガラス４６が冷え固まることで接合が完了する。充填の際に第１フランジ４０の内径とヒータ本体２０の外径との差が大きい場合でも、スペーサ５０の内周面とヒータ本体２０の外周面との隙間である狭小隙間Ｓ１が、接続部４９とヒータ本体２０の外周面との間の径方向の距離Ｌよりも狭くなっているため、ガラス溜り部４７に充填されたガラス４６が下側に垂れることを防止できる。
本実施形態のセラミックヒータ１１によると、第１フランジ４０とヒータ本体２０とを接合する際には、溶融したガラス４６を上側開口部４４からガラス溜り部４７に充填し、ガラス４６が冷え固まることで接合が完了する。充填の際に第１フランジ４０の内径とヒータ本体２０の外径との差が大きい場合でも、スペーサ５０の内周面とヒータ本体２０の外周面との隙間である狭小隙間Ｓ１が、接続部４９とヒータ本体２０の外周面との間の径方向の距離Ｌよりも狭くなっているため、ガラス溜り部４７に充填されたガラス４６が下側に垂れることを防止できる。
【0037】
第１フランジ４０は、ガラス溜り部４７を構成する大径部４１と、大径部４１よりも小径とされ、かつ、接続部４９を構成する小径部４２と、段差状をなして小径部４２と大径部４１を連結する連結部４３と、を有することが好ましい。ガラス４６の冷却時にガラス４６の下側を支点としてガラス４６の上側が拡径しようとし、ガラス４６の上側に引っ張り応力が発生することが知られている。上記の構成によると、ガラス溜り部４７が大径部４１で構成されているから、ガラス溜り部４７が小径部４２で構成されている場合に比べて、引っ張り応力を広い範囲に分散させることができる。したがって、ガラス４６にクラックが入ることを抑制できる。
【0038】
第１フランジ４０の内部には、自信の内部にヒータ本体２０が挿入された状態で第１フランジ４０に支持されるスペーサ５０が配置されていることが好ましい。スペーサ５０の代わりに幅狭部を第１フランジ４０と一体に構成した場合、第１フランジ４０が幅狭部の位置で厚く、歪な形状となるため、ガラスの冷却時に応力が発生しやすくなる。また、プレス加工によって幅狭部を加工できないため、製造コストの面で不利になる。その点、幅狭部としてのスペーサ５０を第１フランジ４０とは別体で構成したから、第１フランジ４０が歪な形状となることを回避でき、プレス加工によってスペーサ５０を製造できる。
【0039】
第１フランジ４０は金属製であることが好ましい。第１フランジ４０が金属製である場合、金属平板をプレス加工することによって第１フランジ４０を形成できるため、第１フランジ４０の製造コストを低減できる。
【0040】
ガラス溜り部４７を構成する内壁の厚みＴは一定であることが好ましい。ガラス溜り部４７を構成する内壁の厚みＴが一定でない、すなわちガラス溜り部４７の形状が歪である場合、ガラス４６の冷却時に応力が発生しやすくなる。その点、ガラス溜り部４７を構成する内壁の厚みＴが一定であれば、ガラス４６の冷却時に応力が発生しにくくなり、例えば、ガラス４６が割れることを回避できる。
【0041】
［本開示の実施形態２の詳細］
次に、実施形態２について図８を参照しながら説明する。実施形態２のセラミックヒータ１２は、実施形態１のセラミックヒータ１１の第１フランジ４０の構成を一部変更したものであって、その他の構成については実施形態１と同じであるため、その説明を省略する。また、実施形態１と同じ構成については実施形態１と同一の符号を用いるものとする。
次に、実施形態２について図８を参照しながら説明する。実施形態２のセラミックヒータ１２は、実施形態１のセラミックヒータ１１の第１フランジ４０の構成を一部変更したものであって、その他の構成については実施形態１と同じであるため、その説明を省略する。また、実施形態１と同じ構成については実施形態１と同一の符号を用いるものとする。
【0042】
本実施形態の第１フランジ７０は、上方に開口する大径部７１と、大径部７１の下方に配されて大径部７１よりも小径とされた小径部７２と、段差状をなして大径部７１と小径部７２を連結する連結部７３と、を備えて構成されている。大径部７１は、上側に開口する上側開口部７４を有し、小径部７２は、下側に開口する下側開口部７５を有している。
【0043】
小径部７２は、図示しない相手側配管に接続される接続部７９を構成している。相手側配管は水を供給する配管であり、相手側配管から第１フランジ７０を通ってヒータ本体２０の内部に進入した水が加熱されるようになっている。
【0044】
第１フランジ７０の内部に、ガラス７６が充填されるガラス溜り部７７が設けられている。ガラス溜り部７７とは、ガラス７６が充填されている空間のことであり、詳細には、ヒータ本体２０の外周面と、第１フランジ７０の大径部７１から連結部７３にかけての内周面と、次述する幅狭部７８と、によって囲まれた空間のことである。
【0045】
ガラス７６の下側の端部には、幅狭部７８が設けられている。幅狭部７８は、小径部７２の上端部の内周側に設けられている。幅狭部７８は小径部７２と一体に構成され、小径部７２の内周面から径方向内側に突出する形態をなし、軸線ＡＸを中心とする円環状に設けられている。幅狭部７８の内周面は、ヒータ本体２０の外周面に沿って上下方向に延びる形態とされている。
【0046】
ヒータ本体２０の外周面と幅狭部７８の内周面との間には狭小隙間Ｓ２が形成されている。この狭小隙間Ｓ２の寸法は、例えば、０～０．３５ｍｍ（片側）である。これにより、ガラス溜り部７７に充填されたガラス７６が第１フランジ７０の下側に垂れることを抑制できる。
【0047】
［本開示の実施形態３の詳細］
次に、実施形態３について図９を参照しながら説明する。実施形態３のセラミックヒータ１３は、実施形態１のセラミックヒータ１１の第１フランジ４０の構成を一部変更したものであって、その他の構成については実施形態１と同じであるため、その説明を省略する。また、実施形態１と同じ構成については実施形態１と同一の符号を用いるものとする。
次に、実施形態３について図９を参照しながら説明する。実施形態３のセラミックヒータ１３は、実施形態１のセラミックヒータ１１の第１フランジ４０の構成を一部変更したものであって、その他の構成については実施形態１と同じであるため、その説明を省略する。また、実施形態１と同じ構成については実施形態１と同一の符号を用いるものとする。
【0048】
本実施形態の第１フランジ８０は、実施形態１の第１フランジ４０とは異なり、大径部と連結部を備えておらず、小径部８２のみによって構成されている。したがって、第１フランジ８０は全体として円筒状をなしている。小径部８２は、上側に開口する上側開口部８４と、下側に開口する下側開口部８５と、を有している。
【0049】
小径部８２の下端側は、図示しない相手側配管に接続される接続部８９を構成している。相手側配管は水を供給する配管であり、相手側配管から下側開口部８５を通ってヒータ本体２０の内部に進入した水が加熱されるようになっている。
【0050】
小径部８２の上端側の内部に、ガラス８６が充填されるガラス溜り部８７が設けられている。ガラス溜り部８７とは、ガラス８６が充填されている空間のことであり、ヒータ本体２０の外周面と、第１フランジ８０の小径部８２の内周面と、次述するスペーサ９０の上面と、によって囲まれた空間のことである。
【0051】
ヒータ本体２０の下端部における外周面と小径部８２の内周面との間には、隙間Ｇが形成されており、この隙間Ｇにスペーサ９０が配されている。本実施形態のスペーサ９０は、小径部８２とは別体に構成され、ガラス８６の下側の端部に配されている。スペーサ９０の外径は実施形態１のスペーサ５０の外径よりも小さいものの、スペーサ９０の内径は実施形態１のスペーサ５０の内径と同じである。
【0052】
ヒータ本体２０の外周面とスペーサ９０の内周面との間には狭小隙間Ｓ３が形成されている。この狭小隙間Ｓ３の寸法は、例えば、０～０．３５ｍｍ（片側）である。スペーサ９０は、例えば、第１フランジ８０に対して圧入によって保持されており、スペーサ９０の外周縁部９１は小径部８２の内周面に全周に亘って接触している。これにより、ガラス溜り部８７に充填されたガラス８６が第１フランジ９０の下側に垂れることを抑制できる。
【0053】
＜他の実施形態＞
（１）実施形態１から３では、円筒状のヒータ本体２０を例示しているものの、角筒状のヒータ本体としてもよいし、丸棒状のヒータ本体としてもよい。
（１）実施形態１から３では、円筒状のヒータ本体２０を例示しているものの、角筒状のヒータ本体としてもよいし、丸棒状のヒータ本体としてもよい。
【0054】
（２）実施形態１から３では、封止材としてガラスを使用しているものの、エポキシ系封止材やセラミック系封止材などを使用してもよい。
【0055】
（３）実施形態１ではスペーサ５０が連結部４３に配置されているものの、実施形態３のスペーサ９０を用いて小径部４２に保持させるようにしてもよい。
【0056】
（４）実施形態１から３では、第１フランジが金属製とされているものの、セラミック製の第１フランジとしてもよい。
【0057】
（５）実施形態１と３では、平面視で周方向に切れ目なくつながった筒状のスペーサ５０、９０を用いているものの、平面視でＣ字状をなして切れ目を有する筒状のスペーサを用いてもよい。
【符号の説明】
【0058】
１１…セラミックヒータ
２０…ヒータ本体、２１…セラミック管、２２…セラミック層、２３…外周面、２４…溝部、２５…ヒータパターン層、２６…内部端子、２７…外部端子
３０…第２フランジ、３１…大径部、３２…小径部、３３…連結部、３４…穴部、３６…ガラス、３７…ガラス溜り部、３８…仮焼済みガラス材
４０…第１フランジ（フランジ）、４１…大径部、４２…小径部、４３…連結部、４４…上側開口部（一側開口部）、４５…下側開口部（他側開口部）、４６…ガラス（封止材）、４７…ガラス溜り部（封止材溜り部）、４８…仮焼済みガラス材、４９…接続部
５０…スペーサ（幅狭部）、５１…筒状部、５２…鍔部
６０…セラミックシート、６１…パターン
７０…第１フランジ（フランジ）、７２…大径部、７３…小径部、７３…連結部、７４…上側開口部（一側開口部）、７５…下側開口部（他側開口部）、７６…ガラス（封止材）、７７…ガラス溜り部、７８…幅狭部、７９…接続部
８０…第１フランジ（フランジ）、８２…小径部、８４…上側開口部、８５…下側開口部、８６…ガラス、８７…ガラス溜り部、８９…接続部
９０…スペーサ（幅狭部）、９１…外周縁部
ＡＸ…軸線 Ｇ…隙間、Ｌ…距離、Ｓ１…狭小隙間、Ｓ２…狭小隙間、Ｓ３…狭小隙間、Ｔ…厚み
２０…ヒータ本体、２１…セラミック管、２２…セラミック層、２３…外周面、２４…溝部、２５…ヒータパターン層、２６…内部端子、２７…外部端子
３０…第２フランジ、３１…大径部、３２…小径部、３３…連結部、３４…穴部、３６…ガラス、３７…ガラス溜り部、３８…仮焼済みガラス材
４０…第１フランジ（フランジ）、４１…大径部、４２…小径部、４３…連結部、４４…上側開口部（一側開口部）、４５…下側開口部（他側開口部）、４６…ガラス（封止材）、４７…ガラス溜り部（封止材溜り部）、４８…仮焼済みガラス材、４９…接続部
５０…スペーサ（幅狭部）、５１…筒状部、５２…鍔部
６０…セラミックシート、６１…パターン
７０…第１フランジ（フランジ）、７２…大径部、７３…小径部、７３…連結部、７４…上側開口部（一側開口部）、７５…下側開口部（他側開口部）、７６…ガラス（封止材）、７７…ガラス溜り部、７８…幅狭部、７９…接続部
８０…第１フランジ（フランジ）、８２…小径部、８４…上側開口部、８５…下側開口部、８６…ガラス、８７…ガラス溜り部、８９…接続部
９０…スペーサ（幅狭部）、９１…外周縁部
ＡＸ…軸線 Ｇ…隙間、Ｌ…距離、Ｓ１…狭小隙間、Ｓ２…狭小隙間、Ｓ３…狭小隙間、Ｔ…厚み
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】