ヒータ
【課題】 燃料点火時のセラミックヒータの温度を比較的低温に設定しても、ガスなどの燃料を確実に着火でき、耐久性が向上し長寿命のヒータを提供する。
【解決手段】 本発明のヒータは、絶縁基体２と、絶縁基体２の内部に埋設された抵抗体３とを含み、絶縁基体２の側面に凹凸７が設けられていることを特徴とする。これにより、ガスの流れに対して主面が垂直に側面が平行となるようにヒータを配置したときに、ヒータの側面付近を通過するガスの流れが乱され、ヒータの裏面までガスが流れ込み、ガスとヒータとの接触時間が長くなる。したがって、ヒータの温度を低く設定でき、ヒータの寿命を延ばすことができる。また、ガスに対して抗力が大きくなり、発生した乱流によってガスと空気が混合されて着火しやすくなり、ガスの使用量を減らすこともできる。
【解決手段】 本発明のヒータは、絶縁基体２と、絶縁基体２の内部に埋設された抵抗体３とを含み、絶縁基体２の側面に凹凸７が設けられていることを特徴とする。これにより、ガスの流れに対して主面が垂直に側面が平行となるようにヒータを配置したときに、ヒータの側面付近を通過するガスの流れが乱され、ヒータの裏面までガスが流れ込み、ガスとヒータとの接触時間が長くなる。したがって、ヒータの温度を低く設定でき、ヒータの寿命を延ばすことができる。また、ガスに対して抗力が大きくなり、発生した乱流によってガスと空気が混合されて着火しやすくなり、ガスの使用量を減らすこともできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃焼式車載暖房装置における点火用ヒータ、石油ファンヒータ等の各種燃焼機器の点火用ヒータ、測定機器の加熱用ヒータ等に利用されるヒータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスや灯油等を使用する各種燃焼機関の点火用及び各種加熱機器の加熱用ヒータは、セラミックスなどの絶縁基体の内部に高融点金属の抵抗体を埋設して形成されている。通常、これらのヒータは、セラミックグリーンシートを積層またはプレス成型するなどして成型して焼成されるため、板状、角柱状、円柱状といった比較的単純な形状を呈する（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２４２０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
天然ガス、プロパンガスのようなガスを使用する各種燃焼機器においてはガスの着火温度は１１００℃以上と非常に高温になる。耐熱性の高いセラミックを使用した場合においても、経時的に組織の劣化が進み、耐久性が不十分となり寿命が短くなってしまう。そのため、着火温度を下げる必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、燃料点火時のセラミックヒータの温度を比較的低温に設定しても、ガスなどの燃料を確実に着火でき、これにより耐久性が向上し長寿命であるヒータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のヒータは、絶縁基体と、該絶縁基体の内部に埋設された抵抗体とを含み、前記絶縁基体の側面に凹凸が設けられていることを特徴とするヒータである。
【０００７】
また、本発明のヒータは、上記の構成において、前記凹凸が前記側面の長さ方向に沿って設けられた複数の突条部からなることを特徴とするヒータである。
【０００８】
また、本発明のヒータは、上記の構成において、前記突条部が曲線状であることを特徴とするヒータである。
【０００９】
また、本発明のヒータは、上記の構成において、前記突条部の一部に切欠きを有していることを特徴とすることを特徴とするヒータである。
【００１０】
また、本発明のヒータは、上記の構成において、前記凹凸が点在する複数の凹みからなることを特徴とするヒータである。
【００１１】
また、本発明のヒータは、上記の構成において、前記凹凸が対向する一対の側面に設けられていることを特徴とするヒータである。
【００１２】
また、本発明のヒータは、上記の構成において、前記凹凸の形状が前記対向する一対の
側面の間で異なっていることを特徴とするヒータである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のヒータによれば、ガスの流れに対して主面が垂直に側面が平行となるようにヒータを配置したときに、ヒータの側面付近を通過するガスの流れが乱され、ヒータの裏面までガスが流れ込み、ガスとヒータとの接触時間が長くなる。したがって、ヒータの温度を低く設定でき、ヒータの寿命を延ばすことができる。
【００１４】
また、ガスに対して抗力が大きくなり、発生した乱流によってガスと空気が混合されて着火しやすくなり、ガスの使用量を減らすこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すヒータの内部透視図である。
【図２】（ａ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すヒータの要部を示す概略斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の他の例を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すヒータの要部を示す概略斜視図である。
【図４】（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の他の例を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すヒータの要部を示す概略斜視図である。
【図５】本発明のヒータの実施の形態の他の例を示す側面図である。
【図６】本発明のヒータの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図７】本発明のヒータの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のヒータの実施の形態の例について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の一例を示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すヒータの内部透視図である。また、図２（ａ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線断面図であり、図２（ｂ）は図１に示すヒータの要部を示す概略斜視図である。
【００１８】
図１および図２に示す本実施の形態のヒータ１は、絶縁基体２と、絶縁基体２の内部に埋設された抵抗体３とを含み、絶縁基体２の側面に凹凸７が設けられている。
【００１９】
絶縁基体２は、酸化物セラミックス，窒化物セラミックス，炭化物セラミックス等の絶縁性を備えたセラミックスからなり、例えば、アルミナ質セラミックス，窒化珪素質セラミックス，窒化アルミニウム質セラミックス，炭化珪素質セラミックス等を用いることができる。耐熱性の点からは、窒化珪素を用いることが好ましい。
【００２０】
絶縁基体２の形状としては、例えば矩形板状、角柱状、円柱状などの形状が挙げられ、図１に示すような矩形板状の場合、例えば幅４〜５０ｍｍ、厚み１〜２０ｍｍ、長さ３０〜１００ｍｍの寸法のものが採用される。
【００２１】
絶縁基体２の内部には抵抗体３が埋設されている。この抵抗体３は、縦断面の形状が折返し形状をなしていて、通電することによって先端に位置する折返し形状の中央付近（折返しの中間点付近）が最も発熱する発熱部３１となっている。この抵抗体３は絶縁基体２の先端側に埋設されていて、抵抗体３の先端（折返し形状の中央付近）から抵抗体３の後端までの距離は例えば２〜１０ｍｍに形成される。なお、抵抗体３の横断面の形状は、円、楕円、矩形などいずれの形状でもよく、通常は後述するリード４よりも断面積が小さくなるように形成される。
【００２２】
抵抗体３の形成材料としては、絶縁基体３との同時焼成によって作製が可能なＷ，Ｍｏ，Ｒｅ等の高融点金属を主成分とするものが好ましい。そして、抵抗体３の熱膨張率を絶縁基体２の熱膨張率に近づけて、ヒータ１の昇温時および降温時の熱膨張率の差による応力を緩和するために、絶縁基体２の成分が含まれていてもよい。
【００２３】
絶縁基体２の内部には、一対のリード４および一対の引出電極５が埋設されている。図１に示すものは、一端から他端にかけて折返し形状をなす抵抗体３の両端部（一方の端部および他方の端部）にそれぞれリード４が接合されている。そして、それぞれのリード４は、一端側で抵抗体３と電気的に接続され、他端側で引出電極５と電気的に接続されている。また、引出電極５は、一端側でリード４と電気的に接続され、他端側で絶縁基体２の表面に導出されている。
【００２４】
このリード４および引出電極５は、抵抗体３と同様の材料で形成され、例えば、抵抗体３よりも断面積を大きくしたり、絶縁基体２の形成材料の含有量を抵抗体３よりも少なくしたりすることによって、単位長さ当たりの抵抗値が低くなっているものである。
【００２５】
絶縁基体２の表面には、図１（ａ）に示すように、導出された引出電極５と電気的に接続されるように絶縁基体２と熱膨張率の近い金属、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金とＮｉ等の軟質金属からなる電極金具６が取り付けられ、この電極金具６を介して外部回路（図示せず）に接続される。なお、電極金具６は通常絶縁基体２の端部に取り付けられ、この電極金具６と電気的に接続されるように、引出電極５、リード４および抵抗体３のパターンが決められる。
【００２６】
そして、図１（ａ）および図２に示すように、絶縁基体２の側面には凹凸７が設けられている。凹凸７の形状としては様々な形状が挙げられるが、図１（ａ）および図２に示す例における凹凸７は、側面の長さ方向に沿って設けられた複数の突条部７１からなる形状である。この図１（ａ）および図２に示す例の複数の突条部７１からなる形状は、換言すれば、複数の溝７２からなる形状である。突条部７１の幅および溝７２の幅は例えば１０〜３００μｍであり、突条部７１の高さおよび溝７２の深さは例えば１０〜３００μｍである。そして、それぞれの突条部７１の幅、高さおよびそれぞれの溝７２の幅、深さは同じであっても異なっていてもよい。
【００２７】
通常、ヒータ１は図２（ａ）に示すように絶縁基体２の主面（面積の広い面）がガスの流れ（図２（ａ）に示す矢印）に対して垂直となるようにして配置され、面積の狭い側面はガスの流れに対して平行となるように配置される。そして、図２に示すように、この側面に凹凸７が設けられていることにより、ガスの流れに対して主面が垂直、側面が平行となるようにヒータ１を配置したときに、ヒータ１の側面付近を通過するガスの流れが乱され、ヒータ１の裏面までガスが流れ込み、ガスとヒータ１との接触時間が長くなる。したがって、ヒータ１の温度を低く設定でき、ヒータ１の寿命を延ばすことができる。また、ガスに対して抗力が大きくなり、発生した乱流によってガスと空気が混合されて着火しやすくなり、ガスの使用量を減らすこともできる。
【００２８】
ここで、図３に示すように、突条部７１は曲線状であってもよい。突条部７１が曲線状であることで、ヒータ１の側面付近を通過するガスの流速に差ができてよりガスの流れが乱され、よりガスと空気が混合され着火しやすくなり、ガスの使用量を減らすことができる。なお、曲線状とはきれいな曲線が並んで形成されているものに限定されず、曲線や直線が入り乱れたものであってもよい。そして、図３（ｂ）に示すように、突条部７１は側面の長さ方向の一端から他端まで連続していなくてもよく、連続していない部分があることで、後述の切欠き７３のような効果も得られる。
【００２９】
また、図４に示すように、突条部７１の一部に切欠き７３を有していてもよい。突条部７１の一部に切欠き７３を有していることで、切欠き７３を通ったガスが突条部７１にあたり、一部のガスが突条部７１に沿って長さ方向に流れるため、ガスが攪拌され着火しやすくなり、ガスの使用量を減らすことができる。なお、切欠き７３の幅は、ガスの攪拌性の観点から例えば１０〜５００μｍであるのがよい。また、図４（ｂ）に示すように、切欠き７３は、突条部７１の一部をまるまる切り欠いて形成されたような突条部７１の高さと同じ深さのものであってもよいが、突条部７１の高さよりも浅い深さのものであってもよい。さらに、断面で見た切欠き７３の形状は、四角形、三角形、半円形などが挙げられ、特に限定はない。
【００３０】
また、図５に示すように、凹凸７が点在する複数の凹み７４からなる形状であってもよい。凹凸７が点在する複数の凹み７４からなる形状であることで、凹み７４付近にガスの流れの渦が発生してガスがヒータ１を振動させる力が小さくなり、ヒータ１が振動しにくくなることで騒音の発生を抑えることができる。なお、振動抑制の観点から、凹み７４の開口部が円形の場合の直径としては例えば５０μｍ〜１ｍｍ、凹み７４の深さとしては１０〜２００μｍであるのがよい。
【００３１】
また、図１および図２では、絶縁基体２の対向する側面のうちの一方に凹凸７が設けられた構成を示したが、この構成に限定はされず、図６に示すように、凹凸７が対向する一対の側面に設けられていてもよい。なお、図６は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ線でヒータを切断したときの他の例の断面を示している。凹凸７が対向する一対の側面の両方に設けられていることで、よりガスと空気が混合されて着火しやすくなり、さらにガスの使用量を減らすことができる。
【００３２】
また、図７に示すように、凹凸７の形状が対向する一対の側面の間で異なっているのが好ましく、これにより、それぞれの側面付近を通過するガスの流れに差ができて、さらに空気とガスが混合されて着火しやすくなり、ガスの使用量を減らすことができる。なお、図７は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ線でヒータを切断したときの他の例の断面を示している。
【００３３】
凹凸７の形状が対向する一対の側面の間で異なっている例としては、凹凸７が突条部７１による場合は、突条部７１の幅、高さまたは本数（溝７２の幅、深さまたは本数）が異なっていたり、切欠き７３の形成位置、形状（幅、深さ）または個数が異なっていたりなどが挙げられる。また、凹凸７が凹み７４による場合は、凹み７４の大きさ、深さまたは個数などが挙げられるが、特に限定はない。
【００３４】
なお、凹凸７は長手方向の側面のみならず短い方向の側面に設けられていてもよい。
【００３５】
次に、本実施の形態のヒータの製造方法について説明する。
【００３６】
まず、このようなセラミックスからなる絶縁基体を作製するため、アルミナセラミックス、窒化珪素セラミックス、窒化アルミニウムセラミックス、炭化珪素セラミックス等のセラミックス成分に、ＳｉＯ２，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＺｒＯ２等の焼結助剤を含有させて粉体を作製する。
【００３７】
その粉体からプレス成型にて成型体を作製する。あるいは、粉体をセラミックスラリーに調製し、シート状に成形して、セラミックグリーンシートを作製する。
【００３８】
そして、成型体あるいはセラミックグリーンシートの一方の主面に、抵抗体３となる導
電性ペースト、リード４となる導電性ペーストおよび引出電極５となる導電性ペーストのパターンをそれぞれスクリーン印刷等の手法を用いて形成する。このとき、ヒータの用途に応じて、抵抗体３となる導電性ペーストおよびリード４となる導電性ペーストのパターンの長さや線幅、抵抗体３の折り返しパターンの距離，間隔などを変更することにより、抵抗体３の発熱位置や抵抗値を所望の値に設定する。なお、抵抗体３となる導電性ペーストおよびリード４となる導電性ペーストは、絶縁基体２との同時焼成によって作製が可能なＷ，Ｍｏ，Ｒｅ等の高融点金属を主成分とし、これらの高融点金属に上記のセラミックス，バインダー，有機溶剤等を調合し混練することで作製したものを用いることができる。
【００３９】
この導電性ペーストのパターンが形成された成型体にさらに同一材質の成型体を重ね合わせることで、内部に抵抗体３およびリード４を有する絶縁基体となる成型体が得られる。
【００４０】
成型体にかわってセラミックグリーンシートの場合は、導電性ペーストのパターンが形成されたセラミックグリーンシートに、さらに同一材質のセラミックグリーンシートを積層して密着液を用いて密着させることにより、内部に抵抗体３およびリード４を有する絶縁基体となるセラミックグリーンシート成型体が得られる。
【００４１】
次に、得られた成型体を複数配置して隣り合う成型体の間（成型体の周囲）に付着防止用の離型材を塗布した仕切り板を挿入する。ここで、仕切り版の表面の少なくとも一部には、凹凸７のパターン形状が形成されている。これにより、成型体を焼成して成型体が焼成収縮する際に、仕切り板の表面形状が成型体に転写され、所望の凹凸形状を得る。ここで、仕切り板の形状を変えることで，さまざまな凹凸形状にすることができる。
【００４２】
次に、得られた成型体を、例えば３０ＭＰａ〜５０ＭＰａの圧力下で１５００〜１８００℃の温度で焼成することにより、ヒータを作製することができる。焼成は、不活性ガス雰囲気中、もしくは還元雰囲気中で行なうことが好ましく、圧力を加えた状態で焼成することが好ましい。
【００４３】
なお、側面への凹凸の形成方法としては、仕切り板を挿入して焼成する方法に限られず、例えば研磨などにより荒らす方法であってもよい。
【００４４】
最後に、得られた焼結体に電極金具６を取り付ける。具体的には、絶縁基体２の表面に導出された引出電極５と電気的に接続されるように、絶縁基体２の端部に電極金具６を取り付ける。
【００４５】
以上の方法によって、本発明のヒータが得られる。
【実施例】
【００４６】
本発明の実施例のヒータを以下のようにして作製した。
【００４７】
まず、Ｓｉ３Ｎ４を主成分とし、焼結助剤としてイッテリビウム（Ｙｂ），イットリウム（Ｙ），エルビウム（Ｅｒ）等の希土類酸化元素の酸化物と抵抗体に熱膨張率を近づけるようなＭｏＳｉ２やＷＣ等のセラミック導電体を添加したセラミック原料粉体を作製した。
【００４８】
そして、前記粉体をプレス成型にて成型し、成型体を得た。
【００４９】
次に、高融点金属であるＷＣとセラミック原料粉体，バインダー，有機溶剤等を調合し
た抵抗体用の導電性ペーストを用いて抵抗体のパターンをスクリーン印刷等の手法を用いて成型体の上に形成した。同様に、リード用の導電性ペーストを用いてリードのパターンをスクリーン印刷等の手法を用いて成型体の上に形成した。さらに、引出電極用の導電性ペーストを用いて引出電極のパターンをスクリーン印刷等の手法を用いて成型体の上に形成した。
【００５０】
この導電性ペーストによるパターンが形成された成型体にさらに同一材質の成型体を重ね合わせ、得られた成形体の周囲に付着防止用の離型材を塗布した仕切り板を挿入し、還元雰囲気下、１７００℃、３５ＭＰａの圧力でホットプレス焼成を行った。
【００５１】
ここで、種々の形状の仕切り板を用意して、異なる凹凸を有するヒータ（試料１〜試料８）を作製した。なお、各試料は同じ条件で同時に焼成した。各試料の寸法は厚み１．３ｍｍ、幅４．７ｍｍ、長さ４０ｍｍで、側面の形状だけが異なっている。
【００５２】
具体的には、試料１は、側面（１．３ｍｍ×４０ｍｍ）の一方に、幅１００μｍ、高さ２０μｍ、長さ１００〜１０００μｍの突条部をランダムな方向で一面に設けた。
【００５３】
試料２は、側面（１．３ｍｍ×４０ｍｍ）の一方に、幅１００μｍ、高さ２０μｍの突条部を長さ方向に沿って８本設けた。
【００５４】
試料３は、側面（１．３ｍｍ×４０ｍｍ）の一方に、幅１００μｍ、高さ２０μｍの曲線状の突条部を長さ方向に沿って８本設けた。
【００５５】
試料４は、側面（１．３ｍｍ×４０ｍｍ）の一方に、幅１００μｍ、高さ２０μｍの突条部を長さ方向に沿って８本設け、突条部に幅２０μｍ、深さ２０μｍの切欠きを突条部１本あたり１００〜４００箇所設けた。
【００５６】
試料５は、側面（１．３ｍｍ×４０ｍｍ）の一方に、直径１００μｍ〜４００μｍ、高さ１００〜２００μｍの点状の凹みを５０〜２００μｍの間隔をあけて側面一面に設けた。
【００５７】
試料６は、側面（１．３ｍｍ×４０ｍｍ）の両方に、幅１００μｍ、高さ２０μｍの突条部を長さ方向に沿って８本設けた。
【００５８】
試料７は、側面（１．３ｍｍ×４０ｍｍ）の一方に幅１００μｍ、高さ２０μｍの突状部を長さ方向に沿って８本設け、側面（１．３ｍｍ×４０ｍｍ）の他方には幅３００μｍ、高さ５０μｍのかまぼこ状の溝を３本設けた。
【００５９】
また、試料８として、比較評価用に側面が平坦な従来のヒータを準備した。
【００６０】
準備したヒータのうち、試料１と試料８のヒータについて、耐久性試験を行った。
【００６１】
具体的には、ガス暖房機に試料をセットして暖房機が着火する温度を調べた後、着火した温度にて３０秒間通電し、その後６０秒間通電を停止するサイクルにて、繰返しＯＮ−ＯＦＦ試験を実施した。
【００６２】
その結果、試料１では、耐久寿命（サイクル数）が約２８０，０００サイクルとなったのに対し、試料８では、耐久寿命（サイクル数）が約５０，０００サイクルとなった。
【００６３】
すなわち、本発明のヒータ（試料１）は従来のヒータ（試料８）に比べ、耐久寿命が３
〜６倍になることがわかった。
【００６４】
次に、試料１〜試料８のヒータについて、着火時間を測定した。
【００６５】
具体的には、ガス暖房機に試料１〜８のヒータをセットし、ヒータの設定温度を１２００℃にして、ガスが着火するまでの時間を調べた。測定回数は１０回でその平均値を示す。
【００６６】
その結果、試料１の着火時間は約１７秒、試料２の着火時間は約１６秒、試料３の着火時間は約１５秒、試料４の着火時間は約１３秒、試料５の着火時間は約１６秒、試料６の着火時間は約１３秒、試料７の着火時間は約１２秒、試料８の着火時間は約２５秒となった。
【００６７】
すなわち、側面に凹凸を設けることによって着火時間が短縮されることがわかった。
【００６８】
さらに、試料５と試料８のヒータについて、ヒータがガスに接触するときに発生する音量を測定した。
【００６９】
具体的には、試料５と試料８のヒータに０．２ＭＰａのエアーを噴射し、発生する音の大きさを調べた。
【００７０】
その結果、試料５が約５２ｄＢに対し、試料８は約６７ｄＢとなった。一般的に望ましい音のレベルは０〜６０ｄＢと言われており、点在する複数の凹みによって騒音の発生を抑えることができることがわかった。
【符号の説明】
【００７１】
１：ヒータ
２：絶縁基体
３：抵抗体
４：リード
５：引出電極
６：電極金具
７：凹凸
７１：突条部
７２：溝
７３：切欠き
７４：凹み
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃焼式車載暖房装置における点火用ヒータ、石油ファンヒータ等の各種燃焼機器の点火用ヒータ、測定機器の加熱用ヒータ等に利用されるヒータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスや灯油等を使用する各種燃焼機関の点火用及び各種加熱機器の加熱用ヒータは、セラミックスなどの絶縁基体の内部に高融点金属の抵抗体を埋設して形成されている。通常、これらのヒータは、セラミックグリーンシートを積層またはプレス成型するなどして成型して焼成されるため、板状、角柱状、円柱状といった比較的単純な形状を呈する（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２４２０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
天然ガス、プロパンガスのようなガスを使用する各種燃焼機器においてはガスの着火温度は１１００℃以上と非常に高温になる。耐熱性の高いセラミックを使用した場合においても、経時的に組織の劣化が進み、耐久性が不十分となり寿命が短くなってしまう。そのため、着火温度を下げる必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、燃料点火時のセラミックヒータの温度を比較的低温に設定しても、ガスなどの燃料を確実に着火でき、これにより耐久性が向上し長寿命であるヒータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のヒータは、絶縁基体と、該絶縁基体の内部に埋設された抵抗体とを含み、前記絶縁基体の側面に凹凸が設けられていることを特徴とするヒータである。
【０００７】
また、本発明のヒータは、上記の構成において、前記凹凸が前記側面の長さ方向に沿って設けられた複数の突条部からなることを特徴とするヒータである。
【０００８】
また、本発明のヒータは、上記の構成において、前記突条部が曲線状であることを特徴とするヒータである。
【０００９】
また、本発明のヒータは、上記の構成において、前記突条部の一部に切欠きを有していることを特徴とすることを特徴とするヒータである。
【００１０】
また、本発明のヒータは、上記の構成において、前記凹凸が点在する複数の凹みからなることを特徴とするヒータである。
【００１１】
また、本発明のヒータは、上記の構成において、前記凹凸が対向する一対の側面に設けられていることを特徴とするヒータである。
【００１２】
また、本発明のヒータは、上記の構成において、前記凹凸の形状が前記対向する一対の
側面の間で異なっていることを特徴とするヒータである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のヒータによれば、ガスの流れに対して主面が垂直に側面が平行となるようにヒータを配置したときに、ヒータの側面付近を通過するガスの流れが乱され、ヒータの裏面までガスが流れ込み、ガスとヒータとの接触時間が長くなる。したがって、ヒータの温度を低く設定でき、ヒータの寿命を延ばすことができる。
【００１４】
また、ガスに対して抗力が大きくなり、発生した乱流によってガスと空気が混合されて着火しやすくなり、ガスの使用量を減らすこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すヒータの内部透視図である。
【図２】（ａ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すヒータの要部を示す概略斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の他の例を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すヒータの要部を示す概略斜視図である。
【図４】（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の他の例を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すヒータの要部を示す概略斜視図である。
【図５】本発明のヒータの実施の形態の他の例を示す側面図である。
【図６】本発明のヒータの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図７】本発明のヒータの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のヒータの実施の形態の例について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の一例を示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すヒータの内部透視図である。また、図２（ａ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線断面図であり、図２（ｂ）は図１に示すヒータの要部を示す概略斜視図である。
【００１８】
図１および図２に示す本実施の形態のヒータ１は、絶縁基体２と、絶縁基体２の内部に埋設された抵抗体３とを含み、絶縁基体２の側面に凹凸７が設けられている。
【００１９】
絶縁基体２は、酸化物セラミックス，窒化物セラミックス，炭化物セラミックス等の絶縁性を備えたセラミックスからなり、例えば、アルミナ質セラミックス，窒化珪素質セラミックス，窒化アルミニウム質セラミックス，炭化珪素質セラミックス等を用いることができる。耐熱性の点からは、窒化珪素を用いることが好ましい。
【００２０】
絶縁基体２の形状としては、例えば矩形板状、角柱状、円柱状などの形状が挙げられ、図１に示すような矩形板状の場合、例えば幅４〜５０ｍｍ、厚み１〜２０ｍｍ、長さ３０〜１００ｍｍの寸法のものが採用される。
【００２１】
絶縁基体２の内部には抵抗体３が埋設されている。この抵抗体３は、縦断面の形状が折返し形状をなしていて、通電することによって先端に位置する折返し形状の中央付近（折返しの中間点付近）が最も発熱する発熱部３１となっている。この抵抗体３は絶縁基体２の先端側に埋設されていて、抵抗体３の先端（折返し形状の中央付近）から抵抗体３の後端までの距離は例えば２〜１０ｍｍに形成される。なお、抵抗体３の横断面の形状は、円、楕円、矩形などいずれの形状でもよく、通常は後述するリード４よりも断面積が小さくなるように形成される。
【００２２】
抵抗体３の形成材料としては、絶縁基体３との同時焼成によって作製が可能なＷ，Ｍｏ，Ｒｅ等の高融点金属を主成分とするものが好ましい。そして、抵抗体３の熱膨張率を絶縁基体２の熱膨張率に近づけて、ヒータ１の昇温時および降温時の熱膨張率の差による応力を緩和するために、絶縁基体２の成分が含まれていてもよい。
【００２３】
絶縁基体２の内部には、一対のリード４および一対の引出電極５が埋設されている。図１に示すものは、一端から他端にかけて折返し形状をなす抵抗体３の両端部（一方の端部および他方の端部）にそれぞれリード４が接合されている。そして、それぞれのリード４は、一端側で抵抗体３と電気的に接続され、他端側で引出電極５と電気的に接続されている。また、引出電極５は、一端側でリード４と電気的に接続され、他端側で絶縁基体２の表面に導出されている。
【００２４】
このリード４および引出電極５は、抵抗体３と同様の材料で形成され、例えば、抵抗体３よりも断面積を大きくしたり、絶縁基体２の形成材料の含有量を抵抗体３よりも少なくしたりすることによって、単位長さ当たりの抵抗値が低くなっているものである。
【００２５】
絶縁基体２の表面には、図１（ａ）に示すように、導出された引出電極５と電気的に接続されるように絶縁基体２と熱膨張率の近い金属、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金とＮｉ等の軟質金属からなる電極金具６が取り付けられ、この電極金具６を介して外部回路（図示せず）に接続される。なお、電極金具６は通常絶縁基体２の端部に取り付けられ、この電極金具６と電気的に接続されるように、引出電極５、リード４および抵抗体３のパターンが決められる。
【００２６】
そして、図１（ａ）および図２に示すように、絶縁基体２の側面には凹凸７が設けられている。凹凸７の形状としては様々な形状が挙げられるが、図１（ａ）および図２に示す例における凹凸７は、側面の長さ方向に沿って設けられた複数の突条部７１からなる形状である。この図１（ａ）および図２に示す例の複数の突条部７１からなる形状は、換言すれば、複数の溝７２からなる形状である。突条部７１の幅および溝７２の幅は例えば１０〜３００μｍであり、突条部７１の高さおよび溝７２の深さは例えば１０〜３００μｍである。そして、それぞれの突条部７１の幅、高さおよびそれぞれの溝７２の幅、深さは同じであっても異なっていてもよい。
【００２７】
通常、ヒータ１は図２（ａ）に示すように絶縁基体２の主面（面積の広い面）がガスの流れ（図２（ａ）に示す矢印）に対して垂直となるようにして配置され、面積の狭い側面はガスの流れに対して平行となるように配置される。そして、図２に示すように、この側面に凹凸７が設けられていることにより、ガスの流れに対して主面が垂直、側面が平行となるようにヒータ１を配置したときに、ヒータ１の側面付近を通過するガスの流れが乱され、ヒータ１の裏面までガスが流れ込み、ガスとヒータ１との接触時間が長くなる。したがって、ヒータ１の温度を低く設定でき、ヒータ１の寿命を延ばすことができる。また、ガスに対して抗力が大きくなり、発生した乱流によってガスと空気が混合されて着火しやすくなり、ガスの使用量を減らすこともできる。
【００２８】
ここで、図３に示すように、突条部７１は曲線状であってもよい。突条部７１が曲線状であることで、ヒータ１の側面付近を通過するガスの流速に差ができてよりガスの流れが乱され、よりガスと空気が混合され着火しやすくなり、ガスの使用量を減らすことができる。なお、曲線状とはきれいな曲線が並んで形成されているものに限定されず、曲線や直線が入り乱れたものであってもよい。そして、図３（ｂ）に示すように、突条部７１は側面の長さ方向の一端から他端まで連続していなくてもよく、連続していない部分があることで、後述の切欠き７３のような効果も得られる。
【００２９】
また、図４に示すように、突条部７１の一部に切欠き７３を有していてもよい。突条部７１の一部に切欠き７３を有していることで、切欠き７３を通ったガスが突条部７１にあたり、一部のガスが突条部７１に沿って長さ方向に流れるため、ガスが攪拌され着火しやすくなり、ガスの使用量を減らすことができる。なお、切欠き７３の幅は、ガスの攪拌性の観点から例えば１０〜５００μｍであるのがよい。また、図４（ｂ）に示すように、切欠き７３は、突条部７１の一部をまるまる切り欠いて形成されたような突条部７１の高さと同じ深さのものであってもよいが、突条部７１の高さよりも浅い深さのものであってもよい。さらに、断面で見た切欠き７３の形状は、四角形、三角形、半円形などが挙げられ、特に限定はない。
【００３０】
また、図５に示すように、凹凸７が点在する複数の凹み７４からなる形状であってもよい。凹凸７が点在する複数の凹み７４からなる形状であることで、凹み７４付近にガスの流れの渦が発生してガスがヒータ１を振動させる力が小さくなり、ヒータ１が振動しにくくなることで騒音の発生を抑えることができる。なお、振動抑制の観点から、凹み７４の開口部が円形の場合の直径としては例えば５０μｍ〜１ｍｍ、凹み７４の深さとしては１０〜２００μｍであるのがよい。
【００３１】
また、図１および図２では、絶縁基体２の対向する側面のうちの一方に凹凸７が設けられた構成を示したが、この構成に限定はされず、図６に示すように、凹凸７が対向する一対の側面に設けられていてもよい。なお、図６は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ線でヒータを切断したときの他の例の断面を示している。凹凸７が対向する一対の側面の両方に設けられていることで、よりガスと空気が混合されて着火しやすくなり、さらにガスの使用量を減らすことができる。
【００３２】
また、図７に示すように、凹凸７の形状が対向する一対の側面の間で異なっているのが好ましく、これにより、それぞれの側面付近を通過するガスの流れに差ができて、さらに空気とガスが混合されて着火しやすくなり、ガスの使用量を減らすことができる。なお、図７は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ線でヒータを切断したときの他の例の断面を示している。
【００３３】
凹凸７の形状が対向する一対の側面の間で異なっている例としては、凹凸７が突条部７１による場合は、突条部７１の幅、高さまたは本数（溝７２の幅、深さまたは本数）が異なっていたり、切欠き７３の形成位置、形状（幅、深さ）または個数が異なっていたりなどが挙げられる。また、凹凸７が凹み７４による場合は、凹み７４の大きさ、深さまたは個数などが挙げられるが、特に限定はない。
【００３４】
なお、凹凸７は長手方向の側面のみならず短い方向の側面に設けられていてもよい。
【００３５】
次に、本実施の形態のヒータの製造方法について説明する。
【００３６】
まず、このようなセラミックスからなる絶縁基体を作製するため、アルミナセラミックス、窒化珪素セラミックス、窒化アルミニウムセラミックス、炭化珪素セラミックス等のセラミックス成分に、ＳｉＯ２，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＺｒＯ２等の焼結助剤を含有させて粉体を作製する。
【００３７】
その粉体からプレス成型にて成型体を作製する。あるいは、粉体をセラミックスラリーに調製し、シート状に成形して、セラミックグリーンシートを作製する。
【００３８】
そして、成型体あるいはセラミックグリーンシートの一方の主面に、抵抗体３となる導
電性ペースト、リード４となる導電性ペーストおよび引出電極５となる導電性ペーストのパターンをそれぞれスクリーン印刷等の手法を用いて形成する。このとき、ヒータの用途に応じて、抵抗体３となる導電性ペーストおよびリード４となる導電性ペーストのパターンの長さや線幅、抵抗体３の折り返しパターンの距離，間隔などを変更することにより、抵抗体３の発熱位置や抵抗値を所望の値に設定する。なお、抵抗体３となる導電性ペーストおよびリード４となる導電性ペーストは、絶縁基体２との同時焼成によって作製が可能なＷ，Ｍｏ，Ｒｅ等の高融点金属を主成分とし、これらの高融点金属に上記のセラミックス，バインダー，有機溶剤等を調合し混練することで作製したものを用いることができる。
【００３９】
この導電性ペーストのパターンが形成された成型体にさらに同一材質の成型体を重ね合わせることで、内部に抵抗体３およびリード４を有する絶縁基体となる成型体が得られる。
【００４０】
成型体にかわってセラミックグリーンシートの場合は、導電性ペーストのパターンが形成されたセラミックグリーンシートに、さらに同一材質のセラミックグリーンシートを積層して密着液を用いて密着させることにより、内部に抵抗体３およびリード４を有する絶縁基体となるセラミックグリーンシート成型体が得られる。
【００４１】
次に、得られた成型体を複数配置して隣り合う成型体の間（成型体の周囲）に付着防止用の離型材を塗布した仕切り板を挿入する。ここで、仕切り版の表面の少なくとも一部には、凹凸７のパターン形状が形成されている。これにより、成型体を焼成して成型体が焼成収縮する際に、仕切り板の表面形状が成型体に転写され、所望の凹凸形状を得る。ここで、仕切り板の形状を変えることで，さまざまな凹凸形状にすることができる。
【００４２】
次に、得られた成型体を、例えば３０ＭＰａ〜５０ＭＰａの圧力下で１５００〜１８００℃の温度で焼成することにより、ヒータを作製することができる。焼成は、不活性ガス雰囲気中、もしくは還元雰囲気中で行なうことが好ましく、圧力を加えた状態で焼成することが好ましい。
【００４３】
なお、側面への凹凸の形成方法としては、仕切り板を挿入して焼成する方法に限られず、例えば研磨などにより荒らす方法であってもよい。
【００４４】
最後に、得られた焼結体に電極金具６を取り付ける。具体的には、絶縁基体２の表面に導出された引出電極５と電気的に接続されるように、絶縁基体２の端部に電極金具６を取り付ける。
【００４５】
以上の方法によって、本発明のヒータが得られる。
【実施例】
【００４６】
本発明の実施例のヒータを以下のようにして作製した。
【００４７】
まず、Ｓｉ３Ｎ４を主成分とし、焼結助剤としてイッテリビウム（Ｙｂ），イットリウム（Ｙ），エルビウム（Ｅｒ）等の希土類酸化元素の酸化物と抵抗体に熱膨張率を近づけるようなＭｏＳｉ２やＷＣ等のセラミック導電体を添加したセラミック原料粉体を作製した。
【００４８】
そして、前記粉体をプレス成型にて成型し、成型体を得た。
【００４９】
次に、高融点金属であるＷＣとセラミック原料粉体，バインダー，有機溶剤等を調合し
た抵抗体用の導電性ペーストを用いて抵抗体のパターンをスクリーン印刷等の手法を用いて成型体の上に形成した。同様に、リード用の導電性ペーストを用いてリードのパターンをスクリーン印刷等の手法を用いて成型体の上に形成した。さらに、引出電極用の導電性ペーストを用いて引出電極のパターンをスクリーン印刷等の手法を用いて成型体の上に形成した。
【００５０】
この導電性ペーストによるパターンが形成された成型体にさらに同一材質の成型体を重ね合わせ、得られた成形体の周囲に付着防止用の離型材を塗布した仕切り板を挿入し、還元雰囲気下、１７００℃、３５ＭＰａの圧力でホットプレス焼成を行った。
【００５１】
ここで、種々の形状の仕切り板を用意して、異なる凹凸を有するヒータ（試料１〜試料８）を作製した。なお、各試料は同じ条件で同時に焼成した。各試料の寸法は厚み１．３ｍｍ、幅４．７ｍｍ、長さ４０ｍｍで、側面の形状だけが異なっている。
【００５２】
具体的には、試料１は、側面（１．３ｍｍ×４０ｍｍ）の一方に、幅１００μｍ、高さ２０μｍ、長さ１００〜１０００μｍの突条部をランダムな方向で一面に設けた。
【００５３】
試料２は、側面（１．３ｍｍ×４０ｍｍ）の一方に、幅１００μｍ、高さ２０μｍの突条部を長さ方向に沿って８本設けた。
【００５４】
試料３は、側面（１．３ｍｍ×４０ｍｍ）の一方に、幅１００μｍ、高さ２０μｍの曲線状の突条部を長さ方向に沿って８本設けた。
【００５５】
試料４は、側面（１．３ｍｍ×４０ｍｍ）の一方に、幅１００μｍ、高さ２０μｍの突条部を長さ方向に沿って８本設け、突条部に幅２０μｍ、深さ２０μｍの切欠きを突条部１本あたり１００〜４００箇所設けた。
【００５６】
試料５は、側面（１．３ｍｍ×４０ｍｍ）の一方に、直径１００μｍ〜４００μｍ、高さ１００〜２００μｍの点状の凹みを５０〜２００μｍの間隔をあけて側面一面に設けた。
【００５７】
試料６は、側面（１．３ｍｍ×４０ｍｍ）の両方に、幅１００μｍ、高さ２０μｍの突条部を長さ方向に沿って８本設けた。
【００５８】
試料７は、側面（１．３ｍｍ×４０ｍｍ）の一方に幅１００μｍ、高さ２０μｍの突状部を長さ方向に沿って８本設け、側面（１．３ｍｍ×４０ｍｍ）の他方には幅３００μｍ、高さ５０μｍのかまぼこ状の溝を３本設けた。
【００５９】
また、試料８として、比較評価用に側面が平坦な従来のヒータを準備した。
【００６０】
準備したヒータのうち、試料１と試料８のヒータについて、耐久性試験を行った。
【００６１】
具体的には、ガス暖房機に試料をセットして暖房機が着火する温度を調べた後、着火した温度にて３０秒間通電し、その後６０秒間通電を停止するサイクルにて、繰返しＯＮ−ＯＦＦ試験を実施した。
【００６２】
その結果、試料１では、耐久寿命（サイクル数）が約２８０，０００サイクルとなったのに対し、試料８では、耐久寿命（サイクル数）が約５０，０００サイクルとなった。
【００６３】
すなわち、本発明のヒータ（試料１）は従来のヒータ（試料８）に比べ、耐久寿命が３
〜６倍になることがわかった。
【００６４】
次に、試料１〜試料８のヒータについて、着火時間を測定した。
【００６５】
具体的には、ガス暖房機に試料１〜８のヒータをセットし、ヒータの設定温度を１２００℃にして、ガスが着火するまでの時間を調べた。測定回数は１０回でその平均値を示す。
【００６６】
その結果、試料１の着火時間は約１７秒、試料２の着火時間は約１６秒、試料３の着火時間は約１５秒、試料４の着火時間は約１３秒、試料５の着火時間は約１６秒、試料６の着火時間は約１３秒、試料７の着火時間は約１２秒、試料８の着火時間は約２５秒となった。
【００６７】
すなわち、側面に凹凸を設けることによって着火時間が短縮されることがわかった。
【００６８】
さらに、試料５と試料８のヒータについて、ヒータがガスに接触するときに発生する音量を測定した。
【００６９】
具体的には、試料５と試料８のヒータに０．２ＭＰａのエアーを噴射し、発生する音の大きさを調べた。
【００７０】
その結果、試料５が約５２ｄＢに対し、試料８は約６７ｄＢとなった。一般的に望ましい音のレベルは０〜６０ｄＢと言われており、点在する複数の凹みによって騒音の発生を抑えることができることがわかった。
【符号の説明】
【００７１】
１：ヒータ
２：絶縁基体
３：抵抗体
４：リード
５：引出電極
６：電極金具
７：凹凸
７１：突条部
７２：溝
７３：切欠き
７４：凹み
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基体と、該絶縁基体の内部に埋設された抵抗体とを含み、前記絶縁基体の側面に凹凸が設けられていることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記凹凸は前記側面の長さ方向に沿って設けられた複数の突条部からなることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記突条部は曲線状であることを特徴とする請求項２に記載のヒータ。
【請求項４】
前記突条部の一部に切欠きを有していることを特徴とすることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のヒータ。
【請求項５】
前記凹凸は点在する複数の凹みからなることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項６】
前記凹凸は対向する一対の側面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項７】
前記凹凸の形状は前記対向する一対の側面の間で異なっていることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項１】
絶縁基体と、該絶縁基体の内部に埋設された抵抗体とを含み、前記絶縁基体の側面に凹凸が設けられていることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記凹凸は前記側面の長さ方向に沿って設けられた複数の突条部からなることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記突条部は曲線状であることを特徴とする請求項２に記載のヒータ。
【請求項４】
前記突条部の一部に切欠きを有していることを特徴とすることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のヒータ。
【請求項５】
前記凹凸は点在する複数の凹みからなることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項６】
前記凹凸は対向する一対の側面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項７】
前記凹凸の形状は前記対向する一対の側面の間で異なっていることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２０４１６１（Ｐ２０１２−２０４１６１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６８１８５（Ｐ２０１１−６８１８５）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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