JPH09237673A - セラミックヒータ - Google Patents
セラミックヒータInfo
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- JPH09237673A JPH09237673A JP17049696A JP17049696A JPH09237673A JP H09237673 A JPH09237673 A JP H09237673A JP 17049696 A JP17049696 A JP 17049696A JP 17049696 A JP17049696 A JP 17049696A JP H09237673 A JPH09237673 A JP H09237673A
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- ceramic body
- heater
- power supply
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Abstract
(57)【要約】
【課題】導電性を有するセラミック体10に通電して発
熱させるようにしたヒータにおいて、給電部12の発熱
を防止して均熱を保つとともに、長期使用しても給電固
定部に歪みや緩みが生じることを防止する。 【解決手段】セラミック体10の両端に備えた給電部1
2を他の部分よりも厚肉とするとともに、この給電部1
2に金属層21を介して給電板22を当接させ、両側か
ら絶縁体25、26で挟着して金属層21に給電板22
を圧接した。
熱させるようにしたヒータにおいて、給電部12の発熱
を防止して均熱を保つとともに、長期使用しても給電固
定部に歪みや緩みが生じることを防止する。 【解決手段】セラミック体10の両端に備えた給電部1
2を他の部分よりも厚肉とするとともに、この給電部1
2に金属層21を介して給電板22を当接させ、両側か
ら絶縁体25、26で挟着して金属層21に給電板22
を圧接した。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主にガラス管の真
空封止等に用いられる筒型のセラミックヒータに関する
ものである。
空封止等に用いられる筒型のセラミックヒータに関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、一般産業機械分野や半導体分
野など、さまざまな分野でヒータが使用されており、用
途に応じて、板状や円筒状をしたヒータが使われてい
る。
野など、さまざまな分野でヒータが使用されており、用
途に応じて、板状や円筒状をしたヒータが使われてい
る。
【0003】その一例として、ガラス管の真空封止に用
いられているヒーターがある。以下、ガラス管の真空封
止方法を例にあげて説明する。
いられているヒーターがある。以下、ガラス管の真空封
止方法を例にあげて説明する。
【0004】一般に、ガラス管の真空封止は、ランプ、
真空管又はブラウン管の製造に用いられている。図9に
示すように、真空管は片側封止のガラス容器41内に電
極42を挿入し、未封止側から真空ポンプで脱気を行い
ながら、ヒータでガラス管43を加熱、溶断させ、内部
を真空封止することによって作られる。
真空管又はブラウン管の製造に用いられている。図9に
示すように、真空管は片側封止のガラス容器41内に電
極42を挿入し、未封止側から真空ポンプで脱気を行い
ながら、ヒータでガラス管43を加熱、溶断させ、内部
を真空封止することによって作られる。
【0005】上記のような真空封止には、図10に示す
ような治具51が用いられるが、この治具51には、耐
熱材52の内側に筒状のヒータ53を内蔵してある。そ
して、このヒータ53の内側に上記真空管のガラス管4
3を挿入して加熱、溶断するようになっている。
ような治具51が用いられるが、この治具51には、耐
熱材52の内側に筒状のヒータ53を内蔵してある。そ
して、このヒータ53の内側に上記真空管のガラス管4
3を挿入して加熱、溶断するようになっている。
【0006】上記ヒータ53の構造は図11に示すよう
に、筒状の絶縁スペーサ56の表裏にヒータ線57を螺
旋状に備えたものを耐熱金属からなるケース55の内部
に備え、上記ヒータ線57に導通するリード線54を導
出してある。上記ヒータ線57にはニクロム線等が用い
られるが、体積固有抵抗が非常に小さいことからガラス
管43を溶断する温度を得るためには、幅2mm、厚さ
0.5mm程度の帯状とし、図11のように絶縁スペー
サ56を介して表裏の二重に螺旋状としてある。
に、筒状の絶縁スペーサ56の表裏にヒータ線57を螺
旋状に備えたものを耐熱金属からなるケース55の内部
に備え、上記ヒータ線57に導通するリード線54を導
出してある。上記ヒータ線57にはニクロム線等が用い
られるが、体積固有抵抗が非常に小さいことからガラス
管43を溶断する温度を得るためには、幅2mm、厚さ
0.5mm程度の帯状とし、図11のように絶縁スペー
サ56を介して表裏の二重に螺旋状としてある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記治具5
1を用いてガラス管43の真空封止を行う場合に、ガラ
ス管43と治具51の軸心を合わせ、ガラス管43の外
周とヒータ53の間に一定のクリアランスを保った状態
で治具51を配置して加熱を繰り返すと、ヒータ53が
熱膨張の影響により変形し、ガラス管43と一定のクリ
アランスを保てなくなるといった問題があった。
1を用いてガラス管43の真空封止を行う場合に、ガラ
ス管43と治具51の軸心を合わせ、ガラス管43の外
周とヒータ53の間に一定のクリアランスを保った状態
で治具51を配置して加熱を繰り返すと、ヒータ53が
熱膨張の影響により変形し、ガラス管43と一定のクリ
アランスを保てなくなるといった問題があった。
【0008】その結果、ガラス管43の一部分が他より
先に溶解し、ガラス管43内部を完全に真空封止するこ
とができないばかりか、変形を起こしたヒータ線57が
ガラス管43と接触し、ヒータ線57にガラスが付着す
るとその部分の負荷容量が急激に増し、断線する等の不
都合があった。
先に溶解し、ガラス管43内部を完全に真空封止するこ
とができないばかりか、変形を起こしたヒータ線57が
ガラス管43と接触し、ヒータ線57にガラスが付着す
るとその部分の負荷容量が急激に増し、断線する等の不
都合があった。
【0009】また、上記ヒータ53はヒータ線57の体
積固有抵抗値が小さいため、帯状のヒータ線57を絶縁
スペーサ56を介して螺旋状に巻くことで所望の抵抗値
を得るようにしているが、このような複雑な構造では均
熱がとれないばかりか無駄な発熱が多く、消費電力が大
きかった。また、ヒータ線57自体が酸化され易いこと
から特性劣化を招き、安定した発熱量が長期間にわたり
得られにくいという問題もあった。
積固有抵抗値が小さいため、帯状のヒータ線57を絶縁
スペーサ56を介して螺旋状に巻くことで所望の抵抗値
を得るようにしているが、このような複雑な構造では均
熱がとれないばかりか無駄な発熱が多く、消費電力が大
きかった。また、ヒータ線57自体が酸化され易いこと
から特性劣化を招き、安定した発熱量が長期間にわたり
得られにくいという問題もあった。
【0010】また上記治具51において、ヒータ線57
への給電部と給電するリード線54は種々の耐熱金属を
用いて固定されているが、その固定部分は使用時に熱サ
イクルを受け、ヒータ線57や耐熱金属が熱膨張を繰り
返すことにより、しだいにひずみを発生して緩みを生じ
ることから、上記ヒータ線57の給電部とリード線54
の接触部がショートし、断線しやすくなるという問題も
あった。
への給電部と給電するリード線54は種々の耐熱金属を
用いて固定されているが、その固定部分は使用時に熱サ
イクルを受け、ヒータ線57や耐熱金属が熱膨張を繰り
返すことにより、しだいにひずみを発生して緩みを生じ
ることから、上記ヒータ線57の給電部とリード線54
の接触部がショートし、断線しやすくなるという問題も
あった。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記に鑑みて本発明は、
導電性を有するセラミック体に通電して発熱させるよう
にしたヒータにおいて、上記セラミック体の両端に備え
た給電部を他の部分よりも厚肉とするとともに、この給
電部に金属層を介して給電板を当接し、上記給電部と給
電板を両側から押さえ板で挟着して、金属層に給電板を
圧接したことを特徴とする。
導電性を有するセラミック体に通電して発熱させるよう
にしたヒータにおいて、上記セラミック体の両端に備え
た給電部を他の部分よりも厚肉とするとともに、この給
電部に金属層を介して給電板を当接し、上記給電部と給
電板を両側から押さえ板で挟着して、金属層に給電板を
圧接したことを特徴とする。
【0012】また、本発明は、上記セラミック体が、体
積固有抵抗10-4〜10Ω・cmであり、かつ負の抵抗
温度係数(TCR)を有するとともに、蛇行状または螺
旋状の筒体としたことを特徴とする。
積固有抵抗10-4〜10Ω・cmであり、かつ負の抵抗
温度係数(TCR)を有するとともに、蛇行状または螺
旋状の筒体としたことを特徴とする。
【0013】さらに本発明は、上記セラミック体を蛇行
状または螺旋状の筒体とし、給電部と同じ側の端面にお
ける発熱部に給電部と同程度の厚みの保持部を形成した
ことを特徴とする。
状または螺旋状の筒体とし、給電部と同じ側の端面にお
ける発熱部に給電部と同程度の厚みの保持部を形成した
ことを特徴とする。
【0014】
【作用】本発明によれば、セラミック体の両端部の給電
部を厚肉として抵抗値を低下させることによって、給電
部の発熱を防止でき均熱を保つことができる。また、給
電板を接合せずに圧接して取り付けたことによって、セ
ラミック体の給電部と金属製の給電板との熱膨張差が生
じても、両者の圧接面がずれることによって熱膨張差を
吸収でき、歪みや緩みを回避できる。しかも、給電部と
給電板の間に金属層を介在させることによって、両者の
密着性を高められる。
部を厚肉として抵抗値を低下させることによって、給電
部の発熱を防止でき均熱を保つことができる。また、給
電板を接合せずに圧接して取り付けたことによって、セ
ラミック体の給電部と金属製の給電板との熱膨張差が生
じても、両者の圧接面がずれることによって熱膨張差を
吸収でき、歪みや緩みを回避できる。しかも、給電部と
給電板の間に金属層を介在させることによって、両者の
密着性を高められる。
【0015】また、上記セラミック体を負のTCRをも
つ導電性セラミックスで形成したため、昇温時間を短縮
でき、しかも熱変形等を生じることがなく長期にわたっ
て均一加熱を行うことができる。また、螺旋状あるいは
蛇行状筒体としてあるため、全長や幅を容易に調整する
ことができ、所定の抵抗値に調整することが容易であ
る。
つ導電性セラミックスで形成したため、昇温時間を短縮
でき、しかも熱変形等を生じることがなく長期にわたっ
て均一加熱を行うことができる。また、螺旋状あるいは
蛇行状筒体としてあるため、全長や幅を容易に調整する
ことができ、所定の抵抗値に調整することが容易であ
る。
【0016】さらに、上記セラミック体を筒体として、
給電部側の端面における発熱部に保持部を形成したこと
によって、ケーシングとの組立精度を向上させ、接合強
度を高くすることができる。
給電部側の端面における発熱部に保持部を形成したこと
によって、ケーシングとの組立精度を向上させ、接合強
度を高くすることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。
る。
【0018】図1に本発明のセラミックヒータに用いる
セラミック体10のみを示す。このセラミック体10
は、導電性セラミックスからなる蛇行状筒体の両端を給
電部12としたものである。即ち、このセラミック体1
0は、全体的に円筒形状であるが、軸方向に1ケ所のス
リット14を有し、両端面から交互に延びる溝13を備
えることによって蛇行状の発熱部11を形成し、その両
端を中心軸に垂直な方向に扇状に広がる形状の給電部1
2としてある。
セラミック体10のみを示す。このセラミック体10
は、導電性セラミックスからなる蛇行状筒体の両端を給
電部12としたものである。即ち、このセラミック体1
0は、全体的に円筒形状であるが、軸方向に1ケ所のス
リット14を有し、両端面から交互に延びる溝13を備
えることによって蛇行状の発熱部11を形成し、その両
端を中心軸に垂直な方向に扇状に広がる形状の給電部1
2としてある。
【0019】そして、この給電部12は発熱部11に比
べて厚肉としてあり、両方の給電部12間に電圧を印可
すれば、導電性セラミックスからなる蛇行状筒体のセラ
ミック体10自体に通電し、発熱させることができる。
べて厚肉としてあり、両方の給電部12間に電圧を印可
すれば、導電性セラミックスからなる蛇行状筒体のセラ
ミック体10自体に通電し、発熱させることができる。
【0020】次に、上記セラミック体10に通電するた
めの給電構造を説明する。
めの給電構造を説明する。
【0021】図2(a)に分解図を、図2(b)に組立
図をそれぞれ示すように、予め給電部12の後端面には
白金等の金属ペーストを塗布して焼き付けることにより
金属層21を形成しておく。そして、この金属層21の
表面に白金等の金属からなる給電板22を当接させ、両
側から押さえ板を成す絶縁体25、26で挟着し、ネジ
28で両方の絶縁体25、26を固定することによっ
て、給電板22を給電部12に圧接する。なお、両方の
絶縁体25、26の固定方法はネジに限らず、さまざま
な方法で固定することができる。
図をそれぞれ示すように、予め給電部12の後端面には
白金等の金属ペーストを塗布して焼き付けることにより
金属層21を形成しておく。そして、この金属層21の
表面に白金等の金属からなる給電板22を当接させ、両
側から押さえ板を成す絶縁体25、26で挟着し、ネジ
28で両方の絶縁体25、26を固定することによっ
て、給電板22を給電部12に圧接する。なお、両方の
絶縁体25、26の固定方法はネジに限らず、さまざま
な方法で固定することができる。
【0022】また、給電板22には爪22aを備えてお
り、この爪22aを給電部12の側面に合致させて横方
向の位置合わせを行うようになっている。さらに、給電
部21と同じ厚さの絶縁スペーサ24を介在させて絶縁
体25、26で挟み込むことにより、安定して給電板2
2を保持することができる。
り、この爪22aを給電部12の側面に合致させて横方
向の位置合わせを行うようになっている。さらに、給電
部21と同じ厚さの絶縁スペーサ24を介在させて絶縁
体25、26で挟み込むことにより、安定して給電板2
2を保持することができる。
【0023】また、上記給電板22には予め白金等の金
属からなる給電線23を接合しておき、この給電線23
は一方の絶縁体25に備えた貫通孔25aを通して外部
に導出してある。そして、2つの給電部12にそれぞれ
接続した給電線23間に電圧を印加すれば、上記セラミ
ック体10に通電して発熱させることができる。
属からなる給電線23を接合しておき、この給電線23
は一方の絶縁体25に備えた貫通孔25aを通して外部
に導出してある。そして、2つの給電部12にそれぞれ
接続した給電線23間に電圧を印加すれば、上記セラミ
ック体10に通電して発熱させることができる。
【0024】このとき、給電部12は厚肉として断面積
を大きくしてあるため抵抗値が低くなり、その結果、発
熱部11のみを効率的に発熱させて、給電部12の発熱
を防止できる。また、給電部12と給電板22は接合せ
ずに圧接してあることから、両者の熱膨張差が生じて
も、互いの圧接面がずれることにより歪み等が生じるこ
とはない。さらに給電部12と給電板22の間には金属
層21を介在させてあることからこの金属層21と給電
板22が良好に密着して接触抵抗を生じることを防止で
きる。
を大きくしてあるため抵抗値が低くなり、その結果、発
熱部11のみを効率的に発熱させて、給電部12の発熱
を防止できる。また、給電部12と給電板22は接合せ
ずに圧接してあることから、両者の熱膨張差が生じて
も、互いの圧接面がずれることにより歪み等が生じるこ
とはない。さらに給電部12と給電板22の間には金属
層21を介在させてあることからこの金属層21と給電
板22が良好に密着して接触抵抗を生じることを防止で
きる。
【0025】なお、上記金属層21として、金属シート
状体を給電部12と給電板22の間に挟み込むこともで
きる。
状体を給電部12と給電板22の間に挟み込むこともで
きる。
【0026】したがって、このような給電部12の固定
構造によれば、使用時に給電部12と給電板22間の歪
みが生じることがなく、しかも熱サイクルによる固定部
の緩みもないことから長時間にわたって安定して使用で
きる。
構造によれば、使用時に給電部12と給電板22間の歪
みが生じることがなく、しかも熱サイクルによる固定部
の緩みもないことから長時間にわたって安定して使用で
きる。
【0027】また、給電部12を絶縁体25、26で挟
着することにより、他の部分を支持せずにセラミック体
10を保持することができ、セラミック体10の給電と
保持を同時に行うことができるため簡単な構造とでき
る。なお、セラミック体10は剛性が高く、しかも給電
部12を厚肉としてあるため、この給電部12のみで保
持しても変形などの恐れはない。
着することにより、他の部分を支持せずにセラミック体
10を保持することができ、セラミック体10の給電と
保持を同時に行うことができるため簡単な構造とでき
る。なお、セラミック体10は剛性が高く、しかも給電
部12を厚肉としてあるため、この給電部12のみで保
持しても変形などの恐れはない。
【0028】そして、このセラミックヒータを用いて、
図9に示すようなガラス管43の封止を行えば、蛇行状
筒体の発熱部11がセラミックスからなるため熱サイク
ルによる変形を生じることはなく、長期間にわたって均
一な加熱を行うことができる。また、図示していない
が、上記封止を行う際に、セラミック体10の内面とガ
ラス間43の間にリング状のセラミックス製スペーサを
介在させれば、両者の間隔を正確に位置決めすることが
できる。
図9に示すようなガラス管43の封止を行えば、蛇行状
筒体の発熱部11がセラミックスからなるため熱サイク
ルによる変形を生じることはなく、長期間にわたって均
一な加熱を行うことができる。また、図示していない
が、上記封止を行う際に、セラミック体10の内面とガ
ラス間43の間にリング状のセラミックス製スペーサを
介在させれば、両者の間隔を正確に位置決めすることが
できる。
【0029】なお、上記絶縁スペーサ24、絶縁体2
5、26は、絶縁性、耐熱性に優れた材質を用い、コー
ジライト等のセラミックスで形成することが好ましい。
また、上記金属層21、給電板22、給電線23を成す
金属としては、白金の他に、白金−ロジウム、銀、銀−
パラジウム、ニッケルなどの耐熱金属又は合金を用い
る。
5、26は、絶縁性、耐熱性に優れた材質を用い、コー
ジライト等のセラミックスで形成することが好ましい。
また、上記金属層21、給電板22、給電線23を成す
金属としては、白金の他に、白金−ロジウム、銀、銀−
パラジウム、ニッケルなどの耐熱金属又は合金を用い
る。
【0030】次に、給電構造の他の例を説明する。図
3、4に示すように、絶縁体25をリング状とし、その
内周面25bでセラミック体10の端部を保持すること
ができる。この場合も、給電部12の後端面に金属層2
1を形成し、この表面に給電板22を当接させ、上記絶
縁体25ともう一方の絶縁体26で挟着することによっ
て、給電板22を給電部12に圧接してある。
3、4に示すように、絶縁体25をリング状とし、その
内周面25bでセラミック体10の端部を保持すること
ができる。この場合も、給電部12の後端面に金属層2
1を形成し、この表面に給電板22を当接させ、上記絶
縁体25ともう一方の絶縁体26で挟着することによっ
て、給電板22を給電部12に圧接してある。
【0031】また、給電部12の形状については、図1
に示した扇形状のものに限らず、図5のように発熱部1
1よりも厚肉とした形状であれば良く、上記発熱部11
の厚みに対して給電部12の厚みを2〜5倍とした形状
であればよい。これによって給電部12の抵抗値は発熱
部11より低い値となり、給電部12自体の発熱を防止
できることから、金属製の給電板22と給電部12の熱
膨張差による歪みの発生を抑えられる。しかも、給電部
12の強度が大きくなることから、給電部12のみを挟
着してセラミック体10を保持することができる。
に示した扇形状のものに限らず、図5のように発熱部1
1よりも厚肉とした形状であれば良く、上記発熱部11
の厚みに対して給電部12の厚みを2〜5倍とした形状
であればよい。これによって給電部12の抵抗値は発熱
部11より低い値となり、給電部12自体の発熱を防止
できることから、金属製の給電板22と給電部12の熱
膨張差による歪みの発生を抑えられる。しかも、給電部
12の強度が大きくなることから、給電部12のみを挟
着してセラミック体10を保持することができる。
【0032】次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【0033】図6に示すセラミック体10は、図1に示
したものとほぼ同じ形状であるが、発熱部11における
給電部12と同じ側の端面に、保持部15を一体的に備
えてある。この保持部15は、中心軸に垂直な方向に扇
状に広がる形状であり、給電部12とほぼ同じ肉厚とし
てある。そのため、後述するように、このセラミック体
10を保持する際に、給電部12とともに保持部15を
も挟み込んで保持することができる。
したものとほぼ同じ形状であるが、発熱部11における
給電部12と同じ側の端面に、保持部15を一体的に備
えてある。この保持部15は、中心軸に垂直な方向に扇
状に広がる形状であり、給電部12とほぼ同じ肉厚とし
てある。そのため、後述するように、このセラミック体
10を保持する際に、給電部12とともに保持部15を
も挟み込んで保持することができる。
【0034】このセラミック体10の給電構造を説明す
る。図7にセラミック体10をケーシングに取り付けた
状態の図を、図8に給電構造の拡大図をそれぞれ示す。
る。図7にセラミック体10をケーシングに取り付けた
状態の図を、図8に給電構造の拡大図をそれぞれ示す。
【0035】まず、図8(a)に示すように、セラミッ
ク体10の二つの給電部12の後端面には白金等の金属
ペーストを塗布して焼き付けることにより、それぞれ金
属層31を形成しておく。一方、図7に示すように、セ
ラミックス等の絶縁材からなるケーシング35は円筒状
体であり、一方の端面には二つの座繰り35a、35b
を備え、内側の座繰り35aに上記給電部12及び保持
部15を合致させてセラミック体10を嵌め込む。
ク体10の二つの給電部12の後端面には白金等の金属
ペーストを塗布して焼き付けることにより、それぞれ金
属層31を形成しておく。一方、図7に示すように、セ
ラミックス等の絶縁材からなるケーシング35は円筒状
体であり、一方の端面には二つの座繰り35a、35b
を備え、内側の座繰り35aに上記給電部12及び保持
部15を合致させてセラミック体10を嵌め込む。
【0036】この状態でセラミック体10の二カ所の給
電部12に備えた金属層31にそれぞれ給電板32を当
接させ、該給電板32に備えたネジ孔32bとケーシン
グ35のネジ孔35cの間にネジ38を通し、ナット3
9で螺着する。また、給電板32には爪32aを備えて
おり、この爪32aを給電部12の側面とケーシング5
の溝35d(図7(b)参照)に合致させてセラミック
体10の回転方向の位置決めを行うようになっている。
電部12に備えた金属層31にそれぞれ給電板32を当
接させ、該給電板32に備えたネジ孔32bとケーシン
グ35のネジ孔35cの間にネジ38を通し、ナット3
9で螺着する。また、給電板32には爪32aを備えて
おり、この爪32aを給電部12の側面とケーシング5
の溝35d(図7(b)参照)に合致させてセラミック
体10の回転方向の位置決めを行うようになっている。
【0037】さらに、ケーシング35の外側の座繰り3
5bにセラミックス等の絶縁板36をはめ込み、さらに
金属板37を上から覆い、これら絶縁板36、金属板3
7とケーシング35との間をネジ40で螺着して固定す
る。
5bにセラミックス等の絶縁板36をはめ込み、さらに
金属板37を上から覆い、これら絶縁板36、金属板3
7とケーシング35との間をネジ40で螺着して固定す
る。
【0038】そのため、ケーシング35と絶縁板36が
押さえ板として作用し、給電板32を金属層31に押圧
して強固に固定することができる。しかも、この時セラ
ミック体10に備えた保持部15もケーシング35と絶
縁板36の間で挟持されて固定される。したがって、セ
ラミック体10の端面を全周で固定することができ、強
固に、かつ組立精度を高くして取り付けることができ
る。
押さえ板として作用し、給電板32を金属層31に押圧
して強固に固定することができる。しかも、この時セラ
ミック体10に備えた保持部15もケーシング35と絶
縁板36の間で挟持されて固定される。したがって、セ
ラミック体10の端面を全周で固定することができ、強
固に、かつ組立精度を高くして取り付けることができ
る。
【0039】また、二つの給電部12に給電板32を螺
着する際に、それぞれネジ38に給電線33を巻付け、
ナット39で固定するとともに、この給電線33の他端
はケーシング35の貫通孔35eを通して外部に導き出
してある。そのため、これらの給電線33間に電圧を印
加すれば、セラミック体10に通電して発熱させること
ができる。
着する際に、それぞれネジ38に給電線33を巻付け、
ナット39で固定するとともに、この給電線33の他端
はケーシング35の貫通孔35eを通して外部に導き出
してある。そのため、これらの給電線33間に電圧を印
加すれば、セラミック体10に通電して発熱させること
ができる。
【0040】以上の実施形態において、セラミック体1
0を製造する場合は、セラミック原料を筒状に成形した
後、未焼成時または焼成後に軸方向に加工を施して溝1
3を形成すればよいため、溝13の切り込み長さを調節
することによって、その発熱部11の長さを自由に変え
られ、更に溝13の本数や発熱部11の幅を変えること
によって、セラミック体10の抵抗値を自由に調整する
ことができる。
0を製造する場合は、セラミック原料を筒状に成形した
後、未焼成時または焼成後に軸方向に加工を施して溝1
3を形成すればよいため、溝13の切り込み長さを調節
することによって、その発熱部11の長さを自由に変え
られ、更に溝13の本数や発熱部11の幅を変えること
によって、セラミック体10の抵抗値を自由に調整する
ことができる。
【0041】ただし、上記溝13は、合計3本以上形成
することが好ましい。これは溝13が3本未満である
と、均一に加熱することが困難となるためである。さら
に、両端の給電部12は軸方向に同一側に形成すること
によって、給電構造を簡略化できる。
することが好ましい。これは溝13が3本未満である
と、均一に加熱することが困難となるためである。さら
に、両端の給電部12は軸方向に同一側に形成すること
によって、給電構造を簡略化できる。
【0042】さらに、セラミック体10を螺旋状にする
こともできる。また、以上の例ではセラミック体10を
ほぼ円筒状としたものを示したが、角筒状やその他の形
状とすることもできる。
こともできる。また、以上の例ではセラミック体10を
ほぼ円筒状としたものを示したが、角筒状やその他の形
状とすることもできる。
【0043】上記セラミック体10を成す導電性セラミ
ックスとしては、効率的に発熱するために、体積固有抵
抗値が10-4〜10Ω・cmで、抵抗温度係数(TC
R)が負の値を示すものを用いる。ここでTCRが負で
あるとは、温度が高くなるほど抵抗値が低くなることで
あり、常温から高温までの昇温速度を極めて速くできる
という効果がある。
ックスとしては、効率的に発熱するために、体積固有抵
抗値が10-4〜10Ω・cmで、抵抗温度係数(TC
R)が負の値を示すものを用いる。ここでTCRが負で
あるとは、温度が高くなるほど抵抗値が低くなることで
あり、常温から高温までの昇温速度を極めて速くできる
という効果がある。
【0044】上記特性を満たす導電性セラミックスとし
て、具体的にはランタンクロマイト系セラミックスを用
いる。ランタンクロマイト系セラミックスとは、LaC
rO3 の組成に対し、Laの一部をCa,Sr,Ba等
の周期律表2a族元素の一種以上で置換し、Crの一部
をMn,Co,Fe,Ni,Ce,Zr等の元素、周期
律表第3a族、第4a族の元素のうち一種以上で置換し
たものである。このセラミックスは、体積固有抵抗値が
10-1〜10Ω・cmであり、その結晶構造がペロブス
カイト型であるため、耐熱性に優れ、高温中でも特性劣
化が少ない。
て、具体的にはランタンクロマイト系セラミックスを用
いる。ランタンクロマイト系セラミックスとは、LaC
rO3 の組成に対し、Laの一部をCa,Sr,Ba等
の周期律表2a族元素の一種以上で置換し、Crの一部
をMn,Co,Fe,Ni,Ce,Zr等の元素、周期
律表第3a族、第4a族の元素のうち一種以上で置換し
たものである。このセラミックスは、体積固有抵抗値が
10-1〜10Ω・cmであり、その結晶構造がペロブス
カイト型であるため、耐熱性に優れ、高温中でも特性劣
化が少ない。
【0045】また、ランタンクロマイト系セラミックス
はそのTCRが負の値を示すという特性を持っているた
め、高温まで急速昇温を必要とする場合に適した材料で
あるといえる。
はそのTCRが負の値を示すという特性を持っているた
め、高温まで急速昇温を必要とする場合に適した材料で
あるといえる。
【0046】例えばLa0.8 Ca0.22CrO3 という化
学式で表されるものを用い、この原料を成形、生加工、
焼成、後加工することによって、図1のようなセラミッ
ク体10を得ることができる。上記のような化学式で表
されるセラミックスの熱膨張係数は、1×10-7/℃と
比較的小さいことから変形による発熱ムラが少なく、し
かも比熱が0.2cal/℃以下と小さいことからヒー
タの熱容量を小さく抑えることができる。
学式で表されるものを用い、この原料を成形、生加工、
焼成、後加工することによって、図1のようなセラミッ
ク体10を得ることができる。上記のような化学式で表
されるセラミックスの熱膨張係数は、1×10-7/℃と
比較的小さいことから変形による発熱ムラが少なく、し
かも比熱が0.2cal/℃以下と小さいことからヒー
タの熱容量を小さく抑えることができる。
【0047】また、常温では0.3〜0.4Ω・cmの
体積固有抵抗値であるが、ガラスの溶解温度である90
0〜1000℃では3×10-4Ω・cmと低くなり、そ
のTCRが負の特性を持つため、他の金属ヒータ等に比
べて高温度域までの昇温時間が極めて早い。
体積固有抵抗値であるが、ガラスの溶解温度である90
0〜1000℃では3×10-4Ω・cmと低くなり、そ
のTCRが負の特性を持つため、他の金属ヒータ等に比
べて高温度域までの昇温時間が極めて早い。
【0048】さらに、以上の例では真空管のガラス封止
用のヒータについて説明したが、本発明のセラミックヒ
ータは、パイプ内の流体の加熱やその他のさまざまな用
途に好適に用いることができる。また、本発明のセラミ
ックヒータを成すセラミック体10の形状も、筒体に限
らず、さまざまなものとすることができる。
用のヒータについて説明したが、本発明のセラミックヒ
ータは、パイプ内の流体の加熱やその他のさまざまな用
途に好適に用いることができる。また、本発明のセラミ
ックヒータを成すセラミック体10の形状も、筒体に限
らず、さまざまなものとすることができる。
【0049】
【実施例】実施例1 ここで図1に示すセラミック体10を試作した。La
0.8 Ca0.22CrO3 の組成からなるセラミックスを、
外径14mm,内径12mmの円筒体にし、両端面から
合計12本の溝13を溝幅が0.5mmになるように切
り込み、中央をスリット14で切り離して、給電部12
を発熱部11より5mm厚く4mm程度の長さで軸方向
の同一側に設置した。さらに、溝13の数を10本、2
本としたものも用意した。
0.8 Ca0.22CrO3 の組成からなるセラミックスを、
外径14mm,内径12mmの円筒体にし、両端面から
合計12本の溝13を溝幅が0.5mmになるように切
り込み、中央をスリット14で切り離して、給電部12
を発熱部11より5mm厚く4mm程度の長さで軸方向
の同一側に設置した。さらに、溝13の数を10本、2
本としたものも用意した。
【0050】このセラミック体10を図3、4に示す構
造で絶縁体25、26に取りつけた。なお、給電板22
は白金製で厚みは0.1mmとし、絶縁体25、26は
コージライトセラミックスで形成した。
造で絶縁体25、26に取りつけた。なお、給電板22
は白金製で厚みは0.1mmとし、絶縁体25、26は
コージライトセラミックスで形成した。
【0051】このようにして作製した本発明のセラミッ
クヒータと、比較例として図8に示すニクロム線を用い
た従来のヒータ53を用いて耐久試験を行った。
クヒータと、比較例として図8に示すニクロム線を用い
た従来のヒータ53を用いて耐久試験を行った。
【0052】実験は、それぞれのヒータに100V程度
の電圧を印可して、40秒間で900℃まで昇温した
後、40秒間保持し、150秒間で80℃以下に冷却す
る熱サイクルをかけ、発熱状態、耐久性、ひずみの大き
さを測定した。結果を表1に示す。
の電圧を印可して、40秒間で900℃まで昇温した
後、40秒間保持し、150秒間で80℃以下に冷却す
る熱サイクルをかけ、発熱状態、耐久性、ひずみの大き
さを測定した。結果を表1に示す。
【0053】
【表1】
【0054】表1から分かるように、比較例であるニク
ロム線を用いたヒータ53は熱膨張の影響から、150
0サイクル後に給電部に緩みを生じ接触不良が起きてシ
ョートし、断線してしまった。また、断線後のヒータ形
状及びヒータの治具51に対する位置精度を歪みとして
測定したところ、ヒータ形状が1〜2mmの歪みを生じ
ていたばかりか、治具51から1〜2mmの位置ずれも
見られた。
ロム線を用いたヒータ53は熱膨張の影響から、150
0サイクル後に給電部に緩みを生じ接触不良が起きてシ
ョートし、断線してしまった。また、断線後のヒータ形
状及びヒータの治具51に対する位置精度を歪みとして
測定したところ、ヒータ形状が1〜2mmの歪みを生じ
ていたばかりか、治具51から1〜2mmの位置ずれも
見られた。
【0055】これに対し、本発明のセラミックヒータに
ついては35000回の熱サイクルテストにも耐え、給
電固定部の緩みも見られず、ヒータ形状の歪みも0.1
mm以下しかなかった。従って、本発明のセラミックヒ
ータは、熱膨張の影響による給電固定部の緩みや、ヒー
タ形状の変化を十分防止することができる。
ついては35000回の熱サイクルテストにも耐え、給
電固定部の緩みも見られず、ヒータ形状の歪みも0.1
mm以下しかなかった。従って、本発明のセラミックヒ
ータは、熱膨張の影響による給電固定部の緩みや、ヒー
タ形状の変化を十分防止することができる。
【0056】また、昇温速度を40秒としたとき、従来
のヒータ53において900℃を得るには、10A程度
の電流値を必要としたが、本発明のセラミックヒータで
あれば、電流値は1〜2A程度でよく、消費電力をかな
り低減できることが判った。ただし、本発明のセラミッ
クヒータにおいて、溝13の数を2本としたものは均一
加熱ができなかったため、溝13の数は3本以上必要で
あることが判った。
のヒータ53において900℃を得るには、10A程度
の電流値を必要としたが、本発明のセラミックヒータで
あれば、電流値は1〜2A程度でよく、消費電力をかな
り低減できることが判った。ただし、本発明のセラミッ
クヒータにおいて、溝13の数を2本としたものは均一
加熱ができなかったため、溝13の数は3本以上必要で
あることが判った。
【0057】実施例2 次に、図5に示すセラミック体10を試作した。La
0.8 Ca0.22CrO3 の組成からなるセラミックスを、
外径12mm,内径10mmの円筒体にし、両端面から
合計12本の溝13を溝幅が0.5mmになるように切
り込み、中央をスリット14で切り離して、給電部12
を発熱部11より5mm厚くし、2mm程度の長さで軸
方向の同一側に設置した。さらに、溝13(スリット1
4を含む)の数を2本、8本、10本としたものも用意
した。
0.8 Ca0.22CrO3 の組成からなるセラミックスを、
外径12mm,内径10mmの円筒体にし、両端面から
合計12本の溝13を溝幅が0.5mmになるように切
り込み、中央をスリット14で切り離して、給電部12
を発熱部11より5mm厚くし、2mm程度の長さで軸
方向の同一側に設置した。さらに、溝13(スリット1
4を含む)の数を2本、8本、10本としたものも用意
した。
【0058】このセラミック体10を図7、8に示す構
造でセラミック製のケーシング35に取りつけた。な
お、給電板32は白金製で厚みは0.4mmとし、ケー
シング35、絶縁板36はコージライトセラミックスで
形成した。
造でセラミック製のケーシング35に取りつけた。な
お、給電板32は白金製で厚みは0.4mmとし、ケー
シング35、絶縁板36はコージライトセラミックスで
形成した。
【0059】このようにして作製した本発明のセラミッ
クヒータと、比較例として図11に示すニクロム線を用
いた従来のヒータ53を用いて実施例1と同じ耐久試験
を行った。結果を表2に示す。
クヒータと、比較例として図11に示すニクロム線を用
いた従来のヒータ53を用いて実施例1と同じ耐久試験
を行った。結果を表2に示す。
【0060】
【表2】
【0061】表2から分かるように、比較例であるニク
ロム線を用いたヒータ53は熱膨張の影響から、150
0サイクル後に給電部に緩みを生じ接触不良が起きてシ
ョートし、断線してしまった。また、断線後のヒータ形
状及びヒータの治具51に対する位置精度を歪みとして
測定したところ、ヒータ形状が1〜2mmの歪みを生じ
ていたばかりか、治具51から1〜2mmの位置ずれも
見られた。
ロム線を用いたヒータ53は熱膨張の影響から、150
0サイクル後に給電部に緩みを生じ接触不良が起きてシ
ョートし、断線してしまった。また、断線後のヒータ形
状及びヒータの治具51に対する位置精度を歪みとして
測定したところ、ヒータ形状が1〜2mmの歪みを生じ
ていたばかりか、治具51から1〜2mmの位置ずれも
見られた。
【0062】これに対し、本発明のセラミックヒータに
ついては35000回の熱サイクルテストにも耐え、給
電固定部の緩みも見られず、ヒータ形状の歪みも0.1
mm以下しかなかった。従って、本発明のセラミックヒ
ータは、熱膨張の影響による給電固定部の緩みや、ヒー
タ形状の変化を十分防止することができる。
ついては35000回の熱サイクルテストにも耐え、給
電固定部の緩みも見られず、ヒータ形状の歪みも0.1
mm以下しかなかった。従って、本発明のセラミックヒ
ータは、熱膨張の影響による給電固定部の緩みや、ヒー
タ形状の変化を十分防止することができる。
【0063】ただし、本発明のセラミックヒータにおい
て、溝13の数を2本としたものは均一加熱ができなか
ったため、溝13の数は3本以上必要であることが判っ
た。
て、溝13の数を2本としたものは均一加熱ができなか
ったため、溝13の数は3本以上必要であることが判っ
た。
【0064】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、導電性を
有するセラミック体に通電して発熱させるようにしたヒ
ータにおいて、上記セラミック体の両端に備えた給電部
を他の部分よりも厚肉とするとともに、この給電部に金
属層を介して給電板を当接し、上記給電部と給電板を両
側から押さえ板で挟着して、金属層に給電板を圧接した
ことによって、給電部の発熱を防止でき均熱を保つとと
もに、熱膨張差による給電固定部の歪みや緩みを防止す
ることができる。
有するセラミック体に通電して発熱させるようにしたヒ
ータにおいて、上記セラミック体の両端に備えた給電部
を他の部分よりも厚肉とするとともに、この給電部に金
属層を介して給電板を当接し、上記給電部と給電板を両
側から押さえ板で挟着して、金属層に給電板を圧接した
ことによって、給電部の発熱を防止でき均熱を保つとと
もに、熱膨張差による給電固定部の歪みや緩みを防止す
ることができる。
【0065】また、上記セラミック体を負のTCRをも
つ導電性セラミックスで形成したため、昇温時間を短縮
でき、しかも熱変形等を生じることがなく長期にわたっ
て均一加熱を行うことができる。また、螺旋状あるいは
蛇行状筒体としてあるため、全長や幅を容易に調整する
ことができ、所定の抵抗値に調整することが容易であ
る。
つ導電性セラミックスで形成したため、昇温時間を短縮
でき、しかも熱変形等を生じることがなく長期にわたっ
て均一加熱を行うことができる。また、螺旋状あるいは
蛇行状筒体としてあるため、全長や幅を容易に調整する
ことができ、所定の抵抗値に調整することが容易であ
る。
【0066】さらに、上記セラミック体を筒体として、
給電部側の端面における発熱部に保持部を形成したこと
によって、ケーシングとの組立精度を向上させ、接合強
度を高くすることができる。
給電部側の端面における発熱部に保持部を形成したこと
によって、ケーシングとの組立精度を向上させ、接合強
度を高くすることができる。
【0067】そのため、長期間にわたって均一加熱が可
能であるばかりか、高温度域までの昇温時間の短縮及び
消費電力の低減も可能な高性能のセラミックヒータを提
供できる。
能であるばかりか、高温度域までの昇温時間の短縮及び
消費電力の低減も可能な高性能のセラミックヒータを提
供できる。
【図1】本発明のセラミックヒータにおけるセラミック
体の斜視図である。
体の斜視図である。
【図2】本発明のセラミックヒータにおける給電構造を
示しており(a)は分解図、(b)は組立図である。
示しており(a)は分解図、(b)は組立図である。
【図3】本発明のセラミックヒータの他の実施形態を示
しており(a)は側面図、(b)は端面図である。
しており(a)は側面図、(b)は端面図である。
【図4】図3(b)中のA−A’線断面図である。
【図5】本発明のセラミックヒータにおけるセラミック
体の他の実施形態を示す斜視図である。
体の他の実施形態を示す斜視図である。
【図6】本発明の他の実施形態におけるセラミック体の
斜視図である。
斜視図である。
【図7】(a)(b)は図6に示すセラミック体の取付
構造を説明するための図である。
構造を説明するための図である。
【図8】(a)(b)は図7中の給電構造を示す拡大図
である。
である。
【図9】ガラス管の封止方法を説明するための真空管の
斜視図である。
斜視図である。
【図10】従来のガラス管封止用治具を示す斜視図であ
る。
る。
【図11】従来のガラス管封止用治具におけるヒータを
示す一部破断斜視図である。
示す一部破断斜視図である。
10:セラミック体 11:発熱部 12:給電部 13:溝 14:スリット 21:金属層 22:給電板 23:給電線 24:絶縁スペーサ 25:絶縁体 26:絶縁体 28:ネジ 31:金属層 32:給電板 33:給電線 35:ケーシング 36:絶縁板 37:金属板 38:ネジ
Claims (3)
- 【請求項1】導電性を有するセラミック体に通電して発
熱させるようにしたヒータであって、上記セラミック体
の両端に備えた給電部を他の部分よりも厚肉とするとと
もに、この給電部の一面に金属層を介して給電板を当接
させ、上記給電部と給電板を両側から押さえ板で挟着し
て、給電板を金属層に圧接したことを特徴とするセラミ
ックヒータ。 - 【請求項2】上記セラミック体が、体積固有抵抗10-4
〜10Ω・cmであり、かつ抵抗温度係数(TCR)が
負の特性を示すとともに、蛇行状または螺旋状の筒体で
あることを特徴とする請求項1記載のセラミックヒー
タ。 - 【請求項3】上記セラミック体を蛇行状または螺旋状の
筒体とし、給電部と同じ側の端面における発熱部に、給
電部と同程度の厚みの保持部を備えたことを特徴とする
請求項1記載のセラミックヒータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17049696A JPH09237673A (ja) | 1995-12-28 | 1996-06-28 | セラミックヒータ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34230795 | 1995-12-28 | ||
| JP7-342307 | 1995-12-28 | ||
| JP17049696A JPH09237673A (ja) | 1995-12-28 | 1996-06-28 | セラミックヒータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09237673A true JPH09237673A (ja) | 1997-09-09 |
Family
ID=26493478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17049696A Pending JPH09237673A (ja) | 1995-12-28 | 1996-06-28 | セラミックヒータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09237673A (ja) |
-
1996
- 1996-06-28 JP JP17049696A patent/JPH09237673A/ja active Pending
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