JPS63271876A - セラミツクスヒ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野４） 本発明はセラミックスヒータに関する。

（従来の技術） 従来のセラミックスヒータは、発熱体を備えた発熱基体
と発熱基体に重ね合わされるセラミックス基体とを主た
る構成部材として成り、発熱体の熱をセラミックス基体
を通して被加熱物に伝えるものである。

（従来技術の問題点） この種のセラミックスヒータでは、セラミックス基体の
放熱面に於る温度分布が均一でないという欠点があった
。一般に、放熱面の中央部が高温となってしまうのであ
る。この温度分布の均一化（以下、単に「均熱」という
）を図るため、発熱体の配置がいろいろと工夫されて来
たがなお十分でなく、未だ局部的に高温領域が生ずると
いう欠点は解消されていない。

又、特に、プリントタイプのセラミックスヒータでは、
局部的に高温領域が発生するため急速通電加熱するとセ
ラミックス基体が割れるという欠点があった。

本発明は、これらの欠点を解消するためなされたもので
、均熱性に優れたセラミックスヒータの提供を目的とす
るものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、発熱体とセラミックス基体の放熱面との間に
熱伝導の良い金属板を組み込むことに゛よって均熱化を
実現したものである。即ち、第１の発明は、発熱体とセ
ラミックス基体とから成り、発熱体の熱をセラミックス
基体を通して被加熱物に伝えるセラミックスヒータに於
て、前記発熱基体と前記セラミックス基体との間に熱伝
導の良い金属板を挟み込んだ構成としたものであり、 第２の発明は、第１の発明と同様に、発熱体とセラミッ
クス基体とから成るセラミックスヒータに於て、前記セ
ラミックス基体の内部に熱伝導の良い金属板を埋め込ん
だ構成としたものであり、第３の発明は、第１及び第２
の発明と同様に、発熱体とセラミックス基体とから成る
セラミックスヒータに於て、前記セラミックス基体の内
部に前記発熱体を埋設し、更に前記発熱体と前記セラミ
ックス基体の放熱面との間に熱伝導の良い金属板を埋め
込んだ構成としたものである。

（作用） 第１の発明では、発熱体からの熱は熱伝導の良い金属板
で一旦受けとめられ、金属板を伝わって行く過程で熱分
布のムラが均一化され、均一化された状態でセラミック
ス基体に伝えられる。

第２の発明では、発熱体からの熱はセラミックス基体の
裏面からその内部に伝わって行き、セラミックス基体の
内部に埋設されている熱伝導の良い金属板に達する。熱
は金属板を伝わって行く過程で熱分布のムラが均一化さ
れ、均一化された状態でセラミックス基体の放熱面に伝
えられる。

第３の発明では、セラミックス基体の内部に埋設された
発熱体からの熱のうちセラミックス基体の放熱面方向へ
進む熱は、その途中に埋設されている熱伝導の良い金属
板に達する。そして、この熱は金属板を伝わって行く過
程で熱分布のムラが均一化され、均一化された状態でセ
ラミックス基体の放熱面に伝えられる。

（実施例） 以下、各発明毎に実施例に基づいて説明する。

１１の　　のｉｌ− 第１図（Ｂ）に於て、１１は発熱基体であり。

発熱基体１１は断熱材１２と断熱材１２の上面に配設さ
れた発熱体１３とから成り、更に発熱体１３の上面には
空間１５が形成されている。この発熱基体１１とセラミ
ックス基体１４の金属板配設面とを対向させ空間１５を
介して重ね合せ、セラミックス基体１４と発熱基体１１
とが分離しないようにしてフレーム枠１６で固定されて
いる。

金属板１７は、セラミックス基体１４の放熱面１４Ｆの
面領域とほぼ同様な広がりをもつ一枚の板であり１発熱
体１１に対応しているセラミックス基体１４の面、即ち
裏面に浅く広く形成された四部１８に嵌込まれている。

この金属板１７は、発熱体１３から伝わってくる不均一
な熱を均一化し、且つ均一化した熱を放熱面１４Ｆに伝
えさせるためのものであるから、熱伝導性の良い材質の
ものを用い、放熱面１４Ｆの面領域とほぼ同様な広がり
をもつ形にすると良い。

又、金属板１７は、その−面をセラミックス基体１４へ
の熱伝導性を高めるためセラミックス基体１４に密着さ
せ、他面を発熱体１３に対して最も均熱効果が良いよう
に対応させている。

金属板１７の挟み込は、これを受は入れ可能な形に形成
した凹部１８に、剥離しないよう単に嵌込んでも良いし
、ポンドなどの接着剤やグリーン法などの手段で接着し
ても、或いは、酸化接合法などの手段で直接接合しても
よい、単なる嵌込みの場合は金属板１７がセラミックス
基体１４に接触しているだけであるが、接着や接合によ
る場合は単なる嵌込みに較べて耐剥離性及び熱伝導性を
向」、びせることができる、殊に、接着や接合による場
合には耐剥離性の問題が成程度解消されるため、セラミ
ックヒータの用途に応じては、セラミックス基板１４に
前記のような凹部１８を必ずしも形成する必要はなく、
セラミックス基板１４の表面にそのまま接着或いは接合
してもよい（図示せず）。

尚、前記発熱体１３は、！ａ状或いは板状のものでも、
ペースト状のものを塗り付けて焼結させたものでもよい
、又、発熱体１３の配設は断熱材１２の表面に単に載せ
置くだけでも良いし、接合しても良い１発熱体１３を単
に載せ置くだけの場合には、それを固定するため、前記
空間１５に例えばウールタイプ等の断熱材を充填する（
図示せず）。

第１図（Ａ）は、第１の発明が適用されたセラミ１クス
ヒータと金属板１７が組み込まれていない従来のセラミ
ックスヒータとの放熱面１４Ｆに於る温度分布のグラフ
である。

第１の発明の温度分布は波線Ｘで、従来のセラミックス
ヒータの温度分布は波線Ｙで示しである。尚、波線Ｘと
波線Ｙとのグラフ上の高さの差は温度差を表したもので
はなく、夫々の波線Ｘ。

Ｙに於る波の山谷の差が温度差を表わしている。

又、「山」は発熱体１３に対応し、「谷」は発熱体１３
間の間隙に対応している点に留意されたい。

グラフをみると。

■　波線Ｘは、山谷の差が小さく、温度差が小さいこと
が分かる。これに対して波線Ｙは、山谷の差が波線ｘよ
りも数倍も大きく、それだけ温度差が大きい。

■　グラフ中の水平線を基準にしてみると、波線又は、
山谷が右から左まで横一線に並んでいるから、放熱面１
４Ｆの中央領域とその左右の領域との温度が等しいこと
が分かる。これに対して、波線Ｙは、中央が高く左右側
が低くなっているから、中央領域が左右領域よりも高い
温度となっている。

これから次のことが分る。

セラミックス基体１４自体は、本来、熱伝導動性に劣る
ものである。従って、金属板１７が組込まれていない従
来のセラミックスヒータ（波線Ｙ）では、発熱体１３の
熱がセラミックス基体１４を伝わって行く過程で周囲に
拡散し難い、セラミックス基体１４は個々の発熱体１３
に対応する部分に集中して熱を受け、しかも、そ・れが
粛続するため、熱は温度の低いセラミックス基体１４表
面（放熱面１４Ｆ）へ向けて最短コースで移動して行く
、この結果、放熱面１４Ｆの特定部分の温度が著しく高
まって、温度分布の差が生じる。

これに対して、金属板１７が組込まれたセラミックスヒ
ータでは、発熱体１３からの熱は熱伝導の良い金属板１
７で一旦受けとめられ、−金属板１７を伝わって行く過
程で熱分布のムラが金属板内に於て均゛−化される。そ
し−て金属板１７で均一化された状態でセラミックス基
体１４の放熱面１４Ｆへ向かって移動して行くため、放
熱面１４Ｆでの温度分布が均等になる。

−１＃２： 第２図に示す第２の実施例は、金属板１７として多数の
孔１９が穿たれた一枚板を用いた例であり、その他のセ
ラミックスヒータの構成並びにその構成方法は第１実施
例の場合と同様である。

この金属板１７め孔１９は、三角、四角、円、楕円或い
は長孔であっても、又、スリットであっても良い、しか
し、金属板１７は、先に述べた通り、発熱体１３から伝
わってくる不均一な熱を均一化し、且つ均一化した熱を
放熱面１４Ｆに伝えさせるためのものであるから、その
孔１９は、この均熱作用が妨げられるような形態や配置
であってはならない０例えば、孔１９が長孔やスリット
である場合には、発熱基体１１に配設された発熱体１３
の延在方向と長孔やスリットとが交差するように金属板
１７をセラミックス基体１４に配置すると良い。

この第２実施例の構成によれば、熱膨張による金２板１
７の歪が孔１９によって吸収されるため金属板１７の耐
剥離性を向上させることができる。

：′Ｓ　１　　　’−７３−？ 第３図に示す第３の実施例は１間隔を置いて並へられた
複数の金属小片から成る金属板１７を用いた例であり、
その他の構成は第１実施例及び第２実施例の場合と同様
である。

この実施例でいう金属板１７は、平に並へられた複数の
金属小片から成る一群であって、所謂「一枚板」ではな
いが、先に述べた通り、金属板１７が１発熱体１３から
伝わってくる不均一な熱を均一化し、且つ均一化した熱
を放熱面１４Ｆに伝えさせるためには、必ずしも一枚板
でなくとも良い、勿論、金属小片の配置は、この均熱作
用が妨げられるような形態での配置であってはならない
０例えば、配置間隙２０を空は過ぎたり、配置が不均等
であったりしてはならず、タイル貼りのように均等に配
δするのが望ましい、又、金属小片相互間の間隙が帯状
に長く伸びるような配置の場合には、発熱基体１１に配
設された発熱体１３の延在方向とその帯状の間隙とが交
差するようにセラミックス基体１４に配置するのが望ま
しい。

＋　２　　　　　　４１−　− 第２の発明は、上記第１の発明と金属板１７の組み込み
方が異なっており、その構成の相違に基づく作用効果を
除く外は、第１の発明とほとんど同様である。従って、
ここでは、第１の発明と異なる点について説明する。

その前提として、第２の発明の第１実施例を示す第４図
（Ｂ）を筒単に説明する０図中の１１は発熱基体、１２
は断熱材、１３は発熱体、１４はセラミックス基体、１
５は断熱材とセラミックス基体との間の空間であり、１
６は断熱材とセラミックス基体とを一体化させるための
フレーム枠である。

さて、第２の発明は、金属板１７をセラミックス基体１
４の内部に埋設した構成のものである。

第１の発明では、金属板１７が発熱基体１１とセラミッ
クス基体１４との間に挟み込まれており。

この点の構成が大きく異なっている。

金属板１７の埋め込みは、予めセラミックス基体１４を
上下２枚に分割してその上下の分割面に四部１８を形成
しておき、この凹部１８に金属板１７を嵌て上下の分割
面を閉じ合わせ行なう。

金属板１７は、単に嵌込んただけでも良いし。

ポンドなどの接着剤やグリーン法などの手段で接着して
も、或いは、酸化接合法などの手段で直接接合してもよ
い、単なる嵌込みの場合は金属板１７がセラミックス基
体１４に接触しているだけであるが、接着や接合による
場合は単なる嵌込みに較べて熱伝導性が向上する。

第４図（Ａ）は、第２の発明が適用されたセラミックス
ヒータと金属板１７が組み込まれていない従来のセラミ
ックスヒータとの放熱面１４Ｆに於る温度分布のグラフ
である。

グラフの読み方は、第１の発明で説明したｇＩ、１図（
Ａ）の場合と同様であるが、第２の発明の温度分布は波
線Ｘで、従来のセラミックスヒータの温度分布は波線Ｙ
で示しである。

グラフをみると、第１の発明で説明した第１図（Ａ）の
場合と同様であることが分かる。

従って、ここでは第２の発明の作用効果についてだけ説
明する。

金属板１７がセラミックス基体１４内部に埋め込まれた
第２の発明では、発熱体１３からの不均一な熱が、セラ
ミックス基体１４の裏面から上昇して熱伝導性の高い金
属板１７に一旦受けとめられ、金属板１７を伝わって行
く過程で熱分布のムラが金属板内に於て均一化される。

モして金属板１７で均一化された状態でセラミックス基
体１４の放熱面１４Ｆへ向かって移動して行くため、放
熱面１４Ｆでの温度分布が均等になる。

又、金属１７板が、セラミックス基体１４内部に埋め込
まれているため、金属板の酸化防止効果を高めることが
でき、寿命の長いセラミックスヒータを提供できる。

ト２２− 第５図に示す第２の実施例は、金属板１７として多数の
孔１９が穿たれた一枚板を用いた例であり、金属板１７
をセラミックス基体１４の内部に埋設した点に関する説
明の外は、第１の発明の第１実施例の場合と同様である
。

この第２実施例の構成によれば、孔１９が熱膨張による
金属板１７の歪を吸収するためセラミックス基体１４の
割れを防ぐことができる。

１２の　　の第３− 第６図に示す第３の実施例は１間隔を置いて並へられた
複数の金属小片から成る金属板１７を用いた例である。

金属板１７をセラミックス基体１４の内部に埋設した点
に関する説明の外は、第１の兇明の第１実施例及び第２
実施例の場合と同様である。

この場合の作用効果は、第２の発明の第２実施例と同様
であって、金属小片相互間の間隙が熱膨張による金属板
１７の歪を吸収するためセラミックス基体１４の割れを
防ぐことができる。

第３　　　のＬＬ− 第３の発明は、第７図に示すように１発熱体１３をセラ
ミックス基体１４の放熱面１４Ｆとの間に埋設した構成
である点で上記第１の発明及び第２の発明と異なるが、
金属板１７をセラミックス基体１４に埋設した点では第
２の発明と同様である。金属板１７はセラミックス基体
１４に埋設された一群の発熱体１３とセラミックス基体
１４との間に埋め込まれている。

第３の発明は、金属板１７をセラミックス基体１４の内
部に埋設した構成のものである。

発熱体１３と金属板１７とがセラミックス基体１４内部
に埋め込まれた第３の発明では１発熱体１３からの不均
一な熱が、セラミックス基体１４から上昇して放熱面１
４Ｆへ向けて移動する途中で、熱伝導の良い金属板１７
に一旦受けとめられ、金属板１７を伝わって行く過程で
熱分布のムラが金属板内に於て均一化される。そして金
属板１７で均一化された状態でセラミ−２クス基体１４
の放熱面１４Ｆへ向かって移動して行くため、放熱面１
４Ｆでの温度分布が均等になる。

又、第１の発明や第２の発明に較べて、発熱基体１１及
びそれに充填される断熱材を必要としないので、従来よ
り小型のセラミックヒータを提供できる。

ｒ３　　　　　、　２’ｉ 第８図に示す第２の実施例は、金属板１７として多数の
孔１９が穿たれた一枚板を用いた例であり、金属板エフ
をセラミックス基体１４の内部に埋設した点に関する説
明は、第２の発明の第２実施例と同様である。

第３の　　の第３− 第９図に示す第３の実施例は、間隔を置いて並べられた
複数の金属小片から成る金属板１７を用いた例であり、
金属板１７をセラミックス基体工４の内部に埋設した点
に関する説明は、第２の発明の第３実施例の場合と同様
である。

（発明の効果） 第１の発明は、発熱体とセラミックス基体の放熱面との
間に金属板を挟み込んでいるので、放熱面に於る温度分
布を均等にできる。

第２の発明は、第１の発明が奏する効果に加え、金属板
がセラミックス基体に埋設されているので２金属板の酸
化病と効果を高めることができ、寿命の長いセラミック
スヒータを提供できる。

第３の発明は、第１第２の発明が奏する効果に加え、発
熱基体１１及びそれに充填される断熱材を必要としない
ので、従来より小型のセラミックヒータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は第１の発明の実施例を示すもので、
第１図（Ａ）は効果の説明図、第１図（Ｂ）は第１実施
例を示す断面図、第２図は第２実施例を示す断面図、第
３図は第３実施例を示す断面図である。 第４図乃至第６図は第２の発明の実施例を示すもので、
第４図（Ａ）は効果の説明図、第４図（Ｂ）は第１実施
例を示す断面図、第５図は第２実施例を示す断面図、第
６図は第３実施例を示す断面図である。 第７図乃至第９図は第３の発明の実施例を示すもので、
第７図は第１実施例を示す断面図、第８図は第２実施例
を示す断面図、第９図は第３実施例を示す断面図である
。 （Ａ）は、第４図（Ｂ）は、第５図は、第６図は、第７
図は、第８図は、第９図はである。 １１・・・発熱基体　　　１２・・・断熱材１３・・・
発熱体　　　　１４・・・セラミックス基体１５・・・
空間　　　　　１６・・・フレーム枠１７・・・金属板
　　　　１８・・・凹部特許出願人　株式会社日木製鋼
所 Ｎ　ｌ　図 （Ａ　） 第２図　　　第３図 第　　４ｒｙｉ （Ａ　） ＣＢ） Ｍ　　５　　図　　　　　　　　　　　第　　６　　図
１１　　　　　１　　　　　工ｊ　　　　　　　　　　
　　　１１　　　　１′ｔ　　　１ｊ第７図 第　　８　　図 第９図 手続補正書彷幻　　　　　　６ １．Ｒ９件の表示 昭和６２年特許願第１０６０８２号 ２、発明の名称 セラミックスヒータ ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名　称（４２１）株式会社　日本製鋼所、補正の対象 「３、発明の詳細な説明」の項を設けた明細書 、補正の内容 別紙、明細書の通り補正する。 （前記補正の対象の欄に記載した以外に内容に変更なし
）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発熱体とセラミックス基体とから成り、発熱体の熱
   をセラミックス基体を通して被加熱物に伝えるセラミッ
   クスヒータに於て、前記発熱基体と前記セラミックス基
   体との間に熱伝導の良い金属板を挟み込んだことを特徴
   とするセラミックスヒータ。 ２、発熱体とセラミックス基体とから成り、発熱体の熱
   をセラミックス基体を通して被加熱物に伝えるセラミッ
   クスヒータに於て、前記セラミックス基体の内部に熱伝
   導の良い金属板を埋め込んだことを特徴とするセラミッ
   クスヒータ。 ３、発熱体とセラミックス基体とから成り、発熱体の熱
   をセラミックス基体を通して被加熱物に伝えるセラミッ
   クスヒータに於て、前記セラミックス基体の内部に前記
   発熱体を埋設し、更に前記発熱体と前記セラミックス基
   体の放熱面との間に熱伝導の良い金属板を埋め込んだこ
   とを特徴とするセラミックスヒータ。