(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部に溝部が形成された柱状または筒状のセラミック芯材と、
該セラミック芯材の外周に巻き付けられた発熱抵抗体を有するセラミックシートと、を備え、前記溝部が前記セラミック芯材の長手方向に向かって形成されたセラミックヒーターであって、
前記溝部の側面から前記溝部の底面にかけて曲面部が設けられていることを特徴とするセラミックヒーター。
【請求項２】
前記曲面部は、前記溝部の開口幅の０．１〜０．５倍の曲率半径を有することを特徴とする請求項１に記載のセラミックヒーター。
【請求項３】
前記溝部の底面が前記溝部の形成方向に凹曲面状をなしていることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックヒーター。
【請求項４】
前記溝部は前記セラミック芯材の端面の径方向に貫通して形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセラミックヒーター。
【請求項５】
前記溝部は、前記セラミック芯材の外周で開放するように複数形成され、かつ前記発熱抵抗体に接続されたリード部を介して形成された複数のリード取り出し部が前記溝部の開放部と対向する部分にそれぞれ配されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセラミックヒーター。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載されたセラミックヒーターと、該セラミックヒーターが挿入された加熱管と、該加熱管との間に毛髪を挟み込んで保持するための保持具と、を備えたヘアアイロン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
発明は半田ごて、ヘアーごて、シール機、自動車酸素センサー、各種産業機器などに使用するセラミックヒーターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、セラミックヒーターは平板状・円柱状・円筒状などの形状をしたものが使用されている。図９に円柱状のセラミックヒーター１を示す。セラミックシート３の表面に発熱抵抗体（不図示）を、その裏面にリード取り付け部の電極パッド５を形成し、発熱抵抗体が内側に内包されるようにセラミック円柱体２の表面に前記セラミックシート３を密着させ一体焼成した後、前記電極部パッド５上にリード線７がロー付けされた構造になっている。
【０００３】
温水加熱用ヒーターとして、図１０に示すような加熱管８に図９の円柱状のセラミックヒーター１を挿入したものがあるが、外表面にリード線７が取り付けてあるため、加熱管８を空間層を設けた二段構造とする必要がある。また、金型加熱用ヒーターとして、図１１に示すような金属製非加熱物である加熱管８に図９の円柱状のセラミックヒーター１を挿入したものがあるが、リード線７との絶縁距離が必要でセラミックヒーター１の全長を長くしなければならない。いずれも、加熱管８の径を大きくしたり、セラミックヒーター１を長くするなどの配慮が必要である。
【０００４】
そこで、図１２に示したように、押し出し成型されたセラミック芯材２にリード線取り付け用の溝部６を加工したものの外周に、芯材側に発熱体４、その裏面にリード線取り付け用パッド（不図示）が印刷されたセラミックシート３を巻き付け密着し、約１５００〜１６５０℃の還元雰囲気炉で焼成した後、上記溝部６の内壁にリード線７を接合したもの（特開昭６２−７６２７７号公報参照）があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
商品の小型・軽量化及び簡単な構造で且つ安価にするためには、図１２に示された構造のセラミックヒーターが好ましい。しかし、従来のセラミックヒーター１では、セラミック芯材２の外径１０ｍｍに対し、溝部６の幅ａが５ｍｍ、深さｂが５ｍｍ程度であったため、リード線取り付け用の溝部６の幅ａが外径に対し著しく広いので、焼成時にセラミック体の変形により外径精度が低下するという問題があった。又、溝底面のコーナーが角状になっていたため溝加工時や巻き付け時にセラミック体に割れが発生したり、焼成するとセラミック体にクラックが発生したりして品質が低下するという問題があった。
【０００６】
又、大電流を必要とするヒーターに於いてはリード線ロー付け部が狭いために電流が集中しロー付け部及びリード線が発熱するという問題があった。
【０００７】
【目的】
本発明は、従来の欠点に鑑み提案されたもので、溝加工及び巻き付け時のセラミック体の割れを無くし、且つ、ロー付け部及びリード線の発熱を押さえ、焼成後の外径の精度及び品質を向上させたセラミックヒーターを安定提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミックヒーターは、端部に溝部が形成された柱状または筒状のセラミック芯材と、該セラミック芯材の外周に巻き付けられた発熱抵抗体を有するセラミックシートと、を備え、前記溝部が前記セラミック芯材の長手方向に向かって形成されたセラミックヒーターであって、前記溝部の側面から前記溝部の底面にかけて曲面部が設けられていることを特徴とする。また、好ましくは、前記曲面部は前記溝部の開口幅の０．１〜０．５倍の曲率半径を有する。また、好ましくは、前記溝部の底面が前記溝部の形成方向に凹曲面状をなしている。また、好ましくは、前記溝部は前記セラミック芯材の端面の径方向に貫通して形成されている。
【０００９】
また、本発明は、前記溝部は、前記セラミック芯材の外周で開放するように複数形成され、かつ前記発熱抵抗体に接続されたリード部を介して形成された複数のリード取り出し部が前記溝部の開放部と対向する部分にそれぞれ配されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明のヘアアイロンは、上記セラミックヒーターと、該セラミックヒーターが挿入された加熱管と、該加熱管との間に毛髪を挟み込んで保持するための保持具と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明によりセラミックヒーターの溝加工時や巻き付け時のセラミック体の割れが無くなり、外径精度を安定させることが可能となり、又、大電流を必要とするヒーターに於いてはリード線ロー付け部及びリード線の発熱を押さえ、品質の向上したセラミックヒーターを提供することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミックヒーターの構造を図１を用いて説明する。
【００１３】
このセラミックヒーター１は、押し出し成形されたセラミック芯材２の端面に溝部６を形成し、発熱抵抗体４及び電極部パッド５をスクリーン印刷方式により印刷されたしたセラミックシート３を積層し、１５００〜１６５０℃の還元雰囲気炉にて焼成し、更に、溝部６より内側に露出しているセラミックシート３内面の電極部パッド５にＮｉメッキを施した後リード線７をＡｇ系、Ａｕ系のロー材でロー付けするか、半田付けにて接続した構造である。
【００１４】
この溝部６は、リード線取り付け部の外周側への飛び出しをなくし、リード線取り付け部がセラミックヒーター１の内側に位置するように構成されている。この溝部６の構造の他の例を図２〜４に示した。
【００１５】
図２は、セラミックヒーター１の端面に直交するように十字に溝部６を加工し、外周のセラミックシート３の各溝に開放された部分に電極部パッド５が形成され、その上に合計４本のリード線７がロー付けされている。この構造のセラミックヒーター１は、発熱抵抗体４の電極部パッド５と温度検知用のセンサパターンの電極部パッド５が併設される場合と、発熱抵抗体５の抵抗値を段階的に切り替えて使用するための複数の電極部パッド５が設置される場合と、本発明のように大電流を流すセラミックヒーター１において、電流を分流させるための電極部パッド５を併設するタイプの３つがある。
【００１６】
図３は、セラミックヒーター１の端面に径方向に貫通しない座ぐり状の溝部６を形成し、その溝部６内部にリード線７をロー付けした例であり、この構造ではリード線間のマイグレーションを防止する効果を高くできる。なお、セラミックシート３部分を展開した図を示した。
【００１７】
図４は、パイプ状のセラミック芯材２の端面に溝部６を加工し、溝部６の内側のセラミックシート３上に形成された電極部パッド５上にリード線７をロー付けした例である。
【００１８】
これらの実施形態において、図５に示すように溝部６の幅ａがセラミック芯材２の外径ｃに対し０．２〜０．４倍であり、溝部６の深さｂが幅ａの１．５〜２．５倍でなければならない。これは、幅ａが外径ｃの０．４倍を越えるか、または深さｂが幅ａの２．５倍を越えると、焼成前のセラミック芯材２に溝部６を加工する時に溝部６側面が折れたり、焼成時の変形により外径精度が低下し、外径バラツキが大きくなる等の問題があるためである。また、幅ａが外径ｃの０．２倍未満であるか、または深さｂが幅ａの１．５倍未満であると、強度的には向上するが、リード線７接続部の強度が低下し不安定になる等の問題がある。
【００１９】
そこで、外径ｃの精度およびリード線７接続部の強度を向上し安定させるためには、溝部６の幅ａを外径の０．２〜０．４倍、深さｂを幅ａの１．５〜２．５倍とする。
【００２０】
また、溝部６の底部のコーナーの形状が角状になっていると、積層時の圧力により割れ易い傾向にあるため、溝部６の幅ａの０．１〜０．５倍の曲率半径Ｒを持った曲面状に加工した方が望ましい。
【００２１】
さらに他の実施形態を説明する。図６は、セラミック芯材２の端面に十字に溝部６を加工し、セラミックシート３に形成した発熱抵抗体４の引出部が２本に分割されそれぞれに２本のリード線７を共通端子として接合する例を示した。セラミックシート３は、セラミック芯材２の表面に密着され、還元雰囲気中で１５００〜１６５０℃で焼成する。
【００２２】
本発明のセラミックヒーター１では、溝部６の幅ａを狭くしてあるため、発熱抵抗体４に供給される電流が大きく、リード線７の取り付け部の発熱等が予想される場合、図６のようにリード部を分割することにより１本のリード線７を流れる電流を小さくして、リード線取り付け部の発熱を抑制することができる。
【００２３】
また本発明の他の実施形態として、図７（ａ）に示すように、セラミック芯材２の外周端部に２つの平坦面１０を形成し、図７（ｂ）に示すように外周にセラミックシート３を巻き付けて一体焼成した後、上記平坦面１０とセラミックシート３との隙間の内壁にリード線７を取り付けることもできる。
【００２４】
このような構造とすれば、溝を形成しないため外径の精度を高くし、リード線取り付け部の面積を大きくして発熱を抑制することができる。また、２つのリード線７、７間のマイグレーションを防止する効果も高くできる。
【００２５】
本発明のセラミックヒーター１の材質としては、アルミナ、ムライト、窒化珪素、窒化アルミニウム等の材料を使用するのが好ましい。また、発熱抵抗体４の材質としては、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ、ＴｉＮ、ＷＣ、ＷＳｉ2 、ＭｏＳｉ2 等が使用できる。
【００２６】
次に、本発明の応用例を説明する。図８（ｂ）は、本発明のセラミックヒーターを応用した製品の例を示したものである。このヘアーアイロンには、セラミックヒーター１が加熱管８の中に挿入されている。この加熱管８と保持具９の間に髪の毛を挟み込んで加熱することにより、髪の毛を目的の形状に加工する。リード線の取り付け部は、セラミックヒーター１の端面にある溝部６の内側にロー付けされているため、加熱管８を細く形成しセラミックヒーター１との隙間を小さくすることにより、加熱管８の表面温度を上昇させ、セラミックヒーター１の寿命を向上させることが可能となる。
【００２７】
この場合、図８（ｂ）に示すように、セラミックヒータ１の外周面に金属層１１を形成しておくことによって、セラミックヒータ１と加熱管８との密着性を高め、熱伝導性を向上させることができる。このような金属層１１としては、銀、ニッケル、銅、タングステン等を用い、メッキ、メタライズ等の方法で形成することができる。
【００２８】
あるいは、セラミックヒータ１と加熱管８との間に、導電性の高い充填剤を介在させておくこともできる。
【００２９】
このような構造は、たとえば、ハンダごてや温水加熱用ヒーターについても応用できる。
【００３０】
【実施例】
実施例１
本発明の実施例を図１を用いて詳しく説明する。
【００３１】
まず、焼成前の円柱状のセラミック芯材２に溝部６の加工を施す。この溝部６の底面のコーナーは、溝部６の幅ａの０．１〜０．５倍の曲率半径Ｒをつけて加工した。このセラミック芯材２の外周に、表面に発熱体をプリントし裏面に電極部パッド５をプリントし、両者をスルーホールで接続させたセラミックシート３を、発熱抵抗体４が内包されるように密着させる。その後、還元雰囲気中で１５００〜１６５０℃で焼成一体化し、溝部６の内側に形成された電極部パッド５上にリード線７をロー付けしてセラミックヒーター１を得る。
【００３２】
外径６．８ｍｍのセラミック芯材２を用い、セラミックヒーター１の外径精度とリード線取り付け強度を評価した。た場合の結果を以下の表に示した。
【００３３】
表１に示す溝部６のコーナーの曲率半径は、それぞれの溝部６の幅ａの０．３倍とした。
【００３４】
なお、リード取り付け強度は、外径０．５ｍｍのＮｉ線をＡｇローでロー付けしたものを、ロー付け面に対し４５度の方向に１ｋｇｆの荷重で引っ張った際に剥がれたか否かを評価した。
【００３５】
表１に示したように、溝部６の幅ａを本発明の範囲以下の０．７ｍｍで溝加工したものは、リード線取り付け強度が１ｋｇｆ以下になるので、好ましくない。また、溝部６の幅ａを請求範囲以上の３．４ｍｍで溝加工したものは、セラミックシート４を密着加工した後の外径精度が低下し、外径精度バラツキが大きくなることから、加工中に溝部６側面が変形したり、溝部６側面に割れが発生する等の不都合があった。
【００３６】
これに対し、溝部６の幅ａがセラミック芯材２の外径の０．２〜０．４倍となる１．４ｍｍ〜２．７ｍｍであり、深さｂが幅ａの１．５〜２．５倍であるように溝加工すると、１ｋｇｆ以上の良好なリード線取り付け強度が得られた。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
また、コーナーを角状に加工すると、セラミック芯材２にセラミックシート３を密着する時に、溝部６に割れが発生し、リード線取り付け強度測定時に、ロー付け部のセラミックごと破壊してしまう。
【００３９】
これに対し、溝部６の幅ａを２．７ｍｍに、深さｂを６．７ｍｍに固定し、溝部６コーナーの曲率半径を、ゼロから溝部６の幅ａの０．５倍まで変量したもののリード線取り付け強度は、評価結果を表２に示すように、溝部６の幅ａの０．１倍以上の曲率半径にすれば、表２に示したようにリード線取り付け強度を１ｋｇｆ以上に保てることが判った。
【００４０】
【表２】
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【００４１】
実施例２
図８に示すヘアーアイロンに本発明のセラミックヒーターを用いた実施例を、以下に説明する。加熱管８は外径９ｍｍ、内径７ｍｍのステンレス鋼でできており、この内部に外径６．８ｍｍ、全長６０ｍｍ、溝部６の幅ａが１．６ｍｍ、深さｂが３．０ｍｍに加工されたセラミックヒーター１が装着されており、絶縁保護されたリード線７がセラミックヒーター１のセラミックシート３の内面側に取り付けてあるために、加熱管８はストレート管で簡単、且つ安価な構造となっている。
【００４２】
従来は、セラミックヒーター１の外径精度が安定していなかったため、加熱管８とセラミックヒーター１との隙間を大きくしなくてはならなかった。しかし、本発明により加熱管８とセラミックヒーター１との隙間を狭くすることが可能となりセラミックヒーター１の熱が加熱管８に効率よく伝達されるようになった。
加熱管８の外径表面温度を２００℃にしたときのセラミックヒーター１の表面温度について従来品と比較したところ表３の通りとなった。
【００４３】
本発明のセラミックヒーターは、外径精度が向上するので、セラミックヒーター１を挿入する加熱管８とセラミックヒーター１間の隙間を小さくできるので、加熱管８の表面温度を従来より２０℃向上させることができた。特に、本発明のセラミックヒーターをハンダごてに応用した場合、この温度上昇の効果は、省電力・セラミックヒーターの耐久性の面で大きなメリットとなる。
【００４４】
【表３】
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【００４５】
実施例３
図６に示したセラミックヒーターを作製した。
【００４６】
アルミナからなるセラミックシート３の表面に発熱抵抗体４と２本に分割されたリード引出部を、その裏面のそれぞれのリード引出部に対応した位置に電極部パッドをプリントする。発熱抵抗体材料としては、Ｗを用いた。セラミック芯材２は、外径６．８ｍｍ、全長６０ｍｍ、溝部６の幅ａを１．６ｍｍ、深さを３．０ｍｍになるように十字に加工した。このセラミック芯材２に前記セラミックシート３を前記電極部パッドと前記セラミック芯材２の溝部６が一致するように密着した後、還元雰囲気中１５００〜１６５０℃で焼成する。
【００４７】
その後、電極取り出し部表面に厚み５μｍのＮｉメッキを施し、外径０．８ｍｍのＮｉ線をＡｇローでロー付けする。４本のＮｉ線のうち２本ずつは、共通の端子になっており、電流の大きなヒーターを使用する場合、１本の線当たりの電流量を小さくすることにより、Ｎｉ線と接続するリード取り付け部の温度上昇を防止し、セラミックヒーター１の耐久性を向上させる。
【００４８】
このセラミックヒーター１に１０Ａの電流を流したときのリード線取り付け部とリード線の温度を、本発明のセラミックヒーターと従来のセラミックヒーターについて比較した結果を表４に示した。
【００４９】
従来のセラミックヒーターでは電極取り出し部の温度が３００℃程度まで上昇していたものが、本発明のセラミックヒーターでは１００℃程度となり、端子部温度を２００℃も下げることができた。これにより、使用時の熱サイクルによる電極取り出し部の耐久性を大幅に向上させることができる。
【００５０】
【表４】
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【００５１】
【発明の効果】
本発明により溝加工及びセラミックシート巻き付け時のセラミック体の割れを無くし、焼成後の外径の精度及び、大電流を必要とするヒーターに於いてもリード線ロー付け部及びリード線の発熱を押さえ品質を向上させたセラミックヒーターを安定提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のセラミックヒーターを示す斜視図である。
【図２】  本発明のセラミックヒーターの他の実施形態を示す斜視図である。
【図３】  本発明のセラミックヒーターの参考例を示す展開図である。
【図４】  本発明のセラミックヒーターの他の実施形態を示す斜視図である。
【図５】  本発明のセラミックヒーターに用いる芯材を示す斜視図である。
【図６】  本発明のセラミックヒーターの他の実施形態を示す展開図である。
【図７】  本発明の参考例を示しており、（ａ）は芯材の斜視図、（ｂ）はセラミクヒータのリード線取り付け部の斜視図である。
【図８】  （ａ）は本発明のセラミックヒーターを使用したヘアごての構造を示す一部断面図、（ｂ）はこれに用いるセラミックヒーターの斜視図である。
【図９】  従来のセラミックヒーターを示す斜視図である。
【図１０】  従来のセラミックヒーターを加熱管に挿入した状態の断面図である。
【図１１】  従来のセラミックヒーターを加熱管に挿入した状態の断面図である。
【図１２】  従来のセラミックヒーターの展開図である。
【符号の説明】
１：セラミックヒーター
２：セラミック芯材
３：セラミックシート
４：発熱抵抗体
５：電極部パッド
６：溝部
７：リード線
８：加熱管
９：保持具
１０：平坦面
１１：金属層
ａ：幅
ｂ：深さ
ｃ：外径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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