CN101843168B - 陶瓷加热器及具备该陶瓷加热器的火花塞 - Google Patents

陶瓷加热器及具备该陶瓷加热器的火花塞 Download PDF

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Abstract

现有技术中存在陶瓷基体中的周向温度分布不一定均匀的问题。本发明提供一种陶瓷加热器及具备该陶瓷加热器的火花塞。本发明的陶瓷加热器具备：含有并置的对置部(10b)、(10c)的发热电阻体(10)、与该发热电阻体(10)的端部连接的一对引线部(11)、(12)、和埋设有发热电阻体(10)及引线部(11)、(12)的陶瓷基体(2)，在陶瓷基体(2)中的对置部(10b)、(10c)间配置有热传导性比陶瓷基体(2)高的高热传导性部件(21)。

Description

陶瓷加热器及具备该陶瓷加热器的火花塞
技术领域
本发明涉及一种陶瓷加热器及具备该陶瓷加热器的火花塞。
背景技术
以往，陶瓷加热器例如用于石油风扇加热器的点火用加热器等各种用途。该陶瓷加热器例如是U字形的发热体与连接于其端部的电极引线一起埋入棒状的绝缘性基体中而构成的(例如，专利文献1)。
专利文献1：日本特开2006-49279号公报
但是上述那样的现有陶瓷加热器如在图7中用陶瓷加热器的横剖面所表示的那样，存在陶瓷基体64中的周向温度分布不一定均匀的问题。即，在横截面中，在连结并置的发热体的对置部62、63的直线方向(区域H一侧)，热易于传导，而在与该方向垂直的方向(区域C一侧)，热不易传导。
发明内容
本发明的陶瓷加热器，具备：含有并置的对置部的发热电阻体、与该发热电阻体的端部连接的一对引线部、和埋设有上述发热电阻体及上述引线部的陶瓷基体，其特征在于，在上述陶瓷基体中的上述对置部间配置有热传导性比上述陶瓷基体高的高热传导性部件。
另外，本发明的陶瓷加热器在上述构成中，优选上述高热传导性部件与上述对置部的至少一方接触。
此外，本发明的陶瓷加热器在上述构成中，优选上述高热传导性部件沿上述对置部的长度方向延设。
另外，本发明的陶瓷加热器在上述构成中，优选上述高热传导性部件以陶瓷为主要成分。
进而，本发明的陶瓷加热器在上述构成中，优选上述高热传导性部件以和上述对置部相同的材料为主要成分。
另外，本发明的陶瓷加热器在上述构成中，优选上述高热传导性部件分别与不同的上述对置部接触，从各自的对置部延设的上述高热传导性部件间的最短距离为0.3mm以上。
本发明的火花塞的特征在于，具备上述构成的陶瓷加热器。
本发明的陶瓷加热器由于在陶瓷基体中的对置部间，配置有热传导性比陶瓷基体高的高热传导性部件，因而陶瓷基体的横截面中的周向温度分布的均匀性优良。
附图说明
图1(a)是表示本发明实施方式的陶瓷加热器的立体图，(b)是(a)中的X-X线剖面图；
图2(a)是将图1(b)的发热电阻体的剖面放大后的概略图，(b)是表示在(a)的Y-Y线处切断陶瓷加热器时的剖面的概略图；
图3(a)是将本发明另一实施方式的陶瓷加热器中的发热电阻体的剖面放大后的概略图，(b)是表示在(a)的Z-Z线处切断陶瓷加热器时的剖面的概略图；
图4(a)、(b)是表示发热电阻体的变形例的概略图；
图5(a)、(b)是本发明另一实施方式的陶瓷加热器的概略横剖面图，(c)是概略纵剖面图；
图6是表示本发明另一实施方式的火花塞的剖面图；
图7是表示现有的陶瓷加热器的剖面的概略图。
符号说明
2-陶瓷基体；10-发热电阻体；10b、10c-对置部；11、12-引线部；21-高热传导性部件；100-陶瓷加热器。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明一实施方式的陶瓷加热器。图1(a)是表示本实施方式的陶瓷加热器的立体图，图1(b)是图1(a)中的X-X线剖面图。
本发明的陶瓷加热器100具备：含有并置的对置部10b、10c的发热电阻体10、与该发热电阻体10的端部连接的一对引线部11、12、和埋设有发热电阻体10及引线部11、12的陶瓷基体2。发热电阻体10具有由对置部10b、10c及连接它们的连接部10a构成的U字形状。而且，通过经由引线部11、12使电流流过发热电阻体10而使发热电阻体10发热。
在本实施方式中，引线部11、12利用与发热电阻体10相同的材料而与对置部10b、10c一体化并形成在与对置部10b、10c大致同样的方向，并且形成为比发热电阻体10大的直径，使每单位长度的电阻比发热电阻体10低。引线部11的、与发热电阻体10b连接的部分的相反侧的端面，露出于陶瓷基体2的端面而构成电极取出部11a。引线部12的、与发热电阻体10c连接的部分的相反侧的端面，露出于陶瓷基体2的侧面而构成电极取出部12a。
图2(a)是将图1(b)中的发热电阻体10的剖面放大后的概略图，图2(b)是表示在图2(a)的Y-Y线处切断陶瓷加热器100时的剖面的概略图。如图1(b)及图2(a)、(b)所示，陶瓷加热器100在陶瓷基体2的发热电阻体10中的对置部10b、10c间，配置有热传导性比陶瓷基体2高的高热传导性部件21。由此，与不具备高热传导性部件的现有陶瓷加热器相比，本实施方式的陶瓷加热器100如在图2(b)中用双点划线表示的那样，易使来自发热电阻体10的热E向高热传导性部件21的附近传导。该热E历来是向温度比较容易变低的区域C传导，由此提高陶瓷基体2的横截面中的周向温度分布的均匀性。
另外，优选高热传导性部件21与对置部10b、10c的至少一方接触。通过使高热传导性部件21与对置部10b、10c的至少一方接触，热E从发热电阻体对置部10b、10c更良好地向高热传导性部件21传导，因而使热向区域C的传导也变得良好，其结果是，提高了陶瓷基体2的横截面中的周向温度分布的均匀性。
此外，优选高热传导性部件21沿对置部10b、10c的长度方向延设。通过使高热传导性部件21沿对置部10b、10c的长度方向延设，陶瓷基体2中覆盖发热电阻体10的部分的均热性进一步提高。
下面，对构成陶瓷加热器100的优选的材料进行说明。
作为发热电阻体10的材料，可使用碳化钨(WC)、二硅化钼(MoSi2)及二硅化钨(WSi2)等公知的导电性陶瓷。
以使用碳化钨的情况为例进行说明。备好WC粉末，为降低与陶瓷基体2的热膨胀系数，理想的是在该WC粉末中配合作为陶瓷基体2的主要成分的氮化硅质陶瓷或氧化铝质陶瓷等绝缘性陶瓷。通过改变绝缘性陶瓷和导电性陶瓷的含有率，可将发热电阻体10的电阻调整为所期望的值。
发热电阻体10可利用公知的加压成形法等，对在WC粉末中配合有作为陶瓷基体2的主要成分的氮化硅质陶瓷或氧化铝质陶瓷的陶瓷原料粉末进行加压成形，但理想的是，优选通过形状沿模具自由决定的后述的注塑成形来成形。
从高温下的绝缘特性优良的观点来看，构成陶瓷基体2的材料优选氧化铝质陶瓷或者氮化硅质陶瓷，但出于特别是快速升温时的耐久性高的观点，优选氮化硅质陶瓷。氮化硅质陶瓷的组织是使以氮化硅(Si3N4)为主要成分的主相粒子通过来自烧结助剂成分等的晶界相进行结合的状态。主相也可以用铝(Al)或者氧(O)置换硅(Si)或者氮(N)的一部分，再在相中固溶有Li、Ca、Mg、Y等金属原子。本实施方式中的陶瓷基体利用公知的加压成形法等，对在氮化硅粉末中添加有由镱(Yb)或钇(Y)、铒(Er)等稀土元素的氧化物构成的烧结助剂的上述陶瓷原料粉末，进行加压成形，但优选通过形状沿模具自由决定的后述的注塑成形来成形。
作为构成高热传导性部件21的材料，只要是热传导性比构成陶瓷基体2的材料高的材料即可。作为构成高热传导性部件21的材料，在使用绝缘性的材料的情况下，即使使宽度W1(图2)比对置部10b、10c间的距离大也可防止发生短路，除此以外，通过增加宽度W1可进一步提高均热性。作为绝缘性的材料，例如可举出AlN、BN、SiC、金刚石等碳化物等。另外，作为构成高热传导性部件21的材料，在使用与对置部10b、10c相同的材料的情况下，由于可在制造时简化工序，因而可实现成本的降低。
高热传导性部件21的宽度W1优选在0.1～1mm左右，更优选在0.3～0.5mm左右。另外，高热传导性部件21和对置部10b(10c)的最短距离W2，从防止与对置部10b、10c的短路的观点来看，优选在0.3mm以上，更优选在0.5mm以上。
下面，说明本发明实施方式的陶瓷加热器100的制造方法之一例。首先，备好用于使陶瓷加热器100成型的模具。该模具由第一上模具和第一下模具构成，在使第一上模具和第一下模具合在一起时，可形成与陶瓷加热器100的形状相对应的空洞。在将成为发热电阻体10及高热传导性部件21的成形体配置于该模具内的所期望的位置的状态下，只要通过注塑成形向模具内提供陶瓷基体2的材料即可。
图3(a)是将本发明另一实施方式的陶瓷加热器中的发热电阻体10的剖面放大后的概略图，图3(b)是表示在图3(a)的Z-Z线处切断陶瓷加热器时的剖面的概略图。如图3(a)、(b)所示，本实施方式中的高热传导性部件23与对置部10b、10c连接(接触)，从这些对置部10b、10c向陶瓷基体2的中心部延设。另外，高热传导性部件23沿对置部10b、10c的长度方向延设。
由于具备这样的高热传导性部件23，因而与不具备高热传导性部件23的现有陶瓷加热器相比，来自发热电阻体10的热也容易传导至对置部10b、10c之间的区域。该热历来是向温度比较容易变低的区域C传导，由此陶瓷基体2中的周向温度分布的均匀性提高。
高热传导性部件23的宽度W3优选在0.01～0.5mm左右，更优选在0.02～0.3mm左右。另外，基于防止与对置部10b、10c的短路的观点，高热传导性部件23彼此的最短距离W4优选在0.3mm以上，更优选在0.5mm以上。
另外，示于图3的高热传导性部件23也可以像图4(a)所示的那样为宽度不均匀的部件(符号25)。由于通过这样的不均匀，在使用时相对于从外部传达的振动不易发生共振，因而可提高耐久性。另外，如图4(b)所示，也可以在对置部10b、10c和陶瓷基体2的表面之间的区域分别形成高热传导性部件27。其中，优选高热传导性部件25的宽度W3大于如上所述的高热传导性部件27的宽度W5。由此，由于来自发热电阻体10的热相对于陶瓷加热器100的表面侧更易于传导至陶瓷加热器100的内部侧，因而可进一步提高陶瓷加热器100的均热性。更优选像图4(a)那样，只在对置部10b、10c之间配置有高热传导性部件25。
图5(a)是表示本发明另一实施方式的陶瓷加热器100的剖面的概略图。如图5(a)所示，在本实施方式中，由于高热传导性部件29延设至比较容易成为低温的区域C、C的附近，因而可进一步提高陶瓷加热器的均热性。另外，如图5(b)、(c)所示，高热传导性部件31、33不仅可以由一个部件构成，也可以由多个部件构成。在如图5(b)所示的方式中，从一区域C向另一区域C配置有多个高热传导性部件31。在如图5(c)所示的方式中，从对置部10b、10c的一端侧向另一端侧(沿对置部的长度方向)配置有多个高热传导性部件33。
图6是表示本发明一实施方式的火花塞的剖面图。如图6所示，该火花塞101具备：上述的陶瓷加热器10、将其保持于前端部并安装在发动机的汽缸盖的管状的壳体102、在该壳体102的前端保持陶瓷加热器10的金属制外筒103。陶瓷加热器10钎焊于金属制外筒103，该金属制外筒103钎焊于壳体102的前端部。

Claims (8)

1.一种陶瓷加热器，其具备:含有并置的对置部的发热电阻体;与该发热电阻体的端部连接的一对引线部;埋设有所述发热电阻体及所述引线部的陶瓷基体，其特征在于， 
在所述陶瓷基体中的所述对置部间，配置有热传导性比所述陶瓷基体高的高热传导性部件，并且，该高热传导性部件与所述对置部的内侧接触，在所述陶瓷基体的横截面中与所述对置部的并置方向垂直的方向上，所述高热传导性部件的厚度比所述发热电阻体的所述对置部的厚度小，而容易使来自所述发热电阻体的热向所述高热传导性部件的附近传导，提高所述陶瓷基体的横截面中的周向温度分布的均匀性。 
2.根据权利要求1所述的陶瓷加热器，其特征在于， 
所述高热传导性部件的宽度不均匀。 
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷加热器，其特征在于， 
所述高热传导性部件与所述对置部的至少一方接触。 
4.根据权利要求1或2所述的陶瓷加热器，其特征在于， 
所述高热传导性部件沿所述对置部的长度方向延设。 
5.根据权利要求1或2所述的陶瓷加热器，其特征在于， 
所述高热传导性部件以陶瓷为主要成分。 
6.根据权利要求1或2所述的陶瓷加热器，其特征在于， 
所述高热传导性部件以和所述对置部相同的材料为主要成分。 
7.根据权利要求1或2所述的陶瓷加热器，其特征在于， 
所述高热传导性部件分别与不同的所述对置部接触，所述高热传导性部件间的最短距离为0.3mm以上。 
8.一种火花塞，其中， 
具备权利要求1或2所述的陶瓷加热器。 
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