DE212015000019U1

DE212015000019U1 - Heizer und Glühkerze mit dem Heizer

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Publication number: DE212015000019U1
Application number: DE212015000019.2U
Authority: DE
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2016-06-03
Anticipated expiration: 2025-10-30
Also published as: US20170350596A1; CN107211492A; JP2017033944A; EP3240357B1; US10533744B2; JP6023389B1; JPWO2016103908A1; CN107211492B; EP3240357A1; EP3240357A4; WO2016103908A1

Abstract

Heizer, umfassend einen stäbchenförmigen Keramikkörper und einen Heizwiderstand innerhalb des Keramikkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand in einem Querschnitt radial in zwei halbrunde Teile geteilt ist, und die halbrunden Teile gegeneinander radial verschoben sind, was mindestens eine Stufe an einem äußeren Umfang des Heizwiderstands bildet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Heizer und eine Glühkerze mit dem Heizer. Dieser Heizer wird, zum Beispiel, zum Zünden oder zur Flammendetektion eines in einem Fahrzeug montierten Verbrennungsheizgeräts, zum Zünden verschiedener Brenngeräte wie Petroleum-Heizlüfter, für eine Glühkerze für einen Dieselmotor, für verschiedene Sensoren wie einen Sauerstoffsensor oder zum Aufheizen eines Messgeräts eingesetzt.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Zum Beispiel ist ein in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2007-240080 (nachstehend als PATENTSCHRIFT 1 bezeichnet) offenbarter keramischer Heizer bekannt. Der keramische Heizer der PATENTSCHRIFT 1 enthält einen stäbchenförmigen keramischen Grundkörper und ein im Grundkörper eingebettetes Heizelement. Das Heizelement enthält ein Paar von sich axial erstreckenden stäbchenförmigen Leitern. Die Leiter sind rundförmig im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung.
In den letzten Jahren sind Heizer mit einer schnell ansteigenden Temperatur erforderlich. Um die Temperatur eines Heizers schnell zu erhöhen, ist es notwendig, einen großen Strom zu einem Heizelement des Heizers fließen zu lassen. Jedoch kann ein großer Stromfluss zum Heizelement Wärme örtlich an einem Teil des Heizelements erzeugen und schließlich eine große Wärmeausdehnung an diesem Teil verursachen. Diese große Wärmeausdehnung beim Heizelement kann einen Riss zwischen dem Heizelement und dem keramischen Grundkörper verursachen. Insbesondere bei dem in der PATENTSCHRIFT 1 offenbarten keramischen Heizer, in dem das Heizelement einen rundförmigen Querschnitt hat, verbreitet sich der erzeugte Riss einfach entlang der Grenzfläche zwischen dem Heizelement und dem Grundkörper, um umlaufend zu verlaufen. Infolgedessen entsteht eine Lücke zwischen dem Heizelement und dem Grundkörper, welche die Leitung der vom Heizelement erzeugten Wärme in den Grundkörper erschwert. Dies kann die langfristige Zuverlässigkeit des Heizers verschlechtern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Heizer enthält einen stäbchenförmigen Keramikkörper und einen Heizwiderstand innerhalb des Keramikkörpers. Der Heizwiderstand ist im Querschnitt radial in zwei halbrunde Teile geteilt. Die halbrunden Teile sind gegeneinander radial verschoben, was mindestens eine Stufe an einem äußeren Umfang des Heizwiderstands bildet.
Eine Glühkerze enthält den Heizer, bei dem der Heizwiderstand an einem Ende des Keramikkörpers liegt, und einen Metallzylinder, der am anderen Ende des Keramikkörpers angebracht ist und das andere Ende des Keramikkörpers bedeckt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Längsschnittansicht eines Heizers gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt eine Querschnittansicht des Heizers entlang der Linie A-A' der 1.
3 zeigt eine Querschnittansicht eines Heizers gemäß einer Variante. 4 zeigt eine Querschnittansicht eines Heizers gemäß einer anderen Variante.
5 zeigt eine Querschnittansicht eines Heizers gemäß einer anderen Variante.
6 zeigt ausschnittsweise eine Querschnittansicht eines in 5 dargestellten Heizwiderstands.
7 zeigt eine Querschnittansicht eines Heizers gemäß einer anderen Variante.
8 zeigt eine Querschnittansicht eines Heizers gemäß einer anderen Variante.
9 zeigt eine Längsschnittansicht einer Glühkerze gemäß einer Ausführungsform.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie in 1 gezeigt, enthält ein Heizer 1 einen Keramikkörper 2, einen Heizwiderstand 3 und Leitungen 4. Der Heizwiderstand 3 ist im Keramikkörper 2 eingebettet. Die Leitung 4 ist mit dem Heizwiderstand 3 verbunden und erstreckt sich zu der Oberfläche des Keramikkörpers 2.
Der Keramikkörper 2 des Heizers 1 ist beispielsweise stäbchenförmig und erstreckt sich entlang seiner Länge. In diesem Keramikkörper 2 sind der Heizwiderstand 3 und die Leitung 4 eingebettet. Der Keramikkörper 2 ist aus Keramik. Damit wird es möglich, den Heizer 1 mit hoher Verlässlichkeit bei einem schnellen Temperaturanstieg bereitzustellen. Die Keramik ist beispielsweise eine elektrisch isolierende Keramik wie Oxidkeramik, Nitridkeramik oder Karbidkeramik. Insbesondere ist der Keramikkörper 2 vorzugsweise aus Siliziumnitrid-Keramik. Dies beruht darauf, dass Siliziumnitrid als die Hauptkomponente der Siliziumnitrid-Keramik hohe Festigkeit, Zähigkeit, Isolierfähigkeit und Wärmebeständigkeit hat. Der Keramikkörper 2 aus Siliziumnitrid-Keramik ist wie folgt erhältlich. Zum Beispiel kann der Sinterkörper erhalten werden durch Hinzugeben zu Siliziumnitrid als eine Hauptkomponente von, als Sinterhilfsmittel, 3–12 Masse-% Seltenes Erdoxid wie Y₂O₃, Yb₂O₃ oder Er₂O₃, 0.5–3 Masse-% Al₂O₃, wobei der Sinterkörper 1.5–5 Masse-% SiO₂ enthält. Dann wird das Gemisch in eine vorgegebene Form gebracht und durch Heißpressen bei 1650–1780°C gesintert. Der Keramikkörper 2 hat eine Länge von z. B. 20–50 mm. Der Keramikkörper 2 hat einen Durchmesser von z. B. 3–5 mm.
Bei Verwendung der Siliziumnitrid-Keramik als Keramikkörper 2 wird vorzugsweise MoSiO₂ oder WSi₂ usw. gemischt und dispergiert. In diesem Fall kann die Wärmeausdehnung der Siliziumnitrid-Keramik als das Grundmaterial der Wärmeausdehnung des Heizwiderstands 3 angenähert werden, womit sich die Haltbarkeit des Heizers 1 verbessert.
Der Heizwiderstand 3 ist innerhalb des Keramikkörpers 2 angeordnet. Der Heizwiderstand 3 ist an der Spitze (bzw. an einem Ende) des Keramikkörpers 2 angeordnet. Der Heizwiderstand 3 ist ein Bauteil, der Wärme durch Stromfluss erzeugt. Der Heizwiderstand 3 besteht aus zwei linearen Teilen 31 und einem Rückführungsteil 32. Die linearen Teile 31 erstrecken sich entlang der Länge des Keramikkörpers 2. Das Rückführungsteil 32 verbindet die zwei linearen Teile 31. Der Heizwiderstand 3 kann beispielsweise Karbid, Nitrid oder Silizid von W, Mo oder Ti als die Hauptkomponente enthalten. Wenn der Keramikkörper 2 aus Siliziumnitrid-Keramik ist, ist Wolframcarbid (WC) als das Material des Heizwiderstands 3 am geeignetsten, weil es einen kleinen Unterschied zum Keramikkörper 2 in der Wärmeausdehnung und eine hohe Wärmebeständigkeit hat.
Wenn der Keramikkörper 2 aus Siliziumnitrid-Keramik ist, enthält der Heizwiderstand 3 vorzugsweise WC, das ein anorganischer Leiter ist, als die Hauptkomponente, und es werden vorzugsweise 20 Masse-% oder mehr Siliziumnitrid dazu hinzugefügt. Im Keramikkörper 2 aus z. B. Siliziumnitrid-Keramik hat der Heizwiderstand 3, der ein elektrisch leitendes Bauteil ist, eine größere Wärmeausdehnung als Siliziumnitrid und steht deshalb normalerweise unter Zugspannung. Vor diesem Hintergrund wird die Wärmeausdehnung des Heizwiderstands 3 der Wärmeausdehnung des Keramikkörpers 2 durch die Hinzufügung des Siliziumnitrids zum Heizwiderstand 3 angenähert. Dies reduziert die Spannung wegen des Unterschieds der Wärmeausdehnung des Heizers 1 bei einem Temperaturanstieg und bei einer Temperaturabsenkung.
Der Heizwiderstand 3 mit 40 Masse-% oder weniger Siliziumnitrid kann die Veränderung des Widerstands des Heizwiderstands 3 verkleinern. Deswegen enthält der Heizwiderstand 3 vorzugsweise 20–40 Masse-% Siliziumnitrid. Weiter vorzugsweise enthält der Heizwiderstand 3 25–35 Masse-% Siliziumnitrid. Ebenso können anstelle des Siliziumnitrids 4–12 Masse-% Bornitrid zum Heizwiderstand 3 hinzugefügt werden. Der Heizwiderstand 3 kann eine Gesamtlänge von 3–15 mm und eine Querschnittfläche von 0.15–0.8 mm² haben.
Wie in 2 gezeigt, ist der Heizwiderstand 3 im Querschnitt radial in zwei halbrunde Teile 33 geteilt. Die halbrunden Teile 33 sind gegeneinander radial verschoben, was mindestens eine Stufe 34 an einem äußeren Umfang des Heizwiderstands bildet. Der ”Querschnitt” ist hier entlang der Ebene senkrecht zur Länge des Heizwiderstands 3 vorgenommen. Insbesondere sind im Heizer 1 gleichgroße halbrunde Teile 33 in den zwei linearen Teilen 31 radial gegeneinander verschoben. Deswegen hat jedes Teil 31 zwei Stufen 34 an seinem äußeren Umfang. Auf diese Weise hat der Heizwiderstand 3 die Stufen 34 an seinem äußeren Umfang. Damit vermindern die Stufen 34 die Ausbreitung eines Risses, auch wenn der Riss zwischen dem Heizwiderstand 3 und dem Keramikkörper 2 entsteht und umlaufend entlang der Grenzfläche zwischen dem Heizwiderstand 3 und dem Keramikkörper 2 verläuft. Dies löst die Schwierigkeit einer Leitung der im Heizwiderstand 3 erzeugten Wärme in den Grundkörper.
Die verschobenen Teile sind halbrund, was große bogenförmige Bereiche an einem äußeren Umfang des Heizwiderstands 3 bildet. Dies reduziert die Gefahr eines Schadens zwischen dem Heizwiderstand 3 und dem Keramikkörper 2 wegen der Wärmebelastung. Die ”halbrunden Teile 33” sind nicht auf einen geteilten Kreis eingeschränkt, sondern können auch eine geteilte Ellipse, ein geteiltes Oval oder ein geteilter verzerrter Kreis sein. Der Ausdruck ”radial in zwei... Teile geteilt[e]” bedeutet, dass der Heizwiderstand 3 ungefähr in der Mitte geteilt ist. Wenn die Sehnen der zwei halbrunden Teile 33 die gleiche Länge haben, können die zwei halbrunden Teile 33 beispielsweise um 20–100 μm verschoben sein. Das Wort ”verschoben” ist nur der Einfachheit halber zum Ausdruck der Gestalt des Heizwiderstands 3 verwendet und nicht zur Begrenzung des Herstellungsverfahrens des Heizwiderstands 3. Konkret besteht der Heizwiderstand 3 nicht unbedingt aus zwei Bauteilen. Der Heizwiderstand 3 kann integral ausgebildet sein. Die integrale Ausbildung des Heizwiderstands 3 kann beispielsweise durch Spritzguss erfolgen.
Die Stufen 34 des Heizwiderstands 3 sind entlang der Länge des Keramikkörpers 2 kontinuierlich. Insbesondere hat der Heizwiderstand 3 zwei Stufen 34 in jedem der ganzen zwei linearen Teile 31. Dies vermindert die Ausbreitung eines Risses in einem weiten Bereich.
Im Heizwiderstand 3 liegen die Stufen 34 vorzugsweise mindestens innerhalb des Rückführungsteils 32. Im erfindungsgemäßen Heizer 1 liegen die Stufen 34 innerhalb und außerhalb des Rückführungsteils 32. Die Stufen 34 innerhalb und außerhalb des Rückführungsteils 32 sind kontinuierlich zu den zwei Stufen 34 in jedem der zwei linearen Teile 31. Üblicherwese wird die Wärme innerhalb des Rückführungsteils 32 gestaut und hat die Innenseite eine besonders hohe Temperatur, was eine besondere Wärmebelastung verursacht. Die Stufen 34 in diesem Teil reduzieren den Verlauf eines Risses effektiv.
Die Stufen 34 außerhalb des Rückführungsteils 32 vergrößern die Oberfläche des Heizwiderstands 3 in der Nähe der Oberfläche des Keramikkörpers 2. Infolgedessen wird die Wärme leicht zur Oberfläche des Keramikkörpers 2 geleitet, und damit steigt die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit des Heizers 1 an.
Wie in 3 gezeigt, können die halbrunden Teile 33 in den beiden linearen Teilen 31 in entgegengesetzten Richtungen verschoben sein. Konkret ist das in 3 links liegende lineare Teil 31 ein erstes lineares Teil 311, und ist das rechts liegende lineare Teil 31 ein zweites lineares Teil 312. Im ersten linearen Teil 311 ist ein in 3 obenliegendes halbrundes Teil 33 nach links verschoben, und ist ein untenliegendes halbrundes Teil 33 nach rechts verschoben. Im zweiten linearen Teil 312 ist das in 3 oben liegende halbrunde Teil 33 nach rechts verschoben, und ist das untenliegende halbrunde Teil 33 nach links verschoben.
Weil die halbrunden Teile 33 in den beiden linearen Teilen 31 entlang der Anordnungsrichung der zwei linearen Teile 31 verschoben sind, kann sich der Heizwiderstand 3 entlang der Anordnungsrichtung weit ausbreiten. Dies verbessert die thermische Homogenität des Heizers 1. In Bezug auf den Ausdruck von ”entlang der Anordnungsrichtung der zwei linearen Teile 31 verschoben” sind hier die Verschiebungsrichtung und die Anordnungsrichtung im engeren Sinne nicht unbedingt das Gleiche. Konkret kann die Verschiebungsrichtung um ca. 30° gegenüber der Anordnungsrichtung geneigt sein.
Die halbrunden Teile 33 sind in den zwei linearen Teilen 31 in entgegengesetzten Richtungen verschoben. Dies reduziert die Gefahr eines Verlaufs eines in einem der zwei linearen Teile 31 entstehenden Risses zum anderen linearen Teil 31. Konkret neigt ein in einem bogenförmigen Bereich eines halbrunden Teils 33 entstehender Riss dazu, entlang des bogenförmigen Teils des halbrunden Teils 33 zu verlaufen. Nach dem Erreichen einer Stufe 34 hat der entlang des bogenförmigen Teils verlaufende Riss die Gefahr eines Verlaufs entlang der sich vom bogenförmigen Teil erstreckenden Linie. Im in 3 dargestellten Heizer 1 sind die halbrunden Teile 33 in den zwei linearen Teilen 31 in entgegengesetzten Richtungen verschoben. In diesem Fall, auch wenn ein Riss in einem der linearen Teile 31 entsteht und sich entlang der sich vom bogenförmigen Teil erstreckenden Linie ausbreitet, breitet sich der Riss nicht leicht zum bogenförmigen Teil eines halbrunden Teils 33 im anderen linearen Teil 31 aus. Dies beruht darauf, dass die halbrunden Teile 33 in entgegengesetzten Richtungen verschoben sind, und damit der bogenförmige Teil 33 des linearen Teils nicht entlang der sich vom bogenförmigen Teil erstreckenden Linie des halbrunden Teils 33 eines linearen Teils und in der Nähe davon liegt.
Wie in 4 gezeigt, können die halbrunden Teile 33 in den beiden linearen Teilen 31 verschoben sein, und können eine erste virtuelle Linie X und eine zweite virtuelle Linie Y sich kreuzen. Die erste virtuelle Linie X verbindet die zwei Stufen 34 des ersten linearen Teils 311. Die zweite virtuelle Linie Y verbindet die zwei Stufen 34 des zweiten linearen Teils 312. Dies reduziert die Gefahr einer Ausbreitung eines Risses zu einer Stufe des zweiten linearen Teils 312, auch wenn der Riss in einer Stufe 34 des ersten linearen Teils 311 entsteht und sich entlang der von dieser Stufe 34 erstreckenden Linie ausbreitet. Dabei verringert sich die Gefahr eines dielektrischen Durchschlags zwischen den zwei linearen Teilen 31. Der Winkel der Kreuzung zwischen der ersten und der zweiten virtuellen Linie X und Y kann zum Beispiel 5–40° betragen. Insbesondere beträgt der Winkel der Kreuzung zwischen der ersten und der zweiten virtuellen Linie X und Y vorzugsweise 15–30°.
Wie in 5 und 6 gezeigt, kann ein halbrundes Teil 33 einen ersten Bereich 331 und einen zweiten Bereich 332 haben. Jedes der in 5 und 6 dargestellten halbrunden Teile 33 besteht aus nur dem ersten und dem zweiten Bereich 331 und 332. Der erste und der zweite Bereich 331 und 332 sind viertelrund und nebeneinander angeordnet. Der erste Bereich 331 liegt auf der Seite, zu der jedes halbrunde Teil 33 verschoben ist. Jeder der viertelrunden Bereiche ist nicht im engeren Sinne viertelrund und nicht unbedingt ein Viertel eines Kreises. Jeder viertelrunde Bereich kann auch ein Viertel einer Ellipse, eines Ovals oder eines verzerrten Kreises sein. Der erste Bereich 331 hat einen kleineren Krümmungsradius als der zweite Bereich 332.
Diese verschiedenen Krümmungsradien zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich 331 und 332 vermindern die Ausbreitung eines Risses von dem bogenförmigen Teil des ersten Bereiches 331 zum bogenförmigen Teil des zweiten Bereiches 332. Der erste Bereich 331 liegt auf der Seite des Heizwiderstands 3, zu der das halbrunde Teil 33 verschobenen ist. Dies reduziert die Ausbreitung eines Risses entlang des bogenförmigen Teils, besonders wenn der Riss an der Spitze einer Stufe 34 entsteht, wo sich die Spannung konzentriert. Die Spitze einer Stufe 34 ist hier die Ecke zwischen dem bogenförmigen Teil und der Sehne eines halbrunden Teils 33.
Wie in 6 gezeigt, können die Gipfel/Scheitel 333 der Bögen der zwei halbrunden Teile 33 in die gleiche Richtung wie die Verschiebung der halbrunden Teile 33 verschoben sein. Im Heizwiderstand 3 neigt die Spannung dazu, sich auf einer Stufe 34 und einem Gipfel 333 zu konzentrieren. Die verschobene Anordnung der Gipfel 333 der zwei halbrunden Teile vermindert die Überlappung der Spannungen der zwei Gipfel 333. Infolgedessen kann die Gefahr eines im Heizwiderstand 3 entstehenden Risses reduziert werden.
Wie in 6 gezeigt, wird davon ausgegangen, dass sich eine virtuelle Linie und eine Sehne eines halbrunden Teils 33 in einem Bezugspunkt P kreuzen. Die virtuelle Linie erstreckt sich von dem Gipfel 333 des Bogens eines der zwei halbrunden Teile 33, und kreuzt die Sehne senkrecht. Hier kann der Bezugspunkt P vom Zentrum C der Sehne des halbrunden Teils 33 in die Verschiebungsrichtung des halbrunden Teils 33 verschoben sein. Dann kann sich die Gestalt des Bogens des halbrunden Teils 33 an dem Gipfel 333 ändern, und damit die Ausbreitung eines Risses an dem Gipfel 333 leichter reduziert werden.
Wie in 7 gezeigt, sind die halbrunden Teile 33 mit unterschiedlichen Größen radial gegeneinander verschoben, was eine Stufe 34 in einem linearen Teil 31 bildet. Eine Stufe 34 kann auch im Rückführungsteil 32 gebildet sein. Auch in diesem Fall kann die Ausbreitung eines Risses bei der Stufe 34 vermindert werden. Dies löst die Schwierigkeit einer Leitung der im Heizwiderstand 3 erzeugten Wärme in den Grundkörper.
Wie in 8 gezeigt, kann die Spitze der Stufe 34 R-förmig sein. Diese R-förmige Spitze der Stufe 34 vermindert die Konzentration der Wärmebelastung an der Spitze der Stufe 34. Infolgedessen verbessert sich die langfristige Zuverlässigkeit im Wärmekreislauf. Als die Größe hat die R-Form zum Beispiel den Krümmungsradius von 10–100 μm.
Zurückverweisend auf 1 sind die Leitungen 4 Bauteile zur elektrischen Verbindung zwischen dem Heizwiderstand 3 und einer externen Stromquelle. Die Leitungen 4 sind mit dem Heizwiderstand 3 verbunden und erstrecken sich zu der Oberfläche des Keramikkörpers 2. Konkret ist jede Leitung 4 mit einem Ende des Heizwiderstands 3 verbunden. Eine der Leitungen 4 ist an einem Ende mit einem Ende des Heizwiderstands 3 verbunden. Das andere Ende dieser Leitung 4 führt von der Seitenfläche des Keramikkörpers 2 an der rückwärtigen Seite nach außen. Die andere Leitung 4 ist an einem Ende mit dem anderen Ende des Heizwiderstands 3 verbunden. Das andere Ende dieser Leitung 4 führt vom rückwärtigen Ende des Keramikkörpers 2 nach außen.
Die Leitungen 4 sind beispielsweise aus dem gleichen Material wie der Heizwiderstand 3. Die Leitungen 4 haben eine größere Querschnittsfläche oder einen kleineren Anteil des Materials des Keramikkörpers 2 als der Heizwiderstand 3, und haben damit einen niedrigeren Widerstand pro Längeneinheit. Insbesondere ist WC ein bevorzugtes Material der Leitungen 4 wegen seines kleinen Unterschieds zum Keramikkörper 2 in der Wärmeausdehnung, seiner hohen Wärmebeständigkeit und seines kleinen spezifischen Widerstands. Vorzugsweise enthält jede Leitung 4 einen anorganischen Leiter, WC, als die Hauptkomponente, und es wird Siliziumnitrid hinzugefügt, um 15 Masse-% oder mehr zu betragen. Mit einer Zunahme des Siliziumnitrid-Gehalts kann die Wärmeausdehnung der Leitungen 4 der Wärmeausdehnung von Siliziumnitrid des Keramikkörpers 2 angenähert werden. Vierzig Masse-% oder weniger Siliziumnitrid reduziert und stabilisiert den Widerstand der Leitungen 4. Der Gehalt von Siliziumnitrid ist vorzugsweise 15–40 Masse-%. Weiter vorzugsweise ist der Gehalt von Siliziumnitrid 20–35 Masse-%.
Wie in 9 gezeigt, enthält die Glühkerze 10 den oben beschriebenen Heizer 1 und einen Metallzylinder 5, der am rückwärtigen (anderen) Ende des Heizers 1 angebracht ist und das andere Ende des Heizers 1 bedeckt. Weiterhin enthält die Glühkerze 10 eine Elektrodenhalterung 6, die innerhalb des Metallzylinders 5 liegt und am rückwärtigen Ende des Heizers 1 angebracht ist. Der Einsatz des oben beschriebenen Heizers 1 reduziert die Ausbreitung eines Risses entlang der Grenzfläche zwischen dem Heizwiderstand und dem Keramikkörper, und damit ist die Haltbarkeit der Glühkerze 10 verbessert.
Der Metallzylinder 5 ist ein Bauteil zum Tragen des Keramikkörpers 2. Der Metallzylinder 5 ist ein zylindrisches Bauteil, das an der rückwärtigen Seite des Keramikkörpers 2 angebracht ist und auf der rückwärtigen Seite den Keramikkörper 2 umgibt. Konkret ist der stäbchenförmige Keramikkörper 2 in die Innenseite des Metallzylinders 5 eingesetzt. Der Metallzylinder 5 ist an der Seitenfläche des Keramikkörpers 2 am rückwärtigen Ende angeordnet und mit einem ausgesetzten/freiliegenden Teil einer der Leitungen 4 elektrisch verbunden. Der Metallzylinder 5 ist zum Beispiel aus Edelstahl oder einer Eisen(Fe)-Nickel(Ni)-Kobalt(Co)-Legierung.
Der Metallzylinder 5 und der Keramikkörper 2 sind durch ein Lötmaterial verbunden. Das Lötmaterial ist zwischen dem Metallzylinder 5 und dem Keramikkörper 2 angeordnet, um das rückwärtige Ende des Keramikkörpers 2 zu umgeben. Das Lötmaterial verbindet den Metallzylinder 5 mit der Leitungen 4 elektrisch.
Das Lötmaterial ist zum Beispiel Silber(Ag)-Kupfer(Cu)-Hartlot, Ag-Hartlot oder Cu-Hartlot mit 5–20 Masse-% Glas-Verbund. Der Glas-Verbund hat eine gute Benetzbarkeit mit der Keramik des Keramikkörpers 2 und einen hohen Reibungskoeffizienten, und verbessert damit die Haftfestigkeit zwischen dem Lötmaterial und dem Keramikkörper 2 sowie die Haftfestigkeit zwischen dem Lötmaterial und dem Metallzylinder 5.
Die Elektrodenhalterung 6 liegt innerhalb des Metallzylinders 5, ist am rückwärtigen Ende des Keramikkörpers 2 angebracht, und ist mit der Leitung 4 elektrisch verbunden. Die Elektrodenhalterung 6 kann in irgendeiner Form sein. Im Beispiel der 9 sind ein Deckelteil und ein Spulenteil durch ein lineares Teil verbunden. Das Deckelteil ist am rückwärtigen Ende des Keramikkörpers 2 angebracht und deckt das rückwärtige Ende des Keramikkörpers 2 sowie die Leitung 4 ab. Das Spulenteil ist mit einer externen Anschlusselektrode elektrisch verbunden. Diese Elektrodenhalterung 6 wird vom inneren Umfang des Metallzylinders 5 entfernt gehalten, um einen Kurzschluss zwischen der Elektrodenhalterung 6 und dem Metallzylinder 5 zu vermeiden.
Die Elektrodenhalterung 6 ist ein Metalldraht mit einem Spulenteil zur Verminderung der Spannung bei der Verbindung mit der externen Stromquelle. Die Elektrodenhalterung 6 ist mit der Leitung 4 elektrisch verbunden und mit der externen Stromquelle elektrisch verbunden. Die externe Stromquelle legt eine Spannung zwischen dem Metallzylinder 5 und der Elektrodenhalterung 6 an, und lässt damit einen Strom durch den Metallzylinder 5 und die Elektrodenhalterung 6 zum Heizwiderstand 3 fließen. Die Elektrodenhalterung 6 ist beispielsweise aus Nickel oder Edelstahl.
Nun wird ein exemplarisches Herstellungsverfahren des Heizers 1 beschrieben.
Der Heizer 1 kann zum Beispiel durch Spritzguss mit den Formen in den Gestalten des Heizwiderstands 3, der Leitungen 4 und des Keramikkörpers 2 hergestellt werden. In Bezug auf den Heizwiderstand 3 werden zunächst zwei Grünlinge vorbereitet, die jeweils einen halbrunden Querschnitt, lineare Teile und ein Rückführungsteil haben. Die zwei Grünlinge werden übereinander gelegt, so dass die halbrunden Teile radial verschoben sind, und dann unter Druck gesintert. Anschließend ist der Heizwiderstand 3 mit den verschobenen halbrunden Teilen erhältlich.
Konkret werden zuerst eine elektrisch leitende Paste und eine Keramikpaste fabriziert. Die elektrisch leitende Paste enthält beispielsweise elektrisch leitendes Keramikpulver und ein Harzbindemittel, und wird zum Heizwiderstand 3 und zu den Leitungen 4. Die Keramikpaste enthält beispielsweise isolierfähiges Keramikpulver und ein Harzbindemittel, und wird zum Keramikkörper 2.
Dann wird ein Grünling des Heizwiderstands 3, der die elektrisch leitende Paste in einem vorgegebenen Muster enthält, durch Spritzguss hergestellt. Zu dieser Zeit wird eine Form mit einer gewünschten Gestalt vorbereitet, um den Heizwiderstand 3 mit den Stufen 34 zu formen. Während der Heizwiderstand 3 in der Form gehalten wird, wird die Form mit der elektrisch leitenden Paste gefüllt, um einen Grünling der Leitungen 4 herzustellen, der die elektrisch leitende Paste in einem vorgegebenen Muster enthält.
Während der Heizwiderstand 3 und die Leitung 4 teilweise in der Form gehalten sind, wird ein Teil der Form durch eine Form für den Keramikkörper 2 ersetzt. Dann wird die Form mit der Keramikpaste gefüllt, die zum Keramikkörper 2 wird. Folglich kann der Grünling des Heizers 1 erhalten werden, in dem der Heizwiderstand 3 und die Leitungen 4 durch den Grünling der Keramikpaste bedeckt sind.
Danach wird der erhaltene Grünling bei zum Beispiel einer Temperatur von 1650–1780°C unter einem Druck von 30–50 MPa gesintert, um den Heizer 1 zu fabrizieren. Zum Sintern wird vorzugsweise der Grünling in die Kohlenstoffform eingesetzt, die mit Kohlenstoffpulver gefüllt wird, um den Einfluss des Sauerstoffs in der Atmosphäre zu vermindern. Das Sintern kann auch in einer nichtoxidierenden Gasatmosphäre wie Stickstoffgas oder Wasserstoffgas ausgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Heizer
2: Keramikkörper
3: Heizwiderstand
31: Lineares Teil
32: Rückführungsteil
33: Halbrundes Teil
34: Stufe
4: Leitung
5: Metallzylinder
6: Elektrodenhalterung
10: Glühkerze

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-240080 [0002]

Claims

Heizer, umfassend einen stäbchenförmigen Keramikkörper und einen Heizwiderstand innerhalb des Keramikkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand in einem Querschnitt radial in zwei halbrunde Teile geteilt ist, und die halbrunden Teile gegeneinander radial verschoben sind, was mindestens eine Stufe an einem äußeren Umfang des Heizwiderstands bildet.
Heizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe des Heizwiderstandes in Längsrichtung kontinuierlich ist.
Heizer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand ein Rückführungsteil enthält, und die Stufe innerhalb des Rückführungsteils liegt.
Heizer nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe des Heizwiderstandes eine R-förmige Spitze hat.
Heizer nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand zwei sich entlang einer Länge des Keramikkörpers erstreckende lineare Teile und ein Rückführungsteil zur Verbindung der zwei linearen Teile hat, und die halbrunden Teile in jedem der zwei linearen Teile gegeneinander entlang einer Anordnungsrichtung der zwei linearen Teile verschoben sind.
Heizer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die halbrunden Teile zwischen den zwei linearen Teilen in entgegengesetzten Richtungen verschoben sind.
Heizer nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand einen ersten und einen zweiten linearen Teil, die sich entlang einer Länge des Keramikkörpers erstrecken, und ein Rückführungsteil zur Verbindung des ersten und des zweiten linearen Teils hat, das erste lineare Teil zwei Stufen hat, das zweite lineare Teil zwei Stufen hat, und eine erste und eine zweite virtuelle Linie sich kreuzen, wobei die erste virtuelle Linie die zwei Stufen des ersten linearen Teils verbindet, und die zweite virtuelle Linie die zwei Stufen des zweiten linearen Teils verbindet.
Heizer nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der halbrunden Teile einen ersten und einen zweiten viertelrunden Bereich hat, und der erste Bereich einen kleineren Krümmungsradius als der zweite Bereich hat.
Heizer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich auf einer Seite des Heizwiderstands liegt, zu der das entsprechende halbrunde Teil verschobenen ist.
Heizer nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gipfel eines Bogens jedes der halbrunden Teile in Verschiebungsrichtung des entsprechenden halbrunden Teils verschoben ist.
Heizer nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bezugspunkt von einem Zentrum einer Sehne jedes halbrunden Teils in die Verschiebungsrichtung des halbrunden Teils verschoben ist, wobei sich eine virtuelle Linie von dem Gipfel des Bogens des halbrunden Teils erstreckt und die Sehne senkrecht kreuzt, und sich die virtuelle Linie und die Sehne des halbrunden Teils im Bezugspunkt kreuzen.
Glühkerze, umfassend den Heizer nach einem der Ansprüche 1–11, wobei der Heizwiderstand an einem Ende des Keramikkörpers liegt, und einen Metallzylinder, der am anderen Ende des Keramikkörpers angebracht ist und das andere Ende des Keramikkörpers bedeckt.