JP2016184515A

JP2016184515A - ヒータ

Info

Publication number: JP2016184515A
Application number: JP2015064486A
Authority: JP
Inventors: 弘和永守; Hirokazu Nagamori
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2035-03-26
Also published as: JP6437865B2

Abstract

【課題】温度ヒューズをすばやく動作させる構造を提供する。【解決手段】棒状のセラミック体１と、セラミック体１のうち少なくとも先端側に埋設された発熱抵抗体と、セラミック体１の後端側に嵌合して発熱抵抗体に電気的に接続された金属筒３とを備えており、金属筒３はセラミック体１の後端面よりも後方に延長された延設部３２を有しており、延設部３２に温度ヒューズ４の一部が設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、ヒータに関するものである。

ガスレンジ、車載暖房装置、石油ファンヒータまたは自動車エンジンのグロープラグ等に用いられるヒータとして、セラミック体の内部に発熱体が設けられたヒータが知られている。ヒータとしては、例えば、特許文献１に開示されたセラミックヒータが挙げられる。

特許文献１に開示されたヒータは、筒状のセラミック体と、セラミック体に埋設された発熱抵抗体と、発熱抵抗体に接続された通電遮断機構（温度ヒューズ）とを備えている。そのため、ヒータは、例えば、空焚き等に伴って温度が上昇してしまった場合に発熱抵抗体への通電を遮断することができる。

特開平９−２８９０７３号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたヒータにおいては、ヒータを急速に昇温するように用いる場合に、空焚き等の異常が生じたとしても、温度ヒューズの作動が遅れてヒータが損傷してしまうおそれがあった。

本発明の１つの態様に基づくヒータは、棒状のセラミック体と、該セラミック体のうち少なくとも先端側に埋設された発熱抵抗体と、前記セラミック体の後端側に嵌合して前記発熱抵抗体に電気的に接続された金属筒とを備えており、該金属筒は前記セラミック体の後端面よりも後方に延長された延設部を有しており、該延設部に温度ヒューズの一部が設けられていることを特徴とする。

本発明の１つの態様に基づくヒータによれば、上記の構成を備えていることによって、セラミック体から温度ヒューズに金属筒を介して熱をすばやく伝えることができる。そのため、温度ヒューズをすばやく作動させることができる。

本発明の一実施形態にかかるヒータを示す断面図である。図１に示すヒータの斜視図である。図１に示すヒータの部分透過斜視図である。図１に示すヒータのうちセラミック体を示す斜視図である。図１に示すヒータのうち金属筒を示す部分透過斜視図である。図１に示すヒータのうち温度ヒューズを示す斜視図である。図１に示すヒータのうち金属ケースを示す部分透過斜視図である。

図１に示すように、本実施形態のヒータ１０は、棒状のセラミック体１と、セラミック
体１に埋設された発熱抵抗体２と、発熱抵抗体２に電気的に接続された金属筒３と、金属筒３に取り付けられた温度ヒューズ４とを備えている。そして、本実施形態のヒータ１０は、セラミック体１の一部と金属筒３と温度ヒューズ４とを覆う金属ケース５とを備えている。ヒータ１０は、例えば、ガスレンジ、車載暖房装置、石油ファンヒータ１０またはグロープラグ等に用いられる。

＜セラミック体１＞
セラミック体１は、内部に発熱抵抗体２が埋設される部材である。セラミック体１は、例えば、棒状である。棒状としては、例えば、円柱状や四角柱状等が挙げられる。セラミック体１は、例えば絶縁性セラミックス、窒化物セラミックスまたは炭化物セラミックス等の電気的な絶縁性を有するセラミックスから成る。具体的には、セラミック体１は、アルミナ質セラミックス、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスまたは炭化珪素質セラミックス等から成る。

窒化珪素質セラミックスから成るセラミック体１は、以下の方法で得ることができる。具体的には、例えば、主成分の窒化珪素に対して、焼結助剤として５〜１５質量％のＹ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３またはＥｒ_２Ｏ_３等の希土類元素酸化物、０．５〜５質量％のＡｌ_２Ｏ_３および焼結体に含まれるＳｉＯ_２の量が１．５〜５質量％となるように量が調整されたＳｉＯ_２を混合する。そして、所定の形状に成形した後に１６５０〜１７８０℃での温度で焼成することによって、窒化珪素質セラミックスから成るセラミック体１を得ることができる。焼成には、例えばホットプレス焼成を用いることができる。

セラミック体１の形状が棒状である場合、より具体的には四角柱状である場合には、セラミック体１の長さは例えば２０〜１００ｍｍに設定される。また、セラミック体１の断面は、例えば厚さ１〜６ｍｍ、幅２〜４０ｍｍの四角形に設定される。

＜発熱抵抗体２＞
発熱抵抗体２は、電圧が加えられることによって発熱する部材である。発熱抵抗体２は、セラミック体１の少なくとも先端側に埋設されている。発熱抵抗体２に電圧が加えられることによって電流が流れ、発熱抵抗体２が発熱する。この発熱によって生じた熱がセラミック体１の内部を伝わって、セラミック体１の表面が高温になる。そして、セラミック体１の表面から被加熱物に対して熱が伝わることによって、被加熱物を加熱することができる。被加熱物としては、例えば自動車用ディーゼルエンジンの内部に供給される軽油等や温水加熱用の水等が挙げられる。

発熱抵抗体２は、セラミック体１の先端側において折り返し部を有するとともに、両端がセラミック体１の側面に引き出されている。セラミック体１の側面に引き出された発熱抵抗体２は、例えば、図１〜４に示すように、セラミック体１の周方向に引き回されている電極パターン２１に接続されている。なお、本実施形態のヒータ１０においては、電極パターン２１は全周に渡って設けられている。なお、図２、３においては金属ケース５を省略している。

発熱抵抗体２は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）またはチタン（Ｔｉ）等の炭化物、窒化物または珪化物等を主成分とする。セラミック体１が窒化珪素質セラミックスから成る場合には、発熱抵抗体２の主成分が炭化タングステンから成ることを好ましい。これにより、セラミック体１の熱膨張率と発熱抵抗体２の熱膨張率とを近づけることができる。

＜金属筒３＞
金属筒３は、セラミック体１の熱を温度ヒューズ４に伝えるための部材である。また、
金属筒３は、発熱抵抗体２の一端と温度ヒューズ４とを電気的に接続する役割も有している。図１〜３に示すように、金属筒３は、セラミック体１の後端側に嵌合して発熱抵抗体２に電極パターン２１を介して電気的に接続されている。金属筒３はセラミック体１の後端面よりも後方に延長された延設部３２を有している。

本実施形態のヒータ１０においては、図５に示すように、金属筒３は、セラミック体保持部３１と延設部３２と温度ヒューズ保持部３３とを備えている。セラミック体保持部３１は、金属筒３の先端側に位置している。セラミック体保持部３１は、セラミック体１を嵌合できるように、内周の形状および大きさがセラミック体１の外周の形状および大きさと一致している。本実施形態においては、セラミック体１が円柱状であることに対応して、セラミック体保持部３１が円筒状である。また、温度ヒューズ保持部３３は、金属筒３の後端側に位置している。温度ヒューズ保持部３３は、温度ヒューズ４を嵌合できるように、内周の形状および大きさが温度ヒューズ４の外周の形状および大きさと一致している。本実施形態においては、温度ヒューズ４が円柱状であることに対応して、温度ヒューズ保持部３３が円筒状である。

そして、延設部３２は、セラミック体保持部３１と温度ヒューズ保持部３３とを繋ぐように位置している。延設部３２の外周面は、セラミック体保持部３１の外周面および温度ヒューズ保持部３３の外周面と連続している。延設部３２は、内周面側に厚みが増すように厚くなっている。この厚みが厚くなっている部分に、セラミック体１を付き当てるようにしてセラミック体１が設けられる。同様に、この厚みが厚くなっている部分に温度ヒューズ４を付き当てるようにして温度ヒューズ４が設けられる。さらに、この厚みが厚くなっている部分の表面は平坦面になっている。そして、この平坦面において、温度ヒューズ４と金属筒３との間の電気的な接続が行なわれる。

金属筒３は、高温環境に耐えられる金属から成ることが好ましい。具体的には、ＳＵＳ４３０等を用いることができる。金属筒３は、プレス加工や切削加工によって形成される。金属筒３には、例えば、ニッケルボロンめっき等の表面加工を施しておいてもよい。

＜温度ヒューズ４＞
温度ヒューズ４は、異常な発熱が生じたときに電流の流れを遮断するための部材である。温度ヒューズ４は、図６に示すように棒状の部材であって、図１〜３に示すように金属筒３に挿入されて取り付けられる。温度ヒューズ４の一部は、金属筒３の延設部３２に設けられている。より詳しくは、温度ヒューズ４は、その先端の接続部分が金属筒３の延設部３２に接続されている。温度ヒューズ４は、先端の接続部分が金属筒３の延設部３２に溶接等によって接合されている。溶接としては、例えば、スポット溶接を用いることができる。

＜金属ケース５＞
金属ケース５は、金属筒３や温度ヒューズ４を保護するための部材である。また、金属ケース５は、発熱抵抗体２の他端と外部の電源とを電気的に接続する役割も有している。図７に示すように、金属ケース５は筒状の部材である。本実施形態においては、金属ケース５は円筒状の部材である。そして、図１、７に示すように、金属ケース５は、先端側において内径が他の部位の内径に比べて小さくなっている縮径部５１を有しており、縮径部５１がセラミック体１の電極パターン２１に電気的に接続されている。金属ケース５は、例えば、ステンレス鋼、耐熱鋼、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金またはニッケル合金等の耐熱性に優れた金属から成る。また、金属ケース５のうち縮径部５１以外の部分の内周面と金属筒３の外周面との間には隙間が形成されており、これにより、金属ケース５と金属筒３とが電気的に絶縁されている。

本実施形態のヒータ１０においては、金属筒３がセラミック体１の後端面よりも後方に延長された延設部３２を有しており、延設部３２に温度ヒューズ４の一部が設けられている。これにより、金属筒３を介してセラミック体１から温度ヒューズ４に良好に熱を伝えることができる。そのため、セラミック体１が異常な高温になった場合に、すみやかに温度ヒューズ４を作動させて発熱抵抗体２に流れる電流を遮断できる。その結果、ヒータ１０の信頼性を向上できる。

また、温度ヒューズ４の一部が延設部３２のうち内周面側に設けられていることによって、温度ヒューズ４が外周面よりも外に設けられた場合と比較して、セラミック体１と温度ヒューズ４とを近くに配置することができる。その結果、温度ヒューズ４にさらに熱を伝えやすくできる。

さらに、延設部３２が、後端面側の少なくとも一部が内周面側に厚みが増すように厚くなっているとともに、セラミック体１の後端面が延設部３２の端面に接している。これにより、セラミック体１の外周面だけではなく端面からも延設部３２に熱を伝えることができる。その結果、温度ヒューズ４にさらに熱を伝えやすくできる。

また、延設部３２のうち温度ヒューズ４が設けられた部分において、金属筒３と温度ヒューズ４との電気的な接続が行なわれているとともに、温度ヒューズ４のうち延設部３２との接続部分がセラミック体１の延長上に位置している。なお、セラミック体１の延長上に位置するとは、温度ヒューズ４のうち金属筒３の平坦面との接合が行われる接続部分が、セラミック体１の外形をそのまま延長した場合に、その延長領域内に位置することを意味する。これにより、ヒータ１０の周方向の大きさを小さくすることができる。

さらに、温度ヒューズ４のうち延設部３２との接続部分がセラミック体１の中心軸の延長線上に位置するように、金属筒３の内周面側に厚みが増すように厚くなっている。これにより、セラミック体１の向きを考慮することなく温度ヒューズ４を取り付けることができる。そのため、温度ヒューズ４を容易に取り付けることが可能になる。

さらに、延設部３２の一部が内周面側に厚みが増すように厚くなっているとともに、温度ヒューズ４の一部が延設部３２に接している。これにより、延設部３２に伝わった熱を速やかに温度ヒューズ４に伝えることができる。

１：セラミック体
２：発熱抵抗体
２１：電極パターン
３：金属筒
３１：セラミック体保持部
３２：延設部
３３：温度ヒューズ保持部
４：温度ヒューズ
５：金属ケース
５１：縮径部
１０：ヒータ

Claims

棒状のセラミック体と、該セラミック体のうち少なくとも先端側に埋設された発熱抵抗体と、前記セラミック体の後端側に嵌合して前記発熱抵抗体に電気的に接続された金属筒とを備えており、該金属筒は前記セラミック体の後端面よりも後方に延長された延設部を有しており、該延設部に温度ヒューズの一部が設けられていることを特徴とするヒータ。
前記温度ヒューズが前記延設部のうち内周面側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
前記延設部は、前記セラミック体の後端面側の少なくとも一部が内周面側に厚みが増すように厚くなっているとともに、前記セラミック体の後端面が前記延設部の端面に接していることを特徴とする請求項２に記載のヒータ。
前記延設部のうち前記温度ヒューズが設けられた部分において、前記金属筒と前記温度ヒューズとの電気的な接続が行なわれているとともに、前記温度ヒューズのうち前記延設部との接続部分が前記セラミック体の延長上に位置することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のヒータ。
前記温度ヒューズのうち前記延設部との接続部分が前記セラミック体の中心軸の延長線上に位置するように、前記金属筒の内周面側に厚みが増すように厚くなっていることを特徴とする請求項４に記載のヒータ。