JP2020167116A - heater - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、液体加熱用ヒータ、粉体加熱用ヒータ、気体加熱用ヒータおよび酸素センサ用ヒータ等として用いられるヒータに関するものである。 The present disclosure relates to a heater used as a liquid heating heater, a powder heating heater, a gas heating heater, an oxygen sensor heater, and the like.
液体加熱用ヒータ、粉体加熱用ヒータ、気体加熱用ヒータおよび酸素センサ用ヒータ等として用いられるヒータとして、例えば、特許文献１に開示されたセラミックシートをセラミック芯材の表面に、発熱抵抗体が内側になるように密着焼成した構成が知られている。 As a heater used as a heater for liquid heating, a heater for powder heating, a heater for gas heating, a heater for an oxygen sensor, etc., for example, a ceramic sheet disclosed in Patent Document 1 is placed on the surface of a ceramic core material, and a heat generating resistor is provided. It is known that the structure is closely fired so as to be on the inside.
近年では、小型小径で瞬間的に高電圧を印可して急速昇温でき、かつ、寸法変化の少ないヒータが求められている。しかしながら、従来技術においては、ヒータ外周部が凹凸の少ない形状で形成されているため、ヒータの急速昇温により発熱抵抗体が熱膨張すると、ヒータ外周部全体も熱膨張し、ヒータを繰り返し急速昇温させることで、ヒータが劣化し、耐久性が低下するという問題がある。 In recent years, there has been a demand for a heater having a small diameter, which can instantaneously apply a high voltage to raise the temperature rapidly, and which has little dimensional change. However, in the prior art, since the outer peripheral portion of the heater is formed in a shape with less unevenness, when the heat generating resistor thermally expands due to the rapid temperature rise of the heater, the entire outer peripheral portion of the heater also thermally expands, and the heater repeatedly rises rapidly. There is a problem that the heater deteriorates and the durability is lowered by heating.
本開示は、
棒状のセラミック体と、
該セラミック体に埋設された発熱抵抗体と、を備え、
前記セラミック体は、前記発熱抵抗体を覆って外方に突出する凸部分と、前記凸部分より内方に窪んだ凹部分と、を有することを特徴とするヒータである。
This disclosure is
With a rod-shaped ceramic body
A heat-generating resistor embedded in the ceramic body is provided.
The ceramic body is a heater characterized by having a convex portion that covers the heat generation resistor and protrudes outward, and a concave portion that is recessed inward from the convex portion.
本開示のヒータにおいては、セラミック体が、発熱抵抗体を覆って外方に突出する凸部分と凸部分より内方に窪んだ凹部分を有していることによって、凸部分での外径の変化率が小さくなり、繰り返される急速昇温にも耐えることができる耐久性に優れたヒータを提供することが可能である。 In the heater of the present disclosure, the ceramic body has a convex portion that protrudes outward and a concave portion that is recessed inward from the convex portion that covers the heat generating resistor, so that the outer diameter of the convex portion is large. It is possible to provide a heater having a small rate of change and having excellent durability that can withstand repeated rapid temperature rise.
以下、本開示の第１実施形態に係るヒータについて、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態のヒータ１の側面図である。図２は、図１に示す切断面線Ａ−Ａで切断したときのヒータ１の横断面図である。ヒータ１は、セラミック体１０と、発熱抵抗体２０と、引出導体３０と、貫通導体４０と、電極パット５０を備える。
＜セラミック体＞
Hereinafter, the heater according to the first embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view of the heater 1 of the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the heater 1 when cut along the cutting plane line AA shown in FIG. The heater 1 includes a ceramic body 10, a heat generating resistor 20, a lead conductor 30, a through conductor 40, and an electrode pad 50.
<Ceramic body>
セラミック体１０は、棒状の部材であり、芯部１１と芯部１１の表面を覆う外周部１２を含む。本実施形態では、セラミック体１０は円筒状であるが、棒状であれば、三角筒上、四角筒状、楕円筒状を含むその他の形状であってもよい。また、両端が開放された中空のパイプ状であってもよい。 The ceramic body 10 is a rod-shaped member, and includes a core portion 11 and an outer peripheral portion 12 that covers the surfaces of the core portion 11. In the present embodiment, the ceramic body 10 has a cylindrical shape, but if it has a rod shape, it may have other shapes including a triangular cylinder, a square cylinder, and an elliptical cylinder. Further, it may be in the shape of a hollow pipe with both ends open.
セラミック体１０は、絶縁性のセラミック材料からなる。セラミック体１０で用いられる絶縁性のセラミック材料としては、例えば、アルミナ、窒化珪素または窒化アルミニウムが挙げられる。耐酸化性を示し、製造しやすいという観点からは、アルミナを用いることができる。高強度、高靭性、高絶縁性および耐熱性に優れるという観点からは、窒化珪素を用いることができる。熱伝導に優れるという観点からは、窒化アルミニウムを用いることができる。セラミック体１０は、発熱抵抗体２０に含まれる金属元素の化合物を含有していてもよい。例えば、発熱抵抗体２０にタングステンまたはモリブデンが含まれている場合には、セラミック体１０は、ＷＳｉ２またはＭｏＳｉ２を含有していてもよい。 The ceramic body 10 is made of an insulating ceramic material. Examples of the insulating ceramic material used in the ceramic body 10 include alumina, silicon nitride, and aluminum nitride. Alumina can be used from the viewpoint of exhibiting oxidation resistance and being easy to manufacture. Silicon nitride can be used from the viewpoint of excellent strength, high toughness, high insulation and heat resistance. Aluminum nitride can be used from the viewpoint of excellent heat conduction. The ceramic body 10 may contain a compound of a metal element contained in the heat generation resistor 20. For example, when the heat generating resistor 20 contains tungsten or molybdenum, the ceramic body 10 may contain WSi 2 or MoSi 2 .
芯部１１は、セラミック体１０の長手方向に延びる棒状の部材である。本実施形態においては、芯部１１は円筒状であるが、棒状であれば、三角筒上、四角筒状、楕円筒状を含むその他の形状であってもよい。また、両端が開放された中空のパイプ状であってもよい。 The core portion 11 is a rod-shaped member extending in the longitudinal direction of the ceramic body 10. In the present embodiment, the core portion 11 has a cylindrical shape, but if it has a rod shape, it may have other shapes including a triangular cylinder, a square cylinder, and an elliptical cylinder. Further, it may be in the shape of a hollow pipe with both ends open.
外周部１２は、芯部１１の外周面を覆うように配設されている。本実施形態においては、芯部１１の両端部までが外周部１２によって覆われているが、外周部１２は、芯部１１の外周面の全てを覆っていてもよく、芯部１１の外周面の一部のみを覆っていてもよい。 The outer peripheral portion 12 is arranged so as to cover the outer peripheral surface of the core portion 11. In the present embodiment, both ends of the core portion 11 are covered by the outer peripheral portion 12, but the outer peripheral portion 12 may cover the entire outer peripheral surface of the core portion 11, and the outer peripheral surface of the core portion 11 may be covered. It may cover only a part of.
芯部１１は、例えば、セラミック体１０の長手方向における全長が３０ｍｍ〜１５０ｍｍであり、直径が１０ｍｍ〜２０ｍｍである。外周部１２は、例えば、セラミック体１０の長手方向における全長が３０ｍｍ〜１５０ｍｍであり、厚みが０．２ｍｍ〜１ｍｍである。 The core portion 11 has, for example, a total length of 30 mm to 150 mm and a diameter of 10 mm to 20 mm in the longitudinal direction of the ceramic body 10. The outer peripheral portion 12 has, for example, a total length of 30 mm to 150 mm and a thickness of 0.2 mm to 1 mm in the longitudinal direction of the ceramic body 10.
セラミック体１０の芯部１１および外周部１２は、絶縁性のセラミック材料であれば、同じ材質であってもよく、異なる材質であってもよい。セラミック体１０の外周部１２の外周面１３は、金属材料から成る被覆層によって被覆されていてもよい。被覆層に用いられる金属材料としては、例えば、銀、金、銅、ニッケル等を含む金属材料が挙げられる。被覆層の外表面には、酸化膜が形成されていてもよい。セラミック体１０の外周部１２の外周面１３を被覆層で被覆することにより、セラミック体１０の耐蝕性を向上させることができ、ひいては、ヒータ１の耐久性を高めることができる。
＜発熱抵抗体＞
The core portion 11 and the outer peripheral portion 12 of the ceramic body 10 may be made of the same material or different materials as long as they are insulating ceramic materials. The outer peripheral surface 13 of the outer peripheral portion 12 of the ceramic body 10 may be covered with a coating layer made of a metal material. Examples of the metal material used for the coating layer include metal materials containing silver, gold, copper, nickel and the like. An oxide film may be formed on the outer surface of the coating layer. By coating the outer peripheral surface 13 of the outer peripheral portion 12 of the ceramic body 10 with a coating layer, the corrosion resistance of the ceramic body 10 can be improved, and thus the durability of the heater 1 can be improved.
<Heat resistor>
発熱抵抗体２０は、線状または帯状の導電性の部材である。発熱抵抗体２０は、電流が流れることによって発熱し、セラミック体１０を介して、被加熱物を加熱する。発熱抵抗体２０は、セラミック体１０に埋設され、セラミック体１０の端部１４から端部１５に向かって延びている。本実施形態では、図２に示すように、発熱抵抗体２０は、芯部１１と外周部１２との間に配設されている。 The heat generation resistor 20 is a linear or band-shaped conductive member. The heat generation resistor 20 generates heat when an electric current flows, and heats the object to be heated via the ceramic body 10. The heat generation resistor 20 is embedded in the ceramic body 10 and extends from the end portion 14 of the ceramic body 10 toward the end portion 15. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the heat generating resistor 20 is arranged between the core portion 11 and the outer peripheral portion 12.
発熱抵抗体２０は、セラミック体１０の周方向に沿って端部１４と端部１５との間で繰り返して折り返して往復した形状の導体パターンを有している。すなわち、発熱抵抗体２０は、図３に示すように、複数の直線部分２１と複数の折り返し部分２２とを含むミアンダ状の導体パターンを有している。複数の直線部分２１は、セラミック体１０の長手方向に沿って延び、それぞれが間隙を介して並設されている。複数の折り返し部分２２は、セラミック体１０の長手方向に垂直な断面で見たときに、セラミック体１０の周方向に沿って延び、隣り合う直線部分２１の端部同士を接続している。折り返し部分２２は、本実施形態のように直線形状であってもよく、曲線形状であってもよい。発熱抵抗体２０の横断面は、本実施形態においては矩形状であるが、円形状、楕円形状等であってもよく、その他の形状であってもよい。 The heat generating resistor 20 has a conductor pattern having a shape of being repeatedly folded back and forth between the end portion 14 and the end portion 15 along the circumferential direction of the ceramic body 10. That is, as shown in FIG. 3, the heat generating resistor 20 has a meander-shaped conductor pattern including a plurality of straight portions 21 and a plurality of folded portions 22. The plurality of straight portions 21 extend along the longitudinal direction of the ceramic body 10, and each of them is arranged side by side with a gap. The plurality of folded portions 22 extend along the circumferential direction of the ceramic body 10 when viewed in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the ceramic body 10, and connect the ends of the adjacent straight portions 21 to each other. The folded-back portion 22 may have a linear shape or a curved shape as in the present embodiment. The cross section of the heat generating resistor 20 is rectangular in this embodiment, but may be circular, elliptical, or the like, or may have other shapes.
セラミック体１０は、発熱抵抗体２０を覆って外方に突出する凸部分１６と、凸部分１６より内方に窪んだ凹部分１７と、を有している。本実施形態においては、図２に示すように、セラミック体１０は円筒状の芯部１１と、芯部１１の外周面を覆う外周部１２とを備え、外周部１２が、発熱抵抗体２０を覆って外方に突出する凸部分１６と、凸部分１６より内方に窪んだ凹部分１７とを有している。セラミック体１０が発熱抵抗体２０を覆って外方に突出する凸部分１６と、凸部分１６より内方に窪んだ凹部分１７を有していることによって、凸部分１６での外径の変化率が小さくなり、繰り返される急速昇温にも耐えることができる耐久性に優れたヒータを提供することが可能である。なお、ここでいう「凸部分１６より内方に窪んだ」とは、凸部分１６より内方に位置する状態を含むものとする。また、発熱抵抗体がミアンダ状である場合には、複数の直線部分２１に沿って凸部分１６が設けられて、直線部分２１の間の間隙に沿って溝状に凹部分１７が設けられてもよい。この場合は、凸部分１６と凹部１７分が交互に位置しているため、より効率的に凸部分１６での外径の変化率が小さくなり、繰り返される急速昇温にも耐えることができる耐久性に優れたヒータを提供することが可能である。 The ceramic body 10 has a convex portion 16 that covers the heat generating resistor 20 and projects outward, and a concave portion 17 that is recessed inward from the convex portion 16. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the ceramic body 10 includes a cylindrical core portion 11 and an outer peripheral portion 12 that covers the outer peripheral surface of the core portion 11, and the outer peripheral portion 12 has a heat generating resistor 20. It has a convex portion 16 that covers and projects outward, and a concave portion 17 that is recessed inward from the convex portion 16. The change in the outer diameter of the convex portion 16 due to the fact that the ceramic body 10 has a convex portion 16 that covers the heat generating resistor 20 and protrudes outward and a concave portion 17 that is recessed inward from the convex portion 16. It is possible to provide a heater having a small rate and excellent durability that can withstand repeated rapid temperature rise. The term "recessed inward from the convex portion 16" as used herein includes a state in which the convex portion 16 is located inward. When the heat generating resistor has a meander shape, a convex portion 16 is provided along the plurality of straight portions 21, and a groove-shaped concave portion 17 is provided along the gap between the straight portions 21. May be good. In this case, since the convex portion 16 and the concave portion 17 minutes are alternately located, the rate of change in the outer diameter of the convex portion 16 is reduced more efficiently, and the durability is able to withstand repeated rapid temperature rise. It is possible to provide a heater having excellent properties.
発熱抵抗体２０は、高融点の金属を主成分とする導電性材料からなる。発熱抵抗体２０で用いられる導電性材料としては、例えば、タングステン、モリブデンまたはレニウム等を主成分とする導電性材料が挙げられる。発熱抵抗体２０は、セラミック体１０の形成材料を含んでいてもよい。また、発熱抵抗体２０の寸法は、例えば、幅を０．３ｍｍ〜２ｍｍ、厚みを０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍとされ、全長を５００ｍｍ〜５０００ｍｍと設定することができる。発熱抵抗体２０の寸法は、発熱抵抗体２０の発熱温度および発熱抵抗体２０に印加する電圧等に応じて適宜設定される。
＜引出導体＞
The heat generation resistor 20 is made of a conductive material containing a metal having a high melting point as a main component. Examples of the conductive material used in the heat generation resistor 20 include a conductive material containing tungsten, molybdenum, rhenium or the like as a main component. The heat generation resistor 20 may contain a material for forming the ceramic body 10. Further, the dimensions of the heat generating resistor 20 can be set, for example, to have a width of 0.3 mm to 2 mm, a thickness of 0.01 mm to 0.1 mm, and a total length of 500 mm to 5000 mm. The dimensions of the heat generation resistor 20 are appropriately set according to the heat generation temperature of the heat generation resistor 20, the voltage applied to the heat generation resistor 20, and the like.
<Drawer conductor>
引出導体３０は、セラミック体１０に埋設され、セラミック体１０の長手方向に延びる、線状または帯状の部材である。引出導体３０は、本実施形態においては、芯材１１と外周部１２との間に配設されている。引出導体３０の一方の端部は、発熱抵抗体２０に接続されている。また、引出導体３０の他方の端部は、発熱抵抗体２０に接続された一方の端部よりも、セラミック体１０の端部１５側に位置している。 The lead conductor 30 is a linear or strip-shaped member embedded in the ceramic body 10 and extending in the longitudinal direction of the ceramic body 10. In the present embodiment, the drawer conductor 30 is arranged between the core material 11 and the outer peripheral portion 12. One end of the lead conductor 30 is connected to the heating resistor 20. Further, the other end of the lead conductor 30 is located closer to the end 15 of the ceramic body 10 than the other end connected to the heat generating resistor 20.
引出導体３０は、高融点の金属を主成分とする導電性材料から成る。引出導体３０で用いられる導電性材料としては、例えば、タングステン、モリブデンまたはレニウム等を主成分とする導電性材料が挙げられる。引出導体３０は、セラミック体１０の形成材料を含んでいてもよい。 The lead conductor 30 is made of a conductive material containing a metal having a high melting point as a main component. Examples of the conductive material used in the lead conductor 30 include a conductive material containing tungsten, molybdenum, rhenium, or the like as a main component. The lead conductor 30 may contain a material for forming the ceramic body 10.
引出導体３０は、発熱抵抗体２０よりも単位長さ当たりの抵抗値が低くされていてもよい。引出導体３０は、セラミック体１０の形成材料の含有量を発熱抵抗体２０よりも少なくすることによって、発熱抵抗体２０よりも単位長さ当たりの抵抗値が低くされていてもよい。また、引出導体３０は、引出導体３０の横断面の面積を発熱抵抗体２０の横断面の面積よりも大きくすることによって、発熱抵抗体２０よりも単位長さ当たりの抵抗値が低くされていてもよい。
＜貫通導体＞
The lead conductor 30 may have a lower resistance value per unit length than the heat generating resistor 20. The lead conductor 30 may have a lower resistance value per unit length than the heat generating resistor 20 by making the content of the forming material of the ceramic body 10 lower than that of the heat generating resistor 20. Further, the lead conductor 30 has a lower resistance value per unit length than the heat generating resistor 20 by making the cross-sectional area of the lead conductor 30 larger than the cross-sectional area of the heat generating resistor 20. May be good.
<Through conductor>
貫通導体４０は、セラミック体１０の内部に配設され、セラミック体１０の径方向に延びている。本実施形態においては、貫通導体４０は、セラミック体１０を径方向に貫通している。貫通導体４０の一方の端面は、引出導体３０の発熱抵抗体２０に接続されていない端部側に接続され、貫通導体４０の他方の端面は、セラミック体１０の外周面１３に露出している。 The through conductor 40 is arranged inside the ceramic body 10 and extends in the radial direction of the ceramic body 10. In the present embodiment, the penetrating conductor 40 penetrates the ceramic body 10 in the radial direction. One end face of the through conductor 40 is connected to the end side of the lead conductor 30 that is not connected to the heat generating resistor 20, and the other end face of the through conductor 40 is exposed on the outer peripheral surface 13 of the ceramic body 10. ..
貫通導体４０は、高融点の金属を主成分とする導電性材料から成る。貫通導体４０で用いられる導電性材料としては、例えば、タングステン、モリブデンまたはレニウム等を主成分とする導電性材料が挙げられる。貫通導体４０は、セラミック体１０の形成材料を含んでいてもよい。
＜電極パッド＞
The through conductor 40 is made of a conductive material containing a high melting point metal as a main component. Examples of the conductive material used in the through conductor 40 include a conductive material containing tungsten, molybdenum, rhenium, or the like as a main component. The through conductor 40 may include a material for forming the ceramic body 10.
<Electrode pad>
電極パッド５０は、セラミック体１０の外周面１３に配設されている。電極パッド５０は、貫通導体４０の、セラミック体１０の外周面１３に露出している端面を覆っている。電極パッド５０には、リード端子が接合され、リード端子を介して、外部回路（外部電源）と電気的に接続される。 The electrode pad 50 is arranged on the outer peripheral surface 13 of the ceramic body 10. The electrode pad 50 covers the end surface of the through conductor 40 exposed on the outer peripheral surface 13 of the ceramic body 10. A lead terminal is joined to the electrode pad 50, and the electrode pad 50 is electrically connected to an external circuit (external power supply) via the lead terminal.
電極パッド５０は、導電性材料から成り、電極パッド５０で用いられる導電性材料としては、例えば、タングステン、モリブデン等からなる導電性材料が挙げられる。また、電極パッド５０の外表面には、例えば、ニッケル−ボロン、金等からなるめっき層が設けられていてもよい。電極パッド５０は、例えば、厚みが１０μｍ〜３００μｍであり、長さおよび幅が１ｍｍ〜１０ｍｍである。 The electrode pad 50 is made of a conductive material, and examples of the conductive material used in the electrode pad 50 include a conductive material made of tungsten, molybdenum, and the like. Further, the outer surface of the electrode pad 50 may be provided with a plating layer made of, for example, nickel-boron, gold, or the like. The electrode pad 50 has, for example, a thickness of 10 μm to 300 μm, and a length and width of 1 mm to 10 mm.
次に、本開示の第２実施形態に係るヒータについて図３を参照して説明する。本実施形態においては、第１実施形態と同様の構成要素には、第１実施形態と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施形態のヒータ１は、第１実施形態と同様に、セラミック体１０と、発熱抵抗体２０と、引出導体３０と、貫通導体４０と、電極パット５０を備える。 Next, the heater according to the second embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted. Similar to the first embodiment, the heater 1 of the present embodiment includes a ceramic body 10, a heat generating resistor 20, a lead conductor 30, a through conductor 40, and an electrode pad 50.
本実施形態のセラミック体１０は、芯部１１と外周部１２を備え、発熱抵抗体２０は、第１実施形態と同様に、芯部１１と外周部１２との間に配設されている。 The ceramic body 10 of the present embodiment includes a core portion 11 and an outer peripheral portion 12, and the heat generating resistor 20 is arranged between the core portion 11 and the outer peripheral portion 12 as in the first embodiment.
図４は、図２に示すＢ部の拡大図である。図４に示すように、本実施形態におけるセラミック体１０の外周部１２は、発熱抵抗体２０を覆って外方に突出する凸部分１６と、凸部分１６より内方に窪んだ凹部分１７とを有しており、凸部分１６の肉厚、すなわち、発熱抵抗体２０の表面から外周部１２の表面までの距離Ｌ１が、凹部分１７の肉厚、すなわち、芯部１１の表面から外周部１２の表面までの距離Ｌ２より短い。このように、発熱抵抗体との距離が遠いため加熱しても変形しにくい外周部１２の凹部分１７よりも、発熱抵抗体との距離が近いため加熱によって変形しやすい外周部１２の凸部分１６の肉厚を薄くすることで、セラミック体１０の外周部１２における熱膨張の割合が小さくなり、繰り返される急速昇温にも耐えることができる耐久性に優れたヒータを提供することが可能となる。 FIG. 4 is an enlarged view of a portion B shown in FIG. As shown in FIG. 4, the outer peripheral portion 12 of the ceramic body 10 in the present embodiment includes a convex portion 16 that covers the heat generating resistor 20 and protrudes outward, and a concave portion 17 that is recessed inward from the convex portion 16. the has an outer peripheral wall thickness of the convex portion 16, i.e., the distance L 1 from the surface of the heating resistor 20 to the surface of the outer peripheral portion 12, the thickness of the recessed portion 17, i.e., from the surface of the core portion 11 The distance to the surface of the portion 12 is shorter than L 2 . In this way, the convex portion of the outer peripheral portion 12 that is easily deformed by heating because the distance to the heat generating resistor is shorter than the concave portion 17 of the outer peripheral portion 12 that is difficult to be deformed even when heated because the distance from the heat generating resistor is long. By reducing the wall thickness of 16, the ratio of thermal expansion in the outer peripheral portion 12 of the ceramic body 10 is reduced, and it is possible to provide a heater having excellent durability that can withstand repeated rapid temperature rise. Become.
次に、本開示の第３実施形態に係るヒータ１について図５を参照して説明する。図５は、図１に示す切断面線Ｃ−Ｃで切断したときのヒータ１の縦断面図である。本実施形態においては、第１実施形態と同様の構成要素には、第１実施形態と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施形態のヒータ１は、第１実施形態と同様に、セラミック体１０と、発熱抵抗体２０と、引出導体３０と、貫通導体４０と、電極パッド５０を備える。 Next, the heater 1 according to the third embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of the heater 1 when cut along the cutting plane line CC shown in FIG. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted. Similar to the first embodiment, the heater 1 of the present embodiment includes a ceramic body 10, a heat generating resistor 20, a lead conductor 30, a through conductor 40, and an electrode pad 50.
本実施形態のセラミック体１０は、芯部１１と外周部１２とを備え、発熱抵抗体２０は、第１実施形態と同様に、芯部１１と外周部１２との間に配設されている。 The ceramic body 10 of the present embodiment includes a core portion 11 and an outer peripheral portion 12, and the heat generating resistor 20 is arranged between the core portion 11 and the outer peripheral portion 12 as in the first embodiment. ..
本実施形態において、発熱抵抗体２０は、第１実施形態と同様に、セラミック体１０の長手方向に沿って延びる複数の直線部分２１を有し、直線部分２１よりセラミック体１０の端部１４側における芯部１１の表面から、外周部１２の表面、すなわち、外周面１３までの距離Ｌ４が、直線部分２１が位置する芯部１１の表面から、外周部１２の表面、すなわち、外周面１３までの距離Ｌ３よりも短い。このように、本実施形態においては、外周部１２において、直線部分２１よりもセラミック体１０の端部１４側の部分から直線部分２１が位置する部分に向かって、外周面１３が突出している。そのため、急速昇温によっても、突出した部分が局部的に熱膨張し、端部１４には応力が集中することなく、これにより、繰り返される急速昇温にも耐えることができる耐久性に優れたヒータを提供することが可能となる。 In the present embodiment, the heat generating resistor 20 has a plurality of straight line portions 21 extending along the longitudinal direction of the ceramic body 10 as in the first embodiment, and the end portion 14 side of the ceramic body 10 is closer to the straight line portion 21. The distance L4 from the surface of the core portion 11 to the surface of the outer peripheral portion 12, that is, the outer peripheral surface 13 is from the surface of the core portion 11 where the straight line portion 21 is located to the surface of the outer peripheral portion 12, that is, the outer peripheral surface 13. Distance is shorter than L3. As described above, in the present embodiment, in the outer peripheral portion 12, the outer peripheral surface 13 projects from the portion on the end portion 14 side of the ceramic body 10 with respect to the straight portion portion 21 toward the portion where the straight portion 21 is located. Therefore, even with the rapid temperature rise, the protruding portion locally expands thermally, and the stress does not concentrate on the end portion 14, whereby the durability is excellent so that it can withstand repeated rapid temperature rise. It becomes possible to provide a heater.
本開示のヒータは、酸素センサ、局部洗浄装置、加熱式喫煙装置等に適用できる。 The heater of the present disclosure can be applied to an oxygen sensor, a local cleaning device, a heated smoking device, and the like.
図６は、本開示のヒータを用いた酸素センサの一つの実施例の概略を示す縦断面図である。酸素センサ１００は、ヒータ１０１と、ジルコニア素子１０２と、リード端子１０３と制御部１０４と、リード線１０５を備える。ジルコニア素子１０２は、片側が閉じた有底円筒状の形状をなす。酸素センサ１００は、ジルコニア素子１０２に、ヒータ１０１を挿入し、ジルコニア素子１０２の底面にヒータ１０１の一方端部を押しあてて、ヒータ１０１をジルコニア素子１０２に固定している。ジルコニア素子１０２は、ヒータ１０１のセラミック体のうち少なくとも発熱抵抗体が設けられている部分を覆い、ヒータ１０１の電極パッドは、ジルコニア素子１０２に覆われないように配置される。電極パッドに接合されるリード端子１０３は、圧着端子等で制御部１０４から延びているリード線１０５と接続され、固定される。ジルコニア素子１０２はハウジング１０６に固定され、排気ガスの配管等に取り付けられて用いられる。酸素センサ１００は、ジルコニア素子１０２の内側と外側に電極を設け、内側を大気、外側を排気ガスにさらして用いられる。 FIG. 6 is a vertical cross-sectional view showing an outline of an embodiment of an oxygen sensor using the heater of the present disclosure. The oxygen sensor 100 includes a heater 101, a zirconia element 102, a lead terminal 103, a control unit 104, and a lead wire 105. The zirconia element 102 has a bottomed cylindrical shape with one side closed. In the oxygen sensor 100, the heater 101 is inserted into the zirconia element 102, and one end of the heater 101 is pressed against the bottom surface of the zirconia element 102 to fix the heater 101 to the zirconia element 102. The zirconia element 102 covers at least the portion of the ceramic body of the heater 101 where the heat generation resistor is provided, and the electrode pad of the heater 101 is arranged so as not to be covered by the zirconia element 102. The lead terminal 103 joined to the electrode pad is connected to and fixed to the lead wire 105 extending from the control unit 104 by a crimp terminal or the like. The zirconia element 102 is fixed to the housing 106 and attached to an exhaust gas pipe or the like for use. The oxygen sensor 100 is used by providing electrodes on the inside and outside of the zirconia element 102, exposing the inside to the atmosphere and the outside to exhaust gas.
ヒータ１０１によって加熱されてジルコニア素子１０２が高温になると、ジルコニア素子１０２はイオン電導性を持ち、酸素濃度の高い大気側から酸素濃度の低い排気ガス側へ酸素イオン流が発生する。これにより、電極間に起電力が生じる。この特性を活かして、本実施例の酸素センサ１００は、例えば、排気ガスの空燃比コントロールができる。酸素センサ１００は、繰り返される急速昇温に対する耐久性が向上したヒータ１０１を備えていることによって、長期信頼性が向上している。 When the zirconia element 102 is heated by the heater 101 to a high temperature, the zirconia element 102 has ion conductivity, and an oxygen ion flow is generated from the atmosphere side having a high oxygen concentration to the exhaust gas side having a low oxygen concentration. As a result, an electromotive force is generated between the electrodes. Taking advantage of this characteristic, the oxygen sensor 100 of this embodiment can, for example, control the air-fuel ratio of exhaust gas. The oxygen sensor 100 is provided with a heater 101 having improved durability against repeated rapid temperature rise, thereby improving long-term reliability.
図７は、本開示のヒータを用いた局部洗浄装置の一つの実施例の概略を示す縦断面図である。局部洗浄装置２００は、ヒータ２０１とケース２０２と、フランジ部２０３とを備える。本開示の一つの実施形態であるヒータ２０１のセラミック体２１０は、両端が開放されたパイプ状をなしている。セラミック体２１０の内周面は、流路２０４aを規定し、セラミック体２１０の外周面と、ケース２０２の内周面は、流路２０４aと連通する流路２０４bを規定している。ケース２０２には、流出口２０５が配設され、流路２０４bと外部空間とを連通している。本実施例の局所洗浄装置２００においては、フランジ部側の開放部から流入した流体は、流路２０４aを通過し、その後２０４bに流入して、流出口２０５から外部に放出されるまでの間、ヒータ２０１によって、所定の温度まで加熱される。流体は、例えば、公共水道等の水源から供給される。加熱された流体は、例えば、人体局部の洗浄用に使用される。局部洗浄装置２００は、繰り返される急速昇温に対する耐久性が向上したヒータ２０１を備えていることによって、長期信頼性が向上している。 FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing an outline of one embodiment of the local cleaning device using the heater of the present disclosure. The local cleaning device 200 includes a heater 201, a case 202, and a flange portion 203. The ceramic body 210 of the heater 201, which is one embodiment of the present disclosure, has a pipe shape with both ends open. The inner peripheral surface of the ceramic body 210 defines the flow path 204a, and the outer peripheral surface of the ceramic body 210 and the inner peripheral surface of the case 202 define the flow path 204b communicating with the flow path 204a. An outlet 205 is provided in the case 202 to communicate the flow path 204b with the external space. In the local cleaning device 200 of this embodiment, the fluid flowing in from the open portion on the flange portion side passes through the flow path 204a, then flows into 204b, and is discharged from the outlet 205 to the outside. It is heated to a predetermined temperature by the heater 201. The fluid is supplied from a water source such as a public water supply. The heated fluid is used, for example, for cleaning local parts of the human body. The local cleaning device 200 is provided with a heater 201 having improved durability against repeated rapid temperature rise, thereby improving long-term reliability.
図８は、本開示のヒータを用いた加熱式喫煙装置３００の一つの実施例の概略を示す縦断面図である。加熱式喫煙装置３００において、本開示の一つの実施形態であるヒータ３０１は、有底円筒状をなしており、同じく有底円筒状の筐体３０２の内部に、ヒータ３０１の底部が筐体３０２の底部と当接するように配設されている。筐体３０２は、金属などに比べて熱伝導率が低い樹脂で構成されている。ヒータ３０１の開口部から、タバコＡを押し込み、ヒータ３０１によって、所定の温度まで加熱する。加熱式喫煙装置３００は、繰り返される急速昇温に対する耐久性が向上したヒータ３０１を備えていることによって、長期信頼性が向上している。 FIG. 8 is a vertical cross-sectional view showing an outline of one embodiment of the heat-not-burn smoking apparatus 300 using the heater of the present disclosure. In the heating type smoking device 300, the heater 301 according to one embodiment of the present disclosure has a bottomed cylindrical shape, and the bottom portion of the heater 301 is the housing 302 inside the bottomed cylindrical housing 302. It is arranged so as to be in contact with the bottom of the. The housing 302 is made of a resin having a lower thermal conductivity than metal or the like. Tobacco A is pushed in through the opening of the heater 301 and heated to a predetermined temperature by the heater 301. The heat-not-burn smoking apparatus 300 is provided with a heater 301 having improved durability against repeated rapid temperature rise, thereby improving long-term reliability.
１、１０１、２０１、３０１ ヒータ
１０ セラミック体
１１ 芯部
１２ 外周部
１３ 外周面
１４、１５ 端部
１６ 凸部分
１７ 凹部分
２０ 発熱抵抗体
２１ 直線部分
２２ 折り返し部分
３０ 引出導体
４０ 貫通導体
５０ 電極パッド
１００ 酸素センサ
１０２ ジルコニア素子
１０３ リード端子
１０４ 制御部
１０５ リード線
１０６ ハウジング
２００ 局部洗浄装置
２０２ ケース
２０３ フランジ部
２０４a、２０４b 流路
２０５ 流出口
３００ 加熱式喫煙装置
３０２ 筐体
Ａ タバコ
1, 101, 201, 301 Heater 10 Ceramic body 11 Core part 12 Outer peripheral part 13 Outer peripheral surface 14, 15 End part 16 Convex part 17 Concave part 20 Heat generation resistor 21 Straight part 22 Folded part 30 Drawer conductor 40 Through conductor 50 Electrode pad 100 Oxygen sensor 102 Zirconia element 103 Lead terminal 104 Control unit 105 Lead wire 106 Housing 200 Local cleaning device 202 Case 203 Flange part 204a, 204b Flow path 205 Outlet 300 Heating type smoking device 302 Housing A Tobacco
Claims (4)
該セラミック体に埋設された発熱抵抗体と、を備え、
前記セラミック体は、前記発熱抵抗体を覆って外方に突出する凸部分と、前記凸部分より内方に窪んだ凹部分と、を有することを特徴とするヒータ。 With a rod-shaped ceramic body
A heat-generating resistor embedded in the ceramic body is provided.
The ceramic body is a heater characterized by having a convex portion that covers the heat generation resistor and protrudes outward, and a concave portion that is recessed inward from the convex portion.
前記発熱抵抗体は、前記芯部と前記外周部との間に位置していることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。 The ceramic body has a rod-shaped core portion and an outer peripheral portion that covers the surface of the core portion.
The heater according to claim 1, wherein the heat generating resistor is located between the core portion and the outer peripheral portion.
前記直線部分より前記セラミック体の端部側における前記芯部の表面から前記外周部の表面までの距離が、前記直線部分が位置する前記芯部の表面から前記外周部の表面までの距離よりも短いことを特徴とする請求項３に記載のヒータ。 The heat generating resistor has a plurality of straight portions extending along the longitudinal direction of the ceramic body.
The distance from the surface of the core portion to the surface of the outer peripheral portion on the end side of the ceramic body from the straight portion is larger than the distance from the surface of the core portion where the straight portion is located to the surface of the outer peripheral portion. The heater according to claim 3, which is characterized by being short.
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