JP4048655B2

JP4048655B2 - Ceramic heater

Info

Publication number: JP4048655B2
Application number: JP23633799A
Authority: JP
Inventors: 昭彦亀島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2019-08-24
Also published as: JP2001068254A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、燃焼式ヒータの着火源やディーゼルエンジンのグロープラグ等に用いられるセラミックヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のセラミックヒータとしては、例えば、ディーゼルエンジンの冷却水（温水）を加熱する燃焼式ヒータの着火源として用いられるものがある。このものは、一般に、通電によって発熱する発熱部を一端側に有し、この発熱部から他端側に延設された通電用のリード部を有するセラミック発熱体と、一端よりセラミック発熱体の一端側が露出し、他端よりセラミック発熱体の他端側が露出するように、セラミック発熱体を被覆する金属製のハウジングとを備えている。そして、このセラミックヒータの燃焼式ヒータへの取付は、燃焼室内に発熱部を露出させるように、ハウジングを燃焼式ヒータの適所へ固定することで行われる。
【０００３】
ここで、セラミック発熱体のリード部の一部（例えば、リード部における発熱部との接続側と反対側の端部）は、ハウジングの他端側に直接ろう付け等にて電気的に接続されたり、ハウジングの他端側に直接ろう付け等にて接合された取り出し部材に、直接電気的に接続されており、それによって、リード部と外部との電流の流通が可能となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のリード部の接続構成では、燃焼室内の熱や発熱部の自己発熱による熱が、ハウジングを介してリード部に直接伝達される。そのため、リード部が熱を受け、熱応力によってろう材が劣化するなどして、リード部がハウジングからはがれるという問題が発生する。また、ハウジングの他端側に直接ろう付け等にて接合された取り出し部材においても、同様にはがれの問題が生じる。
【０００５】
このような問題に対して、従来より、金属製リング状の電極取り出し部材にセラミック発熱体の他端側が挿入されるように、該電極取り出し部材をセラミック発熱体にはめ込み、この電極取り出し部材にリード部を接続させるとともに、該電極取り出し部材をハウジングから離し、ハウジングと接触させない構成としたものがある。この構成によれば、ハウジングからの熱をリード部に直接伝達させないことができる。
【０００６】
しかし、この電極取り出し部材を用いた構成では、該電極取り出し部材とハウジングとが非接触であるため、該電極取り出し部材がリード部との接続部位に位置するように、該電極取り出し部材をセラミック発熱体へ取り付けることが困難であった。即ち、電極取り出し部材とセラミック発熱体との位置決めが困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は上記事情に鑑み、通電用のリード部を有するセラミック発熱体をハウジングで被覆してなるセラミックヒータにおいて、該リード部に接続するためのリング状の電極取り出し部材をセラミック発熱体へ取り付ける際の位置決めを容易としつつ、該電極取り出し部材とハウジングとを直接接触させることのない構成を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、一端側に設けられた発熱部（２２）から他端側に向かって通電用のリード部（２３、２４）が延設されてなるセラミック発熱体（２０）と、このセラミック発熱体の他端側に設けられ該リード部の一部に電気的に接続されたリング状の電極取り出し部材（３０）と、両端より該セラミック発熱体の両端部が露出するように該セラミック発熱体を被覆するハウジング（１０）とを備えるセラミックヒータであって、該電極取り出し部材と該ハウジングとの間に、該ハウジングよりも熱伝導率が小さいスペーサ部材（６０）を、該電極取り出し部材及び該ハウジングに当接するように介在させたことを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、ハウジングよりも熱伝導率が小さいスペーサ部材を電極取り出し部材とハウジングとの間に介在させているため、ハウジングからの熱が直接電極取り出し部材に伝達されることなく、また、スペーサ部材はハウジングよりも熱伝導率が小さいため、ハウジングから電極取り出し部材への熱伝導が抑制される。
【００１０】
さらに、スペーサ部材を、電極取り出し部材及びハウジングに当接させているから、ハウジングに当接しているスペーサ部材に当接するまで電極取り出し部材をセラミック発熱体にはめ込めば、電極取り出し部材を所望の位置に配することができる。従って、本発明によれば、電極取り出し部材をセラミック発熱体へ取り付ける際の位置決めを容易としつつ、該電極取り出し部材とハウジングとを直接接触させることのない構成を実現することができる。
【００１１】
ここで、請求項２の発明のように、スペーサ部材（６０）を、セラミック発熱体（２０）の他端側が挿入可能なリング形状とすれば、該スペーサ部材をセラミック発熱体の他端側からはめ込むだけで、簡単に、スペーサ部材をセラミック発熱体に装着することができる。さらに、このようなリング状のスペーサ部材（６０）において、請求項３の発明のように、径方向の断面を略円形とすれば、スペーサ部材とセラミック発熱体及びハウジングとの接触面積を小さくすることができ、ハウジングからスペーサ部材及びセラミック発熱体への伝熱量をさらに低減できる。
【００１２】
また、請求項４の発明では、ハウジング（１０）に、その他端側の端面に開口する空間部１０ｃを形成し、スペーサ部材（６０）を、該空間部の開口部を覆うように該ハウジングに当接させたことを特徴としている。それによって、ハウジングにおけるスペーサ部材との当接部分に形成された空間部の分だけ、スペーサ部材とハウジングとの当接面積を減らして小さくすることができるため、ハウジングからスペーサ部材への伝熱量を小さくすることができる。
【００１３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。本実施形態は、寒冷地等においてディーゼル車のエンジン冷却水（温水）を加熱する燃焼式ヒータの着火源に用いられるセラミックヒータに本発明を具体化したものとして説明する。図１は本実施形態に係るセラミックヒータ１００の全体構成を示す概略断面図である。
【００１５】
セラミックヒータ１００は、切削加工等により形成された略筒状をなす耐熱性金属製（例えばステンレス製）のハウジング１０を有している。このハウジング１０の外周面には、セラミックヒータ１００を燃焼式ヒータの適所に固定するための雄ねじ部（取付部）１１及び六角部１２が形成されている。
【００１６】
また、ハウジング１０の内部に支持された棒状（本実施形態では円柱状）のセラミック発熱体２０は、ハウジング１０の一端１０ａよりセラミック発熱体２０の一端２０ａ側が露出し、ハウジング１０の他端１０ｂよりセラミック発熱体２０の他端２０ｂ側が露出するように、ハウジング１０により被覆されている。
【００１７】
セラミック発熱体２０は、その本体を区画形成する耐熱性及び絶縁性を有する耐熱性絶縁部２１と、この耐熱性絶縁部２１の内部に埋設された、導電性を有するＵ字状の発熱部２２及び発熱部２２の両端に接続された２本のリード線（本発明でいうリード部）２３、２４とから構成されている。発熱部２２は、セラミック発熱体２０の一端２０ａ側に配置され、２本のリード線２３、２４は、発熱部２２からセラミック発熱体２０の他端２０ｂ側に向かって直線状に延びている。各リード線２３、２４は、例えばタングステン等の導電性の線材よりなる。
【００１８】
ここで、セラミック発熱体２０の詳細構成を述べておく。セラミック発熱体２０の発熱部２２及び耐熱性絶縁部２１は、いずれも導電性セラミック粉末（本実施形態では、珪化モリブデンＭｏＳｉ2 粉末）と絶縁性セラミック粉末（本実施形態では、窒化珪素Ｓｉ3 Ｎ4 粉末）の混合物よりなり、且つ配合割合を同一にした焼結体により構成されている。但し、発熱部２２ではＭｏＳｉ2 粉末の平均粒径がＳｉ3 Ｎ4 粉末のそれよりも小さく、耐熱性絶縁部２１ではＭｏＳｉ2 粉末の平均粒径がＳｉ3 Ｎ4 粉末のそれと同じ若しくはそれよりも大きくしてある。即ち、各粉体の粒径を変更することにより発熱部２２と耐熱性絶縁部２１とを作り分けるようにしている。
【００１９】
上記構成を有するセラミック発熱体２０において、発熱部２２では、小径のＭｏＳｉ2 粉末（導電性セラミック粉末）が大径のＳｉ3 Ｎ4 粉末（絶縁性セラミック粉末）を取り囲んで互いに連なっており、それにより発熱部２２に電流が流れ、発熱部２２が発熱される。一方、耐熱性絶縁部２１では、大径のＭｏＳｉ2 粉末（導電性セラミック粉末）間に小径のＳｉ3 Ｎ4 粉末（絶縁性セラミック）が介在するため、両者は直列に並んだ状態となり発熱部２２に比べて抵抗が大きく絶縁層を形成する。
【００２０】
ここで、セラミック発熱体２０の製造方法としては、まず、ＭｏＳｉ2 粉末とＳｉ3 Ｎ4 粉末との混合物にバインダーを混練してペースト化し、発熱部２２及び耐熱性絶縁部２１を各々所望の形状に射出成形する。そして、発熱部２２にリード線２３、２４を接続したものを、耐熱性絶縁部２１で包み込むように配置して１７００〜１８００℃にてホットプレスした後、セラミック発熱体２０として円柱状に削り出す。さらに、セラミック発熱体２０の先端部において、耐熱性絶縁部２１を球状に切削加工する。これにより、発熱部２２はその全体が耐熱性絶縁部２１に埋設される。
【００２１】
このように製造されたセラミック発熱体２０においては、発熱部２２及びリード線２３、２４は、耐熱性絶縁部２１内に埋設されて強固に絶縁保持されている。そして、耐熱性絶縁部２１は、その外周面がハウジング１０の内周面に接合され、ハウジング１０に固定保持されている。ハウジング１０と耐熱性絶縁部２１との接合に用いる接合部材としては、ろう材（銀ろう、パラジウムろう、金ろう等）を用いることができる。
【００２２】
また、セラミック発熱体２０において発熱部２２に通電するための２本のリード線２３、２４は、それぞれ、ハウジング１０の他端１０ｂより露出するセラミック発熱体２０の他端２０ｂ側において、耐熱性絶縁部２１から一端が裸出している。ここで、一方のリード線２３は、他方のリード線２４よりもハウジング１０の他端１０ｂ寄りの部位に裸出している。
【００２３】
そして、耐熱性絶縁部２１のうち一方のリード線２３の一端が裸出する部位の外周には、金属製（例えばステンレス製）のリング（本発明でいう電極取り出し部材）３０が設けられ、耐熱性絶縁部２１のうち他方のリード線２４の一端が裸出する部位の外周には、金属製（例えばステンレス製）リング状のキャップ３１が設けられている。ここで、リング３０はセラミック発熱体２０（耐熱性絶縁部２１）に挿入されて配置され、キャップ３１はセラミック発熱体２０の他端２０ｂに被せられて配置されている。
【００２４】
そして、各リード線２３、２４は上記裸出部位において、それぞれリング３０、キャップ３１に銀ろう材等によって電気的に接続されている。また、セラミック発熱体２０（つまり耐熱性絶縁部２１）とリング３０及びキャップ３１とは銀ろう材等によってろう付けされている。
【００２５】
また、これらリング３０及びキャップ３１は、それぞれ導電性線材よりなる配線部材４０、４１と溶接やろう付け等によって電気的に接続されている。これら配線部材４０、４１は、図示しないが他の配線部材等を介して上記ディーゼル車のＥＣＵ等の外部回路に電気的に接続されるようになっている。また、５０はリング３０及びキャップ３１を被覆保護し、且つ、リング３０及びキャップ３１と配線部材４０、４１との接続部を被覆保護するためのチューブである。
【００２６】
さらに、本実施形態では、上記構成に加えて、リング３０とハウジング１０との間に、ハウジング１０よりも熱伝導率が小さいスペーサ（本発明でいうスペーサ部材）６０を介在させ、このスペーサ部材６０をリング３０及びハウジング１０に当接させた独自の構成としている。
【００２７】
本例では、スペーサ６０は、セラミック発熱体２０の他端２０ｂ側が挿入可能なリング形状で、その径方向断面が略矩形状となっている。また、ハウジング１０の他端１０ｂ即ち六角部１２の端面には、当該端面に開口する円環状の空間部１０ｃが形成されており、この空間部１０ｃによって、六角部１２の内周面とセラミック発熱体２０の外周面とが離間している。そして、スペーサ６０はセラミック発熱体２０に挿入され、空間部１０ｃの開口部を覆うように当該空間部１０ｃ内に収納されている。
【００２８】
このようなスペーサ６０の配置形態は次のようである。スペーサ６０の下端面の縁部が上記空間部１０ｃに形成された段部１０ｄに当接し、また、スペーサ６０の外周面が六角部１２の内周面と当接している。また、スペーサ６０の上端面はリング３０の下端面と当接している。即ち、スペーサ６０はリング３０及びハウジング１０に当接し、それによって支持されることで、両部材１０、３０の間に介在固定されている。よって、リング３０とハウジング１０とは直接接していない。
【００２９】
ここで、スペーサ６０は、アルミナ磁器、ガラス、石こう、陶器、れんが等のセラミックよりなり、焼結成形等にて作られる。また、金属製（例えばステンレス製）のリング３０及びハウジング１０は切削加工等にて作られる。本例では、スペーサ６０としてアルミナ磁器（熱伝導率は６ｋｃａｌ／ｍｈ℃）、リング３０及びハウジング１０としてＳＵＳ４３０（熱伝導率は７３．７ｋｃａｌ／ｍｈ℃）を採用している。なお、ハウジング１０が取り付けられる燃焼式ヒータの被取付部としては、例えばアルミニウム（熱伝導率は１７５ｋｃａｌ／ｍｈ℃）が用いられる。
【００３０】
次に、上記構成を有するセラミックヒータ１００の製造方法について、ろう材（銀ろう、パラジウムろう、金ろう等）を用いて各部材を接合する例を述べる。まず、発熱部２２がハウジング１０の一端１０ａから所定長さ露出するように、セラミック発熱体２０をハウジング１０に挿入し、治具等にて両者の位置を固定する。次に、ハウジング１０の空間部１０ｃにおける開口部から、ろう材を当該空間部１０ｃ内に配置する。
【００３１】
続いて、セラミック発熱体２０の他端２０ｂ側から、セラミック発熱体２０にスペーサ６０をはめ込んでいき、該空間部１０ｃ内にスペーサ６０を配置する。次に、セラミック発熱体２０の他端２０ｂ側から、スペーサ６０と当接するまでセラミック発熱体２０に対してリング３０をはめ込み、リング３０の上端面にろう材を配置する。さらに、セラミック発熱体２０の他端２０ｂにリング状のキャップ３１をはめ込み、当該他端２０ｂの端面にろう材を配置する。
【００３２】
この後、上記のようにろう材が各部に配置されたものを、熱処理する。すると、各部に配置されたろう材が、部材間の隙間に流れて当該隙間に行き渡る。そして、各部材間の隙間に行き渡ったろう材が固まることで、セラミック発熱体２０は、ハウジング１０、リング３０及びキャップ３１と接合される。このろう付け後、配線部材４０、４１のターミナルを、それぞれリング３０、キャップ３１に溶接する。
【００３３】
こうして、配線部材４０、４１とセラミック発熱体２０との電気的接合が為され、図１に示すセラミックヒータ１００が出来上がる。なお、セラミック発熱体２０とハウジング１０との接合は、耐熱性絶縁部２１の外周面にガラスコーティングを施したものをハウジング１０に挿入し、このガラスを溶融させることで行っても良い。
【００３４】
かかるセラミックヒータ１００においては、例えば、リング３０を介して一方のリード線２３と接続された配線部材４０をマイナス側、キャップ３１を介して他方のリード線２４と接続された配線部材４１をプラス側として、上記外部回路より電流を流す。すると、該電流が、配線部材４１、キャップ３１、リード線２４、発熱部２２、リード線２３、リング３０、配線部材４０の順に流れ、発熱部２２が通電され発熱するようになっている。
【００３５】
また、このセラミックヒータ１００は、上記燃焼式ヒータの被取付部（図示せず）に対して、燃焼室（図示せず）内に発熱部２２を露出させるように、ハウジング１０のねじ部１１を利用して取り付けられる。そして、上記の通電方法によって発熱部２２が通電により発熱することで、上記燃焼室内に存在する燃料（軽油）を燃焼させ、その燃焼熱によってディーゼル車のエンジン冷却水（温水）を加熱するようになっている。
【００３６】
ところで、本実施形態によれば、ハウジング１０よりも熱伝導率が小さいスペーサ６０をリング３０とハウジング１０との間に介在させているため、上記燃焼式ヒータの燃焼室内に発生する熱や発熱部２２の熱が、ハウジング１０から直接リング３０に伝達されることがない。また、スペーサ６０はハウジング１０よりも熱伝導率が小さいため、ハウジング１０からリング３０への熱伝導が抑制される。そのため、リング３０に接続された一方のリード線２３が熱応力によってリング３０から剥がれることを防止できる。
【００３７】
さらに、上述のように、スペーサ６０を、ハウジング１０に当接しているスペーサ６０に当接するまでセラミック発熱体２０にはめ込むことにより、リング３０を所望の位置である一方のリード線２３の上記裸出部位に位置させることができる。このように、本実施形態によれば、リング３０をセラミック発熱体２０へはめ込む際の両者の位置決めを容易としつつ、リング３０とハウジング１０とを直接接触させることのない構成を実現することができる。
【００３８】
また、図１に示すセラミックヒータ１００では、スペーサ６０をセラミック発熱体２０の他端２０ｂ側が挿入可能なリング形状としているため、スペーサ６０をセラミック発熱体２０の他端２０ｂ側からはめ込むことで、簡単に、スペーサ６０のセラミック発熱体２０への装着が為される。
【００３９】
また、図１に示すセラミックヒータ１００では、ハウジング１０に、その他端側の端面に開口する空間部１０ｃを形成し、スペーサ６０を、該空間部１０ｃの開口部を覆うようにハウジング１０に当接して配置している。そのため、ハウジング１０におけるスペーサ６０との当接部分に形成された空間部１０ｃの分だけ、スペーサ６０とハウジング１０との当接面積を減らして小さくすることができるため、ハウジング１０からスペーサ６０への伝熱量を小さくすることができる。
【００４０】
ここで、本実施形態におけるスペーサ６０の構成（形状及び配置形態）の変形例を図２及び図３に示す。図２は、スペーサ６０近傍の拡大概略断面図であり、図２において（ａ）は第１変形例、（ｂ）は第２変形例、（ｃ）は第３変形例を示す。図３は、第４変形例を示すもので、（ａ）はハウジング１０の他端１０ｂの端面を上方からみた図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面においてスペーサ６０の構成を示した図である。なお、図２及び図３共、チューブ５０は省略してある。
【００４１】
図２（ａ）に示す第１変形例では、ハウジング１０に、スペーサ６０とハウジング１０との当接面積を減らすための上記空間部を形成せずに、ハウジング１０の他端１０ｂの端面上にスペーサ６０を当接させて配置している。これにより、上記空間部の効果は持たない代わりに、上記空間部の形成が不要となるため、ハウジング１０の加工を簡素化できる。
【００４２】
また、図２（ｂ）に示す第２変形例では、リング形状のスペーサ６０において、径方向断面を上記図１のような矩形とせず、略円形としている。それにより、スペーサ６０とセラミック発熱体２０及びハウジング１０との接触面積を、図１よりも更に小さくすることができ、ハウジング１０からスペーサ６０及びセラミック発熱体２０への伝熱量を更に低減できる。
【００４３】
また、図２（ｃ）に示す第３変形例では、スペーサ６０を、図１に示すものと比べてハウジング１０の空間部１０ｃから一部がはみ出す程度まで大きいものとしている。それによって、熱伝導率の小さいスペーサ６０の効果が図１に比べて大きくなり、スペーサ６０からリング３０への伝熱量を、更に小さくすることができる。
【００４４】
また、図３に示す第４変形例では、ハウジング１０に形成される空間部１０ｃを、上記図１のようにセラミック発熱体２０周りの全周に形成した円環状とせず、セラミック発熱体２０周りの一部分に形成している（図示例では３個）。この場合も、ハウジング１０におけるスペーサ６０との当接部分に形成された空間部１０ｃの分だけ、スペーサ６０とハウジング１０との当接面積を減らして小さくすることができるため、ハウジング１０からスペーサ６０への伝熱量を小さくすることができる。なお、空間部１０ｃは、六角部１２の内周面とセラミック発熱体２０の外周面とが離間するように形成する必要はなく、ハウジング１０の他端１０ｂの端面を凹ました凹部として形成されていても良い。
【００４５】
（他の実施形態）
なお、スペーサ６０はリング状でなくとも、セラミック発熱体２０の外周面を挟むように設置でき、ハウジング１０とリング３０との間に介在して両部材１０、３０に当接できる形状であれば、どのような形状でも良い。例えば、スペーサ６０は半円形状、馬蹄形状、Ｕ字形状、Ｖ字形状等としてもよく、更には、円が複数の部位で分断された形の複数個のものから構成されていても良い。また、スペーサ６０は、導電性を有するものであっても導電性を有しないものでも良い。
【００４６】
また、本発明は、上記実施形態にて述べた燃焼式ヒータの着火源以外にも、ディーゼルエンジンの副燃焼室に取り付けられ余熱源として使用されるグロープラグ等に用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るセラミックヒータの全体概略断面図である。
【図２】上記実施形態の第１〜第３変形例を示す図である。
【図３】上記実施形態の第４変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０…ハウジング、１０ｃ…空間部、２０…セラミック発熱体、
２２…発熱部、２３、２４…リード線、３０…リング、６０…スペーサ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ceramic heater used for an ignition source of a combustion heater, a glow plug of a diesel engine, and the like.
[0002]
[Prior art]
As a conventional ceramic heater of this type, for example, there is one used as an ignition source for a combustion heater that heats cooling water (hot water) of a diesel engine. In general, a ceramic heating element having a heating part that generates heat upon energization at one end, a lead part for energization extending from the heating part to the other end, and one end of the ceramic heating element from one end And a metal housing that covers the ceramic heating element so that the other end side of the ceramic heating element is exposed from the other end. The ceramic heater is attached to the combustion heater by fixing the housing to an appropriate position of the combustion heater so that the heat generating portion is exposed in the combustion chamber.
[0003]
Here, a part of the lead portion of the ceramic heating element (for example, the end portion of the lead portion opposite to the connection side with the heat generating portion) is electrically connected to the other end side of the housing directly by brazing or the like. Or directly connected to a take-out member joined to the other end of the housing by brazing or the like, thereby allowing current to flow between the lead portion and the outside.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the connection configuration of the lead portion described above, heat in the combustion chamber and heat generated by self-heating of the heat generating portion are directly transmitted to the lead portion through the housing. For this reason, the lead part receives heat, and the brazing material is deteriorated due to the thermal stress, which causes a problem that the lead part is peeled off from the housing. Similarly, the removal member joined directly to the other end of the housing by brazing or the like also causes a problem of peeling.
[0005]
In order to solve such a problem, conventionally, the electrode extraction member is fitted into the ceramic heating element so that the other end side of the ceramic heating element is inserted into the metal ring-shaped electrode extraction member, and the lead is attached to the electrode extraction member. There is a configuration in which the electrode connecting member is separated from the housing and is not in contact with the housing. According to this configuration, heat from the housing can not be directly transmitted to the lead portion.
[0006]
However, in this configuration using the electrode take-out member, the electrode take-out member and the housing are not in contact with each other. Therefore, the electrode take-out member is placed in a ceramic heat generating unit so that the electrode take-out member is positioned at the connection portion with the lead portion. It was difficult to attach to the body. That is, it is difficult to position the electrode extraction member and the ceramic heating element.
[0007]
Therefore, in view of the above circumstances, the present invention provides a ceramic heater in which a ceramic heating element having a lead part for energization is covered with a housing, and a ring-shaped electrode extraction member for connection to the lead part is used as the ceramic heating element. It is an object of the present invention to realize a configuration in which positioning at the time of attachment is facilitated and the electrode takeout member and a housing are not brought into direct contact.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the ceramic in which the energization lead portions (23, 24) are extended from the heat generating portion (22) provided on one end side toward the other end side. A heating element (20), a ring-shaped electrode take-out member (30) provided on the other end of the ceramic heating element and electrically connected to a part of the lead portion, and both ends of the ceramic heating element from both ends A ceramic heater comprising a housing (10) that covers the ceramic heating element so that a portion is exposed, and a spacer member (having a lower thermal conductivity than the housing) between the electrode extraction member and the housing 60) is interposed so as to contact the electrode take-out member and the housing.
[0009]
According to the present invention, since the spacer member having a lower thermal conductivity than the housing is interposed between the electrode extraction member and the housing, heat from the housing is not directly transmitted to the electrode extraction member, Since the spacer member has a lower thermal conductivity than the housing, the heat conduction from the housing to the electrode extraction member is suppressed.
[0010]
Further, since the spacer member is in contact with the electrode extraction member and the housing, if the electrode extraction member is fitted into the ceramic heating element until it abuts on the spacer member in contact with the housing, the electrode extraction member is brought to a desired position. Can be arranged. Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a configuration in which the electrode take-out member and the housing are not brought into direct contact while facilitating positioning when the electrode take-out member is attached to the ceramic heating element.
[0011]
Here, if the spacer member (60) has a ring shape into which the other end of the ceramic heating element (20) can be inserted as in the invention of claim 2, the spacer member is removed from the other end of the ceramic heating element. The spacer member can be easily attached to the ceramic heating element simply by fitting. Further, in such a ring-shaped spacer member (60), if the radial cross section is substantially circular as in the invention of claim 3, the contact area between the spacer member, the ceramic heating element and the housing is reduced. The amount of heat transfer from the housing to the spacer member and the ceramic heating element can be further reduced.
[0012]
In the invention of claim 4, the housing (10) is formed with a space portion 10c that opens to the end face on the other end side, and the spacer member (60) is attached to the housing so as to cover the opening portion of the space portion. It is characterized by contact. As a result, the contact area between the spacer member and the housing can be reduced by the amount of the space portion formed in the contact portion with the spacer member in the housing, so that the amount of heat transfer from the housing to the spacer member can be reduced. Can be small.
[0013]
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments shown in the drawings will be described below. In the present embodiment, the present invention is described as a ceramic heater used as an ignition source of a combustion heater that heats engine cooling water (hot water) of a diesel vehicle in a cold district or the like. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a ceramic heater 100 according to the present embodiment.
[0015]
The ceramic heater 100 has a housing 10 made of heat-resistant metal (for example, made of stainless steel) having a substantially cylindrical shape formed by cutting or the like. On the outer peripheral surface of the housing 10, a male screw portion (attachment portion) 11 and a hexagonal portion 12 for fixing the ceramic heater 100 at an appropriate position of the combustion heater are formed.
[0016]
In addition, the rod-shaped (cylindrical in this embodiment) ceramic heating element 20 supported inside the housing 10 exposes one end 20a of the ceramic heating element 20 from one end 10a of the housing 10 and from the other end 10b of the housing 10. The ceramic heating element 20 is covered with the housing 10 so that the other end 20b side is exposed.
[0017]
The ceramic heating element 20 includes a heat-resistant insulating part 21 having heat resistance and insulating properties that define a main body, and a conductive U-shaped heating part 22 embedded in the heat-resistant insulating part 21. And two lead wires (lead portions referred to in the present invention) 23 and 24 connected to both ends of the heat generating portion 22. The heat generating part 22 is disposed on the one end 20a side of the ceramic heat generating element 20, and the two lead wires 23 and 24 extend linearly from the heat generating part 22 toward the other end 20b side of the ceramic heat generating element 20. Each lead wire 23, 24 is made of a conductive wire material such as tungsten.
[0018]
Here, the detailed configuration of the ceramic heating element 20 will be described. The heating part 22 and the heat-resistant insulating part 21 of the ceramic heating element 20 are both conductive ceramic powder (in this embodiment, molybdenum silicide MoSi2 powder) and insulating ceramic powder (in this embodiment, silicon nitride Si3 N4 powder). And a sintered body having the same blending ratio. However, in the heat generating part 22, the average particle diameter of the MoSi2 powder is smaller than that of the Si3 N4 powder, and in the heat resistant insulating part 21, the average particle diameter of the MoSi2 powder is the same as or larger than that of the Si3 N4 powder. That is, the heat generating portion 22 and the heat resistant insulating portion 21 are separately formed by changing the particle size of each powder.
[0019]
In the ceramic heating element 20 having the above-described configuration, in the heating part 22, the small-diameter MoSi2 powder (conductive ceramic powder) surrounds the large-diameter Si3 N4 powder (insulating ceramic powder) and is connected to each other. A current flows through 22 and the heat generating part 22 generates heat. On the other hand, in the heat-resistant insulating part 21, since the small-diameter Si3 N4 powder (insulating ceramic) is interposed between the large-diameter MoSi2 powder (conductive ceramic powder), both are arranged in series and compared to the heat-generating part 22. As a result, the insulation layer is formed with high resistance.
[0020]
Here, as a manufacturing method of the ceramic heating element 20, first, a binder is kneaded into a mixture of MoSi2 powder and Si3 N4 powder to form a paste, and the heating part 22 and the heat-resistant insulating part 21 are each injection molded into a desired shape. To do. And what connected the lead wires 23 and 24 to the heat generating part 22 is arrange | positioned so that it may wrap with the heat resistant insulating part 21, and after hot-pressing at 1700-1800 degreeC, it cuts out into a cylindrical shape as the ceramic heat generating body 20. . Further, the heat-resistant insulating portion 21 is cut into a spherical shape at the tip portion of the ceramic heating element 20. As a result, the entire heat generating portion 22 is embedded in the heat resistant insulating portion 21.
[0021]
In the ceramic heating element 20 manufactured in this way, the heat generating part 22 and the lead wires 23 and 24 are embedded in the heat resistant insulating part 21 and are firmly insulated and held. The outer peripheral surface of the heat resistant insulating portion 21 is joined to the inner peripheral surface of the housing 10 and is fixedly held by the housing 10. A brazing material (silver brazing, palladium brazing, gold brazing, etc.) can be used as a joining member used for joining the housing 10 and the heat resistant insulating portion 21.
[0022]
Further, the two lead wires 23 and 24 for energizing the heat generating portion 22 in the ceramic heat generating body 20 are respectively heat-resistant insulated on the other end 20 b side of the ceramic heat generating body 20 exposed from the other end 10 b of the housing 10. One end is bare from the portion 21. Here, one lead wire 23 is bare at a portion closer to the other end 10 b of the housing 10 than the other lead wire 24.
[0023]
A metal (for example, stainless steel) ring (electrode extraction member) 30 is provided on the outer periphery of the portion where one end of one lead wire 23 of the heat resistant insulating portion 21 is bare, A metal (for example, stainless steel) ring-shaped cap 31 is provided on the outer periphery of a portion of the conductive insulating portion 21 where one end of the other lead wire 24 is bare. Here, the ring 30 is inserted and disposed in the ceramic heating element 20 (heat resistant insulating portion 21), and the cap 31 is disposed so as to cover the other end 20b of the ceramic heating element 20.
[0024]
The lead wires 23 and 24 are electrically connected to the ring 30 and the cap 31, respectively, by a silver brazing material or the like at the bare portion. Further, the ceramic heating element 20 (that is, the heat resistant insulating portion 21), the ring 30 and the cap 31 are brazed with a silver brazing material or the like.
[0025]
The ring 30 and the cap 31 are electrically connected to the wiring members 40 and 41 made of conductive wires, respectively, by welding, brazing, or the like. These wiring members 40 and 41 are electrically connected to an external circuit such as an ECU of the diesel vehicle through other wiring members (not shown). Reference numeral 50 denotes a tube that covers and protects the ring 30 and the cap 31 and covers and protects the connection portion between the ring 30 and the cap 31 and the wiring members 40 and 41.
[0026]
Further, in the present embodiment, in addition to the above configuration, a spacer (spacer member in the present invention) 60 having a thermal conductivity smaller than that of the housing 10 is interposed between the ring 30 and the housing 10. The ring 30 and the housing 10 are in a unique configuration.
[0027]
In this example, the spacer 60 has a ring shape in which the other end 20b side of the ceramic heating element 20 can be inserted, and the radial cross section thereof has a substantially rectangular shape. The other end 10b of the housing 10, that is, the end surface of the hexagonal portion 12, is formed with an annular space portion 10c that opens to the end surface. The space portion 10c causes the inner peripheral surface of the hexagonal portion 12 and the ceramic heat generation. The outer peripheral surface of the body 20 is separated. The spacer 60 is inserted into the ceramic heating element 20 and is accommodated in the space 10c so as to cover the opening of the space 10c.
[0028]
The arrangement form of the spacer 60 is as follows. The edge portion of the lower end surface of the spacer 60 is in contact with the stepped portion 10d formed in the space portion 10c, and the outer peripheral surface of the spacer 60 is in contact with the inner peripheral surface of the hexagonal portion 12. The upper end surface of the spacer 60 is in contact with the lower end surface of the ring 30. That is, the spacer 60 abuts on the ring 30 and the housing 10 and is supported thereby, so that the spacer 60 is interposed and fixed between the members 10 and 30. Therefore, the ring 30 and the housing 10 are not in direct contact.
[0029]
Here, the spacer 60 is made of ceramic such as alumina porcelain, glass, gypsum, earthenware, and brick, and is made by sintering or the like. Further, the metal ring 30 and the housing 10 (for example, made of stainless steel) are manufactured by cutting or the like. In this example, alumina porcelain (thermal conductivity is 6 kcal / mh ° C.) is used as the spacer 60, and SUS430 (thermal conductivity is 73.7 kcal / mh ° C.) is used as the ring 30 and the housing 10. In addition, as a to-be-attached part of the combustion type heater to which the housing 10 is attached, for example, aluminum (thermal conductivity is 175 kcal / mh ° C.) is used.
[0030]
Next, an example in which each member is joined using a brazing material (silver brazing, palladium brazing, gold brazing, etc.) will be described with respect to a method of manufacturing the ceramic heater 100 having the above-described configuration. First, the ceramic heating element 20 is inserted into the housing 10 so that the heat generating portion 22 is exposed for a predetermined length from the one end 10a of the housing 10, and the position of both is fixed with a jig or the like. Next, the brazing material is disposed in the space portion 10 c from the opening in the space portion 10 c of the housing 10.
[0031]
Subsequently, the spacer 60 is fitted into the ceramic heating element 20 from the other end 20b side of the ceramic heating element 20, and the spacer 60 is disposed in the space portion 10c. Next, the ring 30 is fitted into the ceramic heating element 20 from the other end 20 b side of the ceramic heating element 20 until it contacts the spacer 60, and a brazing material is disposed on the upper end surface of the ring 30. Further, a ring-shaped cap 31 is fitted into the other end 20b of the ceramic heating element 20, and a brazing material is disposed on the end face of the other end 20b.
[0032]
Thereafter, the brazing material arranged in each part as described above is heat-treated. Then, the brazing material arranged in each part flows into the gap between the members and reaches the gap. The ceramic heating element 20 is joined to the housing 10, the ring 30, and the cap 31 by hardening the brazing material that has spread over the gaps between the members. After this brazing, the terminals of the wiring members 40 and 41 are welded to the ring 30 and the cap 31, respectively.
[0033]
Thus, the electrical connection between the wiring members 40 and 41 and the ceramic heating element 20 is performed, and the ceramic heater 100 shown in FIG. 1 is completed. The ceramic heating element 20 and the housing 10 may be joined by inserting a glass coating on the outer peripheral surface of the heat resistant insulating portion 21 into the housing 10 and melting the glass.
[0034]
In the ceramic heater 100, for example, the wiring member 40 connected to one lead wire 23 via the ring 30 is on the minus side, and the wiring member 41 connected to the other lead wire 24 via the cap 31 is on the plus side. Then, a current is supplied from the external circuit. Then, the current flows in the order of the wiring member 41, the cap 31, the lead wire 24, the heat generating portion 22, the lead wire 23, the ring 30, and the wiring member 40, and the heat generating portion 22 is energized to generate heat.
[0035]
Further, the ceramic heater 100 has the screw portion 11 of the housing 10 so that the heat generating portion 22 is exposed in the combustion chamber (not shown) with respect to the attached portion (not shown) of the combustion heater. Installed using. Then, the heat generating part 22 generates heat by energization by the above energization method, so that the fuel (light oil) existing in the combustion chamber is combusted, and the engine cooling water (hot water) of the diesel vehicle is heated by the combustion heat. It has become.
[0036]
By the way, according to the present embodiment, the spacer 60 having a thermal conductivity smaller than that of the housing 10 is interposed between the ring 30 and the housing 10, so that the heat generated in the combustion chamber of the combustion heater and the heat generating portion. No 22 heat is transferred directly from the housing 10 to the ring 30. Further, since the spacer 60 has a lower thermal conductivity than the housing 10, the heat conduction from the housing 10 to the ring 30 is suppressed. Therefore, it is possible to prevent one lead wire 23 connected to the ring 30 from being peeled off from the ring 30 due to thermal stress.
[0037]
Further, as described above, the spacer 30 is fitted into the ceramic heating element 20 until it abuts against the spacer 60 abutting against the housing 10, so that the ring 30 is exposed to the one lead wire 23 at a desired position. It can be located at the site. Thus, according to the present embodiment, it is possible to realize a configuration in which the ring 30 and the housing 10 are not brought into direct contact while facilitating the positioning of the ring 30 when fitted into the ceramic heating element 20. .
[0038]
Further, in the ceramic heater 100 shown in FIG. 1, since the spacer 60 has a ring shape that can be inserted into the other end 20b of the ceramic heating element 20, it is easy to fit the spacer 60 from the other end 20b of the ceramic heating element 20. Further, the spacer 60 is attached to the ceramic heating element 20.
[0039]
Further, in the ceramic heater 100 shown in FIG. 1, the housing 10 is formed with a space portion 10c that opens to the end face on the other end side, and the spacer 60 is brought into contact with the housing 10 so as to cover the opening portion of the space portion 10c. Arranged. Therefore, the contact area between the spacer 60 and the housing 10 can be reduced by the space portion 10c formed in the contact portion with the spacer 60 in the housing 10, so that the space from the housing 10 to the spacer 60 can be reduced. The amount of heat transfer can be reduced.
[0040]
Here, the modification of the structure (shape and arrangement | positioning form) of the spacer 60 in this embodiment is shown in FIG.2 and FIG.3. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of the vicinity of the spacer 60. In FIG. 2, (a) shows a first modification, (b) shows a second modification, and (c) shows a third modification. 3A and 3B show a fourth modification, in which FIG. 3A is a view of the end surface of the other end 10b of the housing 10 as viewed from above, and FIG. 3B shows the configuration of the spacer 60 in the AA cross section of FIG. It is a figure. 2 and 3, the tube 50 is omitted.
[0041]
In the first modified example shown in FIG. 2A, the space 10 for reducing the contact area between the spacer 60 and the housing 10 is not formed in the housing 10 on the end surface of the other end 10b of the housing 10. The spacer 60 is disposed in contact therewith. Thereby, instead of having the effect of the space portion, it is not necessary to form the space portion, so that the processing of the housing 10 can be simplified.
[0042]
In the second modification shown in FIG. 2B, the radial cross section of the ring-shaped spacer 60 is not a rectangle as shown in FIG. Thereby, the contact area between the spacer 60 and the ceramic heating element 20 and the housing 10 can be made smaller than that in FIG. 1, and the amount of heat transfer from the housing 10 to the spacer 60 and the ceramic heating element 20 can be further reduced.
[0043]
Moreover, in the 3rd modification shown in FIG.2 (c), the spacer 60 shall be large to such an extent that a part protrudes from the space part 10c of the housing 10 compared with the thing shown in FIG. Thereby, the effect of the spacer 60 having a low thermal conductivity is increased as compared with FIG. 1, and the amount of heat transfer from the spacer 60 to the ring 30 can be further reduced.
[0044]
Further, in the fourth modification shown in FIG. 3, the space 10 c formed in the housing 10 is not formed in an annular shape around the ceramic heating element 20 as shown in FIG. 1, but around the ceramic heating element 20. (Three in the illustrated example). Also in this case, since the contact area between the spacer 60 and the housing 10 can be reduced by the amount of the space portion 10c formed in the contact portion with the spacer 60 in the housing 10, the spacer 60 from the housing 10 can be reduced. The amount of heat transfer to can be reduced. The space portion 10c does not need to be formed so that the inner peripheral surface of the hexagonal portion 12 and the outer peripheral surface of the ceramic heating element 20 are separated from each other, and is formed as a concave portion in which the end surface of the other end 10b of the housing 10 is recessed. May be.
[0045]
(Other embodiments)
The spacer 60 may be installed so as to sandwich the outer peripheral surface of the ceramic heating element 20 without being in a ring shape, and may be interposed between the housing 10 and the ring 30 so as to be in contact with both the members 10 and 30. Any shape is acceptable. For example, the spacer 60 may have a semicircular shape, a horseshoe shape, a U shape, a V shape, or the like, and may further include a plurality of circular shapes divided at a plurality of portions. Further, the spacer 60 may be conductive or may not be conductive.
[0046]
In addition to the ignition source of the combustion heater described in the above embodiment, the present invention can also be used for a glow plug that is attached to the auxiliary combustion chamber of a diesel engine and used as a residual heat source.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic cross-sectional view of a ceramic heater according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing first to third modifications of the embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a fourth modification of the embodiment.
[Explanation of symbols]
10 ... housing, 10c ... space, 20 ... ceramic heating element,
22 ... heating part, 23, 24 ... lead wire, 30 ... ring, 60 ... spacer.

Claims

A ceramic heating element (20) having a heat generating part (22) that generates heat by energization at one end, and an energization lead part (23, 24) extending from the heat generating part to the other end;
The other end side of the ceramic heating element is inserted, and a ring-shaped electrode extraction member (30) electrically connected to a part of the lead portion;
A ceramic heater comprising a housing (10) for covering and holding the ceramic heating element such that one end side of the ceramic heating element is exposed from one end and the electrode extraction member is exposed from the other end,
Between the electrode extraction member and the housing, a spacer member (60) having a lower thermal conductivity than the housing is interposed,
The spacer member is in contact with the electrode extraction member and the housing.

The ceramic heater according to claim 1, wherein the spacer member (60) has a ring shape into which the other end of the ceramic heating element (20) can be inserted.

The ceramic heater according to claim 2, wherein the spacer member (60) has a substantially circular cross section in the radial direction.

The housing (10) is formed with a space (10c) that opens to the end face on the other end side,
The ceramic heater according to any one of claims 1 to 3, wherein the spacer member (60) is in contact with the housing so as to cover an opening of the space portion.

The ceramic heater according to any one of claims 1 to 4, wherein the housing (10) is made of a heat-resistant metal, and the spacer member (60) is made of ceramic.