JP6272171B2 - heater - Google Patents
heater Download PDFInfo
- Publication number
- JP6272171B2 JP6272171B2 JP2014153415A JP2014153415A JP6272171B2 JP 6272171 B2 JP6272171 B2 JP 6272171B2 JP 2014153415 A JP2014153415 A JP 2014153415A JP 2014153415 A JP2014153415 A JP 2014153415A JP 6272171 B2 JP6272171 B2 JP 6272171B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic body
- ceramic
- graphite particles
- heater
- heating resistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
Description
本発明は、セラミック体とその内部に設けられた発熱抵抗体とを備えているヒータに関するものである。 The present invention relates to a heater including a ceramic body and a heating resistor provided therein.
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、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。
As a heater used for a gas range, an in-vehicle heating device, an oil fan heater, a glow plug of an automobile engine, or the like, for example, a ceramic heater disclosed in
特許文献1に開示されたセラミックヒータは、セラミック基体と、セラミック基体に埋設された発熱抵抗体と、発熱抵抗体に接続されてセラミック構造体の表面に引き出された電極部とを備えている。
The ceramic heater disclosed in
特許文献1に開示されたセラミックヒータを用いて気体燃料を燃焼させるためには、まず気体燃料に点火を行なう必要がある。気体燃料の点火は、発熱させたセラミックヒータの表面近傍に気体燃料と酸素とを供給することによって行なうことができる。このとき、気体燃料に比較して酸素の比率が少ない場合には、セラミックヒータの表面に酸素を十分に供給することができず、気体燃料の点火に長い時間を要する場合があった。
In order to burn gaseous fuel using the ceramic heater disclosed in
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、気体燃料の点火を素早く行なうことができるヒータを提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide a heater capable of quickly igniting gaseous fuel.
本発明の1つの態様に基づくヒータは、セラミック体と、該セラミック体の内部に設けられた発熱抵抗体とを備えており、前記セラミック体の表面にグラファイト粒子が分散して固着していることを特徴とする。 A heater according to one aspect of the present invention includes a ceramic body and a heating resistor provided inside the ceramic body, and graphite particles are dispersed and fixed on the surface of the ceramic body. It is characterized by.
本発明の1つの態様に基づくヒータによれば、セラミック体の表面にグラファイト粒子が分散して固着している。このように、グラファイト粒子が分散して固着していることによって、酸素をグラファイト粒子に吸着させることができる。その結果、点火に際してセラミック体の表面近傍において、グラファイト粒子が吸着した酸素を効果的に供給することができるので、気体燃料の点火を容易に行なうことができる。 According to the heater based on one aspect of the present invention, the graphite particles are dispersed and fixed on the surface of the ceramic body. Thus, oxygen can be adsorbed on the graphite particles by dispersing and fixing the graphite particles. As a result, the oxygen adsorbed by the graphite particles can be effectively supplied near the surface of the ceramic body at the time of ignition, so that the gaseous fuel can be easily ignited.
以下、本発明の実施形態の例のヒータについて図面を参照して説明する。 Hereinafter, a heater according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1または図2に示すように、本発明の実施形態の例のヒータ10は、内部に層構造を有するセラミック体1と、セラミック体1の層間に設けられた発熱抵抗体2と、発熱抵抗体2に接続された電極3とを備えている。ヒータ10は、例えば自動車エンジンのグロープラグまたはガスレンジ等に用いることができる。
As shown in FIG. 1 or FIG. 2, the
セラミック体1は、内部に発熱抵抗体2が埋設された絶縁性の部材である。セラミック体1は、複数のセラミック層が積層されてなる。セラミック体1の内部に発熱抵抗体2を設けることによって、発熱抵抗体2の耐環境性を向上させることができる。セラミック体1は、例えば棒状または板状の部材である。
The
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。
The
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Y2O3、Yb2O3またはEr2O3等の希土類元素酸化物、0.5〜5質量%のAl2O3および焼結体に含まれるSiO2の量が1.5〜5質量%となるように量が調整されたSiO2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。
The
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の厚みを1〜6mm、幅を2〜40mmに設定できる。
When the shape of the
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の層間に設けられている。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、ヒータ10が機能する。セラミック体1の表面から熱を伝えられることになる被加熱物としては、例えば天然ガス等が挙げられる。
The
発熱抵抗体2は、両端がセラミック体1の一端側の側面に引き出されている。なお、図2においては、発熱抵抗体2はセラミック体1の側面に引き出されていないように見えるが、実際には紙面に対して垂直な方向に引き出されている。発熱抵抗体2は、断面の形状が、例えば折り返し形状になっている。詳しくは、発熱抵抗体2は、2つの平行な直線状部分と、外周および内周が略半円形状または略半楕円形状であって2つの直線部分を折り返して繋ぐ連結部分とを有している。発熱抵抗体2はセラミック体1の他端付近で折り返している。発熱抵抗体2の全長は、例えば10〜50mmに設定される。
Both ends of the
発熱抵抗体2は、セラミック体1の他端側において大きく発熱するように設計されている。具体的には、発熱抵抗体2はセラミック体1の他端側において一端側よりも厚みが薄くなるように形成されることによって、他端側における単位長さ当たりの抵抗が大きくなっている。
The
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が
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の熱膨張率とを近付けることができる。
The
電極3は、リード4と共に外部電源と発熱抵抗体2とを電気的に接続するための部材である。電極3は、セラミック体1の一端側のうち発熱抵抗体2の引き出された部分のそれぞれに設けられており、それぞれが発熱抵抗体2の端部に電気的に接続されている。電極3は、例えば、鉄にニッケルを配合した合金から成る。電極3は、ロウ付けすることによってセラミック体1に設けられる。また、電極3にはリード4が取り付けられている。リード4は、例えば、ニッケルまたは銅等から成る棒状の部材である。リード4は溶接によって電極3に接合されている。
The
本実施形態のヒータ10は、セラミック体1の表面にグラファイト粒子5が分散して固着している。グラファイト粒子5は、球状の塊であって、大きさが例えば、1〜100μm、好ましくは15〜25μm程度である。また、ヒータ10の表面を見たときに、セラミック体1を構成するセラミック材料の粒子10〜100個に対してグラファイト粒子5が1個存在している程度の割合で、グラファイト粒子5は分散している。
In the
本実施形態のヒータ10は、セラミック体1の表面にグラファイト粒子5が分散して固着していることによって、酸素をグラファイト粒子5に吸着させることができる。その結果、点火に際してセラミック体1の表面近傍において、グラファイト粒子5が吸着した酸素を効率的に供給することができるので、気体燃料の点火を容易に行なうことができる。
The
これは以下の理由によるものであると考えられる。具体的には、sp2の混成軌道を有するグラファイトは、表面を安定化させるために、表面のダングリングボンドと周囲の酸素原子との間で(−C−O−C−)結合を形成する。このときに、グラファイト粒子5が酸素を取り込むことになる。さらに、上記の結合を切断して酸素をグラファイト粒子5から離脱させるためには約500℃以上の熱エネルギーが必要となるために、常温の環境下においては、安定して酸素原子を保持することができる。一方、気体燃料の点火を行なうために発熱抵抗体2を発熱させたときには、500℃以上の熱エネルギーを与えることによって、保持した酸素原子を容易に取り出すことができる。これらの理由から、セラミック体1の表面にグラファイト粒子5を設けることによって、酸素を吸着しておくことができ、かつ、点火の際には酸素を取り出すことができる。その結果、気体燃料の点火を容易に行なうことができる。
This is considered to be due to the following reasons. Specifically, graphite having sp 2 hybrid orbitals forms (—C—O—C—) bonds between surface dangling bonds and surrounding oxygen atoms in order to stabilize the surface. . At this time, the
さらに、グラファイト粒子5は、ヒータ10の表面の温度が常温の場合には、周囲に酸素があれば容易に酸素を取り込んで再びダングリングボンドを形成する性質がある。そのため、ヒータ10を繰り返し使用したとしても上記の効果を得ることができる。
Further, when the surface temperature of the
また、グラファイト粒子5は、セラミック体1のうち電極3が設けられた一端側よりも他端側において多く固着している。一端側においてグラファイト粒子5を少なくしておくことによって、グラファイト粒子5を介して2つの電極3間でショートしてしまうおそれを低減できる。また、他端側においてグラファイト粒子5を多くしておくことによって、電極3から離れたところにおいて、点火を行ないやすくすることができる。そのため、電極3の耐久性を向上させることができる。
Further, the
なお、図1に示すヒータのように、2つの電極3がセラミック体1の同一面上に設けられている場合には、セラミック体1の表面のうち2つの電極3の間の領域には、グラファイト粒子5が存在していないことが好ましい。これにより、グラファイト粒子5を介して2つの電極3間がショートしてしまうおそれを低減できる。セラミック体1のうち2つの電極3の間の領域においてグラファイト粒子5が存在しないようにするための方法として
は、例えば、セラミック体1の表面にグラファイト粒子5を設けてから、2つの電極3の間の領域に対してサンドブラスト等の処理を施してグラファイト粒子5を除去すればよい。
In the case where the two
グラファイト粒子5は、以下の方法でセラミック体1に固着させることができる。まず、平均粒径20μmのグラファイト粒子を紙の上に付着させたシートを準備する。また、焼成後にセラミック体1となるグリーンシートの積層体を準備する。そして、積層体の表面のうちグラファイト粒子5を固着させたい部分にシートのうちグラファイト粒子5が付着している面が接するようにして、シートを積層体に密着させる。この状態でホットプレスによって焼成する。このとき、焼成前のセラミック体1のセラミック粒子の粒径よりもグラファイト粒子5の粒径を大きくしておくことによって、セラミック体1が焼結するのに合わせてグラファイト粒子5をセラミック体1の表面に固着させることができる。
The
これは、以下の理由によるものである。具体的には、焼成前のセラミック体1の表面の粒子間の隙間にグラファイト粒子5を入り込ませて、この状態で焼成を行なうと、グラファイト粒子5がセラミック体1に挟みこまれた状態で焼結する。そして、グラファイト粒子5とセラミック体1との熱膨張率の差から、グラファイト粒子5を保持するような力がセラミック体1に発生することになる。そのため、グラファイト5がセラミック体1から容易に外れることを防ぐことができる。このようにして、グラファイト粒子5をセラミック体1の表面に固着させることができる。
This is due to the following reason. Specifically, when the
また、グラファイト粒子5を分散させておくことによって、グラファイト粒子5をセラミック体1の表面の全体に設ける場合と異なり、セラミック体1の表面において電流が流れてしまうことを抑制できる。具体的には、気体燃料を点火して燃焼させると炎の中にプラズマが形成されることになるが、このときにセラミック体1の表面の全体にグラファイト粒子5が設けられていると、グラファイト粒子5を介してヒータの表面にプラズマが広がることになる。この状態が長時間続くと、セラミック体1の表面がプラズマでエッチングされて、セラミック体1の表面に凹凸ができてしまうおそれがある。セラミック体1の表面に凹凸ができてしまうと、この凹凸を起点としてマイクロクラックが生じるおそれが高まり、ヒータ10の長期信頼性が低下してしまうおそれがある。逆に、グラファイト粒子5を分散させて設けることによって、セラミック体1の表面にプラズマが広がることを抑制できるので、ヒータ10の長期信頼性を向上できる。
Further, by dispersing the
また、グラファイト粒子5は、亀裂を有することが好ましい。これにより、グラファイト粒子5の表面積を増やすことができるので、より多くの酸素を取り込みやすくすることができる。グラファイト粒子5に亀裂を設ける方法としては、例えば、ホットプレスによる焼成を行なう前に、あらかじめグラファイト粒子5に物理的に力を加えることによって亀裂を生じさせておけばよい。
Moreover, it is preferable that the
1:セラミック体
2:発熱抵抗体
3:電極
4:リード
5:グラファイト粒子
10:ヒータ
1: Ceramic body 2: Heating resistor 3: Electrode 4: Lead 5: Graphite particle 10: Heater
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014153415A JP6272171B2 (en) | 2014-07-29 | 2014-07-29 | heater |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014153415A JP6272171B2 (en) | 2014-07-29 | 2014-07-29 | heater |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016031822A JP2016031822A (en) | 2016-03-07 |
JP6272171B2 true JP6272171B2 (en) | 2018-01-31 |
Family
ID=55442104
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014153415A Active JP6272171B2 (en) | 2014-07-29 | 2014-07-29 | heater |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6272171B2 (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5534111U (en) * | 1978-08-19 | 1980-03-05 | ||
JPS57117091U (en) * | 1981-01-13 | 1982-07-20 | ||
JPH02251015A (en) * | 1989-03-23 | 1990-10-08 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Ceramic heater for ignition |
CN104838724B (en) * | 2012-12-21 | 2017-03-08 | 京瓷株式会社 | Heater |
-
2014
- 2014-07-29 JP JP2014153415A patent/JP6272171B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016031822A (en) | 2016-03-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5989896B2 (en) | Ceramic heater | |
JP2009536780A (en) | Ceramic heating element | |
JP5409806B2 (en) | Ceramic heater | |
WO2012014872A1 (en) | Heater and glow plug provided with same | |
JP5438961B2 (en) | Ceramic heater and glow plug | |
US9291144B2 (en) | Heater and glow plug including the same | |
JP6272171B2 (en) | heater | |
JP2010506130A (en) | Ceramic heating element | |
JP6835604B2 (en) | heater | |
JP6027289B2 (en) | Heater and ignition device | |
JP6336849B2 (en) | Heater and ignition device provided with the same | |
JP5859827B2 (en) | heater | |
JP2020098801A (en) | Ceramic heater | |
JP5864301B2 (en) | Heater and glow plug equipped with the same | |
JP6027293B2 (en) | Ceramic heater and ignition device including the same | |
JP6199951B2 (en) | Heater and glow plug equipped with the same | |
WO2014003093A1 (en) | Heater and glow plug equipped with same | |
JP6006136B2 (en) | Gas ignition system | |
JP2015141858A (en) | heater | |
JP6673644B2 (en) | Ceramic heater | |
WO2019004286A1 (en) | Heater | |
JP6360341B2 (en) | Ceramic heater | |
JP3957969B2 (en) | Ceramic heater for in-vehicle heater | |
JP2014232677A (en) | Heater | |
JP2018185939A (en) | Heater and glow plug including the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170217 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20171128 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20171130 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20171228 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6272171 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |