JP6437865B2 - heater - Google Patents
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Description
本発明は、ヒータに関するものである。 The present invention relates to a heater.
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。
As a heater used in a gas range, an in-vehicle heating device, an oil fan heater, a glow plug of an automobile engine, or the like, a heater in which a heating element is provided inside a ceramic body is known. An example of the heater is a ceramic heater disclosed in
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。
The heater disclosed in
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。
However, in the heater described in
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、該延設部のうち内周面側に温度ヒューズの一部が設けられており、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。
A heater according to one aspect of the present invention includes a rod-shaped ceramic body, a heating resistor embedded at least on a front end side of the ceramic body, and the heating resistor fitted to a rear end side of the ceramic body. A metal cylinder electrically connected to the metal cylinder, the metal cylinder having an extending portion extending rearward from the rear end surface of the ceramic body, and an inner peripheral surface of the extending portion. A part of the thermal fuse is provided on the side , and the extending portion is thick so that at least a part of the rear end surface side of the ceramic body increases in thickness toward the inner peripheral surface side, and the ceramic body The rear end surface is in contact with the end surface of the extending portion .
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。 According to the heater based on one aspect of the present invention, heat can be quickly transferred from the ceramic body to the thermal fuse via the metal cylinder by providing the above configuration. Therefore, the thermal fuse can be operated quickly.
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。
As shown in FIG. 1, the
<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。
<
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の断面は、例えば厚さ1〜6mm、幅2〜40mmの四角形に設定される。
When the shape of the
<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。
<Heat-generating
The
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。
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。
The
<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。
<
The
The
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。
In the
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。
The extending
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。
The
<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。
<
The
<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。
<
The
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。
In the
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。
Further, since a part of the
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。
Further, the extending
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。
Further, in the portion of the extended
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。
Furthermore, the thickness of the
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。
Further, a part of the extended
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
1: Ceramic body 2: Heating resistor 21: Electrode pattern 3: Metal cylinder 31: Ceramic body holding part 32: Extension part 33: Thermal fuse holding part 4: Thermal fuse 5: Metal case 51: Reduced diameter part 10: Heater
Claims (4)
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ヒータ。 A rod-shaped ceramic body, a heating resistor embedded at least on the front end side of the ceramic body, and a metal tube fitted to the rear end side of the ceramic body and electrically connected to the heating resistor The metal cylinder has an extending portion extending rearward from the rear end surface of the ceramic body, and a part of the thermal fuse is provided on the inner peripheral surface side of the extending portion. And
The extending portion is thick so that at least a part of the rear end surface side of the ceramic body increases in thickness toward the inner peripheral surface side, and the rear end surface of the ceramic body is in contact with the end surface of the extending portion. The heater characterized by having.
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、 In the portion where the thermal fuse is provided in the extended portion, the metal tube and the thermal fuse are electrically connected, and
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記載のヒータ。 The thermal fuse is thick so that the thickness increases on the inner peripheral surface side of the metal cylinder so that the connecting portion with the extended portion of the thermal fuse is located on the extended line of the central axis of the ceramic body. The heater as described.
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