JP6987716B2 - ヒータ - Google Patents

Description

本開示は、例えば、燃焼式車載暖房装置、石油ファンヒータ、自動車エンジンのグロープラグ、酸素センサ等の各種センサまたは測定機器に利用されるヒータに関するものである。

ヒータとして、例えば特許文献１に記載のヒータが知られている。特許文献１に記載のヒータは、内部に発熱抵抗体が埋設された棒状のセラミック体と、セラミック体の一端側を囲むように取り付けられた金属の筒状部材と、セラミック体および筒状部材の間に設けられた導電部材とを備えている。導電部材は、セラミック体の周方向を囲むように設けられている。

特開２０１２−３３３４０号公報

このようなヒータにおいては、セラミック体と筒状部材とが周方向にずれるような外力が加わることおそれがあった。このとき、筒状部材とセラミック体との間に設けられた導電部材に応力が生じるおそれがあった。その結果、ヒータの耐久性を高めることが困難であった。

本開示のヒータは、先端および後端を有する棒状のセラミック体と、該セラミック体に埋設されており、一端が該セラミック体の側面に引き出された発熱抵抗体と、前記セラミック体の側面に設けられて、前記発熱抵抗体の前記一端を覆う導電部材と、筒状であって、前記セラミック体の側面の一部および前記導電部材を覆う筒状部材とを備えており、前記導電部材は、前記セラミック体の側面を周方向に囲むように設けられており、前記セラミック体の軸方向に伸びる凸部を有していることを特徴とする。

本開示のヒータによれば、ヒータの耐久性を高めることができる。

本開示のヒータの例を示す断面図である。 図１に示すヒータの一部を示す平面図である。 ヒータの別の例を示す平面図である。 ヒータの別の例を示す平面図である。 ヒータの別の例を示す平面図である。 ヒータの別の例を示す平面図である。 ヒータの別の例を示す平面図である。 ヒータの別の例を示す断面図である。 ヒータの別の例を示す断面図である。

本開示のヒータ１０の一例について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本開示の一例であるヒータ１０を示す断面図である。図１に示すように、ヒータ１０は、棒状のセラミック体１と、セラミック体１の内部に位置する発熱抵抗体２と、セラミック体１の側面に設けられた導電部材３と、セラミック体１を覆う筒状部材４とを備えている。

セラミック体１は、長手方向を有する棒状の部材である。セラミック体１は、先端と後端とを有している。セラミック体１は、例えば角棒状または丸棒状である。セラミック体１の材質は、例えば酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物セラミックスまたは窒化珪素質セラミックス等の電気的に絶縁性を有するセラミックスにすることができる。セラミック体１の寸法は、例えばセラミック体１の形状が丸棒状のときは、長さを２０〜５０ｍｍに、直径を３〜５ｍｍにすることができる。

発熱抵抗体２は、通電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の内部に位置している。発熱抵抗体２は、例えば線状のまたは帯状の部材であって、折返し形状を有していてもよい。

発熱抵抗体２は、一端がセラミック体１の側面に引き出されている。発熱抵抗体２は、例えば、端部がセラミック体１の後端に引き出されていてもよい。この場合は、セラミック体１の後端にリード端子５が接続されており、これにより発熱抵抗体２が通電していてもよい。

発熱抵抗体２の材質は、例えばタングステン、モリブデンまたはチタンなどの炭化物、窒化物または珪化物を有していてもよい。発熱抵抗体２は、セラミック体１の形成材料を含んでいてもよい。発熱抵抗体２の寸法は、例えば全長を１〜４０ｍｍ、断面積を０．１５〜３ｍｍ^２にすることができる。

導電部材３は、発熱抵抗体２と筒状部材４とを電気的に接続する部材である。導電部材３は、セラミック体１の側面において、セラミック体１の側面を周方向に囲むように設けられている。また、導電部材３は、発熱抵抗体２のうちセラミック体１の側面に引き出された一端を覆っている。これにより、導電部材３と発熱抵抗体２とを電気的に接続することができる。

導電部材３は、例えばＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉにニッケルを被覆して拡散させた材料またはニッケル等の材料を有していてもよい。導電部材３の寸法は、例えば厚みを０．０１〜０．２ｍｍに、セラミック体１の長手方向の長さを１０〜４０ｍｍにすることができる。

筒状部材４は、セラミック体１を保持するための部材である。筒状部材４は、セラミック体１の側面の一部と導電部材３とを覆うように位置している。筒状部材４は、導電部材３を介して、発熱抵抗体２に電気的に接続されている。これにより、発熱抵抗体２を通電させることができる。筒状部材４の材質は、例えば鉄、クロムまたはニッケル等の金属からなる。筒状部材４の寸法は、例えば内径を２．１〜５．５ｍｍに、外径を２．５〜１０ｍｍに、セラミック体１の長手方向の長さを１０〜１５０ｍｍにすることができる。

筒状部材４は、導電部材３によってセラミック体１に接合されていてもよいし、導電部材３上に設けられた接合材６によってセラミック体１に接合されていてもよい。接合材６は、例えば銀銅ろうまたは金銅ろう等であってもよい。

本開示の一例のヒータ１０によれば、図２に示すように、導電部材３は、セラミック体
１の軸方向に伸びる凸部３１を有している。これにより、導電部材３の縁の形状が周方向に一直線状にならないようにすることができる。そのため、セラミック体１と筒状部材４とが周方向にずれるような外力が加わり、導電部材３に応力が生じた場合において、導電部材３の縁に生じる応力を、セラミック体１の軸方向に分散させることができる。これにより、導電部材３の縁の一部に応力が集中し、導電部材３が破損するおそれを低減することができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を高めることができる。

なお、図２〜７においては、わかりやすさを優先して、筒状部材４を省略して示しており、さらに、導電部材３にハッチングをして示している。

また、図２に示すように、凸部３１は、四角形状であってもよい。これにより、導電部材３の縁において、セラミック体１の周方向に伸びる部位だけでなく、セラミック体１の長手方向に伸びる部位を設けることができる。そのため、ヒータ１０の周方向に外力が加わった場合において、導電部材３の縁に生じる応力を、より効果的にセラミック体１の軸方向に分散させることができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を高めることができる。この場合は、凸部３１の周方向の幅を０．５〜２．０ｍｍに、凸部３１の軸方向の長さを１．０〜３．０ｍｍにすることができる。

また、図３に示すように、凸部３１は、角が丸みを帯びていていてもよい。これにより、ヒータ１０の周方向に外力が加わった場合において、凸部３１の角に応力が集中するおそれを低減することができる。そのため、凸部３１の角を起点として導電部材３が破損するおそれを低減することができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を高めることができる。

また、凸部３１は、セラミック体１の先端側に設けられていてもよい。ここで、「先端側」とは、セラミック体１の後端から見て先端が位置する方向を意味している。セラミック体１と筒状部材４との間に周方向にずれる外力が加わった場合においては、導電部材３のうちセラミック体１の先端側に応力が生じる傾向にある。凸部３１がセラミック体１の先端側に設けられていることにより、セラミック体１と筒状部材４との間に周方向にずれる外力が加わった場合において、導電部材３の縁に生じる応力を、より効果的にセラミック体１の軸方向に分散させることができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を高めることができる。

また、図４に示すように、凸部３１は、セラミック体１の後端側に設けられていてもよい。ここで「後端側」とは、セラミック体１の先端から見て後端が位置する方向を意味している。セラミック体１に接合されたリード端子５と筒状部材４との間に周方向にずれる外力が加わった場合においては、導電部材３のうちセラミック体１の後端側に応力が生じる傾向にある。凸部３１がセラミック体１の後端側に設けられていることにより、リード端子５と筒状部材４との間に周方向にずれる外力が加わった場合において、導電部材３の縁に生じる応力を、より効果的にセラミック体１の軸方向に分散させることができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を高めることができる。

また、図５に示すように、凸部３１は、セラミック体１の周方向よりも前記セラミック体１の軸方向に長くてもよい。これにより、ヒータ１０の周方向に外力が加わった場合において、導電部材３の縁に生じる応力を、セラミック体１の軸方向により距離をあけて分散させることができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を高めることができる。

また、図６に示すように、導電部材３は、複数の凸部３１を有しており、隣り合う凸部３１の間隔が異なる部位を有していてもよい。言い換えると、導電部材３は、複数の凸部３１が密に存在する部位と、複数の凸部３１が疎に存在する部位とを有していてもよい。
この場合は、複数の凸部３１が密に存在する部位において、導電部材３の縁に生じる応力を、セラミック体１の軸方向に分散させることができる。これにより、導電部材３の縁の一部に応力が集中し、導電部材３が破損するおそれを低減することができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を高めることができる。また、複数の凸部３１が疎に存在する部位においては、ヒータ１０の熱が導電部材３を介して筒状部材４に伝わりにくい。そのため、導電部材３に生じる熱応力を低減することができる。このときに、凸部３１の数は２〜１０に、凸部３１間の間隔を２〜１０ｍｍにすることができる。

また、図７に示すように、導電部材３は、複数の凸部３１を有しており、凸部３１が等間隔に配置された部位を有していてもよい。凸部３１が等間隔に配置された部位においては、均等に熱が伝わるため、ヒータ１０の周方向の均熱性を高めることができる。

また、図８に示すように、セラミック体１の軸方向に垂直な断面を見たときに、導電部材３は、第１部分３０１と第１部分３０１よりも厚い第２部分３０２とを有していてもよい。これにより、導電部材３の厚みが一定である場合と比較して、セラミック体１と筒状部材４とが周方向にずれるような外力が加わった場合において、第１部分３０１よりも厚い第２部分３０２において、応力を分散させることができる。そのため、導電部材３が破損するおそれを低減することができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を高めることができる。このときに、第１部分３０１の厚みを１０〜４０μｍに、第２部分３０２の厚みを２０〜８０μｍにすることができる。

また、図８に示すように、第２部分３０２は、発熱抵抗体２の一端が引き出された部位を覆っていてもよい。これにより、発熱抵抗体２の一端が引き出された部位に外力が加わったときに、第２部分３０２により応力を吸収することができる。そのため、発熱抵抗体２の一端が破損するおそれを低減することができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を高めることができる。

また、図９に示すように、第２部分３０２は、発熱抵抗体２の一端が引き出された部位から離れた部位に設けられていてもよい。発熱抵抗体２の一端が引き出された部位は、発熱抵抗体２の熱が直接伝わるため高温になりやすい傾向にあったが、この部位から離れて第２部分３０２が設けられていることにより、発熱抵抗体２の熱が導電部材３を介して筒状部材４に伝わりにくくすることができる。そのため、導電部材３に生じる熱応力を低減することができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を高めることができる。

また、第２部分３０２と凸部３１とが同じ部位に位置していてもよい。言い換えると、導電部材３は、凸部３１において、他の部位よりも厚くなっていてもよい。これにより、セラミック体１と筒状部材４とが周方向にずれるような外力が加わった場合において、第２部分３０２において、セラミック体１の軸方向に応力を分散させる。そのため、導電部材３が破損するおそれを低減することができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を高めることができる。

１：セラミック体
２：発熱抵抗体
３：導電部材
３１：凸部
３０１：第１部分
３０２：第２部分
４：筒状部材
５：リード端子
６：接合材
１０：ヒータ

Claims (8)

1. 先端および後端を有する棒状のセラミック体と、該セラミック体に埋設されており、一端が該セラミック体の側面に引き出された発熱抵抗体と、前記セラミック体の側面に設けられて、前記発熱抵抗体の前記一端を覆う導電部材と、筒状であって、前記セラミック体の側面の一部および前記導電部材を覆う筒状部材とを備えており、前記導電部材は、前記セラミック体の側面を周方向に囲むように設けられており、前記セラミック体の軸方向に伸びる凸部を有していることを特徴とするヒータ。
2. 前記凸部は、四角形状であることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
3. 前記凸部は、角が丸みを帯びていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒータ。
4. 前記凸部は、前記セラミック体の先端側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のヒータ。
5. 前記凸部は、前記セラミック体の周方向よりも前記セラミック体の軸方向に長いことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のヒータ。
6. 前記導電部材は、複数の前記凸部を有しており、隣り合う前記凸部の間隔が異なる部位を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のヒータ。
7. 前記導電部材は、複数の前記凸部を有しており、前記凸部が等間隔に配置された部位を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のヒータ。
8. 前記セラミック体の軸方向に垂直な断面を見たときに、
   前記導電部材は、第１部分と該第１部分よりも厚い第２部分とを有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のヒータ。

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