JP7475314B2 - heater - Google Patents
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Description
開示の実施形態は、ヒータに関する。 The disclosed embodiment relates to a heater.
従来、シート状のセラミックで棒状の芯材の周囲を被覆したヒータが知られている。このヒータは、通電により発熱する発熱抵抗体を有しており、例えば酸素センサや発熱機器等の熱源として利用されている。 Conventionally, heaters have been known in which a rod-shaped core material is covered with a sheet-shaped ceramic. These heaters have a heating resistor that generates heat when electricity is passed through them, and are used as heat sources for oxygen sensors, heat-generating devices, etc.
しかしながら、例えば、所望の性能を確保しつつ径方向の小型化を実現する点で改善の余地があった。 However, there was room for improvement, for example, in terms of achieving radial miniaturization while maintaining the desired performance.
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、径方向に小型化することができるヒータを提供することを目的とする。 One aspect of the embodiment has been made in consideration of the above, and aims to provide a heater that can be made smaller in the radial direction.
実施形態の一態様に係るヒータは、棒状の芯材と、発熱抵抗体と、第1層と、第2層とを備える。発熱抵抗体は、前記芯材の表面に位置する。第1層は、第1領域および第2領域を有し、前記芯材を覆う。第1領域は、前記芯材の上に位置する。第2領域は、前記発熱抵抗体の上に位置する。第2層は、前記第2領域の表面を含む前記第1層の表面に位置する。前記第1層と前記第2層との間には素子パターンが位置していない。 The heater according to one aspect of the embodiment includes a rod-shaped core material, a heating resistor, a first layer, and a second layer. The heating resistor is located on the surface of the core material. The first layer has a first region and a second region, and covers the core material. The first region is located on the core material. The second region is located on the heating resistor. The second layer is located on the surface of the first layer, including the surface of the second region. No element pattern is located between the first layer and the second layer.
実施形態の一態様によれば、径方向に小型化することができるヒータが提供可能となる。 According to one aspect of the embodiment, it is possible to provide a heater that can be made compact in the radial direction.
以下、添付図面を参照して、本願の開示するヒータの実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態により本開示が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。 Below, an embodiment of the heater disclosed in the present application will be described with reference to the attached drawings. Note that the present disclosure is not limited to the embodiments shown below. It should be noted that the drawings are schematic, and the dimensional relationships and ratios of each element may differ from reality. Furthermore, there may be parts in which the dimensional relationships and ratios differ between the drawings.
<実施形態>
最初に、実施形態に係るヒータについて、図1~図4を参照しながら説明する。図1は、実施形態に係るヒータを示す斜視図である。図2は、実施形態に係るヒータの平面図である。図3は、図2に示すIII-III線の断面図である。図4は、図2に示すIV-IV線の断面図である。
<Embodiment>
First, a heater according to an embodiment will be described with reference to Fig. 1 to Fig. 4. Fig. 1 is a perspective view showing the heater according to the embodiment. Fig. 2 is a plan view of the heater according to the embodiment. Fig. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III shown in Fig. 2. Fig. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV shown in Fig. 2.
図1~図4に示すように、実施形態に係るヒータ1は、芯材10と、発熱抵抗体20と、第1層30と、第2層40とを備える。
As shown in Figures 1 to 4, the
図2に示すように、ヒータ1は、長さ方向の両端に位置する一端1Aおよび他端1Bを有している。一端1Aは、ヒータ1の先端側であり、他端1Bは、ヒータ1の後端側である。
As shown in FIG. 2, the
なお、説明を分かりやすくするために、図1~図4には、ヒータ1の長さ方向に沿って延びるZ軸を含む3次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、後出の説明に用いる他の図面でも示す場合がある。
For ease of understanding, Figs. 1 to 4 show a three-dimensional Cartesian coordinate system including a Z-axis extending along the length of the
芯材10は、棒状を有している。芯材10は、例えば、円柱形状であってもよい。芯材10の材料は、例えば、絶縁性を有するセラミックである。芯材10の材料としては、例えば、アルミナ、窒化ケイ素または窒化アルミニウムを使用することができる。
The
芯材10の長さ、すなわち、ヒータ1の全長は、例えば、5mm~30mm程度とすることができる。また、芯材10の直径は、例えば、1mm~5mm程度とすることができる。芯材10の形状は、円柱形状に限らず、例えば、楕円柱形状または角柱形状であってもよい。
The length of the
発熱抵抗体20は、芯材10の表面に位置している。発熱抵抗体20は、通電により発熱する部材である。発熱抵抗体20は、例えば、タングステン、モリブデンなどを含む高抵抗の導体を含んでよい。発熱抵抗体20は、所定のパターン形状を有しており、ヒータ1を適切に加熱する。
The
第1層30は、芯材10を覆うように位置している。図3に示すように、第1層30は、第1領域30aと第2領域30bとを有する。第1領域30aは、芯材10の上に位置している。第2領域30bは、発熱抵抗体20の上に位置している。
The
第1層30の材料は、例えば、絶縁性を有するセラミックである。第1層30の材料としては、例えば、アルミナ、窒化ケイ素または窒化アルミニウムを使用することができる。第1層30の組成は、芯材10の組成と同じであってもよく、異なってもよい。
The material of the
第1層30の厚みは、例えば、0.1mm~0.4mm程度とすることができる。また、図3に示すように、第1層30は、例えば、芯材10の周方向に沿って互いに離れて位置する端面31,32を有してもよい。端面31,32の間隔は、例えば、0.1mm~1mm程度とすることができる。このように端面31,32が離れて位置することにより、例えば、第1層30の端面31,32に生じる応力を分散させることができることから、第1層30が剥離しにくくなる。
The thickness of the
第2層40は、第1層30の上に位置している。第2層40は、第1領域30aの一部および第2領域30bの表面を覆うように位置している。
The
第2層40の材料は、例えば、絶縁性を有するセラミックである。第2層40の材料としては、例えば、アルミナ、窒化ケイ素または窒化アルミニウムを使用することができる。第2層40の組成は、芯材10および/または第1層30の組成と同じであってもよく、異なってもよい。
The material of the
第2層40の厚みは、例えば、0.1mm~0.4mm程度とすることができる。また、図3に示すように、第2層40は、例えば、芯材10の周方向に沿って互いに離れて位置する端面41,42を有してもよい。端面41,42の間隔は、例えば、0.1mm~1mm程度とすることができる。このように端面41,42が離れて位置することにより、例えば、第2層40の端面41,42に生じる応力を分散させることができることから、第2層40が剥離しにくくなる。
The thickness of the
第1層30の上に第2層40が位置することにより、例えば芯材10の直径を小さくした場合であっても、第1層30が剥離しにくくなる。また、第1層30の上に第2層40が位置することにより、例えば第1層30の厚みを小さくした場合であっても、所望の耐電圧性を確保することができる。このため、実施形態に係るヒータ1によれば、径方向に小型化することができる。
By positioning the
また、図3に示すように、ヒータ1は、芯材10の長さ方向に沿って延びる溝部80を有してもよい。溝部80は、第1層30の端面31,32および第2層40の端面41,42を含み、発熱抵抗体20が位置せずに芯材10が露出する部位である。
As shown in FIG. 3, the
また、溝部80は、芯材10の長さ方向に沿って延びる第2層40の周方向の端部が、第1層30の表面との間に段差を有するように位置してもよい。すなわち、第1層30の端面31および第2層40の端面41は、互いに離れて位置してもよい。同様に、第1層30の端面32および第2層40の端面42は、互いに離れて位置してもよい。
The
このように、芯材10の周方向に沿って位置する第1層30および第2層40の端面同士が周方向に離れて位置していることにより、例えば第1層30の端面31,32および第2層40の端面41,42に生じる応力を分散させることができることから、第1層30および/または第2層40が剥離しにくくなる。
In this way, the end faces of the
また、図4に示すように、ヒータ1は、後端側に位置するパッド50を備えてもよい。パッド50は、第1層30の表面に位置し、端部が第1層30と第2層40との間に挟まって位置している。パッド50は、第1層30の第2領域30bを貫通する導体60を介して発熱抵抗体20と電気的に接続されている。導体60は、例えばビアまたはスルーホールであってもよい。パッド50は、リード70に接続されて、図示しない電源装置からヒータ1への給電が可能となる。また、パッド50およびリード70をヒータ1の後端側に位置させることにより、例えばヒータ1の発熱に伴う劣化を低減することができる。なお、第1層30と第2層40との間には、図示しないランドが位置してもよい。
As shown in FIG. 4, the
一方、第1層30と第2層40との間には、素子パターンが位置していない。ここで、素子パターンとは、例えばヒータパターンおよびセンサパターンなど、導通以外の目的を有した部材をいい、例えばパッド50やランドなど、銅箔などからなる低抵抗の配線パターンはかかる素子パターンには含まれない。このように、第1層30と第2層40との間に素子パターンが位置しないことにより、例えば通電による素子パターンの発熱に起因する第1層30と第2層40との間の剥離が生じにくくなる。
On the other hand, no element pattern is located between the
また、図4に示すように、芯材10の後端側に位置する第2層40の端部は、第1層30の表面との間に段差を有してもよい。第2層40の端部をこのように位置させることにより、例えば、第2層40の後端側の端面に生じる応力を分散させることができることから、第2層40がさらに剥離しにくくなる。また、図4に示すようにパッド50の一部を露出させやすくなるため、例えばリード70との接続が容易になる。
Also, as shown in FIG. 4, the end of the
次に、図5~図8を参照しながら、実施形態に係るヒータ1についてさらに説明する。図5は、図2に示す領域Vを拡大した平面図である。図6は、図5に示すVI-VI線の断面図である。図7は、図5に示すVII-VII線の断面図である。図8は、図5に示すVIII-VIII線の断面図である。
Next, the
図5に示すように、発熱抵抗体20は、芯材10の長さ方向に沿う第1部分201および第2部分202と、芯材10の先端側に位置し、第1部分201および第2部分202を接続する第3部分203とを有している。
As shown in FIG. 5, the
また、芯材10の先端側に位置する第3部分203の端部203eは、芯材10の先端側に位置する第1層30および第2層40の端面に沿う方向、すなわちY軸方向に延びている。これにより、例えばヒータ1の先端側の均熱性が向上する。
In addition, the
また、図6~図8に示すように、発熱抵抗体20の上に位置する第1層30の第2領域30bは、発熱抵抗体20が位置しない第1層30の第1領域30aと比較して径方向に突出してもよい。第1層30をこのように位置させることにより、全体にわたり安定した厚みを有する第1層30とすることができる。
Also, as shown in Figures 6 to 8, the
また、図7、図8に示すように、発熱抵抗体20の第3部分203を含み芯材10の長さ方向に平行な断面を見たときに、第2層40の表面が突出していてもよい。具体的には、第2領域30bの上に位置する第2層40の領域40bが、第1領域30aの上に位置する第2層40の領域40aと比較して径方向に突出してもよい。領域40bがこのように突出することにより、例えば、第1層30と第2層40との接合強度を高めることができる。
Also, as shown in Figures 7 and 8, when viewed in a cross section parallel to the longitudinal direction of the
<変形例1>
つづいて、実施形態の各種変形例について、図9~図13を参照しながら説明する。なお、以下に示す各種変形例では、実施形態と同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略することがある。
<
Next, various modified examples of the embodiment will be described with reference to Figures 9 to 13. In the various modified examples described below, the same parts as those in the embodiment will be denoted by the same reference numerals, and duplicated descriptions may be omitted.
図9は、実施形態の変形例1に係るヒータの断面図である。図9に示すヒータ1は、発熱抵抗体20の第3部分203を含む第1層30の表面には、第2層40が位置していない点で実施形態に係るヒータ1と相違する。このようにヒータ1の先端側に位置する第3部分203の上に位置する第1層30の表面に第2層40が位置しないことにより、例えば、ヒータ1の先端側の昇温速度が向上する。
Figure 9 is a cross-sectional view of a heater according to a first modified example of the embodiment. The
<変形例2>
図10は、実施形態の変形例2に係るヒータの平面図である。図11は、図10に示すXI-XI線の断面図である。図12は、図10に示すXII-XII線の断面図である。
<Modification 2>
Fig. 10 is a plan view of a heater according to Modification 2 of the embodiment, Fig. 11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI shown in Fig. 10, and Fig. 12 is a cross-sectional view taken along line XII-XII shown in Fig. 10.
変形例2に係るヒータ1は、発熱抵抗体20の第3部分203のうち、芯材10の先端側に位置する外側領域203aと、外側領域203aよりも芯材10の後端側に位置する内側領域203bとを有している。外側領域203aの表面には、第1層30が位置している。また、内側領域203bの表面には、第1層30および第2層40が重なって位置している。
The
発熱抵抗体20の第1部分201および第2部分202は、第3部分203と比較して高温になりやすいことから、第1層30および第2層40を重ねて位置させることにより、例えば、ヒータ1の耐久性が高まる。一方、ヒータ1の先端側には、第2層40が位置しないことにより、例えば、ヒータ1の先端側の昇温速度が向上する。
The
また、図11、図12に示すように、内側領域203bの表面、すなわち内側領域203bの上に位置する第2層40の部分401は、外側領域203aの表面、すなわち外側領域203aの上に位置する第1層30よりも芯材10の径方向に表面が突出していてもよい。これにより、本変形例に係るヒータ1によれば、例えば、第1層30と第2層40との接合強度を高めることができる。
Also, as shown in Figures 11 and 12, the surface of the
<変形例3>
図13は、実施形態の変形例3に係るヒータの断面図である。図13に示すヒータ1は、第2層40の端面41,42の幅が第1層30の端面31,32の幅よりも大きい溝部80を有する点で図3に示すヒータ1と相違する。かかるヒータ1においても、芯材10の周方向に沿って位置する第1層30および第2層40の端面同士が周方向に離れて位置していることにより、例えば第1層30の端面31,32および第2層40の端面41,42に生じる応力を分散させることができることから、第1層30および/または第2層40が剥離しにくくなる。
<Modification 3>
Fig. 13 is a cross-sectional view of a heater according to a third modified example of the embodiment. The
以上説明したように、実施形態に係るヒータ1は、棒状の芯材10と、発熱抵抗体20と、第1層30と、第2層40とを備える。発熱抵抗体20は、芯材10の表面に位置する。第1層30は、第1領域30aおよび第2領域30bを有し、芯材10を覆う。第1領域30aは、芯材10の上に位置する。第2領域30bは、発熱抵抗体20の上に位置する。第2層40は、第2領域30bの表面を含む第1層30の表面に位置する。第1層30と第2層40との間には素子パターンが位置していない。これにより、ヒータ1を径方向に小型化することができる。
As described above, the
また、実施形態に係るヒータ1は、芯材10の周方向に沿って位置する第1層30の一端面および他端面が離れて位置している。また、芯材10の周方向に沿って位置する第2層40の一端面および他端面が離れて位置している。これにより、第1層30および第2層40の端面が受ける応力を分散させることができる。
In addition, in the
また、実施形態に係るヒータ1において、芯材10の周方向に沿って位置する第1層30および第2層40の一端面同士が周方向に離れて位置している。これにより、第1層30および第2層40の端面が受ける応力を分散させることができる。
In addition, in the
また、実施形態に係る発熱抵抗体20は、10の長さ方向に沿う第1部分201および第2部分202と、芯材10の先端側に位置し、第1部分201および第2部分202を接続する第3部分203とを有している。第3部分203を含み芯材10の長さ方向に平行な断面を見たときに、第2層40の表面が突出している。これにより、ヒータ1を径方向に小型化することができる。
The
また、実施形態に係る発熱抵抗体20は、芯材10の長さ方向に沿う第1部分201および第2部分202と、芯材10の先端側に位置し、第1部分201および第2部分202を接続する第3部分203とを有している。第3部分203のうち、芯材10の先端側に位置する外側領域203aと、外側領域203aよりも芯材10の後端側に位置する内側領域203bとを有する。外側領域203aの表面には第1層30が位置し、内側領域203bの表面には第1層30および第2層40が重なって位置している。これにより、ヒータ1を径方向に小型化することができる。
The
また、実施形態に係る内側領域203bは、外側領域203aよりも芯材10の径方向に表面が突出している。これにより、第1層30および第2層40の接合強度を高めることができる。
In addition, the
また、実施形態に係るヒータ1において、芯材10の先端側に位置する第3部分203の端部203eは、芯材10の先端側に位置する第1層30および第2層40の端面に沿う方向に延びている。これにより、ヒータ1の先端側の均熱性が向上する。
In addition, in the
また、実施形態に係るヒータ1において、芯材10の後端側に位置する第2層40の端部は、第1層30の表面との間に段差を有する。これにより、ヒータ1を径方向に小型化することができる。
In addition, in the
また、実施形態に係るヒータ1は、芯材10の長さ方向に沿って延び、発熱抵抗体20が位置せずに芯材10が露出する溝部80を有する。溝部80に位置し、芯材10の長さ方向に沿って延びる第2層40の周方向の端部は、第1層30の表面との間に段差を有する。これにより、第1層30および第2層40の端面41,42に生じる応力を分散させることができることから、第1層30および/または第2層40が剥離しにくくなる。
The
また、実施形態に係るヒータ1は、第1層30の表面に位置し、端部が第1層30と第2層40との間に挟まって位置するパッド50を備える。これにより、パッド50が剥離しにくくなる。
The
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present disclosure.
さらなる効果や他の態様は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本開示のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 Further advantages and other aspects may be readily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspects of the disclosure are not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Accordingly, various modifications may be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and equivalents thereof.
1 ヒータ
10 芯材
20 発熱抵抗体
30 第1層
30a 第1領域
30b 第2領域
40 第2層
50 パッド
60 導体
80 溝部
201 第1部分
202 第2部分
203 第3部分
REFERENCE SIGNS
Claims (10)
前記芯材の表面に位置する発熱抵抗体と、
前記芯材の上に位置する第1領域および前記発熱抵抗体の上に位置する第2領域を有し、前記芯材を覆う第1層と、
前記第2領域の表面を含む前記第1層の表面に位置する第2層と
を備え、
前記第1層と前記第2層との間には素子パターンが位置していない
ヒータ。 A rod-shaped core material;
A heating resistor located on the surface of the core material;
a first layer covering the core material, the first layer having a first region located on the core material and a second region located on the heating resistor;
a second layer located on a surface of the first layer including a surface of the second region;
A heater, wherein no element pattern is located between the first layer and the second layer.
前記芯材の周方向に沿って位置する前記第2層の一端面および他端面が離れて位置している
請求項1に記載のヒータ。 One end surface and the other end surface of the first layer located along the circumferential direction of the core material are spaced apart from each other,
The heater according to claim 1 , wherein one end surface and the other end surface of the second layer positioned along the circumferential direction of the core material are positioned apart from each other.
請求項1または2に記載のヒータ。 The heater according to claim 1 or 2, wherein one end faces of the first layer and the second layer positioned along a circumferential direction of the core material are spaced apart from each other in the circumferential direction.
前記第3部分を含み前記芯材の長さ方向に平行な断面を見たときに、前記第2層の表面が突出している
請求項1~3のいずれか1つに記載のヒータ。 the heating resistor has a first portion and a second portion along a longitudinal direction of the core material, and a third portion located at a tip side of the core material and connecting the first portion and the second portion,
4. The heater according to claim 1, wherein a surface of the second layer protrudes when viewed in a cross section including the third portion and parallel to a longitudinal direction of the core material.
前記第3部分のうち、前記芯材の先端側に位置する外側領域と、前記外側領域よりも前記芯材の後端側に位置する内側領域とを有し、
前記外側領域の表面には前記第1層が位置し、
前記内側領域の表面には前記第1層および前記第2層が重なって位置している
請求項1~4のいずれか1つに記載のヒータ。 the heating resistor has a first portion and a second portion along a longitudinal direction of the core material, and a third portion located at a tip side of the core material and connecting the first portion and the second portion,
The third portion has an outer region located on a tip side of the core material and an inner region located on a rear end side of the core material relative to the outer region,
The first layer is located on a surface of the outer region,
5. The heater according to claim 1, wherein the first layer and the second layer are positioned so as to overlap each other on a surface of the inner region.
請求項5に記載のヒータ。 The heater according to claim 5 , wherein the inner region has a surface that protrudes in a radial direction of the core material more than the outer region.
請求項5または6に記載のヒータ。 The heater according to claim 5 or 6, wherein an end of the third portion located on the tip side of the core extends in a direction along end faces of the first layer and the second layer located on the tip side of the core.
請求項1~7のいずれか1つに記載のヒータ。 8. The heater according to claim 1, wherein an end of the second layer located on a rear end side of the core material has a step between itself and a surface of the first layer.
前記溝部に位置し、前記芯材の長さ方向に沿って延びる前記第2層の周方向の端部は、前記第1層の表面との間に段差を有する
請求項1~8のいずれか1つに記載のヒータ。 a groove extending along the length of the core material, the groove being free from the heating resistor and exposing the core material;
A heater as described in any one of claims 1 to 8, wherein a circumferential end of the second layer located in the groove portion and extending along the longitudinal direction of the core material has a step between it and the surface of the first layer.
請求項1~9のいずれか1つに記載のヒータ。 10. A heater according to claim 1, further comprising a pad located on the surface of the first layer, the pad having an end sandwiched between the first layer and the second layer.
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