JPH0348872Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本考案は、例えば内燃機関における混合気加熱
装置または石油温風ヒータ用として好適な半導体
ヒータユニツトに関する。

＜従来の技術＞ 内燃機関においては、冷間時は、気化器から供
給される燃料の多くが液状のままであるため、吸
気管内の空気と燃料の流動速度に差を生じ、過渡
運転時に、燃焼室内混合気の空燃比が悪化し、運
転不良を生じ易い。この問題解決を狙つた従来技
術としては、特開昭53−59130号公報、特開昭58
−47152号公報、実開昭57−51142号公報等が知ら
れている。これらの先行技術は、第８図に示すよ
うに、気化器１と吸気管２との間に混合気加熱装
置３を設け、該混合気加熱装置３により液状燃料
を加熱して、吸気管２内における空気と燃料との
間の流動速度の差をなくすようにしたものであ
る。第８図において、４はチヨークバルブ、５は
スロツトルである。

混合気加熱装置３を構成するヒータとしては、
従来より、セラミツクヒータ、ニクロムヒータ或
いはヒートパイプ等が知られているが、最近、上
記各先行技術例にも見られるように、正特性サー
ミスタを発熱要素とする半導体ヒータユニツトが
提案されている。この半導体ヒータユニツトは高
速加熱性、定温度特性、応答性、熱効率等の点で
他のヒータより優れている。第９図は正特性サー
ミスタによる従来の半導体ヒータユニツトの断面
図を示し、３１はアスベスト等の断熱性の高い材
料で構成された基板、３２は正特性サーミスタ、
３３及び３４は正特性サーミスタ３２の電極に接
触する電極板、３５及び３６は電極板３３及び３
４の各々に導通するリード線である。

正特性サーミスタ３２は、素体３２１の厚さ方
向の両面に、円形状、角形状等の適当な孔形の多
数の貫通孔３２２を略均一に開口させると共に、
貫通孔３２２の開口する両面側にオーム性接触も
しくは非オーム性接触の電極３２３及び３２４を
それぞれ被着形成したハニカム状の形状となつて
いる。この正特性サーミスタ３２は、貫通孔３２
２の形成されている領域を基板３１に設けた孔３
１１に合せて、基板３１の一面上に取付けられて
いる。

上述した従来の混合気加熱装置はハニカム状の
正特性サーミスタ３２を用いているので、空気と
液状燃料との混合気を、正特性サーミスタ３２の
貫通孔３２２を通過する時の熱交換作用により効
率良く加熱できること、正特性サーミスタ３２自
体が発熱温度を自動的に制御する自己温度制御機
能を有し、定温発熱体として動作するため、過熱
防止機構が不要であり、構造的に簡単で、信頼性
の高いものが実現できること、定常発熱温度まで
短時間で上昇し、高速加熱性及び応答性に優れて
いること等の利点が得られる。

＜考案が解決しようとする課題＞ しかし、上述した従来の半導体ヒータユニツト
には次のような問題がある。

(A) 空気と液状燃料との混合気を、正特性サーミ
スタ３２の貫通孔３２２を通過する時の熱交換
作用により加熱するものであるから、必ず風圧
損失を伴う。しかも、正特性サーミスタ３２の
貫通孔３２２内を貫流する混合気の内には、霧
化したものと、霧化の不充分な液状状態のもの
とが混在する。混合気全体としての加熱効果を
高めるためには、霧化の不充分な液状混合気を
重点的に加熱して霧化させたいのであるが、霧
化していない液状のものだけを選択的に加熱す
ることは不可能である。このため、上述した半
導体ヒータユニツトでは混合気に対する加熱効
率の向上に限界があり、機関の燃焼効率の向上
及び機関出力パワーアツプに限界を生じてい
た。

(B) 磁器で構成されていて機械的に脆い正特性サ
ーミスタをインシユレータに確実に取付け固定
しなければならないこと、さらに混合気加熱装
置を構成するに当つて、この組立体を、破壊等
を生じることなく、気化器と吸気管との間に挿
入固定しなければならないこと等の技術的困難
性がある。

(C) 振動の激しい自動車においては、正特性サー
ミスタに対する給電機構、支持機構の電気的、
機械的安定性を満たすことが必要である。ま
た、混合気中で使用することを考慮すると、接
触不良による局部発熱やスパーク等はあつては
ならない。

(D) 気化器と吸気管との間の制限された空間容積
内に配置しなければならないので、全体形状の
小型化、薄型化はきわめて重要な課題である。

そこで、本考案の課題は、上述する従来から
の問題点を解決し、混合気に対する加熱効率を
向上させ、機関や石油温風ヒータ等の燃焼効率
を高め、パワーアツプを図り得るようにすると
共に、正特性サーミスタの局部発熱、スパーク
等を発生することがなく、小型化及び薄型化に
好適な半導体ヒータユニツトを提供することで
ある。

＜課題を解決するための手段＞ 上述した課題を解決するため、本考案は、半導
体ヒータ、インシユレータ及び支持体を有する半
導体ヒータユニツトであつて、 前記半導体ヒータは、正特性サーミスタと、バ
ネと、一一対の電極端子と、筒状のケースとを含
み、 前記正特性サーミスタは、正特性サーミスタ素
体に多数の貫通孔を有すると共に、前記貫通孔を
開口させた両面に電極を有しており、 前記バネは、リング状板材で構成されていて、
周方向に間隔をおいて山、谷が繰返すように屈曲
されており、 前記一対の電極接続端子は、リング状であつ
て、前記正特性サーミスタの電極に対し周辺部で
導通するように配置されており、 前記バネ、前記電極接続端子の一方及び正特性
サーミスタは、この順序で前記ケースの内径部内
に内蔵され、前記電極接続端子の一方は、前記バ
ネの山、谷の繰返しに応じたバネ圧を受けて前記
正特性サーミスタの前記電極に導通しており、 前記インシユレータは、通孔を有しており 前記支持体は、一端側が前記一対の電極接続端
子となつていて、他端側が前記インシユレータに
取付けられて前記半導体ヒータを前記インシユレ
ータの前記通孔の上方に間隔を隔てて宙釣りする
と共に、前記インシユレータの前記通孔から前記
半導体ヒータに至る通路の側方に開口部を有する
こと を特徴とする。

＜作用＞ 支持体は、半導体ヒータをインシユレータの通
孔の上方に間隔を隔てて宙釣りすると共に、イン
シユレータの通孔から半導体ヒータに至る通路の
側方に開口部を有しているから、インシユレータ
に設けた通孔から、半導体ヒータを構成する正特
性サーミスタの貫通孔を通つて貫流する加熱経路
と、通孔から支持体の側方に設けた開口部を通る
非加熱経路の、２つの経路が形成される。このた
め、当該半導体ヒータユニツトを機関の混合気加
熱装置として使用した場合等には、充分に霧化し
ていない液状混合気は、加熱経路を通過させて正
特性サーミスタによつて加熱霧化する一方、霧化
した混合気は非加熱経路をとつて吸気管等に供給
することができる。この結果、混合気の通過面積
が実質的に拡大された状態になり、風圧損失が減
少する。

しかも、霧化していない液状混合気を、加熱経
路を通過させ、正特性サーミスタによつて重点的
に加熱し、混合気に対する加熱効果を高め、機関
の燃焼効率を向上させ、機関出力をパワーアツプ
させることが可能になる。

また、バネ、電極接続端子の一方及び正特性サ
ーミスタは、この順序でケースの内径部内に内蔵
されているので、正特性サーミスタの電極に対し
ては、バネではなく、電極接続端子の一方が接触
する。このため、接触不良による局部発熱、スパ
ーク等の発生が防止され、信頼性が向上する。

バネは周方向に間隔をおいて山、谷が繰返すよ
うに屈曲されており、電極接続端子の一方はバネ
の山、谷の繰返しに応じたバネ圧を受けているの
で、電極接続端子の一方が正特性サーミスタの電
極に対して平均的に面接触する。このため、接触
不良による局部発熱、スパーク等がより一層確実
に防止される。

しかも、バネはリング状板材で構成されてい
て、厚みが薄くできるから、全体形状の小型化、
薄型化にきわめて有効である。

＜実施例＞ 第１図は本考案に係る半導体ヒータユニツトの
平面図、第２図は同じくその正面図、第３図は第
１図A₁−A₁線おける拡大断面図である。図にお
いて、６は正特性サーミスタ、７はインシユレー
タ、８及び９はインシユレータ７の上下面に重ね
られたガスケツト、１０，１１は支持体、１３は
筒状のケース、１７はバネ、１１１，１１２は一
対の電極接続端子である。正特性サーミスタ６、
ケース１３、バネ１７及び電極接続端子１１１，
１１２は半導体ヒータを構成している。

正特性サーミスタ６は、正特性サーミスタ素体
６１の厚さ方向の両面に、円形状、角形状等の適
当な孔形の多数の貫通孔６２を開口させると共
に、貫通孔６２の開口する両面側にオーム性接触
もしくは非オーム性接触の電極６３，６４をそれ
ぞれ被着形成した形状となつている。

インシユレータ７は、例えばガラス、エポキ
シ、フエノール樹脂等の耐熱、断熱性樹脂によつ
て一体に成形されたもので、厚み方向に貫通する
通孔７１を有する。通孔７１は平板部７２に突設
した筒部７３によつて筒状に形成されている。

支持体１０，１１は、下端側がインシユレータ
７に取付けられ、正特性サーミスタ６を含む半導
体ヒータをインシユレータ７の通孔７１の上方に
宙釣りしている。また、支持体１０，１１はイン
シユレータ７の通孔７１から、半導体ヒータに至
る通路の側方に開口部１２を有している。

更に、支持体１０，１１は、ステンレス板等の
耐熱性、耐蝕性及び電気伝導性の良好な金属板材
を用いて、その一端側が正特性サーミスタ６の端
面側に形成された電極６３，６４に対接する電極
接続端子１０３，１１１となつている。従つて支
持体１０，１１が電極接続端子として兼用され、
部品点数が減少する。

支持体１０，１１のうち、支持体１０は、中心
孔１０１を有する筒部１０２の内部に、リング状
の耐熱絶縁ケース１３内に収納した正特性サーミ
スタ６を内蔵させると共に、筒部１０２の上端内
側にリング状に突出する鍔部を設け、これを電極
接続端子１０３として、正特性サーミスタ６の一
端面側に形成された電極６３の外周部に対接させ
ることにより、電気的に導通させてある（第３図
参照）。また、支持体１０は、筒部１０２の下端
側の３箇所を下方に延長して、支持腕となる引出
端子部１０４〜１０６を形成し、この引出端子部
１０４〜１０６をインシユレータ７に埋設した導
体板１４にネジまたはリベツト等の結合具１５に
よつて取付固定してある。引出端子部１０４〜１
０６は側方に開口部１２が形成されるように、間
隔をおいて形成し、導体板１４はインシユレータ
７の側端部に設けたソケツト１６の接触子１６１
に電気的に導通させてある。

もう一方の支持体１１は、正特性サーミスタ６
の下面側の電極６４に接触するリング状の電極接
続端子１１１を有し、この電極接続端子１１１を
バネ１７によつて押圧してある。バネ１７はリン
グ状板材で構成されていて、周方向に間隔をおい
て山、谷が繰返すように屈曲されている。

そして、リング状の電極接続端子１１１の一部
を下方に延長して、支持腕となる引出端子部１１
２を形成し、この引出端子部１１２の下端部を、
インシユレータ７の内部に埋設した導体板１８
に、ネジまたはリベツト等の結合具１９によつて
接続固定してある。導体板１８はソケツト１６の
もう一つの接触子１６２に電気的に接続させてあ
る。

更に、この実施例では、支持体１０の引出端子
部１０４〜１０６を筒部１０２のまわりに略３等
配して設けてあり、支持安定性を高めてある。ま
た、支持体１０の引出端子部１０４〜１０６のイ
ンシユレータ７側の取付基部には、第４図及び第
５図に拡大して示すように、その長さ方向に沿
い、１または複数個のリブ２０設け、正特性サー
ミスタ６の支持安定性及び強度の強化を図つてあ
る。

バネ１７、支持体１１及び正特性サーミスタ６
は、ケース１３内に順次重ねた状態で、支持体１
０の筒部１０２内に収納し、支持体１０の下端縁
に形成した３〜４個の爪片１０７を、ケース１３
の底面に折曲げ固定することにより、正特性サー
ミスタ６の電極６３及び６４に対して、支持体１
０，１１をバネ１７のバネ圧によつて圧接させて
ある（第３図参照）。

バネ１７、電極接続端子１１１及び正特性サー
ミスタ６は、この順序でケース１３の内径部内に
内蔵し、電極接続端子１１１を、バネ１７のバネ
圧によつて正特性サーミスタ６の電極６４に面接
触させてある。電極接続端子１１１はバネ１７の
バネ圧を受けて正特性サーミスタ６の電極６４に
対して平均的に面接触する。このため、接触不良
による局部発熱、スパーク等を発生することがな
くなり、信頼性が高くなる。これを、仮に、電極
接続端子１１１をバネとしたり、或いは電極接続
端子となる支持体１０または電極接続端子１１１
と正特性サーミスタ６の電極６３または６４との
間にバネ１７を介在させた場合には、バネ１７と
正特性サーミスタ６の電極６３または６４との間
の接触が不均一になつて、接触の密な部分に電流
が集中して局部発熱を生じたり、接触不良部分で
スパークを発生する等の問題点を生じる。

しかも、バネ１７はリング状板材で構成されて
いて、厚みが薄くできるから、全体形状を小型化
できる。

更に、バネ１７は周方向に間隔をおいて山、谷
が繰返すように屈曲されており、電極接続端子１
１１は、バネ１７の山、谷部の繰返しに応じたバ
ネ圧を受けるので、正特性サーミスタ６の電極６
４に対して平均的に面接触する。バネ１７とし
て、例えばコイルスプリング等を用いた場合に
は、コイルターン数による形状の大型化を招く。
しかも、コイルスプリングの場合、電極接続端子
１１１の全周からバネ圧を加える構成となる。こ
の構成は、電極接続端子１１１の全周から均一な
バネ圧を加えることができるように見える。しか
し、実際には、コイルスプリングの歪み、コイル
スプリングに基本的に付随する軸方向変位等によ
り、電極接続端子１１１の全周において、均一な
バネ圧を加えることが困難で、正特性サーミスタ
６の電極６４に対する電極接続端子１１１の電気
的接触の不完全な部分を生じ易い。

更に、半導体ヒータユニツトは、支持体１０，
１１により、側方に開口部１２を有して、正特性
サーミスタ６をインシユレータ７の通孔７１の上
方に宙釣りしてあるため、インシユレータ７の通
孔７１を通つて矢印イの如く流入する混合気等の
被加熱流体に対して、正特性サーミスタ６の貫通
孔６２を通る加熱経路ロと、正特性サーミスタ６
を通らずに、開口部１２を通る非加熱経路ハの２
種類の経路が形成される。このため、通過面積が
実質的に拡大された状態になり、被加熱流体に対
する風圧損失が減少する。しかも、流入する被加
熱流体の内、加熱を必要とする成分だけを、加熱
経路ロを通して重点的に加熱できる。

第６図は本考案に係る半導体ヒータユニツトを
機関の混合気加熱装置として使用した応用例を示
す。気化器１を通つて矢印イの如く流入する混合
気の内、充分に霧化していない液状混合気は加熱
経路ロを通り正特性サーミスタ６によつて加熱さ
れて霧化される。一方、霧化した混合気は開口部
１２から経路ハをとつて吸気管２内に入る。従つ
て、混合気の通過面積が実質的に拡大された状態
になり、風圧損失が減少する。しかも、霧化して
いない液状混合気が重点的に加熱され、混合気に
対する加熱効果が高くなり、機関の燃焼効率が向
上し、機関出力がパワーアツプする。

上記実施例では、正特性サーミスタ６としてハ
ニカム状のものを示したが、正特性サーミスタ６
は被加熱流体たる混合気を貫流させて加熱する構
造のものであれば良い。例えば第７図に示すよう
に、貫通孔を、正特性サーミスタ素体６１の中心
部に設けた大径孔部６２１と、その回りにハニカ
ム状に形成した小径部６２２とで構成したもので
あつても良い。また、本考案に係る半導体ヒータ
ユニツトは内燃機関の混合気加熱装置のみなら
ず、例えば石油温風ヒータ等、他の用途にも使用
することができる。

＜考案の効果＞ 以上述べたように、本考案によれば、次のよう
な効果が得られる。

(a) 支持体は、正特性サーミスタを含む半導体ヒ
ータをインシユレータの通孔の上方に間隔を隔
てて宙釣りすると共に、インシユレータの通孔
から半導体ヒータに至る通路の側方に開口部を
有するので、混合気に対する加熱効率を向上さ
せ、機関もしくは石油温風ヒータ等の燃焼効率
を高め、パワーアツプ化を図り得るようにした
半導体ヒータユニツトを提供することができ
る。

(b) バネ、電極接続端子の一方及び正特性サーミ
スタは、この順序でケースの内径部内に内蔵さ
れているので、正特性サーミスタの電極に対し
て電極接続端子を平均的に接触させ、接触不良
による局部発熱、スパーク等を発生することの
ない高信頼度の半導体ヒータユニツトを提供す
ることができる。

(c) バネは周方向に間隔をおいて山、谷が繰返す
ように屈曲されており、電極接続端子の一方は
バネの山、谷の繰返しに応じたバネ圧を受けて
いるので、電極接続端子の一方が正特性サーミ
スタの電極に対して平均的に面接触し、接触不
良による局部発熱、スパーク等を発生すること
のない高信頼度の半導体ヒータユニツトを提供
することができる。

(d) バネはリング状板材で構成されていて、厚み
が薄くできるから、全体形状の小型化、薄型化
に有効な半導体ヒータユニツトを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る半導体ヒータユニツトの
平面図、第２図は同じくその正面図、第３図は第
１図A₁−A₁線における拡大断面図、第４図及び
第５図は支持体基部の拡大部分断面図、第６図は
本考案に係る半導体ヒータユニツトを機関の混合
気加熱装置として使用した応用例、第７図は正特
性サーミスタの他の実施例における斜視図、第８
図は混合気加熱装置の断面図、第９図は従来の半
導体ヒータユニツトの要部における部分断面図で
ある。 ６……正特性サーミスタ、７……インシユレー
タ、１０，１１……支持体、１２……開口部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 半導体ヒータ、インシユレータ及び支持体を
   有する半導体ヒータユニツトであつて、 前記半導体ヒータは、正特性サーミスタと、
   バネと、一対の電極端子と、筒状のケースとを
   含み、 前記正特性サーミスタは、正特性サーミスタ
   素体に多数の貫通孔を有すると共に、前記貫通
   孔を開口させた両面に電極を有しており、 前記バネは、リング状板材で構成されてい
   て、周方向に間隔をおいて山、谷が繰返すよう
   に屈曲されており、 前記一対の電極接続端子は、リング状であつ
   て、前記正特性サーミスタの電極に対し周辺部
   で導通するように配置されており、 前記バネ、前記電極接続端子の一方及び正特
   性サーミスタは、この順序で前記ケースの内径
   部内に内蔵され、前記電極接続端子の一方は、
   前記バネの山、谷の繰返しに応じたバネ圧を受
   けて前記正特性サーミスタの前記電極に導通し
   ており、 前記インシユレータは、通孔を有しており 前記支持体は、一端側が前記一対の電極接続
   端子となつていて、他端側が前記インシユレー
   タに取付けられて前記半導体ヒータを前記イン
   シユレータの前記通孔の上方に間隔を隔てて宙
   釣りすると共に、前記インシユレータの前記通
   孔から前記半導体ヒータに至る通路の側方に開
   口部を有すること を特徴とする半導体ヒータユニツト。 (2) 前記支持体は、前記通孔の周囲に等配して複
   数設けたことを特徴とする実用新案登録請求の
   範囲第１項に記載の半導体ヒータユニツト。 (3) 前記支持体は、リブを有することを特徴とす
   る実用新案登録請求の範囲第１項または第２項
   に記載の半導体ヒータユニツト。 (4) 前記リブは、前記支持体の前記インシユレー
   タ側の取付基部に設けたことを特徴とする実用
   新案登録請求の範囲第３項に記載の半導体ヒー
   タユニツト。