WO2017130619A1 - ヒータ - Google Patents

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勇太 武内
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京セラ株式会社
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    • H05B2203/00Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/027Heaters specially adapted for glow plug igniters

Definitions

  • the present disclosure relates to a heater used for, for example, in-vehicle heating.
  • a heater according to the present disclosure includes a columnar heater body having a ceramic body and a heating resistor embedded in the ceramic body and led out to a side surface at a rear end side of the ceramic body, and attached to a side surface of the heater body
  • a cylindrical support fitting, and the support fitting has a first region joined to the heater body via a joining material and a second region separated from the heater body, and on the rear end side. It has a shape that opens toward the top, and a lid for partitioning the space on the front end side and the space on the rear end side is provided between the heater body and the second region.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of an embodiment of a heater.
  • a heater 10 in the example shown in FIG. 1 includes a columnar heater body 1 having a ceramic body 11 and a heating resistor 12 embedded in the ceramic body 11 and led to a side surface on the rear end side of the ceramic body 11;
  • a cylindrical support fitting 2 attached to the side surface of the heater body 1 is provided, and the support fitting 2 is separated from the heater body 1 and the first region 21 joined via the joining material 3 and the heater body 1.
  • the lid body 4 has two regions 22 and has a shape opening toward the rear end side, and partitions the front end side space and the rear end side space between the heater body 1 and the second region 22. Is provided.
  • the heater body 1 has a columnar shape such as a columnar shape or a prismatic shape.
  • the length of the heater body 1 is, for example, 20 to 60 mm, and the diameter when the heater body 1 is circular is, for example, 2.5 to 5.5 mm.
  • Examples of the material of the ceramic body 11 constituting the heater body 1 include electrically insulating ceramics such as oxide ceramics, nitride ceramics, and carbide ceramics. Specifically, alumina ceramics, silicon nitride ceramics, aluminum nitride ceramics, silicon carbide ceramics, or the like can be used. In particular, silicon nitride ceramics are preferable because silicon nitride as a main component is excellent in terms of high strength, high toughness, high insulation, and heat resistance.
  • the ceramic body 11 may contain a metal element compound contained in the heating resistor 12.
  • a metal element compound contained in the heating resistor 12 for example, when the heating resistor 12 contains tungsten or molybdenum, WSi 2 or MoSi 2 is used. It may be included. By doing in this way, the thermal expansion coefficient of the silicon nitride ceramic which is a base material can be brought close to the thermal expansion coefficient of the heating resistor 12, and the durability of the heater can be improved.
  • a heating resistor 12 is embedded in the ceramic body 11.
  • a heat-resistant material is used, for example, tungsten or tungsten carbide.
  • the front end side has a folded portion in which the shape of the longitudinal section (the section parallel to the length direction of the columnar heater body 1) forms a folded shape, and the vicinity of the center of the folded portion (the folded portion). The vicinity of the middle point) is the heat generating part that generates the most heat.
  • the heating resistor 12 has a pair of linear portions on the rear end side from the folded portion, and is led out to the side surface on the rear end side of the ceramic body 11 in the vicinity of the rear end of each linear portion. It is electrically connected to a lead member 6 described later via a bonding material.
  • the shape of the cross section of the heating resistor 12 may be any shape such as a circle, an ellipse, or a rectangle.
  • the heating resistor 12 is formed using the same material for the folded portion on the front end side and the pair of linear portions on the rear end side, but in order to suppress unnecessary heat generation, for example, By making the cross-sectional area larger than the cross-sectional area of the folded portion or reducing the content of the forming material of the ceramic body 11 included in the linear portion, the unit length of the linear portion per unit length of the folded portion is reduced. The resistance value may be reduced.
  • the heating resistor 12 is not limited to the configuration including the folded portion having the shape shown in FIG. 1 and a pair of linear portions on the rear end side, and for example, the folded portion may be a pattern that is repeatedly folded several times. Further, two layers of patterns having the shape shown in FIG. 1 may be laminated.
  • an electrode layer 5 electrically connected to the heating resistor 12 embedded in the ceramic body 11 is provided as necessary.
  • the electrode layer 5 is made of, for example, molybdenum (Mo) or tungsten (W), and has a thickness of, for example, 50 to 300 ⁇ m.
  • Mo molybdenum
  • W tungsten
  • the electrode layer 5 may be provided only in a portion of the surface of the ceramic body 11 where the heating resistor 12 is drawn out and in the vicinity thereof, so as to face a coil portion 61 constituting the lead member 6 described later. It may be provided over the entire circumference. In the example shown in FIG. 1, there are two portions from which the heating resistor 12 is drawn, and the electrode layer 5 is provided over the entire circumference in each portion.
  • the electrode layer 5 can be provided so as not to be electrically connected to each other. Further, the electrode layer 5 may have a surface provided with a plating layer made of, for example, Ni—B or Au.
  • a lead member 6 having a coil portion 61 formed by winding a metal wire a plurality of times so as to cover the electrode layer 5 is provided.
  • the lead member 6 is made of, for example, Ni, Fe, a Ni-based heat-resistant alloy, and has a thickness of 0.5 to 2.0 mm, for example.
  • two lead members 6 are provided.
  • Each lead member 6 has a coil portion 61 in which a metal wire is wound a plurality of times, and the coil portion 61 has a configuration in which a metal wire is usually wound 2 to 6 times.
  • the electrode layer 5 and the coil portion 61 of the lead member 6 are electrically connected via a brazing material made of, for example, Ag, Cu, Au, or the like.
  • a cylindrical support fitting 2 is attached to the side surface of the heater body 1 as a support member for fixing to the outside when used as a glow plug, for example.
  • the support fitting 2 is made of, for example, an alloy made of Fe or Ni, and specifically, a material such as stainless steel (SUS), an Fe—Ni—Co alloy, or a Ni heat-resistant alloy is used.
  • the support fitting 2 has a first region 21 joined to the heater body 1 via the joining material 3 and a second region 22 separated from the heater body 1.
  • the support fitting 2 has a shape that opens toward the rear end side.
  • the inner surface and the outer surface of the support metal fitting 2 have a shape that expands in a step shape from the first region 21 to the second region 22 so that the support metal fitting 2 opens toward the rear end side. It has a shape.
  • the shape of the support metal fitting 2 is not particularly limited.
  • the shape of the support metal fitting 2 has a step only on the inner surface, the shape of only the inner surface of the support metal fitting 2 gradually increases in diameter toward the rear end, or the shape of a cylinder. There may be.
  • a brazing material, solder, or a glass-based material is used as the bonding material 3 for bonding the heater body 1 (ceramic body 11) and the first region 21, but a brazing material is preferable in order to improve the bonding strength.
  • a brazing material such as Ag—Cu is used.
  • the inner diameter of the first region 21 is, for example, a heater main body at a portion where the first region 21 is provided in order to sufficiently spread the bonding material 3 inside the first region 21 and obtain an appropriate bonding force.
  • 1 is set in a range of 101 to 120%, preferably in a range of 105 to 115% of the outer diameter (the total value of the diameter of the ceramic body 11 and the thickness of the metal layer 7).
  • the inner diameter of the second region 22 is set to 100% or more of the inner diameter of the first region 21.
  • a lid 4 is provided between the heater body 1 and the second region 22 to partition the space on the front end side and the space on the rear end side.
  • a space is provided between the outer surface of the heater body 1 and the inner surface of the second region 22 constituting the support fitting 2, and a disk-like shape disposed perpendicular to the longitudinal direction of the heater body 1 in this space.
  • a lid 4 is provided.
  • the lid 4 has a hole through which the heater main body 1 can be inserted in the center, and is fixed by being inserted into the heater main body 1.
  • the thickness of the lid 4 is set to 0.5 to 4 mm, for example.
  • a protrusion, a rib, a step shape, or the like may be provided on the inner wall of the second region 22 for positioning the lid 4.
  • the temperature of the heater when the temperature of the heater is rapidly raised in a very cold environment below freezing, a thermal shock is applied to the joint between the support fitting 2 and the ceramic body 11, and a crack is generated in the joint.
  • the resistance value may decrease.
  • the heater 10 having the above-described configuration, the space on the front end side (space around the joint portion) and the space on the rear end side (external) of the space between the heater body 1 and the second region 22. Since the lid body 4 partitions the space), it is possible to prevent cold air from flowing into the joint portion between the first region 21 of the support fitting 2 and the heater body 1 (ceramic body 11). Further, due to heat conduction from the heater main body 1 and the support metal 2, air in the space on the tip side (the space around the joint) in the space between the heater main body 1 and the second region 22 is warmed. The lid 4 can block and prevent the warmed air from being exchanged.
  • the lid 4 can be made of metal, ceramics, or the like, and is preferably made of ceramics such as alumina or silicon nitride. Ceramics is excellent as the lid 4 because it has higher insulation and lower thermal conductivity than metal.
  • the main component of the lid body 4 and the main component of the ceramic body 11 are preferably the same, and the thermal expansion coefficient can be made substantially equal to that of the ceramic body 11 made of silicon nitride and the lid body 4 made of alumina. That's fine.
  • the lid 4 may be provided with a gap 41 between the heater body 1 and the second region 22.
  • a heater 10 even if the air in the space on the front end side between the second region 22 of the support fitting 2 and the heater body 1 expands due to heating or contracts due to cooling, The pressure can be kept almost constant with the pressure of the outside air. Thereby, it can suppress that a thermal shock is applied to the junction part of the 1st area
  • the gap 41 referred to here suppresses cool air from flowing into the joint between the first region 21 of the support fitting 2 and the heater body 1, and the gap between the second region 22 of the support fitting 2 and the heater body 1. It is provided to adjust the pressure of the air while maintaining the effect of preventing the warmed air in the space on the front end side from being replaced with the air in the space on the rear end side.
  • the width is set in the range of 1 mm to 1.2 mm.
  • the total width of both the gaps is set in a range of, for example, 0.1 mm to 1.2 mm.
  • the inner wall shape of the support bracket 2 on the tip side of the second region 22 may be an R shape. According to such a heater 10, it is possible to make it difficult for stress to concentrate between the first region 21 and the second region 22 even if the support fitting 2 repeats thermal expansion and contraction.
  • corner portions located at the boundary between the first region 21 and the second region 22 on the inner wall of the support fitting 2 may be covered with the brazing material 8. Even with such a heater 10, the brazing material 8 is soft, so that the stress generated at the boundary between the first region 21 and the second region 22 can be dispersed or alleviated.
  • the lead member 6 may be electrically connected to the heating resistor 12 led out to the side surface of the heater body 1, and the lid body 4 and the lead member 6 may be in contact with each other.
  • the lid 4 is warmed by energization heating, so that the air in the space on the front end side between the heater body 1 and the second region 22 is warmed, and the heater body 1 (ceramic body 11) and It is possible to further suppress the thermal shock from being applied to the joint portion of the support fitting 2 (first region 21).
  • a ceramic powder serving as a raw material of the ceramic body 11 is prepared by adding a sintering aid such as SiO 2 , CaO, MgO, ZrO 2 to ceramic powder such as alumina, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide.
  • a sintering aid such as SiO 2 , CaO, MgO, ZrO 2
  • ceramic powder such as alumina, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide.
  • the ceramic powder is press-molded to produce a molded body, or the ceramic powder is prepared into a ceramic slurry and molded into a sheet to produce a ceramic green sheet.
  • the obtained molded body or ceramic green sheet becomes the ceramic body 11 in a halved state.
  • a conductive paste pattern to be the heating resistor 12 is formed on one main surface of the obtained molded body or ceramic green sheet by screen printing or the like.
  • a material of the conductive paste for example, a refractory metal such as W, Mo, Re or the like that can be simultaneously fired with a molded body that becomes the ceramic body 11 is used as a main component, and the ceramics described above are included in these refractory metals.
  • a binder, an organic solvent, and the like prepared and kneaded can be used.
  • the heating position and resistance value of the heating resistor 12 are changed to desired values by changing the length, line width, distance and interval of the folded pattern of the conductive paste according to the application of the ceramic heater. Set to.
  • the molded body in which the pattern of the conductive paste is formed is obtained by superimposing the molded body of the same material on which the conductive paste is not printed on the molded body on which the pattern of the conductive paste is formed.
  • the heater body 1 can be produced by firing the obtained molded body at 1500 to 1800 ° C. under a pressure of 30 to 50 MPa, for example.
  • the firing is preferably performed in an inert gas atmosphere or a reducing atmosphere.
  • it is preferable to bake in the state which applied the pressure.
  • the obtained sintered body (heater body 1) was processed into a rod-like or plate-like shape, and the electrode layer 5 and the metal layer 7 were formed by screening printing, and then baked in a vacuum furnace, for example. Thereafter, Ni—B plating is applied.
  • a support fitting 2 made of, for example, a Ni-based heat-resistant alloy is fitted into the heater body 1 for positioning, and the lid 4 is fitted into a desired position.
  • a lead member 6 formed by cutting and cutting a metal wire mainly composed of Ni of ⁇ 1.0 mm into a coil shape is fitted into the heater body 1 and positioned. Thereafter, the metal layer 7 and the support fitting 2 are brazed, and the electrode layer 5 and the lead member 6 are brazed.
  • a desired gap can be provided between the lid 4 and the support fitting 2 by adjusting the size of the lid 4.
  • the support fitting 2 may be manufactured with a mold having such a shape.
  • the amount of the brazing material poured into the joint portion is adjusted. That's fine.
  • the lead member 6 is electrically connected to the heating resistor 12 led to the side surface of the heater body 1, and the lid 4 and the lead member 6 are in contact with each other. You may adjust so that it may touch.
  • the heater 10 of this embodiment can be produced.
  • Heater 1 Heater body 11: Ceramic body 12: Heating resistor 2: Support metal fitting 21: First region 22: Second region 3: Bonding material 4: Lid 5: Electrode layer 6: Lead member 61: Coil portion 7: Metal layer 8: Brazing material

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Abstract

本開示のヒータ10は、セラミック体11およびセラミック体11の内部に埋設されるとともにセラミック体11の後端側において側面に導出された発熱抵抗体12を有する柱状のヒータ本体1と、ヒータ本体1の側面に取り付けられた筒状の支持金具2とを備え、支持金具2は、ヒータ本体1と接合材3を介して接合された第一領域21およびヒータ本体1と離間された第二領域22を有するとともに、後端側に向かって開口する形状を有し、ヒータ本体1と第二領域22との間に、先端側の空間と後端側の空間とを仕切る蓋体4が設けられている。

Description

ヒータ
 本開示は、例えば車載暖房などに用いられるヒータに関するものである。
 ヒータとして、セラミック体および該セラミック体の内部に埋設されるとともにセラミック体の後端側において側面に導出された発熱抵抗体を有する柱状のヒータ本体と、該ヒータ本体の側面に取り付けられた筒状の支持金具とを備えたものが知られている(特許文献1、2を参照)。
 ここで、北欧などの寒冷地ではアイドリング規制があり、ヒータを用いた車載暖房が使用されている。すなわち、氷点下の非常に寒い環境においても着火用のヒータを急速昇温する必要が生じているうえに、環境規制の強化に伴いさらなる急速昇温が求められている。
特開2001-280640号公報 特開2002-134251号公報
 本開示のヒータは、セラミック体および該セラミック体の内部に埋設されるとともに該セラミック体の後端側において側面に導出された発熱抵抗体を有する柱状のヒータ本体と、該ヒータ本体の側面に取り付けられた筒状の支持金具とを備え、前記支持金具は、前記ヒータ本体と接合材を介して接合された第一領域および前記ヒータ本体と離間された第二領域を有するとともに、後端側に向かって開口する形状を有し、前記ヒータ本体と前記第二領域との間に、先端側の空間と後端側の空間とを仕切る蓋体が設けられていることを特徴とする。
ヒータの実施形態の一例を示す概略縦断面図である。 ヒータの実施形態のヒータの他の例を示す概略縦断面図である。 ヒータの実施形態の他の例を示す概略縦断面図である。 ヒータの実施形態の他の例を示す概略縦断面図である。 ヒータの実施形態の他の例を示す概略縦断面図である。
 以下、ヒータの実施形態の一例について図面を参照して説明する。
 図1は、ヒータの実施形態の一例を示す概略縦断面図である。図1に示す例のヒータ10は、セラミック体11およびセラミック体11の内部に埋設されるとともにセラミック体11の後端側において側面に導出された発熱抵抗体12を有する柱状のヒータ本体1と、ヒータ本体1の側面に取り付けられた筒状の支持金具2とを備え、支持金具2は、ヒータ本体1と接合材3を介して接合された第一領域21およびヒータ本体1と離間された第二領域22を有するとともに、後端側に向かって開口する形状を有し、ヒータ本体1と第二領域22との間に、先端側の空間と後端側の空間とを仕切る蓋体4が設けられている。
 ヒータ本体1は、例えば円柱状、角柱状などの柱状とされたものである。ヒータ本体1の長さは、例えば20~60mmに形成され、ヒータ本体1が断面円形の場合の直径は例えば2.5~5.5mmに形成される。
 ヒータ本体1を構成するセラミック体11の材料としては、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等の電気的な絶縁性を有するセラミックスが挙げられる。具体的には、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,炭化珪素質セラミックス等を用いることができる。特に、窒化珪素質セラミックスは、主成分である窒化珪素が高強度、高靱性、高絶縁性および耐熱性の観点で優れていることから好適である。
 なお、セラミック体11には、発熱抵抗体12に含まれる金属元素の化合物が含まれていてもよく、例えば発熱抵抗体12にタングステンまたはモリブデンが含まれている場合は、WSiまたはMoSiが含まれていてもよい。このようにすることで、母材である窒化珪素質セラミックスの熱膨張率を発熱抵抗体12の熱膨張率に近づけることができ、ヒータの耐久性を向上させることができる。
 セラミック体11の内部には発熱抵抗体12が埋設されている。発熱抵抗体12の形成材料としては、耐熱性の材料が使用され、例えばタングステンまたは炭化タングステンが用いられる。図1に示す例では、先端側に縦断面(柱状のヒータ本体1の長さ方向に平行な断面)の形状が折返し形状をなす折返し部を有していて、折返し部の中央付近(折返しの中間点付近)が最も発熱する発熱部となっている。また、発熱抵抗体12は、折返し部から後端側においては一対の直線状部となっていて、それぞれの直線状部の後端付近においてセラミック体11後端側の側面に導出され、導電性接合材を介して後述するリード部材6と電気的に接続されている。発熱抵抗体12の横断面の形状は、円、楕円、矩形などいずれの形状でもよい。
 また、発熱抵抗体12は、先端側の折返し部と後端側の一対の直線状部とが同様の材料を用いて形成されるが、不要な発熱を抑えるために、例えば、直線状部の断面積を折返し部の断面積よりも大きくしたり、直線状部に含まれるセラミック体11の形成材料の含有量を少なくしたりすることによって、折返し部よりも直線状部の単位長さ当たりの抵抗値を小さくしてもよい。さらに、発熱抵抗体12は、図1に示す形状の折返し部と後端側の一対の直線状部とからなる構成に限られず、例えば折返し部が複数回繰り返して折り返すパターンであってもよく、また図1に示す形状のパターンが2層積層されていてもよい。
 セラミック体11の表面(側面)には、必要により、セラミック体11の内部に埋設された発熱抵抗体12と電気的に接続された電極層5が設けられている。この電極層5は、例えばモリブデン(Mo)またはタングステン(W)からなり、例えば50~300μmの厚みとされたものである。電極層5は、セラミック体11の表面のうちの発熱抵抗体12が引き出された部位およびその近傍領域のみに設けられてもよく、後述するリード部材6を構成するコイル部61に対向するように全周にわたって設けられてもよい。なお、図1に示す例では、発熱抵抗体12が引き出された部位が2箇所あって、それぞれの部位において電極層5が全周にわたって設けられている。なお、2箇所の発熱抵抗体12が引き出された部位は長手方向に関して異なる位置にあることから、互いに電気的に導通されないように電極層5を設けることができる。さらに、電極層5は、表面に例えばNi-BまたはAuからなるメッキ層が設けられたものであってもよい。
 セラミック体11の周囲には、電極層5を覆うように金属線が複数回巻かれてなるコイル部61を有するリード部材6が設けられている。リード部材6は、例えばNi、Fe、Ni系耐熱合金などからなり、例えば直径0.5~2.0mmの太さとされたものである。図1に示す例では、リード部材6は2個設けられている。それぞれのリード部材6は、金属線が複数回巻かれてなるコイル部61を有していて、コイル部61は通常金属線が2~6回巻かれた構成になっている。電極層5とリード部材6のコイル部61とは、例えばAg、Cu、Auなどからなるろう材を介して電気的に接続されている。
 また、ヒータ本体1の側面には、例えばグロープラグとして使用する際に外部に固定するための支持部材として、筒状の支持金具2が取り付けられている。支持金具2は、例えばFeやNiからなる合金が用いられ、具体的にはステンレス(SUS)やFe-Ni-Co合金やNi系耐熱合金等の材料が用いられる。
 この支持金具2は、ヒータ本体1と接合材3を介して接合された第一領域21およびヒータ本体1と離間された第二領域22を有している。また、支持金具2は後端側に向かって開口する形状を有している。図に示す例では、支持金具2の内面および外面が第一領域21から第二領域22にかけて段差状に広がる形状になっていることで、支持金具2が後端側に向かって開口している形状となっている。この支持金具2の形状について特に限定はなく、例えば、支持金具2の内面のみに段差がある形状、支持金具2の内面のみが後端側に向かって徐々に径の拡がる形状、円筒形状等であってもよい。
 ヒータ本体1(セラミック体11)と第一領域21とを接合する接合材3としては、ろう材や半田あるいはガラス系の材料が用いられるが、接合強度を向上させるためにはろう材が好ましく、例えばAg-Cu等のろう材が用いられる。この際、ヒータ本体1(セラミック体11)の表面に金属層7を形成してろう付けすると、ヒータ本体1(セラミック体11)と支持金具2(第一領域21)との接合部の接合性が向上する。
 なお、第一領域21の内径は、接合材3を第一領域21の内側に十分に行き渡らせて適度な接合力を得るようにするために、例えば第一領域21が設けられる部位のヒータ本体1の外径(セラミック体11の直径と金属層7の厚みとの合計の値)の101~120%の範囲、好ましくは105~115%の範囲に設定される。また、第二領域22の内径は、第一領域21の内径の100%以上に設定される。
 そして、ヒータ本体1と第二領域22との間に、先端側の空間と後端側の空間とを仕切る蓋体4が設けられている。ヒータ本体1の外面と支持金具2を構成する第二領域22の内面との間には空間が設けられていて、この空間内にヒータ本体1の長手方向に垂直に配置された円板状の蓋体4が設けられている。蓋体4は、中央部にヒータ本体1が挿通可能な孔を有しており、ヒータ本体1に挿着されて固定されている。蓋体4の厚さは例えば0.5~4mmに設定される。なお、図示していないが、蓋体4の位置決めのために、第二領域22の内壁に、突起、リブ、段差形状などが設けられていてもよい。
 例えば、氷点下の非常に寒い環境においてヒータを急速昇温すると、支持金具2とセラミック体11との接合部に熱衝撃が加わり、当該接合部にクラックが生じ、長期間の使用によりクラックが進展して抵抗値が低下するおそれがある。
 これに対し、上記構成のヒータ10によれば、ヒータ本体1と第二領域22との間にある空間のうちの先端側の空間(接合部周囲の空間)と、後端側の空間(外部空間)とを蓋体4が仕切るため、支持金具2の第一領域21とヒータ本体1(セラミック体11)との接合部に冷気が流れ込むのを抑制することができる。また、ヒータ本体1および支持金具2からの熱伝導により、ヒータ本体1と第二領域22との間にある空間のうちの先端側の空間(接合部周囲の空間)にある空気が暖められるが、この暖められた空気が入れ換わるのを蓋体4が遮って抑制することができる。したがって、ヒータ本体1(セラミック体11)および支持金具2(第一領域21)の接合部に熱衝撃がかかるのを抑制することができ、クラックの進展を抑制して長期間にわたって抵抗値の変化を抑制することができる。
 蓋体4としては、金属、セラミックスなどを用いることができるが、例えばアルミナや窒化珪素等のセラミックスからなるのがよい。セラミックスは、金属に比べ絶縁性が高く、熱伝導率が低いので、蓋体4として優れている。特に、蓋体4の主成分とセラミック体11の主成分とを同じくするのがよく、セラミック体11を窒化珪素にして蓋体4をアルミナにするよりも熱膨張率をほぼ一致させることができる点でよい。
 また、図2に示すように、蓋体4がヒータ本体1と第二領域22との間に隙間41を有して設けられていてもよい。このようなヒータ10によれば、支持金具2の第二領域22とヒータ本体1との間における先端側の空間にある空気が加熱により膨張したり冷却により収縮したりしても、この空気の圧力を外気の圧力とほぼ一定に保つことができる。それにより、蓋体4が破損することなく、長期間にわたって支持金具2の第一領域21とヒータ本体1との接合部に熱衝撃がかかるのを抑制することができる。なお、ここでいう隙間41とは、支持金具2の第一領域21とヒータ本体1との接合部に冷気が流れ込むのを抑制するとともに、支持金具2の第二領域22とヒータ本体1との間における先端側の空間にある暖められた空気が後端側の空間にある空気と入れ換わることも抑制する効果を維持しつつ、空気の圧力を調整するために設けられたもので、例えば0.1mm~1.2mmの範囲の幅に設定される。なお、図2に示す例は、蓋体4と第二領域22との間に隙間があるものであるが、この形態に限られず、蓋体4とヒータ本体1との間に同様の幅の隙間があってもよい。また、蓋体4と第二領域22との間および蓋体4とヒータ本体1との間の両方に隙間があってもよい。この場合、両方の隙間の合計の幅が、例えば0.1mm~1.2mmの範囲に設定される。
 また、図3に示すように、支持金具2の内壁は、第二領域22の先端側の内面形状(図に示す領域Aの形状)がR形状となっていてもよい。このようなヒータ10によれば、支持金具2が熱膨張、収縮を繰り返しても、第一領域21と第二領域22との間に応力を集中しにくくすることができる。
 また、図4に示すように、支持金具2の内壁における第一領域21と第二領域22との境界に位置する角部がろう材8で覆われていてもよい。このようなヒータ10によっても、ろう材8がやわらかいので、第一領域21と第二領域22との境界に生じる応力を分散または緩和することができる。
 また、図5に示すように、ヒータ本体1の側面に導出された発熱抵抗体12にリード部材6が電気的に接続されており、蓋体4とリード部材6とが接していてもよい。このようなヒータ10によれば、通電加熱によって蓋体4が暖まるので、ヒータ本体1と第二領域22との間における先端側の空間の空気が暖まって、ヒータ本体1(セラミック体11)および支持金具2(第一領域21)の接合部に熱衝撃がかかるのをさらに抑制することができる。
 本実施形態のヒータの製造方法について説明する。
 まず、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素等のセラミック粉末に、SiO、CaO、MgO、ZrO等の焼結助剤を含有させてセラミック体11の原料となるセラミック粉体を作製する。例えば、セラミック体11が窒化珪素質セラミックスからなる場合は、主成分の窒化珪素に対して、焼結助剤として3~12質量%のY,Yb,Er等の希土類元素酸化物、0.5~3質量%のAl、さらに焼結体に含まれるSiO量として1.5~5質量%となるようにSiOを混合する。
 次に、そのセラミック粉体をプレス成型にて成型体を作製するか、あるいは、セラミック粉体をセラミックスラリーに調製し、シート状に成形して、セラミックグリーンシートを作製する。ここで、得られた成型体またはセラミックグリーンシートは、半割状態のセラミック体11となるものである。
 次に、得られた成型体あるいはセラミックグリーンシートの一方の主面に、発熱抵抗体12となる導電性ペーストのパターンをスクリーン印刷などにより形成する。ここで、導電性ペーストの材料としては、例えばセラミック体11となる成型体との同時焼成が可能なW、Mo、Re等の高融点金属を主成分とし、これらの高融点金属に上記のセラミックス,バインダー,有機溶剤等を調合し混練することで作製したものを用いることができる。
 このとき、セラミックヒータの用途に応じて、導電性ペーストのパターンの長さ、線幅、折り返しパターンの距離・間隔などを変更することにより、発熱抵抗体12の発熱位置や抵抗値を所望の値に設定する。
 この導電性ペーストのパターンが形成された成型体に、導電性ペーストの印刷されていない同一材質の成型体を重ね合わせることで、内部に導電性ペーストによるパターンが形成された成型体が得られる。
 次に、得られた成形体を、例えば30MPa~50MPaの圧力下で、1500~1800℃で焼成することにより、ヒータ本体1を作製することができる。なお、焼成は不活性ガス雰囲気中、もしくは還元雰囲気中で行なうことが好ましい。また、圧力を加えた状態で焼成することが好ましい。
 次に、得られた焼結体(ヒータ本体1)を棒状または板状の形状に加工し、電極層5および金属層7をスクリーニング印刷にて形成した後、例えば真空炉にて焼付けを行った後、Ni-Bメッキを施す。
 さらに、例えばNi系耐熱合金からなる支持金具2をヒータ本体1に嵌め込んで位置決めするとともに、所望の位置に蓋体4を嵌め込む。また、例えばφ1.0mmのNiを主成分とする金属線をコイル状に成形し切断したリード部材6を、ヒータ本体1に嵌め込んで位置決めする。その後、金属層7と支持金具2とをろう付けするとともに、電極層5とリード部材6とをろう付する。
 なお、蓋体4の大きさを調整することで、蓋体4と支持金具2との間に所望の隙間を設けることができる。
 また、支持金具2の内壁における第二領域22の先端側をR形状とするには、このような形状の金型で支持金具2を作製すればよい。
 また、支持金具2の内壁における第一領域21と第二領域22との境界に位置する角部がろう材で覆われている構成とするには、接合部に流し込むろう材の量を調整すればよい。
 また、ヒータ本体1の側面に導出された発熱抵抗体12にリード部材6が電気的に接続されており、蓋体4とリード部材6とが接している構成とするには、位置決めの位置を接するように調整すればよい。
 以上の方法により、本実施形態のヒータ10を作製することができる。
10:ヒータ
1:ヒータ本体
11:セラミック体
12:発熱抵抗体
2:支持金具
21:第一領域
22:第二領域
3:接合材
4:蓋体
5:電極層
6:リード部材
61:コイル部
7:金属層
8:ろう材

Claims (6)

  1.  セラミック体および該セラミック体の内部に埋設されるとともに該セラミック体の後端側において側面に導出された発熱抵抗体を有する柱状のヒータ本体と、
    該ヒータ本体の側面に取り付けられた筒状の支持金具とを備え、
    前記支持金具は、前記ヒータ本体と接合材を介して接合された第一領域および前記ヒータ本体と離間された第二領域を有するとともに、後端側に向かって開口する形状を有し、
    前記ヒータ本体と前記第二領域との間に、先端側の空間と後端側の空間とを仕切る蓋体が設けられているヒータ。
  2.  前記蓋体は、セラミックスからなる請求項1に記載のヒータ。
  3.  前記蓋体が、前記ヒータ本体と前記第二領域との間に隙間を有して設けられている請求項1または請求項2に記載のヒータ。
  4.  前記支持金具の内壁は、前記第二領域の先端側がR形状とされている請求項1乃至請求項3のうちのいずれかに記載のヒータ。
  5.  前記支持金具の内壁における前記第一領域と前記第二領域との境界に位置する角部がろう材で覆われている請求項1乃至請求項4のうちのいずれかに記載のヒータ。
  6.  前記ヒータ本体の側面に導出された前記発熱抵抗体にリード部材が電気的に接続されており、前記蓋体と前記リード部材とが接している請求項1乃至請求項5のうちのいずれかに記載のヒータ。
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