WO2020090827A1 - ヒータ - Google Patents

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WO2020090827A1
WO2020090827A1 PCT/JP2019/042403 JP2019042403W WO2020090827A1 WO 2020090827 A1 WO2020090827 A1 WO 2020090827A1 JP 2019042403 W JP2019042403 W JP 2019042403W WO 2020090827 A1 WO2020090827 A1 WO 2020090827A1
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WO
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heater
spacer
ceramic
ceramic cylinder
outer edge
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PCT/JP2019/042403
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English (en)
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Inventor
翼 嶋尾
Original Assignee
京セラ株式会社
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Publication date
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Priority to JP2020553944A priority patent/JP7136915B2/ja
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Priority to US17/286,102 priority patent/US20210385910A1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/48—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/06—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs structurally associated with fluid-fuel burners
    • F23Q7/10—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs structurally associated with fluid-fuel burners for gaseous fuel, e.g. in welding appliances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/22—Details
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B3/02—Details
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/44—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor arranged within rods or tubes of insulating material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/027—Heaters specially adapted for glow plug igniters

Definitions

  • the present disclosure relates to a gas ignition heater used in an atmosphere of combustion gas.
  • the heater for gas ignition is, for example, a heater provided in a residential heater in the United States, and has an insulating base having a heating resistor inside. Since the heater for gas ignition needs to be positioned in the vicinity of the blower opening of the heater when igniting the combustion gas, a fixing member is attached to the insulating base.
  • Patent Document 1 discloses a heater having a structure in which an insulating base body in which a heating resistor is embedded is attached to a tubular fitting via a tubular member.
  • the entire inner circumference of the tubular member is in close contact with the insulating base, and the tubular member is fitted into the tubular metal fitting.
  • the insulating base may be damaged due to the thermal stress caused by the difference in thermal expansion between the insulating base and the tubular fitting.
  • a heater according to one aspect of the present disclosure is an insulating substrate having a rod-shaped portion, A heating resistor provided inside the insulating base;
  • a fixing member having a cylindrical member, the insulating base body being inserted inside,
  • a strip-shaped member comprising a spacer located between the rod-shaped portion and the fixing member, and surrounding the rod-shaped portion in the circumferential direction, The spacer is characterized by having one end and the other end facing each other.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a heater according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along the section line AA of FIG. 1. It is a perspective view which extracts and shows a part of heater concerning one embodiment of this indication.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a heater according to another embodiment of the present disclosure. It is a perspective view which extracts and shows a part of heater which concerns on other embodiment of this indication. It is a perspective view which extracts and shows a part of heater which concerns on other embodiment of this indication. It is a front view which extracts and shows a part of heater which concerns on other embodiment of this indication.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a heater according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along the section line AA of FIG. 1. It is a perspective view which extracts and shows a part of heater concerning one embodiment of this indication.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view
  • FIG. 7B is an end view taken along section line BB of FIG. 7A. It is a perspective view which extracts and shows a part of heater which concerns on other embodiment of this indication. It is a perspective view which extracts and shows a part of heater which concerns on other embodiment of this indication. It is a perspective view which extracts and shows a part of heater which concerns on other embodiment of this indication.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a heater according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the section line AA of FIG. 1,
  • FIG. It is a perspective view which extracts and shows a part of heater which concerns on a form. Note that, in FIG. 3, the ceramic cylinder and the spacer of the insulating base are extracted and shown.
  • the heater 1 of this embodiment includes an insulating substrate 10, a heating resistor 20, a fixing member 30, and a spacer 40.
  • the insulating base 10 is an electrically insulating member having a rod-shaped portion.
  • the insulating base 10 includes a ceramic body 11 and a ceramic cylinder 12.
  • the ceramic body 11 is a member having, for example, a plate shape, a round bar shape, a square bar shape, or the like.
  • the ceramic tube 12 is a member having a shape such as a cylindrical shape or a rectangular tube shape.
  • the ceramic cylinder 12 has a rod-shaped outer shape and constitutes a rod-shaped portion in the heater 1 of the present embodiment (hereinafter, the rod-shaped portion may be referred to as a ceramic cylinder 12).
  • the ceramic body 11 is a member in which the heating resistor 20 is embedded. By providing the heating resistor 20 inside the ceramic body 11, the environment resistance of the heating resistor 20 can be improved.
  • the ceramic body 11 is made of electrically insulating ceramics.
  • ceramics used for the ceramic body 11 include alumina ceramics, silicon nitride ceramics, aluminum nitride ceramics, and silicon carbide ceramics.
  • the ceramic body 11 When the ceramic body 11 is made of silicon nitride ceramics, the ceramic body 11 can be excellent in strength, toughness, insulation and heat resistance.
  • the ceramic body 11 made of silicon nitride ceramics can be manufactured by the following method. First, 5 to 15% by mass of a rare earth element oxide such as Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 or Er 2 O 3 as a sintering aid is added to the main component of silicon nitride, 0.5 to 5% by mass.
  • a rare earth element oxide such as Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 or Er 2 O 3
  • the ceramic body 11 made of silicon nitride ceramics can be manufactured. Hot press firing can be used for the firing, for example.
  • the ceramic body 11 When silicon nitride ceramics is used for the ceramic body 11 and a compound such as Mo or W is used for the heating resistor 20, the ceramic body 11 may be further mixed with MoSi 2 or WSi 2 .
  • the coefficient of thermal expansion of the ceramic body 11 and the coefficient of thermal expansion of the heating resistor 20 can be made close to each other. As a result, it is possible to reduce the thermal stress caused by the difference in thermal expansion between the heating resistor 20 and the ceramic body 11 when the heater 1 is heated or cooled.
  • the ceramic body 11 When the shape of the ceramic body 11 is a plate, the ceramic body 11 has, for example, a length of 20 to 60 mm, a width of 3 to 12 mm, and a thickness of 0.5 to 6 mm.
  • the one end 11 a of the ceramic body 11 is inserted into the ceramic cylinder 12.
  • the ceramic tube 12 surrounds one end 11 a of the ceramic body 11.
  • the ceramic cylinder 12 is made of an electrically insulating ceramic material such as alumina or silica.
  • the ceramic cylinder 12 has a cylindrical shape, and its dimensions are, for example, a length of 20 to 60 mm, an inner diameter of 5 to 15 mm, and an outer diameter of 6 to 20 mm. is there. Further, in this embodiment, for example, as shown in FIG. 1, the ceramic cylinder 12 has a small inner diameter at the end portion into which the one end portion 11a of the ceramic body 11 is inserted. This facilitates fixing the ceramic body 11 to the ceramic cylinder 12.
  • the heating resistor 20 is a member that generates heat when an electric current flows. When a voltage is applied to the heating resistor 20, a current flows and the heating resistor 20 generates heat. The heat generated by this heat generation is transmitted inside the ceramic body 11, and the surface of the ceramic body 11 becomes high in temperature. Then, the heat is transferred from the surface of the ceramic body 11 to the combustion gas that is the object to be heated, so that the heater 1 functions.
  • the heating resistor 20 is provided inside the ceramic body 11.
  • the heating resistor 20 may have a U-shaped vertical section (a section parallel to the length direction of the heating resistor 20) having a folded portion.
  • the heat generating resistor 20 may have a cross section (a cross section perpendicular to the length direction of the heat generating resistor) of, for example, a circular shape, an elliptical shape, a rectangular shape, or any other shape. Good.
  • the heating resistor 20 does not need to have a constant cross-sectional area over its entire length.
  • the heating resistor 20 may have, for example, an area of a cross section in a folded portion smaller than or larger than an area of a cross section in a portion other than the folded portion.
  • the heating resistor 20 contains, for example, a carbide such as W, Mo, or Ti, a nitride, or a silicide, as a main component.
  • a carbide such as W, Mo, or Ti
  • a nitride or a silicide
  • the heating resistor 20 may contain tungsten carbide as a main component.
  • the heating resistor 20 may contain tungsten carbide as a main component and silicon nitride in an amount of 20 mass% or more.
  • silicon nitride By adding silicon nitride to the heating resistor 20, the coefficient of thermal expansion of the heating resistor 20 and the coefficient of thermal expansion of the ceramic body 11 can be made close to each other. As a result, it is possible to reduce the thermal stress caused by the difference in thermal expansion between the heating resistor 20 and the ceramic body 11 when the heater is heated or cooled.
  • the heater 1 further includes two conductor layers 50, two lead terminals 60, and a sealing material 70 as shown in FIG. 1, for example.
  • the conductor layer 50 is a member for electrically connecting the heating resistor 20 and an external power source (not shown).
  • the conductor layer 50 functions as an electrode portion of the heater 1.
  • the conductor layer 50 is electrically connected to the heating resistor 20.
  • the conductor layer 50 is provided on the surface of the ceramic body 11 near the one end 11 a, and is located inside the ceramic cylinder 12.
  • the conductor layer 50 is made of a metal material such as Ag or Cu.
  • the conductor layer 50 is formed by screen printing, for example.
  • the shape of the surface of the conductor layer 50 is, for example, a quadrangular shape.
  • the conductor layer 50 has, for example, a length of 2 to 10 mm in the length direction of the ceramic cylinder 12, a width of 2 to 8 mm, and a thickness of 20 to 200 ⁇ m.
  • the lead terminal 60 is a member for transmitting electricity from the external power source to the heating resistor 20.
  • the two lead terminals 60 are connected to the two conductor layers 50, respectively.
  • the lead terminal 60 has one end connected to the conductor layer 50 and the other end drawn out of the ceramic tube 12.
  • the lead terminal 60 drawn out of the ceramic cylinder 12 is connected to an external power supply.
  • the lead terminal 60 and the conductor layer 50 are connected by, for example, a brazing material.
  • the brazing material for example, silver brazing, gold-copper brazing, silver-copper brazing or the like can be used.
  • the lead terminal 60 is made of Ni, for example.
  • the lead terminal 60 may be covered with an insulating tube 61 in a region other than a portion joined to the conductor layer 50 or a portion connected to an external power source.
  • the tube 61 is made of, for example, a resin material. Examples of the resin material used for the tube 61 include a fluororesin having excellent heat resistance.
  • the sealing material 70 is a member for protecting the conductor layer 50 and the lead terminal 60 together with the ceramic cylinder 12.
  • the sealing material 70 is provided at the end of the ceramic tube 12 into which the ceramic body 11 is inserted. Further, the sealing material 70 seals the ceramic body 11 and the end of the ceramic tube 12. Thereby, when the other end 11b of the ceramic body 11 opposite to the one end 11a is arranged in the atmosphere of the combustion gas, the combustion gas can be prevented from entering the inside of the ceramic cylinder 12.
  • the sealing material 70 is made of a ceramic material such as alumina or silica.
  • the sealing material 70 is provided so as to close the opening surface of the ceramic cylinder 12 into which the ceramic body 11 is inserted.
  • the thickness of the sealing material 70 in the length direction of the ceramic cylinder 12 is, for example, 10 to 60 mm.
  • the fixing member 30 is a member that facilitates attachment of the ceramic cylinder 12 to the main body of the heater.
  • the fixing member 30 is a cylindrical member, and the ceramic cylinder 12 is inserted therein.
  • the fixing member 30 surrounds one end of the ceramic cylinder 12 as shown in FIG. 1, for example.
  • the inner diameter of the fixing member 30 is small at the end where the ceramic tube 12 is inserted.
  • the fixing member 30 is made of a metal material such as stainless steel or an iron-cobalt-nickel alloy. When the fixing member 30 is made of stainless steel, the fixing member 30 having excellent corrosion resistance can be obtained.
  • the spacer 40 is a strip-shaped (strip plate-shaped) member, and is located between the ceramic cylinder 12 and the fixing member 30.
  • the spacer 40 surrounds the ceramic cylinder 12 in the circumferential direction and includes an inner peripheral surface 40a on the ceramic cylinder 12 side and an outer peripheral surface 40b on the opposite side of the inner peripheral surface 40a.
  • the spacer 40 has one side surface (hereinafter, also referred to as a first side surface) 40c that extends along the circumferential direction of the ceramic cylinder 12 and connects the inner peripheral surface 40a and the outer peripheral surface 40b, as shown in FIG. 3, for example. Further, it has another side surface (hereinafter, also referred to as a second side surface) 40d opposite to the first side surface 40c.
  • the spacer 40 has a thickness in the radial direction of the ceramic cylinder 12, as shown in FIG. 3, for example.
  • the spacer 40 has one end (hereinafter, also referred to as a first end) 41 and the other end (hereinafter, also referred to as a second end) 45 that face each other in the circumferential direction of the ceramic cylinder 12.
  • the first end 41 has one end face (hereinafter, also referred to as a first end face) 42 that faces the second end 45.
  • the second end 45 has another end surface (hereinafter, also referred to as a second end surface) 46 that faces the first end 41.
  • the first end surface 42 and the second end surface 46 may be opposed to each other with a space therebetween, as shown in FIGS.
  • the spacer 40 is made of, for example, a metal material, a ceramic material, or the like.
  • the metal material used for the spacer 40 include iron, iron alloys such as SUS, Ni alloys, and Al alloys.
  • examples of the ceramic material used for the spacer 40 include alumina, zirconia, and silicon nitride.
  • the spacer 40 is not provided over the entire circumference of the ceramic cylinder 12, but has the first end 41 and the second end 45 facing each other.
  • the spacer 40 can expand or contract in the circumferential direction of the ceramic tube 12 when the temperature of the heater 1 is increased or decreased, and thus the spacer 40 is insulated by thermal stress due to the difference in thermal expansion between the insulating base 10 and the fixing member 30. It is possible to prevent the base body 10 from being damaged. As a result, it is possible to provide the heater 1 having excellent long-term reliability.
  • the spacer 40 is The length of the ceramic cylinder 12 in the length direction may be larger than the length of the ceramic cylinder 12 in the circumferential direction.
  • the spacer 40 may have a cylindrical shape having a slit extending in the length direction of the ceramic cylinder 12.
  • FIG. 4 is a sectional view of a heater according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 corresponds to the cross-sectional view shown in FIG.
  • the heater 1A of the present embodiment shown in FIG. 4 is different from the heater 1 of the above embodiment in the configuration of the first end 41 and the second end 45 of the spacer 40, and is otherwise the same. Therefore, detailed description of the same configuration will be omitted.
  • the spacer 40 is configured such that the first end 41 or the second end 45 is thinner than the portion other than the first end 41 or the second end 45. According to such a configuration, even when the first end 41 and the second end 45 contact each other under the heat cycle in which the heater 1A repeatedly raises and lowers the temperature, the first end 41 and the second end 45 are contacted with each other. The thermal stress acting can be dispersed. Thereby, damage to the spacer 40 can be suppressed, and as a result, direct contact between the insulating base 10 and the fixing member 30 can be suppressed. As a result, the long-term reliability of the heater 1A can be improved.
  • the spacer 40 since the gap is formed between the ceramic cylinder 12 and the first end 41 and between the ceramic cylinder 12 and the second end 45, the spacer 40 is under heat cycle.
  • the force that tightens the ceramic tube 12 can be prevented from becoming too large.
  • damage to the ceramic cylinder 12 can be suppressed, and thus long-term reliability of the heater 1A can be improved.
  • the spacer 40 may have a configuration in which at least one of the first end 41 and the second end 45 is thinner than the portion other than the at least one.
  • the spacer 40 has a structure in which both the first end 41 and the second end 45 are thinner than the parts other than the first end 41 and the second end 45. It may be. With such a configuration, it is possible to effectively prevent the spacer 40 and the ceramic cylinder 12 from being damaged.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a part of a heater according to another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 6 is a perspective view showing a part of a heater according to another embodiment of the present disclosure. It is a figure. 5 and 6, the ceramic cylinder and the spacer of the insulating base are extracted and shown.
  • the heater 1B of the present embodiment shown in FIG. 5 is different from the heater 1 of the above-described embodiment in the configuration of the first end 41 and the second end 45 of the spacer 40, and is otherwise the same. Therefore, detailed description of the same configuration will be omitted.
  • the description of the heater 1C will be omitted for the points overlapping with the description of the heater 1B.
  • the heater 1B of this embodiment is configured such that the first end 41 of the spacer 40 has a recess 43.
  • the recess 43 is recessed from the first end surface 42 in the circumferential direction of the ceramic cylinder 12, and the bottom 43 a of the recess 43 extends along the length of the ceramic cylinder 12.
  • the recess 43 has inner edge portions 43b and 43c that connect both ends of the bottom portion 43a in the length direction of the ceramic cylinder 12 and the first end surface 42, respectively.
  • the heater 1B of the present embodiment is configured such that the second end 45 of the spacer 40 has a convex portion 47.
  • the convex portion 47 projects from the second end surface 46 in the circumferential direction of the ceramic cylinder 12, and the top portion 47 a extends along the length direction of the ceramic cylinder 12.
  • the top portion 47a has outer edge portions 47b and 47c that connect both ends of the top portion 47a in the length direction of the ceramic cylinder 12 and the second end surface 46, respectively.
  • the concave portion 43 of the first end 41 and the convex portion 47 of the second end 45 have complementary shapes, and the convex portion 47 enters the concave portion 43 as shown in FIG. 5, for example.
  • the heater 1B of the present embodiment it is possible to suppress the relative displacement between the first end 41 and the second end 45 in the length direction of the ceramic cylinder 12 under the heat cycle. As a result, it is possible to prevent the insulating base 10 and the fixing member 30 from directly contacting each other without the spacer 40. Consequently, it is possible to suppress damage to the insulating base 10 and improve the long-term reliability of the heater 1B.
  • the bottom portion 43a of the concave portion 43 and the top portion 47a of the convex portion 47 extend linearly along the length direction of the ceramic cylinder 12, and the linear top portion 47a is linear. It may be configured to face the bottom portion 43a of the. According to such a configuration, when the spacer 40 thermally expands when the temperature of the heater 1B rises and the top portion 47a and the bottom portion 43a come into contact with each other, the stress due to the contact between the top portion 47a and the bottom portion 43a is substantially the same as that of the ceramic. It acts only in the circumferential direction of the cylinder 12 and does not act in the length direction of the ceramic cylinder 12.
  • the relative displacement of the first end 41 and the second end 45 in the length direction of the ceramic cylinder 12 can be suppressed, so that the insulating base 10 and the fixing member 30 can fix the spacer 40.
  • Direct contact can be suppressed without intervention. Consequently, it is possible to suppress damage to the insulating base 10 and improve the long-term reliability of the heater 1B.
  • the recess 43 may have a configuration in which the direction in which one inner edge portion 43b extends and the direction in which the other inner edge portion 43c extends are non-parallel.
  • the convex portion 47 may be configured such that the direction in which one outer edge portion 47b extends and the direction in which the other outer edge portion 47c extends are non-parallel.
  • FIG. 7A is a front view showing a part of a heater according to another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 7B is an end view taken along the section line BB of FIG. 7A. Note that, in FIGS. 7A and 7B, the ceramic cylinder and the spacer of the insulating substrate are extracted and shown. Further, in FIG. 7A, the portion where the concave portion and the convex portion of the spacer mesh with each other is shown enlarged.
  • the heater 1D of the present embodiment shown in FIGS. 7A and 7B is different from the heater 1B of the above-described embodiment in the configuration of the concave portion 43 and the convex portion 47, and is the same in the other respects, and thus the same. Detailed description of the configuration is omitted.
  • the outer edge portions 47b and 47c in the length direction of the ceramic cylinder 12 are located in the concave portion 43 from the central portion 47d. Is also thinner.
  • the central portion 47d refers to a portion located between the outer edge portion 47b and the outer edge portion 47c in the length direction of the ceramic cylinder 12.
  • the spacer 40 when the temperature of the heater 1D is increased, the spacer 40 thermally expands, and when the outer edge portions 47b and 47c of the convex portion 47 and the inner edge portions 43b and 43c of the concave portion 43 come into contact with each other, It is possible to increase the contact area between the outer edge portion 47b and the inner edge portion 43b and the contact area between the outer edge portion 47c and the inner edge portion 43c. As a result, the stress due to the contact between the outer edge portions 47b, 47c and the inner edge portions 43b, 43c can be dispersed, so that the occurrence of cracks in the spacer 40 can be suppressed and the damage of the spacer 40 can be suppressed. As a result, the long-term reliability of the heater 1D can be improved.
  • one inner edge portion 43b of the first end 41 is closer to the first side surface 40c than the inner edge portion 43b in the length direction of the ceramic cylinder 12 (the vertical direction in FIGS. 7A and 7B).
  • the thickness may be smaller than that of the central portion 43d located at.
  • the first end 41 is configured such that the other inner edge portion 43c is thinner than the center portion 43e located on the second side face 40d side with respect to the inner edge portion 43c in the length direction of the ceramic cylinder 12. It may be. With such a configuration of the inner edge portions 43b and 43c, it is possible to further increase the contact area between the outer edge portions 47b and 47c and the inner edge portions 43b and 43c.
  • the stress caused by the contact between the outer edge portions 47b and 47c and the inner edge portions 43b and 43c can be effectively dispersed, so that the breakage of the spacer 40 can be effectively suppressed.
  • the long-term reliability of the heater 1D can be improved.
  • the first end 41 may have a configuration in which the outer edge portion 43f near the first side surface 40c is thinner than the central portion 43d, as shown in FIGS. 7A and 7B, for example.
  • the second end 45 may be configured such that the outer edge portion 43g of the ceramic cylinder 12 near the second side face 40d is thinner than the central portion 43e.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a part of a heater according to another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 9 is a perspective view showing a part of a heater according to another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 10 is a perspective view showing a part of a heater according to another embodiment of the present disclosure. 8, 9 and 10, the ceramic cylinder and the spacer of the insulating base are extracted and shown.
  • the heater 1E of the present embodiment shown in FIG. 8 is different from the heater 1 of the above embodiment in the configuration of the first end 41 and the second end 45 of the spacer 40, and is otherwise the same. Therefore, detailed description of the same configuration will be omitted.
  • the description of the heaters 1F and 1G will be omitted for the points that overlap with the description of the heater 1E.
  • the first end 41 has the first cutout portion 44
  • the second end 45 has the second cutout portion 48.
  • the first cutout portion 44 is open to the first end surface 42, the second side surface 40d, the outer peripheral surface 40b, and the inner peripheral surface 40a of the spacer 40, as shown in FIG. 8, for example.
  • the first cutout portion 44 is recessed from the first end surface 42 in the circumferential direction of the ceramic cylinder 12, and the bottom portion 44 a of the first cutout portion 44 extends in the lengthwise direction of the ceramic cylinder 12. Further, an outer edge portion 44b connecting one end of the bottom portion 44a on the first side face 40c side and the first end face 42 extends in the circumferential direction of the ceramic cylinder 12.
  • the second cutout portion 48 is open to the second end surface 46, the first side surface 40c, the outer peripheral surface 40b, and the inner peripheral surface 40a of the spacer 40, as shown in FIG. 8, for example.
  • the second cutout portion 48 is recessed in the circumferential direction of the ceramic cylinder 12 from the second end surface 46 toward the first end surface 42, and the bottom portion 48 a of the second cutout portion 48 extends in the length direction of the ceramic cylinder 12. It is extended. Further, an outer edge portion 48b connecting one end of the bottom portion 48a on the second side face 40d side and the second end face 46 extends in the circumferential direction of the ceramic cylinder 12.
  • the first notch portion 44 and the second notch portion 48 have complementary shapes. For example, as shown in FIG. 8, the first notch portion 44 and the second notch portion 48 are mutually Engaged.
  • the spacer 40 since the spacer 40 has the first end 41 and the second end 45 facing each other, it is caused by the difference in thermal expansion between the insulating base 10 and the fixing member 30, and the insulating base is formed. Since the thermal stress acting on 10 can be relaxed, damage to the insulating base 10 can be suppressed. As a result, it is possible to provide the heater 1E having excellent long-term reliability. Further, according to the heater 1E of the present embodiment, since the first cutout portion 44 and the second cutout portion 48 are engaged with each other, the lengthwise direction of the ceramic cylinder 12 (the vertical direction in FIG. 8) is increased. A relative displacement between the first end 41 and the second end 45 can be suppressed.
  • the first cutout portion 44 may have a configuration in which the outer edge portion 44b is thinner than the central portion 44c at the portion engaged with the second cutout portion 48.
  • the central portion 44c refers to a portion located closer to the first side face 40c than the outer edge portion 44b in the length direction of the ceramic cylinder 12.
  • the second cutout portion 48 may have a configuration in which the outer edge portion 48b is thinner than the central portion 48c at the portion engaged with the first cutout portion 44.
  • the central portion 48c refers to a portion located closer to the second side face 40d than the outer edge portion 48b in the length direction of the ceramic cylinder 12.
  • the spacer 40 thermally expands when the temperature of the heater 1E rises, and the outer edge portion 44b of the first cutout portion 44 and the second cutout portion 44 are formed.
  • the contact area between the outer edge portion 44b and the outer edge portion 48b can be increased, and the stress due to the contact between the outer edge portion 44b and the outer edge portion 48b can be dispersed. Therefore, the occurrence of cracks in the spacer 40 can be suppressed, and the damage to the spacer 40 can be suppressed. As a result, the long-term reliability of the heater 1E can be improved.
  • first end 41 may be configured such that the outer edge portion 44d of the ceramic cylinder 12 near the first side surface 40c is thinner than the central portion 44c.
  • second end 45 may be configured such that the outer edge portion 48d of the ceramic cylinder 12 near the second side surface 40d is thinner than the central portion 48c.
  • the first end surface 42 and the second end surface 46 may extend in a direction intersecting the length direction of the ceramic cylinder 12, as shown in FIG. 9, for example.
  • the bottom portion 44a of the first cutout portion 44 and the bottom portion 48a of the second cutout portion 48 may extend in a direction intersecting the length direction of the ceramic cylinder 12, as shown in FIG. 9, for example.
  • the direction in which the bottom portion 44a of the first cutout portion 44 extends and the direction in which the second end surface 46 extends may be parallel or non-parallel.
  • the direction in which the bottom 48a of the second cutout 48 extends and the direction in which the first end surface 42 extends may be parallel or non-parallel.
  • the outer edge portion 44b of the first cutout portion 44 and the outer edge portion 48b of the second cutout portion 48 may extend in a direction intersecting the circumferential direction of the ceramic cylinder 12, as shown in FIG. 10, for example. Even with such a configuration of the first end 41 and the second end 45, the thermal stress acting on the insulating substrate 10 can be relaxed, and the first end 41 and the second end 41 in the length direction of the ceramic cylinder 12 can be relaxed. It is possible to suppress the relative displacement with the end 45, and consequently to prevent the damage to the insulating base 10.

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Abstract

本開示のヒータは、棒状部分を有する絶縁基体と、絶縁基体の内部に設けられた発熱抵抗体と、筒状の部材であって、内側に絶縁基体が挿入された固定部材と、帯状の部材であって、棒状部分と固定部材との間に位置し、棒状部分を周方向に囲むスペーサーとを備える。スペーサーは、互いに向かい合う一端および他端を有する。

Description

ヒータ
　本開示は、燃焼ガス中雰囲気中で用いられる、ガス点火用のヒータに関するものである。
　ガス点火用のヒータは、例えば、米国における住宅用暖房機が備えているヒータであり、発熱抵抗体を内部に有する絶縁基体を有している。ガス点火用のヒータは、燃焼ガスに点火する際、暖房機の送風口の近傍に位置付けられる必要があるため、絶縁基体には固定部材が取り付けられている。
　例えば特許文献１は、発熱抵抗体が埋設された絶縁基体を、筒状部材を介して、筒状金具に取り付けた構造を有するヒータを開示している。
　従来のヒータでは、筒状部材の内周全体が絶縁基体に密着し、筒状部材は筒状金具に嵌合されている。そのようなヒータでは、昇温時または降温時に、絶縁基体と筒状金具との熱膨張差に起因する熱応力によって絶縁基体が破損することがある。
特開２００４－２５１６１３号公報
　本開示の一つの態様のヒータは、棒状部分を有する絶縁基体と、
　該絶縁基体の内部に設けられた発熱抵抗体と、
　筒状の部材であって、内側に前記絶縁基体が挿入された固定部材と、
　帯状の部材であって、前記棒状部分と前記固定部材との間に位置し、前記棒状部分を周方向に囲むスペーサーとを備えており、
　該スペーサーは、互いに向かい合う一端および他端を有することを特徴とする。
　本開示の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
本開示の一実施形態に係るヒータを示す断面図である。 図１の切断面線Ａ－Ａで切断した断面図である。 本開示の一実施形態に係るヒータの一部を抜粋して示す斜視図である。 本開示の他の実施形態に係るヒータを示す断面図である。 本開示の他の実施形態に係るヒータの一部を抜粋して示す斜視図である。 本開示の他の実施形態に係るヒータの一部を抜粋して示す斜視図である。 本開示の他の実施形態に係るヒータの一部を抜粋して示す正面図である。 図７Ａの切断面線Ｂ－Ｂで切断した端面図である。 本開示の他の実施形態に係るヒータの一部を抜粋して示す斜視図である。 本開示の他の実施形態に係るヒータの一部を抜粋して示す斜視図である。 本開示の他の実施形態に係るヒータの一部を抜粋して示す斜視図である。
　以下、本実施形態のヒータについて、図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、本開示の一実施形態に係るヒータを示す断面図であり、図２は、図１の切断面線Ａ－Ａで切断した断面図であり、図３は、本開示の一実施形態に係るヒータの一部を抜粋して示す斜視図である。なお、図３では、絶縁基体のセラミック筒およびスペーサーを抜粋して示している。
　本実施形態のヒータ１は、絶縁基体１０と、発熱抵抗体２０と、固定部材３０と、スペーサー４０とを備えている。
　絶縁基体１０は、棒状部分を有する、電気絶縁性の部材である。絶縁基体１０は、セラミック体１１と、セラミック筒１２とを備えている。セラミック体１１は、例えば板状、丸棒状、角棒状等の形状を有する部材である。セラミック筒１２は、例えば円筒状、四角筒状等の形状を有する部材である。セラミック筒１２は、棒状の外形を有しており、本実施形態のヒータ１における棒状部分を構成している（以下、棒状部分をセラミック筒１２という場合がある）。
　セラミック体１１は、内部に発熱抵抗体２０が埋設された部材である。セラミック体１１の内部に発熱抵抗体２０を設けることによって、発熱抵抗体２０の耐環境性を向上させることができる。
　セラミック体１１は、電気絶縁性を有するセラミックスから成る。セラミック体１１に用いられるセラミックスとしては、例えば、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が挙げられる。
　セラミック体１１が窒化珪素質セラミックスから成る場合、強度、靱性、絶縁性および耐熱性に優れたセラミック体１１とすることができる。窒化珪素質セラミックスから成るセラミック体１１は、次の方法で作製することができる。先ず、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を混合して、所定の形状に成形した後に１６５０～１７８０℃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をから成るセラミック体１１を作製することができる。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。
　セラミック体１１に窒化珪素質セラミックスを用いて、発熱抵抗体２０にＭｏまたはＷ等の化合物を用いる場合には、セラミック体１１に、さらにＭｏＳｉ２またはＷＳｉ２等を混合しておいてもよい。発熱抵抗体２０に用いる金属の珪化物を絶縁基体１０に分散させておくことによって、セラミック体１１の熱膨張率と発熱抵抗体２０の熱膨張率を近づけることができる。これにより、ヒータ１の昇温時または降温時に発熱抵抗体２０とセラミック体１１との熱膨張差によって生じる熱応力を低減することができる。
　セラミック体１１の形状が板状である場合、セラミック体１１は、例えば、長さが２０～６０ｍｍであり、幅が３～１２ｍｍであり、厚さが０．５～６ｍｍである。
　セラミック筒１２には、セラミック体１１の一端部１１ａが挿入されている。セラミック筒１２は、セラミック体１１の一端部１１ａを囲んでいる。セラミック筒１２は、例えばアルミナまたはシリカ等の電気絶縁性を有するセラミック材料から成る。本実施形態では、セラミック筒１２は、円筒状の形状を有しており、その寸法は、例えば、長さが２０～６０ｍｍであり、内径が５～１５ｍｍであり、外径が６～２０ｍｍである。また、本実施形態では、例えば図１に示すように、セラミック筒１２は、セラミック体１１の一端部１１ａが挿入された端部において内径が小さくなっている。これにより、セラミック体１１をセラミック筒１２に固定しやすくなる。
　発熱抵抗体２０は、電流が流れることによって発熱する部材である。発熱抵抗体２０に電圧が印加されることによって電流が流れ、発熱抵抗体２０が発熱する。この発熱によって生じた熱がセラミック体１１の内部を伝わって、セラミック体１１の表面が高温になる。そして、セラミック体１１の表面から被加熱物である燃焼ガスに熱が伝わることによって、ヒータ１が機能する。
　発熱抵抗体２０は、セラミック体１１の内部に設けられている。発熱抵抗体２０は、例えば図１に示すように、縦断面（発熱抵抗体２０の長さ方向に対して平行な断面）が、折り返し部分を有するＵ字状の形状であってもよい。発熱抵抗体２０は、横断面（発熱抵抗体の長さ方向に対して垂直な断面）が、例えば、円形状、楕円形状、矩形状等の形状であってもよく、その他の形状であってもよい。なお、発熱抵抗体２０は、横断面の面積が全長にわたって一定である必要はない。発熱抵抗体２０は、例えば、折り返し部分における横断面の面積が、折り返し部分以外の部分における横断面の面積よりも小さくなっていてもよく、大きくなっていてもよい。
　発熱抵抗体２０は、例えば、Ｗ、Ｍｏまたは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１１が窒化珪素質セラミックスから成る場合、発熱抵抗体２０は、炭化タングステンを主成分としていてもよい。これにより、セラミック体１１の熱膨張率と発熱抵抗体２０の熱膨張率とを近づけることができるとともに、発熱抵抗体２０の耐熱性を向上させることができる。
　セラミック体１１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２０は、炭化タングステンを主成分とし、窒化珪素が２０質量％以上添加されていてもよい。発熱抵抗体２０に窒化珪素を添加することによって、発熱抵抗体２０の熱膨張率とセラミック体１１の熱膨張率とを近づけることができる。これにより、ヒータの昇温時または降温時に発熱抵抗体２０とセラミック体１１との熱膨張差によって生じる熱応力を低減することができる。
　ヒータ１は、例えば図１に示すように、２つの導体層５０と、２つのリード端子６０と、封止材７０とをさらに有している。
　導体層５０は、発熱抵抗体２０と外部電源（図示せず）とを電気的に接続するための部材である。導体層５０は、ヒータ１の電極部分として機能している。導体層５０は、発熱抵抗体２０に電気的に接続されている。導体層５０は、セラミック体１１における一端部１１ａ寄りの表面に設けられており、セラミック筒１２の内部に位置している。導体層５０は、例えば、Ａｇ、Ｃｕ等の金属材料から成る。導体層５０は、例えばスクリーン印刷によって形成される。導体層５０の表面の形状は、例えば四角形状である。導体層５０は、例えば、セラミック筒１２の長さ方向における長さが２～１０ｍｍであり、幅が２～８ｍｍであり、厚さが２０～２００μｍである。
　リード端子６０は、外部電源から発熱抵抗体２０に電気を伝えるための部材である。２つのリード端子６０は、２つの導体層５０にそれぞれ接続されている。リード端子６０は、一端が導体層５０に接続されており、他端がセラミック筒１２の外部に引き出されている。セラミック筒１２の外部に引き出されたリード端子６０は、外部電源に接続される。リード端子６０と導体層５０とは、例えば、ろう材によって接続されている。ろう材としては、例えば、銀ろう、金－銅ろう、銀－銅ろう等を用いることができる。リード端子６０は、例えば、Ｎｉから成る。リード端子６０は、導体層５０と接合される部分または外部電源に接続される部分以外の領域が絶縁性のチューブ６１によって覆われていてもよい。チューブ６１は、例えば樹脂材料から成る。チューブ６１に用いられる樹脂材料としては、例えば、耐熱性に優れるフッ素樹脂等が挙げられる。
　封止材７０は、セラミック筒１２とともに、導体層５０およびリード端子６０を保護するための部材である。封止材７０は、セラミック筒１２のうちセラミック体１１が挿入された端部に設けられている。また、封止材７０は、セラミック体１１とともに、セラミック筒１２の端部を封止している。これにより、セラミック体１１の、一端部１１ａとは反対側の他端部１１ｂを燃焼ガス中雰囲気中に配置したときに、この燃焼ガスがセラミック筒１２の内部に進入することを抑制できる。封止材７０は、例えばアルミナ、シリカ等のセラミック材料から成る。封止材７０は、セラミック筒１２のうちセラミック体１１が挿入された開口面を塞ぐように設けられている。封止材７０の、セラミック筒１２の長さ方向における厚さは、例えば、１０～６０ｍｍである。
　固定部材３０は、セラミック筒１２を暖房機の本体部に取り付けやすくするための部材である。固定部材３０は、筒状の部材であって、セラミック筒１２が挿入されている。固定部材３０は、例えば図１に示すように、セラミック筒１２の一端部を囲んでいる。固定部材３０は、セラミック筒１２が挿入された端部において内径が小さくなっている。固定部材３０は、例えばステンレス鋼または鉄－コバルト－ニッケル合金等の金属材料から成る。固定部材３０がステンレス鋼から成る場合には、耐腐食性に優れた固定部材３０とすることができる。
　スペーサー４０は、帯状（帯板形状）の部材であり、セラミック筒１２と固定部材３０との間に位置している。スペーサー４０は、例えば図２，３に示すように、セラミック筒１２を周方向に囲んでおり、セラミック筒１２側の内周面４０ａと、内周面４０ａとは反対側の外周面４０ｂとを有している。また、スペーサー４０は、例えば図３に示すように、セラミック筒１２の周方向に沿って延びる、内周面４０ａと外周面４０ｂとを接続する一側面（以下、第１側面ともいう）４０ｃ、および第１側面４０ｃとは反対側の他側面（以下、第２側面ともいう）４０ｄを有している。
　スペーサー４０は、例えば図３に示すように、セラミック筒１２の径方向に厚みを有している。スペーサー４０は、セラミック筒１２の周方向に互いに向かい合う一端（以下、第１端ともいう）４１および他端（以下、第２端ともいう）４５を有している。第１端４１は、第２端４５に対向する一端面（以下、第１端面ともいう）４２を有している。また、第２端４５は、第１端４１に対向する他端面（以下、第２端面ともいう）４６を有している。第１端面４２と第２端面４６とは、例えば図２，３に示すように、間隔を空けて対向していてもよい。
　スペーサー４０は、例えば金属材料、セラミック材料等から成る。スペーサー４０で用いられる金属材料としては、例えば、鉄、ＳＵＳなどの鉄合金、Ｎｉ合金、Ａｌ合金等が挙げられる。また、スペーサー４０で用いられるセラミック材料としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素等が挙げられる。
　本実施形態のヒータ１では、スペーサー４０は、セラミック筒１２の全周にわたって設けられておらず、互いに向かい合う第１端４１および第２端４５を有している。これにより、スペーサー４０は、ヒータ１の昇温時または降温時に、セラミック筒１２の周方向に膨張または収縮することができるため、絶縁基体１０と固定部材３０との熱膨張差による熱応力によって絶縁基体１０に破損が生じることを抑制できる。ひいては、長期信頼性に優れたヒータ１を提供することが可能になる。
　なお、図３では、スペーサー４０の、セラミック筒１２の長さ方向における長さが、スペーサー４０の、セラミック筒１２の周方向における長さよりも小さくなっている例を示したが、スペーサー４０は、セラミック筒１２の長さ方向における長さが、セラミック筒１２の周方向における長さよりも大きい構成であってもよい。換言すると、スペーサー４０は、セラミック筒１２の長さ方向に延びるスリットを有する筒状の形状であってもよい。
　以下、本開示の他の実施形態に係るヒータについて説明する。
　図４は、本開示の他の実施形態に係るヒータの断面図である。図４は、図２に示した断面図に対応する。図４に示す本実施形態のヒータ１Ａは、上記実施形態のヒータ１に対して、スペーサー４０の第１端４１および第２端４５の構成が異なっており、その他については、同様の構成であるので、同様の構成については詳細な説明を省略する。
　本実施形態のヒータ１Ａでは、スペーサー４０は、第１端４１または第２端４５が、第１端４１または第２端４５以外の部位よりも厚さが薄い構成とされている。このような構成によれば、ヒータ１Ａが昇温および降温を繰り返すヒートサイクル下において第１端４１と第２端４５とが接触した場合であっても、第１端４１および第２端４５に作用する熱応力を分散させることができる。これにより、スペーサー４０の破損を抑制でき、その結果、絶縁基体１０と固定部材３０とが直接接触することが抑制できる。ひいては、ヒータ１Ａの長期信頼性を向上させることが可能になる。
　また、上記構成のスペーサー４０によれば、セラミック筒１２と第１端４１との間、およびセラミック筒１２と第２端４５との間に隙間が形成されるので、ヒートサイクル下において、スペーサー４０がセラミック筒１２を締め付ける力が、大きくなり過ぎることを抑制できる。その結果、セラミック筒１２の破損を抑制できるため、ヒータ１Ａの長期信頼性を向上させることができる。
　なお、スペーサー４０は、第１端４１および第２端４５のうちの少なくとも一方が、当該少なくとも一方以外の部位よりも厚さが薄くなっている構成であればよい。スペーサー４０は、例えば図４に示すように、第１端４１および第２端４５のうちの両方が、第１端４１および第２端４５以外の部位よりも厚さが薄くなっている構成であってもよい。このような構成によれば、スペーサー４０およびセラミック筒１２の破損を効果的に抑制できる。
　図５は、本開示の他の実施形態に係るヒータの一部を抜粋して示す斜視図であり、図６は、本開示の他の実施形態に係るヒータの一部を抜粋して示す斜視図である。なお、図５，６では、絶縁基体のセラミック筒およびスペーサーを抜粋して示している。図５に示す本実施形態のヒータ１Ｂは、上記実施形態のヒータ１に対して、スペーサー４０の第１端４１および第２端４５の構成が異なっており、その他については、同様の構成であるので、同様の構成については詳細な説明を省略する。また、図６に示す本実施形態のヒータ１Ｃに関して、ヒータ１Ｂに関する説明と重複する点については、ヒータ１Ｃに関する説明を省略する。
　本実施形態のヒータ１Ｂは、スペーサー４０の第１端４１が凹部４３を有する構成とされている。凹部４３は、例えば図５に示すように、第１端面４２からセラミック筒１２の周方向に凹んでおり、凹部４３の底部４３ａが、セラミック筒１２の長さ方向に沿って延びている。また、凹部４３は、セラミック筒１２の長さ方向における底部４３ａの両端と、第１端面４２とをそれぞれ接続する内縁部４３ｂ，４３ｃを有している。
　また、本実施形態のヒータ１Ｂは、スペーサー４０の第２端４５が凸部４７を有する構成とされている。凸部４７は、第２端面４６からセラミック筒１２の周方向に突出しており、頂部４７ａが、セラミック筒１２の長さ方向に沿って延びている。また、頂部４７ａは、セラミック筒１２の長さ方向における頂部４７ａの両端と、第２端面４６とをそれぞれ接続する外縁部４７ｂ，４７ｃを有している。第１端４１の凹部４３と第２端４５の凸部４７とは、相補的な形状となっており、例えば図５に示すように、凸部４７は、凹部４３に入り込んでいる。
　本実施形態のヒータ１Ｂによれば、ヒートサイクル下において、セラミック筒１２の長さ方向における第１端４１と第２端４５との相対的な位置ずれを抑制できる。これにより、絶縁基体１０と固定部材３０とが、スペーサー４０を介さずに、直接に接触することを抑制できる。ひいては、絶縁基体１０の破損を抑制し、ヒータ１Ｂの長期信頼性を向上させることが可能になる。
　スペーサー４０は、例えば図５に示すように、凹部４３の底部４３ａおよび凸部４７の頂部４７ａが、セラミック筒１２の長さ方向に沿って直線状に延び、直線状の頂部４７ａが、直線状の底部４３ａに対向している構成であってもよい。このような構成によれば、ヒータ１Ｂの昇温時にスペーサー４０が熱膨張し、頂部４７ａと底部４３ａとが接触した場合に、頂部４７ａと底部４３ａとの接触による応力は、実質的に、セラミック筒１２の周方向にのみ作用し、セラミック筒１２の長さ方向には作用しない。これにより、ヒートサイクル下において、セラミック筒１２の長さ方向における第１端４１と第２端４５との相対的な位置ずれを抑制できるため、絶縁基体１０と固定部材３０とが、スペーサー４０を介さずに、直接に接触することを抑制できる。ひいては、絶縁基体１０の破損を抑制し、ヒータ１Ｂの長期信頼性を向上させることが可能になる。
　凹部４３は、例えば図６に示すように、一方の内縁部４３ｂが延びる方向と、他方の内縁部４３ｃが延びる方向とが非平行である構成であってもよい。また、例えば図６に示すように、凸部４７は、一方の外縁部４７ｂが延びる方向と、他方の外縁部４７ｃが延びる方向とが非平行である構成であってもよい。このような凹部４３および凸部４７の構成によっても、第１端４１と第２端４５との相対的な位置ずれを抑制することができるため、絶縁基体１０の破損を抑制し、ひいては、ヒータ１Ｃの長期信頼性を向上させることが可能になる。
　図７Ａは、本開示の他の実施形態に係るヒータの一部を抜粋して示す正面図であり、図７Ｂは、図７Ａの切断面線Ｂ－Ｂで切断した端面図である。なお、図７Ａ，７Ｂでは、絶縁基体のセラミック筒およびスペーサーを抜粋して示している。また、図７Ａでは、スペーサーにおける凹部と凸部とが噛合している部分を拡大して示している。図７Ａ，７Ｂに示す本実施形態のヒータ１Ｄは、上記実施形態のヒータ１Ｂに対して、凹部４３および凸部４７の構成が異なっており、その他については、同様の構成であるので、同様の構成については詳細な説明を省略する。
　本実施形態のヒータ１Ｄでは、例えば図７Ａ，７Ｂに示すように、凸部４７は、凹部４３に入り込んでいる部位において、セラミック筒１２の長さ方向における外縁部４７ｂ，４７ｃが中心部４７ｄよりも厚さが薄くなっている。ここで、中心部４７ｄは、セラミック筒１２の長さ方向において、外縁部４７ｂと外縁部４７ｃとの間に位置する部分を指している。
　本実施形態のヒータ１Ｄによれば、ヒータ１Ｄの昇温時に、スペーサー４０が熱膨張し、凸部４７の外縁部４７ｂ，４７ｃと凹部４３の内縁部４３ｂ，４３ｃとがそれぞれ接触する場合に、外縁部４７ｂと内縁部４３ｂとの接触面積および外縁部４７ｃと内縁部４３ｃとの接触面積を増大させることが可能になる。これにより、外縁部４７ｂ，４７ｃと内縁部４３ｂ，４３ｃとの接触による応力を分散させることができるため、スペーサー４０におけるクラックの発生を抑制し、スペーサー４０の破損を抑制できる。ひいては、ヒータ１Ｄの長期信頼性を向上させることができる。
　第１端４１は、例えば図７Ａ，７Ｂに示すように、一方の内縁部４３ｂが、セラミック筒１２の長さ方向（図７Ａ，７Ｂにおける上下方向）において内縁部４３ｂよりも第１側面４０ｃ側に位置する中心部４３ｄよりも厚さが薄くなっている構成であってもよい。また、第１端４１は、他方の内縁部４３ｃが、セラミック筒１２の長さ方向において内縁部４３ｃよりも第２側面４０ｄ側に位置する中心部４３ｅよりも厚さが薄くなっている構成であってもよい。このような内縁部４３ｂ，４３ｃの構成によれば、外縁部４７ｂ，４７ｃと内縁部４３ｂ，４３ｃとの接触面積を一層増大させることが可能になる。これにより、外縁部４７ｂ，４７ｃと内縁部４３ｂ，４３ｃとの接触による応力を効果的に分散させることができるため、スペーサー４０の破損を効果的に抑制できる。ひいては、ヒータ１Ｄの長期信頼性を向上させることができる。
　なお、第１端４１は、例えば図７Ａ，７Ｂに示すように、第１側面４０ｃ寄りの外縁部４３ｆが、中心部４３ｄよりも厚さが薄くなっている構成であってもよい。また、第２端４５は、セラミック筒１２の第２側面４０ｄ寄りの外縁部４３ｇが、中心部４３ｅよりも厚さが薄くなっている構成であってもよい。このような外縁部４３ｆ，４３ｇの構成によれば、セラミック筒１２と外縁部４３ｆ，４３ｇとの間に隙間が形成されるので、ヒートサイクル下において、スペーサー４０がセラミック筒１２を締め付ける力が、大きくなり過ぎることを抑制できる。その結果、スペーサー４０の破損を抑制できるため、ヒータ１Ｄの長期信頼性を向上させることが可能になる。
　図８は、本開示の他の実施形態に係るヒータの一部を抜粋して示す斜視図であり、図９は、本開示の他の実施形態に係るヒータの一部を抜粋して示す斜視図であり、図１０は、本開示の他の実施形態に係るヒータの一部を抜粋して示す斜視図である。なお、図８，９，１０では、絶縁基体のセラミック筒およびスペーサーを抜粋して示している。図８に示す本実施形態のヒータ１Ｅは、上記実施形態のヒータ１に対して、スペーサー４０の第１端４１および第２端４５の構成が異なっており、その他については、同様の構成であるので、同様の構成については詳細な説明を省略する。図９に示す本実施形態のヒータ１Ｆおよび図１０に示す本実施形態のヒータ１Ｇに関して、ヒータ１Ｅに関する説明と重複する点については、ヒータ１Ｆ，１Ｇに関する説明を省略する。
　本実施形態のヒータ１Ｅは、第１端４１が、第１切欠き部４４を有し、第２端４５が、第２切欠き部４８を有する。
　第１切欠き部４４は、例えば図８に示すように、スペーサー４０の第１端面４２、第２側面４０ｄ、外周面４０ｂおよび内周面４０ａに開口している。第１切欠き部４４は、第１端面４２からセラミック筒１２の周方向に凹んでおり、第１切欠き部４４の底部４４ａが、セラミック筒１２の長さ方向に延びている。また、底部４４ａの、第１側面４０ｃ側の一端と、第１端面４２とを接続する外縁部４４ｂが、セラミック筒１２の周方向に延びている。
　第２切欠き部４８は、例えば図８に示すように、スペーサー４０の第２端面４６、第１側面４０ｃ、外周面４０ｂおよび内周面４０ａに開口している。第２切欠き部４８は、第２端面４６から第１端面４２に向かってセラミック筒１２の周方向に凹んでおり、第２切欠き部４８の底部４８ａが、セラミック筒１２の長さ方向に延びている。また、底部４８ａの、第２側面４０ｄ側の一端と、第２端面４６とを接続する外縁部４８ｂが、セラミック筒１２の周方向に延びている。第１切欠き部４４と第２切欠き部４８とは、相補的な形状となっており、例えば図８に示すように、第１切欠き部４４と第２切欠き部４８とは、互いに係合している。
　本実施形態のヒータ１Ｅによれば、スペーサー４０が互いに向い合う第１端４１および第２端４５を有していることにより、絶縁基体１０と固定部材３０との熱膨張差によって生じ、絶縁基体１０に作用する熱応力を緩和することができるため、絶縁基体１０の破損を抑制できる。ひいては、長期信頼性に優れたヒータ１Ｅを提供することが可能になる。また、本実施形態のヒータ１Ｅによれば、第１切欠き部４４と第２切欠き部４８とが係合していることにより、セラミック筒１２の長さ方向（図８における上下方向）における第１端４１と第２端４５との相対的な位置ずれを抑制することができる。そのため、絶縁基体１０と固定部材３０とが、スペーサー４０を介さずに、直接に接触することを抑制でき、その結果、絶縁基体１０の破損を抑制できる。ひいては、ヒータ１Ｅの長期信頼性を向上させることが可能になる。
　第１切欠き部４４は、第２切欠き部４８と係合している部位において、外縁部４４ｂが中心部４４ｃよりも厚さが薄くなっている構成であってもよい。ここで、中心部４４ｃは、セラミック筒１２の長さ方向において、外縁部４４ｂよりも第１側面４０ｃ側に位置する部分を指している。また、第２切欠き部４８は、第１切欠き部４４と係合している部位において、外縁部４８ｂが中心部４８ｃよりも厚さが薄くなっている構成であってもよい。ここで、中心部４８ｃは、セラミック筒１２の長さ方向において、外縁部４８ｂよりも第２側面４０ｄ側に位置する部分を指している。このような第１切欠き部４４および第２切欠き部４８の構成によれば、ヒータ１Ｅの昇温時に、スペーサー４０が熱膨張し、第１切欠き部４４の外縁部４４ｂと第２切欠き部４８の外縁部４８ｂとが接触する場合に、外縁部４４ｂと外縁部４８ｂとの接触面積を増大させることが可能になり、外縁部４４ｂと外縁部４８ｂとの接触による応力を分散させることができるため、スペーサー４０におけるクラックの発生を抑制し、スペーサー４０の破損を抑制できる。ひいては、ヒータ１Ｅの長期信頼性を向上させることができる。
　なお、第１端４１は、セラミック筒１２の第１側面４０ｃ寄りの外縁部４４ｄが、中心部４４ｃよりも厚さが薄くなっている構成であってもよい。また、第２端４５は、セラミック筒１２の第２側面４０ｄ寄りの外縁部４８ｄが、中心部４８ｃよりも厚さが薄くなっている構成であってもよい。このような外縁部４４ｄ，４８ｄの構成によれば、セラミック筒１２と外縁部４４ｄ，４８ｄとの間に隙間が形成されるので、ヒートサイクル下において、スペーサー４０がセラミック筒１２を締め付ける力が、大きくなり過ぎることを抑制できる。その結果、スペーサー４０の破損を抑制できるため、ヒータ１Ｅの長期信頼性を向上させることが可能になる。
　第１端面４２および第２端面４６は、例えば図９に示すように、セラミック筒１２の長さ方向と交差する方向に延びていてもよい。
　第１切欠き部４４の底部４４ａおよび第２切欠き部４８の底部４８ａは、例えば図９に示すように、セラミック筒１２の長さ方向と交差する方向に延びていてもよい。第１切欠き部４４の底部４４ａが延びる方向と、第２端面４６が延びる方向とは、平行であってもよく、非平行であってもよい。また、第２切欠き部４８の底部４８ａが延びる方向と、第１端面４２が延びる方向とは、平行であってもよく、非平行であってもよい。
　図９に示した第１端４１および第２端４５の構成であっても、絶縁基体１０と固定部材３０との熱膨張差によって生じ、絶縁基体１０に作用する熱応力を緩和することができるため、絶縁基体１０の破損を抑制できる。また、図９に示した第１端４１および第２端４５の構成であっても、セラミック筒１２の長さ方向における第１端４１と第２端４５との相対的な位置ずれを抑制できる。これにより、絶縁基体１０と固定部材３０とが、スペーサー４０を介さずに、直接に接触することを抑制できるため、絶縁基体１０の破損を抑制できる。
　第１切欠き部４４の外縁部４４ｂおよび第２切欠き部４８の外縁部４８ｂは、例えば図１０に示すように、セラミック筒１２の周方向と交差する方向に延びていてもよい。このような第１端４１および第２端４５の構成であっても、絶縁基体１０に作用する熱応力を緩和することができ、かつセラミック筒１２の長さ方向における第１端４１と第２端４５との相対的な位置ずれを抑制でき、ひいては、絶縁基体１０の破損を抑制できる。
　以上、本開示の実施形態について詳細に説明したが、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。
　１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ　ヒータ
　１０　　絶縁基体
　１１　　セラミック体
　１１ａ　一端部
　１１ｂ　他端部
　１２　　セラミック筒
　２０　　発熱抵抗体
　３０　　固定部材
　４０　　スペーサー
　４０ａ　内周面
　４０ｂ　外周面
　４０ｃ　一側面（第１側面）
　４０ｄ　他側面（第２側面）
　４１　　一端（第１端）
　４２　　第１端面
　４３　　凹部
　４３ａ　底部
　４３ｂ，４３ｃ　内縁部
　４３ｄ，４３ｅ　中心部
　４３ｆ，４３ｇ　外縁部
　４４　　第１切欠き部
　４４ａ　底部
　４４ｂ，４４ｄ　外縁部
　４４ｃ　中心部
　４５　　他端（第２端）
　４６　　第２端面
　４７　　凸部
　４７ａ　頂部
　４７ｂ，４７ｃ　外縁部
　４７ｄ　中心部
　４８　　第２切欠き部
　４８ａ　底部
　４８ｂ，４８ｄ　外縁部
　４８ｃ　中心部
　５０　　導体層
　６０　　リード端子
　６１　　チューブ
　７０　　封止材

Claims (7)

  1. 　棒状部分を有する絶縁基体と、
    　該絶縁基体の内部に設けられた発熱抵抗体と、
    　筒状の部材であって、内側に前記絶縁基体が挿入された固定部材と、
    　帯状の部材であって、前記棒状部分と前記固定部材との間に位置し、前記棒状部分を周方向に囲むスペーサーとを備えており、
    　該スペーサーは、互いに向かい合う一端および他端を有することを特徴とするヒータ。
  2. 　前記一端または前記他端は、前記スペーサーのうち前記一端または前記他端以外の部位よりも厚さが薄いことを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
  3. 　前記一端は、凹部を有し、
    　前記他端は、凸部を有し、
    　該凸部は、前記凹部に入り込んで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. 　前記凹部は、直線状の底部を有し、
    　前記凸部は、直線状の頂部を有し、
    　該頂部は、前記底部に対向していることを特徴とする請求項３に記載のヒータ。
  5. 　前記凸部は、前記凹部に入り込んでいる部位において、前記棒状部分の長さ方向における外縁部が中心部よりも厚さが薄いことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のヒータ。
  6. 　前記一端は、第１切欠き部を有し、
    　前記他端は、第２切欠き部を有し、
    　前記第１切欠き部と前記第２切欠き部とは互いに係合し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。
  7. 　前記第１切欠き部は、前記第２切欠き部に係合している部位において、前記棒状部分の長さ方向における外縁部が中心部よりも厚さが薄いことを特徴とする請求項６に記載のヒータ。
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