JP6849559B2 - ヒータ - Google Patents

Description

本開示は、例えば燃焼式車載暖房装置における点火用もしくは炎検知用のヒータ、石油ファンヒータ等の各種燃焼機器の点火用のヒータ、ディーゼルエンジンのグロープラグ用のヒータ、酸素センサ等の各種センサ用のヒータまたは測定機器の加熱用のヒータ等に利用されるヒータに関するものである。

ヒータとして、例えば、特許文献１に記載のセラミックグロープラグが知られている。特許文献１に開示されたセラミックグロープラグは、棒状のセラミックヒータと、セラミックヒータに埋設された発熱線と、発熱線に電気的に接続されたコイル状のリード線とを備えている。

実案昭６１−１３１６５号公報

このようなセラミックヒータにおいては、リード端子にセラミック体の軸方向の振動が加わったときに、リード端子とセラミックヒータとの接合部に応力が集中して、セラミックヒータにクラックが入るおそれがあった。そのため、セラミックヒータの耐久性を向上させることが困難であった。

本開示はかかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、セラミックヒータの耐久性を向上させることにある。

本開示のヒータは、棒状のセラミック体と、該セラミック体の内部に位置する発熱抵抗体と、一端が前記セラミック体に固定されるとともに前記発熱抵抗体に電気的に接続されたコイルバネ形状のリード端子と、該リード端子の他端が固定された支持体とを備えており、前記リード端子は、前記セラミック体と前記支持体との間に位置する領域において、両端領域よりも中央領域の方がコイルバネのピッチが大きいことを特徴とする。

本開示のヒータによれば、ヒータの耐久性を向上させることができる。

ヒータの一例を示す側面図である。 ヒータの他の例を示す縦断面図である。 ヒータの他の例を示す縦断面図である。 ヒータの他の例を示す縦断面図である。 ヒータの他の例を示す縦断面図である。

本実施形態のヒータ１０の一例について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本実施形態の一例であるヒータ１０を示す側面図である。図１に示すように、
ヒータ１０は、棒状のセラミック体１と、セラミック体１の内部に位置する発熱抵抗体２と、発熱抵抗体２に電気的に接続されるコイルバネ形状のリード端子３と、支持体４とを備えている。なお、図１は側面図であるが、理解のしやすさを優先して、発熱抵抗体２を透過して示している。また、図１は側面図であるが、理解のしやすさを優先して、筒状金具６の断面形状を一点鎖線で示している。

セラミック体１は、発熱抵抗体２を保護するために設けられる部材である。セラミック体１は棒状の部材である。棒状としては、例えば円柱状または角柱状等の柱状が挙げられる。セラミック体１は、例えば絶縁性のセラミック材料からなる。絶縁性のセラミック材料としては、例えば酸化物セラミックス、窒化物セラミックスまたは炭化物セラミックス等を用いることができる。セラミック体１の寸法は、例えばセラミック体１の形状が円柱状のときは、直径を０．５〜１００ｍｍに、長さを１〜２００ｍｍにすることができる。

なお、セラミック体１は、発熱抵抗体２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２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_２またはＭｏＳｉ_２が含まれていてもよい。このようにすることで、母材であるセラミックスの熱膨張率を発熱抵抗体２の熱膨張率に近づけることができ、ヒータ１０の耐久性を向上させることができる。

発熱抵抗体２は、電流が流れることによって発熱する抵抗体である。発熱抵抗体２は、セラミック体１の先端側に埋設されて設けられている。発熱抵抗体２は、例えば、折り返し形状を有している。発熱抵抗体２は、例えば一端がセラミック体１の後端側の側面または後端側の端面に引き出されている。発熱抵抗体２は、例えばタングステンまたは炭化タングステン等の金属材料からなる。発熱抵抗体２の寸法は、例えば幅を０．１〜５ｍｍに、厚みを０．０１〜０．３ｍｍに、全長を１〜５００ｍｍにすることができる。

図１に示すヒータ１０においては、発熱抵抗体２は、一端がセラミック体の後端側の側面に引き出されており、リード端子３に電気的に接続されている。また、例えばヒータ１０をグロープラグとして用いる場合において、発熱抵抗体２は、他端が筒状金具６に電気的に接続されていてもよい。このときに、リード端子３を陽極側、筒状金具６を陰極側とすることができる。

リード端子３は、発熱抵抗体２に電力を供給するための部材である。リード端子３は、外部電源に電気的に接続されることにより、発熱抵抗体２に電力を供給する。リード端子３は、コイルバネ形状の部材である。なお、ここでいうコイルバネとは、細長い線状の部材を螺旋状に巻いたものを意味している。リード端子３は、一端がセラミック体１に固定されており、他端が支持体４に固定されている。リード端子３は、コイルバネの中心軸が、セラミック体１の中心軸と重なるように設けられていてもよい。

リード端子３は、例えば、ニッケル、鉄またはニッケル系耐熱合金等の金属材料からなる。リード端子３の寸法は、例えば太さを０．５〜２．０ｍｍに、全長を５〜５０ｍｍにすることができる。また、リード端子３のコイル径は例えば１〜２０ｍｍである。なお、ここでいうコイル径とは、コイルバネをセラミック体１の軸方向から見たときの形状を円環状としたときに、その円環の内側の直径と外側の直径と平均の値を意味している。

リード端子３は、図２に示すように、接合材５によってセラミック体１に固定されていてもよい。接合材５は、セラミック体１とリード端子３とを接合するための部材である。接合材５は、例えばセラミック体１の端部に設けられることによって、セラミック体１とリード端子３との接合強度を高めることができる。接合材５としては、例えば、半田または銀ろう材等のろう材を用いることができる。また、セラミック体１の端部にはメタライ
ズが設けられており、メタライズを介して、セラミック体１とリード端子３とが接合材５によって接合されていてもよい。

支持体４は、リード端子３に電気を供給するための部材である。支持体４は、例えば八角形等の多角柱、楕円柱または円柱状の部材である。支持体４は、リード端子３の他端に固定されている。支持体４は、外部電源に電気的に接続されている。これにより、支持体４は、リード端子３に電力を供給することができる。支持体４は、例えば一端がリード端子３の他端に巻きつけられて固定されている。支持体４の端部は、例えばリード端子３に３周程度巻かれて固定されている。支持体４は、例えばＳＵＳまたはＮｉ等の部材からなる。支持体４の寸法は、例えば支持体４の形状が円柱状のときに、端面の直径を２．５ｍｍに、長さを３ｍｍにすることができる。支持体４のセラミック体１側の端面は、セラミック体１の端面から５〜２０ｍｍ離れて設けられている。

リード端子３は、セラミック体１と支持体４との間に位置する領域において、両端領域３１と中央領域３２とを有している。ここでいう両端領域３１とは、リード端子３のうちセラミック体１と支持体４との間に位置する領域をセラミック体１の軸方向の長さで三等分したときの、セラミック体１側の領域および支持体４側の領域である。また、ここでいう中央領域３２とは、リード端子３のうちセラミック体１と支持体４との間に位置する領域をセラミック体１の軸方向の長さで三等分したときの、中央の領域である。リード端子３のうちセラミック体１と支持体４との間に位置する領域は、例えば長さが５〜２０ｍｍであって、コイルの巻き数は２〜１０巻きである。また、両端領域３１のうちセラミック体１側の領域をセラミック体側領域３１ａ、両端領域３１のうち支持体４側の領域を支持体側領域３１ｂとする。

本開示のヒータ１０におけるリード端子３は、セラミック体１と支持体４との間に位置する領域において、両端領域３１よりも中央領域３２の方がコイルバネのピッチが大きい。これにより、リード端子３にセラミック体１の軸方向の振動が加わることによって支持体４がセラミック体１の方向に押されたときに、ピッチが小さい両端領域３１と比較して、ピッチが大きい中央領域３２において、リード端子３を大きく変形させることができる。そのため、リード端子３の両端領域３１に生じる応力を低減することができる。これにより、リード端子３のうちセラミック体１に固定されている部分および支持体４に固定されている部分が破損するおそれを低減することができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を向上させることができる。なお、ここでいうコイルバネのピッチとは、リード端子３のうちコイルバネの軸方向に隣接する部分同士の間隔を意味している。

このときに、中央領域３２におけるコイルバネのピッチは、例えば０．５〜２０ｍｍにすることができる。また、両端領域３１におけるコイルバネのピッチは、例えば０．２〜１０ｍｍにすることができる。なお、両端領域３１または中央領域３２の中でピッチが一定でない場合においては、その領域におけるリード端子３のピッチの平均値を両端領域３１または中央領域３２のピッチとすることができる。

また、セラミック体側領域３１ａよりも中央領域３２の方がコイルバネのコイル径が小さくてもよい。中央領域３２とセラミック体側領域３１ａとの径が一致していないことから、リード端子３にセラミック体１の軸方向の振動が加わったときに、軸方向の応力を径方向に分散させることができる。これにより、リード端子３のうちセラミック体１に固定されている部分に生じる応力を低減することができる。そのため、リード端子３のうちセラミック体１に固定されている部分が破損するおそれを低減することができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を向上させることができる。

このときに、セラミック体側領域３１ａのコイル径は、例えば２〜２０ｍｍにすること
ができる。また、中央領域３２のコイル径は、例えば１〜３ｍｍにすることができる。

また、図２に示すように、セラミック体側領域３１ａが接合材５によってセラミック体１に接合されているとともに、中央領域３２は接合材５に接していなくてもよい。これにより、セラミック体側領域３１ａにおいて、リード端子３とセラミック体１との接合強度を高めつつ、中央領域３２において、リード端子３を変形しやすくすることができる。そのため、両端領域３１に応力が集中するおそれを低減することができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を向上させることができる。

また、図３に示すように、セラミック体１の端部がリード端子３に挿入されておらず、セラミック体側領域３１ａが接合材５によってセラミック体１の端面に接合されていてもよい。なお、このときにセラミック体側領域３１ａの一部が接合材５によって固定されることによって、コイルバネとして機能していなくてもよい。

また、リード端子３がセラミック体１の端部が挿入された挿入領域３３を有していてもよい。これにより、挿入領域３３において、周方向の様々な方向からの外力に対して、リード端子３がセラミック体１から剥がれにくくすることができる。その結果、ヒータ１０の耐久性を向上させることができる。セラミック体１の端部は、例えばリード端子３に４ｍｍ程度挿入されていてもよい。リード端子３は、セラミック体１の端部を例えば３〜５周程度覆っていてもよい。なお、挿入領域３３においては、リード端子３が接合材５によって固定されることによって、コイルバネとして機能していなくてもよい。

また、挿入領域３３よりも中央領域３２の方がコイルバネのコイル径が小さくてもよい。これにより、振動等によってセラミック体１が支持体４側に押されたときに、セラミック体１の端面が中央領域３２に接触するため、セラミック体１が中央領域３２よりも支持体４側にずれてしまうおそれを低減できる。その結果、ヒータ１０の耐久性を向上させることができる。

また、両端領域３１のうち、支持体側領域３１ｂよりもセラミック体側領域３１ａの方がコイルバネのコイル径が大きくてもよい。これにより、リード端子３にセラミック体１の軸方向の振動が加わったときに、軸方向の応力を径方向に分散させることができる。これにより、リード端子３のうちセラミック体１に固定されている部分に生じる応力を低減することができる。そのため、リード端子３のうちセラミック体１に固定されている部分が破損するおそれを低減することができる。

また、図４に示すように、中央領域３２のコイル径が、支持体側領域３１ｂのコイル径よりも小さくてもよい。中央領域３２と支持体側領域３１ｂとの径が一致していないことから、リード端子３にセラミック体１の軸方向の振動が加わったときに、軸方向の応力を径方向に分散させることができる。これにより、リード端子３のうちセラミック体１に固定されている部分に生じる応力を低減することができる。そのため、リード端子３のうちセラミック体１に固定されている部分が破損するおそれを低減することができる。

また、図５に示すように、リード端子３のうちセラミック体１と支持体４との間に位置する領域において、リード端子３のコイル径が、セラミック体１から離れるにつれて、次第に小さくなっていてもよい。これにより、リード端子３のコイル径が急に変化する部分を減らすことができる。そのため、リード端子３のうち、応力が集中する部分を減らすことができる。その結果、ヒータの１０の耐久性を向上させることができる。

１：セラミック体
２：発熱抵抗体
３：リード端子
３１：両端領域
３１ａ：セラミック体側領域
３１ｂ：支持体側領域
３２：中央領域
３３：挿入領域
４：支持体
５：接合材
６：筒状金具
１０：ヒータ

Claims (6)

1. 棒状のセラミック体と、該セラミック体の内部に位置する発熱抵抗体と、一端が前記セラミック体に固定されるとともに前記発熱抵抗体に電気的に接続されたコイルバネ形状のリード端子と、該リード端子の他端が固定された支持体とを備えており、
   前記リード端子は、前記セラミック体と前記支持体との間に位置する領域において、両端領域よりも中央領域の方がコイルバネのピッチが大きいことを特徴とするヒータ。
2. 前記両端領域の前記セラミック体側よりも前記中央領域の方がコイルバネのコイル径が小さいことを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
3. 前記両端領域の前記セラミック体側が接合材によって前記セラミック体に接合されているとともに、前記中央領域が前記接合材に接していない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. 前記リード端子が前記セラミック体の端部が挿入された挿入領域を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のヒータ。
5. 前記挿入領域よりも前記中央領域の方がコイルバネのコイル径が小さいことを特徴とする請求項４に記載のヒータ。
6. 前記両端領域のうち、前記支持体側よりも前記セラミック体側の方がコイルバネのコイル径が大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のヒータ。

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