JP6951126B2 - セラミックヒータ及びグロープラグ - Google Patents
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Description
絶縁性セラミックからなり、後端側から先端側へ軸線方向に沿って延びる基体と、
導電性セラミックからなり、前記基体に埋設される抵抗体であり、前記基体の後端側に配置されて前記軸線方向に沿って延びる一対の導電部と、前記一対の導電部に接続するとともに、前記導電部からの通電によって発熱する発熱部と、を有する抵抗体と、を備え、
前記発熱部は、自身の後端側が一方の前記導電部の先端側に接続するとともに、一方の前記導電部から前記基体の先端側に延びる第1抵抗部と、自身の後端側が他方の前記導電部の先端側に接続するとともに、他方の前記導電部から前記基体の先端側に延びる第2抵抗部と、前記第1抵抗部及び前記第2抵抗部の先端側を連結する連結部と、を備えるセラミックヒータであって、
前記第1抵抗部及び前記第2抵抗部の少なくともいずれか一方に、所定方向に延びる基端側抵抗部と、前記基端側抵抗部よりも先端側において前記基端側抵抗部とは異なる方向に延びる先端側抵抗部と、前記基端側抵抗部と前記先端側抵抗部とを連結する曲げ部と、が形成され、
前記曲げ部は、前記セラミックヒータにおいて、表面の最高発熱温度に対して96%以上の温度となる表面を有する高温領域を通り、且つ前記軸線方向に直交する所定の断面内に位置する。
このセラミックヒータは、第1抵抗部及び第2抵抗部のそれぞれで電流密度を高めることができるため、セラミックヒータの表面の温度を目標温度に到達させるために必要な消費電力がさらに抑えられる。しかも、第1抵抗部及び第2抵抗部のそれぞれの断面積を大きく減少させずに上述の効果を生じさせることができるため、耐久性の低下をさらに招きにくい。
その上、このセラミックヒータは、第1抵抗部及び第2抵抗部のそれぞれで電流密度を高めることができるため、第1抵抗部と第2抵抗部とが対向する対向方向において均熱化が図られる。
このセラミックヒータは、第1抵抗部及び第2抵抗部のいずれの曲げ部も、軸線方向に直交する同一断面内に位置するため、第1抵抗部と第2抵抗部とが対向する対向方向において均熱化を図りつつ、軸線方向の所定位置付近(上記同一断面近傍)において発熱をより集中させることができる。
このセラミックヒータは、耐久性の低下を抑えた形で消費電力の抑制を図りつつ、基体の表面と発熱部との距離を確保することで、発熱部が外気にさらされにくくなり、耐腐食性を高めることができる。
第1抵抗部と第2抵抗部とが対向する対向方向及び軸線方向と直交する方向(鉛直方向)の一方側に先端側抵抗部を傾斜させる構成とすれば、曲げ部の曲げ角度(基端側抵抗部に対する先端側抵抗部の傾斜角度)を大きくしやすい。
先端側抵抗部を、上記対向方向の一方側に傾斜させる構成とすれば、軸線方向及び対向方向と直交する鉛直方向に発熱部が嵩張らなくなり、先端側抵抗部が上記直交方向に嵩張ることに起因する製造上の手間又は負担を軽減することができるため、セラミックヒータを製造する上で有利な構成となる。
このグロープラグにおいても、上述したセラミックヒータを含むので、セラミックヒータの表面の温度を目標温度に到達させるために必要な消費電力が抑えられる。しかも、発熱部の断面積を大きく減少させずに上述の効果を生じさせることができるため、耐久性の低下を招きにくい。
A1.グロープラグの構成
図1は、第1実施形態のグロープラグの一例を示す概略図である。図2は、図1で示すグロープラグ1のうちのセラミックヒータ40を含む部分を示す拡大断面図である。図1、図2において図示されたラインCLは、グロープラグ1の中心軸を示している。図1において図示された断面は、中心軸CLを含む断面であり、抵抗体120については省略して示している。図2において図示された断面は、抵抗体120に沿って切断した切断面を示すものである。図2において、曲げ部132,133(後述)よりも後端側の断面は、グロープラグ1の中心軸CLを含む断面であり、第1導電部122及び第2導電部123の各中心軸と基端側抵抗部134A,135Aの各中心軸とを通る面方向の断面となっている。図2において、曲げ部132,133よりも先端側の断面は、先端側抵抗部134B,135Bのそれぞれの中心軸C1,C2(図4)を含む断面であり、各中心軸C1,C2を通る面方向の断面となっている。
(第1態様)
次に、図2、図3などを参照し、第1態様のセラミックヒータ40について説明する。図2、図3では、第1態様のセラミックヒータ40の詳細を説明する。図2は、金属外筒70、接続部材90、セラミックヒータ40などを、より詳細に示す断面図である。図3は、図2mで示す断面図の一部を更に拡大した断面拡大図である。
(第2態様)
次に、図5、図6を参照し、第1態様のセラミックヒータ40の一部を変形した第2態様のセラミックヒータ240及びグロープラグ201について説明する。なお、図5において図示された断面は、グロープラグ201を抵抗体220に沿って切断した切断面を部分的に示すものである。この図5は、グロープラグ1の中心軸CL、第1導電部122及び第2導電部123の各中心軸、基端側抵抗部234A,235Aの各中心軸、先端側抵抗部234B,235Bの各中心軸を含む断面であり、これら中心軸を通る面方向の断面となっている。図6は、セラミックヒータ240(図5)を所定方向(第1抵抗部221Aと第2抵抗部221Bとが対向する方向)の一方側から見たときの側面図であり、基体210については二点鎖線の仮想線で外形のみを示している。即ち、図6は、抵抗体220(図5等)の一部を一方側から見た側面図を、基体210の外形(仮想線)とともに示す図となっている。
図3、図4のように、第1態様のセラミックヒータ40は、第1抵抗部121A及び第2抵抗部121Bに曲げ部132,133が形成されているため、曲げ部132,133付近の電流密度を局所的に高めることができる。しかも、曲げ部132,133は、セラミックヒータ40において、表面の最高発熱温度に対して96%以上の温度となる表面を有する「高温領域」を通り、且つ軸線方向に直交する所定の断面Cs内に位置している。つまり、セラミックヒータ40の「高温領域」の近傍で電流密度を高めることができ、「高温領域」において発熱を一層増大させることができる。ゆえに、「高温領域」の表面において温度がより急速に上昇しやすくなり、セラミックヒータ40の表面の温度を目標温度に到達させるために必要な消費電力が抑えられる。しかも、発熱部121の断面積を大きく減少させずに上述の効果を生じさせることができるため、耐久性の低下を招きにくい。なお、第2態様のセラミックヒータ240(図5)でも同様の効果が生じる。
次に、本発明の効果を検証するために行った試験の結果について説明する。
検証試験に用いる実施例1〜7として、7種類のセラミックヒータを用意した。7種類のセラミックヒータは、発熱部の形状と、発熱部の形状に合わせた基体の内部形状のみが異なり、それ以外の構成は同一である。具体的には、実施例1〜5、7として図2〜図4で示す第1態様のセラミックヒータ40を用意した。実施例1〜5、7は、それぞれ曲げ部の位置、セラミックヒータ40の表面(外表面)と発熱部121との最短距離t、又は曲げ部132,133の角度θ1、2が異なっている。また、実施例6として図5、図6で示す第2態様のセラミックヒータ240を用意した。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態の各態様に限定されるものではなく、例えば次のような例も本発明の技術的範囲に含まれる。
20…主体金具(金具)
110,210…基体
120,220…発熱抵抗体(抵抗体)
121,221…発熱部
121A,221A…第1抵抗部
121B,221B…第2抵抗部
121C,221C…連結部
122…第1導電部(導電部)
123…第2導電部(導電部)
132,133,232,233…曲げ部
134A,135A,234A,235A…基端側抵抗部
134B,135B,234B,235B…先端側抵抗部
40,240…セラミックヒータ
CL…軸線
Claims (7)
- 絶縁性セラミックからなり、後端側から先端側へ軸線方向に沿って延びる基体と、
導電性セラミックからなり、前記基体に埋設される抵抗体であり、前記基体の後端側に配置されて前記軸線方向に沿って延びる一対の導電部と、前記一対の導電部に接続するとともに、前記導電部からの通電によって発熱する発熱部と、を有する抵抗体と、を備え、
前記発熱部は、自身の後端側が一方の前記導電部の先端側に接続するとともに、一方の前記導電部から前記基体の先端側に延びる第1抵抗部と、自身の後端側が他方の前記導電部の先端側に接続するとともに、他方の前記導電部から前記基体の先端側に延びる第2抵抗部と、前記第1抵抗部及び前記第2抵抗部の先端側を連結する連結部と、を備えるセラミックヒータであって、
前記第1抵抗部及び前記第2抵抗部の少なくともいずれか一方に、所定方向に延びる基端側抵抗部と、前記基端側抵抗部よりも先端側において前記基端側抵抗部とは異なる方向に延びる先端側抵抗部と、前記基端側抵抗部と前記先端側抵抗部とを連結する曲げ部と、が形成され、
前記曲げ部は、前記セラミックヒータにおいて、表面の最高発熱温度に対して96%以上の温度となる表面を有する高温領域を通り、且つ前記軸線方向に直交する所定の断面内に位置する、
セラミックヒータ。 - 前記曲げ部は、前記第1抵抗部及び前記第2抵抗部にそれぞれ形成され、
前記第1抵抗部及び前記第2抵抗部のいずれの前記曲げ部も、前記高温領域を通り、且つ前記軸線方向に直交する所定の断面内にそれぞれ位置する、
請求項1に記載のセラミックヒータ。 - 前記第1抵抗部及び前記第2抵抗部のいずれの前記曲げ部も、前記高温領域を通り、且つ前記軸線方向に直交する同一断面内に位置する、
請求項2に記載のセラミックヒータ。 - 前記基体の表面と前記発熱部との間の最短距離が0.2mm以上である、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のセラミックヒータ。 - 前記先端側抵抗部は、前記基端側抵抗部に対して、前記第1抵抗部と前記第2抵抗部とが対向する対向方向及び前記軸線方向と直交する鉛直方向の一方側に傾斜する構成をなす、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のセラミックヒータ。 - 前記先端側抵抗部は、前記基端側抵抗部に対して、前記第1抵抗部と前記第2抵抗部とが対向する対向方向の一方側に傾斜する構成をなす、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のセラミックヒータ。 - セラミックヒータと、前記セラミックヒータを保持する金具と、を備えるグロープラグであって、
前記セラミックヒータは、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のセラミックヒータを含むグロープラグ。
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