JPWO2019004286A1 - ヒータ - Google Patents

Abstract

本開示のヒータ１０は、セラミック体１と、該セラミック体１の先端側に埋設された発熱抵抗体２と、前記セラミック体１に埋設されて前記セラミック体１の後端側の側面に引き出された給電部３と、該給電部３に電気的に接続されており、前記セラミック体１の後端側の側面に固定されているリード端子４とを有しており、該リード端子４は、前記セラミック体１の後端側の側面に固定されている部分から前記セラミック体１の後端面１１より後方まで伸びる第１部分４１と、該第１部分４１に連続しており、前記後端面１１に対して垂直な方向から見たときに前記セラミック体１に重なる第２部分４２とを有しており、前記セラミック体１と前記第２部分４２との間に、隙間を有している。

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、特開２００６−２５８４１７号公報（以下、特許文献１という）に記載のセラミックヒータが知られている。特許文献１に開示されたセラミックヒータは、棒状のセラミックヒータ本体と、セラミックヒータ本体中の先端側に埋設された抵抗発熱体と、抵抗発熱体に接続された電極取り出し用リードと、セラミックヒータ本体の後端において電極取り出し用リードに接続されたリード端子とを備えている。リード端子は、セラミックヒータ本体の後端面に密着して設けられている。

本開示の一例のヒータは、棒状または筒状のセラミック体と、該セラミック体の先端側に埋設された発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に電気的に接続されており、前記セラミック体に埋設されて前記セラミック体の後端側の側面に引き出された給電部と、該給電部に電気的に接続されており、前記セラミック体の後端側の側面に固定されているリード端子とを有しており、該リード端子は、前記セラミック体の後端側の側面に固定されている部分から前記セラミック体の後端面より後方まで伸びる第１部分と、該第１部分に連続しており、前記後端面に対して垂直な方向から見たときに前記セラミック体に重なる第２部分とを有しており、前記セラミック体と前記第２部分との間に、隙間を有している。

本開示のヒータの一例を示す縦断面図である。 図１に示すヒータを後端面に対して垂直な方向から見た図である。 本開示のヒータの他の例を示す縦断面図である。 本開示のヒータの他の例を示す縦断面図である。 本開示のヒータの他の例を示す縦断面図である。 本開示のヒータの他の例を示す縦断面図である。 本開示のヒータの他の例を示す縦断面図である。 本開示のヒータの他の例を示す縦断面図である。 本開示のヒータの他の例を示す側面図である。 図９に示すヒータを後端面に対して垂直な方向から見た図である。

本開示のヒータ１０の一例について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本開示の一例であるヒータ１０を示す縦断面図である。図１に示すように、ヒータ１０は、棒状または筒状のセラミック体１と、セラミック体１の先端側に埋設された発熱抵抗体２と、セラミック体１に埋設されてセラミック体１の後端側の側面に引き出された給電部３と、セラミック体１の後端側の側面に固定されているリード端子４とを備えている。なお、ここでいうセラミック体１の先端側とは、セラミック体１を長手方向で半分に分けたときの一方を意味している。また、ここでいうセラミック体１の後端側とは、セラミック体１を長手方向で半分に分けたときの他方を意味している。

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の形状は、棒状または筒状の部材である。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。筒状としては、例えば、円筒状または角筒状等が挙げられる。セラミック体１は、絶縁性のセラミック材料を有する。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には、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、例えばタングステンまたは炭化タングステン等の金属材料を有する。発熱抵抗体２の寸法は、例えば幅を０．１〜５ｍｍに、厚みを０．０５〜０．３ｍｍに、全長を１〜５００ｍｍにすることができる。

給電部３は、発熱抵抗体２に電気を供給するための部材である。給電部３は、セラミック体１に埋設されて設けられている。また、給電部３は、セラミック体１の内部からセラミック体１の後端側の側面に引き出されている。給電部３は、セラミック体１の内部において発熱抵抗体２に電気的に接続されている。本開示のヒータ１０の一例においては、給電部３の一端が発熱抵抗体２に接続されており、給電部３の他端が後端側の側面においてリード端子４に接合されている。

また、本開示のヒータ１０の一例において、給電部３は、発熱抵抗体２に接合されている部分からセラミック体１の後端側まで伸びるように形成されている部分と、セラミック体１の後端側においてセラミック体１の内部からセラミック体１の側面まで伸びるように形成される部分とを有している。また、発熱抵抗体２が折り返し形状を有している場合においては、給電部３は、発熱抵抗体２の両端にそれぞれ設けられていてもよい。この場合は、一方の給電部３が、セラミック体１の後端側の側面に引き出されていればよい。

給電部３は、例えばタングステンまたは炭化タングステン、窒化タングステン、モリブデン、あるいはこれらに窒化珪素等のセラミック粉末を含有した金属材料を有する。給電部３は、例えば断面積を発熱抵抗体２よりも大きくすることによって、単位長さ辺りの抵抗値が低くなっていてもよい。これにより、給電部３における発熱量を低減することができる。給電部３の寸法は、例えば幅を０．１〜５ｍｍに、厚みを０．００５〜０．３ｍｍに、全長を１〜１００ｍｍにすることができる。

リード端子４は、給電部３に電気を供給するための部材である。リード端子４は、外部電源に電気的に接続されている。これにより、給電部３に電気を供給することができる。リード端子４は、セラミック体１の後端側の側面に固定されている。本開示の一例のヒータ１０において、リード端子４は、セラミック体１の後端側の側面で給電部３に接合されている。また、本開示の一例のヒータ１０において、リード端子４は、給電部３に接合されている部分において、接合材５によってセラミック体１に固定されている。リード端子４は、例えば線状に形成されている。リード端子４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を有する。リード端子４の寸法は、例えば直径０．５〜２．０ｍｍに、全長を５〜５０ｍｍにすることができる。

接合材５は、セラミック体１とリード端子４とを接合するための部材である。接合材５は、セラミック体１の表面に設けられている。接合材５は、リード端子４と給電部３とが接合されている部分にのみ設けられていてもよいし、セラミック体１の側面に広がるように設けられていてもよい。接合材５が、セラミック体１の側面に広がるように設けられていることにより、セラミック体１の側面において、セラミック体１とリード端子４とが接合される領域を広げることができる。そのため、セラミック体１とリード端子４との接合強度を高めることができる。その結果、ヒータ１０の長期信頼性を向上させることができる。接合材５としては、例えば半田または銀ろう等のろう材を用いることができる。セラミック体１の側面には、メタライズが設けられており、メタライズの表面に接合材５が設けられていてもよい。また、メタライズは、セラミック体１の後端面１１の全体に設けられていてもよい。

リード端子４は、図１に示すように、セラミック体１の後端側の側面に固定されている部分からセラミック体１の後端面１１より後方まで伸びる第１部分４１を有している。ここでいう後端面１１とは、セラミック体１の後端側の端面を意味している。また、ここでいう「後端面１１より後方」とは、図１に一点鎖線で示す、セラミック体１の後端面１１を含む仮想面上、または、当該仮想面から見て、セラミック体１から離れる方向を意味している。図１に示すように、第１部分４１は、セラミック体１の後端面１１より後方まで、まっすぐ伸びていてもよい。このときに、第１部分４１の寸法は、例えば長さを０．１〜１０ｍｍにすることができる。

また、図２に示すように、リード端子４は、第１部分４１に連続しており、後端面１１に対して垂直な方向から見たときにセラミック体１に重なる第２部分４２を有している。第２部分４２は、一端と他端とを有しており、一端が第１部分４１に連続している。このときに、第２部分４２の寸法は、例えば長さを０．２〜１０ｍｍにすることができる。

また、第２部分４２は、後端面１１に対して垂直な方向から見たときにセラミック体１の外側からセラミック体１の中心に向かって伸びていてもよい。これにより、第２部分４２が第２部分４２の他端側に向かって引っ張られたときに、リード端子がセラミック体を押す方向に力が加わる。そのため、セラミック体から剥がれる方向に加わる力を低減できる。その結果、リード端子がセラミック体から剥がれるおそれを低減できる。また、第２部分４２を後端面１１に対して垂直な方向から見たときに、第２部分４２の他端が、セラミック体１の中心に位置しているとよい。これにより、第２部分４２の他端とヒータ１０後方に位置する外部電源とを電気的に接続する場合において、装置全体がセラミック体１の径方向に広がらず、小型化することができる。その結果、ヒータ１０の実装性を高めることができる。

本開示の一例のヒータ１０においては、図１に示すように、セラミック体１と第２部分４２との間に、隙間を有している。これにより、第２部分４２に外力が加わったときに、第２部分４２が変形することができる。このときに、第２部分４２が変形することによって、第２部分４２が外力を吸収することができる。そのため、セラミック体１とリード端子４との接合部に応力が集中するおそれを低減することができる。これにより、セラミック体１とリード端子４との接合部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、第２部分４２の他端は、例えばセラミック体１の端面から０．０１〜１ｍｍ離れている。

また、図３に示すように、第１部分４１と第２部分４２とが、滑らかに連続していてもよい。これにより、リード端子４のうち第２部分４２に外力が加わったときに、第１部分４１と第２部分４２とが連続する部分に生じる応力を分散させることができる。そのため、第１部分４１と第２部分４２とが連続す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、リード端子４の耐久性を向上させることができる。なお、ここでいう「滑らかに連続」とは、第１部分４１の側面と第２部分４２の側面とが曲面を形成するように連続している状態を意味している。

また、図４に示すように、第２部分４２が湾曲していてもよい。これにより、第２部分４２に外力が加わったときに、第２部分４２に生じる応力を分散させることができる。そのため、リード端子４のうち一部分に応力が集中し、リード端子４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。また、図４に示すように、第２部分４２が、セラミック体１の後端面１１から離れる方向に凸な弧状であってもよい。この場合においては、第２部分４２に対してセラミック体１の軸方向の振動が加わったときに、第２部分４２が変形することによって振動を吸収することができる。これにより、セラミック体１とリード端子４との接合部に応力が集中するおそれを低減することができる。そのため、リード端子４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。

また、図５に示すように、第２部分４２が、セラミック体１の後端面１１に向かう方向に凸な弧状であってもよい。この場合においては、例えば図５中の白抜き矢印で示すように、第２部分４２に対して第２部分４２の一端側に向かう方向に外力が加わったときに、第２部分４２が変形することによって外力を吸収することができる。これにより、セラミック体１とリード端子４との接合部に応力が集中するおそれを低減することができる。そのため、リード端子４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。

また、図６に示すように、リード端子４が、第２部分４２に連続しており、後端面１１から離れる方向に伸びる第３部分４３をさらに有していてもよい。これにより、第３部分４３が外力を受けてセラミック体１の方向に押されたときに、第２部分４２と第３部分４３とが連続している部分および第１部分４１と第２部分４２とが連続している部分の２箇所において、リード端子４が変形することができる。その結果、リード端子４が外力を吸収することができる。そのため、セラミック体１とリード端子４との接合部に応力が集中するおそれを低減することができる。これにより、セラミック体１とリード端子４との接合部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、第３部分４３の寸法は、例えば長さを１〜１００ｍｍにすることができる。

また、第３部分４３が、セラミック体１の後端面１１に対して垂直な方向に伸びる部分を有していてもよい。これにより、セラミック体１の後端面１１に対して垂直な方向に伸びる部分を有していない場合と比較して、セラミック体１の後方に位置する部材に電気的に接続するために必要なリード端子４の長さを短くすることができる。その結果、ヒータ１０の製造のコストを削減することができる。

また、図７に示すように、第２部分４２と第３部分４３とが、滑らかに連続していてもよい。これにより、リード端子４のうち第３部分４３に外力が加わったときに、第２部分４２と第３部分４３とが連続する部分に加わる応力を分散させることができる。そのため、第２部分４２と第３部分４３とが連続す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、リード端子４の耐久性を向上させることができる。なお、ここでいう「滑らかに連続」とは、第２部分４２の側面と第３部分４３の側面とが曲面を形成するように連続している状態を意味している。

また、図８に示すように、第２部分４２が、後端面１１から離れる方向に伸びており、接合材５によって後端面１１の外縁部分に接合されていてもよい。これにより、接合材５によってセラミック体１とリード端子４との接合強度を高めつつ、第２部分４２に外力が加わったときに、第２部分４２が変形する隙間を設けることができる。その結果、リード端子４とセラミック体１との接合部が破損するおそれをより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。

ここでいう外縁部分とは、例えば、セラミック体１の後端面１１の形状が円形状の場合は、後端面１１のうち後端面１１に対して直径が半分で中心が同一の仮想円の外側の領域である。また、セラミック体１の後端面１１の形状が四角形状の場合は、後端面１１のうち後端面１１に対して相似形状で一辺の長さが半分で中心が同一の仮想四角形の外側の領域である。

また、図９に示すように、第１部分４１が、セラミック体１の外周面をセラミック体１の周方向に囲みながら伸びていてもよい。言い換えると、第１部分４１が螺旋状にセラミック体１の外周面を取り囲んでいてもよい。そのため、周方向の様々な方向からの外力に対して、第１部分４１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。具体的には、第１部分４１は、セラミック体１の後端側の側面を２〜６回巻かれているとよい。また、セラミック体１の周方向の全体に接合材５が設けられており、セラミック体１の周方向の全体において、セラミック体１とリード端子４とが接合していてもよい。

また、図１０に示すように、第２部分４２が、後端面１１に対して垂直な方向から見たときに湾曲していてもよい。これにより、図１０の白抜き矢印に示すように、第２部分４２に対して第２部分４２の一端側に向かう方向に外力が加わった場合において、第２部分４２を変形しやすくすることができる。このときに、第２部分４２が変形するため、第２部分４２が外力を吸収することができる。そのため、セラミック体１とリード端子４との接合部に応力が集中するおそれを低減することができる。これにより、セラミック体１とリード端子４との接合部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、図１、図６、図７および図８に示すように第１部分４１から第２部分４２にかけてリード端子４が屈曲している場合は、例えば断面視または側面視したときにリード端子４の内側の折れ線の頂点と外側の折れ線の頂点とを結ぶ線を、第１部分４１と第２部分４２との境界とすることができる。

また図３、図４および図５に示すように第１部分４１から第２部分４２にかけてリード端子４が湾曲している場合は、例えば断面視または側面視したときにリード端子４の内側の湾曲の始点と外側の湾曲の始点とを結ぶ線を第１部分４１と第２部分４２との境界とすることができる。

なお、図６および図８に示すように第２部分４２から第３部分４３にかけてリード端子４が屈曲している場合は、例えば断面視または側面視したときにリード端子４の内側の折れ線の頂点と外側の折れ線の頂点とを結ぶ線を、第２部分４２と第３部分４３との境界とすることができる。

また図７および図９に示すように第２部分４２から第３部分４３にかけてリード端子４が湾曲している場合は、例えば断面視または側面視したときにリード端子４の内側の湾曲の終点と外側の湾曲の終点とを結ぶ線を第２部分４２と第３部分４３との境界とすることができる。

１：セラミック体
１１：後端面
２：発熱抵抗体
３：給電部
４：リード端子
４１：第１部分
４２：第２部分
４３：第３部分
５：接合材
１０：ヒータ

Claims (6)

1. 棒状または筒状のセラミック体と、該セラミック体の先端側に埋設された発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に電気的に接続されており、前記セラミック体に埋設されて前記セラミック体の後端側の側面に引き出された給電部と、該給電部に電気的に接続されており、前記セラミック体の後端側の側面に固定されているリード端子とを有しており、
   該リード端子は、前記セラミック体の後端側の側面に固定されている部分から前記セラミック体の後端面より後方まで伸びる第１部分と、該第１部分に連続しており、前記後端面に対して垂直な方向から見たときに前記セラミック体に重なる第２部分とを有しており、
   前記セラミック体と前記第２部分との間に、隙間を有していることを特徴とするヒータ。
2. 前記第１部分と前記第２部分とが、滑らかに連続していることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
3. 前記第２部分が、湾曲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。
4. 前記リード端子が、前記第２部分に連続しており、前記後端面から離れる方向に伸びる第３部分をさらに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. 前記第２部分と前記第３部分とが、滑らかに連続していることを特徴とする請求項４に記載のヒータ。
6. 前記第２部分が、前記後端面から離れる方向に伸びており、接合材によって前記後端面の外縁部分に接合されている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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