CN106233819A - 陶瓷加热器以及具备其的点火装置 - Google Patents

Abstract

陶瓷加热器具有：陶瓷体、被埋设于该陶瓷体的带状的发热电阻器、和被埋设于所述陶瓷体并与所述发热电阻器的端部连接的带状的导线，所述导线具有：在与所述发热电阻器的连接部覆盖所述发热电阻器的端部的第1部分、和向所述端部的两侧伸出的第2部分，与所述第1部分的厚度相比，所述第2部分的厚度变薄。

Description

陶瓷加热器以及具备其的点火装置

技术领域

本发明涉及陶瓷加热器以及具备其的点火装置。

背景技术

作为被用于煤气炉、车载供暖装置、石油风扇加热器或汽车发动机的电热塞或者燃料的预备加热等的加热器，已知陶瓷加热器。作为陶瓷加热器，例如举例日本特开2000-156275号公报(以下，称为专利文献1)中公开的陶瓷加热器。

专利文献1中公开的陶瓷加热器具备：陶瓷构造体、被埋设于该陶瓷构造体的发热电阻器、与该发热电阻器连接并被引出到陶瓷构造体的表面的供电线。

专利文献1中公开的陶瓷加热器在高温环境下反复使用的情况下，可能在供电线与发热电阻器的连接部由于在供电线以及发热电阻器产生热应力而产生裂缝。其结果，难以提高将陶瓷加热器反复用于高温环境下的情况下的长期可靠性。

发明内容

陶瓷加热器具有：陶瓷体、被埋设于该陶瓷体的带状的发热电阻器、及被埋设于所述陶瓷体并与所述发热电阻器的端部连接的带状的导线，所述导线具有：在与所述发热电阻器的连接部覆盖所述发热电阻器的端部的第1部分、和向所述端部的两侧伸出的第2部分，与所述第1部分的厚度相比，所述第2部分的厚度变薄。

点火装置具备：所述陶瓷加热器、和将气体燃料流过该陶瓷加热器之中的所述陶瓷体的流路。

附图说明

图1是表示陶瓷加热器的纵剖视图。

图2是通过A-A’线来将图1所示的陶瓷加热器切断的横剖视图。

图3是表示图2所示的陶瓷加热器之中的电阻器以及导线的放大图。

图4是表示使用了图1所示的陶瓷加热器的点火装置的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图来对陶瓷加热器10进行说明。

如图1所示，陶瓷加热器10具备：陶瓷体1、被设置于陶瓷体1的内部的发热电阻器2、被设置于陶瓷体1的内部并与发热电阻器2连接的导线3。这种陶瓷加热器10能够用于例如汽车发动机的电热塞或者燃料的预备加热用、或者煤气炉的着火用等。

陶瓷体1是在内部埋设有导线3以及发热电阻器2的部件。通过在陶瓷体1的内部设置导线3以及发热电阻器2，能够提高导线3以及发热电阻器2的耐久性。陶瓷体1例如是棒状或者板状(也可以是将这些结合称为柱状)的部件。陶瓷体1例如是多个陶瓷层11层叠而成的。在以下的例子中，对陶瓷体1由多个陶瓷层11的层叠体构成的陶瓷加热器10进行说明，但并不局限于此。也就是说，陶瓷体1也可以是一体形成的。作为将陶瓷体1一体形成的方法，例如，举例有注塑成型等。

陶瓷体1例如由氧化物陶瓷、氮化物陶瓷或者碳化物陶瓷等具有电绝缘性的陶瓷构成。具体来讲，陶瓷体1由氧化铝质陶瓷、氮化硅质陶瓷、氮化铝质陶瓷或者碳化硅质陶瓷等构成。

由氮化硅质陶瓷构成的陶瓷体1能够通过以下的方法得到。具体来讲，例如，对于主成分的氮化硅，混合5～15质量％的Y₂O₃、Yb₂O₃或者Er₂O₃等稀土类元素氧化物、0.5～5质量％的Al₂O₃以及SiO₂来作为烧结助剂，该SiO₂的量被调整为烧结体中包含的SiO₂的量为1.5～5质量％。并且，通过在成型为规定的形状后以1650～1780℃的温度进行烧制，能够得到由氮化硅质陶瓷构成的陶瓷体1。烧制中能够使用例如热压烧制法。

在陶瓷体1的形状是棒状的情况下，更具体来讲，是四棱柱状的情况下，陶瓷体1的长度被设定为例如20～100mm。此外，陶瓷体1的剖面被设定为例如厚度是1～6mm、宽度是2～40mm的四角形。

发热电阻器2是通过被施加电压而发热的带状的部件。发热电阻器2被埋设于陶瓷体1的相邻的2个陶瓷层11的层间。通过向发热电阻器2施加电压来流过电流，发热电阻器2发热。通过该发热而产生的热量传导至陶瓷体1的内部，陶瓷体1的表面变成高温。然后，通过从陶瓷体1的表面对被加热物传导热量，陶瓷加热器10发挥作用。作为能够从陶瓷体1的表面传导热量的被加热物，例如举例有被提供到汽车用柴油发动机的燃料喷射装置的轻油等。

发热电阻器2被设置于陶瓷体1的前端侧。发热电阻器2的纵剖面(相对于发热电阻器2的长度方向平行的面)的形状例如为折回形状。详细地，发热电阻器2具有：2个平行的直线部分21、和外周以及内周是大致半圆形状或者大致半椭圆形状且将2个直线部分21折回并连结的连结部分22。发热电阻器2在陶瓷体1的前端附近折回。从发热电阻器2的前端(连结部分22之中最前端侧的部分)到发热电阻器2的后端(直线部分21的后端)的长度例如在发热电阻器2的长度方向上被设定为2～15mm。

发热电阻器2例如以钨(W)、钼(Mo)或者钛(Ti)等的碳化物、氮化物或者硅化物等为主成分。在陶瓷体1由氮化硅质陶瓷构成的情况下，优选发热电阻器2的主成分由碳化钨构成。由此，能够使陶瓷体1的热膨胀率与发热电阻器2的热膨胀率接近。

导线3是被埋设于陶瓷体1且一端被引出到陶瓷体1的侧面的带状的部件。导线3位于相邻的2个陶瓷层11的层间。导线3与发热电阻器2电连接。导线3被用于将发热电阻器2与外部的电源电连接。

导线3分别对应于发热电阻器2的2个直线部分21且沿着陶瓷体1的长度方向而被设置了2条，在陶瓷体1的后端侧被折弯并被引出到陶瓷体1的侧面。导线3在陶瓷体1的后端侧被弯曲为90°，并被引出到陶瓷体1的侧面。

导线3使用例如W或者Mo等耐热性优良的金属材料。特别地，从热膨胀率的观点出发，优选使用与发热电阻器2相同的碳化钨。导线3例如被设定为宽度是1～20mm，沿着发热电阻器2的长度方向的部分的长度是10～80mm，为了被引出到陶瓷体1的侧面，沿着相对于发热电阻器2的长度方向垂直的方向延伸的部分的长度是2～30mm，厚度是10～50μm左右。

图2是图1所示的陶瓷加热器10之中，利用通过发热电阻器2与导线3的连接部的A-A’线来切断的横剖视图。图2表示与发热电阻器2的主面垂直的剖面。另外，在图2中，通过点线来表示多个陶瓷层11的边界的一部分。此外，图3是图2中的电阻器2以及导线3的放大图。如图2以及图3所示，导线3具有：覆盖发热电阻器2的端部的第1部分31和向端部的两侧伸出的第2部分32。这样，导线3覆盖发热电阻器2的端部并向端部的两侧伸出，由此导线3与发热电阻器2的边界变得不是平面状，因此在导线3与发热电阻器2的边界，裂缝能够难以扩展。特别地，优选伸出的部分(第2部分32)的伸出长度W比导线3与发热电阻器2重叠的部分(第1部分31)的端部处的导线3的厚度T(图3中由虚线表示)大。由此，能够使导线3的端部足够远离发热电阻器2，在第2部分32的端部产生裂缝时，能够减少裂缝在导线3与发热电阻器2之间扩展的可能性。特别地，也可以使第2部分32的伸出长度W为第1部分31的端部处的导线3的厚度T的2倍以上。由此，能够使第2部分32在陶瓷体1中较薄地扩展。其结果，在第2部分32热膨胀时，能够减少在陶瓷体1产生的热应力。

进一步地，导线3之中，相比于与发热电阻器2重叠的部分(第1部分31)的厚度，伸出的部分(第2部分32)的厚度变薄。由此，在发热电阻器2中产生热应力的情况下，能够使热应力容易集中于伸出的部分。

因此，能够减少在导线3之中与发热电阻器2重叠的部分(第1部分31)产生裂缝的可能性。这些的结果是，能够提高将陶瓷加热器10在高温环境下反复使用的情况下的长期可靠性。导线3的厚度例如如下：能够将第1部分31的厚度设定为5～50μm，将第2部分32的厚度设定为0.5～10μm。

第1部分31的厚度与第2部分32的厚度的比较例如能够通过将第1部分31的平均的厚度与第2部分32的平均的厚度比较来进行。第1部分31以及第2部分32的平均的厚度例如能够通过以下的方法来求出。具体来讲，在第1部分31以及第2部分32引出将第1部分31以及第2部分32在宽度方向上4等分的3条假想线。然后，求出在第1部分31以及第2部分32，引出该3条假想线的位置的厚度各自的平均值。能够将该各自的平均值视为第1部分31的平均的厚度以及第2部分32的平均的厚度。

此外，如图2以及图3所示，优选在导线3与发热电阻器2的连接部，第2部分32的厚度向外侧变薄。这样，通过第2部分32向外侧变薄，在第2部分32中，热应力也容易集中于特别是前端附近。由此，即使在导线3产生热应力，也能够在导线3之中远离发热电阻器2和第1部分31的位置产生裂缝。因此，能够减少导线3与发热电阻器2的连接可靠性降低的可能性。

进一步地，如图2以及图3所示，发热电阻器2和导线3也可以被设置于相邻的2个陶瓷层11的层间。由此，能够减少在陶瓷体1产生的裂缝。在陶瓷体1中，特别是在陶瓷层11的层间，应力容易集中。通过设置这种在陶瓷层11的层间，如上述那样能够使应力集中于第2部分32的发热电阻器2和导线3，能够通过第2部分32来吸收在陶瓷层11的层间产生的应力。因此，能够减少从陶瓷层11的层间，在陶瓷体1产生裂缝的情况。

此外，在导线3与发热电阻器2的连接部，也可以发热电阻器2和第2部分32与2个陶瓷层11之中的一个陶瓷层11的1个面相接。由此，通过发热电阻器2和第2部分32与同一面相接，在陶瓷体1产生热应力时，能够通过发热电阻器2和导线3这两者来吸收力。换言之，能够减少力仅施加于发热电阻器2、或者力仅施加于导线3的情况。因此，例如，能够减少在发热电阻器2与导线3的界面产生裂缝的情况。

进一步地，也可以发热电阻器2和第2部分32在1个面上连续。这里所谓的“在1个面上连续”，是指在观察通过发热电阻器2与导线3的剖面时，在相邻的2个陶瓷层11之中的一个陶瓷层11的1个面上，发热电阻器2与导线3相接。由此，在发热电阻器2与第2部分32的界面，能够减少作为裂缝的起点的缝隙，因此能够减少在发热电阻器2与导线3的界面产生裂缝的情况。

进一步地，如图2以及图3所示，导线3的第2部分32之中，也可以一个主面与发热电阻器2以及相邻的2个陶瓷层11之中的一个陶瓷层11的1个面相接，并且另一个主面为向内侧凹陷的弧状。由此，能够进一步使应力容易集中于第2部分32的前端部分。其结果，即使在第2部分32产生热应力，也能够在导线3之中远离第1部分31的位置产生裂缝。因此，能够提高导线3与发热电阻器2的连接的可靠性。

进一步地，导线3和发热电阻器2也可以由金属材料以及混合于金属材料中的陶瓷材料构成。作为这种金属材料，举例有WC等。此外，作为陶瓷材料，举例有Si₃N₄或者BN等。此时，也可以使第2部分32中的陶瓷材料的含量比第1部分31中的陶瓷材料的含量多。由此，在向导线3的整体施加应力时，能够相比于第1部分31，更容易在第2部分32产生裂缝。这是由于在第2部分32，相比于第1部分31，减少了金属材料的比例并增加了陶瓷材料的比例，从而第2部分32比第1部分31更难以弹性变形。作为用于改变第1部分31与第2部分32的组成的方法，例如举例有通过各自的生片来形成第1部分31和第2部分32的方法。

进一步地，也可以使发热电阻器2的热膨胀系数比导线3的热膨胀系数小。由此，在烧制后，残留有残留应力，使得导线3夹住发热电阻器2。因此，能够减少在发热电阻器2与导线3之间产生剥离。另外，为了使发热电阻器2的热膨胀系数比导线3的热膨胀系数小，例如能够使用以下的方法。具体来讲，将导线3和发热电阻器2的主成分设为WC，作为副成分，添加热膨胀系数比WC小的Si₃N₄。此时，通过使添加到发热电阻器2的Si₃N₄的量比添加到导线3的Si₃N₄的量多，能够使发热电阻器2的热膨胀系数比导线3的热膨胀系数小。

上述的陶瓷加热器10能够使用例如热压烧制法来制作。具体来讲，首先，对成为陶瓷层11的一部分的生片，层叠成为发热电阻器2以及导线3的糊膏。此时，由于导线3的第2部分32向发热电阻器2的两侧伸出，对导线3之中作为第2部分32的部位施加微小的压力，使作为第2部分32的部位与原始的糊膏(green paste)紧贴。然后，使另一生片夹着发热电阻器2以及导线3，层叠于上述的生片来得到层叠体。然后，通过使用热压烧制法来烧制该层叠体，能够制作陶瓷加热器10。

陶瓷加热器10例如被用作为图4所示的点火装置100。点火装置100由陶瓷加热器10和气体燃料流向陶瓷加热器10的流路20构成。流路20例如由气阀21和具有喷出口23的通风管22构成。气阀21具有控制气体燃料的流量的功能。作为从气阀21提供的气体燃料，例如举例有天然气或者丙烷气体等。通风管22将从气阀21提供的气体燃料从喷出口23向陶瓷加热器10喷出。并且，通过使用加热器10来加热被喷出的气体燃料，能够将气体燃料点火。点火装置100通过具有长期可靠性提高了的陶瓷加热器10，从而气体燃料的点火的稳定性提高。

-符号说明-

1：陶瓷体

11：陶瓷层

2：发热电阻器

21：直线部分

22：连结部分

3：导线

31：第1部分

32：第2部分

10：陶瓷加热器

100：点火装置

Claims (8)

1.一种陶瓷加热器，具有：

陶瓷体；

被埋设于该陶瓷体的带状的发热电阻器；和

被埋设于所述陶瓷体并与所述发热电阻器的端部连接的带状的导线，

所述导线具有：

在与所述发热电阻器的连接部覆盖所述发热电阻器的端部的第1部分；和

向所述端部的两侧伸出的第2部分，

与所述第1部分的厚度相比，所述第2部分的厚度变薄。

2.根据权利要求1所述的陶瓷加热器，其中，

在所述导线与所述发热电阻器的连接部，所述第2部分的厚度向外侧变薄。

3.根据权利要求1或者2所述的陶瓷加热器，其中，

与所述第1部分的端部处的厚度相比，所述第2部分的伸出长度较大。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的陶瓷加热器，其中，

所述陶瓷体由多个陶瓷层的层叠体构成。

5.根据权利要求4所述的陶瓷加热器，其中，

所述发热电阻器和所述导线被设置于相邻的2个所述陶瓷层的层间。

6.根据权利要求5所述的陶瓷加热器，其中，

所述发热电阻器和所述第2部分与2个所述陶瓷层之中的一个陶瓷层的1个面相接。

7.根据权利要求6所述的陶瓷加热器，其中，

所述发热电阻器和所述第2部分在所述1个面上连续。

8.一种点火装置，具备：

权利要求1至权利要求7的任意一项所述的陶瓷加热器；和

将气体燃料流向该陶瓷加热器之中的所述陶瓷体的流路。