CN106105384B - 加热器以及点火装置 - Google Patents
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Abstract
加热器具备：多个陶瓷层层叠而成的陶瓷层叠体、被设置于所述陶瓷层之间并且两端被引出到所述陶瓷层叠体的侧面的带状的发热电阻器、和在所述陶瓷层之间层叠在所述发热电阻器的两个端部上并且一端分别被引出到所述侧面的带状的导电层，该导电层具有：被引出到所述侧面的第1导电层以及与该第1导电层相邻的第2导电层，所述第1导电层以及所述第2导电层由多个粒子构成，并且所述第1导电层的粒子的平均粒径比所述第2导电层的粒子的平均粒径小。
Description
技术领域
本发明涉及加热器以及点火装置。
背景技术
作为被用于煤气炉、车载供暖装置、石油风扇加热器或者汽车发动机的电热塞等的加热器，已知在陶瓷体的内部设置有发热体的加热器(陶瓷加热器)。作为陶瓷加热器，例如举例专利文献1中公开的陶瓷加热器。
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具备：陶瓷构造体、被埋设于陶瓷构造体的发热电阻器、与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中所述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产生裂缝。特别地，在该裂缝产生于供电线之中在陶瓷构造体的表面露出的区域的情况下，外部空气可能进入到供电线的内部。因此，由于供电线与外部空气反应，供电线的电阻值变化，可能局部产生异常的发热。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
加热器具备：多个陶瓷层层叠而成的陶瓷层叠体、被设置于所述陶瓷层之间并且两端被引出到所述陶瓷层叠体的侧面的带状的发热电阻器、和在所述陶瓷层之间层叠在所述发热电阻器的两个端部上并且一端分别被引出到所述侧面的带状的导电层，该导电层具有：被引出到所述侧面的第1导电层以及与该第1导电层相邻的第2导电层，所述第1导电层以及所述第2导电层由多个粒子构成，并且所述第1导电层的粒子的平均粒径比所述第2导电层的粒子的平均粒径小。
附图说明
图1是表示加热器的纵剖视图。
图2是以A-A’线将图1所示的加热器切断的横剖视图。
图3是以B-B’线将图1所示的加热器切断的横剖视图。
图4是表示加热器的变形例的横剖视图。
图5是表示使用了图1所示的加热器的点火装置的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图来对加热器10附图进行说明。
如图1～图3所示，加热器10具备：多个陶瓷层11层叠而成的陶瓷层叠体1、被设置于相邻的陶瓷层11之间的发热电阻器2、和层叠于发热电阻器2的导电层3。加热器10例如能够用于汽车发动机的电热塞或者煤气炉等。
陶瓷层叠体1是在内部埋设有发热电阻器2以及导电层3的部件。通过在陶瓷层叠体1的内部设置发热电阻器2以及导电层3，能够提高发热电阻器2以及导电层3的耐久性。陶瓷层叠体1例如是棒状或者板状的部件。
陶瓷层叠体1例如由绝缘性陶瓷、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，陶瓷层叠体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层叠体1能够通过以下的方法来得到。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层叠体1。烧制中能够使用例如热压烧制。
在陶瓷层叠体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，陶瓷层叠体1的长度被设定为例如20～100mm。此外，陶瓷层叠体1的剖面被设定为例如厚度1～6mm、宽度2～40mm的四角形。
发热电阻器2是通过被施加电压而发热的层状的部件。发热电阻器2被设置在相邻的陶瓷层11之间。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层叠体1的内部，陶瓷层叠体1的表面变成高温。然后，通过从陶瓷层叠体1的表面对被加热物传导热量，加热器10发挥作用。作为能够从陶瓷层叠体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内部的轻油等。
发热电阻器2的两端被引出到陶瓷层叠体1的后端侧的侧面。发热电阻器2的纵剖面(与发热电阻器2的长度方向平行的剖面)的形状例如为折回形状。详细地，发热电阻器2具有：2个相邻并排的直线状部分、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个直线部分折回并连结的连结部分。发热电阻器2在陶瓷层叠体1的前端附近折回。发热电阻器2的全长被设定为例如35～100mm。
发热电阻器2被设计为在陶瓷层叠体1的前端侧较大发热。具体来讲，在陶瓷层叠体1的后端侧，在发热电阻器2的两个端部上层叠导电层3。因此，在陶瓷层叠体1的后端侧，电流既流过发热电阻器2也流过导电层3。其结果，在陶瓷层叠体1的后端侧，发热电阻器2的发热变小。相反地，在陶瓷层叠体1的前端侧，电流仅流过发热电阻器2。其结果，在陶瓷层叠体1的前端侧，发热电阻器2的发热变大。
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。在陶瓷层叠体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，能够使陶瓷层叠体1的热膨胀率与发热电阻器2的热膨胀率接近。
导电层3是用于在陶瓷层叠体1的后端侧、也就是说发热电阻器2被引出到陶瓷层叠体1的侧面的部位的附近调整发热电阻器2的发热量的部件。图1中，通过虚线来表示导电层3。另外，图1中，为了容易观察附图，将表示导电层3的虚线与表示发热电阻器2的实线错开记载，但实际上，导电层3与发热电阻器2具有几乎相同的宽度，并且导电层3与发热电阻器2被层叠为宽度一致。如图2以及图3所示，导电层3在陶瓷层11之间、即发热电阻器2的两个端部上层叠，一端分别被引出到陶瓷层叠体1的侧面。这样，通过利用导电层3来覆盖发热电阻器2之中与外部的电路连接的两个端部上，能够减少陶瓷层叠体1的后端侧的发热。因此，能够提高外部的电路与加热器10的连接的可靠性。
导电层3具有被引出到陶瓷层叠体1的侧面的第1导电层31以及与第1导电层31相邻的第2导电层32。第1导电层31以及第2导电层32由多个粒子构成。并且，第1导电层31的粒子的平均粒径比第2导电层32的粒子的平均粒径小。这样，位于外侧的第1导电层31由平均粒径较小的粒子构成，由此能够提高第1导电层31的密度。其结果，第1导电层31的空隙率变低，因此能够减少外部空气进入导电层3。
此外，不仅导电层3而且发热电阻器2也被引出到陶瓷层叠体1的侧面，由此能够使被引出到侧面的部分为双层构造。因此，即使在导电层3或者发热电阻器2的一方产生裂缝，也能够减少裂缝延展到另一方的可能性。
此外，第2导电层32由平均粒径较大的粒子构成，由此能够降低第2导电层32中的粒子的晶界，因此能够减小第2导电层32的电阻值。由此，能够减少在导电层3产生的不必要的发热。
这些的结果是，加热器10在热循环下使用时的长期可靠性提高。
具体来讲，例如，与上述的加热器10不同地，在导电层的平均粒径的大小与部位无关地恒定的情况下，存在以下的问题。也就是说，在仅仅单纯地减小导电层的平均粒径的大小的情况下，即使能够减少外部空气侵入导电层，导电层本身的电阻也变大，因此在导电层产生不必要的发热。相反地，在仅仅单纯地增大导电层的平均粒径的大小的情况下，即使能够减少导电层中的不必要的发热，外部空气也容易侵入到导电层。与此相对地，通过如上述的加热器10那样，使第1导电层31的粒子的平均粒径比第2导电层32的粒子的平均粒径小，能够减少外部空气的进入，并且能够减少导电层3中的不必要的发热。
进一步地，如图2所示，优选第1导电层31与第2导电层32局部重叠。由此，和第1导电层31与第2导电层32不重叠的情况相比，在长度方向上观察导电层3时，能够使导电层3的热膨胀率阶段地变化。其结果，能够减少在热循环下在导电层3产生裂缝的可能性。
进一步地，优选第1导电层31位于第2导电层32与发热电阻器2之间，在位于第2导电层32与发热电阻器2之间的部分，第1导电层31随着朝向另一端而变薄。由此，能够使导电层3的热膨胀率缓慢变化。其结果，能够进一步减少在热循环下在导电层3产生裂缝的可能性。
另外，虽然在上述的加热器10中，导电层3仅由第1导电层31以及第2导电层32构成，但并不局限于此。导电层3也可以具有除了第1导电层31以及第2导电层32以外的部分。例如，如图4所示，导电层3除了第1导电层31以及第2导电层32，也可以还具有第3导电层33。第3导电层33与第2导电层32之中与第1导电层31相反的一侧相邻。
作为被用作为第3导电层33的层，并不被特别限定。例如，也可以第3导电层33的粒子的平均粒径比第2导电层32的粒子的平均粒径小。由此，第3导电层33中的粒子的结晶晶界增加。因此，能够使第3导电层33中的电阻值比第2导电层32中的电阻值大。由此，能够使发热电阻器2的发热量阶段地变化。因此，能够使加热器10的表面的温度阶段地变化。其结果，能够减少在陶瓷层叠体1局部产生较大的热应力。
第1导电层31至第3导电层33例如由钼(Mo)、钨(W)或者铼(Re)等耐热性优良的金属材料构成。特别地，为了使热膨胀率接近陶瓷层叠体1，优选将MoSi2以及WSi2等混合。第1导电层31的长度如下：沿着发热电阻器2的长度方向的部分的长度被设定为2～10mm左右。第1导电层31的厚度被设定为5～30μm左右。此外，第2导电层32的长度如下：沿着发热电阻器2的长度方向的部分的长度被设定为5～20mm左右。第2导电层32的厚度被设定为25～75μm左右。此外，在第1导电层31与第2导电层32重叠的情况下，该区域的长度被设定为例如500μm左右。
第1导电层31以及第2导电层32的粒径能够如下调整。具体来讲，在第1导电层31以及第2导电层32都由W构成的情况下，通过使初始原料的W的粉末的粒径不同，能够调整第1导电层31以及第2导电层32的粒径。例如，将用于第1导电层31的W的粉末的平均粒径设定为0.2μm，将用于第2导电层32的W的粉末的平均粒径设定为1.2μm即可。由此，能够将第1导电层31的平均粒径设定为0.2～2μm，将第2导电层32的平均粒径设定为1.2～12μm。
特别地，优选第1导电层31的平均粒径小于1μm。由此，能够减少外部空气从粒子间浸入，因此能够减少外部空气进入第1导电层31的可能性。此外，此时，优选第1导电层的空隙率小于20％。由此，能够减少外部空气进入第1导电层31。
导电层3的平均粒径例如能够通过以下的方法来确认。具体来讲，在使用类金刚石刀具，将加热器10在通过导电层3的与导电层3垂直的方向的面切断之后，使用类金刚石粉末来进行表面的研磨。然后，使用扫描式电子显微镜或者金属显微镜来观察第1导电层31以及第2导电层32即可。更具体来讲，在通过扫描式电子显微镜或者金属显微镜而得到的图像上，引出任意的5条直线。然后，求出将该5条直线横切的10个粒子的距离的平均值。通过将该平均值除以作为粒子的数目的10，能够求出平均粒径。此外，也可以使用图像解析装置(NIRECO公司制：LUZEX-FS)来计算平均粒径。在测定第1导电层31的空隙率时也能够使用上述的图像解析装置。
加热器10例如被用作为图5所示的点火装置100。点火装置100由加热器10和气体燃料流向加热器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向加热器10喷出。并且，对于被喷出的气体燃料，通过将加热器10加热，从而能够进行点火。通过点火装置100具有长期可靠性提高了的加热器10，从而气体燃料的点火的稳定性提高。
-符号说明-
1：陶瓷层叠体
11：陶瓷层
2：发热电阻器
3：导电层
31：第1导电层
32：第2导电层
10：加热器
20：流路
21：气阀
22：通风管
23：喷出口
100：点火装置
Claims (7)
1.一种加热器，具备：
多个陶瓷层层叠而成的陶瓷层叠体；
被设置于所述陶瓷层之间，并且两端被引出到所述陶瓷层叠体的侧面的带状的发热电阻器；和
在所述陶瓷层之间层叠在所述发热电阻器的两个端部上，并且一端分别被引出到所述侧面的带状的导电层，
该导电层具有：被引出到所述侧面的第1导电层以及与该第1导电层相邻的第2导电层，所述第1导电层以及所述第2导电层由多个粒子构成，并且所述第1导电层的粒子的平均粒径比所述第2导电层的粒子的平均粒径小。
2.根据权利要求1所述的加热器，其中，
所述第1导电层与所述第2导电层局部重叠。
3.根据权利要求2所述的加热器，其中，
在所述第1导电层与所述第2导电层重叠的部分，所述第1导电层位于所述第2导电层与所述发热电阻器之间，
在位于所述第2导电层与所述发热电阻器之间的部分，所述第1导电层随着朝向另一端而变薄。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的加热器，其中，
所述第1导电层的粒子的平均粒径是0.2～2μm，所述第2导电层的粒子的平均粒径是1.2～12μm。
5.根据权利要求1至3的任意一项所述的加热器，其中，
所述第1导电层的空隙率小于20％。
6.根据权利要求4所述的加热器，其中，
所述第1导电层的空隙率小于20％。
7.一种点火装置，具备：
权利要求1至权利要求6的任意一项所述的加热器；和
将气体燃料流向该加热器之中的所述陶瓷层叠体的流路。
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