CN108476558B

CN108476558B - 加热器

Info

Publication number: CN108476558B
Application number: CN201680077268.2A
Authority: CN
Inventors: 武内勇太
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2021-02-09
Anticipated expiration: 2036-12-26
Also published as: WO2017130619A1; JPWO2017130619A1; CN108476558A; EP3410819B1; US11013066B2; JP6216103B1; EP3410819A1; EP3410819A4; US20190001787A1

Abstract

本公开的加热器(10)具备：柱状的加热器主体(1)，其具有陶瓷体(11)及埋设于陶瓷体(11)的内部并且在陶瓷体(11)的后端侧导出到侧面的发热电阻体(12)；筒状的支承件(2)，其安装于加热器主体(1)的侧面，支承件(2)具有经由接合材料(3)而与加热器主体(1)接合的第一区域(21)及与加热器主体(1)分离的第二区域(22)，并且，支承件(2)具有朝向后端侧开口的形状，在加热器主体(1)与第二区域(22)之间设置有对前端侧的空间与后端侧的空间进行分隔的盖体(4)。

Description

加热器

技术领域

本公开例如涉及车载供暖等所使用的加热器。

背景技术

作为加热器，已知具备柱状的加热器主体和筒状的支承件的加热器，所述柱状的加热器主体具有陶瓷体及埋设于该陶瓷体的内部并且在陶瓷体的后端侧导出到侧面的发热电阻体，所述筒状的支承件安装于该加热器主体的侧面(参照专利文献1、2)。

在此，在北欧等寒冷地带存在怠速限制，使用采用了加热器的车载供暖。即，在冰点下的非常寒冷的环境下也需要使点火用的加热器急速升温，另外伴随环境限制的强化而要求进一步的急速升温。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-280640号公报

专利文献2：日本特开2002-134251号公报

发明内容

本公开的加热器的特征在于，具备：柱状的加热器主体，其具有陶瓷体及埋设于该陶瓷体的内部并且在该陶瓷体的后端侧导出到侧面的发热电阻体；以及筒状的支承件，其安装于该加热器主体的侧面，所述支承件具有经由接合材料而与所述加热器主体接合的第一区域及与所述加热器主体分离的第二区域，并且，所述支承件具有朝向后端侧开口的形状，在所述加热器主体与所述第二区域之间设置有对前端侧的空间与后端侧的空间进行分隔的盖体。

附图说明

图1是表示加热器的实施方式的一例的简要纵剖视图。

图2是表示加热器的实施方式的加热器的另一例的简要纵剖视图。

图3是表示加热器的实施方式的另一例的简要纵剖视图。

图4是表示加热器的实施方式的另一例的简要纵剖视图。

图5是表示加热器的实施方式的另一例的简要纵剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明加热器的实施方式的一例。

图1是表示加热器的实施方式的一例的简要纵剖视图。图1所示的例子的加热器10具备柱状的加热器主体1和筒状的支承件2，所述柱状的加热器主体1具有陶瓷体11及埋设于陶瓷体11的内部并且在陶瓷体11的后端侧导出到侧面的发热电阻体12，所述筒状的支承件2安装于加热器主体1的侧面，支承件2具有经由接合材料3而与加热器主体1接合的第一区域21及与加热器主体1分离的第二区域22，并且具有朝向后端侧开口的形状，在加热器主体1与第二区域22之间设置有对前端侧的空间与后端侧的空间进行分隔的盖体4。

加热器主体1例如形成为圆柱状、棱柱状等柱状。加热器主体1的长度例如形成为20～60mm，加热器主体1在截面为圆形的情况下的直径例如形成为2.5～5.5mm。

作为构成加热器主体1的陶瓷体11的材料，例如可举出氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷等具有电绝缘性的陶瓷。具体而言，可以使用氧化铝质陶瓷、氮化硅质陶瓷、氮化铝质陶瓷、碳化硅质陶瓷等。尤其是，氮化硅质陶瓷的主成分即氮化硅从高强度、高韧性、高绝缘性及耐热性的观点来看是优异的，因此优选。

需要说明的是，陶瓷体11也可以包含发热电阻体12所包含的金属元素的化合物，例如在发热电阻体12中包含钨或钼的情况下，陶瓷体11也可以包含WSi₂或MoSi₂。这样，能够使作为母材的氮化硅质陶瓷的热膨胀率接近发热电阻体12的热膨胀率，能够提高加热器的耐久性。

在陶瓷体11的内部埋设有发热电阻体12。作为发热电阻体12的形成材料，可使用耐热性的材料，例如使用钨或碳化钨。在图1所示的例子中，在前端侧具有纵剖视(与柱状的加热器主体1的长度方向平行的截面)的形状呈折回形状的折回部，折回部的中央附近(折回的中间点附近)成为最发热的发热部。另外，发热电阻体12从折回部起在后端侧成为一对直线状部，在各个直线状部的后端附近导出到陶瓷体11的后端侧的侧面，经由导电性接合材料与后述的引线构件6电连接。发热电阻体12的横截面的形状也可以是圆、椭圆、矩形等任一形状。

另外，发热电阻体12的前端侧的折回部与后端侧的一对直线状部使用同样的材料形成，但为了抑制不需要的发热，例如也可以使直线状部的截面积比折回部的截面积大，或者减少直线状部所包含的陶瓷体11的形成材料的含量，由此与折回部相比减小直线状部的每单位长度的电阻值。而且，发热电阻体12不限定于由图1所示的形状的折回部和后端侧的一对直线状部构成的结构，例如也可以是折回部多次反复地折回的图案，另外图1所示的形状的图案也可以层叠有两层。

在陶瓷体11的表面(侧面)上，根据需要而设置有与埋设于陶瓷体11的内部的发热电阻体12电连接的电极层5。该电极层5例如由钼(Mo)或钨(W)构成，例如形成为50～300μm的厚度。电极层5可以仅设置于陶瓷体11的表面中的引出发热电阻体12的部位及其附近区域，也可以以与构成后述的引线构件6的线圈部61对置的方式在整周设置。需要说明的是，在图1所示的例子中，引出发热电阻体12的部位是两个部位，在各个部位整周地设置有电极层5。需要说明的是，两个引出发热电阻体12的部位在长边方向上处于不同的位置，因此能够以互相不电导通的方式设置电极层5。而且，电极层5也可以在表面例如设置有由Ni-B或Au构成的镀层。

在陶瓷体11的周围以覆盖电极层5的方式设置有引线构件6，该引线构件6具有通过金属线卷绕多圈而成的线圈部61。引线构件6例如由Ni、Fe、Ni系耐热合金等构成，例如形成为直径为0.5～2.0mm的粗细。在图1所示的例子中，引线构件6设置有两个。各个引线构件6具有通过金属线卷绕多圈而成的线圈部61，线圈部61通常为金属线卷绕2～6圈而成的结构。电极层5与引线构件6的线圈部61例如经由由Ag、Cu、Au等构成的硬钎料进行电连接。

另外，在加热器主体1的侧面安装有筒状的支承件2，来作为用于在例如用作电热塞时固定于外部的支承构件。支承件2例如使用由Fe、Ni构成的合金，具体而言使用不锈钢(SUS)、Fe-Ni-Co合金、Ni系耐热合金等材料。

该支承件2具有经由接合材料3而与加热器主体1接合的第一区域21及与加热器主体1分离的第二区域22。另外，支承件2具有朝向后端侧开口的形状。在图示的例子中，支承件2的内表面及外表面成为从第一区域21到第二区域22呈台阶状扩展的形状，由此支承件2成为朝向后端侧开口的形状。该支承件2的形状不作特别限定，例如也可以是仅在支承件2的内表面存在台阶的形状、仅支承件2的内表面朝向后端侧而逐渐地使直径扩展的形状、圆筒形状等。

作为将加热器主体1(陶瓷体11)与第一区域21接合的接合材料3，使用硬钎料、软钎料或玻璃系的材料，但为了提高接合强度而优选硬钎料，例如使用Ag-Cu等硬钎料。此时，当在加热器主体1(陶瓷体11)的表面形成金属层7并进行硬钎焊时，加热器主体1(陶瓷体11)与支承件2(第一区域21)的接合部的接合性提高。

需要说明的是，为了使接合材料3在第一区域21的内侧充分地遍及而得到适度的接合力，第一区域21的内径例如设定为设置有第一区域21的部位的加热器主体1的外径(陶瓷体11的直径与金属层7的厚度的合计的值)的101～120％的范围，优选设定为105～115％的范围。另外，第二区域22的内径设定为第一区域21的内径的100％以上。

并且，在加热器主体1与第二区域22之间设置有对前端侧的空间与后端侧的空间进行分隔的盖体4。在加热器主体1的外表面与构成支承件2的第二区域22的内表面之间设置有空间，并在该空间内设置有与加热器主体1的长边方向垂直地配置的圆板状的盖体4。盖体4在中央部具有能够供加热器主体1穿过的孔，且插装于加热器主体1而被固定。盖体4的厚度例如设定为0.5～4mm。需要说明的是，虽然没有图示，也可以为了进行盖体4的定位而在第二区域22的内壁设置突起、肋、台阶形状等。

例如，当在冰点下的非常寒冷的环境下使加热器急速升温时，支承件2与陶瓷体11的接合部被施加热冲击，在该接合部产生裂纹，可能因长期的使用而使裂纹扩展，引起电阻值降低。

与此相对，根据上述结构的加热器10，盖体4对处于加热器主体1与第二区域22之间的空间中的前端侧的空间(接合部周围的空间)与后端侧的空间(外部空间)进行分隔，因此能够抑制冷气向支承件2的第一区域21与加热器主体1(陶瓷体11)的接合部流入。另外，由于来自加热器主体1及支承件2的热传导，而使处于加热器主体1与第二区域22之间的空间中的前端侧的空间(接合部周围的空间)处的空气被加热，但盖体4阻挡并抑制该加热后的空气被更换。因此，能够抑制加热器主体1(陶瓷体11)与支承件2(第一区域21)的接合部被施加热冲击，能够抑制裂纹的进展而长期地抑制电阻值的变化。

作为盖体4，可以使用金属、陶瓷等，但优选由例如氧化铝、氮化硅等陶瓷构成。陶瓷与金属相比绝缘性高且热传导率低，因此作为盖体4而言是优异的。尤其是，优选使盖体4的主成分与陶瓷体11的主成分相同，相较于使陶瓷体11为氮化硅且使盖体4为氧化铝而言，能够使热膨胀率大致一致，从这点来看是优选的。

另外，也可以如图2所示那样，盖体4以在加热器主体1与第二区域22之间具有间隙41的方式设置。根据这样的加热器10，即便支承件2的第二区域22与加热器主体1之间的前端侧的空间处的空气因加热而膨胀或因冷却而收缩，也能够将该空气的压力与外部气体的压力保持为大致一定。由此，盖体4不会发生破损，能够长期地抑制支承件2的第一区域21与加热器主体1的接合部被施加热冲击。需要说明的是，在此所述的间隙41的设置目的在于维持抑制冷气向支承件2的第一区域21与加热器主体1的接合部流入、且还抑制支承件2的第二区域22与加热器主体1之间的前端侧的空间处的被加热后的空气与后端侧的空间处的空气更换这样的效果，并同时调整空气的压力，间隙41例如设定为0.1mm～1.2mm这个范围的宽度。需要说明的是，在图2所示的例子中在盖体4与第二区域22之间存在间隙，但不限定于该形态，也可以在盖体4与加热器主体1之间存在同样宽度的间隙。另外，也可以在盖体4与第二区域22之间以及盖体4与加热器主体1之间这两方存在间隙。在该情况下，两方的间隙的合计的宽度例如设定为0.1mm～1.2mm这个范围。

另外，如图3所示，支承件2的内壁的第二区域22的前端侧的内表面形状(图示的区域A的形状)也可以成为圆角形状。根据这样的加热器10，即便支承件2反复进行热膨胀、收缩，也能够使第一区域21与第二区域22之间不容易集中应力。

另外，如图4所示，支承件2的内壁中的位于第一区域21与第二区域22的分界处的角部也可以由硬钎料8覆盖。根据这样的加热器10，由于硬钎料8柔软，因此也能够分散或缓和在第一区域21与第二区域22的分界处产生的应力。

另外，也可以如图5所示那样，在导出到加热器主体1的侧面的发热电阻体12上电连接有引线构件6，盖体4与引线构件6接触。根据这样的加热器10，盖体4通过通电加热而被加热，因此能够进一步抑制因加热器主体1与第二区域22之间的前端侧的空间的空气被加热而使加热器主体1(陶瓷体11)与支承件2(第一区域21)的接合部被施加热冲击的情况。

说明本实施方式的加热器的制造方法。

首先，使氧化铝、氮化硅、氮化铝、碳化硅等陶瓷粉末含有SiO₂、CaO、MgO、ZrO₂等烧结助剂来制作成为陶瓷体11的原料的陶瓷粉状体。例如，在陶瓷体11由氮化硅质陶瓷构成的情况下，针对主成分的氮化硅，作为烧结助剂而混合3～12质量％的Y₂O₃、Yb₂O₃、Er₂O₃等稀土类元素氧化物、0.5～3质量％的Al₂O₃，并且以使烧结体所含的SiO₂量成为1.5～5质量％的方式混合SiO₂。

接着，对该陶瓷粉状体进行冲压成型而制作成型体、或者将陶瓷粉状体调制成陶瓷浆料并成形为片状来制作陶瓷生片。在此，所得到的成型体或陶瓷生片成为对半分割状态的陶瓷体11。

接着，在得到的成型体或陶瓷生片的一方的主面上，通过网版印刷等而形成成为发热电阻体12的导电性糊剂的图案。在此，作为导电性糊剂的材料，例如可以使用通过如下方式制作的材料：以能够与成为陶瓷体11的成型体同时进行烧成的W、Mo、Re等高熔点金属为主成分，向这些高熔点金属配入上述的陶瓷、粘结剂、有机溶剂等并进行混炼。

此时，根据陶瓷加热器的用途来变更导电性糊剂的图案的长度、线宽、折回图案的距离/间隔等，由此将发热电阻体12的发热位置、电阻值设定为所期望的值。

将未印刷导电性糊剂的同一材质的成型体重合于形成有该导电性糊剂的图案的成型体，由此能够得到在内部形成有导电性糊剂的图案的成型体。

接着，例如在30MPa～50MPa的压力下以1500～1800℃对得到的成形体进行烧成，由此能够制作加热器主体1。需要说明的是，优选烧成在非活性气体气氛中或还原气氛中进行。另外，优选在施加了压力的状态下进行烧成。

接着，将得到的烧结体(加热器主体1)加工成棒状或板状的形状，在通过网版印刷而形成电极层5及金属层7之后，例如在真空炉中进行烧接，之后实施镀Ni-B。

进一步地，将例如由Ni系耐热合金构成的支承件2嵌入加热器主体1并进行定位，并且将盖体4嵌入到所期望的位置。另外，将引线构件6嵌入加热器主体1并进行定位，所述引线构件6例如是将φ1.0mm的以Ni为主成分的金属线成形为线圈状并切断得到的引线构件。之后，对金属层7与支承件2进行硬钎焊，并且对电极层5与引线构件6进行硬钎焊。

需要说明的是，通过调整盖体4的大小，能够在盖体4与支承件2之间设置所期望的间隙。

另外，为了使支承件2的内壁中的第二区域22的前端侧为圆角形状，利用这样的形状的模具制作支承件2即可。

另外，为了形成位于支承件2的内壁中的第一区域21与第二区域22的分界处的角部由硬钎料覆盖的结构，调整向接合部流入的硬钎料的量即可。

另外，为了形成在导出到加热器主体1的侧面的发热电阻体12上电连接有引线构件6且盖体4与引线构件6接触的结构，将定位的位置调整为接触即可。

通过以上的方法，能够制作本实施方式的加热器10。

附图标记说明

10：加热器

1：加热器主体

11：陶瓷体

12：发热电阻体

2：支承件

21：第一区域

22：第二区域

3：接合材料

4：盖体

5：电极层

6：引线构件

61：线圈部

7：金属层

8：硬钎料

Claims

1.一种加热器，其中，

所述加热器具备：

柱状的加热器主体，其具有陶瓷体及埋设于该陶瓷体的内部并且在该陶瓷体的后端侧导出到侧面的发热电阻体；

筒状的支承件，其安装于该加热器主体的侧面，

所述支承件具有经由接合材料而与所述加热器主体接合的第一区域及与所述加热器主体分离的第二区域，并且，所述支承件具有朝向后端侧开口的形状，

在所述加热器主体与所述第二区域之间设置有对前端侧的空间与后端侧的空间进行分隔的盖体，

所述盖体以在所述加热器主体与所述第二区域之间具有间隙的方式设置。

2.根据权利要求1所述的加热器，其中，

所述盖体由陶瓷构成。

3.根据权利要求1或2所述的加热器，其中，

所述支承件的内壁的所述第二区域的前端侧呈圆角形状。

4.根据权利要求1或2所述的加热器，其中，

所述支承件的内壁中的位于所述第一区域与所述第二区域的分界处的角部由硬钎料覆盖。

5.根据权利要求1或2所述的加热器，其中，

在导出到所述加热器主体的侧面的所述发热电阻体上电连接有引线构件，且所述盖体与所述引线构件接触。