JP3957969B2 - Ceramic heater for in-vehicle heater - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼式車載暖房器の点火または火炎検知に用いられるセラミックヒータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
寒冷地においてエンジンの始動を短期間に可能とするための熱源または車両室内暖房の補助熱源として、液体燃料を用いる車載暖房機が使用されている。また、電気自動車においてはバッテリの容量の制限により電力消費を少なくすることが要求されており、暖房装置の熱源としてこの液体燃料を用いた車載暖房機の利用が見込まれている。
【０００３】
このような車載暖房機の従来例を図９に示す（特開平１１−１７３５１１号公報参照）。液体燃料は図示していない燃料ポンプにより燃料タンクから点火栓１２の周囲に供給される。支持部材１３は燃焼筒１４に固定されており、その中央には燃焼温度検知サーミスタ１５が設置されており、上部には点火栓１２を挿通させる孔が設けられている。更に支持部材１３には液体燃料を保持する蒸発媒体１６が嵌着されている。
【０００４】
燃料の点火は、電流により熱を発生する金属製の発熱抵抗体を円筒形のステンレスで被覆された発熱部１７を有する点火栓１２により行われる。すなわち、点火栓１２の抵抗体に一定時間通電することにより発熱部が高温に赤熱される。その後、燃料ポンプから点火栓１２の周りに液体燃料が供給され蒸発媒体１６に浸透される。同時に空気供給ブロア１８から空気が送られ燃焼用空気が送り込まれる。そして、点火栓１２の周りに浸透した燃料が蒸発して赤熱した発熱部で点火される。
【０００５】
点火栓１２で発生した炎は蒸発媒体１６の全面を覆うようになる。この火炎により蒸発媒体１６の表面から燃料蒸発量が増大し燃焼量が増大するがその燃焼量に見合うように供給燃料および燃焼用空気量が増やされる。
【０００６】
定常燃焼状態でコントローラー１９は車両からの操作信号および燃焼温度検知サーミスタ１５の信号により、燃料ポンプ、空気供給ブロア１８の動作を制御する。
【０００７】
燃焼筒１４内の燃焼室で発生したガスは熱交換部２０で冷却水を加熱する。この熱交換部で加熱される水はエンジン冷却水であるが、その水は図示していない熱交換器で空気を加熱する。その加熱された空気が車両室内に送られ車内の暖房が行われる。
【０００８】
また、上記点火栓１２の代わりにセラミックヒータを用いることも行われている。
【０００９】
図７に、従来の車載用暖房装置の点火栓として使用されているセラミックヒータ１の層構成図を示すように、発熱抵抗体９を内蔵し、Ｎｉからなるリード線３をロウ付けしてセラミックヒータ１を構成している。そして図８に示すように、前記セラミックヒータ１の外表面に保持金具２をロウ付けし、燃焼筒１４に固定した固定用金具５に挿入して保持金具２をネジ６により固定する。固定用金具５の先端部にはセラミックヒータ１の位置決めのために、段部５ａが形成されており、該段部５ａに保持金具２を当てて位置合わせをし、ネジ６で固定するようにしている。
このようにしてガス流中の最適位置で燃焼ガスが点火されるようなシステムが組まれている。
また、保持金具２のロウ付けは、保持金具２の内側にセラミックヒータ１を挿入し、隙間にロウ材を流し込み、冷却時のセラミックヒータ１の磁器部と保持金具２の熱膨張差により、保持金具２で磁器部を把持する構造としていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
近年、車載暖房装置の小型化及び着火スピードを上げることが望まれており、それに伴い、セラミックヒータの小型化、電力のアップが必要となってきている。
ところが、セラミックヒータの小型、高電力化により、ロウ付け部が高温になることによって、前記図８に示す保持構造を用いたセラミックヒータ１では、長期の使用に際してその保持に大きな問題があることが判明した。
即ち、保持金具２にセラミックヒータ１を把持する構造においては、冷熱サイクルがかかった場合、まず、高温になった時、保持金具２が熱膨張し発熱部側へ伸びる。次に、冷却された時、その位置で金具２がセラミックヒータ１を捕まえてしまった後セラミックヒータ１より大きく収縮するので、セラミックヒータ１はリード側へ、あたかも「しゃくとり虫」の如き状態で後退してしまうことになる。また、ネジ締め部についても、冷熱サイクルにより上記のような理由でネジ６の締め付けが緩くなってしまい、冷熱サイクルの繰り返しにより、セラミックヒータ１の先端部が初期に設定された位置から後退変位して点火できなくなったり、または火炎検知できなくなってしまうという問題があった。
【００１１】
なお、セラミックヒータ１が上向きに取り付けられている場合においては、セラミックヒータの自重が下向きに働くために、セラミックヒータ１先端の後退変位量はさらに大きくなってしまう。
上記従来の手法では、曲面部分でネジ締めしていたため、冷熱サイクルの繰り返しによる緩みの問題がより発生しやすい状況であったと考えられる。
本発明の目的は、冷熱サイクルがかかった場合でも、セラミックヒータ１の先端が後退変位せず、点火位置または火炎検知位置が変位しない堅牢な構造を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等が検討した結果、エンジンの始動用熱源または車両室内暖房の補助熱源として使用される燃焼式車載暖房機にて点火または火災検知に用いられるセラミックヒータにおいて、セラミック体の内部に発熱抵抗体と該発熱抵抗体に電力を供給させるためのリード部を埋設してなり、前記セラミック体の外表面に段付き面を設けて、該段付き面の上に金属製プレートを備え、その上面を押さえつけ手段により押さえつけ、固定用金具に保持することにより、上記課題を解決できることを見出した。
【００１３】
また、前記発熱抵抗体が高融点金属からなることを特徴とする。また、前記暖房機が前記固定用金具を具備していることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
セラミックヒータの外表面に段付き面を設けることにより、この面を押さえて固定するので、万一ネジの緩みが発生したとしても段部によりセラミックヒータの移動を防止でき、また、セラミックヒータの回転を防止することができる。これにより、点火位置または火炎検知位置が変化しない安定した点火性能を維持できる。
また、ネジ等押しつけ力によって、セラミックにクラックが発生し易い場合は、ネジ等の先端とセラッミクの間に金属製プレートを入れて、応力の緩和をはかるとよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、図１〜６を用いて詳しく説明する。
【００１６】
図１は、本発明のセラミックヒータ１を車載暖房機に取り付けた状態を示す断面図である。このセラミックヒータ１は車載用暖房装置に使用される点火または火災検知に使用されている。
セラミックヒータ１は、その一部に形成された段付き面４を押さえつけ手段の一つであるネジ６により押さえつけて燃焼筒１４に設置された固定金具５に固定されている。このようにセラミックヒータ１自体に段付き面４を形成し、ここを押さえて固定することにより、セラミックヒータ１が使用中の温度サイクルにより移動することを防止することができる。そして、セラミックヒータ１は、リード線３に通電することにより発熱し、燃焼筒１４内に供給された燃料を点火する。この点火に関しては最適位置があり、上記固定構造とすることでこの最適位置のずれを防止できる。
【００１７】
図２にセラミックヒータ１の要部拡大図を示すように、セラミックヒータ１には、保持金具２がロウ付けされており保持金具２からセラミックヒータ１まで達するように研削することにより段付き面４を形成し、固定金具５にネジ６により固定している。
【００１８】
また、他の実施形態を図３に示すように、前記ネジ６の先端とセラミックヒータ１に設けた段付き面４の間に金属製プレート７を介して、段付き面４を押さえることによって、セラミックヒータ１を傷つけることなく強固に固定することができる。
【００１９】
この段付き面４の寸法としては、セラミックヒータ１の径方向の幅が１．５〜３ｍｍ程度、全長方向の寸法がネジ６外径＋０．５〜１．０ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００２０】
図４は、本発明のさらに他の実施形態を示すセラミックヒータ１の断面図である。前記の平坦な段付き面４の代わりに、例えばセラミックヒータ１の中心と同芯のリング状曲面の段付き面４’を形成して、該段付き面４’にその曲面にマッチングした金属製リングプレート７を敷いて、ネジ６で押さえることによって、セラミックヒータ１のズレを防止するとともにネジ６先端の応力を緩和させ、セラミック部分にクラックが発生することを防止する構造としてある。
図５および図６は、本発明のさらに他の実施形態を示すセラミックヒータの断面図である。図５は、セラミックヒータ１の外周に保持金具２がロウ付け等の手法で固着されていて、保持金具２のリード側端面のセラミック外周に設けた段付き面４を押さえてセラミックヒータ１のズレを防止する構造となっている。また図６は、保持金具２を固定する部分のセラミックヒータ１の外径を発熱部側より細く研削して曲面形状の段付き面４’を形成し、この段付き面４’に金属プレートの代わりに保持金具２を介してネジ６により固定する構造とした例である。
【００２１】
また、段付き面４、４’の形成にあたり、その角部の曲率半径を０．０５ｍｍ以上とすることが好ましい。この曲率半径が０．０５ｍｍ未満であると、急加熱による熱衝撃や車の振動等で前記角部にクラックが発生する場合がある。
【００２２】
また、セラミックヒータ１の冷始動時の突入電力は、７０Ｗ以上とすることが好ましい。これは、該突入電力が７０Ｗ未満であれば、燃料を安定して点火させることができなくなってしまうからである。単に温度を上げるだけであれば、セラミックヒータ１の径を細くし熱容量を小さくすれば良いが、供給される空気流の影響を加味するとセラミックヒータ１についてもある程度の熱容量が必要であり、点火温度まで早急に加熱するためには７０Ｗ以上の突入電力とすることが好ましい。
【００２３】
次に、セラミックヒータ１の製法について図７を用いて説明する。まず、セラミック生成形体８の上に発熱抵抗体９と取出電極１１をプリント法により形成する。その後、タングステン（Ｗ）ピンからなるリード部１０を前記発熱抵抗体９、取出電極１１と接続するように設置し、前記セラミック生成形体８とこれらの蓋となるセラミック生成形体８’を重ねて密着させ、ホットプレスにより焼成した後、得られた焼結体を円柱状に加工し、表面に露出した取出電極１１にリード線３をロウ付けしてセラミックヒータ１を得る。
また、図７では、発熱抵抗体９を１層形成した例を示しているが、昇温特性を改善するために発熱抵抗体９を複数の層形成したセラミックヒータ１としても構わない。
【００２４】
その後、セラミックヒータ１の外周に保持金具２をロウ付けし、保持金具２の一部に研削等の手法で段付き面４を形成する。
上記実施形態において、セラミックヒータ１の段付き面４を押さえる押さえつけ手段としてネジ６を使用した場合を示したが、ネジ６の代わりにリベット、キー止め、金具の加締め等により段付き面４を押さえつけて固定することもできる。また、セラミックヒータ１の形状は円柱状のものに限らず他のさまざまな形状のものを用いることができる。
【００２５】
さらに、セラミックヒータ１の固定方法を詳細に説明する。図１に示すように、セラミックヒータ１は、固定用金具５の段付き部５ａに保持金具２の先端を合わせ、セラミックヒータ１に形成された段付き面４とネジ６の位置を合わせた後ネジ６を締めこむことによりセラミックヒータ１を固定用金具５に固定されている。そして、燃焼筒１４に供給される燃料を、支持部材１３に形成された多孔質の蒸発媒体で気化させ、この気化した燃料をセラミックヒータ１の発熱により点火する。さらに、点火後は、昇温による発熱抵抗体９の抵抗値の変化を検出することで火炎検知を行うことができる。
【００２６】
セラミックヒータ１のセラミック基材の材質は、窒化珪素、炭化珪素等の材質を用いることが可能である。中でも、窒化珪素が高強度、高靱性、高絶縁性、耐熱性の観点で一番優れている。
窒化珪素質焼結体としては、主成分の窒化珪素に対し、焼結助剤として３〜１２重量％の希土類元素酸化物と０．５〜３重量％のＡｌ₂Ｏ₃、さらに焼結体に含まれるＳｉＯ₂量が１．５〜５重量％となるようにＳｉＯ₂を混合し、１６５０〜１７５０℃でホットプレス焼成することにより、焼結体を得ることができる。ここで示すＳｉＯ₂量とは、窒化珪素原料中に含まれる不純物酸素から生成するＳｉＯ₂と、他の添加物に含まれる不純物としてのＳｉＯ₂と、意図的に添加したＳｉＯ₂の総和である。
【００２７】
炭化珪素質焼結体としては、主成分の炭化珪素に対し、焼結助剤として硼素（Ｂ）と炭素（Ｃ）を含有した焼結体や、主成分の炭化珪素に対し、焼結助剤としてアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）とイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）を含有し１９００〜２２００℃で焼成した焼結体を用いることができ、また、炭化珪素はα型を主体とするもの、あるいはβ型を主体とするもののいずれであっても構わない。
発熱抵抗体９の材質は、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ金属およびこれらの金属の炭化物、窒化物、珪化物、ホウ化物を主成分としたものを使用することが可能である。また、リード部１０については、タングステン以外でも耐熱性のある材質であれば他の材質を用いることも可能であるが、特に、セラミック基材が窒化珪素の場合、Ｗを用いるのが望ましい。
また、保持金具２の材質としては、ステンレス鋼、耐熱鋼、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金、インコネル等の耐熱性に優れたものが好適である。固定用金具５及びネジ６については、耐熱性と剛性のある材料であれば特に限定する要素はない。
【００２８】
【実施例】
本発明の有効性を確認するために、テスト品を作って、下記の冷熱サイクルを負荷し、従来の構造のものと比較した。
実施例 １
ここでは、車載暖房用セラミックヒータ１の固定用の段付き面４の形状とその固定の信頼性の関係を調査した。まず、セラミックヒータ１の製法について図７を用いて説明する。窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）粉末に酸化イッテリビウム（Ｙｂ₂Ｏ₃）、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）等の希土類元素酸化物やアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、シリカ（ＳｉＯ₂）からなる焼結助剤を添加したセラミック原料粉末を周知のプレス成形法等で成形し、セラミック生成形体８を得た。そして、セラミック生成形体８の上にＷＣを主成分とするペーストを用いて発熱抵抗体９と取出電極１１をプリント法により形成した。その後、リード部１０としてタングステンピンを前記発熱抵抗体９と取出電極１１が導通するように設置し、前記セラミック生成形体８を２層とこれらの蓋となるセラミック生成形体８’を重ねて密着させ、還元雰囲気下、１６５０℃〜１７５０℃の温度でホットプレスにより焼成した後、焼結体を外径３．４ｍｍ、全長２０ｍｍの円柱状に加工し、表面に露出した取出電極１１にＮｉリード線３をロウ付けしてセラミックヒータ１を得た。
その後、セラミックヒータ１の外周に保持金具２をロウ付けし、保持金具２の一部に研削等の手法で図１、３〜６に示すような段付き面４、４’を形成した。そして、固定用金具５の段付部５ａに保持金具２の先端を合わせ段付き面４、４’とネジ６の位置を合わせた後、ネジ６を締め込むことによりセラミックヒータ１を保持金具２に固定した。
また、比較例として、段付き面４を形成しない従来のサンプルを作製した。
【００２９】
そして、冷熱サイクルによるセラミックヒータ１のズレの有無について評価を実施した。まず、セラミックヒータ１に通電し１１００℃に昇温させ保持５分後通電停止し、その後、強制エア冷却２分の工程を１サイクルとしてこれを５００回繰り返し、冷却取り外し後、セラミックヒータの先端から保持金具の端面までの長さを測定することによりズレの有無を調べた。ズレの大きさについては、０．５ｍｍ以上のズレが認められたものを不良と判断した。
【００３０】
これらの結果を表１に示した。
【００３１】
【表１】

【００３２】
表１から判るように、従来例はテストした１００個中３５個のズレが発生した。これに対し、本発明の実施例である図１、３、４、５、６に示した構造のＮｏ．１〜５はズレは発生しておらず、有効性が確認できた。
実施例 ２
実施例１と同様の方法で、セラミックヒータ１を形成し、段付き面４の形成に際し、研削時の角部の曲率半径を０．０１〜０．５ｍｍまで変化させて作製し、実施例１と同様の方法でセラミックヒータを固定用金具に固定して、セラミックヒータの最高温度部が１１００℃となる電圧を５分印加し、その後、強制エア冷却２分を１サイクルとしてこの熱サイクルを１０００回繰り返し、角部のクラックの有無を調べた。結果を表２に示した。
【００３３】
【表２】

【００３４】
表２に示したように、研削時の角部４ａの局率半径を０．０１ｍｍにしたＮｏ．１は５０個中１２個にクラックが発生したが、角部のＲを０．０５ｍｍ以上にしたＮｏ．２〜６は、クラックが発生しなかった。
【００３５】
【発明の効果】
前記セラミック体の外表面に段付き面を設けて、該段付き面の上に金属製プレートを備え、その上面を押さえつけ手段により押さえつけ、固定用金具に保持することにより、冷熱サイクルがかかった場合でもセラミックヒータの先端が後退変位せず、点火位置または火災検知位置が変化しない堅牢な構造の車載暖房機用セラミックヒータを提供することができる。
【００３６】
さらに、上記段付き面に金属プレートを備えることによりネジ等による締めつけ応力の緩和を図ることができるので、セラミックヒータのクラックの発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車載暖房用セラミックヒータの実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示す車載暖房用セラミックヒータのイ方向の矢視図である。
【図３】本発明の車載暖房用セラミックヒータの他の実施形態を示す横断面図である。
【図４】本発明の車載暖房用セラミックヒータの他の実施形態を示す要部拡大図である。
【図５】本発明の車載暖房用セラミックヒータの他の実施形態を示す要部拡大図である。
【図６】本発明の車載暖房用セラミックヒータの他の実施形態を示す要部拡大図である。
【図７】本発明のセラミックヒータの層構成図である。
【図８】従来の車載暖房用セラミックヒータを示す断面図である。
【図９】従来の車載暖房機を示す断面図である。
【符号の説明】
１：セラミックヒータ
２：保持金具
３：リード線
４、４’：段付き面
４ａ：角部
５：固定用金具
５ａ：段付き部
６：ネジ
７：金属プレート
８：セラミック生成形体
９：発熱抵抗体パターン
１０：タングステンピン
１１：取出電極
１２：点火栓
１３：支持部材
１４：燃焼筒
１５：温度検知サーミスタ
１６：蒸発媒体
１７：発熱部
１８：空気供給ブロア
１９：コントローラー
２０：熱交換部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ceramic heater used for ignition or flame detection of a combustion-type in-vehicle heater.
[0002]
[Prior art]
An in-vehicle heater using liquid fuel is used as a heat source for enabling the engine to start in a short time in a cold region or as an auxiliary heat source for vehicle interior heating. In addition, electric vehicles are required to reduce power consumption due to battery capacity limitations, and use of in-vehicle heaters that use this liquid fuel as a heat source for heating devices is expected.
[0003]
A conventional example of such an in-vehicle heater is shown in FIG. 9 (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-173511). Liquid fuel is supplied around the spark plug 12 from a fuel tank by a fuel pump (not shown). The support member 13 is fixed to the combustion cylinder 14, a combustion temperature detection thermistor 15 is installed at the center, and a hole through which the spark plug 12 is inserted is provided at the top. Further, an evaporation medium 16 that holds liquid fuel is fitted to the support member 13.
[0004]
The ignition of the fuel is performed by a spark plug 12 having a heat generating portion 17 in which a metal heat generating resistor that generates heat by an electric current is covered with cylindrical stainless steel. That is, when the resistor of the spark plug 12 is energized for a certain period of time, the heat generating part is red hot to a high temperature. Thereafter, liquid fuel is supplied from the fuel pump around the spark plug 12 and penetrates into the evaporation medium 16. At the same time, air is sent from the air supply blower 18 and combustion air is sent. Then, the fuel that has permeated around the spark plug 12 is ignited by the heat generating portion that is evaporated and red-hot.
[0005]
The flame generated at the spark plug 12 covers the entire surface of the evaporation medium 16. This flame increases the amount of fuel evaporation from the surface of the evaporation medium 16 and increases the amount of combustion, but the amount of supplied fuel and combustion air are increased to match the amount of combustion.
[0006]
In the steady combustion state, the controller 19 controls the operation of the fuel pump and the air supply blower 18 based on the operation signal from the vehicle and the signal from the combustion temperature detection thermistor 15.
[0007]
The gas generated in the combustion chamber in the combustion cylinder 14 heats the cooling water in the heat exchange unit 20. The water heated in this heat exchange part is engine cooling water, but the water heats air with a heat exchanger (not shown). The heated air is sent into the vehicle compartment to heat the inside of the vehicle.
[0008]
A ceramic heater is also used instead of the spark plug 12.
[0009]
FIG. 7 shows a layer configuration diagram of a ceramic heater 1 used as a spark plug of a conventional vehicle-mounted heating device. A heating resistor 9 is built in, and a lead wire 3 made of Ni is brazed to form a ceramic. A heater 1 is configured. Then, as shown in FIG. 8, the holding metal fitting 2 is brazed to the outer surface of the ceramic heater 1, inserted into the fixing metal fitting 5 fixed to the combustion cylinder 14, and the holding metal fitting 2 is fixed with the screw 6. A step portion 5 a is formed at the tip of the fixing metal 5 for positioning the ceramic heater 1. The holding metal fitting 2 is applied to the step portion 5 a for alignment, and the screw 6 is used for fixing. ing.
In this way, a system is set up in which the combustion gas is ignited at an optimum position in the gas flow.
Also, the holding metal fitting 2 is brazed by inserting the ceramic heater 1 inside the holding metal fitting 2 and pouring a brazing material into the gap, and holding it by the difference in thermal expansion between the porcelain portion of the ceramic heater 1 and the holding metal fitting 2 during cooling. The porcelain portion is held by the metal fitting 2.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, it has been desired to reduce the size of an in-vehicle heating device and increase the ignition speed. Accordingly, it is necessary to reduce the size of a ceramic heater and increase the power.
However, the ceramic heater 1 using the holding structure shown in FIG. 8 has a large problem in holding during long-term use because the brazing portion becomes high temperature due to the small size and high power of the ceramic heater. found.
That is, in the structure in which the ceramic heater 1 is held by the holding metal fitting 2, when a cooling cycle is applied, first, when the temperature becomes high, the holding metal fitting 2 is thermally expanded and extends toward the heat generating portion. Next, when cooled, the metal fitting 2 catches the ceramic heater 1 at that position and then contracts to a greater extent than the ceramic heater 1, so that the ceramic heater 1 moves to the lead side as if it is a "sucking insect". It will retreat. In addition, the screw tightening portion is loosened by the cooling cycle for the reasons described above, and the tip of the ceramic heater 1 is displaced backward from the initially set position by repeating the cooling cycle. As a result, there was a problem that ignition could not be performed or flame detection could not be performed.
[0011]
Note that when the ceramic heater 1 is mounted upward, the weight of the ceramic heater 1 moves downward, so that the amount of backward displacement at the tip of the ceramic heater 1 is further increased.
In the conventional method described above, since the screw is tightened at the curved surface portion, it is considered that the problem of looseness due to repeated cooling and heating cycles is more likely to occur.
An object of the present invention is to provide a robust structure in which the tip of the ceramic heater 1 does not move backward and the ignition position or the flame detection position does not move even when a cooling cycle is applied.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
As a result of studies by the present inventors, in a ceramic heater used for ignition or fire detection in a combustion-type in-vehicle heater used as a heat source for starting an engine or an auxiliary heat source for vehicle interior heating , a heating resistance is formed inside the ceramic body. A lead portion for supplying electric power to the body and the heating resistor, a stepped surface is provided on the outer surface of the ceramic body, a metal plate is provided on the stepped surface, and an upper surface thereof It has been found that the above-mentioned problems can be solved by pressing the sheet with a pressing means and holding it on the fixing bracket.
[0013]
The heating resistor is made of a refractory metal. Further, the heater is provided with the fixing bracket.
[0014]
[Action]
By providing a stepped surface on the outer surface of the ceramic heater, this surface is pressed and fixed, so that even if a screw is loosened, the ceramic heater can be prevented from moving by the stepped part. Can be prevented. Thereby, the stable ignition performance in which an ignition position or a flame detection position does not change can be maintained.
In addition, when cracks are likely to occur in the ceramic due to pressing force such as screws, a metal plate may be inserted between the tip of the screws and the ceramic to relieve stress.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0016]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state in which a ceramic heater 1 of the present invention is attached to an in-vehicle heater. This ceramic heater 1 is used for ignition or fire detection used in a vehicle-mounted heating device.
The ceramic heater 1 is fixed to a fixing bracket 5 installed on the combustion cylinder 14 by pressing a stepped surface 4 formed in a part thereof with a screw 6 which is one of pressing means . Thus, by forming the stepped surface 4 on the ceramic heater 1 itself and pressing and fixing it, the ceramic heater 1 can be prevented from moving due to the temperature cycle in use. The ceramic heater 1 generates heat by energizing the lead wire 3 and ignites the fuel supplied into the combustion cylinder 14. There is an optimum position for this ignition, and the shift of the optimum position can be prevented by adopting the above-mentioned fixed structure.
[0017]
As shown in an enlarged view of the main part of the ceramic heater 1 in FIG. 2, a holding metal fitting 2 is brazed to the ceramic heater 1, and a stepped surface 4 is obtained by grinding so as to reach the ceramic heater 1 from the holding metal fitting 2. And are fixed to the fixing bracket 5 with screws 6.
[0018]
In addition, as shown in FIG. 3, by pressing the stepped surface 4 via a metal plate 7 between the tip of the screw 6 and the stepped surface 4 provided on the ceramic heater 1, The ceramic heater 1 can be firmly fixed without being damaged.
[0019]
The dimensions of the stepped surface 4 are preferably such that the radial width of the ceramic heater 1 is about 1.5 to 3 mm, and the overall length is about the outer diameter of the screw 6 +0.5 to 1.0 mm.
[0020]
FIG. 4 is a cross-sectional view of a ceramic heater 1 showing still another embodiment of the present invention. Instead of the flat stepped surface 4, for example, a stepped surface 4 ′ having a ring-shaped curved surface concentric with the center of the ceramic heater 1 is formed, and the stepped surface 4 ′ is made of a metal that matches the curved surface. By laying the ring plate 7 and pressing it with the screw 6, the structure of the ceramic heater 1 is prevented from being displaced and the stress at the tip of the screw 6 is relaxed to prevent the ceramic portion from cracking.
5 and 6 are sectional views of a ceramic heater showing still another embodiment of the present invention. FIG. 5 shows that the holding metal fitting 2 is fixed to the outer circumference of the ceramic heater 1 by a method such as brazing, and the stepped surface 4 provided on the ceramic outer circumference of the lead side end face of the holding metal fitting 2 is pressed to shift the ceramic heater 1. It has a structure to prevent. FIG. 6 shows a stepped surface 4 ′ having a curved surface by grinding the outer diameter of the ceramic heater 1 at a portion to which the holding metal fitting 2 is fixed to be thinner than the heat generating portion side, and a metal plate is formed on the stepped surface 4 ′. Instead, it is an example in which the structure is fixed with screws 6 via the holding metal fittings 2.
[0021]
Further, in forming the stepped surfaces 4, 4 ′, it is preferable that the radius of curvature of the corners is 0.05 mm or more. If the radius of curvature is less than 0.05 mm, cracks may occur in the corners due to thermal shock due to rapid heating, vehicle vibration, or the like.
[0022]
Moreover, it is preferable that the inrush electric power at the time of the cold start of the ceramic heater 1 shall be 70 W or more. This is because if the inrush power is less than 70 W, the fuel cannot be stably ignited. If the temperature is simply increased, the diameter of the ceramic heater 1 may be reduced to reduce the heat capacity. However, taking into consideration the influence of the supplied air flow, the ceramic heater 1 also needs a certain heat capacity, and the ignition temperature In order to quickly heat up to 70 W, it is preferable to have an inrush power of 70 W or more.
[0023]
Next, the manufacturing method of the ceramic heater 1 is demonstrated using FIG. First, the heating resistor 9 and the extraction electrode 11 are formed on the ceramic production form 8 by a printing method. Thereafter, a lead portion 10 made of a tungsten (W) pin is installed so as to be connected to the heating resistor 9 and the extraction electrode 11, and the ceramic generation shape 8 and the ceramic generation shape 8 'serving as a lid thereof are overlapped and adhered. After firing by hot pressing, the obtained sintered body is processed into a cylindrical shape, and the lead wire 3 is brazed to the extraction electrode 11 exposed on the surface to obtain the ceramic heater 1.
7 shows an example in which one layer of the heating resistor 9 is formed, but the ceramic heater 1 in which the heating resistor 9 is formed in a plurality of layers may be used in order to improve the temperature rise characteristics.
[0024]
Thereafter, the holding metal fitting 2 is brazed to the outer periphery of the ceramic heater 1, and the stepped surface 4 is formed on a part of the holding metal fitting 2 by a technique such as grinding.
In the above embodiment, the case where the screw 6 is used as the pressing means for pressing the stepped surface 4 of the ceramic heater 1 is shown. However, instead of the screw 6, the stepped surface 4 is attached by rivets, keying, caulking of metal fittings, or the like. It can also be pressed down and fixed. The shape of the ceramic heater 1 is not limited to a cylindrical shape, and various other shapes can be used.
[0025]
Furthermore, the fixing method of the ceramic heater 1 is demonstrated in detail. As shown in FIG. 1, the ceramic heater 1 is obtained by aligning the tip of the holding metal fitting 2 with the stepped portion 5 a of the fixing metal 5 and aligning the position of the stepped surface 4 formed on the ceramic heater 1 and the screw 6. The ceramic heater 1 is fixed to the fixing bracket 5 by tightening the screws 6. Then, the fuel supplied to the combustion cylinder 14 is vaporized by a porous evaporation medium formed on the support member 13, and the vaporized fuel is ignited by the heat generated by the ceramic heater 1. Furthermore, after ignition, flame detection can be performed by detecting a change in the resistance value of the heating resistor 9 due to temperature rise.
[0026]
The material of the ceramic base material of the ceramic heater 1 can be a material such as silicon nitride or silicon carbide. Among these, silicon nitride is most excellent in terms of high strength, high toughness, high insulation, and heat resistance.
As the silicon nitride sintered body, 3 to 12% by weight of rare earth element oxide and 0.5 to 3% by weight of Al ₂ O ₃ as a sintering aid with respect to silicon nitride as a main component, and further sintered body A sintered body can be obtained by mixing SiO ₂ so that the amount of SiO ₂ contained in the mixture becomes 1.5 to 5 wt% and performing hot press firing at 1650 to 1750 ° C. The amount of SiO ₂ shown here is the sum of SiO ₂ produced from impurity oxygen contained in the silicon nitride raw material, SiO ₂ as impurities contained in other additives, and SiO ₂ intentionally added. .
[0027]
As the silicon carbide sintered body, a sintering aid containing boron (B) and carbon (C) as sintering aids for the main component silicon carbide, or a sintering aid for the main component silicon carbide. A sintered body containing alumina (Al ₂ O ₃ ) and yttria (Y ₂ O ₃ ) and fired at 1900 to 2200 ° C. can be used as the agent, and silicon carbide is mainly composed of α-type, or Any of those mainly composed of β type may be used.
As the material of the heating resistor 9, a material mainly composed of W, Mo, Re metal and carbide, nitride, silicide, or boride of these metals can be used. For the lead portion 10, other materials can be used as long as they are heat resistant materials other than tungsten, but it is desirable to use W particularly when the ceramic base material is silicon nitride.
Moreover, as the material of the holding metal fitting 2, a material having excellent heat resistance such as stainless steel, heat-resistant steel, Fe-Ni-Cr alloy, Inconel and the like is suitable. The fixing bracket 5 and the screw 6 are not particularly limited as long as the material has heat resistance and rigidity.
[0028]
【Example】
In order to confirm the effectiveness of the present invention, a test product was made, loaded with the following cooling cycle, and compared with a conventional structure.
Example 1
Here, the relationship between the shape of the fixing stepped surface 4 of the in-vehicle heating ceramic heater 1 and the reliability of the fixing was investigated. First, the manufacturing method of the ceramic heater 1 is demonstrated using FIG. A silicon nitride (Si ₃ N ₄ ) powder is sintered with rare earth element oxides such as ytterbium oxide (Yb ₂ O ₃ ) and yttrium oxide (Y ₂ O ₃ ), alumina (Al ₂ O ₃ ), and silica (SiO ₂ ). The ceramic raw material powder to which the binder was added was molded by a well-known press molding method or the like to obtain a ceramic production form 8. And the heating resistor 9 and the extraction electrode 11 were formed on the ceramic production | generation form 8 by the printing method using the paste which has WC as a main component. Thereafter, a tungsten pin is installed as the lead portion 10 so that the heating resistor 9 and the extraction electrode 11 are electrically connected to each other, and the ceramic generation form 8 is overlapped with and closely adhered to the ceramic generation form 8 ′ serving as a lid thereof. After firing in a reducing atmosphere at a temperature of 1650 ° C. to 1750 ° C. by hot pressing, the sintered body is processed into a cylindrical shape having an outer diameter of 3.4 mm and a total length of 20 mm, and the Ni lead wire is connected to the extraction electrode 11 exposed on the surface. The ceramic heater 1 was obtained by brazing 3.
Thereafter, the holding metal fitting 2 was brazed to the outer periphery of the ceramic heater 1, and stepped surfaces 4 and 4 ′ as shown in FIGS. 1 and 3 to 6 were formed on a part of the holding metal fitting 2 by a technique such as grinding. The tip of the holding metal fitting 2 is aligned with the stepped portion 5 a of the fixing metal fitting 5, the position of the stepped surfaces 4, 4 ′ and the screw 6 is aligned, and then the screw 6 is tightened to attach the ceramic heater 1 to the holding metal fitting 2. Fixed to.
Moreover, the conventional sample which does not form the stepped surface 4 was produced as a comparative example.
[0029]
And it evaluated about the presence or absence of the shift | offset | difference of the ceramic heater 1 by a thermal cycle. First, the ceramic heater 1 is energized, heated up to 1100 ° C., held for 5 minutes, and then de-energized. Then, the forced air cooling 2 minute process is repeated 500 times as one cycle. By measuring the length to the end face of the holding metal, the presence or absence of deviation was examined. About the magnitude | size of deviation, the thing in which the deviation of 0.5 mm or more was recognized was judged to be bad.
[0030]
These results are shown in Table 1.
[0031]
[Table 1]

[0032]
As can be seen from Table 1, in the conventional example, 35 out of 100 pieces tested were generated. On the other hand, No. 1 of the structure shown in FIGS. As for 1-5, the shift | offset | difference did not generate | occur | produce but the effectiveness was able to be confirmed.
Example 2
In the same manner as in Example 1, the ceramic heater 1 is formed, and when the stepped surface 4 is formed, the corner radius at the time of grinding is changed from 0.01 to 0.5 mm. The ceramic heater is fixed to the fixing bracket in the same manner as described above, and a voltage at which the maximum temperature portion of the ceramic heater becomes 1100 ° C. is applied for 5 minutes. Repeatedly, the corners were checked for cracks. The results are shown in Table 2.
[0033]
[Table 2]

[0034]
As shown in Table 2, No. 1 in which the locality radius of the corner 4a during grinding was 0.01 mm. No. 1 was cracked in 12 out of 50 pieces, but No. 1 having a corner R of 0.05 mm or more. In Nos. 2 to 6, cracks did not occur.
[0035]
【The invention's effect】
When a cooling cycle is applied by providing a stepped surface on the outer surface of the ceramic body, including a metal plate on the stepped surface, pressing the upper surface by pressing means, and holding the fixing plate. However, it is possible to provide a ceramic heater for an in- vehicle heater having a robust structure in which the tip of the ceramic heater does not move backward and the ignition position or the fire detection position does not change.
[0036]
Further, the relaxation of the tightening stress by screws or the like by providing a metal plate on the stepped surface since it is FIG Rukoto, can prevent occurrence of cracks in the ceramic heater.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a ceramic heater for in-vehicle heating according to the present invention.
2 is a view in the direction of arrow A of the on-vehicle heating ceramic heater shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the ceramic heater for in-vehicle heating according to the present invention.
FIG. 4 is an enlarged view of a main part showing another embodiment of the ceramic heater for in-vehicle heating according to the present invention.
FIG. 5 is an enlarged view of a main part showing another embodiment of the ceramic heater for in-vehicle heating according to the present invention.
FIG. 6 is an enlarged view of a main part showing another embodiment of the ceramic heater for in-vehicle heating according to the present invention.
FIG. 7 is a layer configuration diagram of the ceramic heater of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a conventional ceramic heater for in-vehicle heating.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a conventional in-vehicle heater.
[Explanation of symbols]
1: Ceramic heater 2: Holding metal fitting 3: Lead wire 4, 4 ': Stepped surface 4a: Corner portion 5: Fixing metal fitting 5a: Stepped portion 6: Screw 7: Metal plate 8: Ceramic generating shape 9: Heat generation resistance Body pattern 10: Tungsten pin 11: Extraction electrode 12: Spark plug 13: Support member 14: Combustion cylinder 15: Temperature detection thermistor 16: Evaporating medium 17: Heat generation part 18: Air supply blower 19: Controller 20: Heat exchange part

Claims (3)

エンジンの始動用熱源または車両室内暖房の補助熱源として使用される燃焼式車載暖房機にて点火または火災検知に用いられるセラミックヒータにおいて、セラミック体の内部に発熱抵抗体と該発熱抵抗体に電力を供給させるためのリード部を埋設してなり、前記セラミック体の外表面に段付き面を設けて、該段付き面の上に金属製プレートを備え、その上面を押さえつけ手段により押さえつけ、固定用金具に保持したことを特徴とする車載暖房機用セラミックヒータ。 In a ceramic heater used for ignition or fire detection in a combustion-type in-vehicle heater used as an engine start heat source or an auxiliary heat source for vehicle interior heating , a heating resistor and electric power are supplied to the heating resistor inside the ceramic body. A lead for embedding is provided, a stepped surface is provided on the outer surface of the ceramic body, a metal plate is provided on the stepped surface, and the upper surface is pressed by pressing means, and a fixing bracket ceramic heater-vehicle heater, characterized in that held in the. 前記発熱抵抗体が高融点金属からなることを特徴とする請求項１に記載の車載暖房機用セラミックヒータ。The ceramic heater for an in- vehicle heater according to claim 1, wherein the heating resistor is made of a refractory metal. 前記暖房機は、前記固定用金具を具備していることを特徴とする請求項２に記載の車載暖房機用セラミックヒータ。The ceramic heater for in-vehicle heaters according to claim 2, wherein the heater includes the fixing bracket.

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