JP6006136B2

JP6006136B2 - ガス点火用システム

Info

Publication number: JP6006136B2
Application number: JP2013024721A
Authority: JP
Inventors: 昭津川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2013-02-12
Filing date: 2013-02-12
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2033-02-12
Also published as: JP2014153021A

Description

本発明は、ガス点火用システムに関するものである。

ガスの点火を行なうための部品としてガス点火用システムが知られている。ガス点火用システムとしては、例えば、点火用ヒータとガスバルブとを組み合わせたものが知られている。点火用ヒータとしては、例えば、特許文献１に記載のセラミック発熱体が知られている。セラミック発熱体は、発熱抵抗体として炭化ケイ素を備えている。この発熱抵抗体に電圧が加えられることによって、炭化ケイ素が発熱する。これにより、セラミック発熱体は熱を発し、ガスバルブから供給されたガスに点火する。ガスバルブとしては、例えば、特許文献２に記載の熱動弁が知られている。特許文献２に記載の熱動弁は、バイメタルから成る弁体とこの弁体を加熱するヒータとを備えている。このヒータに電圧が加えられることによって、ヒータが熱を発する。ヒータから発せられた熱が弁体を変形させることによって、熱動弁が動作してガスを点火ヒータに供給する。セラミック発熱体の発熱抵抗体と熱動弁のヒータとは、例えば、電気的に直列に接続されて用いられる。

特表２０１０−５０６１３０号公報特開２００７−６４２９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のセラミック発熱体と特許文献２に記載の熱動弁とを用いるとともに、セラミック発熱体の発熱抵抗体と熱動弁のヒータとを直列に接続したガス点火用システムにおいては、ガスの点火までに長い時間を要する場合があった。具体的には、セラミック発熱体の発熱抵抗体は、点火用ヒータであることから、バイメタルを変形させるために設けられた熱動弁のヒータと比較して高い温度で発熱する必要がある。そのため、セラミック発熱体の発熱抵抗体は、熱動弁のヒータと比較して高い抵抗を有するように形成される。

ここで、特許文献１に記載のセラミック発熱体においては、セラミック発熱体の発熱抵抗体として炭化ケイ素を用いている。炭化ケイ素は、常温において負の抵抗温度係数を有する。そのため、発熱抵抗体は常温において、ガスの燃焼中に必要な抵抗よりもさらに大きな抵抗を有するように形成されることになる。そのため、セラミック発熱体の発熱抵抗体と熱動弁のヒータとに直列に電圧を印加した瞬間には、発熱抵抗体がヒータと比較して圧倒的に高い抵抗値を有することによって、印加される電圧に対する発熱抵抗体における電圧降下とヒータにおける電圧降下とを比べると発熱抵抗体における電圧降下が大部分を占めることになる。そのため、セラミック発熱体に電圧を印加し続けても発熱抵抗体の抵抗が低くなるまでの間は、熱動弁のヒータにおける発熱が抑制されることになる。これにより、ヒータによる弁体の加熱に遅れが生じることになる。その結果、熱動弁からセラミック発熱体の発熱抵抗体へのガスの供給に遅れが生じる場合があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、セラミック発熱体と熱動弁とを直列に接続しながらも短時間でガスを点火できるガス点火用システムを提供することにある。

本発明の一態様のガス点火用システムは、第１の発熱抵抗体を有する点火用ヒータと、該点火用ヒータに供給するガス量を調整する熱動弁および前記第１の発熱抵抗体に電気的に直列に接続されており、前記熱動弁を加熱する第２の発熱抵抗体を有するガスバルブとを備えており、常温における前記第１の発熱抵抗体の抵抗が前記第２の発熱抵抗体の抵抗よりも大きく、前記第１の発熱抵抗体の抵抗温度係数が前記第２の発熱抵抗体の抵抗温度係数よりも大きいことを特徴とする。

本発明の一態様のガス点火用システムによれば、第１の発熱抵抗体の抵抗が第２の発熱抵抗体の抵抗よりも大きく、第１の発熱抵抗体の抵抗温度係数が第２の発熱抵抗体の抵抗温度係数よりも大きいことによって、電圧を印加し始めた際に第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体との抵抗の差が小さいものであったとしても、時間の経過とともに印加した電圧のうち第１の発熱抵抗体における電圧降下の占める割合を上昇させていくことができる。そのため、点火用ヒータの第１の発熱抵抗体とガスバルブの第２の発熱抵抗体とに電圧を印加し始めたときにおける第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体との間の抵抗の差を従来よりも小さく設定することができる。そのため、第２の発熱抵抗体を良好に発熱させることができることから、熱動弁を良好に加熱することができる。これにより、ガスバルブから点火用ヒータへのガスの供給を短時間で行なうことができる。その結果、ガス点火用システムは、短時間でガスを点火することができる。

本発明の一実施形態のガス点火用システムのうち点火用ヒータを示す斜視図である。本発明の一実施形態のガス点火用システムのうちガスバルブを示す断面図である。図１に示した点火用ヒータと図２に示したガスバルブとの接続関係を示す回路図である。

以下、本発明の一実施形態に係るガス点火用システム１００について図面を参照して説明する。

本発明の一実施形態のガス点火用システム１００は、点火用ヒータ１０とガスバルブ２０とを備えている。ガス点火用システム１００は、ガスバルブ２０を介して外部から供給されるガスを点火用ヒータ１０で加熱することによって点火を行なう。ガス点火用システム１００は、例えば、家庭用のガスレンジ等に用いることができる。

図１は本発明の一実施形態のガス点火用システム１００のうち、点火用ヒータ１０を示す断面図である。図１に示すように、点火用ヒータ１０は、基体１と、基体１の内部に埋設された第１の発熱抵抗体２と、基体１の内部に設けられた給電線３と、給電線３に接続された第１のリード端子４とを備えている。なお、図１においては、第１の発熱抵抗体２と給電線３３を基体１を透視して示している。点火用ヒータ１０は、ガスを点火および燃焼させるための部材である。

基体１は、第１の発熱抵抗体２および給電線３を内部に保持するための部材である。基体１の内部に第１の発熱抵抗体２および給電線３が設けられることによって、第１の発熱抵抗体２および給電線３の耐環境性を向上できる。これにより、ガスによる第１の発熱抵抗体２の劣化および給電線３の劣化を抑制できる。基体１は、例えば棒状、矩形板状、長尺板状、角柱状または円柱状等の部材である。基体１は、アルミナ、窒化珪素、窒化アル
ミニウムまたは炭化珪素等のセラミック材料から成る。基体１は、例えば矩形板状であれば、幅が４〜２０ｍｍ、厚みが１〜２０ｍｍ、長さが３０〜１００ｍｍである。

第１の発熱抵抗体２は、通電することによって熱を発する部材である。第１の発熱抵抗体２は、基体１に埋設されている。第１の発熱抵抗体２は、基体１の外周の長辺と長手方向の辺とからなる面に面するように配置されている。第１の発熱抵抗体２は、２つの並んだ直線部とこれらの直線部を繋ぐ外周および内周の形状が半円状の折返し部とを有している。第１の発熱抵抗体２は、折返し部が基体１の先端近くに設けられるとともに、折返し部の先端部から後端側に向かって直線部が設けられている。第１の発熱抵抗体２は、炭化タングステン等の導電性のセラミック材料から成る。第１の発熱抵抗体２は、例えば、線幅が０．２〜１．５ｍｍであり、厚みが５〜１００μｍである。折返し部の曲率半径は、例えば、内周が０．１５〜３ｍｍであり、外周が０．５〜４ｍｍである。第１の発熱抵抗体２で発せられた熱は、基体１の内部を伝導して、基体１の表面から外部に発せられて、ガスバルブ２０から供給されるガスに点火する。なお、本実施形態においては折返し部が１つのみ設けられているが、これに限られない。例えば、折返し部が複数設けられていることによって、第１の発熱抵抗体２がいわゆるミアンダ状に形成されていてもよい。

給電線３は、第１のリード端子４と共に第１の発熱抵抗体２を基体１の外部の電源に電気的に接続するための一対の配線部材である。給電線３は、大部分が基体１に埋設されていて、一端が第１の発熱抵抗体２に電気的に接続されている。すなわち、それぞれの給電線３の一端は、第１の発熱抵抗体２の別々の端部に接続されている。一方、それぞれの給電線３の他端は、外部の電源に接続するために、基体１の後端側の表面に引き出されて別々の第１のリード端子４に接続されている。給電線３は、基体１の内部を引き回す配線として線状に形成されている。給電線３は、例えば炭化タングステン等の導電性のセラミック材料から成り、第１の発熱抵抗体２より低抵抗の配線として形成されている。給電線３のうち、第１の発熱抵抗体２から基体１の後端側にかけて設けられた部位の線幅は、例えば０．２〜２ｍｍであり、厚みは、例えば３０〜２００μｍである。基体１の後端側において、給電線３は引き出し部３１を有している。この引き出し部３１によって基体１の内部と外部とを電気的に接続している。

第１のリード端子４は、給電線３を外部の電源に電気的に接続するための棒状の導電部材である。第１のリード端子４は、基体１の第１の発熱抵抗体２が設けられている側とは逆側の表面に引き出されたそれぞれの給電線３（引き出し部３１）に接合されている。第１のリード端子４は、例えば、ニッケルから成る。第１のリード端子４と給電線３との接合には、例えば、ろう材が用いられる。ろう材としては、例えば、銀ろう等が用いられる。第１のリード端子４の寸法は、例えば、幅が０．２〜２ｍｍ、厚みが０．２〜２ｍｍ、長さが１０ｍｍ以上である。

次に、本発明の一実施形態のガス点火用システム１００のうち、ガスバルブ２０について説明する。図２は、ガスバルブ２０の断面図である。図２に示すように、ガスバルブ２０は、筺体５と、筺体５の内部に設けられたマウント部材６と、マウント部材６に取り付けられた熱動弁７と、熱動弁７に設けられた第２の発熱抵抗体８と、第２の発熱抵抗体８に接続された第２のリード端子９とを有している。ガスバルブ２０は、点火用ヒータ１０にガスを供給するための部材である。

筺体５は、内部にガスが通過する空洞を有する部材である。筺体５は、内部の空洞と外部とを繋ぐ２つの孔を有している。２つの孔のうち１つは、外部からガスが導入される導入口５１である。もう一方は、筺体５の内部から点火用ヒータ１０にガスを供給する供給口５２である。筺体５の外形は、例えば、略直方体形状である。本実施形態においては、一側面に導入口５１が形成されているとともに、一側面に隣接する一主面のうち導入口５
１から遠い領域に供給口５２が形成されている。筺体５は、供給口５２が点火用ヒータ１０の先端付近に位置するように設けられている。ここで、「先端付近」とは、供給口５２から供給されたガスが点火用ヒータ１０によって点火される程度に近傍に位置していることを意味している。筺体５は、鋼鉄またはアルミニウム等の金属材料から成る。筺体５は、例えば直方体形状であれば、主面の長辺の長さが８０ｍｍであり、短辺の長さが２０ｍｍであり、側面のうち主面に垂直な辺の長さが３０ｍｍである。

マウント部材６は、熱動弁７を搭載するための部材である。マウント部材６は、筺体５の内周面のうち供給口５２が形成されている面に設けられている。マウント部材６は、例えば、直方体形状である。マウント部材６は、例えば、酸化物セラミックスまたは窒化物セラミックス等の絶縁性の材料から成る。

熱動弁７は、筺体５の供給口５２を封止または開放するための弁である。熱動弁７は、鉄および銅または鉄およびニッケル等の板状のバイメタルによって形成されている。熱動弁７は、熱が加えられることによって変形する。熱動弁７が変形することによって封止された供給口５２が解放されて、筺体５の空洞部内に存在するガスを供給口５２から点火用ヒータ１０に供給する。熱動弁７への加熱を停止すると熱動弁７の形状が変形する前の状態に戻ることによって、解放された供給口５２が再度封止される。熱動弁７は、マウント部材６に搭載されている。熱動弁７がマウント部材６に搭載されていることによって、熱動弁７のうち筺体５の内表面に接触する領域を減らすことができる。これにより、熱動弁７の変形が筺体５によって妨げられることを抑制できる。

第２の発熱抵抗体８は、熱動弁７を加熱するための部材である。第２の発熱抵抗体８は、ニクロム線等によって構成されている。第２の発熱抵抗体８は、熱動弁７の一部に巻きつけられるように設けられている。第２の発熱抵抗体８が、熱動弁７に巻きつけられていることによって、第２の発熱抵抗体８から発せられた熱を良好に熱動弁７に伝えることができる。これにより、第２の発熱抵抗体８に電圧を加えてから、熱動弁７が変形して供給口５２が開放されるまでの時間を短縮することができる。第２の発熱抵抗体８は、一端および他端が一対の第２のリード端子９に接続されている。第２の発熱抵抗体８には、第２のリード端子９を介して電力が供給される。

第２のリード端子９は、第２の発熱抵抗体８を外部の電極に接続するための導電部材である。第２のリード端子９は、筺体５の外表面に設けられている。第２のリード端子９は、第２の発熱抵抗体８と電気的に接続されている。第２のリード端子９は、例えば、銅または黄銅等の金属材料から成る。第２のリード端子９と筺体５とはマイカ等によって絶縁されている。第２のリード端子９と第２の発熱抵抗体８の接合には、例えば、スポット溶接または圧着が用いられる。

次に、点火用ヒータ１０とガスバルブ２０との関係を電気的な観点から説明する。図３に示すように、点火用ヒータ１０の第１の発熱抵抗体２とガスバルブ２０の第２の発熱抵抗体８とが電気的に直列に接続されている。具体的には、例えば、第１のリード端子４の一方が電源の正極に接続されるとともに、第１のリード端子４の他方が第２のリード端子９の一方に接続されており、第２のリード端子９の他方が電源の負極に接続されている。これにより、ガスの供給とヒータの発熱とを同じ電源および１つのスイッチで管理することができる。そのため、ガス点火用システム１００における電気回路を単純なものとすることができる。

さらに、第１の発熱抵抗体２と第２の発熱抵抗体８とを比較すると、常温における第１の発熱抵抗体２の抵抗（抵抗値）が第２の発熱抵抗体８の抵抗（抵抗値）よりも大きく、第１の発熱抵抗体２の抵抗温度係数が第２の発熱抵抗体８の抵抗温度係数よりも大きい。
これにより、電圧を印加し始めた際に第１の発熱抵抗体２と第２の発熱抵抗体８との抵抗（抵抗値）の差が小さいものであったとしても、時間の経過とともに印加した電圧に対する電圧降下のうち第１の発熱抵抗体２における電圧降下の占める割合を上昇させていくことができる。そのため、点火用ヒータ１０の第１の発熱抵抗体２とガスバルブ２０の第２の発熱抵抗体８とに電圧を印加した瞬間における、第１の発熱抵抗体２と第２の発熱抵抗体８との間の抵抗（抵抗値）の差を従来よりも小さく設定することができる。そのため、第２の発熱抵抗体８を良好に発熱させることができることから、熱動弁７を良好に加熱することができる。これにより、ガスバルブ２０から点火用ヒータ１０へのガスの供給を電圧を印加し始めてから短時間で行なうことができる。その結果、ガス点火用システム１００は、短時間でガスを点火することができる。なお、第１の発熱抵抗体２の抵抗は、例えば、０．２〜１００Ωに設定することができる。また、第１の発熱抵抗体２の抵抗温度係数は、５００〜４０００ｐｐｍに設定することができる。さらに、第２の発熱抵抗体８の抵抗は、例えば、０．１〜４０Ωに設定することができる。また、第２の発熱抵抗体８の抵抗温度係数は、０〜３０００ｐｐｍに設定することができる。

さらに、第１の発熱抵抗体２の抵抗温度係数が０よりも大きいことが望ましい。第１の発熱抵抗体２の抵抗温度係数が０よりも大きい、すなわち正であることによって、常温における第１の発熱抵抗体２の抵抗（抵抗値）をガスの燃焼中に第１の発熱抵抗体２が十分に発熱するために必要な抵抗よりも小さな抵抗に設定することができる。そのため、電圧を印加し始めるときにおける第１の発熱抵抗体２と第２の発熱抵抗体８との間の抵抗の差をより小さくすることができる。そのため、第２の発熱抵抗体８を良好に発熱させることができることから、熱動弁７を良好に加熱することができる。これにより、ガスバルブ２０から点火用ヒータ１０へのガスの供給を、電圧を印加し始めてから短時間で行なうことができる。

また、第２の発熱抵抗体８の抵抗温度係数が０より大きいことが望ましい。これにより、電圧を印加し始めるときの第２の発熱抵抗体８の抵抗（抵抗値）を小さく設定できる。その結果、電圧を印加し始めるときにより多くの電流を流すことができることから、第２の発熱抵抗体８における発熱量を増やすことができる。その結果、より良好に熱動弁７を加熱することができる。

また、第１の発熱抵抗体２は、電気的に連続した導電性セラミックスが絶縁性セラミックス中に配置されて成ることが好ましい。具体的には、導電性セラミックスの粒子が絶縁性セラミックス中に連続して配置されていることが好ましい。このとき、絶縁性セラミックス中における導電性セラミックスの割合を変化させることによって、第１の発熱抵抗体２の抵抗温度係数を容易に調整することができる。導電性セラミックスとして炭化タングステンを用いる場合であれば、絶縁性セラミックスとして例えば窒化ケイ素または窒化ホウ素等を用いることができる。特に、導電性セラミックスが炭化タングステンであるとともに、絶縁性セラミックスが窒化ケイ素であることが好ましい。これにより、発熱抵抗体２の耐久性を向上させることができる。

また、第１の発熱抵抗体２の絶縁性セラミックスと基体１を構成するセラミック材料とが同じであることが好ましい。これにより、第１の発熱抵抗体２と基体１との熱膨張係数を近づけることができる。その結果、第１の発熱抵抗体２が発熱したときに、第１の発熱抵抗体２に生じる熱応力を低減できる。

１：基体
２：第１の発熱抵抗体
３：給電線
４：第１のリード端子
５：筺体
５１：導入口
５２：供給口
６：マウント部材
７：熱動弁
８：第２の発熱抵抗体
９：第２のリード端子
１０：点火用ヒータ
２０：ガスバルブ
１００：点火用システム

Claims

第１の発熱抵抗体を有する点火用ヒータと、
該点火用ヒータに供給するガス量を調整する熱動弁および前記第１の発熱抵抗体に電気的に直列に接続されており、前記熱動弁を加熱する第２の発熱抵抗体を有するガスバルブとを備えており、
常温における前記第１の発熱抵抗体の抵抗が前記第２の発熱抵抗体の抵抗よりも大きく、前記第１の発熱抵抗体の抵抗温度係数が前記第２の発熱抵抗体の抵抗温度係数よりも大きいことを特徴とするガス点火用システム。
前記第１の発熱抵抗体の抵抗温度係数が０よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のガス点火用システム。
前記第２の発熱抵抗体の抵抗温度係数が０よりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス点火用システム。
前記第１の発熱抵抗体は、電気的に連続した導電性セラミックスが絶縁性セラミックス中に配置されて成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ガス点火用システム。
前記点火用ヒータは、前記第１の発熱抵抗体が埋設された基体をさらに有するとともに、該基体が前記絶縁性セラミックスから成ることを特徴とする請求項４に記載のガス点火用システム。
前記絶縁性セラミックスが窒化ケイ素であるとともに、前記導電性セラミックスが炭化タングステンであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のガス点火用システム。