CN101933392A - 陶瓷加热器以及电热塞 - Google Patents
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Abstract
搭载在电热塞等上的陶瓷加热器由于在严酷的环境下使用，所以需要进一步提高其耐久性。本发明提供一种陶瓷加热器(11)，包括发热电阻体(13)；第一引线部(15)以及第二引线部(17)；与这些引线部(15、17)的端部分别电连接的第一电极取出部(19)以及第二电极取出部(21)；埋设有发热电阻体(13)、第一引线部(15)与第二引线部(17)、以及第一电极取出部(19)与第二电极取出部(21)的陶瓷基体(23)；形成于该陶瓷基体(23)表面的第一电极(25)以及第二电极(27)。第一电极取出部(19)与第一电极(25)的连接部分的面积(S 1)大于与第一引线部(15)的连接部分的面积(S2)。
Description
技术领域
本发明涉及一种例如燃烧式车载取暖装置的点火用或者火焰检测用加热器、石油风扇式空气加热器等各种燃烧设备的点火用加热器、电热塞用的加热器、氧传感器等各种传感器用的加热器、测量设备的加热用加热器等所使用的陶瓷加热器。
背景技术
作为汽车发动机的电热塞等所使用的陶瓷加热器，例如公知有如下陶瓷加热器，该陶瓷加热器包括陶瓷基体和埋设于该陶瓷基体且通过连接于两端的电极部通电而产生电阻发热的陶瓷发热体。在这样的陶瓷加热器中，陶瓷发热体包括：从一侧的基端部开始延伸并在前端部变换方向而到达另外一侧的基端部的呈U字形等形状的方向变换部；从该方向变换部的各基端部开始向相同方向延伸的两条直线形的引线部(リ一ド部)(例如，参见专利文献1、2)。
然而，为了确保陶瓷的强度，陶瓷发热体的引线部比前端部细，并且由于引线部细，连接引线部和形成于陶瓷基体表面的电极的电极取出部也细，由于以上原因，例如电热塞所搭载的陶瓷加热器近年来被要求进一步快速升温，同时还被要求有高温下的耐久性，而与之相对，当在这种严酷环境下长期使用时，有时出现将引线部和在表面形成的电极进行连接的电极取出部比陶瓷发热体容易劣化的问题。作为其理由，可以列举出如下情形，即，由于电极取出部细，所以其自身的电阻值大，进而，电极取出部和引线部的接触电阻值以及电极取出部和在表面形成的电极的接触电阻值变大，从而容易发热。
为了解决这样的问题，例如在专利文献3中，公开了在相对于陶瓷发热体垂直的方向上形成电极取出部并且电极取出部的截面面积形成得比陶瓷发热体的截面面积大的电热塞。
专利文献1：日本特开平9-184626号公报
专利文献2：日本特开平9-184622号公报
专利文献3：日本特开2006-49279号公报
然而，如专利文献3所记载的那样，当在相对于陶瓷发热体垂直的方向上形成电极取出部并且电极取出部的截面面积形成得比陶瓷发热体的截面面积大时，电极取出部的截面面积越大，其自身的电阻值越小，能够使电极取出部和引线部的接触电阻值以及电极取出部和在表面形成的电极的接触电阻值变小，但是，通过增加强度比陶瓷低的电极取出部的体积，出现陶瓷加热器的强度降低的问题。另外，由于电极取出部使用昂贵的贵金属，所以存在陶瓷加热器的制造成本增加的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于以便宜的价格提供具有更高的耐久性的陶瓷加热器。
本发明的陶瓷加热器的特征在于，包括：发热电阻体；与该发热电阻体的两端分别电连接的第一引线部以及第二引线部；与所述第一引线部的端部以及所述第二引线部的端部中的、和连接于所述发热电阻体的端部相反一侧的端部分别电连接的第一电极取出部以及第二电极取出部；埋设有所述发热电阻体、所述第一引线部与所述第二引线部、以及所述第一电极取出部与所述第二电极取出部的陶瓷基体；以及形成于该陶瓷基体的表面并与所述第一电极取出部以及所述第二电极取出部分别电连接的第一电极以及第二电极，其中，所述第一电极取出部与所述第一电极的连接部分的面积大于所述第一电极取出部与所述第一引线部的连接部分的面积。
另外，本发明的陶瓷加热器的特征在于，在上述结构中，所述第一电极取出部具有面积增加部，该面积增加部越从所述第一引线部侧朝向所述第一电极侧，垂直于该方向的截面的面积越大。
而且，本发明的陶瓷加热器的特征在于，在上述结构中，所述第一电极取出部具有面积增加部，该面积增加部越从所述第一引线部侧朝向所述第一电极侧，垂直于该方向的截面的面积越大。
另外，本发明的陶瓷加热器的特征在于，在上述结构中，所述第一电极取出部具有面积减小部或面积相同部，越从所述第一引线部侧朝向所述第一电极侧，面积减小部的垂直于该方向的截面的面积越小，而面积相同部的垂直于该方向的截面的面积不变。
根据本发明的陶瓷加热器，由于第一电极取出部的与第一电极的连接部分的面积比与第一引线部的连接部分的面积大，因此，相比于从与第一引线部的连接部分到与第一电极部的连接部分为止的截面的面积相同的情况，能够使电极取出部的电阻值降低，从而能够抑制使用时在第一电极取出部以及第一电极的发热。另外，如果使第一电极取出部和第一电极的连接面积变大，也能够减小第一电极取出部和第一电极的接触电阻值，由此，能够进一步抑制发热。从而，能够提高第一电极取出部以及第一电极的耐久性。
另外，根据本发明的陶瓷加热器，在上述结构中，当第一电极取出部的垂直于从第一引线部侧朝向第一电极侧的方向的截面为圆形或椭圆形时，由于截面的轮廓为平滑的曲线，所以能够抑制局部发热。
进一步，根据本发明的陶瓷加热器，在上述结构中，当第一电极取出部具有越从第一引线部侧朝向第一电极侧垂直于该方向的截面的面积越大的面积增加部时，在第一电极取出部的内部，电阻不会急剧变化，所以能够减少异常发热的风险。另外，在制造过程中，即使在脱脂工序、烧成工序中的收缩等体积变化时，第一电极取出部的体积从第一引线部侧到第一电极侧连续地增加，所以能够有效抑制裂纹的产生，其结果是，能够提高作为陶瓷加热器产品的可靠性、耐久性。
另外，根据本发明的陶瓷加热器，在上述结构中，当第一电极取出部具有从第一引线部侧朝向第一电极侧垂直于该方向的截面的面积不变化的面积相同部时，可确保第一电极取出部的与第一电极的连接面积，从而可以将接触电阻值抑制得较低，并且，由于通过面积相同部抑制了第一电极取出部的体积增加，因此能够降低昂贵的贵金属的使用量，降低制造成本。
进一步，当第一电极取出部具有越从第一引线部侧朝向第一电极侧垂直于该方向的截面的面积越小的面积减小部时，可确保第一电极取出部的与第一电极的连接面积，从而可以将接触电阻值抑制得较低，并且，可以确保与第一引线部的连接面积而将接触电阻值抑制得较低，从而能够抑制在第一电极取出部的发热。而且，由于在第一电极取出部的中央部分抑制体积的增加，因此能够降低昂贵的贵金属的使用量，降低制造成本。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的陶瓷加热器的纵向剖视图。
图2是从图1所示的虚线V方向观察图1所示的陶瓷加热器的第一电极附近时的放大俯视图。
图3是图1的第一电极取出部附近的放大剖视图。
图4是表示陶瓷加热器的第一电极取出部附近的其它实施方式的放大剖视图。
图5是表示陶瓷加热器的第一电极取出部附近的又一其它实施方式的放大剖视图。
图6是图1所示的陶瓷加热器的第二电极取出部附近的放大剖视图。
图7是从图1中箭头所示方向H观察图1所示的陶瓷加热器时的主视图。
图8是沿图1的A-A线的剖视图。
图9是表示陶瓷加热器的第二电极取出部附近的其它实施方式的放大剖视图。
图10是表示图1所示的陶瓷加热器的第二端部嵌合有金属嵌合部的状态的侧视图。
图11是表示第二端部以及与金属嵌合部的连接结构的其它实施方式的侧视图。
图12是表示本发明的一个实施方式的电热塞的剖视图。
附图标记说明
11 陶瓷加热器
12 第一端部
13 发热电阻体
14 第二端部(细径部)
14a 端面
14b 侧面
15 第一引线部
17 第二引线部
19、31 第一电极取出部
21、33 第二电极取出部
21a、31b、32c、33a 面积增加部
21b、32a、33c 面积减少部
23 陶瓷基体
25 第一电极
27、33 第二电极
31a、32b、33b 面积相同部
35、37 金属嵌合部
51 电热塞
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式的陶瓷加热器进行详细说明。图1是本发明的一个实施方式的陶瓷加热器的纵向剖视图，图2是从箭头V方向观察图1所示的陶瓷加热器的第一电极附近时的放大俯视图。需要说明的是，包含这些附图，在以下的附图中，均省略表示陶瓷基体剖面的剖面线。如图1所示，陶瓷加热器11包括：发热电阻体13；与该发热电阻体13的两端分别电连接的第一引线部15以及第二引线部17；与第一引线部15以及第二引线部17的端部中的与连接于发热体13的端部的相反侧的端部分别电连接的第一电极取出部19以及第二电极取出部21；埋设有发热电阻体13、第一引线部15、第二引线部17、第一电极取出部19以及第二电极取出部21的棒状的陶瓷基体23。发热电阻体13埋设在陶瓷基体23的第一端部12侧。
在陶瓷基体23的表面形成有与第一电极取出部19以及第二电极取出部21分别电连接的第一电极25以及第二电极27。另外，第一电极25在陶瓷基体23的侧面形成。
如作为图1的第一电极取出部19附近的放大剖视图的图3、作为表示其它实施方式的放大剖视图的图4、以及表示又一其它实施方式的放大剖视图的图5所示，第一电极取出部19、31、32与第一电极25的连接部分的面积S1比与第二引线部15的连接部分的面积S2大。在本发明中，这一点非常重要。
根据本发明，由于第一电极取出部19中与第一电极25的连接部分的面积S1比与第一引线部15的连接部分的面积S2大，所以，相比于从与第一引线部15的连接部分到与第一电极部25的连接部分的截面面积相同的情况，能够使第一电极取出部19的电阻值降低，从而能够抑制使用时在第一电极取出部19以及第一电极25的发热。另外，如果增大第一电极取出部19和第一电极25的连接面积，则能够减小第一电极取出部19和第一电极25的接触电阻值，由此，能够进一步抑制发热。从而，能够提高第一电极取出部19以及第一电极25的耐久性。
尤其是，由于第一电极取出部19接近陶瓷基体23的表面的部分的面积S1变大，所以从第一电极取出部19通过第一电极25的散热性良好，能够抑制陶瓷基体23的表面附近的温度上升。其结果是，在能够抑制第一电极取出部19的劣化的同时，还能够抑制因第一电极取出部19的发热而在陶瓷基体23上产生裂纹。尤其是，能够良好地抑制在陶瓷基体23的表面产生裂纹。
相对于第一电极取出部19的从与第一引线部15的连接部分到与第一电极部25的连接部分的面积相同的情况而言，为使第一电极取出部19的电阻值降低，优选与第一电极25的连接部分的面积S 1和与第一引线部15的连接部分的面积S2的比率(S1/S2)为1.1以上，更加优选为1.2以上，进一步优选为1.5以上。需要说明的是，比率(S1/S2)的上限并无特别限制，只要考虑陶瓷基体23等其它部件的尺寸、配置等进行适当决定即可。
此外，第一电极取出部19的与从第一引线部15侧朝向第一电极25侧的方向垂直的截面优选为圆形或椭圆形。这样，通过使截面成为圆形或椭圆形，截面的轮廓成为平滑曲线，从而能够抑制局部发热。
形成这样的第一电极取出部19，优选采用例如后述的制造方法所示出的注塑成形法。在通过注塑成型法形成第一电极取出部19的情况下，与通过印模法(プリント法)形成的情况相比，能够容易地将第一电极取出部19的截面形成为圆形或椭圆形。在通过印模法形成第一电极取出部19的情况下，由于一次印模难以确保足够的厚度，所以需要进行多次印模，而由于需要准确定位每次印模的位置进行印模，所以花费时间，并且在多次印模之间容易发生错位，存在难以将截面形成为平滑的圆形、椭圆形的倾向。与此相对，在通过注塑成型法形成第一电极取出部19的情况下，由于使用模具一次成型就能够将其形成，所以能够以良好的精度容易地将第一电极取出部19的截面形成为圆形或椭圆形。
在图3所示的例子中，第一电极取出部19具有越从第一引线部15侧朝向第一电极25侧、垂直于该方向的截面的面积越大的面积增加部。即，该例子中的第一电极取出部19为圆锥前端被切离后的形状。通过形成这样的结构，相比于从与第一引线部15的连接部分到与第一电极25的连接部分为止的截面面积相同的情况，能够降低第一电极取出部19的电阻值，还能够抑制使用时在第一电极取出部19以及第一电极25的发热。另外，如果增大第一电极取出部19和第一引线部15的连接面积，能够降低第一电极取出部19和第一引线部15的接触电阻值，由此，能够进一步抑制发热。从而能够提高第一电极取出部19以及第一电极25的耐久性。
另外，如图3所示，在第一电极取出部19具有越从第一引线部侧朝向第一电极侧、垂直于该方向的截面的面积越大的面积增加部的情况下，由于在第一电极取出部19的内部电阻不发生急剧变化，所以能够降低异常发热的风险。另外，在制造过程中，即使在脱脂工序、烧成工序的收缩时，第一电极取出部19的体积也会由于面积增加部而在第一引线部15侧和第一电极25侧之间连续增加或减少，从而能够抑制裂纹的产生，其结果是，能够提高陶瓷加热器产品的可靠性、耐久性。另外，因为还能够抑制在成形体产生裂纹等不良状态的发生，所以能够提高成品率。
在图4所示的例子中，第一电极取出部31在从第一引线部15侧到第一电极25侧的箭头方向D1上，具有与箭头方向D1垂直的截面的面积不变化的面积相同部31a以及随着朝向箭头方向D1截面的面积变大的面积增加部31b。
这样，在第一电极取出部31具有从第一引线部15侧朝向第一电极25侧、垂直于该方向的截面的面积不发生变化的面积相同部31a的情况下，将第一电极取出部31和第一电极25的连接面积形成大的面积而能够将接触电阻值抑制得较低，并且由于通过面积相同部31a抑制第一电极取出部31的体积增加，所以能够降低昂贵的贵金属在第一电极取出部31中的使用量，能够减低制造成本。
另外，在这样将面积增加部31b和面积相同部31a结合的情况下，由于在它们的边界有第一电极取出部31的侧面倾斜方向变化的部分，因此，在将陶瓷加热器11成型、烧成时或者对其施加外部应力时，在陶瓷基体23的内部，第一电极取出部31的侧面倾斜方向变化的部分被卡连(引つ掛かり)，从而能够防止第一电极取出部31在陶瓷基体23的内部的移动以及错位。
如图5所示，第一电极取出部32具有随着朝向箭头方向D1垂直于箭头方向D1的截面的面积变小的面积减小部32a、在箭头方向D1上面积不发生变化的面积相同部32b以及随着朝向箭头方向D1面积变大的面积增加部32c。在将面积减小部32a、面积相同部32b以及面积增加部32c结合的情况下，或者在将面积减小部32a和面积增加部32b结合的情况下，无论在上述哪种情况下，由于在这些导体的边界具有一处或多处导体侧面的倾斜方向变化的部分，因此，在将陶瓷加热器11成型、烧成时或者在对陶瓷加热器11施加外部应力时，在陶瓷基体23的内部，第一电极取出部32的侧面的倾斜方向变化的部分被卡连，从而能够防止第一电极取出部32在陶瓷基体23内部的移动或者错位。
另外，根据上述结构，通过面积增加部32c以及面积减小部32a，分别确保第一电极取出部32的与第一电极25的连接面积以及第一电极取出部32与第一引线部15的连接面积，从而将连接部的接触电阻值抑制得较低，并且，通过截面的面积不变化的面积相同部32b来抑制第一电极取出部32的体积的增加，从而能够降低昂贵的贵金属在第一电极取出部32中的使用量，能够减低制造成本。
如图1所示，第二电极27覆盖陶瓷基体23的第二端部14的端面14a以及侧面14b。如图1、作为图1所示的陶瓷加热器的第二电极取出部27附近的放大剖视图的图6、作为从图1箭头所示方向H观察图1所示的陶瓷加热器时的主视图的图7、以及作为沿图1的A-A线剖视图的图8所示，第二电极取出部21与第二电极27的连接部分的面积大于与第二引线部17的连接部分的面积，所以与从第二引线部17的连接部分到第二电极部27的连接部分为止的截面的面积相同的情况相比，能够降低第二电极取出部21的电阻值，由此，能够抑制使用时在第二电极取出部21的发热，从而能够抑制第二电极取出部21的劣化。
相对于第二电极取出部21的从与第二引线部17的连接部分到与第二电极部27的连接部分的面积相同的情况而言，为使第二电极取出部21的电阻值降低，优选与第二电极27的连接部分的面积S3和与第二引线部17的连接部分的面积S4的比率(S3/S4)为1.3以上，更加优选为3.7以上。需要说明的是，比率(S3/S4)的上限并无特别限制，只要考虑陶瓷基体23等其它部件的尺寸、配置等进行适当决定即可。
第二电极取出部21的垂直于从第二引线部17侧朝向第二电极27侧的方向的截面优选为圆形或椭圆形。这样，通过使截面成为圆形或椭圆形，能够抑制局部发热。另外，通过使截面成为圆形或椭圆形，能够进一步降低与第二电极27的连接部分以及与第二引线部17的连接部分的发热。
如图6所示，第二电极取出部21具有面积增加部21a，该面积增加部21a随着从第二引线部17侧朝向第二电极27侧的箭头方向D2，垂直于箭头方向D2的截面的面积变大。由此，在第二电极取出部21不会发生急剧的电阻变化，所以能够进一步抑制在第二电极取出部21的发热。另外，在制造陶瓷加热器的过程中，即使在脱脂工序、烧成工序中发生收缩时，由于第二电极取出部21的体积在第二引线部17侧和第二电极27侧之间连续增加或者减少，所以能够有效抑制在陶瓷基体23上产生裂纹，其结果是，能够提高作为陶瓷加热器产品的可靠性、耐久性。并且，由于能够抑制陶瓷基体23的成形体上产生裂纹等不良状况，所以能够提高成品率。
另外，在图6所示的例子中，第二电极取出部21在比面积增加部21a靠箭头方向D2侧，具备随着朝向箭头方向D2截面面积变小的面积减小部21b。第二端部14越朝向该第二端部14的端面14a其外径越细(以下，称为细径部14)。第二电极取出部21的面积增加部21a以及面积减小部21b埋设于细径部14，另外，面积减小部21b沿着细径部14配置。而且，第二电极取出部21从第二引线部17侧朝向第二电极部27侧依次配置有面积增加部21a以及面积减小部21b。在这种具备随着朝向箭头方向D2截面面积变大的面积增加部21a和截面面积变小的面积减小部21b的情况下，在确保满足电流流动的充分的截面面积的同时，通过减小作为低硬度材料的电极取出材料的体积，能够进一步提高第二电极取出部21附近的产品强度，从而能够形成可靠性高的产品。
另外，如作为表示陶瓷加热器11的第二电极取出部33附近的其它实施方式的放大剖视图的图9所示，第二电极取出部33也可以为如下结构，即，包括：越从第二引线部17侧朝向第二端部14、垂直于该方向的截面的面积越大的面积增加部33a、截面面积不变化的面积相同部33b、截面面积变小的面积减小部33c。通过采用这样的结构，能够进一步减小低硬度材料的电极取出材料的体积，对于陶瓷加热器11而言，能够进一步提高第二电极取出部21附近的产品强度。
第二电极27形成于第二端部14的端面14a和与该端面14a连接的第二端部14的侧面14b。并且，如作为表示在图1所示的陶瓷加热器11的第二端部14上嵌合有金属嵌合部35的状态的侧视图的图10所示，具有凹部的金属嵌合部35嵌合在细径部(第二端部)14上，以覆盖该第二电极27。由此，能够抑制第二电极27的氧化。尤其是，如作为表示第二端部14和金属嵌合部35的连接结构的其它实施方式的侧视图的图11所示，优选金属嵌合部35覆盖第二电极27的整个表面。由此，能够进一步提高第二电极27的抑制氧化效果，并且，由于增大了金属嵌合部35和第二电极27的接触面积，因此能够使该部分的电阻降低，从而进一步抑制发热。
作为发热电阻体13，可以使用以W、Mo以及Ti等的碳化物、氮化物以及硅化物等为主成分的物质。在上述材料中，从热膨胀率、耐热性以及电阻率方面考虑，WC可优选作为发热电阻体13的材料。当发热电阻体13以无机导电体WC为主成分，并如后所述使用氮化硅质陶瓷来制造陶瓷基体23时，优选将向发热电阻体13添加的氮化硅的比率调整为20质量％以上。在氮化硅陶瓷中，由于成为发热电阻体13的导体成分与氮化硅相比热膨胀率大，所以通常处于受到拉深应力的状态。对此，通过将氮化硅本身作为共同材料(共材)而添加给发热电阻体13，使热膨胀率接近母材的氮化硅，从而能够缓和因陶瓷加热器11的升温降温时的热膨胀差所引起的应力。
需要说明的是，当氮化硅的添加量为40质量％以下时，能够使电阻值良好地稳定。而且，优选使氮化硅的添加量为25至35质量％。另外，作为向发热电阻体13的添加物，可以代替氮化硅而添加4至12质量％的氮化硼。
作为第一引线部15以及第二引线部17，可以使用与发热电阻体13相同的材料。其中，从热膨胀率、耐热性以及电阻率方面考虑，WC可优选作为引线部15、17的材料。当第一引线部15以及第二引线部17以无机导电体WC为主成分，并和上述发热电阻体13同样地使用氮化硅质陶瓷制造陶瓷基体23时，优选将向第一引线部15以及第二引线部17添加的氮化硅的比率调整为15质量％以上。随着氮化硅添加量的增加，能够使第一引线部15以及第二引线部17的热膨胀率接近母材的氮化硅。而且，由于氮化硅的添加量为40质量％以下时电阻值稳定，所以氮化硅的添加量优选为40质量％以下。进一步优选氮化硅的添加量为25～35质量％。
作为陶瓷基体23，能够使用氧化物陶瓷、氮化物陶瓷或者碳化物陶瓷等具有绝缘性的陶瓷。尤其适合使用氮化硅质陶瓷。这是由于氮化硅质陶瓷在作为其主成分的氮化硅具有高强度、高韧性、高绝缘性以及耐热性方面具有优势。该氮化硅质陶瓷可通过如下方式得到，即，例如，向主成分的氮化硅混合作为烧结助剂的3～12质量％的Y2O3、Yb2O3、Er2O3等稀土类元素氧化物、0.5～3质量％的Al2O3，并且进一步混合SiO2，使作为在烧结体中所含的SiO2的量成为1.5～5质量％，然后成形为规定的形状，随后，以1650～1780℃进行热压烧成。
另外，在作为陶瓷基体23而使用氮化硅的情况下，优选使MoSio2、WSi2分散。这是由于通过使母材的热膨胀率接近发热电阻体13的热膨胀率，能够提高陶瓷加热器11的耐久性。
以下，对用于制造上述实施方式的陶瓷加热器11的方法进行说明。本实施方式的陶瓷加热器11例如使用制作好的模具通过注塑成形法形成，所述模具使第一电极取出部19与第一电极25的连接部分的面积比与第一引线部15的连接部分的面积大。
首先，准备包含导电性陶瓷粉末以及粘合剂的通电部用混合物、以及包含绝缘性陶瓷以及粘合剂的基体用混合物。以该通电部用混合物作为原料，采用注塑成形法形成发热电阻体用成形体。在将所得到的发热电阻体用成形体保持在注塑成形用模具内的状态下，将通电部用混合物填充在模具内以成形引线部用成形体。由此，由发热电阻体用成形体以及引线部用成形体构成的通电部用成形体被保持在模具内。
然后，在将通电部用成形体保持在模具内的状态下，将模具的一部分替换为陶瓷基体成形用的部件之后，向模具内填充基体用混合物。由此，得到通电部用成形体被陶瓷基体用成形体覆盖的元件成形体。随后，通过将所得到的元件成形体烧成，能够得到陶瓷加热器。烧成优选在非氧化气氛下进行。
(电热塞)
以下，对本发明的一个实施方式的电热塞进行说明。如作为表示本发明的一个实施方式的电热塞的剖视图的图12所示，在电热塞51中，在筒状金属部件53内插入有陶瓷加热器11。筒状金属部件53用作阴极金属部件，并与在陶瓷加热器11的侧面露出的第一电极25电连接。在筒状金属部件53内配设有与第二电极27电连接的阳极金属部件55。通过对筒状金属部件53以及阳极金属部件55通电，本实施方式的电热塞例如能够作为发动机启动用的热源而发挥其作用。
本发明的一个实施方式的陶瓷加热器以如下方式制成。首先，将以WC和氮化硅为主成分的原料注射到模具内进行成形，从而制成发热电阻体用成形体。然后，在将该发热电阻体用成形体保持在注塑成形用模具内的状态下，通过向模具内填充引线部用成形体，将发热电阻体用成形体和引线部用成形体在模具内一体化，从而得到通电部用成形体。表1以及表2所示的No.1～16的各试料是具有各种形状的电极取出部并使用模具而成形的样品。各试料的电极取出部的垂直于从引线部侧朝向电极侧的方向的截面被形成为椭圆形。对各试料的成形成品率进行评价，并比较各个形状。
然后，在将通电部用成形体保持在注塑成形用模具内的状态下，使用向氮化硅(Si3N4)粉末中添加由镱(Yb)的氧化物构成的烧结助剂和用于使热膨胀率接近发热电阻体、引线部的MoSi2而形成的陶瓷原料，通过注塑成形法成形。由此，得到在陶瓷基体用成形体中埋设通电部用成形体的结构。
将所得到的成形体放入圆筒的碳模具中后，在还原气氛下，在温度为1650℃～1780℃、压力为10～50Mpa的状态下采用热压法进行烧成。将金属部件钎焊到从如上得到的烧结体的表面露出的第一电极取出部以及第二电极取出部上而得到陶瓷加热器。然后，将K热电偶贴附到这些金属部件上来测量电极取出部的通电饱和时的温度。通常认为，由于优选将电极温度设计成300℃以下，因此，只要在该温度以下，电极部就会具有优越的耐久性。
使用上述的陶瓷加热器进行了冷热循环试验。冷热循环试验的条件为：向陶瓷加热器通电，以使电极部温度成为400℃的方式设定施加电压，以5分钟通电、2分钟不通电为一个循环，进行一万次循环。评价通电前后的陶瓷加热器的电阻变化，将电阻变化在5％以上的情况判定为NG。对于这些被判定为NG的试料，在电极或者电极取出部上产生了裂纹。结果如表1以及表2所示。
表1
S1是第一电极取出部的与第一电极的连接部分的面积
S2是第一电极取出部的与第一引线部的连接部分的面积
表2
S3是第二电极取出部的与第二电极的连接部分的面积
S4是第二电极取出部的与第二引线部的连接部分的面积
根据表1和表2可以判定，不具有面积增加部的No.7、8、14～16的试料的成形成品率低至40～70％。
Claims (15)
1.一种陶瓷加热器，其特征在于，包括：
发热电阻体；
与该发热电阻体的两端分别电连接的第一引线部以及第二引线部；
与所述第一引线部的端部以及所述第二引线部的端部中的、和连接于所述发热电阻体的端部相反一侧的端部分别电连接的第一电极取出部以及第二电极取出部；
埋设有所述发热电阻体、所述第一引线部与所述第二引线部、以及所述第一电极取出部与所述第二电极取出部的陶瓷基体；以及
形成于该陶瓷基体的表面并与所述第一电极取出部以及所述第二电极取出部分别电连接的第一电极以及第二电极，
其中，所述第一电极取出部与所述第一电极的连接部分的面积大于所述第一电极取出部与所述第一引线部的连接部分的面积。
2.如权利要求1所述的陶瓷加热器，其特征在于，
所述第一电极取出部的与从所述第一引线部侧朝向所述第一电极侧的方向相垂直的截面为圆形或椭圆形。
3.如权利要求2所述的陶瓷加热器，其特征在于，
所述第一电极取出部具有面积增加部，该面积增加部越从所述第一引线部侧朝向所述第一电极侧，垂直于该方向的截面的面积越大。
4.如权利要求3所述的陶瓷加热器，其特征在于，
所述第一电极取出部具有面积减小部或面积相同部，
越从所述第一引线部侧朝向所述第一电极侧，面积减小部的垂直于该方向的截面的面积越小，而面积相同部的垂直于该方向的截面的面积不变。
5.如权利要求1所述的陶瓷加热器，其特征在于，
所述陶瓷基体为棒状，
在该陶瓷基体的第一端部侧埋设有所述发热电阻体，
在所述陶瓷基体的侧面形成有所述第一电极，
在所述陶瓷基体的第二端部的至少端面形成有所述第二电极，
所述第二电极取出部与所述第二电极的连接部分的面积大于所述第二电极取出部与所述第二引线部的连接部分的面积。
6.如权利要求5所述的陶瓷加热器，其特征在于，
所述第二电极取出部的与从所述第二引线部侧朝向所述第二电极侧的方向相垂直的截面为圆形或椭圆形。
7.如权利要求6所述的陶瓷加热器，其特征在于，
所述第二电极取出部具有面积增加部，该面积增加部越从所述第二引线部侧朝向所述第二电极侧，垂直于该方向的截面的面积越大。
8.如权利要求7所述的陶瓷加热器，其特征在于，
所述第二电极取出部具有面积减小部或面积相同部，
越从所述第二引线部侧朝向所述第二电极侧，面积减小部的垂直于该方向的截面的面积越小，而面积相同部的垂直于该方向的截面的面积不变。
9.如权利要求7所述的陶瓷加热器，其特征在于，
所述第二端部具有越朝向该第二端部的端面外径越细的细径部，
所述第二电极取出部的所述面积增加部埋设于所述细径部。
10.如权利要求8所述的陶瓷加热器，其特征在于，
所述第二端部具有越朝向该第二端部的端面外径越细的细径部，
所述第二电极取出部具有面积减小部，该面积减小部越从所述第二引线部侧朝向所述第二电极侧，垂直于该方向的截面的面积越小，
并且，该面积减小部埋设于所述细径部。
11.如权利要求10所述的陶瓷加热器，其特征在于，
从所述第二引线部侧朝向所述第二电极侧，所述第二电极取出部依次配置有所述面积增加部以及所述面积减小部。
12.如权利要求10所述的陶瓷加热器，其特征在于，
所述第二端部具有越朝向该第二端部的端面外径越细的细径部，沿着该细径部配置有所述面积减小部。
13.如权利要求6至12中任意一项所述的陶瓷加热器，其特征在于，
所述第二电极在所述第二端部的端面和与该端面连接的所述第二端部的侧面的至少一部分上形成，
具有凹部的金属嵌合部覆盖所述第二电极。
14.如权利要求13所述的陶瓷加热器，其特征在于，
所述金属嵌合部覆盖所述第二电极的整个表面。
15.一种电热塞，其特征在于，
具备权利要求1至14中任一项所述的陶瓷加热器。
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