JP2001132947A - Ceramic heater and glow plug equipped with it - Google Patents

Ceramic heater and glow plug equipped with it

Info

Publication number
JP2001132947A
JP2001132947A JP30894599A JP30894599A JP2001132947A JP 2001132947 A JP2001132947 A JP 2001132947A JP 30894599 A JP30894599 A JP 30894599A JP 30894599 A JP30894599 A JP 30894599A JP 2001132947 A JP2001132947 A JP 2001132947A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ceramic heater
heater
heating resistor
glow plug
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP30894599A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shindo Watanabe
進道 渡邉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP30894599A priority Critical patent/JP2001132947A/en
Publication of JP2001132947A publication Critical patent/JP2001132947A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic heater having superior durability and little varying folding endurance and a glow plug equipped with the heater. SOLUTION: In a ceramic heater which is constituted by burying a conductive component composed of the silicide, carbide, etc. of a metallic element such as W, Ta, Nb, etc., an exothermic resistor formed of an insulating component composed of a sintered silicon nitride material, etc., and lead wires composed of an alloy containing a metal such as W, Re, Ta, etc. or a mixture of these metals as a main component and put on the edge of the exothermic resistor in a substrate composed of a sintered silicon nitride material, etc., the inserting lengths of the lead wires are adjusted to 1-5 mm, particularly, to 2-5 mm, further particularly, to 3-5 mm. The temperature rising rate of the heater can be adjusted to >=300 deg.C/s, particularly, to >=400 deg.C/s, further particular, to >=500 deg.C/s. The heater has such a superior durability that the heater does not cause disconnection, etc., even when the temperature of the heater is raised at such a high rate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はセラミックヒータ及
びそれを備えるグロープラグに関する。更に詳しくは、
本発明は、通電と通電停止の繰り返しににより評価され
る耐久性、特に、急速に昇温させた場合における耐久性
に優れ、十分な抗折強度が安定して得られるセラミック
ヒータ及びそれを備えるグロープラグに関する。本発明
のセラミックヒータは、ディーゼルエンジンのグロープ
ラグの加熱源の他、各種の用途において使用することが
できる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic heater and a glow plug having the same. More specifically,
The present invention is provided with a ceramic heater which is excellent in durability evaluated by repetition of energization and stoppage of energization, in particular, excellent in durability when rapidly heated, and which can obtain a sufficient bending strength stably. Regarding glow plug. INDUSTRIAL APPLICABILITY The ceramic heater of the present invention can be used in various applications other than a heating source for a glow plug of a diesel engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】グロープラグ等に使用されるセラミック
ヒータとして、窒化珪素質焼結体等の絶縁性セラミック
からなる基体に、WC等の導電成分を含む発熱抵抗体を
埋設したものが知られている。そして、発熱抵抗体に通
電するための電極と、発熱抵抗体の端縁とはW等からな
るリード線により電気的に接続されている。このリード
線の先端部分は発熱抵抗体の端縁に嵌合され、接続され
ているが、従来は、十分に導通されておれば問題なしと
されており、リード線の嵌合長さと、ヒータの耐久性と
の相関については何ら検討されていない。
2. Description of the Related Art As a ceramic heater used for a glow plug or the like, there is known a ceramic heater in which a heating resistor containing a conductive component such as WC is embedded in a base made of an insulating ceramic such as a silicon nitride sintered body. I have. An electrode for supplying current to the heating resistor and an edge of the heating resistor are electrically connected to each other by a lead wire made of W or the like. The leading end of the lead wire is fitted and connected to the edge of the heating resistor. Conventionally, however, it has been considered that there is no problem if sufficient conduction is provided. No consideration has been given to the correlation with durability.

【0003】このセラミックヒータはグロープラグの加
熱源として有用である。通常、ディーゼルエンジンに使
用されるグロープラグでは、組み込まれるヒータの昇温
速度は200〜300℃/秒程度であるが、近年、ガソ
リンエンジン並みの始動性を確保するため、500℃/
秒を越える速度で急速に昇温させることができるヒータ
が必要とされている。しかし、従来は、嵌合長さによっ
ては、熱衝撃により早期にヒータが断線することがあ
り、問題となっている。
[0003] This ceramic heater is useful as a heating source for a glow plug. Normally, in a glow plug used for a diesel engine, the temperature rise rate of a built-in heater is about 200 to 300 ° C./sec.
There is a need for a heater that can rapidly raise the temperature at a rate exceeding two seconds. However, conventionally, depending on the fitting length, the heater may be disconnected early due to thermal shock, which is a problem.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
の問題点を解決するものであり、発熱抵抗体の端縁に嵌
合され、接続されるW等からなるリード線の嵌合長さを
特定することにより、耐久性、特に、急速昇温と降温と
の繰り返しにより評価される耐久性に優れ、発熱抵抗体
とリード線との嵌合部近傍における耐熱衝撃性が向上
し、抗折強度のばらつきが小さく、信頼性の高いセラミ
ックヒータ及びそれを備えるグロープラグを提供するこ
とを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and has a fitting length of a lead wire made of W or the like fitted and connected to an edge of a heating resistor. By specifying the thickness, the durability, especially the durability evaluated by the repetition of rapid temperature rise and fall, is excellent, and the thermal shock resistance near the fitting portion between the heating resistor and the lead wire is improved, It is an object of the present invention to provide a highly reliable ceramic heater having a small variation in bending strength and a glow plug including the same.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】発熱抵抗体の端縁に嵌合
され、接続されるリード線の嵌合長さを変えることによ
り、通電時、絶縁性セラミックからなる基体と、導電性
セラミックからなる発熱抵抗体と、W等からなるリード
線との界面における温度が変化する。この温度はヒータ
の耐久性に影響を及ぼし、低温であるほど耐久性が向上
することが分かった。また、従来に比べて非常に昇温速
度の大きいヒータの必要性も高まってきているが、上記
の嵌合長さによってリード線の周縁、特に、発熱抵抗体
との嵌合部近傍の耐熱衝撃性も影響を受け、この嵌合長
さが特定の範囲内にある場合に、耐熱衝撃性が向上し、
より優れた耐久性を有するヒータが得られることが分か
った。本発明は、これらの知見に基づきなされたもので
ある。
By changing the fitting length of the lead wire which is fitted to and connected to the edge of the heat generating resistor, a base made of an insulating ceramic and a conductive ceramic can be formed at the time of energization. The temperature at the interface between the heating resistor and the lead wire made of W or the like changes. It has been found that this temperature affects the durability of the heater, and that the lower the temperature, the better the durability. Also, the necessity of a heater having a very high heating rate compared with the conventional one has been increasing. However, the above-described fitting length makes it possible to prevent the heat shock at the periphery of the lead wire, especially near the fitting portion with the heating resistor. The impact resistance is also affected, and when this mating length is within a specific range, the thermal shock resistance is improved,
It has been found that a heater having better durability can be obtained. The present invention has been made based on these findings.

【0006】第1発明のセラミックヒータは、発熱抵抗
体及び該発熱抵抗体の端縁に嵌合されるリード線並びに
該発熱抵抗体と該リード線とが埋設される基体を備える
セラミックヒータにおいて、該リード線の嵌合長さが1
〜5mmであることを特徴とする。
A ceramic heater according to a first aspect of the present invention is a ceramic heater comprising a heating resistor, a lead wire fitted to an edge of the heating resistor, and a base in which the heating resistor and the lead wire are embedded. The fitting length of the lead wire is 1
55 mm.

【0007】また、この第1発明のセラミックヒータで
は、グロープラグ等に組み込まれたヒータの通常の昇温
速度を越える急速な昇温が可能である。即ち、第2発明
のように、昇温速度を300℃/秒以上とすることがで
き、特に、400℃/秒以上、更には500℃/秒以上
の速度で急速に昇温させることができる。そして、この
ように急速な昇温を要する用途に用いた場合にも、優れ
た耐久性を有し、抗折強度のばらつきが小さく、信頼性
の高いセラミックヒータとすることができる。
Further, in the ceramic heater according to the first aspect of the present invention, it is possible to rapidly raise the temperature of the heater incorporated in the glow plug or the like, exceeding a normal rate of temperature increase. That is, as in the second invention, the temperature can be raised at a rate of 300 ° C./sec or more, and particularly, the temperature can be rapidly raised at a rate of 400 ° C./sec or more, and more preferably 500 ° C./sec or more. . In addition, even when used in applications requiring rapid temperature rise, a ceramic heater having excellent durability, small variation in bending strength, and high reliability can be obtained.

【0008】上記「発熱抵抗体」は導電成分と絶縁成分
により構成される。導電成分は、W、Ta、Nb、T
i、Mo、Zr、Hf、V、及びCr等から選ばれる1
種以上の金属元素の珪化物、炭化物又は窒化物等のうち
の少なくとも1種が焼成され、形成される。また、絶縁
成分は、通常、窒化珪素質焼結体からなる。導電成分
は、特に、その熱膨張率が基体を構成する窒化珪素質焼
結体、若しくは絶縁成分である窒化珪素質焼結体と大き
な差がないものが好ましい。熱膨張率の差が小さい導電
成分であれば、ヒータ使用時の基体及び発熱抵抗体にお
ける亀裂の発生が抑えられる。そのような導電成分とし
ては、WC、MoSi2、TiN又はWSi2等が挙げら
れる。更に、この導電成分としては、その融点がセラミ
ックヒータの使用温度を越え、耐熱性の高いものが好ま
しい。導電成分の融点が高ければ使用温度域におけるヒ
ータの耐熱性も向上する。
The above-mentioned "heating resistor" is composed of a conductive component and an insulating component. The conductive components are W, Ta, Nb, T
1 selected from i, Mo, Zr, Hf, V, Cr, etc.
At least one of silicides, carbides, nitrides, and the like of at least one metal element is formed by firing. The insulating component is usually made of a silicon nitride sintered body. The conductive component is preferably one having a coefficient of thermal expansion that does not greatly differ from the silicon nitride sintered body constituting the base or the silicon nitride sintered body which is an insulating component. If the conductive component has a small difference in coefficient of thermal expansion, the occurrence of cracks in the base and the heating resistor when the heater is used can be suppressed. Examples of such a conductive component include WC, MoSi 2 , TiN, and WSi 2 . Further, it is preferable that the conductive component has a melting point exceeding the operating temperature of the ceramic heater and has high heat resistance. The higher the melting point of the conductive component, the higher the heat resistance of the heater in the operating temperature range.

【0009】導電成分と絶縁成分との量比は特に限定さ
れないが、発熱抵抗体を100体積部とした場合に、導
電成分を15〜40体積部とすることができ、特に20
〜30体積部とすることができる。
The amount ratio between the conductive component and the insulating component is not particularly limited. However, when the heating resistor is 100 parts by volume, the conductive component can be 15 to 40 parts by volume, and especially 20 parts by volume.
It can be up to 30 parts by volume.

【0010】上記「リード線」は、W、Re、Ta、M
o及びNb等から選ばれる金属、或いはこれらの金属を
主成分とする合金などにより形成することができ、特
に、Wが多用される。
The above "lead wire" is W, Re, Ta, M
It can be formed of a metal selected from o, Nb, or the like, or an alloy containing these metals as a main component. In particular, W is frequently used.

【0011】上記「基体」は、通常、窒化珪素質焼結体
からなる。この焼結体は、窒化珪素のみからなるもので
あってもよいし、窒化珪素を主成分とし、これに少量の
窒化アルミニウム、アルミナ等が含有されるものであっ
てもよい。また、サイアロンであってもよい。また、導
電成分との熱膨張率の差を小さくするため、少量の導電
成分を含有させることもできる。
The above-mentioned "substrate" is usually made of a silicon nitride sintered body. The sintered body may be composed of only silicon nitride, or may be composed of silicon nitride as a main component and a small amount of aluminum nitride, alumina or the like. Further, it may be a sialon. Further, a small amount of a conductive component can be contained in order to reduce the difference in thermal expansion coefficient between the conductive component and the conductive component.

【0012】リード線は、焼成後、発熱抵抗体となる成
形体の端縁に嵌合され、一体に焼成されて接続される。
この「嵌合長さ」(図1において「d」により表される
長さである。)は1〜5mmであり、特に2〜5mm、
更には3〜5mmとすることが好ましい。嵌合長さが1
mm未満であると、1400℃における通電と通電の停
止とを繰り返した場合に、10000サイクル未満で、
特に、高温となる発熱抵抗体の端面近傍において断線等
が発生することがある。
After firing, the lead wire is fitted to the edge of the molded body to be the heating resistor, and is integrally fired and connected.
The “fit length” (the length represented by “d” in FIG. 1) is 1 to 5 mm, particularly 2 to 5 mm.
More preferably, it is 3 to 5 mm. Mating length is 1
mm, when energization at 1400 ° C. and stop of energization are repeated, less than 10,000 cycles,
In particular, disconnection or the like may occur in the vicinity of the end surface of the heating resistor that becomes hot.

【0013】一方、嵌合長さが5mmを越える場合は、
射出成形等によりヒータ成形体を形成する場合に、リー
ド線が、焼成後、発熱抵抗体となる成形体中の狙い位置
に配置されず、また、傾いて配置され易くなる。そのた
め、抗折強度等の機械的特性がばらつき、特に、抗折強
度の低いヒータになることがある。更に、2秒間で10
00℃にまで急速に昇温させた後、30秒間通電を停止
する操作を繰り返した場合に、10000サイクル未満
で、導電性セラミックからなる発熱抵抗体と、リード
線、特に、このリード線の先端との界面における耐久性
が低下し、断線等が発生することがある。
On the other hand, when the fitting length exceeds 5 mm,
When a heater molded body is formed by injection molding or the like, a lead wire is not arranged at a target position in a molded body that becomes a heat generating resistor after firing, and is more likely to be inclined. Therefore, mechanical characteristics such as flexural strength vary, and in particular, a heater having low flexural strength may be obtained. 10 seconds in 2 seconds
When the operation of stopping the current supply for 30 seconds is repeated after the temperature is rapidly raised to 00 ° C., the heating resistor made of conductive ceramic and the lead wire, particularly the tip of the lead wire, are obtained in less than 10,000 cycles. Endurance at the interface with the substrate may be reduced, and disconnection or the like may occur.

【0014】第1発明のセラミックヒータは、耐久性に
優れ、抗折強度のばらつきが小さく、品質が安定してい
る。即ち、1400℃における通電と通電の停止とを、
10000サイクル以上、特に15000サイクル以
上、更には20000サイクル以上繰り返しても、断線
等を生ずることのない優れたセラミックヒータとするこ
とができる。また、十分な抗折強度が安定して得られ、
最小値が700〜1000MPaであり、平均値が90
0〜1100MPaであって、且つ最大値と最小値との
差が400MPa以下、特に300MPa以下であり、
強度のばらつきの小さい、信頼性の高いセラミックヒー
タとすることができる。
The ceramic heater according to the first aspect of the invention has excellent durability, small variation in bending strength, and stable quality. That is, energization at 1400 ° C. and stop of energization
An excellent ceramic heater that does not cause disconnection or the like even when it is repeated 10,000 cycles or more, particularly 15,000 cycles or more, and even 20,000 cycles or more can be obtained. In addition, sufficient bending strength is obtained stably,
The minimum value is 700 to 1000 MPa, and the average value is 90
0 to 1100 MPa, and the difference between the maximum value and the minimum value is 400 MPa or less, particularly 300 MPa or less,
A highly reliable ceramic heater having a small variation in strength can be obtained.

【0015】更に、このセラミックヒータは、第2発明
のように、急速な昇温を要する用途においても優れた耐
久性を有し、抗折強度等が損なわれることがない。この
セラミックヒータでは、第3発明のように、2秒間で1
000℃にまで急速に昇温させた後、30秒間通電を停
止する操作を、5000サイクル以上、特に10000
サイクル以上、更には20000サイクル以上繰り返し
ても、断線等を生ずることのないセラミックヒータとす
ることができる。
Further, the ceramic heater has excellent durability even in applications requiring a rapid temperature rise as in the second invention, and the bending strength and the like are not impaired. In this ceramic heater, as in the third invention, 1 second in 2 seconds
After rapidly raising the temperature to 000 ° C., the operation of stopping the current supply for 30 seconds is performed for 5000 cycles or more, particularly 10,000 cycles.
Even if the cycle is repeated for more than 20,000 cycles, and even for more than 20,000 cycles, a ceramic heater which does not cause disconnection or the like can be obtained.

【0016】また、第1乃至第3発明のセラミックヒー
タは、1400℃における通電と通電の停止とを繰り返
した場合、及び2秒間で1000℃にまで急速に昇温さ
せた後、30秒間通電を停止する操作を繰り返した場
合、のいずれにおいても優れた耐久性を有する。即ち、
1400℃における通電と通電の停止とを10000サ
イクル以上、特に15000サイクル以上、更には20
000サイクル以上繰り返した場合に断線等を生ずるこ
とがない。更に、2秒間で1000℃にまで急速に昇温
させた後、30秒間通電を停止する操作を10000サ
イクル以上、特に15000サイクル以上、更には20
000以上繰り返した場合にも断線等を生ずることがな
い。
The ceramic heaters according to the first to third aspects of the present invention are characterized in that the energization at 1400 ° C. and the stop of the energization are repeated, and the temperature is rapidly raised to 1000 ° C. in 2 seconds, and then the energization is performed for 30 seconds. When the stopping operation is repeated, excellent durability is obtained in any case. That is,
The energization at 1400 ° C. and the stop of the energization are performed for 10,000 cycles or more, particularly for 15,000 cycles or more, and moreover for 20 cycles.
No disconnection or the like occurs when repeated over 000 cycles. Furthermore, after rapidly raising the temperature to 1000 ° C. in 2 seconds, the operation of stopping the current supply for 30 seconds is performed for 10,000 cycles or more, particularly for 15,000 cycles or more, and even more for 20 cycles.
No disconnection or the like occurs even when the number of repetitions is 000 or more.

【0017】第1乃至第3発明のセラミックヒータは、
以下のようにして製造することができる。導電成分の原
料粉末として、W、Ti及びMo等の金属元素の珪化
物、炭化物又は窒化物等からなる粉末を使用する。ま
た、絶縁成分の原料粉末として窒化珪素原料粉末等のセ
ラミック原料粉末及び焼結助剤粉末を用いる。この焼結
助剤粉末としては、希土類酸化物粉末が多用されるが、
MgO及びAl23−Y23等、一般に窒化珪素質焼結
体の焼成において用いられる酸化物等の粉末を使用する
こともできる。これらの焼結助剤粉末は1種のみを使用
してもよいが、2種以上を併用することが多い。尚、E
23等、焼結した場合の粒界が結晶相となる焼結助剤
粉末を用いると耐熱性がより高くなるため好ましい。
The ceramic heater according to the first to third aspects of the present invention
It can be manufactured as follows. As the raw material powder of the conductive component, a powder made of a silicide, carbide, nitride, or the like of a metal element such as W, Ti, and Mo is used. Further, ceramic raw material powder such as silicon nitride raw material powder and sintering aid powder are used as raw material powder of the insulating component. As the sintering aid powder, rare earth oxide powder is often used,
MgO and Al 2 O 3 -Y 2 O 3, etc., generally a powder of oxide or the like used in a firing of the silicon nitride sintered body can also be used. One kind of these sintering aid powders may be used, but two or more kinds are often used in combination. In addition, E
It is preferable to use a sintering aid powder such as r 2 O 3 , in which the grain boundaries upon sintering become a crystal phase, since the heat resistance becomes higher.

【0018】これら導電成分用原料粉末、セラミック原
料粉末、及び焼結助剤粉末を所定の量比で混合し、混合
粉末を調製する。この混合は、湿式等、通常の方法によ
って行うことができる。導電成分用原料粉末、セラミッ
ク原料粉末及び焼結助剤粉末は、これらの合計量を10
0体積部とした場合に、導電成分用原料粉末を15〜4
0体積部、特に20〜30体積部、残部をセラミック原
料粉末と焼結助剤粉末とで85〜60体積部、特に80
〜70体積部とすることができる。
The raw material powder for the conductive component, the ceramic raw material powder, and the sintering aid powder are mixed at a predetermined ratio to prepare a mixed powder. This mixing can be performed by an ordinary method such as a wet method. The total amount of the raw material powder for the conductive component, the ceramic raw material powder and the sintering aid powder is 10%.
When the volume is 0 volume parts, the raw material powder for the conductive component is 15 to 4 parts.
0 to 50 parts by volume, particularly 20 to 30 parts by volume, and the remainder of 85 to 60 parts by volume, particularly 80
It can be up to 70 parts by volume.

【0019】このようにして調製した混合粉末に、適量
のバインダー等を配合して混練した後、造粒し、これを
用いて、射出成形等の方法により、焼成後、発熱抵抗体
となる成形体とすることができる。また、この成形体の
所定の位置にW等の金属からなるリード線が取り付けら
れる。
The mixed powder thus prepared is mixed with an appropriate amount of a binder and the like, kneaded, granulated, and then fired by a method such as injection molding to form a heating resistor. Can be a body. A lead wire made of a metal such as W is attached to a predetermined position of the molded body.

【0020】その後、この成形体を、基体用原料粉末に
埋入する。その方法としては、基体用原料粉末を圧粉し
た半割型を2個用意し、これらの半割型の間の所定位置
に成形体を載置した後、プレス成形する方法等が挙げら
れる。次いで、これらを一体に50〜120気圧程度に
加圧することにより、基体の形状を有する粉末成形体に
発熱抵抗体となる成形体が埋設されたセラミックヒータ
成形体が得られる。このセラミックヒータ成形体を、黒
鉛製等の加圧用ダイスに収納し、これを焼成炉に収容
し、所定の温度で所要時間、ホットプレス焼成すること
により、セラミックヒータを製造することができる。焼
成温度及び焼成時間は特に限定されないが、焼成温度は
1700〜1850℃、特に1800〜1850℃、焼
成時間は30〜180分、特に60〜120分とするこ
とができる。
Thereafter, the formed body is embedded in the base material powder. As the method, there is a method of preparing two half molds obtained by compacting the base material powder, placing a compact at a predetermined position between these half molds, and then press molding. Then, these are integrally pressurized to about 50 to 120 atm to obtain a ceramic heater molded body in which a molded body serving as a heating resistor is embedded in a powder molded body having the shape of a base. The ceramic heater molded body is housed in a pressing die made of graphite or the like, housed in a firing furnace, and hot-pressed at a predetermined temperature for a required time to manufacture a ceramic heater. The firing temperature and the firing time are not particularly limited, but the firing temperature can be 1700 to 1850 ° C, particularly 1800 to 1850 ° C, and the firing time can be 30 to 180 minutes, particularly 60 to 120 minutes.

【0021】第4発明のグロープラグは、第1乃至第3
発明のセラミックヒータを備えることを特徴とする。こ
のグロープラグでは、組み込まれたセラミックヒータが
優れた耐久性を有し、特に、ヒータを急速に昇温させた
場合にも、十分な耐久性が損なわれることがない。従っ
て、ガソリンエンジン並みの始動性を確保するためのグ
ロープラグとしても有用である。
The glow plug according to the fourth aspect of the present invention includes the first to third glow plugs.
It is characterized by comprising the ceramic heater of the invention. In this glow plug, the built-in ceramic heater has excellent durability. In particular, even when the heater is rapidly heated, sufficient durability is not impaired. Therefore, it is also useful as a glow plug for ensuring the same startability as a gasoline engine.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明のセラミックヒータ
及びそれを備えるグロープラグを実施例により更に詳し
く説明する。 (1)セラミックヒータの作製 86重量%の窒化珪素原料粉末に、焼結助剤として、1
0重量%のEr23粉末及び4重量%のSiO2粉末を
配合して絶縁成分用原料とした。この絶縁成分用原料4
0重量%と導電成分用原料であるWC粉末60重量%と
を、72時間湿式混合した後、乾燥し、混合粉末を得
た。その後、この混合粉末とバインダーとを混練機に投
入し、4時間混練した。次いで、得られた混練物を裁断
してペレット状とし、これを射出成型機に投入してタン
グステン製のリード線が両端縁に嵌合され、接続された
U字状の発熱抵抗体となる成形体を得た。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the ceramic heater of the present invention and a glow plug having the same will be described in more detail with reference to examples. (1) Preparation of ceramic heater To 86 wt% of silicon nitride raw material powder, 1
0% by weight of Er 2 O 3 powder and 4% by weight of SiO 2 powder were blended to obtain a raw material for an insulating component. This insulating material 4
0% by weight and 60% by weight of WC powder as a raw material for a conductive component were wet-mixed for 72 hours, and then dried to obtain a mixed powder. Thereafter, the mixed powder and the binder were put into a kneader and kneaded for 4 hours. Next, the obtained kneaded material is cut into pellets, which are then put into an injection molding machine, and tungsten lead wires are fitted to both end edges to form a connected U-shaped heating resistor. I got a body.

【0023】一方、84重量%の窒化珪素原料粉末に、
焼結助剤として10重量%のEr23粉末、4重量%の
SiO2粉末及び2重量%のMoSi2粉末を配合し、4
0時間湿式混合したものをスプレードライヤー法によっ
て造粒し、この造粒物を圧粉した2個の半割型を用意し
た。その後、発熱抵抗体となる成形体を2個の半割型の
間の所定位置に載置し、プレス成形して埋入した後、こ
れらを70気圧の圧力で一体に加圧し、未焼成のセラミ
ックヒータを得た。次いで、この未焼成のセラミックヒ
ータを600℃で仮焼してバインダーを除去し、仮焼体
を得た。その後、この仮焼体を黒鉛製の加圧用ダイスに
セットし、窒素雰囲気下、1800℃で1.5時間、ホ
ットプレス焼成し、セラミックヒータを作製した。
On the other hand, 84% by weight of silicon nitride raw material powder
As a sintering aid, 10% by weight of Er 2 O 3 powder, 4% by weight of SiO 2 powder and 2% by weight of MoSi 2 powder are blended.
The mixture obtained by wet mixing for 0 hour was granulated by a spray drier method, and two half molds obtained by pressing the granulated material were prepared. Thereafter, the molded body to be the heating resistor is placed at a predetermined position between the two half molds, press-molded and embedded, and then pressurized integrally at a pressure of 70 atm. A ceramic heater was obtained. Next, the unfired ceramic heater was calcined at 600 ° C. to remove the binder, and a calcined body was obtained. Thereafter, the calcined body was set in a graphite pressing die and baked under a nitrogen atmosphere at 1800 ° C. for 1.5 hours to produce a ceramic heater.

【0024】(2)セラミックヒータ及びこのヒータを
組み込んだグロープラグの構成 図1は、セラミックヒータの発熱抵抗体の端縁とリード
線との嵌合部を表す縦断面図である。基体11に埋設さ
れた発熱抵抗体12の端縁121a、121bには、タ
ングステンからなるリード線13a、13bが嵌合され
ている。dはリード線13aの嵌合長さである。
(2) Structure of Ceramic Heater and Glow Plug Incorporating This Heater FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a fitting portion between an end of a heating resistor of a ceramic heater and a lead wire. Lead wires 13a and 13b made of tungsten are fitted to the edges 121a and 121b of the heating resistor 12 embedded in the base 11. d is the fitting length of the lead wire 13a.

【0025】図2は、セラミックヒータの縦断面図であ
る。セラミックヒータ1は、基体11、発熱抵抗体12
及びリード線13a、13bにより構成されている。基
体11は窒化珪素焼結体からなり、埋設される発熱抵抗
体12、及びリード線13a、13bは、この基体11
によって保護されている。発熱抵抗体12はU字形の棒
状体からなり、基体11に埋設される形態で配設されて
いる。この発熱抵抗体12には、導電成分及び絶縁成分
が含有されている。また、Wからなるリード線13a、
13bは、外部からセラミックヒータ1に供給される電
力を基体11に埋設される発熱抵抗体12へ給電できる
ように、それぞれその一端は基体11の表面に位置し、
他端は発熱抵抗体12の両端縁121a、121bに嵌
合されている。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the ceramic heater. The ceramic heater 1 includes a base 11, a heating resistor 12,
And the lead wires 13a and 13b. The base 11 is made of a silicon nitride sintered body, and the buried heating resistor 12 and the lead wires 13a and 13b are
Protected by The heating resistor 12 is formed of a U-shaped rod and is embedded in the base 11. The heating resistor 12 contains a conductive component and an insulating component. Also, a lead wire 13a made of W,
13b, one end of each of them is located on the surface of the base 11 so that electric power supplied from outside to the ceramic heater 1 can be supplied to the heating resistor 12 embedded in the base 11.
The other end is fitted to both end edges 121a and 121b of the heating resistor 12.

【0026】図3は、このセラミックヒータを組み込ん
だグロープラグの縦断面図である。グロープラグ2は、
発熱する部位である先端側にセラミックヒータ1を備え
る。セラミックヒータ1は、金属製の固定筒21に貫装
され、この固定筒21は外筒22の先端部に保持され
る。このグロープラグの抗折強度及び耐久性を以下の方
法により評価した。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a glow plug incorporating the ceramic heater. Glow plug 2
A ceramic heater 1 is provided on the tip side, which is a portion that generates heat. The ceramic heater 1 is inserted through a metal fixed cylinder 21, and the fixed cylinder 21 is held at the tip of an outer cylinder 22. The bending strength and durability of this glow plug were evaluated by the following methods.

【0027】(3)抗折強度及び耐久性の評価 抗折強度;JIS R 1601に準じて3点曲げ強
度を測定した。スパンは12mmとし、クロスヘッド速
度は0.5mm/分とした。 1400℃冷熱耐久性;発熱抵抗体に通電し、セラミ
ックヒータの表面において最高温となる部位の温度を1
400℃とし、通電を1分間継続した後、通電を1分間
停止し、この通電と通電の停止とを繰り返した。 急速昇温耐久性;発熱抵抗体に通電し、セラミックヒ
ータの表面において最高温となる部位の温度を2秒間で
1000℃にまで昇温させた後、通電を30秒間停止
し、この通電と通電の停止とを繰り返した。結果を表1
に併記する。
(3) Evaluation of flexural strength and durability Flexural strength: A three-point bending strength was measured in accordance with JIS R1601. The span was 12 mm and the crosshead speed was 0.5 mm / min. 1400 ° C. cold / heat durability; energizing the heating resistor and setting the temperature of the highest temperature portion on the surface of the ceramic heater to 1
After setting the temperature to 400 ° C. and continuing the energization for 1 minute, the energization was stopped for 1 minute, and this energization and the stop of the energization were repeated. Rapid temperature rise endurance: After energizing the heating resistor and raising the temperature of the highest temperature portion of the surface of the ceramic heater to 1000 ° C. in 2 seconds, energizing is stopped for 30 seconds, and energizing and energizing are stopped. And the stop was repeated. Table 1 shows the results
It is described together.

【0028】[0028]

【表1】 [Table 1]

【0029】この表1のヒータ露出長さは図3における
Dであり、グロープラグ2のセラミックヒータ1が貫装
されている金属製の固定筒21の端面から露出している
セラミックヒータ1の先端側の長さである。抗折強度と
耐久性の評価は、露出長さが9mmであり、嵌合長さが
0.5〜7mmである場合(実験例1〜5)、露出長さ
が12mmであり、嵌合長さが0.5〜7mmである場
合(実験例6〜10)及び加速試験として露出長さが2
3mmであり、嵌合長さが0.5〜7mmである場合
(実験例11〜15)について行った。
The exposed length of the heater in Table 1 is D in FIG. 3, and the tip of the ceramic heater 1 exposed from the end face of the metal fixed cylinder 21 in which the ceramic heater 1 of the glow plug 2 is inserted. Side length. The bending strength and durability were evaluated as follows: when the exposed length was 9 mm and the fitting length was 0.5 to 7 mm (Experimental Examples 1 to 5), the exposed length was 12 mm, and the fitting length was 12 mm. Is 0.5 to 7 mm (Experimental Examples 6 to 10) and the exposed length is 2 as an acceleration test.
3 mm and the fitting length was 0.5 to 7 mm (Experimental Examples 11 to 15).

【0030】尚、嵌合部の近縁において発生する熱は、
固定筒21により吸収されるため、耐久性の評価におい
ては露出長さが短いほど穏やかな条件となり、長いほど
厳しい条件となる。露出長さが9mmである場合は、発
熱抵抗体の端面が固定筒の内部に少し入り込んだ位置に
あり、露出長さが12mmである場合は、発熱抵抗体の
端面が固定筒の端面と少し離間した位置にあり、露出長
さが23mmである場合は、発熱抵抗体の端面が固定筒
の端面とかなり離間した位置にある。そのため、露出長
さが23mmである場合は、固定筒による熱の吸収がほ
とんどなく、非常に厳しい試験条件となる。しかし、実
用上、このようなグロープラグはなく、実験例11〜1
5は加速試験となる。
The heat generated in the vicinity of the fitting portion is
Since the light is absorbed by the fixed cylinder 21, in the evaluation of the durability, the shorter the exposed length, the gentler the condition, and the longer the exposed length, the more severe the condition. When the exposed length is 9 mm, the end face of the heating resistor is located at a position slightly entering the inside of the fixed cylinder, and when the exposed length is 12 mm, the end face of the heating resistor is slightly spaced from the end face of the fixed barrel. In a case where the end surface of the heating resistor is located far away from the end surface of the fixed cylinder when the exposed length is 23 mm, the end surface of the heating resistor is located far away from the end surface of the fixed cylinder. Therefore, when the exposed length is 23 mm, the heat is hardly absorbed by the fixed cylinder, which is a very severe test condition. However, practically, there is no such a glow plug, and experimental examples 11 to 1
5 is an accelerated test.

【0031】表1の結果によれば、ヒータの露出長さが
9mm又は12mmであり、嵌合長さが1〜5mmであ
る実験例2〜4及び実験例7〜9では、1400℃冷熱
耐久性は14820サイクル以上であり、急速昇温耐久
性は12903サイクル以上であって、露出長さが12
mmと長い場合であっても、非常に優れた耐久性を有し
ていることが分かる。また、抗折強度も、最小値が72
6〜924MPaであり、最大値が1065〜1103
MPaであって、十分な強度であるとともに、ばらつき
も小さいことが分かる。一方、嵌合長さが0.5mmで
ある実験例1及び6では1400℃冷熱耐久性が低下
し、嵌合長さが7mmである実験例5及び10では急速
昇温耐久性が低下し、抗折強度もばらつくことが分か
る。尚、露出長さが23mmである場合は、耐久性、特
に1400℃冷熱耐久性が低下するが、それでも本発明
に含まれる実験例12〜14では、7568サイクルま
では断線せず、実験例11に比べ、優れている。また、
実験例15では、急速昇温耐久性が大きく低下している
が、本発明に含まれる実験例12〜14では、1000
0サイクルで断線せず、実験例15に比べて非常に耐久
性に優れている。
According to the results shown in Table 1, in Examples 2 to 4 and Examples 7 to 9 in which the exposed length of the heater was 9 mm or 12 mm and the fitting length was 1 to 5 mm, the heat resistance was 1400 ° C. The durability is 14820 cycles or more, the rapid temperature rise durability is 12903 cycles or more, and the exposed length is 12
It can be seen that even if the length is as long as mm, it has very excellent durability. Further, the minimum value of the bending strength is 72.
6 to 924 MPa, and the maximum value is 1065 to 1103
MPa, which indicates that the strength is sufficient and the variation is small. On the other hand, in Experimental Examples 1 and 6 in which the fitting length is 0.5 mm, the cooling / heating durability at 1400 ° C. decreases, and in Experimental Examples 5 and 10 in which the fitting length is 7 mm, the rapid temperature rise durability decreases, It can be seen that the bending strength also varies. When the exposed length is 23 mm, the durability, particularly the durability against cold and heat at 1400 ° C., is reduced. However, in Experimental Examples 12 to 14 included in the present invention, the wire is not disconnected until 7568 cycles. Excellent compared to. Also,
In Experimental Example 15, the rapid temperature rise durability was significantly reduced.
There is no disconnection at 0 cycle, and the durability is much higher than that of Experimental Example 15.

【0032】尚、本発明においては、上記の実施例に限
られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更
した実施例とすることができる。即ち、本発明のセラミ
ックヒータはグロープラグばかりでなく、暖房用等の各
種ヒータにも使用することができる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, but may be variously modified within the scope of the present invention depending on the purpose and application. That is, the ceramic heater of the present invention can be used not only for a glow plug but also for various heaters for heating and the like.

【0033】[0033]

【発明の効果】第1発明によれば、耐久性に優れ、抗折
強度のばらつきが小さく、信頼性の高いセラミックヒー
タとすることができる。特に、第2発明によれば、急速
に昇温させ得るヒータとすることができ、第3発明のよ
うに、特定の速度で急速昇温させた場合においても、優
れた耐久性を有するセラミッヒータとすることができ
る。また、第4発明によれば、第1乃至第3発明のセラ
ミックヒータを備え、特に、急速昇温させる必要がある
場合においても、十分に優れた特性を有するグロープラ
グとすることができる。
According to the first aspect of the present invention, a highly reliable ceramic heater having excellent durability, small variation in bending strength, and high reliability can be obtained. In particular, according to the second invention, a heater capable of rapidly increasing the temperature can be provided, and even when the temperature is rapidly increased at a specific speed as in the third invention, the ceramic heater has excellent durability. It can be. Further, according to the fourth invention, a glow plug having the ceramic heaters of the first to third inventions and having sufficiently excellent characteristics can be obtained, especially when it is necessary to rapidly raise the temperature.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】発熱抵抗体の端縁とリード線との嵌合部を表す
縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a fitting portion between an end edge of a heating resistor and a lead wire.

【図2】セラミックヒータを説明するための縦断面図で
ある。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view for explaining a ceramic heater.

【図3】セラミックヒータを組み込んだグロープラグの
縦断面図である。
FIG. 3 is a vertical sectional view of a glow plug incorporating a ceramic heater.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1;セラミックヒータ、11、基体、12;発熱抵抗
体、121a、121b;発熱抵抗体の端縁、13a、
13b;リード線、d;嵌合長さ、D;露出長さ、2;
グロープラグ、21;固定筒、22;外筒。
1; ceramic heater, 11, base, 12; heating resistor, 121a, 121b; edge of heating resistor, 13a,
13b; lead wire, d; fitting length, D; exposed length, 2;
Glow plug, 21; fixed cylinder, 22; outer cylinder.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 発熱抵抗体及び該発熱抵抗体の端縁に嵌
合されるリード線並びに該発熱抵抗体と該リード線とが
埋設される基体を備えるセラミックヒータにおいて、該
リード線の嵌合長さが1〜5mmであることを特徴とす
るセラミックヒータ。
1. A ceramic heater comprising a heating resistor, a lead wire fitted to an edge of the heating resistor, and a base in which the heating resistor and the lead wire are embedded. A ceramic heater having a length of 1 to 5 mm.
【請求項2】 昇温速度を300℃/秒以上とすること
ができる請求項1記載のセラミックヒータ。
2. The ceramic heater according to claim 1, wherein the rate of temperature rise can be 300 ° C./second or more.
【請求項3】 上記発熱抵抗体に2秒間通電し、上記セ
ラミックヒータの表面において最高温となる部位の温度
を1000℃とした後、通電を30秒間停止し、この通
電と通電の停止とを10000サイクル繰り返した場合
に、上記発熱抵抗体に断線を生ずることのない請求項1
又は2記載のセラミックヒータ。
3. The heating resistor is energized for 2 seconds, the temperature of the highest temperature portion on the surface of the ceramic heater is set to 1000 ° C., and then the energization is stopped for 30 seconds. 2. The heating resistor according to claim 1, wherein no disconnection occurs when 10,000 cycles are repeated.
Or the ceramic heater according to 2.
【請求項4】 請求項1乃至3のうちのいずれか1項に
記載のセラミックヒータを備えることを特徴とするグロ
ープラグ。
4. A glow plug comprising the ceramic heater according to claim 1. Description:
JP30894599A 1999-10-29 1999-10-29 Ceramic heater and glow plug equipped with it Pending JP2001132947A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30894599A JP2001132947A (en) 1999-10-29 1999-10-29 Ceramic heater and glow plug equipped with it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30894599A JP2001132947A (en) 1999-10-29 1999-10-29 Ceramic heater and glow plug equipped with it

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001132947A true JP2001132947A (en) 2001-05-18

Family

ID=17987156

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP30894599A Pending JP2001132947A (en) 1999-10-29 1999-10-29 Ceramic heater and glow plug equipped with it

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001132947A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100288747A1 (en) * 2007-10-29 2010-11-18 Kyocera Corporation Ceramic heater and glow plug provided therewith
US20110114622A1 (en) * 2008-02-20 2011-05-19 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ceramic heater and glow plug

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100288747A1 (en) * 2007-10-29 2010-11-18 Kyocera Corporation Ceramic heater and glow plug provided therewith
US20110114622A1 (en) * 2008-02-20 2011-05-19 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ceramic heater and glow plug
US8378273B2 (en) * 2008-02-20 2013-02-19 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ceramic heater and glow plug

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPWO2007013497A1 (en) Brazing structure, ceramic heater and glow plug
JP4851570B2 (en) Glow plug
KR101470781B1 (en) Ceramic heater element, ceramic heater, and glow plug
EP1054577B1 (en) Heating resistor, heating resistor for use in ceramic heater, and ceramic heater using the same
JP3889536B2 (en) Ceramic heater, method for manufacturing the same, and glow plug including the ceramic heater
JP2003229236A (en) Production method of ceramic heater and production method of glow plug
JP3766786B2 (en) Ceramic heater and glow plug including the same
JP4699816B2 (en) Manufacturing method of ceramic heater and glow plug
JP4546756B2 (en) Ceramic heater and glow plug
JP3664567B2 (en) Ceramic heater and ceramic glow plug
JP2001132947A (en) Ceramic heater and glow plug equipped with it
JP3962216B2 (en) Ceramic heater and glow plug provided with the same
JP2004259610A (en) Ceramic heater, manufacturing method thereof, and glow plug
JP2002124365A (en) Ceramic heater and its manufacturing method
JP2002289327A (en) Ceramic heater and glow plug equipped with the same
JP3807813B2 (en) Ceramic heater and ceramic glow plug
JP3874581B2 (en) Ceramic heater and glow plug using the same
JP3160226B2 (en) Ceramic heater
JP2001132949A (en) Ceramic heater and glow plug
JP3903458B2 (en) Ceramic heater and glow plug including the same
JP4262847B2 (en) Ceramic heater and glow plug including the same
JP4597352B2 (en) Ceramic heater
JP3877532B2 (en) Ceramic heater and glow plug including the same
JP3689526B2 (en) Ceramic heater
JP2000173749A (en) Ceramic heater heating resistor, ceramic heater, and manufacture of ceramic heater

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060323

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060418

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060616

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20060725

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060919

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20061102

A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20061124

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20080819