JP2001241660A - Ceramic heater and glow plug using the ceramic heater - Google Patents

Ceramic heater and glow plug using the ceramic heater

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JP2001241660A
JP2001241660A JP2000053101A JP2000053101A JP2001241660A JP 2001241660 A JP2001241660 A JP 2001241660A JP 2000053101 A JP2000053101 A JP 2000053101A JP 2000053101 A JP2000053101 A JP 2000053101A JP 2001241660 A JP2001241660 A JP 2001241660A
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shaped
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孝哉 吉川
Masaya Ito
正也 伊藤
Masahiro Konishi
雅弘 小西
Shindo Watanabe
進道 渡辺
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a ceramic heater capable of preventing a local overheat of a ceramic heating element arranged in the heater and having excellent durability and becoming the highest temperature on a surface of an end of the heater. SOLUTION: The ceramic heater 1 comprises an axial bar-like ceramic base 13 and a ceramic heating element 10 embedded in the base 14 to be resistance- heated. In this case, the element 10 is increased in an area of a bore side by forming a cross sectional shape of a top 10c of a U-shaped directional converter 10a, thereby dispersing a part becoming the highest temperature.

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、ディーゼルエンジ
ン用のグロープラグに使用されるセラミックヒータ及び
そのセラミックヒータが使用されるグロープラグに関す
る。さらに詳しくは、セラミックヒータ内に配設された
セラミック発熱体による抵抗発熱によってセラミックヒ
ータ表面の最高温度となる部分を先端に近付ける技術に
関するものである。
The present invention relates to a ceramic heater used for a glow plug for a diesel engine and a glow plug using the ceramic heater. More specifically, the present invention relates to a technique for bringing a portion having the highest temperature on the surface of a ceramic heater close to a tip by resistance heat generated by a ceramic heating element disposed in the ceramic heater.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、セラミックグロープラグに使
用されるセラミックヒータとして、絶縁性セラミック基
体に対し、通電により抵抗発熱するU字状をした方向変
換部を有するセラミック発熱体を埋設する構成を有する
ものが知られている。そして、セラミック発熱体には、
その通電のために端部側において線状の電極の一端が埋
設されている。このセラミックヒータは、例えば、下記
のようにして製造されている。即ち、まず、射出成形等
により、焼成後にセラミック発熱体となるU字形の導電
性セラミック粉末成形体と電極との一体成形体を作る。
このときU字形の部分は、ほぼ同一外径のロッド状に形
成されている。一方、これとは別に、上記一体成形体を
収容するための凹部がその合わせ面に形成され、焼成後
にセラミック基体となる分割予備成形体を、基体セラミ
ック粉末を用いてプレス成形等により作製する。次に上
記凹部に一体成形体を収容して分割予備成形体を型合わ
せした後、これらを金型を用いてプレス・一体化するこ
とにより複合成形体を得る。ここで、そのプレス方向
は、分割予備成形体の合わせ面とほぼ直角に設定され
る。こうして得られた複合成形体に対し、上記プレス方
向と直角方向、即ち、合わせ面方向に加圧しながら焼成
を行うホットプレス処理が施され、さらに得られた焼成
体の外周面に研磨を施すことによりセラミックヒータが
得られる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a ceramic heater used for a ceramic glow plug, a ceramic heater having a U-shaped direction change portion which generates resistance heat by energization is embedded in an insulating ceramic base. Things are known. And the ceramic heating element
One end of a linear electrode is buried on the end side for the current supply. This ceramic heater is manufactured, for example, as follows. That is, first, an integral molded body of a U-shaped conductive ceramic powder molded body that becomes a ceramic heating element after firing and an electrode is formed by injection molding or the like.
At this time, the U-shaped portion is formed in a rod shape having substantially the same outer diameter. On the other hand, separately from this, a concave portion for accommodating the above-mentioned integrally formed body is formed on the mating surface, and a divided preformed body which becomes a ceramic base after firing is produced by press molding or the like using base ceramic powder. Next, after accommodating the integrally formed body in the concave portion, the divided preformed bodies are matched with each other, and then they are pressed and integrated using a mold to obtain a composite formed body. Here, the pressing direction is set substantially perpendicular to the mating surface of the divided preform. The composite molded body thus obtained is subjected to a hot press treatment of baking while pressing in a direction perpendicular to the pressing direction, that is, in the direction of the mating surface, and further polishing the outer peripheral surface of the obtained fired body. Thus, a ceramic heater is obtained.

【0003】このようにホットプレスされることによっ
て作製されたセラミックヒータは、内部のセラミック発
熱体がホットプレス時のプレス方向に潰れた形状にな
る。しかし、U字状の方向変換部の頂部は、プレス方向
が断面に対して垂直方向であるために、焼成前の導電性
セラミック粉末成形体の形状と相似形になる。つまり、
焼成前は、U字形のロッド状に形成されているため、ホ
ットプレス焼成後においても円形を保つことになる。
A ceramic heater manufactured by hot pressing in this way has a shape in which an internal ceramic heating element is crushed in a pressing direction at the time of hot pressing. However, since the pressing direction is perpendicular to the cross section, the top of the U-shaped direction changing portion has a shape similar to the shape of the conductive ceramic powder molded body before firing. That is,
Before baking, it is formed in a U-shaped rod shape, so that it keeps a circular shape even after baking hot press.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
セラミックヒータ内部におけるセラミック発熱体の発熱
状態をFEM解析したところ、U字状の方向変換部の頂
部内径側において局所的な微小部分に集中発熱している
ことが分かり、U字状の方向変換部の頂部中間から外径
側においてはまったくと言って良いほどに発熱していな
いことが分かった。このため、セラミックヒータ表面
は、最高温度となる部分が先端ではなく、線状の電極の
一端が埋設された端部側に寄った部分が最高温度になっ
ていたのである。その結果、セラミックヒータ先端の昇
温特性が若干劣っていたり、無駄な電力を消費したり、
局所的な微小部分で発熱が集中するためにその部分でク
ラックが発生する可能性が高くなることから耐久性の上
で問題が生じることが予想される。
When the heat generation state of the ceramic heating element inside the conventional ceramic heater as described above was analyzed by FEM, it was found that the heat was concentrated on a local small portion on the inner diameter side at the top of the U-shaped direction changing portion. It was found that heat was generated, and it was found that heat was not generated at all from the middle of the top of the U-shaped direction changing portion to the outer diameter side. For this reason, on the surface of the ceramic heater, the highest temperature is not the tip, but the highest temperature is the portion closer to the end where one end of the linear electrode is embedded. As a result, the temperature rise characteristics of the tip of the ceramic heater are slightly inferior,
Since heat is concentrated in a local minute portion, a crack is likely to be generated in that portion, so that it is expected that a problem will occur in durability.

【0005】一例として、従来のセラミックヒータの先
端温度分布を、FEM解析によって算出した結果を図1
4及び図15に示す。図15は、セラミックヒータ内部
の断面をとったときの単位体積あたりの発熱量分布を示
したものであって、発熱の低い部分を黒で表し、白くな
るほど発熱量が多くなっていることを表している。この
解析結果によると、頂部の内径側のみが発熱することに
よって、この部分から熱が各部に拡散していくものと考
えられる。また、図14は、横軸をセラミックヒータの
最先端位置0として、この位置から端部方向に表面に沿
った距離を示し、縦軸をその距離における温度を示した
ものである。この解析結果から上述したように、セラミ
ックヒータ表面の最高温度となる部分が先端ではなく、
端部側に寄った部分であることが分かる。
[0005] As an example, FIG. 1 shows the result of calculating the temperature distribution of the tip of a conventional ceramic heater by FEM analysis.
4 and FIG. FIG. 15 shows a calorific value distribution per unit volume when a cross section of the inside of the ceramic heater is taken, where a low heat generating portion is represented by black, and the whiter the greater the calorific value is. ing. According to this analysis result, it is considered that heat is generated only on the inner diameter side of the top portion, and heat is diffused from this portion to each portion. In FIG. 14, the abscissa indicates the distance along the surface from the position to the end, with the foremost position 0 of the ceramic heater, and the ordinate indicates the temperature at that distance. As described above from this analysis result, the highest temperature portion of the ceramic heater surface is not the tip,
It can be seen that the portion is closer to the end.

【0006】本発明の課題は、セラミックヒータ内に配
設されたセラミック発熱体の局所的な発熱を防止でき、
セラミックヒータの先端表面が最高温度になる優れた耐
久性を有するセラミックヒータ及びその様なセラミック
ヒータを使用するグロープラグを提供することにある。
An object of the present invention is to prevent local heating of a ceramic heating element provided in a ceramic heater,
It is an object of the present invention to provide a ceramic heater having excellent durability in which the tip surface of the ceramic heater has the highest temperature and a glow plug using such a ceramic heater.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段及び作用・効果】第1の発
明のセラミックヒータは、軸線方向棒状のセラミック基
体と、該セラミック基体の内部に埋設され、自身の端部
側から通電されることにより抵抗発熱するセラミック発
熱体とを備えたセラミックヒータにおいて、前記セラミ
ック発熱体は、U字状の方向変換部を備えるとともに、
該方向変換部の頂部横断面形状は、幅bと厚みcとが、
b>cの関係を満足することを特徴とする。
The ceramic heater according to the first aspect of the present invention has an axial rod-shaped ceramic base, and is buried inside the ceramic base and is energized from its own end side. A ceramic heating element having resistance heating and a ceramic heating element, wherein the ceramic heating element includes a U-shaped direction changing portion,
The top cross-sectional shape of the direction changing portion has a width b and a thickness c,
It is characterized by satisfying the relationship of b> c.

【0008】従来構造のセラミックヒータが上述したよ
うな温度分布になっているのは、以下のようなことが原
因と考えられる。即ち、セラミックヒータに設けられた
電極部に電圧を印加すると、セラミック発熱体中を電流
が流れる。しかし、この電流は、セラミック発熱体の断
面全体にわたって均一に流れるわけではなく、セラミッ
ク発熱体中の抵抗の低い部分を集中して流れることにな
る。図15に示すセラミック発熱体のうち直線状の部分
100bは、ほぼ均一に電流が流れる。しかし、方向変
換部100aの頂部100c付近においては、外径側は
セラミック発熱体内でも経路が長いために抵抗値が高く
なることから、外径側には電流が流れ難い。この結果、
経路の短い、即ち、抵抗値の低い内径側に電流が集中し
て流れてしまうものと考えられる。従来構造のセラミッ
クヒータ内に配設されたセラミック発熱体は、頂部10
0c付近の断面形状が円形であるため、上述したような
抵抗値の低い内径側に電流が集中するのである。
The reason why the temperature distribution of the conventional ceramic heater has the above-described temperature distribution is considered to be as follows. That is, when a voltage is applied to the electrode portion provided on the ceramic heater, a current flows through the ceramic heating element. However, this current does not flow uniformly over the entire cross section of the ceramic heating element, but flows intensively in a low resistance portion in the ceramic heating element. In the linear heating portion 100b of the ceramic heating element shown in FIG. 15, the current flows almost uniformly. However, in the vicinity of the top 100c of the direction changing portion 100a, since the resistance value becomes high on the outside diameter side because the path is long even in the ceramic heating element, current hardly flows on the outside diameter side. As a result,
It is considered that the current concentrates and flows on the short path, that is, on the inner diameter side where the resistance value is low. The ceramic heating element disposed in the ceramic heater of the conventional structure has a top 10
Since the cross-sectional shape near 0c is circular, the current concentrates on the inner diameter side having the lower resistance value as described above.

【0009】従って、第1の発明のように方向変換部の
頂部横断面形状を、幅bと厚みcとが、b>cの関係を
満足する様な構成にすることによって、抵抗値の低い内
径側の面積を増大させることができるのである。この部
分の面積を増大させることができるため、電流の集中を
分散させることができる。この結果、局所的な発熱を緩
和することができるために、熱の拡散性も良くなり、セ
ラミックヒータ先端の昇温特性を改善することができる
とともに、無駄な電力消費を抑制することもできる。ま
た、局所的な微小部分での発熱を緩和できることから、
その部分でクラックの発生を防止することができる。な
お、本明細書において頂部とは、図3に示すようにU字
状のセラミック発熱体を正面から見た場合に、U字幅H
の中心を基準にしてH×3%の部分を言うものとする。
Therefore, by forming the top cross-sectional shape of the direction changing portion such that the width b and the thickness c satisfy the relationship of b> c as in the first invention, the resistance value is low. The area on the inner diameter side can be increased. Since the area of this portion can be increased, the concentration of current can be dispersed. As a result, since local heat generation can be reduced, the heat diffusivity is improved, and the temperature rise characteristics at the tip of the ceramic heater can be improved, and wasteful power consumption can be suppressed. In addition, since it is possible to alleviate the heat generated by local minute parts,
Cracks can be prevented from occurring at that portion. In addition, in this specification, when the U-shaped ceramic heating element is viewed from the front as shown in FIG.
H × 3% based on the center of

【0010】第2の発明のセラミックヒータは、軸線方
向棒状のセラミック基体と、このセラミック基体の内部
に埋設され、自身の端部側から通電されることにより抵
抗発熱するセラミック発熱体とを備えたセラミックヒー
タにおいて、セラミック発熱体は、U字状の方向変換部
を備えるとともに、この方向変換部の頂部横断面形状に
おける幅bよりも基部側の幅b’がb>b’の関係を満
足する部分を有することを特徴とする。
[0010] A ceramic heater according to a second aspect of the present invention comprises a ceramic base in the form of a rod in the axial direction, and a ceramic heating element buried inside the ceramic base and which generates resistance by being energized from its end. In the ceramic heater, the ceramic heating element includes a U-shaped direction changing portion, and a width b 'on the base side of the direction changing portion on the top side cross-sectional shape in the top cross-sectional shape satisfies the relationship of b>b'. Characterized by having a portion.

【0011】従来構造のセラミックヒータ内に配設され
たセラミック発熱体は、上述したように焼成前において
U字形の部分をほぼ同一の径のロッド状にしていたた
め、焼成後においてもU字状の部分の幅がほぼ一定であ
った。このため、焼成後において円形断面になる頂部で
は、内径側において局所的な発熱をしてしまうのであ
る。内径側の面積を増大させる方法としては、上述の第
1発明のような形状にする方法であってもよいが、頂部
での断面形状がたとえ円形であったとしても第2発明の
ように頂部での面積を増大させる方法であっても良い。
このように、方向変換部の頂部における幅bよりも貴部
側の幅b’がb>b’の関係を満足することによって上
述のような問題を解消することができるのである。な
お、頂部での断面形状は必ずしも円形に限定されるもの
ではなく、本発明の効果を奏する限りどのような形状で
あっても良い。例えば、半円形状でも良いし、楕円形状
であっても良い。さらに、第1発明と第2発明とを組み
合わせた形状であっても本発明の効果を更に向上させる
ことができるものである。
As described above, the U-shaped portion of the ceramic heating element disposed in the ceramic heater having the conventional structure has a rod shape having substantially the same diameter before firing, so that the U-shaped portion is maintained even after firing. The width of the part was almost constant. For this reason, at the top part having a circular cross section after firing, local heat is generated on the inner diameter side. As a method of increasing the area on the inner diameter side, a method of forming the shape as in the first invention described above may be used. However, even if the cross-sectional shape at the top is circular, as in the second invention, Alternatively, a method of increasing the area in the method may be used.
As described above, the above-mentioned problem can be solved by satisfying the relationship of b> b ′ where the width b ′ on the noble portion side with respect to the width b at the top portion of the direction change portion. Note that the cross-sectional shape at the top is not necessarily limited to a circular shape, but may be any shape as long as the effects of the present invention are exhibited. For example, the shape may be semicircular or elliptical. Further, the effects of the present invention can be further improved even if the shape is a combination of the first invention and the second invention.

【0012】次に、第3の発明のセラミックヒータは、
軸線方向棒状のセラミック基体と、セラミック基体の内
部に埋設され、自身の端部側から通電されることにより
抵抗発熱するセラミック発熱体とを備えたセラミックヒ
ータにおいて、セラミック発熱体は、U字状の方向変換
部を備えるとともに、方向変換部の頂部横断面形状にお
ける幅bの中央60%の範囲における端部側輪郭線と、
端部側輪郭線の中央での接線とで形成される面積Aと、
幅bを直径とする仮想円を、端部側輪郭線の中央で接す
るように描いたときに、中央60%の範囲において仮想
円と接線とで形成される面積A’とが、A’>Aの関係
を満足する部分を有することを特徴とする。このような
構成にすることによって、特に局所的な発熱をしやすい
中央60%の範囲における、内径側の面積を増大させる
ことができる。なお、頂部での断面形状は、本発明の効
果を奏する限りどのような形状であっても良い。例え
ば、長方形や正方形であっても良いし、楕円形状であっ
ても良い。また、図9の様な形状であっても良い。更
に、第1発明から第3発明のいずれか2つを組み合わせ
た形状であっても本発明の効果を更に向上させることが
できるものである。
Next, a ceramic heater according to a third aspect of the present invention comprises:
In a ceramic heater having an axial rod-shaped ceramic base and a ceramic heater buried inside the ceramic base and generating resistance heat when energized from its own end, the ceramic heater is a U-shaped ceramic heater. An end-side contour in a range of 60% of the center of the width b in the top cross-sectional shape of the direction changing unit,
An area A formed by a tangent at the center of the end side contour line;
When an imaginary circle having a width b as a diameter is drawn so as to be in contact with the center of the end-side outline, the area A ′ formed by the imaginary circle and the tangent in a range of 60% of the center is A ′> It has a portion that satisfies the relationship of A. With such a configuration, it is possible to increase the area on the inner diameter side particularly in the range of 60% at the center where local heat is easily generated. The cross-sectional shape at the top may be any shape as long as the effects of the present invention are exhibited. For example, the shape may be a rectangle, a square, or an ellipse. Further, the shape may be as shown in FIG. Further, the effect of the present invention can be further improved even if the shape is a combination of any two of the first to third inventions.

【0013】次に、第4の発明のセラミックヒータは、
頂部横断面形状は、その幅の中央60%の範囲における
端部側輪郭線が単数又は2本の直線によって形成されて
おり、2本の直線によって構成されている場合には、そ
の挟角αが、160゜≦α<180゜であることを特徴
とする。本発明は図7の様な菱形の頂点をR状にした形
状や図9の様な形状に構成されている場合の直線の挟角
αを規定したものである。単数の直線で端部側輪郭線が
形成されている場合には、挟角α=180゜の場合と考
えられるため、αは、160゜≦α≦180゜と考えれ
ば良い。このような構成にすることによって、局所的な
発熱をする頂部内径側の面積をさらに大きくすることが
できることから、本発明の効果をより一層達成しやすく
することができる。また、焼成後にセラミック発熱体と
なるU字形の導電性セラミック粉末成形体と電極との一
体成形体は射出成形等によって成形されるため、作業上
の問題から抜きテーパを作ることが好ましい。この抜き
テーパは1゜程度必要であると考えられることから、端
部側輪郭線の開角αは、α≦178゜であることが好ま
しい。なお、第1発明から第4発明のいずれか2つ以上
を組み合わせた形状であっても本発明の効果を更に向上
させることができるものである。
Next, a ceramic heater according to a fourth aspect of the present invention comprises:
The top-side cross-sectional shape is such that when the end-side contour line in the range of 60% of the center of the width is formed by one or two straight lines, and when it is constituted by two straight lines, the included angle α Is 160 ° ≦ α <180 °. In the present invention, the included angle α of a straight line when the rhombus is formed into an R-shape as shown in FIG. 7 or a shape as shown in FIG. 9 is defined. When the end-side outline is formed by a single straight line, it is considered that the included angle α is 180 °, and thus α may be considered as 160 ° ≦ α ≦ 180 °. With such a configuration, the area on the inner diameter side of the top portion that locally generates heat can be further increased, so that the effects of the present invention can be more easily achieved. In addition, since the integrally formed body of the U-shaped conductive ceramic powder compact and the electrode, which becomes the ceramic heating element after firing, is molded by injection molding or the like, it is preferable to form a taper from the viewpoint of work problems. Since it is considered that this draft taper needs to be about 1 °, it is preferable that the opening angle α of the end side contour line is α ≦ 178 °. The effects of the present invention can be further improved even if the shape is a combination of any two or more of the first to fourth inventions.

【0014】次に、第5の発明のセラミックヒータは、
頂部における厚みcよりも端部側の厚みc’がc<c’
の関係を満足することを特徴とする。このような構成に
することによって、頂部外径側の発熱していない部分を
なくすことができる。従って、頂部内径側の発熱する部
分をセラミックヒータのより先端側に配置することがで
きる。この結果、従来構造のセラミックヒータに比べ
て、最高温度となる位置をより先端に近付けることがで
きるため、セラミックヒータ先端の昇温特性を向上させ
ることができる。
Next, a ceramic heater according to a fifth aspect of the present invention comprises:
The thickness c ′ on the end side with respect to the thickness c at the top is c <c ′
Is satisfied. With such a configuration, it is possible to eliminate a portion on the top outer diameter side where no heat is generated. Therefore, the heat-generating portion on the inner diameter side of the top portion can be arranged at a more distal end side of the ceramic heater. As a result, the position of the highest temperature can be brought closer to the tip as compared with the ceramic heater having the conventional structure, so that the temperature rising characteristic of the tip of the ceramic heater can be improved.

【0015】先端が細径に形成されたセラミックヒータ
は、上述のようなセラミック発熱体の抵抗発熱によっ
て、細径に形成された部分がこのセラミックヒータ表面
の最高温度となる。従って、セラミックヒータ先端の昇
温特性を改善できるとともに、無駄な消費電力を抑制す
ることができる。
In the ceramic heater having a small diameter at the tip, the portion having the small diameter has the highest temperature on the surface of the ceramic heater due to the resistance heating of the ceramic heating element as described above. Therefore, it is possible to improve the temperature rise characteristics of the tip of the ceramic heater and to suppress unnecessary power consumption.

【0016】上述したような、セラミックヒータをディ
ーゼルエンジン用のグロープラグに用いれば、ディーゼ
ルエンジンへの着火特性を改善することが可能になる。
このセラミックヒータ表面の最高温度となる部分が最先
端であるとより好ましい。
If the ceramic heater as described above is used for a glow plug for a diesel engine, it becomes possible to improve the ignition characteristics of the diesel engine.
It is more preferable that the highest temperature portion of the ceramic heater surface be the most advanced.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例を参照しつつ説明する。図1は、本発明に
係るセラミックヒータを使用したグロープラグを、その
内部構造とともに示す。即ち、セラミックグロープラグ
50は、その一端側に設けられたセラミックヒータ1
と、セラミックヒータ1の曲面状に形成された先端2側
が突出するようにその外周面を覆う金属製の外筒3、さ
らにその外筒3をその外側から覆う筒状の金属ハウジン
グ4等を備えている。そして、セラミックヒータ1と外
筒3との間及び外筒3と金属ハウジング4との間は、そ
れぞれろう付けにより接合されている。また、セラミッ
クヒータ1の後端部には、金属線により両端が弦巻ばね
状に形成された結合部材5の一端が外側から嵌合すると
ともに、その他端側は、金属ハウジング4内に挿通され
た金属軸6の一方の端部に嵌着されている。そして、金
属軸6の他方の端部側は金属ハウジング4の外側へ延び
るとともに、その外周面に形成されたネジ部6aにナッ
ト7が螺合し、これを金属ハウジング4に向けて締め付
けることにより、金属軸6が金属ハウジング4に対して
固定されている。また、ナット7と金属ハウジング4と
の間には絶縁ブッシュ8が嵌め込まれている。そして、
金属ハウジング4の外周面には、図示しないエンジンブ
ロックにセラミックグロープラグ50を固定するための
ネジ5aが形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows a glow plug using a ceramic heater according to the present invention, together with its internal structure. That is, the ceramic glow plug 50 is connected to the ceramic heater 1 provided at one end thereof.
A metal outer cylinder 3 that covers the outer peripheral surface of the ceramic heater 1 so that the curved front end 2 protrudes, and a cylindrical metal housing 4 that covers the outer cylinder 3 from outside. ing. The ceramic heater 1 and the outer cylinder 3 and the outer cylinder 3 and the metal housing 4 are respectively joined by brazing. In addition, one end of a coupling member 5, both ends of which are formed in a helical spring shape by a metal wire, is fitted from the outside to the rear end of the ceramic heater 1, and the other end is inserted into the metal housing 4. It is fitted to one end of the metal shaft 6. The other end of the metal shaft 6 extends to the outside of the metal housing 4, and a nut 7 is screwed into a screw portion 6 a formed on the outer peripheral surface of the metal shaft 6. The metal shaft 6 is fixed to the metal housing 4. An insulating bush 8 is fitted between the nut 7 and the metal housing 4. And
Screws 5 a for fixing the ceramic glow plug 50 to an engine block (not shown) are formed on the outer peripheral surface of the metal housing 4.

【0018】セラミックヒータ1は、円柱状の直棒14
部分の先端2を曲面状に形成することによって、直棒1
4部分に対し細径に形成されている。また、セラミック
ヒータ1は、図2に示すように、一方の端部から延びた
後方向変換して他方の端部へ至る方向変換部10aと、
その方向変換部10aの各端部から同方向に延びる2本
の直線部10bとを有するU字状のセラミック発熱体1
0を備え、その各両端部にロッド状の電極部11及び1
2の先端部が埋設される。一方、セラミック発熱体10
は、図3にその全体図及び図7に頂部10cで断面をと
った場合の半断面図に示すような形状をしており、方向
変換部10aと直線部10bとの接続部分において最も断
面積が小さくなっている。この方向変換部10aと直線
部10bとの接続部における幅b’及び厚みc’に対し
て、頂部10cに向かうに従って幅が大きく、かつ厚み
が薄くなる形状になっている。そして、頂部10cで
は、ほぼ菱形の頂点をR状にした断面形状をしている。
The ceramic heater 1 has a cylindrical straight rod 14.
By forming the tip 2 of the portion into a curved surface, the straight rod 1
The four parts are formed to have a small diameter. Further, as shown in FIG. 2, the ceramic heater 1 has a direction changing portion 10a extending from one end and changing direction to reach the other end.
U-shaped ceramic heating element 1 having two linear portions 10b extending in the same direction from each end of the direction changing portion 10a.
And rod-shaped electrode portions 11 and 1 at both ends thereof.
2 are buried. On the other hand, the ceramic heating element 10
3 has a shape as shown in the overall view of FIG. 3 and a half cross-sectional view in which a cross section is taken at the top portion 10c in FIG. 7, and has the largest cross-sectional area at the connection portion between the direction changing portion 10a and the straight portion 10b. Is getting smaller. The width b ′ and the thickness c ′ at the connection between the direction changing portion 10a and the straight portion 10b are shaped such that the width increases and the thickness decreases toward the top 10c. The top portion 10c has a substantially diamond-shaped apex in an R-shaped cross section.

【0019】なお、本実施形態では、方向変換部10a
と直線部10bとの接続部における幅b’及び厚みc’
はそれぞれb’=1.2mm、c’=0.8mmに設定
してある。また、直線部10bにおける幅b”及び厚み
c”はそれぞれb”=2mm、c”=1.2mmに設定
してある。さらに、本実施形態では、頂部10cでの断
面形状のを頂点をR状にしたほぼ菱形の形状に形成した
が、楕円形としても良い。電圧印加の初期にセラミック
ヒータ1の表面での温度がオーバーシュート特性を持つ
ように、方向変換部10aの断面積は直線部10bより
も小さくされているが、方向変換部10aと直線部10
bは、断面積が互いに等しくなるように形成することも
できる。
In this embodiment, the direction changing unit 10a
B ′ and thickness c ′ at the connection between the wire and the straight portion 10b
Are set to b ′ = 1.2 mm and c ′ = 0.8 mm, respectively. The width b ″ and the thickness c ″ of the linear portion 10b are set to b ″ = 2 mm and c ″ = 1.2 mm, respectively. Further, in the present embodiment, the cross-sectional shape at the top 10c is formed in a substantially rhombic shape with an R-shaped apex, but may be elliptical. The cross-sectional area of the direction changing portion 10a is smaller than that of the straight portion 10b so that the temperature on the surface of the ceramic heater 1 has an overshoot characteristic at the initial stage of voltage application.
b can also be formed so that the cross-sectional areas are equal to each other.

【0020】このセラミック発熱体10は、その頂部1
0cがセラミックヒータ1のセラミック基体13の曲面
状に形成された先端2内に位置するように配置されてい
る。なお、頂部10cは、セラミック基体13の最先端
から1〜3mmの範囲、望ましくは0.5〜3mmの範
囲で設定されている。また、各電極部11及び12は、
セラミック基体13中においてセラミック発熱体10か
ら離間する方向に延びるとともに、その一方のもの(1
2)は外筒3内において、他方のもの(11)はセラミ
ック基体13の他方の端部近傍において、それぞれの後
端部がセラミック基体13の表面に露出して、露出部1
2a及び11aを形成している。そして、セラミック発
熱体10に埋設された各先端11b及び12bは、外筒
3の端面3aよりも該外筒3側に入り込むように配置さ
れている。該先端から外筒3の端面3a間での距離が2
〜20mm、望ましくは3〜20mmの範囲で設定され
ている。
The ceramic heating element 10 has a top 1
0c is disposed in the curved front end 2 of the ceramic base 13 of the ceramic heater 1. The top 10c is set in a range of 1 to 3 mm, preferably 0.5 to 3 mm, from the forefront of the ceramic base 13. Further, each of the electrode portions 11 and 12 is
It extends in the direction away from the ceramic heating element 10 in the ceramic base 13 and one of them (1
2) is inside the outer cylinder 3, the other (11) is near the other end of the ceramic base 13, and its rear end is exposed on the surface of the ceramic base 13, and the exposed portion 1 is exposed.
2a and 11a are formed. The tips 11 b and 12 b buried in the ceramic heating element 10 are arranged so as to enter the outer cylinder 3 from the end surface 3 a of the outer cylinder 3. The distance between the tip and the end face 3a of the outer cylinder 3 is 2
2020 mm, preferably 3-20 mm.

【0021】セラミック発熱体は、導電性を有するセラ
ミックス、例えば炭化タングステン(WC)、珪化モリ
ブデン(MoSi)、タングステン(W)、珪化タン
グステン(WSi)などの低抵抗材料と窒化珪素(S
)などの絶縁性材料との複合物等により構成さ
れるが、炭化珪素(SiC)などの半導体セラミックス
を使用することもできる。また、電極部11及び12は
タングステン(W)あるいはタングステン−レニウム
(Re)等の高融点金属材料合金で構成される。なお、
電極部11及び12は、セラミック発熱体10を構成す
る材料群から選ばれた前述の低抵抗材料によって構成し
ても良い。この場合、電極部11及び12は少なくとも
セラミック発熱体10よりも抵抗値を低く設定する。ま
た、本実施形態ではセラミック発熱体10の両端部側に
電極部11及び12を接続したが、セラミック発熱体1
0の両端部を直接セラミック基体13の表面に露出させ
て導通させるようにしても良い。一方、セラミック基体
13は、主に絶縁性のセラミックス、例えばアルミナ
(Al)、シリカ(SiO)、ジルコニア(Z
rO)、チタニア(TiO)、マグネシア(Mg
O)、ムライト(3Al・2SiO)、ジルコ
ン(ZrO・SiO)、コージェライト(2MgO
・2Al・5SiO)、窒化珪素(Si
)、窒化アルミニウム(AlN)等により構成さ
れる。
The ceramic heating element is made of a conductive ceramic, for example, a low-resistance material such as tungsten carbide (WC), molybdenum silicide (MoSi 2 ), tungsten (W), tungsten silicide (WSi 2 ), and silicon nitride (S).
Although it is composed of a composite with an insulating material such as i 3 N 4 ), a semiconductor ceramic such as silicon carbide (SiC) can also be used. The electrode portions 11 and 12 are made of a refractory metal alloy such as tungsten (W) or tungsten-rhenium (Re). In addition,
The electrode portions 11 and 12 may be made of the above-described low-resistance material selected from a material group forming the ceramic heating element 10. In this case, the resistance of the electrode portions 11 and 12 is set to be lower than at least the ceramic heating element 10. In the present embodiment, the electrode portions 11 and 12 are connected to both ends of the ceramic heating element 10.
0 may be directly exposed to the surface of the ceramic base 13 to conduct electricity. On the other hand, the ceramic base 13 is mainly made of insulating ceramics, for example, alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), zirconia (Z
rO 2 ), titania (TiO 2 ), magnesia (Mg
O), mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ), zircon (ZrO 2 · SiO 2), cordierite (2MgO
.2Al 2 O 3 .5SiO 2 ), silicon nitride (Si
3 N 4), constituted by aluminum nitride (AlN) or the like.

【0022】図2において、セラミック基体13の表面
には、その電極部12の露出部12aを含む領域を除い
た部分にガラス(図示せず)を焼き付け、そのガラス層
を介して、セラミック基体13と外筒3とがろう付けに
より接合される。一方、電極部12は、ろう付け時に、
露出部12aとろう材とが直接接合されるため、外筒3
と導通している。また、電極部11の露出部11aを含
む領域にも結合部材5がろう付けされている。このよう
に構成することで、図示しない電源から、金属軸6(図
1)、結合部材5及び電極部11を介してセラミック発
熱体10に対して通電され、さらに電極部12、外筒
3、金属ハウジング4(図1)、及び図示しないエンジ
ンブロックを介して接地される。この通電により、セラ
ミック発熱体10は抵抗発熱することとなる。なお、本
実施形態では電極部12を外筒3内で露出部12aを形
成させたが、外筒3外におけるセラミック基体13中央
部で露出部12aを形成し、コイル状の結合部材を介し
て外筒3にろう付けさせて導通するようにしても良い。
In FIG. 2, glass (not shown) is baked on the surface of the ceramic substrate 13 except for the region including the exposed portion 12a of the electrode portion 12, and the ceramic substrate 13 is baked through the glass layer. And the outer cylinder 3 are joined by brazing. On the other hand, the electrode part 12
Since the exposed portion 12a and the brazing material are directly joined, the outer cylinder 3
It is conducting. The joining member 5 is also brazed to a region including the exposed portion 11a of the electrode portion 11. With this configuration, power is supplied from a power source (not shown) to the ceramic heating element 10 via the metal shaft 6 (FIG. 1), the coupling member 5, and the electrode section 11, and further, the electrode section 12, the outer cylinder 3, It is grounded via a metal housing 4 (FIG. 1) and an engine block (not shown). This energization causes the ceramic heating element 10 to generate resistance heat. In the present embodiment, the exposed portion 12a of the electrode portion 12 is formed inside the outer tube 3. However, the exposed portion 12a is formed at the center of the ceramic base 13 outside the outer tube 3, and the exposed portion 12a is formed via a coil-shaped coupling member. The electrical connection may be made by brazing to the outer cylinder 3.

【0023】ここで、電極部11及び12の各先端11
b及び12bが、外筒3の端面3aよりも該外筒3側に
入り込むように配置することで、電極部11及び12と
セラミック発熱体10との界面部分Pが、セラミックヒ
ータの通電発熱やエンジンからの被熱により膨張/収縮
しやすい外筒3の端面近傍部から離れて位置することと
なり、上記膨張/収縮に伴う外筒3からの圧縮応力が、
該界面部分Pに作用しにくくなる。その結果、該界面部
分Pの近傍においてセラミック発熱体10にクラック等
が発生することを防止ないし抑制することができる。こ
こで、電極部11及び12の各先端11b及び12bか
ら外筒3の端面3aまでの距離lが2mm未満になる
と、上記効果が達成されなくなる場合がある。距離lは
より望ましくは3mm以上に設定するのがよい。一方、
距離lが20mmを超過した場合は、セラミック発熱体
10の外筒3内に存在する長さが長くなり、外筒3とセ
ラミックヒータ1とを接合しているろう材が、発熱体1
0からの発熱を過度に受けて溶融・流出する等の問題が
生ずる場合がある。それ故、距離lは20mm以下に設
定される。
Here, each tip 11 of the electrode portions 11 and 12
By arranging the electrodes b and 12b so as to enter the outer tube 3 side from the end surface 3a of the outer tube 3, the interface portion P between the electrode portions 11 and 12 and the ceramic heating element 10 can reduce the generation of heat generated by the ceramic heater. The outer cylinder 3 is located away from the vicinity of the end face of the outer cylinder 3 which is easily expanded / contracted by heat from the engine, and the compressive stress from the outer cylinder 3 accompanying the expansion / contraction is:
It becomes difficult to act on the interface portion P. As a result, it is possible to prevent or suppress the occurrence of cracks and the like in the ceramic heating element 10 in the vicinity of the interface portion P. Here, if the distance 1 from each of the tips 11b and 12b of the electrode portions 11 and 12 to the end surface 3a of the outer cylinder 3 is less than 2 mm, the above-described effect may not be achieved. The distance 1 is more desirably set to 3 mm or more. on the other hand,
If the distance l exceeds 20 mm, the length of the ceramic heating element 10 existing in the outer cylinder 3 becomes longer, and the brazing material joining the outer cylinder 3 and the ceramic heater 1 becomes the heating element 1
Problems such as melting and flowing out due to excessive heat generation from 0 may occur. Therefore, the distance 1 is set to 20 mm or less.

【0024】セラミックヒータ1は、例えば下記のよう
な方法により製造することができる。まず、図4(a)
に示すように、セラミック発熱体10に対応したU字形
状のキャビティ32を有した金型31に対して電極材3
0を、その端部が該キャビティ32内に入り込むように
配置する。そして、その状態で、導電性セラミック粉末
とバインダとを含有するコンパウンド33を射出するこ
とにより、同図(b)に示すように、電極材30とU字
状の導電性セラミック粉末成形部34とが一体化された
一体射出成形体35を作成する。なお、焼成後に直線部
10bとなる部分34bは、断面形状をほぼ円形に形成
してある。
The ceramic heater 1 can be manufactured, for example, by the following method. First, FIG.
As shown in FIG. 3, the electrode material 3 is placed on a mold 31 having a U-shaped cavity 32 corresponding to the ceramic heating element 10.
0 is positioned such that its end enters the cavity 32. Then, in this state, by injecting a compound 33 containing the conductive ceramic powder and the binder, the electrode material 30 and the U-shaped conductive ceramic powder molding part 34 are formed as shown in FIG. Is formed into an integrated injection molded body 35. The section 34b that becomes the straight section 10b after firing has a substantially circular cross section.

【0025】一方これとは別に、セラミック基体13を
形成するセラミック粉末を予め金型プレス成形すること
により、図5(a)に示すような、上下別体に形成され
た予備成形体36及び37を用意しておく。これら予備
成形体36及び37は、セラミック基体13を、その軸
線とほぼ平行な断面により2分割したと仮定した場合
の、その各分割部に対応する形状に形成されており、各
々その分割部に相当する部分に、上記一体成形体35に
対応した形状の凹部38が形成されている。そして、こ
の凹部38に一体射出成形体35を収容し、上下の予備
成形体36及び37を型合わせするとともに、その状態
でこれら予備成形体36,37及び一体射出成形体35
をさらに金型を用いてプレス・一体化することにより、
図5(b)に示すような、複合成形体39を作成する。
On the other hand, separately from the above, by pre-press-molding the ceramic powder for forming the ceramic base 13, pre-formed bodies 36 and 37 formed separately as shown in FIG. Have prepared. These preformed bodies 36 and 37 are formed in shapes corresponding to the respective divided portions, assuming that the ceramic base 13 is divided into two by a cross section substantially parallel to the axis thereof. A concave portion 38 having a shape corresponding to the integral molded body 35 is formed in a corresponding portion. Then, the integrated injection molded body 35 is accommodated in the concave portion 38, and the upper and lower preformed bodies 36 and 37 are matched with each other. In this state, the preformed bodies 36 and 37 and the integrated injection molded body 35 are combined.
By further pressing and integrating using a mold,
A composite molded body 39 as shown in FIG.

【0026】こうして得られた複合成形体39は、まず
射出成形による導電性セラミック粉末成形部34あるい
は予備成形体36及び37からバインダ成分を除去する
ために仮焼され、続いて図6(a)に示すように、グラ
ファイト等で構成された成形機40の間で加圧しながら
所定の温度でホットプレス焼成を行うことにより、同図
(b)に示すような焼成体41となる。このとき、図5
(b)に示す導電性セラミック粉末成形機34がセラミ
ック発熱体10を、予備成形体36及び37がセラミッ
ク基体13を、さらに電極材30が電極部11及び12
をそれぞれ形成することとなる。その後、焼成体41の
外面に、必要に応じて研磨等の加工を施すことにより、
図2に示すようなセラミックヒータ1が得られる。
The composite molded body 39 thus obtained is first calcined to remove the binder component from the conductive ceramic powder molded part 34 or the preformed bodies 36 and 37 by injection molding, and then FIG. As shown in FIG. 3, hot press firing is performed at a predetermined temperature while pressurizing between molding machines 40 made of graphite or the like to obtain a fired body 41 as shown in FIG. At this time, FIG.
The conductive ceramic powder molding machine 34 shown in (b) shows the ceramic heating element 10, the preforms 36 and 37 the ceramic base 13, and the electrode material 30 the electrode parts 11 and 12.
Are formed respectively. Then, by performing processing such as polishing on the outer surface of the fired body 41 as necessary,
A ceramic heater 1 as shown in FIG. 2 is obtained.

【0027】[0027]

【実施例】次に本発明の効果を示すための実験例につい
て説明する。試料No.〜は本発明に係る実施例で
あり、No.は本実施例との効果の差を確認するため
の比較品である。試料No.〜は、頂部10cの断
面形状が楕円の場合の実施例であり、試料No.〜
は、図9に示す断面形状にした場合の実施例であり、試
料No.は、ほぼ菱形の頂点をR状にした断面形状の
場合の実施例を示す。そして、幅bと厚みc、及び試料
〜の場合にはその幅bの中央60%の範囲における
基部側輪郭線の挟角αを種々の形状のものを用意した。
なお、試料No.〜は、図10に、試料No.〜
は、図9に、試料No.は、図8にその頂部におけ
る断面形状の拡大図を示す。これらの図面には、それぞ
れ基端側輪郭線10dの中央で接するように接線20と
仮想円21及び幅の中央60%の範囲を示す仮想線22
を点線で示してある。
Next, an experimental example for showing the effect of the present invention will be described. Sample No. Are examples according to the present invention. Is a comparative product for confirming the difference in effect from the present embodiment. Sample No. Are examples in which the cross-sectional shape of the top 10c is elliptical. ~
Is an example in which the cross-sectional shape shown in FIG. Shows an example in the case of a cross-sectional shape in which the vertices of a rhombus are substantially R-shaped. The width b and the thickness c, and in the case of the sample 〜, various shapes were prepared for the included angle α of the base side contour line in the range of 60% of the center of the width b.
The sample No. Are the sample Nos. In FIG. ~
FIG. FIG. 8 shows an enlarged view of the cross-sectional shape at the top. In these drawings, the tangent line 20 and the imaginary circle 21 and the imaginary line 22 indicating the range of 60% of the center of the width are shown so as to be in contact with the center of the base end side contour line 10d.
Is indicated by a dotted line.

【0028】試料No.〜は、頂部10cの横断面
形状は、その幅の中央60%の範囲における基部側輪郭
線10dが2本の直線によって形成されている。この2
本の直線の挟角αは、試料No.〜及び試料No.
は、160゜≦α<180゜に形成され、試料No.
は、α=156゜<160゜に形成されている。
Sample No. In the case of, the cross-sectional shape of the top portion 10c is such that the base side contour line 10d in the range of 60% of the center of the width is formed by two straight lines. This 2
The included angle α of the straight line of the sample No. -And sample No.
Is formed at 160 ° ≦ α <180 °.
Are formed at α = 156 ° <160 °.

【0029】なお、比較品である試料No.の頂部の
断面形状は図11に示すような円形の断面形状である。
従って、幅bと厚みcは、いずれも直径と同一になる。
また、この断面における幅b、即ち、直径と基部側の幅
b’とは同一であり、この断面における厚みc、即ち、
直径と基部側の厚みc’とは同一である。これらの各試
料に付いて、昇温特性、消費電力、通電耐久の各試験を
行った結果を図12に示す。また、この図12には、接
線20と幅bの中央60%の範囲を示す仮想線22と基
端側輪郭線10dとで囲まれる面積Aと、接線20と幅
bの中央60%の範囲を示す仮想線22と仮想円21と
で囲まれる面積A’とを同時に示してある。
In addition, the sample No. Has a circular cross-sectional shape as shown in FIG.
Therefore, both the width b and the thickness c are equal to the diameter.
Further, the width b in this cross section, that is, the diameter and the width b ′ on the base side are the same, and the thickness c in this cross section, that is,
The diameter and the thickness c 'on the base side are the same. FIG. 12 shows the results of tests on the temperature rise characteristics, power consumption, and endurance of current conducted on these samples. Further, FIG. 12 shows an area A surrounded by an imaginary line 22 indicating the range of the center 60% of the tangent line 20 and the width b and the base end side contour line 10d, and a range of the center 60% of the tangent line 20 and the width b. , And the area A ′ surrounded by the virtual circle 21 are shown at the same time.

【0030】これらの試験結果から、幅bが大きく、厚
みcが薄い試料が各試験とも最も良好な結果を示して
いることが分かる。なお、各試験の試験方法を下記に示
す。昇温特性試験:通電開始から60秒経過後に、曲面
状に形成された先端2の温度が1350℃となる電圧を
印加した場合に、印加開始から3秒経過後の先端2の温
度を計測する。この場合において、800℃以上850
℃未満の範囲を可(△)、850℃以上900℃未満の
範囲を良(○)、900℃以上を優(◎)として判断し
た。消費電力試験:温度定常時に、曲面状に形成された
先端2の温度が1350℃となる電圧を印加した場合の
温度定常時の消費電力を計測する。この場合において、
80W以上を並(×)、75W以上80W未満の範囲を
可(△)、70W以上75W未満の範囲を良(○)、7
0W未満の範囲を優(◎)として判断した。通電耐久試
験:温度定常時に、曲面状に形成された先端2の温度が
1350℃となる電圧で、1分通電、1分通電遮断し、
通電遮断時エアーにて強制冷却するサイクルを1サイク
ルとして耐久試験を行った場合に、セラミック発熱体の
抵抗値上昇等の要因で先端2の温度が1300℃以下に
なるまでのサイクル数を測定する。この場合において、
15000サイクル以上20000サイクル未満の範囲
を並(×)、20000サイクル以上25000サイク
ル未満の範囲を可(△)、25000サイクル以上30
000サイクル未満の範囲を良(○)、30000サイ
クル行っても異常のないものを優(◎)として判断し
た。
From these test results, it can be seen that a sample having a large width b and a small thickness c shows the best results in each test. In addition, the test method of each test is shown below. Temperature rising characteristic test: When a voltage at which the temperature of the curved tip 2 becomes 1350 ° C. is applied 60 seconds after the start of energization, the temperature of the tip 2 3 seconds after the start of application is measured. . In this case, at least 800 ° C. and 850
The range below ℃ was acceptable (△), the range between 850 ° C and 900 ° C was good (良), and the range above 900 ° C was excellent (優). Power consumption test: The power consumption at the time of steady temperature when a voltage at which the temperature of the tip 2 formed into a curved surface becomes 1350 ° C. is applied at the time of steady temperature is measured. In this case,
80W or more average (×), 75W or more and less than 80W possible (△), 70W or more and less than 75W good (範 囲), 7
A range of less than 0 W was judged as excellent ((). Energization endurance test: When the temperature is steady, at a voltage at which the temperature of the tip 2 formed into a curved surface becomes 1350 ° C., energize for 1 minute, cut off energization for 1 minute
When an endurance test is performed with a cycle of forced cooling by air at the time of energization interruption as one cycle, the number of cycles until the temperature of the tip 2 becomes 1300 ° C. or less due to factors such as an increase in the resistance value of the ceramic heating element is measured. . In this case,
A range of 15,000 cycles to less than 20,000 cycles is average (x), a range of 20,000 cycles to less than 25,000 cycles is acceptable (サ イ ク ル), 25,000 cycles to 30
A range of less than 000 cycles was judged as good (○), and a sample without abnormality even after 30,000 cycles was judged as excellent (◎).

【0031】これらの試験結果から、以下のことが確認
された。 1.幅bと厚みcとが、b>cの関係を満足する試料N
o.〜及び試料No.は比較例である試料No.
と比較して、通電耐久性に優れていることが分かる。 2.幅bよりも基部側の幅b’がb>b’の関係を満足
する試料No.及び試料No.は比較例である試料
No.と比較して、通電耐久性に優れていることが分
かる。 3.面積Aと、面積A’とが、A’>Aの関係を満足す
る試料No.〜は比較例である試料No.と比較
して、通電耐久性に優れていることが分かる。 4.幅bの中央60%の範囲における基部側輪郭線が単
数又は2本の直線によって形成されている試料No.
〜の内、挟角αが、160゜≦α≦180゜である試
料No.〜及び試料No.は、挟角αが、154
゜となる試料と比較して更に通電耐久性が向上してい
ることが分かる。 5.厚みcよりも基部側の厚みc’がc<c’の関係を
満足する試料No.〜及び試料No.は比較例で
ある試料No.と比較して、通電耐久性に優れている
とともに、セラミック発熱体の最高温度部をセラミック
基体の更に最先端側に配置することができることから、
昇温特性も向上していることが分かる。また、消費電力
も更に低減できている。 6.幅bと厚みcとが、b>cの関係を満足し、幅bよ
りも基部側の幅b’がb>b’の関係を満足し、面積A
と、面積A’とが、A’>Aの関係を満足し、挟角α
が、160゜≦α≦180゜であり、厚みcよりも基部
側の厚みc’がc<c’の関係を満足する試料No.
は、昇温特性、消費電力、通電耐久性ともに最も良好で
あることが分かる。
From the results of these tests, the following was confirmed. 1. Sample N whose width b and thickness c satisfy the relationship of b> c
o. -And sample No. Is a sample No. as a comparative example.
It turns out that it is excellent in energization durability compared with. 2. Sample No. in which the width b ′ on the base side with respect to the width b satisfies the relationship of b> b ′. And sample no. Is a sample No. as a comparative example. It turns out that it is excellent in energization durability compared with. 3. Sample No. in which the area A and the area A ′ satisfy the relationship of A ′> A. -Are sample Nos. Which are comparative examples. It turns out that it is excellent in energization durability compared with. 4. Sample No. 1 in which the base side contour line in the range of 60% at the center of the width b is formed by one or two straight lines.
In the sample No., the included angle α is 160 ° ≦ α ≦ 180 °. -And sample No. Is that the included angle α is 154
It can be seen that the current-carrying durability is further improved as compared with the sample of ゜. 5. The sample No. whose thickness c ′ on the base side with respect to the thickness c satisfies the relationship of c <c ′. -And sample No. Is a sample No. as a comparative example. Compared with, since it has excellent current-carrying durability and the highest temperature part of the ceramic heating element can be arranged at the most advanced side of the ceramic base,
It can be seen that the temperature rise characteristics are also improved. Further, power consumption can be further reduced. 6. The width b and the thickness c satisfy the relationship of b> c, the width b ′ on the base side of the width b satisfies the relationship of b> b ′, and the area A
And the area A ′ satisfy the relationship of A ′> A, and the included angle α
Is 160 ° ≦ α ≦ 180 °, and the thickness of the sample No. satisfies the relationship of c <c ′ with respect to the thickness c ′ on the base side of the thickness c.
It can be seen that is the best in all of the temperature rise characteristics, power consumption, and energization durability.

【0032】次に、通電耐久性、消費電力、昇温特性と
もに最も良好な試料No.と、比較例である試料N
o.について、温度定常時に曲面状に形成された先端
2の温度が1350℃となる電圧を印加した場合におけ
る温度定常時の温度分布を測定した結果を図13に示
す。この図13は、横軸をセラミックヒータの最先端位
置を0として、この位置から基部方向に表面に沿った距
離を示し、縦軸をその距離における温度を示したもので
ある。なお、この図13中の記号Pは、セラミックヒー
タ1における先端2と直棒14との境界の位置を示す。
この結果、試料No.は、セラミックヒータの最先端
の温度が最も高く、基部側に向かうに従って温度が低く
なっているいることが分かる。これに対して比較例であ
る試料No.は、セラミックヒータ表面の最高温度と
なる部分が先端2になく、基部側に寄った位置であるこ
とが分かる。
Next, Sample No. 1 having the best current-carrying durability, power consumption, and temperature rising characteristics was used. And sample N as a comparative example
o. FIG. 13 shows the results of measuring the temperature distribution at the time of steady temperature when a voltage at which the temperature of the tip 2 formed into a curved surface becomes 1350 ° C. at the time of steady temperature is applied. In FIG. 13, the horizontal axis indicates the distance along the surface in the base direction from this position with the leading end position of the ceramic heater being 0, and the vertical axis indicates the temperature at that distance. The symbol P in FIG. 13 indicates the position of the boundary between the tip 2 and the straight rod 14 in the ceramic heater 1.
As a result, the sample No. It can be seen that the highest temperature of the ceramic heater is highest, and the temperature decreases toward the base side. On the other hand, the sample No. It can be seen that is the position where the highest temperature of the ceramic heater surface is not at the front end 2 but closer to the base side.

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

【図1】本発明のグロープラグの一例を示す正面部分断
面図である。
FIG. 1 is a front partial sectional view showing an example of a glow plug of the present invention.

【図2】そのセラミックヒータの正面断面図である。FIG. 2 is a front sectional view of the ceramic heater.

【図3】セラミック発熱体の全体図である。FIG. 3 is an overall view of a ceramic heating element.

【図4】セラミックヒータの製造工程説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the ceramic heater.

【図5】図4に続く工程説明図である。FIG. 5 is an explanatory view of the process following FIG. 4;

【図6】図5に続く工程説明図である。FIG. 6 is an explanatory view of the process following FIG. 5;

【図7】本発明に係るセラミック発熱体を頂部で断面と
したときの半断面図である。
FIG. 7 is a half sectional view when the ceramic heating element according to the present invention is sectioned at the top.

【図8】本発明に係るセラミック発熱体の頂部拡大図で
ある。
FIG. 8 is an enlarged top view of the ceramic heating element according to the present invention.

【図9】本発明の他の実施例に係るセラミック発熱体の
頂部拡大図である。
FIG. 9 is an enlarged top view of a ceramic heating element according to another embodiment of the present invention.

【図10】本発明の他の実施例に係るセラミック発熱体
の頂部拡大図である。
FIG. 10 is an enlarged top view of a ceramic heating element according to another embodiment of the present invention.

【図11】本発明の比較例に係るセラミック発熱体の頂
部拡大図である。
FIG. 11 is an enlarged top view of a ceramic heating element according to a comparative example of the present invention.

【図12】本発明の実験結果を示す図面である。FIG. 12 is a drawing showing experimental results of the present invention.

【図13】本発明の実施例及び比較例に係るセラミック
ヒータの温度分布を示す図面である。
FIG. 13 is a drawing showing a temperature distribution of ceramic heaters according to an example of the present invention and a comparative example.

【図14】従来のセラミックヒータの温度分布を示す図
面である。
FIG. 14 is a diagram showing a temperature distribution of a conventional ceramic heater.

【図15】従来のセラミックヒータの断面における温度
分布をFEM解析によって求めた図面である。
FIG. 15 is a drawing showing a temperature distribution in a cross section of a conventional ceramic heater obtained by FEM analysis.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 セラミックヒータ 2 先端 10 セラミック発熱体 10a 方向変換部 10b 直線部 10c 頂部 10d 基端側輪郭線 11 電極部 12 電極部 13 セラミック基体 20 接線 21 仮想円 22 仮想線(幅の中央60%を示す線) 50 セラミックグロープラグ α 挟角 b 幅 c 厚み DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramic heater 2 Front end 10 Ceramic heating element 10a Direction conversion part 10b Linear part 10c Top part 10d Base end side contour line 11 Electrode part 12 Electrode part 13 Ceramic base 20 Tangent line 21 Virtual circle 22 Virtual line (line indicating 60% of width center) ) 50 Ceramic glow plug α Included angle b Width c Thickness

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小西 雅弘 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 渡辺 進道 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Masahiro Konishi 14-18, Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi Inside Japan Special Ceramics Co., Ltd. Ceramics Co., Ltd.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 軸線方向棒状のセラミック基体と、該セ
ラミック基体の内部に埋設され、自身の端部側から通電
されることにより抵抗発熱するセラミック発熱体とを備
えたセラミックヒータにおいて、 前記セラミック発熱体は、U字状の方向変換部を備える
とともに、該方向変換部の頂部横断面形状は、幅bと厚
みcとが、b>cの関係を満足することを特徴とするセ
ラミックヒータ。
1. A ceramic heater comprising: an axial rod-shaped ceramic base; and a ceramic heating element buried inside the ceramic base and configured to generate resistance heat by being energized from an end of the ceramic base. A ceramic heater, wherein the body includes a U-shaped direction changing portion, and a width b and a thickness c of a top cross-sectional shape of the direction changing portion satisfy a relationship of b> c.
【請求項2】 軸線方向棒状のセラミック基体と、該セ
ラミック基体の内部に埋設され、自身の端部側から通電
されることにより抵抗発熱するセラミック発熱体とを備
えたセラミックヒータにおいて、 前記セラミック発熱体は、U字状の方向変換部を備える
とともに、該方向変換部の頂部横断面形状における幅b
よりも前記端部側の幅b’がb>b’の関係を満足する
部分を有することを特徴とするセラミックヒータ。
2. A ceramic heater comprising: an axial rod-shaped ceramic base; and a ceramic heating element buried inside the ceramic base and configured to generate heat by resistance when energized from an end of the ceramic base. The body is provided with a U-shaped direction change portion, and the width b in the top cross-sectional shape of the direction change portion is provided.
A width b ′ closer to the end than the end portion satisfies the relationship of b> b ′.
【請求項3】 軸線方向棒状のセラミック基体と、該セ
ラミック基体の内部に埋設され、自身の端部側から通電
されることにより抵抗発熱するセラミック発熱体とを備
えたセラミックヒータにおいて、 前記セラミック発熱体は、U字状の方向変換部を備える
とともに、該方向変換部の頂部横断面形状における幅b
の中央60%の範囲における端部側輪郭線と、前記端部
側輪郭線の中央での接線とで形成される面積Aと、幅b
を直径とする仮想円を、前記端部側輪郭線の中央で接す
るように描いたときに、中央60%の範囲において前記
仮想円と前記接線とで形成される面積A’とが、A’>
Aの関係を満足する部分を有することを特徴とするセラ
ミックヒータ。
3. A ceramic heater comprising: an axial rod-shaped ceramic base; and a ceramic heating element buried inside the ceramic base and configured to generate resistance heat when energized from an end thereof. The body is provided with a U-shaped direction change portion, and the width b in the top cross-sectional shape of the direction change portion is provided.
, An area A defined by an end-side contour line in a range of 60% of a center thereof, a tangent line at the center of the end-side contour line, and a width b.
When an imaginary circle having a diameter of is drawn so as to be tangent at the center of the end side contour line, an area A ′ formed by the imaginary circle and the tangent line within a range of 60% of the center is A ′ >
A ceramic heater having a portion satisfying the relationship of A.
【請求項4】 前記頂部横断面形状は、その幅の中央6
0%の範囲における端部側輪郭線が単数又は2本の直線
によって形成されており、2本の直線によって構成され
ている場合には、その挟角αが、160゜≦α<180
゜であることを特徴とする請求項3に記載のセラミック
ヒータ。
4. The top cross-sectional shape has a center 6
In the case where the end side contour line in the range of 0% is formed by one or two straight lines and is constituted by two straight lines, the included angle α is 160 ° ≦ α <180.
The ceramic heater according to claim 3, wherein?
【請求項5】 軸線方向棒状のセラミック基体と、該セ
ラミック基体の内部に埋設され、自身の端部側から通電
されることにより抵抗発熱するセラミック発熱体とを備
えたセラミックヒータにおいて、 前記セラミック発熱体は、U字状の方向変換部を備える
とともに、該方向変換部の頂部における厚みcよりも前
記端部側の厚みc’がc<c’の関係を満足することを
特徴とするセラミックヒータ。
5. A ceramic heater comprising: an axial rod-shaped ceramic base; and a ceramic heating element buried inside the ceramic base and configured to generate resistance heat when energized from an end thereof. A ceramic heater provided with a U-shaped direction changing portion, wherein the thickness c 'on the end side of the direction changing portion satisfies a relationship of c <c' with respect to a thickness c at a top portion of the direction changing portion. .
【請求項6】 前記セラミックヒータは、先端が細径に
形成されており、前記セラミック発熱体が抵抗発熱する
ことによって、該セラミックヒータ表面の最高温度とな
る部分が該先端であることを特徴とする請求項1乃至5
のいずれか1つに記載のセラミックヒータ。
6. The ceramic heater, wherein a tip is formed to have a small diameter, and a portion of the surface of the ceramic heater at which a maximum temperature is obtained by resistance heating of the ceramic heating element is the tip. Claims 1 to 5
The ceramic heater according to any one of the above.
【請求項7】 前記セラミックヒータ表面の最高温度と
なる部分が最先端であることを特徴とする請求項1乃至
6のいずれか1つに記載のセラミックヒータ。
7. The ceramic heater according to claim 1, wherein a portion of the surface of the ceramic heater at which the temperature is highest is a front end.
【請求項8】 軸線方向棒状のセラミック基体と、該セ
ラミック基体の内部に埋設され、自身の端部側から通電
されることにより抵抗発熱するセラミック発熱体とを備
えたセラミックヒータにおいて、 該セラミックヒータは、先端が細径に形成されており、
前記セラミック発熱体が抵抗発熱することによって、該
セラミックヒータ表面の最高温度となる部分が該先端で
あることを特徴とするセラミックヒータ。
8. A ceramic heater comprising: an axially rod-shaped ceramic base; and a ceramic heating element buried inside the ceramic base and configured to generate resistance heat when energized from an end of the ceramic base. Has a small diameter tip,
The ceramic heater is characterized in that a portion of the surface of the ceramic heater at which the temperature becomes the highest by resistance heating of the ceramic heating element is the tip.
【請求項9】 上記1乃至8項のいずれか1つに記載の
セラミックヒータを有するグロープラグ。
9. A glow plug comprising the ceramic heater according to claim 1.
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