JP2003257594A - セラミックヒータの製造方法 - Google Patents
セラミックヒータの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 通電耐久性に優れるセラミックヒータを提供
する。 【解決手段】 本発明は、導電性セラミック粉末３、絶
縁性セラミック粉末５および焼結助剤粉末７を溶媒９と
混合し、得られた泥漿１０を乾燥させて発熱体原料粉末
２４を得たのち、その発熱体原料粉末２４を成形して未
焼成の抵抗発熱体２８を作製し、それをセラミック基体
３０に埋設して焼成することにより得られるセラミック
ヒータ１の製造方法に関する。溶媒９には水を使用し、
かつ泥漿１０は、流動層乾燥装置５０、回転式乾燥装置
７０および振動式乾燥装置４０のいずれかを用いて乾燥
させる。その際に粉砕メディア２２を併用する。
する。 【解決手段】 本発明は、導電性セラミック粉末３、絶
縁性セラミック粉末５および焼結助剤粉末７を溶媒９と
混合し、得られた泥漿１０を乾燥させて発熱体原料粉末
２４を得たのち、その発熱体原料粉末２４を成形して未
焼成の抵抗発熱体２８を作製し、それをセラミック基体
３０に埋設して焼成することにより得られるセラミック
ヒータ１の製造方法に関する。溶媒９には水を使用し、
かつ泥漿１０は、流動層乾燥装置５０、回転式乾燥装置
７０および振動式乾燥装置４０のいずれかを用いて乾燥
させる。その際に粉砕メディア２２を併用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン始動用のグロープラグなどに使用されるセラミックヒ
ータの製造方法に関する。
ン始動用のグロープラグなどに使用されるセラミックヒ
ータの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、ディーゼルエンジン始動用の
グロープラグなどに使用されるセラミックヒータは、次
のようにして製造されている。図１は、原料粉末からセ
ラミックヒータが得られるまでの過程を示す説明図であ
る。まず、予め微粉砕した導電性セラミック粉末３、絶
縁性セラミック粉末５および焼結助剤粉末７と溶媒９と
を、アトライターや攪拌ポット１６などを用いて混合
し、泥漿１０を得る（１−１）。得られた泥漿１０を浅
箱１２などの容器に入れ、静置式乾燥機１４内に配置
し、静置式乾燥機１４内に熱風ＨＧを循環させる（１−
２）。これによって溶媒９を蒸発させ、ケーキ状乾燥物
１８を得る（符号ＯＧは排出ガスを示す）。そして、ケ
ーキ状乾燥物１８を、メディア２２（玉石）とともにボ
ールミル２０に入れて解砕する（１−３）。得られた発
熱体原料粉末２４をバインダ２６と混合して混錬したの
ち、射出成形法により成形する（１−４）。それにより
得られた未焼成の抵抗発熱体２８を、未焼成のセラミッ
ク基体３０内に収容させて、ＨＩＰ法などの方法により
焼成すれば、セラミックヒータ１が得られる（１−５，
１−６）。このセラミックヒータ１に、主体金具３２や
端子金具３４などの部品を組付けることにより、セラミ
ックグロープラグ３６を製造することができる（１−
７）。
グロープラグなどに使用されるセラミックヒータは、次
のようにして製造されている。図１は、原料粉末からセ
ラミックヒータが得られるまでの過程を示す説明図であ
る。まず、予め微粉砕した導電性セラミック粉末３、絶
縁性セラミック粉末５および焼結助剤粉末７と溶媒９と
を、アトライターや攪拌ポット１６などを用いて混合
し、泥漿１０を得る（１−１）。得られた泥漿１０を浅
箱１２などの容器に入れ、静置式乾燥機１４内に配置
し、静置式乾燥機１４内に熱風ＨＧを循環させる（１−
２）。これによって溶媒９を蒸発させ、ケーキ状乾燥物
１８を得る（符号ＯＧは排出ガスを示す）。そして、ケ
ーキ状乾燥物１８を、メディア２２（玉石）とともにボ
ールミル２０に入れて解砕する（１−３）。得られた発
熱体原料粉末２４をバインダ２６と混合して混錬したの
ち、射出成形法により成形する（１−４）。それにより
得られた未焼成の抵抗発熱体２８を、未焼成のセラミッ
ク基体３０内に収容させて、ＨＩＰ法などの方法により
焼成すれば、セラミックヒータ１が得られる（１−５，
１−６）。このセラミックヒータ１に、主体金具３２や
端子金具３４などの部品を組付けることにより、セラミ
ックグロープラグ３６を製造することができる（１−
７）。
【０００３】従来から上記のように、静置式乾燥機１４
を用いて泥漿１０を乾燥させる場合、その溶媒９として
アルコール類、ヘキサン、キシレンなどの有機溶媒が使
用されている。
を用いて泥漿１０を乾燥させる場合、その溶媒９として
アルコール類、ヘキサン、キシレンなどの有機溶媒が使
用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで昨今、化学物
質が環境にもたらす影響について盛んに議論されてい
る。このような情勢において、有機溶媒は、その使用が
ますます制限される傾向にある。セラミックヒータの製
造現場においても例外ではなく、有機溶媒を使用せずに
発熱体原料粉末を得る方法の開発が急務となっている。
質が環境にもたらす影響について盛んに議論されてい
る。このような情勢において、有機溶媒は、その使用が
ますます制限される傾向にある。セラミックヒータの製
造現場においても例外ではなく、有機溶媒を使用せずに
発熱体原料粉末を得る方法の開発が急務となっている。
【０００５】一般に、絶縁性セラミック粉末のみの泥漿
を調合する際には、溶媒として水が使用される。ところ
が、本発明者らが有機溶媒に替えて水を使用した泥漿を
作り、前述した従来の方法によりグロープラグ用のセラ
ミックヒータを作製したところ、通電加熱と放冷とを繰
り返す通電耐久試験において、少ないサイクルで断線を
生ずる低耐久品が多く発見された。そのようなセラミッ
クヒータは、数万回におよぶ通電耐久性が要求されるグ
ロープラグにはとても使用できない。
を調合する際には、溶媒として水が使用される。ところ
が、本発明者らが有機溶媒に替えて水を使用した泥漿を
作り、前述した従来の方法によりグロープラグ用のセラ
ミックヒータを作製したところ、通電加熱と放冷とを繰
り返す通電耐久試験において、少ないサイクルで断線を
生ずる低耐久品が多く発見された。そのようなセラミッ
クヒータは、数万回におよぶ通電耐久性が要求されるグ
ロープラグにはとても使用できない。
【０００６】本発明の課題は、通電耐久性に優れるセラ
ミックヒータを提供することにある。
ミックヒータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために本発明のセラミックヒータの製造方法
は、導電性セラミック粉末、絶縁性セラミック粉末およ
び焼結助剤粉末と溶媒を調合し、得られた泥漿を乾燥さ
せて発熱体原料粉末を得たのち、その発熱体原料粉末を
成形した抵抗発熱体をセラミック基体に埋設して焼成す
る方法において、溶媒には主として水を使用し、かつ泥
漿は、流動層乾燥装置、回転式乾燥装置および振動式乾
燥装置から選択される１種の装置を用いて乾燥させ、そ
の際にメディアを併用することを特徴とする。
を解決するために本発明のセラミックヒータの製造方法
は、導電性セラミック粉末、絶縁性セラミック粉末およ
び焼結助剤粉末と溶媒を調合し、得られた泥漿を乾燥さ
せて発熱体原料粉末を得たのち、その発熱体原料粉末を
成形した抵抗発熱体をセラミック基体に埋設して焼成す
る方法において、溶媒には主として水を使用し、かつ泥
漿は、流動層乾燥装置、回転式乾燥装置および振動式乾
燥装置から選択される１種の装置を用いて乾燥させ、そ
の際にメディアを併用することを特徴とする。
【０００８】そもそも、水を使用すると不具合があるか
ら有機溶媒が使用されている。しかしながら、水を調合
溶媒として用いると粉末の凝集性が強くなるので、図２
（２−３）に示すように、硬質な２次粒子が生じる。ま
た、導電性セラミック成分と絶縁性セラミック成分との
比重差により、偏析が生じやすい（２−２参照）。その
ような凝集や偏析の生じた原料粉末４を用いてセラミッ
クヒータを製造すると、成分が均一分散していないこと
起因して、セラミックヒータの抵抗値バラツキが大きく
なったり異常発熱を引き起こしたりする（２−４参
照）。好適な発熱体原料粉末とは、図２（２−１）に示
すように、２次粒子が生じておらず、かつ導電性セラミ
ック３と絶縁性セラミック５とが均一に分散している形
態のものである。
ら有機溶媒が使用されている。しかしながら、水を調合
溶媒として用いると粉末の凝集性が強くなるので、図２
（２−３）に示すように、硬質な２次粒子が生じる。ま
た、導電性セラミック成分と絶縁性セラミック成分との
比重差により、偏析が生じやすい（２−２参照）。その
ような凝集や偏析の生じた原料粉末４を用いてセラミッ
クヒータを製造すると、成分が均一分散していないこと
起因して、セラミックヒータの抵抗値バラツキが大きく
なったり異常発熱を引き起こしたりする（２−４参
照）。好適な発熱体原料粉末とは、図２（２−１）に示
すように、２次粒子が生じておらず、かつ導電性セラミ
ック３と絶縁性セラミック５とが均一に分散している形
態のものである。
【０００９】上記した本発明の方法は、水を溶媒とした
泥漿を流動層、回転式、振動式など、粉末が絶えず流動
状態となる動的方法で乾燥を試みるものであり、さら
に、泥漿とともにメディアを容器内に投入して乾燥を試
みるというものである。泥漿は、メディアとともに流動
状態におかれ、さらにメディア表面に付着しながら分散
される。分散された泥漿は、効率良く空気と接触するた
め、短い時間で蒸発・乾燥が行われる。メディアの表面
上に残った固形分は、メディア同士の摩擦・衝突作用に
よりメディア表面から剥離する。このようにして、泥漿
中に分散された固形分、すなわち導電性セラミック粒
子、絶縁性セラミック粒子および焼結助剤粒子を、１次
粒子の大きさで効率良く取り出すことができる。また、
これらの方法によれば、静置式乾燥装置を用いて乾燥さ
せるときのように、ケーキ状乾燥物を解砕する工程が必
要とされないので、生産性も良好である。
泥漿を流動層、回転式、振動式など、粉末が絶えず流動
状態となる動的方法で乾燥を試みるものであり、さら
に、泥漿とともにメディアを容器内に投入して乾燥を試
みるというものである。泥漿は、メディアとともに流動
状態におかれ、さらにメディア表面に付着しながら分散
される。分散された泥漿は、効率良く空気と接触するた
め、短い時間で蒸発・乾燥が行われる。メディアの表面
上に残った固形分は、メディア同士の摩擦・衝突作用に
よりメディア表面から剥離する。このようにして、泥漿
中に分散された固形分、すなわち導電性セラミック粒
子、絶縁性セラミック粒子および焼結助剤粒子を、１次
粒子の大きさで効率良く取り出すことができる。また、
これらの方法によれば、静置式乾燥装置を用いて乾燥さ
せるときのように、ケーキ状乾燥物を解砕する工程が必
要とされないので、生産性も良好である。
【００１０】また、絶縁性セラミック粉末はＳｉ
３Ｎ４、導電性セラミック粉末はＴｉＮ、ＭｏＳｉ２、
ＷＳｉ２およびＷＣのグループから選択される１種から
なるものを使用することができる。各成分の密度は、以
下に示す通りである。Ｓｉ３Ｎ４＝３．２、ＴｉＮ＝
５．４３、ＭｏＳｉ２＝６．２４、ＷＳｉ２＝９．８
６、ＷＣ＝１５．８（単位：ｇ／ｃｍ３）。これらの値
から理解できるように、導電成分と絶縁成分との密度比
は、１．７〜４．９と大きい。したがって、粉末の凝集
傾向が強くなる水溶媒泥漿を調合する場合、後から解砕
を行うとしても、比重差による偏析を再び均一化するこ
とが難しい静置式の乾燥法は不向きであり、泥漿を常に
流動させつつ乾燥させる必要がある。
３Ｎ４、導電性セラミック粉末はＴｉＮ、ＭｏＳｉ２、
ＷＳｉ２およびＷＣのグループから選択される１種から
なるものを使用することができる。各成分の密度は、以
下に示す通りである。Ｓｉ３Ｎ４＝３．２、ＴｉＮ＝
５．４３、ＭｏＳｉ２＝６．２４、ＷＳｉ２＝９．８
６、ＷＣ＝１５．８（単位：ｇ／ｃｍ３）。これらの値
から理解できるように、導電成分と絶縁成分との密度比
は、１．７〜４．９と大きい。したがって、粉末の凝集
傾向が強くなる水溶媒泥漿を調合する場合、後から解砕
を行うとしても、比重差による偏析を再び均一化するこ
とが難しい静置式の乾燥法は不向きであり、泥漿を常に
流動させつつ乾燥させる必要がある。
【００１１】なお、“主として水”とは、質量％で水を
最も多く含むことを意味する。つまり、場合によっては
親水性の有機溶媒、たとえばアルコール類と水との混合
溶媒を使用することもできる。また、各粉末や泥漿に不
可避不純物が含まれることは当然であり、本明細書中で
は実質的な構成成分についてのみ言及している。
最も多く含むことを意味する。つまり、場合によっては
親水性の有機溶媒、たとえばアルコール類と水との混合
溶媒を使用することもできる。また、各粉末や泥漿に不
可避不純物が含まれることは当然であり、本明細書中で
は実質的な構成成分についてのみ言及している。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しつつ本
発明の実施形態について説明する。セラミックヒータの
製造方法の概略は、乾燥工程を除いて図１に示したとお
りである。以下、その図１に基づき各工程について具体
的に説明する。
発明の実施形態について説明する。セラミックヒータの
製造方法の概略は、乾燥工程を除いて図１に示したとお
りである。以下、その図１に基づき各工程について具体
的に説明する。
【００１３】（調合）泥漿１０は、導電性セラミック粉
末３、絶縁性セラミック粉末５および焼結助剤粉末７を
イオン交換水９に懸濁することにより得られる。絶縁性
セラミック粉末はＳｉ３Ｎ４、導電性セラミック粉末３
はＴｉＮ、ＭｏＳｉ２、ＷＳｉ２およびＷＣのグループ
から選択される１種の成分からなるものを好適に使用で
きる。各粉末は、予め個別に精製・粉砕が施されたもの
を使用するとよいが、泥漿１０を作製する際に、ボール
ミルやアトライターを用いて粉末の微粉砕を行うように
してもよい。たとえば、導電性セラミック粉末３として
ＷＣを用いる場合、レーザー回折式粒度計によって測定
される５０％粒径が１μｍ程度に調製されたものを使用
するのがよい。絶縁性セラミック粉末５として用いるＳ
ｉ３Ｎ４の場合は同じく５０％粒径が１μｍ程度のもの
を使用するとよい。
末３、絶縁性セラミック粉末５および焼結助剤粉末７を
イオン交換水９に懸濁することにより得られる。絶縁性
セラミック粉末はＳｉ３Ｎ４、導電性セラミック粉末３
はＴｉＮ、ＭｏＳｉ２、ＷＳｉ２およびＷＣのグループ
から選択される１種の成分からなるものを好適に使用で
きる。各粉末は、予め個別に精製・粉砕が施されたもの
を使用するとよいが、泥漿１０を作製する際に、ボール
ミルやアトライターを用いて粉末の微粉砕を行うように
してもよい。たとえば、導電性セラミック粉末３として
ＷＣを用いる場合、レーザー回折式粒度計によって測定
される５０％粒径が１μｍ程度に調製されたものを使用
するのがよい。絶縁性セラミック粉末５として用いるＳ
ｉ３Ｎ４の場合は同じく５０％粒径が１μｍ程度のもの
を使用するとよい。
【００１４】焼結助剤としては、高温での特性を向上さ
せるため、希土類酸化物を主として周期律表の３Ａ、４
Ａ、５Ａ、３Ｂ（たとえばＡｌ）および４Ｂ（たとえば
Ｓｉ）の各族の元素群から選ばれる少なくとも１種の元
素を酸化物の形で３〜１５質量％の割合で混合するとよ
い。焼結助剤成分が３質量％未満では緻密な焼結体が得
にくくなり、１５質量％を超えると強度や靭性あるいは
耐熱性の不足を招く。焼結助剤成分の含有量は、望まし
くは５〜１０質量％とするのがよい。焼結助剤粉末７に
ついても、その５０％粒径が予め５μｍ程度に調製され
たものを使用するとよい。
せるため、希土類酸化物を主として周期律表の３Ａ、４
Ａ、５Ａ、３Ｂ（たとえばＡｌ）および４Ｂ（たとえば
Ｓｉ）の各族の元素群から選ばれる少なくとも１種の元
素を酸化物の形で３〜１５質量％の割合で混合するとよ
い。焼結助剤成分が３質量％未満では緻密な焼結体が得
にくくなり、１５質量％を超えると強度や靭性あるいは
耐熱性の不足を招く。焼結助剤成分の含有量は、望まし
くは５〜１０質量％とするのがよい。焼結助剤粉末７に
ついても、その５０％粒径が予め５μｍ程度に調製され
たものを使用するとよい。
【００１５】導電性セラミック粉末３を１５〜４０質量
部、絶縁性セラミック粉末５を２０〜５０質量部、焼結
助剤粉末７を１〜５質量部、イオン交換水９を２５〜５
０質量部、各々秤量し、攪拌ポット１６を用いて混ぜ合
わせることにより泥漿１０が得られる。また、後述する
回転式乾燥装置または振動式乾燥装置を用いて泥漿１０
を乾燥させる場合、それらの乾燥装置に上記した個々の
原料粉末と水とを直接投入することができる。流動層乾
燥装置を用いる場合は、該装置において直接泥漿１０を
作ることはできないので、別途用意する。なお、導電性
セラミックを用いてセラミックヒータを作製する場合、
一般的な解膠剤は使用しない方がよい。なぜなら、Ｎａ
等の成分が原料粉末に混入した場合、低融点のガラス相
が生成され、セラミックヒータの高温耐久性を低下させ
るからである。
部、絶縁性セラミック粉末５を２０〜５０質量部、焼結
助剤粉末７を１〜５質量部、イオン交換水９を２５〜５
０質量部、各々秤量し、攪拌ポット１６を用いて混ぜ合
わせることにより泥漿１０が得られる。また、後述する
回転式乾燥装置または振動式乾燥装置を用いて泥漿１０
を乾燥させる場合、それらの乾燥装置に上記した個々の
原料粉末と水とを直接投入することができる。流動層乾
燥装置を用いる場合は、該装置において直接泥漿１０を
作ることはできないので、別途用意する。なお、導電性
セラミックを用いてセラミックヒータを作製する場合、
一般的な解膠剤は使用しない方がよい。なぜなら、Ｎａ
等の成分が原料粉末に混入した場合、低融点のガラス相
が生成され、セラミックヒータの高温耐久性を低下させ
るからである。
【００１６】（乾燥）泥漿１０の乾燥方法について、い
くつか説明する。まず、図３は、振動式乾燥装置４０を
示す模式図である。振動式乾燥装置４０は、中空の容器
４３がスプリング４１で支持され、その容器４３にジョ
イントされたロッド４４を介してバイブレータ４２で発
生された振動が伝達されるように構成されている。メデ
ィア２２は、容器４３の容積の１０〜８０％程度充填す
る。この振動式乾燥装置４０に、先に別途準備した泥漿
１０を供給する。ただし、この振動乾燥装置４０および
後述する回転式乾燥装置７０に関していえば、各原料粉
末３，５，７と水９とを直接投入することができる。つ
まり、各粉末が混ざり合うように振動あるいは回転を与
えて十分に懸濁させた後、連続して乾燥を開始すること
ができる。この方法によれば、泥漿１０をいちいち調製
する手間、輸送する手間が省けるため、生産性の向上が
期待できる。ただしその方法では、泥漿１０を次々と乾
燥させる連続乾燥の実現は難しい。
くつか説明する。まず、図３は、振動式乾燥装置４０を
示す模式図である。振動式乾燥装置４０は、中空の容器
４３がスプリング４１で支持され、その容器４３にジョ
イントされたロッド４４を介してバイブレータ４２で発
生された振動が伝達されるように構成されている。メデ
ィア２２は、容器４３の容積の１０〜８０％程度充填す
る。この振動式乾燥装置４０に、先に別途準備した泥漿
１０を供給する。ただし、この振動乾燥装置４０および
後述する回転式乾燥装置７０に関していえば、各原料粉
末３，５，７と水９とを直接投入することができる。つ
まり、各粉末が混ざり合うように振動あるいは回転を与
えて十分に懸濁させた後、連続して乾燥を開始すること
ができる。この方法によれば、泥漿１０をいちいち調製
する手間、輸送する手間が省けるため、生産性の向上が
期待できる。ただしその方法では、泥漿１０を次々と乾
燥させる連続乾燥の実現は難しい。
【００１７】十分に懸濁させた泥漿１０に対し、熱風Ｈ
Ｇを容器４３内に送り込む。泥漿１０は、激しく振動す
るメディア２２により十分に分散され、メディア２２の
表面において薄膜状の形態を呈するとともに、水分が急
速に蒸発する。泥漿１０に含まれる水分は、排出ガスＯ
Ｇとともに飛散する。メディア同士の衝突による打撃作
用により、２次粒子の発生が抑制され、各原料粉末が１
次粒子の大きさで十分に混ざり合った発熱体原料粉末２
４が得られる。また、容器４３を２重にし、内側の容器
が密閉可能、内側容器と外側容器との間に加熱媒体を流
通させることにより間接加熱が可能となるように構成す
れば、減圧加熱もできる。乾燥が終了したのち、排出口
４６より発熱体原料粉末２４を回収する。本実施形態で
はバッチ式の装置を示したが、泥漿１０を断続的に供給
しつづける連続式も採用できる。このことは、以下に示
すいくつかの方法についても同様である。
Ｇを容器４３内に送り込む。泥漿１０は、激しく振動す
るメディア２２により十分に分散され、メディア２２の
表面において薄膜状の形態を呈するとともに、水分が急
速に蒸発する。泥漿１０に含まれる水分は、排出ガスＯ
Ｇとともに飛散する。メディア同士の衝突による打撃作
用により、２次粒子の発生が抑制され、各原料粉末が１
次粒子の大きさで十分に混ざり合った発熱体原料粉末２
４が得られる。また、容器４３を２重にし、内側の容器
が密閉可能、内側容器と外側容器との間に加熱媒体を流
通させることにより間接加熱が可能となるように構成す
れば、減圧加熱もできる。乾燥が終了したのち、排出口
４６より発熱体原料粉末２４を回収する。本実施形態で
はバッチ式の装置を示したが、泥漿１０を断続的に供給
しつづける連続式も採用できる。このことは、以下に示
すいくつかの方法についても同様である。
【００１８】また、熱風ＨＧの温度は、泥漿１０の乾燥
が十分に進み、かつ原料粉末に熱変質等の不具合が生じ
ない範囲、たとえば１００〜２００℃にて適宜設定され
る。泥漿１０の溶媒が水のみ、あるいは水を主体とする
ものである場合、熱風温度が１００℃未満になると、泥
漿１０の乾燥が十分進まず、得られる発熱体原料粉末２
４の水分含有量が高くなり過ぎて凝集を起こしやすくな
る恐れがある。熱風ＨＧの温度条件については、後述す
る別の乾燥方法においても同様にする。なお、熱風ＨＧ
を供給する替わりに、赤外線ヒータなどで泥漿１０を収
容させる容器自体を加熱する方法も採用できる。
が十分に進み、かつ原料粉末に熱変質等の不具合が生じ
ない範囲、たとえば１００〜２００℃にて適宜設定され
る。泥漿１０の溶媒が水のみ、あるいは水を主体とする
ものである場合、熱風温度が１００℃未満になると、泥
漿１０の乾燥が十分進まず、得られる発熱体原料粉末２
４の水分含有量が高くなり過ぎて凝集を起こしやすくな
る恐れがある。熱風ＨＧの温度条件については、後述す
る別の乾燥方法においても同様にする。なお、熱風ＨＧ
を供給する替わりに、赤外線ヒータなどで泥漿１０を収
容させる容器自体を加熱する方法も採用できる。
【００１９】また、メディア２２は、実質的に泥漿１０
の分散と乾燥、さらには粉末の粉砕に寄与するもので、
アルミナ、窒化珪素、ジルコニアなどのセラミック製ボ
ールや、鋼球をウレタン樹脂やエポキシ樹脂で被覆した
ものが使用できる。通常の乾燥装置は、ステンレススチ
ール製の容器本体を備えるので、金属不純物の混入をな
るべく少なくするためにも、樹脂被覆した鋼球を使用す
るのが望ましい。樹脂ならば、原料粉末に混入したとし
ても焼成時に脱離されるため問題になりにくい。また、
特に球である必要もなく、方形状、筒状、板状など形を
適宜変更して使用することもできる。振動式乾燥装置４
０および後述する回転式乾燥装置７０に使用するメディ
ア２２としては、たとえばφ２５ｍｍ程度の樹脂コート
鋼球が好適である。なお、乾燥装置における容器内部が
ウレタン樹脂などでライニングされていると一層望まし
い。
の分散と乾燥、さらには粉末の粉砕に寄与するもので、
アルミナ、窒化珪素、ジルコニアなどのセラミック製ボ
ールや、鋼球をウレタン樹脂やエポキシ樹脂で被覆した
ものが使用できる。通常の乾燥装置は、ステンレススチ
ール製の容器本体を備えるので、金属不純物の混入をな
るべく少なくするためにも、樹脂被覆した鋼球を使用す
るのが望ましい。樹脂ならば、原料粉末に混入したとし
ても焼成時に脱離されるため問題になりにくい。また、
特に球である必要もなく、方形状、筒状、板状など形を
適宜変更して使用することもできる。振動式乾燥装置４
０および後述する回転式乾燥装置７０に使用するメディ
ア２２としては、たとえばφ２５ｍｍ程度の樹脂コート
鋼球が好適である。なお、乾燥装置における容器内部が
ウレタン樹脂などでライニングされていると一層望まし
い。
【００２０】次に、図４は、流動層乾燥装置５０を示す
模式図である。該装置５０は、縦に配置された筒状の容
器５４を有し、その下方に熱風ＨＧの流入口５５が設け
られている。容器５４内には、熱風ＨＧの通過を許容し
メディア２２の通過は許容しない気体流通体、たとえば
網や穴明き板等で構成されたメディア保持部４７が設け
られている。そして、そのメディア保持部４７上に、メ
ディア２２が層状に集積されている。容器５４内におい
て、熱風ＨＧはメディア保持部４７の下側からメディア
２２を躍動させつつ上側に抜けるように流通される。他
方、泥漿１０は、ノズル５１を通じてメディア２２に対
し、上方から落下供給される。これにより、泥漿１０が
熱風ＨＧにより乾燥されてメディア２の表面に原料粉末
が付着する。そして、熱風ＨＧの流通により、メディア
２２は躍動・落下を繰り返して相互に打撃を加え合い、
さらにその打撃による擦れ合いにより、粉末の凝集が抑
制される。一定以下の粒径の原料粉末は、熱風ＨＧとと
もに飛散して、サイクロン５２およびバグフィルタ５３
に捕集される。
模式図である。該装置５０は、縦に配置された筒状の容
器５４を有し、その下方に熱風ＨＧの流入口５５が設け
られている。容器５４内には、熱風ＨＧの通過を許容し
メディア２２の通過は許容しない気体流通体、たとえば
網や穴明き板等で構成されたメディア保持部４７が設け
られている。そして、そのメディア保持部４７上に、メ
ディア２２が層状に集積されている。容器５４内におい
て、熱風ＨＧはメディア保持部４７の下側からメディア
２２を躍動させつつ上側に抜けるように流通される。他
方、泥漿１０は、ノズル５１を通じてメディア２２に対
し、上方から落下供給される。これにより、泥漿１０が
熱風ＨＧにより乾燥されてメディア２の表面に原料粉末
が付着する。そして、熱風ＨＧの流通により、メディア
２２は躍動・落下を繰り返して相互に打撃を加え合い、
さらにその打撃による擦れ合いにより、粉末の凝集が抑
制される。一定以下の粒径の原料粉末は、熱風ＨＧとと
もに飛散して、サイクロン５２およびバグフィルタ５３
に捕集される。
【００２１】なお、この流動層乾燥装置５０において使
用するメディア２２は、熱風ＨＧを流通させた際に、躍
動が十分起こるとともに、原料粉末に十分な打撃力を付
与できる重さ・大きさに調整されていることが重要であ
る。さらに、なるべく大きさの揃ったものを使用するこ
とが、メディア間に適度な隙間を形成して、熱風流通時
のメディアの運動を促進する上で望ましい。
用するメディア２２は、熱風ＨＧを流通させた際に、躍
動が十分起こるとともに、原料粉末に十分な打撃力を付
与できる重さ・大きさに調整されていることが重要であ
る。さらに、なるべく大きさの揃ったものを使用するこ
とが、メディア間に適度な隙間を形成して、熱風流通時
のメディアの運動を促進する上で望ましい。
【００２２】次に、図５は、回転式乾燥装置７０を示す
模式図である。回転式乾燥装置７０は、水平から少し傾
斜した回転軸Ｏを有するように支持された長筒状の容器
６８を備える。容器６８は、ギアリング７１を介してモ
ータ７２により回転駆動される。熱風ＨＧは、回転軸Ｏ
方向における容器６８の一端側から流入される。泥漿１
０は、回転軸Ｏ方向における一端側かつ上方に位置する
側から、容器６８に流入される。この回転式乾燥装置７
０は、泥漿１０の流入口と熱風ＨＧの流入口とが同じ側
にあり、泥漿１０の進行方向と熱風ＨＧの進行方向とが
一致する並流方式が採用されていが、泥漿１０の進行方
向と熱風ＨＧの進行方向とが逆になる向流式も当然採用
できる。泥漿１０は、容器６８の回転運動により躍動中
のメディア２２に分散されつつ容器６８内を下流側に向
かって進み、水分の蒸発が促進される。泥漿１０の乾燥
により生成された発熱体原料粉末２４は、容器６８にお
ける下流側に配置された回収部７３に集められる。発熱
体原料粉末は排出ガスＯＧにも含まれるが、サイクロン
やバグフィルタにより完全に捕集される。
模式図である。回転式乾燥装置７０は、水平から少し傾
斜した回転軸Ｏを有するように支持された長筒状の容器
６８を備える。容器６８は、ギアリング７１を介してモ
ータ７２により回転駆動される。熱風ＨＧは、回転軸Ｏ
方向における容器６８の一端側から流入される。泥漿１
０は、回転軸Ｏ方向における一端側かつ上方に位置する
側から、容器６８に流入される。この回転式乾燥装置７
０は、泥漿１０の流入口と熱風ＨＧの流入口とが同じ側
にあり、泥漿１０の進行方向と熱風ＨＧの進行方向とが
一致する並流方式が採用されていが、泥漿１０の進行方
向と熱風ＨＧの進行方向とが逆になる向流式も当然採用
できる。泥漿１０は、容器６８の回転運動により躍動中
のメディア２２に分散されつつ容器６８内を下流側に向
かって進み、水分の蒸発が促進される。泥漿１０の乾燥
により生成された発熱体原料粉末２４は、容器６８にお
ける下流側に配置された回収部７３に集められる。発熱
体原料粉末は排出ガスＯＧにも含まれるが、サイクロン
やバグフィルタにより完全に捕集される。
【００２３】以上、いずれかの乾燥装置により泥漿１０
を乾燥させて発熱体原料粉末２４を得る。図１に示すよ
うに、その発熱体原料粉末２４はバインダ２６とともに
混錬されたのち、射出成形装置２５において金型２９に
射出される（１−４）。本実施形態に示す方法によれ
ば、静置式乾燥法で必要とされる解砕工程を行う必要は
ない。金型２９より未焼成の抵抗発熱体２８を取り出
し、別途用意した未焼成のセラミック基体３０に埋設す
る。セラミック基体３０を構成する絶縁性セラミックと
して、本実施形態では窒化珪素質セラミックが採用され
ている。窒化珪素質セラミックの組織は、窒化珪素（Ｓ
ｉ３Ｎ４）を主成分とする主相粒子が、前述した焼結助
剤成分等に由来した粒界相により結合された形態のもの
である。なお、主相は、ＳｉあるいはＮの一部が、Ａｌ
あるいはＯで置換されたもの、さらには、相中にＹ等の
金属原子が固溶したものであってもよい。窒化珪素質セ
ラミックには、前述した焼結助剤成分を同程度に含有さ
せることができる。それら抵抗発熱体２８とセラミック
基体３０とをＨＩＰ法などの方法により焼成することに
より、セラミックヒータ１が得られる。
を乾燥させて発熱体原料粉末２４を得る。図１に示すよ
うに、その発熱体原料粉末２４はバインダ２６とともに
混錬されたのち、射出成形装置２５において金型２９に
射出される（１−４）。本実施形態に示す方法によれ
ば、静置式乾燥法で必要とされる解砕工程を行う必要は
ない。金型２９より未焼成の抵抗発熱体２８を取り出
し、別途用意した未焼成のセラミック基体３０に埋設す
る。セラミック基体３０を構成する絶縁性セラミックと
して、本実施形態では窒化珪素質セラミックが採用され
ている。窒化珪素質セラミックの組織は、窒化珪素（Ｓ
ｉ３Ｎ４）を主成分とする主相粒子が、前述した焼結助
剤成分等に由来した粒界相により結合された形態のもの
である。なお、主相は、ＳｉあるいはＮの一部が、Ａｌ
あるいはＯで置換されたもの、さらには、相中にＹ等の
金属原子が固溶したものであってもよい。窒化珪素質セ
ラミックには、前述した焼結助剤成分を同程度に含有さ
せることができる。それら抵抗発熱体２８とセラミック
基体３０とをＨＩＰ法などの方法により焼成することに
より、セラミックヒータ１が得られる。
【００２４】
【実験例】（実験例１）本発明の効果を確かめるために
以下の実験を行った。まず、ＷＣ粉末５ｖｏｌ％（平均
粒径１μｍ）、Ｓｉ３Ｎ４粉末１９ｖｏｌ％（平均粒径
１μｍ）、Ｅｒ ２Ｏ３粉末０．８ｖｏｌ％（平均粒径５
μｍ）、ＳｉＯ２粉末０．２ｖｏｌ％（平均粒径５μ
ｍ）、イオン交換水７５ｖｏｌ％の割合で各々を攪拌ポ
ット１６に入れて懸濁し、泥漿１０を得た。この泥漿１
０を、静置式乾燥＋乾式解砕（ボールミル）、振動
式乾燥（メディア使用）の２種の方法によりそれぞれ乾
燥させて発熱体原料粉末２４を得た。およびの方法
により得られた発熱体原料粉末２４をそれぞれバインダ
と混合し、射出成形法により成形して未焼成の抵抗発熱
体２８を得た。それを窒化珪素質セラミック基体３０に
埋設したのち、焼成してセラミックヒータ１を得た。
以下の実験を行った。まず、ＷＣ粉末５ｖｏｌ％（平均
粒径１μｍ）、Ｓｉ３Ｎ４粉末１９ｖｏｌ％（平均粒径
１μｍ）、Ｅｒ ２Ｏ３粉末０．８ｖｏｌ％（平均粒径５
μｍ）、ＳｉＯ２粉末０．２ｖｏｌ％（平均粒径５μ
ｍ）、イオン交換水７５ｖｏｌ％の割合で各々を攪拌ポ
ット１６に入れて懸濁し、泥漿１０を得た。この泥漿１
０を、静置式乾燥＋乾式解砕（ボールミル）、振動
式乾燥（メディア使用）の２種の方法によりそれぞれ乾
燥させて発熱体原料粉末２４を得た。およびの方法
により得られた発熱体原料粉末２４をそれぞれバインダ
と混合し、射出成形法により成形して未焼成の抵抗発熱
体２８を得た。それを窒化珪素質セラミック基体３０に
埋設したのち、焼成してセラミックヒータ１を得た。
【００２５】次に、それらのセラミックヒータ１につい
て通電耐久性を調べた。通電耐久性は、セラミックヒー
タ１に対し一定の電圧により１分間通電した後、３０秒
室温で放冷する工程を１サイクルとしてこれを繰返し、
断線を生じた時点でのサイクル数を耐久限界として記録
した。なお、通電電圧は、１回目通電時におけるヒータ
の最高到達温度がそれぞれ１３００℃、１３５０℃、１
４００℃、１４５０℃となるように設定した。各温度に
おける通電耐久試験は、５つのサンプルについて実施し
た。結果を表１および表２に示す。表１（比較例）は乾
燥法、表２（実施例）は乾燥法の結果を示す。
て通電耐久性を調べた。通電耐久性は、セラミックヒー
タ１に対し一定の電圧により１分間通電した後、３０秒
室温で放冷する工程を１サイクルとしてこれを繰返し、
断線を生じた時点でのサイクル数を耐久限界として記録
した。なお、通電電圧は、１回目通電時におけるヒータ
の最高到達温度がそれぞれ１３００℃、１３５０℃、１
４００℃、１４５０℃となるように設定した。各温度に
おける通電耐久試験は、５つのサンプルについて実施し
た。結果を表１および表２に示す。表１（比較例）は乾
燥法、表２（実施例）は乾燥法の結果を示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】発熱温度を１４００℃に設定した試験につ
いて着目し、静置式乾燥（表１）、メディアを併用した
振動乾燥（表２）、のそれぞれについて５つのサンプル
の耐久回数平均を求めるとそれぞれ、４７３３回、４１
６００回であった。この結果から、原料や他の工程が全
く同一でも、乾燥方法の相違により著しい性能の差が生
じることが分かる。静置式乾燥では、泥漿１０の乾燥中
に成分が偏析したことにより不均一組織が発生し、断線
の原因となる異常発熱を引き起こしたものと考えられ
る。他方、本実施形態の方法によればそのような不具合
は生じず、十分な通電耐久性を有するセラミックヒータ
１を製造することができた。以上より、水を溶媒として
セラミックヒータ１を製造する際の泥漿１０の乾燥は、
本実施形態において説明した方法のいずれかにより、注
意深く行わなければならないと言える。
いて着目し、静置式乾燥（表１）、メディアを併用した
振動乾燥（表２）、のそれぞれについて５つのサンプル
の耐久回数平均を求めるとそれぞれ、４７３３回、４１
６００回であった。この結果から、原料や他の工程が全
く同一でも、乾燥方法の相違により著しい性能の差が生
じることが分かる。静置式乾燥では、泥漿１０の乾燥中
に成分が偏析したことにより不均一組織が発生し、断線
の原因となる異常発熱を引き起こしたものと考えられ
る。他方、本実施形態の方法によればそのような不具合
は生じず、十分な通電耐久性を有するセラミックヒータ
１を製造することができた。以上より、水を溶媒として
セラミックヒータ１を製造する際の泥漿１０の乾燥は、
本実施形態において説明した方法のいずれかにより、注
意深く行わなければならないと言える。
【００２９】（実験例２）次に、導電性セラミック粉末
として、ＴｉＮ、ＭｏＳｉ２、ＷＳｉ２およびＷＣを使
用し、実施例１と同様の方法によりセラミックヒータ１
を作製した。用いた導電成分と乾燥方法とにより分類さ
れるセラミックヒータ１について、３点曲げ抗折試験を
実施した。抗折試験は、セラミックヒータ１の先端の丸
め部に隣接した定径部において、スパン１２ｍｍ、クロ
スヘッドスピード０．５ｍｍ／ｓｅｃとして測定した。
なお、セラミックヒータの定径部における直径は３．５
ｍｍである。結果を表３および表４に示す。表３（比較
例）は前述の乾燥法、表４（実施例）は乾燥法の結
果を示す。
として、ＴｉＮ、ＭｏＳｉ２、ＷＳｉ２およびＷＣを使
用し、実施例１と同様の方法によりセラミックヒータ１
を作製した。用いた導電成分と乾燥方法とにより分類さ
れるセラミックヒータ１について、３点曲げ抗折試験を
実施した。抗折試験は、セラミックヒータ１の先端の丸
め部に隣接した定径部において、スパン１２ｍｍ、クロ
スヘッドスピード０．５ｍｍ／ｓｅｃとして測定した。
なお、セラミックヒータの定径部における直径は３．５
ｍｍである。結果を表３および表４に示す。表３（比較
例）は前述の乾燥法、表４（実施例）は乾燥法の結
果を示す。
【００３０】
【表３】
【００３１】
【表４】
【００３２】静置式乾燥を採用した場合（表３参照）に
比べ、本実施形態での乾燥方法を採用した場合、低強度
品はほとんど発生せず、安定して高強度（具体的には１
０００ＭＰａ以上の３点曲げ抗折強度）を有するセラミ
ックヒータ１が得られた。エンジンの燃焼室内という苛
酷な環境に曝されるグロープラグ用セラミックヒータに
は、１０００ＭＰａ以上の３点曲げ抗折強度が必要であ
る。そうだとすれば、水を溶媒にする場合には、本実施
形態で示した方法により泥漿１０を乾燥させて発熱体原
料粉末２４を得るとよい。
比べ、本実施形態での乾燥方法を採用した場合、低強度
品はほとんど発生せず、安定して高強度（具体的には１
０００ＭＰａ以上の３点曲げ抗折強度）を有するセラミ
ックヒータ１が得られた。エンジンの燃焼室内という苛
酷な環境に曝されるグロープラグ用セラミックヒータに
は、１０００ＭＰａ以上の３点曲げ抗折強度が必要であ
る。そうだとすれば、水を溶媒にする場合には、本実施
形態で示した方法により泥漿１０を乾燥させて発熱体原
料粉末２４を得るとよい。
【００３３】なお、本明細書の特許請求の範囲において
各要件に付与した符号は、添付の図面の対応部分に付さ
れた符号を援用して用いたものであるが、あくまでも発
明の理解を容易にするために付与したものであり、特許
請求の範囲における各構成要件の概念をなんら限定する
ものではない。
各要件に付与した符号は、添付の図面の対応部分に付さ
れた符号を援用して用いたものであるが、あくまでも発
明の理解を容易にするために付与したものであり、特許
請求の範囲における各構成要件の概念をなんら限定する
ものではない。
【図１】原料粉末からセラミックヒータが得られるまで
の過程を示す説明図。
の過程を示す説明図。
【図２】発熱体原料粉末が示すいくつかの形態と、発熱
体原料粉末の形態に応じてセラミックヒータに発生する
不具合を説明する図。
体原料粉末の形態に応じてセラミックヒータに発生する
不具合を説明する図。
【図３】振動式乾燥装置を示す模式図。
【図４】流動層乾燥装置を示す模式図。
【図５】回転式乾燥装置を示す模式図。
Claims (2)
- 【請求項１】 導電性セラミック粉末（３）、絶縁性セ
ラミック粉末（５）および焼結助剤粉末（７）を溶媒
（９）と混合し、得られた泥漿（１０）を乾燥させて発
熱体原料粉末（２４）を得たのち、その発熱体原料粉末
（２４）を成形した抵抗発熱体（２８）をセラミック基
体（３０）に埋設して焼成することにより得られるセラ
ミックヒータ（１）の製造方法において、 前記溶媒（９）には主として水を使用し、かつ前記泥漿
（１０）は、流動層乾燥装置（５０）、回転式乾燥装置
（７０）および振動式乾燥装置（４０）から選択される
１種の装置を用いて乾燥させ、その際にメディア（２
２）を併用することを特徴とするセラミックヒータ
（１）の製造方法。 - 【請求項２】 前記絶縁性セラミック粉末（５）はＳｉ
３Ｎ４からなり、前記導電性セラミック粉末（３）は、
ＴｉＮ、ＭｏＳｉ２、ＷＳｉ２およびＷＣのグループか
ら選択される１種からなる請求項１記載のセラミックヒ
ータ（１）の製造方法。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP2002051367A JP3984074B2 (ja) | 2002-02-27 | 2002-02-27 | セラミックヒータの製造方法 |
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| DE60322992T DE60322992D1 (de) | 2002-02-27 | 2003-02-26 | Verfahren zur Herstellung von Keramikheizer |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013105684A (ja) * | 2011-11-15 | 2013-05-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックヒータの製造方法及びグロープラグの製造方法 |
| JP2013105682A (ja) * | 2011-11-15 | 2013-05-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックヒータの製造方法、グロープラグの製造方法、セラミックヒータ及びグロープラグ |
| JP2013105683A (ja) * | 2011-11-15 | 2013-05-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックヒータの製造方法及びグロープラグの製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN106089542B (zh) * | 2016-07-28 | 2018-05-29 | 安徽精鑫汽车电子电器有限公司 | 一种电热塞振粉台 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2804393B2 (ja) * | 1991-07-31 | 1998-09-24 | 京セラ株式会社 | セラミックヒータ |
| JPH0812462A (ja) | 1994-06-22 | 1996-01-16 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 導電性セラミックとその製造方法及び用途 |
| JP3411498B2 (ja) * | 1997-04-23 | 2003-06-03 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックヒータ、その製造方法、及びセラミックグロープラグ |
| US5993722A (en) * | 1997-06-25 | 1999-11-30 | Le-Mark International Ltd. | Method for making ceramic heater having reduced internal stress |
| US6274855B1 (en) * | 1998-11-17 | 2001-08-14 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Heating resistor for ceramic heaters, ceramic heaters and method of manufacturing ceramic heaters |
| US6084212A (en) * | 1999-06-16 | 2000-07-04 | Le-Mark International Ltd | Multi-layer ceramic heater element and method of making same |
| JP3889536B2 (ja) * | 1999-10-29 | 2007-03-07 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックヒータ及びその製造方法、並びに該セラミックヒータを備えるグロープラグ |
| JP4454191B2 (ja) * | 2001-07-30 | 2010-04-21 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックヒータの製造方法 |
-
2002
- 2002-02-27 JP JP2002051367A patent/JP3984074B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-02-25 US US10/372,134 patent/US7347966B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-02-26 EP EP03251168A patent/EP1341400B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-02-26 DE DE60322992T patent/DE60322992D1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013105684A (ja) * | 2011-11-15 | 2013-05-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックヒータの製造方法及びグロープラグの製造方法 |
| JP2013105682A (ja) * | 2011-11-15 | 2013-05-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックヒータの製造方法、グロープラグの製造方法、セラミックヒータ及びグロープラグ |
| JP2013105683A (ja) * | 2011-11-15 | 2013-05-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックヒータの製造方法及びグロープラグの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1341400B1 (en) | 2008-08-20 |
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