JP2005071943A - Ceramic heating resistor and glow plug using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セラミックヒータおよび、それを用いたグロープラグに関する。詳しくは、石油ファンヒーターの着火用、または、その他の加熱に用いられるセラミックヒータおよびそのセラミックヒータを用いてディーゼルエンジンの始動促進用などに使用されるグロープラグに関する。 The present invention relates to a ceramic heater and a glow plug using the ceramic heater. More specifically, the present invention relates to a ceramic heater used for ignition of an oil fan heater or other heating and a glow plug used for promoting start-up of a diesel engine using the ceramic heater.
近年、排気ガスの規制に対応するため、ディーゼルエンジンの燃焼方式が、副燃焼室を有するタイプから、直接噴射型、いわゆる直噴型に移行し、さらに、マルチバルブ化が行われてきている。このような直接噴射型のディーゼルエンジンに用いるグロープラグは、シリンダヘッドの壁面を通って主燃焼室に臨むため、副燃焼室を予熱するタイプに比べて全長を長くし、しかも、細径にすることが必要である。さらに、シリンダヘッドの強度を確保するためにシリンダヘッドの厚さを大きくする必要がある。 In recent years, in order to comply with exhaust gas regulations, the combustion system of a diesel engine has shifted from a type having a sub-combustion chamber to a direct injection type, so-called direct injection type, and multi-valve has been performed. Since the glow plug used in such a direct injection type diesel engine passes through the wall surface of the cylinder head and faces the main combustion chamber, it has a longer overall length and a smaller diameter than the type that preheats the auxiliary combustion chamber. It is necessary. Furthermore, it is necessary to increase the thickness of the cylinder head in order to ensure the strength of the cylinder head.
そのため、グロープラグを装着する挿入孔が非常に細く、しかも、長くなってきており、それに合わせてグロープラグも非常に細長く形成する必要がでてきた。 For this reason, the insertion hole for mounting the glow plug is very thin and long, and the glow plug has to be formed to be very long correspondingly.
従って、前述のようなグロープラグの長尺化の要求に応えるとともに、セラミックヒータの全長を短縮してコストダウンを図るために、セラミックヒータを、その発熱体が埋設されている発熱部が外部に突出するようにして金属製外筒の一端側に固定した構造のグロープラグが提案されている。 Therefore, in order to meet the above-mentioned demand for longer glow plugs and to reduce the overall length of the ceramic heater and reduce the cost, the heat generating part in which the heating element is embedded is externally connected to the ceramic heater. A glow plug having a structure that is fixed to one end of a metal outer cylinder so as to protrude has been proposed.
例えば、図３に特許文献１に開示された従来のグロープラグを示す。特許文献１のグロープラグは金属製外筒８の先端開口部から内部にガラス３０Ａによりセラミックヒータ６を保持固定して構成されている。 For example, FIG. 3 shows a conventional glow plug disclosed in Patent Document 1. The glow plug of Patent Document 1 is configured by holding and fixing the ceramic heater 6 with glass 30 </ b> A from the front end opening of the metal outer cylinder 8.
このセラミックヒータ６は、絶縁性セラミックスからなる円筒状のセラミック体６ａ中に、高融点金属（例えばタングステン等）のコイルや導電性セラミックス等の発熱抵抗体６４を埋設してなる。そして、セラミック体６ａの端面６ｂの中央部に、外周部６ｂｆよりも突出した円形の突出部６ｂｅを形成するとともに、この突出部６ｂｅの側面に、発熱抵抗体６４に接続された陽極側リード線６８の先端部６８ａの側面を露出させている。一方、電極取り出し金具１２の先端にはカップ状（有底円筒状）に形成した陽極端子５０を接続し、この陽極端子５０をセラミックヒータ６の端面６ｂに形成された突出部６ｂｅに嵌合させてロウ付けにより接合している。また、発熱抵抗体６４の陰極側の引出部を絶縁性セラミックスの側面から露出させて金属製外筒８に接続している。
This ceramic heater 6 is formed by embedding a coil of a high melting point metal (for example, tungsten) or a
セラミックヒータ６の製造としては、焼結時に陽極側リード線６８を偏芯させて焼成を行い、焼結成形後のセラミックヒータ６の端面６ｂを研削等により段付き形状にして円形突出部６ｂｅを形成し、その円形突出部６ｂｅの側面にリード線６８の先端６８ａが露出するようにしている。
For the manufacture of the ceramic heater 6, the anode-
特許文献１においてはカップ状の陽極端子５０をセラミックヒータ３０の端部の円形突出部６ｂｅに嵌合させてロウ付けしたので、このロウ付け部分１６の強度が向上する。さらに、ロウ付け部分１６を端面６ｂから突出させたので、その周囲の部分にロウ材が残らず、電極取り出し金具１２と金属製外筒８との短絡を防止することができるというものである。
特許文献１のように、陽極端子５０を突出部６ｂｅに嵌合し、ロウ付けにより接続するようにした構成では、これら両者を確実に接続できる点で優れているが、陽極端子５０の局所発熱が発生しやすくセラミックヒータの通電耐久性が悪化する問題があった。 The configuration in which the anode terminal 50 is fitted to the protruding portion 6be and connected by brazing as in Patent Document 1 is excellent in that both can be reliably connected. There is a problem that the energization durability of the ceramic heater deteriorates.
このため、セラミックヒータ６に対して、これまで以上に通電耐久性を備えることが望まれてきている。 For this reason, it has been desired that the ceramic heater 6 be provided with energization durability more than ever.
本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、陽極端子の局所発熱を抑えて、通電耐久性を十分に備えるセラミックヒータおよび、このセラミックヒータを用いて急速に昇温することが可能なグロープラグを提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of the above-described problems, and suppresses local heat generation at the anode terminal, and a ceramic heater having sufficient energization durability and a rapid temperature increase using this ceramic heater. An object of the present invention is to provide a glow plug that can be used.
本発明のセラミックヒータは、棒状のセラミック体中に内蔵する発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に接続して前記セラミック体の表面側に導出するリード線と、該リード線と接続し前記セラミック体の表面に露出させる引出部と、該引出部の露出部と接続する陽極端子とからなるセラミックヒータにおいて、前記セラミック体の一方端面に突出部を形成するとともに、前記引出部は前記突出部の側壁の複数箇所に引き出して露出させるとともに、該露出部のそれぞれに前記陽極端子が接続可能に構成されていることを特徴とする。 The ceramic heater of the present invention includes a heating resistor built in a rod-shaped ceramic body, a lead wire connected to the heating resistor and led out to the surface side of the ceramic body, and connected to the lead wire to the ceramic body. In the ceramic heater comprising a lead part exposed on the surface of the lead and an anode terminal connected to the exposed part of the lead part, a protrusion is formed on one end surface of the ceramic body, and the lead part is a side wall of the protrusion. In this case, the anode terminal is connected to each of the exposed portions.
そして、前記引出部の露出部が、前記突出部の側壁を介して対向する位置に形成されていることが好ましい。 And it is preferable that the exposed part of the said drawer part is formed in the position which opposes via the side wall of the said protrusion part.
また、前記突出部の外径Ａと前記セラミック体の外径Ｂとの比が、０．４≦Ａ／Ｂ≦０．８８であるのが好ましい。 Moreover, it is preferable that the ratio of the outer diameter A of the protrusion and the outer diameter B of the ceramic body is 0.4 ≦ A / B ≦ 0.88.
さらに、前記引出部の露出部の断面積が１×１０５〜６．８×１０５μｍ２であることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the cross-sectional area of the exposed portion of the lead-out portion is 1 × 10 5 to 6.8 × 10 5 μm 2 .
そして、金属製外筒の先端開口部に上述のセラミックヒータを挿入固定したことを特徴とするグロープラグを提供する。 And the glow plug characterized by inserting and fixing the above-mentioned ceramic heater in the front-end | tip opening part of a metal outer cylinder is provided.
本発明の構成によれば、発熱抵抗体から引き出された引出部は前記突出部の側壁の複数箇所に引き出されて露出され、その露出部のそれぞれに陽極端子が接続可能に構成されているので、陽極端子からの高い電圧を印加したとしても、少ない電流が引出部に流すことが可能となり、引出部の発熱が抑えられるので、通電した直後は発生した熱がセラミック体内部を十分に伝わっていなくともセラミック体との温度差を生じさせることはない。従って、電圧印加時における突出部の耐熱衝撃に強く、通電耐久性の優れたセラミックヒータを提供することができる。従って、このような耐熱衝撃に強いセラミックヒータを用いたグロープラグでは着火不良がなく信頼性を格段に向上させることが可能である。 According to the configuration of the present invention, the lead-out portion drawn out from the heating resistor is drawn out and exposed at a plurality of positions on the side wall of the protruding portion, and the anode terminal can be connected to each of the exposed portions. Even when a high voltage is applied from the anode terminal, a small amount of current can flow through the extraction part, and heat generation in the extraction part is suppressed, so that the generated heat is sufficiently transmitted through the ceramic body immediately after energization. Even if it does not cause a temperature difference with the ceramic body. Therefore, it is possible to provide a ceramic heater that is resistant to the thermal shock of the projecting portion when a voltage is applied and has excellent current durability. Therefore, a glow plug using a ceramic heater resistant to such a thermal shock does not have a poor ignition and can greatly improve reliability.
本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明のセラミックヒータの断面図、図２は本発明のセラミックヒータを用いたグロープラグの断面図である。 FIG. 1 is a sectional view of a ceramic heater of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of a glow plug using the ceramic heater of the present invention.
図１に示すように、本発明のセラミックヒータ１０は、セラミック体１１中に内蔵する発熱抵抗体１２と、発熱抵抗体１２の一方側に接続してセラミック体１１の端面側に導出するリード線１５ｂと、リード線１５ｂと接続しセラミック体１１の表面に露出させる引出部１３ａと、引出部１３ａの露出部と接続する陽極端子１４とが形成されている。また、発熱抵抗体１２の他方側に接続してセラミック体１１の側面側に導出するリード線１５ａと、そのリード線１５ａの先端と接続し、セラミック体１１の側面に露出する引出部１３ｂとが形成され、陰極側に接続可能に構成されている。
As shown in FIG. 1, a ceramic heater 10 of the present invention includes a
セラミック体１１は棒状の棒状の電気絶縁性セラミックスからなり、その一方端面は突出部１６を形成している。また、先端側の内部には発熱抵抗体１２を埋設させている。この発熱抵抗体１２はＵ字形の棒状体であり、導電成分、抵抗温度係数を調節するための調整成分、および絶縁成分であるセラミック成分を含有している。また、引出部１３ａ、１３ｂは図１に示すように、リード線１５ａ、１５ｂの先端に接続されており、特に、引出部１３ａはリード線１５ｂの先端に接続されて突出部１６の側壁の２カ所に引き出され露出させている。
The ceramic body 11 is made of a rod-shaped rod-shaped electrically insulating ceramic, and one end surface thereof forms a protrusion 16. In addition, a
陽極端子１４は材質がＳＵＳ３０４、等からなり、先端がカップ状に形成し外部から所定電圧が印加可能に構成されている。この陽極端子１４は上述の引出部１３ｂから側壁の２カ所に引き出され２カ所が露出したものを確実に接続するために形成したものであり、露出部を増加させても陽極端子１４を確実に接続させることができる。陽極端子１４の先端をカップ状に形成したが、これに限定されず、露出部に対応して先端が複数に別れて接続可能に構成しても良い。
The
そして、引出部１３ａに外部電源から通電すると、セラミック体１１内に設けられたＵ字型の発熱抵抗体１２の端部に給電されて発熱抵抗体１２が発熱を開始するが、発生した熱はセラミック体１１内部を伝導して表面に到達する。
When the lead portion 13a is energized from an external power source, power is supplied to the end of the
しかし、引出部１３ａに陽極端子１４に印加した直後は、発生した熱がセラミック体１１内部を十分に伝わっておらず、突出部１６は引出部１３ａの発熱によりセラミック体１１との温度差が生じる。従って、突出部１６において引出部１３ａに局所発熱が発生しセラミックヒータ１０の通電耐久性が悪化しやすい。
However, immediately after being applied to the
本発明のセラミックヒータ１０においては、突出部１６の側壁に陽極端子１４と接続する２つ以上の引出部１３ａが露出させており、その露出部のそれぞれに陽極端子１４が接続可能に設けられているため、突出部１６の部分抵抗を下げることができ、電圧突入時の引出部１３ａの局所発熱を抑えることができ、突出部１６の熱応力を抑え通電耐久性を高めることができる。
In the ceramic heater 10 of the present invention, two or more lead portions 13a connected to the
そして、更に好ましい形態としては、図１に示すように、引出部１３ａの露出部が、突出部１６を介して対向する位置に形成するのがよい。このような位置に形成することによって、わずかにも発生する引出部１３ａの局所発熱箇所の距離を極大にすることができ、突出部１６の熱応力を抑え通電耐久性を高めることができる。 And as a more preferable form, as shown in FIG. 1, it is good to form the exposed part of the drawer | drawing-out part 13a in the position which opposes via the protrusion part 16. As shown in FIG. By forming in such a position, the distance of the local heat generation part of the drawer | drawing-out part 13a which generate | occur | produces slightly can be maximized, the thermal stress of the protrusion part 16 can be suppressed, and energization durability can be improved.
さらに、突出部１６の外径Ａとセラミック体１１の外径Ｂとの比が、０．４≦Ａ／Ｂ≦０．８８とするのがよい。外径の比Ａ／Ｂが０．４より小さいと引出部１３ａの側面を露出させている距離が長くなるため、引出部１３ａの抵抗が高くなり、電圧突入時に突出部１６に局所発熱が発生し、これに伴う熱応力が高くなり、外径の比Ａ／Ｂが０．８８より大きいと突出部１６の直径が細くなり突出部１６の耐荷重が低くなり、突出部１６にクラックが発生する。このクラックは引出部１３ａが１箇所で片側にのみ形成される場合に発生しやすくなる。 Furthermore, the ratio of the outer diameter A of the protrusion 16 and the outer diameter B of the ceramic body 11 is preferably 0.4 ≦ A / B ≦ 0.88. If the ratio A / B of the outer diameter is smaller than 0.4, the distance that exposes the side surface of the lead portion 13a becomes long, so the resistance of the lead portion 13a increases, and local heat generation occurs in the protrusion portion 16 when the voltage enters. However, if the thermal stress accompanying this increases, and the ratio A / B of the outer diameter is greater than 0.88, the diameter of the protruding portion 16 becomes thinner, the load resistance of the protruding portion 16 becomes lower, and cracks occur in the protruding portion 16. To do. This crack is likely to occur when the lead portion 13a is formed only on one side at one location.
さらに、引出部１３ａの露出部の面積が１×１０５〜６．８×１０５μｍ２とするのがよい。引出部１３ａの断面積が１×１０５ｍ２より小さいと引出部１３ａの側面と陽極端子１４との接触抵抗が高くなり、電圧突入時に突出部１６に局所発熱が発生し、これに伴う熱応力が高くなる。また、引出部１３ａの露出部の面積が６．８×１０５μｍ２より大きいと引出部１３ａが突出部１６における異物としての影響が大きくなり、熱応力に伴うクラックが引出部１３ａおよび突出部１６に発生する。
Furthermore, the area of the exposed part of the lead-out part 13a is preferably 1 × 10 5 to 6.8 × 10 5 μm 2 . If the cross-sectional area of the lead portion 13a is smaller than 1 × 10 5 m 2 , the contact resistance between the side surface of the lead portion 13a and the
セラミック体１１を構成する電気絶縁性セラミックスは、通常、発熱抵抗体１２及びリード線１５ａ、１５ｂなどと一体に焼成され、焼成後これらは一体となっている。この電気絶縁性セラミックスは発熱抵抗体１２およびリード線１５ａ、１５ｂなどに対して−２０〜１５００℃において十分な絶縁性を有すればよい。特に、発熱抵抗体１２に対して、１０８倍以上の絶縁性を有することが好ましい。
The electrically insulating ceramic constituting the ceramic body 11 is usually fired integrally with the
この電気絶縁性セラミックスを構成する成分は特に限定されないが、窒化物セラミックスが望ましい。窒化物セラミックスは、比較的熱伝導率が高く、セラミック体１１の先端から他端側へ効率的に熱を伝えることができ、セラミック体１１の先端と他端側との温度差を小さくすることができるからである。例えば、窒化ケイ素質セラミックス、サイアロン及び窒化アルミニウムセラミックスのうちのいずれかのみから構成されてもよく、窒化ケイ素質セラミックス、サイアロン及び窒化アルミニウムセラミックスのうちの少なくとも一種を主成分としてもよい。 The components constituting this electrically insulating ceramic are not particularly limited, but nitride ceramics are desirable. Nitride ceramics has relatively high thermal conductivity, can efficiently transfer heat from the tip of the ceramic body 11 to the other end, and reduce the temperature difference between the tip and the other end of the ceramic body 11. Because you can. For example, it may be composed of only one of silicon nitride ceramics, sialon, and aluminum nitride ceramics, and at least one of silicon nitride ceramics, sialon, and aluminum nitride ceramics may be the main component.
特に、窒化物セラミックスの中でも窒化ケイ素質セラミックスとすることにより、熱衝撃に強く、耐久性の優れたセラミックヒータ、およびグロープラグとすることができる。この窒化ケイ素質セラミックスは、窒化ケイ素を主成分とするものが広く含まれ、窒化ケイ素のみならず、サイアロンなども含まれる。さらに、通常、焼結助剤（Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒなどの各酸化物など）が数質量％（２〜１０質量％程度）配合されて焼成される。また、焼結助剤粉末は特に限定されず、窒化ケイ素の焼成に一般に用いられる希土類酸化物などの粉末を使用することができる。とくに、Ｅｒ２Ｏ３など、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高くなることからより好ましい。 In particular, by using silicon nitride ceramic among nitride ceramics, a ceramic heater and a glow plug that are resistant to thermal shock and excellent in durability can be obtained. This silicon nitride ceramics includes a wide variety of silicon nitride as a main component, and includes not only silicon nitride but also sialon. Furthermore, usually, a sintering aid (each oxide such as Y, Yb, Er, etc.) is blended by several mass% (about 2-10 mass%) and fired. Further, the sintering aid powder is not particularly limited, and powders such as rare earth oxides generally used for firing silicon nitride can be used. In particular, it is more preferable to use a sintering aid powder such as Er 2 O 3 in which the grain boundary when sintered is a crystal phase because the heat resistance is increased.
さらに、発熱抵抗体１２を構成する各金属元素の硼化物が含有されてもよく、下記導電成分との熱膨張率の差を小さくするために少量の導電成分を含有してもよい。
Further, a boride of each metal element constituting the
また、発熱抵抗体１２は、通常、導電成分と絶縁成分とを含有する。この導電成分は、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、及びＣｒ等から選ばれる１種以上の元素の珪化物、炭化物又は窒化物等の少なくとも１種であり、絶縁成分は窒化ケイ素質焼結体等である。特に、絶縁成分及び／又は絶縁体を構成する成分に窒化ケイ素が含有される場合は、導電成分として炭化タングステン、珪化モリブデン、窒化チタン又は珪化タングステン等の少なくとも１種を用いることが好ましい。
The
導電成分は、絶縁成分及び絶縁体を構成する成分との熱膨張差が小さいことが好ましく、融点はセラミックヒータの使用温度（１４００℃以上、更には１５００℃以上）を越えることが好ましい。また、発熱抵抗体１２中に含まれる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１２を１００体積％とした場合に、導電成分を１５〜４０体積％とすることが好ましく、２０〜３０体積％とすることがより好ましい。
The conductive component preferably has a small difference in thermal expansion between the insulating component and the component constituting the insulator, and the melting point preferably exceeds the operating temperature of the ceramic heater (1400 ° C. or higher, more preferably 1500 ° C. or higher). Moreover, the quantity ratio between the conductive component and the insulating component contained in the
図２に示すグロープラグ２６は、ハウジング２５の先端に保持された金属製外筒２２の先端開口部からセラミックヒータ１０を挿入固定して構成されている。 The glow plug 26 shown in FIG. 2 is configured by inserting and fixing the ceramic heater 10 from the tip opening of the metal outer cylinder 22 held at the tip of the housing 25.
セラミックヒータ１０の陰極側に接続されて露出した引出部１３ｂは金属製外筒２２の内部側でロウ付けにより電気的に接続されている。この金属製外筒２２はステンレスなどの導電材料によって形成され、セラミック体２１を嵌装し、ロウ付けなどにより固着されている。また、引出部２３ｂと金属製外筒２２は互いに電気的に接触し、金属製外筒２２自体が接地電極としての作用を有しているため、金属製外筒２２を他の部材に取り付けたときに、金属製外筒２２自体を介して給電することが可能となる。 The lead-out portion 13b exposed by being connected to the cathode side of the ceramic heater 10 is electrically connected to the inner side of the metal outer cylinder 22 by brazing. The metal outer cylinder 22 is formed of a conductive material such as stainless steel, and is fitted with a ceramic body 21 and fixed by brazing or the like. Further, the lead-out portion 23b and the metal outer cylinder 22 are in electrical contact with each other, and the metal outer cylinder 22 itself has a function as a ground electrode, so that the metal outer cylinder 22 is attached to another member. Sometimes, power can be supplied through the metal outer cylinder 22 itself.
本発明のセラミックヒータおよびそれを用いたグロープラグの製造方法を説明する。 A ceramic heater of the present invention and a method of manufacturing a glow plug using the same will be described.
セラミックヒータ１０を作製するためには、まず、発熱抵抗体１２を構成する成分として示した導電成分と、絶縁成分を含有するペーストを作製し、これを上記の電気絶縁性セラミックス中に埋入させる。
In order to manufacture the ceramic heater 10, first, a paste containing the conductive component and the insulating component shown as the components constituting the
まず、ペーストは、通常、ペースト全体を１００質量％とした場合に、導電成分及び絶縁成分を合計で７５〜９０質量％含有する。このペーストは、例えば、これらの成分を各原料粉末として所定量を湿式混合し、その後、乾燥させ、更に、ポリプロピレン、ワックス等の所定量のバインダ等と混合することにより得ることができる。このペーストは更に、適度に乾燥させて取り扱い易いように成形加工したペレット状等のものであってもよい。 First, the paste usually contains a conductive component and an insulating component in a total amount of 75 to 90% by mass when the entire paste is 100% by mass. This paste can be obtained, for example, by wet mixing predetermined amounts of these components as raw material powders, then drying, and further mixing with a predetermined amount of a binder such as polypropylene or wax. The paste may further be in the form of pellets that are appropriately dried and molded so as to be easy to handle.
また、埋入はどのように行ってもよいが、例えば、型内に突出するリード線の長さを調節して固定し、この型内に上記ペーストを注入することにより行うことができる。更に、所定の形状に成形したペーストにリード線を挿入するように接触長を調製し、埋入させることもできる。 The embedding may be performed in any way, for example, by adjusting and fixing the length of the lead wire protruding into the mold and pouring the paste into the mold. Furthermore, the contact length can be adjusted and embedded so that the lead wire is inserted into the paste formed into a predetermined shape.
その他、棒状基体の原料粉末をプレス成形法により成形体を得、成形体の上面に適度なバインダなどを調合した上記ペーストを作り、これを発熱部リード部および電極部の導体形状にスクリーン印刷法によりプリントして形成しても良い。 In addition, a raw material powder of a rod-shaped substrate is obtained by a press molding method, and the above paste in which an appropriate binder is prepared on the upper surface of the molded body is made, and this is screen-printed into a conductor shape of a heating part lead part and an electrode part May be formed by printing.
このようにして、この発熱抵抗体１２をセラミック体１１用の原料とともに、プレス成形して一体に加圧することにより、基体の形状を有する粉末成形体を得る。そして、さらにこのセラミックヒータ成形体を、黒鉛製などの加圧用ダイスに収納し、これを焼成炉に収容し、必要に応じて仮焼してバインダを除去した後、所定の温度で所要時間、ホットプレス焼成することによって、セラミックヒータ１０を得ることができる。
In this way, the
セラミックヒータ１０の端面１６ａの中央部に、外周部１６ａｂよりも突出した円形の突出部１６ａａを形成するとともに、この突出部１６ａａの側面に、発熱抵抗体１２に接続された陽極側リード線１５ｂを介して引出部１３ａの側面を露出させている。一方、カップ状（有底円筒状）に形成した陽極端子１４と、この引出部１３ａを前記セラミックヒータ１０の端面１６ｂに形成された突出部１６ａａに嵌合させてロウ付けにより接合している。
A circular protruding portion 16aa protruding from the outer peripheral portion 16ab is formed at the central portion of the
円形の突出部１６は、突出形状のメス型形状のダイヤ砥石によって研削することによって形成したり、セラミックヒータ１０は成形体の際に切削して形状を成形しても良い。また、セラミックヒーター１０の成形体をプレス成形する際の金型にて形状を成形しても良い。 The circular protrusion 16 may be formed by grinding with a protruding female-shaped diamond grindstone, or the ceramic heater 10 may be cut into a molded body to form a shape. Further, the shape may be formed by a mold used for press-molding the molded body of the ceramic heater 10.
上述の方法により作製したセラミックヒータ１０を、ステンレス製の金属製外筒２２に嵌装し、ロウ付けした後、ハウジング２５にロウ付けおよびかしめを行うことで固定し、グロープラグ２６が完成する。 The ceramic heater 10 produced by the above-described method is fitted into the stainless steel outer cylinder 22 and brazed, and then fixed to the housing 25 by brazing and caulking, whereby the glow plug 26 is completed.
なお、本発明のセラミックヒータ１０は、焼結時に陽極側リード線１５ｂを偏芯させておき、焼結成形後のセラミックヒータ１０の端面１６ｂを研削等により段付き形状にして突出部１６を形成し、その突出部１６の側壁にリード線１５ｂから引き出された引出部１３ａの両側面を直接露出するようにしている。この構成によりリード線１５ｂの側面に陽極端子１４の先端が複数分岐して接続されるため、接続面積が大きくとることができ、接続をより確実にすることができる。また、陽極端子１４の先端をカップ状に形成し、突出部１６に嵌合させてロウ付けしたので、このロウ付け部分１６の強度が向上する。
In the ceramic heater 10 of the present invention, the anode-side lead wire 15b is decentered during sintering, and the end surface 16b of the sintered ceramic heater 10 is stepped to form a stepped portion 16 by grinding or the like. In addition, both side surfaces of the drawn portion 13a drawn from the lead wire 15b are directly exposed on the side wall of the protruding portion 16. With this configuration, since the tip of the
次に本発明の実施例を説明する。 Next, examples of the present invention will be described.
次に示す方法により、図１に示すセラミックヒータ１０を作製した。 The ceramic heater 10 shown in FIG. 1 was produced by the following method.
セラミック体１１を構成する電気絶縁性セラミックスの主成分として９０〜９２モル％の窒化ケイ素に焼結助剤として希土類元素酸化物を２〜１０モル％、酸化アルミニウム、酸化ケイ素を窒化ケイ素と希土類元素酸化物の総量に対して各々０．２〜２．０質量％と１〜５質量％添加混合して原料粉末を調整した。 90 to 92 mol% of silicon nitride as a main component of the electrically insulating ceramic constituting the ceramic body 11, 2 to 10 mol% of rare earth element oxide as a sintering aid, aluminum oxide, silicon oxide as silicon nitride and rare earth element The raw material powder was prepared by adding and mixing 0.2 to 2.0 mass% and 1 to 5 mass%, respectively, with respect to the total amount of oxide.
その後、原料粉末をプレス成形法により成形体を得、成形体の上面にタングステンに適当な有機溶剤、溶媒を添加混合した発熱体ペーストを作り、これを発熱抵抗体１２および引出部１３の導体形状にスクリーン印刷法によりプリントした。 Thereafter, a raw material powder is obtained by a press molding method to obtain a molded body, and a heating element paste in which an appropriate organic solvent and solvent are added and mixed with tungsten is formed on the upper surface of the molded body. Was printed by the screen printing method.
さらに、上記発熱抵抗体１２と引出部１３成形体の間に、タングステンを主成分とする導電体を挟み込んで密着させ、約１６５０〜１８００℃の温度でホットプレス焼成することにより、セラミック体１１と発熱抵抗体１２を一括焼成した。
Furthermore, a ceramic body 11 is obtained by sandwiching a conductive material mainly composed of tungsten between the
次にセラミックヒータ１０の端面１６ａの中央部に、研削により外周部１６ａｂよりも突出した円形の突出部１６ａａを形成するとともに、この突出部１６ａａの側面に、発熱抵抗体１２に接続された陽極側リード線１５ｂを介して引出部１３ａの側面を露出させた。一方、カップ状に形成した陽極端子１４と、この引出部１３ａを前記セラミックヒータ１０の端面１６ｂに形成された突出部１６ａａに嵌合させてロウ付けにより接合させた。
Next, at the center of the
引出部１３ａは４ヶ所、２ヶ所、１ヶ所とし、それぞれの引出部１３ａの方向を対向および片側とした。引出部１３ａを対向の配置とするには４ヶ所の場合、突出部１６の周方向９０°おきに均等に２組の対向引出部１３ａとし、２ヶ所の場合、突出部１６の周方向１８０°おきの１組の対向引出部１３ａとした。引出部１３ａが対向に配置されるには隣り合う引出部が９０°以上離れていればよいとした。 The lead portions 13a are four places, two places, and one place, and the directions of the lead portions 13a are opposite and one side. In order to arrange the lead-out portions 13a so as to face each other, in the case of four places, the two sets of the opposite lead-out portions 13a are made evenly every 90 ° in the circumferential direction of the protruding portion 16, and in the case of two places, the circumferential direction of the protruding portion 16 is 180 °. One pair of opposing drawing portions 13a was used. In order for the drawer portions 13a to be arranged to face each other, the adjacent drawer portions need only be 90 ° apart or more.
また、引出部１３ａを片側の配置とするには、突出部１６の周方向３０°以内の範囲に全ての引出部１３ａを集約させて配置した。 Further, in order to arrange the drawing portion 13a on one side, all the drawing portions 13a are gathered and arranged in a range within 30 ° in the circumferential direction of the protruding portion 16.
さらに、前記突出部１６の外径Ａと前記セラミック体１１の外径Ｂとの比Ａ／Ｂを様々に変化させたセラミックヒータ１０のサンプルを作成した。 Furthermore, samples of the ceramic heater 10 were prepared in which the ratio A / B between the outer diameter A of the protrusion 16 and the outer diameter B of the ceramic body 11 was variously changed.
また、前記引出部１３ａの断面積も様々に変化させたセラミックヒータ１０のサンプルを作成した。 Further, samples of the ceramic heater 10 in which the cross-sectional area of the lead-out portion 13a was variously changed were prepared.
それぞれ用意したサンプルの発熱抵抗体１２に電圧を印加して発熱抵抗体１２をジュール発熱させ、セラミックヒータの飽和温度が１４００℃となるような電圧Ａを印加し、電圧印加時間を５分、その後電圧をカットし常温の圧縮空気をセラミックヒータ最高発熱部に吹き付け冷却させることにより強制冷却する時間を３分とした熱サイクルで１００００サイクルの通電耐久試験後の温度変化を調べる評価を実施した。
A voltage is applied to the
以上の結果を表１に示す。 The results are shown in Table 1.
なお、温度変化については１００００サイクルの通電耐久試験後に、耐久試験前のセラミックヒータの飽和温度が１４００℃となるような電圧Aを印加した際の温度変化とした。 In addition, about the temperature change, it was set as the temperature change at the time of applying the voltage A that the saturation temperature of the ceramic heater before an endurance test becomes 1400 degreeC after an energization endurance test of 10,000 cycles.
そして、判定として、温度変化が-２５℃以内のものを◎（大変良い）、-４５℃以内のものを○（良い）、−１００℃以内のものを△（許容範囲内）、−１００℃を越えるものを×（不可）とした。
表１に示した結果より、本発明の範囲内であるＮｏ．１〜３３のサンプルについては、１００００サイクル後の温度変化において、許容範囲内の結果を得ることができた。しかしながら、試料Ｎｏ．３４〜４２に示した本発明の範囲外であるサンプルは、１００００サイクル後の温度変化において、良好な結果を得ることができなかった。 From the results shown in Table 1, No. 1 within the scope of the present invention. With respect to the samples 1 to 33, the results within the allowable range could be obtained in the temperature change after 10,000 cycles. However, sample no. Samples outside the scope of the present invention shown in 34 to 42 did not give good results in temperature changes after 10,000 cycles.
Ｎｏ．２〜８、Ｎｏ．１４〜２０のサンプルについては、複数の引出部を備え、引出部方向が対向し、直径比が０．４≦Ａ／Ｂ≦０．８８であり、引出部の断面積が１×１０５〜６．８×１０５μm2であることから１００００サイクル後の温度変化は-２５℃以内の大変良い結果が得られた。
No. 2-8, no.
さらに、比較例としてＮｏ．３６、Ｎｏ．３９〜４２のサンプルにおいては引出部３ａまたは突出部１６にクラックも観察された。 Furthermore, as a comparative example, no. 36, no. In the samples 39 to 42, cracks were also observed in the lead-out portion 3a or the protruding portion 16.
また、今回の実施例により良好な結果が得られた、Ｎｏ．１〜３３の条件で作製したセラミックヒータ１０に、金属製外筒２２、ハウジング２５をロウ付けおよびかしめを行って固定し、グロープラグ２６を作製したところ、電圧を印加して発熱体をジュール発熱させ、グロープラグ先端の飽和温度が１４００℃とし、電圧印加時間を５分、その後電圧をカットし常温の圧縮空気を最高発熱部に吹き付け冷却させることにより強制冷却する時間を３分とした熱サイクルで１００００サイクルの評価を行ったが、１００００サイクル後の温度変化は-２５℃以内の大変良い結果が得られ、金属製外筒２２とセラミック体２１との接触点をはじめ、どの点においても全く破損は認められず、グロープラグとして優れた耐熱衝撃性を示すことがわかった。 In addition, good results were obtained according to the present example. The metal outer cylinder 22 and the housing 25 are fixed by brazing and caulking to the ceramic heater 10 manufactured under the conditions of 1 to 33, and the glow plug 26 is manufactured. Thermal cycle in which the saturation temperature at the tip of the glow plug is 1400 ° C., the voltage application time is 5 minutes, and then the forced cooling time is 3 minutes by cutting the voltage and blowing the normal temperature compressed air to the highest heat generating part and cooling. In 10,000 cycles, the temperature change after 10000 cycles gave a very good result within −25 ° C., and the contact points between the metal outer cylinder 22 and the ceramic body 21 were completely different. No damage was observed, and it was found that the glow plug exhibited excellent thermal shock resistance.
１０：セラミックヒータ
１１：セラミック体
１２：発熱抵抗体
１３：引出部
１４：陽極端子
１５：リード線
１６：突出部
２０：セラミックヒータ
２１：セラミック体
２２：金属製外筒
２３：引出部
２４：陽極端子
２５：ハウジング
２６：グロープラグ
３０：セラミックヒータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Ceramic heater 11: Ceramic body 12: Heating resistor 13: Leading part 14: Anode terminal 15: Lead wire 16: Protruding part 20: Ceramic heater 21: Ceramic body 22: Metal outer cylinder 23: Leading part 24: Anode Terminal 25: Housing 26: Glow plug 30: Ceramic heater
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