JP2006049279A - セラミックヒータ、グロープラグ及びセラミックヒータの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セラミックヒータ1は、絶縁体からなる柱状の基体13と、基体13の一端側内部に埋設された抵抗体11と、抵抗体11と接続された状態で基体13に埋設されつつ基体13の他端側に延びる一対の通電部12b、12cと、各通電部12b、12cと接続された状態で基体13の他端側表面に露出する電極部12a、12dとを有している。両通電部12b、12cは両電極部12a、12dと同一材料からなり、電極部12a、12dの軸方向の断面積S1は通電部12b、12cの軸直角方向の断面積S2以上である。
【選択図】図1
Description
前記両通電部は前記両電極部と同一材料からなり、該電極部の軸方向の断面積は該通電部の軸直角方向の断面積以上であることを特徴とする。
(数1)
R=ρ・l/a
と表されることから、電極部の電気抵抗値が通電部の電気抵抗値以下となる。このため、電極部は、通電部に比べて、昇温し難くなる。このため、外気の酸素と触れ得る電極部は酸化が抑制される。このため、電極部の膨張が抑制されるため、セラミックヒータの抗折強度の低下を抑制することが可能となる。
基体用成形体内に該通電用成形体が収容された複合成形体を焼成し、該基体用成形体により、絶縁体からなる柱状の基体が構成され、該通電用成形体により、該基体の一端側内部に埋設された抵抗体と、該抵抗体と接続された状態で該基体に埋設されつつ該基体の他端側に延びる一対の通電部と、各該通電部と接続された状態で該基体の他端側表面に露出する電極部とが構成され、該基体、該抵抗体、両該通電部及び両該電極部を有するセラミックヒータを得る焼成工程とを備え、
該通電用成形体は、焼成後に該抵抗体となる第1成形体と、該第1成形体と一体をなし、焼成後に両該通電部及び両該電極部となる第2成形体とからなり、
該第2成形体は、焼成後に両該通電部となる両棒状部と、各該棒状部と一体をなし、焼成後に両該電極部となる両突出部とからなるセラミックヒータの製造方法において、
前記通電用成形体を成形する成形型は、互いに内部に該通電用成形体を成形可能なキャビティを有し、互いの合わせ面により型開き可能な第1型及び第2型からなり、
該第1型及び該第2型における該キャビティのうちの前記両突出部を成形する部分には、対をなして該合わせ面から離れるに従って互いに近づく傾斜面が形成されていることを特徴とする。
試験例1は、長時間使用した場合でもセラミックヒータが高い耐久性を発揮することができるかどうかを評価するものである。まず、図1及び図2に示すように、実施例1−1〜1−3及び比較例1−1、1−2のセラミックヒータ1を用いたグロープラグ50を説明する。このグロープラグ50は、筒状の主体金具4と、この主体金具4の先端部内側に金属外筒3を介して配置され、先端に発熱部をもつ柱状のセラミックヒータ1と、主体金具4の後端側に配置された中軸6と、中軸6とセラミックヒータ1の後端部とを接続する接続金具17及び金属リング18とを備えたものである。
各セラミックヒータ1が折れやすいか折れにくいかを判断する方法として、JIS R 1601に準じた下記の抗折強度測定方法を実施した。各セラミックヒータ1単体を図6に示す通り、電極部12dを跨ぐ支持点A、B(スパン間12mm)で支持し、クロスヘッド移動速度0.5mm/分で負荷点Pに荷重を付加した。測定時の雰囲気温度は常温である。このように荷重を付加する場所を決定した理由は、抗折強度に対する本発明の効果を明確にするために電極部12a、12dが埋設された位置に対応する基体13の表面が最も適しているからである。
各セラミックヒータ1と金属外筒3又は金属リング18との接続部分の耐久性を判断するため、各セラミックヒータ1に対して、通電状態と不通電状態とを繰り返す通電耐久試験を実施した。通電サイクルは、1分間通電状態とした後、1分間不通電状態とすることの繰り返しである。また、1分間通電状態においては、セラミックヒータ1の先端部分は1350°C程度に加熱される。
上記通電耐久試験時における電極部12a、12dの最高温度(°C)を測定した。
試験例2は、試験例1のセラミックヒータ1に関して、電極部12a、12dの材料を変化させた場合、セラミックヒータ1が十分な抗折強度を有し、製造時或いは組み付け等の作業時の折損等を抑制することができるかどうかを評価するものである。なお、通電部12b、12cは、電極部12a、12dと同一材料からなる。試験例2は、実施例2−1〜2−8及び比較例2−1〜2−9で構成される。
4…主体金具
6…中軸
11…抵抗体
12b、12c…通電部
12a、12d…電極部
13…基体
30…複合成形体
36、37…基体用成形体(36…第2基体用成形体、37…第1基体用成形体)
40…通電用成形体
50…グロープラグ
51…第1成形体
52…第2成形体
52a、52d…突出部
52b、52c…棒状部
90…成形型
91…第1型
92…第2型
91a、92a…合わせ面
91b、92b…傾斜面
93…キャビティ
S1…電極部の軸方向の断面積
S2…通電部の軸直角方向の断面積
α…傾斜面の母線の合わせ面に対する傾斜角
Claims (7)
- 絶縁体からなる柱状の基体と、該基体の一端側内部に埋設された抵抗体と、該抵抗体と接続された状態で該基体に埋設されつつ該基体の他端側に延びる一対の通電部と、各該通電部と接続された状態で該基体の他端側表面に露出する電極部とを有するセラミックヒータにおいて、
前記両通電部は前記両電極部と同一材料からなり、該電極部の軸方向の断面積は該通電部の軸直角方向の断面積以上であることを特徴とするセラミックヒータ。 - 前記電極部の軸方向の断面積は前記通電部の軸直角方向の断面積よりも1.5倍以上大きいことを特徴とする請求項1記載のセラミックヒータ。
- 前記基体は窒化珪素質からなり、各前記電極部は窒化珪素質の絶縁材料が30〜35質量%及びWCが65〜70質量%からなる焼結体であり、該絶縁材料100質量%中にはSiO2及びRE2O3(REは希土類元素)が10〜20質量%含まれていることを特徴とする請求項1又は2記載のセラミックヒータ。
- 前記基体は直径が3.5mm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のセラミックヒータ。
- 筒状の主体金具と、該主体金具の先端部内側に配置され、先端に発熱部をもつ柱状のセラミックヒータと、該主体金具の後端側に配置された中軸とを備えたグロープラグにおいて、
前記セラミックヒータは請求項1乃至4のいずれか1項記載のものであることを特徴とするグロープラグ。 - 通電用成形体を成形する成形工程と、
基体用成形体内に該通電用成形体が収容された複合成形体を焼成し、該基体用成形体により、絶縁体からなる柱状の基体が構成され、該通電用成形体により、該基体の一端側内部に埋設された抵抗体と、該抵抗体と接続された状態で該基体に埋設されつつ該基体の他端側に延びる一対の通電部と、各該通電部と接続された状態で該基体の他端側表面に露出する電極部とが構成され、該基体、該抵抗体、両該通電部及び両該電極部を有するセラミックヒータを得る焼成工程とを備え、
該通電用成形体は、焼成後に該抵抗体となる第1成形体と、該第1成形体と一体をなし、焼成後に両該通電部及び両該電極部となる第2成形体とからなり、
該第2成形体は、焼成後に両該通電部となる両棒状部と、各該棒状部と一体をなし、焼成後に両該電極部となる両突出部とからなるセラミックヒータの製造方法において、
前記通電用成形体を成形する成形型は、互いに内部に該通電用成形体を成形可能なキャビティを有し、互いの合わせ面により型開き可能な第1型及び第2型からなり、
該第1型及び該第2型における該キャビティのうちの前記両突出部を成形する部分には、対をなして該合わせ面から離れるに従って互いに近づく傾斜面が形成されていることを特徴とするセラミックヒータの製造方法。 - 前記傾斜面の母線は、前記合わせ面に対して70〜80°傾斜していることを特徴とする請求項6記載のセラミックヒータの製造方法。
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