JP2013038003A - Heater and glow plug provided with the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heater having high reliability and durability, in which generation of micro-cracks in the connection between a resistor and a lead and change in product resistance are suppressed even when a large current is flowed through a resistor upon pulse driving, DC driving, rapid heating or the like, and to provide a glow plug provided with the heater.SOLUTION: A heater 1 comprises: an insulation base body 9; a resistor 3 buried in the insulation base body 9 and having a folded shape; and a pair of leads 8 buried in the insulation base body 9 and of which tip sides are connected to the insulation base body 9 and rear end sides are lead out of the insulation base body 9. Two interfaces 2 between the resistor 3 and each of the pair of leads 8 are perpendicular to a plane including both axis of the pair of leads 8, and have the tip sides inclined towards an inner side or outer side in different angles to each other.

Description

本発明は、例えば燃焼式車載暖房装置における点火用若しくは炎検知用のヒータ、石油ファンヒータ等の各種燃焼機器の点火用のヒータ、自動車エンジンのグロープラグ用のヒータ、酸素センサ等の各種センサ用のヒータ、測定機器の加熱用のヒータ等に利用されるヒータおよびこれを備えたグロープラグに関するものである。   The present invention is, for example, for a heater for ignition or flame detection in a combustion-type in-vehicle heating device, a heater for ignition of various combustion devices such as an oil fan heater, a heater for a glow plug of an automobile engine, and various sensors such as an oxygen sensor. In particular, the present invention relates to a heater used for a heater, a heater for heating a measuring instrument, and a glow plug including the heater.

自動車エンジンのグロープラグ等に用いられるヒータは、発熱部を有する抵抗体、リードおよび絶縁基体を含む構成になっている。そして、リードの抵抗が抵抗体の抵抗より小さくなるように、これらの材料の選定や設計がされている。   A heater used for a glow plug of an automobile engine includes a resistor having a heat generating portion, a lead, and an insulating base. These materials are selected and designed so that the resistance of the lead is smaller than the resistance of the resistor.

ここで、抵抗体とリードとの接続部は、形状変化点であったり材料組成変化点であったりするので、使用時の発熱や冷却での熱膨張の差に起因した影響を受けないように接合面積を大きくする目的で、図12(a)に示すように、リード8の軸方向に平行な断面で視たときに抵抗体3とリード8との境界面が対称に斜めになっているものが知られている(例えば、特許文献1,2を参照)。   Here, the connection part between the resistor and the lead may be a shape change point or a material composition change point, so that it is not affected by the difference in thermal expansion during heat generation or cooling during use. For the purpose of increasing the bonding area, as shown in FIG. 12A, the boundary surface between the resistor 3 and the lead 8 is symmetrically inclined when viewed in a cross section parallel to the axial direction of the lead 8. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2).

特開2002-334768号公報JP 2002-334768 A 特開2003-22889号公報JP 2003-22889 A

近年、エンジンの燃焼状態を最適化するために、ヒータの駆動方法としてECUからの制御信号がパルス化した駆動方法がとられるようになってきた。   In recent years, in order to optimize the combustion state of an engine, a driving method in which a control signal from the ECU is pulsed has been adopted as a heater driving method.

ここで、パルスとしては矩形波を用いることが多い。パルスの立ち上がり部分には高周波成分があって、この高周波成分はリードの表面部で伝送する。ところが、異なるインピーダンスを持つリードの端面と抵抗体の端面とが対向するようにして継ぎ目部分(境界面)が形成されていると、インピーダンスの整合が取れなかった高周波成分の一部は、境界面で反射したり、境界面をアンテナとして機能させて周囲の誘電体を介しながらリード表面から散逸したりする。   Here, a rectangular wave is often used as the pulse. There is a high frequency component at the rising edge of the pulse, and this high frequency component is transmitted on the surface of the lead. However, if the seam portion (boundary surface) is formed so that the end surface of the lead having a different impedance and the end surface of the resistor face each other, part of the high-frequency component that cannot be matched in impedance is Or the boundary surface functions as an antenna and dissipates from the lead surface via the surrounding dielectric.

従来のヒータでは、リードの軸方向に平行な断面で見たときに2箇所の境界面がねじれの位置にならないように対称に斜めに対向した配置となっているので、ちょうど送受信信号の位相が一致するように2枚の平面アンテナが配置されている構造になり、電力入力側(陽極側)の境界面から電力出力側(陰極側)の境界面へ混信現象(クロストーク現象)が生じていた。   In conventional heaters, when viewed in a cross section parallel to the axial direction of the lead, the two boundary surfaces are symmetrically opposed so as not to be twisted. Two planar antennas are arranged so as to match, and an interference phenomenon (crosstalk phenomenon) occurs from the boundary surface on the power input side (anode side) to the boundary surface on the power output side (cathode side). It was.

したがって、電力出力側(陰極側)の境界面でインピーダンスの整合が取れず、ジュール熱として散逸し、境界面が局所的に発熱する。このとき、リードの熱膨張率と抵抗体の熱膨張率とが異なることに起因して、リードと抵抗体との境界面にマイクロクラックが発生し、この境界面に沿って亀裂が一気に進展して、抵抗値が変化する問題点が生じてきた。   Therefore, impedance matching cannot be achieved at the boundary surface on the power output side (cathode side), and it is dissipated as Joule heat, and the boundary surface generates heat locally. At this time, due to the difference between the thermal expansion coefficient of the lead and the thermal expansion coefficient of the resistor, a microcrack occurs at the interface between the lead and the resistor, and the crack progresses along the boundary. As a result, there has been a problem that the resistance value changes.

また、パルス駆動を採用せずに、DC駆動を採用した場合でも、同じような問題点が生
じてきた。すなわち、近年のECUでは回路ロスがなくなったために、急速昇温を目的として、エンジン動作開始時に抵抗体に大電流が流れるようになっている。したがって、パルスの矩形波のように、電力突入の立ち上がりが急峻になり、高周波成分を含んだ高電力が、ヒータに突入してくるようになってきたため、同じような問題点が生じてきた。
Similar problems have arisen when DC driving is employed instead of pulse driving. That is, since there is no circuit loss in recent ECUs, a large current flows through the resistor at the start of engine operation for the purpose of rapid temperature rise. Therefore, since the rising of the power inrush becomes steep as in the case of the rectangular wave of the pulse and the high power containing the high frequency component has entered the heater, the same problem has arisen.

さらに、DC駆動では陰極側のリードは常に接地されているので、陽極側のリードに電力が印加されるまでは、リードも抵抗体もグランドと等電位になるように自由電子が分散している。そこに直流電圧が急激に突入すると、電位差に応じて自由電子が移動を開始し、電力突入時の過渡状態では、瞬間的にリードと抵抗体の接続部である境界面の抵抗値が高くなり境界面が急速に発熱する。瞬間的に境界面が発熱すると周囲の絶縁基体(セラミックス)が発熱するよりも先に境界面だけが熱膨張を開始する。なかでも、リードよりも抵抗値の高い抵抗体の方がより発熱して熱膨張が激しくなり、導体(リード、抵抗体)とセラミックスとの境目には、セラミックスを引きちぎろうとするせん断応力が境目から発生する。その主な方向は、境界面の延長方向になるので、境界面が対称に斜めになっていると、リードと抵抗体との境界面にマイクロクラックが発生すると同時に、ヒータ中心から陽極側と陰極側とに対称に応力が伝播して陽極側の応力と陰極側の応力が相互干渉してマイクロクラックがつながり、リードと抵抗体との境界面に沿ってヒータを一周するように亀裂が一気に進展して、抵抗値が変化する問題点が生じてきた。   Further, since the cathode side lead is always grounded in DC driving, free electrons are dispersed so that the lead and the resistor are equipotential with the ground until power is applied to the anode side lead. . When DC voltage suddenly enters there, free electrons start to move according to the potential difference, and in the transient state at the time of power entry, the resistance value at the interface that connects the lead and resistor instantaneously increases. The boundary surface generates heat rapidly. When the boundary surface generates heat instantaneously, only the boundary surface starts thermal expansion before the surrounding insulating base (ceramics) generates heat. In particular, a resistor with a higher resistance value than a lead generates more heat and the thermal expansion becomes more severe, and the shear stress that tries to tear the ceramic is the boundary between the conductor (lead, resistor) and the ceramic. Arising from. The main direction is the extending direction of the boundary surface. If the boundary surface is obliquely inclined, microcracks are generated at the boundary surface between the lead and the resistor, and at the same time, the anode side and the cathode from the heater center. The stress propagates symmetrically to the side, the stress on the anode side and the stress on the cathode side interfere with each other, and a microcrack is connected, and the crack progresses all at once along the boundary surface between the lead and the resistor. As a result, there has been a problem that the resistance value changes.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、パルス駆動、DC駆動あるいは急速昇温等の際に抵抗体に大電流が流れても、高周波のクロストーク現象を抑止し、応力の伝播方向を分散することで、抵抗体とリードとの境界面へのマイクロクラックの発生、境界面での亀裂の進展および製品抵抗の変化が抑制された高い信頼性および耐久性を有するヒータおよびこれを備えたグロープラグを提供することである。   The present invention has been devised in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to achieve high-frequency cross-over even when a large current flows through a resistor during pulse driving, DC driving, or rapid temperature rise. Suppressing the talk phenomenon and distributing the stress propagation direction, microcracks are generated at the interface between the resistor and the lead, crack growth at the interface, and high reliability in which changes in product resistance are suppressed And a durable heater and a glow plug including the same.

本発明のヒータは、絶縁基体と、該絶縁基体に埋設され、折返し形状をなしている抵抗体と、前記絶縁基体に埋設され、先端側で前記抵抗体に接続されるとともに後端側で前記絶縁基体の表面に導出された一対のリードとを備えたヒータにおいて、前記抵抗体と前記一対のリードとの二つの境界面は、該一対のリードのそれぞれの軸の両方を含む平面に垂直であり、両方とも先端側が内側または外側に向かって傾斜しかつそれぞれ異なる角度で傾斜していることを特徴とするものである。   The heater of the present invention includes an insulating base, a resistor embedded in the insulating base and having a folded shape, and embedded in the insulating base, connected to the resistor on the front end side and the resistor on the rear end side. In a heater including a pair of leads led to the surface of the insulating base, two boundary surfaces between the resistor and the pair of leads are perpendicular to a plane including both axes of the pair of leads. Both of them are characterized in that the tip side is inclined inward or outward and is inclined at different angles.

また、本発明のヒータは、上記の構成において、陰極側の境界面の軸方向に垂直な断面に対する傾斜角は、陽極側の境界面の前記軸方向に垂直な断面に対する傾斜角よりも小さいことを特徴とするものである。   Further, in the heater of the present invention, in the above configuration, the inclination angle of the cathode-side boundary surface with respect to the cross section perpendicular to the axial direction is smaller than the inclination angle of the anode-side boundary surface with respect to the cross section perpendicular to the axial direction. It is characterized by.

また、本発明のヒータは、上記の構成において、それぞれの前記境界面と交わる前記軸方向に垂直な断面で見たとき、陽極側の横断面の面積よりも陰極側の横断面の面積のほうが大きいことを特徴とするものである。   Further, in the heater of the present invention, in the above configuration, when viewed in a cross section perpendicular to the axial direction intersecting each boundary surface, the area of the cross section on the cathode side is more than the area of the cross section on the anode side. It is characterized by being large.

また、本発明のヒータは、上記の構成において、それぞれの前記境界面と交わる前記軸方向に垂直な断面のうち、前記抵抗体が前記一対のリードにそれぞれ取り囲まれている断面があることを特徴とするものである。   The heater according to the present invention is characterized in that, in the configuration described above, of the cross sections perpendicular to the axial direction intersecting with the respective boundary surfaces, the resistors are respectively surrounded by the pair of leads. It is what.

また、本発明は、上記の構成のいずれかに記載のヒータと、前記リードと電気的に接続されて前記ヒータを保持する金属製保持部材とを備えたことを特徴とするグロープラグである。   According to another aspect of the present invention, there is provided a glow plug comprising: the heater according to any one of the above configurations; and a metal holding member that is electrically connected to the lead and holds the heater.

本発明のヒータによれば、電力入力側(陽極側)境界面から伝播する高周波の位相と電力出力側(陰極側)境界面に到達する高周波の位相が一致しにくくなるので、高周波信号が相互に混信するクロストーク現象を抑止することができる。その結果、境界面での異常発熱と、異常発熱に起因したマイクロクラックの発生を抑制することができる。また、直流電圧が急激に突入しても、境界面でのリードと抵抗体との熱膨張に起因した応力の方向が陽極側と陰極側とで非対称な方向となっているので、応力の伝播方向を分散することができる。   According to the heater of the present invention, the phase of the high frequency propagating from the power input side (anode side) boundary surface and the phase of the high frequency reaching the power output side (cathode side) boundary surface are unlikely to coincide with each other. It is possible to suppress the crosstalk phenomenon that causes interference. As a result, it is possible to suppress abnormal heat generation at the boundary surface and generation of microcracks due to abnormal heat generation. Even if the DC voltage suddenly rushes, the stress direction due to the thermal expansion between the lead and the resistor at the boundary surface is asymmetric between the anode side and the cathode side. The direction can be dispersed.

したがって、パルス駆動、DC駆動にかかわらず、電力突入の立ち上がりが急峻になっても、抵抗体とリードとの境界面へのマイクロクラックの発生および境界面での亀裂の進展が抑制され、長期間抵抗が安定する。これにより、ヒータの信頼性および耐久性が向上する。   Therefore, regardless of pulse driving or DC driving, even if the rising of the power inrush becomes steep, the generation of microcracks at the boundary surface between the resistor and the lead and the progress of cracks at the boundary surface are suppressed, and the long-term Resistance is stable. Thereby, the reliability and durability of the heater are improved.

本発明のヒータの実施の形態の一例を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing an example of an embodiment of a heater of the present invention. (a)は図1に示す抵抗体とリードとの境界面を含む領域Aを拡大した拡大断面図であり、(b)は(a)に示すX−X線における横断面図である。(A) is the expanded sectional view which expanded the area | region A containing the interface of a resistor and a lead shown in FIG. 1, (b) is a cross-sectional view in the XX line shown to (a). (a)は本発明のヒータの実施の形態の他の例の要部を示す拡大断面図であり、(b)は(a)に示すX−X線における横断面図である。(A) is an expanded sectional view which shows the principal part of the other example of embodiment of the heater of this invention, (b) is a cross-sectional view in the XX line shown to (a). (a)は本発明のヒータの実施の形態の他の例の要部を示す拡大断面図であり、(b)は(a)に示すX−X線における横断面図である。(A) is an expanded sectional view which shows the principal part of the other example of embodiment of the heater of this invention, (b) is a cross-sectional view in the XX line shown to (a). (a)は本発明のヒータの実施の形態の他の例の要部を示す拡大断面図であり、(b)は(a)に示すX−X線における横断面図である。(A) is an expanded sectional view which shows the principal part of the other example of embodiment of the heater of this invention, (b) is a cross-sectional view in the XX line shown to (a). (a)は本発明のヒータの実施の形態の他の例の要部を示す拡大断面図であり、(b)は(a)に示すX−X線における横断面図である。(A) is an expanded sectional view which shows the principal part of the other example of embodiment of the heater of this invention, (b) is a cross-sectional view in the XX line shown to (a). (a)は本発明のヒータの実施の形態の他の例の要部を示す拡大断面図であり、(b)は(a)に示すX−X線における横断面図である。(A) is an expanded sectional view which shows the principal part of the other example of embodiment of the heater of this invention, (b) is a cross-sectional view in the XX line shown to (a). (a)は本発明のヒータの実施の形態の他の例の要部を示す拡大断面図であり、(b)は(a)に示すX−X線における横断面図である。(A) is an expanded sectional view which shows the principal part of the other example of embodiment of the heater of this invention, (b) is a cross-sectional view in the XX line shown to (a). (a)は本発明のヒータの実施の形態の他の例の要部を示す拡大断面図であり、(b)は(a)に示すX−X線における横断面図である。(A) is an expanded sectional view which shows the principal part of the other example of embodiment of the heater of this invention, (b) is a cross-sectional view in the XX line shown to (a). (a)は本発明のヒータの実施の形態の他の例の要部を示す拡大断面図であり、(b)は(a)に示すX−X線における横断面図である。(A) is an expanded sectional view which shows the principal part of the other example of embodiment of the heater of this invention, (b) is a cross-sectional view in the XX line shown to (a). (a)は本発明のヒータの実施の形態の他の例の要部を示す拡大断面図であり、(b)は(a)に示すX−X線における横断面図である。(A) is an expanded sectional view which shows the principal part of the other example of embodiment of the heater of this invention, (b) is a cross-sectional view in the XX line shown to (a). (a)は従来のヒータの要部を示す縦断面図であり、(b)は(a)に示すX−X線における横断面図である。(A) is a longitudinal cross-sectional view which shows the principal part of the conventional heater, (b) is a cross-sectional view in the XX line | wire shown to (a).

以下、本発明のヒータについて実施の形態の例について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, examples of embodiments of the heater of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明のヒータの実施の形態の一例を示す縦断面図であり、図2(a)は図1に示す抵抗体3とリード8との境界面を含む領域Aを拡大した拡大断面図であり、図2(b)は図2(a)に示すX−X線における横断面図である。   FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of an embodiment of the heater of the present invention, and FIG. 2 (a) is an enlarged cross-sectional view in which a region A including a boundary surface between the resistor 3 and the lead 8 shown in FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line XX shown in FIG.

本実施の形態のヒータ1は、絶縁基体9と、絶縁基体9に埋設され折返し形状をなしている抵抗体3と、絶縁基体9に埋設され先端側で抵抗体3に接続されるとともに後端側で絶縁基体9の表面に導出された一対のリード8を備えたヒータであって、抵抗体3と一対のリード8との二つの境界面2は、一対のリード8のそれぞれの軸の両方を含む平面に垂
直であり、両方とも先端側が内側または外側に向かって傾斜しかつそれぞれ異なる角度で傾斜しているものである。
The heater 1 according to the present embodiment includes an insulating base 9, a resistor 3 embedded in the insulating base 9 and having a folded shape, and connected to the resistor 3 on the leading end side and embedded in the insulating base 9, and a rear end. The heater is provided with a pair of leads 8 led out to the surface of the insulating base 9 on the side, and the two boundary surfaces 2 between the resistor 3 and the pair of leads 8 are both the axes of the pair of leads 8. Both of them are perpendicular to the plane including, and the tip side is inclined inward or outward and is inclined at different angles.

本実施の形態のヒータ1における絶縁基体9は、例えば棒状に形成されたものである。この絶縁基体9は抵抗体3およびリード8を被覆しており、言い換えると、抵抗体3およびリード8が絶縁基体9に埋設されている。ここで、絶縁基体9はセラミックスからなることが好ましく、これにより、金属よりも高温まで耐えることができるようになるので、急速昇温時の信頼性がより向上したヒータ1を提供することが可能になる。具体的には、酸化物セラミックス,窒化物セラミックス,炭化物セラミックス等の電気的な絶縁性を有するセラミックスが挙げられる。特に、絶縁基体9は、窒化珪素質セラミックスからなることが好適である。窒化珪素質セラミックスは、主成分である窒化珪素が高強度、高靱性、高絶縁性および耐熱性の観点で優れているからである。この窒化珪素質セラミックスは、例えば、主成分の窒化珪素に対して、焼結助剤として3〜12質量%のY,Yb,Er等の希土類元素酸化物、0.5〜3質量%のAl、さらに焼結体に
含まれるSiO量として1.5〜5質量%となるようにSiOを混合し、所定の形状に
成形し、その後、例えば1650〜1780℃でホットプレス焼成することにより得ることができる。
The insulating base 9 in the heater 1 of the present embodiment is formed in a rod shape, for example. The insulating substrate 9 covers the resistor 3 and the lead 8. In other words, the resistor 3 and the lead 8 are embedded in the insulating substrate 9. Here, it is preferable that the insulating base 9 is made of ceramics, which can withstand temperatures higher than that of metal, so that it is possible to provide the heater 1 with improved reliability at the time of rapid temperature rise. become. Specifically, ceramics having electrical insulation properties such as oxide ceramics, nitride ceramics, carbide ceramics can be given. In particular, the insulating substrate 9 is preferably made of silicon nitride ceramics. This is because silicon nitride ceramics is excellent in terms of high strength, high toughness, high insulating properties, and heat resistance. This silicon nitride ceramic is, for example, 3 to 12% by mass of a rare earth element oxide such as Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Er 2 O 3 as a sintering aid with respect to silicon nitride as a main component, 0.5 to 3% by mass of Al 2 O 3 and further SiO 2 are mixed so that the amount of SiO 2 contained in the sintered body is 1.5 to 5% by mass and molded into a predetermined shape. Thereafter, for example, 1650 to 1780 It can be obtained by hot press firing at 0 ° C.

また、絶縁基体9として窒化珪素質セラミックスから成るものを用いる場合、MoSi,WSi等を混合し分散させることが好ましい。この場合、母材である窒化珪素質セラミックスの熱膨張率を抵抗体3の熱膨張率に近づけることができ、ヒータ1の耐久性を向上させることができる。 In the case of using a made of silicon nitride ceramics as the insulating substrate 9, it is preferable to mixing MoSi 2, WSi 2, etc. dispersed. In this case, the coefficient of thermal expansion of the silicon nitride ceramic that is the base material can be brought close to the coefficient of thermal expansion of the resistor 3, and the durability of the heater 1 can be improved.

抵抗体3は、特に発熱する領域である発熱部4を有しており、一部断面積を小さくした領域やらせん形状の領域を設けることで、この領域を発熱部4とすることができる。抵抗体3が図1に示すような折返し形状をなしている場合は、折返しの中間点付近が最も発熱する発熱部4となる。   The resistor 3 has a heat generating portion 4 that is a region that generates heat in particular, and this region can be used as the heat generating portion 4 by providing a region having a partially reduced cross-sectional area or a spiral region. In the case where the resistor 3 has a folded shape as shown in FIG. 1, the vicinity of the middle point of the folding is the heat generating portion 4 that generates the most heat.

この抵抗体3としては、W,Mo,Tiなどの炭化物、窒化物、珪化物などを主成分とするものを使用することができる。絶縁基体9が上述の材料の場合、絶縁基体9との熱膨張率の差が小さい点、高い耐熱性を有する点および比抵抗が小さい点で、上記の材料のなかでも炭化タングステン(WC)が抵抗体3の材料として優れている。さらに、絶縁基体9が窒化珪素質セラミックスからなる場合、抵抗体3は、無機導電体のWCを主成分とし、これに添加される窒化珪素の含有率が20質量%以上であるものが好ましい。例えば、窒化珪素質セラミックスから成る絶縁基体9中において、抵抗体3となる導体成分は窒化珪素と比較して熱膨張率が大きいため、通常は引張応力がかかった状態にある。これに対して、抵抗体3中に窒化珪素を添加することにより、抵抗体3の熱膨張率を絶縁基体9の熱膨張率に近づけて、ヒータ1の昇温時および降温時の熱膨張率の差による応力を緩和することができる。   As this resistor 3, the thing which has a carbide | carbonized_material, nitride, silicide, etc., such as W, Mo, Ti, etc. as a main component can be used. In the case where the insulating base 9 is made of the above-described material, tungsten carbide (WC) is one of the above materials because it has a small difference in thermal expansion coefficient from the insulating base 9, high heat resistance, and low specific resistance. It is excellent as a material for the resistor 3. Furthermore, when the insulating substrate 9 is made of silicon nitride ceramics, the resistor 3 is preferably composed mainly of WC of an inorganic conductor, and the content of silicon nitride added thereto is 20% by mass or more. For example, in the insulating substrate 9 made of silicon nitride ceramics, the conductor component serving as the resistor 3 has a higher coefficient of thermal expansion than silicon nitride, and thus is usually in a state where tensile stress is applied. On the other hand, by adding silicon nitride into the resistor 3, the thermal expansion coefficient of the resistor 3 is brought close to the thermal expansion coefficient of the insulating base 9, and the thermal expansion coefficient when the heater 1 is heated and lowered. The stress due to the difference can be relaxed.

また、抵抗体3に含まれる窒化珪素の含有量が40質量%以下であるときには、抵抗体3の抵抗値を比較的小さくして安定させることができる。従って、抵抗体3に含まれる窒化珪素の含有量は20質量%〜40質量%であることが好ましい。より好ましくは、窒化珪素の含有量は25質量%〜35質量%がよい。また、抵抗体3への同様の添加物として、窒化珪素の代わりに窒化硼素を4質量%〜12質量%添加することもできる。   Further, when the content of silicon nitride contained in the resistor 3 is 40% by mass or less, the resistance value of the resistor 3 can be made relatively small and stabilized. Therefore, the content of silicon nitride contained in the resistor 3 is preferably 20% by mass to 40% by mass. More preferably, the content of silicon nitride is 25% by mass to 35% by mass. Further, as a similar additive to the resistor 3, boron nitride can be added in an amount of 4% by mass to 12% by mass instead of silicon nitride.

また、抵抗体3の厚みは0.5mm〜1.5mm程度がよく、抵抗体3の幅は0.3mm〜1.3mm程度がよい。この範囲内とすることにより、抵抗体3の抵抗が小さくなって効率良く発熱するものとなり、また、積層構造の絶縁基体9の積層界面の密着性を保持することができる。   The thickness of the resistor 3 is preferably about 0.5 mm to 1.5 mm, and the width of the resistor 3 is preferably about 0.3 mm to 1.3 mm. By setting it within this range, the resistance of the resistor 3 is reduced and heat is efficiently generated, and the adhesion at the laminated interface of the insulating substrate 9 having a laminated structure can be maintained.

先端側で抵抗体3に接続されるとともに後端側で絶縁基体9の表面に導出された一対のリード8は、W,Mo,Tiなどの炭化物、窒化物、珪化物などを主成分とする抵抗体3と同様の材料を使用することができる。特に、WCが、絶縁基体9との熱膨張率の差が小さい点、高い耐熱性を有する点および比抵抗が小さい点で、リード8の材料として好適である。また、絶縁基体9が窒化珪素質セラミックスからなる場合、リード8は、無機導電体であるWCを主成分とし、これに窒化珪素を含有量が15質量%以上となるように添加することが好ましい。窒化珪素の含有量が増すにつれてリード8の熱膨張率を絶縁基体9の熱膨張率に近づけることができる。また、窒化珪素の含有量が40質量%以下であるときには、リード8の抵抗値が小さくなるとともに安定する。従って、窒化珪素の含有量は15質量%〜40質量%が好ましい。より好ましくは、窒化珪素の含有量は20質量%〜35質量%とするのがよい。なお、リード8は、絶縁基体9の形成材料の含有量を抵抗体3よりも少なくすることによって抵抗体3よりも単位長さ当たりの抵抗値が低くなっていてもよく、抵抗体3よりも断面積を大きくすることによって抵抗体3よりも単位長さ当たりの抵抗値が低くなっていてもよい。   The pair of leads 8 connected to the resistor 3 on the front end side and led to the surface of the insulating base 9 on the rear end side are mainly composed of carbides such as W, Mo, Ti, nitrides, silicides, and the like. A material similar to that of the resistor 3 can be used. In particular, WC is suitable as a material for the lead 8 in that the difference in coefficient of thermal expansion from the insulating base 9 is small, the heat resistance is high, and the specific resistance is small. When the insulating substrate 9 is made of silicon nitride ceramics, the lead 8 is preferably composed mainly of WC, which is an inorganic conductor, and silicon nitride is added thereto so that the content is 15% by mass or more. . As the silicon nitride content increases, the thermal expansion coefficient of the lead 8 can be made closer to the thermal expansion coefficient of the insulating substrate 9. Further, when the content of silicon nitride is 40% by mass or less, the resistance value of the lead 8 becomes small and stable. Therefore, the content of silicon nitride is preferably 15% by mass to 40% by mass. More preferably, the content of silicon nitride is 20% by mass to 35% by mass. The lead 8 may have a resistance value per unit length lower than that of the resistor 3 by making the content of the forming material of the insulating base 9 smaller than that of the resistor 3. The resistance value per unit length may be lower than that of the resistor 3 by increasing the cross-sectional area.

そして、図2に示すように、抵抗体3と一対のリード8との二つの境界面2は、一対のリード8のそれぞれの軸の両方を含む平面に垂直であり、両方とも先端側が内側または外側に向かって傾斜しかつそれぞれ異なる角度で傾斜している。   As shown in FIG. 2, the two boundary surfaces 2 between the resistor 3 and the pair of leads 8 are perpendicular to a plane including both axes of the pair of leads 8, and both of the tip sides are inside or Inclined toward the outside and inclined at different angles.

例えば、軸方向に垂直な断面に対する境界面の傾斜角としては、例えば10〜80度であり、異なる角度とは、陽極側境界面のリード8軸方向に垂直な断面に対する傾斜角aと陰極側境界面のリード8軸方向に垂直な断面に対する傾斜角bとが異なっていることをいい、具体的には陽極側境界面の傾斜角aと陰極側境界面の傾斜角bとの角度の差が5度以上あることをいう。なお、図2に示すように傾斜角aおよび傾斜角bはともにリード8軸方向に垂直な断面との関係で90度未満となるほうの角度のことである。また、本実施形態における陰極側境界面とは、図の下側に位置する境界面2である。   For example, the inclination angle of the boundary surface with respect to the cross section perpendicular to the axial direction is, for example, 10 to 80 degrees. The different angles are the inclination angle a with respect to the cross section perpendicular to the lead 8 axial direction of the anode side boundary surface and the cathode side. It means that the inclination angle b with respect to the cross section perpendicular to the lead 8 axis direction of the boundary surface is different. Specifically, the difference in angle between the inclination angle a of the anode side boundary surface and the inclination angle b of the cathode side boundary surface. Means 5 degrees or more. As shown in FIG. 2, both the inclination angle a and the inclination angle b are angles of less than 90 degrees in relation to the cross section perpendicular to the lead 8 axis direction. Further, the cathode side boundary surface in the present embodiment is the boundary surface 2 located on the lower side of the figure.

このような構成とすることで、抵抗体3とリード8との境界面2でインピーダンスの整合が取れなかった高周波成分の一部が、境界面2をアンテナとして機能させて、周囲の誘電体を介しながらリード表面から散逸しても、2枚の平面アンテナの面(境界面)同士が、非対称の位置になるように配置されているので、送受信信号の位相が一致しにくいことで、電力入力側(陽極側)の境界面2から、電力出力側(陰極側)の境界面2へ混信現象(クロストーク現象)を抑止することができる。その結果、境界面での異常発熱と異常発熱に起因したマイクロクラックの発生を抑制することができる。   With such a configuration, a part of the high frequency component whose impedance is not matched at the boundary surface 2 between the resistor 3 and the lead 8 causes the boundary surface 2 to function as an antenna, Even if it is dissipated from the lead surface, the two planar antenna surfaces (boundary surfaces) are placed in an asymmetrical position. Interference phenomenon (crosstalk phenomenon) can be suppressed from the boundary surface 2 on the side (anode side) to the boundary surface 2 on the power output side (cathode side). As a result, abnormal heat generation at the boundary surface and generation of microcracks due to abnormal heat generation can be suppressed.

さらには、DC駆動で直流電圧が急激に突入しても、境界面でのリード8と抵抗体3との熱膨張に起因した応力の方向が陽極側と陰極側とで非対称な方向となっているので、応力の伝播方向を分散することができる。   Furthermore, even if a direct current voltage suddenly enters due to DC driving, the direction of stress due to thermal expansion between the lead 8 and the resistor 3 at the boundary surface is asymmetric between the anode side and the cathode side. Therefore, the propagation direction of stress can be dispersed.

したがって、パルス駆動、DC駆動にかかわらず、電力突入の立ち上がりが急峻になっても、抵抗体3とリード8との境界面へのマイクロクラックの発生および境界面での亀裂の進展が抑制され、長期間抵抗が安定する。これにより、ヒータの信頼性および耐久性が向上する。   Therefore, regardless of pulse driving or DC driving, even if the rising of the power entry becomes steep, the generation of microcracks on the boundary surface between the resistor 3 and the lead 8 and the progress of cracks on the boundary surface are suppressed, The resistance stabilizes for a long time. Thereby, the reliability and durability of the heater are improved.

ここで、陰極側の境界面2の軸方向に垂直な断面に対する傾斜角は、陽極側の境界面2の軸方向に垂直な断面に対する傾斜角よりも小さくなっているのが好ましい。例えば、陰極側の境界面2の傾斜角が陽極側の境界面2の傾斜角よりも5度以上小さくなっているのが好ましい。これにより、グランドに接続した陰極側の境界面2の面積(抵抗体3とリード8との接触面積)が小さくなって低抵抗になるので、突入電力をグランドへ流しやすく
することができる。
Here, the inclination angle with respect to the cross section perpendicular to the axial direction of the boundary surface 2 on the cathode side is preferably smaller than the inclination angle with respect to the cross section perpendicular to the axial direction of the boundary surface 2 on the anode side. For example, it is preferable that the inclination angle of the boundary surface 2 on the cathode side is smaller than the inclination angle of the boundary surface 2 on the anode side by 5 degrees or more. As a result, the area of the boundary surface 2 on the cathode side connected to the ground (the contact area between the resistor 3 and the lead 8) is reduced and the resistance is reduced, so that inrush power can be easily flowed to the ground.

なお、図2に示すヒータは、抵抗体3と一対のリード8との二つの境界面2が、一対のリード8のそれぞれの軸の両方を含む平面に垂直であり、両方とも先端側が内側に向かって傾斜し、かつ陰極側の境界面2の軸方向に垂直な断面に対する傾斜角が陽極側の境界面2の軸方向に垂直な断面に対する傾斜角よりも小さくなっている構成であるが、このような構成に限らず以下のような構成の形態であってもよい。   In the heater shown in FIG. 2, the two boundary surfaces 2 between the resistor 3 and the pair of leads 8 are perpendicular to a plane including both axes of the pair of leads 8, and both end sides are inward. The inclination angle with respect to the cross section perpendicular to the axial direction of the boundary surface 2 on the cathode side is smaller than the inclination angle with respect to the cross section perpendicular to the axial direction of the boundary surface 2 on the anode side. Not only such a configuration but also the following configuration may be used.

図3に示すヒータは、抵抗体3と一対のリード8との二つの境界面2が、一対のリード8のそれぞれの軸の両方を含む平面に垂直であり、両方とも先端側が外側に向かって傾斜しかつそれぞれ異なる角度で傾斜している形態である。なお、この形態における陽極側境界面のリード8軸方向に垂直な断面に対する傾斜角はaで示し、陰極側境界面のリード8軸方向に垂直な断面に対する傾斜角はbで示している。   In the heater shown in FIG. 3, the two boundary surfaces 2 between the resistor 3 and the pair of leads 8 are perpendicular to a plane including both axes of the pair of leads 8, and both tip sides are directed outward. It is the form which inclines and inclines at each different angle. In this embodiment, the inclination angle of the anode side boundary surface with respect to the cross section perpendicular to the lead 8 axis direction is indicated by a, and the inclination angle of the cathode side boundary surface with respect to the cross section perpendicular to the lead 8 axis direction is indicated by b.

そして、図4に示すヒータは、抵抗体3と一対のリード8との二つの境界面2が、両方とも先端側が内側に向かうように傾斜していて、陽極側陰極側ともにリード8の幅が抵抗体3の幅よりも広く、リード8の横断面の面積が抵抗体3の横断面の面積より大きくなっている構成である。   In the heater shown in FIG. 4, the two boundary surfaces 2 between the resistor 3 and the pair of leads 8 are both inclined so that the tip side is directed inward, and the width of the lead 8 is the anode side cathode side. The width of the lead 3 is wider than that of the resistor 3, and the area of the cross section of the lead 8 is larger than the area of the cross section of the resistor 3.

また、図5に示すヒータは、抵抗体3と一対のリード8との二つの境界面2が、両方とも先端側が内側に向かうように傾斜していて、陰極側のリード8および抵抗体3の厚み(図5(b)における上下方向の厚み)と陽極側のリード8および抵抗体3の厚み(図5(b)における上下方向の厚み)とが同じであって、陰極側のリード8および抵抗体3の幅(図5(b)における水平方向の幅)のほうが陽極側のリード8および抵抗体3の幅(図5(b)における水平方向の幅)よりも広くなっている構成である。   Further, in the heater shown in FIG. 5, the two boundary surfaces 2 between the resistor 3 and the pair of leads 8 are both inclined so that the tip side is directed inward, and the cathode-side lead 8 and the resistor 3 The thickness (the vertical thickness in FIG. 5B) is the same as the thickness of the anode-side lead 8 and resistor 3 (the vertical thickness in FIG. 5B), and the cathode-side lead 8 and The width of the resistor 3 (horizontal width in FIG. 5B) is wider than the width of the lead 8 on the anode side and the resistor 3 (horizontal width in FIG. 5B). is there.

また、図6に示すヒータは、抵抗体3と一対のリード8との二つの境界面2が、両方とも先端側が内側に向かうように傾斜していて、陰極側のリード8および抵抗体3の厚み(図6(b)における上下方向の厚み)のほうが陽極側のリード8および抵抗体3の厚み(図6(b)における上下方向の厚み)よりも厚く、陰極側のリード8および抵抗体3の幅(図6(b)における水平方向の幅)のほうが陽極側のリード8および抵抗体3の幅(図6(b)における水平方向の幅)よりも広くなっている構成である。   Further, in the heater shown in FIG. 6, the two boundary surfaces 2 between the resistor 3 and the pair of leads 8 are both inclined so that the tip side is directed inward, and the cathode-side lead 8 and the resistor 3 The thickness (vertical thickness in FIG. 6B) is larger than the thickness of the anode-side lead 8 and resistor 3 (vertical thickness in FIG. 6B), and the cathode-side lead 8 and resistor. 3 (the horizontal width in FIG. 6B) is wider than the width of the lead 8 on the anode side and the resistor 3 (the horizontal width in FIG. 6B).

また、図7に示すヒータは、抵抗体3と一対のリード8との二つの境界面2が、両方とも先端側が外側に向かうように傾斜していて、陰極側のリード8および抵抗体3の厚み(図7(b)における上下方向の厚み)と陽極側のリード8および抵抗体3の厚み(図7(b)における上下方向の厚み)とが同じであって、陰極側のリード8および抵抗体3の幅(図7(b)における水平方向の幅)のほうが陽極側のリード8および抵抗体3の幅(図7(b)における水平方向の幅)よりも広くなっている構成である。   Further, in the heater shown in FIG. 7, the two boundary surfaces 2 between the resistor 3 and the pair of leads 8 are both inclined so that the tip end faces outward, and the cathode-side lead 8 and the resistor 3 The thickness (vertical thickness in FIG. 7B) is the same as the thickness of the anode-side lead 8 and resistor 3 (vertical thickness in FIG. 7B), and the cathode-side lead 8 and The width of the resistor 3 (the horizontal width in FIG. 7B) is wider than the width of the lead 8 on the anode side and the resistor 3 (the horizontal width in FIG. 7B). is there.

また、図8に示すヒータは、抵抗体3と一対のリード8との二つの境界面2が、両方とも先端側が外側に向かうように傾斜していて、陰極側のリード8および抵抗体3の厚み(図8(b)における上下方向の厚み)のほうが陽極側のリード8および抵抗体3の厚み(図8(b)における上下方向の厚み)よりも厚く、陰極側のリード8および抵抗体3の幅(図8(b)における水平方向の幅)のほうが陽極側のリード8および抵抗体3の幅(図8(b)における水平方向の幅)よりも広くなっている構成である。   Further, in the heater shown in FIG. 8, the two boundary surfaces 2 between the resistor 3 and the pair of leads 8 are both inclined so that the tip end faces outward, and the cathode-side lead 8 and the resistor 3 The thickness (vertical thickness in FIG. 8B) is larger than the thickness of the anode-side lead 8 and resistor 3 (vertical thickness in FIG. 8B), and the cathode-side lead 8 and resistor. 3 (width in the horizontal direction in FIG. 8B) is wider than the width of the lead 8 on the anode side and the resistor 3 (width in the horizontal direction in FIG. 8B).

また、図9に示すヒータは、抵抗体3と一対のリード8との二つの境界面2が、両方とも先端側が外側に向かうように傾斜していて、陰極側のリード8の幅が抵抗体3の幅よりも広く、陰極側のリード8の横断面の面積が抵抗体3の横断面の面積より大きくなってい
る構成である。
Further, in the heater shown in FIG. 9, the two boundary surfaces 2 between the resistor 3 and the pair of leads 8 are both inclined so that the tip end faces outward, and the width of the lead 8 on the cathode side is the resistor. The cross-sectional area of the lead 8 on the cathode side is larger than the width of the resistor 3 and is larger than the cross-sectional area of the resistor 3.

また、図10に示すヒータは、抵抗体3と一対のリード8との二つの境界面2が、両方とも先端側が外側に向かうように傾斜していて、陽極側陰極側ともにリード8の幅が抵抗体3の幅よりも広く、陽極側陰極側ともにリード8の横断面の面積が抵抗体3の横断面の面積より大きくなっている構成である。   Further, in the heater shown in FIG. 10, the two boundary surfaces 2 between the resistor 3 and the pair of leads 8 are both inclined so that the tip end faces outward, and the width of the lead 8 is the anode side cathode side. The width of the resistor 3 is wider, and the area of the cross section of the lead 8 is larger than the area of the cross section of the resistor 3 on both the anode side and the cathode side.

また、図11に示すヒータは、それぞれの境界面2と交わる軸方向に垂直な断面のうち、抵抗体3が一対のリード8にそれぞれ取り囲まれている断面がある構成である。   In addition, the heater shown in FIG. 11 has a configuration in which the resistor 3 is surrounded by a pair of leads 8 among the cross sections perpendicular to the axial direction that intersect the respective boundary surfaces 2.

なお、それぞれの形態における境界面2のリードの軸方向に関する端から端までの距離は、例えば0.1〜10mmである。また、図2〜図11に示す形態は、全て陰極側の境界面2
の軸方向に垂直な断面に対する傾斜角が陽極側の境界面2の軸方向に垂直な断面に対する傾斜角よりも小さくなっているものであるが、本発明はこの形態に限定はされない。
In addition, the distance from end to end in the axial direction of the lead on the boundary surface 2 in each form is, for example, 0.1 to 10 mm. 2 to 11 all have the boundary surface 2 on the cathode side.
The inclination angle with respect to the cross section perpendicular to the axial direction of the anode is smaller than the inclination angle with respect to the cross section perpendicular to the axial direction of the boundary surface 2 on the anode side, but the present invention is not limited to this form.

また、図5〜図9のように、それぞれの境界面2と交わる軸方向に垂直な断面で見たとき、陽極側の横断面の面積よりも陰極側の横断面の面積のほうが大きいのが好ましい。具体的には、図に示すように、少なくとも陰極側のリード8の厚みを陽極側のリード8の厚みよりも厚くするかまたは陰極側のリード8の幅を陽極側のリード8の幅よりも広くすることで、陽極側の横断面の面積よりも陰極側の横断面の面積を大きくする。このようにすることで、グランドに接続した陰極側の境界面2をさらに低抵抗にできるので、突入電力をグランドへ流しやすくすることができる。   Further, as shown in FIGS. 5 to 9, when viewed in a cross section perpendicular to the axial direction intersecting each boundary surface 2, the area of the cross section on the cathode side is larger than the area of the cross section on the anode side. preferable. Specifically, as shown in the drawing, at least the cathode-side lead 8 is made thicker than the anode-side lead 8 or the cathode-side lead 8 is made wider than the anode-side lead 8. By increasing the width, the area of the cross section on the cathode side is made larger than the area of the cross section on the anode side. By doing so, the cathode-side boundary surface 2 connected to the ground can be further reduced in resistance, so that inrush power can easily flow to the ground.

これは、陰極側のリード8は常に接地されているので、陽極側のリード8に電力が印加されるまでは、リード8も抵抗体3もグランドと等電位になるように自由電子が分散していて、そこに直流電圧が急激に突入すると、電位差に応じて自由電子が移動開始するが、このときにグランドに接続した陰極側の面積を大きくすることで、グランドからの自由電子の流入を容易にできるので、電力突入時の過渡状態でも、陰極側境界面の発熱を抑止し、さらには、陽極側境界面への自由電子の流入をも可能となり、陽極側境界面の発熱も抑止することができるからである。   This is because the cathode-side lead 8 is always grounded, and free electrons are dispersed so that the lead 8 and the resistor 3 are equipotential with the ground until power is applied to the anode-side lead 8. However, when a DC voltage suddenly enters there, free electrons start to move according to the potential difference.At this time, by increasing the area on the cathode side connected to the ground, free electrons flow from the ground. Since it can be easily performed, even in a transient state when power is applied, heat generation at the cathode side boundary surface is suppressed, and furthermore, free electrons can flow into the anode side boundary surface, and heat generation at the anode side boundary surface is also suppressed. Because it can.

また、陰極側のリード8は常に接地されているので、グランドに接続した陰極側の面積を大きくすることで、電力入力側(陽極側)の境界面2からクロストーク現象で伝播してきた高周波信号がすぐにグランドに吸収されることになり、その結果、境界面2での異常発熱と、異常発熱に起因したマイクロクラックの発生を抑制することができる。   Further, since the cathode-side lead 8 is always grounded, the high-frequency signal propagated by the crosstalk phenomenon from the boundary surface 2 on the power input side (anode side) by increasing the area of the cathode side connected to the ground. Is immediately absorbed by the ground, and as a result, the abnormal heat generation at the boundary surface 2 and the generation of microcracks due to the abnormal heat generation can be suppressed.

図5〜図9のように陽極側の横断面の面積よりも陰極側の横断面の面積のほうが大きい場合において、特に図6(b)や図8(b)のように陰極側境界面を厚みが厚くなるようにする(縦方向に大きくなるようにする)ことで、境界面2が加熱して応力が発生する際の起点の位置を陽極側と陰極側とで非対称とすることができるので、断面で見たときの応力分布も非対称となり、陽極側と陰極側の応力の相互干渉を抑止できるので好ましい。   In the case where the area of the cross section on the cathode side is larger than the area of the cross section on the anode side as shown in FIGS. 5 to 9, the cathode side boundary surface is particularly formed as shown in FIGS. 6 (b) and 8 (b). By increasing the thickness (by increasing the length in the vertical direction), the position of the starting point when the boundary surface 2 is heated to generate stress can be made asymmetric between the anode side and the cathode side. Therefore, the stress distribution when viewed in cross section is also asymmetrical, which is preferable because mutual interference between stresses on the anode side and the cathode side can be suppressed.

また、図4、図9、図10のようにリード8の断面を抵抗体3よりも大きくして接合させることで、境界面2が加熱したときに、リード8の方へ熱を散逸することができるので、境界面2の加熱を抑止できる。さらに、熱膨張が大きくなる抵抗体3の体積を小さくでき、発生する熱応力も小さくできるので、抵抗体3とリード8との境界面2へのマイクロクラックの発生および境界面での亀裂の進展が抑制され、長期間抵抗が安定する。これにより、ヒータの信頼性および耐久性が向上する。   Also, as shown in FIGS. 4, 9, and 10, the cross-section of the lead 8 is made larger than that of the resistor 3 and bonded to dissipate heat toward the lead 8 when the boundary surface 2 is heated. Therefore, heating of the boundary surface 2 can be suppressed. Furthermore, since the volume of the resistor 3 that increases thermal expansion can be reduced and the generated thermal stress can also be reduced, the generation of microcracks at the boundary surface 2 between the resistor 3 and the lead 8 and the progress of cracks at the boundary surface. Is suppressed, and the resistance is stabilized for a long time. Thereby, the reliability and durability of the heater are improved.

また、図11のようにそれぞれの境界面2と交わる軸方向に垂直な断面のうち、抵抗体3
が一対のリード8にそれぞれ取り囲まれている断面があることで、抵抗体3が熱膨張しても応力を完全に閉じ込めることができる。さらに、リード8の表面に沿って伝播してきた高周波成分は、抵抗体3との接続部でインピーダンスの整合が取れない一部が反射し、残りは周囲の誘電体を介してジュール熱として散逸し、接続部が局所的に加熱するが、このとき、接続部の後端側において抵抗体3がリード8に包みこまれていると、接続部で反射した高周波がこの領域に集中して、全てジュール熱に変換できるので、高周波成分の反射をなくすことができる。結果的に、リード8と抵抗体3との接続部にマイクロクラックが発生しにくくなり、境界面に沿って亀裂が一気に進展することを抑止し、長期間抵抗値が安定する。
Further, in the cross section perpendicular to the axial direction intersecting each boundary surface 2 as shown in FIG.
Since the cross section is surrounded by the pair of leads 8, the stress can be completely confined even if the resistor 3 is thermally expanded. Further, a part of the high frequency component propagating along the surface of the lead 8 where impedance matching cannot be achieved at the connection with the resistor 3 is reflected, and the rest is dissipated as Joule heat through the surrounding dielectric. The connection part is locally heated. At this time, if the resistor 3 is wrapped in the lead 8 on the rear end side of the connection part, the high frequency reflected by the connection part is concentrated in this region, Since it can be converted into Joule heat, reflection of high frequency components can be eliminated. As a result, micro cracks are less likely to occur at the connecting portion between the lead 8 and the resistor 3, and the crack is prevented from progressing along the boundary surface, and the resistance value is stabilized for a long time.

また、本実施の形態のヒータ1は、上記の構成のいずれかに記載のヒータ1と、リード8の端子部(図示せず)に電気的に接続されるとともにヒータ1を保持する金属製保持部材とを備えたグロープラグとして使用することが好ましい。具体的には、ヒータ1は、棒状の絶縁基体9の内部に、折返し形状をなした抵抗体3が埋設されているとともに一対のリード8が抵抗体3の両端部にそれぞれ電気的に接続されて埋設されていて、一方のリード8に電気的に接続された金属製保持部材(シース金具)と、他方のリード8に電気的に接続されたワイヤとを備えたグロープラグとして使用することが好ましい。   Further, the heater 1 of the present embodiment is a metal holding that holds the heater 1 while being electrically connected to the heater 1 according to any of the above-described configurations and a terminal portion (not shown) of the lead 8. It is preferable to use it as a glow plug provided with a member. Specifically, in the heater 1, a resistor 3 having a folded shape is embedded in a rod-shaped insulating base 9 and a pair of leads 8 are electrically connected to both ends of the resistor 3. The glow plug includes a metal holding member (sheath fitting) electrically connected to one lead 8 and a wire electrically connected to the other lead 8. preferable.

なお、金属製保持部材(シース金具)は、ヒータ1を保持する金属製の筒状体であり、セラミック基体9の側面に引き出された一方のリード8にロウ材などで接合される。また、ワイヤは、他方のセラミック基体9の後端に引き出された他方のリード8にロウ材などで接合される。これにより、高温のエンジン中でON/OFFが繰り返されながら長期使用しても、ヒータ1の抵抗が変化しないので、どんなときでも着火性に優れたグロープラグを提供できる。   The metal holding member (sheath fitting) is a metal cylindrical body that holds the heater 1, and is joined to one lead 8 drawn to the side surface of the ceramic base 9 with a brazing material or the like. Further, the wire is joined to the other lead 8 drawn out to the rear end of the other ceramic base 9 with a brazing material or the like. As a result, the resistance of the heater 1 does not change even if it is used for a long time while being repeatedly turned on and off in a high-temperature engine.

次に、本実施の形態のヒータ1の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the heater 1 of this Embodiment is demonstrated.

本実施の形態のヒータ1は、例えば、抵抗体3、リード8および絶縁基体9の形状の金型を用いた射出成形法等によって形成することができる。   The heater 1 of the present embodiment can be formed by, for example, an injection molding method using a die having the shape of the resistor 3, the lead 8, and the insulating base 9.

まず、導電性セラミック粉末,樹脂バインダー等を含む、抵抗体3およびリード8となる導電性ペーストを作製するとともに、絶縁性セラミック粉末,樹脂バインダー等を含む絶縁基体9となるセラミックペーストを作製する。   First, a conductive paste to be the resistor 3 and the lead 8 including the conductive ceramic powder and the resin binder is manufactured, and a ceramic paste to be the insulating base 9 including the insulating ceramic powder and the resin binder is manufactured.

次に、導電性ペーストを用いて射出成形法等によって抵抗体3となる所定パターンの導電性ペーストの成形体(成形体a)を形成する。そして、成形体aを金型内に保持した状態で、導電性ペーストを金型内に充填してリード8となる所定パターンの導電性ペーストの成形体(成形体b)を形成する。これにより、成形体aと、この成形体aに接続された成形体bとが、金型内に保持された状態となる。   Next, a conductive paste molded body (molded body a) having a predetermined pattern to be the resistor 3 is formed by an injection molding method or the like using the conductive paste. Then, in a state where the molded body a is held in the mold, the conductive paste is filled in the mold to form a conductive paste molded body (molded body b) having a predetermined pattern to be the leads 8. Thereby, the molded product a and the molded product b connected to the molded product a are held in the mold.

次に、金型内に成形体aおよび成形体bを保持した状態で、金型の一部を絶縁基体9の成形用のものに取り替えた後、金型内に絶縁基体9となるセラミックペーストを充填する。これにより、成形体aおよび成形体bがセラミックペーストの成形体(成形体c)で覆われたヒータ1の成形体(成形体d)が得られる。   Next, in a state where the molded body a and the molded body b are held in the mold, a part of the mold is replaced with one for molding the insulating base 9, and then the ceramic paste that becomes the insulating base 9 in the mold Fill. Thereby, the molded body (molded body d) of the heater 1 in which the molded body a and the molded body b are covered with the molded body of the ceramic paste (molded body c) is obtained.

次に、得られた成形体dを例えば1650℃〜1780℃の温度、30MPa〜50MPaの圧力で焼成することにより、ヒータ1を作製することができる。なお、焼成は水素ガス等の非酸化性ガス雰囲気中で行なうことが好ましい。   Next, the obtained molded body d is fired at, for example, a temperature of 1650 ° C. to 1780 ° C. and a pressure of 30 MPa to 50 MPa, whereby the heater 1 can be manufactured. The firing is preferably performed in a non-oxidizing gas atmosphere such as hydrogen gas.

本発明の実施例のヒータを以下のようにして作製した。   The heater of the Example of this invention was produced as follows.

まず、炭化タングステン(WC)粉末を50質量%、窒化珪素(Si)粉末を35質量%、樹脂バインダーを15質量%含む導電性ペーストを、金型内に射出成形して抵抗体となる成形体aを作製した。 First, a conductive paste containing 50% by mass of tungsten carbide (WC) powder, 35% by mass of silicon nitride (Si 3 N 4 ) powder, and 15% by mass of a resin binder is injection-molded into a mold to form a resistor. A formed product a was produced.

次に、この成形体aを金型内に保持した状態で、リードとなる上記の導電性ペーストを金型内に充填することにより、成形体aと接続させてリードとなる成形体bを形成した。このとき、表1および表2に示すように、種々の形状を有する金型を用いて、4種の形状の抵抗体とリードとの接続部を形成した。   Next, with the molded body a held in the mold, the conductive paste to be the lead is filled in the mold to form the molded body b to be connected to the molded body a. did. At this time, as shown in Table 1 and Table 2, the connection parts of the four types of resistors and the leads were formed using molds having various shapes.

境界面が斜めになっていることから、表1および表2における抵抗体断面積とリード断面積については、陽極側と陰極側のそれぞれの境界面の端部での抵抗体の横断面の面積とリードの横断面の面積を記した。   Since the boundary surface is slanted, the cross-sectional area of the resistor and the cross-sectional area of the lead in Tables 1 and 2 are the cross-sectional area of the resistor at the end of each boundary surface on the anode side and the cathode side. And the area of the cross section of the lead.

次に、成形体aおよび成形体bを金型内に保持した状態で、窒化珪素(Si)粉末を85質量%、焼結助剤としてのイッテリビウム(Yb)の酸化物(Yb)を10質量%、抵抗体およびリードに熱膨張率を近づけるための炭化タングステン(WC)を5質量%含むセラミックペーストを、金型内に射出成形した。これにより、絶縁基体となる成形体c中に成形体aおよび成形体bが埋設された構成の成形体dを形成した。 Next, 85% by mass of silicon nitride (Si 3 N 4 ) powder and ytterbium (Yb) oxide (Yb 2 ) as a sintering aid while the molded product a and the molded product b are held in the mold. A ceramic paste containing 10% by mass of O 3 ) and 5% by mass of tungsten carbide (WC) for bringing the coefficient of thermal expansion close to the resistor and the lead was injection molded into a mold. As a result, a molded body d having a configuration in which the molded body a and the molded body b were embedded in the molded body c serving as an insulating base was formed.

次に、得られた成形体dを円筒状の炭素製の型に入れた後、窒素ガスから成る非酸化性ガス雰囲気中で、1700℃、35MPaの圧力でホットプレスを行ない焼結してヒータを作製した。得られた焼結体の表面に露出したリード端部(端子部)に筒状の金属製保持部材(シース金具)をロウ付けしてグロープラグを作製した。   Next, after putting the obtained compact d in a cylindrical carbon mold, hot pressing is performed in a non-oxidizing gas atmosphere made of nitrogen gas at a pressure of 1700 ° C. and 35 MPa to sinter the heater. Was made. A glow plug was produced by brazing a cylindrical metal holding member (sheath fitting) to the lead end portion (terminal portion) exposed on the surface of the obtained sintered body.

このグロープラグの電極にパルスパターンジェネレータを接続し、印加電圧7V、パルス幅10μs、パルス間隔1μsの矩形パルスを連続通電した。1000時間経過後、通電前後の抵抗値の変化率((通電後の抵抗値−通電前の抵抗値)/通電前の抵抗値)を測定した。その結果を表1に示す。   A pulse pattern generator was connected to the electrode of the glow plug, and a rectangular pulse having an applied voltage of 7 V, a pulse width of 10 μs, and a pulse interval of 1 μs was continuously energized. After 1000 hours, the rate of change in resistance value before and after energization ((resistance value after energization−resistance value before energization) / resistance value before energization) was measured. The results are shown in Table 1.

Figure 2013038003
Figure 2013038003

表1に示すように、試料番号1は、最も発熱した箇所がリードと抵抗体との境界面であった。そして、通電状態を確認するために、オシロスコープを用いて試料番号1のヒータに流れるパルス波形を確認したところ、入力波形と異なり、パルスの立ち上がりが急峻に
ならず、7Vに到達するまで1μs要し、オーバーシュートしながら波打っていた。
As shown in Table 1, in Sample No. 1, the most heat-generating portion was the boundary surface between the lead and the resistor. In order to confirm the energization state, the pulse waveform flowing through the heater of sample number 1 was confirmed using an oscilloscope. Unlike the input waveform, the rise of the pulse did not become steep, and it took 1 μs to reach 7V. Waving while overshooting.

これは、試料番号1のヒータでは、パルスの立ち上がり部分に含まれる高周波成分が、クロストーク現象により波形が合成されたものと考えられる。また、ヒータの最も発熱した箇所が、リードと抵抗体との境界面で特に陰極側となっていることについても、クロストークに起因した異常パルスによって、陰極側のリードと抵抗体との境界面でインピーダンスの整合が取れないことで、局所的な発熱が生じたものと考えられる。   This is considered to be because the waveform of the high frequency component included in the rising portion of the pulse is synthesized by the crosstalk phenomenon in the heater of sample number 1. Also, regarding the fact that the most heat-generating part of the heater is on the cathode side particularly at the interface between the lead and the resistor, the interface between the cathode-side lead and the resistor is caused by an abnormal pulse caused by crosstalk. It is considered that local heat generation was caused by the fact that impedance matching could not be achieved.

さらに、試料番号1の通電前後の抵抗変化は55%と非常に大きくなったため、パルス通電後、走査型電子顕微鏡で試料番号1のリードと抵抗体との境界面を観察したところ、境界面に外周方向から内側に向けて、マイクロクラックが生じていることを確認した。   Furthermore, the resistance change before and after energization of sample No. 1 was very large at 55%. After pulse energization, the boundary surface between the lead and resistor of sample No. 1 was observed with a scanning electron microscope. It was confirmed that microcracks were generated from the outer peripheral direction to the inner side.

一方、試料番号2〜4については、最も発熱した箇所はヒータ先端の抵抗体発熱部であった。そして、通電状態を確認するために、オシロスコープを用いてヒータに流れるパルス波形を確認したところ、入力波形とほぼ同じ波形であった。これは、リードと抵抗体との境界面で異常加熱せずに通電できたことを示している。   On the other hand, with respect to sample numbers 2 to 4, the most heat generating portion was the resistor heating portion at the tip of the heater. Then, in order to confirm the energization state, the pulse waveform flowing through the heater was confirmed using an oscilloscope, and the waveform was almost the same as the input waveform. This indicates that energization was possible without abnormal heating at the interface between the lead and the resistor.

また、試料番号2〜4の通電前後の抵抗変化は5%以下と小さく、パルス通電後、走査型電子顕微鏡でこれらの試料番号のリードと抵抗体との境界面を観察したところ、マイクロクラックは無かった。   In addition, the resistance change before and after the energization of sample numbers 2 to 4 was as small as 5% or less. After the pulse energization, the interface between the lead of these sample numbers and the resistor was observed with a scanning electron microscope. There was no.

次に、ヒータにDC電源を接続して抵抗体の温度が1400℃になるように印加電圧を設定し、1)5分間通電、2)2分間非通電の1),2)を1サイクルとし、1万サイクル繰り返した。通電前後のヒータの抵抗値の変化率を測定した。   Next, connect the DC power supply to the heater and set the applied voltage so that the temperature of the resistor is 1400 ° C. 1) Energize for 5 minutes and 2) Deenergize for 2 minutes 1), 2) 10,000 cycles were repeated. The rate of change in the resistance value of the heater before and after energization was measured.

Figure 2013038003
Figure 2013038003

表2に示すように、試料番号1の通電前後の抵抗変化は55%と非常に大きくなったため、DC通電後、走査型電子顕微鏡で試料番号1のリードと抵抗体との境界面を観察したところ、境界面に外周方向から内側に向けてマイクロクラックが生じていることを確認した。   As shown in Table 2, since the resistance change before and after the energization of Sample No. 1 was as large as 55%, the interface between the lead and the resistor of Sample No. 1 was observed with a scanning electron microscope after the DC energization. However, it was confirmed that microcracks were generated on the boundary surface from the outer peripheral direction toward the inner side.

一方、試料番号2〜4については、通電前後の抵抗変化は5%以下と小さく、DC通電後に走査型電子顕微鏡でこれらの試料番号のリードと抵抗体との境界面を観察したところ、マイクロクラックは無かった。   On the other hand, with respect to sample numbers 2 to 4, the resistance change before and after energization was as small as 5% or less, and the interface between the lead of these sample numbers and the resistor was observed with a scanning electron microscope after DC energization. There was no.

1:ヒータ
2:境界面
3:抵抗体
4:発熱部
8:リード
9:絶縁基体
1: Heater 2: Boundary surface 3: Resistor 4: Heat generating part 8: Lead 9: Insulating substrate

Claims (5)

絶縁基体と、
該絶縁基体に埋設され、折返し形状をなしている抵抗体と、
前記絶縁基体に埋設され、先端側で前記抵抗体に接続されるとともに後端側で前記絶縁基体の表面に導出された一対のリードとを備えたヒータにおいて、
前記抵抗体と前記一対のリードとの二つの境界面は、該一対のリードのそれぞれの軸の両方を含む平面に垂直であり、両方とも先端側が内側または外側に向かって傾斜しかつそれぞれ異なる角度で傾斜していることを特徴とするヒータ。
An insulating substrate;
A resistor embedded in the insulating substrate and having a folded shape;
In a heater embedded in the insulating base and connected to the resistor on the front end side and a pair of leads led to the surface of the insulating base on the rear end side,
Two boundary surfaces of the resistor and the pair of leads are perpendicular to a plane including both axes of the pair of leads, both of which have tip ends inclined inward or outward and at different angles. A heater characterized by being inclined at.
陰極側の境界面の軸方向に垂直な断面に対する傾斜角は、陽極側の境界面の前記軸方向に垂直な断面に対する傾斜角よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載のヒータ。   2. The heater according to claim 1, wherein an inclination angle with respect to a cross section perpendicular to the axial direction of the boundary surface on the cathode side is smaller than an inclination angle with respect to a cross section perpendicular to the axial direction of the boundary surface on the anode side. それぞれの前記境界面と交わる前記軸方向に垂直な断面で見たとき、陽極側の横断面の面積よりも陰極側の横断面の面積のほうが大きいことを特徴とする請求項1に記載のヒータ。   2. The heater according to claim 1, wherein when viewed in a cross section perpendicular to the axial direction that intersects each of the boundary surfaces, the area of the cross section on the cathode side is larger than the area of the cross section on the anode side. . それぞれの前記境界面と交わる前記軸方向に垂直な断面のうち、前記抵抗体が前記一対のリードにそれぞれ取り囲まれている断面があることを特徴とする請求項1に記載のヒータ。   2. The heater according to claim 1, wherein among the cross sections perpendicular to the axial direction intersecting with the respective boundary surfaces, there are cross sections in which the resistor is surrounded by the pair of leads. 請求項1に記載のヒータと、前記一対のリードのうちの一方のリードと電気的に接続されて前記ヒータを保持する金属製保持部材とを備えたことを特徴とするグロープラグ。   A glow plug comprising: the heater according to claim 1; and a metal holding member that is electrically connected to one of the pair of leads and holds the heater.
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