JP2537271B2 - セラミツク発熱体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、主に燃焼機器の点火に用いるためのセラミ
ック発熱体の発熱部の構造に関する。

［従来の技術］ セラミック発熱体は、電気絶縁性のセラミック焼結体
製基体内に、電気抵抗体を埋設した構成を有しており、
これにリード線を接続するとともに、機器への装着手段
を兼ねるハウジングに保持させてセラミックヒータとし
て使用される。

基体は、アルミナ、窒化珪素などの耐熱性、耐熱衝撃
性に優れた電気絶縁性セラミック焼結体で形成され、平
板状、角棒状、あるいは丸棒状など所定の形状を有す
る。

電気抵抗体は、高融点金属または導電性セラミックか
らなる導電路を、その両端部は前記基体の後部に並行し
て配し、中間部は前記基体の先端部に蛇行などの所望の
パターンで配して形成される。前記導電路は、前記両端
部は断面積が大きく形成されて電気抵抗の小さい導電部
とされ、前記中間部は断面積が小さく形成されて電気抵
抗の大きい発熱部となっている。

このセラミック発熱体を用いたセラミックヒータは、
従来よりディーゼル機関のグロープラグとして実用され
ている。また近年、電波雑音を生じない利点から、電子
制御装置を備えたガス燃焼機器などの燃焼機器の点火装
置としての使用が検討されている。

またグロープラグでは、発熱体は900℃程度の使用温
度に５秒間前後で昇温すれば性能的に十分であるのに対
し、点火装置用セラミックヒータでは、発熱体は1000℃
以上の温度に１秒間以内に到達できる性能が要求され
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに従来のセラミック発熱体は、電気抵抗体の発
熱部の導電路は、基体の側面に近接し、基体の先端面か
らは離れて埋設されていた。たとえば発熱部の側端と基
体の側面との距離は0.5mm程度であるのに対し、発熱部
の先端と基体の先端面との距離は3mm以上となってい
た。

このため、セラミック発熱体が通電されて昇温すると
き、発熱部の埋設されている部分と、その先端の発熱路
の埋設されていない部分との温度差が大きくなり、境界
部分で熱膨張差による熱応力が生じる。よって長期間使
用していると、この熱反応の繰返し作用により、基体の
前記境界部分にクラックが発生しやすい欠点があった。

この発明の目的は、上記熱応力が小さくでき、これに
より長期間使用しても上記基体の境界部分にクラッック
が発生することを防止でき、耐久性に優れるセラミック
発熱体の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的達成のため、本発明のセラミック発熱体は、
電気絶縁性セラミック焼結体からなり、丸棒又は薄板状
を呈する基体と、該基体内に埋設された導電路からな
り、両端部は前記基体の後部に並行して配され導電部と
なっており、中間部は前記基体の先端部に所定のパター
ンで配され発熱部となっている板状の電気抵抗体とから
構成されたセラミック発熱体において、前記電気抵抗体
の発熱部は、該発熱部の先端と基体の先端面との間の距
離Ｙが、発熱部の側端と基体の側面との間の距離Ｘに対
し、0.7X≦Ｙ≦1.5Xの範囲となるよう前記基体の先端部
に埋設する構成を採用した。

［作用および発明の効果］ 本発明のセラミック発熱体は、板状を呈する電気抵抗
体の発熱部を、該発熱部の先端と基体の先端面との間の
距離Ｙが、発熱部の側端と基体の側面との間の距離Ｘに
対し、0.7X≦Ｙ≦1.5Xの範囲となるよう形成している。
すなわち発熱部の埋設されていない基体の先端部分は小
さく設定され、発熱部での発熱は基体の先端面に迅速に
伝達される。

これにより、通電されて昇温するとき、セラミック発
熱体における電気抵抗体の発熱部が埋設されている部分
と、その先端の電気抵抗体の埋設されていない部分との
温度差が小さくできる。その結果、境界部分での熱膨張
差が微小にできる。よってこの境界部分で生ずる熱応力
は小さく、基体にクラックが発生することが防止でき、
セラミックヒータとして使用したとき耐久性に優れる。

［実施例］ 次に本発明を第１図および第２図に示す実施例に基づ
き説明する。

本発明にかかるセラミック発熱体１は、窒化珪素、窒
化アルミニウムなどの電気絶縁性で耐熱性および耐熱衝
撃性に優れたセラミック焼結体からなる基体２に炭化タ
ングステンに窒化珪素を混合してなる導電路30を所定の
パターンで埋設し、電気抵抗体３とした構成を有する。

このセラミック発熱体１は、第２図に示す如く、セラ
ミックグリーンシート1Aの表面に導電体ペースト3Aを所
定のパターンで被着し、これに同形のセラミックグリー
ンシート1Bを積層して焼成一体化して製造される。

本実施例では、基体２は、幅5.0mm、長さ50mm、板厚
1.5mmの細長い矩形板状を呈する。

電気抵抗体３を構成する導電路30は、その両端部31、
32が基体２の後端部21に並行して配され導電部となって
いる。また該両端部31、32は、その先端311、321の外側
面が、基体２の側面2a、2bに露出した露出面33、34とな
り、リード線（図示せず）が接続される。導電路30の中
間部35は、前記基体２の先端部22に所定のパターンで配
され発熱部４となっている。導電部の導電路断面積は、
発熱部４の導電路断面積の５倍に設定されている。

発熱部４は、本実施例では略Ｗ字状に形成されてお
り、両側41、42から基体２の側面2a、2bの距離Ｘは、そ
れぞれ0.5mmとなっている。また発熱部４の先端43、44
から先端面2cまでの距離Ｙも0.5mmとなっている。

これにより、セラミック発熱体１は、通電されて昇温
するとき、発熱部４が埋設されている部分と、その先端
の発熱部４が埋設されていない部分とに温度差が生じに
くく、発生する熱応力も小さい。

第３図に通電して１秒経過後のセラミック発熱体１の
表面温度分布を示す。図中１は本発明にかかるセラミッ
ク発熱体１、IIはＹ＝5.0mmである以外はセラミック発
熱体１と同一仕様の従来のセラミック発熱体である。こ
れにより本発明のセラミック発熱体１は先端部での温度
分布が均一であるのに対し、従来のセラミック発熱体で
は先端面から3mm前後の境界部分で大きな温度勾配が生
じることが判明する。

前記距離Ｙは距離Ｘとほぼ同等であることが望ましい
が、0.7X≦Ｙ≦1.5Xの範囲にあれば、セラミック発熱体
１が、常温から1000℃以上の温度に１秒間以内に到達す
る程度の急激な昇温に対しても、実用上十分な耐久性が
得られる。

第４図は第２実施例にかかるセラミック発熱体５を示
す。

この実施例では、基体６として直径3.5mmの丸棒を用
いている。これにより基体６は第１実施例の平板形状に
比較し応力集中が生じにくく、且つ外力に対しても大き
い機械的強度を有するので、より優れた耐久性を有す
る。

第５図は第３実施例にかかるセラミック発熱体７を示
す。

この実施例では、基体８として巾4.0mm、厚さ2.5mmの
矩形断面を呈する角棒を用いている。このセラミック発
熱体７は、３枚のセラミックグリーンシート間に同一パ
ターンの導電路90を２層に配して焼成一体化され、各導
電路90、90は電気的に並列接続されている。これにより
基体８は第１実施例の平板形状に比較し、熱応力や外力
に大して大きい機械的強度を有するので、より優れた耐
久性を有する。

セラミック発熱体に供給する電流を増減させて、発熱
体先端部の基体表面温度が20℃から1000℃に到達する時
間Ｔを変化させ、上記電気抵抗体の発熱部と基体の側面
との距離Ｘと、発熱部の先端と基体の先端面との距離Ｙ
をパラメータとし、前記境界部分にひびわれの発生する
昇温時間を測定（昇温速度を測定することと同一）した
結果を表１に示す。表１から0.7X≦Ｙ≦1.5Xの範囲にあ
るテスト品N1〜N5は１秒以内の昇温に耐えるが、Ｙ＝10
Xのテスト品N6は1.2秒の昇温時間でひびわれが発生して
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例にかかるセラミック発熱体
の斜視図、第２図はその組み付け図、第３図は該発熱体
と従来のセラミック発熱体の温度分布を示すグラフであ
る。第４図は本発明の第２実施例にかかるセラミック発
熱体の組み付け図、第５図は本発明の第３実施例にかか
るセラミック発熱体の斜視図である。 図中、１、５、７……セラミック発熱体、２、６、８…
…セラミック製基体、３……電気低抗体、４……発熱
部、30、90……導電路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気絶縁性セラミック焼結体からなり、丸
   棒又は薄板状を呈する基体と、 該基体内に埋設された導電路からなり、両端部は前記基
   体の後部に並行して配され導電部となっており、中間部
   は前記基体の先端部に所定のパターンで配され発熱部と
   なっている板状の電気抵抗体とから構成されたセラミッ
   ク発熱体において、 前記電気抵抗体の発熱部は、該発熱部の先端と基体の先
   端面との間の距離Ｙが、発熱部の側端と基体の側面との
   間の距離Ｘに対し、0.7X≦Ｙ≦1.5Xの範囲となるよう前
   記基体の先端部に埋設されていることを特徴とするセラ
   ミック発熱体。