JP3169796B2 - セラミックヒータ及びその製造方法 - Google Patents
セラミックヒータ及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックヒータに関
し、特にディーゼルエンジン用グロープラグや燃焼器な
ど着火に用いて好適なセラミックヒータに関する。
し、特にディーゼルエンジン用グロープラグや燃焼器な
ど着火に用いて好適なセラミックヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、例えば、ディーゼルエンジン
用グロープラグの発熱源として使用されるセラミックヒ
ータが知られている。このセラミックヒータは、図５に
示すように、射出成形によってリード線１００が接続さ
れた略Ｕ字形状の発熱体１１０を成形して、そのリード
線１００が接続された発熱体１１０を窒化珪素の粉末中
に埋設してプレス成形した後、そのプレス成形体をホッ
トプレス焼成することで製造される。
用グロープラグの発熱源として使用されるセラミックヒ
ータが知られている。このセラミックヒータは、図５に
示すように、射出成形によってリード線１００が接続さ
れた略Ｕ字形状の発熱体１１０を成形して、そのリード
線１００が接続された発熱体１１０を窒化珪素の粉末中
に埋設してプレス成形した後、そのプレス成形体をホッ
トプレス焼成することで製造される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の発熱
体１１０は、図６に示すように、リード線１００が接続
された発熱体１１０の端面１１１の周縁が鋭角（角があ
る）であることから、上記の製造工程においてプレス成
形した際に、発熱体１１０の端面周縁（角部）を起点と
して発熱体１１０の外側を覆うセラミック体にクラック
が発生して生産性に支障をきたすという問題があった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目
的は、プレス成形の際に発熱体を覆うセラミック体にク
ラックが発生するのを防止できるセラミックヒータを提
供することにある。
体１１０は、図６に示すように、リード線１００が接続
された発熱体１１０の端面１１１の周縁が鋭角（角があ
る）であることから、上記の製造工程においてプレス成
形した際に、発熱体１１０の端面周縁（角部）を起点と
して発熱体１１０の外側を覆うセラミック体にクラック
が発生して生産性に支障をきたすという問題があった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目
的は、プレス成形の際に発熱体を覆うセラミック体にク
ラックが発生するのを防止できるセラミックヒータを提
供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の構成を採用した。請求項１では、
セラミック粉末中にリード線が接続された非金属発熱体
を埋設させてプレス成形し、焼結してなるセラミックヒ
ータにおいて、前記非金属発熱体は、前記リード線が接
続つれる両端角部が滑らかな曲面で構成されていること
を特徴とする。
成するために、以下の構成を採用した。請求項１では、
セラミック粉末中にリード線が接続された非金属発熱体
を埋設させてプレス成形し、焼結してなるセラミックヒ
ータにおいて、前記非金属発熱体は、前記リード線が接
続つれる両端角部が滑らかな曲面で構成されていること
を特徴とする。
【０００５】請求項２のセラミックヒータの製造方法で
は、径方向断面が略円形で全体形状が略Ｕ字形状をな
し、かつ、一対のリード線がそれぞれ接続される両端角
部が滑らかな曲面で構成される非金属発熱体を射出成形
により成形し、得られた前記非金属発熱体をセラミック
粉末中に埋設させてプレス成形した後、得られた前記プ
レス成形体をホットプレス焼成することを特徴とする。
請求項３では、請求項２に記載したセラミックヒータの
製造方法において、射出成形によって得られる前記非金
属発熱体の直径をＤとした時、前記非金属発熱体の両端
角部が曲率半径Ｒ＝０．２ｍｍ〜１／２・Ｄｍｍの曲面
で構成されていることを特徴とする。
は、径方向断面が略円形で全体形状が略Ｕ字形状をな
し、かつ、一対のリード線がそれぞれ接続される両端角
部が滑らかな曲面で構成される非金属発熱体を射出成形
により成形し、得られた前記非金属発熱体をセラミック
粉末中に埋設させてプレス成形した後、得られた前記プ
レス成形体をホットプレス焼成することを特徴とする。
請求項３では、請求項２に記載したセラミックヒータの
製造方法において、射出成形によって得られる前記非金
属発熱体の直径をＤとした時、前記非金属発熱体の両端
角部が曲率半径Ｒ＝０．２ｍｍ〜１／２・Ｄｍｍの曲面
で構成されていることを特徴とする。
【０００６】
【作用および発明の効果】上記構成よりなる本発明のセ
ラミックヒータは、非金属発熱体のうち、リード線が接
続される両端角部が滑らかな曲面により構成されている
ことから、非金属発熱体をセラミック粉末中に埋設して
プレス成形するに際しても、この両端角部への応力の集
中を有効に緩和することができ、発熱体を覆う（埋設す
る）セラミック体（プレス成形体）にクラックが発生す
ることを有効に抑制ないし防止することができ、信頼性
に優れるセラミックヒータ及びその製造方法を提供する
ことができる。また、請求項３では、リード線が接続さ
れる非金属発熱体の両端角部を構成する曲面の曲率半径
を規定（Ｒ＝０．２ｍｍ〜１／２・Ｄｍｍ）することに
より、セラミック粉末を用いたプレス成形時に伴う上記
両端角部への応力の集中を確実により有効に緩和するこ
とができ、得られるプレス成形体におけるクラックの発
生を確実に防止することができる。
ラミックヒータは、非金属発熱体のうち、リード線が接
続される両端角部が滑らかな曲面により構成されている
ことから、非金属発熱体をセラミック粉末中に埋設して
プレス成形するに際しても、この両端角部への応力の集
中を有効に緩和することができ、発熱体を覆う（埋設す
る）セラミック体（プレス成形体）にクラックが発生す
ることを有効に抑制ないし防止することができ、信頼性
に優れるセラミックヒータ及びその製造方法を提供する
ことができる。また、請求項３では、リード線が接続さ
れる非金属発熱体の両端角部を構成する曲面の曲率半径
を規定（Ｒ＝０．２ｍｍ〜１／２・Ｄｍｍ）することに
より、セラミック粉末を用いたプレス成形時に伴う上記
両端角部への応力の集中を確実により有効に緩和するこ
とができ、得られるプレス成形体におけるクラックの発
生を確実に防止することができる。
【０００７】
【実施例】次に、本発明のセラミックヒータをグロープ
ラグの発熱源として使用した一実施例を図面に基づいて
説明する。図１はセラミックヒータの全体断面図、図３
はグロープラグの全体断面図である。
ラグの発熱源として使用した一実施例を図面に基づいて
説明する。図１はセラミックヒータの全体断面図、図３
はグロープラグの全体断面図である。
【０００８】グロープラグ１は、図３に示すように、外
周に取付け用の螺子部２ａが形成されて、外側電極を構
成する金属製の取付け金具２、この取付け金具２の先端
（図３の下端）内部に嵌め込まれて接合（ろう付け）さ
れた金属製の支持筒３、先端側が支持筒３より突出した
状態で、中央部が支持筒３に支持されたセラミックヒー
タ４、断面コの字形を呈する金属キャップ５ａが一体に
形成されて、この金属キャップ５ａがセラミックヒータ
４の後端面に接合された状態で取付け金具２の軸心を通
って配された中軸５、この中軸５の後端部に接続され
て、取付け金具２の後端で絶縁体６を介してナット７に
よって保持された端子電極８等より構成されている。
周に取付け用の螺子部２ａが形成されて、外側電極を構
成する金属製の取付け金具２、この取付け金具２の先端
（図３の下端）内部に嵌め込まれて接合（ろう付け）さ
れた金属製の支持筒３、先端側が支持筒３より突出した
状態で、中央部が支持筒３に支持されたセラミックヒー
タ４、断面コの字形を呈する金属キャップ５ａが一体に
形成されて、この金属キャップ５ａがセラミックヒータ
４の後端面に接合された状態で取付け金具２の軸心を通
って配された中軸５、この中軸５の後端部に接続され
て、取付け金具２の後端で絶縁体６を介してナット７に
よって保持された端子電極８等より構成されている。
【０００９】セラミックヒータ４は、電流を流すことに
より発熱する非金属発熱体９（以下、発熱体９と略
す）、タングステン（Ｗ）から成る一対のリード線１
０、１１、および窒化珪素質のセラミック焼結体１２か
ら成り、このセラミック焼結体１２中に発熱体９および
リード線１０、１１が埋設されて、支持筒３より突出す
る先端部がディーゼルエンジンの予燃焼室（図示しな
い）に晒される。
より発熱する非金属発熱体９（以下、発熱体９と略
す）、タングステン（Ｗ）から成る一対のリード線１
０、１１、および窒化珪素質のセラミック焼結体１２か
ら成り、このセラミック焼結体１２中に発熱体９および
リード線１０、１１が埋設されて、支持筒３より突出す
る先端部がディーゼルエンジンの予燃焼室（図示しな
い）に晒される。
【００１０】発熱体９は、例えば窒化珪素（Ｓｉ
3 Ｎ4 ）と炭化タングステン（ＷＣ）の各粉末に有機バ
インダを加えて混練した発熱体材料を射出成形して得ら
れるもので、図１に示すように全体形状が略Ｕ字形状に
成形されている。なお、発熱体９の径方向断面形状は略
円形状に設けられている。また、発熱体９の材料は、実
施例の他にＳｉ3 Ｎ4 、ＷＣ、Ｒｅの各粉末に有機バイ
ンダを加えて混練したスラリー状のもの等が使用でき
る。
3 Ｎ4 ）と炭化タングステン（ＷＣ）の各粉末に有機バ
インダを加えて混練した発熱体材料を射出成形して得ら
れるもので、図１に示すように全体形状が略Ｕ字形状に
成形されている。なお、発熱体９の径方向断面形状は略
円形状に設けられている。また、発熱体９の材料は、実
施例の他にＳｉ3 Ｎ4 、ＷＣ、Ｒｅの各粉末に有機バイ
ンダを加えて混練したスラリー状のもの等が使用でき
る。
【００１１】一方のリード線１０は、一端が発熱体９の
一方の端面９ａに接続されて、他端がセラミック焼結体
１２の端面まで延びてセラミック焼結体１２の端面に被
せられる金属キャップ５ａに接続（ろう付け）される。
従って、このリード線１０は、金属キャップ５ａ、中軸
５、および端子電極８を介して図示しない電源に接続さ
れる。他方のリード線１１は、一端が発熱体９の他方の
端面９ｂに接続されて、他端がセラミック焼結体１２の
側面に引き出されて支持筒３の内壁面に接続（ろう付
け）されている。従って、このリード線１１は、支持筒
３、取付け金具２を介してアースされている。
一方の端面９ａに接続されて、他端がセラミック焼結体
１２の端面まで延びてセラミック焼結体１２の端面に被
せられる金属キャップ５ａに接続（ろう付け）される。
従って、このリード線１０は、金属キャップ５ａ、中軸
５、および端子電極８を介して図示しない電源に接続さ
れる。他方のリード線１１は、一端が発熱体９の他方の
端面９ｂに接続されて、他端がセラミック焼結体１２の
側面に引き出されて支持筒３の内壁面に接続（ろう付
け）されている。従って、このリード線１１は、支持筒
３、取付け金具２を介してアースされている。
【００１２】セラミック焼結体１２は、窒化珪素（Ｓｉ
3 Ｎ4 ）の粉末中に発熱体９およびリード線１０、１１
を埋設した状態でプレス成形した後、ホットプレス焼結
して得られるもので、全体が円柱形状を呈し、ディーゼ
ルエンジンの予燃焼室に晒される先端部（図１の下端
部）が半球形状に設けられている。
3 Ｎ4 ）の粉末中に発熱体９およびリード線１０、１１
を埋設した状態でプレス成形した後、ホットプレス焼結
して得られるもので、全体が円柱形状を呈し、ディーゼ
ルエンジンの予燃焼室に晒される先端部（図１の下端
部）が半球形状に設けられている。
【００１３】次に、このセラミックヒータ４の製造方法
を説明する。 イ）まず、図４に示すように、射出成形用金型１３にリ
ード線１０、１１をセットした後、上記の発熱体材料を
射出口１３ａより注入して金型内のＵ字状空間１３ｂに
充填する。充填された発熱体材料が固化することで、発
熱体９の両端部に各リード線１０、１１が接続された発
熱体Ａｓｓｙが得られる。なお、Ｕ字状空間１３ｂの両
端角部には、Ｒの丸味が設けられている。 ロ）続いて、成形された発熱体Ａｓｓｙを、窒化珪素
（Ｓｉ3 Ｎ4 ）の粉末中に埋設してＵ字形状の上下方向
から押圧し、断面矩形状にプレス成形する。 ハ）続いて、プレス成形によって得られたプレス成形体
（セラミックヒータ４の原型）をカーボン型にセットし
て、高温で圧力を加えながら略円形状に焼結する（ホッ
トプレス焼成）。 ニ）最後に、焼結したセラミック焼結体１２の外表面を
研磨して所定の寸法に仕上げる。
を説明する。 イ）まず、図４に示すように、射出成形用金型１３にリ
ード線１０、１１をセットした後、上記の発熱体材料を
射出口１３ａより注入して金型内のＵ字状空間１３ｂに
充填する。充填された発熱体材料が固化することで、発
熱体９の両端部に各リード線１０、１１が接続された発
熱体Ａｓｓｙが得られる。なお、Ｕ字状空間１３ｂの両
端角部には、Ｒの丸味が設けられている。 ロ）続いて、成形された発熱体Ａｓｓｙを、窒化珪素
（Ｓｉ3 Ｎ4 ）の粉末中に埋設してＵ字形状の上下方向
から押圧し、断面矩形状にプレス成形する。 ハ）続いて、プレス成形によって得られたプレス成形体
（セラミックヒータ４の原型）をカーボン型にセットし
て、高温で圧力を加えながら略円形状に焼結する（ホッ
トプレス焼成）。 ニ）最後に、焼結したセラミック焼結体１２の外表面を
研磨して所定の寸法に仕上げる。
【００１４】上記の各工程を経て製造されるセラミック
ヒータ４において、発熱体９は、図２に示すように、リ
ード線１０、１１の各一端が接続される端面周縁部にＲ
が付与されている。即ち、発熱体９は、上記イ）の射出
成形の工程の際に、リード線１０、１１が接続される発
熱体９の端面（一方の端面９ａおよび他方の端面９ｂ）
から側面９ｃ（外周面）にかけての角部が滑らかな曲面
で構成されている。このように、発熱体９の端面角部に
Ｒを付与する（丸みを付ける）ことで、上述したセラミ
ックヒータ４のプレス成形体の製造工程において、発熱
体Ａｓｓｙを窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）の粉末中に埋設し
てプレス成形した際に、発熱体９の端面角部を起点とし
たクラックの発生を防止することができる。
ヒータ４において、発熱体９は、図２に示すように、リ
ード線１０、１１の各一端が接続される端面周縁部にＲ
が付与されている。即ち、発熱体９は、上記イ）の射出
成形の工程の際に、リード線１０、１１が接続される発
熱体９の端面（一方の端面９ａおよび他方の端面９ｂ）
から側面９ｃ（外周面）にかけての角部が滑らかな曲面
で構成されている。このように、発熱体９の端面角部に
Ｒを付与する（丸みを付ける）ことで、上述したセラミ
ックヒータ４のプレス成形体の製造工程において、発熱
体Ａｓｓｙを窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）の粉末中に埋設し
てプレス成形した際に、発熱体９の端面角部を起点とし
たクラックの発生を防止することができる。
【００１５】実際に、発熱体９の端面角部に丸味を付け
てプレス成形した時の実験結果を下記の表１に示す。但
し、発熱体９の直径Ｄ＝１．５mm、およびリード線１
０、１１として直径０．３mmのＷ線を用いる（図２参
照）。なお、実験試料は、それぞれ１００個ずつであ
る。
てプレス成形した時の実験結果を下記の表１に示す。但
し、発熱体９の直径Ｄ＝１．５mm、およびリード線１
０、１１として直径０．３mmのＷ線を用いる（図２参
照）。なお、実験試料は、それぞれ１００個ずつであ
る。
【表１】
【００１６】この実験結果では、発熱体９の端面角部に
付与した丸味が０．２Ｒ〜１／２・Ｄの時に、セラミッ
ク粉末のプレス成形時においてもクラックの発生がな
く、それ以外の場合はセラミックのプレス成形時にクラ
ックが発生した。具体的には、表１に示すように、端面
角部に丸味を付与しなかった時は２８％（２８個）の不
良発生、０．１Ｒの時で１５％（１５個）の不良発生、
１．０Ｒの時で１％（１個）の不良発生となった。
付与した丸味が０．２Ｒ〜１／２・Ｄの時に、セラミッ
ク粉末のプレス成形時においてもクラックの発生がな
く、それ以外の場合はセラミックのプレス成形時にクラ
ックが発生した。具体的には、表１に示すように、端面
角部に丸味を付与しなかった時は２８％（２８個）の不
良発生、０．１Ｒの時で１５％（１５個）の不良発生、
１．０Ｒの時で１％（１個）の不良発生となった。
【００１７】この実験結果からも分かるように、発熱体
９の端面９ａ、９ｂとリード線１０、１１との間には大
きな段差があり、発熱体９の端面角部に丸味が付与され
ないと、端面角部が鋭角となることから、プレス成形し
た時に、その鋭角な端面角部を起点としてプレス成形体
にクラックが発生し易いと言える。また、丸味が１／２
・Ｄ以上（表１では１．０Ｒの時）になると、リード線
１０、１１との接続面は曲面で構成されるが、発熱体９
の側面９ｃ（外周面）に稜線が生じることから、発生率
は低いがクラックが発生する可能性がある。従って、セ
ラミック粉末中に発熱体Ａｓｓｙを埋設してプレス成形
時に発生するクラックを防止するためには、発熱体９の
端面角部に０．２Ｒ〜１／２・Ｄの丸味を付けることが
効果的であると言える。
９の端面９ａ、９ｂとリード線１０、１１との間には大
きな段差があり、発熱体９の端面角部に丸味が付与され
ないと、端面角部が鋭角となることから、プレス成形し
た時に、その鋭角な端面角部を起点としてプレス成形体
にクラックが発生し易いと言える。また、丸味が１／２
・Ｄ以上（表１では１．０Ｒの時）になると、リード線
１０、１１との接続面は曲面で構成されるが、発熱体９
の側面９ｃ（外周面）に稜線が生じることから、発生率
は低いがクラックが発生する可能性がある。従って、セ
ラミック粉末中に発熱体Ａｓｓｙを埋設してプレス成形
時に発生するクラックを防止するためには、発熱体９の
端面角部に０．２Ｒ〜１／２・Ｄの丸味を付けることが
効果的であると言える。
【図１】セラミックヒータの全体断面図である。
【図２】リード線が接続された発熱体の端面形状を示す
側面図である。
側面図である。
【図３】グロープラグの全体断面図である。
【図４】発熱体Ａｓｓｙの製造工程を示す金型の平面図
である。
である。
【図５】リード線が接続された発熱体を示す平面図であ
る（従来技術）。
る（従来技術）。
【図６】リード線が接続された発熱体の端面形状を示す
側面図である（従来技術）。
側面図である（従来技術）。
４ セラミックヒータ ９ 発熱体 ９ａ 一方の端面 ９ｂ 他方の端面 ９ｃ 発熱体の側面 １０ 一方のリード線 １１ 他方のリード線 １２ セラミック焼結体
Claims (3)
- 【請求項１】セラミック粉末中にリード線が接続された
非金属発熱体を埋設させてプレス成形し、焼結してなる
セラミックヒータにおいて、 前記非金属発熱体は、前記リード線が接続される両端角
部が滑らかな曲面で構成されていることを特徴とするセ
ラミックヒータ。 - 【請求項２】径方向断面が略円形で全体形状が略Ｕ字形
状をなし、かつ、一対のリード線がそれぞれ接続される
両端角部が滑らかな曲面で構成される非金属発熱体を射
出成形により成形し、得られた前記非金属発熱体をセラ
ミック粉末中に埋設させてプレス成形した後、得られた
前記プレス成形体をホットプレス焼成することを特徴と
するセラミックヒータの製造方法。 - 【請求項３】 請求項２に記載したセラミックヒータの製
造方法において、 射出成形によって得られる前記非金属発熱体の直径をＤ
とした時、前記非金属発熱体の両端角部が曲率半径Ｒ＝
０．２ｍｍ〜１／２・Ｄｍｍの曲面で構成されているこ
とを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14435995A JP3169796B2 (ja) | 1995-06-12 | 1995-06-12 | セラミックヒータ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14435995A JP3169796B2 (ja) | 1995-06-12 | 1995-06-12 | セラミックヒータ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08339882A JPH08339882A (ja) | 1996-12-24 |
| JP3169796B2 true JP3169796B2 (ja) | 2001-05-28 |
Family
ID=15360277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14435995A Expired - Fee Related JP3169796B2 (ja) | 1995-06-12 | 1995-06-12 | セラミックヒータ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3169796B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3908864B2 (ja) * | 1998-09-11 | 2007-04-25 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックヒータ |
-
1995
- 1995-06-12 JP JP14435995A patent/JP3169796B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08339882A (ja) | 1996-12-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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