JP3346447B2 - Manufacturing method of ceramic heater - Google Patents

Manufacturing method of ceramic heater

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JP3346447B2
JP3346447B2 JP35334195A JP35334195A JP3346447B2 JP 3346447 B2 JP3346447 B2 JP 3346447B2 JP 35334195 A JP35334195 A JP 35334195A JP 35334195 A JP35334195 A JP 35334195A JP 3346447 B2 JP3346447 B2 JP 3346447B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン用のグロープラグや、バーナ着火用あるいは酸素セン
サ用の加熱素子等に使用されるセラミックヒータの製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the manufacture of a ceramic heater used for a glow plug for a diesel engine, a heating element for burning a burner or an oxygen sensor, and the like.
About the method .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、セラミックグロープラグに使用さ
れるセラミックヒータとして、絶縁性セラミック基体に
対し、通電により抵抗発熱するセラミック発熱体を埋設
した構成を有するものが知られている。セラミック発熱
体には、その通電のために線状又はロッド状の電極部の
一端が埋設される。
2. Description of the Related Art Heretofore, as a ceramic heater used for a ceramic glow plug, there has been known a ceramic heater having a configuration in which a ceramic heating element which generates resistance by energization is embedded in an insulating ceramic substrate. One end of a linear or rod-shaped electrode portion is buried in the ceramic heating element for energization.

【0003】上述のようなセラミックヒータは、例えば
下記のようにして製造されている。すなわち、図9
(a)に示すように、まず射出成形等により、U字形の
導電性セラミック粉末成形体134(焼成後にセラミッ
ク発熱体となる)と電極部130との一体成形体135
を作る。一方、これとは別に、上記一体成形体135を
収容するための凹部138がその合わせ面に形成された
分割予備成形体136及び137(焼成後にセラミック
基体となる)を、基体セラミック粉末を用いてプレス成
形等により作製する。次に、上記凹部138に一体成形
体135を収容して分割予備成形体136及び137を
型合わせした後、これらを金型を用いてプレス・一体化
することにより、図9(b)に示す複合成形体139を
得る。ここで、そのプレス方向は、図10(a)に示す
ように分割予備成形体136及び137の合わせ面13
9aとほぼ直角に設定される。こうして得られた複合成
形体139に対し、同図(b)に示すように、上記プレ
ス方向と同方向に加圧しながら焼成を行うホットプレス
処理が施され、さらに得られた焼成体の外周面に研磨を
施すことにより同図(c)に示すセラミックヒータ10
0が得られる。
The above-described ceramic heater is manufactured, for example, as follows. That is, FIG.
As shown in (a), first, an integrally molded body 135 of a U-shaped conductive ceramic powder molded body 134 (which becomes a ceramic heating element after firing) and an electrode portion 130 by injection molding or the like.
make. On the other hand, separately from this, divided preforms 136 and 137 having recesses 138 for accommodating the integrally formed body 135 formed on their mating surfaces (to be a ceramic base after firing) are formed using base ceramic powder. It is produced by press molding or the like. Next, after the integrally formed body 135 is accommodated in the concave portion 138 and the divided preformed bodies 136 and 137 are mold-matched, they are pressed and integrated using a mold, as shown in FIG. 9B. A composite molded body 139 is obtained. Here, as shown in FIG. 10A, the pressing direction is the mating surface 13 of the divided preforms 136 and 137.
9a is set substantially at a right angle. The thus obtained composite molded body 139 is subjected to a hot press treatment of performing firing while applying pressure in the same direction as the above-mentioned pressing direction, as shown in FIG. The ceramic heater 10 shown in FIG.
0 is obtained.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述の製造方法によれ
ば、図9(a)に示すように、複合成形体139におい
てU字形の導電性セラミック粉末成形体134の2本の
直線部134bは、分割予備成形体136及び137の
合わせ面139a上に配置される。そして、ホットプレ
ス処理においては、該複合成形体139に対し上記合わ
せ面139aと直交する方向に加圧力が付加されるの
で、図10(c)に示すように、セラミック発熱体11
0の各直線部110bの断面形状は、それらの対向方向
において長い楕円状に形成されることとなる。その結
果、直線部110bの表面からヒータ100の表面まで
の距離が不均一となり、図11に示すように、特にその
楕円短軸方向における距離L1と長軸方向における距離
L2との差が大きくなる結果、ヒータ表面の温度分布に
ムラを生じやすい欠点がある。そこで、図10(d)に
示すように、直線部110bの断面の楕円短軸方向にお
いて、ヒータ100の断面寸法を小さくすることが考え
られるが、このような構成はヒータ外周面の研磨加工が
面倒である他、例えば当該ヒータ100をグロープラグ
等に組み付ける場合、ヒータ100を収容する外筒等の
断面形状もこれに対応した形状のものとしなければなら
ず、プラグの製造コストの上昇を招く問題が生ずる。
According to the above-described manufacturing method, as shown in FIG. 9A, in the composite molded body 139, the two linear portions 134b of the U-shaped conductive ceramic powder molded body 134 are formed. Are arranged on the mating surface 139a of the divided preforms 136 and 137. Then, in the hot pressing, a pressing force is applied to the composite molded body 139 in a direction perpendicular to the mating surface 139a, and as shown in FIG.
The cross-sectional shape of each of the 0 linear portions 110b is formed in a long elliptical shape in the facing direction. As a result, the distance from the surface of the linear portion 110b to the surface of the heater 100 becomes uneven, and as shown in FIG. 11, the difference between the distance L1 in the elliptical short axis direction and the distance L2 in the long axis direction increases. As a result, there is a disadvantage that the temperature distribution on the heater surface tends to be uneven. Thus, as shown in FIG. 10D, it is conceivable to reduce the cross-sectional dimension of the heater 100 in the direction of the elliptical minor axis of the cross section of the linear portion 110b. In addition to being troublesome, for example, when assembling the heater 100 to a glow plug or the like, the cross-sectional shape of the outer cylinder or the like accommodating the heater 100 must also have a shape corresponding to this, resulting in an increase in the manufacturing cost of the plug. Problems arise.

【0005】本発明の課題は、ヒータ表面の温度分布が
良好であり、また、グロープラグ等の応用製品への組み
つけを安価に行うことができるセラミックヒータの製造
方法を提供することにある。
An object of the present invention is to manufacture a ceramic heater which has a good temperature distribution on the surface of the heater and which can be assembled at low cost to an application product such as a glow plug.
It is to provide a method .

【0006】本発明は、セラミック基体と、そのセラミ
ック基体に埋設され、その両端に接続された電極部を介
して通電されることにより抵抗発熱するセラミック発熱
体が、一方の基端部から延び先端部で方向変換して他方
の基端部へ至る方向変換部と、その方向変換部の各基端
部から同方向に延びる2本の直線部とを備え、それら直
線部の断面形状が、それら直線部の対向方向において圧
縮された楕円状とされているセラミックヒータの製造方
法に係り、上記課題を解決するために、一方の基端部か
ら延び先端部で方向変換して他方の基端部へ至る方向変
換部と、その方向変換部の各基端部から同方向に延びる
2本の直線部とを備えた導電性セラミック粉末成形部
と、その両端に接続された電極部とを有する一体成形体
を製造する第一の成形工程と、面上に前記導電性セラミ
ック粉末成形部の前記2本の直線部が配列するように一
体成形体を収容する凹部が形成された分割予備成形体
を、基体セラミック粉末により作成し、凹部に前述した
一体成形体を収容した状態で、その一体成形体の外側を
基体セラミック粉末により覆った後これを圧縮すること
により、その基体セラミック粉末成形部内に一体成形体
が埋設・一体化された複合成形体を製造する第二の成形
工程と、その複合成形体を、分割予備成形体の前述の凹
部が形成された面に沿う方向に加圧しながら焼成するこ
とにより、円状断面を有する導電性セラミック粉末成形
部が直線部の対向方向において圧縮された楕円状断面
有するセラミック発熱体とされ、基体セラミック粉末成
形部がセラミック基体とされた焼成体を得る焼成工程
と、を含むことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a ceramic base and a ceramic heating element which is embedded in the ceramic base and which generates resistance heat when energized through electrodes connected to both ends thereof, extends from one base end, A direction change portion that changes the direction at the portion and reaches the other base end portion, and two straight portions extending in the same direction from each base end portion of the direction change portion. According to a method for manufacturing a ceramic heater which is formed in an elliptical shape compressed in a direction opposite to a straight portion, in order to solve the above-mentioned problem, the direction is changed at a distal end and extended from one proximal end, and the other proximal end is changed. Integrated body comprising a conductive ceramic powder molding part having a direction changing part reaching the first direction, two linear parts extending in the same direction from each base end of the direction changing part, and electrode parts connected to both ends thereof. The first part of manufacturing a compact Forming a divided preform having a concave portion for accommodating an integrated molded body such that the two linear portions of the conductive ceramic powder molded portion are arranged on a surface thereof, using a base ceramic powder; In the state in which the above-mentioned integrated molded body is accommodated, the outside of the integrated molded body is covered with the base ceramic powder and then compressed, whereby the integrated molded body is embedded and integrated in the base ceramic powder molded part. A second molding step for producing a composite molded body, and firing the composite molded body while pressing it in a direction along the surface of the divided preformed body where the above-mentioned concave portion is formed, thereby forming a conductive member having a circular cross section. sex ceramic powder molding portion is a ceramic heating element having an elliptical cross section which is compressed in the opposite direction of the linear portion, the fired body base ceramic powder molding portion is a ceramic substrate A firing step that, characterized in that it comprises a.

【0007】セラミック発熱体の2本の直線部の断面形
状を上述のようなものとすることにより、直線部表面か
らヒータ表面までの距離の不均一が是正され、ひいては
ヒータ表面の温度分布にムラが生じにくくなる。特に、
その楕円状の断面に対し、その長軸長さPと短軸長さQ
との比P/Qを1.2〜2.5の範囲内で設定すること
により、温度分布のムラはさらに生じにくくなる。な
お、より望ましくは、P/Qを1.6〜2.0で設定す
るのがよい。
[0007] By making the cross-sectional shape of the two straight portions of the ceramic heating element as described above, the unevenness of the distance from the surface of the straight portion to the heater surface is corrected, and the temperature distribution on the heater surface becomes uneven. Is less likely to occur. In particular,
For its elliptical cross section, its major axis length P and minor axis length Q
Is set within the range of 1.2 to 2.5, the unevenness of the temperature distribution is further reduced. It is more preferable to set P / Q to 1.6 to 2.0.

【0008】ここで、セラミック基体の断面は、セラミ
ック発熱体の2本の直線部の軸線間距離をほぼ等分する
位置にその中心を有する円形に形成することができる。
これにより、直線部の断面の楕円短軸方向と長軸方向と
の間において、該直線部の表面からヒータ表面までの距
離の差が小さくなり、ヒータ表面の温度分布をさらに均
一なものとすることができる。また、セラミック基体の
断面形状を円形とすることにより、ヒータ外周面の研磨
加工が容易となり、また、セラミックヒータをグロープ
ラグ等の応用製品に組み付ける場合において、ヒータを
保持する外筒等の部品の製造が容易となり、ひいては該
応用製品の製造コスト低減にも寄与する。
Here, the cross section of the ceramic base can be formed in a circular shape having its center at a position where the distance between the axes of the two linear portions of the ceramic heating element is substantially equally divided.
Thereby, the difference in the distance from the surface of the linear portion to the surface of the heater between the short axis direction and the long axis direction of the cross section of the linear portion is reduced, and the temperature distribution on the heater surface is made more uniform. be able to. In addition, by making the cross-sectional shape of the ceramic base circular, polishing of the outer peripheral surface of the heater becomes easy, and when assembling the ceramic heater to an applied product such as a glow plug, a component such as an outer cylinder holding the heater is required. Manufacturing is facilitated, and the manufacturing cost of the applied product is reduced.

【0009】[0009]

【0010】そして、この製造方法によれば、導電性セ
ラミック粉末成形部を、分割予備成形体の凹部が形成さ
れた面に沿う方向に加圧力を加えながら焼成することに
より、直線部の断面形状が、直線部の対向方向において
圧縮された楕円状の形状を有するセラミック発熱体を容
易に得ることができ、ひいては本発明のセラミックヒー
タを高能率で製造することができる。また、分割予備成
形体を使用することにより、導電性セラミック粉末成形
部の基体セラミック粉末成形部に対する位置決めを極め
て容易に行うことができ、セラミックヒータの製造効率
向上に寄与する。
According to this manufacturing method, the conductive ceramic powder molded portion is fired while applying a pressing force in a direction along the surface of the divided preform in which the concave portion is formed, so that the cross-sectional shape of the linear portion is obtained. However, it is possible to easily obtain a ceramic heating element having an elliptical shape compressed in the direction opposite to the linear portion, and to manufacture the ceramic heater of the present invention with high efficiency. Further, by using the divided preform, the positioning of the conductive ceramic powder forming portion with respect to the base ceramic powder forming portion can be performed extremely easily, which contributes to the improvement of the manufacturing efficiency of the ceramic heater.

【0011】上記第二の成形工程は、より具体的には下
記の各工程を含むものとすることができる。 合わせ面において互いに型合わせされるとともに、そ
の合わせ面上に導電性セラミック粉末成形部の2本の直
線部が配列するように一体成形体を収容する凹部が形成
された分割予備成形体を、基体セラミック粉末により作
製する。 上記凹部に一体成形体を収容した状態で、分割予備成
形体を型合わせする。 それら型合わせされた一体成形体と分割予備成形体と
を、合わせ面とほぼ直交する向きに加圧して一体化する
ことにより、複合成形体を形成する。この場合、焼成工
程において複合成形体は、分割予備成形体の合わせ面に
沿う方向に加圧される。
[0011] More specifically, the second molding step may include the following steps. A divided preform having a concave portion for accommodating an integral molded body formed on the mating surface and having an integrated molded body formed thereon such that two linear portions of the conductive ceramic powder molded portion are arranged on the mating surface is formed on a substrate. It is made of ceramic powder. The split preform is mold-matched with the integrally formed body accommodated in the recess. The combined molded body and the divided preformed body are pressed and integrated in a direction substantially perpendicular to the mating surface to form a composite molded body. In this case, in the firing step, the composite molded body is pressed in a direction along the mating surface of the divided preliminary molded bodies.

【0012】上記方法によれば、合わせ面において互い
に型合わせされる分割予備成形体を使用することによ
り、導電性セラミック粉末成形部の基体セラミック粉末
成形部に対する位置決めを極めて容易に行うことがで
き、セラミックヒータの製造効率向上に寄与する。
[0012] According to the above method, the two mating surfaces are mutually separated.
The use of the divided preforms that are matched to each other makes it possible to extremely easily position the conductive ceramic powder molding portion with respect to the base ceramic powder molding portion, thereby contributing to an improvement in the production efficiency of the ceramic heater.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例を参照しつつ説明する。図1は、本発明に
係るセラミックヒータを使用したグロープラグを、その
内部構造とともに示すものである。すなわち、グロープ
ラグ50は、その一端側に設けられたセラミックヒータ
1と、そのセラミックヒータ1の先端部2が突出するよ
うにその外周面を覆う金属製の外筒3、さらにその外筒
3を外側から覆う筒状の金属ハウジング4等を備えてお
り、セラミックヒータ1と外筒3との間及び外筒3と金
属ハウジング4との間は、それぞれろう付けにより接合
されている。また、セラミックヒータ1の後端部には、
金属線により両端が弦巻ばね状に形成された結合部材5
の一端が外側から嵌合するとともに、その他端側は、金
属ハウジング4内に挿通された金属軸6の対応する端部
に嵌着されている。金属軸6の他方の端部側は金属ハウ
ジング4の外側へ延びるとともに、その外周面に形成さ
れたねじ部6aにナット7が螺合し、これを金属ハウジ
ング4に向けて締めつけることにより、金属軸6が金属
ハウジング4に対して固定されている。また、ナット7
と金属ハウジング4との間には絶縁ブッシュ8が嵌め込
まれている。そして、金属ハウジング4の外周面には、
図示しないエンジンブロックにグロープラグ50を固定
するためのねじ部5aが形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows a glow plug using a ceramic heater according to the present invention, together with its internal structure. That is, the glow plug 50 includes a ceramic heater 1 provided at one end thereof, a metal outer cylinder 3 that covers the outer peripheral surface of the ceramic heater 1 so that a tip end portion 2 of the ceramic heater 1 projects, and further includes the outer cylinder 3. A cylindrical metal housing 4 and the like, which are covered from the outside, are provided. The ceramic heater 1 and the outer cylinder 3 and the outer cylinder 3 and the metal housing 4 are respectively joined by brazing. Also, at the rear end of the ceramic heater 1,
Coupling member 5 whose both ends are formed in a helical spring shape by a metal wire
Is fitted from the outside, and the other end is fitted to a corresponding end of the metal shaft 6 inserted into the metal housing 4. The other end of the metal shaft 6 extends outside the metal housing 4, and a nut 7 is screwed into a screw portion 6 a formed on the outer peripheral surface of the metal shaft 6. The shaft 6 is fixed to the metal housing 4. Also, nut 7
An insulating bush 8 is fitted between the housing and the metal housing 4. Then, on the outer peripheral surface of the metal housing 4,
A screw portion 5a for fixing the glow plug 50 to an engine block (not shown) is formed.

【0014】セラミックヒータ1は、図2に示すよう
に、一方の基端部から延び先端部で方向変換して他方の
基端部へ至る方向変換部10aと、その方向変換部10
aの各基端部から同方向に延びる2本の直線部10bと
を有するU字状のセラミック発熱体10を備え、その各
両端部に線状又はロッド状の電極部11及び12の先端
部が埋設されるとともに、セラミック発熱体10と電極
部11及び12の全体が、円形断面を有する棒状のセラ
ミック基体13中に埋設されている。また、セラミック
発熱体10は、方向変換部10aがセラミック基体13
の末端側に位置するように配置されている。さらに、各
電極部11及び12は、セラミック基体13中において
セラミック発熱体10から離間する方向に延びるととも
に、その一方のもの(12)は外筒3内において、他方
のもの(11)はセラミック基体13の他方の端部近傍
において、それぞれその後端部がセラミック基体13の
表面に露出して、露出部11a及び12aを形成してい
る。
As shown in FIG. 2, the ceramic heater 1 includes a direction changing portion 10a extending from one base end and changing its direction at the front end to reach the other base end.
a, a U-shaped ceramic heating element 10 having two linear portions 10b extending in the same direction from the respective base ends of the end portions of the linear or rod-shaped electrode portions 11 and 12 at both ends thereof. Are embedded, and the entire ceramic heating element 10 and the electrode portions 11 and 12 are embedded in a rod-shaped ceramic base 13 having a circular cross section. Further, the ceramic heating element 10 includes a
It is arranged so that it may be located at the terminal side of. Further, each of the electrode portions 11 and 12 extends in a direction away from the ceramic heating element 10 in the ceramic base 13, one of which (12) is in the outer cylinder 3 and the other (11) is in the ceramic base. In the vicinity of the other end of the substrate 13, the rear end is exposed to the surface of the ceramic base 13 to form exposed portions 11a and 12a.

【0015】また、セラミック発熱体10の方向変換部
10aからは、2本の直線部10bがほぼ平行に延びて
おり、図3に示すように、その各々の断面形状は、それ
ら直線部10bの対向方向において圧縮された楕円状と
されている。また、セラミック基体13の断面は、セラ
ミック発熱体10の2本の直線部10bの軸線間距離を
ほぼ等分する位置Oにその中心を有する円形に形成され
ている。これにより、例えば図11に示す従来のセラミ
ックヒータ100に比べ、直線部10bの表面からヒー
タ表面までの距離は、断面の楕円短軸方向(L1)と長
軸方向(L2)との間でその差が小さくなっている。ま
た、セラミック基体13の断面形状は円形とされてお
り、これを保持するグロープラグ50の外筒3も円筒状
のものとなっている。さらに、各直線部10bは、その
楕円状の断面に対し、その長軸長さPと短軸長さQとの
比P/Qが1.2〜2.5、より望ましくは1.6〜
2.0の範囲で設定される。
From the direction changing portion 10a of the ceramic heating element 10, two straight portions 10b extend almost in parallel, and as shown in FIG. It is an elliptical shape compressed in the facing direction. The cross section of the ceramic base 13 is formed in a circular shape whose center is located at a position O where the distance between the axes of the two linear portions 10b of the ceramic heating element 10 is substantially equally divided. Thereby, for example, as compared with the conventional ceramic heater 100 shown in FIG. 11, the distance from the surface of the linear portion 10b to the heater surface is smaller between the elliptical short axis direction (L1) and the long axis direction (L2) of the cross section. The difference is smaller. The cross-sectional shape of the ceramic base 13 is circular, and the outer cylinder 3 of the glow plug 50 holding the ceramic base 13 is also cylindrical. Further, each linear portion 10b has a ratio P / Q of the major axis length P to the minor axis length Q of the elliptical cross section of 1.2 to 2.5, more preferably 1.6 to 2.5.
It is set in the range of 2.0.

【0016】セラミック発熱体は、導電性を有するセラ
ミック、例えば炭化タングステン(WC)、硅化モリブ
デン(Mo2Si3)、炭化タングステンと窒化硅素(S
34)との複合物等により構成されるが、炭化硅素
(SiC)など半導体セラミックスを使用することもで
きる。また、電極部11及び12はタングステン(W)
あるいはタングステン−レニウム(Re)合金等の高融
点金属材料で構成される。一方、セラミック基体13
は、主に絶縁性のセラミックス、例えばアルミナ(Al
23)、シリカ(SiO2)、ジルコニア(ZrO2)、
チタニア(TiO2)、マグネシア(MgO)、ムライ
ト(3Al23・2SiO2)、ジルコン(ZrO2・S
iO2)、コージェライト(2MgO・2Al23・5
SiO2)、窒化硅素(Si34)、窒化アルミニウム
(AlN)等により構成される。
The ceramic heating element is made of a conductive ceramic such as tungsten carbide (WC), molybdenum silicide (Mo 2 Si 3 ), tungsten carbide and silicon nitride (S).
composed of composite products of the i 3 N 4) is also possible to use a semiconductor ceramic such as silicon carbide (SiC). The electrodes 11 and 12 are made of tungsten (W).
Alternatively, it is made of a high melting point metal material such as a tungsten-rhenium (Re) alloy. On the other hand, the ceramic base 13
Is mainly made of insulating ceramics such as alumina (Al
2 O 3 ), silica (SiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ),
Titania (TiO 2 ), magnesia (MgO), mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ), zircon (ZrO 2 .S
iO 2), cordierite (2MgO · 2Al 2 O 3 · 5
It is made of SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN) or the like.

【0017】図2において、セラミック基体13の表面
には、その電極部12の露出部12aを含む領域に、ニ
ッケル等の金属薄層(図示せず)が所定の方法(例えば
メッキや気相製膜法など)により形成され、該金属薄層
を介してセラミック基体13と外筒3とがろう付けによ
り接合されるとともに、電極部12がこれら接合部を介
して外筒3と導通している。また、電極部11の露出部
11aを含む領域にも同様に金属薄層が形成されてお
り、ここに結合部材5がろう付けされている。このよう
に構成することで、図示しない電源から、金属軸6(図
1)、結合部材5及び電極部11を介してセラミック発
熱体10に対して通電され、さらに電極部12、外筒
3、金属ハウジング4(図1)、及び図示しないエンジ
ンブロックを介して接地される。
In FIG. 2, a thin metal layer (not shown) of nickel or the like is formed on the surface of the ceramic base 13 in a region including the exposed portion 12a of the electrode portion 12 by a predetermined method (for example, plating or vapor deposition). The ceramic base 13 and the outer cylinder 3 are joined by brazing via the thin metal layer, and the electrode portion 12 is electrically connected to the outer cylinder 3 via these joints. . Similarly, a thin metal layer is formed in a region including the exposed portion 11a of the electrode portion 11, and the joining member 5 is brazed to the thin metal layer. With this configuration, power is supplied from a power source (not shown) to the ceramic heating element 10 via the metal shaft 6 (FIG. 1), the coupling member 5, and the electrode section 11, and further, the electrode section 12, the outer cylinder 3, It is grounded via a metal housing 4 (FIG. 1) and an engine block (not shown).

【0018】以下、セラミックヒータ1の製造方法につ
いて説明する。まず、図4(a)に示すように、セラミ
ック発熱体10に対応したU字形状のキャビティ32を
有した金型31に対し電極材30を、その一方の端部が
該キャビティ32内に入り込むように配置する。そし
て、その状態で、導電性セラミック粉末とバインダとを
含有するコンパウンド33を射出することにより、同図
(b)に示すように、電極材30とU字状の導電性セラ
ミック粉末成形部34とが一体化された一体成形体35
を作成する。なお、導電性セラミック粉末成形部34は
ほぼ円形の断面を有するように形成される。
Hereinafter, a method for manufacturing the ceramic heater 1 will be described. First, as shown in FIG. 4A, an electrode material 30 is inserted into a mold 31 having a U-shaped cavity 32 corresponding to the ceramic heating element 10, and one end of the electrode material 30 enters the cavity 32. So that Then, in this state, by injecting a compound 33 containing the conductive ceramic powder and the binder, the electrode material 30 and the U-shaped conductive ceramic powder molding part 34 are formed as shown in FIG. Integrated body 35 in which is integrated
Create The conductive ceramic powder molding part 34 is formed to have a substantially circular cross section.

【0019】一方これとは別に、セラミック基体13を
形成するセラミック粉末を予め金型プレス成形すること
により、図5(a)に示すような、上下別体に形成され
た分割予備成形体36及び37を用意しておく。これら
分割予備成形体36及び37は、上記一体成形体35に
対応した形状の凹部38がその合わせ面39aに形成さ
れている。次いで、この凹部38に一体成形体35を収
容し、分割予備成形体36及び37を該型合わせ面39
aにおいて型合わせする。そして、図6(a)に示すよ
うに、その状態でこれら分割予備成形体36、37及び
一体成形体35を、金型61のキャビティ61a内に収
容し、パンチ62及び63を用いてプレス・圧縮するこ
とにより、図5(b)及び図7(a)に示すように、こ
れらが一体化された複合成形体39が形成される。ここ
で、そのプレス方向は、分割予備成形体36及び37の
合わせ面39aに対しほぼ直角に設定される。
On the other hand, separately from this, the ceramic preform for forming the ceramic base 13 is pre-press-molded, so that the divided preformed body 36 and the divided preformed body 36 formed separately as shown in FIG. Prepare 37. Each of the divided preforms 36 and 37 has a concave portion 38 having a shape corresponding to the shape of the integral molded body 35 formed on its mating surface 39a. Next, the integrally formed body 35 is accommodated in the recess 38, and the divided preformed bodies 36 and 37 are fitted to the molding surfaces 39.
Match in a. Then, as shown in FIG. 6A, the divided preformed bodies 36 and 37 and the integrally formed body 35 are housed in the cavity 61a of the mold 61 in this state, and are pressed by the punches 62 and 63. By compressing, as shown in FIG. 5B and FIG. 7A, a composite molded body 39 in which these are integrated is formed. Here, the pressing direction is set substantially perpendicular to the mating surface 39a of the divided preforms 36 and 37.

【0020】こうして得られた複合成形体39は、まず
バインダ成分等を除去するために所定の温度(例えば約
800℃)で仮焼され、図7(b)に示す仮焼体39’
とされる。続いて図6(b)に示すように、この仮焼体
39’が、グラファイト等で構成されたホットプレス用
成形型65及び66のキャビティ65a及び66aにセ
ットされる。仮焼体39’は、炉64内で両成形型65
及び66の間で加圧されながら所定の温度(例えば約1
800℃)で焼成されることにより、図7(c)に示す
ような焼成体70となる。このとき、図5(b)に示す
導電性セラミック粉末成形部34がセラミック発熱体1
0を、分割予備成形体36及び37がセラミック基体1
3をそれぞれ形成することとなる。また、各電極材30
はそれぞれ電極部11及び12となる。
The composite molded body 39 thus obtained is first calcined at a predetermined temperature (for example, about 800 ° C.) in order to remove a binder component and the like, and a calcined body 39 ′ shown in FIG.
It is said. Subsequently, as shown in FIG. 6B, the calcined body 39 'is set in cavities 65a and 66a of hot press molds 65 and 66 made of graphite or the like. The calcined body 39 ′ is placed in the furnace 64 by the two molds 65.
And 66 at a predetermined temperature (for example, about 1
By firing at 800 ° C.), a fired body 70 as shown in FIG. At this time, the conductive ceramic powder molding part 34 shown in FIG.
0, the divided preforms 36 and 37 are
3 will be formed respectively. In addition, each electrode material 30
Are electrode portions 11 and 12, respectively.

【0021】ここで、仮焼体39’は、図6(b)に示
すように、分割予備成形体36及び37の合わせ面39
aに沿う方向に圧縮されながら焼成体70となる。そし
て、図7(c)に示すように、導電性セラミック粉末成
形部34の直線部34bは、その円状断面が上記圧縮方
向につぶれるように変形することにより、楕円状断面を
有したセラミック発熱体10の直線部10bとなる。次
いで、図7(d)に示すように、焼成体70の外周面に
研磨等の加工を施すことにより、セラミック基体13の
断面が円形に整形されて最終的なセラミックヒータ1と
なる。
Here, as shown in FIG. 6B, the calcined body 39 'is a mating surface 39 of the divided preforms 36 and 37.
The sintered body 70 is formed while being compressed in the direction along a. Then, as shown in FIG. 7 (c), the linear portion 34b of the conductive ceramic powder molded portion 34 is deformed so that its circular cross section is crushed in the above-described compression direction. The straight portion 10b of the body 10 is formed. Next, as shown in FIG. 7D, the outer peripheral surface of the fired body 70 is polished or the like, whereby the cross section of the ceramic base 13 is shaped into a circle, and the final ceramic heater 1 is obtained.

【0022】なお、本発明のセラミックヒータは、グロ
ープラグに限らず、バーナ着火用あるいは酸素センサ用
の加熱素子等に使用することもできる。
The ceramic heater of the present invention is not limited to a glow plug, but can be used for a burner ignition or a heating element for an oxygen sensor.

【0023】[0023]

【実施例】上述のようにして得られたセラミックヒータ
1と、比較例として図11に示す断面構造を有する従来
形のセラミックヒータ100とのそれぞれに対し、室温
から、ヒータ表面の最高到達温度が900℃となるまで
これを3秒で昇温させたときの、そのヒータ表面の温度
分布を調べた。図8に示すように、その温度測定点は、
2本の直線部10bないし110bの軸線を結ぶ直線を
基準線として、A:基準線とヒータ表面との交点近傍、
B:ヒータ断面の中心を通り上記基準線に直交する直線
とヒータ表面との交点近傍、C:ヒータ表面上において
上記A及びBを結ぶ線分の中点近傍、の3点である。す
なわち、実施例のセラミックヒータ1においては、各測
定点の温度はA>B>Cの順で低くなったが、AとCと
の温度差は10℃と小さく、比較的均一な温度分布が得
られた。一方、比較例のセラミックヒータ100におい
ては、A>C>Bの順で温度が低くなり、BとAの温度
差は40℃とかなり不均一な温度分布を示した。
EXAMPLE For the ceramic heater 1 obtained as described above and the conventional ceramic heater 100 having the cross-sectional structure shown in FIG. When the temperature was raised to 900 ° C. in 3 seconds, the temperature distribution on the heater surface was examined. As shown in FIG. 8, the temperature measurement points are:
With a straight line connecting the axes of the two straight portions 10b to 110b as a reference line, A: near the intersection of the reference line and the heater surface;
B: near the intersection of a straight line passing through the center of the cross section of the heater and orthogonal to the reference line and the heater surface; and C: near the midpoint of the line connecting A and B on the heater surface. That is, in the ceramic heater 1 according to the embodiment, the temperature at each measurement point decreases in the order of A>B> C, but the temperature difference between A and C is as small as 10 ° C., and a relatively uniform temperature distribution is obtained. Obtained. On the other hand, in the ceramic heater 100 of the comparative example, the temperature decreased in the order of A>C> B, and the temperature difference between B and A was 40 ° C., indicating a rather uneven temperature distribution.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のセラミックヒータを採用したグロープ
ラグの一例を示す正面部分断面図。
FIG. 1 is a front partial sectional view showing an example of a glow plug employing a ceramic heater of the present invention.

【図2】そのセラミックヒータの正面断面図。FIG. 2 is a front sectional view of the ceramic heater.

【図3】図2のA−A断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;

【図4】セラミックヒータの製造工程説明図。FIG. 4 is a view illustrating a manufacturing process of a ceramic heater.

【図5】図4に続く工程説明図。FIG. 5 is a process explanatory view following FIG. 4;

【図6】図5に続く工程説明図。FIG. 6 is a process explanatory view following FIG. 5;

【図7】本発明のセラミックヒータの製造方法におけ
る、複合成形体及び焼成体の断面形状変化を示す模式
図。
FIG. 7 is a schematic view showing a change in cross-sectional shape of a composite molded body and a fired body in the method for manufacturing a ceramic heater of the present invention.

【図8】本発明の一実施例としてのセラミックヒータの
表面温度分布を、従来のセラミックヒータと比較して測
定した実験の結果説明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the results of an experiment in which the surface temperature distribution of a ceramic heater as one embodiment of the present invention was measured in comparison with a conventional ceramic heater.

【図9】従来のセラミックヒータの製造工程説明図。FIG. 9 is an explanatory view of a manufacturing process of a conventional ceramic heater.

【図10】従来のセラミックヒータの製造方法におけ
る、複合成形体及び焼成体の断面形状変化を示す模式
図。
FIG. 10 is a schematic view showing a change in cross-sectional shape of a composite molded body and a fired body in a conventional method for manufacturing a ceramic heater.

【図11】従来のセラミックヒータの断面図。FIG. 11 is a sectional view of a conventional ceramic heater.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 セラミックヒータ 10 セラミック発熱体 11、12 電極部 10b 直線部 13 セラミック基体 34 導電性セラミック粉末成形部 35 一体成形体 36、37 分割予備成形体 39 複合成形体 70 焼成体 50 グロープラグ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramic heater 10 Ceramic heating element 11, 12 Electrode part 10b Linear part 13 Ceramic base 34 Conductive ceramic powder molding part 35 Integral molded body 36, 37 Split pre-molded body 39 Composite molded body 70 Fired body 50 Glow plug

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 セラミック基体と、そのセラミック基体
に埋設され、その両端に接続された電極部を介して通電
されることにより抵抗発熱するセラミック発熱体が、一
方の基端部から延び先端部で方向変換して他方の基端部
へ至る方向変換部と、その方向変換部の各基端部から同
方向に延びる2本の直線部とを備え、それら直線部の断
面形状が、それら直線部の対向方向において圧縮された
楕円状とされているセラミックヒータの製造方法であっ
て、 一方の基端部から延び先端部で方向変換して他方の基端
部へ至る方向変換部と、その方向変換部の各基端部から
同方向に延びる2本の直線部とを備えた導電性セラミッ
ク粉末成形部と、その両端に接続された電極部とを有す
る一体成形体を製造する第一の成形工程と、 面上に前記導電性セラミック粉末成形部の前記2本の直
線部が配列するように前記一体成形体を収容する凹部が
形成された分割予備成形体を、基体セラミック粉末によ
り作成し、 前記凹部に前記一体成形体を収容した状態で、その一体
成形体の外側を基体セラミック粉末により覆った後これ
を圧縮することにより、その基体セラミック粉末成形部
内に前記一体成形体が埋設・一体化された複合成形体を
製造する第二の成形工程と、 その複合成形体を、前記分割予備成形体の前記凹部が形
成された面に沿う方向に加圧しながら焼成することによ
り、円状断面を有する前記導電性セラミック粉末成形部
が直線部の対向方向において圧縮された楕円状断面を有
する前記セラミック発熱体とされ、前記基体セラミック
粉末成形部が前記セラミック基体とされた焼成体を得る
焼成工程と、 を含むことを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
1. A ceramic base and a ceramic heating element buried in the ceramic base and generating resistance heat by being energized through electrodes connected to both ends thereof extend from one base end and extend at one end. A direction change portion that changes direction and reaches the other base end portion; and two straight portions extending in the same direction from the base end portions of the direction change portion. Compressed in the opposite direction of
A method of manufacturing a ceramic heater having an elliptical shape , comprising: a direction changing portion extending from one base end and changing direction at a tip to reach another base end; and each base end of the direction changing portion. A first molding step of manufacturing an integrated molded body having a conductive ceramic powder molded part having two linear parts extending in the same direction from the above, and electrode parts connected to both ends thereof; A divided preform having a concave portion for accommodating the integral molded body is formed from the base ceramic powder so that the two linear portions of the conductive ceramic powder molded portion are arranged, and the integral molded body is formed in the concave portion. The composite molded body in which the integrated molded body is embedded and integrated in the base ceramic powder molded portion is manufactured by covering the outside of the integrated molded body with the base ceramic powder and compressing the molded body. First A molding step of, the composite molding, by sintering under pressure in the direction along the recess formed surface of the divided preform, said conductive ceramic powder molding portion a straight line having a circular cross-section A ceramic heater, wherein the ceramic heating element has an elliptical cross-section compressed in a direction facing the part, and a firing step is performed to obtain a fired body in which the base ceramic powder molded part is the ceramic base. Manufacturing method.
【請求項2】 前記第二の成形工程は、 合わせ面において互いに型合わせされるとともに、その
合わせ面上に前記導電性セラミック粉末成形部の前記2
本の直線部が配列するように前記一体成形体を収容する
凹部が形成された分割予備成形体を、前記基体セラミッ
ク粉末により作成する工程と、 前記凹部に前記一体成形体を収容した状態で、前記分割
予備成形体を型合わせする工程と、 それら型合わせされた前記一体成形体と前記分割予備成
形体とを、前記合わせ面とほぼ直交する向きに加圧して
一体化することにより、前記複合成形体を形成する工程
とを含み、 前記焼成工程において前記複合成形体は、前記分割予備
成形体の合わせ面に沿う方向に加圧される請求項1記載
のセラミックヒータの製造方法。
2. The step of forming a second part of the conductive ceramic powder molded part on the mating surface, wherein the second molding step includes forming a mold on the mating surface.
A step of forming a divided preform formed with a concave portion for accommodating the integral molded body so that the linear portions are arranged using the base ceramic powder; and, in a state in which the integral molded body is accommodated in the concave portion, A step of matching the divided preforms, and pressing and integrating the matched preformed bodies and the divided preforms in a direction substantially orthogonal to the mating surface to form the composite. The method of manufacturing a ceramic heater according to claim 1, further comprising a step of forming a molded body, wherein in the firing step, the composite molded body is pressed in a direction along a mating surface of the divided preformed bodies.
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