JP4153849B2 - Ceramic heater and glow plug using the same - Google Patents
Ceramic heater and glow plug using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP4153849B2 JP4153849B2 JP2003303762A JP2003303762A JP4153849B2 JP 4153849 B2 JP4153849 B2 JP 4153849B2 JP 2003303762 A JP2003303762 A JP 2003303762A JP 2003303762 A JP2003303762 A JP 2003303762A JP 4153849 B2 JP4153849 B2 JP 4153849B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic heater
- lead
- ceramic
- exposed
- heating resistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 113
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 34
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical group [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 18
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 11
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 8
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 7
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 6
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)molybdenum Chemical compound [Si]=[Mo]=[Si] YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008642 heat stress Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021344 molybdenum silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N tungsten disilicide Chemical compound [Si]#[W]#[Si] WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021342 tungsten silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
Description
本発明は、セラミックヒータおよび、それを用いたグロープラグに関する。詳しくは、石油ファンヒーターの着火用、または、その他の加熱に用いられるセラミックヒータおよびそのセラミックヒータを用いてディーゼルエンジンの始動促進用などに使用されるグロープラグに関する。 The present invention relates to a ceramic heater and a glow plug using the ceramic heater. More specifically, the present invention relates to a ceramic heater used for ignition of an oil fan heater or other heating and a glow plug used for promoting start-up of a diesel engine using the ceramic heater.
近年、排気ガスの規制に対応するため、ディーゼルエンジンの燃焼方式が、副燃焼室を有するタイプから、直接噴射型、いわゆる直噴型に移行し、さらに、マルチバルブ化が行われてきている。このような直接噴射型のディーゼルエンジンに用いるグロープラグは、シリンダヘッドの壁面を通って主燃焼室に臨むため、副燃焼室を予熱するタイプに比べて全長を長くし、しかも、細径にすることが必要である。さらに、シリンダヘッドの強度を確保するためにシリンダヘッドの厚さを大きくする必要がある。 In recent years, in order to comply with exhaust gas regulations, the combustion system of a diesel engine has shifted from a type having a sub-combustion chamber to a direct injection type, so-called direct injection type, and multi-valve has been performed. Since the glow plug used in such a direct injection type diesel engine passes through the wall surface of the cylinder head and faces the main combustion chamber, it has a longer overall length and a smaller diameter than the type that preheats the auxiliary combustion chamber. It is necessary. Furthermore, it is necessary to increase the thickness of the cylinder head in order to ensure the strength of the cylinder head.
そのため、グロープラグを装着する挿入孔が非常に細く、しかも、長くなってきており、それに合わせてグロープラグも非常に細長く形成する必要がでてきた。 For this reason, the insertion hole for mounting the glow plug is very thin and long, and the glow plug has to be formed to be very long correspondingly.
従って、前述のようなグロープラグの長尺化の要求に応えるとともに、セラミックヒータの全長を短縮してコストダウンを図るために、セラミックヒータを、その発熱体が埋設されている発熱部が外部に突出するようにして金属製外筒の一端側に固定した構造のグロープラグが提案されている。 Therefore, in order to meet the above-mentioned demand for longer glow plugs and to reduce the overall length of the ceramic heater and reduce the cost, the heat generating part in which the heating element is embedded is externally connected to the ceramic heater. A glow plug having a structure that is fixed to one end of a metal outer cylinder so as to protrude has been proposed.
例えば、図3に特許文献1に開示された従来のグロープラグを示す。特許文献1のグロープラグは金属製外筒8の先端開口部から内部にガラス30Aによりセラミックヒータ6を保持固定して構成されている。 For example, FIG. 3 shows a conventional glow plug disclosed in Patent Document 1. The glow plug of Patent Document 1 is configured by holding and fixing the ceramic heater 6 with glass 30 </ b> A from the front end opening of the metal outer cylinder 8.
このセラミックヒータ6は、絶縁性セラミックスからなる円筒状のセラミック体6a中に、高融点金属(例えばタングステン等)のコイルや導電性セラミックス等の発熱抵抗体64を埋設してなる。そして、セラミック体6aの端面6bの中央部に、外周部6bfよりも突出した円形の突出部6beを形成するとともに、この突出部6beの側面に、発熱抵抗体64に接続された陽極側リード線68の先端部68aの側面を露出させている。一方、電極取り出し金具12の先端にはカップ状(有底円筒状)に形成した陽極端子50を接続し、この陽極端子50をセラミックヒータ6の端面6bに形成された突出部6beに嵌合させてロウ付けにより接合している。また、発熱抵抗体64の陰極側の引出部を絶縁性セラミックスの側面から露出させて金属製外筒8に接続している。
This ceramic heater 6 is formed by embedding a coil of a high melting point metal (for example, tungsten) or a
セラミックヒータ6の製造としては、焼結時に陽極側リード線68を偏芯させて焼成を行い、焼結成形後のセラミックヒータ6の端面6bを研削等により段付き形状にして円形突出部6beを形成し、その円形突出部6beの側面にリード線68の先端68aが露出するようにしている。
For the manufacture of the ceramic heater 6, the anode-
特許文献1においてはカップ状の陽極端子50をセラミックヒータ30の端部の円形突出部6beに嵌合させてロウ付けしたので、このロウ付け部分16の強度が向上する。さらに、ロウ付け部分16を端面6bから突出させたので、その周囲の部分にロウ材が残らず、電極取り出し金具12と金属製外筒8との短絡を防止することができるというものである。
特許文献1のように、陽極端子50を突出部6beに嵌合し、ロウ付けにより接続するようにした構成では、これら両者を確実に接続できる点で優れているが、陽極端子50の局所発熱が発生しやすくセラミックヒータの通電耐久性が悪化する問題があった。 The configuration in which the anode terminal 50 is fitted to the protruding portion 6be and connected by brazing as in Patent Document 1 is excellent in that both can be reliably connected. There is a problem that the energization durability of the ceramic heater deteriorates.
このため、セラミックヒータ6に対して、これまで以上に通電耐久性を備えることが望まれてきている。 For this reason, it has been desired that the ceramic heater 6 be provided with energization durability more than ever.
本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、陽極端子の局所発熱を抑えて、通電耐久性を十分に備えるセラミックヒータおよび、このセラミックヒータを用いて急速に昇温することが可能なグロープラグを提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of the above-described problems, and suppresses local heat generation at the anode terminal, and a ceramic heater having sufficient energization durability and a rapid temperature increase using this ceramic heater. An object of the present invention is to provide a glow plug that can be used.
本発明のセラミックヒータは、棒状のセラミック体と、該セラミック体中に内蔵された発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に接続され前記セラミック体の表面側に導出されたリード線と、該リード線と接続され前記セラミック体の表面に露出した引出部と、該引出部の露出部と接続された陽極端子とを備えている。そして、前記セラミック体の一方端面に突出部を形成するとともに、前記引出部が前記突出部の側壁の複数箇所で露出し、かつ、前記引出部の露出部が、前記突出部の側壁を介して対向する位置に形成されるとともに前記露出部のそれぞれに前記陽極端子が接続可能に構成されていることを特徴とする。 The ceramic heater of the present invention includes a rod-shaped ceramic body , a heating resistor incorporated in the ceramic body, a lead wire connected to the heating resistor and led out to the surface side of the ceramic body, and the lead wire It includes a lead portion connected exposed on the surface of the ceramic body, and an anode connected to the exposed portion of the cited exit portion terminal and. And while forming a protrusion part in the one end surface of the said ceramic body, the said drawer part is exposed in several places of the side wall of the said protrusion part , and the exposed part of the said drawer part is via the side wall of the said protrusion part. It is formed in the position which opposes, and the said anode terminal can be connected to each of the said exposed part, It is characterized by the above-mentioned.
また、前記突出部の外径Aと前記セラミック体の外径Bとの比が、0.4≦A/B≦0.88であるのが好ましい。 Moreover, it is preferable that the ratio of the outer diameter A of the protrusion and the outer diameter B of the ceramic body is 0.4 ≦ A / B ≦ 0.88.
さらに、前記引出部の露出部の断面積が1×105〜6.8×105μm2であることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the cross-sectional area of the exposed portion of the lead-out portion is 1 × 10 5 to 6.8 × 10 5 μm 2 .
そして、金属製外筒の先端開口部に上述のセラミックヒータを挿入固定したことを特徴とするグロープラグを提供する。 And the glow plug characterized by inserting and fixing the above-mentioned ceramic heater in the front-end | tip opening part of a metal outer cylinder is provided.
本発明の構成によれば、引出部が突出部の側壁の複数箇所から引き出されて露出し、その露出部のそれぞれに陽極端子が接続可能に構成されている。そのため、陽極端子から高い電圧を印加したとしても、少ない電流を引出部に流すことが可能となり、引出部の発熱が抑えられる。さらに、引出部の露出部が、突出部の側壁を介して対向する位置に形成されることから、引出部の局所発熱箇所の距離を極大にすることができるので、突出部の熱応力を抑え通電耐久性を高めることができる。
従って、電圧印加時における突出部の耐熱衝撃に強く、通電耐久性の優れたセラミックヒータを提供することができる。また、このような耐熱衝撃に強いセラミックヒータを用いたグロープラグでは着火不良がなく信頼性を格段に向上させることが可能である。
According to the configuration of the present invention, to expose the lead portion is pulled out from a plurality of locations of the side wall of the projecting portion, the anode terminal is configured to be connected to each of the exposed portions. Therefore, even when a high voltage is applied from the anode terminal, it becomes possible to flow a small current to the lead portion, the heat generation of the lead portions is suppressed. Furthermore, since the exposed part of the drawer part is formed at a position facing the side wall of the protrusion part, the distance between the local heat generation points of the drawer part can be maximized, so that the thermal stress of the protrusion part is suppressed. Energization durability can be improved.
Therefore, it is possible to provide a ceramic heater that is resistant to the thermal shock of the projecting portion when a voltage is applied and has excellent current durability. In addition , a glow plug using a ceramic heater that is resistant to such a thermal shock has no ignition failure and can greatly improve reliability.
本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明のセラミックヒータの断面図、図2は本発明のセラミックヒータを用いたグロープラグの断面図である。 FIG. 1 is a sectional view of a ceramic heater of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of a glow plug using the ceramic heater of the present invention.
図1に示すように、本発明のセラミックヒータ10は、セラミック体11中に内蔵する発熱抵抗体12と、発熱抵抗体12の一方側に接続してセラミック体11の端面側に導出するリード線15bと、リード線15bと接続しセラミック体11の表面に露出させる引出部13aと、引出部13aの露出部と接続する陽極端子14とが形成されている。また、発熱抵抗体12の他方側に接続してセラミック体11の側面側に導出するリード線15aと、そのリード線15aの先端と接続し、セラミック体11の側面に露出する引出部13bとが形成され、陰極側に接続可能に構成されている。
As shown in FIG. 1, a ceramic heater 10 of the present invention includes a
セラミック体11は棒状の電気絶縁性セラミックスからなり、その一方端面は突出部16を形成している。また、先端側の内部には発熱抵抗体12を埋設させている。この発熱抵抗体12はU字形の棒状体であり、導電成分、抵抗温度係数を調節するための調整成分、および絶縁成分であるセラミック成分を含有している。また、引出部13a、13bは図1に示すように、リード線15a、15bの先端に接続されており、特に、引出部13aはリード線15bの先端に接続されて突出部16の側壁の2カ所に引き出され露出している。
The ceramic body 11 is made of a rod-shaped electrically insulating ceramic, and one end face thereof forms a protrusion 16. In addition, a
陽極端子14は材質がSUS304、等からなり、先端がカップ状に形成し外部から所定電圧が印加可能に構成されている。この陽極端子14は上述の引出部13bから側壁の2カ所に引き出され2カ所が露出したものを確実に接続するために形成したものであり、露出部を増加させても陽極端子14を確実に接続させることができる。陽極端子14の先端をカップ状に形成したが、これに限定されず、露出部に対応して先端が複数に別れて接続可能に構成しても良い。
The
そして、引出部13aに外部電源から通電すると、セラミック体11内に設けられたU字型の発熱抵抗体12の端部に給電されて発熱抵抗体12が発熱を開始するが、発生した熱はセラミック体11内部を伝導して表面に到達する。
When the lead portion 13a is energized from an external power source, power is supplied to the end of the
しかし、引出部13aに陽極端子14に印加した直後は、発生した熱がセラミック体11内部を十分に伝わっておらず、突出部16は引出部13aの発熱によりセラミック体11との温度差が生じる。従って、突出部16において引出部13aに局所発熱が発生しセラミックヒータ10の通電耐久性が悪化しやすい。
However, immediately after being applied to the
本発明のセラミックヒータ10においては、突出部16の側壁に陽極端子14と接続する2つ以上の引出部13aが露出させており、その露出部のそれぞれに陽極端子14が接続可能に設けられているため、突出部16の部分抵抗を下げることができ、電圧突入時の引出部13aの局所発熱を抑えることができ、突出部16の熱応力を抑え通電耐久性を高めることができる。
In the ceramic heater 10 of the present invention, two or more lead portions 13a connected to the
そして、更に好ましい形態としては、図1に示すように、引出部13aの露出部が、突出部16を介して対向する位置に形成するのがよい。このような位置に形成することによって、わずかにも発生する引出部13aの局所発熱箇所の距離を極大にすることができ、突出部16の熱応力を抑え通電耐久性を高めることができる。 And as a more preferable form, as shown in FIG. 1, it is good to form the exposed part of the drawer | drawing-out part 13a in the position which opposes via the protrusion part 16. As shown in FIG. By forming in such a position, the distance of the local heat generation part of the drawer | drawing-out part 13a which generate | occur | produces slightly can be maximized, the thermal stress of the protrusion part 16 can be suppressed, and energization durability can be improved.
さらに、突出部16の外径Aとセラミック体11の外径Bとの比が、0.4≦A/B≦0.88とするのがよい。外径の比A/Bが0.4より小さいと引出部13aの側面を露出させている距離が長くなるため、引出部13aの抵抗が高くなり、電圧突入時に突出部16に局所発熱が発生し、これに伴う熱応力が高くなり、外径の比A/Bが0.88より大きいと突出部16の直径が細くなり突出部16の耐荷重が低くなり、突出部16にクラックが発生する。このクラックは引出部13aが1箇所で片側にのみ形成される場合に発生しやすくなる。 Furthermore, the ratio of the outer diameter A of the protrusion 16 and the outer diameter B of the ceramic body 11 is preferably 0.4 ≦ A / B ≦ 0.88. If the ratio A / B of the outer diameter is smaller than 0.4, the distance that exposes the side surface of the lead portion 13a becomes long, so the resistance of the lead portion 13a increases, and local heat generation occurs in the protrusion portion 16 when the voltage enters. However, if the thermal stress accompanying this increases, and the ratio A / B of the outer diameter is greater than 0.88, the diameter of the protruding portion 16 becomes thinner, the load resistance of the protruding portion 16 becomes lower, and cracks occur in the protruding portion 16. To do. This crack is likely to occur when the lead portion 13a is formed only on one side at one location.
さらに、引出部13aの露出部の面積が1×105〜6.8×105μm2とするのがよい。引出部13aの断面積が1×105 μm2より小さいと引出部13aの側面と陽極端子14との接触抵抗が高くなり、電圧突入時に突出部16に局所発熱が発生し、これに伴う熱応力が高くなる。また、引出部13aの露出部の面積が6.8×105μm2より大きいと引出部13aが突出部16における異物としての影響が大きくなり、熱応力に伴うクラックが引出部13aおよび突出部16に発生する。
Furthermore, the area of the exposed part of the lead-out part 13a is preferably 1 × 10 5 to 6.8 × 10 5 μm 2 . If the cross-sectional area of the lead-out portion 13a is smaller than 1 × 10 5 μm 2 , the contact resistance between the side surface of the lead-out portion 13a and the
セラミック体11を構成する電気絶縁性セラミックスは、通常、発熱抵抗体12及びリード線15a、15bなどと一体に焼成され、焼成後これらは一体となっている。この電気絶縁性セラミックスは発熱抵抗体12およびリード線15a、15bなどに対して−20〜1500℃において十分な絶縁性を有すればよい。特に、発熱抵抗体12に対して、108倍以上の絶縁性を有することが好ましい。
The electrically insulating ceramic constituting the ceramic body 11 is usually fired integrally with the
この電気絶縁性セラミックスを構成する成分は特に限定されないが、窒化物セラミックスが望ましい。窒化物セラミックスは、比較的熱伝導率が高く、セラミック体11の先端から他端側へ効率的に熱を伝えることができ、セラミック体11の先端と他端側との温度差を小さくすることができるからである。例えば、窒化ケイ素質セラミックス、サイアロン及び窒化アルミニウムセラミックスのうちのいずれかのみから構成されてもよく、窒化ケイ素質セラミックス、サイアロン及び窒化アルミニウムセラミックスのうちの少なくとも一種を主成分としてもよい。 The components constituting this electrically insulating ceramic are not particularly limited, but nitride ceramics are desirable. Nitride ceramics has relatively high thermal conductivity, can efficiently transfer heat from the tip of the ceramic body 11 to the other end, and reduce the temperature difference between the tip and the other end of the ceramic body 11. Because you can. For example, it may be composed of only one of silicon nitride ceramics, sialon, and aluminum nitride ceramics, and at least one of silicon nitride ceramics, sialon, and aluminum nitride ceramics may be the main component.
特に、窒化物セラミックスの中でも窒化ケイ素質セラミックスとすることにより、熱衝撃に強く、耐久性の優れたセラミックヒータ、およびグロープラグとすることができる。この窒化ケイ素質セラミックスは、窒化ケイ素を主成分とするものが広く含まれ、窒化ケイ素のみならず、サイアロンなども含まれる。さらに、通常、焼結助剤(Y、Yb、Erなどの各酸化物など)が数質量%(2〜10質量%程度)配合されて焼成される。また、焼結助剤粉末は特に限定されず、窒化ケイ素の焼成に一般に用いられる希土類酸化物などの粉末を使用することができる。とくに、Er2O3など、焼結した場合の粒界が結晶相となる焼結助剤粉末を用いると耐熱性が高くなることからより好ましい。 In particular, by using silicon nitride ceramics among nitride ceramics, a ceramic heater and a glow plug that are resistant to thermal shock and excellent in durability can be obtained. This silicon nitride ceramics includes a wide variety of silicon nitride as a main component, and includes not only silicon nitride but also sialon. Furthermore, usually, a sintering aid (each oxide such as Y, Yb, Er, etc.) is blended by several mass% (about 2-10 mass%) and fired. Further, the sintering aid powder is not particularly limited, and powders such as rare earth oxides generally used for firing silicon nitride can be used. In particular, it is more preferable to use a sintering aid powder such as Er 2 O 3 in which the grain boundary when sintered is a crystal phase, since the heat resistance is increased.
さらに、発熱抵抗体12を構成する各金属元素の硼化物が含有されてもよく、下記導電成分との熱膨張率の差を小さくするために少量の導電成分を含有してもよい。
Further, a boride of each metal element constituting the
また、発熱抵抗体12は、通常、導電成分と絶縁成分とを含有する。この導電成分は、W、Ta、Nb、Ti、Mo、Zr、Hf、V、及びCr等から選ばれる1種以上の元素の珪化物、炭化物又は窒化物等の少なくとも1種であり、絶縁成分は窒化ケイ素質焼結体等である。特に、絶縁成分及び/又は絶縁体を構成する成分に窒化ケイ素が含有される場合は、導電成分として炭化タングステン、珪化モリブデン、窒化チタン又は珪化タングステン等の少なくとも1種を用いることが好ましい。
The
導電成分は、絶縁成分及び絶縁体を構成する成分との熱膨張差が小さいことが好ましく、融点はセラミックヒータの使用温度(1400℃以上、更には1500℃以上)を越えることが好ましい。また、発熱抵抗体12中に含まれる導電成分と絶縁成分との量比は特に限定されないが、発熱抵抗体12を100体積%とした場合に、導電成分を15〜40体積%とすることが好ましく、20〜30体積%とすることがより好ましい。
The conductive component preferably has a small difference in thermal expansion between the insulating component and the component constituting the insulator, and the melting point preferably exceeds the operating temperature of the ceramic heater (1400 ° C. or higher, more preferably 1500 ° C. or higher). Moreover, the quantity ratio between the conductive component and the insulating component contained in the
図2に示すグロープラグ26は、ハウジング25の先端に保持された金属製外筒22の先端開口部からセラミックヒータ10を挿入固定して構成されている。 The glow plug 26 shown in FIG. 2 is configured by inserting and fixing the ceramic heater 10 from the tip opening of the metal outer cylinder 22 held at the tip of the housing 25.
セラミックヒータ10の陰極側に接続されて露出した引出部13bは金属製外筒22の内部側でロウ付けにより電気的に接続されている。この金属製外筒22はステンレスなどの導電材料によって形成され、セラミック体11を嵌装し、ロウ付けなどにより固着されている。また、引出部13bと金属製外筒22は互いに電気的に接触し、金属製外筒22自体が接地電極としての作用を有しているため、金属製外筒22を他の部材に取り付けたときに、金属製外筒22自体を介して給電することが可能となる。 The lead-out portion 13b exposed by being connected to the cathode side of the ceramic heater 10 is electrically connected to the inner side of the metal outer cylinder 22 by brazing. The metal outer cylinder 22 is formed of a conductive material such as stainless steel, and the ceramic body 11 is fitted and fixed by brazing or the like. Moreover, since the drawer | drawing-out part 13b and the metal outer cylinder 22 mutually contact electrically, and the metal outer cylinder 22 itself has the effect | action as a ground electrode, the metal outer cylinder 22 was attached to another member. Sometimes, power can be supplied through the metal outer cylinder 22 itself.
本発明のセラミックヒータおよびそれを用いたグロープラグの製造方法を説明する。 A ceramic heater of the present invention and a method of manufacturing a glow plug using the same will be described.
セラミックヒータ10を作製するためには、まず、発熱抵抗体12を構成する成分として示した導電成分と、絶縁成分を含有するペーストを作製し、これを上記の電気絶縁性セラミックス中に埋入させる。
In order to manufacture the ceramic heater 10, first, a paste containing the conductive component and the insulating component shown as the components constituting the
まず、ペーストは、通常、ペースト全体を100質量%とした場合に、導電成分及び絶縁成分を合計で75〜90質量%含有する。このペーストは、例えば、これらの成分を各原料粉末として所定量を湿式混合し、その後、乾燥させ、更に、ポリプロピレン、ワックス等の所定量のバインダ等と混合することにより得ることができる。このペーストは更に、適度に乾燥させて取り扱い易いように成形加工したペレット状等のものであってもよい。 First, the paste usually contains a conductive component and an insulating component in a total amount of 75 to 90% by mass when the entire paste is 100% by mass. This paste can be obtained, for example, by wet mixing predetermined amounts of these components as raw material powders, then drying, and further mixing with a predetermined amount of a binder such as polypropylene or wax. The paste may further be in the form of pellets that are appropriately dried and molded so as to be easy to handle.
また、埋入はどのように行ってもよいが、例えば、型内に突出するリード線の長さを調節して固定し、この型内に上記ペーストを注入することにより行うことができる。更に、所定の形状に成形したペーストにリード線を挿入するように接触長を調製し、埋入させることもできる。 The embedding may be performed in any way, for example, by adjusting and fixing the length of the lead wire protruding into the mold and pouring the paste into the mold. Furthermore, the contact length can be adjusted and embedded so that the lead wire is inserted into the paste formed into a predetermined shape.
その他、棒状基体の原料粉末をプレス成形法により成形体を得、成形体の上面に適度なバインダなどを調合した上記ペーストを作り、これを発熱部リード部および電極部の導体形状にスクリーン印刷法によりプリントして形成しても良い。 In addition, a raw material powder of a rod-shaped substrate is obtained by a press molding method, and the above paste in which an appropriate binder is prepared on the upper surface of the molded body is made, and this is screen-printed into a conductor shape of a heating part lead part and an electrode part May be formed by printing.
このようにして、この発熱抵抗体12をセラミック体11用の原料とともに、プレス成形して一体に加圧することにより、基体の形状を有する粉末成形体を得る。そして、さらにこのセラミックヒータ成形体を、黒鉛製などの加圧用ダイスに収納し、これを焼成炉に収容し、必要に応じて仮焼してバインダを除去した後、所定の温度で所要時間、ホットプレス焼成することによって、セラミックヒータ10を得ることができる。
In this way, the
セラミックヒータ10の端面16aの中央部に、外周部16abよりも突出した円形の突出部16aaを形成するとともに、この突出部16aaの側面に、発熱抵抗体12に接続された陽極側リード線15bを介して引出部13aの側面を露出させている。一方、カップ状(有底円筒状)に形成した陽極端子14と、この引出部13aを前記セラミックヒータ10の端面16bに形成された突出部16aaに嵌合させてロウ付けにより接合している。
A circular protruding portion 16aa protruding from the outer peripheral portion 16ab is formed at the central portion of the
円形の突出部16は、突出形状のメス型形状のダイヤ砥石によって研削することによって形成したり、セラミックヒータ10は成形体の際に切削して形状を成形しても良い。また、セラミックヒーター10の成形体をプレス成形する際の金型にて形状を成形しても良い。 The circular protrusion 16 may be formed by grinding with a protruding female-shaped diamond grindstone, or the ceramic heater 10 may be cut into a molded body to form a shape. Further, the shape may be formed by a mold used for press-molding the molded body of the ceramic heater 10.
上述の方法により作製したセラミックヒータ10を、ステンレス製の金属製外筒22に嵌装し、ロウ付けした後、ハウジング25にロウ付けおよびかしめを行うことで固定し、グロープラグ26が完成する。 The ceramic heater 10 produced by the above-described method is fitted into the stainless steel outer cylinder 22 and brazed, and then fixed to the housing 25 by brazing and caulking, whereby the glow plug 26 is completed.
なお、本発明のセラミックヒータ10は、焼結時に陽極側リード線15bを偏芯させておき、焼結成形後のセラミックヒータ10の端面16bを研削等により段付き形状にして突出部16を形成し、その突出部16の側壁にリード線15bから引き出された引出部13aの両側面を直接露出するようにしている。この構成によりリード線15bの側面に陽極端子14の先端が複数分岐して接続されるため、接続面積が大きくとることができ、接続をより確実にすることができる。また、陽極端子14の先端をカップ状に形成し、突出部16に嵌合させてロウ付けしたので、このロウ付け部分16の強度が向上する。
In the ceramic heater 10 of the present invention, the anode-side lead wire 15b is decentered during sintering, and the end surface 16b of the sintered ceramic heater 10 is stepped to form a stepped portion 16 by grinding or the like. In addition, both side surfaces of the drawn portion 13a drawn from the lead wire 15b are directly exposed on the side wall of the protruding portion 16. With this configuration, since the tip of the
次に本発明の実施例を説明する。 Next, examples of the present invention will be described.
次に示す方法により、図1に示すセラミックヒータ10を作製した。 The ceramic heater 10 shown in FIG. 1 was produced by the following method.
セラミック体11を構成する電気絶縁性セラミックスの主成分として90〜92モル%の窒化ケイ素に焼結助剤として希土類元素酸化物を2〜10モル%、酸化アルミニウム、酸化ケイ素を窒化ケイ素と希土類元素酸化物の総量に対して各々0.2〜2.0質量%と1〜5質量%添加混合して原料粉末を調整した。 90 to 92 mol% of silicon nitride as a main component of the electrically insulating ceramic constituting the ceramic body 11, 2 to 10 mol% of rare earth element oxide as a sintering aid, aluminum oxide, silicon oxide as silicon nitride and rare earth element The raw material powder was prepared by adding and mixing 0.2 to 2.0 mass% and 1 to 5 mass%, respectively, with respect to the total amount of oxide.
その後、原料粉末をプレス成形法により成形体を得、成形体の上面にタングステンに適当な有機溶剤、溶媒を添加混合した発熱体ペーストを作り、これを発熱抵抗体12および引出部13の導体形状にスクリーン印刷法によりプリントした。 Thereafter, a raw material powder is obtained by a press molding method to obtain a molded body, and a heating element paste in which an appropriate organic solvent and solvent are added and mixed with tungsten is formed on the upper surface of the molded body. Was printed by the screen printing method.
さらに、上記発熱抵抗体12と引出部13成形体の間に、タングステンを主成分とする導電体を挟み込んで密着させ、約1650〜1800℃の温度でホットプレス焼成することにより、セラミック体11と発熱抵抗体12を一括焼成した。
Furthermore, a ceramic body 11 is obtained by sandwiching a conductive material mainly composed of tungsten between the
次にセラミックヒータ10の端面16aの中央部に、研削により外周部16abよりも突出した円形の突出部16aaを形成するとともに、この突出部16aaの側面に、発熱抵抗体12に接続された陽極側リード線15bを介して引出部13aの側面を露出させた。一方、カップ状に形成した陽極端子14と、この引出部13aを前記セラミックヒータ10の端面16bに形成された突出部16aaに嵌合させてロウ付けにより接合させた。
Next, at the center of the
引出部13aは4ヶ所、2ヶ所、1ヶ所とし、それぞれの引出部13aの方向を対向および片側とした。引出部13aを対向の配置とするには4ヶ所の場合、突出部16の周方向90°おきに均等に2組の対向引出部13aとし、2ヶ所の場合、突出部16の周方向180°おきの1組の対向引出部13aとした。引出部13aが対向に配置されるには隣り合う引出部が90°以上離れていればよいとした。 The lead portions 13a are four places, two places, and one place, and the directions of the lead portions 13a are opposite and one side. In order to arrange the lead-out portions 13a so as to face each other, in the case of four places, the two sets of the opposite lead-out portions 13a are made evenly every 90 ° in the circumferential direction of the protruding portion 16, and in the case of two places, the circumferential direction of the protruding portion 16 is 180 °. One pair of opposing drawing portions 13a was used. In order for the drawer portions 13a to be arranged to face each other, the adjacent drawer portions need only be 90 ° apart or more.
また、引出部13aを片側の配置とするには、突出部16の周方向30°以内の範囲に全ての引出部13aを集約させて配置した。 Further, in order to arrange the drawing portion 13a on one side, all the drawing portions 13a are gathered and arranged in a range within 30 ° in the circumferential direction of the protruding portion 16.
さらに、前記突出部16の外径Aと前記セラミック体11の外径Bとの比A/Bを様々に変化させたセラミックヒータ10のサンプルを作成した。 Furthermore, samples of the ceramic heater 10 were prepared in which the ratio A / B between the outer diameter A of the protrusion 16 and the outer diameter B of the ceramic body 11 was variously changed.
また、前記引出部13aの断面積も様々に変化させたセラミックヒータ10のサンプルを作成した。 Further, samples of the ceramic heater 10 in which the cross-sectional area of the lead-out portion 13a was variously changed were prepared.
それぞれ用意したサンプルの発熱抵抗体12に電圧を印加して発熱抵抗体12をジュール発熱させ、セラミックヒータの飽和温度が1400℃となるような電圧Aを印加し、電圧印加時間を5分、その後電圧をカットし常温の圧縮空気をセラミックヒータ最高発熱部に吹き付け冷却させることにより強制冷却する時間を3分とした熱サイクルで10000サイクルの通電耐久試験後の温度変化を調べる評価を実施した。
A voltage is applied to the
以上の結果を表1に示す。 The results are shown in Table 1.
なお、温度変化については10000サイクルの通電耐久試験後に、耐久試験前のセラミックヒータの飽和温度が1400℃となるような電圧Aを印加した際の温度変化とした。 In addition, about the temperature change, it was set as the temperature change at the time of applying the voltage A that the saturation temperature of the ceramic heater before an endurance test becomes 1400 degreeC after an energization endurance test of 10,000 cycles.
そして、判定として、温度変化が-25℃以内のものを◎(大変良い)、-45℃以内のものを○(良い)、−100℃以内のものを△(許容範囲内)、−100℃を越えるものを×(不可)とした。
表1に示した結果より、本発明の範囲内であるNo.1〜33のサンプルについては、10000サイクル後の温度変化において、許容範囲内の結果を得ることができた。しかしながら、試料No.34〜42に示した本発明の範囲外であるサンプルは、10000サイクル後の温度変化において、良好な結果を得ることができなかった。 From the results shown in Table 1, No. 1 is within the scope of the present invention. With respect to the samples 1 to 33, the results within the allowable range could be obtained in the temperature change after 10,000 cycles. However, sample no. Samples outside the scope of the present invention shown in 34 to 42 did not give good results in temperature changes after 10,000 cycles.
No.2〜8、No.14〜20のサンプルについては、複数の引出部を備え、引出部方向が対向し、直径比が0.4≦A/B≦0.88であり、引出部の断面積が1×105〜6.8×105μm2であることから10000サイクル後の温度変化は-25℃以内の大変良い結果が得られた。
No. 2-8, no.
さらに、比較例としてNo.36、No.39〜42のサンプルにおいては引出部3aまたは突出部16にクラックも観察された。 Furthermore, as a comparative example, no. 36, no. In the samples 39 to 42, cracks were also observed in the lead-out portion 3a or the protruding portion 16.
また、今回の実施例により良好な結果が得られた、No.1〜33の条件で作製したセラミックヒータ10に、金属製外筒22、ハウジング25をロウ付けおよびかしめを行って固定し、グロープラグ26を作製したところ、電圧を印加して発熱体をジュール発熱させ、グロープラグ先端の飽和温度が1400℃とし、電圧印加時間を5分、その後電圧をカットし常温の圧縮空気を最高発熱部に吹き付け冷却させることにより強制冷却する時間を3分とした熱サイクルで10000サイクルの評価を行ったが、10000サイクル後の温度変化は-25℃以内の大変良い結果が得られ、金属製外筒22とセラミック体21との接触点をはじめ、どの点においても全く破損は認められず、グロープラグとして優れた耐熱衝撃性を示すことがわかった。 In addition, good results were obtained according to the present example. The metal outer cylinder 22 and the housing 25 are fixed by brazing and caulking to the ceramic heater 10 manufactured under the conditions of 1 to 33, and the glow plug 26 is manufactured. Thermal cycle in which the saturation temperature at the tip of the glow plug is 1400 ° C., the voltage application time is 5 minutes, and then the forced cooling time is 3 minutes by cutting the voltage and blowing the normal temperature compressed air to the highest heat generating part and cooling. In 10,000 cycles, the temperature change after 10000 cycles gave a very good result within −25 ° C., and the contact points between the metal outer cylinder 22 and the ceramic body 21 were completely different. No damage was observed, and it was found that the glow plug exhibited excellent thermal shock resistance.
10:セラミックヒータ
11:セラミック体
12:発熱抵抗体
13:引出部
14:陽極端子
15:リード線
16:突出部
20:セラミックヒータ
22:金属製外筒
24:陽極端子
25:ハウジング
26:グロープラグ
10: Ceramic heater 11: Ceramic body 12: Heating resistor 13: Leader 14: Anode terminal 15: Lead wire 16: Protruding part 20: Ceramic heater
22 : Metal outer cylinder
24 : Anode terminal 25: Housing 26: Glow plug
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003303762A JP4153849B2 (en) | 2003-08-27 | 2003-08-27 | Ceramic heater and glow plug using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003303762A JP4153849B2 (en) | 2003-08-27 | 2003-08-27 | Ceramic heater and glow plug using the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005071943A JP2005071943A (en) | 2005-03-17 |
JP4153849B2 true JP4153849B2 (en) | 2008-09-24 |
Family
ID=34407639
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003303762A Expired - Fee Related JP4153849B2 (en) | 2003-08-27 | 2003-08-27 | Ceramic heater and glow plug using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4153849B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2005117492A1 (en) * | 2004-05-27 | 2008-04-03 | 京セラ株式会社 | Ceramic heater and glow plug using the same |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007013497A1 (en) * | 2005-07-26 | 2007-02-01 | Kyocera Corporation | Brazed structure, ceramic heater, and glow plug |
EP2232144A1 (en) * | 2007-12-29 | 2010-09-29 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Ceramic heating elements |
JP6979375B2 (en) * | 2018-02-27 | 2021-12-15 | 日本特殊陶業株式会社 | Holding device and manufacturing method of holding device |
-
2003
- 2003-08-27 JP JP2003303762A patent/JP4153849B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2005117492A1 (en) * | 2004-05-27 | 2008-04-03 | 京セラ株式会社 | Ceramic heater and glow plug using the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005071943A (en) | 2005-03-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7935912B2 (en) | Ceramic heater, and glow plug using the same | |
JP5261103B2 (en) | Ceramic heater | |
US8552343B2 (en) | Brazing structure, ceramic heater, and glow plug | |
JP2005315447A (en) | Ceramic heater and glow plug | |
JP4153849B2 (en) | Ceramic heater and glow plug using the same | |
JP3886699B2 (en) | Glow plug and manufacturing method thereof | |
EP3064834B1 (en) | Heater and glow plug | |
JP4018998B2 (en) | Ceramic heater and glow plug | |
JP2004061041A (en) | Ceramic glow plug | |
JP3601079B2 (en) | Ceramic heater | |
JPS58210412A (en) | Ceramic glow plug | |
JP2002246153A (en) | Ceramic heater and glow plug provided with the same | |
JP2002257341A (en) | Ceramic glow plug | |
JP3594660B2 (en) | Ceramic heater | |
JPS598293A (en) | Ceramic heater | |
JP2002134251A (en) | Ceramic heater equipment | |
JPH07151332A (en) | Ceramic glow plug | |
JP3903458B2 (en) | Ceramic heater and glow plug including the same | |
JPH1032078A (en) | Ceramic heater | |
JP2001153360A (en) | Ceramic heater and glow plug equipped with it | |
JP2001173953A (en) | Ceramic glow plug | |
JPH09196375A (en) | Ceramic heater | |
JP2002206740A (en) | Glow plug |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060518 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080205 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080310 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080610 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080704 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4153849 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110711 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120711 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120711 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130711 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |