JP4699816B2 - Manufacturing method of ceramic heater and glow plug - Google Patents

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本発明は、セラミックヒータの製造方法及びグロープラグに関する。更に詳しくは、本発明は、比較的低温で焼成した場合にも高い抗折強度をより確実に得ることを可能とするセラミックヒータの製造方法及びグロープラグに関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic heater and a glow plug. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a ceramic heater and a glow plug that can more reliably obtain a high bending strength even when fired at a relatively low temperature.

窒化珪素と炭化タングステン等の導電性セラミック成分とを含有する焼結体は、抵抗の制御が容易であり、抗折強度も大きく、優れた耐久性等を有するため、従来より各種の発熱抵抗体として利用されている。その用途のなかでも、例えば、グロープラグのセラミックヒータ用発熱抵抗体として利用する場合等は、特に高い抗折強度を要するが、その抗折強度を安定して確実に得ることは容易ではない。
この発熱抵抗体を製造する際、Al−Y系焼結助剤、Er−V−WO系焼結助剤等の比較的低温で液相が形成されるタイプの焼結助剤が用いられている。また、使用温度の高温化に伴い希土類酸化物と酸化珪素とを焼結助剤として用いる技術も知られている(下記特許文献1参照)。
A sintered body containing silicon nitride and a conductive ceramic component such as tungsten carbide is easy to control resistance, has high bending strength, and has excellent durability. It is used as. Among these uses, for example, when used as a heating resistor for a glow plug ceramic heater, a particularly high bending strength is required, but it is not easy to obtain the bending strength stably and reliably.
When manufacturing the heat generating resistor, Al 2 O 3 -Y 2 O 3 system sintering aid, a relatively low temperature in the liquid phase, such as Er 2 O 3 -V 2 O 5 -WO 3 based sintering aid is The type of sintering aid that is formed is used. Further, a technique using a rare earth oxide and silicon oxide as a sintering aid as the operating temperature is increased is also known (see Patent Document 1 below).

特開2000−327426号公報JP 2000-327426 A

このうち、希土類酸化物と酸化珪素とを含む焼結助剤を用いた場合は、比較的低温焼成でもより高い抗折強度が得られ、そのばらつきも小さくできることが分かった。
しかし、近年のセラミックヒータに対する高温化、高負荷に伴い、更に低温において焼成でき、更にばらつきが抑制されて、安定的に十分な抗折強度のセラミックが得られる方法が求められている。
本発明は、低温で焼成した場合にも高い抗折強度をより確実に得ることを可能とするセラミックヒータの製造方法及びグロープラグを提供することを目的とする。
Of these, it was found that when a sintering aid containing a rare earth oxide and silicon oxide was used, higher bending strength was obtained even at relatively low temperature firing, and the variation could be reduced.
However, with the recent increase in temperature and load on ceramic heaters, there is a need for a method that can be fired at a lower temperature, further suppress variation, and stably obtain a ceramic having sufficient bending strength.
An object of this invention is to provide the manufacturing method of a ceramic heater and a glow plug which can obtain a high bending strength more reliably even when it is fired at a low temperature.

本発明は、以下に示す通りである。
(1)絶縁性基体と、該絶縁性基体に埋設された発熱抵抗体と、を備えるセラミックヒータの製造方法であって、
窒化珪素、導電性セラミック成分及び焼結助剤としてのRESi(但し、「RE」は希土類元素である)を含有し且つ焼成されて上記発熱抵抗体となる未焼成発熱抵抗体を、焼成されて上記絶縁性基体となる未焼成絶縁性基体に埋設した状態で焼成する焼成工程を備えるセラミックヒータの製造方法であって、
上記REは、Er、Yb及びLuのうちの少なくとも1種であることを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
(2)上記導電性セラミック成分の量は、上記窒化珪素と上記導電性セラミック成分と上記RE Si との合計を100mol%とした場合に、35〜65mol%であり、
上記RE Si の量は、上記窒化珪素と上記導電性セラミック成分と上記RE Si との合計を100mol%とした場合に、0.5〜5.0mol%である上記(1)に記載のセラミックヒータの製造方法。
)上記焼成工程における焼成温度は、1730〜1830℃である上記(1)又は(2)に記載のセラミックヒータの製造方法。
)主体金具と、該主体金具の一端側に嵌め込まれた固定筒と、該固定筒に嵌挿され、且つ先端部が該固定筒の端面から突出して配設されたセラミックヒータと、を備えるグロープラグであって、該セラミックヒータは上記(1)乃至(3)のいずれかに記載のセラミックヒータの製造方法により得られたセラミックヒータであることを特徴とするグロープラグ。
The present invention is as follows.
(1) A method of manufacturing a ceramic heater comprising an insulating substrate and a heating resistor embedded in the insulating substrate,
An unfired heating resistor containing silicon nitride, a conductive ceramic component, and RE 2 Si 2 O 7 as a sintering aid (where “RE” is a rare earth element) and fired to form the heating resistor. Is a method of manufacturing a ceramic heater comprising a firing step of firing in a state where it is fired and embedded in an unfired insulating substrate that becomes the insulating substrate,
The RE is at least one of Er, Yb, and Lu.
(2) the amount of the electrically conductive ceramic component, the sum of the silicon nitride and the above conductive ceramic component the RE 2 Si 2 O 7 in case of a 100 mol%, a 35~65Mol%,
The amount of the RE 2 Si 2 O 7 is a sum of the silicon nitride and the above conductive ceramic component the RE 2 Si 2 O 7 in case of a 100 mol%, is 0.5~5.0Mol% above The manufacturing method of the ceramic heater as described in (1).
( 3 ) The manufacturing method of the ceramic heater as described in said (1) or (2) whose baking temperature in the said baking process is 1730-1830 degreeC.
( 4 ) A metal shell, a fixed cylinder fitted into one end of the metal fitting, and a ceramic heater that is fitted into the fixed cylinder and has a tip projecting from the end surface of the fixed cylinder. A glow plug comprising a ceramic heater obtained by the method for producing a ceramic heater according to any one of (1) to (3) .

本発明のセラミックヒータの製造方法によれば、低温で焼成した場合にも高い抗折強度を備えるセラミックヒータをより確実に得ることができる。更に、このセラミックヒータをより低温域までの広い温度範囲の焼成により得ることができる。また、得られるセラミックヒータは、高い耐久性を発揮でき、更には、低抵抗で急速昇温させることができる。また、低温焼成でも優れた性能が発揮されるために、製造コストを効率的に削減できる。
REがEr、Yb及びLuのうちの少なくとも1種であるので、低温で焼成した場合にも高い抗折強度を確実に得ることができる。
焼成温度が1730〜1830℃である場合は、特に高い抗折強度を特に確実に得ることができ、更には、低抵抗をより確実に得ることができる。
本発明のグロープラグによれば、高い耐久性と高い信頼性を発揮させることができる。
According to the method for producing a ceramic heater of the present invention, a ceramic heater having a high bending strength can be obtained more reliably even when fired at a low temperature. Furthermore, this ceramic heater can be obtained by firing in a wide temperature range up to a lower temperature range. Moreover, the obtained ceramic heater can exhibit high durability, and can be rapidly heated with low resistance. In addition, since excellent performance is exhibited even at low temperature firing, the manufacturing cost can be efficiently reduced.
RE is Er, since at least one of Yb and Lu, it is possible to reliably obtain the bending strength higher when fired at a low temperature.
When the firing temperature is 1730 to 1830 ° C., particularly high bending strength can be obtained particularly reliably, and furthermore, low resistance can be obtained more reliably.
According to the glow plug of the present invention, high durability and high reliability can be exhibited.

[1]セラミックヒータ
本発明の製造方法により得られるセラミックヒータ1の一例について、図1を用いて説明する。図1は、セラミックヒータ1の縦断面図である。セラミックヒータ1は、先端部11aが半球状に形成された略円柱形状の絶縁性基体11を有している。そして絶縁性基体11の先端部11a内には、略U字形状の発熱抵抗体12が埋設されており、その発熱抵抗体12から後端側に向かって一対のリード線13a、13bが延びている。リード線13a、13bの他端部は、絶縁性基体11から露出している。
[1] Ceramic heater An example of the ceramic heater 1 obtained by the production method of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the ceramic heater 1. The ceramic heater 1 has an approximately cylindrical insulating base 11 having a tip 11a formed in a hemispherical shape. A substantially U-shaped heating resistor 12 is embedded in the front end portion 11a of the insulating base 11, and a pair of lead wires 13a and 13b extend from the heating resistor 12 toward the rear end side. Yes. The other ends of the lead wires 13a and 13b are exposed from the insulating substrate 11.

絶縁性基体11は、通常、絶縁性セラミック成分により構成されている。この成分の種類は特に限定されないが、例えば、窒化珪素、サイアロン及び窒化アルミニウム等が挙げられ、これらのなかでも窒化珪素を用いることが好ましい。これらの絶縁性セラミック成分は1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。絶縁性基体11に含有される絶縁性セラミック成分の含有量は特に限定されないが、絶縁性基体11全体を100質量%とした場合に85質量%以上(より好ましくは90質量%以上、100質量%であってもよい)であることが好ましい。   The insulating substrate 11 is usually made of an insulating ceramic component. Although the kind of this component is not specifically limited, For example, silicon nitride, sialon, aluminum nitride, etc. are mentioned, It is preferable to use silicon nitride among these. These insulating ceramic components may be used alone or in combination of two or more. The content of the insulating ceramic component contained in the insulating substrate 11 is not particularly limited, but is 85% by mass or more (more preferably 90% by mass or more, 100% by mass) when the entire insulating substrate 11 is 100% by mass. It may be preferable.

また、絶縁性基体11は、この絶縁性セラミック成分以外にも焼結助剤等を含有できる。例えば、RESi(この希土類元素を含むダイシリケート系化合物を、以下、単に「ダイシリケート」ともいう)、RESiO、酸素供給源となる酸化物、これらに含有される金属元素を2種以上含む複酸化物等が挙げられる。また更に、後述する発熱抵抗体12を構成する導電性セラミック成分が挙げられる。導電性セラミック成分の含有量は特に限定されないが、通常、絶縁性基体11全体を100質量%とした場合に5質量%以下である。この範囲であれば、発熱抵抗体との熱膨張係差を軽減することができる。その他、W、Ta、Nb、Ti、Mo、Zr、Hf、V及びCr等金属元素の硼化物等が含有されていてもよい。 In addition, the insulating substrate 11 can contain a sintering aid in addition to the insulating ceramic component. For example, RE 2 Si 2 O 7 (this disilicate compound containing a rare earth element is hereinafter also simply referred to as “disilicate”), RE 2 SiO 5 , oxide serving as an oxygen supply source, and metals contained therein Examples thereof include a double oxide containing two or more elements. Furthermore, the electroconductive ceramic component which comprises the heating resistor 12 mentioned later is mentioned. Although content of an electroconductive ceramic component is not specifically limited, Usually, when the insulating base | substrate 11 whole is 100 mass%, it is 5 mass% or less. Within this range, the thermal expansion difference with the heating resistor can be reduced. In addition, borides of metal elements such as W, Ta, Nb, Ti, Mo, Zr, Hf, V, and Cr may be contained.

発熱抵抗体12は、窒化珪素と導電性セラミック成分とRESi(但し、「RE」は希土類元素である)とを含有する。
発熱抵抗体12に含有される窒化珪素の量は特に限定されないが、窒化珪素と後述する導電性セラミック成分とダイシリケートとの合計を100mol%とした場合に、窒化珪素は34.5〜60mol%(より好ましくは39〜57.5mol%、更に好ましくは43.5〜53mol%)含有されることが好ましい。この範囲では、特に比抵抗が小さく且つ抗折強度の大きい窒化珪素質導電性セラミックが得られるからである。
The heating resistor 12 contains silicon nitride, a conductive ceramic component, and RE 2 Si 2 O 7 (where “RE” is a rare earth element).
The amount of silicon nitride contained in the heating resistor 12 is not particularly limited, but silicon nitride is 34.5-60 mol% when the total of silicon nitride, a conductive ceramic component described later, and disilicate is 100 mol%. (More preferably 39 to 57.5 mol%, still more preferably 43.5 to 53 mol%) is preferably contained. This is because, in this range, a silicon nitride conductive ceramic having a particularly low specific resistance and a high bending strength can be obtained.

導電性セラミック成分としては、W、Ta、Nb、Ti、Mo、Zr、Hf、V及びCr等の金属元素のうちの1種又は2種以上を含む炭化物、これらの金属元素のうちの1種又は2種以上を含む珪化物、及び、これらの金属元素のうちの1種又は2種以上を含む窒化物等を用いることができる。上記炭化物としては、WC、WC、TaC、TaC、NbC、TiC、MoC、MoC、ZrC、HfC、VC、VC及びCr等が挙げられる。また、上記珪化物としてはMoSi、WSi、WSi、WSi、VSi、VSi、CrSi、CrSi、CrSi及びCrSi等が挙げられる。更に、上記窒化物としてはWN、TaN、NbN、TiN、MoN、ZrN、HfN、VN及びCrN等が挙げられる。これらの導電性セラミック成分は1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Examples of the conductive ceramic component include carbides including one or more metal elements such as W, Ta, Nb, Ti, Mo, Zr, Hf, V, and Cr, and one of these metal elements. Alternatively, a silicide containing two or more kinds and a nitride containing one or more of these metal elements can be used. Examples of the carbide include WC, W 2 C, TaC, Ta 2 C, NbC, TiC, MoC, Mo 2 C, ZrC, HfC, VC, V 2 C, and Cr 3 C 2 . Further, as the silicide include MoSi 2, W 2 Si 3, WSi 2, WSi 3, V 2 Si, VSi 2, Cr 3 Si 2, CrSi, Cr 2 Si and CrSi 2 or the like. Furthermore, examples of the nitride include WN, TaN, NbN, TiN, MoN, ZrN, HfN, VN, and CrN. These conductive ceramic components may be used alone or in combination of two or more.

導電性セラミック成分の導電性は特に限定されないが、室温(25℃)での比抵抗値が5000μΩ・cm以下である材料が好ましい。
また、導電性セラミック成分は、窒化珪素との熱膨張率差が小さいことが好ましく、例えば、窒化珪素との熱膨張率差が5×10−6/℃以下(より好ましくは3×10−6/℃以下)である材料が好ましい。これにより、発熱抵抗体12は、短時間(例えば、1〜8秒)で1000℃以上の温度まで昇温させることができる優れた昇温特性を得ることができる。
更に、導電性セラミック成分は、高融点であることが好ましく、例えば、融点が1850℃以上(より好ましくは2000℃以上)であることが好ましい。これより、発熱抵抗体12として用いた場合に、高い温度耐久性を発揮させることができる。そして、これらの特性を併せ持つ最適な導電性セラミック成分として、炭化タングステンが挙げられる。
The conductivity of the conductive ceramic component is not particularly limited, but a material having a specific resistance value of 5000 μΩ · cm or less at room temperature (25 ° C.) is preferable.
In addition, the conductive ceramic component preferably has a small difference in thermal expansion coefficient from silicon nitride. For example, the difference in thermal expansion coefficient from silicon nitride is 5 × 10 −6 / ° C. or less (more preferably 3 × 10 −6. / ° C. or less) is preferred. Thereby, the exothermic resistor 12 can obtain an excellent temperature rise characteristic capable of raising the temperature to a temperature of 1000 ° C. or higher in a short time (for example, 1 to 8 seconds).
Furthermore, the conductive ceramic component preferably has a high melting point. For example, the melting point is preferably 1850 ° C. or higher (more preferably 2000 ° C. or higher). Accordingly, when used as the heating resistor 12, high temperature durability can be exhibited. And tungsten carbide is mentioned as an optimal electroconductive ceramic component which has these characteristics together.

発熱抵抗体12に含有される導電性セラミック成分の量は特に限定されないが、窒化珪素と導電性セラミック成分とダイシリケートとの合計を100mol%とした場合に、導電性セラミック成分は35〜65mol%(より好ましくは40〜60mol%、更に好ましくは45〜55mol%)含有されることが好ましい。この範囲であれば、特に発熱抵抗体として用いた場合に、短時間(例えば、1〜8秒)で1000℃以上の温度まで昇温させることができる優れた昇温特性を得ることができる。   The amount of the conductive ceramic component contained in the heating resistor 12 is not particularly limited, but when the total of silicon nitride, the conductive ceramic component, and disilicate is 100 mol%, the conductive ceramic component is 35 to 65 mol%. (More preferably 40 to 60 mol%, still more preferably 45 to 55 mol%) is preferably contained. Within this range, particularly when used as a heating resistor, excellent temperature rise characteristics that can raise the temperature to 1000 ° C. or higher in a short time (eg, 1 to 8 seconds) can be obtained.

ダイシリケートは、窒化珪素を含有するセラミック原料に対して焼結助剤となる成分である。このダイシリケートを構成する希土類元素であるREの種類は、Er、Yb及びLuのうちの少なくとも1種を用いる。
ダイシリケートは、1種の希土類元素REを含むRE Siのみを用いてもよく、1種の希土類元素REを含むRE Siと他の希土類元素REを含むRE Siとの2種のダイシリケートを併用してもよく、同様に3種以上のダイシリケートを併用してもよい。更に、2種の希土類元素REとREとを同時に含むRERESiを用いてもよい。
The disilicate is a component that becomes a sintering aid for the ceramic raw material containing silicon nitride. At least one of Er, Yb, and Lu is used as the kind of RE that is a rare earth element constituting the disilicate.
Disilicate can be used either as a single RE 1 2 Si 2 O 7, including one rare earth element RE 1, RE 1 2 Si 2 O 7 and other rare earth elements RE 2 comprising one rare earth element RE 1 Two kinds of disilicates with RE 2 2 Si 2 O 7 containing may be used together, and three or more kinds of disilicates may be used together. Further, RE 1 RE 2 Si 2 O 7 containing two kinds of rare earth elements RE 1 and RE 2 at the same time may be used.

発熱抵抗体12に含有されるダイシリケートの量は特に限定されないが、窒化珪素と導電性セラミック成分とダイシリケートとの合計を100mol%とした場合に、ダイシリケートは0.5〜5.0mol%(より好ましくは1.0〜2.5mol%、更に好ましくは1.5〜2.0mol%)含有されることが好ましい。この範囲であればダイシリケートが含有される効果を得ることができる。即ち、低温焼成した場合にも製品の抗折強度のばらつきを小さく抑えることができる。   The amount of disilicate contained in the heating resistor 12 is not particularly limited, but when the total of silicon nitride, conductive ceramic component, and disilicate is 100 mol%, the disilicate is 0.5 to 5.0 mol%. (More preferably 1.0 to 2.5 mol%, still more preferably 1.5 to 2.0 mol%) is preferably contained. Within this range, the effect of containing disilicate can be obtained. That is, even when firing at a low temperature, the variation in the bending strength of the product can be kept small.

また、この発熱抵抗体12には、窒化珪素、導電性セラミック成分及びダイシリケート以外にも他の成分を含有してもいてもよい。他の成分を含有する場合、この他の成分としては、例えば、焼成時の酸素供給源となる酸化物が挙げられる。この酸素供給源となる酸化物としては、4族元素、5族元素及び6族元素の酸化物が挙げられる。即ち、例えば、V、Nb、Ta、Cr、MoO及びWO等である。これらは1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。その他、W、Ta、Nb、Ti、Mo、Zr、Hf、V及びCr等のうちの1種以上の金属元素を含む硼化物が挙げられる。これらの硼化物が含有される場合には、前記導電性セラミック成分と同様に窒化珪素との熱膨張率差が小さく、更には、高融点であることが好ましい。また、例えば、前記ダイシリケートを除く他の希土類酸化物(RE等)、酸化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ等が含有されてもよい。これらは1種のみが含有されてもよく、2種以上が含有されてもよい。 In addition to the silicon nitride, the conductive ceramic component, and the disilicate, the heating resistor 12 may contain other components. When other components are contained, examples of the other components include oxides that serve as an oxygen supply source during firing. Examples of the oxide serving as the oxygen supply source include oxides of Group 4 elements, Group 5 elements, and Group 6 elements. That is, for example, V 2 O 5 , Nb 2 O 3 , Ta 2 O 3 , Cr 2 O 3 , MoO 3 and WO 3 . These may use only 1 type and may use 2 or more types together. In addition, borides containing one or more metal elements of W, Ta, Nb, Ti, Mo, Zr, Hf, V, Cr, and the like can be given. When these borides are contained, it is preferable that the thermal expansion coefficient difference with silicon nitride is small as in the case of the conductive ceramic component, and that the melting point is high. Further, for example, other rare earth oxides (such as RE 2 O 3 ) excluding the disilicate, silicon oxide, aluminum nitride, alumina and the like may be contained. Only 1 type may contain these and 2 or more types may contain.

リード線13a、13bを構成する材料は導電性を有すればよく特に限定されないが、例えば、W、Re、Ta、Mo及びNb等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのなかでも高い耐熱性を有するためタングステンを用いることが好ましい。タングステンを用いる場合は、リード線13a、13b全体を100質量%とした場合にタングステンを90質量%以上(より好ましくは95%以上、特に好ましくはタングステンのみからなる)含有することが好ましい。また、このリード線13a、13bの線径も特に限定されないが0.05〜0.9mm(好ましくは0.1〜0.7mm、より好ましくは0.2〜0.5mm)とすることができる。   The material constituting the lead wires 13a and 13b is not particularly limited as long as it has conductivity, and examples thereof include W, Re, Ta, Mo, and Nb. These may use only 1 type and may use 2 or more types together. Of these, tungsten is preferably used because of its high heat resistance. In the case of using tungsten, it is preferable to contain 90% by mass or more (more preferably 95% or more, particularly preferably only tungsten) of tungsten when the entire lead wires 13a and 13b are 100% by mass. The wire diameters of the lead wires 13a and 13b are not particularly limited, but may be 0.05 to 0.9 mm (preferably 0.1 to 0.7 mm, more preferably 0.2 to 0.5 mm). .

リード線13a、13bと発熱抵抗体12との接続方法は特に限定されないが、通常、リード線13a、13bの一端部を発熱抵抗体12内に埋入させることにより接続される。また、埋入させることなく、外表面同士の接触のみにより、焼成後の電気的接続を確保することもできる。
一方、リード線13a、13bの他端部は、セラミックヒータ1の絶縁性基体11の後端部11bから露出している。
尚、リード線13a、13bの形状は特に限定されないが、例えば、図1に示すような屈曲部を有する直線から構成される形状とすることができる。
また、このリード線13a、13bは、通常、焼成工程の前後でほとんど変化しない高融点金属が用いられる。従って、未焼成セラミックヒータ1’内においても、リード線13a、13bとして配設される。但し、例えば、焼成前には導電性を有さず又は焼成後に比べて導電特性が異なり、焼成によりリード線13a、13bとして機能することができるものを用いてもよい。
The connection method between the lead wires 13a and 13b and the heating resistor 12 is not particularly limited, but is normally connected by embedding one end of the lead wires 13a and 13b in the heating resistor 12. Moreover, the electrical connection after baking can also be ensured only by contact between the outer surfaces without being embedded.
On the other hand, the other end portions of the lead wires 13 a and 13 b are exposed from the rear end portion 11 b of the insulating base 11 of the ceramic heater 1.
In addition, the shape of the lead wires 13a and 13b is not particularly limited. For example, the lead wires 13a and 13b may be formed of straight lines having bent portions as shown in FIG.
The lead wires 13a and 13b are usually made of a refractory metal that hardly changes before and after the firing step. Accordingly, the lead wires 13a and 13b are also disposed in the unfired ceramic heater 1 ′. However, for example, a material that does not have conductivity before firing or has different conductive characteristics compared to after firing and can function as the lead wires 13a and 13b by firing may be used.

後述する本製造方法により得られるセラミックヒータ1は、抗折強度が1200MPa以上であり且つ抗折強度のばらつき(3σ)が300以下であるものとすることができる。
この抗折強度は、後述する実施例における抗折強度の測定方法によるものである。通常、セラミックヒータ1において最も高い抗折強度を要求される部位における抗折強度を1200MPa以上(更に1200〜1700MPa、特に1250〜1700MPa、より特に1300〜1700MPa)とすることができる。この範囲であればグロープラグ用セラミックヒータとして用いた場合にも優れた耐久性を発揮できる。
The ceramic heater 1 obtained by the manufacturing method described later can have a bending strength of 1200 MPa or more and a bending strength variation (3σ) of 300 or less.
This bending strength is based on a method for measuring the bending strength in Examples described later. Usually, the bending strength of the ceramic heater 1 where the highest bending strength is required can be 1200 MPa or more (further 1200 to 1700 MPa, particularly 1250 to 1700 MPa, more particularly 1300 to 1700 MPa). Within this range, excellent durability can be exhibited even when used as a ceramic heater for glow plugs.

また、得られるセラミックヒータ1の抗折強度のばらつきを小さく抑えることができる。即ち、例えば、ばらつき(3σ)は300以下とすることができる。
また、特に焼成温度が低い場合であってもこれらの効果を得ることができる。即ち、例えば、焼成温度が1730〜1790℃の間において、抗折強度1250〜16901MPaであり、且つ、ばらつき(3σ)は150〜230に抑えることができる。更に、焼成温度が1730〜1775℃の間において、抗折強度1350〜1690MPaであり、且つ、ばらつき(3σ)は180〜230に抑えることができる。特に、焼成温度が1730〜1760℃の間において、抗折強度1390〜1690MPaであり、且つ、ばらつき(3σ)は180〜230に抑えることができる。
従って、優れた性能のセラミックヒータ1を確実且つ安定して製造できる。
Moreover, the variation in the bending strength of the ceramic heater 1 obtained can be suppressed small. That is, for example, the variation (3σ) can be 300 or less.
Moreover, even if the firing temperature is particularly low, these effects can be obtained. That is, for example, when the firing temperature is between 1730 and 1790 ° C., the bending strength is 1250 to 16901 MPa, and the variation (3σ) can be suppressed to 150 to 230. Furthermore, when the firing temperature is between 1730 and 1775 ° C., the bending strength is 1350 to 1690 MPa, and the variation (3σ) can be suppressed to 180 to 230. In particular, when the firing temperature is between 1730 and 1760 ° C., the bending strength is 1390 to 1690 MPa, and the variation (3σ) can be suppressed to 180 to 230.
Therefore, the ceramic heater 1 having excellent performance can be manufactured reliably and stably.

更に、セラミックヒータ1の抵抗値は、含有される導電性セラミック成分の種類及び含有量により変化させることができるが、例えば、焼成温度1730〜1790℃で、350〜600mΩの抵抗値のとすることができ、そのばらつき(3σ)は30〜90に抑えることができる。更に、焼成温度1730〜1775℃で、350〜550mΩの抵抗値のとすることができ、そのばらつき(3σ)は30〜40に抑えることができる。特に、焼成温度1730〜1760℃で、350〜500mΩの抵抗値のとすることができ、そのばらつき(3σ)は25〜30に抑えることができる。
従って、優れた性能のセラミックヒータ1を確実且つ安定して製造できる。
Furthermore, the resistance value of the ceramic heater 1 can be changed depending on the kind and content of the conductive ceramic component contained. For example, the resistance value is 350 to 600 mΩ at a firing temperature of 1730 to 1790 ° C. The variation (3σ) can be suppressed to 30-90. Furthermore, it can be set to a resistance value of 350 to 550 mΩ at a firing temperature of 1730 to 1775 ° C., and the variation (3σ) can be suppressed to 30 to 40. In particular, at a firing temperature of 1730 to 1760 ° C., the resistance value can be 350 to 500 mΩ, and the variation (3σ) can be suppressed to 25 to 30.
Therefore, the ceramic heater 1 having excellent performance can be manufactured reliably and stably.

[2]セラミックヒータの製造方法
次ぎに、セラミックヒータ1の製造方法について説明する。
本発明のセラミックヒータの製造方法は、窒化珪素、導電性セラミック成分及びRESiを含有し且つ焼成されて発熱抵抗体12となる未焼成発熱抵抗体12’を、焼成されて絶縁性基体11となる未焼成絶縁性基体11’に埋設した状態で焼成する焼成工程を備えることを特徴とする。
[2] Manufacturing Method of Ceramic Heater Next, a manufacturing method of the ceramic heater 1 will be described.
The method for manufacturing a ceramic heater according to the present invention is obtained by firing and insulating an unfired heating resistor 12 ′ containing silicon nitride, a conductive ceramic component, and RE 2 Si 2 O 7 and being fired to become a heating resistor 12. And a firing step of firing in a state of being embedded in an unsintered insulating substrate 11 ′ to be a conductive substrate 11.

未焼成絶縁性基体11’は、焼成されて絶縁性基体11となるものである。この未焼成絶縁性基体11’は、前述した絶縁性基体11を構成する絶縁性セラミック成分を含有する。更に、上記焼結助剤成分及び発熱抵抗体12を構成する上記導電性セラミック成分等を含有できる。これらの各種成分は前記絶縁性基体11内における割合となるように未焼成絶縁性基体11’に配合する。   The unsintered insulating base 11 ′ is fired to become the insulating base 11. This unsintered insulating base 11 ′ contains the insulating ceramic component that constitutes the insulating base 11 described above. Furthermore, the conductive ceramic component and the like constituting the heating auxiliary component and the heating resistor 12 can be contained. These various components are blended in the unfired insulating substrate 11 ′ so as to have a ratio in the insulating substrate 11.

また、未焼成発熱抵抗体12’は、焼成されて発熱抵抗体12となるものである。この未焼成発熱抵抗体12’は、前述した発熱抵抗体12を構成する窒化珪素と導電性セラミック成分とダイシリケートとを含有する。特にダイシリケートが含有されることで、低温で焼成した場合にも得られる発熱抵抗体12の抗折強度のばらつきを小さく抑えることができる。
更に、この未焼成発熱抵抗体12’には、上記焼成時の酸素供給源となる酸化物、上記各種金属元素を含む硼化物、ダイシリケートを除く上記他の希土類酸化物、上記酸化珪素、上記窒化アルミニウム、上記アルミナ等を含有できる。これらの各種成分は前記発熱抵抗体12内における割合となるように未焼成発熱抵抗体12’に配合する。
Further, the unfired heating resistor 12 ′ is fired to become the heating resistor 12. The unsintered heating resistor 12 ′ contains silicon nitride, a conductive ceramic component, and disilicate that constitute the heating resistor 12 described above. In particular, by containing disilicate, variation in the bending strength of the heating resistor 12 obtained even when fired at a low temperature can be suppressed.
Further, the unfired heating resistor 12 ′ includes an oxide that serves as an oxygen supply source at the time of firing, a boride containing various metal elements, the other rare earth oxides excluding disilicate, the silicon oxide, Aluminum nitride, the above alumina and the like can be contained. These various components are blended in the unfired heating resistor 12 ′ so as to have a ratio in the heating resistor 12.

焼成工程は、未焼成発熱抵抗体12’を未焼成絶縁性基体11’に埋設した状態で焼成する工程である。この焼成工程における焼成条件は特に限定されないが、通常、不活性雰囲気において加圧焼成する。
不活性雰囲気とは、窒化珪素、導電性セラミック成分及びダイシリケートに対して不活性な雰囲気である。即ち、例えば、窒素及び希ガス(アルゴン等)を主成分(通常、雰囲気全体の99.9体積%以上)とする雰囲気であり、通常、酸素が雰囲気全体の0.1%以下(好ましくは0.01%以下)である雰囲気である。
The firing step is a step of firing in a state where the unfired heating resistor 12 ′ is embedded in the unfired insulating base 11 ′. There are no particular limitations on the firing conditions in this firing step, but usually pressure firing is performed in an inert atmosphere.
An inert atmosphere is an atmosphere inert to silicon nitride, conductive ceramic components and disilicate. That is, for example, an atmosphere mainly containing nitrogen and a rare gas (such as argon) (usually 99.9% by volume or more of the whole atmosphere), and oxygen is usually 0.1% or less (preferably 0% of the whole atmosphere). .01% or less).

加圧焼成とは、加圧しながら加熱する焼成方法である。この焼成の際の加圧圧力は特に限定されないが、通常、20MPa以上(好ましくは200〜500MPa、更に好ましくは200〜300MPa)である。また、焼成温度も特に限定されないが、通常、1700〜1850℃(好ましくは1720〜1830℃、より好ましくは1730〜1800℃)である。   Pressure firing is a firing method in which heating is performed while applying pressure. The pressure applied during firing is not particularly limited, but is usually 20 MPa or more (preferably 200 to 500 MPa, more preferably 200 to 300 MPa). Moreover, although baking temperature is not specifically limited, Usually, it is 1700-1850 degreeC (preferably 1720-1830 degreeC, More preferably, 1730-1800 degreeC).

これらの加圧圧力と焼成温度とは、各々の組み合わせとすることができる。即ち、例えば、加圧圧力200〜500MPa且つ焼成温度1700〜1850℃とすることができ、200〜300MPa且つ1730〜1800℃とすることが好ましい。   These pressurizing pressures and firing temperatures can be combined. That is, for example, the pressurizing pressure can be 200 to 500 MPa and the firing temperature can be 1700 to 1850 ° C., preferably 200 to 300 MPa and 1730 to 1800 ° C.

本発明のセラミックヒータの製造方法では、上記焼成工程以外にも他の工程を備えることができる。他の工程としては、原料調製工程(粉末調整工程、造粒工程等を含む)、成形工程(未焼成絶縁性基体成形工程、未焼成発熱抵抗体成形工程、一体化工程等を含む)、予備焼成工程(有機ビヒクル除去工程等を含む)などが挙げられる。   In the manufacturing method of the ceramic heater of this invention, other processes can be provided besides the said baking process. Other processes include a raw material preparation process (including a powder adjustment process, a granulation process, etc.), a molding process (including an unfired insulating base body forming process, an unfired heating resistor forming process, an integration process, etc.), a preliminary process Examples thereof include a firing step (including an organic vehicle removing step).

原料調製工程とは、各成分を含む原料を調製する工程等である。即ち、例えば、各成分の粉末を所定の粒径とする粉末調整工程や、未焼成絶縁性基体11’となる成形用原料を調製する工程、窒化珪素粉末と導電性セラミック成分粉末とダイシリケート等の焼結助剤粉末とを混合し、バインダ等の有機成分等を加えて未焼成発熱抵抗体12’となる成形用原料を調製する工程、成形用原料を造粒する造粒工程などが挙げられる。   The raw material preparation step is a step of preparing a raw material containing each component. That is, for example, a powder adjustment step in which each component powder has a predetermined particle size, a step of preparing a forming raw material to be an unfired insulating base 11 ′, a silicon nitride powder, a conductive ceramic component powder, a disilicate, and the like Steps of mixing a sintering aid powder and adding an organic component such as a binder to prepare a forming raw material to become an unfired heating resistor 12 ', a granulating step of granulating the forming raw material, etc. It is done.

また、原料調製工程においては、未焼成絶縁性基体11’となる成形用原料として、窒化珪素を含有する粉末等の他にバインダ及び溶剤等を用いることができる。同様に、未焼成発熱抵抗体12’となる成形用原料として、窒化珪素、導電性セラミック及び焼結助剤等を含有する粉末以外にバインダ及び溶剤等を用いることができる。   In the raw material preparation step, a binder, a solvent, and the like can be used in addition to a powder containing silicon nitride as a raw material for forming the unfired insulating substrate 11 ′. Similarly, a binder, a solvent, and the like can be used as a raw material for forming the unfired heating resistor 12 'in addition to the powder containing silicon nitride, conductive ceramic, and sintering aid.

成形工程とは、原料調製工程で得られた原料を未焼成絶縁性基体11’及び未焼成発熱抵抗体12’等の所望の形状に成形する工程と、未焼成絶縁性基体11’、未焼成発熱抵抗体12’及びリード線13a、13bを一体化して未焼成セラミックヒータ1’を成形する一体化工程等を含む工程である。   The forming step is a step of forming the raw material obtained in the raw material preparation step into a desired shape such as an unfired insulating substrate 11 ′ and an unfired heating resistor 12 ′, an unfired insulating substrate 11 ′, and an unfired material. This is a process including an integration process in which the heating resistor 12 ′ and the lead wires 13a and 13b are integrated to form an unfired ceramic heater 1 ′.

未焼成絶縁性基体11’を成形する未焼成絶縁性基体成形工程は、どのような方法で行ってもよく、例えば、圧縮成形、射出成形、印刷成形等の方法により行うことができる。このうち、通常、圧縮成形を用いる。また、未焼成絶縁性基体11’は絶縁性基体用の原料粉末を圧粉した半割型として成形することができる。   The unsintered insulating substrate forming step for forming the unsintered insulating substrate 11 ′ may be performed by any method, for example, by a method such as compression molding, injection molding, or print molding. Of these, compression molding is usually used. Further, the unsintered insulating substrate 11 ′ can be formed as a halved mold obtained by compacting a raw material powder for an insulating substrate.

一方、未焼成発熱抵抗体12’を成形する未焼成発熱抵抗体成形工程は、どのような方法で行ってもよく、例えば、射出成形、圧縮成形、印刷成形等の方法により行うことができる。このうち、通常、射出成形を用いる。即ち、例えば、リード線13a、13bを成形器内に予めセットし、未焼成発熱抵抗体用原料を成形器内に注入することで、リード線13a、13bが最適な態様で嵌合された未焼成発熱抵抗体12’を得ることができる。   On the other hand, the unfired heating resistor forming step for forming the unfired heating resistor 12 'may be performed by any method, for example, injection molding, compression molding, printing molding, or the like. Of these, injection molding is usually used. That is, for example, by setting the lead wires 13a and 13b in the molding machine in advance and injecting the raw material for the unfired heating resistor into the molding machine, the lead wires 13a and 13b are not fitted in an optimal manner. A fired heating resistor 12 'can be obtained.

一体化工程(未焼成発熱抵抗体12’の埋設工程)では、上記未焼成絶縁性基体11’の半割型2個の間に、リード線13a、13bが既に嵌合された未焼成発熱抵抗体12’を挟んだ後、プレスすることで、未焼成絶縁性基体11’、未焼成発熱抵抗体12’及びリード線13a、13bが一体化(埋設)された成形品を得ることができる。更に、その後、必要に応じて、一体化された成形品を5〜12MPaの圧力で加圧することができる。   In the integration step (embedding step of the unfired heating resistor 12 '), the unfired heating resistor in which the lead wires 13a and 13b are already fitted between the two halves of the unfired insulating base 11'. By pressing after sandwiching the body 12 ', a molded product in which the unsintered insulating base 11', the unsintered heating resistor 12 'and the lead wires 13a and 13b are integrated (embedded) can be obtained. Furthermore, after that, the integrated molded product can be pressurized at a pressure of 5 to 12 MPa as necessary.

予備焼成工程とは、成形工程で得られた成形品から予備焼成をすることにより、有機成分を除去し、上記未焼成セラミックヒータ1’を得る工程である。この予備焼成工程において、焼成雰囲気としては不活性雰囲気を用いることが好ましい。
これらのその他の工程は、1種のみを用いても、2種以上を併用してもよい。
The pre-baking step is a step of removing the organic components by pre-baking from the molded product obtained in the forming step to obtain the unfired ceramic heater 1 ′. In this preliminary firing step, an inert atmosphere is preferably used as the firing atmosphere.
These other processes may use only 1 type, or may use 2 or more types together.

[3]グロープラグ
次ぎに、本発明のグロープラグ2の一例について図2を用いて説明する。図2は、グロープラグの縦断面図である。このグロープラグは、主として、主体金具22と、固定筒21と、セラミックヒータ1とを備えている。グロープラグ2には、発熱抵抗体12が先端側に配置されるように、セラミックヒータ1が配設されている。セラミックヒータ1は、金属製の固定筒21に貫装され、保持されている。同時に絶縁性基体11の表面に露出する一方のリード線13bはロー材により固定筒21に電気的に接続されている。一方、この固定筒21は主体金具22の先端側にロー付けにより固定されている。また、セラミックヒータ1の他方のリード線13aはロー付けによりリードコイル24と電気的に接続され、更には中軸25に接続されて端子金具26に接続されている。尚、主体金具22の外周には、グロープラグを内燃機関に取り付けるための取り付けねじ部23が螺刻され、さらに取り付ける際にインパクトレンチをあてがうための六角状の工具係合部27が形成されている。
[3] Glow Plug Next, an example of the glow plug 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the glow plug. This glow plug mainly includes a metal shell 22, a fixed cylinder 21, and a ceramic heater 1. The glow plug 2 is provided with the ceramic heater 1 so that the heating resistor 12 is disposed on the tip side. The ceramic heater 1 is inserted and held in a metal fixed cylinder 21. At the same time, one lead wire 13b exposed on the surface of the insulating substrate 11 is electrically connected to the fixed cylinder 21 by a brazing material. On the other hand, the fixed cylinder 21 is fixed to the front end side of the metal shell 22 by brazing. The other lead wire 13 a of the ceramic heater 1 is electrically connected to the lead coil 24 by brazing, and further connected to the center shaft 25 and connected to the terminal fitting 26. A mounting screw portion 23 for attaching the glow plug to the internal combustion engine is threaded on the outer periphery of the metal shell 22, and a hexagonal tool engaging portion 27 for applying an impact wrench when further mounting is formed. Yes.

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
[1]セラミックヒータ1の製造
(1)混合粉末の調製
窒化珪素粉末と、炭化タングステン粉末(純度99%、平均粒径0.7μm)と、焼結助剤粉末と、を表1に示す割合で配合し、72時間湿式混合して、実施例1、比較例1及び比較例2の各混合粉末を得た。
窒化珪素粉末:純度99%以上、平均粒径1μm
導電性セラミック成分粉末
炭化タングステン:純度99%以上、平均粒径0.7μm
焼結助剤粉末
ErSi粉末
Er粉末とSiO粉末との混合粉末
Er粉末とV粉末とWO粉末との混合粉末
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
[1] Manufacture of ceramic heater 1 (1) Preparation of mixed powder Ratio shown in Table 1 of silicon nitride powder, tungsten carbide powder (purity 99%, average particle size 0.7 μm), and sintering aid powder And mixed for 72 hours to obtain mixed powders of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
Silicon nitride powder: purity 99% or more, average particle size 1 μm
Conductive ceramic component powder Tungsten carbide: Purity 99% or more, average particle size 0.7μm
Sintering aid powder Er 2 Si 2 O 7 powder Er 2 O 3 powder and mixed powder of the mixed powder Er 2 O 3 powder and V 2 O 5 powder and WO 3 powder and SiO 2 powder

Figure 0004699816
Figure 0004699816

(2)未焼成発熱抵抗体12’の作製
得られた実施例1、比較例1及び比較例2の混合粉末と、この混合粉末を100質量%とした場合に、7質量%のワックス(有機バインダ)と、3質量%の可塑剤と、3質量%の溶剤と、を混練機に投入し、4時間混練した。その後、得られた混練物を裁断してペレット状とし、これをタングステン製のリード線13a、13bがセットされた射出成型機に投入して成形し、両端にリード線13a、13bが嵌合された略U字状の発熱抵抗体12となる未焼成発熱抵抗体12’を作製した。
(2) Production of Unfired Heating Resistor 12 ′ When the obtained mixed powder of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 and this mixed powder were taken as 100% by mass, 7% by mass of wax (organic Binder), 3% by mass of plasticizer, and 3% by mass of solvent were put into a kneader and kneaded for 4 hours. Thereafter, the obtained kneaded product is cut into pellets, which are put into an injection molding machine in which tungsten lead wires 13a and 13b are set and molded, and the lead wires 13a and 13b are fitted to both ends. In addition, an unfired heating resistor 12 ′ to be a substantially U-shaped heating resistor 12 was produced.

(3)未焼成絶縁性基体11’の作製
89質量%の窒化珪素粉末に、焼結助剤として8質量%のEr粉末、1質量%のV粉末及び2質量%のWO粉末、溶剤として100質量%の水を配合し、40時間湿式混合したものをスプレードライヤー法によって造粒し、この造粒物を圧粉した2個の半割型からなる未焼成絶縁性基体11’を作製した。
(3) Production of unsintered insulating substrate 11 ′ To 89% by mass of silicon nitride powder, 8% by mass of Er 2 O 3 powder, 1% by mass of V 2 O 5 powder and 2% by mass of a sintering aid WO 3 powder, 100% by weight of water as a solvent, wet mixed for 40 hours, granulated by spray dryer method, and unbaked insulation consisting of two halves with this granulated powder A substrate 11 ′ was produced.

(4)未焼成絶縁性基体11’への未焼成発熱抵抗体12’の埋設
得られた未焼成絶縁性基体11’の2個の半割型の間の凹部(未焼成発熱抵抗体12’が嵌る凹部)に、上記(1)で得られたリード線13a、13bを備える未焼成発熱抵抗体12’を載置した。その後、これらを一体に7MPaの圧力で加圧し、未焼成セラミックヒータとなる成形体を得た。
(4) Embedding of the unsintered heat generating resistor 12 'in the unsintered insulating substrate 11' A recess (unsintered heat generating resistor 12 'between the two halves of the unfired insulating substrate 11' thus obtained. The unsintered heating resistor 12 ′ including the lead wires 13 a and 13 b obtained in the above (1) was placed in the (recessed part). Thereafter, these were integrally pressed at a pressure of 7 MPa to obtain a molded body to be an unfired ceramic heater.

(5)予備焼成工程及び焼成工程
得られた成形体(未焼成発熱抵抗体12’が未焼成絶縁性基体11’に埋設された状態の成形体)を、600℃で加熱(予備焼成)して有機成分等を除去して未焼成セラミックヒータ1’を得た。
次いで、得られた未焼成セラミックヒータ1’を、黒鉛製の加圧用ダイスにセットし、窒素雰囲気下において1725℃、1745℃、1765℃、1791℃、1805℃及び1825℃の各々の温度で、1.5時間、加圧圧力25MPaで焼成(本焼成)し、焼結体を得た。
そして、得られた各焼結体の外表面を研磨し、リード線13(13a及び13b)の各一端面を絶縁性基体の外表面に露出させて、図1に示すセラミックヒータ1を製造した。
(5) Pre-baking step and firing step The obtained molded body (molded body in which the unfired heating resistor 12 'is embedded in the unfired insulating base 11') is heated (pre-fired) at 600 ° C. Thus, organic components and the like were removed to obtain an unfired ceramic heater 1 ′.
Next, the obtained unfired ceramic heater 1 ′ was set on a graphite pressing die, and each temperature was 1725 ° C., 1745 ° C., 1765 ° C., 1791 ° C., 1805 ° C., and 1825 ° C. in a nitrogen atmosphere. Firing (main firing) was performed at a pressure of 25 MPa for 1.5 hours to obtain a sintered body.
And the outer surface of each obtained sintered compact was grind | polished, and each end surface of the lead wire 13 (13a and 13b) was exposed to the outer surface of an insulating base | substrate, and the ceramic heater 1 shown in FIG. 1 was manufactured. .

[2]セラミックヒータ1の評価
(1)抗折強度の測定
実験例1の混合粉末を用いて得られた6本、比較例1の混合粉末を用いて得られた6本、及び、比較例2の混合粉末を用いて得られた6本、の各セラミックヒータ1の抗折強度をJIS R 1601に準じて3点曲げ強度に準じて測定した。この際のスパンは12mmとし、クロスヘッド速度は0.5mm/分とした。また、荷重点は、先端から7.5mmのヒータ部の点とした。この結果を図3〜5に示した。また、各焼成温度における抗折強度の最小値及び3σを表2に示し、更にこの表2をグラフ化して図9に示した。
[2] Evaluation of ceramic heater 1 (1) Measurement of flexural strength 6 pieces obtained using the mixed powder of Experimental Example 1, 6 pieces obtained using the mixed powder of Comparative Example 1, and Comparative Example The bending strength of each of the six ceramic heaters 1 obtained using the mixed powder of No. 2 was measured according to the three-point bending strength according to JIS R 1601. The span at this time was 12 mm, and the crosshead speed was 0.5 mm / min. Further, the load point was a point of the heater portion 7.5 mm from the tip. The results are shown in FIGS. Further, the minimum value of the bending strength and 3σ at each firing temperature are shown in Table 2, and Table 2 is graphed and shown in FIG.

Figure 0004699816
Figure 0004699816

(2)抵抗値の測定
実験例1の混合粉末を用いて得られた6本、比較例1の混合粉末を用いて得られた6本、及び、比較例2の混合粉末を用いて得られた6本、の各セラミックヒータ1の抵抗値を測定した。測定に際しては、絶縁性基体11の外表面に露出されたリード線13a、13bの各一端面に、ミリオームメータの測定端子をあてて抵抗値を測定した。この結果を図6〜8に示した。
尚、各セラミックヒータ1は、抵抗値を測定した後、上記抗折強度の測定に供している。
(2) Measurement of resistance value 6 obtained using the mixed powder of Experimental Example 1, 6 obtained using the mixed powder of Comparative Example 1, and obtained using the mixed powder of Comparative Example 2 Further, the resistance values of the six ceramic heaters 1 were measured. At the time of measurement, a resistance value was measured by applying a measurement terminal of a milliohm meter to each end face of the lead wires 13a and 13b exposed on the outer surface of the insulating substrate 11. The results are shown in FIGS.
Each ceramic heater 1 is subjected to the measurement of the bending strength after measuring the resistance value.

図3〜5の結果より、比較例2(図5参照)の混合粉末を用いて得られたセラミックヒータ1では、ばらつきが大きく、確実に1200MPa以上の抗折強度を得ることができる焼成温度は1825℃と非常に高温である。これに対して、比較例1(図4参照)の混合粉末を用いて得られたセラミックヒータ1では、1785℃以上の焼成温度においては、ばらつきが小さく確実に1200MPa以上の抗折強度を確保できることが分かる。しかし、この焼成温度は比較的高めである。   From the result of FIGS. 3-5, in the ceramic heater 1 obtained using the mixed powder of the comparative example 2 (refer FIG. 5), dispersion | variation is large and the firing temperature which can obtain the bending strength of 1200 MPa or more reliably is It is very high at 1825 ° C. On the other hand, the ceramic heater 1 obtained using the mixed powder of Comparative Example 1 (see FIG. 4) has a small variation at a firing temperature of 1785 ° C. or higher and can reliably ensure a bending strength of 1200 MPa or higher. I understand. However, this firing temperature is relatively high.

これらの比較例1及び2に対して、実施例1(図3参照)の混合粉末を用いて得られたセラミックヒータ1では、1725℃ではばらつきが大きく僅かに1200MPa未満のセラミックヒータ1が得られるものの、1745℃以上の温度においては、ばらつきが小さく確実に1200MPa以上の抗折強度を確保できることが分かる。特に比較例2では1200MPa未満のセラミックヒータも得られた1745℃及び1765℃の両温度においては、極めて優れた結果が得られている。即ち、これらの低温での焼成においても、実施例1では1300MPa以上と非常に高い抗折強度を確実に確保できている。とりわけ、1745℃における差異は比較例2に対して顕著であり、実施例1では1745℃という低温での焼成においても確実に1300MPa以上の抗折強度を確保できることが分かる。   In comparison with Comparative Examples 1 and 2, the ceramic heater 1 obtained using the mixed powder of Example 1 (see FIG. 3) has a large variation at 1725 ° C., and a ceramic heater 1 of slightly less than 1200 MPa is obtained. However, it can be seen that at a temperature of 1745 ° C. or higher, the bending strength of 1200 MPa or higher can be ensured with little variation. In particular, in Comparative Example 2, a ceramic heater of less than 1200 MPa was obtained. Excellent results were obtained at both temperatures of 1745 ° C. and 1765 ° C. That is, even in firing at these low temperatures, in Example 1, a very high bending strength of 1300 MPa or more can be reliably ensured. In particular, the difference at 1745 ° C. is conspicuous with respect to Comparative Example 2. In Example 1, it can be seen that the bending strength of 1300 MPa or more can be ensured even when firing at a low temperature of 1745 ° C.

また、表2及び図9より、比較例1は焼成温度1785℃では抗折強度の最小値(図9の△)が大きく、抗折強度の3σ(図9の△)が小さく、共に優れた性能を発揮しているが、焼成温度1785℃以下では抗折強度の最小値(図9の△)は小さくなる傾向にあり、抗折強度の3σ(図9の△)は大きくなる傾向にある。
これに対して、実施例1は焼成温度1785℃では比較例1とほぼ同じ性能であるものの、比較例1に比べると焼成温度1785℃以下においては抗折強度の最小値(図9の△)は大きく、抗折強度の3σ(図9の△)も小さいことが分かる。
Further, from Table 2 and FIG. 9, Comparative Example 1 was excellent in that the minimum value of bending strength (Δ in FIG. 9) was large and the bending strength 3σ (Δ in FIG. 9) was small at a firing temperature of 1785 ° C. Although the performance is exhibited, the minimum bending strength (Δ in FIG. 9) tends to decrease at a firing temperature of 1785 ° C. or lower, and 3σ (Δ in FIG. 9) tends to increase. .
On the other hand, although Example 1 has almost the same performance as Comparative Example 1 at a firing temperature of 1785 ° C., the minimum bending strength (Δ in FIG. 9) is lower at a firing temperature of 1785 ° C. than that of Comparative Example 1. It can be seen that the bending strength 3σ (Δ in FIG. 9) is small.

即ち、実施例1と比較例1とは、焼結助剤として用いた成分を元素レベルで換算すると同じ元素を同量配合して製造したことになる。しかし、実施例1では予め所定の組成として配合することで比較例1に比べると1745〜1785℃の広い低温域で大きな抗折強度をばらつきが小さく安定して得られている。従って、低温域での他の要素を加味して、広い温度範囲で焼成温度を選択することが可能であることが分かる。特に1765℃以下の低温焼成においては著しい変化が認められている。即ち、抗折強度の向上及びばらつきの低下が大きい。従って、予め所定の組成とした焼結助剤を用いることで低温焼成でより優れた製品をより確実により広い温度域(特に低温域)で得られることが分かる。   That is, Example 1 and Comparative Example 1 were manufactured by blending the same amount of the same elements when the components used as the sintering aid were converted at the element level. However, in Example 1, a large bending strength is stably obtained with a small variation in a wide low temperature range of 1745 to 1785 ° C. as compared with Comparative Example 1 by blending in advance as a predetermined composition. Therefore, it can be seen that the firing temperature can be selected in a wide temperature range in consideration of other factors in the low temperature range. In particular, a remarkable change is observed in low-temperature firing at 1765 ° C. or lower. That is, the bending strength is greatly improved and the variation is greatly reduced. Therefore, it can be seen that by using a sintering aid having a predetermined composition in advance, a product superior in low temperature firing can be obtained more reliably in a wider temperature range (particularly in a low temperature range).

また、図6〜8より、セラミックヒータ1の抵抗値は、比較例2で大きくばらついていることが分かる。これに対して、比較例1では1725℃で焼成されたものを除いて、ほぼ安定した抵抗値が得られている。同様に、実施例1においても1725℃で焼成されたものを除いては、安定した抵抗値が得られていることが分かる。   Moreover, it can be seen from FIGS. 6 to 8 that the resistance value of the ceramic heater 1 varies greatly in Comparative Example 2. On the other hand, in Comparative Example 1, a substantially stable resistance value was obtained except for those fired at 1725 ° C. Similarly, it can be seen that a stable resistance value was obtained in Example 1 except for the one fired at 1725 ° C.

尚、本発明においては、上記の実施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。例えば、導電性セラミックとして、WCではなく、MoSi等であっても、WCの場合と同様に比抵抗が小さく、且つ抗折強度が大きい発熱抵抗体とすることができる。また、本発明のセラミックヒータ1は、グロープラグばかりでなく、暖房用等の各種ヒータにも使用することができる。 In the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention depending on the purpose and application. For example, even if the conductive ceramic is not WC but MoSi 2 or the like, a heating resistor having a small specific resistance and a high bending strength can be formed as in the case of WC. The ceramic heater 1 of the present invention can be used not only for glow plugs but also for various heaters for heating and the like.

本製造方法により得られるセラミックヒータの用途は特に限定されないが、例えば、各種着火源及び加熱源等として広く用いられる。着火源としては、ディーゼルエンジンの着火源であるグロープラグのセラミックヒータ(発熱抵抗体)、温熱器具(ストーブ等)の着火用セラミックヒータ等が挙げられる。また、加熱源としては、各種流体を加熱するためのヒータが挙げられる。即ち、例えば、ウォーターヒータ等が挙げられる。
更に、本発明のグロープラグは、ディーゼルエンジン用のグロープラグとして利用できる。
Although the application of the ceramic heater obtained by this manufacturing method is not specifically limited, For example, it is widely used as various ignition sources, a heating source, etc. Examples of the ignition source include a glow plug ceramic heater (heating resistor) which is an ignition source of a diesel engine, an ignition ceramic heater of a heating apparatus (such as a stove), and the like. Moreover, the heater for heating various fluids is mentioned as a heating source. That is, for example, a water heater or the like can be mentioned.
Furthermore, the glow plug of the present invention can be used as a glow plug for a diesel engine.

本発明のセラミックヒータ1の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the ceramic heater 1 of this invention. 本発明のグロープラグ2の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the glow plug 2 of this invention. 実施例1に係るセラミックヒータ1の焼成温度と抗折強度との相関を示すグラフである。3 is a graph showing a correlation between a firing temperature and a bending strength of the ceramic heater 1 according to Example 1; 比較例1に係るセラミックヒータ1の焼成温度と抗折強度との相関を示すグラフである。5 is a graph showing a correlation between a firing temperature and a bending strength of a ceramic heater 1 according to Comparative Example 1. 比較例2に係るセラミックヒータ1の焼成温度と抗折強度との相関を示すグラフである。6 is a graph showing a correlation between a firing temperature and a bending strength of a ceramic heater 1 according to Comparative Example 2. 実施例1に係るセラミックヒータ1の焼成温度と抵抗値との相関を示すグラフである。3 is a graph showing a correlation between a firing temperature and a resistance value of the ceramic heater 1 according to Example 1. 比較例1に係るセラミックヒータ1の焼成温度と抵抗値との相関を示すグラフである。5 is a graph showing a correlation between a firing temperature and a resistance value of a ceramic heater 1 according to Comparative Example 1. 比較例2に係るセラミックヒータ1の焼成温度と抵抗値との相関を示すグラフである。6 is a graph showing a correlation between a firing temperature and a resistance value of a ceramic heater 1 according to Comparative Example 2. 実施例1、比較例1及び2に係るセラミックヒータ1の焼成温度と抗折強度の最小値及び抗折強度の3σとの相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with the firing temperature of the ceramic heater 1 which concerns on Example 1, and Comparative Examples 1 and 2, the minimum value of bending strength, and 3 (sigma) of bending strength.

符号の説明Explanation of symbols

1;セラミックヒータ、11;絶縁性基体、12;発熱抵抗体、13a、13b;リード線、2;グロープラグ、21;主体金具、22;固定筒、23;取り付けねじ部、24;リードコイル、25;中軸、26;端子金具、27;工具係合部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Ceramic heater, 11; Insulating base | substrate, 12; Heating resistor, 13a, 13b; Lead wire, 2; Glow plug, 21; Main metal fitting, 22; Fixed cylinder, 23; 25; middle shaft, 26; terminal fitting, 27; tool engaging portion

Claims (4)

絶縁性基体と、該絶縁性基体に埋設された発熱抵抗体と、を備えるセラミックヒータの製造方法であって、
窒化珪素、導電性セラミック成分及び焼結助剤としてのRESi(但し、「RE」は希土類元素である)を含有し且つ焼成されて上記発熱抵抗体となる未焼成発熱抵抗体を、焼成されて上記絶縁性基体となる未焼成絶縁性基体に埋設した状態で焼成する焼成工程を備えるセラミックヒータの製造方法であって、
上記REは、Er、Yb及びLuのうちの少なくとも1種であることを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
A ceramic heater manufacturing method comprising: an insulating substrate; and a heating resistor embedded in the insulating substrate,
An unfired heating resistor containing silicon nitride, a conductive ceramic component, and RE 2 Si 2 O 7 as a sintering aid (where “RE” is a rare earth element) and fired to form the heating resistor. Is a method of manufacturing a ceramic heater comprising a firing step of firing in a state where it is fired and embedded in an unfired insulating substrate that becomes the insulating substrate,
The RE is at least one of Er, Yb, and Lu.
上記導電性セラミック成分の量は、上記窒化珪素と上記導電性セラミック成分と上記RE  The amount of the conductive ceramic component is selected from the group consisting of the silicon nitride, the conductive ceramic component, and the RE. 2 SiSi 2 O 7 との合計を100mol%とした場合に、35〜65mol%であり、When the total is 100 mol%, it is 35 to 65 mol%,
上記RE  Above RE 2 SiSi 2 O 7 の量は、上記窒化珪素と上記導電性セラミック成分と上記REThe amount of the silicon nitride, the conductive ceramic component and the RE 2 SiSi 2 O 7 との合計を100mol%とした場合に、0.5〜5.0mol%である請求項1に記載のセラミックヒータの製造方法。The method for producing a ceramic heater according to claim 1, wherein the total amount is 100 to 100 mol%.
上記焼成工程における焼成温度は、1730〜1830℃である請求項1又は2に記載のセラミックヒータの製造方法。 The method for producing a ceramic heater according to claim 1 or 2 , wherein a firing temperature in the firing step is 1730 to 1830 ° C. 主体金具と、該主体金具の一端側に嵌め込まれた固定筒と、該固定筒に嵌挿され、且つ先端部が該固定筒の端面から突出して配設されたセラミックヒータと、を備えるグロープラグであって、該セラミックヒータは請求項1乃至3のいずれか1項に記載のセラミックヒータの製造方法により得られたセラミックヒータであることを特徴とするグロープラグ。 A glow plug comprising: a metal shell, a fixed cylinder fitted into one end of the metal shell, and a ceramic heater that is fitted into the fixed cylinder and has a tip projecting from an end surface of the fixed cylinder A glow plug, wherein the ceramic heater is a ceramic heater obtained by the method for producing a ceramic heater according to any one of claims 1 to 3 .
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