JP6426338B2 - Glow plug - Google Patents

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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001Glowing plugs for internal-combustion engines

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Description

本発明は、グロープラグに関する。   The present invention relates to glow plugs.

グロープラグとしては、セラミックヒータを用いたセラミック型グロープラグが知られている(例えば、特許文献1を参照)。セラミック型グロープラグのセラミックヒータは、発熱抵抗体と、支持体とを備える。発熱抵抗体は、導電性を有するセラミック組成物から成り、通電によって発熱する。支持体は、電気絶縁性を有するセラミック組成物から成り、発熱抵抗体が埋め込まれ、発熱抵抗体を支持する。   As a glow plug, a ceramic glow plug using a ceramic heater is known (see, for example, Patent Document 1). The ceramic heater of the ceramic glow plug comprises a heating resistor and a support. The heating resistor is made of a ceramic composition having conductivity and generates heat by energization. The support is made of an electrically insulating ceramic composition, in which the heating resistor is embedded and supports the heating resistor.

特許文献2には、発熱抵抗体と支持体との熱膨張差に起因するセラミックヒータの損傷を防止するため、硬度および密度が発熱抵抗体および支持体よりも低い被覆層によって発熱抵抗体を被覆することが記載されている。特許文献2の被覆層は、窒化ホウ素(BN)から主に成り、その熱膨張率は、発熱抵抗体および支持体よりも低い。   In Patent Document 2, in order to prevent damage to the ceramic heater due to the difference in thermal expansion between the heating resistor and the support, the heating resistor is covered with a coating layer having a hardness and density lower than those of the heating resistor and the support. It has been described that. The covering layer of Patent Document 2 mainly comprises boron nitride (BN), and its coefficient of thermal expansion is lower than that of the heating resistor and the support.

一般的に知られているように、発熱抵抗体を構成する素材の熱膨張率は、支持体を構成する素材より大きい(例えば、特許文献3を参照)。   As generally known, the coefficient of thermal expansion of the material constituting the heating resistor is larger than the material constituting the support (see, for example, Patent Document 3).

グロープラグには、内燃機関の始動時間を短縮するために、通電開始から所望の温度にまで急速に昇温する急速昇温特性が要求される。グロープラグの急速昇温特性には、1000℃までの到達時間として2秒程度が要求され、近年では、1秒程度にまで要求レベルが高まっている。急速昇温特性の向上には、発熱抵抗体における導電成分の含有量を増加させることによって、発熱抵抗体の初期抵抗を低減する必要がある。   The glow plug is required to have a rapid temperature rise characteristic of rapidly raising the temperature from the start of energization to a desired temperature in order to shorten the start time of the internal combustion engine. The rapid temperature rising characteristic of the glow plug requires about 2 seconds as an arrival time up to 1000 ° C., and in recent years, the required level has been increased to about 1 second. In order to improve the rapid temperature rising characteristics, it is necessary to reduce the initial resistance of the heat generating resistor by increasing the content of the conductive component in the heat generating resistor.

特開2009−287920号公報JP, 2009-287920, A 特開2011−66020号公報JP, 2011-66020, A 特開2010−108606号公報JP, 2010-108606, A

特許文献1のグロープラグでは、急速昇温特性を向上させるために発熱抵抗体における導電成分の含有量を増加させた場合、支持体との熱膨張差に起因する発熱抵抗体の熱応力が増大するため、発熱抵抗体が劣化しやすいという課題があった。発熱抵抗体の抵抗値は、劣化にともなって増大する。特許文献2のグロープラグにおいても、発熱抵抗体における導電成分の含有量を増加させた場合、発熱抵抗体に発生する熱応力を被覆層で緩和しきれず、発熱抵抗体が劣化しやすいという課題があった。さらに、特許文献2のグロープラグでは、発熱抵抗体を被覆する被覆層の強度が比較的に低いため、セラミックヒータの強度を十分に確保できないという課題があった。   In the glow plug of Patent Document 1, when the content of the conductive component in the heating resistor is increased to improve the rapid temperature rising characteristic, the thermal stress of the heating resistor due to the difference in thermal expansion with the support increases. Therefore, there is a problem that the heat generating resistor is easily deteriorated. The resistance value of the heating resistor increases with deterioration. Also in the glow plug of Patent Document 2, when the content of the conductive component in the heat generating resistor is increased, the thermal stress generated in the heat generating resistor can not be alleviated by the covering layer, and the heat generating resistor is easily degraded. there were. Furthermore, in the glow plug of Patent Document 2, there is a problem that the strength of the ceramic heater can not be sufficiently secured because the strength of the covering layer covering the heating resistor is relatively low.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、グロープラグが提供される。この形態のグロープラグは:1のセラミック組成物から成り、通電によって発熱する発熱抵抗体と;前記第1のセラミック組成物とは異なる第2のセラミック組成物であって、窒化ケイ素(Si 3 4 )を主成分として含有する第2のセラミック組成物から主に成り、前記発熱抵抗体が埋め込まれ、前記発熱抵抗体を支持する支持体と;を備えるグロープラグである。前記支持体は、前記発熱抵抗体に隣接する隣接領域であって、前記第2のセラミック組成物からなる固相に、窒化ケイ素(Si 3 4 )より高い熱膨張率を有する第3のセラミック組成物からなる複数の粒子が、前記発熱抵抗体側に偏在して分散した隣接領域を含む。
本発明の一形態によれば、グロープラグが提供される。この形態のグロープラグは、第1のセラミック組成物から成り、通電によって発熱する発熱抵抗体と;前記第1のセラミック組成物とは異なる第2のセラミック組成物であって、窒化ケイ素(Si34)を主成分として含有する第2のセラミック組成物から主に成り、前記発熱抵抗体が埋め込まれ、前記発熱抵抗体を支持する支持体とを備える。この形態のグロープラグにおいて、前記支持体は、前記発熱抵抗体に隣接する隣接領域であって、窒化ケイ素(Si34)より高い熱膨張率を有する成分が存在する複数の粒子が、前記発熱抵抗体側に偏在して分散した隣接領域を含む。この形態のグロープラグによれば、発熱抵抗体と支持体との間の熱膨張差が隣接領域において緩和されることによって、支持体との熱膨張差に起因する発熱抵抗体の熱応力を抑制できる。その結果、発熱抵抗体の耐久性を向上させることができる。
上記形態のグロープラグにおいて、前記隣接領域に分散する前記粒子に存在する前記成分は、クロム(Cr)と、モリブデン(Mo)と、タングステン(W)と、チタン(Ti)と、ジルコニウム(Zr)と、タンタル(Ta)と、の少なくとも1つの元素、または、炭化ケイ素(SiC)であってもよい。この形態のグロープラグによれば、支持体に支持された発熱抵抗体の耐久性を効果的に向上させることができる。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be realized as the following modes.
According to one aspect of the present invention, a glow plug is provided. Glow plug of this embodiment: comprises a first ceramic composition, the heating resistor and that generates heat when energized; a second ceramic composition different from the first ceramic composition, silicon nitride (Si 3 A glow plug mainly comprising a second ceramic composition containing N 4 ) as a main component, in which the heat generating resistor is embedded, and which supports the heat generating resistor. The support is a third ceramic having a thermal expansion coefficient higher than that of silicon nitride (Si 3 N 4 ) in the adjacent region adjacent to the heating resistor, in the solid phase made of the second ceramic composition. A plurality of particles made of the composition include adjacent regions dispersed unevenly distributed on the heating resistor side.
According to one aspect of the present invention, a glow plug is provided. Glow plug of this embodiment comprises a first ceramic composition, the heating resistor and that generates heat when energized; a second ceramic composition different from the first ceramic composition, silicon nitride (Si 3 A support mainly composed of a second ceramic composition containing N 4 ) as a main component, in which the heating resistor is embedded, and supporting the heating resistor is provided. In the glow plug of this aspect, the support is an adjacent region adjacent to the heat generating resistor, and a plurality of particles having a component having a thermal expansion coefficient higher than that of silicon nitride (Si 3 N 4 ) are present. It includes an adjacent region dispersed unevenly distributed on the heating resistor side. According to the glow plug of this aspect, the thermal stress of the heat generating resistor caused by the difference in the thermal expansion with the support is suppressed by the difference in the thermal expansion between the heat generating resistor and the support being mitigated in the adjacent region. it can. As a result, the durability of the heat generating resistor can be improved.
In the glow plug of the above aspect, the components present in the particles dispersed in the adjacent region are chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), and zirconium (Zr). And at least one element of tantalum (Ta) or silicon carbide (SiC). According to the glow plug of this aspect, the durability of the heating resistor supported by the support can be effectively improved.

(1)本発明の一形態によれば、グロープラグが提供される。この形態のグロープラグは、第1のセラミック組成物から成り、通電によって発熱する発熱抵抗体と;前記第1のセラミック組成物よりも熱膨張率が低い第2のセラミック組成物から主に成り、前記発熱抵抗体が埋め込まれ、前記発熱抵抗体を支持する支持体とを備える。この形態のグロープラグにおいて、前記支持体は、前記発熱抵抗体に隣接する隣接領域であって複数の粒子が分散した隣接領域を含み、前記複数の粒子は、前記第2のセラミック組成物よりも熱膨張率が高い第3のセラミック組成物から成る。この形態のグロープラグによれば、発熱抵抗体と支持体との間の熱膨張差が隣接領域において緩和されることによって、支持体との熱膨張差に起因する発熱抵抗体の熱応力を抑制できる。その結果、発熱抵抗体の耐久性を向上させることができる。 (1) According to one aspect of the present invention, a glow plug is provided. The glow plug of this aspect is made of a first ceramic composition, mainly composed of a heat generating resistor which generates heat when energized, and a second ceramic composition having a thermal expansion coefficient lower than that of the first ceramic composition. The heat generating resistor is embedded, and a support for supporting the heat generating resistor is provided. In the glow plug of this aspect, the support includes an adjacent region adjacent to the heat generating resistor and in which a plurality of particles are dispersed, and the plurality of particles are more than the second ceramic composition. The third ceramic composition has a high coefficient of thermal expansion. According to the glow plug of this aspect, the thermal stress of the heat generating resistor caused by the difference in the thermal expansion with the support is suppressed by the difference in the thermal expansion between the heat generating resistor and the support being mitigated in the adjacent region. it can. As a result, the durability of the heat generating resistor can be improved.

(2)上記形態のグロープラグにおいて、前記隣接領域の厚みは、前記発熱抵抗体から10〜200μmであってもよい。この形態のグロープラグによれば、隣接領域によって発熱抵抗体の熱応力を効果的に抑制できる。 (2) In the glow plug according to the above aspect, the thickness of the adjacent area may be 10 to 200 μm from the heating resistor. According to the glow plug of this aspect, the thermal stress of the heat generating resistor can be effectively suppressed by the adjacent region.

(3)上記形態のグロープラグにおいて、前記隣接領域の厚みは、前記発熱抵抗体から20〜100μmであってもよい。この形態のグロープラグによれば、隣接領域によって発熱抵抗体の熱応力をいっそう効果的に抑制できる。 (3) In the glow plug of the above aspect, the thickness of the adjacent region may be 20 to 100 μm from the heat generating resistor. According to the glow plug of this aspect, the thermal stress of the heat generating resistor can be more effectively suppressed by the adjacent region.

(4)上記形態のグロープラグにおいて、前記複数の粒子の平均粒径は、5μm以下であってもよい。この形態のグロープラグによれば、隣接領域における気孔(ポア)の形成を抑制できる。また、粒子とその周辺との熱膨張差に起因して粒子周辺に発生する微細なひび割れ(微細クラック)を抑制できる。これらの結果、隣接領域の耐久性を向上させることができ、ひいては、発熱抵抗体の耐久性を向上させることができる。 (4) In the glow plug of the above aspect, the average particle diameter of the plurality of particles may be 5 μm or less. According to the glow plug of this aspect, the formation of pores in the adjacent region can be suppressed. In addition, it is possible to suppress fine cracks (fine cracks) generated around the particles due to the thermal expansion difference between the particles and the periphery thereof. As a result of these, the durability of the adjacent region can be improved, and in turn, the durability of the heating resistor can be improved.

(5)上記形態のグロープラグにおいて、前記第2のセラミック組成物は、窒化ケイ素であり、前記第3のセラミック組成物の主成分は、クロム(Cr)と、モリブデン(Mo)と、タングステン(W)と、チタン(Ti)と、ジルコニウム(Zr)と、タンタル(Ta)と、の少なくとも1つのケイ化物、または、炭化ケイ素(SiC)であってもよい。この形態のグロープラグによれば、窒化ケイ素から主に成る支持体に支持された発熱抵抗体の耐久性を向上させることができる。 (5) In the glow plug of the above aspect, the second ceramic composition is silicon nitride, and the main components of the third ceramic composition are chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten ( It may be at least one silicide of W), titanium (Ti), zirconium (Zr) and tantalum (Ta), or silicon carbide (SiC). According to the glow plug of this aspect, it is possible to improve the durability of the heat generating resistor supported by the support mainly made of silicon nitride.

(6)上記形態のグロープラグにおいて、前記隣接領域が形成された位置で切断した前記発熱抵抗体の断面積S1と、前記支持体の断面積S2との関係は、0.5%≦S1/(S1+S2)×100%≦25%を満たしてもよい。この形態のグロープラグによれば、急速昇温特性を確保しつつ、発熱抵抗体の耐久性を向上させることができる。 (6) In the glow plug of the above aspect, the relationship between the cross-sectional area S1 of the heat-generating resistor cut at the position where the adjacent region is formed and the cross-sectional area S2 of the support is 0.5% ≦ S1 / (S1 + S2) × 100% ≦ 25% may be satisfied. According to the glow plug of this aspect, it is possible to improve the durability of the heat generating resistor while securing the rapid temperature rise characteristic.

(7)上記形態のグロープラグにおいて、前記隣接領域が形成された位置で切断した前記発熱抵抗体の断面積S1と、前記支持体の断面積S2と、前記隣接領域の厚みTとの関係は、T・(S1+S2)/S1≧67μmを満たしてもよい。この形態のグロープラグによれば、隣接領域によって発熱抵抗体の熱応力を十分に抑制できる。 (7) In the glow plug of the above embodiment, the relationship between the cross-sectional area S1 of the heating resistor cut at the position where the adjacent region is formed, the cross-sectional area S2 of the support and the thickness T of the adjacent region is And T · (S1 + S2) / S1 ≧ 67 μm may be satisfied. According to the glow plug of this aspect, the thermal stress of the heating resistor can be sufficiently suppressed by the adjacent region.

(8)上記形態のグロープラグにおいて、前記発熱抵抗体は、折り返した形状を成す折返し部と;前記折返し部よりも大きな断面を有し、前記折返し部に接続する導電部とを含み、前記隣接領域は、少なくとも前記折返し部に隣接する領域であってもよい。この形態のグロープラグによれば、発熱量が比較的に大きい折返し部に発生する熱応力を抑制できる。 (8) In the glow plug of the above aspect, the heat generating resistor includes a folded back portion having a folded shape; and a conductive portion having a cross section larger than the folded back portion and connected to the folded back portion; The area may be at least an area adjacent to the turnback portion. According to the glow plug of this aspect, it is possible to suppress the thermal stress generated in the folded portion having a relatively large amount of heat generation.

(9)上記形態のグロープラグにおいて、前記発熱抵抗体は、射出成形法または印刷法によって成形された部材であってもよい。この形態のグロープラグによれば、射出成形法または印刷法によって成形された発熱抵抗体の耐久性を向上させることができる。 (9) In the glow plug of the above aspect, the heat generating resistor may be a member formed by an injection molding method or a printing method. According to the glow plug of this aspect, the durability of the heating resistor molded by the injection molding method or the printing method can be improved.

(10)上記形態のグロープラグにおいて、前記第1のセラミック組成物と前記第2のセラミック組成物とは、共通の成分を含有してもよい。この形態のグロープラグによれば、発熱抵抗体と支持体との間の結合力が強化されることによって、発熱抵抗体の機械的強度を向上させることができる。したがって、発熱抵抗体の耐久性をさらに向上させることができる。 (10) In the glow plug of the above aspect, the first ceramic composition and the second ceramic composition may contain common components. According to the glow plug of this aspect, the mechanical strength of the heat generating resistor can be improved by strengthening the bonding force between the heat generating resistor and the support. Therefore, the durability of the heat generating resistor can be further improved.

(11)上記形態のブロープラグにおいて、前記第2のセラミック組成物は、希土類元素とアルミニウム(Al)元素とを含有してもよい。この形態のグロープラグによれば、発熱抵抗体の耐久性をさらに向上できる。 (11) In the blow plug of the above aspect, the second ceramic composition may contain a rare earth element and an aluminum (Al) element. According to the glow plug of this aspect, the durability of the heat generating resistor can be further improved.

本発明は、グロープラグ以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、グロープラグを構成する部材、グロープラグを製造する製造方法などの形態で実現することができる。   The present invention can also be realized in various forms other than glow plugs. For example, the present invention can be realized in the form of a member constituting a glow plug, a manufacturing method of manufacturing the glow plug, or the like.

グロープラグの部分断面を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the partial cross section of a glow plug. セラミックヒータの断面を示す説明図である。It is an explanatory view showing a section of a ceramic heater. セラミックヒータの断面を示す説明図である。It is an explanatory view showing a section of a ceramic heater. セラミックヒータの構造の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the structure of a ceramic heater. セラミックヒータの構造の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the structure of a ceramic heater. セラミックヒータの構造の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the structure of a ceramic heater. グロープラグの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of a glow plug. グロープラグの性能を評価した結果を示す表である。It is a table | surface which shows the result of having evaluated the performance of the glow plug. グロープラグの性能を評価した結果を示す表である。It is a table | surface which shows the result of having evaluated the performance of the glow plug. 第2実施形態におけるセラミックヒータの断面を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cross section of the ceramic heater in 2nd Embodiment. 第2実施形態におけるグロープラグの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the glow plug in 2nd Embodiment. 試料の解析に使用した画像の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the image used for analysis of the sample.

A.第1実施形態:
A1.グロープラグの構成:
図1は、グロープラグ10の部分断面を示す説明図である。図1には、グロープラグ10の軸心SCを境界として、紙面右側にグロープラグ10の外観形状を図示し、紙面左側にグロープラグ10の断面形状を図示した。本実施形態の説明では、グロープラグ10における図1の紙面下側を「先端側」といい、図1の紙面上側を「後端側」という。
A. First embodiment:
A1. Glow plug configuration:
FIG. 1 is an explanatory view showing a partial cross section of the glow plug 10. In FIG. 1, the outer shape of the glow plug 10 is illustrated on the right side of the drawing with the axis SC of the glow plug 10 as a boundary, and the cross-sectional shape of the glow plug 10 is illustrated on the left side of the drawing. In the description of the present embodiment, the lower side of the glow plug 10 in FIG. 1 is referred to as the “front end side”, and the upper side of FIG. 1 is referred to as the “rear end side”.

グロープラグ10は、熱を発生させるセラミックヒータ800を備え、ディーゼルエンジンを始めとする内燃機関90の始動時における点火を補助する熱源として機能する。グロープラグ10は、セラミックヒータ800の他、中軸200と、主体金具500と、外筒700とを備える。グロープラグ10の軸心SCは、グロープラグ10を構成する各部材の軸心でもある。   The glow plug 10 includes a ceramic heater 800 for generating heat and functions as a heat source for assisting ignition at the start of the internal combustion engine 90 including a diesel engine. The glow plug 10 includes, in addition to the ceramic heater 800, an inner shaft 200, a metal shell 500, and an outer cylinder 700. The axial center SC of the glow plug 10 is also the axial center of each member constituting the glow plug 10.

グロープラグ10の中軸200は、導電性を有する金属体である。中軸200は、軸心SCを中心に延びた円柱状を成す。中軸200は、グロープラグ10の外部から供給される電力をセラミックヒータ800へと中継する。   The central axis 200 of the glow plug 10 is a metal body having conductivity. The center shaft 200 has a cylindrical shape extending around the axis SC. The center shaft 200 relays the power supplied from the outside of the glow plug 10 to the ceramic heater 800.

本実施形態では、中軸200は、中軸200の後端側において、グロープラグ10の外部から、端子100を介して給電を受け付ける。他の実施形態では、中軸200は、中軸200の後端側において、グロープラグ10の外部から直接的に給電を受け付けてもよい。   In the present embodiment, the center shaft 200 receives power feeding from the outside of the glow plug 10 via the terminal 100 on the rear end side of the center shaft 200. In another embodiment, the center shaft 200 may receive power directly from the outside of the glow plug 10 on the rear end side of the center shaft 200.

本実施形態では、中軸200は、中軸200の先端側において、リング600を介してセラミックヒータ800と電気的に接続される。他の実施形態では、中軸200は、中軸200の先端側において、セラミックヒータ800と直接的に接続されてもよい。   In the present embodiment, the center shaft 200 is electrically connected to the ceramic heater 800 via the ring 600 on the tip side of the center shaft 200. In another embodiment, the center shaft 200 may be directly connected to the ceramic heater 800 on the tip side of the center shaft 200.

グロープラグ10の主体金具500は、導電性を有する金属体である。主体金具500は、軸心SCを中心に延びた筒状を成す。主体金具500は、軸孔510と、工具係合部520と、雄ネジ部540とを備える。   The metal shell 500 of the glow plug 10 is a conductive metal body. The metal shell 500 has a tubular shape extending around the axial center SC. The metal shell 500 includes an axial hole 510, a tool engagement portion 520, and an external thread portion 540.

主体金具500の軸孔510は、軸心SCを中心に延びた貫通孔である。軸孔510の内径は、中軸200の外形よりも大きい。軸孔510の内側には、軸心SC上に中軸200が位置決めされ、軸孔510と中軸200との間には、軸孔510と中軸200とを電気的に絶縁する空隙が形成される。本実施形態では、軸孔510の後端側には、円筒状を成す絶縁部材300と、環状を成す絶縁部材400とを介して、中軸200が取り付けられる。   The axial hole 510 of the metal shell 500 is a through hole extending around the axial center SC. The inner diameter of the shaft hole 510 is larger than the outer diameter of the middle shaft 200. Inside the shaft hole 510, the middle shaft 200 is positioned on the shaft center SC, and a space is formed between the shaft hole 510 and the middle shaft 200 to electrically insulate the shaft hole 510 from the middle shaft 200. In the present embodiment, the center shaft 200 is attached to the rear end side of the shaft hole 510 via the cylindrical insulating member 300 and the annular insulating member 400.

主体金具500の工具係合部520は、内燃機関90に対するグロープラグ10の取り付けおよび取り外しに用いられる工具(図示しない)に係合可能に構成されている。主体金具500の雄ネジ部540は、内燃機関90に形成された雌ネジに嵌り合うことによって、内燃機関90に対して固定可能に構成されている。   The tool engagement portion 520 of the metal shell 500 is configured to be engageable with a tool (not shown) used for attaching and detaching the glow plug 10 to the internal combustion engine 90. The male screw portion 540 of the metal shell 500 is configured to be fixable to the internal combustion engine 90 by being fitted to a female screw formed in the internal combustion engine 90.

グロープラグ10の外筒700は、導電性を有する金属体である。外筒700は、軸心SCを中心に延びた筒状を成す。外筒700は、セラミックヒータ800を保持する軸孔710を備える。外筒700の後端側は、主体金具500の先端側に溶接されている。外筒700の先端側からは、セラミックヒータ800が突出する。   The outer cylinder 700 of the glow plug 10 is a conductive metal body. The outer cylinder 700 has a cylindrical shape extending around the axis SC. The outer cylinder 700 is provided with an axial hole 710 for holding the ceramic heater 800. The rear end side of the outer cylinder 700 is welded to the front end side of the metal shell 500. A ceramic heater 800 protrudes from the front end side of the outer cylinder 700.

グロープラグ10のセラミックヒータ800は、セラミック組成物から成る発熱素子(発熱装置)である。セラミックヒータ800は、発熱抵抗体810と、支持体860とを備える。   The ceramic heater 800 of the glow plug 10 is a heat generating element (heat generating device) made of a ceramic composition. The ceramic heater 800 includes a heating resistor 810 and a support 860.

セラミックヒータ800の発熱抵抗体810は、導電性を有する第1のセラミック組成物から成る導電性セラミックスである。発熱抵抗体810は、通電によって発熱する。本実施形態では、発熱抵抗体810は、射出成形法によって成形された部材である。   The heating resistor 810 of the ceramic heater 800 is a conductive ceramic made of the first ceramic composition having conductivity. The heat generating resistor 810 generates heat by energization. In the present embodiment, the heating resistor 810 is a member molded by an injection molding method.

本実施形態では、発熱抵抗体810を形成する第1のセラミック組成物は、炭化タングステン(WC)から主に成る。本実施形態では、第1のセラミック組成物は、炭化タングステンに加え、窒化ケイ素(Si34)を含有する。第1のセラミック組成物は、55〜70質量%の炭化タングステンと、28〜35質量%の窒化ケイ素とを含有し、残りの2〜10質量%として酸化エルビウム(Er23)および酸化ケイ素(SiO2)を含有してもよい。他の実施形態では、第1のセラミック組成物は、二ケイ化モリブデン(MoSi2)から主に成る組成物であってもよい。 In the present embodiment, the first ceramic composition forming the heating resistor 810 mainly comprises tungsten carbide (WC). In the present embodiment, the first ceramic composition contains silicon nitride (Si 3 N 4 ) in addition to tungsten carbide. The first ceramic composition contains 55 to 70% by weight of tungsten carbide and 28 to 35% by weight of silicon nitride, and the remaining 2 to 10% by weight of erbium oxide (Er 2 O 3 ) and silicon oxide it may contain (SiO 2). In another embodiment, the first ceramic composition may be a composition consisting primarily of molybdenum disilicide (MoSi 2 ).

セラミックヒータ800の支持体860は、電気絶縁性を有する第2のセラミック組成物から主になる絶縁性セラミックスである。支持体860には、発熱抵抗体810が埋め込まれ、支持体860は、発熱抵抗体810を支持する。支持体860は、グロープラグ10の外部から発熱抵抗体810を電気的に絶縁すると共に、発熱抵抗体810の熱をグロープラグ10の外部へと伝達する。   The support 860 of the ceramic heater 800 is an insulating ceramic mainly made of the second ceramic composition having electrical insulation. In the support 860, the heating resistor 810 is embedded, and the support 860 supports the heating resistor 810. The support 860 electrically insulates the heating resistor 810 from the outside of the glow plug 10 and transfers the heat of the heating resistor 810 to the outside of the glow plug 10.

本実施形態では、支持体860を形成する第2のセラミック組成物は、窒化ケイ素(Si34)から主に成る。他の実施形態では、支持体860を形成する窒化ケイ素(Si34)のうち、ケイ素(Si)の少なくとも一部がアルミニウム(Al)で置換され、窒素(N)の少なくとも一部が酸素(O)で置換されてもよい。支持体860を形成する第2のセラミック組成物は、焼結助剤として、希土類酸化物(例えば、イッテルビウム(Yb)酸化物、エルビウム(Er)酸化物など)とアルミニウム(Al)酸化物とを含有してもよい。 In the present embodiment, the second ceramic composition forming the support 860 mainly comprises silicon nitride (Si 3 N 4 ). In another embodiment, at least a portion of silicon (Si) of the silicon nitride (Si 3 N 4 ) forming the support 860 is replaced with aluminum (Al), and at least a portion of nitrogen (N) is oxygen (O) may be substituted. The second ceramic composition forming the support 860 contains, as a sintering aid, a rare earth oxide (eg, ytterbium (Yb) oxide, erbium (Er) oxide, etc.) and aluminum (Al) oxide. You may contain.

図2は、セラミックヒータ800の断面を示す説明図である。図2の断面は、軸心SCを通る平面に沿って切断したセラミックヒータ800の断面である。セラミックヒータ800の発熱抵抗体810は、端子部811と、導電部812と、折返し部815と、導電部818と、端子部819とを備える。   FIG. 2 is an explanatory view showing a cross section of the ceramic heater 800. As shown in FIG. The cross section of FIG. 2 is a cross section of the ceramic heater 800 cut along a plane passing through the axial center SC. The heating resistor 810 of the ceramic heater 800 includes a terminal portion 811, a conductive portion 812, a folded back portion 815, a conductive portion 818, and a terminal portion 819.

発熱抵抗体810の端子部811は、導電部812の後端側に設けられ、支持体860から露出する。セラミックヒータ800が主体金具500に組み付けられた状態で、端子部811は、中軸200と電気的に接続される。   The terminal portion 811 of the heating resistor 810 is provided on the rear end side of the conductive portion 812 and exposed from the support 860. The terminal portion 811 is electrically connected to the center shaft 200 in a state where the ceramic heater 800 is assembled to the metal shell 500.

発熱抵抗体810の導電部812は、軸心SCに沿った線状を成し、端子部811と折返し部815との間を接続する。導電部812の断面は、折返し部815よりも大きい。   The conductive portion 812 of the heating resistor 810 has a linear shape along the axis SC, and connects between the terminal portion 811 and the folded portion 815. The cross section of the conductive portion 812 is larger than that of the folded portion 815.

発熱抵抗体810の折返し部815は、U字状に折り返した形状を成し、U字状の一端において導電部812に繋がり、U字状の他端において導電部818と繋がる。折返し部815の断面は、導電部812および導電部818よりも小さいため、折返し部815の電気抵抗は、導電部812,818よりも大きい。そのため、発熱抵抗体810は、通電によって折返し部815を中心に発熱する。   The folded back portion 815 of the heating resistor 810 has a U-shaped shape, and is connected to the conductive portion 812 at one end of the U-shaped portion and connected to the conductive portion 818 at the other end of the U-shaped portion. Since the cross section of the folded portion 815 is smaller than the conductive portion 812 and the conductive portion 818, the electrical resistance of the folded portion 815 is larger than that of the conductive portions 812 and 818. Therefore, the heating resistor 810 generates heat centering on the folded portion 815 by energization.

発熱抵抗体810の導電部818は、軸心SCに沿った線状を成し、折返し部815と端子部819との間を接続する。導電部818の断面は、折返し部815よりも大きい。   The conductive portion 818 of the heat generating resistor 810 has a linear shape along the axis SC, and connects between the folded portion 815 and the terminal portion 819. The cross section of the conductive portion 818 is larger than that of the folded portion 815.

発熱抵抗体810の端子部819は、導電部818の後端側に設けられ、支持体860から露出する。セラミックヒータ800が主体金具500に組み付けられた状態で、端子部819は、外筒700と電気的に接続される。   The terminal portion 819 of the heat generating resistor 810 is provided on the rear end side of the conductive portion 818 and exposed from the support 860. The terminal portion 819 is electrically connected to the outer cylinder 700 in a state where the ceramic heater 800 is assembled to the metal shell 500.

図3は、セラミックヒータ800の断面を示す説明図である。図3の断面は、折返し部815において軸心SCに直交する平面に沿って切断したセラミックヒータ800の断面であり、図2のF3−F3断面に対応する。   FIG. 3 is an explanatory view showing a cross section of the ceramic heater 800. As shown in FIG. The cross section of FIG. 3 is a cross section of the ceramic heater 800 cut along a plane orthogonal to the axial center SC in the folded portion 815, and corresponds to the F3-F3 cross section of FIG.

セラミックヒータ800の直径は、2.5〜4.0mm(ミリメートル)が好ましい。セラミックヒータ800の直径は、2.5mmより小さくてもよいし、4.0mmより大きくてもよい。   The diameter of the ceramic heater 800 is preferably 2.5 to 4.0 mm (millimeters). The diameter of the ceramic heater 800 may be smaller than 2.5 mm or larger than 4.0 mm.

発熱抵抗体810における折返し部815の長径L1は、0.3〜1.8mmが好ましい。折返し部815の長径L1は、0.3より小さくてもよいし、1.8mmより大きくてもよい。   The major diameter L1 of the folded portion 815 in the heating resistor 810 is preferably 0.3 to 1.8 mm. The major diameter L1 of the folded back portion 815 may be smaller than 0.3 or larger than 1.8 mm.

発熱抵抗体810における折返し部815の短径L2は、0.2〜1.0mmが好ましい。折返し部815の長径L1は、0.2より小さくてもよいし、1.0mmより大きくてもよい。   The minor diameter L2 of the folded portion 815 in the heating resistor 810 is preferably 0.2 to 1.0 mm. The major diameter L1 of the folded back portion 815 may be smaller than 0.2 or larger than 1.0 mm.

図4Aおよび図4Bは、セラミックヒータ800の構造の一例を示す説明図である。図4Aおよび図4Bの構造は、折返し部815と支持体860とが隣接する境界の周辺における構造であり、図3の部分F4に対応する。   4A and 4B are explanatory views showing an example of the structure of the ceramic heater 800. FIG. The structure of FIGS. 4A and 4B is a structure at the periphery of the boundary where the turnback portion 815 and the support 860 are adjacent to each other, and corresponds to the portion F4 of FIG.

セラミックヒータ800の支持体860は、発熱抵抗体810に隣接する隣接領域866を備える。隣接領域866では、支持体860を形成する第2のセラミック組成物から成る固相862に、第2のセラミック組成物よりも熱膨張率が高い第3のセラミック組成物から成る複数の粒子868が分散する。粒子868を形成する第3のセラミック組成物の主成分は、クロム(Cr)と、モリブデン(Mo)と、タングステン(W)と、チタン(Ti)と、ジルコニウム(Zr)と、タンタル(Ta)と、の少なくとも1つのケイ化物、または、炭化ケイ素(SiC)であることが好ましい。粒子868には、支持体860の成分(例えば、Si34)が混在してもよいし、支持体860の成分が混在しなくてもよい。 The support 860 of the ceramic heater 800 comprises an adjacent region 866 adjacent to the heating resistor 810. In the adjacent region 866, the solid phase 862 of the second ceramic composition forming the support 860 has a plurality of particles 868 of the third ceramic composition having a thermal expansion coefficient higher than that of the second ceramic composition. scatter. The main components of the third ceramic composition forming particles 868 are chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), zirconium (Zr) and tantalum (Ta). And at least one silicide or silicon carbide (SiC). In the particles 868, components of the support 860 (eg, Si 3 N 4 ) may be mixed, or components of the support 860 may not be mixed.

図4Aの例では、粒子868は、焼成前の発熱抵抗体810の中間品に添加した粒子868の成分を、セラミックヒータ800の焼成時に発熱抵抗体810から支持体860へと拡散させることによって形成される。そのため、粒子868の粒径は、発熱抵抗体810から離れるにしたがって小さくなる傾向にある。   In the example of FIG. 4A, the particles 868 are formed by diffusing the components of the particles 868 added to the intermediate of the heating resistor 810 before firing from the heating resistor 810 to the support 860 during firing of the ceramic heater 800. Be done. Therefore, the particle size of the particles 868 tends to become smaller as it gets farther from the heating resistor 810.

図4Bの例では、粒子868は、焼成前の発熱抵抗体810の中間品に塗布した粒子868の成分を、セラミックヒータ800の焼成時に支持体860に分散させることによって形成される。そのため、粒子868の粒径は、全域にわたってほぼ同じである。   In the example of FIG. 4B, the particles 868 are formed by dispersing the components of the particles 868 applied to the intermediate of the heating resistor 810 before firing on the support 860 when the ceramic heater 800 is fired. Therefore, the particle size of particles 868 is approximately the same throughout.

図4Cは、セラミックヒータ800の構造の一例を示す説明図である。図4Cの構造は、折返し部815と支持体860とが隣接する境界の周辺における構造であり、図3の部分F4に対応する。図4Cにおける(A)欄の図は、セラミックヒータ800の構造を模式的に示す。図4Cにおける(B)欄の図は、(A)欄の構造に対応し、支持体860における結晶粒子を具体的に示す。   FIG. 4C is an explanatory view showing an example of the structure of the ceramic heater 800. As shown in FIG. The structure of FIG. 4C is a structure at the periphery of the boundary where the folded back portion 815 and the support 860 are adjacent to each other, and corresponds to the portion F4 of FIG. The drawing of column (A) in FIG. 4C schematically shows the structure of the ceramic heater 800. The drawing in column (B) in FIG. 4C corresponds to the structure in column (A), and specifically shows crystal grains in the support 860.

図4Cのセラミックヒータ800では、支持体860は、発熱抵抗体810を形成する第1のセラミック組成物とは異なる第2のセラミック組成物であって、窒化ケイ素(Si34)を主成分として含有する第2のセラミック組成物から主に成る。支持体860には、窒化ケイ素(Si34)とは異なる複数の粒子862pが第2のセラミック組成物として分散する。粒子862pは、窒化ケイ素(Si34)の結晶粒子より比較的に小さい結晶粒子である。支持体860は、発熱抵抗体810に隣接する隣接領域866を備える。 In the ceramic heater 800 of FIG. 4C, the support 860 is a second ceramic composition different from the first ceramic composition forming the heating resistor 810 and is mainly composed of silicon nitride (Si 3 N 4 ). Mainly consisting of the second ceramic composition contained as In the support 860, a plurality of particles 862p different from silicon nitride (Si 3 N 4 ) are dispersed as a second ceramic composition. The particles 862 p are crystal particles relatively smaller than crystal particles of silicon nitride (Si 3 N 4 ). The support 860 comprises an adjacent region 866 adjacent to the heating resistor 810.

図4Cの隣接領域866には、複数の粒子868が分散する。粒子868には、発熱抵抗体810と支持体860との熱膨張差を緩和する成分として、第2のセラミック組成物に含まれる成分とは異なる成分(すなわち、窒化ケイ素(Si34)および粒子862pと異なる成分)であって窒化ケイ素(Si34)より高い熱膨張率を有する成分が存在する。粒子868に存在する成分は、クロム(Cr)と、モリブデン(Mo)と、タングステン(W)と、チタン(Ti)と、ジルコニウム(Zr)と、タンタル(Ta)と、の少なくとも1つの元素、または、炭化ケイ素(SiC)であることが好ましい。 A plurality of particles 868 are dispersed in the adjacent area 866 of FIG. 4C. In particle 868, a component different from the component included in the second ceramic composition (ie, silicon nitride (Si 3 N 4 ) and a component contained in the second ceramic composition as a component for reducing the thermal expansion difference between heating resistor 810 and support 860) There is a component different from particles 862p) and having a thermal expansion coefficient higher than that of silicon nitride (Si 3 N 4 ). The components present in the particles 868 are at least one element of chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), zirconium (Zr) and tantalum (Ta), Alternatively, silicon carbide (SiC) is preferable.

図4Cの隣接領域866には、粒子862pと粒子868とが混在してもよい。図4Cの隣接領域866における粒子868の濃度は、発熱抵抗体810に近付くに従って高くなり、発熱抵抗体810から離れるに従って低くなってもよい。   In the adjacent region 866 in FIG. 4C, particles 862 p and particles 868 may be mixed. The concentration of particles 868 in adjacent region 866 in FIG. 4C may increase as it approaches heating resistor 810 and may decrease as it moves away from heating resistor 810.

本実施形態では、複数の粒子868が分散する隣接領域866は、折返し部815のみに形成されている。隣接領域866は、少なくとも折返し部815に形成された領域であればよい。隣接領域866は、折返し部815の一部に形成された領域であってもよく、折返し部815の全体に形成された領域であってもよい。隣接領域866は、折返し部815に加え、導電部812,818の一部に形成された領域であってもよく、導電部812,818の全体に形成された領域であってもよい。   In the present embodiment, the adjacent region 866 in which the plurality of particles 868 are dispersed is formed only in the folded portion 815. The adjacent region 866 may be at least a region formed in the folded portion 815. The adjacent region 866 may be a region formed in a part of the folded portion 815, or may be a region formed in the whole of the folded portion 815. The adjacent region 866 may be a region formed in part of the conductive portions 812 and 818 in addition to the folded portion 815, or may be a region formed on the entire of the conductive portions 812 and 818.

隣接領域866の厚みTは、発熱抵抗体810から10〜200μm(マイクロメートル)であることが好ましい。隣接領域866の厚みTは、発熱抵抗体810から20〜100μmであることがいっそう好ましい。隣接領域866の厚みTの評価については後述する。   The thickness T of the adjacent region 866 is preferably 10 to 200 μm (micrometers) from the heating resistor 810. More preferably, the thickness T of the adjacent region 866 is 20 to 100 μm from the heating resistor 810. The evaluation of the thickness T of the adjacent region 866 will be described later.

複数の粒子868の平均粒径は、5μm以下であることが好ましい。粒子868の平均粒径の評価については後述する。   The average particle size of the plurality of particles 868 is preferably 5 μm or less. The evaluation of the average particle diameter of the particles 868 will be described later.

隣接領域866が形成された位置で切断した発熱抵抗体810の断面積S1と、支持体860の断面積S2との関係は、0.5%≦S1/(S1+S2)×100%≦25%を満たすことが好ましい。断面積S1は、折返し部815の一方の断面積S1aと、折返し部815の一方の断面積S1bとを足し合わせた断面積である(図3を参照)。断面積S2は、隣接領域866を含む断面積である。S1/(S1+S2)は、セラミックヒータ800の断面積に対する発熱抵抗体810の断面積の比率を示す抵抗体断面比率Rsである。抵抗体断面比率Rsの評価については後述する。   The relationship between the cross-sectional area S1 of the heating resistor 810 cut at the position where the adjacent region 866 is formed and the cross-sectional area S2 of the support 860 is 0.5% ≦ S1 / (S1 + S2) × 100% ≦ 25% It is preferable to satisfy. The cross-sectional area S1 is a cross-sectional area obtained by adding the cross-sectional area S1a of one of the folded portions 815 and the cross-sectional area S1b of one of the folded portions 815 (see FIG. 3). Cross-sectional area S2 is a cross-sectional area including adjacent region 866. S1 / (S1 + S2) is a resistor cross-sectional ratio Rs indicating the ratio of the cross-sectional area of the heating resistor 810 to the cross-sectional area of the ceramic heater 800. The evaluation of the resistor cross-sectional ratio Rs will be described later.

発熱抵抗体810の断面積S1と、支持体860の断面積S2と、隣接領域866の厚みTとの関係は、T・(S1+S2)/S1≧67μmを満たすことが好ましい。言い換えると、抵抗体断面比率Rsと、隣接領域866の厚みTとの関係は、T/Rs≧67μmを満たすことが好ましい。値T/Rsの評価については後述する。   The relationship between the cross-sectional area S1 of the heating resistor 810, the cross-sectional area S2 of the support 860, and the thickness T of the adjacent region 866 preferably satisfies T · (S1 + S2) / S1 ≧ 67 μm. In other words, the relationship between the resistor cross-sectional ratio Rs and the thickness T of the adjacent region 866 preferably satisfies T / RsT67 μm. The evaluation of the value T / Rs will be described later.

A2.グロープラグの製造方法:
図5は、グロープラグ10の製造方法を示す工程図である。グロープラグ10を製造する際には、まず、製造者は、射出成形法によって発熱抵抗体810の中間品を作製する(工程P110)。
A2. How to make glow plugs:
FIG. 5 is a process chart showing a method of manufacturing the glow plug 10. In producing the glow plug 10, first, the manufacturer produces an intermediate product of the heating resistor 810 by an injection molding method (process P110).

発熱抵抗体810の中間品を作製した後(工程P110)、製造者は、発熱抵抗体810の中間品における折返し部815に、粒子868の材料である粒子材料を塗布する(工程P120)。本実施形態では、製造者は、発熱抵抗体810の中間品を液状の粒子材料に浸漬することによって、発熱抵抗体810の中間品に粒子材料を塗布する。   After producing the intermediate product of the heating resistor 810 (Step P110), the manufacturer applies the particle material which is the material of the particles 868 to the folded portion 815 in the intermediate of the heating resistor 810 (Step P120). In the present embodiment, the manufacturer applies the particulate material to the intermediate product of the heating resistor 810 by immersing the intermediate product of the heating resistor 810 in the liquid particle material.

発熱抵抗体810の中間品に粒子材料を塗布した後(工程P120)、製造者は、金型プレス成形法によって支持体860の中間品を作製する(工程P130)。本実施形態では、支持体860の中間品は、軸心SCを通る平面で分割された2つの部材から成り、これらの部材の内側には、発熱抵抗体810の中間品を嵌め込む溝が形成されている。他の実施形態では、支持体860の中間品の作製(工程P130)は、発熱抵抗体810の中間品の作製(工程P110)と、粒子材料の塗布(工程P120)とのいずれか一方の工程に先立って実施されてもよい。   After applying the particulate material to the intermediate product of the heating resistor 810 (process P120), the manufacturer produces an intermediate product of the support 860 by a die press molding method (process P130). In the present embodiment, the intermediate product of the support 860 is composed of two members divided in a plane passing through the axial center SC, and a groove into which the intermediate product of the heating resistor 810 is fitted is formed inside these members It is done. In another embodiment, the preparation of the intermediate product of the support 860 (step P130) is either the preparation of the intermediate product of the heating resistor 810 (step P110) and the application of the particulate material (step P120). May be implemented prior to the

支持体860の中間品を作製した後(工程P130)、製造者は、発熱抵抗体810の中間品と支持体860の中間品とを組み合わせた複合成型体を作製する(工程P140)。   After producing the intermediate product of the support 860 (process P130), the manufacturer produces a composite molded body combining the intermediate of the heating resistor 810 and the intermediate product of the support 860 (process P140).

複合成型体を作製した後(工程P140)、製造者は、複合成型体を焼成することによってセラミックヒータ800を作製する(工程P150)。セラミックヒータ800を作製した後(工程P150)、製造者は、セラミックヒータ800を、グロープラグ10を構成する他の構成部材(中軸200、主体金具500、外筒700など)に組み付ける(工程P190)。これによって、グロープラグ10が完成する。   After producing the composite molded body (process P140), the manufacturer bakes the composite molded body to produce the ceramic heater 800 (process P150). After producing the ceramic heater 800 (process P150), the manufacturer assembles the ceramic heater 800 into another component (the center shaft 200, the metal shell 500, the outer cylinder 700, etc.) that constitutes the glow plug 10 (process P190). . Thus, the glow plug 10 is completed.

粒子868を形成する成分の融点が、焼成(工程P150)における焼成温度よりも低い場合、製造者は、粒子868の原料である粒子材料が添加された射出成形材料を用いて、発熱抵抗体810の中間品を射出成形法によって作製してもよい(工程P115)。発熱抵抗体810の中間品に含まれる粒子材料は、焼成(工程P150)において支持体860へと拡散することによって、隣接領域866を形成する。この場合、粒子868の粒径は、図4Aに示すように、発熱抵抗体810から離れるにしたがって小さくなる傾向にある。焼成(工程P150)における焼成温度が1700〜1900℃の場合、射出成形材料に添加可能な粒子材料は、クロム(Cr)と、チタン(Ti)と、ジルコニウム(Zr)との少なくとも1つの元素、もしくは、これらの元素の少なくとも1つのケイ化物または酸化物である。   If the melting point of the component forming particle 868 is lower than the firing temperature in the firing (process P150), the manufacturer uses the injection molding material to which the particle material which is the raw material of particle 868 is added. The intermediate product of may be prepared by injection molding (process P115). The particulate material contained in the intermediate of the heating resistor 810 forms an adjacent region 866 by diffusing to the support 860 in the firing (process P150). In this case, the particle size of the particles 868 tends to decrease with distance from the heating resistor 810 as shown in FIG. 4A. When the firing temperature in the firing (step P150) is 1700 to 1900 ° C., the particulate material that can be added to the injection molding material is at least one element of chromium (Cr), titanium (Ti) and zirconium (Zr), Or at least one silicide or oxide of these elements.

A3.グロープラグの評価:
図6および図7は、グロープラグ10の性能を評価した結果を示す表である。図6および図7の評価試験では、試験者は、セラミックヒータ800の仕様が異なるグロープラグ10である試料1〜25について評価を行った。
A3. Glow plug rating:
6 and 7 are tables showing the results of evaluating the performance of the glow plug 10. In the evaluation tests of FIG. 6 and FIG. 7, the tester evaluated the samples 1 to 25 which are the glow plugs 10 having different specifications of the ceramic heater 800.

試料1〜25におけるセラミックヒータ800の断面積(S1+S2)は、7.54mm2で一定である。試料1のセラミックヒータ800には、隣接領域866が形成されていない。試料2〜25のセラミックヒータ800には、隣接領域866が形成されている。 The cross-sectional area (S1 + S2) of the ceramic heater 800 in the samples 1 to 25 is constant at 7.54 mm 2 . In the ceramic heater 800 of the sample 1, the adjacent region 866 is not formed. An adjacent region 866 is formed in the ceramic heater 800 of the samples 2 to 25.

試料1〜22における支持体860の材料は、窒化ケイ素(Si34)を主成分として含有し、焼結助剤として、エルビウム(Er)酸化物および二酸化ケイ素(SiO2)を含有する。試料23,24における支持体860の材料は、窒化ケイ素(Si34)を主成分として含有し、焼結助剤として、イッテルビウム(Yb)酸化物と、酸化アルミニウム(Al23)とを含有するとともに、発熱抵抗体810との熱膨張差を調整する添加成分としてケイ化モリブデン(MoSi2)を含有する。なお、支持体860の材料は、発熱抵抗体810との熱膨張差を調整する添加成分として、二ケイ化タングステン(WSi2)を含有してもよい。試料25における支持体860の材料は、窒化ケイ素(Si34)を主成分として含有し、焼結助剤として、エルビウム(Er)酸化物および酸化アルミニウム(Al23)を含有する。試料1〜25の支持体860における結晶粒界には、各焼結助剤に由来する成分(例えば、希土類元素、アルミニウム元素)が存在する。焼結助剤の希土類酸化物に由来する成分は、希土類元素を含有するダイシリケートおよびモノシリケートの少なくとも一方であってもよい。 The material of the support 860 in the samples 1 to 22 contains silicon nitride (Si 3 N 4 ) as a main component, and contains erbium (Er) oxide and silicon dioxide (SiO 2 ) as a sintering aid. The material of the support 860 in the samples 23 and 24 contains silicon nitride (Si 3 N 4 ) as a main component, and ytterbium (Yb) oxide and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) as sintering aids. And molybdenum silicide (MoSi 2 ) as an additive component for adjusting the thermal expansion difference with the heating resistor 810. The material of the support 860 may contain tungsten disilicide (WSi 2 ) as an additive component for adjusting the difference in thermal expansion with the heating resistor 810. The material of the support 860 in the sample 25 contains silicon nitride (Si 3 N 4 ) as a main component, and contains erbium (Er) oxide and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) as a sintering aid. At grain boundaries in the support 860 of Samples 1 to 25, components (for example, rare earth elements and aluminum elements) derived from the respective sintering aids are present. The component derived from the rare earth oxide of the sintering aid may be at least one of a rare earth element-containing disilicate and a monosilicate.

試料1〜22,24,25は、窒素(N2)の中で焼成することによって作製される。試料23は、アルゴン(Ar)の中で焼成することによって作製される。 Samples 1~22,24,25 is produced by firing in nitrogen (N 2). The sample 23 is produced by firing in argon (Ar).

試料2〜11,16〜22では、粒子868の材料である粒子材料は、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、酸化クロム(Cr23)のいずれかであり、セラミックヒータ800を作製する際の焼成工程において支持体860の窒化ケイ素と反応することによってケイ化物となる。試料12の粒子材料は、炭化ケイ素(SiC)であり、粒子868の主成分である粒子組成物となる。試料13の粒子材料は、ケイ化クロム(CrSi2)である。試料14の粒子材料は、ケイ化モリブデン(MoSi2)である。試料15の粒子材料は、ケイ化タングステン(WSi2)である。 In Samples 2 to 11 and 16 to 22, the particle material which is the material of the particle 868 is any of chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), and chromium oxide (Cr 2 O 3 ), and ceramic It becomes a silicide by reacting with the silicon nitride of the support 860 in the firing step in manufacturing the heater 800. The particle material of the sample 12 is silicon carbide (SiC), which is a particle composition that is the main component of the particles 868. The particulate material of sample 13 is chromium silicide (CrSi 2 ). The particulate material of sample 14 is molybdenum silicide (MoSi 2 ). The particulate material of the sample 15 is tungsten silicide (WSi 2 ).

試料23では、粒子868の材料である粒子材料は、クロム(Cr)である。試料23の支持体860には、図4Cに示すように、窒化ケイ素(Si34)から成る結晶粒子の中にケイ化モリブデン(MoSi2)から成る複数の粒子862pが分散する。試料23の支持体860における隣接領域866には、複数の粒子868が分散する。試験者は、電子線マイクロアナライザ(EPMA:Electron Probe MicroAnalyser)および走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いて、試料23の粒子868に存在する成分として、モリブデン(Mo)と、ケイ素(Si)と、クロム(Cr)との各成分の存在を確認した。試料23において、粒子868の成分のうち、隣接領域866に偏在する成分は、クロム(Cr)である。 In sample 23, the particle material which is the material of particles 868 is chromium (Cr). As shown in FIG. 4C, a plurality of particles 862 p made of molybdenum silicide (MoSi 2 ) are dispersed in crystal particles made of silicon nitride (Si 3 N 4 ) on a support 860 of sample 23. A plurality of particles 868 are dispersed in an adjacent region 866 in the support 860 of the sample 23. The tester used molybdenum (Mo) and silicon (Mo) as a component present in the particles 868 of the sample 23 using an electron probe microanalyzer (EPMA) and a scanning electron microscope (SEM). The presence of each component of Si) and chromium (Cr) was confirmed. In the sample 23, the component localized in the adjacent region 866 among the components of the particle 868 is chromium (Cr).

試料24では、粒子868の材料である粒子材料は、クロム(Cr)である。試料24の支持体860には、図4Cに示すように、窒化ケイ素(Si34)から成る結晶粒子の中にケイ化モリブデン炭化物(Mo4.8Si30.6)から成る複数の粒子862pが分散する。試料24の支持体860における隣接領域866には、複数の粒子868が分散する。試験者は、EPMAおよびSEMを用いて、試料24の粒子868に存在する成分として、モリブデン(Mo)と、ケイ素(Si)と、炭素(C)と、クロム(Cr)との各成分の存在を確認した。試料24において、粒子868の成分のうち、隣接領域866に偏在する成分は、クロム(Cr)である。粒子862pおよび粒子868における炭素(C)は、発熱抵抗体810および支持体860を成形する際に添加される成形助剤(バインダ)に由来すると考えられる。 In sample 24, the particulate material that is the material of particles 868 is chromium (Cr). As shown in FIG. 4C, a plurality of particles 862p made of molybdenum silicide carbide (Mo 4.8 Si 3 C 0.6 ) are contained in crystal particles made of silicon nitride (Si 3 N 4 ) on the support 860 of sample 24. scatter. A plurality of particles 868 are dispersed in an adjacent region 866 in the support 860 of the sample 24. The tester uses EPMA and SEM to detect the presence of each component of molybdenum (Mo), silicon (Si), carbon (C) and chromium (Cr) as components present in the particle 868 of the sample 24. It was confirmed. Of the components of the particle 868 in the sample 24, the component localized in the adjacent region 866 is chromium (Cr). The carbon (C) in the particles 862p and the particles 868 is considered to be derived from a heating aid 810 and a forming aid (binder) added when forming the support 860.

試料25では、粒子868の材料である粒子材料は、クロム(Cr)であり、セラミックヒータ800を作製する際の焼成工程において支持体860の窒化ケイ素と反応することによってケイ化クロム(CrSi2)になる。 In sample 25, the particle material which is the material of particles 868 is chromium (Cr), and chromium silicide (CrSi 2 ) reacts by reacting with silicon nitride of support 860 in the firing step of producing ceramic heater 800. become.

試験者は、試料1〜25について、電子線マイクロアナライザ(EPMA:Electron Probe MicroAnalyser)を用いて、軸心SCに直交する平面に沿って切断したセラミックヒータ800の断面を観察した。試験者は、EPMAによる画像を画像解析することによって、隣接領域866の厚みT、粒子868の平均粒径、抵抗体断面比率Rs、値T/Rsを算出した。   The examiner observed the cross section of the ceramic heater 800 cut along a plane orthogonal to the axial center SC using Samples Electron Beam Microanalyzer (EPMA: Electron Probe MicroAnalyzer) for Samples 1 to 25. The tester calculated the thickness T of the adjacent region 866, the average particle diameter of the particles 868, the resistor cross-sectional ratio Rs, and the value T / Rs by image analysis of the image by EPMA.

試験者は、試料2〜25の各試料について複数のサンプルを用意し、走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いて、軸心SCに直交する平面に沿って切断したセラミックヒータ800における隣接領域866を3000倍に拡大して観察した。試験者は、SEMによる画像を画像解析することによって、SEMによる画像で確認可能な0.1μm以上の気孔が隣接領域866に存在するサンプルの割合を有気孔サンプル割合として算出した。   The examiner prepares a plurality of samples for each of the samples 2 to 25 and uses the scanning electron microscope (SEM: Scanning Electron Microscope) to cut the ceramic heater 800 along a plane orthogonal to the axial center SC. The adjacent area 866 was observed at a magnification of 3000 times. The examiner calculated the proportion of the sample in which the pores of 0.1 μm or more which can be confirmed in the image by SEM are present in the adjacent region 866 as the proportion of the porous sample by image analysis of the image by SEM.

図10は、試料の解析に使用した画像の一例を示す説明図である。図10(A)、図10(B)および図10(C)に示す各解析画像は、軸心SCに直交する平面に沿って切断した試料24の断面における同じ部位を解析した画像である。   FIG. 10 is an explanatory view showing an example of an image used for analysis of a sample. The analysis images shown in FIGS. 10A, 10B, and 10C are images obtained by analyzing the same portion in the cross section of the sample 24 cut along a plane orthogonal to the axial center SC.

図10(A)は、SEMを用いてセラミックヒータ800の断面を撮影した画像である。図10(B)は、EPMAを用いてセラミックヒータ800の断面におけるクロム(Cr)の分布を表すマッピング画像である。図10(C)は、EPMAを用いてセラミックヒータ800の断面におけるモリブデン(Mo)の分布を表すマッピング画像である。   FIG. 10A is an image of a cross section of the ceramic heater 800 taken using an SEM. FIG. 10B is a mapping image showing the distribution of chromium (Cr) in the cross section of the ceramic heater 800 using EPMA. FIG. 10C is a mapping image showing the distribution of molybdenum (Mo) in the cross section of the ceramic heater 800 using EPMA.

EPMAを用いた画像解析では、第1段階として、EPMAが備える波長分散型X線分光器(WDS:Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer)を用いて、セラミックヒータ800の断面に対する定性分析を実施した。この定性分析によって、セラミックヒータ800の断面に含まれる元素を特定した。   In the image analysis using EPMA, qualitative analysis on the cross section of the ceramic heater 800 was performed as a first step using a wavelength dispersive X-ray spectrometer (WDS) provided in EPMA. The elements contained in the cross section of the ceramic heater 800 were identified by this qualitative analysis.

第2段階として、第1段階で特定した各元素の分布を表すマッピング画像を得るための測定条件を決定した。必要な分析精度を確保できる程度に、観察領域を格子状に細分化することによって、マッピング画像の測定条件として、分析間隔および照射ビーム径を決定した。微量元素の検出量変化を色調変化として視認可能なX線強度(カウント数)が得られるように、マッピング画像の測定条件として、照射ビームの流量および取り込み時間を決定した。   As a second step, measurement conditions for obtaining a mapping image representing the distribution of each element identified in the first step were determined. The analysis interval and the irradiation beam diameter were determined as measurement conditions of the mapping image by subdividing the observation area into a grid shape to the extent that the required analysis accuracy can be ensured. As a measurement condition of the mapping image, the flow rate and the uptake time of the irradiation beam were determined so as to obtain an X-ray intensity (count number) capable of visually recognizing a change in the detected amount of trace element as a color tone change.

具体的な測定条件を次に示す。
・加速電圧:15kV(キロボルト)
・プローブ電流:1.0×10-7A(アンペア)
・ビーム照射径(最小径):0.003μm未満
・観察領域(縦×横):100μm×100μm
・分析間隔:0.4μm
・測定ポイント:250ポイント×250ポイント(62500ポイント)
・主ピーク取り込み時間:15ms(ミリ秒)
・バックグラウンド取り込み時間:15ms
Specific measurement conditions are shown below.
・ Acceleration voltage: 15kV (kilovolt)
Probe current: 1.0 × 10 -7 A (ampere)
Beam irradiation diameter (minimum diameter): less than 0.003 μm Observation area (longitudinal × horizontal): 100 μm × 100 μm
Analysis interval: 0.4 μm
・ Measurement point: 250 points x 250 points (62,500 points)
Main peak acquisition time: 15 ms (milliseconds)
・ Background capture time: 15 ms

第3段階として、第1段階で特定した各元素について、第2段階で決定した測定条件で、観察領域における検出量を測定した。具体的には、観察領域における各測定ポイントにおいて、主ピークを取り込んだ後、低角側のバックグラウンドを取り込んだ。各測定ポイントの主ピークからバックグラウンドを除したX線強度を、色調変化として二次元表示することによって、各元素のマッピング画像(図10(B)および図10(C)を参照)を得た。   As a third step, for each element identified in the first step, the detection amount in the observation region was measured under the measurement conditions determined in the second step. Specifically, at each measurement point in the observation area, after capturing the main peak, the background at the low angle side is captured. A two-dimensional display of the X-ray intensity obtained by removing the background from the main peak of each measurement point was obtained as a color tone change to obtain a mapping image of each element (see FIGS. 10B and 10C). .

図10(A)と図10(C)との対比から、モリブデン(Mo)元素を含む複数の粒子が支持体860に分散していることが分かる。図10(A)、図10(B)および図10(C)の対比から、発熱抵抗体810の折返し部815に隣接する隣接領域866には、モリブデン(Mo)元素とともにクロム(Cr)元素が存在する複数の粒子が、発熱抵抗体810側に偏在して分散していることが分かる。   From the comparison between FIG. 10A and FIG. 10C, it can be seen that a plurality of particles containing a molybdenum (Mo) element are dispersed in a support 860. From the comparison of FIG. 10A, FIG. 10B and FIG. 10C, in the adjacent region 866 adjacent to the turnback portion 815 of the heating resistor 810, the chromium (Cr) element as well as the molybdenum (Mo) element It can be seen that a plurality of existing particles are distributed unevenly on the side of the heating resistor 810.

試験者は、未使用の試料であるグロープラグ10の抵抗値を測定した。その後、試験者は、グロープラグ10に11Vの電圧を印加することによって、セラミックヒータ800の表面温度を通電開始から1秒後に1000℃にまで昇温させた後、さらに1350℃にまで昇温させた。その後、試験者は、空気を用いてセラミックヒータ800を強制的に冷却した。試験者は、セラミックヒータ800の昇温から冷却までを1サイクルとして5万回繰り返す耐久試験を、各試料に対して実施した。耐久試験の後、試験者は、再度、グロープラグ10の抵抗値を測定することによって、耐久試験の前後でグロープラグ10の抵抗値が上昇した割合を示す抵抗上昇率を算出した。グロープラグ10の抵抗値の上昇は、発熱抵抗体810(特に、折返し部815)の劣化に起因すると考えられる。試験者は、次の評価基準に基づいて各試料の耐久性を評価した。
◎(優):抵抗上昇率10%以下
○(良):抵抗上昇率10%超20%以下
×(不可):抵抗上昇率20%超
The tester measured the resistance value of the glow plug 10 which was an unused sample. Thereafter, the tester raises the surface temperature of the ceramic heater 800 to 1000 ° C. one second after the start of energization by applying a voltage of 11 V to the glow plug 10, and further raises the temperature to 1350 ° C. The Thereafter, the tester forcibly cooled the ceramic heater 800 using air. The tester carried out an endurance test repeated 50,000 times with one cycle from temperature increase to cooling of the ceramic heater 800 for each sample. After the endurance test, the tester again measures the resistance value of the glow plug 10 to calculate the rate of increase in resistance, which indicates the rate at which the resistance value of the glow plug 10 increases before and after the endurance test. The increase in the resistance value of the glow plug 10 is considered to be due to the deterioration of the heating resistor 810 (in particular, the folded portion 815). The examiner evaluated the durability of each sample based on the following evaluation criteria.
優 (Excellent): Resistance increase rate 10% or less ○ (Good): Resistance increase rate 10% or more and 20% or less × (Not applicable): Resistance increase rate 20% or more

試料1,2,9と、試料3,5〜8との対比によれば、発熱抵抗体810の耐久性を確保する観点から、隣接領域866の厚みTは、発熱抵抗体810から10〜200μmであることが好ましい。さらに、試料3,8と、試料5〜8との対比によれば、耐久性を確保する観点から、隣接領域866の厚みTは、発熱抵抗体810から20〜100μmであることがいっそう好ましい。   According to the comparison between Samples 1, 2 and 9 and Samples 3 and 5 to 8, the thickness T of the adjacent region 866 is 10 to 200 μm from the heating resistor 810 from the viewpoint of securing the durability of the heating resistor 810. Is preferred. Furthermore, according to the comparison between Samples 3 and 8 and Samples 5 to 8, the thickness T of the adjacent region 866 is more preferably 20 to 100 μm from the heating resistor 810 from the viewpoint of securing durability.

試料5,10〜17と、試料18,19との対比によれば、発熱抵抗体810の耐久性を確保する観点から、粒子868の平均粒径は、5μm以下であることが好ましい。粒子868の平均粒径が5μmを超える試料18,19では、隣接領域866に気孔が存在することから、隣接領域866の気孔が発熱抵抗体810を劣化させる要因の1つであると考えられる。   From the viewpoint of securing the durability of the heating resistor 810, the average particle diameter of the particles 868 is preferably 5 μm or less according to the comparison between the samples 5 and 10 to the samples 18 and 19. In the samples 18 and 19 in which the average particle diameter of the particles 868 exceeds 5 μm, the pores in the adjacent region 866 are considered to be one of the factors causing deterioration of the heating resistor 810 because the pores are present in the adjacent region 866.

試料18と試料25との対比によれば、隣接領域866における気孔を抑制する観点から、支持体860は、エルビウム(Er)酸化物および酸化アルミニウム(Al23)に由来する成分を含有することが好ましい。これによって、発熱抵抗体810の耐久性を向上できる。 According to the comparison between Sample 18 and Sample 25, from the viewpoint of suppressing the pores in the adjacent region 866, the support 860 contains a component derived from erbium (Er) oxide and aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Is preferred. Thereby, the durability of the heat generating resistor 810 can be improved.

試料4,5,21と、試料20との対比によれば、抵抗体断面比率Rsが0.5%未満である試料20の抵抗上昇率は、試料4,5,21よりも大きくなった。抵抗体断面比率Rsが25%を超える試料22では、折返し部815の抵抗値を十分に確保できないため、試料22は、通電から1秒後に1000℃に到達する急速昇温特性を達成できなかった。したがって、急速昇温特性を確保しつつ、発熱抵抗体810の耐久性を確保する観点から、抵抗体断面比率Rsは、0.5%以上25%以下であることが好ましい。   According to the comparison between the samples 4, 5, 21 and the sample 20, the rate of increase in resistance of the sample 20 having the resistor cross-sectional ratio Rs less than 0.5% is larger than that of the samples 4, 5, 21. In the case of the sample 22 in which the resistance cross section ratio Rs exceeds 25%, the resistance value of the folded portion 815 can not be sufficiently secured, so that the sample 22 can not achieve the rapid temperature rising characteristic reaching 1000 ° C. one second after energization. . Therefore, from the viewpoint of securing the durability of the heating resistor 810 while securing the rapid temperature rising characteristic, the resistor cross-sectional ratio Rs is preferably 0.5% or more and 25% or less.

試料2と、試料3〜8,10〜22との対比によれば、発熱抵抗体810の耐久性を確保する観点から、値T/Rsは、67μm以上であることが好ましい。   From the viewpoint of securing the durability of the heating resistor 810, the value T / Rs is preferably 67 μm or more according to the comparison between the sample 2 and the samples 3 to 8 and 10 to 22.

試料5と試料13との対比、試料10と試料14との対比、試料11と試料15との対比によれば、粒子材料が、焼成によってケイ化物となる材料であっても、焼成の前からケイ化物である材料であっても、発熱抵抗体810の耐久性を同等に確保できることが分かる。   According to the comparison between the sample 5 and the sample 13, the comparison between the sample 10 and the sample 14, and the comparison between the sample 11 and the sample 15, even if the particle material is a material that becomes a silicide by firing, It can be seen that the durability of the heating resistor 810 can be equally secured even with a material that is a silicide.

試料23,24の結果によれば、図4Cに示すように、粒子862pおよび粒子868が分散する支持体860の構造であっても、発熱抵抗体810の耐久性を向上できることが分かる。   According to the results of Samples 23 and 24, as shown in FIG. 4C, it can be seen that the durability of the heating resistor 810 can be improved even with the structure of the support 860 in which the particles 862p and the particles 868 are dispersed.

A4.効果:
以上説明した第1実施形態によれば、発熱抵抗体810と支持体860との間の熱膨張差が隣接領域866において緩和されることによって、支持体860との熱膨張差に起因する発熱抵抗体810の熱応力を抑制できる。その結果、発熱抵抗体810の耐久性を向上させることができる。
A4. effect:
According to the first embodiment described above, the thermal expansion difference between the heating resistor 810 and the support 860 is alleviated in the adjacent region 866, whereby the heat generation resistance due to the thermal expansion difference from the support 860 is obtained. The thermal stress of the body 810 can be suppressed. As a result, the durability of the heat generating resistor 810 can be improved.

また、隣接領域866の厚みTが、発熱抵抗体810から10〜200μmである場合、隣接領域866によって発熱抵抗体810の熱応力を効果的に抑制できる。さらに、隣接領域866の厚みTが、発熱抵抗体810から20〜100μmである場合、隣接領域866によって発熱抵抗体810の熱応力をいっそう効果的に抑制できる。   When the thickness T of the adjacent region 866 is 10 to 200 μm from the heating resistor 810, the adjacent region 866 can effectively suppress the thermal stress of the heating resistor 810. Furthermore, when the thickness T of the adjacent region 866 is 20 to 100 μm from the heating resistor 810, the adjacent region 866 can more effectively suppress the thermal stress of the heating resistor 810.

また、複数の粒子868の平均粒径は、5μm以下である場合、隣接領域866における気孔の形成を抑制できる。また、粒子868とその周辺との熱膨張差に起因して粒子868周辺に発生する微細なひび割れを抑制できる。これらの結果、隣接領域866の耐久性を向上させることができ、ひいては、発熱抵抗体810の耐久性を向上させることができる。   In addition, when the average particle diameter of the plurality of particles 868 is 5 μm or less, the formation of pores in the adjacent region 866 can be suppressed. In addition, it is possible to suppress fine cracks generated around the particles 868 due to the thermal expansion difference between the particles 868 and the periphery thereof. As a result, the durability of the adjacent region 866 can be improved, which in turn can improve the durability of the heating resistor 810.

また、抵抗体断面比率Rsが、0.5%≦Rs≦25%を満たす場合、急速昇温特性を確保しつつ、発熱抵抗体810の耐久性を向上させることができる。   When the resistor cross-sectional ratio Rs satisfies 0.5% ≦ Rs ≦ 25%, the durability of the heat generating resistor 810 can be improved while securing the rapid temperature rising characteristic.

また、値T/Rsが67μm以上を満たす場合、隣接領域866によって発熱抵抗体810の熱応力を十分に抑制できる。   In addition, when the value T / Rs satisfies 67 μm or more, the thermal stress of the heating resistor 810 can be sufficiently suppressed by the adjacent region 866.

また、隣接領域866は、少なくとも折返し部815に隣接する領域であるため、発熱量が比較的に大きい折返し部815に発生する熱応力を抑制できる。   Further, since the adjacent region 866 is a region adjacent to at least the turn-back portion 815, it is possible to suppress the thermal stress generated in the turn-back portion 815 having a relatively large amount of heat generation.

また、発熱抵抗体810を形成する第1のセラミック組成物と、支持体860を形成する第2のセラミック組成物とは、共通の成分として窒化ケイ素を含有するため、発熱抵抗体810と支持体860との間の結合力が強化されることによって、発熱抵抗体810の機械的強度を向上させることができる。したがって、発熱抵抗体810の耐久性をさらに向上させることができる。   Further, since the first ceramic composition forming the heating resistor 810 and the second ceramic composition forming the support 860 contain silicon nitride as a common component, the heating resistor 810 and the support The mechanical strength of the heat generating resistor 810 can be improved by strengthening the bonding force between 860 and 860. Therefore, the durability of the heat generating resistor 810 can be further improved.

B.第2実施形態:
図8は、第2実施形態におけるセラミックヒータ800Bの断面を示す説明図である。第2実施形態のグロープラグ10は、第1実施形態のセラミックヒータ800に代えて、セラミックヒータ800Bを備える点を除き、第1実施形態と同様である。
B. Second embodiment:
FIG. 8 is an explanatory view showing a cross section of a ceramic heater 800B in the second embodiment. The glow plug 10 of the second embodiment is the same as the first embodiment except that a ceramic heater 800B is provided instead of the ceramic heater 800 of the first embodiment.

第2実施形態のセラミックヒータ800Bは、発熱抵抗体810の形状が異なる点を除き、第1実施形態と同様である。第2実施形態の発熱抵抗体810は、印刷法によって成形された部材であり、軸心SCに直交する平面で切断した断面形状が異なる点を除き、第1実施形態と同様である。   The ceramic heater 800B of the second embodiment is the same as the first embodiment except that the shape of the heating resistor 810 is different. The heating resistor 810 of the second embodiment is a member formed by printing, and is the same as the first embodiment except that the cross-sectional shape cut along a plane orthogonal to the axial center SC is different.

発熱抵抗体810における折返し部815の長径L1は、0.4〜1.0mmが好ましい。折返し部815の長径L1は、0.4より小さくてもよいし、1.0mmより大きくてもよい。   The major diameter L1 of the folded portion 815 in the heating resistor 810 is preferably 0.4 to 1.0 mm. The major diameter L1 of the folded back portion 815 may be smaller than 0.4 or larger than 1.0 mm.

発熱抵抗体810における折返し部815の短径L2は、0.02〜0.3mmが好ましい。折返し部815の長径L1は、0.02より小さくてもよいし、0.3mmより大きくてもよい。   The short diameter L2 of the folded portion 815 in the heating resistor 810 is preferably 0.02 to 0.3 mm. The major diameter L1 of the folded back portion 815 may be smaller than 0.02 or larger than 0.3 mm.

図9は、第2実施形態におけるグロープラグ10の製造方法を示す工程図である。グロープラグ10を製造する際には、まず、製造者は、金型プレス成形法によって支持体860の中間品を作製する(工程P210)。本実施形態では、支持体860の中間品は、軸心SCを通る平面で分割された2つの部材から成り、これらの部材の内側には、発熱抵抗体810に対応する溝が形成されている。   FIG. 9 is a process chart showing a method of manufacturing the glow plug 10 in the second embodiment. In producing the glow plug 10, first, the manufacturer produces an intermediate product of the support 860 by a die press molding method (process P210). In the present embodiment, the intermediate product of the support 860 is composed of two members divided by a plane passing through the axial center SC, and a groove corresponding to the heating resistor 810 is formed inside these members. .

支持体860の中間品を作製した後(工程P210)、製造者は、支持体860の中間品である一方の部材の溝に、印刷法によって粒子材料を塗布する(工程P220)。   After producing the intermediate product of the support 860 (process P210), the manufacturer applies the particulate material to the groove of one member which is the intermediate of the support 860 by printing (process P220).

発熱抵抗体810の中間品に粒子材料を塗布した後(工程P220)、製造者は、支持体860の中間品に塗布された粒子材料の上に、印刷法によって発熱抵抗体810を印刷する(工程P230)。   After applying the particulate material to the intermediate of the heating resistor 810 (Step P220), the manufacturer prints the heating resistor 810 by printing on the particulate material applied to the intermediate of the support 860 (Step P220) Process P230).

発熱抵抗体810の中間品に発熱抵抗体810を印刷した後(工程P230)、製造者は、支持体860の中間品に印刷された発熱抵抗体810の上に、印刷法によって粒子材料を塗布する(工程P240)。   After printing the heating resistor 810 on the intermediate product of the heating resistor 810 (step P230), the manufacturer applies the particulate material by printing on the heating resistor 810 printed on the intermediate of the support 860. Then (process P240).

発熱抵抗体810の中間品に粒子材料を塗布した後(工程P240)、製造者は、発熱抵抗体810の中間品である2つの部材の間に発熱抵抗体810を挟み込んだ複合成形体を作成する(工程P250)。   After applying the particulate material to the intermediate product of the heating resistor 810 (Step P240), the manufacturer forms a composite molded body in which the heating resistor 810 is sandwiched between two members which are the intermediate of the heating resistor 810. Perform (Step P250).

複合成型体を作製した後(工程P250)、製造者は、複合成型体を焼成することによってセラミックヒータ800Bを作製する(工程P260)。セラミックヒータ800Bを作製した後(工程P260)、製造者は、セラミックヒータ800Bを、グロープラグ10を構成する他の構成部材(中軸200、主体金具500、外筒700など)に組み付ける(工程P290)。これによって、グロープラグ10が完成する。   After producing the composite molded body (process P250), the manufacturer bakes the composite molded body to produce the ceramic heater 800B (process P260). After producing the ceramic heater 800B (process P260), the manufacturer assembles the ceramic heater 800B into another component (the center shaft 200, the metal shell 500, the outer cylinder 700, etc.) constituting the glow plug 10 (process P290). . Thus, the glow plug 10 is completed.

粒子868を形成するケイ化物の融点が、焼成(工程P260)における焼成温度よりも低い場合、支持体860の中間品を作製した後(工程P210)、製造者は、粒子868の原料である粒子材料が添加された印刷材料を用いて、支持体860の中間品である一方の部材の溝に、印刷法によって発熱抵抗体810を印刷してもよい(工程P235)。発熱抵抗体810の中間品に含まれる粒子材料は、焼成(工程P260)において支持体860へと拡散することによって、隣接領域866を形成する。この場合、粒子868の粒径は、図4Aに示すように、発熱抵抗体810から離れるにしたがって小さくなる傾向にある。焼成(工程P260)における焼成温度が1700〜1900℃の場合、印刷材料に添加可能な粒子材料は、クロム(Cr)と、チタン(Ti)と、ジルコニウム(Zr)と、の少なくとも1つのケイ化物または酸化物である。   If an intermediate product of the support 860 is prepared (Step P210), the manufacturer can produce particles, which are the raw material of the particles 868, if the melting point of the silicide forming the particles 868 is lower than the calcination temperature in calcination (Step P260). Using the printing material to which the material is added, the heating resistor 810 may be printed by a printing method in the groove of one member which is an intermediate product of the support 860 (process P235). The particulate material contained in the intermediate of the heating resistor 810 forms an adjacent region 866 by diffusing to the support 860 in the firing (step P260). In this case, the particle size of the particles 868 tends to decrease with distance from the heating resistor 810 as shown in FIG. 4A. When the firing temperature in the firing (step P260) is 1700 to 1900 ° C., the particulate material that can be added to the printing material is at least one silicide of chromium (Cr), titanium (Ti) and zirconium (Zr) Or oxide.

以上説明した第2実施形態によれば、第1実施形態と同様に、発熱抵抗体810の耐久性を向上させることができる。   According to the second embodiment described above, the durability of the heat generating resistor 810 can be improved as in the first embodiment.

C.他の実施形態:
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
C. Other embodiments:
The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be implemented with various configurations without departing from the scope of the invention. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in the respective forms described in the section of the summary of the invention are for solving some or all of the problems described above, or It is possible to replace or combine as appropriate in order to achieve part or all of the above-mentioned effects. Also, if the technical features are not described as essential in the present specification, they can be deleted as appropriate.

10…グロープラグ
90…内燃機関
100…端子
200…中軸
300…絶縁部材
400…絶縁部材
500…主体金具
510…軸孔
520…工具係合部
540…雄ネジ部
600…リング
700…外筒
710…軸孔
800…セラミックヒータ
800B…セラミックヒータ
810…発熱抵抗体
811…端子部
812…導電部
815…折返し部
818…導電部
819…端子部
860…支持体
862…固相
862p…粒子
866…隣接領域
868…粒子
10: glow plug 90: internal combustion engine 100: terminal 200: central shaft 300: insulating member 400: insulating member 500: main metal fitting 510: axial hole 520: tool engagement portion 540: external thread portion 600: ring 700: outer cylinder 710 ... Axial hole 800: ceramic heater 800 B: ceramic heater 810: heating resistor 811: terminal portion 812: conductive portion 815: folded portion 818: conductive portion 819: terminal portion 860: support 862: solid phase 862 p: particles 866: adjacent region 868 ... particle

Claims (11)

第1のセラミック組成物から成り、通電によって発熱する発熱抵抗体と、
前記第1のセラミック組成物とは異なる第2のセラミック組成物であって、窒化ケイ素(Si34)を主成分として含有する第2のセラミック組成物から主に成り、前記発熱抵抗体が埋め込まれ、前記発熱抵抗体を支持する支持体と
を備えるグロープラグであって、
前記支持体は、前記発熱抵抗体に隣接する隣接領域であって、前記第2のセラミック組成物からなる固相に、窒化ケイ素(Si34)より高い熱膨張率を有する第3のセラミック組成物からなる複数の粒子が、前記発熱抵抗体側に偏在して分散した隣接領域を含むことを特徴とするグロープラグ。
A heating resistor made of a first ceramic composition and generating heat when energized;
A second ceramic composition different from the first ceramic composition, which mainly comprises a second ceramic composition containing silicon nitride (Si 3 N 4 ) as a main component, and the heat generating resistor comprises A support embedded and supporting the heating resistor;
The support is a third ceramic having a thermal expansion coefficient higher than that of silicon nitride (Si 3 N 4 ) in the adjacent region adjacent to the heating resistor, in the solid phase made of the second ceramic composition. A glow plug characterized in that a plurality of particles made of a composition include adjacent regions dispersed in a localized manner on the heat generating resistor side.
前記第3のセラミック組成物は、クロム(Cr)と、モリブデン(Mo)と、タングステン(W)と、チタン(Ti)と、ジルコニウム(Zr)と、タンタル(Ta)と、の少なくとも1つの元素、または、炭化ケイ素(SiC)を含む、請求項1に記載のグロープラグ。 The third ceramic composition comprises at least one element of chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), zirconium (Zr), and tantalum (Ta). The glow plug according to claim 1, wherein the glow plug comprises silicon carbide (SiC). 前記隣接領域の厚みは、前記発熱抵抗体から10〜200μmである、請求項1または請求項2に記載のグロープラグ。   The glow plug according to claim 1, wherein a thickness of the adjacent region is 10 to 200 μm from the heating resistor. 前記隣接領域の厚みは、前記発熱抵抗体から20〜100μmである、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のグロープラグ。   The glow plug according to any one of claims 1 to 3, wherein the thickness of the adjacent region is 20 to 100 m from the heat generating resistor. 前記複数の粒子の平均粒径は、5μm以下である、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のグロープラグ。   The glow plug according to any one of claims 1 to 4, wherein an average particle diameter of the plurality of particles is 5 m or less. 前記隣接領域が形成された位置で切断した前記発熱抵抗体の断面積S1と、前記支持体の断面積S2との関係は、0.5%≦S1/(S1+S2)×100%≦25%を満たす、請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のグロープラグ。   The relationship between the cross-sectional area S1 of the heat-generating resistor cut at the position where the adjacent area is formed and the cross-sectional area S2 of the support is 0.5% ≦ S1 / (S1 + S2) × 100% ≦ 25% The glow plug according to any one of claims 1 to 5, wherein the glow plug is filled. 前記隣接領域が形成された位置で切断した前記発熱抵抗体の断面積S1と、前記支持体の断面積S2と、前記隣接領域の厚みTとの関係は、T・(S1+S2)/S1≧67μmを満たす、請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のグロープラグ。   The relationship between the cross-sectional area S1 of the heating resistor cut at the position where the adjacent area is formed, the cross-sectional area S2 of the support, and the thickness T of the adjacent area is T · (S1 + S2) / S1 ≧ 67 μm The glow plug according to any one of claims 1 to 6, wherein 請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載のグロープラグであって、
前記発熱抵抗体は、
折り返した形状を成す折返し部と、
前記折返し部よりも大きな断面を有し、前記折返し部に接続する導電部と
を含み、
前記隣接領域は、少なくとも前記折返し部に隣接する領域である、グロープラグ。
A glow plug according to any one of claims 1 to 7, wherein
The heating resistor is
A folded portion having a folded shape,
And a conductive portion having a cross section larger than the turnaround portion and connected to the turnaround portion;
The glow plug, wherein the adjacent area is an area adjacent to at least the folded portion.
前記発熱抵抗体は、射出成形法または印刷法によって成形された部材である、請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載のグロープラグ。   The glow plug according to any one of claims 1 to 8, wherein the heat generating resistor is a member formed by an injection molding method or a printing method. 前記第1のセラミック組成物と前記第2のセラミック組成物とは、共通の成分を含有する、請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載のグロープラグ。   The glow plug according to any one of claims 1 to 9, wherein the first ceramic composition and the second ceramic composition contain common components. 前記第2のセラミック組成物は、希土類元素とアルミニウム(Al)元素とを含有する、請求項1から請求項10までのいずれか一項に記載のグロープラグ。   The glow plug according to any one of claims 1 to 10, wherein the second ceramic composition contains a rare earth element and an aluminum (Al) element.
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