JPH06241452A - セラミック発熱体 - Google Patents
セラミック発熱体Info
- Publication number
- JPH06241452A JPH06241452A JP3308693A JP3308693A JPH06241452A JP H06241452 A JPH06241452 A JP H06241452A JP 3308693 A JP3308693 A JP 3308693A JP 3308693 A JP3308693 A JP 3308693A JP H06241452 A JPH06241452 A JP H06241452A
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- JP
- Japan
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- wire
- resistance wire
- heat generating
- heating
- heating element
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】発熱抵抗線にかかる応力を軽減し、少なくとも
最高発熱部の発熱抵抗線が短時間で断線せず、高温で長
時間の連続稼動が可能である耐久性と信頼性に優れたセ
ラミック発熱体を提供する。 【構成】窒化珪素質焼結体２中に発熱抵抗線３を埋設し
たセラミック発熱体１の少なくとも最高発熱部４の発熱
抵抗線３は、コイル状に密に捲回した無機導電材から成
り、発熱抵抗線３の軸芯方向と直角な断面において発熱
抵抗線３の外形が偏平な楕円形状を成し、最高発熱部４
の発熱抵抗線３で形成される楕円形状の内周部の曲率半
径５が、０．０５ｍｍ以上である。
最高発熱部の発熱抵抗線が短時間で断線せず、高温で長
時間の連続稼動が可能である耐久性と信頼性に優れたセ
ラミック発熱体を提供する。 【構成】窒化珪素質焼結体２中に発熱抵抗線３を埋設し
たセラミック発熱体１の少なくとも最高発熱部４の発熱
抵抗線３は、コイル状に密に捲回した無機導電材から成
り、発熱抵抗線３の軸芯方向と直角な断面において発熱
抵抗線３の外形が偏平な楕円形状を成し、最高発熱部４
の発熱抵抗線３で形成される楕円形状の内周部の曲率半
径５が、０．０５ｍｍ以上である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジンの始
動補助用グロープラグや、各種燃焼機器の点火用及び各
種加熱機器用のヒーター等に用いられる高温用のセラミ
ック発熱体に関するものである。
動補助用グロープラグや、各種燃焼機器の点火用及び各
種加熱機器用のヒーター等に用いられる高温用のセラミ
ック発熱体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来よりディーゼルエンジンの始動促進
に用いられるグロープラグや各種点火用及び加熱用ヒー
ターとして、耐熱金属製のシース内に耐熱絶縁粉末を充
填し、該耐熱絶縁粉末中にニッケル（Ｎｉ）−クロム
（Ｃｒ）等を主体とする高融点金属線から成る発熱抵抗
線を埋設したシーズヒーターや、高電圧の火花放電を利
用する各種点火装置が使用されていた。
に用いられるグロープラグや各種点火用及び加熱用ヒー
ターとして、耐熱金属製のシース内に耐熱絶縁粉末を充
填し、該耐熱絶縁粉末中にニッケル（Ｎｉ）−クロム
（Ｃｒ）等を主体とする高融点金属線から成る発熱抵抗
線を埋設したシーズヒーターや、高電圧の火花放電を利
用する各種点火装置が使用されていた。
【０００３】しかしながら、前記シーズヒーターは耐熱
金属製のシース内に充填された耐熱絶縁粉末を介して発
熱抵抗線の熱を伝えるため、短時間の急速昇温が困難で
ありその上、耐摩耗性や耐久性に劣るという問題がある
他、前記火花放電を利用した各種点火装置も、点火時に
雑音等の電波障害を生じたり、確実な点火という観点か
らの信頼性に欠け、未着火の場合の安全性に問題がある
等の欠点があった。
金属製のシース内に充填された耐熱絶縁粉末を介して発
熱抵抗線の熱を伝えるため、短時間の急速昇温が困難で
ありその上、耐摩耗性や耐久性に劣るという問題がある
他、前記火花放電を利用した各種点火装置も、点火時に
雑音等の電波障害を生じたり、確実な点火という観点か
らの信頼性に欠け、未着火の場合の安全性に問題がある
等の欠点があった。
【０００４】そこで、短時間の急速昇温が可能で、電波
障害が発生せず、しかも確実に点火して安全性を確保
し、雰囲気を問わず長時間の使用が可能であり、耐摩耗
性と耐久性に優れた信頼性の高い発熱体として、無機導
電材から成る発熱抵抗線をセラミック焼結体中に埋設し
たセラミック発熱体が、広く利用されるようになってき
た。
障害が発生せず、しかも確実に点火して安全性を確保
し、雰囲気を問わず長時間の使用が可能であり、耐摩耗
性と耐久性に優れた信頼性の高い発熱体として、無機導
電材から成る発熱抵抗線をセラミック焼結体中に埋設し
たセラミック発熱体が、広く利用されるようになってき
た。
【０００５】なかでも、耐熱衝撃性及び高温強度が他の
セラミックスよりも著しく優れた窒化珪素質焼結体をヒ
ーターの基体として使用し、一般にタングステン（Ｗ）
やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属もしくはこれらの
化合物より成る発熱抵抗線をコイル状に捲回して発熱抵
抗体とし、前記基体中に埋設して一体化したものが、１
０００℃前後のヒーターとして内燃機関のグロープラグ
をはじめ、広く利用されている（特公昭６３−２７８３
５号公報参照）。
セラミックスよりも著しく優れた窒化珪素質焼結体をヒ
ーターの基体として使用し、一般にタングステン（Ｗ）
やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属もしくはこれらの
化合物より成る発熱抵抗線をコイル状に捲回して発熱抵
抗体とし、前記基体中に埋設して一体化したものが、１
０００℃前後のヒーターとして内燃機関のグロープラグ
をはじめ、広く利用されている（特公昭６３−２７８３
５号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記セ
ラミック発熱体は、略Ｕ字形状に折り曲げたコイル状の
発熱抵抗線を窒化珪素質焼結体の基体中に埋設して一体
化する際、先端部の密に捲回された略Ｕ字形状の最高発
熱部を含め発熱抵抗線には、加圧焼成時の圧力が加わ
り、コイル状の発熱抵抗線がその軸芯方向の断面で楕円
形状を成し、偏平率の如何を問わず発熱抵抗線の内周部
に無用な歪みが残留することになる。
ラミック発熱体は、略Ｕ字形状に折り曲げたコイル状の
発熱抵抗線を窒化珪素質焼結体の基体中に埋設して一体
化する際、先端部の密に捲回された略Ｕ字形状の最高発
熱部を含め発熱抵抗線には、加圧焼成時の圧力が加わ
り、コイル状の発熱抵抗線がその軸芯方向の断面で楕円
形状を成し、偏平率の如何を問わず発熱抵抗線の内周部
に無用な歪みが残留することになる。
【０００７】係るセラミック発熱体を高温用ヒーターと
して使用した場合、一般にその温度は点火時には１００
０〜１３００℃程度であるが、点火した火炎に曝され、
なかには１３５０℃以上の高温となり、長時間の稼動に
より前記発熱抵抗線の楕円形状の内周部には残留応力の
他に、前記基体と発熱抵抗線との熱膨張差による不均一
な応力が更に加わり、該発熱抵抗線にクラックが発生し
て電気抵抗値が増大し、最終的にコイル状の発熱抵抗線
が断線して耐久性が著しく劣るという欠点があった。
して使用した場合、一般にその温度は点火時には１００
０〜１３００℃程度であるが、点火した火炎に曝され、
なかには１３５０℃以上の高温となり、長時間の稼動に
より前記発熱抵抗線の楕円形状の内周部には残留応力の
他に、前記基体と発熱抵抗線との熱膨張差による不均一
な応力が更に加わり、該発熱抵抗線にクラックが発生し
て電気抵抗値が増大し、最終的にコイル状の発熱抵抗線
が断線して耐久性が著しく劣るという欠点があった。
【０００８】
【発明の目的】本発明は前記欠点に鑑み開発されたもの
で、その目的は発熱抵抗線にかかる応力を軽減し、高温
での長時間の連続稼動が可能である耐久性に優れたセラ
ミック発熱体を提供することにある。
で、その目的は発熱抵抗線にかかる応力を軽減し、高温
での長時間の連続稼動が可能である耐久性に優れたセラ
ミック発熱体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミック発熱
体は、窒化珪素質焼結体中に埋設した無機導電材から成
る発熱抵抗線の少なくとも最高発熱部に該当する部分
が、コイル状に捲回した発熱抵抗線の軸芯方向と直角な
断面において、発熱抵抗線が成す楕円形状の内周部が
０．０５ｍｍ以上の曲率半径を有することを特徴とする
ものである。
体は、窒化珪素質焼結体中に埋設した無機導電材から成
る発熱抵抗線の少なくとも最高発熱部に該当する部分
が、コイル状に捲回した発熱抵抗線の軸芯方向と直角な
断面において、発熱抵抗線が成す楕円形状の内周部が
０．０５ｍｍ以上の曲率半径を有することを特徴とする
ものである。
【００１０】
【作用】本願発明のセラミック発熱体は、コイル状に捲
回した発熱抵抗線の軸芯方向と直角な断面において、少
なくとも最高発熱部の発熱抵抗線で形成される楕円形状
の内周部の曲率半径を０．０５ｍｍ以上とすることか
ら、少なくとも最高発熱部の発熱抵抗線への応力の集中
を緩和するように作用する。
回した発熱抵抗線の軸芯方向と直角な断面において、少
なくとも最高発熱部の発熱抵抗線で形成される楕円形状
の内周部の曲率半径を０．０５ｍｍ以上とすることか
ら、少なくとも最高発熱部の発熱抵抗線への応力の集中
を緩和するように作用する。
【００１１】
【実施例】以下、本発明のセラミック発熱体を図面に基
づき詳細に説明する。図１は、本発明のセラミック発熱
体をディーゼルエンジンの始動補助用に使用されるグロ
ープラグに適用した一実施例を示す断面図であり、図２
は図１のグロープラグの最高発熱部内であるＡ−Ａ線に
おける拡大断面図である。
づき詳細に説明する。図１は、本発明のセラミック発熱
体をディーゼルエンジンの始動補助用に使用されるグロ
ープラグに適用した一実施例を示す断面図であり、図２
は図１のグロープラグの最高発熱部内であるＡ−Ａ線に
おける拡大断面図である。
【００１２】図１及び図２において、１は窒化珪素質焼
結体２中に発熱抵抗線３を埋設したセラミック発熱体
で、セラミック発熱体１の最高発熱部４の発熱抵抗線３
は、コイル状に密に捲回した無機導電材から成り、発熱
抵抗線３の軸芯方向と直角な断面において発熱抵抗線３
の外形は偏平な楕円形状を成し、最高発熱部４の発熱抵
抗線３で形成される楕円形状の内周部の曲率半径５は、
０．０５ｍｍ以上となっている。
結体２中に発熱抵抗線３を埋設したセラミック発熱体
で、セラミック発熱体１の最高発熱部４の発熱抵抗線３
は、コイル状に密に捲回した無機導電材から成り、発熱
抵抗線３の軸芯方向と直角な断面において発熱抵抗線３
の外形は偏平な楕円形状を成し、最高発熱部４の発熱抵
抗線３で形成される楕円形状の内周部の曲率半径５は、
０．０５ｍｍ以上となっている。
【００１３】次に、前記セラミック発熱体１には、筒状
金具６を外嵌めして一方の電極端子として導出し、該筒
状金具６と取付金具７をろう接して負電極とし、セラミ
ック発熱体１の後端部には電極取出部８をろう接して他
方の電極端子として導出するとともに溶接等により端子
棒９と接続して正電極とし、端子棒９にベークライト等
の絶縁性ワッシャー１０を挿通してナット１１で固定す
ることにより、取付金具７の負電極と端子棒９の正電極
とが絶縁されたグロープラグ１２が構成されている。
金具６を外嵌めして一方の電極端子として導出し、該筒
状金具６と取付金具７をろう接して負電極とし、セラミ
ック発熱体１の後端部には電極取出部８をろう接して他
方の電極端子として導出するとともに溶接等により端子
棒９と接続して正電極とし、端子棒９にベークライト等
の絶縁性ワッシャー１０を挿通してナット１１で固定す
ることにより、取付金具７の負電極と端子棒９の正電極
とが絶縁されたグロープラグ１２が構成されている。
【００１４】尚、無機導電材から成るコイル状の発熱抵
抗線３は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、
レニウム（Ｒｅ）等の高融点金属またはその合金の他、
例えばタングステンカーバイド（ＷＣ）、窒化チタン
（ＴｉＮ）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ2 ）や硼
化ジルコニウム（ＺｒＢ2 ）等の第４ａ族、第５ａ族、
第６ａ族の炭化物または窒化物等から成る線材が好適で
ある。
抗線３は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、
レニウム（Ｒｅ）等の高融点金属またはその合金の他、
例えばタングステンカーバイド（ＷＣ）、窒化チタン
（ＴｉＮ）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ2 ）や硼
化ジルコニウム（ＺｒＢ2 ）等の第４ａ族、第５ａ族、
第６ａ族の炭化物または窒化物等から成る線材が好適で
ある。
【００１５】本発明のセラミック発熱体を評価するにあ
たり、先ず、窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4）を主成分とする原
料粉末に焼結助剤として第３ａ族元素の酸化物等を添加
した混合物から成る造粒体を使用してプレス成形法によ
り棒状の窒化珪素質成形体を作製する。
たり、先ず、窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4）を主成分とする原
料粉末に焼結助剤として第３ａ族元素の酸化物等を添加
した混合物から成る造粒体を使用してプレス成形法によ
り棒状の窒化珪素質成形体を作製する。
【００１６】次に、直径が異なる２種類のタングステン
線をそれぞれ捲回したコイル状の発熱抵抗線と、該発熱
抵抗線に接続したリード線部を構成するタングステン線
とから成る発熱抵抗体を、窒化珪素を主成分とし第３ａ
族元素の酸化物やアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、モリブデン
（Ｍｏ）の珪化物、チタン（Ｔｉ）の窒化物等の焼結助
剤から成る泥漿中に浸漬して乾燥した後、前記成形体上
に載置し、前記組成物を付着した発熱抵抗体を挟むよう
に前記同形状の別の窒化珪素質成形体を重ね、加圧力を
種々設定して加圧焼成し一体化した。
線をそれぞれ捲回したコイル状の発熱抵抗線と、該発熱
抵抗線に接続したリード線部を構成するタングステン線
とから成る発熱抵抗体を、窒化珪素を主成分とし第３ａ
族元素の酸化物やアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、モリブデン
（Ｍｏ）の珪化物、チタン（Ｔｉ）の窒化物等の焼結助
剤から成る泥漿中に浸漬して乾燥した後、前記成形体上
に載置し、前記組成物を付着した発熱抵抗体を挟むよう
に前記同形状の別の窒化珪素質成形体を重ね、加圧力を
種々設定して加圧焼成し一体化した。
【００１７】かくして得られた焼結体の側面を研磨して
前記リード線の一部を露出させ、少なくとも該露出部に
メタライズ法やメッキ法等によりニッケル（Ｎｉ）等の
金属被膜を形成した後、筒状金具を外嵌めし、還元ガス
雰囲気中で銀ろうにて接合して負電極とし、一方、前記
焼結体の端部に露出したリード線に、線材またはキャッ
プ状の金具より成る電極取出部を同様に銀ろうにて接合
して正電極として接続し、正負の電極を導出した直径約
３．４ｍｍの評価用のセラミック発熱体を作製した。
前記リード線の一部を露出させ、少なくとも該露出部に
メタライズ法やメッキ法等によりニッケル（Ｎｉ）等の
金属被膜を形成した後、筒状金具を外嵌めし、還元ガス
雰囲気中で銀ろうにて接合して負電極とし、一方、前記
焼結体の端部に露出したリード線に、線材またはキャッ
プ状の金具より成る電極取出部を同様に銀ろうにて接合
して正電極として接続し、正負の電極を導出した直径約
３．４ｍｍの評価用のセラミック発熱体を作製した。
【００１８】次いで、前記評価用のセラミック発熱体を
加圧焼成条件毎にＸ線透過撮影して発熱抵抗体の位置を
確認した後、その一部を使用して発熱抵抗線の軸芯方向
と直角に最高発熱部を切断し、該断面から発熱抵抗線が
形作る楕円形状の内周部の曲率半径を拡大投影器で計測
し、最小の曲率半径を求めた。
加圧焼成条件毎にＸ線透過撮影して発熱抵抗体の位置を
確認した後、その一部を使用して発熱抵抗線の軸芯方向
と直角に最高発熱部を切断し、該断面から発熱抵抗線が
形作る楕円形状の内周部の曲率半径を拡大投影器で計測
し、最小の曲率半径を求めた。
【００１９】一方、残りの評価用セラミック発熱体を使
用し、１４Ｖの直流を１分間通電して１４５０℃まで急
速昇温した後、通電を停止して１分間圧搾空気を吹きつ
け強制冷却する工程を１サイクルとする高負荷耐久試験
を、断線して発熱しなくなるまで継続した。以上の結果
を表１に示す。
用し、１４Ｖの直流を１分間通電して１４５０℃まで急
速昇温した後、通電を停止して１分間圧搾空気を吹きつ
け強制冷却する工程を１サイクルとする高負荷耐久試験
を、断線して発熱しなくなるまで継続した。以上の結果
を表１に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】その結果、前記楕円形状の内周部の曲率半
径が０．０５ｍｍ未満のセラミック発熱体では、１５０
００サイクル台で断線してしまうのに対し、前記曲率半
径が０．０５ｍｍ以上の本発明のセラミック発熱体で
は、２００００サイクル台以上の耐久試験に耐え、かつ
８００℃の温度に到達する時間が２秒以内と急速昇温特
性にも極めて優れていることが確認できた。
径が０．０５ｍｍ未満のセラミック発熱体では、１５０
００サイクル台で断線してしまうのに対し、前記曲率半
径が０．０５ｍｍ以上の本発明のセラミック発熱体で
は、２００００サイクル台以上の耐久試験に耐え、かつ
８００℃の温度に到達する時間が２秒以内と急速昇温特
性にも極めて優れていることが確認できた。
【００２２】尚、本発明は前記実施例に限定されるもの
ではない。
ではない。
【００２３】
【発明の効果】叙上の如く、本発明のセラミック発熱体
は、発熱抵抗線の軸芯方向と直角な断面において、セラ
ミック発熱体の少なくとも最高発熱部の発熱抵抗線で形
成される楕円形状の内周部の曲率半径が、０．０５ｍｍ
以上であることから、少なくとも最高発熱部の発熱抵抗
線が短時間で断線することは全くなく、高温で長時間の
連続稼動が可能な耐久性と信頼性に優れたセラミック発
熱体を提供することができる。
は、発熱抵抗線の軸芯方向と直角な断面において、セラ
ミック発熱体の少なくとも最高発熱部の発熱抵抗線で形
成される楕円形状の内周部の曲率半径が、０．０５ｍｍ
以上であることから、少なくとも最高発熱部の発熱抵抗
線が短時間で断線することは全くなく、高温で長時間の
連続稼動が可能な耐久性と信頼性に優れたセラミック発
熱体を提供することができる。
【図１】本発明のセラミック発熱体をディーゼルエンジ
ンの始動補助用に使用されるグロープラグに適用した一
実施例を示す断面図である。
ンの始動補助用に使用されるグロープラグに適用した一
実施例を示す断面図である。
【図２】図１のグロープラグの最高発熱部であるＡ−Ａ
線における拡大断面図である。
線における拡大断面図である。
１ セラミック発熱体 ２ 窒化珪素質焼結体 ３ 発熱抵抗線 ４ 最高発熱部 ５ 曲率半径
Claims (1)
- 【請求項１】窒化珪素質焼結体中に無機導電材から成る
コイル状に捲回した発熱抵抗線を埋設したセラミック発
熱体であって、前記発熱抵抗線の少なくとも最高発熱部
は、発熱抵抗線の軸芯方向と直角な断面において、該発
熱抵抗線が成す楕円形状の内周部の曲率半径が０．０５
ｍｍ以上であることを特徴とするセラミック発熱体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3308693A JPH06241452A (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | セラミック発熱体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3308693A JPH06241452A (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | セラミック発熱体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06241452A true JPH06241452A (ja) | 1994-08-30 |
Family
ID=12376884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3308693A Pending JPH06241452A (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | セラミック発熱体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06241452A (ja) |
-
1993
- 1993-02-23 JP JP3308693A patent/JPH06241452A/ja active Pending
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