JPH06272861A - セラミック発熱体 - Google Patents
セラミック発熱体Info
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- JPH06272861A JPH06272861A JP5832493A JP5832493A JPH06272861A JP H06272861 A JPH06272861 A JP H06272861A JP 5832493 A JP5832493 A JP 5832493A JP 5832493 A JP5832493 A JP 5832493A JP H06272861 A JPH06272861 A JP H06272861A
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Abstract
ク発熱体の基体にクラックが発生したりしないことは勿
論、陰極側、陽極側のいずれにおいても窒化珪素質焼結
体中に埋設した無機導電材から成る発熱抵抗体が断線し
たりせず、長時間の連続稼動が可能で、耐久性に優れた
低コストのセラミック発熱体を得る。 【構成】カルシウム(Ca)の含有量が1000ppm
以下である窒化珪素質焼結体中に無機導電材から成る発
熱抵抗体を埋設したセラミック発熱体の基体が、少なく
ともアルミニウム(Al)、鉄(Fe)及びカルシウム
(Ca)の合計量で1重量%以下、または1500℃に
おける24時間後の酸化増量が0.5mg/cm2 以下
である窒化珪素質焼結体であること。
Description
動補助用グロープラグや、各種燃焼機器の点火用及び各
種加熱機器や測定機器の加熱用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。
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
体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。
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
熱抵抗体の熱を伝えるため、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。
障害が発生せず、しかも確実に点火して安全性を確保
し、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体をセラミック焼結体
中に埋設したセラミック発熱体が、1000℃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
用されるようになってきた。
体とするセラミック発熱体は、通電加熱によりセラミッ
ク発熱体が1000℃を越えると、前記焼結体の粒界相
が一般にガラス質を形成していることから、粒界相の軟
化による焼結体の強度劣化や、粒界相のイオン移動によ
る組織劣化を引き起こし、セラミック発熱体の基体にク
ラックが発生したり、もしくは基体の窒化珪素質焼結体
自体が酸化されて表面が白色化したりして、やがて発熱
抵抗体が断線するという欠点があった。
策として、粒界相を結晶化することが提案されている
(特開平1−313362号公報参照)。
を結晶化した窒化珪素質焼結体を基体とするセラミック
発熱体を、グロープラグや各種点火用および加熱用ヒー
ターとして1000℃以上の高温用に用いた場合、一般
に点火時には1000〜1300℃となり、中には点火
した火炎に曝されて1350℃を越えるような状況とな
っても、陰極側では前記欠点のような窒化珪素質焼結体
表面の白色化やクラック等はないものの、陽極側で窒化
珪素質焼結体自体が酸化され、セラミック発熱体の陽極
側が白色化してやがて埋設した無機導電材から成る発熱
抵抗体が断線してしまい、高温耐久性が問題となる恐れ
があった。
で、その目的は、1000℃以上の高温に発熱させても
セラミック発熱体の基体にクラックが発生したりしない
ことは勿論、陰極側、陽極側のいずれにおいても窒化珪
素質焼結体中に埋設した無機導電材から成る発熱抵抗体
が断線したりせず、長時間の連続稼動が可能で、耐久性
に優れた低コストのセラミック発熱体を提供することに
ある。
体は、無機導電材から成る発熱抵抗体を、カルシウム
(Ca)の含有量が1000ppm以下で、該カルシウ
ム(Ca)と少なくともアルミニウム(Al)及び鉄
(Fe)の合計量が1重量%以下、または1500℃に
おける24時間後の酸化増量が0.5mg/cm2 以下
である窒化珪素質焼結体中に埋設したことを特徴とする
ものである。
珪素質焼結体中のカルシウム(Ca)と少なくともアル
ミニウム(Al)及び鉄(Fe)の合計量が1重量%を
越えるか、または1500℃における24時間後の酸化
増量が0.5mg/cm2 を越えると、陽極側の窒化珪
素質焼結体が酸化され、取り込まれた酸素がイオンとし
て埋設した発熱抵抗体と反応して酸化物を形成し、セラ
ミック発熱体の陽極側が白色化するとともに、埋設した
発熱抵抗体が短時間で断線するため、前記合計量は1重
量%以下、または1500℃における24時間後の酸化
増量が0.5mg/cm2 以下、とりわけ0.1mg/
cm2 以下が好適である。
としての例えばイッテリビウム(Yb)、エルビウム
(Er)やジスプロシウム(Dy)等の希土類元素の含
有量は酸化物換算で2〜8モル%、より望ましくは3〜
5モル%が良い。
(SiO2 )の含有量は、窒化珪素質焼結体中の全酸素
量から希土類元素の酸化物として含有される酸素量を差
し引いた残余の酸素量から算出した量であり、その含有
量は2〜16モル%、より望ましくは7.5〜12.5
モル%が良い。
珪素質焼結体が少なくともアルミニウム(Al)、鉄
(Fe)及びカルシウム(Ca)の合計量で1重量%以
下、または1500℃における24時間後の酸化増量が
0.5mg/cm2 以下とすることから、前記窒化珪素
質焼結体自体が酸化され難くなり、引いては埋設した発
熱抵抗体が酸化することによる熱膨張差で断線するのを
防止するように作用する。
を図面に基づき説明する。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る。
に無機導電材から成る発熱抵抗体2を埋設したセラミッ
ク発熱体で、セラミック発熱体1には、筒状金具4を外
嵌めして一方の電極端子として導出し、該筒状金具4と
取付金具5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り出し金具6をろう接して他方の
電極端子として導出するとともに、端子棒7とも接続し
て正電極とし、端子棒7にベークライト等の絶縁性ワッ
シャーを挿通してナットで固定することにより、取付金
具5の負電極と端子棒7の正電極とが絶縁されたグロー
プラグ8が構成されている。
ら成るコイル状の発熱抵抗線は、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)や硼化ジルコニウム
(ZrB2 )等の第4a族、第5a族、第6a族の炭化
物または窒化物等を線材または層状に形成したものも好
適に用いられる。
たり、先ず、比表面積が12m2 /g、含有する不可避
不純物としての酸素量、即ち酸化珪素(SiO2 )が3
重量%以下で、結晶のα化率が97%であるアルミニウ
ム(Al)、鉄(Fe)及びカルシウム(Ca)の含有
量が種々異なる窒化珪素(Si3 N4 )粉末に、焼結助
剤としてイッテリビア(Yb2 O3 )等の第3a族元素
の酸化物等を添加混合した原料粉末を、24時間ボール
ミルにて湿式混合し、該混合物の泥漿を噴霧乾燥して造
粒し、プレス成形法により断面が半円形の棒状の窒化珪
素質成形体を作製した。
のコイル状に捲回したタングステン線から成る発熱抵抗
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載置し、該発熱抵
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
重ねて加圧焼成した。
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り出し金具を同様に銀ろうに
て接合して正電極として接続し、正負の電極を導出した
評価用のセラミック発熱体を作製した。
発熱抵抗体を埋設していない部分を切断し、その一部を
使用してICP発光分光分析法にてアルミニウム(A
l)、鉄(Fe)及びカルシウム(Ca)の含有量を測
定し、その合計量を求めた。
℃の電気炉中に24時間保持し、熱処理前後の重量変化
より酸化増量を算出した。
用し、14Vの直流を1分間通電して1400℃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サイクルとする高温高負荷耐久
試験を、断線して発熱しなくなるまで継続し、そのサイ
クル数を計測するとともに、セラミック発熱体表面を肉
眼にて観察した。以上の結果を表1に示す。
l)、鉄(Fe)及びカルシウム(Ca)の合計量で1
重量%を越えるか、または1500℃における24時間
後の酸化増量が0.5mg/cm2 を越える試料番号
9、18、21、22、23は、いずれも8600サイ
クル未満の低いサイクル数で断線し、陽極側の窒化珪素
質焼結体内外が白色を呈しているのに対し、本発明のセ
ラミック発熱体では、いずれも1400℃での高温高負
荷耐久試験も15200サイクルを越えていることが確
認できた。
は、カルシウム(Ca)の含有量が1000ppm以下
である窒化珪素質焼結体中に無機導電材から成る発熱抵
抗体を埋設したセラミック発熱体の基体を成す窒化珪素
質焼結体が、少なくともアルミニウム(Al)、鉄(F
e)及びカルシウム(Ca)の合計量で1重量%以下、
または1500℃における24時間後の酸化増量が0.
5mg/cm2 以下であることから、窒化珪素質焼結体
自体の組織の劣化もなく、かつ耐酸化性と耐久性に優れ
た、とりわけ高温での長時間の連続使用が可能な低コス
トのセラミック発熱体を得ることができる。
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。
Claims (1)
- 【請求項1】カルシウム(Ca)の含有量が1000p
pm以下である窒化珪素質焼結体中に無機導電材から成
る発熱抵抗体を埋設したセラミック発熱体において、前
記窒化珪素質焼結体は少なくともアルミニウム(A
l)、鉄(Fe)及びカルシウム(Ca)の合計量が1
重量%以下、または1500℃における24時間後の酸
化増量が0.5mg/cm2 以下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 |
---|---|---|---|
JP5058324A JP3004141B2 (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | セラミック発熱体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5058324A JP3004141B2 (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | セラミック発熱体 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06272861A true JPH06272861A (ja) | 1994-09-27 |
JP3004141B2 JP3004141B2 (ja) | 2000-01-31 |
Family
ID=13081114
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5058324A Expired - Lifetime JP3004141B2 (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | セラミック発熱体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3004141B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6130410A (en) * | 1996-12-11 | 2000-10-10 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd | Ceramic heater and process for producing the same |
-
1993
- 1993-03-18 JP JP5058324A patent/JP3004141B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6130410A (en) * | 1996-12-11 | 2000-10-10 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd | Ceramic heater and process for producing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3004141B2 (ja) | 2000-01-31 |
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