JPH0689775A - Manufacture of ceramic heater - Google Patents

Manufacture of ceramic heater

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Publication number
JPH0689775A
JPH0689775A JP24084392A JP24084392A JPH0689775A JP H0689775 A JPH0689775 A JP H0689775A JP 24084392 A JP24084392 A JP 24084392A JP 24084392 A JP24084392 A JP 24084392A JP H0689775 A JPH0689775 A JP H0689775A
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JP
Japan
Prior art keywords
protective layer
heating element
base
ceramic
ceramic heater
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP24084392A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiyasu Shimonaka
利康 下中
Toyoki Ichihashi
豊紀 市橋
Hirohisa Endo
裕久 遠藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Publication date
Application filed by Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd filed Critical Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a ceramic heater having excellent durability and presenting good thermal efficiency by locating a heat emitting element precisely, reducing the thickness of a protection layer for the heat emitting element, and thereby lessening the temp. difference between the element and the surface of protection layer and also lessening thermal stresses. CONSTITUTION:A heat emitting element 12 is provided on the surface of the ceramic base 11. A protection layer 14 subjected to a sintering process is provided over the surface of this ceramic base 11. The protection layer 14 is ground into a specified thickness, and a ceramic heater is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はセラミックヒーターの製
造方法、より詳しくは、難着火性の燃料を使うディーゼ
ルエンジンのグロープラグ等に好適に使用されるセラミ
ックヒーターの製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic heater, and more particularly to a method for manufacturing a ceramic heater suitable for use in a glow plug of a diesel engine using a flame retardant fuel.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般にディーゼルエンジンのグロープラ
グには加熱体としてセラミックヒーターが使用される。
このセラミックヒーターは、セラミック層内に発熱体と
してタングステン線等を配置してこの発熱体を保護した
構造になっている。このセラミックヒーター3を製造す
る際には、図7に示すようにセラミック粉末2の内部に
タングステン線等からなる発熱体1をコイル状に形成し
たものを配置しておき、これを成形して所定の温度で焼
結するものである。
2. Description of the Related Art Generally, a ceramic heater is used as a heating element in a glow plug of a diesel engine.
This ceramic heater has a structure in which a tungsten wire or the like is arranged as a heating element in the ceramic layer to protect the heating element. When this ceramic heater 3 is manufactured, as shown in FIG. 7, a heating element 1 made of a tungsten wire or the like is formed in a coil shape inside a ceramic powder 2 and is placed in a predetermined shape. Sintered at the temperature of.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで前記の一般的
なセラミックヒーターの製造方法においては、所定の形
状に発熱体を埋め込んだセラミックヒーターが形成し難
いという問題があった。即ち、セラミック粉末2中にコ
イル形状の発熱体1を埋め込んで焼結する場合、セラミ
ック粉末2がプレス成形及び焼結によって移動収縮す
る。
However, the above-mentioned general method for manufacturing a ceramic heater has a problem that it is difficult to form a ceramic heater having a heating element embedded in a predetermined shape. That is, when the coil-shaped heating element 1 is embedded in the ceramic powder 2 and sintered, the ceramic powder 2 moves and contracts by press molding and sintering.

【0004】その結果、図8(a) 及び(b) に示すように
発熱体1の形状が楕円形に変形したり、コイルの間隔が
不均一となるばかりでなく、この発熱体1を被覆してい
るセラミック層(保護層)の厚さが変化することにな
る。このように発熱体1の正面形状が楕円等に変化し、
コイルの間隔が不均一となり、更にこの発熱体1を覆う
セラミック層の厚さが変化したセラミックヒーターの中
間製品は、その後の仕上げ工程において研削加工される
が、発熱体1を覆うセラミック層の厚さが変化している
ので、セラミックの表面との間隔を小さくすることがで
きない。
As a result, as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), the shape of the heating element 1 is deformed into an elliptical shape, the coil intervals are not uniform, and the heating element 1 is covered. The thickness of the ceramic layer (protective layer) that is being used will change. In this way, the front shape of the heating element 1 changes to an ellipse or the like,
The intermediate product of the ceramic heater, in which the intervals between the coils are non-uniform and the thickness of the ceramic layer covering the heating element 1 is changed, is ground in a subsequent finishing step, but the thickness of the ceramic layer covering the heating element 1 is increased. However, it is not possible to reduce the distance between the ceramic surface and the ceramic surface.

【0005】このような比較的に厚いセラミック層を有
するセラミックヒーター3においては、発熱体1とセラ
ミック層3の表面との温度差が大きくなり、大きな熱応
力が生じセラミックヒーター3が破損し易いという問題
がある。この傾向は特に高温において使用されるセラミ
ックヒーターにおいて大きく、信頼性が低い主な原因と
なっている。
In the ceramic heater 3 having such a relatively thick ceramic layer, the temperature difference between the heating element 1 and the surface of the ceramic layer 3 becomes large, and a large thermal stress is generated, so that the ceramic heater 3 is easily damaged. There's a problem. This tendency is great especially in ceramic heaters used at high temperatures, and is a main cause of low reliability.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は前記従来の問題
点を解決するためになされたものであって、セラミック
粉末を焼結して基体を形成する工程と、基体表面に発熱
体を取付ける工程と、基体と同質のセラミック粉末によ
り発熱体を被覆して保護層を配置し、この保護層を形成
した基体をホットプレス焼結する工程と、焼結された保
護層を研削する工程とよりなるセラミックヒーターの製
造方法である。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and comprises the steps of sintering ceramic powder to form a substrate, and attaching a heating element to the surface of the substrate. A step of covering the heating element with a ceramic powder of the same quality as the substrate, arranging a protective layer, hot pressing the substrate having the protective layer formed thereon, and grinding the sintered protective layer; Is a method for manufacturing a ceramic heater.

【0007】好ましくは、保護層はセラミック粉末にバ
インダを混合して形成され、これを圧粉成形によって形
成される。更に、保護層表面を難焼結であり、かつ流動
性のよいセラミック粉末で覆ってホットプレス焼結がな
されるのである。
[0007] Preferably, the protective layer is formed by mixing a ceramic powder with a binder, and is formed by compacting. Further, the surface of the protective layer is covered with a ceramic powder which is difficult to sinter and has good fluidity, and hot press sintering is performed.

【0008】[0008]

【実 施 例】以下図1乃至図6に基づき本発明による
セラミックヒーターの製造方法の一実施例を説明する。
図1において11は棒状(丸形、板形、楕円形等)基体で
あって、この基体11は例えば窒化アルミニウム、窒化珪
素、アルミナの如き焼結可能なセラミック粉末を焼結し
て形成されたものである (基体形成工程) 。
EXAMPLE An example of a method for manufacturing a ceramic heater according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a rod-shaped (round, plate-shaped, oval, etc.) substrate, which is formed by sintering a sinterable ceramic powder such as aluminum nitride, silicon nitride or alumina. (Substrate forming step).

【0009】そして、この基体11の表面にはタングステ
ン等の発熱体12が貼付けられる (発熱体を基体に取付け
る工程)。この発熱体12は、タングステンの箔を使用し
てジグザグ状等に切抜き、これを例えばシラン系接着材
の如き接着材を使用して貼付けたものである。また、用
途によっては線状の発熱体をコイル状に巻付ける方法も
採用される。この発熱体の形状はヒーターとして必要と
する発熱部の分布によって決定されるものである。この
薄箔状の発熱体は厚さが0.02〜0.20mm程度のタングス
テン箔が使用される。
A heating element 12 made of tungsten or the like is attached to the surface of the base 11 (step of attaching the heating element to the base). The heating element 12 is cut out in a zigzag shape or the like using a foil of tungsten, and attached by using an adhesive such as a silane-based adhesive. In addition, a method of winding a linear heating element in a coil shape is also used depending on the application. The shape of this heating element is determined by the distribution of the heating portion required as a heater. As the thin foil-shaped heating element, a tungsten foil having a thickness of about 0.02 to 0.20 mm is used.

【0010】更に、この基体11の両端には、高融点金属
箔からなる目印層13を所定の長さ巻付ける。この高融点
金属箔の目印層13は、後述する保護層14が焼結後基体11
と密着するのを防止し、併せて保護層14を研削するとき
の芯出し位置として残す役目をするものである。この高
融点金属箔の厚さは0.05〜0.20mm程度のものが使用さ
れる。
Further, mark layers 13 made of a high melting point metal foil are wound around the both ends of the base 11 for a predetermined length. The mark layer 13 of the high melting point metal foil has a base 11 after the protective layer 14 described later is sintered.
It serves to prevent close contact with and to leave it as a centering position when the protective layer 14 is ground. The high melting point metal foil having a thickness of about 0.05 to 0.20 mm is used.

【0011】このようにして基体11の表面に発熱体12及
び目印層13が取付けられた後、図2に示されるように保
護層14が形成される。この保護層14は、基体11のセラミ
ックと同質の例えば窒化アルミニウムの如き焼結可能な
セラミック粉末に、例えば非水系のバインダを混合した
ものが使用され、この混合体の中に基体11を置き、そし
て基体11の外周から均一な外力が作用するように加圧し
て成形する(保護層形成工程)。
After the heating element 12 and the marking layer 13 are attached to the surface of the base 11 in this manner, the protective layer 14 is formed as shown in FIG. The protective layer 14 is formed by mixing, for example, a non-aqueous binder with a sinterable ceramic powder such as aluminum nitride having the same quality as the ceramic of the base 11, and the base 11 is placed in this mixture. Then, pressure is applied from the outer circumference of the base 11 so that a uniform external force acts (molding step).

【0012】このようにして厚めの保護層14で被覆され
た状態の基体11は、ホットプレス焼結される (焼結工
程) 。この場合、図3(a), (b)に示されるように保護層
14の周囲に、例えば窒化ホウ素の如き基体11を形成した
セラミック粉末より難焼結であり、かつ流動性のよいセ
ラミック粉末15を加圧材として充填してホットプレス焼
結するのが好ましい。このときセラミック粉末15はホッ
トプレス焼結では焼結しないため優れた流動性が損なわ
れることがない。したがって、このセラミック粉末15に
よりホットプレス焼結の一軸方向のプレス圧Pが静水圧
に近い形で保護層14及び基体11に伝播され、基体11その
変形を最小限に抑えることができる。
The substrate 11 thus coated with the thick protective layer 14 is hot-press sintered (sintering step). In this case, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the protective layer
It is preferable to fill the periphery of 14 with a ceramic powder 15 that is more difficult to sinter than the ceramic powder on which the substrate 11 such as boron nitride is formed and has good fluidity as a pressurizing material and perform hot press sintering. At this time, since the ceramic powder 15 is not sintered by hot press sintering, excellent fluidity is not impaired. Therefore, the ceramic powder 15 propagates the uniaxial pressing pressure P of hot press sintering to the protective layer 14 and the base 11 in a form close to the hydrostatic pressure, and the deformation of the base 11 can be minimized.

【0013】焼結手段終了後、加圧材であるセラミック
粉末15は除去され、図4に示されるように基体11、発熱
体12、高融点金属箔13及び保護層14を有する基材16が形
成される。この基材16においては基体11及び発熱体12の
変形が小さく、かつ保護層14は連続した気孔を有しない
緻密なセラミック材として形成される。このようにして
製造された基材16の端部が先ず研削される。具体的には
図5に示されるように高融点金属箔からなる目印層13の
外周にある保護層14' が研削された後、この目印層13を
剥離させると基体11の端部が露出する。そしてこの露出
した基体11の端部を利用して芯出しを行ないながら保護
層14を所定の厚さtとなるように研削する (研削工程)
ことにより図6に示すようにセラミックヒーター17が製
造されるのである。
After the completion of the sintering process, the ceramic powder 15 as a pressurizing material is removed, and as shown in FIG. 4, the base material 16, the heating element 12, the refractory metal foil 13 and the base material 16 having the protective layer 14 are removed. It is formed. In this base material 16, the deformation of the base 11 and the heating element 12 is small, and the protective layer 14 is formed as a dense ceramic material having no continuous pores. The end portion of the base material 16 manufactured in this way is first ground. Specifically, as shown in FIG. 5, after the protective layer 14 ′ on the outer periphery of the mark layer 13 made of a high melting point metal foil is ground, the mark layer 13 is peeled off to expose the end portion of the base 11. . Then, the protective layer 14 is ground to have a predetermined thickness t while performing centering using the exposed end of the base 11 (grinding step).
As a result, the ceramic heater 17 is manufactured as shown in FIG.

【0014】この場合、保護層tの厚さ、具体的には発
熱体12と保護層14の表面との間隔は0.2 〜0.6 mm程度
になるように研削される。このようにして製造されたセ
ラミックヒーター17が、例えば1000℃以上の比較的高温
で使用される場合は、保護層14を窒化アルミニウムで形
成したとき、更にその表面に気相法による炭化珪素膜を
形成するのが好ましい。即ち、かかる高温においては保
護層14が酸化する問題がある。かかる炭化珪素膜は耐酸
化性、耐蝕性に優れており、したがって保護層14の耐酸
化性、耐食性を向上させることができる。
In this case, the thickness of the protective layer t, specifically, the distance between the heating element 12 and the surface of the protective layer 14 is ground to be about 0.2 to 0.6 mm. When the ceramic heater 17 manufactured in this manner is used at a relatively high temperature of, for example, 1000 ° C. or higher, when the protective layer 14 is formed of aluminum nitride, a silicon carbide film formed by a vapor phase method is further formed on the surface thereof. It is preferably formed. That is, there is a problem that the protective layer 14 is oxidized at such a high temperature. Such a silicon carbide film is excellent in oxidation resistance and corrosion resistance, and therefore the oxidation resistance and corrosion resistance of the protective layer 14 can be improved.

【0015】[0015]

【発明の効果】本発明に係るセラミックヒーターの製造
方法は、セラミック粉末を焼結して基体を形成する工程
と、基体表面に発熱体を取付ける工程と、基体と同質の
セラミック粉末により発熱体を被覆して保護層を配置
し、この保護層を形成した基体をホットプレス焼結する
工程と、焼結された保護層を研削する工程から構成され
ている。
The method of manufacturing a ceramic heater according to the present invention comprises the steps of sintering ceramic powder to form a base, attaching a heating element to the surface of the base, and heating the heating element with a ceramic powder of the same quality as the base. It comprises a step of covering and disposing a protective layer, hot pressing and sintering the substrate on which the protective layer is formed, and a step of grinding the sintered protective layer.

【0016】従って、発熱体の変形のないしかも保護層
表面の間隔が小さな所定のセラミックヒーターを製造す
ることができる。この結果、発熱体と保護層表面の温度
差が小さくなり、したがって熱応力が小さくなり、セラ
ミックヒータの耐久性が工場するという効果がある。ま
た、保護層を所定の厚さに研削するのに、基体上に配置
された発熱体の位置を目印層によって確認しながらこの
発熱体上の保護層の厚みを正確に確保することができ、
高効率のセラミックヒーターを得ることができる。
Therefore, it is possible to manufacture a predetermined ceramic heater in which the heating element is not deformed and the distance between the protective layer surfaces is small. As a result, the temperature difference between the heating element and the surface of the protective layer is reduced, and therefore the thermal stress is reduced, and the durability of the ceramic heater is reduced. Further, in order to grind the protective layer to a predetermined thickness, the thickness of the protective layer on the heating element can be accurately ensured while confirming the position of the heating element arranged on the base with the mark layer,
A highly efficient ceramic heater can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例における基体上に発熱体と目
印層を設ける工程を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a step of providing a heating element and a marking layer on a substrate in one example of the present invention.

【図2】保護層形成工程の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a protective layer forming step.

【図3】a図及びb図は保護層を加圧しながら焼結する
工程の説明図である。
3A and 3B are explanatory views of a process of sintering the protective layer while applying pressure.

【図4】焼結工程説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a sintering process.

【図5】研削工程の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a grinding process.

【図6】セラミックヒーターの説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a ceramic heater.

【図7】従来のセラミックヒーターの製造工程の説明図
である。
FIG. 7 is an explanatory view of a manufacturing process of a conventional ceramic heater.

【図8】a図は従来の製造方法により製造されたセラミ
ックヒーターの側面図、b図は同正面図である。
8A is a side view of a ceramic heater manufactured by a conventional manufacturing method, and FIG. 8B is a front view of the same.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1, 12 発熱体 2 セラミック 3, 17 セラミ
ックヒーター 11 基体 13 目印層 14 保護層 15 セラミ
ック粉末 16 基材。
1, 12 Heating element 2 Ceramic 3, 17 Ceramic heater 11 Base material 13 Mark layer 14 Protective layer 15 Ceramic powder 16 Base material.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミック粉末を焼結して基体を形成す
る工程と、基体表面に発熱体を取付ける工程と、基体と
同質のセラミック粉末により発熱体を被覆して保護層を
配置し、この保護層を形成した基体をホットプレス焼結
する工程と、焼結された保護層を研削する工程とよりな
るセラミックヒーターの製造方法。
1. A step of forming a base by sintering ceramic powder, a step of mounting a heating element on the surface of the base, a heating layer is covered with a ceramic powder of the same quality as the base, and a protective layer is arranged to protect the heating element. A method of manufacturing a ceramic heater, comprising: a step of hot-press sintering a substrate having a layer formed thereon; and a step of grinding a sintered protective layer.
【請求項2】 保護層表面を難焼結であり、かつ流動性
のよいセラミック粉末で覆った後にホットプレス焼結す
るようにした請求項1記載のセラミックヒーターの製造
方法。
2. The method for producing a ceramic heater according to claim 1, wherein the surface of the protective layer is hard to sinter and is covered with a ceramic powder having a good fluidity and then hot press-sintered.
【請求項3】 セラミック粉末を焼結して基体を形成す
る工程と、基体表面に発熱体を取付ける工程と、基体の
端部に目印層を形成する工程と、前記基体と同質のセラ
ミック粉末により発熱体を被覆して保護層を配置し、こ
の保護層を形成した基体をホットプレス焼結する工程
と、焼結された保護層を研削する研削工程とよりなるセ
ラミックヒーターの製造方法。
3. A step of forming a base by sintering ceramic powder, a step of mounting a heating element on the surface of the base, a step of forming a mark layer at an end of the base, and a step of forming the base with a ceramic powder of the same quality as the base. A method of manufacturing a ceramic heater, comprising: a step of coating a heating element with a protective layer; hot-sintering a substrate having the protective layer formed thereon; and a step of grinding the sintered protective layer.
JP24084392A 1992-09-09 1992-09-09 Manufacture of ceramic heater Withdrawn JPH0689775A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018517227A (en) * 2015-03-19 2018-06-28 サン−ゴバン グラス フランスSaint−Gobain Glass France Method of depositing a bus bar on a plastic window for a vehicle with a heating function

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