JPH07190362A - Ceramic glowing plug - Google Patents
Ceramic glowing plugInfo
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- JPH07190362A JPH07190362A JP34942193A JP34942193A JPH07190362A JP H07190362 A JPH07190362 A JP H07190362A JP 34942193 A JP34942193 A JP 34942193A JP 34942193 A JP34942193 A JP 34942193A JP H07190362 A JPH07190362 A JP H07190362A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、ディーゼルエンジン
等に使用されるセラミックスグロープラグに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic glow plug used in a diesel engine or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、ディーゼルエンジン用グロープラ
グとしては、特開昭62−141424号公報に開示さ
れたものがある。該グロープラグは中空状ホルダの先端
部に筒状セラミックスヒータを設けたものであり、該セ
ラミックスヒータは、絶縁性セラミックスから成る薄板
状絶縁体と該薄板状絶縁体の両側面及び一端部に積層さ
れる導電性セラミックスによる薄板状抵抗体とから成る
積層体を幅方向に曲げて筒状体を形成し、該筒状体の後
端側外周部に導電性セラミックスによる保護パイプを嵌
装させて焼成して一体的に成形したものである。2. Description of the Related Art Conventionally, as a glow plug for a diesel engine, there is one disclosed in JP-A-62-141424. The glow plug is a hollow holder provided with a cylindrical ceramics heater at the tip thereof. The ceramics heater is a thin plate insulator made of insulating ceramics and laminated on both side surfaces and one end of the thin plate insulator. A laminated body composed of a thin plate resistor made of conductive ceramics is bent in the width direction to form a tubular body, and a protective pipe made of conductive ceramics is fitted to the outer peripheral portion of the tubular body on the rear end side. It is baked and integrally molded.
【0003】また、自己電流制御型グロープラグとして
は、タングステン線等による発熱線をセラミック材中に
埋設した棒状セラミックスを用い、熱伝達効率を向上さ
せ、発熱線への通電電力を自己制御して発熱特性を改善
し、ヒータ部分での過熱を防止するものが知られてい
る。例えば、自己電流制御型グロープラグとして、特公
平4−34052号公報、特公昭60−19404号公
報、特開昭59−157423号公報等に開示されたも
のがある。Further, as the self-current control type glow plug, rod-shaped ceramics in which a heating wire made of tungsten wire or the like is embedded in a ceramic material is used to improve heat transfer efficiency and self-control the electric power supplied to the heating wire. It is known to improve heat generation characteristics and prevent overheating in the heater portion. For example, there are self-current control type glow plugs disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 4-34052, Japanese Examined Patent Publication No. 60-19404, and Japanese Unexamined Patent Publication No. 59-157423.
【0004】また、特開平2−183718号公報に開
示されたグロープラグは、ケーシングの先端側に発熱体
がセラミックス焼結体に埋設された発熱部が設けられて
おり、発熱体をタングステンから作製し、セラミックス
焼結体を窒化アルミニウム焼結体の表面に気相法によっ
て炭化ケイ素被覆層を形成したものである。Further, in the glow plug disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-183718, a heating portion in which a heating element is embedded in a ceramic sintered body is provided on the tip side of the casing, and the heating element is made of tungsten. Then, the ceramics sintered body has a silicon carbide coating layer formed on the surface of an aluminum nitride sintered body by a vapor phase method.
【0005】更に、特開平4−259781号公報に開
示されたセラミックヒータは発熱体を埋設する発熱部が
窒化アルミニウム質セラミックスで形成され、発熱部を
支持する支持部が窒化ケイ素質セラミックスで形成され
ているものである。Further, in the ceramic heater disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-259781, a heating portion for embedding a heating element is made of aluminum nitride ceramics, and a supporting portion for supporting the heating portion is made of silicon nitride ceramics. It is what
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
グロープラグでは、タングステン線等の高融点を有する
金属線はホットプレスによりサンドイッチ状に窒化ケイ
素等のセラミックス内に埋設されて一体化された構造を
有している。そのため、従来のグロープラグでは、中心
に温度勾配が付き、不均一な熱応力が発生し、金属線を
埋め込んだセラミックスが割れ、クラック等を起こして
破損し易いという問題を有している。However, in the conventional glow plug, a structure in which a metal wire having a high melting point such as a tungsten wire is embedded in ceramics such as silicon nitride in a sandwich shape by hot pressing and integrated is formed. Have Therefore, the conventional glow plug has a problem that a temperature gradient is formed at the center, non-uniform thermal stress is generated, and the ceramics in which the metal wire is embedded is cracked and easily cracked.
【0007】或いは、従来の金属コイルは、Fe−Cr
合金でラッシュコイル即ち発熱体コイルを作製し、Ni
でブレーキコイル即ち電流制御コイルを作製し、異種金
属から成る発熱体コイルと電流制御コイルとを直列に結
線している。そして、従来のグロープラグは、上記金属
コイルを金属鞘内部に配置し、空間部にMgO粉末を充
填したものであるが、Fe−Cr合金及びNiは共融点
が低く、一般に、セラミックスと一体焼結ができないも
のであり、Siと反応してシリサイドを形成し易い性質
を有しており、熱膨張係数の差が大きいという問題を有
している。Alternatively, the conventional metal coil is made of Fe--Cr.
Make a rush coil, that is, a heating element coil with an alloy,
Then, a brake coil, that is, a current control coil is manufactured, and a heating element coil made of a different metal and a current control coil are connected in series. In the conventional glow plug, the metal coil is arranged inside the metal sheath and the space is filled with MgO powder. However, Fe--Cr alloy and Ni have a low eutectic point and are generally burnt integrally with ceramics. It cannot be bonded, has a property of easily forming a silicide by reacting with Si, and has a problem that a difference in thermal expansion coefficient is large.
【0008】更に、従来のグロープラグで使用されてい
るAlNは、焼成時に15〜20%の収縮が発生する特
性を有している。そのため、グロープラグを作製する工
程におけるホットプレス焼成時に、コイルの形状が二次
元形状にならざるを得ず、その結果、グロープラグの発
熱では温度不均一になり、セラミックスの割れ、クラッ
ク等の発生原因になり、耐久性が低下するという問題が
ある。Further, AlN used in the conventional glow plug has a characteristic that shrinkage of 15 to 20% occurs during firing. Therefore, during hot press firing in the process of manufacturing the glow plug, the shape of the coil is unavoidably two-dimensional, and as a result, the temperature of the glow plug becomes non-uniform and the ceramic cracks and cracks occur. As a result, there is a problem that durability is reduced.
【0009】また、従来の自己電流制御型グロープラグ
では、タングステン線等の発熱線をセラミックス中に成
形時に埋設して焼結するため、焼結は加圧焼結が必要と
なり、ホットプレス即ち一軸加圧焼結が通常行われてい
る。そのため、セラミックス中に埋設される発熱線の形
状が制限され、二次元の構造になることから、セラミッ
クス製外殻の内壁面或いは内包のセラミックスと発熱線
との間が離れ、熱伝達効率が低下し、セラミックスヒー
タの速熱性が低下するという問題がある。また、発熱部
がタングステン線とSi3 N4 とがホットプレス時に一
体化された構造のセラミック製グロープラグでは、タン
グステン線とSi3 N4 との境界に隙間が形成され、該
隙間から水分或いは酸素が侵入し、腐食等が発生すると
いう問題が発生する。特に、タングステン線とSi3 N
4 との境界の隙間から水分或いは酸素が侵入するのを防
止するため、境界を密封しなければならないという問題
がある。Further, in the conventional self-current control type glow plug, since a heating wire such as a tungsten wire is embedded in the ceramic at the time of molding and is sintered, pressure sintering is required for sintering, and hot sintering, that is, uniaxial sintering is required. Pressure sintering is usually performed. Therefore, the shape of the heating wire embedded in the ceramics is limited, and the heating wire has a two-dimensional structure, so that the heating wire is separated from the inner wall surface of the ceramic outer shell or the ceramics contained therein, and the heat transfer efficiency is reduced. However, there is a problem that the rapid heating property of the ceramics heater is lowered. Further, in the ceramic glow plug having a structure in which the tungsten wire and Si 3 N 4 are integrated at the time of hot pressing in the heat generating portion, a gap is formed at the boundary between the tungsten wire and Si 3 N 4, and water or moisture is discharged from the gap. There is a problem that oxygen penetrates and corrosion occurs. Especially, tungsten wire and Si 3 N
There is a problem in that the boundary must be sealed in order to prevent water or oxygen from entering through the gap between the boundary and 4 .
【0010】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、電流制御用コイルと発熱体コイル
から成るタングステン線等の金属コイルを配置し、発熱
部と電流制御部を流れる電流を調節して最適の発熱量を
確保する自己電流制御型に構成し、金属コイルにSi,
Ti,Si3 N4 から成るスラリーで肉付けし、反応焼
結した後、反応焼結セラミックスの表面にCVD或いは
溶射によってSi3 N4 等の緻密なセラミックス被膜を
形成し、金属コイルを三次元形状に構成でき、低コスト
で作製できるセラミックスグロープラグを提供すること
である。Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and a metal coil such as a tungsten wire composed of a current control coil and a heating element coil is arranged, and a current flowing through the heating section and the current control section is arranged. It is configured as a self-current control type that adjusts the
After forming a slurry of Ti, Si 3 N 4 and reaction sintering, a dense ceramic coating such as Si 3 N 4 is formed on the surface of the reaction sintered ceramic by CVD or thermal spraying, and the metal coil is three-dimensionally shaped. And a ceramic glow plug that can be manufactured at low cost.
【0011】この発明の別の目的は、緻密質セラミック
スから外殻を作製し、該外殻内に電流制御用コイルと発
熱体コイルから成る金属コイルを配置し、発熱部と電流
制御部を流れる電流を調節して最適の発熱量を確保する
自己電流制御型に構成し、焼成時に外殻内での収縮が発
生しない反応焼結セラミックスを外殻内に充填し、該金
属コイルを前記充填部材に内包すると共に、該充填部材
に対する金属コイルの熱応力の緩和と反応防止のために
金属コイルの外周面に傾斜材料からなるセラミックス膜
を電気泳動法で被覆し、金属コイルを三次元形状に構成
して均一加熱ができるように構成し、低コストで作製で
きるセラミックスグロープラグを提供することである。Another object of the present invention is to fabricate an outer shell from a dense ceramic, arrange a current control coil and a metal coil composed of a heating element coil in the outer shell, and flow through the heating section and the current control section. A self-current control type that regulates an electric current to ensure an optimum amount of heat generation, is filled with a reaction-sintered ceramic that does not cause shrinkage in the outer shell during firing, and fills the metal coil with the filling member. And a ceramic film made of a gradient material is coated on the outer peripheral surface of the metal coil by an electrophoretic method in order to alleviate thermal stress of the metal coil against the filling member and prevent reaction, and the metal coil is formed into a three-dimensional shape. The present invention is to provide a ceramic glow plug that can be uniformly heated and can be manufactured at low cost.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するため、次のように構成されている。即ち、この
発明は、発熱体コイルと電流制御用コイルとを直列に接
続し且つ端子を有する金属コイル、該金属コイルの周囲
をSi,Tiを含む気孔率が10%以上の反応焼結セラ
ミックスから成るグロープラグ本体、及び該グロープラ
グ本体の表面に形成された粒界に酸化物を含まないセラ
ミックスから成る被膜から構成したことを特徴とするセ
ラミックスグロープラグに関する。また、このセラミッ
クスグロープラグにおいて、前記被膜を構成するセラミ
ックスはSi3 N4 から成り、前記グロープラグ本体に
CVD及び溶射のいずれかでコーティングされているも
のである。In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows. That is, the present invention relates to a metal coil in which a heating element coil and a current control coil are connected in series and which has a terminal, and the periphery of the metal coil is formed from a reaction-sintered ceramic containing Si and Ti and having a porosity of 10% or more. The present invention relates to a glow plug body, and a ceramic glow plug, characterized in that the glow plug body is formed of a coating film made of ceramics that does not contain oxides at grain boundaries formed on the surface of the glow plug body. Further, in this ceramic glow plug, the ceramic constituting the coating is made of Si 3 N 4 , and the glow plug main body is coated by either CVD or thermal spraying.
【0013】又は、この発明は、緻密質セラミックスか
ら作製した外殻、該外殻内に内包された発熱体コイルと
電流制御用コイルとを直列に接続し且つ端子を有する金
属コイル、前記外殻内に充填され且つ前記金属コイルの
間隙に配置されているSi,Tiを含むセラミックスか
ら成る充填部材、及び前記金属コイルの表面に形成され
ている熱膨張係数が異なる複数層のセラミックス被膜、
から構成したことを特徴とするセラミックスグロープラ
グに関する。また、このセラミックスグロープラグにお
いて、前記セラミックス被膜は電気泳動法により被覆さ
れたMgO,ZrO2 ,Al2 O3 の各層から構成さ
れ、前記各層はそれらの熱膨張係数が傾斜的になるよう
に配置されている。また、前記充填部材を構成するセラ
ミックスは、Si3 N4 ,Si,Tiから成るスラリー
を反応焼結して構成した無収縮セラミックスから構成さ
れているものである。Alternatively, according to the present invention, an outer shell made of dense ceramics, a metal coil in which a heating element coil contained in the outer shell and a current control coil are connected in series and having a terminal, the outer shell A filling member made of ceramics containing Si and Ti, which is filled in the metal coil and arranged in the gap between the metal coils, and a plurality of layers of ceramic coatings having different thermal expansion coefficients formed on the surface of the metal coil,
The present invention relates to a ceramic glow plug, which is characterized in that Further, in this ceramic glow plug, the ceramic coating is composed of layers of MgO, ZrO 2 , and Al 2 O 3 coated by an electrophoretic method, and the respective layers are arranged so that their thermal expansion coefficients are inclined. Has been done. Further, the ceramic constituting the filling member is composed of non-shrink ceramics formed by reacting and sintering a slurry of Si 3 N 4 , Si, and Ti.
【0014】[0014]
【作用】この発明によるセラミックスグロープラグは、
上記のように構成されており、次のように作用する。即
ち、このセラミックスグロープラグは、発熱体コイルと
電流制御用コイルとを直列に接続し且つ端子を有する金
属コイル、該金属コイルの周囲をSi,Tiを含む気孔
率が10%以上の反応焼結セラミックスから成るグロー
プラグ本体、及び該グロープラグ本体の表面に形成され
た粒界に酸化物を含まないセラミックスから成る被膜か
ら構成したので、前記金属コイルに電流を流せば、前記
発熱体コイルで発生した熱は前記被膜を加熱して外部に
放熱するのに対して前記電流制御用コイルでは温度上昇
に伴って前記電流制御用コイルに流れる電流が抑制さ
れ、電流制御部を構成する。即ち、前記電流制御用コイ
ルが高温になれば、その抵抗値が大きくなり、前記金属
コイルに流れる電流が小さくなり、前記外殻からの発熱
量が自己制御され、最適値に制御されることになる。The function of the ceramic glow plug according to the present invention is as follows.
It is configured as described above and operates as follows. That is, this ceramic glow plug is a metal coil that has a heating element coil and a current control coil connected in series and has a terminal, and the reaction sintering of the periphery of the metal coil containing Si and Ti and having a porosity of 10% or more. Since it is composed of a glow plug body made of ceramics and a coating made of ceramics that does not contain oxides at the grain boundaries formed on the surface of the glow plug body, if a current is applied to the metal coil, it is generated in the heating element coil. The generated heat heats the coating film and radiates the heat to the outside, whereas the current control coil suppresses the current flowing through the current control coil as the temperature rises, and constitutes a current control unit. That is, when the temperature of the current control coil becomes high, its resistance value increases, the current flowing through the metal coil decreases, and the amount of heat generated from the outer shell is self-controlled and controlled to an optimum value. Become.
【0015】特に、このセラミックスグロープラグは、
最外周部の前記被膜が薄膜であるのでその熱容量が小さ
く、しかも前記被膜の熱伝導率が高いので、急速な昇温
が可能になる。また、前記グロープラグ本体を構成する
反応焼結セラミックスは焼成時に収縮が発生せず、しか
も金属コイルのコイル形状の自由度が大きくなり、最も
形状の安定したコイル状の三次元形状に形成することが
でき、発熱時の温度分布が均一になって、割れ等が発生
せず、低コストで製造できる。In particular, this ceramic glow plug is
Since the coating film on the outermost peripheral portion is a thin film, its heat capacity is small, and since the coating film has a high thermal conductivity, it is possible to rapidly raise the temperature. In addition, the reaction-sintered ceramics constituting the glow plug body does not shrink during firing, the degree of freedom of the coil shape of the metal coil is increased, and the most stable shape is formed into a coiled three-dimensional shape. The temperature distribution during heat generation is uniform, cracks and the like do not occur, and it is possible to manufacture at low cost.
【0016】特に、前記外殻内に充填した無収縮セラミ
ックスは、Si,Ti及びSi3 N4 を含んでいる原料
を緻密質のSi3 N4 からなる外殻内に充填してN2 ガ
ス内で反応焼成することによって、SiとTiとをSi
3 N4 ,TiN,TiO2 ,TiONに変化させるもの
であり、前記外殻を緻密質Si3 N4 で作製しておけ
ば、焼成時にTiNが膨張し、外殻のSi3 N4 と反応
Si3 N4 とが密着することができ、しかも、加圧無し
で焼成しても、TiNの膨張作用によって外殻と充填部
材との間の境界に隙間が発生せず、前記金属コイルを三
次元形状に形成しても該金属コイルと前記外殻との接触
状態を悪化させることがなく、熱伝達効率を向上でき、
発熱部での迅速な昇温を可能にする。In particular, in the non-shrinkable ceramics filled in the outer shell, a raw material containing Si, Ti and Si 3 N 4 is filled in the outer shell made of dense Si 3 N 4 and N 2 gas is added. Si and Ti are converted to Si by
3 N 4, TiN, is intended to be changed to TiO 2, TiON, if by making the shell with dense Si 3 N 4, TiN expands during firing, react with Si 3 N 4 of the outer shell Si 3 N 4 can be adhered to the metal coil, and even if it is fired without pressure, the expansion action of TiN does not cause a gap at the boundary between the outer shell and the filling member, and the metal coil is Even if formed in the original shape, the contact state between the metal coil and the outer shell is not deteriorated, and heat transfer efficiency can be improved,
Enables rapid temperature rise in the heat generating part.
【0017】[0017]
【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるセラ
ミックスグロープラグの実施例を説明する。図1はこの
発明によるセラミックスグロープラグの一実施例を示す
断面図、及び図2はセラミックスグロープラグについて
の通電時間と発熱部の表面温度との関係を示すグラフで
ある。Embodiments of the ceramic glow plug according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a ceramic glow plug according to the present invention, and FIG. 2 is a graph showing the relationship between the energization time and the surface temperature of the heat generating portion for the ceramic glow plug.
【0018】このセラミックスグロープラグは、主とし
て、ディーゼルエンジン等に組み込まれて始動補助装置
として使用されるものであり、発熱体コイル5と電流制
御用コイル4とを直列に接続し且つ端子となる接続線
6,7を有する金属コイル3、該金属コイル3の周囲を
Si,Tiを含む気孔率が10%以上の反応焼結セラミ
ックスから成るグロープラグ本体1、及び該グロープラ
グ本体1の外面である表面9に形成された粒界に酸化物
を含まないセラミックスから成る被膜2から構成されて
いる。被膜2を構成するセラミックスは、Si3 N4 か
ら成り、グロープラグ本体1の表面9にCVD法及び溶
射法のいずれかでコーティングされた薄膜を構成するも
のである。このセラミックスグロープラグは、被膜2を
コーティングしたグロープラグ本体1の先端側を発熱部
8に構成したものである。This ceramic glow plug is mainly used in a diesel engine or the like and is used as a start-up assisting device. The heating element coil 5 and the current control coil 4 are connected in series and serve as terminals. A metal coil 3 having wires 6 and 7, a glow plug body 1 made of a reaction-sintered ceramic containing Si and Ti and having a porosity of 10% or more around the metal coil 3, and an outer surface of the glow plug body 1. It is composed of a coating film 2 formed on the surface 9 and made of ceramics containing no oxide at the grain boundaries. The ceramic constituting the coating film 2 is made of Si 3 N 4 , and forms a thin film in which the surface 9 of the glow plug body 1 is coated by either the CVD method or the thermal spraying method. In this ceramic glow plug, a heat generating portion 8 is formed on the tip side of a glow plug body 1 coated with a coating 2.
【0019】金属コイル3を埋設するグロープラグ本体
1を構成するセラミックスは、焼成時に膨張するセラミ
ックスを用い、被膜2を緻密質セラミックスで構成した
ものである。被膜2は、グロープラグ本体1の全表面9
にコーティングされ、一端が閉鎖端部10に形成され、
他端が開放端部11に形成された窒化ケイ素Si3 N4
等の緻密質セラミックスから作製されている。The glow plug body 1 in which the metal coil 3 is embedded is made of ceramics that expands during firing, and the coating 2 is made of dense ceramics. The coating 2 is the entire surface 9 of the glow plug body 1.
Coated on one side to form a closed end 10 at one end,
Silicon nitride Si 3 N 4 with the other end formed on the open end 11
Etc. are made from dense ceramics.
【0020】また、このセラミックスグロープラグにお
いて、グロープラグ本体1を構成する反応焼結セラミッ
クスは、SiとTiとの原料を焼成することによってS
i3N4 ,TiN,TiO2 ,TiONを含んでいる多
孔質セラミックスに転化したものであり、焼成前のSi
とTiとの原料の体積と焼成後のSi3 N4 ,TiN,
TiO2 ,TiONとの体積が実質的に同一であり、焼
結収縮を起こさないものである。従って、緻密質Si3
N4 の被膜2の内面12と無収縮セラミックスのグロー
プラグ本体1の表面9との間の境界には隙間が存在しな
い。Further, in this ceramic glow plug, the reaction-sintered ceramics constituting the glow plug main body 1 is formed by firing raw materials of Si and Ti to form S.
i 3 N 4 , TiN, TiO 2 , and TiO are converted into porous ceramics, and Si before firing is used.
Of the raw materials of Si and Ti and Si 3 N 4 , TiN after firing,
The volumes of TiO 2 and TiO are substantially the same and do not cause sintering shrinkage. Therefore, dense Si 3
No gap in the boundary between the inner surface 12 of the film 2 N 4 glow plug surface 9 of the body 1 of the non-shrinkage ceramic.
【0021】また、金属コイル3は、高融点金属等のタ
ングステン線で三次元形状のコイルに作製され、被膜2
の内面12に接触状態に配置されている部分が発熱体コ
イル5を構成し、また被膜2の内面12から隔置状態に
配置されている部分が電流制御用コイル4を構成してい
るものである。更に、金属コイル3は、発熱体コイル5
の一端と電流制御用コイル4の一端とを接続する接続線
13、発熱体コイル5の他端に接続した被膜2内を延び
てグロープラグ本体1から突出する接続線7、及び電流
制御用コイル4の他端に接続して被膜2内を延びてグロ
ープラグ本体1から突出する接続線6を有している。Further, the metal coil 3 is made of a tungsten wire of a refractory metal or the like into a coil having a three-dimensional shape.
The portion arranged in contact with the inner surface 12 of the above constitutes the heating element coil 5, and the portion arranged in a spaced state from the inner surface 12 of the coating 2 constitutes the current control coil 4. is there. Further, the metal coil 3 is the heating element coil 5
Connection wire 13 that connects one end of the current control coil 4 to one end of the current control coil 4, a connection wire 7 that extends inside the coating 2 connected to the other end of the heating element coil 5 and projects from the glow plug body 1, and a current control coil. It has a connecting wire 6 that is connected to the other end of the glow plug 4, extends through the inside of the coating 2, and projects from the glow plug body 1.
【0022】次に、この発明によるセラミックスグロー
プラグを作製する方法の一実施例について説明する。こ
のセラミックスグロープラグの製造方法において、高融
点金属である1本のタングステン線を線径がφ0.2m
mのコイル状に巻き、発熱体コイル5となる部分を内径
φ3.5mmに形成し、電流制御用コイル4となる部分
を若干小さい内径に形成して金属コイル3を作製した。
金属コイル3を内径φ3.5mmの穴部を有する石膏型
内に配置し、石膏型内にSi,Tiから成るスラリーを
充填し、該スラリーを固化した。石膏型から固化した成
形体を取り出し、該成形体を乾燥させた後、該成形体を
N2 ガス中で1400℃で焼成してグロープラグ本体1
となる焼結体即ち多孔質セラミックスを作製した。この
多孔質セラミックスは、Si,Tiを含む原料から成る
スラリーがSi3 N4 ,TiN,TiO2 ,TiONか
らなる無収縮セラミックスに転化したものである。ま
た、この状態では、発熱体コイル5となる部分の金属コ
イル3は多孔質セラミックスの表面に露出した状態であ
り、また、電流制御用コイル4となる部分の金属コイル
3は多孔質セラミックス内部に埋め込まれた状態であ
る。Next, an embodiment of the method for producing the ceramic glow plug according to the present invention will be described. In this ceramic glow plug manufacturing method, one tungsten wire, which is a refractory metal, has a wire diameter of 0.2 m.
The metal coil 3 was produced by winding the coil in a coil shape of m, forming a portion to be the heating element coil 5 with an inner diameter of φ3.5 mm, and forming a portion to be the current control coil 4 with a slightly smaller inner diameter.
The metal coil 3 was placed in a gypsum mold having a hole with an inner diameter of 3.5 mm, and the gypsum mold was filled with a slurry of Si and Ti, and the slurry was solidified. The solidified molded body is taken out of the gypsum mold, dried, and then the molded body is fired at 1400 ° C. in N 2 gas to form the glow plug body 1.
A sintered body, that is, a porous ceramics was obtained. In this porous ceramic, a slurry made of a raw material containing Si and Ti is converted into a non-shrinkable ceramic made of Si 3 N 4 , TiN, TiO 2 , and TiO. Further, in this state, the metal coil 3 of the portion to be the heating element coil 5 is exposed on the surface of the porous ceramics, and the metal coil 3 of the portion to be the current control coil 4 is inside the porous ceramics. It is embedded.
【0023】次いで、グロープラグ本体1の表面9に被
膜2を形成するため、CVD法又は溶射法を適用できる
が、この実施例ではCVD法で被膜2を形成した。即
ち、SiCl4 ,NH3 ,N2 ,H2 (キャリアガス)
を原料ガスとして、1500℃のCVD炉内で金属コイ
ル3を内包した多孔質セラミックスの表面9に約150
μmの厚みとなるように、CVD−Si3 N4 膜である
緻密質Si3 N4 の被膜2を形成してセラミックスグロ
ープラグを作製した。Next, in order to form the coating 2 on the surface 9 of the glow plug body 1, a CVD method or a thermal spraying method can be applied. In this embodiment, the coating 2 was formed by the CVD method. That is, SiCl 4 , NH 3 , N 2 , H 2 (carrier gas)
Is used as a source gas in the CVD furnace at 1500 ° C., and the surface 9 of the porous ceramics containing the metal coil 3 is approximately 150
A coating 2 of dense Si 3 N 4 which is a CVD-Si 3 N 4 film was formed so as to have a thickness of μm to produce a ceramic glow plug.
【0024】このセラミックスグロープラグについて
は、上記のCVDの処理工程によって、グロープラグ本
体1と被膜2とは密着した状態になって多孔質セラミッ
クスを緻密質Si3 N4 で密閉した状態になり、多孔質
セラミックス内に存在するO2ガス濃度は、ほぼ零にな
り、金属コイル3を形成するタングステン線の酸化を防
止できると共に、CVD反応によって多孔質セラミック
スの表面に存在する極めて小さな穴も閉塞され、多孔質
セラミックス内への水分の混入等も防止することができ
る。また、CVD−Si3 N4 膜即ち被膜2には、その
粒界に酸化物を含まない構造に構成される。With respect to this ceramic glow plug, the glow plug body 1 and the coating 2 are brought into close contact with each other by the above-mentioned CVD treatment step, and the porous ceramic is sealed with dense Si 3 N 4 . The O 2 gas concentration existing in the porous ceramics becomes almost zero, oxidation of the tungsten wire forming the metal coil 3 can be prevented, and extremely small holes existing on the surface of the porous ceramics are blocked by the CVD reaction. Also, it is possible to prevent water from entering the porous ceramics. Further, the CVD-Si 3 N 4 film, that is, the coating film 2 has a structure in which the grain boundary does not include an oxide.
【0025】このセラミックスグロープラグについて、
昇温特性を測定した結果を図2に示す。このセラミック
スグロープラグ(本発明品)の昇温特性を、従来のAl
Nの表面にSiCをコーティングしたグロープラグ(従
来品)の昇温特性と比較した。図2において、横軸に通
電時間(sec)をとり、縦軸に発熱部8の表面温度
(℃)をとっている。図2から分かるように、本発明品
は従来品に比較して通電時間が短くて所定の温度まで直
ちに昇温しており、速熱性に優れていることが分かる。
即ち、この発明によるセラミックスグロープラグは、最
外周部が被膜2の薄膜で構成されているため、熱容量が
小さく、また、高い熱伝導率であるため、急速に昇温で
きるものである。また、被膜2を構成するCVDによる
Si3 N4は、粒界に助剤等の酸化物を含まず、この部
分でフォノン散乱が生じ難く、熱が伝わり易くなる。ま
た、CVD−Si3 N4 の結晶粒は、焼結Si3 N4 が
10μm程度であるのに対して、50μmと大きいもの
であり、熱伝導率が高くなる要因と考えられる。しかる
に、CVD−Si3 N4 の熱通過率Kは50W/m・K
であるのに対して、ホットプレス即ち焼結Si3 N4 の
熱通過率Kは27W/m・Kである。Regarding this ceramic glow plug,
The results of measuring the temperature rising characteristics are shown in FIG. This ceramic glow plug (product of the present invention) has the same temperature rising characteristic as the conventional Al
Comparison was made with the temperature rise characteristics of a glow plug (conventional product) in which the surface of N was coated with SiC. In FIG. 2, the horizontal axis represents the energization time (sec) and the vertical axis represents the surface temperature (° C.) of the heat generating portion 8. As can be seen from FIG. 2, the product of the present invention has a shorter energization time than the conventional product and immediately rises to a predetermined temperature, indicating that it has excellent rapid heating properties.
That is, in the ceramic glow plug according to the present invention, since the outermost peripheral portion is formed of the thin film of the coating film 2, the heat capacity is small and the thermal conductivity is high, so that the temperature can be rapidly raised. Further, the Si 3 N 4 formed by CVD that constitutes the coating film 2 does not contain an oxide such as an auxiliary agent at the grain boundary, phonon scattering is unlikely to occur at this portion, and heat is easily transmitted. Further, the crystal grains of CVD-Si 3 N 4 are as large as 50 μm, while the sintered Si 3 N 4 has a size of about 10 μm, which is considered to be a factor for increasing the thermal conductivity. However, the heat transfer coefficient K of CVD-Si 3 N 4 is 50 W / m · K.
On the other hand, the heat transfer coefficient K of hot pressing, that is, sintering Si 3 N 4 is 27 W / m · K.
【0026】次に、図3、図4及び図5を参照して、こ
の発明によるセラミックスグロープラグの別の実施例を
説明する。この実施例のセラミックスグロープラグは、
主として、緻密質セラミックスから作製した外殻22、
外殻22内に内包された発熱体コイル25と電流制御用
コイル24とを直列に接続し且つ端子26,27を有す
る金属コイル23、及び外殻22内に充填され且つ金属
コイル23の間隙に配置されているSi,Tiを含むセ
ラミックスから成る充填部材21、及び金属コイル23
の表面に形成されている熱膨張係数が異なる複数層のセ
ラミックス被膜32,33,34(総称は符号30で示
す)から構成されている。この実施例では、外殻22の
先端側が発熱体コイル25が外殻22に接触して発熱部
28を構成している。外殻22は、発熱部28側端部が
閉鎖端部35に形成され、また他端が開口端部31に形
成され、接続線26,27が延び出ている。Next, another embodiment of the ceramic glow plug according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3, 4 and 5. The ceramic glow plug of this example is
Mainly, an outer shell 22 made of dense ceramics,
A metal coil 23 having a heating element coil 25 and a current control coil 24, which are contained in the outer shell 22, connected in series and having terminals 26 and 27, and a gap filled with the metal coil 23 in the outer shell 22. Filling member 21 made of ceramics containing Si and Ti and metal coil 23 arranged
It is composed of a plurality of layers of ceramic coatings 32, 33, 34 (generally indicated by reference numeral 30) having different thermal expansion coefficients formed on the surface thereof. In this embodiment, the heating element coil 25 is in contact with the outer shell 22 on the tip side of the outer shell 22 to form a heat generating portion 28. The outer shell 22 has an end portion on the heat generating portion 28 side formed in the closed end portion 35 and the other end formed in the open end portion 31, and the connecting wires 26, 27 extend.
【0027】このセラミックスグロープラグにおいて、
発熱体コイル25がFe−Crから作製され、電流制御
用コイル24がNiから作製されている。金属コイル2
3は、発熱体コイル25と電流制御用コイル24とを直
列に結線し、それらの表面にセラミックス被膜32,3
3,34をコーティングして構成されている。Fe−C
rの融点は1516℃であり、熱膨張係数αが15×1
0- 6 /℃である。Niの融点は1455℃であり、熱
膨張係数αが13×10- 6 /℃である。また、金属コ
イル23の表面に被覆された内部のセラミックス被膜3
2はMgOであり、中間のセラミックス被膜33はZr
O2 であり、また、外部のセラミックス被膜34はAl
2 O3 である。MgOの熱膨張係数αが13×10- 6
/℃であり、ZrO2 の熱膨張係数αが9.5×10
- 6 /℃であり、Al2 O3 の熱膨張係数αが7.5×
10- 6 /℃である。充填部材21を構成するセラミッ
クスは、Si3 N4 ,Si,Tiから成るスラリーを反
応焼結して構成した無収縮セラミックスから構成されて
いる。この無収縮セラミックスの熱膨張係数αが3×1
0- 6 /℃である。また、外殻22を構成する緻密質セ
ラミックスは、緻密質Si3 N4 であり、その熱膨張係
数αが3.5×10- 6 /℃である。In this ceramic glow plug,
The heating element coil 25 is made of Fe—Cr, and the current control coil 24 is made of Ni. Metal coil 2
3 connects the heating element coil 25 and the current control coil 24 in series, and the ceramic coatings 32, 3 are formed on the surfaces thereof.
3, 34 are coated. Fe-C
The melting point of r is 1516 ° C., and the thermal expansion coefficient α is 15 × 1.
0 - is a 6 / ℃. The melting point of Ni is 1455 ° C., and the thermal expansion coefficient α is 13 × 10 −6 / ° C. In addition, the internal ceramic coating 3 coated on the surface of the metal coil 23
2 is MgO, and the intermediate ceramic coating 33 is Zr.
O 2 and the external ceramic coating 34 is Al
2 O 3 . The thermal expansion coefficient α of MgO is 13 × 10 −6
/ ° C., and the coefficient of thermal expansion α of ZrO 2 is 9.5 × 10
-6 / ° C, and the coefficient of thermal expansion α of Al 2 O 3 is 7.5 ×
It is 10-6 / ° C. The ceramics forming the filling member 21 is made of non-shrinkable ceramics formed by reacting and sintering a slurry of Si 3 N 4 , Si, and Ti. The coefficient of thermal expansion α of this non-shrinkable ceramic is 3 × 1
0 - is a 6 / ℃. The dense ceramics forming the outer shell 22 is dense Si 3 N 4 , and its coefficient of thermal expansion α is 3.5 × 10 −6 / ° C.
【0028】このセラミックスグロープラグは、上記の
構成を有しており、金属コイル23は充填部材21を構
成する無収縮セラミックスとの間で熱膨張係数が傾斜的
に変化するセラミックス被膜30で電気泳動法或いはゾ
ル・ゲル法でコーティングされているので、無収縮セラ
ミックスには熱応力が緩和され、耐久性に優れ、昇温特
性も良好になる。また、MgOは金属部と他種材料との
反応抑制の効果を有するものである。This ceramic glow plug has the above-mentioned structure, and the metal coil 23 is electrophoresed by the ceramic coating 30 in which the thermal expansion coefficient changes in an inclined manner with respect to the non-shrinkable ceramic forming the filling member 21. Method, or the sol-gel method, the non-shrinkable ceramics has reduced thermal stress, excellent durability, and good temperature rising characteristics. Further, MgO has the effect of suppressing the reaction between the metal part and other materials.
【0029】次に、このセラミックスグロープラグは、
次のようにして作製できる。まず、ラッシュコイル即ち
発熱体コイル25をFe−Crによって作製し、ブレー
キコイル即ち電流制御用コイル24をNi(正の抵抗温
度係数を持つ)によって作製する。電流制御用コイル2
4と発熱体コイル25とを直列に接続して金属コイル2
3を作製した。次いで、金属コイル23の外周面を電気
泳動法によってMgO,ZrO2 及びAl2 O3 の順序
で被覆し、金属コイル23の表面に熱膨張係数が傾斜し
て変化するようにセラミックス被膜32,33,34を
被覆し、それぞれの厚さを50μmに形成した。一方、
外殻22を相対密度99%以上のSi3N4 でφ3.5
に形成した。Next, this ceramic glow plug is
It can be manufactured as follows. First, the rush coil or heating element coil 25 is made of Fe-Cr, and the brake coil or current control coil 24 is made of Ni (having a positive temperature coefficient of resistance). Current control coil 2
4 and the heating element coil 25 are connected in series to form the metal coil 2
3 was produced. Next, the outer peripheral surface of the metal coil 23 is coated with MgO, ZrO 2 and Al 2 O 3 in this order by electrophoresis, and the ceramic coatings 32, 33 are formed on the surface of the metal coil 23 so that the coefficient of thermal expansion changes in an inclined manner. , 34 were coated to a thickness of 50 μm. on the other hand,
The outer shell 22 is made of Si 3 N 4 having a relative density of 99% or more and is φ3.5.
Formed.
【0030】そこで、外殻22内にセラミックス被膜3
2,33,34を被覆した金属コイル23を入れ、外殻
22の空間部にSi,Ti,Si3 N4 粉末から成るス
ラリーを充填した。スラリーの乾燥後、N2 ガス中で1
300℃で反応焼結し、無収縮セラミックスを構成し
た。従って、外殻22に充填された充填部材21の表面
29は外殻22の内壁面32に密着し、しかも金属コイ
ル23の発熱体コイル25も外殻22の内壁面20に密
着する。従って、外殻22と充填部材21との境界には
隙間が発生せず、しかも発熱体コイル25で発生する熱
は外殻22の発熱部28に良好に熱伝導し、速熱性を向
上させる。Therefore, the ceramic coating 3 is provided in the outer shell 22.
The metal coil 23 coated with 2, 33, and 34 was put in, and the space portion of the outer shell 22 was filled with a slurry composed of Si, Ti, and Si 3 N 4 powder. After drying the slurry, 1 in N 2 gas
Reaction-sintering was performed at 300 ° C. to form a non-shrinkable ceramic. Therefore, the surface 29 of the filling member 21 filled in the outer shell 22 is in close contact with the inner wall surface 32 of the outer shell 22, and the heating element coil 25 of the metal coil 23 is also in close contact with the inner wall surface 20 of the outer shell 22. Therefore, no gap is generated at the boundary between the outer shell 22 and the filling member 21, and the heat generated in the heating element coil 25 is satisfactorily conducted to the heat generating portion 28 of the outer shell 22 to improve the rapid heating property.
【0031】また、反応焼結する場合の温度は、120
0℃〜1400℃であり、この実施例では1300℃で
反応焼結したものである。実際には、3Si+2N2 →
Si3 N4 の反応であり、発熱を伴うので、内部の温度
は不明である。また、スラリーにSi3 N4 粉末を混合
することによって、焼結時の発熱量を小さくすることが
できる。言い換えれば、Si3 N4 粉末を混合してスラ
リーを構成するSi,Tiの実質量を減少させることに
よって発熱量を低くできるものである。この時、金属コ
イル23はセラミックス被膜32,33,34で被覆さ
れているので、無収縮セラミックスの充填部材21内に
金属コイル23を内包した場合には、セラミックス被膜
32,33,34が充填部材21に対して熱膨張係数緩
和を行う機能を発揮し、充填部材21の割れ、クラック
等の発生を防止することができる。The temperature for reaction sintering is 120.
The temperature is 0 ° C. to 1400 ° C., and in this embodiment, the reaction sintering is performed at 1300 ° C. Actually, 3Si + 2N 2 →
Since it is a reaction of Si 3 N 4 and is accompanied by heat generation, the internal temperature is unknown. In addition, the amount of heat generated during sintering can be reduced by mixing Si 3 N 4 powder with the slurry. In other words, the calorific value can be lowered by mixing the Si 3 N 4 powder to reduce the substantial amount of Si and Ti forming the slurry. At this time, since the metal coil 23 is covered with the ceramic coatings 32, 33 and 34, when the metal coil 23 is included in the non-shrinkable ceramic filling member 21, the ceramic coatings 32, 33 and 34 are filled. The function of alleviating the coefficient of thermal expansion of 21 is exerted, and the occurrence of cracks or cracks in the filling member 21 can be prevented.
【0032】この実施例のセラミックスグロープラグに
ついて、昇温特性を測定した結果を図5に示す。このセ
ラミックスグロープラグ(本発明品)の昇温特性を、従
来のタングステンコイルを用いたグロープラグ(従来
品)の昇温特性と比較した。図5において、横軸に通電
時間(sec)をとり、縦軸に発熱部8の表面温度
(℃)をとっている。図5から分かるように、本発明品
は従来品に比較して通電時間が短くて所定の温度(10
00℃)まで同様に昇温しており、速熱性に優れている
ことが分かる。FIG. 5 shows the results of measuring the temperature rise characteristics of the ceramic glow plug of this example. The temperature rising characteristics of this ceramic glow plug (product of the present invention) were compared with the temperature rising characteristics of a glow plug (conventional product) using a conventional tungsten coil. In FIG. 5, the horizontal axis represents the energization time (sec) and the vertical axis represents the surface temperature (° C.) of the heat generating portion 8. As can be seen from FIG. 5, the product of the present invention has a shorter energization time than the conventional product and has a predetermined temperature (10
It can be seen that the temperature is similarly increased up to 00 ° C., and the rapid heating property is excellent.
【0033】また、本発明品とセラミックス被膜を行っ
ていないFe−Crコイルを用いた従来品との耐久性評
価を行うため、室温から1000℃までの昇温と降温と
を500サイクル繰り返した後、充填部材を構成するセ
ラミックス及び金属コイルの観察を行った。本発明品で
は、充填部材21には亀裂等の破損の発生は認められな
かった。本発明品の金属コイル23のコイル表面に反応
層の発生は認められなかった。これに対して、従来品の
充填部材を構成するセラミックスには亀裂が発生してい
ることが認められた。また、セラミックス被膜を行って
いないFe−Crコイルでは、コイル表面にシリサイド
の反応層の発生は認められた。シリサイドの厚さは50
μmであった。即ち、本発明品は、従来品に比較して耐
久性に富んでいることが分かる。In order to evaluate the durability of the product of the present invention and the conventional product using the Fe-Cr coil not coated with a ceramic film, after repeating heating and cooling from room temperature to 1000 ° C. for 500 cycles. The observation of the ceramics and the metal coil forming the filling member was performed. In the product of the present invention, no damage such as cracks was found in the filling member 21. No reaction layer was found on the coil surface of the metal coil 23 of the present invention. On the other hand, it was confirmed that cracks were generated in the ceramics constituting the conventional filling member. In addition, in the Fe-Cr coil not coated with the ceramic coating, generation of a silicide reaction layer was observed on the coil surface. The thickness of silicide is 50
was μm. That is, it can be seen that the product of the present invention is more durable than the conventional product.
【0034】[0034]
【発明の効果】この発明によるセラミックスグロープラ
グは、上記のように構成されており、次のような効果を
有する。即ち、このセラミックグロープラグは、発熱体
コイルと電流制御用コイルとを直列に接続し且つ端子を
有する金属コイル、該金属コイルの周囲をSi,Tiを
含む気孔率が10%以上の反応焼結セラミックスから成
るグロープラグ本体、及び該グロープラグ本体の表面に
形成された粒界に酸化物を含まないセラミックスから成
る被膜から構成したので、最外周部が被膜の薄膜であ
り、発熱体コイルに接触した状態になる。従って、被膜
の熱容量が小さく、高い熱伝導率であるので、発熱部が
急速に昇温できる。また、被膜自体は、Si3 N4 のC
VD膜で構成でき、粒界に助剤等の酸化物を含んでおら
ず、被膜の部分でのフォノン散乱が生じ難く、熱が伝わ
り易い構造になっている。また、被膜では、その結晶粒
も50μmと大きい構造であるので、熱伝導率が高くな
る。The ceramic glow plug according to the present invention is constructed as described above and has the following effects. That is, this ceramic glow plug is a metal coil in which a heating element coil and a current control coil are connected in series and which has a terminal, and the reaction sintering with a porosity of 10% or more containing Si and Ti around the metal coil. Since the glow plug body made of ceramics and the coating made of ceramics that does not contain oxides at the grain boundaries formed on the surface of the glow plug body, the outermost peripheral portion is a thin film of the coating and contacts the heating element coil. It will be in the state of doing. Therefore, the heat capacity of the heat generating portion can be rapidly raised because the heat capacity of the coating is small and the heat conductivity is high. In addition, the coating itself is C of Si 3 N 4 .
It can be composed of a VD film, does not contain an oxide such as an auxiliary agent in the grain boundary, is less likely to cause phonon scattering in the film portion, and has a structure in which heat is easily transmitted. Further, the coating has a large crystal grain size of 50 μm, so that the thermal conductivity is high.
【0035】このセラミックスグロープラグについて、
前記金属コイルに電流を流せば、前記発熱体コイルで発
生した熱は前記被膜を加熱して外部に放熱するのに対し
て前記電流制御用コイルでは温度上昇に伴って前記電流
制御用コイルに流れる電流が抑制され、電流制御部を構
成する。即ち、前記電流制御用コイルが高温になれば、
その抵抗値が大きくなり、前記金属コイルに流れる電流
が小さくなり、前記外殻からの発熱量が自己制御され、
発熱部が最適値に制御されることになる。Regarding this ceramic glow plug,
When a current is applied to the metal coil, the heat generated in the heating element coil heats the coating film and radiates the heat to the outside, whereas in the current control coil, the heat flows to the current control coil as the temperature rises. The current is suppressed and constitutes a current controller. That is, if the current control coil becomes hot,
The resistance value increases, the current flowing through the metal coil decreases, and the amount of heat generated from the outer shell is self-controlled,
The heat generating part is controlled to the optimum value.
【0036】また、このセラミックスグロープラグは、
最外周部の前記被膜が薄膜であるのでその熱容量が小さ
く、しかも前記被膜の熱伝導率が高いので、急速な昇温
が可能になる。また、前記グロープラグ本体を構成する
反応焼結セラミックスは焼成時に収縮が発生せず、しか
も金属コイルのコイル形状の自由度が大きくなり、最も
形状の安定したコイル状の三次元形状に形成することが
でき、発熱体コイルはコイル状に形成されて被膜の内壁
面に密着しており、通電時に温度が不均一になることが
なく、発熱時の温度分布が均一になって、内部のグロー
プラグ本体の割れ等が発生せず、耐久性に富むと共に低
コストで製造できる。Further, this ceramic glow plug is
Since the coating film on the outermost peripheral portion is a thin film, its heat capacity is small, and since the coating film has a high thermal conductivity, it is possible to rapidly raise the temperature. In addition, the reaction-sintered ceramics constituting the glow plug body does not shrink during firing, the degree of freedom of the coil shape of the metal coil is increased, and the most stable shape is formed into a coiled three-dimensional shape. The heating element coil is formed in a coil shape and is in close contact with the inner wall surface of the coating, so that the temperature does not become non-uniform when energized, and the temperature distribution during heat generation becomes uniform. The main body is not cracked and has excellent durability and can be manufactured at low cost.
【0037】或いは、この発明によるセラミックスグロ
ープラグは、緻密質セラミックスから作製した外殻、該
外殻内に内包された発熱体コイルと電流制御用コイルと
を直列に接続し且つ端子を有する金属コイル、前記外殻
内に充填され且つ前記金属コイルの間隙に配置されてい
るSi,Ti,Si3 N4 を含むセラミックスから成る
充填部材、及び前記金属コイルの表面に形成されている
熱膨張係数が異なる複数層のセラミックス被膜から構成
したので、セラミックス被膜が前記金属コイルと前記充
填部材との間の熱膨張差を吸収する熱膨張傾斜機能材即
ち熱膨張差の緩和材として機能し、前記充填部材の割れ
等の発生を防止でき、耐久性を向上でき、昇温特性も向
上させることができる。更に、前記充填部材を作製する
場合に、Si3 N4 粉末を含んでいるので、焼結時の発
熱量を小さくでき、前記充填部材を所望の多孔質の無収
縮セラミックスに構成できる。Alternatively, the ceramic glow plug according to the present invention is a metal coil having an outer shell made of dense ceramics, a heating element coil contained in the outer shell and a current control coil connected in series and having a terminal. A filling member made of ceramics containing Si, Ti, and Si 3 N 4 which is filled in the outer shell and arranged in a gap between the metal coils, and a thermal expansion coefficient formed on the surface of the metal coil. Since the ceramic coating is composed of a plurality of different layers, the ceramic coating functions as a thermal expansion gradient function material that absorbs a thermal expansion difference between the metal coil and the filling member, that is, a thermal expansion difference relaxing material, It is possible to prevent the occurrence of cracks and the like, improve durability, and improve temperature rising characteristics. Furthermore, since Si 3 N 4 powder is included when the filling member is produced, the amount of heat generated during sintering can be reduced, and the filling member can be formed into a desired porous non-shrinkable ceramic.
【0038】また、前記セラミックス被膜は電気泳動法
により被覆されたMgO,ZrO2,Al2 O3 の各層
から構成され、前記各層はそれらの熱膨張係数が傾斜的
になるように配置されているので、前記セラミックス被
膜を所望な熱膨張傾斜機能に形成できる。前記発熱体コ
イルが発熱部を構成するが、前記発熱体コイルが前記外
殻の内壁面に接触して配置されているので、前記外殻全
体が均一に温度上昇する。前記外殻の内壁面に前記発熱
体コイルが密着し、前記発熱体コイルを埋める状態に前
記充填部材が充填されているので、前記発熱部の熱伝導
性が極めて良好になり、通電すると直ちに昇温し、速熱
性を向上させることができる。The ceramic coating is composed of layers of MgO, ZrO 2 and Al 2 O 3 coated by an electrophoretic method, and the layers are arranged so that their thermal expansion coefficients are inclined. Therefore, the ceramic coating can be formed to have a desired thermal expansion gradient function. Although the heating element coil constitutes a heating portion, since the heating element coil is arranged in contact with the inner wall surface of the outer shell, the temperature of the entire outer shell rises uniformly. Since the heating element coil is in close contact with the inner wall surface of the outer shell and the filling member is filled in a state of filling the heating element coil, the heat conductivity of the heating portion becomes extremely good, and immediately rises when energized. It can be heated and the rapid heating property can be improved.
【0039】また、前記外殻内に充填した無収縮セラミ
ックスは、Si,Ti及びSi3 N4 を含んでいる原料
を緻密質のSi3 N4 からなる外殻内に充填してN2 ガ
ス内で反応焼成することによって、SiとTiとをSi
3 N4 ,TiN,TiO2 ,TiONに変化させるもの
であり、前記外殻を緻密質Si3 N4 で作製しておけ
ば、焼成時にTiNが膨張し、外殻のSi3 N4 と反応
Si3 N4 とが密着することができ、しかも、加圧無し
で焼成しても、TiNの膨張作用によって外殻と充填部
材との間の境界に隙間が発生せず、前記金属コイルを三
次元形状に形成しても該金属コイルと前記外殻との接触
状態を悪化させることがなく、熱伝達効率を向上でき、
発熱部での迅速な昇温を可能にする。In the non-shrinkable ceramics filled in the outer shell, a raw material containing Si, Ti and Si 3 N 4 is filled in the outer shell made of dense Si 3 N 4, and N 2 gas is added. Si and Ti are converted to Si by
3 N 4, TiN, is intended to be changed to TiO 2, TiON, if by making the shell with dense Si 3 N 4, TiN expands during firing, react with Si 3 N 4 of the outer shell Si 3 N 4 can be adhered to the metal coil, and even if it is fired without pressure, the expansion action of TiN does not cause a gap at the boundary between the outer shell and the filling member, and the metal coil is Even if formed in the original shape, the contact state between the metal coil and the outer shell is not deteriorated, and heat transfer efficiency can be improved,
Enables rapid temperature rise in the heat generating part.
【図1】この発明によるセラミックスグロープラグの一
実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a ceramic glow plug according to the present invention.
【図2】図1のセラミックスグロープラグにおける通電
時間と発熱部の表面温度との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the energization time and the surface temperature of the heat generating part in the ceramic glow plug of FIG.
【図3】この発明によるセラミックスグロープラグの別
の実施例を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing another embodiment of the ceramic glow plug according to the present invention.
【図4】図3のセラミックスグロープラグの金属コイル
と充填部材との境界を説明するための拡大断面図であ
る。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view for explaining a boundary between a metal coil and a filling member of the ceramic glow plug of FIG.
【図5】図3のセラミックスグロープラグにおける通電
時間と発熱部の表面温度との関係を示すグラフである。5 is a graph showing the relationship between the energization time and the surface temperature of the heat generating portion in the ceramic glow plug of FIG.
【符号の説明】 1 グロープラグ本体 2 被膜 3,23 金属コイル 4,24 電流制御用コイル 5,25 発熱体コイル 6,7,26,27 接続線 8,28 発熱部 9 グロープラグ本体の表面 10,35 閉鎖端部 11,31 開口端部 12 被膜の内面 21 充填部材 22 外殻 29 充填部材の表面 30 セラミックス被膜 32 MgOのセラミックス被膜 33 ZrO2 のセラミックス被膜 34 Al2 O3 のセラミックス被膜[Explanation of reference numerals] 1 glow plug body 2 coating 3,23 metal coil 4,24 current control coil 5,25 heating element coil 6,7,26,27 connection wire 8,28 heating portion 9 surface of glow plug body 10 , 35 Closed end portion 11, 31 Open end portion 12 Inner surface of coating 21 Filling member 22 Outer shell 29 Surface of filling member 30 Ceramics coating 32 Ceramics coating of MgO 33 Ceramics coating of ZrO 2 34 Al 2 O 3 ceramics coating
Claims (5)
列に接続し且つ端子を有する金属コイル、該金属コイル
の周囲をSi,Tiを含む気孔率が10%以上の反応焼
結セラミックスから成るグロープラグ本体、及び該グロ
ープラグ本体の表面に形成された粒界に酸化物を含まな
いセラミックスから成る被膜から構成したことを特徴と
するセラミックスグロープラグ。1. A metal coil in which a heating element coil and a current control coil are connected in series and which has a terminal, and the periphery of the metal coil is made of reaction sintered ceramics containing Si and Ti and having a porosity of 10% or more. A ceramic glow plug comprising: a glow plug body; and a film formed on the surface of the glow plug body and made of a ceramic containing no oxide at grain boundaries.
3 N4 から成り、前記グロープラグ本体にCVD及び溶
射のいずれかでコーティングされていることを特徴とす
る請求項1に記載のセラミックスグロープラグ。2. The ceramic constituting the coating is Si
The ceramic glow plug according to claim 1, wherein the glow plug body is made of 3 N 4 and is coated on the glow plug body by either CVD or thermal spraying.
該外殻内に内包された発熱体コイルと電流制御用コイル
とを直列に接続し且つ端子を有する金属コイル、前記外
殻内に充填され且つ前記金属コイルの間隙に配置されて
いるSi,Ti,Si3 N4 を含むセラミックスから成
る充填部材、及び前記金属コイルの表面に形成されてい
る熱膨張係数が異なる複数層のセラミックス被膜、から
構成したことを特徴とするセラミックスグロープラグ。3. An outer shell made of dense ceramics,
A metal coil having a terminal in which a heating element coil and a current control coil included in the outer shell are connected in series, and Si and Ti filled in the outer shell and arranged in a gap between the metal coils , A ceramic glow plug comprising a filling member made of ceramics containing Si 3 N 4 and a plurality of layers of ceramic coatings having different thermal expansion coefficients formed on the surface of the metal coil.
り被覆されたMgO,ZrO2 ,Al2 O3 の各層から
構成され、前記各層はそれらの熱膨張係数が傾斜的にな
るように配置されていることを特徴とする請求項3に記
載のセラミックスグロープラグ。4. The ceramic coating is composed of layers of MgO, ZrO 2 , and Al 2 O 3 coated by an electrophoretic method, and the layers are arranged so that their thermal expansion coefficients are inclined. The ceramic glow plug according to claim 3, characterized in that
は、Si3 N4 ,Si,Tiから成るスラリーを反応焼
結して構成した無収縮セラミックスから構成されている
ことを特徴とする請求項3に記載のセラミックスグロー
プラグ。5. The ceramic constituting the filling member is composed of non-shrink ceramics formed by reacting and sintering a slurry of Si 3 N 4 , Si, and Ti. The described ceramic glow plug.
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