JPH09190874A - Ceamic heater - Google Patents

Ceamic heater

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JPH09190874A
JPH09190874A JP35333995A JP35333995A JPH09190874A JP H09190874 A JPH09190874 A JP H09190874A JP 35333995 A JP35333995 A JP 35333995A JP 35333995 A JP35333995 A JP 35333995A JP H09190874 A JPH09190874 A JP H09190874A
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JP
Japan
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ceramic
base
section
heating element
cross
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Application number
JP35333995A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsuneo Ito
恒夫 伊藤
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH09190874A publication Critical patent/JPH09190874A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heater having a heat emitting element of ceamic, which excels in the durability to current and is unlikely to generate unevenness in the temp. distribution. SOLUTION: A ceramic heater 1 is equipped with a ceramic base body 13 having a circular section and a heat emitting element 10 which is embedded in the base body 13 and makes resistance heat emission when current is fed through electrodes connected with the two ends. The heat emitting element 10 is equipped with a direction changing part 10a extending from one of its base ends, changing the heading at the foremost, and leading to the other end, and two straight portions 10b stretching in the same direction from the base ends of the direction changing part, wherein the section of each straight portion 10b assumes an ellipse inscribing with a virtual circular region 13a set in the section of the base 13. The ratio of the diameter ϕX of the circular region 13a to the section diameter ϕY of the base should range between 0.3 and 0.7. On the elliptical section of the straight portion 10b, the ratio of the length of long axis P to the length Q of short axis should range between 1.2 and 2.5.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン用のグロープラグや、バーナ着火用あるいは酸素セン
サ用の加熱素子等に使用されるセラミックヒータに関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a ceramic heater used for a glow plug for a diesel engine, a heating element for burner ignition or an oxygen sensor, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、セラミックグロープラグに使用さ
れるセラミックヒータとして、絶縁性セラミック基体に
対し、通電により抵抗発熱するセラミック発熱体を埋設
した構成を有するものが知られている。このようなセラ
ミックヒータは、例えば板状あるいはシート状の絶縁性
セラミック粉末成形体の表面に、導電性セラミック粉末
に溶媒を加えて混練したペーストを用いてパターン印刷
を行ったものを複数用意してこれを積層し、その積層体
をホットプレス等により焼成することにより製造されて
いる。この場合、該印刷された導電性セラミック粉末の
パターンが焼結されてセラミック発熱体が形成されるこ
ととなる。
2. Description of the Related Art Heretofore, as a ceramic heater used for a ceramic glow plug, there has been known a ceramic heater having a structure in which an insulating ceramic substrate is embedded with a ceramic heating element which generates heat by resistance. For such a ceramic heater, for example, a plurality of plate-shaped or sheet-shaped insulating ceramic powder compacts on which a pattern is printed using a paste prepared by adding a solvent to a conductive ceramic powder and kneading the surface are prepared. It is manufactured by stacking these and firing the stacked body by hot pressing or the like. In this case, the printed conductive ceramic powder pattern is sintered to form a ceramic heating element.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】図10に示すように、
上述のようなセラミックヒータ100においては、パタ
ーン印刷に基づくセラミック発熱体101の厚さが10
〜30μmと薄く、セラミック発熱体101のセラミッ
ク基体102に対する体積率が小さいので、セラミック
ヒータ100表面の温度分布に不均一が生じやすい。ま
た、セラミック発熱体101は、上述のように非常に薄
く形成されているため、焼成時に寸法収縮のばらつきの
影響を受けて厚さが不均一になりやすい。そのため、セ
ラミック発熱体101に発熱ムラが生じやすく、長期に
渡る通電耐久性が確保できない場合がある。
As shown in FIG.
In the ceramic heater 100 as described above, the thickness of the ceramic heating element 101 based on pattern printing is 10
Since the thickness is as thin as ˜30 μm and the volume ratio of the ceramic heating element 101 to the ceramic substrate 102 is small, the temperature distribution on the surface of the ceramic heater 100 is likely to be uneven. Further, since the ceramic heating element 101 is formed to be extremely thin as described above, the thickness thereof tends to be nonuniform due to the influence of variation in dimensional shrinkage during firing. Therefore, uneven heating is likely to occur in the ceramic heating element 101, and long-term energization durability may not be ensured.

【0004】本発明の課題は、セラミック発熱体の通電
耐久性に優れたセラミックヒータを提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a ceramic heater which is excellent in durability against electricity flow of a ceramic heating element.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段及び作用・効果】本発明の
セラミックヒータは、外周の少なくとも一部が円弧状に
形成された断面を有するセラミック基体と、そのセラミ
ック基体に埋設され、その両端に接続された電極部を介
して通電されることにより抵抗発熱するセラミック発熱
体とを備えて構成され、上述の課題を解決するために、
下記の特徴を備える。すなわち、セラミック発熱体は、
一方の基端部から延び先端部で方向変換して他方の基端
部へ至る方向変換部と、その方向変換部の各基端部から
同方向に延びる2本の直線部とを備え、それら直線部の
断面が、セラミック基体の断面内に設定された仮想的な
円状領域(以下、発熱体存在域ともいう)に各々内接す
る楕円状とされる。また、その仮想的な円状領域の径φ
Xとセラミック基体の断面径φYとの比φX/φYが
0.3〜0.7の範囲内で設定される。さらに、直線部
の楕円状の断面は、その長軸長さPと短軸長さQとの比
P/Qが1.2〜2.5の範囲内で設定される。なお、
セラミック基体の断面径φYは、セラミック基体の断面
外周の全体が円弧状に形成される場合、すなわち、断面
外周が円状に形成される場合は、その円状の外周の直径
により定義されるものとする。また、一部のみが円弧状
に形成される場合は、φYは、その円弧状の外周部を与
える円状領域の直径として定義されるものとする。
A ceramic heater according to the present invention has a ceramic base having a cross section in which at least a part of its outer circumference is formed in an arc shape, and is embedded in the ceramic base and connected to both ends thereof. In order to solve the above problems, a ceramic heating element that generates resistance resistance by being energized via the electrode part is provided.
It has the following features. That is, the ceramic heating element
A direction changing part extending from one base end part to change direction at the tip part to reach the other base end part, and two straight line parts extending in the same direction from each base end part of the direction changing part, The cross section of the straight line portion has an elliptical shape inscribed in a virtual circular region (hereinafter also referred to as a heat generating body existing region) set in the cross section of the ceramic base. Also, the diameter φ of the virtual circular area
The ratio φX / φY between X and the cross-sectional diameter φY of the ceramic substrate is set within the range of 0.3 to 0.7. Further, the elliptical cross section of the straight line portion is set such that the ratio P / Q of the major axis length P and the minor axis length Q thereof is in the range of 1.2 to 2.5. In addition,
The cross-sectional diameter φY of the ceramic base is defined by the diameter of the circular outer circumference when the entire outer circumference of the ceramic base is formed in an arc shape, that is, when the outer circumference of the cross-section is formed in a circular shape. And Further, when only a part is formed in an arc shape, φY is defined as the diameter of the circular area that gives the arc-shaped outer peripheral portion.

【0006】すなわちφX/φYが0.3〜0.7とな
るように発熱体存在域を確保しつつ、P/Qを1.2〜
2.5とすることにより、セラミックヒータ表面を速や
かにかつ均一に発熱させることができる。P/Qが1.
2〜2.5の範囲を外れて設定されると、セラミックヒ
ータ表面に発熱ムラが生ずる場合がある。また、φX/
φYが0.3未満となると、セラミック発熱体表面から
セラミック基体表面までの距離が大きくなり過ぎて、セ
ラミックヒータ表面の温度上昇が鈍くなる問題が生ず
る。一方、セラミック発熱体の強度は一般にそれほど高
くないため、セラミック基体は該セラミック発熱体を補
強する役割も果たしている。しかしながら、φX/φY
が0.7を越えると、セラミック発熱体表面からセラミ
ック基体表面までの距離が小さくなり過ぎ、上述の補強
効果が不十分となる場合も生じうる。それ故、φX/φ
Yは上述の範囲に設定される。なお、より望ましくは、
P/Qを1.6〜2.0とし、φX/φYを0.5〜
0.6とするのがよい。
That is, P / Q is 1.2 to while securing the heating element existence region so that φX / φY is 0.3 to 0.7.
By setting 2.5, the surface of the ceramic heater can be rapidly and uniformly heated. P / Q is 1.
If it is set out of the range of 2 to 2.5, uneven heating may occur on the surface of the ceramic heater. Also, φX /
If φY is less than 0.3, the distance from the surface of the ceramic heating element to the surface of the ceramic substrate becomes too large, which causes a problem that the temperature rise on the surface of the ceramic heater becomes dull. On the other hand, since the strength of the ceramic heating element is generally not so high, the ceramic base body also plays a role of reinforcing the ceramic heating element. However, φX / φY
When the value exceeds 0.7, the distance from the surface of the ceramic heating element to the surface of the ceramic substrate becomes too small, and the above reinforcing effect may be insufficient. Therefore, φX / φ
Y is set within the above range. In addition, more desirably,
P / Q is 1.6 to 2.0 and φX / φY is 0.5 to
It is good to set it to 0.6.

【0007】次に、セラミック発熱体は、その直線部の
楕円状の断面の短軸長さQを0.1mm以上に設定するこ
とで、発熱体のセラミック基体に対する体積率が大きく
なり、セラミックヒータの温度分布を均一なものとする
ことができる。また、焼成時における寸法収縮のばらつ
きの影響が小さくなるので、セラミック発熱体に発熱ム
ラが生じにくくなり、ひいてはセラミック発熱体の長期
に渡る通電耐久性を確保することができる。短軸長さQ
は、より望ましくは0.5mm以上に設定される。
Next, in the ceramic heating element, the volume ratio of the heating element to the ceramic substrate is increased by setting the minor axis length Q of the elliptical cross section of the linear portion to 0.1 mm or more, and the ceramic heater is increased. The temperature distribution can be made uniform. Further, since the influence of variation in dimensional shrinkage during firing is reduced, uneven heating is less likely to occur in the ceramic heating element, and consequently, long-term electrical durability of the ceramic heating element can be secured. Minor axis length Q
Is more preferably set to 0.5 mm or more.

【0008】セラミック発熱体の各直線部の断面は、そ
れら直線部の対向方向において圧縮された楕円状に形成
することができる。これにより、ヒータ表面の温度分布
をさらに均一なものとすることができる。このようなセ
ラミックヒータの製造方法として、下記の工程を含むも
のを採用することができる。 第一の成形工程:前述のセラミック発熱体に対応した
形状を有する導電性セラミック粉末成形部と、その両端
に接続された電極部とを有する一体成形体を製造する。 第二の成形工程:一体成形体の外側を基体セラミック
粉末により覆った後これを圧縮することにより、その基
体セラミック粉末成形部内に一体成形体が埋設・一体化
された複合成形体を製造する。 焼成工程:複合成形体を、上記導電性セラミック粉末
成形部の2本の直線部の対向方向において加圧しながら
これを焼成することにより、円状断面を有する導電性セ
ラミック粉末成形部が楕円状断面を有するセラミック発
熱体とされ、基体セラミック粉末成形部がセラミック基
体とされた焼成体を得る。
The cross section of each linear portion of the ceramic heating element can be formed into an elliptical shape compressed in the direction in which the linear portions face each other. Thereby, the temperature distribution on the heater surface can be made more uniform. As a method for manufacturing such a ceramic heater, a method including the following steps can be adopted. First molding step: An integrally molded body having a conductive ceramic powder molding portion having a shape corresponding to the above-mentioned ceramic heating element and electrode portions connected to both ends thereof is manufactured. Second molding step: The outside of the integrally formed body is covered with the base ceramic powder and then compressed to produce a composite formed body in which the integrally formed body is embedded and integrated in the base ceramic powder forming portion. Firing step: By firing the composite molded body while pressurizing it in the opposite direction of the two straight portions of the conductive ceramic powder molded portion, the conductive ceramic powder molded portion having a circular cross section has an elliptical cross section. To obtain a fired body having a base ceramic powder molding portion as a ceramic base.

【0009】上記方法によれば、円状断面を有する導電
性セラミック粉末成形部を、その直線部の対向方向に沿
う加圧力を加えながら焼成することにより、楕円状断面
を有するセラミック発熱体を容易に得ることができる。
According to the above method, the electrically conductive ceramic powder molded portion having a circular cross section is fired while applying a pressing force along the opposing direction of its straight line portion, thereby facilitating the ceramic heating element having an elliptical cross section. Can be obtained.

【0010】第二の成形工程は、より具体的には下記の
各工程を含むものとすることができる。 合わせ面において互いに型合わせされるとともに、そ
の合わせ面上に導電性セラミック粉末成形部の2本の直
線部が配列するように一体成形体を収容する凹部が形成
された分割予備成形体を、基体セラミック粉末により作
製する。 上記凹部に一体成形体を収容した状態で、分割予備成
形体を型合わせする。 それら型合わせされた一体成形体と分割予備成形体と
を、合わせ面とほぼ直交する向きに加圧して一体化する
ことにより、複合粉末成形体を形成する。この場合、焼
成工程において複合成形体は、分割予備成形体の合わせ
面に沿う方向に加圧される。
More specifically, the second molding step may include the following steps. A divided preformed body that is formed on a mating surface with each other and has a concave portion for accommodating an integrally molded body such that two linear portions of the conductive ceramic powder molding portion are arranged on the mating surface is formed into a substrate. It is made of ceramic powder. The divided preforms are matched with each other in a state where the integrally formed body is accommodated in the recess. A composite powder compact is formed by pressurizing and integrating the integrated compact and the divided pre-molded body in a direction substantially orthogonal to the mating surface. In this case, in the firing step, the composite formed body is pressed in the direction along the mating surface of the divided preformed body.

【0011】上記方法によれば、分割予備成形体を使用
することにより、セラミック粉末成形部の基体セラミッ
ク粉末成形部に対する位置決めを極めて容易に行うこと
ができ、セラミックヒータの製造効率向上に寄与する。
According to the above method, by using the divided preform, the positioning of the ceramic powder compact with respect to the base ceramic powder compact can be carried out very easily, which contributes to the improvement of the manufacturing efficiency of the ceramic heater.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例を参照しつつ説明する。図1は、本発明に
係るセラミックヒータを使用したグロープラグを、その
内部構造とともに示すものである。すなわち、グロープ
ラグ50は、その一端側に設けられたセラミックヒータ
1と、そのセラミックヒータ1の先端部2が突出するよ
うにその外周面を覆う金属製の外筒3、さらにその外筒
3を外側から覆う筒状の金属ハウジング4等を備えてお
り、セラミックヒータ1と外筒3との間及び外筒3と金
属ハウジング4との間は、それぞれろう付けにより接合
されている。また、セラミックヒータ1の後端部には、
金属線により両端が弦巻ばね状に形成された結合部材5
の一端が外側から嵌合するとともに、その他端側は、金
属ハウジング4内に挿通された金属軸6の対応する端部
に嵌着されている。金属軸6の他方の端部側は金属ハウ
ジング4の外側へ延びるとともに、その外周面に形成さ
れたねじ部6aにナット7が螺合し、これを金属ハウジ
ング4に向けて締めつけることにより、金属軸6が金属
ハウジング4に対して固定されている。また、ナット7
と金属ハウジング4との間には絶縁ブッシュ8が嵌め込
まれている。そして、金属ハウジング4の外周面には、
図示しないエンジンブロックにグロープラグ50を固定
するためのねじ部5aが形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows a glow plug using a ceramic heater according to the present invention, together with its internal structure. That is, the glow plug 50 includes a ceramic heater 1 provided at one end thereof, a metal outer cylinder 3 that covers the outer peripheral surface of the ceramic heater 1 so that a tip end portion 2 of the ceramic heater 1 projects, and further includes the outer cylinder 3. A cylindrical metal housing 4 and the like, which are covered from the outside, are provided. The ceramic heater 1 and the outer cylinder 3 and the outer cylinder 3 and the metal housing 4 are respectively joined by brazing. In addition, at the rear end of the ceramic heater 1,
Coupling member 5 whose ends are formed in a spiral spring shape by metal wires
While one end of is fitted from the outside, the other end is fitted to the corresponding end of the metal shaft 6 inserted in the metal housing 4. The other end portion side of the metal shaft 6 extends to the outside of the metal housing 4, and a nut 7 is screwed into a screw portion 6a formed on the outer peripheral surface of the metal shaft 4, and the nut 7 is tightened toward the metal housing 4. The shaft 6 is fixed to the metal housing 4. Also, nut 7
An insulating bush 8 is fitted between the housing and the metal housing 4. Then, on the outer peripheral surface of the metal housing 4,
A screw portion 5a for fixing the glow plug 50 is formed on an engine block (not shown).

【0013】セラミックヒータ1は、図2に示すよう
に、一方の基端部から延び先端部で方向変換して他方の
基端部へ至る方向変換部10aと、その方向変換部10
aの各基端部から同方向に延びる2本の直線部10bと
を有するU字状のセラミック発熱体10を備え、その各
両端部に線状又はロッド状の電極部11及び12の先端
部が埋設されるとともに、セラミック発熱体10と電極
部11及び12の全体が、円形断面を有する棒状のセラ
ミック基体13中に埋設されている。セラミック発熱体
10は、方向変換部10aがセラミック基体13の先端
側に位置するように配置されている。また、各電極部1
1及び12は、セラミック基体13中においてセラミッ
ク発熱体10から離間する方向に延びるとともに、その
一方のもの(12)は外筒3内において、他方のもの
(11)はセラミック基体13の他方の端部近傍におい
て、それぞれその後端部がセラミック基体13の表面に
露出して、露出部11a及び12aを形成している。
As shown in FIG. 2, the ceramic heater 1 includes a direction changing portion 10a which extends from one base end portion and changes direction at the tip end portion to reach the other base end portion, and the direction changing portion 10a.
A U-shaped ceramic heating element 10 having two linear portions 10b extending in the same direction from the respective base end portions of a is provided, and the tip portions of the linear or rod-shaped electrode portions 11 and 12 are provided at both ends thereof. And the entire ceramic heating element 10 and the electrode portions 11 and 12 are embedded in a rod-shaped ceramic substrate 13 having a circular cross section. The ceramic heating element 10 is arranged such that the direction changing portion 10 a is located on the tip side of the ceramic base 13. In addition, each electrode unit 1
Reference numerals 1 and 12 extend in the ceramic base 13 in a direction away from the ceramic heating element 10, and one of them (12) is inside the outer cylinder 3 and the other one (11) is the other end of the ceramic base 13. In the vicinity of the portions, the rear ends thereof are exposed on the surface of the ceramic base 13 to form exposed portions 11a and 12a.

【0014】また、図3に示すように、セラミック発熱
体10の各直線部10bの断面形状は、それらの対向方
向において圧縮された楕円状とされている。また、セラ
ミック基体13の断面は、セラミック発熱体10の2本
の直線部10bの軸線間距離をほぼ等分する位置Oにそ
の中心を有する円形に形成されている。また、直線部1
0bの断面は、セラミック基体の断面内に設定され、上
記Oを中心とする仮想的な円状領域(発熱体存在域)1
3aに各々内接している。また、その発熱体存在域13
aの径φXとセラミック基体の断面径φYとの比φX/
φYは、0.3〜0.7(望ましくは0.5〜0.6)
の範囲内で設定されている。さらに、セラミック発熱体
は、その直線部の楕円状の断面において、その長軸長さ
Pと短軸長さQとの比P/Qが1.2〜2.5(望まし
くは1.6〜2.0)の範囲内で設定され、かつQが
0.1mm以上(望ましくは0.5mm以上)とされてい
る。
Further, as shown in FIG. 3, the cross-sectional shape of each linear portion 10b of the ceramic heating element 10 is an elliptical shape compressed in the opposing direction. In addition, the cross section of the ceramic base 13 is formed in a circular shape having its center at a position O that divides the distance between the axes of the two linear portions 10b of the ceramic heating element 10 into substantially equal parts. In addition, straight part 1
The cross section of 0b is set within the cross section of the ceramic base, and is a virtual circular area (heating element existing area) 1 with O as the center.
3a is inscribed in each. In addition, the heating element existence area 13
Ratio of diameter a of φa and cross-sectional diameter φY of ceramic substrate φX /
φY is 0.3 to 0.7 (preferably 0.5 to 0.6)
It is set within the range of. Furthermore, the ceramic heating element has a ratio P / Q of the major axis length P to the minor axis length Q of 1.2 to 2.5 (desirably 1.6 to It is set within the range of 2.0) and Q is set to 0.1 mm or more (desirably 0.5 mm or more).

【0015】セラミック発熱体は、導電性を有するセラ
ミック、例えば炭化タングステン(WC)、硅化モリブ
デン(Mo2Si3)、炭化タングステンと窒化硅素(S
34)との複合物等により構成されるが、炭化硅素
(SiC)など半導体セラミックスを使用することもで
きる。また、電極部11及び12はタングステン(W)
あるいはタングステン−レニウム(Re)合金等の高融
点金属材料で構成される。一方、セラミック基体13
は、主に絶縁性のセラミックス、例えばアルミナ(Al
23)、シリカ(SiO2)、ジルコニア(ZrO2)、
チタニア(TiO2)、マグネシア(MgO)、ムライ
ト(3Al23・2SiO2)、ジルコン(ZrO2・S
iO2)、コージェライト(2MgO・2Al23・5
SiO2)、窒化硅素(Si34)、窒化アルミニウム
(AlN)等により構成される。
The ceramic heating element is a ceramic having conductivity such as tungsten carbide (WC), molybdenum silicate (Mo 2 Si 3 ), tungsten carbide and silicon nitride (S).
i 3 N 4 ) and the like, but semiconductor ceramics such as silicon carbide (SiC) can also be used. The electrode parts 11 and 12 are made of tungsten (W).
Alternatively, it is made of a refractory metal material such as a tungsten-rhenium (Re) alloy. On the other hand, the ceramic base 13
Are mainly insulating ceramics such as alumina (Al
2 O 3 ), silica (SiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ),
Titania (TiO 2 ), magnesia (MgO), mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ), zircon (ZrO 2 .S)
iO 2 ) and cordierite (2MgO · 2Al 2 O 3 · 5)
SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN) and the like.

【0016】図2において、セラミック基体13の表面
には、その電極部12の露出部12aを含む領域に、ニ
ッケル等の金属薄層(図示せず)が所定の方法(例えば
メッキや気相製膜法など)により形成され、該金属薄層
を介してセラミック基体13と外筒3とがろう付けによ
り接合されるとともに、電極部12がこれら接合部を介
して外筒3と導通している。また、電極部11の露出部
11aを含む領域にも同様に金属薄層が形成されてお
り、ここに結合部材5がろう付けされている。このよう
に構成することで、図示しない電源から、金属軸6(図
1)、結合部材5及び電極部11を介してセラミック発
熱体10に対して通電され、さらに電極部12、外筒
3、金属ハウジング4(図1)、及び図示しないエンジ
ンブロックを介して接地される。
In FIG. 2, a thin metal layer (not shown) of nickel or the like is formed on the surface of the ceramic substrate 13 in a region including the exposed portion 12a of the electrode portion 12 by a predetermined method (for example, plating or vapor deposition). The ceramic base 13 and the outer cylinder 3 are joined by brazing through the thin metal layer, and the electrode part 12 is electrically connected to the outer cylinder 3 through these joints. . Similarly, a thin metal layer is formed in a region including the exposed portion 11a of the electrode portion 11, and the joining member 5 is brazed to the thin metal layer. With this configuration, the ceramic heating element 10 is energized from the power source (not shown) through the metal shaft 6 (FIG. 1), the coupling member 5 and the electrode portion 11, and further the electrode portion 12, the outer cylinder 3, It is grounded through the metal housing 4 (FIG. 1) and an engine block (not shown).

【0017】以下、セラミックヒータ1の製造方法につ
いて説明する。まず、図4(a)に示すように、セラミ
ック発熱体10に対応したU字形状のキャビティ32を
有した金型31に対し電極材30を、その一方の端部が
該キャビティ32内に入り込むように配置する。そし
て、その状態で、導電性セラミック粉末とバインダとを
含有するコンパウンド33を射出することにより、同図
(b)に示すように、電極材30とU字状の導電性セラ
ミック粉末成形部34とが一体化された一体成形体35
を作成する。なお、導電性セラミック粉末成形部34は
ほぼ円形の断面を有するように形成される。
The method of manufacturing the ceramic heater 1 will be described below. First, as shown in FIG. 4A, an electrode material 30 is inserted into a mold 31 having a U-shaped cavity 32 corresponding to the ceramic heating element 10, and one end of the electrode material 30 is inserted into the cavity 32. To arrange. Then, in this state, a compound 33 containing a conductive ceramic powder and a binder is injected, so that the electrode material 30 and the U-shaped conductive ceramic powder molding portion 34 are formed as shown in FIG. Integrally molded body 35 in which
Create The conductive ceramic powder molding part 34 is formed to have a substantially circular cross section.

【0018】一方これとは別に、セラミック基体13を
形成するセラミック粉末を予め金型プレス成形すること
により、図5(a)に示すような、上下別体に形成され
た分割予備成形体36及び37を用意しておく。これら
分割予備成形体36及び37は、上記一体成形体35に
対応した形状の凹部38がその合わせ面39aに形成さ
れている。次いで、この凹部38に一体射出成形体35
を収容し、分割予備成形体36及び37を該型合わせ面
39aにおいて型合わせする。そして、図6(a)に示
すように、その状態でこれら分割予備成形体36、37
及び一体射出成形体35を、金型61のキャビティ61
a内に収容し、パンチ62及び63を用いてプレス・圧
縮することにより、図5(b)及び図7(a)に示すよ
うに、これらが一体化された複合成形体39が形成され
る。ここで、そのプレス方向は、分割予備成形体36及
び37の合わせ面39aに対しほぼ直角に設定される。
On the other hand, separately from this, the ceramic powder for forming the ceramic substrate 13 is press-molded in advance by a die to form the divided preforms 36 separately formed in the upper and lower parts as shown in FIG. Prepare 37. Each of the divided preformed bodies 36 and 37 has a concave portion 38 having a shape corresponding to that of the integrated molded body 35 on its mating surface 39a. Then, the integral injection molded body 35 is placed in the recess 38.
And the divided preforms 36 and 37 are matched with each other on the mold matching surface 39a. Then, as shown in FIG. 6A, in this state, these divided preforms 36, 37 are formed.
And the integral injection-molded body 35 into the cavity 61 of the mold 61.
By accommodating it in a and pressing and compressing it by using the punches 62 and 63, as shown in FIGS. 5B and 7A, a composite molded body 39 in which these are integrated is formed. . Here, the pressing direction is set substantially perpendicular to the mating surface 39a of the divided preforms 36 and 37.

【0019】こうして得られた複合成形体39は、まず
バインダ成分等を除去するために所定の温度(例えば約
800℃)で仮焼され、図7(b)に示す仮焼体39’
とされる。続いて図6(b)に示すように、この仮焼体
39’が、グラファイト等で構成されたホットプレス用
成形型65及び66のキャビティ65a及び66aにセ
ットされる。仮焼体39’は、炉64内で両成形型65
及び66の間で加圧されながら所定の温度(例えば約1
800℃)で焼成されることにより、図7(c)に示す
ような焼成体70となる。このとき、図5(b)に示す
導電性セラミック粉末成形部34がセラミック発熱体1
0を、分割予備成形体36及び37がセラミック基体1
3をそれぞれ形成することとなる。また、各電極材30
はそれぞれ電極部11及び12となる。
The composite molded body 39 thus obtained is first calcined at a predetermined temperature (for example, about 800 ° C.) in order to remove the binder component and the like, and the calcined body 39 'shown in FIG. 7 (b).
It is said. Subsequently, as shown in FIG. 6 (b), the calcined body 39 'is set in the cavities 65a and 66a of the hot pressing molds 65 and 66 made of graphite or the like. The calcined body 39 ′ is placed in the furnace 64 in both molds 65.
And 66 while being pressurized to a predetermined temperature (eg about 1
By being fired at 800 ° C., a fired body 70 as shown in FIG. 7C is obtained. At this time, the conductive ceramic powder molding portion 34 shown in FIG.
0, the divided preforms 36 and 37 are the ceramic base 1
3 will be formed respectively. In addition, each electrode material 30
Are the electrode parts 11 and 12, respectively.

【0020】ここで、仮焼体39’は、図6(b)に示
すように、分割予備成形体36及び37の合わせ面39
aに沿う方向に圧縮されながら焼成体70(図7
(c))となる。そして、図7(c)に示すように、導
電性セラミック粉末成形部34の直線部34bは、その
円状断面が上記圧縮方向につぶれるように変形すること
により、楕円状断面を有したセラミック発熱体10の直
線部10bとなる。次いで、図7(d)に示すように、
焼成体70の外周面に研磨等の加工を施すことにより、
セラミック基体13の断面が円形に整形されて最終的な
セラミックヒータ1となる。
Here, the calcined body 39 'is, as shown in FIG. 6B, a mating surface 39 of the divided preformed bodies 36 and 37.
While being compressed in the direction along a, the fired body 70 (FIG.
(C)). Then, as shown in FIG. 7C, the linear portion 34b of the conductive ceramic powder molding portion 34 is deformed so that its circular cross section collapses in the compression direction, so that the ceramic heat generation having the elliptical cross section is generated. It becomes the straight part 10b of the body 10. Then, as shown in FIG.
By performing processing such as polishing on the outer peripheral surface of the fired body 70,
The cross section of the ceramic base 13 is shaped into a circle to form the final ceramic heater 1.

【0021】なお、図9に示すように、直線部10bの
断面の楕円長軸方向において、セラミック基体13の両
側を一部切り欠くことにより、平坦部13aを形成する
ことができる。これにより、直線部10bの表面からセ
ラミック基体13の表面までの距離のばらつきがさらに
是正され、ヒータ表面の温度分布をより均一なものとす
ることができる。
As shown in FIG. 9, the flat portion 13a can be formed by partially cutting out both sides of the ceramic base 13 in the direction of the ellipse major axis of the cross section of the straight portion 10b. Thereby, the variation in the distance from the surface of the linear portion 10b to the surface of the ceramic substrate 13 is further corrected, and the temperature distribution on the heater surface can be made more uniform.

【0022】本発明のセラミックヒータは、グロープラ
グに限らず、バーナ着火用あるいは酸素センサ用の加熱
素子等に使用することもできる。
The ceramic heater of the present invention can be used not only for glow plugs but also for heating elements for burner ignition or oxygen sensors.

【0023】[0023]

【実施例】【Example】

(実施例1)上述の方法により作製したセラミックヒー
タ1と、比較例として図10に示すようなセラミックヒ
ータ100とをそれぞれ用意した。セラミックヒータ1
00においては、薄層状のセラミック発熱体101がパ
ターン印刷法により、ヒータ100の軸線を挟んで上下
及び左右に2層ずつ、計4層形成されている。これら各
セラミックヒータを、その表面の最高温度が1400℃
となるように昇温したときの、ヒータ表面の温度分布を
調べた。図8に示すように、その温度測定点は、実施例
のセラミックヒータについては、2本の直線部10bの
軸線を結ぶ直線を基準線Hとして、A:基準線Hとヒー
タ表面との交点近傍、B:ヒータ断面の中心Oを通り上
記基準線Hに直交する直線Jとヒータ表面との交点近
傍、C:ヒータ表面上において上記A及びBを結ぶ線分
の中点近傍、の3点とした。また、比較例のセラミック
ヒータ100については、A:ヒータ断面の中心Oを通
り各セラミック発熱体101の層面に沿う直線とヒータ
表面との交点近傍、B:ヒータ断面の中心Oを通り各セ
ラミック発熱体101の層面と直交する直線とヒータ表
面との交点近傍、C:ヒータ表面上において上記A及び
Bを結ぶ線分の中点近傍、の3点とした。実施例のセラ
ミックヒータ1においては、各測定点の温度はA>B>
Cの順で低くなり、AとCとの温度差は10℃と小さ
く、比較的均一な温度分布が得られた。一方、比較例の
セラミックヒータ100においては、C>B>Aの順で
温度が低くなり、CとAの温度差は30℃とかなり不均
一な温度分布を示した。
Example 1 A ceramic heater 1 produced by the above method and a ceramic heater 100 as shown in FIG. 10 were prepared as comparative examples. Ceramic heater 1
In No. 00, the thin-layer ceramic heating element 101 is formed by pattern printing to form a total of four layers, two layers vertically and horizontally with the axis of the heater 100 interposed therebetween. Each of these ceramic heaters has a maximum surface temperature of 1400 ° C.
The temperature distribution on the heater surface was examined when the temperature was raised so that As shown in FIG. 8, the temperature measurement point is, in the ceramic heater of the embodiment, a straight line connecting the axes of the two straight line portions 10b as a reference line H, and A: the vicinity of the intersection of the reference line H and the heater surface. , B: near the intersection of the heater surface with a straight line J passing through the center O of the heater cross section and orthogonal to the reference line H, and C: near the midpoint of the line segment connecting A and B on the heater surface. did. Regarding the ceramic heater 100 of the comparative example, A: near the intersection of the heater surface with a straight line passing through the center O of the heater cross section and along the layer surface of each ceramic heating element 101, and B: passing through the center O of the heater cross section for each ceramic heat generation. Three points were set: near the intersection of a straight line orthogonal to the layer surface of the body 101 and the heater surface, and C: near the midpoint of the line segment connecting A and B on the heater surface. In the ceramic heater 1 of the embodiment, the temperature at each measurement point is A>B>
The temperature decreased in the order of C, and the temperature difference between A and C was as small as 10 ° C., and a relatively uniform temperature distribution was obtained. On the other hand, in the ceramic heater 100 of the comparative example, the temperature was lowered in the order of C>B> A, and the temperature difference between C and A was 30 ° C., showing a fairly nonuniform temperature distribution.

【0024】(実施例2)上述の方法により、Q、P/
Q及びφX/φYの値を各種変化させたセラミックヒー
タを作製し、その通電耐久性を調べた。通電耐久性は、
セラミックヒータに対し一定の電圧により通電し、温度
が平衡してから5分保持した後、室温まで冷却して3分
保持する工程を1サイクルとして、各セラミックヒータ
毎にこれを10000サイクル繰返し、その段階で1回
目の通電時よりも150℃以上の発熱温度の低下が見ら
れたものを不良(×)、そうでなかったものを良(○)
とすることにより判定した。なお、通電電圧は、1回目
通電時におけるヒータの最高到達温度が1400℃とな
るように設定した。結果を表1に示す。
(Embodiment 2) According to the above method, Q, P /
Ceramic heaters having various values of Q and φX / φY were manufactured, and their electric durability was examined. Current durability is
A cycle of energizing the ceramic heater at a constant voltage for 5 minutes after the temperature is equilibrated, then cooling to room temperature and holding for 3 minutes is set as one cycle, and this is repeated 10,000 times for each ceramic heater. When the heat generation temperature was 150 ° C or more lower than that during the first energization in the stage, it was judged as bad (x), and when not, it was judged as good (○).
It was judged by The energization voltage was set so that the maximum temperature reached by the heater during the first energization was 1400 ° C. The results are shown in Table 1.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】Q、P/Q及びφX/φYの各値が本発明
の要件を満たすセラミックヒータは、いずれも良好な通
電耐久性を示していることがわかる。
It can be seen that each of the ceramic heaters in which the respective values of Q, P / Q and φX / φY satisfy the requirements of the present invention exhibit good electrical durability.

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

【図1】本発明のセラミックヒータを採用したグロープ
ラグの一例を示す正面部分断面図。
FIG. 1 is a front partial cross-sectional view showing an example of a glow plug adopting a ceramic heater of the present invention.

【図2】そのセラミックヒータの正面断面図。FIG. 2 is a front sectional view of the ceramic heater.

【図3】図2のA−A断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;

【図4】セラミックヒータの製造工程説明図。FIG. 4 is an explanatory view of the manufacturing process of the ceramic heater.

【図5】図4に続く工程説明図。FIG. 5 is a process explanatory view following FIG. 4;

【図6】図5に続く工程説明図。FIG. 6 is a process explanatory view following FIG. 5;

【図7】本発明のセラミックヒータの製造方法におけ
る、複合成形体及び焼成体の断面形状変化を示す模式
図。
FIG. 7 is a schematic diagram showing changes in cross-sectional shape of a composite molded body and a fired body in the method for manufacturing a ceramic heater of the present invention.

【図8】実施例1における、セラミックヒータの温度測
定点の位置を示す模式図。
FIG. 8 is a schematic diagram showing the positions of temperature measurement points of the ceramic heater in the first embodiment.

【図9】セラミック基体の両側に平坦部を形成したセラ
ミックヒータの例を示す断面図。
FIG. 9 is a sectional view showing an example of a ceramic heater in which flat portions are formed on both sides of a ceramic base.

【図10】従来のセラミックヒータの断面図。FIG. 10 is a sectional view of a conventional ceramic heater.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 セラミックヒータ 10 セラミック発熱体 11、12 電極部 10b 直線部 13 セラミック基体 13a 仮想的な円状領域(発熱体存在域) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramic heater 10 Ceramic heating element 11, 12 Electrode part 10b Straight part 13 Ceramic base 13a Virtual circular area (heating element existence area)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外周の少なくとも一部が円弧状に形成さ
れた断面を有するセラミック基体と、そのセラミック基
体に埋設され、その両端に接続された電極部を介して通
電されることにより抵抗発熱するセラミック発熱体とを
備えたセラミックヒータにおいて、 前記セラミック発熱体は、一方の基端部から延び先端部
で方向変換して他方の基端部へ至る方向変換部と、その
方向変換部の各基端部から同方向に延びる2本の直線部
とを備え、 それら直線部の断面は、前記セラミック基体の断面内に
設定された仮想的な円状領域に各々内接する楕円状とさ
れ、 その仮想的な円状領域の径φXと、前記セラミック基体
の断面径φYとの比φX/φYが0.3〜0.7の範囲
内で設定され、さらに、 前記直線部の楕円状の断面は、その長軸長さPと短軸長
さQとの比P/Qが1.2〜2.5の範囲内で設定され
たことを特徴とするセラミックヒータ。
1. A ceramic base having a cross section in which at least a part of its outer periphery is formed in an arc shape, and resistance heating is generated by being energized through electrode parts embedded in the ceramic base and connected to both ends of the ceramic base. In a ceramic heater including a ceramic heating element, the ceramic heating element extends from one base end portion and changes direction at a tip portion to the other base end portion, and each base of the direction changing portion. Two straight portions extending in the same direction from the end portion are provided, and the cross sections of the straight portions are elliptical shapes inscribed in virtual circular regions set in the cross section of the ceramic base, respectively. The ratio φX / φY of the diameter φX of a typical circular region and the cross-sectional diameter φY of the ceramic substrate is set within the range of 0.3 to 0.7, and the elliptical cross section of the linear portion is The major axis length P and the minor axis length A ceramic heater characterized in that a ratio P / Q to the height Q is set within a range of 1.2 to 2.5.
【請求項2】 前記セラミック発熱体は、前記Qの値が
0.1mm以上に設定されている請求項1記載のセラミッ
クヒータ。
2. The ceramic heater according to claim 1, wherein the value of Q of the ceramic heating element is set to 0.1 mm or more.
【請求項3】 前記セラミック発熱体の各直線部の断面
は、それら直線部の対向方向において圧縮された楕円状
に形成されている請求項1又は2に記載のセラミックヒ
ータ。
3. The ceramic heater according to claim 1, wherein a cross section of each linear portion of the ceramic heating element is formed in an elliptical shape compressed in a direction in which the linear portions face each other.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6111223A (en) * 1998-03-10 2000-08-29 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ceramic glow plug having portion of heater within metallic sleeve
JP2008166248A (en) * 2006-12-26 2008-07-17 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd Fuel cell having hydrogen storage tank
JP2010182443A (en) * 2009-02-03 2010-08-19 Ngk Spark Plug Co Ltd Ceramic heater and glow plug

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