JPS60143583A - セラミックヒ−タ - Google Patents
セラミックヒ−タInfo
- Publication number
- JPS60143583A JPS60143583A JP24846383A JP24846383A JPS60143583A JP S60143583 A JPS60143583 A JP S60143583A JP 24846383 A JP24846383 A JP 24846383A JP 24846383 A JP24846383 A JP 24846383A JP S60143583 A JPS60143583 A JP S60143583A
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- JP
- Japan
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- ceramic body
- heating element
- ceramic
- heater
- ceramic heater
- Prior art date
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- Granted
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
本発明はセラミック体内に発熱体を埋設して成るセラミ
ックヒータに係り、特に発熱時に生ずる熱応力に対する
構造強麿の向上を図って、高い信頼性を確保できるセラ
ミックヒータに関する。
ックヒータに係り、特に発熱時に生ずる熱応力に対する
構造強麿の向上を図って、高い信頼性を確保できるセラ
ミックヒータに関する。
［発明の技術的背景どその問題点］
セラミックヒータ１は第１図に示すようにセラミック体
２内に金属フィラメント等の発熱体３を埋設した構造に
なっている。そしてセラミック体２の耐熱性と、発熱体
３の急速昇温性とによって瞬時に高熱を発生する優れた
性能を発揮する。発熱体３の急速昇温性は、発熱体３を
セラミック体２内に埋設したことによりその酸化を抑止
でき、瞬時に電圧を加え得ることによる。
２内に金属フィラメント等の発熱体３を埋設した構造に
なっている。そしてセラミック体２の耐熱性と、発熱体
３の急速昇温性とによって瞬時に高熱を発生する優れた
性能を発揮する。発熱体３の急速昇温性は、発熱体３を
セラミック体２内に埋設したことによりその酸化を抑止
でき、瞬時に電圧を加え得ることによる。
どころでセラミックヒータ１は、その設計如何によって
発熱時セラミック体の外側面２ａに沿って゛割れ４が生
じやすいという問題があった。
発熱時セラミック体の外側面２ａに沿って゛割れ４が生
じやすいという問題があった。
これには主に次の原因があると考えられる。
■ 発熱体３の急速昇温性によりセラミック体の外側面
２ａとセラミック体内部の発熱体３近傍との間で著しい
温度勾配が生じセラミック体２に著大な熱応力が発生す
る。
２ａとセラミック体内部の発熱体３近傍との間で著しい
温度勾配が生じセラミック体２に著大な熱応力が発生す
る。
■ 発熱体３とセラミック体２の熱ｉ眼係数が異なり、
セラミック体２内で発熱体３が急速に膨張しようとして
この而からもセラミック体２に著大な熱応力が発生する
。
セラミック体２内で発熱体３が急速に膨張しようとして
この而からもセラミック体２に著大な熱応力が発生する
。
しかしながら設計によっては熱応力が発生しても゛割れ
″が生じない以上、これら２つの原因の認識だけでは足
りず、従来′割れ″に対する適切な対策を講することが
できなかった。
″が生じない以上、これら２つの原因の認識だけでは足
りず、従来′割れ″に対する適切な対策を講することが
できなかった。
一般に構造強度が不足する場合には重量を付加すること
により強度向上を計ることができる。しかしセラミック
ヒータにあってはセラミック体の重量を増加させるとヒ
ータ表面温度の上昇が遅くなり、発熱体の急速昇温性を
活かせなくなる。そこで急速昇温性を発揮させるべく更
に大電圧を加えると熱応力も増加し結局強度不足となっ
てしまう。
により強度向上を計ることができる。しかしセラミック
ヒータにあってはセラミック体の重量を増加させるとヒ
ータ表面温度の上昇が遅くなり、発熱体の急速昇温性を
活かせなくなる。そこで急速昇温性を発揮させるべく更
に大電圧を加えると熱応力も増加し結局強度不足となっ
てしまう。
以上のようなことから従来のセラミックヒータは、経験
により構造設計がなされているが、セラミックヒータの
信頼性向上のために画一的な基準がめられていた。
により構造設計がなされているが、セラミックヒータの
信頼性向上のために画一的な基準がめられていた。
［発明の目的］
本発明は」一連したような問題点に鑑みて創案されたも
のである。
のである。
本願発明者等は′割れ″の原因を解明すべく鋭意研究を
重ねた結果、上述したような熱応力の発生に加えてセラ
ミック体における熱分布の偏りに基づき、局部的に著大
な応力集中が生ずることを見出し、これを定量的に把握
すべく実験を重ねた結果、本願発明を完成するに至った
ものである。
重ねた結果、上述したような熱応力の発生に加えてセラ
ミック体における熱分布の偏りに基づき、局部的に著大
な応力集中が生ずることを見出し、これを定量的に把握
すべく実験を重ねた結果、本願発明を完成するに至った
ものである。
本発明の目的は、熱応力に対する構造強度の向上を図っ
て高い信頼性を確保できるセラミックヒータを提供する
にある。
て高い信頼性を確保できるセラミックヒータを提供する
にある。
［発明の概要］
上記目的は、本発明によれば次のような構成により達成
される。
される。
即ちセラミック体内にその長手方向に沿って１つ並行に
発熱体を埋設し、これら発熱体の横断面における並設方
向で、−上記セラミック体の外側面とこれに近接する上
記発熱体との距離をＸとし、上記発熱体の並設方向と直
交する方向で、上記セラミック体の外側面と上記発熱体
との距離をｙとし、これら距離Ｘ、Ｖの比ｘ／ｙを１．
０±０．５に設定して成るものである。
発熱体を埋設し、これら発熱体の横断面における並設方
向で、−上記セラミック体の外側面とこれに近接する上
記発熱体との距離をＸとし、上記発熱体の並設方向と直
交する方向で、上記セラミック体の外側面と上記発熱体
との距離をｙとし、これら距離Ｘ、Ｖの比ｘ／ｙを１．
０±０．５に設定して成るものである。
［発明の実施例］
以下に本発明の好適一実施例を添付図面に従って詳述す
る。
る。
第２図はセラミックヒータの基本的構造を示す斜視図で
あり、第３図はその横断面図、第４図は実験結果を総合
してめ得た比×／ｙどヒータの使用限界表面潤度Ｔとの
関係を示すグラフ図である。
あり、第３図はその横断面図、第４図は実験結果を総合
してめ得た比×／ｙどヒータの使用限界表面潤度Ｔとの
関係を示すグラフ図である。
５−
第２図に示すように２はセラミック体であり、このセラ
ミック体２内には発熱体３が埋設される。
ミック体２内には発熱体３が埋設される。
発熱体３は金属フィラメントがコイル状に巻回されて形
成され、セラミック体２の長手方向に沿って一端２ｂか
ら他端２Ｃに亙って、且つ他端２Ｃで折り返されて並行
に埋設されている。
成され、セラミック体２の長手方向に沿って一端２ｂか
ら他端２Ｃに亙って、且つ他端２Ｃで折り返されて並行
に埋設されている。
尚、５・・・は、発熱体３に電圧を加えるための電極板
である。
である。
ところで本願発明者等は、゛割れ”がセラミック体２の
長手方向に沿って生ずることからセラミック体２（ヒー
タ）の横断面に着目して次のような知見を得た。
長手方向に沿って生ずることからセラミック体２（ヒー
タ）の横断面に着目して次のような知見を得た。
即ち第３図に示すように、″割れ”を生じさせるセラミ
ック体２内の熱分布の偏りは横断面における。距離Ｘと
距離ｙとの比ｘ／ｙに支配的であることである。この比
ｘ／ｙが適当であれば発熱時構造上不可避的に生ずる熱
応力によっても°削れ”は生じない。
ック体２内の熱分布の偏りは横断面における。距離Ｘと
距離ｙとの比ｘ／ｙに支配的であることである。この比
ｘ／ｙが適当であれば発熱時構造上不可避的に生ずる熱
応力によっても°削れ”は生じない。
ここに距＋１１Ｘはセラミック体２（ヒータ）の横断面
に現れる発熱体３の並設方向に沿って、セラ６− ミック体２の外側面２ｄとこれに近接する方の発熱体３
との距離である。
に現れる発熱体３の並設方向に沿って、セラ６− ミック体２の外側面２ｄとこれに近接する方の発熱体３
との距離である。
また距ＩＩｌ！ｌｖはセラミック体２（ヒータ）の横断
面に現れる発熱体３の並設方向と直交する方向で、セラ
ミック体２の外側面２ｅと発熱体３との距離である。
面に現れる発熱体３の並設方向と直交する方向で、セラ
ミック体２の外側面２ｅと発熱体３との距離である。
そしてこのような距離×とｙとの比Ｘ／Ｖを各種変更し
て実験した結果が第４図に示されている。
て実験した結果が第４図に示されている。
（セラミック体の材質：窒化珪素、発熱体の材質：タン
グステン）。
グステン）。
ここに使用限界表面温度Ｔとは゛割れ″が発生する直前
のヒータ表面（セラミック体の外側面）の温度である。
のヒータ表面（セラミック体の外側面）の温度である。
このグラフ図によれば同ｆｆ１ｆｆｌのセラミックヒー
タ１に同電圧を加えた場合、比ｘ／ｙによって熱応力自
体の大きさも相違するが、局部的な応力集中の発生個所
及びその大きさも著しく異なることが予測され、その結
果′割れ″に対する使用限界表面温度Ｔも大きく異なる
ものと考えられる。
タ１に同電圧を加えた場合、比ｘ／ｙによって熱応力自
体の大きさも相違するが、局部的な応力集中の発生個所
及びその大きさも著しく異なることが予測され、その結
果′割れ″に対する使用限界表面温度Ｔも大きく異なる
ものと考えられる。
実験結果によれば比ｘ／ｙ ＝ １．０のときに使用限
界表面温度Ｔは最も高くなった。そのときの湿度は略１
３００℃であった。このような上限値の存在は予め設定
した距離Ｘ、Ｖそのものの値に基づき構造上不可避的に
生ずる熱応力によって“割れ″に至るものと考えられ、
この場合熱分布の偏りは最も少ないと推定される。
界表面温度Ｔは最も高くなった。そのときの湿度は略１
３００℃であった。このような上限値の存在は予め設定
した距離Ｘ、Ｖそのものの値に基づき構造上不可避的に
生ずる熱応力によって“割れ″に至るものと考えられ、
この場合熱分布の偏りは最も少ないと推定される。
以上のことから比Ｘ／Ｖは゛割れ”が生ずる状況を定量
的に表わす醋として適当なものであり、この比Ｘ／Ｖに
よって設計仕様を設定できる。
的に表わす醋として適当なものであり、この比Ｘ／Ｖに
よって設計仕様を設定できる。
一般にディーゼル機関に採用されるグロープラグ等にあ
ってはヒータ表面温度として９００℃以上必要とするが
、比Ｘ／Ｖにより設計仕様をめると、比Ｘ／Ｖ ＝ １
．０±０．５が適当であることが解る（実験値： ｘ／
ｙ ＝ ０．４５ 、 １．６５ ［Ｔ＝ ９００’Ｃ
］）。
ってはヒータ表面温度として９００℃以上必要とするが
、比Ｘ／Ｖにより設計仕様をめると、比Ｘ／Ｖ ＝ １
．０±０．５が適当であることが解る（実験値： ｘ／
ｙ ＝ ０．４５ 、 １．６５ ［Ｔ＝ ９００’Ｃ
］）。
このようにして発熱体３の埋設位置を設定できれば、必
要ヒータ表面温度に対するヒータの構造設計を的確にな
し得、セラミックヒータの信頼性の向上を図ることがで
きる。また比ｘ／ｙのＷ＆識により、使用限界表面温度
Ｔを知って効果的にヒータを使用することができる。
要ヒータ表面温度に対するヒータの構造設計を的確にな
し得、セラミックヒータの信頼性の向上を図ることがで
きる。また比ｘ／ｙのＷ＆識により、使用限界表面温度
Ｔを知って効果的にヒータを使用することができる。
またセラミックヒータのｉｆ［を増加させたり、加える
電圧を下げる等の回避策を講することなく、急速昇温性
を活かすように積極的にセラミックヒータを設訂できる
。
電圧を下げる等の回避策を講することなく、急速昇温性
を活かすように積極的にセラミックヒータを設訂できる
。
第３図には、比ｘ／ｙ ＝ ０．５で設定したヒータが
、第５図には比ｘ／ｙ ＝ １．５で設定したヒータが
示されている。比×／ｙが設定されれば、その間の外側
面が凸状である限り゛割れ″を生ずることはなく適切に
採用できるものである。図中、実線は断面略矩形状に形
成したもの、二点鎖線Ｐ。
、第５図には比ｘ／ｙ ＝ １．５で設定したヒータが
示されている。比×／ｙが設定されれば、その間の外側
面が凸状である限り゛割れ″を生ずることはなく適切に
採用できるものである。図中、実線は断面略矩形状に形
成したもの、二点鎖線Ｐ。
Ｑ、Ｒ，Ｓは凸状の外側面で形成した場合の例である。
尚、凸状でなく凹状に形成することはその部分の重量
減少や形状的に厳しいことがら′割れ″を生ずる虞れは
高くなると考えられる。
減少や形状的に厳しいことがら′割れ″を生ずる虞れは
高くなると考えられる。
尚、比Ｘ／Ｖの設定可能な範囲が下限でｘ：ｙ−１：
２（第３図）であり、上限がｘ：ｙ＝１：２／３（第５
図）となるのは、距Ｎ１ｖの方向では並行に隣接する発
熱体３相互の熱影響によるものと考えられる。
２（第３図）であり、上限がｘ：ｙ＝１：２／３（第５
図）となるのは、距Ｎ１ｖの方向では並行に隣接する発
熱体３相互の熱影響によるものと考えられる。
一〇−
第６図には理想的なセラミックヒータの構造の一例が示
されている。
されている。
図示するように、セラミック体２の横断面は、発熱体３
を中心とする半円弧状部２ｆ・・・と、これら半円弧状
部２ｆを発熱体３の並設方向に沿って連結する平面部２
Ｑ・・・とから成る外側面で区画形成されており、比ｘ
／ｙ −１，０となっている。
を中心とする半円弧状部２ｆ・・・と、これら半円弧状
部２ｆを発熱体３の並設方向に沿って連結する平面部２
Ｑ・・・とから成る外側面で区画形成されており、比ｘ
／ｙ −１，０となっている。
具体的実施例
第７図〜第１０図には上記第４図のグラフ図をめた具体
的実施例の一例が示されている。ヒータの横断面は矩形
状に形成されている。セラミック体の材質は窒化珪素で
あり、発熱体の材質はタングステンである。
的実施例の一例が示されている。ヒータの横断面は矩形
状に形成されている。セラミック体の材質は窒化珪素で
あり、発熱体の材質はタングステンである。
第７図に示すものは幅Ｗ＝ Ｂ、Ｏｍｍ、高さＤ＝ ４
．３ＩｌｌＩ１１長さＬ ＝ ６０．Ｏｎ＋ｌｌのセラ
ミックヒータである。
．３ＩｌｌＩ１１長さＬ ＝ ６０．Ｏｎ＋ｌｌのセラ
ミックヒータである。
実験結果
１０−
第９図に示すものは５ＡＩ＝ ４．４ｙｎｍ、 Ｄ＝
３．４５Ｉｌ１ｍ 。
３．４５Ｉｌ１ｍ 。
Ｌ ＝ ４０．Ｏｍｍのセラミックヒータである。
実験結果
尚、本実験結果はヒータ表面温度を１００℃ごと昇温さ
せ、次の昇温温度に経過する途中で゛割れ″を生じた場
合に、以前のａ温ｉａをプロットしたものである。例え
ば、１０００℃から１１００℃に昇温するときにその途
中で゛割れ″を生じたときは１０００℃をプロットした
ものである。
せ、次の昇温温度に経過する途中で゛割れ″を生じた場
合に、以前のａ温ｉａをプロットしたものである。例え
ば、１０００℃から１１００℃に昇温するときにその途
中で゛割れ″を生じたときは１０００℃をプロットした
ものである。
［発明の効果］
以上要するに本発明によれば次のような優れた効果を発
揮する。
揮する。
比較Ｘ／Ｖにより熱応力に対する構造強度を適正に確保
してセラミックヒータを的確に設計でき、製品の信頼性
を飛躍的に向上できる。
してセラミックヒータを的確に設計でき、製品の信頼性
を飛躍的に向上できる。
第１図は従来のセラミックヒータを示ず一部破断斜視図
、第２図はセラミックヒータの基本的構造を示す斜視図
、第３図は本発明の好適一実施例を示すセラミックヒー
タの横断面図、第４図は実験結果を総合してめ得た比Ｘ
／Ｖとヒータの使用限界表面温度Ｔとの関係を示すグラ
フ図、第５図及び第６図は他の実施例を示すセラミック
ヒータの横断面図、第７図は実験に用いたセラミックヒ
ータの一例を示す斜視図、第８図は第７図のセラミック
ヒータに対する実験結果を示すグラフ図、第９図は実験
に用いたセラミックヒータの他の一例を示す斜視図、第
１０図は第９図のセラミックヒータに対する実験結果を
示すグラフ図である。 図中、２はセラミック体、３は発熱体である。 特許出願人 いすず自動車株式会社 代理人弁理士 絹 谷 信 雄 第４喝 ０．０ ０．５ １．０ １．５ ２ｐ５第５０ 第６凹
、第２図はセラミックヒータの基本的構造を示す斜視図
、第３図は本発明の好適一実施例を示すセラミックヒー
タの横断面図、第４図は実験結果を総合してめ得た比Ｘ
／Ｖとヒータの使用限界表面温度Ｔとの関係を示すグラ
フ図、第５図及び第６図は他の実施例を示すセラミック
ヒータの横断面図、第７図は実験に用いたセラミックヒ
ータの一例を示す斜視図、第８図は第７図のセラミック
ヒータに対する実験結果を示すグラフ図、第９図は実験
に用いたセラミックヒータの他の一例を示す斜視図、第
１０図は第９図のセラミックヒータに対する実験結果を
示すグラフ図である。 図中、２はセラミック体、３は発熱体である。 特許出願人 いすず自動車株式会社 代理人弁理士 絹 谷 信 雄 第４喝 ０．０ ０．５ １．０ １．５ ２ｐ５第５０ 第６凹
Claims (3)
- （１） セラミック体内にその長手方向に沿って且つ並
行に発熱体を埋設し、これら発熱体の横断面における並
設方向で、上記セラミック体の外側面とこれに近接する
上記発熱体との距離を×とし、上記発熱体の並設方向と
直交する方向で、上記セラミック体の外側面と上記発熱
体との距離をｙとし、これら距−１×、■の比Ｘ／Ｖを
１．０±０．５に設定したことを特徴とするセラミック
ヒータ。 - （２） 上記セラミック体の横断面が、上記発熱体を中
心とする半円弧状部と、これら半円弧状部を上記発熱体
の並設方向に沿って連結する平面部とから成る前記特許
請求の範囲第１項記載のセラミックヒータ。 - （３） 上記セラミック体が窒化珪素で形成された前記
特許請求の範囲第１項乃至第２項記載のセラミックヒー
タ。 【４） 上記発熱体がタングステンで形成された前記特
許請求の範囲第１項乃至第３項記載のセラミックヒータ
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24846383A JPS60143583A (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | セラミックヒ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24846383A JPS60143583A (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | セラミックヒ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60143583A true JPS60143583A (ja) | 1985-07-29 |
| JPH0410718B2 JPH0410718B2 (ja) | 1992-02-26 |
Family
ID=17178508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24846383A Granted JPS60143583A (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | セラミックヒ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60143583A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0275188A (ja) * | 1988-09-09 | 1990-03-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミツク発熱体 |
-
1983
- 1983-12-29 JP JP24846383A patent/JPS60143583A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0275188A (ja) * | 1988-09-09 | 1990-03-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミツク発熱体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0410718B2 (ja) | 1992-02-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |