JPS6086787A - セラミツクヒ−タ - Google Patents
セラミツクヒ−タInfo
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- JPS6086787A JPS6086787A JP19469683A JP19469683A JPS6086787A JP S6086787 A JPS6086787 A JP S6086787A JP 19469683 A JP19469683 A JP 19469683A JP 19469683 A JP19469683 A JP 19469683A JP S6086787 A JPS6086787 A JP S6086787A
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- Japan
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- ceramic
- heating element
- mol
- insulating layer
- ceramic heating
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、例えばディーゼルエンジンの始動補助に用い
るセラミックヒータに関するものである。
るセラミックヒータに関するものである。
従来のセラミックヒータの主要構成としては、導電性セ
ラミック材料からなるセラミック発熱体と、該発熱体に
電流を供給するための手段とから成る。セラミック発熱
体の発熱温度は時として約１４００°Ｃ程度の高温度に
なることがあり、かような状態において水、油などの低
温液体がセラミック発熱体に振りかかると、セラミック
発熱体の表面温度が急激に低下し、このためにセラミッ
ク発熱体に微少クラックが発生して該発熱体の電気抵抗
値が変化するという問題がある。
ラミック材料からなるセラミック発熱体と、該発熱体に
電流を供給するための手段とから成る。セラミック発熱
体の発熱温度は時として約１４００°Ｃ程度の高温度に
なることがあり、かような状態において水、油などの低
温液体がセラミック発熱体に振りかかると、セラミック
発熱体の表面温度が急激に低下し、このためにセラミッ
ク発熱体に微少クラックが発生して該発熱体の電気抵抗
値が変化するという問題がある。
本発明は、水、油などの低温液体がセラミック発熱体に
振りかかっても、セラミック発熱体の表面温度の急激な
低下を回避することにある。
振りかかっても、セラミック発熱体の表面温度の急激な
低下を回避することにある。
本発明は上記の目的を達成するため、セラミック発熱体
の外表面に非多孔質のセラミック絶紅Ｒツを設けた構成
を具備するものである。
の外表面に非多孔質のセラミック絶紅Ｒツを設けた構成
を具備するものである。
本発明によれば、上記の非多孔質セラミック絶ｋｌ Ｐ
ｊに、Ｊ、ってセラミック発熱体の外表面が覆われた状
態となるから、氷、油などの低温液体はセラミック絶縁
層に振りかかることになり、セラくツク光熱体には浸透
しないため、セラミ、７り発熱体自身の表面温度の急激
な変化を回避でき、従ってセラミック発熱体に微少クラ
ックが発生するのを抑；１１１１できる。
ｊに、Ｊ、ってセラミック発熱体の外表面が覆われた状
態となるから、氷、油などの低温液体はセラミック絶縁
層に振りかかることになり、セラくツク光熱体には浸透
しないため、セラミ、７り発熱体自身の表面温度の急激
な変化を回避でき、従ってセラミック発熱体に微少クラ
ックが発生するのを抑；１１１１できる。
また、セラミック絶１．ｉ：Ｉ！はセラミック発熱体の
ように導電性セラミック材料で構成する必要がなく、電
気絶縁性セラミック材料で構成すればよ（、従って材料
の選択自由度が増すことになり、熱衝撃に強いセラミッ
ク材料でセラミック絶縁層を構成することができ、従っ
てセラミック絶縁層自体のクラックの発生をも防ぐこと
ができる。
ように導電性セラミック材料で構成する必要がなく、電
気絶縁性セラミック材料で構成すればよ（、従って材料
の選択自由度が増すことになり、熱衝撃に強いセラミッ
ク材料でセラミック絶縁層を構成することができ、従っ
てセラミック絶縁層自体のクラックの発生をも防ぐこと
ができる。
本発明において、セラミック発熱体は例えばＭｏＳｉ２
（二珪化モリブデン）とＳ ｉ ３ Ｎ ４（窒化珪
素）との混合材料よりなる。Ｍ ｏ Ｓ ｉ ２は導電
性セラミック材料であってｚｑ導電性（凭ねる反面、熱
衝撃強度が劣るので、高強度材料であるＳｉ３Ｎ４を混
合する。このＳ ｉ ３ Ｎ ４は電気絶縁体なので、
その混合割合に限度があり、５１３Ｎ４１０モル％〜９
０モル％、Ｍ ｏ Ｓ ｉ ２９０モル％〜１０モル％
が望ましく、最も望ましいのはＳ ｉ ３ Ｎ ４７０
モル％、Ｍ ｏ Ｓ ｉ ２３ Ｑモル％の組合せであ
る。この組成範囲はセラミック発熱体の電気抵抗値との
関係で決められ、定格電圧１２■、２４Ｖの自動車バッ
テリを電柳とした場合、最も効率よく発熱させる場合は
上記の組成範囲かよい。
（二珪化モリブデン）とＳ ｉ ３ Ｎ ４（窒化珪
素）との混合材料よりなる。Ｍ ｏ Ｓ ｉ ２は導電
性セラミック材料であってｚｑ導電性（凭ねる反面、熱
衝撃強度が劣るので、高強度材料であるＳｉ３Ｎ４を混
合する。このＳ ｉ ３ Ｎ ４は電気絶縁体なので、
その混合割合に限度があり、５１３Ｎ４１０モル％〜９
０モル％、Ｍ ｏ Ｓ ｉ ２９０モル％〜１０モル％
が望ましく、最も望ましいのはＳ ｉ ３ Ｎ ４７０
モル％、Ｍ ｏ Ｓ ｉ ２３ Ｑモル％の組合せであ
る。この組成範囲はセラミック発熱体の電気抵抗値との
関係で決められ、定格電圧１２■、２４Ｖの自動車バッ
テリを電柳とした場合、最も効率よく発熱させる場合は
上記の組成範囲かよい。
セラミック発熱体材料はこのＭｏＳｉ２−３ｉ３Ｎ４の
組合せの他に、Ｍ ｏ Ｓ ｉ ２の単独、ｌ’ ｉ
Ｃ。
組合せの他に、Ｍ ｏ Ｓ ｉ ２の単独、ｌ’ ｉ
Ｃ。
ＴｉＮの単独、またはこれらにＳ ｉ ３ Ｎ ４ある
いはｙＭ！ ２０３を混合した材料などでもＪ、く、用
途に応じて選択すればよい。
いはｙＭ！ ２０３を混合した材料などでもＪ、く、用
途に応じて選択すればよい。
また、本発明において、セラミック発熱体の夕）観形状
はどのような形状でもよく、後述するようにＵ字状でも
よく、チューブ状であってもよい。
はどのような形状でもよく、後述するようにＵ字状でも
よく、チューブ状であってもよい。
本発明において、上記セラミック絶縁層の材料はＳ ｉ
３Ｎ４１００モル％のみ、あるいはこの５１３Ｎ４に
Ａρ２０３を１０モル％まで混合した材料でもよいし、
３ｉＣ（炭化珪素）単独、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム
）単独、あるいハＢＮ（窒化ホウ素）などでもよい。こ
の材料の選択は七ラミック発熱体材料との関係において
決定される。つまり、セラミック発熱体の熱膨張係数に
近似するようにセラミック絶縁層の材料を選択する必要
がある。
３Ｎ４１００モル％のみ、あるいはこの５１３Ｎ４に
Ａρ２０３を１０モル％まで混合した材料でもよいし、
３ｉＣ（炭化珪素）単独、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム
）単独、あるいハＢＮ（窒化ホウ素）などでもよい。こ
の材料の選択は七ラミック発熱体材料との関係において
決定される。つまり、セラミック発熱体の熱膨張係数に
近似するようにセラミック絶縁層の材料を選択する必要
がある。
セラミック絶縁層を設ける部位は、セラミック発熱体の
うぢ、水、浦などの低温液体が振りかかる部位に設りれ
ばよく、従って用途によってはセラミック発熱体の全体
にセラミック絶縁層を設ける必要はないのである。
うぢ、水、浦などの低温液体が振りかかる部位に設りれ
ばよく、従って用途によってはセラミック発熱体の全体
にセラミック絶縁層を設ける必要はないのである。
本発明において、セラミック絶縁層は非多孔質であるが
、これは振りかかった液体が該絶縁層を浸透してセラミ
ック発熱体の表面に達するのを防ぐためである。この非
多孔質構造にする方法としては、例えば材料に圧力を加
えた状態で焼成する方法がある。この方法によれば、圧
力が加えら１１だ表面はセラミック材料の密度が増加す
ることになり、従って焼成しても表面はセラミック粒子
が緻密に存在して粒界隙間がなく、非多孔質構造となる
。なお、上記の圧力は３００ｋｇ／ｃｎｉ以上が望まし
い。
、これは振りかかった液体が該絶縁層を浸透してセラミ
ック発熱体の表面に達するのを防ぐためである。この非
多孔質構造にする方法としては、例えば材料に圧力を加
えた状態で焼成する方法がある。この方法によれば、圧
力が加えら１１だ表面はセラミック材料の密度が増加す
ることになり、従って焼成しても表面はセラミック粒子
が緻密に存在して粒界隙間がなく、非多孔質構造となる
。なお、上記の圧力は３００ｋｇ／ｃｎｉ以上が望まし
い。
以下本発明をディーゼルエンジン用グロープラグに適用
した実施例について説明する。第１図において、セラミ
ックヒータは、発熱体素子１、ハウジング７、および中
心電極９を主な構成要素とする。発熱体素子１は、セラ
ミック絶縁体２と、該セラミック絶縁体２の一端に固定
されたセラミック発熱体３と、該セラミック発熱体３中
に一端が埋設され上記セラミック絶縁体２中を埋設され
て他端が該セラミック絶縁体２の表面に表出する金属基
リード線５ ａ ＋ ５ ｂと、セラミック発熱体３の
全体を覆うセラミック絶縁層４とで構成される。上記の
リード線５ｂは金属スリーブ６を介して金属ハウジング
７に接続されており、リード線５ａは金属ホールディン
グビン８を介して中心電極９に接続されている。
した実施例について説明する。第１図において、セラミ
ックヒータは、発熱体素子１、ハウジング７、および中
心電極９を主な構成要素とする。発熱体素子１は、セラ
ミック絶縁体２と、該セラミック絶縁体２の一端に固定
されたセラミック発熱体３と、該セラミック発熱体３中
に一端が埋設され上記セラミック絶縁体２中を埋設され
て他端が該セラミック絶縁体２の表面に表出する金属基
リード線５ ａ ＋ ５ ｂと、セラミック発熱体３の
全体を覆うセラミック絶縁層４とで構成される。上記の
リード線５ｂは金属スリーブ６を介して金属ハウジング
７に接続されており、リード線５ａは金属ホールディン
グビン８を介して中心電極９に接続されている。
１１１１記セラミック発熱体３は導電性を有する粒径０
、９ ／ＪのＭｏＳｉ２３０モル％と高強度材料であル
’Ａ立（％ ３５μ）Ｓ ｉ ３ Ｎ ４７０モル％と
でＩ見合して燃焼したもので、０．１８Ωの抵抗値を有
してし）る。
、９ ／ＪのＭｏＳｉ２３０モル％と高強度材料であル
’Ａ立（％ ３５μ）Ｓ ｉ ３ Ｎ ４７０モル％と
でＩ見合して燃焼したもので、０．１８Ωの抵抗値を有
してし）る。
また、前記セラミック絶縁体２はＳ ｉ ３ Ｎ ４６
２モル％とＡＮ ２０３３８モル％と混合して焼成した
ものであり、熱膨張率がセラミック発熱体３の熱膨張率
（３，８ｘｌＯ−６／’ｃ）とほぼ同一になっている。
２モル％とＡＮ ２０３３８モル％と混合して焼成した
ものであり、熱膨張率がセラミック発熱体３の熱膨張率
（３，８ｘｌＯ−６／’ｃ）とほぼ同一になっている。
前記セラミック絶縁層４は５ｉ３Ｎ４ｉ１１独（１００
モル％）を焼成したものであり、前記セラミック発熱体
３の表面に厚さ０．２〜１．０１程度に渡って設けであ
る。
モル％）を焼成したものであり、前記セラミック発熱体
３の表面に厚さ０．２〜１．０１程度に渡って設けであ
る。
なお、前記スリーブ６は、セラミック絶縁体２の外周に
設けたメタライズ層にろう付けしてあり、かつセラミッ
ク絶縁体２とハウジング７とは、スリーブ６をハウジン
グ７にろう付けすることにより、互いに固定されている
。また、図中、１０は電気絶縁ブツシュ、１１は取付ナ
ツト、１２はＯリング、１３はＭｇＯ（マクネノア）よ
りなる電気絶縁粉末である。
設けたメタライズ層にろう付けしてあり、かつセラミッ
ク絶縁体２とハウジング７とは、スリーブ６をハウジン
グ７にろう付けすることにより、互いに固定されている
。また、図中、１０は電気絶縁ブツシュ、１１は取付ナ
ツト、１２はＯリング、１３はＭｇＯ（マクネノア）よ
りなる電気絶縁粉末である。
第２図は前記発熱体素子１の型造方法を示Ｊものである
。Ｓｉ３Ｎ’４とΔｐ２０３とをｌ見合し、ポリビニル
ビフェニールのごとき有機ハインタを加えドクターブレ
ード法により絶縁性セラミックシート２２を成形する。
。Ｓｉ３Ｎ’４とΔｐ２０３とをｌ見合し、ポリビニル
ビフェニールのごとき有機ハインタを加えドクターブレ
ード法により絶縁性セラミックシート２２を成形する。
一方、Ｍ ｏ Ｓ ｉ ２とＳｉ３Ｎ４を混合し、上記
と同様の方法で導電性セラミックシート２３を形成する
。両シー１１２．２３に対してＭｏ、Ｗのような耐熱金
属リード線２５を第２図のような順に重ね合−ｌる。さ
らに、該導電性セラミックシー１・２３を複数枚積層し
た後、Ｓ ｉ ３Ｎ４を上記と同様の方法で成形した絶
縁性セラミックシート２４によって」二足導電性イ！ラ
ミックシート２３の全周囲を覆う。その後、１００℃前
後の温度、２５ ｋｇ／ｃｎｔの圧力でポアドブレスす
ることで一体化させる。これをさらに、１６００゛Ｃ程
度の〃、度、２５０ｋｇ／ｃｎｌの圧力下で加圧焼成す
ることで第１図の発熱体素子１が得られる。
と同様の方法で導電性セラミックシート２３を形成する
。両シー１１２．２３に対してＭｏ、Ｗのような耐熱金
属リード線２５を第２図のような順に重ね合−ｌる。さ
らに、該導電性セラミックシー１・２３を複数枚積層し
た後、Ｓ ｉ ３Ｎ４を上記と同様の方法で成形した絶
縁性セラミックシート２４によって」二足導電性イ！ラ
ミックシート２３の全周囲を覆う。その後、１００℃前
後の温度、２５ ｋｇ／ｃｎｔの圧力でポアドブレスす
ることで一体化させる。これをさらに、１６００゛Ｃ程
度の〃、度、２５０ｋｇ／ｃｎｌの圧力下で加圧焼成す
ることで第１図の発熱体素子１が得られる。
なお、セラミック絶縁Ｎ４の形成方法については第５図
の如く、本実施例に述べたセラミックシー１を、＋＋を
付けるシーＩ絶縁層による方法と、セラミックにテルピ
ネオール等の溶媒とメチルセルロース′、５′の結合剤
を加えてベースト状にしたペースト絶縁層による方法を
検討した。その結果第５図のＪ、フに、特に厚さの均一
性を伜保する」二で、シー１絶縁層を用いた方が好まし
く、本実施例もこれに従った。
の如く、本実施例に述べたセラミックシー１を、＋＋を
付けるシーＩ絶縁層による方法と、セラミックにテルピ
ネオール等の溶媒とメチルセルロース′、５′の結合剤
を加えてベースト状にしたペースト絶縁層による方法を
検討した。その結果第５図のＪ、フに、特に厚さの均一
性を伜保する」二で、シー１絶縁層を用いた方が好まし
く、本実施例もこれに従った。
以」二のような構成において、中心電極９とハウジング
７との間だに電圧を加えると、電流はホールディングビ
ン８、金属リード線５ａ、発熱体３、金属リード線５ｂ
、スリーブ６を通って流れ、発熱体３が赤熱する。
７との間だに電圧を加えると、電流はホールディングビ
ン８、金属リード線５ａ、発熱体３、金属リード線５ｂ
、スリーブ６を通って流れ、発熱体３が赤熱する。
ここで、本セラミ、クヒークを例えばディーセルエンジ
ンのグロープラグとして用いるような場合は、燃料の軽
油の粒子が赤熱しているセラミック発り！シ体３に当る
という非常に厳しいものである。
ンのグロープラグとして用いるような場合は、燃料の軽
油の粒子が赤熱しているセラミック発り！シ体３に当る
という非常に厳しいものである。
第３図は軽油の代りに水滴を落下させて発熱体３にクラ
ックが発生ずるか否かを調べた結果である。
ックが発生ずるか否かを調べた結果である。
同図において、横軸は滴下水量、縦軸は滴下時のグロー
プラグ温度であり、図中○印はクラックか発生しなかっ
たことを、Ｘ印はクラックが発生したことを示す。また
、Ａは本発明の絶縁層の無いもの、Ｂはセラミック絶Ｉ
ｔＪｆｆｆｉの有るものく厚ｊｉ ０５ｍｍ）の結果で
ある。第３図によれは、明らかに、セラミック絶１−、
１層が有るグロープラグＢの方がクラックを生じにくい
ことがわかる。
プラグ温度であり、図中○印はクラックか発生しなかっ
たことを、Ｘ印はクラックが発生したことを示す。また
、Ａは本発明の絶縁層の無いもの、Ｂはセラミック絶Ｉ
ｔＪｆｆｆｉの有るものく厚ｊｉ ０５ｍｍ）の結果で
ある。第３図によれは、明らかに、セラミック絶１−、
１層が有るグロープラグＢの方がクラックを生じにくい
ことがわかる。
第４図（ａｌ、 （ｂ］はセラミック絶縁層の厚みを変
化させてクラックの入らない上限の１Ｍ１度及び８００
’Ｃ到達所要時間を調べた結果である。絶縁層の厚み
を増すほどクラックが入りにくく、一方８００°Ｃ到達
所要時間は長くなり、両者はグロープラグ目標性能に対
して相反する傾向となるが、我々は両者の効果を比較し
、クラックに対してＩＪ充分に〃ｊ果が有り、８００°
Ｃ到達所要時間の増大量が特に支障の無い大きさとして
０．５ｓｅｃ以内となる範囲をとって、セラミック絶に
１層の厚みは０．３〜１゜０ｍｌ＋程度のものを採用し
ている。
化させてクラックの入らない上限の１Ｍ１度及び８００
’Ｃ到達所要時間を調べた結果である。絶縁層の厚み
を増すほどクラックが入りにくく、一方８００°Ｃ到達
所要時間は長くなり、両者はグロープラグ目標性能に対
して相反する傾向となるが、我々は両者の効果を比較し
、クラックに対してＩＪ充分に〃ｊ果が有り、８００°
Ｃ到達所要時間の増大量が特に支障の無い大きさとして
０．５ｓｅｃ以内となる範囲をとって、セラミック絶に
１層の厚みは０．３〜１゜０ｍｌ＋程度のものを採用し
ている。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２し１は第
１図における発熱体素子の型造方法の説明にイバする特
性図、第３し１〜第５図は本発明の作用説明に供する特
性図である。 ３・・・セラミック発熱体、４・・・セラミック絶縁層
、５ａ、５ｂ・・・リード線。 代理人弁理士 岡 部 隆
１図における発熱体素子の型造方法の説明にイバする特
性図、第３し１〜第５図は本発明の作用説明に供する特
性図である。 ３・・・セラミック発熱体、４・・・セラミック絶縁層
、５ａ、５ｂ・・・リード線。 代理人弁理士 岡 部 隆
Claims (3)
- （１）導電性セラミック材料で構成されたセラミック発
熱体と、該セラミック発熱体に電流を供給する手段と、
前記セラミック発熱体の外表面に設けられた非多孔質の
セラミック絶縁層と、を包含したセラミックヒータ。 - （２）前記セラミック発熱体の導電性セラミック材料は
二珪化モリブデン３０モル％と窒化珪素７０モル％とか
ら構成され、かつ前記セラミック絶縁層は窒化珪素１０
０モル％から構成されている特許請求の範囲第１項記載
のセラミックヒータ。 - （３）前記セラミック絶縁層の肉厚が０．３龍〜１．０
１である特１′「請求の範囲第２項記載のセラミックヒ
ータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19469683A JPS6086787A (ja) | 1983-10-17 | 1983-10-17 | セラミツクヒ−タ |
| US06/659,959 US4556780A (en) | 1983-10-17 | 1984-10-11 | Ceramic heater |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19469683A JPS6086787A (ja) | 1983-10-17 | 1983-10-17 | セラミツクヒ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6086787A true JPS6086787A (ja) | 1985-05-16 |
Family
ID=16328749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19469683A Pending JPS6086787A (ja) | 1983-10-17 | 1983-10-17 | セラミツクヒ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6086787A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0278174A (ja) * | 1988-09-12 | 1990-03-19 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックヒータ |
| US7282670B2 (en) | 2002-04-26 | 2007-10-16 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Ceramic heater and glow plug having the same |
| JP2014232677A (ja) * | 2013-05-30 | 2014-12-11 | 京セラ株式会社 | ヒータ |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5620929A (en) * | 1979-07-30 | 1981-02-27 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Glow plug heating element and its manufacture |
| JPS5741796A (en) * | 1980-08-26 | 1982-03-09 | Hochiki Co | Centralized monitor device for gas leakage alarm unit |
| JPS58121588A (ja) * | 1982-01-12 | 1983-07-19 | 日本特殊陶業株式会社 | 筒状セラミツクヒ−タ− |
| JPS58128687A (ja) * | 1982-01-27 | 1983-08-01 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | セラミツク発熱体 |
-
1983
- 1983-10-17 JP JP19469683A patent/JPS6086787A/ja active Pending
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|---|---|---|---|---|
| JPS5620929A (en) * | 1979-07-30 | 1981-02-27 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Glow plug heating element and its manufacture |
| JPS5741796A (en) * | 1980-08-26 | 1982-03-09 | Hochiki Co | Centralized monitor device for gas leakage alarm unit |
| JPS58121588A (ja) * | 1982-01-12 | 1983-07-19 | 日本特殊陶業株式会社 | 筒状セラミツクヒ−タ− |
| JPS58128687A (ja) * | 1982-01-27 | 1983-08-01 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | セラミツク発熱体 |
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|---|---|---|---|---|
| JPH0278174A (ja) * | 1988-09-12 | 1990-03-19 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックヒータ |
| US7282670B2 (en) | 2002-04-26 | 2007-10-16 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Ceramic heater and glow plug having the same |
| JP2014232677A (ja) * | 2013-05-30 | 2014-12-11 | 京セラ株式会社 | ヒータ |
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