JPS63228585A - Ceramic heater - Google Patents
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- Resistance Heating (AREA)
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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、高温耐久性にすぐれたセラミックヒータ、例
えばディーゼルエンジンのグロープラグ等に適用される
セラミックヒータに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a ceramic heater that has excellent high-temperature durability, such as a ceramic heater that is applied to glow plugs in diesel engines.
従来、セラミックヒータの材料としてＭ ｏ Ｓ ｉ
ｚを用いることが試みられているが、このＭ ｏ Ｓ
ｉ ｚは熱衝撃性に劣っており、従って冷熱サイクルの
繰り返しを受ける部位に用いられた場合にはクラックを
発生し、破損するという問題があった。Conventionally, M o Si was used as a material for ceramic heaters.
Attempts have been made to use M o S
iz has poor thermal shock resistance, and therefore has the problem of cracking and breakage when used in areas subject to repeated heating and cooling cycles.
そのため、従来では特開昭６０−２８１９３号公報に示
されるようにＭｏ５ｉｚにＳｔ、Ｎ、を添加、混合して
焼結した導電性セラミックが提案されている。こ（ＤＭ
ｏ Ｓ ｉ ｔ Ｓ ｉ ３Ｎ４の複合組成によれ
ば、耐熱衝撃性がＭｏ５Ｌの単独に比べて向上させるこ
とができた。Therefore, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 60-28193, a conductive ceramic made by adding and mixing St and N to Mo5iz and sintering the mixture has been proposed. This (DM
According to the composite composition of o S it S i 3N4, the thermal shock resistance could be improved compared to Mo5L alone.
〔発明が解決しようとする問題点］
しかし、上記のセラミックヒータにおいても、直流電流
による長時間の断続通電試験を行う場合、セラミックヒ
ータの負極側の電極部分にガラスの溶出が確認されてい
た。このガラスが溶出したセラミックヒータに、さらに
断続通電試験を続けると、負極側電極付近にセラミック
ヒータの表面の変形、又は発熱部の変質による強度低下
などの問題が生じていた。[Problems to be Solved by the Invention] However, even in the above-mentioned ceramic heater, glass elution was observed in the negative electrode side of the ceramic heater when conducting a long-term intermittent energization test using direct current. When the ceramic heater in which the glass was dissolved was further subjected to an intermittent energization test, problems such as deformation of the surface of the ceramic heater near the negative electrode or a decrease in strength due to deterioration of the heat generating part occurred.
本発明は、以上の問題点を鑑みたものであり、長時間の
通電によるセラミックヒータ負極側のガラス溶出および
それに伴うセラミックヒータ材料の変質を解決すること
により、セラミックヒータの長期耐久性能を向上させる
ことを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and improves the long-term durability performance of the ceramic heater by solving the elution of glass on the negative electrode side of the ceramic heater due to long-term energization and the accompanying deterioration of the ceramic heater material. The purpose is to
はじめに、本発明者らは、セラミックヒータの負極側で
のガラス溶出の原因を調べた。その結果、セラミックヒ
ータの負極側にガラス溶出が生じるのは、次の原因であ
ることが各種分析などによりわかった。つまり、Ｓｉ、
Ｎ、原料にはかなりの量のＳｉｎ、が含まれ、かつ不純
物としてＮａ、Ｋ。First, the inventors investigated the cause of glass elution on the negative electrode side of a ceramic heater. As a result, various analyzes revealed that glass elution occurs on the negative electrode side of a ceramic heater due to the following reasons. In other words, Si,
N, the raw material contains a considerable amount of Sin, and Na and K as impurities.
Ｃａも含まれている。さらに、焼結助剤として加える第
３成分である、例えばＡ２□Ｏ，、Ｙ、０３も加わり、
焼成中のセラミックスの粒子間には多成分よりなる液相
が存在している。焼成後、この液相は固化してガラス相
となったり、ある場合には、結晶化して結晶化ガラスと
して存在する（このガラス相または結晶化ガラスを、以
下粒界ガラス相と称す）。焼成後、このセラミックヒー
タに通電を行った場合、粒界ガラス相に存在するＮａ”
。It also contains Ca. Furthermore, a third component added as a sintering aid, for example A2□O,,Y,03, is also added,
A liquid phase consisting of multiple components exists between particles of ceramics during firing. After firing, this liquid phase solidifies into a glass phase, or in some cases crystallizes and exists as crystallized glass (this glass phase or crystallized glass is hereinafter referred to as grain boundary glass phase). When this ceramic heater is energized after firing, Na'' present in the grain boundary glass phase
.
Ｋ”、Ｃａ”などのカチオンは、通電によって生じる電
界の作用により、粒界ガラス相を移動し、セラミックヒ
ータの負極側に集まり、セラミックヒータの負極側の表
面にガラス成分と共に析出する。また、ガラス溶出後も
通電を行った場合、カチオンの移動がさらに続くため、
負極側電極付近の強度が低下し、熱膨張係数が変化する
ので、負極側電極付近が破壊する危険が生じるのである
。Cations such as K'' and Ca'' move through the grain boundary glass phase under the action of the electric field generated by energization, gather on the negative electrode side of the ceramic heater, and precipitate together with glass components on the surface of the negative electrode side of the ceramic heater. In addition, if electricity is applied even after glass elution, the movement of cations will continue, so
Since the strength near the negative electrode decreases and the coefficient of thermal expansion changes, there is a risk that the vicinity of the negative electrode may break.
本案は、上記の原因を鑑みたものであり、発熱部分であ
る発熱部と、この発熱部に接続された一対の電極とを有
し、発熱部は、少なくとも窒化珪素からなる基本成分と
焼成助剤との焼結材料よりなり、この焼結材料の粒界成
分が窒素を含む粒界ガラス相を有しているセラミックを
包含した構造としたものである。The present invention has been developed in consideration of the above-mentioned causes, and has a heat generating part which is a heat generating part and a pair of electrodes connected to the heat generating part. The structure includes a ceramic having a grain boundary glass phase containing nitrogen as a grain boundary component of the sintered material.
本発明を採用することにより、粒子間に存在する粒界ガ
ラス相に窒素が導入され、粒界ガラス相はオキシナイト
ライドガラスとなる。このオキシナイトライドガラスの
組成中には、ガラス相の骨格に窒素が入り込んでいるた
めに、ガラスの粘度を上昇させている。そのため、ガラ
ス相に含まれるＮａ”、Ｋ“、Ｃａ”のカチオンの移動
は妨げられ、発熱部材表面へのガラス溶出は抑制される
。By employing the present invention, nitrogen is introduced into the grain boundary glass phase existing between particles, and the grain boundary glass phase becomes oxynitride glass. In the composition of this oxynitride glass, nitrogen is incorporated into the skeleton of the glass phase, which increases the viscosity of the glass. Therefore, the movement of cations of Na'', K'', and Ca'' contained in the glass phase is prevented, and elution of glass to the surface of the heat generating member is suppressed.
さらに、カチオン移動が抑制されるので、その後の素子
の変質も起きなくなる。よってセラミックヒータの寿命
、耐久性能を大幅に向上させることができる。Furthermore, since cation movement is suppressed, subsequent deterioration of the element will not occur. Therefore, the life and durability of the ceramic heater can be greatly improved.
（第１実施例）
本発明をディーゼルエンジンのグロープラグに適用した
実施例について説明する。(First Example) An example in which the present invention is applied to a glow plug for a diesel engine will be described.
本発明セラミックヒータを使用したグロープラグ１を第
１図に示す。本発明セラミックヒータはグロープラグ１
のセラミックヒータ２に使用される。このセラミックヒ
ータ２は、断面四角形の捧状の絶縁性である支持体３と
、この支持体３の先端に形成した板状突出部４を包む断
面Ｕ字形の導電性である発熱体５と、支持体３内に埋設
され、先端が発熱体５に接続されたタングステンよりな
る１対の電極６ａ、６ｂとから構成されている。FIG. 1 shows a glow plug 1 using the ceramic heater of the present invention. The ceramic heater of the present invention is a glow plug 1.
It is used for the ceramic heater 2 of This ceramic heater 2 includes a supporting body 3 which is insulating and has a rectangular cross-section and a slat-like shape, a heating element 5 which is conductive and has a U-shaped cross-section and surrounds a plate-like protrusion 4 formed at the tip of the support body 3. It is comprised of a pair of electrodes 6a and 6b made of tungsten, which are buried in the support 3 and whose tips are connected to the heating element 5.
また、支持体３の外周には金属スリーブ７が、更にその
外周には金属ハウジング８が取り付けである。電極６ａ
の後端は支持体３の基端まで延び、基端と嵌着する金属
キャップ９に接続されている。Further, a metal sleeve 7 is attached to the outer periphery of the support body 3, and a metal housing 8 is further attached to the outer periphery. Electrode 6a
The rear end extends to the base end of the support 3 and is connected to a metal cap 9 that fits onto the base end.
そして、電極６ａの後端は、この金属キャップ９および
端子１０を介して図示しない電源に接続されている。ま
た、電極６ｂの後端は、金属スリーブ７に接続されてい
る。以上より、グロープラグ１は構成され、金属ハウジ
ング８に形成したネジ部１１により、図示しないエンジ
ン燃焼室に貫通固定される。The rear end of the electrode 6a is connected to a power source (not shown) via the metal cap 9 and the terminal 10. Further, the rear end of the electrode 6b is connected to the metal sleeve 7. As described above, the glow plug 1 is constructed and fixed to the engine combustion chamber (not shown) through the threaded portion 11 formed in the metal housing 8.
本実施例では、発熱部Ａを構成する支持体３と発熱体５
を次のように製作した。In this embodiment, the support body 3 and the heating element 5 that constitute the heating part A are
was produced as follows.
つまり、支持体３においては、電気絶縁性セラミックで
ある５ｉｘＮ＜と導電性セラミックであるＭｏ５ｔ、の
原料粉体の平均粒径が同一、またはＭ ｏ Ｓ ｉ ｚ
の平均粒径を大きくし、さらにＭｏ５ｔよと付着性の悪
い、または極めて粘度の低いガラス層をなす焼結助剤を
添加して混合、成形焼結することにより、導電性セラミ
ックスであるＭｏ５ｔ。In other words, in the support 3, the average particle diameters of the raw material powders of 5ixN<, which is an electrically insulating ceramic, and Mo5t, which is a conductive ceramic, are the same, or M o S i z
Mo5t, which is a conductive ceramic, is made by increasing the average particle size of Mo5t, and adding a sintering aid that forms a glass layer with poor adhesion or extremely low viscosity than Mo5t, mixing, shaping and sintering.
を焼成中に凝集孤立させＭｏ５ｔ、粒子の間に電気絶縁
性セラミックスである５ｉｚＮ、を介在させることによ
り、すぐれた電気絶縁性セラミックを得る製法を用いた
。本第１実施例の支持体３では平均粒径０．９ ｐ ｍ
のＳｌ：＋Ｎ４７０．３ｗｔ％と平均粒径０．９ Ｂ
ｍのＭｏ５ｉｚ２９．７ｗｔ％とを基本成分とし、焼成
助剤としてＳｉ３Ｎ４とＭｏ５ｉｚの合計重量に対して
Ａｊ２Ｎ１ｗｔ％、 Ｙ ２０３７ ｗ ｔ％およびＡ
ｆｚＯ：＋３ｗｔ％を混合した。A manufacturing method was used to obtain an excellent electrically insulating ceramic by agglomerating and isolating Mo5t during firing, and interposing 5izN, which is an electrically insulating ceramic, between the particles. The average particle size of the support 3 of this first example is 0.9 p m
Sl:+N470.3wt% and average particle size 0.9B
The basic component is 29.7 wt% of Mo5iz of m, and 1 wt% of Aj2N, Y2037 wt% and A based on the total weight of Si3N4 and Mo5iz as firing aids.
fzO: +3 wt% was mixed.
また、発熱体５においては、５ｔ３Ｎ４の平均粒径をＭ
ｏＳｉ、の平均粒径よりも大きい原料粉体を用い、混合
、焼成することにより、Ｓｉ３Ｎ、粒子のまわりをＭｏ
５ｔ、粒子が取り囲みＭｏ５ｉｚ粒子同士を連続に配列
させることによりすぐれた導電性セラミックを得る製法
を用いた。本第１実施例の発熱体５は平均粒径１２μｍ
の５ｉｚＮｎ７０．３ｗｔ％、平均粒径０．９ ｐ ｍ
のＭｏ５ｉｚ２９．７ｗｔ％を基本成分とし、焼成助剤
として５ＩｉＮ４とＭｏ５ｉｚとの合計重量に対してＡ
ｆｆｉＮ１ｗｔ％、Ｙ２Ｏ：＋７ｗｔ％およびＡ２□Ｏ
＊３ｗｔ％を混合した。In addition, in the heating element 5, the average particle size of 5t3N4 is M
By using raw material powder larger than the average particle size of oSi, mixing and firing, Mo is formed around the Si3N particles.
A manufacturing method was used to obtain an excellent conductive ceramic by continuously arranging Mo5iz particles surrounded by Mo5t and Mo5iz particles. The heating element 5 of the first embodiment has an average particle diameter of 12 μm.
5izNn 70.3 wt%, average particle size 0.9 p m
The basic component is 29.7 wt% of Mo5iz, and as a firing aid, A based on the total weight of 5IiN4 and Mo5iz.
ffiN1wt%, Y2O: +7wt% and A2□O
*3 wt% was mixed.
これに、タングステンよりなる電極６ａ、６ｂを加えた
構造のセラミックヒータを成形し、１５６０乃至１７６
０°Ｃの温度、５００ｋｇｆ／ｃ４の圧力をアルゴン１
気圧の条件下でホットプレス焼結した。A ceramic heater having a structure in which electrodes 6a and 6b made of tungsten are added to this is molded, and 1560 to 176
Argon 1 at a temperature of 0°C and a pressure of 500 kgf/c4
Hot press sintered under atmospheric conditions.
また、第１従来例のセラミックヒータとして発熱体、支
持体のＳｔ、Ｎ、とＭｏ５ｉｚの粒径、重量比を第１実
施例と全く同様にし、かつ焼成助剤としてＳｉ、Ｎ、と
ＭｏＳｉ、の合計重量に対してＹ ｔ Ｏ：ｌ ７ ｗ
ｔ％、Ａｆ□Ｏｚ３ｗｔ％を添加して前記と同様の方
法によりセラミックヒータを焼成した。In addition, as for the ceramic heater of the first conventional example, the heating element and the particle size and weight ratio of St, N, and Mo5iz of the support were made exactly the same as those of the first example, and as the firing aids, Si, N, MoSi, Y t O: l 7 w for the total weight of
t% and 3 wt% of Af□Oz were added, and a ceramic heater was fired in the same manner as described above.
次にそれぞれのセラミックヒータの微細構造について元
素分析を行った。第２図は発熱体５の微細構造の模式図
を示す。１５はＭｏ５ｉｚ粒子である。１６はＳｉ３Ｎ
ｇ粒子である。１７は粒界ガラス相であり、焼成助剤と
して添加した成分はここに存在している。第１実施例と
第１従来例とのそれぞれについてこの微細構造の元素分
析（ＥＤＸ）の結果を第１表に示す。ここでそれぞれの
数字は原子数の比を表している。第１表より明らかなよ
うに、第１実施例では粒界ガラス相１７より窒素が検出
されていて、この粒界ガラス相が窒素を含むガラスであ
ることがわかる。Next, elemental analysis was performed on the microstructure of each ceramic heater. FIG. 2 shows a schematic diagram of the fine structure of the heating element 5. 15 is a Mo5iz particle. 16 is Si3N
g particle. 17 is a grain boundary glass phase, and the component added as a firing aid is present here. Table 1 shows the results of elemental analysis (EDX) of the microstructures of the first example and the first conventional example. Here, each number represents the ratio of the number of atoms. As is clear from Table 1, in the first example, nitrogen was detected in the grain boundary glass phase 17, indicating that this grain boundary glass phase is a glass containing nitrogen.
（以下余白）
それに対して、第１従来例では粒界ガラス相１７からは
窒素は検出されていないので、窒素を含んだガラスとは
なっていないことがわかる。(The following is a blank space) In contrast, in the first conventional example, no nitrogen was detected in the grain boundary glass phase 17, so it can be seen that the glass does not contain nitrogen.
本第１実施例と第１従来例とのそれぞれのセラミックヒ
ータについて、耐久性能を比較検討するために、本第１
実施例によって得られたセラミックヒータと従来のセラ
ミックヒータとを大気中において断続通電試験を行った
。この断続通電試験は、平衡温度が１２００°Ｃとなる
ように電圧を設定した後、この電圧で１分間通電加熱後
、１分間無通電による冷却という断続通電を行うサイク
ルを繰り返すことによって、本第１実施例によるセラミ
ックヒータおよび従来のセラミックヒータに直流電流に
よる長時間の電圧負荷をかけ、それぞれのセラミックヒ
ータのガラス溶出の有無を確認するものであり、その結
果を第２表に示した。In order to compare and examine the durability performance of the ceramic heaters of the first embodiment and the first conventional example,
An intermittent energization test was conducted on the ceramic heater obtained in the example and the conventional ceramic heater in the atmosphere. This intermittent energization test was conducted by setting the voltage so that the equilibrium temperature was 1200°C, then repeating the cycle of energizing at this voltage for 1 minute, followed by cooling with no energization for 1 minute. The ceramic heater according to the first embodiment and the conventional ceramic heater were subjected to a long-term voltage load using a direct current to check whether glass elution occurred in each ceramic heater.The results are shown in Table 2.
（以下余白）
第２表において、Ｏ印はガラス溶出が生じていない状態
を示し、Δ印はガラスの溶出した状態を示す。第２表よ
りあきらかなように、従来例では５０００回のサイクル
によって、マイナス何発熱部付近にガラス溶出が発生し
た。しかし、第１実施例によるセラミックヒータの発熱
体は、５００００回の断続通電試験を行ってもガラスの
溶出は起きなかった。(The following is a blank space) In Table 2, the O mark indicates a state in which glass elution has not occurred, and the Δ mark indicates a state in which glass has eluted. As is clear from Table 2, in the conventional example, glass elution occurred near the minus heat generating part after 5000 cycles. However, in the heating element of the ceramic heater according to the first example, no elution of glass occurred even after conducting an intermittent energization test 50,000 times.
第１従来例がガラスを溶出したのは、セラミックヒータ
の原料の１つである５ｉ３Ｎｎ原料に含まれる５ｉＯｚ
、Ｎａ、に、Ｃａなどが焼成後、粒界ガラス相中に存
在するために、このセラミックヒータ材料に通電を行う
と、粒界ガラス相中に存在するＮａ”、Ｋ“、Ｃａ”な
どのカチオンが、通電によって生じる電界の作用により
、粒界ガラス相を移動し、セラミックヒータの負極側に
集まり、その後、表面にガラス成分と共に析出したため
である。しかし、本第１実施例のセラミックヒータでは
、発熱部、および支持部の材料としてＡＩ！、Ｎを加え
ることによって、５ｉＯｚ、Ｎａ。The glass was eluted in the first conventional example by 5iOz contained in the 5i3Nn raw material, which is one of the raw materials for ceramic heaters.
, Na, Ca, etc. are present in the grain boundary glass phase after firing, so when this ceramic heater material is energized, Na'', K'', Ca, etc. present in the grain boundary glass phase are removed. This is because the cations moved through the grain boundary glass phase due to the action of the electric field generated by the energization, gathered on the negative electrode side of the ceramic heater, and then precipitated on the surface together with the glass component.However, in the ceramic heater of the first embodiment, , 5iOz, Na by adding AI!, N as materials for the heat generating part and the supporting part.
に、Ｃａなどが存在する粒界ガラス相に窒素を導入させ
、粒界ガラス相をオキシナイトライドガラスとする。そ
して、このオキシナイトライドガラスは、ガラスの骨格
に窒素が入り込んでいるので、この窒素が粒界ガラス相
に含まれるＮａ”、Ｋ”。First, nitrogen is introduced into the grain boundary glass phase in which Ca and the like are present, thereby converting the grain boundary glass phase into oxynitride glass. In this oxynitride glass, nitrogen has entered the glass skeleton, so this nitrogen is included in the grain boundary glass phase of Na'' and K''.
Ｃａ”などのカチオン移動を妨げ、発熱部表面へのガラ
ス溶出を抑制させたため、５００００回のサイクルを行
っても、ガラス溶出が確認されなかった。Since the movement of cations such as Ca'' was hindered and glass elution to the surface of the heat generating part was suppressed, no glass elution was observed even after 50,000 cycles.
（第２実施例）
本第２実施例であるセラミックヒータの発熱部と支持体
の原材料は、基本成分である５ｉｚＮ４とＭｏ５ｉｚの
平均粒径および配合量を、第１実施例と全く同様とし、
焼成助剤では、発熱部、支持部ともに、Ｓｉ３Ｎ４とＭ
ｏ５ｉｚの合計量に対して、Ａ４２Ｎ：）ｙｔ％、Ａｆ
ｇｏｓ５ｗｔ％を添加して第１実施例と同様の方法によ
りセラミックヒータを焼成した。(Second Example) The raw materials for the heat generating part and the support of the ceramic heater according to the second example had the average particle size and blending amount of the basic components 5izN4 and Mo5iz exactly the same as in the first example.
In the firing aid, Si3N4 and M are used in both the heat generating part and the supporting part.
A42N:)yt%, Af with respect to the total amount of o5iz
A ceramic heater was fired in the same manner as in the first example by adding 5 wt % of gos.
また、第２実施例と従来例とを比較検討するために、第
２従来例として、支持部のＳｔ、Ｎ、とＭｏ５ｉｚの粒
径、配合量を第１実施例と全（同様にし、焼成助剤とし
てＡｊ２ｚＣ）＋５ｗｔ％のみを添加したのち、第１実
施例と全く同様に焼成してセラミックヒータとした。第
２実施例のセラミックヒータと第２従来例のセラミック
ヒータの断続通電試験の結果を第３表に示した。In addition, in order to compare and study the second example and the conventional example, as the second conventional example, the particle sizes and blending amounts of St, N, and Mo5iz in the support part were made the same as in the first example, and the firing After adding only Aj2zC)+5wt% as an auxiliary agent, the ceramic heater was fired in exactly the same manner as in the first example. Table 3 shows the results of the intermittent energization test for the ceramic heater of the second example and the ceramic heater of the second conventional example.
（以下余白）
第３表よりあきらかなように、第２実施例では５０００
０回もの耐久試験を行った後も、発熱体にガラス溶出が
起きなかったが、第２従来例においては、１００００回
のサイクルによってガラスが溶出してしまった。(The following is a margin) As is clear from Table 3, in the second example, 5000
Even after conducting the durability test 0 times, no glass elution occurred in the heating element, but in the second conventional example, glass eluted after 10,000 cycles.
すなわち、焼結材料の粒界ガラス層に、窒素導入するこ
とによって、断続通電試験におけるガラス溶出を防止で
きることが、第２実施例からもあきらかになった。That is, it became clear from the second example that glass elution in the intermittent current test can be prevented by introducing nitrogen into the grain boundary glass layer of the sintered material.
（第３実施例）
本第３実施例では、Ａｌｘの最適添加量を調べるため、
セラミックヒータの発熱体および支持体の原材料におい
て、５ｔ３Ｎ、とＭ ｏ Ｓ ｉ 、の粒径分布および
配合量、そしてＹ２Ｏ３とＡ２□ｏ３のそれぞれの添加
量をすべて第１実施例と全く同様にし、／ＩＮの添加量
のみを変化させることによって、種々のセラミックヒー
タを第１実施例と全く同様の方法により焼成した。ＡＩ
Ｎ添加量は、０゜ＯＱ５賀ｔ％、０．０１ｗｔ％、０．
１ｗｔ％、１−ｔ％、５ｗｔ％、１０ｗｔ％、１５ｗｔ
％の７種類とし、順にすンプルナンバーを１乃至７とし
た。そして、それぞれ焼成されたセラミックヒータをサ
イクル数５００００回までの断続通電試験を行い、その
結果を第４表に示した。(Third Example) In this third example, in order to investigate the optimal addition amount of Alx,
In the raw materials for the heating element and supporting body of the ceramic heater, the particle size distribution and blending amount of 5t3N and M o S i , and the respective addition amounts of Y2O3 and A2□o3 were all made exactly the same as in the first example, Various ceramic heaters were fired in exactly the same manner as in the first example by changing only the amount of /IN added. AI
The amount of N added was 0°OQ5t%, 0.01wt%, 0.
1wt%, 1-t%, 5wt%, 10wt%, 15wt
%, and the sample numbers were sequentially numbered from 1 to 7. Then, the fired ceramic heaters were subjected to an intermittent energization test up to 50,000 cycles, and the results are shown in Table 4.
（以下余白）
第４表よりあきらかなように、サンプル−１（ＡＩＮ添
加！ｔｏ、ｏ０５ｉ＊ｔ％）からサンプルＮα２ＣＡＩ
Ｎ添加量０．０１ｗｔ％）とすることにより、断続通電
試験の結果は、ＡＩＮ添加によるガラス溶出防止の効果
を示しはじめた。また、サンプルＮα６（Ａ／！Ｎ添加
量１０−ｔ％）からサンプルＮｏ、 ７（／ＩＮ添加量
１５−ｔ％）とすることにより、／ＩＮ添加によるガラ
ス溶出防止の効果が低下されている。また、サンプルＮ
α７ （ＡｆｆｉＮ添加量１５ｗｔ％）の場合には、セ
ラミックヒータの焼結がサンプルＮα６ （／ＩＮ添加
１１０ｗｔ％）よりも困難となってしまった。(Left below) As is clear from Table 4, from sample-1 (AIN addition!to, o05i*t%) to sample Nα2CAI
When the amount of N added was 0.01 wt%), the results of the intermittent energization test began to show the effect of glass elution prevention due to the addition of AIN. Furthermore, by changing Sample No. 6 (A/!N addition amount 10-t%) to Sample No. 7 (/IN addition amount 15-t%), the effect of preventing glass elution due to /IN addition was reduced. . Also, sample N
In the case of α7 (AffiN addition amount: 15 wt%), sintering of the ceramic heater became more difficult than sample Nα6 (/IN addition: 110 wt%).
以上より、ＡＩＮの添加量は、０．０１ｗｔ％乃至１０
ｗｔ％の範囲で、セラミックヒータの発熱部におけるガ
ラス溶出防止に効果があることがわかった。From the above, the amount of AIN added is 0.01 wt% to 10
It was found that a range of wt% is effective in preventing glass elution in the heat generating part of a ceramic heater.
（第４実施例）
本第４実施例では、セラミックヒータの原材料を変化さ
せることによって、５ｉｘＮａとＭｏＳｉ。(Fourth Example) In this fourth example, 5ixNa and MoSi were used by changing the raw materials of the ceramic heater.
との混合材料以外においてのＡＩＮを添加させる功果を
確認した。The effect of adding AIN to materials other than mixed materials with AIN was confirmed.
セラミックヒータの原材料を７通りに変化させ、それぞ
れをサンプルＮｏ、８ａ乃至１４ｂとした。The raw materials for the ceramic heater were changed in seven ways, and each sample was designated as Sample No. 8a to 14b.
サンプルＮα８ａのセラミックヒータ部の原材料を、発
熱体は平均粒径１２μｍのＳｉｓＮ４７０ｗｔ％、平均
粒径０．９ ａ ｍのＭｏ５ｓ ｉｚ３０ｗｔ％とし、
また添加剤として５ｉｓＮ、とＭｏ５Ｓｉ＝の合計型ｉ
に対してＡｊ２Ｎ１ｗｔ％、ＹｚＣｈ７ｗＬ％、ＡＡ、
０゜３ｗｔ％を用い、また支持体は平均粒径０．９μｍ
のＳ １３Ｎ４７０ｗｔ％、平均粒径０．９ ｐ ｍの
ＭｏＳｉｚ３０ｗｔ％とし、また添加物としてＳｉ３Ｎ
４とＭ ＯＳ ｉ ｚの合計重量に対してＡｆｆｉＮ１
ｗｔ％、Ｙ２Ｏ３７ｗｔ％、Ａ ４２ ｔ Ｏｘ ３
ｗ ｔ％を用いた。The raw materials for the ceramic heater part of sample Nα8a are as follows: The heating element is 470 wt% of SisN with an average particle size of 12 μm, and 30 wt% of Mo5s with an average particle size of 0.9 am.
In addition, as an additive, 5isN, and the total type i of Mo5Si=
Aj2N1wt%, YzCh7wL%, AA,
0.3 wt% was used, and the support had an average particle size of 0.9 μm.
470 wt% of S13N, 30 wt% of MoSiz with an average particle size of 0.9 pm, and Si3N as an additive.
AffiN1 for the total weight of 4 and M OS i z
wt%, Y2O37wt%, A42tOx3
wt% was used.
これらの原材料を混合した後に、第１実施例と全く同様
の方法により、セラミックヒータを焼成した。After mixing these raw materials, a ceramic heater was fired in exactly the same manner as in the first example.
サンプルＮｏ、８ｂは、上記サンプルＮｏ、８ａのＡＩ
Ｎを全く加えないものとし、他は上記と全く同様の方法
によりセラミックヒータを焼成した。Sample No. 8b is the AI of sample No. 8a above.
A ceramic heater was fired in the same manner as above except that no N was added.
また、他のサンプルは第５表に示す原材料および混合割
合として、粒径はサンプルＮｏ、８ａと全く同様なもの
とし、それぞれのサンプルについてＡＩＮを添加したも
の（９ａ、１０ａ、ｌｌａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ）
と添加しないもの（９ｂ。In addition, the other samples have the raw materials and mixing ratio shown in Table 5, the particle size is exactly the same as sample No. 8a, and each sample has AIN added (9a, 10a, lla, 12a, 13a). , 14a)
and those without addition (9b.
１０ｂ、ｌｌｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ）との２種類
のセラミックヒータを焼成した。Two types of ceramic heaters (10b, llb, 12b, 13b, 14b) were fired.
サンプルＮα８ａ乃至Ｎα１４ｂのそれぞれの断続通電
試験の結果を第５表に示した。Table 5 shows the results of the intermittent energization test for each of samples Nα8a to Nα14b.
（以下余白）
第５表よりあきらかなように、ＡＩＮを添加しない場合
には、最もガラスの溶出を示さないものでもサンプルＮ
１１１３ｂにおけるサイクル数が８０００回であった。(Left below) As is clear from Table 5, when AIN is not added, even sample N shows the least elution of glass.
The number of cycles in 1113b was 8000.
しかし、ＡｆＮ１ｗｔ％添加することによって、どの原
材料においても５００００回以上の断続通電試験を行っ
てもガラスの溶出が起きなかった。以上より、本第４実
施例によって、Ｓｔ、Ｎ、と導電材料（例えばＭｏ Ｓ
ｔ、 、 ＷＳ ｔｚＮ ｂ Ｓ ｉ ２など）の混
合原料よりなるセラミックヒータの発熱体に対しても焼
成助剤の１成分としてＡｆＮを添加することによって、
ガラス溶出防止効果と変質防止効果を得ることができる
ことがわかった。However, by adding 1 wt % of AfN, glass elution did not occur in any of the raw materials even when the intermittent energization test was performed more than 50,000 times. From the above, according to the fourth embodiment, St, N, and a conductive material (for example, MoS
By adding AfN as a component of the firing aid to the heating element of a ceramic heater made of a mixed raw material of
It was found that the effect of preventing glass elution and deterioration can be obtained.
（第５実施例）
第３図は、第５実施例を示すセラミックグロープラグ２
０である。このグロープラグ２０は、支持体２１の中に
、タングステンの電極２２ａ、２２ｂおよび発熱部Ａが
包含する金属発熱体である発熱フィラメント２３が埋め
込まれ支持されている９発熱フィラメント２３の端部２
３ａ、２３ｂには、電極２２ａ、２２ｂの一端に巻き付
けられている。(Fifth embodiment) Fig. 3 shows a ceramic glow plug 2 showing a fifth embodiment.
It is 0. This glow plug 20 has 9 end portions 2 of the heating filament 23 embedded in a support body 21, in which a heating filament 23, which is a metal heating element included in tungsten electrodes 22a, 22b and a heating portion A, is embedded and supported.
3a and 23b are wound around one end of the electrodes 22a and 22b.
支持体２１の外周には金属スリーブ２５が、更にその外
周には金属ハウジング２６が取り付けである。また、電
極２２ａの他端は支持体２１の基端まで延び、基端に嵌
着した金属キャップ２７に接続し、金属キャップ２７お
よび端子２８を介して図示しない電源に接続しである。A metal sleeve 25 is attached to the outer periphery of the support 21, and a metal housing 26 is attached to the outer periphery. The other end of the electrode 22a extends to the base end of the support 21, is connected to a metal cap 27 fitted to the base end, and is connected to a power source (not shown) via the metal cap 27 and a terminal 28.
電極２２ｂの他端は、金属スリーブ２５に接続しである
。以上のようにグロープラグ２０を構成し、金属ハウジ
ング２６に形成したネジ部３０により、図示しないエン
ジン燃焼室に貫通固定される。The other end of the electrode 22b is connected to the metal sleeve 25. The glow plug 20 is configured as described above, and is fixed to the engine combustion chamber (not shown) through the threaded portion 30 formed in the metal housing 26.
上記支持体２１は、絶縁性セラミックスより構成されて
おり、この電気絶縁性セラミックは、平均粒径１μｍの
５ｋｓＮａを１００ｗｔ％とし、焼結助剤として、Ｓｔ
、Ｎ、の重量に対してＡ４２Ｎ１ｗｔ％、 Ｙ ｚ
Ｏ３５ｗ ｔ％、 Ａ ｌ ｚ Ｏ３３ｗ ｔ％をそれ
ぞれ添加したものをアルゴン１気圧中において１５６０
〜１７６０°Ｃ５００ｋｇｆ／−の圧力のホットプレス
焼結を行うことにより製作されたものである。The support 21 is made of an insulating ceramic, which contains 100 wt% of 5ksNa with an average particle size of 1 μm, and contains St as a sintering aid.
, A42N 1wt% with respect to the weight of N, Y z
O35wt% and AlzO33wt% were added at 1560% in 1 atm of argon.
It was manufactured by hot press sintering at ~1760°C and a pressure of 500 kgf/-.
ここで、第３従来例として、支持体２１のＳｔ。Here, as a third conventional example, St of the support body 21.
Ｎ４の粒径を同様とし、焼結助剤を５ｔ３Ｎ４の重量に
対して、ＹｚＯｚ５ｗｔ％、Ａ２□０５３ｗｔ％をそれ
ぞれ添加したものを原材料として上記と全く同様の方法
によりセラミックヒータを焼結した。Ceramic heaters were sintered in exactly the same manner as above using N4 having the same particle size and sintering aids of 5wt% YzOz and 053wt% A2□053wt% added to the weight of 5t3N4 as raw materials.
本第５実施例のセラミックヒータと、第３従来例のセラ
ミックヒータの断続通電試験結果を第６表に示した。こ
こで、○印は変化なし、Δ印は負極側に発生するガラス
溶出、Ｘ印はセラミックヒータの割れを示している。Table 6 shows the intermittent energization test results for the ceramic heater of the fifth example and the ceramic heater of the third conventional example. Here, the ○ mark indicates no change, the Δ mark indicates glass elution occurring on the negative electrode side, and the X mark indicates cracking of the ceramic heater.
（以下余白）
第６表よりあきらかなように、第３実施例では１０００
０回の断続通電においてガラス溶出が発生し、約２００
００回の断続通電時には、セラミックヒータの割れを確
認した。しかし、支持体２１に焼成助剤としてＡＩＮを
１１１ｔ％添加することによって、５００００回の断続
通電によってもガラス溶出が発生せず、ガラス溶出防止
効果を得ることができた。以上により、本第５実施例に
よって、Ｓｉ３Ｎ、のみの原料よりなるセラミックヒー
タに対して、焼成助剤の１成分としてＡｆＮを添加する
ことによってもガラス溶出防止効果を得ることがわかっ
た。(Margin below) As is clear from Table 6, in the third example, 1000
Glass elution occurred after 0 times of intermittent energization, and approximately 200
During 00 intermittent energizations, cracks in the ceramic heater were confirmed. However, by adding 111 t% of AIN as a firing aid to the support 21, no glass elution occurred even after 50,000 intermittent energizations, and an effect of preventing glass elution could be obtained. From the above, it was found from the fifth example that the effect of preventing glass elution can also be obtained by adding AfN as a component of the firing aid to a ceramic heater made of only Si3N as a raw material.
また、第５実施例のグロープラグの構造であっても発明
が適用されることがわかった。It was also found that the invention is applicable to the structure of the glow plug of the fifth embodiment.
本発明は第１実施例及び第５実施例に示すグロープラグ
だけでなく、他の構造を持つグロープラグにおいても同
様のすぐれた効果を得ることができる。The present invention can provide similar excellent effects not only to the glow plugs shown in the first and fifth embodiments but also to glow plugs having other structures.
本発明は、粒界ガラス相に窒素を含ませることができれ
ばよいのであって、その手段として前記実施例では、焼
成助剤の１成分にＡｆｆｉＮを添加したが、ＹＮなどの
粒界ガラス相に窒素を含ますことができる他の成分でも
同様のすぐれた効果を得る。In the present invention, it is sufficient to incorporate nitrogen into the grain boundary glass phase, and as a means for this purpose, AffiN was added to one component of the firing aid in the above embodiment, but the grain boundary glass phase such as YN Similar benefits can be obtained with other ingredients that can contain nitrogen.
〔発明の効果］
本発明である発熱部の焼結体中の粒界成分を窒素を含む
粒界ガラス相とすることにより、長時間の高電圧負荷に
よるセラミックヒータの負極側電極に発生するガラス溶
出を防止することができ、さらにまた、セラミックヒー
タの変質を防止して耐久性を向上するというすぐれた効
果を得ることができる。[Effects of the Invention] By making the grain boundary component in the sintered body of the heat generating part of the present invention a grain boundary glass phase containing nitrogen, glass generated on the negative electrode of the ceramic heater due to long-term high voltage load can be reduced. It is possible to prevent elution, and furthermore, it is possible to obtain the excellent effect of preventing deterioration of the ceramic heater and improving its durability.
第１図は本発明の一実施例であるグロープラグを示す断
面図、第２図はセラミックヒータの微細構造の模式図、
第３図は本発明の他の実施例であるグロープラグを示す
断面図である。
Ａ・・・発熱部、２・・・セラミックヒータ、３．２１
・・・支持体、５．２３−・・発熱体、６ａ、６ｂ、２
２ａ、２２ｂ・・・電極。FIG. 1 is a sectional view showing a glow plug that is an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram of the fine structure of a ceramic heater,
FIG. 3 is a sectional view showing a glow plug according to another embodiment of the present invention. A... Heat generating part, 2... Ceramic heater, 3.21
...Support, 5.23--Heating element, 6a, 6b, 2
2a, 22b...electrodes.
Claims (4)
、 前記発熱部は、少なくとも窒化珪素からなる基本成分と
焼成助剤との焼結材料よりなり、この焼結材料の粒界成
分が窒素を含む粒界ガラス相を有しているセラミックを
包含した構造であることを特徴とするセラミックヒータ
。(1) It has a heat generating part and an electrode connected to the heat generating part, and the heat generating part is made of a sintered material of a basic component consisting of at least silicon nitride and a sintering aid, and the heat generating part is made of a sintered material of a basic component consisting of at least silicon nitride and a sintering aid. A ceramic heater characterized in that it has a structure including a ceramic having a grain boundary glass phase containing nitrogen as a boundary component.
て、少なくとも０．０１重量％乃至１０重量％の窒化ア
ルミニウムを含むことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のセラミックヒータ。(2) The firing aid contains at least 0.01% to 10% by weight of aluminum nitride based on the total weight of the basic components.
Ceramic heater as described in section.
り、さらに前記発熱部は該セラミックを支持する電気絶
縁性支持体を包含し、前記電極は電気導電性発熱体と接
続されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
至第２項いずれか１つに記載のセラミックヒータ。(3) The ceramic constitutes an electrically conductive heating element, the heating section further includes an electrically insulating support supporting the ceramic, and the electrode is connected to the electrically conductive heating element. A ceramic heater according to any one of claims 1 to 2, characterized in that:
ており、前記発熱部は該セラミックに支持された金属発
熱体を包含し、この金属発熱体は前記電極に接続される
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第２項いず
れか１つに記載のセラミックヒータ。(4) The ceramic constitutes an electrically insulating support, and the heating section includes a metal heating element supported by the ceramic, and the metal heating element is connected to the electrode. A ceramic heater according to any one of claims 1 to 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62062100A JP2625710B2 (en) | 1987-03-17 | 1987-03-17 | Ceramic heater |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62062100A JP2625710B2 (en) | 1987-03-17 | 1987-03-17 | Ceramic heater |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63228585A true JPS63228585A (en) | 1988-09-22 |
| JP2625710B2 JP2625710B2 (en) | 1997-07-02 |
Family
ID=13190288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62062100A Expired - Lifetime JP2625710B2 (en) | 1987-03-17 | 1987-03-17 | Ceramic heater |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2625710B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02210783A (en) * | 1989-02-08 | 1990-08-22 | Ngk Insulators Ltd | Ceramics heater |
| JP2005235701A (en) * | 2004-02-23 | 2005-09-02 | Kyocera Corp | Conductor, ceramic heater and wafer support member both using the conductor, and electrically conductive paste |
-
1987
- 1987-03-17 JP JP62062100A patent/JP2625710B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02210783A (en) * | 1989-02-08 | 1990-08-22 | Ngk Insulators Ltd | Ceramics heater |
| JP2005235701A (en) * | 2004-02-23 | 2005-09-02 | Kyocera Corp | Conductor, ceramic heater and wafer support member both using the conductor, and electrically conductive paste |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2625710B2 (en) | 1997-07-02 |
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|---|---|---|---|
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