KR101437402B1 - 히터 및 이것을 구비한 글로 플러그 - Google Patents

히터 및 이것을 구비한 글로 플러그 Download PDF

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Abstract

(과제)
급속 승온시 등에 리드의 굴곡부에 대전류가 흘러도 국부 팽창에 기인한 응력 집중에 의한 마이크로 크랙의 발생이 억제된 높은 신뢰성 및 내구성을 갖는 히터 및 이것을 구비한 글로 플러그를 제공한다.
(해결 수단)
본 발명의 히터(1)는 절연기체(2)와, 절연기체(2)에 매설된 저항체(3)와, 절연기체(2)에 매설되고 일단측에서 저항체(3)에 접속됨과 아울러 타단측에 절연기체(2)의 표면으로부터 노출되는 단자부(41)를 갖는 리드(4)를 구비하고, 리드(4)는 단자부(41)를 향해서 구부러진 굴곡부(A)를 갖고 있고, 굴곡부(A)의 적어도 일단면에 있어서의 애스펙트비가 굴곡부(A)보다 단자부(41)측의 부분에 있어서의 일단면의 애스펙트비보다 큰 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

히터 및 이것을 구비한 글로 플러그{HEATER AND GLOW PLUG PROVIDED WITH SAME}
본 발명은 예를 들면 연소식 차량 탑재 난방 장치에 있어서의 점화용 또는 불꽃 검지용 히터, 석유 팬 히터 등의 각종 연소기기의 점화용 히터, 자동차 엔진의 글로 플러그용 히터, 산소 센서 등의 각종 센서용 히터, 측정기기의 가열용 히터 등에 이용되는 히터 및 이것을 구비한 글로 플러그에 관한 것이다.
자동차 엔진의 글로 플러그용 히터로서, 예를 들면 절연기체와, 절연기체에 매설된 저항체와, 절연기체에 매설되고 일단측에서 저항체에 접속됨과 아울러 타단측에 절연기체의 표면으로부터 노출되는 단자부를 갖는 리드를 구비하고, 리드는 단자부를 향해서 구부러진 굴곡부를 갖고 있는 것이 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).
상기 구성에 있어서, 리드의 단자부의 형상은 원형상임과 아울러 리드의 굴곡부의 단면 형상도 단자부의 형상과 마찬가지로 원형상으로 되어 있는 것이 일반적이다.
일본 특허 공개 2006-258417호 공보
최근, 보다 급속하게 승온할 수 있는 히터가 요구되고 있고, 스타트시(엔진 시동시)에 저항체에 대전류를 흐르게 하도록 단자부로부터 도입하는 전력(돌입 전력)을 크게 할 필요성이 나오고 있다.
여기에서, 상기 히터에 있어서 돌입 전력을 크게 하려고 하면 돌입 전력의 부하는 리드의 굴곡부 중에서도 커브 중앙 부근(도 2에 나타내는 A2-A2'선 단면 부근)의 외측(도 2에 나타내는 A2'측)에 집중되고 국부 발열되어 굴곡부의 커브 중앙 부근이 국부 팽창되고, 이 국부 팽창된 부위에 있어서 리드와 절연기체의 계면에 응력이 집중되어 마이크로 크랙이 발생한다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 안출된 것이며, 그 목적은 급속 승온시 등에 리드의 굴곡부에 대전류가 흘러도 국부 팽창에 기인한 응력 집중에 의한 마이크로 크랙의 발생이 억제된 높은 신뢰성 및 내구성을 갖는 히터 및 이것을 구비한 글로 플러그를 제공하는 것이다.
본 발명의 히터는 절연기체와, 상기 절연기체에 매설된 저항체와, 상기 절연기체에 매설되고 일단측에서 상기 저항체에 접속됨과 아울러 타단측에 상기 절연기체의 표면으로부터 노출되는 단자부를 갖는 리드를 구비하고, 상기 리드는 상기 단자부를 향해서 구부러진 굴곡부를 갖고 있고, 상기 굴곡부의 적어도 일단면에 있어서의 애스펙트비가 상기 굴곡부보다 단자부측의 부분에 있어서의 일단면의 애스펙트비보다 큰 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 글로 플러그는 상기의 구성 중 어느 하나에 기재된 히터와, 상기 리드의 상기 단자부에 전기적으로 접속됨과 아울러 상기 히터를 유지하는 금속제 유지 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
(발명의 효과)
본 발명의 히터에 의하면, 돌입 전력의 부하가 집중되기 쉬운 굴곡부(A)에 있어서의 커브 중앙 부근(도 2에 나타내는 A2-A2'선 단면 부근)의 외측(A2'측) 이외에도 돌입 전력의 부하가 집중되기 쉬운 부위를 형성하게 되기 때문에, 돌입 전력의 부하를 커브 중앙 부근(도 2에 나타내는 A2-A2'선 단면 부근)의 외측(A2'측)으로부터 다른 부위로 분산시킬 수 있어 리드와 절연기체의 계면에 마이크로 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 히터의 실시형태의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 2(a)는 도 1에 나타내는 리드의 굴곡부(A)를 확대한 확대도이며, 도 2(b)는 도 2(a)에 나타내는 A1-A1'선 단면도, 도 2(c)는 도 2(a)에 나타내는 A2-A2'선 단면도, 도 2(d)는 도 2(a)에 나타내는 A3-A3'선 단면도이다.
도 3(a)는 본 발명의 히터의 실시형태의 다른 예의 리드의 굴곡부(A)를 확대한 확대도이며, 도 3(b)는 도 3(a)에 나타내는 A1-A1'선 단면도, 도 3(c)는 도 3(a)에 나타내는 A2-A2'선 단면도, 도 3(d)는 도 3(a)에 나타내는 A3-A3'선 단면도이다.
도 4(a)는 본 발명의 히터의 실시형태의 또 다른 예의 리드의 굴곡부(A)를 확대한 확대도이며, 도 4(b)는 도 4(a)에 나타내는 A1-A1'선 단면도, 도 4(c)는 도 4(a)에 나타내는 A2-A2'선 단면도, 도 4(d)는 도 4(a)에 나타내는 A3-A3'선 단면도이다.
본 발명의 히터의 실시형태의 예에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 히터의 실시형태의 일례를 나타내는 종단면도이며, 도 2(a)는 도 1에 나타내는 리드의 굴곡부(A)를 확대한 확대도이며, 도 2(b)는 도 2(a)에 나타내는 A1-A1'선 단면도, 도 2(c)는 도 2(a)에 나타내는 A2-A2'선 단면도, 도 2(d)는 도 2(a)에 나타내는 A3-A3'선 단면도이다.
도 1에 나타내는 히터(1)는 절연기체(2)와, 절연기체(2)에 매설된 저항체(3)와, 절연기체(2)에 매설되고 일단측에서 저항체(3)에 접속됨과 아울러 타단측에 절연기체(2)의 표면으로부터 노출되는 단자부(41)를 갖는 리드(4)를 구비하고, 리드(4)는 단자부(41)를 향해서 구부러진 굴곡부(A)를 갖고 있고, 굴곡부(A)의 적어도 일단면에 있어서의 애스펙트비가 굴곡부(A)보다 단자부(41)측의 부분에 있어서의 일단면의 애스펙트비보다 큰 것을 특징으로 하는 것이다.
본 실시형태의 히터(1)에 있어서의 절연기체(2)는 예를 들면 봉 형상으로 형성된 것이다. 이 절연기체(2)에는 저항체(3) 및 리드(4)가 매설되어 있다. 여기에서, 절연기체(2)는 세라믹스로 이루어지는 것이 바람직하고, 이에 따라 급속 승온시의 신뢰성이 높은 히터(1)를 제공하는 것이 가능해진다. 구체적으로는 산화물 세라믹스, 질화물 세라믹스, 탄화물 세라믹스 등의 전기적인 절연성을 갖는 세라믹스를 들 수 있다. 특히, 절연기체(2)는 질화규소질 세라믹스로 이루어지는 것이 바람직하다. 질화규소질 세라믹스는 주성분인 질화규소가 고강도, 고인성, 고절연성 및 내열성의 관점에서 뛰어나기 때문이다. 질화규소질 세라믹스로 이루어지는 절연기체(2)는 예를 들면 주성분인 질화규소에 대하여 소결 조제로서 3∼12질량%의 Y2O3, Yb2O3, Er2O3 등의 희토류원소 산화물, 0.5∼3질량%의 Al2O3, 또한 소결체에 포함되는 SiO2양으로서 1.5∼5질량%가 되도록 SiO2를 혼합하여 소정의 형상으로 성형하고, 그 후에 1650∼1780℃에서 핫프레스 소성함으로써 얻을 수 있다. 절연기체(2)의 길이는 예를 들면 20∼50㎜로 형성되고, 절연기체(2)의 직경은 예를 들면 3∼5㎜로 형성된다.
또한, 절연기체(2)로서 질화규소질 세라믹스로 이루어지는 것을 사용할 경우, MoSiO2, WSi2 등을 혼합하여 분산시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 모재(母材)인 질화규소질 세라믹스의 열팽창률을 저항체(3)의 열팽창률에 근접시킬 수 있어 히터(1)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
절연기체(2)에 매설된 저항체(3)는 종단면의 형상이 되접어 꺾은 형상을 이루고 있고, 리턴 중간점 부근이 가장 발열하는 발열부(31)로 되어 있다. 이 저항체(3)는 절연기체(2)의 선단측에 매설되어 있고, 저항체(3)의 선단(되접어 꺾은 형상의 중앙 부근)으로부터 저항체(3)의 후단(리드와의 접합 단부)까지의 거리는 예를 들면 2∼10㎜로 형성된다. 또한, 저항체(3)의 횡단면의 형상은 원형, 타원형, 직사각형 등 어떤 형상이라도 좋고, 통상은 후술하는 리드(4)보다 단면적이 작게 되도록 형성된다.
저항체(3)의 형성 재료로서는 W, Mo, Ti 등의 탄화물, 질화물, 규화물 등을 주성분으로 하는 것을 사용할 수 있다. 절연기체(2)가 질화규소질 세라믹스로 이루어질 경우, 절연기체(2)와의 열팽창률의 차가 작은 점, 높은 내열성을 갖는 점 및 비저항이 작은 점에서 상기 재료 중에서도 탄화텅스텐(WC)이 저항체(3)의 재료로서 우수하다. 또한, 절연기체(2)가 질화규소질 세라믹스로 이루어질 경우 저항체(3)는 무기 도전체의 WC를 주성분으로 하고, 이것에 첨가되는 질화규소의 함유율이 20질량% 이상인 것이 바람직하다. 예를 들면, 질화규소질 세라믹스로 이루어지는 절연기체(2) 중에 있어서 저항체(3)가 되는 도체 성분은 질화규소와 비교해서 열팽창률이 크기 때문에 통상은 인장 응력이 걸린 상태로 있다. 이에 대하여 저항체(3) 내에 질화규소를 첨가함으로써 열팽창률을 절연기체(2)의 열팽창률에 근접시켜서 히터(1)의 승온시 및 강온시의 열팽창률의 차에 의한 응력을 완화할 수 있다. 또한, 저항체(3)에 포함되는 질화규소의 함유량이 40질량% 이하일 때에는 저항체(3)의 저항값을 비교적 작게 해서 안정시킬 수 있다. 따라서, 저항체(3)에 포함되는 질화규소의 함유량은 20질량%∼40질량%인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 질화규소의 함유량은 25질량%∼35질량%가 좋다. 또한, 저항체(3)로의 마찬가지의 첨가물로서 질화규소 대신에 질화붕소를 4질량%∼12질량% 첨가할 수도 있다.
절연기체(2)에 매설된 리드(4)는 일단측에서 저항체(3)에 접속됨과 아울러 타단측에 절연기체(2)의 표면으로부터 노출되는 단자부(41)를 갖고 있다. 구체적으로는 일단으로부터 타단에 걸쳐서 되접어 꺾은 형상을 이루는 저항체(3)의 양단부에 각각 리드(4)가 접합되어 있다. 그리고, 한쪽의 리드(4)는 일단측에서 저항체(3)의 일단에 접속되고, 타단측에서 절연기체(2)의 후단 부근의 측면으로부터 노출되어 있다. 또한, 다른쪽의 리드(4)는 일단측에서 저항체(3)의 타단에 접속되고, 타단측에서 절연기체(2)의 후단부로부터 노출되어 있다.
이 리드(4)는 저항체(3)와 같은 재료를 이용하여 형성되고, 예를 들면 저항체(3)보다 단면적을 크게 하거나 절연기체(2)의 형성 재료의 함유량을 저항체(3)보다 적게 하거나 함으로써 단위 길이당 저항값이 낮게 되어 있는 것이다. 특히, WC가 절연기체(2)와의 열팽창률의 차가 작은 점, 높은 내열성을 갖는 점 및 비저항이 작은 점에서 리드(4)의 재료로서 바람직하다. 또한, 리드(4)는 무기 도전체인 WC를 주성분으로 하고, 이것에 질화규소를 함유량이 15질량% 이상이 되도록 첨가하는 것이 바람직하다. 질화규소의 함유량이 늘어남에 따라서 리드(4)의 열팽창률을 절연기체(2)를 구성하는 질화규소의 열팽창률에 근접시킬 수 있다. 또한, 질화규소의 함유량이 40질량% 이하일 때에는 리드(4)의 저항값이 작아짐과 아울러 안정된다. 따라서, 질화규소의 함유량은 15질량%∼40질량%가 바람직하다. 보다 바람직하게는 질화규소의 함유량은 20질량%∼35질량%로 하는 것이 좋다.
그리고, 리드(4)[일단측에서 저항체(3)의 일단에 접속되고, 타단측에서 절연기체(2)의 후단 부근의 측면으로부터 노출되어 있는 리드(4)]는 단자부(41)를 향해서 구부러진 굴곡부(A)를 갖고 있고, 굴곡부(A)의 적어도 일단면에 있어서의 애스펙트비(종횡비)가 굴곡부(A)보다 단자부(41)측의 부분에 있어서의 일단면(도 2에 나타내는 A1-A1'선 단면도)의 애스펙트비보다 크게 되어 있다. 또한, 리드(4)에 있어서의 절연기체(2)의 후단 부근의 측면으로부터 노출되어 있는 부분이 단자부(41)이며, 굴곡부(A)란 리드(4)에 있어서의 단자부(41)의 근방으로부터 봉 형상의 절연기체(2)의 길이 방향을 따른 직선 부분에 도달할 때까지의 구부러진 부분이다. 또한, 애스펙트비(종횡비)의 세로 방향은 굴곡부(A)의 구부러진 방향과 평행한 평면[굴곡부(A)의 중심축을 포함하는 평면]에 대하여 수직인 축의 방향(도 1의 지면에 수직인 방향)이다.
여기에서, 도 2(b) 내지 도 2(d)는 굴곡부(A)의 단면의 애스펙트비(종횡비)가 단자부(41)측으로부터 멀어짐에 따라서 서서히 커지도록 형성된 것이다. 즉, 단자부(41) 근방의 도 2(b)에 나타내는 A1-A1'선 단면도는 거의 원형의 단면이며, 굴곡부(A)의 커브 중앙 부근의 도 2(c)에 나타내는 A2-A2'선 단면도는 굴곡부(A)의 구부러진 방향과 평행한 평면[굴곡부(A)의 중심축을 포함하는 평면]에 대하여 수직인 방향(지면에 수직인 방향)을 장축으로 하는 타원형상의 단면이며, 단자부(41)로부터 멀어진 굴곡부(A)의 종단 부근의 도 2(d)에 나타내는 A3-A3'선 단면도는 도 2(c)에 나타내는 A2-A2'선 단면도보다 장축의 길이가 더 길게 된 타원형상의 단면을 나타내고 있다.
단자부(41)로부터 돌입되는 돌입 전력의 부하는 굴곡부(A)의 단면에 있어서의 커브 중앙 부근(도 2에 나타내는 A2-A2'선 단면 부근)의 외측(A2'측)에 있어서 커지는 경향이 있다. 한편, 일반적으로 단면의 형상이 원형이면 돌입 전력의 지름방향의 부하는 360° 어느 각도에 대해서도 거의 균등하게 분산되지만, 단면 형상의 형상이 장축과 단축을 갖는 형상일 경우, 장축측의 외주 부근에 돌입 전력의 부하가 걸리기 쉬운 경향이 있다. 따라서, 굴곡부(A)의 적어도 일단면에 있어서의 애스펙트비를 굴곡부(A)보다 단자부(41)측의 부분에 있어서의 일단면(도 2에 나타내는 A1-A1'선 단면도)의 애스펙트비보다 크게 하고, 돌입 전력의 부하가 집중되기 쉬운 굴곡부(A)의 단면에 있어서의 커브 중앙 부근(도 2에 나타내는 A2-A2'선 단면 부근)의 외측(A2'측) 이외에도 돌입 전력의 부하가 집중되기 쉬운 부위를 형성함으로써 돌입 전력의 부하를 커브 중앙 부근(도 2에 나타내는 A2-A2'선 단면 부근)의 외측(A2'측)으로부터 다른 부위로 분산시킬 수 있다. 구체적으로는 돌입 전력을 커브 중앙 부근(도 2에 나타내는 A2-A2'선 단면 부근)의 외측(A2'측)으로부터 분산시키도록 장축의 위치를 설정하고, 돌입 전력의 부하를 굴곡부(A)의 단면에 있어서의 커브 중앙 부근(도 2에 나타내는 A2-A2'선 단면 부근)의 외측(A2'측)으로부터 장축측의 외주 부근으로 분산시킴으로써 굴곡부(A)에 마이크로 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
여기에서, 본 발명의 히터(1)에 있어서의 굴곡부(A)의 단면은 도 2에 나타내는 바와 같이 애스펙트비가 단자부(41)를 향해서 감소하는 형상인 것이 바람직하다. 이 형상에 의하면, 단자부(41)에서 발생하는 돌입 전력의 부하를 굴곡부(A)를 향해서 서서히 분산시킬 수 있어 굴곡부(A)에 마이크로 크랙이 발생하는 것을 보다 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 히터(1)에 있어서의 굴곡부(A)의 단면은 도 2에 나타내는 바와 같이 굴곡부(A)의 구부러진 방향과 평행한 평면[굴곡부(A)의 중심축을 포함하는 평면]에 대하여 수직인 방향을 장축으로 하는 편평형상인 것이 바람직하다. 이 형상에 의하면, 굴곡부(A)의 중앙 부근(도 2에 나타내는 A2-A2'선 단면 부근)의 외측(A2'측)에 있어서 커지는 경향이 있는 돌입 전력의 부하를 구부러진 방향[굴곡부(A)의 외측]에 대하여 90°반전시킨 방향의 외주 부근으로 분산시킬 수 있고, 열이 분산되어서 모이지 않게 되기 때문에 굴곡부(A)에 마이크로 크랙이 발생하는 것을 보다 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 히터(1)는 도 2에 나타낸 바와 같이 굴곡부(A)의 단면이 타원형상인 것이 바람직하고, 이러한 형상임으로써 단면에 각이 없어 응력이 분산되기 쉽기 때문에 마이크로 크랙이 발생하기 어려워진다.
또한, 본 발명의 히터(1)는 도 2에 나타낸 바와 같이 단자부(41)가 원형상인 것이 바람직하고, 이러한 형상임으로써 단자부(41)에서의 돌입 응력이 균등하게 분산되어 마이크로 크랙이 발생하기 어려워진다.
또한, 본 발명의 히터(1)는 굴곡부(A)가 단면으로 보았을 때 애스펙트비가 연속적으로 변화되는 부분을 갖는 것이 바람직하고, 특히 굴곡부(A)의 전체에 걸쳐 단면으로 보았을 때 애스펙트비가 연속적으로 변화되고 있는 것이 바람직하다. 이러한 형상임으로써 정상 상태가 되었을 때 부하가 집중되는 개소가 없기 때문에 반복 사용해도 마이크로 크랙이 발생하기 어려워진다.
또한, 본 발명의 히터(1)는 굴곡부(A)가 장축 및 단축을 갖는 단면 형상을 이루고 있고, 굴곡부(A)의 전체에 걸쳐서 장축의 방향이 일치하고 있는 것이 바람직하다. 바꿔 말하면, 굴곡부(A)가 장축 및 단축을 갖는 단면 형상을 이루고 있고, 단자부(41)를 향해서 장축의 길이가 짧아짐과 아울러 단축의 길이가 길어지는 형상인 것이 바람직하다. 이러한 형상임으로써 돌입 전력의 부하의 변화가 없고, 비틀림에 의한 응력 집중이 없기 때문에 마이크로 크랙이 발생하기 어려워진다.
또한, 단자부(41)의 형상이 원형상이며 굴곡부(A)의 단면이 타원형상인 도 2에 나타내는 바와 같은 형태에 한정되지 않고, 다른 형태로 할 수도 있다. 다른 형태로서는 형성하기 쉬운 점에서 예를 들면 직사각형, 마름모꼴, 삼각형, 육각형, 팔각형 등의 비교적 단순한 형상을 들 수 있다. 이러한 단면 형상이라도 굴곡부(A)에서 애스펙트비가 크면 굴곡부(A)의 중앙 부근의 외측 이외에 형상적으로 부하가 집중되기 쉬운 부분을 형성할 수 있어 부하를 분산시킬 수 있다.
도 2에 나타내는 바와 같은 단자부(41)로부터 굴곡부(A)에 걸쳐서 원형에서 타원으로 변화되는 형태인 경우에 타원의 장축 단부에 부하가 집중되기 쉬워지는 것과 마찬가지로, 도 3에 나타내는 바와 같은 단자부(41) 및 굴곡부(A)가 모두 직사각형상이고 단자부(41)로부터 굴곡부(A)에 걸쳐서 애스펙트비가 커지는 형태인 경우에는 상하가 짧은 변이 되고, 부하가 집중되기 쉬운 모서리부의 간격은 짧은 변 쪽이 긴 변보다 가까우므로 짧은 변 쪽, 즉 상하에 부하가 집중되기 쉬워진다.
또한, 그 이외의 다각형상의 경우에는 도 4에 나타내는 바와 같이 단자부(41)로부터 굴곡부(A)에 걸쳐서 애스펙트비가 커지면 상하의 모서리부의 각도가 작아지거나, 직사각형상의 경우와 마찬가지로 상하의 모서리부의 간격이 가까워지게 되어 상하에 부하가 집중되기 쉬워진다.
또한, 단면 형상이 상기와 같은 직사각형상이나 육각형상 등의 다각형상인 경우에는 모서리부가 있음으로써 부하가 지나치게 집중되거나 절연기체(2)의 균열의 기점이 되기 쉽기 때문에, 도 3에 나타낸 바와 같이 모서리부를 둥글게 한 형상으로 하는 것이 바람직하다. 이 점에서 원형이나 타원형은 모서리부가 없으므로 보다 바람직하다.
상술한 히터(1)는 글로 플러그(도시하지 않음)로 사용할 수 있다. 즉, 본 발명의 글로 플러그(도시하지 않음)는 상술한 히터(1)와, 히터(1)를 구성하는 리드(4)의 단자부(41)에 전기적으로 접속됨과 아울러 히터(1)를 유지하는 금속제 유지 부재[시스(sheath) 금구]를 구비한 구성이며, 이 구성에 의해 히터(1)의 굴곡부(A)에 마이크로 크랙이 발생하기 어렵기 때문에 장기간 사용 가능한 글로 플러그를 실현할 수 있다.
이어서, 본 실시형태의 히터(1)의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 히터(1)는 예를 들면 상기 본 실시형태의 구성의 저항체(3), 리드(4) 및 절연기체(2)의 형상의 금형을 사용한 사출 성형법 등에 의해 형성할 수 있다.
우선, 도전성 세라믹 분말, 수지 바인더 등을 포함하는 저항체(3) 및 리드(4)가 되는 도전성 페이스트를 제작함과 아울러 절연성 세라믹 분말, 수지 바인더 등을 포함하는 절연기체(2)가 되는 세라믹 페이스트를 제작한다.
이어서, 도전성 페이스트를 이용하여 사출 성형법 등에 의해 저항체(3)가 되는 소정 패턴의 도전성 페이스트의 성형체(성형체 a)를 형성한다. 그리고, 성형체 a를 금형 내에 유지한 상태로 도전성 페이스트를 금형 내에 충전해서 리드(4)가 되는 소정 패턴의 도전성 페이스트의 성형체(성형체 b)를 형성한다. 이에 따라, 성형체 a와, 이 성형체 a에 접속된 성형체 b가 금형 내에 유지된 상태가 된다.
이어서, 금형 내에 성형체 a 및 성형체 b를 유지한 상태로 금형의 일부를 절연기체(2)의 성형용의 것으로 바꾼 후 금형 내에 절연기체(2)가 되는 세라믹 페이스트를 충전한다. 이에 따라, 성형체 a 및 성형체 b가 세라믹 페이스트의 성형체(성형체 c)로 덮인 히터(1)의 성형체(성형체 d)가 얻어진다.
이어서, 얻어진 성형체 d를 30㎫∼50㎫의 압력 하에서 1600℃∼1800℃의 온도에서 소성함으로써 히터(1)를 제작할 수 있다. 또한, 소성은 수소 가스 등의 비산화성 가스 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다.
[실시예]
본 발명의 실시예의 히터를 이하와 같이 해서 제작했다.
우선, 탄화텅스텐(WC) 분말을 50질량%, 질화규소(Si3N4) 분말을 35질량%, 수지 바인더를 15질량% 포함하는 도전성 페이스트를 금형 내에 사출 성형해서 도 1에 나타내는 바와 같은 형상의 저항체가 되는 성형체 a를 제작했다.
이어서, 이 성형체 a를 금형 내에 유지한 상태로 리드가 되는 상기 도전성 페이스트를 금형 내에 충전함으로써 성형체 a와 접속시켜서 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같은 형상의 리드가 되는 성형체 b를 형성했다.
이어서, 성형체 a 및 성형체 b를 금형 내에 유지한 상태로 질화규소(Si3N4) 분말을 85질량%, 소결 조제로서의 이테르븀(Yb)의 산화물(Yb2O3)을 10질량%, 저항체 및 리드에 열팽창률을 근접시키기 위한 탄화텅스텐(WC)을 5질량% 포함하는 세라믹 페이스트를 금형 내에 사출 성형했다. 이에 따라, 절연기체가 되는 성형체 c 중에 성형체 a 및 성형체 b가 매설된 구성의 성형체 d를 형성했다.
이어서, 얻어진 성형체 d를 원통 형상의 탄소제의 형(型)에 넣은 후 질소 가스로 이루어지는 비산화성 가스 분위기 중에서 1700℃, 35㎫의 압력으로 핫프레스를 행하여 소결하여서 본 발명의 실시예가 되는 히터를 제작했다. 또한, 이 히터(본 발명의 실시예의 시료)는 리드부가 굴곡부를 갖고 있고, 굴곡부는 단자부를 향해서 변화되고 있고, 커브 중앙 부근의 단면은 편평형상(타원)이고, 단자부의 형상은 원이며, 단면 형상의 면적은 일정하고, 애스펙트비가 서서히 변화되어 단면의 장축 방향은 항상 일정한 것이었다.
그리고, 얻어진 히터의 후단 부근의 측면에 노출된 리드 단부(단자부)에 통 형상의 금속제 유지 부재를 브레이징(brazing)해서 글로 플러그를 제작했다.
한편, 비교예로서 굴곡부의 단면에 있어서의 애스펙트비가 굴곡부보다 단자부측의 부분에 있어서의 일단면의 애스펙트비와 같고, 굴곡부 전체에 걸쳐 일정한 애스펙트비의 단면이 원형상인 글로 플러그도 제작했다.
이들 글로 플러그를 이용하여 냉열 사이클 시험을 행했다. 냉열 사이클 시험의 조건은 우선 히터에 통전해서 저항체의 온도가 1400℃가 되도록 인가 전압을 설정하고, 1) 5분간 통전, 2) 2분간 비통전의 1), 2)를 1사이클로 해서 1만사이클 반복했다.
냉열 사이클 시험 전후의 히터의 저항값의 변화를 측정한 결과, 본 발명의 실시예의 시료는 저항 변화가 1% 이하였다. 또한, 이 시료의 리드와 절연기체의 계면에 국부 발열의 흔적도 없고, 마이크로 크랙도 보이지 않았다. 이에 대하여 비교예의 시료는 저항 변화가 5% 이상이며, 마이크로 크랙을 확인할 수 있었다.
1 : 히터 2 : 절연기체
3 : 저항체 31 : 발열부
4 : 리드 41 : 단자부
A : 굴곡부

Claims (8)

  1. 절연기체와,
    상기 절연기체에 매설된 저항체와,
    상기 절연기체에 매설되고 일단측에서 상기 저항체에 접속됨과 아울러 타단측에 상기 절연기체의 표면으로부터 노출되는 단자부를 갖는 리드를 구비하고;
    상기 리드는 상기 단자부를 향해서 구부러진 굴곡부를 갖고 있고, 상기 굴곡부의 적어도 일단면에 있어서의 애스펙트비가 상기 굴곡부보다 단자부측의 부분에 있어서의 일단면의 애스펙트비보다 크며,
    상기 굴곡부의 단면은 애스펙트비가 상기 단자부를 향해서 감소하는 것을 특징으로 하는 히터.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴곡부의 단면은 상기 굴곡부의 구부러진 방향에 대하여 수직인 방향을 장축으로 하는 편평형상인 것을 특징으로 하는 히터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴곡부의 단면은 타원형상인 것을 특징으로 하는 히터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자부는 원형상인 것을 특징으로 하는 히터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴곡부는 단면으로 보았을 때 애스펙트비가 연속적으로 변화되는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 히터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴곡부는 장축 및 단축을 갖는 단면 형상을 이루고 있고, 상기 굴곡부의 전체에 걸쳐 상기 장축의 방향이 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 히터.
  8. 제 1 항, 또는 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 히터와, 상기 리드의 상기 단자부에 전기적으로 접속됨과 아울러 상기 히터를 유지하는 금속제 유지 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 글로 플러그.
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