KR20100070368A - 세라믹 히터 및 이것을 구비한 글로 플러그 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세라믹 기체에 있어서의 둘레 방향의 온도 분포가 반드시 균일하지 않다는 과제가 있었다.
이를 위해, 병치된 대향부(10b, 10c)를 포함하는 발열 저항체(10)와, 이 발열 저항체(10)의 단부에 접속된 한쌍의 리드부(11, 12)와, 발열 저항체(10) 및 리드부(11, 12)가 매설된 세라믹 기체(2)를 구비하고, 세라믹 기체(2)에 있어서의 대향부(10b, 10c) 사이에 세라믹 기체(2)보다 열전도성이 높은 고열전도성 부재(21)가 배치되어 있다.

Description

세라믹 히터 및 이것을 구비한 글로 플러그{CERAMIC HEATER, AND GLOW PLUG HAVING THE HEATER}
본 발명은 세라믹 히터 및 이것을 구비한 글로 플러그에 관한 것이다.
종래, 세라믹 히터는 예를 들면, 석유 팬히터의 착화용 히터 등의 여러가지 용도로 사용되고 있다. 이 세라믹 히터는 예를 들면, 봉상의 절연성 기체에 U자형의 발열체가 그 단부에 접속된 전극 리드 부재와 함께 매설되어 구성된다(예를 들면, 특허문헌 1).
일본 특허공개 2006-49279호 공보
그러나, 상기와 같은 종래의 세라믹 히터에서는 도 7에 세라믹 히터의 횡단면도로 나타내는 바와 같이, 세라믹 기체(64)에 있어서의 둘레 방향의 온도 분포가 반드시 균일하지 않다는 과제가 있었다. 즉, 횡단면에 있어서의 병치(竝置)된 발열체의 대향부(62, 63)를 연결하는 직선 방향{영역(H)의 측}으로는 열은 전달되기 쉽지만 이 방향에 수직인 방향{영역(C)의 측}으로는 열은 전달되기 어렵다.
본 발명의 세라믹 히터는 병치된 대향부를 포함하는 발열 저항체와, 이 발열 저항체의 단부에 접속된 한쌍의 리드부와, 상기 발열 저항체 및 상기 리드부가 매설된 세라믹 기체를 구비하고, 상기 세라믹 기체에 있어서의 상기 대향부 사이에 상기 세라믹 기체보다 열전도성이 높은 고열전도성 부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터는 상기 구성에 있어서 상기 고열전도성 부재가 상기 대향부 중 적어도 어느 하나에 접하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터는 상기 구성에 있어서 상기 고열전도성 부재가 상기 대향부의 길이 방향을 따라 연장 설치되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터는 상기 구성에 있어서 상기 고열전도성 부재가 세라믹스를 주성분으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터는 상기 구성에 있어서 상기 고열전도성 부재가 상기 대향부와 동일한 재료를 주성분으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터는 상기 구성에 있어서 상기 고열전도성 부재가 다른 상기 대향부에 각각 접하고 있고, 각각의 대향부로부터 연장 설치된 상기 고열전도성 부재 사이의 최단 거리가 0.3㎜ 이상인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 글로 플러그는 상기 구성의 세라믹 히터를 구비한 것을 특징으로 한다.
(발명의 효과)
본 발명의 세라믹 히터는 세라믹 기체에 있어서의 대향부 사이에 세라믹 기체보다 열전도성이 높은 고열전도성 부재가 배치되어 있으므로 세라믹 기체의 횡단면에 있어서의 둘레 방향의 온도 분포의 균일성이 우수하다.
도 1의 (a)는 본 실시형태에 따른 세라믹 히터를 나타내는 사시도이며, (b)는 (a)에 있어서의 X-X선 단면도이다.
도 2의 (a)는 도 1의 (b)의 발열 저항체의 단면을 확대한 개략도이며, (b)는 (a)의 Y-Y선의 개소에서 세라믹 히터를 절단했을 때의 단면을 나타내는 개략도이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 세라믹 히터에 있어서의 발열 저항체의 단면을 확대한 개략도이며, (b)는 (a)의 Z-Z선의 개소에서 세라믹 히터를 절단했을 때의 단면을 나타내는 개략도이다.
도 4의 (a), (b)는 발열 저항체의 변형예를 나타내는 개략도이다.
도 5의 (a), (b)는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 세라믹 히터의 개략 횡단면도, (c)는 개략 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시형태에 따른 글로 플러그를 나타내는 단면도이다.
도 7은 종래의 세라믹 히터의 단면을 나타내는 개략도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 일실시형태에 따른 세라믹 히터에 대해서 상세하게 설명한다. 도 1의 (a)는 본 실시형태에 따른 세라믹 히터를 나타내는 사시도이며, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)에 있어서의 X-X선 단면도이다.
본 실시형태의 세라믹 히터(100)는 병치된 대향부(10b, 10c)를 포함하는 발열 저항체(10)와, 이 발열 저항체(10)의 단부에 접속된 한쌍의 리드부(11, 12)와, 발열 저항체(10) 및 리드부(11, 12)가 매설된 세라믹 기체(2)를 구비하고 있다. 발열 저항체(10)는 대향부(10b, 10c)와, 이들을 연결하는 접속부(10a)로 이루어지는 U자상을 갖고 있다. 그리고 리드부(11, 12)를 통해 발열 저항체(10)에 전류를 흘림으로써 발열 저항체(10)가 발열된다.
본 실시형태에 있어서 리드부(11, 12)는 발열 저항체(10)와 동일한 재료에 의해 대향부(10b, 10c)와 일체화되어 대략 동일 방향으로 형성됨과 아울러, 발열 저항체(10)에 비해서 큰 직경으로 형성되고, 발열 저항체(10)보다 단위 길이당 저항이 낮게 되어 있다. 리드부(11)의 발열 저항체(10b)와 연결된 부분과 반대측의 단면은 세라믹 기체(2)의 단면에 노출되어 전극 인출부(11a)가 구성되어 있다. 리드부(12)의 발열 저항체(10c)와 연결된 부분과 반대측의 단면은 세라믹 기체(2)의 측면에 노출되어 전극 인출부(12a)가 구성되어 있다.
도 2의 (a)는 도 1의 (b)에 있어서의 발열 저항체(10)의 단면을 확대한 개략도이며, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 Y-Y선의 개소에서 세라믹 히터(100)를 절단했을 때의 단면을 나타내는 개략도이다. 도 1의 (b) 및 도 2의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 세라믹 히터(100)는 세라믹 기체(2)의 발열 저항체(10)에 있어서의 대향부(10b, 10c) 사이에 세라믹 기체(2)보다 열전도성이 높은 고열전도성 부재(21)가 배치되어 있다. 이것에 의해 고열전도성 부재를 구비하고 있지 않은 종래의 세라믹 히터와 비교해서 본 실시형태에 따른 세라믹 히터(100)는 도 2의 (b)에 2점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 발열 저항체(10)로부터의 열(E)이 고열전도성 부재(21)의 부근에 전달되기 쉬워진다. 이 열(E)이 종래, 온도가 비교적 낮아지기 쉬웠던 영역(C)에 전달됨으로써 세라믹 기체(2)의 횡단면에 있어서의 둘레 방향의 온도 분포의 균일성이 향상된다.
또한, 고열전도성 부재(21)는 대향부(10b, 10c) 중 적어도 어느 하나와 접하고 있는 것이 바람직하다. 고열전도성 부재(21)가 대향부(10b, 10c) 중 적어도 어느 하나와 접하고 있음으로써 열(E)이 발열 저항체 대향부(10b, 10c)로부터 고열전도성 부재(21)에 의해 양호하게 전달되므로 영역(C)으로의 열의 전달도 좋아지고, 그 결과, 세라믹 기체(2)의 횡단면에 있어서의 둘레 방향의 온도 분포의 균일성이 보다 향상된다.
또한, 고열전도성 부재(21)는 대향부(10b, 10c)의 길이 방향을 따라 연장 설치되어 있는 것이 바람직하다. 고열전도성 부재(21)가 대향부(10b, 10c)의 길이 방향을 따라 연장 설치되어 있음으로써 세라믹 기체(2) 중 발열 저항체(10)를 피복하는 부분의 균열성이 보다 향상된다.
이하, 세라믹 히터(100)를 구성하는 바람직한 재료에 대하여 설명한다.
발열 저항체(10)의 재료로서는 탄화텅스텐(WC), 2규화몰리브덴(MoSi2) 및 2규화텅스텐(WSi2) 등의 주지의 도전성 세라믹스를 사용할 수 있다.
탄화텅스텐을 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다. WC 분말을 준비하여 이 WC 분말에 세라믹 기체(2)와의 열팽창 계수를 감소시키기 위해서 세라믹 기체(2)의 주성분이 되는 질화규소질 세라믹스나 알루미나질 세라믹스 등의 절연성 세라믹스를 배합하는 것이 바람직하다. 절연성 세라믹스와 도전성 세라믹스의 함유 비율을 변화시킴으로써 발열 저항체(10)의 전기 저항을 원하는 값으로 조정할 수 있다.
발열 저항체(10)는 WC 분말에 세라믹 기체(2)의 주성분이 되는 질화규소질 세라믹스나 알루미나질 세라믹스를 배합한 세라믹 원료 분말을 주지의 프레스 성형법 등에 의해 프레스 성형할 수 있지만 바람직하게는 형상이 금형을 따라 자유롭게 결정되는 후술하는 사출 성형에 의해 성형하는 것이 바람직하다.
세라믹 기체(2)를 구성하는 재료는 고온에서의 절연 특성이 우수한 점에서 알루미나질 세라믹스 또는 질화규소질 세라믹스가 바람직하지만 특히 급속 승온시의 내구 특성이 높은 점에서 질화규소질 세라믹스가 보다 바람직하다. 질화규소질 세라믹스의 조직은 질화규소(Si3N4)를 주성분으로 하는 주상 입자가 소결 조제 성분 등으로부터 유래된 입계상에 의해 결합된 형태의 것이다. 주상은 규소(Si) 또는 질소(N)의 일부가 알루미늄(Al) 또는 산소(O)에 의해 치환되고, 또한 상 중에 Li, Ca, Mg, Y 등의 금속 원자가 고용(固溶)된 것이어도 좋다. 본 실시형태에 있어서의 세라믹 기체는 질화규소 분말에 이테르븀(Yb)이나 이트륨(Y), 에르븀(Er) 등의 희토류 원소의 산화물로 이루어지는 소결 조제를 첨가한 상기 세라믹 원료 분말을 주지의 프레스 성형법 등에 의해 프레스 성형할 수 있지만 바람직하게는 형상이 금형을 따라 자유롭게 결정되는 사출 성형에 의해 성형하는 것이 좋다.
고열전도성 부재(21)를 구성하는 재료로서는 세라믹 기체(2)를 구성하는 재료보다 열전도성이 높은 것이면 좋다. 고열전도성 부재(21)를 구성하는 재료로서 절연성의 재료를 사용하는 경우에는 폭(W1)(도 2)을 대향부(10b, 10c) 사이의 거리보다 크게 해도 단락되는 것을 방지할 수 있는 것에 추가해서 폭(W1)을 크게 함으로써 균열성이 보다 높아진다. 절연성의 재료로서는 예를 들면, AlN, BN, SiC, 다이아몬드 등의 탄소 화합물 등을 들 수 있다. 또한, 고열전도성 부재(21)를 구성하는 재료로서 대향부(10b, 10c)와 동일한 재료를 사용하는 경우에는 제조시에 공정을 간략화할 수 있으므로 비용 다운을 꾀할 수 있다.
고열전도성 부재(21)의 폭(W1)은 바람직하게는 0.1~1㎜ 정도, 보다 바람직하게는 0.3~0.5㎜ 정도인 것이 좋다. 또한, 고열전도성 부재(21)와 대향부(10b(10c))의 최단 거리(W2)는 대향부(10b, 10c)와의 단락을 방지한다는 점에서 바람직하게는 0.3㎜ 이상, 보다 바람직하게는 0.5㎜ 이상인 것이 좋다.
이하, 본 발명에 따른 실시형태의 세라믹 히터(100)의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다. 우선, 세라믹 히터(100)를 성형하기 위한 금형을 준비한다. 이 금형은 제 1 상부 금형과 제 1 하부 금형으로 이루어지고, 제 1 상부 금형과 제 1 하부 금형을 맞췄을 때에 세라믹 히터(100)의 형상에 대응된 공동(空洞)이 형성되도록 되어 있다. 이 금형 내의 원하는 위치에 발열 저항체(10) 및 고열전도성 부재(21)가 되는 성형체를 배치한 상태에서 사출 성형에 의해 금형 내에 세라믹 기체(2)의 재료를 공급하면 좋다.
도 3의 (a)는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 세라믹 히터에 있어서의 발열 저항체(10)의 단면을 확대한 개략도이며, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 Z-Z선의 개소에서 세라믹 히터를 절단했을 때의 단면을 나타내는 개략도이다. 도 3의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 고열전도성 부재(23)는 대향부(10b, 10c)와 연결되어 있고(접하고 있고), 이들 대향부(10b, 10c)로부터 세라믹 기체(2)의 중심부를 향해서 연장 설치되어 있다. 또한, 고열전도성 부재(23)는 대향부(10b, 10c)의 길이 방향을 따라 연장 설치되어 있다.
이러한 고열전도성 부재(23)를 구비하고 있음으로써 고열전도성 부재(23)를 구비하고 있지 않은 종래의 세라믹 히터와 비교해서 발열 저항체(10)로부터의 열이 대향부(10b, 10c) 사이의 영역에도 전달되기 쉬워진다. 이 열이 종래, 온도가 비교적 낮아지기 쉬웠던 영역(C)에 전달됨으로써 세라믹 기체(2)에 있어서의 둘레 방향의 온도 분포의 균일성이 향상된다.
고열전도성 부재(23)의 폭(W3)은 바람직하게는 0.01~0.5㎜ 정도, 보다 바람직하게는 0.02~0.3㎜ 정도인 것이 좋다. 또한, 고열전도성 부재(23)끼리의 최단 거리(W4)는 대향부(10b, 10c)와의 단락을 방지한다는 점에서 바람직하게는 0.3㎜ 이상, 보다 바람직하게는 0.5㎜ 이상인 것이 좋다.
또한, 도 3에 나타낸 고열전도성 부재(23)는 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 폭이 불균일한 것(부호 25)이어도 좋다. 이러한 불균일한 것에 의해 사용시에 외부로부터 전달되는 진동에 대하여 공진이 일어나기 어려워지므로 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 대향부(10b, 10c)와 세라믹 기체(2)의 표면 사이의 영역에 고열전도성 부재(27)가 각각 형성되어 있어도 좋다. 단, 이러한 고열전도성 부재(27)의 폭(W5)보다 고열전도성 부재(25)의 폭(W3)쪽이 큰 것이 바람직하다. 이것에 의해 발열 저항체(10)로부터의 열이 세라믹 히터(100)의 표면측보다 내부측에 전달되기 쉬워지므로 세라믹 히터(100)의 균열성을 보다 향상시킬 수 있다. 보다 바람직하게는 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 대향부(10b, 10c) 사이에만 고열전도성 부재(25)가 배치되어 있는 것이 좋다.
도 5의 (a)는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 세라믹 히터(100)의 단면을 나타내는 개략도이다. 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는 비교적 저온이 되기 쉬운 영역(C, C)의 근방까지 고열전도성 부재(29)가 연장 설치되어 있으므로 세라믹 히터의 균열성을 더욱 높일 수 있다. 또한, 도 5의 (b), (c)에 나타내는 바와 같이, 고열전도성 부재(31, 33)는 하나의 부재로 이루어지는 경우 뿐만 아니라 복수의 부재로 이루어지는 것이어도 좋다. 도 5의 (b)에 나타내는 형태에서는 한쪽의 영역(C)으로부터 다른쪽의 영역(C)을 향해서 복수의 고열전도성 부재(31)가 배치되어 있다. 도 5의 (c)에 나타내는 형태에서는 대향부(10b, 10c)의 일단측으로부터 타단측을 향해서(대향부의 길이 방향을 따라) 복수의 고열전도성 부재(33)가 배치되어 있다.
도 6은 본 발명의 일실시형태에 따른 글로 플러그를 나타내는 단면도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 이 글로 플러그(101)는 상기한 세라믹 히터(10)와, 이것을 선단부에 유지하고, 엔진의 실린더 헤드에 부착되는 관상의 하우징(102)과, 이 하우징(102) 선단에서 세라믹 히터(10)를 유지하는 금속제 외통(103)을 구비하고 있다. 세라믹 히터(10)는 금속제 외통(103)에 납땜되고, 이 금속제 외통(103)은 하우징(102)의 선단부에 납땜되어 있다.
2: 세라믹 기체 10: 발열 저항체
10b, 10c: 대향부 11, 12: 리드부
21: 고열전도성 부재 100: 세라믹 히터

Claims (7)

  1. 병치된 대향부를 포함하는 발열 저항체와, 이 발열 저항체의 단부에 접속된 한쌍의 리드부와, 상기 발열 저항체 및 상기 리드부가 매설된 세라믹 기체를 구비한 세라믹 히터에 있어서: 상기 세라믹 기체에 있어서의 상기 대향부 사이에 상기 세라믹 기체보다 열전도성이 높은 고열전도성 부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고열전도성 부재는 상기 대향부 중 어느 하나 이상에 접하고 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고열전도성 부재는 상기 대향부의 길이 방향을 따라 연장 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고열전도성 부재는 세라믹스를 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고열전도성 부재는 상기 대향부와 동일한 재료를 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고열전도성 부재는 다른 상기 대향부에 각각 접하고 있고, 각각의 대향부로부터 연장 설치된 상기 고열전도성 부재 사이의 최단 거리는 0.3㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 세라믹 히터를 구비한 것을 특징으로 하는 글로 플러그.
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