JP2001052845A - Ceramic heater - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばグロープラ
グに用いられるセラミックヒータに関する。The present invention relates to a ceramic heater used for a glow plug, for example.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、例えば図11(a)に示すよう
に、金属製の外筒101の先端にセラミックヒータ10
2を保持させたグロープラグ100が知られており、デ
ィーゼルエンジン等の始動促進に使用されている。セラ
ミックヒータ102は、例えば棒状の絶縁性セラミック
基体103の先端部に、導電性セラミックスにより形成
されたU字形のセラミック発熱体104(抵抗発熱体)
を埋設し、その両端に接続されたリード線105を介し
て通電することによりこれを抵抗発熱させるものとして
構成される。ここで、リード線105は、その先端部を
セラミック発熱体104の各端部内に埋設することによ
りこれに接続される。この他にも導電性セラミックの代
りに、タングステン線等の高融点金属を用いた抵抗発熱
体を埋設した形式のセラミックヒータも知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, for example, as shown in FIG.
2 is known and is used to promote starting of a diesel engine or the like. The ceramic heater 102 has, for example, a U-shaped ceramic heating element 104 (resistive heating element) formed of conductive ceramic on the tip of a rod-shaped insulating ceramic base 103.
Is buried, and is energized through lead wires 105 connected to both ends thereof to generate resistance heat. Here, the lead wire 105 is connected to the ceramic heating element 104 by embedding its tip end in each end of the ceramic heating element 104. In addition, a ceramic heater of a type in which a resistance heating element using a high melting point metal such as a tungsten wire is embedded instead of conductive ceramic is also known.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】このようなセラミック
ヒータ102において、発熱用ヒータやディーゼルエン
ジン等の始動促進用グロープラグ100等の製造工程
中、若しくは使用中に、セラミック発熱体104にクラ
ックKが発生したり、リード線105に断線Sを生じた
りする場合がある(図11(b))。即ち、ホットプレ
ス焼成後のセラミックヒータ102(セラミック基体1
03)表面研磨作業の際やグロープラグ100の製造工
程における外筒101のろう付け作業の際の機械的な外
力を受けたり、又は使用中におけるセラミック発熱体1
04の冷熱サイクルに伴う熱応力を受けることによっ
て、クラックKや断線Sの発生を見る場合がある。In such a ceramic heater 102, cracks K are formed in the ceramic heating element 104 during the manufacturing process or during the use of the heating heater, the glow plug 100 for starting promotion of a diesel engine, or the like. In some cases, or a break S in the lead wire 105 (FIG. 11B). That is, the ceramic heater 102 (ceramic base 1
03) The ceramic heating element 1 receives a mechanical external force during the surface polishing operation or the brazing operation of the outer cylinder 101 in the manufacturing process of the glow plug 100, or during use.
In some cases, the occurrence of crack K and disconnection S may be observed by receiving thermal stress accompanying the cooling / heating cycle of No. 04.
【0004】このようなクラックKや断線Sが発生する
のは、セラミックヒータ102の製造工程中におけるホ
ットプレス焼結時に、脱脂工程で除去されなかった有機
バインダに含まれる残炭素分がリード線105の表面に
おいて反応層Tを形成し、この反応層Tが機械強度的に
弱い領域となっているのが一因と考えられる。即ち、こ
のような反応層は焼結していないため、緻密化していな
いがさがさの状態の領域がセラミックヒータ102内に
存在することになる。セラミックヒータ102内の限ら
れた断面積内にこのような緻密化していない領域が存在
することにより、セラミックヒータ102の機械的強度
が不足することになるものと考えられる。また、リード
線105とセラミック発熱体104との材質上の差異に
伴い、両者の熱膨張率の差が、クラックKや断線Sの発
生に関与していることも充分に予測される。[0004] Such cracks K and disconnections S occur because the residual carbon content contained in the organic binder not removed in the degreasing step during hot press sintering during the manufacturing process of the ceramic heater 102 is caused by the lead wire 105. It is considered that one reason is that a reaction layer T is formed on the surface of the substrate, and the reaction layer T is a region having low mechanical strength. That is, since such a reaction layer is not sintered, a region which is not densified but is in a squat state exists in the ceramic heater 102. It is considered that the presence of such a non-densified region within the limited cross-sectional area in the ceramic heater 102 causes the mechanical strength of the ceramic heater 102 to be insufficient. In addition, it is sufficiently predicted that the difference in thermal expansion coefficient between the lead wire 105 and the ceramic heating element 104 is related to the occurrence of the crack K and the disconnection S due to the difference in the material.
【0005】リード線105として多くの場合W(タン
グステン)又はW合金が使用されている。リード線10
5をPt(白金)等の他の高融点金属で構成することも
考えられるが、これらの金属を用いても反応層Tの形成
が常になくなるとは限らないこと、及びリード線105
とセラミック発熱体104との材質上の差異に伴う両者
の熱膨張率の差は依然として存在することから、クラッ
クKや断線Sの発生を抑制ないし防止し得る他の効果的
な手段が望まれている。In many cases, W (tungsten) or a W alloy is used as the lead wire 105. Lead wire 10
Although it is conceivable that the metal layer 5 is made of another high melting point metal such as Pt (platinum), the formation of the reaction layer T is not always stopped even if these metals are used.
Since there is still a difference in the coefficient of thermal expansion between the ceramic heating element 104 and the ceramic heating element 104, another effective means capable of suppressing or preventing the occurrence of cracks K and disconnections S is desired. I have.
【0006】本発明の課題は、リード線を合理的に配置
して、高融点金属又は導電性セラミックからなる抵抗発
熱体におけるクラックの発生、及びリード線における断
線の発生を抑制ないし防止し得るセラミックヒータを提
供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a ceramic which can reasonably arrange lead wires to suppress or prevent the occurrence of cracks in a resistance heating element made of a high melting point metal or a conductive ceramic and the occurrence of disconnection in a lead wire. It is to provide a heater.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために、本発明のセラミックヒータは、軸状
の絶縁性セラミック基体と、そのセラミック基体に埋設
される抵抗発熱体と、前記セラミック基体に埋設される
とともに、自身の一端部が前記抵抗発熱体の両端に接続
される一対のリード線とを備え、前記リード線の接続部
における軸直交断面でみて、前記セラミック基体の半径
をRとし、任意の前記リード線の表面と前記セラミック
基体の表面との最短距離(以下、単に最短距離という)
をLとして、0.3≦L/R≦0.8を満足することを
特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, a ceramic heater according to the present invention comprises a shaft-shaped insulating ceramic substrate, a resistance heating element embedded in the ceramic substrate, and A pair of leads embedded in the ceramic base and one end of which is connected to both ends of the resistance heating element. R, the shortest distance between any surface of the lead wire and the surface of the ceramic base (hereinafter simply referred to as the shortest distance)
Is defined as L, and 0.3 ≦ L / R ≦ 0.8 is satisfied.
【0008】上記本発明によれば、セラミック基体の半
径をRとし、最短距離をLとして、0.3≦L/R≦
0.8に設定することにより、リード線を応力に関して
中立線となるセラミックヒータの中心軸線に近づけて配
置できる。したがって、製造段階において又は使用段階
において、抵抗発熱体におけるクラックの発生及びリー
ド線における断線の発生を、製造工程を大幅に変更した
りすることなく、抑制し又は防止できる。なお、セラミ
ック基体の半径Rは1.5〜2.5mmの場合におい
て、この傾向はより強くなることが確認されている。According to the present invention, when the radius of the ceramic base is R and the shortest distance is L, 0.3 ≦ L / R ≦
By setting the ratio to 0.8, the lead wire can be arranged closer to the center axis of the ceramic heater, which is a neutral line with respect to stress. Therefore, in the manufacturing stage or in the use stage, the occurrence of cracks in the resistance heating element and the occurrence of disconnection in the lead wires can be suppressed or prevented without significantly changing the manufacturing process. It has been confirmed that this tendency becomes stronger when the radius R of the ceramic base is 1.5 to 2.5 mm.
【0009】しかも本発明のリード線は、W又はW合金
により形成することができるので、既存のセラミックヒ
ータと同様の加熱性能を維持しつつ、製造段階や使用段
階でのリード線における断線の発生を抑制又は防止し
て、歩留まりや品質の向上も図ることができる。Furthermore, since the lead wire of the present invention can be formed of W or W alloy, the occurrence of disconnection in the lead wire during the manufacturing stage or the use stage while maintaining the same heating performance as the existing ceramic heater is maintained. Can be suppressed or prevented, and the yield and quality can be improved.
【0010】さらに本発明の抵抗発熱体は、導電性セラ
ミックスにより形成されたセラミック発熱体としてもよ
い。耐久性に優れた特性を有する(繰り返し使用に耐え
る)導電性セラミックスを用いることにより、セラミッ
クヒータの寿命を向上させることができる。一方、リー
ド線をセラミックヒータの中心軸線に近づけて配置する
に伴い、少なくともリード線の接続重なり(埋設)部分
の抵抗発熱体もセラミックヒータの中心軸線に近づけ
て、すなわちセラミックヒータの表面からは遠ざけて配
置される場合がある。この場合には発熱特性(短時間で
のヒータ表面の昇温)からみると不利となる。しかし、
発熱特性に優れた導電性セラミックスの採用により、こ
れらの不利は解消可能となる。Further, the resistance heating element of the present invention may be a ceramic heating element formed of conductive ceramics. By using a conductive ceramic having excellent durability (withstanding repeated use), the life of the ceramic heater can be improved. On the other hand, as the lead wire is arranged closer to the center axis of the ceramic heater, at least the resistance heating element at the connection overlapping (embedded) portion of the lead wire also approaches the center axis of the ceramic heater, that is, moves away from the surface of the ceramic heater. May be placed. In this case, it is disadvantageous in view of the heat generation characteristics (heat rise on the heater surface in a short time). But,
These disadvantages can be eliminated by using conductive ceramics having excellent heat generation characteristics.
【0011】ここで、上記導電性セラミックスは、導電
性を担う成分としてW,Mo,Ti,Ta,Nb,Cr
から選ばれた少なくとも1種の炭化物、窒化物又は珪化
物を含有することができる。これらの導電性セラミック
スの採用により、一層発熱特性に優れたセラミックヒー
タが得られる。Here, the conductive ceramics are composed of W, Mo, Ti, Ta, Nb, Cr
At least one carbide, nitride or silicide selected from the group consisting of: By using these conductive ceramics, a ceramic heater having more excellent heat generation characteristics can be obtained.
【0012】さらに本発明のリード線の端部は、セラミ
ック発熱体に埋設され、セラミック発熱体に対するリー
ド線の軸線方向の挿入深さHを、0.3≦H≦7mmに
設定できる。0.3mm未満の場合には、リード線のセ
ラミック発熱体からの脱落やリード線とセラミック発熱
体との間の導通不良の可能性が高まる。また、7mmを
超える場合には、リード線の接触面積が増大するため反
応層の領域が増える。反応層の領域が増加すると、この
部分の機械的強度が低下する恐れが大きくなる。したが
って、リード線を上記の範囲でセラミック発熱体に埋設
することにより、セラミックヒータの機械的強度を確保
できるとともに、セラミックヒータの製造工程中に、リ
ード線とセラミック発熱体との間に導通不良を生じた
り、リード線が折れたりする不良数を減らすことができ
るため、製品歩留まりが向上する。Further, the end of the lead wire of the present invention is embedded in a ceramic heating element, and the insertion depth H of the lead wire into the ceramic heating element in the axial direction can be set to 0.3 ≦ H ≦ 7 mm. If it is less than 0.3 mm, the possibility of the lead wire dropping off from the ceramic heating element or poor conduction between the lead wire and the ceramic heating element increases. If it exceeds 7 mm, the area of the reaction layer increases because the contact area of the lead wire increases. As the area of the reaction layer increases, the mechanical strength of this part is likely to decrease. Therefore, by embedding the lead wire in the ceramic heating element within the above range, the mechanical strength of the ceramic heater can be ensured, and a conduction failure between the lead wire and the ceramic heating element during the ceramic heater manufacturing process. Since the number of defects that occur or the lead wire is broken can be reduced, the product yield is improved.
【0013】さらに本発明のリード線の線径φDは、
0.2≦φD≦0.8mmに設定できる。0.2mmよ
りも小さい場合には、リード線の電気抵抗値が上昇する
ため、発熱体に十分な電力を供給することが困難にな
り、また断線を生じやすくなる。また、0.8mmを超
える場合には、リード線の接触面積が大きくなるため、
反応層の形成される面積が増大する。セラミックヒータ
内の限られた断面積内にこのような緻密化していない反
応層の面積が増大すると、セラミックヒータの機械的強
度が不足することになる。したがって、リード線径をこ
の範囲内に収めることにより、発熱体に十分な電力を供
給することができるとともに、セラミックヒータの強度
を確保することができる。Furthermore, the wire diameter φD of the lead wire of the present invention is:
0.2 ≦ φD ≦ 0.8 mm can be set. If it is smaller than 0.2 mm, the electric resistance of the lead wire increases, so that it becomes difficult to supply sufficient power to the heating element, and it is easy to cause disconnection. In addition, when it exceeds 0.8 mm, the contact area of the lead wire becomes large,
The area where the reaction layer is formed increases. An increase in the area of such a non-densified reaction layer within a limited cross-sectional area within the ceramic heater results in a lack of mechanical strength of the ceramic heater. Therefore, by keeping the lead wire diameter within this range, sufficient power can be supplied to the heating element, and the strength of the ceramic heater can be ensured.
【0014】さらに本発明は、半径1.5mmの半円柱
面を有し、12mmの間隔を隔てて配置された2つの支
点上に、最短距離を形成する方向を下に向けて載置さ
れ、半径1.5mmの半円柱面を有する荷重点が、両支
点間の中央上方であって、抵抗発熱体とリード線との軸
線方向における接続重なり長さの中点において、上方か
ら当接し、クロスヘッド速度0.5mm/minの荷重
が印加され、破断時の最大荷重から導かれる最大曲げ応
力を抗折強度σとして測定したときに、σ≧400MP
aに設定できる。これにより、抵抗発熱体におけるクラ
ックの発生及びリード線における断線の発生を抑制し又
は防止するのに充分な機械的強度(最大曲げ応力)を有
するセラミックヒータが、確実に得られる。Further, the present invention has a semi-cylindrical surface with a radius of 1.5 mm, and is placed on two fulcrums arranged at a distance of 12 mm with the shortest distance facing downward. A load point having a semi-cylindrical surface with a radius of 1.5 mm is contacted from above at the center of the connection overlap length in the axial direction between the resistance heating element and the lead wire above the center between the two fulcrums, and crossed. When a load at a head speed of 0.5 mm / min is applied and the maximum bending stress derived from the maximum load at break is measured as the bending strength σ, σ ≧ 400MP
can be set to a. As a result, a ceramic heater having sufficient mechanical strength (maximum bending stress) for suppressing or preventing the occurrence of cracks in the resistance heating element and the occurrence of disconnection in the lead wires can be reliably obtained.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例を参照しつつ説明する。図1は、本発明に
係るセラミックヒータを用いたグロープラグを、その内
部構造とともに示すものである。すなわち、グロープラ
グ50は、その一端側に設けられたセラミックヒータ1
と、セラミックヒータ1の先端部2が突出するようにそ
の外周面を覆う金属製の外筒3、さらにその外筒3を外
側から覆う筒状の金属ハウジング4等を備えている。そ
して、セラミックヒータ1と外筒3との間及び外筒3と
金属ハウジング4との間は、それぞれろう付けにより接
合されている。また、セラミックヒータ1の後端部に
は、金属線により両端が弦巻ばね状に形成された結合部
材5の一端が外側から嵌合されるとともに、その他端側
は、金属ハウジング4内に挿通された金属軸6の一方の
端部に嵌着されている。そして、金属軸6の他方の端部
側は金属ハウジング4の外側へ延びるとともに、その外
周面に形成されたねじ部6aにナット7が螺合される。
このナット7を金属ハウジング4に向けて締めつけるこ
とにより、金属軸6が金属ハウジング4に対して固定さ
れている。また、ナット7と金属ハウジング4との間に
は絶縁ブッシュ8が嵌め込まれている。そして、金属ハ
ウジング4の外周面には、図示しないエンジンブロック
にグロープラグ50を固定するためのねじ部5aが形成
されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows a glow plug using a ceramic heater according to the present invention together with its internal structure. That is, the glow plug 50 is connected to the ceramic heater 1 provided at one end thereof.
And a metal outer cylinder 3 that covers the outer peripheral surface of the ceramic heater 1 so that the tip 2 protrudes, and a cylindrical metal housing 4 that covers the outer cylinder 3 from the outside. The ceramic heater 1 and the outer cylinder 3 and the outer cylinder 3 and the metal housing 4 are respectively joined by brazing. In addition, one end of a coupling member 5 having both ends formed in a helical spring shape by a metal wire is fitted into the rear end of the ceramic heater 1 from the outside, and the other end is inserted into the metal housing 4. It is fitted to one end of the metal shaft 6. The other end of the metal shaft 6 extends outside the metal housing 4, and a nut 7 is screwed into a screw portion 6a formed on the outer peripheral surface.
The metal shaft 6 is fixed to the metal housing 4 by tightening the nut 7 toward the metal housing 4. An insulating bush 8 is fitted between the nut 7 and the metal housing 4. On the outer peripheral surface of the metal housing 4, a screw portion 5a for fixing the glow plug 50 to an engine block (not shown) is formed.
【0016】セラミックヒータ1は、図2に示すよう
に、ほぼ円形の断面を有する軸状の絶縁性セラミック基
体13中に、一方の基端部から延びた後、方向変換して
他方の基端部へ至る方向変換部10aと、その方向変換
部10aの各基端部から同方向に延びる2本の直線部1
0bとを有するU字状のセラミック発熱体10(抵抗発
熱体)を備えている。さらに、セラミック発熱体10の
両端部には、線状又はロッド状の一対のリード線11及
び12の先端部が埋設される。そのセラミック発熱体1
0は、セラミックヒータ1の先端部2において、その方
向変換部10aがセラミックヒータ1の先端側を向くよ
うに埋設されている。As shown in FIG. 2, the ceramic heater 1 extends from one base end into an axially insulative ceramic base 13 having a substantially circular cross section, and then changes its direction to form the other base end. Direction changing part 10a reaching the part, and two straight parts 1 extending in the same direction from each base end of the direction changing part 10a.
0b, a U-shaped ceramic heating element 10 (resistance heating element). Further, the ends of a pair of linear or rod-shaped lead wires 11 and 12 are embedded in both ends of the ceramic heating element 10. The ceramic heating element 1
Numeral 0 is embedded in the tip portion 2 of the ceramic heater 1 so that the direction changing portion 10a faces the tip side of the ceramic heater 1.
【0017】また、各リード線11及び12は、セラミ
ック基体13中においてセラミック発熱体10から離間
する方向に延びている。そして、その一方のもの(1
2)は外筒3内において、他方のもの(11)はセラミ
ック基体13の他方の端部近傍において、それぞれその
後端部がセラミック基体13の表面に露出して、露出部
12a及び11aを形成している。Each of the lead wires 11 and 12 extends in the ceramic base 13 in a direction away from the ceramic heating element 10. And one of them (1
2) is inside the outer cylinder 3, and the other (11) is near the other end of the ceramic base 13, and its rear end is exposed on the surface of the ceramic base 13 to form exposed portions 12a and 11a. ing.
【0018】セラミック発熱体10は、導電性を有する
セラミックス、例えば導電性を担う成分としてW,M
o,Ti,Ta,Nb,Crから選ばれた少なくとも1
種の炭化物、窒化物又は珪化物を含有するセラミックス
により形成することができる。具体的には、炭化タング
ステン(WC)、珪化モリブデン(MoSi2)、炭化
タングステンと窒化珪素(Si3N4)との複合物等に
より構成されるが、炭化珪素(SiC)など半導体セラ
ミックスを使用することもできる。また、リード線11
及び12はタングステン(W)あるいはタングステン−
レニウム(Re)合金等の高融点金属材料で構成され
る。一方、セラミック基体13は、主に絶縁性のセラミ
ックス、例えばアルミナ(Al2O3)、シリカ(Si
O2)、ジルコニア(ZrO2)、チタニア(Ti
O2)、マグネシア(MgO)、ムライト(3Al2O
3・2SiO2)、ジルコン(ZrO2・SiO2)、
コージェライト(2MgO・2Al2O3・5Si
O2)、窒化珪素(Si3N4)、窒化アルミニウム
(AlN)等により構成される。The ceramic heating element 10 is made of a ceramic having conductivity, for example, W, M as a component having conductivity.
at least one selected from o, Ti, Ta, Nb, Cr
It can be formed from ceramics containing various carbides, nitrides or silicides. Specifically, it is composed of tungsten carbide (WC), molybdenum silicide (MoSi 2 ), a composite of tungsten carbide and silicon nitride (Si 3 N 4 ), and uses a semiconductor ceramic such as silicon carbide (SiC). You can also. In addition, lead wire 11
And 12 are tungsten (W) or tungsten-
It is composed of a high melting point metal material such as a rhenium (Re) alloy. On the other hand, the ceramic base 13 is mainly made of insulating ceramics, for example, alumina (Al 2 O 3 ), silica (Si
O 2 ), zirconia (ZrO 2 ), titania (Ti
O 2 ), magnesia (MgO), mullite (3Al 2 O)
3 · 2SiO 2), zircon (ZrO 2 · SiO 2),
Cordierite (2MgO · 2Al 2 O 3 · 5Si
O 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN) and the like.
【0019】図2において、セラミック基体13の表面
には、そのリード線12の露出部12aを含む領域に、
ニッケル等の金属薄層(図示せず)が所定の方法(例え
ばメッキや気相製膜法など)により形成されている。そ
して、該金属薄層を介してセラミック基体13と外筒3
とがろう付けにより接合されるとともに、リード線12
がその露出部12aを介して外筒3と導通している。ま
た、リード線11の露出部11aを含む領域にも同様に
金属薄層が形成されており、ここに結合部材5がろう付
けされている。このように構成することで、図示しない
電源から、金属軸6(図1)、結合部材5及びリード線
11を介してセラミック発熱体10に対して通電され、
さらにリード線12、外筒3、金属ハウジング4(図
1)、及び図示しないエンジンブロックを介して接地さ
れる。この通電により、セラミック発熱体10は抵抗発
熱することとなる。In FIG. 2, the surface of the ceramic base 13 is covered with a region including the exposed portion 12a of the lead wire 12.
A thin metal layer (not shown) of nickel or the like is formed by a predetermined method (for example, plating or vapor deposition). The ceramic base 13 and the outer cylinder 3 are interposed via the thin metal layer.
Are joined by brazing, and the lead wire 12
Are electrically connected to the outer cylinder 3 through the exposed portion 12a. Similarly, a thin metal layer is formed in a region including the exposed portion 11a of the lead wire 11, and the joining member 5 is brazed to the thin metal layer. With this configuration, power is supplied from a power source (not shown) to the ceramic heating element 10 via the metal shaft 6 (FIG. 1), the coupling member 5 and the lead wire 11,
Furthermore, it is grounded via a lead wire 12, an outer cylinder 3, a metal housing 4 (FIG. 1), and an engine block (not shown). This energization causes the ceramic heating element 10 to generate resistance heat.
【0020】[実施例]以下、本発明に係るセラミック
ヒータ1について、具体的実施例をその製造方法ととも
に説明する。まず、図3(a)に示すように、セラミッ
ク発熱体10に対応したU字形状のキャビティ32を有
した金型31に対しリード線材30を、その端部が該キ
ャビティ32内に入り込むように配置する。そして、そ
の状態で、WC−Si3N4系導電性セラミック粉末と
バインダとを含有するコンパウンド33を射出すること
により、同図(b)に示すように、リード線材30とU
字状の導電性セラミック粉末成形部34とが一体化され
た一体射出成形体35を作成する。[Embodiments] Specific embodiments of the ceramic heater 1 according to the present invention will be described below together with a method of manufacturing the same. First, as shown in FIG. 3A, the lead wire 30 is inserted into a mold 31 having a U-shaped cavity 32 corresponding to the ceramic heating element 10 so that the end thereof enters the cavity 32. Deploy. Then, in this state, the compound 33 containing the WC-Si 3 N 4 -based conductive ceramic powder and the binder is injected, so that the lead wires 30 and the U
An integrated injection molded body 35 in which the conductive ceramic powder molded part 34 having a U-shape is integrated is produced.
【0021】一方これとは別に、セラミック基体13を
形成するセラミック粉末を予め金型プレス成形すること
により、図4(a)に示すような、上下別体に形成され
た予備成形体36及び37を用意しておく。ここで、セ
ラミック基体13を形成するセラミック粉末は、例えば
平均粒子径0.5〜1.5μmのSi3N4粉末75〜
95重量%と、平均粒子径0.5〜1.5μmのEr2
O3粉末1〜15重量%と、平均粒子径0.5〜1.5
μmのSiO2粉末0.5〜10重量%と、平均粒子径
0.5〜1.5μmのMoSi2粉末0.5〜10重量
%とを混合して調製する。なお、Er2O3の代わり
に、Y2O3、Yb2O3等他の希土類元素酸化物を用
いてもよい。また、SiO2の代わりに、SiO2とA
l2O3との混合物を用いたり、Al2O3のみを用い
たりしてもよい。これら予備成形体36及び37は、セ
ラミック基体13を、その軸線とほぼ平行な断面により
2分割したと仮定した場合の、その各分割部に対応する
形状に形成されており、各々その分割面に相当する部分
に、上記一体射出成形体35に対応した形状の凹部38
が形成されている。そして、この凹部38に一体射出成
形体35を収容し、上下の予備成形体36及び37を型
合わせするとともに、その状態でこれら予備成形体3
6、37及び一体射出成形体35をさらに金型を用いて
プレス・一体化することにより、図4(b)に示すよう
な、複合成形体39を作成する。On the other hand, separately from the above, the ceramic powder forming the ceramic base 13 is pre-press-molded to form pre-formed bodies 36 and 37 formed separately as shown in FIG. Have prepared. Here, the ceramic powder forming the ceramic base 13 may be, for example, an Si 3 N 4 powder having an average particle diameter of 0.5 to 1.5 μm
95% by weight, and Er 2 having an average particle size of 0.5 to 1.5 μm.
1 to 15% by weight of O 3 powder and an average particle size of 0.5 to 1.5
It is prepared by mixing 0.5 to 10% by weight of a μm SiO 2 powder and 0.5 to 10% by weight of a MoSi 2 powder having an average particle diameter of 0.5 to 1.5 μm. Note that instead of Er 2 O 3 , other rare earth element oxides such as Y 2 O 3 and Yb 2 O 3 may be used. Also, instead of SiO 2, SiO 2 and A
A mixture with l 2 O 3 may be used, or only Al 2 O 3 may be used. These preformed bodies 36 and 37 are formed in shapes corresponding to the respective divided portions, assuming that the ceramic base 13 is divided into two by a cross section substantially parallel to the axis thereof. In a corresponding portion, a concave portion 38 having a shape corresponding to the integral injection molded body 35 is provided.
Are formed. Then, the integrated injection molded body 35 is accommodated in the recess 38, and the upper and lower preformed bodies 36 and 37 are matched with each other.
The composite molded body 39 as shown in FIG. 4B is prepared by further pressing and integrating the molded bodies 6, 37 and the integrated injection molded body 35 using a mold.
【0022】こうして得られた複合成形体39は、まず
射出成形による導電性セラミック粉末成形部34あるい
は予備成形体36及び37からバインダ成分等を除去す
るために、Si3N4系セラミック粉末に埋設した状態
で、N2雰囲気中で仮焼され脱脂が行われる。続いて、
図5(a)に示すように、離型剤を塗布した脱脂後の複
合成形体39を上下金型(カーボン型)40の間にセッ
トし、300kgf/cm2で加圧しながら1800℃
で90分間ホットプレス焼成を行うことにより、同図
(b)に示すような焼成体41となる。このとき、図4
(b)に示す導電性セラミック粉末成形部34がセラミ
ック発熱体10を、予備成形体36及び37がセラミッ
ク基体13を、リード線材30がリード線11及び12
をそれぞれ形成することとなる。その後、焼成体41の
外面にセンタレス研磨加工を施すことにより、図6に示
すようなセラミック基体外径2Rが例えば2R=3.5
mmのセラミックヒータ1が得られる。The composite molded body 39 thus obtained is first embedded in a Si 3 N 4 ceramic powder in order to remove a binder component and the like from the conductive ceramic powder molded part 34 or the preformed bodies 36 and 37 by injection molding. In this state, calcination is performed in an N 2 atmosphere to perform degreasing. continue,
As shown in FIG. 5A, the degreased composite molded body 39 to which the release agent has been applied is set between the upper and lower molds (carbon molds) 40, and pressed at 300 kgf / cm 2 at 1800 ° C.
By performing hot press firing for 90 minutes, a fired body 41 as shown in FIG. At this time, FIG.
The conductive ceramic powder molding section 34 shown in FIG. 2B shows the ceramic heating element 10, the preformed bodies 36 and 37 show the ceramic base 13, and the lead wire 30 shows the lead wires 11 and 12.
Are formed respectively. Thereafter, the outer surface of the fired body 41 is subjected to centerless polishing, so that the ceramic substrate outer diameter 2R as shown in FIG. 6 is, for example, 2R = 3.5.
mm ceramic heater 1 is obtained.
【0023】図6は、射出成形によって製造されるセラ
ミックヒータ1の代表的な断面構造例を示す。図6にお
いて、セラミックヒータ1のセラミック発熱体10は、
軸直交断面において、中心軸線を挟んで両側に疑似楕円
形の形態を有する。一方、軸断面においては、その直線
部10bが、方向変換部10aと断面積が略等しい(図
では幅が略等しい)先端側直線部10b1と、方向変換
部10aよりも断面積が大きい(図では先端側直線部1
0b1から中心軸側のみ拡幅し、方向変換部10aより
も幅が大きい)基端側直線部10b2とから形成されて
いる。FIG. 6 shows a typical cross-sectional structure example of the ceramic heater 1 manufactured by injection molding. In FIG. 6, the ceramic heating element 10 of the ceramic heater 1 is:
In a cross section orthogonal to the axis, it has a pseudo-elliptical shape on both sides of the central axis. On the other hand, in the axial section, the linear portion 10b has a cross-sectional area larger than that of the tip-side linear portion 10b1 having substantially the same cross-sectional area as the direction changing portion 10a (having substantially the same width in the drawing) and the direction changing portion 10a. Then the tip side straight part 1
0b1 only on the central axis side, and is wider than the direction changing portion 10a).
【0024】[試験例1]図3(a)において、キャビ
ティ32に対するリード線材30の相対的な位置を変更
して、第1の試験品を作成した。具体的には、図6に示
すセラミックヒータ1完成時のリード線11,12の埋
設部における軸直交断面において、セラミック基体13
の半径をRとし、最短距離をLとして、L/Rを、0.
1〜0.9まで変化させた。なお、試験品はL/Rごと
に3個ずつ作成した。Test Example 1 In FIG. 3A, a first test product was prepared by changing the position of the lead wire 30 relative to the cavity 32. Specifically, in the section perpendicular to the axis of the embedded portion of the lead wires 11 and 12 when the ceramic heater 1 is completed as shown in FIG.
Is R, the shortest distance is L, and L / R is 0.
It was varied from 1 to 0.9. Note that three test articles were prepared for each L / R.
【0025】次にホットプレス焼成及び表面研磨を行っ
て得られた試験品(各L/Rごとに3個)に対し、次の
ような耐久試験を実施した。すなわち、セラミックヒー
タ1のリード線11,12に60秒間通電後60秒間通
電停止を1サイクルとして、連続20,000サイクル
の繰り返し耐久試験を行った。その後、図6に表される
3点曲げ抗折試験を実施し、抗折強度σを求めた。その
試験手順は次のように行う。まず、3点曲げ抗折試験
装置20の2つの支点21,22は、略水平方向にスパ
ンl=12mmの間隔を隔てて配置され、支点21,2
2の上面はそれぞれ半径r=1.5mmの半円柱面21
a,22aに形成されている。表面粗さが0.8μmR
max(最大高さ)以下に表面研磨されたセラミックヒ
ータ1の先端部2が、最短距離Lを形成する方向を下に
向けた状態で、両支点21,21の半円柱面21a,2
2a上に跨るように載置される。次に、下面に半径r
=1.5mmの半円柱面23aが形成される荷重点23
が、両支点21,22間の中央上方であって、セラミッ
ク発熱体10(抵抗発熱体)に対するリード線11,1
2の軸線方向の挿入深さH(接続重なり長さ)の中点に
おいて、セラミックヒータ1に上方から当接する。そ
して、セラミックヒータ1に、クロスヘッド速度0.5
mm/minの荷重を印加し、セラミックヒータ1の破
断時の最大荷重Pから導かれる最大曲げ応力を抗折強度
σとして測定する(若しくは計算して求める)。Next, the following durability test was carried out on test specimens (three for each L / R) obtained by hot press firing and surface polishing. That is, a repetitive durability test of 20,000 cycles was performed, in which the lead wires 11 and 12 of the ceramic heater 1 were energized for 60 seconds and then stopped for 60 seconds as one cycle. Thereafter, a three-point bending test shown in FIG. 6 was performed to determine a bending strength σ. The test procedure is performed as follows. First, the two fulcrums 21 and 22 of the three-point bending test apparatus 20 are arranged in a substantially horizontal direction at an interval of a span 1 = 12 mm.
2 has a semi-cylindrical surface 21 with a radius r = 1.5 mm.
a, 22a. Surface roughness 0.8μmR
The semi-cylindrical surfaces 21a, 2 of the fulcrums 21, 21 with the tip 2 of the ceramic heater 1 whose surface is polished to not more than max (maximum height) with the direction of forming the shortest distance L facing downward.
It is placed so as to straddle 2a. Next, the radius r
= Load point 23 at which a semi-cylindrical surface 23a of 1.5 mm is formed
Are located above the center between the fulcrums 21 and 22 and are connected to the lead wires 11 and 1 for the ceramic heating element 10 (resistance heating element).
At the midpoint of the insertion depth H (connection overlap length) in the axial direction of No. 2, the ceramic heater 1 comes into contact with the ceramic heater 1 from above. Then, a crosshead speed of 0.5 is applied to the ceramic heater 1.
A load of mm / min is applied, and the maximum bending stress derived from the maximum load P at the time of fracture of the ceramic heater 1 is measured (or calculated and obtained) as the bending strength σ.
【0026】すなわち、破断時の最大荷重をP、支点2
1,22間距離をl、セラミック基体13の半径をRと
したとき、抗折強度σは、次式で求められる。 σ=(P・l)/(π・R3) (1) 図6に示す通り、3点曲げ抗折試験装置20に対するセ
ラミックヒータ1のセット位置に関して、最も破壊が起
こりやすい最短距離Lを形成する方向を下に向け、かつ
荷重Pの印加方向と一致させて、垂直方向に置くことに
より、ここで求められたセラミックヒータ1の抗折強度
σは、曲げに対する設計上の許容応力として意味付けら
れる。すなわち、セラミック焼成体は一般的に圧縮には
強いが引張りには弱い。3点曲げ試験の場合、セラミッ
クヒータ1の軸直交断面において、断面の下方側で引張
応力が生じ、上方側で圧縮応力が生じているから、下端
側から破壊が発生する。したがって、最短距離Lを形成
する方向を下に向けることによって、前記反応層が最も
下方に位置することになるので、最短距離Lを形成する
部分から破壊が起こるようになる。なお、例えば抗折強
度σ≧400MPaに設定すれば、セラミック発熱体1
0(抵抗発熱体)におけるクラックの発生及びリード線
11,12における断線の発生を抑制し又は防止するの
に充分な機械的強度(最大曲げ応力)を有するセラミッ
クヒータ1か否かを、上記した3点曲げ抗折試験により
確実にかつ容易に検査できる。That is, the maximum load at break is P, and the fulcrum 2
When the distance between 1 and 22 is 1 and the radius of the ceramic base 13 is R, the bending strength σ is obtained by the following equation. σ = (P · l) / (π · R 3 ) (1) As shown in FIG. 6, with respect to the set position of the ceramic heater 1 with respect to the three-point bending bending test apparatus 20, the shortest distance L where breakage is most likely to occur is formed. When the ceramic heater 1 is placed in the vertical direction with the direction in which the load is applied downward and in the same direction as the direction in which the load P is applied, the bending strength σ of the ceramic heater 1 obtained here is regarded as a design allowable stress against bending. Can be That is, the ceramic fired body is generally strong in compression but weak in tension. In the case of the three-point bending test, in the cross section orthogonal to the axis of the ceramic heater 1, a tensile stress is generated on a lower side of the cross section, and a compressive stress is generated on an upper side. Therefore, when the direction in which the shortest distance L is formed is directed downward, the reaction layer is located at the lowest position, and thus the destruction starts from the portion in which the shortest distance L is formed. For example, if the bending strength σ ≧ 400 MPa is set, the ceramic heating element 1
Whether the ceramic heater 1 has sufficient mechanical strength (maximum bending stress) to suppress or prevent the occurrence of cracks at 0 (resistance heating element) and the occurrence of disconnection at the lead wires 11 and 12 is described above. The three-point bending test enables reliable and easy inspection.
【0027】上記[試験例1]の3点曲げ抗折試験に用
いた試験装置20は、AG−5000型 オートグラフ
(島津製作所製、500kgfロードセル装着)であ
る。なお、セラミックヒータ1の先端から荷重点23ま
での水平方向距離Mは、図6の実施例の場合M=7.5
mmであり、また、図6において、+側のリード線12
が上方側(荷重点23の位置する側)にセットされてい
る。また、支点21,22及び荷重点23の形態につい
て、図6に示すトンネル形状以外に、円柱状や半円柱状
などでもよく、半円柱面21a,22a,23aを有し
ていればよい。さらに、その他の測定条件は、JIS
R1601(ファインセラミックスの曲げ強さ試験方
法)に準拠する。The test apparatus 20 used for the three-point bending test in [Test Example 1] is an AG-5000 type autograph (500 kgf load cell, manufactured by Shimadzu Corporation). The horizontal distance M from the tip of the ceramic heater 1 to the load point 23 is M = 7.5 in the embodiment of FIG.
mm, and in FIG.
Are set on the upper side (the side where the load point 23 is located). The fulcrums 21 and 22 and the load points 23 may be in the form of a column or a semi-column in addition to the tunnel shape shown in FIG. 6, and may have the semi-column surfaces 21a, 22a and 23a. Furthermore, other measurement conditions are based on JIS
R1601 (Bending strength test method for fine ceramics).
【0028】一方、個々の試験品について、リード線1
1,12間の電気抵抗値を測定し、リード線11,12
同士の接触がないかを確認した。On the other hand, the lead wire 1
The electrical resistance value between the lead wires 11 and 12 was measured.
It was confirmed that there was no contact between them.
【0029】以上の抗折強度と、電気抵抗値の測定結果
を図7に示す。抵抗強度σが400MPaに達しない場
合、及び電気抵抗値が400mΩに達しない場合は不良
品とし、不良品の有(×)無(○)により、耐久試験の
結果判定を行った。図7で見る通り、L/Rが0.3以
上では、抗折強度σが400MPa以上の充分な機械的
強度を確保しており、一方、L/Rが0.8以下では、
電気抵抗値が400mΩ以上の充分な絶縁性が保たれて
いる。なお、L/Rが0.3未満では、セラミック発熱
体10に対するリード線11,12の軸線方向の挿入部
がセラミック基体13の表面に近づいていくので、充分
な抗折強度σが得られなくなり、また、L/Rが0.8
を超えると、この挿入部が中心に寄りすぎショート(絶
縁破壊)の可能性が高くなる。FIG. 7 shows the measurement results of the bending strength and the electric resistance value. When the resistance strength σ did not reach 400 MPa and when the electric resistance value did not reach 400 mΩ, the product was determined to be defective, and the result of the durability test was determined based on whether there was a defective product (×) or not (○). As shown in FIG. 7, when L / R is 0.3 or more, sufficient mechanical strength with a bending strength σ of 400 MPa or more is secured. On the other hand, when L / R is 0.8 or less,
Sufficient insulation with an electric resistance value of 400 mΩ or more is maintained. If L / R is less than 0.3, the axially inserted portions of the lead wires 11 and 12 with respect to the ceramic heating element 10 approach the surface of the ceramic base 13, so that sufficient bending strength σ cannot be obtained. And L / R is 0.8
When the distance exceeds, the insertion portion is too close to the center, and the possibility of short-circuit (dielectric breakdown) increases.
【0030】[試験例2]再び、図3(a)において、
キャビティ32に対するリード線材30の相対的な位置
を変更して、第2の試験品を作成した。具体的には、図
3(b)において、導電性セラミック粉末成形部34
(セラミック発熱体10)に対するリード線材30,3
0(リード線11,12)の軸線方向の挿入深さHを、
0.2〜8mmまで変化させた。なお、試験品は挿入深
さHごとに10個ずつ作成した。[Test Example 2] Referring again to FIG.
A second test sample was prepared by changing the position of the lead wire 30 relative to the cavity 32. Specifically, in FIG. 3B, the conductive ceramic powder molding unit 34
Lead wires 30, 3 for (ceramic heating element 10)
0 (lead wires 11 and 12) in the axial direction
It was varied from 0.2 to 8 mm. Note that ten test articles were prepared for each insertion depth H.
【0031】次にこのようにして得られた試験品(各挿
入深さHごとに10個)に対し、リード線材30,30
(リード線11,12)と導電性セラミック粉末成形部
34(セラミック発熱体10)との間の導通試験を実施
し、導通不良の個数を数えた。一方、個々の試験品につ
いてホットプレス焼成を行い、図6に示すセラミックヒ
ータ1を作成した。そして、図6に表される3点曲げ抗
折試験を実施し、抗折強度σを求め、抗折強度σが40
0MPa未満である個数を数えた。なお、3点曲げ抗折
試験の実施方法は、[試験例1]に準拠する。Next, the test pieces (10 pieces at each insertion depth H) obtained in this manner were connected to the lead wires 30, 30.
A conduction test was performed between the (lead wires 11 and 12) and the conductive ceramic powder molded portion 34 (the ceramic heating element 10), and the number of conduction failures was counted. On the other hand, each test sample was subjected to hot press baking to produce a ceramic heater 1 shown in FIG. Then, a three-point bending test shown in FIG. 6 was performed to determine the bending strength σ.
The number that was less than 0 MPa was counted. The method of performing the three-point bending test is based on [Test Example 1].
【0032】ここで、抗折強度σのしきい値を400M
Paに設定したのは、[試験例1]において充分な機械
的強度(曲げ強さ)を確保できることが確認されたから
である。なお、試験品10個のうち、不良品(抗折強度
σが400MPa未満又は導通不良の個数が0のときは
優(○)、1〜2個のときは可(△)、3個以上のとき
は不可(×)と評価する。Here, the threshold value of the bending strength σ is 400 M
The reason for setting Pa was that it was confirmed that sufficient mechanical strength (bending strength) could be secured in [Test Example 1]. In addition, out of 10 test samples, defective (excellent when the bending strength σ is less than 400 MPa or when the number of conduction failures is 0, excellent ()), acceptable when 1-2, acceptable (△), 3 or more In some cases, it is evaluated as impossible (x).
【0033】以上の抗折強度と、導通状態の測定結果を
図8に示す。図8で見る通り、図3の射出成形によって
製造されたセラミックヒータ1の場合、挿入深さHが7
mm以下では、抗折強度σが400MPa以上の機械的
強度をほぼ確保しており、一方、挿入深さHが0.3m
m以上では、導通が良好な状態がほぼ保たれている。な
お、挿入深さHが0.3mm未満では、リード線11,
12のセラミック発熱体10(あるいは射出成形体)か
らの脱落や導通不良の可能性が高まり、また、挿入深さ
Hが7mmを超えると、リード線11,12とセラミッ
ク発熱体10との接触面積の増大につれて反応層が増
え、機械強度的に弱くなる恐れが増す。ところで、後述
の図10(b)の厚膜印刷によって製造されたセラミッ
クヒータ1Bの場合、射出成形よりも精密な処理ができ
るため、挿入深さHの下限値を0.3mm以下にまで広
げることが可能である。FIG. 8 shows the measurement results of the bending strength and the conduction state. As shown in FIG. 8, in the case of the ceramic heater 1 manufactured by the injection molding of FIG.
mm or less, the bending strength σ substantially secures the mechanical strength of 400 MPa or more, while the insertion depth H is 0.3 m
Above m, good conduction is almost maintained. In addition, when the insertion depth H is less than 0.3 mm, the lead wire 11,
12 increases the possibility of falling off or poor conduction from the ceramic heating element 10 (or injection molded article), and if the insertion depth H exceeds 7 mm, the contact area between the lead wires 11 and 12 and the ceramic heating element 10 The number of reaction layers increases as the value increases, and the possibility of weakening in mechanical strength increases. By the way, in the case of the ceramic heater 1B manufactured by thick-film printing of FIG. 10B described later, since the processing can be performed more precisely than injection molding, the lower limit value of the insertion depth H is increased to 0.3 mm or less. Is possible.
【0034】[試験例3]再び、図3(a)において、
キャビティ32に対するリード線材30の線径φDを変
更して、第3の試験品を作成した。具体的には、リード
線材30(リード線11,12)の線径φDを、0.1
〜0.9mmまで変化させた。なお、試験品は線径φD
ごとに10個ずつ作成した。[Test Example 3] Referring again to FIG.
A third test product was prepared by changing the wire diameter φD of the lead wire 30 with respect to the cavity 32. Specifically, the wire diameter φD of the lead wire 30 (lead wires 11 and 12) is set to 0.1
0.90.9 mm. The test product has a wire diameter φD
10 were created for each.
【0035】次にホットプレス焼成及び表面研磨を行っ
て得られた試験品(各線径φDごとに10個)に対し、
図6に表される3点曲げ抗折試験を実施し、抗折強度σ
を求め、抗折強度σが400MPa未満である個数を数
えた。一方、個々の試験品について、リード線11,1
2間の通電試験を実施し、断線した個数を数えた。な
お、3点曲げ抗折試験の実施方法は、[試験例1]及び
[試験例2]に準拠する。Next, the test specimens (10 for each wire diameter φD) obtained by hot press firing and surface polishing were
A three-point bending bending test shown in FIG.
And the number of specimens having a bending strength σ of less than 400 MPa was counted. On the other hand, the lead wires 11 and 1
An energization test was performed between the two, and the number of disconnected wires was counted. The method of performing the three-point bending test is based on [Test Example 1] and [Test Example 2].
【0036】試験品10個のうち、不良品(抗折強度σ
が400MPa未満又は断線状態)の個数が0のときは
優(○)、1〜2個のときは可(△)、3個以上のとき
は不可(×)と評価する。Out of the ten test articles, a defective one (deflecting strength σ)
(Less than 400 MPa or in a disconnected state) is evaluated as excellent (○) when the number is 0, acceptable (△) when the number is 1 or 2, and unacceptable (x) when the number is 3 or more.
【0037】以上の抗折強度と、断線チェックの測定結
果を図9に示す。図9で見る通り、リード線径φDが
0.8mm以下では、抗折強度σが400MPa以上の
機械的強度をほぼ確保しており、一方、リード線径φD
が0.2mm以上では、リード線の断線がほとんどない
状態が保たれている。なお、リード線径φDが0.2m
m未満では、リード線11,12が細すぎて断線の恐れ
が高まり、また、リード線径φDが0.8mmを超える
と、リード線11,12とセラミック発熱体10との接
触面積の増大につれて反応層が増え、機械強度的に弱く
なる恐れが増す。FIG. 9 shows the measurement results of the bending strength and the disconnection check. As can be seen from FIG. 9, when the lead wire diameter φD is 0.8 mm or less, mechanical strength with a bending strength σ of 400 MPa or more is almost secured, while the lead wire diameter φD
Is greater than or equal to 0.2 mm, a state in which there is almost no break in the lead wire is maintained. Note that the lead wire diameter φD is 0.2 m
If it is less than m, the lead wires 11 and 12 are too thin and the risk of disconnection increases. If the lead wire diameter φD exceeds 0.8 mm, the contact area between the lead wires 11 and 12 and the ceramic heating element 10 increases. The number of reaction layers increases, and the possibility of mechanical strength weakening increases.
【0038】図10には、本発明に係るセラミックヒー
タの別実施例を示し、図10(a)は図6の第一実施例
に代わる第二実施例の正面断面図及びB−B横断面図、
図10(b)はさらに別の第三実施例のC2−C2縦断面
図及びC1−C1横断面図である。図10(a)は、射出
成形によって製造されるセラミックヒータの図6に代わ
る断面構造例を示す。図10(a)において、セラミッ
クヒータ1’のセラミック発熱体10’は、軸直交断面
において、中心軸線を挟んで両側に疑似半月形の形態を
有する。一方、軸断面においては、その直線部10b’
が、方向変換部10a’と断面積が略等しい(図では幅
が略等しい)先端側直線部10b1’と、方向変換部1
0a’よりも断面積が基端側へ向かうに従い徐々に小さ
くなる(図では先端側直線部10b1’から表面側のみ
幅縮小し、方向変換部10a’よりも基端側へ向かうに
従い徐々に狭くなる)基端側直線部10b2’とから形
成されている。また、3点曲げ抗折試験装置20に対す
るセラミックヒータ1’のセットは、図6と同様、最短
距離Lを形成する方向を下に向け、かつ荷重Pの印加方
向と一致させて行われる。FIG. 10 shows another embodiment of the ceramic heater according to the present invention. FIG. 10 (a) is a front sectional view and a BB transverse section of a second embodiment which is an alternative to the first embodiment of FIG. Figure,
FIG. 10B is a C2-C2 longitudinal sectional view and a C1-C1 transverse sectional view of still another third embodiment. FIG. 10A shows an example of a cross-sectional structure instead of FIG. 6 of a ceramic heater manufactured by injection molding. In FIG. 10A, the ceramic heating element 10 'of the ceramic heater 1' has a pseudo-half-moon shape on both sides of the central axis in a cross section orthogonal to the axis. On the other hand, in the axial section, the linear portion 10b '
However, the tip-side linear portion 10b1 'having substantially the same cross-sectional area (the width is substantially equal in the drawing) as the direction changing portion 10a' and the direction changing portion 1
The cross-sectional area gradually decreases toward the base end side from 0a '(in the figure, the width decreases only from the front-side linear portion 10b1' to the front side, and gradually narrows toward the base end side from the direction changing portion 10a '). ) Base end side linear portion 10b2 '. Also, the setting of the ceramic heater 1 ′ with respect to the three-point bending test apparatus 20 is performed with the direction of forming the shortest distance L facing downward and in the same direction as the application direction of the load P, as in FIG. 6.
【0039】図10(b)は、厚膜印刷によって製造さ
れるセラミックヒータ1”(ヒータ本体)の断面構造例
を示す。例えばWC等の導電性セラミックスペーストを
用いてスクリーン印刷等によりパターン形成されたセラ
ミック発熱体10”を絶縁性のセラミック基体13”中
に埋設するとともに、セラミック発熱体10”に4本の
リード線11”、11”、12”、12”を埋設し、こ
れらを焼成することにより、セラミックヒータ1”が得
られる。図10(b)において、セラミックヒータ1”
のセラミック発熱体10”は、軸直交断面において、4
本のリード線11”、11”、12”、12”の接線状
の形態を有する。一方、軸断面においては、その直線部
10b”が、方向変換部10a”と断面積が略等しい
(図では幅が略等しい)先端側直線部10b1”と、方
向変換部10a”よりも断面積が大きい(図では先端側
直線部10b1”から両側において拡幅し、方向変換部
10a”よりも幅が大きい)基端側直線部10b2”と
から形成されている。なお、図10(b)に示すセラミ
ックヒータ1”は、1個のセラミック発熱体10”と一
対のリード線11”、12”を組として、2組のヒータ
を備えた4極構造で構成されている。また、3点曲げ抗
折試験装置20に対するセラミックヒータ1”のセット
は、図6と同様、最短距離Lを形成する方向を下に向
け、かつ荷重Pの印加方向と一致させて行われるが、図
示の都合上一部省略した。FIG. 10B shows an example of a cross-sectional structure of a ceramic heater 1 "(heater main body) manufactured by thick-film printing. For example, a pattern is formed by screen printing using a conductive ceramic paste such as WC. The ceramic heating element 10 "is embedded in an insulating ceramic base 13", and four lead wires 11 ", 11", 12 ", and 12" are embedded in the ceramic heating element 10 "and fired. Thus, a ceramic heater 1 ″ is obtained. In FIG. 10B, the ceramic heater 1 ″ is obtained.
Of the ceramic heating element 10 ″ is 4
The lead wires 11 ", 11", 12 ", 12" have a tangential form. On the other hand, in the axial cross section, the linear portion 10b "has a cross-sectional area substantially equal to the direction changing portion 10a" (the width is substantially equal in the drawing). (In the figure, the width is increased on both sides from the distal-side linear portion 10b1 ″ and is wider than the direction changing portion 10a ″). The proximal-side linear portion 10b2 ″ is formed as shown in FIG. The ceramic heater 1 "shown has a four-pole structure provided with two sets of heaters, each of which is composed of one ceramic heating element 10" and a pair of lead wires 11 "and 12". As in FIG. 6, the setting of the ceramic heater 1 ″ with respect to the bending test apparatus 20 is performed with the direction of forming the shortest distance L facing downward and in agreement with the direction in which the load P is applied. Some parts have been omitted.
【0040】本発明の抵抗発熱体として、導電性セラミ
ックスにより形成されたセラミック発熱体の他に、Wあ
るいはW−Re合金等の金属製発熱線又は発熱コイル等
であってもよい。なお、図6、図10等で示されるよう
な、本発明の主要部をなすセラミックヒータ1,1’、
1”の内部構造については、切断等の破壊手段によらな
くても、X線等の透過装置により可視化が可能である。As the resistance heating element of the present invention, a heating element made of metal such as W or W-Re alloy or a heating coil may be used in addition to the ceramic heating element formed of conductive ceramics. In addition, as shown in FIG. 6, FIG. 10, etc., the ceramic heaters 1, 1 '
The internal structure of 1 "can be visualized by an X-ray transmitting device without using a destruction means such as cutting.
【図1】本発明に係るセラミックヒータを用いたグロー
プラグの一例を示す正面部分断面図。FIG. 1 is a partial front sectional view showing an example of a glow plug using a ceramic heater according to the present invention.
【図2】図1のセラミックヒータの正面断面図。FIG. 2 is a front sectional view of the ceramic heater of FIG. 1;
【図3】セラミックヒータの製造工程説明図。FIG. 3 is an explanatory view of a manufacturing process of a ceramic heater.
【図4】図3に続く工程説明図。FIG. 4 is a process explanatory view following FIG. 3;
【図5】図4に続く工程説明図。FIG. 5 is a process explanatory view following FIG. 4;
【図6】本発明に係るセラミックヒータの第一実施例を
示す正面断面図及びA−A横断面図。FIG. 6 is a front sectional view and an AA transverse sectional view showing a first embodiment of the ceramic heater according to the present invention.
【図7】試験例1の測定結果を示す表。FIG. 7 is a table showing measurement results of Test Example 1.
【図8】試験例2の測定結果を示す表。FIG. 8 is a table showing measurement results of Test Example 2.
【図9】試験例3の測定結果を示す表。FIG. 9 is a table showing measurement results of Test Example 3.
【図10】本発明に係るセラミックヒータの別実施例を
示し、図10(a)は第二実施例の正面断面図及びB−
B横断面図、図10(b)は第三実施例のC2−C2縦断
面図及びC1−C1横断面図。FIG. 10 shows another embodiment of the ceramic heater according to the present invention. FIG. 10 (a) is a front sectional view of the second embodiment and FIG.
FIG. 10 (b) is a vertical sectional view of C2-C2 and a horizontal sectional view of C1-C1 of the third embodiment.
【図11】従来のグロープラグのセラミックヒータの構
造を示す模式図。FIG. 11 is a schematic view showing the structure of a ceramic heater of a conventional glow plug.
1 セラミックヒータ 2 先端部 10 セラミック発熱体(抵抗発熱体) 11,12 リード線 13 セラミック基体 21,22 支点 23 荷重点 φD リード線の線径 H セラミック発熱体に対するリード線の軸線
方向の挿入深さ(接続重なり長さ) L 任意のリード線の表面とセラミック基体の
表面との最短距離 R セラミック基体の半径 σ 抗折強度Reference Signs List 1 ceramic heater 2 tip 10 ceramic heating element (resistance heating element) 11, 12 lead wire 13 ceramic base 21, 22 fulcrum 23 load point φD lead wire diameter H insertion depth of lead wire to ceramic heating element in axial direction (Connection overlap length) L Shortest distance between the surface of any lead wire and the surface of the ceramic substrate R Radius of the ceramic substrate σ Flexural strength
Claims (7)
部が前記抵抗発熱体の両端に接続される一対のリード線
とを備え、 前記リード線の接続部における軸直交断面でみて、前記
セラミック基体の半径をRとし、任意の前記リード線の
表面と前記セラミック基体の表面との最短距離(以下、
単に最短距離という)をLとして、0.3≦L/R≦
0.8を満足することを特徴とするセラミックヒータ。1. A shaft-shaped insulating ceramic base, a resistance heating element embedded in the ceramic base, and one end of itself embedded in the ceramic base connected to both ends of the resistance heating element. A pair of lead wires, and a radius of the ceramic base is R, and a shortest distance between an arbitrary surface of the lead wire and a surface of the ceramic base (hereinafter, referred to as a cross section perpendicular to the axis at a connection portion of the lead wires)
Let L be the shortest distance), and 0.3 ≦ L / R ≦
A ceramic heater satisfying 0.8.
成されている請求項1記載のセラミックヒータ。2. The ceramic heater according to claim 1, wherein said lead wire is formed of W or a W alloy.
により形成されたセラミック発熱体である請求項1又は
2記載のセラミックヒータ。3. The ceramic heater according to claim 1, wherein said resistance heating element is a ceramic heating element formed of conductive ceramics.
う成分としてW,Mo,Ti,Ta,Nb,Crから選
ばれた少なくとも1種の炭化物、窒化物又は珪化物を含
有する請求項3記載のセラミックヒータ。4. The conductive ceramic according to claim 3, wherein the conductive ceramic contains at least one kind of carbide, nitride or silicide selected from W, Mo, Ti, Ta, Nb, and Cr. Ceramic heater.
熱体に埋設され、該セラミック発熱体に対する前記リー
ド線の軸線方向の挿入深さHが、0.3≦H≦7mmで
ある請求項3又は4記載のセラミックヒータ。5. An end portion of the lead wire is embedded in the ceramic heating element, and an insertion depth H of the lead wire into the ceramic heating element in an axial direction is 0.3 ≦ H ≦ 7 mm. Or the ceramic heater according to 4.
D≦0.8mmである請求項1ないし5のいずれかに記
載のセラミックヒータ。6. The lead wire having a diameter φD of 0.2 ≦ φ
The ceramic heater according to any one of claims 1 to 5, wherein D ≤ 0.8 mm.
mmの間隔を隔てて配置された2つの支点上に、前記最
短距離を形成する方向を下に向けて載置され、 半径1.5mmの半円柱面を有する荷重点が、前記両支
点間の中央上方であって、前記抵抗発熱体と前記リード
線との軸線方向における接続重なり長さの中点におい
て、上方から当接し、 クロスヘッド速度0.5mm/minの荷重が印加さ
れ、 破断時の最大荷重から導かれる最大曲げ応力を抗折強度
σとして測定したときに、σ≧400MPaである請求
項1ないし6のいずれかに記載のセラミックヒータ。7. It has a semi-cylindrical surface with a radius of 1.5 mm, and
A load point having a semi-cylindrical surface with a radius of 1.5 mm is placed on two fulcrums arranged at a distance of 2 mm with the direction forming the shortest distance facing downward. A load at a crosshead speed of 0.5 mm / min is applied from above at a center of the connection overlap length of the resistance heating element and the lead wire in the axial direction above the center, and a load at a crosshead speed of 0.5 mm / min is applied. 7. The ceramic heater according to claim 1, wherein σ ≧ 400 MPa when a maximum bending stress derived from a maximum load is measured as a bending strength σ.
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