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JPS6219034B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6219034B2
JPS6219034B2 JP54034938A JP3493879A JPS6219034B2 JP S6219034 B2 JPS6219034 B2 JP S6219034B2 JP 54034938 A JP54034938 A JP 54034938A JP 3493879 A JP3493879 A JP 3493879A JP S6219034 B2 JPS6219034 B2 JP S6219034B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ceramic
temperature
heater
sintered body
heating resistor
Prior art date
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Expired
Application number
JP54034938A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS55126989A (en
Inventor
Shigeyoshi Yamamoto
Nobukazu Sagawa
Noryoshi Nakanishi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Filing date
Publication date
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Priority to DE19803011297 priority patent/DE3011297A1/de
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Publication of JPS6219034B2 publication Critical patent/JPS6219034B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/148—Silicon, e.g. silicon carbide, magnesium silicide, heating transistors or diodes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/48—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明はセラミツクヒータに関し、より詳細に
は、デイーゼルエンジンに装着され副燃焼室内等
を予熱するためのグロープラグのように耐熱衝撃
性に加えて耐久性、信頼性が要求されるセラミツ
クヒータの改良に関する。 第１図に示す従来のセラミツクヒータは、アル
ミナを原料としたセラミツク生シートから成る基
板１に所定の電気抵抗値が得られるように櫛歯
状、渦巻状等の任意の形状、幅、長さの発熱抵抗
パターン３を、マンガン−モリブデン、モリブデ
ン、タングステン粉末等を混練して成るペースト
を用い、スクリーン印刷等いわゆる厚膜手法によ
り形成し、該発熱抵抗パターン３上に別のセラミ
ツク生シートから成る基板２を積層した後、1600
℃付近の温度で還元雰囲気において焼成すること
により製作されている。 なお、発熱抵抗パターン３の端子部３′を露出
させるために、基板２の一部を切欠いておくか、
基板１，２をずらした状態で積層するか、或いは
基板２に発熱抵抗パターン３に通じるスルーホー
ル（図示せず）を設け、このスルーホールを通じ
て基板２の表面に端子部を形成することもでき
る。 露出された端子部にはニツケルメツキ等が施さ
れた後、リード端子がロウ付けされる。 第２図のセラミツクヒータは円筒状に成形され
たものであり、リード端子４間に電圧を印加する
ことにより発熱抵抗体を発熱させる。このセラミ
ツクヒータもアルミナセラミツク焼結体により形
成され且つ発熱抵抗体としてタングステン、モリ
ブデン等の金属ペーストを用いている点で第１図
のものと同じである。 ところが、上記のようにタングステン、モリブ
デン等のペーストの印刷により形成した発熱抵抗
体をアルミナセラミツク焼結体中に内蔵せしめて
成るセラミツクヒータは、耐熱衝撃性が悪い欠点
がある。例えば、長さ30mm×巾10mm×厚さ３mmの
平板状のアルミナセラミツク焼結体中に発熱抵抗
体を埋設したヒータを所定温度に発熱させ、これ
を25℃の水中に投下してセラミツク焼結体にクラ
ツクが発生する温度を調べた結果、200〜240℃の
低温度領域で全数（10本）のセラミツクヒータに
クラツクが発生した。 また、50mmφの円柱状に形成したアルミナセラ
ミツク焼結体中にタングステンペーストの印刷に
より形成して成る発熱抵抗体を埋設したヒータを
常温（20℃）から800℃（ヒータの最高温度領域
における温度）までの急速昇温テストを行つた結
果、５秒より早く立上がらさせると、セラミツク
焼結体にクラツクが発生した。 セラミツクヒータにおいてセラミツク焼結体に
クラツクが発生することは、焼結体の破損を誘発
し、その結果セラミツクヒータとしての機能を果
たさなくなる。このことはグロープラグ等のよう
に信頼性と耐久性が要求されるセラミツクヒータ
については特に問題である。 また、上記のごとく金属ペーストの印刷によつ
て形成し埋設せしめた発熱抵抗体では、1000℃以
上の飽和温度で約30秒保持した後、通電を断にし
60秒間経過後に再び通電して飽和温度まで昇温す
るという繰り返し試験を行い、発熱抵抗体の経時
抵抗値変化を調べた結果、飽和温度1000℃で1500
回繰り返した場合、約10％抵抗値が増加し、飽和
温度が1100℃で1500回繰り返した場合では約20〜
30％の抵抗値増となることが判明した。従つて、
この種のヒータでは長期間使用していると、抵抗
値が変化して同一印加電圧では発熱量が漸減し所
定の加熱温度に達しないという欠点がある。 従つて、本発明の目的は、急速昇温、急速冷却
の過酷な条件下で長期間使用してもセラミツク焼
結体にクラツクが発生し難く且つ抵抗値が実質的
に変化することがなく、耐熱衝撃性と耐久性が優
れた信頼性の高いセラミツクヒータを提供するこ
とにある。 本発明によれば、タングステン、モリブデン等
を主体とする高融点金属の板体又は線体からなる
発熱抵抗体を埋設した窒化珪素、サイアロン、窒
化アルミニウム、炭化珪素等非酸化物系セラミツ
ク材料を焼結した焼結体よりなることを特徴とす
るセラミツクヒータが提供される。 以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。 第３図は本発明のセラミツクヒータの一例を示
し、全体としてHcで示す平板状のセラミツクヒ
ータは炭化珪素質セラミツク焼結体６中に発熱抵
抗体として線条体５が埋設されている。 このヒータHcを製造する方法としては、例え
ば炭化珪素（SiC）に周知の焼結助剤（例えば
B4C、Al2O3等）を添加した原料粉末をホツトプ
レスモールド中に充填し、その上の所定位置にタ
ングステン、モリブデン等を主体とする高融点金
属から成る線条発熱部５′を有する線条体５を配
置し、さらにその上に前記原料粉末を充填し線条
体５を埋設して後、約2000℃でホツトプレス法に
より加圧焼成する。なお、セラミツクヒータとし
ての使用においては、露出している線条体５の両
端部間に電圧を印加することにより発熱させる。 次に、常温時に約0.5Ωの抵抗値を有する0.2mm
φのタングステン線条体５が埋設された体積形状
が70mm×５mm×３mmの炭化珪素質セラミツク焼結
体６から成るセラミツクヒータHcを試料として
次の特性試験を行つた。まず、セラミツクヒータ
Hcに直流電圧14〜18Vを印加し800℃までの立上
りに要する時間と飽和温度を調べた。この結果は
表１に示した。更に、前記セラミツクヒータHc
の試料を５個準備し、これ等に直流電圧13Vを印
加し飽和温度1100℃で30秒保持した後、通電を断
にし60秒経過後に再び通電し飽和温度まで昇温す
るという繰り返し試験を行い、所定サイクル毎に
発熱抵抗体の抵抗値を測定し、その変化量を調べ
た。この結果は表２に示した。 なお、上記試験において測定された温度はヒー
タの最高温度領域における温度である。
【表】
【表】 上記表１から明らかなように、セラミツクヒー
タHcは直流電圧14〜18Vを印加した場合、800℃
までの立上り時間が4.5秒以下であり急速昇温型
として優れており、かつ飽和温度も最高1400℃と
高温度にまで発熱させることができる。 また、繰り返し昇温試験によつても、上記表２
から明らかなように、セラミツクヒータHcは抵
抗値変化がほとんど見られず、従つて安定した高
温加熱特性を備えた信頼性の高いヒータであるこ
とが判る。 次に、他の実施例として、発熱抵抗体であるタ
ングステン、モリブデン等の高融点金属の薄板が
埋設された窒化珪素質セラミツク焼結体のセラミ
ツクヒータを挙げる。 このヒータの製法としては、窒化珪素に周知の
焼結助剤（例えばAl2O3、Y2O3、MgO等の酸化
物）を添加した原料粉末を金型に充填し、所定の
位置に例えば１mmφのスルーホールを有するよう
に成形した後、スルーホール中にタングステンペ
ーストを充填した成形体２個で第４図に示すよう
な櫛歯状にエツチングしたタングステン薄板より
成る発熱抵抗体７を挾み、これをホツトプレス法
により焼成することにより、窒化珪素質セラミツ
ク焼結体１０から成る棒状のセラミツクヒータ
Hnが製作される。 この棒状のヒータHnは第４図に示すように、
中空の取付金具８に先端部を突出させた状態で嵌
着し、これにより発熱抵抗体７の一方の端子がス
ルーホール及び適当な接続導体（図示せず）を介
して取付金具８に接続される。また発熱抵抗体７
の他方の端子もまたスルーホール及び接続導体
（図示せず）を介して外部接続端子９に接続され
てグロープラグが製作される。かくして、前記取
付金具８と外部接続端子９間に電圧が印加されセ
ラミツク焼結体１０内のタングステン薄板より成
る発熱抵抗体７に電流が流れ発熱することによ
り、セラミツクヒータHnがグロープラグとして
機能することになる。 上記のように製作されたグロープラグとしての
セラミツクヒータHnについても前記の場合と同
様の特性試験を行つた。その結果は表３及び表４
に示す通りである。
【表】
【表】 上記表３から明らかなように、セラミツクヒー
タHnは800℃までの立上がり時間は長くて５秒で
あり、18Vの印加電圧の時には3.2秒ときわめて
短時間内に立上がり、かつ飽和温度も1400℃と高
温度まで発熱させることができる。 また、上記表４の結果によれば、繰り返し昇温
試験においてもタングステン薄板より成る発熱抵
抗体７の抵抗値はほとんど変化していないことか
ら、セラミツクヒータHnは長期間反復使用して
も常に安定な高温加熱特性を発揮し耐久性と信頼
性に優れたヒータであることが判る。 次に、タングステン薄板が埋設された窒化珪素
質セラミツク焼結体である、長さ30mm×巾10mm×
厚さ３mmの平板状セラミツクヒータ10個を各々所
定温度に加熱し、５秒以内にこれを25℃の水中に
投下して該セラミツク焼結体にクラツクが発生す
る温度を調べたところ、従来のアルミナセラミツ
ク焼結体が200℃〜240℃であつたのに比べ２倍以
上の500〜550℃の結果が得られ、急冷による耐熱
衝撃性が優れていることが判つた。 また、第４図で示した形状の窒化珪素質セラミ
ツク焼結体１０中にタングステン線より成る発熱
抵抗体が埋設されてなるヒータの急速昇温による
耐熱衝撃性を試験した結果、室温20℃から800℃
まで昇温する時間が３秒以上の時はクラツクは発
生せず、それ以上早く、例えば２秒で昇温させた
場合にクラツクが発生した。かくして窒化珪素質
セラミツク焼結体をヒータに用いた場合は、アル
ミナセラミツク焼結体を用いたものが５秒より早
く800℃に昇温させるとクラツクが発生するのに
比べて、急速昇温による耐熱衝撃性の点でも優れ
たものであることが判つた。 上述した実施例においては、炭化珪素、窒化珪
素の非酸化物系セラミツク焼結体を用いた代表例
を記載したが、これ以外にサイアロン（Si3N4＋
Al2O3系、Si3N4＋AlN＋SiO2系）や窒化アルミニ
ウムのセラミツク焼結体についても上記と同様の
結果が得られることを確認している。 以上のように、本発明は、窒化珪素、サイアロ
ン、炭化珪素等の非酸化物系セラミツクの原料粉
末や生シートの未焼成体中にタングステン、モリ
ブデン等を主体とする高融点金属から成る板体も
しくは線体の発熱抵抗体を埋設し焼結したセラミ
ツクヒータであつて、従来技術のような金属ペー
ストの印刷により得られた発熱抵抗体を有するタ
イプのセラミツクヒータとは異なり、よつて本発
明によれば、急速昇温・冷却の過酷な条件下でも
セラミツク焼結体にクラツクが発生し難く耐熱衝
撃性に優れたセラミツクヒータが提供される。 従つてこのヒータをグロープラグに適用するこ
とは、燃料が加熱中のセラミツクヒータ部分に滴
下したような場合でも、セラミツク焼結体にクラ
ツクが入り破損することがないため、好ましい適
用例といえる。 また、本発明のセラミツクヒータは長時間の繰
り返し使用によつても抵抗値変化が極めて少ない
ため耐久性と信頼性が要求されるヒータとして有
効に利用され得る。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来のアルミナセラミツクヒータを説
明するための製造工程中途図、第２図は従来の円
筒状アルミナセラミツクヒータの一部を破断した
図、第３図は本発明セラミツクヒータの実施例を
示す斜視図、第４図は本発明のセラミツクヒータ
を適用したグロープラグを一部破断して示す図で
ある。 ５：線条発熱抵抗体、６：炭化珪素質セラミツ
ク焼結体、７：薄板発熱抵抗体、１０：窒化珪素
質セラミツク焼結体。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ タングステン、モリブデン等を主体とする高
    融点金属の板体又は線体からなる発熱抵抗体を埋
    設した窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウ
    ム、炭化珪素等非酸化物系セラミツク材料を焼結
    した焼結体よりなることを特徴とするセラミツク
    ヒータ。
JP3493879A 1979-03-24 1979-03-24 Ceramic heater Granted JPS55126989A (en)

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