JP2001068257A - 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、高融点金属又は導電性セ
ラミックス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。An object of the present invention is to provide a ceramic heater capable of suppressing or preventing 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.
【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るセラミックヒータであ
って、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、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 ceramic heater having a semi-cylindrical surface with a radius of 1.5 mm, which is embedded in a ceramic base and has a pair of lead wires whose one end is connected to both ends of the resistance heating element. It is placed on two fulcrums spaced apart with the direction of forming the shortest distance (hereinafter simply referred to as the shortest distance) between the surface of any of the lead wires and the surface of the ceramic base facing downward. The load point having a semi-cylindrical surface with a radius of 1.5 mm is located above the center between the two fulcrums, and at the midpoint of the connection overlap length in the axial direction between the resistance heating element and the lead wire, When a load at a crosshead 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 ≧ 400 MPa. .
【０００８】上記本発明によれば、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である抗折強度
（最大曲げ応力）σが４００ＭＰａ以上のセラミックヒ
ータが、確実に得られる。したがって、製造工程を大幅
に変更したりすることなく、クラックや断線の発生を抑
制し又は防止できる。According to the present invention, the bending strength (maximum bending stress) σ, which is a mechanical strength sufficient to suppress or prevent the occurrence of cracks in the resistance heating element and the occurrence of disconnection in the lead wires, is 400 MPa. The above ceramic heater can be obtained reliably. Therefore, the occurrence of cracks and disconnections can be suppressed or prevented without significantly changing the manufacturing process.
【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、機械
的強度を増すために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とき、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, when the lead wire is arranged close to the center axis of the ceramic heater in order to increase the mechanical strength, the resistance heating element in the connection overlapping (buried) portion of the lead wire is also close to the center axis of the ceramic heater, that is, the ceramic heater May be placed away from the surface of the. In this case, it is disadvantageous in view of the heat generation characteristics (heat rise on the heater surface in a short time). However, 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】[0014]
【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.
【００１５】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.
【００１６】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.
【００１７】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.
【００１８】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, on the surface of the ceramic base 13, a region including the exposed portion 12a of the lead wire 12 is provided.
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.
【００１９】［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.
【００２０】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Ａｌ
２Ｏ３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, by pre-press-molding the ceramic powder for forming the ceramic base 13, 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 a rare earth element oxide such as Y 2 O 3 or Yb 2 O 3 may be used instead of Er 2 O 3 . Also, instead of SiO 2, SiO 2 and Al
Or with a mixture of 2 O 3, it may be or using only Al 2 O 3. These preforms 36 and 37 form the ceramic base 13 by a cross section substantially parallel to its axis.
When it is assumed that they are divided, they are formed in a shape corresponding to each of the divided portions, and in portions corresponding to the respective divided surfaces, concave portions 38 each having a shape corresponding to the integral injection molded body 35 are 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.
【００２１】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 buried 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.
【００２２】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).
【００２３】［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．
２〜０．６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 piece 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 2 to 0.6. Note that three test articles were prepared for each L / R.
【００２４】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 samples (three pieces 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.
【００２５】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.
【００２６】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 in 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).
【００２７】以上の抗折強度の測定結果を図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が得られなくなる可能性が高く
なる。FIG. 7 shows the results of the measurement of the transverse rupture strength.
When the resistance strength σ did not reach 400 MPa, it was determined to be a defective product, and the result of the durability test was determined based on whether the defective product was (×) or not (○). As can be seen from 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. 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. The likelihood increases.
【００２８】［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.
【００２９】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].
【００３０】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).
【００３１】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.
【００３２】［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.
【００３３】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].
【００３４】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。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.
【００３５】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 above bending strength and 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.
【００３６】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, and FIG. 10 (a) is a front sectional view and a BB transverse section of a second embodiment which replaces 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.
【００３７】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.
【００３８】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 wire or a heating coil made of metal such as W or W-Re alloy 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 (6)
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
とを備えるセラミックヒータであって、 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、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 ceramic heater comprising a pair of lead wires, comprising a semi-cylindrical surface having a radius of 1.5 mm, and a surface of any of the lead wires and the ceramic being placed on two fulcrums arranged at an interval of 12 mm. A load point having a semi-cylindrical surface with a radius of 1.5 mm is placed above the center between the two fulcrums, and is placed with the shortest distance from the surface of the base facing downward. At the midpoint of the connection overlap length in the axial direction with the lead wire, a contact is applied from above and a load at a crosshead speed of 0.5 mm / min is applied, and the maximum bending stress derived from the maximum load at the time of breakage is determined. A ceramic heater characterized in that σ ≧ 400 MPa when measured as bending strength σ.
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.
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