JP2002124363A - Ceramic heater - Google Patents
Ceramic heaterInfo
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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９（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１０２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
たセラミック抵抗発熱体１０４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抵抗発熱体１
０４の各端部内に埋設することによりこれに接続され
る。2. Description of the Related Art Conventionally, for example, as shown in FIG.
A glow plug 100 in which a ceramic heater 102 is held at the tip of a metal outer cylinder 101 is known, and is used for accelerating the start of a diesel engine or the like. The ceramic heater 102 embeds, for example, a ceramic resistance heating element 104 made of conductive ceramic at the tip of a rod-shaped insulating ceramic base 103, and conducts electricity through lead wires 105 connected to both ends thereof. This is configured to generate resistance heat. Here, the lead wire 105 has a tip portion connected to the ceramic resistance heating element 1.
It is connected to this by embedding it in each end of 04.
【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は製造中あるいは使用中に、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９（ｂ））。例
えば、セラミックヒータ１０２（セラミック基体１０
３）の表面研磨工程や、グロープラグ１００へ組立てる
際の外筒１０１のろう付け時等において機械的な外力
（特に、セラミック基体１０３の軸線方向に関する曲げ
応力）を受けると上記のようなクラックや断線を生ずる
場合がある。また、ホットプレス等による焼成後の冷却
時や、もしくはヒータ使用時の通電発熱／冷却によりセ
ラミック発熱体１０４に冷熱サイクルが加わったときに
生ずる熱応力も、クラックや断線等の原因となりうる。In such a ceramic heater 102, cracks K occur in the ceramic heating element 104 during production or use, or the lead wire 105
May cause a disconnection S (FIG. 9B). For example, the ceramic heater 102 (ceramic base 10
If a mechanical external force (particularly bending stress in the axial direction of the ceramic base 103) is applied during the surface polishing step 3) or during the brazing of the outer cylinder 101 when assembling to the glow plug 100, cracks such as those described above may occur. A disconnection may occur. Further, thermal stress generated when cooling after baking by a hot press or the like, or when a heating / cooling cycle is applied to the ceramic heating element 104 due to energized heating / cooling when using a heater can also cause cracks and disconnections.
【０００４】本発明の課題は、リード線との接続部にお
けるセラミック抵抗発熱体へのクラックの発生、あるい
はリード線における断線の発生を効果的に抑制ないし防
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 effectively suppressing or preventing the occurrence of cracks in a ceramic resistance heating element at a connection portion with a lead wire or the occurrence of disconnection in a lead wire. .
【０００５】[0005]
【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の、第一
の構成は、軸状のセラミック基体と、該セラミック基体
に埋設されるセラミック抵抗発熱体と、該セラミック抵
抗発熱体への通電のため、該セラミック抵抗発熱体に各
々一方の端部が接続される１対のリード線とを備え、セ
ラミック抵抗発熱体は、本体部と、該本体部に各々一方
の端部側が一体化され、他端側がセラミック基体の軸線
方向に延びる１対のリード線接続部とを有し、各リード
線の端部は、各々対応するリード線接続部の本体部への
接続側と反対側の端部に対し、該リード線接続部の軸線
方向において所定長重なる形で接続されるとともに、各
リード線接続部に対するリード線端部の重なり区間に
て、該リード線接続部の断面積が最大となる位置におい
てセラミック基体を軸線と直交する平面により切断した
ときに、その断面において、１対のリード線は対応する
各リード線接続部の幾何学的重心位置からセラミック基
体の中心側に寄る形で偏心して位置するとともに、各リ
ード線接続部の断面積をＨＡ、対応するリード線の断面
積をＬＡとして、ＬＡ／ＨＡが０．０２以上０．７未満
の範囲に調整されていることを特徴とする。In order to solve the above problems, a first configuration of a ceramic heater according to the present invention comprises a shaft-shaped ceramic base and a ceramic resistor embedded in the ceramic base. A heating element; and a pair of lead wires each having one end connected to the ceramic resistance heating element for energizing the ceramic resistance heating element. The body has one end integrated with each other, and the other end has a pair of lead wire connecting portions extending in the axial direction of the ceramic base, and each of the lead wires has a corresponding lead wire connecting portion. Are connected to the end opposite to the connection side to the main body in the form of a predetermined length overlap in the axial direction of the lead wire connection portion, and in the overlap section of the lead wire end portion for each lead wire connection portion. , The lead wire connection When the ceramic substrate is cut along a plane perpendicular to the axis at a position where the cross-sectional area of the ceramic substrate is maximized, a pair of the lead wires in the cross-section are moved from the geometric center of gravity of each corresponding lead wire connection to the ceramic substrate. The eccentric position is set closer to the center side, and the cross-sectional area of each lead wire connection portion is adjusted to HA, and the cross-sectional area of the corresponding lead wire is set to LA, and LA / HA is adjusted to a range of 0.02 or more and less than 0.7. It is characterized by having been done.
【０００６】また、本発明のセラミックヒータの、第二
の構成は、軸状のセラミック基体と、該セラミック基体
に埋設されるセラミック抵抗発熱体と、該セラミック抵
抗発熱体への通電のため、該セラミック抵抗発熱体に各
々一方の端部が接続される１対のリード線とを備え、セ
ラミック抵抗発熱体は、本体部と、該本体部に各々一方
の端部側が一体化され、他端側がセラミック基体の軸線
方向に延びる１対のリード線接続部とを有し、各リード
線の端部は、各々対応するリード線接続部の本体部への
接続側と反対側の端部に対し、該リード線接続部の軸線
方向において所定長重なる形で接続されるとともに、各
リード線接続部に対するリード線端部の重なり区間に
て、該リード線接続部の断面積が最大となる位置におい
てセラミック基体を軸線と直交する平面により切断した
ときに、その断面において、各リード線接続部は、対向
方向に沿って短軸が位置する楕円状の断面形状を有する
とともに、各リード線接続部の断面積をＨＡ、対応する
リード線の断面積をＬＡとして、ＬＡ／ＨＡが０．０２
以上０．７未満の範囲に調整されていることを特徴とす
る。A second structure of the ceramic heater according to the present invention comprises a shaft-shaped ceramic base, a ceramic resistance heating element embedded in the ceramic base, and a power supply to the ceramic resistance heating element. The ceramic resistance heating element includes a pair of lead wires each having one end connected thereto. The ceramic resistance heating element includes a main body, one end of which is integrated with the main body, and the other end. A pair of lead wire connecting portions extending in the axial direction of the ceramic base, and the end of each lead wire is connected to the end of the corresponding lead wire connecting portion on the side opposite to the connection side to the main body portion, At the position where the cross-sectional area of the lead wire connection portion is maximized in the overlapping section of the lead wire end portion with respect to each lead wire connection portion while being connected so as to overlap by a predetermined length in the axial direction of the lead wire connection portion. The substrate When cut by a plane perpendicular to the line, in the cross section, each lead wire connecting portion has an elliptical cross-sectional shape where the short axis is located along the facing direction, and the cross-sectional area of each lead wire connecting portion is HA / LA is 0.02, where LA is the cross-sectional area of the corresponding lead wire.
It is characterized in that it is adjusted to a range of not more than 0.7.
【０００７】上記２つの構成においては、セラミック抵
抗発熱体にセラミック基体の軸線方向に延びる１対のリ
ード線接続部が形成され、各リード線の端部が、各々対
応するリード線接続部の端部に対し軸線方向において所
定長重なる形で接続される。そして、本発明者らが鋭意
検討を重ねた結果、前記のようなクラックや断線を防止
ないし抑制するためには、リード線接続部の断面積ＨＡ
が、リード線の断面積ＬＡに対して特有の比率をなす形
で設定されているこが重要であることを見出して、本発
明を完成するに至った。In the above two constitutions, a pair of lead wire connecting portions extending in the axial direction of the ceramic base are formed on the ceramic resistance heating element, and the ends of each lead wire are connected to the ends of the corresponding lead wire connecting portions. The parts are connected so as to overlap by a predetermined length in the axial direction. As a result of intensive studies conducted by the present inventors, in order to prevent or suppress such cracks and disconnections as described above, the cross-sectional area HA of the lead wire connection portion has to be reduced.
However, it has been found that it is important that the ratio is set in a specific ratio with respect to the cross-sectional area LA of the lead wire, and the present invention has been completed.
【０００８】具体的には、ＬＡ／ＨＡを一定レベル以上
に大きくすること、すなわち０．０２以上とすることに
より、例えば、セラミックヒータの表面研磨工程や、グ
ロープラグへ組立てる際の外筒のろう付け時等におい
て、機械的な外力、特に、セラミック基体の軸線方向に
関する曲げ応力が加わった場合に、セラミック抵抗発熱
体のリード線接続部にクラックを生じたり、リード線に
断線を生じたりする不具合を効果的に防止ないし抑制で
きる。また、ホットプレス等による焼成後の冷却時や、
もしくはヒータ使用時の通電発熱／冷却による冷熱サイ
クルが加わったときの熱応力に対する耐久性も高めら
れ、該熱応力に由来した上記クラックや断線も生じにく
くすることができる。Specifically, by increasing LA / HA to a certain level or more, that is, to 0.02 or more, for example, a surface polishing step of a ceramic heater or a brazing of an outer cylinder when assembling to a glow plug. At the time of attachment, when mechanical external force, especially bending stress in the axial direction of the ceramic substrate is applied, cracks may occur at the lead wire connection part of the ceramic resistance heating element, or the lead wire may break. Can be effectively prevented or suppressed. In addition, at the time of cooling after firing by hot pressing or the like,
Alternatively, the durability against thermal stress when a cooling / heating cycle by applying heat / cooling when a heater is used is increased, and the cracks and disconnections caused by the thermal stress can be hardly generated.
【０００９】なお、ＬＡ／ＨＡがあまりに大きくなりす
ぎると、リード線の表面からセラミック基体表面まで
の、基体軸線に関する半径方向の距離、すなわち、リー
ド線表面を基準としてみたセラミック構成部分（すなわ
ち、リード線接続部＋セラミック基体部分）の厚みが不
足してセラミックヒータの曲げ強度が損なわれることに
つながる。本発明では、このような観点から、ＬＡ／Ｈ
Ａを０．７未満の範囲にて調整する。If LA / HA becomes too large, the radial distance from the lead wire surface to the ceramic substrate surface with respect to the substrate axis, that is, the ceramic component (ie, the lead) with reference to the lead wire surface. Insufficient thickness of the wire connecting portion + the ceramic base portion) leads to a deterioration in the bending strength of the ceramic heater. In the present invention, from such a viewpoint, LA / H
Adjust A in a range of less than 0.7.
【００１０】そして、本発明のセラミックヒータの、第
一の構成では、例えば図４に示すように、上記の断面に
おいて、リード線１１，１２は対応する各リード線接続
部１０ｂ２の幾何学的重心位置Ｇからセラミック基体の
中心（中心軸線Ｏの位置である：以下、「中心Ｏ」とも
記載する）側に寄る形で偏心して配置される。すなわ
ち、セラミック基体１３の軸線方向に関する曲げ応力が
作用したときに、リード線１１，１２を、そのような曲
げ応力に関して中立線となるセラミック基体１３の中心
軸線Оに近づけて配置できる。In the first configuration of the ceramic heater according to the present invention, for example, as shown in FIG. 4, in the above-described cross section, the lead wires 11 and 12 are located at the geometrical centers of gravity of the corresponding lead wire connecting portions 10b2. The ceramic base is eccentrically arranged from the position G toward the center of the ceramic base (position of the center axis O: hereinafter also referred to as “center O”). That is, when a bending stress is applied to the ceramic base 13 in the axial direction, the lead wires 11 and 12 can be arranged closer to the center axis О of the ceramic base 13 which is a neutral line with respect to such bending stress.
【００１１】また、リード線１１，１２がリード線接続
部１０ｂ２に対してセラミック基体１３の中心Ｏ側に偏
心しているということは、リード線接続部１０ｂ２はリ
ード線１１，１２に対して、セラミック基体１３の外周
面側に相対的に偏って位置していることを意味する。す
なわち、リード線接続部１０ｂ２の外面がセラミック基
体１３の外周面に近づくことで、ヒータの発熱効率が高
められるとともに、セラミック基体１３の表面の温度分
布も均一化でき、通電発熱／冷却が繰り返されたとき
に、クラックや断線の発生を助長するような熱応力分布
も生じにくくなる。これらのことから、ＬＡ／ＨＡを前
述の範囲に調整する構成との相乗作用により、リード線
接続部へのクラック発生やリード線の断線等を一層効果
的に防止できる。The fact that the lead wires 11 and 12 are eccentric to the center O side of the ceramic base 13 with respect to the lead wire connecting portion 10b2 means that the lead wire connecting portion 10b2 is It means that it is located relatively deviated toward the outer peripheral surface side of the base 13. That is, by making the outer surface of the lead wire connection portion 10b2 closer to the outer peripheral surface of the ceramic base 13, the heat generation efficiency of the heater can be increased, the temperature distribution on the surface of the ceramic base 13 can be made uniform, and the current generation / cooling is repeated. In such a case, a thermal stress distribution that promotes the occurrence of cracks and disconnections is less likely to occur. From these facts, the synergistic effect with the configuration of adjusting the LA / HA to the above-mentioned range can more effectively prevent the occurrence of cracks in the lead wire connection portion and the breakage of the lead wire.
【００１２】一方、本発明のセラミックヒータの、第二
の構成では、図４に示すように、各リード線接続部１０
ｂ２，１０ｂ２は、対向方向に沿って短軸が位置する楕
円状の断面形状を呈するように形成されている。これに
よると、リード線接続部１０ｂ２，１０ｂ２の、各々セ
ラミック基体１３の中心軸線に面しているのと反対側の
外形線が、セラミック基体１３の外形線に沿う形態とな
り、セラミック発熱体の一部をなすリード線接続部１０
ｂ２，１０ｂ２の表面からセラミック基体１３の表面ま
での距離が均等化するので、セラミック基体１３の表面
の温度分布をも均一化でき、通電発熱／冷却が繰り返さ
れたときに、クラックや断線の発生を助長するような熱
応力分布も生じにくくなる。これらのことから、ＬＡ／
ＨＡを前述の範囲に調整する構成との相乗作用により、
リード線接続部へのクラック発生やリード線の断線等を
一層効果的に防止できる。なお、本第二の構成は、当然
に前記第一の構成と組み合わせることができる。On the other hand, in the second configuration of the ceramic heater according to the present invention, as shown in FIG.
b2 and 10b2 are formed to have an elliptical cross-sectional shape in which the short axis is located along the facing direction. According to this, the outlines of the lead wire connecting portions 10b2 and 10b2 on the opposite side to the center axis of the ceramic base 13 are formed along the outlines of the ceramic base 13, and one of the ceramic heating elements is formed. Lead wire connecting part 10
Since the distances from the surfaces of b2 and 10b2 to the surface of the ceramic base 13 are equalized, the temperature distribution on the surface of the ceramic base 13 can also be made uniform, and cracks and breaks occur when current generation / cooling is repeated. Is less likely to occur in the thermal stress distribution. From these, LA /
By synergy with the configuration for adjusting the HA to the above-described range,
It is possible to more effectively prevent the occurrence of cracks in the lead wire connection portion and the breakage of the lead wire. The second configuration can be combined with the first configuration as a matter of course.
【００１３】[0013]
【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.
【００１４】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形態、例えばＵ字形態に形成された
本体部１０ａと、その本体部１０ａの各基端部から同方
向に延びる２本の直線状のリード線接続部１０ｂとを有
するセラミック抵抗発熱体１０を備えている。さらに、
セラミック抵抗発熱体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。そのセラミック抵抗発熱体１０は、セラミックヒー
タ１の先端部２において、その本体部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 the other base end. A ceramic resistance heating element having a main body 10a formed in a shape leading to a portion, for example, a U-shape, and two linear lead wire connecting portions 10b extending in the same direction from the base ends of the main body 10a. 10 is provided. further,
The ends of a pair of linear or rod-like lead wires 11 and 12 are embedded in both ends of the ceramic resistance heating element 10. The ceramic resistance heating element 10 is embedded at the tip 2 of the ceramic heater 1 so that the main body 10a faces the tip of the ceramic heater 1.
【００１５】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抵抗発熱体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
（１２）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 resistance heating element 10. The one (12) is in the outer cylinder 3, the other (11) is near the other end of the ceramic base 13, and the rear end is exposed on the surface of the ceramic base 13, respectively. Parts 12a and 11a are formed.
【００１６】セラミック抵抗発熱体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，
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セラミック
スを主体に構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）、
炭化珪素（ＳｉＣ）などを使用することをできる。一
方、セラミック基体１３は、主に絶縁性のセラミック
ス、例えば窒化珪素質セラミックやアルミナ質セラミッ
クにて構成される。なお、セラミック抵抗発熱体１０に
は、セラミック基体１３との間の熱膨張率差を縮小する
ために、セラミック基体１３の主体となる絶縁性セラミ
ックスと同種のセラミックス成分を、導電性を損なわな
い範囲で配合することができる。他方、セラミック基体
１３には、同様の目的にてセラミック抵抗発熱体１０ｂ
の主体となる導電性セラミック成分を、絶縁性を損なわ
ない範囲で配合することができる。他方、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。The ceramic resistance heating element 10 is made of a ceramic having conductivity, for example, W,
It can be mainly composed of a ceramic containing at least one carbide, nitride or silicide selected from Mo, Ti, Ta, Nb and Cr. Specifically, tungsten carbide (WC), molybdenum silicide (MoSi 2 ),
Silicon carbide (SiC) or the like can be used. On the other hand, the ceramic base 13 is mainly composed of an insulating ceramic, for example, a silicon nitride ceramic or an alumina ceramic. In order to reduce the difference in the coefficient of thermal expansion between the ceramic resistance heating element 10 and the ceramic substrate 13, a ceramic component of the same type as the insulating ceramic that is the main component of the ceramic substrate 13 is used in a range that does not impair the conductivity. Can be blended. On the other hand, the ceramic base 13 is provided with a ceramic resistance heating element 10b for the same purpose.
The conductive ceramic component, which is the main component of the above, can be blended as long as the insulating property is not impaired. On the other hand, 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.
【００１７】図２において、セラミック基体１３の表面
には、それらリード線１１，１２の一方のもの、ここで
はリード線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、他方
のリード線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１
１を介してセラミック抵抗発熱体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、セラミック抵抗発熱体１０
は抵抗発熱することとなる。In FIG. 2, a thin metal layer (not shown) of nickel or the like (not shown) is provided on the surface of the ceramic base 13 in a region including one of the lead wires 11 and 12, here, the exposed portion 12 a of the lead wire 12. ) Is formed by a predetermined method (for example, plating or vapor phase film forming method). The ceramic base 13 and the outer cylinder 3 are joined by brazing via the thin metal layer, and the lead wire 12 is electrically connected to the outer cylinder 3 via the exposed portion 12a. Similarly, a thin metal layer is also formed in a region including the exposed portion 11a of the other lead wire 11, and the joining member 5 is brazed thereto. With such a configuration, the metal shaft 6 (FIG. 1), the coupling member 5 and the lead 1
, A current is supplied to the ceramic resistance heating element 10 via the lead wire 1, the outer cylinder 3, and the metal housing 4.
(FIG. 1) and an engine block (not shown). By this energization, the ceramic resistance heating element 10
Will generate resistance heat.
【００１８】図３は、セラミックヒータ１の先端要部の
縦断面構造を示す。リード線接続部１０ｂは、本体部１
０ａと断面積が略等しい（図では幅が略等しい）先端側
部分１０ｂ１と、本体部１０ａよりも断面積が大きい
（図では先端側部分１０ｂ１から中心軸側のみ拡幅し、
本体部１０ａよりも幅が大きい）基端側部分１０ｂ２と
から形成されている。なお、基端側部分１０ｂ２の基端
面外側の縁部には、冷熱サイクル等が付加された時の応
力集中を避けるために、アール部１０ｒ（テーパ部でも
よい）が形成されている。FIG. 3 shows a vertical cross-sectional structure of a main part of the tip of the ceramic heater 1. The lead wire connecting portion 10b is connected to the main body 1
0a has a cross-sectional area substantially equal to the cross-sectional area (the width is substantially equal in the figure), and the tip-side portion 10b1 has a larger cross-sectional area than the main body 10a (in the drawing, only the central axis side is widened from the front-side portion 10b1)
(The width is larger than the main body 10a). A rounded portion 10r (may be a tapered portion) is formed at an outer edge of the base end surface of the base end portion 10b2 to avoid stress concentration when a cooling and heating cycle or the like is applied.
【００１９】図４は、図３において、リード線端部１０
ｂに対するリード線１１，１２の重なり区間（埋設区
間）にて、該リード線接続部１０ｂ（１０ｂ２）の断面
積が最大となる位置においてセラミック基体１３の軸線
Оと直交する平面により切断したときの、その断面（Ａ
−Ａ）を示している。１対のリード線１１，１２は対応
する各リード線接続部１０ｂ２，１０ｂ２の幾何学的重
心位置Ｇから、セラミック基体１３の中心О側に寄る形
で偏心して位置している。また、各リード線接続部１０
ｂ２，１０ｂ２の断面積をＨＡ、対応するリード線１
１，１２の断面積をＬＡとして、ＬＡ／ＨＡが０．０２
以上０．７未満の範囲に調整されている。このようにす
ることの作用・効果は、すでに課題を解決するための手
段及び作用・効果の欄にて説明済みである。FIG. 4 is a cross-sectional view of FIG.
In the overlapping section (embedded section) of the lead wires 11 and 12 with respect to b, the position where the cross-sectional area of the lead wire connecting portion 10b (10b2) is maximized when cut by a plane orthogonal to the axis О of the ceramic base 13 , Its cross section (A
-A). The pair of lead wires 11 and 12 are eccentrically located closer to the center О side of the ceramic base 13 from the geometric center of gravity G of the corresponding lead wire connecting portions 10b2 and 10b2. In addition, each lead wire connection portion 10
b2 and 10b2 are HA and the corresponding lead wire 1
LA / HA is 0.02, where LA is the cross-sectional area of 1,12.
It is adjusted to a range of not less than 0.7. The operation and effect of this configuration have already been described in the section of the means for solving the problem and the operation and effect.
【００２０】リード線接続部１０ｂ２，１０ｂ２はセラ
ミック基体１３の中心軸線Оを挟んで互いに対向する形
にて配置され、上記断面において各リード線接続部（基
端側部分）１０ｂ２，１０ｂ２は、対向方向における寸
法Ｄが、これと直交する方向における寸法Δよりも小と
なる断面形状を有している。このような断面形態となす
ことで、リード線接続部１０ｂ２，１０ｂ２の、各々セ
ラミック基体１３の中心軸線に面しているのと反対側の
外形線が、セラミック基体１３の外形線に沿う形態とな
り、セラミック発熱体の一部をなすリード線接続部１０
ｂ２，１０ｂ２の表面からセラミック基体１３の表面ま
での距離が均等化するので、セラミック基体１３の表面
の温度分布を均一化することができる。The lead wire connecting portions 10b2 and 10b2 are arranged so as to face each other with the center axis О of the ceramic base 13 therebetween. In the above-mentioned cross section, each lead wire connecting portion (base end portion) 10b2 and 10b2 faces each other. The dimension D in the direction has a cross-sectional shape that is smaller than the dimension Δ in a direction perpendicular to the direction. With such a cross-sectional configuration, the outer lines of the lead wire connecting portions 10b2 and 10b2 opposite to the central axis of the ceramic substrate 13 are formed along the outer lines of the ceramic substrate 13. Lead wire connecting part 10 forming a part of ceramic heating element
Since the distance from the surfaces of b2 and 10b2 to the surface of the ceramic base 13 is equalized, the temperature distribution on the surface of the ceramic base 13 can be made uniform.
【００２１】図４に示すように、本実施形態では、リー
ド線接続部１０ｂ２，１０ｂ２は、対向方向に沿って短
軸が位置する楕円状の断面形状を有するものとして形成
している。楕円状の形態は、後述するホットプレス焼成
による製造時に、リード線接続部となるべき円状断面の
成形体を圧縮することで、比較的容易に製造できる利点
がある。他方、図８に示すように、リード線接続部１０
ｂを、円弧状の外形線部分がセラミック基体１３の外形
線に倣う形で配置される半月状の断面形状を有するもの
として構成することもできる。このようにすると、リー
ド線接続部１０ｂ，１０ｂの表面からセラミック基体１
３の表面までの距離を均等化する効果をさらに高めるこ
とができる。なお、図８の例では、リード線接続部１０
ｂを略一様な軸断面積を有する半円柱状に形成してい
る。また、基端面の外側縁部には、テーパ部１０ｔを形
成している。As shown in FIG. 4, in this embodiment, the lead wire connecting portions 10b2 and 10b2 are formed as having an elliptical cross-sectional shape where the short axis is located along the facing direction. The elliptical form has an advantage that it can be relatively easily manufactured by compressing a molded body having a circular cross section to be a lead wire connecting part during manufacturing by hot press firing described later. On the other hand, as shown in FIG.
b may be configured to have a semilunar cross-sectional shape in which the arc-shaped outline portion follows the outline of the ceramic base 13. By doing so, the ceramic base 1 is separated from the surfaces of the lead wire connecting portions 10b, 10b.
The effect of equalizing the distance to the surface of No. 3 can be further enhanced. Note that, in the example of FIG.
b is formed in a semi-cylindrical shape having a substantially uniform axial cross-sectional area. A tapered portion 10t is formed on the outer edge of the base end face.
【００２２】図４に戻り、楕円状に形成されたリード線
接続部１０ｂ２の長軸長Δと短軸長Ｄとの比Δ／Ｄは、
１．５〜２．５の範囲で調整するのがよい。Δ／Ｄが
１．５未満になるか、あるいは２．５を超えると、いず
れの場合もセラミック基体１３の表面の温度分布を均一
化する効果が小さくなる不具合を生じやすくなる。Referring back to FIG. 4, the ratio Δ / D of the major axis length Δ and the minor axis length D of the elliptical lead wire connecting portion 10b2 is as follows.
It is preferable to adjust in the range of 1.5 to 2.5. When Δ / D is less than 1.5 or more than 2.5, in any case, the effect of reducing the effect of uniformizing the temperature distribution on the surface of the ceramic base 13 is likely to be reduced.
【００２３】また、リード線１１，１２の内縁からリー
ド線接続部１０ｂ２の内縁に至る部分の肉厚をｔとした
ときに、リード線接続部１０ｂ２の短軸長Ｄに対する比
ｔ／Ｄは、０．１〜０．４となっているのがよい。該比
が０．１未満では当該部分での肉厚不足により、リード
線接続部１０ｂ２の強度が不足してクラック等が生じや
すくなり、０．４を超えると、リード線１１，１２の偏
心配置効果が不十分となる。さらに、上記ｔのセラミッ
ク基体１３の外形寸法Ｑに対する比ｔ／Ｑは、０．０２
５〜０．１２５となっているのがよい。該比が０．０２
５未満になると、リード線接続部１０ｂ２の肉厚が不足
して強度が低下し、クラック発生等の原因につながる場
合がある。他方、０．１２５を超えると、リード線１
１，１２の偏心配置効果が不十分となる。When the thickness from the inner edge of the lead wires 11 and 12 to the inner edge of the lead wire connecting portion 10b2 is t, the ratio t / D to the minor axis length D of the lead wire connecting portion 10b2 is as follows. It is good to be 0.1-0.4. If the ratio is less than 0.1, the strength of the lead wire connecting portion 10b2 is insufficient due to insufficient wall thickness at the portion, and cracks and the like are likely to occur. If the ratio exceeds 0.4, the eccentric arrangement of the lead wires 11 and 12 is caused. The effect is insufficient. Further, the ratio t / Q of the above t to the outer dimension Q of the ceramic base 13 is 0.02.
It is good to be 5-0.125. The ratio is 0.02
If it is less than 5, the thickness of the lead wire connecting portion 10b2 may be insufficient and the strength may be reduced, which may lead to a crack or the like. On the other hand, if it exceeds 0.125, lead wire 1
The eccentric arrangement effects of 1 and 12 become insufficient.
【００２４】次に、図３に示すように、リード線接続部
１０ｂにおける軸直交断面でみて、セラミック基体１３
の半径をＲとし、リード線１１，１２の表面における任
意位置と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を満足することが望ましい。Next, as shown in FIG. 3, the ceramic base 13
Is R, and the shortest distance (hereinafter simply referred to as the shortest distance) between an arbitrary position on the surface of the lead wires 11 and 12 and the surface of the ceramic base is L, and 0.3 ≦ L / R ≦ 0.
8 is desirably satisfied.
【００２５】これによれば、セラミック基体１３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１１，１２を応力に
関して中立線となるセラミックヒータ２の中心軸線Ｏ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、セラミック抵抗発熱体１０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、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１〜２ｍｍの場合において、上記効果を一層高めるこ
とができる。According to this, when the radius of the ceramic base 13 is R and the shortest distance is L, 0.3 ≦ L / R ≦ 0.
By setting to 8, the lead wires 11 and 12 can be arranged closer to the central axis O of the ceramic heater 2 which is a neutral line with respect to stress. Therefore, in the manufacturing stage or the use stage, the occurrence of cracks in the ceramic resistance heating element 10 and the occurrence of disconnection in the lead wires 11 and 12 can be reduced without significantly changing the manufacturing process.
Can be suppressed or prevented. The radius R of the ceramic substrate
When the thickness is 1 to 2 mm, the above effect can be further enhanced.
【００２６】セラミック抵抗発熱体１０のリード線接続
部１０ｂ２に埋設されるリード線１１，１２の端部は、
リード線軸線方向における埋設深さ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１１，１２のセラミック抵抗発熱体１０からの脱落
やリード線１１，１２とセラミック抵抗発熱体１０との
間に導通不良を生じやすくなる場合がある。また、７ｍ
ｍを超えると、リード線１１，１２の接触面積が増大す
るため、セラミック抵抗発熱体１０との反応層の領域が
増える。The ends of the lead wires 11 and 12 embedded in the lead wire connecting portion 10b2 of the ceramic resistance heating element 10 are:
The burying depth H in the lead wire axis direction is 0.3 ≦ H ≦
It can be set to 7 mm. If the thickness is less than 0.3 mm, the lead wires 11 and 12 may fall off from the ceramic resistance heating element 10 or a conduction failure may easily occur between the lead wires 11 and 12 and the ceramic resistance heating element 10. Also, 7m
When m exceeds m, the contact area between the lead wires 11 and 12 increases, and the area of the reaction layer with the ceramic resistance heating element 10 increases.
【００２７】例えば、図９を援用して説明すると、クラ
ックＫや断線Ｓが発生するのは、セラミックヒータ１０
２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とセラミック抵抗発
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。反応層は、リード線１０５としてＷ
（タングステン）あるいはＷ合金が使用される場合に、
特に形成されやすい。For example, referring to FIG. 9, the crack K and the disconnection S are caused by the ceramic heater 10.
During the hot press sintering in the manufacturing process of No. 2, the residual carbon content contained in the organic binder not removed in the degreasing step forms a reaction layer T on the surface of the lead wire 105, and this reaction layer T has a mechanical strength. This is probably due to the weak area. 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 the coefficient of thermal expansion between the lead wire 105 and the ceramic resistance heating element 104 is related to the occurrence of the crack K and the disconnection S due to the difference in the material. The reaction layer is made of W as the lead wire 105.
When (tungsten) or W alloy is used,
In particular, it is easily formed.
【００２８】いずれにせよ、反応層Ｔ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、図３において、リード線１１，１２を
０．３≦Ｈ≦７ｍｍとなる範囲でセラミック抵抗発熱体
１０に埋設することにより、セラミックヒータ１の機械
的強度を確保できるとともに、セラミックヒータ１の製
造工程中に、リード線１１，１２とセラミック抵抗発熱
体１０との間に導通不良を生じたり、リード線１１，１
２が折れたりする不良を減らすことができるため、製品
歩留まりが向上する。In any case, when the area of the reaction layer T increases, the possibility that the mechanical strength of this part lowers increases. Therefore, in FIG. 3, by embedding the lead wires 11 and 12 in the ceramic resistance heating element 10 within a range of 0.3 ≦ H ≦ 7 mm, the mechanical strength of the ceramic heater 1 can be ensured and the ceramic heater 1 can be secured. During the manufacturing process, poor conduction may occur between the lead wires 11 and 12 and the ceramic resistance heating element 10 or the lead wires 11 and 1
Since the number of defects such as breakage of 2 can be reduced, the product yield is improved.
【００２９】また、リード線１１，１２の線径φｄは、
０．２≦φｄ≦１．２ｍｍに設定できる。０．２ｍｍよ
りも小さい場合には、リード線１１，１２の電気抵抗値
が上昇するため、発熱体１０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、
１．２ｍｍを超える場合には、リード線１１，１２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１内の限られた断面積内にお
いて、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１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１１，１２の径をこの
範囲内に収めることにより、発熱体１０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１の
強度を確保することができる。The wire diameter φd of the lead wires 11 and 12 is
0.2 ≦ φd ≦ 1.2 mm can be set. If it is smaller than 0.2 mm, the electrical resistance of the lead wires 11 and 12 increases, so that it becomes difficult to supply sufficient electric power to the heating element 10 and it is easy to cause disconnection. Also,
If it exceeds 1.2 mm, the contact area between the lead wires 11 and 12 becomes large, so that the area where the reaction layer is formed increases. When the area of such a non-densified reaction layer increases within a limited cross-sectional area in the ceramic heater 1, the mechanical strength of the ceramic heater 1 becomes insufficient. Therefore, by keeping the diameters of the lead wires 11 and 12 within this range, sufficient power can be supplied to the heating element 10 and the strength of the ceramic heater 1 can be secured.
【００３０】また、ｔの値の絶対値は、０．０５〜０．
５ｍｍ、Ｑの絶対値は２〜４ｍｍ、Ｌの値の絶対値は
０．３〜１．６ｍｍの範囲で調整するのが、グロープラ
グ用のセラミックヒータにおいては妥当である。The absolute value of t is 0.05 to 0.5.
Adjusting the absolute value of 5 mm, the absolute value of Q within the range of 2 to 4 mm, and the absolute value of L within the range of 0.3 to 1.6 mm is appropriate for a ceramic heater for a glow plug.
【００３１】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５（ａ）に示すように、セラミック抵抗発
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。Hereinafter, specific examples of the ceramic heater 1 according to the present invention will be described together with a method of manufacturing the same. First, as shown in FIG. 5A, a lead wire 30 is inserted into a mold 31 having a U-shaped cavity 32 corresponding to the ceramic resistance heating element 10 so that an end of the lead wire 30 enters the cavity 32. To place. 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 wire 30 and the U-shaped conductive material are formed as shown in FIG. An integrated injection molded body 35 in which the conductive ceramic powder molding unit 34 is integrated is created.
【００３２】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６（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６（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.
6 and 37 and the integrated injection-molded body 35 are further pressed and integrated using a mold to form a composite molded body 39 as shown in FIG. 6B.
【００３３】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７（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、例えば３００ｋｇｆ／ｃｍ２で加圧しながら１８
００℃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７（ｂ）に示す導電性セラミック粉末成形部３４がセ
ラミック抵抗発熱体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、
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. 7A, 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 pressurized at, for example, 300 kgf / cm 2 for 18 times.
By performing hot press baking at 00 ° C for 90 minutes,
A fired body 41 as shown in FIG. At this time,
The conductive ceramic powder molding part 34 shown in FIG. 7B shows the ceramic resistance heating element 10, the preformed bodies 36 and 37 show the ceramic base 13, and the lead wire 30 shows the lead wire 11.
And 12 are formed. Then, by performing centerless polishing on the outer surface of the fired body 41,
The ceramic heater 1 is obtained.
【００３４】[0034]
【実験例】図５（ａ）において、リード線材３０の線径
を種々に変更して各種試験品を作成した。具体的には、
図３に示すセラミックヒータ１完成時のリード線１１，
１２のリード線接続部１０ｂ２，１０ｂ２への埋設部に
おける軸直交断面（図３のＡ−Ａ断面）において、リー
ド線１１，１２の断面積をＬＡ、リード線接続部１０ｂ
２，１０ｂ２の各断面積をＨＡ（１．５７ｍｍ２）に固
定）として、ＬＡ／ＨＡを０．１〜０．９まで変化させ
た。また、リード線１１，１２のリード線接続部１０ｂ
２，１０ｂ２への埋設長さは３ｍｍである。[Experimental Example] In FIG. 5A, various test articles were prepared by changing the wire diameter of the lead wire 30 in various ways. In particular,
When the ceramic heater 1 shown in FIG.
In the section perpendicular to the axis (section AA in FIG. 3) in the embedded portion of the lead wire connecting portions 10b2 and 10b2, the sectional area of the lead wires 11 and 12 is LA, and the lead wire connecting portion 10b
LA / HA was changed from 0.1 to 0.9 with each cross-sectional area of 2, 10b2 being fixed to HA (1.57 mm 2 ). Also, the lead wire connecting portion 10b of the lead wires 11 and 12
The embedding length in 2,10b2 is 3 mm.
【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３に示す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２１，２２の
上面はそれぞれ半径ｒ＝１．５ｍｍの半円柱面２１ａ，
２２ａに形成されている。表面粗さが０．８μｍＲｙ
（最大高さ：ＪＩＳ０６０１による）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，２２ａ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、セラミック抵抗発熱体１０（抵抗発熱体）に対
するリード線１１，１２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０．５ｍｍ／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. 3 was performed to obtain a bending strength σ. The test procedure is performed as follows. First, the two fulcrums 21 and 22 of the three-point bending test device 20 are substantially horizontally spanned by l.
= 12 mm, and the upper surfaces of the fulcrums 21 and 22 are respectively semi-cylindrical surfaces 21a with a radius r = 1.5 mm,
22a. Surface roughness 0.8μmRy
The semi-cylindrical surfaces 21a, 22a of the fulcrums 21, 21 with the tip 2 of the ceramic heater 1 polished below the surface (maximum height: according to JIS0601) with the direction forming the shortest distance L facing downward. It is placed so as to straddle the top. Next, a load point 23 where a semi-cylindrical surface 23a with a radius r = 1.5 mm is formed on the lower surface is located above the center between the two fulcrums 21 and 22 and leads to the ceramic resistance heating element 10 (resistance heating element). The ceramic heater 1 is brought into contact with the ceramic heater 1 from above at the midpoint of the insertion depth H (connection overlap length) of the wires 11 and 12 in the axial direction. Then, a load at a crosshead speed of 0.5 mm / min is applied to the ceramic heater 1, and the maximum bending stress derived from the maximum load P when the ceramic heater 1 breaks is determined as the bending strength σ.
【００３６】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３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、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、セラミック抵抗発熱体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, 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. 3, with respect to the set position of the ceramic heater 1 with respect to the three-point bending test apparatus 20, the shortest distance at which destruction is most likely to occur. By placing the ceramic heater 1 in the vertical direction with the direction in which L is formed 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 becomes the allowable design stress against bending. Is meant as 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, by directing the direction in which the shortest distance L is formed downward, the reaction layer is located at the lowest position, and the destruction starts from the portion in which the shortest distance L is formed. In addition, for example, bending strength σ
If it is set to ≧ 400 MPa, the ceramic resistance 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.
【００３７】上記３点曲げ抗折試験に用いた試験装置２
０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７．５ｍｍであり、また、図３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。その他の測定条件は、ＪＩＳ Ｒ１６
０１（ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法）に準
拠する。Test device 2 used in the above three-point bending test
0 is an AG-5000 type autograph (manufactured by Shimadzu Corporation, equipped with a 500 kgf load cell). The horizontal distance M from the tip of the ceramic heater 1 to the load point 23 is 7.5 mm, and in FIG. 3, the negative lead wire 12 is set on the upper side (the side where the load point 23 is located). Have been. Other measurement conditions are JIS R16
01 (Bending strength test method for fine ceramics).
【００３８】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。以上の結果を表１に示
す。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. Table 1 shows the above results.
【００３９】[0039]
【表１】 [Table 1]
【００４０】以上の結果より、ＬＡ／ＨＡを０．０２以
上０．７未満の範囲で調整することで、耐久試験におい
て断線を生じにくく、しかも抗折強度も高レベルに維持
できるセラミックヒータを実現できていることがわか
る。From the above results, by adjusting LA / HA in the range of 0.02 or more and less than 0.7, a ceramic heater which hardly causes disconnection in a durability test and can maintain a high bending strength at a high level is realized. You can see that it is done.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【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】図２の要部を示す正面断面図及びＡ−Ａ横断面
図。FIG. 3 is a front sectional view and an AA transverse sectional view showing a main part of FIG. 2;
【図４】図３の横断面図に現れた各部の寸法関係を示す
図。FIG. 4 is a view showing a dimensional relationship of each part appearing in the cross-sectional view of FIG. 3;
【図５】セラミックヒータの製造工程説明図。FIG. 5 is a view illustrating a manufacturing process of a ceramic heater.
【図６】図５に続く工程説明図。FIG. 6 is a process explanatory view following FIG. 5;
【図７】図６に続く工程説明図。FIG. 7 is a process explanatory view following FIG. 6;
【図８】本発明のセラミックヒータの変形例を示す要部
正面断面図及びＡ−Ａ横断面図。8A and 8B are a front cross-sectional view and a cross-sectional view taken along line AA of a main part showing a modification of the ceramic heater of the present invention.
【図９】セラミックヒータに生ずるクラックあるいは断
線を説明する図。FIG. 9 is a diagram illustrating cracks or disconnections that occur in the ceramic heater.
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） １０ｂ リード線接続部 １１，１２ リード線 １３ セラミック基体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramic heater 2 Tip part 10 Ceramic heating element (resistance heating element) 10b Lead wire connection part 11, 12 Lead wire 13 Ceramic base
Claims (5)
と、 該セラミック抵抗発熱体への通電のため、該セラミック
抵抗発熱体に各々一方の端部が接続される１対のリード
線とを備え、 前記セラミック抵抗発熱体は、本体部と、該本体部に各
々一方の端部側が一体化され、他端側が前記セラミック
基体の軸線方向に延びる１対のリード線接続部とを有
し、各リード線の端部は、各々対応するリード線接続部
の前記本体部への接続側と反対側の端部に対し、該リー
ド線接続部の軸線方向において所定長重なる形で接続さ
れるとともに、 各リード線接続部に対するリード線端部の重なり区間に
て、該リード線接続部の断面積が最大となる位置におい
て前記セラミック基体を軸線と直交する平面により切断
したときに、その断面において、前記１対のリード線は
対応する各リード線接続部の幾何学的重心位置から、セ
ラミック基体の中心側に寄る形で偏心して位置するとと
もに、各リード線接続部の断面積をＨＡ、対応するリー
ド線の断面積をＬＡとして、ＬＡ／ＨＡが０．０２以上
０．７未満の範囲に調整されていることを特徴とするセ
ラミックヒータ。1. An axial ceramic base, a ceramic resistance heating element embedded in the ceramic base, and one end connected to each of the ceramic resistance heating elements for energizing the ceramic resistance heating element. The ceramic resistance heating element comprises a main body, and a pair of leads each having one end integrated with the main body and the other end extending in the axial direction of the ceramic base. An end of each lead wire is defined in the axial direction of the lead wire connection portion with respect to an end of the corresponding lead wire connection portion on the side opposite to the connection side to the main body portion. The ceramic base is cut in a plane perpendicular to the axis at the position where the cross-sectional area of the lead wire connection is maximized in the overlapping section of the lead wire end with respect to each lead wire connection. In the cross section, the pair of lead wires are positioned eccentrically from the geometric center of gravity of the corresponding lead wire connecting portion toward the center of the ceramic base, and each of the lead wire connecting portions is Wherein LA / HA is adjusted to be in a range of 0.02 or more and less than 0.7, where HA is the cross-sectional area and LA is the cross-sectional area of the corresponding lead wire.
ック基体の中心軸線を挟んで互いに対向する形にて配置
され、前記断面において前記各リード線接続部は、それ
ら各リード線接続部の対向方向における寸法がこれと直
交する方向における寸法よりも小となる断面形状を有す
る請求項１記載のセラミックヒータ。2. The pair of lead wire connecting portions are disposed so as to face each other across a central axis of the ceramic base, and in the cross section, each of the lead wire connecting portions is connected to each of the lead wire connecting portions. The ceramic heater according to claim 1, wherein the ceramic heater has a cross-sectional shape in which a dimension in the facing direction is smaller than a dimension in a direction orthogonal thereto.
は、前記対向方向に沿って短軸が位置する楕円状の断面
形状を有する請求項２記載のセラミックヒータ。3. The ceramic heater according to claim 2, wherein in the cross section, each of the lead wire connecting portions has an elliptical cross section in which a short axis is located along the facing direction.
は、円弧状の外形線部分がセラミック基体の外形線に倣
う形で配置される半月状の断面形状を有する請求項２記
載のセラミックヒータ。4. The ceramic heater according to claim 2, wherein in the cross section, each of the lead wire connecting portions has a semilunar cross-sectional shape in which an arc-shaped outer line portion is arranged so as to follow the outer line of the ceramic base.
と、 該セラミック抵抗発熱体への通電のため、該セラミック
抵抗発熱体に各々一方の端部が接続される１対のリード
線とを備え、 前記セラミック抵抗発熱体は、本体部と、該本体部に各
々一方の端部側が一体化され、他端側が前記セラミック
基体の軸線方向に延びる１対のリード線接続部とを有
し、各リード線の端部は、各々対応するリード線接続部
の前記本体部への接続側と反対側の端部に対し、該リー
ド線接続部の軸線方向において所定長重なる形で接続さ
れるとともに、 各リード線接続部に対するリード線端部の重なり区間に
て、該リード線接続部の断面積が最大となる位置におい
て前記セラミック基体を軸線と直交する平面により切断
したときに、その断面において、前記各リード線接続部
は、前記対向方向に沿って短軸が位置する楕円状の断面
形状を有するとともに、各リード線接続部の断面積をＨ
Ａ、対応するリード線の断面積をＬＡとして、ＬＡ／Ｈ
Ａが０．０２以上０．７未満の範囲に調整されているこ
とを特徴とするセラミックヒータ。5. An axial ceramic base, a ceramic resistance heating element embedded in the ceramic base, and one end connected to each of the ceramic resistance heating elements for energizing the ceramic resistance heating element. The ceramic resistance heating element comprises a main body, and a pair of leads each having one end integrated with the main body and the other end extending in the axial direction of the ceramic base. An end of each lead wire is defined in the axial direction of the lead wire connection portion with respect to an end of the corresponding lead wire connection portion on the side opposite to the connection side to the main body portion. The ceramic base is cut in a plane perpendicular to the axis at the position where the cross-sectional area of the lead wire connection is maximized in the overlapping section of the lead wire end with respect to each lead wire connection. When the, in its cross-section, wherein the lead wire connecting portion, which has an elliptical cross-sectional shape in which the minor axis along the opposite direction are located, the cross-sectional area of the lead wire connecting portion H
A, LA / H, where LA is the cross-sectional area of the corresponding lead wire
A wherein A is adjusted to a range of 0.02 or more and less than 0.7.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001156045A JP2002124363A (en) | 2000-08-08 | 2001-05-24 | Ceramic heater |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-240322 | 2000-08-08 | ||
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|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP2002124363A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7090931B2 (en) | 2001-07-05 | 2006-08-15 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Photoactive lanthanide complexes with phosphine oxides, phosphine oxide-sulfides, pyridine N-oxides, and phosphine oxide-pyridine N-oxides, and devices made with such complexes |
| CN103765983A (en) * | 2011-08-29 | 2014-04-30 | 京瓷株式会社 | Heater and glow plug equipped with same |
-
2001
- 2001-05-24 JP JP2001156045A patent/JP2002124363A/en active Pending
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|---|---|---|---|---|
| US7090931B2 (en) | 2001-07-05 | 2006-08-15 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Photoactive lanthanide complexes with phosphine oxides, phosphine oxide-sulfides, pyridine N-oxides, and phosphine oxide-pyridine N-oxides, and devices made with such complexes |
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