JP2616931B2 - グロープラグのヒータ支持体 - Google Patents
グロープラグのヒータ支持体Info
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- JP2616931B2 JP2616931B2 JP62218549A JP21854987A JP2616931B2 JP 2616931 B2 JP2616931 B2 JP 2616931B2 JP 62218549 A JP62218549 A JP 62218549A JP 21854987 A JP21854987 A JP 21854987A JP 2616931 B2 JP2616931 B2 JP 2616931B2
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- Japan
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- glow plug
- heater support
- mosi
- base material
- additive
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属と接合されるとともに、発熱体を埋設
した状態で、該発熱体からの熱履歴が加えられる環境下
で使用され、かつ電気的絶縁性が必要とされる、グロー
プラグのヒータ支持体に関するものである。
した状態で、該発熱体からの熱履歴が加えられる環境下
で使用され、かつ電気的絶縁性が必要とされる、グロー
プラグのヒータ支持体に関するものである。
一般に高強度セラミック材料たる窒化珪素Si3N4,窒化
アルミニウムAlN、サイアロン等は熱膨張率が小さいた
め、これらの材料と金属を接合、又はこれらの材料中に
金属を埋設した場合には、両者の熱膨張差に起因する熱
応力により、熱疲労が生じ、しばしば破壊に至ることが
知られている。これらの対策としては、Si3N4中にAl2O3
を分散させることにより、その熱膨張係数を制御する技
術が知られている。
アルミニウムAlN、サイアロン等は熱膨張率が小さいた
め、これらの材料と金属を接合、又はこれらの材料中に
金属を埋設した場合には、両者の熱膨張差に起因する熱
応力により、熱疲労が生じ、しばしば破壊に至ることが
知られている。これらの対策としては、Si3N4中にAl2O3
を分散させることにより、その熱膨張係数を制御する技
術が知られている。
しかし、従来技術では、Si3N4中にAl2O3が固溶するこ
とにより、焼結体の物性値が変動する。又Al2O3の固溶
に従い高熱膨張物質たるAl2O3が減少し、その結果、充
分な熱膨張係数の増大効果が得られないという問題が生
じている。
とにより、焼結体の物性値が変動する。又Al2O3の固溶
に従い高熱膨張物質たるAl2O3が減少し、その結果、充
分な熱膨張係数の増大効果が得られないという問題が生
じている。
本発明は、電気絶縁性を具備すると共に、高温時にお
ける金属との接合性の良好なグロープラグのヒータ支持
体を提供することにある。
ける金属との接合性の良好なグロープラグのヒータ支持
体を提供することにある。
本発明のグロープラグのヒータ支持体は、発熱体を包
含することによって該発熱体を支持するとともに、外周
より金属部材によって支持されるグロープラグのヒータ
支持体であって、該グロープラグのヒータ支持体は、窒
化珪素、窒化アルミニウム、サイアロンより選ばれた少
なくとも一種の材料よりなる母材と、MoSi2,WSi2,TiN,T
iC,ZrB2の少なくとも一種よりなる添加物との焼結体で
あって、前記母材と前記添加物との体積比が、95:5〜7
5:25であり、焼結体の比抵抗が105Ωcm以上であり、か
つ前記添加物の粒子が前記母材粒子により包まれ、互い
に分断された組織に構成することにより、導電物質たる
金属化合物を含有するにもかかわらず、絶縁性を保持す
ることができるようにした。
含することによって該発熱体を支持するとともに、外周
より金属部材によって支持されるグロープラグのヒータ
支持体であって、該グロープラグのヒータ支持体は、窒
化珪素、窒化アルミニウム、サイアロンより選ばれた少
なくとも一種の材料よりなる母材と、MoSi2,WSi2,TiN,T
iC,ZrB2の少なくとも一種よりなる添加物との焼結体で
あって、前記母材と前記添加物との体積比が、95:5〜7
5:25であり、焼結体の比抵抗が105Ωcm以上であり、か
つ前記添加物の粒子が前記母材粒子により包まれ、互い
に分断された組織に構成することにより、導電物質たる
金属化合物を含有するにもかかわらず、絶縁性を保持す
ることができるようにした。
このように、グロープラグのヒータ支持体を構成する
母材中に金属化合物を電気絶縁性を保持したまま含有さ
せたことにより、各母材の高い電気絶縁性等の優れた特
性を活かしつつ、その熱膨張係数を金属部材に近づける
ことが可能となった。これにより、発熱体を包み込むこ
とによって支持するとともに、その外周を金属部材によ
って支持されるグロープラグの支持体という従来適用不
可能であった用途にはじめて適用することができた。
母材中に金属化合物を電気絶縁性を保持したまま含有さ
せたことにより、各母材の高い電気絶縁性等の優れた特
性を活かしつつ、その熱膨張係数を金属部材に近づける
ことが可能となった。これにより、発熱体を包み込むこ
とによって支持するとともに、その外周を金属部材によ
って支持されるグロープラグの支持体という従来適用不
可能であった用途にはじめて適用することができた。
母材として窒化珪素Si3N4を選び、添加物として珪化
モリブデンMoSi2を選んだ。そして、平均粒径が0.6μｍ
のSi3N480体積％、0.9μｍのMoSi220体積％の混合粉末
に、焼結助剤の種類と添加量を変化させて加え、ホット
プレス焼成した。
モリブデンMoSi2を選んだ。そして、平均粒径が0.6μｍ
のSi3N480体積％、0.9μｍのMoSi220体積％の混合粉末
に、焼結助剤の種類と添加量を変化させて加え、ホット
プレス焼成した。
即ち、Si3N4とMoSi2を上記割合に配合した混合粉末を
エタノール等の溶媒とともに混合、撹拌した後、可塑剤
たるジ−ブチル−フタレートを結合剤たるポリ−ビニル
−ブチラール（重合度1000）を添加し、更に混練を行
い、粘度３×104〜10×104poiseのスラリーを調整し、
ドクターブレード法にて乾燥後の厚さが0.7mmとなセラ
ミック・グリーンシートを作成した。このシートの複数
枚を積層し約120℃で圧着した後、アルゴンガス（Ar）
中1700℃、圧力500kg f/cm2の条件下、30分保持でホッ
トプレス焼成を行い、セラミック焼結体を得た。
エタノール等の溶媒とともに混合、撹拌した後、可塑剤
たるジ−ブチル−フタレートを結合剤たるポリ−ビニル
−ブチラール（重合度1000）を添加し、更に混練を行
い、粘度３×104〜10×104poiseのスラリーを調整し、
ドクターブレード法にて乾燥後の厚さが0.7mmとなセラ
ミック・グリーンシートを作成した。このシートの複数
枚を積層し約120℃で圧着した後、アルゴンガス（Ar）
中1700℃、圧力500kg f/cm2の条件下、30分保持でホッ
トプレス焼成を行い、セラミック焼結体を得た。
得られたセラミック焼結体の組織は、模式的に第１図
に示すようになっており、MoSi2の粒子は島状の凝集部
を形成しており、これらの凝集部は母材であるSi3N4粒
子で包まれており、凝集部は互いに分断されたものとな
っている。
に示すようになっており、MoSi2の粒子は島状の凝集部
を形成しており、これらの凝集部は母材であるSi3N4粒
子で包まれており、凝集部は互いに分断されたものとな
っている。
また、得られたセラミック焼結体につき、比抵抗を測
定した。結果を第１表に示す。
定した。結果を第１表に示す。
セラミック電気絶縁材としては比抵抗105、好ましく
は107Ωcmないしそれ以上が必要であり、このような絶
縁化はAl2O3を３重量％ないしそれ以上、またMgAl2O4を
２重量％ないしそれ以上添加することにより可能となる
ことがわかる。
は107Ωcmないしそれ以上が必要であり、このような絶
縁化はAl2O3を３重量％ないしそれ以上、またMgAl2O4を
２重量％ないしそれ以上添加することにより可能となる
ことがわかる。
なお、焼結助剤としては上記のものに限らず、MoSi2
とぬれ性が悪く、Si3N4とはぬれ性のよいもの又は焼結
時に極めて粘度の低いガラス相をなすものが用いられ得
る。
とぬれ性が悪く、Si3N4とはぬれ性のよいもの又は焼結
時に極めて粘度の低いガラス相をなすものが用いられ得
る。
更にMoSi2の含有による熱膨張率の変化及び絶縁性の
変化を調べるため、焼結助剤としてY2O3を８重量％、Al
2O3を４重量％添加し、MoSi2の含有量を変化させて比抵
抗を測定した。結果を第２図及び第２表に示す。
変化を調べるため、焼結助剤としてY2O3を８重量％、Al
2O3を４重量％添加し、MoSi2の含有量を変化させて比抵
抗を測定した。結果を第２図及び第２表に示す。
第２表より少なくともMoSi2含有量が25％以下、好ま
しくはMoSi2の含有量が20％以下ならば必要な絶縁性能
が得られることがわかる。
しくはMoSi2の含有量が20％以下ならば必要な絶縁性能
が得られることがわかる。
更に第２図より、例えばMoSi2の含有量を20体積％と
した場合の熱膨張係数は4.2×10-6deg-1であることがわ
かる。例えば高融点金属であるタングステンＷを埋設し
た場合を考えると、タングステンの熱膨張係数は、4.4
×10-6deg-1であるのでその差は0.2×10-6deg-1であ
る。これに対し、MoSi2の含有量が０％の場合の熱膨張
差は、1.2×10-6deg-1であるのでMoSi2を20体積％含有
させることにより熱膨張差を80％低減することが可能と
なり、これにより熱膨張差に起因する熱応力の発生を極
めて小さくすることができる。
した場合の熱膨張係数は4.2×10-6deg-1であることがわ
かる。例えば高融点金属であるタングステンＷを埋設し
た場合を考えると、タングステンの熱膨張係数は、4.4
×10-6deg-1であるのでその差は0.2×10-6deg-1であ
る。これに対し、MoSi2の含有量が０％の場合の熱膨張
差は、1.2×10-6deg-1であるのでMoSi2を20体積％含有
させることにより熱膨張差を80％低減することが可能と
なり、これにより熱膨張差に起因する熱応力の発生を極
めて小さくすることができる。
なお、母材として窒化珪素、添加物として珪化モリブ
デンの場合に関して述べたが、母材が窒化アルミニウム
AlN、サイアロン又は窒化珪素・窒化アルミニウム・サ
イアロンから２〜３種選んだ混合物でもよく、添加物も
他の金属の珪化物、炭化物、窒化物、又はホウ化物でも
同様な効果が期待し得る。一例を第３表に示す。
デンの場合に関して述べたが、母材が窒化アルミニウム
AlN、サイアロン又は窒化珪素・窒化アルミニウム・サ
イアロンから２〜３種選んだ混合物でもよく、添加物も
他の金属の珪化物、炭化物、窒化物、又はホウ化物でも
同様な効果が期待し得る。一例を第３表に示す。
上述のセラミック焼結体の適用例を第３図に示す。エ
ンジンあるいはバーナーに用いられるグロープラグを示
す第３図において、本発明のグロープラグのヒータ支持
体である断面四角形の棒状セラミック材２の先端には、
タングクテン細線よりなるヒータ１が埋設してある。セ
ラミック材２には先端がヒータ１に接続するタングステ
ンの通電線3a,3bが埋設してある。セラミック材２の外
周には金属部材である金属パイプ４を取付け、該パイプ
４に筒状の金属ハウジング５の一端が接合してある。通
電線3aの後端はセラミック材２の基端まで延びて基端に
嵌着した金属キャップ６に接続し、キャップ６およびニ
ッケル線７を介して図示しない電源に接続してある。通
電線3bの後端は金属スリーブに接続してある。セラミッ
ク材２はMoSi220体積％およびSi3N480体積％の混合粉末
にY2O3,Al2O3をMoSi2とSi3N4の総量に対して各々７重量
％、３重量％添加した混合物の焼結体であって、セラミ
ック材２とヒータ１は一体焼結してある。
ンジンあるいはバーナーに用いられるグロープラグを示
す第３図において、本発明のグロープラグのヒータ支持
体である断面四角形の棒状セラミック材２の先端には、
タングクテン細線よりなるヒータ１が埋設してある。セ
ラミック材２には先端がヒータ１に接続するタングステ
ンの通電線3a,3bが埋設してある。セラミック材２の外
周には金属部材である金属パイプ４を取付け、該パイプ
４に筒状の金属ハウジング５の一端が接合してある。通
電線3aの後端はセラミック材２の基端まで延びて基端に
嵌着した金属キャップ６に接続し、キャップ６およびニ
ッケル線７を介して図示しない電源に接続してある。通
電線3bの後端は金属スリーブに接続してある。セラミッ
ク材２はMoSi220体積％およびSi3N480体積％の混合粉末
にY2O3,Al2O3をMoSi2とSi3N4の総量に対して各々７重量
％、３重量％添加した混合物の焼結体であって、セラミ
ック材２とヒータ１は一体焼結してある。
上記MoSi2粉末の平均粒径は0.9μｍで、Si3N4粉末の
平均粒径は0.6μｍである。
平均粒径は0.6μｍである。
セラミック材２とパイプ４とはセラミック材２の表面
にニッケルメッキを施した後、ロウ付けを行うことによ
り結合してある。またパイプ４とハウジング５はロウ付
けにり結合してある。
にニッケルメッキを施した後、ロウ付けを行うことによ
り結合してある。またパイプ４とハウジング５はロウ付
けにり結合してある。
上記構造の本発明のグロープラグにおいて、セラミッ
ク材２とヒータ１を1560℃〜1760℃、500kg/m2にてアル
ゴン１気圧下でホットプレスにより一体焼結したものに
ついてその耐熱衝撃性能と、セラミック材２およびパイ
プ４の接合強度に関するテストを行った。
ク材２とヒータ１を1560℃〜1760℃、500kg/m2にてアル
ゴン１気圧下でホットプレスにより一体焼結したものに
ついてその耐熱衝撃性能と、セラミック材２およびパイ
プ４の接合強度に関するテストを行った。
また比較材として、セラミック材２をSi3N4とし、他
は本発明と同一構造としたものについても同様のテスト
を行った。
は本発明と同一構造としたものについても同様のテスト
を行った。
耐熱衝撃性能はスポーリング試験、即ちグロープラグ
に電圧を印加して所定の温度に飽和発熱させた後、20℃
の水中にパイプ４から突出する先端部を浸漬し、表面に
発生するクラックの有無を調査することにより評価し
た。また接合強度は、セラミック材２の先端をパイプ４
方向に加圧し、セラミック材２がパイプ４中へ陥没する
至る限界点をもって評価した。結果を第４表および第５
表に示す。第４表において×印はクラックの発生を示
す。
に電圧を印加して所定の温度に飽和発熱させた後、20℃
の水中にパイプ４から突出する先端部を浸漬し、表面に
発生するクラックの有無を調査することにより評価し
た。また接合強度は、セラミック材２の先端をパイプ４
方向に加圧し、セラミック材２がパイプ４中へ陥没する
至る限界点をもって評価した。結果を第４表および第５
表に示す。第４表において×印はクラックの発生を示
す。
第４表より知られるように、本発明では、ヒータ線と
セラミック材の熱膨張率の差から生じる熱応力を著しく
低減でき、従って耐熱衝撃性は大きく向上する。また、
第５表より知られるように、窒化珪素に金属化合物が添
加されているため、セラミック材へのニッケルメッキの
固着性が向上し、従ってセラミック材とこれを含む金属
パイプとの接合強度が著しく向上する。
セラミック材の熱膨張率の差から生じる熱応力を著しく
低減でき、従って耐熱衝撃性は大きく向上する。また、
第５表より知られるように、窒化珪素に金属化合物が添
加されているため、セラミック材へのニッケルメッキの
固着性が向上し、従ってセラミック材とこれを含む金属
パイプとの接合強度が著しく向上する。
第１図は、本発明セラミック材料の実施例の組織を示す
模式図、第２図は本発明の実施例の性質を示す特性図、
第３図は適用例であるグロープラグを示す断面図であ
る。 ２……セラミック材,A……凝集部。
模式図、第２図は本発明の実施例の性質を示す特性図、
第３図は適用例であるグロープラグを示す断面図であ
る。 ２……セラミック材,A……凝集部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｂ 3/48 Ｃ０４Ｂ 35/58 ３０２Ｇ (72)発明者 井ノ口 和宏 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 伊藤 信衛 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−254586（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−216484（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−46966（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】発熱体を包含することによって該発熱体を
支持するとともに、外周より金属部材によって支持され
るグロープラグのヒータ支持体であって、 該グロープラグのヒータ支持体は、窒化珪素、窒化アル
ミニウム、サイアロンより選ばれた少なくとも一種の材
料よりなる母材と、MoSi2,WSi2,TiN,TiC,ZrB2の少なく
とも一種よりなる添加物との焼結体であって、前記母材
と前記添加物との体積比が、95:5〜75:25であり、焼結
体の比抵抗が105Ωcm以上であり、かつ前記添加物の粒
子が前記母材粒子により包まれ、互いに分断された組織
に構成されたことを特徴とするグロープラグのヒータ支
持体。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62218549A JP2616931B2 (ja) | 1987-09-01 | 1987-09-01 | グロープラグのヒータ支持体 |
| US07/106,516 US4814581A (en) | 1986-10-09 | 1987-10-09 | Electrically insulating ceramic sintered body |
| DE3734274A DE3734274C2 (de) | 1986-10-09 | 1987-10-09 | Keramische Glühkerze und Verfahren zu deren Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62218549A JP2616931B2 (ja) | 1987-09-01 | 1987-09-01 | グロープラグのヒータ支持体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6461356A JPS6461356A (en) | 1989-03-08 |
| JP2616931B2 true JP2616931B2 (ja) | 1997-06-04 |
Family
ID=16721677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62218549A Expired - Lifetime JP2616931B2 (ja) | 1986-10-09 | 1987-09-01 | グロープラグのヒータ支持体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2616931B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2741240B2 (ja) * | 1989-04-13 | 1998-04-15 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックグロープラグ |
| JP3551635B2 (ja) * | 1996-07-23 | 2004-08-11 | 宇部興産株式会社 | セラミックス抵抗発熱体及びその製造方法 |
| JP4567853B2 (ja) * | 2000-08-21 | 2010-10-20 | 株式会社東芝 | 窒化珪素焼結体 |
| JP4597352B2 (ja) * | 2000-12-01 | 2010-12-15 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックヒータ |
| JP4795534B2 (ja) | 2000-12-28 | 2011-10-19 | 日本特殊陶業株式会社 | 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 |
| JP2002220282A (ja) * | 2001-01-24 | 2002-08-09 | Tokuyama Corp | 窒化アルミニウム焼結体とその製造方法 |
| JP4685257B2 (ja) | 2001-03-09 | 2011-05-18 | 日本特殊陶業株式会社 | 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 |
| JP4802312B2 (ja) * | 2005-01-18 | 2011-10-26 | ジクス工業株式会社 | セラミック治具及びその製造方法 |
| DE102007019882A1 (de) * | 2007-04-27 | 2008-11-06 | Man Diesel Se | Zündeinrichtung für einen Gasmotor sowie Gasmotor |
| JP7052863B2 (ja) | 2018-03-20 | 2022-04-12 | 日本製鉄株式会社 | 一方向性電磁鋼板及びその製造方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6027643A (ja) * | 1983-07-27 | 1985-02-12 | 株式会社日立製作所 | 高温構造部材 |
| JPS60216484A (ja) * | 1984-04-09 | 1985-10-29 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | セラミツクヒ−タ |
| JPS60254586A (ja) * | 1984-05-30 | 1985-12-16 | 株式会社デンソー | セラミツクヒ−タ |
| JPS60264366A (ja) * | 1984-06-11 | 1985-12-27 | 株式会社日立製作所 | 複合焼結体 |
| JPS6246966A (ja) * | 1985-08-23 | 1987-02-28 | 株式会社豊田中央研究所 | 窒化けい素質焼結体の製造方法 |
-
1987
- 1987-09-01 JP JP62218549A patent/JP2616931B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6461356A (en) | 1989-03-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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