JPS59146184A - セラミツクヒ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えばディーゼルエンジンの予熱プラグなど
に用いて好都合なセラミックヒータに関する。

従来公知のこの種のヒータとして特開昭５４−８４１４
４号公報に示されているごとく、試験管形状のセラミッ
ク発熱体を用いたものがある。

かかる従来のものは発熱体の内側面の熱を有効に利用で
きないという問題がある。

そこで、本発明者らはセラミック発熱体を断面（１） ［１字形状にし、そのＵ字部のスリット内側を解放する
ことにより、その内側の熱をも有効に利用するようにし
たセラミックヒータを既に出願している。

しかしながら、Ｕ字形状の発熱体であるため、該発熱体
のスリット内側面のＵ字部長さは必然的に外側面のＵ字
長さに比べて短かくなりバス抵抗が小さくなる。従って
、電力が上記内側面のＵ字部に集中し、上記外側面のＵ
字部との間に大きな温度差を生じることになる。この結
果、上記外側面の表面温度を所定温度に高めるには、上
記内側面側の温度を上昇させる必要があるが、必要以上
の電力を要するという不具合が生じる。

本発明は上述の点に鑑み、Ｕ字形状の発熱体の内、外側
面の温度差を微小に抑えるようにしたセラミックヒータ
を提供しようとするものである。

本発明によれば、かかる目的は、発熱体の内側面の［Ｊ
宇部長さをＸ、外側面のＵ字部長さをｙとしたとき、ｘ
、ｙを０．７３≦ｘ／ｙ≦１．０の範囲に設定すること
により、達成される。

（２） 以下、本発明を具体的実施例により、詳細に説明する。

まず、セラミックヒータの全体構造を述べると、第１図
および第２図（５）、（ｂ）において、１は発熱体素子
、２は電気絶縁体、３は［３字形状の発熱体である。電
気絶縁体２は例えばＡ　Ａ　２０３７０モル％と５ｉ３
Ｎ４３０％との混合組成で構成されている。発熱体３は
例えばＭ　ＯＳ　ｉ　２７０モル％とｓ　ｉ３Ｎ４モル
％との混合組成で構成されている。

電気絶縁体２と発熱体３とは一体に接合しであるが、そ
の接合部位は発熱体３のＵ字部の２つの端部ならびにＵ
字部内側面である。

４は例えばＭｏ、Ｗなどの耐熱金属で構成した薄板状の
２つのリードであり、このリード４は電気絶縁体２の内
側に埋設され、かつ発熱体３の２つの端部の内部に接続
されている。

５は耐熱金属で構成したスリーブであり、このスリーブ
５は前記素子１の電気絶縁体２の外周にメタライズ層（
図示されない）を介してろう相接合しである。６は耐熱
金属より成る取付ハウジング（３） であり、スリーブ５とはろう相接合しである。

上記リード４の一方はスリーブ５を介してハウジング６
に接続され、リード４の他方は金属ホールディングビン
７、金属キャップ８を介して中心電極９に接続されてい
る。なお、１０は電気絶縁ブツシュ、］１は取付ナンド
を示す。

」二記における発熱体素子１は次のようにして製造され
る。即ち、第３図のごとく、上記絶縁体の生シート２′
と発熱体の生シート３′とを複数枚用意し、各シートを
積層配置するとともにリード４をシート間に挿入する。

その後、図中矢印のごとく低温でホットプレスをし、各
シー）・を接着する。接着後に高温高圧下で焼成して緻
密な焼成体とする。

上記構成になるセラミックヒータの作動を説明すると、
中心電極９を電源、例えば車載バッテリーの正極に接続
し、ハウジング６をバッテリーの負極に接続すると、電
流が流れ発熱体３がジヱール熱により発熱する。これに
より、図示しないインジェクターより噴射された燃料は
着火すること（４） になる。

次に、本発明の具体的実験結果について説明する。まず
、前述の発熱体素子の各寸法を第４図のごとくａ〜ｆに
設定し、かつ第２図ｆａ）における発熱体の内側面のｔ
Ｊ字部長さをＸに、外側面のＵ字部長さをｙに設定した
とき、第５図のイ部を１０００℃に保った場合に口部の
温度がどれほどになるかを調査した。

この実験結果を表１に示す。なお、各実験隘においては
抵抗値はいずれも０．１３Ω、印加電圧は９゜３Ｖであ
り、かつ上記イ部１ロ部の温度測定方法は市販のサーモ
スポットセンサーを用いた。ｆｉ器内から投射される光
束（１鶴φ）のスポットを、上記イ部１　口部のそれぞ
れの中心部分に設定して、電圧を印加し発熱体が赤熱し
てサーモスポットセンサーによる温度指示が安定するま
で放置し、安定後１分間の測温の平均値を各部分の温度
として表１に示した。

表１において、ＮｃＬ２は発熱体が標準のＵ字形状を有
しているものであり、他の隘３〜Ｎ［１２０は発（５） 表１ １・ （・ １・ ［・ ト・ （・ ］−・ ｌ・ ト １ １ １・ １・ ［（ ６ ［： 熱体の形状が第２図（ａ）のごとく内側面がくさび状と
なっている。この表１から理解されるごとく、前記ｘ／
ｙの値が０．７３以上の場合は発熱体のイ部２ロ部（第
４図参照）の温度差は非常に小さい。

なお、ｘ／ｙの値は１．０でもよいが、１．０を超える
と、即ちＸのパスを多数の凹凸を含む構成にすることを
意味するがこの場合電流は最短経路に従って流れること
から効果は１．０の場合に一致するが製造困難である。

上記表１において、隘２の構造のヒータ（素子の抵抗ｉ
　０．１３Ω）とＩＩ＆１３の構造のヒータ（素子の抵
抗ｉ　０．１３Ω）とを選び、このｍ、２，１ｌｈ３の
ヒータに同一の電圧（９，３Ｖ）を印加し、発熱体温度
と通電時間との関係を見た。この結果を第７図に示す。

なお、発熱体温度の測定方法は、表１のイ部１ロ部の温
度測定方法と同じである。第７図かられかるようにＮ１
３のヒータではイ部と口部との温度差がＭ２のヒータに
比べて非常に小さくなっている。また、第７図から理解
されるごとく、Ｎｏ、　３のヒータは速熱性も改善され
ている。

（７） このように、本発明では、前記発熱体におけるｘ、ｙを
０．７３≦ｘ／ｙ≦１．０の範囲に設定することにより
、発熱体の内側面、外側面の温度差を極めて小さくし、
はぼ均等な温度とすることができ、かつ速熱性も改善で
きる。

次に、発熱体を構成するセラミック材料について説明を
する。かかるセラミック材料としては、この発熱体をデ
ィーゼルエンジン用に用いる場合には抵抗温度係数が高
いことが必要である。この要求を満足するにはＭｏＳｉ
２が最適であるが、高温強度、耐熱衝撃性にやや難点が
ある。かかる点を解消するにはＳｉ３Ｎ４を添加すれば
よいことがわかった。本発明者の実験によれば、ＭｏＳ
ｉ２は３０〜９０モル％、Ｓｉ３Ｎ４は７０〜１０モル
％が望ましい。Ｓｉ３Ｎセラミックヒータが７０モル％
を一ト回ると、比抵抗が大きくなり、一方１０モル％を
下回るとＳ　ｉ３　Ｎ　４の添加効果がなくなる。

このＭｏＳｉ２とＳ　ｌ　３Ｎ４との混合比率による諸
物性の実験データを示すと、次のようである。

（８） 耐酸化テスト：１０００°ＣＸ１５ｈｒ、空気中高強強
度：試料４０×３×４１１１、 荷重速度０．５ｉｍ／ｍ１ｎ １３００℃、空気中の３点曲げ試験で、試料が破壊もし
くは大幅に変形した際 の荷重を示す。

熱膨張係数：室温〜８００℃の平均熱膨張係数以下余白 （９） 表２ （１０） 本発明は一ヒ述した実施例に限定されるものではなく、
以下のごとく種々の変形が可能である。

（１）発熱体としては、第６図のごとく、Ｕ字状部の底
部に凹部Ｇを設け、かつ外周のコーナ部分Ａを削除した
形状にしてもよい。この形状によって、発熱体の内、外
側面の温度差を一層低減できる。

（２）発熱体の材料としては、ＭＯＳｉ２　　Ｓｉ３Ｎ
４に限定されず、ＳｉＣ，ＴｉＣなど通電により発熱す
るセラミック材料であればよい。発熱体における前記ｘ
、ｙの値による温度差は材料ではなく、Ｕ字形状に起因
するものであり、従って特定のセラミック材料に限定す
る必要はない。

（３１Ｕ字形状の発熱体のＵ字部内側面（スリット内側
）には電気絶縁体が位置しているが、この内側面を開放
するようにしても勿論よい。

（４）リードは薄板でなくて線状でもよい。

（５）本発明はディーゼルエンジンの予熱プラグの他に
、暖房機の燃料着火用ヒータなど、種々の用途に適用で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は第１
図の発熱体素子を示すもので、第２図（ａ）は正面図、
第２図（ｂｌは側面図、第３図は第２図の素子の製作説
明に供する斜視図、第４図および第５図は本発明におけ
る実験例の説明に供する発熱体素子部を示す正面図、第
６図は本発明の他の実施例を示す正面図、第７図は本発
明の説明に供する特性図である。 ２・・・電気絶縁体、３・・・発熱体。 代理人弁理士　岡　部　　　隆 ４７６−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 通電により発熱するセラミック材料より成る断面Ｕ字形
   状の発熱体を有したセラミックヒータであって、該Ｕ字
   形状の発熱体の内側面のＵ字部長さをＸとし、その外側
   面のＵ字部長さをｙとしたとき、ｘ、　　ｙを０．７３
   ≦ｘ／ｙ≦１．０の範囲に設定したことを特徴とするセ
   ラミックヒータ。