JPS6086787A - セラミツクヒ−タ - Google Patents
セラミツクヒ−タInfo
- Publication number
- JPS6086787A JPS6086787A JP19469683A JP19469683A JPS6086787A JP S6086787 A JPS6086787 A JP S6086787A JP 19469683 A JP19469683 A JP 19469683A JP 19469683 A JP19469683 A JP 19469683A JP S6086787 A JPS6086787 A JP S6086787A
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- Japan
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- ceramic
- heating element
- mol
- insulating layer
- ceramic heating
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、例えばディーゼルエンジンの始動補助に用い
るセラミックヒータに関するものである。
るセラミックヒータに関するものである。
従来のセラミックヒータの主要構成としては、導電性セ
ラミック材料からなるセラミック発熱体と、該発熱体に
電流を供給するための手段とから成る。セラミック発熱
体の発熱温度は時として約1400°C程度の高温度に
なることがあり、かような状態において水、油などの低
温液体がセラミック発熱体に振りかかると、セラミック
発熱体の表面温度が急激に低下し、このためにセラミッ
ク発熱体に微少クラックが発生して該発熱体の電気抵抗
値が変化するという問題がある。
ラミック材料からなるセラミック発熱体と、該発熱体に
電流を供給するための手段とから成る。セラミック発熱
体の発熱温度は時として約1400°C程度の高温度に
なることがあり、かような状態において水、油などの低
温液体がセラミック発熱体に振りかかると、セラミック
発熱体の表面温度が急激に低下し、このためにセラミッ
ク発熱体に微少クラックが発生して該発熱体の電気抵抗
値が変化するという問題がある。
本発明は、水、油などの低温液体がセラミック発熱体に
振りかかっても、セラミック発熱体の表面温度の急激な
低下を回避することにある。
振りかかっても、セラミック発熱体の表面温度の急激な
低下を回避することにある。
本発明は上記の目的を達成するため、セラミック発熱体
の外表面に非多孔質のセラミック絶紅Rツを設けた構成
を具備するものである。
の外表面に非多孔質のセラミック絶紅Rツを設けた構成
を具備するものである。
本発明によれば、上記の非多孔質セラミック絶kl P
jに、J、ってセラミック発熱体の外表面が覆われた状
態となるから、氷、油などの低温液体はセラミック絶縁
層に振りかかることになり、セラくツク光熱体には浸透
しないため、セラミ、7り発熱体自身の表面温度の急激
な変化を回避でき、従ってセラミック発熱体に微少クラ
ックが発生するのを抑;1111できる。
jに、J、ってセラミック発熱体の外表面が覆われた状
態となるから、氷、油などの低温液体はセラミック絶縁
層に振りかかることになり、セラくツク光熱体には浸透
しないため、セラミ、7り発熱体自身の表面温度の急激
な変化を回避でき、従ってセラミック発熱体に微少クラ
ックが発生するのを抑;1111できる。
また、セラミック絶1.i:I!はセラミック発熱体の
ように導電性セラミック材料で構成する必要がなく、電
気絶縁性セラミック材料で構成すればよ(、従って材料
の選択自由度が増すことになり、熱衝撃に強いセラミッ
ク材料でセラミック絶縁層を構成することができ、従っ
てセラミック絶縁層自体のクラックの発生をも防ぐこと
ができる。
ように導電性セラミック材料で構成する必要がなく、電
気絶縁性セラミック材料で構成すればよ(、従って材料
の選択自由度が増すことになり、熱衝撃に強いセラミッ
ク材料でセラミック絶縁層を構成することができ、従っ
てセラミック絶縁層自体のクラックの発生をも防ぐこと
ができる。
本発明において、セラミック発熱体は例えばMoSi2
(二珪化モリブデン)とS i 3 N 4(窒化珪
素)との混合材料よりなる。M o S i 2は導電
性セラミック材料であってzq導電性(凭ねる反面、熱
衝撃強度が劣るので、高強度材料であるSi3N4を混
合する。このS i 3 N 4は電気絶縁体なので、
その混合割合に限度があり、513N410モル%〜9
0モル%、M o S i 290モル%〜10モル%
が望ましく、最も望ましいのはS i 3 N 470
モル%、M o S i 23 Qモル%の組合せであ
る。この組成範囲はセラミック発熱体の電気抵抗値との
関係で決められ、定格電圧12■、24Vの自動車バッ
テリを電柳とした場合、最も効率よく発熱させる場合は
上記の組成範囲かよい。
(二珪化モリブデン)とS i 3 N 4(窒化珪
素)との混合材料よりなる。M o S i 2は導電
性セラミック材料であってzq導電性(凭ねる反面、熱
衝撃強度が劣るので、高強度材料であるSi3N4を混
合する。このS i 3 N 4は電気絶縁体なので、
その混合割合に限度があり、513N410モル%〜9
0モル%、M o S i 290モル%〜10モル%
が望ましく、最も望ましいのはS i 3 N 470
モル%、M o S i 23 Qモル%の組合せであ
る。この組成範囲はセラミック発熱体の電気抵抗値との
関係で決められ、定格電圧12■、24Vの自動車バッ
テリを電柳とした場合、最も効率よく発熱させる場合は
上記の組成範囲かよい。
セラミック発熱体材料はこのMoSi2−3i3N4の
組合せの他に、M o S i 2の単独、l’ i
C。
組合せの他に、M o S i 2の単独、l’ i
C。
TiNの単独、またはこれらにS i 3 N 4ある
いはyM! 203を混合した材料などでもJ、く、用
途に応じて選択すればよい。
いはyM! 203を混合した材料などでもJ、く、用
途に応じて選択すればよい。
また、本発明において、セラミック発熱体の夕)観形状
はどのような形状でもよく、後述するようにU字状でも
よく、チューブ状であってもよい。
はどのような形状でもよく、後述するようにU字状でも
よく、チューブ状であってもよい。
本発明において、上記セラミック絶縁層の材料はS i
3N4100モル%のみ、あるいはこの513N4に
Aρ203を10モル%まで混合した材料でもよいし、
3iC(炭化珪素)単独、ZrO2(酸化ジルコニウム
)単独、あるいハBN(窒化ホウ素)などでもよい。こ
の材料の選択は七ラミック発熱体材料との関係において
決定される。つまり、セラミック発熱体の熱膨張係数に
近似するようにセラミック絶縁層の材料を選択する必要
がある。
3N4100モル%のみ、あるいはこの513N4に
Aρ203を10モル%まで混合した材料でもよいし、
3iC(炭化珪素)単独、ZrO2(酸化ジルコニウム
)単独、あるいハBN(窒化ホウ素)などでもよい。こ
の材料の選択は七ラミック発熱体材料との関係において
決定される。つまり、セラミック発熱体の熱膨張係数に
近似するようにセラミック絶縁層の材料を選択する必要
がある。
セラミック絶縁層を設ける部位は、セラミック発熱体の
うぢ、水、浦などの低温液体が振りかかる部位に設りれ
ばよく、従って用途によってはセラミック発熱体の全体
にセラミック絶縁層を設ける必要はないのである。
うぢ、水、浦などの低温液体が振りかかる部位に設りれ
ばよく、従って用途によってはセラミック発熱体の全体
にセラミック絶縁層を設ける必要はないのである。
本発明において、セラミック絶縁層は非多孔質であるが
、これは振りかかった液体が該絶縁層を浸透してセラミ
ック発熱体の表面に達するのを防ぐためである。この非
多孔質構造にする方法としては、例えば材料に圧力を加
えた状態で焼成する方法がある。この方法によれば、圧
力が加えら11だ表面はセラミック材料の密度が増加す
ることになり、従って焼成しても表面はセラミック粒子
が緻密に存在して粒界隙間がなく、非多孔質構造となる
。なお、上記の圧力は300kg/cni以上が望まし
い。
、これは振りかかった液体が該絶縁層を浸透してセラミ
ック発熱体の表面に達するのを防ぐためである。この非
多孔質構造にする方法としては、例えば材料に圧力を加
えた状態で焼成する方法がある。この方法によれば、圧
力が加えら11だ表面はセラミック材料の密度が増加す
ることになり、従って焼成しても表面はセラミック粒子
が緻密に存在して粒界隙間がなく、非多孔質構造となる
。なお、上記の圧力は300kg/cni以上が望まし
い。
以下本発明をディーゼルエンジン用グロープラグに適用
した実施例について説明する。第1図において、セラミ
ックヒータは、発熱体素子1、ハウジング7、および中
心電極9を主な構成要素とする。発熱体素子1は、セラ
ミック絶縁体2と、該セラミック絶縁体2の一端に固定
されたセラミック発熱体3と、該セラミック発熱体3中
に一端が埋設され上記セラミック絶縁体2中を埋設され
て他端が該セラミック絶縁体2の表面に表出する金属基
リード線5 a + 5 bと、セラミック発熱体3の
全体を覆うセラミック絶縁層4とで構成される。上記の
リード線5bは金属スリーブ6を介して金属ハウジング
7に接続されており、リード線5aは金属ホールディン
グビン8を介して中心電極9に接続されている。
した実施例について説明する。第1図において、セラミ
ックヒータは、発熱体素子1、ハウジング7、および中
心電極9を主な構成要素とする。発熱体素子1は、セラ
ミック絶縁体2と、該セラミック絶縁体2の一端に固定
されたセラミック発熱体3と、該セラミック発熱体3中
に一端が埋設され上記セラミック絶縁体2中を埋設され
て他端が該セラミック絶縁体2の表面に表出する金属基
リード線5 a + 5 bと、セラミック発熱体3の
全体を覆うセラミック絶縁層4とで構成される。上記の
リード線5bは金属スリーブ6を介して金属ハウジング
7に接続されており、リード線5aは金属ホールディン
グビン8を介して中心電極9に接続されている。
1111記セラミック発熱体3は導電性を有する粒径0
、9 /JのMoSi230モル%と高強度材料であル
’A立(% 35μ)S i 3 N 470モル%と
でI見合して燃焼したもので、0.18Ωの抵抗値を有
してし)る。
、9 /JのMoSi230モル%と高強度材料であル
’A立(% 35μ)S i 3 N 470モル%と
でI見合して燃焼したもので、0.18Ωの抵抗値を有
してし)る。
また、前記セラミック絶縁体2はS i 3 N 46
2モル%とAN 20338モル%と混合して焼成した
ものであり、熱膨張率がセラミック発熱体3の熱膨張率
(3,8xlO−6/’c)とほぼ同一になっている。
2モル%とAN 20338モル%と混合して焼成した
ものであり、熱膨張率がセラミック発熱体3の熱膨張率
(3,8xlO−6/’c)とほぼ同一になっている。
前記セラミック絶縁層4は5i3N4i11独(100
モル%)を焼成したものであり、前記セラミック発熱体
3の表面に厚さ0.2〜1.01程度に渡って設けであ
る。
モル%)を焼成したものであり、前記セラミック発熱体
3の表面に厚さ0.2〜1.01程度に渡って設けであ
る。
なお、前記スリーブ6は、セラミック絶縁体2の外周に
設けたメタライズ層にろう付けしてあり、かつセラミッ
ク絶縁体2とハウジング7とは、スリーブ6をハウジン
グ7にろう付けすることにより、互いに固定されている
。また、図中、10は電気絶縁ブツシュ、11は取付ナ
ツト、12はOリング、13はMgO(マクネノア)よ
りなる電気絶縁粉末である。
設けたメタライズ層にろう付けしてあり、かつセラミッ
ク絶縁体2とハウジング7とは、スリーブ6をハウジン
グ7にろう付けすることにより、互いに固定されている
。また、図中、10は電気絶縁ブツシュ、11は取付ナ
ツト、12はOリング、13はMgO(マクネノア)よ
りなる電気絶縁粉末である。
第2図は前記発熱体素子1の型造方法を示Jものである
。Si3N’4とΔp203とをl見合し、ポリビニル
ビフェニールのごとき有機ハインタを加えドクターブレ
ード法により絶縁性セラミックシート22を成形する。
。Si3N’4とΔp203とをl見合し、ポリビニル
ビフェニールのごとき有機ハインタを加えドクターブレ
ード法により絶縁性セラミックシート22を成形する。
一方、M o S i 2とSi3N4を混合し、上記
と同様の方法で導電性セラミックシート23を形成する
。両シー112.23に対してMo、Wのような耐熱金
属リード線25を第2図のような順に重ね合−lる。さ
らに、該導電性セラミックシー1・23を複数枚積層し
た後、S i 3N4を上記と同様の方法で成形した絶
縁性セラミックシート24によって」二足導電性イ!ラ
ミックシート23の全周囲を覆う。その後、100℃前
後の温度、25 kg/cntの圧力でポアドブレスす
ることで一体化させる。これをさらに、1600゛C程
度の〃、度、250kg/cnlの圧力下で加圧焼成す
ることで第1図の発熱体素子1が得られる。
と同様の方法で導電性セラミックシート23を形成する
。両シー112.23に対してMo、Wのような耐熱金
属リード線25を第2図のような順に重ね合−lる。さ
らに、該導電性セラミックシー1・23を複数枚積層し
た後、S i 3N4を上記と同様の方法で成形した絶
縁性セラミックシート24によって」二足導電性イ!ラ
ミックシート23の全周囲を覆う。その後、100℃前
後の温度、25 kg/cntの圧力でポアドブレスす
ることで一体化させる。これをさらに、1600゛C程
度の〃、度、250kg/cnlの圧力下で加圧焼成す
ることで第1図の発熱体素子1が得られる。
なお、セラミック絶縁N4の形成方法については第5図
の如く、本実施例に述べたセラミックシー1を、++を
付けるシーI絶縁層による方法と、セラミックにテルピ
ネオール等の溶媒とメチルセルロース′、5′の結合剤
を加えてベースト状にしたペースト絶縁層による方法を
検討した。その結果第5図のJ、フに、特に厚さの均一
性を伜保する」二で、シー1絶縁層を用いた方が好まし
く、本実施例もこれに従った。
の如く、本実施例に述べたセラミックシー1を、++を
付けるシーI絶縁層による方法と、セラミックにテルピ
ネオール等の溶媒とメチルセルロース′、5′の結合剤
を加えてベースト状にしたペースト絶縁層による方法を
検討した。その結果第5図のJ、フに、特に厚さの均一
性を伜保する」二で、シー1絶縁層を用いた方が好まし
く、本実施例もこれに従った。
以」二のような構成において、中心電極9とハウジング
7との間だに電圧を加えると、電流はホールディングビ
ン8、金属リード線5a、発熱体3、金属リード線5b
、スリーブ6を通って流れ、発熱体3が赤熱する。
7との間だに電圧を加えると、電流はホールディングビ
ン8、金属リード線5a、発熱体3、金属リード線5b
、スリーブ6を通って流れ、発熱体3が赤熱する。
ここで、本セラミ、クヒークを例えばディーセルエンジ
ンのグロープラグとして用いるような場合は、燃料の軽
油の粒子が赤熱しているセラミック発り!シ体3に当る
という非常に厳しいものである。
ンのグロープラグとして用いるような場合は、燃料の軽
油の粒子が赤熱しているセラミック発り!シ体3に当る
という非常に厳しいものである。
第3図は軽油の代りに水滴を落下させて発熱体3にクラ
ックが発生ずるか否かを調べた結果である。
ックが発生ずるか否かを調べた結果である。
同図において、横軸は滴下水量、縦軸は滴下時のグロー
プラグ温度であり、図中○印はクラックか発生しなかっ
たことを、X印はクラックが発生したことを示す。また
、Aは本発明の絶縁層の無いもの、Bはセラミック絶I
tJfffiの有るものく厚ji 05mm)の結果で
ある。第3図によれは、明らかに、セラミック絶1−、
1層が有るグロープラグBの方がクラックを生じにくい
ことがわかる。
プラグ温度であり、図中○印はクラックか発生しなかっ
たことを、X印はクラックが発生したことを示す。また
、Aは本発明の絶縁層の無いもの、Bはセラミック絶I
tJfffiの有るものく厚ji 05mm)の結果で
ある。第3図によれは、明らかに、セラミック絶1−、
1層が有るグロープラグBの方がクラックを生じにくい
ことがわかる。
第4図(al、 (b]はセラミック絶縁層の厚みを変
化させてクラックの入らない上限の1M1度及び800
’C到達所要時間を調べた結果である。絶縁層の厚み
を増すほどクラックが入りにくく、一方800°C到達
所要時間は長くなり、両者はグロープラグ目標性能に対
して相反する傾向となるが、我々は両者の効果を比較し
、クラックに対してIJ充分に〃j果が有り、800°
C到達所要時間の増大量が特に支障の無い大きさとして
0.5sec以内となる範囲をとって、セラミック絶に
1層の厚みは0.3〜1゜0ml+程度のものを採用し
ている。
化させてクラックの入らない上限の1M1度及び800
’C到達所要時間を調べた結果である。絶縁層の厚み
を増すほどクラックが入りにくく、一方800°C到達
所要時間は長くなり、両者はグロープラグ目標性能に対
して相反する傾向となるが、我々は両者の効果を比較し
、クラックに対してIJ充分に〃j果が有り、800°
C到達所要時間の増大量が特に支障の無い大きさとして
0.5sec以内となる範囲をとって、セラミック絶に
1層の厚みは0.3〜1゜0ml+程度のものを採用し
ている。
第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2し1は第
1図における発熱体素子の型造方法の説明にイバする特
性図、第3し1〜第5図は本発明の作用説明に供する特
性図である。 3・・・セラミック発熱体、4・・・セラミック絶縁層
、5a、5b・・・リード線。 代理人弁理士 岡 部 隆
1図における発熱体素子の型造方法の説明にイバする特
性図、第3し1〜第5図は本発明の作用説明に供する特
性図である。 3・・・セラミック発熱体、4・・・セラミック絶縁層
、5a、5b・・・リード線。 代理人弁理士 岡 部 隆
Claims (3)
- (1)導電性セラミック材料で構成されたセラミック発
熱体と、該セラミック発熱体に電流を供給する手段と、
前記セラミック発熱体の外表面に設けられた非多孔質の
セラミック絶縁層と、を包含したセラミックヒータ。 - (2)前記セラミック発熱体の導電性セラミック材料は
二珪化モリブデン30モル%と窒化珪素70モル%とか
ら構成され、かつ前記セラミック絶縁層は窒化珪素10
0モル%から構成されている特許請求の範囲第1項記載
のセラミックヒータ。 - (3)前記セラミック絶縁層の肉厚が0.3龍〜1.0
1である特1′「請求の範囲第2項記載のセラミックヒ
ータ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19469683A JPS6086787A (ja) | 1983-10-17 | 1983-10-17 | セラミツクヒ−タ |
US06/659,959 US4556780A (en) | 1983-10-17 | 1984-10-11 | Ceramic heater |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19469683A JPS6086787A (ja) | 1983-10-17 | 1983-10-17 | セラミツクヒ−タ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6086787A true JPS6086787A (ja) | 1985-05-16 |
Family
ID=16328749
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19469683A Pending JPS6086787A (ja) | 1983-10-17 | 1983-10-17 | セラミツクヒ−タ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6086787A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0278174A (ja) * | 1988-09-12 | 1990-03-19 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックヒータ |
US7282670B2 (en) | 2002-04-26 | 2007-10-16 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Ceramic heater and glow plug having the same |
JP2014232677A (ja) * | 2013-05-30 | 2014-12-11 | 京セラ株式会社 | ヒータ |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5620929A (en) * | 1979-07-30 | 1981-02-27 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Glow plug heating element and its manufacture |
JPS5741796A (en) * | 1980-08-26 | 1982-03-09 | Hochiki Co | Centralized monitor device for gas leakage alarm unit |
JPS58121588A (ja) * | 1982-01-12 | 1983-07-19 | 日本特殊陶業株式会社 | 筒状セラミツクヒ−タ− |
JPS58128687A (ja) * | 1982-01-27 | 1983-08-01 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | セラミツク発熱体 |
-
1983
- 1983-10-17 JP JP19469683A patent/JPS6086787A/ja active Pending
Patent Citations (4)
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