JPH0241876B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はデイーゼルエンジン等に用いて好都合
なセラミツクヒータ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来この種のセラミツクヒータ装置は例えば特
開昭54−84144号公報に記載されたものがある。
これは第１０図に示すごとく、金属ハウジング１
の内側に円筒状のセラミツク発熱体２を、メタラ
イズ層により電気的に接続して固定し、かつ発熱
体２の内側の閉塞端に端子部材３を接触させ、端
子部材３と発熱体２との間の〓間、端子部材３と
ハウジング１との間の〓間に電気絶縁粉末４を充
填した構造である。

〔発明が解決しようとする課題〕

この従来例のものでは発熱体２の一部をハウジ
ング１の内側に固定するため、発熱体２の熱がそ
の固定部に直接に作用し、従つて固定部において
熱応力が発生し、発熱体２の固定不良を発生しや
すい。

また、発熱体２の一部を電極部として使用する
ため、発熱体２の全体を発熱させることができ
ず、従つて発熱体２の抵抗温度係数が小さくなる
という不具合がある。本発明は、上記の不具合を
解消することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はかかる目的を達成するため、縦断面Ｕ
字状のセラミツク発熱体と、この発熱体のＵ字ス
リツト部ならびに２つの端部に一体的に接合した
電気絶縁セラミツク材料よりなる絶縁部材と、こ
の絶縁部材を内側に固定した金属ハウジングとを
備え、前記発熱体の一方の端部をリード線により
前記ハウジングに電気的に接続するとともに、前
記ハウジングに電気的に絶縁して設けた端子部材
にリード線により前記発熱体の他方の端部を電気
的に接続したという技術的手段を採用したもので
ある。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図乃至第３図をもとに詳
細に説明する。

第１図において１は取付部、２は発熱部であ
る。取付部１は取付ネジ３ａを有した金属ハウジ
ング３、端子部材としての中心電極４を有する。
一方、発熱部２は、セラミツク発熱体５と、電気
絶縁セラミツク材料よりなる絶縁部材６と、これ
らセラミツク部材５，６の内部に埋設された２本
の金属リード線７０，８０から成る。

セラミツク発熱体５は絶縁部材６の先端部にＵ
字状に形成されており、第２図に示す如くセラミ
ツク発熱体５の端部５ａ，５ｂの間に絶縁部材６
の端部６０がサンドイツチされた構造をなしてい
る。

金属リード線７０，８０の一端７１，８１は第
２図のごとくセラミツク発熱体５と電気的結合を
なしている。更に、リード線７０，８０の他端７
２，８２は絶縁部材６の外表面に露出している。
リード線７０の露出端７２はロウ付によりステン
レス製キヤツプ９に電気的に結合し、Ni線１０
で中心電極４に電気的に結合されている。一方、
リード線８０の露出端８２も同様にロウ付により
ステンレス製スリーブ１１に電気的に結合し、ス
リーブ１１はハウジング３に電気的にロウ付され
ている。

なお、図中Ｘ，Ｙはメタライズ層（例えばAg
ロウ、Niロウ、Cuロウ）、１４は電気絶縁リン
グ、１５は耐熱ゴム製シールリング、１６は電気
絶縁ブツシユ、１７，１８は外部コネクタ取付用
のナツトを示している。

上記構成において、中心電極４を電源の＋側、
ハウジング３を電源の一側に接続することにより
電流はNi線１０、キヤツプ９、リード線７０、
セラミツク発熱体５、リード線８０、スリーブ１
１、ハウジング３へと流れ、発熱体５が発熱する
のである。

次に、上記セラミツク発熱部の製作方法につい
て述べる。第４図は第１図におけるセラミツク発
熱体５、絶縁部材６、金属リード線７０，８０の
取付構造を示す。

第４図おいて絶縁部材はSi₃N₄とAl₂O₃との混
合粉末成形体１２ａ，１２ｂ，１２ｃから成り、
セラミツク発熱体はMoSi₂とSi₃N₄との混合粉末
成形体１３ａ，１３ｂ，１３ｃから成る。なお金
属リード線７０，８０はＷ線から成る。

そして、第４図の矢印方向に加圧して焼結する
条件は例えばN₂雰囲気、圧力300Kg／cm²、温度
1630℃×２時間である。

第５ａ図、第５ｂ図は第４図のものを焼結した
焼結体の平面図および側面図である。焼結体にお
いては、絶縁セラミツク成形体１２ａ，１２ｂ，
１２ｃは一体化して絶縁部材６を形成し、セラミ
ツク発熱材形成体１３ａ，１３ｂ，１３ｃは一体
化してＵ字状のセラミツク発熱体５を形成する。
絶縁部材６とセラミツク発熱体５との境界５６は
両者に含まれるSi₃N₄が互いに拡散して強固に接
合している。Ｗ線より成るリード線７０，８０は
セラミツク発熱体５のＵ字両端で電気的結合をな
し、他端７２，８２は絶縁部材６の内部から表面
に露出している。

ここで、絶縁部材６、セラミツク発熱体５、リ
ード線７０，８０は互いに熱膨張が合うよう配慮
されている。

以上のような製法および構造で得られたセラミ
ツクヒータ装置について、従来の第１０図のもの
と比較しつつ各種実験を行なつた。

第６図は１分通電（発熱体の表面温度1200℃）、
その後１分空冷というサイクルで断続通電耐久試
験を行なつた結果である。第６図からわかるよう
に従来のものは劣化傾向にあり、上記実施例のも
のは抵抗が劣化しなく安定している。この理由は
従来のものがセラミツク発熱体とハウジングとの
メタライズ部で剥離したためであり、金属ハウジ
ングとセラミツク発熱体とが直接接合されている
とセラミツク発熱体の熱が接合部に伝導しやす
く、この接合部に熱応力がかかつたことになる。

第７図は従来と上記実施例において、発熱部と
ハウジング接合部との温度を測定したものであ
る。従来は本発明実施例に比べて接合部の温度が
上昇していることがわかる。

以上のように本発明は絶縁部材の先端部に一体
的にセラミツク発熱体を形成し、この絶縁部材を
ハウジングに接合するため、熱応力に対して強
く、かつ熱がハウジング部へ流れることが少な
い。

第８図は発熱体の温度を800℃に保持するのに
要する電力を示すものであり、本実施例は先端の
みに発熱体を形成してあるので余分の熱発生がな
く、またハウジングを通しての熱の逃げが少ない
ことを示しており、従つて、電力的に有利な省電
型である。

第９図は各温度に対する抵抗値を測定したもの
であり、本実施例は従来例に比べて抵抗の上昇カ
ーブが大きい特徴を持つ。これは本実施例構造に
おいて、セラミツク発熱体の全体が発熱するよう
になつているためである。この抵抗温度係数が大
きいことはヒータ装置を制御する上で非常に有利
になる。

なお、前記実施例では、セラミツク発熱体とし
てMoSi₂を使用したが、TiCあるいはTiNを用い
たものでも良い。この場合、絶縁部材、発熱体、
リード線の熱膨張係数は互いに合うように添加物
材料組成を選定すればよい。また、金属リード線
も他の高融点金属、例えばMo線を用いてもよ
い。

また、本発明のセラミツクヒータ装置の用途は
デイーゼルエンジンに限定されるものではなく、
他の分野にも有効に用いることができる。

〔発明の効果〕

以上詳述した本発明の効果を列挙すれば次のご
とくである。

(1) セラミツク発熱体と絶縁部材に一体接合し、
この絶縁部材を金属ハウジングに固定したか
ら、発熱体の熱が金属ハウジングに奪われるこ
とが少なく、発熱体の熱を有効に利用できる。

(2) 従来例のように発熱体をハウジングに固定せ
ずに絶縁部材に固定しているから、発熱体の確
実な固定を実現できる。

(3) Ｕ字発熱体の２つの端部の間のスリツト部ま
で絶縁部材で接合しているから、発熱体と絶縁
部材との接合強度が向上する。

(4) 発熱体の全体を発熱させることができる。

【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Ｂ−Ｂ断面図、第３図は第１図のＡ
−Ａ断面図、第４図は本発明における発熱部の製
作説明に供する分解斜視図、第５ａ図、第５ｂ図
は本発明における発熱部を示す平面図および側面
図、第６図乃至第９図は本発明の説明に供する特
性図、第１０図は従来例を示す断面図である。 ３……金属ハウジング、４……端子部材をなす
中心電極、５……セラミツク発熱体、６……絶縁
部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 縦断面Ｕ字状のセラミツク発熱体と、この発
   熱体のＵ字スリツト部ならびに２つの端部に一体
   的に接合した電気絶縁セラミツク材料よりなる絶
   縁部材と、この絶縁部材を内側に固定した金属ハ
   ウジングとを備え、前記発熱体の一方の端部をリ
   ード線により前記ハウジングに電気的に接続する
   とともに、前記ハウジングに電気的に絶縁して設
   けた端子部材にリード線により前記発熱体の他方
   の端部を電気的に接続したセラミツクヒータ装
   置。