JPH06196252A - セラミック発熱体 - Google Patents
セラミック発熱体Info
- Publication number
- JPH06196252A JPH06196252A JP34298392A JP34298392A JPH06196252A JP H06196252 A JPH06196252 A JP H06196252A JP 34298392 A JP34298392 A JP 34298392A JP 34298392 A JP34298392 A JP 34298392A JP H06196252 A JPH06196252 A JP H06196252A
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- JP
- Japan
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- resistance wire
- heating
- silicon nitride
- heating element
- sintered body
- Prior art date
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】耐金属疲労性を向上した高温で長時間の連続稼
動が可能な耐久性と信頼性に優れたセラミック発熱体を
提供する。 【構成】窒化珪素質焼結体2中に発熱抵抗体5を埋設し
たセラミック発熱体1であって、少なくとも最高発熱部
6の発熱抵抗体5が、コイル状に密に捲回した無機導電
材から成る発熱抵抗線7で構成され、発熱抵抗線7の外
形は短径8の長径9に対する比率、即ち偏平率が50%
以上である楕円コイル形状を成し、該楕円コイル形状の
内側の窒化珪素質焼結体3の硬度が、発熱抵抗線7の外
周を囲む窒化珪素質焼結体4の硬度と同等以上である。
動が可能な耐久性と信頼性に優れたセラミック発熱体を
提供する。 【構成】窒化珪素質焼結体2中に発熱抵抗体5を埋設し
たセラミック発熱体1であって、少なくとも最高発熱部
6の発熱抵抗体5が、コイル状に密に捲回した無機導電
材から成る発熱抵抗線7で構成され、発熱抵抗線7の外
形は短径8の長径9に対する比率、即ち偏平率が50%
以上である楕円コイル形状を成し、該楕円コイル形状の
内側の窒化珪素質焼結体3の硬度が、発熱抵抗線7の外
周を囲む窒化珪素質焼結体4の硬度と同等以上である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジンの始
動補助用グロープラグや、各種燃焼機器の点火用及び各
種加熱機器用のヒーター等に用いられる高温用のセラミ
ック発熱体に関するものである。
動補助用グロープラグや、各種燃焼機器の点火用及び各
種加熱機器用のヒーター等に用いられる高温用のセラミ
ック発熱体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来よりディーゼルエンジンの始動促進
に用いられるグロープラグや各種点火用及び加熱用ヒー
ターとして、耐熱金属製のシース内に耐熱絶縁粉末を充
填し、該耐熱絶縁粉末中にニッケル(Ni)−クロム
(Cr)等を主体とする高融点金属線から成る発熱抵抗
体を埋設したシーズヒーターや、高電圧の火花放電を利
用する各種点火装置が使用されていた。
に用いられるグロープラグや各種点火用及び加熱用ヒー
ターとして、耐熱金属製のシース内に耐熱絶縁粉末を充
填し、該耐熱絶縁粉末中にニッケル(Ni)−クロム
(Cr)等を主体とする高融点金属線から成る発熱抵抗
体を埋設したシーズヒーターや、高電圧の火花放電を利
用する各種点火装置が使用されていた。
【0003】しかしながら、前記シーズヒーターは耐熱
金属製のシース内に充填された耐熱絶縁粉末を介して発
熱抵抗体の熱を伝えるため、短時間の急速昇温が困難で
ありその上、耐摩耗性や耐久性に劣るという問題がある
他、前記火花放電を利用した各種点火装置も、点火時に
雑音等の電波障害を生じたり、確実な点火という観点か
らの信頼性に欠け、未着火の場合の安全性に問題がある
等の欠点があった。
金属製のシース内に充填された耐熱絶縁粉末を介して発
熱抵抗体の熱を伝えるため、短時間の急速昇温が困難で
ありその上、耐摩耗性や耐久性に劣るという問題がある
他、前記火花放電を利用した各種点火装置も、点火時に
雑音等の電波障害を生じたり、確実な点火という観点か
らの信頼性に欠け、未着火の場合の安全性に問題がある
等の欠点があった。
【0004】そこで、短時間の急速昇温が可能で、電波
障害が発生せず、しかも確実に点火して安全性を確保
し、雰囲気を問わず長時間の使用が可能であり、耐摩耗
性と耐久性に優れた信頼性の高い発熱体として、無機導
電材から成る発熱抵抗体をセラミック焼結体中に埋設し
たセラミック発熱体が、広く利用されるようになってき
た。
障害が発生せず、しかも確実に点火して安全性を確保
し、雰囲気を問わず長時間の使用が可能であり、耐摩耗
性と耐久性に優れた信頼性の高い発熱体として、無機導
電材から成る発熱抵抗体をセラミック焼結体中に埋設し
たセラミック発熱体が、広く利用されるようになってき
た。
【0005】なかでも、図3に示すように耐熱衝撃性及
び高温強度が他のセラミックスよりも著しく優れた窒化
珪素質焼結体18をヒーターの基体として使用し、一般
にタングステン(W)やモリブデン(Mo)等の高融点
金属もしくはこれらの化合物より成る発熱抵抗線19を
コイル状に捲回して発熱抵抗体とし、前記基体中に埋設
して一体化したものが、1000℃前後のヒーターとし
て内燃機関のグロープラグをはじめ、広く利用されてい
る(特公昭63−27835号公報参照)。
び高温強度が他のセラミックスよりも著しく優れた窒化
珪素質焼結体18をヒーターの基体として使用し、一般
にタングステン(W)やモリブデン(Mo)等の高融点
金属もしくはこれらの化合物より成る発熱抵抗線19を
コイル状に捲回して発熱抵抗体とし、前記基体中に埋設
して一体化したものが、1000℃前後のヒーターとし
て内燃機関のグロープラグをはじめ、広く利用されてい
る(特公昭63−27835号公報参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記セ
ラミック発熱体20は、略U字形状に折り曲げたコイル
状の発熱抵抗線を窒化珪素質焼結体18の基体中に埋設
して一体化する際、先端部の密に捲回された略U字形状
の最高発熱部となる発熱抵抗線19には、窒化珪素質焼
結体18の原料粉末が捲回した発熱抵抗線19の内側に
緻密に充填され難いことから、加圧焼成時の圧力が前記
最高発熱部となる発熱抵抗線19に直接負荷され、該発
熱抵抗線19に無用な歪みが残留することになる。
ラミック発熱体20は、略U字形状に折り曲げたコイル
状の発熱抵抗線を窒化珪素質焼結体18の基体中に埋設
して一体化する際、先端部の密に捲回された略U字形状
の最高発熱部となる発熱抵抗線19には、窒化珪素質焼
結体18の原料粉末が捲回した発熱抵抗線19の内側に
緻密に充填され難いことから、加圧焼成時の圧力が前記
最高発熱部となる発熱抵抗線19に直接負荷され、該発
熱抵抗線19に無用な歪みが残留することになる。
【0007】係るセラミック発熱体20を高温用ヒータ
ーとして使用した場合、一般にその温度は点火時には1
000〜1300℃程度であるが、点火した火炎に曝さ
れ、なかには1350℃以上の高温となり、長時間の稼
動により前記発熱抵抗線19には残留応力の他に、発熱
抵抗線19の内側では窒化珪素質焼結体21が充分に緻
密化されないことから熱膨張差による不均一な応力が更
に加わり、該発熱抵抗線19に金属疲労によるクラック
が発生して電気抵抗値が増大し、最終的にコイル状の発
熱抵抗線19が断線して耐久性が著しく劣るという欠点
があった。
ーとして使用した場合、一般にその温度は点火時には1
000〜1300℃程度であるが、点火した火炎に曝さ
れ、なかには1350℃以上の高温となり、長時間の稼
動により前記発熱抵抗線19には残留応力の他に、発熱
抵抗線19の内側では窒化珪素質焼結体21が充分に緻
密化されないことから熱膨張差による不均一な応力が更
に加わり、該発熱抵抗線19に金属疲労によるクラック
が発生して電気抵抗値が増大し、最終的にコイル状の発
熱抵抗線19が断線して耐久性が著しく劣るという欠点
があった。
【0008】
【発明の目的】本発明は前記欠点に鑑み開発されたもの
で、その目的は耐金属疲労性を向上させ、高温での長時
間の連続稼動が可能である耐久性に優れたセラミック発
熱体を提供することにある。
で、その目的は耐金属疲労性を向上させ、高温での長時
間の連続稼動が可能である耐久性に優れたセラミック発
熱体を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミック発熱
体は、窒化珪素質焼結体中に埋設した無機導電材から成
る発熱抵抗体を構成するコイル状に捲回した発熱抵抗線
の外形が50%以上の偏平率を有する楕円コイル形状を
成すセラミック発熱体において、前記セラミック発熱体
の少なくとも最高発熱部に該当する部分の発熱抵抗線の
軸心方向に形成される楕円コイル形状に捲回された内側
を埋める窒化珪素質焼結体の硬度が、楕円コイル形状の
前記発熱抵抗線の外周を囲む窒化珪素質焼結体の硬度と
同等以上であることを特徴とするものである。
体は、窒化珪素質焼結体中に埋設した無機導電材から成
る発熱抵抗体を構成するコイル状に捲回した発熱抵抗線
の外形が50%以上の偏平率を有する楕円コイル形状を
成すセラミック発熱体において、前記セラミック発熱体
の少なくとも最高発熱部に該当する部分の発熱抵抗線の
軸心方向に形成される楕円コイル形状に捲回された内側
を埋める窒化珪素質焼結体の硬度が、楕円コイル形状の
前記発熱抵抗線の外周を囲む窒化珪素質焼結体の硬度と
同等以上であることを特徴とするものである。
【0010】
【作用】本願発明のセラミック発熱体は、セラミック発
熱体の少なくとも最高発熱部の発熱抵抗線で形成される
前記楕円コイル形状の内側の窒化珪素質焼結体の硬度
が、前記発熱抵抗線の外周を囲む窒化珪素質焼結体の硬
度と同等以上とすることから、少なくとも最高発熱部の
発熱抵抗線への応力の集中を緩和するとともに、加圧焼
成時の加圧力を分散して発熱抵抗線の変形を抑制するよ
うに作用する。
熱体の少なくとも最高発熱部の発熱抵抗線で形成される
前記楕円コイル形状の内側の窒化珪素質焼結体の硬度
が、前記発熱抵抗線の外周を囲む窒化珪素質焼結体の硬
度と同等以上とすることから、少なくとも最高発熱部の
発熱抵抗線への応力の集中を緩和するとともに、加圧焼
成時の加圧力を分散して発熱抵抗線の変形を抑制するよ
うに作用する。
【0011】
【実施例】以下、本発明のセラミック発熱体を図面に基
づき詳細に説明する。図1は、本発明のセラミック発熱
体をディーゼルエンジンの始動補助用に使用されるグロ
ープラグに適用した一実施例を示す断面図であり、図2
は図1のグロープラグのA−A線における拡大断面図で
ある。
づき詳細に説明する。図1は、本発明のセラミック発熱
体をディーゼルエンジンの始動補助用に使用されるグロ
ープラグに適用した一実施例を示す断面図であり、図2
は図1のグロープラグのA−A線における拡大断面図で
ある。
【0012】図1及び図2において、1は窒化珪素質焼
結体2中に発熱抵抗体5を埋設したセラミック発熱体
で、セラミック発熱体1の最高発熱部6の発熱抵抗体5
は、コイル状に密に捲回した無機導電材から成る発熱抵
抗線7で構成され、発熱抵抗線7の外形は短径8の長径
9に対する比率、即ち偏平率が50%以上である楕円コ
イル形状を成し、最高発熱部6の発熱抵抗線7で形成さ
れる楕円コイル形状の内側の窒化珪素質焼結体3の硬度
は、発熱抵抗線7の外周を囲む窒化珪素質焼結体4の硬
度と同等以上となっている。
結体2中に発熱抵抗体5を埋設したセラミック発熱体
で、セラミック発熱体1の最高発熱部6の発熱抵抗体5
は、コイル状に密に捲回した無機導電材から成る発熱抵
抗線7で構成され、発熱抵抗線7の外形は短径8の長径
9に対する比率、即ち偏平率が50%以上である楕円コ
イル形状を成し、最高発熱部6の発熱抵抗線7で形成さ
れる楕円コイル形状の内側の窒化珪素質焼結体3の硬度
は、発熱抵抗線7の外周を囲む窒化珪素質焼結体4の硬
度と同等以上となっている。
【0013】次に、前記セラミック発熱体1には、筒状
金具10を外嵌めして一方の電極端子として導出し、該
筒状金具10と取付金具11をろう接して負電極とし、
セラミック発熱体1の後端部には電極取り出し金具12
をろう接して他方の電極端子として導出するとともに導
線13を介して端子棒14と接続して正電極とし、端子
棒14にベークライト等の絶縁性ワッシャー15を挿通
してナット16で固定することにより、取付金具11の
負電極と端子棒14の正電極とが絶縁されたグロープラ
グ17が構成されている。
金具10を外嵌めして一方の電極端子として導出し、該
筒状金具10と取付金具11をろう接して負電極とし、
セラミック発熱体1の後端部には電極取り出し金具12
をろう接して他方の電極端子として導出するとともに導
線13を介して端子棒14と接続して正電極とし、端子
棒14にベークライト等の絶縁性ワッシャー15を挿通
してナット16で固定することにより、取付金具11の
負電極と端子棒14の正電極とが絶縁されたグロープラ
グ17が構成されている。
【0014】尚、発熱抵抗体5を構成する無機導電材か
ら成るコイル状の発熱抵抗線7は、タングステン
(W)、モリブデン(Mo)、レニウム(Re)等の高
融点金属またはその合金の他、例えばタングステンカー
バイド(WC)、窒化チタン(TiN)、モリブデンシ
リサイド(MoSi2 )や硼化ジルコニウム(Zr
B2 )等の第4a族、第5a族、第6a族の炭化物また
は窒化物等から成る線材が好適である。
ら成るコイル状の発熱抵抗線7は、タングステン
(W)、モリブデン(Mo)、レニウム(Re)等の高
融点金属またはその合金の他、例えばタングステンカー
バイド(WC)、窒化チタン(TiN)、モリブデンシ
リサイド(MoSi2 )や硼化ジルコニウム(Zr
B2 )等の第4a族、第5a族、第6a族の炭化物また
は窒化物等から成る線材が好適である。
【0015】本発明のセラミック発熱体を評価するにあ
たり、先ず、窒化珪素(Si3 N4)を主成分とする原
料粉末に焼結助剤として第3a族元素の酸化物等を添加
した混合物から成る造粒体を使用してプレス成形法によ
り棒状の窒化珪素質成形体を作製する。
たり、先ず、窒化珪素(Si3 N4)を主成分とする原
料粉末に焼結助剤として第3a族元素の酸化物等を添加
した混合物から成る造粒体を使用してプレス成形法によ
り棒状の窒化珪素質成形体を作製する。
【0016】次に、直径が0.20mmのタングステン
線を捲回したコイル状の発熱抵抗線と、該発熱抵抗線に
接続したリード線部を構成するタングステン線とから成
る発熱抵抗体を、窒化珪素を主成分とし第3a族元素の
酸化物やアルミナ(Al2 O3 )、モリブデン(Mo)
の珪化物、チタン(Ti)の窒化物等の焼結助剤から成
る泥漿中に浸漬して乾燥した後、前記成形体上に載置
し、前記組成物を付着した発熱抵抗体を挟むように前記
同形状の別の窒化珪素質成形体を重ねて加圧焼成した。
線を捲回したコイル状の発熱抵抗線と、該発熱抵抗線に
接続したリード線部を構成するタングステン線とから成
る発熱抵抗体を、窒化珪素を主成分とし第3a族元素の
酸化物やアルミナ(Al2 O3 )、モリブデン(Mo)
の珪化物、チタン(Ti)の窒化物等の焼結助剤から成
る泥漿中に浸漬して乾燥した後、前記成形体上に載置
し、前記組成物を付着した発熱抵抗体を挟むように前記
同形状の別の窒化珪素質成形体を重ねて加圧焼成した。
【0017】かくして得られた焼結体の側面を研磨して
前記リード線の一部を露出させ、少なくとも該露出部に
メタライズ法やメッキ法等によりニッケル(Ni)等の
金属被膜を形成した後、筒状金具を外嵌めし、還元ガス
雰囲気中で銀ろうにて接合して負電極とし、一方、前記
焼結体の端部に露出したリード線に、線材またはキャッ
プ状の金具より成る電極取り出し金具を同様に銀ろうに
て接合して正電極として接続し、正負の電極を導出した
直径約3.4mmの評価用のセラミック発熱体を作製し
た。
前記リード線の一部を露出させ、少なくとも該露出部に
メタライズ法やメッキ法等によりニッケル(Ni)等の
金属被膜を形成した後、筒状金具を外嵌めし、還元ガス
雰囲気中で銀ろうにて接合して負電極とし、一方、前記
焼結体の端部に露出したリード線に、線材またはキャッ
プ状の金具より成る電極取り出し金具を同様に銀ろうに
て接合して正電極として接続し、正負の電極を導出した
直径約3.4mmの評価用のセラミック発熱体を作製し
た。
【0018】次いで、前記評価用のセラミック発熱体の
一部を使用して発熱抵抗線を密に捲回した最高発熱部を
切断し、該断面から発熱抵抗線が形作る楕円コイル形状
の短径と長径を拡大投影器で計測し、長径に対する短径
の比から偏平率を算出するとともに、ビッカース硬度計
を使用して前記楕円コイル状の発熱抵抗線の内側と外周
の窒化珪素質焼結体を少なくとも5点計測してその平均
値をそれぞれの硬度とした。
一部を使用して発熱抵抗線を密に捲回した最高発熱部を
切断し、該断面から発熱抵抗線が形作る楕円コイル形状
の短径と長径を拡大投影器で計測し、長径に対する短径
の比から偏平率を算出するとともに、ビッカース硬度計
を使用して前記楕円コイル状の発熱抵抗線の内側と外周
の窒化珪素質焼結体を少なくとも5点計測してその平均
値をそれぞれの硬度とした。
【0019】一方、他の前記評価用のセラミック発熱体
を使用し、14Vの直流を1分間通電して1450℃ま
で急速昇温した後、通電を停止して1分間圧搾空気を吹
きつけ強制冷却する工程を1サイクルとする高負荷耐久
試験を、断線して発熱しなくなるまで継続した。以上の
結果を表1に示す。
を使用し、14Vの直流を1分間通電して1450℃ま
で急速昇温した後、通電を停止して1分間圧搾空気を吹
きつけ強制冷却する工程を1サイクルとする高負荷耐久
試験を、断線して発熱しなくなるまで継続した。以上の
結果を表1に示す。
【0020】
【表1】
【0021】その結果、前記楕円コイル状の発熱抵抗線
の内側の窒化珪素質焼結体の硬度が外周の窒化珪素質焼
結体の硬度と同等以上の本発明のセラミック発熱体で
は、18000サイクル以上の耐久試験に耐え、かつ8
00℃の温度に到達する時間が2秒以内と急速昇温特性
にも極めて優れていることが確認できた。
の内側の窒化珪素質焼結体の硬度が外周の窒化珪素質焼
結体の硬度と同等以上の本発明のセラミック発熱体で
は、18000サイクル以上の耐久試験に耐え、かつ8
00℃の温度に到達する時間が2秒以内と急速昇温特性
にも極めて優れていることが確認できた。
【0022】尚、本発明のセラミック発熱体は、前述の
実施例に限定されるものではなく、例えば発熱抵抗線に
無用な歪みが残留するのを防止するため、少なくとも最
高発熱部に該当する部分で前記コイル状に捲回した発熱
抵抗線が形成する楕円コイル形状の内側に、線材のピン
やセラミックスから成る仮焼結体等を装着したり、それ
らと前記泥漿を組み合わせて使用しても良い。
実施例に限定されるものではなく、例えば発熱抵抗線に
無用な歪みが残留するのを防止するため、少なくとも最
高発熱部に該当する部分で前記コイル状に捲回した発熱
抵抗線が形成する楕円コイル形状の内側に、線材のピン
やセラミックスから成る仮焼結体等を装着したり、それ
らと前記泥漿を組み合わせて使用しても良い。
【0023】
【発明の効果】叙上の如く、本発明のセラミック発熱体
は、セラミック発熱体の少なくとも最高発熱部の発熱抵
抗線で形成される前記楕円コイル形状の内側の窒化珪素
質焼結体の硬度が、前記発熱抵抗線の外周を囲む窒化珪
素質焼結体の硬度と同等以上であることから、少なくと
も最高発熱部の発熱抵抗線が短時間で断線することは全
くなく、耐金属疲労性を向上した高温で長時間の連続稼
動が可能な耐久性と信頼性に優れたセラミック発熱体を
提供することができる。
は、セラミック発熱体の少なくとも最高発熱部の発熱抵
抗線で形成される前記楕円コイル形状の内側の窒化珪素
質焼結体の硬度が、前記発熱抵抗線の外周を囲む窒化珪
素質焼結体の硬度と同等以上であることから、少なくと
も最高発熱部の発熱抵抗線が短時間で断線することは全
くなく、耐金属疲労性を向上した高温で長時間の連続稼
動が可能な耐久性と信頼性に優れたセラミック発熱体を
提供することができる。
【図1】本発明のセラミック発熱体をディーゼルエンジ
ンの始動補助用に使用されるグロープラグに適用した一
実施例を示す断面図である。
ンの始動補助用に使用されるグロープラグに適用した一
実施例を示す断面図である。
【図2】図1のグロープラグのA−A線における拡大断
面図である。
面図である。
【図3】従来のセラミック発熱体の要部を示す拡大断面
図である。
図である。
1 セラミック発熱体 2、3、4 窒化珪素質焼結体 5 発熱抵抗体 6 最高発熱部 7 発熱抵抗線
Claims (1)
- 【請求項1】窒化珪素質焼結体中に埋設した無機導電材
から成る発熱抵抗体を構成する発熱抵抗線が50%以上
の偏平率を有する楕円コイル形状を成すセラミック発熱
体において、少なくとも最高発熱部の前記楕円コイル形
状の発熱抵抗線の内側を埋める窒化珪素質焼結体の硬度
が前記発熱抵抗線の外周の窒化珪素質焼結体の硬度と同
等以上であることを特徴とするセラミック発熱体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34298392A JPH06196252A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | セラミック発熱体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34298392A JPH06196252A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | セラミック発熱体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06196252A true JPH06196252A (ja) | 1994-07-15 |
Family
ID=18358029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34298392A Pending JPH06196252A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | セラミック発熱体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06196252A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018199229A1 (ja) * | 2017-04-27 | 2018-11-01 | 京セラ株式会社 | ヒータおよびこれを備えたグロープラグ |
-
1992
- 1992-12-24 JP JP34298392A patent/JPH06196252A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018199229A1 (ja) * | 2017-04-27 | 2018-11-01 | 京セラ株式会社 | ヒータおよびこれを備えたグロープラグ |
| JPWO2018199229A1 (ja) * | 2017-04-27 | 2020-01-09 | 京セラ株式会社 | ヒータおよびこれを備えたグロープラグ |
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