JPH10148332A - Heating element made of ceramic, and its manufacture - Google Patents

Heating element made of ceramic, and its manufacture

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Publication number
JPH10148332A
JPH10148332A JP30654396A JP30654396A JPH10148332A JP H10148332 A JPH10148332 A JP H10148332A JP 30654396 A JP30654396 A JP 30654396A JP 30654396 A JP30654396 A JP 30654396A JP H10148332 A JPH10148332 A JP H10148332A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heating element
silicon nitride
melting point
sintered body
ceramic
Prior art date
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Pending
Application number
JP30654396A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Arihito Tanaka
有仁 田中
Chihiro Sakurai
千尋 桜井
Toshitsugu Miura
俊嗣 三浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jidosha Kiki Co Ltd
Original Assignee
Jidosha Kiki Co Ltd
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Publication date
Application filed by Jidosha Kiki Co Ltd filed Critical Jidosha Kiki Co Ltd
Priority to JP30654396A priority Critical patent/JPH10148332A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To contrive to raising the temperature of a heating element made of a ceramic higher, and at the same time, provide a temperature self-control capability, and in addition, prevent the ceramic from cracking, improve the durability, and reduce the cost. SOLUTION: For this heating element, a high melting point metal 11 of which the melting point is 2000 deg.C or higher, is wound on a formed body or a sintered body 31 of a silicon nitride based substance, and these are embedded in a silicone nitride based power 30A of which the material is approx. the same as the formed body or the sintered body of the silicon nitride based substance. Then, by performing a hot press baking at a temperature of 1650 to 1950 deg.C and by a pressure of 20MPa or higher, a heating element 12 made of a ceramic wherein the high melting point metal 11 is embedded in a silicon nitride based substance sintered body 30, for which the relative density for the silicone nitride based substance part becomes 96% or higher, is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】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等に使用するセラミック製発
熱体およびその製造方法に関し、特に排ガス規制対応の
ディーゼルエンジンでの使用が可能となるような高温発
熱用として機能するセラミック製発熱体および自己温度
制御性能を備えたセラミック製発熱体の製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic heating element used for a glow plug for assisting the start of a diesel engine and a method for producing the same, and more particularly to a high-temperature heating element which can be used in a diesel engine complying with exhaust gas regulations. The present invention relates to a ceramic heating element functioning as a heating element and a method for manufacturing a ceramic heating element having self-temperature control performance.

【0002】[0002]

【従来の技術】ディーゼルエンジンの始動補助に用いる
グロープラグにおいて、発熱体として従来一般には、ニ
ッケルクロム(Ni−Cr)、鉄クロム(Fe−Cr)
等の金属ヒータをマグネシア(MgO)等の耐熱絶縁粉
末に埋設し、それらを耐熱金属製のシースで覆った構造
のものが知られている。
2. Description of the Related Art In a glow plug used for assisting starting of a diesel engine, nickel chromium (Ni-Cr), iron chromium (Fe-Cr) is generally used as a heating element.
And the like are known in which a metal heater is embedded in a heat-resistant insulating powder such as magnesia (MgO) and covered with a heat-resistant metal sheath.

【0003】この種のディーゼルエンジン用グロープラ
グにおける発熱体において、最近は長期排ガス規制対応
のために800℃到達時間を早く、しかもピーク温度や
飽和温度も高くし、さらにエンジン始動後におけるアフ
ターグロー時間を長くする必要がある。これらの要請を
達成するために、発熱体におけるヒータ部は高融点金属
とする必要があり、また発熱体の外殻を構成するシース
を金属から高温使用可能なセラミックスとすることが考
えられてる。
[0003] In the heating element of this type of glow plug for a diesel engine, recently, in order to comply with long-term exhaust gas regulations, the time to reach 800 ° C is increased, the peak temperature and the saturation temperature are increased, and the after-glow time after the engine is started. Need to be longer. In order to achieve these requirements, the heater portion of the heating element needs to be made of a high melting point metal, and the sheath forming the outer shell of the heating element has been considered to be made of metal and ceramic which can be used at a high temperature.

【0004】たとえば特公昭62−19034号公報に
は、タングステン(W)、モリブデン(Mo)等の高融
点金属を耐酸化性、耐熱衝撃性に優れた窒化ケイ素に埋
設するようにしたセラミック製発熱体(いわゆるセラミ
ックヒータ)を用いた構造のものが開示されている。し
かし、このようなセラミック製発熱体を用いた従来のグ
ロープラグでは、セラミック製発熱体は自己温度制御機
能を有していない。
[0004] For example, Japanese Patent Publication No. Sho 62-19034 discloses a ceramic heat generator in which a high melting point metal such as tungsten (W) or molybdenum (Mo) is embedded in silicon nitride having excellent oxidation resistance and thermal shock resistance. A structure using a body (a so-called ceramic heater) is disclosed. However, in a conventional glow plug using such a ceramic heating element, the ceramic heating element does not have a self-temperature control function.

【0005】このため、たとえば特公平3−15094
号公報、特公平4−50487号公報等に示されるよう
に、グロープラグのハウジング部分に発熱体とは別に抵
抗体コイルを設けることによって、自己温度制御機能を
もたせたものも提案されている。しかし、このようにハ
ウジング内に抵抗体コイルを設けた構造であると、その
抵抗体コイルをマグネシア(MgO)等の耐熱絶縁粉体
中に埋設しなければならなくなり、構造が複雑で、製
造、組立が面倒となり、コスト高となる。また、その抵
抗体コイルから発生した熱は、ディーゼルエンジンの燃
焼室には直接は伝わらず、無駄なエネルギ消費となる。
For this reason, for example, Japanese Patent Publication No. 3-15094
As disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 4-50487, a glow plug is provided with a self-temperature control function by providing a resistor coil separately from a heating element in a housing portion. However, with such a structure in which the resistor coil is provided in the housing, the resistor coil must be embedded in heat-resistant insulating powder such as magnesia (MgO), and the structure is complicated. Assembly is troublesome and costly. Further, the heat generated from the resistor coil is not directly transmitted to the combustion chamber of the diesel engine, resulting in wasteful energy consumption.

【0006】また、たとえば特公昭62−19034号
公報、特公平3−15094号公報等で提案されている
発熱体では、セラミック製発熱体の最高到達温度におけ
る円周方向の最大温度差が60℃以上になる場合があ
る。また、このような発熱体では、最高発熱部を先端部
分とすることも難しい。このため、特開平7−1397
27号公報においては、少なくとも二層の無機導電材の
発熱抵抗層を設け、発熱温度の飽和時におけるセラミッ
ク製発熱体において、セラミック発熱体での円周方向の
温度差を小さくすることにより、上述した問題を解決し
ている。
In the heating element proposed in, for example, Japanese Patent Publication Nos. 62-19034 and 3-15094, the maximum temperature difference in the circumferential direction at the maximum temperature of the ceramic heating element is 60 ° C. Or more. Further, in such a heating element, it is also difficult to make the highest heat generating portion a tip portion. For this reason, Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
In Japanese Patent No. 27, at least two layers of a heat generating resistance layer made of an inorganic conductive material are provided, and in a ceramic heat generating element when the heat generating temperature is saturated, the temperature difference in the circumferential direction of the ceramic heat generating element is reduced. Have solved the problem.

【0007】しかしながら、上述した従来例での発熱抵
抗体層は平面であり、セラミック部分の強度が必要とな
り、また径を大きくしなければならない場合には円周方
向の温度差が大きくなることを避けられない。また、ペ
ースト印刷等の製造方法を採ることが必要であり、技術
的に作製が難しく、成形体に二層以上の印刷を行うこと
で工程が複雑でコストも嵩むことになる。
However, the heating resistor layer in the above-mentioned conventional example is a flat surface, the strength of the ceramic portion is required, and when the diameter must be increased, the temperature difference in the circumferential direction increases. Inevitable. In addition, it is necessary to adopt a manufacturing method such as paste printing, and it is technically difficult to produce the printed body. Printing two or more layers on a molded body complicates the process and increases the cost.

【0008】また、前述したセラミック製発熱体を製造
するにあたって一般には、予め予備成形した半割状の窒
化ケイ素成形体にタングステン(W)コイルを置き、も
う一つの半割状の窒化ケイ素成形体を重ね合わせて、ホ
ットプレス焼成を行う。その後、所望の形状(たとえば
グロープラグの発熱体の場合は先端が半球状の円筒形
状)に加工することにより、セラミック製発熱体を形成
することができる。
In manufacturing the above-mentioned ceramic heating element, generally, a tungsten (W) coil is placed on a preliminarily formed half-split silicon nitride compact, and another half-split silicon nitride compact is placed. And hot press firing is performed. Thereafter, the ceramic heating element can be formed by processing it into a desired shape (for example, in the case of a heating element of a glow plug, the tip is a hemispherical cylindrical shape).

【0009】しかし、このような製造方法では、所望の
発熱温度(1200℃以上)を得るための抵抗値を確保
するには、タングステン線(以下、W線という)を0.
1mm以下としなければならない。この場合、細いW線
と窒化ケイ素と反応を起こし、タングステン−ケイ素系
(W−Si系)の化合物がW線の周囲に生成し、断線を
起こすおそれがある。
However, in such a manufacturing method, in order to secure a resistance value for obtaining a desired heat generation temperature (1200 ° C. or higher), a tungsten wire (hereinafter, referred to as a W wire) is required to be used.
It must be less than 1 mm. In this case, a reaction may occur between the thin W line and silicon nitride, and a tungsten-silicon (W-Si) compound may be generated around the W line to cause disconnection.

【0010】このため、たとえば特公昭63−3589
5号公報に示すように、タングステン(W)にレニウム
(Re)を添加し、線材を太くすることが行われている
が、このようにすると、抵抗温度係数が小さくなるた
め、急速昇温と発熱温度(1200℃以上)の両立が困
難となる。さらに、W線をコイルに加工する際のコスト
高、セラミックを焼成した後のコイルの著しい変形、ラ
ッシュコイル(先端発熱コイル部)をリード(電極取出
し口との接続部)に巻付ける必要性、W等の高融点金属
を埋設し所望形状に加工を行う場合の位置出しの困難性
等の問題があった。
For this reason, for example, Japanese Patent Publication No. 63-3589
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 5 (1993), rhenium (Re) is added to tungsten (W) to increase the thickness of the wire. However, in this case, the temperature coefficient of resistance decreases, so that the temperature rises rapidly. It is difficult to achieve a compatible exothermic temperature (1200 ° C. or higher). Further, the cost of processing the W wire into a coil is high, the coil is significantly deformed after firing the ceramic, the need to wind a rush coil (tip heating coil portion) around a lead (connection portion with an electrode outlet), There is a problem such as difficulty in positioning when embedding a high melting point metal such as W and processing into a desired shape.

【0011】上述したような問題点を解決しようとする
ものとして、たとえば特開平8−135966号公報が
提案されている。この従来のグロープラグでは、窒化ケ
イ素からなるカップ状の外殻の内部に高融点金属からな
る発熱線を、巻きピッチが密となる発熱部と、粗となる
制御部として差をもたせて挿入し、ケイ素を主成分とす
るセラミックを前記外殻内に充填し、さらに制御部の後
方に遮熱層として樹脂膜を設けた状態で、1400℃の
温度と0.93MPaの圧力でガス圧焼結を行うことに
より、セラミック製発熱体を形成している。
To solve the above-mentioned problems, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 8-135966 has been proposed. In this conventional glow plug, a heating wire made of a high melting point metal is inserted inside a cup-shaped outer shell made of silicon nitride with a difference as a heating portion having a dense winding pitch and a rough control portion. A gas pressure sintering is performed at a temperature of 1400 ° C. and a pressure of 0.93 MPa in a state in which a ceramic containing silicon as a main component is filled in the outer shell and a resin film is provided as a heat shield layer behind the control unit. Is performed to form a ceramic heating element.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
なセラミック製発熱体では、窒化ケイ素からなるカップ
状外殻内部に、巻きピッチを変えた発熱線を挿入し、セ
ラミックを充填するという面倒な製造作業を要する。反
応焼結が低温でのガス圧焼結のために、外殻内部に充填
するセラミックからなる絶縁体部分での相対密度が低
い。そのため、金属線が酸化され易く、遮熱層を設ける
必要からコスト高となる。また、セラミック強度が低い
という問題もある。
However, in the above-mentioned ceramic heating element, the heating wire having a different winding pitch is inserted into a cup-shaped outer shell made of silicon nitride, and the ceramic is filled. Requires manufacturing work. Due to the gas pressure sintering at a low temperature in the reaction sintering, the relative density at the insulator portion made of ceramic filled in the outer shell is low. Therefore, the metal wire is easily oxidized and the cost is increased due to the necessity of providing the heat shield layer. Another problem is that the ceramic strength is low.

【0013】特に、この種のグロープラグにおいて、セ
ラミック製発熱体内に埋設することができる高融点金属
線の長さには限界がある。たとえば発熱体の先端部15
mm程度の中に発熱コイル部を、上述した特開平8−1
35966号公報に開示された方法で埋設しようとする
と、60mm程度が限界であり、12Vの電源で120
0℃以上という所望の発熱温度を得るための抵抗値を確
保するには、W線を0.1mm以下としなければならな
い。
In particular, in this type of glow plug, there is a limit to the length of a high melting point metal wire that can be embedded in a ceramic heating element. For example, the tip 15 of the heating element
mm, the heating coil portion is set in the above-described JP-A-8-1.
When burying by the method disclosed in Japanese Patent No. 35966, the limit is about 60 mm, and 120
In order to secure a resistance value for obtaining a desired heat generation temperature of 0 ° C. or more, the W line must be 0.1 mm or less.

【0014】しかし、このような構造とすると、前述し
たように細いW線と窒化ケイ素とが反応を起こし、タン
グステン−ケイ素系(W−Si系)の化合物がW線の周
囲に生成し、断線を起こすことを避けられず、WにRe
を添加して線径を太くしなければならないから、抵抗温
度係数が小さくなるため、急速昇温と発熱温度(120
0℃以上)の両立が困難となる。
However, in such a structure, as described above, the thin W line reacts with silicon nitride, and a tungsten-silicon (W-Si) compound is formed around the W line, and the wire breaks. Unavoidable, W has Re
Must be added to increase the wire diameter, so that the temperature coefficient of resistance is reduced.
(0 ° C. or higher)).

【0015】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、窒化ケイ素質焼結体や高融点金属の材質に
工夫を凝らすとともに、立体的に金属発熱体が配置され
ていることにより円周方向での温度差を小さくすること
ができ、さらに高融点金属の巻き密度に差をもたせて制
御コイル部(ブレーキコイル)をセラミック製発熱体内
に設けることにより自己温度制御性能をもたせることが
可能となるセラミック製発熱体を得ることを目的とす
る。
The present invention has been made in view of such circumstances, and has been devised in terms of the material of a silicon nitride-based sintered body and a high melting point metal, and has a three-dimensional arrangement of metal heating elements. The temperature difference in the circumferential direction can be reduced, and the self-temperature control performance can be provided by providing a control coil section (brake coil) in a ceramic heating element with a difference in the winding density of the high melting point metal. It is an object to obtain a ceramic heating element that can be used.

【0016】また、本発明は高融点金属、たとえばW線
を太くして断線、割れを防ぐことができ、高融点金属コ
イルの加工コストを低減し、焼成後のコイルの変形を抑
え、W線等の高融点金属を埋設し所望形状に加工を行う
場合に、中心位置出しが容易であるセラミック製発熱体
の製造方法を得ることを目的とする。
Further, the present invention can prevent disconnection and cracking by thickening a high melting point metal, for example, a W line, reduce the processing cost of the high melting point metal coil, suppress deformation of the coil after firing, and reduce the W line. It is an object of the present invention to obtain a method of manufacturing a ceramic heating element that can easily locate a center when a high-melting point metal such as that described above is embedded and processed into a desired shape.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】このような目的に応える
ために本発明に係るセラミック製発熱体は、窒化ケイ素
質焼結体中に高融点金属を埋設することにより形成する
セラミック製発熱体であって、窒化ケイ素質部分の相対
密度が96%以上となる窒化ケイ素質焼結体中に、融点
が2000℃以上である高融点金属コイルを埋設し、最
高温度への到達時のセラミック製発熱体の最高発熱部の
円周方向の最大温度差がたとえば30℃以下というよう
に小さくなるように構成したものである。
In order to meet such an object, a ceramic heating element according to the present invention is a ceramic heating element formed by embedding a high melting point metal in a silicon nitride sintered body. A high melting point metal coil having a melting point of 2,000 ° C. or higher is embedded in a silicon nitride based sintered body having a relative density of the silicon nitride portion of 96% or more. The maximum temperature difference in the circumferential direction of the highest heat generating portion of the body is configured to be small, for example, 30 ° C. or less.

【0018】また、本発明に係るセラミック製発熱体
は、窒化ケイ素質焼結体中に高融点金属を埋設すること
により形成するセラミック製発熱体であって、窒化ケイ
素質部分の相対密度が96%以上となる窒化ケイ素質焼
結体中に、融点が2000℃以上である高融点金属コイ
ルを、前記発熱体の先端側と後端側とでの巻き密度に差
をもたせて埋設し、発熱時に自己温度制御性能を有する
ように構成したものである。ここで、高融点金属コイル
は、発熱体の先端側が後端側よりも巻き密度が密となる
状態で窒化ケイ素質焼結体中に埋設するとよい。
Further, the ceramic heating element according to the present invention is a ceramic heating element formed by embedding a high melting point metal in a silicon nitride sintered body, wherein the relative density of the silicon nitride part is 96. % Of a high melting point metal coil having a melting point of 2,000 ° C. or more is embedded in a silicon nitride sintered body with a difference in winding density between the front end side and the rear end side of the heating element. Sometimes it has a self-temperature control performance. Here, the high-melting-point metal coil is preferably embedded in the silicon nitride-based sintered body in a state where the winding end of the heating element has a higher winding density than the rear end.

【0019】さらに、本発明に係るセラミック製発熱体
の製造方法は、窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結体に
融点が2000℃以上である高融点金属を巻付け、これ
らを前記窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結体とほぼ同
組成の窒化ケイ素質粉体中に埋設し、焼成を行うもので
ある。ここで、高融点金属コイルを埋設した窒化ケイ素
質粉体の焼成は、1650℃ないし1950℃間の温度
と20MPa以上の圧力とによるホットプレス焼成によ
り行うとよい。
Further, in the method of manufacturing a ceramic heating element according to the present invention, a high melting point metal having a melting point of 2000 ° C. or more is wound around a silicon nitride-based compact or sintered body, and these are wrapped with the silicon nitride-based material. It is buried in a silicon nitride powder having substantially the same composition as the compact or sintered body and fired. Here, the firing of the silicon nitride powder in which the high melting point metal coil is embedded may be performed by hot press firing at a temperature between 1650 ° C. and 1950 ° C. and a pressure of 20 MPa or more.

【0020】また、本発明に係るセラミック製発熱体の
製造方法は、窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結体に融
点が2000℃以上である高融点金属を、発熱体の先端
側と後端側とでの巻き密度に差をもたせて巻付け、これ
らを前記窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結体とほぼ同
組成の窒化ケイ素質粉体中に埋設し、焼成を行うことに
より自己温度制御性能を有するセラミック製発熱体を製
造するものである。
Further, the method of manufacturing a ceramic heating element according to the present invention is characterized in that a high melting point metal having a melting point of 2,000 ° C. or more is added to a silicon nitride compact or sintered body at the front end and rear end of the heating element. The windings are provided with a difference in the winding density between the above, and these are buried in a silicon nitride powder having substantially the same composition as the silicon nitride compact or sintered body, and then fired to obtain a self-temperature control performance. This is for producing a ceramic heating element having:

【0021】ここでも、高融点金属コイルを埋設した窒
化ケイ素質粉体の焼成は、1650℃ないし1950℃
間の温度と20MPa以上の圧力とによるホットプレス
焼成により行うとよい。また、高融点金属を発熱体の先
端側が後端側よりも巻き密度が密となる状態で窒化ケイ
素質の成形体あるいは焼結体に巻付けるとよい。
Here, the firing of the silicon nitride powder in which the high melting point metal coil is embedded is carried out at 1650 ° C. to 1950 ° C.
It is preferable to perform hot press baking at a temperature between 20 MPa and a pressure of 20 MPa or more. Further, it is preferable to wind the high melting point metal on a silicon nitride-based molded body or sintered body in a state in which the heating element has a higher winding density at the front end side than at the rear end side.

【0022】本発明によれば、窒化ケイ素質部分の相対
密度が96%以上となる窒化ケイ素質焼結体を用い、そ
の中に高融点金属発熱体が埋設されたセラミック製発熱
体に、融点が2000℃以上である高融点金属コイルを
埋設することにより、最高温度への到達時にセラミック
製発熱体の最高発熱部の円周方向での最大温度差を30
℃以下程度に小さくすることができる。
According to the present invention, a ceramic heating element in which a silicon nitride-based sintered body in which the relative density of the silicon nitride-based portion is 96% or more and a high melting point metal heating element is embedded therein is added to the ceramic heating element. Embeds a high melting point metal coil having a temperature of 2,000 ° C. or more, so that the maximum temperature difference in the circumferential direction of the highest heating portion of the ceramic heating element can be reduced by 30 when the maximum temperature is reached.
The temperature can be reduced to about ℃ or less.

【0023】また、本発明によれば、窒化ケイ素質焼結
体中に埋設する高融点金属コイルの巻き密度の差をもた
せることにより、自己温度制御性能をもたせることがで
きる。
According to the present invention, the self-temperature control performance can be provided by providing a difference in the winding density of the high melting point metal coil embedded in the silicon nitride sintered body.

【0024】また、本発明によれば、窒化ケイ素質焼結
体中に高融点金属からなる発熱体を埋設するにあたっ
て、窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結体に融点が20
00℃以上である高融点金属を巻付け、それを窒化ケイ
素質粉体の中に埋設し、1650℃ないし1950℃間
の温度と20MPa以上の圧力とでホットプレス焼成を
行うことにより、上述したように高温発熱用として機能
するセラミック製発熱体あるいは自己温度制御性能を有
するセラミック製発熱体を得ることができる。
According to the present invention, when a heating element made of a high melting point metal is buried in a silicon nitride sintered body, the silicon nitride molded body or sintered body has a melting point of 20%.
A high melting point metal having a temperature of at least 00 ° C. is wound, buried in a silicon nitride powder, and subjected to hot press firing at a temperature of 1650 ° C. to 1950 ° C. and a pressure of 20 MPa or more, thereby obtaining the above-described structure. As described above, a ceramic heating element that functions for high-temperature heating or a ceramic heating element that has self-temperature control performance can be obtained.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】図1ないし図5は本発明に係る高
温発熱用として機能をもち、さらに自己温度制御性能を
有するセラミック製発熱体およびその製造方法の一つの
実施の形態を示す。これらの図において、本発明に係る
セラミック製発熱体12を用いるディーゼルエンジン用
グロープラグ10の構成を図2を用いて説明すると、こ
のグロープラグ10は、先端側が発熱部として機能する
棒状セラミックヒータとしてのセラミック製発熱体12
と、このセラミック製発熱体12を先端部において保持
する略管状を呈する金属製ホルダ(金属製ハウジング)
13とを備えている。なお、13aは前記ホルダ13の
外周ねじ部で、このねじ部13aが図示しないエンジン
シリンダヘッド側のねじ孔に螺合されることで電気的に
ア−ス接続し、また発熱体12の先端を副燃焼室または
燃焼室内に突出させて配置させる。
1 to 5 show one embodiment of a ceramic heating element having a function for self-heating and having a self-temperature control performance according to the present invention and a method for manufacturing the same. In these figures, the configuration of a glow plug 10 for a diesel engine using a ceramic heating element 12 according to the present invention will be described with reference to FIG. 2. The glow plug 10 is a rod-shaped ceramic heater whose tip side functions as a heating section. Ceramic heating element 12
And a substantially tubular metal holder (metal housing) for holding the ceramic heating element 12 at the distal end.
13 is provided. Reference numeral 13a denotes an outer peripheral thread portion of the holder 13. The thread portion 13a is screwed into a screw hole (not shown) on the engine cylinder head side to electrically ground and connect the tip of the heating element 12. It is arranged to protrude into the sub combustion chamber or the combustion chamber.

【0026】このホルダ13の後端部には、絶縁スリー
ブ14を介して外部接続端子15が同心状に嵌合保持さ
れている。また、この外部接続端子15は、前記セラミ
ック製発熱体12を構成する後述するリード部22,2
3の一方(23)にリード線16を介して接続されてい
る。16aは絶縁チューブである。なお、外部接続端子
15は図示しないが、車載バッテリの陽極側に接続され
る。
An external connection terminal 15 is fitted and held concentrically at the rear end of the holder 13 via an insulating sleeve 14. The external connection terminals 15 are connected to lead portions 22 and 2 (described later) constituting the ceramic heating element 12.
3 is connected via a lead wire 16 to one (23). 16a is an insulating tube. Although not shown, the external connection terminal 15 is connected to the anode side of the vehicle-mounted battery.

【0027】前記ホルダ13先端に補助パイプ17を介
して保持されるセラミック製発熱体12は、図1、図2
に示すように、窒化ケイ素質焼結体中に高融点金属発熱
体11を埋設することにより形成されている。ここで、
このセラミック製発熱体12を形成する窒化ケイ素質焼
結体は、窒化ケイ素質部分の相対密度が96%以上とな
るように構成されている。
The heating element 12 made of ceramic which is held at the tip of the holder 13 via an auxiliary pipe 17 is shown in FIGS.
As shown in the figure, the refractory metal heating element 11 is buried in a silicon nitride sintered body. here,
The silicon nitride sintered body forming the ceramic heating element 12 is configured so that the relative density of the silicon nitride portion is 96% or more.

【0028】11はこの窒化ケイ素質焼結体中に埋設さ
れるコイル状の高融点金属であり、融点が2000℃以
上である、たとえばW線などで構成されている。本発明
によれば、この高融点金属コイル11を、前記発熱体1
2の先端側と後端側とでの巻き密度に差をもたせて埋設
している。すなわち、高融点金属コイル11を、発熱体
の先端側が発熱コイル部20として、後端側の抵抗コイ
ル部21よりも巻き密度が密となる状態で窒化ケイ素質
焼結体中に埋設している。
Numeral 11 denotes a coil-like high melting point metal buried in the silicon nitride sintered body, which is made of, for example, a W wire having a melting point of 2000 ° C. or more. According to the present invention, the refractory metal coil 11 is
2 is buried with a difference in the winding density between the front end side and the rear end side. That is, the high-melting-point metal coil 11 is embedded in the silicon nitride-based sintered body in a state in which the front end side of the heating element is the heating coil section 20 and the winding density is higher than that of the resistance coil section 21 on the rear end side. .

【0029】これらの発熱コイル部20、抵抗コイル部
21を形成する高融点金属コイル11は、発熱体12の
先端側に位置し、それぞれの端部がリード部22,23
により発熱体の後端側に延設されている。なお、これら
の高融点金属コイル11を配設した発熱体12は、補助
パイプ17よりも外方に突出するか、あるいはパイプ1
7に設けた内周溝部17aを介して外部に露呈し、放熱
可能に構成されている。また、この高融点金属コイル1
1による発熱コイル部20と抵抗コイル部21との間に
は、発熱コイル部20側の熱影響が抵抗コイル部21に
時間差をもって伝わるようにギャップ(GAP)を設け
ている。
The refractory metal coil 11 forming the heating coil section 20 and the resistance coil section 21 is located on the tip side of the heating element 12, and the ends thereof are the lead sections 22 and 23.
The heating element extends to the rear end side. The heating element 12 provided with these refractory metal coils 11 projects outward from the auxiliary pipe 17 or
It is configured to be exposed to the outside through an inner peripheral groove portion 17a provided in and to be capable of dissipating heat. In addition, this high melting point metal coil 1
1, a gap (GAP) is provided between the heating coil unit 20 and the resistance coil unit 21 so that the heat influence on the heating coil unit 20 side is transmitted to the resistance coil unit 21 with a time difference.

【0030】18は発熱体12の後端寄りの外周に嵌装
されたターミナルリングで、一方のリード部22が接続
され、これを接続片18aを介して前記補助パイプ17
を介して、あるいはホルダ13に直接アース接続されて
いる。また、他方のリード部23は発熱体12の後端に
被冠して設けたターミナルキャップ19を介して前記リ
ード線16と接続されている。
Reference numeral 18 denotes a terminal ring fitted on the outer periphery near the rear end of the heating element 12, to which one lead portion 22 is connected, and which is connected to the auxiliary pipe 17 through a connecting piece 18a.
, Or directly to the holder 13. The other lead 23 is connected to the lead 16 via a terminal cap 19 provided to cover the rear end of the heating element 12.

【0031】図1中30は窒化ケイ素質焼結体31によ
る発熱体本体で、この窒化ケイ素質焼結体31は前述し
た高融点金属コイル11を、発熱コイル部20を密に、
抵抗コイル部21を粗に巻き付けるための窒化ケイ素質
成形体または焼結体であった部分である。
In FIG. 1, reference numeral 30 denotes a heating element main body made of a silicon nitride sintered body 31. The silicon nitride sintered body 31 has a high melting point metal coil 11 as described above, and a heating coil section 20 in a dense state.
This is a portion formed of a silicon nitride-based molded body or a sintered body for coarsely winding the resistance coil portion 21.

【0032】ここで、発熱体12を形成する窒化ケイ素
質焼結体30とは窒化ケイ素(Si3 N4 )を主成分と
した焼結体であって、いわゆる助剤成分を含んだ窒化ケ
イ素セラミックスのことである。これに使用する窒化ケ
イ素としては、焼結性、マイグレーション等の観点から
純度の高いものが好ましく、また助剤はイットリア−ア
ルミナ系に代表されるような既知の助剤成分系を使用可
能である。
Here, the silicon nitride sintered body 30 forming the heating element 12 is a sintered body containing silicon nitride (Si 3 N 4) as a main component, and is a silicon nitride ceramic containing a so-called auxiliary component. That is. As the silicon nitride used for this, those having a high purity are preferable from the viewpoint of sinterability, migration and the like, and the auxiliary agent may be a known auxiliary component system represented by yttria-alumina system. .

【0033】また、内側に埋設した高融点金属11を巻
付ける成形体(焼結体)31の窒化ケイ素質と外側の焼
結体30での窒化ケイ素質の組成は、焼成時の熱膨張係
数の差による割れを防ぐ観点から同一(窒化ケイ素質に
おいて割れを生じない程度の同組成)であることが好ま
しい。
The composition of the silicon nitride of the molded body (sintered body) 31 around which the refractory metal 11 embedded inside is wound and the silicon nitride of the outer sintered body 30 is determined by the coefficient of thermal expansion during firing. It is preferable that they have the same composition (the same composition that does not cause cracking in silicon nitride) from the viewpoint of preventing cracking due to the difference between the two.

【0034】さらに、窒化ケイ素質のようなセラミック
スの焼結温度としては最高到達温度1950℃とする場
合があるため、高融点金属11は2000℃の融点をも
たなければならない。このような高融点金属11として
は、たとえばW、Mo、Nb(ニオブ)、Hf(ハフニ
ウム)、Ir(イリジウム)等が例示できる。この中で
最も好ましいものは、安価で成形し易いW(タングステ
ン)である。
Further, since the maximum sintering temperature of ceramics such as silicon nitride may be 1950 ° C., the high melting point metal 11 must have a melting point of 2000 ° C. Examples of such a high melting point metal 11 include W, Mo, Nb (niobium), Hf (hafnium), and Ir (iridium). The most preferable one is W (tungsten) which is inexpensive and easy to mold.

【0035】以上の構成において、セラミック製発熱体
12は、以下のようにして製造することができる。ま
ず、円柱状形状あるいは円筒状形状等のように線材を巻
付け易い形状の窒化ケイ素質成形体31を作製する。こ
のような成形体31を焼成することにより、窒化ケイ素
質焼結体が得られるもので、いずれを用いてもよい。こ
こで、このような成形体31もしくは焼結体31として
は、これを埋設することから、外筒部(30A)の窒化
ケイ素質と熱膨張係数がほぼ等しくなるような組成を選
択することが必要で、外筒部の窒化ケイ素質と同一組成
であることが好ましい。また、その作製法としては、一
軸プレス、CIP(等方圧プレス)、押出成型、射出成
形のような一般的な作製方法を採用することができる。
In the above configuration, the ceramic heating element 12 can be manufactured as follows. First, a silicon nitride molded body 31 having a shape such as a columnar shape or a cylindrical shape in which a wire is easily wound is prepared. By firing such a molded body 31, a silicon nitride sintered body can be obtained, and any of them may be used. Here, since such a molded body 31 or sintered body 31 is embedded, it is necessary to select a composition such that the thermal expansion coefficient is substantially equal to that of the silicon nitride of the outer cylindrical portion (30A). It is necessary and preferably has the same composition as the silicon nitride of the outer cylinder. In addition, as a manufacturing method, a general manufacturing method such as a uniaxial press, a CIP (isotropic pressure press), an extrusion molding, and an injection molding can be adopted.

【0036】なお、高融点金属線11を巻付ける成形体
31として円柱状形状のものを用いたとき、先端側の発
熱コイル部20の先端20aを折り返し、発熱体12の
後端側に導くことは、図3に示す通り、比較的簡単に行
える。すなわち、このような成形体31はそれ程硬くな
いから、金属線11を通すことは簡単に行える。
When the cylindrical body 31 around which the refractory metal wire 11 is wound is used, the tip 20a of the heating coil portion 20 on the tip side is folded back and guided to the rear end of the heating element 12. Can be performed relatively easily, as shown in FIG. That is, since such a formed body 31 is not so hard, it is easy to pass the metal wire 11 therethrough.

【0037】このようにして得られる窒化ケイ素質の成
形体あるいは焼成体31に、融点が2000℃以上であ
る高融点金属11を巻付ける。ここで、焼成体31とは
500℃前後で脱脂した脱脂体、焼結温度よりもやや低
めの温度で焼成した仮焼体も含まれる。また、製造工程
におけるハンドリングのし易さによって、成形体あるい
は焼成体のどちらに巻付けるかを選択することができ
る。
A high melting point metal 11 having a melting point of 2000 ° C. or more is wound around the silicon nitride-based molded body or fired body 31 thus obtained. Here, the fired body 31 includes a degreased body degreased at about 500 ° C. and a calcined body fired at a temperature slightly lower than the sintering temperature. Further, depending on the ease of handling in the manufacturing process, it is possible to select which of the molded body and the fired body is to be wound.

【0038】また、Wコイルを作製する場合、モリブデ
ン(Mo)のような金属に巻付け、その後Moを溶かす
という方法や温間で巻き取る方法が従来から採用されて
いるが、本発明によれば、巻付け工程は冷間で可能であ
り、完全自動化を達成でき、Mo等の金属を使用する必
要もなく、コストのかからない製造方法となる。
In the case of manufacturing a W coil, a method of winding around a metal such as molybdenum (Mo) and then dissolving Mo or a method of winding up warmly has conventionally been adopted. If this is the case, the winding process can be performed cold, complete automation can be achieved, there is no need to use a metal such as Mo, and the manufacturing method is inexpensive.

【0039】まず、この高融点金属11を巻いたものを
窒化ケイ素質粉体30Aの中に埋設し、セラミック製発
熱体12の成形体とする。金型の中に約半分の窒化ケイ
素質粉体30Aを入れ、W線を巻いたものを置き、残り
の半分の窒化ケイ素質粉体30Aを入れて一軸プレスを
する方法、W線を巻いたものを中心に据えてドライCI
Pをする方法等、様々な方法を選択することができる。
First, the high-melting metal 11 wound is buried in a silicon nitride powder 30A to form a ceramic heating element 12. About half of the silicon nitride powder 30A was placed in a mold, and the wire wound with a W wire was placed. The other half of the silicon nitride powder 30A was placed and subjected to uniaxial pressing. Dry CI with a focus on things
Various methods such as a method of performing P can be selected.

【0040】次に、窒化ケイ素質粉体30Aの中に埋設
したものを、1650℃ないし1950℃間の温度で2
0MPa以上の圧力をかけたホットプレス法を用いて焼
結することにより、高融点金属11(20,21)、リ
ード部22,23を埋設した発熱体12を得ることがで
きる。ここで、常圧焼結、ガス圧焼結および20MPa
より低い圧力のホットプレス焼結では十分に緻密化せ
ず、埋設物の移動が起こり、コイルと窒化ケイ素質の間
に隙間ができたが、20MPa以上の圧力をかけたホッ
トプレス法を用いて焼結することで、上述した不具合を
解消することができる。
Next, the material buried in the silicon nitride powder 30A is heated at a temperature between 1650 ° C. and 1950 ° C. for 2 hours.
By sintering using a hot press method applying a pressure of 0 MPa or more, the heating element 12 in which the high melting point metal 11 (20, 21) and the lead portions 22, 23 are embedded can be obtained. Here, normal pressure sintering, gas pressure sintering and 20 MPa
Hot press sintering at a lower pressure did not sufficiently densify, moving the buried material and creating a gap between the coil and the silicon nitride, but using a hot press method applying a pressure of 20 MPa or more By sintering, the above-mentioned problem can be solved.

【0041】また、1650℃よりも低い温度でホット
プレスを行うと、外側の窒化ケイ素質が十分に緻密化し
ないだけでなく、高融点金属11を巻いたものとが一体
化しない。さらに、1950℃よりも高い温度である
と、窒化ケイ素質の分解により十分に緻密化せず、高融
点金属と窒化ケイ素との反応が激しくなる現象が起きる
ことから、上述したような1650℃ないし1950℃
の温度条件下であって、20MPa以上の圧力でのホッ
トプレス焼成を行うとよい。
When hot pressing is performed at a temperature lower than 1650 ° C., not only the outer silicon nitride material is not sufficiently densified, but also the material obtained by winding the high melting point metal 11 is not integrated. Further, if the temperature is higher than 1950 ° C., a phenomenon occurs in which the silicon nitride is not sufficiently densified due to decomposition thereof and the reaction between the high melting point metal and the silicon nitride becomes intense. 1950 ° C
And hot press firing at a pressure of 20 MPa or more.

【0042】そして、このような構成では、窒化ケイ素
質焼結体30中に高融点金属11からなる発熱コイル部
20、抵抗コイル部21を埋設したセラミック製発熱体
12を形成でき、しかも融点が2000℃以上ある高融
点金属コイル11の巻き密度に差をもたせるだけで、自
己温度制御性能を得ることができる。
With such a configuration, the ceramic heating element 12 in which the heating coil section 20 made of the high melting point metal 11 and the resistance coil section 21 are embedded in the silicon nitride sintered body 30 can be formed. The self-temperature control performance can be obtained only by making the winding density of the high melting point metal coil 11 having a temperature of 2000 ° C. or more different.

【0043】[0043]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕図4に示すように、押出し成形した直径4
mm、内径0.1mm、長さ25mmの円筒状窒化ケイ
素質成形品(88wt%Si3 N4 −4wt%Al2 O
3 −4wt%Y2 O3 −4wt%TaN)に、0.2m
mW線(純度99%)を穴に通し、円筒状窒化ケイ素質
成型品31の外周の先端部に10回0.3mmピッチで
巻き、その後1.3mmピッチで10回巻付ける。
Example 1 As shown in FIG.
mm, inner diameter 0.1 mm, length 25 mm cylindrical silicon nitride molded product (88 wt% Si3 N4 -4 wt% Al2 O
0.2m to 3-4wt% Y2O3-4wt% TaN)
An mW wire (purity: 99%) is passed through the hole, wound 10 times around the distal end of the cylindrical silicon nitride molded product 31 at a pitch of 0.3 mm, and then wound 10 times at a pitch of 1.3 mm.

【0044】7x40mm角の成形が可能な金型に円筒
状窒化ケイ素質成形品31と同銘柄、同組成の粉体を
0.4g入れ1t/cm2 の圧力で一軸プレスにより直
方体を成形した後、その上にW線11を巻いた円筒状窒
化ケイ素質成形品31を置き、さらにその上からの粉体
30Aを0.9g入れ1t/cm2 の圧力で一軸プレス
をし、W線11を巻いた円筒状窒化ケイ素質成形品31
を埋設した直方体の成形体を作製する。
0.4 g of powder having the same brand and the same composition as the cylindrical silicon nitride molded product 31 was placed in a mold capable of forming a 7 × 40 mm square, and a rectangular parallelepiped was formed by uniaxial pressing under a pressure of 1 t / cm 2. A cylindrical silicon nitride molded product 31 wound with a W wire 11 was placed thereon, and 0.9 g of powder 30A from above was further placed therein and uniaxially pressed at a pressure of 1 t / cm 2, and the W wire 11 was wound. Cylindrical silicon nitride molding 31
A molded body of a rectangular parallelepiped in which is embedded.

【0045】その後、黒鉛型に入れ40MPa、175
0℃x1hのホットプレス焼成を行い、その後直径3.
5mm、長さ40mm、W線11の2つの端が窒化ケイ
素質セラミック(発熱体12)から露出するように円筒
研削加工し、セラミック製発熱体12を得た。W線11
を巻いた部分は発熱体12の中心に位置している。この
例では、特には再研削等は必要としなかった。また、W
線11を取り除いて密度を測定し、窒化ケイ素質30,
31の理論密度で割った値としての相対密度は98.3
%であった。
Thereafter, the mixture was placed in a graphite mold at 40 MPa, 175
Hot press firing at 0 ° C. × 1 h is performed, and then diameter 3.
Cylindrical grinding was performed so that the two ends of the W wire 11 having a length of 5 mm and a length of 40 mm were exposed from the silicon nitride ceramic (heating element 12), thereby obtaining a heating element 12 made of ceramic. W line 11
Is located at the center of the heating element 12. In this example, re-grinding or the like was not particularly required. Also, W
The wire 11 was removed and the density was measured.
The relative density as a value divided by the theoretical density of 31 is 98.3.
%Met.

【0046】このようにして得た発熱体12に金属製補
助パイプ17をロウ付けし、W線11の成形体の穴に入
る端が正極、他の側を負極とし、ディーゼルエンジン用
グロープラグ10を作製した。そして、11Vの電圧を
かけて特性評価を行うと、図5に示すように、セラミッ
ク製発熱体12の端面から3mmの最高到達温度が13
50℃、800℃到達温度が3.5秒となり、自己温度
制御特性を有することが確認できた。
A metal auxiliary pipe 17 is brazed to the heating element 12 thus obtained, and the end of the W wire 11 formed in the hole of the molded body is a positive electrode, and the other side is a negative electrode. Was prepared. Then, when the characteristics are evaluated by applying a voltage of 11 V, as shown in FIG. 5, the maximum temperature of 3 mm from the end surface of the ceramic heating element 12 is 13 mm.
The temperature reached at 50 ° C. and 800 ° C. was 3.5 seconds, confirming that it had self-temperature control characteristics.

【0047】〔実施例2〕押出し成形後に脱脂し、17
70℃で常圧焼結を行い直径2.3mm、内径0.22
mm、長さ35mmの円筒状焼結体(90wt%Si3
N4 −5wt%Al2 O3 −5wt%Y2 O3 )を作製
する。すると、相対密度は96.8%となる。その後、
上述した実施例1と同様な条件で成形体、焼結体を作製
し、最終的にディーゼルエンジン用グロープラグ10を
作製する。ただし、高融点金属11はMo線とする。
Example 2 Degreasing after extrusion molding,
Normal pressure sintering at 70 ° C, diameter 2.3mm, inner diameter 0.22
mm, 35 mm long cylindrical sintered body (90 wt% Si3
N4-5 wt% Al2 O3 -5 wt% Y2 O3) is prepared. Then, the relative density becomes 96.8%. afterwards,
A molded body and a sintered body are manufactured under the same conditions as those of the first embodiment, and finally, a glow plug 10 for a diesel engine is manufactured. However, the refractory metal 11 is a Mo wire.

【0048】このようにして作製した焼結体30には割
れは観察されなかった。また、実施例1と同様な条件で
特性を評価したところ、セラミック製発熱体12の端面
から3mmのところで最高到達温度に達した。この3m
mのところで任意の四点で温度計測を行った。それぞれ
1210℃、1208℃、1201℃、1215℃であ
った。また、800℃の到達時間が3.3秒となり、自
己温度制御特性を有することが確認できた。
No crack was observed in the sintered body 30 thus manufactured. When the characteristics were evaluated under the same conditions as in Example 1, the temperature reached the maximum at 3 mm from the end face of the ceramic heating element 12. This 3m
Temperature was measured at arbitrary four points at m. They were 1210 ° C, 1208 ° C, 1201 ° C and 1215 ° C, respectively. In addition, the arrival time at 800 ° C. was 3.3 seconds, and it was confirmed that the device had self-temperature control characteristics.

【0049】〔実施例3〕上述した実施例1と同様に、
W線11を巻いた円筒状窒化ケイ素質成形品31を埋設
した直方体の成形体30を作製する。その後、表1に示
す条件によってホットプレス焼成を行った結果は、以下
の通りである。
[Embodiment 3] As in Embodiment 1 described above,
A rectangular parallelepiped molded body 30 in which a cylindrical silicon nitride molded article 31 wound with a W wire 11 is embedded is produced. Thereafter, the result of hot press firing under the conditions shown in Table 1 is as follows.

【0050】[0050]

【表1】 この表1において、「○」は本発明に関する領域に当た
る例であり、割れや隙間のない、良好な自己温度制御特
性を有するセラミック製発熱体12を得ることができ
た。なお、焼結体31を形成する窒化ケイ素質部分の相
対密度を96%以上とするのは、95%以下では空隙が
あるために、外部の雰囲気中と通じて金属線が酸化され
易いため、および密度不十分であるからセラミック強度
が低く、グロープラグ等のような製品に適用不可能とな
るためである。
[Table 1] In Table 1, “○” is an example corresponding to the region relating to the present invention, and a ceramic heating element 12 having good self-temperature control characteristics without cracks or gaps was obtained. The reason why the relative density of the silicon nitride-based portion forming the sintered body 31 is set to 96% or more is that the metal wire is easily oxidized through an external atmosphere because there is a void at 95% or less. In addition, since the density is insufficient, the ceramic strength is low, and the ceramic cannot be applied to products such as glow plugs.

【0051】〔実施例4〕Mo線を巻いた中の円筒状焼
結体31(押出成形後に600℃で脱脂し、1800
℃、1MPaの条件でガス圧焼結)とその外部の窒化ケ
イ素質の助剤の量および種類を変化させた条件でそれぞ
れ1750℃、35MPaでホットプレス焼成を行った
結果を表2に示す。
Example 4 A cylindrical sintered body 31 wound with a Mo wire (degreasing at 600.degree.
Table 2 shows the results of hot-press sintering at 1750 ° C and 35 MPa, respectively, under the conditions of changing the amount and type of silicon nitride-based auxiliary agent at the temperature of 1750 ° C and 1 MPa.

【0052】[0052]

【表2】 割れは円筒状セラミックスあるいは両方に存在したが、
熱膨張係数がある程度近ければ割れることなく製造可能
であることが確認できた。
[Table 2] Cracks were present in cylindrical ceramics or both,
It was confirmed that if the thermal expansion coefficient was close to a certain extent, it could be manufactured without cracking.

【0053】ここで、高融点金属線11を太くできる理
由は、以下の通りである。一般に、セラミック製発熱体
12内に埋め込むことのできる高融点金属線11の長さ
には限界がある。たとえば先端部15mm程度の中に発熱
コイル部を従来方法で埋込むとすると60mm程度が限
界であり、12Vの電源で所望の発熱温度(1200℃
以上)を得るための抵抗値を確保するには、前述したよ
うにW線を0.1mm以下としなければならない。そし
て、その場合に細いW線と窒化ケイ素と反応を起こし、
W−Si系の化合物がW線の周囲に生成し、断線を起こ
す。したがって、WにReを添加し、線径を太くするこ
とが行われている。
The reason why the refractory metal wire 11 can be made thicker is as follows. Generally, there is a limit to the length of the refractory metal wire 11 that can be embedded in the ceramic heating element 12. For example, if the heating coil portion is buried by the conventional method in the tip portion of about 15 mm, the limit is about 60 mm, and the desired heating temperature (1200 ° C.
In order to secure a resistance value for obtaining the above, the W line must be set to 0.1 mm or less as described above. And, in that case, a thin W line reacts with silicon nitride,
A W-Si-based compound is generated around the W line, causing disconnection. Therefore, Re is added to W to increase the wire diameter.

【0054】金属線の抵抗値はR=ρl/Sで表され
る。ここで、R:抵抗(Ω)、ρ:抵抗率(Ω・c
m)、長さl(cm)、S:表面積(cm2 )である。
したがって、同じ材質で、抵抗値を一定とすると、線径
を太くすると長さを長くしなければならない。本発明に
よれば、たとえば円筒状の成形体または焼結体31が2
mmの直径をもつとすると、20回巻くことができれば
約126mmの長さを埋込むことができるため、従来よ
りも太い線径で同じ抵抗値を得ることが可能となる。
The resistance value of the metal wire is represented by R = ρl / S. Here, R: resistance (Ω), ρ: resistivity (Ω · c)
m), length 1 (cm), S: surface area (cm 2).
Therefore, assuming that the resistance is constant with the same material, if the wire diameter is increased, the length must be increased. According to the present invention, for example, the cylindrical molded body or sintered body 31
If it has a diameter of mm, if it can be wound 20 times, a length of about 126 mm can be embedded, so that it is possible to obtain the same resistance value with a larger wire diameter than in the past.

【0055】〔実施例5〕たとえば図6に示すようなセ
ラミック製発熱体12において、直径2.2mm、内径
0.23mm、長さ10mmの円筒形状の窒化ケイ素質
焼結品(88wt%Si3 N4 −8wt%Y2 O3 −4
wt%TaN)の10個に、それぞれ0.2mmのW線
(高融点金属コイル11)を0.5mmのピッチで15
回巻付け、同組成の窒化ケイ素粉体に埋め込み、185
0℃×1時間で、30MPaの圧力でホットプレス焼成
を行った。
Embodiment 5 For example, in a ceramic heating element 12 as shown in FIG. 6, a cylindrical silicon nitride sintered product (88 wt% Si 3 N 4) having a diameter of 2.2 mm, an inner diameter of 0.23 mm and a length of 10 mm was used. -8 wt% Y2 O3 -4
wt% TaN), each of which is provided with 0.2 mm W wires (refractory metal coil 11) at a pitch of 0.5 mm for 15
Wound, embedded in silicon nitride powder of the same composition, 185
Hot press firing was performed at 0 ° C. × 1 hour at a pressure of 30 MPa.

【0056】このようにして得た発熱体12に金属製補
助パイプ(図示せず)をろう付けし、ディーゼルエンジ
ン用グロープラグ(全体の図示は省略している)を10
本作製した。なお、この例では、W線(高融点金属コイ
ル11)による発熱コイル部20のみを有する場合であ
る。
A metal auxiliary pipe (not shown) is brazed to the heating element 12 thus obtained, and a glow plug for a diesel engine (the whole illustration is omitted) is obtained.
This was produced. Note that, in this example, there is a case where only the heating coil portion 20 using the W wire (the high melting point metal coil 11) is provided.

【0057】このとき、最高発熱部の最高温度となった
時点で、円周方向の六点の温度を放射温度計により測定
し、その最高温度と最低温度との差を円周方向の温度差
とした例を、下記表3に示す。
At this time, at the time when the highest temperature of the highest heat generating portion is reached, the temperature at six points in the circumferential direction is measured by a radiation thermometer, and the difference between the highest temperature and the lowest temperature is measured as the temperature difference in the circumferential direction. Table 3 below shows an example.

【表3】 ここで、比較例としては、特公昭63−35895号公
報に示すような従来の発熱体において、Wコイルからな
るディーゼルエンジン用グロープラグを同様に測定して
いる。
[Table 3] Here, as a comparative example, a glow plug for a diesel engine composed of a W coil was similarly measured using a conventional heating element as shown in JP-B-63-35895.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るセラミ
ック製発熱体によれば、窒化ケイ素質焼結体中に高融点
金属を埋設することにより形成するセラミック製発熱体
であって、窒化ケイ素質部分の相対密度が96%以上と
なる窒化ケイ素質焼結体中に、融点が2000℃以上で
ある高融点金属コイルを埋設したから、発熱時の最高温
度への到達時にセラミック製発熱体の最高発熱部の円周
方向の最大温度差がたとえば30℃以下というように小
さくすることができ、セラミック製発熱体を安価に提供
できるとともに、W線のような高融点金属を太くし断
線、割れを防ぐことができる。
As described above, according to the ceramic heating element according to the present invention, a ceramic heating element formed by embedding a high melting point metal in a silicon nitride sintered body, A high melting point metal coil having a melting point of 2000 ° C. or higher is embedded in a silicon nitride based sintered body having a relative density of the element portion of 96% or higher. The maximum temperature difference in the circumferential direction of the highest heat generating portion can be reduced to, for example, 30 ° C. or less, so that a ceramic heat generating element can be provided at a low cost. Can be prevented.

【0059】また、本発明によれば、高融点金属コイル
を、セラミック製発熱体の先端側と後端側とでの巻き密
度に差をもたせて埋設したから、自己温度制御性をもつ
セラミック製発熱体を安価に提供できるとともに、この
点でもW線のような高融点金属を太くし断線、割れを防
ぐこともできる。ここで、高融点金属コイルは、発熱体
の先端側が後端側よりも巻き密度が密となる状態で窒化
ケイ素質焼結体中に埋設するとよい。
Further, according to the present invention, the high-melting-point metal coil is embedded with a difference in the winding density between the front end side and the rear end side of the ceramic heating element. The heating element can be provided at a low cost, and in this regard, a high melting point metal such as a W line can be made thick to prevent disconnection and cracking. Here, the high-melting-point metal coil is preferably embedded in the silicon nitride-based sintered body in a state where the winding end of the heating element has a higher winding density than the rear end.

【0060】さらに、本発明に係るセラミック製発熱体
の製造方法によれば、窒化ケイ素質の成形体あるいは焼
結体に融点が2000℃以上である高融点金属を巻付
け、これらを前記窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結体
とほぼ同組成の窒化ケイ素質粉体中に埋設し、たとえば
1650℃ないし1950℃間の温度と20MPa以上
の圧力とによるホットプレス焼成を行うことにより、た
とえば最高温度への到達時にセラミック製発熱体の最高
発熱部の円周方向での最大温度差を30℃以下程度に小
さくすることができるセラミック製発熱体を得ることが
できる。
Further, according to the method for manufacturing a ceramic heating element according to the present invention, a high-melting metal having a melting point of 2000 ° C. or more is wound around a silicon nitride molded body or sintered body, and the silicon nitride-based molded body or sintered body is coated with the silicon nitride. By embedding in a silicon nitride powder having substantially the same composition as the green compact or sintered body and performing hot press firing at a temperature between 1650 ° C. and 1950 ° C. and a pressure of 20 MPa or more, for example, A ceramic heating element capable of reducing the maximum temperature difference in the circumferential direction of the highest heat generating portion of the ceramic heating element to about 30 ° C. or less when the temperature reaches the temperature.

【0061】また、本発明に係るセラミック製発熱体の
製造方法によれば、窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結
体に融点が2000℃以上である高融点金属を、発熱体
の先端側と後端側とでの巻き密度に差をもたせて巻付け
(たとえば先端側が後端側よりも巻き密度が密となる状
態で)、これらを前記窒化ケイ素質の成形体あるいは焼
結体とほぼ同組成の窒化ケイ素質粉体中に埋設し、焼成
を行うことにより、自己温度制御性能を有するセラミッ
ク製発熱体を得ることができる。
Further, according to the method of manufacturing a ceramic heating element according to the present invention, a high melting point metal having a melting point of 2000 ° C. or more is added to a silicon nitride compact or sintered body at the front end of the heating element. Winding is performed with a difference in winding density between the end side and the winding side (for example, in a state where the winding density is higher at the front end side than at the rear end side), and these are substantially the same composition as the silicon nitride-based compact or sintered body. By embedding in a silicon nitride powder and firing, a ceramic heating element having self-temperature control performance can be obtained.

【0062】また、本発明によれば、窒化ケイ素質の成
形体あるいは焼結体に融点が2000℃以上である高融
点金属を巻付け、これらを前記窒化ケイ素質の成形体あ
るいは焼結体とほぼ同組成の窒化ケイ素質粉体中に埋設
し、1650℃ないし1950℃の温度と20MPa以
上の圧力とでホットプレス焼成を行うことにより、高融
点金属コイルの加工コストを低減し、焼成後のコイルの
変形を抑え、巻き数の違いによりブレーキコイルをセラ
ミックス発熱体内に作製でき、W等の高融点金属を埋設
し所望形状に加工を行う場合に、中心位置出しが容易で
あるセラミック製発熱体を安価に製造することができ
る。
Further, according to the present invention, a high melting point metal having a melting point of 2000 ° C. or more is wound around a silicon nitride-based molded body or sintered body, and these are combined with the silicon nitride-based molded body or sintered body. By burying in a silicon nitride powder having substantially the same composition and performing hot press firing at a temperature of 1650 ° C. to 1950 ° C. and a pressure of 20 MPa or more, the processing cost of the high melting point metal coil is reduced, A ceramic heating element that suppresses deformation of the coil and allows the brake coil to be manufactured in a ceramic heating element by changing the number of windings, and facilitates centering when embedding a high-melting metal such as W into a desired shape. Can be manufactured at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係るセラミック製発熱体の一つの実
施の形態を示す要部拡大断面図である。
FIG. 1 is an enlarged sectional view of a main part showing one embodiment of a ceramic heating element according to the present invention.

【図2】 本発明に係るセラミック製発熱体を用いたデ
ィーゼルエンジン用グロープラグの断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a glow plug for a diesel engine using a ceramic heating element according to the present invention.

【図3】 本発明に係るセラミック製発熱体において、
高融点金属を巻付ける円柱状の窒化ケイ素質の成形体ま
たは焼結体を示す図である。
FIG. 3 shows a ceramic heating element according to the present invention.
It is a figure which shows the cylinder-shaped silicon nitride-based molded object or sintered body around which a high melting point metal is wound.

【図4】 本発明に係るセラミック製発熱体およびその
製造方法を説明するための概略側面図である。
FIG. 4 is a schematic side view for explaining a ceramic heating element and a method for manufacturing the same according to the present invention.

【図5】 図4での実験結果を説明するための特性図で
ある。
FIG. 5 is a characteristic diagram for explaining an experimental result in FIG. 4;

【図6】 本発明に係るセラミック製発熱体の別の実施
の形態を示す要部拡大断面図である。
FIG. 6 is an enlarged sectional view of a main part showing another embodiment of the ceramic heating element according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…ディーゼルエンジン用グロープラグ、11…高融
点金属(W線)、12…セラミック製発熱体、13…金
属製ホルダ、15…外部接続端子、17…補助パイプ、
20…発熱コイル部、21…抵抗コイル部、22,23
…リード部、30…窒化ケイ素質焼結体、30A…窒化
ケイ素質の粉体、31…窒化ケイ素質の成形体または焼
結体。
Reference Signs List 10: glow plug for diesel engine, 11: high melting point metal (W wire), 12: ceramic heating element, 13: metal holder, 15: external connection terminal, 17: auxiliary pipe,
Reference numeral 20: heating coil portion, 21: resistance coil portion, 22, 23
... lead part, 30 ... silicon nitride sintered body, 30A ... silicon nitride powder, 31 ... silicon nitride molded or sintered body.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 窒化ケイ素質焼結体中に高融点金属を埋
設することにより形成するセラミック製発熱体であっ
て、 窒化ケイ素質部分の相対密度が96%以上となる窒化ケ
イ素質焼結体中に、融点が2000℃以上である高融点
金属コイルを埋設し、 最高温度への到達時のセラミック製発熱体の最高発熱部
の円周方向の最大温度差が(たとえば30℃以下という
ように)小さくなるように構成したことを特徴とするセ
ラミック製発熱体。
1. A ceramic heating element formed by embedding a refractory metal in a silicon nitride-based sintered body, wherein the silicon nitride-based sintered body has a relative density of 96% or more. A high melting point metal coil having a melting point of 2000 ° C. or more is embedded therein, and the maximum temperature difference in the circumferential direction of the highest heat generating portion of the ceramic heating element when reaching the maximum temperature is set to, for example, 30 ° C. or less. A ceramic heating element characterized in that it is configured to be small.
【請求項2】 窒化ケイ素質焼結体中に高融点金属を埋
設することにより形成するセラミック製発熱体であっ
て、 窒化ケイ素質部分の相対密度が96%以上となる窒化ケ
イ素質焼結体中に、融点が2000℃以上である高融点
金属コイルを、前記発熱体の先端側と後端側とでの巻き
密度に差をもたせて埋設し、 発熱時に自己温度制御性能を有するように構成したこと
を特徴とするセラミック製発熱体。
2. A ceramic heating element formed by embedding a high melting point metal in a silicon nitride-based sintered body, wherein the silicon nitride-based portion has a relative density of 96% or more. A high melting point metal coil having a melting point of 2,000 ° C. or more is embedded therein with a difference in winding density between the front end side and the rear end side of the heating element so as to have self-temperature control performance during heat generation. A heating element made of ceramic, characterized in that:
【請求項3】 請求項1記載のセラミック製発熱体を製
造する方法であって、 窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結体に融点が2000
℃以上である高融点金属を巻付け、これらを前記窒化ケ
イ素質の成形体あるいは焼結体とほぼ同組成の窒化ケイ
素質粉体中に埋設し、焼成を行うことを特徴とするセラ
ミック製発熱体の製造方法。
3. The method for producing a ceramic heating element according to claim 1, wherein the silicon nitride molded body or the sintered body has a melting point of 2,000.
A high-melting-point metal having a temperature of at least 100 ° C. or more, and burying them in a silicon nitride-based powder having substantially the same composition as the silicon nitride-based compact or sintered body, followed by firing. How to make the body.
【請求項4】 請求項2記載の自己温度制御性能を有す
るセラミック製発熱体の製造方法において、 窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結体に融点が2000
℃以上である高融点金属を、発熱体の先端側と後端側と
での巻き密度に差をもたせて巻付け、これらを前記窒化
ケイ素質の成形体あるいは焼結体とほぼ同組成の窒化ケ
イ素質粉体中に埋設し、焼成を行うことを特徴とするセ
ラミック製発熱体の製造方法。
4. The method for manufacturing a ceramic heating element having self-temperature control performance according to claim 2, wherein the silicon nitride-based molded or sintered body has a melting point of 2,000.
° C. or higher, and wound with a difference in the winding density between the front end side and the rear end side of the heating element, and these are nitrided having substantially the same composition as the silicon nitride molded body or sintered body. A method for manufacturing a ceramic heating element, wherein the method is embedded in a silicon powder and fired.
【請求項5】 請求項3または請求項4記載のセラミッ
ク製発熱体において、 高融点金属コイルを埋設した窒化ケイ素質粉体の焼成
を、1650℃ないし1950℃間の温度と20MPa
以上の圧力とによるホットプレス焼成により行うことを
特徴とするセラミック製発熱体の製造方法。
5. The ceramic heating element according to claim 3, wherein the firing of the silicon nitride powder in which the high melting point metal coil is embedded is performed at a temperature between 1650 ° C. to 1950 ° C. and 20 MPa.
A method for producing a ceramic heating element, characterized in that the heating is performed by hot press sintering under the above pressure.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003017222A (en) * 2001-06-28 2003-01-17 Kyocera Corp Ceramic heater
JP2003074849A (en) * 2001-08-28 2003-03-12 Ngk Spark Plug Co Ltd Glow plug and manufacturing method thereof

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