JPS61121276A - セラミツクヒ−タ - Google Patents
セラミツクヒ−タInfo
- Publication number
- JPS61121276A JPS61121276A JP24276084A JP24276084A JPS61121276A JP S61121276 A JPS61121276 A JP S61121276A JP 24276084 A JP24276084 A JP 24276084A JP 24276084 A JP24276084 A JP 24276084A JP S61121276 A JPS61121276 A JP S61121276A
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- JP
- Japan
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- support member
- sintered body
- sialon
- ceramic heater
- mixture
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- Pending
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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〕
本発明はディーゼルエンジン予熱用のグロープラグ等に
用いて好適なセラミックヒータに関するものである。
用いて好適なセラミックヒータに関するものである。
デーゼμエンジンには低温時の始動用部品としてグロー
プラグが用いられており、エンジンの始動性向上のため
には速熱性のヒータを備えたグロープラグが要求される
。
プラグが用いられており、エンジンの始動性向上のため
には速熱性のヒータを備えたグロープラグが要求される
。
発明者らはこの要求（応えるべく先に、電気絶縁性のセ
ラミック焼結体よりなる支持部材の先端に、珪化モリブ
デン（Ｍｏ５ｉｚ ） と窒化珪素（ＳＬ Ｎ４ ）
よりなるセラミック焼結体の発熱体を接合し、支持部材
内に埋設した一対のリード線を上記発熱体に接続せしめ
たセラミックヒータを開発したく特願昭５９−’ＦＯ６
７０号、特願昭５９−４１０１０９号）。
ラミック焼結体よりなる支持部材の先端に、珪化モリブ
デン（Ｍｏ５ｉｚ ） と窒化珪素（ＳＬ Ｎ４ ）
よりなるセラミック焼結体の発熱体を接合し、支持部材
内に埋設した一対のリード線を上記発熱体に接続せしめ
たセラミックヒータを開発したく特願昭５９−’ＦＯ６
７０号、特願昭５９−４１０１０９号）。
このセラミックヒータは、高温耐酸化性および高温強度
にすぐれ、エンジンの燃焼室内に露出して使用できるの
で、速熱性にすぐれている。
にすぐれ、エンジンの燃焼室内に露出して使用できるの
で、速熱性にすぐれている。
上記セラミックヒータにおいて、その支持部材としては
電気絶縁性で、かつ発熱体と一体焼結可能な材料として
５ｉｓＮａ またはＳｉ、３Ｎ４ とアルミナ（Ａ
ｒｇｏｎ）の混合物を用いている。
電気絶縁性で、かつ発熱体と一体焼結可能な材料として
５ｉｓＮａ またはＳｉ、３Ｎ４ とアルミナ（Ａ
ｒｇｏｎ）の混合物を用いている。
ところでこのセラミックヒータの一つの問題点は、グロ
ープラグとして使用した場合、長期にわたシ冷熱が繰返
されると、支持部材、特にその中に埋設されたリード線
と接する部分付近に割れが発生することである。
ープラグとして使用した場合、長期にわたシ冷熱が繰返
されると、支持部材、特にその中に埋設されたリード線
と接する部分付近に割れが発生することである。
そこで本発明は上記の割れの発生を防止し、セラミック
ヒータの耐久性を向上せしめることを目的とするもので
ある。
ヒータの耐久性を向上せしめることを目的とするもので
ある。
上記の割れの発生は主として支持部材と＋７−ド線の熱
膨脹係数が相違し、始動時の発熱の繰返しにより支持部
材に熱応力が繰返し生じ、疲労破壊を招くことによるも
のである。
膨脹係数が相違し、始動時の発熱の繰返しにより支持部
材に熱応力が繰返し生じ、疲労破壊を招くことによるも
のである。
発明者らはこの問題を解決すべく研究実験を重ね、支持
部材としてサイアロンとＡｌｈＯｘ の混合物の焼結
体、８１ｓ Ｎ、とＡｇｘＯｓ の混合物の焼結体、
およびＳＬａ Ｎ４、サイアロン、Ａｇ２Ｏｓの混合物
の焼結体のいずれかを用い、かつ、支持部材の熱膨脹係
数を、タングステンのリード線の熱膨脹係数（４ＸＩＯ
ｄｅｇ ）の上下２０条の範囲、即ち３．６ Ｘ Ｉ
Ｏｄｅｇ 〜５．２’Ｘ１０ αｅｇ の範囲に
調整するときは、上記範囲外の場合よシも割れの発生が
顕著に少なく、耐久性を向上せしめ得ることを確認した
のである。
部材としてサイアロンとＡｌｈＯｘ の混合物の焼結
体、８１ｓ Ｎ、とＡｇｘＯｓ の混合物の焼結体、
およびＳＬａ Ｎ４、サイアロン、Ａｇ２Ｏｓの混合物
の焼結体のいずれかを用い、かつ、支持部材の熱膨脹係
数を、タングステンのリード線の熱膨脹係数（４ＸＩＯ
ｄｅｇ ）の上下２０条の範囲、即ち３．６ Ｘ Ｉ
Ｏｄｅｇ 〜５．２’Ｘ１０ αｅｇ の範囲に
調整するときは、上記範囲外の場合よシも割れの発生が
顕著に少なく、耐久性を向上せしめ得ることを確認した
のである。
支持部材の熱膨脹係数の調整は構成材料の配合割合を選
ぶことにより達せられる。支持部材の熱膨脹係数を上記
範囲とするためには、構成材料がサイアロンとＡｌｔｏ
ｓ の場合はサイアロン３８七μ％〜８０モ／Ｌ／＊
、Ｓ’ＬｓＮ＜とＡｇ５Ｏｓの場合には５Ｌ４３７モル
％〜５９モ／Ｉ／％とし、Ｓｉ、ａＮ４、 サイアロン
およびＡｌｔｏ＠ の場合にはＳｉ、ｉＮａ とサイ
アロンの総ｆｆｉを３５モル、９６〜８ｏモＡ／９６と
すればよい。
ぶことにより達せられる。支持部材の熱膨脹係数を上記
範囲とするためには、構成材料がサイアロンとＡｌｔｏ
ｓ の場合はサイアロン３８七μ％〜８０モ／Ｌ／＊
、Ｓ’ＬｓＮ＜とＡｇ５Ｏｓの場合には５Ｌ４３７モル
％〜５９モ／Ｉ／％とし、Ｓｉ、ａＮ４、 サイアロン
およびＡｌｔｏ＠ の場合にはＳｉ、ｉＮａ とサイ
アロンの総ｆｆｉを３５モル、９６〜８ｏモＡ／９６と
すればよい。
支持部材にサイアロンを含有せしめることは支持部材の
高温強度を上げるに有効である。
高温強度を上げるに有効である。
以下、本発明をエンジンのグロープラグに適用した実施
例について説明する。
例について説明する。
第１図に示すグロープラグにおいて、棒状の支持部材２
の先端には断面コ字形の発熱体１が接合してちる。支持
部材２内には軸線方向にタングステンの１対のリード線
３ａ、３１）が埋設してあシ、その先端が発熱体１に接
続しである。
の先端には断面コ字形の発熱体１が接合してちる。支持
部材２内には軸線方向にタングステンの１対のリード線
３ａ、３１）が埋設してあシ、その先端が発熱体１に接
続しである。
支持部材２の外周には金属スリーブ４が、更にその外周
には金属ボデー５が取付けである。
には金属ボデー５が取付けである。
上記リード線３ａの後端は支持部材２の基端まで延在し
、該基端に嵌着した金属キャップ６に接続し、キャップ
６およびニッケル線７を介して図示しない電源に接続し
である。一方、リード線３ｂの後端は金属スリーブ番を
介して金属ボデー５にＶ！続しである。このグロープラ
グは金属ボデー５に形成したネジ５１により図示しない
エンジン燃焼室壁に貢通固定される。
、該基端に嵌着した金属キャップ６に接続し、キャップ
６およびニッケル線７を介して図示しない電源に接続し
である。一方、リード線３ｂの後端は金属スリーブ番を
介して金属ボデー５にＶ！続しである。このグロープラ
グは金属ボデー５に形成したネジ５１により図示しない
エンジン燃焼室壁に貢通固定される。
発熱体１は導電性のＭＯ８Ｌ と絶縁性のＳＬ Ｎ４
の混合粉末の焼結体である。ＭＯ８ｉｚは発熱体１
に耐酸化性を付与し、また低熱膨脹係数の５ＬＮ４ は
耐熱＃撃性を付与する。
の混合粉末の焼結体である。ＭＯ８ｉｚは発熱体１
に耐酸化性を付与し、また低熱膨脹係数の５ＬＮ４ は
耐熱＃撃性を付与する。
Ｍｏ５ｉ、 の粒径は５１ｓＮ４ の粒径よシも小
さく、小径のＭＯＳｊ−ｘ の粒子がＳｉ、ｓ Ｎ、
粒子を取囲んでＭＯＳ１．ｘ 粒子が互に接触す
る組織となっている。
さく、小径のＭＯＳｊ−ｘ の粒子がＳｉ、ｓ Ｎ、
粒子を取囲んでＭＯＳ１．ｘ 粒子が互に接触す
る組織となっている。
リードｇ３ａ、３ｂを埋設した支持部材２は、サイアロ
ンとＡｇ＊ＯｊＯ混合粉末の焼結体、Ｓ’ＬｓＮａ
とサイアロンの混合粉末の焼結体またＩｄ Ｓ１ｓ Ｌ
、ｔ イア Ｃ” ７、ＡｇｘＯｓ Ｏ混合粉末
の焼結体よりなる。発熱体１と支持部材２は一体焼結せ
しめである。
ンとＡｇ＊ＯｊＯ混合粉末の焼結体、Ｓ’ＬｓＮａ
とサイアロンの混合粉末の焼結体またＩｄ Ｓ１ｓ Ｌ
、ｔ イア Ｃ” ７、ＡｇｘＯｓ Ｏ混合粉末
の焼結体よりなる。発熱体１と支持部材２は一体焼結せ
しめである。
第２図はセラミックヒータの製造方法を示すもので、発
熱体１を形成すべきセラミックシート１と支持部材２を
形成すべきセラミックシート２とを図示のように組合せ
、かつ積層し、リード線３ａ、３１）をはさんで全体’
１１６００’ｃ。
熱体１を形成すべきセラミックシート１と支持部材２を
形成すべきセラミックシート２とを図示のように組合せ
、かつ積層し、リード線３ａ、３１）をはさんで全体’
１１６００’ｃ。
５００１１４程度の条件でホットプレスすることにより
セラミックヒータが製造される。
セラミックヒータが製造される。
このようにして得られたセラミックヒータを用いた第１
図に示すグロープラグにおいて、電流はニッケ／Ｌ’線
７、金属キャップ６、リード線３ａを通って発熱体１ｔ
−流れて発熱させ、リード線３ｂ１金属スリーブ４、金
属ポデー５ｔ−通ってアースされる。
図に示すグロープラグにおいて、電流はニッケ／Ｌ’線
７、金属キャップ６、リード線３ａを通って発熱体１ｔ
−流れて発熱させ、リード線３ｂ１金属スリーブ４、金
属ポデー５ｔ−通ってアースされる。
次に、支持部材２の組成を変化させ、上記の方法でセラ
ミックヒータを作成し、このヒータを取付けたグロープ
ラグに関し耐久試験を行なった。なお発熱体の組成はＭ
Ｏ８ｉｘ−７０モ／Ｌ’優’ＯＬｓ 〜４ とした。
ミックヒータを作成し、このヒータを取付けたグロープ
ラグに関し耐久試験を行なった。なお発熱体の組成はＭ
Ｏ８ｉｘ−７０モ／Ｌ’優’ＯＬｓ 〜４ とした。
この発熱体の常温抵抗は０．１８Ωである。
耐久試験は平衡温度が１３００°Ｃとなるように電圧を
設定し、この電圧で１分間通電加熱し、１分間無通電で
冷却するサイクルで断続通電し、支持部材に割れが生じ
て破損するまでのサイクル数をしらべた。
設定し、この電圧で１分間通電加熱し、１分間無通電で
冷却するサイクルで断続通電し、支持部材に割れが生じ
て破損するまでのサイクル数をしらべた。
（１ン サイアロン−Ａ６０８焼結体
サイアロンおよびＡＪ＊Ｏｓ の配合割合と、焼結体
の熱膨脹係数の関係を第３図に示す。図において、線Ｗ
はタングステンの熱膨脹係数である（以下の図において
も同じ）。
の熱膨脹係数の関係を第３図に示す。図において、線Ｗ
はタングステンの熱膨脹係数である（以下の図において
も同じ）。
第１表にサイアロン−Ａｇ＊ｏ婁 の焼結体を支持部材
として用い、その中にタングステンのリード線を埋設し
たグロープラグの耐久試験の結果を示す。耐久サイクル
は従来の金属シース型グローブヲグの寿命である６００
０サイク〃（約３年相当）の約３倍の２００００サイク
〃の打切シ試験（約１０年相当）で調査した。支持部材
の熱膨脹係数がタングステンの熱膨張係Ｇ 数（４，４Ｘ Ｉ Ｏ””” ｄｅｇ−’ ） に対
し４．４ Ｘ Ｉ Ｏ±２０９６ｄｅｇ、即ち５．２
Ｘ Ｉ Ｏｄｅｇ 〜３、６ Ｘ ：Ｌ Ｏｄｅｇ
（支持部材中のサイアロン３８モ／Ｉ／９６〜８０七
〃％）としたときは２００００サイク／Ｉ／ｌ／（耐え
るが、それ以外の範囲では２００００ サイケμに至
らない時点で支持部材にクツツクが発生し破損するに至
る。
として用い、その中にタングステンのリード線を埋設し
たグロープラグの耐久試験の結果を示す。耐久サイクル
は従来の金属シース型グローブヲグの寿命である６００
０サイク〃（約３年相当）の約３倍の２００００サイク
〃の打切シ試験（約１０年相当）で調査した。支持部材
の熱膨脹係数がタングステンの熱膨張係Ｇ 数（４，４Ｘ Ｉ Ｏ””” ｄｅｇ−’ ） に対
し４．４ Ｘ Ｉ Ｏ±２０９６ｄｅｇ、即ち５．２
Ｘ Ｉ Ｏｄｅｇ 〜３、６ Ｘ ：Ｌ Ｏｄｅｇ
（支持部材中のサイアロン３８モ／Ｉ／９６〜８０七
〃％）としたときは２００００サイク／Ｉ／ｌ／（耐え
るが、それ以外の範囲では２００００ サイケμに至
らない時点で支持部材にクツツクが発生し破損するに至
る。
第１表
（２） Ｓｉｘ 〜４ Ａｌｈ Ｏｓ 焼結体８１
ｓＮ＜ およびＡ Ｉ！ ！ −０１の配合割合と、
焼結体の熱膨脹係数の関％を第４図に示す。
ｓＮ＜ およびＡ Ｉ！ ！ −０１の配合割合と、
焼結体の熱膨脹係数の関％を第４図に示す。
熱膨脹係数がＡ４１ｘＯｓ 量３８モＡ／＊まで変化
しないのは、Ｓ１ｓ 〜４− ＡＪｘ Ｏｎでβ′−サ
イアロンを形成することＫよる。Ｘ線回折の結果、Ａｅ
ｘＯｍ 量３８モＡ／＊以下”ｔ’ ハＡ ｇ ｘ
Ｏｍ −ｆｆ、 ｆ ヘてサイアロンの形成に消費され
て焼結体はＳ’５．．５Ｎ４−サイアロンで構成される
。サイアロンの熱膨−１るからＡｌｌ！０１ 量３８モ
／Ｉ／＊ｌＣ至るまで焼結体の熱膨脹係数は変化しない
。そして３８モ／Ｌ／９６以上ではα−Ａｇｚｏｓ
相が生じ、その量に伴なって熱膨脹係数が変化する。
しないのは、Ｓ１ｓ 〜４− ＡＪｘ Ｏｎでβ′−サ
イアロンを形成することＫよる。Ｘ線回折の結果、Ａｅ
ｘＯｍ 量３８モＡ／＊以下”ｔ’ ハＡ ｇ ｘ
Ｏｍ −ｆｆ、 ｆ ヘてサイアロンの形成に消費され
て焼結体はＳ’５．．５Ｎ４−サイアロンで構成される
。サイアロンの熱膨−１るからＡｌｌ！０１ 量３８モ
／Ｉ／＊ｌＣ至るまで焼結体の熱膨脹係数は変化しない
。そして３８モ／Ｌ／９６以上ではα−Ａｇｚｏｓ
相が生じ、その量に伴なって熱膨脹係数が変化する。
第２表にＳｉｓ Ｎ、 −ｉｓ Ｏｘ焼結体支持部材の
耐久性を示す。この場合も熱膨脹係数が４．４×１０
＋ ２０９６ ｄｅｇ （ＳＬｓＮ＜ ３７ モＡ
／％〜５９モ〜％）としたときに抜群の耐久性を示す。
耐久性を示す。この場合も熱膨脹係数が４．４×１０
＋ ２０９６ ｄｅｇ （ＳＬｓＮ＜ ３７ モＡ
／％〜５９モ〜％）としたときに抜群の耐久性を示す。
［ヨ
第２表
（３） ５ｉｓＮ＋−サイアロン−ＡＪ＊Ｏａ焼結体
Ｓｉ、ｊＮｉ：β’−”ｊ−イ１０／’ｉ５０ａａ／Ｌ
／＊ ： ５０モ／Ｌ／％とし是調整原料にＡｌｈＯｓ
量を種々に変化させた焼結体の熱膨脹係数を第５図
に示す。
Ｓｉ、ｊＮｉ：β’−”ｊ−イ１０／’ｉ５０ａａ／Ｌ
／＊ ： ５０モ／Ｌ／％とし是調整原料にＡｌｈＯｓ
量を種々に変化させた焼結体の熱膨脹係数を第５図
に示す。
第３表に８１ｓＮｓ−サイアロン−ＡＩｌｘＯａ焼結体
支持部材の耐久性を示す。この場合も熱膨脹係数が４．
４ Ｘ Ｉ Ｏ＋ ２０９６ ＋１８ｇ （５１ｓＮ
＜＋サイアロン３５モル％〜８０モ／Ｌ／＊）とじたと
きく抜群の耐久性を示す。
支持部材の耐久性を示す。この場合も熱膨脹係数が４．
４ Ｘ Ｉ Ｏ＋ ２０９６ ＋１８ｇ （５１ｓＮ
＜＋サイアロン３５モル％〜８０モ／Ｌ／＊）とじたと
きく抜群の耐久性を示す。
第 ３ 表
上記したように、発熱体を支持するとともにその中にタ
ングステンのリード線を埋設したセラミックヒータの支
持部材において支持部材をサイアＣ１ン−Ａｇｌｏｗ
、 Ｓ’ｒｓＮａ−ＡＬＯｘ、Ｓｉｓ Ｎ、−サイアロ
ン−Ａｇｘ Ｏｓ焼結体とした場合、いずれの場合にお
いてもその熱膨脹係数υ、特にすぐれた耐久性が発揮さ
れることが確認された。
ングステンのリード線を埋設したセラミックヒータの支
持部材において支持部材をサイアＣ１ン−Ａｇｌｏｗ
、 Ｓ’ｒｓＮａ−ＡＬＯｘ、Ｓｉｓ Ｎ、−サイアロ
ン−Ａｇｘ Ｏｓ焼結体とした場合、いずれの場合にお
いてもその熱膨脹係数υ、特にすぐれた耐久性が発揮さ
れることが確認された。
しかして本発明のヒータはグロープラグの如く冷熱サイ
ケｐが繰返される厳しい条件下で使用される部品に適用
して極めて有効である。
ケｐが繰返される厳しい条件下で使用される部品に適用
して極めて有効である。
第１図は本発明のセラミックヒータを備えたグロープラ
グの断面図、第２図は本発明のセラミックと−タの製造
方法を示す図であり、第３因、第４図および第５図はそ
れぞれサイアロンＡ（ｌｓｏｓ 焼結体、Ｓｉｓ、Ｎ
４− Ａｌｈ Ｏｓ焼結体およびＳｌｓ Ｎｍ−サイア
ロン−Ａｒｈｏｚ 焼結体の成分の配合割合と熱膨脹
係数の関係を示す図である。 １−・・・・発熱体 ２・−・−支持部材 ３ａ、３１）・・・−リード線 第１図 第２図 第３図 ５ｉ ３Ｎ４ ＴＪイアロン モルＯ１０→
ＡＬ２０３第４図
グの断面図、第２図は本発明のセラミックと−タの製造
方法を示す図であり、第３因、第４図および第５図はそ
れぞれサイアロンＡ（ｌｓｏｓ 焼結体、Ｓｉｓ、Ｎ
４− Ａｌｈ Ｏｓ焼結体およびＳｌｓ Ｎｍ−サイア
ロン−Ａｒｈｏｚ 焼結体の成分の配合割合と熱膨脹
係数の関係を示す図である。 １−・・・・発熱体 ２・−・−支持部材 ３ａ、３１）・・・−リード線 第１図 第２図 第３図 ５ｉ ３Ｎ４ ＴＪイアロン モルＯ１０→
ＡＬ２０３第４図
Claims (4)
- （１）珪化モリブデンと窒化珪素の混合物の焼結体より
なる発熱体と、電気絶縁性のセラミツク焼結体よりなり
、その一端に上記発熱体を接合した支持部材と、該支持
部材中に埋設されその先端が上記発熱体に接続されたリ
ード線を備えたセラミツクヒータであつて、上記支持部
材をサイアロンとアルミナの混合物の焼結体、窒化珪素
とアルミナの混合物の焼結体および窒化珪素、サイアロ
ン、アルミナの混合物の焼結体のいずれかで構成し、か
つ支持部材の熱膨脹係数を３．６×１０＾−＾６ｄｅｇ
＾−＾１〜５．２×１０＾−＾６ｄｅｇ＾−＾１の範囲
としたセラミツクヒータ。 - （２）上記支持部材がサイアロン３８モル％〜８０モル
％、残部アルミナの混合物の焼結体である特許請求の範
囲第１項記載のセラミツクヒータ。 - （３）上記支持部材が窒化珪素３７モル％〜５９モル％
、残部アルミナの混合物の焼結体である特許請求の範囲
第１項記載のセラミツクヒータ。 - （４）上記支持部材が窒化珪素とサイアロンの総量３５
モル％〜８０モル％、残部アルミナの混合物の焼結体で
ある特許請求の範囲第１項記載のセラミツクヒータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24276084A JPS61121276A (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 | セラミツクヒ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24276084A JPS61121276A (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 | セラミツクヒ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61121276A true JPS61121276A (ja) | 1986-06-09 |
Family
ID=17093859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24276084A Pending JPS61121276A (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 | セラミツクヒ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61121276A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS598293A (ja) * | 1982-07-05 | 1984-01-17 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | セラミツクヒ−タ |
-
1984
- 1984-11-16 JP JP24276084A patent/JPS61121276A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS598293A (ja) * | 1982-07-05 | 1984-01-17 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | セラミツクヒ−タ |
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