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JP3411498B2 - セラミックヒータ、その製造方法、及びセラミックグロープラグ - Google Patents

セラミックヒータ、その製造方法、及びセラミックグロープラグ

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JP3411498B2
JP3411498B2 JP09783198A JP9783198A JP3411498B2 JP 3411498 B2 JP3411498 B2 JP 3411498B2 JP 09783198 A JP09783198 A JP 09783198A JP 9783198 A JP9783198 A JP 9783198A JP 3411498 B2 JP3411498 B2 JP 3411498B2
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mosi
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particles
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雅弘 小西
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日本特殊陶業株式会社
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンに配設するセラミックグロープラグに好適なセラミッ
クヒータに関する。
【0002】
【従来の技術】特開平6- 251862号公報には、セ
ラミック焼結体が窒化珪素を主成分とする母材中に、含
有物として母材より大きい熱膨張係数を有するMoSi
2 (平均粒径が3〜25μm)を3〜25重量%の割合
で分散含有させ、高温・冷却の繰り返しによる断線によ
って発熱しなくなるまでの耐久性を向上させた(母材の
耐酸化性が向上するため)セラミックヒータが提案され
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本願発明者は、上記セ
ラミックヒータをセラミックグロープラグに組み付けて
通電耐久試験を繰り返した結果、発熱体に断線が生じな
くても窒化珪素質セラミックにクラックが発生する場合
があることを見出した。
【0004】クラック発生のメカニズムは以下に示す理
由によると思われる。MoSi2 は、周囲に存在する窒
化珪素質セラミック焼結体と比較して熱膨張係数が大き
い為、焼結過程や、発熱と冷却の繰り返し時に応力が発
生する。セラミックグロープラグの様に急速加熱と冷却
が繰り返される場合、MoSi 2 の粒径によっては材料
強度を越える過度な応力が発生する。本発明の目的は、
通電耐久性に優れたセラミックヒータの提供にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為、
本発明は、以下の構成を採用した。 (1)窒化珪素を主成分とする基体セラミック中に発熱
体を埋設してなるセラミックヒータにおいて、1〜5重
量%の含有量でMoSi2 粒子が前記基体セラミック中
に分散しており、前記MoSi2 粒子の粒径が0.1μ
m〜2.5μmの範囲内にある
【0006】(2)セラミックヒータは、上記(1)の
構成を有し、MoSi2 粒子の粒径は、1.0μm〜
2.5μmである。 (3)セラミックヒータは、上記(1)又は(2)の構
成を有し、MoSi2 粒子は、3〜4重量%の範囲で含
有している。
【0007】()セラミックヒータは、上記(1)乃
至()の何れかの構成を有し、発熱体は、W、Ta、
Nb、Ti、Zr、Hf、V、Mo、及びCrより選ば
れる1種類以上の珪化物、炭化物、又は窒化物を主体と
する。
【0008】()セラミックヒータの製造方法は、S
3 4 と、焼結助剤としての希土類酸化物と、粒径が
0.1μm〜2.5μmであるMoSi2 とを1〜5重
量%の範囲で混合した混合物に、W、Ta、Nb、T
i、Zr、Hf、V、Mo、及びCrより選ばれる1種
類以上の珪化物、炭化物、又は窒化物を主体とする発熱
体を埋設し、ホットプレス焼成した。 ()セラミックグロープラグは、上記(1)乃至
)の何れかのセラミックヒータを、主体金具の先端
内周に保持される金属外筒内に装着した。
【0009】
【作用および発明の効果】〔請求項1について〕 本願発明者は、窒化珪素を主成分とするセラミック中
に、その内部に埋設する発熱体との熱膨張係数を調整す
るためのMoSi2 を添加する場合に、その熱膨係数
差を考慮して分散されたMoSi2 の粒径を適切に設定
する必要があることを見出した。すなわち、窒化珪素を
主成分とする基体セラミック中に、粒径0.1μm〜
2.5μmのMoSi2 粒子が分散していることによ
り、窒化珪素質セラミックの材料強度が、焼結過程や通
電発熱及び冷却の繰り返し時に発生する応力{熱膨張の
差(MoSi2 の熱膨−窒化珪素の熱膨)により発
生}より大きくなり、通電発熱及び冷却の繰り返し時に
セラミックにクラック等が発生し難くなる。
【0010】つまり、MoSi2 粒子とその回りを取り
囲む窒化珪素を主成分とするセラミック相(以下、周囲
相)との間で、その平均の熱膨張係数に差が生じ、Mo
Si 2 粒子と周囲相との境界には、該熱膨張係数の差に
基づく応力が発生する。この応力はMoSi2 粒子の寸
法が大きくなるほど増大する傾向にあり、これが一定以
上に大きくなると該応力に基づく基体セラミックにクラ
ックが生じ易くなる。しかしながら、MoSi2 粒子の
大きさを3.0μm以下とすることにより上記応力の値
を比較的小さくでき、破壊が生じにくくなり、耐電耐久
性も向上するものと考えられる。
【0011】さらに、粒径が2.5μmより大きくなる
と常温における3点曲げ強度が低下し易い。MoSi 2
のような窒化珪素の焼結に寄与しない異物が含まれてい
ることにより、その粒子回りには焼結不良となる部分が
生じると考えられるため、粒径が大きくなるに従い3点
曲げ強さが低下するものと考えられる。 よって、粒径が
2.5μmより大きい場合には安全率を見越した上での
セラミックヒータとして所望される値を下回ることとな
る。
【0012】又、粒径を0.1μm未満にしても、それ
以上の窒化珪素質セラミックの材料強度の増大が望めな
いとともに、MoSi2 原料粉末が焼結後に相互に固ま
って偏在したり、粒成長を起こすこととなり、さらにM
oSi2 原料の材料代の上昇を招く。又、MoSi2
着火温度が非常に低下するため危険性が高い。ここで、
粒径とは、図9に示すように、分散粒子の最大寸法確認
手段として、断面上で観察される粒子の外形線に対し、
その外形線と接しかつ粒子内を横切らないように2本の
平行線A、Bをその粒子との位置関係を変えながら各種
引いたときの、上記平行線A、B間の距離の最大値dと
定義する。
【0013】ところで、熱膨張差の調整のために含有す
るMoSi 2 は、大気中で400℃〜500℃程度に加
熱されることで容易に酸化物に変化する。このような酸
化物は、セラミックヒータの使用温度よりもかなり低い
温度(例えば700℃〜800℃)で昇華や蒸発する性
質を有しているため、セラミックヒータの発熱中にその
昇華や蒸発に伴いボア(空孔)が形成されることがあ
る。そして、MoSi 2 の含有量が過剰になると上記ボ
アの量が増大し、ヒータの耐久性を低下させることがあ
る。
【0014】従って、周囲相に分散するMoSi 2 の量
を1〜5重量%とすることで、上記のMoSi 2 の周囲
相との熱膨張差の差を縮小して応力集中を回避する効果
が充分に得られる。さらに、MoSi 2 に由来する酸化
物の量が減少するため、前述のボア形成に伴うヒータの
耐久性が低下することもない。 酸化物の形成量が減少す
る原因としては、MoSi 2 の絶対量が少ないことの他
に、粒径が小さいことによって周囲相がMoSi 2 粒子
を覆って分散することとなり、酸素との接触が回避や抑
制されることが考えられる。又、MoSi 2 の量を1〜
5重量%の範囲内とすることで、基体セラミックの焼結
性がそれほど損なわれないため、焼結助剤の添加量を増
やす必要がなくなり、又、添加量の微妙な調整も不要と
なる。
【0015】MoSi 2 が1重量%未満であると、基体
セラミックと内部に埋設される発熱体との間の熱膨張係
数の差が大きくなり、基体セラミックに応力集中が起こ
ってヒータの耐久性を低下させる場合がある。尚、Mo
Si 2 の含有量は、ICP発光分析によって特定するこ
とが可能である。
【0016】〔請求項2について〕 MoSi 2 粒子の粒径は1.0μm〜2.5μmである
ことが望ましい。これは1.0μmより小さくなるとM
oSi 2 の着火温度が低下し取り扱いに相当の注意が必
要となるからである。なぜなら、焼結後のMoSi 2
粒径を小さくするためには、使用する原料の粒径を小さ
くする必要がある。しかるに、MoSi 2 は自己着火性
があり、特に粒径が小さくなると図10に示すようにこ
の傾向が強くなる。従って、1.0μm以上の粒径の原
料を使用することが望ましい。
【0017】〔請求項3について〕 MoSi 2 粒子を、3〜4重量%の範囲で含有している
ことで、MoSi 2 と周囲相との熱膨張差の差を縮小し
て応力集中を回避する効果がさらに十分に得られる。ま
た、MoSi 2 に由来する酸化物の量が減少するため、
前述のボア形成に伴うヒータの耐久性が低下することも
ない。
【0018】〔請求項4について〕 発熱体をW、Ta、Nb、Ti、Zr、Hf、V、M
o、及びCrより選ばれる1種類以上の珪化物、炭化
物、又は窒化物を主体とすることによって化学的安定性
が良好となると同時に抵抗温度係数が正の大きい値であ
るため速熱性のグロープラグを実現する上で有利であ
る。 通電初期において大電流を流すことを可能とし、速
熱性を高めるためには室温での電気比抵R0がなるべく
小さい材質が好ましい。具体的には、室温での電気比抵
R0が1.0×10 -3 Ωcm以下である材質を選定する
ことが良い。
【0019】
【0020】又、抵抗温度係数λと室温での電気比抵抗
の他に、熱膨張係数ρ及び融点Tm等も考慮して選定す
るようにする。熱膨張係数ρと基体セラミックの熱膨張
係数との差が大き過ぎるとセラミックヒータの通電耐久
性が確保できなくなる場合がある。具体的には、発熱体
の主成分である材料の熱膨張係数ρ1と窒化珪素を主成
分とするセラミックの熱膨張係数ρ2との差(ρ1−ρ
2)が10.0×10 -6/℃以内となっていることが好
ましい。又、融点Tmは、セラミックヒータの実用最高
温度を考慮して1500℃以上のものを使用することが
好ましい。
【0021】これらの材質のうち特にW炭化物及びMo
珪化物を本発明に好適に使用することができる。W炭化
物及びMo珪化物は、窒化珪素を主成分とするセラミッ
クとの熱膨張係数の差が比較的小さいことからヒータの
耐久性が良好である。又、融点も2000℃以上と非常
に高く、より高温まで昇温可能な抵抗が得られる利点が
ある。尚、発熱体は、W、Ta、Nb、Ti、Zr、H
f、V、Mo、及びCrより選ばれる1種類以上の珪化
物、炭化物、又は窒化物の原料粉末と窒化珪素、及び所
定量の焼結助剤を配合して焼結させたもので構成する。
【0022】この場合、焼結助剤は、Y2 3 、Er2
3 、Yb2 3 等の希土類酸化物或いはアルカリ土類
金属等を使用することができる。又、発熱体は、W、W
‐Re、Mo等の高融点金属線により形成しても良い。
【0023】〔請求項5について〕 Si3 4 と、焼結助剤としての希土類酸化物と、粒径
が0.1μm〜2.5μmであるMoSi2 とを1〜5
重量%の範囲で混合した混合物に発熱体を埋設し、ホッ
トプレス焼成してセラミックヒータを製造する。これに
よって、セラミックヒータを構成するSi3 4 質焼結
体の材料強度が、焼結過程や通電発熱、及び冷却の繰り
返し時に発生する応力{熱膨張の差(MoSi2 の熱膨
張−窒化珪素の熱膨張)により発生}より大きくなり、
焼結過程や通電発熱、及び冷却の繰り返し時にクラック
等が発生し難くなる。
【0024】つまり、MoSi2 とその回りを取り囲む
周囲相との間で、その平均の熱膨張係数に差が生じ、M
oSi2 粒子と周囲相との境界には、該熱膨張係数の差
に基づく応力が発生する。この応力は、MoSi2 粒子
の寸法が大きくなるほど増大する傾向にあり、これが一
定以上に大きくなると該応力に基づいて基体セラミック
にクラックが生じ易くなる。しかしながら、MoSi2
粒子の大きさを3.0μm以下とすることにより上記応
力の値を比較的小さくでき、破壊が生じ難くなり、通電
耐久性も向上するものと考えられる。
【0025】さらに、粒径が2.5μmより大きくなる
と常温における3点曲げ強さが低下しやすい。MoSi
2 のような窒化珪素の焼結に寄与しない異物が含まれる
ことにより、その粒子の回りには焼結不良となる部分が
生じると考えられるため、粒径が大きくなるに従い3点
曲げ強さが低下するものと考えられる。 よって、粒径が
2.5μmより大きい場合には安定率を見越した上での
セラミックヒータとして所望される値を下回ることとな
る。
【0026】又、粒径を0.1μm未満にしても、それ
以上の窒化珪素質セラミックの材料強度の増大が望めな
いとともに、MoSi 2 原料粉末が調合過程や焼結後に
相互に固まって偏在したり、粒成長を起こすこととな
り、さらにMoSi 2 原料の材料代の上昇を招く。又、
MoSi 2 の着火温度が非常に低下するため危険性が高
い。
【0027】更にMoSi 2 の粒径は、1.0μm〜
2.5μmであることが望ましい。1.0μmより小さ
くなるとMoSi 2 の着火温度が低下し取り扱いに相当
の注意が必要となるからである。なぜなら、焼結後のM
oSi 2 の粒径を小さくするためには、使用する原料の
粒径を小さくする必要がある。しかるに、MoSi 2
自己着火性があり、特に粒径が小さくなると図10に示
すようにこの傾向が強くなる。従って、1.0μm以上
の粒径の原料を使用することが望ましい。
【0028】〔請求項6について〕 ディーゼルエンジンに配設されるセラミックグロープラ
グは急速加熱及び冷却が繰り返されるので過度な繰り返
し応力が発生する。しかし、窒化珪素質焼結体の材料強
度が通電発熱及び冷却の繰り返し時に発生する応力{熱
膨張の差(MoSi2 の熱膨張係数−窒化珪素の熱膨張
係数)により発生}より大きいので通電発熱、及び冷却
の繰り返し時にクラック等が発生し難い
【0029】
【発明の実施の形態】本発明の実施例(請求項1〜7に
対応)を図1及び図2に基づいて説明する。グロープラ
グAは、金属外筒1と、該金属外筒1の後部11を保持
する筒状主体金具2と、金属外筒1内に嵌挿されるセラ
ミックヒータ3と、筒状主体金具2に絶縁状態に配設さ
れる端子電極4とを備える。
【0030】金属外筒1(肉厚0.6mm)は、耐熱金
属で形成され、後部11が筒状主体金具2の先端内周2
0に銀ろう付けされている。筒状主体金具2(炭素鋼
製)は、レンチ嵌合用の六角部22を後端に形成し、デ
ィーゼルエンジンの燃焼室に螺着するためのねじ23を
先端外周に形成している。
【0031】セラミックヒータ3は、後述する方法で製
造され、Si3 4 質セラミック31中に取出しリード
線33、34及びU字状の発熱抵抗体32を埋設してい
る{取出しリード線33、34間の抵抗値(設計値)は
750mΩ}。発熱抵抗体32は、Si3 4 質セラミ
ック31中に埋設(埋設深さは0.3mm以上)され、
通電発熱時にはセラミックヒータ3の外表面における最
高温度は800℃〜1300℃に昇温する。
【0032】取出しリード線33、34は、直径0.3
mmのW線であり、一端331、341を発熱抵抗体3
2の端部321、322に連結し、他端332、342
をSi3 4 質セラミック31の中間及び後部でセラミ
ック表面に露出させている。
【0033】取出しリード線33の他端332は、金属
外筒1にろう付けされ筒状主体金具2に電気接続されて
いる。又、取出しリード線34の他端342は、金属金
具52を介して端子電極4に電気接続されている。
【0034】ねじ41が形成される端子電極4は、イン
シュレータ61及びナット62により筒状主体金具2に
絶縁して固定される。又、63は給電金具(図示せず)
を端子電極4に固定するためのナットである。
【0035】つぎに、セラミックヒータ3(比較品のセ
ラミックヒータも同様)の製造方法について図3〜図8
に基づいて説明する。 (1)W、Ta、Nb、Ti、Zr、Hf、V、及びC
rより選ばれる1種類以上の珪化物、炭化物、又は窒化
物と、Si3 4 と、焼結助剤とを調合し、湿式混合を
行う。例えば、平均粒径0.5μmのWC粉末に、平均
粒径0.7μmのSi3 4 粉末40wt%、Yb2
3 粉末5wt%を添加し、50hr湿式混合し、泥漿を
製造する。
【0036】(2)泥漿をトレイに出し、乾燥機に入れ
て乾燥させる。 (3)乾固物を5hr乾式にて解粉し、得られた粉末を
目開き250μm(60メッシュ)の篩にて通櫛する。
【0037】(4)通櫛後の粉末に数種類の結合剤(例
えば、ポリエチレンとワックスなど)を加え、混練ニー
ダー中で3hr混練する。 (5)混練物をペレタイザーにて約1mmの大きさにペ
レット化する。
【0038】(6)図3(a)に示すように、発熱抵抗
体32に対応したU字状のキャビティー302を有する
射出成形機301に取出しリード線33、34をその一
方の端部が該キャビティー302内に入り込むようにセ
ットする。そして、その状態で上記ペレットを射出する
ことにより図3(b)に示すように取出しリード線3
3、34とセラミック粉末成形部35とが一体となった
未焼成発熱抵抗体36が完成する。
【0039】(7)平均粒径0.7μmのSi3 4
末と、平均粒径0.8μm〜3.0μmの希土類酸化物
と、平均粒径0.1μm、0.3μm、0.5μm、
1.0μm、2.0μm、3.0μm、3.5μm、
4.0μm、6.0μm、8.0μm、10.0μmの
MoSi2 とを調整し、この調整粉末を湿式混合し、バ
インダーを加えた後に、スプレードライにより混合粉末
を得る。
【0040】(8)上記混合粉末を金型プレス成形する
ことにより図4(a)及び図4(b)に示すような、上
下別体の分割予備形成体37、38とされる。これら分
割予備成形体37、38は、上記未焼成発熱抵抗体36
に対応した形状の凹部39がその合わせ面306aに形
成されている。次いで、この凹部39に未焼成発熱抵抗
体36を収容し、分割予備整形体37、38を該型合わ
せ面306aにおいて型合わせする。そして、図5
(a)に示す様に、その状態でこれら分割予備形成体3
7、38及び未焼成発熱抵抗体36を金型71のキャビ
ティ71a内に収容し、パンチ72、73を用いてプレ
ス・圧縮することにより、これらが一体化された複合形
成体306が形成される。
【0041】ここで、そのプレス方向は、分割予備形成
体37、38の合わせ面306aに対しほぼ直角に設定
される。こうして得られた複合形成体306は、先ずバ
インダ成分等を除去するために所定の温度(例えば約8
00℃)で仮焼され、図6(b)に示す仮焼体306’
とされる。
【0042】続いて、図5(b)に示す様に、この仮焼
体306’が、グラファイト等で構成されたホットプレ
ス用整形型75、76のキャビティ75a、76aにセ
ットされる。仮焼体306’を、炉74内で両成形型7
5、76の間で加圧しながらN2 ガス中1750℃×6
0分、300kf/cm2 にて焼成することにより、図
6(c)に示すような焼結体70を得る。
【0043】ここで、仮焼体306’は、図6(b)に
示すように、分割予備成形体37、38の合わせ面30
6aに双方向に圧縮されながら焼成体70となる。そし
て、図6(c)に示すように、セラミック粉末成形部3
5の直線部35bは、その円状断面が上記圧縮方向に潰
れるように変形することにより楕円状断面を有した発熱
抵抗体32の直線部32bとなる。
【0044】(9)図6(d)に示す様に、この焼結体
をφ3.5の略円筒状に研磨等の加工を施すことによ
り、基体セラミックの断面が円形に形成され、図2に示
すように他端332、342が露出したセラミックヒー
タ3が完成する。尚、図7に示すように、窒化珪素を主
成分とするセラミック粉末の成形体に対し、導電性セラ
ミック粉末のペーストを用いて発熱体形状をパターン印
刷し、これを焼成することによりその印刷パターンを焼
結させて発熱抵抗体32としても良い。
【0045】さらに、セラミックヒータ3においては、
発熱抵抗体32をW、W‐Re、Mo、Pt、ニオブ、
ニクロム、タンタル等の金属線で構成することもでき
る。その具体例をその製法とともに図8に示す。尚、該
態様においては、構成及び製法とも、発熱抵抗体32を
セラミックで構成する場合と多くの部分が共通するの
で、以下、主にその相違点について説明し、共通部分に
ついては説明を省略する。即ち、図8(a)に示すよう
なコイル状の高融点金属材料線剤80を同図(b)に示
すようにU字状に曲げ、さらにその両端内側にリード線
33、34を挿入・一体化することにより発熱体ユニッ
ト81を形成する。
【0046】そして、図5において未焼成発熱抵抗体3
6に代えてこの発熱体ユニット81を分割予備成形体3
7、38の凹部39に装着し、これをプレス一体化して
得られる複合性形体306をホットプレスして焼成すれ
ば,図8(c)に示すように、発熱抵抗体32としての
金属線材が基体セラミックに埋設されたセラミックヒー
タが得られることとなる。又、本発明のセラミックヒー
タは、グロープラグに限らず、バーナ着火用、或いは酸
素センサ用の加熱素子等に使用することもできる。
【0047】尚、以下の工程を行うとグロープラグAが
完成する。取り出しリード線33、34の他端332、
342(露出面)に、金属外筒1、金属金具52をろう
付けし、金属外筒1の後部11を筒状主体金具2の先端
内周20に銀ろう付けする。更に、インシュレータ61
及びナット62によって端子電極4を筒状主体金具2に
固定する。
【0048】つぎに、セラミックヒータ3、及び比較品
のセラミックヒータの導電耐久試験、冷熱サイクル試
験、及び常温における3点曲げ強さ試験について説明す
る。熱膨張係数調整用のMoSi2 と、焼結助剤Er2
3 又はY2 3 とを使用し、上述の方法により図2に
示す形状の各種セラミックヒータを作成した。
【0049】尚、表1は得られたセラミックヒータにつ
いて、各種成分の各含有量をセラミックヒータ素材の配
合割合から推定した値にて示している。こうして得られ
たセラミックヒータに対し、下記の通電耐久試験、冷熱
サイクル試験、及び常温における3点曲げ強さ試験をそ
れぞれ行った。まず、発明品のセラミックヒータ3{
〜各五本}及び比較品のセラミックヒータ{〜各
五本}に対し、通電1分間{1400℃(飽和温度)に
昇温}−通電断1分間を1サイクルとし、最大1000
0サイクルの通電耐久試験を行った。
【0050】
【表1】
【0051】表1の試験結果に示す様に、発明品のセラ
ミックヒータ3{〜各五本}は、全て、10000
サイクルの通電耐久試験中において、セラミックの破損
やクラックの発生は皆無であった。即ち、実施例のセラ
ミックヒータについては、いずれも良好な通電耐久性を
示したのに対し、比較例のセラミックヒータについて
は、何れも断面を観察したときの粒径が大き過ぎる結
果、基体セラミックの強度が不足し、その周囲部分との
間で熱膨張差に基づく応力が発生する結果、クラックや
破損が発生したものと推測される。
【0052】又、冷熱サイクル試験は、セラミックヒー
タを電気炉内に入れ、プログラム制御にこれを400℃
と900℃との間で加熱・冷却するサイクルを500回
繰り返し、試験後に基体セラミック部分を切断・研磨し
て。その表面を光学顕微鏡で観察することにより行っ
た。
【0053】
【表2】
【0054】表2の試験結果に示す様に、MoSi2
推定含有量が5重量%を越える実施例のセラミックヒー
タについては、酸化物の形成・昇華によると思われるポ
アが形成されており、一方、MoSi2 の推定含有量が
1〜5重量%の実施例のセラミックヒータについてはポ
アの発生は全く見られなかった。又、常温における3点
曲げ強さ試験は、試験片として本発明のセラミックヒー
タを用い、JISR1601に準じて行った。
【0055】
【表3】
【0056】第3の試験結果に示すように、MoSi2
の粒径が3μmを越える実施例のセラミックヒータにつ
いては、3点曲げ強さが低下していることが分かる。
尚、曲げ強度が1400MPa以上を◎、1200MP
a以上1400MPa未満を○、1200MPa未満を
△と評価した。
【0057】図11は、実施例2のセラミックヒータの
基体セラミック部分の組織を2000倍に拡大に拡大し
た模式図を示す(倍率は、図中に記載している)。Si
3 4 系基質にMoSi2 粒子が比較的均一に分散して
いる。
【0058】つぎに、本本実施例の利点を述べる。セラ
ミックヒータ3は、表1の実施例〜に示す割合に、
Si3 4 粉末と希土類酸化物とMoSi2 (粒径が
0.1μm〜3.0μm)とを調製し、この調製粉末を
湿式粉砕し、バインダーを加えスプレードライにより混
合粉末とし、この粉末中に未焼成の発熱抵抗体(図3に
示す)を埋設し、プレス成形後にホットプレスして製造
している。
【0059】添加するMoSi2 の粒径を3.0μm以
下にすることにより、セラミックヒータ3を構成するS
3 4 質セラミック31の材料強度が、焼結過程や通
電発熱時及び冷却の繰り返し時に発生する応力{熱膨張
の差(MoSi2 の熱膨張>窒化珪素の熱膨張)により
発生}より大きくなり、優れた通電耐久性が得られるこ
とが判明した。
【0060】尚、MoSi2 の粒径を0.1μm未満に
することは、MoSi2 の材料代の上昇を招くととも
に、窒化珪素質焼結体の材料強度の増大が望めないので
不適当である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るグロープラグの断面図で
ある。
【図2】そのグロープラグに用いるセラミックヒータの
断面図である。
【図3】セラミックヒータの製造工程図である。
【図4】図3に続くセラミックヒータの製造工程図であ
る。
【図5】図4に続くセラミックヒータの製造工程図であ
る。
【図6】本発明のセラミックヒータの製造方法におけ
る、複合成形体及び焼成体の断面形状変化を示す模試図
である。
【図7】本発明のセラミックヒータの変形例を示す断面
図である。
【図8】発熱体を金属線で構成する例をその製法ととも
に示す説明図である。
【図9】MoSi2 の粒子を定義する説明図である。
【図10】MoSi2 の平均粒径と着火温度との関係を
示す説明図である。
【図11】実施例におけるセラミックヒータの、基体セ
ラミックの組織を2000倍に拡大した模式図である。
【符号の説明】
A グロープラグ(セラミックグロープラグ) 1 金属外筒 2 筒状主体金具(主体金具) 3 セラミックヒータ

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化珪素を主成分とする基体セラミック
    中に発熱体を埋設してなるセラミックヒータにおいて、1〜5重量%の含有量で MoSi2 粒子が前記基体セラ
    ミック中に分散しており、前記MoSi2 粒子の粒径が
    0.1μm〜2.5μmの範囲内にあることを特徴とす
    るセラミックヒータ。
  2. 【請求項2】 前記MoSi2 粒子の粒径は、1.0μ
    m〜2.5μmであることを特徴とする請求項1記載の
    セラミックヒータ。
  3. 【請求項3】 前記MoSi2 粒子は、3〜4重量%の
    範囲で含有していることを特徴とする請求項1又は請求
    項2記載のセラミックヒータ。
  4. 【請求項4】 発熱体は、W、Ta、Nb、Ti、Z
    r、Hf、V、Mo、及びCrより選ばれる1種類以上
    の珪化物、炭化物、又は窒化物を主体とすることを特徴
    とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載のセラ
    ミックヒータ。
  5. 【請求項5】 Si 3 4 と、焼結助剤としての希土類
    酸化物と、粒径が0.1μm〜2.5μmであるMoS
    2 とを1〜5重量%の範囲で混合した混合物に、 W、Ta、Nb、Ti、Zr、Hf、V、Mo、及びC
    rより選ばれる1種類以上の珪化物、炭化物、又は窒化
    物を主体とする発熱体を埋設し、 ホットプレス焼成したことを特徴とするセラミックヒー
    タの製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至請求項4の何れか1項に記
    載のセラミックヒータを、主体金具の先端内周に保持さ
    れる金属外筒内に装着したことを特徴とするセラミック
    グロープラグ。
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