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JP5751968B2 - Heater and glow plug equipped with the same - Google Patents

Heater and glow plug equipped with the same Download PDF

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JP5751968B2
JP5751968B2 JP2011162251A JP2011162251A JP5751968B2 JP 5751968 B2 JP5751968 B2 JP 5751968B2 JP 2011162251 A JP2011162251 A JP 2011162251A JP 2011162251 A JP2011162251 A JP 2011162251A JP 5751968 B2 JP5751968 B2 JP 5751968B2
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  • Resistance Heating (AREA)

Description

本発明は、例えば燃焼式車載暖房装置における点火用若しくは炎検知用のヒータ、石油ファンヒータ等の各種燃焼機器の点火用のヒータ、自動車エンジンのグロープラグ用のヒータ、酸素センサ等の各種センサ用のヒータ、測定機器の加熱用のヒータ等に利用されるヒータおよびこれを備えたグロープラグに関するものである。   The present invention is, for example, for a heater for ignition or flame detection in a combustion-type in-vehicle heating device, a heater for ignition of various combustion devices such as an oil fan heater, a heater for a glow plug of an automobile engine, and various sensors such as an oxygen sensor. In particular, the present invention relates to a heater used for a heater, a heater for heating a measuring instrument, and a glow plug including the heater.

自動車エンジンのグロープラグ等に用いられるヒータは、発熱部を有する抵抗体、リードおよび絶縁基体を含む構成になっている。そして、リードの抵抗が抵抗体の抵抗より小さくなるように、これらの材料の選定や設計がされている。   A heater used for a glow plug of an automobile engine includes a resistor having a heat generating portion, a lead, and an insulating base. These materials are selected and designed so that the resistance of the lead is smaller than the resistance of the resistor.

ここで、抵抗体とリードとの接合部は、形状変化点であったり材料組成変化点であったりするので、使用時の発熱や冷却での熱膨張の差に起因した影響を受けないように接合面積を大きくする目的で、図8(a)に示すように、リードの軸方向に平行な断面で視たときに抵抗体3とリード8との接合部は陽極側と陰極側とが対称に配置され、境界面が斜めに接合されているヒータが知られている(例えば、特許文献1,2を参照)。   Here, the joint between the resistor and the lead is a point of change in shape or a point of change in material composition, so that it is not affected by the difference in thermal expansion during heat generation or cooling during use. For the purpose of increasing the junction area, as shown in FIG. 8A, the junction between the resistor 3 and the lead 8 is symmetrical between the anode side and the cathode side when viewed in a cross section parallel to the axial direction of the lead. There is known a heater that is disposed in a slanted manner and has a boundary surface bonded obliquely (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開2002-334768号公報JP 2002-334768 A 特開2003-22889号公報JP 2003-22889 A

近年、エンジンの燃焼状態を最適化するために、ECUからの制御信号がパルス化した駆動方法がとられるようになってきた。   In recent years, in order to optimize the combustion state of the engine, a driving method in which a control signal from the ECU is pulsed has been adopted.

ここで、パルスとしては矩形波を用いることが多い。パルスの立ち上がり部分には高周波成分があって、この高周波成分はリードの表面部で伝送する。ところが、異なるインピーダンスを持つリードの端面と抵抗体の端面とが対向するようにして継ぎ目部分(境界面)が形成されていると、インピーダンスの整合が取れなかった高周波成分の一部は境界面で反射したり、境界面をアンテナとして機能させて周囲の誘電体を介しながらリード表面から散逸したりする。特に、境界面に垂直な方向と境界面に沿って下流側に向かう方向に多く散逸する傾向がある。   Here, a rectangular wave is often used as the pulse. There is a high frequency component at the rising edge of the pulse, and this high frequency component is transmitted on the surface of the lead. However, if the seam portion (boundary surface) is formed so that the end surface of the lead having a different impedance and the end surface of the resistor face each other, part of the high-frequency component that cannot be matched in impedance is at the boundary surface. It is reflected or dissipates from the lead surface through the surrounding dielectric by making the boundary surface function as an antenna. In particular, there is a tendency to dissipate much in the direction perpendicular to the boundary surface and in the direction toward the downstream side along the boundary surface.

従来のヒータでは、リードの軸方向に平行な断面で視たときに抵抗体3とリード8との接合部は陽極側と陰極側とが対称に配置され、境界面が斜めに接合されている構造であるため、陽極側境界面から発せられた電波が陰極側境界面や抵抗体の発熱部付近に向けて散逸する構造であったため、抵抗体に沿って流れてくる信号と混信してしまう混信現象(クロストーク現象)が生じていた。   In the conventional heater, when viewed in a cross section parallel to the axial direction of the lead, the junction between the resistor 3 and the lead 8 is arranged symmetrically on the anode side and the cathode side, and the boundary surface is joined obliquely. Because of the structure, radio waves emitted from the anode side boundary surface are dissipated toward the cathode side boundary surface and the vicinity of the heat generating part of the resistor, and thus interfere with signals flowing along the resistor. An interference phenomenon (crosstalk phenomenon) occurred.

したがって、陰極側境界面へはパルス波形が乱れたまま信号が伝達され、この境界面でインピーダンスの整合が取れず、ジュール熱として散逸し、境界面が局所的に発熱する。このとき、リードの熱膨張率と抵抗体の熱膨張率とが異なることに起因して、リードと抵抗体との境界面にマイクロクラックが発生し、リードと抵抗体との境界面に沿って亀裂が一気に進展して、抵抗値が変化する問題点が生じてきた。   Therefore, a signal is transmitted to the cathode side boundary surface while the pulse waveform is distorted, impedance matching is not achieved at this boundary surface, it is dissipated as Joule heat, and the boundary surface generates heat locally. At this time, due to the difference between the thermal expansion coefficient of the lead and the thermal expansion coefficient of the resistor, microcracks are generated at the interface between the lead and the resistor, and along the interface between the lead and the resistor. The crack has progressed all at once, causing a problem that the resistance value changes.

また、パルス駆動を採用せずに、DC駆動を採用した場合でも、同じような問題点が生じてきた。すなわち、近年のECUでは回路ロスがなくなったために、急速昇温を目的として、エンジン動作開始時に抵抗体に大電流が流れるようになっている。したがって、パルスの矩形波のように、電力突入の立ち上がりが急峻になり、高周波成分を含んだ高電力が、ヒータに突入してくるようになってきたため、同じような問題点が生じてきた。   Similar problems have arisen when DC driving is employed instead of pulse driving. That is, since there is no circuit loss in recent ECUs, a large current flows through the resistor at the start of engine operation for the purpose of rapid temperature rise. Therefore, since the rising of the power inrush becomes steep as in the case of the rectangular wave of the pulse and the high power containing the high frequency component has entered the heater, the same problem has arisen.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、パルス駆動、DC駆動あるいは急速昇温等の際に抵抗体に大電流が流れても、高周波のクロストーク現象を抑止することで、抵抗体とリードとの境界面へのマイクロクラックの発生、境界面での亀裂の進展および製品抵抗の変化が抑制された高い信頼性および耐久性を有するヒータおよびこれを備えたグロープラグを提供することである。   The present invention has been devised in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to achieve high-frequency cross-over even when a large current flows through a resistor during pulse driving, DC driving, or rapid temperature rise. By suppressing the talk phenomenon, a highly reliable and durable heater in which the occurrence of microcracks at the boundary surface between the resistor and the lead, the progress of cracks at the boundary surface, and changes in product resistance are suppressed, and the heater Is to provide a glow plug with

本発明のヒータは、絶縁基体と、該絶縁基体に埋設され、折返し形状をなしている抵抗体と、前記絶縁基体に埋設され、先端側で前記抵抗体に接続されるとともに後端側で前記絶縁基体の表面に導出された一対のリードとを備えたヒータであって、前記抵抗体と前記一対のリードとが該一対のリードのそれぞれの軸の両方を含む平面に垂直な方向に重なって接続されていて、前記抵抗体と前記一対のリードとの配置が、前記一対のリードのそれぞれの軸の両方を含む平面に垂直な断面上の前記一対のリードの軸間を結ぶ線又はその線に垂直な線において線対称ではなく、かつ、前記絶縁基体の中心に対して点対称になっていることを特徴とする。
The heater of the present invention includes an insulating base, a resistor embedded in the insulating base and having a folded shape, and embedded in the insulating base, connected to the resistor on the front end side and the resistor on the rear end side. A heater comprising a pair of leads led to the surface of an insulating base, wherein the resistor and the pair of leads overlap in a direction perpendicular to a plane including both axes of the pair of leads. A line that connects between the axes of the pair of leads on a cross section perpendicular to a plane that is connected and the arrangement of the resistor and the pair of leads includes both axes of the pair of leads, or the line thereof The line perpendicular to the line is not line symmetric and is point symmetric with respect to the center of the insulating substrate .

また、本発明のヒータは、前記抵抗体と前記一対のリードとの境界面が平面であることを特徴とするものである。   The heater according to the present invention is characterized in that a boundary surface between the resistor and the pair of leads is a flat surface.

また、本発明は、上記の構成のヒータと、前記リードと電気的に接続されて前記ヒータを保持する金属製保持部材とを備えたことを特徴とするグロープラグである。   In addition, the present invention is a glow plug including the heater having the above-described configuration and a metal holding member that is electrically connected to the lead and holds the heater.

本発明のヒータによれば、陽極側境界面を送信アンテナとして伝播する高周波の主な伝播方向に陰極側境界面や抵抗体が位置していないので、高周波信号が混信するクロストーク現象の発生を抑止することができる。その結果、境界面での異常発熱と、異常発熱に起因したマイクロクラックの発生を抑制することができる。したがって、パルス駆動、DC駆動にかかわらず、電力突入の立ち上がりが急峻になっても、抵抗体とリードとの境界面へのマイクロクラックの発生および境界面での亀裂の進展が抑制され、長期間抵抗が安定する。これにより、ヒータの信頼性および耐久性が向上する。   According to the heater of the present invention, since the cathode-side boundary surface and the resistor are not located in the main propagation direction of the high-frequency waves that propagate through the anode-side boundary surface as a transmitting antenna, the occurrence of crosstalk phenomenon in which high-frequency signals interfere with each other. Can be deterred. As a result, it is possible to suppress abnormal heat generation at the boundary surface and generation of microcracks due to abnormal heat generation. Therefore, regardless of pulse driving or DC driving, even if the rising of the power inrush becomes steep, the generation of microcracks at the boundary surface between the resistor and the lead and the progress of cracks at the boundary surface are suppressed, and the long-term Resistance is stable. Thereby, the reliability and durability of the heater are improved.

本発明のヒータの実施の形態の一例を示す透過概略図である。It is the permeation | transmission schematic which shows an example of embodiment of the heater of this invention. (a)は図1に示す抵抗体とリードとの接続部を含む領域Aを拡大した一例の拡大概略図であり、(b)は(a)に示すX−X線における横断面図、(c)は(a)に示すY−Y線における要部断面図、(d)は(a)に示すZ−Z線における要部断面図である。(A) is the expanded schematic of an example which expanded the area | region A containing the connection part of a resistor and a lead shown in FIG. 1, (b) is a cross-sectional view in the XX line shown to (a), (c) is principal part sectional drawing in the YY line shown to (a), (d) is principal part sectional drawing in the ZZ line | wire shown to (a). (a)は図1に示す抵抗体とリードとの接続部を含む領域Aを拡大した他の例の拡大概略図であり、(b)は(a)に示すX−X線における横断面図、(c)は(a)に示すY−Y線における要部断面図、(d)は(a)に示すZ−Z線における要部断面図である。(A) is the expansion schematic of the other example to which the area | region A containing the connection part of a resistor and a lead shown in FIG. 1 was expanded, (b) is a cross-sectional view in the XX line shown to (a). (C) is principal part sectional drawing in the YY line shown to (a), (d) is principal part sectional drawing in the ZZ line | wire shown to (a). (a)は図1に示す抵抗体とリードとの接続部を含む領域Aを拡大した他の例の拡大概略図であり、(b)は(a)に示すX−X線における横断面図、(c)は(a)に示すY−Y線における要部断面図、(d)は(a)に示すZ−Z線における要部断面図である。(A) is the expansion schematic of the other example to which the area | region A containing the connection part of a resistor and a lead shown in FIG. 1 was expanded, (b) is a cross-sectional view in the XX line shown to (a). (C) is principal part sectional drawing in the YY line shown to (a), (d) is principal part sectional drawing in the ZZ line | wire shown to (a). (a)は図1に示す抵抗体とリードとの接続部を含む領域Aを拡大した他の例の拡大概略図であり、(b)は(a)に示すX−X線における横断面図、(c)は(a)に示すY−Y線における要部断面図、(d)は(a)に示すZ−Z線における要部断面図である。(A) is the expansion schematic of the other example to which the area | region A containing the connection part of a resistor and a lead shown in FIG. 1 was expanded, (b) is a cross-sectional view in the XX line shown to (a). (C) is principal part sectional drawing in the YY line shown to (a), (d) is principal part sectional drawing in the ZZ line | wire shown to (a). (a)は図1に示す抵抗体とリードとの接続部を含む領域Aを拡大した他の例の拡大概略図であり、(b)は(a)に示すX−X線における横断面図、(c)は(a)に示すY−Y線における要部断面図、(d)は(a)に示すZ−Z線における要部断面図である。(A) is the expansion schematic of the other example to which the area | region A containing the connection part of a resistor and a lead shown in FIG. 1 was expanded, (b) is a cross-sectional view in the XX line shown to (a). (C) is principal part sectional drawing in the YY line shown to (a), (d) is principal part sectional drawing in the ZZ line | wire shown to (a). (a)は図1に示す抵抗体とリードとの接続部を含む領域Aを拡大した他の例の拡大概略図であり、(b)は(a)に示すX−X線における横断面図、(c)は(a)に示すY−Y線における要部断面図、(d)は(a)に示すZ−Z線における要部断面図である。(A) is the expansion schematic of the other example to which the area | region A containing the connection part of a resistor and a lead shown in FIG. 1 was expanded, (b) is a cross-sectional view in the XX line shown to (a). (C) is principal part sectional drawing in the YY line shown to (a), (d) is principal part sectional drawing in the ZZ line | wire shown to (a). (a)は従来のヒータの抵抗体とリードとの接続部を含む領域を拡大した拡大概略図であり、(b)は(a)に示すX−X線における横断面図、(c)は(a)に示すY−Y線における要部断面図、(d)は(a)に示すZ−Z線における要部断面図である。(A) is the expansion schematic which expanded the area | region containing the connection part of the resistor of a conventional heater, and a lead, (b) is a cross-sectional view in the XX line shown to (a), (c) is The principal part sectional drawing in the YY line | wire shown to (a), (d) is principal part sectional drawing in the ZZ line | wire shown to (a).

以下、本発明のヒータについて実施の形態の例について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, examples of embodiments of the heater of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明のヒータの実施の形態の一例を示す透過概略図であり、図2(a)は図1に示す抵抗体とリードとの接続部を含む領域Aを拡大した一例の拡大概略図であり、図2(b)は図2(a)に示すX−X線における横断面図、図2(c)は図2(a)に示すY−Y線における要部断面図、図2(d)は図2(a)に示すZ−Z線における要部断面図である。   FIG. 1 is a transmission schematic diagram showing an example of an embodiment of the heater of the present invention, and FIG. 2A is an enlarged schematic example of an example in which a region A including a connection portion between a resistor and a lead shown in FIG. 1 is enlarged. 2 (b) is a cross-sectional view taken along the line XX shown in FIG. 2 (a), FIG. 2 (c) is a cross-sectional view taken along the line YY shown in FIG. 2 (a), and FIG. 2 (d) is a cross-sectional view of the main part along the line ZZ shown in FIG. 2 (a).

本実施の形態のヒータ1は、絶縁基体9と、絶縁基体9に埋設され折返し形状をなしている抵抗体3と、絶縁基体9に埋設され先端側で抵抗体3に接続されるとともに後端側で絶縁基体9の表面に導出された一対のリード8を備えたヒータであって、抵抗体3と一対のリード8とは一対のリード8のそれぞれの軸の両方を含む平面に垂直な方向に重なって接続されていて、一対のリード8のそれぞれの軸の両方を含む平面に垂直な断面で見たときに、抵抗体3と一対のリード8との境界線に対する抵抗体3と一対のリード8との配置がそれぞれの接続部で逆になっているものである。   The heater 1 according to the present embodiment includes an insulating base 9, a resistor 3 embedded in the insulating base 9 and having a folded shape, and connected to the resistor 3 on the leading end side and embedded in the insulating base 9, and a rear end. A heater having a pair of leads 8 led out to the surface of the insulating base 9 on the side, wherein the resistor 3 and the pair of leads 8 are perpendicular to a plane including both axes of the pair of leads 8. The resistor 3 and the pair of leads 3 with respect to the boundary line between the resistor 3 and the pair of leads 8 when viewed in a cross section perpendicular to a plane including both axes of the pair of leads 8. The arrangement with the lead 8 is reversed at each connecting portion.

本実施の形態のヒータ1における絶縁基体9は、例えば棒状に形成されたものである。この絶縁基体9は抵抗体3およびリード8を被覆しており、言い換えると、抵抗体3およびリード8が絶縁基体9に埋設されている。   The insulating base 9 in the heater 1 of the present embodiment is formed in a rod shape, for example. The insulating substrate 9 covers the resistor 3 and the lead 8. In other words, the resistor 3 and the lead 8 are embedded in the insulating substrate 9.

ここで、絶縁基体9はセラミックスからなることが好ましく、これにより、金属よりも高温まで耐えることができるようになるので、急速昇温時の信頼性がより向上したヒータ1を提供することが可能になる。具体的には、酸化物セラミックス,窒化物セラミックス,炭化物セラミックス等の電気的な絶縁性を有するセラミックスが挙げられる。特に、絶縁基体9は、窒化珪素質セラミックスからなることが好適である。窒化珪素質セラミックスは、主成分である窒化珪素が高強度、高靱性、高絶縁性および耐熱性の観点で優れているからである。この窒化珪素質セラミックスは、例えば、主成分の窒化珪素に対して、焼結助剤として3〜12質量%のY,Yb,Er等の希土類元素酸化物、
0.5〜3質量%のAl、さらに焼結体に含まれるSiO量として1.5〜5質量%となるようにSiOを混合し、所定の形状に成形し、その後、例えば1650〜1780℃でホットプレス焼成することにより得ることができる。
Here, it is preferable that the insulating base 9 is made of ceramics, which can withstand temperatures higher than that of metal, so that it is possible to provide the heater 1 with improved reliability at the time of rapid temperature rise. become. Specifically, ceramics having electrical insulation properties such as oxide ceramics, nitride ceramics, carbide ceramics can be given. In particular, the insulating substrate 9 is preferably made of silicon nitride ceramics. This is because silicon nitride ceramics is excellent in terms of high strength, high toughness, high insulating properties, and heat resistance. This silicon nitride ceramic is, for example, 3 to 12% by mass of a rare earth element oxide such as Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Er 2 O 3 as a sintering aid with respect to silicon nitride as a main component,
0.5 to 3% by mass of Al 2 O 3 and further SiO 2 are mixed so that the amount of SiO 2 contained in the sintered body is 1.5 to 5% by mass and molded into a predetermined shape. Thereafter, for example, 1650 to 1780 It can be obtained by hot press firing at 0 ° C.

また、絶縁基体9として窒化珪素質セラミックスから成るものを用いる場合、MoSi,WSi等を混合し分散させることが好ましい。この場合、母材である窒化珪素質セラミックスの熱膨張率を抵抗体3の熱膨張率に近づけることができ、ヒータ1の耐久性を向上させることができる。 In the case of using a made of silicon nitride ceramics as the insulating substrate 9, it is preferable to mixing MoSi 2, WSi 2, etc. dispersed. In this case, the coefficient of thermal expansion of the silicon nitride ceramic that is the base material can be brought close to the coefficient of thermal expansion of the resistor 3, and the durability of the heater 1 can be improved.

抵抗体3は、特に発熱する領域である発熱部4を有しており、一部断面積を小さくした領域やらせん形状の領域を設けることで、この領域を発熱部4とすることができる。抵抗体3が図1に示すような折返し形状をなしている場合は、折返しの中間点付近が最も発熱する発熱部4となる。   The resistor 3 has a heat generating portion 4 that is a region that generates heat in particular, and this region can be used as the heat generating portion 4 by providing a region having a partially reduced cross-sectional area or a spiral region. In the case where the resistor 3 has a folded shape as shown in FIG. 1, the vicinity of the middle point of the folding is the heat generating portion 4 that generates the most heat.

この抵抗体3としては、W,Mo,Tiなどの炭化物、窒化物、珪化物などを主成分とするものを使用することができる。絶縁基体9が上述の材料の場合、絶縁基体9との熱膨張率の差が小さい点、高い耐熱性を有する点および比抵抗が小さい点で、上記の材料のなかでも炭化タングステン(WC)が抵抗体3の材料として優れている。さらに、絶縁基体9が窒化珪素質セラミックスからなる場合、抵抗体3は、無機導電体のWCを主成分とし、これに添加される窒化珪素の含有率が20質量%以上であるものが好ましい。例えば、窒化珪素質セラミックスから成る絶縁基体9中において、抵抗体3となる導体成分は窒化珪素と比較して熱膨張率が大きいため、通常は引張応力がかかった状態にある。これに対して、抵抗体3中に窒化珪素を添加することにより、抵抗体3の熱膨張率を絶縁基体9の熱膨張率に近づけて、ヒータ1の昇温時および降温時の熱膨張率の差による応力を緩和することができる。   As this resistor 3, the thing which has a carbide | carbonized_material, nitride, silicide, etc., such as W, Mo, Ti, etc. as a main component can be used. In the case where the insulating base 9 is made of the above-described material, tungsten carbide (WC) is one of the above materials because it has a small difference in thermal expansion coefficient from the insulating base 9, high heat resistance, and low specific resistance. It is excellent as a material for the resistor 3. Furthermore, when the insulating substrate 9 is made of silicon nitride ceramics, the resistor 3 is preferably composed mainly of WC of an inorganic conductor, and the content of silicon nitride added thereto is 20% by mass or more. For example, in the insulating substrate 9 made of silicon nitride ceramics, the conductor component serving as the resistor 3 has a higher coefficient of thermal expansion than silicon nitride, and thus is usually in a state where tensile stress is applied. On the other hand, by adding silicon nitride into the resistor 3, the thermal expansion coefficient of the resistor 3 is brought close to the thermal expansion coefficient of the insulating base 9, and the thermal expansion coefficient when the heater 1 is heated and lowered. The stress due to the difference can be relaxed.

また、抵抗体3に含まれる窒化珪素の含有量が40質量%以下であるときには、抵抗体3の抵抗値を比較的小さくして安定させることができる。従って、抵抗体3に含まれる窒化珪素の含有量は20質量%〜40質量%であることが好ましい。より好ましくは、窒化珪素の含有量は25質量%〜35質量%がよい。また、抵抗体3への同様の添加物として、窒化珪素の代わりに窒化硼素を4質量%〜12質量%添加することもできる。   Further, when the content of silicon nitride contained in the resistor 3 is 40% by mass or less, the resistance value of the resistor 3 can be made relatively small and stabilized. Therefore, the content of silicon nitride contained in the resistor 3 is preferably 20% by mass to 40% by mass. More preferably, the content of silicon nitride is 25% by mass to 35% by mass. Further, as a similar additive to the resistor 3, boron nitride can be added in an amount of 4% by mass to 12% by mass instead of silicon nitride.

抵抗体3の厚み(図2の上下方向の厚み)は、例えば0.5mm〜1.5mmがよく、抵抗体3の幅(図2の水平方向の厚み)は、例えば0.3mm〜1.3mmがよい。この幅の範囲内とすることにより、抵抗体3の抵抗が小さくなって効率良く発熱するものとなり、また、積層構造の絶縁基体9の積層界面の密着性を保持することができる。   The thickness of the resistor 3 (vertical thickness in FIG. 2) is preferably 0.5 mm to 1.5 mm, for example, and the width of the resistor 3 (horizontal thickness in FIG. 2) is preferably 0.3 mm to 1.3 mm, for example. By setting the width within this range, the resistance of the resistor 3 is reduced and heat is efficiently generated, and the adhesion at the laminated interface of the insulating base 9 having a laminated structure can be maintained.

抵抗体3の端部に先端側が接続されたリード8は、W,Mo,Tiなどの炭化物、窒化物、珪化物などを主成分とする抵抗体3と同様の材料を使用することができる。特に、WCが、絶縁基体9との熱膨張率の差が小さい点、高い耐熱性を有する点および比抵抗が小さい点で、リード8の材料として好適である。また、絶縁基体9が窒化珪素質セラミックスからなる場合、リード8は、無機導電体であるWCを主成分とし、これに窒化珪素を含有量が15質量%以上となるように添加することが好ましい。窒化珪素の含有量が増すにつれてリード8の熱膨張率を絶縁基体9の熱膨張率に近づけることができる。また、窒化珪素の含有量が40質量%以下であるときには、リード8の抵抗値が小さくなるとともに安定する。従って、窒化珪素の含有量は15質量%〜40質量%が好ましい。より好ましくは、窒化珪素の含有量は20質量%〜35質量%とするのがよい。なお、リード8は、絶縁基体9の形成材料の含有量を抵抗体3よりも少なくすることによって抵抗体3よりも単位長さ当たりの抵抗値が低くなっていてもよく、抵抗体3よりも断面積を大きくすることによって抵抗体3よりも単位長さ当たりの抵抗値が低くなっていてもよい。   The lead 8 whose tip side is connected to the end of the resistor 3 can use the same material as that of the resistor 3 mainly composed of carbide, nitride, silicide, etc. such as W, Mo, Ti. In particular, WC is suitable as a material for the lead 8 in that the difference in coefficient of thermal expansion from the insulating base 9 is small, the heat resistance is high, and the specific resistance is small. When the insulating substrate 9 is made of silicon nitride ceramics, the lead 8 is preferably composed mainly of WC, which is an inorganic conductor, and silicon nitride is added thereto so that the content is 15% by mass or more. . As the silicon nitride content increases, the thermal expansion coefficient of the lead 8 can be made closer to the thermal expansion coefficient of the insulating substrate 9. Further, when the content of silicon nitride is 40% by mass or less, the resistance value of the lead 8 becomes small and stable. Therefore, the content of silicon nitride is preferably 15% by mass to 40% by mass. More preferably, the content of silicon nitride is 20% by mass to 35% by mass. The lead 8 may have a resistance value per unit length lower than that of the resistor 3 by making the content of the forming material of the insulating base 9 smaller than that of the resistor 3. The resistance value per unit length may be lower than that of the resistor 3 by increasing the cross-sectional area.

そして、図2に示すように、抵抗体3と一対のリード8とは一対のリード8のそれぞれの軸の両方を含む平面に垂直な方向に重なって接続されていて、一対のリード8のそれぞれの軸の両方を含む平面に垂直な断面で見たときに、抵抗体3と一対のリード8との境界線に対する抵抗体3と一対のリード8との配置がそれぞれの接続部で逆になっている。   As shown in FIG. 2, the resistor 3 and the pair of leads 8 are connected so as to overlap each other in a direction perpendicular to a plane including both axes of the pair of leads 8. When viewed in a cross section perpendicular to the plane including both of the axes, the arrangement of the resistor 3 and the pair of leads 8 with respect to the boundary line between the resistor 3 and the pair of leads 8 is reversed at each connection portion. ing.

このように、陽極側境界面を送信アンテナとして伝播する高周波の主な伝播方向に陰極側境界面や抵抗体が位置していない構成とすることで、抵抗体3とリード8との陽極側の境界面でインピーダンスの整合が取れなかった高周波成分の一部が、当該陽極側の境界面をアンテナとして機能させて周囲の誘電体を介しながらリード8表面から散逸しても、陰極側の境界面に混信する混信現象(クロストーク現象)を抑制することができる。その結果、境界面での異常発熱と、異常発熱に起因したマイクロクラックの発生を抑制することができる。   Thus, the cathode side boundary surface and the resistor are not positioned in the main propagation direction of the high frequency waves that propagate through the anode side boundary surface as the transmitting antenna, so that the anode 3 side of the resistor 3 and the lead 8 is on the anode side. Even if a part of the high frequency component whose impedance is not matched at the boundary surface is dissipated from the surface of the lead 8 through the surrounding dielectric by causing the boundary surface on the anode side to function as an antenna, the boundary surface on the cathode side It is possible to suppress the interference phenomenon (crosstalk phenomenon). As a result, it is possible to suppress abnormal heat generation at the boundary surface and generation of microcracks due to abnormal heat generation.

すなわち、ECUからの制御信号がパルス駆動、DC駆動にかかわらず、電力突入の立ち上がりが急峻になっても、抵抗体とリードとの境界面へのマイクロクラックの発生および境界面での亀裂の進展が抑制され、長期間抵抗が安定する。これにより、ヒータの信頼性および耐久性が向上する。   In other words, regardless of whether the control signal from the ECU is pulse drive or DC drive, the occurrence of microcracks at the boundary surface between the resistor and the lead and the progress of cracks at the boundary surface, even if the rise of power entry becomes steep Is suppressed, and the resistance is stabilized for a long time. Thereby, the reliability and durability of the heater are improved.

ここで、図2に示す形態のヒータは、図2(a)に示すようにそれぞれの接続部における抵抗体3およびリード8の端部は丸みを帯びていて、図2(b)に示すように抵抗体3と一対のリード8との境界線に対する抵抗体3と一対のリード8との配置がそれぞれの接続部で逆になっていて、図2(c)のY−Y線要部断面図および図2(d)のZ−Z線要部断面図に示すようにそれぞれの接続部における境界面は平面であり、この境界面の面積はそれぞれの接続部で異なっている構成であるが、以下のような形態のヒータであってもよい。   Here, in the heater of the form shown in FIG. 2, the end portions of the resistor 3 and the lead 8 in each connecting portion are rounded as shown in FIG. 2A, as shown in FIG. Further, the arrangement of the resistor 3 and the pair of leads 8 with respect to the boundary line between the resistor 3 and the pair of leads 8 is reversed at each connection portion, and a cross-section of the main part of the YY line in FIG. As shown in the cross-sectional view of the principal part of the line ZZ in FIG. 2 and FIG. 2D, the boundary surface in each connection portion is a plane, and the area of this boundary surface is different in each connection portion. The heater may have the following configuration.

図3に示す形態のヒータは、図3(a)に示すようにそれぞれの接続部における抵抗体3およびリード8の端部は丸みを帯びていて、図3(b)に示すように抵抗体3と一対のリード8との境界線に対する抵抗体3と一対のリード8との配置がそれぞれの接続部で逆になっていて、図3(c)のY−Y線要部断面図および図3(d)のZ−Z線要部断面図に示すようにそれぞれの接続部における境界面は平面であり、この境界面の面積はそれぞれの接続部で同じ構成である。   In the heater shown in FIG. 3, the resistor 3 and the end of the lead 8 at each connecting portion are rounded as shown in FIG. 3 (a), and the resistor is shown in FIG. 3 (b). 3 and the pair of leads 8 with respect to the boundary line between the pair 3 and the pair of leads 8, the arrangement of the lead 3 and the pair of leads 8 is reversed in each connection portion, and a cross-sectional view of the main portion of FIG. As shown in the sectional view of the principal part of line ZZ in 3 (d), the boundary surface in each connecting portion is a plane, and the area of this boundary surface is the same in each connecting portion.

また、図4に示す形態のヒータは、図4(a)に示すようにそれぞれの接続部における抵抗体3およびリード8の端部は丸みを帯びていて、図4(b)に示すように抵抗体3と一対のリード8との境界線に対する抵抗体3と一対のリード8との配置がそれぞれの接続部で逆になっていて、図4(c)のY−Y線要部断面図および図4(d)のZ−Z線要部断面図に示すようにそれぞれの接続部における境界面は曲面であり、この境界面の面積はそれぞれの接続部で同じ構成である。   Further, in the heater of the form shown in FIG. 4, the ends of the resistor 3 and the lead 8 in each connecting portion are rounded as shown in FIG. 4A, and as shown in FIG. 4B. The arrangement of the resistor 3 and the pair of leads 8 with respect to the boundary line between the resistor 3 and the pair of leads 8 is reversed at the respective connecting portions, and a cross-sectional view of the main part of the YY line in FIG. And as shown in the ZZ line principal part sectional view of Drawing 4 (d), the boundary surface in each connection part is a curved surface, and the area of this boundary surface is the same composition in each connection part.

また、図5に示す形態のヒータは、図5(a)に示すようにそれぞれの接続部における抵抗体3およびリード8の端部はリード8の軸方向に垂直な直線状であって、図5(b)に示すように抵抗体3と一対のリード8との境界線に対する抵抗体3と一対のリード8との配置がそれぞれの接続部で逆になっていて、図5(c)のY−Y線要部断面図および図5(d)のZ−Z線要部断面図に示すようにそれぞれの接続部における境界面は段差状に形成され、この境界面の面積はそれぞれの接続部で同じ構成である。   Further, in the heater of the form shown in FIG. 5, as shown in FIG. 5A, the end portions of the resistor 3 and the lead 8 in each connecting portion are linear and perpendicular to the axial direction of the lead 8. As shown in FIG. 5 (b), the arrangement of the resistor 3 and the pair of leads 8 with respect to the boundary line between the resistor 3 and the pair of leads 8 is reversed at each connection portion. As shown in the cross-sectional view of the main portion of the YY line and the cross-sectional view of the main portion of the line ZZ in FIG. 5 (d), the boundary surface at each connecting portion is formed in a step shape. The configuration is the same for each part.

また、図6に示す形態のヒータは、図6(a)に示すようにそれぞれの接続部における抵抗体3およびリード8の端部はリード8の軸方向に垂直な直線状であって、図6(b)
に示すように抵抗体3と一対のリード8との境界線に対する抵抗体3と一対のリード8との配置がそれぞれの接続部で逆になっていて、図6(c)のY−Y線要部断面図および図6(d)のZ−Z線要部断面図に示すようにそれぞれの接続部における境界面は入り組んで嵌合した形状に形成され、この境界面の面積はそれぞれの接続部で同じ構成である。
Further, as shown in FIG. 6A, the heater of the form shown in FIG. 6 is such that the end portions of the resistor 3 and the lead 8 in each connecting portion are linearly perpendicular to the axial direction of the lead 8. 6 (b)
As shown in FIG. 6, the arrangement of the resistor 3 and the pair of leads 8 with respect to the boundary line between the resistor 3 and the pair of leads 8 is reversed at each connection portion, and the YY line in FIG. As shown in the cross-sectional view of the main part and the cross-sectional view of the main part of the line ZZ in FIG. 6 (d), the boundary surface at each connection part is formed in a complicated and fitted shape. The configuration is the same for each part.

また、図7に示す形態のヒータは、図7(a)に示すようにそれぞれの接続部における抵抗体3およびリード8の端部はリード8の軸方向に垂直な直線状であって、図7(b)に示すように抵抗体3と一対のリード8との境界線に対する抵抗体3と一対のリード8との配置がそれぞれの接続部で逆になっていて、図7(c)のY−Y線要部断面図および図7(d)のZ−Z線要部断面図に示すようにそれぞれの接続部における境界面はちょうど図5に示す段差が丸みを帯びたような形状に形成され、この境界面の面積はそれぞれの接続部で同じ構成である。   Further, in the heater of the form shown in FIG. 7, as shown in FIG. 7A, the end portions of the resistor 3 and the lead 8 in the respective connecting portions are linear shapes perpendicular to the axial direction of the lead 8. As shown in FIG. 7B, the arrangement of the resistor 3 and the pair of leads 8 with respect to the boundary line between the resistor 3 and the pair of leads 8 is reversed at each connection portion. As shown in the cross-sectional view of the main part of the YY line and the cross-sectional view of the main part of the line ZZ in FIG. 7 (d), the boundary surface at each connecting part is shaped so that the step shown in FIG. The area of this boundary surface is the same in each connecting portion.

なお、それぞれの形態における接続部のリードの軸方向に関する端から端までの距離は、例えば0.1〜10mmである。   In addition, the distance from the end to the end in the axial direction of the lead of each connection portion is, for example, 0.1 to 10 mm.

図2,3に示すようなヒータによれば、抵抗体3と一対のリード8との境界面が平面であることで、傾斜した境界面の延長方向により強い指向性を強くもって高周波が伝播するので、陰極側境界面からの高周波の伝播方向に陰極側境界面も陰極のリード8も無いので、クロストークが全く起きない。その結果、境界面での異常発熱と、異常発熱に起因したマイクロクラックの発生を効果的に抑制することができる。   According to the heater as shown in FIGS. 2 and 3, since the boundary surface between the resistor 3 and the pair of leads 8 is a flat surface, a high frequency propagates with stronger directivity in the extending direction of the inclined boundary surface. Therefore, since neither the cathode-side interface nor the cathode lead 8 exists in the high-frequency propagation direction from the cathode-side interface, no crosstalk occurs at all. As a result, abnormal heat generation at the boundary surface and generation of microcracks caused by abnormal heat generation can be effectively suppressed.

一方、図4〜7に示すようなヒータによれば、抵抗体3とリード8の接合強度を向上させることができる。   On the other hand, according to the heater as shown in FIGS. 4 to 7, the bonding strength between the resistor 3 and the lead 8 can be improved.

そして、図3〜7に示すように、接続部の長さ方向(リード8の軸方向)の中間点を一対のリード8のそれぞれの軸の両方を含む平面に垂直な断面で見て、抵抗体3と一対のリード8との配置が絶縁基体9の中心に対して点対称になっていることが好ましい。これは、ヒータ1を長時間加熱している状態ではリード8よりも抵抗体3が発熱するので、断面が点対称になることで、軸断面での熱の分布も軸中心を基準に点対称になるから、ヒータ1の熱の分散方向が軸を中心に均一になり、異常加熱する場所が生じないので長期間抵抗が安定するからである。接続部の全ての断面で、抵抗体3と一対のリード8との配置が前記絶縁基体の中心に対して点対称になっていることで、接続部の全ての位置で異常加熱する場所が生じないのでさらに好ましい。なお、点対称であるとは、陽極側断面と陰極側断面のうちの一方の抵抗体3とリード8との境界線が5度以内の角度だけ傾いていてもよい。   As shown in FIGS. 3 to 7, the intermediate point in the length direction of the connecting portion (the axial direction of the lead 8) is seen in a cross section perpendicular to the plane including both the axes of the pair of leads 8, and the resistance The arrangement of the body 3 and the pair of leads 8 is preferably point-symmetric with respect to the center of the insulating base 9. This is because, when the heater 1 is heated for a long time, the resistor 3 generates heat more than the lead 8, so that the cross section is point symmetric, and the heat distribution in the axial cross section is also point symmetric with respect to the axial center. Therefore, the heat distribution direction of the heater 1 becomes uniform around the axis, and no place for abnormal heating occurs, so that the resistance is stabilized for a long time. The location of the resistor 3 and the pair of leads 8 is point-symmetric with respect to the center of the insulating base in all the cross sections of the connecting portion, so that places where abnormal heating occurs at all positions of the connecting portion occur. It is more preferable because it is not present. The point symmetry means that the boundary line between one resistor 3 and the lead 8 in the anode side cross section and the cathode side cross section may be inclined by an angle of 5 degrees or less.

また、本実施の形態のヒータ1は、上記の構成のいずれかに記載のヒータ1と、リード8の端子部(図示せず)に電気的に接続されるとともにヒータ1を保持する金属製保持部材とを備えたグロープラグとして使用することが好ましい。具体的には、ヒータ1は、棒状の絶縁基体9の内部に、折返し形状をなした抵抗体3が埋設されているとともに一対のリード8が抵抗体3の両端部にそれぞれ電気的に接続されて埋設されていて、一方のリード8に電気的に接続された金属製保持部材(シース金具)と、他方のリード8に電気的に接続されたワイヤとを備えたグロープラグとして使用することが好ましい。   Further, the heater 1 of the present embodiment is a metal holding that holds the heater 1 while being electrically connected to the heater 1 according to any of the above-described configurations and a terminal portion (not shown) of the lead 8. It is preferable to use it as a glow plug provided with a member. Specifically, in the heater 1, a resistor 3 having a folded shape is embedded in a rod-shaped insulating base 9, and a pair of leads 8 are electrically connected to both ends of the resistor 3, respectively. The glow plug includes a metal holding member (sheath fitting) electrically connected to one lead 8 and a wire electrically connected to the other lead 8. preferable.

なお、金属製保持部材(シース金具)は、ヒータ1を保持する金属製の筒状体であり、セラミック基体9の側面に引き出された一方のリード8にロウ材などで接合される。また、ワイヤは、他方のセラミック基体9の後端に引き出された他方のリード8にロウ材などで接合される。これにより、高温のエンジン中でON/OFFが繰り返されながら長期使用しても、ヒータ1の抵抗が変化しないので、どんなときでも着火性に優れたグロープラグを提
供できる。
The metal holding member (sheath fitting) is a metal cylindrical body that holds the heater 1, and is joined to one lead 8 drawn to the side surface of the ceramic base 9 with a brazing material or the like. Further, the wire is joined to the other lead 8 drawn out to the rear end of the other ceramic base 9 with a brazing material or the like. As a result, the resistance of the heater 1 does not change even if it is used for a long time while being repeatedly turned on and off in a high-temperature engine, so that a glow plug having excellent ignitability can be provided at any time.

次に、本実施の形態のヒータ1の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the heater 1 of this Embodiment is demonstrated.

本実施の形態のヒータ1は、例えば、抵抗体3、リード8および絶縁基体9の形状の金型を用いた射出成形法等によって形成することができる。   The heater 1 of the present embodiment can be formed by, for example, an injection molding method using a die having the shape of the resistor 3, the lead 8, and the insulating base 9.

まず、導電性セラミック粉末,樹脂バインダー等を含む、抵抗体3およびリード8となる導電性ペーストを作製するとともに、絶縁性セラミック粉末,樹脂バインダー等を含む絶縁基体9となるセラミックペーストを作製する。   First, a conductive paste to be the resistor 3 and the lead 8 including the conductive ceramic powder and the resin binder is manufactured, and a ceramic paste to be the insulating base 9 including the insulating ceramic powder and the resin binder is manufactured.

次に、導電性ペーストを用いて射出成形法等によって抵抗体3となる所定パターンの導電性ペーストの成形体(成形体a)を形成する。そして、成形体aを金型内に保持した状態で、導電性ペーストを金型内に充填してリード8となる所定パターンの導電性ペーストの成形体(成形体b)を形成する。これにより、成形体aと、この成形体aに接続された成形体bとが、金型内に保持された状態となる。   Next, a conductive paste molded body (molded body a) having a predetermined pattern to be the resistor 3 is formed by an injection molding method or the like using the conductive paste. Then, in a state where the molded body a is held in the mold, the conductive paste is filled in the mold to form a conductive paste molded body (molded body b) having a predetermined pattern to be the leads 8. Thereby, the molded product a and the molded product b connected to the molded product a are held in the mold.

次に、金型内に成形体aおよび成形体bを保持した状態で、金型の一部を絶縁基体9の成形用のものに取り替えた後、金型内に絶縁基体9となるセラミックペーストを充填する。これにより、成形体aおよび成形体bがセラミックペーストの成形体(成形体c)で覆われたヒータ1の成形体(成形体d)が得られる。   Next, in a state where the molded body a and the molded body b are held in the mold, a part of the mold is replaced with one for molding the insulating base 9, and then the ceramic paste that becomes the insulating base 9 in the mold Fill. Thereby, the molded body (molded body d) of the heater 1 in which the molded body a and the molded body b are covered with the molded body of the ceramic paste (molded body c) is obtained.

次に、得られた成形体dを例えば1650℃〜1780℃の温度、30MPa〜50MPaの圧力で焼成することにより、ヒータ1を作製することができる。なお、焼成は水素ガス等の非酸化性ガス雰囲気中で行なうことが好ましい。   Next, the obtained molded body d is fired at, for example, a temperature of 1650 ° C. to 1780 ° C. and a pressure of 30 MPa to 50 MPa, whereby the heater 1 can be manufactured. The firing is preferably performed in a non-oxidizing gas atmosphere such as hydrogen gas.

本発明の実施例のヒータを以下のようにして作製した。   The heater of the Example of this invention was produced as follows.

まず、炭化タングステン(WC)粉末を50質量%、窒化珪素(Si)粉末を35質量%、樹脂バインダーを15質量%含む導電性ペーストを、金型内に射出成形して抵抗体となる成形体aを作製した。 First, a conductive paste containing 50% by mass of tungsten carbide (WC) powder, 35% by mass of silicon nitride (Si 3 N 4 ) powder, and 15% by mass of a resin binder is injection-molded into a mold to form a resistor. A formed product a was produced.

次に、この成形体aを金型内に保持した状態で、リードとなる上記の導電性ペーストを金型内に充填することにより、成形体aと接続させてリードとなる成形体bを形成した。このとき、表1および表2に示すように、種々の形状を有する金型を用いて、4種の形状のリードおよび抵抗体とリードとの接続部を形成した。なお、表に示す陽極側境界面の傾きは図に示す角度aのことであり、表に示す陰極側境界面の傾きは図に示す角度bのことである。   Next, with the molded body a held in the mold, the conductive paste to be the lead is filled in the mold to form the molded body b to be connected to the molded body a. did. At this time, as shown in Tables 1 and 2, four types of leads and connecting portions between the resistors and the leads were formed using molds having various shapes. In addition, the inclination of the anode side interface shown in the table is the angle a shown in the figure, and the inclination of the cathode side interface shown in the table is the angle b shown in the figure.

次に、成形体aおよび成形体bを金型内に保持した状態で、窒化珪素(Si)粉末を85質量%、焼結助剤としてのイッテリビウム(Yb)の酸化物(Yb)を10質量%、抵抗体およびリードに熱膨張率を近づけるための炭化タングステン(WC)を5質量%含むセラミックペーストを、金型内に射出成形した。これにより、絶縁基体となる成形体c中に成形体aおよび成形体bが埋設された構成の成形体dを形成した。 Next, 85% by mass of silicon nitride (Si 3 N 4 ) powder and ytterbium (Yb) oxide (Yb 2 ) as a sintering aid while the molded product a and the molded product b are held in the mold. A ceramic paste containing 10% by mass of O 3 ) and 5% by mass of tungsten carbide (WC) for bringing the coefficient of thermal expansion close to the resistor and the lead was injection molded into a mold. As a result, a molded body d having a configuration in which the molded body a and the molded body b were embedded in the molded body c serving as an insulating base was formed.

次に、得られた成形体dを円筒状の炭素製の型に入れた後、窒素ガスから成る非酸化性ガス雰囲気中で、1700℃、35MPaの圧力でホットプレスを行ない焼結してヒータを作製した。得られた焼結体の表面に露出したリード端部(端子部)に筒状の金属製保持部材(シース金具)をロウ付けしてグロープラグを作製した。   Next, after putting the obtained compact d in a cylindrical carbon mold, hot pressing is performed in a non-oxidizing gas atmosphere made of nitrogen gas at a pressure of 1700 ° C. and 35 MPa to sinter the heater. Was made. A glow plug was produced by brazing a cylindrical metal holding member (sheath fitting) to the lead end portion (terminal portion) exposed on the surface of the obtained sintered body.

このグロープラグの電極にパルスパターンジェネレータを接続し、印加電圧7V、パルス幅10μs、パルス間隔1μsの矩形パルスを連続通電した。1000時間経過後、通電前後の抵抗値の変化率((通電後の抵抗値−通電前の抵抗値)/通電前の抵抗値)を測定した。その結果を表1に示す。   A pulse pattern generator was connected to the electrode of the glow plug, and a rectangular pulse having an applied voltage of 7 V, a pulse width of 10 μs, and a pulse interval of 1 μs was continuously energized. After 1000 hours, the rate of change in resistance value before and after energization ((resistance value after energization−resistance value before energization) / resistance value before energization) was measured. The results are shown in Table 1.

Figure 0005751968
Figure 0005751968

表1に示すように、試料番号1は、最も発熱した箇所がリードと抵抗体との接続部であった。そして、通電状態を確認するために、オシロスコープを用いて試料番号1のヒータに流れるパルス波形を確認したところ、入力波形と異なり、パルスの立ち上がりが急峻にならず、7Vに到達するまで1μs要し、オーバーシュートしながら波打っていた。   As shown in Table 1, in Sample No. 1, the most heat-generating portion was the connection portion between the lead and the resistor. In order to confirm the energization state, the pulse waveform flowing through the heater of sample number 1 was confirmed using an oscilloscope. Unlike the input waveform, the rise of the pulse did not become steep, and it took 1 μs to reach 7V. Waving while overshooting.

これは、試料番号1のヒータでは、パルスの立ち上がり部分に含まれる高周波成分が、クロストーク現象により波形が合成されたものと考えられる。また、ヒータの最も発熱した箇所がリードと抵抗体との接続部で、特に陰極側となっていることについても、クロストークに起因した異常パルスによって、陰極側のリードと抵抗体との接続部でインピーダンスの整合が取れないことで、局所的な発熱が生じたものと考えられる。   This is considered to be because the waveform of the high frequency component included in the rising portion of the pulse is synthesized by the crosstalk phenomenon in the heater of sample number 1. Also, the most heated part of the heater is the connection part between the lead and the resistor, especially on the cathode side. The connection part between the cathode side lead and the resistor is caused by an abnormal pulse caused by crosstalk. It is considered that local heat generation was caused by the fact that impedance matching could not be achieved.

さらに、試料番号1の通電前後の抵抗変化は55%と非常に大きくなったため、パルス通電後、走査型電子顕微鏡で試料番号1のリードと抵抗体との接続部を観察したところ、境界面に外周方向から内側に向けて、マイクロクラックが生じていることを確認した。   Furthermore, since the resistance change before and after energization of sample number 1 was as large as 55%, the connection between the lead and resistor of sample number 1 was observed with a scanning electron microscope after pulse energization. It was confirmed that microcracks were generated from the outer peripheral direction to the inner side.

一方、試料番号2〜4については、最も発熱した箇所はヒータ先端の抵抗体発熱部であった。そして、通電状態を確認するために、オシロスコープを用いてヒータに流れるパルス波形を確認したところ、入力波形とほぼ同じ波形であった。   On the other hand, with respect to sample numbers 2 to 4, the most heat generating portion was the resistor heating portion at the tip of the heater. Then, in order to confirm the energization state, the pulse waveform flowing through the heater was confirmed using an oscilloscope, and the waveform was almost the same as the input waveform.

これは、リードと抵抗体との接続部で異常加熱せずに通電できたことを示している。   This indicates that energization was possible without abnormal heating at the connection between the lead and the resistor.

また、試料番号2〜4の通電前後の抵抗変化は5%以下と小さく、パルス通電後、走査型電子顕微鏡でこれらの試料番号のリードと抵抗体との接続部を観察したところ、マイクロクラックは無かった。   In addition, the resistance change before and after the energization of sample numbers 2 to 4 was as small as 5% or less. After the pulse energization, when the connecting portion between the lead of these sample numbers and the resistor was observed with a scanning electron microscope, There was no.

次に、ヒータにDC電源を接続して抵抗体の温度が1400℃になるように印加電圧を設定し、1)5分間通電、2)2分間非通電の1),2)を1サイクルとし、1万サイクル繰り返した。通電前後のヒータの抵抗値の変化率を測定した。その結果を表2に示す。   Next, connect the DC power supply to the heater and set the applied voltage so that the temperature of the resistor is 1400 ° C. 1) Energize for 5 minutes and 2) Deenergize for 2 minutes 1), 2) 10,000 cycles were repeated. The rate of change in the resistance value of the heater before and after energization was measured. The results are shown in Table 2.

Figure 0005751968
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表2に示すように、試料番号1の通電前後の抵抗変化は55%と非常に大きくなったため、DC通電後、走査型電子顕微鏡で試料番号1のリードと抵抗体との接続部を観察したところ、境界面に外周方向から内側に向けて、マイクロクラックが生じていることを確認した。   As shown in Table 2, since the resistance change before and after the energization of Sample No. 1 was as large as 55%, the connection between the lead of Sample No. 1 and the resistor was observed with a scanning electron microscope after the DC energization. However, it was confirmed that microcracks were generated on the boundary surface from the outer peripheral direction to the inner side.

一方、試料番号2〜4については、通電前後の抵抗変化は5%以下と小さく、DC通電後に走査型電子顕微鏡でこれらの試料番号のリードと抵抗体との接続部を観察したところ、マイクロクラックは無かった。   On the other hand, with respect to sample numbers 2 to 4, the resistance change before and after energization was as small as 5% or less, and the connection between the lead and resistor of these sample numbers was observed with a scanning electron microscope after DC energization. There was no.

1:ヒータ
3:抵抗体
4:発熱部
8:リード
9:絶縁基体
1: Heater 3: Resistor 4: Heat generating part 8: Lead 9: Insulating substrate

Claims (3)

絶縁基体と、
該絶縁基体に埋設され、折返し形状をなしている抵抗体と、
前記絶縁基体に埋設され、先端側で前記抵抗体に接続されるとともに後端側で前記絶縁基体の表面に導出された一対のリードとを備えたヒータであって、
前記抵抗体と前記一対のリードとが該一対のリードのそれぞれの軸の両方を含む平面に垂直な方向に重なって接続されていて、
前記抵抗体と前記一対のリードとの配置が、前記一対のリードのそれぞれの軸の両方を含む平面に垂直な断面上の前記一対のリードの軸間を結ぶ線又はその線に垂直な線において線対称ではなく、かつ、前記絶縁基体の中心に対して点対称になっていることを特徴とするヒータ。
An insulating substrate;
A resistor embedded in the insulating substrate and having a folded shape;
A heater comprising a pair of leads embedded in the insulating base, connected to the resistor on the front end side and led to the surface of the insulating base on the rear end side,
The resistor and the pair of leads are connected so as to overlap in a direction perpendicular to a plane including both axes of the pair of leads,
An arrangement of the resistor and the pair of leads is a line connecting the axes of the pair of leads on a cross section perpendicular to a plane including both axes of the pair of leads or a line perpendicular to the line. A heater which is not line-symmetric and is point-symmetric with respect to the center of the insulating substrate .
前記抵抗体と前記一対のリードとの境界面が平面であることを特徴とする請求項1に記載のヒータ。   The heater according to claim 1, wherein a boundary surface between the resistor and the pair of leads is a flat surface. 請求項1に記載のヒータと、前記一対のリードのうちの一方のリードと電気的に接続されて前記ヒータを保持する金属製保持部材とを備えたことを特徴とするグロープラグ。   A glow plug comprising: the heater according to claim 1; and a metal holding member that is electrically connected to one of the pair of leads and holds the heater.
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