陶瓷加熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及陶瓷加熱器。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為車載供暖裝置、煤油扇形加熱器或者汽車發(fā)動機的電熱塞等中利用的加熱 器，已知有陶瓷加熱器。作為陶瓷加熱器，例如可列舉日本特開2000-156275號公報（以下 稱為專利文獻1)所公開的陶瓷加熱器。
[0003] 專利文獻1所公開的陶瓷加熱器具備：陶瓷構(gòu)造體、被埋設(shè)于陶瓷構(gòu)造體的發(fā)熱 電阻體、和被埋設(shè)于陶瓷構(gòu)造體且與發(fā)熱電阻體連接的供電線。
[0004] 然而，專利文獻1所公開的陶瓷加熱器在高溫環(huán)境下反復(fù)使用的情況下，有可能 導(dǎo)致供電線產(chǎn)生裂紋等。由此，有可能導(dǎo)致供電線的電阻值發(fā)生變化，局部產(chǎn)生異常發(fā)熱。 其結(jié)果，提高陶瓷加熱器在高溫環(huán)境下反復(fù)使用的情況下的長期可靠性較為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于本發(fā)明的一個形態(tài)的陶瓷加熱器具備：陶瓷構(gòu)造體、被配設(shè)于該陶瓷構(gòu)造體 的發(fā)熱電阻體、和被配設(shè)于所述陶瓷構(gòu)造體且一端與所述發(fā)熱電阻體連接的供電線，該供 電線由金屬構(gòu)成，并且中心部的金屬粒子的粒徑大于外周部的金屬粒子的粒徑。
【附圖說明】
[0006] 圖1是表示本發(fā)明的實施方式的示例的陶瓷加熱器的剖視圖。
[0007] 圖2是圖1所示的陶瓷加熱器的部分放大剖視圖。
[0008] 圖3是表示利用了圖1所示的陶瓷加熱器的電熱塞的剖視圖。
【具體實施方式】
[0009] 以下，參照附圖來說明本發(fā)明的幾個實施方式的示例。
[0010] 〈陶瓷加熱器的構(gòu)成〉
[0011] 如圖1所示，本發(fā)明的實施方式的示例的陶瓷加熱器10具備：陶瓷構(gòu)造體1、被埋 設(shè)于陶瓷構(gòu)造體1的發(fā)熱電阻體2、和被埋設(shè)于陶瓷構(gòu)造體1且一端與發(fā)熱電阻體2連接的 供電線3。陶瓷加熱器10例如能夠利用于汽車發(fā)動機的電熱塞等中。
[0012] 〈陶瓷構(gòu)造體的構(gòu)成〉
[0013] 陶瓷構(gòu)造體1是在內(nèi)部埋設(shè)有發(fā)熱電阻體2和供電線3的部件。通過在陶瓷構(gòu)造 體1的內(nèi)部設(shè)置發(fā)熱電阻體2以及供電線3,從而能夠提高發(fā)熱電阻體2以及供電線3的耐 環(huán)境性。陶瓷構(gòu)造體1例如為棒狀或者板狀的部件。
[0014] 陶瓷構(gòu)造體1由例如氧化物陶瓷、氮化物陶瓷或者碳化物陶瓷等具有電絕緣性的 陶瓷構(gòu)成。具體而言，陶瓷構(gòu)造體1由氧化鋁質(zhì)陶瓷、氮化硅質(zhì)陶瓷、氮化鋁質(zhì)陶瓷或者碳 化硅質(zhì)陶瓷等構(gòu)成。
[0015] 陶瓷構(gòu)造體1特別優(yōu)選由氮化硅質(zhì)陶瓷構(gòu)成。其原因在于，氮化硅質(zhì)陶瓷的主成 分即氮化硅在強度、韌性、絕緣性以及耐熱性的觀點上優(yōu)異。由氮化硅質(zhì)陶瓷構(gòu)成的陶瓷構(gòu) 造體1能夠按照如下方法獲得。具體而言，例如向主成分的氮化硅中混合作為燒結(jié)助劑的 5~15質(zhì)量％的Y203、Yb2O3或者Er203等稀土類元素氧化物、0? 5~5質(zhì)量％的Al203以及 量被調(diào)整為使燒結(jié)體中所含的310 2的量成為1. 5~5質(zhì)量％的SiO2，成型為給定的形狀之 后，以1650~1780°C的溫度來燒成，從而能夠獲得由氮化硅質(zhì)陶瓷構(gòu)成的陶瓷構(gòu)造體1。燒 成能夠利用例如熱壓燒成。
[0016] 另外，在對陶瓷構(gòu)造體1利用氮化硅質(zhì)陶瓷，進而對后述的發(fā)熱電阻體2利用Mo 或者W等的化合物的情況下，優(yōu)選在陶瓷構(gòu)造體1中預(yù)先進一步混合MoSi2或者WSi2等并 使它們分散。通過預(yù)先使發(fā)熱電阻體2中利用的金屬的硅化物分散于陶瓷構(gòu)造體1，從而能 夠使陶瓷構(gòu)造體1的熱膨脹率和發(fā)熱電阻體2的熱膨脹率接近。其結(jié)果，能夠提高陶瓷加 熱器10的耐久性。
[0017] 在陶瓷構(gòu)造體1的形狀為棒狀的情況下，更具體為圓柱狀的情況下，陶瓷構(gòu)造體1 的長度例如被設(shè)定為20~50mm，陶瓷構(gòu)造體1的直徑例如被設(shè)定為3~5mm。
[0018]〈發(fā)熱電阻體的構(gòu)成〉
[0019] 發(fā)熱電阻體2是通過被施加電壓而發(fā)熱的部件。發(fā)熱電阻體2被埋設(shè)于陶瓷構(gòu)造 體1。通過向發(fā)熱電阻體2施加電壓而流動電流，從而發(fā)熱電阻體2發(fā)熱。因該發(fā)熱而產(chǎn)生 的熱在陶瓷構(gòu)造體1的內(nèi)部傳導(dǎo)，陶瓷構(gòu)造體1的表面變?yōu)楦邷?。然后，熱從陶瓷?gòu)造體1 的表面向被加熱物傳導(dǎo)，從而陶瓷加熱器10作為加熱器來發(fā)揮功能。作為從陶瓷構(gòu)造體1 的表面被傳導(dǎo)熱的被加熱物，例如可列舉向汽車用柴油發(fā)動機的內(nèi)部供給的輕油等。
[0020] 發(fā)熱電阻體2被設(shè)置在陶瓷構(gòu)造體1的前端側(cè)。發(fā)熱電阻體2的縱剖面（與發(fā)熱 電阻體2的長度方向平行的剖面）的形狀例如成為折回形狀。詳細而言，發(fā)熱電阻體2具 有：兩個平行的直線部分21、和外周以及內(nèi)周為大致半圓形狀或者大致半橢圓形狀且將兩 個直線部分21折回而相連的連結(jié)部分22。發(fā)熱電阻體2在陶瓷構(gòu)造體1的前端附近折回。 從發(fā)熱電阻體2的前端（連結(jié)部分22之中最前端側(cè)的部分）至發(fā)熱電阻體2的后端（直 線部分21的后端）為止的長度例如在發(fā)熱電阻體2的長度方向上被設(shè)定為2~10_。另 外，發(fā)熱電阻體2的橫剖面（與發(fā)熱電阻體2的長度方向垂直的剖面）的形狀能夠設(shè)定為 圓形狀、橢圓形狀或者矩形狀等。
[0021] 發(fā)熱電阻體2例如將W、Mo或者Ti等的碳化物、氮化物或者硅化物等作為主成分。 在陶瓷構(gòu)造體1由氮化硅質(zhì)陶瓷構(gòu)成的情況下，優(yōu)選發(fā)熱電阻體2的主成分由碳化鎢構(gòu)成。 由此，能夠使陶瓷構(gòu)造體1的熱膨脹率和發(fā)熱電阻體2的熱膨脹率接近。進而，碳化鎢在耐 熱性方面優(yōu)異。
[0022] 進而，在陶瓷構(gòu)造體1由氮化硅質(zhì)陶瓷構(gòu)成的情況下，優(yōu)選發(fā)熱電阻體2將碳化鎢 作為主成分，并且在發(fā)熱電阻體2中添加20質(zhì)量％以上的氮化硅。通過向發(fā)熱電阻體2添 加氮化硅，從而能夠使發(fā)熱電阻體2的熱膨脹率和陶瓷構(gòu)造體1的熱膨脹率接近。由此，能 夠在陶瓷加熱器10升溫時或者降溫時降低發(fā)熱電阻體2與陶瓷構(gòu)造體1之間所產(chǎn)生的熱 應(yīng)力。
[0023]〈供電線的構(gòu)成〉
[0024] 供電線3是用于將外部的電源與發(fā)熱電阻體2連接的部件。供電線3被埋設(shè)于陶 瓷構(gòu)造體1。供電線3對應(yīng)于發(fā)熱電阻體2的兩個直線部分21的各個直線部分而沿著陶瓷 構(gòu)造體1的長度方向被設(shè)置了兩根。供電線3與發(fā)熱電阻體2的各個端部電連接。即，供 電線3與發(fā)熱電阻體2的各個端部相接。供電線3從發(fā)熱電阻體2的端部至陶瓷構(gòu)造體1 的后端側(cè)而設(shè)置。
[0025] 供電線3例如由金屬的導(dǎo)線構(gòu)成。作為供電線3所利用的導(dǎo)線，例如可列舉鎢（W)、 鉬（Mo)、錸（Re)、鉭（Ta)或者鈮（Nb)等的金屬導(dǎo)線。供電線3與發(fā)熱電阻體2相比而每 單位長度的電阻被設(shè)定得低。
[0026] 然后，如圖2所示，供電線3成為中心部32的金屬粒子的粒徑大于外周部31的金 屬粒子的粒徑的構(gòu)成。如此，在供電線3中，通過使中心部32的金屬粒子的粒徑大于外周 部31的金屬粒子的粒徑，從而能夠減少外周部31的金屬粒子的晶界和中心部32的金屬粒 子的晶界相接的部分。由此，例如，即使在外周部31所產(chǎn)生的裂紋于外周部31的晶界傳導(dǎo) 而接近中心部32,也能夠抑制裂紋發(fā)展到中心部32的內(nèi)部。由此，能夠抑制在高溫環(huán)境下 反復(fù)使用的情況下供電線3的電阻值發(fā)生變化。其結(jié)果，能夠降低供電線3產(chǎn)生異常發(fā)熱 的可能性，能夠提高陶瓷加熱器10在高溫環(huán)境下反復(fù)使用的情況下的長期可靠性。
[0027] 進而，外周部31的金屬粒子的粒徑小，從而金屬粒子的晶界變多，因此在外周部 31能夠使供電線3易于產(chǎn)生微細的變形。因而，在熱循環(huán)下，縱使產(chǎn)生了陶瓷構(gòu)造體1和供 電線3的熱膨脹差所引起的熱應(yīng)力，由于供電線3的外周部31易于變形，因此也能夠通過 外周部31的變形來吸收該熱應(yīng)力。由此，能夠降低供電線3產(chǎn)生裂紋的可能性。
[0028] 金屬粒子的粒徑的比較例如能夠按照如下方法來進行。拍攝供電線3的縱剖面 (與供電線3的長度方向平行的剖面）的照片，在該剖面中，在中心部32以及外周部31中 分別劃出與供電線3的長度方向平行的假想直線時，存在于該假想直線上的粒子的數(shù)在外 周部31中多于中心部32的情況下，能夠視作外周部31中的金屬粒子的粒徑小于中心部32 中的金屬粒子的粒徑。此時的假想直線的長度雖然能夠根據(jù)金屬粒子的大小來適當設(shè)定， 但例如設(shè)定為300ym即可。
[0029] 為使外周部31的金屬粒子的粒徑大于中心部32的金屬粒子的粒徑，能夠采用如 下方法。具體而言，例如在作為供電線3而利用由W構(gòu)成的導(dǎo)線的情況下，預(yù)先將燒成前的 導(dǎo)線中所含的鉀（K)的量設(shè)定為小于lOppm，并且陶瓷構(gòu)造體1所利用的粘合劑中所含的K 的量設(shè)定為50ppm以上。具體而言，通過投入氧化鉀（K2O),從而使K的量為50ppm以上且 1000 ppm以下即可。然后，通過熱壓來一體式燒成陶瓷構(gòu)造體1和供電線3即可。由此，在 燒成時，K從陶瓷構(gòu)造體1向供電線3的外周部31擴散。在此，若使K在由W構(gòu)成的供電 線3中擴散后燒成，則W的外周部由于K的擴散，從而再結(jié)晶粒的生長被抑制，難以二次再 結(jié)晶化，由此燒成后的金屬粒子的粒徑變小。即，在包含多量K的供電線3的外周部31中， 金屬粒子的粒徑變小，在僅包含少量K的供電線3的中心部32中，由于再結(jié)晶粒的生長，從 而能夠增大金屬粒子的粒徑。如此一來，能夠獲得本實施方式的陶瓷加熱器10中的供電線 3〇
[0030]進而，供電線3優(yōu)選中心部32的彈性模量大于外周部31的彈性模量。為使中心 部32的彈性模量大于外周部31的彈性模量，能夠利用與上述相同的方法。具體而言，設(shè)為 在由W構(gòu)成的供電線3之中的外周部31中包含多量K的構(gòu)成即可。包含多量K的部分與 僅包含少量K的區(qū)域相比而粒徑小。若粒徑小，則金屬組織的粒和粒的接點變多，易于引起 金屬晶界處的變形，因此外周部31的彈性模量與中心部32的彈性模量相比而變小。通過 增大中心部32的彈性模量，從而能夠抑制中心部32變形。其結(jié)果，供電線3的伸縮變小， 因此裂紋不易發(fā)展。
[0031] 進而，優(yōu)選中心部32的金屬粒子間的晶界在周向上具有不同朝向的多個面。晶界 在周向上為不同的朝向，不朝向同一方向，從而裂紋在供電線3的長度方向上不易發(fā)展。
[0032] 進而，優(yōu)選中心部32的金屬粒子與外周部31的金屬粒子之間的晶界在供電線3 的長度方向上具有不同朝向的多個面。通過使外周部31與中心部32之間的晶界為凸凹狀， 從而裂紋在供電線3的長度方向上不易發(fā)展。
[0033] 此外，優(yōu)選供電線3在內(nèi)部存在多個空隙。通過在供電線3的內(nèi)部存在空隙，從而 能夠抑制由發(fā)熱電阻體2發(fā)出的熱在供電線