專利名稱：陶瓷加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在火花塞等中使用的陶瓷加熱器，其中該火花塞使用于例如石油暖風機的點火用加熱器或柴油發(fā)動機的起動輔助。
背景技術(shù)：
一直以來，陶瓷加熱器使用在以火花塞等為主的各種用途中，其中該火花塞使用于例如石油暖風機的點火用加熱器或柴油發(fā)動機的起動輔助。該陶瓷加熱器例如將由導電性陶瓷構(gòu)成的發(fā)熱體埋設(shè)在由絕緣性陶瓷構(gòu)成的基體中而構(gòu)成。在此種陶瓷加熱器中，作為構(gòu)成發(fā)熱體的原料，使用以鉬或鎢的硅化物、氮化物及碳化物中的至少一個為主要成分的原料，而且，作為構(gòu)成基體的原料，已知有以氮化硅為主要成分的原料。然而，通常構(gòu)成發(fā)熱體的原料的熱膨脹系數(shù)比構(gòu)成基體的原料的熱膨脹系數(shù)大， 因此在發(fā)熱時由于兩者之間產(chǎn)生的熱應力而基體可能會產(chǎn)生龜裂。因此，為了減少兩者的熱膨脹系數(shù)差，而提出有在基體中含有稀土類成分、鉻的硅化物及鋁成分的技術(shù)(例如，參照專利文獻1)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻1 日本特開2007-335397號公報然而，在上述的以往的陶瓷加熱器中，存在如下課題即使發(fā)熱體的熱膨脹系數(shù)與基體的熱膨脹系數(shù)之差減少，在異常時流過大電流的情況下還是會產(chǎn)生大的熱應力，由此在基體內(nèi)部產(chǎn)生龜裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決這樣的以往的陶瓷加熱器中的課題而作出，其目的在于提供一種通過發(fā)熱體與由陶瓷構(gòu)成的基體的熱膨脹差來抑制基體產(chǎn)生龜裂的情況，且耐久性優(yōu)異的陶瓷加熱器。本發(fā)明的陶瓷加熱器的特征在于，在陶瓷基體的內(nèi)部埋設(shè)有發(fā)熱電阻體，該發(fā)熱電阻體具有由折回部及從該折回部的兩端分別延伸的兩條直線部構(gòu)成的發(fā)熱部，所述兩條直線部的橫截面形狀中的相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部為凹狀。在此，優(yōu)選所述兩條直線部的相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部為彎曲的曲線狀的凹狀。另外，優(yōu)選所述兩條直線部的橫截面形狀中的相互的外側(cè)為彎曲的曲線狀。另外，優(yōu)選所述兩條直線部在橫截面形狀中分別為月牙狀。另外，優(yōu)選配置有所述兩條直線部的位置的所述陶瓷基體在橫截面形狀中，外周的形狀與所述兩條直線部的相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部的凹狀的壁面之間的形狀不相似。另外，優(yōu)選所述折回部的橫截面形狀與所述直線部的橫截面形狀相同。另外，所述發(fā)熱電阻體的特征在于，所述發(fā)熱部比其他部分的電阻高。
[發(fā)明效果]根據(jù)本發(fā)明的陶瓷加熱器，兩條直線部的橫截面形狀中的相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部為凹狀，因此相互對置的內(nèi)側(cè)的面的面積增大，而且該面在剖視觀察時不再是直線， 因此能夠分散被該相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部(凹部)分隔的陶瓷基體在體積膨脹時產(chǎn)生的應力，發(fā)熱部像緩沖器那樣發(fā)揮作用而能夠緩和該應力。因此，能夠防止在異常時施加急劇的電壓的情況下的發(fā)熱部之間的陶瓷基體發(fā)生體積膨脹而產(chǎn)生龜裂的情況。


圖1(a)是表示本發(fā)明的陶瓷加熱器的實施方式的一例的透視了內(nèi)部的俯視透視圖，(b)是其主要部分放大圖。圖2是圖1所示的陶瓷加熱器的X-X線向視剖視圖。圖3是表示本發(fā)明的陶瓷加熱器的實施方式的另一例的橫向剖視圖。圖4是表示本發(fā)明的陶瓷加熱器的實施方式的又一例的橫向剖視圖。圖5是表示本發(fā)明的陶瓷加熱器的實施方式的再一例的橫向剖視圖。圖6是表示本發(fā)明的陶瓷加熱器的實施方式的又再一例的橫向剖視圖。圖7是表示用于制作本發(fā)明的陶瓷加熱器中的發(fā)熱體的模具的一例的剖視圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，詳細地說明本發(fā)明的陶瓷加熱器的實施方式的例子。圖1(a)是表示本發(fā)明的陶瓷加熱器的實施方式的一例的透視了內(nèi)部的俯視透視圖，圖1 (b)是圖1 (a)的主要部分放大圖。而且，圖2是圖1所示的陶瓷加熱器的X-X線向視剖視圖。本例的陶瓷加熱器10在陶瓷基體1的內(nèi)部埋設(shè)發(fā)熱電阻體而構(gòu)成，該發(fā)熱電阻體具有由折回部2c及從該折回部2c的兩端分別延伸的兩條直線部2a、2b構(gòu)成的發(fā)熱部2。 如圖所示，在棒狀的陶瓷基體1的內(nèi)部埋設(shè)有發(fā)熱電阻體的結(jié)構(gòu)的情況下，以折回部2c位于陶瓷基體1的前端部的方式埋設(shè)。并且，折回部2c形成為俯視下圓弧狀，直線部加、2匕成為在俯視相互平行地形成的平行部，由折回部2c和直線部2a、2b構(gòu)成的發(fā)熱部2形成為 U字狀。作為陶瓷基體1的形成材料，從高溫下的絕緣特性優(yōu)異的觀點出發(fā)，優(yōu)選氧化鋁質(zhì)陶瓷或氮化硅質(zhì)陶瓷，尤其在急速升溫時的耐久特性高的觀點出發(fā)，優(yōu)選氮化硅質(zhì)陶瓷。 氮化硅質(zhì)陶瓷的組織是通過由燒結(jié)輔助劑成分等得到的晶界相將以氮化硅(Si3N4)為主要成分的主結(jié)晶相粒子結(jié)合的形態(tài)的組織。主結(jié)晶相可以是利用鋁(Al)或氧(0)來置換硅 (Si)或氮(N)的一部分，而且，在主結(jié)晶相中固溶有Li、Ca、Mg、Y等金屬元素。另一方面，作為發(fā)熱部2的形成材料，可以使用碳化鎢(WC)、二硅化鉬(MoSi2)、二硅化鎢(WSi2)等導電性陶瓷。另外，在構(gòu)成發(fā)熱部2的直線部 、2b的各自的端部連接有引線部3a、3b，經(jīng)由引線部3a、3b向發(fā)熱部2流動電流，從而使發(fā)熱部2發(fā)熱。具體而言，引線部3a、!3b是優(yōu)選通過與發(fā)熱部2同樣的材料，與構(gòu)成發(fā)熱部2的直線部2a、2b分別一體化大致沿同一方向形成的構(gòu)件，形成為比發(fā)熱部2大的直徑，為了抑制不必要的發(fā)熱而每單位長度的電阻比發(fā)熱部2低。在圖1中，引線部3a的與直線部加連接一側(cè)的相反側(cè)的端面從陶瓷基體1的基端部露出，而構(gòu)成電極取出部4a。而且，引線部北的與直線部2b連接一側(cè)的相反側(cè)的端面從陶瓷基體1的側(cè)面露出，而構(gòu)成電極取出部4b。需要說明的是，發(fā)熱部2和引線部3a、 3b也可以由不同組成分別成形，這種情況下也與上述同樣地，引線部3a、3b為了抑制不必要的發(fā)熱而每單位長度的電阻比發(fā)熱部2低。并且，如圖2所示，兩條直線部在橫截面形狀中，相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部是凹狀(以下，將兩條直線部的相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部稱為凹部5)。在發(fā)熱部2的橫截面形狀方面，在兩條直線部h、2b的相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部未成為凹狀的以往的陶瓷加熱器中，異常時施加有急劇的電壓的情況下，由于被該相互對置的部分分隔的陶瓷基體在體積膨脹時產(chǎn)生的應力，而在陶瓷基體上從陶瓷基體與發(fā)熱部的界面開始產(chǎn)生龜裂。相對于此，根據(jù)本例的陶瓷加熱器10，兩條直線部h、2b的橫截面形狀中的相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部成為凹狀(相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部成為凹部幻，因此相互對置的內(nèi)側(cè)的面的面積增大，而且該面在剖視觀察時不再是直線，因此能夠分散被該相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部(凹部)分隔的陶瓷基體1在體積膨脹時產(chǎn)生的應力，發(fā)熱部2 像緩沖器那樣發(fā)揮作用而能夠緩和該應力。因此，能夠防止在異常時施加急劇的電壓的情況下的發(fā)熱部之間的陶瓷基體1發(fā)生體積膨脹而產(chǎn)生龜裂的情況。在此，至少中央部為凹狀是指既可以僅在相互對置的內(nèi)側(cè)的中央部設(shè)置凹部5，也可以在相互對置的內(nèi)側(cè)的大致整體設(shè)置凹部5，換言之，凹部5的開口部既可以僅在相互對置的內(nèi)側(cè)的中央部，也可以在相互對置的內(nèi)側(cè)的大致整體。需要說明的是，在圖2中，兩條直線部h、2b的相互對置的內(nèi)側(cè)的除凹部5以外的區(qū)域分別成為平坦面而相互平行地對置。這樣的形狀可以使用后述的沖壓成形法或注射成形法來制作。另外，雖然凹部5即使在稍凹陷的形狀下也能發(fā)揮效果，但為了發(fā)揮緩沖器那樣的效果，凹部5的深度優(yōu)選為直線部h、2b的橫截面上的寬度方向(圖2的水平方向)的厚度(假定未形成凹部5時的直線部2a、2b的寬度方向的厚度)的3 %以上，為了防止局部發(fā)熱，凹部5的深度優(yōu)選為直線部h、2b的橫截面上的寬度方向(圖2的水平方向)的厚度(假定未形成凹部5時的直線部h、2b的寬度方向的厚度)的50%以下。另外，凹部5的開口部的高度方向(圖2的上下方向)的長度優(yōu)選為平行部h、2b 的橫截面上的高度方向(圖2的上下方向)的厚度(假定未形成凹部5時的直線部h、2b 的高度方向的厚度)的5%以上，從緩沖器效果的觀點出發(fā)優(yōu)選為70%以下。此外，從最大限度地發(fā)揮緩沖器效果的觀點出發(fā)，凹部5優(yōu)選設(shè)置在發(fā)熱部2的長度方向整體(折回部2c及直線部h、2b)上。如圖3所示，本發(fā)明的陶瓷加熱器10優(yōu)選構(gòu)成發(fā)熱部2的直線部h、2b的對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部(凹部5)為彎曲的曲線狀的凹狀。在此，彎曲的曲線狀的凹狀是指在凹部5的內(nèi)部沒有彎折點，與彎曲的曲線有棱角而稍形成為曲線的情況相比，優(yōu)選整體形成為平滑的曲線。并且，與圖2所示的方式同樣地，為了防止局部發(fā)熱，而凹部5的深度優(yōu)選為直線部h、2b的橫截面上的寬度方向(圖3 的水平方向)的厚度(假定未形成凹部5時的直線部h、2b的寬度方向的厚度)的50%以下。根據(jù)該方式，由于在凹部5不存在應力集中而容易產(chǎn)生龜裂的彎折點，因此能夠進一步抑制在陶瓷基體1產(chǎn)生龜裂的情況。另外，如圖4所示，本發(fā)明的陶瓷加熱器10的兩條直線部2a、2b優(yōu)選橫截面形狀中的相互的外側(cè)為彎曲的曲線狀。在此，外側(cè)彎曲的曲線狀是指在外側(cè)沒有彎折點，與彎曲的曲線有棱角而稍形成為曲線的情況相比，優(yōu)選整體形成為平滑的曲線。根據(jù)該方式，由于在兩條直線部h、2b的相互的外側(cè)不存在應力集中而容易產(chǎn)生龜裂的彎折點，因此能夠進一步抑制陶瓷基體1產(chǎn)生龜裂的情況。另外，如圖5所示，本發(fā)明的陶瓷加熱器10的兩條直線部h、2b優(yōu)選在橫截面形狀上分別為月牙狀。根據(jù)該方式，在電壓施加時雖然月牙狀的尖細的兩端部分優(yōu)先發(fā)熱，但由于該尖細的兩端部分沿著發(fā)熱部2的長度方向大致均勻地配置，因此陶瓷基體1的溫度均勻地上升，從而陶瓷加熱器10的周向的溫度分布變得均勻的時間加快。因此，月牙狀的尖細的兩端部分在陶瓷加熱器10的橫截面上更優(yōu)選配置在距外周均等的位置。需要說明的是，如后所述，橫截面形狀為月牙狀的兩條直線部h、2b的凹部5之間的形狀優(yōu)選為與陶瓷基體1的橫截面的外周形狀不相似的月牙狀。如圖6所示，本發(fā)明的陶瓷加熱器10中，在發(fā)熱部2的直線部加、213中的陶瓷基體 1的橫截面形狀方面，優(yōu)選外周的形狀與兩條直線部加、213的相互對置的至少中央部(凹部 5)的凹狀之間的形狀不相似。換言之，在配置有兩條直線部加、213的位置的陶瓷基體1的橫截面形狀中，優(yōu)選外周的形狀與兩條直線部h、2b的相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部(凹部5)的凹狀的壁面之間的形狀不相似。在圖6中，陶瓷基體1的橫截面的外周形狀是圓， 凹部5之間的陶瓷基體1的橫截面形狀是橢圓，它們是不相似的關(guān)系。在此，不相似是指配置有兩條直線部h、2b的位置的陶瓷基體1的橫截面的外周形狀與兩條直線部h、2b的相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部(凹部5)的凹狀的壁面之間的形狀不是同種形狀，具體而言，在陶瓷基體1的橫截面的外周形狀為圓的情況下，若凹部5 的壁面之間的形狀為圓，則相似，若為四邊形或橢圓，則不相似。需要說明的是，在此所說的橢圓優(yōu)選短軸與長軸之比為1 1.2以上。而且，在陶瓷基體1的橫截面的外周形狀為四邊形的情況下，若凹部5之間的形狀為四邊形且短邊與長邊的比率和外周形狀的四角的短邊與長邊的比率相比在20%以內(nèi)，則相似，若凹部5之間的形狀為圓或橢圓，則不相似。雖然凹狀5之間的形狀為四邊形且短邊與長邊的比率和外周形狀的四角的短邊與長邊的比率相比超過20%的情況是不相似，但還是優(yōu)選圓或橢圓。如此，通過使陶瓷基體1的外周的形狀與兩條直線部h、2b的相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部(凹部5)的凹狀的壁面之間的形狀不相似，而在激烈振動時被發(fā)熱部2分隔的外側(cè)的陶瓷基體1與內(nèi)側(cè)的陶瓷基體1之間不易引起共振，從而高溫強度增加且耐久性良好。另外，折回部2c的橫截面形狀優(yōu)選與兩個直線部h、2b的橫截面形狀相同。根據(jù)該方式，由于在折回部2c與直線部2a、2b之間沒有高低差，因此在由于電壓施加而發(fā)熱部2發(fā)生膨脹時能防止應力集中且能夠抑制陶瓷基體1 (發(fā)熱部2的折回部2c與兩個直線部加、213的接合處)產(chǎn)生龜裂。需要說明的是，也可以使發(fā)熱部2的折回部2c的橫截面形狀與直線部h、2b的橫截面形狀不同，而以從它們的連接部逐漸傾斜的方式形成不同的形狀。此外，與引線部3a、!3b相比，發(fā)熱部2優(yōu)選為高電阻。在此所謂高電阻是指每單位長度的電阻高的情況。通過使發(fā)熱部2比引線部3a、3b的電阻高，而能利用發(fā)熱部2可靠地得到高溫。并且，通過使發(fā)熱部2中的發(fā)熱電阻體的形狀為本發(fā)明那樣的形狀，不會產(chǎn)生龜裂而耐久性優(yōu)異。因此，能夠得到加熱效率優(yōu)異的高可靠性的陶瓷加熱器10。以下，說明本發(fā)明的實施方式的一例的陶瓷加熱器10的制造方法的一例。首先，準備圖7所示的用于成形發(fā)熱部2的模具。該模具由上模具61和下模具62 構(gòu)成，在使上模具61與下模具62對合時，形成與發(fā)熱部2(圖7中的平行部h、2b)的形狀對應的空穴(空腔)。為了使用這樣的模具在發(fā)熱部2形成凹部5，而在上模具61與下模具62的模具邊界面上配置有用于形成凹部5的間隔件63。需要說明的是，在空穴內(nèi)填充原料粉末而成形的發(fā)熱部2，通過以自由的形式安置間隔件63，而能夠在發(fā)熱部2形成凹部5。 而且，通過自由地設(shè)定間隔件63的尺寸，而能夠自由地設(shè)定凹部5的尺寸，通過自由地設(shè)定間隔件63的長度，而能夠自由地設(shè)定凹部5的深度。間隔件63具有在取出成形體后另外從成形體分開的方法或在模具內(nèi)具有間隔件的滑動機構(gòu)而在模具內(nèi)進行分開的方法等。使用這樣的模具，在空穴內(nèi)填充發(fā)熱部2的形成材料而制作發(fā)熱部2的成形體。作為發(fā)熱部2的形成材料，列舉有碳化鎢(WC)、二硅化鉬(MoSi2)、二硅化鎢(WSi2) 等導電性陶瓷。在此，使用碳化鎢(WC)作為發(fā)熱部2的形成材料時，為了減少與陶瓷基體 1的熱膨脹系數(shù)差，而優(yōu)選在WC粉末中混合陶瓷基體1的主要成分的氮化硅質(zhì)陶瓷等絕緣性陶瓷。此時，通過使導電性陶瓷與絕緣性陶瓷的含有比率變化，而能夠?qū)l(fā)熱部2的電阻調(diào)整成所希望的值。將如此調(diào)制了含有比率的原料粉末通過沖壓成形法或注射成形法而填充到上述模具的空穴內(nèi)，來制作發(fā)熱部2的成形體。另一方面，使用例如在氧化鋁粉末或氮化硅粉末中添加了由鐿( )、釔(Y)、鉺 (Er)等稀土類元素的氧化物構(gòu)成的燒結(jié)輔助劑的陶瓷原料粉末，與發(fā)熱部2同樣地，利用周知的沖壓成形法、注射成形法等來成形出陶瓷基體1的成形體。并且，在使用上述模具(上模具61、下模具6 成形得到的發(fā)熱部2的成形體上組合由另外的模具成形得到的引線部3a、3b的成形體，并進一步以將它們埋設(shè)的方式組合于利用另外的模具成形得到的陶瓷基體1的成形體，從而得到陶瓷加熱器10的未加工成形體。按照規(guī)定的溫度曲線，以成為在內(nèi)部埋設(shè)有發(fā)熱部2及引線部3a、3b的陶瓷基體 1的方式對得到的陶瓷加熱器10的未加工成形體進行燒成，根據(jù)需要對得到的燒結(jié)體進行機械加工，從而完成圖1所示的陶瓷加熱器10。需要說明的是，作為燒成方法，使用氮化硅質(zhì)陶瓷作為陶瓷基體1的陶瓷時，列舉有例如經(jīng)由脫脂工序，在還原氣氛下以1650 1780°C左右的溫度及30 50MPa左右的壓力進行燒成的熱沖壓的方法。根據(jù)利用此種制造方法得到的陶瓷加熱器10，兩條直線部h、2b的橫截面形狀中的相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部為凹狀，因此發(fā)熱部2像緩沖器那樣發(fā)揮作用而能夠緩和被該相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部(凹部幻分隔的陶瓷基體1發(fā)生體積膨脹時產(chǎn)生的應力。因此，能夠防止在異常時施加急劇的電壓的情況下發(fā)熱部2之間的陶瓷基體發(fā)生體積膨脹而產(chǎn)生龜裂的情況。符號說明10…陶瓷加熱器
1…陶瓷基體2…發(fā)熱部直線部2C…折回部3a、!3b…引線部4a、4b…電極取出部5…凹部
權(quán)利要求
1.一種陶瓷加熱器，其特征在于，在陶瓷基體的內(nèi)部埋設(shè)有發(fā)熱電阻體，該發(fā)熱電阻體具有由折回部及從該折回部的兩端分別延伸的兩條直線部構(gòu)成的發(fā)熱部，所述兩條直線部的橫截面形狀中的相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部為凹狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷加熱器，其特征在于，所述兩條直線部的相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部為彎曲的曲線狀的凹狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陶瓷加熱器，其特征在于，所述兩條直線部的橫截面形狀中的相互的外側(cè)為彎曲的曲線狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的陶瓷加熱器，其特征在于， 所述兩條直線部在橫截面形狀中分別為月牙狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷加熱器，其特征在于，在橫截面形狀中，配置有所述兩條直線部的位置的所述陶瓷基體的外周的形狀與所述兩條直線部的相互對置的內(nèi)側(cè)的至少中央部的凹狀的壁面之間的形狀不相似。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷加熱器，其特征在于，所述折回部的橫截面形狀與所述直線部的橫截面形狀相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷加熱器，其特征在于， 所述發(fā)熱電阻體中，所述發(fā)熱部比其他部分的電阻高。
全文摘要
本發(fā)明提供一種抑制由于發(fā)熱體與由陶瓷構(gòu)成的基體的熱膨脹差而基體產(chǎn)生龜裂的情況，且耐久性優(yōu)異的陶瓷加熱器。本發(fā)明的陶瓷加熱器在陶瓷基體(1)的內(nèi)部埋設(shè)有發(fā)熱電阻體，該發(fā)熱電阻體具有由折回部(2c)及從折回部(2c)的兩端分別延伸的兩條直線部(2a、2b)構(gòu)成的發(fā)熱部(2)，兩條直線部(2a、2b)的橫截面形狀中的相互對置的至少中央部為凹狀(凹部(5))。
文檔編號H05B3/48GK102511196SQ201080041038
公開日2012年6月20日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者山元堅 申請人:京瓷株式會社