陶瓷加熱器以及電熱塞的製作方法

2023-06-18 10:11:21

專利名稱：陶瓷加熱器以及電熱塞的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種例如燃燒式車載取暖裝置的點火用或者火焰檢測用加熱器、石油 風扇式空氣加熱器等各種燃燒設備的點火用加熱器、電熱塞用的加熱器、氧傳感器等各種 傳感器用的加熱器、測量設備的加熱用加熱器等所使用的陶瓷加熱器。
背景技術：
作為汽車發動機的電熱塞等所使用的陶瓷加熱器，例如公知有如下陶瓷加熱器， 該陶瓷加熱器包括陶瓷基體和埋設於該陶瓷基體且通過連接於兩端的電極部通電而產生 電阻發熱的陶瓷發熱體。在這樣的陶瓷加熱器中，陶瓷發熱體包括從一側的基端部開始延 伸並在前端部變換方向而到達另外一側的基端部的呈U字形等形狀的方向變換部；從該方 向變換部的各基端部開始向相同方向延伸的兩條直線形的引線部('J 一 K部)(例如，參見 專利文獻1、2)。然而，為了確保陶瓷的強度，陶瓷發熱體的引線部比前端部細，並且由於引線部 細，連接引線部和形成於陶瓷基體表面的電極的電極取出部也細，由於以上原因，例如電熱 塞所搭載的陶瓷加熱器近年來被要求進一步快速升溫，同時還被要求有高溫下的耐久性， 而與之相對，當在這種嚴酷環境下長期使用時，有時出現將引線部和在表面形成的電極進 行連接的電極取出部比陶瓷發熱體容易劣化的問題。作為其理由，可以列舉出如下情形， 即，由於電極取出部細，所以其自身的電阻值大，進而，電極取出部和引線部的接觸電阻值 以及電極取出部和在表面形成的電極的接觸電阻值變大，從而容易發熱。為了解決這樣的問題，例如在專利文獻3中，公開了在相對於陶瓷發熱體垂直的 方向上形成電極取出部並且電極取出部的截面面積形成得比陶瓷發熱體的截面面積大的 電熱塞。專利文獻1 日本特開平9-184626號公報專利文獻2 日本特開平9-184622號公報專利文獻3 日本特開2006-49279號公報然而，如專利文獻3所記載的那樣，當在相對於陶瓷發熱體垂直的方向上形成電 極取出部並且電極取出部的截面面積形成得比陶瓷發熱體的截面面積大時，電極取出部的 截面面積越大，其自身的電阻值越小，能夠使電極取出部和引線部的接觸電阻值以及電極 取出部和在表面形成的電極的接觸電阻值變小，但是，通過增加強度比陶瓷低的電極取出 部的體積，出現陶瓷加熱器的強度降低的問題。另外，由於電極取出部使用昂貴的貴金屬， 所以存在陶瓷加熱器的製造成本增加的問題。

發明內容
本發明是鑑於上述問題而完成的，其目的在於以便宜的價格提供具有更高的耐久 性的陶瓷加熱器。本發明的陶瓷加熱器的特徵在於，包括發熱電阻體；與該發熱電阻體的兩端分別電連接的第一引線部以及第二引線部；與所述第一引線部的端部以及所述第二引線部的 端部中的、和連接於所述發熱電阻體的端部相反一側的端部分別電連接的第一電極取出部 以及第二電極取出部；埋設有所述發熱電阻體、所述第一引線部與所述第二引線部、以及所 述第一電極取出部與所述第二電極取出部的陶瓷基體；以及形成於該陶瓷基體的表面並 與所述第一電極取出部以及所述第二電極取出部分別電連接的第一電極以及第二電極，其 中，所述第一電極取出部與所述第一電極的連接部分的面積大於所述第一電極取出部與所 述第一引線部的連接部分的面積。另外，本發明的陶瓷加熱器的特徵在於，在上述結構中，所述第一電極取出部具有 面積增加部，該面積增加部越從所述第一引線部側朝向所述第一電極側，垂直於該方向的 截面的面積越大。而且，本發明的陶瓷加熱器的特徵在於，在上述結構中，所述第一電極取出部具有 面積增加部，該面積增加部越從所述第一引線部側朝向所述第一電極側，垂直於該方向的 截面的面積越大。另外，本發明的陶瓷加熱器的特徵在於，在上述結構中，所述第一電極取出部具有 面積減小部或面積相同部，越從所述第一引線部側朝向所述第一電極側，面積減小部的垂 直於該方向的截面的面積越小，而面積相同部的垂直於該方向的截面的面積不變。根據本發明的陶瓷加熱器，由於第一電極取出部的與第一電極的連接部分的面積 比與第一引線部的連接部分的面積大，因此，相比於從與第一引線部的連接部分到與第一 電極部的連接部分為止的截面的面積相同的情況，能夠使電極取出部的電阻值降低，從而 能夠抑制使用時在第一電極取出部以及第一電極的發熱。另外，如果使第一電極取出部和 第一電極的連接面積變大，也能夠減小第一電極取出部和第一電極的接觸電阻值，由此，能 夠進一步抑制發熱。從而，能夠提高第一電極取出部以及第一電極的耐久性。另外，根據本發明的陶瓷加熱器，在上述結構中，當第一電極取出部的垂直於從第 一引線部側朝向第一電極側的方向的截面為圓形或橢圓形時，由於截面的輪廓為平滑的曲 線，所以能夠抑制局部發熱。進一步，根據本發明的陶瓷加熱器，在上述結構中，當第一電極取出部具有越從第 一引線部側朝向第一電極側垂直於該方向的截面的面積越大的面積增加部時，在第一電極 取出部的內部，電阻不會急劇變化，所以能夠減少異常發熱的風險。另外，在製造過程中，即 使在脫脂工序、燒成工序中的收縮等體積變化時，第一電極取出部的體積從第一引線部側 到第一電極側連續地增加，所以能夠有效抑制裂紋的產生，其結果是，能夠提高作為陶瓷加 熱器產品的可靠性、耐久性。另外，根據本發明的陶瓷加熱器，在上述結構中，當第一電極取出部具有從第一引 線部側朝向第一電極側垂直於該方向的截面的面積不變化的面積相同部時，可確保第一電 極取出部的與第一電極的連接面積，從而可以將接觸電阻值抑制得較低，並且，由於通過面 積相同部抑制了第一電極取出部的體積增加，因此能夠降低昂貴的貴金屬的使用量，降低 製造成本。進一步，當第一電極取出部具有越從第一引線部側朝向第一電極側垂直於該方向 的截面的面積越小的面積減小部時，可確保第一電極取出部的與第一電極的連接面積，從 而可以將接觸電阻值抑制得較低，並且，可以確保與第一引線部的連接面積而將接觸電阻值抑制得較低，從而能夠抑制在第一電極取出部的發熱。而且，由於在第一電極取出部的中 央部分抑制體積的增加，因此能夠降低昂貴的貴金屬的使用量，降低製造成本。


圖1是表示本發明的一個實施方式的陶瓷加熱器的縱向剖視圖。圖2是從圖1所示的虛線V方向觀察圖1所示的陶瓷加熱器的第一電極附近時的 放大俯視圖。圖3是圖1的第一電極取出部附近的放大剖視圖。圖4是表示陶瓷加熱器的第一電極取出部附近的其它實施方式的放大剖視圖。圖5是表示陶瓷加熱器的第一電極取出部附近的又一其它實施方式的放大剖視 圖。圖6是圖1所示的陶瓷加熱器的第二電極取出部附近的放大剖視圖。圖7是從圖1中箭頭所示方向H觀察圖1所示的陶瓷加熱器時的主視圖。圖8是沿圖1的A-A線的剖視圖。圖9是表示陶瓷加熱器的第二電極取出部附近的其它實施方式的放大剖視圖。圖10是表示圖1所示的陶瓷加熱器的第二端部嵌合有金屬嵌合部的狀態的側視 圖。圖11是表示第二端部以及與金屬嵌合部的連接結構的其它實施方式的側視圖。圖12是表示本發明的一個實施方式的電熱塞的剖視圖。附圖標記說明11陶瓷加熱器12第一端部13發熱電阻體14第二端部(細徑部)14a 端面14b 側面15第一引線部17第二引線部19、31第一電極取出部21、33第二電極取出部2la、3lb、32c、33a 面積增加部2lb、32a、33c 面積減少部23陶瓷基體25第一電極27、33 第二電極31a、32b、33b 面積相同部35,37金屬嵌合部51電熱塞
具體實施例方式以下，參照附圖對本發明的一個實施方式的陶瓷加熱器進行詳細說明。圖1是本 發明的一個實施方式的陶瓷加熱器的縱向剖視圖，圖2是從箭頭V方向觀察圖1所示的陶 瓷加熱器的第一電極附近時的放大俯視圖。需要說明的是，包含這些附圖，在以下的附圖 中，均省略表示陶瓷基體剖面的剖面線。如圖1所示，陶瓷加熱器11包括發熱電阻體13 ； 與該發熱電阻體13的兩端分別電連接的第一引線部15以及第二引線部17 ；與第一引線部 15以及第二引線部17的端部中的與連接於發熱體13的端部的相反側的端部分別電連接 的第一電極取出部19以及第二電極取出部21 ；埋設有發熱電阻體13、第一引線部15、第二 引線部17、第一電極取出部19以及第二電極取出部21的棒狀的陶瓷基體23。發熱電阻體 13埋設在陶瓷基體23的第一端部12側。在陶瓷基體23的表面形成有與第一電極取出部19以及第二電極取出部21分別 電連接的第一電極25以及第二電極27。另外，第一電極25在陶瓷基體23的側面形成。如作為圖1的第一電極取出部19附近的放大剖視圖的圖3、作為表示其它實施方 式的放大剖視圖的圖4、以及表示又一其它實施方式的放大剖視圖的圖5所示，第一電極取 出部19、31、32與第一電極25的連接部分的面積Sl比與第二引線部15的連接部分的面積 S2大。在本發明中，這一點非常重要。根據本發明，由於第一電極取出部19中與第一電極25的連接部分的面積Sl比與 第一引線部15的連接部分的面積S2大，所以，相比於從與第一引線部15的連接部分到與 第一電極部25的連接部分的截面面積相同的情況，能夠使第一電極取出部19的電阻值降 低，從而能夠抑制使用時在第一電極取出部19以及第一電極25的發熱。另外，如果增大第 一電極取出部19和第一電極25的連接面積，則能夠減小第一電極取出部19和第一電極25 的接觸電阻值，由此，能夠進一步抑制發熱。從而，能夠提高第一電極取出部19以及第一電 極25的耐久性。尤其是，由於第一電極取出部19接近陶瓷基體23的表面的部分的面積Sl變大， 所以從第一電極取出部19通過第一電極25的散熱性良好，能夠抑制陶瓷基體23的表面附 近的溫度上升。其結果是，在能夠抑制第一電極取出部19的劣化的同時，還能夠抑制因第 一電極取出部19的發熱而在陶瓷基體23上產生裂紋。尤其是，能夠良好地抑制在陶瓷基 體23的表面產生裂紋。相對於第一電極取出部19的從與第一引線部15的連接部分到與第一電極部25 的連接部分的面積相同的情況而言，為使第一電極取出部19的電阻值降低，優選與第一電 極25的連接部分的面積S 1和與第一引線部15的連接部分的面積S2的比率(S1/S2)為 1. 1以上，更加優選為1. 2以上，進一步優選為1. 5以上。需要說明的是，比率(S1/S2)的上 限並無特別限制，只要考慮陶瓷基體23等其它部件的尺寸、配置等進行適當決定即可。此外，第一電極取出部19的與從第一引線部15側朝向第一電極25側的方向垂直 的截面優選為圓形或橢圓形。這樣，通過使截面成為圓形或橢圓形，截面的輪廓成為平滑曲 線，從而能夠抑制局部發熱。形成這樣的第一電極取出部19，優選採用例如後述的製造方法所示出的注塑成形 法。在通過注塑成型法形成第一電極取出部19的情況下，與通過印模法(^ U >卜法)形 成的情況相比，能夠容易地將第一電極取出部19的截面形成為圓形或橢圓形。在通過印模
7法形成第一電極取出部19的情況下，由於一次印模難以確保足夠的厚度，所以需要進行多 次印模，而由於需要準確定位每次印模的位置進行印模，所以花費時間，並且在多次印模之 間容易發生錯位，存在難以將截面形成為平滑的圓形、橢圓形的傾向。與此相對，在通過注 塑成型法形成第一電極取出部19的情況下，由於使用模具一次成型就能夠將其形成，所以 能夠以良好的精度容易地將第一電極取出部19的截面形成為圓形或橢圓形。在圖3所示的例子中，第一電極取出部19具有越從第一引線部15側朝向第一電 極25側、垂直於該方向的截面的面積越大的面積增加部。即，該例子中的第一電極取出部 19為圓錐前端被切離後的形狀。通過形成這樣的結構，相比於從與第一引線部15的連接部 分到與第一電極25的連接部分為止的截面面積相同的情況，能夠降低第一電極取出部19 的電阻值，還能夠抑制使用時在第一電極取出部19以及第一電極25的發熱。另外，如果增 大第一電極取出部19和第一引線部15的連接面積，能夠降低第一電極取出部19和第一引 線部15的接觸電阻值，由此，能夠進一步抑制發熱。從而能夠提高第一電極取出部19以及 第一電極25的耐久性。另外，如圖3所示，在第一電極取出部19具有越從第一引線部側朝向第一電極側、 垂直於該方向的截面的面積越大的面積增加部的情況下，由於在第一電極取出部19的內 部電阻不發生急劇變化，所以能夠降低異常發熱的風險。另外，在製造過程中，即使在脫脂 工序、燒成工序的收縮時，第一電極取出部19的體積也會由於面積增加部而在第一引線部 15側和第一電極25側之間連續增加或減少，從而能夠抑制裂紋的產生，其結果是，能夠提 高陶瓷加熱器產品的可靠性、耐久性。另外，因為還能夠抑制在成形體產生裂紋等不良狀態 的發生，所以能夠提高成品率。在圖4所示的例子中，第一電極取出部31在從第一引線部15側到第一電極25側 的箭頭方向Dl上，具有與箭頭方向Dl垂直的截面的面積不變化的面積相同部31a以及隨 著朝向箭頭方向Dl截面的面積變大的面積增加部31b。這樣，在第一電極取出部31具有從第一引線部15側朝向第一電極25側、垂直於 該方向的截面的面積不發生變化的面積相同部31a的情況下，將第一電極取出部31和第一 電極25的連接面積形成大的面積而能夠將接觸電阻值抑制得較低，並且由於通過面積相 同部31a抑制第一電極取出部31的體積增加，所以能夠降低昂貴的貴金屬在第一電極取出 部31中的使用量，能夠減低製造成本。另外，在這樣將面積增加部31b和面積相同部31a結合的情況下，由於在它們的邊 界有第一電極取出部31的側面傾斜方向變化的部分，因此，在將陶瓷加熱器11成型、燒成 時或者對其施加外部應力時，在陶瓷基體23的內部，第一電極取出部31的側面傾斜方向變 化的部分被卡連(引ι掛力、」)，從而能夠防止第一電極取出部31在陶瓷基體23的內部的 移動以及錯位。如圖5所示，第一電極取出部32具有隨著朝向箭頭方向Dl垂直於箭頭方向Dl的 截面的面積變小的面積減小部32a、在箭頭方向Dl上面積不發生變化的面積相同部32b以 及隨著朝向箭頭方向Dl面積變大的面積增加部32c。在將面積減小部32a、面積相同部32b 以及面積增加部32c結合的情況下，或者在將面積減小部32a和面積增加部32b結合的情 況下，無論在上述哪種情況下，由於在這些導體的邊界具有一處或多處導體側面的傾斜方 向變化的部分，因此，在將陶瓷加熱器11成型、燒成時或者在對陶瓷加熱器11施加外部應力時，在陶瓷基體23的內部，第一電極取出部32的側面的傾斜方向變化的部分被卡連，從 而能夠防止第一電極取出部32在陶瓷基體23內部的移動或者錯位。另外，根據上述結構，通過面積增加部32c以及面積減小部32a，分別確保第一電 極取出部32的與第一電極25的連接面積以及第一電極取出部32與第一引線部15的連接 面積，從而將連接部的接觸電阻值抑制得較低，並且，通過截面的面積不變化的面積相同部 32b來抑制第一電極取出部32的體積的增加，從而能夠降低昂貴的貴金屬在第一電極取出 部32中的使用量，能夠減低製造成本。如圖1所示，第二電極27覆蓋陶瓷基體23的第二端部14的端面14a以及側面 14b。如圖1、作為圖1所示的陶瓷加熱器的第二電極取出部27附近的放大剖視圖的圖6、 作為從圖1箭頭所示方向H觀察圖1所示的陶瓷加熱器時的主視圖的圖7、以及作為沿圖1 的A-A線剖視圖的圖8所示，第二電極取出部21與第二電極27的連接部分的面積大於與第 二引線部17的連接部分的面積，所以與從第二引線部17的連接部分到第二電極部27的連 接部分為止的截面的面積相同的情況相比，能夠降低第二電極取出部21的電阻值，由此， 能夠抑制使用時在第二電極取出部21的發熱，從而能夠抑制第二電極取出部21的劣化。相對於第二電極取出部21的從與第二引線部17的連接部分到與第二電極部27 的連接部分的面積相同的情況而言，為使第二電極取出部21的電阻值降低，優選與第二電 極27的連接部分的面積S3和與第二引線部17的連接部分的面積S4的比率(S3/S4)為 1. 3以上，更加優選為3. 7以上。需要說明的是，比率(S3/S4)的上限並無特別限制，只要考 慮陶瓷基體23等其它部件的尺寸、配置等進行適當決定即可。第二電極取出部21的垂直於從第二引線部17側朝向第二電極27側的方向的截 面優選為圓形或橢圓形。這樣，通過使截面成為圓形或橢圓形，能夠抑制局部發熱。另外， 通過使截面成為圓形或橢圓形，能夠進一步降低與第二電極27的連接部分以及與第二引 線部17的連接部分的發熱。如圖6所示，第二電極取出部21具有面積增加部21a，該面積增加部21a隨著從第 二引線部17側朝向第二電極27側的箭頭方向D2，垂直於箭頭方向D2的截面的面積變大。 由此，在第二電極取出部21不會發生急劇的電阻變化，所以能夠進一步抑制在第二電極取 出部21的發熱。另外，在製造陶瓷加熱器的過程中，即使在脫脂工序、燒成工序中發生收縮 時，由於第二電極取出部21的體積在第二引線部17側和第二電極27側之間連續增加或者 減少，所以能夠有效抑制在陶瓷基體23上產生裂紋，其結果是，能夠提高作為陶瓷加熱器 產品的可靠性、耐久性。並且，由於能夠抑制陶瓷基體23的成形體上產生裂紋等不良狀況， 所以能夠提高成品率。另外，在圖6所示的例子中，第二電極取出部21在比面積增加部21a靠箭頭方向 D2側，具備隨著朝向箭頭方向D2截面面積變小的面積減小部21b。第二端部14越朝向該 第二端部14的端面14a其外徑越細(以下，稱為細徑部14)。第二電極取出部21的面積 增加部21a以及面積減小部21b埋設於細徑部14，另外，面積減小部21b沿著細徑部14配 置。而且，第二電極取出部21從第二引線部17側朝向第二電極部27側依次配置有面積增 加部21a以及面積減小部21b。在這種具備隨著朝向箭頭方向D2截面面積變大的面積增加 部21a和截面面積變小的面積減小部21b的情況下，在確保滿足電流流動的充分的截面面 積的同時，通過減小作為低硬度材料的電極取出材料的體積，能夠進一步提高第二電極取
9出部21附近的產品強度，從而能夠形成可靠性高的產品。另外，如作為表示陶瓷加熱器11的第二電極取出部33附近的其它實施方式的放 大剖視圖的圖9所示，第二電極取出部33也可以為如下結構，即，包括越從第二引線部17 側朝向第二端部14、垂直於該方向的截面的面積越大的面積增加部33a、截面面積不變化 的面積相同部33b、截面面積變小的面積減小部33c。通過採用這樣的結構，能夠進一步減 小低硬度材料的電極取出材料的體積，對於陶瓷加熱器11而言，能夠進一步提高第二電極 取出部21附近的產品強度。第二電極27形成於第二端部14的端面14a和與該端面14a連接的第二端部14 的側面14b。並且，如作為表示在圖1所示的陶瓷加熱器11的第二端部14上嵌合有金屬 嵌合部35的狀態的側視圖的圖10所示，具有凹部的金屬嵌合部35嵌合在細徑部(第二端 部)14上，以覆蓋該第二電極27。由此，能夠抑制第二電極27的氧化。尤其是，如作為表示 第二端部14和金屬嵌合部35的連接結構的其它實施方式的側視圖的圖11所示，優選金屬 嵌合部35覆蓋第二電極27的整個表面。由此，能夠進一步提高第二電極27的抑制氧化效 果，並且，由於增大了金屬嵌合部35和第二電極27的接觸面積，因此能夠使該部分的電阻 降低，從而進一步抑制發熱。作為發熱電阻體13，可以使用以W、Mo以及Ti等的碳化物、氮化物以及矽化物等 為主成分的物質。在上述材料中，從熱膨脹率、耐熱性以及電阻率方面考慮，WC可優選作為 發熱電阻體13的材料。當發熱電阻體13以無機導電體WC為主成分，並如後所述使用氮 化矽質陶瓷來製造陶瓷基體23時，優選將向發熱電阻體13添加的氮化矽的比率調整為20 質量％以上。在氮化矽陶瓷中，由於成為發熱電阻體13的導體成分與氮化矽相比熱膨脹率 大，所以通常處於受到拉深應力的狀態。對此，通過將氮化矽本身作為共同材料(共材)而 添加給發熱電阻體13，使熱膨脹率接近母材的氮化矽，從而能夠緩和因陶瓷加熱器11的升 溫降溫時的熱膨脹差所引起的應力。需要說明的是，當氮化矽的添加量為40質量％以下時，能夠使電阻值良好地穩 定。而且，優選使氮化矽的添加量為25至35質量％。另外，作為向發熱電阻體13的添加 物，可以代替氮化矽而添加4至12質量％的氮化硼。作為第一引線部15以及第二引線部17，可以使用與發熱電阻體13相同的材料。 其中，從熱膨脹率、耐熱性以及電阻率方面考慮，WC可優選作為引線部15、17的材料。當第 一引線部15以及第二引線部17以無機導電體WC為主成分，並和上述發熱電阻體13同樣地 使用氮化矽質陶瓷製造陶瓷基體23時，優選將向第一引線部15以及第二引線部17添加的 氮化矽的比率調整為15質量％以上。隨著氮化矽添加量的增加，能夠使第一引線部15以 及第二引線部17的熱膨脹率接近母材的氮化矽。而且，由於氮化矽的添加量為40質量％ 以下時電阻值穩定，所以氮化矽的添加量優選為40質量％以下。進一步優選氮化矽的添加 量為25 35質量％。作為陶瓷基體23，能夠使用氧化物陶瓷、氮化物陶瓷或者碳化物陶瓷等具有絕緣 性的陶瓷。尤其適合使用氮化矽質陶瓷。這是由於氮化矽質陶瓷在作為其主成分的氮化矽 具有高強度、高韌性、高絕緣性以及耐熱性方面具有優勢。該氮化矽質陶瓷可通過如下方式 得至I」，即，例如，向主成分的氮化矽混合作為燒結助劑的3 12質量％的Y203、Yb2O3> Er2O3 等稀土類元素氧化物、0. 5 3質量％的Al2O3，並且進一步混合SiO2,使作為在燒結體中所含的SiO2的量成為1. 5 5質量％，然後成形為規定的形狀，隨後，以1650 1780°C進行 熱壓燒成。另外，在作為陶瓷基體23而使用氮化矽的情況下，優選使MoSio2、WSi2分散。這是 由於通過使母材的熱膨脹率接近發熱電阻體13的熱膨脹率，能夠提高陶瓷加熱器11的耐 久性。以下，對用於製造上述實施方式的陶瓷加熱器11的方法進行說明。本實施方式的 陶瓷加熱器11例如使用製作好的模具通過注塑成形法形成，所述模具使第一電極取出部 19與第一電極25的連接部分的面積比與第一引線部15的連接部分的面積大。首先，準備包含導電性陶瓷粉末以及粘合劑的通電部用混合物、以及包含絕緣性 陶瓷以及粘合劑的基體用混合物。以該通電部用混合物作為原料，採用注塑成形法形成發 熱電阻體用成形體。在將所得到的發熱電阻體用成形體保持在注塑成形用模具內的狀態 下，將通電部用混合物填充在模具內以成形引線部用成形體。由此，由發熱電阻體用成形體 以及引線部用成形體構成的通電部用成形體被保持在模具內。然後，在將通電部用成形體保持在模具內的狀態下，將模具的一部分替換為陶瓷 基體成形用的部件之後，向模具內填充基體用混合物。由此，得到通電部用成形體被陶瓷基 體用成形體覆蓋的元件成形體。隨後，通過將所得到的元件成形體燒成，能夠得到陶瓷加熱 器。燒成優選在非氧化氣氛下進行。(電熱塞)以下，對本發明的一個實施方式的電熱塞進行說明。如作為表示本發明的一個實 施方式的電熱塞的剖視圖的圖12所示，在電熱塞51中，在筒狀金屬部件53內插入有陶瓷 加熱器11。筒狀金屬部件53用作陰極金屬部件，並與在陶瓷加熱器11的側面露出的第一 電極25電連接。在筒狀金屬部件53內配設有與第二電極27電連接的陽極金屬部件55。 通過對筒狀金屬部件53以及陽極金屬部件55通電，本實施方式的電熱塞例如能夠作為發 動機啟動用的熱源而發揮其作用。本發明的一個實施方式的陶瓷加熱器以如下方式製成。首先，將以WC和氮化矽為 主成分的原料注射到模具內進行成形，從而製成發熱電阻體用成形體。然後，在將該發熱電 阻體用成形體保持在注塑成形用模具內的狀態下，通過向模具內填充引線部用成形體，將 發熱電阻體用成形體和引線部用成形體在模具內一體化，從而得到通電部用成形體。表1 以及表2所示的No. 1 16的各試料是具有各種形狀的電極取出部並使用模具而成形的樣 品。各試料的電極取出部的垂直於從引線部側朝向電極側的方向的截面被形成為橢圓形。 對各試料的成形成品率進行評價，並比較各個形狀。然後，在將通電部用成形體保持在注塑成形用模具內的狀態下，使用向氮化矽 (Si3N4)粉末中添加由鐿(Yb)的氧化物構成的燒結助劑和用於使熱膨脹率接近發熱電阻 體、引線部的MoSi2而形成的陶瓷原料，通過注塑成形法成形。由此，得到在陶瓷基體用成 形體中埋設通電部用成形體的結構。將所得到的成形體放入圓筒的碳模具中後，在還原氣氛下，在溫度為1650°C 1780°C、壓力為10 50Mpa的狀態下採用熱壓法進行燒成。將金屬部件釺焊到從如上得到 的燒結體的表面露出的第一電極取出部以及第二電極取出部上而得到陶瓷加熱器。然後， 將K熱電偶貼附到這些金屬部件上來測量電極取出部的通電飽和時的溫度。通常認為，由於優選將電極溫度設計成300°C以下，因此，只要在該溫度以下，電極部就會具有優越的耐 久性。使用上述的陶瓷加熱器進行了冷熱循環試驗。冷熱循環試驗的條件為向陶瓷加 熱器通電，以使電極部溫度成為400°C的方式設定施加電壓，以5分鐘通電、2分鐘不通電為 一個循環，進行一萬次循環。評價通電前後的陶瓷加熱器的電阻變化，將電阻變化在5%以 上的情況判定為NG。對於這些被判定為NG的試料，在電極或者電極取出部上產生了裂紋。 結果如表1以及表2所示。表 1 Sl是第--電極取出部的與第--電極的連接部分的面積
S2是第--電極取出部的與第--引線部的連接部分的面積
表2
S3是第二電極取出部的與第二電極的連接部分的面積S4是第二電極取出部的與第二引線部的連接部分的面積根據表1和表2可以判定，不具有面積增加部的No. 7、8、14 16的試料的成形成 品率低至40 70%。
權利要求
一種陶瓷加熱器，其特徵在於，包括發熱電阻體；與該發熱電阻體的兩端分別電連接的第一引線部以及第二引線部；與所述第一引線部的端部以及所述第二引線部的端部中的、和連接於所述發熱電阻體的端部相反一側的端部分別電連接的第一電極取出部以及第二電極取出部；埋設有所述發熱電阻體、所述第一引線部與所述第二引線部、以及所述第一電極取出部與所述第二電極取出部的陶瓷基體；以及形成於該陶瓷基體的表面並與所述第一電極取出部以及所述第二電極取出部分別電連接的第一電極以及第二電極，其中，所述第一電極取出部與所述第一電極的連接部分的面積大於所述第一電極取出部與所述第一引線部的連接部分的面積。
2.如權利要求1所述的陶瓷加熱器，其特徵在於，所述第一電極取出部的與從所述第一引線部側朝向所述第一電極側的方向相垂直的 截面為圓形或橢圓形。
3.如權利要求2所述的陶瓷加熱器，其特徵在於，所述第一電極取出部具有面積增加部，該面積增加部越從所述第一引線部側朝向所述 第一電極側，垂直於該方向的截面的面積越大。
4.如權利要求3所述的陶瓷加熱器，其特徵在於， 所述第一電極取出部具有面積減小部或面積相同部，越從所述第一引線部側朝向所述第一電極側，面積減小部的垂直於該方向的截面的面 積越小，而面積相同部的垂直於該方向的截面的面積不變。
5.如權利要求1所述的陶瓷加熱器，其特徵在於， 所述陶瓷基體為棒狀，在該陶瓷基體的第一端部側埋設有所述發熱電阻體， 在所述陶瓷基體的側面形成有所述第一電極， 在所述陶瓷基體的第二端部的至少端面形成有所述第二電極， 所述第二電極取出部與所述第二電極的連接部分的面積大於所述第二電極取出部與 所述第二引線部的連接部分的面積。
6.如權利要求5所述的陶瓷加熱器，其特徵在於，所述第二電極取出部的與從所述第二引線部側朝向所述第二電極側的方向相垂直的 截面為圓形或橢圓形。
7.如權利要求6所述的陶瓷加熱器，其特徵在於，所述第二電極取出部具有面積增加部，該面積增加部越從所述第二引線部側朝向所述 第二電極側，垂直於該方向的截面的面積越大。
8.如權利要求7所述的陶瓷加熱器，其特徵在於， 所述第二電極取出部具有面積減小部或面積相同部，越從所述第二引線部側朝向所述第二電極側，面積減小部的垂直於該方向的截面的面 積越小，而面積相同部的垂直於該方向的截面的面積不變。
9.如權利要求7所述的陶瓷加熱器，其特徵在於，所述第二端部具有越朝向該第二端部的端面外徑越細的細徑部， 所述第二電極取出部的所述面積增加部埋設於所述細徑部。
10.如權利要求8所述的陶瓷加熱器，其特徵在於，所述第二端部具有越朝向該第二端部的端面外徑越細的細徑部， 所述第二電極取出部具有面積減小部，該面積減小部越從所述第二引線部側朝向所述 第二電極側，垂直於該方向的截面的面積越小， 並且，該面積減小部埋設於所述細徑部。
11.如權利要求10所述的陶瓷加熱器，其特徵在於，從所述第二引線部側朝向所述第二電極側，所述第二電極取出部依次配置有所述面積 增加部以及所述面積減小部。
12.如權利要求10所述的陶瓷加熱器，其特徵在於，所述第二端部具有越朝向該第二端部的端面外徑越細的細徑部，沿著該細徑部配置有 所述面積減小部。
13.如權利要求6至12中任意一項所述的陶瓷加熱器，其特徵在於，所述第二電極在所述第二端部的端面和與該端面連接的所述第二端部的側面的至少 一部分上形成，具有凹部的金屬嵌合部覆蓋所述第二電極。
14.如權利要求13所述的陶瓷加熱器，其特徵在於， 所述金屬嵌合部覆蓋所述第二電極的整個表面。
15.一種電熱塞，其特徵在於，具備權利要求1至14中任一項所述的陶瓷加熱器。
全文摘要
搭載在電熱塞等上的陶瓷加熱器由於在嚴酷的環境下使用，所以需要進一步提高其耐久性。本發明提供一種陶瓷加熱器(11)，包括發熱電阻體(13)；第一引線部(15)以及第二引線部(17)；與這些引線部(15、17)的端部分別電連接的第一電極取出部(19)以及第二電極取出部(21)；埋設有發熱電阻體(13)、第一引線部(15)與第二引線部(17)、以及第一電極取出部(19)與第二電極取出部(21)的陶瓷基體(23)；形成於該陶瓷基體(23)表面的第一電極(25)以及第二電極(27)。第一電極取出部(19)與第一電極(25)的連接部分的面積(S 1)大於與第一引線部(15)的連接部分的面積(S2)。
文檔編號H05B3/48GK101933392SQ20098010348
公開日2010年12月29日 申請日期2009年1月29日 優先權日2008年1月29日
發明者日浦規光 申請人:京瓷株式會社