JP3799198B2

JP3799198B2 - セラミックヒータの抗折強度測定方法

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Publication number: JP3799198B2
Application number: JP24437499A
Authority: JP
Inventors: 雅弘小西
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2019-08-31
Also published as: JP2001068257A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばグロープラグに用いられるセラミックヒータの抗折強度測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば図１１（ａ）に示すように、金属製の外筒１０１の先端にセラミックヒータ１０２を保持させたグロープラグ１００が知られており、ディーゼルエンジン等の始動促進に使用されている。セラミックヒータ１０２は、例えば棒状の絶縁性セラミック基体１０３の先端部に、導電性セラミックスにより形成されたＵ字形のセラミック発熱体１０４（抵抗発熱体）を埋設し、その両端に接続されたリード線１０５を介して通電することによりこれを抵抗発熱させるものとして構成される。ここで、リード線１０５は、その先端部をセラミック発熱体１０４の各端部内に埋設することによりこれに接続される。この他にも導電性セラミックの代りに、タングステン線等の高融点金属を用いた抵抗発熱体を埋設した形式のセラミックヒータも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなセラミックヒータ１０２において、発熱用ヒータやディーゼルエンジン等の始動促進用グロープラグ１００等の製造工程中、若しくは使用中に、セラミック発熱体１０４にクラックＫが発生したり、リード線１０５に断線Ｓを生じたりする場合がある（図１１（ｂ））。即ち、ホットプレス焼成後のセラミックヒータ１０２（セラミック基体１０３）表面研磨作業の際やグロープラグ１００の製造工程における外筒１０１のろう付け作業の際の機械的な外力を受けたり、又は使用中におけるセラミック発熱体１０４の冷熱サイクルに伴う熱応力を受けることによって、クラックＫや断線Ｓの発生を見る場合がある。
【０００４】
このようなクラックＫや断線Ｓが発生するのは、セラミックヒータ１０２の製造工程中におけるホットプレス焼結時に、脱脂工程で除去されなかった有機バインダに含まれる残炭素分がリード線１０５の表面において反応層Ｔを形成し、この反応層Ｔが機械強度的に弱い領域となっているのが一因と考えられる。即ち、このような反応層は焼結していないため、緻密化していないがさがさの状態の領域がセラミックヒータ１０２内に存在することになる。セラミックヒータ１０２内の限られた断面積内にこのような緻密化していない領域が存在することにより、セラミックヒータ１０２の機械的強度が不足することになるものと考えられる。また、リード線１０５とセラミック発熱体１０４との材質上の差異に伴い、両者の熱膨張率の差が、クラックＫや断線Ｓの発生に関与していることも充分に予測される。
【０００５】
リード線１０５として多くの場合Ｗ（タングステン）又はＷ合金が使用されている。リード線１０５をＰｔ（白金）等の他の高融点金属で構成することも考えられるが、これらの金属を用いても反応層Ｔの形成が常になくなるとは限らないこと、及びリード線１０５とセラミック発熱体１０４との材質上の差異に伴う両者の熱膨張率の差は依然として存在することから、クラックＫや断線Ｓの発生を抑制ないし防止し得る他の効果的な手段が望まれている。
【０００６】
本発明の課題は、高融点金属又は導電性セラミックスからなる抵抗発熱体におけるクラックの発生、及びリード線における断線の発生を抑制ないし防止し得るセラミックヒータの抗折強度測定方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために、本発明に係るセラミックヒータの抗折強度測定方法は、
軸直交断面で外径２Ｒを有する軸状の絶縁性セラミック基体と、
そのセラミック基体に埋設されるとともに、方向変換部を介して繋がれた両端部を有する抵抗発熱体と、
前記セラミック基体に埋設されるとともに、自身の一端部が前記抵抗発熱体の両端部にそれぞれ挿入・埋設される一対のリード線とを備えるセラミックヒータの抗折強度測定方法であって、
間隔ｌを隔てて配置された２つの支点上に、任意の前記リード線の表面と前記セラミック基体の表面との最短距離を形成する方向を下に向けて載置し、
前記両支点間の中央であって、前記抵抗発熱体に対する前記リード線の軸線方向における挿入深さの中点において、上方から荷重を印加したとき、
破断時の最大荷重Ｐから導かれる最大曲げ応力である抗折強度σが、
σ＝（Ｐ・ｌ）／（π・Ｒ ^３）
で求められることを特徴とする。
【０００８】
上記本発明によれば、抵抗発熱体におけるクラックの発生及びリード線における断線の発生を抑制し又は防止するのに充分な機械的強度である抗折強度（最大曲げ応力）σが４００ＭＰａ以上のセラミックヒータが、確実に得られる。したがって、製造工程を大幅に変更したりすることなく、クラックや断線の発生を抑制し又は防止できる。
【０００９】
しかも本発明のリード線は、Ｗ又はＷ合金により形成することができるので、既存のセラミックヒータと同様の加熱性能を維持しつつ、製造段階や使用段階でのリード線における断線の発生を抑制又は防止して、歩留まりや品質の向上も図ることができる。
【００１０】
さらに本発明の抵抗発熱体は、導電性セラミックスにより形成されたセラミック発熱体としてもよい。耐久性に優れた特性を有する（繰り返し使用に耐える）導電性セラミックスを用いることにより、セラミックヒータの寿命を向上させることができる。一方、機械的強度を増すためにリード線をセラミックヒータの中心軸線に近づけて配置するとき、リード線の接続重なり（埋設）部分の抵抗発熱体もセラミックヒータの中心軸線に近づけて、すなわちセラミックヒータの表面からは遠ざけて配置される場合がある。この場合には発熱特性（短時間でのヒータ表面の昇温）からみると不利となる。しかし、発熱特性に優れた導電性セラミックスの採用により、これらの不利は解消可能となる。
【００１１】
ここで、上記導電性セラミックスは、導電性を担う成分としてＷ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｃｒから選ばれた少なくとも１種の炭化物、窒化物又は珪化物を含有することができる。これらの導電性セラミックスの採用により、一層発熱特性に優れたセラミックヒータが得られる。
【００１２】
さらに本発明のリード線の端部は、セラミック発熱体に埋設され、セラミック発熱体に対するリード線の軸線方向の挿入深さＨを、０．３≦Ｈ≦７ｍｍに設定できる。０．３ｍｍ未満の場合には、リード線のセラミック発熱体からの脱落やリード線とセラミック発熱体との間の導通不良の可能性が高まる。また、７ｍｍを超える場合には、リード線の接触面積が増大するため反応層の領域が増える。反応層の領域が増加すると、この部分の機械的強度が低下する恐れが大きくなる。したがって、リード線を上記の範囲でセラミック発熱体に埋設することにより、セラミックヒータの機械的強度を確保できるとともに、セラミックヒータの製造工程中に、リード線とセラミック発熱体との間に導通不良を生じたり、リード線が折れたりする不良数を減らすことができるため、製品歩留まりが向上する。
【００１３】
さらに本発明のリード線の線径φＤは、０．２≦φＤ≦０．８ｍｍに設定できる。０．２ｍｍよりも小さい場合には、リード線の電気抵抗値が上昇するため、発熱体に十分な電力を供給することが困難になり、また断線を生じやすくなる。また、０．８ｍｍを超える場合には、リード線の接触面積が大きくなるため、反応層の形成される面積が増大する。セラミックヒータ内の限られた断面積内にこのような緻密化していない反応層の面積が増大すると、セラミックヒータの機械的強度が不足することになる。したがって、リード線径をこの範囲内に収めることにより、発熱体に十分な電力を供給することができるとともに、セラミックヒータの強度を確保することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係るセラミックヒータを用いたグロープラグを、その内部構造とともに示すものである。すなわち、グロープラグ５０は、その一端側に設けられたセラミックヒータ１と、セラミックヒータ１の先端部２が突出するようにその外周面を覆う金属製の外筒３、さらにその外筒３を外側から覆う筒状の金属ハウジング４等を備えている。そして、セラミックヒータ１と外筒３との間及び外筒３と金属ハウジング４との間は、それぞれろう付けにより接合されている。また、セラミックヒータ１の後端部には、金属線により両端が弦巻ばね状に形成された結合部材５の一端が外側から嵌合されるとともに、その他端側は、金属ハウジング４内に挿通された金属軸６の一方の端部に嵌着されている。そして、金属軸６の他方の端部側は金属ハウジング４の外側へ延びるとともに、その外周面に形成されたねじ部６ａにナット７が螺合される。このナット７を金属ハウジング４に向けて締めつけることにより、金属軸６が金属ハウジング４に対して固定されている。また、ナット７と金属ハウジング４との間には絶縁ブッシュ８が嵌め込まれている。そして、金属ハウジング４の外周面には、図示しないエンジンブロックにグロープラグ５０を固定するためのねじ部５ａが形成されている。
【００１５】
セラミックヒータ１は、図２に示すように、ほぼ円形の断面を有する軸状の絶縁性セラミック基体１３中に、一方の基端部から延びた後、方向変換して他方の基端部へ至る方向変換部１０ａと、その方向変換部１０ａの各基端部から同方向に延びる２本の直線部１０ｂとを有するＵ字状のセラミック発熱体１０（抵抗発熱体）を備えている。さらに、セラミック発熱体１０の両端部には、線状又はロッド状の一対のリード線１１及び１２の先端部が埋設される。そのセラミック発熱体１０は、セラミックヒータ１の先端部２において、その方向変換部１０ａがセラミックヒータ１の先端側を向くように埋設されている。
【００１６】
また、各リード線１１及び１２は、セラミック基体１３中においてセラミック発熱体１０から離間する方向に延びている。そして、その一方のもの（１２）は外筒３内において、他方のもの（１１）はセラミック基体１３の他方の端部近傍において、それぞれその後端部がセラミック基体１３の表面に露出して、露出部１２ａ及び１１ａを形成している。
【００１７】
セラミック発熱体１０は、導電性を有するセラミックス、例えば導電性を担う成分としてＷ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｃｒから選ばれた少なくとも１種の炭化物、窒化物又は珪化物を含有するセラミックスにより形成することができる。具体的には、炭化タングステン（ＷＣ）、珪化モリブデン（ＭｏＳｉ_２）、炭化タングステンと窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）との複合物等により構成されるが、炭化珪素（ＳｉＣ）など半導体セラミックスを使用することもできる。また、リード線１１及び１２はタングステン（Ｗ）あるいはタングステン−レニウム（Ｒｅ）合金等の高融点金属材料で構成される。一方、セラミック基体１３は、主に絶縁性のセラミックス、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、チタニア（ＴｉＯ_２）、マグネシア（ＭｇＯ）、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ₃・２ＳｉＯ_２）、ジルコン（ＺｒＯ_２・ＳｉＯ_２）、コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等により構成される。
【００１８】
図２において、セラミック基体１３の表面には、そのリード線１２の露出部１２ａを含む領域に、ニッケル等の金属薄層（図示せず）が所定の方法（例えばメッキや気相製膜法など）により形成されている。そして、該金属薄層を介してセラミック基体１３と外筒３とがろう付けにより接合されるとともに、リード線１２がその露出部１２ａを介して外筒３と導通している。また、リード線１１の露出部１１ａを含む領域にも同様に金属薄層が形成されており、ここに結合部材５がろう付けされている。このように構成することで、図示しない電源から、金属軸６（図１）、結合部材５及びリード線１１を介してセラミック発熱体１０に対して通電され、さらにリード線１２、外筒３、金属ハウジング４（図１）、及び図示しないエンジンブロックを介して接地される。この通電により、セラミック発熱体１０は抵抗発熱することとなる。
【００１９】
［実施例］
以下、本発明に係るセラミックヒータ１について、具体的実施例をその製造方法とともに説明する。まず、図３（ａ）に示すように、セラミック発熱体１０に対応したＵ字形状のキャビティ３２を有した金型３１に対しリード線材３０を、その端部が該キャビティ３２内に入り込むように配置する。そして、その状態で、ＷＣ−Ｓｉ_３Ｎ_４系導電性セラミック粉末とバインダとを含有するコンパウンド３３を射出することにより、同図（ｂ）に示すように、リード線材３０とＵ字状の導電性セラミック粉末成形部３４とが一体化された一体射出成形体３５を作成する。
【００２０】
一方これとは別に、セラミック基体１３を形成するセラミック粉末を予め金型プレス成形することにより、図４（ａ）に示すような、上下別体に形成された予備成形体３６及び３７を用意しておく。ここで、セラミック基体１３を形成するセラミック粉末は、例えば平均粒子径０．５〜１．５μｍのＳｉ_３Ｎ_４粉末７５〜９５重量％と、平均粒子径０．５〜１．５μｍのＥｒ_２Ｏ_３粉末１〜１５重量％と、平均粒子径０．５〜１．５μｍのＳｉＯ_２粉末０．５〜１０重量％と、平均粒子径０．５〜１．５μｍのＭｏＳｉ_２粉末０．５〜１０重量％とを混合して調製する。なお、Ｅｒ_２Ｏ_３の代わりに、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３等の希土類元素酸化物を用いてもよい。また、ＳｉＯ_２の代わりに、ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３との混合物を用いたり、Ａｌ_２Ｏ_３のみを用いたりしてもよい。これら予備成形体３６及び３７は、セラミック基体１３を、その軸線とほぼ平行な断面により２分割したと仮定した場合の、その各分割部に対応する形状に形成されており、各々その分割面に相当する部分に、上記一体射出成形体３５に対応した形状の凹部３８が形成されている。そして、この凹部３８に一体射出成形体３５を収容し、上下の予備成形体３６及び３７を型合わせするとともに、その状態でこれら予備成形体３６、３７及び一体射出成形体３５をさらに金型を用いてプレス・一体化することにより、図４（ｂ）に示すような、複合成形体３９を作成する。
【００２１】
こうして得られた複合成形体３９は、まず射出成形による導電性セラミック粉末成形部３４あるいは予備成形体３６及び３７からバインダ成分等を除去するために、Ｓｉ_３Ｎ_４系セラミック粉末に埋設した状態で、Ｎ_２雰囲気中で仮焼され脱脂が行われる。続いて、図５（ａ）に示すように、離型剤を塗布した脱脂後の複合成形体３９を上下金型（カーボン型）４０の間にセットし、３００ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧しながら１８００℃で９０分間ホットプレス焼成を行うことにより、同図（ｂ）に示すような焼成体４１となる。このとき、図４（ｂ）に示す導電性セラミック粉末成形部３４がセラミック発熱体１０を、予備成形体３６及び３７がセラミック基体１３を、リード線材３０がリード線１１及び１２をそれぞれ形成することとなる。その後、焼成体４１の外面にセンタレス研磨加工を施すことにより、図６に示すようなセラミック基体外径２Ｒが例えば２Ｒ＝３．５ｍｍのセラミックヒータ１が得られる。
【００２２】
図６は、射出成形によって製造されるセラミックヒータ１の代表的な断面構造例を示す。図６において、セラミックヒータ１のセラミック発熱体１０は、軸直交断面において、中心軸線を挟んで両側に疑似楕円形の形態を有する。一方、軸断面においては、その直線部１０ｂが、方向変換部１０ａと断面積が略等しい（図では幅が略等しい）先端側直線部１０ｂ１と、方向変換部１０ａよりも断面積が大きい（図では先端側直線部１０ｂ１から中心軸側のみ拡幅し、方向変換部１０ａよりも幅が大きい）基端側直線部１０ｂ２とから形成されている。
【００２３】
［試験例１］
図３（ａ）において、キャビティ３２に対するリード線材３０の相対的な位置を変更して、第１の試験品を作成した。具体的には、図６に示すセラミックヒータ１完成時のリード線１１，１２の埋設部における軸直交断面において、セラミック基体１３の半径をＲとし、最短距離をＬとして、Ｌ／Ｒを、０．２〜０．６まで変化させた。なお、試験品はＬ／Ｒごとに３個ずつ作成した。
【００２４】
次にホットプレス焼成及び表面研磨を行って得られた試験品（各Ｌ／Ｒごとに３個）に対し、次のような耐久試験を実施した。すなわち、セラミックヒータ１のリード線１１，１２に６０秒間通電後６０秒間通電停止を１サイクルとして、連続２０，０００サイクルの繰り返し耐久試験を行った。その後、図６に表される３点曲げ抗折試験を実施し、抗折強度σを求めた。その試験手順は次のように行う。▲１▼まず、３点曲げ抗折試験装置２０の２つの支点２１，２２は、略水平方向にスパンｌ＝１２ｍｍの間隔を隔てて配置され、支点２１，２２の上面はそれぞれ半径ｒ＝１．５ｍｍの半円柱面２１ａ，２２ａに形成されている。表面粗さが０．８μｍＲｍａｘ（最大高さ）以下に表面研磨されたセラミックヒータ１の先端部２が、最短距離Ｌを形成する方向を下に向けた状態で、両支点２１，２１の半円柱面２１ａ，２２ａ上に跨るように載置される。▲２▼次に、下面に半径ｒ＝１．５ｍｍの半円柱面２３ａが形成される荷重点２３が、両支点２１，２２間の中央上方であって、セラミック発熱体１０（抵抗発熱体）に対するリード線１１，１２の軸線方向の挿入深さＨ（接続重なり長さ）の中点において、セラミックヒータ１に上方から当接する。▲３▼そして、セラミックヒータ１に、クロスヘッド速度０．５ｍｍ／ｍｉｎの荷重を印加し、セラミックヒータ１の破断時の最大荷重Ｐから導かれる最大曲げ応力を抗折強度σとして測定する（若しくは計算して求める）。
【００２５】
すなわち、破断時の最大荷重をＰ、支点２１，２２間距離をｌ、セラミック基体１３の半径をＲとしたとき、抗折強度σは、次式で求められる。
σ＝（Ｐ・ｌ）／（π・Ｒ^３）（１）
図６に示す通り、３点曲げ抗折試験装置２０に対するセラミックヒータ１のセット位置に関して、最も破壊が起こりやすい最短距離Ｌを形成する方向を下に向け、かつ荷重Ｐの印加方向と一致させて、垂直方向に置くことにより、ここで求められたセラミックヒータ１の抗折強度σは、曲げに対する設計上の許容応力として意味付けられる。すなわち、セラミック焼成体は一般的に圧縮には強いが引張りには弱い。３点曲げ試験の場合、セラミックヒータ１の軸直交断面において、断面の下方側で引張応力が生じ、上方側で圧縮応力が生じているから、下端側から破壊が発生する。したがって、最短距離Ｌを形成する方向を下に向けることによって、前記反応層が最も下方に位置することになるので、最短距離Ｌを形成する部分から破壊が起こるようになる。なお、例えば抗折強度σ≧４００ＭＰａに設定すれば、セラミック発熱体１０（抵抗発熱体）におけるクラックの発生及びリード線１１，１２における断線の発生を抑制し又は防止するのに充分な機械的強度（最大曲げ応力）を有するセラミックヒータ１か否かを、上記した３点曲げ抗折試験により確実にかつ容易に検査できる。
【００２６】
上記［試験例１］の３点曲げ抗折試験に用いた試験装置２０は、ＡＧ−５０００型オートグラフ（島津製作所製、５００ｋｇｆロードセル装着）である。なお、セラミックヒータ１の先端から荷重点２３までの水平方向距離Ｍは、図６の実施例の場合Ｍ＝７．５ｍｍであり、また、図６において、＋側のリード線１２が上方側（荷重点２３の位置する側）にセットされている。また、支点２１，２２及び荷重点２３の形態について、図６に示すトンネル形状以外に、円柱状や半円柱状などでもよく、半円柱面２１ａ，２２ａ，２３ａを有していればよい。さらに、その他の測定条件は、ＪＩＳＲ１６０１（ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法）に準拠する。
【００２７】
以上の抗折強度の測定結果を図７に示す。抵抗強度σが４００ＭＰａに達しない場合は不良品とし、不良品の有（×）無（○）により、耐久試験の結果判定を行った。図７で見る通り、Ｌ／Ｒが０．３以上では、抗折強度σが４００ＭＰａ以上の充分な機械的強度を確保している。なお、Ｌ／Ｒが０．３未満では、セラミック発熱体１０に対するリード線１１，１２の軸線方向の挿入部がセラミック基体１３の表面に近づいていくので、充分な抗折強度σが得られなくなる可能性が高くなる。
【００２８】
［試験例２］
再び、図３（ａ）において、キャビティ３２に対するリード線材３０の相対的な位置を変更して、第２の試験品を作成した。具体的には、図３（ｂ）において、導電性セラミック粉末成形部３４（セラミック発熱体１０）に対するリード線材３０，３０（リード線１１，１２）の軸線方向の挿入深さＨを、０．２〜８ｍｍまで変化させた。なお、試験品は挿入深さＨごとに１０個ずつ作成した。
【００２９】
次にこのようにして得られた試験品（各挿入深さＨごとに１０個）に対し、リード線材３０，３０（リード線１１，１２）と導電性セラミック粉末成形部３４（セラミック発熱体１０）との間の導通試験を実施し、導通不良の個数を数えた。一方、個々の試験品についてホットプレス焼成を行い、図６に示すセラミックヒータ１を作成した。そして、図６に表される３点曲げ抗折試験を実施し、抗折強度σを求め、抗折強度σが４００ＭＰａ未満である個数を数えた。なお、３点曲げ抗折試験の実施方法は、［試験例１］に準拠する。
【００３０】
ここで、抗折強度σのしきい値を４００ＭＰａに設定したのは、［試験例１］において充分な機械的強度（曲げ強さ）を確保できることが確認されたからである。なお、試験品１０個のうち、不良品（抗折強度σが４００ＭＰａ未満又は導通不良の個数が０のときは優（○）、１〜２個のときは可（△）、３個以上のときは不可（×）と評価する。
【００３１】
以上の抗折強度と、導通状態の測定結果を図８に示す。図８で見る通り、図３の射出成形によって製造されたセラミックヒータ１の場合、挿入深さＨが７ｍｍ以下では、抗折強度σが４００ＭＰａ以上の機械的強度をほぼ確保しており、一方、挿入深さＨが０．３ｍｍ以上では、導通が良好な状態がほぼ保たれている。なお、挿入深さＨが０．３ｍｍ未満では、リード線１１，１２のセラミック発熱体１０（あるいは射出成形体）からの脱落や導通不良の可能性が高まり、また、挿入深さＨが７ｍｍを超えると、リード線１１，１２とセラミック発熱体１０との接触面積の増大につれて反応層が増え、機械強度的に弱くなる恐れが増す。ところで、後述の図１０（ｂ）の厚膜印刷によって製造されたセラミックヒータ１Ｂの場合、射出成形よりも精密な処理ができるため、挿入深さＨの下限値を０．３ｍｍ以下にまで広げることが可能である。
【００３２】
［試験例３］
再び、図３（ａ）において、キャビティ３２に対するリード線材３０の線径φＤを変更して、第３の試験品を作成した。具体的には、リード線材３０（リード線１１，１２）の線径φＤを、０．１〜０．９ｍｍまで変化させた。なお、試験品は線径φＤごとに１０個ずつ作成した。
【００３３】
次にホットプレス焼成及び表面研磨を行って得られた試験品（各線径φＤごとに１０個）に対し、図６に表される３点曲げ抗折試験を実施し、抗折強度σを求め、抗折強度σが４００ＭＰａ未満である個数を数えた。一方、個々の試験品について、リード線１１，１２間の通電試験を実施し、断線した個数を数えた。なお、３点曲げ抗折試験の実施方法は、［試験例１］及び［試験例２］に準拠する。
【００３４】
試験品１０個のうち、不良品（抗折強度σが４００ＭＰａ未満又は断線状態）の個数が０のときは優（○）、１〜２個のときは可（△）、３個以上のときは不可（×）と評価する。
【００３５】
以上の抗折強度と、断線チェックの測定結果を図９に示す。図９で見る通り、リード線径φＤが０．８ｍｍ以下では、抗折強度σが４００ＭＰａ以上の機械的強度をほぼ確保しており、一方、リード線径φＤが０．２ｍｍ以上では、リード線の断線がほとんどない状態が保たれている。なお、リード線径φＤが０．２ｍｍ未満では、リード線１１，１２が細すぎて断線の恐れが高まり、また、リード線径φＤが０．８ｍｍを超えると、リード線１１，１２とセラミック発熱体１０との接触面積の増大につれて反応層が増え、機械強度的に弱くなる恐れが増す。
【００３６】
図１０には、本発明に係るセラミックヒータの別実施例を示し、図１０（ａ）は図６の第一実施例に代わる第二実施例の正面断面図及びＢ−Ｂ横断面図、図１０（ｂ）はさらに別の第三実施例のＣ2−Ｃ2縦断面図及びＣ1−Ｃ1横断面図である。図１０（ａ）は、射出成形によって製造されるセラミックヒータの図６に代わる断面構造例を示す。図１０（ａ）において、セラミックヒータ１’のセラミック発熱体１０’は、軸直交断面において、中心軸線を挟んで両側に疑似半月形の形態を有する。一方、軸断面においては、その直線部１０ｂ’が、方向変換部１０ａ’と断面積が略等しい（図では幅が略等しい）先端側直線部１０ｂ１’と、方向変換部１０ａ’よりも断面積が基端側へ向かうに従い徐々に小さくなる（図では先端側直線部１０ｂ１’から表面側のみ幅縮小し、方向変換部１０ａ’よりも基端側へ向かうに従い徐々に狭くなる）基端側直線部１０ｂ２’とから形成されている。また、３点曲げ抗折試験装置２０に対するセラミックヒータ１’のセットは、図６と同様、最短距離Ｌを形成する方向を下に向け、かつ荷重Ｐの印加方向と一致させて行われる。
【００３７】
図１０（ｂ）は、厚膜印刷によって製造されるセラミックヒータ１”（ヒータ本体）の断面構造例を示す。例えばＷＣ等の導電性セラミックスペーストを用いてスクリーン印刷等によりパターン形成されたセラミック発熱体１０”を絶縁性のセラミック基体１３”中に埋設するとともに、セラミック発熱体１０”に４本のリード線１１”、１１”、１２”、１２”を埋設し、これらを焼成することにより、セラミックヒータ１”が得られる。図１０（ｂ）において、セラミックヒータ１”のセラミック発熱体１０”は、軸直交断面において、４本のリード線１１”、１１”、１２”、１２”の接線状の形態を有する。一方、軸断面においては、その直線部１０ｂ”が、方向変換部１０ａ”と断面積が略等しい（図では幅が略等しい）先端側直線部１０ｂ１”と、方向変換部１０ａ”よりも断面積が大きい（図では先端側直線部１０ｂ１”から両側において拡幅し、方向変換部１０ａ”よりも幅が大きい）基端側直線部１０ｂ２”とから形成されている。なお、図１０（ｂ）に示すセラミックヒータ１”は、１個のセラミック発熱体１０”と一対のリード線１１”、１２”を組として、２組のヒータを備えた４極構造で構成されている。また、３点曲げ抗折試験装置２０に対するセラミックヒータ１”のセットは、図６と同様、最短距離Ｌを形成する方向を下に向け、かつ荷重Ｐの印加方向と一致させて行われるが、図示の都合上一部省略した。
【００３８】
本発明の抵抗発熱体として、導電性セラミックスにより形成されたセラミック発熱体の他に、ＷあるいはＷ−Ｒｅ合金等の金属製発熱線又は発熱コイル等であってもよい。なお、図６、図１０等で示されるような、本発明の主要部をなすセラミックヒータ１，１’、１”の内部構造については、切断等の破壊手段によらなくても、Ｘ線等の透過装置により可視化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るセラミックヒータを用いたグロープラグの一例を示す正面部分断面図。
【図２】図１のセラミックヒータの正面断面図。
【図３】セラミックヒータの製造工程説明図。
【図４】図３に続く工程説明図。
【図５】図４に続く工程説明図。
【図６】本発明に係るセラミックヒータの第一実施例を示す正面断面図及びＡ−Ａ横断面図。
【図７】試験例１の測定結果を示す表。
【図８】試験例２の測定結果を示す表。
【図９】試験例３の測定結果を示す表。
【図１０】本発明に係るセラミックヒータの別実施例を示し、図１０（ａ）は第二実施例の正面断面図及びＢ−Ｂ横断面図、図１０（ｂ）は第三実施例のＣ2−Ｃ2縦断面図及びＣ1−Ｃ1横断面図。
【図１１】従来のグロープラグのセラミックヒータの構造を示す模式図。
【符号の説明】
１セラミックヒータ
２先端部
１０セラミック発熱体（抵抗発熱体）
１１，１２リード線
１３セラミック基体
２１，２２支点
２３荷重点
φＤリード線の線径
Ｈセラミック発熱体に対するリード線の軸線方向の挿入深さ（接続重なり長さ）
Ｌ任意のリード線の表面とセラミック基体の表面との最短距離
Ｒセラミック基体の半径
σ 抗折強度

Claims

軸直交断面で外径２Ｒを有する軸状の絶縁性セラミック基体と、
そのセラミック基体に埋設されるとともに、方向変換部を介して繋がれた両端部を有する抵抗発熱体と、
前記セラミック基体に埋設されるとともに、自身の一端部が前記抵抗発熱体の両端部にそれぞれ挿入・埋設される一対のリード線とを備えるセラミックヒータの抗折強度測定方法であって、
間隔ｌを隔てて配置された２つの支点上に、任意の前記リード線の表面と前記セラミック基体の表面との最短距離を形成する方向を下に向けて載置し、
前記両支点間の中央であって、前記抵抗発熱体に対する前記リード線の軸線方向における挿入深さの中点において、上方から荷重を印加したとき、
破断時の最大荷重Ｐから導かれる最大曲げ応力である抗折強度σが、
σ＝（Ｐ・ｌ）／（π・Ｒ ^３）
で求められることを特徴とするセラミックヒータの抗折強度測定方法。
軸直交断面で外径２Ｒを有する軸状の絶縁性セラミック基体と、
そのセラミック基体に埋設されるとともに、両端部がその両端部を繋ぐ方向変換部よりも拡幅して拡がり部を構成する抵抗発熱体と、
前記セラミック基体に埋設されるとともに、自身の一端部が前記抵抗発熱体の拡がり部の幅中心よりも前記セラミック基体の中心軸線側に位置して当該拡がり部にそれぞれ挿入・埋設される一対のリード線とを備えるセラミックヒータの抗折強度測定方法であって、
間隔ｌを隔てて配置された２つの支点上に、任意の前記リード線の表面と前記セラミック基体の表面との最短距離を形成する方向を下に向けて載置し、
前記両支点間の中央であって、前記抵抗発熱体に対する前記リード線の軸線方向における挿入深さの中点において、上方から荷重を印加したとき、
破断時の最大荷重Ｐから導かれる最大曲げ応力である抗折強度σが、
σ＝（Ｐ・ｌ）／（π・Ｒ ^３）
で求められることを特徴とするセラミックヒータの抗折強度測定方法。