(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックヒータの絶縁耐圧を検査するためのセラミックヒータ検査治具であって、
被検査セラミックヒータを収容するための筒状凹部を有する導電部材と、
前記導電部材の上部に設けられ、前記セラミックヒータを挿通するための挿通口が、該導電部材の該筒状凹部と連通するように設けられた絶縁部材と、
該導電部材の前記筒状凹部の下端に配設され、前記セラミックヒータを昇降するための昇降部材と、から成ることを特徴とするセラミックヒータ検査治具。
【請求項２】
前記昇降部材の下端外周に螺刻が設けられると共に、該螺刻と螺合する螺刻が、前記導電部材の前記筒状凹部の下端に設けられ、
前記筒状凹部の螺刻が、該昇降部材の上端面よりも下方位置に形成されていることを特徴とする請求項１のセラミックヒータ検査治具。
【請求項３】
前記筒状凹部の上端が面取りされていることを特徴とする請求項１又は２のセラミックヒータ検査治具。
【請求項４】
前記絶縁部材の前記挿通口の口径が、前記導電部材の前記筒状凹部の口径よりも小さく形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のセラミックヒータ検査治具。
【請求項５】
前記絶縁部材が可撓性を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載のセラミックヒータ検査治具。
【請求項６】
中空のセラミック碍管と、
該セラミック碍管の外周面に設けられた第２セラミック層と、
第２セラミック層の外周面に設けられた第１セラミック層と、
前記第１セラミック層と前記第２セラミック層との間に形成されたヒータ配線と、
を備えるセラミックヒータを検査するセラミックヒータの検査方法において、
導電部材の凹部に前記セラミックヒータを挿入し、該導電部材と前記セラミックヒータのヒータ配線との間に高電圧を印加し、該セラミックヒータの絶縁耐圧を検査することを特徴とするセラミックヒータの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックヒータの絶縁耐圧検査用の検査治具に関し、特に、液体を用いないセラミックヒータ検査治具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セラミック層の間にメタライズヒータ配線を内蔵するセラミックヒータが種々の加熱用に用いられるようになっている。セラミックヒータでは、メタライズヒータ配線が薄いセラミック層にて覆われているため、該メタライズヒータ配線と外部との絶縁が保たれているかの検査を、最終製造工程に於いて行う必要がある。
【０００３】
図６を参照して、セラミックヒータの従来の絶縁試験方法について説明する。セラミックヒータ１０の上端には、内部のヒータ配線１６に接続された端子１６ａが露出している。この端子端子１６ａにパンクチャーと呼ばれる検査装置８０の正側電極８２を取り付けると共に、負側電極８４を収容容器７０中の水（水道水又は地下水）７２に浸漬する。そして、該水７２を満たした収容容器７０にセラミックヒータ１０を浸漬する。この状態で、検査装置８０から数ＫＶの電圧を印加し、電流が流れるか否かに基づき、該セラミックヒータ１０の良否を判断する。ここで、セラミックヒータ１０の絶縁が保たれていないとき、及び、印加された数ＫＶの電位に耐え得るだけの絶縁が維持されていないときには、端子１６ａからの電位が、ヒータ配線１６及び該ヒータ配線１６外周のセラミック層を介して水７２側に流れる。他方、該セラミックヒータ１０の絶縁が保たれているときには、電流が流れない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この検査方法は、セラミックヒータの検査を繰り返している内に、検査用の水が汚れて、水の導電率が変化し該セラミックヒータ１０に印加される電圧が変わって誤判定を生ずることがあった。更に、この方法では、水上がりにより水の上面がセラミックヒータの端子に近づき、誤判定の原因となっていた。即ち、図中に示すように端子１６ａ近傍までヒータ配線１６の検査を行おうとすると、端子１６ａ近くまで水７２中にセラミックヒータ１０を浸漬する必要があるが、水の表面張力により矢印Ａで示すように水上がりが生じ、水の上端面７２ａがセラミックヒータ１０の端子１６ａ（正側電極８２）に近づき、該上端面７２ａと正側電極８２との間で短絡が発生し、絶縁の保たれているセラミックヒータ１０を不良品と判断することがあった。係る誤判断を防ぐためには、セラミックヒータ１０の端子１６ａを水の上端面から離す必要があるが、端子１６ａを水から離す程、検査を行い得る範囲が狭まり、端子１６ａの下方位置（図中にαで示す）のヒータ配線１６の検査を行い得なくなる。
【０００５】
また、この検査方法では、水を介して漏電する危険性があるため、作業者には非常に慎重な作業が要求された。更に、検査においてセラミックヒータ１０が濡れるため、検査後にセラミックヒータを乾燥させる必要があり、作業能率が低かった。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、検査精度が高いと共に安全に作業を行い得るセラミックヒータ検査治具を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１のセラミックヒータ検査治具では、
セラミックヒータの絶縁耐圧を検査するためのセラミックヒータ検査治具であって、
被検査セラミックヒータを収容するための筒状凹部を有する導電部材と、
前記導電部材の上部に設けられ、前記セラミックヒータを挿通するための挿通口が、該導電部材の該筒状凹部と連通するように設けられた絶縁部材と、
該導電部材の前記筒状凹部の下端に配設され、前記セラミックヒータを昇降するための昇降部材と、から成ることを技術的特徴とする。
【０００８】
請求項２のセラミックヒータ検査治具では、請求項１において、
前記昇降部材の下端外周に螺刻が設けられると共に、該螺刻と螺合する螺刻が、前記導電部材の前記筒状凹部の下端に設けられ、
前記筒状凹部の螺刻が、該昇降部材の上端面よりも下方位置に形成されていることを技術的特徴とする。
【０００９】
請求項３のセラミックヒータ検査治具では、請求項１又は２において、前記筒状凹部の上端が面取りされていることを技術的特徴とする。
【００１０】
請求項４のセラミックヒータ検査治具では、請求項１乃至３において、前記絶縁部材の前記挿通口の口径が、前記導電部材の前記筒状凹部の口径よりも小さく形成されていることを技術的特徴とする。
【００１１】
請求項５のセラミックヒータ検査治具では、請求項１乃至４において、前記絶縁部材が可撓性を有することを技術的特徴とする。
【００１２】
請求項６のセラミックヒータの検査方法では、中空のセラミック碍管と、
該セラミック碍管の外周面に設けられた第２セラミック層と、
第２セラミック層の外周面に設けられた第１セラミック層と、
前記第１セラミック層と前記第２セラミック層との間に形成されたヒータ配線と、
を備えるセラミックヒータを検査するセラミックヒータの検査方法において、
導電部材の凹部に前記セラミックヒータを挿入し、該導電部材と前記セラミックヒータのヒータ配線との間に高電圧を印加し、該セラミックヒータの絶縁耐圧を検査することを技術的特徴とする。
【００１３】
【作用】
請求項１の発明では、セラミックヒータ検査治具が、筒状凹部を有する導電部材からなり、従来の湿式の検査装置と異なり水を用いないため、検査後にセラミックヒータを乾燥させる必要がない。また、水を用いないため、水の汚れに起因する誤判定がなくなる。更に、水を用いた際には、水上がりにより水の上面がセラミックヒータの端子に近づき、誤判定の原因となっていたが、この乾式のセラミックヒータ検査治具では、係る誤判定が生じない。
【００１４】
更に、請求項１の発明では、昇降部材によってセラミックヒータを昇降し得るため、長さの異なるセラミックヒータを１つのセラミックヒータ検査治具にて検査することができる。
【００１５】
また、水を用いないため、検査中の感電を防ぐことができる。特に、導電部材の上部に絶縁部材が設けられているため安全である。
【００１６】
請求項２の発明では、筒状凹部の螺刻が、昇降部材の上端面よりも下方位置に形成されているため、該螺刻が、筒状凹部に収容されているセラミックヒータを望むことがない。すなわち、該筒状凹部の側壁と昇降部材の上端面とによって形成される平滑面内に、セラミックヒータが収容されているため、電界強度の勾配が急峻になることがなく、高い精度で検査を行うことができる。
【００１７】
請求項３の発明では、筒状凹部の上端が面取りされており、該上端で電界強度の勾配が急峻になることがないので、高い精度で検査を行うことができる。
【００１８】
請求項４の発明では、絶縁部材の挿通口の口径が、導電部材の筒状凹部の口径よりも小さく形成されているため、該筒状凹部からセラミックヒータの端子への放電が該挿通口にて遮られ、セラミックヒータの端子よりも僅かに下方の位置まで絶縁耐圧の検査を行い得る。更に、筒状凹部からの放電が遮れるため安全である。
【００１９】
請求項５の発明では、可撓性を有する該絶縁部材の挿通口が、該導電部材の該筒状凹部と連通するように設けられているので、該挿通口によってセラミックヒータを支持することができる。
【００２０】
請求項６の発明では、従来の湿式の検査装置と異なり水を用いないため、検査後にセラミックヒータを乾燥させる必要がない。また、水を用いないため、水の汚れに起因する誤判定がなくなる。更に、水を用いた際には、水上がりにより水の上面がセラミックヒータの端子に近づき、誤判定の原因となっていたが、この乾式のセラミックヒータ検査方法では、係る誤判定が生じない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施態様について図を参照して説明する。
ここで、本発明の実施態様に係るセラミックヒータ検査治具の説明に先立ち、該セラミックヒータ検査治具にて検査を行うセラミックヒータ１０及びその製造方法について述べる。
【００２２】
図１に示すようにセラミックヒータ１０は、中空のセラミック碍管３０の外周に、外側の第１セラミック層１２及び内側の第２のセラミック層１４を配置して成る。この第１セラミック層１２と第２セラミック層１４との間には、ヒータ配線１６が配設されている。セラミックヒータ１０の上部位置には、ヒータ配線１６への接続用の端子１６ａが取り付けられている。該セラミックヒータ１０は、自動車の排気ガス浄化のために酸素濃度を測定するジルコニア酸素センサを３００°Ｃ程度に加熱するのに用いられる。
【００２３】
次に、上記セラミックヒータの製造方法について図２を参照して述べる。
先ず、第１、第２セラミック層１２、１４の製造方法について説明する。アルミナ粉末にＭｇＯ２％（重量比、以下同じ）、ＣａＯ２％、ＳｉＯ２  ４％を混合してボールミルで５０〜８０時間、湿式粉砕した後に脱水乾燥する。この粉末にメタクリル酸イソブチルエステル３％、ブチルエステル３％、ニトロセルロース１％、ジオクチルフタレート０．５％を加え、更に、溶剤としてトリクロールエチレン、ｎ−ブタノールを加えてボールミルで混合して流動性のあるスラリーとする。これを減圧脱泡後に平板状に流し出して徐冷し、溶剤を発散させ、図２（Ａ）に示すように外側の第１セラミック層１２と成る厚さ０．２７ｍｍの第１アルミナグリーンシート１２γ、及び、内側の第２セラミック層１４と成る厚さ０．５ｍｍの第２アルミナグリーンシート１４γを形成する。
【００２４】
次に、ヒータ配線１６を形成するため、タングステン粉末にアルミナ等のセラミックを多めに混入しスラリー状にした高抵抗のメタライズインクを形成する。このタングステンメタライズインクを第２アルミナグリーンシート１４γに面状にスクリーン印刷して金属ペースト層１６γを形成する。図２（Ｂ）に、図２（Ａ）に示す第２アルミナグリーンシート１４γをＢ矢印に沿って見た平面図を示している。ここで、図２（Ａ）は、図２（Ｂ）のＣ−Ｃ断面に相当する。
【００２５】
そして、これら第１、第２グリーンシート１２γ、１４γを図２（Ｃ）に示すように熱圧着する。そして、この熱圧着したアルミナグリーンシート１２γ、１４γの一方の端部にヒータ配線からの接続用の端子１６ａを形成するための図示しないスルーホールを穿設し、該スルーホール内に、端子用のメタライズインクを充填する。そして、このように積層したアルミナグリーンシート１２γ、１４γを図１に示すセラミック碍管３０に巻き付け、１４００°Ｃ〜１６００°Ｃの非酸素雰囲気下で同時焼成する。この焼成時にアルミナグリーンシート１２γ、１４γが２割程度収縮し、アルミナグリーンシート１２γが焼成して成る外側の第１セラミック層１２は、０．２５ｍｍ程度の膜厚となる。焼成により形成したセラミックヒータの上記端子１６ａにニッケルメッキを施した後、後述する絶縁耐圧の試験を行う。そして、該試験を通ったものについて、当該端子１６ａに外部給電用のリード線を銀ロウ付けし、セラミックヒータ１０を完成する。
【００２６】
引き続き、本発明の実施態様に係る絶縁耐圧試験及び該試験に用いるセラミックヒータ検査治具２０について説明する。
該セラミックヒータ検査治具２０は、ステンレス製から成りセラミックヒータ１０を保持する保持部材３０と、該保持部材３０の上部に配設されたテフロン等の絶縁性樹脂からなるガイド部材４０と、当該保持部材３０の周囲に巻かれた絶縁性ゴムからなる保護部材５０とから構成されている。
【００２７】
保持部材３０は、セラミックヒータ１０を収容するための貫通孔３２が中央に形成されている。該貫通孔３２は、セラミックヒータ１０の外径よりも０．５ｍｍ程度大きく穿設されている。この貫通孔３２は、側壁３２ｃが平滑に形成され、該貫通孔３２の上端面３２ａは、面取りされ２Ｒ程度のアールが付けられている。また、下端３２ｂには、螺子山３４が螺刻されている。当該貫通孔の下部には、該螺子山３４と螺合する螺子山３８の形成された高さ調整螺子３６が配設されている。該高さ調整螺子３６の上端面３６ａは、貫通孔３２の側壁３２ｃと同様に平滑にされており、また、螺子山３８の上端部３８ａよりもγ１分高くなるように形成されている。また、該高さ調整螺子３６の下端には、六角レンチを嵌入するための６角レンチ孔３６ｂが穿設されている。この高さ調整螺子３６は、保持部材３０から着脱自在に構成されている。
【００２８】
該保持部材３０の上部には、貫通孔４２が形成されたガイド部材４０が、該貫通孔４２が保持部材３０の貫通孔３２と連通するように取り付けられている。該ガイド部材４０の貫通孔４２は、上端の開口部４２ａの内径が大きく、また、下端の開口部４２ｂが小さく形成され、後述するようにセラミックヒータ１０の差し替えが容易に行えるように構成されている。また、該下端の開口部４２ｂは、保持部材３０の貫通孔３２の内径よりもβ分（約０．５ｍｍ）だけ小さく形成されている。即ち、可撓性を有する絶縁性樹脂からなるガイド部材４０の開口部４２ｂの内径を小さくすることで（ほぼ、セラミックヒータ１０の外径と同じ）、セラミックヒータ１０を保持し得るようにしている。
【００２９】
引き続き、図３に示すセラミックヒータ検査治具２０を用いるセラミックヒータ１０の絶縁耐圧試験について図４を参照して説明する。
まず、図１に示すセラミックヒータ１０の端子１６ａに、パンクチャーと呼ばれる検査装置８０の正側端子８２を接続し、該セラミックヒータ１０を保持部材３０の貫通孔３２に挿入する。該検査装置８０の負側端子８４は、該保持部材３０に予め接続されている。
【００３０】
検査装置８０から約５．５ＫＶの電位を印加して、電流が流れるか否かに基づき該セラミックヒータ１０の良否を判断する。ここで、セラミックヒータ１０の絶縁が保たれていないとき、及び、印加された５．５ＫＶの電位に耐え得るだけの絶縁が維持されていないときには、端子１６ａからの電位が、ヒータ配線１６及び該ヒータ配線１６外周の第１セラミック層１２を介して保持部材３０側に流れる。他方、該セラミックヒータ１０の絶縁が保たれているときには、電流が流れないため、良品と判断する。
【００３１】
ここで、本実施態様のセラミックヒータ検査治具２０による絶縁耐圧試験と、図６を参照して上述した従来技術の水を用いる絶縁耐圧試験とを比較した結果について、図５の表を参照して説明する。
セラミックヒータ１０の外側の第１セラミック層１２は、上述したように約０．２５ｍｍの厚さに形成されており、約６ＫＶの絶縁耐圧を有している。ここで、この第１セラミック層１２の上限値に近い６ＫＶをそのまま印加した場合には、試験後に障害を生じる原因となるため、上限値の１／３から２／５程度の電圧を印加している。
【００３２】
まず、図６を参照して上述した従来技術の水を用いる検査方法の試験結果について図５を参照して説明する。従来技術の検査においては、０．２５ｍｍの第１セラミック層１２に２．５ＫＶを印加していた。この２．５ＫＶ印加した際に、１０／１０００の確率でセラミックヒータが絶縁不良と判断された。この絶縁不良の判断されたものについて再度正確に絶縁不良か否かを検査した結果、１０／１０００の確率で、良品を不良と判断していたことが判明した。即ち、絶縁不良の判定したもののうち１％は、良品を絶縁不良と誤判定していた。
【００３３】
引き続き、本実施態様のセラミックヒータ検査治具２０による検査結果について説明する。ここでは、該セラミックヒータ１０に、２．５ＫＶ、３．５ＫＶ、４．５ＫＶ、５．５ＫＶを印加して試験を行った。上述した水を用いる検査方法においては、２．５ＫＶを印加することにより、ヒータ配線１６と水７２との間に挟まれた第１セラミック層１２にそのまま２．５ＫＶが印加できるが、このセラミックヒータ検査治具２０においては、セラミックヒータ１０表面と保持部材の貫通孔側壁３２ｃとの間に０．５ｍｍ程度の空隙が存在し、印加された電位が、第１セラミック層１２と該空隙との間に分圧される。従って、２．５ＫＶを印加した際には、該第１セラミック層１２にこの何分の１の電位しか印加できないため、２．５ＫＶよりも高い電位を印加する必要があるので、２．５ＫＶの他に、３．５ＫＶ、４．５ＫＶ、５．５ＫＶの各電位を印加して試験を行った。
【００３４】
まず、２．５ＫＶを印加した際には、絶縁不良を検出することができなかった（不良数０／１０００）。そして、３．５ＫＶを印加した際には１／１０００の確率で、また、４．５ＫＶを印加した際には２／１０００の確率で不良品を検出した。更に、５．５ＫＶを印加した際には、上述した従来技術と同様に１０／１０００の確率で不良品を検出した。即ち、この実施態様では、５．５ＫＶを印加することによって従来技術と同程度に不良品を検出できた。
【００３５】
ここで、この絶縁不良と判断された１０００本のセラミックについて再度正確に絶縁不良か否かを正確に測定した結果、良品を不良と判断していなかった（０／１０００）。即ち、本実施態様では、良品を絶縁不良と判定することが全くなかった。
【００３６】
従来技術で良品を絶縁不良と判断した原因として、図６を参照して上述したように、端子１６ａ近傍までヒータ配線１６の検査を行うため、端子１６ａ近くまで水７２中にセラミックヒータ１０を浸漬した際に、表面張力によって矢印Ａで示すように水上がりが生ずる。即ち、水の上端面７２ａがセラミックヒータ１０の端子１６ａ（正側電極８２）に近づき、該上端面７２ａと正側電極８２との間で短絡が発生して電流が流れ、絶縁の保たれているセラミックヒータ１０を不良品と判断したものと推測される。
【００３７】
これに対して、本実施態様では、水を用いないため係る誤判定が生じない。即ち、図３に示すようにガイド部材４０の下端開口部４２ｂの口径が、保持部材３０の貫通孔３２の口径よりも小さく（ほぼセラミックヒータ１０の外径と等しい）形成されているため、該貫通孔３２の上端３２ａからセラミックヒータ１０の端子１６ａ（正側電極８２）への放電が該開口部４２ｂにて遮られ、短絡による誤判断が発生しない。また、本実施態様では、セラミックヒータの端子よりも僅かに下方の位置まで絶縁耐圧の検査を行い得る。
【００３８】
更に、本実施態様においては、水を用いないため検査中の感電を防ぐことができる。特に、保持部材３０の上部に絶縁性のガイド部材４０が、また、周囲に絶縁性の保護部材５０が設けられているため安全である。また更に、上述したようにガイド部材４０の下端開口部４２ｂの口径が、セラミックヒータ１０の外径とほぼ等しく形成されており、保持部材３０からの放電が遮れるため安全である。
【００３９】
また、水を用いないため、検査後にセラミックヒータを乾燥させる必要がない。また、水の汚れに起因する誤判定がなくなる。なお、本実施態様においては、高さ調整螺子３６によって、保持部材３０の貫通孔３２の深さを調整できるので、長さの異なるセラミックヒータを検査することができる。また、この高さ調整螺子３６は、保持部材３０から着脱自在に構成されているため、該高さ調整螺子３６を取り外すことにより、保持部材３０の貫通孔３２内を容易に清掃することができる。
【００４０】
更に、このセラミックヒータ検査治具２０では、図３に示すように高さ調整螺子３６の上端面３６ａと、螺子山３８の上端面３８ａとの間に段差（図中γ１で示す）が設けられているため、保持部材３０の貫通孔３２の螺子山３４が、高さ調整螺子３６の上端面３６ａよりも下方（図中にγ２で示す）となる。このため、貫通孔３２の螺子山３４が、該貫通孔３２に収容されているセラミックヒータを望むことがない。ここで、貫通孔３２の螺子山３４が、該貫通孔３２に収容されているセラミックヒータを望んだ場合には、該螺子山３４にて電界強度の勾配が急峻となり、検査精度が低下する。これに対して、本実施態様では、該貫通孔３２の側壁３２ｃと高さ調整螺子３６の上端面３６ａとによって形成される平滑面内に、セラミックヒータ１０を収容するため、電界強度の勾配が急峻になることがなく、高い精度で検査を行うことができる。
また、前記上端面３６ａの中央部を窪ませて凹状にすることにより、電界強度の急激な勾配をなくして、より高い精度で検査を行うことができる。
【００４１】
更に、保持部材３０の貫通孔３２の上端３２ａが面取りされており、該上端３２ａで電界強度の勾配が急峻になることがないので、高い精度で検査を行うことができる。
【００４２】
なお、この実施態様では、保持部材３０をステンレスにより形成したが、ステンレスの代わりに種々の導電性材料を用いることができる。また、ガイド部材４０にテフロンを用いたが、テフロン以外にも種々の絶縁性材料を用い得ることは言うまでもない。また、上記実施態様では、０．２５ｍｍの膜厚を有するセラミック層に対して、０．５ｍｍの空隙を有する保持部材３０の通孔３２から５．５ＫＶを印加したが、印加する電圧値は、測定対象のセラミックの膜厚及び空隙により種々の値を選択できる。
【００４３】
【効果】
本発明によれば、水を用いないため安全に作業を行い得ると共に、検査精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るセラミックヒータを示す斜視図である。
【図２】図１に示すセラミックヒータの製造工程を示し、図２（Ａ）は、積層前の第１グリーンシートと第２グリーンシートとの断面図を、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ矢視図を、図２（Ｃ）は、積層後の第１グリーンシートと第２グリーンシートとの断面図を示している。
【図３】第１実施態様に係るセラミックヒータ検査治具の断面図である。
【図４】図３に示すセラミックヒータ検査治具の絶縁耐圧検査を示す説明図である。
【図５】第１実施態様に係るセラミックヒータ検査治具による印加電圧と良品誤判定との関係を示す表である。
【図６】従来技術に係るセラミックヒータの絶縁耐圧検査を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  セラミックヒータ
１６  ヒータ配線
２０  セラミックヒータ検査治具
３０  保持部材
３２  貫通孔
３４  螺子山
３６  高さ調整螺子
３８  螺子山
４０  ガイド部材
４２ａ、４２ｂ  開口部
８０  検査装置
【図１】
0003607777.tif 000002
【図２】
0003607777.tif 000003
【図３】
0003607777.tif 000004
【図４】
0003607777.tif 000005
【図５】
0003607777.tif 000006
【図６】
0003607777.tif 000007