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      陶瓷加熱器及其制造方法與流程

      文檔序號(hào):11458126閱讀:930來源:國知局
      陶瓷加熱器及其制造方法與流程
      相關(guān)申請(qǐng)的相互參照本國際申請(qǐng)主張基于2014年10月31日向日本特許廳提交的日本特許申請(qǐng)第2014-223043號(hào)的優(yōu)先權(quán),通過參照將日本特許申請(qǐng)第2014-223043號(hào)的全部內(nèi)容援引至本國際申請(qǐng)中。本公開涉及應(yīng)用于例如溫水沖洗馬桶座、暖風(fēng)機(jī)、電熱水器、24小時(shí)浴池等的陶瓷加熱器以及該陶瓷加熱器的制造方法。在此,24小時(shí)浴池是指使熱水在浴缸與加熱裝置之間循環(huán)的循環(huán)式浴缸,是在循環(huán)的熱水的溫度降低了的情況下根據(jù)需要進(jìn)行加熱從而能夠隨時(shí)入浴的浴池。
      背景技術(shù)
      :例如在溫水沖洗馬桶座中使用具有樹脂制的容器(換熱器)的換熱單元,在該換熱單元中,為了加熱收納于換熱器內(nèi)的沖洗水而安裝有長條的管狀的陶瓷加熱器。作為該陶瓷加熱器,已知有一種由平板構(gòu)成的圓環(huán)狀的陶瓷制的凸緣外嵌于圓筒狀的陶瓷制的加熱器主體、并利用玻璃將加熱器主體與凸緣接合在一起而成的陶瓷加熱器。此外,近年來,為了改善加熱器主體與凸緣之間的氣密性和強(qiáng)度(接合強(qiáng)度)等而提出了由平板構(gòu)成的圓環(huán)狀的金屬制的凸緣外嵌于圓筒狀的陶瓷制的加熱器主體、并利用釬焊材料將加熱器主體與凸緣接合在一起而成的陶瓷加熱器(參照專利文獻(xiàn)1、2)。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特開平11-74063號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開平9-283197號(hào)公報(bào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:發(fā)明要解決的問題在上述的利用釬焊材料來接合加熱器主體與凸緣的情況下,存在接合工序復(fù)雜的問題。具體而言,在釬焊接合陶瓷制的加熱器主體與金屬制的凸緣的情況下,需要在加熱器主體的接合部分形成金屬化層之后,在金屬化層上實(shí)施鍍敷,并且,在凸緣的接合部分也實(shí)施鍍敷,之后,將兩構(gòu)件的鍍敷部分釬焊接合起來。因此,存在陶瓷加熱器的制造花費(fèi)工夫且其制造不容易的問題。在本公開的一個(gè)方案中,期望提供作為陶瓷加熱器而言具有足夠的性能(例如氣密性、接合強(qiáng)度)且其制造容易的陶瓷加熱器及陶瓷加熱器的制造方法。用于解決問題的方案(1)本公開的一個(gè)方案的陶瓷加熱器包括陶瓷制的筒狀的加熱器主體和外嵌于該加熱器主體的金屬制的環(huán)狀的凸緣,其中,所述凸緣在所述加熱器主體的軸線方向上的一側(cè)具有呈沿該軸線方向凹陷的形狀的凹狀部分,在所述凹狀部分具有填充有玻璃的玻璃積存部,并且,配置于所述玻璃積存部的玻璃與所述凸緣和所述加熱器主體熔接。該陶瓷加熱器在凸緣的凹狀部分的玻璃積存部中填充有玻璃,該玻璃與加熱器主體和凸緣熔接。因而,在制造該結(jié)構(gòu)的陶瓷加熱器的情況下,例如在玻璃積存部中填充玻璃材料并將該玻璃與加熱器主體和凸緣熔接即可,與現(xiàn)有的利用釬焊的接合方法相比,其制造更加容易。此外,該陶瓷加熱器與例如(現(xiàn)有的)平板狀的凸緣僅以其貫通孔的寬度狹窄的內(nèi)周面進(jìn)行接合的情況相比,配置于玻璃積存部的玻璃沿軸線方向在較寬廣的面積范圍內(nèi)與加熱器主體的外周面和凸緣的內(nèi)周面熔接。由此,具有加熱器主體與凸緣之間的氣密性和接合強(qiáng)度較高這樣的效果。此外,所述玻璃積存部是指所述凹狀部分中的能夠積存玻璃的部分(供玻璃填充并積存的部分)。(2)在上述陶瓷加熱器中,也可以是,所述凸緣由板材構(gòu)成且呈具有所述凹狀部分的杯形狀。即,也可以是,凸緣是由板材以具有凹狀部分的方式彎曲成杯形狀而成的。該陶瓷加熱器例如通過沖壓加工等使板材彎曲成杯形狀,從而能夠容易地制造凸緣。(3)在上述陶瓷加熱器中,也可以是,構(gòu)成所述凸緣的金屬的熱膨脹系數(shù)大于所述玻璃的熱膨脹系數(shù)以及構(gòu)成所述加熱器主體的陶瓷的熱膨脹系數(shù)。在該陶瓷加熱器中,在構(gòu)成凸緣的金屬的熱膨脹系數(shù)大于玻璃的熱膨脹系數(shù)以及構(gòu)成加熱器主體的陶瓷的熱膨脹系數(shù)情況下,在從玻璃熔接時(shí)的溫度(熔接溫度)降溫至例如常溫時(shí),能夠自外側(cè)的凸緣向內(nèi)側(cè)的玻璃及加熱器主體施加應(yīng)力。由此,能夠提高氣密性、接合強(qiáng)度。此外,上述各熱膨脹系數(shù)是指玻璃的熔接溫度下的熱膨脹系數(shù)。在此,作為構(gòu)成凸緣的金屬的熱膨脹系數(shù),能夠采用100×10-7/k~200×10-7/k的范圍。作為玻璃的熱膨脹系數(shù)以及構(gòu)成加熱器主體的陶瓷的熱膨脹系數(shù),能夠采用50×10-7/k~90×10-7/k的范圍。此外,優(yōu)選的是,玻璃的熱膨脹系數(shù)大于陶瓷的熱膨脹系數(shù)。由此,進(jìn)一步提高氣密性、接合強(qiáng)度。(4)在上述陶瓷加熱器中,也可以是,利用所述凸緣對(duì)所述玻璃及所述加熱器主體施加壓縮殘留應(yīng)力。在該陶瓷加熱器中,在利用外側(cè)的凸緣對(duì)內(nèi)側(cè)的玻璃及加熱器主體施加壓縮殘留應(yīng)力的情況下,具有氣密性、接合強(qiáng)度較高的優(yōu)點(diǎn)。(5)在上述陶瓷加熱器中,也可以是,所述凸緣由含cr的金屬構(gòu)成,所述凸緣的表面的cr含有量大于所述凸緣的內(nèi)部的cr含有量。在該陶瓷加熱器中,也可以是,與凸緣內(nèi)部相比,在凸緣表面存在(析出)有較多的cr。由于存在該cr的話玻璃的潤濕性提高,因此玻璃牢固地接合于凸緣表面。因此,能夠提高氣密性、接合強(qiáng)度。此外,在金屬制的凸緣的表面存在較多的cr的情況下,具有耐腐蝕性(例如耐酸性)較高的優(yōu)點(diǎn)。此外,作為凸緣表面的cr,不僅可以是cr還可以舉出cr的氧化物。(6)在上述陶瓷加熱器中,也可以是,所述凸緣由不銹鋼構(gòu)成。在該陶瓷加熱器中,作為凸緣的金屬材料,能夠采用例如耐熱性和耐腐蝕性優(yōu)異的不銹鋼。(7)在上述陶瓷加熱器中,也可以是,在所述加熱器主體的表面上具有沿軸線方向形成的槽,并且,在所述凸緣的供所述加熱器主體貫穿的貫通孔的內(nèi)周面具有嵌入所述槽的突起部。在該陶瓷加熱器中,也可以是,在加熱器主體的表面上具有沿軸線方向形成槽(縫隙),并且,在凸緣的貫通孔的內(nèi)周面上具有突起部,使該突起部嵌入該槽。在該情況下,與沒有突起部的情況相比,在槽的部分處加熱器主體與凸緣之間的間隙變小。因而,在玻璃熔接時(shí)熔融的玻璃容易沿槽的內(nèi)周面與突起部的外周面流入,因此用玻璃將加熱器主體與凸緣之間充分地填充。由此,能夠得到更高的氣密性。(8)在上述陶瓷加熱器中,也可以是,所述玻璃積存部的玻璃在暴露于外部的所述軸線方向上的表面具有玻璃凹狀部,該玻璃凹狀部的曲率半徑(r)在所述凸緣的內(nèi)徑和所述加熱器主體的外徑之間的空隙的1/2~3/2的范圍內(nèi)。在該陶瓷加熱器中,在玻璃表面的玻璃凹狀部(玻璃的表面凹陷的部分)的曲率半徑(r)在凸緣的內(nèi)徑和加熱器主體的外徑之間的空隙的1/2~3/2的范圍內(nèi)的情況下,如后述實(shí)驗(yàn)例所明確的那樣,不會(huì)向玻璃的外周部分施加過度的應(yīng)力,從而具有不易產(chǎn)生裂紋的優(yōu)點(diǎn)。(9)本公開的另一個(gè)方案的陶瓷加熱器的制造方法是上述的陶瓷加熱器的制造方法,將所述凸緣外嵌于所述加熱器主體,在所述凸緣的玻璃積存部填充所述玻璃的材料,以熔接溫度加熱所述玻璃的材料并使其熔融,之后進(jìn)行冷卻,從而使所述玻璃與所述凸緣和所述加熱器主體熔接。在該陶瓷加熱器的制造方法中,將凸緣外嵌于加熱器主體,在凸緣的玻璃積存部填充玻璃的材料,以熔接溫度加熱玻璃的材料并使其熔融,之后進(jìn)行冷卻,從而能夠使玻璃與凸緣和加熱器主體熔接。在此,熔接溫度是指玻璃熔化并能夠與周圍的構(gòu)件接合的溫度,相當(dāng)于玻璃的熔融溫度。此外,作為玻璃的熔接溫度,可以舉出900℃~1100℃的范圍。(10)在上述的陶瓷加熱器的制造方法中,也可以是,所述凸緣由含有cr的金屬構(gòu)成,通過以所述熔接溫度加熱所述玻璃,從而使cr在所述凸緣的表面析出。在該陶瓷加熱器的制造方法中,通過以熔接溫度加熱玻璃,與玻璃相接觸的凸緣也同樣地被加熱,因此能夠使cr在凸緣的表面析出。<以下,說明作為上述各結(jié)構(gòu)能夠采用的結(jié)構(gòu)>·作為用于所述凸緣的金屬,可以采用金屬單體、合金。例如,可以采用sus304、sus430等不銹鋼(jis規(guī)定的不銹鋼),除此之外,也可以采用例如鐵、銅、鉻、鎳、鉻鋼、鐵鎳合金、鐵鎳鈷合金等。·作為用于所述加熱器主體的陶瓷,可以采用氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、氧化鋯、多鋁紅柱石等。作為在該加熱器主體中進(jìn)行發(fā)熱的構(gòu)件,可以采用例如由鎢等構(gòu)成的發(fā)熱體。作為陶瓷制的加熱器主體,可以采用以陶瓷為主要成分的材料?!ぷ鳛楣┎AХe存的玻璃積存部的深度(軸線方向上的深度),可以采用1mm~20mm的范圍。此外,作為玻璃的深度,可以采用2mm以上。·作為所述玻璃,可以采用b2o3·sio2·al2o3系、sio2·na2o系、sio2·pbo系、sio2·al2o3·bao系的玻璃等。附圖說明圖1a是實(shí)施例1的陶瓷加熱器的主視圖,圖1b是將陶瓷加熱器的一部分的凸緣、玻璃沿軸線方向剖切示出的主視圖。圖2是透過玻璃部分表示實(shí)施例1的陶瓷加熱器的俯視圖。圖3是將實(shí)施例1的陶瓷加熱器的陶瓷層的發(fā)熱體側(cè)展開示出的說明圖。圖4a是表示實(shí)施例1的陶瓷加熱器的凸緣的俯視圖,圖4b是圖4a的ivb-ivb剖視圖。圖5是將實(shí)施例1的陶瓷加熱器的凸緣及玻璃的一部分沿軸線方向剖切示出的說明圖。圖6a、圖6b、圖6c、圖6d、圖6e、圖6f是表示實(shí)施例1的陶瓷加熱器的制造方法的說明圖。圖7是透過玻璃部分表示實(shí)施例2的陶瓷加熱器的俯視圖。圖8是表示實(shí)施例1的測定氦氣泄漏量的裝置的說明圖。圖9a是表示由sus304制成的凸緣的燒制溫度與燒制后的凸緣表面的各物質(zhì)的質(zhì)量%之間的關(guān)系的圖表,圖9b是表示由sus430制成的凸緣的燒制溫度與燒制后的凸緣表面的各物質(zhì)的質(zhì)量%之間的關(guān)系的圖表。圖10a、圖10b、圖10c、圖10d是用于對(duì)要求出實(shí)驗(yàn)例4的玻璃凹狀部的曲率半徑與玻璃表面的拉伸應(yīng)力(表面主應(yīng)力)之間的關(guān)系的模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行說明的圖表。圖11是表示實(shí)驗(yàn)例4的玻璃凹狀部的曲率半徑與表面主應(yīng)力之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖表。附圖標(biāo)記說明1、51…陶瓷加熱器3、53…加熱器主體5、55…凸緣6、56…凹狀部分11、63…槽23、53、67…玻璃23a、67a…玻璃凹狀部25、58…玻璃積存部65…突起部具體實(shí)施方式以下,說明本公開適用的陶瓷加熱器及陶瓷加熱器的制造方法的實(shí)施例。實(shí)施例1a)首先,說明本實(shí)施例1的陶瓷加熱器。本實(shí)施例1的陶瓷加熱器是例如在溫水沖洗馬桶座的換熱單元的換熱器中用于加熱沖洗水的器件。如圖1a、圖1b及圖2所示,本實(shí)施例1的陶瓷加熱器1包括圓筒形狀的陶瓷制的加熱器主體3和外嵌于加熱器主體3的環(huán)狀的金屬制的凸緣5。其中,加熱器主體3由例如外徑的陶瓷管7和覆蓋陶瓷管7的大致整個(gè)外周的例如厚度0.5mm×長度60mm的陶瓷層9構(gòu)成。陶瓷層9未完全覆蓋陶瓷管7,沿軸線方向形成有例如寬度1mm×深度0.5mm的槽(縫隙)11。該陶瓷管7與陶瓷層9(即加熱器主體3)例如由氧化鋁構(gòu)成,其熱膨脹系數(shù)例如是50×10-7/k~90×10-7/k范圍內(nèi)的70×10-7/k(30℃~380℃的熱膨脹系數(shù)(即線性熱膨脹系數(shù)):以下同樣地表達(dá))。如圖3所示,在陶瓷層9的內(nèi)周面(陶瓷管7側(cè)的面)或內(nèi)部中形成有蜿蜒狀的發(fā)熱體11以及一對(duì)內(nèi)部端子13。該內(nèi)部端子13經(jīng)由通孔或通路孔(未圖示)與陶瓷層9的外周面的端部的外部端子15(參照?qǐng)D1a、圖1b)電連接。如圖4a、圖4b所示,凸緣5是例如不銹鋼等的圓環(huán)狀構(gòu)件,板材的中央部分向一個(gè)方向(圖4b中的下方)彎曲而形成凹狀(杯形狀)。詳細(xì)而言,凸緣5由例如厚度1mm的板材構(gòu)成,其凹陷的部分即凹狀部分6的擴(kuò)展了的一側(cè)(圖4b中的上方)部分的內(nèi)徑例如是另一側(cè)部分的內(nèi)徑(即貫通孔17的外徑)例如是此外,凸緣5的整體的高度h1(圖4b中的上下方向)例如是6mm,由以半徑r(例如1.5mm)彎曲的底部19和從底部19向上方(與軸線方向垂直)延伸的圓筒狀的側(cè)部21構(gòu)成。此外,例如底部19的高度h2是1.5mm,側(cè)部21的高度h3是4.5mm。此外,半徑r是沿軸線方向的剖面中的半徑。此外,凸緣5在由sus304(主要成分為fe、ni、cr)構(gòu)成的情況下,其熱膨脹系數(shù)為178×10-7/k(30℃~380℃),凸緣5在由sus430(主要成分為fe、cr)構(gòu)成的情況下,其熱膨脹系數(shù)為110×10-7/k(30℃~380℃),任一者都在例如100×10-7/k~200×10-7/k(30℃~380℃)的范圍內(nèi)。特別是,在本實(shí)施例1中,如圖5中放大所示,凸緣5的凹狀部分6中的由加熱器主體3的外周面與凸緣5的內(nèi)周面圍成的空間作為供玻璃23填充的玻璃積存部25。此外,在圖1a、圖1b及圖2中,用精細(xì)的點(diǎn)表示玻璃23部分。該玻璃積存部25的高度h4(圖5中的上下方向)例如在1mm~20mm范圍內(nèi)是例如5mm,玻璃積存部25的與側(cè)部21對(duì)應(yīng)的部分的寬度(即圖5中的上方的開口部6a的徑向長度)x例如在1mm~20mm范圍內(nèi)是例如2mm。此外,在玻璃積存部25中,玻璃23填充至玻璃積存部25的高度h4的1/3以上的位置,并與加熱器主體3和凸緣5熔接。詳細(xì)而言,玻璃23的高度(在加熱器主體3的外周面沿軸線方向的高度)h5例如在1mm~19mm的范圍內(nèi)。此外,在加熱器主體3與凸緣5的下部的側(cè)端面5a之間存在例如1mm的間隙y,在該間隙y中也填充玻璃23,并且一部分的玻璃23還自凸緣5的下表面向下方延伸出例如1mm左右。在此,凸緣5的內(nèi)徑和加熱器主體3的外徑之間的空隙(間隙)c越靠圖5中的上方變得越大。此外,在側(cè)部21中,所述寬度x與空隙c是一致的。此外,在玻璃積存部25的玻璃23的表面(暴露于外部的表面:圖5中的上表面)上,形成有以曲率半徑r(即沿軸線方向的剖面中的曲率半徑r)彎曲的玻璃凹狀部23a。該玻璃凹狀部23a的曲率半徑r(例如1.5mm)在凸緣5的內(nèi)徑與加熱器主體3的外徑之間的空隙c的1/2~3/2的范圍內(nèi)。此外,在側(cè)部21中,所述寬度x與空隙c是一致的。所述玻璃23例如是na2o·al2o3·b2o3·sio2系的玻璃,即所謂的al2o3·b2o3·sio2系的玻璃(硼硅酸玻璃)。該玻璃23的熱膨脹系數(shù)例如是50×10-7/k~90×10-7/k(30℃~380℃)范圍內(nèi)的62×10-7/k(30℃~380℃)。b)接著,說明本實(shí)施例1的陶瓷加熱器1的制造方法。首先,如圖6a所示,通過預(yù)燒制形成管狀的氧化鋁質(zhì)的陶瓷管7。此外,如圖6b所示,在氧化鋁質(zhì)的陶瓷板41的表面或?qū)盈B的板內(nèi)部印刷鎢等高熔點(diǎn)金屬,形成包括發(fā)熱體11、內(nèi)部端子13、外部端子15的圖案43等。接著,在該陶瓷板41上涂布陶瓷糊劑(氧化鋁糊劑),如圖6c所示,將陶瓷板41卷繞并接合在陶瓷管7的外周面,并對(duì)它們進(jìn)行一體燒制。之后,在外部端子15上實(shí)施鍍ni。由此,得到加熱器主體3。此外,例如對(duì)不銹鋼進(jìn)行沖壓成形,形成杯形狀的凸緣5。接著,如圖6d所示,將凸緣5外嵌在加熱器主體3的預(yù)定的安裝位置,利用治具進(jìn)行固定。此外,對(duì)由所述硼硅酸玻璃構(gòu)成的玻璃材料進(jìn)行沖壓成形,使其成為環(huán)狀,在640℃下預(yù)燒制30分鐘,預(yù)燒制后制成玻璃材料45。接著,如圖6e所示,將環(huán)狀的預(yù)燒制后的玻璃材料45配置在加熱器主體3與凸緣5之間的玻璃積存部25。接著,在該狀態(tài)下,在還原氣氛(詳細(xì)而言是,n2+5%h2)下,對(duì)預(yù)燒制后的玻璃材料45以熔接溫度(1015℃)加熱30分鐘使其熔融,之后,降溫至常溫(例如25℃),玻璃25與加熱器主體3和凸緣5熔接,從而完成陶瓷加熱器1。c)接著,說明本實(shí)施例1的效果。在本實(shí)施例1中,在凸緣5的凹狀部分6的玻璃積存部25中填充玻璃23,該玻璃23與加熱器主體3和凸緣5熔接。因而,在制造該陶瓷加熱器1的情況下,在玻璃積存部25中填充玻璃23的材料,將該玻璃23與加熱器主體3和凸緣5熔接即可,與現(xiàn)有的利用釬焊的接合方法相比,其制造更加容易。此外,在本實(shí)施例1中,與現(xiàn)有的接合平板狀的凸緣的情況相比,由于配置于玻璃積存部25的玻璃23以較大的面積與加熱器主體3和凸緣5熔接,因此具有氣密性與接合強(qiáng)度較高的效果。而且,在本實(shí)施例1中,利用例如沖壓加工等使板材彎曲為杯形狀,從而能夠容易地制造凸緣5。另外,在本實(shí)施例1中,構(gòu)成凸緣5的金屬的熱膨脹系數(shù)大于玻璃23的熱膨脹系數(shù)以及構(gòu)成加熱器主體3的陶瓷的熱膨脹系數(shù)。因此,利用凸緣5向玻璃23及加熱器主體3施加壓縮殘留應(yīng)力。由此,具有氣密性與接合強(qiáng)度較高的優(yōu)點(diǎn)。而且,在實(shí)施例1中,與凸緣5的內(nèi)部相比,在凸緣5的表面存在(析出)有較多的cr。由此,由于玻璃23的潤濕性提高,因此玻璃23牢固地接合于凸緣5的表面。因而,具有提高氣密性與接合強(qiáng)度并且提高耐腐蝕性(例如耐酸性)的效果。而且,在本實(shí)施例1中,玻璃23的表面的玻璃凹狀部23a的曲率半徑r在凸緣5的內(nèi)徑與加熱器主體3的外徑之間的空隙c的1/2~3/2的范圍內(nèi),因此,不會(huì)對(duì)玻璃23的外周部分施加過度的應(yīng)力,從而具有不易產(chǎn)生裂紋的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)施例2接著,說明實(shí)施例2。本實(shí)施例2的陶瓷加熱器除凸緣的構(gòu)造以外與所述實(shí)施例1相同。如圖7所示,本實(shí)施例2的陶瓷加熱器51與所述實(shí)施例1相同,在圓筒形狀的加熱器主體53上外嵌有圓環(huán)狀且呈杯形狀(軸線方向上的一側(cè)形成為凹狀的形狀)的凸緣55。詳細(xì)而言,與實(shí)施例1相同,在凸緣55的凹狀部分56的玻璃積存部58中填充有玻璃67,該玻璃67與加熱器主體53、凸緣55熔接。此外,構(gòu)成凸緣55的金屬的熱膨脹系數(shù)大于玻璃67的熱膨脹系數(shù)以及構(gòu)成加熱器主體53的陶瓷的熱膨脹系數(shù)。而且,與凸緣55的內(nèi)部相比,在凸緣55的表面存在有較多的cr。而且,玻璃67的表面的玻璃凹狀部67a的曲率半徑r在凸緣55的內(nèi)徑與加熱器主體53的外徑之間的空隙c的1/2~3/2的范圍內(nèi)。特別是,在本實(shí)施例2中,在凸緣55的底部57的貫通孔59的內(nèi)周面形成有嵌入于陶瓷層61的間隙即槽63的突起部65。由此,在該圖中用精細(xì)的點(diǎn)表示的玻璃67熔接時(shí),熔融的玻璃67容易沿著槽63的內(nèi)周面和突起部65的外周面流入,因此,加熱器主體53與凸緣55之間無間隙地充滿玻璃67。由此,具有得到更高的氣密性的優(yōu)點(diǎn)。<實(shí)驗(yàn)例>接著,說明為了確認(rèn)本公開的效果而進(jìn)行的各種實(shí)驗(yàn)例。(實(shí)驗(yàn)例1)在本實(shí)驗(yàn)例1中,使用眾所周知的氦氣泄漏檢測器,進(jìn)行玻璃的接合部分(熔接部分)的泄漏試驗(yàn),研究其氣密性。具體而言,作為用于實(shí)驗(yàn)的試樣,具有與所述實(shí)施例1同樣的結(jié)構(gòu),并且作為凸緣的材料使用下述表1所示的材料(試樣no.1~no.4),制作出陶瓷加熱器。使用兩個(gè)制造批次的玻璃進(jìn)行了評(píng)價(jià)。之后,如圖8所示,在該試樣的陶瓷加熱器1的凸緣5的下部配置有o型圈71,設(shè)為利用按壓構(gòu)件73向下方按壓凸緣5的狀態(tài)。此外,陶瓷加熱器1的上端利用板材75密閉。在該狀態(tài)下,自配置有陶瓷1下部的長孔79進(jìn)行減壓(即減壓至10-7pa量級(jí)),將氦氣向覆蓋陶瓷加熱器1上部的容器77內(nèi)導(dǎo)入,利用氦氣泄漏檢測器檢測出氦氣的泄漏量。在該檢測中,針對(duì)每種材料各制作出5個(gè)試樣,分別檢測泄漏量。將其結(jié)果記載于下述表1。此外,作為比較例,制作現(xiàn)有的具有金屬制凸緣的陶瓷加熱器的試樣(試樣no.5、no.6),同樣地檢測出泄漏量。該現(xiàn)有的陶瓷加熱器是在由平板構(gòu)成的不銹鋼制的圓環(huán)狀的凸緣上實(shí)施鍍ni,在加熱器主體的外周形成了金屬化層后實(shí)施鍍ni,利用銀釬焊料將它們釬焊接合而成的。將其結(jié)果同樣記載于下述表1。[表1]如該表1明確所示,可知本公開的試樣(no.1~no.4)的泄漏量為10-9pa·m3/sec量級(jí)以下的值,泄漏量極少。換言之,可知具有與釬焊接合而成的構(gòu)件相同程度的高氣密性。(實(shí)驗(yàn)例2)在本實(shí)驗(yàn)例2中,測定加熱器主體與玻璃之間的接合強(qiáng)度。具體而言,作為用于實(shí)驗(yàn)的試樣(試樣no.7),具有與所述實(shí)施例1同樣的結(jié)構(gòu),并且使用sus304作為凸緣的材料,制作出陶瓷加熱器。接著,垂直地保持試樣的陶瓷加熱器,并將凸緣的底面固定,以從上方?jīng)_打陶瓷管的方式施加載荷。然后,測定該陶瓷管被沖打掉時(shí)的載荷(沖打強(qiáng)度)。此外,作為比較例,制作現(xiàn)有的具有陶瓷制凸緣的陶瓷加熱器的試樣(試樣no.8),同樣地測定出沖打強(qiáng)度。該現(xiàn)有的陶瓷加熱器是利用玻璃將由平板構(gòu)成的氧化鋁制的正方形凸緣(一邊長)的內(nèi)周面接合于加熱器主體而成的構(gòu)件。將這些結(jié)果記載于下述表2。[表2]凸緣的種類沖打強(qiáng)度(kn)7金屬制的杯形狀8.38陶瓷制的平板形狀3.1如該表2明確所示,可知與比較例相比本公開的陶瓷加熱器沖打強(qiáng)度較大,因此接合強(qiáng)度較大。(實(shí)驗(yàn)例3)在本實(shí)驗(yàn)例3中,進(jìn)行了陶瓷加熱器的耐酸實(shí)驗(yàn)。具體而言,制作由sus304、sus430構(gòu)成的凸緣,以1015℃加熱30分鐘,制作出供實(shí)驗(yàn)用的試樣。然后,針對(duì)各個(gè)試樣,向10l的密閉容器內(nèi)注入1l的10%濃度鹽酸,將各試樣保持在該容器內(nèi)的中空中,并在該鹽酸蒸汽氛圍中放置100小時(shí),在該條件下進(jìn)行耐酸實(shí)驗(yàn)。其結(jié)果,在耐酸實(shí)驗(yàn)的前后,沒有發(fā)現(xiàn)在外觀及氦氣泄漏量方面存在差異。換言之,可知本公開使用的凸緣具有較高的耐酸性。(實(shí)驗(yàn)例4)在本實(shí)驗(yàn)例4中,進(jìn)行了陶瓷加熱器的熱沖擊試驗(yàn)。具體而言,作為用于實(shí)驗(yàn)的試樣(試樣no.9),具有與所述實(shí)施例1同樣的結(jié)構(gòu),并且使用sus304作為凸緣的材料,制作出10個(gè)陶瓷加熱器。接著,以下述表3的各預(yù)定溫度對(duì)每5個(gè)試樣的陶瓷加熱器進(jìn)行加熱之后,分別將試樣的陶瓷加熱器投入常溫(水溫25℃)的水中,研究玻璃的裂紋的產(chǎn)生狀態(tài)。此外,針對(duì)投入到水中的各個(gè)試樣,進(jìn)行與所述實(shí)驗(yàn)例1同樣的泄漏實(shí)驗(yàn)。將其結(jié)果記載于下述表3。此外,通過目視觀察裂紋的有無,將氦氣泄漏量>1×10-8pa·m3/sec的情況設(shè)為泄漏不良。[表3]如該表3明確所示,可知本公開的陶瓷加熱器的耐熱沖擊性優(yōu)異。(實(shí)驗(yàn)例5)在本實(shí)驗(yàn)例5中,研究由燒制溫度所引起的凸緣表面的組成的變化。具體而言,制作5個(gè)由sus304構(gòu)成的凸緣和5個(gè)由sus430構(gòu)成的凸緣,以如圖9a、圖9b所示的玻璃的燒制溫度加熱30分鐘。接著,通過能量分散型x射線分析(eds),針對(duì)各試樣進(jìn)行表面各元素的質(zhì)量分析,并求出其質(zhì)量%。將其結(jié)果示于圖9a、圖9b。如該圖9a、圖9b明確所示,可確認(rèn)出在1000℃附近,cr、o增加??梢哉J(rèn)為這表示在凸緣的表面生成了cr的氧化物(cr的鈍化狀態(tài))。(實(shí)驗(yàn)例6)在本實(shí)驗(yàn)例6中,通過模擬來研究對(duì)玻璃施加的表面主應(yīng)力的變化。具體而言,作為分析軟件,使用ansysapdl15.0,在下述的條件下,進(jìn)行本公開的結(jié)構(gòu)的陶瓷加熱器的應(yīng)力模擬實(shí)驗(yàn)。<陶瓷(加熱器主體)>楊氏模量:280gpa、泊松比:0.3、線膨脹系數(shù):6.8ppm/k<玻璃>楊氏模量:60gpa、泊松比:0.3、線膨脹系數(shù):6.2ppm/k<金屬(凸緣)>楊氏模量:200gpa、泊松比:0.3、線膨脹系數(shù):18.1ppm/k<分析條件>二維軸對(duì)稱模型靜態(tài)分析將693℃(玻璃軟化點(diǎn))設(shè)為無應(yīng)力(不施加應(yīng)力的狀態(tài)),評(píng)價(jià)降溫至25℃時(shí)的應(yīng)力將該模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果示于圖10a~圖10d。圖10a~圖10d的灰色部分(斜線部分)為壓縮應(yīng)力(壓縮殘留應(yīng)力)殘留的范圍,深灰色部分(細(xì)網(wǎng)格部分)為拉伸應(yīng)力(表面主應(yīng)力)殘留的范圍。此外,圖11及表4示出拉伸應(yīng)力(表面主應(yīng)力)和玻璃凹狀部的曲率半徑r。此外,圖11的表面主應(yīng)力(hs)指的是施加于玻璃的外周部的表面附近(例如圖10c中的箭頭所示的細(xì)網(wǎng)格部分)的拉伸應(yīng)力。在此,圖10a表示曲率半徑r為1.2mm、玻璃積存部的寬度x為2.4mm、玻璃的高度h5為3mm的情況。圖10b表示曲率半徑r為1.3mm、玻璃積存部的寬度x為2.4mm、玻璃的高度h5為3mm的情況。圖10c表示曲率半徑r為2mm、玻璃積存部的寬度x為2.4mm、玻璃的高度h5為3mm的情況。圖10d表示曲率半徑r為3mm、玻璃積存部的寬度x為2.4mm、玻璃的高度h5為3mm的情況。此外,空隙c=玻璃積存部的寬度x為2.4mm,且是恒定的。[表4]從該圖10a~圖10d、圖11及表4可知,曲率半徑r越大,表面主應(yīng)力越大,即玻璃越容易破損。此外,從圖10a~圖10d、圖11及表4可知,玻璃凹狀部的曲率半徑r在凸緣的內(nèi)徑與加熱器主體的外徑之間的空隙c的1/2~3/2的范圍內(nèi)的話,表面主應(yīng)力較小,即玻璃難以破損。(實(shí)驗(yàn)例7)在本實(shí)驗(yàn)例7中,研究壓縮應(yīng)力施加于玻璃熔接后的玻璃及加熱器主體的情況。具體而言,制作了與所述實(shí)施例1的陶瓷加熱器相同構(gòu)造的兩種試樣。換言之,使用sus304或sus430作為凸緣的材料,其他的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。之后,針對(duì)各試樣,通過x射線微區(qū)測量(側(cè)傾法、恒定法),檢測所述圖5的側(cè)端部5a附近的凸緣內(nèi)部的殘留應(yīng)力。此外,分別在6個(gè)部位進(jìn)行檢測,求出其平均值。其結(jié)果,在凸緣的材料為sus304的情況下殘留應(yīng)力平均為337mpa,在凸緣的材料為sus430的情況下殘留應(yīng)力平均為150mpa,兩者均為壓縮應(yīng)力。這樣,可知由于玻璃及加熱器主體的熱膨脹系數(shù)小于凸緣的熱膨脹系數(shù),因此壓縮應(yīng)力作用于玻璃熔接后的玻璃及加熱器主體。以上,說明了本公開的實(shí)施例等,但本公開并不限于所述實(shí)施例等,能夠采用多種方式。本公開除溫水沖洗馬桶座之外,也可適用于在暖風(fēng)機(jī)、電熱水器、24小時(shí)浴池等中使用的陶瓷加熱器以及該陶瓷加熱器的制造方法。當(dāng)前第1頁12
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