JP7732932B2 - ヒータ及び加熱部材 - Google Patents

Description

本発明は、ヒータ及び加熱部材に関する。

自動車排ガスの有害成分（ＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ）の低減に対する要求が高まっている。特に、ディーゼルエンジンから排出されるＮＯｘの浄化は重要な課題である。ＮＯｘ浄化の方策としては、尿素ＳＣＲシステムと呼ばれる技術が一般に知られている。尿素ＳＣＲシステムでは、尿素の熱分解及び加水分解によってＮＯｘ還元剤となるＮＨ₃が生成される。尿素の熱分解及び加水分解を効率良く進めるためには、尿素を効率良く加熱することが必要となる。しかしながら、エンジン効率の向上に伴って排ガス温度が低くなっているとともに、エンジン始動直後も排ガス温度が低い。排ガス温度が低い場合、尿素を排ガスに噴射しても分解反応が起こり難いため、ＮＨ₃が十分に生成されない。また、噴射された尿素が排気管の内壁面に衝突する際、内壁面の温度が低いと尿素が完全にＮＨ₃に分解されず、中間物の固形デポジットとなって堆積する。その結果、排ガスの流れの障害になったり、排ガスの流れの変化により、生成したＮＨ₃と排ガスとの混合を阻害したりする恐れがある。そのため、排ガスを効率良く加熱するとともに、排気管の内壁面を高温に保つことが可能なヒータの開発が行われている。

また、内燃機関からの熱源がない電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicle）及び燃料電池車（ＦＣＶ：Fuel Cell Vehicle）、内燃機関を頻繁に停止するプラグインハイブリッドカー（ＰＨＶ：Plug-in Hybrid Vehicle、ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electrical Vehicle）では、暖房負荷が走行距離に影響を及ぼすため、暖房効率を高めることが重要な課題である。そのため、車室全体を暖めるのではなく、特定の空間だけを効率良く短時間で暖めるヒータの開発が行われている。

さらに、カーボンニュートラル達成のため、水の電気分解によって生成される水素と、発電所や工場などから排出されるＣＯ₂とを合成して得られる合成燃料の開発が進められているが、合成燃料の製造プロセスにおいては加熱が要求される。この製造プロセスが工場排熱などの供給が可能な場所で実施される場合は熱源を容易に確保することができる一方、熱源がない場所で実施される場合は電力を使って加熱しなければならない。電力は、製造過程でＣＯ₂が排出されることがない再生可能エネルギーから製造することが好ましく、ヒータに対しても加熱効率の向上が要求されている。

熱容量の小さい基材中に導体を埋設又は当該基材間に導体を配置したヒータは、上記のような各種用途における有力な加熱手段の１つである。
例えば、特許文献１には、板状の第一のヒータ基板と、第一のヒータ基板の第一面上に並列回路で配設された電熱線と、電熱線に通電するために電熱線に接続された電極と、第一のヒータ基板の第一面、電熱線及び電極を、第二面側で覆う板状のカバー基板とを備えるヒータが提案されている。このヒータでは、第一のヒータ基板及び／又はカバー基板はＳｉ₃Ｎ₄又はＡｌ₂Ｏ₃を含み、電熱線はＷＣ、ＴｉＮ、ＴａＣ、ＺｒＮ、ＭｏＳｉ₂、Ｐｔ、Ｒｕ及びＷからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を含む。

特許文献２には、アルミナ質セラミックス、窒化珪素質セラミックスなどから構成される絶縁基体と、絶縁基体に埋設された抵抗体とを備え、抵抗体はタングステンを主成分とする第１の導体粒子及びモリブデンを主成分とする第２の導体粒子を含むヒータが提案されている。
特許文献３には、アルミナ、窒化珪素、コージェライトなどの絶縁性セラミックス製の外筒と、外筒の内側に設けられた絶縁性セラミックス製のフィンと、外筒及び／又はフィンの少なくとも一部に埋設された電熱部とを備える排ガス浄化装置用混合器が提案されている。

特開２０１７－１８２８９０号公報 特許第５７４８９１８号公報 特開２０２０－１９７２０８号公報

上記したような用途で用いられるヒータには、迅速且つ効率良く加熱できるとともに、熱変動の大きな環境下での信頼性が高いことが要求される。
上記の先行技術において、ヒータの基材に用いられる窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）は、約３ｇ／ｃｍ³の低密度であるため軽量である。また、窒化珪素は、約３×１０^-6／Ｋの低熱膨張率であり、約３００ＧＰａの高ヤング率であるが、約８００ＭＰａの高い曲げ強度を有するため、熱変動の大きな環境下でも高い信頼性を確保することができる。しかしながら、窒化珪素は高価であるとともに、焼結温度も１７００℃以上が必要であるため製造コストも高い。
また、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）は、安価な材料であり、広く利用されている代表的なセラミックスであるが、約４ｇ／ｃｍ³の高密度であるため重い。また、アルミナは、約８×１０^-6／Ｋの高熱膨張率、約３５０ＧＰａの高ヤング率を有する。そのため、熱変動の大きな環境下では熱応力が大きくなるため、信頼性が確保し難い。

一方、コージェライトは、約２．５ｇ／ｃｍ³の低密度であるため軽量である。また、コージェライトは、約１．６×１０^-6／Ｋの低熱膨張率、約１５０ＧＰａの低ヤング率である。そのため、コージェライトは、熱変動が大きな環境下でも熱応力の発生は小さく抑えることができるため高い信頼性を確保することができる。
しかしながら、低熱膨張率のコージェライトから構成されるコージェライト基材中に高熱膨張率の導体を埋設又は当該コージェライト基材の間に導体を配置した場合、熱膨張率の差によってコージェライト基材に亀裂が発生するという課題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、コージェライト基材に亀裂が発生し難く、熱変動の大きな環境下における信頼性が高いヒータ及び加熱部材を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究を行った結果、電熱部（導体）をガラス部に埋設してコージェライト基材に設けることで、コージェライト基材の熱膨張係数と電熱部の熱膨張係数との差に起因するコージェライト基材の亀裂の発生を抑制し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、第一のコージェライト基材と、前記第一のコージェライト基材上に設けられたガラス部と、前記ガラス部中に埋設された電熱部とを備え、
前記ガラス部がＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂を含み、
前記第一のコージェライト基材が、９０質量％以上のコージェライト相と、５質量％以下の、ムライト及び／又はスピネルを含む結晶相と、残部のガラス相とから構成されている、ヒータである。

また、本発明は、円筒部材と、
前記円筒部材の少なくとも一部の内周面に沿って配置される前記ヒータと、
前記円筒部材と前記ヒータとの間に配置される絶縁材と、
を備え、
複数の前記ヒータの前記電熱部が、電気的に直列又は並列で電源と接続可能である加熱部材である。

本発明によれば、コージェライト基材に亀裂が発生し難く、熱変動の大きな環境下における信頼性が高いヒータ及び加熱部材を提供することができる。

本発明の実施形態に係るヒータの上面図である。 図１のＡ－Ａ’線の断面図である。 本発明の別の実施形態に係るヒータの上面図である。 図３のＢ－Ｂ’線の断面図である。 本発明の実施形態に係る加熱部材の断面図である。 本発明の実施形態に係る複数のヒータの電熱部が、電気的に直列で電源と接続された状態を示す上面図である。 本発明の実施形態に係る複数のヒータの電熱部が、電気的に並列で電源と接続された状態を示す上面図である。 還元剤前駆体を加熱して還元剤を生成するために用いられる本発明の実施形態に係る加熱部材の断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。

（１）ヒータ
図１は、本発明の実施形態に係るヒータの上面図であり、図２は、このヒータのＡ－Ａ’線の断面図である。
図１及び２に示されるように、ヒータ１００は、第一のコージェライト基材１０と、第一のコージェライト基材１０上に設けられたガラス部２０と、ガラス部２０中に埋設された電熱部３０とを備える。なお、図１において、点線はガラス部２０に埋設された電熱部３０の位置を表している。ガラス部２０は、第一のコージェライト基材１０と同程度の熱膨張率を有するため、電熱部３０をガラス部２０に埋設して第一のコージェライト基材１０上に設け、第一のコージェライト基材１０と電熱部３０とが直接接触しないようにすることにより、第一のコージェライト基材１０の亀裂を抑制することができる。したがって、熱変動の大きな環境下におけるヒータ１００の信頼性を高めることができる。

第一のコージェライト基材１０は、コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）を主成分とする基材である。
ここで、本明細書において「主成分」とは、全成分に占める割合が５０質量％超過、好ましくは９０質量％以上の成分のことを意味する。
第一のコージェライト基材１０は、９０質量％以上のコージェライト相と、５質量％以下の、ムライト及び／又はスピネルを含む結晶相と、残部のガラス相とから構成されていることが好ましい。このような組成であれば、熱膨張率やヤング率などの特性を所望の範囲に制御することができる。
ここで、第一のコージェライト基材１０における各相の質量％は、次のようにして求めるられる。まず、コージェライト、ムライト、スピネル及びガラスの質量比を変えて混合したサンプルを複数作製し、Ｘ線回折のピーク値の検量線を予め作成する。次に、第一のコージェライト基材１０のＸ線回折によってピーク値を求め、検量線に基づいて、第一のコージェライト基材１０における各相の質量比率（質量％）を求める。

第一のコージェライト基材１０の開気孔率は、特に限定されないが、好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下である。この範囲に開気孔率を制御することにより、還元剤前駆体（例えば、尿素水）などの液体が付着する環境下でヒータ１００が使用される場合に、液体が第一のコージェライト基材１０の内部に浸透し難くすることができる。
ここで、第一のコージェライト基材１０の開気孔率は、既存の試験方法（アルキメデス法、ＪＩＳ Ｒ１６３４：１９９８）を用いて測定することができる。第一のコージェライト基材１０の開気孔率は、原料粉末の粒径を小さくしたり、焼結助剤などを添加したりすることによって制御することができる。

第一のコージェライト基材１０の熱膨張率（熱膨張係数）は、特に限定されないが、好ましくは１．５×１０^-6～２．０×１０^-6／Ｋである。このような範囲の熱膨張率であれば、熱変動の大きな環境下における熱応力を小さくすることができるため、ヒータ１００の信頼性が向上する。
ここで、第一のコージェライト基材１０の熱膨張率は、ＪＩＳ Ｒ１６１８：２００２に準拠して測定することができる。

第一のコージェライト基材１０のヤング率は、特に限定されないが、好ましくは１６０ＧＰａ以下である。このような範囲のヤング率であれば、熱変動の大きな環境下における熱応力を小さくすることができるため、ヒータ１００の信頼性が向上する。また、第一のコージェライト基材１０のヤング率は、振動によるヒータ１００の変形や破壊を抑制する観点から、好ましくは１００ＧＰａ以上である。
ここで、第一のコージェライト基材１０のヤング率は次のようにして算出することができる。第一のコージェライト基材１０について、ＪＩＳ Ｒ１６０１：２００８に示される４点曲げ強さ試験法に準拠することにより曲げ強さを測定し、この測定結果から「応力－歪曲線」を作成する。このようにして得られた「応力－歪曲線」の傾きを算出し、この「応力－歪曲線」の傾きをヤング率とする。

ガラス部２０は、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂を含む。ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂はコージェライトの構成成分であるため、ガラス部２０がＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂を含むことにより、ガラス部２０と第一のコージェライト基材１０との間の熱膨張率の差を小さくすることができる。その結果、熱変動の大きな環境下における熱応力を小さくすることができるため、ヒータ１００の信頼性が向上する。また、ガラス部２０と第一のコージェライト基材１０との接着性を向上させることもできる。

ガラス部２０は、コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）を含むことができる。ガラス部２０にコージェライトを含ませることにより、ガラス部２０の熱膨張率を第一のコージェライト基材１０の熱膨張率に近づけることができる。その結果、熱変動の大きな環境下における熱応力を小さくすることができるため、ヒータ１００の信頼性が向上する。また、第一のコージェライト基材１０に対するガラス部２０の接着性も高めることができる。
ガラス部２０にコージェライトを含ませる方法としては、特に限定されないが、例えば、第一のコージェライト基材１０の作製時に発生する廃材などをガラス部２０の原料に加えればよい。

ガラス部２０は、３０～４０質量％のコージェライト相と、２質量％以下の、ムライト及び／又はスピネルを含む結晶相と、残部のガラス相とから構成されていることが好ましい。このような組成であれば、熱膨張率などの特性を所望の範囲に制御することができる。
ここで、ガラス部２０における各相の質量％は、次のようにして求められる。まず、コージェライト、ムライト、スピネル及びガラスの質量比を変えて混合したサンプルを複数作製し、Ｘ線回折のピーク値の検量線を予め作成する。次に、ガラス部２０のＸ線回折によってピーク値を求め、検量線に基づいて、ガラス部２０における各相の質量比率（質量％）を求める。

ガラス部２０の熱膨張率（熱膨張係数）は、特に限定されないが、好ましくは１．６×１０^-6／Ｋ超過３．０×１０^-6／Ｋ未満、より好ましくは１．６×１０^-6／Ｋ超過２．５×１０^-6／Ｋ以下、更に好ましくは１．６×１０^-6／Ｋ超過２．０×１０^-6／Ｋ以下である。ガラス部２０の熱膨張率が上記のような範囲であれば、ガラス部２０と第一のコージェライト基材１０との間の熱膨張率の差を小さくすることができる。その結果、熱変動の大きな環境下における熱応力を小さくすることができるため、ヒータ１００の信頼性が向上する。

電熱部３０は、通電によって発熱する導体から構成されている。導体としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の金属又は合金を用いることができる。その中でも導体は、Ｍｏ及び／又はＷを含むことが好ましい。このような導体を用いることにより、電熱部３０とガラス部２０との間の熱膨張率の差を小さくするとともに、埋設されるガラス部２０との親和性も向上させることができる。その他の使用可能な導体としては、Ｎｉ－Ｃｒ系合金、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ系合金などが挙げられる。

電熱部３０の熱膨張率（熱膨張係数）は、特に限定されないが、好ましくは１．６×１０^-6／Ｋ超過６．０×１０^-6／Ｋ未満、より好ましくは１．６×１０^-6／Ｋ超過５．５×１０^-6／Ｋ以下である。電熱部３０の熱膨張率が上記のような範囲であれば、電熱部３０とガラス部２０との間の熱膨張率の差を小さくすることができる。その結果、熱変動の大きな環境下における熱応力を小さくすることができるため、ヒータ１００の信頼性が向上する。例えば、Ｍｏは、約５．０×１０^-6／Ｋの熱膨張率を有する。また、電熱部３０の熱膨張率は、Ｍｏ粉末及び／又はＷ粉末と低熱膨張のガラス粉末とを複合化した導電性複合体を用い、各成分の割合や種類などを調整することによっても制御することができる。

電熱部３０の形状は、特に限定されず、線状、板状、シート状などの各種形状とすることができる。なお、図１及び２では、線状の電熱部３０を形成した場合を一例として示している。

電熱部３０が埋設されたガラス部２０上には第二のコージェライト基材を更に備えることができる。
ここで、第二のコージェライト基材を更に備えるヒータの上面図を図３、このヒータのＢ－Ｂ’線の断面図を図４に示す。
図３及び４に示されるように、ヒータ２００は、第一のコージェライト基材１０と、第一のコージェライト基材１０上に設けられたガラス部２０と、ガラス部２０中に埋設された電熱部３０と、ガラス部２０上に設けられた第二のコージェライト基材４０とを備える。なお、図４において、点線はガラス部２０に埋設された電熱部３０の位置を表している。このような構造とするヒータ２００では、電熱部３０をガラス部２０に埋設して第一のコージェライト基材１０と第二のコージェライト基材４０との間に設け、第一のコージェライト基材１０及び第二のコージェライト基材４０と電熱部３０とが直接接触しないようにしているため、第一のコージェライト基材１０及び第二のコージェライト基材４０の亀裂を抑制することができる。したがって、熱変動の大きな環境下におけるヒータ２００の信頼性を高めることができる。

第二のコージェライト基材４０は、第一のコージェライト基材１０と同様にコージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）を主成分とする基材であり、第一のコージェライト基材１０と同様のものを用いることができる。
第二のコージェライト基材４０は、９０質量％以上のコージェライト相と、５質量％以下の、ムライト及び／又はスピネルを含む結晶相と、残部のガラス相とから構成されていることが好ましい。このような組成であれば、熱膨張率やヤング率などの特性を所望の範囲に制御することができる。第二のコージェライト基材４０における各相の質量％は、第一のコージェライト基材１０における各相の質量％と同様にして求めることができる。

ヒータ１００，２００は、図１～４に示されるように、ろう材６０によって電熱部３０に接続された端子５０を更に備えることができる。このような構成とすることにより、電熱部３０を外部電源（図示していない）と電気的に接続させることが容易になる。

端子５０は、通電可能な導体から構成されている。端子５０に用いられる導体としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の金属又は合金を用いることができる。その中でも端子５０に用いられる導体は、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏを含むことが好ましい。このような材料として、例えば、コバールを用いることができる。
なお、端子５０に用いられる導体は、電熱部３０と同じ導体から構成されていてもよいし、電熱部３０と異なる導体から構成されていてもよい。

端子５０を構成する導体の熱膨張率（熱膨張係数）は、特に限定されないが、好ましくは１．６×１０^-6／Ｋ超過６．０×１０^-6／Ｋ未満、より好ましくは３．０×１０^-6／Ｋ超過６．０×１０^-6／Ｋ未満である。端子５０を構成する導体の熱膨張率が上記のような範囲であれば、特に、図３及び４に示されるヒータ２００において、第二のコージェライト基材４０と端子５０を構成する導体との間の熱膨張率の差を小さくすることができる。その結果、熱変動の大きな環境下における熱応力を小さくすることができるため、ヒータ２００の信頼性が向上する。例えば、コバールは、約５．０×１０^-6／Ｋの熱膨張率を有する。

図３及び４に示されるヒータ２００において、端子５０は、第二のコージェライト基材４０に設けられた貫通孔に挿入配置されていることが好ましい。このような構成とすることにより、電熱部３０を外部電源（図示していない）と電気的に接続させることが容易になる。

ろう材６０は、電熱部３０と端子５０との間を接合する材料である。ろう材６０としては、特に限定されず、電熱部３０及び端子５０の種類に応じて適切な材料を選択すればよい。例えば、電熱部３０にＭｏ及び／又はＷを含む導体、端子５０にＦｅ、Ｎｉ及びＣｏを含む導体を用いる場合、ろう材６０は、Ａｇ、Ｔｉ及びＣｕを含むことが好ましい。このような成分を含むろう材６０であれば、電熱部３０及び端子５０に影響を与えることなく適切に接合することができる。

ここで、電熱部３０にＭｏから構成される導体（Ｍｏワイヤ）、端子５０にコバールから構成される導体（コバールピン）を用い、３種類（６６Ａｇ－８Ｔｉ－Ｃｕ、６５Ａｇ－１５Ｐｄ－Ｃｕ及びＮｉ－Ｃｒ－Ｐ）のろう材６０によって電熱部３０と端子５０との間を実際に接合する実験を行った。その結果、６６Ａｇ－８Ｔｉ－Ｃｕは、Ｍｏワイヤとコバールピンとの間を約９００℃で良好に接合することができた。これに対して６５Ａｇ－１５Ｐｄ－Ｃｕは、Ｍｏワイヤとコバールピンとの間を９００℃で接合したところ、Ｐｄの蒸発が確認された。また、Ｎｉ－Ｃｒ－Ｐは、Ｍｏワイヤとの反応が確認された。したがって、電熱部３０にＭｏワイヤ、端子５０にコバールピンを用いる場合は、６６Ａｇ－８Ｔｉ－Ｃｕが最も適したろう材６０であるといえる。

ヒータ１００，２００は、図１～４に示されるように、端子５０と、ガラス部２０又は第二のコージェライト基材４０との境界表面に設けられたシール部７０を更に備えることができる。具体的には、ヒータ１００では、端子５０とガラス部２０との境界表面にシール部７０を備えることができる。また、ヒータ２００では、端子５０と第二のコージェライト基材４０との境界表面にシール部７０を備えることができる。このような構成とすることにより、当該境界から液体や空気などが侵入することを抑制することができるため、ヒータ１００，２００の信頼性が向上する。

シール部７０を構成する材料としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のシール材を用いることができる。その中でもシール部７０を構成する材料はガラスであることが好ましい。
また、シール部７０（ガラス）は、ＳｉＯ₂及びＢ₂Ｏ₃を含むことが好ましい。このような成分を含むシール部７０であれば、熱膨張係率が小さいため、シール部７０やその周辺の部材（ガラス部２０や第二のコージェライト基材４０）の亀裂を抑制することができる。

シール部７０を構成するガラスの熱膨張率（熱膨張係数）は、特に限定されないが、好ましくは１．６×１０^-6／Ｋ超過６．０×１０^-6／Ｋ未満、より好ましくは２．０×１０^-6／Ｋ超過４．０×１０^-6／Ｋ未満である。シール部７０を構成するガラスの熱膨張率が上記のような範囲であれば、ヒータ１００では、ガラス部２０、及び端子５０を構成する導体とシール部７０を構成するガラスとの間の熱膨張率の差が小さくなり、ヒータ２００では、第二のコージェライト基材４０、及び端子５０を構成する導体とシール部７０を構成するガラスとの間の熱膨張率の差が小さくなる。その結果、熱変動の大きな環境下における熱応力を小さくすることができるため、ヒータ１００，２００の信頼性が向上する。

ヒータ１００，２００は、上記のような構成とすることにより、コージェライト基材（第一のコージェライト基材１０及び第二のコージェライト基材４０）に亀裂が発生し難く、熱変動の大きな環境下における信頼性が高いため、様々な用途で用いることができる。
例えば、ヒータ１００，２００は、ディーゼルエンジンの尿素ＳＣＲシステムにおいて、尿素と排ガスとの混合を行う排ガス混合器内の排ガスの加熱に用いるのに有用である。また、この尿素ＳＣＲシステムにおいて、排ガス混合器を構成する円筒部材（排気管）の内壁面の温度を高く保ち、尿素が内壁面に衝突した際に、中間物の固形デポジットとなって堆積するのを抑制するのにも有用である。尿素ＳＣＲシステムでは、ヒータ１００，２００によって加熱された排ガスに尿素水を噴射することにより、ＮＯｘ還元剤となるアンモニア（ＮＨ₃）を生成することができる。
また、ヒータ１００，２００は、電気自動車、燃料電池車及びプラグインハイブリッドカーにおける暖房設備や、合成燃料の製造プロセスにおける加熱手段として用いるのにも有用である。

ヒータ１００，２００は、当該技術分野において公知の方法に準じて製造することができる。
例えば、ヒータ１００は、次のようにして製造することができる。
まず、コージェライト原料粉末を含む成形材料を成形した後、焼結させることによって第一のコージェライト基材１０を作製する。成形方法としては特に限定されず、押出成形やモールドキャスト成形などを用いることができる。また、第一のコージェライト基材１０は、所定の形状を有する焼結体を機械加工することによって作製してもよい。
次に、ガラス部２０となる２つのガラスシートの間に電熱部３０を挟み、第一のコージェライト基材１０上に配置して積層構造体とする。このとき表面側のガラスシートには、電熱部３０と端子５０とをろう材６０によって接続するための開口部が設けられる。
次に、積層構造体を加熱加圧処理することによって一体化させる。このときガラスシートは一体化してガラス部２０となり、ガラス部２０に電熱部３０が埋設された状態となる。加熱及び加圧の条件は、使用するガラスシートの種類に応じて適宜設定すればよく特に限定されない。
次に、表面側ガラスシートの開口部に露出した電熱部３０上にろう材６０を介して端子５０を配置し、加熱処理して接合させる。加熱条件は、使用するろう材６０の種類に応じて適宜設定すればよく特に限定されない。
最後に、ガラス部２０の表面の、端子５０とガラス部２０との境界にシール材を塗布した後、加熱処理することによってシール部７０を形成し、ヒータ１００が完成する。加熱条件は、使用するシール材の種類に応じて適宜設定すればよく特に限定されない。

また、ヒータ２００は、次のようにして製造することができる。
まず、コージェライト原料粉末を含む成形材料を成形した後、焼結させることによって第一のコージェライト基材１０及び第二のコージェライト基材４０を作製する。
次に、ガラス部２０となる２つのガラスシートの間に電熱部３０を挟み、これを第一のコージェライト基材１０と第二のコージェライト基材４０との間に配置して積層構造体とする。このとき第二のコージェライト基材４０及び第二のコージェライト基材４０側のガラスシートには、電熱部３０と端子５０とをろう材６０によって接続するための開口部が設けられる。
次に、第一のコージェライト基材１０と、第二のコージェライト基材４０と、電熱部３０を挟んだガラスシートとの間の密着性を向上させるために、積層構造体を加圧しながら加熱処理することによって一体化させる。
次に、第二のコージェライト基材４０及び第二のコージェライト基材４０側のガラスシートの開口部に露出した電熱部３０上にろう材６０を介して端子５０を配置し、加熱処理して接合させる。
最後に、第二のコージェライト基材４０の表面の、端子５０と第二のコージェライト基材４０との境界にシール材を塗布した後、加熱処理することによってシール部７０を形成し、ヒータ２００が完成する。

（２）加熱部材
図５は、本発明の実施形態に係る加熱部材の断面図である。なお、図５は、加熱部材１０００を構成する円筒部材３００の軸方向に垂直な方向の断面図である。
図５に示されるように、加熱部材１０００は、円筒部材３００と、円筒部材３００の少なくとも一部の内周面に沿って配置される複数のヒータ１００，２００と、円筒部材３００とヒータ１００，２００との間に配置される絶縁材４００とを備える。このような構造とすることにより、円筒部材３００の内部を加熱することが可能になる。

円筒部材３００としては、特に限定されず、軸方向において均一な径を有していてもよく、軸方向において縮径及び／又は拡径していてもよい。
円筒部材３００の材料は、特に限定されないが、製造性の観点から金属であることが好ましい。金属としては、例えば、ステンレス、チタン合金、銅合金、アルミ合金、真鍮などを用いることができる。これらの中でも、耐久信頼性が高く、安価という理由により、ステンレスが好ましい。

円筒部材３００の厚みは、特に限定されないが、好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．３ｍｍ以上、更に好ましくは０．５ｍｍ以上である。円筒部材３００の厚みを０．１ｍｍ以上とすることにより、耐久信頼性を確保することができる。また、円筒部材３００の厚みは、１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましく、３ｍｍ以下が更により好ましい。円筒部材３００の厚みを１０ｍｍ以下とすることにより、軽量化を図ることができる。

絶縁材４００としては、特に限定されず、窒化珪素、アルミナなどから構成される繊維マットを用いることができる。
絶縁材４００の厚みは、絶縁性を確保可能な厚みであれば特に限定されない。

複数のヒータ１００，２００は、円筒部材３００の少なくとも一部の内周面に沿って配置される。ヒータ１００，２００の固定方法としては、特に限定されないが、例えば、ボルト５００などの固定治具を用いて円筒部材３００の内周面に固定すればよい。

複数のヒータ１００，２００は、電熱部３０が、電気的に直列又は並列で電源と接続可能であるように構成される。このような構成とすることにより、電源から電圧を印加することにより、複数のヒータ１００，２００が発熱し、円筒部材３００の内部を加熱することが可能になる。
ここで、複数のヒータ１００，２００の電熱部３０が、電気的に直列で電源と接続された状態を示す上面図を図６に示す。また、複数のヒータ１００，２００の電熱部３０が、電気的に並列で電源と接続された状態を示す上面図を図７に示す。なお、図６及び７では、理解し易くする観点から３つのヒータ１００を平面的に表している。また、点線は、埋設された電熱部３０の位置を表している。
図６では、複数のヒータ１００，２００の電熱部３０が電気的に直列して接続されており、直列的に接続された電熱部３０の一端が電源と電気的に接続され、他端がアース（例えば、円筒部材３００）と電気的に接続される。図７では、複数のヒータ１００，２００の電熱部３０が電気的に並列して接続されており、それぞれの電熱部３０の一端が電源と電気的に接続され、他端がアース（例えば、円筒部材３００）と電気的に接続される。

電源からの印加電圧は、特に限定されないが、６０Ｖ以下であることが好ましい。この範囲の電圧であれば、特別な絶縁を必要としない。また、印加電圧は、ヒータ１００，２００の加熱効率を考慮すると、１２Ｖ以上であることが好ましい。

本発明の実施形態に係る加熱部材は、ディーゼルエンジンの尿素ＳＣＲシステムに用いるのに適している。すなわち、本発明の実施形態に係る加熱部材は、還元剤前駆体（例えば、尿素水）と排ガスとを混合する排ガス混合器を構成する円筒部材３００の内壁面の温度を高く保ち、還元剤前駆体が内壁面に衝突した際に、中間物の固形デポジットとなって堆積するのを抑制しつつ、還元剤前駆体を加熱して還元剤（例えば、アンモニア）を生成するために用いることができる。

ここで、還元剤前駆体を加熱して還元剤を生成するために用いられる加熱部材の断面図を図８に示す。なお、図８は、加熱部材２０００を構成する円筒部材３００の軸方向に垂直な方向の断面図である。
図８に示されるように、加熱部材２０００は、円筒部材３００の少なくとも一部に配置され、円筒部材３００の内周面に還元剤前駆体を噴射可能なノズル６００を更に備えている。また、複数のヒータ１００，２００は、ノズル６００から還元剤前駆体が噴射される円筒部材３００の内周面に配置されている。さらに、円筒部材３００は、ディーゼルエンジンの排気管である。このような構成とすることにより、円筒部材３００（排気管）を流通する排ガスを複数のヒータ１００，２００で加熱することができ、加熱された排ガスに還元剤前駆体を噴射することにより、還元剤を生成させることができる。また、ノズル６００から噴射された還元剤前駆体が複数のヒータ１００，２００に衝突しても、還元剤前駆体がすぐに蒸発するため、還元剤前駆体の分解によって生成する堆積物の堆積を抑制することもできる。

加熱部材２０００は、複数のヒータ１００，２００の電熱部３０が電気的に並列して接続されていることが好ましい。すなわち、複数のヒータ１００，２００の電熱部３０の一端が電源と電気的に接続され、他端がアース（例えば、円筒部材３００）と電気的に接続されていることが好ましい。また、電源からの印加電圧は、６０Ｖ以下であることが好ましい。このような構成とすることにより、還元剤前駆体を迅速且つ効率良く加熱して還元剤を生成するとともに、円筒部材３００の内壁面における中間物の堆積を抑制することができる。

１０ 第一のコージェライト基材
２０ ガラス部
３０ 電熱部
４０ 第二のコージェライト基材
５０ 端子
６０ ろう材
７０ シール部
１００，２００ ヒータ
３００ 円筒部材
４００ 絶縁材
５００ ボルト
６００ ノズル
１０００，２０００ 加熱部材

Claims (21)

1. 第一のコージェライト基材と、前記第一のコージェライト基材上に設けられたガラス部と、前記ガラス部中に埋設された電熱部とを備え、
   前記ガラス部がＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂を含み、
   前記第一のコージェライト基材が、９０質量％以上のコージェライト相と、５質量％以下の、ムライト及び／又はスピネルを含む結晶相と、残部のガラス相とから構成されている、ヒータ。
2. 前記ガラス部上に設けられた第二のコージェライト基材を更に備える、請求項１に記載のヒータ。
3. ろう材によって前記電熱部に接続された端子を更に備える、請求項１又は２に記載のヒータ。
4. 前記端子は、前記第二のコージェライト基材に設けられた貫通孔に挿入配置されている、請求項３に記載のヒータ。
5. 前記端子と、前記ガラス部又は前記第二のコージェライト基材との境界表面に設けられたシール部を更に備える、請求項３又は４に記載のヒータ。
6. 前記ガラス部がコージェライトを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載のヒータ。
7. 前記ガラス部が、３０～４０質量％のコージェライト相と、２質量％以下の、ムライト及び／又はスピネルを含む結晶相と、残部のガラス相とから構成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載のヒータ。
8. 前記第二のコージェライト基材が、９０質量％以上のコージェライト相と、５質量％以下の、ムライト及び／又はスピネルを含む結晶相と、残部のガラス相とから構成されている、請求項２～７のいずれか一項に記載のヒータ。
9. 前記ガラス部の熱膨張率が１．６×１０^-6／Ｋ超過３．０×１０^-6／Ｋ未満である、請求項１～８のいずれか一項に記載のヒータ。
10. 前記電熱部が、Ｍｏ及び／又はＷを含む導体から構成される、請求項１～９のいずれか一項に記載のヒータ。
11. 前記端子は、熱膨張率が１．６×１０^-6／Ｋ超過６．０×１０^-6／Ｋ未満の導体から構成される、請求項３～１０のいずれか一項に記載のヒータ。
12. 前記端子を構成する前記導体の熱膨張率が３．０×１０^-6／Ｋ超過６．０×１０^-6／Ｋ未満である、請求項１１に記載のヒータ。
13. 前記シール部は、熱膨張率が１．６×１０^-6／Ｋ超過６．０×１０^-6／Ｋ未満のガラスから構成される、請求項５～１２のいずれか一項に記載のヒータ。
14. 前記シール部を構成する前記ガラスの熱膨張率が２．０×１０^-6／Ｋ超過４．０×１０^-6／Ｋ未満である、請求項１３に記載のヒータ。
15. 前記端子がＦｅ、Ｎｉ及びＣｏを含む、請求項３～１４のいずれか一項に記載のヒータ。
16. 前記シール部がＳｉＯ₂及びＢ₂Ｏ₃を含む、請求項５～１５のいずれか一項に記載のヒータ。
17. 前記ろう材が、Ａｇ、Ｔｉ及びＣｕを含む、請求項３～１６のいずれか一項に記載のヒータ。
18. 排ガスの加熱に用いられる、請求項１～１７のいずれか一項に記載のヒータ。
19. 円筒部材と、
    前記円筒部材の少なくとも一部の内周面に沿って配置される、請求項１～１８のいずれか一項に記載の複数のヒータと、
    前記円筒部材と前記ヒータとの間に配置される絶縁材と、
    を備え、
    複数の前記ヒータの前記電熱部が、電気的に直列又は並列で電源と接続可能である加熱部材。
20. 還元剤前駆体を加熱して還元剤を生成するために用いられる、請求項１９に記載の加熱部材であって、
    前記円筒部材の少なくとも一部に配置され、前記円筒部材の内周面に前記還元剤前駆体を噴射可能なノズルを更に備え、
    前記ヒータが、前記ノズルから前記還元剤前駆体が噴射される前記円筒部材の内周面に配置され、
    前記円筒部材がディーゼルエンジンの排気管である加熱部材。
21. 前記ヒータの前記電熱部は、一端が前記電源と電気的に接続され、他端が前記円筒部材と電気的に接続されており、
    前記電源からの印加電圧が６０Ｖ以下である、請求項２０に記載の加熱部材。