JPS6180785A - セラミツクヒ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はセラミックヒータに関する。

（従来の技術） ディーゼルエンジン等の排気ガス中に含まれる微粒子の
捕集浄化装置の再生用ヒータに、平板状Ｕ字又はＶ字等
のアーチ形状のセラミックヒータを利用することは公知
であり、再生性の観点から発熱部が均一に分散するのが
好ましく、従って、考えられる外形の１つとして、アー
チ形状で脚部を末広がりとし、適当に開口を分布させた
ものがあげられる。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、この種の形状のセラミックヒータ素子において
は一般に、該形状の頂点屈曲部の内・周部でまず発熱す
るので、該形状全体の均一発熱性に欠け、ヒータ自体の
耐熱劣化、また熱応力差による割れといった問題が生じ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明は導電性セラミックを素材し、頂点屈曲部とその
両端に伸びる２個の末広がり状の脚部で構成されるアー
チ状の平板形状であって、かつ両該脚部の脚端部を電橋
部として長手方向に通電するセラミックヒータであり、
開口によって区別される脚部各発熱域の、電流の流れる
方向に関して垂直方向の横断面積に関して、アーチ形状
の外周部において、内周部よりも発熱部横断面積を大き
くするようにしたものである。

（実施例） 本発明の実施例について第１図をもとに詳細に説明する
。セラミ、クヒータはアーチ形状をなし開放端部はそれ
ぞれ電極部２．３であり、それ以外は発熱部１である。

電極部２．３と発熱部１とハ窒化チタンと窒化珪素とか
らなるセラミック発熱抵抗材料で構成しである。電極部
２，３は端子部２１．３１の表裏面にｐｔやＮｉやＭｏ
などの金属をペースト焼付あるいは蒸着により固着して
構成されている。発熱部１は電極部２．３の近い側にそ
れぞれ２つづつの開口部４，５，６．７を有し、またア
ーチ先端部にそれぞれ１つづつの開口部８．９を有する
。開口部４，５．８と開口部６．７．９とにより、発熱
部１０，１１，１２゜１６．１７および１３．　１４．
　１５．　１８．　１９に分岐される。また、上記開口
部の存在により集合部２２．２３および先端部２ｏが形
成される。

本実施例において、具体的な数値を列挙すると、発熱部
１の厚みは２ｍｍであり、各発熱部の幅（電流の流れに
対して垂直方向：以下同じ）は、１ｏ、ｔｔ、１２にお
いて、それぞれ３ｍｍ、　　２ｍｍでであり、発熱部１
６．１７においてそれぞれ４．５ｍｍ、３．５ｍｍであ
って、アーチ形状の外周部において、発熱部の横断面積
がどの部分であっでも大きくなるようにしである。

勿論、上記発熱部１の開口部４．５，８．６゜７．９は
線対称となっているから、第１図の右方の発熱部１３，
１４．１５，１８．１９の幅寸法もそれぞれ上記と同じ
ようにしである。

この状態において、電極部２．３に図示しない金属電穫
を固定して電極部２．３間に通電すると、電流は電極部
２−発熱部１０，１１．１２＝集合部２１−発熱部１６
．１７−先端部２０−分岐部１８．１９−集合部２２−
発熱部１３，１４．１５−電極部３へと流れる。この場
合、集合部２２゜２３は開口部が無いため、他部より横
断面積が大きいので発熱しに（（なる。従って、発熱温
度が高くなるのは各発熱部１０〜１５．１６〜１９と　
　　　　！先端部２０とである。電極部２．３はその横
断面積が各発熱部、先端部のそれぞれの横断面積より大
きいので発熱しない。このような構造にすることにより
発熱部が点在する効果を得て、広い面積に点火源を数多
く持つ点火用セラミックヒータとして有効なものとなる
。

ところで、本ヒータ形状を、ヒータの均熱性の観点から
、第２図のヒータ形状のものと比較したのが第３図であ
る。第２図のヒータ形状においては、発熱部１０°、１
１”、１２’、１３”、１４”、１５゛　において幅は
それぞれ、２ｍｍ、２ｍｍ、２ｍｍ、発熱部１６’　、
１７’　、１８’　。

１９°においてはそれぞれ４ｍｍ、４ｍｍとアーチ形状
の内周部、外周部とも各発熱部の横断面積を等しく設定
しである。また、厚みは第１図のものと同じ＜２ｍｍと
一定である。そして、第３図は、これら２つのヒータ形
状において、４００Ｗ通電した場合の、無風定常時のヒ
ータ発熱部各部の表面温度を放射温度針で測温したもの
で、０印でプロットしたのが第１図のヒータ形状、Ｘ印
でプロットしたのが第２図のヒータ形状によるものであ
る。これより明らかに第１のものの方が均熱性に優れて
いることがわかり、全体としての温度差が、第２図のも
ので１１０°Ｃあったのが第１図のもので５５℃まで少
なくなった。これは、一般にアーチ形状に形成したヒー
タでは、内周部がもっとも電流が流れやすくなり、また
外周部は冷やされやすいので、第２図の場合のように外
周部の温度がどうしても低くなってしまう。これに対し
て、第１図のように外周部の横断面積を大きくすると、
外周部への電流が流れやす（なり、結果として全体的に
均一な温度分布が得られることとなるわけである。

なお、このセラミックヒータダは以下に述べるようにし
て製造した。即ち、平均粒径１μｍのＴｉＮ（窒化チタ
ン）３５ｗｔ％と平均粒径０．８μｍのＳｉ３Ｎ４　（
窒化珪素＞５５ｗｔ％とを湿式にて混合し、乾燥後にバ
インダーとしてポリビニルアルコールを少量加えて成形
用粉末を得た。これを金型プレスにてヒータ形状にプレ
スし、１８００°Ｃで２時間、Ｎ２雰囲気にて焼成した
。得られたセラミックヒータの端子部にｐｔペーストを
１２００°Ｃで１時間、Ｈ２雰囲気で焼付けた。

第２の実施例として、ヒータの平面形状は第２図と同じ
であるが、厚さが一様でな（、第２図の横断面Ａ−Ａが
第４図のように、外周部はど、厚さを厚くする形状であ
って同様の効果を得ることができる。

また、以上の例ではヒータの基本形状として第１図のも
のを用いたが、第５図のようなＵ字アーチ形状であって
よい。更に、電極部２．３例の開口部はそれぞれ２つづ
つ設けであるが、１つであってもよい。

次に、本発明のセラミックヒータの用途例について説明
する。

第６図は前記実施例のセラミックヒータを６ケ用いた加
熱装置４０の正面図で、押さえリング４２の一部を欠い
て描いである。この装置４０はディーゼルエンジン車の
排ガス中の微粒子捕集用フィルタを再生するためのもの
である。この第６図において、セラミックヒータ４１は
その電極部が外周に置かれるように放射状に放置される
。各々のセラミ、クヒータ４１は第６図におけるＡ−Ａ
断面図である第７図に示すように、金属ケース４３のプ
ラズマ溶射を施した面４４に放置され、セラミック製の
絶縁リング４５を介して、ケース４３にねじ込んだ押さ
えリング４２によって固定されている。

セラミックヒータ４１の各々の電極部には、電極金具４
６．４７がロー付けされており、プラス側電極金具４６
は、ニッケル製のリード４８に接続され、このリニドは
絶縁リング４５の中に埋め込まれてシールした電極端子
部（第６図の４９）を通り外部に取り出され通電可能と
なっている。

なお、マイナス側の電極金具４７は、金属ケース４３に
接続され、アースされている。

上記の加熱装置を微粒子捕集装置に取り付けた状態の概
略断面図を第８図に示す。

加熱装置４０は、鋳物ケース５０内にシール材５１及び
り、ジョン材５２及び５３を介して収納　　　　　　　
　！された円筒形の微粒子捕集用構造物５４（以下フィ
ルタ）の上流部に、インレット５４と挟持された状態で
フランジ５５及び５６により保持されている。また、フ
ランジ５７．５８は図示しないエンジンの排気管に接続
されている。なお、矢印５９．６０はガスの流れ方向を
示す。

セラミックヒータ２４の数が複数個となっているのはバ
ッテリの消費電力をむやみに大きくできないためである
。即ち、フィルタ５４をセラミックヒータ４１の加熱に
より再生するためには複数個のセラミックヒータのヒー
タ４１に順次間欠的に通電していく方式をとる。

本実施例の浄化装置のセラミックヒータは、均熱性に優
れている為、局所的な過熱による耐熱劣化が少なく、ま
た熱応力差による割れという問題を生ずることなく、極
めて信頼性の高いものとなっている。

従って、本発明のセラミックヒータは自動軍排ガスに含
まれる微粒子捕集用フィルタの再生加熱用ヒータの応用
に極めて好都合である。

なお、本発明は微粒子捕集用フィルタの再生、加熱用ヒ
ータの他に、種々の用途に適用できることは言うまでも
ない。

（発明の効果） 本発明によれば、ヒータのアーチ外周部とアーチ内周部
との温度差を低くでき、従って、均熱性のよいヒータを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す平面図、第２図は本発
明の作用説明に供するヒータの平面図、第３図は本発明
の作用説明に供する特性図、第４図は本発明の他の実施
例を示すもので、第２図のＡ−Ａ断面に相当する断面図
、第５図は本発明の更に他の実施例を示す平面図、第６
図は本発明の用途例を示す平面図、第７図は第６図のＡ
−Ａ断面図、第８図は本発明の用途例を示す断面側面図
である。 ４〜９・・・開口部、１０〜１９・・・発熱部、２１゜
３１・・・端子部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互いに離間した端子部および該端子部間を接続したアー
   チ状の発熱部を具備し、該発熱部を、前記端子部間に通
   電することによって発熱するセラミック抵抗材料で構成
   し、かつ該発熱部に複数個の開口部を設けて発熱域を分
   離したセラミックヒータであって、アーチ外周部の横断
   面積をアーチ内周部の横断面積より大きくしたことを特
   徴とするセラミックヒータ。