(57)【要約】【課題】耐久性に優れ、排気ガスを均一に加熱できるセラミックヒータとこのセラミックヒータを備える排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】  本開示のセラミックヒータ１は、発熱抵抗体１０と、電極２０と、端子３０と、リード線４０と、を備える。発熱抵抗体１０は、周壁１１の内部空間を軸線方向に延びる複数の空間に区画する隔壁１２を有している。隔壁１２は、さらに、軸線方向の両端に端面１３と、側面１４とを備える。電極２０は、端面１３と、端面１３に連なる両側の側面１４とにわたって位置している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の周壁、および前記周壁の内部空間を軸線方向に延びる複数の空間に区画する隔壁を有する、セラミック材料で構成される発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体の軸線方向両端に設けられる電極と、を備え、
前記電極は、前記隔壁の端面と前記端面に連なる両側面とにわたって位置していることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
前記隔壁の厚さ方向における、前記電極の幅は、前記隔壁の、前記電極が設けられていない部分の厚さより大きいことを特徴とする請求項１記載のセラミックヒータ。
【請求項３】
前記電極の表面と前記隔壁の前記側面との間の、前記隔壁の厚さ方向における距離が、前記側面の少なくとも一部において、軸線方向内方に向かうにつれて短くなっていることを特徴とする請求項２記載のセラミックヒータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のセラミックヒータを備えていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、セラミックヒータおよびこのセラミックヒータを備えた排気ガス浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジンなどの内燃機関からの排気には、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯxなどの環境汚染の原因となる有害物質が含まれており、近年、これらの有害物質の排出規制が強化されている。一般に、これらの有害物質は、いわゆる三元触媒を利用した方法により浄化される。その場合、触媒は、排気ガスの熱を利用して、触媒が活性化する３００℃まで加熱される必要があるが、エンジンの始動時など排気ガスの温度が低い場合には、触媒が活性化されず、排気ガスを十分に浄化できない。また、近年の低燃費の自動車では排気ガスの温度が低下しているため、同様に、触媒の温度を活性化に必要な温度まで加熱できない。
【０００３】
前記のような問題に対処するため、導電性材料からなるハニカム構造体を発熱させ、流入する排気ガスを触媒が活性化する温度まで加熱する排気ガス処理装置が利用されている。また、最近では、両端面の全面に電極を形成したハニカム構造体が提案されている。例えば、特許文献１には、導電性材料からなり隔壁に仕切られたガス流れ方向に実質的に平行な多数の貫通孔と、ガス流入側及びガス流出側の両端面とを備え、隔壁に通電する際の電流の流れを制御することにより発熱を制御してなる通電発熱用ハニカム体であって、体積抵抗率が低い電極部と体積抵抗率が高い発熱部とを備え、電極部が両端面全面に形成され、発熱部の体積抵抗率が０．１〜１０Ω・cmで、電極部の体積抵抗率が発熱部の抵抗率の１／１０以下であり、少なくとも発熱部が金属とセラミックの複合材料から構成される通電発熱用ハニカム体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２２９９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
セラミック材料からなるハニカム構造体の両端面全面に電極を形成する方法としては、一般に、焼成、めっき、蒸着、スパッタリングなどの方法が用いられる。しかし、これらの方法によって端面に電極を形成したハニカム構造体については、電極全体に均一に通電せず、ハニカム構造体に部分的に通電することがあり、その場合、ハニカム構造体が異常発熱して、クラックが生じやすいという問題がある。また、ハニカム構造体の端面に電極を形成することにより、圧力損失が上昇し、浄化効率を低下させるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、
筒状の周壁、および前記周壁の内部空間を軸線方向に延びる複数の空間に区画する隔壁を有する、セラミック材料で構成される発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体の軸線方向両端に設けられる電極と、を備え、
前記電極は、前記隔壁の端面と前記端面に連なる両側面とにわたって位置していることを特徴とするセラミックヒータを提供することを目的とする。
【０００７】
また、本開示は、前記セラミックヒータを備えることを特徴とする排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【発明の効果】
【０００８】
本開示のセラミックヒータにおいては、発熱抵抗体の隔壁の端面と端面に連なる両側面とにわたって電極が形成されているので、端面のみに電極が位置している場合よりも、電極の抵抗が小さくなり、電極全体に均一に通電させることができる。これによって、発熱抵抗体でのクラックの発生を低減することができ、耐久性に優れたセラミックヒータを提供することができる。
【０００９】
本開示の排気ガス処理装置によれば、本開示のセラミックヒータを備えることによって、排気ガスが効率よく加熱され、圧力損失を低減することができるので、排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示のセラミックヒータの第１実施形態における斜視図である。
【図２】本開示の第１実施形態における図１のA−A線に沿う断面図である。
【図３】本開示の第２実施形態における図１のA−A線に対応する部分の断面図である。
【図４】本開示のセラミックヒータを備える排気ガス浄化装置である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第１実施形態＞
以下、本開示の第１実施形態に係るセラミックヒータについて、排気ガス浄化用のヒータを例として、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態のセラミックヒータ１の斜視図である。図２は、セラミックヒータ１の一部の断面図である。セラミックヒータ１は、発熱抵抗体１０と、電極２０と、端子３０と、リード線４０と、を備える。
【００１２】
＜発熱抵抗体＞
発熱抵抗体１０は、筒状の部材であり、周壁１１と、隔壁１２、とを備える。本実施形態においては、発熱抵抗体１０は円筒状であるが、筒状であれば、三角筒状、四角筒状、楕円筒状を含むその他の形状であってもよい。
【００１３】
発熱抵抗体１０は、周壁１１の内部空間を軸線方向に延びる複数の空間に区画する隔壁１２を有している。隔壁１２は、さらに、軸線方向の両端に端面１３と、側面１４を備える。側面１４によって囲まれた空間は複数の流通孔１５を規定する。内燃機関で発生した排気ガスは、発熱抵抗体１０の一方の端面から流入し、流通孔１５を通過し、発熱抵抗体１０の他方の端面から排出される。
【００１４】
本実施形態において、流通孔１５の横断面は、図１に示されるように、四角形であるが、円形、楕円形、多角形を含むその他の形状であってもよい。また、流通孔１５の隔壁の厚さは、０．０５〜０．３０ｍｍであることが好ましい。
【００１５】
発熱抵抗体１０は、導電性のセラミック材料からなる。発熱抵抗体１０で用いられるセラミック材料としては、例えば、ペロブスカイト型の結晶構造を持つランタンマンガンライト（ＬａＭｎＯ３）やランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ３）などを主成分とするセラミックスが挙げられる。Ｌａの一部をＣａ、Ｓｒ、Ｂａ等の周期律表第２Ａ元素で置換したり、Ｍｎ、Ｃｒの一部をＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｅ、Ｚｒ等の元素で置換してもよい。これらの置換量を調整することでさまざまな体積抵抗率を持った発熱抵抗体１０を形成することができる。
【００１６】
＜電極＞
電極２０ａおよび２０ｂ（以下、電極を総称する場合は「電極２０」と称する。）は、それぞれ、発熱抵抗体１０の両端の端面１３と、端面１３に連なる両側の側面１４とにわたって位置している。従来のハニカム構造体を有するヒータでは、例えば、端面１３上にのみ電極２０が位置しているが、本実施形態のセラミックヒータ１においては、図２に示すように、電極２０は、端面１３から側面１４に回り込むように厚みをもって形成されている。本実施形態において、隔壁１２の厚さ方向における、電極２０の幅は、隔壁１２の、電極２０が設けられていない部分の厚さより大きい。また、図２に示すように、側面１４に位置している電極２０の厚みは一定であってもよい。
【００１７】
電極２０の材料は特に限定されないが、発熱抵抗体１０を構成するセラミック材料よりも体積抵抗率が低い材料が用いられる。電極２０の形成方法については、焼成、めっき、蒸着、スパッタなどの方法が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１８】
発熱抵抗体１０で用いられる導電性のセラミック材料の体積抵抗率は、０．１〜５００Ω・cmであることが好ましい。体積抵抗率が０．１Ω・cm以下である場合は、発熱抵抗体１０の加熱が過剰となり、クラックの発生などの不具合が生じ、一方で、体積抵抗率が５００Ω・cmを超えると、発熱抵抗体１０に電流が流れにくくなり、発熱抵抗体１０を十分に加熱することができなくなるため、排気ガスの浄化効率が低下する。
【００１９】
本実施形態においては、隔壁１２の端面１３だけでなく側面１４にまで回り込むように電極２０が形成されている。そのため、端面１３上のみに電極２０を形成した場合よりも、電極２０の電気抵抗値が小さくなるので、電極２０全体に通電しやすくなり、発熱抵抗体１０全体にも通電されて、発熱抵抗体１０が均一に発熱する。これによって、発熱抵抗体１０への部分的な通電およびこれによる発熱抵抗体１０の異常発熱を抑制するとともに、発熱抵抗体１０におけるクラックの発生を低減でき、耐久性に優れたセラミックヒータを提供することができる。また、発熱抵抗体１０が均一に発熱することによって、触媒作用を促進し、排気ガスを効率よく加熱することが可能となる。
【００２０】
＜触媒＞
排気ガスを浄化する触媒は、発熱抵抗体１０とは別の担体に担持することも、発熱抵抗体１０の隔壁１２に担持させることもできる。
【００２１】
隔壁１２に担持させる触媒には、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）などの貴金属が用いられるが、排気ガス中に含まれる有害物質を浄化することができる材質であれば、これらに限定されない。
【００２２】
発熱抵抗体１０の一方の端面１３から流入した排気ガスは、流通孔１５を通過し、均一に発熱した発熱抵抗体１０によって加熱されるとともに、隔壁１２に担持された触媒によって浄化され、発熱抵抗体１０の他方の端面１３から排出される。
【００２３】
＜第２実施形態＞
次に、本開示の第２実施形態に係るセラミックヒータについて、第１実施形態の説明と同様、排気ガス浄化用のヒータを例にとって、図３を参照しながら説明する。また、本実施形態においては、第１実施形態と同様の構成要素には、第１実施形態と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２４】
本実施形態において、電極２０は、図３に示すように、第１実施形態と同様に、隔壁１２の端面１３を包接するように形成されている。
【００２５】
本実施形態では、さらに、電極２０は、電極２０の表面と隔壁１２の側面１４との間の、隔壁１２の厚さ方向における距離が、側面１４の少なくとも一部において、発熱抵抗体１０の軸線方向、すなわち、排気ガスが流入する流通孔１５の内方に向かうにつれて短くなるように形成されている。図３に示すように、電極２０の側面１４に位置する部分の端部において、電極２０の表面と隔壁１２の側面１４との間の距離が発熱抵抗体１０の軸線方向の内方に向かうにつれて漸減的に短くなるように電極２０が形成されていてもよい。
【００２６】
本実施形態によれば、電極２０の表面と隔壁１２の側面１４との間の、隔壁１２の厚さ方向における距離が、側面１４の少なくとも一部において、発熱抵抗体１０の軸線方向内方に向かうにつれて漸減的に短くなるように電極２０を形成することによって、電極２０の内燃機関からの排気ガスが衝突する部分のクラックの発生を低減することができる。
【００２７】
また、本実施形態によれば、排気ガスが流入する流通孔１５の内方にむかうにつれて電極２０の表面と隔壁１２の側面１４との間の、隔壁１２の厚さ方向における距離が側面１４の少なくとも一部において漸減的に短くなるように電極２０を形成することによって、排気ガス中の粒子状物質による目詰まり等による圧力損失を低減させることができる。
【００２８】
＜排気ガス浄化装置＞
図４は、本開示のセラミックヒータを備えた排気ガス浄化装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【００２９】
図４に示すように、排気ガス浄化装置１００においては、本開示のセラミックヒータ１がその外周を断熱材層１０５に保持された状態で、ケース１０１に収容されている。排気ガス浄化装置１００は、排気ガスの流入口１０２と、流出口１０３を備え、それぞれに排気管１０４ａ,１０４ｂが接続されている。
【００３０】
ケース１０１は、例えば、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４およびＳＵＳ３１６等のステンレスからなり、その中央部が円筒状に、両端部が円錐台状に、それぞれ形成されている。断熱材層１０５は、例えばセラミックファイバー、ガラスファイバー、カーボンファイバーおよびセラミックウィスカ―の少なくとも１種から形成されている。
【００３１】
排気ガス浄化装置１００の排気ガス流入側には、ガソリンエンジン等の内燃機関が排気管１０４ａを通じて接続されている。内燃機関によって生成された排気ガスは、排気管１０４ａおよび流入口１０２を通ってケース１０１に供給され、セラミックヒータ１の流通孔１５を通過し、発熱抵抗体１０によって加熱される。本実施形態においては、セラミックヒータ１には触媒が担持されており、発熱抵抗体１０によって加熱された排気ガスは、触媒によって浄化され、流出口１０３から排気管１０４ｂを通って、外部に排出される。
【００３２】
このように排気ガス浄化装置１００は、本開示のセラミックヒータ１を備えることによって、排気ガスが効率よく加熱されるとともに、圧力損失を低減することができるので、内燃機関からの有害物質を含む排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００３３】
上記においては、セラミックヒータを排気ガス浄化用として説明したが、本開示の発明は、これに限らず、ガスまたは液体などの流体を流通孔内に流通させて、流体を加熱させる用途であれば、どのようなものに対しても適用できる。
【符号の説明】
【００３４】
１  セラミックヒータ
１０  発熱抵抗体
１１  周壁
１２  隔壁
１３  端面
１４  側面
１５  流通孔
２０，２０ａ，２０ｂ  電極
３０  端子
４０  リード線
１００  排気ガス浄化装置
１０１  ケース
１０２  流入口
１０３  流出口
１０４，１０４ａ，１０４ｂ  排気管
１０５  断熱材層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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