JP3009507B2 - 抵抗調節型ヒーター及びヒーターユニット - Google Patents
抵抗調節型ヒーター及びヒーターユニットInfo
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- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
- F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
- F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
- F01N3/2013—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means
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- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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- Toxicology (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車排ガスの浄化等
に好適に用いることができる抵抗調節型ヒーター及びヒ
ーターユニットに関する。
に好適に用いることができる抵抗調節型ヒーター及びヒ
ーターユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近になり、自動車等の内燃機関から排
出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯX ）、一酸化炭
素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）を浄化するための触媒、
触媒担体等として、従来公知の多孔質セラミックハニカ
ム構造体のほかに、金属ハニカム構造体が注目を集める
ようになってきた。一方、排ガス規制の強化に伴ない、
コールドスタート時のエミッションを低減するヒーター
等の開発も切望されている。
出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯX ）、一酸化炭
素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）を浄化するための触媒、
触媒担体等として、従来公知の多孔質セラミックハニカ
ム構造体のほかに、金属ハニカム構造体が注目を集める
ようになってきた。一方、排ガス規制の強化に伴ない、
コールドスタート時のエミッションを低減するヒーター
等の開発も切望されている。
【０００３】このようなハニカム構造体として、例えば
実開昭６３−６７６０９号公報に記載の技術が知られて
いる。この実開昭６３−６７６０９号公報には、セラミ
ック製主モノリス触媒の上流側に近接させてメタル担体
にアルミナをコートした電気通電可能なメタルモノリス
触媒を配設した触媒コンバーターが開示されている。
実開昭６３−６７６０９号公報に記載の技術が知られて
いる。この実開昭６３−６７６０９号公報には、セラミ
ック製主モノリス触媒の上流側に近接させてメタル担体
にアルミナをコートした電気通電可能なメタルモノリス
触媒を配設した触媒コンバーターが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実開昭
６３−６７６０９号公報記載の触媒コンバーターにおい
ては、主モノリス触媒の上流側に近接させて配設したプ
レヒーターとしてのメタルモノリス触媒は、単にフォイ
ルタイプのメタルハニカム構造体の内周から外周へ通電
し発熱させるものであって、その抵抗が調節されておら
ず（即ち、材質、寸法、リブ厚が規定されるのみで、所
望の抵抗が調節されていない）、昇温特性が不十分であ
るという問題があった。
６３−６７６０９号公報記載の触媒コンバーターにおい
ては、主モノリス触媒の上流側に近接させて配設したプ
レヒーターとしてのメタルモノリス触媒は、単にフォイ
ルタイプのメタルハニカム構造体の内周から外周へ通電
し発熱させるものであって、その抵抗が調節されておら
ず（即ち、材質、寸法、リブ厚が規定されるのみで、所
望の抵抗が調節されていない）、昇温特性が不十分であ
るという問題があった。
【０００５】そこで、本出願人は、先に、ハニカム構造
体に通電のための少なくとも２つの電極を設けるととも
に、該電極間に抵抗調節機構を有するヒーターを提案し
た（特願平２−９６８６６号）。このヒーターは、その
スリットの外周部にジルコニア系の耐熱性無機接着剤を
充填し、スリット間を絶縁している。このヒーターによ
れば、所望の発熱性を制御でき、かつ自動車排ガスのコ
ールドスタート時のエミッション低減に有用である。本
出願人はまた、ハニカム構造体の外周に設けたスリット
にアルミナ質等のセラミックからなる絶縁部材（スペー
サー）をセットして絶縁部を形成したヒーター、また、
ハニカムヒーターの外周部をセラミック質のマット、ク
ロス等の絶縁物質を介在させ金属質バンドで被覆するこ
とによりハニカムヒーターを保持する方法などを提案し
た（特願平３−１５８８０号）。さらに特願平３−１５
８８０号には、バンドやリング自体を、例えばＡｌ2 Ｏ
3 やＺｒＯ2 を溶射してセラミックコーティングし、バ
ンド及びリング表面に絶縁保護膜を形成する方法も開示
されている。上記したいずれの方法もヒーターの抵抗調
節機構を絶縁して保護する手法を示すものであるが、自
動車の苛酷な運転条件下（特に、振動と熱衝撃）におい
ては、破壊される恐れがあり、実用上問題がある。
体に通電のための少なくとも２つの電極を設けるととも
に、該電極間に抵抗調節機構を有するヒーターを提案し
た（特願平２−９６８６６号）。このヒーターは、その
スリットの外周部にジルコニア系の耐熱性無機接着剤を
充填し、スリット間を絶縁している。このヒーターによ
れば、所望の発熱性を制御でき、かつ自動車排ガスのコ
ールドスタート時のエミッション低減に有用である。本
出願人はまた、ハニカム構造体の外周に設けたスリット
にアルミナ質等のセラミックからなる絶縁部材（スペー
サー）をセットして絶縁部を形成したヒーター、また、
ハニカムヒーターの外周部をセラミック質のマット、ク
ロス等の絶縁物質を介在させ金属質バンドで被覆するこ
とによりハニカムヒーターを保持する方法などを提案し
た（特願平３−１５８８０号）。さらに特願平３−１５
８８０号には、バンドやリング自体を、例えばＡｌ2 Ｏ
3 やＺｒＯ2 を溶射してセラミックコーティングし、バ
ンド及びリング表面に絶縁保護膜を形成する方法も開示
されている。上記したいずれの方法もヒーターの抵抗調
節機構を絶縁して保護する手法を示すものであるが、自
動車の苛酷な運転条件下（特に、振動と熱衝撃）におい
ては、破壊される恐れがあり、実用上問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題を解
決し、苛酷な運転条件下においても短絡を防止しその抵
抗調節機能を充分に発現させることができる抵抗調節型
ヒーター及びヒーターユニットを提供することを目的と
するものである。即ち、本発明によれば、多数の貫通孔
を有するハニカム構造体に通電のための少なくとも２つ
の電極を設けるとともに、該電極間に抵抗調節機構たる
スリットを設けてなる抵抗調節型ヒーターであって、該
スリットの少なくとも一部分に絶縁性を有するセラミッ
クコーティングを施すとともに、該スリットの外周部に
絶縁性セラミックコーティングされた金属質のスペーサ
ーを挿入したことを特徴とする抵抗調節型ヒーター、お
よび、多数の貫通孔を有するハニカム構造体に通電のた
めの少なくとも２つの電極を設けるとともに、該電極間
に抵抗調節機構たるスリットを設けてなる抵抗調節型ヒ
ーターであって、該スリットの外周部に絶縁性セラミッ
クコーティングされた金属質のスペーサーを挿入したこ
とを特徴とする抵抗調節型ヒーター、が提供される。
決し、苛酷な運転条件下においても短絡を防止しその抵
抗調節機能を充分に発現させることができる抵抗調節型
ヒーター及びヒーターユニットを提供することを目的と
するものである。即ち、本発明によれば、多数の貫通孔
を有するハニカム構造体に通電のための少なくとも２つ
の電極を設けるとともに、該電極間に抵抗調節機構たる
スリットを設けてなる抵抗調節型ヒーターであって、該
スリットの少なくとも一部分に絶縁性を有するセラミッ
クコーティングを施すとともに、該スリットの外周部に
絶縁性セラミックコーティングされた金属質のスペーサ
ーを挿入したことを特徴とする抵抗調節型ヒーター、お
よび、多数の貫通孔を有するハニカム構造体に通電のた
めの少なくとも２つの電極を設けるとともに、該電極間
に抵抗調節機構たるスリットを設けてなる抵抗調節型ヒ
ーターであって、該スリットの外周部に絶縁性セラミッ
クコーティングされた金属質のスペーサーを挿入したこ
とを特徴とする抵抗調節型ヒーター、が提供される。
【０００７】また、本発明によれば、多数の貫通孔を有
するハニカム構造体に通電のための少なくとも２つの電
極を設けるとともに、該電極間に抵抗調節機構たるスリ
ットを設けてなる抵抗調節型ヒーターを金属質からなる
缶体に保持してなるヒーターユニットであって、該スリ
ットの外周部に絶縁性セラミックコーティングされた金
属質のスペーサーを挿入するとともに、該缶体に絶縁性
を有するセラミックコーティングを施したことを特徴と
するヒーターユニット、が提供される。本発明の抵抗調
節型ヒーターにおいては、セラミックコーティングはほ
うろう加工（ほうろうがけ）により施されることが好ま
しい。
するハニカム構造体に通電のための少なくとも２つの電
極を設けるとともに、該電極間に抵抗調節機構たるスリ
ットを設けてなる抵抗調節型ヒーターを金属質からなる
缶体に保持してなるヒーターユニットであって、該スリ
ットの外周部に絶縁性セラミックコーティングされた金
属質のスペーサーを挿入するとともに、該缶体に絶縁性
を有するセラミックコーティングを施したことを特徴と
するヒーターユニット、が提供される。本発明の抵抗調
節型ヒーターにおいては、セラミックコーティングはほ
うろう加工（ほうろうがけ）により施されることが好ま
しい。
【０００８】
【作用】本発明は、スリット等の抵抗調節機構を有する
ヒーターにおいて、苛酷な運転条件下においても短絡を
防止しその抵抗調節機能を充分に発現させるために、抵
抗調節機構を形成する少なくとも一部分に絶縁性を有す
るセラミックコーティングを施すか、及び／または、抵
抗調節機構たるスリットの外周部に絶縁性セラミックコ
ーティングされた金属質のスペーサーを挿入してなる抵
抗調節型ヒーターである。また、これらの抵抗調節型ヒ
ーターを金属質からなる缶体に保持してなるヒーターユ
ニットの場合には、さらに缶体に絶縁性を有するセラミ
ックコーティングを施すものである。本発明の抵抗調節
型ヒーター、ヒーターユニットは、上記のような構成で
あるため、自動車の苛酷な運転条件下においてもスリッ
ト等の抵抗調節機構の絶縁性を確実に保持することがで
きる。
ヒーターにおいて、苛酷な運転条件下においても短絡を
防止しその抵抗調節機能を充分に発現させるために、抵
抗調節機構を形成する少なくとも一部分に絶縁性を有す
るセラミックコーティングを施すか、及び／または、抵
抗調節機構たるスリットの外周部に絶縁性セラミックコ
ーティングされた金属質のスペーサーを挿入してなる抵
抗調節型ヒーターである。また、これらの抵抗調節型ヒ
ーターを金属質からなる缶体に保持してなるヒーターユ
ニットの場合には、さらに缶体に絶縁性を有するセラミ
ックコーティングを施すものである。本発明の抵抗調節
型ヒーター、ヒーターユニットは、上記のような構成で
あるため、自動車の苛酷な運転条件下においてもスリッ
ト等の抵抗調節機構の絶縁性を確実に保持することがで
きる。
【０００９】次に、本発明において、抵抗調節機構たる
スリットの抵抗調節機能を充分に発現させるための絶縁
性を有するセラミックコーティングについて説明する。
本発明では、スリットの少なくとも一部分に絶縁性を有
するセラミックコーティングを施す。すなわち、スリッ
トの場合、運転中にハニカム構造体のセルが変形し、ス
リットを隔てたリブ（隔壁）が接触する危険があるた
め、スリット部にセラミックコーティングすることが必
要である。この場合、図２に示すように、スリット部１
０全域にコーティング１２を施しても良いが、簡易に使
用するためには、外周部分１１から１０mm程度コーティ
ングして絶縁するだけでもよい。また、スリット部１０
全体を封止するようにセラミックコーティング１２を施
すと、そこからのガスの吹き抜けが防止でき、好まし
い。
スリットの抵抗調節機能を充分に発現させるための絶縁
性を有するセラミックコーティングについて説明する。
本発明では、スリットの少なくとも一部分に絶縁性を有
するセラミックコーティングを施す。すなわち、スリッ
トの場合、運転中にハニカム構造体のセルが変形し、ス
リットを隔てたリブ（隔壁）が接触する危険があるた
め、スリット部にセラミックコーティングすることが必
要である。この場合、図２に示すように、スリット部１
０全域にコーティング１２を施しても良いが、簡易に使
用するためには、外周部分１１から１０mm程度コーティ
ングして絶縁するだけでもよい。また、スリット部１０
全体を封止するようにセラミックコーティング１２を施
すと、そこからのガスの吹き抜けが防止でき、好まし
い。
【００１０】また、本発明では、さらにハニカム構造体
の外周部、例えば、上側面、下側面または外側面に、セ
ラミックコーティングを施すことが好ましい。即ち、ヒ
ーターが缶体、あるいはヒーターを缶体に保持する保持
部材と接触する可能性のある個所、部分にはセラミック
コーティングすることが、短絡防止の点で好ましい。さ
らに、本発明においては、図３のように、絶縁性の確保
およびヒーターの変形防止の観点から、抵抗調節機構た
るスリット部１０にスペーサー１３を挿入することが好
ましい。スペーサーの材質としては、通常アルミナ質等
のセラミック質からなるスペーサーが考えられるが、セ
ラミック質の場合、固くて脆いため破損し易いという欠
点がある。一方、金属質の部材にセラミックコーティン
グしたスペーサーはそのもの自体が金属の性質を示すた
めに破損の恐れがなく、好ましい。またこの場合、金属
質の部材はヒーター本体の材質と同程度の熱膨張を示す
ものであることが望ましい。
の外周部、例えば、上側面、下側面または外側面に、セ
ラミックコーティングを施すことが好ましい。即ち、ヒ
ーターが缶体、あるいはヒーターを缶体に保持する保持
部材と接触する可能性のある個所、部分にはセラミック
コーティングすることが、短絡防止の点で好ましい。さ
らに、本発明においては、図３のように、絶縁性の確保
およびヒーターの変形防止の観点から、抵抗調節機構た
るスリット部１０にスペーサー１３を挿入することが好
ましい。スペーサーの材質としては、通常アルミナ質等
のセラミック質からなるスペーサーが考えられるが、セ
ラミック質の場合、固くて脆いため破損し易いという欠
点がある。一方、金属質の部材にセラミックコーティン
グしたスペーサーはそのもの自体が金属の性質を示すた
めに破損の恐れがなく、好ましい。またこの場合、金属
質の部材はヒーター本体の材質と同程度の熱膨張を示す
ものであることが望ましい。
【００１１】ここで、スペーサーの構造としては特に限
定されないが、図４〜図６に示す通り、ヒーターの外周
から１０mm程度挿入する構造（図４）、スリット全体に
挿入する構造（図５）、ヒーターの外側面を一体的に保
持する構造（図６）等、各種の構造が考えられる。上記
のうち、図４のスペーサーは簡易性から好ましく、図５
のスペーサーはスリット部のガス吹き抜け防止の点から
好ましく、図６のスペーサーはハニカム構造体の振動に
よる変形を防止できる点から好ましい。
定されないが、図４〜図６に示す通り、ヒーターの外周
から１０mm程度挿入する構造（図４）、スリット全体に
挿入する構造（図５）、ヒーターの外側面を一体的に保
持する構造（図６）等、各種の構造が考えられる。上記
のうち、図４のスペーサーは簡易性から好ましく、図５
のスペーサーはスリット部のガス吹き抜け防止の点から
好ましく、図６のスペーサーはハニカム構造体の振動に
よる変形を防止できる点から好ましい。
【００１２】なお、本発明においては、スリット部にセ
ラミックコーティングし、さらにスリット部にスペーサ
ーを挿入することが好ましいが、どちらか一方の絶縁処
理であっても十分に機能を発現するものである。本発明
におけるセラミックコーティングとしては、例えば溶
射、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、物理気相蒸着法（ＰＶ
Ｄ）、ほうろう加工、ディップ法等を挙げることができ
るが、簡易で耐熱性、耐熱衝撃性に優れることからほう
ろう加工が好ましい。
ラミックコーティングし、さらにスリット部にスペーサ
ーを挿入することが好ましいが、どちらか一方の絶縁処
理であっても十分に機能を発現するものである。本発明
におけるセラミックコーティングとしては、例えば溶
射、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、物理気相蒸着法（ＰＶ
Ｄ）、ほうろう加工、ディップ法等を挙げることができ
るが、簡易で耐熱性、耐熱衝撃性に優れることからほう
ろう加工が好ましい。
【００１３】ほうろう加工は、例えば次のように実施さ
れる。所望の耐熱フリットに、耐火性物質としてアルミ
ナ、クロミヤ、溶融シリカ、粘土、その他と必要に応じ
て酸、アルカリ等の解膠剤を添加し、泥漿状スリップを
得る。一方、金属質からなる基材はその表面をサンドブ
ラスト等によって面出しし、さらに酸や合成洗剤等によ
って洗浄した後、これに上記の泥漿状スリップをスプレ
ー掛け、浸し掛け、ハケ塗り等により施釉する。次い
で、施釉後、乾燥工程を経て、焼成炉にて通常大気中６
００〜１１５０℃の温度で焼成することにより、金属質
基材上へのほうろう加工が施される。ここで代表的な釉
薬種としては、例えばＮ．Ｂ．Ｓ．（米国のビューロー
・オブ・スタンダード）のＡ−１９、Ａ−２０、Ａ−５
５ｍ、Ａ−１９Ｈ、Ａ−４１７、Ａ−５２０、Ｍ３７〜
Ｍ４１、Ｍ１３、Ｍ４３等が挙げられる。Ｍ１３等は施
釉後１３５０℃程度のＨ2 雰囲気で焼成する。
れる。所望の耐熱フリットに、耐火性物質としてアルミ
ナ、クロミヤ、溶融シリカ、粘土、その他と必要に応じ
て酸、アルカリ等の解膠剤を添加し、泥漿状スリップを
得る。一方、金属質からなる基材はその表面をサンドブ
ラスト等によって面出しし、さらに酸や合成洗剤等によ
って洗浄した後、これに上記の泥漿状スリップをスプレ
ー掛け、浸し掛け、ハケ塗り等により施釉する。次い
で、施釉後、乾燥工程を経て、焼成炉にて通常大気中６
００〜１１５０℃の温度で焼成することにより、金属質
基材上へのほうろう加工が施される。ここで代表的な釉
薬種としては、例えばＮ．Ｂ．Ｓ．（米国のビューロー
・オブ・スタンダード）のＡ−１９、Ａ−２０、Ａ−５
５ｍ、Ａ−１９Ｈ、Ａ−４１７、Ａ−５２０、Ｍ３７〜
Ｍ４１、Ｍ１３、Ｍ４３等が挙げられる。Ｍ１３等は施
釉後１３５０℃程度のＨ2 雰囲気で焼成する。
【００１４】耐熱フリットの材料選定に当っては、熱膨
張を基材と比較的合致するように（例えば、基材の熱膨
張の５０％から１００％までの範囲）選定することが好
ましく、さらに施釉部の耐熱性は４００℃以上、好まし
くは６００℃以上とする。フリットに添加する耐火性物
質の量は、５〜５０％が好ましい。耐火性物質の量が５
％未満では耐熱性が劣り、５０％を超えると施釉性が劣
る。上記のようにして得られるセラミックコーティング
の膜厚は５〜５００μｍの範囲が好ましい。膜厚が５μ
ｍ未満では所望の絶縁性と耐久性が得られず、膜厚が５
００μｍを超えるとチッピング等が起きはじめ、膜の付
着性に問題が生じる。次に、本発明のヒーターユニット
では、セラミックコーティングは缶体にも施す。即ち、
上記したように種々のセラミックコーティングが施され
た抵抗調節型ヒーター（ハニカムヒーター）が缶体に保
持され、ヒーターユニットとして用いられることになる
が、ハニカムヒーターが缶体と接触する可能性のある缶
体部分あるいは部材にはセラミックコーティング処理を
施すことがさらに好ましい。すなわち本発明では、通常
ハニカムヒーターの外周部をセラミック質のマット、ク
ロス等の絶縁物質を介在させ、金属質のバンドやリング
等を用いて缶体内に保持される。従って、これらの金属
質のバンドやリングなどの部材、及び缶体の内側そのも
のにセラミックコーティング処理を実施することが好ま
しい。このようなヒーターユニットは、主モノリス触媒
の上流側あるいは下流側等に配設して触媒コンバーター
を形成することもでき、またハニカムヒーター上に触媒
を担持し、それ自体触媒コンバーターとして作用するこ
ともできる。
張を基材と比較的合致するように（例えば、基材の熱膨
張の５０％から１００％までの範囲）選定することが好
ましく、さらに施釉部の耐熱性は４００℃以上、好まし
くは６００℃以上とする。フリットに添加する耐火性物
質の量は、５〜５０％が好ましい。耐火性物質の量が５
％未満では耐熱性が劣り、５０％を超えると施釉性が劣
る。上記のようにして得られるセラミックコーティング
の膜厚は５〜５００μｍの範囲が好ましい。膜厚が５μ
ｍ未満では所望の絶縁性と耐久性が得られず、膜厚が５
００μｍを超えるとチッピング等が起きはじめ、膜の付
着性に問題が生じる。次に、本発明のヒーターユニット
では、セラミックコーティングは缶体にも施す。即ち、
上記したように種々のセラミックコーティングが施され
た抵抗調節型ヒーター（ハニカムヒーター）が缶体に保
持され、ヒーターユニットとして用いられることになる
が、ハニカムヒーターが缶体と接触する可能性のある缶
体部分あるいは部材にはセラミックコーティング処理を
施すことがさらに好ましい。すなわち本発明では、通常
ハニカムヒーターの外周部をセラミック質のマット、ク
ロス等の絶縁物質を介在させ、金属質のバンドやリング
等を用いて缶体内に保持される。従って、これらの金属
質のバンドやリングなどの部材、及び缶体の内側そのも
のにセラミックコーティング処理を実施することが好ま
しい。このようなヒーターユニットは、主モノリス触媒
の上流側あるいは下流側等に配設して触媒コンバーター
を形成することもでき、またハニカムヒーター上に触媒
を担持し、それ自体触媒コンバーターとして作用するこ
ともできる。
【００１５】本発明の基体であるハニカム構造体の構成
材料としては、通電により発熱する材料からなるもので
あれば制限はなく、金属質でもセラミック質でもよい
が、金属質が機械的強度が高いため好ましい。金属質の
場合、例えばステンレス鋼やＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ、Ｆｅ−
Ｃｒ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｗ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｃｒ
等の組成を有する材料からなるものが挙げられる。上記
のうち、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ａｌが
耐熱性、耐酸化性、耐食性に優れ、かつ安価で好まし
い。ハニカム構造体は、多孔質であっても非多孔質であ
ってもよいが、触媒を担持する場合には、多孔質のハニ
カム構造体が触媒層との密着性が強く熱膨張差による触
媒の剥離が生ずることが殆どないことから好ましい。
材料としては、通電により発熱する材料からなるもので
あれば制限はなく、金属質でもセラミック質でもよい
が、金属質が機械的強度が高いため好ましい。金属質の
場合、例えばステンレス鋼やＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ、Ｆｅ−
Ｃｒ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｗ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｃｒ
等の組成を有する材料からなるものが挙げられる。上記
のうち、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ａｌが
耐熱性、耐酸化性、耐食性に優れ、かつ安価で好まし
い。ハニカム構造体は、多孔質であっても非多孔質であ
ってもよいが、触媒を担持する場合には、多孔質のハニ
カム構造体が触媒層との密着性が強く熱膨張差による触
媒の剥離が生ずることが殆どないことから好ましい。
【００１６】次に、本発明のハニカム構造体のうち金属
質ハニカム構造体の製造方法の例を説明する。まず、所
望の組成となるように、例えばＦｅ粉末、Ａｌ粉末、Ｃ
ｒ粉末、又はこれらの合金粉末などにより金属粉末原料
を調製する。次いで、このように調製された金属粉末原
料と、メチルセルロース、ポリビニルアルコール等の有
機バインダー、水を混合した後、この混合物を所望のハ
ニカム形状に押出成形する。
質ハニカム構造体の製造方法の例を説明する。まず、所
望の組成となるように、例えばＦｅ粉末、Ａｌ粉末、Ｃ
ｒ粉末、又はこれらの合金粉末などにより金属粉末原料
を調製する。次いで、このように調製された金属粉末原
料と、メチルセルロース、ポリビニルアルコール等の有
機バインダー、水を混合した後、この混合物を所望のハ
ニカム形状に押出成形する。
【００１７】次に、押出成形されたハニカム成形体を、
非酸化雰囲気下１０００〜１４５０℃で焼成する。ここ
で、水素を含む非酸化雰囲気下において焼成を行なう
と、有機バインダーがＦｅ等を触媒にして分解除去し、
良好な焼結体（ハニカム構造体）が得られ好ましい。
非酸化雰囲気下１０００〜１４５０℃で焼成する。ここ
で、水素を含む非酸化雰囲気下において焼成を行なう
と、有機バインダーがＦｅ等を触媒にして分解除去し、
良好な焼結体（ハニカム構造体）が得られ好ましい。
【００１８】焼成温度が１０００℃未満の場合、成形体
が焼結せず、焼成温度が１４５０℃を超えると得られる
焼結体が変形するため、好ましくない。なお、望ましく
は、得られたハニカム構造体の隔壁及び気孔の表面を耐
熱性金属酸化物で被覆する。
が焼結せず、焼成温度が１４５０℃を超えると得られる
焼結体が変形するため、好ましくない。なお、望ましく
は、得られたハニカム構造体の隔壁及び気孔の表面を耐
熱性金属酸化物で被覆する。
【００１９】次に、得られたハニカム構造体について、
後述する電極間に、各種の態様により抵抗調節機構たる
スリットを設ける。ハニカム構造体に設けるスリットと
しては、スリットを種々の方向、位置、長さで設けるこ
とが、発熱部分を簡易に調節できることから好ましい。
後述する電極間に、各種の態様により抵抗調節機構たる
スリットを設ける。ハニカム構造体に設けるスリットと
しては、スリットを種々の方向、位置、長さで設けるこ
とが、発熱部分を簡易に調節できることから好ましい。
【００２０】上記のようにして得られた金属質ハニカム
構造体は、通常その外周部の隔壁または内部に、ろう付
け、溶接などの手段によって電極を設けることにより、
ハニカム型のヒーターが作製される。なお、ここでいう
電極とは、当該ヒーターに電圧をかけるための端子の総
称を意味し、ヒーター外周部と缶体を直接接合したもの
や、アース等の端子を含む。
構造体は、通常その外周部の隔壁または内部に、ろう付
け、溶接などの手段によって電極を設けることにより、
ハニカム型のヒーターが作製される。なお、ここでいう
電極とは、当該ヒーターに電圧をかけるための端子の総
称を意味し、ヒーター外周部と缶体を直接接合したもの
や、アース等の端子を含む。
【００２１】この金属質ハニカム構造体はヒーターとし
て用いる場合、全体としてその抵抗値が０．００１Ω〜
０．５Ωの範囲となるように形成することが好ましい。
また、上記の金属質ハニカム構造体の表面にさらに触媒
を担持させることにより、排気ガスの浄化反応（酸化反
応熱等）による温度上昇が期待できるため、好ましい。
て用いる場合、全体としてその抵抗値が０．００１Ω〜
０．５Ωの範囲となるように形成することが好ましい。
また、上記の金属質ハニカム構造体の表面にさらに触媒
を担持させることにより、排気ガスの浄化反応（酸化反
応熱等）による温度上昇が期待できるため、好ましい。
【００２２】金属質ハニカム構造体の表面に担持する触
媒は、大きな表面積を有する担体に触媒活性物質を担持
させたものである。ここで、大きな表面積を有する担体
としては、例えばγ−Ａｌ2 Ｏ3 系、ＴｉＯ2 系、Ｓｉ
Ｏ2 −Ａｌ2 Ｏ3 系などやペロブスカイト系のものが代
表的なものとして挙げられる。触媒活性物質としては、
例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｃｏ等の卑金属などを挙げることができる。上記の
うち、γ−Ａｌ2 Ｏ3 系に貴金属を１０〜１００ｇ／ｆ
ｔ3 担持したものが好ましい。
媒は、大きな表面積を有する担体に触媒活性物質を担持
させたものである。ここで、大きな表面積を有する担体
としては、例えばγ−Ａｌ2 Ｏ3 系、ＴｉＯ2 系、Ｓｉ
Ｏ2 −Ａｌ2 Ｏ3 系などやペロブスカイト系のものが代
表的なものとして挙げられる。触媒活性物質としては、
例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｃｏ等の卑金属などを挙げることができる。上記の
うち、γ−Ａｌ2 Ｏ3 系に貴金属を１０〜１００ｇ／ｆ
ｔ3 担持したものが好ましい。
【００２３】本発明におけるハニカム構造体のハニカム
形状としては特に限定はされないが、具体的には、例え
ば６〜１５００セル／インチ2 （ｃｐｉ2 ）（０．９〜
２３３セル／ｃｍ2 ）の範囲のセル密度を有するように
形成することが好ましい。又、隔壁の厚さは５０〜２０
００μｍの範囲が好ましい。
形状としては特に限定はされないが、具体的には、例え
ば６〜１５００セル／インチ2 （ｃｐｉ2 ）（０．９〜
２３３セル／ｃｍ2 ）の範囲のセル密度を有するように
形成することが好ましい。又、隔壁の厚さは５０〜２０
００μｍの範囲が好ましい。
【００２４】また、上記したようにハニカム構造体は多
孔質であっても非多孔質でもよくその気孔率は制限され
ないが、０〜５０％、好ましくは２５％未満の範囲とす
ることが強度特性、耐酸化性、耐食性の面から望まし
い。また、触媒を担持する場合には、触媒層との密着性
の点から５％以上の気孔率を有することが好ましい。
尚、本発明においてハニカム構造体とは、隔壁により仕
切られた多数の貫通孔を有する一体構造をいい、例えば
貫通孔の断面形状（セル形状）は円形、多角形、コルゲ
ート形等の各種の任意な形状が使用できる。
孔質であっても非多孔質でもよくその気孔率は制限され
ないが、０〜５０％、好ましくは２５％未満の範囲とす
ることが強度特性、耐酸化性、耐食性の面から望まし
い。また、触媒を担持する場合には、触媒層との密着性
の点から５％以上の気孔率を有することが好ましい。
尚、本発明においてハニカム構造体とは、隔壁により仕
切られた多数の貫通孔を有する一体構造をいい、例えば
貫通孔の断面形状（セル形状）は円形、多角形、コルゲ
ート形等の各種の任意な形状が使用できる。
【００２５】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて更に詳しく
説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもので
はない。 （参考例） 純Ｆｅ粉末、純Ｃｒ粉末、Ｆｅ−５０wt％Ａｌ合金粉
末、Ｆｅ−２０wt％Ｂ粉末、Ｆｅ−７５wt％Ｓｉ粉末を
Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ−１Ｓｉ−０．０５Ｂ（重量
％）の組成になるよう原料を配合し、これに有機バイン
ダー（メチルセルロース）と酸化防止剤（オレイン
酸）、水を添加して坏土を調製し、四角セルよりなるハ
ニカムを押出成形し、乾燥後Ｈ2雰囲気下１３５０℃で
焼成し、リブ厚４mil、貫通孔数４００cpi2のハニカム
構造体を得た。
説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもので
はない。 （参考例） 純Ｆｅ粉末、純Ｃｒ粉末、Ｆｅ−５０wt％Ａｌ合金粉
末、Ｆｅ−２０wt％Ｂ粉末、Ｆｅ−７５wt％Ｓｉ粉末を
Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ−１Ｓｉ−０．０５Ｂ（重量
％）の組成になるよう原料を配合し、これに有機バイン
ダー（メチルセルロース）と酸化防止剤（オレイン
酸）、水を添加して坏土を調製し、四角セルよりなるハ
ニカムを押出成形し、乾燥後Ｈ2雰囲気下１３５０℃で
焼成し、リブ厚４mil、貫通孔数４００cpi2のハニカム
構造体を得た。
【００２６】上記方法により得られた外径９０mmφ、長
さ４０mmのハニカム構造体に対して、図７に示すよう
に、その外側面２０上に２ヶ所電極２１をセットした。
又、図に示すように、７０mmの長さのスリット２２を貫
通孔の軸方向に６ヶ所設け（両端のスリット長さは５０
mm）、かつスリット２２間のセル数が７個（約１０mm）
となるように形成した。次に、日本フリット（株）製耐
熱ホーロー用スリップＳ−６１６３Ｓを用い、ハニカム
構造体の外側面２０及びスリット２２の外周部２３から
１０mmの位置まで浸し掛けにより施釉した。Ｓ−６１６
３ＳはＳｉＯ2 −ＢａＯを主成分とするベースフリット
に酸化クロム３０％と粘土５％を添加したスリップであ
る。ベースフリットの軟化温度は７２０℃、線熱膨張係
数は８．２×１０／-6℃である。施釉後１５０℃で１６
時間乾燥し、次いで大気中１１００℃で５分間熱処理し
て膜厚１００μm のホーロー加工されたハニカムヒータ
ー２４を得た。
さ４０mmのハニカム構造体に対して、図７に示すよう
に、その外側面２０上に２ヶ所電極２１をセットした。
又、図に示すように、７０mmの長さのスリット２２を貫
通孔の軸方向に６ヶ所設け（両端のスリット長さは５０
mm）、かつスリット２２間のセル数が７個（約１０mm）
となるように形成した。次に、日本フリット（株）製耐
熱ホーロー用スリップＳ−６１６３Ｓを用い、ハニカム
構造体の外側面２０及びスリット２２の外周部２３から
１０mmの位置まで浸し掛けにより施釉した。Ｓ−６１６
３ＳはＳｉＯ2 −ＢａＯを主成分とするベースフリット
に酸化クロム３０％と粘土５％を添加したスリップであ
る。ベースフリットの軟化温度は７２０℃、線熱膨張係
数は８．２×１０／-6℃である。施釉後１５０℃で１６
時間乾燥し、次いで大気中１１００℃で５分間熱処理し
て膜厚１００μm のホーロー加工されたハニカムヒータ
ー２４を得た。
【００２７】ハニカムヒーター２４のスリット外周部２
３には、さらに耐熱性のＺｒＯ2 質からなる無機接着剤
を充填し、図１に示すような缶体３０にヒーター２４を
セットし、ヒーターユニットを得た。また、ヒーター２
４と接触する可能性のあるリング３１の面３２にも同様
にホーローがけした。（ホーロー膜厚１００μm ）又、
缶体３０とハニカムヒーター２４との間にはセラミック
質のマット３３（住友３Ｍ製インタラム（商標）マッ
ト）を配設した。
３には、さらに耐熱性のＺｒＯ2 質からなる無機接着剤
を充填し、図１に示すような缶体３０にヒーター２４を
セットし、ヒーターユニットを得た。また、ヒーター２
４と接触する可能性のあるリング３１の面３２にも同様
にホーローがけした。（ホーロー膜厚１００μm ）又、
缶体３０とハニカムヒーター２４との間にはセラミック
質のマット３３（住友３Ｍ製インタラム（商標）マッ
ト）を配設した。
【００２８】（実施例１） ハニカム構造体の外側面２０及びスリット２２の外周部
２３にホーロー加工を施さなかった以外は参考例と同様
の方法でハニカムヒーター２４を得た。一方、このハニ
カムヒーター２４のスリット２２の外周部２３から１０
mm挿入するための図４に示すＴ字型のスペーサー１３に
Ｓ−６１６３をホーローがけした。これをハニカムヒー
ター２４のスリット２２に挿入し、参考例と同様に図１
に示す缶体３０にセットし、ヒーターユニットを得た。
尚、スペーサーとしては板厚０．８mmのフェライト系の
耐熱ステンレス鋼（１００℃熱膨張１０×１０-6／℃）
を用いた。
２３にホーロー加工を施さなかった以外は参考例と同様
の方法でハニカムヒーター２４を得た。一方、このハニ
カムヒーター２４のスリット２２の外周部２３から１０
mm挿入するための図４に示すＴ字型のスペーサー１３に
Ｓ−６１６３をホーローがけした。これをハニカムヒー
ター２４のスリット２２に挿入し、参考例と同様に図１
に示す缶体３０にセットし、ヒーターユニットを得た。
尚、スペーサーとしては板厚０．８mmのフェライト系の
耐熱ステンレス鋼（１００℃熱膨張１０×１０-6／℃）
を用いた。
【００２９】（実施例２） 実施例１のヒーターユニットにおいて、さらに図１に示
すように、缶体３０の内側部分３４にホーローがけをし
た。
すように、缶体３０の内側部分３４にホーローがけをし
た。
【００３０】（比較例１） スリット２２の外周部２３に耐熱性接着剤のみを充填
し、またリング３１の配設およびホーロー掛けを行なわ
なかった以外は参考例と同様にヒーターユニットを得
た。
し、またリング３１の配設およびホーロー掛けを行なわ
なかった以外は参考例と同様にヒーターユニットを得
た。
【００３１】（比較例２） スリット２２のスペーサー１３としてＡｌ2Ｏ3質で、厚
み１．０mmのものを用い、またリング３１の配設および
ホーロー掛けを行なわなかった以外は実施例１と同様に
ヒーターユニットを得た。
み１．０mmのものを用い、またリング３１の配設および
ホーロー掛けを行なわなかった以外は実施例１と同様に
ヒーターユニットを得た。
【００３２】［加振バーナー耐久試験］ 実車耐久を模擬した加振バーナー耐久試験により、上記
参考例、実施例および比較例のヒーターユニット及びハ
ニカムヒーターの耐久性を調べた。即ち、プロパンバー
ナーの燃焼排ガス（吸入空気量１m3/min,プロパン２１
ｌ/min）を用い、ヒーター温度が１００℃から９８０℃
まで５分間昇温し、さらに９８０℃から１００℃まで５
分間で降温するサイクルを１００サイクル繰り返した。
この時、ヒーターユニットには加振機を用い強制的に２
０Ｇ、２００Ｈｚの振動が与えられた。試験後のヒータ
ーの絶縁状況を下表に示す。
参考例、実施例および比較例のヒーターユニット及びハ
ニカムヒーターの耐久性を調べた。即ち、プロパンバー
ナーの燃焼排ガス（吸入空気量１m3/min,プロパン２１
ｌ/min）を用い、ヒーター温度が１００℃から９８０℃
まで５分間昇温し、さらに９８０℃から１００℃まで５
分間で降温するサイクルを１００サイクル繰り返した。
この時、ヒーターユニットには加振機を用い強制的に２
０Ｇ、２００Ｈｚの振動が与えられた。試験後のヒータ
ーの絶縁状況を下表に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】加振バーナーの耐久試験の結果、実施例の
ヒーターユニットおよびヒーターは、耐久後に抵抗調節
機構が維持され、しかもヒーターと缶体との絶縁も維持
でき、ヒーター機構を損なわず、しかもヒーター自体の
変形も防止できたのに対し、比較例のものは、いずれも
抵抗調節機能を失い、ヒーターとして使用できなくなっ
た。
ヒーターユニットおよびヒーターは、耐久後に抵抗調節
機構が維持され、しかもヒーターと缶体との絶縁も維持
でき、ヒーター機構を損なわず、しかもヒーター自体の
変形も防止できたのに対し、比較例のものは、いずれも
抵抗調節機能を失い、ヒーターとして使用できなくなっ
た。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の抵抗調節
型ヒーター及びヒーターユニットによれば、自動車の苛
酷な運転条件下においても短絡を防止し、スリット等の
抵抗調節機構の絶縁性を確実に保持することができると
いう利点を有する。
型ヒーター及びヒーターユニットによれば、自動車の苛
酷な運転条件下においても短絡を防止し、スリット等の
抵抗調節機構の絶縁性を確実に保持することができると
いう利点を有する。
【図１】本発明のハニカムヒーターの一例を示す部分断
面説明図である。
面説明図である。
【図２】ハニカムヒーターのスリットにセラミックコー
ティングを施した例を示す部分説明図である。
ティングを施した例を示す部分説明図である。
【図３】ハニカムヒーターのスリットにスペーサーを挿
入した例を示す部分説明図である。
入した例を示す部分説明図である。
【図４】スペーサーの一例を示す部分説明図である。
【図５】スペーサーの他の例を示す部分説明図である。
【図６】スペーサーのさらに他の例を示す部分説明図で
ある。
ある。
【図７】ハニカムヒーターの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】 １０ スリット部、１１ 外周部分、１２ コーティン
グ、１３ スペーサー、２０ 外側面、２１ 電極、２
２ スリット、２３ 外周部、２４ ハニカムヒータ
ー、３０ 缶体、３１ リング、３２ 面、３３ マッ
ト、３４ 内側部分。
グ、１３ スペーサー、２０ 外側面、２１ 電極、２
２ スリット、２３ 外周部、２４ ハニカムヒータ
ー、３０ 缶体、３１ リング、３２ 面、３３ マッ
ト、３４ 内側部分。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−41788（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−144874（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−112835（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−75638（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−199493（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−99791（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−67609（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05B 3/12 F01N 3/20
Claims (4)
- 【請求項１】 多数の貫通孔を有するハニカム構造体に
通電のための少なくとも２つの電極を設けるとともに、
該電極間に抵抗調節機構たるスリットを設けてなる抵抗
調節型ヒーターであって、該スリットの少なくとも一部
分に絶縁性を有するセラミックコーティングを施すとと
もに、該スリットの外周部に絶縁性セラミックコーティ
ングされた金属質のスペーサーを挿入したことを特徴と
する抵抗調節型ヒーター。 - 【請求項２】 セラミックコーティングがほうろう加工
により施された請求項１記載の抵抗調節型ヒーター。 - 【請求項３】 多数の貫通孔を有するハニカム構造体に
通電のための少なくとも２つの電極を設けるとともに、
該電極間に抵抗調節機構たるスリットを設けてなる抵抗
調節型ヒーターであって、該スリットの外周部に絶縁性
セラミックコーティングされた金属質のスペーサーを挿
入したことを特徴とする抵抗調節型ヒーター。 - 【請求項４】 多数の貫通孔を有するハニカム構造体に
通電のための少なくとも２つの電極を設けるとともに、
該電極間に抵抗調節機構たるスリットを設けてなる抵抗
調節型ヒーターを金属質からなる缶体に保持してなるヒ
ーターユニットであって、該スリットの外周部に絶縁性
セラミックコーティングされた金属質のスペーサーを挿
入するとともに、該缶体に絶縁性を有するセラミックコ
ーティングを施したことを特徴とするヒーターユニッ
ト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3167645A JP3009507B2 (ja) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | 抵抗調節型ヒーター及びヒーターユニット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3167645A JP3009507B2 (ja) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | 抵抗調節型ヒーター及びヒーターユニット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04366584A JPH04366584A (ja) | 1992-12-18 |
| JP3009507B2 true JP3009507B2 (ja) | 2000-02-14 |
Family
ID=15853609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3167645A Expired - Fee Related JP3009507B2 (ja) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | 抵抗調節型ヒーター及びヒーターユニット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3009507B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5526462A (en) | 1993-03-22 | 1996-06-11 | Ngk Insulators, Ltd. | Honeycomb heater with mounting means preventing axial-displacement and absorbing radial displacement |
| JPH1193649A (ja) * | 1997-09-18 | 1999-04-06 | Ngk Insulators Ltd | ヒータユニット |
| JP2012072042A (ja) * | 2010-09-30 | 2012-04-12 | Tokyo Yogyo Co Ltd | 導電性炭化珪素質ハニカム構造体の製造方法 |
| JP2012072041A (ja) * | 2010-09-30 | 2012-04-12 | Tokyo Yogyo Co Ltd | 導電性ハニカム構造体 |
| FR3103517B1 (fr) | 2019-11-22 | 2021-10-29 | Faurecia Systemes Dechappement | Dispositif de chauffage de gaz d’échappement à élément chauffant en mousse métallique |
| DE102020112245A1 (de) * | 2020-05-06 | 2021-11-11 | Audi Aktiengesellschaft | Verfahren zum Herstellen eines Heizelements für einen Fahrzeugkatalysator eines Kraftfahrzeugs, Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugkatalysators sowie Herstellungsvorrichtung |
| DE102022113769A1 (de) | 2022-05-31 | 2023-11-30 | Faurecia Emissions Control Technologies, Germany Gmbh | Elektrische Abgas-Heizvorrichtung |
-
1991
- 1991-06-12 JP JP3167645A patent/JP3009507B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04366584A (ja) | 1992-12-18 |
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|---|---|---|---|
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