JP5883321B2 - ヒーター - Google Patents
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本発明のヒーター(第一のヒーター)の一の実施形態は、図1、図2に示されるように、筒状のハニカム構造部4と、一対の電極部21,21とを備えるものである。ハニカム構造部4は、「「潤滑系流体の流路となる一方の端面11から他方の端面12まで延びる複数のセル2」を区画形成する隔壁1」、及び「最外周に位置する外周壁3」を有するものである。一対の電極部21,21は、ハニカム構造部4の側面5に、導電性接合部23を介して接合されたものである。更に、本実施形態のヒーター100は、隔壁1が、セラミックスを主成分とする材料からなるとともに、通電により発熱するものである。更に、本実施形態のヒーター100は、電極部21の形状が、「電極部21の外周を取り囲む形状の面積より、電極部21の接合部分の面積のほうが小さい」形状であるか、又は、電極部21の形状が、「長方形において角部が曲線状に形成された」形状である。更に、本実施形態のヒーター100は、導電性接合部が、「導電性接合材が60〜200℃で焼成されて形成されたもの」である。本実施形態のヒーター100における電極部21の形状は、上記のような形状であるため、熱応力が低減される形状である。図1は、本発明のヒーターの一の実施形態を模式的に示す斜視図である。図2は、本発明のヒーターの一の実施形態を模式的に示す平面図である。
図1に示されるヒーター100に配設された一対の電極部21は、ハニカム構造部4の隔壁1を通電するための電極である。本実施形態のヒーター100においては、一対の電極部21,21における一方の電極部21と他方の電極部21とが、ハニカム構造部4を側方から挟み込むように、ハニカム構造部4の側面5に配設されている。一対の電極部21,21間に電圧を印加することにより、隔壁1が通電して、ハニカム構造部4が発熱する。
ハニカム構造部4は、図1、図2に示されるように、「潤滑系流体の流路となる一方の端面11から他方の端面12まで延びる複数のセル2を区画形成する隔壁1」、及び「最外周に位置する外周壁3」を有するものである。
次に、本発明のヒーターの一の実施形態(図1参照)の製造方法について説明する。
本発明のヒーター(第二のヒーター)としては、図13に示すヒーター102のようなヒーターを挙げることができる。図13に示すヒーター102は、筒状のハニカム構造部4と、ハニカム構造部4の側面5に導電性接合部23を介して接合された一対の電極部21,21とを備えている。ハニカム構造部4は、潤滑系流体の流路となる一方の端面11から他方の端面12まで延びる複数のセル2を区画形成する隔壁1、及び最外周に位置する外周壁3を有している。隔壁1は、セラミックスを主成分とする材料からなるとともに、通電により発熱するものである。電極部21の形状は、電極部21の外周を取り囲む形状の面積より、電極部21の接合部分の面積のほうが小さい形状である。または、電極部21の形状は、長方形において角部が曲線状に形成された形状である。そして、導電性接合部23は、溶射法、コールドスプレー法、またはメッキ法によって形成された、金属を含有するものである。ヒーター102は、電極部21に端子部22が配設されている。端子部22は、外部電源等からの配線が接続される部分である。
次に、図13に示すヒーター102の製造方法について説明する。
まず、Si複合SiCを主成分とするハニカム構造部を作製した。具体的には、SiC粉体、金属Si粉体、水、有機バインダーを混ぜ合わせ、混練して坏土を調製した。次に、この坏土をハニカム形状に成形して、ハニカム成形体を作製した。次に、得られたハニカム成形体を、不活性ガス雰囲気中において焼成することにより、Si複合SiCを主成分とするハニカム構造部を作製した。得られたハニカム構造部の気孔率は約40%であった。
実施例及び比較例のヒーターの電極剥離やクラック発生状況について、外観観察と非破壊試験の超音波探傷試験による評価を行った。接合試験は、ヒーターの、電極剥離及びクラックの有無を判定する試験である。外観観察や超音波探傷試験で電極剥離やクラックが観られたものを不合格(B)とし、超音波探傷試験により電極剥離やクラックが観られなかったものを合格(A)とした。電極剥離とは、電極部の少なくとも一部が、ハニカム構造部から剥離したことを意味する。
「接合試験」において結果が良好(合格(A))であったヒーターに対して、性能評価のために、大気中での通電加熱試験を行った。具体的には、ヒーターに印加する電圧(印加電圧)を表1の条件とした場合の、各電圧におけるハニカム構造部の温度を測定した。表1に示された所定の電圧を印加した後、60秒以内に100℃まで温度上昇したものを合格(A)とした。
実施例及び比較例のヒーターに対して冷熱サイクル試験を行った。具体的には、前記ヒーターに対して、1サイクルが約40分の温度サイクルを、50回かける操作を行った。1サイクルの操作は、「−40℃から+125℃の間で、温度の上昇、保持、下降を行う」操作とした。上記の冷熱サイクル試験後、ヒーターの電極接合部に対して上記「接合試験」を行い、クラック及び界面剥離の有無を確認した。クラック及び界面剥離が発生しなかったものを合格(A)とした。また、クラック又は界面剥離が発生したものを不合格(B)とした。
ヒーターの各条件を表1、2に示すように変化させた以外は、実施例1と同様にしてヒーターを作製した。作製したヒーターについて、上記方法で、「接合試験」、「通電加熱試験」及び「冷熱サイクル試験」を行った。尚、各実施例における「隔壁の材料」としては、表1、2に示す「隔壁材料」を用いた。ここで、表1、2に示す各「隔壁材料」からなるハニカム構造部の作製方法をそれぞれ以下に示す。尚、隔壁の材料を「Si複合SiC」とした場合は、実施例1と同様の方法によりハニカム構造部を作製した。
実施例1と同様にしてハニカム構造部を作製した。また、実施例1と同様にして電極部を作製した。得られた電極部を、活性金属ロウである「Ag−Cu−Ti」(田中貴金属社製、TKC−711)を用いて、得られたハニカム構造部に接合し、ヒーターを得た。従って、得られたヒーターは、電極部が活性金属ロウを介してハニカム構造部に接合されたものであった。活性金属ロウである「Ag−Cu−Ti」は、セラミック接合用の接合材として汎用的に使用されるものである。電極部の材質は、実施例1と同様の純金属Niとした。電極部とハニカム構造部との接合には、真空雰囲気炉を用いた。そして、電極部とハニカム構造部との間に活性金属ロウを挟んだ状態で、850℃で10分保持することにより、電極部とハニカム構造部とを、活性金属ロウによって接合した。得られたヒーターについて、上記方法で「接合試験」を行った。結果を表2に示す。接合試験の結果、ハニカム構造部の、両電極部が接合された電極端部付近に、クラックが発生していた。このクラックは、外観観察からも明瞭に確認できるものであった。これより、セラミックス(ハニカム構造部)側への熱応力が大きいものと考えられる。
電極部の材質をSUS304とした以外は、比較例1と同様にしてヒーターを作製した。得られたヒーターについて、上記方法で「接合試験」を行った。結果を表2に示す。比較例1と同様に、クラックの発生を確認した。
電極部(電極部21E)の形状を図12に示すような長方形にした以外は、実施例1と同様にしてヒーターを作製した。得られたヒーターについて、上記方法で「接合試験」、「通電加熱試験」及び「冷熱サイクル試験」を行った。結果を表2に示す。図12は、比較例3のヒーターを構成する電極部21Eを模式的に示す平面図である。表2に示されるように、電極部の形状が図12に示すような「長方形」(4つの角部が直角)の場合、「接合試験」においては良好に接合されていた。しかし、「冷熱サイクル試験」において、冷熱サイクル試験時に発生した熱応力によって、ハニカム構造部に接合された両電極部に電極剥離(界面剥離)が生じており、不合格(B)であった。
「ヒーターの各条件を表3に示すように変化させた」こと及び「ハニカム構造部の平行な一対の側面に表3に示す方法で導電性接合部を形成し、この導電性接合部を介して電極部とハニカム構造部を接合した」こと以外は、実施例1と同様にしてヒーターを作製した。得られたヒーターについて、上記方法で、「接合試験」、「通電加熱試験」及び「冷熱サイクル試験」を行った。尚、導電性接合部のサイズは幅20mm×長さ36mmとし、厚みは表3に示すものとした。尚、使用した電極部は純金属Ni(純度99.9%以上)とし、そのサイズは、導電性接合部の長さの半分(即ち18mm)、幅は20mmとし、厚みは0.5mmであった。尚、各実施例におけるハニカム構造部としては、表3に示す「隔壁材料」からなるものを用いた。表3に示す各「隔壁材料」からなるハニカム構造部の作製方法は、それぞれ上述した方法と同様の方法である。
Claims (8)
- 潤滑系流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁、及び最外周に位置する外周壁を有する筒状のハニカム構造部と、前記ハニカム構造部の側面に導電性接合部を介して接合された一対の電極部とを備え、
前記隔壁が、セラミックスを主成分とする材料からなるとともに、通電により前記ハニカム構造部全体が発熱し、
前記電極部の形状が、前記電極部の外周を取り囲む形状の面積より、前記電極部の接合部分の面積のほうが小さい形状であるか、又は、前記電極部の形状が、長方形において角部が曲線状に形成された形状であり、
前記電極部の外周を取り囲む形状の面積に対する、前記電極部の接合部分の面積の比率が、40〜95%である潤滑系流体の加熱用のヒーター。 - 前記導電性接合材が、ポリアミド樹脂、脂肪族アミン及び銀フレークを含有する導電性ペースト、銀化合物、ケイ酸塩溶液及び水を含有する導電性ペースト、ニッケル粉末及びケイ酸塩溶液を含有する導電性ペースト、並びに、酸化アルミニウム、グラファイト及びケイ酸塩溶液を含有する導電性ペーストからなる群から選択される1種である請求項1に記載のヒーター。
- 前記隔壁が、SiC、金属含浸SiC、金属複合SiC、及び金属複合Si3N4からなる群から選ばれる1種を主成分とするものである請求項1または2に記載のヒーター。
- 前記電極部の形状が、複数の孔が形成された板状である請求項1〜3のいずれかに記載のヒーター。
- 前記電極部の形状が、複数の帯状の電極素材が格子状に並ぶ形状である請求項1〜3のいずれかに記載のヒーター。
- 前記電極部の形状が、前記ハニカム構造部側の面が窪むとともに前記ハニカム構造部側の面に対して反対側の面が突き出るような凸条が形成された板状であり、前記板状の電極部には、前記凸条が格子状に並ぶように形成された請求項1〜3のいずれかに記載のヒーター。
- 前記電極部の形状が、複数の帯状の部分電極を有する櫛歯状である請求項1〜3のいずれかに記載のヒーター。
- 前記電極部の形状が、長方形において角部が曲線状に形成された形状である請求項1〜3のいずれかに記載のヒーター。
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