JPH04241716A - ハニカムヒーターの電極部構造 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ハニカム構造体に通電
のための電極を有するハニカムヒーターの電極部構造に
係り、特にハニカムヒーターを保持する缶体と電極間の
絶縁性、ガスシール性および機械強度に優れたハニカム
ヒーターの電極部構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の排気ガスを浄化するために用
いられる触媒コンバーターは、触媒が触媒作用を発揮す
るために所定温度以上に昇温されることが必要であるの
で、自動車の始動時等の未だ触媒が十分に昇温していな
い場合には触媒を加熱することが必要となる。

【０００３】従来、このような触媒を加熱するための提
案として、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プレヒーターとして配設した触
媒コンバーターが開示されている。

【０００４】又、触媒が担持された通電発熱式ヒーター
を内蔵する触媒コンバーターであって、これを用いて３
ＫＷでエンジン作動（クランクアップ）の前から通電し
、かつ酸素を供給することにより、自動車等エンジンの
始動時の排ガス浄化能を向上させることができる、とい
うことが、ＳＡＥ　　Ｐａｐｅｒ９００５０３において
報告されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実開昭
６３−６７６０９号公報およびＳＡＥ　　Ｐａｐｅｒ９
００５０３の報告には通電発熱式ヒーターについて記載
はされているものの、ヒーターの電極部の構造に関して
は何ら具体的な記載がない。一般に、電極部は、絶縁碍
子と電極をろう付により固定し、ガスシール性を保持さ
せているが、例えば自動車排ガス浄化用のプレヒーター
として用いる場合には、電極部が５００℃を超える温度
になるため、ろう材の耐熱温度に限界があり、かつろう
材と絶縁碍子との熱膨張差により、接合部または絶縁碍
子が破損し、ガスシール性が損なわれる。さらに加えて
、自動車の振動によりこの傾向は顕著になる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】従って、本発明は上記欠
点を解消したもので、耐久性、耐熱性のほか耐振動性が
高く、かつ絶縁性、ガスシール性および機械強度に優れ
た信頼性の高いハニカムヒーターの電極部構造であって
、しかも大量生産可能で低コストで作製することができ
るハニカムヒーターの電極部構造を提供することを目的
とするものである。

【０００７】そしてその目的は、本発明によれば、ハニ
カム構造体に通電のための電極を設けたハニカムヒータ
ーを、缶体内に保持してなるハニカムヒーターの電極部
構造であって、絶縁碍子を該缶体に固定する第一の固定
用治具と、該絶縁碍子と該第一の固定用治具との間のガ
スシール性を保持するための第一のガスシール材と、該
絶縁碍子と前記電極とを固定する第二の固定用治具と、
該絶縁碍子と前記電極間のガスシール性を保持するため
の第二のガスシール材とから構成されることを特徴とす
るハニカムヒーターの電極部構造、より達成することが
できる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を図示例に基いて詳しく説明す
る。図１〜図４は、夫々本発明に係るハニカムヒーター
の電極部構造の例を示す部分説明図である。

【０００９】電極１０を外周部１１に有するハニカムヒ
ーター１２は、ハウジング或いはケースとしての缶体１
３内に保持される。この場合、電極１０と缶体１３間の
絶縁性を確保すること、およびガスシール性が要求され
る。本発明では、まず絶縁性を確実とするため、第一の
固定用治具１５を用いて缶体１３に絶縁碍子１４を固定
するとともに、第二の固定用治具１６を用いて絶縁碍子
１４と電極１０とを固定するようにした。一方、ガスシ
ール性を確保するため、絶縁碍子１４と第一の固定用治
具１５との間に第一のガスシール材１７、および絶縁碍
子１４と電極１０との間に第二のガスシール材１８を介
在させるようにした。

【００１０】具体的には、図１に示すように、第一の固
定用治具１５としては雄ネジ部１９と雌ネジ部２０とか
ら成り、缶体１３に固定された雄ネジ部１９に絶縁碍子
１４を被せ雌ネジ部２０により締め付けるネジを利用し
て固定する構造や、図２に示すように、第一の固定用治
具１５をかしめることにより固定する構造を採用するこ
とができる。

【００１１】また、第二の固定用治具１６は例えばナッ
トとし、電極１０をボルトの如きネジを有する構造とし
て絶縁碍子１４を固定することができる。上記した第一
の固定用治具１５および第二の固定用治具１６の材質と
しては、高温強度が大きく、かつ絶縁碍子１４との熱膨
張差が小さいものが望ましく、例えば、フェライト系ス
テンレス、コバールなどの材料が好ましい。

【００１２】第一および第二のガスシール材１７，１８
としては、石綿ガスケットや金属シールなどから、缶体
１３内部のガス圧力、シール部の最高温度等を考慮して
適宜選定すればよい。又、シール部については、ハニカ
ムヒーター１２に近い位置、即ち図１ではガスシール材
１７，１８でシールしても、あるいはハニカムヒーター
１２から遠い位置、即ち図１ではガスシール材１７′，
１８′でシールしてもよい。この場合、ガスシール材１
７′，１８′はクッション性の良好な材料で形成するこ
とが好ましい。

【００１３】本発明で用いる絶縁碍子１４としては、絶
縁性を備えたものであればよく、例えばアルミナ質、磁
器質からなるものを用いることができる。また、その表
面には釉薬を塗布することが好ましい。又、絶縁性を確
実とするため、絶縁距離は１ｍｍ以上とすることが好ま
しい。

【００１４】本発明においては、絶縁碍子１４と電極１
０との熱膨張差によるガスシール部のシール性の悪化を
防止するため、図３に示すように、絶縁碍子１４と第二
の固定用治具１６との間にバネ２１を設けて熱膨張差を
吸収しシール性の悪化を防止する構造とすることもでき
る。この際、バネ２１の高温下におけるへたり、劣化を
防止するため、バネ位置をハニカムヒーター１２から所
定距離離すことが好ましい。なお、絶縁碍子１４と第一
の固定用治具１５間のシールについても、上記と同様に
バネを適用することができる。

【００１５】また、電極１０の熱膨張を小さく抑え、し
かも電極の放熱性を上げるため、電極１０と絶縁碍子１
４との間を良熱伝導物質で充填することも好ましい。さ
らに、図３に示すように、絶縁碍子１４が、電極引き出
し方向と直角な方向（図中、左右方向）に動くことを防
止するため、絶縁碍子１４と第一の固定用治具１５との
接触面の少なくとも一部にテーパーを設けることが好ま
しい。

【００１６】又、図４に示すように、電極１０と絶縁碍
子１４を電極引き出し方向と直角な方向に動かないよう
に、さらにシール性を向上させるため、電極１０と絶縁
碍子１４のシール面にテーパーを設けることが望ましい
。更に、図４のように、第一の固定用治具１５として金
属ベローズを用いることにより、電極１０および絶縁碍
子１４の動きを自由にしてガスシールすることもできる
。

【００１７】かかる電極１０は、ハニカムヒーター１２
の外周部１１に直接配設されるか、一旦ハニカムヒータ
ー１２の外周部１１または断面等からリード板等を経由
し、缶体１３外へ電極１０が引き出されてもよい。振動
や機械的強度の点で、電極１０は直接ハニカムヒーター
１２へ配設されることが好ましく、さらに例えば電極１
０を溶接等によって円筒型のハニカムヒーター１２の外
周部１１に配設する場合、図５に示すように、電極１０
が配設されるハニカムヒーター１２の外周部１１の一部
１１ａを平面状とすることが好ましい。

【００１８】通常、ハニカムヒーター１２に通電するた
めには、少なくとも２つの電極が必要となるが、いずれ
の電極も上記の電極部構造を採用してもよく、また１つ
の電極が上記の電極部構造を採用し、他の電極は、例え
ば直接缶体１３に接合されるようにしてもよい。

【００１９】次に、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、Ｆ
ｅ−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−Ａ
ｌが耐熱性、耐酸化性、耐食性に優れ、かつ安価で好ま
しい。さらに金属質の場合、フォイルタイプに形成した
ものでもよい。

【００２０】本発明のハニカム構造体は、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ほとんどない
ことから好ましい。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、Ｃｒ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。

【００２１】なお、金属粉末原料と有機バインダー、水
の混合に際し、水を添加する前に金属粉末にオレイン酸
等の酸化防止剤を混合するか、あるいは予め酸化されな
い処理を施した金属粉末を使用することが好ましい。次
に、押出成形されたハニカム成形体を、非酸化雰囲気下
１０００〜１４００℃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、良好な焼結体を得
ることができ、好ましい。

【００２２】焼成温度が１０００℃未満の場合、成形体
が焼結せず、焼成温度が１４００℃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。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。

【００２３】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
、ヒーターとして好ましい。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。

【００２４】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて
更に詳しく説明する。 （実施例１）平均粒径１０、２０、２２μｍのＦｅ粉、
Ｆｅ−Ａｌ粉（Ａｌ５０ｗｔ％　）、Ｆｅ−Ｃｒ粉（Ｃ
ｒ５０ｗｔ％　）の原料を用い、Ｆｅ−２２Ｃｒ−５Ａ
ｌ（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、リブ厚４ｍｉｌ
　、貫通孔数４００ｃｐｉ２　の四角セルよりなるハニ
カムを押出し成形し、乾燥後Ｈ２　雰囲気下１３００℃
で焼成し、その後空気中、１０００℃で熱処理を行った
。得られたハニカム構造体の気孔率は２２％であり、平
均細孔径は５μｍであった。このハニカム構造体３０に
、図７に示すように、７０ｍｍの長さのスリット３１を
貫通孔の軸方向に６個所設け（両端のスリット長は５０
ｍｍ）、かつスリット３１間のセル数が７個（約１０ｍ
ｍ）となるように形成した。

【００２５】上記方法により得られた外径９２ｍｍφ、
幅５０ｍｍのハニカム構造体３０に対して、図６に示す
如く、ハニカム構造体３０の外周面３２の幅方向の中心
部であって、周方向に１８０°離れて２ヶ所、Ｍ１０、
長さ６０ｍｍのＳＵＳボルトを溶接し、電極１０とした
。次いで、ハニカム構造体３０のスリット３１の空間に
アルミナスペーサーを挿入した後、ハニカム構造体３０
の外周面３２をアルミナ−シリカ系のファイバーマット
４０で被覆し絶縁して、厚さ１．５ｍｍのＳＵＳ３１０
製バンド４１をファイバーマット４０上に巻き付けた。 次に、バンド４１を巻き付けたハニカム構造体３０を、
内径１０２ｍｍφ、厚さ１．５ｍｍのＳＵＳ３１０製缶
体１３内に装入し、電極１０を缶体１３に設けられた３
０ｍｍφの孔を通して引き出し、バンド４１と缶体１３
を溶接した後、さらにＭ４０×１．５、高さ９ｍｍ、内
径３０ｍｍφのＳＵＳ４０５製の雄ネジ部１９を電極１
０を中心にして缶体１３に全周溶接した。

【００２６】続いて、Ｍ１０のボルトを電極１０に通し
、雄ネジ部１９と同じ高さになる位置でネジ隙間を全周
溶接によりガスシールするとともに電極１０に固定した
。次いで、外径３８ｍｍφ、内径１０．５ｍｍφ、高さ
２０ｍｍの９６％Ａｌ２　Ｏ３　磁器（絶縁碍子）１４
の両側に厚さ１．２ｍｍの金属板入り石綿ガスケット（
外径３８ｍｍφ、内径３０ｍｍφのもの１７，１７′、
および外径２０ｍｍφ、内径１１ｍｍφのもの１８，１
８′）を付け、電極１０に固定用治具１６としてＳＵＳ
３１０製Ｍ１０ナットを締め付けるとともに、さらに外
径５０ｍｍφ、高さ３３ｍｍの雌ネジ部２０を被せて締
め付けた。以上の組み付けを２ヶ所の電極について行な
い、特定の電極部構造を持ったハニカムヒーターを作製
した。

【００２７】［評価］振動バーナスポーリング試験機に
、上記で得られたハニカムヒーターをセットした後、ハ
ニカムヒーターに８００℃のプロパン燃焼ガスを流しつ
つ、ハニカムヒーター全体に２０Ｇ、２００Ｈｚの振動
を与える試験を３０分間行なった。その後、電極部のガ
スシール性、および缶体と電極間の絶縁性が確保されて
いることを確認した。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
缶体と電極間の絶縁性、ガスシール性および機械強度に
優れたハニカムヒーターの電極部構造を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るハニカムヒーターの電極部構造の
例を示す部分説明図である。

【図２】本発明に係るハニカムヒーターの電極部構造の
例を示す部分説明図である。

【図３】本発明に係るハニカムヒーターの電極部構造の
例を示す部分説明図である。

【図４】本発明に係るハニカムヒーターの電極部構造の
例を示す部分説明図である。

【図５】ハニカムヒーターの外周部に電極を配設した例
を示す斜視図である。

【図６】本発明に係るハニカムヒーターの電極部構造の
例を示す部分説明図である。

【図７】ハニカム構造体の例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０　　　　電極 １１　　　　外周部 １１ａ　　外周部の一部 １２　　　　ハニカムヒーター １３　　　　缶体 １４　　　　絶縁碍子 １５　　　　第一の固定用治具 １６　　　　第二の固定用治具 １７　　　　第一のガスシール材 １８　　　　第二のガスシール材 １９　　　　雄ネジ部 ２０　　　　雌ネジ部 ２１　　　　バネ ３０　　　　ハニカム構造体 ３１　　　　スリット ３２　　　　外周面 ４０　　　　ファイバーマット ４１　　　　バンド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ハニカム構造体に通電のための電極を
   設けたハニカムヒーターを、缶体内に保持してなるハニ
   カムヒーターの電極部構造であって、絶縁碍子を該缶体
   に固定する第一の固定用治具と、該絶縁碍子と該第一の
   固定用治具との間のガスシール性を保持するための第一
   のガスシール材と、該絶縁碍子と前記電極とを固定する
   第二の固定用治具と、該絶縁碍子と前記電極間のガスシ
   ール性を保持するための第二のガスシール材とから構成
   されることを特徴とするハニカムヒーターの電極部構造
   。