JPS60154491A - セラミツクヒ−タの電極構造およびその製造方法 - 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、例えば竺ガス微粒子捕集フィルターの再生に
用いるセラミ・・り一一夕に関し、詳細には左？ミック
ヒータの電極部への金属電極の取付構造に関するもので
ある。

〔従来技術〕

従来、セラミックヒータは耐熱性、耐蝕性等に於いて優
れている為に多くの利用が考えられている。しかし、セ
ラミック腎−夕を用いる場合、最も重要なポイントの、
１つは通電の為の電極構造であり、通常セラミックヒー
タの電極部に金属電極を押し付ける方法が一般的５であ
る。この場合セラミックヒータと金属板との接触を良く
する為に、セラミックヒータの電極部表面に金属、例え
ばＮ１　％　Ａ　ｇ　％　Ｃｕ　％　Ａ　１２などがペ
ースト焼付や蒸着など付与されていることもある。しか
しながら、この方法では金属板とセラミックヒータとの
接触抵抗を下げる為には接触面の平滑度を上げると共に
、金属板の押圧力をかなり大きくとらなければならない
こと、更にほこのようなセラミックヒータを例えば自動
車の排気系の中のように高温雰囲気で使用する場合、充
分な押圧力を保持することが困難であることなど問題点
を有していた。

〔発明の目的〕

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、簡単に形
成でき、外部押圧力なしでも充分な接触が得られ、又電
極部が高温に曝らされても、特別な対策が不必要なセラ
ミックヒータの電極構造を提供するものである。

〔実施例〕

本発明の実施例について、第１図及び第２図をもとに説
明する。第２図は第１図のＡ−Ａ断面を示す。これらの
図において、セラミックヒータｌば発熱部２と電極部３
とから成っている。発熱部２は導電性セラミックである
窒化チタン；３０ｗｔ％と絶縁性セラミックである窒化
硅素；７０ｗｔ％とからなり、中央部に短冊状の開口部
２ａを３個有し、両端部に電極部３を形成した平板状の
形状を有している。前記各電極部３には貫通孔４が形成
されている。この貫通孔４の内面および電極部３の表裏
面には図示のように金属薄膜８．９ａ、９ｂが形成しで
ある。

金属電極５は、上部電極６と下部電極７とから成り、上
部電極６と下部電極７とはネジ締めにより固定され、例
えば銀ろうでゆみなきようろう付けされている。上部電
極６は発熱部２の上記金属薄膜９ａで接触し、下部電極
７は上記金属薄膜９ｂで接触しており、これにより金属
電極５と発熱部２の電極部３との電気的な結合が図られ
ている。

ここで、金属電極５は次のように電極部３に取付けた。

即ち、発熱部２の電極部３に開口した貫通孔４と金属電
極６．７が接触する電極部３の表裏面に銀ろう（ＢＡｇ
−８）ペーストを塗布し、貫通孔４を通して上部、下部
電極６．７を強固にネジ締めした。なお、ネジ部にも銀
ろうペーストを塗布した。この状態で真空雰囲気、８５
０℃、１時間でろう付けを行った。

ここでセラミックヒータｌの室温から９００℃までの平
均線熱膨張係数は、４．７Ｘ１０−６／’Ｃ−１で、金
属電極６．７　（ＳＵＳ３０４）のそれは約１７Ｘ１０
−６／”Ｃ−’である。従って、８５０℃にてろう付け
されて、常温までに冷却すると金属電極６のネジ部の２
収縮ゆクセラミックヒータ′ｌのそれより３．６倍も大
きい□為に電極部３の表裏面ミつまり接触部９ａ、９ｂ
に応力がかかった状態ｉなる。故に、外部応力を必要と
せず、充分な電気的接合が得られる。　゛　□ ちなみに上記のように形成されたセラミックヒータの抵
抗を雰囲気温度を変えて測定した結果、第３図に示すよ
うにろう付は温度（８５０℃）以下では抵抗の劣化はな
かった。第３図は各雰囲気温度において初期ＪＩＷ抗Ｒ
Ｏに対しての４時間経過後の抵抗Ｒの比を示したもので
、実線で示す本実施例のものは８００℃までは抵抗劣化
は認められない。これに対し、上記の上、下部電極６．
７を室温で溶接したものは、第３図の破線で示すごとく
１００℃で抵抗劣化が認められる。

第４図はＵ字型のセラミックヒータｌＯを示す。

このヒータ１０は導電性セラミックから成り、発熱部１
１と２つの電極部１２．１３を有する。発熱部１１には
６ケの開口部１４８〜１４ｆがある。

電極□部１２．１３には□それぞれ金属電極１５．１Ｇ
が上記した実施例と同じ方法によって銀ろう付けされて
いる。この実施例において、金属電極１５と１６との間
に電圧を印加することによりセラミック発熱部１１がジ
ュール熱により発熱する。

第５図は上記実施例のセラミックヒータを６ケ配設した
排気ガス微粒子除去ヒータ装置１００である。このヒー
タ装置１００は第６図に示すように内燃機関特にディー
ゼルエンジンの排気管の途中に取り付けられる。

その構成を第５．６図で詳細に説明する。ヒータ装置１
００は上流排気管１０１に連なるテーパー管１０２と金
属ケース１３０との間でフランジ１０４．１０５．１０
Ｇでボルト締めされ固定されている。ケース１３０の内
部には三次元網目構造をなすセラミック製あフィルター
１０３がステンレス金属製の緩衝材１０７を介して固定
されている。フィルター１０３の上流端１０Ｂはヒータ
装置１００のヒータ１０の発熱部１１とほぼ接している
。第５図において、ヒータ装置１００にはヒータ１０が
６ケ放射状に配置されている。各ヒータｌＯの一方の金
属電極１６はヒータ装置１００のボディ１１０に溶接さ
れ、共通マイナス電極となり、各ヒータ１０の他方の金
属電極１５は電気絶縁されボディ１１０の円周部に沿っ
てリード線１１１で外部に導出される。また、各ヒータ
１０は全周６ケ所の固定ビス１１２で固定される。

以上のような構成において、第６図のように矢印の方向
に排気ガスが流れて、ガスに含まれるカーボンを主体と
する微粒子がフィルタ１０３に捕集される。この捕集量
が一定量以上になると、ヒータ装置１００を作動させる
。リード線１１１とヒータ装置ボディー１１０との間に
図示しないバッテリーから電流を流すと各ヒータｌＯの
発熱部１１が６００℃以上に加熱され、フィルター１０
３の上流端１０８に付着した微粒子に着火燃焼させる。

一度着火された微粒子はガスの流れに乗りでフィルター
の下流まで燃え広がり、フィルター１０３に付着した微
粒子が除去される。微粒子は燃焼ガスとなって車外に排
出される。

ヒータｌＯは６ケあるが、これらは順次通電されてフィ
ルター１０３の大部分の付着微粒子を除去できるように
なっている。

さて、このようなヒータ装置１００のヒータ電極部分は
そのエンジン条件により８００℃にも到達する。この条
件においてエンジン耐久試験を行った結果、５００時間
経過した後でもヒータ電極部の劣化はなかった。

以上の実施例においてセラミックヒータに＃ＴｉＮ−３
ｉ３Ｎ４系ヒータ材料を用いたが、他のヒータ材料、例
えばＳｉｎＳＭｏＳｉ２、ＬａＣｒＯ３などが考えられ
る。その場合、これらの熱膨張係数はそれぞれ５Ｘ１０
−６．８Ｘ１０−６、？、５Ｘ１０−６℃−１である為
、金属の熱膨張係数はそれら以上の値を持つことが要求
される。

更に上部、下部金属電極をネジで締め、銀ロウで固定す
る方法をとったが、セラミックヒータ及び金属電極を８
００℃以上に加熱しておき、この状態で金属電極どうし
を溶接する方法においても８００℃以下で電極部に圧縮
応力のかかったセラミックヒータを得ることができる。

ま°た、セラミックヒータの電極部の表面に予め金属を
メタライズし°Ｃおくと電極的結合がスムーズになる。

このメタライズ全屈としてはＰｔ、Ｎ１５ｃｕＳＡ＋、
＋などが有効となる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、セラミックヒータの
電極部と金属電極との接触部において、金属電極の圧縮
応力で両者が接触している為に高温まで安定した電気的
導通が得られる。

【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図は第１
図のＡ−ＡＩｆｒ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におけるセラ
ミックヒータＩＩＳ分の平面図、第５図は第４図のヒー
タを用いた加熱装置を示す平面図、第６図は第５図の加
熱装置を用いた微粒孕捕集装置を示す断面図である。 ２・・・発熱部、３・・・電極部、５・・・金属電極ヶ
代理人弁理士　岡　部　隆 第１図 第２図 第３Ｕ！Ｊ 第４１１１ 第５［゛１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）発熱部と電極部とを有するセラミックヒータにお
   いて、前記電極部に金属電極を設置し、該金属電極はＭ
   ｉＪ記セ記文ラミックヒータ記電極部に圧縮応力をかけ
   た状態で該電極部に圧接していることを特徴とするセラ
   ミックヒータの電極構造。
2. （２）前記セラミックヒータの熱膨張係数よりも前記金
   属電極の熱膨張係数が大きいことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のセラミックヒータの電極構造。 （３１発熱！？１５と電極部とを有するセラミックヒー
   タにおいて、前記電極部に金属電極を設置し、該金属電
   極と前記セラミックヒータの電極部とを、該セラミック
   ヒータの使用温度以上の温度雰囲気の下で固定し、その
   後冷却することを特徴とするセラミックヒータの電極構
   造の製造方法。