JPS6180785A - Ceramic heater - Google Patents

Ceramic heater

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Publication number
JPS6180785A
JPS6180785A JP20258484A JP20258484A JPS6180785A JP S6180785 A JPS6180785 A JP S6180785A JP 20258484 A JP20258484 A JP 20258484A JP 20258484 A JP20258484 A JP 20258484A JP S6180785 A JPS6180785 A JP S6180785A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heater
heat generating
ceramic
arch
shape
Prior art date
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Pending
Application number
JP20258484A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
野村 悦治
及部 一夫
松井 数馬
直人 三輪
星崎 博紀
博文 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6180785A publication Critical patent/JPS6180785A/en
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  • Resistance Heating (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はセラミックヒータに関する。[Detailed description of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to ceramic heaters.

(従来の技術) ディーゼルエンジン等の排気ガス中に含まれる微粒子の
捕集浄化装置の再生用ヒータに、平板状U字又はV字等
のアーチ形状のセラミックヒータを利用することは公知
であり、再生性の観点から発熱部が均一に分散するのが
好ましく、従って、考えられる外形の1つとして、アー
チ形状で脚部を末広がりとし、適当に開口を分布させた
ものがあげられる。
(Prior Art) It is known to use an arch-shaped ceramic heater such as a flat U-shape or V-shape as a regeneration heater of a device for collecting and purifying particulates contained in exhaust gas of a diesel engine, etc. From the viewpoint of reproducibility, it is preferable that the heat generating parts are uniformly distributed. Therefore, one of the possible external shapes is an arch shape with the legs widening toward the end and openings appropriately distributed.

(発明が解決しようとする問題点) しかし、この種の形状のセラミックヒータ素子において
は一般に、該形状の頂点屈曲部の内・周部でまず発熱す
るので、該形状全体の均一発熱性に欠け、ヒータ自体の
耐熱劣化、また熱応力差による割れといった問題が生じ
る。
(Problem to be Solved by the Invention) However, in a ceramic heater element having this type of shape, heat is generally first generated at the inner and peripheral portions of the apex bent portion of the shape, so the heat generation property is not uniform throughout the shape. , problems such as deterioration of the heat resistance of the heater itself and cracking due to differences in thermal stress occur.

(問題点を解決するための手段) 本発明は導電性セラミックを素材し、頂点屈曲部とその
両端に伸びる2個の末広がり状の脚部で構成されるアー
チ状の平板形状であって、かつ両該脚部の脚端部を電橋
部として長手方向に通電するセラミックヒータであり、
開口によって区別される脚部各発熱域の、電流の流れる
方向に関して垂直方向の横断面積に関して、アーチ形状
の外周部において、内周部よりも発熱部横断面積を大き
くするようにしたものである。
(Means for Solving the Problems) The present invention has an arch-like flat plate shape made of conductive ceramic and consisting of an apex bent portion and two flaring leg portions extending to both ends thereof, and A ceramic heater in which electricity is supplied in the longitudinal direction using the leg ends of both legs as electric bridge parts,
With respect to the cross-sectional area of each heat-generating region of the leg section separated by the opening in the direction perpendicular to the direction of current flow, the cross-sectional area of the heat-generating portion is made larger at the outer periphery of the arch shape than at the inner periphery.

(実施例) 本発明の実施例について第1図をもとに詳細に説明する
。セラミ、クヒータはアーチ形状をなし開放端部はそれ
ぞれ電極部2.3であり、それ以外は発熱部1である。
(Example) An example of the present invention will be described in detail with reference to FIG. The ceramic and the heater have an arch shape, and the open end portions are electrode portions 2 and 3, and the other portions are heat generating portions 1.

電極部2.3と発熱部1とハ窒化チタンと窒化珪素とか
らなるセラミック発熱抵抗材料で構成しである。電極部
2,3は端子部21.31の表裏面にptやNiやMo
などの金属をペースト焼付あるいは蒸着により固着して
構成されている。発熱部1は電極部2.3の近い側にそ
れぞれ2つづつの開口部4,5,6.7を有し、またア
ーチ先端部にそれぞれ1つづつの開口部8.9を有する
。開口部4,5.8と開口部6.7.9とにより、発熱
部10,11,12゜16.17および13. 14.
 15. 18. 19に分岐される。また、上記開口
部の存在により集合部22.23および先端部2oが形
成される。
The electrode part 2.3, the heat generating part 1, and the ceramic heat generating resistor material are made of titanium nitride and silicon nitride. The electrode parts 2 and 3 are coated with PT, Ni, or Mo on the front and back surfaces of the terminal part 21.31.
It is constructed by fixing metals such as by paste baking or vapor deposition. The heat generating part 1 has two openings 4, 5, 6.7 in each case on the side near the electrode part 2.3, and one opening 8.9 in each case at the arch tips. The openings 4, 5.8 and 6.7.9 open the heating parts 10, 11, 12° 16.17 and 13. 14.
15. 18. It is branched into 19. Furthermore, the presence of the openings forms gathering portions 22.23 and tip portions 2o.

本実施例において、具体的な数値を列挙すると、発熱部
1の厚みは2mmであり、各発熱部の幅(電流の流れに
対して垂直方向:以下同じ)は、1o、tt、12にお
いて、それぞれ3mm、  2mmでであり、発熱部1
6.17においてそれぞれ4.5mm、3.5mmであ
って、アーチ形状の外周部において、発熱部の横断面積
がどの部分であっでも大きくなるようにしである。
In this example, to list specific numerical values, the thickness of the heat generating part 1 is 2 mm, and the width of each heat generating part (in the direction perpendicular to the current flow; the same applies hereinafter) is as follows at 1o, tt, and 12. They are 3mm and 2mm, respectively, and the heat generating part 1
6.17 are 4.5 mm and 3.5 mm, respectively, so that the cross-sectional area of the heat generating part is large wherever it is in the arch-shaped outer periphery.

勿論、上記発熱部1の開口部4.5,8.6゜7.9は
線対称となっているから、第1図の右方の発熱部13,
14.15,18.19の幅寸法もそれぞれ上記と同じ
ようにしである。
Of course, since the openings 4.5, 8.6° and 7.9 of the heat generating section 1 are line-symmetrical, the heat generating section 13 on the right side of FIG.
The width dimensions of 14.15 and 18.19 are also the same as above.

この状態において、電極部2.3に図示しない金属電穫
を固定して電極部2.3間に通電すると、電流は電極部
2−発熱部10,11.12=集合部21−発熱部16
.17−先端部20−分岐部18.19−集合部22−
発熱部13,14.15−電極部3へと流れる。この場
合、集合部22゜23は開口部が無いため、他部より横
断面積が大きいので発熱しに((なる。従って、発熱温
度が高くなるのは各発熱部10〜15.16〜19と 
    !先端部20とである。電極部2.3はその横
断面積が各発熱部、先端部のそれぞれの横断面積より大
きいので発熱しない。このような構造にすることにより
発熱部が点在する効果を得て、広い面積に点火源を数多
く持つ点火用セラミックヒータとして有効なものとなる
In this state, when a metal electric wire (not shown) is fixed to the electrode part 2.3 and electricity is passed between the electrode parts 2.3, the current flows: electrode part 2 - heat generating part 10, 11.12 = gathering part 21 - heat generating part 16
.. 17-Tip part 20-Branch part 18.19-Collecting part 22-
It flows from the heat generating parts 13, 14, 15 to the electrode part 3. In this case, since the gathering parts 22 and 23 have no openings and have a larger cross-sectional area than other parts, they do not generate heat (((). Therefore, the heat generation temperature is higher in each of the heat generation parts 10 to 15 and 16 to 19.
! and a tip portion 20. The electrode portion 2.3 does not generate heat because its cross-sectional area is larger than the cross-sectional area of each of the heat generating portions and the tip portion. By adopting such a structure, the effect of dispersing the heat generating parts is obtained, and the ceramic heater for ignition is effective as having many ignition sources over a wide area.

ところで、本ヒータ形状を、ヒータの均熱性の観点から
、第2図のヒータ形状のものと比較したのが第3図であ
る。第2図のヒータ形状においては、発熱部10°、1
1”、12’、13”、14”、15゛ において幅は
それぞれ、2mm、2mm、2mm、発熱部16’ 、
17’ 、18’ 。
By the way, FIG. 3 shows a comparison of this heater shape with the heater shape shown in FIG. 2 from the viewpoint of heat uniformity of the heater. In the heater shape shown in Fig. 2, the heat generating part is 10°, 1
1", 12', 13", 14", and 15", the widths are 2 mm, 2 mm, and 2 mm, respectively, and the heating part 16',
17', 18'.

19°においてはそれぞれ4mm、4mmとアーチ形状
の内周部、外周部とも各発熱部の横断面積を等しく設定
しである。また、厚みは第1図のものと同じ<2mmと
一定である。そして、第3図は、これら2つのヒータ形
状において、400W通電した場合の、無風定常時のヒ
ータ発熱部各部の表面温度を放射温度針で測温したもの
で、0印でプロットしたのが第1図のヒータ形状、X印
でプロットしたのが第2図のヒータ形状によるものであ
る。これより明らかに第1のものの方が均熱性に優れて
いることがわかり、全体としての温度差が、第2図のも
ので110°Cあったのが第1図のもので55℃まで少
なくなった。これは、一般にアーチ形状に形成したヒー
タでは、内周部がもっとも電流が流れやすくなり、また
外周部は冷やされやすいので、第2図の場合のように外
周部の温度がどうしても低くなってしまう。これに対し
て、第1図のように外周部の横断面積を大きくすると、
外周部への電流が流れやす(なり、結果として全体的に
均一な温度分布が得られることとなるわけである。
At 19°, the cross-sectional area of each heat generating portion is set to be equal to 4 mm and 4 mm, respectively, for both the inner and outer circumferential portions of the arch shape. Moreover, the thickness is constant at <2 mm, which is the same as that in FIG. Figure 3 shows the surface temperature of each part of the heater heat generating part measured with a radiant temperature needle when 400W of current is applied to these two heater shapes in a steady state with no wind. The shape of the heater in FIG. 1 is plotted with the X mark, which corresponds to the shape of the heater in FIG. From this, it is clear that the first model has better thermal uniformity, and the overall temperature difference is reduced from 110°C in the model shown in Figure 2 to 55°C in the model shown in Figure 1. became. This is because, in general, in a heater formed in an arch shape, current flows most easily in the inner periphery, and the outer periphery is easily cooled, so the temperature at the outer periphery inevitably becomes low, as in the case of Figure 2. . On the other hand, if you increase the cross-sectional area of the outer periphery as shown in Figure 1,
Current flows easily to the outer periphery (as a result, an overall uniform temperature distribution is obtained).

なお、このセラミックヒータダは以下に述べるようにし
て製造した。即ち、平均粒径1μmのTiN(窒化チタ
ン)35wt%と平均粒径0.8μmのSi3N4 (
窒化珪素>55wt%とを湿式にて混合し、乾燥後にバ
インダーとしてポリビニルアルコールを少量加えて成形
用粉末を得た。これを金型プレスにてヒータ形状にプレ
スし、1800°Cで2時間、N2雰囲気にて焼成した
。得られたセラミックヒータの端子部にptペーストを
1200°Cで1時間、H2雰囲気で焼付けた。
Note that this ceramic heater was manufactured as described below. That is, 35 wt% TiN (titanium nitride) with an average particle size of 1 μm and Si3N4 (
Silicon nitride>55wt% was wet mixed, and after drying, a small amount of polyvinyl alcohol was added as a binder to obtain a powder for molding. This was pressed into a heater shape using a die press and fired at 1800°C for 2 hours in an N2 atmosphere. The PT paste was baked on the terminal portion of the obtained ceramic heater at 1200°C for 1 hour in an H2 atmosphere.

第2の実施例として、ヒータの平面形状は第2図と同じ
であるが、厚さが一様でな(、第2図の横断面A−Aが
第4図のように、外周部はど、厚さを厚くする形状であ
って同様の効果を得ることができる。
As a second embodiment, the planar shape of the heater is the same as that in Fig. 2, but the thickness is not uniform (the cross section A-A in Fig. 2 is like that in Fig. 4, However, the same effect can be obtained with a thicker shape.

また、以上の例ではヒータの基本形状として第1図のも
のを用いたが、第5図のようなU字アーチ形状であって
よい。更に、電極部2.3例の開口部はそれぞれ2つづ
つ設けであるが、1つであってもよい。
Further, in the above example, the basic shape of the heater shown in FIG. 1 was used, but it may have a U-arch shape as shown in FIG. 5. Furthermore, although two openings are provided in each of the electrode sections 2 and 3, there may be only one opening.

次に、本発明のセラミックヒータの用途例について説明
する。
Next, application examples of the ceramic heater of the present invention will be explained.

第6図は前記実施例のセラミックヒータを6ケ用いた加
熱装置40の正面図で、押さえリング42の一部を欠い
て描いである。この装置40はディーゼルエンジン車の
排ガス中の微粒子捕集用フィルタを再生するためのもの
である。この第6図において、セラミックヒータ41は
その電極部が外周に置かれるように放射状に放置される
。各々のセラミ、クヒータ41は第6図におけるA−A
断面図である第7図に示すように、金属ケース43のプ
ラズマ溶射を施した面44に放置され、セラミック製の
絶縁リング45を介して、ケース43にねじ込んだ押さ
えリング42によって固定されている。
FIG. 6 is a front view of a heating device 40 using six ceramic heaters according to the embodiment described above, with a portion of the presser ring 42 removed. This device 40 is for regenerating a filter for collecting particulates in the exhaust gas of a diesel engine vehicle. In FIG. 6, the ceramic heaters 41 are left radially so that their electrode portions are placed on the outer periphery. Each ceramic and kuhita 41 are A-A in FIG.
As shown in FIG. 7, which is a cross-sectional view, it is left on the plasma-sprayed surface 44 of a metal case 43, and is fixed by a retaining ring 42 screwed into the case 43 via a ceramic insulating ring 45. .

セラミックヒータ41の各々の電極部には、電極金具4
6.47がロー付けされており、プラス側電極金具46
は、ニッケル製のリード48に接続され、このリニドは
絶縁リング45の中に埋め込まれてシールした電極端子
部(第6図の49)を通り外部に取り出され通電可能と
なっている。
Each electrode part of the ceramic heater 41 is provided with an electrode fitting 4.
6.47 is brazed, and the positive side electrode fitting 46
is connected to a lead 48 made of nickel, and this linide is taken out to the outside through an electrode terminal portion (49 in FIG. 6) embedded and sealed in an insulating ring 45 so that it can be energized.

なお、マイナス側の電極金具47は、金属ケース43に
接続され、アースされている。
Note that the negative side electrode fitting 47 is connected to the metal case 43 and grounded.

上記の加熱装置を微粒子捕集装置に取り付けた状態の概
略断面図を第8図に示す。
FIG. 8 shows a schematic cross-sectional view of the above-mentioned heating device attached to the particulate collector.

加熱装置40は、鋳物ケース50内にシール材51及び
り、ジョン材52及び53を介して収納       
 !された円筒形の微粒子捕集用構造物54(以下フィ
ルタ)の上流部に、インレット54と挟持された状態で
フランジ55及び56により保持されている。また、フ
ランジ57.58は図示しないエンジンの排気管に接続
されている。なお、矢印59.60はガスの流れ方向を
示す。
The heating device 40 is housed within a casting case 50 with a sealing material 51 and John materials 52 and 53 interposed therebetween.
! The inlet 54 is held in an upstream portion of a cylindrical particulate collection structure 54 (hereinafter referred to as a filter) by flanges 55 and 56 while being sandwiched between the inlet 54 and the inlet 54 . Further, the flanges 57 and 58 are connected to an exhaust pipe of an engine (not shown). Note that arrows 59 and 60 indicate the gas flow direction.

セラミックヒータ24の数が複数個となっているのはバ
ッテリの消費電力をむやみに大きくできないためである
。即ち、フィルタ54をセラミックヒータ41の加熱に
より再生するためには複数個のセラミックヒータのヒー
タ41に順次間欠的に通電していく方式をとる。
The reason why there are a plurality of ceramic heaters 24 is that the power consumption of the battery cannot be unnecessarily increased. That is, in order to regenerate the filter 54 by heating the ceramic heater 41, a method is adopted in which the heaters 41 of a plurality of ceramic heaters are sequentially and intermittently energized.

本実施例の浄化装置のセラミックヒータは、均熱性に優
れている為、局所的な過熱による耐熱劣化が少なく、ま
た熱応力差による割れという問題を生ずることなく、極
めて信頼性の高いものとなっている。
The ceramic heater of the purification device of this example has excellent heat uniformity, so there is little deterioration of heat resistance due to local overheating, and there is no problem of cracking due to differences in thermal stress, making it extremely reliable. ing.

従って、本発明のセラミックヒータは自動軍排ガスに含
まれる微粒子捕集用フィルタの再生加熱用ヒータの応用
に極めて好都合である。
Therefore, the ceramic heater of the present invention is extremely suitable for application as a heater for regenerating a filter for collecting particulates contained in automatic military exhaust gas.

なお、本発明は微粒子捕集用フィルタの再生、加熱用ヒ
ータの他に、種々の用途に適用できることは言うまでも
ない。
It goes without saying that the present invention can be applied to various other uses in addition to regenerating particulate filters and heating heaters.

(発明の効果) 本発明によれば、ヒータのアーチ外周部とアーチ内周部
との温度差を低くでき、従って、均熱性のよいヒータを
得ることができる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, it is possible to reduce the temperature difference between the arch outer peripheral portion and the arch inner peripheral portion of the heater, and therefore, it is possible to obtain a heater with good heat uniformity.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す平面図、第2図は本発
明の作用説明に供するヒータの平面図、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
例を示すもので、第2図のA−A断面に相当する断面図
、第5図は本発明の更に他の実施例を示す平面図、第6
図は本発明の用途例を示す平面図、第7図は第6図のA
−A断面図、第8図は本発明の用途例を示す断面側面図
である。 4〜9・・・開口部、10〜19・・・発熱部、21゜
31・・・端子部。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a heater used to explain the operation of the present invention, FIG. 3 is a characteristic diagram used to explain the operation of the present invention, and FIG. 5 is a sectional view corresponding to the A-A cross section of FIG. 2, FIG. 5 is a plan view showing still another embodiment of the invention, and FIG.
The figure is a plan view showing an example of application of the present invention, and Figure 7 is A of Figure 6.
-A sectional view and FIG. 8 are sectional side views showing an example of application of the present invention. 4-9...Opening part, 10-19...Heating part, 21°31...Terminal part.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 互いに離間した端子部および該端子部間を接続したアー
チ状の発熱部を具備し、該発熱部を、前記端子部間に通
電することによって発熱するセラミック抵抗材料で構成
し、かつ該発熱部に複数個の開口部を設けて発熱域を分
離したセラミックヒータであって、アーチ外周部の横断
面積をアーチ内周部の横断面積より大きくしたことを特
徴とするセラミックヒータ。
It comprises terminal parts spaced apart from each other and an arch-shaped heat generating part connected between the terminal parts, the heat generating part is made of a ceramic resistance material that generates heat when electricity is passed between the terminal parts, and the heat generating part 1. A ceramic heater in which a plurality of openings are provided to separate heat generating areas, the ceramic heater being characterized in that the cross-sectional area of the outer periphery of the arch is larger than the cross-sectional area of the inner periphery of the arch.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022141611A (en) * 2021-03-15 2022-09-29 プーレム ゲー・エム・ベー・ハー Exhaust gas heater

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022141611A (en) * 2021-03-15 2022-09-29 プーレム ゲー・エム・ベー・ハー Exhaust gas heater
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