特許ウォッチ

公開番号2025083175
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-30
出願番号2023196927
出願日2023-11-20
発明の名称ヒータ及び加熱部材
出願人日本碍子株式会社
代理人アクシス国際弁理士法人
主分類H05B 3/12 20060101AFI20250523BHJP(他に分類されない電気技術)
要約【課題】過酷な環境下であっても長期耐久性を有するヒータを提供する。
【解決手段】第1のセラミック基材10と、第1のセラミック基材10上に設けられたガラス部20と、ガラス部20中に埋設された電熱部30とを備えるヒータ100である。ガラス部20は閉気孔21を有する。電熱部30は、大気雰囲気下における25℃の質量に対する700℃の質量の変化率が0.1%以下である金属から構成される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１のセラミック基材と、前記第１のセラミック基材上に設けられたガラス部と、前記ガラス部中に埋設された電熱部とを備え、
前記ガラス部が閉気孔を有し、
前記電熱部は、大気雰囲気下における２５℃の質量に対する７００℃の質量の変化率が０．１％以下である金属から構成されるヒータ。
続きを表示（約 600 文字）【請求項２】
前記ガラス部上に設けられた第２のセラミック基材を更に備える、請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記セラミック基材がコージェライト基材である、請求項１又は２に記載のヒータ。
【請求項４】
前記ガラス部の熱膨張率が２．０×１０
-6
～６．０×１０
-6
／Ｋ未満である、請求項１又は２に記載のヒータ。
【請求項５】
前記ガラス部のヤング率が５～５０ＧＰａである、請求項１又は２に記載のヒータ。
【請求項６】
前記ガラス部が、ホウ素及び／又は珪素を含有し、６００～１１００℃のガラス転移温度を有する、請求項１又は２に記載のヒータ。
【請求項７】
前記電熱部は、２５℃の体積抵抗率に対する３００℃の体積抵抗率の変化率が１０％以下である、請求項１又は２に記載のヒータ。
【請求項８】
前記電熱部が、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒから選択される１種以上を含む合金から構成される、請求項１又は２に記載のヒータ。
【請求項９】
前記合金が、Ｎｉ－Ｃｒ合金及び／又はＦｅ－Ｃｒ合金である、請求項８に記載のヒータ。
【請求項１０】
前記電熱部に接続された端子を更に備える、請求項１又は２に記載のヒータ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータ及び加熱部材に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
自動車排ガスの有害成分（ＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ）の低減に対する要求が高まっている。特に、ディーゼルエンジンから排出されるＮＯｘの浄化は重要な課題である。ＮＯｘ浄化の方策としては、尿素ＳＣＲシステムと呼ばれる技術が一般に知られている。尿素ＳＣＲシステムでは、尿素の熱分解及び加水分解によってＮＯｘ還元剤となるＮＨ
3
が生成される。尿素の熱分解及び加水分解を効率良く進めるためには、尿素を効率良く加熱することが必要となる。しかしながら、エンジン効率の向上に伴って排ガス温度が低くなっているとともに、エンジン始動直後も排ガス温度が低い。排ガス温度が低い場合、尿素を排ガスに噴射しても分解反応が起こり難いため、ＮＨ
3
が十分に生成されない。また、噴射された尿素が排気管の内壁面に衝突する際、内壁面の温度が低いと尿素が完全にＮＨ
3
に分解されず、中間物の固形デポジットとなって堆積する。その結果、排ガスの流れの障害になったり、排ガスの流れの変化により、生成したＮＨ
3
と排ガスとの混合を阻害したりする恐れがある。そのため、排ガスを効率良く加熱するとともに、排気管の内壁面を高温に保つことが可能なヒータの開発が行われている。
【０００３】
また、内燃機関からの熱源がない電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicle）及び燃料電池車（ＦＣＶ：Fuel Cell Vehicle）、内燃機関を頻繁に停止するプラグインハイブリッドカー（ＰＨＶ：Plug-in Hybrid Vehicle、ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electrical Vehicle）では、暖房負荷が走行距離に影響を及ぼすため、暖房効率を高めることが重要な課題である。そのため、車室全体を暖めるのではなく、特定の空間だけを効率良く短時間で暖めるヒータの開発が行われている。
【０００４】
さらに、カーボンニュートラル達成のため、水の電気分解によって生成される水素と、発電所や工場などから排出されるＣＯ
2
とを合成して得られる合成燃料の開発が進められているが、合成燃料の製造プロセスにおいては加熱が要求される。この製造プロセスが工場排熱などの供給が可能な場所で実施される場合は熱源を容易に確保することができる一方、熱源がない場所で実施される場合は電力を使って加熱しなければならない。電力は、製造過程でＣＯ
2
が排出されることがない再生可能エネルギーから製造することが好ましく、ヒータに対しても加熱効率の向上が要求されている。
【０００５】
熱容量の小さい基材中に導体を埋設又は当該基材間に導体を配置したヒータは、上記のような各種用途における有力な加熱手段の１つである。
例えば、特許文献１には、板状の第一のヒータ基板と、第一のヒータ基板の第一面上に並列回路で配設された電熱線と、電熱線に通電するために電熱線に接続された電極と、第一のヒータ基板の第一面、電熱線及び電極を、第二面側で覆う板状のカバー基板とを備えるヒータが提案されている。このヒータでは、第一のヒータ基板及び／又はカバー基板はＳｉ
3
Ｎ
4
又はＡｌ
2
Ｏ
3
を含み、電熱線はＷＣ、ＴｉＮ、ＴａＣ、ＺｒＮ、ＭｏＳｉ
2
、Ｐｔ、Ｒｕ及びＷからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を含む。
【０００６】
特許文献２には、アルミナ質セラミックス、窒化珪素質セラミックスなどから構成される絶縁基体と、絶縁基体に埋設された抵抗体とを備え、抵抗体はタングステンを主成分とする第１の導体粒子及びモリブデンを主成分とする第２の導体粒子を含むヒータが提案されている。
特許文献３には、アルミナ、窒化珪素、コージェライトなどの絶縁性セラミックス製の外筒と、外筒の内側に設けられた絶縁性セラミックス製のフィンと、外筒及び／又はフィンの少なくとも一部に埋設された電熱部とを備える排ガス浄化装置用混合器が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１７－１８２８９０号公報
特許第５７４８９１８号公報
特開２０２０－１９７２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したような用途で用いられるヒータには、迅速且つ効率良く加熱できるとともに、過酷な環境下（具体的には、耐腐食性、耐熱性、耐衝撃性、絶縁性などが要求される環境下）において長期耐久性を有することが要求される。
しかしながら、上記の先行技術に記載のヒータは、基材や導体の種類によっては、過酷な環境下での長期耐久性が確保され難い。例えば、アルミナ基材は熱膨張率が高いため、温度変化の大きな環境下では熱応力が大きくなって長期耐久性が確保され難い。また、コージェライト基材は熱膨張率が低いものの、コージェライト基材中に高熱膨張率の導体を埋設又は当該コージェライト基材の間に導体を配置した場合、温度変化の大きな環境下では熱膨張率の差によってコージェライト基材に亀裂が発生し易く、長期耐久性が確保され難い。さらに、モリブデンやタングステンなどの導体は、僅かな空気が存在する状態で高温に曝されると酸化され易く、酸化が進行すると最終的に断線する恐れもあるため、長期耐久性が確保され難い。
【０００９】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、過酷な環境下であっても長期耐久性を有するヒータ及び加熱部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、ヒータの構造について鋭意研究を行った結果、閉気孔を有するガラス部に特定の電熱部（導体）を埋設してセラミック基材に設けることで、上記の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下のように例示される。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許