JP3160606B2 - 金属触媒担体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属触媒担体に関し、
たとえば自動車用内燃機関の排気ガス浄化用触媒の触媒
担体に利用される。

【０００２】

【従来の技術】触媒担体を金属から構成し、それにアル
ミナをコートし、アルミナに触媒金属を担持させた触媒
は知られている。このような触媒は、たとえば速やかな
立上りが要求される自動車用スタート触媒で、エンジン
始動時に通電して発熱させるタイプのヒータ触媒に用い
ることができる。すなわち、エンジン始動時に金属触媒
担体に通電して電気的に発熱させ、スタート触媒を速や
かに活性化温度以上に昇温し、エンジン始動直後に多量
に排出されるＨＣ（未燃炭化水素）を低減させるのに有
効である。

【０００３】触媒を速やかに活性化するには、触媒を部
分的に通電加熱して活性化し、その部分の酸化発熱反応
の熱も利用してまわりの部分を加熱するのが有効であ
る。特願平３−３３８５５６号は、図６〜図７に示すよ
うに、金属製の波箔１と平箔２とからなる組合せ箔を中
心電極３まわりに巻回し、巻回体を外筒４に収納し、中
心電極３と外筒４を電極とし、箔に通電して加熱する通
電加熱用金属触媒担体において、箔巻回体の内周部５と
外周部６のみの軸方向前端面を放電接合して組合せ箔間
を電気的に短絡し、箔巻回体の中間部７のみを抵抗加熱
するようにして触媒担体のヒートマスを小さくしたもの
を提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来触媒担体
には次の問題があった。すなわち、組合せ箔はうず巻状
に巻回されるのに対し、内周部および外周部の端面接合
の放電電極の境界は真円であるため、図８に示すよう
に、一つの層の波箔と隣接する層の平箔との接合部８が
放電電極の境界線９と接するかほぼ接する部位では、巻
回層の寸法のばらつきにより、接合されたり接合されな
かったりし、その中間では接合不十分という状態が生じ
る。これは、触媒担体の構造上の信頼性を低下させる。

【０００５】本発明の目的は、接合不良の発生を除去ま
たは低減できる金属触媒担体を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の金属触媒担体は次のものから成る。すなわ
ち、中心電極とアースされる外筒との間に介装され、波
箔と平箔との組合せ箔を少なくとも１組うず巻状に多層
に巻回し、巻回体の軸方向端面にて部分的に層間を放電
接合した金属触媒担体において、放電接合領域と非接合
領域との境界を、組合せ箔の厚み方向中央部を通って前
記組合せ箔の巻回方向に周方向に延びそこから半径方向
に内側に折れ曲り、波箔と平箔とが接していない平箔の
部分を横切って隣接する組合せ箔の厚み方向中央部まで
延びそこで再び前記隣接する組合せ箔の巻回方向に周方
向に折れ曲ることを少なくとも１回繰返し、最終的に前
記中心電極を中心とするのこ歯状のほぼ円形状となるよ
うに設定したことを特徴とする金属触媒担体。

【０００７】

【作用】上記本発明の金属触媒担体では、放電接合領域
とそうでない領域との境界（放電電極の端面境界）が組
合せ箔の厚みの中央部を通るように設定されているの
で、隣接する層間の波箔と平箔の接合部が上記境界に接
触状態となることはない。このため、隣接する組合せ箔
の波箔と平箔の接合部は十分に放電接合されるかまたは
全く放電接合されないかの何れかであり、中途半ぱな接
合や接合不良を生じることが除去されるかまたは低減す
る。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明の望ましい実施例を図１〜図
５を参照して説明する。図３〜図５において、金属製
（たとえば、アルミ入りステンレス）の波箔１１と平箔
１２を接触部でレーザ溶接などにより部分的に接合した
組合せ箔を、少なくとも１組、中心電極１３まわりにう
ず巻状に多層に巻回し、それを外筒１４に挿入して金属
触媒担体を構成する。組合せ箔の内周側端部は中心電極
１３にレーザ溶接等により接合され、外周側端部は外筒
１４にレーザ溶接等により接合される。中心電極１３は
図５に示すように、Ｌ字状に曲って外筒１４を貫通し、
電気絶縁体１８を介して外筒１４に固定される。中心電
極１３はバッテリに接続されてプラスの電極を構成し、
外筒１４は車体にアースされてマイナスの電極を構成す
る。

【０００９】組合せ箔の巻回体の内周部１５および外周
部１６は、中間部１７を除いて、排気ガス流れ方向上流
側の軸方向端面が、放電接合により層間が端面接合され
る。端面接合された部分は電気的に短絡するので端面が
電極化し、抵抗が小になって発熱が抑えられるととも
に、スコーピング（層間の軸方向ずれ）を防止する。端
面放電接合は組合せ箔の、内、外周部１５、１６に対応
する部分が酸化されていない生箔の状態で行われる。

【００１０】巻回したときに中間部１７を構成する部分
は、組合せ箔同志は層間で電気的に絶縁されており、電
気は短絡しないでうず巻状に流れ、抵抗値が大のため発
熱部を構成する。組合せ箔のうち巻回したときに中間部
１７を構成する部分には、予じめ表面に電気絶縁皮膜が
形成される。したがって、巻回しても層間は電気的に絶
縁される。組合せ箔のうち巻回したときに、内、外周部
１５、１６を構成する部分は、マスキングすることなど
によって中間部１７を構成する部分の酸化処理時に、酸
化されず生箔の状態が保たれるようにする。

【００１１】上記の、巻回体内、外周部１５、１６の端
面放電接合は、巻回体をオイル等の液中に入れて、放電
電極を巻回体端面に対向させてセットし、電極と巻回体
端面間に放電し、巻回体端面を溶融することによって、
接合する。この場合、放電接合領域と非接合領域との境
界１９は、放電電極の端面の外形状によって定まり、図
１、図２に示すように、組合せ箔の厚み方向中央部を通
って周方向に延び（図１の１９ａ）、周方向端で半径方
向に折れ曲って半径方向に隣接する組合せ箔の厚み方向
中央部まで延び（図１の１９ｂ）、そこで周方向に折れ
曲ることを、１周の間に少なくとも１回繰返すように設
定されている。このため境界はのこ歯状に段付きとな
る。

【００１２】たとえば、波箔と平箔の組合せ箔をｎ組
（たとえば、６組）中心電極１３に接合して中心電極１
３まわりにうず巻き状に巻回するとき、境界１９は１つ
の組合せ箔の中央部を通って（３６０／ｎ）°（すなわ
ち、６組の場合は６０°）周方向に延び、そこで半径方
向に折れ曲って隣接する組合せ箔の中央部まで延び、そ
こで再び周方向に折れ曲ることを１周につきｎ回（６
回）繰り返す。これによって、１周につきｎ個（６個）
の段のあるのこ歯状の境界１９が得られる。このような
境界１９が、内周部１５と中間部１７との間、および外
周部１６と中間部１７との間に形成される。

【００１３】金属触媒担体形成後、金属触媒担体にアル
ミナをコートする。金属箔成分にアルミニウムを入れて
おくことによりアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）の金属担体への
付着性がよくなる。このアルミナに白金（Ｐｔ）をやロ
ジウム（Ｒｈ）などの触媒成分を担持させて触媒とす
る。

【００１４】つぎに作用を説明する。放電電極のうち内
周部１５を放電接合する電極は環状で外径形状がのこ歯
状になっており、外周部１６を放電接合する電極は環状
で内径形状がのこ歯状になっている。すなわち、従来の
ように真円の形状とはなっていない。そのため、１つの
組合せ箔の波箔とそれと隣接する組合せ箔の平箔との接
合部が電極の内径または外径形状と接することがなく、
接合部は放電接合領域内か外かがはっきりとしている。
したがって、接合部に接合不良が生じることがない。接
合不良によるスコーピング等が生じなくなるので、触媒
担体の構造上の信頼性が高くなる。

【００１５】中心電極１３からの電流は、内周部１５の
うち主に端面接合部を通って中間部１６へと流れる。端
面接合部以外の部分は表面が酸化状態にされるので、電
気は流れにくい。そのため、内周部１５における電流経
路は端面接合部に集められる。この部分は電気的に導通
しているので電流は半径方向に内側から外方へと流れ
る。抵抗は小さいので、内周部１５における発熱は抑え
られる。

【００１６】外周部１６においても、内周部１５と同様
に主に端面接合部を通って、電流は内側から外方に半径
方向に流れる。抵抗が小さいので、外周部１６における
発熱は抑えられる。

【００１７】中間部１７においては、組合せ箔は互いに
絶縁されているので、電流はうず巻状に流れる。したが
って電流経路長が大のため抵抗大となり、発熱する。こ
の場合、中間部１７には、内周部１５の主に上流側端部
から電気が流れて入り、外周部１６の主に上流側端部に
流れ出ていくので、中間部１７を流れる電気の経路は中
間部１７の上流側端部近傍に限定される。これは電気は
最も抵抗の少ない経路を流れようとし、上流側端部を通
ることが最短距離になるからである。その結果、中間部
１７は上流側端部が主に発熱する。

【００１８】このため、触媒の電気発熱部は、半径方向
には中間部１７に限定されるとともに、軸方向に上流側
端部に限定される。したがって、ヒートマスが小さくな
り、触媒昇温の電気エネルギが少なくて済むとともに部
分加熱により速やかな触媒の部分加熱が可能になる。い
ったん、触媒が部分的に活性化温度以上にされると、そ
の部分においてＨＣの酸化が始まり、酸化反応による発
熱も利用できてその部分は益々昇温し、その熱がまわり
に伝わって、触媒全域を比較的速やかに活性化温度以上
にすることができる。

【００１９】排気ガスは、内、外周部１５、１６を含み
触媒の全域を通過するが、中心電極１３がある場合最も
排気ガス流量が多くなる部分は中間部１７である。した
がって、中間部１７を部分的に加熱することは、排気ガ
スの熱を最も利用できること、およびエンジンスタート
直後のＨＣを多量に含むガスが浄化されないで排出され
ることを抑えることができるという観点から望ましいこ
とである。また、中間部１７のうち、上流側端部を電気
的に加熱することは、そこが早く活性化されれば、ガス
流れによって下流側部分に熱伝達されやすいので、望ま
しいことである。

【００２０】また、内、外周部１５、１６をそれぞれ端
面接合することによって、スコーピングが防止される。
すなわち、内、外周部１５、１６の過渡時温度分布によ
る熱応力によって、層間に軸方向荷重が作用しても、端
部が接合されているので、内、外周部１５、１６は層間
ずれを起さない。なお、本発明の構造は、担体を通電加
熱する、しないにかかわらず、担体強度を向上できるの
で、通電加熱タイプのみでなく、一般のメタル担体にも
適用可能である。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、放電接合領域の、非接
合領域との境界を組合せ箔の厚み方向中央部を通って周
方向に延びるように設定したので、組合せ箔間の放電接
合不良を防止または軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る金属触媒担体の放電接
合領域境界の部分正面図である。

【図２】図１の金属触媒担体の正面図である。

【図３】本発明の一実施例に係る金属触媒担体の外筒へ
の組立途中の斜視図である。

【図４】本発明の一実施例に係る金属触媒担体の正面図
である。

【図５】図４の担体の断面図である。

【図６】従来の金属触媒担体の端面部分放電接合前の部
分斜視図である。

【図７】図６の担体を端面部分放電接合した後の部分断
面図である。

【図８】図６の担体の放電接合領域境界の部分正面図で
ある。

【符号の説明】

１１ 波箔 １２ 平箔 １３ 中心電極 １４ 外筒 １５ 内周部 １６ 外周部 １７ 中間部 １９ 境界

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤城 修 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01J 21/00 - 38/74 B01D 53/86 B01D 53/94

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心電極とアースされる外筒との間に介
   装され、波箔と平箔との組合せ箔を少なくとも１組うず
   巻状に多層に巻回し、巻回体の軸方向端面にて部分的に
   層間を放電接合した金属触媒担体において、放電接合領
   域と非接合領域との境界を、組合せ箔の厚み方向中央部
   を通って前記組合せ箔の巻回方向に周方向に延びそこか
   ら半径方向に内側に折れ曲り、波箔と平箔とが接してい
   ない平箔の部分を横切って隣接する組合せ箔の厚み方向
   中央部まで延びそこで再び前記隣接する組合せ箔の巻回
   方向に周方向に折れ曲ることを少なくとも１回繰返し、
   最終的に前記中心電極を中心とするのこ歯状のほぼ円形
   状となるように設定したことを特徴とする金属触媒担
   体。