JP5093367B2 - 電気加熱式触媒及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気加熱式触媒及びその製造方法に関する。

通電により発熱する触媒の担体と、該触媒の担体を収容するケースと、の間に絶縁体のマット設ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このマットによれば、触媒の担体に通電したときに、ケースに電気が流れることを抑制できる。ところで、内燃機関の始動直後などには、燃焼室から粒子状物質（以下、ＰＭという。）が多く排出される。このＰＭは電気を通すため、マットに多くのＰＭが付着すると、該ＰＭを介して触媒の担体からケースに電気が流れる虞がある。

特開平０５−２６９３８７号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、電気加熱式触媒のケースに電気が流れることを抑制する技術の提供を目的とする。

上記課題を達成するために本発明による電気加熱式触媒は、
通電により発熱する発熱体と、
前記発熱体を収容するケースと、
前記発熱体と前記ケースとの間に挟まれて電気を絶縁するマットと、
を備える電気加熱式触媒において、
前記ケースを、前記発熱体よりも上流側及び下流側で二重管とし、
前記二重管の内側の管は、上流側または下流側の一端で前記二重管の外側の管と接し、上流側または下流側の他端で前記二重管の外側の管と隙間があるように形成され、
前記二重管の外側の管と内側の管とで囲まれる範囲を含む前記マットから前記他端に亘り前記ケースの表面に電気を絶縁する絶縁層を備える。

発熱体は、触媒の担体としても良く、触媒の上流側に設けられても良い。マットは、発熱体及びケースに夫々接している。マットは、発熱体をケース内に固定するためにも用いられる。二重管の内側の管が、上流側または下流側の一端で二重管の外側の管と接することで、二重管の一端は閉塞される。また、二重管の内側の管が、上流側または下流側の他端で二重管の外側の管と隙間があることにより、二重管の他端は開口している。

絶縁層は、二重管の外側の管と内側の管とで囲まれる範囲に形成される。この絶縁層は、二重管の外側の管の内周面と、二重管の内側の管の外周面と、に形成される。二重管の外側の管と内側の管とは前記一端を介して接続されているため、二重管の外側の管に形成される絶縁層と、内側の管に形成される絶縁層と、の間に切れ目はない。また、マットから前記他端にも、絶縁層が形成されている。すなわち、絶縁層は、マットから前記他端を介して、二重管の外側の管と内側の管とで囲まれる範囲まで切れ目なく続いている。

ケース内部にＰＭが付着していない場合には、マットが存在することで、発熱体からマットへ電気が流れることを抑制できる。一方、ケース内部にＰＭが付着すると、該ＰＭを介してケース側へ電気が流れる。但し、ケースに絶縁層が形成されているため、該絶縁層により電気が遮断される。

ここで、二重管の内側の管は、外側の管よりも温度が高くなる。このため、熱泳動効果を得ることができる。この熱泳動効果により、ＰＭが二重管の内側の管から外側の管へ向かって移動するので、該内側の管の外周面ではＰＭの付着が抑制される。そして、この内側の管の外周面には、絶縁層が形成されているため、電気は流れない。すなわち、発熱体に通電したときに、ケース内部に付着しているＰＭに電気が流れたとしても、該電気は二重管の内側の管の外周面で遮断される。これにより、ケースに電気が流れることが抑制される。

なお、本発明においては、前記二重管は、前記発熱体から離れるに従って排気の通路断面積が小さくなるテーパ部に設けられてもよい。

ここで、排気が発熱体を通過するときの抵抗を小さくするために、該発熱体の通路面積は、その上流側及び下流側の排気通路の通路面積よりも大きくされる。このため、排気通路とケースとの接続部においてテーパ部を設けて、排気通路の通路面積を拡大または縮小している。このテーパ部に二重管を設けることにより、ケースの小型化を図ることができる。

また、本発明においては、前記二重管の内側の管の排気通路の中心側を向く面から突出する板を備えていてもよい。

この板により、排気の熱を受ける面積を大きくすることができるので、二重管の内側の管の温度をより高くすることができる。これにより、二重管の内側の管と外側の管との温度差がより大きくなるため、熱泳動効果が大きくなる。また、二重管の内側の管の温度が高くなることにより、該内側の管にＰＭが付着しても、該ＰＭを酸化させて除去することができる。

また、本発明においては、前記二重管の内側の管の排気通路の中心側を向く面に、酸化機能を有する触媒を備えていてもよい。

この触媒により排気中の未燃燃料が酸化されるので、熱が発生して二重管の内側の管の温度が高くなる。これにより、熱泳動効果が大きくなる。また、二重管の内側の管にＰＭが付着したとしても、該ＰＭを酸化させて除去することができる。

また、本発明においては、前記二重管の外側の管を冷却する冷却装置を備えていてもよい。

冷却装置は、二重管の外側の管から熱を奪うものであれば良い。二重管の外側の管を冷却することにより、該二重管の外側の管の温度が低下するため、熱泳動効果が大きくなる。

また、本発明においては、前記ケースは、上流側の部位と下流側の部位とを別々に形成した後に、該上流側の部位と下流側の部位とを接合して形成され、該上流側の部位と下流側の部位とが接合される接合部を前記ケースの前記マットと接する範囲内に備えてもよい。

ここで、マット内には排気が流れないため、該マットとケースとが接する範囲内であれば、ケースにＰＭが付着しない。すなわち、マットと接する範囲内であれば、ケースに絶縁層を形成しなくても、発熱体からケースへ電気が流れることが抑制される。この範囲に接合部を備えることにより、該接合部に絶縁層を形成する必要がなくなる。たとえばマットと接する範囲外で溶接を行うと、溶接された箇所には絶縁層が存在しないため、再度絶縁層を形成しなくてはならないが、マットと接する範囲内で溶接を行なえば、再度絶縁層を形成する必要はない。

また、本発明においては、前記ケースは、上流側の部位と下流側の部位とを別々に形成した後に、該上流側の部位と下流側の部位とを接合して形成され、該上流側の部位と下流側の部位とが接合される接合部を、前記発熱体から離れるに従って排気の通路断面積が小さくなるテーパ部の通路断面積が最も大きな箇所に備えてもよい。

すなわち、二重管を避けて接合部を設ければ、接合した後であっても接合部に絶縁層を容易に形成することができる。

上記課題を達成するために本発明による電気加熱式触媒の製造方法は、
通電により発熱する発熱体と、
前記発熱体を収容するケースと、
前記発熱体と前記ケースとの間に挟まれて電気を絶縁するマットと、
を備え、
前記ケースを、前記発熱体よりも上流側及び下流側で二重管とし、
前記二重管の内側の管は、上流側または下流側の一端で前記二重管の外側の管と接し、上流側または下流側の他端で前記二重管の外側の管と隙間があり、
前記二重管の外側の管と内側の管とで囲まれる範囲を含む前記マットから前記他端に亘り前記ケースの表面に電気を絶縁する絶縁層を備える電気加熱式触媒の製造方法において、
前記ケースの前記マットと接する範囲内に備わる接合部よりも上流側の部位と下流側の部位とを夫々形成するステップと、
前記上流側の部位と下流側の部位との夫々に前記絶縁層を形成するステップと、
前記ケースの上流側の部位と下流側の部位との内側に前記発熱体及び前記マットを配置するステップと、
前記ケースの上流側の部位と下流側の部位とを前記接合部で接合するステップと、
を含んで構成される。

また、上記課題を達成するために本発明による電気加熱式触媒の製造方法は、
通電により発熱する発熱体と、
前記発熱体を収容するケースと、
前記発熱体と前記ケースとの間に挟まれて電気を絶縁するマットと、
を備え、
前記ケースを、前記発熱体よりも上流側及び下流側で二重管とし、
前記二重管の内側の管は、上流側または下流側の一端で前記二重管の外側の管と接し、上流側または下流側の他端で前記二重管の外側の管と隙間があり、
前記二重管の外側の管と内側の管とで囲まれる範囲を含む前記マットから前記他端に亘り前記ケースの表面に電気を絶縁する絶縁層を備える電気加熱式触媒の製造方法において、
前記ケースの前記マットから前記二重管までの間に備わる接合部よりも上流側の部位と下流側の部位とを夫々形成するステップと、
前記上流側の部位と下流側の部位との夫々に前記絶縁層を形成するステップと、
前記ケースの上流側の部位と下流側の部位との内側に前記発熱体及び前記マットを配置するステップと、
前記ケースの上流側の部位と下流側の部位とを前記接合部で接合するステップと、
前記接合部に前記ケースの内側から前記絶縁層を形成するステップと、
を含んで構成される。

本発明によれば、電気加熱式触媒のケースに電気が流れることを抑制することができる。

実施例１に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。 実施例１に係るテーパ部の拡大図である。 実施例２に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。 図３に示す二重管が備わる部分の拡大図である。 実施例３に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。 図５に示す二重管が備わる部分の拡大図である。 実施例４に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。 図７に示す二重管が備わる部分の拡大図である。 二重管の拡大図である。 実施例５に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。 触媒担体４側からテーパ部を見た図である。 実施例６に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。 実施例７に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。 実施例８に係るテーパ部の拡大図である。 実施例９に係る電気加熱式触媒の製造方法を説明するための図である。 実施例９に係る電気加熱式触媒の製造フローを示したフローチャートである。 実施例１０に係る電気加熱式触媒の製造方法を説明するための図である。 図１７に示す溶接部が備わる部分の拡大図である。 実施例１０に係る電気加熱式触媒の製造フローを示したフローチャートである。

以下、本発明に係る電気加熱式触媒及びその製造方法の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例は、適宜組み合わせることができる。

図１は、本実施例に係る電気加熱式触媒１の概略構成を示す図である。なお、本実施例に係る電気加熱式触媒１は、車両に搭載される内燃機関の排気管５に設けられる。内燃機関は、ディーゼル機関であっても、また、ガソリン機関であってもよい。また、電気モータを備えたハイブリッドシステムを採用した車両においても用いることができる。

図１に示す電気加熱式触媒１は、排気管５の中心軸Ａに沿って電気加熱式触媒１を縦方向に切断した断面図である。なお、電気加熱式触媒１の形状は、中心軸Ａに対して線対称のため、図１では、上側の部分のみを示している。

本実施例に係る電気加熱式触媒１は、円柱形の触媒担体４と、該触媒担体４の外周を覆うマット３と、該触媒担体４とマット３とを収容するケース２と、を備えて構成される。

触媒担体４には、電気抵抗となって、通電により発熱する材質のものが用いられる。触媒担体４の材料には、たとえばＳｉＣが用いられる。触媒担体４は、排気の流れる方向（すなわち、中心軸Ａの方向）に伸び且つ排気の流れる方向と垂直な断面がハニカム状をなす複数の通路を有している。この通路を排気が流通する。触媒担体４の外形は、たとえば排気管５の中心軸Ａを中心とした円柱形である。なお、中心軸Ａと直交する断面による触媒担体４の断面形状は、たとえば楕円形で有っても良い。中心軸Ａは、排気管５、ケース２、および触媒担体４で共通の中心軸である。なお、本実施例においては触媒担体４が、本発明における発熱体に相当する。なお、発熱体を触媒よりも上流側に備える場合であっても、本実施例を同様に適用することができる。

この触媒担体４には、触媒が担持される。触媒は、たとえば酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒などを挙げることができる。触媒担体４には、電極が２本接続されており、該電極間に電圧をかけることにより触媒担体４に通電される。この触媒担体４の電気抵抗により該触媒担体４が発熱する。マット３は、材料としてたとえばセラミックファイバーのような電気伝導率が小さな絶縁体が用いられる。マット３は、触媒担体４の外周（中心軸Ａと平行な面）を覆っているため、触媒担体４に通電したときに、ケース２へ電気が流れることを抑制している。

ケース２は、中心軸Ａと平行の面により構成され内側にマット３及び触媒担体４を収容する収容部２１と、該収容部２１よりも上流側及び下流側で該収容部２１と排気管５とを接続するテーパ部２２，２３と、を備えて構成されている。テーパ部２２，２３は、収容部２１から離れるに従って通路断面積が縮小するテーパ形状をしている。すなわち、触媒担体４よりも上流側のテーパ部２２では、上流側ほど断面積が小さくなり、触媒担体４よりも下流側のテーパ部２３では、下流側ほど断面積が小さくなる。収容部２１の内径は、触媒担体４をマット３で覆ったときの該マット３の外径と略同じで、収容部２１にマット３及び触媒担体４を収容するときには、該マット３が圧縮されるため、該マット３の反発力により収容部２１内に触媒担体４が固定される。

ケース２の材料には、金属が用いられ、たとえばステンレス鋼材を用いることができる。なお、上流側のテーパ部２２と、下流側のテーパ部２３と、は向きが逆になっているだけで、同じ形状である。このため、以下では、上流側のテーパ部２２の形状についてのみ説明する。

ここで、図２は、本実施例に係るテーパ部２２の拡大図である。テーパ部２２の少なくとも一部は、二重管２４により構成されている。二重管２４には、上流側の端部において閉塞する閉塞部２５と、下流側の端部において開口する開口部２６と、が備わる。この二重管２４の外側の管（以下、外管２７という）は、収容部２１と接続されている。すなわち、二重管２４の外管２７は、ケース２の外壁の一部となる。また、二重管２４の内側の管（以下、内管２８という）は、テーパ部２２の上流端において外管２７側に曲がって該外管２７と接続される。内管２８が外管２７に接続される箇所以外は、外管２７と内管２８とは平行に配置されている。内管２８と外管２７とが平行に配置されている箇所においては、触媒担体４の電極に高電圧を印加した場合であっても放電が起こらないように、内管２８と外管２７とがたとえば１３ｍｍ離れて配置される。なお、テーパ部２２の全体を二重管２４とする必要はない。

このように、二重管２４は、触媒担体４側に向けて開口するように形成されている。すなわち、二重管２４の内管２８は、上流側の一端で二重管２４の外管２７と接し、下流側の他端で二重管２４の外管２７と隙間があるように形成されている。このため、二重管２４の内管２８の外周面２８Ａおよび内周面２８Ｂ、さらには二重管２４の外管２７の内周面２７Ｂは、排気と接触する。また、二重管２４の外管２７の外周面２７Ａは、大気と接触する。

そして、テーパ部２２及び収容部２１の排気と接触する面の一部を絶縁層６で覆っている。絶縁層６は、たとえばセラミックなどの絶縁体を塗布することにより形成される。絶縁層６は、外管２７の内周面２７Ｂ及び内管２８の外周面２８Ａに形成される。なお、閉塞部２５は内管２８の一部とする。すなわち、外管２７よりも内側で且つ内管２８よりも外側の、外管２７と内管２８とで囲まれる範囲に絶縁層６が形成される。また、マット３から開口部２６までにも絶縁層６が形成される。すなわち、マット３から内管２８の外周面２８Ａの開口部２６側の端部まで、その表面に切れ目なく絶縁層６が形成されている。なお、内管２８の内周面２８Ｂについては、絶縁層６を設ける必要はない。また、収容部２１のマット３と接している箇所には、排気が殆ど流れないため、ＰＭが付着する虞もないので、絶縁層６を設ける必要はない。ただし、短絡をより確実に阻止するために、マット３が設けられている箇所においてもケース２の表面に絶縁層６を設けても良い。また、マット３が設けられている範囲に絶縁層６が少しだけ入るようにしても良い。

このように構成された電気加熱式触媒１では、外管２７の外周面２７Ａは大気と接触し、外管２７の内周面２７Ｂは排気と接触する。そうすると、外管２７は排気から熱を受けても、この熱が大気により奪われる。すなわち、外管２７は、大気によって冷却される。一方、内管２８の外周面２８Ａ及び内周面２８Ｂは、共に排気と接触する。これにより、内管２８の温度は、外管２７の温度と比較して高くなる。ここで、内燃機関の冷間時などには、該内燃機関からの排気中にＰＭが含まれる。このＰＭは、ケース２内の排気と接触する部位に付着する。そして、排気中のＰＭは、マット３の上流端及び下流端、さらにはケース２内にも付着する。このＰＭは、電気を通すため、触媒担体４に流れる電気がマット３やケース２に付着しているＰＭにも流れ得る。すなわち、ＰＭが堆積することにより、短絡が起こる虞がある。

ここで、仮に、絶縁層６を設けない場合には、触媒担体４に通電したときに、ＰＭを介してケース２にも電気が流れてしまう。すなわち、短絡する虞がある。また、仮に、二重管２４を備えずに絶縁層６のみを備える場合には、該絶縁層６の表面にＰＭが付着する。そうすると、触媒担体４に通電したときに、絶縁層６の表面に付着したＰＭにも電気が流れてしまい、絶縁層６を設けていない箇所からケース２若しくは排気管５に電気が流れてしまう。

これに対し、上述の二重管２４を備えることで、ＰＭの付着を抑制できる。ここで、内管２８の温度が外管２７の温度よりも高くなることにより、熱泳動効果を得ることができる。この熱泳動効果により、ＰＭが、高温の内管２８側から、低温の外管２７側へ向かって移動するため、内管２８の外周面２８ＡにはＰＭが堆積しない。そして、内管２８の外周面２８Ａには絶縁層６が設けられているため、該内管２８の外周面２８Ａには電気が流れない。すなわち、電流は内管２８の外周面２８Ａで遮断されるので、触媒担体４からケース２へ電気が流れることを抑制できる。

図３は、本実施例に係る電気加熱式触媒１０の概略構成を示す図である。また、図４は、図３に示す二重管３４が備わる部分の拡大図である。実施例１に示す電気加熱式触媒１と異なる点について説明する。図３に示す電気加熱式触媒１０は、ケース３０の形状が実施例１と異なる。すなわち、二重管３４をテーパ部３２,３３ではなく、マット３よりも上流側及び下流側の収容部３１に設けている。触媒担体４及びマット３については、実施例１と同じものを用いる。なお、マット３よりも上流側の収容部３１と、マット３よりも下流側の収容部３１と、は向きが逆になっているだけで、同じ形状である。このため、以下では、上流側の収容部３１の形状についてのみ説明する。

二重管３４は、上流側の端部において閉塞する閉塞部３５と、下流側の端部において開口する開口部３６と、が備わる。この二重管３４の外管３７は、収容部３１の外壁の一部となる。また、二重管３４の内管３８は、上流端において外管３７側に曲がって該外管３７と接続さる。内管３８が外管３７に接続される箇所以外は、外管３７と内管３８とは平行に配置されている。内管３８と外管３７とが平行に配置されている箇所においては、触媒担体４の電極に高電圧を印加した場合であっても放電が起こらないように、たとえば１３ｍｍ離れて配置される。このように、二重管３４は、触媒担体４側に向けて開口するように形成されている。すなわち、二重管３４の内管３８は、上流側の一端で二重管３４の外管３７と接し、下流側の他端で二重管３４の外管３７と隙間があるように形成されている。このため、二重管３４の内管３８の外周面３８Ａおよび内周面３８Ｂ、さらには二重管３４の外管３７の内周面３７Ｂは、排気と接触する。また、二重管３４の外管３７の外周面３７Ａは、大気と接触する。

そして、収容部３１の排気と接触する面の一部を絶縁層７で覆っている。絶縁層７は、たとえばセラミックなどの絶縁体を塗布することにより形成される。絶縁層７は、外管３７の内周面３７Ｂ及び内管３８の外周面３８Ａに形成される。なお、閉塞部３５は内管３８の一部とする。すなわち、外管３７よりも内側で且つ内管３８よりも外側の、外管３７と内管３８とで囲まれる範囲に絶縁層７が形成される。また、マット３から開口部３６までにも絶縁層７が形成される。すなわち、マット３から内管３８の外周面３８Ａの開口部３６側の端部まで、その表面に切れ目なく絶縁層７が形成されている。なお、内管３８の内周面３８Ｂについては、絶縁層７を設ける必要はない。また、テーパ部３２,３３には、絶縁層７を設ける必要はない。

このように構成された電気加熱式触媒１０では、外管３７の外周面３７Ａは大気と接触し、外管３７の内周面３７Ｂは排気と接触する。そうすると、外管３７は排気から熱を受けても、この熱が大気により奪われる。すなわち、外管３７は、大気によって冷却される。一方、内管３８の外周面３８Ａ及び内周面３８Ｂは、共に排気と接触する。これにより、内管３８の温度は、外管３７の温度と比較して高くなるため、熱泳動効果を得ることができる。この熱泳動効果により、ＰＭが、高温の内管３８側から、低温の外管３７側へ向かって移動するため、内管３８の外周面３８ＡにはＰＭが堆積しない。そして、内管３８の外周面３８Ａには絶縁層７が設けられているため、該内管３８の外周面３８Ａには電気が流れない。すなわち、電流は内管３８の外周面３８Ａで遮断されるので、触媒担体４からケース３０へ電気が流れることを抑制できる。

図５は、本実施例に係る電気加熱式触媒１１の概略構成を示す図である。また、図６は、図５に示す二重管４４が備わる部分の拡大図である。実施例１に示す電気加熱式触媒１と異なる点について説明する。図５に示す電気加熱式触媒１１は、ケース４０の形状が実施例１と異なる。すなわち、二重管４４の閉塞部４５の位置と開口部４６の位置とが図１に示す電気加熱式触媒１と逆になっている。なお、上流側のテーパ部４２と、下流側のテーパ部４３と、は向きが逆になっているだけで、同じ形状である。このため、以下では、上流側のテーパ部４２の形状についてのみ説明する。

二重管４４には、下流側の端部において閉塞する閉塞部４５と、上流側の端部において開口する開口部４６と、が備わる。この二重管４４の外管４７は、収容部４１と接続されている。すなわち、二重管４４の外管４７は、ケース４０の外壁の一部となる。また、二重管４４の内管４８は、テーパ部４２の下流端において外管４７側に曲がって該外管４７と接続される。内管４８が外管４７に接続される箇所以外は、外管４７と内管４８とは平行に配置されている。このように、二重管４４は、触媒担体４側に向けて閉塞するように形成されている。すなわち、二重管４４の内管４８は、下流側の一端で二重管４４の外管４７と接し、上流側の他端で二重管４４の外管４７と隙間があるように形成されている。このため、二重管４４の内管４８の外周面４８Ａおよび内周面４８Ｂ、さらには二重管４４の外管４７の内周面４７Ｂは、排気と接触する。また、二重管４４の外管４７の外周面４７Ａは、大気と接触する。なお、テーパ部４２の全体を二重管４４とする必要はない。

そして、テーパ部４２及び収容部４１の排気と接触する面の一部を絶縁層８で覆っている。絶縁層８は、たとえばセラミックなどの絶縁体を塗布することにより形成される。絶縁層８は、外管４７の内周面４７Ｂ、内管４８の外周面４８Ａに形成される。なお、閉塞部４５は内管４８の一部とする。すなわち、外管４７よりも内側で且つ内管４８よりも外側の、外管４７と内管４８とで囲まれる範囲に絶縁層８が形成される。また、マット３から開口部４６までにも絶縁層８が形成される。すなわち、内管４８の内周面４８Ｂにも絶縁層８が形成される。これにより、マット３から外管４７の内周面４７Ｂの開口部４６側の端部まで、その表面に切れ目なく絶縁層８が形成されている。

このように構成された電気加熱式触媒１１においても、内管４８の温度は、外管４７の温度と比較して高くなるため、熱泳動効果を得ることができる。この熱泳動効果により、ＰＭが、高温の内管４８側から、低温の外管４７側へ向かって移動するため、内管４８の外周面４８ＡにはＰＭが堆積しない。そして、内管４８の外周面４８Ａには絶縁層８が設けられているため、該内管４８の外周面４８Ａには電気が流れない。すなわち、電流は内管４８の外周面４８Ａで遮断されるので、触媒担体４からケース４０へ電気が流れることを抑制できる。

図７は、本実施例に係る電気加熱式触媒１２の概略構成を示す図である。また、図８は、図７に示す二重管５４が備わる部分の拡大図である。実施例２に示す電気加熱式触媒１０と異なる点について説明する。図７に示す電気加熱式触媒１２では、二重管５４の閉塞部５５の位置と開口部５６の位置とが図３に示す電気加熱式触媒１１と逆になっている。なお、マット３よりも上流側の収容部５１と、マット３よりも下流側の収容部５１と、は向きが逆になっているだけで、同じ形状である。このため、以下では、上流側の収容部５１の形状についてのみ説明する。

二重管５４は、下流側の端部において閉塞する閉塞部５５と、上流側の端部において開口する開口部５６と、が備わる。この二重管５４の外管５７は、収容部５１の外壁の一部となる。また、二重管５４の内管５８は、下流端において外管５７側に曲がって該外管５７と接続さる。内管５８が外管５７に接続される箇所以外は、外管５７と内管５８とは平行に配置されている。このように、二重管５４は、触媒担体４側に向けて閉塞するように形成されている。すなわち、二重管５４の内管５８は、下流側の一端で二重管５４の外管５７と接し、上流側の他端で二重管５４の外管５７と隙間があるように形成されている。このため、二重管５４の内管５８の外周面５８Ａおよび内周面５８Ｂ、さらには二重管５４の外管５７の内周面５７Ｂは、排気と接触する。また、二重管５４の外管５７の外周面５７Ａは、大気と接触する。

そして、収容部５１の排気と接触する面の一部を絶縁層９で覆っている。絶縁層９は、たとえばセラミックなどの絶縁体を塗布することにより形成される。絶縁層９は、外管５７の内周面５７Ｂ及び内管５８の外周面５８Ａに形成される。なお、閉塞部５５は内管５８の一部とする。すなわち、外管５７よりも内側で且つ内管５８よりも外側の、外管５７と内管５８とで囲まれる範囲に絶縁層９が形成される。また、マット３から開口部５６までにも絶縁層９が形成される。すなわち、内管５８の内周面５８Ｂにも絶縁層９が形成される。これにより、マット３から外管５７の内周面５７Ｂの開口部５６側の端部まで、その表面に切れ目なく絶縁層９が形成されている。なお、テーパ部５２,５３には、絶縁層９を形成する必要はない。

このように構成された電気加熱式触媒１２においても、内管５８の温度は、外管５７の温度と比較して高くなるため、熱泳動効果を得ることができる。この熱泳動効果により、ＰＭが、高温の内管５８側から、低温の外管５７側へ向かって移動するため、内管５８の外周面５８ＡにはＰＭが堆積しない。そして、内管５８の外周面５８Ａには絶縁層９が設けられているため、該内管５８の外周面５８Ａには電気が流れない。すなわち、電流は内管５８の外周面５８Ａで遮断されるので、触媒担体４からケース５０へ電気が流れることを抑制できる。

ところで、内管５８の内周面５８Ｂを排気が流れるときの摩擦により静電気が発生し、内管５８が正に帯電する。ここで、図９は、二重管５４の拡大図である。ＰＭ１００は正に帯電しているため、内管５８が正に帯電していれば、該ＰＭ１００には内管５８から離れる力が働く。ここで、内管５８の内周面５８ＢにたとえＰＭ１００が付着したとしても、該ＰＭ１００はマット３及び絶縁層９により絶縁されているため、内管５８は正に帯電した状態で維持される。このため、正に帯電しているＰＭ１００を内管５８から遠ざけることができる。また、静電気は、温度が低くても発生するため、内燃機関の始動直後から、内管５８へのＰＭ１００の付着を抑制できる。この静電気の効果は、開口部５６よりも閉塞部５５のほうがマット３に近い位置に存在する形状であれば得ることができるため、前記実施例３で説明した形状であっても同様の効果を得ることができる。このように、静電気が発生することによっても、内管５８の外周面５８ＡにＰＭ１００が付着することを抑制できる。このため、ケース５０へ電気が流れることを抑制できる。

図１０は、本実施例に係る電気加熱式触媒１３の概略構成を示す図である。また、図１１は、触媒担体４側からテーパ部２２を見た図である。実施例１に示す電気加熱式触媒１と異なる点について説明する。なお、触媒担体４よりも下流側のケース６０の形状は、実施例４で説明した形状と同じであるため、説明を省略する。また、触媒担体４よりも上流側では、板６１を設ける以外は、実施例１で説明した形状と同じである。

本実施例では、内管２８の内周面２８Ｂから突出する板６１を設けている。この板６１は、内管２８の内周面２８Ｂに垂直で且つケース６０の中心軸と平行に設けられる。この板６１の材料は内管２８と同じであり、たとえばステンレス鋼材とする。この板６１は、ケース６０の中心軸Ａを中心として放射状に上流側のテーパ部２２に８枚配置されている。なお、板６１の枚数は８枚に限らず、他の枚数であってもよい。また、図１０及び図１１では、板６１の中心軸Ａ側の端部が排気管５の延長線上に配置されているが、板６１が中心軸Ａ付近まで延びていても良く、また、中心軸Ａまで延びて他の板６１と一体化されていても良い。また、板６１には、絶縁層６を設ける必要はない。

このように構成された電気加熱式触媒１３では、排気の熱を板６１が受けて内管２８に伝わる。これにより、内管２８の温度がより高くなるため、外管２７と内管２８との温度差がより大きくなる。すなわち、板６１により熱を受ける面積が増加する。これにより、熱泳動効果がより顕著になるので、ケース６０へ電気が流れることをより抑制できる。また、内管２８の温度がより高くなるため、該内管２８に付着しているＰＭを酸化させ、除去することができる。

以上説明したように本実施例によれば、内管２８に板６１を設けることにより、該内管２８の温度をより高めることができる。これにより、内管２８から外管２７へ向かって移動するＰＭ量をより多くすることができる。また、内管２８に付着したＰＭを燃焼させることができる。

なお、本実施例では、触媒担体４よりも上流側のみに板６１を備えているが、下流側の内管の内周面にも同様に板を備えていても良い。また、触媒担体４よりも下流側の内管の内周面のみに板を備えていても良い。

図１２は、本実施例に係る電気加熱式触媒１４の概略構成を示す図である。実施例１に示す電気加熱式触媒１と異なる点について説明する。図１２に示す電気加熱式触媒１４では、内管２８の内周面２８Ｂに、触媒７０が塗布されている。この触媒７０は、たとえば酸化機能を有する触媒であり、酸化触媒または三元触媒を例示できる。その他は実施例１と同じであるため説明を省略する。

このように構成された電気加熱式触媒１４では、排気中に含まれる未燃燃料（ＨＣ，ＣＯなど）が内管２８の内周面２８Ｂに設けられている触媒７０で酸化されて発熱する。これにより、内管２８の温度がより高くなるため、外管２７と内管２８との温度差がより大きくなる。これにより、熱泳動効果がより顕著になるので、ケース２へ電気が流れることを抑制できる。また、内管２８に付着したＰＭを熱により酸化させることで除去することができる。さらに、触媒７０により排気を浄化することもできる。このようにして、内管２８の外周面２８ＡからＰＭを除去することができるため、ケース２へ電気が流れることを抑制できる。

図１３は、本実施例に係る電気加熱式触媒１５の概略構成を示す図である。実施例１に示す電気加熱式触媒１と異なる点について説明する。図１３に示す電気加熱式触媒１５では、外管２７の外周面２７Ａに、冷却装置８０が設けられている。この冷却装置８０は、外管２７の外周面２７Ａから熱を奪う装置であれば良い。たとえば内燃機関の冷却水が循環している熱交換器とすることができる。また、外管２７の外周面２７Ａから突出する冷却フィンとしても良い。すなわち、外気との接触面積を増加させても良い。さらに、冷却装置８０を送風機として、外管２７の外周面２７Ａへ送風しても良い。その他は実施例１と同じであるため説明を省略する。

このように構成された電気加熱式触媒１５では、外管２７の熱が冷却装置８０によって奪われるため、外管２７の温度が低下する。そうすると、外管２７と内管２８との温度差がより大きくなる。これにより、熱泳動効果がより顕著になるので、ケース２へ電気が流れることを抑制できる。また、外管２７の外周面２７Ａを冷却すると、熱伝導により収容部２１の熱も奪われる。これにより、マット３を冷却することができる。マット３は、温度が高くなると抵抗値が低下してしまうため、冷却することにより抵抗値を高いまま維持することができる。これにより、ケース２へ電気が流れることを抑制できる。

図１４は、本実施例に係るテーパ部２２の拡大図である。実施例１に示す電気加熱式触媒１と異なる点について説明する。図１４に示す電気加熱式触媒１６では、内管２８の内周面２８Ｂにも、絶縁層６２が形成されている。その他は実施例１と同じであるため説明を省略する。

本実施例における絶縁層６２は、外管２７の内周面２７Ｂ及び内管２８の外周面２８Ａ、さらには、内管２８の内周面２８Ｂに形成される。なお、閉塞部２５は内管２８の一部とする。すなわち、内管２８の全体に絶縁層６２が形成されている。また、マット３から開口部２６までにも絶縁層６２が形成される。すなわち、マット３から内管２８の内周面２８Ｂの閉塞部２５側まで、その表面に切れ目なく絶縁層６２が形成されている。

このように構成された電気加熱式触媒１６では、実施例１と同様に、熱泳動効果により、ケース２へ電気が流れることを抑制できる。なお、実施例５で説明した板６１を備えていても良い。この板６１を絶縁体で覆っていても良い。

以上説明したように本実施例によれば、内管２８の内周面２８Ｂにも絶縁層６２を形成することにより、内管２８にＰＭが付着することを抑制できる。

本実施例では、実施例１で説明した電気加熱式触媒１の製造方法について説明する。ここで図１５は、本実施例に係る電気加熱式触媒１の製造方法を説明するための図である。

ケース２は、中心部から排気の流れ方向で上流側の上流部２Ａと下流側の下流部２Ｂとが別々に製造される。すなわち、収容部２１が、上流側の収容部２１Ａと下流側の収容部２１Ｂとに分割されている。上流部２Ａと下流部２Ｂとは、向きが逆になっているだけで、同じ形状である。このため、以下では、上流部２Ａの形状についてのみ説明する。その他の形状は、実施例１と同じである。

まず、１本の管から、上流部２Ａの外形を形成する。すなわち、収容部２１Ａとテーパ部２２の外壁とを形成する。テーパ部２２の外壁は、スピニング加工により形成される。このため、収容部２１Ａとテーパ部２２の外壁とには継ぎ目がない。二重管２４の内管２８は、収容部２１Ａ及びテーパ部２２の外壁とは別に、スピニング加工により形成される。そして、テーパ部２２の外壁の内側に、内管２８を配置した状態で、内管２８の上流側の端部がテーパ部２２の外壁の上流側の端部に溶接される。これにより、二重管２４が形成される。

その後、ケース２内の排気と接触する箇所に絶縁体を塗布して絶縁層６を形成する。なお、この後に、上流部２Ａと下流部２Ｂとを溶接するが、この溶接される箇所には絶縁層６を設けていない。また、マット３が押し付けられる箇所にも絶縁層６を設ける必要はない。これで、上流部２Ａ及び下流部２Ｂが完成する。そして、上流部２Ａと下流部２Ｂとを溶接する前に、上流部２Ａ及び下流部２Ｂの内側に触媒担体４及びマット３を設置する。

触媒担体４には、別途触媒を担持させておく。また、触媒担体４には電極を取り付けておく。そして、触媒担体４の外周をマット３で覆う。その後、触媒担体４の一端を上流部２Ａの内側へ、他端を下流部２Ｂの内側へ、マット３を圧縮しつつ挿入する。なお、マット３が膨張する力によって、ケース２内に触媒担体４が固定されるように、夫々の部材の大きさが決められている。

そして、上流部２Ａと下流部２Ｂとを溶接する。この溶接される箇所を溶接部９０と称する。なお、上流部２Ａと下流部２Ｂとが接合される箇所には、電極を通すための穴が２箇所開けられており、この部分は溶接しない。上流部２Ａと下流部２Ｂとには、溶接を容易にするために、夫々フランジを設けても良い。また、溶接に代えて、ボルトまたはリベットにより接合してもよい。なお、本実施例においては溶接部９０が、本発明における接合部に相当する。

なお、溶接部９０には、溶接後も絶縁層６を形成しない。ここで、溶接部９０にはマット３が密着するため、該溶接部９０には排気が流通しない。このため、排気中のＰＭが溶接部９０に付着することもない。すなわち、絶縁層６を設けなくても、溶接部９０に電気が流れることはない。

図１６は、本実施例に係る電気加熱式触媒１の製造フローを示したフローチャートである。ステップＳ１０１では、上流部２Ａ及び下流部２Ｂが別々に製造される。また、ステップＳ１０２では、上流部２Ａ及び下流部２Ｂに夫々絶縁層６が形成される。また、ステップＳ１０３では、上流部２Ａ及び下流部２Ｂの内側にマット３及び触媒担体４が挿入される。そして、ステップＳ１０４では、マット３が設けられる範囲内で上流部２Ａ及び下流部２Ｂが溶接される。

このように、マット３が設けられる範囲内に溶接部９０を設けることで、溶接部９０に絶縁層６を設けなくても、該溶接部９０からケース２へ電気が流れることを抑制できる。仮に、ケース２の全ての箇所において絶縁層６を設けようとすると、絶縁体を精密に塗布する装置が必要となるので、コストアップになる。また、絶縁層６を塗布するのに時間もかかる。また、触媒担体４に絶縁体が付着すると、触媒面積が減少するので該触媒の性能が低下してしまう。これに対し本実施例では、溶接部９０に絶縁層６を設ける必要がないため、コストアップを抑制し、製造にかかる時間も短縮することができる。また、触媒の性能低下を抑制できる。また、溶接前の溶接部９０の周りに絶縁層６を形成する必要がないため、絶縁体が溶接部９０に入り込むことを抑制できるので、溶接部の強度を高めることができる。また、スピニング加工後によりテーパ部２２を形成した後に絶縁層６を設けるため、スピニング加工時に絶縁層６が剥離することもない。

本実施例では、実施例１で説明した電気加熱式触媒１の製造方法について説明する。図１７は、本実施例に係る電気加熱式触媒１の製造方法を説明するための図である。また、図１８は、図１７に示す溶接部９１が備わる部分の拡大図である。実施例９と異なる点について説明する。

本実施例では、ケース２は、収容部２１と下流側のテーパ部２３との境から排気の流れ方向で上流側の上流部２Ｃと下流側の下流部２Ｄとが別々に製造される。すなわち、収容部２１と下流側のテーパ部２３との境が溶接部９１となる。その他は、実施例１と同じである。

まず、１本の管から、上流部２Ｃの外形を形成する。すなわち、収容部２１とテーパ部２２の外壁とを形成する。テーパ部２２の外壁は、スピニング加工により形成される。このため、収容部２１とテーパ部２２の外壁とには継ぎ目がない。二重管２４の内管２８は、収容部２１及びテーパ部２２の外壁とは別に、スピニング加工により形成される。そして、テーパ部２２の外壁の内側に、内管２８を配置した状態で、内管２８の上流側の端部がテーパ部２２の外壁の上流側の端部に溶接される。これにより、二重管２４が形成される。その後、ケース２内の排気と接触する箇所に絶縁体を塗布して絶縁層６を形成する。また、収容部２１には、電極を通すための穴を２箇所開けておく。

また、下流側のテーパ部２３は、上流側のテーパ部２２と同様に、スピニング加工により形成される。そして、上流部２Ｃ及び下流部２Ｄの排気と接触する箇所に絶縁体を塗布して絶縁層６を形成する。

これで、上流部２Ｃ及び下流部２Ｄが完成する。そして、上流部２Ｃと下流部２Ｄとを溶接する前に、上流部２Ｃの内側に触媒担体４及びマット３を設置する。

そして、上流部２Ｃと下流部２Ｄとを溶接する。この溶接される箇所が溶接部９１となる。本実施例では、この溶接後に、ケース２の内側から溶接部９１に絶縁体を塗布して、該溶接部９１にも新たに絶縁層６Ａを形成する。すなわち、絶縁層６にＰＭが付着することにより、触媒担体４から溶接部９１まで電気が流れる虞がある。このため、新たに絶縁層６Ａを形成している。なお、本実施例においては溶接部９１が、本発明における接合部に相当する。

図１９は、本実施例に係る電気加熱式触媒１の製造フローを示したフローチャートである。ステップＳ２０１では、上流部２Ｃ及び下流部２Ｄが別々に製造される。また、ステップＳ２０２では、上流部２Ｃ及び下流部２Ｄに夫々絶縁層６が形成される。また、ステップＳ２０３では、上流部２Ｃの内側にマット３及び触媒担体４が挿入される。

ステップＳ２０４では、収容部２１の下流端とテーパ部２３の上流端とが溶接される。また、ステップＳ２０５では、溶接部９１に新たに絶縁層６Ａが形成される。

ここで、溶接部９１は二重管から外れているため、絶縁体を比較的容易に塗布できる。このようにして、新たに絶縁層６Ａを形成すれば、溶接部９１からケース２に電気が流れることを抑制できる。

なお、本実施例では、収容部２１と下流側のテーパ部２３との境が溶接部９１となっているが、これに代えて、収容部２１と上流側のテーパ部２２との境を溶接部としても良い。また、収容部２１と下流側のテーパ部２３との境、及び収容部２１と上流側のテーパ部２２との境の２箇所に溶接部を設けても良い。

１ 電気加熱式触媒
２ ケース
３ マット
４ 触媒担体
５ 排気管
６ 絶縁層
２１ 収容部
２２ テーパ部
２３ テーパ部
２４ 二重管
２５ 閉塞部
２６ 開口部
２７ 外管
２７Ａ 外管の外周面
２７Ｂ 外管の内周面
２８ 内管
２８Ａ 内管の外周面
２８Ｂ 内管の内周面

Claims (9)

1. 通電により発熱する発熱体と、
   前記発熱体を収容するケースと、
   前記発熱体と前記ケースとの間に挟まれて電気を絶縁するマットと、
   を備える電気加熱式触媒において、
   前記ケースを、前記発熱体よりも上流側及び下流側で二重管とし、
   前記二重管の内側の管は、上流側または下流側の一端で前記二重管の外側の管と接し、上流側または下流側の他端で前記二重管の外側の管と隙間があるように形成され、
   前記二重管の外側の管と内側の管とで囲まれる範囲を含む前記マットから前記他端に亘り前記ケースの表面に電気を絶縁する絶縁層を備えることを特徴とする電気加熱式触媒。
2. 前記二重管は、前記発熱体から離れるに従って排気の通路断面積が小さくなるテーパ部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の電気加熱式触媒。
3. 前記二重管の内側の管の排気通路の中心側を向く面から突出する板を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電気加熱式触媒。
4. 前記二重管の内側の管の排気通路の中心側を向く面に、酸化機能を有する触媒を備えることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
5. 前記二重管の外側の管を冷却する冷却装置を備えることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
6. 前記ケースは、上流側の部位と下流側の部位とを別々に形成した後に、該上流側の部位と下流側の部位とを接合して形成され、該上流側の部位と下流側の部位とが接合される接合部を前記ケースの前記マットと接する範囲内に備えることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
7. 前記ケースは、上流側の部位と下流側の部位とを別々に形成した後に、該上流側の部位と下流側の部位とを接合して形成され、該上流側の部位と下流側の部位とが接合される接合部を、前記発熱体から離れるに従って排気の通路断面積が小さくなるテーパ部の通路断面積が最も大きな箇所に備えることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
8. 通電により発熱する発熱体と、
   前記発熱体を収容するケースと、
   前記発熱体と前記ケースとの間に挟まれて電気を絶縁するマットと、
   を備え、
   前記ケースを、前記発熱体よりも上流側及び下流側で二重管とし、
   前記二重管の内側の管は、上流側または下流側の一端で前記二重管の外側の管と接し、上流側または下流側の他端で前記二重管の外側の管と隙間があり、
   前記二重管の外側の管と内側の管とで囲まれる範囲を含む前記マットから前記他端に亘り前記ケースの表面に電気を絶縁する絶縁層を備える電気加熱式触媒の製造方法において、
   前記ケースの前記マットと接する範囲内に備わる接合部よりも上流側の部位と下流側の部位とを夫々形成するステップと、
   前記上流側の部位と下流側の部位との夫々に前記絶縁層を形成するステップと、
   前記ケースの上流側の部位と下流側の部位との内側に前記発熱体及び前記マットを配置するステップと、
   前記ケースの上流側の部位と下流側の部位とを前記接合部で接合するステップと、
   を含んで構成されることを特徴とする電気加熱式触媒の製造方法。
9. 通電により発熱する発熱体と、
   前記発熱体を収容するケースと、
   前記発熱体と前記ケースとの間に挟まれて電気を絶縁するマットと、
   を備え、
   前記ケースを、前記発熱体よりも上流側及び下流側で二重管とし、
   前記二重管の内側の管は、上流側または下流側の一端で前記二重管の外側の管と接し、上流側または下流側の他端で前記二重管の外側の管と隙間があり、
   前記二重管の外側の管と内側の管とで囲まれる範囲を含む前記マットから前記他端に亘り前記ケースの表面に電気を絶縁する絶縁層を備える電気加熱式触媒の製造方法において、
   前記ケースの前記マットから前記二重管までの間に備わる接合部よりも上流側の部位と下流側の部位とを夫々形成するステップと、
   前記上流側の部位と下流側の部位との夫々に前記絶縁層を形成するステップと、
   前記ケースの上流側の部位と下流側の部位との内側に前記発熱体及び前記マットを配置するステップと、
   前記ケースの上流側の部位と下流側の部位とを前記接合部で接合するステップと、
   前記接合部に前記ケースの内側から前記絶縁層を形成するステップと、
   を含んで構成されることを特徴とする電気加熱式触媒の製造方法。

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