JP5761161B2 - 通電加熱式触媒装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は通電加熱式触媒装置及びその製造方法に関する。
近年、自動車等のエンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置として通電加熱式触媒（ＥＨＣ：Electrically Heated Catalyst）が注目されている。ＥＨＣでは、エンジンの始動直後などのように排気ガスの温度が低く、触媒が活性化し難い条件下であっても、通電加熱により強制的に触媒を活性化させ、排気ガスの浄化効率を高めることができる。
特許文献１に開示されたＥＨＣでは、白金やパラジウム等の触媒が担持されたハニカム構造を有する円筒状の担体の外周面に、当該担体の軸方向に延設された表面電極が形成されている。そして、表面電極に櫛歯状の配線が接続され、電流が供給される。この電流が表面電極において担体軸方向に広がることにより、担体全体が通電加熱される。これにより、担体に担持された触媒が活性化され、担体を通過する排気ガス中の未燃焼ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）等が触媒反応により浄化される。
ＥＨＣは自動車等の排気経路上に設けられるため、上記表面電極及び配線の材料には、電気伝導度のみならず、耐熱性、高温下における耐酸化性、及び排気ガス雰囲気における耐腐食性等に優れた金属材料が用いられる。他方、上記担体の材料としては、ＳｉＣ（炭化珪素）などのセラミックス材料が用いられる。そのため、通電加熱時には、表面電極及び配線を構成する金属材料と、担体を構成するセラミックス材料との線膨張係数差による熱ひずみが発生する。特許文献１では、この熱ひずみを緩和するため、櫛歯状に分岐した配線のそれぞれが、互いに離間して設けられた複数の固定層によって、表面電極に固定されている。
発明者は以下の課題を見出した。
上記配線は、冷間圧延された薄板すなわち加工材であるため、伸びが１％程度と小さく、熱サイクルにより繰り返し負荷される熱ひずみにより破断（熱サイクル疲労破壊）に至る恐れがあった。
上記配線は、冷間圧延された薄板すなわち加工材であるため、伸びが１％程度と小さく、熱サイクルにより繰り返し負荷される熱ひずみにより破断（熱サイクル疲労破壊）に至る恐れがあった。
本発明は、上記を鑑みなされたものであって、配線の熱サイクル疲労特性を向上した通電加熱式触媒装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る通電加熱式触媒装置は、
触媒が担持されたセラミックスからなる担体と、
前記担体の外周面において、互いに対向しつつ前記担体の軸方向に延設された一対の表面電極と、
前記表面電極へ外部から電力を供給する櫛歯状の配線と、
前記配線を前記表面電極へ固定する複数の固定層と、を備え、前記表面電極を介して前記担体を通電加熱する通電加熱式触媒装置であって、
前記配線の伸びが１５％以上であるものである。前記配線が焼鈍材からなることが好ましい。このような構成により、配線の熱サイクル疲労特性を向上することができる。
触媒が担持されたセラミックスからなる担体と、
前記担体の外周面において、互いに対向しつつ前記担体の軸方向に延設された一対の表面電極と、
前記表面電極へ外部から電力を供給する櫛歯状の配線と、
前記配線を前記表面電極へ固定する複数の固定層と、を備え、前記表面電極を介して前記担体を通電加熱する通電加熱式触媒装置であって、
前記配線の伸びが１５％以上であるものである。前記配線が焼鈍材からなることが好ましい。このような構成により、配線の熱サイクル疲労特性を向上することができる。
前記複数の固定層の間において、前記配線が屈曲部を備えていることが好ましい。このような構成において特に配線の熱サイクル疲労特性を向上することができる。
前記配線は、前記固定層が形成された位置に貫通孔を備えていることが好ましい。固定層による固定力を向上させることができる。
また、前記配線が、前記担体の周方向に延設され、かつ、前記表面電極における前記軸方向の中央部に接続された櫛歯状の第１配線と、前記第１配線から前記表面電極の端部へ向かって前記軸方向に延設された櫛歯状の第２配線と、を備えることが好ましい。
前記配線は、前記固定層が形成された位置に貫通孔を備えていることが好ましい。固定層による固定力を向上させることができる。
また、前記配線が、前記担体の周方向に延設され、かつ、前記表面電極における前記軸方向の中央部に接続された櫛歯状の第１配線と、前記第１配線から前記表面電極の端部へ向かって前記軸方向に延設された櫛歯状の第２配線と、を備えることが好ましい。
本発明の一態様に係る通電加熱式触媒装置の製造方法は、
触媒が担持されたセラミックスからなる担体の表面に形成された表面電極を介して前記担体を通電加熱する通電加熱式触媒装置の製造方法であって、
前記担体の外周面に、互いに対向させて前記担体の軸方向に延設された一対の前記表面電極を形成する工程と、
外部から電力を供給する櫛歯状の配線を、複数の固定層により前記表面電極に固定する工程と、を備え、
前記配線の伸びを１５％以上とするものである。前記配線を焼鈍材から構成することが好ましい。このような構成により、配線の熱サイクル疲労特性を向上することができる。
触媒が担持されたセラミックスからなる担体の表面に形成された表面電極を介して前記担体を通電加熱する通電加熱式触媒装置の製造方法であって、
前記担体の外周面に、互いに対向させて前記担体の軸方向に延設された一対の前記表面電極を形成する工程と、
外部から電力を供給する櫛歯状の配線を、複数の固定層により前記表面電極に固定する工程と、を備え、
前記配線の伸びを１５％以上とするものである。前記配線を焼鈍材から構成することが好ましい。このような構成により、配線の熱サイクル疲労特性を向上することができる。
加工材からなる前記配線を前記表面電極に固定した後、当該通電加熱式触媒装置を通電加熱することにより前記配線を焼鈍してもよい。これにより、生産性を向上させることができる。
前記配線における前記複数の固定層を形成する位置の間に屈曲部を形成することが好ましい。このような構成において特に配線の熱サイクル疲労特性を向上することができる。
前記配線における前記複数の固定層を形成する位置に貫通孔を形成することが好ましい。固定層による固定力を向上させることができる。
前記配線に、前記担体の周方向に延設され、かつ、前記表面電極における前記軸方向の中央部に接続された櫛歯状の第１配線と、前記第１配線から前記表面電極の端部へ向かって前記軸方向に延設された櫛歯状の第２配線と、を形成することが好ましい。
前記配線における前記複数の固定層を形成する位置の間に屈曲部を形成することが好ましい。このような構成において特に配線の熱サイクル疲労特性を向上することができる。
前記配線における前記複数の固定層を形成する位置に貫通孔を形成することが好ましい。固定層による固定力を向上させることができる。
前記配線に、前記担体の周方向に延設され、かつ、前記表面電極における前記軸方向の中央部に接続された櫛歯状の第１配線と、前記第１配線から前記表面電極の端部へ向かって前記軸方向に延設された櫛歯状の第２配線と、を形成することが好ましい。
本発明により、配線の熱サイクル疲労特性を向上した通電加熱式触媒装置を提供することができる。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
（実施の形態１）
まず、図１〜３を参照して、実施の形態１に係る通電加熱式触媒装置について説明する。図１は、実施の形態１に係る通電加熱式触媒装置１００の斜視図である。図２は、実施の形態１に係る通電加熱式触媒装置１００を表面電極３１の真上から見た平面図である。図３は、図２におけるＩＩＩ-ＩＩＩ切断線による断面図であって、固定層３３が形成された部位での断面図である。
まず、図１〜３を参照して、実施の形態１に係る通電加熱式触媒装置について説明する。図１は、実施の形態１に係る通電加熱式触媒装置１００の斜視図である。図２は、実施の形態１に係る通電加熱式触媒装置１００を表面電極３１の真上から見た平面図である。図３は、図２におけるＩＩＩ-ＩＩＩ切断線による断面図であって、固定層３３が形成された部位での断面図である。
通電加熱式触媒装置１００は、例えば自動車等の排気経路上に設けられ、エンジンから排出される排気ガスを浄化する。図１に示すように、通電加熱式触媒装置１００は、担体２０、表面電極３１、配線３２、固定層３３を備えている。ここで、配線３２は、担体円周方向に延設された第１配線３２ａと担体軸方向に延設された第２配線３２ｂを有している。なお、図２では一方の表面電極３１について、担体２０、配線３２、固定層３３の位置関係が示されているが、他方の表面電極３１についても同様である。
担体２０は、白金やパラジウム等の触媒を担持する多孔質部材である。また、担体２０自体は、通電加熱されるため、導電性を有するセラミックス、具体的には例えばＳｉＣ（炭化珪素）からなる。図１に示すように、担体２０は、外形が略円筒形状であって、内部はハニカム構造を有している。矢印で示すように、排気ガスが担体２０の内部を担体２０の軸方向に通過する。
図１に示すように、表面電極３１は、担体２０の外表面において、互いに対向配置された一対の電極である。また、図２に示すように、表面電極３１は、矩形状の平面形状を有し、担体軸方向に延設されている。なお、表面電極３１は、担体軸方向の両端近傍には形成されていない。表面電極３１は、配線３２を介して、バッテリ等の電源に接続されている。そして、表面電極３１を介して、担体２０に電流が供給され、通電加熱される。なお、一対の表面電極３１のうちの一方がプラス極、他方がマイナス極であるが、いずれの表面電極３１がプラス極あるいはマイナス極になってもよい。つまり、担体２０を流れる電流の向きは限定されない。
図１に示すように、櫛歯状に分岐した配線３２は、一対の表面電極３１のそれぞれの上に配置されている。配線３２は、担体円周方向に櫛歯状に延設された複数の第１配線３２ａと担体軸方向に櫛歯状に延設された複数の第２配線３２ｂを有している。第１配線３２ａ及び第２配線３２ｂは、いずれも表面電極３１と物理的に接触するとともに電気的に接続されている。第１配線３２ａ及び第２配線３２ｂは、例えば、厚さ０．１ｍｍ、幅１ｍｍ程度のリボン状の金属薄板である。また、配線３２は、８００℃以上の高温下での使用に耐えるため、例えば、ステンレス系合金、Ｎｉ基系合金、Ｃｏ基系合金など耐熱（耐酸化）合金からなることが好ましい。電気伝導度、耐熱性、高温下における耐酸化性、排気ガス雰囲気における耐腐食性等の性能やコストを考慮すると、ステンレス系合金が最も好ましい。
図２に示すように、複数の第１配線３２ａは、担体円周方向には、表面電極３１の形成領域の全体に亘って延設されている。さらに、全ての第１配線３２ａは、表面電極３１の形成領域の片側から突出して延設されており、その突出した終端において一体化されている。他方、複数の第１配線３２ａは、担体軸方向に沿って、表面電極３１上に略等間隔で並設されている。また、第１配線３２ａは、表面電極３１の担体軸方向中央部のみに配置されている。図１、２の例では、各表面電極３１上の担体２０の軸方向中央部に６本ずつの第１配線３２ａが設けられている。ここで、最も外側に位置する２本の第１配線３２ａは、他の４本の第１配線３２ａに比べ、太く形成されている。なお、当然のことながら、第１配線３２ａの本数は６本に限定されるものではなく、適宜決定される。
第２配線３２ｂは、最も外側に位置する２本の第１配線３２ａから連続して担体軸方向に表面電極３１の端部まで延設されている。図１、２の例では、最も外側に位置する２本の第１配線３２ａのそれぞれから４本の第２配線３２ｂが延設されている。
本実施の形態に係る通電加熱式触媒装置１００では、表面電極３１の担体軸方向中央部のみに配置された第１配線３２ａから第２配線３２ｂが表面電極３１の担体軸方向端部へ延設されている。そのため、劣化により表面電極３１に担体円周方向のクラックが発生した場合であっても、第２配線３２ｂにより担体軸方向への電流の広がりが保持される。そのため、担体２０の軸方向中央部近傍が集中的に加熱されることがなく、この集中加熱による熱応力割れを回避することができる。
図１、２に示すように、内側４本の第１配線３２ａ及び全ての第２配線３２ｂのそれぞれは、互いに離間して設けられた複数の固定層３３により表面電極３１に固定されている。換言すると、隣接する固定層３３の間においては、第１配線３２ａ及び第２配線３２ｂは表面電極に固定されていない。このような構成により、金属をベースとする溶射皮膜である表面電極３１及び固定層３３と、セラミックスからなる担体２０との線膨張係数差に基づく熱ひずみ（熱応力）を緩和することができる。つまり、個々の固定層３３を極力小さい形状とし、点在させることにより、上記熱ひずみ（熱応力）を緩和している。
また、図１、２の例では、固定層３３は、それぞれの第１配線３２ａ及び第２配線３２ｂの両端近傍に１個ずつ設けられている。さらに、図２に示すように、互いに隣接する第１配線３２ａでは、固定層３３が担体円周方向にずらして配置されている。換言すると、各表面電極３１上では、矩形状の表面電極３１の２本の長辺に沿って、片側４個ずつの固定層３３が、担体軸方向にジグザグに配置されている。他方、互いに隣接する第２配線３２ｂでは、固定層３３が担体軸方向の同じ位置に配置されている。なお、固定層３３の配置間隔は適宜決定すればよい。
ここで、図３は、図２におけるＩＩＩ-ＩＩＩ切断線による断面図であって、固定層３３が形成された部位での横断面図である。図３に示すように、表面電極３１は、担体２０の外周面上に例えばプラズマ溶射により形成された厚さ５０〜２００μｍの溶射皮膜である。表面電極３１は、担体２０と物理的に接触しているとともに電気的に接続されている。
固定層３３は、第１配線３２ａを覆うように形成された厚さ３００〜５００μｍ程度のボタン形状の溶射皮膜である。表面電極３１上に第１配線３２ａを配置し、その上にマスキングジグ治具を配置し、プラズマ溶射を行うことにより、固定層３３を形成することができる。図３に示すように、固定層３３は、第１配線３２ａ及び表面電極３１と物理的に接触するとともに電気的に接続されている。なお、第２配線３２ｂ上に形成された固定層３３についても同様である。
また、それぞれの第１配線３２ａは、担体円周方向中央部に屈曲部３４を備えている。つまり、内側４本の第１配線３２ａのそれぞれでは、２つの固定層３３の間に屈曲部３４が設けられている。一方、それぞれの第２配線３２ｂは、それぞれ２つの屈曲部３４を備えている。具体的には、一方の屈曲部３４は、それぞれの第２配線３２ｂにおける２つの固定層３３の間に設けられている。他方の屈曲部３４は、それぞれの第２配線３２ｂにおける第１配線３２ａとの接続部（第１配線３２ａと一方の固定層３３との間）に設けられている。
このような構成により、金属からなる配線３２とセラミックスからなる担体２０との線膨張係数差に基づく熱ひずみ（熱応力）を緩和することができる。
このような構成により、金属からなる配線３２とセラミックスからなる担体２０との線膨張係数差に基づく熱ひずみ（熱応力）を緩和することができる。
表面電極３１及び固定層３３を構成する溶射皮膜は、配線３２と同様に通電するため、金属ベースである必要がある。溶射皮膜のマトリクスを構成する金属としては、８００℃以上の高温下での使用に耐えるため、高温下での耐酸化性に優れたＮｉ−Ｃｒ合金（但し、Ｃｒ含有量は２０〜６０質量％）、ＭＣｒＡｌＹ合金（但し、ＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも一種）が好ましい。ここで、上記ＮｉＣｒ合金、ＭＣｒＡｌＹ合金は、他の合金元素を含んでいてもよい。表面電極３１及び固定層３３を構成する溶射皮膜は、多孔質であってもよい。多孔質であることにより、応力を緩和する機能が高まる。
なお、担体２０は担体軸方向両端部近傍において耐熱材料からなるマット５０により、排気経路上に固定・保持される。また、マット５０は、担体２０を保護するとともに、排気ガスをシールし、外部へ漏らさない役割も担っている。なお、シール性を確保するため、マット５０の幅ｗは３０ｍｍ以上であることが好ましい。
図４は、実施の形態１の変形例に係る通電加熱式触媒装置１００を表面電極３１の真上から見た平面図である。図４では、マット５０が担体２０の略全体に亘って設けられている。他方、マット５０における担体軸方向中央部に、配線３２を担体２０から外部へ導出するための開口部５０ａが設けられている。ここで、担体２０における温度差を低減する観点からは、開口部５０ａは、できる限り小さい方が好ましい。他の構成は図２と同様である。
上記構成により、通電加熱式触媒装置１００では、一対の表面電極３１間において担体２０が通電加熱され、担体２０に担持された触媒が活性化される。これにより、担体２０を通過する排気ガス中の未燃焼ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）等が触媒反応により浄化される。
ここで、図５は、図２におけるＶ-Ｖ切断線による断面図であって、屈曲部３４が形成された部位での第２配線３２ｂの縦断面図である。図５に示すように、屈曲部３４は、第２配線３２ｂ上に形成された２つの固定層３３の間に設けられている。ここで、屈曲部３４の表面電極３１からの高さは、固定層３３の高さ（厚さ）よりも高いため、屈曲部３４の頂部３４ａは、マット５０により押し付けられ、拘束されている。また、頂部３４ａがマット５０により押し付けられているため、屈曲部３４の根元部３４ｂは表面電極３１に押し付けられ、拘束されている。
なお、図２、４に示すように、第１配線３２ａに形成された屈曲部３４上には、マット５０が配置されない場合が多い。しかしながら、上述のように、図４における開口部５０ａはできる限り小さくすることが好ましい。そのため、第１配線３２ａに形成された屈曲部３４上にもマット５０が配置された場合には、同様にマット５０による拘束が生じることになる。
従来は、配線３２として、冷間圧延された薄板すなわち加工材（伸び１％程度）が使用されていたため、上記の拘束された屈曲部３４の頂部３４ａや根元部３４ｂにおいて、配線３２が熱サイクル負荷によって破断する場合があった。これに対し、本実施の形態に係る通電加熱式触媒装置１００では、配線３２として、冷間圧延された薄板を焼鈍した焼鈍材（伸び１５〜２５％）を使用しているため、熱サイクル負荷による配線３２の破断を抑制することができる。すなわち、配線３２が破断に至る熱サイクル数を増加させ、配線３２を長寿命化させることができる。つまり、配線３２の熱サイクル疲労特性が向上する。ここで、配線３２の伸びは、少なくとも１５％以上であることが好ましい。なお、伸びの上限は特にない。
なお、加工材からなる配線３２を用いて、通電加熱式触媒装置１００を製造した後、通電検査工程において配線３２を通電加熱し、焼鈍材としてもよい。つまり、通電加熱式触媒装置１００の通電加熱を利用して、配線３２に熱処理を施し、焼鈍材としてもよい。これにより、配線３２の焼鈍処理工程を省略し、生産性を向上させることができる。
ここで、図６を参照して、このような効果の予測されるメカニズムについて説明する。図６は、加工材及び焼鈍材の応力ひずみ曲線を比較して示したイメージ図（ａ）、並びに加工材及び焼鈍材のε−Ｎ曲線を比較して示したイメージ図（ｂ）である。従来の加工材からなる配線３２の熱サイクル負荷による破断は、塑性ひずみの蓄積による低サイクル疲労破壊であると考えられる。
図６（ａ）の応力ひずみ曲線に示すように、加工材は焼鈍材に対してひずみε１を負荷した後に解放したものに相当する。従って、図６（ａ）に示すように、加工材には焼鈍材に比べ、塑性ひずみが塑性ひずみε２分だけ多く蓄積されている。換言すると、焼鈍材は、破断に至るまでに加工材よりも塑性ひずみを塑性ひずみε２分だけ多く蓄積することができる。そのため、図６（ｂ）のε−Ｎ曲線に示すように、一定ひずみε３を連続して負荷した場合の破断に至る繰り返し数（Ｎ）を向上することができるものと考えられる。図６（ｂ）では、加工材での繰り返し数Ｎ１から焼鈍材での繰り返し数Ｎ２に向上している。なお、熱サイクル負荷による熱ひずみは、配線３２を構成する金属材料と、担体２０を構成するセラミックス材料との線膨張係数差によるものであるから、熱サイクルの条件が同じであれば、一定であると考えることができる。
（実施の形態２）
次に、図７を参照して、実施の形態２に係る通電加熱式触媒装置について説明する。図７は、実施の形態２に係る通電加熱式触媒装置の配線３２の平面図（ａ）、図７（ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ切断線による断面図（ｂ）、及び図７（ａ）のＶＩＩＣ−ＶＩＩＣ切断線による断面図（ｃ）である。
図７に示すように、実施の形態２に係る配線３２（第１配線３２ａ及び第２配線３２ｂ）には、円形状の固定層３３の形成位置にこれと同心円状の貫通孔３６が形成されている。また、貫通孔３６の周囲には２つのバイパス配線３５が形成されている。
次に、図７を参照して、実施の形態２に係る通電加熱式触媒装置について説明する。図７は、実施の形態２に係る通電加熱式触媒装置の配線３２の平面図（ａ）、図７（ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ切断線による断面図（ｂ）、及び図７（ａ）のＶＩＩＣ−ＶＩＩＣ切断線による断面図（ｃ）である。
図７に示すように、実施の形態２に係る配線３２（第１配線３２ａ及び第２配線３２ｂ）には、円形状の固定層３３の形成位置にこれと同心円状の貫通孔３６が形成されている。また、貫通孔３６の周囲には２つのバイパス配線３５が形成されている。
図８は、図２におけるＩＩＩ-ＩＩＩ切断線による横断面図の変形例である。図３と比較すると、図８では、表面電極３１と第１配線３２ａとが密着しておらず、両者の間に空洞３７が形成されている。固定層３３を溶射により形成する際に、図８に示すように、表面電極３１と第１配線３２ａとの間に空洞３７が形成される場合がある。このような空洞３７により、固定層３３による固定力が低下するとともに、通電面積が低減し、担体２０への電力供給が不安定になる恐れがある。
他方、図９は、図８に対応する実施の形態２における横断面図である。図９に示すように、実施の形態２に係る配線３２を用いることにより、固定層３３が貫通孔３６を介して
表面電極３１と接触することができる。さらに、固定層３３が配線３２のバイパス配線３５の下に入り込むことできるため、空洞が形成されていない。そのため、実施の形態１に係る図８のような場合に比べ、固定層３３による固定力が向上するとともに、通電面積が増加し、担体２０への電力供給を安定化させることができる。ここで、図９における２つのバイパス配線３５の断面積の合計は、図８における配線３２の断面積以上とすることが好ましい。
表面電極３１と接触することができる。さらに、固定層３３が配線３２のバイパス配線３５の下に入り込むことできるため、空洞が形成されていない。そのため、実施の形態１に係る図８のような場合に比べ、固定層３３による固定力が向上するとともに、通電面積が増加し、担体２０への電力供給を安定化させることができる。ここで、図９における２つのバイパス配線３５の断面積の合計は、図８における配線３２の断面積以上とすることが好ましい。
以下、実施の形態１に係る具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
厚さ０．１ｍｍのステンレス系合金（Ｆｅ−２０質量％Ｃｒ−５質量％Ａｌ）の冷間圧延材を不活性ガス雰囲気下で９００℃×５分間熱処理した後、炉冷し、焼鈍材からなる配線３２を準備した。この焼鈍材からなる配線３２は、線膨張係数＝１１．５×１０−６／℃、伸び＝２０％、引張強度＝７１５Ｎ／ｍｍ２、ビッカース硬＝２３６Ｈｖを示した。
（実施例１）
厚さ０．１ｍｍのステンレス系合金（Ｆｅ−２０質量％Ｃｒ−５質量％Ａｌ）の冷間圧延材を不活性ガス雰囲気下で９００℃×５分間熱処理した後、炉冷し、焼鈍材からなる配線３２を準備した。この焼鈍材からなる配線３２は、線膨張係数＝１１．５×１０−６／℃、伸び＝２０％、引張強度＝７１５Ｎ／ｍｍ２、ビッカース硬＝２３６Ｈｖを示した。
次に、ＳｉＣからなる担体２０の表面に、プラズマ溶射し、厚さ０．１５ｍｍの表面電極３１を形成した。ここで、ＳｉＣの線膨張係数＝４．６×１０−６／℃である。
次に、表面電極３１上に、上記の焼鈍材からなる配線３２を配置し、その上にマスキングジグ治具を用いたプラズマ溶射により、厚さ０．４ｍｍの固定層３３を形成した。図２に示したように、２つの表面電極３１のそれぞれに、１６個ずつ合計３２個の固定層３３を形成した。
次に、表面電極３１上に、上記の焼鈍材からなる配線３２を配置し、その上にマスキングジグ治具を用いたプラズマ溶射により、厚さ０．４ｍｍの固定層３３を形成した。図２に示したように、２つの表面電極３１のそれぞれに、１６個ずつ合計３２個の固定層３３を形成した。
溶射皮膜（表面電極３１及び固定層３３）の組成は、Ｎｉ−５０質量％Ｃｒ−３２．５質量％ベントナイトであって、金属相とベントナイト相とからなる複合材料である。
作成された通電加熱式触媒装置に熱サイクル（１５０〜９００℃、１０分×１０００サイクル）を負荷した後、配線３２の断線有無を確認した。配線３２の断線は１箇所も確認されなかった。
作成された通電加熱式触媒装置に熱サイクル（１５０〜９００℃、１０分×１０００サイクル）を負荷した後、配線３２の断線有無を確認した。配線３２の断線は１箇所も確認されなかった。
（比較例１）
厚さ０．１ｍｍのステンレス系合金（Ｆｅ−２０質量％Ｃｒ−５質量％Ａｌ）の冷間圧延材からなる配線３２を準備した。この加工材からなる配線３２は、線膨張係数＝１１．５×１０−６／℃、伸び＝１％、引張強度＝１３３０Ｎ／ｍｍ２、ビッカース硬＝３９０Ｈｖを示した。それ以外の条件は実施例１と同じである。
配線３２の断線は２１箇所で確認された。いずれの断線も図２に示した屈曲部３４で確認された。ここで、図２に示したように、この通電加熱式触媒装置は、２つの表面電極３１のそれぞれに、１６箇所ずつ合計３２箇所の屈曲部３４を備えている。すなわち、３２箇所の屈曲部３４うち、２１箇所で破断が確認された。
厚さ０．１ｍｍのステンレス系合金（Ｆｅ−２０質量％Ｃｒ−５質量％Ａｌ）の冷間圧延材からなる配線３２を準備した。この加工材からなる配線３２は、線膨張係数＝１１．５×１０−６／℃、伸び＝１％、引張強度＝１３３０Ｎ／ｍｍ２、ビッカース硬＝３９０Ｈｖを示した。それ以外の条件は実施例１と同じである。
配線３２の断線は２１箇所で確認された。いずれの断線も図２に示した屈曲部３４で確認された。ここで、図２に示したように、この通電加熱式触媒装置は、２つの表面電極３１のそれぞれに、１６箇所ずつ合計３２箇所の屈曲部３４を備えている。すなわち、３２箇所の屈曲部３４うち、２１箇所で破断が確認された。
実施例１及び比較例１の結果から、配線３２を加工材から焼鈍材へ変更することにより、熱サイクル負荷による破断を効果的に抑制可能なことが確認できた。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
２０ 担体
３１ 表面電極
３２ 配線
３２ａ 第１配線
３２ｂ 第２配線
３３ 固定層
３４ 屈曲部
３４ａ 頂部
３４ｂ 根元部
３５ バイパス配線
３６ 貫通孔
３７ 空洞
５０ マット
５０ａ 開口部
１００ 通電加熱式触媒装置
３１ 表面電極
３２ 配線
３２ａ 第１配線
３２ｂ 第２配線
３３ 固定層
３４ 屈曲部
３４ａ 頂部
３４ｂ 根元部
３５ バイパス配線
３６ 貫通孔
３７ 空洞
５０ マット
５０ａ 開口部
１００ 通電加熱式触媒装置
Claims (9)
- 触媒が担持されたセラミックスからなる担体と、
前記担体の外周面において、互いに対向しつつ前記担体の軸方向に延設された一対の表面電極と、
前記表面電極へ外部から電力を供給する櫛歯状の配線と、
前記配線を前記表面電極へ固定する複数の固定層と、を備え、前記表面電極を介して前記担体を通電加熱する通電加熱式触媒装置であって、
前記配線の破断伸びが１５％以上であり、
前記配線が、
前記担体の周方向に延設され、かつ、前記表面電極における前記軸方向の中央部に接続された櫛歯状の第１配線と、
前記第１配線から前記表面電極の端部へ向かって前記軸方向に延設された櫛歯状の第２配線と、を備える、通電加熱式触媒装置。 - 前記配線が焼鈍材からなる、
請求項１に記載の通電加熱式触媒装置。 - 前記複数の固定層の間において、前記配線が屈曲部を備えている、
請求項１又は２に記載の通電加熱式触媒装置。 - 前記配線は、前記固定層が形成された位置に貫通孔を備えている、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の通電加熱式触媒装置。 - 触媒が担持されたセラミックスからなる担体の表面に形成された表面電極を介して前記担体を通電加熱する通電加熱式触媒装置の製造方法であって、
前記担体の外周面に、互いに対向させて前記担体の軸方向に延設された一対の前記表面電極を形成する工程と、
外部から電力を供給する櫛歯状の配線を、複数の固定層により前記表面電極に固定する工程と、を備え、
前記配線の破断伸びを１５％以上とし、
前記配線に、
前記担体の周方向に延設され、かつ、前記表面電極における前記軸方向の中央部に接続された櫛歯状の第１配線と、
前記第１配線から前記表面電極の端部へ向かって前記軸方向に延設された櫛歯状の第２配線と、を形成する、
通電加熱式触媒装置の製造方法。 - 前記配線を焼鈍材から構成する、
請求項５に記載の通電加熱式触媒装置の製造方法。 - 加工材からなる前記配線を前記表面電極に固定した後、当該通電加熱式触媒装置を通電加熱することにより前記配線を焼鈍する、
請求項５又は６に記載の通電加熱式触媒装置の製造方法。 - 前記配線における前記複数の固定層を形成する位置の間に屈曲部を形成する、
請求項５〜７のいずれか一項に記載の通電加熱式触媒装置の製造方法。 - 前記配線における前記複数の固定層を形成する位置に貫通孔を形成する、
請求項５〜８のいずれか一項に記載の通電加熱式触媒装置の製造方法。
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