JP5765221B2 - Electric heating catalyst device and method for manufacturing the same - 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。   The present invention relates to an electrically heated catalyst device and a manufacturing method thereof.

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。   In recent years, an electrically heated catalyst (EHC) attracts attention as an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas discharged from an engine such as an automobile. In EHC, even if the exhaust gas temperature is low, such as immediately after the engine is started, and the catalyst is difficult to activate, the catalyst is forcibly activated by energization heating to increase the exhaust gas purification efficiency. Can do.

特許文献1に開示されたEHC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と、当該担体と電気的に接続され、かつ、当該担体の外周面に互いに対向配置された一対の表面電極と、を備えている。このEHCでは、一対の表面電極間において担体を通電加熱し、担体に担持された触媒を活性化する。これにより、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。   The EHC disclosed in Patent Document 1 is a cylindrical carrier having a honeycomb structure on which a catalyst such as platinum or palladium is supported, and is electrically connected to the carrier and arranged opposite to the outer peripheral surface of the carrier. A pair of surface electrodes. In this EHC, the support is energized and heated between the pair of surface electrodes to activate the catalyst supported on the support. Thereby, unburned HC (hydrocarbon), CO (carbon monoxide), NOx (nitrogen oxide) and the like in the exhaust gas passing through the carrier are purified by the catalytic reaction.

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が要求される。そのため、特許文献1に開示されているように、Ni−Cr合金やMCrAlY合金(但し、MはFe、Co、Niのうち少なくとも一種)などの金属材料が用いられる。表面電極は溶射により担体上に形成される。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応力が発生する。   Since EHC is provided on the exhaust path of automobiles, etc., the surface electrode material is required not only to have electrical conductivity, but also to have heat resistance, oxidation resistance at high temperatures, and corrosion resistance in an exhaust gas atmosphere. The Therefore, as disclosed in Patent Document 1, a metal material such as a Ni—Cr alloy or a MCrAlY alloy (where M is at least one of Fe, Co, and Ni) is used. The surface electrode is formed on the carrier by thermal spraying. On the other hand, a ceramic material such as SiC (silicon carbide) is used as the material of the carrier. For this reason, during energization heating, thermal stress is generated due to a difference in linear expansion coefficient between the metal material constituting the surface electrode and the ceramic material constituting the carrier.

特開2011−106308号公報JP 2011-106308 A

発明者は以下の課題を見出した。
EHCの表面電極は円筒状の担体の軸方向に延設されている。また、表面電極の担体軸方向中央部に金属配線が接続され、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、一対の表面電極間において担体全体が通電加熱される。
通電加熱を繰り返すと、上述の熱応力により、表面電極に担体円周方向のクラックが発生し、担体軸方向への電流の広がりが阻害される結果、表面電極と金属配線との接続部近傍(担体の軸方向中央部)が集中的に加熱されるという問題があった。
The inventor has found the following problems.
The surface electrode of the EHC extends in the axial direction of the cylindrical carrier. Further, a metal wiring is connected to the center portion of the surface electrode in the carrier axial direction, and current is supplied. When this current spreads in the direction of the carrier axis in the surface electrode, the entire carrier is energized and heated between the pair of surface electrodes.
When energization heating is repeated, cracks in the circumferential direction of the carrier are generated in the surface electrode due to the above-described thermal stress, and current spreading in the direction of the carrier axis is inhibited. As a result, the vicinity of the connection portion between the surface electrode and the metal wiring ( There was a problem that the central part in the axial direction of the carrier was heated intensively.

本発明は、上記を鑑みなされたものであって、表面電極に発生するクラックの方向が制御され、担体軸方向への電流の広がりが保持される通電加熱式触媒装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to provide an electrically heated catalyst device in which the direction of cracks generated in a surface electrode is controlled and the spread of current in the carrier axis direction is maintained. To do.

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配線と、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、
前記表面電極の表面に、前記表面電極に発生するクラックの伸展方向を制御するための溝が形成されている、ものである。
表面電極に発生するクラックの方向が制御され、担体軸方向への電流の広がりが保持される通電加熱式触媒装置を提供することができる。
The electrically heated catalyst device according to one aspect of the present invention is
A carrier made of ceramics carrying a catalyst;
A pair of surface electrodes extending in the axial direction of the carrier while facing each other on the outer peripheral surface of the carrier;
Wiring for supplying electric power to the surface electrode from the outside, and an electrically heated catalyst device for electrically heating the carrier through the surface electrode,
Grooves for controlling the extending direction of cracks generated in the surface electrode are formed on the surface of the surface electrode.
It is possible to provide an electrically heated catalyst device in which the direction of cracks generated in the surface electrode is controlled and the spread of current in the carrier axis direction is maintained.

前記配線が、前記表面電極において前記担体の軸方向の中央部に接続され、前記溝が、前記担体の軸方向に延設されていることが好ましい。
また、前記溝の深さが、前記表面電極の1/10〜2/3であることが好ましい。これにより、確実に表面電極に発生するクラックの方向を制御することができる。
さらに、前記溝の断面形状が、楔形状であることが好ましい。これにより、さらに確実に表面電極に発生するクラックの方向を制御することができる。
It is preferable that the wiring is connected to the central portion in the axial direction of the carrier in the surface electrode, and the groove extends in the axial direction of the carrier.
Moreover, it is preferable that the depth of the groove is 1/10 to 2/3 of the surface electrode. Thereby, the direction of the crack which generate | occur | produces in a surface electrode can be controlled reliably.
Furthermore, it is preferable that the cross-sectional shape of the groove is a wedge shape. Thereby, the direction of the crack which generate | occur | produces in a surface electrode can be controlled more reliably.

また、前記表面電極が、Ni−Cr合金(但し、Cr含有量は20〜60質量%)又はMCrAlY合金(但し、MはFe、Co、Niのうち少なくとも一種)からなる溶射皮膜であることが好ましい。
さらに、前記セラミックスは、SiCを含むことが好ましい。
The surface electrode may be a thermal spray coating made of a Ni—Cr alloy (provided that the Cr content is 20 to 60% by mass) or a MCrAlY alloy (where M is at least one of Fe, Co, and Ni). preferable.
Furthermore, it is preferable that the ceramic contains SiC.

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、
前記表面電極の表面に、前記表面電極に発生するクラックの伸展方向を制御するための溝を形成する工程と、
前記表面電極へ外部から電力を供給する配線を接続する工程と、を備えるものである。
A method for producing an electrically heated catalyst device according to an aspect of the present invention includes:
A method for producing an electrically heated catalyst device in which the carrier is energized and heated via a surface electrode formed on the surface of a carrier made of ceramics on which a catalyst is supported,
Forming a pair of surface electrodes extending in the axial direction of the carrier so as to face each other on the outer peripheral surface of the carrier; and
Forming a groove on the surface of the surface electrode for controlling an extension direction of a crack generated in the surface electrode;
Connecting wiring for supplying electric power from the outside to the surface electrode.

前記溝を形成する工程において、前記溝を前記担体の軸方向に延設し、前記配線を接続する工程において、前記配線を、前記表面電極において前記担体の軸方向の中央部に接続することが好ましい。
また、前記溝の深さを、前記表面電極の1/10〜2/3とすることが好ましい。
さらに、前記溝の断面形状を、楔形状とすることが好ましい。
In the step of forming the groove, the groove extends in the axial direction of the carrier, and in the step of connecting the wiring, the wiring is connected to the central portion in the axial direction of the carrier in the surface electrode. preferable.
Moreover, it is preferable that the depth of the groove is 1/10 to 2/3 of the surface electrode.
Furthermore, the cross-sectional shape of the groove is preferably a wedge shape.

本発明により、表面電極に発生するクラックの方向が制御され、担体軸方向への電流の広がりが保持される通電加熱式触媒装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an electrically heated catalyst device in which the direction of cracks generated in the surface electrode is controlled and the spread of current in the carrier axis direction is maintained.

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。1 is a perspective view of an electrically heated catalyst device 100 according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る通電加熱式触媒装置100の表面電極31の真上から見た平面図である。FIG. 3 is a plan view seen from directly above the surface electrode 31 of the electrically heated catalyst device 100 according to the first embodiment. 図2におけるIII-III切断線による断面図である。It is sectional drawing by the III-III cutting line in FIG. 図2におけるIV-IV切断線による断面図である。It is sectional drawing by the IV-IV cutting line in FIG. 図2におけるIV-IV切断線による断面図であって、溝31aの断面形状の変形例を示す図である。It is sectional drawing by the IV-IV cutting line in FIG. 2, Comprising: It is a figure which shows the modification of the cross-sectional shape of the groove | channel 31a. 図2におけるIV-IV切断線による断面図であって、溝31aの断面形状の変形例を示す図である。It is sectional drawing by the IV-IV cutting line in FIG. 2, Comprising: It is a figure which shows the modification of the cross-sectional shape of the groove | channel 31a. 実施の形態1に係る通電加熱式触媒装置100の表面電極31の平面図であって、溝31aのパターンの変形例を示す図である。It is a top view of the surface electrode 31 of the electric heating type catalyst apparatus 100 which concerns on Embodiment 1, Comprising: It is a figure which shows the modification of the pattern of the groove | channel 31a. 実施の形態1に係る通電加熱式触媒装置100の表面電極31の平面図であって、溝31aのパターンの変形例を示す図である。It is a top view of the surface electrode 31 of the electric heating type catalyst apparatus 100 which concerns on Embodiment 1, Comprising: It is a figure which shows the modification of the pattern of the groove | channel 31a. 実施の形態1に係る通電加熱式触媒装置100の表面電極31の平面図であって、溝31aのパターンの変形例を示す図である。It is a top view of the surface electrode 31 of the electric heating type catalyst apparatus 100 which concerns on Embodiment 1, Comprising: It is a figure which shows the modification of the pattern of the groove | channel 31a. 実施の形態2に係る通電加熱式触媒装置200の表面電極31の真上から見た平面図である。6 is a plan view seen from directly above a surface electrode 31 of an electrically heated catalyst device 200 according to Embodiment 2. FIG.

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。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiment. In addition, for clarity of explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate.

(実施の形態1)
まず、図1〜4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の表面電極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。図4は、図2におけるIV-IV切断線による断面図である。
(Embodiment 1)
First, with reference to FIGS. 1-4, the electrically heated catalyst apparatus which concerns on Embodiment 1 is demonstrated. FIG. 1 is a perspective view of an electrically heated catalyst device 100 according to the first embodiment. FIG. 2 is a plan view seen from directly above the surface electrode 31 of the electrically heated catalyst device 100 according to the first embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 2 and is a cross-sectional view at a portion where the fixed layer 33 is formed. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.

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。表面電極31には溝31aが形成されている。なお、図1では表面電極31の表面に形成された溝31aは省略されている。また、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、溝31a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。   The electrically heated catalyst device 100 is provided on an exhaust path of an automobile or the like, for example, and purifies exhaust gas discharged from the engine. As shown in FIG. 1, the electrically heated catalyst device 100 includes a carrier 20, a surface electrode 31, a wiring 32, and a fixed layer 33. A groove 31 a is formed in the surface electrode 31. In FIG. 1, the groove 31a formed on the surface of the surface electrode 31 is omitted. 2 shows the positional relationship of the carrier 20, the wiring 32, the fixed layer 33, and the groove 31a for one surface electrode 31, the same applies to the other surface electrode 31.

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。   The carrier 20 is a porous member that supports a catalyst such as platinum or palladium. Further, since the carrier 20 itself is energized and heated, it is made of a ceramic having conductivity, specifically, for example, SiC (silicon carbide). As shown in FIG. 1, the carrier 20 has a substantially cylindrical outer shape and has a honeycomb structure inside. As indicated by the arrows, the exhaust gas passes through the inside of the carrier 20 in the axial direction of the carrier 20.

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。   As shown in FIG. 1, the surface electrode 31 is a pair of electrodes that are arranged to face each other on the outer surface of the carrier 20. As shown in FIG. 2, the surface electrode 31 has a rectangular planar shape and extends in the carrier axis direction. The surface electrode 31 is not formed near both ends in the carrier axis direction. The surface electrode 31 is connected to a power source such as a battery via a wiring 32. Then, a current is supplied to the carrier 20 through the surface electrode 31 and heated by energization. One of the pair of surface electrodes 31 is a positive electrode and the other is a negative electrode. However, any surface electrode 31 may be a positive electrode or a negative electrode. That is, the direction of the current flowing through the carrier 20 is not limited.

ここで、図2に示すように、表面電極31の表面には、熱サイクル負荷により発生するクラックの方向を制御するための溝31aが、担体軸方向に延設されている。図4に示すように、溝31aの断面形状は楔形状である。楔の頂点に応力が集中し、楔の頂点に沿ってクラックが発生する。ここで、図5A、5Bは、図2におけるIV-IV切断線による断面図であって、溝31aの断面形状の変形例を示す図である。図5A、5Bに示すように、溝31aの断面形状は、楔形状に限らず、半円形状や矩形状であってもよい。溝31aの詳細については後述する。   Here, as shown in FIG. 2, on the surface of the surface electrode 31, a groove 31a for controlling the direction of a crack generated by a thermal cycle load extends in the carrier axis direction. As shown in FIG. 4, the cross-sectional shape of the groove 31a is a wedge shape. Stress concentrates on the apex of the wedge, and cracks occur along the apex of the wedge. Here, FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views taken along the line IV-IV in FIG. 2, and are diagrams showing modifications of the cross-sectional shape of the groove 31 a. As shown in FIGS. 5A and 5B, the cross-sectional shape of the groove 31a is not limited to the wedge shape, and may be a semicircular shape or a rectangular shape. Details of the groove 31a will be described later.

図1に示すように、複数の配線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。複数の配線32は、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たリボン状の金属薄板である。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。   As shown in FIG. 1, the plurality of wirings 32 are disposed on each of the pair of surface electrodes 31. The plurality of wirings 32 are ribbon-like thin metal plates that are in physical contact with and electrically connected to the surface electrode 31. In order to withstand use at a high temperature of 800 ° C. or higher, the wiring 32 is preferably made of a heat-resistant (oxidation-resistant) alloy such as a stainless alloy, a Ni-based alloy, or a Co-based alloy.

また、図2に示すように、複数の配線32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、全ての配線32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、複数の配線32は、表面電極31上において、担体軸方向に沿って、略等間隔で配置されている。本実施の形態に係る通電加熱式触媒装置100では、各表面電極31上の担体20の軸方向中央部に12本ずつの配線32が設けられている。当然のことながら、配線32の本数は12本に限定されるものではなく、適宜決定される。   Further, as shown in FIG. 2, the plurality of wirings 32 are extended over the entire region where the surface electrode 31 is formed in the carrier circumferential direction. Further, all the wirings 32 are extended from one side of the formation region of the surface electrode 31 and are integrated at the protruding end. On the other hand, the plurality of wirings 32 are arranged on the surface electrode 31 at substantially equal intervals along the carrier axis direction. In the electrically heated catalyst device 100 according to the present embodiment, twelve wirings 32 are provided in the central portion in the axial direction of the carrier 20 on each surface electrode 31. As a matter of course, the number of the wirings 32 is not limited to 12, but is determined as appropriate.

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(不図示)により、排気経路上に固定・保持される。配線32がマットと接触すると、熱サイクル負荷によってマットとの間に摩擦が生じ、配線32が断線する恐れがある。そのため、実施の形態1に係る通電加熱式触媒装置100では、配線32は、マットが形成されない担体軸方向中央部のみに配置されている。   The carrier 20 is fixed and held on the exhaust path by a mat (not shown) made of a heat-resistant material in the vicinity of both ends in the carrier axial direction. When the wiring 32 comes into contact with the mat, friction is generated between the wiring 32 and the mat due to a thermal cycle load, and the wiring 32 may be disconnected. Therefore, in the electrically heated catalyst device 100 according to the first embodiment, the wiring 32 is disposed only in the center portion in the carrier axial direction where no mat is formed.

図1、2に示すように、配線32は、固定層33により表面電極31に固定されている。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。   As shown in FIGS. 1 and 2, the wiring 32 is fixed to the surface electrode 31 by a fixing layer 33. Here, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 2, and is a cross-sectional view at a portion where the fixed layer 33 is formed. As shown in FIG. 3, the surface electrode 31 is a sprayed coating having a thickness of 50 to 200 μm formed on the outer peripheral surface of the carrier 20. The surface electrode 31 is in physical contact with the carrier 20 and is electrically connected.

固定層33は、配線32を表面電極31に固定するために、配線32を覆うように形成されたボタン形状の溶射皮膜である。ここで、固定層33がボタン形状であるのは、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応力を緩和するためである。つまり、固定層33を極力小さい形状とすることにより、上記応力を緩和している。図2に示すように、固定層33は、配線32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。   The fixing layer 33 is a button-shaped sprayed coating formed so as to cover the wiring 32 in order to fix the wiring 32 to the surface electrode 31. Here, the fixed layer 33 is button-shaped in order to relieve stress based on the difference in coefficient of linear expansion between the surface electrode 31 and the fixed layer 33 that are metal-based thermal sprayed coatings and the carrier 20 made of ceramics. It is. That is, the stress is relieved by making the fixed layer 33 as small as possible. As shown in FIG. 2, the fixed layer 33 is in physical contact with and electrically connected to the wiring 32 and the surface electrode 31.

また、図1に示すように、固定層33は、配線32を表面電極31に、担体円周方向の略両端において固定するように、各配線32に2箇所ずつ設けられている。さらに、図3に示すように、互いに隣接する配線32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12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。   As shown in FIG. 1, the fixing layer 33 is provided at two locations on each wiring 32 so as to fix the wiring 32 to the surface electrode 31 at substantially both ends in the carrier circumferential direction. Further, as shown in FIG. 3, in the wirings 32 adjacent to each other, the fixed layer 33 is arranged so as to be shifted in the carrier circumferential direction. In other words, on each surface electrode 31, along the two long sides of the rectangular surface electrode 31, twelve fixing layers 33 on each side are arranged in a zigzag manner in the carrier axis direction.

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。   Since the thermal spray coating constituting the surface electrode 31 and the fixed layer 33 is energized in the same manner as the wiring 32, it needs to be a metal base. The metal constituting the matrix of the thermal spray coating is a Ni-Cr alloy having excellent oxidation resistance at high temperatures in order to withstand use at high temperatures of 800 ° C. or higher (however, the Cr content is 20 to 60% by mass) ), MCrAlY alloy (where M is at least one of Fe, Co and Ni). Here, the NiCr alloy and MCrAlY alloy may contain other alloy elements. The thermal spray coating constituting the surface electrode 31 and the fixed layer 33 may be porous. By being porous, the function to relieve stress is enhanced.

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。   With the above configuration, in the electrically heated catalyst device 100, the carrier 20 is electrically heated between the pair of surface electrodes 31, and the catalyst supported on the carrier 20 is activated. Thereby, unburned HC (hydrocarbon), CO (carbon monoxide), NOx (nitrogen oxide) and the like in the exhaust gas passing through the carrier 20 are purified by the catalytic reaction.

次に、溝31aの詳細について説明する。図2に示すように、溝31aが、表面電極31の担体軸方向中央部を介して、表面電極31の担体軸方向の両端側に分断されて、7本ずつ設けられている。つまり、配線32が接続される表面電極31の担体軸方向中央部には、溝31aが設けられていない。なお、溝31aは分断されることなく、表面電極31の担体軸方向全体に亘って設けられてもよい。当然のことながら、溝31aの本数は7本に限定されるものではなく、適宜決定される。   Next, the details of the groove 31a will be described. As shown in FIG. 2, seven grooves 31 a are provided by being divided into both ends of the surface electrode 31 in the carrier axis direction of the surface electrode 31 via the center part in the carrier axis direction of the surface electrode 31. That is, the groove 31a is not provided at the center in the carrier axial direction of the surface electrode 31 to which the wiring 32 is connected. In addition, the groove | channel 31a may be provided over the whole carrier axial direction of the surface electrode 31, without dividing. As a matter of course, the number of the grooves 31a is not limited to seven, and is appropriately determined.

本実施の形態に係る通電加熱式触媒装置100では、担体軸方向に延びた溝31aが、表面電極31の表面に形成されているため、溝31aに沿った担体軸方向のクラックが発生し易くなる。つまり、表面電極31に担体円周方向のクラックが発生し難くなり、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。   In the electrically heated catalyst device 100 according to the present embodiment, since the groove 31a extending in the carrier axial direction is formed on the surface of the surface electrode 31, a crack in the carrier axial direction along the groove 31a is likely to occur. Become. That is, it becomes difficult for cracks in the carrier circumferential direction to occur in the surface electrode 31, and the current spread in the carrier axial direction is maintained. Therefore, the vicinity of the central portion in the axial direction of the carrier 20 is not intensively heated, and thermal stress cracking due to this intensive heating can be avoided.

ここで、溝31aは、溶射皮膜である表面電極31の表面を研磨により平滑にした後、型押加工、研削加工、切削加工などにより形成することができる。溝31aの深さは、表面電極31の厚さの1/10〜2/3であることが好ましい。溝31aの深さが、表面電極31の厚さの1/10未満では、クラックの方向を制御することができない。一方、溝31aの深さが、表面電極31の厚さの2/3を超えると、溝31aの形成が著しく困難になり、加工抵抗等により担体20が破損する恐れがある。   Here, the groove 31a can be formed by embossing, grinding, cutting, or the like after the surface of the surface electrode 31 that is a thermal spray coating is smoothed by polishing. The depth of the groove 31a is preferably 1/10 to 2/3 of the thickness of the surface electrode 31. If the depth of the groove 31a is less than 1/10 of the thickness of the surface electrode 31, the crack direction cannot be controlled. On the other hand, if the depth of the groove 31a exceeds 2/3 of the thickness of the surface electrode 31, formation of the groove 31a becomes extremely difficult, and the carrier 20 may be damaged due to processing resistance or the like.

次に、図6A〜6Cを参照して、溝31aのパターンの変形例について説明する。図6A〜6Cは、実施の形態1に係る通電加熱式触媒装置100の表面電極31の平面図であって、溝31aのパターンの変形例を示す図である。図6A〜6Cに示されたいずれの溝31aのパターンを用いても、図2に示された通電加熱式触媒装置100と同様の効果を奏することができる。   Next, a modified example of the pattern of the groove 31a will be described with reference to FIGS. 6A to 6C are plan views of the surface electrode 31 of the electrically heated catalyst device 100 according to the first embodiment, and are diagrams showing modifications of the pattern of the groove 31a. Even if any of the patterns of the grooves 31a shown in FIGS. 6A to 6C is used, the same effects as those of the electrically heated catalyst device 100 shown in FIG. 2 can be obtained.

図6Aに示された溝31aのパターンのように、溝31aは、担体軸方向に複数に分断されて形成されていてもよい。さらに、図6Aに示すように、各溝31aが千鳥状に配置されていてもよい。   Like the pattern of the groove 31a shown in FIG. 6A, the groove 31a may be divided into a plurality of pieces in the carrier axis direction. Furthermore, as shown to FIG. 6A, each groove | channel 31a may be arrange | positioned at zigzag form.

また、図6Bに示された溝31aのパターンのように、溝31aは、担体円周方向に形成された部分を有していてもよい。例えば、図6Bに示すように、担体軸方向に延びた2本の溝と、それら2本の溝の中央部同士を接続する担体円周方向に延びた1本の溝からなるH字形状の基本パターンが整列されていてもよい。また、基本パターンにおいて、担体円周方向に延びた溝が2本以上となる梯子状であってもよい。   Moreover, the groove | channel 31a may have the part formed in the support | carrier circumferential direction like the pattern of the groove | channel 31a shown by FIG. 6B. For example, as shown in FIG. 6B, an H-shaped configuration comprising two grooves extending in the carrier axis direction and one groove extending in the carrier circumferential direction connecting the central portions of the two grooves. The basic pattern may be aligned. In the basic pattern, a ladder shape having two or more grooves extending in the circumferential direction of the carrier may be used.

さらに、図6Cに示された溝31aのパターンのように、溝31aは、担体軸方向に平行でなく、斜めに形成されていてもよい。例えば、図6Cに示すように、斜めに形成された複数の溝が、担体軸方向にジグザグに形成されるような構成であってもよい。   Furthermore, like the pattern of the groove 31a shown in FIG. 6C, the groove 31a may be formed obliquely rather than parallel to the carrier axis direction. For example, as shown in FIG. 6C, a configuration in which a plurality of grooves formed obliquely may be formed in a zigzag manner in the carrier axis direction.

図6A〜6Cに示すように、実施の形態1に係る表面電極31では、熱サイクル負荷により発生するクラックが、担体軸方向に伸展し、かつ、担体円周方向には伸展しないような溝パターンであれば特に限定されることはない。   As shown in FIGS. 6A to 6C, in the surface electrode 31 according to the first embodiment, a groove pattern in which a crack generated by a thermal cycle load extends in the carrier axial direction and does not extend in the carrier circumferential direction. If it is, it will not specifically limit.

(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200の表面電極31の真上から見た平面図である。実施の形態1に係る通電加熱式触媒装置100では、配線32が表面電極31の担体軸方向中央部のみに配置されていた。これに対し、実施の形態2に係る通電加熱式触媒装置200では、図7に示すように、配線32が担体軸方向全体に亘り均等に配置されている。さらに、実施の形態1に係る通電加熱式触媒装置100では、溝31aが担体軸方向に延設されていた。これに対し、実施の形態2に係る通電加熱式触媒装置200では、図7に示すように、11本の溝31aが隣接する配線32の間において担体円周方向に延設されている。
(Embodiment 2)
Next, with reference to FIG. 7, the electrically heated catalyst device according to the second embodiment will be described. FIG. 7 is a plan view seen from directly above the surface electrode 31 of the electrically heated catalyst device 200 according to the second embodiment. In the electrically heated catalyst device 100 according to the first embodiment, the wiring 32 is arranged only in the center portion of the surface electrode 31 in the carrier axial direction. On the other hand, in the electrically heated catalyst device 200 according to the second embodiment, as shown in FIG. 7, the wires 32 are arranged uniformly over the entire carrier axis direction. Furthermore, in the electrically heated catalyst device 100 according to the first embodiment, the groove 31a extends in the carrier axis direction. On the other hand, in the electrically heated catalyst device 200 according to the second embodiment, as shown in FIG. 7, eleven grooves 31a are extended in the carrier circumferential direction between the adjacent wires 32.

本実施の形態に係る通電加熱式触媒装置200では、担体円周方向に延びた溝31aが、表面電極31の表面に形成されているため、溝31aに沿った担体円周方向のクラックが発生し易くなる。このクラックによって表面電極31が、12個のブロックに分割されたとしても、各ブロックには配線32が接続されているため、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。   In the electrically heated catalyst device 200 according to the present embodiment, since the groove 31a extending in the carrier circumferential direction is formed on the surface of the surface electrode 31, a crack in the carrier circumferential direction along the groove 31a occurs. It becomes easy to do. Even if the surface electrode 31 is divided into 12 blocks by this crack, the wiring 32 is connected to each block, so that the current spread in the carrier axis direction is maintained. Therefore, the vicinity of the central portion in the axial direction of the carrier 20 is not intensively heated, and thermal stress cracking due to this intensive heating can be avoided.

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。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

20 担体
31 表面電極
31a 溝
32 配線
33 固定層
100、200 通電加熱式触媒装置
20 Carrier 31 Surface electrode 31a Groove 32 Wiring 33 Fixed layer 100, 200 Electric heating catalyst device

Claims (8)

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配線と、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、
前記表面電極の表面に、前記表面電極に発生するクラックの伸展方向を制御するための溝が形成されており
前記配線が、複数本に分岐して前記担体の周方向に延設されるとともに、前記表面電極において前記担体の軸方向の中央部に接続され、
前記溝が、前記表面電極において前記担体の軸方向に延設されているとともに前記中央部には形成されていないことを特徴とする通電加熱式触媒装置。
A carrier made of ceramics carrying a catalyst;
A pair of surface electrodes extending in the axial direction of the carrier while facing each other on the outer peripheral surface of the carrier;
Wiring for supplying electric power to the surface electrode from the outside, and an electrically heated catalyst device for electrically heating the carrier through the surface electrode,
On the surface of the surface electrode is formed with a groove for controlling the direction of extension of cracks generated on the surface electrode,
The wiring branches into a plurality of branches and extends in the circumferential direction of the carrier, and is connected to the central portion in the axial direction of the carrier at the surface electrode,
The energization heating type catalyst device is characterized in that the groove extends in the axial direction of the carrier in the surface electrode and is not formed in the central portion .
前記溝の深さが、前記表面電極の1/10〜2/3であることを特徴とする請求項に記載の通電加熱式触媒装置。 Electrically heating type catalyst device according to claim 1, the depth of the groove, characterized in that it is a 1 / 10-2 / 3 of the surface electrode. 前記溝の断面形状が、楔形状であることを特徴とする請求項1又は2に記載の通電加熱式触媒装置。 Cross-sectional shape of the groove is electrically heating type catalyst device according to claim 1 or 2, characterized in that a wedge-shaped. 前記表面電極が、Crを20〜60質量%含有するNi−Cr合金又は、Fe、Co、Niのうち少なくとも一種をMとして含むMCrAlY合金からなる溶射皮膜であることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の通電加熱式触媒装置。 The surface electrode is a sprayed coating made of a Ni—Cr alloy containing 20 to 60 mass% of Cr , or a MCrAlY alloy containing at least one of Fe, Co, and Ni as M. The electrically heated catalyst device according to any one of to 3 . 前記セラミックスが、SiCを含むことを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の通電加熱式触媒装置。 The electrically heated catalyst device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the ceramic contains SiC. 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、
前記表面電極の表面に、前記表面電極に発生するクラックの伸展方向を制御するための溝を形成する工程と、
前記表面電極へ外部から電力を供給する配線を接続する工程と、を備え、
前記溝を形成する工程において、前記溝を前記担体の軸方向に延設するとともに、前記担体の軸方向の中央部には形成せず、
前記配線を接続する工程において、複数本に分岐して前記担体の周方向に延設された前記配線を、前記中央部に接続することを特徴とする通電加熱式触媒装置の製造方法。
A method for producing an electrically heated catalyst device in which the carrier is energized and heated via a surface electrode formed on the surface of a carrier made of ceramics on which a catalyst is supported,
Forming a pair of surface electrodes extending in the axial direction of the carrier so as to face each other on the outer peripheral surface of the carrier; and
Forming a groove on the surface of the surface electrode for controlling an extension direction of a crack generated in the surface electrode;
E Bei and a step of connecting the wiring for supplying power from outside to said surface electrode,
In the step of forming the groove, the groove extends in the axial direction of the carrier, and is not formed in the central portion in the axial direction of the carrier.
In the step of connecting the wires, the method of manufacturing an electrically heated catalyst device is characterized in that the wires branched into a plurality of wires and extending in the circumferential direction of the carrier are connected to the central portion .
前記溝の深さを、前記表面電極の1/10〜2/3とすることを特徴とする請求項に記載の通電加熱式触媒装置の製造方法。 The depth of the said groove | channel is 1/10-2/3 of the said surface electrode, The manufacturing method of the electrically heated catalyst apparatus of Claim 6 characterized by the above-mentioned. 前記溝の断面形状を、楔形状とすることを特徴とする請求項6又は7に記載の通電加熱式触媒装置の製造方法。 The method of manufacturing an electrically heated catalyst device according to claim 6 or 7 , wherein a cross-sectional shape of the groove is a wedge shape.
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