JP5786961B2 - 通電加熱式触媒装置及びその製造方法 - Google Patents

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。

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。

特開２０１１−１０６３０８号公報

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。

本発明は、上記を鑑みなされたものであって、表面電極に担体円周方向のクラックが発生しても、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。

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、
前記担体の軸方向に延設された金属製の展伸部材が、前記表面電極に埋設されている、ものである。
表面電極に担体円周方向のクラックが発生しても、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。

前記展伸部材が、メッシュ、線、打抜板のいずれかであることが好ましい。これにより、確実に担体軸方向への電流の広がりが保持される。
また、前記表面電極が、溶射により形成されることが好ましい。
さらに、前記担体と前記展伸部材との間に、空洞が形成されていることが好ましい。これにより、熱応力が緩和される。

また、前記展伸部材は、前記表面電極と接合された接合部と、前記表面電極と接合されていない非接合部と、を備えることが好ましい。これにより、熱応力が緩和される。
さらに、８００℃以上での使用環境に耐えるため、展伸部材が、ステンレス系合金、Ｎｉ基系合金、Ｃｏ基系合金のいずれかからなることが好ましい。

前記表面電極において前記配線が接続された接続領域が、前記担体の軸方向の中央部に位置することが好ましい。
前記セラミックスは、ＳｉＣを含むことが好ましい。
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、
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、
前記表面電極を形成する工程において、
前記担体の軸方向に延設された金属製の展伸部材を前記表面電極に埋設する、ものである。

前記展伸部材を、メッシュ、線、打抜板のいずれかとすることが好ましい。
また、前記表面電極を形成する工程では、前記担体上に載置された前記展伸部材の上から溶射する溶射工程を備えることが好ましい。
さらに、前記担体と前記展伸部材との間に、空洞が形成されることが好ましい。

前記表面電極を形成する工程では、前記溶射工程の前に、前記担体上に載置された前記展伸部材の表面を粗面化する粗面化工程を備えることが好ましい。
前記粗面化工程では、前記表面電極と接合する接合部については粗面化し、前記表面電極と接合しない非接合部については粗面化しないことが好ましい。

本発明により、表面電極に担体円周方向のクラックが発生しても、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。

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。 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２におけるＩＩＩ-ＩＩＩ切断線による断面図である。 図２におけるＩＶ-ＩＶ切断線による断面図である。 担体２０と表面電極３１との接合界面の断面写真である。 担体２０内での最小温度の投入電力依存性を示すグラフである。 担体２０内での最大温度差の投入電力依存性を示すグラフである。 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。 図８におけるＩＸ-ＩＸ切断線による断面図である。 実施の形態２の変形例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２の変形例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２の変形例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３に係る通電加熱式触媒装置３００の表面電極３１の真上から見た平面図である。 実施の形態３に係る通電加熱式触媒装置３００の打抜金属板３１ｄの平面図である。 実施の形態３の変形例に係る通電加熱式触媒装置３００の打抜金属板３１ｄの平面図である。 実施の形態３の変形例に係る通電加熱式触媒装置３００の打抜金属板３１ｄの平面図である。

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１〜４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。

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。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。

ここで、図２に示すように、表面電極３１の内部には、担体軸方向に延設された金属製の展伸部材として金属メッシュ３１ａが埋設されている。また、図３、４に示された断面図からも、表面電極３１の内部に金属メッシュ３１ａが埋設されていることが分かる。金属メッシュ３１ａの詳細については後述する。

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。

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。

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、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。

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程度の溶射皮膜である。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、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。

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。

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。

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。

次に、金属メッシュ３１ａの詳細について説明する。図２に示すように、金属メッシュ３１ａは、表面電極３１の形成領域の略全面に亘って埋設されている。担体２０上に金属メッシュ３１ａを載置し、この上から溶射皮膜からなる表面電極３１を形成することにより、このような構成とすることができる。

このような構成により、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金属メッシュ３１ａが表面電極３１に埋設されているため、表面電極３１に担体円周方向のクラックが発生しても、当該金属メッシュ３１ａを介して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。

さらに、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。仮に、金属メッシュ３１ａが表面電極３１の表面に設けられていると、熱サイクル負荷によってマットとの間に摩擦が生じ、金属メッシュ３１ａを構成する金属線が断線する恐れがある。しかしながら、本実施の形態に係る金属メッシュ３１ａは、表面電極３１に埋設されているため、熱サイクル負荷によってもマットとの間に摩擦が生じることがなく、金属メッシュ３１ａを構成する金属線が断線する恐れがない。

ここで、金属メッシュ３１ａ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ている。金属メッシュ３１ａ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）合金からなる直径０．１ｍｍ以下の線材から構成されていることが好ましい。上述のように、担体２０上に金属メッシュ３１ａを載置し、この上から溶射皮膜からなる表面電極３１を形成することにより、金属メッシュ３１ａを担体２０に固定する。そのため、金属メッシュ３１ａの織り方は、平織、フラットトップ織、菱形織、亀甲織などのように、隣接する金属線間にある程度の空隙を有する織り方が好ましい。また、メッシュサイズは５０以下が好ましい。

ここで、図５は、担体２０と表面電極３１との接合界面の断面写真である。図５から分かるように、表面電極３１は、金属メッシュ３１ａの上から溶射により形成されるため、金属メッシュ３１ａの直下には空洞３５が形成されている。つまり、金属メッシュ３１ａは、担体２０には接合されていない。このように、金属メッシュ３１ａ直下に空洞（非接合部）３５が形成されるため、金属材料からなる表面電極３１及び金属メッシュ３１ａと、セラミックス材料からなる担体２０との線膨張係数差による熱応力を緩和することができる。特に、空洞３５は金属メッシュ３１ａの形状に沿って形成されるため、表面電極３１が擬似的なセグメント構造を有することになり、効果的に熱応力を抑制することができる。

ここで、溶射皮膜である表面電極３１と金属メッシュ３１ａとを接合するためには、表面電極３１を溶射する前に、金属メッシュ３１ａの表面をショットブラスト処理により粗面化する必要がある。金属メッシュ３１ａと表面電極３１との接合部は、通電性を確保することができる。一方、金属メッシュ３１ａと表面電極３１との非接合部は、表面電極３１と金属メッシュ３１ａとの熱応力を緩和することができる。従って、金属メッシュ３１ａの表面をショットブラスト処理する際、マスクなどを用いることにより、金属メッシュ３１ａの一部にはショットブラスト処理を施さないようにしてもよい。これにより、上記通電性と熱応力の緩和とのバランスを最適化することができる。

次に、図６、７を参照し、本実施の形態に係る通電加熱式触媒装置１００の実施例の効果について説明する。比較例は、金属メッシュ３１ａを有していない点以外は、実施例と同じである。図６は、担体２０内での最小温度の投入電力依存性を示すグラフである。図７は、担体２０内での最大温度差の投入電力依存性を示すグラフである。図６、７ともに横軸は投入電力（ｋＷ）である。図６の縦軸は担体２０内での最小温度（℃）、図７の縦軸は担体２０内での最大温度差（℃）である。いずれのグラフも、具体的な数値は省略されているため、定性的な傾向を示すものである。

図６に示すように、本実施の形態に係る通電加熱式触媒装置１００の実施例では、担体２０内での最小温度を目標値以上とするために必要な投入電力は、初期においても比較例の初期よりも小さい。その上、３０ｋｍ走行後に相当する使用後においても、投入電力はほとんど上昇しない。他方、比較例では、グラフ内において矢印で示すように、初期に比べ、使用後では投入電力が著しく上昇してしまう。

図７に示すように、担体２０内での最大温度差を目標値以下とするためには投入電力は小さいほど好ましい。そのため、最大温度差を目標値以下とすることができる最大投入電力が大きいほど優れている。実施例では、初期においても比較例より上記の最大投入電力が大きい。その上、使用後においても、最大投入電力は低下しない。他方、比較例では、グラフ内において矢印で示すように、初期に比べ、使用後では最大投入電力が著しく低下してしまう。

ここで、図６、７に示された担体２０内での最小温度の目標値と最大温度差の目標値とを同時に満足する投入電力を投入する必要がある。しかしながら、比較例の場合、両者の目標値を同時に満足する投入電力は、使用後には存在しなくなっている。一方、実施例の場合、両者の目標値を同時に満足する投入電力が、使用後でも存在している。つまり、実施例では、表面電極３１が劣化しても（図６、７における使用後に相当）、金属メッシュ３１ａにより担体軸方向への電流の広がりが確保され、担体２０での最小温度を高く保持することができるとともに、最大温度差を小さく保持することができる。比較例では、表面電極３１が劣化すると（図６、７における使用後に相当）、担体軸方向への電流の広がりが阻害され、担体２０の軸方向中央部が集中的に発熱されるとともに、担体軸方向端部が加熱され難くなる。そのため、担体２０内での最小温度が低下するとともに、最大温度差が著しく大きくなる。

（実施の形態２）
次に、図８、９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８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。図９は、図８におけるＩＸ-ＩＸ切断線による断面図である。実施の形態２に係る通電加熱式触媒装置２００では、図８に示すように、表面電極３１の内部には、担体軸方向に延設された金属製の展伸部材として、実施の形態１に係る金属メッシュ３１ａに代えて、金属線３１ｂが埋設されている。また、図９に示された断面図からも、表面電極３１の内部に断面矩形状の金属線３１ｂが埋設されていることが分かる。もちろん金属線３１ｂの断面形状は円形その他の形状であってもよい。

図８に示すように、複数本の金属線３１ｂが、表面電極３１の形成領域の略全面に亘って埋設されている。各金属線３１ｂは、担体軸方向には、表面電極３１の形成領域の全体に亘って延設されている。他方、複数本の金属線３１ｂは、各表面電極３１上において、担体円周方向に沿って、略等間隔で配置されている。図８の例では、表面電極３１内に７本の金属線３１ｂが平行に設けられている。当然のことながら、金属線３１ｂの本数は何ら限定されるものではない。金属線３１ｂは、実施の形態１に係る金属メッシュ３１ａと同様に、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。断面寸法は、円形断面の場合は直径０．２ｍｍ以下、矩形断面の場合は厚さ０．２ｍｍ以下×幅５ｍｍ以下であることが好ましい。

このような構成により、本実施の形態に係る通電加熱式触媒装置２００では、担体軸方向に延びた金属線３１ｂが表面電極３１に埋設されているため、表面電極３１に担体円周方向のクラックが発生しても、当該金属線３１ｂを介して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に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。

さらに、実施の形態に係る金属メッシュ３１ａと同様に、金属線３１ｂは、表面電極３１に埋設されているため、熱サイクル負荷によってもマットとの間に摩擦が生じることがなく、金属線３１ｂが断線する恐れがない。

ここで、表面電極３１は、金属線３１ｂの上から溶射により形成されるため、金属線３１ｂの直下には空洞（不図示）が形成されている。つまり、金属線３１ｂは、担体２０には接合されていない。このように、金属線３１ｂ直下に空洞（非接合部）が形成されるため、金属材料からなる表面電極３１及び金属線３１ｂと、セラミックス材料からなる担体２０との線膨張係数差による熱応力を緩和することができる。

ここで、溶射皮膜である表面電極３１と金属線３１ｂとを接合するためには、表面電極３１を溶射する前に、金属線３１ｂの表面をショットブラスト処理により粗面化する必要がある。金属線３１ｂと表面電極３１との接合部は、通電性を確保することができる。一方、金属線３１ｂと表面電極３１との非接合部は、表面電極３１と金属線３１ｂとの熱応力を緩和することができる。従って、金属線３１ｂの表面をショットブラスト処理する際、マスクなどを用いることにより、金属線３１ｂの一部にはショットブラスト処理を施さないようにしてもよい。これにより、上記通電性と熱応力の緩和とのバランスを最適化することができる。
その他の構成は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

次に、図１０〜１２を参照して、実施の形態２の変形例について説明する。図１０〜１２は、実施の形態２の変形例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。図１０〜１２に示されたいずれの通電加熱式触媒装置２００でも、図８に示された通電加熱式触媒装置２００と同様の効果を奏することができる。

図１０に示された通電加熱式触媒装置２００のように、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、金属線３１ｂが設けられていなくてもよい。つまり、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、金属線３１ｂが設けられていてもよい。

図１１に示された通電加熱式触媒装置２００のように、担体軸方向に延設された金属線３１ｂに加えて、担体円周方向に延設された金属線３１ｃを備えるような構成であってもよい。このような構成は、実施の形態１に係る金属メッシュ３１ａと類似したものといえる。

図１２に示された通電加熱式触媒装置２００のように、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、金属線３１ｂが設けられていなくてもよい。つまり、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、金属線３１ｂが設けられていてもよい。また、金属線３１ｂは担体軸方向から傾いて斜めに設けられてもよい。図１２の例では、表面電極３１の担体軸方向中央部から、４本の金属線３１ｂが表面電極３１の４角に向かって放射状に設けられている。

（実施の形態３）
次に、図１３、１４Ａを参照して、実施の形態３に係る通電加熱式触媒装置について説明する。図１３は、実施の形態３に係る通電加熱式触媒装置３００の表面電極３１の真上から見た平面図である。図１４Ａは、実施の形態３に係る通電加熱式触媒装置３００の打抜金属（パンチングメタル）板３１ｄの平面図である。実施の形態３に係る通電加熱式触媒装置３００では、図１３に示すように、表面電極３１の内部には、担体軸方向に延設された金属製の展伸部材として、実施の形態１に係る金属メッシュ３１ａに代えて、打抜金属板３１ｄが埋設されている。

図１３に示すように、１枚の打抜金属板３１ｄが、表面電極３１の形成領域の略全面に亘って埋設されている。図１４Ａに示すように、打抜金属板３１ｄには、円形の打抜孔が多数整列されている。打抜金属板３１ｄは、実施の形態１に係る金属メッシュ３１ａと同様に、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。なお、打抜金属板３１ｄは複数枚に分割されていてもよい。

このような構成により、本実施の形態に係る通電加熱式触媒装置３００では、表面電極３１に担体円周方向のクラックが発生しても、担体軸方向に延びた打抜金属板３１ｄが表面電極３１に埋設されているため、当該打抜金属板３１ｄを介して担体軸方向への電流の広がりが保持される。そのため、配線３２が接続された担体軸方向中央部近傍に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。

さらに、実施の形態に係る金属メッシュ３１ａと同様に、打抜金属板３１ｄは、表面電極３１に埋設されているため、熱サイクル負荷によってもマットとの間に摩擦が生じることがなく、打抜金属板３１ｄが断線する恐れがない。

ここで、表面電極３１は、打抜金属板３１ｄの上から溶射により形成されるため、打抜金属板３１ｄの直下には空洞（不図示）が形成されている。つまり、打抜金属板３１ｄは、担体２０には接合されていない。このように、打抜金属板３１ｄ直下に空洞（非接合部）が形成されるため、金属材料からなる表面電極３１及び打抜金属板３１ｄと、セラミックス材料からなる担体２０との線膨張係数差による熱応力を緩和することができる。特に、空洞は打抜金属板３１ｄの形状に沿って形成されるため、表面電極３１が擬似的なセグメント構造を有することになり、効果的に熱応力を抑制することができる。

ここで、溶射皮膜である表面電極３１と打抜金属板３１ｄとを接合するためには、表面電極３１を溶射する前に、打抜金属板３１ｄの表面をショットブラスト処理により粗面化する必要がある。打抜金属板３１ｄと表面電極３１との接合部は、通電性を確保することができる。一方、打抜金属板３１ｄと表面電極３１との非接合部は、表面電極３１と打抜金属板３１ｄとの熱応力を緩和することができる。従って、打抜金属板３１ｄの表面をショットブラスト処理する際、マスクなどを用いることにより、打抜金属板３１ｄの一部にはショットブラスト処理を施さないようにしてもよい。これにより、上記通電性と熱応力の緩和とのバランスを最適化することができる。
その他の構成は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

次に、図１４Ｂ、１４Ｃを参照して、実施の形態３の変形例について説明する。図１４Ｂ、１４Ｃは、実施の形態３の変形例に係る通電加熱式触媒装置３００の打抜金属板３１ｄの平面図である。図１４Ｂ、１４Ｃに示されたいずれの打抜金属板３１ｄを用いても、図１３に示された通電加熱式触媒装置３００と同様の効果を奏することができる。

図１４Ｂに示された打抜金属板３１ｄのように、打抜孔の形状は矩形状であってもよい。また、図１４Ｃに示された打抜金属板３１ｄのように、打抜孔の形状は菱形状であってもよい。なお、打抜孔の形状は特に限定されるものではなく、どのような形状であってもよい。

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。例えば、担体軸方向に延設された金属製の展伸部材として、例えば直径０．０１〜０．１５ｍｍの金属繊維が表面電極内部に埋設されてもよい。

２０ 担体
３１ 表面電極
３１ａ 金属メッシュ
３１ｂ、３１ｃ 金属線
３１ｄ 打抜金属板
３２ 配線
３３ 固定層
３５ 空洞
１００、２００、３００ 通電加熱式触媒装置

Claims (15)

1. 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、
   前記担体の軸方向に延設された金属製の展伸部材が、前記表面電極に埋設されている、通電加熱式触媒装置。
2. 前記展伸部材が、メッシュ、線、打抜板のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の通電加熱式触媒装置。
3. 前記表面電極が、溶射により形成され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。
4. 前記担体と前記展伸部材との間に、空洞が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の通電加熱式触媒装置。
5. 前記展伸部材は、
   前記表面電極と接合された接合部と、
   前記表面電極と接合されていない非接合部と、を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の通電加熱式触媒装置。
6. 前記展伸部材が、ステンレス系合金、Ｎｉ基系合金、Ｃｏ基系合金のいずれかからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の通電加熱式触媒装置。
7. 前記表面電極において前記配線が接続された接続領域が、前記担体の軸方向の中央部に位置することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の通電加熱式触媒装置。
8. 前記セラミックスが、ＳｉＣを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の通電加熱式触媒装置。
9. 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）からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の通電加熱式触媒装置。
10. 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、
    前記表面電極を形成する工程において、
    前記担体の軸方向に延設された金属製の展伸部材を前記表面電極に埋設する、通電加熱式触媒装置の製造方法。
11. 前記展伸部材を、メッシュ、線、打抜板のいずれかとすることを特徴とする請求項１０に記載の通電加熱式触媒装置の製造方法。
12. 前記表面電極を形成する工程において、
    前記担体上に載置された前記展伸部材の上から溶射する溶射工程を備えることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の通電加熱式触媒装置の製造方法。
13. 前記担体と前記展伸部材との間に、空洞が形成されることを特徴とする請求項１２に記載の通電加熱式触媒装置の製造方法。
14. 前記表面電極を形成する工程において、
    前記溶射工程の前に、前記担体上に載置された前記展伸部材の表面を粗面化する粗面化工程を備えることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の通電加熱式触媒装置の製造方法。
15. 前記粗面化工程において、
    前記表面電極と接合する接合部については粗面化し、前記表面電極と接合しない非接合部については粗面化しないことを特徴とする請求項１４に記載の通電加熱式触媒装置の製造方法。

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