JPH05115796A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メタル製モノリスタイプあるいはセラミック
ス製モノリスタイプの主触媒（Ｍ）を主要な構成要素と
する排気ガス浄化装置において、エンジン始動時（コー
ルドスタート時）の排気ガスの浄化能力を向上させるた
めに、排気ガスを均一にかつ触媒反応に好適な充分に高
い温度に加熱することができる通電発熱式触媒（Ｈ）を
該主触媒（Ｍ）の前部に配設する。 【構成】 通電発熱式触媒（Ｈ）として、(i) 薄肉金属
板製の平板状帯材と波板状帯材とから製作したハニカム
体（Ｈ₁ ）を用いるとともに、(ii)該ハニカム体
（Ｈ₁ ）の壁面に排気ガス浄化用触媒を担持し、更に(i
ii) 該ハニカム体（Ｈ₁ ）の外周面上において、所望の
周長（ｄ）の間隔をおいて設定される相対向する部位
に、周長（ｌ）の電極板（Ｂ₁ ，Ｂ₂ ）を相対向させて
配設したものを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、自動車の排気
ガス浄化手段として排気管の途中に介装されて使用され
る排気ガス浄化装置に関する。更に詳しくは、本発明
は、この種の排気ガス浄化装置における大きな欠点、即
ちエンジン始動時（コールドスタート時）の排気ガスの
低浄化率の問題を大幅に改善することができる加熱手段
を組込んだ排気ガス浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の排気ガス浄化装置の主要
な構成要素である触媒担持母体として、コージェライト
などのセラミックス材を用いたセラミックス製のモノリ
スタイプのものと、金属（メタル）製のモノリスタイプ
のものが知られている。特に最近においては、機械的強
度、耐久性、通気抵抗、浄化効率、装置の小型化、など
の観点から金属製モノリスタイプのものが盛んに研究開
発されている。なお、以下の説明においては、説明の便
宜のために後者の金属製モノリスタイプのものを主とし
て説明する。金属製モノリスタイプの排気ガス浄化装置
は、一般に耐熱性の薄肉鋼板からの平板状帯材と前記薄
肉鋼板を波形成形した波板状帯材とを、相互に当接部を
有するように重積し、これを一括渦巻状に巻回積層する
か、あるいは階層状に重積して製作した軸方向に排気ガ
ス通路のための多数の網目状通気孔路（以下、セルとも
いう。）を有するハニカム状積層体（以下、ハニカム体
という。）と、前記ハニカム体を填装し固着するための
両端が開口した筒状の金属製ケースから構成されてい
る。そして、前記ハニカム体と金属製ケースとは、排気
ガス自体の高温度及び排気ガスと浄化用触媒との発熱反
応による高い温度雰囲気下で生起する熱膨張や熱的応力
に耐えるように、また自動車走行時の激しい振動に耐え
得るようにろう接または溶接などにより強固に固着され
る。なお、ハニカム体を構成する平板状帯材と波板状帯
材の当接部は種々の方法により固着されることはいうま
でもないことである。

【０００３】この種の排気ガス浄化装置における大きな
問題は、次の点にある。即ち、エンジン始動時（コール
ドスタート時）において、金属製ハニカム体の壁面に担
持された、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈなどの排気ガス浄化用触媒
が、排気ガスと効率的に触媒反応を起こす最適な温度条
件に達していないことであり、エンジンから排出される
ＣＯ（一酸化炭素）やＨＣ（炭化水素化合物）などの有
害な物質のほとんどが浄化されずに大気中に放出されて
しまうという点にある。

【０００４】前記したエンジン始動時（コールドスター
ト時）の問題点を解決するために種々の提案がなされて
いる。例えば、(i) 実開昭６３−６７６０９号には、セ
ラミックス製モノリスタイプを主触媒担持母体として使
用したコンバータにおいて、該主触媒担持母体の排気ガ
ス上流側の近傍部位に、予めハニカム状に製作したメタ
ル担体にアルミナをコートし、かつ通電可能とされたメ
タルモノリス触媒を配設する方法、(ii) 実開平２−９
４３１６号には、触媒本体の外周部に遠赤外線ヒータを
配設する方式、(iii) 実開平３−１００２２号には、モ
ノリスタイプの触媒の前面（排気ガスの上流側）に加熱
ヒータ、更に該ヒータの前面に排気ガスを整流するため
の整流板を配設する方式、などが提案されている。しか
しながら、これら従来の提案のものは、ヒータ機能を果
たすハニカム体を十分に高く昇温させて触媒反応を効率
的に行なわしめなければならないという要請からみて、
昇温温度が不十分であったり、解決のためにコストアッ
プを強いられたりして充分に満足のいくものではない。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】本発明は、前記した
従来のハニカム体にみられる問題点を解決すべくなされ
たものである。本発明者らは、コールドスタート時にハ
ニカム体の温度、特にハニカム体の内部全体を均一にか
つ充分に高い温度に昇温させる技術について種々、検討
を加えた。特に、従来技術において説明した実開昭６３
−６７６０９号などに提案されている排気ガス浄化装置
用の通電発熱式ハニカム体の改良について、鋭意、検討
を加えた。

【０００６】その結果、本発明者らは、従来技術として
説明した実開昭６３−６７６０９号などに提案されてい
る通電発熱式ハニカム体、即ち耐熱性の薄肉金属板製の
平板状帯材と波板状帯材を当接させるように重積して巻
回タイプのハニカム体を製作し、これに通電するため
に、(i) その中心軸線上に、一方の電極材（これは棒状
の電極材とみられる。以下、中心部電極材という。）を
配設とともに、(ii) 該ハニカム体の外周を保持する外
枠（金属製ケース）を他の電極材（以下、外周部電極材
という。）とした、構造のプレヒータ機能を有する通電
発熱式ハニカム体には、次の欠点があることを見い出し
た。

【０００７】例えば、前記構造の通電発熱式ハニカム体
において、外部の電源部（バッテリなど）に対して、ハ
ニカム体の外周部電極材を＋極、中心部電極材を−極に
接続して通電したとき、（イ）外周部電極材（ハニカム
体が導電性の円筒状金属製ケース内で固着されている場
合、該金属製ケース全体が外周部電極材となる。）の表
面積に対するハニカム体の外周部及びその近傍部位にお
ける平板状帯材と波板状帯材が形成する通電面積の割合
と、（ロ）中心部電極材（例えばＮｉ製丸棒材）の表面
積に対するハニカム体の中心部及び近傍部位における平
板状帯材と波板状帯材が形成する通電面積の割合におい
て、前者（イ）の方が圧倒的に多いことから各セルの壁
を通じて流れる電流密度が後者より極めて少なくなるこ
と、別言すれば通電によりハニカム体の外周部及びその
近傍部位では抵抗加熱により得られる発熱量は、ハニカ
ム体の中心部及びその近傍部位での抵抗加熱により得ら
れる発熱量と比較して小さなものとなる。その結果、プ
レヒータとしてのハニカム体内部の温度が不均一とな
る。

【０００８】周知のように、この種のプレヒータ機能を
有する通電発熱式ハニカム体（Ｈ´）は、図９に示され
る態様で排気ガス浄化装置（Ａ）に組込まれて使用され
るものである。図９は、従来の通電発熱式ハニカム体
（Ｈ´）を組込んだ排気ガス浄化装置（Ａ）の一部を省
略した断面図である。図示されるように、排気ガス流方
向（Ｆ）に対し、排気ガスの上流側に通電発熱式ハニカ
ム体（Ｈ´）、下流側にＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈなどの排気ガ
スの浄化用触媒を担持したメイン（主）触媒（Ｍ）を金
属製ケース（Ｃ）内に配設して構成されるものである。
そして、該通電発熱式ハニカム体（Ｈ´）の中心部電極
材と外周部電極材は、電極端子や導線(5,6）を介して外
部電源部(4) に接続される。

【０００９】しかしながら、前記図９で示される従来タ
イプの排気ガス浄化装置（Ａ）においては、前述したよ
うにプレヒータ機能を有する通電発熱式ハニカム体（Ｈ
´）が、通電によりその内部が均一に加熱昇温されず、
その内部を通過する排気ガスは不均一に加熱されて下流
側の主触媒（Ｍ）に至る。即ち、排気ガスは触媒反応に
とって最適な温度に均一に加熱されずに主触媒（Ｍ）内
に流入してしまい、その結果、十分に満足にいく排気ガ
ス浄化を達成することができない。また、従来の通電発
熱式ハニカム体（Ｈ´）においては、前記した電流密度
の相違から中央部位を適温にすると外周部位が低温とな
るが、これを解消しようとして外周部位を適温にすると
中心部位、特に中心部電極材の近傍部位はオーバヒート
し、極端な場合にはメルトダウン（溶損）してしまいハ
ニカム体（Ｈ´）の耐振耐久性（機械的強度）が大きく
損なわれる。

【００１０】これに対して本発明者らは、状来の通電発
熱式ハニカム体（Ｈ´）においては前記（イ）と（ロ）
で説明したように中心部電極材（棒状のもの）外周部電
極材（金属製ケースを電極材とするため円筒状のもの）
という電極材の配設構成のもとでは重大な欠点を有する
が、ハニカム体の外周面上に所望の間隔をおいて、相対
向する部位に板状の一対の電極板を配設したとき、極め
て良好な結果を得ることを見い出した。即ち、前記した
電極板の配設構成のもとにおいて、ハニカム体の内部は
ほぼ均一に加熱されるため、排気ガス浄化効率、特にコ
ールドスタート時の排気ガスの浄化効率を大幅に改善で
きることを見い出した。

【００１１】更に、その際通電発熱式ハニカム体の側に
も排気ガスの浄化能を持たせるために、特にＨＣ（炭化
水素化合物）やＣＯ（一酸化炭素）を酸化する酸化触媒
やＮＯx （窒素酸化物）をも還元することができる酸化
還元触媒を該ハニカム体の壁面に担持させたとき、触媒
反応が発熱反応であるために加熱特性が改善され、これ
がエンジン始動時（コールドスタート時）の排気ガス浄
化に有効であることを見い出した。そして、このような
態様のもとでハニカム体は、プレキャタライザーとして
の用途の他に従来の主触媒（Ｍ）に代替して使用できる
ことも判明した。

【００１２】本発明は、前記知見をベースとした通電発
熱式排気ガス浄化装置、特にその主要な構成要素である
通電発熱式で、かつプレキャタライザーもしくは（メイ
ン）主触媒（Ｍ）としての機能を有するハニカム体（以
下、単に通電発熱式触媒という。）を提供しようとする
ものである。

【００１３】

【問題点を解決するための手段】本発明を概説すれば、
本発明は、通電発熱式触媒（Ｈ）または該通電発熱式触
媒（Ｈ）の後部に配設される主触媒とから成る排気ガス
浄化装置において、該通電発熱式触媒（Ｈ）が、(i) 薄
肉金属板製の平板状帯材と波板状帯材を相互に当接する
ように重積して製作したハニカム体（Ｈ₁ ）で構成さ
れ、かつ、(ii) 前記ハニカム体（Ｈ₁ ）が、排気ガス
の浄化用触媒を担持したものであり、更に、(iii) 前記
ハニカム体（Ｈ₁ ）が、その外周面上において、所望の
周長（ｄ）の間隔をおいて設定される相対応する部位
に、周長（ｌ）の電極板（Ｂ₁ ，Ｂ₂ ）を配設したもの
である、ことを特徴とする排気ガス浄化装置に関するも
のである。

【００１４】以下、本発明の技術的構成及び実施態様に
ついて、図面を参照して説明する。なお、本発明は図示
のものに限定されないことはいうまでもないことであ
る。

【００１５】図１は、本発明の第一実施例のヒータ機能
を有する通電発熱式触媒（Ｈ）の一部を省略した正面図
であり、図２は側面図である。本発明の通電発熱式触媒
（Ｈ）は、前述した図９に示される従来の通電発熱式ハ
ニカム体（Ｈ´）に代替して使用されるものである。即
ち、排気ガス流方向（Ｆ）に対して主触媒（Ｍ）の上流
側に、プレヒータとし配設されて使用されるものであ
る。また、本発明の通電発熱式触媒（Ｈ）は、場合によ
っては主触媒（Ｍ）に代替してメインキャタライザーと
して使用してもよい。本発明の通電発熱式触媒（Ｈ）
は、従来の通電発熱式ハニカム体（Ｈ´）と比較して、
次の点で大きく相違するものである。 （ａ）従来の通電発熱式ハニカム体（Ｈ´）は、前述し
たように、かつ図９に示されるように耐熱性の薄肉金属
板製の平板状帯材(1) と波板状帯材(2) を相互に当接す
るように重積し、これを一括渦巻状に巻回して製作した
巻回タイプのハニカム体に、棒状の中心部電極材
（Ｂ₁ ）と外周部電極材（Ｂ₂ ）（該ハニカム体の金属
製ケース）を配設した構造のものである。なお、前記平
板状帯材(1)と波板状帯材(2) の巻回積層により、図１
に示されるように多数の排気ガスの網目状通気孔路（セ
ル）(3) が自動的に形成される。 （ｂ）これに対して、本発明の通電発熱式触媒（Ｈ）
は、その電極材の配設構成が全く相違するものである。
これを図１〜図２により詳しく説明する。図１に示され
るように、本発明の通電発熱式触媒（Ｈ）において電極
材は次のようにして配設される。即ち、該通電発熱式触
媒（Ｈ）を構成するハニカム体（Ｈ₁ ）（図１には、巻
回タイプのハニカム体Ｈ₁ が示されている。）の外周面
上において、所望の周長（ｄ）の間隔をおいて設定され
る相対向する（二つの）部位に、周長（ｌ）の電極板
（Ｂ₁ ，Ｂ₂ ）が配設される。例えば、断面形状が円形
で半径ｒの巻回タイプのハニカム体（Ｈ₁ ）の場合、各
電極板（Ｂ₁ ，Ｂ₂ ）の周長（ｌ）は、ｌ＝（πｒ−
ｄ）に設定すればよい。また、図２に示されるようにハ
ニカム体（Ｈ₁ ）は幅（排気ガス流方向の厚み）（Ｄ）
を有するものであり、各電極板（Ｂ₁ ，Ｂ₂ ）の面積略
ｌ×Ｄの板状体のものである。

【００１６】前記した従来のものと本発明のものとの間
にみられる電極材の配設構成における相違点は、重要な
意義を有するものである。例えば、図１〜図２の態様の
もとで通電する場合、より具体的には外部の電源部(4)
に対して、リード線(5,6) をもってハニカム体（Ｈ₁ ）
の一方の外周面上の電極板（Ｂ₁ ）を＋極側、他方の外
周面上電極板（Ｂ₂）を−極側に接続して（なお、図１
〜図２には各リード線と各電極板の間に電極端子（51,6
1 ）が設けらていることが示されている。）、通電する
場合を考える。このような場合、電極板（Ｂ₁ ）→他方
の電極板（Ｂ₂ ）に至る各セルの壁（これは、当然のこ
とながら平板状帯材(1) と波板状帯材(2) で構成され
る。）を通じて電気が流れる通電経路において、各通電
経路における単位体積当りの抵抗値がほぼ同じものとな
り（別言すれば、単位体積当りの通電面積が略同じもの
となり）、ハニカム体（Ｈ₁ ）の内部は均一に抵抗加熱
されることにとなる。即ち、前記（イ）及び（ロ）で説
明したように従来の電極材の配設構成においての通電時
の欠点は完全に解決されることになる。

【００１７】本発明において、二つの電極板（Ｂ₁ ，Ｂ
₂ ）をハニカム体（Ｈ₁ ）の外周面において、所定の距
離（周長ｄ）をおいて配設させることが重要である。も
し、この周長（ｄ）が小さいと、（逆にいうと電極板の
周長ｌが大きいと）、電気は両電極板（Ｂ₁ ，Ｂ₂ ）の
端部近傍で導通してしまい、効果的な抵抗加熱を得るこ
とかができない。従って、各電極板（Ｂ₁ ，Ｂ₂ ）の周
長（ｌ）は、十分な抵抗加熱が得られるように設定され
るべきであって、一般的にはハニカム体（Ｈ₁ ）の周長
10〜40％の長さに設定される。なお、ハニカム体
（Ｈ₁ ）の断面形状として、後述するように円形、レー
ストラック形状（長円形状）、矩形形状、楕円形状など
種々の形状のものがあるため、これら形状に応じて適切
な各電極板（Ｂ₁ ，Ｂ₂ ）の周長（ｌ）を決めればよ
い。なお、本発明においてハニカム体（Ｈ₁ ）のセルに
注目すると、図１（断面円形状のハニカム体）の場合、
対向する上下の電極板（Ｂ₁ ，Ｂ₂ ）と各電極板
（Ｂ₁ ，Ｂ₂ ）の端部を結ぶ線とで囲まれるセルと、そ
れ以外のセルに区別されるが、各電極板（Ｂ₁ ，Ｂ₂ ）
の周長（ｌ）の設定にもよるが、後者のセルも十分に加
熱される。これは、該部分（後者のセルの部分）も通電
経路となること、該部分が小さいことから他の部分から
の熱伝達により十分に加熱されることなどによるもので
ある。また、図２に示されるように、本発明のハニカム
体（Ｈ₁ ）は、所望の幅（Ｄ）（排気ガス流方向の厚
み）を有するものである。該ハニカム体（Ｈ₁ ）の幅
（Ｄ）は後述するようにハニカム体（Ｈ₁ ）が複数に区
分される場合があるが、一般的には 5〜50mmに設定すれ
ばよい。

【００１８】更に、本発明の通電発熱式触媒（Ｈ）の別
の構成上の大きな特徴点は、通電発熱式触媒（Ｈ）を後
述する主触媒（Ｍ）と組合わせて使用する場合や、ある
いはそれ単独でも使用できるように、後者の側だけでな
く該通電発熱式触媒（Ｈ）自体にも排気ガスの浄化用触
媒を担持させている点にある。なお、本発明の通電発熱
式触媒（Ｈ）は該主触媒（Ｍ）として使用できること
は、前記した通りである。周知のように、排気ガス中の
ＨＣ（炭化水素化合物）やＣＯ（一酸化炭素）は、酸化
触媒（Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｒ，Ｖ，Ｃｕなど）のもとで発熱
反応によりＣＯ₂ やＨ₂ Ｏに無害化される。また、理論
空燃比近傍で排気ガス中に排出されるＨＣ，ＣＯ及びＮ
Ｏx を同時に浄化する酸化還元（三元）触媒（Ｐｔ−Ｒ
ｈ系，Ｐｔ−Ｐｄ−Ｒｈ系など）はよく知られているも
のであり、これら排気ガス成分はＣＯ₂ やＨ₂ Ｏに酸化
されたりＮ₂ に還元されたりする。なお、三元触媒系で
も全体的には発熱的に触媒反応が進行する。本発明にお
いて、通電発熱式触媒（Ｈ）の側にも排気ガスの浄化用
触媒を担持する意味は、排気ガス浄化装置（Ａ）全体の
浄化性能を向上させる一方、前記したように触媒反応に
基づく発熱量の有効活用にあり、この発熱量をヒータ特
性の向上に使うという点にある。本発明において、通電
発熱式触媒（Ｈ）の壁面に担持させる触媒として、前記
した触媒反応からわかるように発熱量の大きさからみて
酸化触媒が好ましいが、酸化還元（三元触媒）（a thre
e-way catalyst）であってもよい。なお、これら触媒成
分を担持させる方法は、後述する主触媒（Ｍ）のところ
で説明する。

【００１９】本発明の通電発熱式触媒（Ｈ）において、
その主要な構成要素はハニカム体（Ｈ₁ ）であるが、該
ハニカム体（Ｈ₁ ）を製作するために使用される平板状
帯材(1) としては、通常のメタルモノリスタイプの主触
媒担持母体の製作に使用されている帯材、例えばクロム
鋼（クロム13〜25% ）、Ｆｅ−Ｃｒ 20%−Ａｌ 5% など
の耐熱性のステンレス鋼、あるいはこれに耐酸化性を改
善するために希土類を加えた耐熱性のステンレス鋼など
の厚さ0.04mm〜0.1mm の帯材を使用する。また、波板状
帯材(2) として、前記平板状帯材(1) から所定の略正弦
波もしくは台形波を有するように波付加工ししたものが
使用される。このほか、ハニカム体の高温下の通電性を
考慮してＮｉ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金、Ｎｉ
−Ｃｒ−Ａｌ合金なども使用される。特に、本発明にお
いては、前記したように通電発熱式触媒（Ｈ）を構成す
るハニカム体（Ｈ₁ ）の壁面に排気ガス浄化用触媒を担
持させて使用するものであり、該ハニカム体（Ｈ₁ ）を
構成する部材、即ち平板状帯材(1) と波板状帯材(2)に
Ａｌを含有させたりあるいはその表面にＡｌ層を設けた
ものを熱処理して、その表面にウィスカー状もしくはマ
ッシュルーム状のアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）層を析出させ
たものが好ましい。前記ウィスカー状などのアルミナ
は、後述するようにＰｔ，Ｐｄ，Ｒｈなどの排気ガス浄
化用触媒を担持するためのウォッシュコート層を強固に
保持することができるので好ましいものである。なお、
本発明において、通電発熱式触媒（Ｈ）の主要な構成要
素であるハニカム体（Ｈ₁ ）は、図に示される巻回タイ
プのものに限定されない。本発明において適用すること
ができるハニカム体（Ｈ₁）の構造は、後述する主触媒
（Ｍ）のところで説明する。また、通常、ハニカム体
（Ｈ₁ ）は金属製ケース（Ｃ₁ ）内で固着、保持される
が、図１〜図２においてはこれら金属製ケース（Ｃ₁ ）
が省略されている。しかし、これらケーシング技術は後
述する排気ガス浄化装置（Ａ）に適用される金属製ケー
ス（Ｃ）のケーシング技術と同種のものである。本発明
においては、電極板（Ｂ₁ ，Ｂ₂ ）にケース（Ｃ₁ ）の
機能を持たせられる場合、省略してもよいことはいうま
でもないことである。

【００２０】本発明において、前記通電発熱式ハニカム
体（Ｈ）に適用される電極板（Ｂ₁ ，Ｂ₂ ）としては、
耐熱鋼やニッケルなどのものが使用される。本発明にお
いて、図示されていないが、外部電源部(4) から電極材
（Ｂ₁ ，Ｂ₂ ）への電力供給は、タイマーで時間を限っ
ておこなってもよいし、あるいはハニカム体の所望の部
位に取付けたセンサー（熱電対など）によりハニカム体
の温度や排気ガス温度を測定して所望の設定値でオン−
オフさせるようにしてもよく、その態様に何等の制限を
受けるものではない。なお、図１〜図２には、電力供給
のオン−オフのスイッチング(7) が示されている。ま
た、外部電源部(4) として直流電源を例示したが、他の
実施例が示すように交流電源であってもよいことは言う
までもないことである。

【００２１】次に、本発明の通電発熱式触媒（Ｈ）の第
二実施例を図３で説明する。図３で示される通電発熱式
触媒（Ｈ）の第二実施例において、図１〜図２に示され
る第一実施例のものと大きく相違する点は、該ハニカム
体（Ｈ）の主要な構成要素であるハニカム体（Ｈ₁ ）と
して、巻回タイプでかつ断面形状がレーストラック形状
（長円形状）のものを横長に使用しているという点であ
る。

【００２２】図４は、本発明の通電発熱式触媒（Ｈ）の
第三実施例を示すものである。この第三実施例のもの
は、前記第二実施例と基本的には略同様のものである
が、ハニカム体（Ｈ₁ ）として巻回タイプでかつ断面形
状がレーストラック形状（長円形状）のものを縦長に使
用している点で、かつ外部電源部(4) が交流電源である
という点で相違している。

【００２３】図５は、本発明の通電発熱式触媒（Ｈ）の
第四実施例を示すものである。図１〜図２に示される第
一実施例のものと大きく相違する点は、該ハニカム体
（Ｈ）の主要な構成要素であるハニカム体（Ｈ₁ ）とし
て、積層タイプ（具体的な構成は後述する。）でかつ断
面形状が矩形状のものを使用している点である。

【００２４】図６は、本発明の通電発熱式触媒（Ｈ）の
第五実施例を示すものである。この第五実施例のもの
は、前記第四実施例のものと基本的には略同様のもので
あるが、積層タイプのハニカム体（Ｈ₁ ）の積層方向の
点で、及び外部電源部(4) が交流電源である点で相違し
ている。

【００２５】図７は、本発明の通電発熱式触媒（Ｈ）の
第六実施例を示すものである。第六実施例は、通電発熱
式ハニカム体（Ｈ）を構成するハニカム体（Ｈ₁ ）が二
つのハニカム体（Ｈ₁ 〜Ｈ₂ ）で構成されていることを
示している。なお、図７において矢線Ｆは、排気ガス流
方向を示している。第六実施例において、ハニカム体
（Ｈ₁ ）とハニカム体（Ｈ₂ ）に対し電気が図示のよう
に電極材Ｂ₁ →Ｂ₂ →Ｂ₃ に流れるように、即ち隣接す
るハニカム体の一方の電極板を共用するように電極材を
配設し、通電経路を長くするようにして十分な抵抗加熱
が得られるようにすることが好ましい。通電発熱式触媒
（Ｈ）を構成するハニカム体（Ｈ₁ ）は、過酷な使用条
件（高い温度環境、激しい振動など）のもとで使用され
るため、その構成部材である平板状帯材と波板状帯材と
の当接部はろう接合などにより固着される。この場合、
通電により電気は該当接部を通って最短距離（短絡）を
流れるため十分な抵抗値を得ることができなくなる。従
って、本実施例の態様は好ましいものである。

【００２６】図８は、本発明の通電発熱式触媒（Ｈ）の
第七実施例を示すものである。この第七実施例のもの
は、通電発熱式ハニカム体（Ｈ₁ ）を構成するハニカム
体（Ｈ₁ ）が四つのハニカム体（Ｈ₁ 〜Ｈ₄ ）で構成さ
れていることを示している。図８において、矢線Ｆは、
排気ガス流方向を示している。なお、各ハニカム体（Ｈ
₁ 〜Ｈ₄）は、第六実施例（図７）と同様に、通電経路
が長くなるように通電接続され、十分な抵抗加熱が得ら
れるようにしている。

【００２７】本発明の通電発熱式触媒（Ｈ）は、前記し
たように（図９参照）、排気ガス浄化装置（Ａ）の主要
な構成要素である主触媒（Ｍ）の前部に配設されて使用
されるものである。勿論、主触媒（Ｍ）として使用して
もよいことはいうまでもないことである。次に、主触媒
（Ｍ）の構造について、図を参照して説明する。排気ガ
ス浄化装置（Ａ）の主要な構成要素である主触媒（Ｍ）
は、セラミックス製モノリスタイプのものであってもよ
く、あるいは金属（メタル）製モノリスタイプのもので
あってもよい。これらは、常法に従って製作すればよ
く、例えば主触媒担持母体を製作これに排気ガス浄化用
触媒を担持させればよい。以下に金属（メタル）製モノ
リスタイプの該主触媒担持母体の製法を説明する。な
お、前記した通電発熱式触媒（Ｈ）を構成するハニカム
体（Ｈ₁ 〜Ｈ_n ）は、以下に説明する態様で製作すれば
よい。

【００２８】図１０に示される断面形状が円形の主触媒
（Ｍ）は、耐熱性で薄肉金属板製の平板状帯材(1) と波
板状帯材(2) を相互に当接するように重積し、これを一
括渦巻状に巻回積層して製作される。巻回積層により排
気ガスの通路となる多数の網目状通気孔路（セル）(3)
が自動的に形成される。より具体的には、次のようにし
て製作すればよい。 Ｆｅ−Ｃｒ 20%−Ａｌ 5% −Ｃｅ 0.02%の耐熱鋼の厚さ
0.04mm、幅38mmの薄肉鋼帯からなる平板状帯材をフォー
ミングギアの間を通過させ、ピッチ幅(3.0mm)，波高(1.
4mm) の波板状帯材とする。次いで、前記平板状帯材と
波板状帯材を相互に重積し、スリット入り巻回成形棒の
スリット部にその端部を挿入し、一括巻回積層して、例
えば軸方向に多数の網目状通気孔路（セル密度 300cps
i）を有する外径70mmのメタル製主触媒担持母体とすれ
ばよい。

【００２９】図１１に示される断面形状が円形の主触媒
担持母体は、耐熱性で薄肉金属板製の平板状帯材(1) 波
板状帯材(2) を相互に当接するように階層状に重積して
製作したものである。

【００３０】図１２に示される断面形状がレーストラッ
ク形状（長円形）の主触媒（Ｍ）は、前記図１０に示さ
れる巻回タイプの変形例であり、巻回成形後に巻回中心
部に大径の空洞が形成されるようにし、次いで該空洞部
を圧潰し、断面形状をレーストラック形状にしたもので
ある。

【００３１】図１３に示される断面形状が円形の主触媒
担持母体は、耐熱性で薄肉金属板製の平板状帯材(1) と
波板状帯材(2) を当接させて浄化エレメント（Ｅ）と
し、該浄化エレメント（Ｅ）の所望の数を固定軸（Ｂ）
を起点として放射状に外延させて製作したものである。

【００３２】図１４に示される断面形状が円形の主触媒
担持母体は、耐熱性で薄肉金属板製の平板状帯材と波板
状帯材を当接させて浄化エレメント（Ｅ）とし、該浄化
エレメント（Ｅ）を最外面が平板状帯材となるように階
層状に重積するとともに、上下両最外面に設定された二
つの固定点（Ｓ₁ ，Ｓ₂ ）を中心に各浄化エレメント
（Ｅ）を逆向きに折曲げて、即ち各浄化エメレント
（Ｅ）を略Ｓ字状カーブに変曲させて製作したものであ
る。

【００３３】以上のようにして製作される各種構造の主
触媒担持母体に、Ｐｔ，Ｐｄ、Ｒｈなどの排気ガス浄化
用触媒を担持させるためには、通常の方法を採用すれば
よい。例えば、まず、前記触媒をハニカム構造の主触媒
担持母体の壁面に担持させるための触媒担持層を形成す
る。これには、活性アルミナ（ｒ−Ａｌ₂ Ｏ₃ ）粉末と
アルミナゾルを配合したスラリーを塗布し、これを６０
０℃に加熱処理すればよい。次いで、このようにして形
成された触媒担持層にＰｔ，Ｐｄ、Ｒｈ触媒などの触媒
を担持させるためには、含浸処理などの通常の方法を採
用して触媒成分を担持させればよい。以上のようにし
て、主触媒（Ｍ）が製作される。

【００３４】本発明において、金属製ケース（Ｃ）は前
記ヒータ機能を有する通電発熱式触媒（Ｈ）と主触媒
（Ｍ）を内部に収容し固着するためのものであり、両端
が開口しているものであれば、その形状に何らの制約を
受けるものではない。例えば、図１０〜図１４に示され
る断面形状のもの、あるいは車体下部のスペースに適合
させるために、断面楕円形状や断面略三角形状の金属製
ケース（Ｃ）を用いてもよい。金属製ケース（Ｃ）の素
材として、前記主触媒（Ｍ）と同種の耐熱鋼を用いても
よいし、更に耐熱耐食性に富むものを用いてもよい。ま
た、外側部分の金属材料を内側部分より耐熱耐食性に富
むものとした二重構造のもの、具体的には内側部分にフ
ェライト系ステンレス鋼を、外側部分にオーステナイト
系ステンレス鋼を用いてもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明の通電発熱式触媒（Ｈ）は、排気
ガス浄化装置（Ａ）の主要な構成要素（プレキャタライ
ザー）として金属製ケース（Ｃ）内において主触媒
（Ｍ）の上流側に配設され使用されたり、あるいは主触
媒（Ｍ）として使用されたりするものである。そして、
前記通電発熱式触媒（Ｈ）は、その内部において温度分
布が均一でかつ十分な抵抗加熱が得られるように特殊な
配設方式により電極板を配置しており、更に該触媒
（Ｈ）を構成するハニカム体（Ｈ₁ ）の壁面にヒータ特
性を向上させるために排気ガス浄化用触媒を担持させて
いる。従って、本発明においては、排気ガスが該通電発
熱式触媒（Ｈ）において、均一に、かつ主触媒（Ｍ）で
の触媒反応に好適な十分に高い温度に加熱昇温されるた
め、排気ガス処理において特に問題となるコールドスタ
ート時の排気ガス浄化能力を大幅に改善することができ
る。また、通電発熱式触媒（Ｈ）は、それ自体に排気ガ
ス浄化用の触媒を担持しているため、排気ガス浄化装置
（Ａ）全体の浄化性能を向上させることができる。ま
た、本発明の通電発熱式触媒（Ｈ）において、その構成
部材が加熱時に局部的に加熱されることがなく、部材劣
化に伴う耐振耐久性（機械的強度）の低下を防止するこ
とができる。更にまた、該触媒（Ｈ）それ自体がヒータ
となるため、別途にヒータ材を製作し、配設しなくてよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の通電発熱式触媒（Ｈ）の
一部を省略した正面図である。

【図２】図１に示される通電発熱式触媒（Ｈ）の側面図
である。

【図３】本発明の第二実施例の通電発熱式触媒（Ｈ）の
一部を省略した正面図である。

【図４】本発明の第三実施例の通電発熱式触媒（Ｈ）の
一部を省略した正面図である。

【図５】本発明の第四実施例の通電発熱式触媒（Ｈ）の
一部を省略した正面図である。

【図６】本発明の第五実施例の通電発熱式触媒（Ｈ）の
一部を省略した正面図である。

【図７】本発明の第六実施例の通電発熱式触媒（Ｈ）の
一部を省略した側面図である。

【図８】本発明の第七実施例の通電発熱式触媒（Ｈ）の
一部を省略した側面図である。

【図９】従来の排気ガス浄化装置（Ａ）の一部を省略し
た断面図である。

【図１０】主触媒（Ｍ）の第一実施例の断面図である。

【図１１】主触媒（Ｍ）の第二実施例の断面図である。

【図１２】主触媒（Ｍ）の第三実施例の断面図である。

【図１３】主触媒（Ｍ）の第四実施例の断面図である。

【図１４】主触媒（Ｍ）の第五実施例の断面図である。

【符号の説明】

Ｈ………通電発熱式触媒 Ｈ₁ ，Ｈ_n ……ハニカム体 Ａ………排気ガス浄化装置 Ｆ………排気ガスの流れ方向 Ｂ₁ ，Ｂ₂ ………電極板 Ｃ………排気ガス浄化装置の金属製ケース Ｃ₁ ………ハニカム体（Ｈ₁ ）の金属製ケース Ｍ………主触媒 １………平板状帯材 ２………波板状帯材 ３………セル（網目状通気孔路） ４………外部電源部 ５，６………リード線 ５１，６１……電極端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ Ｐ 9150−3Ｇ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】通電発熱式触媒（Ｈ）または該通電発熱式
   触媒（Ｈ）の後部に配設される主触媒とから成る排気ガ
   ス浄化装置において、該通電発熱式触媒（Ｈ）が、 (i) 薄肉金属板製の平板状帯材と波板状帯材を相互に当
   接するように重積して製作したハニカム体（Ｈ₁ ）で構
   成され、かつ、 (ii) 前記ハニカム体（Ｈ₁ ）が、排気ガスの浄化用触
   媒を担持したものであり、更に、 (iii) 前記ハニカム体（Ｈ₁ ）が、その外周面上におい
   て、所望の周長（ｄ）の間隔をおいて設定される相対応
   する部位に、周長（ｌ）の電極板（Ｂ₁ ，Ｂ₂ ）を配設
   したものである、ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】 電極板（Ｂ₁ ，Ｂ₂ ）の周長（ｌ）が、
   ハニカム体の周長の10〜40% である請求項１に記載の排
   気ガス浄化装置。
3. 【請求項３】 ハニカム体（Ｈ₁ ）が、排気ガス浄化用
   の酸化触媒を担持したものである請求項１に記載の排気
   ガス浄化装置。
4. 【請求項４】 ハニカム体（Ｈ₁ ）が、排気ガス浄化用
   の酸化還元触媒を担持したものである請求項１に記載の
   排気ガス浄化装置。
5. 【請求項５】 ハニカム体（Ｈ₁ ）が、平板状帯材と波
   板状帯材とを相互に当接するように重積し、これを渦巻
   状に巻回重積して製作したものである請求項１に記載の
   排気ガス浄化装置。
6. 【請求項６】 ハニカム体（Ｈ₁ ）が、平板状帯材と波
   板状帯材を当接するように階層状に重積して製作したも
   のである請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
7. 【請求項７】 ハニカム体（Ｈ₁ ）が、平板状帯材と波
   板状帯材を当接させて浄化エレメントとし、該浄化エレ
   メントの所望の数を固定軸を起点として外延させて放射
   状ハニカム体としたものである請求項１に記載の排気ガ
   ス浄化装置。
8. 【請求項８】 ハニカム体（Ｈ₁ ）が、平板状帯材と波
   板状帯材を当接させて浄化エレメントとし、該浄化エレ
   メントを最外面が平板状帯材となるように階層状に重積
   するとともに、上下最外面に設定された二つの固定点を
   中心に各浄化エレメントを逆向きに折曲げて、Ｓ字状ハ
   ニカム体としたものである請求項１に記載の排気ガス浄
   化装置。
9. 【請求項９】 ハニカム体（Ｈ₁ ）が、金属製ケース
   （Ｃ₁ ）内で固着されたものである請求項１に記載の排
   気ガス浄化装置。
10. 【請求項１０】 ハニカム体（Ｈ₁ ）及び金属製ケース
    （Ｃ₁ ）の断面形状が、円形、レーストラック（長円）
    形状、または楕円形から選ばれたものである請求項７に
    記載の排気ガス浄化装置。
11. 【請求項１１】 ハニカム体（Ｈ₁ ）が、１つのハニカ
    ム体（Ｈ₁ ）または複数のハニカム体（Ｈ₁ 〜Ｈ_n ）で
    構成されるものである請求項１に記載の排気ガス浄化装
    置。
12. 【請求項１２】 ハニカム体（Ｈ₁ ）が複数のハニカム
    体（Ｈ₁〜Ｈ_n ，n≧２）で構成されるとき、隣接する二
    つのハニカム体において、両ハニカム体の一方の外周面
    に配設する電極板を共用し、他方の外周面に配設する電
    極板を共用しないように電極板を配設したものである請
    求項１１に記載の排気ガス浄化装置。
13. 【請求項１３】ハニカム体（Ｈ₁ 〜Ｈ_n ）が、所望の厚
    さ（Ｄ）を有するものである請求項１１に記載の排気ガ
    ス浄化装置。
14. 【請求項１４】ハニカム体（Ｈ₁ 〜Ｈ_n ）の厚さ（Ｄ）
    が、 5〜50mmである請求項１３に記載の排気ガス浄化装
    置。