JPH07238825A

JPH07238825A - 電気ヒータ付触媒装置

Info

Publication number: JPH07238825A
Application number: JP6028550A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Sakurai; 計宏桜井; Koji Shimoji; 浩二下地; Toru Yoshinaga; 融吉永; Masahiko Watanabe; 聖彦渡辺
Original assignee: Nippon Soken Inc; Nippon Steel Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1994-02-25
Filing date: 1994-02-25
Publication date: 1995-09-12
Also published as: EP0669453B1; DE69501049T2; DE69514251D1; EP0791730A2; DE69514251T2; EP0791730B1; EP0669453A1; EP0791730A3; DE69501049D1; US5744104A

Abstract

(57)【要約】【目的】電気ヒータ付触媒の昇温速度を速めて機関始
動後短時間で触媒を活性化させる。【構成】ヒータ付触媒１０に接続される電極２０を中
空パイプ状に形成する。電極２０の熱容量が低減される
ため、ヒータ通電時に電極に奪われる熱量が減少し、ヒ
ータ付触媒１０の温度上昇が促進される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気ヒータ付触媒装置
に関し、詳細には電気ヒータ付触媒装置のヒータの電極
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気通路に排気浄化触媒を設
け、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X等の有害成分を浄化す
る技術が知られている。また、排気浄化触媒を加熱する
電気ヒータを設け、機関始動時にヒータにより触媒を加
熱して排気浄化触媒を活性化温度まで昇温することによ
り、始動後短時間で触媒の排気浄化作用を開始させるよ
うにした電気ヒータ付触媒装置が開発されている。

【０００３】この種の電気ヒータ付触媒装置の例として
は、例えば特開平４−２０３４１６号公報に記載された
ものがある。同公報の電気ヒータ付触媒装置は、表面に
電気的絶縁層を形成した波板状と平板状の金属箔（以
下、それぞれ「波箔」、「平箔」という）を重ねて中実
棒状の中心電極回りに巻回すことによりハニカム構造の
渦巻状金属箔積層体を形成し、この渦巻状金属箔積層体
の金属箔表面に触媒を担持させた構成とされている。ま
た、上記渦巻状金属箔積層体は円筒状のケーシングに収
納され、このケーシングは排気通路に接続される。機関
運転中は、排気ガスは渦巻状金属積層体の波箔と平箔と
の間に形成された軸線方向通路を通過し、これらの金属
箔表面に担持された排気浄化触媒と接触することにより
排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X等の有害成分が除去され
る。

【０００４】上記中心電極は金属箔積層体から軸線方向
に延びたあと、折り曲げられて上記ケーシング側面を貫
通して外部に取り出され、ケーシング外部で電力供給用
導線に接続される。さらに、上記金属箔積層体の外周
は、接地されたケーシングに導通可能に接続されてお
り、機関始動時に上記中心電極とケーシングとの間に電
圧を印加することにより、金属箔積層体を構成する金属
箔中に電流が流れ、金属箔が発熱することにより、金属
箔に担持された排気浄化触媒が短時間で活性化温度に到
達するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平４−２０３
４１６号公報の電気ヒータ付触媒装置では、ヒータ（金
属箔積層体）に電力を供給する中心電極は中実の金属棒
から形成されており、金属箔積層体からケーシング貫通
部に至る中心電極部分の熱容量はかなり大きくなってい
る。また、中心電極はヒータに接合されているため、ヒ
ータで発生した熱と機関の排気熱はヒータ部のみならず
中心電極にも伝達され、ヒータ（金属箔積層体）と中心
電極とは同時に加熱される。従って、ヒータの発熱と排
気から与えられる熱とのうちの、かなりの割合が中心電
極を加熱するのに消費されてしまい、ヒータの昇温に比
較的長い時間を要することになる。このため、機関始動
後、触媒が活性化温度に到達するまでに時間を要し、始
動後の排気性状が悪化する問題がある。

【０００６】また、中心電極は電気抵抗が低い（すなわ
ち熱伝導率も大きい）金属材料を用いて形成されるた
め、機関の通常運転時には、ケーシング外側に位置す
る、中心電極と電力供給用導線との接続部近傍の温度も
高くなる。このため電力供給用導線が高熱により劣化し
てしまう問題が生じる。本発明は、上記問題に鑑み、ヒ
ータに接続される電極の熱容量を低減し、機関始動後に
触媒が活性化温度に到達するまでの時間を短縮可能とす
るとともに、電力供給用導線との接続部の温度を低下さ
せて、導線の熱劣化を防止することが可能な電気ヒータ
付触媒装置の電極構造を提供することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
によれば、排気通路内に、排気浄化触媒と触媒加熱用電
気ヒータとを配置し、前記電気ヒータから排気通路壁面
を貫通して外部に延設された棒状電極を介して前記電気
ヒータに通電を行う電気ヒータ付触媒装置において、前
記棒状電極を中空パイプ状に形成したことを特徴とする
電気ヒータ付触媒装置が提供される。

【０００８】請求項２に記載の本発明によれば、請求項
１において、前記中空パイプ状電極の前記排気通路内に
位置する部分を圧潰してパイプ内部空間を閉塞するとと
もに、前記排気通路外側に位置する中空パイプ状電極の
端部の中空部内に電力供給用電線を嵌挿したことを特徴
とする電気ヒータ付触媒装置が提供される。また、請求
項３に記載の本発明では、請求項１において、前記中空
パイプ状電極内部の中空部分に電極冷却用空気を供給す
る手段を設けたことを特徴とする電気ヒータ付触媒装置
が提供される。

【０００９】更に、請求項４に記載の本発明によれば、
請求項１において、前記電気ヒータは、前記中空パイプ
状電極に導通可能に接続された中心電極の周りに金属箔
を巻回して形成した渦巻状金属箔積層体からなり、前記
中空パイプ状電極は、中空パイプ状電極の排気通路内に
位置する部分に形成された不連続部分と、前記不連続部
分の中空パイプ状電極内に嵌挿され前記中空パイプ状電
極の前記不連続部分の両側を導通可能に接合する撚り線
からなる電線とを備えたことを特徴とする電気ヒータ付
触媒装置が提供される。

【００１０】また、請求項５に記載の本発明によれば、
請求項４において、前記中空パイプ状電極の前記不連続
部は、第１のパイプ状電極と、該第１のパイプ状電極内
にテレスコピック状に挿入された第２のパイプ状電極と
から構成されることを特徴とする電気ヒータ付触媒装置
が提供される。更に、請求項６に記載の本発明によれ
ば、請求項１において、前記中空パイプ状電極の前記排
気通路壁面貫通部は、前記中空パイプ状電極外周面に形
成されたフランジ状部分と、該フランジ状部分と排気通
路壁面との間に介挿された金属箔積層体と、前記フラン
ジ状部分及び前記積層体の外周を覆うホルダーとを備え
るとともに、前記金属箔積層体は、前記ホルダ内面との
間に空隙を隔てて配置された、表面に電気的絶縁被膜を
有する第１の金属箔と、前記中心電極外周面との間に空
隙を隔てて配置された、表面に電気的絶縁被膜を有する
第２の金属箔とを積層して構成されたことを特徴とする
電気ヒータ付触媒装置が提供される。

【００１１】また、請求項７に記載の本発明によれば、
請求項１において、前記電気ヒータは、前記中空パイプ
状電極に導通可能に接続された中心電極の周りに金属箔
を巻回して形成した渦巻状金属箔積層体からなり、前記
中空パイプ状電極は、前記渦巻状金属箔積層体の排気流
れ方向下流側で前記中心電極に接続されるとともに、前
記中心電極の排気流れ方向上流側端部は、前記渦巻状金
属箔積層体の排気流れ方向上流側端面より下流側に位置
することを特徴とする電気ヒータ付触媒装置が提供され
る。

【００１２】更に、請求項８に記載の本発明によれば、
請求項１において、前記電気ヒータは、前記中空パイプ
状電極に導通可能に接続された中心電極の周りに金属箔
を巻回して形成した渦巻状金属箔積層体からなり、前記
中空パイプ状電極と前記中心電極との長さは、機関冷間
時に前記中空パイプ状電極と前記中心電極とにそれぞれ
引張応力が生じるように所定量短く設定されたことを特
徴とする電気ヒータ付触媒装置が提供される。

【００１３】

【作用】請求項１に記載の本発明では、ヒータ付触媒に
接続される棒状電極は中空パイプで構成されているた
め、中実棒状電極を使用した場合に較べて電極の熱容量
が大幅に低減される。また、電極を中空パイプ状に構成
したことにより、電極の金属部質量に対する電極外周部
面積の比は中実棒状電極を使用した場合に較べて大きく
なる。このため、排気通路外部の大気に接触している部
分では放熱が促進され、機関通常運転時の電力供給導線
接続部近傍の電極温度が低下する。

【００１４】また、従来中実棒状電極を使用する場合に
は、電極端部に電力供給用導線を接続するために孔加工
などを必要としていたため、電極の加工工数が増大する
問題があった。請求項２に記載の本発明では、請求項１
の作用に加えて、パイプ状電極の内径部に直接導線を挿
入、接続するため、電極端部への導線接続が容易にな
る。また、排気通路内の中空パイプ電極部分を圧潰して
内部の空間を閉塞したため、パイプ電極内に高温の排気
ガスが進入することが防止され、導線接続部の電極温度
上昇防止効果が高められる。

【００１５】更に、請求項３に記載の本発明では、請求
項１においてパイプ状電極の中空部分に冷却空気を流す
ことにより、機関通常運転時の電極温度はさらに低下す
る。一方、請求項１の発明のように、ヒータから排気通
路外部に延設された電極を有する構造の電気ヒータで
は、機関通常運転時に排気通路内の電極が排気により高
温になり熱膨張するため、ヒータに電極から力が加わり
ヒータの耐久性が低下する問題がある。特に中心電極周
りに金属箔を巻回した渦巻状金属箔積層体の場合には、
中心電極の熱膨張により金属箔積層体中央部が軸線方向
に押圧され、金属箔の層間接合部に無理な力が加わるた
め、耐久性の低下が大きくなる。

【００１６】請求項４に記載の発明では、上記渦巻状金
属箔積層体の中心電極に接続されたパイプ状電極に不連
続な部分を形成し、この不連続部分のパイプ状電極を撚
り線で導通可能に接続したため、電極の熱膨張による変
位は上記不連続部の撚り線の変形により吸収される。こ
れにより、請求項１の作用に加え、電極の熱膨張により
ヒータに加わる力が低減される。

【００１７】さらに、請求項５に記載の本発明では、請
求項４のパイプ状電極の不連続部分を、第１のパイプ状
電極に第２のパイプ状電極をテレスコピック状に挿入す
ることにより形成している。これにより、請求項４の作
用に加え、第１と第２のパイプ状電極を接続する撚り線
に直接排気ガスが接触することが防止される。また、請
求項６に記載の本発明では、請求項１において、排気通
路壁面貫通部の、パイプ状電極のフランジ状部分と排気
通路壁面との間には絶縁被膜を有する金属箔積層体を介
挿し、金属箔積層体を構成する金属箔のうち、第１の金
属箔はホルダと接触せず、第２の金属箔は中心電極と接
触していないようにしたことにより、金属箔外周部で絶
縁被膜が欠落しているような場合にも、中心電極と排気
通路壁面とが金属箔とホルダとを介して導通することが
ない。このため、請求項１の作用に加え、中心電極と排
気通路壁面との絶縁を確実に行いながら貫通部からの排
気の洩れが防止される。

【００１８】請求項７に記載の本発明では、中空パイプ
状電極は排気流れ方向下流側で渦巻状金属箔積層体の中
心電極に接続されているため、機関始動時に金属箔積層
体に流入する排気の熱を中空状パイプ電極が奪うことが
防止され、排気による触媒加熱が良好になる。また、中
心電極が金属箔積層体上流側端面まで到達しておらず、
積層体上流側端面近傍では中心電極が存在しないため、
請求項１の作用に加え、上流側端面近傍では一層ヒータ
熱容量が低減され、触媒の温度上昇が速くなる。

【００１９】前述のように、機関通常運転時には電極の
熱膨張により電極からヒータに押圧力が加わる。請求項
８に記載の本発明では、請求項１に加え、パイプ電極と
中心電極とは、低温時に引張応力が生じるように、それ
ぞれ長さが短く設定されているため、機関通常運転時に
電極に熱膨張が生じた場合、熱膨張により生じる電極の
圧縮応力は上記引張応力と相殺されるので、電極がヒー
タを押す力は上記引張応力分だけ小さくなる。このた
め、請求項１の作用に加え、機関通常運転時に電極から
ヒータに加わる力が低減され、ヒータ耐久性が向上す
る。

【００２０】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の電気ヒータ付
触媒装置の複数の実施例を説明するが、それぞれの実施
例を説明する前に、先ず図１から図４を用いて、以下に
説明する実施例に共通した構成について説明する。な
お、各実施例の説明において、同一の部材は同一の参照
符号を付して説明する。

【００２１】図１は、電気ヒータ付触媒装置の全体を示
す断面図である。図１において、１は触媒装置全体、３
は触媒装置１のケーシングを示す。ケーシング３は円筒
状ケーシング部５と、この円筒状ケーシング部５と排気
入口フランジ７とを接続する拡管形状のコーン９、円筒
状ケーシング５と排気出口フランジ１３とを接続する縮
管形状の出口管１４とから構成される。

【００２２】また、図１に１５で示すのは、円筒状ケー
シング部５内に収納された比較的大容量の排気浄化触
媒、１０で示すのは、排気浄化触媒１５の上流側のコー
ン９内に収納されたヒータ付触媒である。また、図１に
おいて、２０はヒータ付触媒１０に電力を供給する電極
である。電極２０は、後述するようにヒータ付触媒１０
の下流側からコーン９の軸線に沿って延び、その後折り
曲げられてコーン９の壁面を貫通して外部に取り出され
る。電極２０がコーン９壁面を貫通する部分（貫通部）
２５では、電極２０はコーン９壁面とは電気的に絶縁さ
れ、コーン９に保持されている。また、コーン９の外部
側の電極２０の端部３０は図示しないバッテリのプラス
端子に導線３５、通電制御回路（図示せず）を介して接
続されている。図１に３６で示すのは、電極２０と導線
３５との接続部を覆う保護カバーである。一方、コーン
９は図示しない接地端子を介してバッテリのマイナス端
子に接続されている。

【００２３】ヒータ付触媒１０は、以下の実施例では後
述する渦巻状金属箔積層体に排気浄化触媒を担持した構
成とされ、その外周部はコーン９に、また中心部は電極
２０にそれぞれ導通可能に接続されている。また、下流
側の触媒１５は、金属またはセラミック等の円筒ハニカ
ム状担体に排気浄化触媒を担持させた公知の構造であ
り、ヒータ付触媒１０は下流側触媒１５に較べて容量は
かなり小さい。

【００２４】機関始動時に通電制御回路を作動させ、電
極２０とバッテリとを接続すると、後述のようにヒータ
付触媒１０内を電極２０からコーン９に向かう半径方向
の電流が流れ、ヒータ付触媒１０は通電により発熱す
る。ヒータ付触媒１０は小容量であるため、この発熱に
より極めて短時間で昇温し、担持された触媒が活性化温
度に到達する。このため、ヒータ付触媒１０では機関始
動後短時間で触媒作用が開始され、始動後の排気が浄化
される。また、機関始動時には、排気中に比較的多量の
未燃ＨＣ成分が含まれるため、これらの未燃ＨＣ成分は
ヒータ付触媒１０により酸化され、発生する酸化熱によ
りヒータ付触媒１０全体の温度が上昇するとともに、ヒ
ータ付触媒１０で高温になった排気が下流側触媒１５に
流入する。これにより、比較的短時間で大容量の下流側
触媒１５の温度も上昇し、下流側触媒１５でも排気浄化
作用が開始される。

【００２５】図２から図４はヒータ付触媒の詳細を示す
図である。以下の実施例では、ヒータ付触媒１０は図２
に示すように、金属製の波箔１１と平箔１２とを重ねて
それぞれの長手方向端部を電極２０に接合した後、波箔
１１と平箔１２とを重ねた状態のまま電極２０の周りに
巻回し、巻き締めた構造の渦巻状の金属箔積層体として
構成されている。また、このように渦巻状金属箔積層体
１０を形成した後、積層体１０はコーン９内に挿入さ
れ、積層体１０の外周部はコーン９内周面に導通可能に
接続される。

【００２６】図３は上記により構成された渦巻状金属箔
積層体（ヒータ付触媒）１０の、図１の矢印III-III 側
からみた端面（排気流れ方向上流側端面）を示す。上記
のように波箔１１と平箔１２とを重ねて中心電極周りに
巻回した結果、渦巻状積層体２は、図３に示すように波
箔１１と平箔１２との間の空隙により形成された軸線方
向の通路３１が中心電極３の周りに渦巻き状に配列した
構成となっている。また、後述のように、波箔１１、平
箔１２の表面には排気浄化触媒が担持されており、触媒
装置１のコーン９を内燃機関の排気系に接続して排気を
上記軸線方向通路３１を通して流すことにより、排気中
の有害成分を触媒と接触させて浄化する。

【００２７】波箔１１と平箔１２とは、以下の実施例で
はともにアルミニウムを含有する鉄系合金（例えば、２
０％Ｃｒ−５％Ａｌ−７５Ｆｅ）等の、厚さ５０ミクロ
ン程度の箔材から構成される。また、以下に説明する実
施例では、これら波箔１１と平箔１２の表面には必要に
応じて予め、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の金属酸
化物からなる厚さ１ミクロン程度の電気的絶縁層が形成
されている。このアルミナ層は、電気的絶縁層として機
能する他、触媒を担持する担持層としての機能を有する
ため、上記アルミナ絶縁層を有していない金属箔（以下
「生箔」という）を使用して積層体を形成した場合に
は、積層体形成後に全体を焼成することにより生箔表面
に絶縁層を形成する。このアルミナ層には、含浸等によ
り白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄ等の触媒成
分が担持せしめられる。

【００２８】また、以下の実施例では、渦巻状金属箔積
層体１０の上流側端面では、波箔１１と平箔１２とは局
所的に導通可能に接合され、これらの接合部により中心
電極２０からコーン９に向かう放射状の電流路が形成さ
れている。図３に黒塗りの点で示したのは波箔１１と平
箔１２とが導通可能に接続された点であり、図３の例で
はこれらの接合部により中心電極から十字状に延びる電
流路３２が形成されている。

【００２９】図４は、図３の IV − IV 線に沿った断面
を示す。図４に示すように、波箔１１と平箔１２との導
通可能な接合部４３は箔の幅方向全体には設けられてお
らず、渦巻状金属箔積層体１０の上流側端面近傍（例え
ば、端面から３ミリメータ程度以下の深さ）にのみ設け
られている。これらの導通接合部４３は、例えば金属箔
積層体形成時にレーザ溶接等により、金属箔表面の絶縁
層を破壊して金属箔母材を接合することによって形成す
る。また、導通接合部４３を形成する部分の波箔１１と
平箔１２との間に、絶縁被膜（Ａｌ₂Ｏ₃）を構成する
金属（アルミニウムＡｌ）より還元性の強い金属（例え
ば、ジルコニウムＺｒ）を含むロウ材箔を巻き込んで積
層体を構成し、全体を加熱することにより酸化被膜を還
元しつつ波箔１１と平箔１２とをロウ付け接合するよう
にしてもよい。

【００３０】上記のように渦巻状金属箔積層体１０に極
めて狭い断面積の電流路３２を形成した結果、通電時に
は電流はこの電流路３２に局部的に集中して流れるた
め、電流路３２では短時間で温度が上昇し、担持された
触媒が活性化温度（例えば３００から４００度Ｃ）に到
達する。なお、このように電流路３２を形成したため、
通電時には電流路３２（正確には波箔１１と平箔１２と
の導通接合部）のみが集中的に加熱され、他の部分より
早く触媒活性化温度に到達することになるが、これらの
導通接合部で触媒作用が開始されると、未燃ＨＣ等の酸
化により発生した熱が導通接合部の周囲に伝達され、周
囲の部分でも連鎖的に触媒が活性化して行くため、短時
間で渦巻状金属箔積層体１０の全体が活性化温度に到達
する。すなわち、電流路３２を構成する波箔１１と平箔
１２との導通接合部は、いわば火種としての機能を果た
している。

【００３１】従って、短時間で全体の温度を上昇させる
ためには、金属箔積層体（ヒータ付触媒）１０の熱容量
をできるだけ小さくすることが好ましい。ところが、従
来のように、電極２０を中実の金属棒で構成している
と、積層体を構成する金属箔の熱容量に対して中心電極
の熱容量が大きくなるため、ヒータ付触媒の熱容量全体
が増大し、前述のようにヒータ付触媒全体の昇温に時間
を要する問題が生じる。本発明は、電極２０を中空パイ
プ状に形成することにより解決している。

【００３２】図５は、本発明の第１の実施例の電気ヒー
タ付触媒装置１のヒータ付触媒１０部分の拡大断面図を
示している。なお、図５において、図１から図４とおな
じ参照符号はこれらと同一の部材を示している。また、
本実施例の、図５に図示していない部分は図１と同様な
構成とされている。図５に示すように、本実施例におい
ては、電極２０は中実金属棒ではなく、耐熱金属（例え
ば、ステンレス鋼）製の中空パイプから形成されてい
る。電極２０は、図１と同様に、ヒータ付触媒１０下流
側で折り曲げられ、コーン９を貫通して外部に取り出さ
れている。この電極２０の貫通部２５の構造について
は、後に詳述する。

【００３３】このように中空パイプ状の電極を採用した
ことにより、中実の電極を使用した場合に較べて、電極
の曲げ剛性等の強度を高く維持しながら電極の熱容量を
大幅に低減することが可能となる。このため、機関始動
時にヒータ付電極１０の導通接合部で発生した熱量のう
ち、電極の温度を上昇させるために消費される熱量の割
合が低減され、同一の発生熱量でも短時間でヒータ付電
極全体の温度を上昇させることが可能となる。これによ
り、機関始動後の排気性状の悪化を効果的に防止するこ
とが可能となる。また、従来の中実電極に較べて中空パ
イプ状電極を使用したことにより、電極の重量を低減す
ることができ、触媒装置全体の軽量化を図ることが可能
となる。

【００３４】さらに、電極２０を中空パイプ状に形成し
たことにより、電極の金属部質量に対する電極外周部面
積の比は中実棒状電極を使用した場合に較べて極めて大
きくなる。このため、貫通部２５の外側で大気に接触し
ている電極２０の部分では放熱が促進され、機関通常運
転時の電力供給導線接続部近傍の電極温度の上昇を抑制
することができ、電極２０に接続される導線３５の耐久
性を向上させることができる効果が得られる。

【００３５】次に、本実施例の電極２０のコーン９貫通
部２５の構成について説明する。前述のように、貫通部
２５は排気流や車両の振動に対して電極２０をコーン９
に堅固に固定するとともに、電極２０とコーン９とを電
気的に絶縁して電極２０とコーン９との間で短絡が生じ
ることを防止する必要がある。また、貫通部から排気ガ
スが外部に洩れることを防止するため、ガスシールの機
能を備える必要がある。

【００３６】図６は、本実施例の貫通部２５の構成の一
例を示す詳細図である。図６において、コーン９のパイ
プ状電極２０貫通部２５には、コーン９に溶接固定され
た円筒状のホルダ６１が設けられている。また、貫通部
２５部分の電極の外周には後に説明するフランジ部６２
が形成されている。ホルダ６１は金属製の円筒の両端を
折り曲げて断面をコ字形状になるように形成しており、
ホルダ６１の上面６１ａと下面６１ｂの内径はパイプ状
電極２０の外径より大きい。また、ホルダ６１の円筒側
面部６１ｃの内径は前述のフランジ６２の外径より大き
く形成されている。電極２０のフランジ部６２は、図に
６５ａ、６５ｂで示す、例えばセラミック材料等からな
る絶縁部材を介してホルダー６１に保持される。環状の
絶縁部材６５ａ、６５ｂは、外周部がホルダー６１の円
筒状側面内面に、また内周部が電極２０の外周面にそれ
ぞれ気密に接触しており、これらの部分からの排気ガス
の洩れが封止されている。

【００３７】電極２０をコーン９に固定する際には、先
ず、下面６１ｂのみを折り曲げたホルダー６１をコーン
９の開口部に溶接し、絶縁部材６５ｂ、６５ａとともに
電極２０のフランジ部６２をホルダー６１内に挿入し、
その後ホルダー上面６１ａを内側に折り曲げ、カシメる
ことにより貫通部２５を形成する。このように貫通部２
５を形成した結果、電極２０（及びフランジ部６２）の
外周は、ホルダー６１（及びその上下面６１ａ、６１
ｂ）の内面とは接触することなく絶縁部材６５ａ、６５
ｂにより堅固に支持されるため、電極とホルダー（コー
ン）との絶縁、およびガスシールが維持される。

【００３８】従来のように、中実の電極を使用している
場合、電極２０のフランジ部６２は、電極２０と一体に
削り出すか、フランジ部６２を別途製作して後から電極
外周に溶接することにより形成する必要があった。本実
施例では、フランジ部６２は、パイプ電極２０をプレス
により塑性加工してパイプ電極２０と一体に形成され
る。これにより、従来のように切削加工や溶接によりフ
ランジ部を形成する必要がないため、加工工数を低減す
ることが可能となっている。

【００３９】次に、図７に貫通部２５の構成の別の例を
示す。中心電極２０には、排気流や車両走行中の振動、
熱膨張などにより複雑な力が作用しており、貫通部２５
近傍で電極を軸線周りに回転させようとするモーメント
が生じる場合がある。このため、貫通部２５でナット等
の締結部材を用いて電極２０を固定していると、この回
転モーメントによりナット等の締結部材に緩みを生じる
場合があった。

【００４０】図７の実施例は、ナット等の締結部材を使
用する形式の貫通部２５の構成において、上記回転電極
２０に加わる上記回転モーメントにより締結部材の緩み
が生じることを防止することを目的としている。図７に
おいて、６１はコーン９に溶接された円筒状ホルダーを
示す。本実施例では、ホルダー６１の内周面にはネジ山
が刻設されており、このネジ山にキャップ７１が螺合す
るようになっている。本実施例では、パイプ状電極２０
の外周には、図６と同様なフランジ６２が形成されてお
り、このフランジ６２の上下にセラミック材料（例え
ば、アルミナ等）から成形した絶縁部材７２ａ、７２ｂ
を介挿して、キャップ７１をホルダー６１に締結するこ
とにより電極２０の絶縁と固定とを行う。なお、フラン
ジ部６２の外径は絶縁部材７２ａ、７２ｂの外側にフラ
ンジが突出することがないように絶縁部材７２ａ、７２
ｂより小さく設定されており、フランジ６２とホルダー
６１内面とが接触することはない。

【００４１】次に、本実施例の緩み防止機構について説
明する。図８、図９、図１０は、図７のＢ−Ｂ断面にお
ける、それぞれ電極２０、絶縁部材７２ａ、ホルダー６
１の形状を示している。本実施例では、図８に示すよう
に、貫通部２５部分におけるパイプ状電極２０の断面は
真円形状ではなく、回り止めのための平坦部８１を有す
る形状とされており、図９に示すように、絶縁部材７２
ａ、７２ｂの電極を挿通する中心孔も、図８の電極断面
形状に合致するように平坦部９１を有する形状とされて
いる。更に、上記に加えて絶縁部材７２ａ、７２ｂの外
周部は、一部が切り欠かれて平坦部９２を形成してい
る。また、図７、図１０に示すように本実施例のホルダ
ー６１には、内部に上記絶縁部材の平坦部９２に係合す
る突起１０１が形成されている。

【００４２】電極２０を貫通部２５に固定する際には、
先ず電極２０の平坦部８１と絶縁部材７２ａ、７２ｂの
平坦部９１とを合致させて電極２０を絶縁部材７２ａ、
７２ｂの中心孔に挿入する。次いで、絶縁部材７２ａ、
７２ｂの外周の平坦部９２とホルダー６１の突起１０１
の位置とを合致させて電極２０と絶縁部材７２ａ、７２
ｂとをホルダー内に挿入し、キャップ７１をホルダー６
１に締結する。

【００４３】このように貫通部２５を構成した結果、本
実施例では絶縁部材７２ａ、７２ｂはホルダー６１内の
突起１０１により回転を阻止され、電極２０は絶縁部材
７２ａ、７２ｂの平坦部９１により回転を阻止される。
このため、電極２０に回転モーメントが作用した場合で
も、電極２０と絶縁部材７２ａ、７２ｂは回転しないた
め、キャップ７１に緩みを生じない。

【００４４】また、図１１は上記のように、電極２０や
絶縁部材７２ａ、７２ｂに平坦部を形成したりホルダー
６１内に突起１０１を設けることなく簡易にキャップ７
１の緩みを防止する構成を示している。図１１では、パ
イプ状電極２０、絶縁部材７２ａ、７２ｂの断面は真円
形状とされているが、キャップ７１と絶縁部材７２ａ、
絶縁部材７２ａとフランジ６２、フランジ６２と絶縁部
材７２ｂ、及び絶縁部材７２ｂとホルダー６１との間に
は、それぞれ可撓性を有する金属箔（例えば、厚さ３０
から１００ミクロンメータ程度のステンレス箔）１１１
が介挿されている。従来、セラミック製絶縁部材７２
ａ、７２ｂを用いる場合には絶縁部材の割れを防止する
ため、キャップ７１の締結力を低く設定する必要があ
り、このため、キャップの緩みが生じることとなってい
た。本実施例では、各部材の間に介挿された可撓性を有
する金属箔が、クッションとしての役割を果たすため、
キャップ７１を高いトルクで締結しても絶縁部材７２
ａ、７２ｂが損傷することがない。このため、キャップ
７１の締結力を高く設定することができるため、簡易な
構成でキャップ７１の緩みを防止することができる。

【００４５】なお、部材間に介挿する金属箔の数は、好
ましくはそれぞれ複数枚（２〜３枚）とされるが、各部
材間に一枚だけ金属箔を介挿した場合でも充分な緩み止
め効果を得ることができる。また、図７から図１１の貫
通部構成は中実電極を用いた場合にも採用することがで
きる。

【００４６】次に図１２(A) 、(B) に貫通部２５の構成
の他の実施例を示す。前述の貫通部の構成例では、セラ
ミック材料などからなる絶縁部材を介して電極２０をホ
ルダー６１に固定することにより、貫通部の絶縁性とガ
スシール性を維持していた。しかし、セラミック製の絶
縁部材は割れ、欠け、等の損傷が生じやすい。そこで、
図１２(A) 、(B) に示す実施例では絶縁部材を介挿する
ことなく貫通部２５を構成している。

【００４７】図１２(A) において、ホルダー６１はパイ
プの一端をプレス加工により拡管して形成される。すな
わち、ホルダー６１のコーン９に接続される側はプレス
加工により拡管され、パイプ電極２０の径に対して比較
的大きい空洞部１２１が形成されている。また、ホルダ
ー６１形成後、ホルダー内周面には後述する方法により
絶縁被膜が形成される。また、本実施例では、ホルダー
６１の直管部１２２の内径はパイプ状電極２０の径より
僅かに大きく設定されている。

【００４８】パイプ電極２０は、ホルダー６１に挿入し
た状態で、拡管を行い、パイプ電極２０の外周をホルダ
ー６１の直管部１２２内周面に密着させるとともに、直
管部１２２の両側部分のパイプ電極外周にフランジ１２
４を形成する。これにより、パイプ電極２０はホルダー
６１に密着して堅固に固定されるとともに、パイプ電極
外周とホルダー６１内面との間からの排気ガスの洩れが
阻止される。

【００４９】なお、ホルダー６１内周面に形成する絶縁
性被膜は、ホルダー６１内周面との密着性が良好で、か
つ剥離が生じにくい被膜を形成できるものであれば使用
可能であるが、例えば、ＣＶＤ（化学蒸着）法により形
成したＴｉＣＮ、ＴｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃等の被膜が好まし
い。また、ホルダー６１をアルミニウムを含む鉄系合金
（例えば、２０％Ｃｒ−５％Ａｌ−７５Ｆｅ）等を用い
て製作し、その後酸化雰囲気で高温焼成（例えば１１０
０〜１３００度Ｃ程度で１〜３時間）することにより、
ホルダー６１表面全体にＡｌ₂Ｏ₃の被膜を析出させる
ようにしてもよい。また、パイプ電極２０の拡管は、例
えば、パイプ電極２０の拡管箇所の両側からパイプ軸線
方向に圧縮応力を与える方法、パイプに液体により内圧
を加える方法、ウレタン等により内圧を加える方法等に
より行うことができる。

【００５０】また、ホルダー６１はパイプから製作する
必要はなく、金属ブロック等から機械加工等によって製
作しても良い。さらに、パイプ電極２０との密着部は、
図１２(A) のように直管状以外にも、例えば図１２(B)
に示すように中央が膨らんだ紡錘形状、或いは、逆に両
端が膨らんだ鼓形状（図示せず）としても良い。また、
上記紡錘形状、鼓形状の両端に図１２(A) のようなフラ
ンジ状部分１２４を形成するようにすれば、シール性能
と強度とをさらに向上させることができる。

【００５１】次に図１３、図１４に、上記と同様の絶縁
被膜を用いて電極とコーンとを絶縁する別の貫通部２５
の構成例を示す。図１３においてホルダー６１は直管状
に形成され、パイプ状電極２０は金属円筒状のスペーサ
１３１を介してホルダー６１に固定されている。本実施
例では、ホルダー６１、スペーサ１３１、パイプ状電極
２０のいずれか１つまたはそれ以上の部材の、他の部材
との接触面には、前述の方法のいずれかにより絶縁被膜
が形成されている。また、パイプ電極２０とスペーサ１
３１およびスペーサ１３１とホルダー６１とは、形成さ
れた絶縁被膜を保持したまま圧入、焼き嵌め、ロウ付け
などを行うことにより相互に固定される。図１３のよう
に貫通部２５を構成することにより、電極２０を堅固に
ホルダー６１に固定できる。また、この方法によれば、
各部材の寸法精度を高く維持することができるため、接
触部のガスシールを完全に行うことが可能となるととも
に、複数の部材に上記絶縁被膜を形成するようにすれ
ば、電極２０とホルダー６１との絶縁をより確実に行う
ことが可能となる。

【００５２】図１４は、ナット１４１でパイプ電極２０
を固定する形式の貫通部２５の構成を示す。本実施例で
はパイプ電極２０には、フランジ６２が形成されてお
り、ホルダー６１は電極２０を挿通する中央孔を有する
上面６１ａを備えている。また、パイプ電極２０の外周
には、ナット１４１と螺合するネジ山１４２が刻設され
ている。本実施例では、パイプ電極２０をホルダー６１
の上面６１ａの中央孔に挿通し、フランジ６２とホルダ
ー上面６１ａ、及びホルダー上面６１ａとナット１４１
との間にそれぞれ金属製のスペーサ１４３ａ、１４３ｂ
を介挿してナット１４１を締結することによりパイプ電
極２０をホルダー６１に固定する。本実施例において
も、パイプ電極２０、ホルダー６１、ナット１４１、ま
たはスペーサ１４３ａ、１４３ｂ等の部材表面に前述の
絶縁被膜を形成することにより電極とホルダーとの絶縁
性を保つことができる。また、本実施例によれば、金属
製のスペーサが絶縁部材として機能するため、ナット１
４１の締結力を高く設定することができ、ナット１４１
の緩み防止、及びガスシール性能の向上を図ることがで
きる。

【００５３】図１５は、貫通部２５のみならず、パイプ
電極２０の外周面全体に絶縁被膜１５１（図１５に斜線
で示す）を形成した例を示す。本実施例では、絶縁被膜
１５１は、電気的絶縁とともに電極２０への排気ガスか
らの熱伝達を防止する目的で設けられており、図１２か
ら図１４に示すものより厚く、セラミック材の溶射など
により形成される。また、貫通部２５では、電極は図１
２から１４に示した方法のいずれかでホルダーに固定さ
れる。

【００５４】このように、電極２０の排気ガスと接する
部分の表面ににセラミック等の絶縁層を設けたことによ
り、通常運転時に排気ガスから電極に伝達される熱量が
低減するため、電極の温度を低く維持することが可能と
なるため、パイプ電極２０を採用した効果とあいまっ
て、導線接続部での電極温度を低下させ、導線の耐久性
を更に向上させることが可能となる。

【００５５】なお、排気ガスからの熱伝達を低減するた
めに、排気通路内に位置する電極２０部分の絶縁層の厚
さを貫通部２５部分の絶縁層より厚くするようにしても
よい。次に、図１６に、上記と同様の絶縁層をパイプ電
極２０の表面全体に設けた構成の別の実施例を示す。

【００５６】本実施例では、パイプ電極２０の表面全体
には図１５と同様の絶縁層１５１が設けられているのに
加え、パイプ電極２０の外周全体を蛇腹状の伸縮管１６
１で覆っている。蛇腹管１６１は、例えばステンレス鋼
等の耐熱金属からなり、パイプ電極２０の外径より僅か
に小さい内径を有している。このため蛇腹管１６１にパ
イプ電極２０を挿入することにより、蛇腹管１６１がパ
イプ電極２０外周部に固定される。また、本実施例で
は、蛇腹管１６１はパイプ電極２０の貫通部２５も覆っ
ており、蛇腹管１６１の外径よりやや小さい内径を有す
るホルダー６２に電極２０と蛇腹管１６１とを挿入する
ことにより、蛇腹管１６１の外周部とホルダー６１内周
部とが密着する。これによりパイプ電極２０は蛇腹管１
６１を介してホルダー６１に保持され、同時にホルダー
６１と蛇腹管１６１外周、及び蛇腹管１６１内周とパイ
プ電極２０外周との間のガスシールが行われる。

【００５７】本実施例によれば、パイプ電極２０外周の
絶縁層の効果に加え、蛇腹管１６１で電極２０の周囲を
覆ったことにより、通常運転時に高温の排気ガスが電極
に直接接触しないため、更に電極の温度上昇を低下させ
ることが可能となる。また、本実施例では、貫通部２５
において、蛇腹管１６１はホルダー６１内周面及び電極
２０外周面とは接触しているだけであり、これらとは強
固に接合されていない。このため、通常運転時にパイプ
電極２０等に熱膨張が生じた場合でも、蛇腹管１６１と
ホルダー６１または電極２０との接触部が僅かに移動、
変形することにより電極２０の支持とガスシールとの効
果を損なうことなく熱膨張を吸収することが可能とな
り、電極２０や触媒を担持する金属箔積層体１０に過大
な熱応力が加わることを防止できる。

【００５８】図１６の実施例では、熱膨張による電極２
０等の変形を貫通部２５の電極支持部分で吸収すること
により電極や金属箔積層体に過大な熱応力が生じること
を防止している。このように貫通部２５での電極２０に
対する拘束を比較的弱くして電極を支持する構成（以下
「電極のフローティング支持」という）は、熱膨張の吸
収以外にも、電極２０や他の部材の製作公差による寸法
のばらつきを吸収して組付けを容易に行うことができる
利点がある。以下に、電極２０をフローティング支持す
る貫通部２５の構成の他の実施例について幾つか説明す
る。

【００５９】図１７は、クッション部材１７１とシール
部材１７２とを用いたフローティング支持構造の例を示
している。図１７において、貫通部２５部分ではパイプ
電極２０は、フランジを有さない直管状に形成され、そ
の外周面には図１２または図１５の例で説明したと同様
な絶縁被膜１７３が形成されている。また、本実施例で
は、キャップ１７４は、上記クッション部材１７１、シ
ール部材１７２をパイプ電極２０に装着してホルダー６
１に挿入した後でホルダー６１上部に溶接される。

【００６０】クッション部材１７１は、ステンレス鋼等
の耐熱金属繊維を綿状又はメッシュ状に成形したもの
を、弾力性を失わない程度に圧縮することにより中心孔
を有する円板状に形成している。また、シール部材１７
２は、セラミックス、ガラス等の繊維を綿状又はメッシ
ュ状に成形したものを、同様に弾力性を失わない程度に
圧縮して中心孔を有する円板状に形成している。クッシ
ョン部材１７１、シール部材１７２は、ホルダー６１に
挿入する際にキャップ１７４により所定の圧縮力が加え
られる。また、キャップ１７４のパイプ電極２０挿通孔
は、キャップ１７４がパイプ電極２０外周と接触しない
ようにパイプ電極２０の外径より大きな径とされてい
る。

【００６１】図１７の実施例では、クッション部材１７
１とシール部材１７２とによりパイプ電極２０がフロー
ティング支持される。また、本実施例では、電極２０外
周は弾力性のあるクッション部材１７１、シール部材１
７２のみと接触しており、ホルダー６１やキャップ１７
４等の硬度の高い金属部と接触していないため、パイプ
電極２０外周の絶縁被膜の耐久性が向上する効果があ
る。また、シール部材１７２の両側をクッション部材１
７１で挟む構造としているため、大気側からの泥水の侵
入や、排気ガス圧力の脈動が直接シール部材に到達する
ことを効果的に阻止でき、シール部材１７２の劣化が防
止される。

【００６２】図１８は、外周にフランジ部６２を形成し
たパイプ電極２０と、図１７と同様なホルダー６１、キ
ャップ１７４とを用いて電極２０のフローティング支持
を行った例を示す。本実施例では、パイプ電極２０外周
には絶縁被膜は形成されておらず、フランジ６２の両側
に絶縁碍子１８１を配置することにより電極２０の絶縁
を行っている。また、絶縁碍子１８１とキャップ１７
４、ホルダー６１との間には、図１７と同様なクッショ
ン部材１７１が配置されており、フランジ部６２の外周
とホルダー６１との間には、図１７と同様なシール部材
１７２が配置されている。本実施例では、絶縁用に碍子
１８１を用いているが各部材の熱膨張や振動をシール部
材で吸収できるため、碍子１８１に過大な力が加わって
損傷することが防止される。

【００６３】図１９(A) (B) は、ロックナット１９１を
使用したフローティング支持構造を示す。図１９(A)
(B) において、パイプ電極２０にはフランジ６２と外周
ネジ部１４２が形成されており、このネジ部にロックナ
ット１９１を螺合して押圧部材１９２を押圧することに
よりパイプ電極２０を支持する構造とされる。また、図
１９(A) (B) において、１７２で示したのは、図１７と
同様なシール部材、１９３で示したのは、中心孔を有す
る円板状の碍子である。図１９(A) (B) では、シール部
材１７２と碍子１９３とにより、ホルダー６１との絶縁
を維持しながらパイプ電極２０を支持している。また、
ロックナット１９１を使用したことにより、パイプ電極
２０をフランジ部６２とロックナット１９１との２か所
で支持することができ、電極２０のフローティング支持
を行いながら支持強度を向上させることができる。ま
た、図１９(B) では、ロックナット１９１側にシール部
材１７２を配置したことにより、大気側からの泥水の侵
入を効果的に防止することが可能となっている。

【００６４】以上、パイプ電極２０のコーン９貫通部２
５の構成について説明したが、後述するように、上記以
外の貫通部構成も可能である。次に、パイプ電極２０の
断面形状について説明する。図５で説明したように、本
発明では電極２０を中空パイプ形状とすることにより電
極２０の熱容量を低減するとともに、運転中の電極端部
３０の温度上昇を抑制して端部３０に接続される導線３
５の耐久性を向上させている。この温度上昇抑制効果
は、パイプ電極２０の断面形状を適切な形状にすること
により、さらに向上させることができる。

【００６５】図２０は、中実丸棒で電極２０を構成した
場合の問題点を示す図である。図２０に示すように、電
極２０の横断面を円形にした場合、排気流を電極が横切
る部分では排気流は電極前面に衝突して急激に流れ方向
を変えられることになる。このため、電極２０の前面
（排気流れ方向上流側の面）２０１では排気流の運動エ
ネルギーが電極２０に与えられ温度が上昇する。このた
め、運転中の電極２０の温度は排気流の全温度（排気の
温度に排気の運動エネルギーを温度上昇に換算した値を
加えた温度）近くまで上昇する問題がある。

【００６６】図２１に示す例では、電極２０の排気流を
横切る部分の断面形状を、排気の流れを乱さない形状に
することにより、排気の運動エネルギーに相当する量だ
け中心電極温度を低下させている。図２１(A) はパイプ
電極２０断面を中空楕円形状とした場合、図２１(B) は
電極２０の断面を図２１(A) の中空楕円を半割りにした
形状とした場合、図２１(C) は断面を涙滴型形状（また
は翼型）とした場合、図２１(D) はパイプ電極２０の断
面を偏平にした場合を示す。電極断面形状を図２１のよ
うに形成することにより、排気流の流線は電極の前面に
衝突することなく電極断面に沿って流れるため、排気の
運動エネルギーによる電極温度上昇が防止される。

【００６７】また、本発明では電極２０を中空パイプ構
造とすることにより、電極２０の曲げ剛性（断面係数）
を大幅に低下させることなく電極断面積（金属質量部体
積）を低減することにより電極２０の熱容量低下と軽量
化とを図っている。しかし、電極２０の熱容量低減と軽
量化のみに着目すれば、中実の電極を使用した場合でも
断面形状の工夫によりある程度の効果を達成することが
可能である。図２２(A) (B) は本発明を構成するもので
はないが、中実電極を用いて電極２０の熱容量低下と軽
量化とを達成可能な電極断面形状の例を示している。す
なわち、図２２(A) は電極２０の断面を十字型にした場
合、図２２(B) は電極２０の断面を偏平な楕円形状とし
た場合を示す。図２２(A) では、電極横断面の断面係数
を高く維持しつつ断面積（金属質量部体積）を低減して
いる。また、図２２(B) では、電極２０を断面の楕円長
軸が排気流に沿う向きに配置することにより、排気流に
よる抵抗を低減するとともに、曲げ剛性を向上させてい
る。

【００６８】次に、図５のコーン９について説明する。
図５において、コーン９は、排気入口フランジ７が接続
される入口部分９ａ、ヒータ付触媒１０が収納される円
筒状部分９ｃ及び入口部分９ａと円筒状部分９ｃとを接
続する拡大管部分９ｂ、円筒状部分９ｃと下流側触媒１
５を収納する円筒状ケーシング５とを接続する第２の拡
大管部分９ｄとから構成される複雑な形状をしている。
従来、コーン９は９ａから９ｄの４つの部分を別々に製
作し、これらを互いに溶接することにより形成していた
ため、部材間の溶接箇所が多く、溶接による歪が生じた
り製作工数が多くなる問題があった。図５の実施例で
は、この問題を、コーンをステンレス管を拡径及び縮径
加工することによりコーン９全体を一体に成形すること
により解決している。

【００６９】すなわち、図５に示したコーン９は、円筒
状部分９ｃと同じ径のステンレス素管を用いて、入口部
分９ａ及び拡大管部分９ｂに相当する部分を縮径加工に
より形成するとともに、第２の拡大管部分９ｄに相当す
る部分を拡径加工により形成している。このように、コ
ーン９をステンレス管の拡縮加工で一体に形成したこと
により、溶接部の数は、円筒状ケーシング５及び排気入
口フランジ７とコーン９との接続部のみに低減できるた
め、コーン９の製作工数を大幅に低減することができる
とともに、各部分の寸法精度（特に、ヒータ付触媒１０
を収納する円筒状部分９ｃの内径の寸法精度）を向上さ
せることができる。

【００７０】また、従来、コーン９の接地電極はコーン
９の円筒状部分９ｃ側面に溶接することにより取付けて
いた。このため、接地電極はコーン９から半径方向に突
出することとなり、コーン９の搬送や組付けの際に破損
が生じ易くなっていた。また、コーン９に接地電極を直
接溶接するため、円筒状部分９ｃに溶接歪を生じたり、
コーン９の周囲に均一に保温材を巻く際の障害となる問
題が生じていた。

【００７１】本実施例では、従来のように接地電極を別
途溶接することを止めて排気入口フランジ７を接地電極
として使用している。すなわち、本実施例では、図５に
示すように排気入口フランジ７を排気通路に取り付ける
フランジボルト５２を利用して接地導線５３の端子５４
を共締めしている。これにより、接地電極を別途設ける
ことなくコーン９を接地することが可能となるため、溶
接による歪を防止し、保温材の均一な取付けを行うこと
ができる他、コーンの製作及び組付け工数を低減するこ
とが可能となっている。

【００７２】次に、図２３を用いて請求項２に対応する
本発明の実施例について説明する。図２３(A) は本実施
例の電極２３１を排気流れ方向下流側から見た図、図２
３(B) は電極２３１を側面方向から見た図である。本実
施例では、ヒータ付触媒１０の中心電極２３０部分は中
実の金属丸棒で形成され、排気流を横断する電極部分２
３１のみが中空パイプから形成されている。また、パイ
プ電極２３１は中途から軸線方向に沿って半割りにさ
れ、半割り部分の一方を除去するとともに、残りの半割
り部分を平板状に圧延している。また、この電極２３１
の平板状に形成された部分２３１ａには、湾曲部２３１
ｂが形成されており、平板状部分２３１ａの端部は排気
流れ方向に延設された前記中心電極２３０の端部に溶接
されている。また、この平板状部分２３１ａは排気流に
対する投影面積が最小になるように排気流れ方向に沿っ
て形成されている。

【００７３】また、平板状部分２３１ａと中空パイプ部
分との境界では、パイプ電極２３１端部２３１ｃは挟み
潰され、更に本実施例ではこの部分を溶接して密封する
ことによりパイプ内部空間を閉塞してパイプ内部に排気
が侵入することを防止している。また、コーン９を貫通
して外部側に取り出されたパイプ電極２３１の端部は、
拡管され、この拡管部分に被覆２３３を有する電力供給
導線３５が挿入され、被覆から露出した導線３５の先端
はパイプ電極２３１内周面にカシメまたは溶接により導
通可能に接合されている。

【００７４】本実施例では、導線３５は耐熱性に優れた
ニッケル線が使用され、その周囲をガラス繊維等被覆材
２３３で覆ってある。図２３のように、中空パイプ電極
端の拡管部に被覆２３３とともに導線３５を挿入し、拡
管部をカシメることにより、被覆２３３端部はパイプ電
極２３１内に保持されるため、被覆２３３端部のほつれ
による被覆の剥離等が防止される。

【００７５】なお、図２４は従来の中実電極を用いた場
合の電極と導線との接続部を示す図である。従来の中実
電極では、電極２４１の端部に段付の孔加工を施し、段
付孔の大径部２４２に被覆２３３とともに導線３５を挿
入して被覆端部を保持するとともに、段付孔小径部２４
３には被覆を取り除いた導線３５部分を挿入する。ま
た、電極２４１の側面に段付孔小径部２４３に達する孔
２４４を穿設して、孔２４４部分で外部から導線３５を
電極の小径部２４３に溶接している。このため、従来の
中実電極では、電極２４１の端部に段付孔の加工が必要
とされ、工数が増大する問題があった。

【００７６】これに対して、図２３の実施例によれば、
電極を中空パイプで形成し、その端部を拡径加工してい
るため、導線３５挿入のための段付孔加工が不要とな
り、電極の製作工数を低減できる効果がある。また、排
気通路中の中空パイプ電極２３１を途中から平板状に形
成し、湾曲部２３１ｂを形成しているため、パイプ電極
２３１の熱膨張は湾曲部２３１ｂの弾性変形により吸収
され、ヒータ付触媒１０に過大な応力が作用することを
防止することができる。

【００７７】なお、湾曲部２３１ｂは、図２５(A) 示す
ように二重に構成してもよいし、図２５ｂに示すよう
に、中空パイプ電極２３１の半割り部分の一方を除去せ
ずに両方を平板状にして互いに反対方向に２つの湾曲部
を形成するようにしてもよい。また、図２６に示すよう
に、湾曲部を形成する代わりに、平板状部分２３１ａを
９０度捩じって中心電極２３０に接続するようにすれ
ば、中心電極２３０の熱膨張も同時に吸収することがで
きる。さらに、図２３の実施例では、湾曲部２３１ｂは
排気流に直角な面内に形成されているが、ヒータ付触媒
１０の金属箔の巻き方に応じて湾曲部２３１の方向を変
えることにより、ヒータ付触媒１０に加わる熱応力を更
に低減することも可能である。

【００７８】なお、図２３から図２６の実施例ではヒー
タ付触媒１０の中心電極２３０は中実電極としている
が、中心電極２３０は中実である必要はなく、一端を閉
塞したパイプ状の中心電極を使用することも可能であ
る。この場合、好ましくは排気下流側の端部を閉塞し、
ヒータ付触媒１０の電流路３２（局部的に発熱する部
分）近傍の熱容量を低減し、昇温時間を早めるととも
に、排気ガスの洩れを防ぐようにすると良い。また、パ
イプ電極２３１のコーン貫通部２５は、例えば図１２
(A) に示すような方法でコーン９に堅固に固定されてい
る。

【００７９】図２７は、導線３５の被覆の他の例を示す
図である。前述のように、導線３５の被覆はガラス繊
維、セラミック繊維等をチューブ状に編んで形成したも
のが一般的であるが、このような被覆を使用した場合、
他の部材との接触による被覆の破れやほつれが問題とな
る。この問題を解決するため、図２７の実施例では、絶
縁材料から形成したコイル２７１を導線３５の電源側端
子３５ａと電極２３１との間の部分の外周全体に被せて
絶縁被覆として使用している。図２７(A) において、コ
イル２７１はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等のセラミック線
材をコイル状に加工して成形される。また、アルミニウ
ムを含む鉄系合金（例えば、２０％Ｃｒ−５％Ａｌ−７
５Ｆｅ）の線材をコイル状に成形して、高温焼成するこ
とによりコイル２７１の表面にアルミナの絶縁被膜を析
出させても良い。

【００８０】本実施例では、コイル２７１の内径を電極
２３１の外径より小さく形成して、図２７(B) に示すよ
うに、電極２３１端部をコイル２７１内に嵌入するよう
にしている。このため、コイル２７１の弾性により電極
２３１とコイル２７１との結合が保持され、電極２３１
端部での導線３５の絶縁が確保される。また、コイル２
７１により補強されるため、電極２３１端部では導線３
５の急な曲がりが生じないので、電極との接続部におけ
る導線３５の損傷が防止される。

【００８１】図２８(A) (B) は、パイプ電極２３１と導
線３５との接続部の温度を低下させるための構成例を示
す図である。機関運転中、電極２３１と導線３５との接
続部は高温となるため、導線３５としては一般に耐熱性
の良好なニッケル線等が使用される。しかし、導線３５
と電極２３１との接続部の温度を低下させることができ
れば導線３５として、ニッケル線に代えて安価な銅線等
を使用することが可能となり、装置コストを低減するこ
とができる。図２８(A) (B) では、電極２３１の導線３
５との接続部に冷却用フィンを設けることにより電極２
３１の温度を低下させた例を示している。

【００８２】図２８(A) においてパイプ電極２３１は、
ホルダー６１と接触する部分の外周にセラミック溶射、
アルミナ被膜の形成等により絶縁被膜２８１を設け、こ
の絶縁被膜を保持しながらロウ付け、圧入、焼き嵌めな
どによりホルダー６１に密着固定されている。また、本
実施例では、ホルダー６１の上部（パイプ電極２３１端
部近傍）には冷却フィン２８３が形成されている。ホル
ダー６１とパイプ電極２３１とは、密着しているため、
パイプ電極２３１とフィン２８３との熱伝達は極めて良
好になり、パイプ電極２３１と導線３５との接合部近傍
の熱を冷却フィン２８３を介して効率的に外気に放出す
ることが可能となる。このため、パイプ電極２３１と導
線３５との接合部の温度は大幅に低下し、安価な銅線を
使用することが可能となる。

【００８３】図２８(B) は図２８(A) と同様に冷却フィ
ン２８４を用いた方法を示しているが、フィン２８４は
ホルダー６１とは別体に構成されている点が相違する。
また、本実施例では冷却フィン２８４部分のパイプ電極
２３１外周部には絶縁被膜２８１は形成されておらず、
直接フィン２８４内周部と接触しており、その代わりに
フィン２８４の表面全体に絶縁被膜２８６が形成されて
いる。このため、フィン２８４とパイプ電極２３１との
間の熱伝達が更に良好となり、放熱効果が向上する利点
がある。

【００８４】次に、図２９を用いて請求項３に対応する
本発明の実施例について説明する。図２９において、ヒ
ータ付触媒１０に接続されたパイプ電極２９１の外気側
端部は、細い金属線を編み合わせたチューブ状導線２９
３に挿入され、バンド２９４で導線チューブ２９３がパ
イプ電極２９１上に固定されている。また、導線チュー
ブ２９３の反対側からは、耐熱樹脂製のチューブ２９５
が挿入され、パイプ電極２９１端部と所定の距離を隔て
てチューブ２９５に固定されている。また、パイプ電極
２９１の大気側に突出している部分と、導線チューブ内
にある部分には複数の空気孔２９７が設けられ、更に樹
脂チューブ２９５のパイプ電極２９１側端部近傍にも同
様な複数の空気孔２９９が設けられている。

【００８５】本実施例では、電極が所定の温度以上にな
ったとき（または機関始動後所定時間が経過したとき）
に樹脂製チューブ２９５内に、パイプ電極２９１と反対
側の端部から冷却空気を供給することにより、パイプ電
極２９１及び導線チューブ２９５の冷却を行う。すなわ
ち、樹脂チューブ２９５内に供給された冷却空気は、樹
脂チューブ２９５とパイプ電極２９１に設けられた空気
孔２９９、２９７から放出され、この空気により導線チ
ューブ２９３及びパイプ電極２９１がが冷却される。こ
のように、パイプ電極２９１の内部に冷却空気を送り、
積極的に電極と導線とを冷却することにより導線と電極
との接合部の温度は大幅に低下し、耐熱性の低い安価な
銅線を用いて導線チューブ２９３を形成することが可能
となる。

【００８６】また、冷却空気の供給源としては、エアポ
ンプ、流量制御弁等の加圧空気供給源を別途設けても良
いが、過給機を有する機関では過給機の吐出空気の一部
を冷却空気として使用してもよい。この場合、機関負荷
（すなわち排気温度）に応じて過給圧力が変化するた
め、電極が受ける熱負荷に応じて冷却空気の供給量が自
動的に変化し、複雑な流量制御装置を設けなくとも冷却
空気の供給量が適切に制御される。

【００８７】次に、図３０を用いて請求項４に対応する
本発明の実施例について説明する。本実施例は、パイプ
電極を不連続に形成し、この不連続部分を柔軟な撚り線
からなる導線で接続することにより、各部材の熱膨張に
よりヒータ付触媒や貫通部に過大な応力が加わることを
防止する構成を開示している。ヒータ付触媒に過大な応
力が加わることを防止するための構成としては、図１７
等に説明したように貫通部２５で電極をフローティング
支持する構成があるが、電極の支持強度が要求されるよ
うな場合にはフローティング支持によらず、貫通部２５
で電極を堅固に固定するほうが好ましい。本実施例で
は、このような場合に、貫通部２５で電極を堅固に固定
しながら、各部材の熱膨張を吸収することができる構成
を提供するものである。

【００８８】図３０において、３０１はヒータ付触媒１
０の中心電極、３０２は中心電極３０１に溶接された中
空状パイプ電極を示す。本実施例では、パイプ電極３０
２は２つのパイプ部分３０２ａと３０２ｂとから構成さ
れる。パイプ部分３０２ａと３０２ｂとは互いに接触し
ないように所定の間隔Ｌをあけて、内部に挿入した導線
３０５により接続されている。この間隔Ｌは、導線３０
５が排気と直接接触する長さを少なくするために、パイ
プ部分３０２ａ、３０２ｂが機関運転中に熱膨張したと
きに互いに接触しない範囲でできるだけ小さくすること
が好ましい。導線３０５は、図３１に示すようにニッケ
ルの細線を撚りあわせたケーブル状の撚り線として構成
され、この導線３０５の両端をそれぞれパイプ部分３０
２ａ、３０２ｂの内面に溶接することにより、パイプ部
分３０２ａ、３０２ｂが導線３０５を介して接続され
る。

【００８９】また、パイプ部分３０２ａのコーン９貫通
部２５は、本実施例では図１２(A)に説明した方法でホ
ルダー６１に固定されている。本実施例では、電流はパ
イプ部分３０２ａから導線（撚り線）３０５を介してパ
イプ部分３０２ｂに供給され、中心電極３０１から触媒
担体１０に流れる。また、本実施例では、中心電極３０
１の熱膨張による伸びは、撚り線３０５の撓みにより吸
収されるため、中心電極３０１の熱膨張によりヒータ付
触媒１０に軸線方向の力が加わることはない。また、パ
イプ部分３０２ａ、３０２ｂ、または撚り線３０５自体
の熱膨張により、排気通路半径方向の伸びが発生する
が、この伸びは撚り線３０５の伸縮により吸収される。
すなわち、撚り線３０５を構成する金属細線の撚りが僅
かに変化することにより撚り線３０５は伸縮可能となっ
ているため、撚り線３０５により上記の半径方向の伸び
を吸収することができる。パイプ部分３０２ａ、３０２
ｂを直線状の金属線を束ねた導線で接続した場合には、
半径方向の伸びを吸収するために、導線に曲がりが生じ
ることになり、耐久性が低下する問題があるが、本実施
例では撚り線３０５を使用したことにより導線に曲がり
を生じることなく半径方向の伸びを吸収することができ
るため、導線の耐久性が向上する利点がある。

【００９０】また、本実施例では、撚り線３０５はパイ
プ部分３０２ａ、３０２ｂに覆われており、直接排気流
と接触しないため排気中の腐食成分による撚り線３０５
の劣化や、排気流により撚り線が振動する（バタつく）
ことが防止される。このように、本実施例では撚り線３
０５を用いてパイプ電極３０２の不連続なパイプ部分３
０２ａ、３０２ｂを接続したことにより、パイプ電極３
０２を貫通部２５に固定しながら、熱膨張によりヒータ
付触媒に過大な応力が作用することが防止可能となって
いる。

【００９１】図３２は請求項４に対応する本発明の別の
実施例を示している。図３０では撚り線状の導線３０５
はパイプ電極３０２の不連続部分３０２ａと３０２ｂ近
傍のみに設けられ、これらの部分を接続していたが、本
実施例では撚り線３０５はパイプ電極３０２全長にわた
って嵌挿され、電極端部から外部にとり出されている。
すなわち、本実施例では、撚り線３０５は電極３０２と
電源を接続する導線３５の役割を兼ねている。また、撚
り線３０５の各導線の隙間から排気ガスが外部にもれる
ことを防止するため、電極端部３０２ｃ部分では導線３
０５はパイプ電極３０２にカシメ、または溶接等によっ
て固定されている。すなわち、パイプ部分３０２ｂは、
パイプ電極端部３０２ｃから撚り線３０５を介して支持
されている。

【００９２】図３０の実施例では、導線３５と撚り線３
０５との間では、パイプ電極の管壁を通じて電流が流れ
るため、電極の電気抵抗を小さく保つためにはパイプ電
極の管径や肉厚を大きくする必要が生じるが、本実施例
のように撚り線３０５に導線３５の役割を兼ねさせるこ
とにより、電流路の抵抗を小さく抑えることができ、パ
イプ電極の径や肉厚を低減することが可能となる。ま
た、本実施例では、電流が流れる接合点はパイプ部分３
０２ｂと中心電極３０側端部との接合点のみになるの
で、電気的接続の信頼性が向上する利点がある。さら
に、本実施例では、可撓性の撚り線３０５の固定点は電
極端部３０２ｃとパイプ部分３０２ｂ端部となり、固定
点間の距離を大きくとることができるため、撚り線３０
５が変形する際の単位長さ当たりの変形量を小さくする
ことができ、撚り線３０５の耐久性を更に向上させるこ
とができる利点がある。

【００９３】次に、図３３に、請求項５に対応する本発
明の実施例を示す。図３０、図３２では、パイプ電極３
０２のパイプ部分３０２ａと３０２ｂとは、間隔Ｌをあ
けて互いに接触しないようにされていたが、本実施例で
は、パイプ部分の一方（図３３ではパイプ部分３０２
ａ）の端部は適当な長さにわたって拡径されており、こ
の拡径部に他のパイプ部分（３０２ｂ）が挿入されてい
る。また、この拡径部の内径は挿入されるパイプ部分の
外径より大きく設定されている。すなわち、パイプ部分
３０２ａ、３０２ｂの挿入部分は互いに伸縮可能（テレ
スコピック状）に形成されている。このため、中心電極
３０１の熱膨張は上記テレスコピック部分の半径方向の
遊びで吸収されるとともに、パイプ部分３０２ａ、３０
２ｂの熱膨張が相互に干渉することがない。このよう
に、パイプ電極３０２の不連続部分をテレスコピック状
に形成したことにより、撚り線３０５は排気流から遮断
されることになり、撚り線３０５の耐久性を更に向上さ
せることができる。

【００９４】図３４は、パイプ電極３０２の不連続部分
の形成方法の他の例を示している。図３０、図３２及び
図３３ではパイプ部分３０２ａと３０２ｂとは完全に分
離した部材としていたが、本実施例ではパイプ電極３０
２に図３４に示すような複数のスリット３３０を形成す
ることにより、パイプ部分３０２ａと３０２ｂとがスリ
ットに挟まれた部分３３１により接続された状態になっ
ている。この場合、接続部分３３１は、弱いバネとして
機能するため、中心電極３０１の熱膨張やパイプ部分３
０２ａ３０２ｂの熱膨張に応じて自由に撓むため、この
接続部分を介してヒータ付触媒に応力が作用することは
ない。

【００９５】次に、図３５を用いて請求項６に対応する
本発明の実施例について説明する。本実施例は、電極の
絶縁とガスシール効果とを向上させることのできる貫通
部２５の構成を示すものである。図３５において、貫通
部２５は、図６に説明した方法で形成したホルダー６１
が溶接されており、パイプ電極２０の貫通部部分には図
６と同様にフランジ状部分６２が形成されている。本実
施例では、絶縁部材６５ａ、６５ｂは表面に絶縁被膜を
形成した金属箔から構成されている。絶縁部材６５ａ、
６５ｂはそれぞれ、図２の渦巻状金属箔積層体を構成す
る金属箔と同様、アルミニウムを含有する鉄系合金（例
えば、２０％Ｃｒ−５％Ａｌ−７５Ｆｅ）等の金属製
の、厚さ５０ミクロン程度の箔材から構成され、これら
を酸素雰囲気下で焼成することにより、表面にアルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）の金属酸化物からなる厚さ１ミクロン程
度の電気的絶縁層を形成している。

【００９６】また、絶縁部材６５ａは、外径がホルダー
６１の内径と略等しく、パイプ電極２０の外径より大き
い内径の中心孔を有する円板状に形成されており、一方
絶縁部材６５ｂは、外径がホルダー６１の内径より小さ
く、パイプ電極２０の外径と略等しい内径の中心孔を有
する円板状に形成されている。図３５では、パイプ電極
２０のフランジ部６２の両側に絶縁部材６５ａ、６５ｂ
をそれぞれ積層して当て板３４１を介して、ホルダー６
１の上面６１ａと下面６１ｂとを折り曲げて絶縁部材６
５ａ、６５ｂの積層体を保持した構成としている。

【００９７】従来、絶縁部材６５ａ、６５ｂの表面に絶
縁被膜を形成する際、絶縁部材外周部、内径部などの金
属箔端面に安定した絶縁被膜を形成することは困難であ
ったため、絶縁部材の上記端面とホルダー６１、パイプ
電極２０とが接触するとホルダーと電極との絶縁を維持
することができない問題があったが、本実施例では絶縁
部材６５ａの内径部はパイプ電極２０とは接触しておら
ず、絶縁部材６５ｂの外周部はホルダー６１の内面とは
接触していない。このため絶縁部材６５ａ、６５ｂの金
属箔端面での絶縁被膜形成が不十分であった場合でも、
部材６５ａ、６５ｂを介してパイプ電極２０とホルダー
６１とが導通することがなく、絶縁を維持することが可
能となる。また、本実施例では金属箔を積層して絶縁部
材を構成しているため、各金属箔間及び金属箔とフラン
ジ部６２、当て板３４１との間の面接触によりガスシー
ルが効果的に行われる。また、絶縁部材として金属箔を
使用したことにより絶縁部材に割れや欠けを生じること
なく強い圧縮力を加えることができるため、貫通部にお
けるガスシール効果を高め、電極２０を堅固に支持する
ことが可能となる。

【００９８】絶縁部材６５ａ、６５ｂとして使用する金
属箔は平箔のみを用いても良いが、波箔、または図３５
に示したように波箔と平箔との両方を使用すれば絶縁部
材にクッション性を持たせることができるため、電極２
０のフローティング支持効果を得ることができる。ま
た、絶縁部材６５ａと６５ｂとは、交互に積層して貫通
部を構成しても良いし、絶縁部材６５ａのみの積層体と
６５ｂのみの積層体を交互に重ねるようにしても良い。
但し、絶縁性を保つためにはパイプ電極２０のフランジ
部の両側に必ず絶縁部材６５ａと６５ｂとの両方を配置
する必要がある。

【００９９】図３６は図３５の貫通部２５のガスシール
性をさらに高めた構成を示す。図３６では、図３５の金
属箔からなる絶縁部材６５ａ、６５ｂに加えて熱膨張性
のシール材３５１を金属箔間に配置した例を示してい
る。熱膨張性シール材３５１は、熱膨張率が比較的大き
な絶縁材料からなるシール材で機関運転中に貫通部２５
が高温になると熱膨張して部材間の隙間を塞ぐことによ
り高いシール性を発揮する。このような熱膨張シール材
としては、例えば雲母を主成分とした「インタラム」
（住友スリーエム（株）登録商標）が市販されている。

【０１００】次に、図３７に請求項７に対応する本発明
の実施例を示す。本発明では、中実電極の代わりに中空
パイプ状の電極を使用して電極部の熱容量を低減するこ
とにより、ヒータ付触媒の昇温時間を短縮しているが、
本実施例は、ヒータ付触媒の昇温時間を更に短縮するこ
とが可能な構成を開示するものである。

【０１０１】図３７は、渦巻状金属箔積層体として構成
したヒータ付触媒１０の、前述の図４と同様な断面図を
示している。図４と図３７とを比較すると判るように、
本実施例ではパイプ電極２０は図４のものより短い寸法
とされ、電極先端３６１は渦巻状金属箔積層体１０の排
気流れ方向上流側端面より下流側の積層体内部に位置し
ている。前述のように、ヒータ付触媒１０の発熱部（導
通接合部）は積層体１０の上流側端面に分布している
が、本実施例では、発熱部近傍に電極質量がないため、
発熱部近傍の熱容量を大幅に低減することが可能とな
る。従って、通電による発熱および、発熱部の触媒作用
開始時に、積層体１０の上流側部分では発熱部からの熱
伝達による温度上昇が速められるため、積層体１０の上
流側部分全体での触媒作用が早期に開始されるようにな
る利点がある。また、本実施例によれば、従来（図２）
の場合に較べて電極２０の重量が低減されるため、触媒
装置全体の軽量化を図ることができる利点がある。な
お、図３７では、パイプ電極２０の先端部３６１を閉塞
して排気ガスの侵入を防止しているが、パイプ電極２０
内部を閉塞する位置は先端部３６１でなくとも良く、例
えばヒータ付触媒１０の外部に位置する部分（すなわ
ち、ヒータ付触媒１０の排気流れ方向下流側端面よりさ
らに下流側の部分）でパイプ電極２０内部を閉塞するよ
うにしても良い。

【０１０２】本実施例のヒータ付触媒１０を形成する際
には、図３８に示すように、中心電極２０端面ににダミ
ーの心棒３７１を当接した状態で、中心電極２０と金属
箔（波箔１１または平箔１２）との接合を行った後に中
心電極２０と心棒３７１の周囲に金属箔を巻回して金属
箔積層体１０を形成する。この状態で金属箔相互を接合
して導通接合部を形成した後、心棒３７１を引き抜くこ
とにより、金属箔の巻回状態を乱すことなく図３７に示
す金属箔積層体１０を構成することができる。

【０１０３】なお、上記実施例では、金属箔積層体１０
の上流側端面にのみ発熱部（導通接合部）を設けた場合
について説明したが、積層体内部全体に発熱部を分布さ
せるような形式のヒータ付触媒の場合においても、図３
７のように積層体内部の電極長さを短くして電極熱容量
を低減することにより、触媒の昇温時間を短縮すること
ができることはいうまでもない。

【０１０４】次に、図３８を用いて請求項８に対応する
本発明の実施例を説明する。前述の、図３０の実施例で
はパイプ電極３０２に不連続部分を形成することによ
り、貫通部２５で電極を堅固に固定しながら電極３０２
の熱膨張によりヒータ付触媒１０に過大な熱応力が加わ
ることを防止していたが、本実施例では、電極に不連続
部分を設けることなく簡易な構成でヒータ付触媒に過大
な熱応力が加わることを防止している。

【０１０５】図３８は、本実施例の冷間時におけるパイ
プ電極３８１の取付け状態を示している。本実施例で
は、予め機関冷間時に機関通常運転中の高温によるパイ
プ電極３８１の熱膨張量に相当する量だけ、パイプ電極
３８１をオフセットして貫通部２５に固定している。す
なわち、本実施例では、機関通常運転時にパイプ電極３
８１が熱膨張することにより図３８に点線で示した状態
になるように、パイプ電極３８１のヒータ付触媒１０の
半径方向長さ（図３８、Ｌ₁）及び中心電極部分長さ
（図３８、Ｌ₂）をこれらの部分の熱膨張に相当する量
（図３８、Ｘ₁、Ｘ ₂）だけ短く設定してある。このた
め、本実施例では機関冷間時にはパイプ電極３８１のＬ
₁及びＬ₂部分には引張応力が生じている。また、本実
施例では、電極３８１は貫通部２５では、例えば図１２
(A) に説明した構成等を用いてコーン９に堅固に固定さ
れている。

【０１０６】機関通常運転時に電極３８１が高温になる
と、電極３８１のＬ₁、Ｌ₂部分はそれぞれＸ₁、Ｘ₂
だけ熱膨張し、電極３８１に圧縮応力が生じる。しか
し、電極３８１のＬ₁、Ｌ₂部分には冷間状態で予め引
張応力が生じているため、電極の熱膨張により生じる圧
縮応力はこの引張応力により相殺され、通常運転時には
電極３８１のＬ₁、Ｌ₂部分には殆ど応力が生じなくな
る。このため、通常運転時にはヒータ付触媒１０は電極
３８１から殆ど力を受けることがなくなるので、ヒータ
付触媒の耐久性が向上する。また、従来、全負荷運転時
等の排気温度が極めて高い状態（例えば９００度Ｃ程
度）では、電極の熱膨張により極めて大きな熱応力がヒ
ータ付触媒に作用するため、ヒータ付触媒は高温、高応
力の状態になり耐久性が著しく低下する問題があった
が、本実施例のように予め通常運転時の熱膨張量だけ電
極３８１をオフセットして固定することにより、通常運
転領域でヒータ付触媒１０に加わる熱応力を略ゼロにす
ることができるのみならず、機関全負荷時に電極３８１
からヒータ付触媒１０に加わる力を大幅に低減し、機関
全負荷運転時のヒータ付触媒の耐久性を向上させること
が可能となる。なお、本実施例によれば、機関冷間時に
はヒータ付触媒１０に比較的大きな応力が作用すること
になるが、低温時の材料強度は高温時に較べて大きいた
め、この応力により各部材の耐久性が低下する問題は生
じない。

【０１０７】図４０は、同様に電極に不連続部分を設け
ることなくヒータ付触媒に過大な熱応力が加わることを
防止する構成の他の例を示している。本実施例では、金
属箔積層体１０の電極３９１との接合部近傍はパイプ電
極３９１の熱膨張による変位を吸収することができるよ
うに自由度を持たせて形成されており、パイプ電極３９
１自体は図３９とは異なり、予めオフセットを与えるこ
となく貫通部２５でコーン９に固定されている。すなわ
ち、本実施例では、電極３９１の周囲に金属箔を巻回し
て金属箔積層体を形成する際に、電極３９１周りの最初
の数層の金属箔は張力を低減して巻回しており、電極３
９１の熱膨張による変位を金属箔の層間の移動と弾性変
形とにより吸収するようにしている。これにより、電極
３９１が、熱膨張により図４０に点線で示す状態に変形
する際に、金属箔積層体１０から抵抗を受けないため、
電極３９１の熱膨張によりヒータ付触媒１０に過大な熱
応力が加わることが防止される。

【０１０８】

【発明の効果】請求項１に記載の本発明によれば、ヒー
タ付触媒に接続する棒状電極を中空パイプ状に構成した
ことにより電極の熱容量が大幅に低減され、ヒータ付触
媒の昇温時間が短縮される効果が得られる。また、電極
を中空パイプ状に構成したことにより、電極の表面積が
相対的に大きくなるため電極空の放熱が促進され、機関
通常運転時の電極と電力供給導線との接合部温度を低く
保つことができるので、電極に接続される導線の耐久性
が向上する効果が得られる。

【０１０９】請求項２に記載の本発明によれば、パイプ
状電極の内径部に直接導線を挿入、接続するようにした
ことにより、請求項１の効果に加えて更に、電極端部へ
の導線接続を容易に行うことが可能となる効果が得られ
る。また、排気通路内の中空パイプ電極部分を圧潰して
内部の空間を閉塞したため、パイプ電極内に高温の排気
ガスが進入することが防止され、導線接続部の電極温度
上昇防止効果をより高めることができる効果が得られ
る。

【０１１０】請求項３に記載の本発明によれば、請求項
１において、パイプ状電極の中空部分に冷却空気を流す
ことにより、請求項１の効果に加え、機関通常運転時の
電極温度を更に低下させることができるという効果が得
られる。請求項４に記載の発明では、ヒータ付触媒中心
電極に接続したパイプ状電極に不連続な部分を形成し、
この不連続部分のパイプ状電極を撚り線で導通可能に接
続したため、電極の熱膨張による変位を撚り線の変形で
吸収することが可能になり、請求項１の効果に加え、電
極の熱膨張によるヒータの応力を低減することが可能と
なる効果が得られる。

【０１１１】請求項５に記載の本発明によれば、請求項
４のパイプ状電極の不連続部分を、第１のパイプ状電極
に第２のパイプ状電極をテレスコピック状に挿入するこ
とにより形成したことにより、第１と第２のパイプ状電
極を接続する撚り線に直接排気ガスが接触することが防
止され、請求項４の効果に加えて、撚り線の耐久性を向
上させることができる効果を得られる。

【０１１２】請求項６に記載の本発明によれば、排気通
路壁面貫通部の、パイプ状電極のフランジ状部分と排気
通路壁面との間に絶縁被膜を有する金属箔積層体を介挿
し、金属箔積層体を構成する金属箔のうち、第１の金属
箔はホルダと接触せず、第２の金属箔は中心電極と接触
していないようにしたことにより、請求項１の効果に加
え、中心電極と排気通路壁面との絶縁を確実に行いなが
ら貫通部からの排気の洩れを防止することが可能となる
効果が得られる。

【０１１３】請求項７に記載の本発明によれば、請求項
１の効果に加えて、中空パイプ状電極を排気流れ方向下
流側で渦巻状金属箔積層体の中心電極に接続したことに
より、機関始動時に金属箔積層体に流入する排気の熱を
中空状パイプ電極が奪うことが防止され、排気による触
媒加熱が良好になる。また、中心電極が金属箔積層体上
流側端面まで到達しておらず、積層体上流側端面近傍で
は中心電極が存在しないため、請求項１の効果に加え、
上流側端面近傍で一層ヒータ熱容量が低減され、触媒の
温度上昇が速くなるという効果が得られる。

【０１１４】請求項８に記載の本発明によれば、パイプ
電極と中心電極とを、低温時に引張応力が生じるよう
に、それぞれ長さを短く設定したため、電極に熱膨張が
生じた場合でも、電極がヒータを押す力を小さくするこ
とができ、請求項１の効果に加え、ヒータの耐久性を向
上させることができる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電気ヒータ付触媒の一般的構造を示す断面図で
ある。

【図２】ヒータ付触媒の形成方法を説明する図である。

【図３】図１の矢印III-III 線側の端面を示す図であ
る。

【図４】図３のIV-IV 線に沿った断面図である。

【図５】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図６】図１の電極貫通部の構成の一例を説明する図で
ある。

【図７】電極貫通部の他の構成例を説明する図である。

【図８】電極貫通部の他の構成例を説明する図である。

【図９】電極貫通部の他の構成例を説明する図である。

【図１０】電極貫通部の他の構成例を説明する図であ
る。

【図１１】電極貫通部の他の構成例を説明する図であ
る。

【図１２】電極貫通部の他の構成例を説明する図であ
る。

【図１３】電極貫通部の他の構成例を説明する図であ
る。

【図１４】電極貫通部の他の構成例を説明する図であ
る。

【図１５】電極貫通部の他の構成例を説明する図であ
る。

【図１６】電極貫通部の他の構成例を説明する図であ
る。

【図１７】電極貫通部の他の構成例を説明する図であ
る。

【図１８】電極貫通部の他の構成例を説明する図であ
る。

【図１９】電極貫通部の他の構成例を説明する図であ
る。

【図２０】従来の電極断面形状における問題点を説明す
る図である。

【図２１】図１の実施例の電極断面形状の例を示す図で
ある。

【図２２】電極断面形状の他の例を説明する図である。

【図２３】請求項２に対応する本発明の実施例を説明す
る図である。

【図２４】従来の中実電極への導線の接続方法を説明す
る図である。

【図２５】図２３の熱応力緩和部の他の例を説明する図
である。

【図２６】図２３の熱応力緩和部の他の例を説明する図
である。

【図２７】導線の被覆の一例を示す図である。

【図２８】導線と電極との接続部の冷却方法の例を示す
図である。

【図２９】請求項３に対応する本発明の実施例を説明す
る図である。

【図３０】請求項４に対応する本発明の実施例を説明す
る図である。

【図３１】図３０の撚り線の形状を説明する図である。

【図３２】請求項４に対応する、図３０とは別の実施例
を説明する図である。

【図３３】請求項５に対応する本発明の実施例を説明す
る図である。

【図３４】電極の不連続部の形成方法の他の例を示す図
である。

【図３５】請求項６に対応する本発明の実施例を説明す
る図である。

【図３６】請求項６に対応する本発明の別の実施例を説
明する図である。

【図３７】請求項７に対応する本発明の実施例を説明す
る図である。

【図３８】請求項７に対応する本発明の実施例を説明す
る図である。

【図３９】請求項８に対応する本発明の実施例を説明す
る図である。

【図４０】中心電極の取付け方法の他の例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…触媒装置全体１０…ヒータ付触媒２０…電極２５…貫通部３５…導線６１…ホルダー６２…フランジ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０５Ｂ 3/40 Ｚ 7512−3Ｋ (72)発明者下地浩二愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者吉永融愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者渡辺聖彦愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気通路内に、排気浄化触媒と触媒加熱
用電気ヒータとを配置し、前記電気ヒータから排気通路
壁面を貫通して外部に延設された棒状電極を介して前記
電気ヒータに通電を行う電気ヒータ付触媒装置におい
て、前記棒状電極を中空パイプ状に形成したことを特徴とす
る電気ヒータ付触媒装置。
【請求項２】前記中空パイプ状電極の前記排気通路内
に位置する部分を圧潰してパイプ内部空間を閉塞すると
ともに、前記排気通路外側に位置する中空パイプ状電極
の端部の中空部内に電力供給用導線を嵌挿したことを特
徴とする請求項１に記載の電気ヒータ付触媒装置。
【請求項３】前記中空パイプ状電極内の中空部に電極
冷却用空気を供給する手段を設けたことを特徴とする請
求項１に記載の電気ヒータ付触媒装置。
【請求項４】前記電気ヒータは、前記中空パイプ状電
極に導通可能に接続された中心電極の周りに金属箔を巻
回して形成した渦巻状金属箔積層体からなり、前記中空
パイプ状電極は、中空パイプ状電極の排気通路内に位置
する部分に形成された不連続部分と、前記不連続部分の
中空パイプ状電極内に嵌挿され前記中空パイプ状電極の
前記不連続部分の両側を導通可能に接合する撚り線から
なる導線とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の
電気ヒータ付触媒装置。
【請求項５】前記中空パイプ状電極の前記不連続部
は、第１のパイプ状電極と、該第１のパイプ状電極内に
テレスコピック状に挿入された第２のパイプ状電極とか
ら構成されることを特徴とする請求項４に記載の電気ヒ
ータ付触媒装置。
【請求項６】前記中空パイプ状電極の前記排気通路壁
面貫通部は、前記中空パイプ状電極外周面に形成された
フランジ状部分と、該フランジ状部分と排気通路壁面と
の間に介挿された金属箔積層体と、前記フランジ状部分
及び前記積層体の外周を覆うホルダーとを備えるととも
に、前記金属箔積層体は、前記ホルダ内面との間に空隙
を隔てて配置された、表面に電気的絶縁被膜を有する第
１の金属箔と、前記中心電極外周面との間に空隙を隔て
て配置された、表面に電気的絶縁被膜を有する第２の金
属箔とを積層して構成されたことを特徴とする請求項１
に記載の電気ヒータ付触媒装置。
【請求項７】前記電気ヒータは、前記中空パイプ状電
極に導通可能に接続された中心電極の周りに金属箔を巻
回して形成した渦巻状金属箔積層体からなり、前記中空
パイプ状電極は、前記渦巻状金属箔積層体の排気流れ方
向下流側で前記中心電極に接続されるとともに、前記中
心電極の排気流れ方向上流側端部は、前記渦巻状金属箔
積層体の排気流れ方向上流側端面より下流側に位置する
ことを特徴とする請求項１に記載の電気ヒータ付触媒装
置。
【請求項８】前記電気ヒータは、前記中空パイプ状電
極に導通可能に接続された中心電極の周りに金属箔を巻
回して形成した渦巻状金属箔積層体からなり、前記中空
パイプ状電極と前記中心電極との長さは、機関冷間時に
前記中空パイプ状電極と前記中心電極とにそれぞれ引張
応力が生じるように所定量短く設定されたことを特徴と
する請求項１に記載の電気ヒータ付触媒装置。