JPH0932536A

JPH0932536A - 通電加熱式触媒の電極構造及びその電極支持ホルダへの絶縁被膜形成方法

Info

Publication number: JPH0932536A
Application number: JP18006795A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Sakurai; 計宏桜井
Original assignee: Nippon Soken Inc; Nippon Steel Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1995-07-17
Filing date: 1995-07-17
Publication date: 1997-02-04

Abstract

(57)【要約】【課題】通電加熱式触媒のケースを貫通する電極の構
造を簡素化して、電極及び電極支持ホルダの構成部品の
寸法精度を緩和し、低コスト化を実現する。【解決手段】排気通路内に、排気浄化触媒と触媒加熱
用電気ヒータとが配置され、電気ヒータに通電を行う棒
状電極20が排気通路の壁面に取り付けられた電極支持ホ
ルダ６を気密状態で貫通して外部に延設された通電加熱
式触媒の電極構造を、棒状電極20を中空パイプ状とし、
電極支持ホルダ６の棒状電極20に接する内周面には絶縁
被膜８を焼成によって形成し、棒状電極20を電極支持ホ
ルダ６に挿通した状態で、電極支持ホルダ６の両端部に
隣接する棒状電極20を拡管して棒状電極20を電極支持ホ
ルダ６に密着固定することにより構成する。この結果、
機関始動後の触媒の暖機が阻害されず、電極20及びホル
ダ６の各々の部品に細かい寸法精度が必要なく、低コス
ト化が計れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は通電加熱式触媒の電
極構造及びその電極支持ホルダへの絶縁被膜形成方法に
関し、特に、構造が簡素でコストを抑えることが可能な
通電加熱式触媒の電極構造、及びこの通電加熱式触媒の
電極構造に使用する電極支持ホルダへの精度を必要とし
ない絶縁被膜形成方法に関する。

【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
うにした通電加熱式触媒装置が開発されている。

【０００３】この種の通電加熱式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。この公報に記載された通電加熱式触媒装置
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の回りに巻回することによりハ
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な
っている。また、渦巻状金属箔積層体は円筒状のケーシ
ングに収納され、そのケーシングは排気通路に接続され
ている。機関の運転中は、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の通路を通過
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】前述の中心電極は渦巻状金属箔積層体の中
心部から軸線方向に延びた後に折り曲げられ、円筒状の
ケーシングの側面を絶縁部材を介して貫通して外部に取
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、渦巻状金属箔積層体の外周は、接地された
ケーシングに電気的に接続されており、機関始動時に前
述の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】ところで、以上のように構成された通電加
熱式触媒装置では、前述の中心電極を円筒状のケーシン
グの側面から取り出す際には、中心電極と円筒状ケーシ
ングとを絶縁すると共に、円筒状ケーシング内を流れる
排気ガスが外部に漏れないようにするガスシールが必要
となる。このガスシールの構造の一般的なものは、電極
を絶縁性の電極支持ホルダを介してケーシングにろう付
けにより固定するものである。しかしながら、車載用の
通電加熱式触媒装置における電極支持ホルダは、電極温
度が寒冷地における機関の冷間時には氷点下になり、機
関稼働中は５００℃を越える高温となることや、車両の
振動を受けることから、その構造は温度と振動に対して
強いものでなければならない。

【０００６】このような条件の下で、表面に絶縁材を被
覆した電極を、電極支持ホルダに対して圧入力または焼
き嵌めにて締まりばめ固定する電極支持ホルダの構造が
特開平６−１０８８３１号公報に開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
６−１０８８３１号公報に記載の電極支持ホルダ構造で
は、締まり嵌め部分には電極（＋側）と触媒の金属外筒
（−側）の電気絶縁の機能と排気ガスが外部に漏れない
ようにするガスシール機能の２つが要求されるので、圧
入または焼き嵌めにて電極と電極支持ホルダとを密着さ
せる場合には、電極及びホルダの各々の部品に細かい寸
法精度が必要であり、製造コストが高くなったり、ま
た、圧入による固定の場合には電極をホルダに挿入する
際に絶縁被膜が傷ついたり、剥離したりする恐れがあっ
た。また、前述の公報に記載の電極支持ホルダ構造で
は、電極が中実の金属棒から形成されているために熱容
量が大きく、触媒の暖機を悪化させる問題点もあった。

【０００８】本発明は前記従来の通電加熱式触媒の電極
構造の有する課題を解消し、ヒータに接続される電極の
熱容量を低減して機関始動後の触媒の暖機を阻害せず、
また、電極と電極支持ホルダとを密着させる場合の電極
及びホルダの各々の部品に細かい寸法精度が必要なく、
更に、電極を電極支持ホルダに挿入する際におけるホル
ダ側の絶縁被膜に損傷がない通電加熱式触媒の電極構造
を低コストで提供することを目的としている。

【０００９】また、本発明は、前述の通電加熱式触媒の
電極構造における電極支持ホルダへの絶縁被膜の形成を
低コストで確実に行なえる方法の提供を目的としてい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の通電加熱式触媒の電極構造は、排気通路内に、排気
浄化触媒と触媒加熱用電気ヒータとが配置され、前記電
気ヒータに通電を行う棒状電極が前記排気通路の壁面に
取り付けられた電極支持ホルダを気密状態で貫通して外
部に延設された通電加熱式触媒の電極構造であって、棒
状電極を中空パイプ状に形成し、電極支持ホルダの棒状
電極に接する内周面には絶縁被膜を施し、棒状電極を電
極支持ホルダに挿通した状態で、前記棒状電極における
前記電極支持ホルダに対応する部位を拡管して棒状電極
を電極支持ホルダに密着固定したことを特徴としてい
る。

【００１１】この構造において、棒状電極の一方の端部
と、前記電極支持ホルダの内周面の両端部に、面取加工
処理を施しても良く、また、電極支持ホルダを円筒状部
材で形成し、その両端部は外側に折り曲げて湾曲部を形
成し、この一方の湾曲部を前記排気通路の壁面に固着す
るようにしても良い。また、前記目的を達成する本発明
の通電加熱式触媒の電極構造における電極支持ホルダへ
の絶縁被膜形成方法は、電極支持ホルダの外径よりも僅
かに大きな内径と、電極支持ホルダの両端間の長さより
も深い高さを備えた円形の穴を複数個備え、各穴の底面
には内径よりも径の小さい貫通孔が設けられ、熱膨張率
の小さな部材で形成された型を準備する段階と、各穴に
電極支持ホルダを挿入する段階と、この状態で型を酸化
雰囲気中で所定時間加熱して電極支持ホルダを焼成する
段階とを備えることを特徴としている。

【００１２】本発明の通電加熱式触媒の電極構造によれ
ば、棒状電極を中空パイプ状に形成したので、ヒータに
接続される電極の熱容量が低減され、機関始動後の触媒
の暖機が阻害されない。また、内周面に絶縁被膜を施し
た電極支持ホルダに棒状電極を挿通した状態で、中空パ
イプ状の棒状電極の電極支持ホルダに対応する部位を拡
管して棒状電極を電極支持ホルダに密着固定したことに
より、電極と支持ホルダとを密着させる場合の電極及び
ホルダの各々の部品に細かい寸法精度が必要なく、更
に、電極を支持ホルダに挿入する際、及び中空パイプを
拡管する際におけるホルダ側の絶縁被膜に損傷がない。
更に、拡管によって中空パイプを電極支持ホルダに密着
固定するため、電極及びホルダの寸法に高精度が要求さ
れない。更にまた、棒状電極の一方の端部と電極支持ホ
ルダの内周面の両端部に面取加工処理を施したことによ
り、棒状電極を電極支持ホルダに挿入した時に、棒状電
極のの端部が電極支持ホルダの絶縁被膜部分に当たり難
いため、絶縁被膜に傷が付かない。

【００１３】そして、電極支持ホルダを円筒状部材で形
成した場合には、ホルダ自体の熱容量が小さくなるの
で、触媒が保持された外筒からの熱を電極、ホルダの接
触部に伝え難くすることができると共に、湾曲部で形成
された空間によって放熱作用が行われるのでガスシール
部の耐久性が向上する。また、本発明の通電加熱式触媒
の電極構造における電極支持ホルダへの絶縁被膜形成方
法によれば、電極支持ホルダの外径よりも僅かに大きな
内径と、電極支持ホルダの両端間の長さよりも深い高さ
を備えた円形の穴を複数個備え、熱膨張率の小さな部材
で形成された型に電極支持ホルダを挿入し、この型を酸
化雰囲気中で所定時間加熱して電極支持ホルダを焼成す
るようにしたことにより、電極支持ホルダへの絶縁被膜
の形成が容易に且つ大量に行なえ、低コスト化が計れ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下添付図面を用いて本発明の通
電加熱式触媒の電極構造の実施例を説明するが、本発明
の電極構造の実施例を説明する前に、先ず図１から図４
を用いて本発明の電極構造が使用される通電加熱式触媒
の構造を説明する。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。

【００１５】図１は、通電加熱式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。

【００１６】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、ヒータ付触媒１０の排気ガスの流れ
の下流側からコーン９の軸線に沿って延び、その後に折
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壁面を貫通する貫通部２５で
は、電極２０はコーン９の壁面とは電気的に絶縁され、
コーン９に保持されている。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】機関始動時に通電制御回路が作動して電極
２０とバッテリとが接続されると、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。

【００２０】図２から図４はヒータ付触媒の詳細を示す
図である。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とが重ねられてそれぞれの長手
方向端部が電極２０に接合された後、波箔１１と平箔１
２とが重なった状態のまま電極２０の周りに巻回され、
巻き締めた構造の渦巻状の金属箔積層体１０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。

【００２１】図３はこのように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）を示すもので
ある。前述のように波箔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１０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２０の周りに渦巻
き状に配列した構成となっている。また、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が内燃機関の排気系に接続されて排気
ガスが上記軸線方向通路３１を通して流れることによ
り、排気中の有害成分が触媒と接触して排気ガスが浄化
される。

【００２２】波箔１１と平箔１２とは一般に、アルミニ
ウムを含有する鉄系合金（例えば、２０％Ｃｒ−５％Ａ
ｌ−７５Ｆｅ）等の、厚さ５０μｍ程度の箔材から構成
される。また、以下に説明する通電加熱式触媒装置で
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１μｍ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、
前述の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
層を形成することができる。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
触媒成分が担持される。

【００２３】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
所的に電気的に接合され、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に黒塗りの点で示されるのは波箔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。

【００２４】図４は、図３の IV − IV 線に沿った断面
を示すものである。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３ｍｍ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
形成される。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。

【００２５】前述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℃）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１
２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。

【００２６】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。そこで、本発明では電極２０を
中空パイプ状に形成することにより、この問題点を解決
している。

【００２７】図５は、本発明の電極構造を実施する通電
加熱式触媒装置の部位を拡大して示すものである。な
お、図５において、図１から図４で説明した部材と同じ
部材には同じ参照符号が付してある。図５に示すよう
に、本発明の電極構造に使用される電極２０は中実金属
棒から形成されておらず、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で説明したように、ヒータ付触媒１０の下流側
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における構造が本発
明であり、後に詳述する。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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１５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とから構成されている。コー
ン９のこれらの部分９ａ〜９ｄは、従来は別々に製作さ
れて互いに溶接されていたが、図５の実施例ではコーン
９にステンレス管を使用し、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全体を一体に成形してい
る。即ち、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
と共に、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。

【００３１】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共に、各部分の寸法精度を
向上させることができる。また、図５に示した通電加熱
式触媒装置では、そのケーシング５の接地電極を別途溶
接せずに、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、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、溶接による歪が防止され、コーン９の周囲に取り
付ける保温材の均一な取付けを行うことができる他、コ
ーン９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。

【００３２】次に、電極２０のコーン９の貫通部２５に
おける本発明の実施例の構造について説明する。なお、
前述のように、貫通部２５においては排気ガスの流れや
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。

【００３３】図６は本発明の通電加熱式触媒の電極構造
の第１の実施例の構造を示す図１の電極貫通部の部分拡
大断面図である。第１の実施例では、コーン９のパイプ
状電極（中心電極）２０の貫通部２５において、中空パ
イプ状電極２０は円筒状の電極支持ホルダ６を介してコ
ーン９に貫通固定されている。電極支持ホルダ６は金属
製であり、その外周面がコーン９に開けられた貫通孔９
０に溶接Ｗによって固定されている。電極支持ホルダ６
には貫通孔６Ｈがあり、ホルダ６の上面６Ａ、下面６
Ｂ、及び貫通孔６Ｈの内周面６Ｃには絶縁被膜８が形成
されている。また、電極支持ホルダ６の上面６Ａと内周
面６Ｃの境界部、及び下面６Ｂと内周面６Ｃの境界部に
は面取り部６Ｄ，６Ｅがそれぞれ設けられている。面取
り部６Ｄ，６ＥはＲ面取りが望ましく、この面取り部６
Ｄ，６Ｅにより、電極支持ホルダ６の上面６Ａ、下面６
Ｂ、及び内周面６Ｃに形成される絶縁被膜８の厚さが均
一になる。更に、この面取り部６Ｄ，６Ｅにより、電極
支持ホルダ６の絶縁被膜８の形成面に角部がないので、
絶縁被膜８の剥離を防止することができる。

【００３４】パイプ状電極２０は、絶縁被膜８が形成さ
れた電極支持ホルダ６の貫通孔６Ｈの内径よりも５０〜
５００μｍだけ外径が小さいパイプから形成されてい
る。そして、パイプ状電極２０は絶縁被膜８が上面６
Ａ、下面６Ｂ、及び内周面６Ｃに形成された電極支持ホ
ルダ６に挿通された後、拡管成形されて電極支持ホルダ
６に密着固定される。なお、パイプ状電極２０には、電
極支持ホルダ６の下面６Ｂと内周面６Ｃの境界部にある
面取り部６Ｅに係合する第１の拡径部２１と、電極支持
ホルダ６の上面６Ａと内周面６Ｃの境界部にある面取り
部６Ｄに係合する第２の拡径部２２とがある。

【００３５】また、パイプ状電極２０は、電極支持ホル
ダ６に挿通する側の先端部２３を先細状に形成してお
く。この形状により、パイプ状電極２０を電極支持ホル
ダ６に挿入する時の挿入動作が行ない易くなり、また、
前述のパイプ状電極２０と電極支持ホルダ６との間の隙
間により、パイプ状電極２０の電極支持ホルダ６への挿
入時に、先端部２３が電極支持ホルダ６に形成された絶
縁被膜８に当たり、膜を傷つけるのを防止することがで
きる。

【００３６】そして、パイプ状電極２０を拡管によって
電極支持ホルダ６の絶縁被膜８に密着させると、拡管時
にも絶縁層８を剥がすような力が作用せず、拡管後は絶
縁層８の剥離を防止するように作用する。また、拡管寸
法の自由度が大きいので、電極支持ホルダ６の内径寸法
に高い精度は必要がない。更に、拡管するとパイプ状電
極２０は相手方の形状に倣うため、電極支持ホルダ６の
内周面に形成された絶縁被膜８の表面に凹凸があっても
完全に密着し、ガス漏れを防止することができる。

【００３７】更にまた、電極支持ホルダ６の下面６Ｂと
内周面６Ｃの境界部にある面取り部６Ｅに係合する第１
の拡径部２１と、電極支持ホルダ６の上面６Ａと内周面
６Ｃの境界部にある面取り部６Ｄに係合する第２の拡径
部２２とは、面取り部６Ｄ，６Ｅにそれぞれ倣う形状で
形成されるので、この第１、第２の拡径部２１，２２は
ガスシールの機能も持つが、パイプ状電極２０に大きな
引抜き力や押さえ力が作用しても、パイプ電極２０を電
極支持ホルダ６に固定するので、電極構造が強固なもの
となり、通電加熱式触媒の耐久性が向上する。

【００３８】ここで、電極支持ホルダ６の上下に形成さ
れるパイプ状電極２０の第１、第２の拡径部２１，２２
の作り方について、図８及び図９を用いて説明する。図
８(a) 〜(c) は中空のパイプ状電極２０に第１の拡径部
を形成する手順を説明するものである。図８(a) は拡径
を行なう前の中空のパイプ状電極２０の断面図であり、
符号Ｌ１で示す部位が拡径を行う場所であるとする。パ
イプ状電極２０の拡径を行う場合は、まず、図８(b) に
示すように、パイプ状電極２０に芯金材２を挿入すると
共に、拡管する部位Ｌ１の軸線方向の両側に押圧チャッ
ク４Ａ，４Ｂを取り付けてパイプ状電極２０を把持させ
る。そして、この状態で、押圧チャック４Ａ，４Ｂに矢
印方向に圧力を加えて部位Ｌ１が局部的に圧縮されるよ
うにする。すると、パイプ状電極２０の部位Ｌ１が外側
に膨らみ、その部分に第１の拡径部２１が形成される。

【００３９】次に、第１の拡径部２１が形成されたパイ
プ状電極２０に電極支持ホルダ６を挿通して、パイプ状
電極２０に密着させる工程を図９を用いて説明する。図
９(a) は図８(c) の状態のパイプ状電極２０に電極支持
ホルダ６を嵌め、パイプ状電極２０に第２の拡径部２２
を作ることによって、パイプ状電極２０を電極支持ホル
ダ６に密着固定する工程を説明する説明図である。

【００４０】パイプ状電極２０の電極支持ホルダ６が挿
入されない側の先端部は、まず、芯金材２Ａが突設され
たベース部材２Ｂの芯金材２Ａに挿通される。この芯金
材２Ａは、電極支持ホルダ６の先端部が芯金材２Ａが突
設されたベース部材２８に挿通された状態で、第１の拡
径部２１の位置まで届く高さである。この状態で、パイ
プ状電極２０の自由端側から、内周面に絶縁被覆８が形
成された電極支持ホルダ６が挿入される。電極支持ホル
ダ６はパイプ状電極２０の第１の拡径部２１の位置で止
まる。

【００４１】この後、ベース部材２Ｂと第１の拡径部２
１との間のパイプ状電極２０に押圧チャック４Ｃが取り
付けられ、押圧チャック２Ｄが電極支持ホルダ６の他端
部側の第２の拡径部２２を作るパイプ状電極２０の部位
Ｌ２の近傍に取り付けられる。また、パイプ状電極２０
の自由端部には注入孔７２のあるシールキャップ７１が
取り付けられ、この注入孔７２は注入管７３を介して圧
送ポンプ７０に接続される。

【００４２】そして、この状態で、押圧チャック４Ｃ，
４Ｄに矢印方向に圧力を加えると共に、圧送ポンプ７０
から溶液を圧送してパイプ状電極２０の内部に液圧を引
加する。この結果、パイプ状電極２０の部位Ｌ２には局
部的に軸線方向の圧縮力と、液圧による内圧が引加さ
れ、パイプ状電極２０の部位Ｌ２が外側に膨らみ、その
部分に第２の拡径部２２が形成される。また、液圧によ
ってパイプ状電極２０は全体的に拡管され、電極支持ホ
ルダ６に密着する。

【００４３】図９(b) はこの図９(a) の工程によって電
極支持ホルダ６に密着固定された中空のパイプ状電極２
０を示す断面図である。パイプ状電極２０は拡管によっ
て電極支持ホルダ６の絶縁被膜８に密着し、しかも拡管
時には絶縁層８を剥がすような力は作用しないので、拡
管後は絶縁層８の剥離を防止するように作用する。ま
た、拡管するとパイプ状電極２０の外周部は電極支持ホ
ルダ６の内周面の形状に倣うため、電極支持ホルダ６の
内周面に形成された絶縁被膜８の表面に凹凸があっても
完全に密着し、ガス漏れを防止することができる。更
に、パイプ状電極２０の第１の拡径部２１と第２の拡径
部２２とは、パイプ状電極２０の内部に注入された液体
の液圧で膨張するので、電極支持ホルダ６の面取り部６
Ｄ，６Ｅにそれぞれ倣う形状で形成されるので、この第
１、第２の拡径部２１，２２はガスシールの機能も持つ
と共にパイプ状電極２０への引抜き力や押さえ力に対し
て、パイプ電極２０と電極支持ホルダ６との固定を保持
する。

【００４４】図１０は本発明の通電加熱式触媒の電極構
造の第２の実施例の構造を示す図１の電極貫通部の部分
拡大断面図である。第２の実施例では、コーン９のパイ
プ状電極（中心電極）２０の貫通部２５において、中空
のパイプ状電極２０は電極支持ホルダ６０を介してコー
ン９に貫通固定されている。電極支持ホルダ６０は第２
の実施例では貫通孔６Ｈの内径が中空のパイプ状電極２
０より僅かに大きい金属パイプで作られており、その両
端部が外側に湾曲させられて湾曲部６１及び折り返し部
６２が設けられている。この湾曲部６１により電極支持
ホルダ６０に面取り部が形成されると共に、電極支持ホ
ルダ６０の剛性が高まる。また、湾曲部６１により、熱
膨張、収縮時の応力が緩和される。

【００４５】そして、第２の実施例では電極支持ホルダ
６０の貫通孔６Ｈの内周面６３と、電極支持ホルダ６０
の湾曲部６１の外周面とには第１の実施例の電極支持ホ
ルダ６と同様に絶縁被膜８が形成されており、電極支持
ホルダ６０の折り返し部６２の外周面がコーン９に開け
られた貫通孔９０に溶接Ｗによって固定されている。。
このように折り返し部６２の外周面をコーン９に溶接す
るのは、薄板に溶接した時の裏ビードによる絶縁被膜８
の破壊を防止するためである。

【００４６】第２の実施例では電極支持ホルダ６０の両
端部に湾曲部６１があるので、電極支持ホルダ６の内周
面６３と湾曲部６１の外周面に形成される絶縁被膜８の
厚さが均一になる。更に、この湾曲部６１により、電極
支持ホルダ６０の絶縁被膜８の形成面に角部がないの
で、絶縁被膜８の剥離を防止することができる。パイプ
状電極２０には第１の実施例と同じものを使用すれば良
く、パイプ状電極２０は、絶縁被膜８が形成された電極
支持ホルダ６の貫通孔６Ｈの内径よりも５０〜５００μ
ｍだけ外径が小さいパイプから形成されている。そし
て、パイプ状電極２０は、絶縁被膜８が内周面６３と湾
曲部６１の外周面に形成された電極支持ホルダ６０に挿
通された後、拡管成形されて電極支持ホルダ６０に密着
固定され、第１の実施例と同様に、第１の拡径部２１と
第２の拡径部２２とによって電極支持ホルダ６０に係止
される。

【００４７】従って、第２の実施例の電極支持ホルダ６
０によっても、パイプ状電極２０の拡管時にも絶縁層８
を剥がすような力が作用せず、拡管後は絶縁層８の剥離
を防止するように作用する。また、拡管寸法の自由度が
大きいので、電極支持ホルダ６０の内径寸法に高い精度
は必要がないことも同様である。更に、拡管するとパイ
プ状電極２０は相手方の形状に倣うため、電極支持ホル
ダ６０の内周面に形成された絶縁被膜８の表面に凹凸が
あっても完全に密着し、ガス漏れを防止することができ
る点と、パイプ状電極２０の第１の拡径部２１と第２の
拡径部２２とにより、パイプ状電極２０に大きな引抜き
力や押さえ力が作用しても、パイプ電極２０を電極支持
ホルダ６に固定するので、電極構造が強固なものとな
り、通電加熱式触媒の耐久性が向上する点も第１の実施
例と同様である。

【００４８】更にまた、第２の実施例では、電極支持ホ
ルダ６０が金属性のパイプ材で形成され、湾曲部６１と
折り返し部６２とを備えているために、電極支持ホルダ
６０の内周面６３の裏側に空隙部６４が存在することに
なり、この空隙部６４によってコーン９の熱がガスシー
ル部に伝え難くなると共に、空隙部６４によって放熱が
行なわれるので、ガスシール部の耐久性が高まる。

【００４９】なお、第２の実施例における電極支持ホル
ダ６０は、必ずしもパイプ材で形成する必要はなく、肉
厚を薄くした削り出し材を用いても、軽量性、冷却性の
向上を計ることができる。次に、以上説明した電極支持
ホルダ６、６０に絶縁被膜８を形成する方法について図
１１から図１３を用いて説明する。

【００５０】図１１は電極支持ホルダ６、６０に絶縁被
膜８を形成するための型７０の構成を説明する一部切欠
斜視図である。型７０は熱膨張率の小さい部材、例え
ば、厚さが均一のセラミックス板から構成されており、
この型７０の上面７１には複数個の円形の穴８０が設け
られている。この穴８０は、電極支持ホルダ６，６０の
外径よりも僅かに大きな内径と、電極支持ホルダ６，６
０の両端間の長さよりも深い高さを備えており、この穴
の深さは型７０の板圧よりも小さくなっている。そし
て、各穴８０の底面８１には、穴８０の内径よりも径の
小さい貫通孔８２が設けられている。穴８０の内径は電
極支持ホルダ６，６０の外径よりも大きいので、これら
の穴８０に電極支持ホルダ６，６０は容易に挿入するこ
とができる。

【００５１】図１２は図１１に示した型７０に電極支持
ホルダ６を挿入して絶縁被膜８を形成する方法を説明す
るものである。図１２(a) は図１１の型７０に電極支持
ホルダ６を挿入して、電極支持ホルダ６をその底面８１
に着座させた状態を示すものである。穴８０の内径は電
極支持ホルダ６の外径よりも大きいので、常温において
は、穴８０に電極支持ホルダ６は容易に挿入したり、取
り出したりすることができる。

【００５２】図１２(b) は図１２(a) の状態で型７０を
高温炉に入れ、酸化雰囲気中で所定時間加熱して電極支
持ホルダを焼成する工程を示すものである。セラミック
スよりも電極支持ホルダ６の熱膨張率が大きいため、高
温炉内で温度が上昇すると、電極支持ホルダ６は膨張し
てその外径が大きくなるが、穴８０の内径は殆ど変わら
ない。この結果、高温炉内では穴８０の内周面に電極支
持ホルダ６の外周面が密着し、その間に空気の層が無く
なる。この状態で温度を加えると、図１２(c)に示すよ
うに、電極支持ホルダ６の上面６Ａ、内周面６Ｃ、及び
下面６Ｂの空気に触れている部分に酸化膜が絶縁被膜８
として形成される。穴８０の底面８１に設けられた貫通
孔８２は、この電極支持ホルダ６の下面６Ｂに空気が十
分に行き渡るように設けられているものである。

【００５３】絶縁被膜８の形成方法としては、電極支持
ホルダ６をフェライト系ＳＵＳ材、特に、ＳＵＳ４３
０、またはＳＵＳ４３０ＭＴ（この材料は高温酸化しに
くいので、この材料を使用する場合は表面に酸化助剤
（塩基剤）を使用した方が良い）で構成し、酸化雰囲気
中で高温焼成する。この高温焼成の条件は、例えば、温
度１０００℃で５時間である。この条件で焼成を行なう
と、電極支持ホルダ６の表面に、図１３に示すように、
１００〜２５０μｍの第１酸化膜層８３と第２酸化膜層
８４からなる２層の酸化被膜が得られる。第１酸化膜層
８３はα（またはγ）Ｆｅ₂Ｏ₃、ＦｅＣｒＯ₄で形成
され、第２酸化膜層８４はＦｅ₂Ｏ₃、Ｆｅ ₃Ｏ₄で形
成される。

【００５４】なお、絶縁被膜８の形成方法としては、こ
の方法の他に、アルミを含む耐熱鋼を酸化雰囲気中で高
温焼成して母材の表面にＡｌ₂Ｏ₃を析出させる方法、
ＣＶＤ法等があるが、本発明の通電加熱式触媒の電極構
造にとっては、図１１，図１２に示した方法が適当であ
る。これは、以上説明した本発明の方法による絶縁被膜
８の形成は、特別な材料や設備を必要としないため、他
の方法に比べて非常に安価に電極支持ホルダ６に絶縁被
膜８を形成することができるからである。

【００５５】なお、本発明の方法による電極支持ホルダ
６の表面への絶縁被膜８の形成では、絶縁被膜８の膜厚
のばらつきが５０〜１００μｍ程度と大きく、また、表
面が粗い。そして、この表面粗さを加工処理で修正しよ
うとしても、絶縁被膜８が脆いために加工処理は困難で
ある。従って、前述の方法によって作られた絶縁被膜８
を備えた電極支持ホルダ６に対しては、電極２０を圧入
したり、焼き嵌めしたりすることは困難であり、図６，
図１０で説明した本発明の通電加熱式触媒の電極構造に
対してのみ、採用することができる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の通電加熱
式触媒の電極構造によれば、ヒータに接続される電極の
熱容量を低減して機関始動後の触媒の暖機が阻害され
ず、また、電極と電極支持ホルダとを密着させる場合の
電極及びホルダの各々の部品に細かい寸法精度が必要な
く、更に、電極を電極支持ホルダに挿入する際における
ホルダ側の絶縁被膜が損傷しないという効果がある。ま
た、ホルダを中空の円筒部材の上下部分の外側への折り
曲げによって形成すれば、ホルダ自体の熱容量が小さく
なるので、触媒が保持されたケースからの熱が電極、ホ
ルダの接触部に伝わり難くなると共に、ホルダからの放
熱作用も加わって、ガスシール部の耐久性が向上する。

【００５７】一方、本発明の通電加熱式触媒の電極構造
における電極ホルダへの絶縁被膜形成方法によれば、電
極支持ホルダへの絶縁被膜の形成を低コストで大量に、
かつ確実に行なえるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】通電加熱式触媒装置の一般的構造を示す断面図
である。

【図２】通電加熱式触媒装置におけるヒータ付触媒の形
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】本発明の電極構造を適用する通電加熱式触媒装
置の要部の部分拡大断面図である。

【図６】本発明の通電加熱式触媒の電極構造の第１の実
施例の構造を示す図１の電極貫通部の部分拡大断面図で
ある。

【図７】図６の電極構造に使用する電極の構成の一例を
示す電極先端部の部分拡大断面図である。

【図８】中空のパイプ状電極に拡径部を形成する手順を
説明するものであり、(a) は拡径を行なう前の中空のパ
イプ状電極の断面図、(b) は中空のパイプ状電極に芯金
材を挿入すると共に、拡径する部位の両側に押圧チャッ
クを取り付け、中空のパイプ状電極の一部分に圧力をか
ける状態を示す断面図、(c) は(b) の工程によって形成
された拡径部を備えた中空のパイプ状電極の断面図であ
る。

【図９】(a) は図８(c) の状態の中空のパイプ状電極に
電極支持ホルダを嵌め、中空のパイプ状電極を拡径する
ことによって中空パイプ状電極を電極支持ホルダに密着
固定する工程を説明する説明図、(b) は(a) の工程によ
って電極支持ホルダに密着固定された中空のパイプ状電
極を示す断面図である。

【図１０】本発明の通電加熱式触媒の電極構造の第２の
実施例の構造を示す図１の電極貫通部の部分拡大断面図
である。

【図１１】本発明の通電加熱式触媒の電極構造に使用す
る電極支持ホルダに絶縁被膜を形成するための型の構成
を説明する一部切欠斜視図である。

【図１２】本発明の通電加熱式触媒の電極構造に使用す
る電極支持ホルダに絶縁被膜を形成する方法を説明する
ものであり、(a) は図１１の型に電極支持ホルダを装着
した状態を示す部分拡大断面図、(b) は(a) の状態で型
を酸化雰囲気中で所定時間加熱して電極支持ホルダを焼
成する工程を示す(a) と同じ部位の断面図、(c) は(b)
の工程により、電極支持ホルダの内周面に絶縁被膜が形
成された状態を示す同じ部位の断面図である。

【図１３】図１２に示した工程により電極支持ホルダの
表面に形成された絶縁被膜を拡大して示す部分拡大断面
図である。

【符号の説明】

１…触媒装置全体、６…電極支持ホルダ６Ａ…上面６Ｂ…下面６Ｃ…内周面６Ｈ…貫通孔９…拡管形状のコーン１０…ヒータ付触媒（渦巻状金属箔積層体）２０…電極（中心電極）２１…第１の拡径部２２…第２の拡径部２５…コーンの壁面を貫通する部分（貫通部）６０…電極支持ホルダ６１…湾曲部６２…折り返し部６３…内周面６４…空隙部７０…型８０…穴８１…底面８２…貫通孔８３…第１酸化膜層８４…第２酸化膜層９０…貫通孔

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
用電気ヒータとが配置され、前記電気ヒータに通電を行
う棒状電極が前記排気通路の壁面に取り付けられた電極
支持ホルダを気密状態で貫通して外部に延設された通電
加熱式触媒の電極構造であって、前記棒状電極を中空パイプ状に形成し、前記電極支持ホルダの前記棒状電極に接する内周面には
絶縁被膜を施し、前記棒状電極を前記電極支持ホルダに挿通した状態で、
前記棒状電極における前記電極支持ホルダに対応する部
位を拡管して前記棒状電極を前記電極支持ホルダに密着
固定したことを特徴とする通電加熱式触媒の電極構造。
【請求項２】請求項１に記載の通電加熱式触媒の電極
構造であって、前記棒状電極の一方の端部と、前記電極支持ホルダの内
周面の両端部に、面取加工処理を施したことを特徴とす
るもの。
【請求項３】請求項１に記載の通電加熱式触媒の電極
構造であって、前記電極支持ホルダを円筒状部材で形成し、その両端部
は外側に折り曲げて湾曲部を形成し、この一方の湾曲部
を前記排気通路の壁面に固着したことを特徴とするも
の。
【請求項４】請求項１から３の何れか１項に記載の電
極支持ホルダの内周面に絶縁被膜を施す方法であって、前記電極支持ホルダの外径よりも僅かに大きな内径と、
前記電極支持ホルダの両端間の長さよりも深い高さを備
えた円形の穴を複数個備え、各穴の底面には前記内径よ
りも径の小さい貫通孔が設けられ、熱膨張率の小さな部
材で形成された型を準備し、前記各穴に前記電極支持ホルダを挿入し、この状態で前記型を酸化雰囲気中で所定時間加熱し、前
記電極支持ホルダを焼成することを特徴とするもの。