WO2012063353A1 - 電気加熱型触媒 - Google Patents

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木下 靖朗
飯田 達雄
忠史 高垣
秀次 内藤
剛三 梶
下田 健二
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a catalyst, and more particularly, to an electrically heated catalyst that is energized and heated to effectively purify exhaust gas discharged from, for example, an automobile.
  • an electrically heated catalyst that is electrically heated to purify exhaust gas
  • the electrically heated catalyst includes a carrier and an electrode fixed to the carrier to energize the carrier.
  • the electrode supplies power supplied from an external power source such as a battery toward the carrier.
  • the carrier is heated and activated by being energized through the electrode. Therefore, according to the electrically heated catalyst, exhaust gas can be effectively purified by forcibly heating the carrier by energization.
  • the carrier and the electrode are made of ceramic and metal, but both are fixed to each other by brazing or welding.
  • materials with different coefficients of thermal expansion that is, a ceramic material with a low coefficient of linear expansion and a metal material with a large coefficient of linear expansion are joined directly
  • the difference in the coefficient of thermal expansion As a result, thermal stress is applied to the joint surface.
  • the electrode is caused by thermal stress applied to the joining surface between the electrode and the carrier when the use is continued in an environment where temperature changes occur. Becomes easy to peel off from the carrier.
  • the present invention has been made in view of the above points, and it is possible to suppress cracking or fracture of an electrode by relaxing thermal stress caused by a difference in thermal expansion generated between the carrier and the electrode.
  • An object is to provide an electrically heated catalyst.
  • the object is to provide a carrier, two or more comb-like electrodes extending in the longitudinal direction, a conductive underlayer interposed between the carrier and the comb-like electrode, the comb-like electrode and the lower electrode.
  • a conductive fixing layer that fixes the comb-like electrode to the carrier by bonding to a base layer, and the fixing layer is scattered at a plurality of locations on the comb-like electrode and the base layer.
  • Each of the comb-shaped electrodes is electrically fixed to the carrier by locally bonding the fixing layer to the comb-shaped electrode and the base layer at at least two positions separated from each other. This is achieved with a heated catalyst.
  • cracks or breakage of the comb-like electrode can be suppressed by relaxing the thermal stress caused by the thermal expansion difference generated between the carrier and the comb-like electrode.
  • FIG. 1 shows a configuration diagram of an electrically heated catalyst 10 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A shows a cross-sectional view of the main part of the electrically heated catalyst 10 of the present embodiment.
  • FIG. 2B shows the principal part top view of the electric heating type catalyst 10 of a present Example.
  • the electrically heated catalyst 10 of the present embodiment is a catalyst for purifying exhaust gas discharged from, for example, an automobile, and is a catalyst that is activated when heated by energization.
  • the electrically heated catalyst 10 includes a SiC carrier 12 on which a ceramic catalyst made of silicon carbide (SiC) is supported.
  • the SiC carrier 12 can exhibit a catalytic function when heated and heated.
  • the SiC carrier 12 is formed in a cylindrical shape.
  • the SiC carrier 12 is held in a case 14 formed in a cylindrical shape. Between the SiC carrier 12 and the outer tube of the case 14, for example, an electrical insulator layer made of an alumina fiber aggregate and a mat 16 functioning as a heat insulation layer are interposed.
  • the SiC carrier 12 is held on the outer tube of the case 14 via the mat 16 over the entire outer peripheral surface thereof.
  • the mat 16 is provided with an opening 18.
  • the electric heating type catalyst 10 is also provided with an electrode 20 for energizing and heating the SiC carrier 12.
  • the electrode 20 is fixed to the SiC carrier 12.
  • the electrode 20 is made of a conductive metal (for example, stainless steel).
  • the electrode 20 is formed in a substantially flat plate shape (specifically, a curved shape so as to follow the outer wall of the SiC carrier 12), and a plurality of (for example, twelve) teeth each extend in parallel to the longitudinal direction. It is formed in a comb-teeth shape.
  • each tooth of the electrode 20 is referred to as a comb-like electrode 20a.
  • the comb-shaped electrodes 20 a are arranged on the outer wall of the SiC carrier 12 so as to be separated from each other by a predetermined distance L along the axial direction of the SiC carrier 12.
  • Each comb-shaped electrode 20a has a predetermined line width x and a predetermined thickness d.
  • the electrode 20 is placed on the SiC carrier 12 via a conductive underlayer 22. That is, the conductive underlayer 22 is interposed between the SiC carrier 12 and the electrode 20.
  • the underlayer 22 is a porous film or the like formed on the surface of the SiC carrier 12 by thermal spraying, and is formed in a substantially flat plate shape (specifically, a curved shape along the outer wall of the SiC carrier 12).
  • the underlayer 22 is provided on a part of the outer wall of the SiC carrier 12 and has an area larger than the size (area) of the entire electrode 20.
  • the underlayer 22 is held on the outer tube of the case 14 via the mat 16 at the periphery.
  • the underlayer 22 is between the thermal expansion coefficient of the SiC carrier 12 (the linear expansion coefficient of the SiC carrier 12 is relatively small) and the thermal expansion coefficient of the electrode 20 (the linear expansion coefficient of the electrode 20 is relatively large). It is made of a metal material having a coefficient of thermal expansion (for example, a NiCr-based material) and has a function of absorbing a difference in thermal expansion that occurs between the SiC carrier 12 and the electrode 20.
  • a metal material having a coefficient of thermal expansion for example, a NiCr-based material
  • the electric heating catalyst 10 also includes a fixed layer 24 that fixes the electrode 20 to the SiC carrier 12.
  • the fixed layer 24 is bonded to both the electrode 20 and the base layer 22.
  • FIG. 2A the bonding surface S1 between the fixing layer 24 and the electrode 20 and the bonding surface S2 between the fixing layer 24 and the base layer 22 are shown by thick solid lines.
  • the electrode 20 is fixed to the SiC carrier 12 by bonding the fixed layer 24 to the comb electrode 20 a and the base layer 22 on the base layer 22.
  • the fixing layer 24 is a layer formed on the surfaces of the comb-shaped electrode 20a and the base layer 22 by thermal spraying, and is bonded to the comb-shaped electrode 20a and the base layer 22 by thermal spraying.
  • the fixed layer 24 is made of a metal material (for example, a NiCr-based material or a CoNiCr-based material) having a thermal expansion coefficient between the thermal expansion coefficient of the electrode 20 and the thermal expansion coefficient of the base layer 22 and has conductivity.
  • the fixed layer 24 is provided so as to be scattered at a plurality of locations on the surfaces of the comb-shaped electrode 20 a and the base layer 22, and is locally joined to the comb-shaped electrode 20 a and the base layer 22.
  • Each fixed layer 24 is formed in a hemispherical shape on the surfaces of the comb-like electrode 20a and the base layer 22, respectively. Each fixed layer 24 has a diameter larger than the line width x of each comb-like electrode 20a of the electrode 20. Each fixed layer 24 has its apex located on the center line of the comb-shaped electrode 20a, so that the comb-shaped electrode 20a and the comb-shaped electrode 20a of the base layer 22 are sandwiched between the directions orthogonal to the longitudinal direction of the comb-shaped electrode 20a. Are formed so as to connect the surface portions located on both sides of each other.
  • each fixed layer 24 is bonded to the comb-shaped electrode 20a, and the surface layer located on both sides of the underlying layer 22 in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the comb-shaped electrode 20a with the comb-shaped electrode 20a interposed therebetween. It joins both (refer FIG. 2A and FIG. 2B).
  • the side surfaces of the comb-shaped electrode 20a facing in the direction perpendicular to the longitudinal direction are covered with the fixed layer 24 on both sides. Bonding of the comb-shaped electrode 20a and the base layer 22 by the fixed layer 24 is realized by spraying the fixed layer 24 from above the electrode 20 placed on the base layer 22 toward the center of the comb-shaped electrode 20a.
  • the fixing layer 24 is provided in plural (two places in FIG. 2B) for each comb-like electrode 20a of the electrode 20, and is arranged at positions separated from each other. Each comb-shaped electrode 20a is locally joined to the fixed layer 24 at a plurality of positions spaced apart from each other. Each comb-shaped electrode 20 a is fixed to the SiC carrier 12 by locally bonding the fixed layer 24 to the comb-shaped electrode 20 a and the base layer 22 at a plurality of spaced apart positions. In the adjacent comb electrodes 20 a arranged in the axial direction of the SiC carrier 12, the fixed layer 24 is disposed at an oblique position on the surface of the base layer 22.
  • FIG. 3 is a diagram showing the flow of current in the electrically heated catalyst 10 of this example.
  • the bonding surface S1 between the fixing layer 24 and the electrode 20, the bonding surface S2 between the fixing layer 24 and the base layer 22, and the bonding surface S3 between the base layer 22 and the SiC carrier 12 are thick. It is shown with a solid line.
  • the current flows to the SiC carrier 12 through the comb electrode 20a, the fixed layer 24, and the base layer 22. Specifically, as indicated by arrows in FIG. 3, the current flows from the comb-shaped electrode 20 a to the fixed layer 24 through the joint surface S ⁇ b> 1 between the comb-shaped electrode 20 a and the fixed layer 24, and then from the fixed layer 24 to the fixed layer 24. Flows to the underlayer 22 through the bonding surface S2 between the underlayer 22 and the SiC layer 12 through the bonding surface S3 between the underlayer 22 and the SiC carrier 12.
  • the SiC carrier 12 When such energization is performed, the SiC carrier 12 is energized and heated. When the SiC carrier 12 is heated, it can be activated to purify the exhaust gas. Therefore, according to the electrically heated catalyst 10 of the present embodiment, exhaust gas can be effectively purified by forcibly heating the SiC carrier 12 by energization.
  • the thermal expansion coefficient between the electrode 20 and the thermal expansion coefficient of the SiC carrier 12 is between.
  • An underlayer 22 made of a metal material having a thermal expansion coefficient is interposed. Therefore, the heat generated between the SiC carrier 12 and the electrode 20 when the electrically heated catalyst 10 undergoes thermal expansion or contraction during a cooling cycle (for example, the temperature may rise to about 800 ° C.).
  • the thermal stress applied between the SiC carrier 12 and the electrode 20 by absorbing the difference in expansion due to the presence of the underlayer 22 can be reduced / relieved. For this reason, it can suppress that the electrode 20 peels on the SiC support
  • the thickness of the underlayer 22 interposed between the electrode 20 and the SiC carrier 12 is increased, the thermal stress applied between the SiC carrier 12 and the electrode 20 is reduced and relaxed. Since the electrical resistivity is increased, it becomes impossible to effectively pass a current from the electrode 20 side through the fixed layer 24 and the base layer 22 to the SiC carrier 12. Therefore, the thickness of the base layer 22 interposed between the electrode 20 and the SiC carrier 12 is set so that both the reduction of thermal stress between the electrode 20 and the SiC carrier 12 and the energization efficiency are compatible.
  • each comb-like electrode 20a of the electrode 20 is bonded to the comb-like electrode 20a and the base layer 22 on the SiC carrier 12, so that the base layer 22 is bonded. And fixed to the SiC carrier 12 to be joined.
  • the comb-shaped electrode 20a is fixed to the SiC carrier 12 by locally bonding the comb-shaped electrode 20a to the fixed layer 24 at a plurality of positions separated from each other. Therefore, each comb-shaped electrode 20a is fixed to the SiC carrier 12 by locally bonding the fixed layer 24 to the comb-shaped electrode 20a and the base layer 22 at a plurality of positions separated from each other.
  • the comb-like electrode 20a is locally bonded to the fixed layer 24 at a plurality of positions spaced apart from each other, and is constrained to any layer at a portion between the bonded portions with the fixed layer 24. It is not restricted on the underlying layer 22 and can freely expand and contract. That is, only a part of the comb-shaped electrode 20a is fixed to the SiC carrier 12 by being integrated with the neighboring base layer 22 and bonded to the fixing layer 24, but deformation at other portions is not possible. It is a freely acceptable electrode.
  • the displacement due to the thermal expansion or thermal contraction of the comb-shaped electrode 20a is changed to the joint portion of the comb-shaped electrode 20a with the fixed layer 24.
  • the SiC carrier 12 and the comb-shaped electrode 20a of the electrode 20 can be absorbed. Thermal stress applied between them can be reduced or alleviated. Therefore, according to the structure of the electric heating type catalyst 10 of the present embodiment, the comb-like electrode 20a of the electrode 20 is prevented from being cracked or broken on the SiC carrier 12 due to the action of thermal stress during the cooling cycle. It is possible to do.
  • the fixed layer 24 that fixes the comb-shaped electrode 20a to the SiC carrier 12 is located below the adjacent comb-shaped electrodes 20a arranged in the axial direction of the SiC carrier 12. It is arranged at an oblique position on the surface of the formation 22.
  • the fixed layer 24 is a member formed in a hemispherical shape on the base layer 22 by thermal spraying, and has a diameter larger than the line width x of the comb-shaped electrode 20a. Therefore, according to the structure of the electrically heated catalyst 10 of the present embodiment, the fixed layer 24 is arranged side by side in the axial direction between the adjacent comb electrodes 20a arranged in the axial direction of the SiC carrier 12.
  • the separation distance L between the adjacent comb electrodes 20a arranged in the axial direction of the SiC carrier 12 can be reduced. For this reason, the area occupied by the entire electrode 20 on the surface of the SiC carrier 12 can be reduced, and the electrode 20 and the underlayer 22 can be made compact.
  • the SiC carrier 12 corresponds to the “carrier” recited in the claims.
  • the diameter of the fixed layer 24 is larger than the line width x of the comb-shaped electrode 20a, and each fixed layer 24 is joined to the comb-shaped electrode 20a and the comb-shaped of the underlayer 22 It joins with both of the surface parts located on both sides of the direction orthogonal to the longitudinal direction of comb-like electrode 20a across electrode 20a.
  • each fixed layer is joined to the comb-shaped electrode 20a, and the longitudinal direction of the comb-shaped electrode 20a of the underlayer 22 with the comb-shaped electrode 20a interposed therebetween. It joins with only one of the surface parts located on both sides in the direction orthogonal to the direction.
  • FIG. 4A shows a cross-sectional view of the main part of the electrically heated catalyst 100 of this example.
  • FIG. 4B shows the principal part top view of the electric heating type catalyst 100 of a present Example. 4A and 4B, the same components as those shown in FIGS. 1, 2A, and 2B are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
  • the electrically heated catalyst 100 includes a fixed layer 102 that fixes the electrode 20 to the SiC carrier 12.
  • the fixed layer 102 has substantially the same shape and function as the above-described fixed layer 24, and is made of the same metal material as the fixed layer 24.
  • the fixed layer 102 is bonded to the comb electrode 20a and the base layer 22 by thermal spraying.
  • the electrode 20 is fixed to the SiC carrier 12 by bonding the fixed layer 102 to the comb-shaped electrode 20 a and the base layer 22 on the base layer 22.
  • the fixed layer 102 is provided so as to be scattered at a plurality of locations on the surfaces of the comb-shaped electrode 20 a and the base layer 22, and is locally joined to the comb-shaped electrode 20 a and the base layer 22.
  • Each fixed layer 102 is formed in a hemispherical shape on the surfaces of the comb-like electrode 20a and the base layer 22, respectively. Each fixed layer 102 has a diameter larger than the line width x of each comb-like electrode 20a of the electrode 20. Each pinned layer 102 is positioned on a line slightly shifted from the center line of the comb-shaped electrode 20a, so that the comb-shaped electrode 20a and the comb-shaped electrode 20a of the underlayer 22 are sandwiched between the comb-shaped electrodes 20a. Only one of the surface portions located on both sides in the direction orthogonal to the longitudinal direction of 20a is connected to each other.
  • each fixed layer 102 is bonded to the comb-shaped electrode 20a, and the surface layer located on both sides of the base layer 22 in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the comb-shaped electrode 20a with the comb-shaped electrode 20a interposed therebetween. Only one of them is joined (see FIGS. 4A and 4B).
  • the side surface facing the direction perpendicular to the longitudinal direction of the comb-like electrode 20a has one side surface covered with the fixed layer 102, but the other side surface is exposed to the outside.
  • the fixing layer 102 is bonded to the comb-shaped electrode 20a and the base layer 22 from the upper side of the electrode 20 placed on the base layer 22 toward the position slightly shifted from the center of the comb-shaped electrode 20a. Realized by thermal spraying.
  • the fixing layer 102 is provided in plural (two locations in FIG. 4B) for each comb-like electrode 20a of the electrode 20, and is arranged at a position separated from each other. Each comb-like electrode 20a is locally joined to the fixed layer 102 at a plurality of spaced apart positions.
  • the fixed layer 102 is disposed at an oblique position on the surface of the base layer 22 between the adjacent comb-like electrodes 20 a arranged in the axial direction of the SiC carrier 12.
  • the electrically heated catalyst 100 of the present embodiment when the electrode 20 is energized from the outside through the wiring, the current flows to the SiC carrier 12 through the comb electrode 20a, the fixed layer 102, and the base layer 22. When such energization is performed, the SiC carrier 12 is energized and heated. Therefore, also in the electrically heated catalyst 100 of the present embodiment, exhaust gas can be effectively purified by forcibly heating the SiC carrier 12 by energization.
  • each of the comb-shaped electrodes 20a of the electrode 20 is bonded to the comb-shaped electrode 20a and the base layer 22 on the SiC carrier 12, so that the base layer 22 is bonded. And fixed to the SiC carrier 12 to be joined.
  • the comb-shaped electrode 20a is fixed to the SiC carrier 12 by locally bonding the comb-shaped electrode 20a to the fixed layer 102 at a plurality of positions separated from each other. For this reason, also in the electric heating type catalyst 100 of the present embodiment, the electrode 20 on the SiC carrier 12 due to the action of thermal stress during the cooling cycle, as in the electric heating type catalyst 10 of the first embodiment described above.
  • the fixed layer 102 is disposed at an oblique position on the surface of the base layer 22 between the adjacent comb electrodes 20 a arranged in the axial direction of the SiC carrier 12. For this reason, also in the electric heating type catalyst 100 of the present embodiment, the area area occupied by the entire electrode 20 on the surface of the SiC carrier 12 can be reduced as in the electric heating type catalyst 10 of the first embodiment described above. In addition, the electrode 20 and the base layer 22 can be made compact.
  • each fixed layer 102 is bonded to the comb-shaped electrode 20a, and the comb-shaped electrode 20a of the base layer 22 is sandwiched between the fixed electrodes 102a. It joins with only one of the surface portions located on both sides in the direction orthogonal to the longitudinal direction of 20a.
  • One side surface facing the direction orthogonal to the longitudinal direction of the comb-shaped electrode 20 a is covered with the fixed layer 102, but the other side surface is exposed to the outside without being adjacent to the fixed layer 102.
  • the degree of freedom of expansion and contraction in the comb-shaped electrode 20a is higher than that in the structure of the first embodiment in which both sides facing the direction orthogonal to the longitudinal direction of the comb-shaped electrode 20a are covered with the fixed layer 24 on both sides. Can be raised.
  • the electrically heated catalyst 100 undergoes thermal expansion or thermal contraction during the cooling cycle, the displacement due to the thermal expansion or thermal contraction of the comb electrode 20a can be absorbed by the deformation of the comb electrode 20a.
  • the thermal stress applied between the SiC carrier 12 and the comb-shaped electrode 20a of the electrode 20 can be reduced / reduced compared to the structure in which the entire comb-shaped electrode 20a is bonded to the fixed layer 102 and restrained. Therefore, according to the structure of the electrically heated catalyst 100 of the present embodiment, the comb-like electrode 20a of the electrode 20 is prevented from being cracked or broken on the SiC support 12 due to the action of thermal stress during the cooling cycle. It is possible to do.
  • a plurality of fixed layers 24 and 102 are provided for each comb-like electrode 20a of the electrode 20, and are arranged at positions separated from each other.
  • the fixed layer provided in each comb-shaped electrode 20a is in the axial direction of the comb-shaped electrode 20a and the SiC carrier 12 (perpendicular to the longitudinal direction of the comb-shaped electrode 20a).
  • Direction and a fixed layer provided on the adjacent comb-like electrode 20a. That is, the bonding between the comb electrode 20a and the base layer 22 by one fixed layer is performed so as to straddle the two comb electrodes 20a adjacent to each other in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the comb electrode 20a.
  • FIG. 5A shows a cross-sectional view of the main part of the electrically heated catalyst 200 of this example.
  • FIG. 5B shows the principal part top view of the electric heating type catalyst 200 of a present Example.
  • 5A and 5B the same components as those shown in FIGS. 1, 2A, and 2B are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
  • the electric heating catalyst 200 includes a fixed layer 202 that fixes the electrode 20 to the SiC carrier 12.
  • the fixed layer 202 has substantially the same shape and function as the above-described fixed layers 24 and 102, and is made of the same metal material as the fixed layers 24 and 102.
  • the fixed layer 202 is joined to the comb electrode 20a and the base layer 22 by thermal spraying.
  • the electrode 20 is fixed to the SiC carrier 12 when the fixed layer 202 is joined to the comb-shaped electrode 20 a and the base layer 22 on the base layer 22.
  • the fixed layer 202 is provided so as to be scattered at a plurality of locations on the surfaces of the comb-shaped electrode 20 a and the base layer 22, and is locally joined to the comb-shaped electrode 20 a and the base layer 22.
  • Each fixed layer 202 is formed in a hemispherical shape on the surfaces of the comb-like electrode 20a and the base layer 22, respectively.
  • Each fixed layer 202 has a diameter larger than the distance L between the two comb-shaped electrodes 20 a adjacent to each other in the axial direction of the SiC carrier 12.
  • Each pinned layer 202 has its apex located on the intermediate line between the two adjacent comb-shaped electrodes 20a, so that the space between the two comb-shaped electrodes 20a and the two comb-shaped electrodes 20a of the base layer 22 is different. Are formed so as to connect the surface portions located at each other.
  • each fixed layer 202 is bonded to two comb-shaped electrodes 20a adjacent to each other in the axial direction of the SiC carrier 12, and bonded to the surface portion of the base layer 22 located between the two comb-shaped electrodes 20a. (See FIGS. 5A and 5B).
  • any one of the side surfaces facing the direction perpendicular to the longitudinal direction of the comb-shaped electrode 20a is covered with the fixed layer 202, but the other side surface is exposed to the outside.
  • the fixed layer 202 is sprayed from above the electrode 20 placed on the base layer 22 toward the middle of the two adjacent comb-like electrodes 20a. Is realized.
  • a plurality of (two in FIG. 5B) fixed layers 202 are provided for each comb-shaped electrode 20a of the electrode 20, and are disposed at positions separated from each other.
  • Each comb-shaped electrode 20a is locally joined to the fixed layer 202 at a plurality of positions spaced apart from each other.
  • the electrically heated catalyst 200 of the present embodiment when the electrode 20 is energized from the outside through the wiring, the current flows to the SiC carrier 12 through the comb electrode 20a, the fixed layer 202, and the base layer 22. When such energization is performed, the SiC carrier 12 is energized and heated. Therefore, also in the electrically heated catalyst 200 of the present embodiment, exhaust gas can be effectively purified by forcibly heating the SiC carrier 12 by energization.
  • each of the comb-shaped electrodes 20a of the electrode 20 is bonded to the comb-shaped electrode 20a and the base layer 22 on the SiC carrier 12 so that the base layer 22 is bonded. And fixed to the SiC carrier 12 to be joined.
  • the comb-shaped electrode 20a is fixed to the SiC carrier 12 by locally bonding the comb-shaped electrode 20a to the fixed layer 102 at a plurality of positions separated from each other.
  • the SiC carrier is caused by the action of thermal stress during the cooling cycle similar to the electric heating type catalysts 10 and 100 of the first and second embodiments. 12 can prevent cracks and breaks from occurring in the comb-like electrode 20 a of the electrode 20.
  • each fixed layer 202 is bonded to the two comb-shaped electrodes 20a adjacent to each other in the axial direction of the SiC carrier 12, and It joins with the surface part located between these two comb-like electrodes 20a.
  • One side surface facing the direction orthogonal to the longitudinal direction of the comb-shaped electrode 20 a is covered with the fixed layer 102, but the other side surface is exposed to the outside without being adjacent to the fixed layer 102.
  • the degree of freedom of expansion and contraction in the comb-shaped electrode 20a is higher than that in the structure of the first embodiment in which both sides facing the direction orthogonal to the longitudinal direction of the comb-shaped electrode 20a are covered with the fixed layer 24 on both sides. Can be raised.
  • the electrically heated catalyst 200 undergoes thermal expansion or thermal contraction during the cooling cycle, the displacement due to thermal expansion or thermal contraction of the comb electrode 20a can be absorbed by the deformation of the comb electrode 20a.
  • the thermal stress applied between the SiC carrier 12 and the comb-shaped electrode 20a of the electrode 20 can be reduced / reduced as compared with the structure in which the entire comb-shaped electrode 20a is bonded and restrained to the fixed layer 202. Therefore, according to the structure of the electrically heated catalyst 200 of the present embodiment, cracks and breakage of the comb-like electrode 20a of the electrode 20 on the SiC carrier 12 due to the action of thermal stress during the cooling cycle are suppressed. It is possible to do.
  • each fixed layer 202 is joined to two comb-shaped electrodes 20a adjacent to each other in the axial direction of the SiC carrier 12, and the two comb-shaped layers of the underlayer 22 are also used. It joins with the surface part located between the electrodes 20a.
  • each of the fixed layers 202 is joined to the comb electrodes 20 a and the base layer 22 so as to straddle two comb electrodes 20 a adjacent to each other in the axial direction of the SiC carrier 12.
  • Two comb-shaped electrodes 20 a adjacent to each other in the axial direction of the SiC carrier 12 are joined by a common fixed layer 202 at each joint position with each fixed layer 202.
  • the total number of the fixing layers 202 necessary for fixing all the comb-shaped electrodes 20a on the SiC carrier 12 can be halved compared to the structures of the first and second embodiments described above.
  • the processing time for manufacturing the electrically heated catalyst 200 can be reduced. Even in such a structure, the function of reducing and relaxing the thermal stress applied between the SiC carrier 12 and the comb-like electrode 20a of the electrode 20 is not impaired at all as in the structures of the first and second embodiments described above. Therefore, according to the electric heating type catalyst 200 of the present embodiment, the manufacturing time can be shortened and the manufacturing cost can be reduced while the thermal stress applied between the SiC carrier 12 and the comb-like electrode 20a of the electrode 20 is reduced / relieved. Can be planned.
  • each fixed layer 202 extends over the two comb-shaped electrodes 20a adjacent to each other in the axial direction of the SiC carrier 12, but is adjacent to each other in the axial direction of the SiC carrier 12. It may straddle two or more comb-like electrodes 20a.
  • FIG. 6A shows a cross-sectional view of the main part of an electrically heated catalyst 300 of the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6B shows a top view of the main part of the electrically heated catalyst 300 of this example.
  • 6A and 6B the same components as those shown in FIGS. 1, 2A, and 2B are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
  • the electric heating type catalyst 300 includes an electrode 302 for energizing and heating the SiC carrier 12.
  • the electrode 302 has substantially the same shape and function as the electrode 20 described above, and is made of the same metal material as the electrode 20.
  • Each tooth of the electrode 302 is referred to as a comb electrode 302a.
  • the comb electrodes 302a are arranged on the outer wall of the SiC carrier 12 so as to be separated from each other by a predetermined distance L along the axial direction of the SiC carrier 12.
  • the electrode 302 is disposed on the SiC carrier 12 via the base layer 22.
  • the electric heating type catalyst 300 also includes a fixed layer 304 that fixes the electrode 302 to the SiC carrier 12.
  • the fixed layer 304 has substantially the same shape and function as those of the fixed layer 24 described above, and is made of substantially the same metal material as the fixed layer 24.
  • the fixed layer 304 is joined to the comb electrode 302a and the base layer 22 by thermal spraying.
  • the electrode 302 is fixed to the SiC carrier 12 by bonding the fixed layer 304 to the comb-shaped electrode 302 a and the base layer 22 on the base layer 22.
  • the fixed layer 304 is provided so as to be scattered at a plurality of locations on the surfaces of the comb-shaped electrode 302 a and the base layer 22, and is locally joined to the comb-shaped electrode 302 a and the base layer 22.
  • Each fixed layer 304 is formed in a hemispherical shape on the surfaces of the comb-shaped electrode 302a and the base layer 22, respectively.
  • Each fixed layer 304 has a diameter larger than the line width x of each comb-like electrode 302 a of the electrode 302.
  • Each pinned layer 304 has its apex located on the center line of the comb-shaped electrode 302a, so that the comb-shaped electrode 302a and the comb-shaped electrode 302a of the base layer 22 are sandwiched and orthogonal to the longitudinal direction of the comb-shaped electrode 302a. It forms so that the surface site
  • each fixed layer 304 is bonded to the comb-shaped electrode 302a, and the surface layer located on both sides of the base layer 22 in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the comb-shaped electrode 302a with the comb-shaped electrode 302a interposed therebetween. It joins both (refer FIG. 6A and FIG. 6B).
  • the side surfaces of the comb electrode 302a facing in the direction perpendicular to the longitudinal direction are covered with the fixed layer 304 on both sides.
  • the bonding between the comb-shaped electrode 302a and the base layer 22 by the fixed layer 304 is realized by spraying the fixed layer 304 from above the electrode 302 placed on the base layer 22 toward the center of the comb-shaped electrode 302a.
  • the fixing layer 304 is provided in plural (two locations in FIG. 6B) for each comb-shaped electrode 302a of the electrode 302, and is arranged at positions separated from each other. Each comb-shaped electrode 302a is locally joined to the fixed layer 304 at a plurality of spaced apart positions. Each comb-shaped electrode 302a is fixed to the SiC carrier 12 by locally bonding the fixed layer 304 to the comb-shaped electrode 302a and the base layer 22 at a plurality of positions spaced apart from each other. In the adjacent comb electrodes 302 a arranged in the axial direction of the SiC carrier 12, the fixed layer 304 is disposed at an oblique position on the surface of the base layer 22.
  • the comb-shaped electrode 302 a has a through hole 306 that penetrates toward the base layer 22 or the SiC carrier 12.
  • the through hole 306 is provided for each part to which the fixed layer 304 is joined.
  • the base layer 22 has a through hole 308 that penetrates toward the SiC carrier 12.
  • the through hole 308 is provided for each portion where the fixed layer 304 and the comb-shaped electrode 302a are joined.
  • the through hole 306 and the through hole 308 communicate with each other.
  • the fixed layer 304 is filled in the through holes 306 of the comb-shaped electrode 302 a and is filled in the through holes 308 of the base layer 22.
  • the fixed layer 304 is formed so that the through holes 306 and 308 pass through the apex of the fixed layer 304 (that is, the through holes 306 and 308 are positioned approximately in the middle of the fixed layer 304 when viewed from above) (see FIG. 6B).
  • the spraying of the fixed layer 304 is placed on the base layer 22 in order to realize the bond between the fixed layer 304 and the electrode 302 and the bond between the fixed layer 304 and the base layer 22. This is performed from above the formed electrode 302 toward the center of the comb-shaped electrode 302a.
  • the fixed layer 304 is thermally sprayed, the fixed layer 304 passes through the through holes 306 of the comb-shaped electrode 302a and the through holes 308 of the base layer 22 and reaches the surface of the SiC carrier 12, so that the fixed layer 304 is directly formed. It joins with the SiC carrier 12.
  • the bonding surface S4 between the fixed layer 304 and the SiC carrier 12 is indicated by a thick solid line.
  • a current flows to the SiC carrier 12 through the comb electrode 302a, the fixed layer 304, and the base layer 22. Specifically, an electric current flows from the comb-shaped electrode 302a to the fixed layer 24 through the joint surface S1 between the comb-shaped electrode 302a and the fixed layer 304, and then (1) from the fixed layer 24 outside the comb-shaped electrode 302a.
  • the SiC carrier 12 When such energization is performed, the SiC carrier 12 is energized and heated. When the SiC carrier 12 is heated, it can be activated to purify the exhaust gas. Therefore, according to the electrically heated catalyst 300 of the present embodiment, exhaust gas can be effectively purified by forcibly heating the SiC carrier 12 by energization. Further, the electric heating catalyst 300 of the present embodiment can obtain the same effect as the electric heating catalyst 10 of the first embodiment described above.
  • the current flowing from the comb-shaped electrode 302 a to the fixed layer 304 passes through the through holes 306 and 308 without flowing through the base layer 22, and then the above.
  • a path that flows directly to the SiC carrier 12 through the bonding surface S4 is formed. That is, in the structure of the electrically heated catalyst 300 of the present embodiment, the number of joint surfaces where different materials are joined without passing through the underlayer 22 as a path for current to flow from the comb-shaped electrode 302a to the SiC carrier 12 is used. Reduced current paths can be formed.
  • the electric heating type catalyst 300 of the present embodiment it is possible to suppress an electric loss at the joint portion when supplying current from the comb-shaped electrode 302a to the SiC carrier 12, and thereby the comb-shaped electrode It is possible to efficiently energize the SiC carrier 12 from 302a.
  • the fixed layer 304 is joined to the comb-shaped electrode 302a as in the first embodiment, and the comb-shaped electrode 302a of the base layer 22 is sandwiched between the comb-shaped electrodes 302a.
  • the fixed layer 304 is formed so that the through-holes 306 and 308 pass through the fixed layer 304 after being joined to both surface portions located on both sides in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the electrode 302a.
  • the invention is not limited to this, and the fixed layer 304 is joined to the comb-like electrode 20a as in the second embodiment, and the comb-like electrode 20a of the underlayer 22 is sandwiched between the comb-like electrodes 20a.
  • the through holes 306 and 308 pass through the position where the fixing layer 304 is slightly shifted from the apex. Formation It may be used as the Rukoto.
  • the ceramic support on which the ceramic catalyst is supported is the SiC support 12 made of silicon carbide.
  • the present invention is not limited to this, and other ceramic materials may be used. It may be used.
  • the fixed layers 24, 102, 202, and 304 are formed in a hemispherical shape.
  • the present invention is not limited to this and is formed in a rectangular shape. It is good to do.

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Abstract

 本発明は、担体と櫛状電極との間に生じる熱膨張差に起因する熱応力を緩和することで、櫛状電極のクラック又は破断を抑制する電気加熱型触媒であって、担体と、2本以上長手方向に延出する櫛状電極と、担体と櫛状電極との間に介在する導電性を有する下地層と、櫛状電極及び下地層と接合することで該櫛状電極を担体に対して固定する導電性を有する固定層と、を備え、固定層を、櫛状電極及び前記下地層上の複数箇所に点在して設け、各櫛状電極をそれぞれ、少なくとも2箇所以上の互いに離間した位置で局所的に固定層を該櫛状電極及び下地層と接合させることで担体に対して固定させる。

Description

電気加熱型触媒
 本発明は、触媒に係り、特に、例えば自動車等から排出される排気ガスの浄化を効果的に行ううえで通電加熱される電気加熱型触媒に関する。
 従来、排気ガスの浄化を図るために通電加熱される電気加熱型触媒が知られている(例えば、特許文献1参照)。電気加熱型触媒は、担体と、担体に通電するために担体に対して固定される電極と、を備えている。電極は、バッテリなどの外部電源から供給された電力を担体へ向けて供給する。担体は、電極を介して通電されることにより加熱されて活性化する。従って、電気加熱型触媒によれば、通電により担体を強制的に加熱することで、排気ガスを効果的に浄化することが可能である。
特開平5-115795号公報
 ところで、上記した特許文献1記載の電気加熱型触媒において、担体及び電極は、セラミック及び金属により構成されるが、両者は、互いにロウ付けや溶接で固定される。しかし、熱膨張率の異なる材料同士を接合する(すなわち、線膨張係数の小さいセラミック系材料と、線膨張係数の大きい金属系材料と、を直接接合する)と、その熱膨張率の差に起因して接合面に熱応力が加わる。このため、熱膨張率の大きく異なる電極と担体とが直接に接合される構造では、温度変化が生じる環境下での使用が継続した場合に、電極と担体との接合面に加わる熱応力によって電極が担体から剥離し易くなってしまう。
 また、上記の如き電極と担体との直接接合に代えて、電極と担体との間に熱応力を緩和する下地層を設け、その下地層上で電極全体を固定層で接合する構造が考えられる。しかし、電極全体が、下地層上で溶射により形成される固定層に接合される構造では、電極と固定層との接合面又は下地層と固定層との接合面に熱応力が加わった際に、その電極が自由に熱膨張又は熱収縮をすることができないので、電極などにクラックや破断などが生じ易くなってしまう。
 本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、担体と電極との間に生じる熱膨張差に起因する熱応力を緩和することで、電極のクラック又は破断を抑制することが可能な電気加熱型触媒を提供することを目的とする。
 上記の目的は、担体と、2本以上長手方向に延出する櫛状電極と、前記担体と前記櫛状電極との間に介在する導電性を有する下地層と、前記櫛状電極及び前記下地層と接合することで該櫛状電極を前記担体に対して固定する導電性を有する固定層と、を備え、前記固定層は、前記櫛状電極及び前記下地層上の複数箇所に点在して設けられ、各櫛状電極はそれぞれ、少なくとも2箇所以上の互いに離間した位置で局所的に前記固定層が該櫛状電極及び前記下地層と接合することで前記担体に対して固定される電気加熱型触媒により達成される。
 本発明によれば、担体と櫛状電極との間に生じる熱膨張差に起因する熱応力を緩和することで、櫛状電極のクラック又は破断を抑制することができる。
本発明の第1実施例である電気加熱型触媒の構成図である。 本発明の第1実施例の電気加熱型触媒の要部断面図である。 本発明の第1実施例の電気加熱型触媒の要部上面図である。 本発明の第1実施例である電気加熱型触媒における電流の流れを表した図である。 本発明の第2実施例の電気加熱型触媒の要部断面図である。 本発明の第2実施例の電気加熱型触媒の要部上面図である。 本発明の第3実施例の電気加熱型触媒の要部断面図である。 本発明の第3実施例の電気加熱型触媒の要部上面図である。 本発明の第4実施例の電気加熱型触媒の要部断面図である。 本発明の第4実施例の電気加熱型触媒の要部上面図である。
 以下、図面を用いて、本発明に係る電気加熱型触媒の具体的な実施の形態について説明する。
 図1は、本発明の第1実施例である電気加熱型触媒10の構成図を示す。図2Aは、本実施例の電気加熱型触媒10の要部断面図を示す。また、図2Bは、本実施例の電気加熱型触媒10の要部上面図を示す。本実施例の電気加熱型触媒10は、例えば自動車等から排出される排気ガスを浄化するための触媒であって、通電により加熱されることで活性化する触媒である。
 電気加熱型触媒10は、炭化ケイ素(SiC)により構成されたセラミック触媒が担持されたSiC担体12を備えている。SiC担体12は、加熱されて昇温されることにより触媒機能を発揮することが可能である。SiC担体12は、円柱状に形成されている。SiC担体12は、円筒状に形成されたケース14内に保持されている。SiC担体12とケース14の外管との間には、例えばアルミナ繊維集合体からなる電気的絶縁体層及び断熱層として機能するマット16が介在されている。SiC担体12は、その外周面全周にわたってマット16を介してケース14の外管に保持されている。マット16には、開口部18が設けられている。
 電気加熱型触媒10は、また、SiC担体12を通電加熱するための電極20を備えている。電極20は、SiC担体12に対して固定される。電極20は、導電性を有する金属(例えば、ステンレス鋼)により構成されている。電極20は、略平板状(具体的には、SiC担体12の外壁に沿うように湾曲状)に形成されていると共に、複数(例えば12個)の歯がそれぞれ長手方向に平行に延びるように櫛歯状に形成されている。以下、電極20の各歯をそれぞれ櫛状電極20aと称す。櫛状電極20aは、SiC担体12の外壁上でSiC担体12の軸方向に沿って互いに所定距離L離れて並んで配置されている。各櫛状電極20aはそれぞれ、所定の線幅x及び所定の厚さdを有している。
 電極20は、SiC担体12上に導電性を有する下地層22を介して設置されている。すなわち、SiC担体12と電極20との間には、導電性を有する下地層22が介在している。下地層22は、溶射によりSiC担体12の表面上に形成されるポーラス膜などであり、略平板状(具体的には、SiC担体12の外壁に沿うように湾曲状)に形成されている。下地層22は、SiC担体12の外壁の一部に設けられており、電極20全体の大きさ(面積)よりも大きな面積を有している。下地層22は、その周縁においてマット16を介してケース14の外管に保持されている。下地層22は、SiC担体12の熱膨張率(SiC担体12の線膨張係数は比較的小さい。)と電極20の熱膨張率(電極20の線膨張係数は比較的大きい。)との間の熱膨張率を有する金属材料(例えば、NiCr系材料)により構成されており、SiC担体12と電極20との間に生じる熱膨張差を吸収する機能を有している。
 電気加熱型触媒10は、また、電極20をSiC担体12に対して固定する固定層24を備えている。固定層24は、電極20及び下地層22の双方と接合する。尚、図2Aには、固定層24と電極20との接合面S1及び固定層24と下地層22との接合面S2がそれぞれ太実線で示されている。電極20は、下地層22上で固定層24が櫛状電極20a及び下地層22と接合することによりSiC担体12に対して固定される。
 固定層24は、溶射により櫛状電極20a及び下地層22の表面上に形成される層であり、溶射により櫛状電極20a及び下地層22と接合する。固定層24は、電極20の熱膨張率と下地層22の熱膨張率との間の熱膨張率を有する金属材料(例えば、NiCr系材料やCoNiCr系材料)により構成されており、導電性を有している。固定層24は、櫛状電極20a及び下地層22の表面上の複数箇所に点在するように設けられており、櫛状電極20a及び下地層22と局所的に接合している。
 各固定層24はそれぞれ、櫛状電極20a及び下地層22の表面上に半球状に形成されている。各固定層24はそれぞれ、電極20の各櫛状電極20aの線幅xよりも大きな径を有している。各固定層24はそれぞれ、その頂点が櫛状電極20aの中心線上に位置することで、櫛状電極20aと下地層22の櫛状電極20aを挟んで櫛状電極20aの長手方向に直交する方向の両側に位置する表面部位とを互いに繋げるように形成されている。すなわち、各固定層24はそれぞれ、櫛状電極20aと接合すると共に、下地層22の、その櫛状電極20aを挟んで櫛状電極20aの長手方向に直交する方向の両側に位置する表面部位の双方と接合する(図2A及び図2B参照)。
 櫛状電極20aの長手方向に直交する方向に面する側面は両側とも、固定層24により覆われている。固定層24による櫛状電極20a及び下地層22との接合は、下地層22上に載置された電極20の上方から櫛状電極20aの中心に向けて固定層24を溶射することにより実現される。
 固定層24は、電極20の各櫛状電極20a一本当たり、複数(図2Bでは2箇所)設けられており、互いに離間した位置に配置されている。各櫛状電極20aはそれぞれ、複数の互いに離間した位置で局所的に固定層24と接合される。各櫛状電極20aはそれぞれ、複数の互いに離間した位置で局所的に固定層24が櫛状電極20a及び下地層22と接合することでSiC担体12に対して固定される。SiC担体12の軸方向に並んだ互いに隣接する櫛状電極20a同士において、固定層24は下地層22の表面上で斜の位置に配置されている。
 図3は、本実施例の電気加熱型触媒10における電流の流れを表した図を示す。尚、図3には、固定層24と電極20との接合面S1、固定層24と下地層22との接合面S2、及び、下地層22とSiC担体12との接合面S3が、それぞれ太実線で示されている。
 本実施例の電気加熱型触媒10において、外部から配線を通じて電極20への通電が行われると、電流が櫛状電極20a、固定層24、及び下地層22を介してSiC担体12へ流れる。具体的には、図3に矢印で示す如く、電流が、櫛状電極20aから櫛状電極20aと固定層24との接合面S1を通じて固定層24へ流れ、その後、固定層24から固定層24と下地層22との接合面S2を通じて下地層22へ流れ、そして、下地層22から下地層22とSiC担体12との接合面S3を通じてSiC担体12へ流れる。
 かかる通電が行われると、SiC担体12が通電加熱される。SiC担体12は、加熱されると、活性化することで、排気ガスを浄化することが可能である。従って、本実施例の電気加熱型触媒10によれば、SiC担体12を通電により強制的に加熱することで、排気ガスを効果的に浄化することができる。
 また、本実施例の電気加熱型触媒10において、金属製の電極20とセラミック製のSiC担体12との間には、その電極20の熱膨張率とSiC担体12の熱膨張率との間の熱膨張率を有する金属材料からなる下地層22が介在している。従って、電気加熱型触媒10が冷熱サイクル(例えば、温度が800℃程度まで上がることがある。)中に熱膨張や熱収縮を起こしたときに、SiC担体12と電極20との間に生じる熱膨張差を下地層22の存在により吸収してSiC担体12と電極20との間に加わる熱応力を低減・緩和することができる。このため、冷熱サイクル中における熱応力の作用に起因してSiC担体12上で電極20が剥離し或いは電極20にクラックや破断が生じるのを抑制することができる。
 尚、電極20とSiC担体12との間に介在する下地層22の厚さが大きいほど、SiC担体12と電極20との間に加わる熱応力は低減・緩和される一方で、下地層22の電気抵抗率が大きくなるので、効果的に電流を電極20側から固定層24及び下地層22を通ってSiC担体12へ流すことができなくなる。そこで、電極20とSiC担体12との間に介在する下地層22の厚さは、電極20とSiC担体12との間の熱応力の低減と通電効率とが両立されるように設定される。
 また、本実施例の電気加熱型触媒10において、電極20の各櫛状電極20aはそれぞれ、SiC担体12上で固定層24が櫛状電極20a及び下地層22と接合することで、下地層22と接合するSiC担体12に対して固定される。この櫛状電極20aのSiC担体12への固定は、その櫛状電極20aが複数の互いに離間した位置で局所的に固定層24と接合されることにより実現される。このため、各櫛状電極20aはそれぞれ、複数の互いに離間した位置で局所的に固定層24が櫛状電極20a及び下地層22と接合することでSiC担体12に対して固定される。
 かかる構造において、櫛状電極20aは、複数の互いに離間した位置で局所的に固定層24と接合されて拘束される一方、その固定層24との接合部間の部位では何れの層にも接合されず下地層22上で拘束されず自由に膨張・伸縮することが可能である。すなわち、櫛状電極20aは、その一部のみが近傍の下地層22と一体となって固定層24と接合されることでSiC担体12に対して固定されるが、他の部位での変形が自由に許容される電極である。
 このため、電気加熱型触媒10が冷熱サイクル中に熱膨張や熱収縮を起こしたとき、櫛状電極20aの熱膨張や熱収縮による変位を、その櫛状電極20aの固定層24との接合部間の部位での変形により吸収することができると共に、櫛状電極20aの下面全体が固定層24と接合されて拘束される構造に比べて、SiC担体12と電極20の櫛状電極20aとの間に加わる熱応力を低減・緩和することができる。従って、本実施例の電気加熱型触媒10の構造によれば、冷熱サイクル中における熱応力の作用に起因してSiC担体12上で電極20の櫛状電極20aにクラックや破断が生じるのを抑制することが可能となっている。
 更に、本実施例の電気加熱型触媒10において、SiC担体12に対して櫛状電極20aを固定する固定層24は、SiC担体12の軸方向に並んだ互いに隣接する櫛状電極20a同士において下地層22の表面上で斜の位置に配置されている。固定層24は、溶射により下地層22上で半球状に形成される部材であって、櫛状電極20aの線幅xよりも大きな径を有している。従って、本実施例の電気加熱型触媒10の構造によれば、SiC担体12の軸方向に並んだ互いに隣接する櫛状電極20a同士において固定層24がその軸方向に並んで配置される構造に比べて、SiC担体12の軸方向に並んだ互いに隣接する櫛状電極20a同士の離間距離Lを小さく抑制することができる。このため、SiC担体12の表面上における電極20全体の占める領域面積を狭くすることができ、電極20及び下地層22のコンパクト化を図ることができる。
 尚、上記の第1実施例においては、SiC担体12が特許請求の範囲に記載した「担体」に相当している。
 上記した第1実施例では、固定層24の径は櫛状電極20aの線幅xよりも大きく、各固定層24はそれぞれ、櫛状電極20aと接合すると共に、下地層22の、その櫛状電極20aを挟んで櫛状電極20aの長手方向に直交する方向の両側に位置する表面部位の双方と接合する。これに対して、本発明の第2実施例においては、各固定層がそれぞれ、櫛状電極20aと接合すると共に、下地層22の、その櫛状電極20aを挟んで櫛状電極20aの長手方向に直交する方向の両側に位置する表面部位のうち一方のみと接合する。
 図4Aは、本実施例の電気加熱型触媒100の要部断面図を示す。また、図4Bは、本実施例の電気加熱型触媒100の要部上面図を示す。尚、図4A及び図4Bにおいて、上記図1、図2A、及び図2Bに示す構成部分と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。
 電気加熱型触媒100は、電極20をSiC担体12に対して固定する固定層102を備えている。固定層102は、上記した固定層24と略同一の形状及び機能を有し、固定層24と略同一の金属材料により構成されている。固定層102は、溶射により櫛状電極20a及び下地層22と接合する。電極20は、下地層22上で固定層102が櫛状電極20a及び下地層22と接合することによりSiC担体12に対して固定される。固定層102は、櫛状電極20a及び下地層22の表面上の複数箇所に点在するように設けられており、櫛状電極20a及び下地層22と局所的に接合している。
 各固定層102はそれぞれ、櫛状電極20a及び下地層22の表面上に半球状に形成されている。各固定層102はそれぞれ、電極20の各櫛状電極20aの線幅xよりも大きな径を有している。各固定層102はそれぞれ、その頂点が櫛状電極20aの中心線よりも僅かにズレた線上に位置することで、櫛状電極20aと下地層22のその櫛状電極20aを挟んで櫛状電極20aの長手方向に直交する方向の両側に位置する表面部位のうち一方のみとを互いに繋げるように形成されている。すなわち、各固定層102はそれぞれ、櫛状電極20aと接合すると共に、下地層22の、その櫛状電極20aを挟んで櫛状電極20aの長手方向に直交する方向の両側に位置する表面部位のうち一方のみと接合する(図4A及び図4B参照)。
 櫛状電極20aの長手方向に直交する方向に面する側面は、一方の側面が固定層102により覆われるが、他方の側面が外部に露出している。固定層102による櫛状電極20a及び下地層22との接合は、下地層22上に載置された電極20の上方から櫛状電極20aの中心から僅かにズレた位置に向けて固定層102を溶射することにより実現される。
 固定層102は、電極20の各櫛状電極20a一本当たり、複数(図4Bでは2箇所)設けられており、互いに離間した位置に配置されている。各櫛状電極20aはそれぞれ、複数の互いに離間した位置で局所的に固定層102と接合される。固定層102は、SiC担体12の軸方向に並んだ互いに隣接する櫛状電極20a同士において下地層22の表面上で斜の位置に配置されている。
 本実施例の電気加熱型触媒100において、外部から配線を通じて電極20への通電が行われると、電流が櫛状電極20a、固定層102、及び下地層22を介してSiC担体12へ流れる。かかる通電が行われると、SiC担体12が通電加熱される。従って、本実施例の電気加熱型触媒100においても、SiC担体12を通電により強制的に加熱することで、排気ガスを効果的に浄化することができる。
 また、本実施例の電気加熱型触媒100において、電極20の各櫛状電極20aはそれぞれ、SiC担体12上で固定層102が櫛状電極20a及び下地層22と接合することで、下地層22と接合するSiC担体12に対して固定される。この櫛状電極20aのSiC担体12への固定は、その櫛状電極20aが複数の互いに離間した位置で局所的に固定層102と接合されることにより実現される。このため、本実施例の電気加熱型触媒100においても、上記した第1実施例の電気加熱型触媒10と同様に、冷熱サイクル中における熱応力の作用に起因してSiC担体12上で電極20の櫛状電極20aにクラックや破断が生じるのを抑制することが可能である。また、固定層102は、SiC担体12の軸方向に並んだ互いに隣接する櫛状電極20a同士において下地層22の表面上で斜の位置に配置されている。このため、本実施例の電気加熱型触媒100においても、上記した第1実施例の電気加熱型触媒10と同様に、SiC担体12の表面上における電極20全体の占める領域面積を狭くすることができ、電極20及び下地層22のコンパクト化を図ることが可能である。
 更に、本実施例の電気加熱型触媒100においては、上記の如く、各固定層102がそれぞれ、櫛状電極20aと接合すると共に、下地層22の、その櫛状電極20aを挟んで櫛状電極20aの長手方向に直交する方向の両側に位置する表面部位のうち一方のみと接合する。櫛状電極20aの長手方向に直交する方向に面する一方の側面は固定層102により覆われるが、他方の側面は固定層102と隣接することなく外部に露出する。かかる構造においては、櫛状電極20aの長手方向に直交する方向に面する側面が両側共に固定層24により覆われる第1実施例の構造に比べて、櫛状電極20aにおける膨張・伸縮の自由度を上げることができる。
 このため、電気加熱型触媒100が冷熱サイクル中に熱膨張や熱収縮を起こしたとき、櫛状電極20aの熱膨張や熱収縮による変位を、その櫛状電極20aの変形により吸収することができると共に、櫛状電極20a全体が固定層102と接合されて拘束される構造に比べて、SiC担体12と電極20の櫛状電極20aとの間に加わる熱応力を低減・緩和することができる。従って、本実施例の電気加熱型触媒100の構造によれば、冷熱サイクル中における熱応力の作用に起因してSiC担体12上で電極20の櫛状電極20aにクラックや破断が生じるのを抑制することが可能となっている。
 上記した第1及び第2実施例では、固定層24,102が電極20の各櫛状電極20a一本当たり複数設けられ、互いに離間した位置に配置される。これに対して、本発明の第3実施例においては、各櫛状電極20aに設けられる固定層が、当該櫛状電極20aとSiC担体12の軸方向(櫛状電極20aの長手方向に直交する方向)の一方で隣接する櫛状電極20aに設けられる固定層と共通化される。すなわち、一つの固定層による櫛状電極20a及び下地層22との接合は、該櫛状電極20aの長手方向に直交する方向に互いに隣接する2つの櫛状電極20aに跨るように行われる。
 図5Aは、本実施例の電気加熱型触媒200の要部断面図を示す。また、図5Bは、本実施例の電気加熱型触媒200の要部上面図を示す。尚、図5A及び図5Bにおいて、上記図1、図2A、及び図2Bに示す構成部分と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。
 電気加熱型触媒200は、電極20をSiC担体12に対して固定する固定層202を備えている。固定層202は、上記した固定層24,102と略同一の形状及び機能を有し、固定層24,102と略同一の金属材料により構成されている。固定層202は、溶射により櫛状電極20a及び下地層22と接合する。電極20は、下地層22上で固定層202が櫛状電極20a及び下地層22と接合することによりSiC担体12に対して固定される。固定層202は、櫛状電極20a及び下地層22の表面上の複数箇所に点在するように設けられており、櫛状電極20a及び下地層22と局所的に接合している。
 各固定層202はそれぞれ、櫛状電極20a及び下地層22の表面上に半球状に形成されている。各固定層202はそれぞれ、SiC担体12の軸方向に隣接する2つの櫛状電極20aの離間距離Lよりも大きな径を有している。各固定層202はそれぞれ、その頂点が上記の隣接する2つの櫛状電極20aの中間線上に位置することで、それら2つの櫛状電極20aと下地層22のそれら2つの櫛状電極20aの間に位置する表面部位とを互いに繋げるように形成されている。すなわち、各固定層202はそれぞれ、SiC担体12の軸方向に隣接する2つの櫛状電極20aと接合すると共に、下地層22の、それら2つの櫛状電極20aの間に位置する表面部位と接合する(図5A及び図5B参照)。
 櫛状電極20aの長手方向に直交する方向に面する側面の何れか一方は、固定層202により覆われるが、他方の側面は外部に露出している。固定層202による櫛状電極20a及び下地層22との接合は、下地層22上に載置された電極20の上方から隣接する2つの櫛状電極20aの中間に向けて固定層202を溶射することにより実現される。固定層202は、電極20の各櫛状電極20a一本当たり、複数(図5Bでは2箇所)設けられており、互いに離間した位置に配置されている。各櫛状電極20aはそれぞれ、複数の互いに離間した位置で局所的に固定層202と接合される。
 本実施例の電気加熱型触媒200において、外部から配線を通じて電極20への通電が行われると、電流が櫛状電極20a、固定層202、及び下地層22を介してSiC担体12へ流れる。かかる通電が行われると、SiC担体12が通電加熱される。従って、本実施例の電気加熱型触媒200においても、SiC担体12を通電により強制的に加熱することで、排気ガスを効果的に浄化することができる。
 また、本実施例の電気加熱型触媒200において、電極20の各櫛状電極20aはそれぞれ、SiC担体12上で固定層202が櫛状電極20a及び下地層22と接合することで、下地層22と接合するSiC担体12に対して固定される。この櫛状電極20aのSiC担体12への固定は、その櫛状電極20aが複数の互いに離間した位置で局所的に固定層102と接合されることにより実現される。このため、本実施例の電気加熱型触媒200においても、上記した第1及び第2実施例の電気加熱型触媒10,100と同様に、冷熱サイクル中における熱応力の作用に起因してSiC担体12上で電極20の櫛状電極20aにクラックや破断が生じるのを抑制することが可能である。
 また、本実施例の電気加熱型触媒200においては、上記の如く、各固定層202がそれぞれ、SiC担体12の軸方向に隣接する2つの櫛状電極20aと接合すると共に、下地層22の、それら2つの櫛状電極20aの間に位置する表面部位と接合する。櫛状電極20aの長手方向に直交する方向に面する一方の側面は固定層102により覆われるが、他方の側面は固定層102と隣接することなく外部に露出する。かかる構造においては、櫛状電極20aの長手方向に直交する方向に面する側面が両側共に固定層24により覆われる第1実施例の構造に比べて、櫛状電極20aにおける膨張・伸縮の自由度を上げることができる。
 このため、電気加熱型触媒200が冷熱サイクル中に熱膨張や熱収縮を起こしたとき、櫛状電極20aの熱膨張や熱収縮による変位を、その櫛状電極20aの変形により吸収することができると共に、櫛状電極20a全体が固定層202と接合されて拘束される構造に比べて、SiC担体12と電極20の櫛状電極20aとの間に加わる熱応力を低減・緩和することができる。従って、本実施例の電気加熱型触媒200の構造によれば、冷熱サイクル中における熱応力の作用に起因してSiC担体12上で電極20の櫛状電極20aにクラックや破断が生じるのを抑制することが可能となっている。
 更に、本実施例の電気加熱型触媒200において、各固定層202はそれぞれ、SiC担体12の軸方向に隣接する2つの櫛状電極20aと接合すると共に、下地層22の、それら2つの櫛状電極20aの間に位置する表面部位と接合する。すなわち、各固定層202による櫛状電極20a及び下地層22との接合はそれぞれ、SiC担体12の軸方向に隣接する2つの櫛状電極20aに跨るように行われる。SiC担体12の軸方向に隣接する2つの櫛状電極20aは、各固定層202との接合位置それぞれで共通の固定層202により接合される。
 かかる構造においては、上記した第1及び第2実施例の構造に比べて、SiC担体12上ですべての櫛状電極20aを固定するために必要な固定層202の総数を半減させることができるので、電気加熱型触媒200を製造するうえでの加工時間を削減することができる。尚、かかる構造でも、上記した第1及び第2実施例の構造と同様に、SiC担体12と電極20の櫛状電極20aとの間に加わる熱応力の低減・緩和機能が全く損なわれない。従って、本実施例の電気加熱型触媒200によれば、SiC担体12と電極20の櫛状電極20aとの間に加わる熱応力を低減・緩和させつつ、製造時間の短縮及び製造コストの削減を図ることができる。
 尚、上記の第3実施例においては、各固定層202が、SiC担体12の軸方向に隣接する2つの櫛状電極20aに跨るものであるが、SiC担体12の軸方向に互いに隣接する3つ以上の櫛状電極20aに跨るものであってもよい。
 図6Aは、本発明の第4実施例の電気加熱型触媒300の要部断面図を示す。また、図6Bは、本実施例の電気加熱型触媒300の要部上面図を示す。尚、図6A及び図6Bにおいて、上記図1、図2A、及び図2Bに示す構成部分と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。
 電気加熱型触媒300は、SiC担体12を通電加熱するための電極302を備えている。電極302は、上記した電極20と略同一の形状及び機能を有し、電極20と略同一の金属材料により構成されている。尚、電極302の各歯をそれぞれ櫛状電極302aと称す。櫛状電極302aは、SiC担体12の外壁上でSiC担体12の軸方向に沿って互いに所定距離L離れて並んで配置されている。電極302は、SiC担体12上に下地層22を介して設置されている。
 電気加熱型触媒300は、また、電極302をSiC担体12に対して固定する固定層304を備えている。固定層304は、上記した固定層24と略同一の形状及び機能を有し、固定層24と略同一の金属材料により構成されている。固定層304は、溶射により櫛状電極302a及び下地層22と接合する。電極302は、下地層22上で固定層304が櫛状電極302a及び下地層22と接合することによりSiC担体12に対して固定される。固定層304は、櫛状電極302a及び下地層22の表面上の複数箇所に点在するように設けられており、櫛状電極302a及び下地層22と局所的に接合している。
 各固定層304はそれぞれ、櫛状電極302a及び下地層22の表面上に半球状に形成されている。各固定層304はそれぞれ、電極302の各櫛状電極302aの線幅xよりも大きな径を有している。各固定層304はそれぞれ、その頂点が櫛状電極302aの中心線上に位置することで、櫛状電極302aと下地層22のその櫛状電極302aを挟んで櫛状電極302aの長手方向に直交する方向の両側に位置する表面部位とを互いに繋げるように形成されている。すなわち、各固定層304はそれぞれ、櫛状電極302aと接合すると共に、下地層22の、その櫛状電極302aを挟んで櫛状電極302aの長手方向に直交する方向の両側に位置する表面部位の双方と接合する(図6A及び図6B参照)。
 櫛状電極302aの長手方向に直交する方向に面する側面は両側とも、固定層304により覆われている。固定層304による櫛状電極302a及び下地層22との接合は、下地層22上に載置された電極302の上方から櫛状電極302aの中心に向けて固定層304を溶射することにより実現される。
 固定層304は、電極302の各櫛状電極302a一本当たり、複数(図6Bでは2箇所)設けられており、互いに離間した位置に配置されている。各櫛状電極302aはそれぞれ、複数の互いに離間した位置で局所的に固定層304と接合される。各櫛状電極302aはそれぞれ、複数の互いに離間した位置で局所的に固定層304が櫛状電極302a及び下地層22と接合することでSiC担体12に対して固定される。SiC担体12の軸方向に並んだ互いに隣接する櫛状電極302a同士において、固定層304は下地層22の表面上で斜の位置に配置されている。
 また、櫛状電極302aは、下地層22或いはSiC担体12に向けて貫通する貫通穴306を有している。貫通穴306は、固定層304が接合する部位ごとに設けられている。また、下地層22は、SiC担体12に向けて貫通する貫通穴308を有している。貫通穴308は、固定層304と櫛状電極302aとが接合する部位ごとに設けられている。貫通穴306と貫通穴308とは互いに連通している。固定層304は、櫛状電極302aの貫通穴306内に充填されると共に、下地層22の貫通穴308内に充填される。固定層304は、固定層304の頂点を貫通穴306,308が通るように(すなわち、上方から見て固定層304の略真中を貫通穴306,308が位置するように)形成される(図6B参照)。
 本実施例の電気加熱型触媒300において、固定層304と電極302との接合及び固定層304と下地層22との接合を実現すべく、固定層304の溶射は、下地層22上に載置された電極302の上方から櫛状電極302aの中心に向けて行われる。かかる固定層304の溶射が行われると、固定層304が櫛状電極302aの貫通穴306及び下地層22の貫通穴308を通ってSiC担体12の表面に達することで、固定層304が直接にSiC担体12と接合する。尚、図6Aには、固定層304とSiC担体12との接合面S4が太実線で示されている。
 かかる構造においては、外部から配線を通じて電極302への通電が行われると、電流が櫛状電極302a、固定層304、及び下地層22を介してSiC担体12へ流れる。具体的には、電流が、櫛状電極302aから櫛状電極302aと固定層304との接合面S1を通じて固定層24へ流れ、その後、(1)櫛状電極302aの外側にある固定層24から、固定層24と下地層22との接合面S2を通じて下地層22へ流れ、そして、下地層22から下地層22とSiC担体12との接合面S3を通じてSiC担体12へ流れると共に、(2)櫛状電極302aの貫通穴306及び下地層22の貫通穴308にある固定層304から、固定層304とSiC担体12との接合面S4を通じてSiC担体12へ流れる。
 かかる通電が行われると、SiC担体12が通電加熱される。SiC担体12は、加熱されると、活性化することで、排気ガスを浄化することが可能である。従って、本実施例の電気加熱型触媒300によれば、SiC担体12を通電により強制的に加熱することで、排気ガスを効果的に浄化することができる。また、本実施例の電気加熱型触媒300は、上記した第1実施例の電気加熱型触媒10と同様の効果を得ることができる。
 更に、上記の電極302からSiC担体12への通電が行われると、櫛状電極302aから固定層304へ流れた電流が、下地層22を流れることなく貫通穴306,308内を通過した後に上記の接合面S4を通じて直接にSiC担体12へ流れる経路が形成される。すなわち、本実施例の電気加熱型触媒300の構造においては、櫛状電極302aからSiC担体12へ電流が流れる経路として、下地層22を通過せず、異なる材料同士が接合する接合面の数を減らした電流経路を形成することができる。このため、本実施例の電気加熱型触媒300によれば、櫛状電極302aからSiC担体12へ電流を供給するうえで接合部での電気ロスを抑制することができ、これにより、櫛状電極302aからSiC担体12への通電を効率的に行うことが可能である。
 尚、上記の第4実施例においては、固定層304を、上記した第1実施例と同様に、櫛状電極302aと接合させると共に、下地層22の、その櫛状電極302aを挟んで櫛状電極302aの長手方向に直交する方向の両側に位置する表面部位の双方と接合させたうえで、その固定層304をその頂点を貫通穴306,308が通るように形成することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、固定層304を、上記した第2実施例と同様に、櫛状電極20aと接合させると共に、下地層22の、その櫛状電極20aを挟んで櫛状電極302aの長手方向に直交する方向の両側に位置する表面部位のうち一方のみと接合させたうえで、その固定層304をその頂点から僅かにズレた位置を貫通穴306,308が通るように形成することとしてもよい。
 ところで、上記の第1~第4実施例においては、セラミック触媒が担持されるセラミック担体を炭化ケイ素によるSiC担体12としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のセラミック素材を用いたものであってもよい。
 また、上記の第1~第4実施例においては、固定層24,102,202,304を半球状に形成することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、矩形状に形成することとしてもよい。
 10,100,200,300 電気加熱型触媒
 12 SiC担体
 20,302 電極
 20a,302a 櫛状電極
 22 下地層
 24,102,202,304 固定層

Claims (8)

  1.  担体と、
     2本以上長手方向に延出する櫛状電極と、
     前記担体と前記櫛状電極との間に介在する導電性を有する下地層と、
     前記櫛状電極及び前記下地層と接合することで該櫛状電極を前記担体に対して固定する導電性を有する固定層と、を備え、
     前記固定層は、前記櫛状電極及び前記下地層上の複数箇所に点在して設けられ、
     各櫛状電極はそれぞれ、少なくとも2箇所以上の互いに離間した位置で局所的に前記固定層が該櫛状電極及び前記下地層と接合することで前記担体に対して固定されることを特徴とする電気加熱型触媒。
  2.  前記下地層は、前記担体の熱膨張率と前記櫛状電極の熱膨張率との間の熱膨張率を有することを特徴とする請求項1記載の電気加熱型触媒。
  3.  前記担体は、セラミックにより構成されるセラミック担体であり、
     前記櫛状電極は、金属電極であることを特徴とする請求項2記載の電気加熱型触媒。
  4.  各固定層はそれぞれ、前記櫛状電極と接合すると共に、前記下地層の、該櫛状電極を挟んで該櫛状電極の長手方向に直交する方向の両側に位置する表面部位の双方と接合することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項記載の電気加熱型触媒。
  5.  各固定層はそれぞれ、前記櫛状電極と接合すると共に、前記下地層の、該櫛状電極を挟んで該櫛状電極の長手方向に直交する方向の両側に位置する表面部位のうち一方と接合することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項記載の電気加熱型触媒。
  6.  各固定層による前記櫛状電極及び前記下地層との接合はそれぞれ、該櫛状電極の長手方向に直交する方向に隣接する少なくとも2つの前記櫛状電極に跨るように行われることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項記載の電気加熱型触媒。
  7.  前記櫛状電極は、前記下地層に向けて貫通する貫通穴を有し、
     前記下地層は、前記櫛状電極の貫通穴に連通して前記担体に向けて貫通する貫通穴を有すると共に、
     前記固定層は、前記櫛状電極の貫通穴及び前記下地層の貫通穴を通じて前記担体と直接に接合することを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項記載の電気加熱型触媒。
  8.  前記固定層は、溶射により形成されることを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項記載の電気加熱型触媒。
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