(57)【要約】  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。
2012063353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１１５７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。【０００５】
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。【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【発明の効果】
【０００８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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。
【図２Ａ】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。
【図２Ｂ】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。
【図３】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。
【図４Ａ】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。
【図４Ｂ】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。
【図５Ａ】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。
【図５Ｂ】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。
【図６Ａ】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。
【図６Ｂ】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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【実施例１】
【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。【００１７】
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）。【００１８】
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。【００１９】
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。【００２０】
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。【００２１】
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。【００２２】
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。【００２３】
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。【００２４】
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。【００２５】
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。【００２６】
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。【００２７】
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。【００２８】
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。【００２９】
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。
【実施例２】
【００３０】
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。【００３１】
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。【００３２】
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。【００３３】
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）。【００３４】
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。【００３５】
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。【００３６】
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。【００３７】
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。【００３８】
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。【００３９】
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。
【実施例３】
【００４０】
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。【００４１】
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。【００４２】
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。【００４３】
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）。【００４４】
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。【００４５】
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。【００４６】
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。【００４７】
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。【００４８】
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。【００４９】
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。【００５０】
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。【００５１】
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。
【実施例４】
【００５２】
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。【００５３】
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。【００５４】
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。【００５５】
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）。【００５６】
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。【００５７】
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。【００５８】
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）。【００５９】
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。【００６０】
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。【００６１】
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。【００６２】
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。【００６３】
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。【００６４】
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。【００６５】
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。
【符号の説明】
【００６６】
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
【図１】
2012063353.tif 000003
【図２Ａ】
2012063353.tif 000004
【図２Ｂ】
2012063353.tif 000005
【図３】
2012063353.tif 000006
【図４Ａ】
2012063353.tif 000007
【図４Ｂ】
2012063353.tif 000008
【図５Ａ】
2012063353.tif 000009
【図５Ｂ】
2012063353.tif 000010
【図６Ａ】
2012063353.tif 000011
【図６Ｂ】
2012063353.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成24年11月22日(2012.11.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
担体と、
前記担体の外壁に接合される導電性を有する下地層と、
前記導電性を有する下地層の外表面に固定される電極部と、
前記電極部の外部の一部に固定される導電性を有する固定層と、を備え、
前記導電性を有する下地層は、前記担体の熱膨張係数と前記電極部の熱膨張率との間の熱膨張率を有し、
前記導電性を有する固定層は、前記電極部の熱膨張率と前記導電性を有する下地層の熱膨張率との間の熱膨張率を有し、
前記電極部は、前記導電性を有する固定層を前記導電性を有する下地層と前記電極部とに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。
【請求項２】
２つ以上の前記導電性を有する固定層は、前記導電性を有する下地層と前記電極部とに接合して、少なくとも２箇所以上の互いに離間した位置で前記電極部を前記担体に対して固定することを特徴とする請求項１記載の電気加熱型触媒。
【請求項３】
前記電極部は、２つ以上の櫛状電極を有することを特徴とする請求項２記載の電気加熱型触媒。
【請求項４】
少なくとも１つの前記導電性を有する固定層は、前記２つ以上の櫛状電極のうちの対応する１つの櫛状電極の一部である櫛状電極部、及び、前記導電性を有する下地層の、該櫛状電極部を挟んで前記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の少なくとも一方と接合することを特徴とする請求項３記載の電気加熱型触媒。
【請求項５】
少なくとも１つの前記導電性を有する固定層は、前記２つ以上の櫛状電極の各一部である２つ以上の櫛状電極部に跨り、前記２つ以上の櫛状電極部は、前記櫛状電極の長手方向に直交する方向に隣接することを特徴とする請求項３記載の電気加熱型触媒。
【請求項６】
前記２つ以上の櫛状電極の少なくとも一方の櫛状電極の一部である櫛状電極部は、前記下地層に向けて貫通する貫通穴を有し、前記導電性を有する下地層は、前記櫛状電極部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、少なくとも１つの前記導電性を有する固定層は、前記櫛状電極部の貫通穴及び前記導電性を有する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３記載の電気加熱型触媒。
【請求項７】
前記導電性を有する固定層は、溶射により形成されることを特徴とする請求項１記載の電気加熱型触媒。
【請求項８】
前記担体は、セラミックで構成あれたセラミック担体であり、前記２つ以上の櫛状電極は、金属電極であることを特徴とする請求項１記載の電気加熱型触媒。
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月15日(2013.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
担体と、
前記担体の外壁に接合される導電性を有する下地層と、
前記導電性を有する下地層の外表面に固定される電極部と、
前記電極部の外部の一部に固定される導電性を有する固定層と、を備え、
前記導電性を有する下地層は、前記担体の熱膨張率と前記電極部の熱膨張率との間の熱膨張率を有し、
前記導電性を有する固定層は、前記電極部の熱膨張率と前記導電性を有する下地層の熱膨張率との間の熱膨張率を有し、
前記電極部は、前記導電性を有する固定層を前記導電性を有する下地層と前記電極部とに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排気浄化用電気加熱型触媒。
【請求項２】
２つ以上の前記導電性を有する固定層は、前記導電性を有する下地層と前記電極部とに接合して、少なくとも２箇所以上の互いに離間した位置で前記電極部を前記担体に対して固定することを特徴とする請求項１記載の排気浄化用電気加熱型触媒。
【請求項３】
前記電極部は、２つ以上の櫛状電極を有することを特徴とする請求項２記載の排気浄化用電気加熱型触媒。
【請求項４】
少なくとも１つの前記導電性を有する固定層は、前記２つ以上の櫛状電極のうちの対応する１つの櫛状電極の一部である櫛状電極部、及び、前記導電性を有する下地層の、該櫛状電極部を挟んで前記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の少なくとも一方と接合することを特徴とする請求項３記載の排気浄化用電気加熱型触媒。
【請求項５】
少なくとも１つの前記導電性を有する固定層は、前記２つ以上の櫛状電極の各一部である２つ以上の櫛状電極部に跨り、前記２つ以上の櫛状電極部は、前記櫛状電極の長手方向に直交する方向に隣接することを特徴とする請求項３記載の排気浄化用電気加熱型触媒。
【請求項６】
前記２つ以上の櫛状電極の少なくとも一方の櫛状電極の一部である櫛状電極部は、前記下地層に向けて貫通する貫通穴を有し、前記導電性を有する下地層は、前記櫛状電極部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、少なくとも１つの前記導電性を有する固定層は、前記櫛状電極部の貫通穴及び前記導電性を有する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３記載の排気浄化用電気加熱型触媒。
【請求項７】
前記導電性を有する固定層は、溶射により形成されることを特徴とする請求項１記載の排気浄化用電気加熱型触媒。
【請求項８】
前記担体は、セラミックで構成あれたセラミック担体であり、前記２つ以上の櫛状電極は、金属電極であることを特徴とする請求項１記載の排気浄化用電気加熱型触媒。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記の目的は、担体と、前記担体の外壁に接合される導電性を有する下地層と、前記導電性を有する下地層の外表面に固定される電極部と、前記電極部の外部の一部に固定される導電性を有する固定層と、を備え、前記導電性を有する下地層は、前記担体の熱膨張率と前記電極部の熱膨張率との間の熱膨張率を有し、前記導電性を有する固定層は、前記電極部の熱膨張率と前記導電性を有する下地層の熱膨張率との間の熱膨張率を有し、前記電極部は、前記導電性を有する固定層を前記導電性を有する下地層と前記電極部とに接合することで前記担体に対して固定される排気浄化用電気加熱型触媒により達成される。
【国際調査報告】
2012063353.tif 000013
2012063353.tif 000014