(57)【要約】【課題】本発明では、櫛状電極に繰り返し電流を通電した場合であっても、櫛状電極を介して触媒を均一に加熱することができる電気加熱式触媒装置を提供する。【解決手段】電気加熱式触媒装置１は、金属触媒が担持された担体１０と、複数の配線部５２，５２，…とを備えた一対の櫛状電極５と、櫛状電極５と担体１０との間に介在する下地層４と、各配線部５２を、下地層４に固定する固定層６と、を備える。電気加熱式触媒装置１の長手方向Ｄ１に沿った担体１０の中心軸ＣＬに対して直交する方向から、担体１０の外周面１０ｂを視たときに、固定層６は、矩形状であり、固定層６の対向する一対の第１の辺６１ａ，６１ｂが、各配線部５２の両側において、配線部５２が延在する方向Ｄ３と平行になっており、一対の第１の辺６１ａ，６１ｂの両端を繋ぐ一対の第２の辺６２ａ，６２ｂは、配線部５２が延在する方向Ｄ３と、直交している。【選択図】図１Ａ
2019209245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属触媒が担持された担体と、
前記担体の長手方向に沿って延在する基部と、前記基部から前記担体の周方向に沿って延在する複数の配線部とを備えた一対の櫛状電極と、
前記担体の外周面に形成され、前記櫛状電極と前記担体との間に介在する下地層と、
前記各配線部の一部を覆うように前記下地層と接合されることにより、前記各配線部を、前記下地層に固定する固定層と、を備えた電気加熱式触媒装置であって、
前記長手方向に沿った前記担体の中心軸に対して直交する方向から、前記担体の外周面を視たときに、前記固定層は、矩形状であり、
前記矩形状の固定層の対向する一対の第１の辺が、前記各配線部の両側において、前記配線部が延在する方向と平行になっており、前記一対の第１の辺の両端を繋ぐ一対の第２の辺は、前記配線部が延在する方向と直交していることを特徴とする電気加熱式触媒装置。
【請求項２】
前記第１の辺の端部と前記第２の辺の端部により形成された前記固定層の角部は、丸みを帯びていることを特徴とする請求項１に記載の電気加熱式触媒装置。
【請求項３】
前記固定層に覆われた前記配線部の部分と、前記下地層との間には、隙間が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気加熱式触媒装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒が担持された担体と、これに取付けられた電極と、を少なくとも備えた電気加熱式触媒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、排気ガスの浄化を図るために通電加熱される電気加熱式触媒装置が知られている。たとえば、電気加熱式触媒装置は、金属触媒が担持された担体と、担体に通電するために担体に対して固定される櫛状電極と、を備えている。ここで、櫛状電極は、バッテリなどの外部電源からの電流を担体に通電し、担体は、櫛状電極を介して通電されることにより加熱されて、担体に担持された金属触媒が活性化する。電気加熱式触媒装置によれば、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。
【０００３】
このような電気加熱式触媒装置として、例えば、特許文献１には、基部から担体の周方向に沿って延在する複数の配線部を備えた櫛状電極を、固定層を介して担体に固定した電気加熱式触媒装置が開示されている。ここで、固定層は、長手方向に沿った担体の中心軸に対して直交する方向から、担体の外周面を視たときに、固定層は、円形状になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開２０１２／０６３３５３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した電気加熱式触媒装置の櫛状電極に繰り返し電流を通電した場合、その繰り返しに伴う熱応力により、固定層の内部において局所的にクラックが発生することがあった。これにより、クラックが発生した部分では、配線部から固定層を通して担体に通電できないことがあり、担体を均一に加熱することができない場合があった。
【０００６】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、本発明では、櫛状電極に繰り返し電流を通電した場合であっても、櫛状電極を介して触媒を均一に加熱することができる電気加熱式触媒装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここで、発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、円形状の固定層の中心から、櫛状電極の配線部が大きくずれて固定された場合には、配線部の両側のエッジに接触する固定層の接触長が異なり、接触長が長い側の固定層の内部に、過大な応力が発生することがわかった。この過大な応力により、固定層にクラックが発生するとの知見を得た。
【０００８】
前記課題を鑑みて本発明に係る電気加熱式触媒装置は、金属触媒が担持された担体と、
前記担体の長手方向に沿って延在する基部と、前記基部から前記担体の周方向に沿って延在する複数の配線部とを備えた一対の櫛状電極と、前記担体の外周面に形成され、前記櫛状電極と前記担体との間に介在する下地層と、前記各配線部の一部を覆うように前記下地層と接合されることにより、前記各配線部を、前記下地層に固定する固定層と、を備えた電気加熱式触媒装置であって、前記長手方向に沿った前記担体の中心軸に対して直交する方向から、前記担体の外周面を視たときに、前記固定層は、矩形状であり、前記矩形状の固定層の対向する一対の第１の辺が、前記各配線部の両側において、前記配線部が延在する方向と平行になっており、前記一対の第１の辺の両端を繋ぐ一対の第２の辺は、前記配線部が延在する方向と、直交していることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、固定層の各第１の辺に対向するように、配線部の両側の各エッジが配置され、各第２の辺は、配線部が延在する方向とは直交するので、固定層に接触する配線部の各エッジの長さを同じ長さにすることができる。そして、矩形状の固定層の中心から、櫛状電極の配線部が大きくずれて固定されたとしても、このような関係を確保することができる。
【００１０】
これにより、配線部の両側のエッジに接触する固定層の部分の応力は、略均等になり、配線部の位置ずれに起因した過大な応力の発生を抑えることができる。これにより、一対の櫛状電極の間に繰り返し電流を通電した場合であっても、櫛状電極を介して担体を均一に加熱し、固定層の内部にクラックが発生することを抑えることができる。
【００１１】
さらに好ましい態様としては、前記第１の辺の端部と前記第２の辺の端部により形成された前記固定層の角部は、丸みを帯びている。この態様によれば、櫛状電極に繰り返し電流を通電した時の熱衝撃により、固定層の角部にクラックが発生し易いところ、この角部が丸みを帯びているので、角部のクラックの発生を抑えることができる。
【００１２】
さらに好まし態様としては、前記固定層に覆われた前記配線部の部分と、前記下地層との間には、隙間が形成されている。この態様によれば、固定層に覆われた配線部の部分と、下地層との間に、隙間が形成されていると、配線部から、固定層を介して、下地層に電流が流れるため、配線部の両側エッジに接触する固定層の部分にも過大な電流が流れ易く、この部分が過度に発熱し、この部分に応力集中し易い。
【００１３】
しかしながら、このような場合であっても、接触する配線部の各エッジに接触する固定層の接触長が同じ長さであるので、このような応力集中が低減される。これにより、配線部の両側のエッジに接触する固定層の部分の応力は、略均等になり、固定層に対する配線部の位置ずれに起因した過大な応力の発生を抑えることができ、通電の繰り返しにより、固定層の内部にクラックが発生することを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、櫛状電極に繰り返し電流を通電した場合であっても、櫛状電極を介して触媒を均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係る電気加熱式触媒装置の模式的斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す電気加熱式触媒装置の側面図である。
【図２】図１Ａに示す電極加熱型触媒の要部の模式的拡大平面図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ線に沿った矢視方向の断面図である。
【図４Ａ】図１Ａに示す電気加熱式触媒装置の製造方法のうち下地層の成形状態を示した模式的概念図である。
【図４Ｂ】図１Ａに示す電気加熱式触媒装置の製造方法のうち電極の配置状態を示した模式的概念図である。
【図４Ｃ】図１Ａに示す電気加熱式触媒装置の製造方法のうち固定層の成形前の状態を示した模式的概念図である。
【図４Ｄ】図１Ａに示す電気加熱式触媒装置の製造方法のうち固定層の成形後の状態を示した模式的概念図である。
【図４Ｅ】図１Ａに示す電気加熱式触媒装置の製造方法のうち櫛状電極に成形後の状態を示した模式的概念図である。
【図５Ａ】本実施形態に係る電気加熱式触媒装置において、櫛状電極の配線部と、固定層との、位置関係を説明するための模式的平面図である。
【図５Ｂ】比較例に係る電気加熱式触媒装置において、櫛状電極の配線部と、固定層との、位置関係を説明するための模式的平面図である。
【図６Ａ】実施例１に係る電気加熱式触媒装置の解析モデルの一例を示した斜視図である。
【図６Ｂ】比較例１に係る電気加熱式触媒装置の解析モデルの一例を示した斜視図である。
【図７】実施例１および比較例１に係る固定層に対する配線のずれ量と、固定層の最大応力の比の関係を示したグラフである。
【図８Ａ】実施例２に係る固定層近傍の断面写真である。
【図８Ｂ】比較例２に係る固定層近傍の断面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、図１Ａ〜図３を参照して、本発明の実施形態に係る電気加熱式触媒装置を説明し、次に、図４Ａ〜図４Ｅを参照して、図１Ａに示す電気加熱式触媒装置の製造方法を簡単に、説明する。
【００１７】
１．電気加熱式触媒装置１について
電気加熱式触媒装置１は、例えば自動車等の排気経路上に設けられ、エンジンから排出される排気ガスを浄化する装置である。図１Ａに示すように、電気加熱式触媒装置１は、担体１０、下地層４、櫛状電極５、および固定層６を備えている。
【００１８】
図１Ａに示すように、担体１０は、外径が円筒状のセラミックスからなる多孔質部材であり、その内部はハニカム構造１０ａを有しており、担体１０の中心軸ＣＬに沿って延在した複数の空孔により、担体１０の内部を排気ガスが通過することができる。
【００１９】
担体１０を構成するセラミックスは、例えばＳｉＣ（炭化珪素）粒子とＳｉ（珪素）粒子とで構成される複合材などを挙げることができ、導電性を有するセラミックスであれば得に限定されるものではない。さらに、担体１０のハニカム構造１０ａを形成する壁面には、白金、パラジウム、ロジウム等の金属触媒が担持されている。
【００２０】
担体１０の外周面１０ｂには、後述する櫛状電極５を担体１０に固定するための下地層４が形成されている。下地層４は、櫛状電極５と担体１０との間に介在し、後述する固定層６を介して、一対の櫛状電極５が固定される。
【００２１】
本実施形態では、下地層４は、各櫛状電極５を固定するための下地層であり、中心軸ＣＬを挟んで、担体１０の外周面１０ｂの反対側となる位置（担体１０を中心軸ＣＬ周りに１８０°回転させた位置）に２つ形成されている。担体１０の外周面１０ｂに形成された第１下地層４ａと、第１下地層４ａの上に形成された第２下地層４ｂと、を備えている。第１下地層４ａは、導電性を有したセラミックス材料からなり、本実施形態では、ＳｉＣ（炭化珪素）粒子とＳｉ（珪素）粒子とで構成される複合材の層である。
【００２２】
ここで、担体１０に含有するＳｉＣ粒子の割合は、第１下地層４ａを構成するＳｉＣ粒子の割合よりも多いことがより好ましい。これにより、担体１０の抵抗値を、第１下地層４ａのものに比べて高くし、担体１０の発熱性を高めることができる。
【００２３】
このような関係を前提として、担体１０を構成するＳｉＣ（炭化珪素）粒子とＳｉ（珪素）粒子の合計量を１００％としたときに、ＳｉＣ（炭化珪素）は、６５体積％〜７５体積％であることが好ましい。これに対して、第１下地層４ａを構成するＳｉＣ（炭化珪素）粒子とＳｉ（珪素）粒子の合計量を１００％としたときに、ＳｉＣ（炭化珪素）は、５５体積％〜６５体積％であることが好ましい。
【００２４】
第２下地層４ｂは、酸化鉱物からなる酸化鉱物粒子が分散しており、この酸化鉱物粒子を金属マトリクスで連結した層である。具体的には、金属マトリクスは、ＮｉＣｒ合金またはＭＣｒＡｌＹ合金（但し、ＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも一種）などを挙げることができる。酸化鉱物は、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などの酸化物を主な成分とするものであり、例えば、ベントナイトやマイカあるいはそれらの混合物などからなることが好ましい。本実施形態では、第２下地層４ｂは、第１下地層４ａの表面に金属マトリクスとなるＮｉＣｒ合金粒子と酸化鉱物粒子となるベントナイト粒子とを混合した混合粉末を溶射した層である。
【００２５】
なお、本実施形態では、第２下地層４ｂの抵抗値、第１下地層４ａの抵抗値、および担体１０の抵抗値の順に、これらの抵抗値が高くなっている。したがって、これらの中で、担体１０が最も抵抗値が高いため、通電時に担体１０が加熱され易い。また、第２下地層４ｂの抵抗値を、第１下地層４ａの抵抗値よりも低くすることにより、第２下地層４ｂで櫛状電極５からの電流を担体１０の周方向Ｄ２に流れ易くすることができる。なお、第１下地層４ａは、第２下地層４ｂにより、担体１０の周方向Ｄ２（図４Ａ等参照）に流れた電流が、担体１０に流れるように、中間の抵抗値として調整される層となっている。
【００２６】
本実施形態では、電気加熱式触媒装置１は、図１Ｂに示すように、Ｆｅ−Ｃｒ合金（例えばステンレス鋼）などの導電性を有した金属からなる一対の櫛状電極５，５を備えている。一対の櫛状電極５，５は、中心軸ＣＬを挟んで、担体１０の外周面１０ｂの反対側となる位置（担体１０を中心軸ＣＬ周りに１８０°回転させた位置）に配置されている。各櫛状電極５は、担体１０の長手方向Ｄ１に沿って延在する基部５１と、基部５１から担体１０の周方向Ｄ２に沿って延在する複数の配線部５２，５２，…とを備えている。なお、長手方向Ｄ１とは、円筒状の担体１０の中心線ＣＬに沿った方向である。本実施形態では、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、基部５１の接続端子側で、基部５１が屈曲している。さらに、図１Ａおよび図１Ｂで、明確に示されていないが、基部５１と、各配線５２との境界部分が、基部５１が担体１０の外周面１０ｂから離れる方向に、僅かに屈曲している。これにより、基部５１が、担体１０の外周面１０ｂに対して非接触になっている。
【００２７】
図２および図３に示すように、固定層６は、各配線部５２の両側において、その一部を覆うように下地層４と接合されることにより、各配線部５２を、下地層４に固定している。すなわち、本実施形態では、固定層６を介して、配線部５２が下地層４（第２下地層４ｂ）に固定されている。図１に示すように、各櫛状電極５を固定する複数の固定層６，６，…は、周方向Ｄ２に沿って千鳥状に配置されている。なお、固定層６，６，…は、直線状に並列に配置されていてもよい。固定層６は、第２下地層４ｂで例示した材料からなり、本実施形態では、第２下地層４ｂと同じ材料からなってもよい。
【００２８】
ここで、第２下地層４ｂおよび固定層６に含まれるベントナイトなどの酸化鉱物（粒子）と、ＮｉＣｒ合金などの金属（マトリクス）との割合は、これらの合計量に対して、酸化鉱物（粒子）が、５５〜７０体積％であることが好ましい。ここで、固定層６の金属（マトリクス）の含有割合は、第２下地層４ｂに比べて少ないことが好ましい。これにより、固定層６の熱膨張率を、配線５２の熱膨張率に近づけることができ、配線５２の熱収縮により固定層６に作用する熱応力を低減することができる。
【００２９】
さらに、図２に示すように、長手方向Ｄ１に沿った担体１０の中心軸ＣＬに対して直交する方向から、担体１０の外周面１０ｂを視たときに、固定層６は、矩形状である。本実施形態では、固定層６は、正方形状であるが、長方形状であってもよい。
【００３０】
具体的には、固定層６を構成する４辺のうち、矩形状の固定層６の対向する一対の第１の辺６１ａ，６１ｂは、各配線部５２の両側において、配線部５２が延在する方向Ｄ３と平行になっている。さらに、一対の第１の辺６１ａ，６１ｂの両端を繋ぐ一対の第２の辺６２ａ，６２ｂは、配線部５２が延在する方向Ｄ３に、直交している。なお、本実施形態では、配線部５２は、担体１０の周方向Ｄ２に延在しているので、配線部５２が延在す方向Ｄ３は、周方向Ｄ２と一致している。
【００３１】
また、各第１の辺６１ａ（６１ｂ）の端部と各第２の辺６２ａ（６２ｂ）の端部とにより形成された固定層６の角部６３は、直交していてもよいが、本実施形態では、この角部６３は、丸みを帯びている。
【００３２】
さらに、固定層６を介して配線部５２が下地層に固定されるのであれば、固定層６に覆われた配線部５２の部分と、下地層４とは、接触していてもよいが、本実施形態では、固定層６に覆われた配線部５２の部分と、下地層４との間には、隙間ｓが形成されている。
【００３３】
２．電気加熱式触媒装置１の製造方法について
以下に図１に示す電気加熱式触媒装置１の製造方法を、図４Ａ〜図４Ｅを参照して説明する。
【００３４】
まず、図４Ａに示すように、セラミックスからなる担体１０の外周面１０ｂに、下地層４を成形する。なお、下地層４を成形する工程では、一対の下地層４，４を成形する。具体的には、まず、上述した金属触媒が担持された担体１０を準備し、この担体１０の外周面１０ｂに、ＳｉＣ（炭化珪素）粒子とＳｉ（珪素）粒子を分散媒で分散させたペースト材を塗布し、これを焼成することにより、第１下地層４ａ，４ａを成形する。ここで、ペースト材の塗布は、スクリーン印刷により行ってもよい。この後、金属触媒を担持する。
【００３５】
次に、第１下地層４ａ，４ａの上に、第２下地層４ｂ，４ｂの形状に応じた開口を有した金属製のマスキング材（図示せず）を配置する。次に、この開口に向かって、ＮｉＣｒ合金粒子とベントナイト粒子とを混合した粉末を、たとえば、ガスフレーム溶射、またはプラズマ溶射等の溶射により吹き付けて、ＮｉＣｒ合金を溶融し、第２下地層４ｂ，４ｂを成形する。
【００３６】
次に、図４Ｂに示すように、下地層４（第２下地層４ｂ）の表面に、基部５１と、基部５１から延在した複数の配線部５２と、を備えた電極５Ａを、担体１０の長手方向Ｄ１に沿って基部５１が延在し、かつ、担体１０の周方向Ｄ２に沿って各配線部５２が延在するように配置する。具体的には、シート状の電極５Ａが、下地層４の表面に倣うように、これを湾曲させる。
【００３７】
なお、本実施形態では、電極５Ａは、一対の櫛状電極５，５のうち、１つの櫛状電極５の各配線部５２の形状を含むものであり、配線部５２をさらに延長し、これを連結部５３で連結した構造である。本実施形態では、シート状の電極５Ａの基部５１と連結部５３とが離間する方向に引張ながら、シート状の電極５Ａを下地層４の表面に倣わせる。各配線部５２から延在した余剰部分と、連結部５３とは、後述する固定層６の成形後に、切除される。
【００３８】
次に、図４Ｃに示すように、電極５Ａが配置された担体１０の外周面１０ｂに、マスキング材８を配置する。このマスキング材８には、各固定層６の形状およびこれらの配置状態に応じた矩形状の開口８１が形成されており、各開口８１に、電極５Ａの配線部５２が露出するように、外周面１０ｂにマスキング材８を配置する。
【００３９】
次に、図４Ｃに示す状態から、第２下地層４ｂと同じ方法で、各開口８１に向かって、ＮｉＣｒ合金粒子とベントナイト粒子とを混合した粉末を、たとえばガスフレーム溶射、またはプラズマ溶射等の溶射により吹き付けて、ＮｉＣｒ合金を溶融し、固定層６を成形する。これにより、図４Ｄに示すように、マスキング材８を取り除いた状態で、固定層６が、各配線部５２の一部を覆いかつ下地層４に接合するよう成形され、これによって、固定層６を介して下地層４に各配線部５２が固定される。
【００４０】
より具体的には、長手方向Ｄ１に沿った担体１０の中心軸ＣＬに対して直交する方向から、担体１０の外周面１０ｂを視たときに、固定層６が、矩形状となる（図２等参照）。そして、上述したように、矩形状の固定層６の対向する一対の第１の辺６１ａ，６１ｂが、各配線部５２の両側において、配線部５２が延在する方向と平行となるように固定層６が成形される。さらに、一対の第１の辺６１ａ，６１ｂの両端を繋ぐ一対の第２の辺６２ａ，６２ｂが、配線部５２が延在する方向Ｄ３と、直交するように固定層６が成形される。
【００４１】
さらに、マスキング材８の開口８１の形状に応じて、第１の辺６１ａ，６１ｂの端部と第２の辺６２ａ，６２ｂの端部とが交差する固定層６の角部６３が、丸みを帯びるように、固定層６が成形される（図２等参照）。また、電極５Ａを下地層４に配置したときに、下地層４と電極５Ａとの間に部分的に隙間が形成される場合には、固定層６に覆われた配線部５２の部分と、下地層４との間に、隙間ｓが成形される（図３参照）。この隙間ｓは以下のようにして成形される。第２下地層４ｂが、溶射により形成された層であり、第２下地層４ｂの表面は、ベントナイト粒子の形状に応じた突起が形成される。この突起に配線部５２が部分的に接触するため、電極５Ａを第２下地層４ｂに配置した状態で、これらの間に隙間が形成される。
【００４２】
なお、本実施形態では、第２の辺６２ａ（６２ｂ）の長さＬ２が、配線部５２の幅Ｗの３倍以上となるように、固定層６を成形する。第２の辺の長さ６２ａ（６２ｂ）を配線部５２の幅の３倍以上とすることにより、位置ずれしたとしても、配線部５２の両側において、固定層６を下地層４により確実に固定することができる。
【００４３】
電極５Ａから、余剰となる部分（配線部５２から延在した部分および連結部分５３等）を切除し、図４Ｅに示すように、固定層６を介して、一方の櫛状電極５の各配線部５２が下地層４に固定される。次に、担体１０を中心軸ＣＬまわりに１８０°回転させて、図４Ｂ〜図４Ｅを参照して説明した一連の工程を行い、他方の櫛状電極５を固定する。これにより、図１Ａおよび図１Ｂに示す電気加熱式触媒装置１を得ることができる。最後に、基部５１と、担体１０の外周面１０ｂとの間に、隙間が形成されるように、基部５１と、各配線５２との境界部分を屈曲し、さらに、基部５１の接続端子側で、基部５１を屈曲する。
【００４４】
上述した電気加熱式触媒装置１を製造する段階で、図４Ｂに示すように、電極５Ａを配置する際、または、図４Ｃに示すように、マスキング材８を配置する際に、配線部５２とマスキング材８の開口８１との相対位置がずれることがある。
【００４５】
これにより、得られた電気加熱式触媒装置１では、図５Ａおよび図５Ｂの中央に示す正規位置よりも、固定層６の中心Ｃに対して、配線部５２の位置がずれてしまうことがある。ここで、図５Ｂに示すように、例えば、比較となる形状である円形状の固定層９が、固定層６の中心Ｃに対して、配線部５２の位置がずれた場合には、配線部５２の両側のエッジ５２ａ，５２ｂに接触する固定層６の接触長Ｌａ，Ｌｂが異なってしまう。たとえば、図５Ｂの右図では、接触長Ｌａ＞接触長Ｌｂとなり、左図では、接触長Ｌａ＜接触長Ｌｂとなる。
【００４６】
このように固定層の接触長Ｌａ，Ｌｂが異なる場合には、後述する解析結果からも明らかなように、接触長が長い側の固定層の内部に、過大な応力が発生する。この過大な応力により、一対の櫛状電極５，５の間に繰り返し通電を行うと、この部分（例えば図６Ｂの部分９ａ等参照）に固定層にクラックが発生する場合がある。
【００４７】
しかしながら、図５Ａに示すように、本実施形態では、固定層６の各第１の辺６１ａ，６１ｂに対向するように、配線部５２の両側の各エッジ５２ａ，５２ｂが配置され、各第２の辺６２ａ，６２ｂは、配線部５２が延在する方向Ｄ３とは直交している。したがって、矩形状の固定層６の中心Ｃから、図５Ａの右図または左図の如く、櫛状電極５の配線部５２が大きくずれて固定されたとしても、固定層６に接触する配線部５２の各エッジ５２ａ，５２ｂの長さを同じ長さにすることができる。
【００４８】
これにより、本実施形態では、配線部５２の両側のエッジ５２ａ，５２ｂに接触する固定層６の部分の応力は、略均等になり、配線部５２の位置ずれに起因した過大な応力の発生を抑えることができる。このような結果、一対の櫛状電極５，５の間に繰り返し電流を通電した場合であっても、櫛状電極５を介して担体１０を均一に加熱することができる固定層６の内部にクラックが発生することを抑えることができる。
【００４９】
さらに、櫛状電極５に繰り返し電流を通電した時の熱衝撃により、固定層６の角部６３にクラックが発生し易いところ、この角部６３が丸みを帯びているので、角部６３のクラックの発生を抑えることができる。
【００５０】
さらに、図３に示すように、固定層６に覆われた配線部５２の部分と、下地層４との間に、隙間ｓが形成されていると、配線部５２から、固定層６を介して、下地層４に電流が流れる。このため、配線部５２の両側エッジに接触する固定層６の部分にも過大な電流が流れ易く、この部分が発熱し、応力集中し易い。しかしながら、このような場合であっても、本実施形態では、接触する配線部５２の各エッジ５２ａ，５２ｂに接触する固定層６の接触長が同じ長さであるので、このような応力集中が低減される。
【実施例】
【００５１】
以下に本発明の実施例を説明する。
【００５２】
（実施例１）
本発明の実施例に係る電気加熱式触媒装置の配線部を固定する固定層の熱応力解析を実施した。実施例１では、図６Ａに示すように、固定層６の中心Ｃから、配線部５２の中心のずれ量Ｐを、０ｍｍ（ずれ量なし）、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍとした解析モデルを作成した。
【００５３】
ここで、各解析モデルは、幅０．５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの配線部５２を、第１下地層４ａおよび第２下地層４ｂからなる下地層４に、固定層６を介して、固定した解析モデルである。固定層６は、正方形状（矩形状）であり、固定層６の一辺を２ｍｍに設定し、第２下地層４ｂの表面から最大厚さを５ｍｍに設定し、配線部５２の厚み分、固定層６を部分的に突出させており、丸みを帯びた固定層６の角部の曲率半径を０．２ｍｍに設定している。さらに、配線部５２と下地層４との間の隙間ｓの大きさを、０．１ｍｍに設定した。この解析モデルでは、下地層４が形成される担体１０の外壁は、平板状と仮定している。
【００５４】
（比較例１）
実施例１と同じようにして、固定層９の中心Ｃから、配線部５２の中心のずれ量Ｐを、０ｍｍ（ずれ量なし）、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍとした解析モデルを作成した。実施例１と相違する点は、図６Ｂに示すように、解析モデルの固定層９が、外形２ｍｍの円形状である点である。
【００５５】
＜熱応力解析とその結果＞
実施例１および比較例１の各解析モデルに対して、配線部５２、担体１０、第１下地層４ａ、第２下地層４ｂ、および、固定層６に、上述した実施形態で例示した材料の物性値を付与し、１５０℃〜６００℃に均一に温度を付与した時の、固定層６に作用する最大応力を熱応力解析（ダッソー・システムズ（株）：ＡＢＡＱＵＳ）により算出した。この結果を、図７に示す。なお、図７に示す、縦軸の最大応力の比は、実施例１および比較例１の解析モデルのずれ量Ｐが０ｍｍのときの最大応力を１としたときの比率である。
【００５６】
実施例１では、ずれ量Ｐが大きくなっても、最大応力はほとんど変化なかったが、比較例１では、ずれ量Ｐが大きくなるに従って、最大応力が大きくなった。なお、実施例１では、固定層６の最大応力が発生した位置は、配線部５２のエッジに接触する固定層６の部分６ａであった。一方、比較例１では、固定層９の最大応力が発生した位置は、配線部５２のエッジに接触する接触長が長い方の固定層９の部分９ａであった。このことから、実施例１の如く、矩形状の固定層を設けた場合には、配線部５２の両側のエッジとの接触長さを略同じにできるため、配線部５２の位置ずれに伴う最大応力の増加が低減されると考えられる。
【００５７】
（実施例２）
図４Ａ〜図４Ｅに示す手順に従って、配線部が１１本となる、図１に示すような電気加熱式触媒装置を作製した。まず、直径８０ｍｍ、長さ６５ｍｍのＳｉＣ粒子とＳｉ粒子を主材とした担体を準備し、この担体に金属触媒を担持させた。なお、単体のＳｉＣ粒子とＳｉ粒子との合計量に対して、ＳｉＣ粒子は、７０体積％であり、Ｓｉ粒子は、３０体積％である。この担体の周面に、ＳｉＣ粒子およびＳｉ粒子を混合したペースト材を塗布し、これを焼成して第１下地層を成形した。なお、固定層のＳｉＣ粒子とＳｉ粒子との合計量に対して、ＳｉＣ粒子は、６０体積％であり、Ｓｉ粒子は、４０体積％である。第１下地層は、第１下地層全体に対して、気孔率４０体積％となり、厚さ０．２３ｍｍの多孔質層であった。次に、第１下地層の上に、Ｎｉ−５０ＣｒからなるＮｉＣｒ粒子（３２体積％）とベントナイト粒子（６８体積％）を混合した溶射粉末を、プラズマ溶射により溶射し、多孔質の第２下地層を成形した（図４Ａ参照）。第２下地層は、第２下地層全体に対して、気孔率が１０体積％となり、厚さ０．１ｍｍの多孔質層であった。
【００５８】
次に、幅１ｍｍの配線部を１１本有したステンレス鋼（Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ）製の電極を準備し、これを図４Ｂに示すように第２下地層に配置した後、図４Ｃに示すように、３ｍｍ×３ｍｍの矩形状に開口を有したマスキング材で覆った。次に、第２下地層と同じ方法で、固定層を成形した。固定層を成形後、マスキング材を取り除き、余剰となる部分を切除し、一方の櫛状電極を、固定層を介して下地層に固定した。さらに、担体１０を中心軸ＣＬまわりに１８０°回転させて、同上の工程により、他方の櫛状電極を固定し、電気加熱式触媒装置を得た。
【００５９】
（比較例２）
実施例２と同じようにして、電気加熱式触媒装置を作製した。実施例２との相違点は、固定層の成形時に、直径３ｍｍの円形状の開口が形成されたマスキング材を用いて、直径３ｍｍの固定層を形成した点である。
【００６０】
＜評価試験およびその結果＞
実施例２および比較例２で作製した電気加熱式触媒装置を、１５０℃〜９００℃の冷熱環境下で担体の温度が変化するように、一対の櫛状電極間に繰り返し通電した試験を、２０００サイクル行った。この試験中に、比較例２の電気加熱式触媒装置では、実施例２のものに比べて、電極間の通電性が低下していることが確認された。
【００６１】
さらに、評価試験後の実施例２および比較例２の電気加熱式触媒装置の固定層のうち、固定層の中心から配線部が０．１ｍｍずれている固定層の近傍を切り出して、その断面を顕微鏡で観察した。この結果を、図８Ａおよび図８Ｂに示す。図８Ａは、実施例２に係る固定層近傍の断面写真であり、図８Ｂは、比較例２に係る固定層近傍の断面写真である。
【００６２】
実施例２では、固定層にボイドが形成されていたが、配線部に接触する固定層の部分から、外面に到達するような亀裂は発生していなかった一方、比較例２では、配線部に接触する固定層の部分から、外面に到達する亀裂が発生していた。このことから、比較例２では、固定層のクラックの発生により、櫛状電極の通電性が低下したと考えられる。そして、実施例２の如く、矩形状の固定層を設けた場合には、配線部の両側のエッジとの接触長さを略同じにできるため、配線部の位置ずれに伴う応力の増加が低減され、クラックの発生が低減されると考えられる。
【００６３】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００６４】
１：電気加熱式触媒装置、４：下地層、５：櫛状電極、５１：基部、５２：配線部、６：固定層、６１ａ，６１ｂ：第１の辺、６２ａ，６２ｂ：第２の辺、６３：角部、１０：担体、１０ｂ：外周面
【図１Ａ】
2019209245.tif 000003
【図１Ｂ】
2019209245.tif 000004
【図２】
2019209245.tif 000005
【図３】
2019209245.tif 000006
【図４Ａ】
2019209245.tif 000007
【図４Ｂ】
2019209245.tif 000008
【図４Ｃ】
2019209245.tif 000009
【図４Ｄ】
2019209245.tif 000010
【図４Ｅ】
2019209245.tif 000011
【図５Ａ】
2019209245.tif 000012
【図５Ｂ】
2019209245.tif 000013
【図６Ａ】
2019209245.tif 000014
【図６Ｂ】
2019209245.tif 000015
【図７】
2019209245.tif 000016
【図８Ａ】
2019209245.tif 000017
【図８Ｂ】
2019209245.tif 000018