特開 2024-159363 電気加熱式触媒装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024159363

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】電気加熱式触媒装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/20 20060101AFI20241031BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20241031BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20241031BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20241031BHJP

   B01J 35/50 20240101ALI20241031BHJP

   B01J 35/57 20240101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

F01N3/20 K ZAB

F01N3/24 L

F01N3/28 311U

F01N3/28 311M

B01D53/94 300

B01J35/02 G

B01J35/04 301Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2023082618

(22)【出願日】2023-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】390010227

【氏名又は名称】株式会社三五

(72)【発明者】

【氏名】鵜飼 英介

【テーマコード（参考）】

3G091

4D148

4G169

【Ｆターム（参考）】

3G091BA04

3G091BA39

3G091CA03

3G091GA11

3G091GB17Z

3G091HA27

4D148CA08

4D148CC02

4D148CC43

4D148CC53

4G169AA01

4G169AA03

4G169AA11

4G169BA13A

4G169BA17

4G169CA03

4G169DA06

4G169EA18

4G169EE03

(57)【要約】

【課題】外管と内管の間の絶縁性を担保しつつ内管の内部に発熱体を収容できる電気加熱式触媒装置を提案する。
【解決手段】電気加熱式触媒装置１００において、第１ケース１０と第３ケース３０の間に絶縁性を担保する第２ケース２０を介在させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

触媒を担持し通電により発熱する円筒状の発熱体は半径方向に突出する一対の電極を備え、
前記発熱体を電気絶縁材料からなる緩衝材である第１保持部材を介して金属製の筒状の第１ケース内に保持し、
該第１ケースを電気絶縁材料からなる緩衝材である第２保持部材を介して筒状で少なくとも内外表面が絶縁性を有する第２ケース内に保持し、
該第２ケースを電気絶縁材料からなる緩衝材である第３保持部材を介して金属製の筒状の第３ケース内に保持した
ことを特徴とする電気加熱式触媒装置。

【請求項2】

前記第２ケースは金属製であり、内周面及び外周面に絶縁層が設けられている
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】

前記第２ケースは絶縁材料により形成されている
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4】

前記電極の突出量は前記第１保持部材の厚さと前記第１ケースの厚さと前記第２保持部材の厚さを合計した値より小さい
ことを特徴とする請求項１乃至３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、電気加熱式触媒装置に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車には、内燃機関より排出される排気ガスを、内装した触媒担体やフィルタ体で浄化する、排気ガス浄化装置が備え付けられている。

【0003】

近年排気ガス規制の厳格化に伴い、触媒を担持した発熱体に通電し昇温させ触媒の早期活性化を図る電気加熱式触媒装置（以下、ＥＨＣと称することがある）が用いられることがある。発熱体は金属製あるいはセラミック製でいずれも一対の電極が付設されており、電極は筐体を貫通し外部へ露出している。

【0004】

例えば、特許文献１及び特許文献２には、電気絶縁材料からなる保持部材を介してセラミック製の円筒状の発熱体を金属製の内管内に保持し、更にその内管を電気絶縁材料からなる保持部材を介して金属製の外管内に保持する２重管構造となる電気加熱式触媒装置の構造が開示されている。特許文献１では内管の内周面、外周面及び端面を含む全表面にセラミック等の電気絶縁材料による絶縁層が形成されている。特許文献２では外管の内面の一部に絶縁層が形成されている。このような構造により、排気ガスに含まれる水分により保持部材が湿潤しても、水分によって形成される電気的な経路が内管又は外管の絶縁層によって遮断され、短絡が抑制されるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５６２６３７１号公報

【特許文献2】特許第７０２５６０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

発熱体のような円筒状の担体を内管内に収容する工法として圧入工法やサイジング工法が挙げられる。圧入工法とは、電気絶縁材料からなる保持部材が外周面に巻回された発熱体を保持部材の圧縮を伴いつつ筒状のケース内に挿入することで保持部材の復元力によって発熱体を保持する工法である。一方、サイジング工法とは、保持部材が外周面に巻回された発熱体を保持部材の圧縮を実質的に伴わずに筒状のケースの内部に挿入した後に当該ケースの側壁の保持部材に対向する領域の少なくとも一部を所定の径まで縮径させる縮径加工を行うことにより保持部材の復元力によって発熱体を保持する工法である。しかし発熱体には通電するための一対の電極が発熱体の径方向に突出して設けられており、電極が内管に干渉するので圧入工法を用いて発熱体を内管内に収容することは困難である。内管内に発熱体を収容するにはサイジング工法を用いる必要があるが、特許文献１に開示される発熱体を保持する内管には絶縁層が設けられているので、サイジング工法を用いると内管に縮径加工を施す際に絶縁層が破壊されてしまい絶縁性を担保できなくなる。また特許文献２に開示されるように外管の内周面のみに絶縁層を設けるのは困難である。

【0007】

そこで本発明は、外管と内管の間の絶縁性を担保しつつ内管の内部に発熱体を収容できる電気加熱式触媒装置を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記の課題を解決するために、本発明の電気加熱式触媒装置は、触媒を担持し通電により発熱する円筒状の発熱体は半径方向に突出する一対の電極を備え、発熱体を電気絶縁材料からなる緩衝材である第１保持部材を介して金属製の筒状の第１ケース内に保持し、第１ケースを電気絶縁材料からなる緩衝材である第２保持部材を介して筒状で少なくとも内外表面が絶縁性を有する第２ケース内に保持し、第２ケースを電気絶縁材料からなる緩衝材である第３保持部材を介して金属製の筒状の第３ケース内に保持している。

【0009】

また第２ケースは金属製であり、内周面及び外周面に絶縁層が設けられていてもよい。また第２ケースは絶縁材料により形成されていてもよい。

【0010】

また電極の突出量は第１保持部材の厚さと第１ケースの厚さと第２保持部材の厚さを合計した値より小さくてもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、第１ケースと第３ケースの間に絶縁性を担保する第２ケースを介在させることで、第１ケースと第３ケースを絶縁できるとともに、サイジング工法により第１ケース内に発熱体を保持することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態に係る電気加熱式触媒装置の模式断面図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る電気加熱式触媒装置の製造方法の模式断面図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係る電気加熱式触媒装置の製造方法の模式断面図の一部である。

【図4】本発明の第３実施形態に係る電気加熱式触媒装置の製造方法の模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の望ましい実施形態及びその製造方法について図１乃至図４を参照して説明する。

【0014】

図１に本発明の第１実施形態の電気加熱式触媒装置の模式図を示す。図１は電気加熱式触媒装置１００の発熱体４０の中心軸及び電極４１の中心軸を通る平面で切った断面図である。電気加熱式触媒装置１００は筒状の第１ケース１０と筒状の第２ケース２０と筒状の第３ケース３０と円筒状の発熱体４０を備えており、発熱体４０の中心軸側から順に発熱体４０、第１ケース１０、第２ケース２０、第３ケース３０が備えられている。また、発熱体４０と第１ケース１０の間に第１保持部材５１が、第１ケース１０と第２ケース２０の間に第２保持部材５２が、第２ケース２０と第３ケース３０の間に第３保持部材５３が設けられている。本実施例において第１ケース１０や第２ケース２０及び第３ケース３０はステンレス材により構成されている。

【0015】

第１ケース１０には径が一定である収容部１０ａが設けられている。第１保持部材５１は発熱体４０と第１ケース１０の収容部１０ａとの間に挟持されており、第１ケース１０の内部の所定の位置に復元力によって発熱体４０を保持している。発熱体４０には半径方向に突出する円筒状の電極４１及び電極４２が設けられており、第１ケース１０には電極を挿通するため孔１１及び孔１２が設けられている。

【0016】

第２ケース２０は内周面、外周面及び端面を含む全面に絶縁層２０ａが設けられており、さらに電極と外部電源を接続するための孔２１及び孔２２が設けられている。孔２１及び孔２２は図示されない外部電源と接続するための端子を電極４１及び電極４２に接続する際に、端子が挿通可能な位置に設けられている。第２保持部材５２は第１ケース１０と第２ケース２０の絶縁層２０ａの間に挟持されており、第２ケース２０の内部の所定の位置に復元力によって第１ケース１０を保持している。

【0017】

第３ケース３０には電極と外部電源を接続するための孔３１及び孔３２が設けられている。孔３１及び孔３２は図示されない外部電源と接続するための端子を電極４１及び電極４２に接続する際に、端子が挿通可能な位置に設けられている。第３保持部材５３は第２ケース２０の絶縁層２０ａと第３ケース３０の間に挟持されており、第３ケース３０の内部の所定の位置に復元力によって第２ケース２０を保持している。

【0018】

第１保持部材５１や第２保持部材５２及び第３保持部材５３は絶縁性を有するセラミックファイバー等の材料によって構成されており、平面視が矩形である。第１保持部材５１及び第２保持部材５２及び第３保持部材５３にはそれぞれ２ヶ所に孔が設けられており、それらの孔は端子が挿通可能となるように各部品に巻回される。

【0019】

第２ケース２０には内周面、外周面及び端面を含む全面に絶縁層２０ａが設けられている。絶縁層２０ａは、絶縁が可能な材料で作られているならば材質は問わず、例えばガラス成分を含んでいてもよい。また絶縁層２０ａを形成する際には、第２ケース２０を絶縁が可能な材料を含む溶液内に浸漬後に、大気中で焼成することで全面に絶縁層２０ａを形成してもよい。

【0020】

本発明の構成では、第１ケース１０と第３ケース３０の間に絶縁層２０ａを設けた第２ケース２０を介在させることで、内管である第１ケース１０と外管である第３ケース３０を絶縁しつつ、サイジング工法により第１ケース１０内に発熱体４０を保持することが可能になる。また第２ケース２０を溶液内に浸漬後に大気中で焼成するだけで絶縁層２０ａを全面に形成できるので、絶縁層の形成も容易である。

【0021】

次に図２に本発明の第１の実施形態に係る電気加熱式触媒装置の製造方法の模式断面図を示す。図２（ａ）乃至（ｃ）は発熱体４０の中心軸及び電極４１の中心軸を通る平面で切った断面図である。まず図２（ａ）に示すように、第１保持部材５１を発熱体４０の外周面に巻回し、電極４１及び電極４２が孔１１又は孔１２を挿通可能な位置に配置してケース７０内に収容する。その後にケース７０に縮径加工を施すことで収容部１０ａを備えた第１ケース１０を形成し、その内部に第１保持部材５１を介して発熱体４０を保持する。次に図２（ｂ）に示すように、第２保持部材５２を第１ケース１０の外周面に巻回し、圧入工法により全面に絶縁層２０ａが設けられた第２ケース２０内に保持する。次に図２（ｃ）に示すように、第３保持部材５３を第２ケース２０の外周面に巻回し、圧入工法により第３ケース３０内に保持する。本発明の構成によればサイジング工法を用いて発熱体４０を第１ケース１０内に収容することが可能になる。また図１に示すように電極４１の半径方向への突出量ａは第１保持部材５１の厚さｔ１と第１ケース１０の板厚ｔ２及び第２保持部材５２の厚さｔ３の合計よりも小さいので、圧入工法により第２ケース２０内に第１ケース１０を収容することが出来る。

【0022】

次に図３に本発明の第２の実施形態に係る電気加熱式触媒装置の製造方法の模式断面図の一部を示す。図３（ａ）及び（ｂ）は発熱体４０の中心軸に対して垂直かつ電極４１の中心軸を通る平面で切った断面図である。図３（ａ）に示すように、第１保持部材５１を発熱体４０の外周面に巻回し、電極４１を半円筒状のアッパシェル６１に設けられた孔６１ａが挿通可能な位置に配置し、電極４２を半円筒状のロアシェル６２に設けられた孔６２ａが挿通可能な位置に配置する。次に図３（ｂ）に示すように、アッパシェル６１の端部６１ｂとロアシェル６２の端部６２ｂを当接させ、当接部を溶接Ｗにより接合することで第１ケース６０を成形し、第１ケース６０内に発熱体４０を保持する。次に図２（ｂ）及び図２（ｃ）と同様に圧入工法を用いて第１ケース６０を第２ケース２０内に保持した後に、第２ケース２０を第３ケース３０内に保持する。本発明の構成によればプレスシェル工法を用いて発熱体４０を第１ケース６０内に収容することが可能になる。

【0023】

次に図４に本発明の第３の実施形態に係る電気加熱式触媒装置の製造方法の模式断面図を示す。図４（ａ）乃至（ｃ）は発熱体４０の中心軸を通る平面で切った断面図である。第１及び第２の実施形態では発熱体４０に設けられた一対の電極４１及び電極４２は半径方向に突出する円筒状の電極であったが、第３の実施形態に示すように、電極４３及び電極４４が可撓性を有し折りたたむことが出来るものを使用してもよい。電極の構造が異なるのみで、製造方法は図２（ａ）乃至（ｃ）と同様である。本発明の構成によれば第２ケース２０を第３ケース３０内に圧入により収容した後に電極を引き延ばすことで、外部電源と電極の接続を容易に行うことができる。

【0024】

実施例１乃至実施例３において、第２ケース２０の全面に絶縁層を設けることで絶縁性を担保しているが、第２ケース２０の内周面及び外周面のみに絶縁層を設けてもよいし、第２ケース２０をセラミック等の絶縁材料で形成してもよい。

【0025】

以上、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱し範囲の変更があっても本発明に包含される。

【符号の説明】

【0026】

１００ 電気加熱式触媒装置
１０、６０ 第１ケース
１０ａ 収容部
１１、１２ 孔
２０ 第２ケース
２０ａ 絶縁層
２１、２２ 孔
３０ 第３ケース
３１、３２ 孔
４０ 発熱体
４１、４２、４３、４４ 電極
５１ 第１保持部材
５２ 第２保持部材
５３ 第３保持部材
６１ アッパシェル
６１ａ 孔
６１ｂ 端部
６２ ロアシェル
６２ａ 孔
６２ｂ 端部
７０ ケース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】