特許 7347334 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-11

(45)【発行日】2023-09-20

(54)【発明の名称】電気加熱式触媒装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/24 20060101AFI20230912BHJP

   B01J 35/02 20060101ALI20230912BHJP

   F01N 3/20 20060101ALI20230912BHJP

   H05B 3/02 20060101ALI20230912BHJP

   H05B 3/03 20060101ALI20230912BHJP

【ＦＩ】

F01N3/24 L

B01J35/02 G

F01N3/20 K

H05B3/02 A

H05B3/03

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020094719

(22)【出願日】2020-05-29

(65)【公開番号】P2021188562

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2022-08-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森 連太郎

【審査官】藤村 聖子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０３１０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１０７４５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／０４－３／３８

Ｂ０１Ｊ ３５／０２

Ｈ０５Ｂ ３／０２

Ｈ０５Ｂ ３／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属触媒が担持された円柱状の担体と、
前記担体の軸方向に間隔を開けて配列され、かつ、前記担体の周方向に沿って延在する複数の配線部と、前記複数の配線部の一端を連結する連結部と、前記連結部に対して前記複数の配線部側とは反対側に向かって延在した帯状の延在部と、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、
前記軸方向と直交する方向において、前記延在部の幅は、前記連結部の幅よりも狭く、
前記延在部と前記連結部との間には、前記延在部から前記連結部に進むに従って、前記延在部の幅から前記連結部の幅に近づくように、台形状に幅が広がった拡幅部が形成されており、
前記拡幅部の幅方向の中央には、前記延在部から前記連結部に向かって延びた長孔が形成されていることを特徴とする電気加熱式触媒装置。

【請求項2】

前記連結部の幅と、前記連結部側の前記拡幅部の幅とが一致しており、
前記延在部の幅と、前記延在部側の前記拡幅部の幅とが一致し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】

前記連結部の幅をＢ１とし、前記連結部の幅方向と直交する方向の前記拡幅部の長さをＨ１とするときに、Ｈ１／Ｂ１が、０．２８～１．１２の範囲にあることを特徴とする請求項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、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（に形成された下地層）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、複数の配線部は、その一端側で連結部に連結されており、連結部に対して複数の配線部側とは反対側に向かって、帯状の延在部が形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開２０１３／０３８４４９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、櫛状電極を固定する際、櫛状電極の配線が担体の周面の下地層に倣うように、延在部を介して配線に張力を付与した状態で、各配線を下地層に固定するが、この際、各配線の張力が不均一になることがあり、下地層から浮き上がる配線も存在する。この結果、浮き上がった配線を下地層に固定層を介して固定すると、下地層と配線との間に隙間が発生してしまう。これにより、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る。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る。

【0006】

また、櫛状電極が固定された担体を排気管等に取付ける際に、たとえば、延在部を引張ってしまうと、延在部の張力が各配線に分散されるが、分散された配線の張力が不均一に作用する。この結果、相対的に高い張力が作用する配線および固定層が損傷し、担体を均一に加熱することができないおそれがある。

【0007】

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、櫛状電極を介して担体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】

【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円柱状の担体と、前記担体の軸方向に間隔を開けて配列され、かつ、前記担体の周方向に沿って延在する複数の配線部と、前記複数の配線部の一端を連結する連結部と、前記連結部に対して前記複数の配線部側とは反対側に向かって延在した帯状の延在部と、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、前記軸方向と直交する方向において、前記延在部の幅は、前記連結部の幅よりも狭く、前記延在部と前記連結部との間には、前記延在部から前記連結部に進むに従って、前記延在部の幅から前記連結部の幅に近づくように、台形状に幅が広がった拡幅部が形成されていることを特徴とする。

【0009】

本発明によれば、櫛状電極の延在部と連結部との間には、延在部から連結部に進むに従って、延在部の幅から連結部の幅に近づくように、台形状に幅が広がった拡幅部が形成されている。これにより、たとえば、電気加熱式触媒装置を取付ける際に、櫛状電極の延在部に張力が作用したとしても、その張力は、拡幅部で幅方向に分散されるため、各配線に均一に分散させることができる。この結果、張力に起因した配線の損傷を抑えることにより、櫛状電極を介して担体を均一に加熱することができる。

【0010】

さらに好ましい態様としては、前記連結部の幅と、前記連結部側の前記拡幅部の幅とが一致しており、前記延在部の幅と、前記延在部側の前記拡幅部の幅とが一致している。この態様によれば、これらの幅の関係を満たすことにより、櫛状電極の延在部に作用した張力を、各配線により均一に分散させることができる。

【0011】

さらに好まし態様としては、前記連結部の幅をＢ１とし、前記連結部の幅方向と直交する方向の前記拡幅部の長さをＨ１とするときに、Ｈ１／Ｂ１が、０．２８～１．１２の範囲にある。この態様によれば、Ｈ１／Ｂ１が、０．２８～１．１２の範囲を満たすことにより、配線に作用する張力をより均一に分散することができる。ここで、Ｈ１／Ｂ１が、０．２８未満の場合には、拡幅部による張力の分散作用が十分でないことがあり、一方、Ｈ１／Ｂ１が、１．１２を超えた場合には、張力の分散作用をそれ以上期待することができないばかりでなく、拡幅部の大きさが大きくなるため、スペース状の制約を受けることがある。

【0012】

さらに好ましい態様としては、前記拡幅部の幅方向の中央には、前記延在部から前記連結部に向かって延びた長孔が形成されている。この態様によれば、拡幅部の幅方向の中央には、延在部からの張力が他の部位に比べて大きく作用しやすいが、この部分に長孔を設けることにより、拡幅部の幅方向の中央に作用する張力を分散することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、櫛状電極を介して担体を均一に加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】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2】図１に示す電気加熱式触媒装置を排気管に取付けた状態の断面図である。

【図3】図１に示す電気加熱式触媒装置の櫛状電極を折り曲げる前の状態を示した図である。

【図4A】図１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１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１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１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１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】実施例１に係る櫛状電極の平面図である。

【図5B】実施例２に係る櫛状電極の平面図である。

【図5C】実施例３に係る櫛状電極の平面図である。

【図5D】実施例４に係る櫛状電極の平面図である。

【図5E】実施例５に係る櫛状電極の平面図である。

【図5F】比較例１に係る櫛状電極の平面図である。

【図6】実施例１～５および比較例１に係る櫛状電極の応用分布のグラフである。

【図7】実施例３に相当する電極シートの平面図である。

【図8】実施例６および比較例２に係る櫛状電極の配線の位置と、配線と下地層の隙間の大きさとの関係を測定した結果である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に、図１～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１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。

【0016】

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１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。図２に示すように、電気加熱式触媒装置１は、排気管７１内に挿入されており、セラミックス等からなる保持マット７２を介して、排気管７１内に保持されている。

【0017】

１－１．担体１０について
図１に示すように、担体１０は、外径が円柱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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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周りに略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。

【0021】

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。

【0022】

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体積％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。

【0023】

１－２．下地層４について
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、ＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３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。

【0024】

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。

【0025】

１－３．櫛状電極５について
本実施形態では、電気加熱式触媒装置１は、図１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。

【0026】

各櫛状電極５は、複数の配線部５１と、連結部５２と、拡幅部５３と、延在部５４と、を備えている。なお、櫛状電極５の特徴点となる拡幅部５３は、後述する。

【0027】

複数の配線部５１は、担体１０の軸方向Ｄ１に間隔を開けて配列（並設）されており、各配線部５１は、担体１０の周方向Ｄ２に沿って延在している。連結部５２は、軸方向Ｄの両端に位置する配線部５１の間にわたって形成されており、複数の配線部５１の一端を連結している。本実施形態では、連結部５２は矩形状であり、軸方向Ｄ１に沿った連結部５２の幅Ｂ１は、同じである。なお、本実施形態では、連結部５２は、矩形状であるが、延在部５４側の角部に丸みを帯びていてもよい。

【0028】

図３に示すように、櫛状電極５を折り曲げる前の状態で、延在部５４は、連結部５２に対して複数の配線部５１側とは反対側に向かって延在している。本実施形態では、延在部５４は帯状であり、軸方向Ｄ１と直交する方向において、延在部５４の幅Ｃ１は、連結部５２の幅Ｂ１よりも狭い。延在部５４は、電気的に電源（図示せず）の端子に接続される接続用の貫通孔５５ａが形成されている。

【0029】

１－４．固定層６について
図１～図３に示すように、固定層６は、各配線部５１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５１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５１が下地層４（第２下地層４ｂ）に固定されている。図１および図３に示すように、各櫛状電極５を固定する複数の固定層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。

【0030】

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、配線部５１の熱膨張率に近づけることができ、配線部５１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。

【0031】

さらに、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。

【0032】

１－５．櫛状電極５の拡幅部５３について
櫛状電極５の拡幅部５３は、延在部５４と連結部５２との間に形成されている。拡幅部５３は、延在部５４から連結部５２に進むに従って、延在部５４の幅から連結部５２の幅Ｂ１に近づくように、台形状に幅が広がった形状を有している。これにより、電気加熱式触媒装置１を取付ける際に、櫛状電極５の延在部５４に張力が作用したとしても、その張力は、拡幅部５３で、櫛状電極５の幅方向に分散されるため、各配線部５１に均一に分散させることができる。この結果、張力に起因した配線部５１の損傷を抑えることにより、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。

【0033】

さらに本実施形態では、連結部５２の幅Ｂ１と、連結部５２側の拡幅部５３の幅とが一致しており、延在部５４の幅Ｃ１と、延在部５４側の拡幅部５３の幅とが一致している。これらの幅の関係を満たすことにより、連結部５２の側辺と拡幅部５３の台形状の斜辺とが、段差なく連続して形成され、延在部５４の側辺と拡幅部５３の台形状の斜辺とが、段差なく連続して形成される。このようにして、櫛状電極５の延在部５４に作用した張力を、各配線部５１により均一に分散させることができる。さらに、台形状の拡幅部５３の底辺と、斜辺との成す角度は、４５°以上であることが好ましい。これにより、すべての配線部５１に対して、延在部５４からの力を分散して作用させることができる。

【0034】

さらに、本実施形態では、連結部５２の幅をＢ１とし、連結部５２の幅方向と直交する方向の拡幅部５３の長さをＨ１とするときに、Ｈ１／Ｂ１が、０．２８～１．１２の範囲にある。後述する解析結果からも明らかなように、Ｈ１／Ｂ１が、０．２８～１．１２の範囲を満たすことにより、配線部５１に作用する張力をより均一に分散することができる。ここで、Ｈ１／Ｂ１が、０．２８未満の場合には、拡幅部５３による張力の分散作用が十分でないことがあり、一方、Ｈ１／Ｂ１が、１．１２を超えた場合には、張力の分散作用をそれ以上期待することができないばかりでなく、拡幅部５３の大きさが大きくなるため、スペース状の制約を受けることがある。

【0035】

さらに、本実施形態では、拡幅部５３の幅方向の中央には、延在部５４から連結部５２に向かって延びた長孔５３ａが形成されている。長孔５３ａは、拡幅部５３のみに形成されていてもよく、例えば、連結部５２および延在部５４のいずれか一方または双方に延びていてもよい。拡幅部５３の幅方向の中央には、延在部５４からの張力が他の部位に比べて大きく作用しやすいが、この部分に長孔５３ａを設けることにより、拡幅部５３の幅方向の中央に作用する張力を分散することができる。

【0036】

図３に示すように、下地層４に固定された櫛状電極５は、幅方向（軸方向Ｄ１）に沿って、連結部５２で折り曲げられ、拡幅部５３と延在部５４との境界線でさらに折り曲げられている。延在部５４の先端側の部分は、電源ボックス７３に挿入され、電源側の端子（図示せず）と接続される。

【0037】

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。

【0038】

２－１．下地層４を形成する工程について
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。

【0039】

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。

【0040】

２－２．電極シート５０を下地層４に配置する工程について
次に、図４Ｂに示すように、担体１０の周方向Ｄ２に沿って複数の配線部５１が延在するように、複数の配線部５１が形成された櫛状電極５を含む電極シート５０を下地層４の表面に配置する。

【0041】

ここで、電極シート５０を説明する。電極シート５０は、Ｆｅ－Ｃｒ合金（例えばステンレス鋼）などの導電性を有し、可撓性を有した金属シートである。電極シート５０は、以下に示す構造を有しており、打ち向き成形等により成形される。電極シート５０は、間隔を開けて配列された複数の配線部５１と、複数の配線部５１の一端を連結する第１連結部５２Ａと、複数の配線部５１の他端を連結する第２連結部５２Ｂと、を備えている。電極シート５０は、第１連結部５２Ａに対して複数の配線部５１側とは反対側に延在した帯状の第１延在部５４Ａと、第１連結部５２Ａに対して複数の配線部５１側とは反対側に延在した帯状の第２延在部５４Ｂと、を備えている。

【0042】

第１延在部５４Ａの幅は、第１連結部５２Ａの幅よりも狭く、第２延在部５４Ｂの幅は、第２連結部５２Ｂの幅よりも狭い。第１延在部５４Ａと第１連結部５２Ａとの間には、第１延在部５４Ａから第１連結部５２Ａに進むに従って、第１延在部５４Ａの幅から第１連結部５２Ａの幅に近づくように、台形状に幅が広がった第１拡幅部５３Ａが形成されている。さらに、第２延在部５４Ｂと第２連結部５２Ｂとの間には、第２延在部５４Ｂから第２連結部５２Ｂに進むに従って、第２延在部５４Ｂの幅から第２連結部５２Ｂの幅に近づくように、台形状に幅が広がった第２拡幅部５３Ｂが形成されている。

【0043】

このような構造の電極シート５０を下地層４の表面に配置する際に、複数の配線部５１に張力が付与されるように電極シート５０を引張りながら、複数の配線部５１を、担体１０の周方向Ｄ２に沿って下地層４の表面に倣わせる。具体的には、第１延在部５４Ａと第２延在部５４Ｂとを離間する方向に引張りながら、複数の配線部５１が、下地層４の表面に倣うように、これを湾曲させる。

【0044】

ここで、電極シート５０に含まれる櫛状電極５は、配線部５１、第１連結部５２Ａ、第１拡幅部５３Ａ、および第１延在部５４Ａである。第１連結部５２Ａが、櫛状電極５の連結部５２に相当し、第１拡幅部５３Ａが、櫛状電極５の拡幅部５３に相当し、第１延在部５４Ａが、延在部５４に相当する。なお、図７には、以下の実施例で使用した電極シート５０の平面図を示している。

【0045】

図示の如く、電極シート５０には、第１および第２拡幅部５３Ａ、５３Ｂが形成されているので、複数の配線部５１に張力が付与されるように電極シート５０を両側から引張りながら、複数の配線部５１を、担体１０の周方向に沿って下地層４の表面に倣わせると、複数の配線部５１に均一に張力が分散される。この結果、各配線部５１が下地層４から浮き上がることを抑制し、複数の配線部５１を下地層４の表面に倣わせた状態で、下地層４に固定層６を接合することができる。このような結果、下地層４と配線部５１との間に隙間が発生することを抑制し、櫛状電極５に繰り返し電流を通電した場合であっても、その繰り返しに伴う熱応力により、固定層６の内部において局所的にクラックが発生することを抑えることができる。

【0046】

本実施形態では、第１連結部５２Ａの幅Ｂ１と、第１連結部５２Ａ側の第１拡幅部５３Ａの幅とが一致しており、第１延在部５４Ａの幅Ｃ１と、第１延在部５４Ａ側の第１拡幅部５３Ａの幅とが一致している。第２連結部５２Ｂの幅と、第２連結部５２Ｂ側の第２拡幅部５３Ｂの幅とが一致しており、第２延在部５４Ｂの幅と、第２延在部５４Ｂ側の第２拡幅部５３Ｂの幅とが一致している。

【0047】

これらの幅の関係を満たすことにより、第１連結部５２Ａの側辺と第１拡幅部５３Ａの台形状の斜辺とが、段差なく連続して形成され、第１延在部５４Ａの側辺と第１拡幅部５３Ａの台形状の斜辺とが、段差なく連続して形成される。第２連結部５２Ｂの側辺と第２拡幅部５３Ｂの台形状の斜辺とが、段差なく連続して形成され、第２延在部５４Ｂの側辺と第２拡幅部５３Ｂの台形状の斜辺とが、段差なく連続して形成される。このように、電極シート５０の第１延在部５４Ａと第２延在部５４Ｂの両側から、配線部５１に張力を付与した際に、張力を各配線部５１により均一に分散させることができる。

【0048】

さらに、本実施形態では、第１連結部５２Ａの幅をＢ１とし、第１連結部５２Ａの幅と直交する方向の第１拡幅部５３Ａの長さをＨ１とするときに、Ｈ１／Ｂ１が、０．２８～１．１２の範囲にある。第２連結部５２Ｂの幅をＢ２とし、第２連結部５２Ｂの幅と直交する方向の第２拡幅部５３Ｂの長さをＨ２とするときに、Ｈ２／Ｂ２が、０．２８～１．１２の範囲にある。

【0049】

これらの幅の関係を満たすことにより、Ｈ１／Ｂ１およびＨ２／Ｂ２が、０．２８～１．１２の範囲を満たすことにより、配線部５１に作用する張力をより均一に分散することができる。ここで、Ｈ１／Ｂ１およびＨ２／Ｂ２が、０．２８未満の場合には、第１および第２拡幅部５３Ａ、５３Ｂによる張力の分散作用が十分でないことがあり、一方、Ｈ１／Ｂ１およびＨ２／Ｂ２が、１．１２を超えた場合には、張力の分散作用をそれ以上期待することができない。特に、Ｈ２／Ｂ２が、１．１２を超えた場合には、櫛状電極５の第１拡幅部５３Ａの大きさが大きくなるため、スペース状の制約を受けることがある

【0050】

さらに、第１拡幅部５３Ａの幅方向の中央には、第１延在部５４Ａから第１連結部５２Ａに向かって延びた第１長孔５３ａが形成されており、第２拡幅部５３Ｂの幅方向の中央には、第２延在部５４Ｂから第２連結部５２Ｂに向かって延びた第２長孔５３ｂが形成されている。第１および第２拡幅部５３Ａ、５３Ｂの幅方向の中央には、第１および第２延在部５４Ａ、５４Ｂからの張力が他の部位に比べて大きく作用しやすいが、これらの部分に第１および第２長孔５３ａ、５３ｂを設けることにより、第１および第２拡幅部５３Ａ、５３Ｂの幅方向の中央に作用する張力を分散することができる。

【0051】

２－３．配線部５１を下地層４に固定する工程について
次に、下地層４に固定する工程において、複数の配線部５１を下地層４の表面に倣わせた状態で、各配線部５１の一部を覆うように下地層４に固定層６を接合し、各配線部５１を、下地層４に固定する。

【0052】

この工程では、まず、図４Ｃに示すように、電極シート５０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。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、電極シート５０の配線部５１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。

【0053】

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５１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５１が固定される。

【0054】

２－４．電極シート５０の一部を切り離す工程について
電極シート５０から、櫛状電極５が下地層４に残るように、電極シート５０の一部を切り離す。具体的には、櫛状電極５が下地層４に残るように、櫛状電極５以外の部分を電極シート５０から切断する。

【0055】

このようにして得られた電気加熱式触媒装置１に対して、櫛状電極５は、幅方向（軸方向Ｄ１）に沿って、連結部５２で折り曲げ、拡幅部５３と延在部５４との境界線でさらに折り曲げ、排気管７１内に挿入する。その後、延在部５４の先端側の部分を、電源ボックス７３に挿入し、電源側の端子（図示せず）と接続する。

【実施例】

【0056】

以下に本発明の実施例を説明する。

【0057】

図５Ａ～図５Ｆに示す形状の櫛状電極に対する応力解析を行った。なお、図５Ａ～図５Ｆに示す櫛状電極５Ａ～５Ｆは、それぞれ実施例１～５および比較例１に対応する。

【0058】

比較例１の櫛状電極５Ｆとは異なり、実施例１～５の櫛状電極５Ａ～５Ｅが、共通する点は、延在部５４と連結部５２との間に、延在部５４から連結部５２に進むに従って、延在部５４の幅から連結部５２の幅に近づくように、台形状に幅が広がった拡幅部５３が形成されている点である。実施例１～５の櫛状電極５Ａ～５Ｅは、拡幅部５３の形状が異なる。

【0059】

実施例５の櫛状電極５Ｅと異なり、実施例１～４の櫛状電極５Ａ～５Ｄが共通する点は、連結部５２の幅と、連結部５２側の拡幅部５３の幅と、が一致している点である。各櫛状電極５Ａ～５Ｅの連結部５２の幅をＢ１とし、連結部５２の幅方向と直交する方向の拡幅部５３の長さをＨ１とするときの、Ｈ１／Ｂ１の値を表１に示す。なお、比較例１の櫛状電極５Ｆは、拡幅部５３が無いため、Ｈ１＝０として、Ｈ１／Ｂ１を算出している。

【0060】

【表1】

【0061】

図６は、実施例１～５および比較例１に係る櫛状電極５Ａ～５Ｆの各配線部５１の先端を固定した状態で、延在部５４を引張ったときの応力分布である。配線部５１に作用する応力（最大）の値を示したグラフであり「端」は、櫛状電極５Ａ～５Ｆの端の配線部５１であり、「中央」は、櫛状電極５Ａ～５Ｆの中央の配線部５１である。

【0062】

図６に示すように、比較例の櫛状電極の配線部の応力は、端側に進むに従って、減少した。また、実施例１～４の順に、櫛状電極の配線部の応力は、端側に進んでも、減少し難い結果となり、中央から端までの配線部の応力は均一になった。これは、延在部５４と連結部５２との間に、延在部５４から連結部５２に進むに従って、延在部５４の幅から連結部５２の幅に近づくように、台形状に幅が広がった拡幅部５３を設けたことにより、各配線部５１に応力が均一に分散したからであると考えられる。特に、実施例２～４に示すように、Ｈ１／Ｂ１が、０．２８以上であれば、より均一になる。なお、ここでは示していないが、Ｈ１／Ｂ１が、１．１２を超えると、張力の分散作用をそれ以上期待することができないばかりでなく、拡幅部５３の大きさが大きくなるため、スペース状の制約を受けることがある。

【0063】

実施例３の櫛状電極５ＣのＨ１／Ｂ１と、実施例５の櫛状電極５ＤのＨ１／Ｂ１は同じであるが、実施例３の櫛状電極５Ｃの方が、各配線部５１に応力が均一に分散している。これは、連結部５２の幅と、連結部５２側の拡幅部５３の幅とが一致していることにより、両側の配線部５１まで均一に応力が作用したことによると考えられる。

【0064】

（実施例６）
図４Ａ～図４Ｅに示す手順に従って、実施例３に相当する図７に示す電極シートを用いて、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。

【0065】

次に、幅１ｍｍの配線部を１５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。

【0066】

（比較例２）
実施例６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６との相違点は、図５Ｆの比較例１に係る櫛状電極５Ｆに相当する電極シートから電気加熱式触媒装置を作製した点である。

【0067】

実施例６および比較例２に係る櫛状電極の位置と、配線部と下地層の隙間の大きさとの関係を測定した。この結果を図８に示す。この結果から、比較例２の隙間は、実施例６のものよりも、バラツキが大きいことがわかった。この結果から、比較例２に比べて、実施例６のものは、各配線部に比較的安定した張力を作用させながら、固定層により固定できたと考えられる。

【0068】

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】

【0069】

１：電気加熱式触媒装置、４：下地層、５～５Ｆ：櫛状電極、６：固定層、１０：担体、５０：電極シート、５１：配線部、５２：連結部、５２Ａ：第１連結部、５２Ｂ：第２連結部、５３：拡幅部、５３Ａ：第１拡幅部、５３Ｂ：第２拡幅部、５４：延在部、５４Ａ：第１延在部、５４Ｂ：第２延在部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図5F】

【図6】

【図7】

【図8】