JPH0754644A

JPH0754644A - 電気加熱式触媒装置

Info

Publication number: JPH0754644A
Application number: JP5322831A
Authority: JP
Inventors: Osamu Fujishiro; 修藤城; Toru Yoshinaga; 融吉▲永▼; Masahiko Watanabe; 聖彦渡辺; Yukihiro Shinohara; 幸弘篠原; Yasuyuki Kawabe; 泰之川辺; Hiroaki Ichikawa; 宏明市川; Koji Yoshizaki; 康二吉▲崎▼; Tetsuo Nagami; 哲夫永見; Toshihiko Ito; 猪頭　　敏彦; Hiroshi Hirayama; 洋平山
Original assignee: Nippon Soken Inc; Nippon Steel Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1992-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1995-02-28

Abstract

(57)【要約】【目的】通電加熱式触媒装置の消費電力を低減させ
る。【構成】導電材料より成る触媒担体に通電することに
より加熱される電気加熱式触媒装置において、触媒担体
に局部的に通電可能に接続された局部発熱部を設けた。
これにより、局部発熱部に電流が集中し、発熱するた
め、消費電力が少なくなり、局部的な発熱をするため、
熱容量が現象し、昇温時間が短くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車用等の内燃機関
の排気を浄化するための触媒装置に係り、特に、機関の
始動直後のように触媒の温度が未だ低くて活性化温度に
達していないときに、通電することによって触媒の温度
を上昇させ、速やかに活性化させるようにした電気加熱
式触媒装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属箔をハニカム状に積層したものを触
媒担体として（金属担体と呼ぶ）、担体の表面を活性ア
ルミナのような物質によって被覆し、その被覆層に白金
その他の貴金属のような触媒物質を担持させることによ
って内燃機関の排気浄化用の触媒を構成したものがあ
る。そして機関の始動時のように触媒の温度が低くて触
媒物質が未だ活性化しておらず触媒が排気の浄化機能を
発揮しない時に、この金属担体そのものに通電して発熱
させることにより、速やかに金属担体の温度を触媒物質
の活性化温度である３５０°Ｃ程度まで上昇させ、機関
の始動後の短時間のうちに排気の浄化機能を高めようと
する試みは従来からなされている。また、従来技術の例
として、薄い金属箔を中心部から外筒に向かって巻き回
して金属担体を形成するものが特開平３−７２９５３号
公報に開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記公報（特開平３−
７２９５３号公報）に記載された技術では、触媒担体全
体を電気エネルギによって加熱しようとするため、多量
のエネルギが必要であった。本発明は、触媒担体を局部
的に加熱することにより、消費エネルギを低減させるこ
とを課題とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１では、導電材料
より成る触媒担体に通電することにより加熱される電気
加熱式触媒装置において、触媒担体に局部的に通電可能
に接続された局部発熱部を設けたことを特徴とする。請
求項２では、請求項１において、局部発熱部を内燃機関
の排気通路における排気上流側に設けたことを特徴とす
る。

【０００５】請求項３では、請求項１において、局部発
熱部を排気流入端部を避けて設けたことを特徴とする。
請求項４では、請求項１において、触媒担体は、絶縁層
を介して金属箔を積層して成る金属触媒担体として、且
つ局部発熱部は、金属箔同士を局部的に通電可能に接合
することにより形成したことを特徴とする。

【０００６】請求項５では、請求項４において、局部発
熱部は、電極間を連続的に通電可能に接合し、局部的な
電流路として形成したことを特徴とする。請求項６で
は、請求項４において、金属触媒担体が表面に絶縁層を
有する波箔と平箔とから成り、局部発熱部の接合部にお
いて、波箔を平箔状にしたことを特徴とする。

【０００７】請求項７では、請求項４において、金属触
媒担体が表面に絶縁層を有する波箔と平箔とから成り、
局部発熱部の接合部において、波箔と平箔との間に更に
平箔を重ねたことを特徴とする。請求項８では、請求項
４において、金属触媒担体内部の局部発熱部近傍に内部
空間を形成したことを特徴とする。

【０００８】請求項９では、請求項４において、絶縁層
を介して金属箔を中心電極に接続して巻いて金属触媒担
体を形成すると共に、金属触媒担体をもう一方の電極が
接続された金属ケースに納めたものであって、局部発熱
部を金属触媒担体の軸方向の一部にのみ形成し、且つ金
属触媒担体と金属ケースとの接続を前記軸方向の一部に
制限したことを特徴とする。

【０００９】請求項１０では、請求項４において、絶縁
層を介して金属箔を中心電極に接続して巻いて金属触媒
担体を形成すると共に、金属触媒担体をもう一方の電極
が接続された金属ケースに納めたものであって、局部発
熱部を金属触媒担体の軸方向の一部にのみ形成し、且つ
金属箔と中心電極との接続を前記軸方向の一部に制限し
たことを特徴とする。

【００１０】請求項１１では、請求項１０において、中
心電極の電源への接続部から見て、局部発熱部の形成さ
れた前記軸方向の一部よりも下流に電流が流れないよう
に、中心電極の途中にのみ絶縁部を設け、金属箔と中心
電極との接続を前記軸方向の一部に制限したことを特徴
とする。請求項１２では、請求項４において、金属製の
波箔と平箔とを組み合わせて接合した組合せ箔の表面に
絶縁層を設け、これを積層して形成された金属触媒担体
であって、組合せ箔同士を局部的に通電可能に接合して
局部発熱部を形成し、且つ組合せ箔における波箔と平箔
との接合位置、または接合面積を任意に変更したことを
特徴とする。

【００１１】請求項１３では、請求項４において、金属
製の波箔と平箔とを組み合わせて接合した組合せ箔の表
面に絶縁層を設け、これを波箔の外側に巻いて積層する
際、接合手段により最外周から最外周組合箔の波箔の谷
と、最外周組合せ箔に隣接する組合せ箔とを局部的に通
電可能に接合して、局部発熱部を形成したことを特徴と
する。

【００１２】請求項１４では、請求項４において、金属
製の波箔と平箔とを組み合わせて接合した組合せ箔の表
面に絶縁層を設け、これを積層して形成された金属触媒
担体であって、組合せ箔同士を積層方向外側から接合手
段により局部的に通電可能に接合された局部発熱部を形
成する際、予め局部発熱部の位置の組合せ箔の内、波
箔、平箔の何れか一方の積層方向外側の箔を切除したこ
とを特徴とする。

【００１３】請求項１５では、請求項４において、局部
発熱部の両側の金属箔に絶縁層を設けたことを特徴とす
る。請求項１６では、請求項４において、表面に絶縁層
を有する金属製の波箔と平箔を交互に積層した金属触媒
担体の隣接する合計２枚の波箔と平箔とを局部的に通電
可能に接合して局部発熱部を形成したことを特徴とす
る。

【００１４】請求項１７では、請求項４において、局部
発熱部を点在させ、点在させた金属箔部を内、最も電極
に近い金属箔部を電極と通電可能に接合したことを特徴
とする。請求項１８では、請求項４において、局部発熱
部を点在させると共に、金属触媒担体軸方向における局
部発熱部の接合長さを、金属触媒担体における局部発熱
部の形成位置に応じて変更したことを特徴とする。

【００１５】請求項１９では、請求項４において、金属
箔を波箔と平箔との組合せて接合した組合せ箔とし、局
部発熱部近傍の組合せ箔における波箔と平箔の接合を、
他の金属触媒担体部分における組合せ箔における波箔と
平箔の接合よりも、接合点を減らして柔構造としたこと
を特徴とする。請求項２０では、請求項１において、内
燃機関の排気通路における排気流れ方向の触媒担体長さ
に対して局部発熱部を非常に短く形成したことを特徴と
する。

【００１６】請求項２１では、請求項２０において、触
媒担体の排気流れ方向にスリットを設け、該スリットの
局部的に残した担体部分を局部発熱部としたことを特徴
とする。請求項２２では、請求項２１において、絶縁層
を介して金属箔を積層して成る金属触媒担体であった、
前記スリットを隣の金属箔との非接合部に設けると共
に、前記スリットに前記絶縁層を嵌め込んだことを特徴
とする。

【００１７】

【作用】請求項１では、局部的に通電可能に接続された
局部発熱部に電流が集中し、発熱するため、消費電力が
少なくなる。また、局部的な発熱をするため、熱容量が
減少し、昇温時間が短くなる。請求項２では、請求項１
の作用に加え、排気上流側に局部発熱部があるため、排
気ガスの熱及び流れを利用して、局部発熱部の設けられ
ていない、触媒下流部分も十分加熱される。

【００１８】請求項３では、請求項１の作用に加え、局
部発熱部は触媒の排気流入端部に設けられているため、
排気ガスを原因とした被毒による加熱性能の低下が少な
い。請求項４では、請求項１の作用に加え、絶縁層を介
して局部的に接合するため、金属箔がズレ難い。請求項
５では、請求項４の作用に加え、電極間を連続的に接合
されるため、電極間における金属箔が更にズレ難い。ま
た、電流路全体が発熱する。

【００１９】請求項６では、請求項４の作用に加え、波
箔が平箔状になっているため、接合し易く、局部発熱部
を容易に形成できる。請求項７では、請求項４の作用に
加え、接合部に平箔を重ねたため、接合し易く、局部発
熱部を容易に形成できる。請求項８では、請求項４の作
用に加え、局部発熱部近傍の内部空間が、局部発熱部の
熱膨張を吸収するため、耐久性が向上する。

【００２０】請求項９では、請求項４の作用に加え、電
極が設けられている金属ケースと金属触媒担体との接続
を、局部発熱部が形成されている部分に制限するため、
より局部発熱部に電流が集中しやすい。請求項１０で
は、請求項４の作用に加え、中心電極と金属触媒担体と
の接続を、局部発熱部が形成されている部分に制限する
ため、より局部発熱部に電流が集中しやすい。

【００２１】請求項１１では、請求項１０の作用に加
え、中心電極の途中を一部のみ絶縁部とするため、絶縁
部より下流の電極には電流は流れず、局部発熱部に電流
が集中し易く、且つ中心電極が金属触媒担体軸方向に長
く残ることになるため、金属箔を中心電極に接続して積
層し易い。請求項１２では、請求項４の作用に加え、局
部発熱部を成す組合せ箔は、波箔と平箔を接合して形成
されているため、それらの接合位置、または接合面積を
変更すれば、局部発熱部までの電気抵抗値が変わる。こ
れを利用し、所定の電気抵抗値を持った電気加熱式触媒
装置を得ることが可能である。

【００２２】請求項１３では、請求項４の作用に加え、
組合せ箔の波箔側を外側にして巻いているため、最外周
から波箔の谷を狙って、隣接する組合せ箔同士を接合し
易い。請求項１４では、請求項４の作用に加え、予め局
部発熱部の位置する組合せ箔の波箔、平箔のうち、積層
方向外側の箔を切除したため、積層方向外側から隣接す
る組合せ箔同士を接合し易い。

【００２３】請求項１５では、請求項４の作用に加え、
局部発熱部の両側の金属箔に絶縁部（スリット）を設け
たため、電流が絶縁部により周囲に拡散して流れず、局
部発熱部に集中し、発熱し易い。請求項１６では、請求
項４の作用に加え、合計２枚の波箔と平箔とを局部的に
通電可能に接合して局部発熱部を形成したため、波箔と
平箔と波箔の合計３枚を接合するよりも、熱容量は小さ
くなり、昇温時間が短くなる。

【００２４】請求項１７では、請求項４の作用に加え、
局部発熱部の内、最も電極に近い金属発熱部を電極と通
電可能に接合したため、局部発熱部と電極とが電気的に
直接短絡した状態となり、局部発熱部と電極間の電気抵
抗値の不確定要素が減り、金属触媒担体全体の電気抵抗
値を所定値に設定し易い。請求項１８では、請求項４の
作用に加え、局部発熱部の形成位置により、局部発熱部
の接合長さを変えるため、任意の位置に、任意の発熱量
を持つ局部発熱部を形成することができる。

【００２５】請求項１９では、請求項４の作用に加え、
局部発熱部近傍の組合せ箔における波箔と平箔の接合
を、局部発熱部が形成されていない部分より柔構造とし
たため、局部発熱部の熱応力を十分吸収できると共に、
局部発熱部が形成されていない部分の金属箔がズレ難く
なる。請求項２０では、請求項１の作用に加え、排気流
れ方向に非常に短く局部発熱部を形成したため、同じ発
熱能力を持つ金属箔部を同じ位置に吐息流れ方向に長く
形成するものに比較して、排気流れに垂直な方向の断面
積が大きく、温度の高い排気ガスとの接触面積が大きく
なり、局部発熱部の昇温時間が短くなる。

【００２６】請求項２１では、請求項２０の作用に加
え、スリットにより残された部分に電流が集中し局部的
に発熱する。請求項２２では、請求項２１の作用に加
え、スリットを隣の金属箔との非接合部に設けたため、
金属箔同士の重なり接触する部分に働く応力を避けるこ
とができ、且つスリットに金属箔と共に積層される絶縁
箔を嵌め込んだため、金属触媒担体の強度の低下を少な
くすることができる。

【００２７】

【実施例】図１〜図６に、本発明の第１実施例としての
通電加熱式の触媒装置１０と、それに関連する製造工程
や効果等を示す。触媒装置１０の全体の概略構成が図４
に示されているように、触媒装置１０は大きく分けて直
列に接続された３つの部分からなっている。内燃機関の
排気の流れの方向を矢印によって示しているが、排気の
流れの最も上流側に設けられるものは、例えば１００ｃ
ｃ程度の小容量の触媒担体を備える第１の触媒装置１１
であって、第１の触媒装置１１のすぐ下流側に設けられ
た比較的大きい部分が第２の触媒装置１２である。そし
て、第２の触媒装置１２の更に下流側に設けられた格段
に容量の大きい部分が、第３の触媒装置１３となってい
る。直列に連なって触媒装置１０を構成するこれら３つ
の部分は、一連の通路１４の中に順次直列に配置されて
いる。また、この触媒装置１０の上流側より空気がエア
ポンプ等の空気供給手段１００によって供給される。

【００２８】第１の触媒装置１１は、第１実施例に代表
される本発明の特徴とするところであるから、後に詳細
に説明することとして、その下流側に接続される２つの
触媒装置１２及び１３について先に説明する。第２の触
媒装置１２は、第１の触媒装置１１が１００ｃｃ程度の
容量を有する場合に、およそ２００ｃｃ程度の容量を有
する。しかし、いずれにしても小容量の触媒装置であっ
て、これらに対して第３の触媒装置１３は格段に大きい
容量を有する。第２の触媒装置１２と第３の触媒装置１
３は大きさ（容量）の点ではこのように違いがあるが、
いずれもハニカム構造のセラミック製担体や金属担体、
或いはペレット状の担体のように通常使用されている触
媒担体を備えており、電気的な加熱手段等を備えておら
ず、大小に分割されていること以外、とりわけて特徴と
する点を有しない。

【００２９】それに対して、第１実施例における第１の
触媒装置１１は、例えば１００ｃｃ程度というように非
常に小さな容量のものであるが、それ自体に通電して加
熱することができるハニカム状の金属担体１５を備えて
いる。第１実施例の触媒装置１０において、第１の触媒
装置１１を構成している完成した金属担体１５が図１に
示されている。金属担体１５の製造工程においては、ま
ず、例えばステンレス鋼のような耐熱性のある導電性の
平坦な金属箔１６を、細長い帯状のシートとして２枚用
意し、その一枚を波形に成形して波形の金属箔１７とす
る。そして、図３に示すように平坦な金属箔１６と波形
の金属箔１７とを各１枚ずつ重ね合わせて、そのときに
接触する波形の金属箔１７の山と平坦な金属箔１６の対
応箇所との間の少なくとも一部を、スポット溶接その他
の方法によって接合して一体化された帯状体１８を形成
する。

【００３０】次に、帯状体１８の表面に酸化被膜等の絶
縁層を形成させたのち、帯状体１８の一端を棒状の中心
電極１９に取り付けて電気的にも接続し、帯状体１８を
中心電極１９の周りに渦巻き状に巻き上げ、且つ巻き締
めて、帯状体１８がハニカム状の円柱２０となるように
成形する。そして、ハニカム状の円柱２０を接地電極を
兼ねる外筒２１の中に押し込んで固定し、帯状体１８の
外周端を外筒２１に電気的に接続する。中心電極１９と
外筒２１は電源に接続され、電流が帯状体１８の平坦な
金属箔１６と波形の金属箔１７を通って流れたときに、
金属箔１６及び１７自体が発熱して、その表面に施され
た活性アルミナ等の被覆層によって担持されている貴金
属等の触媒物質の温度を上昇させる。

【００３１】以上述べたところまでは、第１の触媒装置
１１に使用される金属担体１５の構造や製法は、従来か
ら知られているものと略同様であるが、従来技術に対す
る第１実施例の特徴は、渦巻き状に積層された金属箔か
らなるハニカム状の円柱２０の端面、それも排気の流れ
に関して上流側の端面に、レーザ溶接、或いは蝋付け等
の方法によって、中心電極１９と外筒２１との間を直接
に接続する幅の狭い半径方向の短絡路２２を十字状に設
けている点にある。

【００３２】半径方向の短絡路２２が形成された金属担
体１５を、図４に示す触媒装置１０の第１の触媒装置１
１の位置に取り付け、図２に示すように金属担体１５だ
けをバッテリー等の電源２６へ接続する。また図示しな
い自動車用機関の制御装置によって開閉制御されるスイ
ッチ２７が、金属担体１５へ電力を供給する回路中に挿
入して設けられる。

【００３３】第１実施例の触媒装置１０はこのように構
成されているから、内燃機関が始動したとき、直ちにス
イッチ２７が閉じられて、金属担体１５にバッテリー等
の電源２６から通電が行われる。従来の金属担体であれ
ば、ハニカム状の円柱２０を構成する帯状体１８に均等
に電流が流れて、円柱２０の全体が発熱するところであ
るが、第１実施例の金属担体１５においては、上流側の
端面に半径方向の短絡路２２が形成されており、ハニカ
ム状の円柱２０を構成する帯状体１８よりも、それに対
して並列の電気回路を構成することになる半径方向の短
絡路２２の電気抵抗の方が小さいため、短絡路２２には
大きな電流が流れるのに対し、ハニカム状の円柱２０の
内部や下流側の部分の帯状体１８には、それよりも小さ
な電流が流れる。

【００３４】大きな電流が集中的に半径方向の短絡路２
２を流れるため、短絡路２２は強く加熱され、ハニカム
状の円柱２０の上流側端面の中でも特に短絡路２２に対
応する狭い十字状の領域だけが急速に温度上昇し、その
付近に担持されている触媒物質は機関が始動されると直
ちに活性化温度に到達するため、機関の排気中に含まれ
ているＨＣやＣＯ等の成分を酸化させるような反応が、
時間をおかずに開始されることになる。この状況が図５
に示されている。矢印が半径方向の短絡路２２による反
応の進行を意味する。半径方向の短絡路２２は面積とし
ては狭いが、温度が高くなるため、その付近は火種（或
いはヒートスポット）となって、その付近の触媒反応を
維持するのに役立つ。

【００３５】また、一般に内燃機関の始動直後には一時
的にＨＣのような未燃分の汚染物質が多量に排出される
傾向があり、実施例の場合、ファーストアイドル時にお
ける機関のＨＣの排出量は、実測値として約０．２ｇで
あった。ガソリンの主要成分であるＣ₆Ｈ₁₄又はＣ₈Ｈ
₁₈等のＨＣの発熱量はおよそ１００００ｃａｌ／ｇであ
るから、０．２ｇのＨＣが全部第１の触媒装置１１内で
酸化反応（燃焼）を起こしたとすると、およそ２０００
ｃａｌの発熱が得られる。

【００３６】つまり、ファーストアイドル時のような吸
気側の空燃比がリッチの状態では、排気ガス中に多量の
未燃ＨＣが含まれている。そのような状態で触媒を活性
化させ、２次空気等により十分な酸素を排気中に供給す
ると、未燃ＨＣが触媒により燃焼（酸化）されて発熱す
る。この反応熱や排気の熱により第１の触媒装置１１
と、更にそれに続く第２の触媒装置１２をも加熱して、
それらの温度を順次に上昇させることになる。

【００３７】実際に未燃分の燃焼による発熱が全て金属
担体１５に吸収されることはないとしても、前述のよう
に、通電によって半径方向の短絡路２２や金属担体１５
の帯状体１８に与えられる熱量や、機関の燃焼室内にお
ける燃料の燃焼熱のうちで排気の熱として外部に持ち出
された熱量も加算されるので、第１の触媒装置１１の金
属担体１５や、第２の触媒装置１２等が、半径方向の短
絡路２２付近の火種によって着火（酸化反応）した排気
中の未燃分の発熱によって急速に温度上昇し、早期に活
性化温度に到達することができる。

【００３８】本発明においては排気中の未燃分が触媒暖
機用の燃料として好都合に利用されるため、一般に機関
始動直後に多いＨＣ等の汚染物質が比較的小容量で温度
上昇及び活性化の早い第１の触媒装置１１及び第２の触
媒装置１２において十分に除去される。そして、それに
よって発生した反応熱が更に下流側の容量が大きい第３
の触媒装置１３の暖機に役立つことは説明するまでもな
い。

【００３９】このように、機関始動直後から比較的狭い
領域であっても金属担体１５の半径方向の短絡路２２が
火種となって、その付近で触媒の作用が開始され、その
反応熱が他の部分の触媒物質を加熱して連鎖的に温度上
昇させて活性化させるため、例えば１ｋｗ以下というよ
うな従来よりも小さい電力によって、しかも短時間内に
触媒装置１０全体の暖機が達成される。その結果、機関
の始動後速やかに触媒装置１０全体が正常な排気浄化作
用を営むようになり、浄化されない排気を排出する時間
が短くなり、排出される汚染物質の量も少なくなる。

【００４０】図６は、第１実施例の効果を説明するため
に、所謂ＬＡ＃４モードに従って内燃機関を運転した場
合における、触媒装置１０による処理を経た後のＨＣ排
出量の時間的変化を実測し、車速の変化に対応させて示
したものである。そのＨＣ排出量を示す線図のうち曲線
ａは第１実施例によるもので、機関の始動後速やかにＨ
Ｃ排出量が低減していることが判る。曲線ｂは従来技術
による通電加熱式触媒装置を用いた場合であって、触媒
の暖機が第１実施例の場合よりも遅れる結果、機関始動
直後のＨＣ排出量を低減させることができない。第１実
施例とのＨＣ排出量の差は、図６において斜線を施した
部分に対応する量となる。また、金属担体によって消費
される電力は、前述のように第１実施例の場合よりも遙
に多くなる。しかし、長時間経過した後には、双方のＨ
Ｃ排出量は同程度になる。

【００４１】次に、図７及び図８に図示した本発明の第
２実施例について説明する。以下に述べる多くの実施例
において、第１実施例の場合と実質的に同様な部分につ
いては同じ参照符号を付して、重複する説明を省略して
いる。第２実施例は、第１実施例よりも更に金属担体１
５を加熱するための消費電力を低減させることを意図し
ており、そのために半径方向の短絡路２２の長さを第１
実施例の場合よりも短くして、短絡路２２による加熱範
囲を狭くしている。具体的には、積層された金属箔から
なるハニカム状の円柱２０の上流側の端面に、第１実施
例と同様に半径方向の短絡路２２を形成するのに加え
て、同じ端面の外筒２１に沿った部分と中心電極１９の
外周に、それぞれ環状の短絡面２８及び２９をレーザ溶
接、或いは蝋付け等の方法によって形成している。

【００４２】環状の短絡面２８及び２９が形成されたハ
ニカム状の円柱２０の端面部分においては、半径方向の
短絡路２２に比べて電気抵抗が小さくなる結果、それら
の部分では殆ど発熱しなくなるので、全体の消費電力を
抑えることができる。このように、半径方向の短絡路２
２のうちで端面の外筒２１に沿った部分と、中心電極１
９の外周に近い部分における発熱を抑えても、第１実施
例の場合とあまり変わらない結果が得られる。

【００４３】それは次のような理由によるものである。
即ち、図８に示すように、金属担体１５のハニカム状の
円柱２０内における排気の流れ３０は、断面上に一様に
分布している訳ではなく、中心電極１９と外筒２１に近
い部分では流速が殆ど零になるから、流速が最も大きく
なるのは中心電極１９と外筒２１の間の環状の部分であ
る。従って、それ以外の部分に対して半径方向の短絡路
２２による熱を与えても、その熱は金属担体１５等の下
流部分を有効に加熱することができない。そこで最も排
気の流れ３０の流速が高くなる部分に対して集中的に熱
を与え、その他の部分への熱の供給を抑えるために、半
径方向の短絡路２２を、熱が有効に利用され得る領域内
にだけ設けるようにしたものが第２実施例である。な
お、第１実施例及び第２実施例は、いずれも半径方向の
短絡路２２を４個設けているが、この数には特に意味が
ないので、適当に増減することができる。

【００４４】図９は本発明の第３実施例の要部を示すも
ので、この実施例の特徴は、第１実施例及び第２実施例
における半径方向の短絡路２２の代わりに、金属箔から
なるハニカム状の円柱２０の上流側の端面に、渦巻き形
の短絡路３１を形成した点にある。渦巻き形の短絡路３
１の形成方法は、半径方向の短絡路２２のそれと同じで
あり、レーザ溶接機における電極の制御パターンを変更
するだけでよい。このように短絡路３１を渦巻き形に形
成すると、金属担体１５のハニカム状の円柱２０の上流
側端面において、火種を万遍なく分布させることがで
き、それによって触媒装置１０の活性化を早めることが
できる。また渦巻きを多重のものとしてもよいことは言
うまでもない。

【００４５】図１０は本発明の第４実施例の要部を示す
もので、この実施例の特徴は、第１実施例及び第２実施
例における半径方向の各短絡路２２を、途中で切断し
て、回転方向にずらした形にしていることである。それ
によって半径方向の短絡路３２と３３が形成される。半
径方向の短絡路３２と３３が相互に直接に接続していな
いので、それらの間隙３４では、電流がハニカム状の円
柱２０を構成する帯状体１８の一部を通って流れる。従
って間隙３４の部分では電気抵抗が大きくなるので、間
隙３４は半径方向の短絡路３２及び３３を流れる電流の
量を制限する働きをする。この場合、主要な電流経路
は、短絡路３２と３３の部分、及び図１０においてＢの
領域として示す部分の帯状体１８であり、発熱もその部
分のみにおいて起こる。そこで、間隙３４の大きさを選
択することにより電流量を調節し、半径方向の短絡路３
２及び３３とハニカム状の円柱２０との接合点にかかる
負荷が過大な値にならないようにして、故障の発生を予
防することができる。

【００４６】図１１は本発明の第５実施例の要部を示す
もので、この実施例の特徴は、金属箔からなるハニカム
状の円柱２０の上流側の端面上に、ランダムに分布する
適当な広さを有する島のような短絡路３５を多数設けた
ことにある。このようにすれば、金属担体１５を効率的
に加熱することができるし、短絡路３５の一部において
ハニカム状の円柱２０を構成する帯状体１８との接合箇
所が剥がれるようなことがあっても、残ったものは何ら
影響を受けないで火種となり得るので、金属担体１５の
一部に損傷が生じても火種を確実に発生させることがで
きるという利点がある。

【００４７】図１２の（ａ）及び（ｂ）に本発明の第６
実施例の要部を示す。この実施例の特徴として、第１実
施例における半径方向の短絡路２２に似た形状の短絡路
３６は、金属担体１５の積層された金属箔からなるハニ
カム状の円柱２０の特に下流側の端面に設けられてい
る。このように下流側の端面に設けられた半径方向の短
絡路３６は、それに通電されることによって発生した熱
が、矢印の方向の排気の流れに乗って金属担体１５自体
を加熱することができず、もっぱら金属担体１５自体の
熱伝導作用によって上流側に伝わるだけであるから、第
１実施例乃至第５実施例のように、ハニカム状の円柱２
０の上流側端面に短絡路（火種）２２，３１，３２，３
３，３５等を形成する場合に比べて加熱効果は劣るが、
排気中に鉛や燐等が含まれていた場合には、一般に触媒
の上流側が先に被毒を受けて触媒作用を失う傾向がある
ので、被毒を受け難い下流側の端面に短絡路３６を設け
て火種とすることにより、鉛や燐等による被毒によって
触媒の上流側の部分が劣化しても、触媒反応が連鎖的に
伝わる作用を維持することができる効果がある。

【００４８】同じ考え方を第２実施例乃至第５実施例に
も適用して、それらと同様な形状の短絡路をハニカム状
の円柱２０の下流側端面に設けることができることは言
うまでもない。次に図１３及び図１４に示した第７実施
例について説明する。第１実施例乃至第６実施例におけ
る金属担体１５は、いずれも金属箔からなる帯状体１８
を中心電極１９の周りに渦巻き状に巻き込んで積層する
ことにより、ハニカム状の円柱２０を製造するものであ
るが、この例では、円筒形のスリットホルダー３７の周
囲に、櫛の歯のように多数のスリット３８を形成すると
共に、前述の金属箔からなる帯状体１８（図３参照）を
折り畳んで積層された積層体３９をスリットホルダー３
７内に装填し、帯状体１８の折り返し点をスリット３８
に挿入して固定することにより、金属担体４０を構成し
ている。

【００４９】金属担体４０は中心電極１９のようなもの
を有しないので、折り畳んで積層された積層体３９を構
成する帯状体１８の両端は、スリットホルダー３７の穴
４１及び４２を通るリード線に接続され、それによって
外部のバッテリーのような電源やスイッチ等に接続され
る。リード線は穴４１及び４２の中に、例えばセラミッ
ク系の耐熱性接着材によって固定され、それによって同
時に穴４１及び４２が封緘される。最後にこの担体をケ
ーシングとなる外筒内に挿入する。

【００５０】本発明の特徴に対応して、第７実施例の金
属担体４０も、折り畳んで積層された積層体３９の上流
側端面に、前述のものと同様に放電溶接等の方法によっ
て、図１４に示すような３条の短絡路４３が設けられ
る。短絡路４３は前述の各実施例における短絡路と同じ
く、機関始動時の火種となるもので、その形状や数につ
いては色々な変形が考えられる。また、短絡路４３を、
第６実施例と同様に、折り畳んで積層された積層体３９
の下流側の端面に設けることができることは言うまでも
ない。

【００５１】以上の実施例においては、いずれも金属担
体１５又は４０の上流側端面或いは下流側端面におい
て、帯状体１８の一部同士を放電溶接等の方法によって
溶着することによって火種となる短絡路を形成したが、
以下に述べる各実施例は、触媒担体とは別の材料からな
る電気ヒーターを、通電されたときにそれが火種となる
ように、触媒担体の端面に付設したものである。

【００５２】まず、図１５に示す第８実施例では、セラ
ミック製或いは既述の金属担体１５のような金属製のハ
ニカム形の触媒担体４４の端面（上流側又は下流側）
に、円形に成形したＳｉＣ等の導電性のヒーター４５を
付設し、これに通電することによってヒーター４５を火
種として、排気中のＨＣやＣＯ等の可燃分を燃焼させ、
その熱によってハニカム形の触媒担体４４を加熱する。
ヒーター４５を円形とした理由は、ハニカム形の触媒担
体４４の断面のうちで排気が最も多く流れる部分が環状
をなす場合に、ヒーター４５の形をそれに合致させるた
めである。

【００５３】第８実施例におけるヒーター４５のパター
ンについては、色々なものが考えられるが、第８実施例
の変形として、蛇行状のヒーター４６を用いた場合を図
１６に示している。この場合は、ハニカム形の触媒担体
４４の端面の広い範囲にわたって万遍なく蛇行状のヒー
ター４６の熱を与えることができ、ハニカム形の触媒担
体４４の全域で排気中の未燃分を反応させることが可能
になる。

【００５４】図１７〜図１９は本発明の第９実施例を示
したものである。内燃機関の排気系統に用いられる酸素
センサ（図示せず）においては、低温時にセンサを加熱
して作動を確実にするために、白金プリント等によるヒ
ーターを設けることがあるが、第９実施例ではこの技術
を応用して、図１７に示したように、セラミック製、或
いは表面に絶縁被膜を形成した金属製のハニカム形触媒
担体５１の端面に、白金プリント等によって蛇行する形
にプリントヒーター５２を形成している。図１７におけ
るXVIII の部分を拡大して示したものが図１８であっ
て、ハニカム形触媒担体５１の穴の大部分はプリントヒ
ーター５２によっても塗り潰されないで残っている。白
金プリントをヒーターとして用いる場合には、白金自体
に触媒作用があるため触媒装置全体の排気浄化効率が一
層上昇するという利点がある。

【００５５】プリントヒーター５２のパターンは任意で
あるが、図１９に第９実施例の変形として二重渦巻き状
のプリントヒーター５３を設けた例を示している。これ
らのヒーターはハニカム形触媒担体４４或いは５１の上
流側端面に設けることができるだけでなく、ヒートショ
ックによる破損や、鉛或いは燐等の被毒を避けるため
に、下流側の端面に設けることもできる。

【００５６】図２０から図２４を参照し、本発明の第１
０の実施例について説明する。図２４を参照すると、正
電極１０４に接合した金属性の薄い波板１０１と平板１
０２とが重ねて巻き込まれ渦巻状の交互の層を形成し、
ハニカム状の金属性触媒担体１０３が形成される。波板
１０１および平板１０２は、例えば２０％Ｃr −５％Ａ
l −７５％Ｆe の組成を有し、板厚５０μm 程度の箔材
料である。また、非接合領域の波板１０１および平板１
０２の表面には予め酸化処理により電気的に絶縁被膜の
アルミナ層を形成してある。

【００５７】図２０および図２３を参照すると、触媒担
体１０３の中心にはその軸線方向に沿って正電極１０４
が配置され、この正電極１０４は触媒担体１０３に通電
可能に接続される。触媒担体１０３は金属性の円筒状ケ
ース１０５内に挿入されて、例えばロー付けによってケ
ース１０５に固定されており、触媒担体１０３はケース
１０５と通電可能とされている。図２０に示されるよう
に、ケース１０５の側面には、負電極１０６が接続され
ている。図２３に示すように、正電極１０４はケース１
０５の軸線方向に延び、Ｌ字状に曲げられて、ケース１
０５側面を貫通している。正電極１０４は絶縁材料１０
７によってケース１０５と電気的に絶縁されている。

【００５８】図２０から図２２を参照すると、ガス流れ
に関して触媒担体の上端部より下流側に入った領域１１
０においては、波板１０１a の谷１０１aaおよび平板１
０２と隣接する波板１０１b の山１０１bbとが、例えば
ロー付け、放電溶接、レーザー溶接等によって、排ガス
流れ方向に例えば３mm程度接合され、この接合された領
域１１０を通って、電流１１５は近道をし、中心電極か
らケース１０５へと流れる。

【００５９】上述のように形成した触媒担体１０３に活
性アルミナ等がコーティングされており、触媒成分であ
る貴金属（例えばＰt , Ｐd , Ｐh 等）が担持されてお
り通電加熱式触媒装置を形成する。図２０から図２４に
示す通電加熱式触媒装置は内燃機関の排気通路に設置さ
れ、この通電加熱式触媒装置下流の排気通路に主触媒装
置が設置される。触媒は、活性化温度以上にならないと
排ガス浄化作用を奏することができない。このため、機
関冷間時においては通電加熱式触媒装置に通電して加熱
し、短時間でハニカム状担体上の触媒を活性化温度以上
に昇温せしめて排ガス中の有害成分を浄化せしめるよう
にしている。また、図２２に示すように、加熱エネルギ
を有効に使用するためには、排ガス流れに対し、上流部
近くに例えば２０個程の排ガス流れ方向に関して数mmの
発熱源があればそこを火種としてＨＣ等の未浄化ガスが
反応熱を発し、触媒全体を急速に加熱でき、電力を大幅
に低減できること、さらに、図２５に示すように、本発
明者らの実験によれば、排ガス流れに対し、その発熱部
が上流部にあると、高温下での使用により、発熱部の触
媒がＰb , Ｐ，Ｓ等により被毒し、触媒反応力が低下す
るという問題、及び燃焼室等から排出される金属物によ
り加熱部の電気的ショートによる破壊のおそれがあり、
上流端より例えば１mm程度下流側に加熱部を設ければ、
これらの問題点を解消して触媒性能を十分に引き出せる
ことが判った。

【００６０】図２２に示すように、本実施例では、電圧
が印加されると正電極１０４から接合された波板１０１
および平板１０２を通り、渦巻状に電流は流れ、面積が
波板１０１および平板１０２より小さくなる領域１１０
に電流が集中し加熱部を形成する。この領域１１０から
正電極１０４よりの波板１０１および平板１０２へ電流
は近道をし、同様の作動を繰り返し、負電極１０６へと
電流は流れる。

【００６１】従って、電圧が印加されると領域１１０が
発熱して、急速に触媒活性化温度に達し、排ガス中の有
害物質の浄化が開始されると、触媒反応熱により領域１
１０以外の触媒担体１０３全てが昇温し、この触媒反応
熱によって主触媒コンバータも加熱できる。以上のよう
に本実施例によれば、機関冷間時であっても、領域１１
０を通電加熱することで触媒担体１０３を即座に触媒活
性温度にまで、昇温でき、これによって排ガスを早期に
浄化することができる。また、電力の大幅な低減、触媒
被毒の防止、さらには、金属担体の場合一般に言えるこ
とであるが、領域１１０が接合されることで触媒担体１
０３が高温の排ガスにさらされても軸方向のズレを生じ
ることがなく、触媒担体１０３の強度を向上できる。

【００６２】図２６から図３９には第１０の実施例と異
なる第１１〜第１９実施例を示す。図２６に示される第
１１実施例では、発熱する領域１１０を径方向の一部
（中央部）領域に限定し、消費電力を一層低減せしめた
ものである。通常、領域１１０に通電加熱が必要なエン
ジン条件は始動直後の排ガス量が少ないときであり、こ
の時には排ガスは主として触媒担体１０３の径方向にお
ける中間部をドーナツ状に流れる。従ってこのドーナツ
状の部位だけを加熱しても、排気ガスを十分浄化でき
る。

【００６３】図２７および図２８に示される第１２実施
例は、図２６の実施例をさらに発展させ、ドーナツ状の
発熱領域１１０以外の部位の平板および波板を、例えば
ロー付け等による非局部的な接合で抵抗値を小さくし、
非発熱部１１１を形成している。これにより非発熱部１
１１における発熱がなくなり、一層電力を低減できる。

【００６４】図２９及び図３０に第１３実施例を示す。
本実施例は、図２０〜図２８の実施例とは異なり発熱部
１１０を中心電極１０４を中心に十字形に形成したもの
である。発熱部１１０の領域においては、波板１０１、
平板１０２の接触部分がロー付、あるいは、溶接等によ
り接合されている。接合の方法としては、溶接の場合に
は、波板１０１、平板１０２を巻き回しながらレーザ溶
接、スポット溶接等で、またロー付の場合には、波板１
０１、平板１０２を巻き回す際にバインダをあらかじめ
発熱部１１０の波板１０１、平板１０２に塗付しておき
（できれば、波板１０１、平板１０２の接触部、又は、
波板１０１の、平板１０２と接触している肩部のみにつ
けるのが望ましい。）巻き回した後ロー材をふりかける
等の方法で、ロー材を接合部につけ熱処理を行う。ま
た、ロー付接合を行う際には、波板１０１、平板１０２
の表面の絶縁膜を、ロー付する部分のみあらかじめ削除
しておくことで、ロー付による接合強度を向上させるこ
とができる。

【００６５】図３１の（ａ）及び（ｂ）に本発明の第１
４実施例を示す。この実施例の特徴として、第１３実施
例における半径方向の短絡路に似た形状の短絡路１１０
は、波板と平板の積層された金属箔からなるハニカム状
の金属性触媒担体１０３の特に下流側の端面に設けられ
ている。このように下流側の端面に設けられた半径方向
の短絡路１１０は、それに通電されることによって発生
した熱が、矢印の方向の排気の流れに乗って波板及び平
板自体を加熱することができず、もっぱら波板及び平板
自体の熱伝導作用によって上流側に伝わるだけであるか
ら、ハニカム状の金属性触媒担体１０３の上流側端面に
短絡路を形成する場合に比べて加熱効果は劣るが、排気
中に鉛や燐等が含まれていた場合には、一般に触媒の上
流側が先に被毒を受けて触媒作用を失う傾向があるの
で、被毒を受け難い下流側の端面に短絡路１１０を設け
て火種とすることにより、鉛や燐等による被毒によって
触媒の上流側の部分が劣化しても、触媒反応が連鎖的に
伝わる作用を維持することができる効果がある。

【００６６】図３２及び図３３に第１５実施例を示す。
本実施例は、触媒担体容量が大きい場合に用いるもの
で、発熱領域１０の軸方向（排ガス流れ方向）に数ヵ所
設け、触媒担体３全体を急速に活性化せしめるものであ
る。図３４及び図３５に第１６の実施例を示す。本実施
例は、ハニカムの一部に軸方向のスリット１７０を入
れ、スリット１７０の入らない部分１１０を発熱せしめ
るものである。

【００６７】図３６および図３７に第１７，１８の実施
例をそれぞれ示す。発熱領域１１０を簡易に形成するた
めに、図３６では、領域１１０における波板１０１を一
部平板１２１とし、この部分を例えばレーザー溶接する
ことで領域１１０の製作を簡易化している。図３７で
は、領域１１０において、少なくとも１枚平板１１２を
追加し、この部分を例えばレーザー溶接することで領域
１１０の製作を簡易化している。これら図において１１
５は電流を表す。

【００６８】図３８および図３９に第１９の実施例を示
す。本実施例は、セラミック担体１０３の排ガス流れ方
向に関して上流端より下流側に、開口部１８０以外のセ
ラミック部１８１に、例えばタングステンの金属線１８
５を設け発熱領域を形成している。本実施例は、第１１
（図２６）、第１２（図２７）の実施例と同じく、径方
向の一部（中央部）領域に発熱領域を限定し電力低減を
図ったものである。また、本実施例では、セラミック製
のハニカム構造を示したが、通常ペレット触媒と呼ばれ
る粒状触媒であっても同様の効果が得られる。

【００６９】図４０は、本発明による通電発熱式触媒コ
ンバータの触媒担体の第２０実施例を示す正面図であ
る。図４１は図４０のＡ−Ａ断面図であり、左側が排気
上流となっている。これらの図において、２０１は中心
電極、２０２は他方の電極となる外筒である。２０３は
波板及び平板から構成される触媒を担持するメタル箔で
あり、その一組又は複数組が中心電極２０１から外筒２
０２へ渦状に積層されている。メタル箔２０３はアルミ
ナ等で絶縁被覆されているが、二点鎖線で分割される中
心電極２０１近傍の第１環状部分２３１及び外筒２０２
近傍の第２環状部分２３２は、比較的広い範囲で放電接
合等により半径方向に短絡されている。一方、両環状部
分２３１，２３２の間の第３環状部分２３３は、図４０
及び図４１にドットで示す排気上流側端部断面における
四箇所の略矩形の特定部分２３３ａだけが同様に半径方
向に短絡され、それ以外の部分は絶縁被覆により半径方
向の絶縁が維持されている。

【００７０】また、各特定部分２３３ａの排気下流側近
傍には、触媒担体の内部空間２３３ｂが形成されてい
る。この内部空間２３３ｂは、図４１及びそのＢ−Ｂ断
面図である図４４に示すように、正面方向に特定部分２
３３ａとほぼ同等な投影面積を有するものであり、積層
する以前においてメタル箔２０３に加工される。このよ
うに構成された触媒担体は、機関冷間始動時等に中心電
極２０１及び他方の電極となる外筒２０２へ電圧を印加
すると、第３環状部分２３３において各特定部分２３３
ａ以外の部分は半径方向に絶縁されているために、図４
０及び図４１に矢印で示すように、電流は特定部分２３
３ａだけを半径方向に流れ、これらの特定部分２３３ａ
の電気抵抗は第１及び第２環状部分２３１，２３２に比
較してかなり大きいために、特定部分２３３ａだけが発
熱し、その部分が触媒活性化温度に達する。この時の排
気ガスは、排気上流に位置する特定部分２３３ａによっ
て浄化され、その化学反応熱によって触媒担体の他の部
分も加熱されて比較的短時間で触媒担体全体が活性化温
度に達し、それ以降の排気ガスを良好に浄化させること
ができる。

【００７１】本実施例において、触媒担体の特定部分２
３３ａだけを発熱させるために、その消費電力は、触媒
担体全てを発熱させるものに比較してかなり小さなもの
となり、バッテリを小型化することができる。また、こ
の時、特定部分２３３ａだけが熱膨張するが、その触媒
担体軸線方向の伸びは前述の内部空間２３３ｂによって
吸収され、他の部分にこの方向の応力が発生することは
防止される。触媒担体における内部応力は、短期間の使
用でメタル箔２０３に亀裂を発生させる可能性がある。
この亀裂は通電不良等をもたらすために通電発熱式触媒
コンバータにとっては致命的なものとなるが、本実施例
により、このような触媒担体の機械的寿命の低下は改善
される。

【００７２】図４２は、本発明による通電発熱式触媒コ
ンバータの触媒担体の第２１実施例を示す正面図であ
る。図４３は図４２のＣ−Ｃ断面図であり、図４１と同
様に左側が排気上流となっている。前述の第２０実施例
（図４０及び図４１）との違いについてのみ以下に説明
する。本実施例における発熱が意図された特定部分２３
３ａ’は、排気上流側端部断面より下流の触媒担体内部
に設けられている。これは、触媒担体の排気上流側端部
は、排気ガス中の有害物質等が付着して劣化しやすいた
めに、第２０実施例より若干排気ガス浄化性能は低下す
るが、触媒担体の長期使用を可能にすることにおいて有
利となるためである。

【００７３】また、特定部分２３３ａ’の近傍に形成さ
れる内部空間２３３ｂ’は、図４３とそのＤ−Ｄ断面図
である図４５及びＥ−Ｅ断面図である図４６に示すよう
に、特定部分２３３ａ’の下流側だけでなく、その四つ
の側面を取り囲むように形成されている。このように構
成された触媒担体は、前述の実施例と同様に特定部分２
３３ａ’だけを発熱させ、少ない消費電力で機関冷間始
動時における排気ガスを良好に浄化させることができる
と共に、特定部分２３３ａ’の熱膨張は、内部空間２３
３ｂ’が触媒担体の軸線方向の伸びだけでなく、半径方
向及び周方向の伸びを吸収することができるために、特
定部分２３３ａ’以外の部分にいずれの方向の応力も発
生することはなく、前述の実施例に比較してさらに触媒
担体の機械的寿命を改善することができる。

【００７４】これらの実施例の触媒担体は、第１及び第
２環状部分２３１，２３２と、特定部分とにおいて半径
方向に接合されているために、強度的に強いものであ
り、多少の内部空間を設けても、排気ガスにより触媒担
体が下流方向に変形することはない。内部空間の位置及
び形状は、図示した二つの実施例のものに限定されず、
例えば、発熱を意図する特定部分の一つの側面近傍にだ
けに設けられた空間であっても、特定部分のこの方向の
熱膨張を吸収することができ、それにより従来に比較し
て触媒担体に発生する応力は緩和され、その機械的寿命
を改善することができる。

【００７５】図４７に第２２実施例のヒータ付触媒の断
面図を示す。中心電極３０１に平及び波形のメタル箔３
０２を巻き回して、外筒３０３内におさめる。平箔３０
２ａ、波箔３０２ｂは、図４８に示す様に、積層されて
巻き回されており、接合部３０４は、外側層の波箔の谷
部と、平箔と、内側層の波箔の山部とが交叉する位置に
設けられている。また、図４９に示す様に、平箔３０２
ａは、波箔３０２ｂより厚くなっている。以下この実施
例の作動を示す。図５０に本実施例のヒータ付触媒の電
気的等価回路を示す。接合部３０４の抵抗はＲ、接合部
３０４間の平及び波箔の抵抗は、ｒで示す。合成抵抗Ｒ
_Tは、接合部３０４の数をｎとした場合ｎ・Ｒ＋（ｎ−
１）・ｒで示され、接合部３０４で発生する熱量は投入
電力をＱとした場合Ｑ・ｎ・Ｒ／Ｒ_Tで示される。本実
施例に示される様に、平箔３０２ａを厚くすることによ
り、合成抵抗Ｒ_Tが下るため、投入電力を一定とした場
合、接合部３０４で発生する熱量を大きくすることがで
きる。また平箔３０２ａを厚くすることで触媒担体の耐
久性も向上する。

【００７６】図５１に第２３実施例のヒータ付触媒の断
面図を示す。前述の第２２実施例では、接合部３０４
は、図４８に示す様に、内側の波箔３０２ｂ、平箔３０
２ａ、外側波箔３０２ｂの交叉する位置に設けられてい
た。それに対し本実施例では、平箔３２１と波箔３２２
の接触する位置に接合部３０４を設ける様にしている。
以下作動を説明する。第２２実施例に比べ箔の接合枚数
が３枚から２枚に減っているため、接合部３０４の熱容
量が２／３となり、昇温時間をはるかに短くすることが
できる。その結果、触媒担体の昇温速度も速くなり、始
動後ＨＣの浄化開始時期を早くすることが可能となる。

【００７７】また接合部３０４での抵抗値も大きくなる
ため、電圧一定制御で、ヒータ付触媒を作動する場合、
接合部３０４を多くできるという利点もある。図５２〜
５３に本発明のヒータ付触媒の第２４実施例を示す。こ
の実施例では、中心電極３０１に平及び波形のメタル箔
３０２を巻き回して、外筒３０３内に納める際、図５２
に示す様に、波箔３０２ａが外側になる様に巻き回す。
完成した担体の正面図を図５３に示す。接合部３０４
は、外層の波箔の谷の部分３２１ｃと下層の波箔の山の
部分３２２ｃが合った箇所に設けられる。この様に構成
された担体の接合部３０４の形成方法を図５４に示す。
図５４において、レーザ溶接機３０５により、接合部３
０４を形成する場合でレーザビーム３０６により外層の
波箔の谷部分を溶接する。平、波箔３０２を巻き回し
て、順次、接合部３０４を形成していく。この様な接合
が可能となるのは接合部３０４を設ける部分では、波箔
が平箔よりも外側にきているためである。以上本実施例
は、担体内部の平板と波板を接合することで加熱部を形
成する担体において接合部周辺の波板が外側に来る様に
構成することで、接合を容易にする事が可能になる。ま
た、最外周のみは、平板のみとし、外筒３０３と接合し
た方が、担体の強度は、向上する。

【００７８】図５５（ａ）及び（ｂ）に第２５実施例の
ヒータ付触媒の前記接合部の半径方向及び軸方向の配置
を示す断面図である。中心電極３０１に平、及び波形の
組合せメタル箔を巻き回して外筒３０３内におさめる。
接合部３０４−ａ，３０４−ｂはメタル箔を巻き回す際
にレーザ溶接によって接合される。接合部３０４−ａは
触媒担体３０２の比較的上流側に、接合部３０４−ｂは
触媒担体の中央部近傍に設置されている。また接合部３
０４−ｂは、接合部３０４−ａの半径方向に関してほぼ
中間に位置されている。以下作動を示す。中心電極３０
１、外筒３０３間に通電されると接合部３０４−ａ，３
０４−ｂは発熱する。排ガス条件がリッチの際は、未燃
ガス成分が多いため接合部３０４−ａを上流側にのみ設
置しておけば、反応熱は十分に担体の下流側に伝わり、
担体全体が短時間で活性化する。それに対し排ガス条件
が理論空燃比に近づくと未燃ガス成分が少くなるため反
応熱が少くなり、熱の拡がりが悪くなる。そこで図５５
に示す様に軸方向に接合部３０４−ａ，３０４−ｂを、
２段に設けることによって、触媒担体全体を活性化しや
すくすることができる。図５６に第２５実施例の変形例
を示す。この変形例では、中央部の接合部３０４−ｂを
上流部の接合部３０４−ａに近接させて設けており、接
合部の数が比較的多い場合は、図５５の実施例と同様の
効果を得る事が出来る。

【００７９】図５７は、第２６実施例によるヒータ付触
媒の接合部の半径方向の配置を示した断面図である。中
心電極３０１に巻き回されたメタル製平、波箔が交互に
積層され外筒３内におさめられている。中心電極３０
１、及び外筒３０３近傍は、両端面が放電加工溶接等に
より、平波箔の接触部が接合された接合領域３０２−
ａ，３０２−ｂとなっている。内部接合部３０４の前記
接合領域３０２−ａ，３０２−ｂの近傍Ａ，Ｂにおいて
は、内部接合部の端部３０４−ａ，３０４−ｂをそれぞ
れ接合領域３０２−ａ，３０２−ｂと導通させるため、
各接合部３０４をそれぞれ接合領域３０２−ａ，３０２
−ｂに向けて半径方向に設けてある。以下作動、効果を
説明する。接合部３０４の端部を接合領域３０２−ａ，
３０２−ｂに導通させない場合には、ヒータ付触媒の抵
抗は、図５８（ａ）の様になり、接合部３０４の端部か
ら接合領域３０２−ａ，３０２−ｂまで平、波箔を通っ
て電流が流れるため、該平、波箔分の抵抗ｒ’，ｒ''が
不確定要素となり、ヒータ付触媒の抵抗Ｒ_Hを管理でき
ない。接合部３０４の端部を、接合領域３０２−ａ，３
０２−ｂに図５８（ｂ）の様に導通させると抵抗Ｒ
_Hは、接合部の抵抗Ｒと接合部間の平、波箔の抵抗ｒの
みの関数となり、抵抗Ｒ_Hを精度良く管理することがで
きる。

【００８０】図５９〜図６１において、本発明の第２７
実施例について説明する。メタル箔通電式のヒータ付触
媒は図５９に示すような平板４０１ａと波板４０１ｂか
ら構成されるヒータ４０１を表面に絶縁膜を形成させた
のちに図６０（ａ）に示すように中心電極４０２に巻き
つけながらレーザ溶接４１２でホットスポットを形成す
る。しかしホットスポットを形成できるのは図６０
（ｂ）に示すように波板の山４０３と波板の谷４０４が
合う場所だけであり、任意の位置にホットスポットを作
ることはできず、さらに製作性も悪いという問題があっ
た。本実施例では、ヒータの波板にあらかじめ切れ目を
設け、ヒータを巻回する際に切れ目、と合う位置に平板
を接合しておくことで任意の位置にホットスポットを形
成することを可能にするものである。その構成を説明す
ると、図６１に示すように、ヒータの波板４０１ｂを一
部カットし切れ目４０５を作る（図６１（ａ））。次
に、ヒータ巻付時に切れ目４０５と隣り合う内側のヒー
タ部に平板４０６を接合する（図６１（ｂ））。この
後、図６１（ｃ）のようにホットスポット４０７をレー
ザ溶接で切れ目４０５に形成する。任意の位置にホット
スポットを作ることができ、さらにレーザ４１２の位置
決めも容易になる。

【００８１】図６２及び図６３において、本発明の第２
８実施例について説明する。前述の第２７実施例と相違
する点についてのみ説明する。図６２に示すようにホッ
トスポットを形成しようとする波板上の頂点４２４の近
くに切り込み４２５を入れる。波板４２６と平板４２７
はレーザ溶接部４２８でのみ接合されている。全てのホ
ットスポット予定部を図６２のような構造にしてヒータ
を巻きこみながらホットスポットをレーザ溶接で形成す
る。図６３（ａ）に完成時の電流経路の一部を示す。中
心電極に電圧を加えると中心電極から外筒に向かって電
流４２９が流れる。この時、抵抗値の高いホットスポッ
ト部４３０で発熱がおこる。図６３（ｂ）は、上記のよ
うな切り込み４２５のない場合の電流経路であり、この
場合は図６３（ａ）の場合と異なり平板と波板を充分に
接合しているため抵抗値が小さくホットスポット部４３
１でしか発熱は起こらない。このように、本実施例によ
れば、平板と波板の接合部にもホットスポットを作るこ
とでホットスポットの点数を多くすることができ、触媒
の活性化をしやすくすることができる。

【００８２】図６４〜図７０において、本発明の第２９
実施例について説明する。図６４〜図６７を参照する
と、正電極５０１のまわりに巻きまわされた平板５０
５、波板５０６の領域Ｂの部分には、多数の抵抗調整穴
５０７が設けられる。またこれらの調整穴５０７は、軸
方向の一部の領域（Ｂ）、即ち、排気の流れ方向に関
し、上流側と下流側に平板５０５、波板５０６の巻き始
めから巻き終りまで設置されている。

【００８３】図６５には、正電極５０１とケース５０３
との間に直流電圧を印加した場合の簡易な等価回路を示
す。領域Ｂと領域Ａが、並列接続されている。領域Ｂで
は、調整穴５０７により、電流路が制限されるので、電
気抵抗値Ｒ_Bが、領域Ａの電気抵抗値Ｒ_Aに比べはるか
に高いため、ほとんど発熱しない。一方領域Ａでは、電
気抵抗値Ｒ_Aは低くなるため、通電により電流がほとん
ど領域Ａを流れ、発熱部となる。通電時の領域Ａ，Ｂの
発熱量Ｑ_A，Ｑ_Bは、Ｑ_A＝Ｖ²／Ｒ_A，Ｑ_B＝Ｖ²／
Ｒ_Bとなる（Ｑ_A＞Ｑ_B）。

【００８４】電圧が印加されると領域Ａが発熱して迅速
に触媒活性温度に達し、排ガス中の有害物質を浄化する
ことができる。また領域Ａが触媒活性温度に達して排ガ
ス中の有害物質の浄化が開始されると触媒反応熱によっ
て領域Ａ以外の領域も、昇温される。さらに電気式加熱
触媒装置の触媒反応が進行するとこの触媒反応熱によっ
て主触媒コンバータも加熱することができる。

【００８５】以上の様に本実施例によれば、機関冷間時
であっても領域Ａを通電加熱することによって領域Ａを
触媒活性温度まで即座に昇温することができ、これによ
って排ガスを早期に浄化することができる。また触媒担
体５０２の一部、すなわち領域Ａだけを電気的に加熱す
るために、触媒担体を加熱するために必要な電力量を大
幅に低減することができる。

【００８６】図６８〜図７０に加熱領域の異なる、第３
０実施例を示す。第２９実施例と異なる点についてのみ
説明する。この実施例では、触媒担体５０２のうち、正
電極５０１の近傍の領域Ｃ’、外周領域Ｃ''において
は、調整穴５０７が設けられていない。すなわち平板５
０５’と波板５０６’は、図６９及び図７０の様に形成
され正電極５０１のまわりを巻き回される。従って領域
Ｃ’，Ｃ''においては、領域Ａの部分の電流密度は、領
域Ｂと同等であり、発熱することはなく、第２９実施例
よりもさらに加熱する領域が少くなり、さらなる省電力
化が達成できる。また第２９及び第３０実施例では、調
整穴の形状として円形を採用したが、矩形状、スリット
状でも良いことは、明らかである。このように、第２９
及び第３０実施例では、触媒担体に通電すると部分的に
発熱するため、触媒担体を加熱するのに必要な消費電力
量を低減することができる。

【００８７】図７１及び図７２は本発明の第３１実施例
を示す。この実施例では、触媒の発熱させたくない部分
の軸方向にスリットを入れることで、電流通路を断ち、
軸方向の一部（上流側）のみを発熱させる構成とするこ
とで、省電力化を達成するものである。即ち、図７１に
おいて、中心電極５０１に何枚か平及び波形のメタル箔
５０２を巻き回して外筒５０３内に納める。中心電極５
０１は、絶縁材５０４を介して外に取り出されている。
図７２に中心電極５０１に接合されたメタル箔５０２を
展開した図を示す。波箔、平箔とも下流側から上流側に
向い軸方向に一部スリット５１０が設けられる。このよ
うなスリット５１０はメタル箔（波箔、平箔）を巻回す
る前に形成しておく。

【００８８】以下作動を示す。中心電極５０１、外筒５
０３間に通電されると電流は、図７２の矢印Ａの様に流
れる。従って主に発熱する部分は電流密度が高い部分す
なわち領域Ｂで示される上流側の一部である。ヒートマ
スの小さい領域Ｂに電流が集中して流れるため低い電力
で、触媒の速い昇温を得ることができる。触媒の上流側
が速く活性温度に達すれば、排ガス中の未燃ガス成分を
速く燃焼させることができ、触媒全体は、速く活性温度
に達する。

【００８９】図７３は本発明の第３２実施例を示すもの
である。ヒータ製作時において、平箔１ａと波箔１ｂを
１山毎に接合してスポット溶接点とする（図７３（ｂ）
参照）と、半径方向の圧縮力に対し剛性が上がりすぎて
しまいエンジン高負荷時の高温にさらされた時、ヒータ
が膨張すると大きな熱応力が発生しセルのつぶれや平箔
の折れ曲りが起こり得る。また逆に全部の平箔１ａと波
箔１ｂを接合間隔を広くして、例えば５山とびで接合す
る（図７３（ｃ）参照）と半径方向の剛性を低くして柔
構造化となり、ヒータが排ガスの圧力で下流側に後退し
てしまい、スコーピング現象が生じるという問題があ
る。

【００９０】そこで、本実施例では、触媒に剛構造部と
柔構造部を設け、柔構造部で熱膨張を吸収することで冷
熱耐久性向上をねらったものである。即ち、図７３に示
すように、外筒と中心電極近傍の領域Ａ，Ｃを１山毎に
スポット接合して（図７３（ｃ）参照）剛構造にし（図
７３（ｂ）参照）、外筒と中心電極の中間部領域Ｂを５
山毎にスポット接合して柔構造部にする。高温にさらさ
れた場合、剛構造部Ａ，Ｃで起こった熱膨張Ｐを柔構造
部Ｂで吸収することでセルのつぶれを防止することがで
きまた剛構造部Ｂにより排ガスの圧力でヒータが下流側
に後退するようなスコーピングを防止することができ
る。

【００９１】図７４は本発明の第３３実施例を示すもの
である。この実施例の基本的構造は図５に示す実施例と
同様である。図５の実施例と共通する個所は共通の符号
で示し、相違する点についてのみ説明する。触媒２０に
接触する中心電極１９は、短絡路２２を形成してある上
流側の端部付近のみ導通部１９ａとし、その他の部分に
は絶縁層１９ｂを形成して触媒２０との間を絶縁する。
同様に、触媒２０に接触する外筒２１も、短絡路２２を
形成してある上流側の端部付近のみを導通部２１ａと
し、その他の部分には絶縁層２１ｂを形成して触媒２０
との間を絶縁する。これにより、局部加熱すべき触媒の
狭い領域にのみ電気を集中して流すことができる。

【００９２】図７５は本発明の第３４実施例を示すもの
である。前述の第３３実施例と同様、触媒２０に接触す
る中心電極１９は発熱部２２を形成してある領域でのみ
触媒２０と導通するように、中心電極１９の途中に図７
５（ａ）に示すように空隔１９ｃを形成し、或いは図７
５（ｂ）に示すように絶縁体１９ｄを差し込んで、電流
路を遮断する。あるいは図７５（ｃ）に示すように、中
心電極１９の途中に空隔１９ｃを形成して中心電極１９
の電流路を遮断すると共に、平箔と波箔とを積層して中
心電極まわりに巻回して成る触媒２０の発熱部２２の下
流側に半径方向のスリット１９ｅを形成し、触媒２０内
部の電流路も上流側のみに限定することにより、電気回
路が短かくなり効率的に発熱できるようになる。

【００９３】以上のように、第３３及び第３４実施例に
おいては、電気回路を狭くあるいは短かくすることによ
り電力の消費を節減することができる。図７６は本発明
の第３５実施例を示すものである。酸化処理した金属平
箔１ａと波箔１ｂとを重ねて５山おきにスポット接合
（Ａ位置）し、このような組合せ箔を中心電極のまわり
に巻回・積層する構造において、巻回・積層の際の組合
せ箔同士は任意の位置でレーザ接合する。即ち、図示の
組合せ箔ととはＢ位置において、組合せ箔の波箔
（谷）、平箔と組合せ箔の波箔の山とが接合され、ま
た組合せ箔ととはＣ位置において、組合せ箔の波
箔（谷）、平箔と組合せ箔の波箔（山）とが接合され
る。

【００９４】この場合において、組合せ箔側から側
へ電流が流れるとすると、中間の組合せ箔においては
Ｃ位置に近接するＡ位置とＢ位置との間、即ち（イ）の
間隔のみしか、電流が流れず、レーザ接合位置によって
電気抵抗値が変わってしまう。従って、レーザ接合
（Ｂ，Ｃ位置）の間隔、スポット接合（Ａ位置）の位置
や個数をあらかじめ決めておくことにより、安定した電
気抵抗値を得ることができる。

【００９５】図７７は本発明の第３６実施例を示すもの
である。この実施例では、平箔１ａ及び波箔１ｂ、ある
いはこれらの組合せ箔を相互間でレーザ溶接等により軸
方向の発熱部（ホットスポット）２２を形成する場合に
おいて、場所に応じてホットスポット２２の軸方向の長
さを変更したものである。例えば、図示のように、中心
電極１９に近い領域ほどホットスポット２２の軸方向の
長さを長くし、逆に金属ケース２１に近い領域ほどヒー
トスポット２２の軸方向の長さを短かくした。これによ
り触媒の任意の領域において任意の発熱量を持たせるこ
とが出来る。即ち、図７８はホットスポットの長さとそ
の抵抗値とを示したものであるが、ホットスポットの長
さが長いほど抵抗値は低くなり、発熱量は大きくなる。
また、図７９はホットスポットの発熱量とホットスポッ
トの最適間隔を示したものであるが、発熱量が大きいほ
ど間隔を大きくするようにホットスポットを配置してよ
いことがわかる。

【００９６】図８０（ａ）及び（ｂ）は本発明の第３７
実施例を示すものである。図８０（ａ）の斜線部分で示
すように、発熱部２２を触媒上流側端面に略十字形を若
干略Ｓ字形に湾曲させて形成したものである。このよう
に発熱部２２は任意の形状にすることができる。図８０
（ｃ）は第３７実施例の変形例であって、発熱部２２に
軸方向の寸法が小さくなった個所（即ち、接合長さを短
かくした個所）２２ａを複数設け、これらの部分では発
熱部２２の他の部分よりも積極的に発熱が大きくなるよ
うにする。

【００９７】図８１は本発明の第３８実施例を示すもの
で、略十字形の発熱部２２、即ち電気通路において、幅
を小さくした部分２２ｂを複数設け、これらの個所にて
局部的に発熱が大きくなるようにし、触媒反応が早く起
る場所をつくる。このように、局部的に発熱量の大きい
個所を作ることにより、局部的に触媒反応を早め、高性
能化及び低電力化を図ることができる。

【００９８】図８２（ａ），（ｂ）及び図８３は本発明
の第３９実施例を示すものである。この実施例では触媒
２０の上流側端面に表層加熱部として任意の形状をもっ
た発熱通路２２を形成する場合に、発熱部２２を非発熱
部より上流側に突起させ、熱の逃げを少なくし発熱部２
２の加熱を促進するものである。このような発熱部２２
を形成するには、図８３に示すように、金属箔（平箔と
波箔との組合せから成る場合は組合せ箔）に、中心電極
１９を中心として巻回する前に、あらかじめ突起部２
２’を設けておき、金属箔を巻回・積層したときにこれ
らの突起部２２’が連続的につながって突起した発熱通
路２２が形成されるようにするのが望ましい。

【００９９】図８４〜図８８は本発明の第４０実施例を
示すものである。平箔１ａ及び波箔１ｂを積層又は巻回
したヒータ付触媒において複数の組合せ箔の少なくとも
一層の平箔１ａ、波箔の少なくともいずれか一方（図示
の実施例では波箔１ｂ）の、波箔と平箔とが互いに接触
していない部分Ａに、軸方向上流端を数mm残して切除し
た絶縁空間５６２を設ける（以下、このような空間５６
２を設けた部分Ａをブリッジ部と称する）と共に、この
空間に嵌まり合うような突出部５６４をもちかつ表面が
酸化皮膜等で絶縁された補強箔５６０を波箔１ｂに当接
させ、積層又は巻回体に挾持させる構造とする。

【０１００】図８６に示すように、中心電極１９を中心
として平箔１ａと波箔１ｂとを巻回・積層した積層体の
少なくとも１層、例えば図示の波箔１ｂの部分と図示の
領域ａにおける平箔１ａの部分にブリッジ部を形成す
る。図８７は図８６の領域ａを拡大して示したもので、
補強箔５６０は図示省略してあるが、波箔１ｂの一層部
分のブリッジ部の電流路断面積を狭くすることと、波箔
一層が一周して重なる部分ａの平箔１ａの一部のブリッ
ジ部の電流路断面積を狭くすることとで、中心電極（正
極）１９から外筒（負極）２１へ向かって流れる電流を
ブリッジ部に集中させて発熱させる。電流は必ずブリッ
ジ部を通らないとアース（外筒）２１へは流れないよう
に構成される。なお図８７における斜線部分は絶縁空間
５６２を設けた部分、即ち電流路が狭くなった部分であ
る。

【０１０１】図８８はこのようなブリッジ部を設けてい
ない場合（ａ）と設けた場合（ｂ）を比較して説明する
ための図である。図８８（ａ）おいて、波箔と平箔の接
合箇所と電流路が絞り込まれてヒータとして発熱するヒ
ートスポットの箇所とが同一であるため、構造耐久上接
合力を確保するために接合面積を大きくとりたい一方、
低電力化のためには電流路断面積を小さくしたい問題が
ある。ヒートスポットの深さｔは構造上３．０mm以上必
要になっている。Ｌは箔の厚さなので２枚分として、Ｌ＝１００μｍ＝０．１mm、ヒートスポットの幅Ｗは巻回した時の圧着力によりバラ
ツキが観察されていて５０μｍ〜２００μｍの巾があ
る。

【０１０２】抵抗値Ｒは次式で表わされＲ＝Ｐｒ（Ｌ／Ｗ・ｔ）１／ＮＰｒは比抵抗（Ωcm）、Ｎは電流路本数Ｗがバラツキを持つことは抵抗Ｒのバラツキ原因とな
り、均一なヒータ加熱ができないことになる。また、Ｌ
が箔の厚みで決まってしまうため抵抗Ｒを大きくしよう
とすると接合点を半径方向に直列に増やす手段がとられ
るが限界がある。即ち触媒断面積つまり半径に限界があ
る。

【０１０３】ｔを大きくとると構造耐久上は有利だが低
電力化に逆行してしまう。さらにｔを決定している接合
用箔ロウ材の幅精度によって抵抗Ｒのバラツキを生む恐
れもある。ちなみに１スポットヒータ点の電流路を計算
するとＲ＝０．００４×０．０１／（０．００５〜０．０２０）×０．３＝０．０２７〜０．００７（Ω）と４倍のバラツキの可能性がある。

【０１０４】図８８（ｂ）のように、箔ブリッジ部に電
流路を形成した場合、箔の圧着力の影響を受けないの
で、Ｒ＝０．００４×０．０５／０．００５×０．３＝０．１３３（Ω）となって抵抗値も大きくとれて、Ｗの値のバラツキが箔
の厚みそのものなのでバラツキが小さくなる。

【０１０５】図８９〜図９２は本発明の第４１実施例を
示すものである。平箔と波箔との組合せ箔において、平
箔の幅を短かくし上流側に平箔のない部分を設けた組合
せ箔６０２（図８９（ａ））と、平箔の幅を短かくし下
流側に平箔のない部分を設けた組合せ箔６０３（図８９
（ｂ））とを、図８９（ｃ）に示すように、中心電極６
０１を中心として交互に接合し巻き回す。その結果、図
９０に示すように組合せ箔６０２と６０３とは重なる。
レーザ溶接等によりホットスポット６０７を形成する際
は、図９１に示すように、平箔のない部分の組合せ箔
（即ち、波箔）６０２，６０３の谷を狙いとして位置６
０７にレーザ照射等を行う。これにより、下側ないし内
側に位置する組合せ箔の平箔と接合する。その結果、図
９２に示すように、ヒートスポット６０７は触媒の内部
の上流側と下流側に交互に形成される。なお、ヒートス
ポット６０７を上流側と中間位置に交互に形成しようと
する場合は、組合せ箔６０３の平箔の幅をより狭くして
おく必要がある。

【０１０６】図９３は本発明の第４２実施例を示すもの
である。図９４は図９３のＢ部の拡大図でる。触媒の上
記側端面に電流路を形成する場合に、例えば図９３のハ
ッチング部Ａで示す様な個所の表面に、図９３に示すよ
うに、ロウ材６１１を切れ目のないように波箔６１２及
び平箔６１３を覆うように塗布する。その結果、図９３
に示すように、バッテリ６１４から中心電極６１５を介
して電流６１６が外筒６１７に向って流れる。

【０１０７】図９５〜図９８は本発明の第４３実施例を
説明するものである。絶縁皮膜が形成された金属製の薄
板、即ち平箔１ａと波箔１ｂとを中心電極１９のまわり
に渦巻状に巻回し、これらの薄板を局部的にレーザ溶接
等で接合することにより発熱部２２を形成する場合にお
いて、触媒全面を一様に加熱するためには発熱部２２を
均等間隔で配置することが必要であるが、触媒中心部か
ら外側へ向って電流径路を構成することから発熱部２２
の配置は内側が密に、外側が粗になってしまい全面一様
加熱ができないという問題がある。例えば、平箔１ａと
波箔１ｂとの組合せ３組を中心電極１９まわりの等角度
間隔の３ケ所の位置から巻きまわして触媒積層体を形成
する場合において、波箔１ｂの等山間隔（例えば、５山
間隔）にレーザ接合とすると、図９６に示すように電流
ｃは中心電極１９から外筒２１に向けて常に最短距離に
ある接合個所を結んで流れようとするため、ホットスポ
ット２２は図９７に示すように外周側程まばらな配置と
なる。

【０１０８】このようにホットスポット２２の間隔は外
側程大きいため、図９５の各ホットスポット２２の丸の
大きさで発熱量を示しているように、外周側程ホットス
ポット２２の発熱量も大きくしている。ホットスポット
２２の発熱量を変化させる方法としては、図７８でも示
したように、発熱部を形成するためのレーザ溶接におけ
る排気ガス流れ方向の溶接長さを変えることで抵抗値を
変え、発熱量を変えることができる。従って、図７７で
示した実施例と同様、外側程レーザ溶接部（ホットスポ
ット）の長さを短かくし、抵抗値を高め、抵抗と電流
（Ｒｉ²）で決まる発熱量（電力）を大きくする。

【０１０９】図９８は上述のようにレーザ接合部を均等
間隔で設けた場合（ａ）と、レーザ接合部の配置間隔を
可変としてホットスポット２２が略均等に配置されるよ
うにした場合（ｂ）とを示す。（ａ）の場合はホットス
ポット２２は略円周方向の間隔ａに対し半径方向の間隔
ｂが外周側程大きくなるが、（ｂ）の場合はａ’対ｂ’
をほぼ等しくすることができる。

【０１１０】

【発明の効果】請求項１によれば、局部的に通電可能に
接続された局部発熱部に電流が集中し、発熱するため、
消費電力が少なくなり、また、局部的な発熱をするた
め、熱容量が減少し、昇温時間が短くなり、熱効率の良
い通電加熱式触媒装置が得られる。

【０１１１】請求項２では、更に、排気上流側に局部発
熱部があるため、排気ガスの熱及び流れを利用して触媒
下流部分も十分加熱することができ、触媒全体を一様に
加熱できるという効果がある。請求項３では、局部発熱
部を触媒の排気流入端部に設けたため、排気ガスを原因
とした被毒を防止し、これによる加熱性能の低下を最小
限にできる。

【０１１２】請求項４では、絶縁層を介して局部的に接
合するため、金属箔がズレ難く、耐久性を向上しうる。
請求項５では、電極間を連続的に接合するため、電極間
における金属箔が更にズレ難く、耐久性を向上できると
共に、電流路全体を発熱し得るという効果がある。

【０１１３】請求項６では、波箔が平箔状になっている
ため、接合し易く、局部発熱部を容易に形成できる。請
求項７では、接合部に平箔を重ねたため、同様に接合し
易く、局部発熱部を容易に形成できる。請求項８では、
局部発熱部近傍の内部空間が、局部発熱部の熱膨張を吸
収するため、耐久性を向上できる。

【０１１４】請求項９では、電極を形成する金属ケース
と金属触媒担体との接続を、局部発熱部が形成されてい
る部分に制限しているため、より局部発熱部に電流が集
中しやすく、消費電力を節減できる。請求項１０では、
中心電極と金属触媒担体との接続を、局部発熱部が形成
されている部分に制限しているため、より局部発熱部に
電流が集中しやすく、消費電力を節減できる。

【０１１５】請求項１１では、中心電極の途中を一部の
み絶縁部とするため、絶縁部より下流の電極には電流は
流れず、局部発熱部に電流が集中し易く、消費電力を節
減し得ると共に、中心電極が金属触媒担体軸方向に長く
残ることになるため、金属箔を中心電極に接続して積層
するのが容易となる。請求項１２では、局部発熱部を成
す組合せ箔は、波箔と平箔を接合して形成されているた
め、それらの接合位置、または接合面積を変更すれば、
局部発熱部までの電気抵抗値が変わり、所定の電気抵抗
値を持つものを容易に構成できる。

【０１１６】請求項１３では、組合せ箔の波箔側を外側
にして巻いているため、最外周から波箔の谷を狙って、
隣接する組合せ箔同士を接合し易く、製造が容易とな
る。請求項１４では、予め局部発熱部の位置する組合せ
箔の波箔、平箔のうち、積層方向外側の箔を切除したた
め、積層方向外側から隣接する組合せ箔同士を接合し易
く、製造が容易となる。

【０１１７】請求項１５では、局部発熱部の両側の金属
箔に絶縁部（スリット）を設けたため、電流が絶縁部に
より周囲に拡散して流れず、局部発熱部に集中し、発熱
し易く、従って消費電力の低減につながる。請求項１６
では、合計２枚の波箔と平箔とを局部的に通電可能に接
合して局部発熱部を形成しているため、熱容量を小さく
し、昇温時間が短くすることができる。

【０１１８】請求項１７では、局部発熱部の内、最も電
極に近い金属発熱部を電極と通電可能に接合したため、
局部発熱部と電極とが電気的に直接短絡した状態とな
り、局部発熱部と電極間の電気抵抗値の不確定要素が減
り、金属触媒担体全体の電気抵抗値を所定値に設定し易
くなる。請求項１８では、局部発熱部の形成位置によ
り、局部発熱部の接合長さを変えているため、任意の位
置に、任意の発熱量を持つ局部発熱部を容易に形成する
ことができる。

【０１１９】請求項１９では、局部発熱部近傍の組合せ
箔における波箔と平箔の接合を、局部発熱部が形成され
ていない部分より柔構造としているため、局部発熱部の
熱応力を十分吸収できると共に、局部発熱部が形成され
ていない部分の金属箔がズレ難くなり、耐久性が向上す
る。請求項２０では、排気流れ方向に非常に短く局部発
熱部を形成しているため、排気流れに垂直な方向の断面
積が大きく、温度の高い排気ガスとの接触面積が大きく
なり、局部発熱部の昇温時間を短くすることができる。

【０１２０】請求項２１では、スリットにより残された
部分に電流が集中し局部的に発熱するので、昇温時間が
短かくなり、かつ消費電力を低減することができる。請
求項２２では、スリットを隣の金属箔との非接合部に設
けたため、金属箔同士の重なり接触する部分に働く応力
を避けることができ、且つスリットに金属箔と共に積層
される絶縁箔を嵌め込んだため、金属触媒担体の強度の
低下を防止し、耐久性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における金属担体を示す斜
視図である。

【図２】図１の金属担体の縦断面図である。

【図３】図１の金属担体を製造する工程の一部を示す斜
視図である。

【図４】触媒装置全体の構成を概略的に示す縦断面図で
ある。

【図５】第１実施例における金属担体の作動状態を示す
縦断面図である。

【図６】第１実施例の効果を示す特性線図である。

【図７】第２実施例における金属担体を示す平面図であ
る。

【図８】第２実施例の作動を示す縦断面図である。

【図９】第３実施例における金属担体を示す平面図であ
る。

【図１０】第４実施例における金属担体を示す平面図で
ある。

【図１１】第５実施例における金属担体を示す平面図で
ある。

【図１２】第６実施例を示し、（ａ）は縦断面図、
（ｂ）は平面図である。

【図１３】第７実施例における金属担体を製造する工程
を示す斜視図である。

【図１４】第７実施例における金属担体を示す平面図で
ある。

【図１５】第８実施例の触媒担体を示す斜視図である。

【図１６】第８実施例の触媒担体の変形例を示す斜視図
である。

【図１７】第９実施例の触媒担体を示す斜視図である。

【図１８】図１７の一部を拡大して示す斜視図である。

【図１９】第９実施例の触媒担体の変形例を示す平面図
である。

【図２０】第１０実施例の触媒担体の部分切欠き斜視図
である。

【図２１】図２０の装置の局部的接合部における電流の
流れる様子を示す図である。

【図２２】図２０の装置において、局部的接合部を通っ
て電流が流れる様子を示す図である。

【図２３】図２０の装置の縦断面図である。

【図２４】図２０の装置を製作するときの、正電極に接
合した金属性の薄い波板と平板を重ねて巻き込み、渦巻
状の交互の層を形成し、ハニカム状の金属性触媒担体を
形成する様子を示す図である。

【図２５】通電加熱式触媒装置の、上流端からの距離と
排ガス浄化性能との関係を示すグラフである。

【図２６】発熱する領域を径方向に関して中央部に限定
した第１１実施例の平面図である。

【図２７】触媒担体の径方向における中間部のドーナツ
状発熱領域以外の部位の平板及び波板を非局部的な接合
部で抵抗値を小さくした第１２実施例の平面図である。

【図２８】図２７の平板及び波板の非局部的な接合部分
の拡大図である。

【図２９】発熱する領域を中心電極を中心に十字形に形
成した第１３実施例の平面図である。

【図３０】図２９のＡ−Ａにおける略断面図である。

【図３１】発熱する領域を中心電極を中心に十字形にか
つ触媒担体の下流端に設けた第１４実施例を示し、
（ａ）は縦断面図（ｂ）は平面図である。

【図３２】発熱部を排ガス流れ方向に複数ヵ所設けた第
１５実施例の部分切欠き斜視図である。

【図３３】図３２に示した装置のＡ−Ａ縦断面図であ
る。

【図３４】ハニカムの一部に軸方向のスリットを入れ、
残った部分を発熱させるようにした第１６実施例の波板
と平板を巻き込むところを示した斜視図である。

【図３５】図３４のようにして作った装置の縦断面図で
ある。

【図３６】波板と平板の局部的接合を容易にするために
波板の一部を平板として前記接合をした第１７実施例の
様子を示す図である。

【図３７】波板と平板の局部的接合を容易にするため
に、これら両板の間に少なくとも１枚の平板を追加して
前記接合をした第１８実施例の様子を示す図である。

【図３８】ハニカム状セラミック担体にタングステン線
発熱体を設けた第１９実施例の斜視図である。

【図３９】図３８におけるＡ−Ａ断面図である。

【図４０】第２０実施例による通電発熱式触媒コンバー
タの触媒担体の正面図である。

【図４１】図４０のＡ−Ａ断面図である。

【図４２】第２１実施例による通電発熱式触媒コンバー
タの触媒担体の正面図である。

【図４３】図４２のＣ−Ｃ断面図である。

【図４４】図４１のＢ−Ｂ断面図である。

【図４５】図４３のＤ−Ｄ断面図である。

【図４６】図４３のＥ−Ｅ断面図である。

【図４７】第２２実施例による通電加熱式触媒の軸方向
の概略断面図である。

【図４８】図４７の実施例の触媒担体の部分正面図であ
る。

【図４９】図４８の一部を更に拡大して示す図である。

【図５０】第２２実施例による通電発熱式触媒の等価回
路を示す図である。

【図５１】第２３実施例による通電加熱式触媒の部分正
面図である。

【図５２】第２４実施例による通電発熱式触媒の形成方
法を示す概略図である。

【図５３】同実施例の通電発熱式触媒の金属箔の接合箇
所を説明する正面図（ａ）及び部分拡大図（ｂ）であ
る。

【図５４】同実施例の通電発熱式触媒の金属箔のレーザ
接合状態を示す図である。

【図５５】第２５実施例の通電発熱式触媒の正面図
（ａ）及び軸方向断面図（ｂ）である。

【図５６】図４５の実施例の変形例を示す軸方向断面図
である。

【図５７】第２６実施例による通電加熱式触媒の正面図
である。

【図５８】（ａ）及び（ｂ）は触媒担体の発熱部の等価
回路を示す図である。

【図５９】第２７実施例を説明する平箔と波箔からなる
組合せ箔の斜視図である。

【図６０】同実施例の通電発熱式触媒の金属箔のレーザ
接合状態を示す図である。

【図６１】第２７実施例による通電加熱式触媒の金属箔
の一部を示す図であって、（ａ）は切れ目を設けた図、
（ｂ）は金属箔を積層する状態を示す図、（ｃ）はレー
ザ接合状態を示す図である。

【図６２】第２８実施例による通電発熱式触媒の金属箔
の一部を示す斜視図である。

【図６３】同実施例における電流の流れを説明するため
の図であり、（ａ）は切れ目のない場合、（ｂ）は切れ
目を設けた場合である。

【図６４】第２９実施例による通電発熱式触媒の軸方向
断面図である。

【図６５】同実施例の通電発熱式触媒の発熱部の等価回
路図である。

【図６６】同実施例における平板の斜視図である。

【図６７】同実施例における波板の斜視図である。

【図６８】第３０実施例による通電発熱式触媒の軸方向
断面図である。

【図６９】同実施例における平板の斜視図である。

【図７０】同実施例における波板の斜視図である。

【図７１】第３１実施例による通電発熱式触媒の軸方向
断面図である。

【図７２】同実施例の通電発熱式触媒の金属箔を展開し
た状態で示す図である。

【図７３】第３２実施例による通電発熱式触媒の斜視図
（ａ）、剛構造の金属箔部分（ｂ）、及び柔構造の金属
箔部分（ｃ）を示す。

【図７４】第３３実施例による通電発熱式触媒の軸方向
断面図である。

【図７５】第３４実施例による通電発熱式触媒の軸方向
断面図（ａ）、中心電極の一部を示す図（ｂ）、及び変
形例の通電発熱式触媒の軸方向断面図（ｃ）である。

【図７６】第３５実施例の通電発熱式触媒の金属箔の接
合形態を示す図である。

【図７７】第３６実施例による通電発熱式触媒の上流端
部の一部を示す部分断面斜視図である。

【図７８】ホットスポットの長さと抵抗値の関係を示す
図である。

【図７９】ホットスポット発熱量と最適間隔の関係を示
す図である。

【図８０】第３７実施例による通電発熱式触媒の正面図
（ａ）及び軸方向断面図（ｂ）、並びに変形例の通電発
熱式触媒の軸方向断面図（ｃ）である。

【図８１】第３８実施例による通電発熱式触媒の正面図
である。

【図８２】第３９実施例による通電発熱式触媒の正面図
（ａ）及び軸方向断面図（ｂ）である。

【図８３】同実施例における金属箔を展開して示した図
である。

【図８４】第４０実施例による通電発熱式触媒の金属箔
の部分斜視図である。

【図８５】同実施例における金属箔のブリッジ部を三方
向から見た図である。

【図８６】同実施例における通電発熱式触媒の平面図で
ある。

【図８７】図８６の一部を拡大してブリッジ部を示した
図である。

【図８８】ブリッジ部を形成していない場合（ａ）と、
同実施例のようにブリッジ部を形成した場合（ｂ）の効
果を説明するための図である。

【図８９】第４１実施例による通電発熱式触媒の対の金
属箔の一方（ａ）及び他方（ｂ）を示す平面図、及び金
属箔を巻回する状態を示す図（ｃ）である。

【図９０】同実施例による金属箔を巻回する状態を示す
斜視図である。

【図９１】同実施例による金属箔を接合箇所を示す斜視
図である。

【図９２】同実施例による完成した触媒担体の軸方向の
概略断面図である。

【図９３】第４２実施例における金属触媒担体の斜視図
である。

【図９４】図９３におけるＢの部分を拡大してろう付け
接合部を示す。

【図９５】第４３実施例における金属触媒担体の正面図
である。

【図９６】同実施例における金属触媒担体の端面の一部
を示す図である。

【図９７】同実施例における金属触媒担体のホットスポ
ットの配置を示す図である。

【図９８】金属触媒担体の金属箔を等間隔に接合した場
合のホットスポットの配置（ａ）及び間隔を可変とした
場合のホットスポットの配置（ｂ）を示す。る。

【符号の説明】

１０…触媒装置（全体）１１…第１の触媒装置１５…金属担体１９…中心電極２０…金属箔からなるハニカム状の円柱２１…外筒（接地電極）２２…半径方向の短絡路２５，２６…電源２８，２９…環状の短絡面３１…渦巻き形の短絡路３２，３３…半径方向の短絡路３５…ランダムに分布する短絡路３６…下流側の端面に設けられた半径方向の短絡路４３…短絡路５２，５３…プリントヒーター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ０１Ｊ 35/04 ３２１Ａ 8017−4Ｇ (31)優先権主張番号特願平5−140855 (32)優先日平５(1993)６月11日 (33)優先権主張国日本（ＪＰ） (72)発明者吉▲永▼ 融愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者渡辺聖彦愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者篠原幸弘愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者川辺泰之愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者市川宏明愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者吉▲崎▼ 康二愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者永見哲夫愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者猪頭敏彦愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者平山洋愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者伊藤 ▲隆▼晟愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者真田昌克愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者井沢明宏愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電材料より成る触媒担体に通電するこ
とにより加熱される電気加熱式触媒装置において、触媒
担体に局部的に通電可能に接続された局部発熱部を設け
たことを特徴とする電気加熱式触媒装置。
【請求項２】局部発熱部を内燃機関の排気通路におけ
る排気上流側に設けた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】局部発熱部を排気流入端部を避けて設け
た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】触媒担体は、絶縁層を介して金属箔を積
層して成る金属触媒担体として、且つ局部発熱部は、金
属箔同士を局部的に通電可能に接合することにより形成
した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５】局部発熱部は、電極間を連続的に通電可
能に接合し、局部的な電流路として形成したことを特徴
とする請求項４に記載の電気加熱式触媒装置。
【請求項６】金属触媒担体が表面に絶縁層を有する波
箔と平箔とから成り、局部発熱部の接合部において、波
箔を平箔状にしたことを特徴とする請求項４に記載の電
気加熱式触媒装置。
【請求項７】金属触媒担体が表面に絶縁層を有する波
箔と平箔とから成り、局部発熱部の接合部において、波
箔と平箔との間に更に平箔を重ねたことを特徴とする請
求項４に記載の電気加熱式触媒装置。
【請求項８】金属触媒担体内部の局部発熱部近傍に内
部空間を形成したことを特徴とする請求項４に記載の電
気加熱式触媒装置。
【請求項９】絶縁層を介して金属箔を中心電極に接続
して巻いて金属触媒担体を形成すると共に、金属触媒担
体をもう一方の電極が接続された金属ケースに納めたも
のであって、局部発熱部を金属触媒担体の軸方向の一部
にのみ形成し、且つ金属触媒担体と金属ケースとの接続
を前記軸方向の一部に制限したことを特徴とする請求項
４に記載の電気加熱式触媒装置。
【請求項１０】絶縁層を介して金属箔を中心電極に接
続して巻いて金属触媒担体を形成すると共に、金属触媒
担体をもう一方の電極が接続された金属ケースに納めた
ものであって、局部発熱部を金属触媒担体の軸方向の一
部にのみ形成し、且つ金属箔と中心電極との接続を前記
軸方向の一部に制限したことを特徴とする請求項４に記
載の電気加熱式触媒装置。
【請求項１１】中心電極の電源への接続部から見て、
局部発熱部の形成された前記軸方向の一部よりも下流に
電流が流れないように、中心電極の途中にのみ絶縁部を
設け、金属箔と中心電極との接続を前記軸方向の一部に
制限したことを特徴とする請求項１０に記載の電気加熱
式触媒装置。
【請求項１２】金属製の波箔と平箔とを組み合わせて
接合した組合せ箔の表面に絶縁層を設け、これを積層し
て形成された金属触媒担体であって、組合せ箔同士を局
部的に通電可能に接合して局部発熱部を形成し、且つ組
合せ箔における波箔と平箔との接合位置、または接合面
積を任意に変更したことを特徴とする請求項４に記載の
電気加熱式触媒装置。
【請求項１３】金属製の波箔と平箔とを組み合わせて
接合した組合せ箔の表面に絶縁層を設け、これを波箔の
外側に巻いて積層する際、接合手段により最外周から最
外周組合箔の波箔の谷と、最外周組合せ箔に隣接する組
合せ箔とを局部的に通電可能に接合して、局部発熱部を
形成したことを特徴とする請求項４に記載の電気加熱式
触媒装置。
【請求項１４】金属製の波箔と平箔とを組み合わせて
接合した組合せ箔の表面に絶縁層を設け、これを積層し
て形成された金属触媒担体であって、組合せ箔同士を積
層方向外側から接合手段により局部的に通電可能に接合
された局部発熱部を形成する際、予め局部発熱部の位置
の組合せ箔の内、波箔、平箔の何れか一方の積層方向外
側の箔を切除したことを特徴とする請求項４に記載の電
気加熱式触媒装置。
【請求項１５】局部発熱部の両側の金属箔に絶縁層を
設けたことを特徴とする請求項４に記載の電気加熱式触
媒装置。
【請求項１６】表面に絶縁層を有する金属製の波箔と
平箔を交互に積層した金属触媒担体の隣接する合計２枚
の波箔と平箔とを局部的に通電可能に接合して局部発熱
部を形成したことを特徴とする請求項４に記載の電気加
熱式触媒装置。
【請求項１７】局部発熱部を点在させ、点在させた金
属箔部を内、最も電極に近い金属箔部を電極と通電可能
に接合したことを特徴とする請求項４に記載の電気加熱
式触媒装置。
【請求項１８】局部発熱部を点在させると共に、金属
触媒担体軸方向における局部発熱部の接合長さを、金属
触媒担体における局部発熱部の形成位置に応じて変更し
たことを特徴とする請求項４に記載の電気加熱式触媒装
置。
【請求項１９】金属箔を波箔と平箔との組合せて接合
した組合せ箔とし、局部発熱部近傍の組合せ箔における
波箔と平箔の接合を、他の金属触媒担体部分における組
合せ箔における波箔と平箔の接合よりも、接合点を減ら
して柔構造としたことを特徴とする請求項４に記載の電
気加熱式触媒装置。
【請求項２０】内燃機関の排気通路における排気流れ
方向の触媒担体長さに対して局部発熱部を非常に短く形
成した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２１】触媒担体の排気流れ方向にスリットを
設け、該スリットの局部的に残した担体部分を局部発熱
部としたことを特徴とする請求項２０に記載の電気加熱
式触媒装置。
【請求項２２】絶縁層を介して金属箔を積層して成る
金属触媒担体であって、前記スリットを隣の金属箔との
非接合部に設けると共に、前記スリットに前記絶縁層を
嵌め込んだことを特徴とする請求項２１に記載の電気加
熱式触媒装置。