JPH081012A

JPH081012A - 自己発熱型触媒コンバータ

Info

Publication number: JPH081012A
Application number: JP6136085A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Toyao; 哲也鳥谷尾; Hiraki Matsumoto; 平樹松本; Hirosane Aoki; 宏真青木; Tatsuya Fujita; 達也藤田; Yushi Fukuda; 雄史福田
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-06-17
Filing date: 1994-06-17
Publication date: 1996-01-09
Anticipated expiration: 2020-08-10
Also published as: JP3680320B2

Abstract

(57)【要約】【目的】自己発熱型の触媒コンバータのハニカム担体
の高抵抗化と低熱容量化を両立させ、熱伝導をも低減さ
せて、僅かな電力により触媒の活性化温度まで昇温させ
ることを可能にすると共に、耐久性の向上をも図る。【構成】触媒を担持しているハニカム担体１が金属製
の平板と波板とから構成されており、それらの一部には
多くの開口からなるスリット列２が形成されていて、ス
リット列２の部分に対してハニカムの軸方向に電流を流
す電流流入部１１および流出部が設けられる。電流流入
部１１は外筒１４の取付穴１４ａを貫通して外部へ突出
する棒状電極３を有し、棒状電極３は外筒１４に対して
セラミック碍子１５等の絶縁部材を介して電気的に絶縁
状態で固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車用の排気浄化装
置としての触媒コンバータに係り、特に触媒作用を行な
う物質の活性化を促進するために、触媒担体自体が発熱
するようにした自己発熱型触媒コンバータに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば自動車用エンジンの排気経
路内に触媒コンバータを介在させて、排気ガス中に含ま
れているＣＯ，ＨＣおよびＮＯｘ等の有害成分を無害な
気体あるいは水に変換することが行われている。しかし
ながら、単に触媒コンバータのみを用いた場合、エンジ
ンの始動初期の排ガスの温度が低い状態では、触媒物質
が活性化されないために排気ガスが浄化されにくいとい
う問題がある。

【０００３】このため、特開平２−２２３６２２号公報
に記載されたものでは、主たる触媒コンバータとは別に
自己発熱型ハニカム担体を備えている触媒コンバータを
配設し、この自己発熱型ハニカム担体に通電加熱して、
触媒物質の活性化を図ることが提案されている。この自
己発熱型ハニカム担体は、波形の凹凸が連続的に折曲形
成されて帯状をなす金属製の波板と、平坦な帯状をなす
金属製の平板とを交互に重ね合わせて、それらを巻回も
しくは積層して形成されたものである。

【０００４】従来の自己発熱型ハニカム担体において
は、ハニカム担体の中心と外側面にそれぞれ電極を設け
て、中心部から外側面に向かって電流を流すことにより
金属製の担体を発熱させるという方法を取っている。古
いものでは米国特許第３７７０３８９号明細書にも同様
な構造を有する例が記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】自己発熱型のハニカム
担体に通電して発熱、昇温させるためには、波板と平板
に所定の大きさの抵抗値を持たせる必要があるので、中
心電極から外側面に向かって電流を流す従来の自己発熱
型ハニカム担体の場合には、帯状の金属箔からなる波板
と平板の長さを十分に長く取って抵抗値を確保する必要
があった。

【０００６】その結果、従来のハニカム担体において
は、ハニカム担体自身の熱容量が増大するので、通電時
の昇温速度が極めて遅くなって、大電流を投入しなけれ
ばエンジン始動後の早期に高い浄化性能が得られないと
いう問題があった。

【０００７】また、エンジンの振動に対して十分な強度
を得るためには、波板と平板との接触部分が機械的に接
合されていることが望ましいが、電気的絶縁を保ちなが
ら波板と平板とを接合することは非常に困難である。特
に、中心電極から外側面に向かって電流を流す場合、波
板と平板を溶接によって接合すると、溶接部分によって
ハニカム担体の内層と外層が短絡されるために所定の抵
抗値を得ることができない。したがって、ハニカム担体
を単純に溶接することはできず、十分な強度を有しなが
ら電気的絶縁を保つことは非常に困難であった。

【０００８】また、従来の触媒コンバータでは、ハニカ
ム担体に通電して昇温させる際に、発生した熱が波板お
よび平板を構成する金属箔内の熱伝導により、ハニカム
担体内で素早く全体に拡がってしまうので、ハニカム担
体全体を活性化温度まで昇温させるには、非常に長い時
間を要するという問題があった。特に、熱伝導率の大き
い金属製メタル担体を用いる自己発熱型触媒コンバータ
では、大電力を供給しなければ十分な浄化性能を得るこ
とができないという大きな問題があった。

【０００９】以上述べたように自己発熱型ハニカム担体
において抵抗値の確保と熱容量の低減、および省電力と
高浄化率を両立させることは非常に困難であった。

【００１０】また、自己発熱型ハニカム担体には、９０
０℃を越える高温の排気ガスと、エンジン本体を加振源
とする強い振動が負荷されるため、極めて高い機械的耐
久性が要求される。従来のハニカム担体は板厚５０μｍ
程度の薄いステンレス鋼の箔で構成されているのに対し
て、これを保持する外筒は板厚１ｍｍを越える厚いステ
ンレス鋼板によって構成されており、ハニカム担体が高
温に晒された場合に外筒との温度差に起因して発生する
熱応力によってハニカム担体が破損するという問題があ
ったが、未だに有効な解決策がとられた例がない。自己
発熱型ハニカム担体の電極部分は、機械的耐久性は勿
論、泥や水を被った場合にも腐食しないような耐腐食性
が要求される。しかしながら、上述の従来技術において
は、自己発熱型ハニカム担体の電極部分の構造に関する
記載が全く無い上に、現在までに実用化された例もな
く、実験的には試作されたことがあるとしても、振動に
対する耐久性や、通電不良に代表される耐腐食性に関す
る信頼性等については多くの問題点を残している。

【００１１】本発明は、従来技術における上述のような
問題点に鑑み、ハニカム担体の高抵抗化と低熱容量化を
両立させると共に、ハニカム担体内での熱伝導を低減さ
せることにより、触媒物質を少量の電力によって短時間
内に活性化温度まで昇温させることができるような、し
かも十分な耐久性と高い信頼性を有する自己発熱型触媒
コンバータを得ることを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、エンジンの排気経路中に配置される自己
発熱型金属製触媒コンバータにおいて、触媒物質を担持
しているハニカム担体が金属製の平板と波板とから構成
されており、前記平板および／または波板の少なくとも
一部には開口としてのスリット部が形成されていて、そ
れらの平板と波板を交互に積層および／または巻回して
形成されており、前記平板および／または波板のスリッ
ト部に対してハニカムの軸方向に電流を流すことを可能
とする電流流入・流出部が設けられ、前記電流流入・流
出部は外筒の取付穴を貫通して外部へ突出する棒状電極
を有し、前記棒状電極は前記外筒に対して絶縁部材を介
して電気的に絶縁固定されていることを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明によれば、ハニカム担体にスリット部を
設けたことにより、従来のものに比較して高い電気抵抗
を有する平板または波板を容易に得ることができる。し
たがって、従来の如く、平板や波板に長い材料を必要と
しないため、熱容量の極めて小さいハニカム担体を実現
することができ，僅かな電力によって短時間で触媒物質
の活性化温度まで昇温させることができる。

【００１４】また、ハニカム担体の平板または波板に設
けたスリット部によって軸方向の熱伝導を極めて小さく
することができるので、昇温時の熱を触媒コンバータ内
に保熱させて昇温速度を高めることができる。そのた
め、この保熱効果によっても投入電力を小さくすること
ができる。さらに、電極取出部は、絶縁部材を介して確
実に電気的絶縁を確保しつつ、ゴム部材あるいは耐熱性
ステンレス鋼の箔材からなるガスケット部材により、確
実にシールすることができる。また、電極取出部は円環
状部材を介してハニカム担体に接合されるため、担体の
確実な固定を実現する。さらに、前記円環状部材がスリ
ット部から１ｍｍ以上離れた位置に、径方向への変形自
在に組み付けられているので、ハニカム担体の急激な熱
膨張・収縮による破損を効果的に防止することができ
る。

【００１５】

【発明の効果】本発明を実施することによって、容易に
ハニカム担体に所定の抵抗値を確保することができ、極
めて熱容量が小さく、僅かな電力によって短時間内に触
媒の活性化温度まで昇温させることができ、早期に高い
浄化性能を得ることができる耐久性に優れたハニカム担
体と、高い耐久性と、耐腐食性を有する電極構造を備え
た自己発熱型触媒コンバータを提供することが可能とな
る。

【００１６】

【実施例】以下添付の図面を参照して本発明の第１の実
施例を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例と
しての自己発熱型触媒コンバータにおいて、触媒を担持
させた自己発熱型ハニカム担体の一部を断面とした側面
を示したものである。また、図２は図１のII−II断面
図、図３は図１において矢印III −III の方向に見た正
面図、図４は図２において矢印IV−IVの方向に見た部分
的な側面図である。さらに、図５は第１実施例における
ハニカム担体に使用される金属箔からなる平板に形成さ
れるスリット列の形状を詳細に示す展開図、図６は電気
的な配線を含むハニカム担体の斜視図である。

【００１７】これらの図に示すように、第１実施例のハ
ニカム担体１においては、排気ガスの流入側となる上流
端領域１ａと、排気ガスの流出側となる下流端領域１ｂ
を除いた軸方向の中間の部分に、多数の開口の集まりで
あるスリット列２が形成されており、下流端領域１ｂに
は電流流入部である棒状電極３が取り付けられると共
に、上流端領域１ａには電流流出部である棒状電極４が
取り付けられている。棒状電極３および４は、いずれも
厚さ１ｍｍ以上の耐熱鋼から成る円環状部材５および６
（以下、これらをリングと呼ぶ）に、それぞれ後述のよ
うな手段によって接続され、これらのリング５，６を介
してハニカム担体１の上下流端領域１ａおよび１ｂと機
械的および電気的に接合されている。

【００１８】ハニカム担体１は、図５の展開図に示すよ
うに、帯状に長い金属箔からなる平板７と、同様な帯状
に長い金属箔を図６に示すように波形に成形した波板８
とを重ね合わせて渦巻き状に巻回させたものであるが、
第１実施例の場合は、平板７の上流端領域７ａと下流端
領域７ｂを除いた軸方向中間の領域に、図５や図６に示
したスリット列２を構成する多数の開口部７ｃが形成さ
れていると共に、それに対応して、図示しない波板８の
中間の領域にも同様な態様のスリット列の開口部が形成
されている。

【００１９】また、この自己発熱型ハニカム担体１で
は、上流端領域１ａと下流端領域１ｂとの間に通電する
ために、図６に示すように下流端領域１ｂ側に電源９と
スイッチ１０を接続し、上流端領域１ａ側をアースする
ことにより、スリット列２に対して軸方向に電流を流す
構成となっている。すなわち、下流端領域１ｂには図１
〜図４に示すような電流流入用の棒状電極３が接続され
ていると共に、上流端領域１ａには図２および図３に示
すような電流流出用の棒状電極４が接続されており、こ
れらの棒状電極３，４を通して電流がハニカム担体１に
流入し、かつ流出するようになっている。

【００２０】上述のように、第１実施例のハニカム担体
１のスリット列２は、図５に示す平板７について言え
ば、幅ｆの上流端領域７ａと幅ｈの下流端領域７ｂとの
間に形成される。このスリット列２は、渦巻方向に長さ
ｂ、軸方向に長さｄを有する略長方形の形状をなす開口
部７ｃが、間隔ｃの位置を渦巻方向に長さｂの半分の長
さｂ／２の分だけ軸方向に互いにずらせて複数個形成す
ると共に、図示しない波板８にも、材料となる金属箔を
波形に成形する前に、平板７の開口部７ｃと同様な開口
部を予め形成することにより、平板７および波板８の双
方が対応する領域において共にスリット列２を形成する
ようにしたものである。

【００２１】なお、平板７および波板８の材質として
は、Ｃｒが１８〜２４ｗｔ％，Ａｌが４．５〜５．５ｗ
ｔ％，希土類金属（ＲＥＭ）が０．０１〜０．２ｗｔ％
で残部がＦｅからなるＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ組成のものを使
用し、その板厚は、ｔ＝０．０３〜０．０５とする。

【００２２】次に、第１の実施例としての自己発熱型コ
ンバータの電流流入部の構造について詳細に説明する。
電流流入部１１は、図１に示すようにハニカム担体１に
接合されるリング６に取り付けられるもので、リング６
は一般的な耐熱ステンレス鋼、例えばＳＵＳ３０４、あ
るいはＳＵＳ４３０製で、その板厚は０．５〜２ｍｍで
ある。リング６は担体１のスリット列２が形成されてい
る範囲から軸方向に１ｍｍ以上離れた位置に配設され、
担体１の下流端領域１ｂに対して例えばレーザ溶接、ろ
う付け、抵抗溶接等の方法で接合されるが、好ましくは
下流端領域１ｂの全域ではなく一部の範囲内で接合され
ている構成が良い。詳細に説明しないが、スリット列２
との距離、上流端領域１ａとの接合方法については、電
流流出部１２も電流流入部１１と概ね同様である。

【００２３】また、後で説明する図９にも示すように、
リング５の上流側端面は、それを排気管へ組付ける時に
ガスケットを保持することを目的として部分的な突出部
が設けられている。リング５は、上記突出部以外の部分
で上流側フランジ１３と接合されている。

【００２４】図７は、図１における電流流入部１１の部
分を拡大して示したものである。電流流入部１１の構成
部品である棒状電極３は、耐熱ステンレス鋼ＳＵＳ３０
４、あるいはＳＵＳ４３０等からなり、外筒１４の取付
穴１４ａを貫通して外部へ突出すると共に、Ａｌ₂Ｏ₃
を９２％含む部分的に半径が大きくなった一対の絶縁固
定用セラミック碍子１５を支え、同時にリング６との接
合部となる座１６を有する構造となっている。

【００２５】また、外筒１４には電極取付穴１４ａに
は、外筒１４と同様に耐熱ステンレス鋼ＳＵＳ３０４、
あるいはＳＵＳ４３０等からなり、円筒形状の絶縁固定
用セラミック碍子１５を覆う覆い部材１７が配設されて
いる。この覆い部材１７には、棒状電極３を貫通して、
それと電気的に絶縁を保った状態で、耐熱ステンレス鋼
ＳＵＳ３０４、あるいはＳＵＳ４３０製の円盤状のプラ
グ１８が圧入されており、プラグ１８と覆い部材１７と
を溶接接合することによって、棒状電極３が外筒１４対
して確実に絶縁固定される。

【００２６】一方、電流流入用の導線１９には、円筒形
状の第１の耐熱ステンレス鋼製パイプ２０がかしめられ
ており、このステンレス鋼製パイプ２０と棒状電極３と
が溶接によって固定されている。この場合、棒状電極３
の先端を円筒形状のステンレス鋼製パイプ２０と同一の
形状に加工しておけば、そのまま導線１９を棒状電極３
にかしめ加工によって固定することが可能であり、ステ
ンレス鋼製パイプ２０と棒状電極３とを固定するための
溶接工程を省くことが出来ることは言うまでもない。

【００２７】また、電流流入用の導線１９に取付られた
ステンレス鋼製パイプ２０は、外筒１４から近い部分を
絶縁用セラミック繊維２１によって被覆し、外筒から遠
い部分を防水性の耐熱シリコンゴム２２によって被覆し
た後、その上に第３の耐熱ステンレス鋼製パイプ２３を
被せてかしめ加工によって圧着する。ステンレス鋼製パ
イプ２３の下端部には電極覆い部材１７が溶接により固
定される。溶接箇所を符号２４によって示す。なお、本
実施例では、防水性を高めるためにシリコンゴム２２を
被覆したが、絶縁用セラミック繊維２１のみでも、ある
程度の耐久性が得られることは言うまでもない。

【００２８】この場合、耐熱シリコンゴム２２は、溶接
箇所２４から十分な距離が確保された場所に取付られて
いるため、第３の耐熱ステンレス鋼製パイプ２３の溶接
時の熱によって溶損することはなく、電流流入用の導線
１９は、信頼性の高い状態で第３の耐熱ステンレス鋼製
パイプ２３や電極覆い部材１７、および外筒１４と絶縁
固定され得る。さらに、耐熱性シリコンゴム２２は、ハ
ニカム担体１の最外周より約３０ｍｍの位置に取付られ
ているので、この自己発熱型触媒コンバータの使用時に
おいても２００℃を越える高温になることはなく、実際
に使用された時においても溶損の心配はない。

【００２９】また、図１の断面II−II部を示す図２に見
られるように、この自己発熱型触媒コンバータにおいて
は、耐熱ステンレス鋼ＳＵＳ３０４、あるいはＳＵＳ４
３０製で、貫通穴を有しないものの円盤状のプラグ１８
と略同一の形状に加工された円盤状のプラグ２５によ
り、電極覆い部材１７を完全に密閉することにより、電
流流入用導線１９を取付けないダミ−電極２６を、円周
上に１２０度間隔で２個形成している。

【００３０】このダミ−電極２６は、電極覆い部材１７
と、部分的に半径が大きく一対の絶縁固定用セラミック
碍子１５を支えるための座１６を有する電流流入棒３’
と、円盤状のプラグ２５とによって構成されている。ま
た、電流流入棒３’と円盤状のプラグ２５は、電気的絶
縁を保つように隙間を設けて取付けられている。このよ
うに、この自己発熱型触媒コンバータのハニカム担体１
は、図２に示すように、円周方向に３点で外筒１４に対
して絶縁固定されている。

【００３１】同様に、第１の実施例における自己発熱型
コンバータのハニカム担体１における電流流出部１２の
構造について詳細に説明する。図８は、図２の電流流出
部１２の拡大図を示したものである。電流流出部１２
は、電流流出用の導線２７をかしめ加工によって圧着し
た円筒形状の第２の耐熱ステンレス鋼製パイプ２８の先
端を平板状に押圧加工して、この平板状部分２８ａと外
筒１４とを直接に溶接固定した構造となっている。

【００３２】第２のステンレス鋼製パイプ２８と電流流
出用の導線２７との継目は、防水性の耐熱シリコンゴム
２９で被覆した後、その上に第４のステンレス鋼製パイ
プ３０を被せて、かしめ加工により圧着することにより
防水構造を構成している。前述の電流流入部１１がハニ
カム担体１からの熱伝導を考慮する必要があったのに対
し、電流流出部１２は外筒１４からの熱伝導を考慮すれ
ば十分であるため、この電流流出部１２におけるシリコ
ンゴム２９の取付位置は、電流流入部１１よりも約１０
ｍｍ程度短くてよい。すなわち、シリコンゴム２９は、
外筒１４から約２０ｍｍの位置に取付けられることによ
って、実際に使用された時の溶損を防止することができ
る。

【００３３】しかしながら、上述の構造とは別に、最も
簡単に、電流流出部を構成する場合にば、アース側であ
る電流流出部の導線２７は、排気管のフランジ等に直接
に溶接するか、あるいは電流流出部の導線２７に図示し
ないターミナルを圧着した後にネジ締めによって固定し
てもよい。

【００３４】ここで、コスト的に許容されるならば、自
己発熱型触媒コンバータに通電した時に発生する恐れが
あるノイズを考慮して、電流流出部も電流流入部１１と
同様な構造とし、ハニカム担体１を完全に排気管からフ
ローティング状態で固定することが最も優れた方法であ
ることは言うまでもない。

【００３５】次に、第１実施例の自己発熱型触媒コンバ
ータの製造方法を図９から図１３を用いて説明する。ま
ず、図９に示す第１工程であるハニカムの成形方法を図
１０と図１１によって詳細に説明する。

【００３６】予め材料である平坦な帯状の金属箔７’ま
たは８’に加工されるスリット列２の開口部７ｃまたは
８ｃは、図１１に示すように、円盤状のトムソン刃３１
を軸方向に、必要なスリット状の開口の数だけ重ねあわ
せた上下のローラ３２および３３により形成される。ス
リット列２が加工された平板状の金属箔を、図１０に示
すように、製造したいハニカム体１の左右両方向から導
き、その一方の金属箔７’を、噛み合っている一対の歯
車のような形状の波板成形用ローラ３４および３５の間
を通すことによって波板加工し、この波板８と平板７の
スリット列２が相対向するように、所定寸法まで巻回し
てハニカム体１を形成する。

【００３７】第１実施例おけるハニカム担体１は、直径
６６mm，長さ６７ｍｍの寸法を有する。また、平板７お
よび波板８は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ−ＲＥＭ製で，板厚
０．０５mmの材料を使用しており、スリット２は、図５
に示す各部分の寸法が、ｂ＝３０mm，ｃ＝５mm，ｄ＝
０．３５mm，ｅ＝０．３５mm，ｆ＝１１mm，ｇ＝２６．
２５mm，ｈ＝２９．７５mmとしている。また、波板６
は、波の高さ１．４５mm，波のピッチ４．７５mmとして
いる。平板７と波板８は、図１０に示すように、波板８
の山部と谷部を、それぞれ上下２方向からＹＡＧレーザ
溶接機３６および３７によってレーザビーム溶接しなが
ら巻回する。３８は溶接箇所検出用のレーザ変位計であ
り、４０および４１は光ファイバケーブルであって、Ｙ
ＡＧレーザ溶接機３６，３７から照射されるレーザビー
ムを分岐するためのものである。

【００３８】図９に示す第２工程は、第１工程において
製造したハニカム担体１に電極流入用棒状電極３および
３’を溶接するために使用する電極リング５および６の
加工工程である。この拡大図を図１２および図１３に示
す。図１２はハニカム担体１を組み付ける前の電極リン
グの形状を示しており、図１３は組み付け後の状態を示
している。第３工程は電極リング５および６にハニカム
担体１を取り付けるためのレーザ溶接工程である。

【００３９】この場合、このハニカム担体１の最外周
は、波板８を２枚重ねにした状態となっている。これ
は、電極リング５および６とハニカム担体１をレーザ溶
接する際に、ハニカム担体１の金属箔と電極リング５お
よび６との熱容量の差によって発生する金属箔の溶損お
よび溶接割れを防止するための構造である。

【００４０】また、この段階では、電極リング５および
６は、ステンレス鋼の板材から、電極リング５および６
が連結部４２によって繋がった形に打ち抜き加工され、
リングの部分が円筒状に成形された後にハニカム担体１
に組付けられる。ここで、電極リング５および６の周方
向の合わせ目には、それぞれ微小な幅の隙間６７が開形
成されており、円周は閉じていない。またその隙間は溶
接によって閉じられることもない。電極リング５と６を
接続している連結部４２は、それに続く担持工程を考慮
して、ハニカム１に接触しないようにリング５および６
よりも外径側に張り出した形状となっている。また、連
結部４２を省略し、リング５，６を別々に組み付ける構
成とすることも可能であることは言うまでもない。

【００４１】次に、ハニカム１の構造物をγ−Ａｌ₂Ｏ
₃を含有したスラリー中に含浸した後に焼成するウォッ
シュコート工程を行い、その後、触媒金属、例えばＰ
ｔ，Ｐｈを溶解した水溶液中に含浸して、再度、焼成す
る。その結果、ハニカム担体１にγ−Ａｌ₂Ｏ₃と触媒
物質とが付着し、触媒機能が付加され、触媒コンバータ
を得ることができる。以上の担持工程完了後、連結部４
２は切りとられる。

【００４２】第５工程および第６工程はハニカム担体１
を被覆する断熱材の切出工程とその組付工程である。断
熱材は短繊維セラミック材料４３を長繊維セラミック材
料４４によって被覆し、排ガス流による短繊維セラミッ
ク材料４３の飛散を防止している。

【００４３】第７工程および第８工程は、３つの部分に
分割された外筒１４の加工工程と、その組付工程であ
る。前述のように外筒１４には電流流入部１１の覆い部
材１７が貫通する取付穴１４ａが加工されており、この
取付穴１４ａに電流流入部１１をはめ込むことにより外
筒１４を位置決めし、溶接によってハニカム担体１を固
定する。

【００４４】第９工程および第１０工程は上流側フラン
ジ１３および下流側フランジ４６の加工工程とその組付
工程である。第１０工程において、上流側フランジ１３
はリング５と外筒１４に溶接されるが、リング５とは部
分的に接合され、熱伝導によるハニカムからの放熱を抑
制する構成とすることが望ましい。第１０工程では、さ
らに電流流出部１２の組付けを行い、電流流入用導線１
９と電流流出用導線２７を取り付けてシール処理を行い
う。以上の工程を行うことにより、本発明の自己発熱型
触媒コンバータを製造することができる。

【００４５】第１実施例においては、図５に示したよう
な開口部７ｃからなるスリット列２を設けた場合に、ス
リット列２によって残された箔部分（ｂ−ｃ）／２×ｄ
の一本が約１Ω程度の抵抗値を有することになり、全体
としては０．１４Ω程度の高抵抗体を成立させることが
できる。以上の構成の自己発熱型ハニカム担体１にエン
ジン始動後、直ちに１０〜１２Ｖで約７０〜８５Ａの電
流が流れる。

【００４６】図１４は、実施例の自己発熱型触媒コンバ
ータ４７をエンジン４８の排気通路４９の途中に設けた
エンジンの排気系統の全体構成を示したものである。図
中、５０は自己発熱型触媒コンバータ４７の下流側に接
続して設けられた熱容量の小さいサブ触媒を示してお
り、５１はサブ触媒５０のさらに下流側に接続された熱
容量の大きいメイン触媒を示している。５２は二次空気
の取り入れ口を示す。エンジン４８と実施例の自己発熱
型触媒コンバータ４７との間隔は０．３乃至１．５ｍ程
度とする。５３はエンジンの運転制御を行う電子式制御
装置であって、これには各種のセンサによって検出され
るエンジン回転数や水温、バッテリ電圧等の信号が入力
され、リレー５４等に制御信号が出力される。従って、
電子式制御装置５３の指令によって、リレー５４が棒状
電極３および４の間のハニカム担体１へ流すバッテリ５
５からの電流を断続制御することになる。なお、図１４
における５７は発電機を示す。

【００４７】図１５は、図１４において、実施例の自己
発熱型触媒コンバータ４７を直列４気筒２０００ｃｃの
エンジン４８の排気マニホルド５６から０．３ｍの位置
に取付け、そのエンジン４８を搭載した自動車をＬＡ＃
４パターンによって走行させた場合の昇温特性を示した
線図であって、図１６はその時のガス濃度を示した線図
である。

【００４８】図１５から明らかなように、実施例の自己
発熱型触媒コンバータ４７の内部に収容されている前述
のようなハニカム担体１の内部温度は、約１０ｓｅｃの
時点で早くも４００℃に達し、約２０ｓｅｃの時点では
（２０ｓｅｃまではエンジン４８はアイドリング状態）
自己発熱型ハニカム担体１は６００℃に加熱され、それ
によって触媒物質が活性化し、走行開始と同時に多量に
排出される排気ガスを浄化することができる。その結
果、図１６に示すように、極めて高い浄化性能早期から
が得られる。

【００４９】このように第１実施例の自己発熱型ハニカ
ム担体１では、平板７および波板８にスリット列２を設
けることによって、上流端領域１ａと下流端領域１ｂと
の間容易に高抵抗体を構成することができるので、従来
のように抵抗値を得るために金属箔を長く取る必要がな
く、低熱容量の極めてものを実現することができる。従
って、このハニカム担体１に電流を流すことによって、
僅かな電力で短時間に十分な温度まで昇温させることが
でき、触媒物質を迅速に活性化させることが可能にな
る。

【００５０】さらに、平板７および波板８に形成された
スリット列２が自己発熱型ハニカム担体１の軸方向に、
スリット間隔の位置を軸方向に交互に長さの半分だけず
らしているため、金属箔上を熱が伝わるときに大きく迂
回することになるので、従来のスリット列を持たない自
己発熱型ハニカム担体と比較して、熱伝導が極めて小さ
くなっている。

【００５１】例えば、図５に示し先に具体的に示したス
リット寸法のものでは、その比は約６×１０^-4倍とな
り、通電昇温時の熱は、自己発熱型ハニカム担体１内に
保熱されやすくなる。従って、昇温開始後、触媒物質の
活性化温度に到達する箇所がハニカム担体１内に早期に
発生し、この部分において早くから行われる触媒による
排気ガスの浄化作用の触媒反応熱を受けて、他の部分が
加熱されて二次的に活性化されるため、投入電力が少な
くてもサブ触媒５０やメイン触媒５１の全体が早期に活
性化して高い浄化率が得られる。

【００５２】さらに、実施例の自己発熱型ハニカム担体
においては、波板８と平板７の触媒担持部分がレーザ溶
接されているため、熱負荷やエンジン振動に対して極め
て強く、優れた耐久性を有している。また、通電開始時
に、スリット列２が他の部分にさきがけて昇温し、これ
に伴って、スリット列２の境界部には温度差による急激
な熱膨張差が発生するが、電極リング５および６がスリ
ット列２から軸方向に１ｍｍ以上距離をおいて取り付け
られているため熱応力が緩和され、耐熱負荷性にもすぐ
れた構成となっている。

【００５３】図１５および図１６に特性を示した第１実
施例の自己発熱型触媒コンバータ４７は、排気ガスの熱
を受けて早期に昇温することができるように、ハニカム
担体１を排気マニホルド５６に近接して取付けた例であ
るが、このような場所は自動車の走行中の高温の排気ガ
スや、エンジンの振動に直接にさらされる非常に厳しい
環境下であるともいえる。しかしながら、この自己発熱
型ハニカム担体１の電流流入部１１は、外筒１４等と完
全に絶縁を保った状態で溶接によって固定されており、
また、電流流入部１１および電流流出部１２ともシリコ
ンゴム２２，２９により防水対策が施されているため、
熱負荷やエンジンの振動に対しては極めて強く、耐久性
や耐腐食性に問題を生じることはない。

【００５４】なお、第１実施例においては、自己発熱型
ハニカム担体１に触媒を担持させた自己発熱型触媒コン
バータ４７を構成した。しかしながら、ハニカム担体に
おいて触媒を担持していない部分にスリット列２と同様
なようなものを設けても、また、自己発熱型ハニカム担
体自体１が小型であっても、触媒物質の活性化のために
十分な発熱量を得ることができる。

【００５５】図１７〜図１９に、自己発熱型触媒コンバ
ータの電極部に特徴を有する本発明の第２の実施例を示
す。図１７は第２実施例の自己発熱型触媒コンバータ５
８の全体の構成を一部断面として示すもので、図１８は
電流流入部５９の拡大図、図１９は構成部品の展開図で
ある。

【００５６】第２実施例において、耐熱ステンレス鋼Ｓ
ＵＳ３０４、あるいはＳＵＳ４３０製の電流流入部５９
の構成部品である棒状電極６０は、第１の実施例の場合
と同様に、外筒１４の電極取付穴１４ａを貫通して外筒
１４の外部へ突出しているとともに、絶縁固定用のセラ
ミック碍子６１を支えるために、図１９に示すように部
分的に半径が大きくなった座６２を形成している。ま
た、外筒１４には電極取付穴１４ａに、外筒１４と同材
質であって、耐熱ステンレス鋼ＳＵＳ３０４、あるいは
ＳＵＳ４３０から製作された円筒形状の絶縁固定用セラ
ミック碍子６１の覆い部材６３が配設されている。

【００５７】さらに、棒状電極６０の先端にはネジ加工
が施されており、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ−ＲＥＭ製で，板厚
０．０５mmの材料よりなる排気ガスシール用のガスケッ
ト６４が５枚と、絶縁固定用のセラミック碍子６５、さ
らに排気ガスシール用のガスケット６４を５枚挟んで、
耐熱ステンレス鋼ＳＵＳ３０４製のナット６６によって
ネジ締め固定され、その後、ナット６６と棒状電極６０
が溶接固定された構造となっている。

【００５８】また、電流の流入導線は、その端部に圧着
固定されたターミナルを、棒状電極６０に形成されたネ
ジに螺合する図示しない２個のナットによって螺着する
と共に、溶接することによって棒状電極６０に接続す
る。さらに、図示しないがアース側である電流流出部
は、ターミナルを圧着した電流流出部の導線を直接に排
気管のフランジ等に固定する構造となっている。

【００５９】以上のような第２実施例の構成によれば、
ハニカム担体１の内部と外部との間は完全にシールさ
れ、第１の実施例の場合と同様な防水構造が実現する。
なお、第２実施例においては、棒状電極６０に絶縁固定
用セラミック碍子６１を支えるための座６２を形成する
構造としたが、これに代わって、ナットを用いてもよ
く、２つのナットによって、絶縁固定用セラミック碍子
６１および６５を固定してもよい。

【００６０】図２０〜図２２に、自己発熱型触媒コンバ
ータの電極リングに特徴を有する本発明の第３の実施例
を示す。図２０は第３実施例の電極リングのみの形状を
示す斜視図であって、図２１は図２０の電極リングに前
述の例におけるものと同様なハニカム担体１を組み付け
た状態の斜視図である。

【００６１】第３実施例において、電極リング５および
６は、それぞれ３つの部分５ａ，５ｂ，５ｃと６ａ，６
ｂ，６ｃに分割されており、各分割片５ａ，５ｂ，５ｃ
と６ａ，６ｂ，６ｃは、それぞれ対応するものに対して
軸方向の連結部４２によって接続されている。そして、
各分割片と連結部４２との結合体は、隣接する分割片５
ａ，５ｂ，５ｃ或いは６ａ，６ｂ，６ｃの間に円周方向
の微小な隙間６７を残してハニカム担体１の外側に接合
される（図２１参照）。その後、第１実施例の場合と同
様に、触媒担持工程の完了後に３本の連結部４２が除去
される。それ以降は、図９に示した第１実施例の場合と
同じ工程を経て触媒コンバータとして完成する。なお、
第３実施例では電極リング５および６をそれぞれ３つの
分割片５ａ，５ｂ，５ｃと６ａ，６ｂ，６ｃに分割する
例を示したが、分割の数はこれに限られる訳ではない。

【００６２】図２２は第３実施例の変形例を示すもの
で、図２０と対比すれば明らかなように、電極リング５
および６は、隙間６７に相当する部分やその他の部分に
おいて数個の深い切り込み６８を形成されているが、そ
れでも分割されることなく相互に繋がって円環状をなし
ている。隙間６７が形成されていることによって、電極
リング５および６は外径を拡張する方向への変形が可能
になり、隙間６７を設けた第１実施例や第３実施例の場
合と同様な効果を奏することができる。触媒担持工程以
降の製造工程は図９に示した第１実施例の場合と同様で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の自己発熱型触媒コンバータの一部
を断面とした側面図である。

【図２】図１におけるII−II断面図である。

【図３】図１において矢印III の方向に見た正面図であ
る。

【図４】図２において矢印IVの方向に見た部分的な側面
図である。

【図５】第１実施例におけるハニカム担体に使用される
平板に形成されたスリット列の形状を詳細に示す展開図
である。

【図６】第１実施例におけるハニカム担体の斜視図であ
る。

【図７】第１実施例における電流流入部の拡大断面図で
ある。

【図８】第１実施例における電流流出部の拡大断面図で
ある。

【図９】第１実施例の自己発熱型触媒コンバータの製造
工程を示す工程図である。

【図１０】第１実施例におけるハニカム担体の製造装置
を示す斜視図である。

【図１１】第１実施例における金属箔にスリット列を加
工する装置の斜視図である。

【図１２】ハニカム担体を組み付ける前の電極リングの
形状を示す斜視図である。

【図１３】電極リングとハニカム担体を組み付けた後の
状態を示す斜視図である。

【図１４】エンジンの排気系統の全体構成を示す概念図
である。

【図１５】第１実施例の自己発熱型ハニカム担体の昇温
特性を例示する線図である。

【図１６】第１実施例の自己発熱型触媒コンバータを使
用した場合のガス濃度を例示する線図である。

【図１７】第２実施例におけるハニカム、外周リング、
および電極の接合状態を一部断面として示す側面図であ
る。

【図１８】図１７の一部である電流流入部を拡大して示
す断面図である。

【図１９】図１８に示す電流流入部の分解斜視図であ
る。

【図２０】第３実施例の電極リングの形状を示す斜視図
である。

【図２１】図２０の電極リングとハニカム担体を組み付
けた状態を示す斜視図である。

【図２２】第３実施例の電極リングの変形例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１…自己発熱型ハニカム担体１ａ…上流端領域１ｂ…下流端領域２…スリット列３，４…棒状電極５，６…電極リング７…平板７ａ…上流端領域７ｂ…下流端領域７ｃ…開口部８…波板１１…電流流入部１４…外筒１５…絶縁固定用セラミック碍子１６…座１７…電極覆い部材１８…プラグ１９…導線（電流流入用）２０…第１の耐熱ステンレス鋼製パイプ２１…絶縁用セラミック繊維２２…防水性の耐熱シリコンゴム２３…第３の耐熱ステンレス鋼製パイプ２４…溶接箇所２５…円盤状のプラグ２６…ダミ−電極２７…導線（電流流出用）２８…第２の耐熱ステンレス鋼製パイプ２９…防水性の耐熱シリコンゴム３０…第４のステンレス鋼製パイプ３１…トムソン刃３６，３７…ＹＡＧレーザ溶接機４３…短繊維セラミック材料４４…長繊維セラミック材料４７…自己発熱型触媒コンバータ（第１実施例）４８…エンジン５０…サブ触媒５１…メイン触媒５３…電子式制御装置５８…自己発熱型触媒コンバータ（第２実施例）５９…電流流入部６０…棒状電極６１…セラミック碍子６２…座６３…電極覆い部材６４…ガスケット６５…セラミック碍子６６…ナット６７…隙間６８…切り込み

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｂ０１Ｄ 53/94 Ｂ０１Ｊ 35/02 ＺＡＢＧＦ０１Ｎ 3/20 ＺＡＢＫ (72)発明者藤田達也愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (72)発明者福田雄史愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排気経路中に配置される自己
発熱型金属製触媒コンバータにおいて、触媒物質を担持
しているハニカム担体が金属製の平板と波板とから構成
されており、前記平板および／または波板の少なくとも
一部には開口としてのスリット部が形成されていて、そ
れらの平板と波板を交互に積層および／または巻回して
形成されており、前記平板および／または波板のスリッ
ト部に対してハニカムの軸方向に電流を流すことを可能
とする電流流入・流出部が設けられ、前記電流流入・流
出部は外筒の取付穴を貫通して外部へ突出する棒状電極
を有し、前記棒状電極は前記外筒に対して絶縁部材を介
して電気的に絶縁固定されていることを特徴とする自己
発熱型触媒コンバータ。
【請求項２】請求項１記載の自己発熱型触媒コンバー
タにおいて、前記棒状電極は、前記外筒に対して前記絶
縁部材とガスケット部材を介して電気的に絶縁固定され
ていることを特徴とする自己発熱型触媒コンバータ。
【請求項３】請求項２記載の自己発熱型触媒コンバー
タにおいて、前記ガスケット部材は数枚の耐熱製ステン
レス鋼板であって、好ましくは、板厚０．０３から０．
２のＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ製のステンレス鋼の箔であること
を特徴とする自己発熱型触媒コンバータ。
【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載の自己
発熱型触媒コンバータにおいて、前記外筒の外部に突出
させた電流流入および／または流出部である前記棒状電
極にはネジ加工が施されており、前記棒状電極は絶縁部
材を介して前記外筒に対して一対のナットによって螺着
されることにより固定されていることを特徴とする自己
発熱型触媒コンバータ。
【請求項５】請求項４記載の自己発熱型触媒コンバー
タにおいて、電流流入および／または流出部の前記棒状
電極は、前記外筒に対して螺着された後に、少なくとも
前記外筒よりも外側の前記ナットが前記棒状電極と溶接
によって固定されていることを特徴とする自己発熱型触
媒コンバータ。
【請求項６】請求項１から５のいずれかに記載の自己
発熱型触媒コンバータにおいて、前記外筒の外部に突出
させた電流流入および／または流出部である前記棒状電
極は、前記外筒に対して内側方向に、前記外筒に固定さ
れる絶縁部材を支持するために、前記棒状電極よりも半
径が大きい座となる部分を備えていることを特徴とする
自己発熱型触媒コンバータ。
【請求項７】請求項１から６のいずれかに記載の自己
発熱型触媒コンバータにおいて、前記外筒の外部に突出
させた少なくとも電流流入または流出部の一方の棒状電
極の外筒取付穴には、前記外筒と同材質であって、少な
くとも前記外筒よりも内側に入る絶縁部材を覆う円筒形
状の覆い部材が配設されており、前記棒状電極を貫通し
て、前記棒状電極と電気的に絶縁を保った状態で、前記
外筒に対して圧入、あるいは溶接固定、あるいはそれら
の両方の手段によって固定されていることを特徴とする
自己発熱型触媒コンバータ。
【請求項８】請求項７記載の自己発熱型触媒コンバー
タにおいて、電流流入および／または流出部に配設され
た前記絶縁部材の少なくとも１個以上の前記覆い部材
に、前記棒状電極に対して電気的に絶縁を保った状態
で、圧入、あるいは溶接固定、あるいはその両方の手段
によって固定される円盤状のプラグを備えていることを
特徴とする自己発熱型触媒コンバータ。
【請求項９】請求項７記載の自己発熱型触媒コンバー
タにおいて、前記電流流入部に配設された前記絶縁部材
の少なくとも１個以上の前記覆い部材に、前記棒状電極
を貫通する貫通穴を有し、前記棒状電極に対して電気的
に絶縁を保った状態で、圧入、あるいは溶接固定、ある
いはその両方の手段によって固定される円盤状のプラグ
を備えていることを特徴とする自己発熱型触媒コンバー
タ。
【請求項１０】請求項１から９のいずれかに記載の自
己発熱型触媒コンバータにおいて、電流流入および／ま
たは流出部の前記棒状電極は、円筒形状の第１のステン
レス鋼製パイプおよび／または第２のステンレス鋼製パ
イプにかしめられた電流流入および／または流出用の導
線と、ネジ締め、あるいは溶接固定、あるいはその両方
の手段によって固定されていることを特徴とする自己発
熱型触媒コンバータ。
【請求項１１】請求項１から９のいずれかに記載の自
己発熱型触媒コンバータにおいて、電流流入および／ま
たは流出部の前記棒状電極の少なくとも１つ以上の先端
形状は、前記電流流入および／または流出用導線と、か
しめ固定することができるように、円筒形状のくぼみを
備えていることを特徴とする自己発熱型触媒コンバー
タ。
【請求項１２】請求項１から９のいずれかに記載の自
己発熱型触媒コンバータにおいて、電流流出部の前記棒
状電極部は、先端が平板状態につぶされた円筒形状の第
２のステンレス鋼製パイプにかしめられた電流流入用の
導線と、前記外筒とを直接に溶接によって固定されてい
ることを特徴とする自己発熱型触媒コンバータ。
【請求項１３】請求項１０から１２のいずれかに記載
の自己発熱型触媒コンバータにおいて、第１および／ま
たは第２のステンレス鋼製パイプは、その外周を防水性
の耐熱ゴム、好ましくはシリコンゴムによって被覆した
後、第１のステンレス鋼製パイプを被覆する第３のステ
ンレス鋼製パイプ、および／または第２のステンレス鋼
製パイプを被覆する第４のステンレス鋼製パイプによっ
てかしめられ、前記第３、および／または第４のステン
レス鋼製パイプは、前記外筒あるいは前記電極覆い部材
と溶接、あるいは、ねじ固定、あるいはその両方によっ
て固定されていることを特徴とする自己発熱型触媒コン
バータ。
【請求項１４】請求項１０から１２のいずれかに記載
の自己発熱型触媒コンバータにおいて、前記第１および
／または第２のステンレス鋼製パイプは、その外周をセ
ラミック繊維によって被覆した後、前記第１および／ま
たは第２のステンレス鋼製パイプを被覆する前記第３の
ステンレス鋼製パイプ、および／または前記第２のステ
ンレス鋼製パイプを被覆する前記第４のステンレス鋼製
パイプによってかしめられ、前記第３および／または第
４のステンレス鋼製パイプは、前記外筒あるいは電極覆
い部材と溶接、あるいは、ねじ固定、あるいはその両方
によって固定されていることを特徴とする自己発熱型触
媒コンバータ。
【請求項１５】請求項１０から１２のいずれかに記載
の自己発熱型触媒コンバータにおいて、前記第１および
／または第２のステンレス鋼製パイプは、その外周の前
記外筒に近い部分をセラミック繊維によって被覆し、前
記外筒から遠い部分を防水性の耐熱ゴム、好ましくはシ
リコンゴムによって被覆した後、前記第１のステンレス
鋼製パイプを被覆する前記第３のステンレス鋼製パイ
プ、および／または前記第２のステンレス鋼製パイプを
被覆する前記第４のステンレス鋼製パイプによってかし
められ、前記第３および／または第４のステンレス鋼製
パイプは、前記外筒あるいは前記電極覆い部材と溶接、
あるいは、ねじ固定、あるいはその両方によって固定さ
れていることを特徴とする自己発熱型触媒コンバータ。
【請求項１６】請求項１３あるいは１５のいずれかに
記載の自己発熱型触媒コンバータにおいて、前記第１お
よび／または第２のステンレス鋼製パイプに被覆される
防水性の耐熱ゴムは、ハニカム担体から３０ｍｍ以上離
れた位置に配設された後に、前記第１のステンレス鋼製
パイプを被覆する前記第３のステンレス鋼製パイプ、お
よび／または前記第２のステンレス鋼製パイプを被覆す
る前記第４のステンレス鋼製パイプによってかしめら
れ、前記第３および／または第４のステンレス鋼製パイ
プは、前記外筒あるいは前記電極覆い部材と溶接、ある
いは、ねじ固定、あるいはその両方によって固定されて
いることを特徴とする自己発熱型触媒コンバータ。
【請求項１７】請求項１３あるいは１５のいずれかに
記載の自己発熱型触媒コンバータにおいて、前記第１お
よび／または第２のステンレス鋼製パイプに被覆される
防水性の前記耐熱ゴムは、前記外筒から２０ｍｍ以上離
れた位置に配設されていることを特徴とする自己発熱型
触媒コンバータ。
【請求項１８】請求項１６または１７のいずれかに記
載の自己発熱型触媒コンバータにおいて、電流流入およ
び／または流出部が、前記ハニカム担体のスリットが形
成された部分を挟む上流側と下流側の円筒面にそれぞれ
設置された略円環状の部材に接合され、前記略円環状の
部材を介してハニカム担体に接合されていることを特徴
とする自己発熱型触媒コンバータ。
【請求項１９】請求項１８に記載の自己発熱型触媒コ
ンバータにおいて、前記略円環状の部材が、前記ハニカ
ム担体のスリット形成部から上流側および下流側へそれ
ぞれ１ｍｍ以上離れた位置に配設されていることを特徴
とする自己発熱型触媒コンバータ。
【請求項２０】請求項１９に記載の自己発熱型触媒コ
ンバータにおいて、前記略円環状の部材が、円環径を広
げる方向に変形可能な構造を有していることを特徴とす
る自己発熱型触媒コンバータ。
【請求項２１】請求項２０に記載の自己発熱型触媒コ
ンバータにおいて、前記略円環状の部材が、それぞれ一
枚のステンレス鋼板から形成され、円環状に閉じていな
いことによって、円環径を広げる方向に変形可能に構成
されていることを特徴とする自己発熱型触媒コンバー
タ。
【請求項２２】請求項２０に記載の自己発熱型触媒コ
ンバータにおいて、前記略円環状の部材が、それぞれ少
なくとも二枚のステンレス鋼板から形成され、円環状に
閉じていないことによって、円環径を広げる方向に変形
可能に構成されていることを特徴とする自己発熱型触媒
コンバータ。
【請求項２３】請求項２０に記載の自己発熱型触媒コ
ンバータにおいて、前記略円環状の部材が、円筒面に少
なくとも一箇所のたわみ部を有することによって、円環
径を広げる方向に変形可能に構成されていることを特徴
とする自己発熱型触媒コンバータ。
【請求項２４】請求項２０から２３のいずれかに記載
の自己発熱型触媒コンバータにおいて、前記略円環状の
部材が、ハニカムコンバータの上流側と下流側の少なく
とも一方の開口端にガスケットを保持するための部分円
管状の突出部を備えていることを特徴とする自己発熱型
触媒コンバータ。