JPH09220478A - 電気加熱式触媒装置用メタル担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気加熱式触媒装置用メタル担体の電気抵抗
値が担体ごと及び個々の担体において常に一定であるこ
と。 【解決手段】 波板材１、平板材２、絶縁用波板３を重
ねロール状に巻き回して形成したハニカム体１０の巻始
めと巻終りを電極４、５とろう材で接合する。絶縁用波
板３の両面には絶縁性被膜層が施され、両端部のみ平板
材２とろう付けする。ろう付けする両端部は機械的、化
学的方法で被膜を除去しておくか、Ｔｉ等の活性金属を
ろう材と共に用いて被膜を破壊しろう付けを行う。絶縁
用波板の片面のみ絶縁性被膜層を施し、他方の面には被
膜層を施さずに当接する平板材とろう材で接合してもよ
い。絶縁用波板３を含むすべての板材に電流を流すよう
にしたため常に一定の安定した電気抵抗値が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気ガス
浄化装置に用いられるロール状のハニカム体をなす触媒
装置用メタル担体に関し、特に電気絶縁被膜層を有する
絶縁用波板を含む電気加熱式触媒装置用メタル担体に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の排気ガス浄化装置に用いられる触
媒装置用メタル担体は、薄い金属の平板と波板の間にろ
う材を介在させて、平板と波板を重ねてロール状に巻き
込んでハニカム体を形成し、高真空炉を使用してろう材
を溶融させ、板材の接触部分において接合を行ってい
た。ろう材にはＮｉ基ろう材を用い、かつ平板と波板に
はフェライト系ステンレス材料が使用されていた。その
ようにして形成されたハニカム体を金属製外筒内に収容
したものが触媒装置用メタル担体として知られている
（例えば特開昭６５−４３７３号公報）。

【０００３】ハニカム体のハニカム通路表面には触媒担
持層が形成され、その触媒担持層に貴金属触媒が担持さ
れて排気ガス浄化触媒の役目をなす。そして内燃機関の
排気通路に配設されて排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ
などを浄化する。なお限られた容積中にできるだけ多く
のハニカム通路面積を確保する必要から、平板及び波板
の厚さは強度を維持できる範囲内でできるだけ薄くなっ
ている。

【０００４】上述した触媒担持層に担持された貴金属触
媒は、ある程度の高温環境下で触媒反応が促進されるの
で、触媒装置はできるだけ、高温の排気ガスに曝される
ように内燃機関の排気弁の近くに設けられている。

【０００５】しかしながら、このような触媒装置用メタ
ル担体においては、内燃機関の始動時には排気ガスの温
度が低いため触媒反応が充分に行われず、そのため排気
ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘなどを浄化する能力が不充
分となる。この欠点を除くため種々の電気加熱式触媒装
置用メタル担体が開示されていて、始動時にメタル担体
を電気的に加熱して触媒反応を促進するようになってい
る。このような電気加熱式のメタル担体においては、図
４に示すように、１枚の波板５１と少なくとも１枚の平
板５２を重ねて１層とし、その層を２層以上重ね合わ
せ、重ね合わせた層の中の少なくとも１枚の波板に電気
絶縁性被膜層を施して絶縁用波板５３とし、ロール状に
巻き回してハニカム構造のメタル担体を形成し、ハニカ
ム体５０の巻き始めと巻き終りの波板５１と平板５２の
端部を電源と接続するための電極１４、１５を設け、ハ
ニカム体５０の巻取り方向に電流を流すことによってハ
ニカム体５０を電気的に加熱するようになっている。こ
の場合絶縁用波板５３と平板５２との間は、ろう材によ
る接合は行わず、また絶縁用波板５３には電流を流さな
い。

【０００６】また絶縁用波板５３を製作するには、あら
かじめ絶縁性被膜層が施された帯状の長尺の波板から所
定の長さに両端部を切断して作る。その理由は、絶縁用
波板１個分の所定の長さにあらかじめ切断した後個々に
絶縁被膜処理を行った場合には処理工数が嵩むためであ
る。

【０００７】上述の電気絶縁用波板５３の元になる長尺
の波板の製造方法は、（１）板材にアルミニウムを含有
するステンレス箔（例えばＦｅ−２０Ｃｒ−５Ａ１）を
用いて大気中または酸化雰囲気中で加熱し、表面に酸化
アルミニウムを析出させて電気絶縁性被膜層を形成する
か、（２）板材を溶融アルミニウム中に浸漬して表面に
鉄とアルミニウムの合金層を生成させた後大気焼成を行
って同様の被膜層を形成する方法や、（３）ＰＶＤ、Ｃ
ＶＤ、イオンプレーテングまたは溶射等によって板材の
表面に酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）などの電気絶縁
性被膜層を形成して、絶縁性被膜層を有する長尺の波板
とする。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電気加
熱式触媒装置用メタル担体を形成するロール状のハニカ
ム体の層間を絶縁する絶縁用波板は、絶縁性被膜層が施
された帯状の長尺の波板を所定の長さに切断して作られ
るため、絶縁被膜の無い部分が露出してしまう。この切
断された波板を絶縁用波板としてロール状のハニカムに
使用する場合には、絶縁被膜の無い部分にあらためて絶
縁被膜を施す必要がある。

【０００９】上述の（１）の方法によって製造した絶縁
用波板を用いてロール状のハニカム体を形成する場合に
は、巻取り、ろう付け後のハニカム体を大気焼成して絶
縁用波板の絶縁被膜の無い部分に酸化アルミニウムの被
膜層を生成させることも可能であるが、ろう付け部分の
異状酸化を防止するためには、１１００℃以下の温度で
大気焼成を行う必要があるので、絶縁被膜の厚さが薄く
なって絶縁効果が期待できない。

【００１０】（２）の方法により、巻取り、ろう付け後
のハニカム体を溶融アルミニウム中に浸漬すれば、絶縁
被膜の無い絶縁用波板の両端部にも合金層が形成され、
合金層が多量のアルミニウムを含有しているため、１０
００℃程度の温度の大気焼成でも両端部に充分に厚い被
膜層が生成されるが、この場合には絶縁被膜を必要とし
ない他の板材や外筒にも被膜が生成されるため好ましい
方法ではない。

【００１１】さらに（３）の方法によって、巻取り、ろ
う付け後のハニカム体に被膜をコーテングすることは
（２）の方法と同様の問題点があるほか、コーテング自
体が困難である。

【００１２】したがって上述のいずれの方法によって
も、絶縁用波板の両端部には絶縁被膜が施されないか、
または被膜の薄い部分が存在することになる。そのため
同一仕様の電気加熱式メタル担体の、通常は電流を流さ
ない絶縁用波板に電流が流れる担体も生じるので、同一
仕様のメタル担体であっても個々の電気抵抗値に差異を
生じることとなる。また１個のメタル担体について見て
も、加熱による膨張や変形のため、ある時は絶縁用波板
に電流が流れ、またある時は流れないという差異が生じ
る。このことは、メタル担体としての排気ガス浄化の性
能がバラつく原因となる。

【００１３】また絶縁用波板は上述のとおり、基本的に
は電流を流さない方式がとられているが、そのためメタ
ル担体を電気加熱する場合、加熱しなければならない余
分な重量を抱えることとなって、全体の加熱速度がその
分だけ遅いという欠点がある。

【００１４】さらにまた、絶縁用波板の絶縁被膜処理の
方法には、上述した（１）、（２）、（３）の方法があ
るが、いずれの方法においても完全な絶縁被膜を形成す
ることは困難であって、被膜に部分的に不完全な箇所を
含むのが普通である。したがって、図３に示すように、
例えば平板材２と絶縁用波板３との間の絶縁が不完全な
箇所があって、その箇所が両端部のＡとＣに在る場合に
は、絶縁用波板３全体に電流が流れ、またＢとＣに不完
全な箇所があれば絶縁用波板３のＢ−Ｃ間だけ電流が流
れ、Ｂだけが絶縁不良であれば絶縁用波板には回路が形
成されないから電流は流れないことになる。

【００１５】すなわち、被膜の絶縁不完全な部分の位置
によって電気加熱式メタル担体全体の電気抵抗値が、規
定の抵抗値と絶縁用波板１枚分の抵抗値を上限とした範
囲の中でバラツクことになる。またどの位置に絶縁不良
箇所があっても、その面積が小さいため、そこに電流が
流れた場合には電流密度が大きくなるので、その部分が
発熱して場合によっては溶融することも発生するという
欠点がある。

【００１６】本発明の目的は、電気加熱式メタル担体の
電気抵抗値が担体でとに変動せず一定で、かつ個々の担
体においても常に一定の電気抵抗値を有する電気加熱式
触媒装置用メタル担体を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の電気加熱式触媒
装置用メタル担体は、帯状の薄い金属板を折曲げて連続
的な波形の凹凸を形成した１枚の波板材と、平坦な帯状
の薄い金属板からなる少なくとも１枚の平板材とが相互
に当接して重なり合って形成された、少なくとも一つの
層と、電気絶縁性被膜層を具備する１枚の絶縁用波板と
少なくとも別の１枚の平板材とが接合されることなく相
互に当接して重なり合って形成された層とが積み重ねら
れ、積み重ねられた複数の層が一方の端部から軸の周り
にロール状に巻かれて形成されて多数の網目状通気路を
備えたハニカム体をなし、ハニカム体のロール状に巻き
回された層間が絶縁用波板により電気的に絶縁され、ハ
ニカム体を加熱するために、波板材と平板材との巻き始
めと巻き終りにそれぞれ接続した電極を有する電気加熱
式触媒装置用メタル担体において、絶縁用波板を電気的
に加熱するために、波板の巻き始めと巻き終りが電極と
それぞれ電気的に接合されている。

【００１８】上述の絶縁用波板の絶縁性被膜層が、絶縁
用波板の一方の面にのみ施され、他方の面はその面と当
接する平板材とろう材で接合しても良い。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。図１は、本発明の電気加熱式
触媒装置用メタル担体の一つの実施の形態の図であっ
て、図１（Ａ）は板材の構成を示す模式的断面の略図、
図１（Ｂ）はその軸に直角な断面の略図、図１（Ｃ）は
外観の斜視略図である。

【００２０】図１（Ａ）において、波板材１は帯状の薄
い金属板を折曲げて連続的な波形の凹凸を形成した板
材、平板材２は帯状の薄い金属板より形成した板材で、
これら２枚の板材を重ねた層がさらに２層重ねられてい
る。

【００２１】絶縁用波板３は、両面に電気絶縁性被膜層
３ａを有する帯状の薄い金属板で、連続的な波形の凹凸
が形成されて、平板材２と互いに当接し重なり合って一
つの層を形成している。これらの３層が積み重ねられ、
これら積み重ねられた３層の一方の端部が軸の周りにロ
ール状に巻かれて、図１（Ｂ）に示すハニカム体１０が
形成される。ハニカム体１０のロール状に巻き回された
層間は、絶縁用波板３によって電気的に絶縁されてい
る。図１（Ｃ）において丸棒状の導体からなる電極４
が、ハニカム体１０の中心部に設けられて、ロール状の
ハニカム体１０の中心部の巻き始めの各２枚の波板材１
及び平板材２の端部にろう材で接合され、また丸棒状の
導体からなる電極５が、ハニカム体１０の外周部に設け
られて、各２枚の波板材１及び平板材２の巻き終わりの
端部にろう材で接合されている。

【００２２】したがって、ハニカム体１０を形成する２
枚の波板材１と３枚の平板材２は、電極４と５の間で電
気抵抗体を形成する。

【００２３】絶縁用波板３は、２枚の平板材２の間に挟
まれてロール状に巻き回され、図２（Ａ）に示すよう
に、両端部３ｅを除き平板材２とは接合されず単に当接
するのみであるが、両端部３ｅに於ては、絶縁被膜層３
ａの一部分が除去されており、その部分が平板材２とろ
う材ｓで接合されている。したがって絶縁用波板３は、
その両端部３ｅに於て電極４及び５と電気的に接続され
て１枚の電気抵抗体を形成している。

【００２４】したがって、ハニカム体１０は、電極４と
５の間に於て、波板材１、平板材２及び絶縁用波板３か
らなる６枚の板材の全長に亘る電気抵抗体を形成するこ
ととなり、電極４及び５を不図示の電源に接続すれば、
ハニカム体１０は加熱されて電気加熱式触媒装置用メタ
ル担体が形成される。

【００２５】ハニカム体１０は、このように絶縁用波板
３にも電流を流すようにしたため、構成板材の総てに電
流が流れるので、個々のハニカム体間に抵抗のバラツキ
が無くなって一定仕様のメタル担体が得られるため、排
気ガス浄化性能が一定となり、またハニカム体の中に電
流が流れない板材が無いため単位消費電力当りの重量が
軽くなって加熱速度が向上し、触媒が活性温度へ到達す
る時間が短縮される。また絶縁用波板の被膜に図３に示
すような欠点があっても、欠陥部分には電流が流れない
ため局部的発熱や溶融を生じることはない。

【００２６】さらにまた別の実施の形態として、図２
（Ｂ）に示すように、絶縁用波板３の被膜層３ａを、波
板の片面のみに施し、他方の面は被膜層を施さずに、ろ
う材ｓにより平板材２と接合してハニカム体を形成する
こともできる。この場合には、両面に絶縁性被膜層３ａ
を有するハニカム体に起こりうるテレスコーピング現象
を防止する上で効果がある。

【００２７】上述のように、本発明によるメタル担体の
絶縁用波板は、その両端部において電極とろう材で接合
されて電気抵抗体を形成するので、従来の技術によるメ
タル担体に用いられる絶縁用波板のように、絶縁被膜処
理をした長尺の波板から切断によって所定の長さの絶縁
用波板を作るときに生じる、両端部における被膜の無い
部分の絶縁処理を行なう必要が無くなって工数が節減さ
れる。

【００２８】

【実施例】上述において、図１に示すように、ハニカム
体１０を形成する板材が、１枚の波板材１と１枚の平板
材２とを重ね合わせた層を２層重ね合わせた所謂多層構
造を形成し、さらに絶縁用波板３に平板材２を重ね合わ
せた層を積み重ねた構成について説明したが、その他の
種々の構成も可能であって、例えば上述の多層構造を１
枚の波板材と複数の平板材とで形成する平板多重構造に
代えることも可能である。

【００２９】絶縁用波板３の両面又は片面に形成する絶
縁性被膜層３ａは、上述のように長尺の波板に形成する
ことが工程上有利であるので、 （１）板材にアルミニウムを含有するステンレス箔（例
えばＦｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ）を用い大気中で焼成して
表面に酸化アルミニウムを析出させた板材は、所定の長
さに切断した上、絶縁用波板の両端部又は平板材とろう
材で接合される片面の部分の被膜層を、研削などの機械
的方法又は化学的方法によって除去した後ろう付けを行
なう。或いはまた、ろう付け時にＴｉ等の活性金属とろ
う材とを用いて活性金属により酸化アルミニウム被膜層
を破壊してろう付けを行なうこともできる。

【００３０】（２）板材を溶融アルミニウム中に浸漬し
て板材の表面に鉄とアルミニウムの合金層を生成させた
板材は、所定の長さに切断して絶縁用波板とし、他の板
材と共に巻取りハニカム体を形成後ろう付けを行い、そ
のの後に大気焼成を行って絶縁性被膜層を生成させる。
板材を長尺のまま大気焼成して酸化アルミニウム被膜層
を生成させた板材を用いる場合には、（１）と同様の方
法をとることもできる。

【００３１】（３）ＰＶＤ、ＣＶＤ、イオンブレーテン
グまたは溶射等によって板材の両面に酸化アルミニウム
などの絶縁性被膜層を施した場合には、所要の長さに切
断して絶縁用波板とし、両端部の平板材と接合される部
分の被膜層を（１）と同様な方法で除去した後ろう付け
を行うか、又は活性金属ろう付けを行なうこともでき
る。この方法によれば板材の片面のみに絶縁性被膜処理
を容易に行うことができるから、絶縁用波板の一方の面
を平板材とろう材によって接合する場合には好都合であ
る。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、波板材、
平板材及び絶縁用波板を重ねてロール状に巻き回して形
成された平板多重構造又は多層構造のハニカム体の、巻
き始めと巻き終りに電気的に接続された電極に絶縁用波
板の両端部も接続したため、絶縁用波板を含むすべての
板材に電流が流れることとなるので、ハニカム体の電気
抵抗値のバラツキが無くなって排気ガス浄化性能への悪
影響が無くなり、また絶縁用波板に電流を流さない場合
に比べ、電流の流れない部分が無いため単位発熱量当り
の重量が減少し、加熱速度が増加し、したがって触媒が
初期活性温度に到達する速度が速くなり、その結果浄化
性能が向上するという効果がある。

【００３３】さらに絶縁性被膜に局部的欠陥があった場
合でも、絶縁用波板にも電流が流れているので、電気抵
抗が大きい欠陥部分に電流が流れることは無いため局部
的発熱を生せず溶融が生ずることが無いという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気加熱式触媒装置用メタル担体の一
実施の形態の図であって、（Ａ）は板材の構成を示す模
式的断面図、（Ｂ）は軸に直角な断面略図、（Ｃ）は外
観の斜視図である。

【図２】（Ａ）は図１のメタル担体に用いられる絶縁用
波板が平板材と接合される状態を示す断面略図、（Ｂ）
は別の実施の形態を示す断面略図である。

【図３】絶縁用波板の被膜層の不完全な箇所を示す断面
の略図である。

【図４】従来の技術による電気加熱式触媒装置用メタル
担体の図であって、（Ａ）は板材の構成を示す模式図、
（Ｂ）は外観の斜視図である。

【符号の説明】

１、５１ 波板材／波板 ２、５２ 平板材／平板 ３、３₁、５３ 絶縁用波板 ３ａ 絶縁性被膜層 ３ｅ 端部 １０、５０ ハニカム体 Ａ、Ｂ、Ｃ 被膜不良箇所 ｓ ろう材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯状の薄い金属板を折曲げて連続的な波
   形の凹凸を形成した１枚の波板材と、平坦な帯状の薄い
   金属板からなる少なくとも１枚の平板材とが相互に当接
   して重なり合って形成された、少なくとも一つの層と、
   電気絶縁性被膜層を具備する１枚の絶縁用波板と少なく
   とも別の１枚の前記平板材とが接合されることなく相互
   に当接して重なり合って形成された層とが積み重ねら
   れ、該積み重ねられた複数の層が一方の端部から軸の周
   りにロール状に巻かれて形成されて多数の網目状通気路
   を備えたハニカム体をなし、該ハニカム体のロール状に
   巻き回された層間が前記絶縁用波板により電気的に絶縁
   され、前記ハニカム体を加熱するために、前記波板材と
   前記平板材との巻き始めと巻き終りにそれぞれ接続した
   電極を有する電気加熱式触媒装置用メタル担体におい
   て、 前記絶縁用波板を電気的に加熱するために、該波板の巻
   き始めと巻き終りが前記電極とそれぞれ電気的に接合す
   ることを特徴とする、電気加熱式触媒装置用メタル担
   体。
2. 【請求項２】前記絶縁用波板の前記絶縁性被膜層が、該
   絶縁用波板の一方の面にのみ施され、他方の面は該面と
   当接する前記平板材に接合される、請求項１に記載の電
   気加熱式触媒装置用メタル担体。