JP7025607B1 - 電気加熱式触媒装置 - Google Patents

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Abstract

通電により発熱する発熱体を筒状のケースの内部にマットを介して保持するEHCにおいて、電極を収容する空間である電極室をケースとは別個の部材によって画定するのではなく、電極室を横断する分割面によって分割されてなる一対のシェルによってケースを構成すると共に当該ケースによって電極室を一体的に形成する。これにより、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置(EHC)を提供する。電極室がケースの外側に突出しないようにケースを構成することが好ましい。発熱体が備える電極の外部端子と接続される面をシェルの開口部側であり且つ発熱体の径方向における外側である側に向けてもよい。外部端子の少なくともケース孔よりも外側に突出する部分は分割面に直交する方向に延在することが好ましい。

Description

本発明は、電気加熱式触媒装置に関する。より具体的には、本発明は、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置に関する。
ガソリンエンジン及びディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気には、例えば煤等からなる粒子状物質(PM)、一酸化炭素(CO)、未燃焼炭化水素(HC:HydroCarbon)及び窒素酸化物(NOx)等の特定物質が含まれる。そこで、地球環境保護等の観点から、例えばPMを捕集するガソリンパティキュレートフィルタ(GPF:Gasoline Particulate Filter)及びディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter)等のフィルタ並びに酸化触媒(OC:Oxidation Catalyst)、三元触媒(TWC:Three-Way Catalyst)及び選択触媒還元脱硝装置(SCR:Selective Catalytic Reduction)等の排気浄化触媒等の排気処理ユニットを含む排気処理装置を内燃機関の排気流路に介装して、これらの特定物質を除去することが広く行われている。
ところで、排気浄化触媒が所定の活性化温度に到達していない場合、当該排気浄化触媒は十分な触媒作用を発揮することができず、排気浄化機能が低下する。従って、例えば、冷間時における内燃機関の始動(冷間始動)を行った場合及びハイブリッド車両等において内燃機関の稼働頻度が低い場合等、排気浄化触媒の温度が十分に高まっていない場合においては、排気浄化触媒の温度が活性化温度に到達していないために所期の排気浄化機能を発揮することが困難となる虞がある。
そこで、当該技術分野においては、一対の電極を介して通電することによって発熱して排気浄化触媒を加熱する発熱体を備える排気処理装置である電気加熱式触媒装置(EHC:Electrically Heated Catalyst)が知られている。このようなEHCは、例えば、排気浄化触媒を担持する担体の上流側に配設された別個の発熱体によって排気を加熱し、このようにして加熱された排気によって排気浄化触媒を加熱するように構成することができる。或いは、このようなEHCは、例えば、排気浄化触媒を発熱体に担持させて(即ち、通電によって発熱する担体に排気浄化触媒を担持させて)排気浄化触媒と発熱体とを一体的に構成することもできる。何れの構成においても、EHCによれば、発熱体によって排気浄化触媒を加熱して排気浄化触媒の温度の活性化温度への到達を早め、結果として内燃機関の温度が低い場合における当該内燃機関からの上述した特定物質の放出(コールドエミッション)を低減することができる。
図22は、従来技術(例えば、特許文献1を参照。)に係る電気加熱式触媒装置(以降、「従来EHC」と称呼される場合がある。)の構成の一例を示す模式的な断面図である。図22に例示する電気加熱式触媒装置1においては、セラミック製の発熱体2が、電気絶縁材料からなる保持部材3を介して金属製のケース4内に保持されている。そして、発熱体2に付設された電極5が、ケース4に設けられた孔からケースの径方向において外側に向かって突出している。また、ケース4に設けられた孔を覆うように設けられたカバー部6と蓋部7とにより電極室8が形成されている。更に、カバー部6の側面に設けられた孔に外部端子9が挿通されており、電極室8の内部において外部端子9と電極5とが接続されている。
特開2017-101642号公報
図22に例示した電気加熱式触媒装置1のような構成を有する従来EHCの製造工程においては、保持部材3を介してケース4内に発熱体2を保持した後に、ケース4に設けられた孔(開口部)にカバー部6が固定される。そして、外部端子9が、カバー部6に設けられた孔に挿通されて電極5に当接され、カバー部6の内部において例えば溶接等の手段によって外部端子9と電極5とが接続され、最後に蓋部7がカバー部6に固定される。このような製造工程においてはカバー部6に設けられた孔に外部端子9が挿通された状態にてカバー部6の内部において外部端子9と電極5とを接続する必要がある。
上記のように、従来EHCの製造工程においては、発熱体を内部に収容するケースとは別個の部材(カバー部及び蓋部)をケースに組み付けることによって電極室を集成する必要がある。加えて、外部端子と電極とを接続するための作業をカバー部の開口部を介してカバー部の狭い内部空間において行う必要があるため作業性が悪い。これらの理由から、従来EHCの製造における生産効率は低いものとならざるを得ない。
また、電極5の周辺において溶接工具等を使用するための空間を確保することが必須となるため電極室8が大きくなる傾向がある。一方、電気加熱式触媒装置の自動車等への搭載性を向上させるためには、出来る限り小さい電極室を設けることが好ましい。このように、当該技術分野においては、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置(EHC)が求められている。
上記課題に鑑み、本発明者は、鋭意研究の結果、通電により発熱する発熱体を保持部材としてのマットを介して筒状のケースの内部に保持するEHCにおいて、電極を収容する空間である電極室をケースとは別個の部材によって画定するのではなく、電極室を横断する分割面によって分割されてなる一対のシェルによってケースを構成すると共に当該ケースによって電極室を一体的に形成することにより、コンパクトな電極室を有するEHCを高い生産効率にて製造することができることを見出した。
具体的には、本発明に係る電気加熱式触媒装置(EHC)(以降、「本発明EHC」と称呼される場合がある。)は、通電により発熱する発熱体と、発熱体に通電可能に構成された一対の電極と、電気絶縁材料からなる緩衝材である第1マットと、発熱体、一対の電極及び第1マットを内部に収容する筒状の容器である第1ケースと、一対の外部端子と、を備える。第1マットは、発熱体と第1ケースとの間に挟持されている。換言すれば、第1マットは、第1ケースと発熱体との間に介在して第1ケースの内部の所定の位置に復元力によって発熱体を保持している。
第1ケースには、第1ケースの外側と内側とを連通する貫通孔である一対の第1ケース孔が形成されている。第1マットの少なくとも一対の電極に対向する領域には、電気絶縁材料が存在しない間隙である第1マット間隙が形成されている。一対の外部端子の各々は、一対の第1ケース孔にそれぞれ挿通されて、一方の端部が第1ケースの内部において一対の電極を収容する空間である電極室において一対の電極の各々とそれぞれ接続されており、他方の端部が第1ケースの外部にそれぞれ突出している。
上記に加えて、本発明EHCにおいては、第1マット間隙と共に電極室を画定する電極収容部が第1ケースによって一体的に形成されている。更に、電極収容部を横断する面である分割面によって第1ケースが分割されてなる一対のシェルの組み合わせによって第1ケースが構成されている。
上記分割面は、発熱体の中心軸と直交する平面であってもよく、或いは、発熱体の中心軸を含む平面又は発熱体の中心軸に平行な平面であってもよい。後者の場合、上記分割面への垂直投影において、第1ケースの電極収容部が電極収容部以外の部分よりも外側へ突出しないように第1ケースを構成してもよい。
本発明の1つの好ましい態様に係る本発明EHCにおいて、上記電極の上記外部端子と接続される面が、第1ケース孔が形成されたシェルの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体の径方向における外側である側に向いている。より詳しくは、本発明の1つの好ましい態様に係る本発明EHCにおいて、一対の第1ケース孔は、一対の上記シェルの一方である第1シェルに形成されており、一対の上記シェルの他方である第2シェルには形成されていない。更に、一対の上記電極の両方において、当該電極の外部端子と接続される面である電極接続面の法線ベクトルが、上記分割面に直交する方向において第1シェルの側から第2シェルの側へと向かう成分及び発熱体の径方向において外側へと向かう成分を有する。
本発明のもう1つの好ましい態様に係る本発明EHCにおいて、一対の上記外部端子の少なくとも第1ケース孔よりも外側に突出している部分が、分割面に直交する方向に延在している。
本発明の更にもう1つの好ましい態様に係る本発明EHCは、二重構造を有するケースを備える。より詳しくは、当該態様に係る本発明EHCは、電気絶縁材料からなる緩衝材である第2マットと、発熱体及び第1マットを内部に収容する筒状の容器である第2ケースと、を更に備え、第1マットは発熱体と第2ケースとの間に挟持されており、第2マットは第2ケースと第1ケースとの間に挟持されている。更に、第2マットの少なくとも一対の上記電極に対向する領域には電気絶縁材料が存在しない間隙である第2マット間隙が形成されており、第2ケースの少なくとも一対の上記電極に対向する領域には第2ケースを構成する材料が存在しない間隙である第2ケース間隙が形成されている。その結果、第1マット間隙、第2ケース間隙、第2マット間隙及び電極収容部によって電極室が画定されている。
本発明EHCにおいては、一対の電極を収容する空間である電極室を第1マット間隙と共に画定する電極収容部が第1ケースによって一体的に形成されている。従って、前述した従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)のように発熱体を内部に収容するケースとは別個の部材をケースに組み付けることによって電極室を集成する必要が無い。また、電極収容部を横断する面である分割面によって第1ケースが分割されてなる一対のシェルの組み合わせによって第1ケースが構成されている。従って、発熱体及び第1マットを一対のシェルの一方に収めた状態において上記電極と外部端子との接続作業を当該シェルの開口部を介して行うことにより、当該作業の作業性を高めることができる。また、当該作業のためのスペースを電極室の内部に確保する必要が無いため、従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)に比べて、電極室をよりコンパクトにすることができる。シェルの分割面を発熱体の中心軸を含む平面又は発熱体の中心軸に平行な平面とし且つ当該分割面への垂直投影において電極収容部が外側へ突出しないように第1ケースを構成することにより本発明EHCを更にコンパクトにすることができる。
本発明の1つの好ましい態様においては、上記電極の上記外部端子と接続される面が、第1ケース孔が形成されたシェルの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体の径方向における外側である側に向いている。従って、上記のように上記電極と外部端子との接続作業を当該シェルの開口部を介して行う際の作業性を更に高めることができる。本発明のもう1つの好ましい態様においては、一対の上記外部端子の少なくとも第1ケース孔よりも外側に突出している部分が分割面に直交する方向に延在している。従って、発熱体及び第1マットを第1ケースに収める前に外部端子と電極とを接続する場合であっても、第1ケース孔に外部電極を挿入しつつ発熱体及び第1マットを第1ケースに収めることができる。本発明の更にもう1つの好ましい態様に係る本発明EHCは、二重構造を有するケースを備える。従って、例えば、発熱体及び電極とケースとの間の絶縁性を更に高めたり電気加熱式触媒装置(EHC)の保温性を高めたりすることができる。
以上のように、本発明によれば、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置(EHC)を提供することができる。
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
本発明の第1実施態様に係る電気加熱式触媒装置(第1EHC101)の構成の一例を示す模式的な断面図である。 本発明の第1実施態様の1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第1EHC102)の構成の一例を示す模式的な断面図である。 図2に示した平面A-Aによる第1EHC102の模式的な断面図である。 本発明の第1実施態様のもう1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第1EHC103)の構成の一例を示す模式的な断面図である。 図4に示した平面A-Aによる第1EHC103の模式的な断面図である。 本発明の第2実施形態に係る電気加熱式触媒装置(第2EHC201)の構成の1つの例を示す模式的な断面図である。 本発明の第2実施態様の1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第2EHC202)の構成の一例を示す模式的な断面図である。 本発明の第2実施態様のもう1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第2EHC203)の構成の一例を示す模式的な断面図である。 本発明の第3実施形態に係る電気加熱式触媒装置(第3EHC301)の構成の1つの例を示す模式的な断面図である。 本発明の第3実施態様の1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第3EHC302)の構成の一例を示す模式的な断面図である。 図10に示した平面A-Aによる第3EHC302の模式的な断面図である。 本発明の第3実施態様のもう1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第3EHC303)の構成の一例を示す模式的な断面図である。 図12に示した平面A-Aによる第3EHC303の模式的な断面図である。 本発明の第3実施態様のもう1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第3EHC304)の構成の一例を示す模式的な断面図である。 図14に示した平面A-Aによる第3EHC304の模式的な断面図である。 本発明の第3実施態様の更にもう1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第3EHC305)の構成の一例を示す模式的な断面図である。 本発明の実施例に係る電気加熱式触媒装置(実施例EHC401)の外観を示す模式的な斜視図である。 実施例EHC401の構成の一例を示す模式的な断面図である。 (a)図18に示した平面A-Aによる実施例EHC401の模式的な断面図及び(b)電極21cの近傍の模式的な拡大図である。 実施例EHC401の集成過程の一例を示す模式図である。 実施例EHC401を構成する第2ケース、上流部及び下流部からなる集成体がシェルの収容部に納められた状態を示す模式的な斜視図である。 従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)の構成の一例を示す模式的な断面図である。
《第1実施形態》
以下、本発明の第1実施形態に係る電気加熱式触媒装置(EHC)(以降、「第1EHC」と称呼される場合がある。)について説明する。尚、本明細書において使用される「上流側」及び「下流側」なる用語は、EHCに流れる排気等の流体の流れにおける「上流側」及び「下流側」をそれぞれ意味する。
〈構成〉
第1EHCは、通電により発熱する発熱体と、発熱体に通電可能に構成された一対の電極と、電気絶縁材料からなる緩衝材である第1マットと、発熱体、一対の電極及び第1マットを内部に収容する筒状の容器である第1ケースと、一対の外部端子と、を備えるEHCである。EHCは、例えば自動車等に搭載される内燃機関の排気経路上に設けられるため、EHCの構成要素は、例えば、高い耐熱性、耐酸化性、及び耐腐食性等を備える材料によって形成されることが望ましい。
発熱体の構成及び材料は、通電により発熱することが可能であり且つ排気処理装置としての使用環境及び使用条件に耐えることが可能である限り、特に限定されない。発熱体を形成する材料の具体例としては、例えば、SiC(炭化珪素)等のセラミック材料及び金属等を挙げることができる。また、発熱体は、上記材料によって形成されたハニカム構造を有する柱体として構成することができる。発熱体の断面形状は円形又は多角形であってもよく、その他の異形であってもよい。
一対の電極を構成する材料は、発熱体に通電可能であり且つ排気処理装置としての使用環境及び使用条件に耐えることが可能である限り、特に限定されない。当該電極を構成する材料の具体例としては、例えば、Ni-Cr合金やM-Cr-Al-Y合金(但し、MはFe、Co、Niのうち少なくとも一種)等の金属材料が用いられる。
更に、(発熱体に通電可能に構成された)一対の電極の各々は、第1EHCの構成に応じて様々な構成(例えば、形状及び構造等)を有することができる。例えば、一対の電極の各々は、表面電極部と電極端子部とによって構成されていてもよい。表面電極部は、発熱体の軸方向に平行な発熱体の表面である外周面に配設された面状の導電性部材である。このような表面電極部は、例えば、溶射等の周知の手法により、発熱体の外周面上に形成することができる。電極端子部は、表面電極部と導通可能に接続されて表面電極部と外部端子とを電気的に接続する導電性部材であり、第1EHCの構成に応じて、例えば柱状又は板状等、様々な形状の部材を電極端子部として採用することができる。
第1マットの形状及び材料は、電気絶縁材料からなる緩衝材であり、第1ケースと発熱体との間に介在して第1ケースの内部の所定の位置に復元力によって発熱体を保持することが可能であり且つ排気処理装置としての使用環境及び使用条件に耐えることが可能である限り、特に限定されない。即ち、第1マットは、発熱体と第1ケースとの間に挟持されている。第1マットを形成する材料の具体例としては、例えば、アルミナ-シリカ系繊維等の無機繊維及びこのような無機繊維にバインダとしての樹脂を加えたものを挙げることができる。バインダとして使用される樹脂の具体例としては、例えば、アクリルゴム、ニトリルゴム、ポリビニルアルコール及びアクリル樹脂等を挙げることができる。また、第1マットの形状としては、上記のような繊維によって形成された不織布を挙げることができる。
第1ケースの形状及び材料は、筒状の形状を有し、その内部に発熱体を収容することが可能であり且つ排気処理装置としての使用環境及び使用条件に耐えることが可能である限り、特に限定されない。具体的には、第1ケースは、例えば円筒状又は角筒状の形状を有していてもよく、その内部に発熱体を収容する部分の横断面よりも上流側及び/又は下流側の部分の横断面がより小さくなるように形成されていてもよい。典型的には、第1ケースを形成する材料はステンレス鋼を始めとする金属であり、第1ケースの形状は円筒形である。
一対の外部端子を構成する材料は、一対の電極を介して発熱体に通電可能であり且つ排気処理装置としての使用環境及び使用条件に耐えることが可能である限り、特に限定されない。外部端子を構成する材料の具体例としては、例えば、Ni-Cr合金やM-Cr-Al-Y合金(但し、MはFe、Co、Niのうち少なくとも一種)等の金属材料が用いられる。
尚、第1EHCは、例えば、排気浄化触媒を担持する担体を備える発熱体とは別個の排気浄化ユニットを発熱体の下流側に備えていてもよい。この場合、上流側に位置する発熱体によって排気が加熱され、このようにして加熱された排気によって下流側に位置する排気浄化ユニットを構成する排気浄化触媒を加熱することができる。また、第1EHCが備える発熱体に排気浄化触媒が担持されていてもよい(即ち、通電によって発熱する担体に排気浄化触媒が担持されていてもよい)。
第1ケースには、第1ケースの外側と内側とを連通する貫通孔である一対の第1ケース孔が形成されている。また、第1マットの少なくとも一対の電極に対向する領域には、電気絶縁材料が存在しない間隙である第1マット間隙が形成されている。第1ケースの第1マット間隙に対向する部分(電極収容部)と第1マット間隙とによって形成される空間に一対の上記電極が収容される。即ち、当該空間は所謂「電極室」に該当する。
尚、第1マット間隙は、第1マットの少なくとも一対の電極に対向する領域において第1マットの外側と内側とを連通するように形成された貫通孔であってもよい。或いは、第1マット間隙は、第1マットの少なくとも一対の電極に対向する領域のみならず、第1マットの他の領域にまで及ぶ間隙であってもよい。このような間隙の具体例としては、例えば、第1マットが2つの部材に分割されており且つ当該2つの部材の一方が一対の電極よりも上流側に配設され他方が一対の電極よりも下流側に配設される場合において当該2つの部材の間に画定される空間等を挙げることができる。この場合、第1マット間隙は、発熱体の外周面の全周に亘る環状の空間として画定される。但し、第1マット間隙の具体的な形状は、第1ケースと発熱体との間に介在して第1ケースの内部の所定の位置に復元力によって発熱体を保持することが可能であり且つ第1マットの少なくとも一対の電極に対向する領域において第1マットの外側と内側とを連通することが可能である限り、特に限定されない。
一対の外部端子の各々は、一対の第1ケース孔にそれぞれ挿通されて、一方の端部が第1ケースの内部において一対の電極を収容する空間である電極室において一対の電極の各々とそれぞれ接続されており、他方の端部が第1ケースの外部にそれぞれ突出している。外部端子の形状は、第1ケース孔に挿通され且つ電極へと到達するように配設されることが可能である限り特に限定されない。典型的には、外部端子の少なくとも第1ケース孔から外側に突出する部分は、第1ケース孔に挿通可能な断面を有する柱状の形状を有する。また、一対の外部端子は、複数の部材の組み合わせによって構成されていてもよく、或いは、単一の部材によって一体的に形成されていてもよい。更に、外部端子と電極とは直接的に接続されていてもよく、或いは、別個の部材を介して接続されていてもよい。後者の場合、詳しくは後述するように、可撓性を有する材料によって当該「別個の部材」が構成されていてもよい。
尚、第1EHCは、例えば内燃機関の排気中に含まれる前述したような特定物質の除去を目的として、排気の流路等に介装される。従って、第1EHCは、筒状の容器である第1ケースの軸方向である第1方向における両端に位置する開口を除き、気密に構成される必要がある。具体的には、第1ケースに形成された貫通孔である第1ケース孔に挿通された外部端子と第1ケースとが気密に接合される。また、例えば外部端子と第1ケースとの間に介在する電気絶縁材料等により、外部端子と第1ケースとを電気的に絶縁する必要がある。
上記に加えて、本発明EHCにおいては、第1マット間隙と共に電極室を画定する電極収容部が、第1ケースとは別個の部材によって画定されるのではなく、第1ケースによって一体的に形成されている。更に、電極収容部を横断する面である分割面によって第1ケースが分割されてなる一対のシェルの組み合わせによって第1ケースが構成されている。
上記分割面は、発熱体の中心軸と直交する平面であってもよく、或いは、発熱体の中心軸を含む平面又は発熱体の中心軸に平行な平面であってもよい。後者の場合、上記分割面への垂直投影において第1ケースの電極収容部が電極収容部以外の部分よりも外側へ突出しないように第1ケースを構成してもよい。
図1は、第1EHCの構成の一例を示す模式図である。より具体的には、図1は、発熱体20の中心軸AX1と発熱体20が備える一対の電極21a及び21bの中心軸AX2とを通る平面による第1EHC101の模式的な断面図である。第1EHC101は、筐体たる第1ケース100aと、発熱体20と、第1保持部材22と、外部端子30a及び30bと、第2触媒担体60と、第2保持部材61とを備える。第1保持部材22は、上述した第1マットに該当する。上述したように発熱体はセラミック製であっても金属製(メタル)であっても構わないが、図1に例示する第1EHC101が備える発熱体20としてはセラミック製の発熱体が企図されている。
第1ケース100aは、第1EHC101よりも上流側に配設された図示しない排気管と接続される上流部40と、下流側に配設された図示しない排気管と接続される下流部50と、上流部40と下流部50との間に接続される中間部10aとによって構成されている。中間部10aは、一対の電極21a及び21bの中心軸AX2を通過し発熱体20の中心軸AX1に直交する平面である分割面によって分割された一対のシェル11a及び12aによって構成されている。尚、一対のシェル11a及び12aの開口部には、互いに嵌合されて中間部10aとして集成されるための嵌合代が形成されている。
中間部10aの内部には、発熱体20を収容する収容部16aと、発熱体20が備える電極21a及び21bを収容する電極室15aとが形成されている。第1保持部材(第1マット)22は、中間部10aの収容部16aを画定する内周面と発熱体20の外周面との間に挟持されており、中間部10aの内部の所定の位置に復元力によって発熱体20を保持している。
第1保持部材(第1マット)22の一対の電極21a及び21bに対向する領域には、第1保持部材22を構成する電気絶縁材料が存在しない間隙である第1マット間隙22aが形成されている。そして、第1マット間隙22aと共に電極室15aを画定する電極収容部17aが、第1ケース100aを構成する中間部10aによって一体的に形成されている。
外部端子30a及び30bは、発熱体20の中心軸AX1に平行な方向に延在しており、中間部10aを構成するシェル11aに形成された第1ケース孔13a及び14aに挿通され、電極室15aの内部において電極21a及び21bにそれぞれ接続されている。外部端子30a及び30bは、第1ケース孔13a及び14aの周縁に図示しない絶縁部材を介してそれぞれ気密に固定されている。第2保持部材61は、第2触媒担体60と下流部50との間に挟持されており、下流部50の内部の所定の位置に復元力によって第2触媒担体60を保持している。
中間部10aの内部に発熱体20を収容して電極21a及び21bと外部端子30a及び30bをそれぞれ接続する方法としては、二通りの方法を挙げることができる。第1の方法においては、先ずシェル11aに形成された第1ケース孔13a及び14aに外部端子30a及び30bをそれぞれ挿通して固定する。次に、電極21a及び21bの近傍に対応する部位に第1マット間隙22aとしての貫通孔が形成された第1保持部材(第1マット)22が巻回された発熱体20をシェル11aの収容部16aに収めて収容部16aの内周面に第1保持部材22を当接させる。次に、外部端子30a及び30bを電極21a及び21bにそれぞれ溶接によって固定して接続する。次に、シェル12aをシェル11aに嵌合させ固定することにより、中間部10aの内部に電極室15aを形成し、収容部16aの内部に発熱体20を保持する。
一方、第2の方法においては、先ず外部端子30a及び30bを電極21a及び21bにそれぞれ溶接によって固定して接続する。次に、シェル11aに形成された第1ケース孔13a及び14aに外部端子30a及び30bをそれぞれ挿通しながら、電極21a及び21bの近傍に対応する部位に第1マット間隙22aとしての貫通孔が形成された第1保持部材22が巻回された発熱体20を、シェル11aの収容部16aに当接させる。次に、外部端子30a及び30bをシェル11aの収容部16aに収めて収容部16aの内周面に第1保持部材22を当接させる。次に、シェル12aをシェル11aに嵌合させ固定することにより、中間部10aの内部に電極室15aを形成し、収容部16aの内部に発熱体20を保持する。
ところで、第1EHC101において、一対の外部端子30a及び30bの少なくとも第1ケース孔13a及び14aよりも外側に突出している部分が、分割面に直交する方向に延在していてもよい。この場合、上述した第2の方法のように発熱体20及び第1保持部材(第1マット)22を第1ケース100aの中間部10aを構成するシェル11aに収める前に外部端子30a及び30bと電極21a及び21bとを接続する場合であっても、第1ケース孔13a及び14aに外部電極30a及び30bそれぞれを挿入しつつ、発熱体20及び第1保持部材22をシェル11aに収めることができる。
以上のように、第1EHC101においては、第1マット間隙22aと共に電極室15aを画定する電極収容部17aが、第1ケース100aを構成する中間部10aによって一体的に形成されている。従って、前述した従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)のように発熱体を内部に収容するケースとは別個の部材をケースに組み付けることによって電極室を集成する必要が無い。
また、電極収容部17aを横断する面である分割面によって第1ケース100aの中間部10aが分割されてなる一対のシェル11a及び12aの組み合わせによって中間部10aが構成されている。従って、外部端子30a及び30bを第1ケース孔13a及び14aに組み付ける際に、当該作業をシェル11aの開口部を介して行うことができる。更に、発熱体20及び第1保持部材(第1マット)22を一対のシェル11a及び12aの一方(上述した例においてはシェル11a)に収めた状態において電極21a及び21bと外部端子30a及び30bとを接続する際にも、当該作業をシェル11aの開口部を介して行うことができる。何れの作業においても、シェル11aの開口部は開放されており、作業の妨げとなる物品が周辺には存在しないので、作業スペースの確保が容易であり、結果として当該作業の作業性を高めることができる。
加えて、上記理由により外部端子30a及び30bと電極21a及び21bとを組み付ける作業スペースを確保するために電極室を大きくする必要が無く、外部端子30a及び30b並びに電極21a及び21bと電極室15aとの間における放電による電気的短絡を十分に防ぐことができる最低限の空隙を確保すればよい。このような電気的絶縁を達成するために必要とされる空隙の大きさは一般的に十数ミリメートルであるため、斯かる観点からも、従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)に比べて、電極室をよりコンパクトにすることができる。尚、電気的絶縁を達成するための空隙を十分に確保することが困難な場合には、当該箇所に例えばガラスコーティング等の絶縁層を設けてもよい。
〈第1実施形態の変形例1〉
図1に例示した第1EHC101においては、第1ケース100aの中間部10aが、発熱体20が備える一対の電極21a及び21bの中心軸AX2を通過し発熱体20の中心軸AX1に直交する平面である分割面によって分割された一対のシェル11a及び12aによって構成されている。しかしながら、上述したように、第1ケースを一対のシェルに分割する分割面は、発熱体の中心軸と直交する平面であってもよく、或いは、発熱体の中心軸を含む平面又は発熱体の中心軸に平行な平面であってもよい。
図2及び図3は、本発明の第1実施態様の1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第1EHC102)の構成の一例を示す模式的な断面図である。図2は、図1と同様に、発熱体20の中心軸AX1と発熱体20が備える一対の電極21a及び21bの中心軸AX2とを通る平面による第1EHC102の模式的な断面図である。第1EHC102が備える第1ケース100bの中間部10bは、電極21a及び21bの中心軸AX2と発熱体20の中心軸AX1とを通過する平面によって分割された一対のシェル11b及び12bによって構成されている。また、第1EHC102が備える外部端子30a及び30bは、電極21a及び21bの中心軸AX2並びに発熱体20の中心軸AX1に垂直な方向に延在しており、中間部10bを構成するシェル11bに形成された第1ケース孔13b及び14bに挿通され、電極室15bの内部において電極21a及び21bにそれぞれ接続されている。これらの点を除き、第1EHC102は、図1に例示した第1EHC101と同様の構成を有する。図3は、図2に示した平面A-A(発熱体20の中心軸AX1に直交し且つ電極21a及び21bの中心軸AX2を通過する平面)による第1EHC102の模式的な断面図である。
以上のような構成を有する第1EHC102においても、上述した第1EHC101と同様に、従来EHCのように発熱体を内部に収容するケースとは別個の部材をケースに組み付けることによって電極室を集成する必要が無い。また、電極収容部17bを横断する面である分割面によって第1ケース100bの中間部10bが分割されてなる一対のシェル11b及び12bの組み合わせによって中間部10bが構成されている。従って、外部端子30a及び30bを第1ケース孔13b及び14bに組み付ける作業並びに電極21a及び21bと外部端子30a及び30bとを接続する作業をシェル11bの開口部を介して行うことができる。従って、外部端子30a及び30bと電極21a及び21bとを組み付ける作業スペースを確保するために電極室を大きくする必要が無く、従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)に比べて、電極室をよりコンパクトにすることができる。
〈第1実施形態の変形例2〉
ところで、上述したように、第1ケースを一対のシェルに分割する分割面が発熱体の中心軸を含む平面又は発熱体の中心軸に平行な平面である場合、上記分割面への垂直投影において電極収容部以外の部分よりも外側へ電極収容部が突出しないように第1ケースを構成してもよい。
図4及び図5は、本発明の第1実施態様のもう1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第1EHC103)の構成の一例を示す模式的な断面図である。図4は、図2と同様に、発熱体20の中心軸AX1と発熱体20が備える一対の電極21a及び21bの中心軸AX2とを通る平面による第1EHC103の模式的な断面図である。第1EHC103が備える第1ケース100cの中間部10cは、分割面への垂直投影において電極収容部17c以外の部分よりも外側へ電極収容部17cが突出しないように第1ケース100cの中間部10cが構成されている。この点を除き、第1EHC103は、図2及び図3に例示した第1EHC102と同様の構成を有する。
図5は、図4に示した平面A-A(発熱体20の中心軸AX1に直交し且つ電極21a及び21bの中心軸AX2を通過する平面)による第1EHC103の模式的な断面図である。図4及び図5に例示する第1EHC103においては、第1ケース100cの中間部10cと発熱体20との間に十分に大きい間隔が設けられているので、上述した第1EHC101及び102のように径方向における外側に向かって突出する電極収用部17a及び17bを設ける必要が無い。即ち、第1EHC103において、分割面への垂直投影において電極収容部17c以外の部分よりも外側へ電極収容部17cが突出しないように中間部10cが構成されている。
具体的には、外部端子30a及び30bは、中間部10cを構成するシェル11cに設けられたボス部18cに形成された第1ケース孔13c及び14cに挿通されている。当該ボス部18cの第1ケース孔13c及び14cが形成される座面は分割面に平行となるように形成されており、外部端子30a及び30bを当該座面に対して垂直に挿通することができる。そして、外部端子30a及び30bは、分割面に垂直な方向において延在して電極21a及び21bに到達しており、第1ケース10cと発熱体20との間の空隙において電極21a及び21bにそれぞれ接続されている。尚、ボス部は、図5に例示したボス部18cのようにシェル11cと一体的に形成されていてもよく、或いは、シェルとは別個の部材によって構成されたボス部がシェルに組み付けられていてもよい。
上記のように、第1EHC103においては、分割面への垂直投影において、電極収容部17cが径方向における外側に向かって突出していない中間部10cの内部に、電極21a及び21b、外部端子30a及び30b並びにボス部18cの全て収まっている。従って、第1EHC103によれば、電気加熱式触媒装置(EHC)全体としての最外径をより小さくすることができるので、高い生産効率にて製造することが可能であり且つよりコンパクトな電極室を有するEHCを提供することができる。
〈効果〉
以上説明してきたように、第1EHCにおいては、一対の電極を収容する空間である電極室を第1マット間隙と共に画定する電極収容部が第1ケースによって一体的に形成されている。従って、前述した従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)のように発熱体を内部に収容するケースとは別個の部材をケースに組み付けることによって電極室を集成する必要が無い。また、電極収容部を横断する面である分割面によって第1ケースが分割されてなる一対のシェルの組み合わせによって第1ケースが構成されている。従って、発熱体及び第1マットを一対のシェルの一方に収めた状態において上記電極と外部端子との接続作業を当該シェルの開口部を介して行うことにより、当該作業の作業性を高めることができる。また、当該作業のためのスペースを電極室の内部に確保する必要が無いため、従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)に比べて、電極室をよりコンパクトにすることができる。即ち、第1EHCによれば、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置(EHC)を提供することができる。
《第2実施形態》
以下、本発明の第2実施形態に係る電気加熱式触媒装置(EHC)(以降、「第2EHC」と称呼される場合がある。)について説明する。
〈構成〉
第2EHCにおいては、発熱体が備える電極の外部端子と接続される面が、第1ケース孔が形成されたシェルの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体の径方向における外側である側に向いている。具体的には、第2EHCは、上述した第1EHC101乃至103を始めとする本発明の第1実施形態に係る電気加熱式触媒装置(EHC)であって、一対の第1ケース孔が一対の上記シェルの一方である第1シェルに形成されており且つ一対の上記シェルの他方である第2シェルには形成されておらず、一対の上記電極の両方において当該電極の外部端子と接続される面である電極接続面の法線ベクトルが上記分割面に直交する方向において第1シェルの側から第2シェルの側へと向かう成分及び発熱体の径方向において外側へと向かう成分を有するEHCである。
前述したように、(発熱体に通電可能に構成された)一対の電極の各々は、電気加熱式触媒装置の構成に応じて様々な構成(例えば、形状及び構造等)を有することができる。例えば、一対の電極の各々は、表面電極部と電極端子部とによって構成されていてもよい。表面電極部は、発熱体の軸方向に平行な発熱体の表面である外周面に配設された面状の導電性部材である。電極端子部は、表面電極部と導通可能に接続されて表面電極部と外部端子とを電気的に接続する導電性部材であり、電気加熱式触媒装置の構成に応じて、例えば柱状又は板状等、様々な形状の部材を電極端子部として採用することができる。
第2EHCにおいては、上述したように、発熱体が備える電極の外部端子と接続される面が、第1ケース孔が形成されたシェルの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体の径方向における外側である側に向いている。上記のように表面電極部と電極端子部とによって一対の電極の各々が構成されている場合、電極接続面は電極端子部の外部端子と接続される面である。このように電極接続面がシェルの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体の径方向における外側である側に向いていることにより、当該シェルの開口部を介して外部端子と電極との接続作業の容易さが格段に高まる。例えば、外部端子と電極との接続をレーザー溶接によって達成する場合、シェルの開口部側からレーザー光を容易に照射することができる。
図6は、本発明の第2実施形態に係る電気加熱式触媒装置(第2EHC)の構成の1つの例を示す模式的な断面図である。図6に例示する第2EHC201においては、一対の第1ケース孔13b及び14bが一対のシェル11b及び12bの一方である第1シェル11bに形成されており且つ一対のシェル11b及び12bの他方である第2シェル12bには形成されていない。また、一対の電極21c及び21dの両方において当該電極の外部端子と接続される面である電極接続面23a及び23bの法線ベクトル(破線によって描かれた矢印)が分割面に直交する方向において第1シェルの側から第2シェルの側へと向かう成分(黒塗りの太い矢印)及び発熱体の径方向において外側へと向かう成分(白抜きの太い矢印)を有する。
第2EHC201においては、一対の電極21c及び21dを構成する柱状の電極端子部の先端面が所定の角度にて傾斜しており、当該先端面によって電極接続面23a及び23bが構成されている。また、一対の外部端子30a及び30bは、一対の電極21c及び21d側の端部に板状の部材である第1中間電極31a及び31bをそれぞれ備え、これら一対の第1中間電極31a及び31bを介して、一対の電極21c及び21dの電極接続面23a及び23bにそれぞれ接続されている。この点を除き、図6に例示する第2EHC201は、図3に例示した第1EHC102と同様の構成を有する。
第1中間電極31a及び31bは、電極接続面23a及び23bに接続される前から電極接続面23a及び23bに沿うように傾斜していてもよい。また、第1中間電極31a及び31bは、電極接続面23a及び23bに接続される前は外部端子30a及び30bと同じ方向に延在しており電極接続面23a及び23bへの接続時に電極接続面23a及び23bに当接するように曲げることが可能な可撓性を有する部材によって構成されていてもよい。後者の場合、例えば、レーザー溶接によって電極接続面23a及び23bに第1中間電極31a及び31bをそれぞれ接続する際に、例えば所定の治具等を用いて第1中間電極31a及び31bを電極接続面23a及び23b側に押圧する等して電極接続面23a及び23bに当接させることができる。
上記のように第2EHC201においては電極接続面23a及び23bがシェル11bの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体20の径方向における外側である側に向いている。従って、シェル11bに他方のシェル12bを嵌合させる前にシェル11bの開口部を介して一対の外部端子30a及び30bと一対の電極21c及び21dとを電極接続面23a及び23bにて容易に接続することができる。例えば、一対の外部端子30a及び30bと一対の電極21c及び21dとをレーザー溶接によって接続する場合、例えば図6に示す破線によって描かれた矢印とは逆向きに電極接続面23a及び23bに向けてレーザー光を容易に照射することができる。
〈第2実施形態の変形例1及び2〉
上述した第2EHC201においては、一対の外部端子30a及び30bと一対の電極21c及び21dとが接続される電極接続面23a及び23bは、所定の角度にて傾斜している柱状の電極端子部の先端面によって構成されている。しかしながら、前述したように、(発熱体に通電可能に構成された)一対の電極の各々は、電気加熱式触媒装置の構成に応じて様々な構成(例えば、形状及び構造等)を有することができる。例えば、電極接続面23a及び23bは、所定の角度にて延在する板状の部材によって構成されていてもよい。
図7及び図8は、本発明の第2実施態様の変形例に係る電気加熱式触媒装置(第2EHC202及び203)の構成を例示する模式的な断面図である。第2EHC202及び203の何れにおいても、図6に例示した第2EHC201と同様に、外部端子30a及び30bの電極21c及び21d側の端部には、板状の部材である第1中間電極31a及び31bがそれぞれ接続されている。一方、電極21c及び21dの端部には、板状の部材である第2中間電極32a及び32bがそれぞれ接続されている。具体的には、図7に例示する第2EHC202においては、電極21c及び21dの外部端子30a及び30b側の端部に、第2中間電極32a及び32bがそれぞれ接続されている。一方、図8に例示する第2EHC203においては、電極21c及び21dの外部端子30a及び30bとは反対側の端部に、第2中間電極32a及び32bがそれぞれ接続されている。
そして、第2EHC202及び203の何れにおいても、一対の第2中間電極32a及び32bが、中間部10dを構成するシェル11dの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体20の径方向における外側である側に向いている電極接続面23a及び23bをそれぞれ有する。換言すれば、これらの電極接続面23a及び23bの法線ベクトル(破線によって描かれた矢印)は、分割面に直交する方向においてシェル11d(第1シェル)の側からシェル12d(第2シェル)の側へと向かう成分(黒塗りの太い矢印)及び発熱体20の径方向において外側へと向かう成分(白抜きの太い矢印)を有する。そして、第1中間電極31a及び31bが第2中間電極32a及び32bの電極接続面23a及び23bにそれぞれ接続されることにより、外部端子30a及び30bと電極21c及び21dとがそれぞれ接続されている。
一対の外部端子30a及び30bは、シェル11dの外周面に分割面から遠ざかる向きに突出するように組み付けられた別個の部材によって構成されたボス部18dの座面に形成された第1ケース孔13d及び14dに挿通されている。即ち、第2EHC202及び203においては、分割面への垂直投影において、第1ケースの電極収容部17dが電極収容部17d以外の部分よりも外側へ突出していない。そして、外部端子30a及び30bは、図6に例示した第2EHC201と同様に、電極21c及び21d側の端部に板状の部材である第1中間電極31a及び31bをそれぞれ備え、これら第1中間電極31a及び31bを介して、第2中間電極32a及び32bの電極接続面23a及び23bにそれぞれ接続されている。これらの点を除き、図7及び図8に例示する第2EHC202及び203は、図4及び図5に例示した第1EHC103と同様の構成を有する。
以上のように、第2EHC202及び203においても、上述した第2EHC201と同様に、電極接続面がシェル11dの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体20の径方向における外側である側に向いている。従って、シェル11dに他方のシェル12dを嵌合させる前にシェル11dの開口部を介して一対の外部端子30a及び30b(に接続された第1中間電極31a及び31b)と一対の電極21c及び21d(に接続された第2中間電極32a及び32b)とを電極接続面23a及び23bにて容易に接続することができる。例えば、一対の外部端子30a及び30bと一対の電極21c及び21dとをレーザー溶接によって接続する場合、電極接続面23a及び23bに向けてレーザー光を容易に照射することができる。
また、第2EHC202及び203においては、分割面への垂直投影において第1ケースの電極収容部17dが電極収容部17d以外の部分よりも外側へ突出していないので、電気加熱式触媒装置(EHC)全体としての最外径をより小さくすることができる。従って、第2EHC202及び203によれば、高い生産効率にて製造することが可能であり且つよりコンパクトな電極室を有するEHCを提供することができる。
尚、第2中間電極32a及び32bは、第1中間電極31a及び31bと接続される前から電極接続面23a及び23bとなるべき面の法線ベクトルが上述した側に向いていてもよい。また、第2中間電極32a及び32bは、第1中間電極31a及び31bと接続される前は電極接続面23a及び23bとなるべき面の法線ベクトルが上述した側に向いておらず、第1中間電極31a及び31bとの接続時に上記法線ベクトルが上述した向きに向くように曲げることが可能な可撓性を有する部材によって構成されていてもよい。
何れの場合においても、例えば、レーザー溶接によって電極接続面23a及び23bに第1中間電極31a及び31bをそれぞれ接続する際に、例えば所定の治具等を用いて第1中間電極31a及び31bと電極接続面とを挟持する等して第1中間電極31a及び31bと電極接続面23a及び23bとを密着させることが望ましい。この場合、第1保持部材(第1マット)22に形成される空隙である第1マット間隙22aは、上記のような治具等を用いて第1中間電極31a及び31bと電極接続面23a及び23bとを密着させる作業を行うのに十分な大きさを有することが望ましい。
〈効果〉
以上説明してきたように、第2EHCにおいては、一対の第1ケース孔は、一対の上記シェルの一方である第1シェルに形成されており、一対の上記シェルの他方である第2シェルには形成されていない。更に、一対の上記電極の両方において、当該電極の外部端子と接続される面である電極接続面の法線ベクトルが、上記分割面に直交する方向において第1シェルの側から第2シェルの側へと向かう成分及び発熱体の径方向において外側へと向かう成分を有する。即ち、第2EHCにおいては、一対の電極の外部端子と接続される面が、第1ケース孔が形成されたシェルの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体の径方向における外側である側に向いている。従って、上記のように上記電極と外部端子との接続作業を当該シェルの開口部を介して行う際の作業性を更に高めることができる。
《第3実施形態》
以下、本発明の第3実施形態に係る電気加熱式触媒装置(EHC)(以降、「第3EHC」と称呼される場合がある。)について説明する。
〈構成〉
第3EHCは、上述した第1EHC101乃至103を始めとする本発明の第1実施形態並びに上述した第2EHC201乃至203を始めとする本発明の第2実施形態に係る何れかの電気加熱式触媒装置(EHC)であって、二重構造を有するケースを備えるEHCである。より詳しくは、第3EHCは、電気絶縁材料からなる緩衝材である第2マットと、発熱体及び第1マットを内部に収容する筒状の容器である第2ケースと、を更に備える。第1マットは発熱体と第2ケースとの間に挟持されており、第2マットは第2ケースと第1ケースとの間に挟持されている。換言すれば、発熱体と第1ケースとの間に、発熱体側から第1ケース側へと向かう順に、第1マット及び第2マットが介装されており、第1マットと第2マットとの間に第2ケースが介装されている。
更に、第2マットの少なくとも一対の上記電極に対向する領域には電気絶縁材料が存在しない間隙である第2マット間隙が形成されており、第2ケースの少なくとも一対の上記電極に対向する領域には第2ケースを構成する材料が存在しない間隙である第2ケース間隙が形成されている。その結果、第1マット間隙、第2ケース間隙、第2マット間隙及び電極収容部によって電極室が画定されている。
第2マットの形状及び材料は、電気絶縁材料からなる緩衝材であり、第2ケースと発熱体との間に介在して第2ケースの内部の所定の位置に復元力によって発熱体を保持することが可能であり且つ排気処理装置としての使用環境及び使用条件に耐えることが可能である限り、特に限定されない。第2マットを形成する材料は、上述した第1マットを形成する材料とは異なる材料であっても良く、或いは上述した第1マットを形成する材料と同様の材料であってもよい。
また、第2ケースの形状及び材料は、筒状の形状を有し、その内部に発熱体を収容することが可能であり且つ排気処理装置としての使用環境及び使用条件に耐えることが可能である限り、特に限定されない。具体的には、第2ケースは、例えば円筒状又は角筒状の形状を有していてもよい。典型的には、第2ケースを形成する材料はステンレス鋼を始めとする金属であり、第2ケースの形状は円筒形である。また、第2ケースは、例えば鋼管等によって一体物として形成されていてもよく、或いは、例えばクラムシェル型のケース等のように、複数の構成部材を集成することによって形成されていてもよい。更に、第2ケースは、例えば非金属材料等の絶縁材料によって形成されていてもよい。
図9は、第3EHCの構成の1つの例を示す模式的な断面図である。図9は、図1と同様に、発熱体20の中心軸AX1と一対の電極21a及び21bの中心軸AX2とを通る平面による第3EHC301の模式的な断面図である。第3EHC301は、図1に例示した第1EHC101と同様に、発熱体20と、発熱体20に通電可能に構成された一対の電極21a及び21bと、電気絶縁材料からなる緩衝材である第1保持部材(第1マット)22と、第1ケース300eと、一対の外部端子30a及び30bと、第2触媒担体60と、第2保持部材61と、を備える。また、第1ケース300eは、第3EHC301よりも上流側に配設された図示しない排気管と接続する上流部41と、下流側に配設された図示しない排気管と接続する下流部51と、上流部41と下流部51との間に接続される中間部10eとによって構成されている。
但し、第3EHC301は、電気絶縁材料からなる緩衝材である第3保持部材71と、第4保持部材72と、筒状の容器である第2ケース70と、導入管80とを更に備える。第2ケース70は、発熱体20及び第1保持部材(第1マット)22を内部に収容すると共に、発熱体20の下流側において第2触媒担体60及び第2保持部材61を収容する。更に、第2ケース70は、第1ケース300eを構成する上流部41との間に挟持された第3保持部材71及び下流部51との間に挟持された第4保持部材72の復元力によって第1ケース300eの内部における所定の位置に保持されている。即ち、第3保持部材71及び第4保持部材72は、上述した第2マットに該当する。
第3保持部材71及び第4保持部材72は、発熱体20の中心軸AX1の方向において一対の電極21a及び21bを挟んで所定の間隔を空けて配設された2つの別個の部材である。即ち、第2マットに該当する第3保持部材71及び第4保持部材72の間の間隙は、上述した第2マット間隙に該当する。また、第2ケース70の少なくとも一対の電極21a及び21bに対向する領域には第2ケース70を構成する材料が存在しない間隙である第2ケース間隙が形成されている。第1マット間隙22a、第2ケース間隙、第2マット間隙及び電極収容部17eによって電極室15eが画定されている。
第2ケース間隙は、第2ケース70の一対の電極21a及び21bに対向する領域のみに形成された貫通孔であってもよく、或いは、第2ケース70の他の領域にまで及ぶ間隙であってもよい。後者の場合、第2ケース間隙の具体例としては、例えば第2ケース70が2つの部材に分割されており且つ当該2つの部材の一方が一対の電極21a及び21bよりも上流側に配設され他方が一対の電極21a及び21bよりも下流側に配設される場合において当該2つの部材の間に画定される空間等を挙げることができる。この場合、第2ケース間隙は、発熱体20の外周面の全周に亘る環状の空間として画定される。但し、第2ケース間隙の具体的な形状は、第2ケース70の一対の電極21a及び21bに対向する領域において第2ケース70の外側と内側とを連通することが可能である限り、特に限定されない。第3EHC301においては、第2ケース70の一対の電極21a及び21bに対向する領域に形成された貫通孔として、第2ケース間隙が設けられており、発熱体の径方向において外側に向かって一対の電極部21a及び21bが第2ケース70から突出している。
導入管80は例えばパイプ等の筒状の部材であり、第2ケース70の内径よりも小さい外径を有し、図示しない上流側の排気管と接続されるが、排気管そのものの下流側の端部であってもよい。導入管80は、第2ケース70の上流側の端部よりも下流側であり且つ発熱体20よりも上流側に導入管80の下流側の端部が位置するように、第1ケース300eが有する上流部41に固定され、所謂「ラビリンス構造」を形成している。また、導入管80は、第2ケース70との間における放電による電気的短絡を十分に防ぐことができる最低限の空隙を確保するように配設されている。
上述した点を除き、第3EHC301は、図1に例示した第1EHC101と同様の構成を有する。内部に発熱体20を収容している第2ケース70を中間部10eの内部に収容し、電極21a及び21bと外部端子30a及び30bをそれぞれ接続する方法としては、二通りの方法を挙げることができる。第1の方法においては、先ずシェル11eに形成された第1ケース孔13e及び14eに外部端子30a及び30bをそれぞれ挿通して固定する。次に、シェル11eの上流側の端部を上流部41の下流側の端部に固定する。次に、第2ケース70の上流側の端部に第3保持部材71を巻回し、第2ケース70の上流側の端部を上流部41の内部に圧入して組み付ける。次に、外部端子30a及び30bを電極21a及び21bにそれぞれ溶接によって固定して接続する。次に、シェル12eの下流側の端部を下流部51の上流側の端部に固定する。次に、第2ケース70の下流側の端部に第4保持部材72を巻回し、第2ケース70の下流側の端部を下流部51の内部に圧入して組み付ける。次に、シェル11eの下流側の端部とシェル12eの上流側の端部とを嵌合させて固定することにより、中間部11e内に電極室15eを形成し、収容部16eの内部に第2ケース70を保持する。
一方、第2の方法においては、先ず外部端子30a及び30bを電極21a及び21bにそれぞれ溶接によって固定して接続する。次に、シェル11eの上流側の端部を上流部41の下流側の端部に固定する。次に、第2ケース70の上流側の端部に第3保持部材71を巻回し、第2ケース70の上流側の端部を上流部41の内部に圧入して組み付ける。この圧入の際に、シェル11eに形成された第1ケース孔13e及び14eに外部端子30a及び30bをそれぞれ挿通する。次に、外部端子30a及び30bをシェル11eに固定する。次に、シェル12eの下流側の端部を下流部51の上流側の端部に固定する。次に、第2ケース70の下流側の端部に第4保持部材72を巻回し、第2ケース70の下流側の端部を下流部51の内部に圧入して組み付ける。次に、シェル11eの下流側の端部とシェル12eの上流側の端部とを嵌合させて固定することにより、中間部11eの内部に電極室15eを形成し、収容部16eの内部に第2ケース70を保持する。
以上のような構成を有する第3EHC301によれば、上述した第1EHC101と同様に、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置(EHC)を提供することができる。また、第3EHC301においては、発熱体20を内部に収容するケースが、第1ケース300eと第2ケース70とによって構成される二重構造を有する。従って、仮に発熱体20を保持する第1保持部材(第1マット)22が排気管内を流れる排気から生ずる凝縮水等によって含侵されて絶縁性能が低下しても、第2ケース70は第3保持部材71及び第4保持部材72(第2マット)を介して第1ケース300e内に保持されているので、第2ケース70から第1ケース300eへの導通を防止することができる。更に、排気浄化触媒の保温性を高めることもできる。
〈第3実施形態の変形例1〉
本発明の第3実施形態の変形例について以下に説明する。図10及び図11は、本発明の第3実施態様の1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第3EHC302)の構成の一例を示す模式的な断面図である。図10は、図9と同様に、発熱体20の中心軸AX1と発熱体20が備える一対の電極21a及び21bの中心軸AX2とを通る平面による第3EHC302の模式的な断面図である。第3EHC302が備える第1ケース300fの中間部10fは、電極21a及び21bの中心軸AX2と発熱体20の中心軸AX1とを通過する平面によって分割された一対のシェル11f及び12fによって構成されている。また、第3EHC302が備える外部端子30a及び30bは、電極21a及び21bの中心軸AX2並びに発熱体20の中心軸AX1に垂直な方向に延在しており、中間部10fを構成するシェル11fに形成された第1ケース孔13f及び14fに挿通され、電極室15fの内部において電極21a及び21bにそれぞれ接続されている。これらの点を除き、第3EHC302は、図9に例示した第3EHC301と同様の構成を有する。図11は、図10に示した平面A-A(発熱体20の中心軸AX1に直交し且つ電極21a及び21bの中心軸AX2を通過する平面)による第3EHC302の模式的な断面図である。
内部に発熱体20を収容している第2ケース70を中間部10fの内部に収容し、電極21a及び21bと外部端子30a及び30bをそれぞれ接続する方法としては、二通りの方法を挙げることができる。第1の方法においては、先ずシェル11fに形成された第1ケース孔13f及び14fに外部端子30a及び30bをそれぞれ挿通して固定する。次に、第2ケース70の上流側の端部に第3保持部材71を巻回し、第2ケース70の上流側の端部を上流部41の内部に圧入して組み付ける。次に、第2ケース70の下流側の端部に第4保持部材72を巻回し、第2ケース70の下流側の端部を下流部51の内部に圧入して組み付ける。次に、シェル11fに固定した外部端子30a及び30bを電極21a及び21bに当接させ、それぞれ溶接によって固定して接続する。次に、シェル11fの上流側の端部を上流部41の下流側の端部に固定し、シェル11fの下流側の端部を下流部51の上流側の端部に固定する。次に、シェル11fにシェル12fを嵌合させて固定し、その後にシェル12fの上流側の端部を上流部41の下流側の端部に固定し、シェル12fの下流側の端部を下流部51の上流側の端部に固定することにより、中間部10fの内部に電極室15fを形成し、収容部16fの内部に第2ケース70を保持する。
一方、第2の方法においては、先ず外部端子30a及び30bを電極21a及び21bにそれぞれ溶接によって固定して接続する。次に、第2ケース70の上流側の端部に第3保持部材71を巻回し、第2ケース70の上流側の端部を上流部41の内部に圧入して組み付ける。次に、第2ケース70の下流側の端部に保持部材72を巻回し、第2ケース70の下流側の端部を下流部51の内部に圧入して組み付ける。次に、シェル11fに形成された第1ケース孔13f及び14fに外部端子30a及び30bをそれぞれ挿通し固定する。次に、シェル11fの上流側の端部を上流部41の下流側の端部に固定し、シェル11fの下流側の端部を下流部51の上流側の端部に固定する。次に、シェル11fにシェル12fを嵌合させて固定し、その後にシェル12fの上流側の端部を上流部41の下流側の端部に固定し、シェル12fの下流側の端部を下流部51の上流側の端部に固定することにより、中間部10fの内部に電極室15fを形成し、収容部16fの内部に第2ケース70を保持する。
以上のような構成を有する第3EHC302においても、上述した第3EHC301と同様に、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置(EHC)を提供することができる。更に、第3EHC302もまた、発熱体20を内部に収容するケースが第1ケース300fと第2ケース70とによって構成される二重構造を有する。従って、第3EHC301と同様に、絶縁性能及び排気浄化触媒の保温性を高めることもできる。
〈第3実施形態の変形例2〉
図12及び図13は、本発明の第3実施態様のもう1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第3EHC303)の構成の一例を示す模式的な断面図である。図12は、図10と同様に、発熱体20の中心軸AX1と発熱体20が備える一対の電極21a及び21bの中心軸AX2とを通る平面による第3EHC303の模式的な断面図である。図13は、図12に示した平面A-A(発熱体20の中心軸AX1に直交し且つ電極21a及び21bの中心軸AX2を通過する平面)による第3EHC303の模式的な断面図である。
第3EHC303が備える第2ケース73は下流側の端部に下流側に向かうほど徐々に縮径するテーパ部を下流側の端部に有する。また、第3EHC303においては、第1ケース300gを構成する上流部42と第2ケース73の上流側の端部との間に第3保持部材74を挟持し、第1ケース300gを構成する下流部52と第2ケース73のテーパ部との間において第4保持部材75を挟持している。これにより、第1ケース300gの内部における所定の位置に第2ケース73が保持されている。更に、第3EHC303が備える外部端子30a及び30bは、電極21a及び21bの中心軸AX2並びに発熱体20の中心軸AX1に垂直な方向に延在しており、中間部10gを構成するシェル11gに形成された第1ケース孔13g及び14gに挿通され、電極室15gの内部において電極21a及び21bにそれぞれ接続されている。これらの点を除き、第3EHC303は、図10及び図11に例示した第3EHC302と同様の構成を有する。第3EHC303において内部に発熱体20を収容している第2ケース73を中間部10gの内部に収容し電極21a及び21bと外部端子30a及び30bをそれぞれ接続する方法もまた第3EHC302と同様であるので、ここでの説明は省略する。
以上のような構成を有する第3EHC303においても、上述した第3EHC301及び302と同様に、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置(EHC)を提供することができる。更に、第3EHC303もまた、発熱体20を内部に収容するケースが第1ケース300gと第2ケース70とによって構成される二重構造を有するので、第3EHC301及び302と同様に、絶縁性能及び排気浄化触媒の保温性を高めることもできる。
上記に加えて、第3EHC303においては、第1ケース300gの内部に第2ケース73を保持する第4保持部材75が第2ケース73の下流側の端部に設けられたテーパ部と第1ケース300gを構成する下流部52の下流側の端部に設けられたテーパ部との間に挟持される。これにより、第4保持部材75の復元力が軸方向のみならず径方向においても第2ケース73に作用するため、第1ケース300gの内部における所定の位置に第2ケース73をより確実且つ正確に保持することができる。
〈第3実施形態の変形例3〉
図14及び図15は、本発明の第3実施態様の更にもう1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第3EHC304)の構成の一例を示す模式的な断面図である。図14は、図10と同様に、発熱体20の中心軸AX1と発熱体20が備える一対の電極21a及び21bとを通る平面による第3EHC304の模式的な断面図である。図15は、図11と同様に、図14に示した平面A-A(発熱体20の中心軸AX1に直交し且つ電極21a及び21bを通過する平面)による第3EHC304の模式的な断面図である。
第3EHC304においては、図7に例示した第2EHC202と同様に、外部端子30a及び30bの電極21c及び21d側の端部には、板状の部材である第1中間電極31a及び31bがそれぞれ接続されている。一方、電極21c及び21dの外部端子30a及び30b側の端部には、板状の部材である第2中間電極32a及び32bがそれぞれ接続されている。第2中間電極32a及び32bは、中間部10dを構成するシェル11dの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体20の径方向における外側である側に向いている電極接続面23a及び23bをそれぞれ有する。換言すれば、これらの電極接続面23a及び23bの法線ベクトル(破線によって描かれた矢印)は、分割面に直交する方向においてシェル11h(第1シェル)の側からシェル12h(第2シェル)の側へと向かう成分(黒塗りの太い矢印)及び発熱体の径方向において外側へと向かう成分(白抜きの太い矢印)を有する。そして、第1中間電極31a及び31bが第2中間電極32a及び32bの電極接続面23a及び23bにそれぞれ接続されることにより、外部端子30a及び30bと電極21c及び21dとがそれぞれ接続されている。
また、図7に例示した第2EHC202と同様に、一対の外部端子30a及び30bは、シェル11hの外周面に分割面から遠ざかる向きに突出するように組み付けられた別個の部材によって構成されたボス部18hの座面に形成された第1ケース孔13h及び14hに挿通されている。即ち、第3EHC304においても、分割面への垂直投影において、第1ケース300hの電極収容部17hが電極収容部17h以外の部分よりも外側へ突出していない。これらの点を除き、図14及び図15に例示する第3EHC304は、図10及び図11に例示した第3EHC302と同様の構成を有する。
以上のように、二重構造を有するケースを備える第3EHC304においても、前述した第2EHC202と同様に、電極接続面23a及び23bがシェル11hの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体20の径方向における外側である側に向いている。従って、シェル11hに他方のシェル12hを嵌合させる前にシェル11hの開口部を介して一対の外部端子30a及び30b(に接続された第1中間電極31a及び31b)と一対の電極21c及び21d(に接続された第2中間電極32a及び32b)とを電極接続面23a及び23bにて容易に接続することができる。例えば、一対の外部端子30a及び30bと一対の電極21c及び21dとをレーザー溶接によって接続する場合、電極接続面23a及び23bに向けてレーザー光を容易に照射することができる。
また、第3EHC304においても、分割面への垂直投影において第1ケース300hの電極収容部17hが電極収容部17h以外の部分よりも外側へ突出していないので、電気加熱式触媒装置(EHC)全体としての最外径をより小さくすることができる。従って、第3EHC304によれば、高い生産効率にて製造することが可能であり且つよりコンパクトな電極室を有するEHCを提供することができる。
ところで、前述したように、第2ケースは、例えば鋼管等によって一体物として形成されていてもよく、或いは、例えばクラムシェル型のケース等のように、複数の構成部材を集成することによって形成されていてもよい。前者の場合、第2ケースの内部に発熱体を収容するためには、例えば圧入又はサイジング等の方法によって、第2ケースの端部から内部へと発熱体を挿入する必要がある。サイジングとは、電気絶縁材料からなる緩衝材である保持部材(マット)が外周面(側面)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(緩く)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。
発熱体が備える電極の全体(発熱体が第2中間電極を備える場合は第2中間電極を含む)が第2ケースの内部に収まる形状及び大きさを恒久的に有する場合は、当然のことながら、圧入又はサイジング等の方法によって第2ケースの端部から内部へと発熱体を挿入することができる。
しかしながら、例えば、図9乃至図13に例示した第3EHC301乃至303においては、剛体としての電極21a及び21bが第2ケース70又は73よりも外側に突出する形状及び大きさを有する。このような場合、圧入又はサイジング等の方法によって第2ケース70又は73の端部から内部へと発熱体20を挿入することができない。一方、例えば図15に例示した第3EHC304のように、第2中間電極32a及び32bを備える電極21c及び21dの全体が第2ケース70の内周面よりも内側に収まっている場合は、圧入又はサイジング等の方法によって第2ケース70又は73の端部から内部へと発熱体20を挿入することができる。
また、第2EHC202及び203に関する説明において前述したように、第2中間電極32a及び32bは可撓性を有する部材によって構成されていてもよい。この場合、第2ケース70又は73の内部に発熱体20を収容する際に第2中間電極32a及び32bを第2ケース70又は73の内部に収まるように少なくとも一時的に変形させておくことができる。従って、外部端子30a及び30bが備える第1中間電極31a及び31bと第2中間電極32a及び32bとの接続が第2ケース70又は73の外側において行われる場合であっても、第2中間電極32a及び32bは可撓性を有する部材によって構成されていれば、圧入又はサイジング等の方法によって第2ケース70又は73の端部から内部へと発熱体20を挿入することができる。
〈第3実施形態の変形例4〉
図16は、本発明の第3実施態様の更にもう1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第3EHC305)の構成の一例を示す模式的な断面図である。図16は、図13と同様に、一対の電極21a及び21bの中心軸AX2を通過し発熱体20の中心軸AX1に直交する平面による第3EHC305の模式的な断面図である。第3EHC305は、可撓性を有する部材によって構成された第3中間電極33a及び33bを介して電極21a及び21bと外部端子30a及び30bとが接続されている点を除き、上述した第3EHC302及び303と同様の構成を有する。
以上のような構成を有する第3EHC305においても、上述した第3EHC301乃至304と同様に、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置(EHC)を提供することができる。更に、第3EHC305もまた、発熱体20を内部に収容するケースが(中間部10gを含む)第1ケース300gと第2ケース70とによって構成される二重構造を有するので、第3EHC301乃至304と同様に、絶縁性能及び排気浄化触媒の保温性を高めることもできる。
上記に加えて、第3EHC305においては、可撓性を有する部材によって構成された第3中間電極33a及び33bを介して電極21a及び21bと外部端子30a及び30bとが接続されている。従って、第3EHC305が適用される内燃機関の稼働中の振動等に起因して電極21a及び21b並びに外部端子30a及び30b等に作用する応力を緩和することができる。その結果、上記振動等に起因する電気加熱式触媒装置(EHC)の故障及び/又は構成部材の破損等の問題を低減することができる。
〈効果〉
以上説明してきたように、第3EHCにおいては、発熱体を内部に収容するケースが、第1ケースと第2ケースとによって構成される二重構造を有する。従って、仮に発熱体を保持する第1保持部材(第1マット)が排気管内を流れる排気から生ずる凝縮水等によって含侵されて絶縁性能が低下しても、第2ケースは第3保持部材及び第4保持部材(第2マット)を介して第1ケース内に保持されているので、第2ケースから第1ケースへの導通を防止することができる。更に、排気浄化触媒の保温性を高めることもできる。
本発明の実施例に係る電気加熱式触媒装置(以降、「実施例EHC401」と称する場合がある。)につき、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。実施例EHC401は、図14及び図15に例示した第3EHC304の実装例である。従って、実施例EHC401に関する以下の説明及び対応する図面においては、図14及び図15に記載した符号を使用する。
図17は、実施例EHC401の外観を示す模式的な斜視図である。図18は、実施例EHC401の構成の一例を示す模式的な断面図であり、図14に対応する。図19の(a)は、図18に示した平面A-Aによる実施例EHC401の模式的な断面図であり、図15と同一である。図19の(b)は、実施例EHC401が備える電極21cの近傍を発熱体20の径方向における外側から内側に向かって観察した場合における模式的な拡大図である。
図17に示すように、実施例EHC401は、第1ケース300hを筐体として有し、外部端子30a及び30b並びにボス部18hを除き突出した部分の無い略円柱形のコンパクトな形状を有する。第1ケース300hは、実施例EHC401よりも上流側に配設された図示しない排気管下流側の端部である導入管80と接続された上流部41と、下流側に配設された図示しない排気管と接続される下流部51と、上流部40と下流部50との間に接続される中間部10hとによって構成されている。中間部10hは、一対のシェル11h及び12hによって構成されている。
図18は、図14と同様に、発熱体20の中心軸AX1と発熱体20が備える一対の電極21a及び21bとを通る平面による実施例EHC401の模式的な断面図である。図19の(a)は、図15と同様に、図18に示した平面A-A(発熱体20の中心軸AX1に直交し且つ電極21a及び21bを通過する平面)による実施例EHC401の模式的な断面図である。
図17乃至図19に例示するように、実施例EHC401は、発熱体20と、発熱体20に通電可能に構成された一対の電極21c及び21cと、電気絶縁材料からなる緩衝材である第1保持部材(第1マット)22と、第1ケース300hと、一対の外部端子30a及び30bと、第2触媒担体60と、第2保持部材61と、を備える。実施例EHC401は、電気絶縁材料からなる緩衝材である第3保持部材71と、第4保持部材72と、筒状の容器である第2ケース70とを更に備える。第2ケース70は、発熱体20及び第1保持部材(第1マット)22を内部に収容すると共に、発熱体20の下流側において第2触媒担体60及び第2保持部材61を収容する。更に、第2ケース70は、第1ケース300hを構成する上流部41との間に挟持された第3保持部材71及び下流部51との間に挟持された第4保持部材72の復元力によって第1ケース300hの内部における所定の位置に保持されている。即ち、第3保持部材71及び第4保持部材72は、前述した第2マットに該当する。以上のように、実施例EHC401は二重構造を有するケースを備える。
第3保持部材71及び第4保持部材72は、発熱体20の中心軸AX1の方向において一対の電極21a及び21bを挟んで所定の間隔を空けて配設された2つの別個の部材である。即ち、第2マットに該当する第3保持部材71及び第4保持部材72の間の間隙は、前述した第2マット間隙に該当する。また、第2ケース70の少なくとも一対の電極21c及び21dに対向する領域には第2ケース70を構成する材料が存在しない間隙である第2ケース間隙が形成されている。
上記構成により、実施例EHC401においては、第1マット間隙、第2ケース間隙、第2マット間隙及び電極収容部17hによって電極室15hが画定されている。また、電極収容部17hは、第1ケース300hを構成する中間部10hによって一体的に形成されている。従って、前述した従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)のように発熱体を内部に収容するケースとは別個の部材をケースに組み付けることによって電極室を集成する必要が無い。
また、電極収容部17hを横断する面である分割面によって中間部10hが分割されてなる一対のシェル11h及び12hの組み合わせにより中間部10hが構成されている。従って、外部端子30a及び30bを第1ケース孔13h及び14hに組み付ける際に、当該作業をシェル11hの開口部を介して行うことができる。更に、発熱体20及び第1保持部材(第1マット)22をシェル11hに収めた状態において電極21c及び21dと外部端子30a及び30bとを接続する際にも、当該作業をシェル11hの開口部を介して行うことができる。何れの作業においても、シェル11hの開口部は開放されており、作業の妨げとなる物品が周辺には存在しないので、作業スペースの確保が容易であり、結果として当該作業の作業性を高めることができる。
加えて、上記理由により外部端子30a及び30bと電極21c及び21dとを組み付ける作業スペースを確保するために電極室を大きくする必要が無く、外部端子30a及び30b並びに電極21c及び21dと電極室15hとの間における放電による電気的短絡を十分に防ぐことができる最低限の空隙を確保すればよい。前述したように、電気的絶縁を達成するための空隙を十分に確保することが困難な場合には、当該箇所に例えばガラスコーティング等の絶縁層を設けてもよい(図18に示す太い実線を参照)。
次に、実施例EHC401が備える電極について説明する。図19の(a)に示すように、実施例EHC401においても、図14に例示した第3EHC304と同様に、外部端子30a及び30bの電極21c及び21d側の端部には、板状の部材である第1中間電極31a及び31bがそれぞれ接続されている。一方、電極21c及び21dの外部端子30a及び30b側の端部には、板状の部材である第2中間電極32a及び32bがそれぞれ接続されている。第2中間電極32a及び32bは、中間部10hを構成するシェル11hの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体20の径方向における外側である側に向いている電極接続面23a及び23bをそれぞれ有する(破線によって描かれた矢印を参照)。そして、第1中間電極31a及び31bが第2中間電極32a及び32bの電極接続面23a及び23bにそれぞれ接続されることにより、外部端子30a及び30bと電極21c及び21dとがそれぞれ接続されている。
また、一対の外部端子30a及び30bは、シェル11hの外周面に分割面から遠ざかる向きに突出するように組み付けられた別個の部材によって構成されたボス部18hの座面に形成された第1ケース孔13h及び14hに挿通されている。即ち、実施例EHC401においても、分割面への垂直投影において、第1ケース300hの電極収容部17hが電極収容部17h以外の部分よりも外側へ突出していない。
以上のように、実施例EHC401においては、電極接続面23a及び23bがシェル11hの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体20の径方向における外側である側に向いている。従って、シェル11hに他方のシェル12hを嵌合させる前にシェル11hの開口部を介して一対の外部端子30a及び30b(に接続された第1中間電極31a及び31b)と一対の電極21c及び21d(に接続された第2中間電極32a及び32b)とを電極接続面23a及び23bにて容易に接続することができる。例えば一対の外部端子30a及び30bと一対の電極21c及び21dとをレーザー溶接によって接続する場合、電極接続面23a及び23bに向けてレーザー光を容易に照射することができる。
また、分割面への垂直投影において第1ケース300hの電極収容部17hが電極収容部17h以外の部分よりも外側へ突出していないので、電気加熱式触媒装置(EHC)全体としての最外径をより小さくすることができる。従って、実施例EHC401によれば、高い生産効率にて製造することが可能であり且つよりコンパクトな電極室を有するEHCを提供することができる。
ところで、第2EHC202及び203に関する説明において前述したように、例えばレーザー溶接によって電極接続面23a及び23bに第1中間電極31a及び31bをそれぞれ接続する際には、例えば所定の治具等を用いて第1中間電極31a及び31bと電極接続面とを挟持する等して第1中間電極31a及び31bと電極接続面23a及び23bとを密着させることが望ましい。この場合、上記のような治具等を用いて第1中間電極31a及び31bと電極接続面23a及び23bとを密着させる作業を行うのに十分な空間が電極室15hの内部に存在することが望ましい。
そこで、実施例EHC401においては、図19の(b)に示すように、第1中間電極31a及び第2中間電極32aが、発熱体20の中心軸AX1の方向において、電極21cに対して、片側に寄せて配置されている。図示しないが、他方の電極21dについても同様である。これにより、上記のような第1中間電極31a及び31bと電極接続面23a及び23bとを密着させる作業を行うのに十分な空間が電極室15hの内部に確保されている。
次に、実施例EHC401の集成過程について説明する。図20は、実施例EHC401の集成過程の一例を示す模式図である。図20に示す例においては、前述した第1の方法のように、一方のシェルに形成された第1ケース孔に外部端子を挿通して固定した後に外部端子と電極とを接続する。図20の(a)に示すステップ1において、側面に電極21cが設けられた円柱形の形状を有する発熱体20を用意する。次に、ステップ2において、電極21cに第2中間電極32aを接続する。図19の(a)に示したように電極21c及び第2中間電極32aは何れも薄い板状の電極であるので、図20の(b)に示すように、これらの電極をレーザー溶接によって接続することができる。他方の電極21d及び第2中間電極32bについても同様である。
次に、図示しないが、電極21c及び21dに第2中間電極32a及び32bがそれぞれ接続された状態にある発熱体20の側面に、これらの電極の近傍に対応する部位に第1マット間隙が形成された第1保持部材(第1マット)を巻回する。このようにして第1保持部材が巻回された発熱体20を、ステップ3において、第2ケース20の内部に収容する。図19の(a)に示したように、実施例EHC401においては第2中間電極32a及び32bを備える電極21c及び21dの全体が第2ケース70の内周面よりも内側に収まっている。従って、ステップ3においては、図20の(c)に示すようにサイジングによって第2ケース70の内部に発熱体20を収容することができる。
次に、図示しないが、第2ケース70の上流側の端部に第3保持部材を巻回し、第2ケース70の上流側の端部を上流部41の内部に圧入して組み付ける。一方、第2ケース70の下流側の端部には第4保持部材を巻回し、第2ケース70の下流側の端部を下流部51の内部に圧入して組み付ける。
そして、ステップ4において、上記のようにして得られた第2ケース70、上流部41及び下流部51からなる集成体をシェル11hの収容部に納める。この状態において、シェル11hの開口部は開放されており、作業の妨げとなる物品が周辺には存在しないので、作業スペースの確保が容易であり、結果として当該作業の作業性を高めることができる。また、第2中間電極32a及び32bの電極接続面はシェル11hの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体20の径方向における外側である側に向いている。従って、図20の(d)に示すように、シェルの開口部側からレーザー光を照射して、外部端子30aに接続された第1中間電極31aと電極21cに接続された第2中間電極32aとをレーザー溶接によって容易に接続することができる。
尚、図20の(a)に示したステップ4及び(d)においては、実施例EHC401の集成過程についての理解を容易にすることを目的として、上流部41及び下流部51等が省略されている。そこで、第2ケース70、上流部41及び下流部51からなる集成体がシェル11hの収容部に納められた状態を示す模式的な斜視図を図21の(a)に示す。更に、シェル11hと対を成すシェル12hがシェル11hに嵌合され、溶接等の方法によって固定されることにより、図21の(b)に示すように、実施例EHC401が集成される。
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び変形例並びに実施例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び変形例並びに実施例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。例えば、これまで説明してきた実施形態及び変形例並びに実施例に対応する図面においては第1ケース孔への外部端子の挿入方向(第1ケース孔よりも外側に突出している部分の延在方向)がシェルの分割面に対して垂直である場合について描かれている。しかしながら、第1ケース孔への外部端子の挿入方向は上記に限定されず、例えばシェルの分割面に対して平行であってもよく、或いは、シェルの分割面に対して垂直な角度と平行な角度との間の中間的な角度(例えば、45°等)であってもよい。
1 電気加熱式触媒装置(従来技術)
101、102、103 電気加熱式触媒装置(第1実施形態)
201、202、203 電気加熱式触媒装置(第2実施形態)
301、302、303、304、305 電気加熱式触媒装置(第3実施形態)
401 電気加熱式触媒装置(実施例)
100a、100b、100c、300e、300f、300g、300h 第1ケース
10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h 中間部
11a、11b、11c、11d、11e、11f、11g、11h シェル
12a、12b、12c、12d、12e、12f、12g、12h シェル
13a、13b、13c、13d、13e、13f、13g、13h 第1ケース孔
14a、14b、14c、14d、14e、14f、14g、14h 第1ケース孔
15a、15b、15c、15d、15e、15f、15g、15h 電極室
16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g、16h 収容部
17a、17b、17c、17d、17e、17f、17g、17h 電極収容部
18c、18d、18h ボス部
20 発熱体
21a、21b、21c、21d 電極
22 第1保持部材(第1マット)
22a 第1マット間隙
23a、23b 電極接続面
30a、30b 外部端子
31a、31b 第1中間電極
32a、32b 第2中間電極
33a、33b 第3中間電極
40、41、42 上流部
50、51、52 下流部
60 第2触媒担体
61 第2保持部材
70、73 第2ケース
71、74 第3保持部材(第2マット)
72、75 第4保持部材(第2マット)
80 導入管
AX1 発熱体の中心軸
AX2 一対の電極の中心軸

Claims (7)

  1. 通電により発熱する発熱体と、
    前記発熱体に通電可能に構成された一対の電極と、
    電気絶縁材料からなる緩衝材である第1マットと、
    前記発熱体、一対の前記電極及び前記第1マットを内部に収容する筒状の容器である第1ケースと、
    一対の外部端子と、
    を備え、
    前記第1マットが前記発熱体と前記第1ケースとの間に挟持されており、
    前記第1ケースには前記第1ケースの外側と内側とを連通する貫通孔である一対の第1ケース孔が形成されており、
    前記第1マットの少なくとも一対の前記電極に対向する領域には前記電気絶縁材料が存在しない間隙である第1マット間隙が形成されており、
    一対の前記外部端子の各々は、一対の前記第1ケース孔にそれぞれ挿通されて、一方の端部が前記第1ケースの内部において一対の前記電極を収容する空間である電極室において一対の前記電極の各々とそれぞれ接続されており、他方の端部が前記第1ケースの外部にそれぞれ突出している、
    電気加熱式触媒装置であって、
    前記第1マット間隙と共に前記電極室を画定する電極収容部が前記第1ケースによって一体的に形成されており、
    前記電極収容部を横断する面である分割面によって前記第1ケースが分割されてなる一対のシェルの組み合わせによって前記第1ケースが構成されている、
    ことを特徴とする、
    電気加熱式触媒装置。
  2. 請求項1に記載された電気加熱式触媒装置であって、
    前記分割面が前記発熱体の中心軸と直交する平面であることを特徴とする、
    電気加熱式触媒装置。
  3. 請求項1に記載された電気加熱式触媒装置であって、
    前記分割面が前記発熱体の中心軸を含む平面又は前記発熱体の中心軸に平行な平面であることを特徴とする、
    電気加熱式触媒装置。
  4. 請求項3に記載された電気加熱式触媒装置であって、
    前記分割面への垂直投影において、前記第1ケースの前記電極収容部が、前記電極収容部以外の部分よりも外側へ突出していないことを特徴とする、
    電気加熱式触媒装置。
  5. 請求項1乃至請求項4に記載された電気加熱式触媒装置であって、
    一対の前記第1ケース孔は、一対の前記シェルの一方である第1シェルに形成されており、一対の前記シェルの他方である第2シェルには形成されておらず、
    一対の前記電極の両方において、前記電極の前記外部端子と接続される面である電極接続面の法線ベクトルが、前記分割面に直交する方向において前記第1シェルの側から前記第2シェルの側へと向かう成分及び前記発熱体の径方向において外側へと向かう成分を有する、
    ことを特徴とする、
    電気加熱式触媒装置。
  6. 請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載された電気加熱式触媒装置であって、
    一対の前記外部端子の少なくとも前記第1ケース孔よりも外側に突出している部分が前記分割面に直交する方向に延在していることを特徴とする、
    電気加熱式触媒装置。
  7. 請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載された電気加熱式触媒装置であって、
    電気絶縁材料からなる緩衝材である第2マットと、
    前記発熱体及び前記第1マットを内部に収容する筒状の容器である第2ケースと、
    を更に備え、
    前記第1マットは、前記発熱体と前記第2ケースとの間に挟持されており、
    前記第2マットは、前記第2ケースと前記第1ケースとの間に挟持されており、
    前記第2マットの少なくとも一対の前記電極に対向する領域には前記電気絶縁材料が存在しない間隙である第2マット間隙が形成されており、
    前記第2ケースの少なくとも一対の前記電極に対向する領域には前記第2ケースを構成する材料が存在しない間隙である第2ケース間隙が形成されており、
    前記電極室は、前記第1マット間隙、前記第2ケース間隙、前記第2マット間隙及び前記電極収容部によって画定されている、
    ことを特徴とする、
    電気加熱式触媒装置。
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