排気浄化装置
【課題】耐熱性、及び高温下における耐酸化性に優れ、かつ担体との間で発生する応力を緩和可能な電極を具備する排気浄化装置を提供する。
【解決手段】触媒が担持される担体２０と、担体２０の外周面に設けられる一対の電極３０・３０と、を具備する排気浄化装置１であって、電極３０は、担体２０の外周面上に形成される第一層３１と、第一層３１上に設けられる金属箔３２と、金属箔３２を覆うように形成される第二層３３と、を具備し、第一層３１は、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を含み、かつ、シリコン及びシリカ、並びにグラファイトを含み、第二層３３は、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を含み、かつ、第一層３１に含まれるシリコン及びシリカの量以下のシリコン及びシリカ、並びに第一層３１に含まれるグラファイトの量以下のグラファイトを含む。
【解決手段】触媒が担持される担体２０と、担体２０の外周面に設けられる一対の電極３０・３０と、を具備する排気浄化装置１であって、電極３０は、担体２０の外周面上に形成される第一層３１と、第一層３１上に設けられる金属箔３２と、金属箔３２を覆うように形成される第二層３３と、を具備し、第一層３１は、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を含み、かつ、シリコン及びシリカ、並びにグラファイトを含み、第二層３３は、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を含み、かつ、第一層３１に含まれるシリコン及びシリカの量以下のシリコン及びシリカ、並びに第一層３１に含まれるグラファイトの量以下のグラファイトを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関し、特にエンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等には、エンジンから排出される排気ガスを浄化するために、排気経路上に排気浄化装置が設けられている。
【０００３】
上記のような排気浄化装置としては、白金、又はパラジウム等の触媒が担持され、ＳｉＣ（炭化ケイ素）等のセラミックスからなるハニカム構造の担体と、当該担体と電気的に接続され、その外周面に互いに対向するように設けられた一対の電極とを具備する通電加熱式触媒（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｈｅａｔｅｄ Ｃａｔａｌｙｓｔ：ＥＨＣ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
ＥＨＣにおいては、電源を用いて一対の電極間で担体を通電加熱することにより、担体に担持された触媒を活性温度まで昇温して、エンジンから排出されて担体を通過する排気ガス中のＨＣ（未燃炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、及びＮＯｘ（窒素酸化物）等の有害物質を触媒反応により浄化する。
【０００４】
ＥＨＣの電極には、溶射により担体の外周面に皮膜状に形成されるものがある。このような電極は、溶融金属が溶射対象である担体に衝突し、急冷凝固する過程で内部応力を蓄積しながら形成される。
そのため、溶射により形成される電極の体積が大きくなると、蓄積された内部応力が担体の強度を超え、担体が破壊されるおそれがある。
【０００５】
また、担体の外周面に電極が形成された状態で、ＥＨＣを自動車等の排気経路上に配置した実際の使用を想定した熱サイクルにかけた場合には、担体と電極との線膨張係数の差により、電極及び担体に亀裂が生じ、担体から電極が剥離する等の問題が生じる。
更には、熱サイクルによって電極の酸化が進行することで、電極の電気抵抗が大きくなり、最悪の場合には導通しなくなって担体を通電加熱することができなくなる等の問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３３３４８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、耐熱性、及び高温下における耐酸化性に優れ、かつ担体との間で発生する応力を緩和可能な電極を具備する排気浄化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の排気浄化装置は、触媒が担持される担体と、前記担体の外周面に設けられる一対の電極と、を具備し、前記一対の電極を通じて前記担体を通電加熱して前記触媒を活性温度まで昇温する排気浄化装置であって、前記一対の電極は、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を含み、かつ、グラファイトを含む。
【０００９】
本発明の排気浄化装置において、前記一対の電極は、シリコン及びシリカを更に含むことが好ましい。
【００１０】
本発明の排気浄化装置において、前記一対の電極は、前記担体の外周面上に形成される第一層と、前記第一層上に設けられる金属箔と、前記金属箔を覆うように形成される第二層と、を具備し、前記第一層は、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を含み、かつ、グラファイトを含み、前記第二層は、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を含み、かつ、前記第一層に含まれるグラファイトの量以下のグラファイトを含むことが好ましい。
【００１１】
本発明の排気浄化装置において、前記第一層及び前記第二層は、溶射によって形成されることが好ましい。
【００１２】
本発明の排気浄化装置において、前記第一層は、シリコン及びシリカを更に含み、前記第二層は、前記第一層に含まれるシリコン及びシリカの量以下のシリコン及びシリカを更に含むことが好ましい。
【００１３】
本発明の排気浄化装置において、前記電極におけるシリコン及びシリカの体積率は、両者を合わせて１０〜３０［ｖｏｌ％］であることが好ましい。
【００１４】
本発明の排気浄化装置において、前記電極におけるグラファイトの体積率は、４０〜６０［ｖｏｌ％］であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高温下において、電極に亀裂が生じること、及び電極が酸化することを抑制し、安定して担体を通電加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る排気浄化装置を示す図。
【図２】電極を示す断面図。
【図３】溶射皮膜の熱膨張率と、溶射皮膜に含まれるシリコン及びシリカの体積率との関係を示す図
【図４】複合粉末を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、図１及び図２を参照して、本発明に係る排気浄化装置の一実施形態である排気浄化装置１について説明する。
排気浄化装置１は、自動車等の排気経路上に設けられ、エンジンから排出される排気ガスを浄化する通電加熱式触媒（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｈｅａｔｅｄ Ｃａｔａｌｙｓｔ：ＥＨＣ）である。
【００１８】
図１に示すように、排気浄化装置１は、外装をなす中空のケース１０と、ケース１０の内部に収納された担体２０と、担体２０の外周面に設けられた一対の電極３０・３０とを具備する。
【００１９】
ケース１０は、排気浄化装置１の外装をなすと共に、エンジンから排出される排気ガスが流動する排気管の一部をなす中空の部材である。
【００２０】
担体２０は、導電性を有するＳｉＣ（炭化ケイ素）からなるハニカム構造の多孔質部材であり、白金、又はパラジウム等の触媒が担持されている。担体２０は、円筒状に形成され、エンジンから排出される排気ガスが担体２０の内部を軸方向に沿って通過するようにケース１０の内部に配置されている。なお、ケース１０の内周面と担体２０の外周面との間には、担体２０の位置ずれを防止すると共に、ケース１０の内周面と担体２０の外周面との間の隙間をシールするための保持部材（不図示）が設けられている。
【００２１】
電極３０・３０は、担体２０の外周面に互いに独立して形成され、担体２０に電流を流して加熱するための一対の電極である。電極３０・３０は、それぞれ担体２０の周方向における所定範囲に設けられ、互いに対向した状態で担体２０の軸方向における両端部に亘って形成されている。
電極３０・３０には、図示せぬ端子が電気的に接続されており、当該端子によってケース１０の外部に設けられたバッテリ等の電源からの電力供給が可能となっている。なお、電極３０・３０のいずれがプラス側、又はマイナス側の電極となるかを問わず、電流の流れる方向は限定しない。
【００２２】
電極３０は、担体２０の外周面上に形成された第一層３１と、第一層３１上に設けられた複数の金属箔３２・３２・・・と、金属箔３２を覆うように第一層３１上に形成された複数の第二層３３・３３・・・とを具備する。
【００２３】
図２に示すように、第一層３１は、溶射によって担体２０の外周面上に形成された皮膜であり、担体２０と電気的に接続されている。第一層３１は、担体２０の周方向における所定範囲に設けられ、担体２０の軸方向における両端部に亘って形成されている。
【００２４】
金属箔３２は、Ｆｅ−Ｃｒ合金等の金属からなる薄板である。金属箔３２は、第一層３１上に設けられ、第一層３１と電気的に接続されている。金属箔３２は、担体２０の周方向における第一層３１が形成された範囲全域に亘って延出され、担体２０の軸方向に沿って互いに所定の間隔を空けて複数配置されている。
【００２５】
第二層３３は、金属箔３２を固定するために溶射によって金属箔３２を覆うように第一層３１上に形成された皮膜であり、第一層３１及び金属箔３２と電気的に接続されている。第二層３３は、１つの金属箔３２に対して複数設けられ、金属箔３２の延出方向（担体２０の周方向）に沿って互いに所定の間隔を空けて配置されている。
また、互いに隣接する金属箔３２・３２においては、一方の金属箔３２に設けられた複数の第二層３３・３３・・・と、他方の金属箔３２に設けられた複数の第二層３３・３３・・・とが互いに位相をずらした状態で配置されている。
【００２６】
以上のように、排気浄化装置１においては、電極３０・３０間で担体２０を通電加熱することで、担体２０に担持された触媒を活性温度まで昇温して、エンジンから排出されて担体２０を通過する排気ガス中のＨＣ（未燃炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、及びＮＯｘ（窒素酸化物）等の有害物質を触媒反応により浄化する。
【００２７】
以下では、図３及び図４を参照して、電極３０を構成する第一層３１、及び第二層３３について更に詳細に説明する。
【００２８】
第一層３１は、主としてＮｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金から構成され、Ｓｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）が所定量含まれ、更にグラファイトが所定量含まれている。
【００２９】
ここで、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金の熱膨張率は、約１３［×１０−６／℃］である。これに対して、Ｓｉ（シリコン）の熱膨張率は、約２．８〜７．３［×１０−６／℃］であり、Ｓｉ酸化物（シリカ）の熱膨張率は、約０．５〜３［×１０−６／℃］であり、グラファイトの熱膨張率は、約０．６〜４．３［×１０−６／℃］である。
そのため、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金にそれらの熱膨張率と比較して小さい熱膨張率を有するＳｉ（シリコン）、及び更に熱膨張率の小さいＳｉ酸化物（シリカ）、並びにグラファイトを第一層３１に含有させることで、第一層３１の熱膨張率を下げることが可能となる。
これにより、第一層３１の熱膨張率を複合則により予測して、所望の値に制御する（低下させる）ことができる。
【００３０】
第一層３１には、その熱膨張率が担体２０の熱膨張率に近い値となるように、Ｓｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）、並びにグラファイトが所定の体積率で含まれている。
第一層３１に含まれるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）は、第一層３１中の体積率で両者を合わせて１０〜３０［ｖｏｌ％］であることが好ましい。
【００３１】
図３に示すように、第一層３１におけるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の体積率が１０［ｖｏｌ％］未満である場合には、第一層３１の熱膨張率が高くなり、担体２０の熱膨張率との差が大きくなる。
なお、図３は、Ｎｉ−Ｃｒ合金であるＮｉ−５０Ｃｒを使用し、かつグラファイトの含有率が２５［ｗｔ％］である溶射皮膜を作製した場合における溶射皮膜の熱膨張率［×１０−６／℃］と、溶射皮膜に含まれるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の体積率［ｖｏｌ％］との関係（予測値）を示す図である。
【００３２】
一方、第一層３１におけるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の体積率が３０［ｖｏｌ％］を超える場合には、第一層３１の電気抵抗が増加する。
このように、第一層３１においては、Ｓｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の含有量に応じて、熱膨張率と電気抵抗との背反が生じるため、Ｓｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の体積率を、両者を合わせて１０〜３０［ｖｏｌ％］とすることが好ましい。
なお、グラファイトの熱膨張率も第一層３１に含まれる金属（Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金）の熱膨張率と比較して小さいため、グラファイトを第一層３１中の体積率で４０〜６０［ｖｏｌ％］となるように、第一層３１中に含有させることで、後述するヤング率の低下作用と合わせて、第一層３１の熱膨張率の低下に寄与する。こうした点から、Ｓｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）を第一層３１中に含有せず、所定量のグラファイトのみを第一層３１中に含有させることも可能である。
【００３３】
また、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金にそれらの強度と比較して極めて小さい強度を有するグラファイトを加えることで、第一層３１の見かけのヤング率を下げることが可能となる。
これにより、第一層３１に緩衝機能を持たせ、第一層３１の熱膨張率と担体２０の熱膨張率との差に基づいて生じる応力を緩和することができる。
【００３４】
第一層３１には、その熱膨張率と担体２０の熱膨張率との差に基づいて生じる応力を緩和できる程度のヤング率を有するように、グラファイトが所定の体積率で含まれている。
第一層３１に含まれるグラファイトは、第一層３１中の体積率で４０〜６０［ｖｏｌ％］であることが好ましい。
【００３５】
第一層３１におけるグラファイトの体積率が４０［ｖｏｌ％］未満である場合には、第一層３１の見かけのヤング率が高くなり、第一層３１の熱膨張率と担体２０の熱膨張率との差に基づいて生じる応力を充分に緩和することができない。
一方、第一層３１におけるグラファイトの体積率が６０［ｖｏｌ％］を超える場合には、第一層３１が脆くなり、担体２０から第一層３１が剥離するおそれがある。
そのため、第一層３１においては、グラファイトの体積率を４０〜６０［ｖｏｌ％］とすることが好ましい。
なお、第一層３１中に強度の低いポリエステル等の樹脂を分散させることで、第一層３１の見かけのヤング率を低下させることが可能であるが、熱膨張率が０．６〜４．３［×１０−６／℃］と比較的小さく、電気伝導性も高いグラファイトと比べて、ポリエステル等の樹脂は、熱膨張率が大きく、絶縁体であるため本発明に不適である。
【００３６】
以上のように、第一層３１中にＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）、並びにグラファイトを含有させて第一層３１の熱膨張率と担体２０の熱膨張率との差を小さくすると共に、第一層３１中にグラファイトを含有させて第一層３１に緩衝機能を持たせることで、第一層３１の熱膨張率と担体２０の熱膨張率との差に基づいて生じる応力を緩和し、第一層３１における亀裂の発生を抑制することができる。
【００３７】
第一層３１は、例えば、以下の手順で作製することが可能である。
【００３８】
まず、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金（以下、単に「ベース金属」と記す）の粉末と、Ｓｉ（シリコン）の粉末と、グラファイトの粉末を作製する。
なお、第一層３１が充分な耐熱・耐酸化性を有するように、ベース金属におけるＣｒ（クロム）の含有率は、２０〜５０［ｗｔ％］であることが好ましい。
【００３９】
次に、ベース金属及びＳｉ（シリコン）をグラファイトと複合化して、それらの複合粉末を作製する。
詳細には、図４に示すように、グラファイトの粒子の周りにベース金属及びＳｉ（シリコン）の粒子を貼り付けた（クラッドした）後に焼結して、複合粉末を作製する。
この時、最終的に作製される第一層３１にＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）が所定の体積率で含まれ、かつグラファイトが所定の体積率で含まれて、第一層３１が所望の熱膨張率とヤング率とを有するように、Ｓｉ（シリコン）及びグラファイトの量を調整する。
なお、ベース金属及びＳｉ（シリコン）をグラファイトと複合化する方法としては、合金化法、機械的にベース金属及びＳｉ（シリコン）の粒子をグラファイトの粒子の表面に被覆するメカニカルアロイング法、及びスプレードライ法等を適用することも可能である。ただし、ベース金属とＳｉ（シリコン）とグラファイトとを単純に混合する方法も考えられるが、互いの比重差等により、均一で安定した第一層３１を作製できないため、当該方法は除外する。
【００４０】
最後に、担体２０の外周面に対して複合粉末の溶射を行う。これにより、担体２０の外周面に第一層３１が形成される。
なお、複合粉末の溶射においては、溶射の際にＳｉ（シリコン）の一部が酸化して、第一層３１にＳｉ酸化物（シリカ）の層が形成されるように、プラズマ溶射を適用することが好ましい。例えば、ＨＶＯＦ溶射を適用した場合には、溶射の際の複合粉末の粒子速度が速く、Ｓｉ（シリコン）の酸化が少ないため、第一層３１にＳｉ酸化物（シリカ）の層が充分に形成されず、ガス溶射を適用した場合には、Ｓｉ（シリコン）の酸化が多く、第一層３１に必要以上のＳｉ酸化物（シリカ）の層が形成されてしまう。
【００４１】
このように、以上の手順で第一層３１を作製することができる。
なお、第一層３１におけるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の体積率とグラファイトの体積率とがそれぞれ所定の値となって、所望の熱膨張率とヤング率とを有する第一層３１を作製でき、なおかつ均一で安定した第一層３１を作製することができれば、その方法は限定しない。例えば、ベース金属とＳｉ（シリコン）とを使用する代わりに、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ合金を使用して、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ合金の粉末をグラファイトの粉末と複合化することで第一層３１を作製することも可能である。
また、Ｓｉ（シリコン）を酸化させてＳｉ酸化物（シリカ）を生成する代わりに、複合粉末を作製する段階でＳｉ酸化物（シリカ）をベース金属及びグラファイトと複合化させておいてもよい。この場合、Ｓｉ（シリコン）を酸化させてＳｉ酸化物（シリカ）を生成させる必要がないため、溶射の種類は問わない。
【００４２】
第二層３３は、第一層３１と同様に、主としてＮｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金から構成され、Ｓｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）が所定量含まれ、更にグラファイトが所定量含まれている。ただし、第二層３３に含まれるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の量は、第一層３１に含まれるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の量以下であり、第二層３３に含まれるグラファイトの量は、第一層３１に含まれるグラファイトの量以下である。
【００４３】
上記のように、第二層３３に含まれるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の量は、第一層３１に含まれるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の量以下であるため、第二層３３におけるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の体積率は、第一層３１におけるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の体積率以下である。したがって、第二層３３の熱膨張率は、第一層３１の熱膨張率以上の値となっている。ただし、第二層３３の熱膨張率は、金属箔３２の熱膨張率よりも小さく設定されている。
これにより、第一層３１、金属箔３２、及び第二層３３それぞれの熱膨張率同士の差を小さくして、それらの熱膨張率の差に基づいて生じる応力を緩和することができる。
なお、第二層３３に含まれるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）は、第一層３１と同様に、第二層３３中の体積率で両者を合わせて１０〜３０［ｖｏｌ％］であることが好ましい。
【００４４】
また、前述のように、第二層３３に含まれるグラファイトの量は、第一層３１に含まれるグラファイトの量以下であるため、第二層３３におけるグラファイトの体積率は、第一層３１におけるグラファイトの体積率以下である。したがって、第二層３３のヤング率は、第一層３１のヤング率以上の値となっている。
これにより、第二層３３によって金属箔３２が良好に固定され、金属箔３２の剥離を抑制することができる。
なお、第二層３３に含まれるグラファイトは、第一層３１と同様に、第二層３３中の体積率で４０〜６０［ｖｏｌ％］であることが好ましい。
【００４５】
以上のように、第二層３３の熱膨張率と第一層３１の熱膨張率との差、及び第二層３３の熱膨張率と金属箔３２の熱膨張率との差を小さくすると共に、金属箔３２を固定できる程度のヤング率を第二層３３に持たせることで、第二層３３の熱膨張率と第一層３１の熱膨張率との差、及び第二層３３の熱膨張率と金属箔３２の熱膨張率との差に基づいて生じる応力を緩和すると共に、金属箔３２の剥離を抑制することができる。
なお、第二層３３を作製する方法については、第一層３１と略同様であるため、省略する。
【００４６】
一般的に、排気浄化装置においては、電極を構成する皮膜にＣｒ（クロム）及びＡｌ（アルミニウム）の酸化皮膜を形成させることで、皮膜を熱サイクルにおける酸化から保護する。しかし、溶射によって皮膜を担体の外周面に形成する際に、急冷凝固により酸化皮膜がアモルファスとなり、保護膜としての機能が小さくなる。
【００４７】
そこで、本発明においては、Ｃｒ（クロム）より酸化物形成能が高いＳｉ（シリコン）をＡｌ（アルミニウム）の代わりに導入して、溶射皮膜中にＳｉ酸化物（シリカ）の層を形成させる。
Ｓｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の熱膨張率は、比較的小さく、特にＳｉ酸化物（シリカ）の熱膨張率は、溶射皮膜を構成する金属の熱膨張率と比較して極めて小さいため、溶射皮膜中にＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）を含有させることで、溶射皮膜の熱膨張率を複合則により予測して、所望の値に制御する（低下させる）ことができる。
【００４８】
更に、溶射皮膜中に強度の低いグラファイトを含有させることで、溶射皮膜の見かけのヤング率を低下させることができ、溶射皮膜の熱膨張率も低下させることができる。
【００４９】
このように、溶射皮膜の熱膨張率を制御して（低下させて）、溶射皮膜が形成される担体の熱膨張率との差を小さくすると共に、溶射皮膜の見かけのヤング率を低下させることで、溶射皮膜に生じる応力を緩和し、溶射皮膜における亀裂の発生を抑制することができる。
【実施例】
【００５０】
以下では、本発明に係る実施例に基づき、本発明に係る排気浄化装置に設けられる電極の性質について説明する。
【００５１】
まず、以下の手順で電極を構成する第一層を作製した。
第一層のベース金属としては、比較的低い熱膨張率を有し、コスト面で有利なＮｉ−５０Ｃｒを選択した。
【００５２】
粒径約１〜８［μｍ］のＮｉ−５０Ｃｒの粉末、及びＳｉ（シリコン）の粉末を作製し、粒径約２０〜７５［μｍ］のグラファイトの粉末を作製した。
Ｎｉ−５０Ｃｒの粉末、及びＳｉ（シリコン）の粉末をグラファイトの粉末にクラッド後に焼結して、複合粉末を作製した。
【００５３】
ＳｉＣ（炭化ケイ素）からなる担体（熱膨張率：約４）に対して、複合粉末のプラズマ溶射（一次ガス：Ａｒ ６０［ｌ／ｍｉｎ］、二次ガス：Ｈ２ ４［ｌ／ｍｉｎ］、電流：５００［Ａ］、溶射距離：１５０［ｍｍ］）を行うことにより、担体の外周面に第一層を形成した。
第一層の熱膨張率は、約１０［×１０−６／℃］となり、ヤング率は、約５０［Ｇｐａ］となった。
【００５４】
次に、電極を構成する第二層を作製した。
第一層上に配置した金属箔を固定するように部分的に第二層を形成する以外は第一層と同様の手順で第二層を作製した。こうして、第一層と金属箔と第二層とを具備する電極を担体の外周面上に設けた。
ただし、第二層の熱膨張率が第一層の熱膨張率（約１０［×１０−６／℃］）と、Ｆｅ−Ｃｒ合金からなる金属箔の熱膨張率（約１１［×１０−６／℃］）との間の値となるように、第二層に含まれるＳｉ（シリコン）の量を調整した。
また、第二層のヤング率を第一層のヤング率よりも高くして（５０〜７５［ＧＰａ］）、第二層が金属箔を良好に固定できるように、第二層に含まれるグラファイトの量を調整した。
【００５５】
最後に、担体の外周面上に設けた電極に対して熱サイクル試験（１００℃〜９００℃ １０００サイクル）を実施した。
【００５６】
熱サイクル試験の結果、電極に亀裂の発生は見られず、電極の電気抵抗の増加もほとんど見られなかった。
こうして、本発明に係る排気浄化装置に設けられる電極は、耐熱性、及び高温下における耐酸化性に優れ、かつ電極に生じる応力を緩和可能であることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００５７】
１ 排気浄化装置
１０ ケース
２０ 担体
３０ 電極
３１ 第一層
３２ 金属箔
３３ 第二層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関し、特にエンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等には、エンジンから排出される排気ガスを浄化するために、排気経路上に排気浄化装置が設けられている。
【０００３】
上記のような排気浄化装置としては、白金、又はパラジウム等の触媒が担持され、ＳｉＣ（炭化ケイ素）等のセラミックスからなるハニカム構造の担体と、当該担体と電気的に接続され、その外周面に互いに対向するように設けられた一対の電極とを具備する通電加熱式触媒（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｈｅａｔｅｄ Ｃａｔａｌｙｓｔ：ＥＨＣ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
ＥＨＣにおいては、電源を用いて一対の電極間で担体を通電加熱することにより、担体に担持された触媒を活性温度まで昇温して、エンジンから排出されて担体を通過する排気ガス中のＨＣ（未燃炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、及びＮＯｘ（窒素酸化物）等の有害物質を触媒反応により浄化する。
【０００４】
ＥＨＣの電極には、溶射により担体の外周面に皮膜状に形成されるものがある。このような電極は、溶融金属が溶射対象である担体に衝突し、急冷凝固する過程で内部応力を蓄積しながら形成される。
そのため、溶射により形成される電極の体積が大きくなると、蓄積された内部応力が担体の強度を超え、担体が破壊されるおそれがある。
【０００５】
また、担体の外周面に電極が形成された状態で、ＥＨＣを自動車等の排気経路上に配置した実際の使用を想定した熱サイクルにかけた場合には、担体と電極との線膨張係数の差により、電極及び担体に亀裂が生じ、担体から電極が剥離する等の問題が生じる。
更には、熱サイクルによって電極の酸化が進行することで、電極の電気抵抗が大きくなり、最悪の場合には導通しなくなって担体を通電加熱することができなくなる等の問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３３３４８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、耐熱性、及び高温下における耐酸化性に優れ、かつ担体との間で発生する応力を緩和可能な電極を具備する排気浄化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の排気浄化装置は、触媒が担持される担体と、前記担体の外周面に設けられる一対の電極と、を具備し、前記一対の電極を通じて前記担体を通電加熱して前記触媒を活性温度まで昇温する排気浄化装置であって、前記一対の電極は、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を含み、かつ、グラファイトを含む。
【０００９】
本発明の排気浄化装置において、前記一対の電極は、シリコン及びシリカを更に含むことが好ましい。
【００１０】
本発明の排気浄化装置において、前記一対の電極は、前記担体の外周面上に形成される第一層と、前記第一層上に設けられる金属箔と、前記金属箔を覆うように形成される第二層と、を具備し、前記第一層は、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を含み、かつ、グラファイトを含み、前記第二層は、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を含み、かつ、前記第一層に含まれるグラファイトの量以下のグラファイトを含むことが好ましい。
【００１１】
本発明の排気浄化装置において、前記第一層及び前記第二層は、溶射によって形成されることが好ましい。
【００１２】
本発明の排気浄化装置において、前記第一層は、シリコン及びシリカを更に含み、前記第二層は、前記第一層に含まれるシリコン及びシリカの量以下のシリコン及びシリカを更に含むことが好ましい。
【００１３】
本発明の排気浄化装置において、前記電極におけるシリコン及びシリカの体積率は、両者を合わせて１０〜３０［ｖｏｌ％］であることが好ましい。
【００１４】
本発明の排気浄化装置において、前記電極におけるグラファイトの体積率は、４０〜６０［ｖｏｌ％］であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高温下において、電極に亀裂が生じること、及び電極が酸化することを抑制し、安定して担体を通電加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る排気浄化装置を示す図。
【図２】電極を示す断面図。
【図３】溶射皮膜の熱膨張率と、溶射皮膜に含まれるシリコン及びシリカの体積率との関係を示す図
【図４】複合粉末を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、図１及び図２を参照して、本発明に係る排気浄化装置の一実施形態である排気浄化装置１について説明する。
排気浄化装置１は、自動車等の排気経路上に設けられ、エンジンから排出される排気ガスを浄化する通電加熱式触媒（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｈｅａｔｅｄ Ｃａｔａｌｙｓｔ：ＥＨＣ）である。
【００１８】
図１に示すように、排気浄化装置１は、外装をなす中空のケース１０と、ケース１０の内部に収納された担体２０と、担体２０の外周面に設けられた一対の電極３０・３０とを具備する。
【００１９】
ケース１０は、排気浄化装置１の外装をなすと共に、エンジンから排出される排気ガスが流動する排気管の一部をなす中空の部材である。
【００２０】
担体２０は、導電性を有するＳｉＣ（炭化ケイ素）からなるハニカム構造の多孔質部材であり、白金、又はパラジウム等の触媒が担持されている。担体２０は、円筒状に形成され、エンジンから排出される排気ガスが担体２０の内部を軸方向に沿って通過するようにケース１０の内部に配置されている。なお、ケース１０の内周面と担体２０の外周面との間には、担体２０の位置ずれを防止すると共に、ケース１０の内周面と担体２０の外周面との間の隙間をシールするための保持部材（不図示）が設けられている。
【００２１】
電極３０・３０は、担体２０の外周面に互いに独立して形成され、担体２０に電流を流して加熱するための一対の電極である。電極３０・３０は、それぞれ担体２０の周方向における所定範囲に設けられ、互いに対向した状態で担体２０の軸方向における両端部に亘って形成されている。
電極３０・３０には、図示せぬ端子が電気的に接続されており、当該端子によってケース１０の外部に設けられたバッテリ等の電源からの電力供給が可能となっている。なお、電極３０・３０のいずれがプラス側、又はマイナス側の電極となるかを問わず、電流の流れる方向は限定しない。
【００２２】
電極３０は、担体２０の外周面上に形成された第一層３１と、第一層３１上に設けられた複数の金属箔３２・３２・・・と、金属箔３２を覆うように第一層３１上に形成された複数の第二層３３・３３・・・とを具備する。
【００２３】
図２に示すように、第一層３１は、溶射によって担体２０の外周面上に形成された皮膜であり、担体２０と電気的に接続されている。第一層３１は、担体２０の周方向における所定範囲に設けられ、担体２０の軸方向における両端部に亘って形成されている。
【００２４】
金属箔３２は、Ｆｅ−Ｃｒ合金等の金属からなる薄板である。金属箔３２は、第一層３１上に設けられ、第一層３１と電気的に接続されている。金属箔３２は、担体２０の周方向における第一層３１が形成された範囲全域に亘って延出され、担体２０の軸方向に沿って互いに所定の間隔を空けて複数配置されている。
【００２５】
第二層３３は、金属箔３２を固定するために溶射によって金属箔３２を覆うように第一層３１上に形成された皮膜であり、第一層３１及び金属箔３２と電気的に接続されている。第二層３３は、１つの金属箔３２に対して複数設けられ、金属箔３２の延出方向（担体２０の周方向）に沿って互いに所定の間隔を空けて配置されている。
また、互いに隣接する金属箔３２・３２においては、一方の金属箔３２に設けられた複数の第二層３３・３３・・・と、他方の金属箔３２に設けられた複数の第二層３３・３３・・・とが互いに位相をずらした状態で配置されている。
【００２６】
以上のように、排気浄化装置１においては、電極３０・３０間で担体２０を通電加熱することで、担体２０に担持された触媒を活性温度まで昇温して、エンジンから排出されて担体２０を通過する排気ガス中のＨＣ（未燃炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、及びＮＯｘ（窒素酸化物）等の有害物質を触媒反応により浄化する。
【００２７】
以下では、図３及び図４を参照して、電極３０を構成する第一層３１、及び第二層３３について更に詳細に説明する。
【００２８】
第一層３１は、主としてＮｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金から構成され、Ｓｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）が所定量含まれ、更にグラファイトが所定量含まれている。
【００２９】
ここで、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金の熱膨張率は、約１３［×１０−６／℃］である。これに対して、Ｓｉ（シリコン）の熱膨張率は、約２．８〜７．３［×１０−６／℃］であり、Ｓｉ酸化物（シリカ）の熱膨張率は、約０．５〜３［×１０−６／℃］であり、グラファイトの熱膨張率は、約０．６〜４．３［×１０−６／℃］である。
そのため、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金にそれらの熱膨張率と比較して小さい熱膨張率を有するＳｉ（シリコン）、及び更に熱膨張率の小さいＳｉ酸化物（シリカ）、並びにグラファイトを第一層３１に含有させることで、第一層３１の熱膨張率を下げることが可能となる。
これにより、第一層３１の熱膨張率を複合則により予測して、所望の値に制御する（低下させる）ことができる。
【００３０】
第一層３１には、その熱膨張率が担体２０の熱膨張率に近い値となるように、Ｓｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）、並びにグラファイトが所定の体積率で含まれている。
第一層３１に含まれるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）は、第一層３１中の体積率で両者を合わせて１０〜３０［ｖｏｌ％］であることが好ましい。
【００３１】
図３に示すように、第一層３１におけるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の体積率が１０［ｖｏｌ％］未満である場合には、第一層３１の熱膨張率が高くなり、担体２０の熱膨張率との差が大きくなる。
なお、図３は、Ｎｉ−Ｃｒ合金であるＮｉ−５０Ｃｒを使用し、かつグラファイトの含有率が２５［ｗｔ％］である溶射皮膜を作製した場合における溶射皮膜の熱膨張率［×１０−６／℃］と、溶射皮膜に含まれるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の体積率［ｖｏｌ％］との関係（予測値）を示す図である。
【００３２】
一方、第一層３１におけるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の体積率が３０［ｖｏｌ％］を超える場合には、第一層３１の電気抵抗が増加する。
このように、第一層３１においては、Ｓｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の含有量に応じて、熱膨張率と電気抵抗との背反が生じるため、Ｓｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の体積率を、両者を合わせて１０〜３０［ｖｏｌ％］とすることが好ましい。
なお、グラファイトの熱膨張率も第一層３１に含まれる金属（Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金）の熱膨張率と比較して小さいため、グラファイトを第一層３１中の体積率で４０〜６０［ｖｏｌ％］となるように、第一層３１中に含有させることで、後述するヤング率の低下作用と合わせて、第一層３１の熱膨張率の低下に寄与する。こうした点から、Ｓｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）を第一層３１中に含有せず、所定量のグラファイトのみを第一層３１中に含有させることも可能である。
【００３３】
また、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金にそれらの強度と比較して極めて小さい強度を有するグラファイトを加えることで、第一層３１の見かけのヤング率を下げることが可能となる。
これにより、第一層３１に緩衝機能を持たせ、第一層３１の熱膨張率と担体２０の熱膨張率との差に基づいて生じる応力を緩和することができる。
【００３４】
第一層３１には、その熱膨張率と担体２０の熱膨張率との差に基づいて生じる応力を緩和できる程度のヤング率を有するように、グラファイトが所定の体積率で含まれている。
第一層３１に含まれるグラファイトは、第一層３１中の体積率で４０〜６０［ｖｏｌ％］であることが好ましい。
【００３５】
第一層３１におけるグラファイトの体積率が４０［ｖｏｌ％］未満である場合には、第一層３１の見かけのヤング率が高くなり、第一層３１の熱膨張率と担体２０の熱膨張率との差に基づいて生じる応力を充分に緩和することができない。
一方、第一層３１におけるグラファイトの体積率が６０［ｖｏｌ％］を超える場合には、第一層３１が脆くなり、担体２０から第一層３１が剥離するおそれがある。
そのため、第一層３１においては、グラファイトの体積率を４０〜６０［ｖｏｌ％］とすることが好ましい。
なお、第一層３１中に強度の低いポリエステル等の樹脂を分散させることで、第一層３１の見かけのヤング率を低下させることが可能であるが、熱膨張率が０．６〜４．３［×１０−６／℃］と比較的小さく、電気伝導性も高いグラファイトと比べて、ポリエステル等の樹脂は、熱膨張率が大きく、絶縁体であるため本発明に不適である。
【００３６】
以上のように、第一層３１中にＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）、並びにグラファイトを含有させて第一層３１の熱膨張率と担体２０の熱膨張率との差を小さくすると共に、第一層３１中にグラファイトを含有させて第一層３１に緩衝機能を持たせることで、第一層３１の熱膨張率と担体２０の熱膨張率との差に基づいて生じる応力を緩和し、第一層３１における亀裂の発生を抑制することができる。
【００３７】
第一層３１は、例えば、以下の手順で作製することが可能である。
【００３８】
まず、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金（以下、単に「ベース金属」と記す）の粉末と、Ｓｉ（シリコン）の粉末と、グラファイトの粉末を作製する。
なお、第一層３１が充分な耐熱・耐酸化性を有するように、ベース金属におけるＣｒ（クロム）の含有率は、２０〜５０［ｗｔ％］であることが好ましい。
【００３９】
次に、ベース金属及びＳｉ（シリコン）をグラファイトと複合化して、それらの複合粉末を作製する。
詳細には、図４に示すように、グラファイトの粒子の周りにベース金属及びＳｉ（シリコン）の粒子を貼り付けた（クラッドした）後に焼結して、複合粉末を作製する。
この時、最終的に作製される第一層３１にＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）が所定の体積率で含まれ、かつグラファイトが所定の体積率で含まれて、第一層３１が所望の熱膨張率とヤング率とを有するように、Ｓｉ（シリコン）及びグラファイトの量を調整する。
なお、ベース金属及びＳｉ（シリコン）をグラファイトと複合化する方法としては、合金化法、機械的にベース金属及びＳｉ（シリコン）の粒子をグラファイトの粒子の表面に被覆するメカニカルアロイング法、及びスプレードライ法等を適用することも可能である。ただし、ベース金属とＳｉ（シリコン）とグラファイトとを単純に混合する方法も考えられるが、互いの比重差等により、均一で安定した第一層３１を作製できないため、当該方法は除外する。
【００４０】
最後に、担体２０の外周面に対して複合粉末の溶射を行う。これにより、担体２０の外周面に第一層３１が形成される。
なお、複合粉末の溶射においては、溶射の際にＳｉ（シリコン）の一部が酸化して、第一層３１にＳｉ酸化物（シリカ）の層が形成されるように、プラズマ溶射を適用することが好ましい。例えば、ＨＶＯＦ溶射を適用した場合には、溶射の際の複合粉末の粒子速度が速く、Ｓｉ（シリコン）の酸化が少ないため、第一層３１にＳｉ酸化物（シリカ）の層が充分に形成されず、ガス溶射を適用した場合には、Ｓｉ（シリコン）の酸化が多く、第一層３１に必要以上のＳｉ酸化物（シリカ）の層が形成されてしまう。
【００４１】
このように、以上の手順で第一層３１を作製することができる。
なお、第一層３１におけるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の体積率とグラファイトの体積率とがそれぞれ所定の値となって、所望の熱膨張率とヤング率とを有する第一層３１を作製でき、なおかつ均一で安定した第一層３１を作製することができれば、その方法は限定しない。例えば、ベース金属とＳｉ（シリコン）とを使用する代わりに、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ合金を使用して、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ合金の粉末をグラファイトの粉末と複合化することで第一層３１を作製することも可能である。
また、Ｓｉ（シリコン）を酸化させてＳｉ酸化物（シリカ）を生成する代わりに、複合粉末を作製する段階でＳｉ酸化物（シリカ）をベース金属及びグラファイトと複合化させておいてもよい。この場合、Ｓｉ（シリコン）を酸化させてＳｉ酸化物（シリカ）を生成させる必要がないため、溶射の種類は問わない。
【００４２】
第二層３３は、第一層３１と同様に、主としてＮｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金から構成され、Ｓｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）が所定量含まれ、更にグラファイトが所定量含まれている。ただし、第二層３３に含まれるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の量は、第一層３１に含まれるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の量以下であり、第二層３３に含まれるグラファイトの量は、第一層３１に含まれるグラファイトの量以下である。
【００４３】
上記のように、第二層３３に含まれるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の量は、第一層３１に含まれるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の量以下であるため、第二層３３におけるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の体積率は、第一層３１におけるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の体積率以下である。したがって、第二層３３の熱膨張率は、第一層３１の熱膨張率以上の値となっている。ただし、第二層３３の熱膨張率は、金属箔３２の熱膨張率よりも小さく設定されている。
これにより、第一層３１、金属箔３２、及び第二層３３それぞれの熱膨張率同士の差を小さくして、それらの熱膨張率の差に基づいて生じる応力を緩和することができる。
なお、第二層３３に含まれるＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）は、第一層３１と同様に、第二層３３中の体積率で両者を合わせて１０〜３０［ｖｏｌ％］であることが好ましい。
【００４４】
また、前述のように、第二層３３に含まれるグラファイトの量は、第一層３１に含まれるグラファイトの量以下であるため、第二層３３におけるグラファイトの体積率は、第一層３１におけるグラファイトの体積率以下である。したがって、第二層３３のヤング率は、第一層３１のヤング率以上の値となっている。
これにより、第二層３３によって金属箔３２が良好に固定され、金属箔３２の剥離を抑制することができる。
なお、第二層３３に含まれるグラファイトは、第一層３１と同様に、第二層３３中の体積率で４０〜６０［ｖｏｌ％］であることが好ましい。
【００４５】
以上のように、第二層３３の熱膨張率と第一層３１の熱膨張率との差、及び第二層３３の熱膨張率と金属箔３２の熱膨張率との差を小さくすると共に、金属箔３２を固定できる程度のヤング率を第二層３３に持たせることで、第二層３３の熱膨張率と第一層３１の熱膨張率との差、及び第二層３３の熱膨張率と金属箔３２の熱膨張率との差に基づいて生じる応力を緩和すると共に、金属箔３２の剥離を抑制することができる。
なお、第二層３３を作製する方法については、第一層３１と略同様であるため、省略する。
【００４６】
一般的に、排気浄化装置においては、電極を構成する皮膜にＣｒ（クロム）及びＡｌ（アルミニウム）の酸化皮膜を形成させることで、皮膜を熱サイクルにおける酸化から保護する。しかし、溶射によって皮膜を担体の外周面に形成する際に、急冷凝固により酸化皮膜がアモルファスとなり、保護膜としての機能が小さくなる。
【００４７】
そこで、本発明においては、Ｃｒ（クロム）より酸化物形成能が高いＳｉ（シリコン）をＡｌ（アルミニウム）の代わりに導入して、溶射皮膜中にＳｉ酸化物（シリカ）の層を形成させる。
Ｓｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）の熱膨張率は、比較的小さく、特にＳｉ酸化物（シリカ）の熱膨張率は、溶射皮膜を構成する金属の熱膨張率と比較して極めて小さいため、溶射皮膜中にＳｉ（シリコン）及びＳｉ酸化物（シリカ）を含有させることで、溶射皮膜の熱膨張率を複合則により予測して、所望の値に制御する（低下させる）ことができる。
【００４８】
更に、溶射皮膜中に強度の低いグラファイトを含有させることで、溶射皮膜の見かけのヤング率を低下させることができ、溶射皮膜の熱膨張率も低下させることができる。
【００４９】
このように、溶射皮膜の熱膨張率を制御して（低下させて）、溶射皮膜が形成される担体の熱膨張率との差を小さくすると共に、溶射皮膜の見かけのヤング率を低下させることで、溶射皮膜に生じる応力を緩和し、溶射皮膜における亀裂の発生を抑制することができる。
【実施例】
【００５０】
以下では、本発明に係る実施例に基づき、本発明に係る排気浄化装置に設けられる電極の性質について説明する。
【００５１】
まず、以下の手順で電極を構成する第一層を作製した。
第一層のベース金属としては、比較的低い熱膨張率を有し、コスト面で有利なＮｉ−５０Ｃｒを選択した。
【００５２】
粒径約１〜８［μｍ］のＮｉ−５０Ｃｒの粉末、及びＳｉ（シリコン）の粉末を作製し、粒径約２０〜７５［μｍ］のグラファイトの粉末を作製した。
Ｎｉ−５０Ｃｒの粉末、及びＳｉ（シリコン）の粉末をグラファイトの粉末にクラッド後に焼結して、複合粉末を作製した。
【００５３】
ＳｉＣ（炭化ケイ素）からなる担体（熱膨張率：約４）に対して、複合粉末のプラズマ溶射（一次ガス：Ａｒ ６０［ｌ／ｍｉｎ］、二次ガス：Ｈ２ ４［ｌ／ｍｉｎ］、電流：５００［Ａ］、溶射距離：１５０［ｍｍ］）を行うことにより、担体の外周面に第一層を形成した。
第一層の熱膨張率は、約１０［×１０−６／℃］となり、ヤング率は、約５０［Ｇｐａ］となった。
【００５４】
次に、電極を構成する第二層を作製した。
第一層上に配置した金属箔を固定するように部分的に第二層を形成する以外は第一層と同様の手順で第二層を作製した。こうして、第一層と金属箔と第二層とを具備する電極を担体の外周面上に設けた。
ただし、第二層の熱膨張率が第一層の熱膨張率（約１０［×１０−６／℃］）と、Ｆｅ−Ｃｒ合金からなる金属箔の熱膨張率（約１１［×１０−６／℃］）との間の値となるように、第二層に含まれるＳｉ（シリコン）の量を調整した。
また、第二層のヤング率を第一層のヤング率よりも高くして（５０〜７５［ＧＰａ］）、第二層が金属箔を良好に固定できるように、第二層に含まれるグラファイトの量を調整した。
【００５５】
最後に、担体の外周面上に設けた電極に対して熱サイクル試験（１００℃〜９００℃ １０００サイクル）を実施した。
【００５６】
熱サイクル試験の結果、電極に亀裂の発生は見られず、電極の電気抵抗の増加もほとんど見られなかった。
こうして、本発明に係る排気浄化装置に設けられる電極は、耐熱性、及び高温下における耐酸化性に優れ、かつ電極に生じる応力を緩和可能であることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００５７】
１ 排気浄化装置
１０ ケース
２０ 担体
３０ 電極
３１ 第一層
３２ 金属箔
３３ 第二層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒が担持される担体と、
前記担体の外周面に設けられる一対の電極と、を具備し、
前記一対の電極を通じて前記担体を通電加熱して前記触媒を活性温度まで昇温する排気浄化装置であって、
前記一対の電極は、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を含み、かつ、グラファイトを含む排気浄化装置。
【請求項２】
前記一対の電極は、シリコン及びシリカを更に含む請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記一対の電極は、
前記担体の外周面上に形成される第一層と、
前記第一層上に設けられる金属箔と、
前記金属箔を覆うように形成される第二層と、を具備し、
前記第一層は、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を含み、かつ、グラファイトを含み、
前記第二層は、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を含み、かつ、前記第一層に含まれるグラファイトの量以下のグラファイトを含む請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記第一層及び前記第二層は、溶射によって形成される請求項３に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記第一層は、シリコン及びシリカを更に含み、
前記第二層は、前記第一層に含まれるシリコン及びシリカの量以下のシリコン及びシリカを更に含む請求項３又は請求項４に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記電極におけるシリコン及びシリカの体積率は、両者を合わせて１０〜３０［ｖｏｌ％］である請求項２又は請求項５に記載の排気浄化装置。
【請求項７】
前記電極におけるグラファイトの体積率は、４０〜６０［ｖｏｌ％］である請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項１】
触媒が担持される担体と、
前記担体の外周面に設けられる一対の電極と、を具備し、
前記一対の電極を通じて前記担体を通電加熱して前記触媒を活性温度まで昇温する排気浄化装置であって、
前記一対の電極は、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を含み、かつ、グラファイトを含む排気浄化装置。
【請求項２】
前記一対の電極は、シリコン及びシリカを更に含む請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記一対の電極は、
前記担体の外周面上に形成される第一層と、
前記第一層上に設けられる金属箔と、
前記金属箔を覆うように形成される第二層と、を具備し、
前記第一層は、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を含み、かつ、グラファイトを含み、
前記第二層は、Ｎｉ−Ｃｒ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金を含み、かつ、前記第一層に含まれるグラファイトの量以下のグラファイトを含む請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記第一層及び前記第二層は、溶射によって形成される請求項３に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記第一層は、シリコン及びシリカを更に含み、
前記第二層は、前記第一層に含まれるシリコン及びシリカの量以下のシリコン及びシリカを更に含む請求項３又は請求項４に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記電極におけるシリコン及びシリカの体積率は、両者を合わせて１０〜３０［ｖｏｌ％］である請求項２又は請求項５に記載の排気浄化装置。
【請求項７】
前記電極におけるグラファイトの体積率は、４０〜６０［ｖｏｌ％］である請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−５７５０８（Ｐ２０１２−５７５０８Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９９９３４（Ｐ２０１０−１９９９３４）
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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