專利名稱：一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的電熱催化轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一電熱催化轉(zhuǎn)換器，它具有以薄金屬片形成分層裝配件的催化基底。
通常使用一種利用一個(gè)三向(three—way)還原和氧化催化轉(zhuǎn)換器的尾氣凈化裝置，其轉(zhuǎn)換器置于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通道中。一般說(shuō)來(lái)，僅當(dāng)催化劑的溫度超過(guò)其一特定溫度時(shí)，這類轉(zhuǎn)換器中使用的催化劑才能凈化尾氣中的污染物，也就是，當(dāng)催化劑溫度低于活化溫度時(shí)，轉(zhuǎn)換器內(nèi)的催化劑不能生效。
通常說(shuō)，一旦發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，轉(zhuǎn)換器內(nèi)的催化劑就被發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣逐漸加熱，并到達(dá)活化溫度。然而，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較低，例如在冷啟動(dòng)過(guò)程中時(shí)，它需要一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)把催化劑加熱至活化溫度，因?yàn)槲矚獾臒崃吭诘竭_(dá)轉(zhuǎn)換器之前已被尾氣通道的冷壁吸收。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)過(guò)程中，因?yàn)榇呋瘎┑臏囟鹊陀诨罨瘻囟?，發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣不能充分凈化。
為解決這個(gè)問(wèn)題，電熱催化轉(zhuǎn)換器被用于縮短使催化劑達(dá)到活化溫度所需的時(shí)間。通常，電熱催化轉(zhuǎn)換器具有金屬基底(substrate)，催化劑在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)中由饋入金屬基底的電流加熱，即將金屬基底，用作電熱器。
舉例來(lái)說(shuō)，日本未審查專利公開(kāi)第5—179939號(hào)公布了一個(gè)這種類型的電熱催化轉(zhuǎn)換器。JPP′939中公開(kāi)的電熱催化轉(zhuǎn)換器具有一個(gè)基底，它是金屬薄片組成的漩渦狀圓筒形分層裝配件。
更確切地，如
圖16所示，JPP′939中的基底包含一個(gè)普通金屬薄片10和一波紋狀金屬薄片20，它們的表面均有絕緣涂層。普通金屬薄片10和波紋狀金屬片20被一個(gè)疊一個(gè)地放置，并圍繞一公共中心電極3卷繞，從而普通金屬片10與波紋狀金屬片20形成一漩渦狀(scroll—like)的由分層金屬薄片組成的圓筒2。漩渦狀分層裝配件2的外表面與一外電極5相連，在分層裝配件靠近中心電極3的2a層和靠近外部電極5的2b層，波紋狀金屬片的頂部被以這樣一種方式與普通金屬片相焊接，使得電流能通過(guò)焊接部分。另一方面，在這些被焊接的2a與2b層之間的中間層2c中，波紋狀金屬片20和普通金屬片10不焊在一起，因此，普通金屬片10和波紋狀金屬片20被絕緣層電絕緣。也就是說(shuō)，在JPP′939的催化轉(zhuǎn)換器的基底中，在靠近中心電極3的2a區(qū)域和靠近外部電極5的2b區(qū)域，存在連接普通金屬片和波紋金屬片的導(dǎo)電連接點(diǎn)，而在這兩區(qū)域之間，各層內(nèi)的普通金屬片與波紋金屬片彼此電絕緣。
在形成金屬片的漩渦狀分層裝配件之后，一種已知類型的三向還原和氧化催化劑被貼附于分層裝配件每一層中的金屬薄片表面上。
當(dāng)在電極3和5之間施加電壓時(shí)，在靠近中心電極的2a區(qū)域和靠近外部電極的2b區(qū)域中，電流徑向流過(guò)普通金屬片10和波紋金屬片20之間的導(dǎo)電結(jié)點(diǎn)。在中間區(qū)域2c，電流僅流經(jīng)金屬片，因?yàn)槠胀ń饘倨?0和波紋金屬片20由絕緣涂層電絕緣。
這意味著在區(qū)域2a和2b中，形成了具有較短長(zhǎng)度和較大截面的徑向電流路徑。另一方面，在中間區(qū)域2c，形成了沿金屬片(如圖16中的箭頭所示)的螺旋電流路徑，它具有較長(zhǎng)長(zhǎng)度和較小截面。
因此，當(dāng)給分層裝配件加電時(shí)，比2a和2b具有更大電阻的中間區(qū)域2c產(chǎn)生更多的熱量，并達(dá)到較高溫度。這樣，在基底的中間區(qū)域2c就形成了金屬薄片10和20組成的螺旋狀電熱器。
當(dāng)基底的中間區(qū)域2c達(dá)到活化溫度(例如300到400度)時(shí)，一個(gè)有尾氣中未燃燒的HC和一氧化碳CO組分參與的氧化反應(yīng)開(kāi)始進(jìn)行，并且反應(yīng)一旦開(kāi)始，整個(gè)基底被氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量迅速加熱。
然而，在JPP′939中的電熱催化轉(zhuǎn)換器中，電流在中間區(qū)域均勻地流經(jīng)金屬片。這意味著，當(dāng)轉(zhuǎn)換器通電時(shí)，中間區(qū)域2c中由金屬片形成的圓筒的整個(gè)體積被均勻地由電流加熱。由于中間區(qū)域金屬片的體積相對(duì)較大，中間區(qū)域2c中金屬片的總熱容也相對(duì)較大。因此，要將這個(gè)區(qū)域的金屬片加熱至催化劑的活化溫度需要一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間。
在JPP′939的電熱催化轉(zhuǎn)換器中，可以使用提供更大的電流來(lái)在短時(shí)間內(nèi)加熱金屬片的整個(gè)體積。然而，在發(fā)動(dòng)機(jī)的起始操作中施加大電流是不切實(shí)際的，因?yàn)樗黾恿穗娏骱桶l(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載，并可導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)失敗或電池?fù)p耗。
為解決上述問(wèn)題，連結(jié)中心電極和外部電極的電流路徑可由金屬薄片之間的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)形成。在這種情況下，每一層的小導(dǎo)電連接點(diǎn)以一種預(yù)定方式安置，使得它們構(gòu)成窄橫截面的電流路徑，該路徑由中心電極沿半徑方向向外部電極延展。因此，電流流過(guò)由小導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)組成的窄電流路徑，而不是流經(jīng)金屬薄片。由于電流集中于小導(dǎo)電連接點(diǎn)而不是均勻地流經(jīng)金屬片的橫截面，導(dǎo)電連接點(diǎn)被迅速加熱而無(wú)需大量電流。
當(dāng)導(dǎo)電連接點(diǎn)到達(dá)活化溫度時(shí)，有未燃燒的HC和CO成分參與的氧化反應(yīng)在局部導(dǎo)電連結(jié)處開(kāi)始，且一旦反應(yīng)開(kāi)始，由氧化反應(yīng)在局部導(dǎo)電連結(jié)處產(chǎn)生的熱即被傳送到基底的其余部分，其余部分也達(dá)到活化溫度，從而氧化反應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)在整個(gè)基底內(nèi)開(kāi)始。也就是說(shuō)，當(dāng)給分層裝配件通電時(shí)，局部導(dǎo)電連接點(diǎn)成為加熱點(diǎn)，它們?cè)诖呋D(zhuǎn)換器中起氧化反應(yīng)起動(dòng)器的作用。
因此，如果加熱點(diǎn)的數(shù)目，即局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的數(shù)目較大，催化轉(zhuǎn)換器開(kāi)始氧化反應(yīng)所需的時(shí)間就短。然而，如果局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的數(shù)目大，流過(guò)局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的電流總量也變大，就可能出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)操作失敗或電池?fù)p耗。
另一方面，如果局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的數(shù)目小，分層裝配件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就降低，因?yàn)榉謱友b配件中金屬薄片僅由局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)相結(jié)合。
因此，很難以一種方式確定局部導(dǎo)電連接點(diǎn)的數(shù)目和大小，使得催化轉(zhuǎn)換器的氧化反應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)以相對(duì)較小的電流量開(kāi)始，同時(shí)保持分層裝配件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
鑒于上面提出的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)的電熱催化轉(zhuǎn)換器，它能迅速加熱達(dá)到催化劑的活化溫度，且在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)中無(wú)需大電流，也不降低催化劑基底的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
本發(fā)明的目的由本發(fā)明的電熱催化轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，其中電流流經(jīng)由金屬之間的小局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)形成的很窄的電流通路，而這些金屬片在每一層中以預(yù)定方式安排。
相應(yīng)于本發(fā)明的一個(gè)方面，提供有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)用電熱催化轉(zhuǎn)換器，它包括基底，一對(duì)電極，薄絕緣層和局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)；基底支持三向還原和氧化催化劑，并被成形為大量金屬薄片的分層裝配件；一對(duì)電極中的每一個(gè)與分層裝配件中兩端層的金屬片相連，薄絕緣層置于金屬薄片的各層之間，且絕緣層由第一種金屬的氧化物構(gòu)成；而局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)與每層金屬薄片電連通，且局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)是通過(guò)使用焊料箔條將金屬薄片穿過(guò)絕緣層焊在一起而形成的，焊料箔由含有第二種金屬成分的焊接材料構(gòu)成，這第二種金屬比第一種金屬具有更強(qiáng)的還原能力，其中，焊料箔條以這樣一種方式安排，使得從垂直于所說(shuō)金屬薄片的方向看起來(lái)，每一層的焊箔與鄰近層的至少一片焊箔重疊僅一部分。
在鄰近層的金屬薄片被焊料箔條焊接的部分，絕緣層中另一種金屬的氧化物被焊料箔中第二種金屬所還原，從而絕緣層中的第一種金屬成分沉積于焊接部分。這樣，在焊接部分，金屬薄片與相鄰層被機(jī)械和電連結(jié)，從而形成了局部導(dǎo)電連接。由于相鄰層中的焊料箔條彼此僅重疊其中的一部分，重疊部分相對(duì)于局部導(dǎo)電連結(jié)的總面積來(lái)說(shuō)是小的。當(dāng)給分層裝配件通電時(shí)，電流通過(guò)部分導(dǎo)電連接點(diǎn)的小重疊區(qū)域從一層流到另一層。由于電流集中于小的重疊區(qū)域，這些重疊區(qū)域被迅速加熱并作為加熱點(diǎn)。進(jìn)一步，由于金屬薄片由局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的整個(gè)面積彼此相連，分層裝配件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可在增加加熱點(diǎn)數(shù)目的同時(shí)得以維持。
更進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，焊料箔條以這樣一種方式安排，使每一層中的焊料箔在條的末端部位與相鄰層中的焊料箔重疊，且從垂直于金屬薄片的方向看起來(lái)，每層中的焊料箔與其相鄰層的下一層中的焊料箔被預(yù)先設(shè)定的間隙分離開(kāi)。通過(guò)這種焊料箔條的安排，相連三層中的任何加熱點(diǎn)都不會(huì)沿垂直于金屬薄片的方向排列成一條直線。因此，電流總是流經(jīng)加熱點(diǎn)之間的金屬薄片。這樣，電流通路的長(zhǎng)度，也就是電流通路的電阻就變大，從而防止了電流量的增加，同時(shí)不減少金屬薄片間的連接面積。
更進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，焊料箔的每一條都以這樣一種方式安排，使條與相鄰層中的條重疊的部位的寬度比條其它部位的寬度要窄。因此，由于加熱點(diǎn)面積的減小，電流的電阻被進(jìn)一步提高，從而防止了電流量的增加，同時(shí)不減少金屬薄片間的連接面積。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供有一個(gè)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的電熱催化轉(zhuǎn)換器，它包括一基底，一對(duì)電極，薄絕緣層，導(dǎo)入端局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)和導(dǎo)出端局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)；基底支持一種三向還原和氧化催化劑，并被成形為大量金屬薄片的分層裝配件；一對(duì)電極與分層裝配件中兩末端層的金屬片分別相連；薄絕緣層置于金屬薄片的各層之間；導(dǎo)入端局部導(dǎo)電連接形成于分層裝配件的尾氣導(dǎo)入部分，它與各層的金屬薄片透過(guò)絕緣層而電連結(jié)，而導(dǎo)出端局部導(dǎo)電連接點(diǎn)形成于分層裝配件的尾氣導(dǎo)出部分，它與各層的金屬薄片透過(guò)絕緣層而電連結(jié)，其中導(dǎo)出端局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)以這樣一種方式配置，使得導(dǎo)出端局部導(dǎo)電連接點(diǎn)在沿垂直于金屬薄片方向上的間距要大于導(dǎo)入端局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)沿垂直于金屬薄片方向上的間距。
由于在垂直于金屬薄片的方向上，導(dǎo)出端局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)被以比導(dǎo)入端局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)更大的間距配置，由導(dǎo)出端局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)組成的電路就比由導(dǎo)入端局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)組成的電路具有更大的電阻。因此，流經(jīng)分層裝配件的電量不會(huì)在輸出端局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)處顯著增加，而分層裝配件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在形成導(dǎo)出端局部導(dǎo)電連結(jié)后大大增強(qiáng)了。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供有一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的電熱催化轉(zhuǎn)換器，它包括基底，一對(duì)電極，局部導(dǎo)電連結(jié)和焊料箔；基底支持三向還原和氧化催化劑，并被成形為由表面具絕緣涂層的絕緣金屬薄片和具有原材金屬表面的原材金屬薄片交替組成的分層裝配件；一對(duì)電極與分層裝配件中兩末端層的金屬片分別相連；局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)將絕緣金屬片與相鄰的原材金屬片電連結(jié)，其中每個(gè)局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)是通過(guò)插入絕緣金屬片上的小孔內(nèi)的一小片原材金屬片形成的；而焊料箔將上述一小片原材金屬片的裸露金屬表面與相鄰層中原材金屬片的裸露金屬表面融合起來(lái)。
由于局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)是通過(guò)融合原材金屬表面形成而無(wú)需在表面之間插入絕緣層，導(dǎo)電連結(jié)的結(jié)合強(qiáng)度得以提高。因此，分層裝配件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度被進(jìn)一步增強(qiáng)。
參考附圖，下面的描述將使本發(fā)明得到更好的理解，其中圖1是一幅剖面圖，描繪了電熱催化轉(zhuǎn)換器的一般構(gòu)造；圖2是一幅描繪電熱催化轉(zhuǎn)換器的分層裝配件結(jié)構(gòu)圖；圖3顯示了沿圖1中III—III線的剖面圖；圖4為原始金屬片與絕緣金屬片之間形成的放大的局部導(dǎo)電連結(jié)圖；圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在分層裝配件中形成的電路圖；圖6顯示了分層裝配件沿圖5中的VI—VI線的剖面圖；圖7描述了形成圖5中的導(dǎo)電區(qū)域的方法；圖8描繪了局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)在圖5的電路中的安置；
圖9A顯示了在分層裝配件中根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例形成的電路；圖9B顯示了局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)在圖9A的電路之中的安置；圖10A和10B顯示了焊料箔形狀以及由焊料箔形成的導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的一個(gè)例子；圖11A和11B顯示了焊料箔形狀以及由焊料箔形成的導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的又一個(gè)例子；圖12描繪了圖11A和11B中由焊料箔形成的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的安置；圖13A和13B解釋相應(yīng)于本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電流通路的等效電路圖；圖14A和14B描繪了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)在分層裝配件中的安置；圖15A，15B和15C說(shuō)明了相應(yīng)于本發(fā)明另一實(shí)施例而形成的導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的形成過(guò)程；以及圖16是一幅在相關(guān)技術(shù)所使用的分層裝配件中形成的電流通路圖。
在下面所解釋的實(shí)施例中，本發(fā)明應(yīng)用于漩渦狀筒式分層裝配件類型的電熱催化轉(zhuǎn)換器，其中，一波紋狀金屬片和一普通金屬片被重疊起來(lái)，并圍繞一中心電極卷繞，從而使金屬片的片層形成漩渦狀圓筒。
因此，在解釋各個(gè)實(shí)施例之前，先參照?qǐng)D1到3對(duì)這些實(shí)施例中所使用的漩渦狀圓筒式分層裝配件類型的電熱催化轉(zhuǎn)換器的構(gòu)造進(jìn)行說(shuō)明。在各個(gè)實(shí)施例的說(shuō)明當(dāng)中，與圖1到3中相同的參考號(hào)表示與圖1到3中所示的相同的部件。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例所使用的漩渦狀筒式層狀裝配類型的電熱催化轉(zhuǎn)換器的典型剖面圖。在圖1中，標(biāo)號(hào)1表示一個(gè)電熱催化轉(zhuǎn)換器的整體。標(biāo)號(hào)2是一個(gè)成形為金屬片的筒狀分層裝配件的基底。標(biāo)號(hào)10和20分別指構(gòu)成筒狀分層裝配件2的普通金屬片和波紋狀金屬片。標(biāo)號(hào)3是一個(gè)位于筒狀分層裝配件2的中心的中心電極。中心電極3是一個(gè)金屬棒類型的電極，它既與普通金屬片10又與波紋狀金屬片20相連，并作為正極。筒狀分層裝配件被包含在一個(gè)金屬殼5中。筒狀分層裝配件2的外表面與外殼5的內(nèi)表面相連，且外殼5作為負(fù)的外部電極。因此，當(dāng)一電壓被施加于中心電極3和外殼5之間時(shí)，一股電流流過(guò)普通金屬片10和波紋狀金屬片20。
圖2和3描述了圖1中筒狀分層裝配件的構(gòu)造。如圖2所示，筒狀分層裝配件2的形成是先把帶狀的普通金屬片與波紋金屬片重疊放置，然后將中心電極3與金屬片10和20的末端連結(jié)，再將片層狀金屬片10和20圍繞中心電極3卷繞起來(lái)。
圖3顯示了筒狀分層裝配件2沿圖1中的III—III線所得的剖面圖。由于普通金屬片10和波紋金屬片20被形成片狀并圍繞中心電極3卷繞，在波紋金屬片的波峰和普通金屬片之間就形成許多軸向通道6，并在分層裝配件2中安置成螺旋形。
如后面所要說(shuō)明的，催化劑附著于金屬片10和20的表面上。當(dāng)轉(zhuǎn)換器1的外殼5被連結(jié)于內(nèi)燃機(jī)尾氣通道時(shí)，尾氣流過(guò)軸向通道6，由于附著于通道6的壁上的催化劑，尾氣中的污染物發(fā)生反應(yīng)。
普通金屬片10和波紋金屬片20都由含鋁的鐵合金制作(例如75％的鐵(Fe)、20％的鉻(Cr)和5％的鋁(Al)合金)，并且約厚50微米。在金屬片10和20的表面上形成有一層約1微米厚的金屬氧化物的電絕緣涂層(如氧化鋁，Al2O3)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在筒狀分層裝配件被裝配起來(lái)之前，Al2O3絕緣層就被形成于金屬片10和20中的至少一個(gè)或兩個(gè)上面。然而，由于Al2O3絕緣涂層還被用于催化劑顆粒的載體，如果用原材金屬片(即沒(méi)有絕緣層的金屬片)形成分層裝配件2，整個(gè)分層裝配件2就要在裝配好后在氧化范圍中烘烤，以產(chǎn)生金屬片10和20表示的Al2O3層。在分層裝配件2被裝配完成后，催化劑成分，如鉑Pt，銠Rh和鈀Pd就被浸漬在Al2O3層中。
在本發(fā)明的電熱催化轉(zhuǎn)換器中，局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)在分層裝配件2中形成了很窄的電流路徑，其中每層的金屬薄片都由焊料箔融合起來(lái)，如后面將說(shuō)明的。當(dāng)給分層裝配件通電時(shí)，電流集中于由局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)形成的狹窄電流道路中，而不是均勻地通過(guò)金屬片的截面。這樣，流經(jīng)電流路徑的電流只加熱在局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)附近的金屬片部分而不是整個(gè)金屬片，因此加熱迅速。
當(dāng)這些部分的局部溫度到達(dá)催化劑的活化溫度(如300到400度)時(shí)，由于催化劑的作用，尾氣中的HC和CO成分立即開(kāi)始氧化反應(yīng)，且反應(yīng)產(chǎn)生的熱被沿金屬片傳導(dǎo)，以加熱整個(gè)分層裝配件2。因此，整個(gè)分層裝配件2的溫度迅速上升，并在轉(zhuǎn)換器1通電后的很短時(shí)間內(nèi)達(dá)到催化劑的活化溫度。
進(jìn)一步說(shuō)，由于導(dǎo)電連結(jié)的截面積可保持很小，連結(jié)電極的電路電阻可保持很高。因此，電流總量變得很小，而流經(jīng)電流通路的電流保持相對(duì)較高。
然而，在這種結(jié)構(gòu)中，分層裝配件的金屬薄片僅在局部導(dǎo)電連結(jié)處被機(jī)械連結(jié)起來(lái)。因此，要保證分層裝配件總體保持足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，就要形成相對(duì)大量的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)。另一方面，如果局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的數(shù)目增加，連結(jié)電極的電路電阻就會(huì)變小，電流量增加，這樣電池的負(fù)載就會(huì)增加。因此，很難獲得電路的適當(dāng)電阻，同時(shí)保持分層裝配件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
下面說(shuō)明的實(shí)施例提供了分層裝配件，其中電路電阻在適當(dāng)范圍內(nèi)可調(diào)，同時(shí)保持了分層裝配件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
圖4到8，9A和9B說(shuō)明了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。在此實(shí)施例中，波紋狀金屬片20是一絕緣金屬片，其表面具有氧化鋁(Al2O3)絕緣層，而普通金屬片10是一原材金屬片，具有裸露表面。平滑金屬片10和波紋狀金屬片20被如圖2所示形成片層并圍繞中心電極3卷繞，以形成漩渦狀筒式分層裝配件2。徑向局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的形成是通過(guò)把波紋狀金屬片20的波峰與相鄰層的普通金屬片10以這樣一種方式焊接，使得普通金屬片10和波紋狀金屬片20透過(guò)波紋狀金屬片20的絕緣層而電連結(jié)。連接中心電極3和外部電極5的電路由這些局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)形成。
圖4顯示了本實(shí)施例中局部導(dǎo)電連接點(diǎn)的構(gòu)造。在此實(shí)施例中，當(dāng)金屬片10和20被形成片層時(shí)，具有預(yù)定寬度d的焊料41的小條被放在普通金屬片10與波紋狀金屬片20之間，并位于將要形成導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的部位。焊料箔41由含有某種金屬成分的焊接材料組成，這種金屬，例如鋯Zr，比形成絕緣層的金屬氧化物(在本實(shí)施例中是氧化鋁Al2O3)具有更強(qiáng)的還原能力。在形成分層裝配件2以后，整個(gè)裝配件2被加熱，例如在爐中，以使普通金屬片10和波紋狀金屬片20通過(guò)焊接融合在一起。當(dāng)焊料箔41融化時(shí)，焊料箔中的鋯成分通過(guò)奪走氧化鋁Al2O3中的氧形成氧化鋯。因此，作為導(dǎo)體連結(jié)普通金屬片10和波紋狀金屬片20的鋁就在焊接部位沉積于絕緣層中。這樣，在普通金屬片10與波紋狀金屬片20之間就形成了局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)。
在本實(shí)施例中，在分層裝配件2的尾氣導(dǎo)入端的端面2d上的局部導(dǎo)電連結(jié)以這樣一種方式形成，使得局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)如圖5所示以雙螺旋51a和51b安置。在每一局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)，普通金屬片10和波紋狀金屬片20從端面2d起被連結(jié)，其深度相當(dāng)于焊料箔41的寬度d(圖4)。圍繞中心電極3的區(qū)域和鄰近外電極5的區(qū)域就是各層中的金屬薄片10和20沿金屬片全長(zhǎng)被融合的區(qū)域，從而形成了環(huán)形導(dǎo)電區(qū)2a和2b。
圖6顯示了沿圖5中VI—VI線的截面。圖5中，陰影部分指金屬薄片10和20連結(jié)的部分。如圖6所示，普通金屬片10和波紋狀金屬片20在環(huán)形導(dǎo)電區(qū)2a和2b中被以金屬薄片的寬度連接(即以分層裝配的軸向長(zhǎng)度)，同時(shí)普通金屬片10和波紋金屬片20被以厚度d連接，此厚度d(例如，d是0.5至3毫米)是從區(qū)域2a至2b之間的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的末端面2d算起。這樣，局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)就形成了具有較小橫截面并且連接環(huán)形導(dǎo)電區(qū)2a和2b的螺旋狀電路51a和51b。
環(huán)狀導(dǎo)電區(qū)2a和2b可以如圖4所示的類似方法通過(guò)焊接普通金屬片10和波紋狀金屬片20形成，焊接使用的焊料箔含有一種鋯成分。然而，在這個(gè)實(shí)施例中，環(huán)形導(dǎo)電區(qū)2a和2b是通過(guò)圖7所說(shuō)明的過(guò)程形成的。
如圖7所示，本實(shí)施例中的波紋狀金屬片20是一復(fù)合金屬片，它由波紋狀絕緣金屬片2a和波紋狀原材金屬片20b和20c組成，20b和20c與波紋狀絕緣金屬片20a的兩縱向端相連接。原材金屬片部分20b與中心電極3相連，且原材金屬片部分20b和20c的表面涂有一層含鎳成分的焊接材料。然后，普通原材金屬片10被層壓于波紋狀復(fù)合金屬片20上，且金屬片10和20被一起圍繞中心電極3卷繞。因此，當(dāng)形成漩渦狀分層裝配件時(shí)，環(huán)狀導(dǎo)電區(qū)2a和2b中的波紋狀復(fù)合金屬片20和普通原材金屬片10被通過(guò)一層含鎳成分的焊接材料層壓成形。因此，當(dāng)整個(gè)分層裝配件被加熱時(shí)，環(huán)形導(dǎo)電區(qū)2a和2b內(nèi)的波紋狀金屬片20的原材金屬表面與普通金屬表面10就被包含鎳成分的焊料焊接起來(lái)了。因此，在2a和2b區(qū)中，波紋狀金屬片20的原材金屬部分與普通原材金屬片10被直接焊接。由于在導(dǎo)電區(qū)2a和2b焊接原材金屬表面不需要放入絕緣層，金屬片10和20之間的連接強(qiáng)度就增加了。
更進(jìn)一步，盡管電流路徑51a和51b中的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)形成是通過(guò)僅使用鋯(Zr)焊料箔41來(lái)連接普通金屬片10(原材金屬片)和波紋狀金屬片20(絕緣金屬片)，也可以使用鎳焊料箔和鋯焊料箔層壓形成的復(fù)合焊料箔。在這種情況下，鎳焊料箔被置于普通金屬片10(原材金屬片)這面上，而鋯焊料箔置于波紋狀金屬片(絕緣金屬片)20這面。由于鎳焊料與鋯焊料和原材金屬片的材料都具有較好親合力，通過(guò)使用復(fù)合焊料箔就可以在普通金屬片10和波紋狀金屬片20之間獲得更大的結(jié)合強(qiáng)度。
圖8是圖5中VIII部分的放大圖，它顯示了電流路徑51a和51b中局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的細(xì)節(jié)。在圖8中，810a，810b和810c是分層裝配件2中普通金屬片10上的部分，而820a和820b是片層裝配中波紋狀金屬片20上的部分。在普通金屬片10和波紋狀金屬片20之間，從841a到841a的放入鋯焊料箔。從841a到841d中的每一鋯焊料箔都是0.5到3毫米寬(也就是說(shuō)，沿分層裝配件軸向的長(zhǎng)度是0.5到3毫米)。每一箔片的長(zhǎng)度約為峰距的6到7倍(在圖8中，為便于說(shuō)明，箔片841a到841d的長(zhǎng)度顯示得要比實(shí)際短得多)。在本實(shí)施例中，波紋狀金屬片10的峰距大約為2到3毫米。因此，每條鋯焊料箔841a到841d的實(shí)際長(zhǎng)度L是12到20毫米。
如圖8所示，各層中的焊料箔以這樣一種方式安置，使得一層中的焊料箔相對(duì)于相鄰層中的焊料箔沿金屬片方面移動(dòng)。換句話說(shuō)，一層中的焊料箔(例如841b)與另一相鄰層中的焊料箔(841a和841c)僅在其縱向末端部分重疊。更進(jìn)一步說(shuō)，各焊料箔重疊部分的長(zhǎng)度(在圖8中由長(zhǎng)度BL表示)要小于這些焊料箔長(zhǎng)度L的一半(BL＜L/2)。換句話說(shuō)，各層中的焊料箔與相鄰層中的焊料箔錯(cuò)開(kāi)(L—BL)的長(zhǎng)度。由于重疊長(zhǎng)度BL小于長(zhǎng)度L的一半，各焊料箔都有一部分與相鄰層中的焊料箔重疊，但沒(méi)有任何部分與相鄰層的下一層中的焊料箔重疊。例如在圖8中，從垂直于各層的方向上看(由圖8中箭頭指示)，焊料箔841b與焊錫箔841a和841c以B部分重疊，但不與相鄰焊料箔841c的下一層中的焊料箔841d重疊。也就是說(shuō)，當(dāng)從垂直于各層的方向上看時(shí)，焊料箔841b和841d之間形成了一個(gè)相當(dāng)于圖8中長(zhǎng)度A的間隔。這對(duì)于其它焊料箔也正確。
通過(guò)以上述方式把各個(gè)焊料箔相對(duì)于相鄰層中的焊料箔錯(cuò)開(kāi)，由焊料箔形成的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)在分層裝配件2的尾氣導(dǎo)入端的面2d上以螺旋狀安排，并且從而形成了螺旋狀電流路徑51a和51b。
在螺旋狀電流路徑51a和51b中，舉例說(shuō)，電流通過(guò)焊料箔841a從普通金屬片810a(圖8)流到波紋狀金屬片820a，并通過(guò)焊料箔841b從波紋狀金屬片820a流到普通金屬片810b。在普通金屬片810a和810b之間，電流流經(jīng)波紋狀金屬片820a的最短路徑，也就是圖8中波紋狀金屬片820a的陰影部分。因此，電流集中于焊料箔841a與841b的重疊部分B，從而在這一部分形成了加熱點(diǎn)。而且，由于各層中的加熱點(diǎn)彼此錯(cuò)開(kāi)，電流流過(guò)加熱點(diǎn)之間的普通金屬片(也就是分層裝配件2中的圓周方向)。因此，電極間電流路徑的總長(zhǎng)度增加了，從而獲得了相對(duì)較大的電阻。也就是說(shuō)，通過(guò)以上述方式安排局部導(dǎo)電連結(jié)，加熱點(diǎn)(圖8中的陰影區(qū)域)的電流強(qiáng)度增加了，同時(shí)防止了電流總量的增加。
更進(jìn)一步，由于焊料箔重疊部分B的長(zhǎng)度BL小焊料箔長(zhǎng)度的一半，相鄰兩層中的加熱點(diǎn)絕不會(huì)彼此重疊。因此，電流總是流過(guò)加熱點(diǎn)之間的普通金屬片，也就是說(shuō)，加熱點(diǎn)之間絕不會(huì)形成短路。
在圖8中的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)中，金屬片之間的結(jié)合強(qiáng)度由焊料箔的面積(L×d)決定，而加熱點(diǎn)的電阻由面積(BL×d)決定。如上面所說(shuō)明的，長(zhǎng)度BL小于長(zhǎng)度L。因此，可以通過(guò)設(shè)置大的長(zhǎng)度L增加金屬片之間的結(jié)合強(qiáng)度，同時(shí)通過(guò)設(shè)置小的長(zhǎng)度BL使層間阻抗保持在一適當(dāng)值。這意味著在本實(shí)施例中可以提高分層裝配件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)保持電流量在一適當(dāng)值。
在上述實(shí)施例中，螺旋狀電流路徑51a和51b由局部導(dǎo)電連接形成。然而，電流路徑的形狀不一定需要為螺旋狀。例如，如圖9A所示，局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)可以安置為鋸齒狀，以形成電流路徑91a和91b。圖9B顯示了圖9A中局部導(dǎo)電連結(jié)的放大圖。正如從圖9B中看到的，三個(gè)連續(xù)層中的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)形成一個(gè)單元，其中，局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)以這樣一種方式安排，使得焊料箔彼此只部分重疊，且這些三個(gè)局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)組成的單元沿徑向排成一行。在這種情況下，電流在局部導(dǎo)電連結(jié)單元(例如圖9B中的910和911單元)之間沿圓周方向流經(jīng)金屬片，如圖9B中的箭頭所示。因此，電流路徑的長(zhǎng)度比圖5中的螺旋狀電流路徑長(zhǎng)，且可以增加局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的數(shù)目以便進(jìn)一步提高分層裝配件2的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)使所使用的電流與圖5中實(shí)施例保持在同一水平。
下面參照?qǐng)D10A和10B說(shuō)明本發(fā)明的另一實(shí)施例。圖10A顯示了本實(shí)施例所用的焊料箔1541的形狀的例子。在本實(shí)施例中，焊料箔1541被以與圖8中焊料箔841a到841d相同的方式在各層中安置。然而，盡管圖8中的焊料箔具有統(tǒng)一的寬度d(圖4)，本實(shí)施例中的焊料箔1541具有寬度不同的部分。也就是說(shuō)，焊料箔1541中，與相鄰層中的焊料箔重疊的兩端部分(由圖10A中B所示)具有寬度d′，寬度d′小于不與相鄰層中焊料箔重疊的其它部分(由圖10B中的A所示)的寬度d。
圖10B顯示了分層裝配件連續(xù)兩層間的焊料箔1541的相關(guān)部分，為了清楚，未顯示金屬片10和20。如圖10B所示，當(dāng)從垂直于金屬片的方向看時(shí)，本實(shí)施例中的焊料箔與相鄰層中的焊料箔僅在寬度較小的B部分重疊。如前面所說(shuō)明的，當(dāng)給分層裝配件通電時(shí)，電流沿垂直于層的方向流經(jīng)重疊部分B，從而使重疊部分B成為加熱點(diǎn)。流經(jīng)重疊部分的電流強(qiáng)度隨重疊部分面積的減小而增大。因此，通過(guò)減小重疊部分B的寬度，就可以增加加熱點(diǎn)產(chǎn)生的熱量。然而，如果焊料箔的寬度相對(duì)于焊料箔長(zhǎng)度被統(tǒng)一減小，金屬片之間的結(jié)合區(qū)域也會(huì)減小，分層裝配件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也會(huì)降低。而且，如果焊箔寬度統(tǒng)一減小，連結(jié)各加熱點(diǎn)(重疊的B部分)的電流路徑的寬度(焊箔1541的A部分)也會(huì)減小。這可能會(huì)引起整個(gè)電流路徑的電阻過(guò)度提高。換句話說(shuō)，必須確定焊料箔的寬度，使其能提供足夠的結(jié)合面積和適當(dāng)?shù)碾娮?，同時(shí)保證滿足加熱點(diǎn)產(chǎn)熱。如果焊料箔具有統(tǒng)一的寬度，很難同時(shí)滿足這些相互矛盾的要求。
在本實(shí)施例中，由于焊料箔1541(圖10A和10B)的重疊部分B的寬度d′可以很小而不管焊料箔其它部分A的寬度(圖10A和10B)，流經(jīng)重疊部分的電流強(qiáng)度能夠提高，從而提高了加熱點(diǎn)產(chǎn)生的熱量。另一方面，可以不管重疊部分B的寬度而決定重疊部分B之間的A部分的寬度，金屬薄片之間的結(jié)合強(qiáng)度即可提高，加熱點(diǎn)之間的電阻也可設(shè)定為一個(gè)適當(dāng)值。
由于在加熱點(diǎn)內(nèi)電流沿垂直于層的方向流過(guò)波紋狀金屬片20(由圖8中陰影部分表示)，加熱點(diǎn)的產(chǎn)熱就可以通過(guò)降低波紋狀金屬片20的厚度得到進(jìn)一步提高。換句話說(shuō)，通過(guò)使波紋狀金屬片薄于普通金屬片形成分層裝配件(例如，可以結(jié)合使用一個(gè)30微米厚的波紋狀金屬片和一個(gè)正常的50微米厚普通金屬片)，加熱點(diǎn)處產(chǎn)生的熱量就可增加。
圖11A、11B和12顯示了本發(fā)明的又一實(shí)施例。圖11A和11B是與圖10A和10B類似的圖，說(shuō)明了本實(shí)施例中使用的焊料箔的形狀。如圖11A所示，本實(shí)施例中的焊料箔1641也具有不同寬度的部分。然而，焊料箔1641僅在某一端有一個(gè)具較窄寬度d′的B′部分。另一端的A′部分具有一個(gè)大于B′部分的寬度d′的寬度d。圖11B顯示了各層中焊料箔1641的相關(guān)位置。如圖11B所示，在此實(shí)施例中，一層中的一片焊料箔僅用其較窄部分B′與一個(gè)相鄰層中的焊料箔重疊。焊料箔其余的A′部分不與相鄰層中的焊料箔重疊。圖12是與圖8類似的圖，顯示了本實(shí)施例中焊料箔在各層中的安置。如圖12所示，僅僅是位于波紋狀金屬片820a(820b)兩面上的焊料箔1641a和1641b(1641c和1641d)以其具有較窄寬度d′的末端部分B′相互重疊。也就是說(shuō)，位于普通金屬片810b兩面上的焊料箔1641b和1641c不具有重疊部分。如前面所說(shuō)明的，由于焊料箔1641的重疊部分B′具有較窄的寬度d′，加熱點(diǎn)由焊料箔的重疊部分B′之間的波紋狀金屬片的部分組成。由于普通金屬片兩面上的焊料箔的A′部分彼此不重疊，在本實(shí)施例中，電流流經(jīng)導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)之間的普通金屬片。然而，由于焊料箔1641的重疊部分B′的寬度d′可以很小而不管其余部分A′的寬度，流經(jīng)重疊部分的電流強(qiáng)度就可以提高。進(jìn)一步說(shuō)，可以不管重疊部分B′的寬度而決定A′部分的寬度。因此，在本實(shí)施例中，普通金屬片之間的結(jié)合強(qiáng)度可以提高，加熱點(diǎn)之間的電阻可以被調(diào)節(jié)為一適當(dāng)值。
盡管在本實(shí)施例中，僅僅是具有較窄寬度d′的焊料箔1641的B′部分與相鄰層中的焊料箔重疊，可以以這樣一種方式安置焊料箔，使得焊料箔1641的末端部分A′也與相鄰層中焊料箔的A′部分重疊。在這種情況下，各焊料箔就以其末端部分與兩相鄰層中的焊料箔重疊，或者說(shuō)，各焊錫箔的末端A′部分與一個(gè)相鄰層中焊料箔的末端A′部分重疊，各焊料箔的末端B′部分與另一相鄰層中焊料箔的末端B′部分重疊。
圖13A系統(tǒng)地顯示在分層裝配件2中的由圖5中的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)組成的電路。在圖13A中，r表示局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)之間的金屬薄片10和20部分的電阻，R表示由局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)形成的螺旋電流路徑51a和51b的電阻。圖13A中的S1和S3表示相鄰兩層中兩金屬薄片上電流路徑51a中的點(diǎn)。點(diǎn)S1和S3由具有電阻R4的一個(gè)加熱點(diǎn)連結(jié)。類似地，圖13A中的S2和S4表示相鄰兩層中兩金屬薄片上電流路徑51b中的點(diǎn)。點(diǎn)S2和S4由具有電阻R3的一個(gè)加熱點(diǎn)連結(jié)。正如從圖13A中所看到的，點(diǎn)S1到S4還通過(guò)金屬薄片被電連接起來(lái)。在圖13A中，r2表示連接點(diǎn)S1和S2的金屬薄片部分的電阻。類似地，r3和r4表示分別連接點(diǎn)S2和S3、S3和S4的金屬薄片部分的電阻。
圖13B表示圖13A中連通從點(diǎn)S1到S4的電流路徑的等效電路圖。如從圖13B中看到的，為使電流的絕大部分流經(jīng)具有電阻R4的加熱點(diǎn)，加熱點(diǎn)的電阻R4必須小于點(diǎn)S1和S2之間金屬薄片部分的電阻r2。而且，為使電流的絕大部分從S3點(diǎn)流到具有電阻R6的下一個(gè)加熱點(diǎn)(圖13A)，加熱點(diǎn)的電阻R6必須小于點(diǎn)S3和S4之間金屬薄片部分的電阻r4。也就是說(shuō)，電阻r4和R4的電阻值必須為r2＞＞R4，且電阻r4和R6的電阻值必須為r4＞＞R6。類似地，為使電流的絕大部分流經(jīng)具有電阻R3的加熱點(diǎn)并流到具有電阻R5的下一個(gè)加熱點(diǎn)，必須滿足r3＞＞R3和r4＞＞R4的關(guān)系式。
如前面所說(shuō)明的，為了在加熱點(diǎn)獲得足夠的熱量，各加熱點(diǎn)的電阻R最好較大。然而，如果加熱點(diǎn)的電阻R過(guò)大，流經(jīng)加熱點(diǎn)的電流就會(huì)減少，因?yàn)殛P(guān)系式r＞＞R沒(méi)有滿足，電流的絕大部分流經(jīng)了局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)之間的金屬薄片部分。然而，在上面所說(shuō)的實(shí)施例中，可以通過(guò)改變與相鄰層中焊料箔重疊的焊料箔面積來(lái)輕易調(diào)節(jié)各加熱點(diǎn)的電阻R。因此，在保證關(guān)系式r＞＞R成立的同時(shí)，各加熱點(diǎn)的電阻可以輕易地被調(diào)整到一適當(dāng)值。
更進(jìn)一步，盡管上述實(shí)施例中的金屬薄片由局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)彼此相連，但除了由焊料箔形成的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)外，金屬薄片還可被一種具有絕緣能力的粘合劑相連。通過(guò)使用絕緣粘合劑結(jié)合金屬薄片，分層裝配件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠進(jìn)一步提高，同時(shí)保證了由局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)組成的電流路徑的電阻與前面所述實(shí)施例的相同。如果靠近分層裝配件尾氣導(dǎo)出端的金屬薄片僅由絕緣粘合劑結(jié)合，就可以避免靠近尾氣導(dǎo)入端的分層裝配件部分的熱容量增加，且加熱分層裝配件所需的時(shí)間不受絕緣粘合劑的影響。
下面，參照?qǐng)D14A和14B說(shuō)明本發(fā)明的又一實(shí)施例。
在本實(shí)施例中，以與圖4到12中說(shuō)明的同樣方法在分層裝配件的尾氣導(dǎo)入端的端面2d上形成層間的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)121。然而，除了局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)121外，在靠近分層裝配件的尾氣導(dǎo)出端的端面2e的層之間還形成了局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)122。局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)122也是通過(guò)使用鋯焊料箔連結(jié)金屬薄片形成的?？拷矚舛撕投嗣?e的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的目的不是為了形成加熱點(diǎn)，而是為了通過(guò)增加金屬薄片間的接合面積來(lái)提高分層裝配件2的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此，靠近尾氣導(dǎo)出端的端面的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)必須以這樣的方式形成，使得它們?cè)诒ＷC金屬薄片之間有較大接合面積的同時(shí)不會(huì)顯著降低電極間電流路徑的電阻。
為滿足上述要求，靠近尾氣導(dǎo)出端的端面的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)122間的間隔要比尾氣導(dǎo)入端的端面上的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)121的大。圖14A顯示了沿分層裝配件的軸面觀察時(shí)局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)121和122的安排。如從圖14A中看到的，靠近尾氣導(dǎo)出端的端面的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)122被安排有幾層的間隔，而局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)121被安排在每層中。由于金屬薄片在局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)122間形成的電流路徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于金屬薄片在局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)121間形成的電流路徑，因此局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)122間的電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)121之間的。
因而，當(dāng)給分層裝配件通電時(shí)，電流的絕大部分流經(jīng)由局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)121在尾氣導(dǎo)入端的端面上形成的電流路徑，僅有一小部分電流流經(jīng)由局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)122在靠近尾氣導(dǎo)出端的端面處形成的電流路徑。而且，由于由局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)121形成的電阻很小的電流路徑與由局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)122形成的電阻大的電流路徑被平行連接，電流間的總電阻就比由局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)121形成的電流路徑的電阻略小，這樣，電極間的總電阻就不會(huì)被大幅度降低。因此，通過(guò)以比局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)121更大的徑向間隙安排局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)122，分層裝配件2的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠被提高，同時(shí)不會(huì)降低電極間的電阻。
圖14B顯示了分層裝配件沿圖14A中的B—B線的截面。由圖14B所示，在使局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)122形成的電流路徑的電阻不會(huì)大幅度降低的范圍內(nèi)，靠近尾氣導(dǎo)出端的端面的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)122的寬度(即分層裝配件沿其軸的長(zhǎng)度)可以設(shè)定得大于局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)121的寬度。因此，金屬片之間的接合面積，或者說(shuō)分層裝配件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就被進(jìn)一步提高。
下面，參照?qǐng)D15A，15B和15C說(shuō)明另一實(shí)施例。在以前說(shuō)明的實(shí)施例中，局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)是通過(guò)用鋯焊料箔把原材金屬片10和絕緣金屬片20焊接在一起而形成的。然而，焊接一個(gè)覆有絕緣涂層的表面與一個(gè)裸露金屬表面所形成的接合強(qiáng)度要低于焊接兩裸露金屬表面所形成的連結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度。因此，當(dāng)焊接絕緣金屬片和原材金屬片時(shí)，需要保持更大的接合面積以維持分層裝配件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。而且，為了焊接絕緣金屬片和原材金屬片，不能使用如鎳焊料之類的普通焊接材料，也就是說(shuō)，必須使用相比昂貴的鋯焊料。這使得電熱催化轉(zhuǎn)換器的生產(chǎn)成本增加。
在本實(shí)施例中，如后面要說(shuō)明的，金屬薄片被焊接在一起而無(wú)需用諸如鎳焊料的普通焊接材料放入絕緣涂層。
圖15A、15B和15C說(shuō)明了形成本實(shí)施例的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的過(guò)程。與上述實(shí)施例相反，普通金屬片10以具有絕緣涂層的絕緣金屬形成，而波紋狀金屬片以具有裸露金屬表面的原材金屬片形成。如圖15A所示，首先，在絕緣普通金屬片10上將要形成局部導(dǎo)電連結(jié)的部分挖一個(gè)具有預(yù)定形狀的洞131。然后，把形狀與洞131匹配的原材金屬片132插入洞131。在原材金屬片132嵌入絕緣普通金屬片中的洞131后，具有比洞131稍大尺寸的鎳焊料箔133被以這樣一種方式壓合在原材金屬片132的兩面，使原材金屬片132和洞131周?chē)牟糠纸^緣普通金屬片10都被鎳焊料箔133所覆蓋。這樣，原材金屬片132就被鎳焊料箔133限制在每個(gè)洞131中了，如圖15B所示。
由上述過(guò)程形成的絕緣普通金屬片10與波紋狀原材金屬片20疊合，然后一起圍繞中心電極卷繞以形成分層裝配件2。在分層裝配件中，在如圖15C所示的將要形成局部導(dǎo)電連結(jié)的部位，原材金屬片132通過(guò)鎳焊料箔133與波紋狀原材金屬片20相鄰。因此，當(dāng)整個(gè)分層裝配件被加熱時(shí)，原材金屬片132和波紋狀金屬片20，以及原材金屬片132與平滑金屬片10中洞的邊緣就分別被鎳焊料箔133焊接起來(lái)了。
在本實(shí)施例中，各原材金屬片132的尺寸以這樣一種方式確定，使得片132被以大約2毫米的寬度與波紋狀金屬片20的2到3個(gè)峰焊接起，或者，舉例來(lái)說(shuō)，片132是0.5到3毫米寬，5到6毫米長(zhǎng)。
如上面所說(shuō)明的，根據(jù)本實(shí)施例，局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)是通過(guò)焊接原材金屬片132和波紋狀金屬片20的裸露金屬表面形成的。因此，金屬片之間的接合強(qiáng)度就大于前面實(shí)施例中的。更進(jìn)一步說(shuō)，由于可以使用普通的鎳焊料箔，電熱催化轉(zhuǎn)換器的生產(chǎn)成本就可降低。
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的電熱催化轉(zhuǎn)換器，包括一種支持三向還原和氧化催化劑的基底，基底被成形為一個(gè)大量金屬薄片的分層裝配件；一對(duì)電極，分別與所述分層裝配件兩端層內(nèi)的金屬片相連；絕緣薄層，每個(gè)都放在所述金屬薄片的各層之間，這種絕緣層是由另一種金屬的氧化物構(gòu)成的；以及電連結(jié)各相鄰層中金屬薄片的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)，所述局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)是使用焊料箔條通過(guò)絕緣層焊接金屬薄片形成的，所述焊料箔由一種含有第二種金屬成分的焊接材料制成，這第二種金屬比上述另一種金屬具有更強(qiáng)的還原能力，其中，所述焊料箔條被以這樣一種方式安排，使得從垂直于所述金屬薄片的方向上看，各層中的焊料箔至少與某一相鄰層中的一焊料箔有部分的重疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電熱催化轉(zhuǎn)換器，其中，所述焊料箔條被以這樣一種方式安排，使得各層中的焊料箔在其末端部分與相鄰層中的焊料箔重疊，并且使得以垂直于所述金屬薄片的方向上看，各層中的焊料箔與其相鄰層的下一層中的焊料箔被一預(yù)定的間隙隔離開(kāi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中的電熱催化轉(zhuǎn)換器，其中，所述各層中焊料箔條在其與相鄰層中焊料箔重疊的部分的寬度要窄于箔條其它部分的寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的電熱催化轉(zhuǎn)換器，其中，所述各層中焊料箔條在其與相鄰層中焊料箔重疊部分的寬度要窄于其它部分。
5.一用于發(fā)動(dòng)機(jī)的電熱催化轉(zhuǎn)換器，包括一種支持三向還原和氧化催化劑的基底，該基底被成形為由大量金屬薄片組成的分層裝配件；一對(duì)電極，分別與所述分層裝配件兩末端層中的金屬片相連；絕緣薄層，每個(gè)都放在所述金屬薄片的各層之間；形成于所述分層裝配件的尾氣導(dǎo)入部分的導(dǎo)入端局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)，它們把各層中的金屬薄片經(jīng)過(guò)所述絕緣層電連接起來(lái)；以及形成于所述分層裝配件的尾氣導(dǎo)出部分的導(dǎo)出端局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)，它們把各層中的金屬薄片透過(guò)所述絕緣層電連結(jié)起來(lái)，其中，所述導(dǎo)出端局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)被以這樣一種方式布置，使得在垂直于所述金屬薄片的方向上，所述導(dǎo)出端局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的間距要大于導(dǎo)入端局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)的間距。
6.一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的電熱催化轉(zhuǎn)換器，包括一種支持三向還原和氧化催化劑的基底，該基底被成形為由表面有絕緣涂層的絕緣金屬薄片和具有原材金屬表面的原材金屬薄片交替組成的分層裝配件；一對(duì)電極，分別與所述分層裝配件的兩端層中的金屬片相連；以及電連結(jié)絕緣金屬片和相鄰原材金屬片的局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)，其中，每個(gè)所述局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)都是由嵌入絕緣金屬片上一個(gè)洞中的一小片原材金屬片形成的，焊料箔把所述原材金屬薄片的裸露金屬表面的原材金屬表面與相鄰層中原材金屬片的裸露金屬表面融合起來(lái)。
全文摘要
本發(fā)明的電熱催化轉(zhuǎn)換器具漩渦狀筒式分層裝配件的催化劑基底。分層裝配件通過(guò)將一波紋狀金屬片和一普通金屬片疊合并繞中心電極卷繞形成，其最外層連外電極。波紋金屬片具氧化鋁絕緣層，普通金屬片沒(méi)有。使用鋯焊箔焊接金屬片可形成局部導(dǎo)電連結(jié)點(diǎn)。絕緣層中氧化鋁被鋯還原并沉積于連結(jié)點(diǎn)，使普通金屬片與波紋金屬片電連結(jié)。兩相鄰層中焊箔部分重疊，使電流集中于重疊區(qū)，形成加熱點(diǎn)。改變焊箔條長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)整個(gè)電路電阻，使電流量保持在一適當(dāng)水平。
文檔編號(hào)F01N3/28GK1117557SQ9510730
公開(kāi)日1996年2月28日 申請(qǐng)日期1995年5月30日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月30日
發(fā)明者吉崎康二, 小粥真彥, 加古卓三, 中島郁二, 藤野謙二, 伊藤和則, 紺谷省吾, 佐藤啟二 申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社, 豐田汽車(chē)株式會(huì)社