JP7058536B2 - ハニカム構造体 - Google Patents
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Description
本発明はハニカム構造体に関する。とりわけ、通電加熱時のパティキュレート燃焼によるハニカム構造体のクラックの発生を効果的に抑制できるハニカム構造体に関する。
自動車排ガスに含まれるパティキュレートを低減する用途としてセラミックスのハニカム構造フィルタが知られている。また、セラミックスのハニカムフィルタそのものを通電発熱体とみなし、通電加熱することによってパティキュレートを燃焼し取り除く技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、人口側から出口側へ延びる複数の通路を形成する壁構造体をなすとともに該通路は出口側が出口閉鎖壁で閉鎖された入口通路群と入口側が入口閉鎖壁で閉鎖された出口通路群からなりしかして任意の１つの入口通路は少なくとも１つの出口通路と壁を共有して可燃性微粒子を捕捉する濾過壁をなすフィルタにおいて、少なくとも壁構造体を多孔質導電性セラミックで形成するとともに該壁構造体を通電加熱するための電圧印加手段を上記フィルタの外周壁部に設けてなる可燃性微粒子除去用フィルタ装置が開示されている。
また、特許文献２は、自己発熱型ディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、多孔質導電性セラミックスからなるフィルタ本体の両端面に、その中心部を除く周囲に電極層を形成させてなることで、パティキュレートの燃え残りが少なくなり、高い再生率のＤＰＦが提供されることを開示している。また、再生後には、割れ等の異常もなく、安全性の高いＤＰＦであると開示している。
フィルタとしてのハニカム構造体を通電加熱することによりハニカム構造体内に堆積したパティキュレートを燃焼除去する場合、ハニカム構造体入口側のパティキュレートが燃焼すると燃焼熱が下流側に伝わり、下流側のパティキュレートの燃焼とあいまってハニカム構造部長さ方向に大きな温度差が生じ、熱応力によりクラックが発生する場合がある。また、ハニカム構造部の材料がＮＴＣ特性を有する場合、温度が高い側に電流が流れやすくなることから、更にハニカム構造部内での大きな温度差が増加してしまう。
なお、ＮＴＣ特性（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）とは、温度上昇に伴う抵抗の減少を示す特性である。
なお、ＮＴＣ特性（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）とは、温度上昇に伴う抵抗の減少を示す特性である。
本発明は上記の問題を勘案してされたものであり、通電加熱時のパティキュレート燃焼によるハニカム構造体のクラックの発生を効果的に抑制できるハニカム構造体を提供することを課題とするものである。
本発明者が鋭意検討した結果、ハニカム構造体の側面に配置される電極層の長さ方向の中央位置を、当該ハニカム構造体の長さ中心位置よりも下流側に配置することで、ハニカム構造体内のパティキュレート燃焼時の温度差を抑制することができ、上記課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明は以下のように特定される。
（１）流体の流路となり流体の流入側の端面である流入端面から流体の流出側の端面である流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、最外周に位置する外周壁とを有する柱状のハニカム構造部、及び前記ハニカム構造部の側面に配設された一対の電極層を備え、
前記一対の電極層のそれぞれが、前記ハニカム構造部のセルの延びる方向に延びる帯状に形成され、
前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記一対の電極層における一方の前記電極層が、前記一対の電極層における他方の前記電極層に対して、前記ハニカム構造部の中心を挟んで対向するように配設されるハニカム構造体であって、
前記ハニカム構造部は、前記流体の流入側が開口して前記流体の流出側の端面に目封止部を有する複数の第１セルと、前記流体の流出側が開口して前記流体の流入側の端面に目封止部を有する複数の第２セルとを有するハニカム構造体であって、
前記セルの延びる方向において、前記一対の電極層のそれぞれの長さの中央位置が、前記ハニカム構造部の長さの中央位置より、前記流出端面に近いことを特徴とするハニカム構造体。
（２）前記ハニカム構造部がセラミックス材料で形成される（１）に記載のハニカム構造体。
（３）前記ハニカム構造部の材料がＮＴＣ特性を有する（１）又は（２）に記載のハニカム構造体。
（４）前記セルの延びる方向における前記ハニカム構造部の長さをＬとするとき、前記一対の電極層のそれぞれが、前記流体の流出側の端面から、前記ハニカム構造部のセルの延びる方向に０．９×Ｌの長さ以内まで延びる（１）～（３）のいずれかに記載のハニカム構造体。
（１）流体の流路となり流体の流入側の端面である流入端面から流体の流出側の端面である流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、最外周に位置する外周壁とを有する柱状のハニカム構造部、及び前記ハニカム構造部の側面に配設された一対の電極層を備え、
前記一対の電極層のそれぞれが、前記ハニカム構造部のセルの延びる方向に延びる帯状に形成され、
前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記一対の電極層における一方の前記電極層が、前記一対の電極層における他方の前記電極層に対して、前記ハニカム構造部の中心を挟んで対向するように配設されるハニカム構造体であって、
前記ハニカム構造部は、前記流体の流入側が開口して前記流体の流出側の端面に目封止部を有する複数の第１セルと、前記流体の流出側が開口して前記流体の流入側の端面に目封止部を有する複数の第２セルとを有するハニカム構造体であって、
前記セルの延びる方向において、前記一対の電極層のそれぞれの長さの中央位置が、前記ハニカム構造部の長さの中央位置より、前記流出端面に近いことを特徴とするハニカム構造体。
（２）前記ハニカム構造部がセラミックス材料で形成される（１）に記載のハニカム構造体。
（３）前記ハニカム構造部の材料がＮＴＣ特性を有する（１）又は（２）に記載のハニカム構造体。
（４）前記セルの延びる方向における前記ハニカム構造部の長さをＬとするとき、前記一対の電極層のそれぞれが、前記流体の流出側の端面から、前記ハニカム構造部のセルの延びる方向に０．９×Ｌの長さ以内まで延びる（１）～（３）のいずれかに記載のハニカム構造体。
本発明によれば、通電加熱時のパティキュレート燃焼によるハニカム構造体のクラックの発生を効果的に抑制でき、また、通電制御がしやすくなるので、パティクレートを効率的に燃焼除去できる。
以下、図面を参照して、本発明の電気加熱型触媒用担体の実施の形態について説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
（１．ハニカム構造部）
図１は本発明におけるハニカム構造部の一例を示すものである。ハニカム構造部１０は、例えば、流体の流路となり流体の流入側の端面である流入端面１０１から流体の流出側の端面である流出端面１０２まで延びる複数のセル１２を区画形成する多孔質の隔壁１１と、最外周に位置する外周壁とを有する。セル１２の数、配置、形状等及び隔壁１１の厚み等は制限されず、必要に応じて適宜設計することができる。
図１は本発明におけるハニカム構造部の一例を示すものである。ハニカム構造部１０は、例えば、流体の流路となり流体の流入側の端面である流入端面１０１から流体の流出側の端面である流出端面１０２まで延びる複数のセル１２を区画形成する多孔質の隔壁１１と、最外周に位置する外周壁とを有する。セル１２の数、配置、形状等及び隔壁１１の厚み等は制限されず、必要に応じて適宜設計することができる。
ハニカム構造部１０は導電性を有する限り特に材質に制限はなく、金属やセラミックス等を使用可能である。特に、耐熱性と導電性の両立の観点から、ハニカム構造部１０の材質は、珪素－炭化珪素複合材又は炭化珪素を主成分とするものであることが好ましく、珪素－炭化珪素複合材又は炭化珪素であることが更に好ましい。ハニカム構造部の電気抵抗率を下げるために、ケイ化タンタル（ＴａＳｉ2）、ケイ化クロム（ＣｒＳｉ2）を配合することもできる。ハニカム構造部１０が珪素－炭化珪素複合材を主成分とするというのは、ハニカム構造部１０が珪素－炭化珪素複合材（合計質量）を、ハニカム構造部全体の９０質量％以上含有していることを意味する。ここで、珪素－炭化珪素複合材は、骨材としての炭化珪素粒子、及び炭化珪素粒子を結合させる結合材としての珪素を含有するものであり、複数の炭化珪素粒子が、炭化珪素粒子間に細孔を形成するようにして、珪素によって結合されていることが好ましい。また、ハニカム構造部１０が炭化珪素を主成分とするというのは、ハニカム構造部１０が炭化珪素（合計質量）を、ハニカム構造部全体の９０質量％以上含有していることを意味する。
また、ハニカム構造部１０の材料がＮＴＣ特性を有することが好ましい。ハニカム構造部１０の材料がＮＴＣ特性を有する場合、温度が高い側に電流が流れやすくなることから、従来技術ではさらにハニカム構造部内での大きな温度差が増加してしまうことから、本願発明の効果がより顕著に現れる。また、ハニカム構造部１０の材料がＮＴＣ特性を有すれば、ススなどのパティキュレートが堆積しやすい下流側でパティキュレートを燃焼しやすくなる。
ハニカム構造部１０の電気抵抗率は、印加する電圧に応じて適宜設定すればよく、特段の制限はないが、例えば０．００１～２００Ω・ｃｍとすることができる。６４Ｖ以上の高電圧用には２～２００Ω・ｃｍとすることができ、典型的には５～１００Ω・ｃｍとすることができる。また、６４Ｖ未満の低電圧用には０．００１～２Ω・ｃｍとすることができ、典型的には０．００１～１Ω・ｃｍとすることができ、より典型的には０．０１～１Ω・ｃｍとすることができる。
ハニカム構造部１０の隔壁１１の気孔率は、３５～６０％であることが好ましく、３５～４５％であることが更に好ましい。気孔率が、３５％未満であると、焼成時の変形が大きくなってしまうことがある。気孔率が６０％を超えるとハニカム構造部の強度が低下することがある。気孔率は、水銀ポロシメータにより測定した値である。
ハニカム構造部１０の隔壁１１の平均細孔径は、２～１５μｍであることが好ましく、４～８μｍであることが更に好ましい。平均細孔径が２μｍより小さいと、電気抵抗率が大きくなりすぎることがある。平均細孔径が１５μｍより大きいと、電気抵抗率が小さくなりすぎることがある。平均細孔径は、水銀ポロシメータにより測定した値である。
セル１２の流路方向に直交する断面におけるセル１２の形状に制限はないが、四角形、六角形、八角形、又はこれらの組み合わせであることが好ましい。これ等のなかでも、正方形及び六角形が好ましい。セル形状をこのようにすることにより、ハニカム構造部１００に排ガスを流したときの圧力損失が小さくなり、触媒の浄化性能が優れたものとなる。
図２、図３に示されるように、本実施形態において、ハニカム構造部は、流体の流入側が開口して流体の流出側の端面１０２に目封止部１３を有する複数の第１セル１２１と、流体の流出側が開口して流体の流入側の端面１０１に目封止部１３を有する複数の第２セル１２２とを有し、複数の第１セルと複数の第２セルは隔壁１１を挟んで交互に隣接配置されている。これにより、流体は隔壁１１を通ってハニカム構造部１０を通過することになる。図示の実施形態に係るハニカム構造部においては、すべての第１セルが第２セルに隣接しており、すべての第２セルが第１セルに隣接しているが、必ずしもすべての第１セルが第２セルに隣接していなくてもよく、必ずしもすべての第２セルが第１セルに隣接していなくてもよい。
ハニカム構造部１０の外形は柱状である限り特に限定されず、例えば、底面が円形の柱状（円柱形状）、底面がオーバル形状の柱状、底面が多角形（四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等）の柱状等の形状とすることができる。また、ハニカム構造部１０の大きさは、耐熱性を高める（外周側壁の周方向に入るクラックを防止する）という観点から、底面の面積が２０００～２２０００ｍｍ2であることが好ましく、４０００～１５０００ｍｍ2であることが更に好ましい。また、ハニカム構造部１０の軸方向の長さは、耐熱性を高める（外周側壁において中心軸方向に平行に入るクラックを防止する）という観点から、５０～２００ｍｍであることが好ましく、７５～１５０ｍｍであることが更に好ましい。
また、ハニカム構造部１０に触媒を担持することにより、ハニカム構造部１０を触媒用担体として使用することが可能である。
ハニカム構造部の作製は、公知のハニカム構造部の製造方法におけるハニカム構造部の作製方法に準じて行うことができる。例えば、まず、炭化珪素粉末（炭化珪素）に、金属珪素粉末（金属珪素）、バインダ、界面活性剤、造孔材、水等を添加して成形原料を作製する。炭化珪素粉末の質量と金属珪素の質量との合計に対して、金属珪素の質量が１０～４０質量％となるようにすることが好ましい。炭化珪素粉末における炭化珪素粒子の平均粒子径は、３～５０μｍが好ましく、３～４０μｍが更に好ましい。金属珪素粉末における金属珪素粒子の平均粒子径は、２～３５μｍであることが好ましい。炭化珪素粒子及び金属珪素粒子の平均粒子径はレーザー回折法で粒度の頻度分布を測定したときの、体積基準による算術平均径を指す。炭化珪素粒子は、炭化珪素粉末を構成する炭化珪素の微粒子であり、金属珪素粒子は、金属珪素粉末を構成する金属珪素の微粒子である。尚、これは、ハニカム構造部の材質を、珪素－炭化珪素系複合材とする場合の成形原料の配合であり、ハニカム構造部の材質を炭化珪素とする場合には、金属珪素は添加しない。
バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。バインダの含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を１００質量部としたときに、２．０～１０．０質量部であることが好ましい。
水の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を１００質量部としたときに、２０～６０質量部であることが好ましい。
界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を１００質量部としたときに、０．１～２．０質量部であることが好ましい。
造孔材としては、焼成後に気孔となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等を挙げることができる。造孔材の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を１００質量部としたときに、０．５～１０．０質量部であることが好ましい。造孔材の平均粒子径は、１０～３０μｍであることが好ましい。１０μｍより小さいと、気孔を十分形成できないことがある。３０μｍより大きいと、成形時に口金に詰まることがある。造孔材の平均粒子径はレーザー回折法で粒度の頻度分布を測定したときの、体積基準による算術平均径を指す。造孔材が吸水性樹脂の場合には、造孔材の平均粒子径は吸水後の平均粒子径のことである。
次に、得られた成形原料を混練して坏土を形成した後、坏土を押出成形してハニカム構造部を作製する。押出成形に際しては、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚み、セル密度等を有する口金を用いることができる。次に、得られたハニカム構造部について、乾燥を行うことが好ましい。ハニカム構造部の中心軸方向長さが、所望の長さではない場合は、ハニカム構造部の両底部を切断して所望の長さとすることができる。
次に、ハニカム乾燥体を焼成して、ハニカム構造部を作製する。焼成の前に、バインダ等を除去するため、仮焼成を行うことが好ましい。仮焼成は大気雰囲気において、４００～５００℃で、０．５～２０時間行うことが好ましい。仮焼成及び焼成の方法は特に限定されず、電気炉、ガス炉等を用いて焼成することができる。焼成条件は、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気において、１４００～１５００℃で、１～２０時間加熱することが好ましい。また、焼成後、耐久性向上のために、１２００～１３５０℃で、１～１０時間、酸素化処理を行うことが好ましい。
（２．電極層）
図４（ａ）（ｂ）に示されるように、通常、ハニカム構造部の外周壁に一対の電極層２１ａ、２１ｂが配設され、各電極層２１ａ、２１ｂは、ハニカム構造部のセル１２の延びる方向に延びる帯状に形成される。また、セル１２の延びる方向に直交するハニカム構造部断面において、一対の電極層２１ａ、２１ｂはハニカム構造部の中心を挟んで対向するように配設される。当該構成により、ハニカム構造体は、電圧を印加した時に、ハニカム構造部１０内を流れる電流の偏りを抑制することができ、ハニカム構造部内の温度分布の偏りを抑制することができる。
図４（ａ）（ｂ）に示されるように、通常、ハニカム構造部の外周壁に一対の電極層２１ａ、２１ｂが配設され、各電極層２１ａ、２１ｂは、ハニカム構造部のセル１２の延びる方向に延びる帯状に形成される。また、セル１２の延びる方向に直交するハニカム構造部断面において、一対の電極層２１ａ、２１ｂはハニカム構造部の中心を挟んで対向するように配設される。当該構成により、ハニカム構造体は、電圧を印加した時に、ハニカム構造部１０内を流れる電流の偏りを抑制することができ、ハニカム構造部内の温度分布の偏りを抑制することができる。
しかし、ハニカム構造部のセル１２の延びる方向において、ハニカム構造部の全長にわたって電極層２１ａ、２１ｂを設けた場合、前述のように、フィルタとしてのハニカム構造体を通電加熱することによりハニカム構造体内に堆積したパティキュレートを燃焼除去する場合、ハニカム構造部入口側のパティキュレートが燃焼すると燃焼熱が下流側に伝わり、下流側のパティキュレートの燃焼とあいまってハニカム構造部長さ方向に大きな温度差が生じ、熱応力によりクラックが発生する場合がある。また、ハニカム構造部がＮＴＣ特性を有する場合、温度が高い側に電流が流れやすくなることから、更にハニカム構造部内での大きな温度差が増加してしまう。
そこで、図５（ａ）（ｂ）に示されるように、本実施形態のハニカム構造体は、セル１２の延びる方向において、一対の電極層２１ａ、２１ｂのそれぞれの長さの中央位置Ｍが、ハニカム構造部１０の長さの中央位置Ｎより、流体の流出側の端面１０２に近い。
なお、図５（ａ）（ｂ）に示される実施態様では、セル１２の延びる方向において、一対の電極層２１ａ、２１ｂの長さは一定であるが、当該長さが一定でない場合、セル１２の延びる方向に平行する直線が電極層２１ａ、２１ｂを通る長さが最も長いときの当該長さを電極層２１ａ、２１ｂのそれぞれの長さとし、その中央位置をＭとする。ハニカム構造部１０についても同様である。
また、図５（ａ）（ｂ）に示される実施態様では、電極層２１ａ、２１ｂは同じ長さであるが、それぞれの長さの中央位置Ｍがハニカム構造部１０の長さの中央位置Ｎより、流体の流出側の端面１０２に近いのであればよく、電極層２１ａ、２１ｂは同じ長さである必要はない。もっとも、電極層２１ａ、２１ｂは同じ長さであることが好ましい。
また、セル１２の延びる方向におけるハニカム構造部１０の長さをＬとした場合、電極層２１ａ、２１ｂのそれぞれが、流体の流出側の端面１０２から、ハニカム構造部１０のセル１２の延びる方向に０．９×Ｌの長さ以内まで延びることが好ましい。電極層２１ａ、２１ｂの延びる範囲を０．９×Ｌの長さ以内とすれば、本発明の効果がより顕著に現れる。また、電極層２１ａ、２１ｂの延びる範囲の下限は特にないが、電極層２１ａ、２１ｂの本来の機能を果たすという観点から０．３×Ｌの長さ以上とすることが好ましい。
このような電極層の配置により、通電加熱によって下流側が上流側よりも加熱され、下流側のパティキュレートを燃焼される。この下流側の熱が上流側に伝わることにより上流側のパティキュレートが燃焼する。このことによって、通電加熱時のパティキュレート燃焼によるハニカム構造部１０の長さ方向の温度差が小さくなりクラックの発生の抑制でき、また、通電制御がしやすくなり、パティキュレートを効率的に燃焼除去できる。
電極層２１ａ、２１ｂは導電性を有する材料で形成される。電極部１３ａ、１３ｂは、炭化珪素粒子及び珪素を主成分とすることが好ましく、通常含有される不純物以外は、炭化珪素粒子及び珪素を原料として形成されていることが更に好ましい。ここで、「炭化珪素粒子及び珪素を主成分とする」とは、炭化珪素粒子と珪素との合計質量が、電極部全体の質量の９０質量％以上であることを意味する。このように、電極層２１ａ、２１ｂは炭化珪素粒子及び珪素を主成分とすることにより、電極層２１ａ、２１ｂの成分とハニカム構造体１０の成分とが同じ成分又は近い成分（ハニカム構造体の材質が炭化珪素である場合）となる。そのため、電極層２１ａ、２１ｂとハニカム構造体の熱膨張係数が同じ値又は近い値になる。また、材質が同じもの又は近いものになるため、電極層２１ａ、２１ｂとハニカム構造体１０との接合強度も高くなる。そのため、ハニカム構造体に熱応力がかかっても、電極層２１ａ、２１ｂがハニカム構造体１０から剥れたり、電極層２１ａ、２１ｂとハニカム構造体１０との接合部分が破損したりすることを防ぐことができる。
そして、更に、セル１２の延びる方向に直交する断面において、それぞれの電極層２１ａ、２１ｂの中心角αが、４５～１４０°であることが好ましい。また、一方の電極層２１ａ、２１ｂの中心角αは、他方の電極層２１ａ、２１ｂの中心角αに対して、０．８～１．２倍の大きさであることが好ましく、１．０倍の大きさ（同じ大きさ）であることが更に好ましい。これにより、一対の電極層２１ａ、２１ｂ間に電圧を印加した時に、ハニカム構造部の外周と中央領域のそれぞれを流れる電流の偏りを抑制することができる。そして、ハニカム構造部の外周と中央領域のそれぞれにおいて、発熱の偏りを抑制することができる。
ここで中心角αとは、セル１２の延びる方向に直交する断面において、電極層２１ａ、２１ｂの両端部とハニカム構造部の中心を結ぶ直線がなす角度をいう（図６参照）。なお、図３では、一対の電極層２１ａ、２１ｂのそれぞれの中心角αが同じ大きさである。
ここで中心角αとは、セル１２の延びる方向に直交する断面において、電極層２１ａ、２１ｂの両端部とハニカム構造部の中心を結ぶ直線がなす角度をいう（図６参照）。なお、図３では、一対の電極層２１ａ、２１ｂのそれぞれの中心角αが同じ大きさである。
本実施形態のハニカム構造体１０においては、電極層２１ａ、２１ｂの電気抵抗率は、ハニカム構造部１０の外周壁の電気抵抗率より低いものであることが好ましい。更に、電極層２１ａ、２１ｂの電気抵抗率は、ハニカム構造部１０の外周壁の電気抵抗率の、０．１～１０％であることが更に好ましく、０．５～５％であることが特に好ましい。０．１％より低いと、電極層２１ａ、２１ｂに電圧を印加したときに、電極層２１ａ、２１ｂ内を「電極部の端部」まで流れる電流の量が多くなり、ハニカム構造体１０に流れる電流に偏りが生じ易くなることがある。そして、ハニカム構造体１０が均一に発熱し難くなることがある。１０％より高いと、電極層２１ａ、２１ｂに電圧を印加したとき、電極層２１ａ、２１ｂ内を広がる電流の量が少なくなり、ハニカム構造体１０に流れる電流に偏りが生じ易くなることがある。そして、ハニカム構造体１０が均一に発熱し難くなることがある。
電極層２１ａ、２１ｂの厚さは、０．０１～５ｍｍであることが好ましく、０．０１～３ｍｍであることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、ハニカム構造部の均一的な発熱に寄与することができる。電極層２１ａ、２１ｂの厚さが０．０１ｍｍより薄いと、電気抵抗率が高くなり均一に発熱できないことがある。電極層２１ａ、２１ｂの厚さが５ｍｍより厚いと、キャニング時に破損することがある。
図５に示されるように、本実施形態において、電極層２１ａ、２１ｂのセル１２の延びる方向における端部は、ハニカム構造部の端面１０２に接している（到達している）。また、電極層２１ａ、２１ｂの端部のセル１２の延びる方向における少なくとも一方の端部が、ハニカム構造部１０の端面１０２に接していない（到達していない）状態も好ましい態様である。これにより、ハニカム構造体の耐熱衝撃性を向上させることができる。
本実施形態のハニカム構造部１０においては、例えば、図４に示されるように、電極層２１ａ、２１ｂは、平面状の長方形の部材を、円柱形状の外周に沿って湾曲させたような形状となっている。ここで、湾曲した電極層２１ａ、２１ｂを、湾曲していない平面状の部材に変形したときの形状を、電極層２１ａ、２１ｂの「平面形状」と称することにする。上記、図１～図３に示される電極層２１ａ、２１ｂの「平面形状」は、長方形になる。そして、「電極部の外周形状」というときは、「電極部の平面形状における外周形状」を意味する。
本実施形態のハニカム構造体１０においては、帯状の電極層２１ａ、２１ｂの外周形状が、長方形の角部が曲線状に形成された形状であってもよい。このような形状にすることにより、ハニカム構造体の耐熱衝撃性を向上させることができる。また、帯状の電極層２１ａ、２１ｂの外周形状が、長方形の角部が直線状に面取りされた形状であることも好ましい態様である。このような形状にすることにより、ハニカム構造体の耐熱衝撃性を向上させることができる。
以下、本発明及びその利点をより良く理解するための実施例を例示するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末とを６０：４０の質量割合で混合してセラミック原料を調製した。そして、セラミック原料に、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔材として吸水性樹脂を添加すると共に、水を添加して成形原料とした。そして、成形原料を真空土練機により混練し、円柱状の坏土を作製した。バインダの含有量は炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末の合計を１００質量部としたときに７質量部とした。造孔材の含有量は炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末の合計を１００質量部としたときに３質量部とした。水の含有量は炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末の合計を１００質量部としたときに４２質量部とした。炭化珪素粉末の平均粒子径は２０μｍであり、金属珪素粉末の平均粒子径は６μｍであった。また、造孔材の平均粒子径は２０μｍであった。炭化珪素粉末、金属珪素粉末及び造孔材の平均粒子径は、レーザー回折法で粒度の頻度分布を測定したときの、体積基準による算術平均径を指す。
得られた円柱状の坏土を押出成形機を用いて成形し、各セルの断面形状が正方形の柱状のハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体の両底面を所定量切断した。
次に、得られたハニカム成形体の、一方の端面の複数のセルに坏土を注入し目封じ処理を施した。次にもう一方の端面に、反対側の端面が目封じされていないセルに坏土を注入し目封じ処理を施した。目封じ部を２００℃の熱風をあてて乾燥させハニカム乾燥体とした。ハニカム乾燥体を、脱脂（仮焼）した後、焼成した。
次に、金属珪素（Ｓｉ）粉末に、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、保湿剤としてグリセリン、分散剤として界面活性剤を添加すると共に、水を添加して、混合した。混合物を混練して電極層形成原料とした。この電極層形成原料を、ハニカム焼成体の流出端部を起点として、ハニカム焼成体の側面に、厚さが１．０ｍｍになるようにして塗布した。電極層形成原料を塗布した範囲の長さＬ２は表１に示される。電極層形成原料は、ハニカム焼成体の側面に、２箇所塗布した。そして、セルの延びる方向に直交する断面において、２箇所の電極層形成原料を塗布した部分の中の一方が、他方に対して、ハニカム焼成体の中心を挟んで対向するように配置されるようにした。
次に、ハニカム焼成体に塗布した電極層形成原料を乾燥させて、未焼成電極付きハニカム焼成体を得た。乾燥温度は、７０℃とした。
その後、未焼成電極付きハニカム焼成体を、脱脂（仮焼）し、焼成し、更に酸化処理して電極付きハニカム構造体を得た。脱脂の条件は、５５０℃で３時間とした。焼成の条件は、アルゴン雰囲気下で、１４５０℃、２時間とした。酸化処理の条件は、１３００℃で１時間とした。得られたハニカム構造体の底面は直径１００ｍｍの円形であり、ハニカム構造体のセルの延びる方向における長さＬ１は１２０ｍｍであった。
（温度差評価）
電極付きハニカム構造体の断面中心位置かつ入口端面から１０ｍｍの位置に熱電対（以下、上流側の熱電対という。）を設置した。また、該ハニカム断面中心位置かつ出口端面から１０ｍｍの位置に熱電対（以下、下流側の熱電対という。）を設置した。これらの熱電対の設置により、ハニカム構造部の温度が測定できる。
上記電極付きハニカム構造体に排気量１．４リットルのガソリンエンジンの排気管に設置し、電極付きハニカム構造体に４ｇ／リットルのパティキュレートを堆積させた後、エンジンを止めて排気管が２５℃になるまで放置した。次に、該ガソリンエンジンを稼働させるとともに、電極付きハニカム構造体に３ｋＷの電気を３０秒間通電した。エンジンは稼働後はアイドリング状態を６００秒間維持させた。この間、堆積したパティキュレートの一部が燃焼し電極付きハニカム構造体のハニカム構造部温度が上昇する。前述の上流側の熱電対および下流側の熱電対によって電極付きハニカム構造体のハニカム構造部の温度を測定した。
電極付きハニカム構造体の断面中心位置かつ入口端面から１０ｍｍの位置に熱電対（以下、上流側の熱電対という。）を設置した。また、該ハニカム断面中心位置かつ出口端面から１０ｍｍの位置に熱電対（以下、下流側の熱電対という。）を設置した。これらの熱電対の設置により、ハニカム構造部の温度が測定できる。
上記電極付きハニカム構造体に排気量１．４リットルのガソリンエンジンの排気管に設置し、電極付きハニカム構造体に４ｇ／リットルのパティキュレートを堆積させた後、エンジンを止めて排気管が２５℃になるまで放置した。次に、該ガソリンエンジンを稼働させるとともに、電極付きハニカム構造体に３ｋＷの電気を３０秒間通電した。エンジンは稼働後はアイドリング状態を６００秒間維持させた。この間、堆積したパティキュレートの一部が燃焼し電極付きハニカム構造体のハニカム構造部温度が上昇する。前述の上流側の熱電対および下流側の熱電対によって電極付きハニカム構造体のハニカム構造部の温度を測定した。
（考察）
表１によれば、本発明の実施例は、いずれも、比較例より、ハニカム構造部の上流部と下流部との温度差が小さかった。
表１によれば、本発明の実施例は、いずれも、比較例より、ハニカム構造部の上流部と下流部との温度差が小さかった。
１０…ハニカム構造部
１０１…流入端面
１０２…流出端面
１１…隔壁
１２…セル
１３…目封止部
２１a、２１b…電極層
１０１…流入端面
１０２…流出端面
１１…隔壁
１２…セル
１３…目封止部
２１a、２１b…電極層
Claims (4)
- 流体の流路となり流体の流入側の端面である流入端面から流体の流出側の端面である流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、最外周に位置する外周壁とを有する柱状のハニカム構造部、及び前記ハニカム構造部の側面に配設された一対の電極層を備え、
前記一対の電極層のそれぞれが、前記ハニカム構造部のセルの延びる方向に延びる帯状に形成され、
前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記一対の電極層における一方の前記電極層が、前記一対の電極層における他方の前記電極層に対して、前記ハニカム構造部の中心を挟んで対向するように配設されるハニカム構造体であって、
前記ハニカム構造部は、前記流体の流入側が開口して前記流体の流出側の端面に目封止部を有する複数の第１セルと、前記流体の流出側が開口して前記流体の流入側の端面に目封止部を有する複数の第２セルとを有するハニカム構造体であって、
前記セルの延びる方向において、前記一対の電極層のそれぞれの長さの中央位置が、前記ハニカム構造部の長さの中央位置より、前記流体の流出側の端面に近いことを特徴とするハニカム構造体。 - 前記ハニカム構造部がセラミックス材料で形成される請求項１に記載のハニカム構造体。
- 前記ハニカム構造部の材料がＮＴＣ特性を有する請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
- 前記セルの延びる方向における前記ハニカム構造部の長さをＬとするとき、前記一対の電極層のそれぞれが、前記流体の流出側の端面から、前記ハニカム構造部のセルの延びる方向に０．９×Ｌの長さ以内まで延びる請求項１～３のいずれかに記載のハニカム構造体。
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