JP7750761B2 - Electrically heated carrier and exhaust gas purification device - Google Patents
Electrically heated carrier and exhaust gas purification deviceInfo
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Description
本発明は、電気加熱型担体に関する。また、本発明は電気加熱型担体を利用した排ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an electrically heated carrier. The present invention also relates to an exhaust gas purification device that uses an electrically heated carrier.
近年、エンジン始動直後の排ガス浄化性能の低下を改善するため、ハニカム構造体を有する電気加熱触媒(EHC)が提案されている。EHCは一般に、外周壁、及び、外周壁の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁を有する導電性のハニカム構造部と、ハニカム構造部の外周壁に配設された一対の電極層とを備える。EHCにおいては、ハニカム構造部内での温度分布を制御することが望まれており、種々の技術が開発されてきた。 In recent years, electrically heated catalysts (EHCs) with honeycomb structures have been proposed to alleviate the decline in exhaust gas purification performance immediately after engine start-up. EHCs generally comprise an outer peripheral wall, a conductive honeycomb structure portion disposed inside the outer peripheral wall and having partition walls that define multiple cells that form flow paths from one end face to the other, and a pair of electrode layers disposed on the outer peripheral wall of the honeycomb structure portion. In EHCs, it is desirable to control the temperature distribution within the honeycomb structure portion, and various technologies have been developed.
特許文献1(特開2014-198321号公報)には、ハニカム構造部が、側面を含む外周領域、及び前記外周領域を除いた中央の領域である中央領域から構成されること、並びに、前記外周領域を構成する材料の電気抵抗率が、前記中央領域を構成する材料の電気抵抗率より低いことが記載されている。外周領域の電気抵抗率を、中央領域の電気抵抗率より低くすることで、ハニカム構造体に電圧を印加したときに、電極からの電流がハニカム構造部(担体)に流れやすくなり、ハニカム構造部が均一に発熱し易くなるとされている。 Patent Document 1 (JP 2014-198321 A) describes that a honeycomb structure is composed of a peripheral region including the side surfaces and a central region excluding the peripheral region, and that the electrical resistivity of the material constituting the peripheral region is lower than the electrical resistivity of the material constituting the central region. By making the electrical resistivity of the peripheral region lower than that of the central region, it is believed that when a voltage is applied to the honeycomb structure, current from the electrodes flows more easily to the honeycomb structure (carrier), making it easier for the honeycomb structure to generate heat uniformly.
特許文献2(特開2014-198446号公報)には、ハニカム構造部が、側面を含む外周領域、及び前記外周領域を除いた中央の領域である中央領域から構成されること、並びに、前記中央領域の電気抵抗率が、前記外周領域の電気抵抗率より低いことが記載されている。当該構成により、中央領域の電気抵抗率が、外周領域の電気抵抗率より低いため、ハニカム構造体に電圧を印加したときに流入側領域に多くの電流が流れ、電圧の印加により流れる電流を、効果的に排ガス中の被処理物質の処理に用いることができるとされている。 Patent Document 2 (JP 2014-198446 A) describes that the honeycomb structure is composed of a peripheral region including the side surfaces and a central region that is the center region excluding the peripheral region, and that the electrical resistivity of the central region is lower than that of the peripheral region. With this configuration, the electrical resistivity of the central region is lower than that of the peripheral region, so that when a voltage is applied to the honeycomb structure, more current flows in the inlet region, and the current that flows due to the applied voltage can be used effectively to treat substances in the exhaust gas.
特許文献3(特開2019-173663号公報)には、ハニカム構造部が、側面を含む外周領域、中央の領域である中央領域、及び前記外周領域と中央領域を除いた中間領域から構成されること、並びに、前記外周領域を構成する材料の平均電気抵抗率Aと、前記中央領域を構成する材料の平均電気抵抗率Bと、前記中間領域を構成する材料の平均電気抵抗率Cとが、A≦B<Cの関係を満たすことが記載されている。当該構成により、ハニカム構造体の均一発熱性が向上するとされている。 Patent Document 3 (JP 2019-173663 A) describes that the honeycomb structure is composed of a peripheral region including the side surfaces, a central region, and an intermediate region excluding the peripheral and central regions, and that the average electrical resistivity A of the material comprising the peripheral region, the average electrical resistivity B of the material comprising the central region, and the average electrical resistivity C of the material comprising the intermediate region satisfy the relationship A≦B<C. This configuration is said to improve the uniform heat generation of the honeycomb structure.
特許文献4(特開2019-173662号公報)には、ハニカム構造部が、一対の電極部付近にある端部領域と、前記端部領域を除いた中央領域から構成されること、並びに、前記端部領域を構成する材料の平均電気抵抗率Aが、前記中央領域を構成する材料の平均電気抵抗率Bより低いことが記載されている。当該構成により、ハニカム構造体の均一発熱性が向上するとされている。 Patent Document 4 (JP 2019-173662 A) describes that the honeycomb structure is composed of end regions near a pair of electrode sections and a central region excluding the end regions, and that the average electrical resistivity A of the material that composes the end regions is lower than the average electrical resistivity B of the material that composes the central region. This configuration is said to improve the uniform heat generation of the honeycomb structure.
このように、ハニカム構造部の温度分布を制御するための技術が種々提案されてきた。しかしながら、ハニカム構造部内の発熱均一性に関しては未だ改善の余地が残されている。特許文献1に記載の技術では、外周領域の電気抵抗率が中央領域の電気抵抗率より低いことで、外周領域に電流が流れやすく、外周領域の温度が高くなりやすい。特許文献2に記載の技術は発熱均一性を目的としておらず、電極付近の温度が上昇する。特許文献3に記載の技術においても、外周領域を構成する材料の平均電気抵抗率Aが低いことで、やはり電流が外周領域に流れやすく、依然として外周領域の温度が高くなりやすい。特許文献4に記載の技術では、一対の電極部付近にある端部領域に電流が集中し、電流が左右に広がりにくいため、セルの延びる方向に直交する断面において一対の電極部に挟まれた領域から離れた外周部の温度が低くなりやすい。 As such, various technologies have been proposed for controlling the temperature distribution in a honeycomb structure. However, there is still room for improvement in terms of heat generation uniformity within the honeycomb structure. In the technology described in Patent Document 1, the electrical resistivity of the peripheral region is lower than that of the central region, which makes it easier for current to flow in the peripheral region and increases the temperature in the peripheral region. The technology described in Patent Document 2 does not aim for heat generation uniformity, and the temperature near the electrodes increases. In the technology described in Patent Document 3, the average electrical resistivity A of the material constituting the peripheral region is low, which also makes it easier for current to flow in the peripheral region and still increases the temperature in the peripheral region. In the technology described in Patent Document 4, current concentrates in the edge regions near the pair of electrodes and does not spread to the left or right, which makes it easier for the temperature to decrease in the peripheral region away from the region sandwiched between the pair of electrodes in a cross section perpendicular to the extension direction of the cell.
本発明は上記事情に鑑みて創作されたものであり、一実施形態において、発熱均一性が改善された電気加熱型担体を提供することを課題とする。また、本発明は別の一実施形態において、そのような電気加熱型担体を備える排ガス浄化装置を提供することを課題とする。 The present invention was created in light of the above circumstances, and in one embodiment, it is an object of the present invention to provide an electrically heated carrier with improved heat generation uniformity. In another embodiment, it is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification device equipped with such an electrically heated carrier.
上記課題は、以下に例示される本発明によって解決される。
[1]
外周壁と、外周壁の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁と、を有する導電性のハニカム構造部、
前記外周壁の表面においてセルの延びる方向に帯状に設けられた第一電極層、及び、
前記外周壁の表面においてセルの延びる方向に帯状に設けられた第二電極層であって、前記ハニカム構造部の中心軸を挟んで前記第一電極層と対向するように設けられた前記第二電極層、
を備え、
前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記ハニカム構造部は、
・前記第一電極層への接触部を有する第一抵抗領域、
・前記第二電極層への接触部を有する第二抵抗領域、及び、
・前記第一電極層及び前記第二電極層の何れにも接触せず、前記第一抵抗領域及び前記第二抵抗領域に挟まれるように当該断面を横断する第三抵抗領域、の三つの領域に分類され、
前記第三抵抗領域は、前記第一抵抗領域及び前記第二抵抗領域における単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗よりも単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗の高い、
電気加熱型担体。
[2]
[1]に記載の電気加熱型担体と、
前記電気加熱型担体を収容する筒状の金属管と、を備える排ガス浄化装置。
The above problems can be solved by the present invention, which will be exemplified below.
[1]
a conductive honeycomb structure having an outer peripheral wall and partition walls disposed inside the outer peripheral wall to define a plurality of cells that form flow paths from one end face to the other end face;
a first electrode layer provided in a strip shape on the surface of the outer peripheral wall in the extending direction of the cell; and
a second electrode layer provided in a strip shape on the surface of the outer peripheral wall in the extending direction of the cells, the second electrode layer being provided so as to face the first electrode layer across the central axis of the honeycomb structure section;
Equipped with
In a cross section perpendicular to the cell extension direction, the honeycomb structure portion has
a first resistive region having a contact to the first electrode layer;
a second resistive region having a contact to the second electrode layer; and
a third resistance region that does not contact either the first electrode layer or the second electrode layer and crosses the cross section so as to be sandwiched between the first resistance region and the second resistance region;
the third resistance region has a higher electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) than the first resistance region and the second resistance region;
Electrically heated carrier.
[2]
[1] An electrically heated carrier according to the present invention;
and a cylindrical metal tube that houses the electrically heated carrier.
本発明の一実施形態によれば、発熱均一性が改善された電気加熱型担体を提供することができる。この結果、ハニカム構造部における温度差低減が可能となるので、クラックの発生を抑制することもできる。この電気加熱型担体は、例えば排ガス浄化装置の触媒担体として使用することが可能である。 One embodiment of the present invention provides an electrically heated carrier with improved heat generation uniformity. As a result, it is possible to reduce temperature differences in the honeycomb structure, which also helps prevent cracks from occurring. This electrically heated carrier can be used, for example, as a catalyst carrier in an exhaust gas purification device.
次に本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and it should be understood that appropriate design changes and improvements may be made based on the common knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention.
(1.電気加熱型担体)
図1Aは、本発明の一実施形態に係る電気加熱型担体100を一方の端面116から観察したときの模式図である。図1Bは、本発明の一実施形態に係る電気加熱型担体100の模式的な斜視図である。
電気加熱型担体100は、
外周壁114と、外周壁114の内側に配設され、一方の端面116から他方の端面118まで流路を形成する複数のセル115を区画形成する隔壁113と、を有する導電性のハニカム構造部110、
外周壁114の表面においてセル115の延びる方向に帯状に設けられた第一電極層112a、及び
外周壁114の表面においてセル115の延びる方向に帯状に設けられた第二電極層112bであって、ハニカム構造部110の中心軸Oを挟んで第一電極層112aと対向するように設けられた第二電極層112b、
を備える。
(1. Electrically heated carrier)
Fig. 1A is a schematic diagram of an electrically heated carrier 100 according to one embodiment of the present invention when viewed from one end surface 116. Fig. 1B is a schematic perspective view of the electrically heated carrier 100 according to one embodiment of the present invention.
The electrically heated carrier 100 is
a conductive honeycomb structure portion (110) having an outer peripheral wall (114) and partition walls (113) disposed inside the outer peripheral wall (114) and defining a plurality of cells (115) that form flow paths from one end face (116) to the other end face (118);
a first electrode layer 112a provided in a strip shape on the surface of the outer peripheral wall 114 in the extension direction of the cells 115; and a second electrode layer 112b provided in a strip shape on the surface of the outer peripheral wall 114 in the extension direction of the cells 115, the second electrode layer 112b being provided so as to face the first electrode layer 112a across the central axis O of the honeycomb structure section 110.
Equipped with.
電気加熱型担体100に触媒を担持することにより、電気加熱型担体100を触媒体として使用してもよい。複数のセル115には、例えば、自動車排ガス等の流体を流すことができる。触媒としては、例えば、貴金属系触媒又はこれら以外の触媒が挙げられる。貴金属系触媒としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)といった貴金属をアルミナ細孔表面に担持し、セリア、ジルコニア等の助触媒を含む三元触媒や酸化触媒、又は、アルカリ土類金属と白金を窒素酸化物(NOx)の吸蔵成分として含むNOx吸蔵還元触媒(LNT触媒)が例示される。貴金属を用いない触媒として、銅置換又は鉄置換ゼオライトを含むNOx選択還元触媒(SCR触媒)等が例示される。また、これらの触媒から選択される2種以上の触媒を用いてもよい。なお、触媒の担持方法についても特に制限はなく、従来、ハニカム構造体に触媒を担持する担持方法に準じて行うことができる。 The electrically heated carrier 100 may be used as a catalyst body by supporting a catalyst on the electrically heated carrier 100. A fluid such as automobile exhaust gas can flow through the multiple cells 115. Examples of the catalyst include precious metal catalysts and other catalysts. Examples of precious metal catalysts include three-way catalysts and oxidation catalysts in which precious metals such as platinum (Pt), palladium (Pd), and rhodium (Rh) are supported on the pore surfaces of alumina and contain promoters such as ceria and zirconia, and NOx storage reduction catalysts (LNT catalysts) containing alkaline earth metals and platinum as nitrogen oxide ( NOx ) storage components. Examples of catalysts that do not use precious metals include NOx selective reduction catalysts (SCR catalysts) containing copper-substituted or iron-substituted zeolites. Two or more catalysts selected from these catalysts may also be used. The catalyst support method is not particularly limited and can be performed in accordance with conventional methods for supporting catalysts on honeycomb structures.
(1-1.ハニカム構造部)
ハニカム構造部110は、外周壁114と、外周壁114の内側に配設され、一方の端面116から他方の端面118まで流路を形成する複数のセル115を区画形成する隔壁113とを有する。ハニカム構造部110は、導電性の柱状の部材である。柱状とは、セルの延びる方向(ハニカム構造部の軸方向)に厚みを有する立体形状と理解できる。ハニカム構造部の軸方向長さとハニカム構造部の端面の直径又は幅との比(アスペクト比)は任意である。柱状には、ハニカム構造部の軸方向長さが端面の直径又は幅よりも短い形状(偏平形状)も含まれていてよい。
(1-1. Honeycomb structure part)
The honeycomb structure 110 has an outer peripheral wall 114 and partition walls 113 disposed inside the outer peripheral wall 114 to define a plurality of cells 115 that form flow paths from one end face 116 to the other end face 118. The honeycomb structure 110 is a conductive columnar member. A columnar shape can be understood as a three-dimensional shape having a thickness in the direction in which the cells extend (the axial direction of the honeycomb structure). The ratio (aspect ratio) of the axial length of the honeycomb structure to the diameter or width of the end face of the honeycomb structure is arbitrary. The columnar shape may also include a shape (flat shape) in which the axial length of the honeycomb structure is shorter than the diameter or width of the end face.
ハニカム構造部110の外形は、例えば、端面が円形の柱状(円柱形状)、端面がオーバル形状の柱状、端面が多角形(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110の大きさは、耐熱性を高める(外周壁の周方向に入るクラックを抑制する)という理由により、一つの端面の面積が2000~20000mm2であることが好ましく、5000~15000mm2であることが更に好ましい。 The outer shape of the honeycomb structure part 110 can be, for example, a columnar shape with circular end faces (cylindrical shape), a columnar shape with oval end faces, a columnar shape with polygonal end faces (quadragonal, pentagonal, hexagonal, heptagonal, octagonal, etc.), etc. Furthermore, the size of the honeycomb structure part 110 is preferably such that the area of one end face is 2000 to 20000 mm2 , more preferably 5000 to 15000 mm2 , for the reason of increasing heat resistance (suppressing cracks that extend in the circumferential direction of the outer peripheral wall).
ハニカム構造部110の高さ(一方の端面116から他方の端面118までの長さ)は特に制限はなく、用途や要求性能に応じて適宜設定すればよい。 There are no particular restrictions on the height of the honeycomb structure portion 110 (the length from one end face 116 to the other end face 118), and it can be set appropriately depending on the application and required performance.
ハニカム構造部110に外周壁114を設けることは、ハニカム構造部110の構造強度を確保し、また、セル115を流れる流体が外周壁114から漏洩するのを抑制する観点で有用である。この点で、外周壁114の厚みは好ましくは0.1mm以上であり、より好ましくは0.15mm以上であり、更により好ましくは0.2mm以上である。但し、外周壁114を厚くしすぎると高強度になりすぎてしまい、隔壁113との強度バランスが崩れて耐熱衝撃性が低下することから、外周壁114の厚みは好ましくは1.0mm以下であり、より好ましくは0.7mm以下であり、更により好ましくは0.5mm以下である。ここで、外周壁114の厚みは、厚みを測定しようとする外周壁114の箇所をセル115の延びる方向に垂直な断面で観察したときに、当該測定箇所における外周壁114の外表面の接線に対する法線方向の厚みとして定義される。 Providing an outer peripheral wall 114 on the honeycomb structure 110 is useful in ensuring the structural strength of the honeycomb structure 110 and in preventing leakage of fluid flowing through the cells 115 from the outer peripheral wall 114. In this regard, the thickness of the outer peripheral wall 114 is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.15 mm or more, and even more preferably 0.2 mm or more. However, if the outer peripheral wall 114 is made too thick, it will have too much strength, which will disrupt the strength balance with the partition walls 113 and reduce thermal shock resistance. Therefore, the thickness of the outer peripheral wall 114 is preferably 1.0 mm or less, more preferably 0.7 mm or less, and even more preferably 0.5 mm or less. Here, the thickness of the outer peripheral wall 114 is defined as the thickness in the direction normal to the tangent to the outer surface of the outer peripheral wall 114 at the measurement point when the portion of the outer peripheral wall 114 where the thickness is to be measured is observed in a cross section perpendicular to the extension direction of the cells 115.
外周壁114及び隔壁113は、電極層112a、112bよりも体積抵抗率は高いものの導電性を有する。外周壁114及び隔壁113の体積抵抗率は、通電してジュール熱により発熱可能である限り特に制限はないが、0.1~200Ωcmであることが好ましく、1~200Ωcmであることがより好ましく、10~100Ωcmであることが更に好ましい。 The outer peripheral wall 114 and the partition walls 113 have a higher volume resistivity than the electrode layers 112a and 112b, but are conductive. There are no particular restrictions on the volume resistivity of the outer peripheral wall 114 and the partition walls 113, as long as they can generate heat by Joule heat when current is applied, but a volume resistivity of 0.1 to 200 Ωcm is preferred, a volume resistivity of 1 to 200 Ωcm is more preferred, and a volume resistivity of 10 to 100 Ωcm is even more preferred.
図2を参照すると、ハニカム構造部110は、セル115の延びる方向に直交する断面において、以下の三つの領域に分類することができる。そして、ハニカム構造部110は、セル115の延びる方向に直交する何れの断面においても以下の三つの領域に分類されることが好ましい。
・第一電極層112aへの接触部を有する第一抵抗領域110A
・第二電極層112bへの接触部を有する第二抵抗領域110B
・第一電極層112a及び第二電極層112bの何れにも接触せず、第一抵抗領域110A及び第二抵抗領域110Bに挟まれるように当該断面を横断する第三抵抗領域110Cであって、第一抵抗領域110A及び第二抵抗領域110Bにおける単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗よりも単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗の高い第三抵抗領域110C
2, the honeycomb structure part 110 can be classified into the following three regions in a cross section perpendicular to the extension direction of the cells 115. It is preferable that the honeycomb structure part 110 be classified into the following three regions in any cross section perpendicular to the extension direction of the cells 115.
A first resistor region 110A having a contact to the first electrode layer 112a
A second resistor region 110B having a contact to the second electrode layer 112b
a third resistance region 110C that does not contact either the first electrode layer 112a or the second electrode layer 112b, and that traverses the cross section so as to be sandwiched between the first resistance region 110A and the second resistance region 110B, and that has a higher electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) than the electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) of the first resistance region 110A and the second resistance region 110B;
理論によって本発明が限定されることを意図するものではないが、本実施形態に係るハニカム構造部110において発熱均一性が向上する推定メカニズムについて考察する。まず、ハニカム構造部110における電気抵抗が場所によらず一定の場合は、電流の出入口となる第一電極層112a及び第二電極層112bの付近の温度が高くなる一方で、ハニカム構造部の中心付近の温度は低くなりやすい。また、第一電極層112a及び第二電極層112bに挟まれた領域から離れた外周部の温度も低くなりやすい。
これに対して、第一抵抗領域110A、第二抵抗領域110B、及び第三抵抗領域110Cを有するハニカム構造部110の場合、相対的に電気抵抗の高い第三抵抗領域は第一電極層112a及び第二電極層112bの何れにも接触する部分を有しない。つまり、第一電極層112a及び第二電極層112bには電気抵抗の低い第一抵抗領域110A及び第二抵抗領域110Bがそれぞれ接触しているので、第一電極層112a及び第二電極層112bの近傍における過剰な発熱が抑制される。一方で、ハニカム構造部110の中心軸Oを含む第三抵抗領域110Cは電気抵抗が高いので、電流量が同じであれば発熱量が大きくなる。これにより、発熱均一性が向上する。
更に、第三抵抗領域110Cがハニカム構造部110の断面を横断していることで、例えば第一電極層112aを陽極側、第二電極層112bを陰極側として両者間に電圧を印加すると、第一電極層112aから第二電極層112bへ流れる電流は、必ず電気抵抗の高い第三抵抗領域110Cを通過する。つまり、本実施形態に係るハニカム構造部110においては、外周部に電流の逃げ場がないので、電流は外周部及び中央部の両方に高い均一性で流れることが可能である。
よって、本実施形態に係るハニカム構造部110によれば、第一電極層112a及び第二電極層112bの間に電圧を印加した時の発熱均一性が向上する。
なお、第一電極層112aを陰極側、第二電極層112bを陽極側として両者間に電圧を印加しても上記と同様のことが言える。
Although the present invention is not intended to be limited by theory, a possible mechanism for improving heat generation uniformity in the honeycomb structure 110 according to this embodiment will be considered. First, when the electrical resistance in the honeycomb structure 110 is constant regardless of location, the temperature near the first electrode layer 112a and the second electrode layer 112b, which are the current inlets and outlets, tends to be high, while the temperature near the center of the honeycomb structure tends to be low. In addition, the temperature in the peripheral area away from the area sandwiched between the first electrode layer 112a and the second electrode layer 112b also tends to be low.
In contrast, in the case of a honeycomb structure section 110 having a first resistance region 110A, a second resistance region 110B, and a third resistance region 110C, the third resistance region, which has a relatively high electrical resistance, does not have a portion in contact with either the first electrode layer 112a or the second electrode layer 112b. In other words, the first resistance region 110A and the second resistance region 110B, which have low electrical resistance, are in contact with the first electrode layer 112a and the second electrode layer 112b, respectively, thereby suppressing excessive heat generation near the first electrode layer 112a and the second electrode layer 112b. On the other hand, the third resistance region 110C, which includes the central axis O of the honeycomb structure section 110, has a high electrical resistance, and therefore generates a larger amount of heat for the same amount of current. This improves heat generation uniformity.
Furthermore, since the third resistance region 110C traverses the cross section of the honeycomb structure section 110, when a voltage is applied between the first electrode layer 112a as the anode and the second electrode layer 112b as the cathode, the current flowing from the first electrode layer 112a to the second electrode layer 112b always passes through the third resistance region 110C, which has a high electrical resistance. In other words, in the honeycomb structure section 110 according to this embodiment, there is no escape route for the current in the outer periphery, so the current can flow with high uniformity in both the outer periphery and the center.
Therefore, according to the honeycomb structure section 110 of this embodiment, the heat generation uniformity is improved when a voltage is applied between the first electrode layer 112a and the second electrode layer 112b.
The same can be said for applying a voltage between the first electrode layer 112a as the cathode and the second electrode layer 112b as the anode.
各抵抗領域の単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗は、四端子法に従って室温(25℃)で測定される。 The electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) of each resistance region is measured at room temperature (25° C.) according to the four-terminal method.
セル115の延びる方向に直交する断面において、第一抵抗領域110A、第二抵抗領域110B、及び第三抵抗領域110Cは以下のように特定することができる。まず、当該断面の中心軸Oから第一電極層112a及び第二電極層112bの何れか一方の電極層の周方向中心に向かって線分Mを引く。次に、中心軸Oを重心とし、当該線分Mに平行な一対の辺をもつ面積1cm2の正方形Sを描く。次に、正方形Sと一辺を共有し、正方形Sに隣接する面積1cm2の正方形を8個描く。次に、これら8個の正方形のそれぞれと一辺を共有して隣接する面積1cm2の正方形を描く。これを繰り返して、当該断面を面積1cm2の正方形によって分割する。図2には、ハニカム構造部110を隣接し合う面積1cm2の多数の正方形によって分割したときの模式図が示されている。 In a cross section perpendicular to the extension direction of the cell 115, the first resistance region 110A, the second resistance region 110B, and the third resistance region 110C can be identified as follows: First, a line segment M is drawn from the central axis O of the cross section toward the circumferential center of either the first electrode layer 112a or the second electrode layer 112b. Next, a square S having an area of 1 cm2 and a pair of sides parallel to the line segment M is drawn, with the central axis O as its center of gravity. Next, eight squares each having an area of 1 cm2 are drawn, each sharing one side with square S and adjacent to square S. Next, another square each having an area of 1 cm2 is drawn, each sharing one side with each of these eight squares. This process is repeated to divide the cross section into 1 cm2 squares. Figure 2 shows a schematic diagram of the honeycomb structure section 110 divided into a large number of adjacent 1 cm2 squares.
当該断面を分割する1cm2のそれぞれの正方形について奥行き3cmの3cm3の直方体サンプルを採取し、先述した方法により直方体サンプルの電気抵抗を測定し、その後1cm3当たりの電気抵抗を算出する。外周部においては3cm3の直方体を採取することができない部位があり得るが、そのような部位は採取可能な範囲でサンプルを採取し、先述した方法に準じてサンプルの電気抵抗を測定し、体積比によって1cm3当たりの電気抵抗に換算する。なお、サンプルの電気抵抗が既知又は明らかである場合はサンプルの採取は不要である。 A rectangular parallelepiped sample with a depth of 3 cm and a size of 3 cm is taken from each 1 cm2 square that divides the cross section, and the electrical resistance of the rectangular parallelepiped sample is measured using the method described above, and then the electrical resistance per 1 cm3 is calculated. There may be areas on the periphery where it is not possible to take a 3 cm3 rectangular parallelepiped, but samples are taken from such areas to the extent that they can be taken, and the electrical resistance of the sample is measured using the method described above and converted to electrical resistance per 1 cm3 based on the volume ratio. Note that if the electrical resistance of the sample is known or clear, there is no need to take a sample.
上記手順により、ハニカム構造部110の前記断面を1cm2の正方形の区画によって分割したときの各区画の1cm3当たりの電気抵抗が得られる。次いで、線分Mと交点を持つ電極層を第一電極層112aとして、第一電極層112aの周方向中心と接触する外周壁114の表面地点を包含する正方形Tの区画を特定し、正方形Tの区画(電極層は除く)の1cm3当たりの電気抵抗をRTとすると、正方形Tの区画から連続する、電気抵抗がRT×0.6以上RT×1.1未満の範囲にあるハニカム構造部の正方形の区画の集合を第一抵抗領域110Aとする。 By the above procedure, the electrical resistance per 1 cm3 of each of the 1 cm2 square sections when the cross section of the honeycomb structure section 110 is divided is obtained. Next, the electrode layer having an intersection with the line segment M is defined as the first electrode layer 112a, and a square section T including the surface point of the outer wall 114 that contacts the circumferential center of the first electrode layer 112a is identified. If the electrical resistance per 1 cm3 of the square section T (excluding the electrode layer) is defined as R T , the set of square sections of the honeycomb structure section that are continuous with the square section T and have an electrical resistance in the range of R T × 0.6 or more and less than R T × 1.1 is defined as the first resistance region 110A.
また、上記断面において、第一電極層112aに対向する第二電極層112bの周方向中心と接触する外周壁114の表面地点を包含する正方形Uを特定し、正方形Uの区画から連続する、電気抵抗がRT×0.6以上RT×1.1未満の範囲にあるハニカム構造部の区画の集合を第二抵抗領域110Bとする。なお、第二抵抗領域110Bを特定するのに使用する電気抵抗の基準は正方形Uの区画(電極層は除く)の1cm3当たりの電気抵抗RUではなく、RTとする。 Furthermore, in the above cross section, a square U encompassing the surface point of the outer peripheral wall 114 that contacts the circumferential center of the second electrode layer 112b facing the first electrode layer 112a is identified, and the set of compartments of the honeycomb structure part that are continuous with the compartment of the square U and have an electrical resistance in the range of R × 0.6 or more and less than R × 1.1 is defined as the second resistance region 110B. Note that the standard of electrical resistance used to identify the second resistance region 110B is R, not R , which is the electrical resistance per cm3 of the compartment of the square U (excluding the electrode layer ).
また、上記断面において、第一電極層112a及び第二電極層112bの何れにも接触せず、第一抵抗領域110A及び第二抵抗領域110Bに挟まれるように当該断面を横断する領域が特定され、当該領域に含まれるハニカム構造部の各区画の電気抵抗が常にRT×1.1以上である場合、当該領域は第三抵抗領域であると認定することができる。 Furthermore, in the above cross section, if a region is identified that crosses the cross section so as to be sandwiched between the first resistance region 110A and the second resistance region 110B without contacting either the first electrode layer 112a or the second electrode layer 112b, and if the electrical resistance of each section of the honeycomb structure part included in this region is always R T × 1.1 or more, then this region can be recognized as a third resistance region.
第三抵抗領域110Cにおいて、単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗を相対的に高くする方法としては、限定的ではないが、例えば、第三抵抗領域110Cにおける隔壁113の厚みを第一抵抗領域110A及び第二抵抗領域110Bの隔壁の厚みに比べて薄くする方法が挙げられる。このような第二抵抗領域110Bにおける隔壁構造は、ハニカム構造部を押出成形する際に使用する口金構造を、所望の隔壁厚みが各抵抗領域において得られるように設計すれば実現可能である。また、第三抵抗領域110Cの一部の隔壁113に欠損して構成されたスリットを設ける方法も考えられる。この場合も、ハニカム構造部を押出成形する際に使用する口金構造を、第三抵抗領域110Cにおける一部の隔壁に欠損したスリットが形成されるように設計すれば実現可能である。 Methods for relatively increasing the electrical resistance per unit volume (1 cm3 ) in the third resistance region 110C include, but are not limited to, a method of making the thickness of the partition walls 113 in the third resistance region 110C thinner than the thicknesses of the partition walls in the first resistance region 110A and the second resistance region 110B. Such a partition wall structure in the second resistance region 110B can be realized by designing the die structure used when extruding the honeycomb structure section so that the desired partition wall thickness is obtained in each resistance region. Another possible method is to provide slits formed by removing some of the partition walls 113 in the third resistance region 110C. In this case, too, this can be realized by designing the die structure used when extruding the honeycomb structure section so that removed slits are formed in some of the partition walls in the third resistance region 110C.
第一抵抗領域110A及び第二抵抗領域110Bを構成するハニカム構造部の複数の区画の単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗は変動が少ないことが望ましい。第一抵抗領域110A及び第二抵抗領域110Bについては、同一抵抗領域内で電気抵抗に大きな変動があると、電流の流れが偏って、発熱均一性の向上効果が低下するからである。具体的には、上記断面において、第一抵抗領域110A及び第二抵抗領域110Bの各抵抗領域を構成する複数の正方形区画の単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗の最小値Rminに対する最大値Rmaxの比率が、1.0≦Rmax/Rmin≦2を満たすことが好ましく、1.0≦Rmax/Rmin≦1.6を満たすことがより好ましく、1.0≦Rmax/Rmin≦1.3を満たすことが更により好ましい。 It is desirable that the electrical resistance per unit volume (1 cm3 ) of the multiple compartments of the honeycomb structure portion constituting the first resistance region 110A and the second resistance region 110B fluctuate little. This is because, for the first resistance region 110A and the second resistance region 110B, large fluctuations in electrical resistance within the same resistance region will cause the current flow to become uneven, reducing the effect of improving heat generation uniformity. Specifically, in the above cross section, the ratio of the maximum electrical resistance Rmax to the minimum electrical resistance Rmin per unit volume (1 cm3 ) of the multiple square compartments constituting each resistance region of the first resistance region 110A and the second resistance region 110B preferably satisfies 1.0≦ Rmax / Rmin ≦2, more preferably 1.0≦ Rmax / Rmin ≦1.6, and even more preferably 1.0≦ Rmax / Rmin ≦1.3.
第三抵抗領域110Cについても、同領域内で電気抵抗に大きな変動があることは発熱均一性の向上効果が低下することにつながり得る。従って、上記断面において、第三抵抗領域110Cを構成する複数の正方形区画の単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗の最小値Rminに対する最大値Rmaxの比率が、1.0≦Rmax/Rmin≦2を満たすことが好ましく、1.0≦Rmax/Rmin≦1.6を満たすことがより好ましく、1.0≦Rmax/Rmin≦1.3を満たすことが更により好ましい。 For the third resistance region 110C as well, large variations in electrical resistance within the region can lead to a reduction in the effect of improving heat generation uniformity. Therefore, in the above cross section, the ratio of the maximum electrical resistance Rmax to the minimum electrical resistance Rmin per unit volume (1 cm3 ) of the multiple square compartments constituting the third resistance region 110C preferably satisfies 1.0≦ Rmax / Rmin ≦2, more preferably 1.0≦ Rmax /Rmin≦ 1.6 , and even more preferably 1.0≦ Rmax / Rmin ≦1.3.
図3には、本発明の一実施形態に係る電気加熱型担体のセルの延びる方向に直交する断面における各抵抗領域(110A、110B、110C)の配置例を示す模式図が示されている。図3に示す実施形態においては、セルの延びる方向に直交する断面を、第一電極層112aが上側に、第二電極層112bが下側に位置するように観察したときに、第三抵抗領域110Cは第一抵抗領域110A及び第二抵抗領域110Bに挟まれるように、セルの延びる方向に直交する断面を左右に横断する。そして、第三抵抗領域110Cは上下方向の幅が一定の帯状に形成されている。この場合、第三抵抗領域110Cを形成する複数の正方形区画の単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗が一定だとすると、中心軸Oの近傍よりもハニカム構造部110の外周部の電流量が少なくなり、発熱量も小さくなりやすい。 FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the arrangement of each resistance region (110A, 110B, 110C) in a cross section perpendicular to the cell extension direction of an electrically heated carrier according to one embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 3, when the cross section perpendicular to the cell extension direction is observed with the first electrode layer 112a located on the upper side and the second electrode layer 112b located on the lower side, the third resistance region 110C crosses the cross section perpendicular to the cell extension direction from left to right so as to be sandwiched between the first resistance region 110A and the second resistance region 110B. The third resistance region 110C is formed in a strip shape with a constant width in the vertical direction. In this case, if the electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) of the multiple square compartments forming the third resistance region 110C is constant, the amount of current and the amount of heat generated are likely to be smaller in the outer periphery of the honeycomb structure section 110 than in the vicinity of the central axis O.
そこで、第三抵抗領域110Cにおいて、外周部における電流量を多くして外周部の発熱量を増やし、発熱均一性を更に向上させることが好ましい。第三抵抗領域110Cにおいて、外周部の電流量を増やす方法としては、第三抵抗領域110Cのうち、ハニカム構造部110の外周部に対応する領域における単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗を低くする方法が挙げられる。図4には、本発明の別の一実施形態に係る電気加熱型担体のセルの延びる方向に直交する断面における各抵抗領域(110A、110B、110C)の配置例を示す模式図が描かれている。 Therefore, it is preferable to increase the amount of current in the outer periphery of the third resistance region 110C to increase the amount of heat generated in the outer periphery and further improve the heat generation uniformity. One method for increasing the amount of current in the outer periphery of the third resistance region 110C is to lower the electrical resistance per unit volume (1 cm3 ) in the region of the third resistance region 110C that corresponds to the outer periphery of the honeycomb structure section 110. Figure 4 is a schematic diagram showing an example of the arrangement of each resistance region (110A, 110B, 110C) in a cross section perpendicular to the extension direction of the cells of an electrically heated carrier according to another embodiment of the present invention.
図4に示す実施形態において、セルの延びる方向に直交する断面を、第一電極層112aが上側に、第二電極層112bが下側に位置するように観察すると、第三抵抗領域110Cは、
・ハニカム構造部110の中心軸Oを含む中心部110C1、
・中心部110C1の左端に隣接して第三抵抗領域110Cの左端まで延び、中心部110C1よりも単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗が低い左側部110C2、及び
・中心部110C1の右端に隣接して第三抵抗領域110Cの右端まで延び、中心部110C1よりも単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗が低い右側部110C3、
の三つの領域に分類される。
In the embodiment shown in FIG. 4, when a cross section perpendicular to the cell extension direction is observed with the first electrode layer 112a positioned on the upper side and the second electrode layer 112b positioned on the lower side, the third resistance region 110C is
a central portion 110C1 including the central axis O of the honeycomb structure portion 110;
a left side portion 110C2 adjacent to the left end of the central portion 110C1, extending to the left end of the third resistance region 110C, and having a lower electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) than the central portion 110C1; and a right side portion 110C3 adjacent to the right end of the central portion 110C1, extending to the right end of the third resistance region 110C, and having a lower electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) than the central portion 110C1.
It is classified into three areas:
中心部110C1と左側部110C2の区別、及び、中心部110C1と右側部110C3の区別は、以下のようにして特定可能である。まず、先述した手順により第三抵抗領域110Cを特定する。次に、先述した正方形Sに対応する1cm3当たりの電気抵抗を基準抵抗とし、第三抵抗領域110Cの中で、基準抵抗に対して90%以下の電気抵抗を有する先述した区画を低抵抗領域として特定する。第三抵抗領域110Cを形成するそれ以外の区画は高抵抗領域として特定する。そして、低抵抗領域及び高抵抗領域が、図4に示すように左側から右側に向かって低抵抗領域→高抵抗領域→低抵抗領域と配列されている場合には、左側の低抵抗領域を左側部110C2と認定し、中央の高抵抗領域を中心部110C1と認定し、右側の低抵抗領域を右側部110C3と認定することができる。 The distinction between the central portion 110C1 and the left portion 110C2, and the distinction between the central portion 110C1 and the right portion 110C3 can be determined as follows. First, the third resistance region 110C is determined using the procedure described above. Next, the electrical resistance per cm3 corresponding to the square S described above is used as a reference resistance, and within the third resistance region 110C, the aforementioned sections having an electrical resistance of 90% or less of the reference resistance are determined as low-resistance regions. The remaining sections forming the third resistance region 110C are determined as high-resistance regions. Then, when the low-resistance regions and high-resistance regions are arranged from left to right in the order of low-resistance region → high-resistance region → low-resistance region as shown in FIG. 4, the low-resistance region on the left can be determined as the left portion 110C2, the high-resistance region in the center can be determined as the central portion 110C1, and the low-resistance region on the right can be determined as the right portion 110C3.
左側部110C2における単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗の平均値に対する中心部110C1における単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗の平均値の比は、1.15~4が好ましく、1.15~2がより好ましい。
右側部110C3における単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗の平均値に対する中心部110C1における単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗の平均値の比は、1.15~4が好ましく、1.15~2がより好ましい。
左側部110C2における単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗の平均値に対する右側部110C3における単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗の平均値の比は、0.8~1.2が好ましく、0.9~1.1がより好ましい。左側部110C2及び右側部110C3の単位容積当たりの電気抵抗の平均値は、どちらも同じ程度であることが特に好ましい。
The ratio of the average value of electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) in the central portion 110C1 to the average value of electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) in the left portion 110C2 is preferably 1.15-4, more preferably 1.15-2.
The ratio of the average value of electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) in the center portion 110C1 to the average value of electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) in the right portion 110C3 is preferably 1.15-4, more preferably 1.15-2.
The ratio of the average electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) in the right portion 110C3 to the average electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) in the left portion 110C2 is preferably 0.8 to 1.2, and more preferably 0.9 to 1.1. It is particularly preferable that the average electrical resistance per unit volume of the left portion 110C2 and the right portion 110C3 be approximately the same.
第三抵抗領域110Cにおいて、外周部の電流量を増やす別の方法としては、第三抵抗領域110Cのうち、ハニカム構造部110の外周部に対応する領域における上下方向の幅を狭くする方法が挙げられる。図5には、本発明の更に別の一実施形態に係る電気加熱型担体のセルの延びる方向に直交する断面における各抵抗領域(110A、110B、110C)の配置例を示す模式図が描かれている。 Another method for increasing the amount of current in the peripheral portion of the third resistance region 110C is to narrow the vertical width of the region of the third resistance region 110C that corresponds to the peripheral portion of the honeycomb structure portion 110. Figure 5 is a schematic diagram showing an example of the arrangement of each resistance region (110A, 110B, 110C) in a cross section perpendicular to the extension direction of the cells of an electrically heated carrier according to yet another embodiment of the present invention.
図5に示す実施形態において、セルの延びる方向に直交する断面を、第一電極層112aが上側に、第二電極層112bが下側に位置するように観察すると、第三抵抗領域110Cは、
・ハニカム構造部110の中心軸Oを含む中心部110C1、
・中心部110C1の左端に隣接して第三抵抗領域110Cの左端まで延び、中心部110C1よりも上下方向の幅の狭い左側部110C2、及び
・中心部110C1の右端に隣接して第三抵抗領域110Cの右端まで延び、中心部110C1よりも上下方向の幅の狭い右側部110C3、
の三つの領域に分類される。
In the embodiment shown in FIG. 5, when a cross section perpendicular to the cell extension direction is observed with the first electrode layer 112a positioned on the upper side and the second electrode layer 112b positioned on the lower side, the third resistance region 110C is
a central portion 110C1 including the central axis O of the honeycomb structure portion 110;
a left side portion 110C2 adjacent to the left end of the central portion 110C1, extending to the left end of the third resistance region 110C, and having a narrower width in the vertical direction than the central portion 110C1; and a right side portion 110C3 adjacent to the right end of the central portion 110C1, extending to the right end of the third resistance region 110C, and having a narrower width in the vertical direction than the central portion 110C1.
It is classified into three areas:
図4及び図5に示す何れの実施形態においても、第三抵抗領域110Cの中心部110C1の左右方向の長さは、発熱量の分布を考慮して適宜設定すればよい。但し、第三抵抗領域110Cにおいては、電流は第一電極層112a及び第二電極層112bの左右方向の幅の内側に流れやすく、当該幅の外側の発熱量が小さくなりやすい。このことから、第一電極層112a及び第二電極層112bの左右方向の幅の外側において電流量の増加が促されることが好ましい。従って、好ましい実施形態においては、第三抵抗領域110Cの中心部110C1の右端は、第一電極層112aの外周方向右端よりも右側にあり、且つ、第二電極層112bの外周方向右端よりも右側にある。更に、第三抵抗領域110Cの中心部110C1の左端は、第一電極層112aの外周方向左端よりも左側にあり、且つ、第二電極層112bの外周方向左端よりも左側にある。 In both the embodiments shown in Figures 4 and 5, the horizontal length of the center portion 110C1 of the third resistance region 110C may be set appropriately, taking into account the distribution of heat generation. However, in the third resistance region 110C, current tends to flow toward the inside of the horizontal width of the first electrode layer 112a and the second electrode layer 112b, resulting in a smaller amount of heat generation outside of that width. For this reason, it is preferable to promote an increase in the amount of current outside the horizontal width of the first electrode layer 112a and the second electrode layer 112b. Therefore, in a preferred embodiment, the right end of the center portion 110C1 of the third resistance region 110C is located to the right of the right edge of the first electrode layer 112a in the circumferential direction and to the right of the right edge of the second electrode layer 112b in the circumferential direction. Furthermore, the left end of the center portion 110C1 of the third resistance region 110C is located to the left of the left edge of the first electrode layer 112a in the circumferential direction and to the left of the left edge of the second electrode layer 112b in the circumferential direction.
図4に示す実施形態に関し、セルの延びる方向に直交する断面において、中心軸Oを通り、第一電極層112aの外周方向中心と第二電極層112bの外周方向中心を結ぶ直線に垂直な直線Nを引く。直線N上で、第一電極層112a(第二電極層112b)の外周方向右端よりも右側にある第三抵抗領域110Cの長さをaとし、その内、第三抵抗領域110Cの中心部110C1が占める長さをbとする。このとき、例えば0.05≦b/a≦0.95とすることができ、典型的には、0.1≦b/a≦0.9とすることができる。
同様に、直線N上で、第一電極層112a(第二電極層112b)の外周方向左端よりも左側にある第三抵抗領域110Cの長さをcとし、その内、第三抵抗領域110Cの中心部110C1が占める長さをdとする。このとき、例えば0.05≦d/c≦0.95とすることができ、典型的には、0.1≦d/c≦0.9とすることができる。
4 , in a cross section perpendicular to the cell extension direction, a line N is drawn that passes through the central axis O and is perpendicular to a line connecting the circumferential center of the first electrode layer 112a and the circumferential center of the second electrode layer 112b. On line N, the length of the third resistance region 110C located to the right of the right circumferential end of the first electrode layer 112a (second electrode layer 112b) is defined as a, and the length of the third resistance region 110C that is occupied by the central portion 110C1 of the third resistance region 110C is defined as b. In this case, the ratio b/a can be, for example, 0.05≦b/a≦0.95, and typically 0.1≦b/a≦0.9.
Similarly, the length of the third resistance region 110C located on the left side of the outer circumferential left end of the first electrode layer 112a (second electrode layer 112b) on the line N is defined as c, and the length of the central portion 110C1 of the third resistance region 110C is defined as d. In this case, for example, 0.05≦d/c≦0.95 can be satisfied, and typically 0.1≦d/c≦0.9 can be satisfied.
図5に示す実施形態に関し、セルの延びる方向に直交する断面において、中心軸Oを通り、第一電極層112aの外周方向中心と第二電極層112bの外周方向中心を結ぶ直線に垂直な直線Nを引く。直線N上で、第一電極層112a(第二電極層112b)の外周方向右端よりも右側にある第三抵抗領域110Cの長さをaとし、その内、第三抵抗領域110Cの中心部110C1が占める長さをbとする。このとき、例えば0.05≦b/a≦0.95とすることができ、典型的には、0.1≦b/a≦0.9とすることができる。
同様に、直線N上で、第一電極層112a(第二電極層112b)の外周方向左端よりも左側にある第三抵抗領域110Cの長さをcとし、その内、第三抵抗領域110Cの中心部110C1が占める長さをdとする。このとき、例えば0.05≦d/c≦0.95とすることができ、典型的には、0.1≦d/c≦0.9とすることができる。
5 , in a cross section perpendicular to the cell extension direction, a line N is drawn that passes through the central axis O and is perpendicular to a line connecting the circumferential center of the first electrode layer 112a and the circumferential center of the second electrode layer 112b. On line N, the length of the third resistance region 110C located to the right of the right circumferential end of the first electrode layer 112a (second electrode layer 112b) is defined as a, and the length of the third resistance region 110C that is occupied by the central portion 110C1 of the third resistance region 110C is defined as b. In this case, the ratio b/a can be, for example, 0.05≦b/a≦0.95, and typically 0.1≦b/a≦0.9.
Similarly, the length of the third resistance region 110C located on the left side of the outer circumferential left end of the first electrode layer 112a (second electrode layer 112b) on the line N is defined as c, and the length of the central portion 110C1 of the third resistance region 110C is defined as d. In this case, for example, 0.05≦d/c≦0.95 can be satisfied, and typically 0.1≦d/c≦0.9 can be satisfied.
更に、図5に示す実施形態に関し、セルの延びる方向に直交する断面において、第三抵抗領域110Cの中心部110C1の上下方向の幅をeとし、第三抵抗領域110Cの左側部110C2の上下方向の幅をfとし、第三抵抗領域110Cの右側部110C3の上下方向の幅をgとする。このとき、例えば0.05≦f/e≦0.95、且つ、0.05≦g/e≦0.95とすることができ、典型的には、0.1≦f/e≦0.9、且つ、0.1≦g/e≦0.9とすることができる。 Furthermore, with regard to the embodiment shown in FIG. 5, in a cross section perpendicular to the cell extension direction, the vertical width of the central portion 110C1 of the third resistance region 110C is defined as e, the vertical width of the left portion 110C2 of the third resistance region 110C is defined as f, and the vertical width of the right portion 110C3 of the third resistance region 110C is defined as g. In this case, for example, 0.05≦f/e≦0.95 and 0.05≦g/e≦0.95 can be satisfied, and typically 0.1≦f/e≦0.9 and 0.1≦g/e≦0.9 can be satisfied.
第一抵抗領域110Aの単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗の平均値をR1ave、第二抵抗領域110Bの単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗の平均値をR2ave、第三抵抗領域110Cの単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗の平均値をR3aveとすると、R3ave/R1ave及びR3ave/R2aveは、大きいほうが過剰発熱しやすい第一電極層112a及び第二電極層112bの近傍における温度上昇を抑制するのに有利である。但し、過度に大きくすると逆にハニカム構造部の中心軸付近の温度が相対的に高くなり、また、クラック発生の原因となる。 If the average electrical resistance per unit volume (1 cm3 ) of the first resistance region 110A is R1ave , the average electrical resistance per unit volume (1 cm3 ) of the second resistance region 110B is R2ave , and the average electrical resistance per unit volume (1 cm3 ) of the third resistance region 110C is R3ave , then larger R3ave / R1ave and R3ave / R2ave are advantageous for suppressing temperature increases near the first electrode layer 112a and second electrode layer 112b, which are prone to excessive heat generation. However, if these ratios are made too large, the temperature near the central axis of the honeycomb structure portion will become relatively high, and this may cause cracks to occur.
従って、好ましい実施形態においては、(1)及び(2)の何れか又は両方の関係が成立することが望ましく、(1)及び(2)の両方の関係が成立することがより望ましい。
1.2≦(R3ave/R1ave)≦4・・・(1)
1.2≦(R3ave/R2ave)≦4・・・(2)
Therefore, in a preferred embodiment, it is desirable that either or both of the relationships (1) and (2) are satisfied, and it is more desirable that both of the relationships (1) and (2) are satisfied.
1.2≦(R3 ave /R1 ave )≦4...(1)
1.2≦(R3 ave /R2 ave )≦4...(2)
より好ましい実施形態においては、(3)及び(4)の何れか又は両方の関係が成立することが望ましく、(3)及び(4)の両方の関係が成立することがより望ましい。
1.5≦(R3ave/R1ave)≦3.5・・・(3)
1.5≦(R3ave/R2ave)≦3.5・・・(4)
In a more preferred embodiment, it is desirable that either or both of the relationships (3) and (4) are satisfied, and it is even more desirable that both of the relationships (3) and (4) are satisfied.
1.5≦(R3 ave /R1 ave )≦3.5...(3)
1.5≦(R3 ave /R2 ave )≦3.5...(4)
更により好ましい実施形態においては、(5)及び(6)の何れか又は両方の関係が成立することが望ましく、(5)及び(6)の両方の関係が成立することがより望ましい。
2≦(R3ave/R1ave)≦3・・・(5)
2≦(R3ave/R2ave)≦3・・・(6)
In an even more preferred embodiment, it is desirable that either or both of the relationships (5) and (6) are satisfied, and it is more desirable that both of the relationships (5) and (6) are satisfied.
2≦(R3 ave /R1 ave )≦3...(5)
2≦(R3 ave /R2 ave )≦3...(6)
各抵抗領域における単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗の平均値は、各抵抗領域を構成するハニカム構造部の複数の正方形区画の単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗をすべて求め、それらの算術平均として算出することが可能である。 The average electrical resistance per unit volume (1 cm3 ) in each resistance region can be calculated by determining the electrical resistance per unit volume (1 cm3 ) of all the square sections of the honeycomb structure that make up each resistance region and taking the arithmetic mean of these.
R1ave、R2ave及びR3ave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。例えば、R3aveは0.0001~20Ωとすることができる。64V以上の高電圧用には0.1~20Ωとすることができ、典型的には0.5~15Ωとすることができる。また、64V未満の低電圧用には0.0001~1Ωとすることができ、典型的には0.001~0.5Ωとすることができる。 R1 ave , R2 ave , and R3 ave may be set appropriately depending on the applied voltage, and there are no particular limitations. For example, R3 ave can be set to 0.0001 to 20 Ω. For high voltages of 64 V or more, it can be set to 0.1 to 20 Ω, typically 0.5 to 15 Ω. For low voltages of less than 64 V, it can be set to 0.0001 to 1 Ω, typically 0.001 to 0.5 Ω.
第三抵抗領域110Cは第一電極層112a及び第二電極層112bの何れにも接触する部分を有しない。発熱均一性を高めるという観点からは、第三抵抗領域110Cは、第一電極層112a及び第二電極層112bから離れている方が望ましい。
具体的には、図3を参照すると、セルの延びる方向に直交する断面において、第一電極層112aの外周方向中心と第二電極層112bの外周方向中心を結ぶ直線が、ハニカム構造部110を横切る長さ(外周壁の表面間の距離であって、電極層は含まない)をLとすると、第三抵抗領域110Cは、第一電極層112aとの最短距離D1が0.02×L以上であり、且つ、第二電極層112bとの最短距離D2が0.02×L以上であることが好ましい。最短距離D1が0.03×L以上であり、且つ、最短距離D2が0.03×L以上であることがより好ましい。最短距離D1が0.05×L以上であり、且つ、最短距離D2が0.05×L以上であることが更により好ましい。
最短距離D1及び最短距離D2は、第三抵抗領域110Cが存在可能な限りにおいて長くしてもよいが、均一発熱性の観点からは、最短距離D1が0.5×L未満であり、且つ、最短距離D2が0.5×L未満であることがより好ましい。最短距離D1が0.45×L以下であり、且つ、最短距離D2が0.45×L以下であることが更により好ましく、特に好ましくは、最短距離D1が0.3×L以下であり、且つ、最短距離D2が0.3×L以下である。
The third resistance region 110C does not have a portion that contacts either the first electrode layer 112a or the second electrode layer 112b. From the viewpoint of improving heat generation uniformity, it is desirable that the third resistance region 110C be separated from the first electrode layer 112a and the second electrode layer 112b.
3, in a cross section perpendicular to the cell extension direction, a line connecting the circumferential center of the first electrode layer 112a and the circumferential center of the second electrode layer 112b crosses the honeycomb structure section 110. The length (the distance between the surfaces of the outer walls, not including the electrode layers) of the third resistance region 110C is L. Preferably, the shortest distance D1 between the third resistance region 110C and the first electrode layer 112a is 0.02×L or more, and the shortest distance D2 between the third resistance region 110C and the second electrode layer 112b is 0.02×L or more. More preferably, the shortest distance D1 is 0.03×L or more, and the shortest distance D2 is 0.03×L or more. Even more preferably, the shortest distance D1 is 0.05×L or more, and the shortest distance D2 is 0.05×L or more.
The shortest distance D1 and the shortest distance D2 may be as long as the third resistance region 110C can be present, but from the viewpoint of uniform heat generation, it is more preferable that the shortest distance D1 is less than 0.5×L and the shortest distance D2 is less than 0.5×L. It is even more preferable that the shortest distance D1 is 0.45×L or less and the shortest distance D2 is 0.45×L or less, and it is particularly preferable that the shortest distance D1 is 0.3×L or less and the shortest distance D2 is 0.3×L or less.
従って、好ましい実施形態においては、0.02×L≦D1<0.5×L、且つ、0.02×L≦D2<0.5×Lを満たし、より好ましい実施形態においては、0.03×L≦D1≦0.3×L、且つ、0.03×L≦D2≦0.3×Lを満たし、更に好ましい実施形態においては、0.05×L≦D1≦0.3×L、且つ、0.05×L≦D2≦0.3×Lを満たす。 Therefore, in a preferred embodiment, the relationships 0.02×L≦D1<0.5×L and 0.02×L≦D2<0.5×L are satisfied; in a more preferred embodiment, the relationships 0.03×L≦D1≦0.3×L and 0.03×L≦D2≦0.3×L are satisfied; and in an even more preferred embodiment, the relationships 0.05×L≦D1≦0.3×L and 0.05×L≦D2≦0.3×L are satisfied.
再び図3を参照すると、好ましい実施形態においては、セルの延びる方向に直交する断面において、第一抵抗領域110A、第二抵抗領域110B及び第三抵抗領域110Cは、中心軸Oを通り、第一電極層112aの外周方向中心と第二電極層112bの外周方向中心を結ぶ直線に垂直な直線Nを対称中心として線対称に形成される。また、好ましい実施形態においては、セルの延びる方向に直交する断面において、第一電極層112a及び第二電極層112bは、中心軸Oを通り、第一電極層112aの外周方向中心と第二電極層112bの外周方向中心を結ぶ直線に垂直な直線Nを対称中心として線対称に形成される。三つの抵抗領域及び一対の電極層が線分Nを対称中心として線対称に形成されることで、第一電極層112a及び第二電極層112bの何れを陽極としても(何れを陰極としても)同一の発熱性能をもつ電気加熱型担体が得られる。なお、本明細書において中心軸Oとは、セルの延びる方向に直交する断面におけるハニカム構造部の重心位置のことを指す。 3 again, in a preferred embodiment, in a cross section perpendicular to the cell extension direction, the first resistance region 110A, the second resistance region 110B, and the third resistance region 110C are formed in line symmetry with a line N passing through the central axis O and perpendicular to a line connecting the circumferential center of the first electrode layer 112a and the circumferential center of the second electrode layer 112b. Also, in a preferred embodiment, in a cross section perpendicular to the cell extension direction, the first electrode layer 112a and the second electrode layer 112b are formed in line symmetry with a line N passing through the central axis O and perpendicular to a line connecting the circumferential center of the first electrode layer 112a and the circumferential center of the second electrode layer 112b. By forming the three resistance regions and the pair of electrode layers in line symmetry with the line N as the center of symmetry, an electrically heated carrier with the same heat generation performance can be obtained regardless of whether the first electrode layer 112a or the second electrode layer 112b is used as the anode (or whether it is used as the cathode). In this specification, the central axis O refers to the position of the center of gravity of the honeycomb structure in a cross section perpendicular to the cell extension direction.
先述したように、スリットは第三抵抗領域における電気抵抗を高くするために設けてもよいが、ハニカム構造部が第一抵抗領域、第二抵抗領域、及び第三抵抗領域の区別を有しない場合であっても設けることができる。図6には、本発明の更に別の一実施形態に係る電気加熱型担体のセルの延びる方向に直交する断面における複数のスリットの配置例を示す模式図が示されている。 As mentioned above, the slits may be provided to increase the electrical resistance in the third resistance region, but they can also be provided in cases where the honeycomb structure does not have a distinction between the first resistance region, the second resistance region, and the third resistance region. Figure 6 is a schematic diagram showing an example of the arrangement of multiple slits in a cross section perpendicular to the extension direction of the cells of an electrically heated carrier according to yet another embodiment of the present invention.
図6を参照すると、当該実施形態に係る電気加熱型担体は、第一電極層112a及び第二電極層112bが何れも表面に設けられていない対向する一対の外周壁部分114a、114bに挟まれた領域110Dに、隔壁113の一部が欠損して構成されており、第一電極層112aの外周方向中心と第二電極層112bの外周方向中心を結ぶ直線に対して平行な仮想線119に交差する方向に延びる一本又は二本以上のスリット120を有する。好ましい実施形態においては、一本又は二本以上のスリット120は、当該仮想線119となす角度φ(但し、0°≦φ≦90°とする。)が80°以上90°以下の範囲にある。 Referring to FIG. 6, the electrically heated carrier according to this embodiment is configured such that a portion of the partition wall 113 is missing in region 110D between a pair of opposing outer wall portions 114a, 114b on which neither the first electrode layer 112a nor the second electrode layer 112b is provided, and has one or more slits 120 extending in a direction intersecting an imaginary line 119 parallel to a line connecting the circumferential center of the first electrode layer 112a and the circumferential center of the second electrode layer 112b. In a preferred embodiment, the angle φ (where 0°≦φ≦90°) formed by the one or more slits 120 with the imaginary line 119 is in the range of 80° to 90°.
スリット120の存在によって通電経路が減じるため、スリット120が設けられている領域(スリット形成領域)においては、電気抵抗が高くなる。よって、第一電極層112a及び第二電極層112bの何れも表面に設けられていない一対の外周壁部分114a、114bに挟まれた領域110Dに、スリット120を設けることで、上述した第三抵抗領域110Cを設けた場合と類似の効果が期待できる。スリット120は、隔壁113のみを欠損させて構成してもよいが、スリット120は隔壁113のみならず更に外周壁114を欠損させて構成してもよい。 The presence of the slits 120 reduces the electrical path, resulting in higher electrical resistance in the region where the slits 120 are provided (slit-forming region). Therefore, by providing the slits 120 in region 110D, which is sandwiched between a pair of outer wall portions 114a, 114b and on which neither the first electrode layer 112a nor the second electrode layer 112b is provided, it is possible to expect an effect similar to that achieved when the third resistance region 110C described above is provided. The slits 120 may be formed by removing only the partition wall 113, but the slits 120 may also be formed by removing not only the partition wall 113 but also the outer wall 114.
スリット形成領域は、第三抵抗領域110Cが広がる範囲と同じ範囲とすることが好ましい。例えば、図3に示す実施形態における第三抵抗領域110Cのように、セルの延びる方向に直交する断面を左右に横断し、上下方向の幅が一定の帯状に広がる領域内にスリット120を複数設けることができる。 The slit formation region is preferably set to the same range as the extension of the third resistance region 110C. For example, as in the third resistance region 110C in the embodiment shown in Figure 3, multiple slits 120 can be provided within a region that extends in a band shape with a constant width in the vertical direction, crossing the cross section perpendicular to the extension direction of the cell from left to right.
また、図5に示す第三抵抗領域110Cのように、中心軸Oを含む中心部と、中心部の左側に隣接して設けられ、中心部よりも上下方向の幅の狭い左側部と、中心部の右側に隣接して設けられ、中心部よりも上下方向の幅の狭い右側部とによって画定されるスリット形成領域内にスリット120を複数設けることができる。図6に示す実施形態において、スリット形成領域の上下方向の幅は、中心部110D1よりも左側部110D2及び右側部110D3の方が狭い。 Furthermore, as in the third resistance region 110C shown in FIG. 5, multiple slits 120 can be provided within a slit formation region defined by a center portion including the central axis O, a left side portion adjacent to the left of the center portion and narrower in the vertical direction than the center portion, and a right side portion adjacent to the right of the center portion and narrower in the vertical direction than the center portion. In the embodiment shown in FIG. 6, the vertical width of the slit formation region is narrower in the left side portion 110D2 and the right side portion 110D3 than in the center portion 110D1.
発熱均一性を高めるという観点からは、スリット120は、第一電極層112a及び第二電極層112bから離れている方が望ましい。
具体的には、図6を参照すると、セルの延びる方向に直交する断面において、第一電極層112aの外周方向中心と第二電極層112bの外周方向中心を結ぶ直線が、ハニカム構造部110を横切る長さ(外周壁の表面間の距離であって、電極層は含まない)をLとすると、スリット120は、第一電極層112aとの最短距離D1が0.02×L以上であり、且つ、第二電極層112bとの最短距離D2が0.02×L以上であることが好ましい。最短距離D1が0.03×L以上であり、且つ、最短距離D2が0.03×L以上であることがより好ましい。最短距離D1が0.05×L以上であり、且つ、最短距離D2が0.05×L以上であることが更により好ましい。
最短距離D1及び最短距離D2は、スリット120が存在可能な限りにおいて長くしてもよいが、均一発熱性の観点からは、最短距離D1が0.5×L未満であり、且つ、最短距離D2が0.5×L未満であることがより好ましい。最短距離D1が0.45×L以下であり、且つ、最短距離D2が0.45×L以下であることが更により好ましく、特に好ましくは、最短距離D1が0.3×L以下であり、且つ、最短距離D2が0.3×L以下である。
From the viewpoint of improving the uniformity of heat generation, it is desirable that the slit 120 be located away from the first electrode layer 112a and the second electrode layer 112b.
Specifically, referring to Figure 6, in a cross section perpendicular to the cell extension direction, if the length (the distance between the surfaces of the outer wall, not including the electrode layers) of a straight line connecting the circumferential center of the first electrode layer 112a and the circumferential center of the second electrode layer 112b across the honeycomb structure section 110 is L, it is preferable that the shortest distance D1 between the slit 120 and the first electrode layer 112a is 0.02 x L or more, and the shortest distance D2 between the slit 120 and the second electrode layer 112b is 0.02 x L or more. It is more preferable that the shortest distance D1 is 0.03 x L or more, and the shortest distance D2 is 0.03 x L or more. It is even more preferable that the shortest distance D1 is 0.05 x L or more, and the shortest distance D2 is 0.05 x L or more.
The shortest distance D1 and the shortest distance D2 may be made as long as the slits 120 are present, but from the viewpoint of uniform heat generation, it is more preferable that the shortest distance D1 is less than 0.5×L and the shortest distance D2 is less than 0.5×L. It is even more preferable that the shortest distance D1 is 0.45×L or less and the shortest distance D2 is 0.45×L or less, and it is particularly preferable that the shortest distance D1 is 0.3×L or less and the shortest distance D2 is 0.3×L or less.
従って、好ましい実施形態においては、0.02×L≦D1<0.5×L、且つ、0.02×L≦D2<0.5×Lを満たし、より好ましい実施形態においては、0.03×L≦D1≦0.3×L、且つ、0.03×L≦D2≦0.3×Lを満たし、更に好ましい実施形態においては、0.05×L≦D1≦0.3×L、且つ、0.05×L≦D2≦0.3×Lを満たす。 Therefore, in a preferred embodiment, the relationships 0.02×L≦D1<0.5×L and 0.02×L≦D2<0.5×L are satisfied; in a more preferred embodiment, the relationships 0.03×L≦D1≦0.3×L and 0.03×L≦D2≦0.3×L are satisfied; and in an even more preferred embodiment, the relationships 0.05×L≦D1≦0.3×L and 0.05×L≦D2≦0.3×L are satisfied.
また、好ましい実施形態においては、セルの延びる方向に直交する断面において、複数のスリット120が、中心軸Oを通り、第一電極層112aの外周方向中心と第二電極層112bの外周方向中心を結ぶ直線に垂直な直線Nを対称中心として線対称に形成される。また、好ましい実施形態においては、セルの延びる方向に直交する断面において、第一電極層112a及び第二電極層112bは、中心軸Oを通り、第一電極層112aの外周方向中心と第二電極層112bの外周方向中心を結ぶ直線に垂直な直線Nを対称中心として線対称に形成される。複数のスリット120及び一対の電極層が線分Nを対称中心として線対称に形成されることで、第一電極層112a及び第二電極層112bの何れを陽極としても(何れを陰極としても)同一の発熱性能をもつ電気加熱型担体が得られる。 In a preferred embodiment, in a cross section perpendicular to the cell extension direction, the multiple slits 120 are formed in line symmetry with respect to a line N that passes through the central axis O and is perpendicular to a line connecting the circumferential center of the first electrode layer 112a and the circumferential center of the second electrode layer 112b. In a preferred embodiment, in a cross section perpendicular to the cell extension direction, the first electrode layer 112a and the second electrode layer 112b are formed in line symmetry with respect to a line N that passes through the central axis O and is perpendicular to a line connecting the circumferential center of the first electrode layer 112a and the circumferential center of the second electrode layer 112b. By forming the multiple slits 120 and the pair of electrode layers in line symmetry with respect to the line N, an electrically heated carrier with the same heat generation performance can be obtained regardless of whether the first electrode layer 112a or the second electrode layer 112b is used as the anode (or whether it is used as the cathode).
図6に示す実施形態において、セルの延びる方向に直交する断面を、第一電極層112aが上側に、第二電極層112bが下側に位置するように観察したときに、スリット形成領域の中心部110D1の左右方向の長さは、発熱量の分布を考慮して適宜設定すればよい。但し、スリット形成領域においては、電流は第一電極層112a及び第二電極層112bの左右方向の幅の内側に流れやすく、当該幅の外側の発熱量が小さくなりやすい。このことから、第一電極層112a及び第二電極層112bの左右方向の幅の外側において電流量の増加が促されることが好ましい。従って、好ましい実施形態においては、スリット形成領域の中心部110D1の右端は、第一電極層112aの外周方向右端よりも右側にあり、且つ、第二電極層112bの外周方向右端よりも右側にある。更に、スリット形成領域の中心部110D1の左端は、第一電極層112aの外周方向左端よりも左側にあり、且つ、第二電極層112bの外周方向左端よりも左側にある。 In the embodiment shown in Figure 6, when a cross section perpendicular to the cell extension direction is observed with the first electrode layer 112a positioned on the upper side and the second electrode layer 112b positioned on the lower side, the horizontal length of the center portion 110D1 of the slit formation region can be appropriately set taking into account the distribution of heat generation. However, in the slit formation region, current tends to flow inside the horizontal width of the first electrode layer 112a and the second electrode layer 112b, and the heat generation outside of that width tends to be small. For this reason, it is preferable to promote an increase in the amount of current outside the horizontal width of the first electrode layer 112a and the second electrode layer 112b. Therefore, in a preferred embodiment, the right end of the center portion 110D1 of the slit formation region is located to the right of the right edge of the first electrode layer 112a in the circumferential direction and to the right of the right edge of the second electrode layer 112b in the circumferential direction. Furthermore, the left end of the central portion 110D1 of the slit formation region is located to the left of the left end of the first electrode layer 112a in the circumferential direction, and is also located to the left of the left end of the second electrode layer 112b in the circumferential direction.
図6に示す実施形態に関し、セルの延びる方向に直交する断面において、中心軸Oを通り、第一電極層112aの外周方向中心と第二電極層112bの外周方向中心を結ぶ直線に垂直な直線Nを引く。直線Nが延びる方向において、第一電極層112a(第二電極層112b)の外周方向右端よりも右側にあるスリット形成領域の長さをaとし、その内、中心部110D1が占める長さをbとする。このとき、例えば0.05≦b/a≦0.95とすることができ、典型的には、0.1≦b/a≦0.9とすることができる。
同様に、直線Nが延びる方向において、第一電極層112a(第二電極層112b)の外周方向左端よりも左側にあるスリット形成領域の長さをcとし、その内、中心部110D1が占める長さをdとする。このとき、例えば0.05≦d/c≦0.95とすることができ、典型的には、0.1≦d/c≦0.9とすることができる。
6 , in a cross section perpendicular to the cell extension direction, a line N is drawn that passes through the central axis O and is perpendicular to the line connecting the circumferential center of the first electrode layer 112a and the circumferential center of the second electrode layer 112b. In the direction in which line N extends, the length of the slit-forming region to the right of the right end of the circumferential direction of the first electrode layer 112a (second electrode layer 112b) is defined as a, and the length of the slit-forming region occupied by the center portion 110D1 is defined as b. In this case, the ratio b/a can be, for example, 0.05≦b/a≦0.95, and typically 0.1≦b/a≦0.9.
Similarly, in the direction in which the straight line N extends, the length of the slit-forming region to the left of the outer circumferential left end of the first electrode layer 112a (second electrode layer 112b) is defined as c, and the length of the slit-forming region occupied by the center portion 110D1 is defined as d. In this case, for example, 0.05≦d/c≦0.95 can be satisfied, and typically 0.1≦d/c≦0.9 can be satisfied.
更に、図6に示す実施形態に関し、セルの延びる方向に直交する断面において、スリット形成領域の中心部110D1の上下方向の幅をeとし、左側部110D2の上下方向の幅をfとし、右側部110D3の上下方向の幅をgとする。このとき、例えば0.05≦f/e≦0.95、且つ、0.05≦g/e≦0.95とすることができ、典型的には、0.1≦f/e≦0.9、且つ、0.1≦g/e≦0.9とすることができる。 Furthermore, with regard to the embodiment shown in FIG. 6, in a cross section perpendicular to the cell extension direction, the vertical width of the center 110D1 of the slit-forming region is defined as e, the vertical width of the left side 110D2 as f, and the vertical width of the right side 110D3 as g. In this case, for example, the relationships f/e and g/e can be set to 0.05≦f/e≦0.95 and 0.05≦g/e≦0.95, and typically, 0.1≦f/e≦0.9 and 0.1≦g/e≦0.9.
各スリット120の長手方向(図6の左右方向)の長さの下限は、特に制限はないが、一般的には2mm以上である。各スリット120の長手方向の長さの上限は、強度(セル欠損が多いと、強度が低下し、キャニング時の応力に耐えられない)の理由から、0.5×L以下であることが好ましく、0.25×L以下であることがより好ましく、0.125×L以下であることが更により好ましい。 There is no particular lower limit to the length of each slit 120 in the longitudinal direction (left-right direction in Figure 6), but it is generally 2 mm or more. For reasons of strength (too many cell defects reduces strength and makes it impossible to withstand the stress during canning), the upper limit to the length of each slit 120 in the longitudinal direction is preferably 0.5 x L or less, more preferably 0.25 x L or less, and even more preferably 0.125 x L or less.
各スリット120の短手方向(図6の上下方向)の長さの下限は、特に制限はないが、一般的には1mm以上である。各スリット120の短手方向の長さの上限は、強度(セル欠損が多いと、強度が低下し、キャニング時の応力に耐えられない)の理由から、0.07×L以下であることが好ましく、0.05×L以下であることがより好ましく、0.015×L以下であることが更により好ましい。 There is no particular lower limit to the length of each slit 120 in the short direction (vertical direction in Figure 6), but it is generally 1 mm or more. For reasons of strength (if there are many cell defects, the strength decreases and the slit 120 cannot withstand the stress during canning), the upper limit to the length of each slit 120 in the short direction is preferably 0.07 x L or less, more preferably 0.05 x L or less, and even more preferably 0.015 x L or less.
複数のスリット120の配置については、限定的ではないが、スリット形成領域において偏りなく配置することが好ましい。具体的には、セルの延びる方向に直交する断面において、複数のスリット120は、第一電極層112aの外周方向中心と第二電極層112bの外周方向中心を結ぶ直線に垂直な方向(図6の左右方向)に等間隔で並んだスリット120の列を構成することが好ましい。一つのスリット120の列は、例えば1~27個のスリットで構成されることができる。また、複数のスリット120の列が、上下方向に等間隔に設けられることが好ましい。上下方向に設けられるスリット120の列の数は、例えば1~50個とすることができる。図6に示す実施形態においては、左右方向に等間隔で並んだスリット120の列が、上下方向に等間隔に5列設けられている。 The arrangement of the multiple slits 120 is not limited, but it is preferable that they be arranged evenly in the slit formation region. Specifically, in a cross section perpendicular to the cell extension direction, the multiple slits 120 preferably form rows of slits 120 arranged at equal intervals in a direction perpendicular to a line connecting the circumferential center of the first electrode layer 112a and the circumferential center of the second electrode layer 112b (the horizontal direction in FIG. 6). One row of slits 120 can be composed of, for example, 1 to 27 slits. It is also preferable that the rows of multiple slits 120 be arranged at equal intervals in the vertical direction. The number of rows of slits 120 arranged in the vertical direction can be, for example, 1 to 50. In the embodiment shown in FIG. 6, five rows of slits 120 arranged at equal intervals in the horizontal direction are arranged at equal intervals in the vertical direction.
複数のスリット120の列を上下方向に配置する場合は、スリット120を互い違いに(千鳥状に)配置することが好ましい。これにより、第一電極層112aと第二電極層112bの間に電圧を印加したときにスリット形成領域において通電経路が偏りなく減じられるので発熱均一性が向上する。更に、複数のスリット120の列を上下方向に配置する場合、スリット形成領域を、第一電極層112aの外周方向中心と第二電極層112bの外周方向中心を結ぶ直線が延びる方向(図6の上下方向)に直線状に貫通する通電経路が存在しなくなるように複数のスリット120を配置することがより好ましい。 When arranging multiple rows of slits 120 in the vertical direction, it is preferable to arrange the slits 120 in a staggered (staggered) pattern. This ensures that when a voltage is applied between the first electrode layer 112a and the second electrode layer 112b, the current paths are reduced evenly in the slit formation region, improving heat generation uniformity. Furthermore, when arranging multiple rows of slits 120 in the vertical direction, it is more preferable to arrange the multiple slits 120 so that there are no current paths that linearly penetrate the slit formation region in the direction of a straight line connecting the circumferential center of the first electrode layer 112a and the circumferential center of the second electrode layer 112b (the vertical direction in Figure 6).
外周壁114及び隔壁113の材質は、通電してジュール熱により発熱可能である限り特に材質に制限はなく、セラミックス(とりわけ導電性セラミックス)等を単独で又は組み合わせて使用可能である。外周壁114及び隔壁113の材質としては、限定的ではないが、アルミナ、ムライト、ジルコニア及びコージェライト等の酸化物系セラミックス、炭化珪素、窒化珪素及び窒化アルミ等の非酸化物系セラミックスの一種又は二種以上を使用することができる。また、炭化珪素-金属珪素複合材や炭化珪素/グラファイト複合材等を用いることもできる。これらの中でも、耐熱性と導電性の両立の観点から、外周壁114及び隔壁113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。外周壁114及び隔壁113の材質が、珪素-炭化珪素複合材を主成分とするものであるというときは、外周壁114及び隔壁113がそれぞれ、珪素-炭化珪素複合材(合計質量)を、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。外周壁114及び隔壁113の材質が、炭化珪素を主成分とするものであるというときは、外周壁114及び隔壁113がそれぞれ、炭化珪素(合計質量)を、全体の90質量%以上含有していることを意味する。 The material of the outer peripheral wall 114 and the partition walls 113 is not particularly limited as long as it is capable of generating heat through Joule heating when current is applied, and ceramics (particularly conductive ceramics) can be used alone or in combination. The material of the outer peripheral wall 114 and the partition walls 113 is not limited to, but can be one or more of oxide-based ceramics such as alumina, mullite, zirconia, and cordierite, or non-oxide-based ceramics such as silicon carbide, silicon nitride, and aluminum nitride. Silicon carbide-metal silicon composites and silicon carbide/graphite composites can also be used. Among these, from the viewpoint of achieving both heat resistance and conductivity, it is preferable that the material of the outer peripheral wall 114 and the partition walls 113 be a silicon-silicon carbide composite or a material primarily composed of silicon carbide, and it is even more preferable that it be a silicon-silicon carbide composite or silicon carbide. When the material of the outer peripheral wall 114 and the partition walls 113 is said to be primarily composed of silicon-silicon carbide composite, it means that the outer peripheral wall 114 and the partition walls 113 each contain 90 mass% or more of the silicon-silicon carbide composite (total mass). Here, the silicon-silicon carbide composite contains silicon carbide particles as aggregate and silicon as a binder that bonds the silicon carbide particles, and it is preferable that multiple silicon carbide particles are bonded by the silicon so as to form pores between the silicon carbide particles. When the material of the outer peripheral wall 114 and the partition walls 113 is said to be primarily composed of silicon carbide, it means that the outer peripheral wall 114 and the partition walls 113 each contain 90 mass% or more of the silicon carbide (total mass).
外周壁114及び隔壁113が、珪素-炭化珪素複合材を含んでいる場合、外周壁114及び隔壁113に含有される「骨材としての炭化珪素粒子の質量」と、外周壁114及び隔壁113に含有される「結合材としての珪素の質量」との合計に対する、外周壁114及び隔壁113に含有される「結合材としての珪素の質量」の比率はそれぞれ、10~40質量%であることが好ましく、15~35質量%であることが更に好ましい。10質量%以上であると、外周壁114及び隔壁113の強度が十分に維持される。40質量%以下であると、焼成時に形状を保持しやすくなる。 When the outer peripheral wall 114 and the partition walls 113 contain a silicon-silicon carbide composite, the ratio of the "mass of silicon as a binder" contained in the outer peripheral wall 114 and the partition walls 113 to the sum of the "mass of silicon carbide particles as aggregate" contained in the outer peripheral wall 114 and the partition walls 113 and the "mass of silicon as a binder" contained in the outer peripheral wall 114 and the partition walls 113 is preferably 10 to 40 mass%, and more preferably 15 to 35 mass%. If it is 10 mass% or more, the strength of the outer peripheral wall 114 and the partition walls 113 is sufficiently maintained. If it is 40 mass% or less, the shape is more easily maintained during firing.
セル115の延びる方向に垂直な断面におけるセル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、四角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110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。 There are no restrictions on the shape of the cells 115 in a cross section perpendicular to their extension direction, but they are preferably rectangular, hexagonal, octagonal, or a combination of these. Of these, rectangular and hexagonal shapes are preferred. By using such a cell shape, pressure loss when exhaust gas flows through the honeycomb structure section 110 is reduced, resulting in excellent catalyst purification performance.
セル115は一方の端面116から他方の端面118まで貫通していてもよい。また、セル115は、一方の端面116が目封止されており他方の端面118が開口を有する第1セルと、一方の端面116が開口を有し他方の端面118が目封止されている第2セルとが隔壁113を挟んで交互に隣接配置されていてもよい。 The cells 115 may extend from one end face 116 to the other end face 118. Alternatively, the cells 115 may be arranged alternately adjacent to each other with the partition wall 113 in between, with first cells having one end face 116 plugged and the other end face 118 having an opening, and second cells having one end face 116 open and the other end face 118 plugged.
セル115を区画形成する隔壁113の厚みは、0.1~0.3mmであることが好ましく、0.1~0.2mmであることがより好ましい。隔壁113の厚みが0.1mm以上であることで、ハニカム構造部110の強度が低下するのを抑制可能である。隔壁113の厚みが0.3mm以下であることで、ハニカム構造部110を触媒担体として用いて、触媒を担持した場合に、排ガスを流したときの圧力損失が大きくなるのを抑制できる。本発明において、隔壁113の厚みは、セル115の延びる方向に垂直な断面において、隣接するセル115の重心同士を結ぶ線分のうち、隔壁113を通過する部分の長さとして定義される。 The thickness of the partition walls 113 that define the cells 115 is preferably 0.1 to 0.3 mm, and more preferably 0.1 to 0.2 mm. Having a thickness of 0.1 mm or more for the partition walls 113 can prevent a decrease in the strength of the honeycomb structure section 110. Having a thickness of 0.3 mm or less for the partition walls 113 can prevent an increase in pressure loss when exhaust gas flows through the honeycomb structure section 110 when the honeycomb structure section 110 is used as a catalyst carrier to support the catalyst. In the present invention, the thickness of the partition walls 113 is defined as the length of the portion of the line segment connecting the centers of gravity of adjacent cells 115 that passes through the partition walls 113 in a cross section perpendicular to the extension direction of the cells 115.
ハニカム構造部110は、セル115の延びる方向に垂直な断面において、セル密度が40~150セル/cm2であることが好ましく、70~100セル/cm2であることが更に好ましい。セル密度をこのような範囲にすることにより、ハニカム構造部110に排ガスを流したときの圧力損失を小さくした状態で、触媒の浄化性能を高くすることができる。セル密度が40セル/cm2以上であると、触媒担持面積が十分に確保される。セル密度が150セル/cm2以下であるとハニカム構造部110を触媒担体として用いて、触媒を担持した場合に、排ガスを流したときの圧力損失が大きくなりすぎることが抑制される。セル密度は、外周壁114よりも内周側のハニカム構造部110の一つの端面の面積でセル数を除して得られる値である。 The honeycomb structure section 110 preferably has a cell density of 40 to 150 cells/ cm2 , more preferably 70 to 100 cells/ cm2 , in a cross section perpendicular to the extension direction of the cells 115. By setting the cell density within this range, it is possible to improve the purification performance of the catalyst while reducing the pressure loss when exhaust gas is passed through the honeycomb structure section 110. When the cell density is 40 cells/ cm2 or more, a sufficient catalyst support area is ensured. When the cell density is 150 cells/ cm2 or less, when the honeycomb structure section 110 is used as a catalyst support to support a catalyst, excessive pressure loss when exhaust gas is passed through the honeycomb structure section 110 is prevented. The cell density is a value obtained by dividing the number of cells by the area of one end face of the honeycomb structure section 110 located on the inner peripheral side of the outer peripheral wall 114.
隔壁113はSi含浸SiCの形態等のように緻密質でもよいが、多孔質とすることが好ましい。隔壁113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%以上であると、焼成時の変形をより抑制しやすくなる。気孔率が60%以下であるとハニカム構造部110の強度が十分に維持される。気孔率は、水銀ポロシメータにより測定した値である。なお、緻密質というのは気孔率が5%以下のことを指す。 The partition walls 113 may be dense, such as in the form of Si-impregnated SiC, but are preferably porous. The porosity of the partition walls 113 is preferably 35 to 60%, and more preferably 35 to 45%. A porosity of 35% or more makes it easier to suppress deformation during firing. A porosity of 60% or less ensures that the strength of the honeycomb structure section 110 is sufficiently maintained. The porosity is a value measured using a mercury porosimeter. Note that a dense structure refers to a porosity of 5% or less.
隔壁113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以上であると、体積抵抗率が大きくなりすぎることが抑制される。平均細孔径が15μm以下であると、体積抵抗率が小さくなりすぎることが抑制される。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。 The average pore diameter of the partition walls 113 is preferably 2 to 15 μm, and more preferably 4 to 8 μm. If the average pore diameter is 2 μm or more, the volume resistivity is prevented from becoming too large. If the average pore diameter is 15 μm or less, the volume resistivity is prevented from becoming too small. The average pore diameter is a value measured using a mercury porosimeter.
(1-2.電極層)
図1A及び図1Bを参照しながら電極層(112a、112b)について説明する。外周壁114の表面には、第一電極層112aがセル115の延びる方向に帯状に設けられている。また、外周壁114の表面には、ハニカム構造部110の中心軸Oを挟んで第一電極層112aと対向するように、第二電極層112bがセル115の延びる方向に帯状に設けられている。一般に、第一電極層112a及び第二電極層112bは、外周壁114よりも体積抵抗率が低い。このため、一対の電極層112a、112bが外周壁114の表面に配設されることで、電流がハニカム構造部110の周方向及びセル115の延びる方向に広がりやすくなるので、ハニカム構造部110の均一発熱性を高めることが可能となる。具体的には、セル115の延びる方向に垂直な断面において、一対の電極層112a、112bのそれぞれの周方向中心からハニカム構造部110の中心軸Oまで延ばした二つの線分のなす角度θ(0°≦θ≦180°)は、150°≦θ≦180°であることが好ましく、160°≦θ≦180°であることがより好ましく、170°≦θ≦180°であることが更により好ましく、180°であることが最も好ましい。
(1-2. Electrode layer)
The electrode layers (112a, 112b) will be described with reference to FIGS. 1A and 1B . A first electrode layer 112a is provided in a strip shape on the surface of the outer peripheral wall 114 in the extension direction of the cells 115. Furthermore, a second electrode layer 112b is provided in a strip shape on the surface of the outer peripheral wall 114 in the extension direction of the cells 115, facing the first electrode layer 112a across the central axis O of the honeycomb structure section 110. In general, the first electrode layer 112a and the second electrode layer 112b have a lower volume resistivity than the outer peripheral wall 114. Therefore, by disposing the pair of electrode layers 112a, 112b on the surface of the outer peripheral wall 114, current is more likely to spread in the circumferential direction of the honeycomb structure section 110 and in the extension direction of the cells 115, thereby improving the uniform heat generation of the honeycomb structure section 110. Specifically, in a cross section perpendicular to the extension direction of the cell 115, the angle θ (0°≦θ≦180°) formed by two line segments extending from the circumferential centers of each of the pair of electrode layers 112a, 112b to the central axis O of the honeycomb structure section 110 is preferably 150°≦θ≦180°, more preferably 160°≦θ≦180°, even more preferably 170°≦θ≦180°, and most preferably 180°.
電極層112a、112bの形成領域に特段の制約はないが、ハニカム構造部110の均一発熱性を高めるという観点からは、電極層112a、112bはそれぞれ、外周壁114の外表面上でハニカム構造部110の周方向及びセル115の延びる方向に帯状に延設することが好ましい。具体的には、セル115の延びる方向に垂直な断面において、各電極層112a、112bの周方向の両端と中心軸Oとを結ぶ2本の線分が作る中心角αは、電流を周方向に広げて均一発熱性を高めるという観点から、30°以上であることが好ましく、40°以上であることがより好ましく、60°以上であることが更により好ましい。但し、中心角αを大きくし過ぎると、ハニカム構造部110の内部を通過する電流が少なくなり、外周壁114付近を通過する電流が多くなる。そこで、当該中心角αは、ハニカム構造部110の均一発熱性の観点から、140°以下であることが好ましく、130°以下であることがより好ましく、120°以下であることが更により好ましい。また、電極層112a、112bはそれぞれ、ハニカム構造部110の両端面間の長さの80%以上の長さに亘って、好ましくは90%以上の長さに亘って、より好ましくは全長に亘って延びていることが望ましい。電極層112a、112bは単層で構成されていてもよく、複数層が積層された積層構造を有することもできる。 While there are no particular restrictions on the formation area of the electrode layers 112a and 112b, from the perspective of improving the uniform heat generation of the honeycomb structure section 110, it is preferable that the electrode layers 112a and 112b each extend in a strip-like manner on the outer surface of the outer wall 114 in the circumferential direction of the honeycomb structure section 110 and in the extension direction of the cells 115. Specifically, in a cross section perpendicular to the extension direction of the cells 115, the central angle α formed by two line segments connecting the circumferential ends of each electrode layer 112a and 112b to the central axis O is preferably 30° or greater, more preferably 40° or greater, and even more preferably 60° or greater, from the perspective of spreading the current circumferentially and improving uniform heat generation. However, if the central angle α is made too large, less current will pass through the interior of the honeycomb structure section 110, and more current will pass near the outer wall 114. Therefore, from the viewpoint of uniform heat generation in the honeycomb structure section 110, the central angle α is preferably 140° or less, more preferably 130° or less, and even more preferably 120° or less. Furthermore, it is desirable that the electrode layers 112a, 112b each extend over 80% or more of the length between both end faces of the honeycomb structure section 110, preferably over 90% or more, and more preferably over the entire length. The electrode layers 112a, 112b may be composed of a single layer, or may have a laminated structure in which multiple layers are stacked.
電極層112a、112bの厚みは、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均一発熱性を高めることができる。電極層112a、112bの厚みが0.01mm以上であると、電気抵抗が適切に制御され、より均一に発熱することができる。5mm以下であると、キャニング時に破損する恐れが低減される。電極層112a、112bの厚みは、厚みを測定しようとする電極層112a、112bの箇所をセル115の延びる方向に垂直な断面で観察したときに、当該測定箇所における電極層112a、112bの外表面の接線に対する法線方向の厚みとして定義される。 The thickness of the electrode layers 112a, 112b is preferably 0.01 to 5 mm, and more preferably 0.01 to 3 mm. Setting the thickness within this range enhances uniform heat generation. When the thickness of the electrode layers 112a, 112b is 0.01 mm or more, electrical resistance is appropriately controlled, allowing for more uniform heat generation. When the thickness is 5 mm or less, the risk of breakage during canning is reduced. The thickness of the electrode layers 112a, 112b is defined as the thickness in the direction normal to the tangent to the outer surface of the electrode layers 112a, 112b at the measurement point when the location of the electrode layers 112a, 112b where the thickness is to be measured is observed in a cross section perpendicular to the extension direction of the cell 115.
電極層112a、112bの体積抵抗率を隔壁113及び外周壁114の体積抵抗率より低くすることにより、電極層112a、112bに優先的に電気が流れやすくなり、通電時に電気がハニカム構造部110の周方向及びセル115の延びる方向に広がりやすくなる。電極層112a、112bの体積抵抗率は、隔壁113及び外周壁114の体積抵抗率の1/10以下であることが好ましく、1/20以下であることがより好ましく、1/30以下であることが更により好ましい。但し、両者の体積抵抗率の差が大きくなりすぎると対向する電極層112a、112bの端部間に電流が集中してハニカム構造部110の発熱が偏ることから、電極層112a、112bの体積抵抗率は、隔壁113及び外周壁114の体積抵抗率の1/200以上であることが好ましく、1/150以上であることがより好ましく、1/100以上であることが更により好ましい。本発明において、電極層、隔壁及び外周壁の体積抵抗率は、四端子法により25℃で測定した値とする。 By making the volume resistivity of the electrode layers 112a, 112b lower than that of the partition walls 113 and the outer peripheral wall 114, electricity flows preferentially through the electrode layers 112a, 112b, and when energized, electricity spreads more easily in the circumferential direction of the honeycomb structure section 110 and in the extension direction of the cells 115. The volume resistivity of the electrode layers 112a, 112b is preferably 1/10 or less of the volume resistivity of the partition walls 113 and the outer peripheral wall 114, more preferably 1/20 or less, and even more preferably 1/30 or less. However, if the difference in volume resistivity between the two becomes too large, current will concentrate between the ends of the opposing electrode layers 112a, 112b, causing uneven heat generation in the honeycomb structure section 110. Therefore, the volume resistivity of the electrode layers 112a, 112b is preferably 1/200 or more, more preferably 1/150 or more, and even more preferably 1/100 or more of the volume resistivity of the partition walls 113 and outer peripheral wall 114. In the present invention, the volume resistivities of the electrode layers, partition walls, and outer peripheral wall are values measured at 25°C using the four-terminal method.
電極層112a、112bの材質は、限定的ではないが、金属とセラミックス(とりわけ導電性セラミックス)との複合材(サーメット)を使用することができる。金属としては、例えばCr、Fe、Co、Ni、Si又はTiの単体金属又はこれらの金属から選択される少なくとも一種の金属を含有する合金が挙げられる。セラミックスとしては、限定的ではないが、炭化珪素(SiC)の他、珪化タンタル(TaSi2)及び珪化クロム(CrSi2)等の金属珪化物等の金属化合物が挙げられる。金属とセラミックスとの複合材(サーメット)の具体例としては、金属珪素と炭化珪素の複合材、珪化タンタルや珪化クロム等の金属珪化物と金属珪素と炭化珪素の複合材、更には上記の一種又は二種以上の金属に熱膨張低減の観点から、アルミナ、ムライト、ジルコニア、コージェライト、窒化珪素及び窒化アルミ等の絶縁性セラミックスを一種又は二種以上添加した複合材が挙げられる。電極層112a、112bの材質としては、上記の各種金属及びセラミックスの中でも、金属珪素と炭化珪素の複合材とすることが、隔壁及び外周壁と同時に焼成できるので製造工程の簡素化に資するという理由により好ましい。 The material of the electrode layers 112a, 112b is not limited to, but may be a composite (cermet) of metal and ceramic (especially conductive ceramic). Examples of metals include, for example, Cr, Fe, Co, Ni, Si, or Ti, or alloys containing at least one metal selected from these metals. Examples of ceramics include, but are not limited to, silicon carbide (SiC), as well as metal compounds such as metal silicides, such as tantalum silicide (TaSi 2 ) and chromium silicide (CrSi 2 ). Specific examples of composites (cermets) of metal and ceramic include composites of metal silicon and silicon carbide, composites of metal silicides, such as tantalum silicide or chromium silicide, and composites in which one or more insulating ceramics, such as alumina, mullite, zirconia, cordierite, silicon nitride, and aluminum nitride, are added to one or more of the above metals to reduce thermal expansion. As the material for the electrode layers 112a, 112b, among the various metals and ceramics mentioned above, a composite material of metal silicon and silicon carbide is preferred because it can be fired simultaneously with the partition walls and the outer peripheral wall, which contributes to simplifying the manufacturing process.
(1-3.金属端子)
図1A及び図1Bを参照すると、電気加熱型担体100は、第一電極層112aに電気的に接続された少なくとも一つの第一金属端子130aと、第二電極層112bに電気的に接続された少なくとも一つの第二金属端子130bとを設けることができる。第一電極層112aと第一金属端子130aは直接接合されもよいし、熱膨張差を緩和して接合信頼性の改善を図る目的で両者の間に一層又は二層以上の下地層(不図示)を設けてもよい。同様に、第二電極層112bと第二金属端子130bは直接接合されもよいし、熱膨張差を緩和して接合信頼性の改善を図る目的で両者の間に一層又は二層以上の下地層を設けてもよい。
(1-3. Metal terminal)
1A and 1B , the electrically heated carrier 100 may include at least one first metal terminal 130a electrically connected to the first electrode layer 112a and at least one second metal terminal 130b electrically connected to the second electrode layer 112b. The first electrode layer 112a and the first metal terminal 130a may be directly bonded to each other, or one or more base layers (not shown) may be provided between them to reduce the difference in thermal expansion and improve the bonding reliability. Similarly, the second electrode layer 112b and the second metal terminal 130b may be directly bonded to each other, or one or more base layers may be provided between them to reduce the difference in thermal expansion and improve the bonding reliability.
金属端子130a、130bを介してハニカム構造部110に電圧を印加すると通電してハニカム構造部110にジュール熱が発生する。このため、ハニカム構造部110はヒーターとしても好適に用いることができる。これにより、ハニカム構造部110の均一発熱性を向上させることが可能となる。印加する電圧は12~900Vが好ましく、48~600Vが更に好ましいが、印加する電圧は適宜変更可能である。 When a voltage is applied to the honeycomb structure section 110 via the metal terminals 130a and 130b, electricity flows and Joule heat is generated in the honeycomb structure section 110. Therefore, the honeycomb structure section 110 can also be suitably used as a heater. This makes it possible to improve the uniform heat generation of the honeycomb structure section 110. The applied voltage is preferably 12 to 900 V, and more preferably 48 to 600 V, but the applied voltage can be changed as appropriate.
金属端子130a、130bと電極層112a、112b(下地層が設けられる場合は下地層)の接合方法には、特に制限はないが、例えば、溶接、溶射、ロウ付が挙げられる。中でも、800℃以上に加熱しても接合部の変質が少ないという理由により、溶接、溶射が好ましい。 There are no particular restrictions on the method for joining the metal terminals 130a, 130b to the electrode layers 112a, 112b (or the base layer, if provided), but examples include welding, thermal spraying, and brazing. Of these, welding and thermal spraying are preferred because they cause minimal deterioration at the joint even when heated to 800°C or higher.
金属端子130a、130bの材質としては、金属であれば特段の制約はなく、単体金属及び合金等を採用することもできるが、耐食性、体積抵抗率及び線膨張率の観点から例えば、Cr、Fe、Co、Ni及びTiよりなる群から選択される少なくとも一種を含む合金とすることが好ましく、ステンレス鋼及びFe-Ni合金がより好ましい。 There are no particular restrictions on the material of the metal terminals 130a and 130b, as long as it is metal, and simple metals and alloys can be used. However, from the standpoint of corrosion resistance, volume resistivity, and linear expansion coefficient, it is preferable to use an alloy containing at least one element selected from the group consisting of Cr, Fe, Co, Ni, and Ti, with stainless steel and Fe-Ni alloys being more preferred.
(2.製造方法)
次に、本発明の一実施形態に係る電気加熱型担体を製造する方法について例示的に説明する。当該電気加熱型担体は、ハニカム成形体を得る工程A1と、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造体を得る工程A2と、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造体を焼成してハニカム構造体を得る工程A3と、ハニカム構造体の電極層に金属端子を接合する工程A4とを含む製造方法により製造可能である。
(2. Manufacturing method)
Next, a method for manufacturing an electrically heated carrier according to one embodiment of the present invention will be described by way of example. The electrically heated carrier can be manufactured by a manufacturing method including a step A1 of obtaining a honeycomb formed body, a step A2 of obtaining an unfired honeycomb structure with an electrode layer forming paste, a step A3 of firing the unfired honeycomb structure with the electrode layer forming paste to obtain a honeycomb structure, and a step A4 of joining metal terminals to the electrode layers of the honeycomb structure.
(工程A1)
工程A1は、ハニカム構造体の前駆体であるハニカム成形体を成形する工程である。ハニカム成形体の作製は、公知のハニカム構造体の製造方法におけるハニカム成形体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粉末の質量との合計に対して、金属珪素粉末の質量が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。なお、これは、ハニカム構造体の材質を、珪素-炭化珪素複合材とする場合の成形原料の配合であり、ハニカム構造体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。
(Step A1)
Step A1 is a step of forming a honeycomb formed body, which is a precursor of the honeycomb structure. The honeycomb formed body can be produced in accordance with a method for producing a honeycomb formed body in a known honeycomb structure manufacturing method. For example, first, a forming raw material is produced by adding metal silicon powder (metal silicon), a binder, a surfactant, a pore-forming material, water, etc. to silicon carbide powder (silicon carbide). It is preferable that the mass of the metal silicon powder is 10 to 40 mass% relative to the total mass of the silicon carbide powder and the metal silicon powder. The average particle diameter of the silicon carbide particles in the silicon carbide powder is preferably 3 to 50 μm, more preferably 3 to 40 μm. The average particle diameter of the metal silicon particles in the metal silicon powder is preferably 2 to 35 μm. The average particle diameter of the silicon carbide particles and the metal silicon particles refers to the arithmetic mean diameter based on volume when measuring the particle size frequency distribution by laser diffraction. The silicon carbide particles are fine particles of silicon carbide that constitute silicon carbide powder, and the metallic silicon particles are fine particles of metallic silicon that constitute metallic silicon powder. Note that this is the blending of the forming raw materials when the material of the honeycomb structure is a silicon-silicon carbide composite material, and when the material of the honeycomb structure is silicon carbide, metallic silicon is not added.
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。 Examples of binders include methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxypropoxyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and polyvinyl alcohol. Among these, it is preferable to use a combination of methyl cellulose and hydroxypropoxyl cellulose. The binder content is preferably 2.0 to 10.0 parts by mass when the total mass of the silicon carbide powder and metallic silicon powder is 100 parts by mass.
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。 Surfactants that can be used include ethylene glycol, dextrin, fatty acid soap, polyalcohol, etc. These may be used alone or in combination of two or more. The surfactant content is preferably 0.1 to 2.0 parts by mass when the total mass of the silicon carbide powder and metallic silicon powder is 100 parts by mass.
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。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。 The pore-forming material is not particularly limited as long as it forms pores after firing, and examples include graphite, starch, foamed resin, water-absorbent resin, silica gel, etc. The content of the pore-forming material is preferably 0.5 to 10.0 parts by mass when the total mass of the silicon carbide powder and metallic silicon powder is 100 parts by mass. The average particle diameter of the pore-forming material is preferably 10 to 30 μm. The average particle diameter of the pore-forming material refers to the arithmetic mean diameter on a volume basis when the particle size frequency distribution is measured using laser diffraction. When the pore-forming material is a water-absorbent resin, the average particle diameter of the pore-forming material refers to the average particle diameter after absorbing water.
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。 The water content is preferably 20 to 60 parts by mass when the total mass of the silicon carbide powder and metallic silicon powder is 100 parts by mass.
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、外周壁及び隔壁を有するハニカム成形体を作製する。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。第三抵抗領域110Cの一部の隔壁113に欠損して構成されたスリットを設ける場合には、隔壁を欠損させる部分に対応する口金の一部を閉塞することによって、隔壁を欠損することができる。次に、得られたハニカム成形体について、乾燥を行うことが好ましい。ハニカム成形体の中心軸方向長さが、所望の長さではない場合は、ハニカム成形体の両端部を切断して所望の長さとすることができる。乾燥後のハニカム成形体をハニカム乾燥体と呼ぶ。 Next, the obtained molding raw materials are kneaded to form a clay, which is then extruded to produce a honeycomb molded body having an outer wall and partition walls. A die having the desired overall shape, cell shape, partition wall thickness, cell density, etc. can be used during extrusion molding. When providing slits by removing a portion of the partition walls 113 in the third resistance region 110C, the partition walls can be removed by closing a portion of the die corresponding to the portion where the partition walls are to be removed. Next, the obtained honeycomb molded body is preferably dried. If the length of the honeycomb molded body in the central axis direction is not the desired length, both ends of the honeycomb molded body can be cut to the desired length. The dried honeycomb molded body is called a dried honeycomb body.
工程A1の変形例として、ハニカム成形体を一旦焼成してもよい。すなわち、この変形例では、ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を作製し、当該ハニカム焼成体に対して工程A2を実施する。 As a variation of step A1, the honeycomb formed body may be fired first. That is, in this variation, the honeycomb formed body is fired to produce a honeycomb fired body, and step A2 is then performed on the honeycomb fired body.
(工程A2)
工程A2は、ハニカム成形体の側面に電極層形成ペーストを塗布して、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造体を得る工程である。電極層形成ペーストは、電極層の要求特性に応じて配合した原料粉(金属粉末、及び、セラミックス粉末等)に各種添加剤を適宜添加して混練することで形成することができる。原料粉の平均粒子径は、限定的ではないが、例えば、5~50μmであることが好ましく、10~30μmであることがより好ましい。原料粉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。
(Step A2)
Step A2 is a step of applying an electrode layer forming paste to the side surface of the honeycomb formed body to obtain an unfired honeycomb structure with the electrode layer forming paste. The electrode layer forming paste can be formed by appropriately adding various additives to raw material powders (metal powders, ceramic powders, etc.) blended according to the required characteristics of the electrode layer, and kneading the mixture. The average particle diameter of the raw material powder is not limited, but is preferably, for example, 5 to 50 μm, and more preferably 10 to 30 μm. The average particle diameter of the raw material powder refers to the arithmetic mean diameter on a volume basis when the particle size frequency distribution is measured by laser diffraction.
次に、得られた電極層形成ペーストを、ハニカム成形体(典型的にはハニカム乾燥体)の側面の所要箇所に塗布し、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造体を得る。電極層形成ペーストを調合する方法、及び電極層形成ペーストをハニカム成形体に塗布する方法については、公知のハニカム構造体の製造方法に準じて行うことができるが、電極層を外周壁及び隔壁に比べて低い体積抵抗率にするために、外周壁及び隔壁よりも金属の含有比率を高めたり、原料粉中の金属粒子の粒径を小さくしたりすることができる。 Next, the obtained electrode layer forming paste is applied to the required locations on the side of a honeycomb formed body (typically a dried honeycomb body) to obtain an unfired honeycomb structure with electrode layer forming paste. The method of preparing the electrode layer forming paste and the method of applying the electrode layer forming paste to the honeycomb formed body can be carried out in accordance with known honeycomb structure manufacturing methods. However, in order to give the electrode layer a lower volume resistivity than the outer wall and partition walls, the metal content can be made higher than that of the outer wall and partition walls, or the particle size of the metal particles in the raw material powder can be made smaller.
(工程A3)
工程A3は、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造体を焼成してハニカム構造体を得る工程である。焼成前に、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造体を乾燥してもよい。また、焼成前に、バインダ等を除去するため、脱脂を行ってもよい。焼成条件としては、ハニカム構造体の材質にもよるが、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、酸化処理を行うことが好ましい。脱脂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。
(Step A3)
Step A3 is a step of obtaining a honeycomb structure by firing the unfired honeycomb structure with the electrode layer forming paste. The unfired honeycomb structure with the electrode layer forming paste may be dried before firing. Furthermore, degreasing may be performed before firing to remove binders and the like. Firing conditions vary depending on the material of the honeycomb structure, but preferably involve heating at 1400 to 1500°C for 1 to 20 hours in an inert atmosphere such as nitrogen or argon. Furthermore, after firing, it is preferable to perform oxidation treatment at 1200 to 1350°C for 1 to 10 hours to improve durability. The degreasing and firing methods are not particularly limited, and firing can be performed using an electric furnace, a gas furnace, or the like.
(工程A4)
工程A4は、ハニカム構造体の電極層上に金属端子を接合する工程である。接合方法としては、溶接、溶射、ロウ付などがあり、これらの方法により金属端子を接合する。
(Step A4)
In step A4, a metal terminal is bonded onto the electrode layer of the honeycomb structure by a bonding method such as welding, thermal spraying, or brazing.
ハニカム構造体には用途に応じて適切な触媒を担持してもよい。ハニカム構造体に触媒を担持させる方法としては、例示的には、触媒スラリーを、従来公知の吸引法等によりセル内に導入し、隔壁の表面や細孔に付着させた後、高温処理を施して、触媒スラリーに含まれる触媒を隔壁に焼き付けて、担持する方法が挙げられる。 A suitable catalyst may be supported on the honeycomb structure depending on the application. One example of a method for supporting a catalyst on a honeycomb structure is to introduce a catalyst slurry into the cells using a conventional suction method, allow it to adhere to the surfaces and pores of the partition walls, and then subject it to high-temperature treatment to bake the catalyst contained in the catalyst slurry onto the partition walls and support it.
(3.排ガス浄化装置)
本発明の実施形態に係る電気加熱型担体は、排ガス浄化装置に用いることができる。排ガス浄化装置は、電気加熱型担体と、電気加熱型担体を収容する筒状の金属管とを有する。排ガス浄化装置において、電気加熱型担体は、エンジンからの排ガスを流すための排ガス流路の途中に設置することができる。金属管としては、電気加熱型担体を収容する金属製の筒状部材等を用いることができる。
(3. Exhaust gas purification device)
The electrically heated carrier according to the embodiment of the present invention can be used in an exhaust gas purification device. The exhaust gas purification device has an electrically heated carrier and a cylindrical metal tube that houses the electrically heated carrier. In the exhaust gas purification device, the electrically heated carrier can be installed midway through an exhaust gas flow path for flowing exhaust gas from an engine. The metal tube can be a metallic cylindrical member that houses the electrically heated carrier.
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。 The following examples are provided to provide a better understanding of the present invention and its advantages, but the present invention is not limited to these examples.
<I.試験番号1~8>
(1.円柱状の坏土の作製)
炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末とを80:20の質量割合で混合してセラミックス原料を調製した。そして、セラミックス原料に、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。
<I. Test Numbers 1 to 8>
(1. Preparation of cylindrical clay)
A ceramic raw material was prepared by mixing silicon carbide (SiC) powder and metallic silicon (Si) powder in a mass ratio of 80:20. Hydroxypropyl methylcellulose as a binder, a water-absorbent resin as a pore-forming material, and water were added to the ceramic raw material to form a molding raw material. The molding raw material was then kneaded using a vacuum kneader to prepare a cylindrical clay. The binder content was 7 parts by mass when the total of the silicon carbide (SiC) powder and metallic silicon (Si) powder was 100 parts by mass. The pore-forming material content was 3 parts by mass when the total of the silicon carbide (SiC) powder and metallic silicon (Si) powder was 100 parts by mass. The water content was 42 parts by mass when the total of the silicon carbide (SiC) powder and metallic silicon (Si) powder was 100 parts by mass. The average particle diameter of the silicon carbide powder was 20 μm, and the average particle diameter of the metallic silicon powder was 6 μm. The average particle size of the pore-forming material was 20 μm. The average particle sizes of the silicon carbide powder, the metallic silicon powder, and the pore-forming material refer to the arithmetic mean diameter on a volume basis when the particle size frequency distribution is measured by laser diffraction.
(2.ハニカム乾燥体の作製)
得られた円柱状の坏土を碁盤目状の口金構造を有する押出成形機を用いて成形し、セルの流路方向に垂直な断面における各セル形状が六角形である円柱状ハニカム成形体を得た。押出成形の際、試験番号1においてはすべての隔壁の厚みが一定となるように口金を設計した。一方、試験番号2~8に対しては、セルの延びる方向に直交する断面を、第一電極層112aが上側に、第二電極層112bが下側に位置するように観察したときに、図3に示すような、当該断面を左右に横断し、上下方向の幅が一定の帯状の第三抵抗領域110Cが形成されるように、第三抵抗領域110Cを形成予定の場所にある隔壁の厚みを、第一抵抗領域110A及び第二抵抗領域110Bを形成予定の場所にある隔壁の厚みに比べて薄くした。薄さの度合いは試験番号に応じて変化させた。このハニカム成形体を高周波誘電加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて120℃で2時間乾燥し、両端面を所定量切断して、ハニカム乾燥体を作製した。
(2. Preparation of dried honeycomb body)
The obtained cylindrical clay was molded using an extrusion molding machine with a grid-patterned die structure to obtain a cylindrical honeycomb molded body in which each cell had a hexagonal shape in a cross section perpendicular to the cell flow direction. During extrusion molding, the die was designed so that all partition walls had a uniform thickness in Test No. 1. Meanwhile, for Test Nos. 2 to 8, when a cross section perpendicular to the cell extension direction was observed with the first electrode layer 112a positioned on the upper side and the second electrode layer 112b positioned on the lower side, the thickness of the partition walls in the locations where the third resistance region 110C was to be formed was made thinner than the thickness of the partition walls in the locations where the first resistance region 110A and the second resistance region 110B were to be formed, so that a strip-shaped third resistance region 110C with a uniform width in the vertical direction was formed across the cross section, as shown in FIG. 3 . The degree of thinning varied depending on the test number. This honeycomb molded body was dried by high frequency dielectric heating, and then dried at 120° C. for 2 hours using a hot air dryer, and both end faces were cut off by a predetermined amount to prepare a dried honeycomb body.
(3.電極層形成ペーストの調製)
金属珪素(Si)粉末、炭化珪素(SiC)粉末、メチルセルロース、グリセリン、及び水を、自転公転攪拌機で混合して、電極層形成ペーストを調製した。Si粉末、及びSiC粉末は体積比で、Si粉末:SiC粉末=40:60となるように配合した。また、Si粉末、及びSiC粉末の合計を100質量部としたときに、メチルセルロースは0.5質量部であり、グリセリンは10質量部であり、水は38質量部であった。金属珪素粉末の平均粒子径は6μmであった。炭化珪素粉末の平均粒子径は35μmであった。これら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。
(3. Preparation of electrode layer forming paste)
Metallic silicon (Si) powder, silicon carbide (SiC) powder, methyl cellulose, glycerin, and water were mixed using a planetary centrifugal mixer to prepare an electrode layer-forming paste. The Si powder and SiC powder were blended in a volume ratio of Si powder:SiC powder = 40:60. Furthermore, when the total of the Si powder and SiC powder was 100 parts by mass, the methyl cellulose was 0.5 parts by mass, the glycerin was 10 parts by mass, and the water was 38 parts by mass. The average particle diameter of the metallic silicon powder was 6 μm. The average particle diameter of the silicon carbide powder was 35 μm. These average particle diameters refer to the arithmetic mean diameter based on volume when the particle size frequency distribution was measured by laser diffraction.
(4.電極層形成ペーストの塗布)
上記の電極層形成ペーストを上記のハニカム乾燥体の外周壁の外表面上に中心軸を挟んで対向するように、曲面印刷機によって二箇所塗布した。各塗布部は、ハニカム乾燥体の両端面間の全長に亘って帯状に形成した(角度θ=180°、中心角α=100°)。
(4. Application of electrode layer forming paste)
The electrode layer forming paste was applied to two locations on the outer surface of the peripheral wall of the dried honeycomb body using a curved surface printing machine, facing each other across the central axis. Each application location was formed in a strip shape over the entire length between both end faces of the dried honeycomb body (angle θ = 180°, central angle α = 100°).
(5.焼成)
電極層形成ペースト付きハニカム乾燥体を120℃で乾燥した後、大気雰囲気において、550℃で3時間、脱脂した。次に、脱脂した電極層形成ペースト付きハニカム乾燥体を焼成し、その後に酸化処理して、電極層付きハニカム構造体を作製した。焼成は、1450℃のアルゴン雰囲気中で2時間行った。酸化処理は、1300℃の大気中で1時間行った。なお、各試験番号における電極層付きハニカム構造体は以下の評価に必要な個数を作製した。
(5. Firing)
The dried honeycomb body with the electrode layer forming paste was dried at 120°C and then degreased in an air atmosphere at 550°C for 3 hours. Next, the degreased dried honeycomb body with the electrode layer forming paste was fired and then subjected to an oxidation treatment to produce a honeycomb structure with an electrode layer. The firing was performed in an argon atmosphere at 1450°C for 2 hours. The oxidation treatment was performed in air at 1300°C for 1 hour. Note that the number of honeycomb structures with electrode layers for each test number required for the following evaluations was produced.
上記の製造条件で得られた電極層付きハニカム構造体は、端面が直径93mm(電極層を除く)の円形であり、高さ(セルの延びる方向における長さ)が65mmであった。セル密度は90セル/cm2であり、外周壁の厚みは300μmであり、隔壁の気孔率は45%であり、隔壁の平均細孔径は8.6μmであった。電極層の厚みは0.3mmであった。また、各試験番号における抵抗領域毎の隔壁の厚みを表1に示す。 The honeycomb structure with electrode layers obtained under the above manufacturing conditions had circular end faces with a diameter of 93 mm (excluding the electrode layers) and a height (length in the cell extension direction) of 65 mm. The cell density was 90 cells/ cm2 , the outer wall thickness was 300 μm, the partition wall porosity was 45%, and the partition wall average pore diameter was 8.6 μm. The electrode layer thickness was 0.3 mm. Table 1 also shows the partition wall thickness for each resistance region for each test number.
また、上記の製造条件で得られた試験番号2~8に係る電極層付きハニカム構造体のハニカム構造部における抵抗領域の配置については何れも、L=93mm、D1=0.05×L(4.89mm)、D2=0.05×L(4.89mm)であった。L、D1及びD2の定義は先述した通りである。また、第一抵抗領域110A、第二抵抗領域110B及び第三抵抗領域110Cは、中心軸Oを通り、第一電極層112aの外周方向中心と第二電極層112bの外周方向中心を結ぶ直線Lに垂直な直線Nを対称中心として線対称に形成されていた。 The arrangement of the resistance regions in the honeycomb structure portion of the electrode layer-attached honeycomb structures according to test numbers 2 to 8, obtained under the above manufacturing conditions, was L = 93 mm, D1 = 0.05 × L (4.89 mm), and D2 = 0.05 × L (4.89 mm). The definitions of L, D1, and D2 are as described above. The first resistance region 110A, second resistance region 110B, and third resistance region 110C were formed symmetrically with respect to a line N that passes through the central axis O and is perpendicular to a line L connecting the circumferential center of the first electrode layer 112a and the circumferential center of the second electrode layer 112b.
試験番号1においては、ハニカム構造部内における単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗は実質的に一定であることから、ハニカム構造部から任意の一箇所について3cm3の直方体サンプルを採取し、四端子法に従って室温(25℃)で測定することで求めた。試験番号2~8においては、第一抵抗領域110A、第二抵抗領域110B及び第三抵抗領域110Cにおける単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗は各領域内でそれぞれ実質的に一定であるため、ハニカム構造部の各抵抗領域から任意の一箇所について3cm3の直方体サンプルを採取し、四端子法に従って室温(25℃)で測定することで求めた。結果を表1に示す。なお、表1に記載の電気抵抗の値は、各抵抗領域における単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗の平均値と一致する。 In Test No. 1, the electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) within the honeycomb structure was substantially constant, so a 3 cm 3 rectangular parallelepiped sample was taken from any location within the honeycomb structure and measured at room temperature (25°C) using the four-terminal method. In Test Nos. 2 to 8, the electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) within the first resistance region 110A, second resistance region 110B, and third resistance region 110C was substantially constant within each region, so a 3 cm 3 rectangular parallelepiped sample was taken from any location within each resistance region of the honeycomb structure and measured at room temperature (25°C) using the four-terminal method. The results are shown in Table 1. The electrical resistance values listed in Table 1 correspond to the average electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) within each resistance region.
(6.温度分布のシミュレーション)
上記の製造条件で得られたハニカム構造体について、一対の電極層のそれぞれの表面中央に7kWの電力となるような電圧を30s印加したときの、セルの延びる方向に直交する断面であって、ハニカム構造部のセルの延びる方向の中央における温度分布を市販の有限要素法CAE解析のソフトウェアを使用して、シミュレーションした。温度の測定箇所は図3に示すt1~t5の5箇所ある。なお、第一抵抗領域110A、第二抵抗領域110B及び第三抵抗領域110Cは、直線Nを対称中心として線対称に形成されているため、図3における下半分の温度分布は記載していないが、概ね上半分と線対称に現れる。結果を表2に示す。
(6. Simulation of Temperature Distribution)
For the honeycomb structure obtained under the above manufacturing conditions, a voltage of 7 kW was applied to the center of each surface of a pair of electrode layers for 30 seconds. The temperature distribution at the center of the honeycomb structure in the cell extension direction, in a cross section perpendicular to the cell extension direction, was simulated using commercially available finite element CAE analysis software. Temperatures were measured at five locations, t1 to t5 , as shown in Figure 3. Since the first resistance region 110A, the second resistance region 110B, and the third resistance region 110C are formed in line symmetry with respect to the line N, the temperature distribution in the lower half of Figure 3 is not shown, but appears generally line symmetrical to the upper half. The results are shown in Table 2.
(7.クラック評価)
上記の製造条件で得られたハニカム構造体について、一対の電極層のそれぞれの表面中央に7kWの電力となるような電圧を30s印加した後の外周壁及び電極層のクラックを目視で評価した。クラックの評価は以下の基準とした。結果を表2に示す。
A:クラック無し
B:微小クラックあり(通電分布からクラックが確認できず、通電性能に影響しないレベル)
C:クラックあり(通電分布からクラックが確認でき、通電性能に影響するレベル)
(7. Crack Evaluation)
For the honeycomb structures obtained under the above manufacturing conditions, a voltage of 7 kW was applied to the center of each surface of a pair of electrode layers for 30 seconds, and then the outer wall and the electrode layers were visually evaluated for cracks. The evaluation of the cracks was based on the following criteria. The results are shown in Table 2.
A: No cracks B: Minor cracks (no cracks were observed from the current distribution, and the cracks were at a level that did not affect current-carrying performance)
C: Cracks present (cracks can be seen from the distribution of current flow, and are at a level that affects current flow performance)
<II.試験番号9~12>
第一電極層112aの外周方向中心と第二電極層112bの外周方向中心を結ぶ直線が、ハニカム構造部110を横切る長さ(L)、電極層の形成領域(中心角α)、第一抵抗領域110A、第二抵抗領域110B及び第三抵抗領域110Cの配置(D1及びD2)を表2に示すように変化させた他は、試験番号3と同様の手順で円柱状のハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体について、試験番号3と同様の方法で、温度分布のシミュレーション及びクラック評価を行った。結果を表2に示す。
<II. Test Nos. 9 to 12>
Cylindrical honeycomb structures were obtained in the same manner as in Test No. 3, except that the length (L) of the line connecting the circumferential center of the first electrode layer 112a and the circumferential center of the second electrode layer 112b across the honeycomb structure portion 110, the formation area of the electrode layers (central angle α), and the arrangements (D1 and D2) of the first resistance region 110A, the second resistance region 110B, and the third resistance region 110C were changed as shown in Table 2. Temperature distribution simulation and crack evaluation were performed on the obtained honeycomb structures in the same manner as in Test No. 3. The results are shown in Table 2.
<III.試験番号13>
(1.円柱状の坏土の作製)
直径が異なる他は、試験番号1と同様の手順で円柱状の坏土を作製した。
<III. Test No. 13>
(1. Preparation of cylindrical clay)
Cylindrical clay bodies were prepared in the same manner as in Test No. 1, except for the diameter.
(2.ハニカム乾燥体の作製)
得られた円柱状の坏土を碁盤目状の口金構造を有する押出成形機を用いて成形し、セルの流路方向に垂直な断面における各セル形状が六角形である円柱状ハニカム成形体を得た。押出成形の際、セルの延びる方向に直交する断面を、第一電極層112aが上側に、第二電極層112bが下側に位置するように観察したときに、図4に示すような、セルの延びる方向に直交する断面を左右に横断し、上下方向の幅が一定の帯状の第三抵抗領域110Cが形成されるように、第三抵抗領域110Cを形成予定の場所にある隔壁の厚みを、第一抵抗領域110A及び第二抵抗領域110Bを形成予定の場所にある隔壁の厚みに比べて薄くした。更に、第三抵抗領域110Cの中に以下の三つの領域が形成されるように、第三抵抗領域110Cにおける隔壁の厚みを調整した。
・ハニカム構造部110の中心軸Oを含む中心部110C1。
・中心部110C1の左端に隣接して第三抵抗領域110Cの左端まで延び、中心部110C1よりも単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗が低い左側部110C2。
・中心部110C1の右端に隣接して第三抵抗領域110Cの右端まで延び、中心部110C1よりも単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗が低い右側部110C3。
(2. Preparation of dried honeycomb body)
The obtained cylindrical clay was molded using an extruder with a grid-like die structure to obtain a cylindrical honeycomb molded body in which each cell had a hexagonal shape in a cross section perpendicular to the cell flow direction. During extrusion molding, when a cross section perpendicular to the cell extension direction is observed with the first electrode layer 112a positioned on the upper side and the second electrode layer 112b positioned on the lower side, the thickness of the partition walls in the location where the third resistance region 110C was to be formed was made thinner than the thickness of the partition walls in the locations where the first resistance region 110A and the second resistance region 110B were to be formed so that a strip-shaped third resistance region 110C with a constant width in the up-down direction and extending horizontally across the cross section perpendicular to the cell extension direction, as shown in FIG. 4, was formed. Furthermore, the thickness of the partition walls in the third resistance region 110C was adjusted so that the following three regions were formed within the third resistance region 110C.
A central portion 110C1 including the central axis O of the honeycomb structure portion 110.
A left side portion 110C2 that is adjacent to the left end of the central portion 110C1 and extends to the left end of the third resistance region 110C, and has a lower electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) than the central portion 110C1.
A right side portion 110C3 that is adjacent to the right end of the central portion 110C1 and extends to the right end of the third resistance region 110C, and has a lower electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) than the central portion 110C1.
このハニカム成形体を高周波誘電加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて120℃で2時間乾燥し、両端面を所定量切断して、ハニカム乾燥体を作製した。 This honeycomb molded body was dried using high-frequency dielectric heating, then dried at 120°C for 2 hours using a hot air dryer, and both end faces were cut off to a specified length to produce a dried honeycomb body.
(3.電極層形成ペーストの調製)
試験番号1と同様の電極層形成ペーストを調製した。
(3. Preparation of electrode layer forming paste)
An electrode layer forming paste similar to that of Test No. 1 was prepared.
(4.電極層形成ペーストの塗布)
上記の電極層形成ペーストを上記のハニカム乾燥体の外周壁の外表面上に中心軸を挟んで対向するように、曲面印刷機によって二箇所塗布した。各塗布部は、ハニカム乾燥体の両端面間の全長に亘って帯状に形成した(角度θ=180°、中心角α=93°)。
(4. Application of electrode layer forming paste)
The electrode layer forming paste was applied to two locations on the outer surface of the outer wall of the dried honeycomb body, facing each other across the central axis, using a curved surface printing machine. Each application location was formed in a strip shape over the entire length between both end faces of the dried honeycomb body (angle θ = 180°, central angle α = 93°).
(5.焼成)
電極層形成ペースト付きハニカム乾燥体を120℃で乾燥した後、大気雰囲気において、550℃で3時間、脱脂した。次に、脱脂した電極層形成ペースト付きハニカム乾燥体を焼成し、その後に酸化処理して、電極層付きハニカム構造体を作製した。焼成は、1450℃のアルゴン雰囲気中で2時間行った。酸化処理は、1300℃の大気中で1時間行った。なお、各試験番号における電極層付きハニカム構造体は以下の評価に必要な個数を作製した。
(5. Firing)
The dried honeycomb body with the electrode layer forming paste was dried at 120°C and then degreased in an air atmosphere at 550°C for 3 hours. Next, the degreased dried honeycomb body with the electrode layer forming paste was fired and then subjected to an oxidation treatment to produce a honeycomb structure with an electrode layer. The firing was performed in an argon atmosphere at 1450°C for 2 hours. The oxidation treatment was performed in air at 1300°C for 1 hour. Note that the number of honeycomb structures with electrode layers for each test number required for the following evaluations was produced.
上記の製造条件で得られた電極層付きハニカム構造体は、端面が直径118mm(電極層を除く)の円形であり、高さ(セルの延びる方向における長さ)が65mmであった。セル密度は90セル/cm2であり、外周壁の厚みは300μmであり、隔壁の気孔率は45%であり、隔壁の平均細孔径は8.6μmであった。電極層の厚みは0.3mmであった。また、抵抗領域毎の隔壁の厚みを表1に示す。 The honeycomb structure with electrode layers obtained under the above manufacturing conditions had circular end faces with a diameter of 118 mm (excluding the electrode layers) and a height (length in the cell extension direction) of 65 mm. The cell density was 90 cells/ cm2 , the outer wall thickness was 300 μm, the partition wall porosity was 45%, and the partition wall average pore diameter was 8.6 μm. The electrode layer thickness was 0.3 mm. Table 1 shows the partition wall thickness for each resistance region.
また、上記の製造条件で得られた電極層付きハニカム構造体のハニカム構造部における抵抗領域の配置については、L=118mm、D1=0.05×L(5.61mm)、D2=0.05×L(5.61mm)、b/a=0.14、d/c=0.14であった。L、D1、D2、b/a、及びd/cの定義は先述した通りである。また、第一抵抗領域110A、第二抵抗領域110B及び第三抵抗領域110Cは、中心軸Oを通り、第一電極層112aの外周方向中心と第二電極層112bの外周方向中心を結ぶ直線Lに垂直な直線Nを対称中心として線対称に形成されていた。 The arrangement of the resistance regions in the honeycomb structure portion of the honeycomb structure with electrode layers obtained under the above manufacturing conditions was as follows: L = 118 mm, D1 = 0.05 × L (5.61 mm), D2 = 0.05 × L (5.61 mm), b/a = 0.14, and d/c = 0.14. The definitions of L, D1, D2, b/a, and d/c are as described above. The first resistance region 110A, second resistance region 110B, and third resistance region 110C were formed symmetrically with respect to a line N that passes through the central axis O and is perpendicular to a line L connecting the circumferential center of the first electrode layer 112a and the circumferential center of the second electrode layer 112b.
第一抵抗領域110A及び第二抵抗領域110Bにおける単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗は各領域内でそれぞれ実質的に一定であるため、ハニカム構造部の各抵抗領域から任意の一箇所について3cm3の直方体サンプルを採取し、四端子法に従って室温(25℃)で測定することで求めた。また、第三抵抗領域110Cは、中心部110C1、左側部110C2及び右側部110C3の三つの領域に分類され、各領域における単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗はそれぞれ実質的に一定である。そこで、単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗を、中心部110C1、左側部110C2及び右側部110C3から任意の一箇所について3cm3の直方体サンプルを採取し、四端子法に従って室温(25℃)で測定することで求めた。結果を表1に示す。なお、表1に記載の電気抵抗の値は、各抵抗領域における単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗の平均値と一致する。 Because the electrical resistance per unit volume (1 cm3 ) in the first resistance region 110A and the second resistance region 110B is substantially constant within each region, a 3 cm3 rectangular parallelepiped sample was taken from any location in each resistance region of the honeycomb structure and measured at room temperature (25°C) using the four-terminal method. The third resistance region 110C is divided into three regions: a central region 110C1, a left region 110C2, and a right region 110C3. The electrical resistance per unit volume (1 cm3 ) in each region is substantially constant. Therefore, the electrical resistance per unit volume (1 cm3 ) was determined by taking a 3 cm3 rectangular parallelepiped sample from any location in the central region 110C1, the left region 110C2, and the right region 110C3 and measuring it at room temperature (25°C) using the four-terminal method. The results are shown in Table 1. The electrical resistance values shown in Table 1 correspond to the average electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) in each resistance region.
(6.特性評価)
得られたハニカム構造体について、試験番号1と同様の方法で、温度分布のシミュレーションを行った。結果を表2に示す。
(6. Characterization)
For the obtained honeycomb structure, a simulation of temperature distribution was carried out in the same manner as in Test No. 1. The results are shown in Table 2.
<IV.試験番号14>
(1.円柱状の坏土の作製)
直径が異なる他は、試験番号1と同様の手順で円柱状の坏土を作製した。
<IV. Test No. 14>
(1. Preparation of cylindrical clay)
Cylindrical clay bodies were prepared in the same manner as in Test No. 1, except for the diameter.
(2.ハニカム乾燥体の作製)
得られた円柱状の坏土を碁盤目状の口金構造を有する押出成形機を用いて成形し、セルの流路方向に垂直な断面における各セル形状が六角形である円柱状ハニカム成形体を得た。押出成形の際、セルの延びる方向に直交する断面を、第一電極層112aが上側に、第二電極層112bが下側に位置するように観察したときに、図5に示すような、セルの延びる方向に直交する断面を左右に横断し、上下方向の幅が変化する第三抵抗領域110Cが形成されるように、第三抵抗領域110Cを形成予定の場所にある隔壁の厚みを、第一抵抗領域110A及び第二抵抗領域110Bを形成予定の場所にある隔壁の厚みに比べて薄くした。また、第三抵抗領域110Cの中に以下の三つの領域が形成されるように、第三抵抗領域110Cの配置を調整した。
・ハニカム構造部110の中心軸Oを含む中心部110C1。
・中心部110C1の左端に隣接して第三抵抗領域110Cの左端まで延び、中心部110C1よりも上下方向の幅の狭い左側部110C2。
・中心部110C1の右端に隣接して第三抵抗領域110Cの右端まで延び、中心部110C1よりも上下方向の幅の狭い右側部110C3。
(2. Preparation of dried honeycomb body)
The obtained cylindrical clay was molded using an extruder with a grid-like die structure to obtain a cylindrical honeycomb molded body in which each cell had a hexagonal shape in a cross section perpendicular to the cell flow direction. During extrusion molding, when a cross section perpendicular to the cell extension direction is observed with the first electrode layer 112a positioned on the upper side and the second electrode layer 112b positioned on the lower side, the thickness of the partition walls in the locations where the third resistance region 110C was to be formed was made thinner than the thickness of the partition walls in the locations where the first resistance region 110A and the second resistance region 110B were to be formed, so that the third resistance region 110C would be formed across the cross section perpendicular to the cell extension direction and have a varying width in the vertical direction, as shown in Figure 5. In addition, the arrangement of the third resistance region 110C was adjusted so that the following three regions were formed within the third resistance region 110C.
A central portion 110C1 including the central axis O of the honeycomb structure portion 110.
A left side portion 110C2 that is adjacent to the left end of the center portion 110C1, extends to the left end of the third resistance region 110C, and has a narrower width in the up-down direction than the center portion 110C1.
A right side portion 110C3 that is adjacent to the right end of the central portion 110C1, extends to the right end of the third resistance region 110C, and has a narrower width in the up-down direction than the central portion 110C1.
このハニカム成形体を高周波誘電加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて120℃で2時間乾燥し、両端面を所定量切断して、ハニカム乾燥体を作製した。 This honeycomb molded body was dried using high-frequency dielectric heating, then dried at 120°C for 2 hours using a hot air dryer, and both end faces were cut off to a specified length to produce a dried honeycomb body.
(3.電極層形成ペーストの調製)
試験番号1と同様の電極層形成ペーストを調製した。
(3. Preparation of electrode layer forming paste)
An electrode layer forming paste similar to that of Test No. 1 was prepared.
(4.電極層形成ペーストの塗布)
上記の電極層形成ペーストを上記のハニカム乾燥体の外周壁の外表面上に中心軸を挟んで対向するように、曲面印刷機によって二箇所塗布した。各塗布部は、ハニカム乾燥体の両端面間の全長に亘って帯状に形成した(角度θ=180°、中心角α=93°)。
(4. Application of electrode layer forming paste)
The electrode layer forming paste was applied to two locations on the outer surface of the outer wall of the dried honeycomb body, facing each other across the central axis, using a curved surface printing machine. Each application location was formed in a strip shape over the entire length between both end faces of the dried honeycomb body (angle θ = 180°, central angle α = 93°).
(5.焼成)
電極層形成ペースト付きハニカム乾燥体を120℃で乾燥した後、大気雰囲気において、550℃で3時間、脱脂した。次に、脱脂した電極層形成ペースト付きハニカム乾燥体を焼成し、その後に酸化処理して、電極層付きハニカム構造体を作製した。焼成は、1450℃のアルゴン雰囲気中で2時間行った。酸化処理は、1300℃の大気中で1時間行った。なお、各試験番号における電極層付きハニカム構造体は以下の評価に必要な個数を作製した。
(5. Firing)
The dried honeycomb body with the electrode layer forming paste was dried at 120°C and then degreased in an air atmosphere at 550°C for 3 hours. Next, the degreased dried honeycomb body with the electrode layer forming paste was fired and then subjected to an oxidation treatment to produce a honeycomb structure with an electrode layer. The firing was performed in an argon atmosphere at 1450°C for 2 hours. The oxidation treatment was performed in air at 1300°C for 1 hour. Note that the number of honeycomb structures with electrode layers for each test number required for the following evaluations was produced.
上記の製造条件で得られた電極層付きハニカム構造体は、端面が直径118mm(電極層を除く)の円形であり、高さ(セルの延びる方向における長さ)が65mmであった。セル密度は90セル/cm2であり、外周壁の厚みは300μmであり、隔壁の気孔率は45%であり、隔壁の平均細孔径は8.6μmであった。電極層の厚みは0.3mmであった。また、抵抗領域毎の隔壁の厚みを表1に示す。 The honeycomb structure with electrode layers obtained under the above manufacturing conditions had circular end faces with a diameter of 118 mm (excluding the electrode layers) and a height (length in the cell extension direction) of 65 mm. The cell density was 90 cells/ cm2 , the outer wall thickness was 300 μm, the partition wall porosity was 45%, and the partition wall average pore diameter was 8.6 μm. The electrode layer thickness was 0.3 mm. Table 1 shows the partition wall thickness for each resistance region.
また、上記の製造条件で得られた電極層付きハニカム構造体のハニカム構造部における抵抗領域の配置については、L=118mm、D1=0.05×L(5.61mm)、D2=0.05×L(5.61mm)、b/a=0.14、d/c=0.14、f/e=0.71、g/e=0.71であった。L、D1、D2、b/a、d/c、f/e、g/eの定義は先述した通りである。また、第一抵抗領域110A、第二抵抗領域110B及び第三抵抗領域110Cは、中心軸Oを通り、第一電極層112aの外周方向中心と第二電極層112bの外周方向中心を結ぶ直線Lに垂直な直線Nを対称中心として線対称に形成されていた。 The arrangement of the resistance regions in the honeycomb structure portion of the honeycomb structure with electrode layers obtained under the above manufacturing conditions was as follows: L = 118 mm, D1 = 0.05 × L (5.61 mm), D2 = 0.05 × L (5.61 mm), b/a = 0.14, d/c = 0.14, f/e = 0.71, and g/e = 0.71. The definitions of L, D1, D2, b/a, d/c, f/e, and g/e are as described above. The first resistance region 110A, second resistance region 110B, and third resistance region 110C were formed symmetrically with respect to a line N that passes through the central axis O and is perpendicular to a line L connecting the circumferential center of the first electrode layer 112a and the circumferential center of the second electrode layer 112b.
第一抵抗領域110A、第二抵抗領域110B及び第三抵抗領域110Cにおける単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗は各領域内でそれぞれ実質的に一定であるため、ハニカム構造部の各抵抗領域から任意の一箇所について3cm3の直方体サンプルを採取し、四端子法に従って室温(25℃)で測定することで求めた。結果を表1に示す。 Since the electrical resistance per unit volume (1 cm3 ) in the first resistance region 110A, the second resistance region 110B, and the third resistance region 110C is substantially constant within each region, a rectangular parallelepiped sample of 3 cm3 was taken from any location in each resistance region of the honeycomb structure and measured at room temperature (25°C) using the four-terminal method. The results are shown in Table 1.
(6.特性評価)
得られたハニカム構造体について、試験番号1と同様の方法で、温度分布のシミュレーションを行った。結果を表2に示す。
(6. Characterization)
For the obtained honeycomb structure, a simulation of temperature distribution was carried out in the same manner as in Test No. 1. The results are shown in Table 2.
<V.考察>
表1及び表2の結果から分かるように、本発明の実施形態に係るハニカム構造体(電気加熱型担体)(試験番号2~14)を使用することで、クラックの発生を抑制しながら発熱均一性が改善したことが分かる。また、試験番号3、9~11と試験番号12との対比により、第一抵抗領域、第二抵抗領域、及び第三抵抗領域の配置を適切化することで、クラックの発生を抑制しながら顕著に発熱均一性が改善したことが分かる。
<V. Consideration>
As can be seen from the results in Tables 1 and 2, by using the honeycomb structure (electrically heated carrier) according to the embodiment of the present invention (Test Nos. 2 to 14), the generation of cracks was suppressed while the heat generation uniformity was improved. Furthermore, by comparing Test Nos. 3, 9 to 11 with Test No. 12, it can be seen that by optimizing the arrangement of the first resistance region, the second resistance region, and the third resistance region, the generation of cracks was suppressed while the heat generation uniformity was significantly improved.
100 :電気加熱型担体
110 :ハニカム構造部
110A :第一抵抗領域
110B :第二抵抗領域
110C :第三抵抗領域
110C1 :中心部
110C2 :左側部
110C3 :右側部
110D1 :中心部
110D2 :左側部
110D3 :右側部
112a :第一電極層
112b :第二電極層
113 :隔壁
114 :外周壁
115 :セル
116 :端面
118 :端面
119 :仮想線
130a :第一金属端子
130b :第二金属端子
100: Electrically heated carrier 110: Honeycomb structure portion 110A: First resistance region 110B: Second resistance region 110C: Third resistance region 110C1: Center portion 110C2: Left portion 110C3: Right portion 110D1: Center portion 110D2: Left portion 110D3: Right portion 112a: First electrode layer 112b: Second electrode layer 113: Partition wall 114: Outer wall 115: Cell 116: End surface 118: End surface 119: Virtual line 130a: First metal terminal 130b: Second metal terminal
Claims (10)
前記外周壁の表面においてセルの延びる方向に帯状に設けられた第一電極層、及び、
前記外周壁の表面においてセルの延びる方向に帯状に設けられた第二電極層であって、前記ハニカム構造部の中心軸を挟んで前記第一電極層と対向するように設けられた前記第二電極層、
を備え、
前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記ハニカム構造部は、
・前記第一電極層への接触部を有する第一抵抗領域、
・前記第二電極層への接触部を有する第二抵抗領域、及び、
・前記第一電極層及び前記第二電極層の何れにも接触せず、前記第一抵抗領域及び前記第二抵抗領域に挟まれるように当該断面を横断する第三抵抗領域、の三つの領域に分類され、
前記第三抵抗領域は、前記第一抵抗領域及び前記第二抵抗領域における単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗よりも単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗の高い、
電気加熱型担体。 a conductive honeycomb structure having an outer peripheral wall and partition walls disposed inside the outer peripheral wall to define a plurality of cells that form flow paths from one end face to the other end face;
a first electrode layer provided in a strip shape on the surface of the outer peripheral wall in the extending direction of the cell; and
a second electrode layer provided in a strip shape on the surface of the outer peripheral wall in the extending direction of the cells, the second electrode layer being provided so as to face the first electrode layer across the central axis of the honeycomb structure section;
Equipped with
In a cross section perpendicular to the cell extension direction, the honeycomb structure portion has
a first resistive region having a contact to the first electrode layer;
a second resistive region having a contact to the second electrode layer; and
a third resistance region that does not contact either the first electrode layer or the second electrode layer and crosses the cross section so as to be sandwiched between the first resistance region and the second resistance region;
the third resistance region has a higher electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) than the first resistance region and the second resistance region;
Electrically heated carrier.
(上記Lは、前記第一電極層の外周方向中心と前記第二電極層の外周方向中心を結ぶ直線が、前記ハニカム構造部を横切る長さを示す)
請求項1に記載の電気加熱型担体。 In a cross section perpendicular to the extension direction of the cell, the shortest distance between the third resistance region and the first electrode layer is 0.02×L or more, and the shortest distance between the third resistance region and the second electrode layer is 0.02×L or more.
(The above L indicates the length of a straight line connecting the center of the first electrode layer in the circumferential direction and the center of the second electrode layer in the circumferential direction, which crosses the honeycomb structure section.)
2. The electrically heated carrier according to claim 1.
1.2≦(R3ave/R1ave)≦4・・・(1)
1.2≦(R3ave/R2ave)≦4・・・(2) An electrically heated carrier as described in claim 1 or 2, wherein when the average electrical resistance per unit volume (1 cm3 ) of the first resistance region is R1 ave , the average electrical resistance per unit volume (1 cm3 ) of the second resistance region is R2 ave , and the average electrical resistance per unit volume (1 cm3 ) of the third resistance region is R3 ave, either or both of the relationships (1) and (2) hold.
1.2≦(R3 ave /R1 ave )≦4...(1)
1.2≦(R3 ave /R2 ave )≦4...(2)
・前記ハニカム構造部の中心軸を含む中心部、
・前記中心部の左端に隣接して前記第三抵抗領域の左端まで延び、前記中心部よりも単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗が低い左側部、及び
・前記中心部の右端に隣接して前記第三抵抗領域の右端まで延び、前記中心部よりも単位容積(1cm3)当たりの電気抵抗が低い右側部、
の三つの領域に分類される、
請求項1~3の何れか一項に記載の電気加熱型担体。 When a cross section perpendicular to the extending direction of the cell is observed with the first electrode layer on the upper side and the second electrode layer on the lower side, the third resistance region has
- a center portion including a central axis of the honeycomb structure portion,
a left side portion adjacent to the left end of the center portion and extending to the left end of the third resistance region, and having a lower electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) than the center portion; and a right side portion adjacent to the right end of the center portion and extending to the right end of the third resistance region, and having a lower electrical resistance per unit volume (1 cm 3 ) than the center portion.
It is divided into three areas:
The electrically heated carrier according to any one of claims 1 to 3.
・前記ハニカム構造部の中心軸を含む中心部、
・前記中心部の左端に隣接して前記第三抵抗領域の左端まで延び、前記中心部よりも上下方向の幅の狭い左側部、及び
・前記中心部の右端に隣接して前記第三抵抗領域の右端まで延び、前記中心部よりも上下方向の幅の狭い右側部、
の三つの領域に分類される、
請求項1~4の何れか一項に記載の電気加熱型担体。 When a cross section perpendicular to the extending direction of the cell is observed with the first electrode layer on the upper side and the second electrode layer on the lower side, the third resistance region has
- a center portion including a central axis of the honeycomb structure portion,
a left side portion adjacent to the left end of the center portion, extending to the left end of the third resistance region, and having a narrower width in the vertical direction than the center portion; and a right side portion adjacent to the right end of the center portion, extending to the right end of the third resistance region, and having a narrower width in the vertical direction than the center portion.
It is divided into three areas:
The electrically heated carrier according to any one of claims 1 to 4.
前記第三抵抗領域の中心部の左端は、前記第一電極層の外周方向左端よりも左側にあり、且つ、前記第二電極層の外周方向左端よりも左側にある、
請求項4又は5に記載の電気加熱型担体。 a right end of a center portion of the third resistance region is located to the right of a right end of the first electrode layer in a circumferential direction and is located to the right of a right end of the second electrode layer in a circumferential direction;
a left end of the center of the third resistance region is located to the left of the left end of the first electrode layer in the circumferential direction and is located to the left of the left end of the second electrode layer in the circumferential direction;
6. An electrically heated carrier according to claim 4 or 5.
前記外周壁の表面においてセルの延びる方向に帯状に設けられた第一電極層、及び、
前記外周壁の表面においてセルの延びる方向に帯状に設けられた第二電極層であって、前記ハニカム構造部の中心軸を挟んで前記第一電極層と対向するように設けられた前記第二電極層、
を備え、
前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記第一電極層及び前記第二電極層が何れも表面に設けられていない対向する一対の外周壁部分に挟まれた領域に、前記隔壁の一部が欠損して構成されており、前記第一電極層の外周方向中心と前記第二電極層の外周方向中心を結ぶ直線に対して平行な仮想線に交差する方向に延びる一本又は二本以上のスリットを有する、電気加熱型担体。 a conductive honeycomb structure having an outer peripheral wall and partition walls disposed inside the outer peripheral wall to define a plurality of cells that form flow paths from one end face to the other end face;
a first electrode layer provided in a strip shape on the surface of the outer peripheral wall in the extending direction of the cell; and
a second electrode layer provided in a strip shape on the surface of the outer peripheral wall in the extending direction of the cells, the second electrode layer being provided so as to face the first electrode layer across the central axis of the honeycomb structure section;
Equipped with
an electrically heated carrier, in a cross section perpendicular to the extension direction of the cell, in a region sandwiched between a pair of opposing outer wall portions on whose surfaces neither the first electrode layer nor the second electrode layer is provided, wherein a portion of the partition wall is missing, and the electrically heated carrier has one or more slits extending in a direction intersecting an imaginary line parallel to a straight line connecting the circumferential center of the first electrode layer and the circumferential center of the second electrode layer.
前記電気加熱型担体を収容する筒状の金属管と、を備える排ガス浄化装置。 An electrically heated carrier according to any one of claims 1 to 9;
and a cylindrical metal tube that houses the electrically heated carrier.
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