JP2024075359A - 電気加熱式触媒コンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン負荷が増大した際の熱衝撃への対応を改善できる電気加熱式触媒コンバータを提供する。【解決手段】本発明による電気加熱式触媒コンバータは、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延びる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ハニカム構造体１と、ハニカム構造体１に接続され、ハニカム構造体１に電圧を印加するための一対の金属電極２と、エンジンからの排気ガス４が流通するための入口３０と出口３１とが設けられ、入口３０と出口３１との間で内部にハニカム構造体１を格納するハウジング３とを備え、ハニカム構造体１は、セルが延びる方向に直交する断面において、互いに同軸に配置されるとともに、開口率が互いに異なる複数の領域を有し、複数の領域は、ハニカム構造体の軸中心を含む中央領域と、外周壁に隣接する外周領域とを含み、中央領域の開口率が、外周領域の開口率の０．９倍以下であり、中央領域の直径が、ハウジングの入口の直径の６５％以上かつ１３５％以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、電気加熱式触媒コンバータに関する。

一般に、導電性セラミックスからなるハニカム構造体に電極を配設し、通電によりハニカム構造体自体を発熱させることで、ハニカム構造体に担持された触媒をエンジン（内燃機関）の始動前に活性温度まで昇温させて、エンジンが始動直後の冷えた状態の際に排出される排気ガスの浄化を狙う電気加熱触媒（ＥＨＣ）コンバータが知られている。

電気加熱触媒は、エンジンからの排気ガスによる熱衝撃に耐えることが求められる。下記の特許文献１では、ハニカム構造体の径方向に開口率の分布を設けることにより、排気ガスの流れを調整し、ハニカム構造体内の熱膨張差を抑制し、排気ガスによる熱衝撃を緩和することが提案されている。

国際公開第２０１５／１５１８２３号

上記のような従来のハニカム構造体を用いた電気加熱式触媒コンバータを鋭意検討したところ、エンジン負荷が増大した際の熱衝撃への対応に改善の余地があることが判った。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的の一つは、エンジン負荷が増大した際の熱衝撃への対応を改善できる電気加熱式触媒コンバータを提供することである。

項目１．本発明の電気加熱式触媒コンバータは、一実施の形態において、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延びる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ハニカム構造体と、ハニカム構造体に接続され、ハニカム構造体に電圧を印加するための一対の金属電極と、エンジンからの排気ガスが流通するための入口と出口とが設けられ、入口と出口との間で内部にハニカム構造体を格納するハウジングとを備え、ハニカム構造体は、セルが延びる方向に直交する断面において、互いに同軸に配置されるとともに、開口率が互いに異なる複数の領域を有し、複数の領域は、ハニカム構造体の軸中心を含む中央領域と、外周壁に隣接する外周領域とを含み、中央領域の開口率が、外周領域の開口率の０．９倍以下であり、中央領域の直径が、ハウジングの入口の直径の６５％以上かつ１３５％以下である、電気加熱式触媒コンバータに関する。ここで直径とは数学的な直径の他に等価直径の意味も含まれる。

項目２．本発明は、複数の領域は、中央領域と外周領域との間に配置された中間領域をさらに含み、中間領域の開口率が、中央領域の開口率より大きく、外周領域の開口率未満である、項目１に記載の電気加熱式触媒コンバータに関していてよい。

項目３．本発明は、中央領域の隔壁の厚さが、外周領域の隔壁の厚さの１．３倍以上かつ２．３倍以下である、項目１又は２に記載の電気加熱式触媒コンバータに関していてよい。

項目４．本発明は、中央領域の開口率が、外周領域の開口率の０．６５倍以上かつ０．８倍以下である、項目１から３までのいずれか１項に記載の電気加熱式触媒コンバータに関していてよい。

項目５．本発明は、ハニカム構造体が、ハニカム構造体の軸中心を挟んで、外周壁の外面上において、セルが延びる方向に帯状に延びるように設けられた一対の電極層をさらに有する、項目１から４までのいずれか１項に記載の電気加熱式触媒コンバータに関していてよい。

本発明の電気加熱式触媒コンバータの一実施の形態によれば、エンジン負荷が増大した際の熱衝撃への対応を改善できる。

本発明の実施の形態による電気加熱式触媒コンバータを示す説明図である。 図１のハニカム構造体を示す斜視図である。 図２の１つのセル及び周辺のセルの一部を拡大して示す正面図である。 図２のハニカム構造体の第１形態を示す説明図である。 図２のハニカム構造体の第２形態を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。本発明は各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、各実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。

図１は本発明の実施の形態による電気加熱式触媒コンバータを示す説明図であり、図２は図１のハニカム構造体１を示す斜視図であり、図３は図２の１つのセル１１０及び周辺のセル１１０の一部を拡大して示す正面図である。図１に示す電気加熱式触媒コンバータは、例えばエンジンを搭載する自動車等の排気経路上に設けられ、エンジンから排出される排気ガス４を浄化するために用いられるものである。

図１に示すように、本実施の形態の電気加熱式触媒コンバータは、ハニカム構造体１と、一対の金属電極２と、ハウジング３とを有している。

＜ハニカム構造体について＞
ハニカム構造体１は、セラミックス製の柱状の部材である。図２に示すように、ハニカム構造体１は、外周壁１０と、外周壁１０の内側に配設され、一方の端面１ａから他方の端面１ｂ（図１参照）まで延びる流路を形成する複数のセル１１０を区画形成する隔壁１１とを有している。柱状とは、セル１１０が延びる方向（ハニカム構造体１の軸方向）に厚みを有する立体形状と理解できる。ハニカム構造体１の軸方向長さとハニカム構造体１の端面１ａ，１ｂの直径との比（アスペクト比）は任意である。柱状には、ハニカム構造体１の軸方向長さが端面１ａ，１ｂの直径よりも短い形状（偏平形状）が含まれていてよい。

ハニカム構造体１の外形は柱状である限り特に限定されず、例えば、端面１ａ，１ｂが円形の柱状（円柱形状）、端面１ａ，１ｂがオーバル形状の柱状、端面１ａ，１ｂが多角形（四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等）の柱状等の他の形状とすることができる。また、ハニカム構造体１の大きさは、耐熱性を高める（外周壁１０の周方向に入るクラックを抑制する）という理由により、端面１ａ，１ｂ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。

ハニカム構造体１の軸方向長さは、４０～２００ｍｍであることが好ましく、６０～１５０ｍｍであることが更に好ましい。

セル１１０が延びる方向に直交する断面におけるセル１１０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、ハニカム構造体１に排気ガス４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。

セル１１０を区画形成する隔壁１１の厚みは、０．０８～０．３ｍｍ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１１の厚みが０．０８ｍｍ以上であることで、ハニカム構造体１の強度が低下するのを抑制可能である。隔壁１１の厚みが０．３ｍｍ以下であることで、ハニカム構造体１を触媒担体として用いて、触媒を担持した場合に、排気ガス４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１１の厚みは、セル１１０が延びる方向に直交する断面において、隣接するセル１１０の重心同士を結ぶ線分のうち、隔壁１１を通過する部分の長さとして定義される。

図３に示すように、隔壁１１の交点部分１１１には、Ｒ部１１２が形成されていてよい。Ｒ部１１２は、交点部分１１１において、表面が「内側に凹む円弧状」に形成されるように、肉厚に形成された部分である。Ｒ部１１２によって、交点部分１１１において隔壁１１の表面が円弧状に滑らかに繋がった状態になる。すなわち、断面形状におけるセル１１０の角部が円弧状になる。Ｒ部１１２の円弧の半径ｒは、０．０５～０．６ｍｍが好ましい。

ハニカム構造体１は、セル１１０が延びる方向に直交する断面において、セル密度が４０～１５０セル／ｃｍ²であることが好ましく、５０～１００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、排気ガス４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体１を触媒担体として用いて、触媒を担持した場合に、排気ガス４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１０部分を除くハニカム構造体１の一つの端面部分の面積でセル数を除して得られる値である。

ハニカム構造体１の外周壁１０を設けることは、ハニカム構造体１の構造強度を確保し、また、セル１１０を流れる流体が外周壁１０から漏洩するのを抑制する観点で有用である。具体的には、外周壁１０の厚みは好ましくは０．０５ｍｍ以上であり、より好ましくは０．１０ｍｍ以上、更により好ましくは０．１５ｍｍ以上である。但し、外周壁１０を厚くしすぎると高強度になりすぎてしまい、隔壁１１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１０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１０の厚みは、厚みを測定しようとする外周壁１０の箇所をセル１１０が延びる方向に直交する断面で観察したときに、当該測定箇所における外周壁１０の接線に対する法線方向の厚みとして定義される。

ハニカム構造体１は、セラミックス製であり、導電性を有することが好ましい。ハニカム構造体１は、通電してジュール熱により発熱可能である限り、体積抵抗率については特に制限はないが、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い。本発明において、ハニカム構造体１の体積抵抗率は、四端子法により２５℃で測定した値とする。

ハニカム構造体１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を含む群から選択することができる。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、ハニカム構造体１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セラミックスを含有していることが好ましい。ハニカム構造体１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、ハニカム構造体１が、珪素－炭化珪素複合材（合計質量）を、全体の７０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。ハニカム構造体１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、ハニカム構造体１が、炭化珪素（合計質量）を、全体の７０質量％以上含有していることを意味する。

ハニカム構造体１が、珪素－炭化珪素複合材を含んでいる場合、ハニカム構造体１に含有される「骨材としての炭化珪素粒子の質量」とハニカム構造体１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、ハニカム構造体１に含有される「結合材としての珪素の質量」の比率が、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。

隔壁１１は多孔質としてもよい。多孔質とする場合、隔壁１１の気孔率は、３５～６０％であることが好ましく、３５～４５％であることが更に好ましい。気孔率は、水銀ポロシメータにより測定した値である。また、隔壁１１を緻密質としてもよく、緻密質とする場合は、隔壁１１の気孔率は、１０％以下であってよく、５％以下であってもよい。

ハニカム構造体１の隔壁１１の平均細孔径は、２～１５μｍであることが好ましく、４～８μｍであることが更に好ましい。平均細孔径は、水銀ポロシメータにより測定した値である。

ハニカム構造体１は、一対の電極層１２をさらに有していてよい。本実施の形態の一対の電極層１２は、ハニカム構造体１の中心軸を挟んで、外周壁１０の外面上においてセル１１０が延びる方向に帯状に延びるように設けられている。図２では、一対の電極層１２のうちの一方のみが示されている。なお、電極層１２との関係において、外周壁１０及び隔壁１１をまとめてハニカム構造部と称してもよい。すなわち、ハニカム構造体１は、外周壁１０及び隔壁１１を有するハニカム構造部と、一対の電極層１２とを有すると理解してもよい。

一対の電極層１２は、分離帯１２０と、この分離帯１２０によって分離された第１及び第２部分電極層１２１，１２２とをそれぞれ有していてよい。分離帯１２０は、第１及び第２部分電極層１２１，１２２の間に設けられたスリットであり得る。スリットには、電極層１２よりも体積抵抗率が高い材料が充填されていてもよい。分離帯１２０並びに第１及び第２部分電極層１２１，１２２は、セル１１０が延びる方向にハニカム構造体１の一端から他端まで延在されてよい。第１及び第２部分電極層１２１，１２２はハニカム構造体１の周方向に所定の幅を有する帯状とされており、分離帯１２０は線状で第１及び第２部分電極層１２１，１２２よりも幅が狭い。しかしながら、分離帯１２０並びに第１及び第２部分電極層１２１，１２２の配設方法は、後述の一対の金属電極２と接続可能であれば、この形態に限られない。

電極層１２に電気を流しやすくする観点から、電極層１２の体積抵抗率は、ハニカム構造体１の体積抵抗率の１／２００以上、１／１０以下であることが好ましい。

電極層１２の材質は、導電性セラミックス、金属、又は金属及び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若しくはＴｉの単体金属、又はこれらの金属よりなる群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。導電性セラミックスとしては、限定的ではないが、炭化珪素（ＳｉＣ）が挙げられ、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。

電極層１２を有するハニカム構造体１の製造方法としては、まず、ハニカム乾燥体の側面に、セラミックス原料を含有する電極層形成原料を塗布し、乾燥させて、ハニカム乾燥体の中心軸を挟んで、外周壁の外面上において、セル１１０が延びる方向に帯状に延びるように一対の未焼成電極層を形成して、未焼成電極層付きハニカム乾燥体を作製する。次に、未焼成電極層付きハニカム乾燥体を焼成して一対の電極層を有するハニカム焼成体を作製する。これにより、電極層１２を有するハニカム構造体１が得られる。

ハニカム構造体１（ハニカム構造部）に触媒を担持することにより、電気加熱式担体を触媒体として使用することができる。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（ＮＯ_x）の吸蔵成分として含むＮＯ_x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ＮＯ_x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二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１に触媒を担持する担持方法に準じて行うことができる。

＜金属電極について＞
一対の金属電極２は、ハニカム構造体１に接続され、ハニカム構造体１に電圧を印加するためのものである。図１に示すように、一対の金属電極２には、ケーブル２ａが接続される。ケーブル２ａは、図示しないバッテリ等の外部電源が接続される。金属電極２を通してハニカム構造体１に電圧を印加することにより、ハニカム構造体１を発熱させることができる。一対の金属電極２のうちの一方は陽極と理解でき、他方は陰極と理解できる。

一対の金属電極２は、ハニカム構造体１の周方向に互いに離間して配置され得る。一対の金属電極２は、ハニカム構造体１の中心軸を挟んで配置され得る。金属電極２は、ハニカム構造体１の外周面に接続され得る。ハニカム構造体１が電極層１２を有するとき、金属電極２は、電極層１２（第１及び第２部分電極層１２１，１２２）の外面に接続されてよい。ハニカム構造体１が電極層１２を有しないとき、金属電極２は、外周壁１０の外面に接続されてよい。金属電極２は、溶接又は溶射等の任意の方法によりハニカム構造体１の外周面に固定されることができる。

＜ハウジングについて＞
図１に示すように、ハウジング３は、エンジンからの排気ガス４が流通するための入口３０と出口３１とが設けられたものである。入口３０はハウジング３の一端に設けられており、その入口３０を通してハウジング３内に排気ガス４が流入し得る。出口３１はハウジング３の他端に設けられており、その出口３１を通してハウジング３から排気ガス４が流出し得る。ハウジング３は、入口３０と出口３１との間で内部にハニカム構造体１を格納している。入口３０から流入した排気ガス４は、ハニカム構造体１のセル１１０を通過して出口３１に向かう。ハニカム構造体１は、入口３０及び出口３１と同軸に配置され得る。

入口３０及び出口３１の直径（内径）は、３０～１００ｍｍであり得る。排気ガス４の流れ方向に沿って見たときの入口３０及び出口３１の形状は、典型的には円形である。しかしながら、入口３０及び出口３１の形状は、これに限定されず、オーバル形状又は多角形（四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等）等の他の形状であってもよい。入口３０及び出口３１の形状が円形以外の形状のとき、入口３０及び出口３１の直径は、入口３０及び出口３１における最も大きな内接円の直径であると理解してよい。

ハウジング３は、収容部３２と一対の拡径部３３とを有していてよい。

収容部３２は、入口３０及び出口３１よりも大きな直径（内径）を有し、ハニカム構造体１を収容し保持する部分である。収容部３２は、入口３０と出口３１との間、より具体的には排気ガス４の流れ方向に係るハウジング３の中央に配置され得る。ハニカム構造体１の外径は、収容部３２の直径と同程度であり得る。すなわち、ハニカム構造体１の外径は、入口３０及び出口３１の直径よりも大きくてよい。ハニカム構造体１の外面と収容部３２との間にシート状のマットが介在されてもよい。

収容部３２には、金属電極２を格納するための電極室３２ａが設けられ得る。電極室３２ａには、ケーブル２ａを外部に引き出すための開口が設けられ得る。図１では金属電極２が柱状であるかのように示しているが、金属電極２の形状によっては電極室３２ａが省略されてもよい。

拡径部３３は、入口３０と収容部３２との間、及び出口３１と収容部３２との間に設けられ、入口３０又は出口３１から収容部３２に向かうにつれて直径が徐々に拡大された部分である。拡径部３３が省略されて、入口３０及び／又は出口３１と収容部３２とが隣接して配置されてもよい。

次に、図４は図２のハニカム構造体１の第１形態を示す説明図であり、図５は図２のハニカム構造体１の第２形態を示す説明図である。図４及び図５は、セル１１０が延びる方向に直交するハニカム構造体１の断面を示している。

本実施の形態のハニカム構造体１は、セル１１０が延びる方向に直交する断面において、互いに同軸に配置されるとともに、開口率が互いに異なる複数の領域を有している。図４及び図５に示すように、複数の領域は、ハニカム構造体１の軸中心１ｃを含む中央領域１３と、外周壁１０に隣接する外周領域１４とを含む。

中央領域１３の開口率は、外周領域１４の開口率の０．９倍以下である。ここで、開口率とは、ハニカム構造体１のセル１１０が延びる方向に直交する断面において、セル１１０の面積を、隔壁１１とセル１１０のそれぞれの面積の合計で除して得られた値（セル面積合計／（セル面積合計＋隔壁面積合計））を、百分率で表した値である。つまり、各領域の開口率は、該当する領域における開口率の平均値であるということもできる。また、各領域内において開口率が一様であっても良い。開口率は、隔壁１１の厚み、Ｒ部１１２の大きさ、及び／又はセル密度を変えることで調整することができる。隔壁１１を厚くするか、Ｒ部１１２を大きくするか、及び／又はセル密度を高めることにより、開口率を小さくすることができる。

中央領域１３の直径は、ハウジング３の入口３０の直径の６５％以上かつ１３５％以下とされている。ハウジング３の入口３０の直径は、ハニカム構造体１に向かう排気ガス４の流れの広がりに対応する。中央領域１３の直径の大きさ、すなわち開口率が変わる位置を排気ガス４の流れの広がりに基づき決定することになる。後に実施例を用いて説明するように、この条件を採ることにより、エンジン負荷が増大した際の熱衝撃への対応を改善できる。中央領域１３の直径が、ハウジング３の入口３０の直径に対して６５％未満であるか又は１３５％を超えると、排気ガス４の流れがハニカム構造体１の外周部へ広がらず、内外の温度差及び熱膨張差を抑制する効果が十分発揮されない場合がある。ハウジング３の入口３０の直径に対する中央領域１３の直径は、好ましくは、７０％以上かつ１３０％以下である。ここで、中央領域１３の形状は典型的には円形である。しかしながら、中央領域１３の形状はこれに限定されず、オーバル形状又は多角形（四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等）等の他の形状であってもよい。中央領域１３の形状が円形以外の形状のとき、中央領域１３の直径は、中央領域１３における最も大きな内接円の直径であると理解してよい。

図４に示す第１形態のように、中央領域１３は、外周領域１４に隣接して設けられていてよい。また、図５に示す第２形態のように、複数の領域は、中央領域１３と外周領域１４との間に配置された中間領域１５をさらに含んでいてもよい。中間領域１５を設けることで、排気ガス４の流れがハニカム構造体１の外周部へより広がりやすくなり、より好ましい。中間領域１５の開口率は、中央領域１３の開口率より大きく、外周領域１４の開口率未満とすることができる。

中央領域１３の隔壁１１の厚さが、外周領域１４の隔壁１１の厚さの１．３倍以上かつ２．３倍以下であることが好ましい。中央領域１３の隔壁１１の厚さが外周領域１４の隔壁１１の厚さの１．３倍以上であることで、排気ガス４の流れがハニカム構造体１の外周部へ広がりやすくなり、２．３倍以下であることで隔壁１１の厚さの差が小さくなり製造時の隔壁１１の変形を抑制できる。

中央領域１３の開口率は、外周領域１４の開口率の０．６５倍以上かつ０．８倍以下であることが好ましい。後に実施例を用いて説明するように、この条件を採ることにより、エンジン負荷が増大した際の熱衝撃への対応をより大きく改善できる。

本実施の形態のハニカム構造体１は、外周壁１０と、外周壁１０の内側に配設され、一方の端面１ａから他方の端面１ｂまで延びる流路を形成する複数のセル１１０を区画形成する隔壁１１とを有し、ハニカム構造体１に電圧を印加するための一対の金属電極２が接続されるハニカム構造体１であって、セル１１０が延びる方向に直交する断面において、互いに同軸に配置されるとともに、開口率が互いに異なる複数の領域を有し、複数の領域は、ハニカム構造体１の軸中心１ｃを含む中央領域１３と、外周壁１０に隣接する外周領域１４とを含み、中央領域１３の開口率が、外周領域１４の開口率の０．６５倍以上且つ０．８倍以下であることが好ましい。

また、そのハニカム構造体１において、複数の領域は、中央領域１３と外周領域１４との間に配置された中間領域１５をさらに含み、中間領域１５の開口率が、中央領域１３の開口率より大きく、外周領域１４の開口率未満であることが好ましい。

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
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ともに、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）粉末との合計を１００質量部としたときに７質量部であった。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質量部であった。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質量部であった。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、金属珪素及び造孔材の平均粒子径は、レーザー回折法で測定した値である。

得られた坏土を最終的に六角形のセル構造となるように押し出した。得られたハニカム成形体は、中央領域１３に相当する隔壁１１の厚さが厚く形成された部分と、外周領域１４に相当する隔壁１１の厚さが中央領域１３に対して薄く形成された部分とを備えた形状とした。ハニカム成形体の形状は、口金の形状により調整した。

得られた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。

得られた円柱状の坏土を、先端に口金を取り付けた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。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、ハニカム乾燥体を作製した。

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。

次に、この電極層形成ペーストを曲面印刷機によって、ハニカム乾燥体の側面に、厚さが０．１５ｍｍになるように塗布し、ハニカム乾燥体に塗膜を形成した。

次に、電極層形成ペースト付きハニカム乾燥体をＡｒ雰囲気にて１４００℃で３時間焼成した。その後、酸化処理として、酸化雰囲気下、１３００℃で１時間にて酸化処理を行い、ハニカム構造体１を作製した。

得られたハニカム構造体１の隔壁１１の平均細孔径（気孔径）は８．６μｍであり、気孔率は４５％であった。平均細孔径及び気孔率は、水銀ポロシメータにより測定した値である。また、ハニカム構造体１の端面は直径９３ｍｍの円形であり、ハニカム構造体１のセル１１０が延びる方向における長さは６５ｍｍであった。また、得られたハニカム構造体１のアイソスタティック強度は２．５ＭＰａであった。アイソスタティック強度は水中で静水圧をかけて測定した破壊強度である。

また、中央領域１３の開口率は、外周領域１４の開口率の０．９倍以下であった。また、ハニカム構造体１は、図４に示されるハニカム構造体１のように、セル１１０が延びる方向に直交する断面において、中央領域１３と外周領域１４とが接する構造であった。また、ハニカム構造体１の、中央領域１３の隔壁１１の厚さ（リブ厚）は１９０μｍであり、外周領域１４の隔壁１１の厚さは１４０μｍであった。また、ハニカム構造体１の、中央領域１３のセル密度は９３．０セル／ｃｍ²であり、外周領域１４のセル密度は９３．０セル／ｃｍ²であった。また、セル１１０が延びる方向に直交する断面において、セル形状は正六角形であった。セルピッチは、１．１１ｍｍであった。セルピッチは、隣接する平行な隔壁（正六角形の向かい合う２つの辺、を構成する隔壁）の、厚さ（隔壁厚さ）方向における中央部分間の距離である。尚、隔壁１１の厚さ方向における中央部分は、隔壁１１の厚さ方向における中央の位置である。また、電極層１２の電気抵抗率は、１．３Ωｃｍであった。中央領域１３の隔壁１１の交点部分１１１はＲ部１１２が形成されており、Ｒ部１１２の円弧の半径ｒは０．３ｍｍであった。また、外周領域１４の隔壁１１の交点部分１１１にもＲ部１１２が形成されており、Ｒ部１１２の円弧の半径ｒは０．３ｍｍであった。また、中央領域１３の開口率は６６．１％以下であり、外周領域１４の開口率は７３．８％であった。

得られたハニカム構造体１について、以下に示す方法で「耐熱衝撃性」を測定した。結果を表１に示す。

表１において、「リブ厚（μｍ）」は、隔壁１１の厚さ（μｍ）を示す。また、「セル密度（セル／ｃｍ²）」は、セル１１０が延びる方向に直交する断面における、単位面積（ｃｍ²）当たりのセル数を示す。また、「交点Ｒ（ｍｍ）」は、Ｒ部１１２の円弧の半径ｒを示す。また、「開口率（％）」は、セル１１０が延びる方向に直交する断面において、セル１１０の面積を、隔壁１１とセル１１０のそれぞれの面積の合計で除して得られた値（セル面積合計／（セル面積合計＋隔壁面積合計））を、百分率で表した値を示す。また、「開口率比」は、外周領域１４の開口率に対する、中央領域１３の開口率の比の値（中央領域１３の開口率／外周領域１４の開口率）を示す。また、「中心からの範囲／排管径」は、ハウジング３の入口３０の直径に対する、中央領域１３の直径の比の値（中央領域１３の直径／ハウジング３の入口３０の直径）を示す。

（耐熱衝撃性試験（バーナー試験））
ハニカム構造体１を収納するハウジング３と、当該ハウジング３内に加熱ガスを供給することができるプロパンガスバーナーと、を備えたプロパンガスバーナー試験機を用いてハニカム構造体１の加熱冷却試験を実施した。ハウジング３の入口３０は直径５０ｍｍの円形とし、ハニカム構造体１を入口３０と同軸に配置した。上記加熱ガスは、ガスバーナー（プロパンガスバーナー）でプロパンガスを燃焼させることにより発生する燃焼ガスとした。そして、上記加熱冷却試験によって、ハニカム構造体１にクラックが発生するか否かを確認することにより、耐熱衝撃性を評価した。具体的には、まず、ハウジング３にハニカム構造体１を収納（キャニング）した。そして、ハウジング３の入口３０からハウジング３内に、プロパンガスバーナーにより加熱されたガス（燃焼ガス）を供給し、ハニカム構造体１内を通過するようにした。ハウジング３に流入する加熱ガスの温度条件（入口ガス温度条件）を以下のようにした。まず、５分で９００℃まで昇温し、９００℃で１０分間保持し、その後、５分で１００℃まで降温し、１００℃で１０分間保持した。このような昇温、保持、降温、保持の一連の操作を「昇温、降温操作」と称する。その後、ハニカム構造体１のクラックを確認した。そして、指定温度を９００℃から２５℃ずつ上昇させながら上記「昇温、降温操作」を繰り返した。指定温度は、サンプルにクラックが発生するまで２５℃ずつ上昇させた。指定温度が高くなると、昇温峻度が大きくなり、ハニカム構造体１の中心部が急激に加熱されるため、ハニカム構造体１の径方向外周部の温度の上昇が遅れ、径方向内外の熱膨張差による発生応力が大きくなる。表１には、各サンプル例においてクラックが発生した際の指定温度を示している。

（実施例２～８、比較例１～３）
各条件を、表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてハニカム構造体１を作製した。比較例１は、外周領域１４及び中間領域１５を有しない例である。比較例２，３及び実施例２～８は、図５に示すように中央領域１３と外周領域１４との間に中間領域１５を設けた例である。実施例１の場合と同様にして、ハニカム構造体１の「耐熱衝撃性」の測定を行った。結果を表１に示す。

表１より、実施例１～８は、比較例１～３と比較してより高い温度までクラックの発生が抑えられた。このことから、中央領域１３の直径がハウジング３の入口３０の直径の６５％以上かつ１３５％以下であることで、エンジン負荷が増大した際の熱衝撃への対応を改善できることがわかる。特に、実施例２，３と比較例２，３との比較から、中央領域１３の直径がハウジング３の入口３０の直径の６５％以上かつ１３５％以下であることの有用性が確認された。また、実施例５～７は、さらに高い温度までクラックの発生が抑えられた。このことから、中央領域１３の開口率が外周領域１４の開口率の０．６５倍以上かつ０．８倍以下であることの有用性が確認された。

１ ：ハニカム構造体
１ａ ：端面
１ｂ ：端面
１０ ：外周壁
１１ ：隔壁
１２ ：電極層
１３ ：中央領域
１４ ：外周領域
１５ ：中間領域
２ ：金属電極
３ ：ハウジング
３０ ：入口
３１ ：出口
４ ：排気ガス

Claims (6)

1. 外周壁と、前記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延びる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ハニカム構造体と、
   前記ハニカム構造体に接続され、前記ハニカム構造体に電圧を印加するための一対の金属電極と、
   エンジンからの排気ガスが流通するための入口と出口とが設けられ、前記入口と前記出口との間で内部に前記ハニカム構造体を格納するハウジングと
   を備え、
   前記ハニカム構造体は、前記セルが延びる方向に直交する断面において、互いに同軸に配置されるとともに、開口率が互いに異なる複数の領域を有し、
   前記複数の領域は、前記ハニカム構造体の軸中心を含む中央領域と、前記外周壁に隣接する外周領域とを含み、
   前記中央領域の開口率が、前記外周領域の開口率の０．９倍以下であり、
   前記中央領域の直径が、前記ハウジングの前記入口の直径の６５％以上かつ１３５％以下である、
   電気加熱式触媒コンバータ。
2. 前記複数の領域は、前記中央領域と前記外周領域との間に配置された中間領域をさらに含み、
   前記中間領域の開口率が、前記中央領域の開口率より大きく、前記外周領域の開口率未満である、
   請求項１に記載の電気加熱式触媒コンバータ。
3. 前記中央領域の前記隔壁の厚さが、前記外周領域の前記隔壁の厚さの１．３倍以上かつ２．３倍以下である、
   請求項１又は２に記載の電気加熱式触媒コンバータ。
4. 前記中央領域の開口率が、前記外周領域の開口率の０．６５倍以上かつ０．８倍以下である、
   請求項１又は２に記載の電気加熱式触媒コンバータ。
5. 前記中央領域の開口率が、前記外周領域の開口率の０．６５倍以上かつ０．８倍以下である、
   請求項３に記載の電気加熱式触媒コンバータ。
6. 前記ハニカム構造体が、前記ハニカム構造体の軸中心を挟んで、前記外周壁の外面上において、前記セルが延びる方向に帯状に延びるように設けられた一対の電極層をさらに有する、
   請求項１又は２に記載の電気加熱式触媒コンバータ。