JP7313540B2 - 電気加熱式担体及び排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気加熱式担体及び排気ガス浄化装置に関する。

一般に、排気ガス浄化装置用の担体として、セラミックス製の柱状のハニカム構造体が用いられている。ハニカム構造体は、金属ケースの内部に収容され、金属ケースによりハニカム構造体の外周面が把持されることにより金属ケース内で固定される。

また、例えば下記の特許文献１等で示されるように、ハニカム構造体に電流を流し、ハニカム構造体を加熱する電気加熱式触媒（ＥＨＣ）も知られている。

特開２０１９－０１２６８２号公報

電気加熱式触媒において、ハニカム構造体の抵抗値を調整するために、ハニカム構造体の軸方向長さを一般的な排気ガス浄化装置用のハニカム構造体よりも短くしたいとの要求がある。しかしながら、ハニカム構造体の軸方向長さを短くすると、ハニカム構造体の外周面を用いたハニカム構造体の把持が難しくなる。

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、軸方向長さが短くても金属ケースによってより確実に把持できる電気加熱式担体及び排気ガス浄化装置を提供することである。

本発明に係る電気加熱式担体の一態様は、一方の端面から他方の端面まで貫通して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中央部と、中央部の幅方向外側に設けられた外周部と、を有するセラミックス製の柱状のハニカム構造体と、外周部の外周面上に設けられた電極端子とを備え、一方の端面から他方の端面までの中央部の軸方向長さＡが、８０ｍｍ以下であり、外周部の外周面における軸方向長さＢが軸方向長さＡより小さく、外周部の端面がハニカム構造体を把持するための把持用端面を構成する。

また、本発明に係る排気ガス浄化装置の一態様は、上述の電気加熱式担体と、軸方向に係る両側から把持用端面を挟み込むことによりハニカム構造体を把持するための金属ケースとを備える。

本発明の電気加熱式担体及び排気ガス浄化装置によれば、ハニカム構造体の外周部の端面がハニカム構造体を把持するための把持用端面を構成するので、軸方向長さが短くても金属ケースによってより確実に把持できる。

本発明の実施形態における電気加熱式担体を示す正面図である。 図１の線ＩＩ－ＩＩにおける電気加熱式担体の断面図である。 図１の電気加熱式担体を含む排気ガス浄化装置を示す斜視図である。 図３の排気ガス浄化装置を示す分解斜視図である。 図２のハニカム構造体の各部の寸法表記を示す説明図である。 図２の電気加熱式担体の第１変形例の断面図である。 図２の電気加熱式担体の第２変形例の断面図である。 図２の電気加熱式担体の第３変形例の断面図である。 図２の電気加熱式担体の第４変形例の断面図である。 図２の電気加熱式担体の第５変形例の断面図である。 図２の電気加熱式担体の第６変形例の正面図である。 図２の電気加熱式担体の第７変形例の正面図である。 図２の電極端子が配置される角度間隔が１８０°未満であるときのスリットの配置態様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、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。

＜電気加熱式担体について＞
図１は本発明の実施形態における電気加熱式担体１を示す正面図であり、図２は図１の線ＩＩ－ＩＩにおける電気加熱式担体１の断面図である。図１及び図２に示すように、本実施の形態の電気加熱式担体１は、ハニカム構造体２及び一対の電極端子３を有している。

ハニカム構造体２は、セラミックス製の柱状部材である。ハニカム構造体２は、ＳｉＣ及びＳｉの少なくとも一方を主成分として含むことができる。

本実施の形態のハニカム構造体２は、導電性を有する。ハニカム構造体２は、通電してジュール熱により発熱可能である限り、電気抵抗率については特に制限はないが、０．０００５～２００Ωｃｍであることが好ましく、０．００１～１００Ωｃｍであることが更に好ましい。本発明において、ハニカム構造体２の電気抵抗率は、四端子法により２５℃で測定した値とする。

ハニカム構造体２の外形は、柱状である限り特に限定されず、例えば、底面が円形の柱状（円柱形状）、底面がオーバル形状の柱状、底面が多角形（四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等）の柱状等の形状とすることができる。なお、柱状とは、セル２０ｃの延伸方向（ハニカム構造体２の軸方向２Ａ）に厚みを有する立体形状と理解できる。軸方向２Ａに係るハニカム構造体２の軸方向長さは、幅方向２Ｗに係るハニカム構造体２の幅方向長さよりも短くてもよい。

本実施の形態のハニカム構造体２は、中央部２０及び外周部２１を有している。

中央部２０は、ハニカム構造体２の幅方向２Ｗに係るハニカム構造体２の中央に設けられている。図１に示すようにハニカム構造体２の底面が円形状であるとき、幅方向２Ｗは径方向と同義である。中央部２０は、中央部２０の一方の端面２０ａから他方の端面２０ｂまで貫通して流路を形成する複数のセル２０ｃを区画形成する隔壁２０ｄを有している。一方の端面２０ａからセル２０ｃに流入した流体は、流路及び／又は隔壁２０ｄを通過して他方の端面２０ｂから抜け出ることができる。流体は、例えば自動車等の排気ガスであり得る。

セル２０ｃの延伸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、ハニカム構造体２に排気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。構造強度及び加熱均一性を両立させやすいという観点からは、四角形が特に好ましい。

隔壁２０ｄは、気孔率が０～６０％であることが好ましく、０～５０％であることがより好ましく、０～４０％であることがさらに好ましい。気孔率が６０％以下であることで、隔壁２０ｄの強度を確保することができる。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、気孔率が２０％以下の場合は水銀ポロシメータではなく、隔壁２０ｄの断面のＳＥＭ画像から空隙部と隔壁部を二値化して気孔率を算出してもよい。

セル２０ｃを区画形成する隔壁２０ｄの厚みは、０．０５～０．３１ｍｍであることが好ましく、０．０７～０．２５ｍｍであることがより好ましく、０．０９～０．２ｍｍであることがさらに好ましい。隔壁２０ｄの厚みが０．０５ｍｍ以上であることで、ハニカム構造体２の強度が低下するのを抑制可能である。隔壁２０ｄの厚みが０．３１ｍｍ以下であることで、ハニカム構造体２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２０ｄの厚みは、セル２０ｃの延伸方向に垂直な断面において、隣接するセル２０ｃの重心同士を結ぶ線分のうち、隔壁２０ｄを通過する部分の長さとして定義される。

ハニカム構造体２は、セル２０ｃの流路方向に垂直な断面において、セル密度が１５０×１０³～１３９５×１０³セル／ｍ²であることが好ましく、３１０×１０³～１２４０×１０³セル／ｍ²であることがより好ましく、４６５×１０³～１１６３×１０³セル／ｍ²であることがさらに好ましい。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１５０×１０³セル／ｍ²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１３９５×１０³セル／ｍ²以下であるとハニカム構造体２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、中央部２０の端面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２に触媒を担持することにより、電気加熱式担体１を触媒体として使用することができる。セル２０ｃの流路には、例えば自動車排気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（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、これらの触媒からなる群から選択される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。

外周部２１は、中央部２０の幅方向外側に設けられている。本実施の形態の外周部２１は、中央部２０の周方向全域にわたって中央部２０を囲むように設けられている。

外周部２１は、ハニカム構造体２及び外周部２１の外周面２１ｄを形成する外周壁２２を有している。ハニカム構造体２に外周壁２２を設けることは、ハニカム構造体２の構造強度を確保し、また、セル２０ｃを流れる流体が外周壁２２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２２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、更により好ましくは０．２ｍｍ以上である。但し、外周壁２２を厚くしすぎると高強度になりすぎてしまい、隔壁２０ｄ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２２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２２の厚みは、厚みを測定しようとする外周壁２２の箇所をセルの延伸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２２の接線に対する法線方向の厚みとして定義される。

本実施の形態の外周部２１は、中央部２０から外周部２１の外周面２１ｄに向かって先細り状の外形を有している。換言すると、外周部２１は、中央部２０から外周部２１の外周面２１ｄに向かって軸方向長さが徐々に短くなっている。本実施の形態の外周部２１の端面２１ａ，２１ｂは、ハニカム構造体２の幅方向２Ｗに対して傾斜して延在されたテーパ面とされている。外周部２１の端面２１ａ，２１ｂは、ハニカム構造体２の軸方向２Ａに係る両端において、中央部２０の外縁と外周面２１ｄとを接続する面である。

本実施の形態の外周部２１は、ハニカム構造体２の軸方向２Ａに係る中心位置においてハニカム構造体２の幅方向２Ｗに延在する平面を中心に対称の形状を有している。各端面２１ａ，２１ｂを構成する各テーパ面の傾斜角度及び延在幅は互いに等しくされている。

本実施の形態の外周部２１の内部には、外周部２１の一方の端面２１ａから他方の端面２１ｂまで延びる複数のセル２０ｃが設けられている。外周部２１の内部に設けられたセル２０ｃは、中央部２０の内部に設けられたセル２０ｃと同等の構成を有する。しかしながら、外周部２１は、内部にセル２０ｃを有しない中実構造とされていてもよい。

本実施の形態では、外周部２１の端面２１ａ，２１ｂにおいて、セル２０ｃの開口が充填剤２４によって塞がれている。換言すると、外周部２１の端面２１ａ，２１ｂは、充填剤２４によって平滑面とされている。ここでいう平滑面とは、セル２０ｃの開口が剥き出されている場合と比較して表面凹凸が小さな面を意味する。後述のように、外周部２１の端面２１ａ，２１ｂは、ハニカム構造体２を把持するための把持用端面を構成する。外周部２１の端面２１ａ，２１ｂにおいてセル２０ｃの開口が充填剤２４によって塞がれることで、端面２１ａ，２１ｂとの接触により後述の金属ケース６若しくはマット７（図４参照）又は端面２１ａ，２１ｂが削れることを抑えることができる。しかしながら、充填剤２４が省略されて、外周部２１の端面２１ａ，２１ｂにおいてセル２０ｃの開口が開放されていてもよい。

電極端子３は、ハニカム構造体２の周方向に互いに離間して外周部２１の外周面２１ｄ上に設けられている。本実施の形態の電極端子３は、ハニカム構造体２の周方向に１８０°の角度間隔をおいて配置されている。本実施の形態の電極端子３は、外周面２１ｄ上に立設された柱状の部材とされている。電極端子３と外周面２１ｄとの間に帯状又は瓦状の電極層が設けられていてもよい。

電極端子３の外形は柱状である限り特に限定されず、例えば、底面が円形の柱状（円柱形状）、底面がオーバル形状の柱状、底面が多角形（四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等）の柱状等の形状とすることができる。

電極端子３の径は、好ましくは５～２５ｍｍであり、より好ましくは８～２０ｍｍであり、さらに好ましくは１０～１５ｍｍである。電極端子３の径が５ｍｍ以上であることで、耐電流性能を確保することができる。電極端子３の径が２５ｍｍ以下であることで、良好な接合性を確保することができる。

電極端子３の長さは、好ましくは６～３０ｍｍであり、より好ましくは８～２５ｍｍであり、さらに好ましくは１０～２０ｍｍである。電極端子３の長さが６ｍｍ以上であることで、電極端子３に外部電極を接続しやすくなる。電極端子３の長さが３０ｍｍ以下であることで、ハニカム構造体２の外径が過大となることを回避できる。

電極端子３に電圧を印加するとジュール熱によりハニカム構造体２を発熱させることが可能である。このため、ハニカム構造体２はヒーターとしても好適に用いることができる。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。

ハニカム構造体２には、電流の流れを阻害する複数のスリット２５が設けられている。本実施の形態のスリット２５には充填剤２５ａが充填されている。より具体的には、すべてのスリット２５に隙間なく充填剤２５ａが充填されている。しかしながら、スリット２５の一部に充填剤２５ａが充填されていなくてもよく、また一部のスリット２５に充填剤２５ａが全く充填されていなくてもよい。スリット２５の少なくとも一部に充填剤２５ａが充填されていることが好ましい。スリット２５に充填剤２５ａが充填されていることで、ハニカム構造体２の強度を向上できる。また、外周部２１の外周面２１ｄから中央部２０に向かって延出されているスリット２５の場合、スリット２５を通して外周面２１ｄに流体が向かうことも考えられる。本実施の形態のように、スリット２５の少なくとも一部に充填剤２５ａが充填されることで、外周面２１ｄに向かう流体の流れを抑えることができ、電極端子３などの劣化を低減することもできる。

スリット２５は、電極端子３間の電流経路をより長くするように配置されている。より具体的には、スリット２５は、以下のように配置されている。すなわち、ハニカム構造体２の幅方向２Ｗに含まれる第１及び第２方向２Ｗ１，２Ｗ２を定義する。第１及び第２方向２Ｗ１，２Ｗ２は互いに直交する方向である。各スリット２５は、第１方向２Ｗ１に互いに間隔をおいて第２方向２Ｗ２に延在されている。各スリット２５は、第１方向２Ｗ１に等間隔に配置されていても、間隔が異なるように配置されていてもよい。

一部のスリット２５は、外周部２１の外周面２１ｄから中央部２０に向かって延出されている。すなわち、本実施の形態では、外周部２１の外周面２１ｄ又は外周壁２２がスリット２５によってハニカム構造体２の周方向に不連続とされている。しかしながら、スリット２５が省略されるか、又はすべてのスリット２５が外周面２１ｄ又は外周壁２２から離れて設けられるなど、外周部２１の外周面２１ｄ又は外周壁２２がハニカム構造体２の周方向に連続されていてもよい。

外周部２１の外周面２１ｄから中央部２０に向かって延出されている一部のスリット２５を第１スリット２５１と呼び、他のスリット２５（外周面２１ｄから延在されていないスリット２５）を第２スリット２５２と呼ぶ。第１及び第２スリット２５１，２５２は、第１方向２Ｗ１に交互に配置されている。各第１スリット２５１は、第２方向２Ｗ２に係る中央位置で分断されている。第２スリット２５２は、第２方向２Ｗ２に係る中央位置を含むように延在されている。一方の電極端子３からの電流は、第１及び第２スリット２５１，２５２を迂回しながらハニカム構造体２を通り他方の電極端子３に向かう。

次に、図３は図１の電気加熱式担体１を含む排気ガス浄化装置５を示す斜視図であり、図４は図３の排気ガス浄化装置５を示す分解斜視図である。図３及び図４に示すように、排気ガス浄化装置５は、電気加熱式担体１、金属ケース６及び一対のマット７を有している。

金属ケース６は、ハニカム構造体２を取り囲むケースである。金属ケース６には、中央部２０の端面２０ａ，２０ｂを露出させる開口６０が設けられている。金属ケース６は、ハニカム構造体２の軸方向に沿ってハニカム構造体２を見たときに外周部２１を覆い隠すように設けられている。開口６０を通して中央部２０の一方の端面２０ａ，２０ｂに流体が流れ込み、他方の端面２０ａ，２０ｂから流体が抜け出る。すなわち、中央部２０の端面２０ａ，２０ｂは、流体流通用端面を構成する。

図４に特に表れているように、本実施の形態の金属ケース６は、一対のケース体６１，６２を有している。ケース体６１，６２は、軸方向に係る両側からハニカム構造体２を挟み込んでいる。より具体的には、ケース体６１，６２は、外周部２１の端面２１ａ，２１ｂを挟み込むことによりハニカム構造体２を把持している。すなわち、本実施の形態の電気加熱式担体１では、外周部２１の端面２１ａ，２１ｂがハニカム構造体２を把持するための把持用端面を構成する。

マット７は、金属ケース６（ケース体６１，６２）とハニカム構造体２との間に介在される部材である。マット７は、例えばステンレス等の金属ケース６及びハニカム構造体２よりも柔軟な材料によって構成される。マット７が設けられることで、金属ケース６（ケース体６１，６２）によってハニカム構造体２をより確実に保持できる。しかしながら、マット７は省略されていてもよい。

次に、ハニカム構造体２の各部の寸法について説明する。図５は、図２のハニカム構造体２の各部の寸法表記を示す説明図である。

本実施の形態のハニカム構造体２では、一方の端面２０ａから他方の端面２０ｂまでの中央部２０の軸方向長さＡが８０ｍｍ以下とされている。軸方向長さＡが８０ｍｍ以下とされていることで、熱容量増大による昇温性能の低下を抑えることができる。軸方向長さＡは、好ましくは１５～８０ｍｍであり、より好ましくは２０～７５ｍｍであり、さらに好ましくは２５～６０ｍｍである。軸方向長さＡが１５ｍｍ以上であることで、触媒による浄化性能が不足することを回避できる。

外周部２１の外周面２１ｄにおける軸方向長さＢは、軸方向長さＡよりも短くされている。軸方向長さＢが軸方向長さＡよりも短いことで、外周部２１の端面２１ａ，２１ｂの少なくとも一方を中央部２０の端面２０ａ，２０ｂと非同一平面とすることができる。軸方向長さＡが短くても、外周面２１ｄに加え外周部２１の端面２１ａ，２１ｂを把持用端面とすることができ、金属ケースによって電気加熱式担体１をより確実に把持できる。これは、外周面２１ｄのみで把持用端面を構成する場合は、軸方向長さＡが短くなるとハニカム構造体２の幅方向２Ｗのみで把持力を作用させるため、ハニカム構造体の軸方向の振動に対して把持が十分ではなかったが、端面２１ａ，２１ｂを把持用端面とすることでハニカム構造体２の幅方向２Ｗ以外の方向に把持力を作用させるために把持性能が向上するものである。

特に、本実施の形態の電気加熱式担体１のように外周部２１の形状を先細り状とすることで、金属ケース６により両側からハニカム構造体２を把持した際に、ハニカム構造体２の幅方向２Ｗのみならず軸方向２Ａにも把持力を作用させることができる。外周部２１の端面２１ａ，２１ｂをテーパ面とすることで、軸方向２Ａへの把持力の作用を顕著とすることができる。

軸方向長さＢは５ｍｍ以上であることが好ましい。外周部２１の外周面２１ｄ上への電極端子３の取り付け作業性を良くするためである。

外周部２１の幅方向長さＣは３ｍｍ以上であることが好ましい。把持用端面の延在幅を確保し、振動条件下においても金属ケース６内での電気加熱式担体１のずれをより確実に抑えることができる。幅方向長さＣは、５０ｍｍ以下であることが好ましく、３０ｍｍ以下であることがより好ましく、２０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。幅方向長さＣが５０ｍｍ以下であることで、電気加熱式担体１及び排気ガス浄化装置５の搭載性が悪化することを回避できる。

外周部２１の水力直径Ｅは、５０～３３０ｍｍであることが好ましく、６０～３００ｍｍであることがより好ましく、７０～２００ｍｍであることがさらに好ましい。水力直径Ｅが５０ｍｍ以上であることで、圧力損失の増大を避けることができる。水力直径Ｅが３３０ｍｍ以下であることで、耐熱衝撃性の悪化を避けることができる。

中央部２０の水力直径Ｄと外周部２１の水力直径Ｅとの比が１：１．０５以上であるとき、ハニカム構造体２にスリット２５を形成することが好ましい。水力直径Ｅが大きくなるにつれて熱応力によりハニカム構造体２の外周側でクラックが生じやすくなる。スリット２５が形成されていることで、ハニカム構造体２の外周側でのクラックの発生を抑えることができる。

スリット２５の幅は、０．５～５．０ｍｍであることが好ましく、０．６～４．０ｍｍであることがより好ましく、０．７～３．０ｍｍであることがさらに好ましい。スリット２５の幅が０．５ｍｍ以上であることで、より確実に熱応力の緩和を図ることができる。スリット２５の幅が５．０ｍｍ以下であることで、圧力損失の増大を抑えることができる。

次に、電気加熱式担体１の変形例を挙げる。図６は図２の電気加熱式担体１の第１変形例の断面図であり、図７は図２の電気加熱式担体１の第２変形例の断面図である。図２では外周部２１の端面２１ａ，２１ｂがテーパ面である態様を示したが、図６及び図７に示すように外周部２１の端面２１ａ，２１ｂが曲面であってもよい。特に、図６に示すように外周部２１の端面２１ａ，２１ｂが凸状の曲面であってもよいし、図７に示すように外周部２１の端面２１ａ，２１ｂが凹状の曲面であってもよい。

図８は、図２の電気加熱式担体１の第３変形例の断面図である。図８に示すように、外周部２１の端面２１ａ，２１ｂが階段状の面であってもよい。図８では、外周部２１の端面２１ａ，２１ｂが２段の階段状であるように示しているが、外周部２１の端面２１ａ，２１ｂの段数は３以上であってもよい。

図９は、図２の電気加熱式担体１の第４変形例の断面図である。図９に示すように、外周部２１は、軸方向２Ａに偏った形状を有していてもよい。軸方向２Ａに偏った形状とは、ハニカム構造体２の軸方向２Ａに係る中心位置においてハニカム構造体２の幅方向２Ｗに延在する平面を中心に非対称な形状と理解できる。図９では、各端面２１ａ，２１ｂを構成する各テーパ面の傾斜角度及び延在幅がともに異なるようにされている。また、軸方向２Ａに係る外周部２１の外周面２１ｄの中心位置が軸方向２Ａに係る中央部２０の中心位置からずらされている。外周部２１が軸方向２Ａに偏った形状を有することで、金属ケース６により両側からハニカム構造体２を把持する際のハニカム構造体２の位置ずれを抑制することができる。なお、各端面２１ａ，２１ｂを曲面及び／又は階段状の面によって構成しつつ、外周部２１を軸方向２Ａに偏った形状としていてもよい。

図１０は、図２の電気加熱式担体１の第５変形例の断面図である。図１０に示すように、外周部２１は矩形状の外形を有していてもよい。換言すると、図１０のように外周部２１を断面で見たとき、外周部２１が長方形又は正方形であってもよい。各端面２１ａ，２１ｂは、中央部２０の端面２０ａ，２０ｂと平行に延在されていてもよい。

図１１は、図２の電気加熱式担体１の第６変形例の正面図である。図１１に示すように、外周部２１は、中央部２０の周方向全域にわたって中央部２０を囲むように設けられていなくてもよい。第６変形例の電気加熱式担体１では、外周部２１は、ハニカム構造体２の周方向に互いに離間して設けられた複数の凸部２１０を含んでいる。電極端子３に対応して２つの凸部２１０が互いに対向するように配置されている。凸部２１０間では、中央部２０の外周面が露出されている。凸部２１０間においてハニカム構造体２の幅を狭くでき、ハニカム構造体２を小形化できる。

図１２は、図２の電気加熱式担体１の第７変形例の正面図である。図１２に示すように、凸部２１０間において中央部２０の外周面を露出させずに、外周部２１を残してもよい。第７変形例の電気加熱式担体１では、外周部２１は、ハニカム構造体２の周方向に互いに離間して設けられた複数の凸部２１０と、複数の凸部２１０の間に配置され、且つ、凸部よりも幅方向長さＣが短い短部２１１とを有している。凸部２１０間においてハニカム構造体２の幅を狭くでき、ハニカム構造体２を小形化できる。また、凸部２１０のみならず短部２１１においても金属ケース６によりハニカム構造体２を把持でき、第６変形例と比較して金属ケース６によるハニカム構造体２の把持をより確実に行うことができる。また、図１２に示すように、電極端子３が配置される角度間隔は１８０°未満であってもよい。

図１３は、図２の電極端子３が配置される角度間隔が１８０°未満であるときのスリット２５の配置態様を示す説明図である。電極端子３が配置される角度間隔が１８０°未満であるとき、図１３の（ａ）～（ｃ）に示すように外周部２１の外周面２１ｄから延びるスリット２５の長さを変えることで、通電による外周部２１の発熱量を調整することができる。

図１３の（ａ）に示すように、外周部２１の外周面２１ｄから延びるスリット２５が中央部２０を超えて先にある外周部２１の近傍まで延ばされることにより、外周部２１により多くの電流を流し、外周部２１をより多く発熱させることができる。外周部２１をより多く発熱させることで、中央部２０の蓄熱を期待することができる。

図１３の（ｂ）は図１３の（ａ）よりもスリット２５の長さが短くされている態様を示し、図１３の（ｃ）は図１３の（ｂ）よりもスリット２５の長さがさらに短くされている態様を示している。スリット２５が短くなるにつれて、外周部２１の発熱が抑えられる一方で、中央部２０がより多く発熱される。必要とされる温度分布に応じてスリット２５の長さを調整することができる。

本実施の形態のような電気加熱式担体１及び排気ガス浄化装置５によれば、ハニカム構造体２の外周部２１の端面２１ａ，２１ｂがハニカム構造体２を把持するための把持用端面を構成するので、軸方向長さＡが短くても金属ケース６によって電気加熱式担体１をより確実に把持できる。

また、外周部２１の幅方向長さＣが３ｍｍ以上であるので、金属ケース６内での電気加熱式担体１のずれをより確実に抑えることができる。

また、外周面２１ｄから中央部２０に向かって延出されたスリット２５がハニカム構造体２に設けられているので、中央部２０の水力直径Ｄと外周部２１の水力直径Ｅとの比が１：１．０５以上であっても、ハニカム構造体２の外周側でのクラックの発生を抑えることができる。

また、軸方向長さＢが５ｍｍ以上であるので、外周部２１の外周面２１ｄ上への電極端子３の取り付け作業性を良くすることができる。

また、中央部２０から外周面２１ｄに向かって先細り状の外形を外周部２１が有しているので、軸方向長さＡが短くても金属ケース６によって電気加熱式担体１をより確実に把持できる。

また、外周部２１の端面２１ａ，２１ｂがテーパ面であるので、金属ケース６による把持力を幅方向２Ｗにより確実に作用させることができ、金属ケース６によって電気加熱式担体１をより確実に把持できる。

また、外周部２１の端面２１ａ，２１ｂが凸状又は凹状の曲面であるので、金属ケース６による把持力を幅方向２Ｗに作用させつつ、金属ケースの加工方法や、搭載可能空間の形状に合わせた形状を選定することができる。

また、外周部２１の端面２１ａ，２１ｂが階段状の面であるので、触媒コートや金属ケース６のキャニング工程時のハンドリング時の取り扱いを容易にすることができる。

また、外周部２１が軸方向２Ａに偏った形状を有しているので、金属ケース６により両側からハニカム構造体２を把持する際のハニカム構造体２の位置ずれを抑制することができる。

また、外周部２１が矩形状の外形を有しているので、触媒コートや金属ケース６のキャニング工程時のハンドリング時の取り扱いを容易にしつつ、より小形の構造とすることができる。

また、外周面２１ｄから中央部２０に向かって延出されたスリット２５がハニカム構造体２に設けられており、スリット２５の少なくとも一部には充填剤２５ａが充填されているので、ハニカム構造体２の強度を向上できる。

また、外周部２１の端面２１ａ，２１ｂにおいて、セル２０ｃの開口が充填剤２４によって塞がれているので、端面２１ａ，２１ｂとの接触により金属ケース６若しくはマット７又は端面２１ａ，２１ｂが削れることを抑えることができる。

また、ハニカム構造体２の周方向に互いに離間して設けられた複数の凸部２１０を外周部２１が含むので、凸部２１０間においてハニカム構造体２の幅を狭くでき、ハニカム構造体２を小形化できる。

また、複数の凸部２１０の間に配置され、且つ、凸部２１０よりも幅方向長さＣが短い短部２１１を外周部２１がさらに含むので、ハニカム構造体２を小形化できるとともに、金属ケース６によるハニカム構造体２の把持をより確実に行うことができる。

また、ハニカム構造体２がＳｉＣ及びＳｉの少なくとも一方を主成分とするので、内燃機関からの高温排気ガス条件下でも使用することができる。

次に、実施例を挙げる。本発明者らは、以下の条件で電気加熱式担体１のサンプルを作成した。ハニカム構造体２の外形を円柱形状とし、隔壁２０ｄの厚みを０．１３０ｍｍ、セル密度を９３０×１０³セル／ｍ²とした。ハニカム構造体２を成形するとともに、幾つかのサンプルにおいてスリット２５を形成した後、Ｓｉ含浸を行った。スリット２５を形成したサンプルにおいては、スリット２５に充填剤２５ａを充填した。また、Ｓｉ含浸後に外周部２１の端面２１ａ，２１ｂにおいて、セル２０ｃの開口を充填剤２４によって塞いだ。電極端子３は、共素地で、Ｓｉ含浸工程前にスラリーで外周部２１の外周面２１ｄに接着した後、ハニカム構造体２とともにＳｉ含浸を行った。各サンプルにおいて、各部寸法Ａ～Ｅを表１～表３に示すように変更した。

本発明者らは、電気加熱式担体１のサンプルを金属ケース６に収納し、加熱振動試験を実施して把持力の評価を行った。加熱振動試験には、振動機をバーナーに取り付けた装置（社内製造）を用いた。把持力は、振動機によって振動を加えながら、電気加熱式担体１及び金属ケース６の加熱及び冷却を繰り返し実施した後、金属ケース６内で電気加熱式担体１にずれが生じているか否かに基づいて評価した。電気加熱式担体１及び金属ケース６の加熱及び冷却は、９００℃への加熱を５分間行った後、５分間で１００℃まで冷却することによって行った。この加熱及び冷却を１６時間行った後に、電気加熱式担体１のずれを調査した。振動条件は４０Ｇ、１５０Ｈｚとした。バーナーにより電気加熱式担体に流入させるガスの流量は２Ｎｍ³／ｍｉｎとした。

表２のサンプルＮｏ．１５，１６を除く、各サンプルにおいては、中央部２０の軸方向長さＡよりも外周部２１の軸方向長さＢが短くされている。また、外周部２１の端面２１ａ，２１ｂを図２に示すようなテーパ面としている。サンプルＮｏ．１５，１６を除く各サンプルにおいては、２ｍｍ以上の位置ずれが認められず、良好な把持力が得られていると評価できる。但し、表１のサンプルＮｏ．５，６においては、外周部２１の幅方向長さＣを除く各寸法がサンプルＮｏ．３，４とほぼ同じであるにも関わらず、０．１ｍｍと極僅かではあったが金属ケース６の位置ずれが生じた。この結果から、外周部２１の幅方向長さＣを３ｍｍ以上とすることが好ましいと理解される。

また、表１のサンプルＮｏ．１－６において、耐熱衝撃性の評価を行った。耐熱衝撃性の評価は、上述の加熱振動試験の前後で外周面２１ｄにクラックの有無を目視にて確認することで行った。サンプルＮｏ．１とサンプルＮｏ．２、及びサンプルＮｏ．３とサンプルＮｏ．４を比較することで分かるように、外周面２１ｄから中央部２０に向かって延出されたスリット２５を設けるか否かにより、クラックの有無が変わる。このことから、スリット２５を設けることで耐熱衝撃性を向上できることが理解される。

サンプルＮｏ．６では、スリット２５が設けられていないにも関わらず、クラックが生じていなかった。このサンプルＮｏ．６とサンプルＮｏ．２，４との比較から、中央部２０の水力直径Ｄと外周部２１の水力直径Ｅとの比が１：１．０５以上であるときに、スリット２５を設けることが特に有用であると理解される。

表３のサンプルＮｏ．２０では、外周部２１の軸方向長さＢが５ｍｍを下回っていた。このサンプルでは、外周部２１の外周面２１ｄに電極端子３を取り付けられるものの、作業性が悪化していた。この結果から、外周部２１の軸方向長さＢを５ｍｍ以上とすることが好ましいと理解される。

１ 電気加熱式担体
２ ハニカム構造体
２０ 中央部
２１ 外周部
２１０ 凸部
２１１ 短部
３ 電極端子
５ 排気ガス浄化装置
６ 金属ケース

Claims (16)

1. 一方の端面から他方の端面まで貫通して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中央部と、前記中央部の幅方向外側に設けられた外周部と、を有するセラミックス製の柱状のハニカム構造体と、
   前記外周部の外周面上に設けられた電極端子と
   を備え、
   前記一方の端面から前記他方の端面までの前記中央部の軸方向長さＡが、８０ｍｍ以下であり、
   前記外周部の外周面における軸方向長さＢが前記軸方向長さＡより小さく、
   前記外周部の端面が前記ハニカム構造体を把持するための把持用端面を構成する、
   電気加熱式担体。
2. 前記外周部の幅方向長さＣが３ｍｍ以上である、
   請求項１記載の電気加熱式担体。
3. 前記ハニカム構造体には、前記外周面から前記中央部に向かって延出されたスリットが設けられており、
   前記中央部の水力直径Ｄと前記外周部の水力直径Ｅとの比が１：１．０５以上である、
   請求項１又は請求項２記載の電気加熱式担体。
4. 前記軸方向長さＢが５ｍｍ以上である、
   請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電気加熱式担体。
5. 前記外周部は、前記中央部から前記外周面に向かって先細り状の外形を有している、
   請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電気加熱式担体。
6. 前記外周部の端面は、前記幅方向に対して傾斜して延在されたテーパ面である、
   請求項５記載の電気加熱式担体。
7. 前記外周部の端面は、凸状又は凹状の曲面である、
   請求項５記載の電気加熱式担体。
8. 前記外周部の端面は、階段状の面である、
   請求項５記載の電気加熱式担体。
9. 前記外周部は、前記軸方向に偏った形状を有している、
   請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の電気加熱式担体。
10. 前記外周部は、矩形状の外形を有している、
    請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電気加熱式担体。
11. 前記ハニカム構造体には、前記外周面から前記中央部に向かって延出されたスリットが設けられており、
    前記スリットの少なくとも一部には充填剤が充填されている、
    請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の電気加熱式担体。
12. 前記外周部の内部には、前記外周部の一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルが設けられており、
    前記外周部の端面において、前記セルの開口が充填剤によって塞がれている、
    請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の電気加熱式担体。
13. 前記外周部は、前記ハニカム構造体の周方向に互いに離間して設けられた複数の凸部を含む、
    請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載の電気加熱式担体。
14. 前記外周部は、前記複数の凸部の間に配置され、且つ、前記凸部よりも前記幅方向長さＣが短い短部をさらに含む、
    請求項１３記載の電気加熱式担体。
15. 前記ハニカム構造体が、ＳｉＣ及びＳｉの少なくとも一方を主成分とする
    請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載の電気加熱式担体。
16. 請求項１から請求項１５までのいずれか一項に記載の電気加熱式担体と、
    前記軸方向に係る両側から前記把持用端面を挟み込むことにより前記ハニカム構造体を把持するための金属ケースと
    を備える、
    排気ガス浄化装置。

Images