JP7768898B2 - 機能材含有層付ヒーターエレメント、機能材含有層付ヒーターユニット、車室浄化システム及びハニカム構造体 - Google Patents

機能材含有層付ヒーターエレメント、機能材含有層付ヒーターユニット、車室浄化システム及びハニカム構造体

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Description

本発明は、機能材含有層付ヒーターエレメント、機能材含有層付ヒーターユニット、車室浄化システム及びハニカム構造体に関する。
自動車などの各種車両において、車室環境の向上に対する要求が高まっている。具体的な要求としては、車室内のＣＯ2を低減して運転者の眠気を抑制することや、車室内のにおい成分やアレルギー誘因成分などの有害な揮発成分の除去などが挙げられる。このような要求に最も有効な対策は換気であるが、換気は、冬場のヒーターエネルギーを大きくロスする要因となり、冬場のエネルギー効率の悪化を招く。特に電気自動車（ＢＥＶ：battery electric vehicle）では、そのエネルギーロスにより、航続距離が大幅に減少するという問題がある。
上記の問題を解決する方法として、特許文献１には、車室の空気中のＣＯ2などの除去対象成分を吸着材などの機能材に捕捉した後、加熱によって除去対象成分を反応又は脱離させて車外に放出する車室浄化システムが開示されている。このような車室浄化システムでは、除去対象成分の捕捉性能を確保するために空気と機能材との接触ができるだけ多いこと、及び捕捉した除去対象成分を機能材から放出し易くするために機能材を所定の温度に加熱できることが求められる。
他方、特許文献２には、外周側壁と、外周側壁の内側に配設され、第１の端面から第２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柱状ハニカム構造部を備え、隔壁がＰＴＣ特性を有しており、隔壁の平均厚みが０．１３ｍｍ以下であり、第１及び第２の端面における開口率が０．８１以上であるヒーターエレメントが開示されている。このヒーターエレメントは、車室暖房用ヒーターに用いられる。
特開２０２０－１０４７７４号公報 国際公開第２０２０／０３６０６７号
特許文献２に記載のヒーターエレメントは、車室の暖房用途に用いられるものであるが、機能材を担持するための担持体としても有用であると考えられる。特に、特許文献２に記載のヒーターエレメントは、通電による加熱が可能であり且つＰＴＣ特性を有するため、機能材を容易に加熱できる一方で、過剰な温度への加熱を抑制し、機能材の熱劣化を抑制することもできると考えられる。
しかしながら、本発明者らの検討の結果、特許文献２に記載のヒーターエレメントに機能材を適用した場合、柱状ハニカム構造部のセルが機能材によって目詰まりしたり、機能材が担持されたセルの開口面積が小さくなりすぎたりすることがわかった。このような状態では、空気と機能材との接触が阻害される上、空気がセルを通過する際の圧力損失が大きくなって空気の流量を確保できないなどの問題が生じる。したがって、特許文献２に記載のヒーターエレメントは、機能材の機能を利用する用途に用いるのに適しているとはいえず、改善の余地があるものであった。
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、機能材の機能を十分に利用できる機能材含有層付ヒーターエレメント、機能材含有層付ヒーターユニット及び車室浄化システムを提供することを目的とする。
また、本発明は、上記の機能材含有層付ヒーターエレメントの作製に適したハニカム構造体を提供することを目的とする。
上記の課題は、以下の本発明によって解決されるものであり、本発明は以下の通りである。
［１］
外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、第１端面から第２端面まで延びる流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、少なくとも前記隔壁がＰＴＣ特性を有する材料で構成されたハニカム構造体と、
前記ハニカム構造体の前記第１端面及び前記第２端面に設けられた一対の電極と、
前記隔壁の表面に設けられ、アルミノシリケートを主成分とする吸着材を含む機能材含有層と
を備え、
前記ハニカム構造体は、前記隔壁の厚さが０．１４～０．３６ｍｍ、セル密度が１５．５～４６．５セル／ｃｍ2、前記セルの開口率が７０～９４％であり、且つ
前記機能材含有層の厚さが２００～４００μｍである、機能材含有層付ヒーターエレメント。
［２］
前記ハニカム構造体は、前記セルの開口率が８０～９４％である、［１］に記載の機能材含有層付ヒーターエレメント。
［３］
前記機能材含有層が触媒を含む、［１］又は［２］に記載の機能材含有層付ヒーターエレメント。
［４］
前記ハニカム構造体は、流路方向の長さが２～２０ｍｍ、流路方向に直交する断面積が１０ｃｍ2以上である、［１］～［３］のいずれか１つに記載の機能材含有層付ヒーターエレメント。
［５］
ＰＴＣ特性を有する前記材料はチタン酸バリウムを主成分とし、キュリー点が１００～２５０℃であり、鉛を実質的に含まない材料で構成されている、［１］～［４］のいずれか１つに記載の機能材含有層付ヒーターエレメント。
［６］
［１］～［５］のいずれか１つに記載の機能材含有層付ヒーターエレメントを２個以上含む機能材含有層付ヒーターユニット。
［７］
［１］～［５］のいずれか１つに記載の機能材含有層付ヒーターエレメント、又は前記機能材含有層付ヒーターエレメントを２個以上含む機能材含有層付ヒーターユニットと、
前記機能材含有層付ヒーターエレメント又は前記機能材含有層付ヒーターユニットに電圧を印加するためのバッテリーと、
車室と前記機能材含有層付ヒーターエレメント又は前記機能材含有層付ヒーターユニットの流入口とを連通する流入配管と、
前記機能材含有層付ヒーターエレメント又は前記機能材含有層付ヒーターユニットの流出口と前記車室及び車外とを連通する流出配管と、
前記流出配管に設けられ、前記流出配管を流通する空気の流れを前記車室又は車外に切替え可能な切替えバルブと
を備える車室浄化システム。
［８］
前記バッテリーからの印加電圧をオフとし、前記流出配管を流通する空気の流れが前記車室となるように前記切替えバルブを切替えることにより、前記車室からの空気に含まれる除去対象成分を前記機能材含有層付ヒーターエレメント又は前記機能材含有層付ヒーターユニットの前記機能材含有層に捕捉する第１のモードと、
前記バッテリーからの印加電圧をオンとし、前記流出配管を流通する空気の流れが前記車外となるように前記切替えバルブを切替えることにより、前記機能材含有層に捕捉された前記除去対象成分を前記車外へ排出する第２のモードと、
を交互に実行する制御部を備える、［７］に記載の車室浄化システム。
［９］
アルミノシリケートを主成分とする吸着材を含み且つ厚さが２００～４００μｍである機能材含有層付ヒーターエレメントに用いられるハニカム構造体であって、
外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、第１端面から第２端面まで延びる流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、少なくとも前記隔壁がＰＴＣ特性を有する材料で構成され、前記隔壁の厚さが０．１４～０．３６ｍｍ、セル密度が１５．５～４６．５セル／ｃｍ2、前記セルの開口率が７０～９４％であるハニカム構造体。
本発明によれば、機能材の機能を十分に利用できる機能材含有層付ヒーターエレメント、機能材含有層付ヒーターユニット及び車室浄化システムを提供することができる。
また、本発明によれば、上記の機能材含有層付ヒーターエレメントの作製に適したハニカム構造体を提供することができる。
本発明の実施形態に係るヒーターエレメントの端面の模式図である。 本発明の実施形態に係るヒーターエレメントの流路方向に平行な断面の模式図である。 本発明の実施形態に係るヒーターユニットの第１端面側からみた正面の模式図である。 本発明の実施形態に係る車室浄化システムの構成例を示す模式図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。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、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
（１．機能材含有層付ヒーターエレメント）
本発明の実施形態に係る機能材含有層付ヒーターエレメント（以下、「ヒーターエレメント」と略す）は、自動車などの各種車両における車室浄化システムに用いられるヒーターエレメントとして好適に利用可能である。車両としては、特に限定されないが、自動車及び電車が挙げられる。自動車としては、特に限定されないが、ガソリン車、ディーゼル車、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）やＬＮＧ（液化天然ガス）などを用いるガス燃料車、燃料電池自動車、電気自動車及びプラグインハイブリッド自動車が挙げられる。本発明の実施形態に係るヒーターエレメントは、特に電気自動車及び電車のような内燃機関を持たない車両に好適に利用可能である。
図１は、本発明の実施形態に係る機能材含有層付ヒーターエレメントの端面の模式図である。図２は、本発明の実施形態に係る機能材含有層付ヒーターエレメントの流路方向に平行な断面の模式図である。
図１及び２に示されるように、ヒーターエレメント２００は、外周壁１１と、外周壁１１の内側に配設され、第１端面１２ａから第２端面１２ｂまで延びる流路となる複数のセル１３を区画形成する隔壁１４とを有するハニカム構造体１０と、ハニカム構造体１０の第１端面１２ａ及び第２端面１２ｂに設けられた一対の電極３０と、隔壁１４の表面に設けられた機能材含有層２０とを備える。また、少なくとも隔壁１４が、ＰＴＣ特性を有する材料で構成されている。このような構成とすることにより、ハニカム構造体１０の面内温度差（ハニカム構造体１０の流路方向に直交する断面内の温度差）が小さくなり、機能材含有層２０を均一に加熱できることから、機能材含有層２０の機能を十分に利用することが可能となる。
以下、ヒーターエレメント２００の各構成部材について詳細に説明する。
（１－１．ハニカム構造体１０）
ハニカム構造体１０の形状は、特に限定されない。ハニカム構造体１０の形状としては、例えば、流路方向（セル１３が延びる方向）に直交する断面（外形）を、多角形（四角形（長方形、正方形）、五角形、六角形、七角形、八角形など）、円形、オーバル形状（卵形、楕円形、長円形、角丸長方形など）などにすることができる。なお、端面（第１端面１２ａ及び第２端面１２ｂ）は、当該断面と同一の形状である。また、断面及び端面が多角形の場合、角部は面取りしてもよい。
セル１３の形状は、特に限定されないが、流路方向に直交する断面において、多角形（四角形、五角形、六角形、七角形、八角形など）、円形、オーバル形状にすることができる。これらの形状は、単独又は二種以上を組み合わせてもよい。また、これらの形状の中でも四角形又は六角形が好ましい。このような形状のセル１３を設けることにより、空気が流通する際の圧力損失を小さくすることができる。なお、図１及び２は、流路方向に直交する断面において、断面（外径）及びセル１３の形状が四角形であるハニカム構造体１０を一例として示している。
ハニカム構造体１０は、複数のハニカムセグメントと、複数のハニカムセグメントの間を接合する接合層とを有するハニカム接合体であってもよい。ハニカム接合体を用いることにより、クラックの発生を抑えながら空気の流量確保に重要なセル１３の総断面積を増やすことが可能となる。
なお、接合層は、接合材を用いて形成することができる。接合材としては、特に限定されないが、セラミックス材料に、水などの溶媒を加えてペースト状にしたものを用いることができる。接合材は、ＰＴＣ特性を有するセラミックスを含有してもよく、外周壁１１及び隔壁１４と同一のセラミックスを含有してもよい。接合材は、ハニカムセグメント同士を接合する役割に加えて、ハニカムセグメントを接合した後の外周コート材として用いることも可能である。
隔壁１４の厚さは、特に限定されないが、次の観点に基づいて決定することが好ましい。まず、ハニカム構造体１０の強度を確保する観点から、隔壁１４の厚さは、好ましくは０．１０ｍｍ以上、より好ましくは０．１２ｍｍ以上、更に好ましくは０．１４ｍｍ以上、また更により好ましくは０．１５ｍｍ以上、特に好ましくは０．２０ｍｍ以上である。ただし、隔壁１４の厚さが大きすぎると、空気がセル１３を通過する際の圧力損失が大きくなることがある。そのため、圧力損失の上昇を抑える観点から、ハニカム構造体１０における隔壁１４の厚さは、好ましくは０．３６ｍｍ以下、より好ましくは０．３５ｍｍ以下、更に好ましくは０．３０ｍｍ以下である。
なお、隔壁１４の厚さとは、流路方向に直交する断面において、隣接するセル１３の重心同士を線分で結んだときに当該線分が隔壁１４を横切る長さを指す。隔壁１４の厚さは、全ての隔壁１４の厚さの平均値を指す。
外周壁１１の厚さは、特に限定されないが、次の観点に基づいて決定することが好ましい。まず、ハニカム構造体１０を補強するという観点から、外周壁１１の厚さは、好ましくは０．０５ｍｍ以上、より好ましくは０．０６ｍｍ以上、更に好ましくは０．０８ｍｍ以上である。一方、電気抵抗を大きくして初期電流を抑える観点、及び空気が流通する際の圧力損失を低減する観点から、外周壁１１の厚さは、好ましくは１．０ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下、更に好ましくは０．４ｍｍ以下、更により好ましくは０．３ｍｍ以下である。
なお、外周壁１１の厚さとは、流路方向に直交する断面において、外周壁１１と最も外周側のセル１３又は隔壁１４との境界からハニカム構造体１０の側面までの、当該側面の法線方向の長さを指す。
ハニカム構造体１０のセル密度は、特に限定されないが、次の観点に基づいて決定することが好ましい。まず、機能材をできるだけ多く担持しつつ目詰まりを防止する観点から、ハニカム構造体１０のセル密度は、好ましくは１００セル／ｃｍ2以下、より好ましくは４６．５セル／ｃｍ2以下、更に好ましくは４５．０セル／ｃｍ2以下、特に好ましくは４３．０セル／ｃｍ2以下である。ただし、セル密度を小さくし過ぎると、空気との接触面積が不足する恐れがある。そのため、空気との接触面積を十分に確保する観点から、ハニカム構造体１０のセル密度は、好ましくは１５．５セル／ｃｍ2以上、より好ましくは１８．０セル／ｃｍ2以上、更に好ましくは２０．０セル／ｃｍ2以上である。
なお、ハニカム構造体１０のセル密度とは、ハニカム構造体１０の各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１０のセル１３の開口率は、特に限定されないが、次の観点に基づいて決定することが好ましい。まず、機能材の担持量をできるだけ多くする観点から、ハニカム構造体１０のセル１３の開口率は、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上、更に好ましくは８３％以上、特に好ましくは８５％以上である。ただし、セル１３の開口率が大きくなりすぎると、ハニカム構造体１０の強度が低下することがある。そのため、ハニカム構造体１０の強度を確保する観点から、ハニカム構造体１０のセル１３の開口率は、好ましくは９４％以下、より好ましくは９２％以下、更に好ましくは９０％以下である。
なお、ハニカム構造体１０の開口率とは、ハニカム構造体１０の流路方向に直交する断面において、セル１３の面積を、断面全体の面積（外周壁１１、隔壁１４及びセル１３の合計面積）で除して得られた値を百分率で表した値である。
ハニカム構造体１０の流路方向の長さ及び流路方向に直交する断面積は、要求されるヒーターエレメント２００のサイズにあわせて調整すればよく、特に限定されない。例えば、所定の機能を確保しつつコンパクトなヒーターエレメント２００に用いられる場合、ハニカム構造体１０は、流路方向の長さを２～２０ｍｍ、流路方向に直交する断面積を１０ｃｍ2以上とすることができる。なお、流路方向に直交する断面積の上限値は、特に限定されないが、例えば、３００ｃｍ2である。
ハニカム構造体１０を構成する隔壁１４は、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）特性を有する材料で構成されている。また、必要に応じて外周壁１１も隔壁１４と同様にＰＴＣ特性を有する材料で構成されていてもよい。
ＰＴＣ特性を有する材料は、通電によって発熱可能な材料である。発熱する外周壁１１及び隔壁１４からの伝熱によって機能材含有層２０を加熱することが可能である。また、ＰＴＣ特性を有する材料は、温度が上昇してキュリー点を超えると、急激に抵抗値が上昇して電気が流れ難くなるという特性を有する。そのため、隔壁１４（必要に応じて外周壁１１）は、ヒーターエレメント２００が高温になったときに、これらに流れる電流が制限されるので、ヒーターエレメント２００の過剰な発熱が抑制される。したがって、過剰な発熱に起因する機能材含有層２０の熱劣化を抑制することも可能である。
ＰＴＣ特性を有する材料としては、特に限定されないが、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）を主成分とする材料であることが好ましく、Ｂａの一部が希土類元素で置換されたチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）系結晶粒子を主成分とする材料で構成されるセラミックスであることがより好ましい。なお、本明細書において「主成分」とは、成分全体に占める割合が５０質量％を超える成分のことを意味する。ＢａＴｉＯ3系結晶粒子の含有量は、例えば、蛍光Ｘ線分析、ＥＤＡＸ（エネルギー分散型Ｘ線）分析などにより求めることができる。その他の結晶粒子についても、この方法と同様にして測定することができる。
Ｂａの一部が希土類元素で置換されたＢａＴｉＯ3系結晶粒子の組成式は、（Ｂａ1-xＡx）ＴｉＯ3で表すことができる。組成式中、Ａは一種以上の希土類元素を表し、０．００１≦ｘ≦０．０１０である。
Ａは、希土類元素であれば特に限定されないが、好ましくはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ及びＹｂからなる群から選択される一種以上であり、より好ましくはＬａである。ｘは、室温における電気抵抗が高くなり過ぎることを抑制する観点から、好ましくは０．００１以上、より好ましくは０．００１５以上、更に好ましくは０．００２以上である。一方、ｘは、焼結不足となって室温における電気抵抗が高くなりすぎることを抑制する観点から、好ましくは０．０１０以下、より好ましくは０．００９以下、更に好ましくは０．００８以下である。
Ｂａの一部が希土類元素で置換されたＢａＴｉＯ3系結晶粒子は、（Ｂａ＋希土類元素）／Ｔｉ比が、好ましくは１．００５～１．０５０である。このような範囲に（Ｂａ＋希土類元素）／Ｔｉ比を制御することにより、室温における電気抵抗を安定して低下させることができる。Ｂａ、希土類元素及びＴｉの元素比は、例えば、蛍光Ｘ線分析、ＩＣＰ－ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析）などにより求めることができる。
Ｂａの一部が希土類元素で置換されたＢａＴｉＯ3系結晶粒子は、平均結晶粒径が、好ましくは５～２００μｍ、より好ましくは５～１８０μｍ、更に好ましくは５～１６０μｍである。このような範囲に平均結晶粒径を制御することにより、室温における電気抵抗を安定して低下させることができる。
このＢａＴｉＯ3系結晶粒子の平均結晶粒径は、次のようにして測定することができる。セラミックスから、５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍの角状試料を切り出し、樹脂で包埋する。包埋した試料を機械研磨により鏡面研磨してＳＥＭ観察する。ＳＥＭ観察は、例えば株式会社日立ハイテク製の型式Ｓ－３４００Ｎを使用し、加速電圧１５ｋＶ、倍率３０００で行う。ＳＥＭ観察像（縦３０μｍ×横４５μｍ）において、視野の縦方向全体にまたがる太さ０．３μｍの直線を１０μｍの間隔で４本引き、この直線が一部でも通過するＢａＴｉＯ3系結晶粒子の数を数える。直線の長さをＢａＴｉＯ3系結晶粒子の数で割ったものの４カ所以上のＳＥＭ観察像の平均を平均結晶粒径とする。
Ｂａの一部が希土類元素で置換されたＢａＴｉＯ3系結晶粒子のセラミックスにおける含有量は、主成分となる量であれば特に限定されないが、好ましくは９０質量％以上、より好ましくは９２質量％以上、更に好ましくは９４質量％以上である。なお、ＢａＴｉＯ3系結晶粒子の含有量の上限値は、特に限定されないが、一般的に９９質量％、好ましくは９８質量％である。
このＢａＴｉＯ3系結晶粒子の含有量は、例えば、蛍光Ｘ線分析、ＥＤＡＸ（エネルギー分散型Ｘ線）分析によって測定することができる。その他の結晶粒子についても、この方法と同様にして測定することができる。
外周壁１１及び隔壁１４に用いられるセラミックスは、Ｂａ6Ｔｉ17Ｏ40結晶粒子を含むことが好ましい。セラミックスにおいてＢａ6Ｔｉ17Ｏ40結晶粒子を存在させることにより、室温における電気抵抗を低下させることができる。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、Ｂａ6Ｔｉ17Ｏ40結晶粒子は、焼成過程で液相化してＢａＴｉＯ3系結晶粒子の再配列、粒成長及び緻密化を促進させるため、室温における電気抵抗が低下するものと考えられる。
セラミックスにおけるＢａ6Ｔｉ17Ｏ40結晶粒子の含有量は、１．０～１０．０質量％、好ましくは１．２～８．０質量％、より好ましくは１．５～６．０質量％である。Ｂａ6Ｔｉ17Ｏ40結晶粒子を１．０質量％以上とすることにより、Ｂａ6Ｔｉ17Ｏ40結晶粒子の存在による効果（すなわち、室温における電気抵抗を低下させる効果）を得ることができる。また、Ｂａ6Ｔｉ17Ｏ40結晶粒子を１０．０質量％以下とすることにより、ＰＴＣ特性を確保することができる。
外周壁１１及び隔壁１４に用いられるセラミックスは、ＢａＣＯ3結晶粒子を更に含むことができる。ＢａＣＯ3結晶粒子は、セラミックスの原料であるＢａＣＯ3粉末に由来する結晶粒子である。
ＢａＣＯ3結晶粒子は、セラミックスの室温における電気抵抗にはほとんど影響しないため、セラミックスに含まれていなくてもよい。ただし、セラミックスにおけるＢａＣＯ3結晶粒子の含有量が多すぎると、室温における電気抵抗に影響する可能性がある上、他の結晶粒子が少なくなって所望の特性が得られない可能性がある。そのため、ＢａＣＯ3結晶粒子の含有量は、好ましくは２．０質量％以下、より好ましくは１．８質量％以下、更に好ましくは１．５質量％以下である。なお、ＢａＣＯ3結晶粒子の含有量の下限値は、特に限定されないが、一般的に０．１質量％、好ましくは０．２質量％である。
外周壁１１及び隔壁１４に用いられるセラミックスは、上記の結晶粒子に加えて、ＰＴＣ材料に慣用的に添加されている成分を更に含んでいてもよい。このような成分としては、シフター、特性改善剤、金属酸化物及び導電体粉末などの添加剤の他、不可避的不純物が挙げられる。
外周壁１１及び隔壁１４に用いられるセラミックスは、環境負荷を軽減するという観点から、鉛（Ｐｂ）を実質的に含まないことが望ましい。具体的には、セラミックスは、Ｐｂ含有量が、好ましくは０．０１質量％以下、より好ましくは０．００１質量％以下、更に好ましくは０質量％である。Ｐｂ含有量が少ないことにより、例えば、セラミックスに接触させることで加温した空気をヒトなどの生物に安全に当てることができる。なお、セラミックスにおいて、Ｐｂ含有量は、ＰｂＯに換算すると、好ましくは０．０３質量％未満、より好ましくは０．０１質量％未満、更に好ましくは０質量％である。鉛の含有量は、例えば、蛍光Ｘ線分析、ＩＣＰ－ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析）などにより求めることができる。
外周壁１１及び隔壁１４に用いられるセラミックスは、室温における電気抵抗に影響を与える可能性があるアルカリ金属を実質的に含まないことが好ましい。具体的には、セラミックスは、アルカリ金属の含有量が、好ましくは０．０１質量％以下、より好ましくは０．００１質量％以下、更に好ましくは０質量％である。このような範囲にアルカリ金属の含有量を制御することにより、室温における電気抵抗を安定して低下させることができる。アルカリ金属の含有量は、例えば、蛍光Ｘ線分析、ＩＣＰ－ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析）などにより求めることができる。
外周壁１１及び隔壁１４を構成する材料のキュリー点は、空気を効率良く加熱する観点から、好ましくは１００℃以上、より好ましくは１１０℃以上、更に好ましくは１２５℃以上である。また、キュリー点の上限値については、車室又は車室近傍に置かれる部品としての安全性の観点から、好ましくは２５０℃、より好ましくは２２５℃、更に好ましくは２００℃、更により好ましくは１５０℃である。
外周壁１１及び隔壁１４を構成する材料のキュリー点は、シフターの種類及び添加量によって調整可能である。例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）のキュリー点は約１２０℃であるが、Ｂａ及びＴｉの一部をＳｒ、Ｓｎ及びＺｒの一種以上で置換することにより、キュリー点を低温側にシフトさせることができる。
本発明において、キュリー点は以下の方法により測定される。試料を測定用の試料ホルダーに取りつけ、測定槽（例：ＭＩＮＩ－ＳＵＢＺＥＲＯ ＭＣ－８１０Ｐ エスペック株式会社製）内に装着して、１０℃から昇温したときの温度変化に対する試料の電気抵抗の変化を、直流抵抗計（例：マルチメーター３４７８Ａ ＹＨＰ社製）を用いて測定する。測定により得られた電気抵抗－温度プロットにより、抵抗値が室温（２０℃）における抵抗値の２倍になるときの温度をキュリー点とする。
（１－２．機能材含有層２０）
機能材含有層２０は、ハニカム構造体１０の隔壁１４の表面に設けられる。具体的には、機能材含有層２０は、ハニカム構造体１０のセル１３に面する隔壁１４及び外周壁１１の表面に設けられる。
ハニカム構造体１０の隔壁１４に設けられた機能材含有層２０は、一対の電極３０によって加熱されたハニカム構造体１０の熱によって間接的に加熱される。したがって、機能材含有層２０の機能を十分に発揮させるためには、ハニカム構造体１０の面内温度差（面内温度分布）を小さくして機能材含有層２０の全体を活性温度まで均一に高めることが肝要である。実際、ハニカム構造体１０の面内温度差が大きい場合、低温部の温度を十分に高めると高温部の温度が過剰になり、機能材含有層２０の一部が劣化してしまうことがある。このように機能材含有層２０の一部が劣化した領域が存在すると、機能材含有層２０の機能を十分に利用することができない。
本発明の実施形態では、ハニカム構造体１０の第１端面１２ａ及び第２端面１２ｂに一対の電極３０を設け、ＰＴＣ特性を有する材料で隔壁１４を構成しているため、高温部では電気抵抗が高く、低温度では電気抵抗が低くなる。そのため、一対の電極３０に電圧を印加した際に、ハニカム構造体１０の低温部に優先的に電流が流れ、面内温度差を小さくすることができる結果、機能材含有層２０の全体を活性温度まで均一に加熱することが可能となる。
また、ハニカム構造体１０の隔壁１４の厚さ、セル密度及びセル１３の開口率を制御すると、機能材含有層２０を設けた場合であっても、ハニカム構造体１０のセル１３の目詰まりや、セル１３の開口面積が小さくなり過ぎることを抑制することができる。そのため、機能材含有層２０と空気との接触を十分に確保できるため、機能材の機能が安定して得られるとともに、空気がセル１３を通過する際の圧力損失の増大も抑制することができる。
機能材含有層２０の厚さとしては、セル１３の大きさに応じて決定すればよく、特に限定されない。例えば、機能材含有層２０の厚さは、空気との接触を十分確保する観点から、好ましくは２０μｍ以上、より好ましくは２５μｍ以上、更に好ましくは３０μｍ以上である。一方、隔壁１４や外周壁１１から機能材含有層２０が剥離することを抑制する観点から、機能材含有層２０の厚さは、好ましくは４００μｍ以下、より好ましくは３８０μｍ以下、更に好ましくは３５０μｍ以下である。
なお、機能材含有層２０の厚さとは、流路方向に直交する断面において、機能材含有層２０が設けられた隔壁１４とセル１３との間の最短長さのことを指す。
機能材含有層２０に含有される機能材としては、特に限定されないが、吸着材、触媒などを用いることができる。
機能材含有層２０は、一態様において、吸着材を含むことが好ましい。吸着材を含有させることにより、車室の空気中のＣＯ2や有害な揮発成分などの除去対象成分を捕捉することができる。
機能材含有層２０は、別の態様において、触媒を含むことが好ましい。触媒を用いることにより、除去対象成分を浄化することができる。また、吸着材による除去対象成分の捕捉機能を高めるなどの目的で、吸着材と触媒とを併用してもよい。
吸着材としては、除去対象成分、例えば、ＣＯ2や有害な揮発成分（例えば、アルデヒド、におい成分など）を－２０～４０℃で吸着し、６０℃以上の高温で脱離することが可能な機能を有することが好ましい。このような機能を有する吸着材としては、アルミノシリケート（例えば、ゼオライト）、シリカゲル、活性炭、アルミナ、シリカ、低結晶性粘土、非晶質アルミニウムケイ酸塩複合体などを主成分とする材料が挙げられる。吸着材の種類は、除去対象成分の種類に応じて適宜選択すればよい。
触媒としては、酸化還元反応を促進させることが可能な機能を有することが好ましい。このような機能を有する触媒としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇなどの金属触媒、ＣｅＯ2、ＺｒＯ2などの酸化物触媒などが挙げられる。
車室の空気中に含まれる有害な揮発成分は、例えば、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）やにおい成分などである。有害な揮発成分の具体例としては、アンモニア、酢酸、イソ吉草酸、ノネナール、ホルムアルデヒド、トルエン、キシレン、パラジクロロベンゼン、エチルベンゼン、スチレン、クロルピリホス、フタル酸ジ－ｎ－ブチル、テトラデカン、フタル酸ジ－２－エチルヘキシル、ダイアジノン、アセトアルデヒド、フェノブカルブなどが挙げられる。また、除去対象成分として、ＣＯ2や有害な揮発成分以外に、水分なども挙げられる。
（１－３．電極３０）
一対の電極３０は、ハニカム構造体１０の第１端面１２ａ及び第２端面１２ｂに設けられる。なお、図１及び２では、一対の電極３０は、外周壁１１の表面に設けられているが、外周壁１１の表面だけでなく隔壁１４の表面に設けられていてもよい。一対の電極３０によってハニカム構造体１０の流路方向と平行な方向に電圧を印加することにより、通電してジュール熱によりハニカム構造体１０を発熱させることが可能となる。
また、電極３０は、ハニカム構造体１０の外部に向かって延びる延伸部を有していてもよい。延伸部を設けることにより、外部との接続を担うコネクタとの接続が容易になる。
電極３０としては、特に限定されないが、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ及びＳｉから選択される少なくとも一種を含有する金属又は合金を使用することができる。また、ＰＴＣ特性を有する外周壁１１及び／又は隔壁１４とオーミック接触が可能なオーミック電極を使用することもできる。オーミック電極は、例えば、ベース金属としてＡｕ、Ａｇ及びＩｎから選択される少なくとも一種を含有し、ドーパントとしてｎ型半導体用のＮｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ及びＴｅから選択される少なくとも一種を含有するオーミック電極を使用することができる。また、電極３０は、１層構造としてもよいし、２層以上の積層構造としてもよい。電極３０が２層以上の積層構造を有する場合、各層の材質は、同じ種類であってもよいし、異なる種類であってもよい。
電極３０の厚みは、特に限定されず、電極３０の形成方法に応じて適宜設定することができる。電極３０の形成方法としては、スパッタリング、蒸着、電解析出、化学析出のような金属析出法が挙げられる。また、電極ペーストを塗布した後、焼き付ける方法や、溶射によっても電極３０を形成することもできる。さらに、金属又は合金板を接合することによって電極３０としてもよい。
電極３０の厚みは、電極ペーストの焼付けでは５～８０μｍ程度、スパッタリング及び蒸着のような乾式めっきでは１００～１０００ｎｍ程度、溶射では１０～１００μｍ程度、電解析出及び化学析出のような湿式めっきでは５～５０μｍ程度とすることが好ましい。また、金属又は合金板の接合では電極３０の厚みを５～１００μｍ程度とすることが好ましい。
（１－４．ヒーターエレメント２００の製造方法）
次に、本発明の実施形態に係るヒーターエレメント２００を製造する方法について例示的に説明する。
ハニカム構造体１０の材質をセラミックスとする場合、ハニカム構造体１０の製造方法は、成形工程及び焼成工程を含む。
成形工程では、ＢａＣＯ3粉末、ＴｉＯ2粉末、及び希土類の硝酸塩又は水酸化物の粉末を含むセラミックス原料を含有する坏土を成形し、相対密度が６０％以上のハニカム成形体を作製する。
セラミックス原料は、所望する組成となるように各粉末を乾式混合することによって得ることができる。
坏土は、セラミックス原料に、分散媒、バインダ、可塑剤及び分散剤を添加して混錬することによって得ることができる。坏土には、シフター、金属酸化物、特性改善剤、導電体粉末などの添加剤を必要に応じて含有させてもよい。
セラミックス原料以外の成分の配合量は、ハニカム成形体の相対密度が６０％となるような量であれば特に限定されない。
ここで、本明細書において「ハニカム成形体の相対密度」とは、セラミックス原料全体の真密度に対するハニカム成形体の密度の割合のことを意味する。具体的には、以下の式によって求めることができる。
ハニカム成形体の相対密度（％）＝ハニカム成形体の密度（ｇ／ｃｍ3）／セラミックス原料全体の真密度（ｇ／ｃｍ3）×１００
ハニカム成形体の密度は、純水を媒体とするアルキメデス法により測定することができる。また、セラミックス原料全体の真密度は、各原料の質量を合計した値（ｇ）を、各原料の実の体積を合計した値（ｃｍ3）で除することによって求めることができる。
分散媒としては、水、又は水とアルコールなどの有機溶媒との混合溶媒などを挙げることができるが、特に水を好適に用いることができる。
バインダとしては、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などの有機バインダを例示することができる。特に、メチルセルロース及びヒドロキシプロポキシルセルロースを併用することが好適である。バインダは一種を単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよいが、アルカリ金属元素を含有していないことが好ましい。
可塑剤としては、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリカルボン酸系高分子、アルキルリン酸エステルなどを例示することができる。
分散剤には、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコールなどの界面活性剤を用いることができる。分散剤は、一種を単独で使用するものであっても、二種以上を組み合わせて使用するものであってもよい。
ハニカム成形体は、坏土を押出成形することによって作製することができる。押出成形に際しては、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚み、セル密度などを有する口金を用いることができる。
押出成形によって得られるハニカム成形体の相対密度は、６０％以上、好ましくは６１％以上である。このような範囲にハニカム成形体の相対密度を制御することにより、ハニカム成形体を緻密化し、室温における電気抵抗を低下させることが可能となる。なお、ハニカム成形体の相対密度の上限値は、特に限定されないが、一般に８０％、好ましくは７５％である。
ハニカム成形体は、焼成工程の前に乾燥させることができる。乾燥方法としては、特に限定されないが、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥などの従来公知の乾燥方法を用いることができる。これらの中でも、成形体全体を迅速かつ均一に乾燥することができる点で、熱風乾燥と、マイクロ波乾燥又は誘電乾燥とを組み合わせた乾燥方法が好ましい。
焼成工程は、１１５０～１２５０℃で保持した後、２０～５００℃／時の昇温速度で１３６０～１４３０℃の最高温度に昇温させて０．５～５時間保持する工程を含む。
ハニカム成形体を１３６０～１４３０℃の最高温度で０．５～５時間保持することにより、Ｂａの一部が希土類元素で置換されたＢａＴｉＯ3系結晶粒子を主成分とするハニカム構造体１０を得ることができる。
また、１１５０～１２５０℃で保持することにより、焼成過程で生成するＢａ2ＴｉＯ4結晶粒子が除去され易くなるため、ハニカム構造体１０を緻密化させることができる。
さらに、１１５０～１２５０℃から１３６０～１４３０℃の最高温度までの昇温速度を２０～５００℃／時とすることにより、１．０～１０．０質量％のＢａ6Ｔｉ17Ｏ40結晶粒子をハニカム構造体１０に生成させることができる。
１１５０～１２５０℃での保持時間は、特に限定されないが、好ましくは０．５～５時間である。このような保持時間とすることにより、焼成過程で生成するＢａ2ＴｉＯ4結晶粒子が安定して除去され易くなる。
焼成工程は、上記の工程の前に９００～９５０℃で０．５～５時間保持する工程を含むことが好ましい。９００～９５０℃で０．５～５時間保持することにより、ＢａＣＯ3が効率良く分解し、所定の組成を有するハニカム構造体１０が得られ易くなる。
なお、焼成工程の前には、バインダを除去するための脱脂工程を行ってもよい。脱脂工程の雰囲気は、有機成分を完全に分解するために大気雰囲気とすることが好ましい。
また、焼成工程の雰囲気も、電気特性の制御と製造コストの観点から大気雰囲気とすることが好ましい。
焼成工程や脱脂工程に用いられる焼成炉としては、特に限定されないが、電気炉、ガス炉などを用いることができる。
このようにして得られたハニカム構造体１０の隔壁１４に機能材含有層２０を形成する。
機能材含有層２０の形成方法は、特に限定されないが、例えば、機能材、有機バインダ及び水を含むスラリーにハニカム構造体１０を浸漬し、ハニカム構造体１０の端面及び外周の余分なスラリーをブロー及びふき取りによって除去する。その後、５５０℃程度の温度で乾燥させることによって隔壁１４に機能材含有層２０を形成することができる。この工程は１回であってもよいが、複数回繰り返すことによって所望の厚さの機能材含有層２０を隔壁１４に設けることができる。
次に、機能材含有層２０を形成したハニカム構造体１０の第１端面１２ａ及び第２端面１２ｂに一対の電極３０を形成する。一対の電極３０は単層であってよいが、組成の異なる複数層であってもよい。なお、一対の電極３０の形成は、機能材含有層２０の形成前に行ってもよい。
（１－５．ヒーターエレメント２００の使用方法）
本発明の実施形態に係るヒーターエレメント２００は、－２０～４０℃、好ましくは室温において、ＣＯ2や有害な揮発成分などの除去対象成分を含む空気をセル１３に流通させることにより、除去対象成分を捕捉することができる。
本発明の実施形態に係るヒーターエレメント２００は、外部から加熱することによってハニカム構造体１０を発熱させることができる。また、本発明の実施形態に係るヒーターエレメント２００は、一対の電極３０を介して電圧を印加することでハニカム構造体１０を発熱させることができる。印加電圧としては、急速加熱の観点から、２００Ｖ以上の電圧を印加することが好ましく、２５０Ｖ以上の電圧を印加することがより好ましい。ハニカム構造体１０を発熱させることにより、捕捉した除去対象成分を機能材含有層２０から脱離させ、外部に除去することができる。ハニカム構造体１０の発熱温度としては、機能材の種類に応じて適宜設定すればよいが、例えば、６０～１５０℃である。
（２．機能材含有層付ヒーターユニット）
本発明の実施形態に係る機能材含有層付ヒーターユニット（以下、「ヒーターユニット」と略す）は、自動車などの各種車両における車室浄化システムに用いられるヒーターユニットとして好適に利用可能である。本発明の実施形態に係るヒーターユニットは、ヒーターエレメント２００を２個以上含む。機能材の機能（特に、除去対象成分を捕捉する機能、及び加熱時に捕捉した除去対象成分を脱離させる機能）に優れるヒーターエレメント２００を２個以上用いることより、機能材の機能（特に、車室の浄化性能）を高めることができる。また、ヒーターエレメント２００はコンパクト化が可能であるため、ヒーターユニットが大型化することも抑制可能である。
図３は、ヒーターエレメント２００を２個含むヒーターユニットについて、ヒーターエレメントの第１端面側からみた正面の模式図である。
図３に示されるように、本発明の実施形態に係るヒーターユニット４００は、ヒーターエレメント２００を２個含む。また、このヒーターユニット４００では、ハニカム構造体１０の流路方向に平行な側面が対向するようにヒーターエレメント２００が積層配列されている。
ヒーターエレメント２００の電極３０には外部電源との接続が可能な端子４１０が設けられている。端子４１０は、電極３０の延伸部のハニカム構造体１０側の表面に接続されていることが好ましい。このような構成とすることにより、ヒーターエレメント２００のコンパクト化が可能となる。電極３０と端子４１０との接続方法は、電気的に接続されていれば特に限定されず、例えば、拡散接合、機械的な加圧機構、溶接などによって接続することができる。
端子４１０の材質としては、特に限定されないが、例えば、金属とすることができる。金属としては、単体金属及び合金などを採用することもできるが、耐食性、電気抵抗率及び線膨張率の観点から、例えば、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ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、リン青銅がより好ましい。
積層配列されるヒーターエレメント２００は、筐体（ハウジング部材）４２０に収容されている。
筐体４２０の材質としては、特に限定されず、金属、樹脂などが挙げられる。その中でも筐体４２０の材質は樹脂であることが好ましい。樹脂製の筐体４２０とすることにより、接地しなくても感電を抑制することができる。
積層配列されるヒーターエレメント２００の間には、絶縁材４３０が配置されていてもよい。このような構成とすることにより、複数のヒーターエレメント２００の間の電気的なショートを抑制することができる。
絶縁材４３０としては、アルミナやセラミックスなどの絶縁材料から形成された板材、マットやクロスなどを用いることができる。
（３．車室浄化システム）
本発明の車室浄化システムは、自動車などの各種車両における車室浄化システムとして好適に利用可能である。特に、本発明の実施形態に係る車室浄化システムでは、機能材の機能（特に、除去対象成分を捕捉する機能、及び加熱時に捕捉した除去対象成分を脱離させる機能）に優れた上記のヒーターエレメント２００又はヒーターユニット４００を用いているため、車室浄化システムの車室浄化性能を向上させることができる。
図４は、本発明の実施形態に係る車室浄化システムの構成例を示す模式図である。
図４に示されるように、本発明の実施形態に係る車室浄化システム１０００は、上記のヒーターエレメント又はヒーターユニット１１００と、ヒーターエレメント又はヒーターユニット１１００に電圧を印加するためのバッテリー（電源）１２００と、車室とヒーターエレメント又はヒーターユニット１１００の流入口１１１０とを連通する流入配管１３００と、ヒーターエレメント又はヒーターユニット１１００の流出口１１２０と車室及び車外とを連通する流出配管１４００と、流出配管１４００に設けられ、流出配管１４００を流通する空気の流れを車室又は車外に切替え可能な切替えバルブ１５００とを備える。
ヒーターエレメント又はヒーターユニット１１００は、例えば、バッテリー１２００と電線１２１０で接続し、その途中の電源スイッチをオンにすることでヒーターエレメント又はヒーターユニット１１００を通電発熱するように構成することが可能である。
電源スイッチのオン及びオフの切替えは、電源スイッチに電気的に接続された制御部１６００によって行うことができる。また、切替えバルブ１５００の切替えも、切替えバルブ１５００に電気的に接続された制御部１６００によって行うことができる。
上記のような構造を有する車室浄化システム１０００では、車室からの空気が、流入配管１３００を通って流入口１１１０からヒーターエレメント又はヒーターユニット１１００に供給される。空気はヒーターエレメント又はヒーターユニット１１００で制御部１６００からの指示により所定の処理が行われた後、流出口１１２０から排出され、流出配管１４００を通って車室に戻されるか又は車外に排出される。所定の処理としては、例えば、第１のモードと第２のモードとを交互に実行する処理などが挙げられる。
第１のモードでは、バッテリー１２００からの印加電圧をオフとし、流出配管１４００を流通する空気の流れが車室となるように切替えバルブ１５００を切替えることにより、車室からの空気に含まれる除去対象成分をヒーターエレメント又はヒーターユニット１１００の機能材含有層２０に捕捉することができる。
また、第２のモードでは、バッテリー１２００からの印加電圧をオンとし、流出配管１４００を流通する空気の流れが車外となるように切替えバルブ１５００を切替えることにより、機能材含有層２０に捕捉された除去対象成分を車外へ排出することができる。
上記のような印加電圧のオンオフ及び切替えバルブ１５００の切替えを一定サイクルで繰り返すことにより、車室内の除去対象成分を安定的に車外に排出することが可能となる。
車室浄化システム１０００は、上記の機能を安定して確保する観点から、ヒーターエレメント又はヒーターユニット１１００が車室に近い位置に配置されることが望ましい。したがって、感電防止などの観点から、駆動電圧が６０Ｖ以下であることが好ましい。ヒーターエレメント又はヒーターユニット１１００に用いられているハニカム構造体１０は、室温における電気抵抗が低いため、この低い駆動電圧でのハニカム構造体１０の加熱が可能である。なお、駆動電圧の下限は、特に限定されないが、１０Ｖ以上であることが好ましい。駆動電圧が１０Ｖ未満であると、ハニカム構造体１０の加熱時の電流が大きくなるため、電線１２１０を太くしなければならない。
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。
＜実験１＞
セラミックス原料としてＢａＣＯ3粉末、ＴｉＯ2粉末及びＬａ（ＮＨ3）3・６Ｈ2Ｏ粉末を準備した。これらの粉末を、焼成後に所定の組成となるように秤量して、乾式混合して混合粉末を得た。乾式混合は、３０分間実施した。次いで、得られた混合粉末１００質量部に対して、押出成形後に相対密度が６４．８％のセラミックス成形体が得られるように、水、バインダ、可塑剤及び分散剤を合計で３～３０質量部の範囲で適量ずつ添加して混練し、坏土を得た。バインダとしてはメチルセルロースを使用した。可塑剤及び分散剤としてはポリオキシアルキレンアルキルエーテルを使用した。
次に、得られた坏土を押出成形機に投入し、焼成後に以下に示されるような形状のハニカム成形体となるように所定の口金を用いて押出成形した。
流路方向に直交するハニカム成形体の断面及び端面の形状：四角形
流路方向に直交するセルの形状：四角形
隔壁の厚さ：０．１４ｍｍ
外周壁の厚さ：０．４ｍｍ
セル密度：１００セル／ｃｍ2
セルの開口率：７３．９％
ハニカム成形体の流路方向に直交する断面のサイズ：３０ｍｍ×３０ｍｍ
ハニカム成形体の流路方向の長さ：３０ｍｍ
外周壁及び隔壁を構成する材料のキュリー点：１２０℃
次に、得られたハニカム成形体を誘電乾燥及び熱風乾燥した後、焼成炉内にて大気雰囲気下で脱脂（４５０℃×４時間）し、次いで大気雰囲気下で焼成することにより、ハニカム構造体を得た。焼成は、９５０℃で１時間保持した後、１２００℃まで昇温して１２００℃で１時間保持し、次いで２００℃／時の昇温速度で１４００℃（最高温度）に昇温し、１４００℃で２時間保持することによって行った。
次に、得られたハニカム構造体（サンプル数５）の両端面（第１端面及び第２端面）にＡｌ－Ｎｉ電極ペースト及びＡｇ電極ペーストを順次塗布した後、７００℃で焼き付けることにより、２層構造の電極（Ａｌ－Ｎｉ電極層１０μｍ＋Ａｇ電極層３０μｍ）を形成した（Ａ－１～Ａ－５）。
また、比較として、得られたハニカム構造体（サンプル数５）の対向する側面（流路方向に平行な対向する外周面）に、上記と同様にして２種類の電極ペーストを順次塗布した後、焼き付けることにより、２層構造の電極（Ａｌ－Ｎｉ電極層１０μｍ＋Ａｇ電極層３０μｍ）を形成した（Ｂ－１～Ｂ－５）。
次に、電極が形成されたハニカム構造体を、ゼオライト（機能材）、有機バインダ及び水を含むスラリーに浸漬し、端面及び外周の余分なスラリーをブロー及びふき取りによって除去した後、５５０℃程度の温度で乾燥させることによって隔壁に厚さ０．２ｍｍの機能材含有層を形成した。
次に、上記のようにして得られた機能材含有層付ヒーターエレメントの各サンプルに対して、面内温度差を評価した。面内温度差は、一対の電極間に４８Ｖの電圧をかけて加熱しつつ、ハニカム構造体のセル内に平均風速０．１ｍ／秒の空気を流しながら、出口端面の角部４点及び中央部１点の温度を熱電対で測定した。そして、各角部の温度と中央部の温度差の最大値を面内温度差として求めた。面内温度差は、２０℃以下であれば機能材含有層を劣化させることなく、全体を活性温度まで均一に加熱することが可能であると評価できる。その結果を表１に示す。
表１に示されるように、ハニカム構造体の両端面に一対の電極を設けた機能材含有層付ヒーターエレメント（実施例）は、ハニカム構造体の対向する側面に一対の電極を設けた機能材含有層付ヒーターエレメント（比較例）に比べて、面内温度差が小さく、機能材含有層の全体を均一に加熱できることがわかった。
＜実験２＞
実験１と同様にして調製した坏土を押出成形機に投入し、焼成後に表２に示されるような形状のハニカム成形体となるように所定の口金を用いて押出成形した。この押出成形の評価を目視観察によって実施した結果を表２に示す。この評価において、成形性が良好であったものをＡ、セルが変形したものをＢ、セルなどが潰れて所望のハニカム形状に成形できなかったものをＣと表す。この評価において成形性がＡ又はＢであれば、隔壁の表面に機能材含有層を設けることができると評価できる。
なお、ハニカム成形体に関するその他の条件は、以下の通りとした。
流路方向に直交するハニカム成形体の断面及び端面の形状：四角形
流路方向に直交するセルの形状：四角形
外周壁の厚さ：０．４ｍｍ
ハニカム成形体の流路方向に直交する断面のサイズ：３５ｍｍ×３５ｍｍ
ハニカム成形体の流路方向の長さ：１０ｍｍ
外周壁及び隔壁を構成する材料のキュリー点：１２０℃
次に、得られたハニカム成形体を誘電乾燥及び熱風乾燥した後、焼成炉内にて、大気雰囲気下で脱脂（４５０℃×４時間）し、次いで大気雰囲気下で焼成することにより、ハニカム構造体を得た。焼成は、９５０℃で１時間保持した後、１２００℃まで昇温して１２００℃で１時間保持し、次いで２００℃／時の昇温速度で１４００℃（最高温度）に昇温し、１４００℃で２時間保持することによって行った。
次に、得られたハニカム構造体を、ゼオライト（機能材）、有機バインダ及び水を含むスラリーに浸漬し、端面及び外周の余分なスラリーをブロー及びふき取りによって除去した後、５５０℃程度の温度で乾燥させることによって隔壁に機能材含有層を形成した。このようにして機能材含有層を形成したハニカム構造体の端面を目視観察し、セルの目詰まりを評価した。その結果を表２に示す。この評価において、目詰まり比率（目詰まりしたセルの数／セルの総数×１００）が１％未満であったものをＡ、目詰まり比率が１％以上１０％以下であったものをＢ、目詰まり比率が１０％超１５％以下であったものをＣ、目詰まり比率が１５％超２０％以下であったものをＤ、目詰まり比率が２０％を超えたものをＥと表す。なお、成形性がＣであったもの（成形できなかったもの）については、この評価は行わなかった。この評価において目詰まり比率が２０％以下であれば、隔壁の表面に必要最低限の機能材含有層を設けることができると評価できる。
表２に示されるように、隔壁の厚さが０．１０～０．３６ｍｍ、セル密度が１５．５～１００セル／ｃｍ2、セルの開口率が７０～９４％の範囲にあるハニカム構造体は、成形性が良好であり、セルの目詰まりも少なかった。
これに対して、隔壁の厚さ、セル密度及びセルの開口率のいずれかが上記の範囲外であるハニカム構造体は、成形性が十分でないか、及び／又はセルの目詰まりが多くなった。
以上の結果からわかるように、本発明によれば、機能材の機能を十分に利用できる機能材含有層付ヒーターエレメント、機能材含有層付ヒーターユニット及び車室浄化システムを提供することができる。また、本発明によれば、上記の機能材含有層付ヒーターエレメントの作製に適したハニカム構造体を提供することができる。
１０ ハニカム構造体
１１ 外周壁
１２ａ 第１端面
１２ｂ 第２端面
１３ セル
１４ 隔壁
２０ 機能材含有層
３０ 電極
２００ ヒーターエレメント
４００ ヒーターユニット
４１０ 端子
４２０ 筐体
４３０ 絶縁材
１０００ 車室浄化システム
１１００ ヒーターエレメント又はヒーターユニット
１１１０ 流入口
１１２０ 流出口
１２００ バッテリー
１２１０ 電線
１３００ 流入配管
１４００ 流出配管
１５００ 切替えバルブ
１６００ 制御部

Claims (9)

  1. 外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、第１端面から第２端面まで延びる流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、少なくとも前記隔壁がＰＴＣ特性を有する材料で構成されたハニカム構造体と、
    前記ハニカム構造体の前記第１端面及び前記第２端面に設けられた一対の電極と、
    前記隔壁の表面に設けられ、アルミノシリケートを主成分とする吸着材を含む機能材含有層と
    を備え、
    前記ハニカム構造体は、前記隔壁の厚さが０．１４～０．３６ｍｍ、セル密度が１５．５～４６．５セル／ｃｍ2、前記セルの開口率が７０～９４％であり、且つ
    前記機能材含有層の厚さが２００～４００μｍである、機能材含有層付ヒーターエレメント。
  2. 前記ハニカム構造体は、前記セルの開口率が８０～９４％である、請求項１に記載の機能材含有層付ヒーターエレメント。
  3. 前記機能材含有層が触媒を含む、請求項１に記載の機能材含有層付ヒーターエレメント。
  4. 前記ハニカム構造体は、流路方向の長さが２～２０ｍｍ、流路方向に直交する断面積が１０ｃｍ2以上である、請求項１に記載の機能材含有層付ヒーターエレメント。
  5. ＰＴＣ特性を有する前記材料はチタン酸バリウムを主成分とし、キュリー点が１００～２５０℃であり、鉛を実質的に含まない材料で構成されている、請求項１に記載の機能材含有層付ヒーターエレメント。
  6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の機能材含有層付ヒーターエレメントを２個以上含む機能材含有層付ヒーターユニット。
  7. 請求項１～５のいずれか一項に記載の機能材含有層付ヒーターエレメント、又は前記機能材含有層付ヒーターエレメントを２個以上含む機能材含有層付ヒーターユニットと、
    前記機能材含有層付ヒーターエレメント又は前記機能材含有層付ヒーターユニットに電圧を印加するためのバッテリーと、
    車室と前記機能材含有層付ヒーターエレメント又は前記機能材含有層付ヒーターユニットの流入口とを連通する流入配管と、
    前記機能材含有層付ヒーターエレメント又は前記機能材含有層付ヒーターユニットの流出口と前記車室及び車外とを連通する流出配管と、
    前記流出配管に設けられ、前記流出配管を流通する空気の流れを前記車室又は車外に切替え可能な切替えバルブと
    を備える車室浄化システム。
  8. 前記バッテリーからの印加電圧をオフとし、前記流出配管を流通する空気の流れが前記車室となるように前記切替えバルブを切替えることにより、前記車室からの空気に含まれる除去対象成分を前記機能材含有層付ヒーターエレメント又は前記機能材含有層付ヒーターユニットの前記機能材含有層に捕捉する第１のモードと、
    前記バッテリーからの印加電圧をオンとし、前記流出配管を流通する空気の流れが前記車外となるように前記切替えバルブを切替えることにより、前記機能材含有層に捕捉された前記除去対象成分を前記車外へ排出する第２のモードと、
    を交互に実行する制御部を備える、請求項７に記載の車室浄化システム。
  9. アルミノシリケートを主成分とする吸着材を含み且つ厚さが２００～４００μｍである機能材含有層付ヒーターエレメントに用いられるハニカム構造体であって、
    外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、第１端面から第２端面まで延びる流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、少なくとも前記隔壁がＰＴＣ特性を有する材料で構成され、前記隔壁の厚さが０．１４～０．３６ｍｍ、セル密度が１５．５～４６．５セル／ｃｍ2、前記セルの開口率が７０～９４％であるハニカム構造体。
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