JPWO2007066462A1 - ハニカム構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

ディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）等の微粒子捕集フィルタなどに好適に使用可能なハニカム構造体であって、微粒子捕集フィルタに使用した場合に、簡易かつ高精度で微粒子堆積量を検知できるものを提供する。多孔質の隔壁によって気体の流路となる複数のセルが区画形成されたハニカム構造体であって、内部に２つ以上の電極２を有するハニカム構造体１。

Description

本発明は、ディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）等の微粒子捕集フィルタなどに好適に使用可能な電極を有するハニカム構造体及びその製造方法に関する。

気体中の微粒子を捕集して気体を浄化する手段としては、フィルタによるろ過が代表的である。フィルタの材質・構造としては、繊維層、セラミックフォーム、金属フォーム等があり、特に、圧力損失を低減できる材質・構造として、多孔質の隔壁によって気体の流路となる複数のセルが区画形成されたハニカム構造体の端面において、各セルの一方の端部を、千鳥状になるように、互い違いに目封止したウォールフロー型のものが良く知られている。

これら微粒子捕集フィルタでは、微粒子が堆積して行くにつれてフィルタの目詰まりが進行し、フィルタ性能が低下して行くため、微粒子の堆積量がフィルタの使用限界に達する前に、フィルタ自体を交換するか、あるいは堆積した微粒子を取り除く再生処理が必要である。この交換や再生処理の時期を決めるためには、微粒子堆積量の検知が必要であり、従来は、フィルタ圧力損失によるフィルタ前後の排圧の差圧を差圧センサにより検出して微粒子堆積量を検知するようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、微粒子捕集フィルタにおいては、微粒子の堆積量に対して、フィルタの圧力損失がヒステリシスを持つ場合が多く、フィルタ圧力損失によるフィルタ前後の排圧の差圧のみから微粒子堆積量を一義的に検知することは不可能な場合が多い。例えば、ディーゼルエンジンの排気微粒子を捕集するウォールフロー型のセラミックフィルタ（ＤＰＦ）では、低温で微粒子を捕集し続けた後、フィルタ細孔内にコートされた触媒が活性となる温度に一時的に昇温すると、細孔内に堆積した微粒子が酸化除去され、わずかな細孔内微粒子の酸化消滅により大幅に圧力損失が低下するため、堆積微粒子量と圧力損失との関係はヒステリシスを示し、同一の圧力損失でも、堆積微粒子の量が大きく異なる状態が生じ得ることになる。

したがって、このような微粒子捕集フィルタにおいては、圧力損失から一義的に微粒子堆積量を推定することは困難であり、フィルタの交換や再生処理の時期を決定する際には、圧力損失の情報以外に、運転時間、運転条件によるエンジンからの微粒子発生量予測を併用して、フィルタへの微粒子堆積量を推定し、その推定堆積量からフィルタの交換や再生処理の時期を決定しているのが現状である。

また、微粒子堆積量を検出するための他の手段として、前記のようなハニカム構造体を使用した微粒子捕集フィルタの外周部に２つ以上の電極を設け、当該電極間のインピーダンスを測定して、その測定値から微粒子堆積量を推定するという方法も検討されている（特許文献２参照）。
特開昭６０−４７９３７号公報 国際公開第ＷＯ２００５／０７８２５３号パンフレット

本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＤＰＦ等の微粒子捕集フィルタなどに好適に使用可能なハニカム構造体であって、微粒子捕集フィルタに使用した場合に、簡易かつ高精度で微粒子堆積量を検知できるものを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明によれば、以下のハニカム構造体及びハニカム構造体の製造方法が提供される。

［１］ 多孔質の隔壁によって気体の流路となる複数のセルが区画形成されたハニカム構造体であって、内部に２つ以上の電極を有するハニカム構造体。

［２］ 前記各セルの一方の端部が目封止されている前記［１］に記載のハニカム構造体。

［３］ 前記各セルの一方の端部が、前記ハニカム構造体の端面において千鳥状になるように、互い違いに目封止されている前記［２］に記載のハニカム構造体。

［４］ 微粒子捕集フィルタとして使用され、前記電極を利用することによって、捕集された微粒子の量を検知することが可能な前記［２］又は［３］に記載のハニカム構造体。

［５］ 前記電極間の交流インピーダンス、直流抵抗、リアクタンス、キャパシタンス等の電気的特性を測定することによって、捕集された微粒子の量を検知することが可能な前記［４］に記載のハニカム構造体。

［６］ 炭化珪素、コージェライト、アルミナタイタネイト、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ及びシリカよりなる群から選ばれる１種以上のセラミックス、又は焼結金属を主成分とする材料から構成されている前記［１］〜［５］の何れかに記載のハニカム構造体。

［７］ 前記電極が、金属、導電性を有する酸化物、導電性を有する窒化物及び導電性を有するセラミックスの内の何れかから構成されている前記［１］〜［６］の何れかに記載のハニカム構造体。

［８］ 前記電極のうち少なくとも一つがセラミック体の内部に、導電体が配設されてなる前記［１］〜［７］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［９］ 前記電極のセラミック体がコージェライトである前記［８］に記載のハニカム構造体。

［１０］ 多孔質の隔壁によって気体の流路となる複数のセルが区画形成されたハニカム構造体であって、表面に２つ以上の電極を有し、前記電極のうち少なくとも一つがセラミック体の内部に、導電体が配設されてなるハニカム構造体。

［１１］ 前記各セルの一方の端部が目封止されている前記［１０］に記載のハニカム構造体。

［１２］ 前記各セルの一方の端部が、前記ハニカム構造体の端面において千鳥状になるように、互い違いに目封止されている前記［１１］に記載のハニカム構造体。

［１３］ 微粒子捕集フィルタとして使用され、前記電極を利用することによって、捕集された微粒子の量を検知することが可能な前記［１１］又は［１２］に記載のハニカム構造体。

［１４］ 前記電極間の交流インピーダンス、直流抵抗、リアクタンス、キャパシタンス等の電気的特性を測定することによって、捕集された微粒子の量を検知することが可能な前記［１３］に記載のハニカム構造体。

［１５］ 炭化珪素、コージェライト、アルミナタイタネイト、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ及びシリカよりなる群から選ばれる１種以上のセラミックス、又は焼結金属を主成分とする材料から構成されている前記［１０］〜［１４］の何れかに記載のハニカム構造体。

［１６］ 前記電極のセラミック体がコージェライトである前記［１０］〜［１５］の何れかに記載のハニカム構造体。

［１７］ 前記［１］に記載のハニカム構造体を製造する方法であって、最終的に得ようとするハニカム構造体の断面形状に対し、一部が切り欠かれた断面形状を有するハニカム構造体を作製する一方で、当該切り欠かれた部分の断面形状に対応する断面形状を有し、側面部に電極が設けられた電極付ハニカム構造体を別個に作製し、前記切り欠かれた部分に前記電極付ハニカム構造体を嵌合して一体化するハニカム構造体の製造方法。

［１８］ 前記［１］に記載のハニカム構造体を製造する方法であって、押出成形法により成形し、それを焼成して得られたハニカム構造体に、電極を挿入するための溝を形成し、当該溝に電極を挿入するハニカム構造体の製造方法。

［１９］ 前記［１］に記載のハニカム構造体を製造する方法であって、電極を挿入するための溝を有するハニカム構造体を押出成形法により成形し、得られた成形体を焼成した後、前記溝に電極を挿入するハニカム構造体の製造方法。

［２０］ 前記［１］に記載のハニカム構造体を製造する方法であって、電極を挿入するための溝を有するハニカム構造体を押出成形法により成形し、得られた成形体の前記溝に電極を挿入した後、前記成形体を焼成するハニカム構造体の製造方法。

［２１］ 前記［１］に記載のハニカム構造体を製造する方法であって、電極が配される溝を有するハニカム構造体と、前記溝に配される電極とを、押出成形法により同時に一体的に成形し、得られた成形体を焼成するハニカム構造体の製造方法。

本発明のハニカム構造体は、ＤＰＦ等の微粒子捕集フィルタなどに好適に使用できるものであり、微粒子捕集フィルタに使用した場合において、フィルタ内部に堆積した微粒子の量を簡易かつ高精度で検知でき、フィルタの交換や再生処理の時期の決定を容易に行うことができる。また、本発明の製造方法は、前記のような本発明のハニカム構造体を比較的容易に製造できる量産に適した製造方法である。

図１は、本発明に係るハニカム構造体の実施形態の一例を示す概略平面図である。 図２は、本発明に係るハニカム構造体の電極配置の一例を示す概略平面図である。 図３（ａ）は、本発明に係るハニカム構造体の実施形態の他の一例を示す概略平面図である。 図３（ｂ）は、図３（ａ）のＸ−Ｘ断面における概略断面図である。 図４は、本発明のハニカム構造体に使用する櫛形の電極の一実施形態を示す概略斜視図である。 図５は、図４の電極をハニカム構造体に挿入した状態を示す概略断面図である。 図６は、図５の電極をハニカム構造体に挿入した状態を示す、ハニカム構造体の端面側から見た概略正面図である。 図７は、図６のＡ部分の拡大図であり、円筒状の電極を使用した例を示す概略正面図である。 図８は、図６のＡ部分の拡大図であり、角柱状の電極を使用した例を示す概略正面図である。 図９は、本発明のハニカム構造体に使用する櫛形の電極の他の実施形態を示す概略正面図である。 図１０は、図９の電極をハニカム構造体に挿入した状態を示す概略断面図である。 図１１は、図９の電極をハニカム構造体に挿入した状態を示す、ハニカム構造体の端面側から見た概略正面図である。 図１２は、図１１のＢ部分の拡大図であり、円筒状の電極を使用した例を示す概略正面図である。 図１３は、図１１のＢ部分の拡大図であり、角柱状の電極を使用した例を示す概略正面図である。 図１４は、本発明のハニカム構造体に使用する屈曲自在な線状金属の電極を使用した例を示す概略正面図である。 図１５は、図１４のＣ−Ｃ’断面図である。 図１６は、本発明のハニカム構造体に使用する屈曲自在な線状金属の電極を使用した他の例を示す概略正面図である。 図１７は、図１６のＤ−Ｄ’断面図である。 図１８は、本発明のハニカム構造体に電極を固定した様子を示す概略断面図である。 図１９は、本発明のハニカム構造体に電極を固定した様子を示す他の概略断面図である。 図２０は、本発明のハニカム構造体に使用する突出部を設けた電極の一実施形態の使用例を示す、缶体に収納されたハニカム構造体の概略断面図である。 図２１は、図２０のハニカム構造体の端面から見た正面図である。 図２２は、図２０のハニカム構造体の平面図である。 図２３は、本発明のハニカム構造体に使用する突出部を設けた電極の他の一実施形態の使用例を示す、缶体に収納されたハニカム構造体の概略断面図である。 図２４は、本発明のハニカム構造体の製造方法（第一の製造方法）を示す概略平面図である。 図２５は、本発明のハニカム構造体の製造方法（第一の製造方法）を示す概略平面図である。 図２６は、本発明のハニカム構造体の製造方法（第一の製造方法）を示す概略平面図である。 図２７は、本発明のハニカム構造体の製造方法（第一の製造方法）を示す概略平面図である。 図２８は、本発明のハニカム構造体の製造方法（第一の製造方法）を示す概略平面図である。 図２９は、本発明のハニカム構造体の製造方法（第二の製造方法）を示す概略平面図である。 図３０は、本発明のハニカム構造体の製造方法（第二の製造方法）を示す概略平面図である。 図３１は、本発明のハニカム構造体の製造方法（第二の製造方法）を示す概略平面図である。 図３２は、本発明のハニカム構造体の製造方法（第三及び第四の製造方法）を示す概略平面図である。 図３３は、本発明のハニカム構造体の製造方法（第三及び第四の製造方法）を示す概略平面図である。 図３４は、本発明のハニカム構造体の製造方法（第五の製造方法）を示す概略平面図である。 図３５は、実施例に使用したハニカム構造体の製造方法を示す概略平面図である。 図３６は、実施例に使用したハニカム構造体の製造方法を示す概略平面図である。 図３７は、実施例において、堆積した微粒子の質量と交流インピーダンスとの関係を示したグラフである。

符号の説明

１：ハニカム構造体、２、２ａ、２ｂ、２ｃ：電極、３：切り欠かれた部分、５：電極付ハニカム構造体、７：溝、１０：目封止セル、１４、１４ａ、１４ｂ：接着剤、１６：缶体、１８：マット、２０：配線、２２：突出部

以下、本発明の代表的な実施形態を図面を参照しながら具体的に説明するが、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。

図１は、本発明に係るハニカム構造体の実施形態の一例を示す概略平面図である。このハニカム構造体１は、多孔質の隔壁によって気体の流路となる複数のセルが区画形成されたハニカム構造体であって、内部に２つ以上の電極２を有している。ＤＰＦ等の微粒子捕集フィルタに使用する場合には、各セルの一方の端部が目封止されていることが好ましく、図１に示すように、ハニカム構造体１の端面において千鳥状になるよう、各セルの一方の端部が目封止部により互い違いに目封止されていることが特に好ましい。このような構造とすることにより、ハニカム構造体１に流入した排ガスは、強制的に各セル間の多孔質の隔壁を通過させられることになり、その隔壁通過の際に、排ガス中の微粒子が隔壁上に捕集される。

このハニカム構造体１は、ＤＰＦ等の微粒子捕集フィルタに使用する場合、電極２を利用することによって、捕集された微粒子の量を検知することが可能である。具体的には、電極２，２間の交流インピーダンス、直流抵抗、リアクタンス、キャパシタンス等の電気的特性を計測することによって、捕集された微粒子の量を検知する。すなわち、この微粒子捕集フィルタにおいては、ハニカム構造体１の内部に設けられた電極２，２間の交流インピーダンス等の電気的特性を計測することによって、ハニカム構造体１に微粒子が堆積したことによる、電極２，２間の静電容量、直流抵抗値等の変化を検知することができる。電極２，２間の静電容量等は、ハニカム構造体１内の微粒子の絶対量に対応して変化するため、交流インピーダンス等の電気的特性の計測データからハニカム構造体１の微粒子堆積量を一義的に推定することができる。具体的には、堆積した微粒子の質量と交流インピーダンス等の電気的特性との関係を実測値に基づいて予めグラフ化等しておくことにより、交流インピーダンス等の電気的特性を計測するだけで、その計測時点での微粒子の堆積量を推定することができるようになる。

ハニカム構造体の内部に電極が設けられていれば、大きなノイズは生じにくく、高精度で微粒子堆積量を推定することができる。このとき、図２のように、各電極２’，２”の重心を結ぶ直線Ｌ上における、電極２’と２”との間の距離をａ、ハニカム構造体の１外周面から電極２’までの距離をｂ、ハニカム構造体の１外周面から電極２”までの距離をｃとすると、２ｂ＞ａ、２ｃ＞ａであり、かつ２個の電極２’，２”が平行に向かい合って設けられることが好ましい。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本発明に係るハニカム構造体の実施形態の他の一例を示す概略図であり、図３（ａ）は概略平面図、図３（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面における概略断面図である。このハニカム構造体１は、その径方向及び長さ方向に、各々複数の電極２を内蔵させたものである。このハニカム構造体１においては、近隣の電極２，２間のそれぞれの交流インピーダンス等の電気的特性を計測することにより、それら電極付近の微粒子堆積量を推定することができるので、各計測値を比較することで、このハニカム構造体の径方向及び長さ方向における微粒子堆積量の分布を把握することもできる。

本発明において、ハニカム構造体（電極除く）の材質は特に限定されないが、炭化珪素、コージェライト、アルミナタイタネイト、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ及びシリカよりなる群から選ばれる１種以上のセラミックス、又は焼結金属を主成分とする材料から構成されているものが好適である。

また、電極の材質も特に限定はされないが、金属、導電性ペーストの焼結体、導電性を有する酸化物、導電性を有する窒化物及び導電性を有するセラミックスの内の何れかから構成されているものが好適である。

なお、ハニカム構造体と電極とは、両者の熱膨張係数の差が５×１０^−６／℃以下となるように各々の材質を選択することが好ましい。例えば、本発明のハニカム構造体をＤＰＦに使用するような場合には、使用時に高温環境下に晒されるため、ハニカム構造体と電極との熱膨張係数の差が大きすぎると、両者の熱膨張差によりハニカム構造体が破損したり電極が剥離したりする恐れがあるが、両者の熱膨張係数の差が５×１０^−６／℃以下であれば、そのような不具合が生じる可能性が低くなる。

電極の材料の金属は、板状となっていると埋め込み時の取扱いが容易であり、測定回路への配線の溶接もできるため有利である。また、金属板はメッシュ状、ラス状または波板状になっていると、熱膨張が緩和できるため更に有利である。

金属板の材料としては、ステンレスまたはニッケル等の排ガス雰囲気中のような高温下でも劣化しにくいものが好適に用いられる。

電極材料の金属をハニカム構造体のセルに挿入可能な形状としても良い。セルに挿入可能な形状の金属としては、所定の長さの金属棒が何本も並んだ櫛形の形状の電極および屈曲自在な線状の金属、例えば電線を所定の長さで折り返した電極が例示できる。これらのセルに挿入可能な電極をハニカム構造体のセルに挿入する。端面から目封止のないセルに挿入すれば、電極埋め込みのためのスリットを加工する必要がなく簡便であり、スリット加工により懸念されるハニカム構造体強度の低下を回避することができる。

図４は本発明のハニカム構造体に使用する櫛形の電極の一実施形態を示す図であり、図５および図６はこの電極をハニカム構造体に挿入した例を示す図である。図４の櫛形の電極２は図５および図６に示すようにハニカム構造体１に挿入される。図７および図８は図６中、一点鎖線で囲まれたＡ部分の拡大図である。櫛形の電極の櫛歯部分の形状は、図７に示すように円柱状２ａでも良いし、図８に示すように角柱状２ｂでも良い。また、電極２ａ、２ｂは目封止セル１０を避けて挿入される。

図９は本発明のハニカム構造体に使用する櫛形の電極の他の実施形態を示す図であり、図１０および図１１はこの電極をハニカム構造体に挿入した例を示す図である。図９の櫛形の電極２を図１０および図１１に示すようにハニカム構造体１に挿入する。図１２および図１３は図１１中、一点鎖線で囲まれたＢ部分の拡大図である。櫛形の電極の櫛歯部分の形状は、図１２に示すように円柱状２ａでも良いし、図１３に示すように角柱状２ｂでも良い。また、電極２ａ、２ｂは目封止セル１０を避けて挿入される。

図１４および図１５は屈曲自在な線状の金属を所定の長さで折り返した電極の一実施形態をハニカム構造体に挿入した例を示す図である。屈曲自在な線状の金属からなる電極２ｃは、図１４および図１５に示すように、目封止セル１０を避けて目封止のないセルに挿入されている。

図１６および図１７は屈曲自在な線状の金属を所定の長さで折り返した電極の一実施形態をハニカム構造体に挿入した他の例を示す図である。図１６および図１７に示すように、目封止セル１０を避けて目封止のないセルに斜め方向に挿入しても良い。

電極とハニカム構造体との間に間隙が生じる場合には、電極とハニカム構造体との間に接着剤を充填することができる。この目的で使用される接着剤は、熱膨張係数が電極の熱膨張係数とハニカム構造体基材の熱膨張係数の中間の値である接着剤が好ましい。図１８は電極のハニカム構造体への固定の様子を示す一例を示す図である。図１８中、ハニカム構造体１と電極２との間には接着剤１４が充填されていて、電極２が好適にハニカム構造体１に固定されている。

電極材料とハニカム構造体基材の熱膨張係数の差が大きい場合は２種類以上の接着剤を使用することも可能である。図１９は電極のハニカム構造体への固定の様子を示す別の例を示す図である。図１９中、電極２の周りには、電極２の熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を持つ接着剤１４ａが充填され、そのさらに周りにハニカム構造体１と熱膨張係数が比較的近い接着剤１４ｂが充填されて、ハニカム構造体１に電極２が固定されている。

端面または側面の最端部から配線を取り出せるように、電極に突出部を設けても良い。突出部を設けた電極を埋め込むと、缶体にハニカム構造体を圧入する際に干渉がなく、缶体やコーンへの配線の取り出し口端子の作製も容易にできるため有利である。さらに取り出し口が出口側であれば缶体からのスス漏れの心配もほとんどない。また、取り出し口端子と電極間の接続配線を長めにして緩やかに固定することで、電極またはハニカム構造体の振動に対する耐性が上がる。電極と接続配線とは溶接により固定可能である。

図２０〜２２は、突出部を設けた電極を備えた本発明のハニカム構造体の一実施形態を示す図である。図２０、２１に示すように、ハニカム構造体１は、マット１８を介して缶体１６に収納されている。ハニカム構造体１にはスリットが形成され、該スリットに電極２が挿入されている。該電極２は一端に突出部２２が設けられていて、配線２０と接続されている。図２１、２２に示すように、マット１８と缶体１６には、前記電極２の突出部２２の位置と対応する位置に切れ込みが設けられており、この切れ込みから突出部２２の先端部が缶体１６の外部に露出されている。

図２３は、突出部を設けた電極を備えた本発明のハニカム構造体の他の実施形態を示す図である。図２３に示すように、ハニカム構造体１は、マット１８を介して缶体１６に収納されている。ハニカム構造体１にはスリットが形成され、該スリットに電極２が挿入されている。該電極２は一端に突出部２２が設けられていて、配線２０と接続されている。

また、本発明においては、少なくとも一つの電極をセラミック体の内部に導電体を配設して構成してもよい。このように、導電体をセラミック体で覆うように構成することによって、導電体が直接排気ガスと接触することがなく、導電体の腐食や劣化を有効に防止することが可能となる。

また、本発明においては、全ての電極を、セラミック体と、その内部に配設された導電体とで構成してもよい。

セラミック体の主成分としては、例えば、窒化珪素や窒化アルミニウム、緻密質コージェライト等、酸化物、窒化物、炭化物、硼化物等の複合（コンポジット）材料が挙げられる。具体的には、セラミック体の主成分が、窒化珪素、窒化アルミニウム、緻密質コージェライト、酸化アルミニウム基複合材料、炭化珪素基複合材料、及びムライト基複合材料からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物であることが好ましい。特に、熱伝導率が高い炭化珪素の電気抵抗を上げることができるＢＮ（窒化硼素）粒子を添加した炭化珪素基複合材料は、誘電体として機能する電極材料に適している。また、熱膨張が小さいが熱伝導が低いムライトに熱伝導を高くする目的で、炭化珪素粒子を分散させたムライト基複合材料も主成分に適している。両材料の熱膨張差は小さいので、内部に発生する残留応力は小さい。両材料は焼結が困難であるが、電極形状は単純平板であるため、加圧焼成が容易に適用できる。なお、本実施の形態において、主成分とは、成分の６０質量％以上を占めるものをいう。

また、電極は平板状であっても良いし、円筒状の形状に形成されてなる電極であってもよい。平板状の電極の場合には、テープ成形、押出し成形、プレス成形、射出成形、鋳込み成形等の方法で、電極を構成するセラミック体を成形して形成することが好ましい。

電極を構成する導電体は、導電性に優れた金属を主成分とすることが好ましく、例えば、その主成分が、タングステン、モリブデン、マンガン、クロム、チタン、ジルコニウム、ニッケル、鉄、銀、銅、白金、及びパラジウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を好適例として挙げることができる。なお、本実施の形態において、主成分とは、成分の６０質量％以上を占めるものをいう。なお、導電体が、上述した群のうち二種類以上の金属を主成分として含む場合には、それら金属の総和が、成分の６０質量％以上を占めるものとする。また、この導電体の厚さとしては、電極の小型化、及び排気ガス等を処理する場合に、電極相互間を通過させる被処理流体の抵抗を低減させる等の理由から、０．０１〜０．１ｍｍであることが好ましく、さらに、０．０１〜０．０３ｍｍであることが好ましい。

電極が平板状の形状であり、さらに、セラミック体の内部に導電体が配設されてなる場合には、セラミック体としてテープ状のセラミック成形体（グリーンテープ）を用い、上述した導電体は、テープ状のセラミック成形体に塗工されて配設されたものであることが好ましい。具体的な塗工の方法としては、例えば、スクリーン印刷、カレンダーロール、スプレー、静電塗装、ディップ、ナイフコータ、化学蒸着、物理蒸着等を好適例として挙げることができる。このような方法によれば、塗工後の表面の平滑性に優れ、かつ厚さの薄い導電体を容易に形成することができる。

導電体をテープ状のセラミック成形体に塗工する際には、導電体の主成分として挙げた金属の粉末と、有機バインダーと、テルピネオール等の溶剤とを混合して導体ペーストを調製し、上述した方法でテープ状のセラミック成形体に塗工することが好ましい。また、テープ状のセラミック成形体との密着性及び焼結性を向上させるべく、必要に応じて上述した導体ペーストに添加剤を加えてもよい。

また、セラミック体をテープ状のセラミック成形体で形成するときのテープ状のセラミック成形体の厚さについては、特に限定されることはないが、０．１〜３ｍｍであることが好ましい。テープ状のセラミック成形体の厚さが０．１ｍｍ未満であると、電極相互間の電気絶縁性を確保することができないことがある。また、テープ状のセラミック成形体の厚さが３ｍｍを超えると、省スペース化の妨げになることがある。

ハニカム構造体と電極のセラミック体とを同じ主成分で形成すると好ましい。この場合、電極付きのハニカム構造体を製造する際のハニカム構造体と電極との接着性が良好となる。また、本発明のハニカム構造体は使用時に高温下に晒されるが、両者の熱膨張差は理論上無いので、熱による破損、電極の剥離等を軽減できる。

ハニカム構造体と電極のセラミック体とを、共にコージェライトを主成分として構成することができる。

次に、本発明のハニカム構造体の製造方法を幾つか例示する。第一の製造方法は、まず、最終的に得ようとするハニカム構造体の断面形状に対し、一部が切り欠かれた断面形状を有するハニカム構造体を作製する。例えば、図２４は、最終的に得ようとするハニカム構造体の断面形状が円形である場合において、外周近傍部の一部が切り欠かれた断面形状を有するハニカム構造体１を作製した例である。このようなハニカム構造体１は、通常の押出成形法により作製することができる。なお、本製造方法により得られるハニカム構造体を、ＤＰＦ等の微粒子捕集フィルタに使用する場合には、図２４のように、成形後、各セルの一方の端部を目封止部により互い違いに目封止し、端面が千鳥状になるようにすることが好ましい。

このようなハニカム構造体１を作製する一方で、図２５に示すように、前記ハニカム構造体１の切り欠かれた部分３の断面形状に対応する断面形状を有し、側面部に電極２が設けられた電極付ハニカム構造体５を別個に作製する。このような電極付ハニカム構造体５は、通常の押出成形法により成形した成形体の側面に板状の電極２を取り付けることにより作製することができる。なお、この電極付ハニカム構造体５についても、ＤＰＦ等の微粒子捕集フィルタに使用することを目的とする場合には、前記ハニカム構造体１と同様に、各セルの一方の端部を目封止部により互い違いに目封止することが好ましい。

次いで、図２６に示すように、前記のように作製したハニカム構造体１の切り欠かれた部分３に、電極付ハニカム構造体５を嵌合して一体化し、本発明のハニカム構造体を得る。電極付ハニカム構造体の嵌合は、切り欠かれた部分３を有するハニカム構造体１と電極付ハニカム構造体５とが共に成形体の状態であるときに行うのが好ましく、その場合、嵌合後に焼成することで両者を一体化することができる。

なお、電極付ハニカム構造体が嵌合される、ハニカム構造体の切り欠かれた部分は、図２４の例のような外周近傍部に限定されるものではなく、電極を設けたい任意の位置に切り欠かれた部分が形成されるようにしてよい。例えば、図２７は、断面中央部が切り欠かれたハニカム構造体１の例であり、この場合も図２８に示すように、ハニカム構造体１の切り欠かれた部分３に、電極付ハニカム構造体５を嵌合して一体化し、本発明のハニカム構造体を得ることができる。

第二の製造方法は、まず、図２９のような、押出成形法により成形し、それを焼成して得られたハニカム構造体１に、図３０のように電極を挿入するための溝７を形成する。なお、本製造方法により得られるハニカム構造体を、ＤＰＦ等の微粒子捕集フィルタに使用する場合には、図２９のように、成形後、各セルの一方の端部を目封止部により互い違いに目封止し、端面が千鳥状になるようにすることが好ましい。溝７の形成は、バンドソー等の加工装置を使用し、挿入しようとする電極の寸法に合わせて機械加工することにより行うことができる。このとき、微粒子捕集フィルタに使用する場合の微粒子の漏れを防ぐため、溝７は隔壁に沿って、又は隔壁と平行に形成することが好ましい。次いで、図３１に示すように、溝７が形成されたハニカム構造体１の当該溝７に電極２を挿入し、更に必要であれば、微粒子の漏れを防ぐために溝７の電極が挿入されていない部分を目封止して、本発明のハニカム構造体を得る。

第三及び第四の製造方法は、まず、図３２に示すように、電極を挿入するための溝７を有するハニカム構造体を押出成形法により成形する。すなわち、前記第二の製造方法のように電極を挿入するための溝を後から加工形成するのではなく、溝７の形状に対応する部位を有する押出成形用の口金を用いて、最初から溝７を有した状態のハニカム構造体１を押出成形する。なお、本製造方法により得られるハニカム構造体を、ＤＰＦ等の微粒子捕集フィルタに使用する場合には、図３２のように、成形後、各セルの一方の端部を目封止部により互い違いに目封止し、端面が千鳥状になるようにすることが好ましい。

次いで、第三の製造方法においては、この成形体を焼成した後に、図３３に示すように、ハニカム構造体１の前記溝７に電極２を挿入し、更に必要であれば、微粒子捕集フィルタに使用する場合の微粒子の漏れを防ぐために溝７の電極が挿入されていない部分を目封止して、本発明のハニカム構造体を得る。また、第四の製造方法においては、この成形体を焼成する前に、図３３に示すように、ハニカム構造体１の前記溝７に電極２を挿入し、更に必要であれば、微粒子捕集フィルタに使用する場合の微粒子の漏れを防ぐために溝７の電極が挿入されていない部分を目封止し、その後この成形体を焼成して、本発明のハニカム構造体を得る。

第五の製造方法は、まず、図３４に示すように、電極２が配される溝７を有するハニカム構造体と、前記溝７に配される電極２とを、押出成形法により同時に一体的に成形する。すなわち、押出成形用の口金の溝７内部に対応する部位には電極形成用の材料が送り込まれ、その他の部位にはハニカム構造体形成用の材料が送り込まれるようにし、最初から溝７内に電極２が配された状態の成形体を押出成形する。なお、本製造方法により得られるハニカム構造体を、ＤＰＦ等の微粒子捕集フィルタに使用する場合には、図３４のように、成形後、各セルの一方の端部を目封止部により互い違いに目封止し、端面が千鳥状になるようにすることが好ましい。次いで、この成形体を焼成することにより、本発明のハニカム構造体を得る。

これら第一〜第五の製造方法は、何れも本発明のハニカム構造体を比較的容易に製造できる量産に適した製造方法である。

以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例）
タルク（平均粒径：２０μｍ、粒径７５μｍ以上の粉末：４質量％）、溶融シリカ（平均粒径：３５μｍ、粒径７５μｍ以上の粉末：０．５質量％）、水酸化アルミニウム（平均粒径：２μｍ、粒径７５μｍ以上の粉末：０質量％）を、タルク３７質量％、溶融シリカ１９質量％、水酸化アルミニウム４４質量％の割合で混合してコージェライト化原料を調整した。

次いで、このコージェライト化原料１００質量部に対して、グラファイト２０質量部、ポリエチレンテレフタレート７質量部、ポリメタクリル酸メチル７質量部、ヒドロキシプロピルメチルセルロース４質量部、ラウリン酸カリ石鹸０．５質量部、水３０質量部を投入、混練して可塑性とし、この可塑性の原料を、真空土練機でシリンダー状の坏土を成形し、押出し成形機に投入してハニカム状に成形した。

こうして得られた成形体を、誘電乾燥の後、熱風乾燥で絶乾し、両端面において千鳥状となるように、各セルの一方端部を互い違いに目封じした。目封止の材料には、同様の組成のコージェライト化原料のスラリーを用い、これを目封止すべきセルの端部に充填して目封止部を形成した。

これを、１４２０℃で４時間焼成した後、図３５のように、長さ２５ｍｍの溝７を３０ｍｍの間隔を開けて機械加工により２個形成し、その後、図３６のように、溝７に白金製の電極２を挿入して、電極を有するハニカム構造体（寸法：直径１４４ｍｍ×長さ１５２ｍｍ、隔壁厚さ：３００μｍ、セル数：３００セル／ｉｎｃｈ^２）１を得た。

このハニカム構造体１に、微粒子（パティキュレート）を含むディーゼルエンジン排ガスを流し、ハニカム構造体内に微粒子を堆積させながら、電極２，２間の交流インピーダンスの計測を行ったところ、堆積した微粒子の質量と計測した交流インピーダンスとの関係は、図３７のようになり、交流インピーダンスの値より微粒子の堆積量が推定できることを確認した。

本発明は、ＤＰＦ等の微粒子捕集フィルタに使用可能なハニカム構造体及びその製造方法として好適に利用することができるものである。

Claims (21)

1. 多孔質の隔壁によって気体の流路となる複数のセルが区画形成されたハニカム構造体であって、内部に２つ以上の電極を有するハニカム構造体。
2. 前記各セルの一方の端部が目封止されている請求項１に記載のハニカム構造体。
3. 前記各セルの一方の端部が、前記ハニカム構造体の端面において千鳥状になるように、互い違いに目封止されている請求項２に記載のハニカム構造体。
4. 微粒子捕集フィルタとして使用され、前記電極を利用することによって、捕集された微粒子の量を検知することが可能な請求項２又は３に記載のハニカム構造体。
5. 前記電極間の交流インピーダンス、直流抵抗、リアクタンス、キャパシタンス等の電気的特性を測定することによって、捕集された微粒子の量を検知することが可能な請求項４に記載のハニカム構造体。
6. 炭化珪素、コージェライト、アルミナタイタネイト、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ及びシリカよりなる群から選ばれる１種以上のセラミックス、又は焼結金属を主成分とする材料から構成されている請求項１〜５の何れか一項に記載のハニカム構造体。
7. 前記電極が、金属、導電性を有する酸化物、導電性を有する窒化物及び導電性を有するセラミックスの内の何れかから構成されている請求項１〜６の何れか一項に記載のハニカム構造体。
8. 前記電極のうち少なくとも一つがセラミック体の内部に、導電体が配設されてなる請求項１〜７のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
9. 前記電極のセラミック体がコージェライトである請求項８に記載のハニカム構造体。
10. 多孔質の隔壁によって気体の流路となる複数のセルが区画形成されたハニカム構造体であって、表面に２つ以上の電極を有し、
    前記電極のうち少なくとも一つがセラミック体の内部に、導電体が配設されてなるハニカム構造体。
11. 前記各セルの一方の端部が目封止されている請求項１０に記載のハニカム構造体。
12. 前記各セルの一方の端部が、前記ハニカム構造体の端面において千鳥状になるように、互い違いに目封止されている請求項１１に記載のハニカム構造体。
13. 微粒子捕集フィルタとして使用され、前記電極を利用することによって、捕集された微粒子の量を検知することが可能な請求項１１又は１２に記載のハニカム構造体。
14. 前記電極間の交流インピーダンス、直流抵抗、リアクタンス、キャパシタンス等の電気的特性を測定することによって、捕集された微粒子の量を検知することが可能な請求項１３に記載のハニカム構造体。
15. 炭化珪素、コージェライト、アルミナタイタネイト、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ及びシリカよりなる群から選ばれる１種以上のセラミックス、又は焼結金属を主成分とする材料から構成されている請求項１０〜１４の何れか一項に記載のハニカム構造体。
16. 前記電極のセラミック体がコージェライトである請求項１０〜１５の何れか一項に記載のハニカム構造体。
17. 請求項１に記載のハニカム構造体を製造する方法であって、最終的に得ようとするハニカム構造体の断面形状に対し、一部が切り欠かれた断面形状を有するハニカム構造体を作製する一方で、当該切り欠かれた部分の断面形状に対応する断面形状を有し、側面部に電極が設けられた電極付ハニカム構造体を別個に作製し、前記切り欠かれた部分に前記電極付ハニカム構造体を嵌合して一体化するハニカム構造体の製造方法。
18. 請求項１に記載のハニカム構造体を製造する方法であって、押出成形法により成形し、それを焼成して得られたハニカム構造体に、電極を挿入するための溝を形成し、当該溝に電極を挿入するハニカム構造体の製造方法。
19. 請求項１に記載のハニカム構造体を製造する方法であって、電極を挿入するための溝を有するハニカム構造体を押出成形法により成形し、得られた成形体を焼成した後、前記溝に電極を挿入するハニカム構造体の製造方法。
20. 請求項１に記載のハニカム構造体を製造する方法であって、電極を挿入するための溝を有するハニカム構造体を押出成形法により成形し、得られた成形体の前記溝に電極を挿入した後、前記成形体を焼成するハニカム構造体の製造方法。
21. 請求項１に記載のハニカム構造体を製造する方法であって、電極が配される溝を有するハニカム構造体と、前記溝に配される電極とを、押出成形法により同時に一体的に成形し、得られた成形体を焼成するハニカム構造体の製造方法。