WO2012086817A1 - ハニカム構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明のハニカム構造体の一の実施形態は、図1~図3に示すハニカム構造体100のように、筒状のハニカム構造部4を備えたものである。ハニカム構造部4は、多孔質の隔壁1と、最外周に位置する外周壁3とを有するものである。隔壁1は、流体の流路となる一方の端面11から他方の端面12まで延びる複数のセル2を区画形成するものである。本実施形態のハニカム構造体100においては、隔壁1の電気抵抗率が、1~200Ωcmである。また、本実施形態のハニカム構造体100の外周壁3は、その少なくとも一部が、隔壁1のヤング率よりもヤング率が低くなるように構成された低ヤング率部6によって形成されたものである。隔壁1のヤング率に対する、低ヤング率部6のヤング率の比率が、2~95%である。
本実施形態のハニカム構造体においては、ハニカム構造部の側面に、一対の電極部を更に備えたものであってもよい。一対の電極部は、ハニカム構造部のセルの延びる方向に帯状に配設されたものである。ここで、図8~図10に示すハニカム構造体400は、ハニカム構造部4の最外周に位置する外周壁3の全部が低ヤング率部6によって形成されたものである。このような低ヤング率部6からなる外周壁3の側面に、ハニカム構造部4のセル2の延びる方向に延びる帯状の一対の電極部21,21が配設されている。
本発明のニカム構造体においては、図11及び図12に示すように、外周壁3のうち、ハニカム構造部4のセル2の延びる方向に延びる帯状の2つの領域が、外周壁3の他の領域よりも電気抵抗率が低く構成されていてもよい。この電気抵抗率の低い領域が、一対の電極部21a,21aを形成している。
また、ハニカム構造部の外周壁が、低ヤング率部と高ヤング率部とによって形成されている場合においても、ハニカム構造部が、一対の電極部を更に備えていてもよい。例えば、図13及び図14においては、ハニカム構造部4の側面に、ハニカム構造部4のセル2の延びる方向に延びる帯状に配設された一対の電極部21b,21bを更に備えたハニカム構造体600の例を示す。図13は、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態を模式的に示す斜視図である。図14は、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態の、セルの延びる方向に直交する断面を示す模式図である。
本実施形態のハニカム構造体においては、ハニカム構造部を構成する隔壁及び外周壁の材質が、珪素-炭化珪素複合材又は炭化珪素材を主成分とするものであることが好ましい。上記隔壁及び外周壁の材質が、珪素-炭化珪素複合材又は炭化珪素材であることが更に好ましい。「隔壁及び外周壁の材質が、珪素-炭化珪素複合材又は炭化珪素材を主成分とするものである」というときは、隔壁及び外周壁が、珪素-炭化珪素複合材又は炭化珪素材を、全体の90質量%以上含有していることを意味する。
ハニカム構造部は、流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有している。この多孔質の隔壁が、排ガス浄化用の触媒を担持する触媒担体としても機能する。即ち、上記セルに排ガスを流通させることで、触媒の作用により排ガスを浄化することができる。また、隔壁の電気抵抗率は、1~200Ωcmである。このため、隔壁に電圧を印加することにより、この隔壁部分を発熱させてヒーターとして機能させることもできる。
また、ハニカム構造体が、一対の電極部を備えたものである場合、電極部のヤング率は、0.9~30GPaであることが好ましく、1.0~27GPaであることが更に好ましく、1.5~25GPaであることが特に好ましい。このようなヤング率の電極部は、隔壁と比較してヤング率が低くなる。このため、ハニカム構造体が、より耐熱衝撃性に優れたものとなる。電極部のヤング率が0.9GPa未満であると、電極部の強度が低下してしまうことがある。一方、電極部のヤング率が30GPaを超えると、電極部と外周壁との間でクラック等の破損を生じてしまうことがある。
次に、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態について説明する。図21~図23に示されるように、本実施形態のハニカム構造体800は、本発明のハニカム構造体400(図8及び図9参照)において、電気配線を繋ぐための電極端子突起部22が配設されたものである。ハニカム構造体800においては、電極端子突起部22が、それぞれの電極部21,21の、セルの延びる方向に直交する断面における中央部であり、且つセルの延びる方向における中央部に配設されている。電極端子突起部22は、電極部21,21間に電圧を印加するために、電源からの配線を接続する部分である。このように、電極端子突起部22が配設されることにより、電極部に電圧を印加したときに、ハニカム構造部の温度分布の偏りを、より小さくすることができる。図21は、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態を模式的に示す正面図である。図22は、図21における、A-A’断面を示す模式図である。図23は、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態を模式的に示す側面図である。
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法について説明する。上記本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態である、ハニカム構造体800(図21~図23参照)を製造する方法を示す(以下、「製造方法(A)」と記す場合がある)。
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た。これに、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。その後、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であった。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。
ガスバーナー試験機を用いて、ハニカム構造体の耐熱衝撃性の評価を行った。ガスバーナー試験機としては、プロパンガスを燃焼させるプロパンガスバーナー試験機を用いた。具体的には、各実施例のハニカム構造体を金属ケースにキャニングし、キャニングされたハニカム構造体をガスバーナー試験機内に配置した。ハニカム構造体の加熱、冷却を、下記通気条件を1サイクルとして、100サイクル行った。1サイクルの通気条件は、ガスバーナー試験機内のハニカム構造体の入口側から、950℃のガスを10分間流通させ、その後、100℃のガスを10分間流通させるものとした。そして、100サイクル後のハニカム構造体のクラックの発生状態を確認して、耐熱衝撃性の評価を行った。クラックが発生しない場合を「A」とし、クラックが発生した場合を「B」とした。クラックの発生の有無は、目視によって行った。
上記「耐熱衝撃性」の試験の前後におけるハニカム構造体の抵抗値から、ハニカム構造体の抵抗変化の評価を行った。具体的には、上記「耐熱衝撃性」の試験を行う前のハニカム構造体の抵抗値を測定する。そして、「耐熱衝撃性」の試験を行った後のハニカム構造体の抵抗値を測定する。「耐熱衝撃性」試験の前後の抵抗値の差が、「耐熱衝撃性」試験前のハニカム構造体の抵抗値の5%以内であれば、「抵抗変化」が「無し(変化なし)」とした。「耐熱衝撃性」試験の前後の抵抗値の差が、「耐熱衝撃性」試験前のハニカム構造体の抵抗値の5%を超える場合は、「抵抗変化」が「有り(抵抗値が変化)」とした。抵抗値の測定は、ハニカム構造体の電極端子突起部に配線して通電することにより行った。測定時には、ハニカム構造体に電圧印加電流測定装置をつなぎ、電圧を印加した。100~200Vで電圧を印加し、電流値及び電圧値を測定した。得られた電流値及び電圧値からハニカム構造体電気抵抗率を算出した。通電中の最小となる抵抗値をハニカム構造体の抵抗値(抵抗)とした。大きなクラックが発生した場合には、抵抗値が大きくなる。
得られたハニカム構造体を、水中に浸漬し、3.0MPaの静水圧をかけて、ハニカム構造体が破壊及びクラックの発生を確認した。破損及びクラックが発生しない場合を「A」とした。破損及びクラックが発生した場合を「B」とした。クラックの発生の有無は、試験中の破壊音確認と、試験後にハニカム構造体の外観を目視することによって行った。
外周壁のヤング率を、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を作製した。
外周壁の低ヤング率部を形成する材料を、コート材に変更した以外は、実施例1と同様にしてハニカム構造体を製造した。実施例10におけるコート材としては、無機繊維、コロイダルシリカ、炭化珪素粒子等からなる材料を用いた。
外周壁と電極部のヤング率を、表2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を作製した。得られた実施例11~17、比較例3、4のハニカム構造体について、実施例1の場合と同様にして、「耐熱衝撃性の評価」と「アイソスタティック強度の評価」との評価を行った。結果を表2に示す。
Claims (26)
- 流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、最外周に位置する外周壁とを有する筒状のハニカム構造部を備え、
前記隔壁の電気抵抗率が、1~200Ωcmであり、
前記外周壁は、その少なくとも一部が、前記隔壁のヤング率よりもヤング率が低くなるように構成された低ヤング率部によって形成されてなり、前記隔壁のヤング率に対する、前記低ヤング率部のヤング率の比率が、2~95%であるハニカム構造体。 - 前記外周壁の全部が、前記低ヤング率部によって形成されている請求項1に記載のハニカム構造体。
- 前記隔壁のヤング率に対する、前記低ヤング率部のヤング率の比率が、2~60%である請求項2に記載のハニカム構造体。
- 前記ハニカム構造部の側面に、前記ハニカム構造部のセルの延びる方向に帯状に配設された一対の電極部を更に備えた請求項2又は3に記載のハニカム構造体。
- 前記電極部のヤング率が、前記隔壁のヤング率よりも低い請求項4に記載のハニカム構造体。
- 前記外周壁のうち、前記ハニカム構造部のセルの延びる方向に延びる帯状の2つの領域が、前記外周壁の他の領域よりも電気抵抗率の低い一対の電極部を形成している請求項2又は3に記載のハニカム構造体。
- 前記電極部のヤング率が、0.8~30GPaである請求項4~6のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記電極部の気孔率が、30~80%である請求項4~7のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記電極部の電気抵抗率が、0.1~100Ωcmである請求項4~8のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記外周壁の一部が、前記低ヤング率部によって形成され、且つ前記外周壁の前記低ヤング率部以外の部位が、前記隔壁のヤング率と同じ又はそれ以上のヤング率となるように構成された高ヤング率部によって形成されている請求項1に記載のハニカム構造体。
- 前記隔壁のヤング率に対する、前記低ヤング率部のヤング率の比率が、2~60%である請求項10に記載のハニカム構造体。
- 前記ハニカム構造部の側面に、前記ハニカム構造部のセルの延びる方向に延びる帯状に配設された一対の電極部を更に備えた請求項10又は11に記載のハニカム構造体。
- 前記電極部のヤング率が、前記隔壁のヤング率よりも低い請求項12に記載のハニカム構造体。
- 前記一対の電極部が、少なくとも前記高ヤング率部の表面に配設されている請求項12又は13に記載のハニカム構造体。
- 前記電極部のヤング率が、0.8~30GPaである請求項12~14のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記電極部の気孔率が、30~80%である請求項12~15のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記電極部の電気抵抗率が、0.1~100Ωcmである請求項12~16のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記外周壁の一部が、前記電極部の電気抵抗率より大である請求項5~9及び12~17のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記隔壁のヤング率が、20~45GPaである請求項1~18のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記隔壁の気孔率が、30~60%である請求項1~19のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記低ヤング率部が、前記隔壁と同材質である請求項1~20のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記低ヤング率部のヤング率が、0.8~30GPaである請求項21に記載のハニカム構造体。
- 前記低ヤング率部の気孔率が、前記隔壁よりの気孔率よりも高い請求項21又は22に記載のハニカム構造体。
- 前記低ヤング率部が、前記隔壁と異なる材質である請求項1~20のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記低ヤング率部のヤング率が、0.6~30GPaである請求項24に記載のハニカム構造体。
- 前記低ヤング率部の気孔率が、30~80%である請求項24又は25に記載のハニカム構造体。
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