WO2021176767A1 - 排ガス処理装置用筒状部材、排ガス処理装置用電気加熱型部材及び排ガス処理装置 - Google Patents

排ガス処理装置用筒状部材、排ガス処理装置用電気加熱型部材及び排ガス処理装置 Download PDF

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WO2021176767A1
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WO
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exhaust gas
gas treatment
treatment device
insulating layer
heating type
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PCT/JP2020/040310
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English (en)
French (fr)
Inventor
大智 田中
行成 柴垣
Original Assignee
日本碍子株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors

Definitions

  • the present invention relates to a tubular member for an exhaust gas treatment device, an electrically heated member for an exhaust gas treatment device, and an exhaust gas treatment device.
  • a columnar honeycomb structure with a catalyst supported has been used for purification treatment of harmful substances such as HC, CO, and NOx contained in the exhaust gas discharged from the engine of a vehicle or the like.
  • PHEVs plug-in hybrid vehicles
  • HVs hybrid vehicles
  • an electric heating catalyst (EHC: Electrically Heated Catalyst) that heats an electric heating type carrier by providing a pair of electrodes on an electric heating type carrier (for example, an electric heating type honeycomb structure) and energizing the electric heating type carrier has been proposed.
  • This electric heating catalyst is used in a state where the electric heating type carrier is housed in a tubular member (cylindrical container). Since electricity also flows through the tubular member when the electrically heated carrier is energized, an insulating mat material is generally arranged between the electrically heated carrier and the tubular member.
  • Patent Documents 1 and 2 provide an insulating layer on the inner peripheral surface of the tubular member in contact with the mat material. It is proposed to provide.
  • the electrically heated carrier housed in the tubular member is held by a frictional force between the tubular member and the inner peripheral surface of the tubular member.
  • this frictional force must be greater than the sum of the exhaust gas pressure and the external force due to vehicle vibration.
  • the outer peripheral area of the electrically heated carrier in contact with the inner peripheral surface of the tubular member is reduced, so that the outer peripheral surface and the cylinder of the electrically heated carrier are reduced. It is difficult to secure a sufficient frictional force between the shape member and the inner peripheral surface.
  • the insulating layer tends to have a small friction coefficient
  • the frictional force between the insulating layer and the outer peripheral surface of the electrically heated carrier is likely to be further reduced.
  • the electrically heated carrier housed in the predetermined position of the tubular member is likely to be displaced due to the pressure of the exhaust gas and the external force due to the vibration of the vehicle.
  • the electroheated carrier may crack.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and is a tubular member for an exhaust gas treatment device capable of increasing the frictional force with respect to the outer peripheral surface of the electrically heated carrier, and for the exhaust gas treatment device.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust gas treatment device using a tubular member.
  • the present invention also provides an electric heating type member for an exhaust gas treatment device capable of increasing the frictional force against the inner peripheral surface of the tubular member, and an exhaust gas treatment device using the electric heating type member for the exhaust gas treatment device. The purpose is.
  • the present inventors have an uneven portion on the inner peripheral surface of the tubular metal member or the outer peripheral surface of the electrically heated carrier, and the static friction coefficient is 0.30. It has been found that the frictional force between the outer peripheral surface of the electrically heated carrier and the inner peripheral surface of the tubular member can be increased by providing the above insulating layer, and the present invention has been completed.
  • the present invention includes a tubular metal member and an insulating layer provided on the inner peripheral surface of the tubular metal member, and the surface of the insulating layer has an uneven portion and a static friction coefficient of 0.30.
  • This is the tubular member for the exhaust gas treatment device described above.
  • the present invention is an exhaust gas treatment device including a columnar electric heating type carrier capable of heating exhaust gas and a tubular member for the exhaust gas treatment device accommodating the electric heating type carrier.
  • the present invention includes a columnar electric heating type carrier capable of heating exhaust gas and an insulating layer provided on at least the outer peripheral surface of the electric heating type carrier, and the surface of the insulating layer has uneven portions. Moreover, it is an electric heating type member for an exhaust gas treatment device having a static friction coefficient of 0.30 or more.
  • the present invention is an exhaust gas treatment device including the electric heating type member for the exhaust gas treatment device and a tubular metal member for accommodating the electric heating type member for the exhaust gas treatment device.
  • a tubular member for an exhaust gas treatment device capable of increasing the frictional force with respect to the outer peripheral surface of the electrically heated carrier, and an exhaust gas treatment device using the tubular member for the exhaust gas treatment device.
  • an electric heating type member for an exhaust gas treatment device capable of increasing the frictional force with respect to the inner peripheral surface of the tubular member, and an exhaust gas treatment device using the electric heating type member for the exhaust gas treatment device. Can be provided.
  • FIG. 5 is a development view of a part of the surface of another insulating layer in the tubular member for an exhaust gas treatment device according to the first embodiment of the present invention, and a cross-sectional view taken along the line dd'.
  • FIG. 7 is a partially enlarged view of a cross section of the cc'line in the electrically heated member for an exhaust gas treatment device of FIG. 7.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view perpendicular to the flow direction of exhaust gas of the tubular member for an exhaust gas treatment device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of a cross section of the tubular member for the exhaust gas treatment device of FIG. 1 along the aa' line.
  • FIG. 3 is a developed view of a part of the surface of the insulating layer in the tubular member for the exhaust gas treatment device of FIGS. 1 and 2.
  • the tubular member 100 for an exhaust gas treatment device includes a tubular metal member 10 and an insulating layer 20 provided on the inner peripheral surface of the tubular metal member 10.
  • the tubular metal member 10 is a member capable of accommodating a columnar electrically heated carrier. It is preferable that the axial direction of the tubular metal member 10 coincides with the axial direction of the columnar electrically heated carrier, and the central axis of the tubular metal member 10 coincides with the central axis of the columnar electrically heated carrier. Further, it is preferable that the axial center position of the tubular metal member 10 coincides with the axial center position of the columnar electroheated carrier. Further, the tubular metal member 10 may be uniform over the axial direction, but at least a part (for example, both ends in the axial direction) may be reduced in diameter or expanded in diameter.
  • the arithmetic surface roughness Ra of the inner peripheral surface of the tubular metal member 10 is preferably 10 ⁇ m or less, more preferably 8 ⁇ m or less. By controlling the arithmetic surface roughness Ra within such a range, the insulating layer 20 can be uniformly formed on the inner peripheral surface of the tubular metal member 10.
  • the arithmetic surface roughness Ra of the inner peripheral surface is preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 2 ⁇ m or more. By controlling the arithmetic surface roughness Ra within such a range, the adhesion of the insulating layer 20 to the inner surface of the tubular metal member 10 can be increased by the anchor effect.
  • the "arithmetic surface roughness Ra" represents the average of Z (x) in the reference length of the roughness curve, and is measured in accordance with JIS B0601: 2013. Means.
  • the material of the tubular metal member 10 is not particularly limited, but is preferably a metal from the viewpoint of manufacturability.
  • Examples of the material of the tubular metal member 10 include stainless steel, titanium alloy, copper alloy, aluminum alloy, brass and the like. Among them, stainless steel is preferable because of its high durability and reliability and low cost.
  • the thickness of the tubular metal member 10 is not particularly limited, but is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.3 mm or more, and further preferably 0.5 mm or more. By setting the thickness of the tubular metal member 10 to 0.1 mm or more, durability and reliability can be ensured.
  • the thickness of the tubular metal member 10 is preferably 10 mm or less, more preferably 5 mm or less, and even more preferably 3 mm or less. By setting the thickness of the tubular metal member 10 to 10 mm or less, the weight of the tubular member 100 for an exhaust gas treatment device can be reduced.
  • the surface of the insulating layer 20 has an uneven portion 21.
  • the friction coefficient of the insulating layer 20 is increased, so that the frictional force with the outer peripheral surface of the columnar electrically heated carrier in contact with the surface of the insulating layer 20 can be increased.
  • the "concavo-convex portion 21" means a portion (concave portion) recessed and / or a protruding portion (convex portion) with respect to a flat surface. Note that FIGS. 1 to 3 show an example in which only a recessed portion (recessed portion) is provided with respect to a flat surface.
  • the surface of the insulating layer 20 has a static friction coefficient of 0.30 or more, preferably 0.35 or more, and more preferably 0.40 or more.
  • the upper limit of the static friction coefficient is not particularly limited, but is generally 1.0 or less.
  • the "static friction coefficient" in the present specification means a static friction coefficient measured at 23 ° C. in accordance with JIS K7125: 1999.
  • the height difference of the uneven portion 21 of the insulating layer 20 is preferably 300 ⁇ m or less, more preferably 280 ⁇ m or less, and further preferably 250 ⁇ m or less. By controlling the height difference of the uneven portion 21 within such a range, it is possible to sufficiently secure the frictional force between the surface of the insulating layer 20 and the outer peripheral surface of the columnar electroheated carrier.
  • the lower limit of the height difference of the uneven portion 21 is not particularly limited, but is generally 4 ⁇ m or more, preferably 10 ⁇ m or more.
  • the "height difference of the uneven portion 21" means the height difference between the lowest portion and the highest portion in the cross-sectional view of the insulating layer 20 parallel to the flow direction of the exhaust gas.
  • the proportion of the uneven portion 21 is preferably 30% or more, more preferably 35% or more, still more preferably 40% or more.
  • the upper limit of the ratio of the uneven portion 21 is not particularly limited, but is generally 90% or less, preferably 80% or less.
  • the "ratio of the uneven portion 21" means the total ratio of the concave portion and the convex portion to the entire surface of the insulating layer 20.
  • the ratio of the uneven portion 21 can be calculated by obtaining the length of the uneven portion 21 with respect to the total length of the insulating layer 20 in the exhaust gas flow direction in the cross-sectional view of the insulating layer 20 parallel to the exhaust gas flow direction. ..
  • the structure of the surface of the insulating layer 20 is not particularly limited, but may have groove-shaped recesses 22 as shown in FIGS. 2 and 3. Further, the surface of the insulating layer 20 can have a substantially hemispherical convex portion 23 as shown in FIG. Note that FIG. 4A is a developed view of a part of the surface of the insulating layer 20, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line dd'of FIG. 4A. Further, although not shown, the surface of the insulating layer 20 may have both concave portions 22 having various shapes and convex portions 23 having various shapes.
  • the insulating layer 20 By forming the insulating layer 20 having such a concave portion 22 and / or a convex portion 23 on the surface, a sufficient frictional force between the surface of the insulating layer 20 and the outer peripheral surface of the columnar electroheated carrier can be sufficiently secured. ..
  • substantially hemispherical as used herein is a concept that includes not only a hemispherical shape but also a semi-elliptical spherical shape.
  • the insulating layer 20 has a porosity of preferably 10% or less, more preferably 8% or less. By setting the porosity in such a range, the denseness of the insulating layer 20 can be ensured, so that the deterioration of the insulating property due to the infiltration of water can be suppressed.
  • the "porosity" in the present specification means the porosity measured by the mercury intrusion method.
  • the thickness of the insulating layer 20 is not particularly limited, but is preferably 600 ⁇ m or less, more preferably 450 ⁇ m or less. By controlling the thickness within such a range, it is possible to make it difficult for the insulating layer 20 to be peeled off from the inner surface of the tubular metal member 10.
  • the thickness of the insulating layer 20 is preferably 20 ⁇ m or more, more preferably 50 ⁇ m or more. By controlling the thickness within such a range, the insulating property between the columnar electroheated carrier and the tubular metal member 10 can be stably ensured.
  • the insulating layer 20 is not particularly limited, but is preferably a layer containing glass.
  • glass include silicate glass and borosilicate glass. Among them, silicate glass containing barium is preferable. By using such a layer containing glass, it is possible to construct an insulating layer 20 having excellent durability even at high temperatures.
  • the method of forming the uneven portion 21 on the surface of the insulating layer 20 is not particularly limited, and can be performed according to a method known in the art.
  • the uneven portion 21 can be formed on the surface by pressing the mold corresponding to the uneven portion 21.
  • the uneven portion 21 can be formed by spray-coating a slurry for forming an insulating layer having a high viscosity.
  • the filler is not particularly limited, and those known in the art (for example, inorganic oxides) can be used.
  • the tubular member 100 for an exhaust gas treatment device having the above-mentioned characteristics can be used for an exhaust gas treatment device.
  • the exhaust gas is not particularly limited, but is preferably exhaust gas from a vehicle such as an automobile.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view perpendicular to the flow direction of the exhaust gas of the exhaust gas treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional view of the line bb'in the exhaust gas treatment apparatus of FIG.
  • the exhaust gas treatment device 500 is an exhaust gas treatment device that houses a columnar electric heating type carrier 200 (for example, a honeycomb structure 50) capable of heating exhaust gas and an electric heating type carrier 200.
  • a tubular member 100 is provided.
  • the tubular member 100 for an exhaust gas treatment device is electrically heated by providing an insulating layer 20 having an uneven portion 21 and a static friction coefficient of 0.30 or more on the inner peripheral surface of the tubular metal member 10. Since the frictional force with the outer peripheral surface of the mold carrier 200 is increased, the exhaust gas treatment device 500 suppresses the displacement (movement of the exhaust gas in the flow direction) of the electrically heated type carrier 200 due to the external force due to the pressure of the exhaust gas and the vehicle vibration. can do.
  • the exhaust gas treatment device 500 preferably has a gripping pressure of 0.2 to 2.0 MPa from the tubular member 100 for the exhaust gas treatment device to the outer peripheral surface of the electrically heated carrier 200 in a direction perpendicular to the flow direction of the exhaust gas. ..
  • a gripping pressure of 0.2 to 2.0 MPa from the tubular member 100 for the exhaust gas treatment device to the outer peripheral surface of the electrically heated carrier 200 in a direction perpendicular to the flow direction of the exhaust gas. ..
  • the gripping pressure can be determined by measuring the pressure applied to the outer peripheral surface of the electrically heated carrier 200 at room temperature (25 ° C.) using a thin sensor sheet.
  • the gripping pressure is stored in the tubular member 100 for the exhaust gas treatment device in a state where the tactile sensor is wound around the outer peripheral surface of the electrically heated carrier 200, and the pressure read by the tactile sensor is used to obtain the gripping pressure of the electrically heated carrier 200. Measure the pressure applied to the outer peripheral surface.
  • the exhaust gas treatment device 500 further includes a pair of electrode portions 60 bonded to the outer peripheral surface of the electrically heated carrier 200.
  • the pair of electrode portions 60 extend in a band shape in the flow direction of the exhaust gas on the outer peripheral surface of the electrically heated carrier 200 with the central axis of the electrically heated carrier 200 interposed therebetween.
  • the electrically heated carrier 200 can be heated by applying a voltage between the pair of electrode portions 60.
  • the electrically heated carrier 200 is not particularly limited, but a plurality of cells 54 arranged inside the outer peripheral wall 51 and forming a flow path from the first end surface 52 to the second end surface 53 are partitioned. It is preferable that the honeycomb structure 50 has a partition wall 55 to be formed. The honeycomb structure 50 may have a sealing portion formed at the end of the cell 54 on either the first end surface 52 side or the second end surface 53 side.
  • the material of the honeycomb structure 50 is not particularly limited as long as it can be energized and generate heat by Joule heat, and metal, ceramics, or the like can be used.
  • ceramics are used as the material of the honeycomb structure 50, it is selected from the group consisting of oxide-based ceramics such as alumina, mulite, zirconia and cordierite, and non-oxide ceramics such as silicon carbide, silicon nitride and aluminum nitride. At least one kind of ceramics can be used. Further, a silicon carbide-metal silicon composite material, a silicon carbide / graphite composite material, or the like can also be used.
  • the material of the honeycomb structure 50 preferably contains a silicon-silicon carbide composite material or ceramics containing silicon carbide as a main component.
  • the honeycomb structure 50 contains 90% by mass or more of the silicon-silicon carbide composite material (total mass).
  • the silicon-silicon carbide composite material contains silicon carbide particles as an aggregate and silicon as a binder for binding the silicon carbide particles, and a plurality of silicon carbide particles are finely divided between the silicon carbide particles. It is preferably bonded by silicon so as to form pores.
  • the honeycomb structure 50 contains silicon carbide as a main component, it means that the honeycomb structure 50 contains silicon carbide (total mass) in an amount of 90% by mass or more of the whole.
  • the honeycomb structure 50 contains a silicon-silicon carbide composite material, "mass of silicon carbide particles as aggregate” and “mass of silicon as binder” contained in the honeycomb structure 50 is “mass”.
  • the ratio of "mass of silicon as a binder” is preferably 10 to 40% by mass, more preferably 15 to 35% by mass. When this ratio is 10% by mass or more, the strength of the honeycomb structure 50 is sufficiently maintained. Further, when this ratio is 40% by mass or less, it becomes easy to maintain the shape at the time of firing.
  • the coefficient of thermal expansion of the honeycomb structure 50 is not particularly limited, but is preferably 3.5 to 6.0 ppm / K, and more preferably 3.5 to 4.5 ppm / K from the viewpoint of thermal shock resistance.
  • the "coefficient of thermal expansion” refers to a coefficient of linear thermal expansion of 25 to 800 ° C. measured by a method according to JIS R1618: 2002, unless otherwise specified.
  • As the thermal expansion meter "TD5000S (trade name)" manufactured by BrukerAXS can be used.
  • the honeycomb structure 50 can be energized and generate heat by Joule heat when a voltage is applied between the pair of electrode portions 60. Therefore, the honeycomb structure 50 can be suitably used as a heater.
  • the applied voltage is preferably 12 to 900 V, but the applied voltage can be changed as appropriate. Further, by supporting the catalyst on the honeycomb structure 50, the honeycomb structure 50 can be used as the EHC.
  • the volume resistivity of the honeycomb structure 50 is not particularly limited as long as it can generate heat due to Joule heat.
  • the volume resistivity of the honeycomb structure 50 may be appropriately selected depending on the intended use.
  • the volume resistivity of the honeycomb structure 50 can be 0.01 to 200 ⁇ cm, preferably 0.05 to 50 ⁇ cm, more preferably 0.1 to 5 ⁇ cm.
  • the volume resistivity of the honeycomb structure 50 is a value measured at room temperature (25 ° C.) by the four-terminal method.
  • the partition wall 55 may be porous or dense.
  • the porosity of the partition wall 55 is not particularly limited, but is preferably 35 to 60%, more preferably 35 to 45%. Porosity is a value measured by a mercury porosimeter.
  • the average pore diameter of the partition wall 55 is not particularly limited, but is preferably 2 to 15 ⁇ m, more preferably 3 to 8 ⁇ m.
  • the average pore diameter is a value measured by a mercury porosimeter.
  • the thickness of the partition wall 55 is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 0.3 mm, more preferably 0.1 to 0.15 mm.
  • the cell density is not particularly limited, but is preferably 40 to 150 cells / cm 2 , and more preferably 60 to 100 cells / cm 2 in the cross section orthogonal to the flow path direction of the cells 54.
  • the shape of the cell 54 in the cross section orthogonal to the flow path direction of the cell 54 is not particularly limited, but is preferably a quadrangle, a hexagon, an octagon, or a combination thereof. Of these, squares and hexagons are preferred.
  • the outer shape of the honeycomb structure 50 is not particularly limited as long as it is columnar, and for example, the end face may be a columnar shape such as a circular shape, an oval shape, or a polygonal shape (for example, a quadrangle, a pentagon, a hexagon, a heptagon, or an octagon). Can be done.
  • Size of the honeycomb structure 50, from the viewpoint of thermal shock resistance, is preferably the area of the end surface 2000 ⁇ 20000 mm 2, more preferably 4000 ⁇ 17000mm 2.
  • the length of the honeycomb structure 50 in the central axis direction is preferably 30 to 200 mm, more preferably 30 to 120 mm from the viewpoint of thermal shock resistance.
  • the method for manufacturing the honeycomb structure 50 is not particularly limited, and the honeycomb structure 50 can be manufactured according to a method known in the art. For example, first, a metal silicon powder (metal silicon), a binder, a surfactant, a pore-forming material, water, or the like is added to silicon carbide powder (silicon carbide) to prepare a molding raw material. Next, the obtained molding raw materials are kneaded to form a clay, and then the clay is extruded to produce a honeycomb molded body. In extrusion molding, a mouthpiece having a desired overall shape, cell shape, partition wall thickness, cell density and the like can be used. Next, the obtained honeycomb molded body is dried and then fired to produce a honeycomb structure 50.
  • a metal silicon powder metal silicon
  • a binder a surfactant, a pore-forming material, water, or the like
  • silicon carbide powder silicon carbide
  • the obtained molding raw materials are kneaded to form a clay, and then the clay is
  • the material of the electrode portion 60 is not particularly limited, but metal and conductive ceramics can be used.
  • metals include elemental metals of Ag, Cu, Ni, Au, Pd, Cr, Fe, Co, Ni, Si or Ti or alloys containing at least one metal selected from the group consisting of these metals.
  • conductive ceramics include metal compounds such as silicon carbide (SiC) and metal siliceates such as tantalum silicate (TaSi 2 ) and chromium silicate (CrSi 2).
  • a composite material (cermet) composed of a combination of one or more of the above conductive ceramics and one or more of the above metals may be used.
  • cermets include composites of metallic silicon and silicon carbide, composites of metallic silices such as tantalum silicate and chromium silicate, and composites of metallic silicon and silicon carbide, and heat to one or more of the above metals.
  • a composite material to which one or more kinds of insulating ceramics such as alumina, mulite, zirconia, cordierite, silicon carbide and aluminum nitride are added can be mentioned.
  • the material of the electrode portion 60 is a combination of a metal siliceate such as tantalum silicate or chromium silicate and a composite material of metallic silicon and silicon carbide. It is preferable because it can be fired at the same time, which contributes to simplification of the manufacturing process.
  • the thickness of the electrode portion 60 is preferably 0.01 to 5 mm, more preferably 0.01 to 3 mm. By setting it in such a range, it becomes easy to uniformly generate heat in the honeycomb structure 50.
  • the thickness of the electrode portion 60 is the normal direction of the outer surface of the electrode portion 60 with respect to the tangent line at the measurement portion when the portion of the electrode portion 60 for which the thickness is to be measured is observed in a cross section perpendicular to the stretching direction of the cell 54. Defined as thickness.
  • the electrical resistivity of the electrode portion 60 is preferably lower than the electrical resistivity of the honeycomb structure 50.
  • the electrical resistivity of the electrode portion 60 is preferably 1/10 or less, more preferably 1/20 or less, and even more preferably 1/30 or less of the electrical resistivity of the honeycomb structure 50. ..
  • the electrical resistivity of the electrode portion 60 is preferably 1/200 or more, more preferably 1/150 or more, and further preferably 1/100 or more of the electrical resistivity of the honeycomb structure 50. More preferred.
  • the electrical resistivity of the electrode portion 60 is a value measured at 25 ° C. by the four-terminal method.
  • the method for forming the electrode portion 60 is not particularly limited, and the electrode portion 60 can be formed according to a method known in the art.
  • the electrode portion forming paste or slurry may be applied to the outer peripheral surface of the honeycomb structure 50 by a method such as screen printing and then fired.
  • the electrode portion forming paste or slurry may be fired at the same time as the honeycomb molded body is fired.
  • a mat material may be further provided between the electrically heated carrier 200 and the tubular member 100 for the exhaust gas treatment device. Since the mat material functions as a cushioning material, damage to the electrically heated carrier 200 can be suppressed. Further, when the mat material is insulating, it is possible to suppress the flow of electricity to the tubular metal member 10 when the electrically heated carrier 200 is energized.
  • the mat material is not particularly limited, but preferably contains inorganic fibers such as ceramic fibers.
  • the ceramic fiber preferably contains one selected from the group consisting of alumina, mullite, silicon carbide, silicon nitride, zirconia, and titania, or a composite thereof.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view perpendicular to the flow direction of the exhaust gas of the electrically heated member for the exhaust gas treatment device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a partially enlarged view of a cross section of the cc'line in the electrically heated member for the exhaust gas treatment device of FIG. 7.
  • the insulating layer 20 was formed on the inner peripheral surface of the tubular metal member 10 in contact with the outer peripheral surface of the electrically heated carrier 200.
  • the insulating layer 20 is formed on the outer peripheral surface of the electric heating type carrier 200 in contact with the inner peripheral surface of the tubular metal member 10. That is, the electric heating type member for the exhaust gas treatment device according to the second embodiment of the present invention is different from the tubular member 100 for the exhaust gas treatment device according to the first embodiment of the present invention in that the insulating layer 20 is formed. Other than that, it is basically the same. Therefore, the components having the same reference numerals as those appearing in the description of the first embodiment of the present invention are the same as the components of the second embodiment of the present invention, and thus the description thereof will be omitted.
  • the electric heating type member 300 for an exhaust gas treatment device includes a columnar electric heating type carrier 200 capable of heating exhaust gas and an insulating layer provided on at least the outer peripheral surface of the electric heating type carrier 200. 20 and.
  • the insulating layer 20 provided on at least the outer peripheral surface of the electroheated carrier 200 has the characteristics described in the first embodiment of the present invention. In particular, by providing the insulating layer 20 having the uneven portion 21 and the surface having a static friction coefficient of 0.30 or more, the friction coefficient of the insulating layer 20 becomes large, so that the tubular metal in contact with the surface of the insulating layer 20 is provided. The frictional force with the inner peripheral surface of the member 10 can be increased.
  • the electric heating type member 300 for the exhaust gas treatment device further includes a pair of electrode portions 60 bonded to the outer peripheral surface of the electric heating type carrier 200.
  • the insulating layer 20 is formed on the outer peripheral surface of the electrically heated carrier 200 and on the pair of electrode portions 60 (however, excluding the external connection portion).
  • the electric heating type member 300 for an exhaust gas treatment device having the above-mentioned characteristics can be used for an exhaust gas treatment device.
  • the exhaust gas treatment device according to the second embodiment of the present invention includes an electric heating type member 300 for an exhaust gas treatment device and a tubular metal member 10 for accommodating an electric heating type member 300 for an exhaust gas treatment device.
  • the electric heating type member 300 for an exhaust gas treatment device is made of a tubular metal by providing an insulating layer 20 having an uneven portion 21 on the outer peripheral surface of the electric heating type carrier 200 and having a static friction coefficient of 0.30 or more.
  • the exhaust gas treatment device Since the frictional force with the inner peripheral surface of the member 10 is increased, the exhaust gas treatment device shifts the electrically heated member 300 for the exhaust gas treatment device (movement in the flow direction of the exhaust gas) due to the external force due to the pressure of the exhaust gas and the vibration of the vehicle. ) Can be suppressed.
  • the exhaust gas treatment device may further include a mat material between the electrically heated member 300 for the exhaust gas treatment device and the tubular metal member 10. Since the mat material functions as a cushioning material, damage to the electric heating type member 300 for the exhaust gas treatment device can be suppressed. Further, when the mat material is insulating, it is possible to suppress the flow of electricity to the tubular metal member 10 when the electric heating type member 300 for an exhaust gas treatment device is energized. As the mat material, the materials exemplified above can be used.
  • the tubular member 100 for the exhaust gas treatment device according to the first embodiment of the present invention may be used as the tubular metal member 10. With such a configuration, the frictional force between the outer peripheral surface of the electric heating type member 300 for the exhaust gas treatment device and the inner peripheral surface of the tubular member 100 for the exhaust gas treatment device can be further increased.
  • Example 1 The surface of the SUS430 flat plate was sandblasted for 1 minute using # 24 to 60 alumina abrasive grains. As a result of measuring the arithmetic surface roughness Ra of the surface after the treatment, it was 3.7 ⁇ m. Next, 100 parts by mass of water was added to 100 parts by mass of the silicate glass powder containing barium, and wet-mixed with a ball mill processor to obtain a slurry for forming an insulating layer. Next, the slurry for forming an insulating layer was spray-coated on the surface of a SUS430 flat plate and dried to obtain a dry coating layer having a flat surface. Next, in order to form the groove-shaped concave portion 22 as shown in FIGS.
  • a mold having a convex portion corresponding to the concave portion 22 is pressed, and then 10 at 860 ° C.
  • an insulating layer having the recess 22 on the surface was formed.
  • the insulating layer had a thickness of 300 ⁇ m, a porosity of 9%, a height difference of the uneven portion (recessed portion 22) of 23 ⁇ m, and a proportion of the uneven portion (recessed portion 22) of 66%.
  • Example 2 The surface of the SUS430 flat plate was sandblasted for 1 minute using # 24 to 60 alumina abrasive grains. As a result of measuring the arithmetic surface roughness Ra of the surface after the treatment, it was 3.7 ⁇ m. Next, 100 parts by mass of water was added to 100 parts by mass of the silicate glass powder containing barium, and wet-mixed with a ball mill processor to obtain a slurry for forming the first insulating layer. Further, 45 parts by mass of water was added to 100 parts by mass of the silicate glass powder containing barium, and wet-mixed with a ball mill processor to obtain a slurry for forming a second insulating layer.
  • the slurry for forming the first insulating layer was spray-coated on the surface of the SUS430 flat plate and dried to obtain a dry coating layer having a flat surface.
  • a slurry for forming a second insulating layer is spray-coated on the dry coating layer and dried to form a substantially hemispherical convex portion 23 as shown in FIG. 4, and then at 860 ° C. By heating for 10 minutes, an insulating layer having the convex portion 23 on the surface was formed.
  • the insulating layer had a thickness of 300 ⁇ m, a porosity of 5%, a height difference of the uneven portion (convex portion 23) of 23 ⁇ m, and a proportion of the uneven portion (convex portion 23) of 80%.
  • Comparative Example 1 The surface of the SUS430 flat plate was sandblasted for 1 minute using # 24 to 60 alumina abrasive grains. As a result of measuring the arithmetic surface roughness Ra of the surface after the treatment, it was 3.7 ⁇ m. Next, 100 parts by mass of water was added to 100 parts by mass of the silicate glass powder containing barium, and wet-mixed with a ball mill processor to obtain a slurry for forming an insulating layer. Next, the slurry for forming an insulating layer is spray-coated on the surface of a SUS430 flat plate and dried to obtain a dry coating layer having a flat surface, and then heated at 860 ° C. for 10 minutes to obtain a flat surface. An insulating layer to have was formed. This insulating layer had a thickness of 300 ⁇ m and a porosity of 9%. In Comparative Example 1, no uneven portion was formed on the insulating layer.
  • the static friction coefficient was measured at 23 ° C. for the insulating layers formed in the above Examples and Comparative Examples in accordance with JIS K7125: 1999.
  • the coefficient of static friction of the insulating layers of Examples 1 and 2 was 0.33 and 0.35, respectively, whereas the coefficient of static friction of the insulating layer of Comparative Example 1 was 0.24. Therefore, the insulating layers of Examples 1 and 2 were able to increase the coefficient of static friction by 1.35 times or more as compared with the insulating layer of Comparative Example 1.
  • a tubular member for an exhaust gas treatment device capable of increasing the frictional force with respect to the outer peripheral surface of the electrically heated carrier and a tubular member for the exhaust gas treatment device are used.
  • Exhaust gas treatment equipment can be provided.
  • an electric heating type member for an exhaust gas treatment device capable of increasing the frictional force with respect to the inner peripheral surface of the tubular member, and an exhaust gas treatment device using the electric heating type member for the exhaust gas treatment device. Can be provided.
  • Cylindrical metal member 10 Cylindrical metal member 20 Insulation layer 21 Concavo-convex portion 22 Concavo-convex portion 23 Convex portion 50 Honeycomb structure 51 Outer wall 52 First end face 53 Second end face 54 Cell 55 Partition 60 Electrode part 100 Cylindrical member 200 for exhaust gas treatment device Electric heating type Carrier 300 Electric heating type member for exhaust gas treatment device 500 Exhaust gas treatment device

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Abstract

筒状金属部材１０と、筒状金属部材１０の内周面に設けられた絶縁層２０とを備える排ガス処理装置用筒状部材１００である。絶縁層２０の表面は、凹凸部２１を有し且つ静摩擦係数が０．３０以上である。

Description

排ガス処理装置用筒状部材、排ガス処理装置用電気加熱型部材及び排ガス処理装置
　本発明は、排ガス処理装置用筒状部材、排ガス処理装置用電気加熱型部材及び排ガス処理装置に関する。
　従来、車両などのエンジンから排出される排ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の有害物質の浄化処理のため、柱状のハニカム構造体に触媒を担持したものが使用されている。ハニカム構造体に担持した触媒によって排ガスを処理する場合、触媒を活性温度まで昇温する必要があるが、エンジン始動時には、触媒が活性温度に達していないため、排ガスが十分に浄化されないという問題があった。特に、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）やハイブリッド車（ＨＶ）は、その走行に、モーターのみによる走行を含むことから、エンジン始動頻度が少なく、エンジン始動時の触媒温度が低いため、エンジン始動直後の排ガス浄化性能が低下し易い。
　そこで、電気加熱型担体（例えば、電気加熱型のハニカム構造体）に一対の電極を設けて通電させることにより、電気加熱型担体を加熱する電気加熱触媒（ＥＨＣ：Electrically Heated Catalyst）が提案されている。この電気加熱触媒は、電気加熱型担体を筒状部材（筒状容器）に収容した状態で使用されている。電気加熱型担体を通電させると筒状部材にも電気が流れるため、電気加熱型担体と筒状部材との間には絶縁性のマット材が一般的に配置されている。また、マット材は、高温湿潤環境においてマット材が水分を吸収して絶縁性が低下する恐れがあるため、特許文献１及び２にはマット材と接する筒状部材の内周面に絶縁層を設けることが提案されている。
特許第５４０８３４１号公報 特許第５８６４２１３号公報
　筒状部材に収容された電気加熱型担体は、筒状部材の内周面との間の摩擦力によって保持されている。筒状部材の所定の位置に電気加熱型担体を保持するためには、この摩擦力が、排ガスの圧力及び車両振動による外力の合計よりも大きくなければならない。
　しかしながら、電気加熱型担体の外周面に設けられた一対の電極の存在によって、筒状部材の内周面と接する電気加熱型担体の外周面積が少なくなるため、電気加熱型担体の外周面と筒状部材の内周面との間の摩擦力を十分に確保することが難しい。また、絶縁層は摩擦係数が小さい傾向にあるため、筒状部材の内周面に絶縁層を設けると、電気加熱型担体の外周面との間の摩擦力が更に低下し易い。その結果、排ガスの圧力及び車両振動による外力によって、筒状部材の所定の位置に収容された電気加熱型担体がずれ易くなる。なお、電気加熱型担体の外周面と筒状部材の内周面との間の摩擦力を高めるために、電気加熱型担体に対する筒状部材の面圧を高めることが考えられるが、この場合、電気加熱型担体が割れる恐れがある。
　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、電気加熱型担体の外周面に対する摩擦力を高めることが可能な排ガス処理装置用筒状部材、及びこの排ガス処理装置用筒状部材を用いた排ガス処理装置を提供することを目的とする。
　また、本発明は、筒状部材の内周面に対する摩擦力を高めることが可能な排ガス処理装置用電気加熱型部材、及びこの排ガス処理装置用電気加熱型部材を用いた排ガス処理装置を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、筒状金属部材の内周面又は電気加熱型担体の外周面に、凹凸部を有し且つ静摩擦係数が０．３０以上の絶縁層を設けることにより、電気加熱型担体の外周面と筒状部材の内周面との間の摩擦力を高め得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
　すなわち、本発明は、筒状金属部材と、前記筒状金属部材の内周面に設けられた絶縁層とを備え、前記絶縁層の表面は、凹凸部を有し且つ静摩擦係数が０．３０以上である排ガス処理装置用筒状部材である。
　また、本発明は、排ガスを加熱可能な柱状の電気加熱型担体と、前記電気加熱型担体を収容する前記排ガス処理装置用筒状部材とを備える排ガス処理装置である。
　また、本発明は、排ガスを加熱可能な柱状の電気加熱型担体と、前記電気加熱型担体の少なくとも外周面に設けられた絶縁層とを備え、前記絶縁層の表面は、凹凸部を有し且つ静摩擦係数が０．３０以上である排ガス処理装置用電気加熱型部材である。
　さらに、本発明は、前記排ガス処理装置用電気加熱型部材と、前記排ガス処理装置用電気加熱型部材を収容する筒状金属部材とを備える排ガス処理装置である。
　本発明によれば、電気加熱型担体の外周面に対する摩擦力を高めることが可能な排ガス処理装置用筒状部材、及びこの排ガス処理装置用筒状部材を用いた排ガス処理装置を提供することができる。
　また、本発明によれば、筒状部材の内周面に対する摩擦力を高めることが可能な排ガス処理装置用電気加熱型部材、及びこの排ガス処理装置用電気加熱型部材を用いた排ガス処理装置を提供することができる。
本発明の実施形態１に係る排ガス処理装置用筒状部材の排ガスの流れ方向に垂直な断面図である。 図１の排ガス処理装置用筒状部材におけるａ－ａ’線の断面の部分拡大図である。 図１及び２の排ガス処理装置用筒状部材における絶縁層の表面の一部の展開図である。 本発明の実施形態１に係る排ガス処理装置用筒状部材における別の絶縁層の表面の一部の展開図及びそのｄ－ｄ’線の断面図である。 本発明の実施形態１に係る排ガス処理装置の排ガスの流れ方向に垂直な断面図である。 図５の排ガス処理装置におけるｂ－ｂ’線の断面図である。 本発明の実施形態２に係る排ガス処理装置用電気加熱型部材の排ガスの流れ方向に垂直な断面図である。 図７の排ガス処理装置用電気加熱型部材におけるｃ－ｃ’線の断面の部分拡大図である。
　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。
（実施形態１）
　図１は、本発明の実施形態１に係る排ガス処理装置用筒状部材の排ガスの流れ方向に垂直な断面図である。また、図２は、図１の排ガス処理装置用筒状部材におけるａ－ａ’線の断面の部分拡大図である。図３は、図１及び２の排ガス処理装置用筒状部材における絶縁層の表面の一部の展開図である。
　排ガス処理装置用筒状部材１００は、筒状金属部材１０と筒状金属部材１０の内周面に設けられた絶縁層２０とを備える。
　筒状金属部材１０は、柱状の電気加熱型担体を収容可能な部材である。筒状金属部材１０の軸方向は柱状の電気加熱型担体の軸方向と一致し、筒状金属部材１０の中心軸は柱状の電気加熱型担体の中心軸と一致することが好ましい。また、筒状金属部材１０の軸方向の中央位置は、柱状の電気加熱型担体の軸方向の中央位置と一致することが好ましい。さらに、筒状金属部材１０は、軸方向にわたって一様であってよいが、少なくとも一部（例えば、軸方向両端部など）が縮径又は拡径していてもよい。
　筒状金属部材１０は、内周面の算術表面粗さＲａが、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは８μｍ以下である。このような範囲に算術表面粗さＲａを制御することにより、絶縁層２０を筒状金属部材１０の内周面に均一に形成することができる。また、内周面の算術表面粗さＲａは、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは２μｍ以上である。このような範囲に算術表面粗さＲａを制御することにより、アンカー効果によって筒状金属部材１０の内表面に対する絶縁層２０の密着力を高めることができる。
　ここで、本明細書において「算術表面粗さＲａ」とは、粗さ曲線の基準長さにおけるＺ（ｘ）の平均を表したものであり、ＪＩＳ　Ｂ０６０１：２０１３に準拠して測定されるものを意味する。
　筒状金属部材１０の材質は、特に限定されないが、製造性の観点から金属であることが好ましい。筒状金属部材１０の材料の例としては、ステンレス、チタン合金、銅合金、アルミ合金、真鍮などが挙げられる。その中でも、耐久信頼性が高く、安価という理由により、ステンレスが好ましい。
　筒状金属部材１０の厚みは、特に限定されないが、好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．３ｍｍ以上、更に好ましくは０．５ｍｍ以上である。筒状金属部材１０の厚みを０．１ｍｍ以上とすることにより、耐久信頼性を確保することができる。また、筒状金属部材１０の厚みは、好ましくは１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましく、３ｍｍ以下が更により好ましい。筒状金属部材１０の厚みを１０ｍｍ以下とすることにより、排ガス処理装置用筒状部材１００を軽量化することができる。
　絶縁層２０の表面は、凹凸部２１を有する。凹凸部２１を設けることにより、絶縁層２０の摩擦係数が大きくなるため、絶縁層２０の表面と接する柱状の電気加熱型担体の外周面との摩擦力を高めることができる。
　ここで、本明細書において「凹凸部２１」とは、平坦面に対して窪んだ部分（凹部）及び／又は突出した部分（凸部）のことを意味する。なお、図１～３では、平坦面に対して窪んだ部分（凹部）のみを有する例を示している。
　絶縁層２０の表面は、静摩擦係数が０．３０以上、好ましくは０．３５以上、より好ましくは０．４０以上である。このような範囲に静摩擦係数を制御することにより、排ガスの圧力及び車両振動による外力に伴う電気加熱型担体のずれ（排ガスの流れ方向への移動）を抑制し得る摩擦力を確保することができる。なお、静摩擦係数の上限値は、特に限定されないが、一般的に１．０以下である。
　ここで、本明細書において「静摩擦係数」とは、ＪＩＳ　Ｋ７１２５：１９９９に準拠し、２３℃にて測定される静摩擦係数を意味する。
　絶縁層２０は、凹凸部２１の高低差が、好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは２８０μｍ以下、更に好ましくは２５０μｍ以下であることが好ましい。このような範囲に凹凸部２１の高低差を制御することにより、絶縁層２０の表面と柱状の電気加熱型担体の外周面との摩擦力を十分に確保することができる。なお、凹凸部２１の高低差の下限値は、特に限定されないが、一般的に４μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上である。
　ここで、本明細書において「凹凸部２１の高低差」とは、排ガスの流れ方向に平行な絶縁層２０の断面図において、最も低い部分と最も高い部分との高低差のことを意味する。
　絶縁層２０の表面は、凹凸部２１の割合が、好ましくは３０％以上、より好ましくは３５％以上、更に好ましくは４０％以上である。このような範囲に凹凸部２１の割合を制御することにより、絶縁層２０の表面と柱状の電気加熱型担体の外周面との摩擦力を十分に確保することができる。なお、凹凸部２１の割合の上限値は、特に限定されないが、一般的に９０％以下、好ましくは８０％以下である。
　ここで、本明細書において「凹凸部２１の割合」とは、絶縁層２０の表面全体に占める凹部及び凸部の合計の割合のことを意味する。凹凸部２１の割合は、排ガスの流れ方向に平行な絶縁層２０の断面図において、排ガスの流れ方向における絶縁層２０の全体長さに対する凹凸部２１の長さを求めることによって算出することができる。
　絶縁層２０の表面の構造（凹凸部２１の形状）は、特に限定されないが、図２及び３に示されるような溝形状の凹部２２を有することができる。また、絶縁層２０の表面は、図４に示されるような略半球状の凸部２３を有することができる。なお、図４（Ａ）は、絶縁層２０の表面の一部の展開図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のｄ－ｄ’線の断面図である。さらに、図示していないが、絶縁層２０の表面は、各種形状の凹部２２と各種形状の凸部２３との両方を有することもできる。このような凹部２２及び／又は凸部２３を表面に有する絶縁層２０とすることにより、絶縁層２０の表面と柱状の電気加熱型担体の外周面との摩擦力を十分に確保することができる。
　ここで、本明細書において「略半球状」とは、半球状だけでなく、半楕円球状を含む概念である。
　絶縁層２０は、気孔率が、好ましくは１０％以下、より好ましくは８％以下である。このような範囲の気孔率とすることにより、絶縁層２０の緻密性を確保することができるため、水分の浸入による絶縁性の低下を抑制することができる。
　ここで、本明細書において「気孔率」は、水銀圧入法によって測定される気孔率を意味する。
　絶縁層２０の厚さは、特に限定されないが、好ましくは６００μｍ以下、より好ましくは４５０μｍ以下である。このような範囲に厚さを制御することにより、筒状金属部材１０の内表面から絶縁層２０を剥離し難くすることができる。また、絶縁層２０の厚さは、好ましくは２０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上である。このような範囲に厚さを制御することにより、柱状の電気加熱型担体と筒状金属部材１０との間の絶縁性を安定的に確保することができる。
　絶縁層２０は、特に限定されないが、ガラスを含む層であることが好ましい。ガラスの例としては、ケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラスなどが挙げられる。その中でも、バリウムを含むケイ酸ガラスが好ましい。このようなガラスを含む層を用いることにより、高温でも耐久性に優れる絶縁層２０を構築することができる。
　絶縁層２０の表面に凹凸部２１を形成する方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行うことができる。例えば、平坦な表面を有する絶縁層２０を形成した後、凹凸部２１に対応する型を押し付けることによって凹凸部２１を表面に形成することができる。また、平坦な表面を有する絶縁層２０を形成した後、粘度が高い絶縁層形成用スラリーをスプレー塗布することによって凹凸部２１を形成することができる。さらに、絶縁層２０の形成材料として、各種フィラーを添加した材料を用いることにより、フィラーの形状に絶縁層２０の表面形状を追従させた凹凸部２１を形成することができる。なお、フィラーとしては、特に限定されず、当該技術分野において公知のもの（例えば、無機酸化物）などを用いることができる。
　上記のような特徴を有する排ガス処理装置用筒状部材１００は、排ガス処理装置に用いることができる。排ガスとしては、特に限定されないが、自動車などの車両の排ガスであることが好ましい。
　ここで、本発明の実施形態１に係る排ガス処理装置の排ガスの流れ方向に垂直な断面図を図５に示す。また、図５の排ガス処理装置におけるｂ－ｂ’線の断面図を図６に示す。
　図５及び図６に示されるように、排ガス処理装置５００は、排ガスを加熱可能な柱状の電気加熱型担体２００（例えば、ハニカム構造体５０）と、電気加熱型担体２００を収容する排ガス処理装置用筒状部材１００とを備える。
　排ガス処理装置用筒状部材１００は、上述の通り、筒状金属部材１０の内周面に、凹凸部２１を有し且つ静摩擦係数が０．３０以上の絶縁層２０を設けることにより、電気加熱型担体２００の外周面との摩擦力を高めているため、排ガス処理装置５００は、排ガスの圧力及び車両振動による外力に伴う電気加熱型担体２００のずれ（排ガスの流れ方向への移動）を抑制することができる。
　排ガス処理装置５００は、排ガスの流れ方向に垂直な方向において、排ガス処理装置用筒状部材１００から電気加熱型担体２００の外周面にかかる把持圧力が０．２～２．０ＭＰａであることが好ましい。このような範囲に把持圧力を制御することにより、排ガスの圧力及び車両振動による外力に伴う電気加熱型担体２００のずれ（排ガスの流れ方向への移動）を安定して抑制することができる。
　ここで、把持圧力は、薄型センサシートを用い、室温（２５℃）で電気加熱型担体２００の外周面にかかる圧力を測定することによって求めることができる。具体的には、把持圧力は、電気加熱型担体２００の外周面にタクタイルセンサを巻いた状態で排ガス処理装置用筒状部材１００に収容し、タクタイルセンサで読み取られる圧力から電気加熱型担体２００の外周面にかかる圧力を測定する。
　排ガス処理装置５００は、電気加熱型担体２００の外周面に接合された一対の電極部６０を更に備えることが好ましい。一対の電極部６０は、電気加熱型担体２００の中心軸を挟んで、電気加熱型担体２００の外周面に排ガスの流れ方向に帯状に延設される。このような構成とすることにより、電気加熱型担体２００は、一対の電極部６０間に電圧を印加することによって加熱することができる。
　電気加熱型担体２００としては、特に限定されないが、外周壁５１と、外周壁５１の内側に配設され、第１端面５２から第２端面５３まで流路を形成する複数のセル５４を区画形成する隔壁５５とを有するハニカム構造体５０であることが好ましい。ハニカム構造体５０は、第１端面５２側又は第２端面５３側のいずれか一方のセル５４の端部に目封止部が形成されていてもよい。
　ハニカム構造体５０（外周壁５１及び隔壁５５）の材質としては、通電してジュール熱により発熱可能なものであれば特に限定されず、金属やセラミックスなどを用いることができる。
　ハニカム構造体５０の材質としてセラミックスを用いる場合、例えば、アルミナ、ムライト、ジルコニア及びコージェライトなど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などの非酸化物系セラミックスからなる群から選択される少なくとも１種のセラミックスを用いることができる。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などを用いることもできる。これらの中でも、耐熱性と導電性との両立の観点から、ハニカム構造体５０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することが好ましい。ハニカム構造体５０の材質が、珪素－炭化珪素複合材を主成分とするというときは、ハニカム構造体５０が、珪素－炭化珪素複合材（合計質量）を、全体の９０質量％以上含有することを意味する。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しており、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５０の材質が、炭化珪素を主成分とするというときは、ハニカム構造体５０が、炭化珪素（合計質量）を、全体の９０質量％以上含有することを意味する。
　ハニカム構造体５０が珪素－炭化珪素複合材を含む場合、ハニカム構造体５０に含有される「骨材としての炭化珪素粒子の質量」と「結合材としての珪素の質量」との合計に対する、「結合材としての珪素の質量」の比率は、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。この比率が１０質量％以上であると、ハニカム構造体５０の強度が十分に維持される。また、この比率が４０質量％以下であると、焼成時に形状を保持し易くなる。
　ハニカム構造体５０の熱膨張率は、特に限定されないが、耐熱衝撃性の観点から、好ましくは３．５～６．０ｐｐｍ／Ｋ、より好ましくは３．５～４．５ｐｐｍ／Ｋである。本明細書において「熱膨張率」は、特に断りのない限り、ＪＩＳ　Ｒ１６１８：２００２に準拠した方法により測定される２５～８００℃の線熱膨張係数を指す。熱膨張計としては、ＢｒｕｋｅｒＡＸＳ社製の「ＴＤ５０００Ｓ（商品名）」を用いることができる。
　ハニカム構造体５０は、一対の電極部６０間に電圧を印加すると通電してジュール熱により発熱することが可能である。よって、ハニカム構造体５０はヒーターとして好適に用いることができる。印加する電圧は１２～９００Ｖが好ましいが、印加する電圧は適宜変更可能である。また、ハニカム構造体５０に触媒を担持することにより、ハニカム構造体５０をＥＨＣとして使用することができる。
　ハニカム構造体５０は、ジュール熱により発熱することができれば、その体積抵抗率については特に限定されない。ハニカム構造体５０の体積抵抗率は、用途応じて適宜選択すればよい。例示的には、ハニカム構造体５０の体積抵抗率は、０．０１～２００Ωｃｍとすることができ、好ましくは０．０５～５０Ωｃｍ、より好ましくは０．１～５Ωｃｍである。ハニカム構造体５０の体積抵抗率は、四端子法により室温（２５℃）で測定した値である。
　隔壁５５は多孔質であってもよいし、緻密質であってもよい。隔壁５５が多孔質である場合、隔壁５５の気孔率は、特に限定されないが、好ましくは３５～６０％、より好ましくは３５～４５％である。気孔率は、水銀ポロシメータにより測定した値である。
　隔壁５５の平均細孔径は、特に限定されないが、好ましくは２～１５μｍ、より好ましくは３～８μｍである。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。
　隔壁５５の厚みは、特に限定されないが、好ましくは０．１～０．３ｍｍ、より好ましくは０．１～０．１５ｍｍである。
　セル密度は、特に限定されないが、セル５４の流路方向に直交する断面において、好ましくは４０～１５０セル／ｃｍ2、より好ましくは６０～１００セル／ｃｍ2である。
　セル５４の流路方向に直交する断面におけるセル５４の形状としては、特に限定されないが、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。これらの中でも、正方形及び六角形が好ましい。セル５４の形状をこのようにすることにより、ハニカム構造体５０に排ガスを流したときの圧力損失が小さくなり、触媒による浄化性能を向上させることができる。
　ハニカム構造体５０の外形は、柱状であれば特に限定されず、例えば、端面が円形、オーバル形状、多角形（例えば、四角形、五角形、六角形、七角形、八角形）などの柱状とすることができる。
　ハニカム構造体５０の大きさは、耐熱衝撃性の観点から、端面の面積が好ましくは２０００～２００００ｍｍ2、より好ましくは４０００～１７０００ｍｍ2である。
　ハニカム構造体５０の中心軸方向の長さは、耐熱衝撃性の観点から、好ましくは３０～２００ｍｍ、より好ましくは３０～１２０ｍｍである。
　ハニカム構造体５０の製造方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行うことができる。例えば、まず、炭化珪素粉末（炭化珪素）に、金属珪素粉末（金属珪素）、バインダ、界面活性剤、造孔材、水などを添加して成形原料を作製する。次に、得られた成形原料を混練して坏土を形成した後、坏土を押出成形してハニカム成形体を作製する。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。次に、得られたハニカム成形体について、乾燥を行った後、焼成することによってハニカム構造体５０を作製することができる。
　電極部６０の材質としては、特に限定されないが、金属及び導電性セラミックスを用いることができる。金属の例としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ又は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の例としては、炭化珪素（ＳｉＣ）や、珪化タンタル（ＴａＳｉ2）及び珪化クロム（ＣｒＳｉ2）等の金属珪化物などの金属化合物が挙げられる。また、上記導電性セラミックスの一種以上と上記金属の一種以上の組み合わせからなる複合材（サーメット）を用いてもよい。サーメットの具体例としては、金属珪素と炭化珪素との複合材、珪化タンタルや珪化クロムなどの金属珪化物と金属珪素と炭化珪素の複合材、更には上記の一種又は二種以上の金属に熱膨張低減の観点から、アルミナ、ムライト、ジルコニア、コージェライト、窒化珪素及び窒化アルミ等の絶縁性セラミックスを一種又は二種以上添加した複合材が挙げられる。電極部６０の材質としては、上記の各種金属及び導電性セラミックスの中でも、珪化タンタルや珪化クロムなどの金属珪化物と金属珪素と炭化珪素の複合材との組合せとすることが、ハニカム構造体５０と同時に焼成できるので製造工程の簡素化に資するという理由により好ましい。
　電極部６０の厚みは、０．０１～５ｍｍであることが好ましく、０．０１～３ｍｍであることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、ハニカム構造体５０を均一に発熱させ易くなる。電極部６０の厚みは、厚みを測定しようとする電極部６０の箇所をセル５４の延伸方向に垂直な断面で観察したときに、電極部６０の外面の当該測定箇所における接線に対する法線方向の厚みとして定義される。
　電極部６０の電気抵抗率は、ハニカム構造体５０の電気抵抗率よりも低いことが好ましい。このような構成とすることにより、電極部６０に優先的に電気が流れ易くなるため、通電時に電気がセル５４の流路方向及び周方向に広がり易くなる。電極部６０の電気抵抗率は、ハニカム構造体５０の電気抵抗率の１／１０以下であることが好ましく、１／２０以下であることがより好ましく、１／３０以下であることが更により好ましい。ただし、両者の電気抵抗率の差が大きくなりすぎると、対向する電極部６０の端部間に電流が集中してハニカム構造体５０の発熱が偏ってしまう。そのため、電極部６０の電気抵抗率は、ハニカム構造体５０の電気抵抗率の１／２００以上であることが好ましく、１／１５０以上であることがより好ましく、１／１００以上であることが更により好ましい。本発明において、電極部６０の電気抵抗率は、四端子法により２５℃で測定した値とする。
　電極部６０の形成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行うことができる。例えば、電極部形成用ペースト又はスラリーをハニカム構造体５０の外周面にスクリーン印刷などの方法を用いて塗布した後、焼成すればよい。なお、電極部形成用ペースト又はスラリーの焼成は、ハニカム成形体の焼成と同時に行ってもよい。
　電気加熱型担体２００と排ガス処理装置用筒状部材１００との間には、マット材を更に設けてもよい。マット材は、緩衝材として機能するため、電気加熱型担体２００の破損を抑制することができる。また、マット材が絶縁性である場合、電気加熱型担体２００を通電させた際に筒状金属部材１０にも電気が流れることを抑制することができる。
　マット材としては、特に限定されないが、セラミックス繊維などの無機繊維を含むことが好ましい。セラミックス繊維は、アルミナ、ムライト、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニア、チタニアからなる群より選ばれる１種又はそれらの複合物を含むことが好ましい。
（実施形態２）
　図７は、本発明の実施形態２に係る排ガス処理装置用電気加熱型部材の排ガスの流れ方向に垂直な断面図である。また、図８は、図７の排ガス処理装置用電気加熱型部材におけるｃ－ｃ’線の断面の部分拡大図である。
　なお、本発明の実施形態１に係る排ガス処理装置用筒状部材１００は、電気加熱型担体２００の外周面と接する筒状金属部材１０の内周面に絶縁層２０が形成されていたが、本発明の実施形態２に係る排ガス処理装置用電気加熱型部材は、筒状金属部材１０の内周面と接する電気加熱型担体２００の外周面に絶縁層２０が形成されている。すなわち、本発明の実施形態２に係る排ガス処理装置用電気加熱型部材は、本発明の実施形態１に係る排ガス処理装置用筒状部材１００に対して、絶縁層２０が形成される部材が異なること以外は基本的に同じである。よって、本発明の実施形態１の説明の中で登場した符号と同一の符号を有する構成要素は、本発明の実施形態２の構成要素と同一であるので、説明を省略する。
　図７及び８に示されるように、排ガス処理装置用電気加熱型部材３００は、排ガスを加熱可能な柱状の電気加熱型担体２００と、電気加熱型担体２００の少なくとも外周面に設けられた絶縁層２０とを備える。
　電気加熱型担体２００の少なくとも外周面に設けられた絶縁層２０は、本発明の実施形態１で説明した特徴を有する。特に、凹凸部２１を有し且つ静摩擦係数が０．３０以上である表面をもつ絶縁層２０を設けることにより、絶縁層２０の摩擦係数が大きくなるため、絶縁層２０の表面と接する筒状金属部材１０の内周面との摩擦力を高めることができる。その結果、排ガスの圧力及び車両振動による外力に伴う排ガス処理装置用電気加熱型部材３００のずれ（排ガスの流れ方向への移動）を抑制し得る摩擦力を確保することができる。
　排ガス処理装置用電気加熱型部材３００は、電気加熱型担体２００の外周面に接合された一対の電極部６０を更に備えることが好ましい。この場合、絶縁層２０は、電気加熱型担体２００の外周面及び一対の電極部６０上（ただし、外部接続部を除く）に形成される。
　上記のような特徴を有する排ガス処理装置用電気加熱型部材３００は、排ガス処理装置に用いることができる。
　本発明の実施形態２に係る排ガス処理装置は、排ガス処理装置用電気加熱型部材３００と、排ガス処理装置用電気加熱型部材３００を収容する筒状金属部材１０とを備える。
　排ガス処理装置用電気加熱型部材３００は、上述の通り、電気加熱型担体２００の外周面に凹凸部２１を有し且つ静摩擦係数が０．３０以上の絶縁層２０を設けることにより、筒状金属部材１０の内周面との摩擦力を高めているため、排ガス処理装置は、排ガスの圧力及び車両振動による外力に伴う排ガス処理装置用電気加熱型部材３００のずれ（排ガスの流れ方向への移動）を抑制することができる。
　本発明の実施形態２に係る排ガス処理装置は、排ガス処理装置用電気加熱型部材３００と筒状金属部材１０との間にマット材を更に備えることができる。マット材は、緩衝材として機能するため、排ガス処理装置用電気加熱型部材３００の破損を抑制することができる。また、マット材が絶縁性である場合、排ガス処理装置用電気加熱型部材３００を通電させた際に筒状金属部材１０にも電気が流れることを抑制することができる。マット材としては、上記で例示した材料を用いることができる。
　本発明の実施形態２に係る排ガス処理装置は、本発明の実施形態１に係る排ガス処理装置用筒状部材１００を筒状金属部材１０として用いてもよい。このような構成とすることにより、排ガス処理装置用電気加熱型部材３００の外周面と排ガス処理装置用筒状部材１００の内周面との摩擦力をより一層高めることができる。
　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）
　ＳＵＳ４３０平板の表面に対し、＃２４～６０のアルミナ砥粒を用いてサンドブラスト処理を１分間施した。処理後の表面の算術表面粗さＲａについて測定した結果、３．７μｍであった。次に、バリウムを含むケイ酸ガラス粉末１００質量部に対して水１００質量部加え、ボールミル処理器で湿式混合して絶縁層形成用スラリーを得た。次に、絶縁層形成用スラリーをＳＵＳ４３０平板の表面にスプレー塗布して乾燥させることにより、平坦な表面を有する乾燥塗布層を得た。次に、この乾燥塗布層の表面に、図２及び３に示されるような溝形状の凹部２２を形成するために、凹部２２に対応する凸部を有する型を押し付けた後、８６０℃で１０分間加熱することにより、凹部２２を表面に有する絶縁層を形成した。この絶縁層は、厚さが３００μｍ、気孔率が９％、凹凸部（凹部２２）の高低差が２３μｍ、凹凸部（凹部２２）の割合が６６％であった。
（実施例２）
　ＳＵＳ４３０平板の表面に対し、＃２４～６０のアルミナ砥粒を用いてサンドブラスト処理を１分間施した。処理後の表面の算術表面粗さＲａについて測定した結果、３．７μｍであった。次に、バリウムを含むケイ酸ガラス粉末１００質量部に対して水１００質量部加え、ボールミル処理器で湿式混合して第１絶縁層形成用スラリーを得た。また、バリウムを含むケイ酸ガラス粉末１００質量部に対して水４５質量部加え、ボールミル処理器で湿式混合して第２絶縁層形成用スラリーを得た。次に、第１絶縁層形成用スラリーをＳＵＳ４３０平板の表面にスプレー塗布して乾燥させることにより、平坦な表面を有する乾燥塗布層を得た。次に、この乾燥塗布層上に第２絶縁層形成用スラリーをスプレー塗布して乾燥させることにより、図４に示されるような略半球状の凸部２３を表面に形成した後、８６０℃で１０分間加熱することにより、凸部２３を表面に有する絶縁層を形成した。この絶縁層は、厚さが３００μｍ、気孔率が５％、凹凸部（凸部２３）の高低差が２３μｍ、凹凸部（凸部２３）の割合が８０％であった。
（比較例１）
　ＳＵＳ４３０平板の表面に対し、＃２４～６０のアルミナ砥粒を用いてサンドブラスト処理を１分間施した。処理後の表面の算術表面粗さＲａについて測定した結果、３．７μｍであった。次に、バリウムを含むケイ酸ガラス粉末１００質量部に対して水１００質量部加え、ボールミル処理器で湿式混合して絶縁層形成用スラリーを得た。次に、絶縁層形成用スラリーをＳＵＳ４３０平板の表面にスプレー塗布して乾燥させることにより、平坦な表面を有する乾燥塗布層を得た後、８６０℃で１０分間加熱することにより、平坦な表面を有する絶縁層を形成した。この絶縁層は、厚さが３００μｍ、気孔率が９％であった。比較例１では、絶縁層に凹凸部が形成されていなかった。
　上記の実施例及び比較例で形成した絶縁層に対し、ＪＩＳ　Ｋ７１２５：１９９９に準拠し、２３℃にて静摩擦係数を測定した。
　その結果、実施例１及び２の絶縁層の静摩擦係数はそれぞれ０．３３及び０．３５であったのに対し、比較例１の絶縁層の静摩擦係数は０．２４であった。したがって、実施例１及び２の絶縁層は、比較例１の絶縁層に比べて、静摩擦係数を１．３５倍以上に高めることができた。
　以上の結果からわかるように、本発明によれば、電気加熱型担体の外周面に対する摩擦力を高めることが可能な排ガス処理装置用筒状部材、及びこの排ガス処理装置用筒状部材を用いた排ガス処理装置を提供することができる。また、本発明によれば、筒状部材の内周面に対する摩擦力を高めることが可能な排ガス処理装置用電気加熱型部材、及びこの排ガス処理装置用電気加熱型部材を用いた排ガス処理装置を提供することができる。
１０　筒状金属部材
２０　絶縁層
２１　凹凸部
２２　凹部
２３　凸部
５０　ハニカム構造体
５１　外周壁
５２　第１端面
５３　第２端面
５４　セル
５５　隔壁
６０　電極部
１００　排ガス処理装置用筒状部材
２００　電気加熱型担体
３００　排ガス処理装置用電気加熱型部材
５００　排ガス処理装置

Claims (20)

  1. 　筒状金属部材と、
    　前記筒状金属部材の内周面に設けられた絶縁層と
    を備え、
    　前記絶縁層の表面は、凹凸部を有し且つ静摩擦係数が０．３０以上である排ガス処理装置用筒状部材。
  2. 　前記静摩擦係数が０．３５以上である、請求項１に記載の排ガス処理装置用筒状部材。
  3. 　前記凹凸部の高低差が３００μｍ以下である、請求項１又は２に記載の排ガス処理装置用筒状部材。
  4. 　前記絶縁層の表面における凹凸部の割合が３０％以上である、請求項１～３のいずれか一項に記載の排ガス処理装置用筒状部材。
  5. 　前記筒状金属部材の内周面の算術表面粗さＲａが１０μｍ以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の排ガス処理装置用筒状部材。
  6. 　前記絶縁層の表面は、溝形状の凹部又は略半球状の凸部を少なくとも有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の排ガス処理装置用筒状部材。
  7. 　前記絶縁層は、気孔率が１０％以下である、請求項１～６のいずれか一項に記載の排ガス処理装置用筒状部材。
  8. 　前記絶縁層は、ケイ酸塩ガラス又はホウケイ酸塩ガラスを少なくとも含む層である、請求項１～７のいずれか一項に記載の排ガス処理装置用筒状部材。
  9. 　排ガスを加熱可能な柱状の電気加熱型担体と、
    　前記電気加熱型担体を収容する請求項１～８のいずれか一項に記載の排ガス処理装置用筒状部材と
    を備える排ガス処理装置。
  10. 　前記電気加熱型担体と前記排ガス処理装置用筒状部材との間にマット材を更に備える、請求項９に記載の排ガス処理装置。
  11. 　排ガスを加熱可能な柱状の電気加熱型担体と、
    　前記電気加熱型担体の少なくとも外周面に設けられた絶縁層と
    を備え、
    　前記絶縁層の表面は、凹凸部を有し且つ静摩擦係数が０．３０以上である排ガス処理装置用電気加熱型部材。
  12. 　前記静摩擦係数が０．３５以上である、請求項１１に記載の排ガス処理装置用電気加熱型部材。
  13. 　前記凹凸部の高低差が３００μｍ以下である、請求項１１又は１２に記載の排ガス処理装置用電気加熱型部材。
  14. 　前記絶縁層の表面における凹凸部の割合が３０％以上である、請求項１１～１３のいずれか一項に記載の排ガス処理装置用電気加熱型部材。
  15. 　前記絶縁層の表面は、溝形状の凹部又は略半球状の凸部を少なくとも有する、請求項１１～１４のいずれか一項に記載の排ガス処理装置用電気加熱型部材。
  16. 　前記絶縁層は、気孔率が１０％以下である、請求項１１～１５のいずれか一項に記載の排ガス処理装置用電気加熱型部材。
  17. 　前記絶縁層は、ケイ酸塩ガラス又はホウケイ酸塩ガラスを少なくとも含む層である、請求項１１～１６のいずれか一項に記載の排ガス処理装置用電気加熱型部材。
  18. 　請求項１１～１７のいずれか一項に記載の排ガス処理装置用電気加熱型部材と、
    　前記排ガス処理装置用電気加熱型部材を収容する筒状金属部材と
    を備える排ガス処理装置。
  19. 　前記排ガス処理装置用電気加熱型部材と前記筒状金属部材との間にマット材を更に備える、請求項１８に記載の排ガス処理装置。
  20. 　前記筒状金属部材が、請求項１～８のいずれか一項に記載の排ガス処理装置用筒状部材である、請求項１８又は１９に記載の排ガス処理装置。
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