JP7335836B2 - Electrically heated carrier, exhaust gas purifier, and method for producing electrically heated carrier - Google Patents
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Description
本発明は、電気加熱型担体、排気ガス浄化装置及び電気加熱型担体の製造方法に関する。とりわけ、金属端子とハニカム構造体との接合信頼性が良好な電気加熱型担体、排気ガス浄化装置及び電気加熱型担体の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrically heated carrier, an exhaust gas purifier, and a method for producing an electrically heated carrier. In particular, the present invention relates to an electrically heated carrier, an exhaust gas purifying device, and a method for manufacturing an electrically heated carrier, in which bonding reliability between a metal terminal and a honeycomb structure is excellent.
従来、自動車等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、一方の底面から他方の底面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する複数の隔壁を有する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。このように、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、触媒をその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悪化し易い。 Conventionally, a plurality of cells forming a flow path penetrating from one bottom surface to the other bottom surface in order to purify harmful substances such as HC, CO, and NOx contained in exhaust gas emitted from automobile engines. A columnar honeycomb structure having a plurality of partition walls defining a catalyst is used. In this way, when exhaust gas is treated by the catalyst supported on the honeycomb structure, it is necessary to raise the temperature of the catalyst to its activation temperature. I had a problem with not cleaning. In particular, plug-in hybrid electric vehicles (PHEV) and hybrid electric vehicles (HV) include driving only by the motor in their running, so the engine start frequency is low, and the catalyst temperature at engine start is low. Exhaust gas purification performance tends to deteriorate.
この問題を解決するため、導電性セラミックスからなる柱状のハニカム構造体に一対の端子を接続し、通電によりハニカム構造体自体を発熱させることで、触媒をエンジン始動前に活性温度まで昇温できるようにした電気加熱触媒(EHC)が提案されている。EHCにおいては、触媒効果を十分に得られるようにするために、ハニカム構造体内での温度ムラを少なくして均一な温度分布にすることが望まれている。 In order to solve this problem, a pair of terminals are connected to a columnar honeycomb structure made of conductive ceramics, and the honeycomb structure itself is heated by electricity so that the catalyst can be heated to its activation temperature before starting the engine. An electrically heated catalyst (EHC) has been proposed. In EHC, in order to obtain a sufficient catalytic effect, it is desired to reduce the temperature unevenness in the honeycomb structure so as to achieve a uniform temperature distribution.
端子は金属製であることが一般的であるところ、セラミックス製のハニカム構造体とは材質が異なる。このため、自動車の排気管内等のように高温酸化雰囲気で使用される用途においては、高温環境下でのハニカム構造体と金属端子の機械的及び電気的接合信頼性の確保が要求される。 Although the terminal is generally made of metal, the material is different from that of the honeycomb structure made of ceramics. Therefore, in applications where the honeycomb structure is used in a high-temperature oxidizing atmosphere such as in an automobile exhaust pipe, it is required to ensure mechanical and electrical connection reliability between the honeycomb structure and the metal terminal in a high-temperature environment.
このような問題に対し、特許文献1には、金属端子側から熱エネルギーを加えて、ハニカム構造体の電極層上に、溶接によって金属端子を接合する技術が開示されている。そして、このような構成によれば、金属端子との接合信頼性を向上させた導電性ハニカム構造体を提供することができると記載されている。 In order to address such a problem, Patent Document 1 discloses a technique in which thermal energy is applied from the metal terminal side to join the metal terminal onto the electrode layer of the honeycomb structure by welding. Further, it is described that such a configuration can provide a conductive honeycomb structure with improved bonding reliability to a metal terminal.
本発明者らの検討の結果、特許文献1の導電性ハニカム構造体は、以下のような課題があることがわかった。すなわち、ハニカム構造体の電極層と金属端子とをレーザー照射により溶接する際、電極層側に含まれる金属量が少ないと、金属端子と溶融し合う面が少なくなり、ハニカム構造体と金属端子とが良好に接合しにくいことがわかった。一方で、ハニカム構造体の金属含有率を高めると、ハニカム構造体のセラミックスとの熱膨張差が拡大し、クラックが発生しやすくなることがわかった。このように、従来、ハニカム構造体と金属端子との接合不良及びクラックの発生による、接合信頼性についての課題が存在し、改善の余地があるものであった。 As a result of studies by the present inventors, it was found that the conductive honeycomb structure of Patent Document 1 has the following problems. That is, when the electrode layer of the honeycomb structure and the metal terminal are welded by laser irradiation, if the amount of metal contained in the electrode layer side is small, the surface that fuses with the metal terminal is reduced, and the honeycomb structure and the metal terminal are welded together. was found to be difficult to bond well. On the other hand, it was found that when the metal content of the honeycomb structure is increased, the difference in thermal expansion between the honeycomb structure and the ceramics is increased, and cracks are likely to occur. As described above, conventionally, there has been a problem of bonding reliability due to defective bonding and occurrence of cracks between the honeycomb structure and the metal terminal, and there is room for improvement.
本発明は上記事情に鑑みて創作されたものであり、金属端子とハニカム構造体との接合信頼性が良好な電気加熱型担体、排気ガス浄化装置及び電気加熱型担体の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been created in view of the above circumstances, and provides an electrically heated carrier, an exhaust gas purifying device, and a method for manufacturing an electrically heated carrier, in which bonding reliability between a metal terminal and a honeycomb structure is excellent. is the subject.
本発明者は鋭意検討したところ、ハニカム構造体の、金属端子との溶接部位において、金属を40体積%以上含有する表面を有する構成とすることで、上記課題が解決されることを見出した。すなわち、本発明は以下のように特定される。
(1)外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、を有する柱状ハニカム構造部を備えた導電性のハニカム構造体と、
前記柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで対向するように配設され、前記導電性のハニカム構造体の表面に溶接部位を介して接合された一対の金属端子と、
を備え、
前記柱状ハニカム構造部は、セラミックスと金属とで構成され、金属を40体積%以下含有し、
前記ハニカム構造体の溶接部位は、前記金属を40体積%以上含有する表面を有する電気加熱型担体。
(2)(1)に記載の電気加熱型担体と、
前記電気加熱型担体を保持する缶体と、
を有する排気ガス浄化装置。
(3)外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、を有し、セラミックスと金属とで構成された柱状ハニカム構造部を備えた導電性のハニカム構造体と、
前記柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで対向するように配設された一対の金属端子と、
を備えた電気加熱型担体の製造方法であって、
前記ハニカム構造体の表面に第一の熱エネルギーを加えて、前記金属を40%以上含有する表面を形成する工程と、
前記ハニカム構造体の前記金属を40%以上含有する表面を有する部位に前記金属端子を配置し、前記金属端子に前記第一の熱エネルギーより大きい第二の熱エネルギーを加えて、前記ハニカム構造体の表面に前記金属端子を接合する工程と、
を含む電気加熱型担体の製造方法。
(4)外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、を有し、融点が1600℃以下のセラミックスと金属とで構成された柱状ハニカム構造部を備えた導電性のハニカム構造体と、
前記柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで対向するように配設された一対の金属端子と、
を備えた電気加熱型担体の製造方法であって、
前記ハニカム構造体の表面に第一の熱エネルギーを加えて、前記セラミックスの少なくとも一部を蒸散させて前記金属を40%以上含有する表面を形成する工程と、
前記ハニカム構造体の前記金属を40%以上含有する表面を有する部位に前記金属端子を配置し、前記金属端子に前記第一の熱エネルギーより大きい第二の熱エネルギーを加えて、前記ハニカム構造体の表面に前記金属端子を接合する工程と、
を含む電気加熱型担体の製造方法。
As a result of intensive studies, the inventors of the present invention have found that the above problem can be solved by configuring the honeycomb structure to have a surface containing 40% by volume or more of metal in the welded portion with the metal terminal. That is, the present invention is specified as follows.
(1) A columnar honeycomb having an outer peripheral wall and porous partition walls that are disposed inside the outer peripheral wall and partition and form a plurality of cells that penetrate from one end face to the other end face to form a flow path. a conductive honeycomb structure having a structure;
a pair of metal terminals arranged to face each other across the central axis of the columnar honeycomb structure and joined to the surface of the conductive honeycomb structure via a welding site;
with
The columnar honeycomb structure portion is composed of ceramics and metal, and contains 40% by volume or less of metal,
The electrically heated carrier, wherein the welded portion of the honeycomb structure has a surface containing 40% by volume or more of the metal.
(2) the electrically heated carrier according to (1);
a can body holding the electrically heated carrier;
An exhaust gas purification device having
(3) having an outer peripheral wall and a porous partition wall disposed inside the outer peripheral wall and partitioning and forming a plurality of cells forming a flow path penetrating from one end surface to the other end surface; a conductive honeycomb structure having columnar honeycomb structure parts made of ceramics and metal;
a pair of metal terminals arranged to face each other across the central axis of the columnar honeycomb structure;
A method for producing an electrically heated carrier comprising
applying a first thermal energy to the surface of the honeycomb structure to form a surface containing 40% or more of the metal;
The metal terminal is arranged in a portion of the honeycomb structure having a surface containing 40% or more of the metal, and a second heat energy larger than the first heat energy is applied to the metal terminal to obtain the honeycomb structure. a step of bonding the metal terminal to the surface of
A method for producing an electrically heated carrier comprising:
(4) having an outer peripheral wall and a porous partition wall disposed inside the outer peripheral wall and partitioning and forming a plurality of cells forming a flow path penetrating from one end surface to the other end surface; a conductive honeycomb structure having columnar honeycomb structure portions made of ceramics having a melting point of 1600° C. or less and metal;
a pair of metal terminals arranged to face each other across the central axis of the columnar honeycomb structure;
A method for producing an electrically heated carrier comprising
applying a first thermal energy to the surface of the honeycomb structure to vaporize at least part of the ceramics to form a surface containing 40% or more of the metal;
The metal terminal is arranged in a portion of the honeycomb structure having a surface containing 40% or more of the metal, and a second heat energy larger than the first heat energy is applied to the metal terminal to obtain the honeycomb structure. a step of bonding the metal terminal to the surface of
A method for producing an electrically heated carrier comprising:
本発明によれば、金属端子とハニカム構造体との接合信頼性が良好な電気加熱型担体、排気ガス浄化装置及び電気加熱型担体の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electrically heated carrier, an exhaust gas purifying device, and a method for manufacturing an electrically heated carrier in which bonding reliability between a metal terminal and a honeycomb structure is excellent.
次に本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明する。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、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。 Embodiments for carrying out the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. It is understood that the present invention is not limited to the following embodiments, and that design changes, improvements, etc., can be made as appropriate based on the ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. should.
<実施形態1>
(1.電気加熱型担体)
図1は、本発明の実施形態1における電気加熱型担体20のセルの延伸方向に垂直な断面模式図である。電気加熱型担体20は、ハニカム構造体10と、一対の金属端子21a、21bとを備える。
<Embodiment 1>
(1. Electrically heated carrier)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view perpendicular to the cell extension direction of an electrically
(1-1.ハニカム構造体)
図2は本発明の実施形態1における導電性ハニカム構造体10の外観模式図を示すものである。導電性ハニカム構造体10は、外周壁12と、外周壁12の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで貫通して流路を形成する複数のセル15を区画形成する多孔質の隔壁13とを有する柱状ハニカム構造部11を備えている。
(1-1. Honeycomb structure)
FIG. 2 shows a schematic external view of the
柱状ハニカム構造部11の外形は柱状である限り特に限定されず、例えば、底面が円形の柱状(円柱形状)、底面がオーバル形状の柱状、底面が多角形(四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等)の柱状等の形状とすることができる。また、柱状ハニカム構造部11の大きさは、耐熱性を高める(外周壁の周方向に入るクラックを抑制する)という理由により、底面の面積が2000~20000mm2であることが好ましく、5000~15000mm2であることが更に好ましい。
The outer shape of the columnar
柱状ハニカム構造部11は、導電性を有する。導電性ハニカム構造体10が通電してジュール熱により発熱可能である限り、当該セラミックスの電気抵抗率については特に制限はないが、1~200Ωcmであることが好ましく、10~100Ωcmであることが更に好ましい。本発明において、柱状ハニカム構造部11の電気抵抗率は、四端子法により400℃で測定した値とする。
The columnar
柱状ハニカム構造部11は、セラミックスと金属とで構成され、金属を40体積%以下含有する。柱状ハニカム構造部11の金属成分は30体積%以下でもよく、20体積%以下でもよく、10体積%以下でもよい。セラミックスと金属とで構成された柱状ハニカム構造部11の材質としては、限定的ではないが、アルミナ、ムライト、ジルコニア及びコージェライト等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等の非酸化物系セラミックスからなる群から選択することができる。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等を用いることもできる。これらの中でも、耐熱性と導電性の両立の観点から、柱状ハニカム構造部11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と金属とを含有していることが好ましく、珪素-炭化珪素複合材又は炭化珪素と金属とを含有していることが更に好ましい。柱状ハニカム構造部11の材質が、珪素-炭化珪素複合材を主成分とするものであるというときは、柱状ハニカム構造部11が、珪素-炭化珪素複合材(合計質量)を、全体の90質量%以上含有していることを意味する。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するものであり、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。柱状ハニカム構造部11の材質が、炭化珪素を主成分とするものであるというときは、柱状ハニカム構造部11が、炭化珪素(合計質量)を、全体の90質量%以上含有していることを意味する。
The columnar
柱状ハニカム構造部11が、珪素-炭化珪素複合材を含んでいる場合、柱状ハニカム構造部11に含有される「骨材としての炭化珪素粒子の質量」と、柱状ハニカム構造部11に含有される「結合材としての珪素の質量」との合計に対する、柱状ハニカム構造部11に含有される「結合材としての珪素の質量」の比率が、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。10質量%以上であると、柱状ハニカム構造部11の強度が十分に維持される。40質量%以下であると、焼成時に形状を保持しやすくなる。
When the columnar
セル15の延伸方向に垂直な断面におけるセルの形状に制限はないが、四角形、六角形、八角形、又はこれらの組み合わせであることが好ましい。これ等のなかでも、四角形及び六角形が好ましい。セル形状をこのようにすることにより、柱状ハニカム構造部11に排ガスを流したときの圧力損失が小さくなり、触媒の浄化性能が優れたものとなる。構造強度及び加熱均一性を両立させやすいという観点からは、長方形が特に好ましい。
Although there is no limitation on the shape of the cells in the cross section perpendicular to the extending direction of the
セル15を区画形成する隔壁13の厚みは、0.1~0.3mmであることが好ましく、0.15~0.25mmであることがより好ましい。隔壁13の厚みが0.1mm以上であることで、ハニカム構造体の強度が低下するのを抑制可能である。隔壁13の厚みが0.3mm以下であることで、ハニカム構造体を触媒担体として用いて、触媒を担持した場合に、排ガスを流したときの圧力損失が大きくなるのを抑制できる。本発明において、隔壁13の厚みは、セル15の延伸方向に垂直な断面において、隣接するセル15の重心同士を結ぶ線分のうち、隔壁13を通過する部分の長さとして定義される。
The thickness of the
柱状ハニカム構造部11は、セル15の流路方向に垂直な断面において、セル密度が40~150セル/cm2であることが好ましく、70~100セル/cm2であることが更に好ましい。セル密度をこのような範囲にすることにより、排ガスを流したときの圧力損失を小さくした状態で、触媒の浄化性能を高くすることができる。セル密度が40セル/cm2以上であると、触媒担持面積が十分に確保される。セル密度が150セル/cm2以下であると柱状ハニカム構造部11を触媒担体として用いて、触媒を担持した場合に、排ガスを流したときの圧力損失が大きくなりすぎることが抑制される。セル密度は、外側壁12部分を除く柱状ハニカム構造部11の一つの底面部分の面積でセル数を除して得られる値である。
The
柱状ハニカム構造部11の外周壁12を設けることは、柱状ハニカム構造部11の構造強度を確保し、また、セル15を流れる流体が外周壁12から漏洩するのを抑制する観点で有用である。具体的には、外周壁12の厚みは好ましくは0.1mm以上であり、より好ましくは0.15mm以上、更により好ましくは0.2mm以上である。但し、外周壁12を厚くしすぎると高強度になりすぎてしまい、隔壁13との強度バランスが崩れて耐熱衝撃性が低下することから、外周壁12の厚みは好ましくは1.0mm以下であり、より好ましくは0.7mm以下であり、更により好ましくは0.5mm以下である。ここで、外周壁12の厚みは、厚みを測定しようとする外周壁12の箇所をセルの延伸方向に垂直な断面で観察したときに、当該測定箇所における外周壁12の接線に対する法線方向の厚みとして定義される。
Providing the outer
隔壁13は多孔質とすることができる。隔壁13の気孔率は、35~60%であることが好ましく、35~45%であることが更に好ましい。気孔率が35%以上であると、焼成時の変形をより抑制しやすくなる。気孔率が60%以下であるとハニカム構造体の強度が十分に維持される。気孔率は、水銀ポロシメータにより測定した値である。
The
柱状ハニカム構造部11の隔壁13の平均細孔径は、2~15μmであることが好ましく、4~8μmであることが更に好ましい。平均細孔径が2μm以上であると、電気抵抗率が大きくなりすぎることが抑制される。平均細孔径が15μm以下であると、電気抵抗率が小さくなりすぎることが抑制される。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。
The average pore size of the
導電性ハニカム構造体10は、柱状ハニカム構造部11の外周壁12の表面に、セラミックスと金属とから構成された一対の電極層14a、14bを有している。一対の電極層の一方の電極層は、一対の電極層の他方の電極層に対して、柱状ハニカム構造部11の中心軸を挟んで対向するように設けられている。一対の電極層14a、14bは、溶接部位17a、17bを備える。
The
電極層14a、14bの形成領域に特段の制約はないが、柱状ハニカム構造部11の均一発熱性を高めるという観点からは、各電極層14a、14bは外周壁12の外面上で外周壁12の周方向及びセルの延伸方向に帯状に延設することが好ましい。具体的には、各電極層14a、14bは、柱状ハニカム構造部11の両底面間の80%以上の長さに亘って、好ましくは90%以上の長さに亘って、より好ましくは全長に亘って延びていることが、電極層14a、14bの軸方向へ電流が広がりやすいという観点から望ましい。
Although there are no particular restrictions on the regions where the electrode layers 14a and 14b are formed, from the viewpoint of improving the uniform heat generation property of the columnar
各電極層14a、14b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均一発熱性を高めることができる。各電極層14a、14bの厚みが0.01mm以上であると、電気抵抗が適切に制御され、より均一に発熱することができる。5mm以下であると、キャニング時に破損する恐れが低減される。各電極層14a、14bの厚みは、厚みを測定しようとする電極層の箇所をセルの延伸方向に垂直な断面で観察したときに、各電極層14a、14b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。
The thickness of each
各電極層14a、14bの電気抵抗率を柱状ハニカム構造部11の電気抵抗率より低くすることにより、電極層に優先的に電気が流れやすくなり、通電時に電気がセルの流路方向及び周方向に広がりやすくなる。電極層14a、14bの電気抵抗率は、柱状ハニカム構造部11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。但し、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層の端部間に電流が集中して柱状ハニカム構造部の発熱が偏ることから、電極層14a、14bの電気抵抗率は、柱状ハニカム構造部11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、電極層14a、14bの電気抵抗率は、四端子法により400℃で測定した値とする。
By making the electrical resistivity of the electrode layers 14a and 14b lower than the electrical resistivity of the
各電極層14a、14bの材質は、金属及び導電性セラミックスとの複合材(サーメット)を使用することができる。金属としては、例えば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としては、限定的ではないが、炭化珪素(SiC)が挙げられ、珪化タンタル(TaSi2)及び珪化クロム(CrSi2)等の金属珪化物等の金属化合物が挙げられる。金属及び導電性セラミックスとの複合材(サーメット)の具体例としては、金属珪素と炭化珪素の複合材、珪化タンタルや珪化クロム等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。電極層14a、14b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等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、柱状ハニカム構造部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。
A composite material (cermet) of metal and conductive ceramics can be used for the material of each
(1-2.金属端子)
一対の金属端子21a、21bは、ハニカム構造体10の柱状ハニカム構造部11の中心軸を挟んで対向するように配設され、それぞれ一対の電極層14a、14b上に設けられており、電気的に接合されている。これにより、金属端子21a、21bは、電極層14a、14bを介して電圧を印加すると通電してジュール熱により導電性ハニカム構造体10を発熱させることが可能である。このため、導電性ハニカム構造体10はヒーターとしても好適に用いることができる。印加する電圧は12~900Vが好ましく、64~600Vが更に好ましいが、印加する電圧は適宜変更可能である。
(1-2. Metal terminal)
The pair of
一対の金属端子21a、21bは、それぞれ導電性ハニカム構造体10の表面に溶接部位17a、17bを介して接合されている。
A pair of
金属端子21a、21bの材質としては、金属であれば特段の制約はなく、単体金属及び合金等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合金がより好ましい。金属端子21a、21bの形状及び大きさは、特に限定されず、電気加熱型担体20の大きさや通電性能等に応じて、適宜設計することができる。
The material of the
金属端子21a、21bは、一箇所又は二箇所以上の溶接部位17a、17bを介して各電極層14a、14bに接合されている。一箇所当たりの溶接部位17a、17bの溶接面積を小さくすることで、熱膨張差による割れや剥離を抑制することができる。具体的には、一箇所当たりの溶接部位17a、17bの溶接面積は50mm2以下とすることが好ましく、45mm2以下とすることがより好ましく、40mm2以下とすることが更に好ましく、30mm2以下とすることが更により好ましい。但し、一箇所当たりの溶接部位17a、17bの溶接面積が過度に小さいと接合強度が確保できないため、2mm2以上とすることが好ましく、3mm2以上とすることがより好ましく、4mm2以上とすることが更により好ましい。
The
金属端子21a、21bの大きさにもよるが、溶接部位17a、17bは二箇所以上形成して合計溶接面積を大きくすることで接合強度を高めることが好ましい。具体的には、一箇所又は二箇所以上の溶接部位の金属端子毎の合計溶接面積は2mm2以上であることが好ましく、3mm2以上であることがより好ましく、4mm2以上であることが更により好ましい。一方で、合計溶接面積を過度に大きくすると耐熱衝撃性が悪化しやすい。そこで、耐熱衝撃性を確保するという観点からは、一箇所又は二箇所以上の溶接部位17a、17bの金属端子毎の合計溶接面積は、120mm2以下であることが好ましく、110mm2以下であることがより好ましく、100mm2以下であることが更により好ましい。
Although it depends on the size of the
また、金属端子毎に二箇所以上の溶接部位17a、17bが存在する場合、耐熱衝撃性を確保しながら接合強度を高めるという観点から、隣接する溶接部位の間隔を溶接部位の溶接面積に応じて一定以上確保することが好ましい。溶接部位の間隔が大きくても特に問題はなく、金属端子の大きさとの兼ね合いで適宜設定すればよい。
In addition, when there are two or more welded
各電極層14a、14bの溶接部位17a、17bは、金属を40体積%以上含有する表面を有する。このような構成により、導電性ハニカム構造体に金属端子を良好に接合させることができ、導電性ハニカム構造体と金属端子との接合信頼性が向上する。溶接部位17a、17bの金属を40体積%以上含有する表面は、金属の体積割合の上限については特に限定されず、当該表面の厚み等に応じて適宜設計することができる。当該表面の金属の体積割合は、例えば、40~100体積%とすることができる。また、導電性ハニカム構造体の溶接部位の全体が当該金属を40体積%以上含有する表面であるのが好ましい。このような構成により、導電性ハニカム構造体と金属端子とが良好に接合する表面が増加するため、より導電性ハニカム構造体と金属端子との接合信頼性が向上する。
The welded
各電極層14a、14bの溶接部位17a、17bは、金属を40体積%以上含有する表面の深さが0.05~5mmであるのが好ましい。当該金属を40体積%以上含有する表面の深さが0.05mm未満であると、ハニカム構造体と金属端子との接合不良が生じるおそれがある。また、当該金属を40体積%以上含有する表面の深さが5mmを超えると、ハニカム構造体のセラミックスとの熱膨張差が拡大し、クラックが発生するおそれがある。各電極層14a、14bの溶接部位17a、17bは、金属を40体積%以上含有する表面の深さが0.05~2mmであるのがより好ましく、0.05~0.5mmであるのが更により好ましい。
The welded
電気加熱型担体20に触媒を担持することにより、電気加熱型担体20を触媒体として使用することができる。複数のセル15の流路には、例えば、自動車排ガス等の流体を流すことができる。触媒としては、例えば、貴金属系触媒又はこれら以外の触媒が挙げられる。貴金属系触媒としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)といった貴金属をアルミナ細孔表面に担持し、セリア、ジルコニア等の助触媒を含む三元触媒や酸化触媒、又は、アルカリ土類金属と白金を窒素酸化物(NOx)の吸蔵成分として含むNOx吸蔵還元触媒(LNT触媒)が例示される。貴金属を用いない触媒として、銅置換又は鉄置換ゼオライトを含むNOx選択還元触媒(SCR触媒)等が例示される。また、これらの触媒からなる群から選択される2種以上の触媒を用いてもよい。なお、触媒の担持方法についても特に制限はなく、従来、ハニカム構造体に触媒を担持する担持方法に準じて行うことができる。
By supporting a catalyst on the electrically
(2.電気加熱型担体の製造方法)
次に、本発明に係る電気加熱型担体20を製造する方法について例示的に説明する。本発明の電気加熱型担体20の製造方法は一実施形態において、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を得る工程A1と、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を焼成して導電性ハニカム構造体を得る工程A2と、導電性ハニカム構造体に金属端子を溶接する工程A3とを含む。
(2. Method for producing electrically heated carrier)
Next, a method for manufacturing the electrically
工程A1は、ハニカム構造部の前駆体であるハニカム成形体を作製し、ハニカム成形部の側面に電極層形成ペーストを塗布して、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を得る工程である。ハニカム成形体の作製は、公知のハニカム構造部の製造方法におけるハニカム成形体の作製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、水等を添加して成形原料を作製する。炭化珪素粉末の質量と金属珪素の質量との合計に対して、金属珪素の質量が10~40質量%となるようにすることが好ましい。炭化珪素粉末における炭化珪素粒子の平均粒子径は、3~50μmが好ましく、3~40μmが更に好ましい。金属珪素(金属珪素粉末)の平均粒子径は、2~35μmであることが好ましい。炭化珪素粒子及び金属珪素(金属珪素粒子)の平均粒子径はレーザー回折法で粒度の頻度分布を測定したときの、体積基準による算術平均径を指す。炭化珪素粒子は、炭化珪素粉末を構成する炭化珪素の微粒子であり、金属珪素粒子は、金属珪素粉末を構成する金属珪素の微粒子である。なお、これは、ハニカム構造部の材質を、珪素-炭化珪素系複合材とする場合の成形原料の配合であり、ハニカム構造部の材質を炭化珪素とする場合には、金属珪素は添加しない。 Step A1 is a step of producing a formed honeycomb body, which is a precursor of the honeycomb structure portion, and applying the electrode layer forming paste to the side surface of the formed honeycomb portion to obtain an unfired honeycomb structure portion with the electrode layer forming paste. The formed honeycomb body can be manufactured according to a method for manufacturing a formed honeycomb body in a known method for manufacturing a honeycomb structure. For example, first, metal silicon powder (metal silicon), a binder, a surfactant, a pore-forming material, water, etc. are added to silicon carbide powder (silicon carbide) to prepare a forming raw material. It is preferable that the mass of the metallic silicon is 10 to 40% by mass with respect to the sum of the mass of the silicon carbide powder and the mass of the metallic silicon. The average particle size of silicon carbide particles in the silicon carbide powder is preferably 3 to 50 μm, more preferably 3 to 40 μm. The average particle size of metallic silicon (metallic silicon powder) is preferably 2 to 35 μm. The average particle size of silicon carbide particles and metallic silicon (metallic silicon particles) refers to the volume-based arithmetic mean diameter when the frequency distribution of particle sizes is measured by a laser diffraction method. The silicon carbide particles are fine particles of silicon carbide that constitute the silicon carbide powder, and the metallic silicon particles are fine particles of metallic silicon that constitute the metallic silicon powder. It should be noted that this is the composition of the forming raw materials when the material of the honeycomb structure is a silicon-silicon carbide composite material, and when the material of the honeycomb structure is silicon carbide, metallic silicon is not added.
バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、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等を挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。バインダの含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、2.0~10.0質量部であることが好ましい。 Binders include methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxypropoxylcellulose, hydroxyethylcellulose, carboxymethylcellulose, polyvinyl alcohol and the like. Among these, it is preferable to use methyl cellulose and hydroxypropoxyl cellulose together. The content of the binder is preferably 2.0 to 10.0 parts by mass when the total mass of the silicon carbide powder and the metal silicon powder is 100 parts by mass.
水の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、20~60質量部であることが好ましい。 The content of water is preferably 20 to 60 parts by mass when the total mass of the silicon carbide powder and the metal silicon powder is 100 parts by mass.
界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、0.1~2.0質量部であることが好ましい。 Ethylene glycol, dextrin, fatty acid soap, polyalcohol and the like can be used as surfactants. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. The content of the surfactant is preferably 0.1 to 2.0 parts by mass when the total mass of the silicon carbide powder and the metal silicon powder is 100 parts by mass.
造孔材としては、焼成後に気孔となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等を挙げることができる。造孔材の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、0.5~10.0質量部であることが好ましい。造孔材の平均粒子径は、10~30μmであることが好ましい。10μmより小さいと、気孔を十分形成できないことがある。30μmより大きいと、成形時に口金に詰まることがある。造孔材の平均粒子径はレーザー回折法で粒度の頻度分布を測定したときの、体積基準による算術平均径を指す。造孔材が吸水性樹脂の場合には、造孔材の平均粒子径は吸水後の平均粒子径のことである。 The pore-forming material is not particularly limited as long as it forms pores after firing, and examples thereof include graphite, starch, foamed resin, water-absorbent resin, and silica gel. The content of the pore-forming material is preferably 0.5 to 10.0 parts by mass when the total mass of the silicon carbide powder and the metal silicon powder is 100 parts by mass. The average particle size of the pore-forming material is preferably 10-30 μm. If the thickness is less than 10 μm, sufficient pores may not be formed. If it is larger than 30 μm, the die may be clogged during molding. The average particle diameter of the pore-forming material refers to the volume-based arithmetic mean diameter when the frequency distribution of particle sizes is measured by a laser diffraction method. When the pore-forming material is a water absorbent resin, the average particle size of the pore-forming material means the average particle size after water absorption.
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、セル密度等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、乾燥を行うことが好ましい。ハニカム成形体の中心軸方向長さが、所望の長さではない場合は、ハニカム成形体の両底部を切断して所望の長さとすることができる。乾燥後のハニカム成形体をハニカム乾燥体と呼ぶ。 Next, after kneading the obtained forming raw material to form a clay, the clay is extruded to produce a formed honeycomb body. For extrusion molding, a die having a desired overall shape, cell shape, partition wall thickness, cell density, etc. can be used. Next, it is preferable to dry the obtained honeycomb molded body. When the length of the honeycomb formed body in the central axis direction is not the desired length, the desired length can be obtained by cutting both bottom portions of the honeycomb formed body. The dried honeycomb molded body is called a honeycomb dried body.
次に、電極層を形成するための電極層形成ペーストを調合する。電極層形成ペーストは、電極層の要求特性に応じて配合した原料粉(金属粉末、及び、セラミックス粉末等)に各種添加剤を適宜添加して混練することで形成することができる。電極層を積層構造とする場合、第一の電極層用のペースト中の金属粉末の平均粒子径に比べて、第二の電極層用のペースト中の金属粉末の平均粒子径を大きくすることにより、金属端子と電極層の接合強度が向上する傾向にある。金属粉末の平均粒子径はレーザー回折法で粒度の頻度分布を測定したときの、体積基準による算術平均径を指す。 Next, an electrode layer forming paste for forming an electrode layer is prepared. The electrode layer forming paste can be formed by appropriately adding various additives to raw material powders (metal powder, ceramic powder, etc.) blended according to the required properties of the electrode layer, and kneading the mixture. When the electrode layer has a laminated structure, the average particle size of the metal powder in the paste for the second electrode layer is made larger than the average particle size of the metal powder in the paste for the first electrode layer. , the bonding strength between the metal terminal and the electrode layer tends to improve. The average particle size of metal powder refers to the volume-based arithmetic mean size when the frequency distribution of particle sizes is measured by a laser diffraction method.
次に、得られた電極層形成ペーストを、ハニカム成形体(典型的にはハニカム乾燥体)の側面に塗布し、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を得る。電極層形成ペーストを調合する方法、及び電極層形成ペーストをハニカム成形体に塗布する方法については、公知のハニカム構造体の製造方法に準じて行うことができるが、電極層をハニカム構造部に比べて低い電気抵抗率にするために、ハニカム構造部よりも金属の含有比率を高めたり、金属粒子の粒径を小さくしたりすることができる。 Next, the obtained electrode layer forming paste is applied to the side surface of the formed honeycomb body (typically the dried honeycomb body) to obtain an unfired honeycomb structure portion with the electrode layer forming paste. The method of preparing the electrode layer forming paste and the method of applying the electrode layer forming paste to the formed honeycomb body can be carried out according to a known method for manufacturing a honeycomb structure. In order to make the electrical resistivity lower than that of the honeycomb structure portion, the metal content ratio can be increased or the particle size of the metal particles can be made smaller than that of the honeycomb structure portion.
導電性ハニカム構造体の製造方法の変更例として、工程A1において、電極層形成ペーストを塗布する前に、ハニカム成形体を一旦焼成してもよい。すなわち、この変更例では、ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を作製し、当該ハニカム焼成体に、電極層形成ペーストを塗布する。 As a modification of the method for manufacturing a conductive honeycomb structure, in step A1, the formed honeycomb body may be once fired before applying the electrode layer forming paste. That is, in this modified example, a honeycomb formed body is fired to produce a honeycomb fired body, and the electrode layer forming paste is applied to the honeycomb fired body.
工程A2では、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を焼成して、導電性ハニカム構造体を得る。焼成を行う前に、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を乾燥してもよい。また、焼成の前に、バインダ等を除去するため、脱脂を行ってもよい。焼成条件としては、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気において、1400~1500℃で、1~20時間加熱することが好ましい。また、焼成後、耐久性向上のために、1200~1350℃で、1~10時間、酸化処理を行うことが好ましい。脱脂及び焼成の方法は特に限定されず、電気炉、ガス炉等を用いて焼成することができる。 In step A2, the unfired honeycomb structure body with the electrode layer forming paste is fired to obtain a conductive honeycomb structure. Before firing, the unfired honeycomb structure body with the electrode layer forming paste may be dried. Moreover, before firing, degreasing may be performed to remove binders and the like. As the firing conditions, it is preferable to heat at 1400 to 1500° C. for 1 to 20 hours in an inert atmosphere such as nitrogen or argon. After firing, it is preferable to perform oxidation treatment at 1200 to 1350° C. for 1 to 10 hours in order to improve durability. The method of degreasing and firing is not particularly limited, and firing can be performed using an electric furnace, a gas furnace, or the like.
工程A3では、導電性ハニカム構造体のハニカム構造部上の電極層の表面に一対の金属端子を溶接する。溶接方法としては、レーザー溶接する方法が溶接面積の制御及び生産効率の観点から好ましい。このとき、レーザー照射を前段と後段とに分けて合計二度行う。具体的には、まず、図3に示すように、柱状ハニカム構造部11上の電極層14a、14bの表面にレーザー30によって第一の熱エネルギーを加えて、金属を40体積%以上含有する表面を形成する。当該金属を40体積%以上含有する表面を有する部位を、溶接部位17a、17bとする。このとき、レーザーの熱エネルギーによって、電極層に含まれている金属成分を溶融させ、表面付近に凝集させる。当該熱エネルギーを調整することで、金属を40体積%以上含有する表面を形成することができる。
In step A3, a pair of metal terminals are welded to the surface of the electrode layer on the honeycomb structure portion of the conductive honeycomb structure. As the welding method, a method of laser welding is preferable from the viewpoint of control of the welding area and production efficiency. At this time, laser irradiation is performed twice in total, divided into a front stage and a rear stage. Specifically, first, as shown in FIG. 3, first thermal energy is applied to the surfaces of the electrode layers 14a and 14b on the
上記の方法では、前段のレーザー照射によって、電極層の表面に金属成分を凝集させることで、金属を40体積%以上含有する表面を形成している。しかしながら、当該金属を40体積%以上含有する表面を形成する方法は、これに限られない。例えば、柱状ハニカム構造部を融点が1600℃以下のセラミックスと金属とで構成した上で、導電性ハニカム構造体の表面に第一の熱エネルギーを加えてもよい。このとき、電極層の表面のセラミックス成分は、第一の熱エネルギーによって少なくとも一部が蒸散する。このように電極層の表面において、セラミックス成分を蒸散させることで、電極層に金属を40体積%以上含有する表面を形成してもよい。 In the above method, the surface containing 40% by volume or more of the metal is formed by aggregating the metal component on the surface of the electrode layer by the laser irradiation in the preceding stage. However, the method of forming a surface containing 40% by volume or more of the metal is not limited to this. For example, the first heat energy may be applied to the surface of the conductive honeycomb structure after the columnar honeycomb structure is composed of ceramics having a melting point of 1600° C. or less and metal. At this time, at least part of the ceramic component on the surface of the electrode layer is transpired by the first thermal energy. By evaporating the ceramic component from the surface of the electrode layer in this manner, a surface containing 40% by volume or more of metal may be formed on the electrode layer.
次に、電極層の金属を40%以上含有する表面を有する部位(溶接部位17a、17b)に金属端子を配置する。続いて、金属端子側から第一の熱エネルギーより大きい第二の熱エネルギーを加え、導電性ハニカム構造体の表面に金属端子を接合させる。
Next, a metal terminal is arranged at a portion (welded
上述の前段のレーザー照射におけるレーザー出力は、電極層の材質等にもよるが、例えば20~100W/mm2とすることができる。また、後段のレーザー照射におけるレーザー出力は、金属端子の材質や厚みにもよるが、例えば150~400W/mm2とすることができる。 The laser output in the above-described laser irradiation in the preceding stage can be, for example, 20 to 100 W/mm 2 , depending on the material of the electrode layer. Also, the laser output in the subsequent laser irradiation can be, for example, 150 to 400 W/mm 2 , depending on the material and thickness of the metal terminal.
一般に、ハニカム構造体と金属端子とをレーザー照射により溶接する際、ハニカム構造体側に含まれる金属量が少ないと、金属端子と溶融し合う面が少なくなる。その結果、ハニカム構造体と金属端子とが良好に接合しないという問題が生じる。これに対し、本発明の実施形態で示した溶接法によれば、ハニカム構造体側の表面の金属含有率を高めておいてから、金属端子を接合させることができる。このため、ハニカム構造体において、金属端子と溶融し合う面を確保しながら、且つ、ハニカム構造体と金属端子との熱膨張差を抑えて接合することができる。従って、金属端子とハニカム構造体とを良好に接合すると共に、クラックの発生を抑制することができる。その結果、金属端子とハニカム構造体との接合信頼性が良好な電気加熱型担体を提供することができる。 In general, when a honeycomb structure and a metal terminal are welded by laser irradiation, if the amount of metal contained on the honeycomb structure side is small, the surface that fuses with the metal terminal decreases. As a result, there arises a problem that the honeycomb structure and the metal terminals are not well bonded. In contrast, according to the welding method shown in the embodiment of the present invention, the metal terminal can be joined after increasing the metal content of the surface on the honeycomb structure side. For this reason, in the honeycomb structure, it is possible to secure a surface that fuses with the metal terminal and to suppress the difference in thermal expansion between the honeycomb structure and the metal terminal. Therefore, it is possible to satisfactorily bond the metal terminal and the honeycomb structure and suppress the occurrence of cracks. As a result, it is possible to provide an electrically heated carrier with good bonding reliability between the metal terminal and the honeycomb structure.
<実施形態2>
図4は、本発明の実施形態2における電気加熱型担体40のセルの延伸方向に垂直な断面模式図である。図4に示すように、本発明の実施形態2における電気加熱型担体40は、実施形態1で示した電気加熱型担体20に対し、さらに電極層14a、14bと金属端子21a、21bとの間に、柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで対向するように配設された一対の導電性セラミックスからなる溶接下地層16a、16bを有している。一対の溶接下地層16a、16bが溶接部位17a、17bを備える。実施形態2では、溶接部位17a、17bが、金属を40体積%以上含有する表面を有する。
<Embodiment 2>
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view perpendicular to the cell extension direction of the electrically
溶接下地層16a、16bは、金属端子21a、21bとの接合の際のレーザー溶接の下地となるものであるが、応力緩和層としての機能を有することが好ましい。すなわち、電極層14a、14bと金属端子21a、21bとの間の線膨張率の差が大きい場合には、熱応力によって電極層14a、14bにクラックが入る可能性がある。そこで、溶接下地層16a、16bが、電極層14a、14bと金属端子21a、21bとの線膨張率の違いにより生じる熱応力を緩和する機能を有していることが好ましい。これにより、金属端子21a、21bを電極層14a、14bに溶接する際や、熱サイクルの繰り返し疲労による電極層14a、14bへのクラック発生を抑制することが可能となる。
The
溶接下地層16a、16bの材質は、金属及び導電性セラミックスとの複合材(サーメット)を使用することができる。金属としては、例えば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としては、限定的ではないが、炭化珪素(SiC)が挙げられ、珪化タンタル(TaSi2)及び珪化クロム(CrSi2)等の金属珪化物等の金属化合物が挙げられる。金属及び導電性セラミックスとの複合材(サーメット)の具体例としては、金属珪素と炭化珪素の複合材、珪化タンタルや珪化クロム等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。溶接下地層16a、16b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等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、柱状ハニカム構造部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。 A composite material (cermet) of metal and conductive ceramics can be used as the material of the welding base layers 16a and 16b. Examples of metals include single metals such as Cr, Fe, Co, Ni, Si, and Ti, and alloys containing at least one metal selected from the group consisting of these metals. Conductive ceramics include, but are not limited to, silicon carbide (SiC) and include metal compounds such as metal silicides such as tantalum silicide (TaSi 2 ) and chromium silicide (CrSi 2 ). Specific examples of composites (cermets) of metals and conductive ceramics include composites of metal silicon and silicon carbide, composites of metal silicides such as tantalum silicide and chromium silicide, metal silicon and silicon carbide, and the above-mentioned From the viewpoint of thermal expansion reduction, one or more kinds of insulating ceramics such as alumina, mullite, zirconia, cordierite, silicon nitride and aluminum nitride are added to one or more kinds of metals. Among the various metals and conductive ceramics described above, a combination of a metal silicide such as tantalum silicide or chromium silicide and a composite material of silicon metal and silicon carbide is preferred as the material for the welding base layers 16a and 16b. It is preferable because it can be fired at the same time as the honeycomb structure, which contributes to simplification of the manufacturing process.
実施形態1では、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を作製し、これを焼成して導電性ハニカム構造体を作製した。実施形態2では、このとき、同時に溶接下地層形成ペーストも形成しておき、溶接下地層形成ペースト及び電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を作製し、これを焼成することによって導電性ハニカム構造体を作製することができる。 In Embodiment 1, an unfired honeycomb structure body with an electrode layer forming paste was manufactured, and fired to manufacture a conductive honeycomb structure. In Embodiment 2, at this time, a welding base layer forming paste is also formed at the same time, an unfired honeycomb structure portion with a welding base layer forming paste and an electrode layer forming paste is produced, and a conductive honeycomb structure is obtained by firing the unfired honeycomb structure portion. You can make a body.
また、実施形態2では、導電性ハニカム構造体の溶接下地層の表面に一対の金属端子を溶接する。溶接方法としては、実施形態1と同様とすることができ、レーザー照射を前段と後段とに分けて合計二度行う。具体的には、まず、図5に示すように、溶接下地層16a、16bの表面にレーザー30により、第一の熱エネルギーを加えて、金属を40体積%以上含有する表面を形成する。このとき、柱状ハニカム構造部11を融点が1600℃以下のセラミックスと金属とで構成した上で、溶接下地層16a、16bの表面に第一の熱エネルギーを加えて、セラミックス成分を蒸散させることで、金属を40体積%以上含有する表面を形成してもよい。次に、金属を40体積%以上含有する表面を有する部位(溶接部位17a、17b)に金属端子を配置する。続いて、金属端子側から第一の熱エネルギーより大きい第二の熱エネルギーを加え、導電性ハニカム構造体の表面に金属端子を接合させる。このような溶接方法により、導電性ハニカム構造体側の表面の金属含有率を高めておいてから、金属端子を接合させることができる。このため、実施形態1と同様に、金属端子と導電性ハニカム構造体とを良好に接合すると共に、クラックの発生を抑制することができる。その結果、金属端子と導電性ハニカム構造体との接合信頼性が良好な電気加熱型担体を提供することができる。
Further, in Embodiment 2, a pair of metal terminals are welded to the surface of the welding base layer of the conductive honeycomb structure. The welding method can be the same as in Embodiment 1, and the laser irradiation is performed twice in total by dividing the front stage and the rear stage. Specifically, first, as shown in FIG. 5, a first thermal energy is applied to the surfaces of the welding base layers 16a and 16b by a
<実施形態3>
図6は、本発明の実施形態3における電気加熱型担体50のセルの延伸方向に垂直な断面模式図である。図6に示すように、本発明の実施形態3における電気加熱型担体50は、実施形態2で示した電気加熱型担体40に対し、電極層14a、14bを備えていない構成となっている。一対の溶接下地層16a、16bが溶接部位17a、17bを備える。実施形態3では、溶接部位17a、17bが、金属を40体積%以上含有する表面を有する。
<Embodiment 3>
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view perpendicular to the cell extension direction of the electrically
実施形態1では、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を作製し、これを焼成して導電性ハニカム構造体を作製した。実施形態3では、このとき、電極層形成ペーストを形成せず、溶接下地層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を作製し、これを焼成することによって導電性ハニカム構造体を作製する。 In Embodiment 1, an unfired honeycomb structure body with an electrode layer forming paste was manufactured, and fired to manufacture a conductive honeycomb structure. In Embodiment 3, at this time, an unfired honeycomb structure portion with a welding base layer forming paste is manufactured without forming an electrode layer forming paste, and then fired to manufacture a conductive honeycomb structure.
また、実施形態3では、導電性ハニカム構造体の溶接下地層の表面に一対の金属端子を溶接する。溶接方法としては、実施形態1と同様とすることができ、レーザー照射を前段と後段とに分けて合計二度行う。具体的には、まず、図7に示すように、溶接下地層16a、16bの表面にレーザー30により、第一の熱エネルギーを加えて、金属を40体積%以上含有する表面を形成する。このとき、柱状ハニカム構造部11を融点が1600℃以下のセラミックスと金属とで構成した上で、溶接下地層16a、16bの表面に第一の熱エネルギーを加えて、セラミックス成分を蒸散させることで、金属を40体積%以上含有する表面を形成してもよい。次に、金属を40体積%以上含有する表面を有する部位(溶接部位17a、17b)に金属端子を配置する。以降は、実施形態2と同様の工程によって、導電性ハニカム構造体に金属端子を接合させる。このような溶接方法により、金属端子と導電性ハニカム構造体との接合信頼性が良好な電気加熱型担体を提供することができる。
Further, in Embodiment 3, a pair of metal terminals are welded to the surface of the welding base layer of the conductive honeycomb structure. The welding method can be the same as in Embodiment 1, and the laser irradiation is performed twice in total by dividing the front stage and the rear stage. Specifically, first, as shown in FIG. 7, a first thermal energy is applied to the surfaces of the welding base layers 16a and 16b by a
<実施形態4>
図8は、本発明の実施形態4における電気加熱型担体60のセルの延伸方向に垂直な断面模式図である。図8に示すように、本発明の実施形態4における電気加熱型担体60は、実施形態3で示した電気加熱型担体50に対し、溶接下地層16a、16bを備えていない構成となっている。柱状ハニカム構造部11が溶接部位17a、17bを備える。実施形態4では、柱状ハニカム構造部11が、金属を40体積%以上含有する表面を有する。
<Embodiment 4>
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view perpendicular to the cell extension direction of the electrically
実施形態1では、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を作製し、これを焼成して導電性ハニカム構造体を作製した。実施形態4では、このとき、電極層形成ペーストを形成せず、未焼成ハニカム構造部のみを作製し、これを焼成することによって導電性ハニカム構造体を作製する。 In Embodiment 1, an unfired honeycomb structure body with an electrode layer forming paste was manufactured, and fired to manufacture a conductive honeycomb structure. In Embodiment 4, at this time, the electrode layer forming paste is not formed, only the unfired honeycomb structure portion is manufactured, and the unfired honeycomb structure portion is fired to manufacture the conductive honeycomb structure.
また、実施形態4では、導電性ハニカム構造体のハニカム構造部の表面に一対の金属端子を溶接する。溶接方法としては、実施形態1と同様とすることができ、レーザー照射を前段と後段とに分けて合計二度行う。具体的には、まず、図9に示すように、柱状ハニカム構造部11の表面にレーザー30により、第一の熱エネルギーを加えて、金属を40体積%以上含有する表面を形成する。このとき、柱状ハニカム構造部11を融点が1600℃以下のセラミックスと金属とで構成した上で、第一の熱エネルギーを加えて、セラミックス成分を蒸散させることで、金属を40体積%以上含有する表面を形成してもよい。次に、金属を40体積%以上含有する表面を有する部位(溶接部位17a、17b)に金属端子を配置する。以降は、実施形態2と同様の工程によって、導電性ハニカム構造体に金属端子を接合させる。このような溶接方法により、金属端子と導電性ハニカム構造体との接合信頼性が良好な電気加熱型担体を提供することができる。
Further, in Embodiment 4, a pair of metal terminals are welded to the surface of the honeycomb structure portion of the conductive honeycomb structure. The welding method can be the same as in Embodiment 1, and the laser irradiation is performed twice in total by dividing the front stage and the rear stage. Specifically, first, as shown in FIG. 9, a first thermal energy is applied to the surface of the
(3.排気ガス浄化装置)
上述した本発明の各実施形態に係る電気加熱型担体は、それぞれ排気ガス浄化装置に用いることができる。当該排気ガス浄化装置は、電気加熱型担体と、当該電気加熱型担体を保持する缶体とを有する。排気ガス浄化装置において、電気加熱型担体は、エンジンからの排ガスを流すための排ガス流路の途中に設置される。缶体としては、電気加熱型担体を収容する金属製の筒状部材等を用いることができる。
(3. Exhaust gas purification device)
The electrically heated carrier according to each embodiment of the present invention described above can be used in an exhaust gas purifier. The exhaust gas purifier has an electrically heated carrier and a can holding the electrically heated carrier. In the exhaust gas purifier, the electrically heated carrier is installed in the middle of the exhaust gas flow path through which the exhaust gas from the engine flows. As the can body, a metallic cylindrical member or the like for accommodating the electrically heated carrier can be used.
以下、本発明及びその利点をより良く理解するための実施例を例示するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 The following examples are provided for a better understanding of the invention and its advantages, but are not intended to limit the scope of the invention.
<実施例1>
(1.円柱状の坏土の作製)
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てセラミックス原料を調製した。そして、セラミックス原料に、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。そして、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質量部とした。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質量部とした。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質量部とした。炭化珪素粉末の平均粒子径は20μmであり、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。炭化珪素粉末、金属珪素粉末及び造孔材の平均粒子径は、レーザー回折法で粒度の頻度分布を測定したときの、体積基準による算術平均径を指す。
<Example 1>
(1. Preparation of cylindrical clay)
A ceramic raw material was prepared by mixing silicon carbide (SiC) powder and metal silicon (Si) powder at a mass ratio of 80:20. Then, hydroxypropylmethyl cellulose as a binder, a water-absorbing resin as a pore-forming material, and water were added to the ceramic raw material to obtain a molding raw material. Then, the forming raw material was kneaded by a vacuum kneader to prepare a cylindrical kneaded material. The binder content was 7 parts by mass when the total of silicon carbide (SiC) powder and metal silicon (Si) powder was 100 parts by mass. The content of the pore-forming material was 3 parts by mass when the total of silicon carbide (SiC) powder and metal silicon (Si) powder was 100 parts by mass. The content of water was 42 parts by mass when the total of silicon carbide (SiC) powder and metal silicon (Si) powder was 100 parts by mass. The silicon carbide powder had an average particle size of 20 μm, and the metallic silicon powder had an average particle size of 6 μm. Also, the average particle size of the pore-forming material was 20 μm. The average particle size of the silicon carbide powder, metallic silicon powder and pore-forming material refers to the volume-based arithmetic mean size when the frequency distribution of particle sizes is measured by a laser diffraction method.
(2.ハニカム乾燥体の作製)
得られた円柱状の坏土を碁盤目状の口金構造を有する押出成形機を用いて成形し、セルの流路方向に垂直な断面における各セル形状が正方形である円柱状ハニカム成形体を得た。このハニカム成形体を高周波誘電加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて120℃で2時間乾燥し、両底面を所定量切断して、ハニカム乾燥体を作製した。
(2. Preparation of dried honeycomb body)
The obtained cylindrical clay was molded using an extruder having a grid-like die structure to obtain a cylindrical honeycomb molded body in which each cell has a square shape in a cross section perpendicular to the flow direction of the cells. Ta. This honeycomb molded body was dried by high-frequency dielectric heating, dried at 120° C. for 2 hours using a hot air dryer, and both bottom surfaces were cut by a predetermined amount to prepare a dried honeycomb body.
(3.電極層形成ペーストの調製)
珪化タンタル(TaSi2)粉末、金属珪素(Si)粉末、炭化珪素(SiC)粉末、メチルセルロース、グリセリン、及び水を、自転公転攪拌機で混合して、第一の電極層形成ペーストを調製した。TaSi2粉末、Si粉末、及びSiC粉末は体積比で、TaSi2粉末:Si粉末:SiC粉末=50:30:20となるように配合した。また、TaSi2粉末、Si粉末、及びSiC粉末の合計を100質量部としたときに、メチルセルロースは0.5質量部であり、グリセリンは10質量部であり、水は38質量部であった。珪化タンタル粉末の平均粒子径は7μmであった。金属珪素粉末の平均粒子径は6μmであった。炭化珪素粉末の平均粒子径は35μmであった。これらの平均粒子径はレーザー回折法で粒度の頻度分布を測定したときの、体積基準による算術平均径を指す。
(3. Preparation of electrode layer forming paste)
Tantalum silicide (TaSi 2 ) powder, metal silicon (Si) powder, silicon carbide (SiC) powder, methyl cellulose, glycerin, and water were mixed in a rotation-revolution stirrer to prepare a first electrode layer forming paste. The TaSi 2 powder, Si powder, and SiC powder were blended in a volume ratio of TaSi 2 powder:Si powder:SiC powder=50:30:20. Further, when the total of TaSi 2 powder, Si powder, and SiC powder was 100 parts by mass, methyl cellulose was 0.5 parts by mass, glycerin was 10 parts by mass, and water was 38 parts by mass. The average particle size of the tantalum silicide powder was 7 μm. The average particle size of the metallic silicon powder was 6 μm. The silicon carbide powder had an average particle size of 35 μm. These average particle diameters refer to volume-based arithmetic mean diameters when the frequency distribution of particle sizes is measured by a laser diffraction method.
(4.溶接下地層形成ペーストの調製)
珪化クロム(CrSi2)粉末、金属珪素(Si)粉末、メチルセルロース、グリセリン、及び水を、自転公転攪拌機で混合して、溶接下地層形成ペーストを調製した。ここでは、CrSi2粉末及びSi粉末は体積比で、CrSi2粉末:Si粉末=90:10となるように配合した。また、CrSi2粉末及びSi粉末の合計を100質量部としたときに、メチルセルロースは0.5質量部であり、グリセリンは10質量部であり、水は38質量部であった。珪化クロム粉末の平均粒子径は7μmであった。金属珪素粉末の平均粒子径は6μmであった。
(4. Preparation of welding base layer forming paste)
Chromium silicide (CrSi 2 ) powder, metallic silicon (Si) powder, methyl cellulose, glycerin, and water were mixed with a rotation-revolution stirrer to prepare a welding base layer forming paste. Here, the CrSi 2 powder and the Si powder were blended in a volume ratio of CrSi 2 powder:Si powder=90:10. Further, when the total of CrSi 2 powder and Si powder was 100 parts by mass, methyl cellulose was 0.5 parts by mass, glycerin was 10 parts by mass, and water was 38 parts by mass. The average particle size of the chromium silicide powder was 7 μm. The average particle size of the metallic silicon powder was 6 μm.
(5.ペーストの塗布)
上記の電極層形成ペーストを上記ハニカム乾燥体の外周壁の外面上に中心軸を挟んで対向するように二箇所塗布した。各塗布部は、ハニカム乾燥体の両底面間の全長に亘って帯状に形成した。次いで、電極層形成ペーストの塗布部を部分的に被覆するようにして金属端子の溶接に必要な領域だけ溶接下地層形成ペーストを塗布した。電極層形成ペースト及び溶接下地層形成ペーストを塗布後のハニカム乾燥体を120℃で乾燥して、電極層形成ペースト及び溶接下地層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を得た。
(5. Application of paste)
The above-mentioned electrode layer forming paste was applied onto the outer surface of the outer peripheral wall of the above-mentioned dried honeycomb body at two locations facing each other across the central axis. Each coated portion was formed in a band shape over the entire length between both bottom surfaces of the dried honeycomb body. Next, the welding base layer forming paste was applied only to the area required for welding the metal terminal so as to partially cover the applied portion of the electrode layer forming paste. The dried honeycomb body after applying the electrode layer forming paste and the welding base layer forming paste was dried at 120° C. to obtain an unfired honeycomb structure with the electrode layer forming paste and the welding base layer forming paste.
(6.焼成)
次に、電極層形成ペースト及び溶接下地層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を、大気雰囲気において、550℃で3時間、脱脂した。次に、脱脂した電極層形成ペースト及び溶接下地層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を、焼成し、酸化処理して、ハニカム構造体を作製した。焼成は、1450℃のアルゴン雰囲気中で2時間行った。酸化処理は、1300℃の大気中で1時間行った。
(6. Firing)
Next, the unfired honeycomb structure portion with the electrode layer forming paste and the welding base layer forming paste was degreased at 550° C. for 3 hours in an air atmosphere. Next, the unfired honeycomb structure portion with the degreased electrode layer forming paste and welding base layer forming paste was fired and oxidized to produce a honeycomb structure. Firing was performed in an argon atmosphere at 1450° C. for 2 hours. The oxidation treatment was performed in the air at 1300° C. for 1 hour.
ハニカム構造体は、底面が直径100mmの円形であり、高さ(セルの流路方向における長さ)が100mmであった。セル密度は93セル/cm2であり、隔壁の厚みは101.6μmであり、隔壁の気孔率は45%であり、隔壁の平均細孔径は8.6μmであった。電極層の厚みは0.3mmであり、溶接下地層の厚みは0.2mmであった。ハニカム構造部、電極層及び溶接下地層と同一材質の試験片を用いて400℃における電気抵抗率を四端子法により測定したところ、それぞれ5Ωcm、0.01Ωcm、0.001Ωcmであった。 The honeycomb structure had a circular bottom surface with a diameter of 100 mm and a height (the length of the cells in the direction of the flow path) of 100 mm. The cell density was 93 cells/cm 2 , the partition wall thickness was 101.6 μm, the partition wall porosity was 45%, and the partition wall average pore size was 8.6 μm. The thickness of the electrode layer was 0.3 mm, and the thickness of the welding base layer was 0.2 mm. When the electrical resistivity at 400° C. was measured by the four-probe method using a test piece of the same material as the honeycomb structure part, the electrode layer, and the welding base layer, it was 5 Ωcm, 0.01 Ωcm, and 0.001 Ωcm, respectively.
(7.金属端子の溶接)
上記製造条件により得られたハニカム構造体の溶接下地層の表面に、ファイバーレーザー溶接機を用いて、前段のレーザー照射を行った。このとき、レーザー出力を80W/mm2とした。次に、前段のレーザー照射を行った箇所に、厚みが0.4mmのSUS製の板状金属端子を配置した。続いて、当該板状金属端子に、ファイバーレーザー溶接機を用いて、後段のレーザー照射を行った。このとき、前段のレーザー照射のレーザー出力を50W/mm2とし、レーザースポット径を4.0mmとした。また、後段のレーザー照射のレーザー出力は300W/mm2とし、レーザースポット径を1.0mmとした。このようにして、ハニカム構造体の溶接下地層上にSUS製の板状金属端子を接合した。
(7. Welding of metal terminals)
Using a fiber laser welder, the surface of the weld base layer of the honeycomb structure obtained under the above manufacturing conditions was subjected to laser irradiation in the previous stage. At this time, the laser output was set to 80 W/mm 2 . Next, a plate-like metal terminal made of SUS and having a thickness of 0.4 mm was arranged at the location where the previous laser irradiation was performed. Subsequently, the plate-shaped metal terminal was subjected to subsequent laser irradiation using a fiber laser welding machine. At this time, the laser output of the preceding laser irradiation was set to 50 W/mm 2 and the laser spot diameter was set to 4.0 mm. The laser output of the laser irradiation in the latter stage was set to 300 W/mm 2 and the laser spot diameter was set to 1.0 mm. In this manner, the SUS plate-shaped metal terminal was joined to the welding base layer of the honeycomb structure.
<実施例2、3>
前段のレーザー照射におけるレーザー出力を60W/mm2とした以外は、実施例1と同様にしてサンプルを作製し、実施例2とした。
また、溶接下地層の金属比率を35体積%とした以外は、実施例1と同様にしてサンプルを作製し、実施例3とした。
<Examples 2 and 3>
A sample was prepared as in Example 2 in the same manner as in Example 1, except that the laser output in the preceding laser irradiation was 60 W/mm 2 .
A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the metal ratio of the welding base layer was 35% by volume.
<比較例1、2>
前段のレーザー照射を行わなかった以外は、実施例1と同様にしてサンプルを作製し、比較例1とした。
また、溶接下地層の金属比率を50体積%とした以外は、比較例1と同様にしてサンプルを作製し、比較例2とした。
<Comparative Examples 1 and 2>
A sample was prepared as Comparative Example 1 in the same manner as in Example 1, except that the laser irradiation in the previous stage was not performed.
A sample was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the metal ratio of the welding base layer was 50% by volume.
(8.溶接部位の金属の体積割合)
実施例及び比較例の各サンプルについて、溶接下地層の金属端子との溶接部位が、どれほどの体積%の金属を含有する表面を有しているかについて、以下の方法で評価した。すなわち、実施例の各サンプルについて、溶接下地層の金属端子との溶接部位について、走査電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)によって、SEM画像を得た。当該SEM画像を2値化し、溶接下地層の金属端子との溶接部位の、深さ0.05~5mmの部分について、金属比率を測定した。
(8. Volume ratio of metal in welded part)
For each sample of Examples and Comparative Examples, the following method was used to evaluate the volume percentage of the surface containing the metal at the welded portion of the weld base layer to the metal terminal. That is, for each sample of the example, a SEM image was obtained with a scanning electron microscope (SEM) of the welded portion of the weld base layer to the metal terminal. The SEM image was binarized, and the metal ratio was measured for a portion with a depth of 0.05 to 5 mm where the welding base layer was welded to the metal terminal.
(9.溶接時のクラックの有無)
上記条件による金属端子の溶接時に、ハニカム構造体の溶接部位近傍部分にクラックが発生するか否かを拡大鏡で40倍の倍率で調査した。クラックが発生しなかった場合を「なし」、クラックが発生した場合を「クラックあり」とした。実施例1~3、及び比較例1では、クラックが発生しなかったが、比較例2のハニカム構造部には、クラックが生じた。
(9. Presence or absence of cracks during welding)
It was investigated with a magnifying glass at a magnification of 40 whether or not cracks were generated in the vicinity of the welding site of the honeycomb structure when the metal terminals were welded under the above conditions. A case where no crack occurred was evaluated as "none", and a case where a crack occurred was evaluated as "cracked". In Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, cracks did not occur, but in the honeycomb structure portion of Comparative Example 2, cracks occurred.
(10.接合強度試験)
上記条件により溶接した金属端子をJIS Z3144:2013のピール試験に準拠して引き剥がしたときの剥離箇所を全ての溶接部位について調査した。各サンプルについて、全ての溶接部位の剥離がハニカム構造部、電極層または溶接下地層の破壊を伴う場合には、金属端子と溶接下地層との間の界面の接合強度が高いと判断し、「OK」とした。一方、剥離がハニカム構造部、電極層または溶接下地層の破壊を伴わず、金属端子と溶接下地層の界面で生じた溶接部位が一つでもあった場合には、金属端子と溶接下地層との間の界面の接合強度が低いと判断し、「NG」とした。
当該評価結果を表1に示す。
(10. Bond strength test)
When the metal terminals welded under the above conditions were peeled off in accordance with the peel test of JIS Z3144:2013, all welded portions were examined for peeled portions. For each sample, if the peeling of all the welded parts is accompanied by the destruction of the honeycomb structure part, the electrode layer, or the weld base layer, it is judged that the bonding strength at the interface between the metal terminal and the weld base layer is high. OK." On the other hand, if the detachment does not involve destruction of the honeycomb structure, the electrode layer, or the underweld layer, and if even one welded portion occurs at the interface between the metal terminal and the underweld layer, the metal terminal and the underweld layer It was determined that the bonding strength at the interface between was low, and it was set as "NG".
The evaluation results are shown in Table 1.
(11.総合評価)
上記9及び10の試験により、クラックが発生せず、接合強度試験の判定が「OK」である場合は、総合評価「A」とした。一方、クラックが発生する、及び、接合強度試験の判定が「NG」である、の内の少なくとも一方に該当する場合は、総合評価「C」とした。なお、総合評価「A」は本発明の効果が得られているレベルであり、総合評価「C」は本発明の効果が得られていないレベルとした。
(11. Comprehensive evaluation)
If no cracks were generated in the
(12.考察)
実施例1~3は、溶接下地層の金属比率を下げることによってハニカム構造部との熱膨張差は小さくなり、ハニカム構造部の焼成時の破壊が抑制された。更に溶接部位の金属比率を上げることによって溶接時に接合される金属比率が高くなり溶接も可能となった。その結果、接合強度試験を実施した際に、最も低い強度となる電極層で破壊が生じた。
比較例1は、溶接部位の金属比率が低いため、溶接時に接合される金属比率が十分ではなく、うまく溶接できなかった。
比較例2は、溶接下地層の金属比率が40%より大きく、ハニカム構造部との熱膨張差が大きくなり、焼成時にハニカム構造部が破壊し、クラックが生じた。
(12. Consideration)
In Examples 1 to 3, the difference in thermal expansion from the honeycomb structure portion was reduced by lowering the metal ratio of the welding base layer, and breakage of the honeycomb structure portion during firing was suppressed. Furthermore, by increasing the metal ratio of the welding part, the metal ratio that is joined at the time of welding also increases, making welding possible. As a result, when the bonding strength test was performed, the electrode layer with the lowest strength was broken.
In Comparative Example 1, since the metal ratio of the welded portion was low, the metal ratio joined during welding was not sufficient, and the welding could not be performed well.
In Comparative Example 2, the metal ratio of the welding base layer was greater than 40%, and the difference in thermal expansion from that of the honeycomb structure became large, and the honeycomb structure broke during firing and cracks occurred.
10 ハニカム構造体
11 柱状ハニカム構造部
12 外周壁
13 隔壁
14a、14b 電極層
15 セル
16a、16b 溶接下地層
17a、17b 溶接部位
20、40、50、60 電気加熱型担体
21a、21b 金属端子
30 レーザー
REFERENCE SIGNS
Claims (7)
前記柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで対向するように配設され、前記導電性のハニカム構造体の表面に溶接部位を介して接合された一対の金属端子と、
を備え、
前記ハニカム構造体は、前記柱状ハニカム構造部の外周壁の表面に、前記柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで対向するように配設された一対のセラミックスと金属とから構成された溶接下地層を有し、
前記一対の溶接下地層が前記溶接部位を備え、
前記外周壁と前記溶接下地層との間に、セラミックスと金属から構成された電極層を有し、
前記溶接下地層の前記溶接部位以外は、セラミックスと金属とで構成され、金属を40体積%以下含有し、
前記ハニカム構造体の溶接部位は、前記金属を50体積%以上含有する表面を有する電気加熱型担体。 a columnar honeycomb structure having an outer peripheral wall and porous partition walls disposed inside the outer peripheral wall and partitioning and forming a plurality of cells penetrating from one end surface to the other end surface to form a flow path; a conductive honeycomb structure comprising
a pair of metal terminals arranged to face each other across the central axis of the columnar honeycomb structure and joined to the surface of the conductive honeycomb structure via a welding site;
with
The honeycomb structure includes a welding base layer composed of a pair of ceramics and a metal arranged on the surface of the outer peripheral wall of the columnar honeycomb structure so as to face each other across the central axis of the columnar honeycomb structure. has
the pair of weld substrate layers comprising the weld site;
An electrode layer made of ceramics and metal is provided between the outer peripheral wall and the welding base layer,
The weld base layer other than the welded portion is composed of ceramics and metal, and contains 40% by volume or less of metal,
The electrically heated carrier, wherein the welded portion of the honeycomb structure has a surface containing 50 % by volume or more of the metal.
前記電気加熱型担体を保持する缶体と、
を有する排気ガス浄化装置。 The electrically heated carrier according to any one of claims 1 to 4 ;
a can body holding the electrically heated carrier;
An exhaust gas purification device having
前記柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで対向するように配設された一対の金属端子と、
を備えた電気加熱型担体の製造方法であって、
前記ハニカム構造体の表面に第一の熱エネルギーを加えて、前記表面の金属を溶融することで、前記金属を前記表面に凝集させて、前記金属を50体積%以上含有する表面を形成する工程と、
前記ハニカム構造体の前記金属を50体積%以上含有する表面を有する部位に前記金属端子を配置し、前記金属端子に前記第一の熱エネルギーより大きい第二の熱エネルギーを加えて、前記ハニカム構造体の表面に前記金属端子を接合する工程と、
を含む電気加熱型担体の製造方法。 and a porous partition wall disposed inside the outer peripheral wall and partitioning and forming a plurality of cells forming a flow path penetrating from one end face to the other end face, and comprising a ceramic and a metal A conductive honeycomb structure having a columnar honeycomb structure composed of
a pair of metal terminals arranged to face each other across the central axis of the columnar honeycomb structure;
A method for producing an electrically heated carrier comprising
A step of applying a first thermal energy to the surface of the honeycomb structure to melt the metal on the surface, thereby aggregating the metal on the surface and forming a surface containing 50% by volume or more of the metal. and,
The metal terminal is arranged in a portion of the honeycomb structure having a surface containing 50% by volume or more of the metal, and a second thermal energy larger than the first thermal energy is applied to the metal terminal to obtain the honeycomb structure. bonding the metal terminal to the surface of the body;
A method for producing an electrically heated carrier comprising:
前記柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで対向するように配設された一対の金属端子と、
を備えた電気加熱型担体の製造方法であって、
前記ハニカム構造体の表面に第一の熱エネルギーを加えて、前記セラミックスの少なくとも一部を蒸散させて前記金属を50体積%以上含有する表面を形成する工程と、
前記ハニカム構造体の前記金属を50体積%以上含有する表面を有する部位に前記金属端子を配置し、前記金属端子に前記第一の熱エネルギーより大きい第二の熱エネルギーを加えて、前記ハニカム構造体の表面に前記金属端子を接合する工程と、
を含む電気加熱型担体の製造方法。 It has an outer peripheral wall, and a porous partition wall that is disposed inside the outer peripheral wall and partitions and forms a plurality of cells that penetrate from one end surface to the other end surface to form a flow path, and has a melting point of 1600. a conductive honeycomb structure having a columnar honeycomb structure composed of ceramics with a temperature of ℃ or less and metal;
a pair of metal terminals arranged to face each other across the central axis of the columnar honeycomb structure;
A method for producing an electrically heated carrier comprising
a step of applying a first thermal energy to the surface of the honeycomb structure to transpire at least part of the ceramics to form a surface containing 50% by volume or more of the metal;
The metal terminal is arranged in a portion of the honeycomb structure having a surface containing 50% by volume or more of the metal, and a second thermal energy larger than the first thermal energy is applied to the metal terminal to obtain the honeycomb structure. bonding the metal terminal to the surface of the body;
A method for producing an electrically heated carrier comprising:
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