特許 7589066 排ガス処理装置用筒状部材および該筒状部材を用いた排ガス処理装置、ならびに該筒状部材に用いられる絶縁層

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-15

(45)【発行日】2024-11-25

(54)【発明の名称】排ガス処理装置用筒状部材および該筒状部材を用いた排ガス処理装置、ならびに該筒状部材に用いられる絶縁層

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/28 20060101AFI20241118BHJP

   B01D 53/88 20060101ALI20241118BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20241118BHJP

   B01J 35/50 20240101ALI20241118BHJP

   F01N 3/20 20060101ALI20241118BHJP

【ＦＩ】

F01N3/28 311U

B01D53/88

B01D53/94 245

B01J35/50 311

F01N3/20 K ZAB

F01N3/28 311M

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021030170

(22)【出願日】2021-02-26

(65)【公開番号】P2022131300

(43)【公開日】2022-09-07

【審査請求日】2023-10-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100122471

【弁理士】

【氏名又は名称】籾井 孝文

(72)【発明者】

【氏名】田中 大智

(72)【発明者】

【氏名】柴垣 行成

【審査官】小関 峰夫

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５８－１０４０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－３０２６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－３１８４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７５２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／１２５１７７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５３／３４

Ｂ０１Ｊ ３５／５０

Ｆ０１Ｎ ３／２０

Ｆ０１Ｎ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属製の筒状本体と、該筒状本体の少なくとも内周面に設けられた絶縁層と、を有し、
該絶縁層が結晶質を含むガラスを含み、
該ガラスが、ケイ素、ホウ素、マグネシウム、バリウム、アルミニウムおよび亜鉛を含み、かつ、ケイ素の含有量が１０ｍｏｌ％～２０ｍｏｌ％である、
排ガス処理装置用筒状部材。

【請求項2】

前記絶縁層の下記で定義される押し込み変形温度が９００℃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：
該押し込み変形温度は、該絶縁層を、１ｍｍΦのアルミナ針を用いて０．１ＭＰａの圧力で押しながら、常温から１０℃／分の昇温速度で加熱した際、該絶縁層の厚み方向に該絶縁層の厚みに対して１０％変形させた時の温度である。

【請求項3】

前記ガラスにおけるマグネシウムの含有量が１０ｍｏｌ％以上である、請求項１または２に記載の排ガス処理装置用筒状部材。

【請求項4】

前記絶縁層の厚みが３０μｍ～８００μｍである、請求項１から３のいずれかに記載の排ガス処理装置用筒状部材。

【請求項5】

前記ガラスが、ランタンをさらに含む、請求項１から４のいずれかに記載の排ガス処理装置用筒状部材。

【請求項6】

排ガスを加熱可能な電気加熱型触媒担体と、
該電気加熱型触媒担体を収容する、請求項１から５のいずれか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。

【請求項7】

排ガス処理装置用筒状部材の筒状本体の少なくとも内周面に配設可能な絶縁層であって、
該絶縁層は結晶質を含むガラスを含み、
該ガラスが、ケイ素、ホウ素、マグネシウム、バリウム、アルミニウムおよび亜鉛を含み、かつ、ケイ素の含有量が１０ｍｏｌ％～２０ｍｏｌ％である、
絶縁層。

【請求項8】

下記で定義される押し込み変形温度が９００℃以上である、請求項７に記載の絶縁層：
該押し込み変形温度は、該絶縁層を、１ｍｍΦのアルミナ針を用いて０．１ＭＰａの圧力で押しながら、常温から１０℃／分の昇温速度で加熱した際、該絶縁層の厚み方向に該絶縁層の厚みに対して１０％変形させた時の温度である。

【請求項9】

前記ガラスにおけるマグネシウムの含有量が１０ｍｏｌ％以上である、請求項７または８に記載の絶縁層。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排ガス処理装置用筒状部材および該筒状部材を用いた排ガス処理装置、ならびに該筒状部材に用いられる絶縁層に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、エンジン始動直後の排ガス浄化性能の低下を改善するため、電気加熱触媒（ＥＨＣ）が提案されている。ＥＨＣは、導電性セラミックで構成されたハニカム構造体に電極を配設し、通電によりハニカム構造体自体を発熱させることにより、ハニカム構造体に担持された触媒をエンジン始動前またはエンジン始動時に活性温度まで昇温するものである。

【0003】

ＥＨＣは、代表的には、金属製の筒状部材（キャンとも称される）に収容されて排ガス処理装置を構成する。ＥＨＣは通電することにより、上記のとおり車両始動時の排ガス浄化効率を向上できる反面、ＥＨＣから配管へ漏電し浄化性能が低下する場合がある。このような問題を解決するために、キャン内周面に絶縁層（代表的には、ガラス成分を含む）を形成し、漏電を防ぐ技術が知られている（特許文献１および２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５４０８３４１号

【文献】特開２０１２－１５４３１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１および２に記載の技術によれば、排ガスによる高温下において絶縁層が軟化して変形し、絶縁機能が消失してしまう場合がある。さらに、絶縁層の変形によりＥＨＣの保持が不十分となり、排ガス浄化機能が安定しない場合がある。
本発明の主たる目的は、高温下においても軟化および変形せず絶縁機能を維持し得る絶縁層を有し、高温下においても排ガス処理機能を安定して維持し得る排ガス処理装置用筒状部材を提供することにある。本発明のさらなる目的は、このような筒状部材を用いた排ガス処理装置、および、高温下においても軟化および変形せず絶縁機能を維持し、このような筒状部材に用いられる絶縁層を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の実施形態による排ガス処理装置用筒状部材は、金属製の筒状本体と、該筒状本体の少なくとも内周面に設けられた絶縁層と、を有する。該絶縁層は結晶質を含むガラスを含み、該ガラスは、ケイ素、ホウ素およびマグネシウムを含む。
１つの実施形態においては、上記絶縁層の以下で定義される押し込み変形温度は７５０℃以上である：該押し込み変形温度は、該絶縁層を、１ｍｍΦのアルミナ針を用いて０．１ＭＰａの圧力で押しながら、常温から１０℃／分の昇温速度で加熱した際、該絶縁層の厚み方向に該絶縁層の厚みに対して１０％変形させた時の温度である。
１つの実施形態においては、上記ガラスにおけるケイ素の含有量は２０ｍｏｌ％以下である。
１つの実施形態においては、上記ガラスにおけるマグネシウムの含有量は１０ｍｏｌ％以上である。
１つの実施形態においては、上記絶縁層の厚みは３０μｍ～８００μｍである。
１つの実施形態においては、上記ガラスは、バリウムと、ランタン、亜鉛またはそれらの組合せと、を含む。
本発明の別の局面によれば、排ガス処理装置が提供される。この排ガス処理装置は、排ガスを加熱可能な電気加熱型触媒担体と；該電気加熱型触媒担体を収容する、上記の排ガス処理装置用筒状部材と；を備える。
本発明のさらに別の局面によれば、排ガス処理装置用筒状部材の筒状本体の少なくとも内周面に配設可能な絶縁層が提供される。この絶縁層は結晶質を含むガラスを含み、該ガラスは、ケイ素、ホウ素およびマグネシウムを含む。

【発明の効果】

【0007】

本発明の実施形態によれば、筒状本体の少なくとも内周面に絶縁層を有する排ガス処理装置用筒状部材において、当該絶縁層が高温下においても軟化および変形せず絶縁機能を維持し得、その結果、高温下においても排ガス処理（代表的には、浄化）機能を安定して維持し得る排ガス処理装置用筒状部材を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の１つの実施形態による排ガス処理装置用筒状部材の排ガスの流路方向に直交する方向の概略断面図である。

【図2】本発明の１つの実施形態による排ガス処理装置の排ガスの流路方向に平行な方向の概略断面図である。

【図3】図２の排ガス処理装置の排ガスの流路方向に直交する方向の概略断面図（図２の矢印ＩＩＩの方向から見た概略断面図）である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。

【0010】

Ａ．排ガス処理装置用筒状部材
Ａ－１．排ガス処理装置用筒状部材の全体構成
図１は、本発明の１つの実施形態による排ガス処理装置用筒状部材（以下、単に筒状部材と称する場合がある）の排ガスの流路方向に直交する方向の概略断面図である。図示例の筒状部材１００は、筒状本体１０と、筒状本体１０の少なくとも内周面に設けられた絶縁層２０と、を有する。絶縁層は、図示例のように筒状本体の内周面のみに設けられてもよく、図示しないが筒状本体の内周面および外周面の両方に設けられてもよい。絶縁層を筒状本体の内周面および外周面の両方に設けることにより、電気加熱型触媒担体の上流側の端部付近に蓄積され得る未燃の堆積物に起因する漏電の可能性を抑制することができる。本発明の実施形態においては、絶縁層２０は結晶質を含むガラスを含み、当該ガラスは、ケイ素、ホウ素およびマグネシウムを含む。このような構成であれば、高温下においても軟化も変形もせず、絶縁機能を維持し得る絶縁層を実現することができる。その結果、高温下においても排ガス処理（代表的には、浄化）機能を安定して維持し得る排ガス処理装置用筒状部材を実現することができる。筒状部材１００は、排ガスの流路方向に直交する方向の断面において、中心部に空洞（中空部分）３０が規定されている。空洞３０に電気加熱型触媒担体が収容されて、排ガス処理装置が構成される。なお、図示例の筒状部材１００は円筒状（排ガスの流路方向に直交する方向の断面形状が円形）であるが、筒状部材の形状は目的に応じて適切に設計され得る。例えば、筒状部材１００は、断面が多角形（例えば、四角形、六角形、八角形）または楕円形の筒状であってもよい。以下、筒状本体および絶縁層について具体的に説明する。電気加熱型触媒担体および排ガス処理装置の詳細については、Ｂ項で後述する。

【0011】

Ａ－２．筒状本体
筒状本体１０は、代表的には金属製である。このような構成であれば、製造効率に優れ、かつ、電気加熱型触媒担体の収容または取り付けが容易である。筒状本体を構成する材料としては、例えば、ステンレス、チタン合金、銅合金、アルミ合金、真鍮が挙げられる。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。

【0012】

１つの実施形態においては、筒状本体はクロムを含む。クロムは、代表的には、筒状本体（例えば、ステンレス）に耐腐食性を付与するために導入され得る。筒状本体におけるクロムの含有量は、例えば１０．５質量％以上であり得、また例えば１２質量％～２０質量％であり得る。筒状本体がクロムを含む場合であっても、後述する絶縁層のガラス組成を最適化することにより、具体的には、ガラス中のアルカリ金属元素の含有量を１０００ｐｐｍ以下とすることにより、高温下における環境負荷物質の発生を良好に抑制することができる。

【0013】

筒状本体の厚みは、例えば０．１ｍｍ～１０ｍｍであり得、また例えば０．３ｍｍ～５ｍｍであり得、また例えば０．５ｍｍ～３ｍｍであり得る。筒状本体の厚みがこのような範囲であれば、耐久信頼性に優れ得る。

【0014】

筒状本体の長さは、目的、電気加熱型触媒担体の長さ等に応じて適切に設定され得る。筒状本体の長さは、例えば３０ｍｍ～６００ｍｍであり得、また例えば４０ｍｍ～５００ｍｍであり得、また例えば５０ｍｍ～４００ｍｍであり得る。好ましくは、筒状本体の長さは、電気加熱型触媒担体の長さよりも大きい。この場合、電気加熱型触媒担体は、電気加熱型触媒担体が筒状本体から露出しないようにして配置され得る。

【0015】

筒状本体の内周面は、必要に応じて表面処理されていてもよい。表面処理の代表例としては、ブラスト加工等の粗面化処理が挙げられる。粗面化処理により、得られる絶縁層と筒状本体との密着性が向上し得る。

【0016】

筒状本体は、同軸に配置された外側筒状部と内側筒状部とを有する二重構造を有していてもよい（図示せず）。この場合、絶縁層は、外側筒状部と内側筒状部との間（外側筒状部の内周面または内側筒状部の外周面）に設けられてもよく、内側筒状部の内周面に設けられてもよく、その両方に設けられてもよい。

【0017】

Ａ－３．絶縁層
絶縁層２０は、筒状部材１００と電気加熱型触媒担体（後述）との間に電気絶縁性を付与する。ここで、電気絶縁性は、周囲の排管への漏電を抑制する点から、代表的にはＪＩＳ規格Ｄ５３０５－３を満たすものであり、単位電圧当たりの絶縁抵抗値は例えば１００Ω／Ｖ以上である。絶縁層２０は、好ましくは、水分非透過性および水分非吸収性をさらに有する。すなわち、絶縁層２０は、緻密で、水を通さずかつ吸収しないよう構成され得る。緻密性としては、絶縁層の気孔率は、例えば１０％以下であり得、また例えば８％以下であり得る。

【0018】

本発明の実施形態においては、絶縁層２０は上記のとおり結晶質を含むガラスを含む。ガラスが結晶質を含むことにより、高温（例えば、７５０℃以上）においても軟化および変形し難い絶縁層を形成することができる。絶縁層は、例えば７５０℃以上の環境下において、電気加熱型触媒担体を収容した場合にその保持に必要と解されている０．１ＭＰａの圧力を維持し得る。したがって、排ガス処理装置において、電気加熱型触媒担体のずれ、所望でない位置への移動等を抑制することができる。結果として、高温下においても排ガス処理（代表的には、浄化）機能を安定して維持し得る排ガス処理装置用筒状部材を実現することができる。さらに、ガラスが結晶質を含むことにより、筒状本体との密着性に優れた絶縁層を形成することができる。金属（筒状本体）との熱膨張係数の差を小さくでき、加熱時に発生する熱応力を小さくできるからである。なお、結晶質（結晶）の有無は、Ｘ線回折法により確認することができる。

【0019】

本発明の実施形態においては、ガラスは、ケイ素、ホウ素およびマグネシウムを含む。このような構成であれば、絶縁層形成時の流動性に優れ、かつ、所定の結晶を形成できるので、均一な絶縁層を形成することができ、かつ、高温（例えば、７５０℃以上）においても軟化および変形し難い絶縁層を形成することができる。ケイ素は、例えばＳｉＯ_２の形態でガラスに含有され得；ホウ素は、例えばＢ_２Ｏ_３の形態でガラスに含有され得；マグネシウムは、例えばＭｇＯの形態でガラスに含有され得る。言い換えれば、ガラスは、例えばＳｉＯ_２－Ｂ_２Ｏ_３－ＭｇＯ系ガラスであり得る。

【0020】

ケイ素（実質的には、ＳｉＯ_２）は、ガラスの骨格を形成する成分である。ケイ素は、より詳細には、熱処理することで結晶を析出させるための成分であり、かつ、ガラス化範囲を広げてガラス化しやすくするとともに、耐水性および耐熱性を向上させる成分である。ガラスにおけるケイ素の含有量は、好ましくは５０ｍｏｌ％以下であり、より好ましくは３０ｍｏｌ％以下であり、さらに好ましくは５ｍｏｌ％～２０ｍｏｌ％であり、特に好ましくは１０ｍｏｌ％～１５ｍｏｌ％である。ホウ素（実質的には、Ｂ_２Ｏ_３）は、溶融性および流動性を高めると共に、耐失透性を高める成分である。ホウ素の含有量は、好ましくは５ｍｏｌ％～６０ｍｏｌ％であり、より好ましくは２０ｍｏｌ％～４０ｍｏｌ％であり、さらに好ましくは２５ｍｏｌ％～３７ｍｏｌ％であり、特に好ましくは２８ｍｏｌ％～３５ｍｏｌ％である。マグネシウム（実質的には、ＭｇＯ）は、結晶の構成成分であり、かつ、高温粘性を下げて溶融性および流動性を高める成分である。ガラスがマグネシウムを含むことにより、高温においても軟化および変形し難く、かつ、均一な絶縁層を形成することができる。ガラスにおけるマグネシウムの含有量は、好ましくは１０ｍｏｌ％以上であり、より好ましくは１５ｍｏｌ％～５５ｍｏｌ％であり、さらに好ましくは２５ｍｏｌ％～５２ｍｏｌ％である。ケイ素、ホウ素およびマグネシウムの含有量がこのような範囲であれば、上記の効果（均一で、かつ、高温においても軟化および変形し難い絶縁層の形成）がより顕著なものとなる。なお、本明細書において「ガラス中の元素含有量」は、酸素原子を除くガラス中の全原子の量を１００ｍｏｌ％としたときの当該元素の原子のモル比である。ガラス中の各元素の原子の量は、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分析法により測定され得る。

【0021】

ガラスは、バリウムをさらに含んでいてもよい。この場合、ガラスは、ランタン、亜鉛またはそれらの組合せをさらに含んでいてもよい。バリウムは、例えばＢａＯの形態でガラスに含有され得；ランタンは、例えばＬａ_２Ｏ_３の形態でガラスに含有され得；亜鉛は、例えばＺｎＯの形態でガラスに含有され得る。バリウム（実質的には、ＢａＯ）および亜鉛（実質的には、ＺｎＯ）はそれぞれ、結晶の構成成分である。ランタン（実質的には、Ｌａ_２Ｏ_３）は、流動性を向上させるための成分である。ガラスがバリウムと必要に応じてさらにランタン、亜鉛またはそれらの組合せとを含むことにより、筒状本体との密着性にきわめて優れた絶縁層を形成することができる。バリウムがガラスに含まれる場合の含有量は、好ましくは２ｍｏｌ％～２０ｍｏｌ％である。バリウムの含有量は、例えば２ｍｏｌ％～６ｍｏｌ％であり得、また例えば６ｍｏｌ％～１８ｍｏｌ％であり得る。ランタンの含有量は、好ましくは２ｍｏｌ％～２０ｍｏｌ％であり、より好ましくは２ｍｏｌ％～１７ｍｏｌ％である。亜鉛の含有量は、好ましくは２ｍｏｌ％～１０ｍｏｌ％であり、より好ましくは３ｍｏｌ％～８ｍｏｌ％である。ランタンと亜鉛との合計含有量は、例えば４ｍｏｌ％～２０ｍｏｌ％であり得、また例えば８ｍｏｌ％～２０ｍｏｌ％であり得る。

【0022】

ガラスは、他の金属元素をさらに含んでいてもよい。このような金属元素としては、アルミニウム、カルシウム、ストロンチウムが挙げられる。これらの金属元素は、ガラスに単独で含有されてもよく２種以上が組み合わされて含有されてもよい。他の金属元素もまた、上記元素と同様に金属酸化物（例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＳｒＯ）の形態でガラスに含有され得る。ガラスにおけるこれらの金属元素の含有量は、上記の元素および不可避の不純物を除いた残部として規定され得る。アルミニウム（実質的には、Ａｌ_２Ｏ_３）は、ガラスの骨格を形成し、歪点を高め、粘性を調整し、さらに分相を抑制する成分である。カルシウム（実質的には、ＣａＯ）は、ガラス化範囲を広げてガラス化しやすくする成分であり、かつ、歪点を低下させずに、高温粘性を下げて溶融性および流動性を高める成分である。ストロンチウム（実質的には、ＳｒＯ）は、ガラス化範囲を広げてガラス化しやすくする成分であり、かつ、分相を抑制し、耐失透性を高める成分である。アルミニウムの含有量は、例えば５ｍｏｌ％～１５ｍｏｌ％であり得、また例えば５ｍｏｌ％～１０ｍｏｌ％であり得る。また、カルシウムの含有量は、例えば３ｍｏｌ％～７ｍｏｌ％であり得；ストロンチウムの含有量は、例えば８ｍｏｌ％～１２ｍｏｌ％であり得る。

【0023】

１つの実施形態においては、ガラスにおけるアルカリ金属元素の含有量は、例えば１０００ｐｐｍ以下であり得る。すなわち、ガラスはいわゆる無アルカリガラスであり得る。アルカリ金属元素の含有量は、好ましくは８００ｐｐｍ以下であり、より好ましくは５００ｐｐｍ以下であり、さらに好ましくは２００ｐｐｍ以下であり、特に好ましくは１００ｐｐｍ以下である。アルカリ金属元素の含有量は小さいほど好ましく、例えば実質的にゼロ（検出限界未満）であり得る。ガラスにおけるアルカリ金属元素の含有量が非常に小さいことにより、高温下においても環境負荷物質の発生が抑制され得る排ガス処理装置用筒状部材を実現することができる。本明細書において「ガラスにおけるアルカリ金属元素の含有量」とは、ガラスに含まれるアルカリ金属元素の合計量を意味する。アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウムが挙げられる。ガラスに含まれるアルカリ金属元素は、例えば、ナトリウム、カリウムまたはその組み合わせであり得；また例えば、ナトリウムであり得る。アルカリ金属元素の含有量は、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分析により測定され得る。

【0024】

本発明の実施形態に用いられ得るガラスの代表的な構成は下記表１のとおりである。ガラスにおいて各元素は表１に示す範囲内で含有され、かつ、各元素の合計は１００となる。表１において、各元素の含有量は「ｍｏｌ％」である。それぞれの構成はいずれも、アルカリ金属元素を実質的に含まない。

【0025】

【表1】

【0026】

絶縁層の厚みは、好ましくは３０μｍ～８００μｍであり、より好ましくは５０μｍ～６００μｍであり、さらに好ましくは１００μｍ～５５０μｍである。絶縁層の厚みがこのような範囲であれば、優れた電気絶縁性および筒状本体との優れた密着性を両立することができる。

【0027】

絶縁層の押し込み変形温度は、好ましくは６００℃以上であり、より好ましくは７００℃以上であり、さらに好ましくは８００℃以上であり、特に好ましくは８５０℃以上である。押し込み変形温度の上限は、例えば１２００℃であり得る。絶縁層の押し込み変形温度がこのような範囲であれば、高温（例えば、７５０℃以上）においても軟化し難い絶縁層を形成することができる。なお、押し込み変形温度は、絶縁層を、１ｍｍΦのアルミナ針を用いて０．１ＭＰａの圧力で押しながら、常温（２５℃）から１０℃／分の昇温速度で加熱した際、絶縁層の厚み方向に絶縁層の厚みに対して１０％変形させた時の温度である。

【0028】

１つの実施形態においては、絶縁層は、所定の剥離試験後に以下の（１）および／または（２）を満足する：
（１）該筒状本体の内周面に該絶縁層由来の元素が存在する；
（２）該絶縁層に該筒状本体由来の元素が存在する。
剥離試験は、ＪＩＳ Ｈ ８４５１：２００８に準じて、排ガス処理装置用筒状部材を９００℃と１５０℃の環境下に置き換えることを、絶縁層が剥離するまで繰り返すことを含む。このような構成であれば、筒状本体と絶縁層との優れた密着性を実現することができる。上記の（１）または（２）から、筒状本体１０と絶縁層２０との界面に中間層が形成されていることが推察される。中間層は、代表的には、筒状本体の構成成分と絶縁層の構成成分とが混在する相溶層であり得る。中間層は、例えば、筒状本体の構成成分が絶縁層に移行し、絶縁層の構成成分が筒状本体に移行することにより形成され得る。場合によっては、中間層には、筒状本体の構成成分と絶縁層の構成成分との化学反応物が含まれ得る。中間層は、筒状本体の構成成分が筒状本体側から絶縁層側に向かって減少し、および／または、絶縁層の構成成分が絶縁層側から筒状本体側に向かって減少する濃度勾配を有し得る。このような中間層が形成されると、筒状本体と絶縁層との界面が明確でなくなり、密着性が向上すると推察される。ただし、このような推察は、本願発明の実施形態およびそのメカニズムを拘束するものではない。なお、このような絶縁層は、例えば、バリウムと、必要に応じて、ランタン、亜鉛またはその組み合わせと、を導入することにより実現され得る。

【0029】

絶縁層は、上記のように排ガス処理装置用筒状部材の一部（構成要素）とされていてもよく、絶縁層として流通可能な形態として提供されてもよい。絶縁層が排ガス処理装置用筒状部材の一部とされる場合には、絶縁層は、代表的には、筒状本体に絶縁層形成材料を塗布し、乾燥し、焼成することにより形成され得る。なお、絶縁層の形成方法についてはＡ－４項で後述する。絶縁層として流通可能な形態としては、例えば、任意の適切な基材上に絶縁層が形成された積層体、絶縁層のガラスシート、絶縁層のガラスロールが挙げられる。これらはいずれも、任意の適切な手段により筒状本体に取り付けられ得る。取り付けの具体例としては、接着剤等を介した貼り合わせ、機械的固定が挙げられる。

【0030】

Ａ－４．絶縁層の形成方法
絶縁層は、任意の適切な方法により形成され得る。絶縁層は、代表的には、ガラス源を含むスラリー（分散体）を塗布および乾燥して塗膜を形成し、当該塗膜を焼成することにより形成される。スラリーは、ガラス源として素原料を含んでいてもよく、ガラスフリットを含んでいてもよい。以下、代表例として、ガラス源としてガラスフリットを含むスラリーを用いて絶縁層を形成する方法について説明する。

【0031】

本実施形態の形成方法は、代表的には、ガラス源（素原料）からガラスフリットを作製する工程と；ガラスフリットを含む原料スラリーを調製する工程と；該スラリーの塗膜を形成する工程と；該塗膜を焼成して、ガラスを含む絶縁層を形成する工程と：を含む。

【0032】

素原料の具体例としては、珪砂（ケイ素源）、ドロマイト（マグネシウムおよびカルシウム源）、アルミナ（アルミニウム源）、酸化バリウム、酸化ランタン、酸化亜鉛（亜鉛華）、酸化ストロンチウムが挙げられる。素原料は酸化物に限られず、例えば炭酸物または水酸化物であってもよい。ガラスフリットは、代表的には、ガラスの素原料からガラスを合成し、得られたガラスを粉砕（例えば、粗粉砕および微粉砕の２段階で粉砕）することにより作成される。ガラスの合成時には高温（代表的には、１２００℃以上）で長時間の溶融が行われる。

【0033】

上記のガラスフリットと溶媒とを混合することにより、原料スラリー（分散体）が調製される。溶媒は、水であってもよく有機溶媒であってもよい。溶媒は、好ましくは水または水溶性有機溶媒であり、より好ましくは水である。溶媒は、ガラスフリット１００質量部に対して、好ましくは５０質量部～３００質量部、より好ましくは８０質量部～２００質量部の割合で混合され得る。原料スラリー調製時には、スラリー助剤（例えば、樹脂、可塑剤、分散剤、増粘剤、各種添加剤）がさらに混合されてもよい。スラリー助剤の種類、数、組み合わせ、配合量等は、目的に応じて適切に設定され得る。なお、本明細書において「溶媒」とは、原料スラリーに含まれる液状媒体をいい、溶媒および分散媒を包含する概念である。

【0034】

次に、原料スラリーを塗布および乾燥して塗膜を形成する。塗膜は、筒状本体の内周面に形成してもよく、任意の適切な基材に形成してもよい。塗布方法としては、任意の適切な方法が用いられ得る。塗布方法の具体例としては、スプレー、筒状本体または基材の絶縁層形成部分以外をマスクしての浸漬、バーコートが挙げられる。塗布厚みは、絶縁層の上記所望の厚みに応じて調整され得る。乾燥温度は、例えば４０℃～１２０℃であり、また例えば５０℃～１１０℃である。乾燥時間は、例えば１分～６０分であり、また例えば１０分～３０分である。

【0035】

最後に、塗膜を焼成して絶縁層を形成する。焼成温度は、好ましくは１１００℃以下であり、より好ましくは６００℃～１１００℃であり、さらに好ましくは７００℃～１０５０℃である。焼成時間は、例えば５分～３０分であり、また例えば８分～１５分である。

【0036】

以上のようにして、絶縁層が形成され得る。絶縁層を筒状本体の内周面および外周面の両方に形成する場合には、上記と同様にして外周面にも絶縁層を形成すればよい。

【0037】

Ｂ．排ガス処理装置
図２は、本発明の１つの実施形態による排ガス処理装置の排ガスの流路方向に平行な方向の概略断面図であり；図３は、図２の排ガス処理装置を矢印ＩＩＩの方向から見た概略断面図である。図示例の排ガス処理装置３００は、排ガスを加熱可能な電気加熱型触媒担体（以下、単に触媒担体と称する場合がある）２００と；触媒担体２００を収容する筒状部材１００と；を備える。筒状部材１００は、上記Ａ項および図１に記載の本発明の実施形態による排ガス処理装置用筒状部材である。排ガス処理装置は、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。触媒の活性温度まで加熱された触媒担体と排ガスとが接触することにより、触媒担体を通過する排ガス中のＣＯ、ＮＯ_ｘ、炭化水素などを触媒反応によって無害な物質にすることが可能となる。

【0038】

触媒担体２００は、筒状部材１００の形状に対応した形状を有し得る。例えば筒状部材１００が円筒状である場合には、触媒担体２００は円柱状であり得る。触媒担体２００は、筒状部材１００の空洞３０に、代表的には同軸に収容されている。触媒担体は、筒状部材に直接（すなわち、他の部材を介さずに）収容されてもよく、例えば保持マット（図示せず）を介して収容されてもよい。触媒担体が筒状部材に直接収容される場合には、触媒担体は筒状部材に例えば嵌合され得る。保持マットは、代表的には、絶縁材料（例えば、アルミナ）がマット状に形成されたものである。保持マットは、代表的には触媒担体の外周面を全周にわたって覆い、筒状部材は保持マットを介して触媒担体を保持し得る。

【0039】

触媒担体２００は、ハニカム構造部２２０と、ハニカム構造部２２０の側面に（代表的には、ハニカム構造部の中心軸を挟んで対向するようにして）配設された一対の電極部２４０と、を備える。ハニカム構造部２２０は、外周壁２２２と、外周壁２２２の内側に配設され、第１端面２２８ａから第２端面２２８ｂまで延びて排ガス流路を形成する複数のセル２２６を規定する隔壁２２４と、を有する。外周壁２２２および隔壁２２４は、代表的には、導電性セラミックスで構成されている。一対の電極部２４０、２４０にはそれぞれ、金属端子２６０、２６０が設けられている。一方の金属端子は電源（例えば、バッテリ）のプラス極に接続され、他方の金属端子は（例えば、バッテリ）のマイナス極に接続されている。金属端子２６０、２６０の周囲には、筒状本体１０および絶縁層２０と金属端子とが絶縁されるように絶縁材料製のカバー２７０、２７０が設けられている。

【0040】

触媒は、代表的には隔壁２２４に担持されている。隔壁２２４に触媒を担持させることにより、セル２２６を通過する排ガス中のＣＯ、ＮＯ_ｘ、炭化水素などを触媒反応によって無害な物質にすることが可能となる。触媒は、好ましくは、貴金属（例えば、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、インジウム、銀、金）、アルミニウム、ニッケル、ジルコニウム、チタン、セリウム、コバルト、マンガン、亜鉛、銅、スズ、鉄、ニオブ、マグネシウム、ランタン、サマリウム、ビスマス、バリウム、およびこれらの組み合わせを含有し得る。触媒の担持量は、例えば０．１ｇ／Ｌ～４００ｇ／Ｌであり得る。

【0041】

ハニカム構造部２２０に電圧を印加すると通電し、ジュール熱によりハニカム構造部２２０を発熱させることができる。これにより、ハニカム構造部（実質的には、隔壁）に担持された触媒をエンジン始動前またはエンジン始動時に活性温度まで昇温することができる。その結果、エンジン始動時においても排ガスを十分に処理（代表的には、浄化）することができる。

【0042】

触媒担体については業界で周知の構成が採用され得るので、詳細な説明は省略する。

【実施例】

【0043】

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。実施例における評価項目は以下のとおりである。

【0044】

（１）押し込み変形温度
実施例および比較例で作製した絶縁層を、１ｍｍΦのアルミナ針を用いて０．１ＭＰａの圧力で押しながら、常温（２５℃）から１０℃／分の昇温速度で加熱し、絶縁層の厚み方向に絶縁層の厚みに対して１０％変形させた時の温度を、押し込み変形温度とした。
（２）絶縁層の結晶質または非晶質の判別
実施例および比較例で作成した絶縁層について、絶縁層をＸ線回折法（ＸＲＤ）により結晶質、非晶質の判別を行った。回折線に結晶の回折ピークが得られた場合は、結晶化している（結晶質）と判別し、回折線がハローで回折ピークが得られなかった場合は、非晶質と判別した。

【0045】

＜実施例１～５および比較例１～５＞
ＳＵＳ４３０製の金属管の内周面を＃２４～＃６０のアルミナ砥粒を用いたサンドブラスト処理に供した。処理時間は１分間とした。サンドブラスト処理後の金属管の表面粗さＲａは２．０μｍ～６．５μｍであった。このようにして得られた金属管を筒状本体とした。
一方、得られるガラス組成が表２に示す組成となるように、珪砂（Ｓｉ源）、Ｂ_２Ｏ_３、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢａＣＯ_３、ジルコン（Ｚｒ源）、Ｌａ_２Ｏ_３、ペタライト（Ｌｉ源）、Ｎａ_２ＣＯ_３、カリ長石（Ｋ源）、亜鉛華（Ｚｎ源）およびＣｓ_２ＣＯ_３から選択した素原料を溶融し、ガラスフリットを作製した。ガラスフリット１００質量部に水１００質量部を加えて、ボールミル処理器で湿式混合し、ガラス原料分散体（スラリー）を調製した。なお、ガラスの組成および不純物については、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分析法により測定した。
上記で得られた筒状本体の内周面にガラス原料分散体をスプレー塗布して塗膜を形成し、５０℃で乾燥させた。乾燥塗膜が形成された筒状本体を８６０℃で焼成し、絶縁層（厚み４００μｍ）を形成した。得られた絶縁層が結晶質であるか非晶質であるかを上記（２）の手順で判断した。また、絶縁層のアルカリ金属元素含有量および押し込み変形温度は表２に示すとおりであった。以上のようにして、筒状部材を形成した。得られた筒状部材を上記「（１）押し込み変形温度」の評価に供した。結果を表２に示す。

【0046】

【表2】

【0047】

表２から明らかなとおり、本発明の実施例の筒状部材は、比較例に比べて、高温においても絶縁層が軟化しない。したがって、実施例の筒状部材は、電気加熱型触媒担体を収容した場合に、高温において電気加熱型触媒担体を良好に保持し得ることがわかる。その結果、実施例の筒状部材は、高温下においても排ガス処理（代表的には、浄化）機能を安定して維持し得る排ガス処理装置用筒状部材を実現し得ることがわかる。

【産業上の利用可能性】

【0048】

本発明の実施形態による排ガス処理装置用筒状部材は、自動車の排ガスの処理（浄化）用途に好適に用いられ得る。

【符号の説明】

【0049】

１０ 筒状本体
２０ 絶縁層
３０ 空洞
１００ 排ガス処理装置用筒状部材
２００ 電気加熱型触媒担体
２２０ ハニカム構造部
２４０ 電極部
２６０ 金属端子
３００ 排ガス処理装置

【図1】

【図2】

【図3】