JP2022053138A - ハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】通電の際に発熱ムラが発生しにくく、電極部もしくはハニカム基材にクラックが発生しない耐久性に優れたハニカム構造体を提供する。【解決手段】多数のセル１２を区画形成するセル隔壁１３と外周壁１４とを有するハニカム基材１１と、外周壁上に設けられた複数の電極部１５ａ、１５ｂと、を備えるハニカム構造体であって、ハニカム基材のセルの延びる方向に垂直な断面において、電極部が外周壁に全く存在しない断面が存在するとともに、セルの延びる方向に平行な断面において、電極部が外周壁に全く存在しない断面が存在し、かつ、電極部が全く存在しないセルの延びる方向に垂直な断面及びセルの延びる方向に平行な断面でハニカム基材を切断したと仮定した際、切断により分割された分割ハニカム基材のうち、少なくとも複数の分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ電極部が存在することを特徴とするハニカム構造体。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、ハニカム構造体に関する。

エンジンから排出された排ガス中に含まれる有害物質を浄化するため、排気管の経路には、排ガス浄化が可能な触媒を担持したハニカム基材を備える排ガス浄化装置が設けられている。
排ガス浄化装置による有害物質の浄化効率を高めるためには、排ガス浄化装置の内部の温度を触媒活性化に適した温度（以下、触媒活性化温度ともいう）に維持する必要がある。

しかし、排ガス浄化装置を構成するハニカム基材を直接加熱する手段を備えていない車両では、車両が運転を開始した直後には、排ガスの温度が低いため、排ガス浄化装置の内部の温度が触媒活性化温度まで達せず、有害物質の排出を、有効に防止することが難しかった。
また、ハイブリッド車両で、上記ハニカム基材を直接加熱する手段を備えていないものでは、モータが稼働し、エンジンが停止している際には、排ガス浄化装置内部の温度が低下し、触媒活性化温度より低い温度になってしまうことがあり、やはり有害物質の排出を、有効に防止することが難しかった。

このような問題を解消するために、ハニカム基材自体を通電により発熱する発熱体とし、必要な場合に、排ガス浄化装置内部の温度を触媒活性化温度以上の温度とする発明が、特許文献１に開示されている。
すなわち、特許文献１には、筒状のハニカム構造部と、ハニカム構造部の側面に配設された帯状の一対の電極部とを備え、上記ハニカム構造部の電気抵抗率が、１～２００Ωｃｍであり、上記一対の電極部における一方の上記電極部が、上記一対の電極部における他方の上記電極部に対して、上記ハニカム構造部の中心を挟んで反対側に配設され、かつ、上記ハニカム構造部の一方の端部から上記セルの延びる方向における上記ハニカム構造部の長さの１～１０％の範囲を除いた部分に電極部が形成されたハニカム構造体が開示されている。

国際公開２０１２－８６８１３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたハニカム構造体は、電極部の面積が大きすぎるため、加熱冷却に伴うに熱膨張や熱収縮により、電極部もしくはハニカム基材にクラックが発生したり、電極部が剥がれたりするという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、通電の際、発熱ムラが発生しにくく、加熱冷却に伴うに熱膨張や熱収縮によっても、電極部もしくはハニカム基材にクラックが発生したり、電極部が剥がれたりすることのない耐久性に優れたハニカム構造体を提供することを目的とする。

本発明のハニカム構造体は、多数のセルを区画形成するセル隔壁と外周壁とを有するハニカム基材と、上記外周壁上に設けられた複数の電極部と、を備えるハニカム構造体であって、
上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向に垂直な断面において、上記電極部が上記外周壁に全く存在しない断面が存在するとともに、上記セルの延びる方向に平行な断面において、上記電極部が上記外周壁に全く存在しない断面が存在し、かつ、上記電極部が全く存在しない上記セルの延びる方向に垂直な断面及び上記セルの延びる方向に平行な断面で上記ハニカム基材を切断したと仮定した際、切断により分割された分割ハニカム基材のうち、少なくとも複数の分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ電極部が存在するとともに、上記電極部が存在する分割ハニカム基材に隣接する分割ハニカム基材の外周壁には電極部が存在しないことを特徴とする。
なお、本発明のハニカム構造体において、単にハニカム基材と記載した場合、分割を仮定しないハニカム基材を意味する。

本発明のハニカム構造体によれば、電極部が外周壁に全く存在しないセルの延びる方向に垂直な断面及びセルの延びる方向に平行な断面でハニカム基材を切断したと仮定した際、切断により分割された分割ハニカム基材のうち、少なくとも複数の分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ電極部が存在するとともに、上記電極部が存在する分割ハニカム基材に隣接する分割ハニカム基材の外周壁には電極部が存在しない形態で、電極部がハニカム基材の外周壁に存在するので、上記複数の電極部間に電圧を印加し、セルの延びる方向に対して斜めに電流を流してハニカム構造体を加熱しても、抵抗体であるセル隔壁を電流が流れ、通電による発熱ムラが発生しにくく、加熱冷却に伴うに熱膨張や熱収縮によっても、電極部もしくはハニカム基材にクラックが発生したり、電極部が剥がれたりすることのない耐久性に優れたハニカム構造体を提供することができる。

なお、上記断面とは、ハニカム基材を一定の方向で切り取ることにより形成された厚さを考慮しない面をいい、上記断面の外周壁に電極部が存在しないとは、その断面を構成する外周壁部分を横切るように電極部が形成されていないことをいう。また、電極部が存在する分割ハニカム基材に隣接する分割ハニカム基材とは、切断により切断壁が形成されたと仮定した場合、電極部が存在する分割ハニカム基材と切断壁が互いに接している分割ハニカム基材をいう。

本発明のハニカム構造体では、４つに分割された分割ハニカム基材のうち２つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ電極部が存在することが望ましく、上記２つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ存在する電極部は、分割を仮定しないハニカム基材の端面に接するように配置されていることが望ましい。

本発明のハニカム構造体において、４つに分割された分割ハニカム基材のうち２つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ電極部が存在し、また、上記２つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ存在する電極部が、分割を仮定しないハニカム基材の端面に接するように配置されていると、通電した際、一方の端面側から他方の端面側に向かってハニカム基材の全体に電流が流れるので、発熱ムラが発生しにくく、加熱冷却に伴うに熱膨張や熱収縮によっても、電極部もしくはハニカム基材にクラックが発生したり、電極部が剥がれたりすることがない。

本発明のハニカム構造体では、それぞれの電極部の上記セルの延びる方向に平行な長さは、上記分割を仮定しないハニカム基材の長さの１０～５０％であることが望ましく、１０～４０％であることがより望ましい。

電極部を有するハニカム構造体において、電極部の面積が大きいと、電極部の端部では、通電による熱膨張で、ハニカム基材が割れやすくなる。
しかし、本発明のハニカム構造体において、それぞれの電極部の上記セルの延びる方向に平行な長さが、上記分割を仮定しないハニカム基材の長さの１０～５０％であると、電極部の面積が小さいので、通電による熱膨張で、電極部もしくはハニカム基材が割れにくい。

本発明のハニカム構造体において、それぞれの電極部の上記セルの延びる方向に平行な長さが、上記分割を仮定しないハニカム基材の長さの１０％未満であると、電極部の面積が小さすぎるので、流せる電流量が小さくなり、ハニカム基材を触媒活性化温度まで昇温させにくくなる。一方、それぞれの電極部の上記セルの延びる方向に平行な長さが、上記分割を仮定しないハニカム基材の長さの５０％を超えると、電極部の面積が大きすぎるので、電極部の端部では、通電による熱膨張で、電極部もしくはハニカム基材が割れたり、電極部が剥がれやすくなる。

本発明のハニカム構造体では、上記電極部が全く存在しない上記セルの延びる方向に垂直な断面で上記ハニカム基材を３つに切断し、上記電極部が全く存在しない上記セルの延びる方向に平行な断面で上記ハニカム基材を２つに切断したと仮定した際、６つに分割された分割ハニカム基材のうち３つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ電極部が存在することが望ましい。

本発明のハニカム構造体において、上記電極部が全く存在しない上記セルの延びる方向に垂直な断面で上記ハニカム基材を３つに切断し、上記電極部が全く存在しない上記セルの延びる方向に平行な断面で上記ハニカム基材を２つに切断したと仮定した際、６つに分割された分割ハニカム基材のうち３つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ電極部が存在すると、通電した際、ハニカム基材の全体に電流が流れるので、発熱ムラが発生しにくく、加熱冷却に伴うに熱膨張や熱収縮によっても、電極部もしくはハニカム基材にクラックが発生したり、電極部が剥がれたりすることのない耐久性に優れたハニカム構造体を提供することができる。

本発明のハニカム構造体では、上記３つの分割ハニカム基材のうち、２つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ存在する電極部は、上記分割を仮定しないハニカム基材の端面に接するように配置されていることが望ましい。

本発明のハニカム構造体において、上記３つの分割ハニカム基材のうち、２つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ存在する電極部が、上記分割を仮定しないハニカム基材の端面に接するように配置されていると、通電した際、ハニカム基材の全体に電流が流れるので、発熱ムラが発生しにくく、加熱冷却に伴うに熱膨張や熱収縮によっても、電極部もしくはハニカム基材にクラックが発生したり、電極部が剥がれたりすることのない耐久性に優れたハニカム構造体を提供することができる。

本発明のハニカム構造体では、上記２つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ存在する電極部の上記セルの延びる方向に平行な長さは、上記分割を仮定しないハニカム基材の長さの５～４０％であり、残りの１つの分割ハニカム基材の外周壁に存在する電極部の上記セルの延びる方向に平行な長さは、上記分割を仮定しないハニカム基材の長さの５～４０％であることが望ましい。

本発明のハニカム構造体において、上記２つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ存在する電極部の上記セルの延びる方向に平行な長さが、上記分割を仮定しないハニカム基材の長さの５～４０％であり、残りの１つの分割ハニカム基材の外周壁に存在する電極部の上記セルの延びる方向に平行な長さが、上記分割を仮定しないハニカム基材の長さの５～４０％であると、いずれの電極部もその面積は、比較的小さいので、通電による熱膨張で、電極部もしくはハニカム基材が割れにくい。

本発明のハニカム基材において、上記２つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ存在する電極部の上記セルの延びる方向に平行な長さが、上記分割を仮定しないハニカム基材の長さの５％未満であったり、残りの１つの分割ハニカム基材の外周壁に存在する電極部の上記セルの延びる方向に平行な長さが、上記分割を仮定しないハニカム基材の長さの５％未満であると、電極部の面積が小さすぎるので、流せる電流量が小さくなり、ハニカム基材を触媒活性化温度まで昇温させにくくなる。一方、上記２つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ存在する電極部の上記セルの延びる方向に平行な長さが、上記分割を仮定しないハニカム基材の長さの４０％を超えたり、残りの１つの分割ハニカム基材の外周壁に存在する電極部の上記セルの延びる方向に平行な長さが、上記分割を仮定しないハニカム基材の長さの５～４０％を超えると、電極部の面積が大きすぎるので、通電による熱膨張で電極部もしくはハニカム基材が割れたり、電極部が剥がれやすくなる。

本発明のハニカム構造体では、上記分割を仮定しないハニカム基材は、円柱形状であることが望ましい。
本発明のハニカム構造体において、上記分割を仮定しないハニカム基材が、円柱形状であると、排ガス浄化装置を構成する触媒担体等として、比較的容易に排ガス浄化装置に収納することができる。

本発明のハニカム構造体では、それぞれの電極部の面積は、外周壁の総面積の１．５～２０％であることが望ましく、１．５～１０％であることがより望ましい。
本発明のハニカム構造体において、それぞれの電極部の面積は、外周壁の総面積の１．５～２０％であると、電極部の面積が小さいので、電極部の端部でも、通電による熱膨張による割れを防ぐことができる。

本発明のハニカム構造体において、それぞれの電極部の面積が、外周壁の総面積の１．５％未満であると、電極部の面積が小さすぎるので、流せる電流量が小さくなり、ハニカム基材を触媒活性化温度まで昇温させにくくなる。一方、それぞれの電極部の面積が、外周壁の総面積の２０％を超えると、電極部の面積が大きすぎるので、通電による熱膨張で、電極部もしくはハニカム基材が割れ易くなり、電極部が剥がれやすくなる。

本発明のハニカム構造体では、それぞれの電極部の厚さは、５０～２０００μｍであることが望ましい。
本発明のハニカム構造体において、それぞれの電極部の厚さが、５０～２０００μｍであると、電極部が適切な厚さを有するので、通電により、電極部に割れや剥がれ等が発生しにくく、耐久性のある電極部となる。

本発明のハニカム構造体において、それぞれの電極部の厚さが、５０μｍ未満であると、電極部の厚さが薄すぎるので、充分な電流を流すことが難しくなる。一方、それぞれの電極部の厚さが、２０００μｍを超えると、電極部の厚さが厚くなりすぎ、通電の際の熱膨張により、電極部もしくはハニカム基材が割れ易くなり、電極部が剥がれやすくなる。

図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係るハニカム構造体を構成するハニカム基材を模式的に示す斜視図である。 図１Ｂは、図１Ａに示したハニカム基材のＡ－Ａ線断面図である。 図１Ｃは、図１Ａに示したハニカム基材のＢ－Ｂ線断面図である。 図２Ａは、本発明の第２の実施形態に係るハニカム構造体を構成するハニカム基材を模式的に示す斜視図である。 図２Ｂは、図２Ａに示したハニカム基材のＣ－Ｃ線断面図である。 図２Ｃは、図２Ａに示したハニカム基材のＤ－Ｄ線断面図である。

（発明の詳細な説明）
［ハニカム構造体］
本発明のハニカム構造体について説明する。
本発明のハニカム構造体は、多数のセルを区画形成するセル隔壁と外周壁とを有するハニカム基材と、上記外周壁上に設けられた複数の電極部と、を備えるハニカム構造体であって、
上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向に垂直な断面において、上記電極部が上記外周壁に全く存在しない断面が存在するとともに、上記セルの延びる方向に平行な断面において、上記電極部が上記外周壁に全く存在しない断面が存在し、かつ、上記電極部が全く存在しない上記セルの延びる方向に垂直な断面及び上記セルの延びる方向に平行な断面で上記ハニカム基材を切断したと仮定した際、切断により分割された分割ハニカム基材のうち、少なくとも複数の分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ電極部が存在するとともに、上記電極部が存在する分割ハニカム基材に隣接する分割ハニカム基材の外周壁には電極部が存在しないことを特徴とする。

本発明のハニカム構造体によれば、電極部が外周壁に全く存在しないセルの延びる方向に垂直な断面及びセルの延びる方向に平行な断面でハニカム基材を切断したと仮定した際、切断により分割された分割ハニカム基材のうち、少なくとも複数の分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ電極部が存在するとともに、上記電極部が存在する分割ハニカム基材に隣接する分割ハニカム基材の外周壁には電極部が存在しない形態で、電極部がハニカム基材の外周壁に存在するので、上記複数の電極部間に電圧を印加し、セルの延びる方向に対して斜めに電流を流してハニカム構造体を加熱しても、抵抗体であるセル隔壁を電流が流れるため、通電による発熱ムラが発生しにくく、加熱冷却に伴うに熱膨張や熱収縮によっても、電極部もしくはハニカム基材にクラックが発生したり、電極部が剥がれたりすることのない耐久性に優れたハニカム構造体を提供することができる。

本発明のハニカム構造体を構成するハニカム基材の材料は、特に限定されるものではないが、ＳｉＣ、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、ＳｉＯ_２又はホウケイ酸塩を含む材料であることが望ましい。
ホウケイ酸塩を含む材料とは、ホウケイ酸塩とＳｉ粒子からなるセラミックである。ＳｉＣの場合は、ハニカム基材を構成するＳｉＣにドーパントをドープすることにより、ハニカム基材を導電性とすることができ、通電によりハニカム基材を発熱させることができる。
さらに、上記材料は、ＮｉもしくはＣｒを全体に対して５重量％以下の割合で含むことが望ましい。

本発明のハニカム構造体に用いられるハニカム基材の形状としては、例えば、例えば、円柱形状、角柱形状、楕円柱形状、長円柱形状、丸面取りされている角柱形状（例えば、丸面取りされている三角柱状）等が挙げられるが、円柱形状が望ましい。

上記ハニカム基材の隔壁の厚さは、均一であることが好ましい。具体的には、ハニカム基材の隔壁の厚さは、０．３０ｍｍ未満であることが好ましい。また、０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。
ハニカム基材の外周壁の厚さは、０．１０～０．５０ｍｍであることが好ましい。

ハニカム基材を構成する貫通孔の形状としては、四角柱状に限定されず、三角柱状、六角柱状等が挙げられる。
貫通孔の形状はそれぞれ異なっていてもよいが、全て同じであることが好ましい。すなわち、ハニカム構造体のセルの延びる方向に垂直な断面において、隔壁に囲まれた貫通孔のサイズが同じであることが好ましい。

本発明のハニカム構造体を構成するハニカム基材の気孔率は、５０％以下であることが望ましい。
ハニカム焼成体の気孔率が５０％以下であると、高い機械的強度と排ガス浄化性能を両立させることができる。

上記ハニカム基材の気孔率が５０％を超えると、気孔率が高くなりすぎるため、ハニカム基材の機械的特性が劣化し、ハニカム基材を使用中、クラックや破壊等が発生し易くなる。

また、ハニカム基材を構成する隔壁には、排ガス浄化用の触媒が担持されていることが望ましい。担持させる触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属からなる三元触媒等が挙げられる。これらの触媒は、単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。

貴金属からなる三元触媒が担持された場合、ハニカム基材全体への貴金属の担持量は、０．１～１５ｇ／Ｌであることが好ましく、０．５～１０ｇ／Ｌであることがより好ましい。
本明細書において、貴金属の担持量とは、ハニカム基材の見掛けの体積当たりの貴金属の重量をいう。なお、ハニカム基材の見掛けの体積は、空隙の体積を含む体積であり、接着層を含む場合は接着層の体積を含むこととする。

ハニカム基材が円柱形状である場合、その直径は、８０～１３０ｍｍが望ましく、その長さは、３０～１２０ｍｍが望ましい。

電極部を構成する材料としては、ハニカム基材と同様の材料や導電性金属、カーボン等が挙げられる。電極部として、例えば、ＳｉＣを使用した電極部では、両者の間にＳｉの粉末を介在させ、Ｓｉが溶融する温度まで、加熱することにより、ハニカム基材と電極部とを接着させることができる。

内燃機関から排出される排ガスは、所定の温度に加熱されたハニカム基材の貫通孔を通過することにより、触媒と接触し、浄化される。

上記したように、本発明のハニカム構造体では、電極部が全く存在しないセルの延びる方向に垂直な断面及びセルの延びる方向に平行な断面でハニカム基材を切断したと仮定した際、切断により分割された分割ハニカム基材のうち、少なくとも複数の分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ電極部が存在するとともに、電極部が存在する分割ハニカム基材に隣接する分割ハニカム基材の外周壁には電極部が存在しない。

各分割ハニカム基材に形成される電極部の数は、特に限定されるものではないが、電極部の数を多くしすぎても、その効果は余り変わらないので、１個が好ましい。

具体的な実施形態としては、下記する二つの実施形態が考えられる。
以下では、第１の実施形態、第２の実施形態として説明していくこととする。

［第１の実施形態］
第１の実施形態としては、電極部が全く存在しないセルの延びる方向に垂直な断面及びセルの延びる方向に平行な断面でハニカム基材を４つに切断したと仮定した際、切断により分割された分割ハニカム基材のうち、２つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ電極部が存在するとともに、前記電極部が存在する分割ハニカム基材に隣接する分割ハニカム基材の外周壁には電極部が存在しない実施形態が挙げられる。

図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係るハニカム構造体を構成するハニカム基材を模式的に示す斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａに示したハニカム基材のＡ－Ａ線断面図であり、図１Ｃは、図１Ａに示したハニカム基材のＢ－Ｂ線断面図である。

まず、分割を仮定しないハニカム基材について説明する。
図１Ａに示すように、本発明の第１の実施形態に係るハニカム構造体１０を構成するハニカム基材１１は、多数のセル１２を区画形成するセル隔壁１３と外周壁１４とを有しており、円柱形状である。そして、図１Ａ及び図１Ｃに示すように、１対の電極部１５ａ、１５ｂのうち、片方の電極部１５ａがハニカム基材１１の外周壁１４の一方の端面１１ａ側に配置され、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、もう片方の電極部１５ｂがハニカム基材１１の外周壁１４の他方の端面１１ｂ側に配置されている。

なお、Ａ－Ａ線断面とＢ－Ｂ線断面は、中心軸Ｐを含む、ハニカム基材１１のセル１２の延びる方向に平行な断面Ｋであり、断面Ｋを構成する外周壁１４上に電極部は存在しない。また、断面Ｌは、ハニカム基材１１のセル１２の延びる方向に垂直な断面であり、ハニカム基材１１の長さの１／２の位置にある。断面Ｌを構成する外周壁１４上に電極部は存在しない。

本発明のハニカム構造体において、断面Ｋと断面Ｌにより、ハニカム基材１１を４つに分割したと仮定すると、この分割により、ハニカム基材１１は、分割ハニカム基材１１Ｗ、１１Ｘ、１１Ｙ、１１Ｚに分割されており、Ａ－Ａ線断面図は、分割ハニカム基材１１Ｙ及び分割ハニカム基材１１Ｚを上方から平面視した図であり、Ｂ―Ｂ線断面図は、分割ハニカム基材１１Ｘ及び分割ハニカム基材１１Ｗを下方から平面視した図である。なお、図面上、断面Ｌで物理的に切り離して分割した形態では描いてはおらず、分割線（断面）Ｌのみを描いている。

上記のようにハニカム基材１１を断面Ｋと断面Ｌにより４つに分割したと仮定すると、電極部１５ａは、分割ハニカム基材１１Ｗの外周壁１４上に存在し、電極部１５ｂは、分割ハニカム基材１１Ｚの外周壁１４上に存在する。そして、外周壁１４に電極部１５ａが配置された分割ハニカム基材１１Ｗに隣接する分割ハニカム基材１１Ｘ及び分割ハニカム基材１１Ｙの外周壁１４には、電極部は存在しない。また、外周壁１４に電極部１５ｂが配置された分割ハニカム基材１１Ｚに隣接する分割ハニカム基材１１Ｘ及び分割ハニカム基材１１Ｙの外周壁１４上にも電極部は存在しない。

このような形態に電極部を配置することにより、一対の電極部間に電圧を印加し、セルの延びる方向に対して斜めに電流を流してハニカム構造体を加熱することにより、通電による発熱ムラが発生しにくく、加熱冷却に伴うに熱膨張や熱収縮によっても、電極部もしくはハニカム基材にクラックが発生したり、電極部が剥がれたりすることのない耐久性に優れたハニカム構造体を提供することができる。

電極部１５ａ及び電極部１５ｂの形状は同じであり、断面Ｌの中心を中心点と想定し、この中心点を中心にして１８０°回転させた際、分割ハニカム基材１１Ｚに形成された電極部１５ｂが図１Ｃに示す分割ハニカム基材１１Ｗに形成された電極部１５ａと重なる形状となるように両方の電極部１５ａ、１５ｂが形成されている。すなわち、電極部１５ａ、１５は、上記中心点に対して点対称な形状である。

電極部１５ａ、１５ｂは、必ずしも同じ形状とする必要はないが、同じ形状とした方が、発熱ムラが発生しにくい。また、電極部１５ａ、１５ｂは、端面には形成されず、端面と外周壁１４の境界部から始まるように形成されている方が全体的に発熱し易い。ただし、電極部１５ａ及び電極部１５ｂは、端面から少し離れた位置を出発点として形成されていてもよい。

このハニカム構造体１０において、それぞれの電極部１５ａ、１５ｂのハニカム基材１１のセルの延びる方向に平行な長さは、ハニカム基材１１の長さの１０～５０％であることが望ましく、１０～４０％であることがより望ましい。
それぞれの電極部１５ａ、１５ｂのハニカム基材１１のセルの延びる方向に平行な長さが、ハニカム基材１１の長さの１０～５０％であると、電極部１５ａ、１５ｂのそれぞれ面積が小さいので、電極部１５ａ、１５ｂの端部でも、通電による熱膨張で、電極部もしくはハニカム基材１１が割れにくい。

外周壁１４の円周方向の長さに対する電極部１５ａ、１５ｂの円周方向の長さの割合は、１５～４０％であることが望ましい。円周方向の長さとは、ハニカム基材を長さ方向に垂直な方向で切断した際の円周の長さをいい、電極部１５ａ、１５ｂの円周方向の長さとは、ハニカム基材を長さ方向に垂直な方向で切断した際の円周に沿った長さをいう。

それぞれの電極部１５ａ、１５ｂの面積は、外周壁１４の総面積の１．５～２０％であることが望ましい。
それぞれの電極部１５ａ、１５ｂの面積が、外周壁１４の総面積の１．５～２０％であると、電極部の面積が小さいので、電極部の端部でも、通電による熱膨張で動く距離が短く、電極部もしくはハニカム基材１１が割れにくい。

それぞれの電極部１５ａ、１５ｂの厚さは、５０～２０００μｍであることが望ましい。
それぞれの電極部１５ａ、１５ｂの厚さが、５０～２０００μｍであると、電極部が適切な厚さを有するので、通電により、電極部もしくはハニカム基材に割れが発生しにくく、電極部に剥がれ等が発生しにくく、耐久性のある電極部となる。

電極部の形状は、特に限定されるものではなく、平面視した形状は、図１Ｂ及び図１Ｃに示すようにＲ面取りされた四角形状であってもよく、四角形状やその他の形状であってもよい。端面と外周壁の境界部に隣接する角部もＲ面取りされた形状であってもよい。
電極部をＲ面取りされた形状とすると、角部に応力が集中しにくくなるので、望ましい。

［第２の実施形態］
第２の実施形態としては、電極部が全く存在しないセルの延びる方向に垂直な断面でハニカム基材を３つに切断し、電極部が全く存在しないセルの延びる方向に平行な断面でハニカム基材を２つに切断したと仮定した際、６つに分割された分割ハニカム基材のうち３つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ電極部が存在し、電極部が存在する分割ハニカム基材に隣接する分割ハニカム基材の外周壁には電極部が存在しない実施形態が挙げられる。

図２Ａは、本発明の第２の実施形態に係るハニカム構造体を構成するハニカム基材を模式的に示す斜視図であり、図２Ｂは、図２Ａに示したハニカム基材のＣ－Ｃ線断面図であり、図２Ｃは、図２Ａに示したハニカム基材のＤ－Ｄ線断面図である。

まず、分割を仮定しないハニカム基材について説明する。
図２Ａに示すように、本発明の第２の実施形態に係るハニカム構造体２０を構成するハニカム基材２１は、多数のセル２２を区画形成するセル隔壁２３と外周壁２４とを有している。そして、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、３個の電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃのうち、２個の電極部２５ａ、２５ｃがハニカム基材２１の外周壁２４の両端面２１ａ、２１ｂ側に配置され、図２Ａ及び図２Ｃに示すように、１個の電極部２５ｂがハニカム基材２１の外周壁２４に形成されているが、その位置は、電極部２５ａ、２５ｃの間である外周壁２４の中央部分に配置されている。

なお、Ｃ－Ｃ線断面とＤ－Ｄ線断面は、中心軸Ｐを含む、ハニカム基材２１のセル２２の延びる方向に平行な断面Ｍであり、断面Ｍを構成する外周壁２４上に電極部は存在しない。また、断面Ｎ及び断面Ｏは、ハニカム基材２１のセル２２の延びる方向に垂直な断面であり、ハニカム基材２１の長さの１／３及び２／３の位置にある。すなわち、ハニカム基材２１は、断面Ｎ及び断面Ｏにより３等分されている。断面Ｎ及び断面Ｏを構成する外周壁２４上にも電極部が存在しない。

本発明のハニカム構造体において、断面Ｍ、断面Ｎ及び断面Ｏにより、ハニカム基材２１を６つに分割したと仮定すると、この分割により、ハニカム基材２１は、分割ハニカム基材２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗ、２１Ｘ、２１Ｙ、２１Ｚに分割されており、Ｃ－Ｃ線断面図は、分割ハニカム基材２１Ｕ、分割ハニカム基材２１Ｖ及び分割ハニカム基材２１Ｗを上方から平面視した図であり、Ｄ－Ｄ線断面図は、分割ハニカム基材２１Ｘ、分割ハニカム基材２１Ｙ及び分割ハニカム基材２１Ｚを下方から平面視した図である。なお、図面上、断面Ｎ及び断面Ｏで物理的に切り離して分割した形態では描いてはおらず、分割線（断面）Ｎ及び分割線（断面）Ｏのみを描いている。

上記のように、ハニカム基材２１を断面Ｍ、断面Ｎ及び断面Ｏにより６つに分割したと仮定すると、電極部２５ａは、分割ハニカム基材２１Ｗの外周壁２４上に存在し、電極部２５ｃは、分割ハニカム基材２１Ｕの外周壁２４上に存在し、電極部２５ｂは、分割ハニカム基材２１Ｙの外周壁２４上に存在する。そして、外周壁２４に電極部２５ａが配置された分割ハニカム基材２１Ｗに隣接する分割ハニカム基材Ｖ及び分割ハニカム基材Ｚの外周壁２４には電極部は存在しない。また、外周壁２４に電極部２５ｃが配置された分割ハニカム基材２１Ｕに隣接する分割ハニカム基材Ｖ及び分割ハニカム基材Ｘの外周壁２４上には電極部は存在しない。さらに、外周壁２４に電極部２５ｂが配置された分割ハニカム基材２１Ｙに隣接する分割ハニカム基材Ｖ、分割ハニカム基材Ｘ及び分割ハニカム基材Ｚの外周壁２４には電極部は存在しない。

このような形態に電極部を配置することにより、一対の電極部間に電圧を印加し、セルの延びる方向に対して斜めに電流を流してハニカム構造体を加熱することにより、通電による発熱ムラが発生しにくく、加熱冷却に伴うに熱膨張や熱収縮によっても、電極部もしくはハニカム基材にクラックが発生したり、電極部が剥がれたりすることのない耐久性に優れたハニカム構造体を提供することができる。

電極部２５ａ及び電極部２５ｃの形状は同じ、端面２１ａ、２１ｂと外周壁２４の境界部に対向する２隅の角部がＲ面取りされた四角形状である。また、電極部２５ｂは、４隅の角部がＲ面取りされた形状であり、その面積は、電極部２５ａ及び電極部２５ｃの面積と略同じである。

電極部２５ａ、２５ｃは、必ずしも同じ形状となる必要はないが、同じ形状となった方が、発熱ムラが発生しにくい。

このハニカム構造体２０において、電極部２５ａ、２５ｃのハニカム基材２１のセルの延びる方向に平行な長さは、ハニカム基材２１の長さの５～４０％であることが望ましく、１０～３０％であることがより望ましい。また、電極部２５ｂのハニカム基材２１のセルの延びる方向に平行な長さは、ハニカム基材２１の長さの５～４０％であることが望ましく、２０～４０％であることがより望ましい。

電極部２５ａ、２５ｃのハニカム基材２１のセルの延びる方向に平行な長さが、ハニカム基材２１の長さの５～４０％であり、電極部２５ｂのハニカム基材２１のセルの延びる方向に平行な長さが、ハニカム基材２１の長さの５～４０％であると、電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃのそれぞれ面積が小さいので、電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃの端部でも、通電による熱膨張で、電極部もしくはハニカム基材が割れにくい。

外周壁２４の円周方向の長さに対する電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃの円周方向の長さの割合は、１５～４０％であることが望ましい。

それぞれの電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃの面積は、外周壁２４の総面積の１．５～２０％であることが望ましい。
それぞれの電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃの面積が、外周壁２４の総面積の１．５～２０％であると、電極部の面積が小さいので、電極部の端部でも、通電による熱膨張で、電極部もしくはハニカム基材が割れにくい。

それぞれの電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃの厚さは、５０～２０００μｍであることが望ましい。
それぞれの電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃの厚さが、５０～２０００μｍであると、電極部が適切な厚さを有するので、通電により、電極部もしくはハニカム基材に割れ等が発生しにくく、電極部に剥がれ等が発生しにくく、耐久性のある電極部となる。

電極部２５ａ、２５ｃの形状は、特に限定されるものではなく、平面視した形状は、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように端面と外周壁２４の境界部に対向する辺は、円弧等の曲線形状であってもよく、四角形状であってもよい。

電極部２５ｂの形状は、図２Ｃに示すように、４隅がＲ面取り形状の四角形状であってもよく、単なる四角形状であってもよく、楕円形状、長円形状等であってもよい。

［ハニカム構造体の製造方法］
本発明のハニカム構造体を構成するハニカム基材は、例えば、以下の方法により製造することができる。
例えば、Ｓｉ粉末とホウ酸粉末とシリカ粉末の混合粉末、有機バインダ、成型助剤、造孔材及び水等の分散媒を添加して混練し、原料組成物を調製する。

有機バインダとしては、特に限定されないが、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられ、二種以上併用してもよい。

分散媒としては、特に限定されないが、水、ベンゼン等の有機溶媒、メタノール等のアルコール等が挙げられ、二種以上併用してもよい。

成形助剤としては、特に限定されないが、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等が挙げられ、二種以上併用してもよい。

造孔材としては、特に限定されないが、例えば、グラファイト、澱粉、樹脂等を挙げることができる。

次に、得られた原料組成物を押出成形機を用いて成形して円柱状のハニカム成形体を作製し、続いて、ハニカム成形体を乾燥した後、ハニカム乾燥体を、脱脂、焼成することによりハニカム基材を製造することができる。焼成は、不活性ガス雰囲気において行う。
脱脂温度は、４００～８００℃、１０～８０時間好ましく、焼成温度は、９００～１４００℃、３～１０時間が好ましい。

電極部は、Ｓｉ粉末とホウ酸粉末とシリカ粉末に、有機バインダや潤滑剤及び水を添加して、混合し、電極部用ペーストを調製し、この電極部用ペーストを、ハニカム基材の外周面に塗布し、脱脂、焼成することにより形成することができる。

また、例えば、上記の方法で四角柱形状のハニカム焼成体を製造した後、複数のハニカム焼成体を、導電性接着層を介して貼り合わせ、複数個のハニカム焼成体からなるハニカム焼成体集合体を作製し、この後、上記ハニカム焼成体集合体の切削加工を行って円柱形状とし、外周に外周壁を形成してハニカム基材としてもよい。

ハニカム基材には、触媒が担持されているが、ハニカム基材に貴金属を担持する方法としては、例えば、貴金属粒子が付着したアルミナ等の高比表面積粒子を含む溶液にハニカム焼成体又はハニカム基材を浸漬した後、引き上げて加熱する方法等が挙げられる。

（実施例）
以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、以下の実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
［ハニカム基材の製造］

Ｓｉ粉末とホウ酸粉末とシリカ粉末を１６：６：７８の質量割合で混合し、得られた混合粉末（７４．４重量％）に有機バインダ（メチルセルロース）６．７重量％、潤滑剤（日油社製 ユニルーブ）４．５重量％及び水１４．４重量％を添加して混練し、原料組成物を調製した。

得られた原料組成物を押出成形機を用いて成形し、各セルの断面形状が正方形の円柱状のハニカム成形体を得た。次に、ハニカム成形体を、マイクロ波を用いて加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて１２０℃で２時間乾燥し、両端面を所定量切断し、ハニカム乾燥体とした。
そして、ハニカム乾燥体を、６００℃で１０時間脱脂処理した後、不活性ガス中、１３２５℃で３時間焼成することによりハニカム基材を製造した。上記ハニカム基材の電気抵抗率は、１．５Ωｃｍであった。

次に、Ｓｉ粉末とホウ酸粉末とシリカ粉末（質量比率で８０：１０：１０）に、バインダとしてメチルセルロース、潤滑剤（日油社製 ユニルーブ）を添加すると共に、エタノール及び水を添加して、混合し、電極部用ペーストを調製した。この電極部用ペーストを、ハニカム基材の外周面に、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに示すパターンで、焼成後の厚さが０．３５ｍｍになるように塗布した。

次に、ハニカム基材に塗布した電極部用ペーストを８０℃で乾燥させ、６００℃で１０時間脱脂処理し、不活性雰囲気下で、１３２５℃、３時間焼成処理を行い、ハニカム基材を得た。
得られたハニカム基材の端面は直径１３０ｍｍの円形であり、ハニカム基材のセルの延びる方向における長さは６０ｍｍであった。

また、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、電極部１５ａ、１５ｂの形状は、外周壁１４上の円周方向の長さが１０２ｍｍ、セルの延びる方向の長さが２８ｍｍで、四角形状であり、その表面積は、２８５６ｍｍ^２であった。

（実施例２）
形成した電極部の形状を図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに示すパターンとしたほかは、実施例１と同様にして電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃを形成した。

また、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、電極部２５ａ、２５ｃの形状は、外周壁２４上の円周方向の長さが１０２ｍｍ、セルの延びる方向の長さが１９ｍｍで、四角形状であり、その表面積は、１９３８ｍｍ^２であった。
また、電極部２５ｂの形状は、外周壁２４上の円周方向の長さが１０２ｍｍ、セルの延びる方向の長さが１９ｍｍで、四角形状であり、その表面積は、１９３８ｍｍ^２であった。

（比較例１）
形成した電極部をハニカム基材の長手方向全体に渡るように外周壁に形成したほかは、実施例１と同様にして電極部を形成した。

形成した２つの電極の形状は、外周壁２４上の円周方向の長さが１０２ｍｍ、セルの延びる方向の長さが６０ｍｍで四角形状であり、その表面積は６１２０ｍｍ^２であった。

（通電試験）
上記のようにして製造された実施例１～実施例２及び比較例１に係るハニカム構造体に、２００Ｖの電圧を印加して、その温度を２０秒で６００℃とする通電試験を１０回繰り返したが、実施例１～実施例２で得られたハニカム構造体にクラックや割れは観察されず、電極部にも、割れや剥がれ等は観察されなかった。一方で、比較例１で得られたハニカム構造体においては、電極部にクラックが発生し、一部剥がれが観察された。

１０、２０ ハニカム構造体
１１、２１ ハニカム基材
１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ 端面
１１Ｗ、１１Ｘ、１１Ｙ、１１Ｚ 分割ハニカム基材
２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗ、２１Ｘ、２１Ｙ、２１Ｚ 分割ハニカム基材
１２、２２ セル
１３、２３ 隔壁
１４、２４ 外周壁
１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ 電極部
Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ 断面

Claims (11)

1. 多数のセルを区画形成するセル隔壁と外周壁とを有するハニカム基材と、
   前記外周壁上に設けられた複数の電極部と、を備えるハニカム構造体であって、
   前記ハニカム基材の前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記電極部が前記外周壁に全く存在しない断面が存在するとともに、前記セルの延びる方向に平行な断面において、前記電極部が前記外周壁に全く存在しない断面が存在し、
   かつ、前記電極部が全く存在しない前記セルの延びる方向に垂直な断面及び前記セルの延びる方向に平行な断面で前記ハニカム基材を切断したと仮定した際、切断により分割された分割ハニカム基材のうち、少なくとも複数の分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ電極部が存在するとともに、前記電極部が存在する分割ハニカム基材に隣接する分割ハニカム基材の外周壁には電極部が存在しないことを特徴とするハニカム構造体。
2. ４つに分割された分割ハニカム基材のうち２つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ電極部が存在する請求項１に記載のハニカム構造体。
3. 前記２つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ存在する電極部は、分割を仮定しないハニカム基材の端面に接するように配置されている請求項２に記載のハニカム構造体。
4. それぞれの電極部の前記セルの延びる方向に平行な長さは、前記分割を仮定しないハニカム基材の長さの１０～５０％である請求項２又は３に記載のハニカム構造体。
5. それぞれの電極部の前記セルの延びる方向に平行な長さは、前記分割を仮定しないハニカム基材の長さの１０～４０％である請求項４に記載のハニカム構造体。
6. 前記電極部が全く存在しない前記セルの延びる方向に垂直な断面で前記ハニカム基材を３つに切断し、前記電極部が全く存在しない前記セルの延びる方向に平行な断面で前記ハニカム基材を２つに切断したと仮定した際、
   ６つに分割された分割ハニカム基材のうち３つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ電極部が存在する請求項１に記載のハニカム構造体。
7. 前記３つの分割ハニカム基材のうち、２つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ存在する電極部は、前記分割を仮定しないハニカム基材の端面に接するように配置されている請求項６に記載のハニカム構造体。
8. 前記２つの分割ハニカム基材の外周壁にそれぞれ存在する電極部の前記セルの延びる方向に平行な長さは、前記分割を仮定しないハニカム基材の長さの５～４０％であり、
   残りの１つの分割ハニカム基材の外周壁に存在する電極部の前記セルの延びる方向に平行な長さは、前記分割を仮定しないハニカム基材の長さの５～４０％である請求項６又は７に記載のハニカム構造体。
9. 前記分割を仮定しないハニカム基材は、円柱形状である請求項１～８のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
10. それぞれの電極部の面積は、外周壁の総面積の１．５～２０％である請求項１～９のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
11. それぞれの電極部の厚さは、５０～２０００μｍである請求項１～１０のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
    

Images