JP2022053139A - ハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱冷却に伴う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く、大電流が流れた際にも、通電部に掛かる負荷を抑制することができる、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電極部と、を備えるハニカム構造体であって、前記電極部は、前記セルの延びる方向に並列で配置された複数の正極電極部と、前記正極電極部に対向して配置される複数の負極電極部とからなり、前記電極部のそれぞれの面積は、外周壁の総面積の３～２０％であ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、セルの延びる方向に直行する断面において、それぞれの前記電極部の中心角の０．５倍が、１５～６５％であるハニカム構造体が開示されている。

国際公開２０１１－０５８１７３号パンフレット

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。
また、正負それぞれ一か所に設けられた電極部から通電するため、大電流が流れた場合、通電部に負荷がかかりすぎてハニカム構造体に破損等が発生することがあ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、加熱冷却に伴う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く、大電流が流れた際にも、通電部に掛かる負荷を抑制することができる、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電極部と、を備えるハニカム構造体であって、
上記電極部は、上記セルの延びる方向に並列で配置された複数の正極電極部と、上記正極電極部に対向して配置される複数の負極電極部とからなり、上記電極部のそれぞれの面積は、外周壁の総面積の３～２０％であることを特徴とする。
なお、本発明において、対向して配置されるとは、上記ハニカム基材を中心軸を含む断面で切断したと仮定した場合、上記複数の正極電極部が上部側のハニカム基材に配置されていれば、上記複数の負極電極部は、下部側のハニカム基材に配置されているというように、ハニカム基材が二つの部材に分割して考えられる場合、二組の電極部が両方の部材に分割して配置されていることをいう。
また、本発明において、単に電極部と記載している場合は、正極電極部と負極電極部の両方を指すものとする。

本発明のハニカム構造体によれば、上記電極部は、上記セルの延びる方向に並列で配置された複数の正極電極部と、上記正極電極部に対向して配置される複数の負極電極部とからなり、上記電極部のそれぞれの面積は、外周壁の総面積の３～２０％と小さいので、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く、大電流が流れた際にも、通電部にかかる負荷を抑制することができ、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において、上記電極部のそれぞれの面積が、外周壁の総面積の３％未満であると、電極部の面積が小さすぎるので、電流が流れにくくなり、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、上記電極部のそれぞれの面積が、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、電極部は、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、上記電極部の熱膨張率と上記ハニカム基材との熱膨張率の差は、２０×１０^－６／℃以下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、上記電極部の熱膨張率と上記ハニカム基材との熱膨張率の差が、２０×１０^－６／℃以下であると、電極部の面積が小さいため、加熱冷却に伴うに熱膨張や熱収縮においても電極部とハニカム基材とは同様の割合で熱膨張や熱収縮し、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において、上記電極部の熱膨張率と上記ハニカム基材との熱膨張率の差が、２０×１０^－６／℃を超えると、熱膨張や熱収縮により膨張の程度が異なるので、電極部の面積が小さくても、電極部もしくはハニカム基材にクラックが発生し易くなり、また、電極部が基材から剥がれ易くなる。

本発明のハニカム構造体では、上記ハニカム基材は、略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、上記電極部は、２個の正極電極部と２個の負極電極部とからなり、それぞれの電極部は、上記ハニカム基材の一端面から他の端面まで延びる、上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向に平行な帯状電極であり、上記２個の正極電極部及び上記２個の負極電極部は、それぞれ所定の間隔で隣り合って形成されていることが望ましい。

電極部を有するハニカム構造体において、上記電極部が、２個の正極電極部と２個の負極電極部とからなり、それぞれの電極部が、上記ハニカム基材の一端面から他の端面まで延びる、ハニカム基材の上記セルの延びる方向に平行な帯状電極であり、かつ、上記２個の正極電極部及び上記２個の負極電極部が、それぞれ所定の間隔で隣り合って形成されていると、大電流が流れた際にも、通電部に掛かる負荷をより抑制することができ、また、ハニカム構造体を均等に加熱することができる。

本発明のハニカム構造体では、上記２個の正極電極部と上記２個の負極電極部とは、ハニカム基材の中心軸に対して軸対称の位置及び形状に形成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２個の正極電極部と上記２個の負極電極部とが、ハニカム基材の中心軸に対して軸対称の位置及び形状に形成されていると、通電した際、ハニカム基材の全体にムラなく電流が流れるので、発熱ムラが発生しにくい。

上記２個の正極電極部と上記２個の負極電極部とが、ハニカム基材の中心軸に対して軸対称の位置及び形状に形成されているとは、２個の正極電極部のうちの１個が２個の負極電極部のうちの１個と軸対称の位置及び形状に形成されており、２個の正極電極部のうちの他の１個が２個の負極電極部のうちの他の１個と軸対称の位置及び形状に形成されていることを意味する。

本発明のハニカム構造体では、上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向に垂直な方向における上記外周壁の長さに対する上記正極電極部及び上記負極電極部のそれぞれの長さの割合（百分率）は、８～２０％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、上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向に垂直な方向における上記外周壁の長さに対する上記正極電極部及び上記負極電極部のそれぞれの長さの割合（百分率）が、８～２０％であると、いずれの電極部も電極部の面積は、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、上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向に垂直な方向における外周壁の長さに対する正極電極部及び負極電極部のそれぞれの長さの割合（百分率）は、８％未満であると、電極部の面積が小さすぎるので、電流が流れにくくなり、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、上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向に垂直な方向における外周壁の長さに対する正極電極部及び負極電極部のそれぞれの長さの割合（百分率）は、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たり、電極部が剥がれやすくなり、ハニカム基材も割れやすくなる。

本発明のハニカム構造体では、上記電極部は、４個の正極電極部と４個の負極電極部とからなり、それぞれの電極部は、上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向に平行な帯状電極であり、上記４個の正極電極部及び上記４個の負極電極部は、同じ形状をなし、それぞれ上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向である縦方向に２列、ハニカム基材の上記セルの延びる方向に垂直な方向である横方向に２列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、上記電極部が、４個の正極電極部と４個の負極電極部とからなり、それぞれの電極部が、上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向に平行な帯状電極であり、上記４個の正極電極部及び上記４個の負極電極部は、同じ形状をなし、それぞれ上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向である縦方向に２列、上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向に垂直な方向である横方向に２列に配置されていると、電極部の面積がより小さいので、加熱冷却に伴うに熱膨張や熱収縮によっても、より電極部もしくはハニカム基材にクラックが発生しにくく、電極部の剥がれを防止することができ、大電流が流れた際にも、通電部に掛かる負荷をより抑制することができる。

本発明のハニカム構造体では、上記４個の正極電極部と上記４個の負極電極部とは、上記ハニカム基材の中心軸に対して軸対称の位置及び形状に形成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４個の正極電極部と上記４個の負極電極部とが、上記ハニカム基材の中心軸に対して軸対称の位置及び形状に形成されていると、ハニカム基材の全体にムラなく電流が流れるので、発熱ムラが発生しにくい。

上記４個の正極電極部と上記４個の負極電極部とが、ハニカム基材の中心軸に対して軸対称の位置及び形状に形成されているとは、４個の正極電極部のうちの１個が４個の負極電極部のうちの１個と軸対称の位置及び形状に形成されており、他の３個の正極電極部についても、同様に他の３個の負極電極部のうちのそれぞれ１個と軸対称の位置及び形状に形成されていることを意味する。

本発明のハニカム構造体では、上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向に垂直な方向における、外周壁の長さに対する４個の正極電極部及び４個の負極電極部のそれぞれの長さの割合（百分率）は、８～２０％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、上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向に垂直な方向における、外周壁の長さに対する４個の正極電極部及び４個の負極電極部のそれぞれの長さの割合（百分率）が、８～２０％であると、いずれの電極部も電極部の面積が、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、上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向に垂直な方向における、外周壁の長さに対する４個の正極電極部及び４個の負極電極部のそれぞれの長さの割合（百分率）が、８％未満であると、電極部の面積が小さすぎるので、電流が流れにくくなり、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、上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向に垂直な方向における、外周壁の長さに対する４個の正極電極部及び４個の負極電極部のそれぞれの長さの割合（百分率）が、２０％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、電極部や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、上記ハニカム基材及び上記電極部は、それぞれＳｉＣ、Ｓｉ、Ｓｉ含有ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、カーボン又はホウケイ酸塩を含む材料からなることが望ましい。

本発明のハニカム構造体において、上記ハニカム基材及び上記電極部は、それぞれＳｉＣ、Ｓｉ、Ｓｉ含有ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、カーボン又はホウケイ酸塩を含む材料からなると、ハニカム基材及び電極部の熱膨張率を略同じにすることができるので、熱膨張や熱収縮に伴う電極部の剥がれを防止することができる。また、ハニカム基材が適度な電気抵抗を持つので、通電の際、ハニカム基材に充分な電流を供給することができ、ハニカム基材を短時間で触媒活性化温度に到達させることができる。

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平面図である。 図１Ｃは、図１Ａに示したハニカム基材の底面図である。 図１Ｄは、図１Ｂに示すハニカム基材のＡ－Ａ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平面図である。 図２Ｃは、図２Ａに示したハニカム基材の底面図である。 図２Ｄは、図２Ｂに示すハニカム基材のＡ－Ａ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電極部と、を備えるハニカム構造体であって、
上記電極部は、上記セルの延びる方向に並列で配置された複数の正極電極部と、上記正極電極部に対向して配置される複数の負極電極部とからなり、上記電極部のそれぞれの面積は、外周壁の総面積の３～２０％であることを特徴とする。

本発明のハニカム構造体によれば、上記電極部は、上記セルの延びる方向に並列で配置された複数の正極電極部と、上記正極電極部に対向して配置される複数の負極電極部とからなり、上記電極部のそれぞれの面積は、外周壁の総面積の３～２０％と小さいので、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く、大電流が流れた際にも、通電部にかかる負荷を抑制することができ、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、ホウケイ酸塩粒子とＳｉ含有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、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、ハニカム構造体の上記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。

本発明のハニカム構造体では、電極部の熱膨張率とハニカム基材との熱膨張率の差は、２０×１０^－６／℃以下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、上記電極部の熱膨張率と上記ハニカム基材との熱膨張率の差が、２０×１０^－６／℃以下であると、電極部の面積が小さいため、加熱冷却に伴うに熱膨張や熱収縮においても電極部とハニカム基材とは同様の割合で熱膨張や熱収縮し、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。

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。

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の実施形態に係るハニカム構造体では、電極部は、２個の正極電極部と２個の負極電極部とからなり、それぞれの電極部は、上記ハニカム基材の一端面から他の端面まで延びる、上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向に平行な帯状電極であり、上記２個の正極電極部及び上記２個の負極電極部は、それぞれ所定の間隔で隣り合って形成されている。

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平面図であり、図１Ｃは、図１Ａに示したハニカム基材の底面図であり、図１Ｄは、図１Ｂに示すハニカム基材のＡ－Ａ線断面図である。

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、略円柱形状である。そして、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｄに示すように、ハニカム基材１１の上部に、ハニカム基材１１の一端面１１ａから他の端面１１ｂまで延びる、ハニカム基材１１のセル１２の延びる方向に平行な帯状電極からなる２個の正極電極部１５ａ、１５ｂが所定の間隔で隣り合って形成されている。また、図１Ａ、図１Ｃ及び図１Ｄに示すように、ハニカム基材１１の下部に、ハニカム基材１１の一端面１１ａから他の端面１１ｂまで延びる、ハニカム基材１１のセル１２の延びる方向に平行な帯状電極からなる２個の負極電極部１５ｃ、１５ｄが所定の間隔で隣り合って形成されている。

正極電極部１５ａ、１５ｂ及び負極電極部１５ｃ、１５ｄの幅は、同じであり、図１Ｄに示すように、２個の正極電極部１５ａ、１５ｂと２個の負極電極部１５ｃ、１５ｄとは、ハニカム基材１１の中心軸Ｐに対して軸対称の位置及び形状に形成されている。

正極電極部１５ａ、１５ｂ及び負極電極部１５ｃ、１５ｄは、必ずしも上記のように形成されている必要はなく、軸対称の位置から少しずれていてもよいが、上記のように軸対称の位置に形成されていると、通電した際、ハニカム基材の全体にムラなく電流が流れるので、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。

このハニカム構造体１０において、ハニカム基材１１のセル１２の延びる方向に垂直な方向における外周壁の長さ（円周の長さ）に対する正極電極部１５ａ、１５ｂ及び負極電極部１５ｃ、１５ｄのそれぞれの長さの割合（百分率）は、８～２０％であることが望ましい。
ハニカム基材１１のセル１２の延びる方向に垂直な方向における外周壁の長さ（円周の長さ）に対する正極電極部１５ａ、１５ｂ及び負極電極部１５ｃ、１５ｄのそれぞれの長さの割合（百分率）が、８～２０％であると、いずれの電極部においても電極部の面積は、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。

正極電極部１５ａ、１５ｂ及び負極電極部１５ｃ、１５ｄのそれぞれの面積は、外周壁２４の総面積の３～２０％であることが望ましい。
正極電極部１５ａ、１５ｂ及び負極電極部１５ｃ、１５ｄのそれぞれの面積が、外周壁２４の総面積の３～２０％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。

また、正極電極部１５ａ、１５ｂ及び負極電極部１５ｃ、１５ｄのそれぞれの厚さは、５０～２０００μｍであることが望ましい。
正極電極部１５ａ、１５ｂ及び負極電極部１５ｃ、１５ｄのそれぞれの厚さが、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。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係るハニカム構造体では、電極部は、４個の正極電極部と４個の負極電極部とからなり、それぞれの電極部は、上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向に平行な帯状電極であり、上記４個の正極電極部及び上記４個の負極電極部は、同じ形状をなし、それぞれ上記ハニカム基材の上記セルの延びる方向である縦方向に２列、ハニカム基材の上記セルの延びる方向に垂直な方向である横方向に２列に配置されている。

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平面図であり、図２Ｃは、図２Ａに示したハニカム基材の底面図であり、図２Ｄは、図２Ｂに示すハニカム基材のＡ－Ａ線断面図である。

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とを有しており、略円柱形状である。そして、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｄに示すように、電極部は、４個の正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと４個の負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈとからなり、それぞれの電極部は、ハニカム基材２１のセル２２の延びる方向に平行な帯状電極であり、４個の正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び４個の負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈは、同じ形状をなし、それぞれハニカム基材２１のセル２２の延びる方向に２列、ハニカム基材２１のセル２２の延びる方向に垂直な方向に２列に配置されている。

正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈの幅は、同じであり、図１Ｄに示すように、４個の正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと２個の負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈとは、ハニカム基材２１の中心軸Ｐに対して軸対称の位置及び形状に形成されている。

正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈは、必ずしも上記のように形成されている必要はないが、上記のように形成されていると、通電した際、ハニカム基材の全体にムラなく電流が流れるので、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。

正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈは、必ずしも同じ形状となる必要はないが、同じ形状である方が、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、正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈのハニカム基材２１のセル２２の延びる方向に平行な長さは、ハニカム基材２１の長さの２０～４５％であることが望ましく、３０～４５％であることがより望ましい。
正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈのハニカム基材２１のセル２２の延びる方向に平行な長さが、ハニカム基材２１の長さの２０～４５％であると、正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈのそれぞれ面積が小さいので、正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ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が割れにくい。

ハニカム基材のセル２２の延びる方向に垂直な方向における外周壁の長さ（円周の長さ）に対する正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈの円周長さの割合は、８～２０％であることが望ましい。

正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈのそれぞれの面積は、外周壁２４の総面積の３～２０％であることが望ましい。
正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈのそれぞれの面積が、外周壁２４の総面積の３～２０％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。

正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈのそれぞれの厚さは、５０～２０００μｍであることが望ましい。
正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈのそれぞれの厚さが、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。

正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ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に示すように四角形状のほか、端面と外周壁の境界部に対向する２隅の角部は、Ｒ面取りされた形状であってもよい。端面と外周壁の境界部に隣接する辺も曲線形状であってもよい。

［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に有機バインダ、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、潤滑剤及び水等を添加して、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してもよい。

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とを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、図１Ｃ及び図１Ｄ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、ハニカム基材の上記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、正極電極部１５ａ、１５ｂ及び負極電極部１５ｃ、１５ｄの形状は、外周壁上の円周方向の長さが５０ｍｍ、上記セルの延びる方向の長さが６０ｍｍ、正極電極部１５ａ、１５ｂ及び負極電極部１５ｃ、１５ｄの円周方向の間の距離は２ｍｍで、四角形状であり、それぞれの表面積は、３０００ｍｍ^２であった。

（実施例２）
形成した電極部の形状を、外周壁上の円周方向の長さが３２ｍｍ、セルの延びる方向の長さが６０ｍｍ、正極電極部１５ａ、１５ｂ及び負極電極部１５ｃ、１５ｄの円周方向の間の距離は４ｍｍとしたほかは、実施例１と同様にして正極電極部１５ａ、１５ｂ及び負極電極部１５ｃ、１５ｄを形成した。それぞれの表面積は、１９２０ｍｍ^２であった。

（実施例３）
形成した電極部の形状を図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ及び図２Ｄに示すパターンとしたほかは、実施例１と同様にして正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈを形成した。

また、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈの形状は、外周壁上の円周方向の長さが５０ｍｍ、セルの延びる方向の長さが２５ｍｍでハニカム構造体の端部から形成され、四角形状であり、それぞれの表面積は、１２５０ｍｍ^２であった。

（実施例４）
形成した電極部の形状を、外周壁上の円周方向の長さが３２ｍｍ、セルの延びる方向の長さが２５ｍｍ、正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈの円周方向の間の距離は４ｍｍとしたほかは、実施例１と同様にして正極電極部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ及び負極電極部２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈを形成した。それぞれの表面積は、８００ｍｍ^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４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、ハニカム基材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。

１０、２０ ハニカム構造体
１１、２１ ハニカム基材
１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ 端面
１２、２２ セル
１３、２３ 隔壁
１４、２４ 外周壁
１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ 正極電極部
１５ｃ、１５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ 負極電極部

Claims (10)

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電極部と、を備えるハニカム構造体であって、
   前記電極部は、前記セルの延びる方向に並列で配置された複数の正極電極部と、前記正極電極部に対向して配置される複数の負極電極部とからなり、
   前記電極部のそれぞれの面積は、外周壁の総面積の３～２０％であることを特徴とするハニカム構造体。
2. 前記電極部の熱膨張率と前記ハニカム基材との熱膨張率の差は、２０×１０^－６／℃以下である請求項１に記載のハニカム構造体。
3. 前記ハニカム基材は、略円柱形状である請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
4. 前記電極部は、２個の正極電極部と２個の負極電極部とからなり、
   それぞれの電極部は、前記ハニカム基材の一端面から他の端面まで延びる、前記ハニカム基材の前記セルの延びる方向に平行な帯状電極であり、
   前記２個の正極電極部及び前記２個の負極電極部は、それぞれ所定の間隔で隣り合って形成されている請求項１～３のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
5. 前記２個の正極電極部と前記２個の負極電極部とは、ハニカム基材の中心軸に対して軸対称の位置及び形状に形成されている請求項４に記載のハニカム構造体。
6. 前記ハニカム基材の前記セルの延びる方向に垂直な方向における前記外周壁の長さに対する前記正極電極部及び前記負極電極部のそれぞれの長さの割合（百分率）は、８～２０％である請求項４又は５に記載のハニカム構造体。
7. 前記電極部は、４個の正極電極部と４個の負極電極部とからなり、
   それぞれの電極部は、前記ハニカム基材の前記セルの延びる方向に平行な帯状電極であり、
   前記４個の正極電極部及び前記４個の負極電極部は、同じ形状をなし、それぞれ前記ハニカム基材の前記セルの延びる方向である縦方向に２列、前記ハニカム基材の前記セルの延びる方向に垂直な方向である横方向に２列に配置されている請求項１～３のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
8. 前記４個の正極電極部と前記４個の負極電極部とは、前記ハニカム基材の中心軸に対して軸対称の位置及び形状に形成されている請求項７に記載のハニカム構造体。
9. 前記ハニカム基材の前記セルの延びる方向に垂直な方向における、外周壁の長さに対する４個の正極電極部及び４個の負極電極部のそれぞれの長さの割合（百分率）は、８～２０％である請求項７又は８に記載のハニカム構造体。
10. 前記ハニカム基材及び前記電極部は、それぞれＳｉＣ、Ｓｉ、Ｓｉ含有ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、カーボン又はホウケイ酸塩を含む材料からなる請求項１～９のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
    
    

Images