JP2022053140A - ハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】 通電加熱して使用した際に電極部にクラックが生じにくく、電極部の剥離も生じにくいハニカム構造体を提供すること。【解決手段】 多数のセルを区画形成する隔壁を有するハニカム基材と、上記ハニカム基材に形成された電極部と、を備えるハニカム構造体であって、上記電極部が上記セルの内部に形成されていることを特徴とするハニカム構造体。【選択図】 図１

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る。この場合も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、セルの延びる方向に直交する断面において、一対の電極部における一方の電極部が、一対の電極部における他方の電極部に対して、ハニカム構造部の中心を挟んで反対側に配設された構造が提案されている。

国際公開第２０１１／１２５８１５号

特許文献１に開示されたハニカム構造体の電極部は、面で構成された電極である。
電極部が面で構成された電極である場合、ハニカム構造部の外周壁と電極部との熱膨張係数の差に起因して、ハニカム構造部の温度が上昇した場合に電極部にクラックが生じたり、電極部がハニカム構造部の外周壁から剥離するという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされた発明であり、本発明は、通電加熱して使用した際に電極部にクラックが生じにくく、電極部の剥離も生じにくい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隔壁を有するハニカム基材と、上記ハニカム基材に形成された電極部と、を備えるハニカム構造体であって、上記電極部が上記セルの内部に形成されていることを特徴とする。

本発明のハニカム構造体では、電極部がセルの内部に形成されている。すなわち、電極部は面電極ではない。
電極部がセルの内部に形成されていると、電極１つの大きさが小さくなる。その結果、ハニカム基材と電極の熱膨張係数差による歪みを抑制でき、熱膨張係数差に起因して発生する応力を緩和できるため、電極部にクラックが生じにくく、電極部の剥離が生じにくくなる。

また、電極部をセルの内部に形成する場合、電極を任意の配列にすることができ、セルの内部に形成する電極部の長さも変更することができる。さらに、電極の材料も任意の材料にすることができる。
このように電極の設計の自由度が高まるので、各部位での抵抗値の調整や流れる電流量の調整が可能となり、加熱時のハニカム構造体の均熱性を高くすることができる。

また、給電線と電極の接合箇所もハニカム基材内の任意の位置に設定することが可能となるため、ハニカム基材内の電流密度差を低減することができ、加熱時のハニカム構造体の均熱性を高くすることができる。

本発明のハニカム構造体において、上記電極部は、上記セルの内部に挿入された棒状電極であることが好ましい。
また、上記電極部は、上記セルの内部に充填された導電材料からなる電極であることが好ましい。

本発明のハニカム構造体では、上記セルの内部に形成された複数の電極のそれぞれが上記ハニカム基材より比抵抗の低い材料によって接続されることが好ましい。
また、上記セルの内部に形成された上記電極のそれぞれが上記ハニカム基材の端面の外側に引き出し配線によって引き出され、上記ハニカム基材の外部で各引き出し配線が接続されて、各電極同士が接続されることが好ましい。
また、上記セルの内部に形成された上記電極同士が上記ハニカム基材の端面で直列に接続され、上記ハニカム基材の外周からハニカム基材の外部に引き出されることも好ましい。
電極を引き出す引き出し配線の形態は特に限定されるものではないが、ハニカム基材の外周面から引きだす場合は配線によって排ガスの流れを阻害しないのでより好ましい。

本発明のハニカム構造体では、上記電極の材料の熱膨張係数と、上記ハニカム基材を構成する材料の熱膨張係数との差の絶対値が２．０×１０^－６／Ｋ～１３．０×１０^－６／Ｋであることが好ましい。
電極部がセルの内部に形成されている本発明のハニカム構造体では、電極の材料と、ハニカム基材を構成する材料の熱膨張係数の差が大きくても、ハニカム基材と電極部との界面でクラックが生じにくいため、電極として用いることができる材料の選択肢を広げることができる。

上記電極部は正極部と負極部とからなり、上記正極部と上記負極部のうち一方の電極部である第１電極部は、上記ハニカム基材を長手方向に垂直な方向に切断した、いずれかの断面において、上側に配置されており、上記正極部と上記負極部のうち他方の電極部である第２電極部は、上記ハニカム構造体の長手方向に沿って上記第１電極部と上記第２電極部を投影した投影面において下側に配置されていることが好ましい。

また、上記電極部は正極部と負極部とからなり、上記正極部と上記負極部のうち一方の電極部である第１電極部は、上記ハニカム基材を長手方向に垂直な方向に切断した、いずれかの断面において、上記ハニカム基材の端面を横切り上記ハニカム基材の外周もしくはその近傍まで直線状に配置されており、上記正極部と上記負極部のうち他方の電極部である第２電極部は、上記ハニカム構造体の長手方向に沿って上記第１電極部と上記第２電極部を投影した投影面において上記第１電極部を挟むように配置されていることが好ましい。

図１Ａは、本発明のハニカム構造体の一例を模式的に示す斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａに示すハニカム構造体の長手方向に沿った投影図である。 図２は、セルの内部に形成された第１電極部の形態の例を模式的に示す拡大斜視図である。 図３は、セルの内部に形成された第１電極部の別の形態の例を模式的に示す拡大斜視図である。 図４Ａは、本発明のハニカム構造体の別の一例を模式的に示す斜視図であり、図４Ｂは、図４Ａに示すハニカム構造体の長手方向に沿った投影図であり、図４Ｃは、図４Ａに示すハニカム構造体の左右方向から見た投影図である。 図５Ａは、本発明のハニカム構造体の別の一例を模式的に示す斜視図であり、図５Ｂは、図５Ａに示すハニカム構造体の長手方向に沿った投影図であり、図５Ｃは、図５Ａに示すハニカム構造体の左右方向から見た投影図である。 図６は、ハニカム基材の外周の近傍まで第１電極部が直線状に配置される形態の例を模式的に示す拡大斜視図である。 図７Ａは、本発明のハニカム構造体の別の一例を模式的に示す斜視図であり、図７Ｂは、図７Ａに示すハニカム構造体の長手方向に沿った投影図であり、図７Ｃは、図７Ａに示すハニカム構造体の左右方向から見た投影図である。

（発明の詳細な説明）
［ハニカム構造体］
以下、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隔壁を有するハニカム基材と、上記ハニカム基材に形成された電極部と、を備えるハニカム構造体であって、上記電極部が上記セルの内部に形成されていることを特徴とする。

図１Ａは、本発明のハニカム構造体の一例を模式的に示す斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａに示すハニカム構造体の長手方向に沿った投影図である。
本明細書において、図１Ａのようなハニカム構造体の斜視図においては、ハニカム基材内の電極部の配置の様子をハニカム基材を透過させて示している。
また、本明細書における長手方向とは、セルが伸びる方向であり、図１Ａのようなハニカム構造体の斜視図において、両矢印Ｌで示す方向である。セルの長さが短くてハニカム構造体の端面の径に対してセルの長さが短い場合であっても、セルが伸びる方向を長手方向と定める。
図１Ａに示すハニカム構造体１は、ハニカム基材１０と、ハニカム基材１０のセル１２の内部に形成された電極部とを備える。
電極部は、正極部と負極部とからなる。図１に示すハニカム構造体１では、第１電極部２０を正極部、第２電極部３０を負極部とする。第１電極部２０を負極部、第２電極部３０を正極部としてもよい。

第１電極部２０は、ハニカム基材１０を長手方向に垂直な方向に切断した断面において、上側に配置されており、第２電極部３０は下側に配置されている。
図１Ａに示すハニカム構造体１では、第１電極部２０及び第２電極部３０はともにハニカム基材１０の長手方向の全体にわたって一様に形成されている。
第１電極部２０には引き出し配線２３が、第２電極部３０には引き出し配線３３がそれぞれ接続されている。
各引き出し配線を介して第１電極部２０と第２電極部３０の間に電圧を印加すると第１電極部２０と第２電極部３０との間に電流が流れる。

ハニカム基材１０は、多数のセル１２を区画形成するセル隔壁１３と外周壁１４とを有する。ハニカム基材１０の形状は特に限定されるものではなく、円柱状に限られず、角柱状、楕円柱状、長円柱状、丸面取りされている角柱状（例えば、丸面取りされている三角柱状）等が挙げられる。
なお、ハニカム基材１０に外周壁１４が設けられていなくてもよい。

ハニカム基材のセル隔壁の厚さは、均一であることが好ましい。具体的には、セル隔壁の厚さは、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。

ハニカム基材を構成するセルの形状としては、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。
セル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、ハニカム基材の長手方向に垂直な断面において、セル隔壁に囲まれたセルのサイズが同じであることが好ましい。

ハニカム基材の気孔率は、５０％以下であることが望ましい。
ハニカム基材の気孔率が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。

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低下し、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。

ハニカム基材の材質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。

また、ハニカム基材が正温度係数を有する抵抗発熱体（ＰＴＣ材料）であることが好ましい。
ハニカム基材が正温度係数を有する抵抗発熱体であると、温度が上昇するとともに抵抗値が上昇して電流が流れにくくなるので、均熱性の高いハニカム構造体となる。
ＰＴＣ材料の例としては、不純物がドープされたシリコン、ＭｏＳｉ_２等が挙げられる。

図２は、セルの内部に形成された第１電極部の形態の例を模式的に示す拡大斜視図である。
図２は図１Ａに示すハニカム構造体の端面の拡大斜視図でもある。
図２には、セル１２の内部に棒状電極２１が挿入されて形成された第１電極部２０を示している。棒状電極２１が隣り合うセル１２のそれぞれに挿入されることによって、第１電極部２０を構成する複数の電極が配置される。
セル１２の内部には棒状電極２１に加えて導電ペースト２２が充填されている。導電ペースト２２が充填されることにより棒状電極２１とセル隔壁１３の間の導電性が向上する。
また、一部のセル１２の内部には棒状電極は挿入されておらず導電ペースト２２が充填されている。棒状電極２１はセル１２のそれぞれに全て挿入されている必要はなく、一部のみ挿入されていてもよい。また、ハニカム基材の端面のみで棒状電極がセルと接触するだけでもよい。

セル１２の内部に形成された棒状電極２１はハニカム基材１０の端面の外側に引き出し配線２３によって引き出されている。そして、ハニカム基材１０の端面の外部で各引き出し配線２３が接続されて、セル１２の内部に形成された棒状電極２１同士が接続される。
図２にはセル１２の内部に形成された棒状電極２１同士が並列に接続されている形態を示している。
また、一部のセルには棒状電極２１が挿入されていないが、その場合は棒状電極に代えて導電ペースト２２と引き出し配線２３が接続されている。

また、図２にはセルの内部に形成された電極として棒状電極を示している。棒状電極はセルの長手方向に延び、セルに挿入可能な寸法の金属および導電性セラミック製の棒（金属線、ワイヤー）からなる。棒状電極の材質は金属および導電性セラミックであれば特に限定されず、銅、銀、Ｎｉ／Ｃｒ、ＳｉＣ－Ｓｉ、ＭｏＳｉ_２、Ｆｅ／Ｃｒ等であることが好ましい。
また、セルの内部に形成された電極は棒状電極でなくてもよく、導電ペーストからなるペースト電極であってもよい。導電ペーストには金属フィラー、導電性セラミックフィラー及びガラス等の接着材が含まれることが好ましく、金属フィラーとしては銅、銀、白金等の粉末を使用することができる。導電セラミックフィラーとしては、ＳｉＣ、ＭｏＳｉ_２等を使用することができる。

本発明のハニカム構造体では、上記電極の材料の熱膨張係数と、上記ハニカム基材を構成する材料の熱膨張係数との差の絶対値が２．０×１０^－６／Ｋ～１３．０×１０^－６／Ｋであることが好ましい。
電極部がセルの内部に形成されている本発明のハニカム構造体では、電極の材料と、ハニカム基材を構成する材料の熱膨張係数の差が大きくても、ハニカム基材と電極部との界面でクラックが生じにくいため、電極として用いることができる材料の選択肢を広げることができる。

セルの内部に形成された電極同士の接続及び電極の引き出しの形態は上記形態に限定されるものではない。
図３は、セルの内部に形成された第１電極部の別の形態の例を模式的に示す拡大斜視図である。
図３に示す形態では、セル１２の内部に形成された棒状電極２１同士がハニカム基材１０の端面で直列に接続され、ハニカム基材１０の外周からハニカム基材１０の外部に引き出されている。棒状電極２１同士を直列に接続する配線が接続配線２４であり、ハニカム基材１０の外周に最も近いセル１２の棒状電極２１には引き出し配線２３が接続されている。
また、一部のセルには棒状電極２１が挿入されていないが、その場合は棒状電極に代えて導電ペースト２２と接続配線２４が接続されている。
なお、図３にはセル１２の内部に形成された棒状電極２１の全てに接続配線２４が接続された形態を示しているが、接続配線２４は棒状電極２１のいくつかおきに接続されていてもよい。
また、セル１２の内部に形成された電極は、引き出し配線２３による接続以外の方法で接続されていてもよい。例えば、導電ペーストを用いて、セル１２同士を接続させてよく、その導電ペーストはハニカム構造体の端面上に形成されてもよく、ハニカム構造体の当該部分のセル隔壁を一部除去して導電ペーストを充填することで接続されていてもよい。

図２に示す形態においては、セルの内部に形成された複数の電極は引き出し配線により接続されている。また、図３に示す形態においては、セルの内部に形成された複数の電極は接続配線により接続されている。
このようにセルの内部に形成された複数の電極を接続する材料（引き出し配線又は接続配線）は、ハニカム基材より比抵抗の低い材料であることが好ましい。
このような材料としては金属および導電性セラミックが挙げられ、銅、銀、Ｎｉ／Ｃｒ、ＳｉＣ－Ｓｉ、ＭｏＳｉ_２、Ｆｅ／Ｃｒ等であることが好ましい。
また、ペースト材であってもよく、金属フィラー、導電性セラミックフィラー及びガラス等が含まれることが好ましく、金属フィラーとしては銅、銀、白金等の粉末を使用することができ、導電セラミックフィラーとしては、ＳｉＣ、ＭｏＳｉ_２等を使用することができる。

引き出し配線及び接続配線の形状は、導線又はワイヤーであることが好ましい。
また、棒状電極、導電ペースト及び引き出し配線の接着がろう材等の導電性接合剤によりされていることが好ましい。また、棒状電極、導電ペーストが引き出し配線と直接、接合されていてもよい。

本発明のハニカム構造体では、第２電極部の位置は、ハニカム構造体の長手方向に沿って第１電極部と第２電極部を投影した投影面において定めるようにしてもよい。
以下に、投影面に着目することで定められる第２電極部の形態について説明する。

図４Ａは、本発明のハニカム構造体の別の一例を模式的に示す斜視図であり、図４Ｂは、図４Ａに示すハニカム構造体の長手方向に沿った投影図であり、図４Ｃは、図４Ａに示すハニカム構造体の左右方向から見た投影図である。

図４Ａに示すハニカム構造体２では、第１電極部１２０がハニカム基材１０の左側端面近傍で上側に設けられている。また、第２電極部１３０がハニカム基材１０の右側端面近傍で下側に設けられている。
第１電極部１２０及び第２電極部１３０にはそれぞれ引き出し配線が接続されている。

図４Ｂが、ハニカム構造体の長手方向に沿って第１電極部と第２電極部を投影した投影面を示す投影図であるが、この図において第１電極部１２０はハニカム構造体の上側に配置され、第２電極部１３０はハニカム構造体の下側に配置されている。

図４Ｃに示す投影図を見ると理解できるが、ハニカム構造体２においては、ハニカム基材１０の長手方向に垂直な断面のどこで切断したとしても、その切断面において第１電極部１２０と第２電極部１３０が同時に存在しない。
しかし、このような場合でも、図４Ｂに示すような投影面でみると、第１電極部が上側に配置され、第２電極部が下側に配置されているといえる。

また、投影面に着目することにより定められる第２電極部の形態として、第１電極部は、ハニカム基材を長手方向に垂直な方向に切断した、いずれかの断面において、ハニカム基材の端面を横切りハニカム基材の外周もしくはその近傍まで直線状に配置されており、第２電極部は、ハニカム構造体の長手方向に沿って第１電極部と第２電極部を投影した投影面において第１電極部を挟むように配置されていることが好ましい。

図５Ａは、本発明のハニカム構造体の別の一例を模式的に示す斜視図であり、図５Ｂは、図５Ａに示すハニカム構造体の長手方向に沿った投影図であり、図５Ｃは、図５Ａに示すハニカム構造体の左右方向から見た投影図である。
図５Ａに示すハニカム構造体３において、第１電極部２２０はハニカム基材１０を長手方向に垂直な方向に切断した、いずれかの断面において、ハニカム基材１０の断面を横切りハニカム基材１０の外周まで直線状に配置されている。
第２電極部２３０として、ハニカム基材１０の左側の端面近傍で上側に設けられた左上側第２電極部２３０ａと、ハニカム基材１０の右側の端面近傍で下側に設けられた右下側第２電極部２３０ｂとを備えている。

図５Ｂが、ハニカム構造体の長手方向に沿って第１電極部と第２電極部を投影した投影面を示す投影図であるが、この図において第２電極部２３０は左上側第２電極部２３０ａと右下側第２電極部２３０ｂの２か所に配置されている。左上側第２電極部２３０ａと右下側第２電極部２３０ｂで第１電極部２２０を挟んでいる。

図５Ｃに示す投影図を見ると理解できるが、ハニカム構造体３においては、ハニカム基材１０の長手方向に垂直な断面のどこで切断したとしても、その切断面において第１電極部２２０、左上側第２電極部２３０ａ及び右下側第２電極部２３０ｂが同時に存在しない。
しかし、このような場合でも、図５Ｂに示すような投影面でみると、第２電極部が第１電極部を挟んでいるといえる。

このような配置であると、第１電極部２２０と左上側第２電極部２３０ａとの間に電流が流れ、第１電極部２２０と右下側第２電極部２３０ｂとの間に電流が流れる。
第１電極部２２０がハニカム基材１０の断面を横切り、ハニカム基材１０の外周まで直線状に配置されているため、直線状の第１電極部２２０と第２電極部２３０の間で電流が流れ、電流密度が極端に低くなる部位が生じにくくなる。そのため、加熱時のハニカム構造体３の均熱性が高くなる。

また、第１電極部は、ハニカム基材の外周もしくはその近傍まで直線状に配置されていることが好ましい。第１電極部がハニカム基材の外周もしくはその近傍まで直線状に配置されることによって、ハニカム基材の外周もしくはその近傍の領域にも電流が流れる。そして、電流密度がこれらの領域において低くなることが防止されるので加熱時のハニカム構造体の均熱性が高くなる。

ハニカム基材の外周は、ハニカム基材に外周壁が設けられている場合はその外周壁の表面である。ハニカム基材に外周壁が設けられておらずセルの一部が露出している場合はその露出したセルに外周壁が設けられていると仮想した場合の仮想面を意味する。
ハニカム基材の外周の近傍とは、上記定義により定めたハニカム基材の外周から、ハニカム基材の長手方向に垂直な断面における内接円の直径に対して１０％分内側に入った領域を意味する。
すなわち、ハニカム基材の外周から上記規定による１０％分内側に入った領域までに第１電極部が設けられていない部位があったとしても、全体としてハニカム基材の断面を横切りハニカム基材の外周の近傍まで第１電極部が直線状に配置されている場合、第１電極部は、ハニカム基材の外周もしくはその近傍まで直線状に配置されているとする。
ハニカム基材の外周から上記規定による１０％分内側に入った領域までに第１電極部が設けられていなかったとしても、ハニカム基材の外周近傍の領域まで電流が流れればハニカム基材の外周まで加熱がされるので、加熱時のハニカム構造体の均熱性を高くするという効果は発揮される。

図６は、ハニカム基材の外周の近傍まで第１電極部が直線状に配置される形態の例を模式的に示す拡大斜視図である。
図６は図５Ａに示すハニカム構造体の端面の拡大斜視図でもある。
図６には、セル１２の内部に棒状電極２１が挿入されて形成された第１電極部２２０を示している。棒状電極２１が隣り合うセル１２のそれぞれに挿入されることによって、第１電極部２２０を構成する複数の電極が直線状に配置される。
セル１２の内部には棒状電極２１に加えて導電ペースト２２が充填されている。導電ペースト２２が充填されることにより棒状電極２１とセル隔壁１３の間の導電性が向上する。

セル１２の内部に形成された棒状電極２１はハニカム基材１０の端面の外側に引き出し配線２３によって引き出されている。そして、ハニカム基材１０の端面の外部で各引き出し配線２３が接続されて、セル１２の内部に形成された棒状電極２１同士が接続される。
図６にはセル１２の内部に形成された棒状電極２１同士が並列に接続されている形態を示している。
なお、図６にはセル１２の内部に形成された棒状電極２１のそれぞれに引き出し配線２３が接続された形態を示しているが、引き出し配線２３は棒状電極２１のいくつかおきに接続されていてもよい。

また、セルの内部に形成された電極同士がハニカム基材の端面で直列に接続され、ハニカム基材の外周からハニカム基材の外部に引き出されてもよい。このような電極同士の接続形態は、図３を参照して説明した、第１電極部がセルの内部に形成されて電極同士がハニカム基材の端面で直列に接続された形態と同様である。

図７Ａは、本発明のハニカム構造体の別の一例を模式的に示す斜視図であり、図７Ｂは、図７Ａに示すハニカム構造体の長手方向に沿った投影図であり、図７Ｃは、図７Ａに示すハニカム構造体の左右方向から見た投影図である。
図７Ａに示すハニカム構造体４において、第１電極部３２０はハニカム基材１０を長手方向に垂直な方向に切断した、いずれかの断面において、ハニカム基材１０の断面を横切りハニカム基材１０の外周まで直線状に配置されている。
第２電極部３３０は、ハニカム構造体の長手方向に沿って第１電極部と第２電極部を投影した投影面において第１電極部を挟むように配置されている。
図７Ｂが、ハニカム構造体の長手方向に沿って第１電極部と第２電極部を投影した投影面を示す投影図であるが、この図において第２電極部３３０は上側第２電極部３３０ａと下側第２電極部３３０ｂの２か所に配置されていて、上側第２電極部３３０ａと下側第２電極部３３０ｂで第１電極部３２０を挟んでいる。
図７Ａに示すハニカム構造体４では、第１電極部３２０、上側第２電極部３３０ａ及び下側第２電極部３３０ｂはともにハニカム基材１０の長手方向の全体にわたって一様に形成されている。

図７Ｃに示す投影図を見ると理解できるが、ハニカム構造体４においては、ハニカム基材１０の長手方向に垂直な断面のどこで切断したとしても、その切断面において第１電極部３２０、上側第２電極部３３０ａ、下側第２電極部３３０ｂが同時に存在する。そのため、ハニカム基材の長手方向に垂直な断面でみたとしても第２電極部が第１電極部を挟んでいるといえる。また、当然に、図７Ｂに示すような投影面でみても、第２電極部が第１電極部を挟んでいるといえる。

本発明のハニカム構造体の製造方法の一例について説明する。
上記ハニカム構造体は、例えば、公知の製造方法でセラミックからなるハニカム基材を作成した後、ハニカム基材のセルの内部に第１電極部及び第２電極部を設けることにより製造することができる。

電極部として、セルの内部に電極を形成する方法としては、セルの内部に棒状電極を挿入する方法、セルの内部に導電ペーストを充填する方法、及び、セルの内部への棒状電極の挿入と導電ペーストの充填を併せて行う方法が例示される。
また、セルの内部に形成した電極と引き出し配線又は接続配線の接続はろう付け等の方法により行うことができる。

電極部としてハニカム基材の外周のセルの内部に電極を形成する場合には、通常のセルの内部に電極を形成する方法を用いることができるが、ハニカム基材の外周壁を削ってハニカム基材の最も外周に位置するセルのセル隔壁を露出させ、セルの内部に棒状電極を挿入（載置）し、導電ペーストを充填するようにしてもよい。
また、セルの内部に形成した電極と引き出し配線又は接続配線の接続はろう付け等の方法により行うことができる。

なお、ハニカム基材として、各図面には外周壁を有する円柱形のハニカム基材を示しているが、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円柱形のハニカム基材を製造してもよい。

ハニカム基材には、触媒が担持されていることが好ましいが、ハニカム構造体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基材又は電極部を形成した後のハニカム構造体を浸漬した後、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）
Ｓｉ粉末（平均粒子径６μｍ）とホウ酸粉末（平均粒子径６μｍ）とシリカ粉末（平均粒子径１０μｍ）を１３：７：８０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。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２時間、脱脂（仮焼）した後、不活性雰囲気下で１３００℃で３時間焼成することにより円筒状のハニカム基材を製造した。上記ハニカム基材の比抵抗は、１．５Ωｃｍであった。またハニカム基材の直径は１０３ｍｍ、長さ６０ｍ、セル密度は６２セル／ｃｍ^２、隔壁厚みは０．１５ｍｍ、最外周の隔壁厚み（外周壁の厚み）は０．２５ｍｍであった。
比抵抗の測定は四端子法（ＪＩＳ Ｃ ２５２５（１９９４））により行った。

次に、銀粒子（平均粒径１５μｍ）９０重量部に、テルピネオール６重量部、チクソ剤４重量部を加え混練し導電ペーストを得た。
導電ペーストを図１に示すように、第１電極部となるようにハニカム基材の上側の最外周のセルに、ハニカム基材の外周の１／４に相当する範囲（円周方向に８０．９ｍｍの範囲）に渡って充填し、第２電極部となるように、ハニカム基材の下側の最外周のセルに、ハニカム基材の外周の１／４に相当する範囲（円周方向に８０．９ｍｍの範囲）に渡って充填した。さらに、それぞれのセルに充填した導電ペースト同士を接続するために、導電ペーストを充填したセル間の隔壁の端面に同じ導電ペーストを塗布した。

さらに、第１電極部と第２電極部の中心各１箇所に、給電線（Ｎｉ：Ｃｒ＝８０：２０、線径０．８ｍｍ、長さ１２０ｍｍ）を、セル周囲の隔壁を加工しながら５本ずつ挿入した。９００℃で１時間加熱することで、導電ペーストに含まれる溶剤の除去、導電ペーストの焼結およびハニカム基材と給電線の接合をおこなった。なお、焼結後の導電ペースト自体の比抵抗は５μΩｃｍ、給電線の比抵抗は１２０μΩｃｍであった。

（比較例１）
電極の形成位置として、第１電極部及び第２電極部を形成する位置をハニカム基材の外周（実施例１における第１電極部及び第２電極部を形成したセルを形成する外周壁の表面）にし、給電線をそれぞれの電極の表面に設置した以外は実施例１と同様にしてハニカム構造体を得た。第１電極部の厚みは０．３ｍｍで幅はハニカム基材の外周に沿って８０．９ｍｍであり、第２電極部の厚みは０．３ｍｍで幅はハニカム基材の外周に沿って８０．９ｍｍであった。

（比較例２）
導電ペーストとして、Ｓｉ粉末とホウ酸粉末とシリカ粉末を質量割合で８０：１０：１０で混合し、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）、水、エタノールを添加して、混合し調製した。実施例１と同じハニカム基材に、得られた導電ペーストを比較例１と同じ位置に塗布し、不活性雰囲気下で、１３２５℃、３時間焼成処理を行って比較例２のハニカム構造体を得た。第１電極部及び第２電極部の厚みはともに０．３ｍｍであった。実施例１と同じ給電線を比較例１と同じ位置にろう材を用いて形成した。

（熱膨張係数の測定）
各実施例及び各比較例で使用したハニカム基材を構成する材料の熱膨張係数と、電極を構成する材料の熱膨張係数を測定した。
ハニカム基材のセル隔壁の熱膨張係数は１．６×１０^－６／Ｋであった。
実施例１及び比較例１で電極の形成に使用した導電ペーストの熱膨張係数は１４．０×１０^－６／Ｋであった。
比較例２で電極の形成に使用した導電ペーストの熱膨張係数は４．０×１０^－６／Ｋであった。
各材料の熱膨張係数の測定は、押棒式熱膨張測定法（ＪＩＳ Ｒ １６１８（２００２））により行った。

（剥離試験）
実施例１及び比較例１、２で製造したハニカム構造体につき、電極部間に２００Ｖの電圧を印加し、通電を行いハニカム基材の温度を６００℃まで２０秒で上昇させ、室温まで冷却する通電テストを繰り返し１０回行った。
その結果、実施例１のハニカム構造体では第１電極部、第２電極部ともにに剥離は生じていないかったが、比較例１、２のハニカム構造体では第１電極部、第２電極部の両方にクラックが生じ、第１電極部、第２電極部の一部に剥離が確認された。

１、２、３、４ ハニカム構造体
１０ ハニカム基材
１２ セル
１３ セル隔壁
１４ 外周壁
２０、１２０、２２０、３２０ 第１電極部
２１ 棒状電極
２２ 導電ペースト
２３ 引き出し配線
２４ 接続配線
３０、１３０、２３０、３３０ 第２電極部
２３０ａ 左上側第２電極部
２３０ｂ 右下側第２電極部
３３０ａ 上側第２電極部
３３０ｂ 下側第２電極部

Claims (9)

1. 多数のセルを区画形成する隔壁を有するハニカム基材と、前記ハニカム基材に形成された電極部と、を備えるハニカム構造体であって、
   前記電極部が前記セルの内部に形成されていることを特徴とするハニカム構造体。
2. 前記電極部は、前記セルの内部に挿入された棒状電極である請求項１に記載のハニカム構造体。
3. 前記電極部は、前記セルの内部に充填された導電材料からなる電極である請求項１に記載のハニカム構造体。
4. 前記セルの内部に形成された複数の電極のそれぞれが前記ハニカム基材より比抵抗の低い材料によって接続される請求項１～３のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
5. 前記セルの内部に形成された前記電極のそれぞれが前記ハニカム基材の端面の外側に引き出し配線によって引き出され、前記ハニカム基材の外部で各引き出し配線が接続されて、各電極同士が接続される請求項４に記載のハニカム構造体。
6. 前記セルの内部に形成された前記電極同士が前記ハニカム基材の端面で直列に接続され、前記ハニカム基材の外周からハニカム基材の外部に引き出される請求項４に記載のハニカム構造体。
7. 前記電極の材料の熱膨張係数と、前記ハニカム基材を構成する材料の熱膨張係数との差の絶対値が２．０×１０^－６／Ｋ～１３．０×１０^－６／Ｋである請求項１～６のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
8. 前記電極部は正極部と負極部とからなり、
   前記正極部と前記負極部のうち一方の電極部である第１電極部は、前記ハニカム基材を長手方向に垂直な方向に切断した、いずれかの断面において、上側に配置されており、前記正極部と前記負極部のうち他方の電極部である第２電極部は、前記ハニカム構造体の長手方向に沿って前記第１電極部と前記第２電極部を投影した投影面において下側に配置されている請求項１～７のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
9. 前記電極部は正極部と負極部とからなり、
   前記正極部と前記負極部のうち一方の電極部である第１電極部は、前記ハニカム基材を長手方向に垂直な方向に切断した、いずれかの断面において、前記ハニカム基材の端面を横切り前記ハニカム基材の外周もしくはその近傍まで直線状に配置されており、
   前記正極部と前記負極部のうち他方の電極部である第２電極部は、前記ハニカム構造体の長手方向に沿って前記第１電極部と前記第２電極部を投影した投影面において前記第１電極部を挟むように配置されている請求項１～７のいずれか１項に記載のハニカム構造体。

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