JP2022053217A - ハニカム構造体 - Google Patents
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Abstract
【課題】 加熱冷却によってかかる応力を小さくすることができ、長期間使用しても接触不良となることがなく、安定して通電加熱できる電極部及び該電極部と接触する固定部を有し、かつ、短時間で触媒活性化温度まで昇温可能な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、前記電極部に固定部を介して接続された通電端子と、を備えるハニカム構造体であって、前記通電端子は、前記電極部と接触する前記固定部により前記外周壁に固定されており、前記固定部の少なくとも前記外周壁に近接する部分は、ハニカム基材と同質の材料からなることを特徴とするハニカム構造体。【選択図】 図１Ｂ
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。
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。
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、セラミック担体と、電極と、上記セラミック担体と上記電極との間に介在する下地層と、上記下地層と接合することで上記電極を固定する固定層と、を備え、上記固定層は、少なくとも２箇所それぞれで線状に延びるように形成されており、各箇所で上記下地層と接合することで上記電極を固定することを特徴とする電気加熱型触媒が開示されている。
この電気加熱型触媒では、上記セラミック担体と上記電極との間に介在し、上記電極と上記セラミック担体とを電気的に接続するとともに固定する下地層は、溶射により形成されている。
すなわち、特許文献１には、セラミック担体と、電極と、上記セラミック担体と上記電極との間に介在する下地層と、上記下地層と接合することで上記電極を固定する固定層と、を備え、上記固定層は、少なくとも２箇所それぞれで線状に延びるように形成されており、各箇所で上記下地層と接合することで上記電極を固定することを特徴とする電気加熱型触媒が開示されている。
この電気加熱型触媒では、上記セラミック担体と上記電極との間に介在し、上記電極と上記セラミック担体とを電気的に接続するとともに固定する下地層は、溶射により形成されている。
しかしながら、溶射による固定では、上記電気加熱型触媒を車両に搭載して長期間使用する間に溶射部分が剥がれたり、接触不良になり易く、また、その部分の抵抗が上昇し、セラミック担体を設定した温度まで昇温することが難しくな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、加熱冷却によってかかる応力を小さくすることができ、長期間使用しても接触不良となることがなく、安定して通電加熱できる電極部及び該電極部と接触する固定部を有し、かつ、短時間で触媒活性化温度まで昇温可能な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、上記電極部に固定部を介して接続された通電端子と、を備えるハニカム構造体であって、
上記通電端子は、上記電極部と接触する上記固定部により上記外周壁に固定されており、上記固定部の少なくとも上記外周壁に近接する部分は、ハニカム基材と同質の材料からなることを特徴とする。
上記通電端子は、上記電極部と接触する上記固定部により上記外周壁に固定されており、上記固定部の少なくとも上記外周壁に近接する部分は、ハニカム基材と同質の材料からなることを特徴とする。
本発明のハニカム構造体によれば、上記固定部の少なくとも上記外周壁に近接する部分は、ハニカム基材と同質の材料からなるので、加熱冷却によって上記固定部にかかる応力を小さくすることができ、長期間使用しても固定部とハニカム基材との間で接触不良となることがなく、安定して固定部を介してハニカム基材に通電加熱することができ、かつ、短時間で触媒活性化温度まで昇温可能なハニカム構造体に供給することができる。
本発明のハニカム構造体では、上記固定部は、上記外周壁と接触する平坦部を有するボルトと、上記ボルトに螺着されたナットとからなり、上記通電端子の貫通孔が上記ボルトに挿通され、上記ナットが螺着されることにより上記電極部と上記通電端子とが接続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、上記固定部が、上記外周壁と接触する平坦部を有するボルトと、上記ボルトに螺着されたナットとからなり、上記通電端子の貫通孔が上記ボルトに挿通され、上記ナットが螺着されることにより上記電極部と上記通電端子とが接続されていると、上記ボルトの平坦部をしっかりとハニカム基材の外周壁に固定することができ、長期間使用しても固定部とハニカム基材との間で接触不良となることがなく、安定して固定部を介してハニカム基材に通電加熱することができる。
本発明のハニカム構造体では、上記固定部は、上記外周壁と接触する平坦部と、該平坦部から伸びる柱状部と、該柱状部より断面積の大きい先端部と、上記柱状部の周囲に取り付けられるＣ型金属部材とからなり、上記通電端子と上記Ｃ型金属部材が上記柱状部に取り付けられることにより、上記電極部と上記通電端子とが接続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、上記固定部が、上記外周壁と接触する平坦部と、該平坦部から伸びる柱状部と、該柱状部より断面積の大きい先端部と、上記柱状部の周囲に取り付けられるＣ型金属部材とからなり、上記通電端子と上記Ｃ型金属部材が上記柱状部に、取り付けられることにより、上記電極部と上記通電端子とが接続されていると、上記平坦部をしっかりとハニカム基材の外周壁に固定することができ、長期間使用しても固定部とハニカム基材との間で接触不良となることがなく、安定して固定部を介してハニカム基材に通電加熱することができる。
本発明のハニカム構造体では、上記固定部は、上記通電端子を挿入するための端子用開口部及びくさびを押しこむためのくさび用開口部を有し、一面で上記外周壁と接触する部材（以下、くさび挿入部材という）と、上記くさびとからなり、くさび挿入部材の上記端子用開口部に上記通電端子を挿入し、上記くさび用開口部に上記くさびを押し込むことにより、上記電極部と上記通電端子とが接続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、上記固定部は、上記通電端子を挿入するための端子用開口部及びくさびを押しこむためのくさび用開口部を有し、一面で上記外周壁と接触するくさび挿入部材と、上記くさびとからなり、上記くさび挿入部材の上記端子用開口部に上記通電端子を挿入し、上記くさび用開口部に上記くさびを押し込むことにより、上記電極部と上記通電端子とが接続されていると、上記くさび挿入部材をしっかりとハニカム基材の外周壁に固定することができ、長期間使用しても固定部とハニカム基材との間で接触不良となることがなく、安定して固定部を介してハニカム基材に通電加熱することができる。
本発明のハニカム構造体では、固定部を構成する上記ハニカム基材と同質の材料からなる部分は、熱膨張係数が上記ハニカム基材の熱膨張係数より小さいことが望ましい。
上記固定部を構成する上記ハニカム基材と同質の材料からなる部分の熱膨張係数が上記ハニカム基材の熱膨張係数より大きいと、昇温した際、上記固定部の上記ハニカム基材と同質の材料からなる部分がより大きく膨張し、外側に広がろうとするので、外周壁に破損を発生させ易く、剥離が発生しやすい。
しかし、固定部を構成する上記ハニカム基材と同質の材料からなる部分の熱膨張係数がハニカム基材の熱膨張係数より小さいと、昇温した際、上記ハニカム基材と同質の材料からなる部分は、外周壁より大きく膨張することはないので、剥離等が発生しにくい。
しかし、固定部を構成する上記ハニカム基材と同質の材料からなる部分の熱膨張係数がハニカム基材の熱膨張係数より小さいと、昇温した際、上記ハニカム基材と同質の材料からなる部分は、外周壁より大きく膨張することはないので、剥離等が発生しにくい。
本発明のハニカム構造体では、上記固定部は、無機導電性接着剤により、上記外周壁に接着、固定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、上記固定部が、無機導電性接着剤により、上記外周壁に接着、固定されてされると、しっかりと外周壁に固定される。
本発明のハニカム構造体において、上記固定部が、無機導電性接着剤により、上記外周壁に接着、固定されてされると、しっかりと外周壁に固定される。
本発明のハニカム構造体では、上記固定部と上記通電端子とは、遊びが存在する状態で接続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、上記固定部と上記通電端子とが、遊びが存在する状態で接続されていると、加熱冷却により上記通電端子や固定部に断裂や破損等が発生しにくく、上記固定部と上記通電端子との間の接続を良好に維持することができる。
なお、上記「遊び」とは、固定部を構成する部材、例えば、ボルトとナット、Ｃ型金属部材と該Ｃ型金属部材が取り付けられる柱状部、くさびと該くさびを押し込む部材との間に接触を維持できる程度のわずかな空隙が存在することを意味する。その結果、昇温や降温においても、通電端子や固定部に断裂や破損等が発生しにくくなる。
本発明のハニカム構造体において、上記固定部と上記通電端子とが、遊びが存在する状態で接続されていると、加熱冷却により上記通電端子や固定部に断裂や破損等が発生しにくく、上記固定部と上記通電端子との間の接続を良好に維持することができる。
なお、上記「遊び」とは、固定部を構成する部材、例えば、ボルトとナット、Ｃ型金属部材と該Ｃ型金属部材が取り付けられる柱状部、くさびと該くさびを押し込む部材との間に接触を維持できる程度のわずかな空隙が存在することを意味する。その結果、昇温や降温においても、通電端子や固定部に断裂や破損等が発生しにくくなる。
本発明のハニカム構造体では、上記固定部の少なくとも上記外周壁に近接する部分は、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、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、上記固定部の少なくとも上記外周壁に近接する部分が、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、カーボン又はホウケイ酸塩を含む材料からなると、固定部が適度な電気抵抗を持つので、ハニカム基材に充分な電流を供給することができる。
本発明のハニカム構造体において、上記固定部の少なくとも上記外周壁に近接する部分が、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、カーボン又はホウケイ酸塩を含む材料からなると、固定部が適度な電気抵抗を持つので、ハニカム基材に充分な電流を供給することができる。
（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、上記電極部に固定部を介して接続された通電端子と、を備えるハニカム構造体であって、
上記通電端子は、上記電極部と接触する上記固定部により上記外周壁に固定されており、上記固定部の少なくとも上記外周壁に近接する部分は、ハニカム基材と同質の材料からなることを特徴とする。
［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、上記電極部に固定部を介して接続された通電端子と、を備えるハニカム構造体であって、
上記通電端子は、上記電極部と接触する上記固定部により上記外周壁に固定されており、上記固定部の少なくとも上記外周壁に近接する部分は、ハニカム基材と同質の材料からなることを特徴とする。
本発明のハニカム構造体によれば、上記固定部の少なくとも上記外周壁に近接する部分は、ハニカム基材と同質の材料からなるので、加熱冷却によって上記固定部にかかる応力を小さくすることができ、長期間使用しても固定部とハニカム基材との間で接触不良となることがなく、安定して固定部を介してハニカム基材に通電加熱することができ、かつ、短時間で触媒活性化温度まで昇温可能なハニカム構造体に供給することができる。
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、ＳｉＯ２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。
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。
ハニカム基材の形状は、特に限定されるものではないが、円柱形状であることが望ましく、その構造は、複数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設され、最外周に外周壁が設けられたものが望ましい。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。
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。
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。
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。また、導電性を有する耐熱性の金属を含むペーストをハニカム基材の外周壁に塗布し、焼成することにより、電極部を形成してもよい。
本発明のハニカム構造体では、通電端子は、電極部と接触する固定部により外周壁に固定されており、上記固定部の少なくとも外周壁に近接する部分は、ハニカム基材と同質の材料からなる。
上記固定部及び通電端子の構造は、特に限定されるものではないが、下記する３つの実施形態が想定される。以下、順次、３つの実施形態について説明する。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るハニカム構造体は、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、外周壁上に設けられた電極部と、電極部に固定部を介して接続された通電端子と、を備えるハニカム構造体である。
また、このハニカム構造体では、固定部は、上記外周壁と接触する平坦部を有するボルトと、上記ボルトに螺着されたナットとからなり、上記通電端子の貫通孔が上記ボルトに挿通され、上記ナットが螺着されることにより上記電極部と上記通電端子とが接続される構造が挙げられる。
本発明の第１の実施形態に係るハニカム構造体は、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、外周壁上に設けられた電極部と、電極部に固定部を介して接続された通電端子と、を備えるハニカム構造体である。
また、このハニカム構造体では、固定部は、上記外周壁と接触する平坦部を有するボルトと、上記ボルトに螺着されたナットとからなり、上記通電端子の貫通孔が上記ボルトに挿通され、上記ナットが螺着されることにより上記電極部と上記通電端子とが接続される構造が挙げられる。
図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係るハニカム構造体における固定部と通電端子とを模式的に示す斜視図であり、図１Ｂは、外周壁上に配設された固定部と通電端子とを示す正面部分断面図であり、図１Ｃは、図１Ｂに示す外周壁上に配設された固定部と通電端子とを示す側面部分断面図である。
なお、図１Ｂと図１Ｃでは、外周壁の内部と外周壁上に設けられた電極の部分が断面を示しており、その他の部分は、正面及び側面を示している。
なお、図１Ｂと図１Ｃでは、外周壁の内部と外周壁上に設けられた電極の部分が断面を示しており、その他の部分は、正面及び側面を示している。
図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、本発明のハニカム構造体１０を構成する固定部は、ハニカム基材１１の外周壁１１ａ（電極部１５）と接触する部分が平坦な平坦部１２ａ及びネジ部１２ｂを有するボルト１２と、ボルト１２に螺着されるナット１３とからなり、通電端子１４は、ボルト１２に挿通するための貫通孔１４ａと電源からの電線を接続するための貫通孔１４ｂを有する屈曲した金属製の板状体である。
そして、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、ボルト１２の平坦部１２ａは、ハニカム基材１１の外周壁１１ａの表面に設けられた電極部１５に、無機導電性接着剤（図示せず）を介して接着、接続されており、通電端子１４の貫通孔１４ａは、ボルト１２のネジ部１２ｂに挿通され、ナット１３が螺着されることにより、電極部１５と通電端子１４とが接続されている。
第１の実施形態において、少なくとも外周壁に近接する部分である平坦部１２ａを含むボルト１２は、ハニカム基材１１と同質の材料からなることが望ましい。従って、ボルト１２は、平坦部１２ａのみ、ハニカム基材１１と同質の材料からなっていてもよく、ボルト１２のネジ部１２ｂを含む全体がハニカム基材１１と同質の材料から構成されていてもよい。すなわち、ボルト１２の平坦部１２ａ又はボルト１２は、ＳｉＣ、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、ＳｉＯ２又はホウケイ酸塩を含む材料からなることが望ましい。
ボルト１２の平坦部１２ａがハニカム基材１１と同質の材料からなり、ボルトのネジが螺刻されているネジ部１２ｂがインコネル（登録商標）、オーステナイト系ＳＵＳ、二ケイ化モリブデン等の耐熱合金から構成されている場合には、平坦部１２ａを無機導電性接着剤により電極部１５に接着する際、ネジ部１２ｂに通電端子１４の貫通孔１４ａを挿通し、ナット１３を螺着し、無機導電性接着剤により平坦部１２ａ及びネジ部１２ｂを電極部１５に固定する。この場合、ネジ部１２ｂの平坦部１２ａ側の先端は、平坦部１２ａに形成された凹部又は貫通孔に挿入され、固定されている必要がある。
ボルト１２の全体がタングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、インコネル（登録商標）、オーステナイト系ＳＵＳ、二ケイ化モリブデン等の耐熱金属又は耐熱合金から構成されていてもよい。
ボルト１２の全体がタングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、インコネル（登録商標）、オーステナイト系ＳＵＳ、二ケイ化モリブデン等の耐熱金属又は耐熱合金から構成されていてもよい。
通電端子１４の材料としては、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、インコネル（登録商標）、オーステナイト系ＳＵＳ、二ケイ化モリブデン等の耐熱性金属、又は、耐熱性の合金が挙げられる。
無機導電性接着剤としては、シリカゾルやアルミナゾル等の無機バインダを使用し、銀をフィラーとしたものが挙げられ、９００℃以上の耐熱性を有する。導電性の耐熱性金属を用い、溶融温度以上に加熱して接着させる方法をとってもよい。
無機導電性接着剤としては、シリカゾルやアルミナゾル等の無機バインダを使用し、銀をフィラーとしたものが挙げられ、９００℃以上の耐熱性を有する。導電性の耐熱性金属を用い、溶融温度以上に加熱して接着させる方法をとってもよい。
本発明のハニカム構造体では、固定部を構成するハニカム基材と同質の材料からなる部分は、熱膨張係数がハニカム基材の熱膨張係数より小さいことが望ましい。
固定部を構成するハニカム基材と同質の材料からなる部分の熱膨張係数がハニカム基材の熱膨張係数より小さいと、昇温した際、上記ハニカム基材と同質の材料からなる部分は、外周壁より大きく膨張することはないので、剥離等が発生しにくい。
当然ながら、固定部を構成するハニカム基材と同質の材料からなる部分の熱膨張係数は、ハニカム基材の熱膨張係数と同じであってもよい。
当然ながら、固定部を構成するハニカム基材と同質の材料からなる部分の熱膨張係数は、ハニカム基材の熱膨張係数と同じであってもよい。
［第２の実施形態］
本発明の第２実施形態に係るハニカム構造体は、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、外周壁上に設けられた電極部と、電極部に固定部を介して接続された通電端子と、を備えるハニカム構造体である。
また、このハニカム構造体では、固定部は、上記外周壁と接触する平坦部と、該平坦部から伸びる柱状部と、該柱状部より断面積の大きい先端部と、上記柱状部の周囲に取り付けられるＣ型金属部材とからなり、上記通電端子と上記Ｃ型金属部材が上記柱状部に取り付けられることにより、上記電極部と上記通電端子とが接続される構造が挙げられる。
本発明の第２実施形態に係るハニカム構造体は、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、外周壁上に設けられた電極部と、電極部に固定部を介して接続された通電端子と、を備えるハニカム構造体である。
また、このハニカム構造体では、固定部は、上記外周壁と接触する平坦部と、該平坦部から伸びる柱状部と、該柱状部より断面積の大きい先端部と、上記柱状部の周囲に取り付けられるＣ型金属部材とからなり、上記通電端子と上記Ｃ型金属部材が上記柱状部に取り付けられることにより、上記電極部と上記通電端子とが接続される構造が挙げられる。
図２Ａは、本発明の第２の実施形態に係るハニカム構造体における固定部と通電端子とを模式的に示す斜視図であり、図２Ｂは、外周壁上に配設された固定部と通電端子とを示す正面部分断面図であり、図２Ｃは、図２Ｂに示す外周壁上に配設された固定部と通電端子とを示す側面部分断面図である。
なお、図２Ｂと図２Ｃでは、外周壁の内部と外周壁上に設けられた電極の部分が断面を示しており、その他の部分は、正面及び側面を示している。
なお、図２Ｂと図２Ｃでは、外周壁の内部と外周壁上に設けられた電極の部分が断面を示しており、その他の部分は、正面及び側面を示している。
図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、本発明のハニカム構造体２０を構成する固定部は、外周壁１１ａと接触する部分が平坦な平坦部２２ａと、平坦部２２ａから伸びる柱状部２２ｂと、柱状部２２ｂより断面積の大きい先端部２２ｃとからなる接続固定部材２２と、接続固定部材２２の柱状部２２ｂの周囲に取り付けられる平面視略Ｃ字形状のＣ型金属部材２３とからなり、通電端子２４は、接続固定部材２２に挿通するための貫通孔２４ａと電源からの電線を接続するための貫通孔２４ｂを有する屈曲した金属製の板状体である。
そして、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、接続固定部材２２の平坦部２２ａは、ハニカム基材１１の外周壁１１ａの表面に設けられた電極部１５に、無機導電性接着剤（図示せず）を介して接着、接続されており、通電端子２４が貫通孔２４ａを介して柱状部２２ｂに取り付けられ、さらにＣ型金属部材２３が接続固定部材２２の柱状部２２ｂに、挿入、取り付けられることにより、電極部１５と通電端子２４とが接続されている。
第２の実施形態において、少なくとも外周壁に近接する部分である平坦部２２ａを含む接続固定部材２２は、ハニカム基材１１と同質の材料からなることが望ましい。従って、接続固定部材２２は、平坦部２２ａのみ、ハニカム基材１１と同質の材料からなっていてもよく、接続固定部材２２の全体がハニカム基材１１と同質の材料から構成されていてもよい。すなわち、接続固定部材２２の平坦部２２ａ又は接続固定部材２２は、ＳｉＣ、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、ＳｉＯ２又はホウケイ酸塩を含む材料からなることが望ましい。
無機導電性接着剤としては、第１の実施形態で記載したものを用いることができる。
無機導電性接着剤としては、第１の実施形態で記載したものを用いることができる。
接続固定部材２２の柱状部２２ｂ及び先端部２２ｃは、インコネル（登録商標）、オーステナイト系ＳＵＳ、二ケイ化モリブデン等の耐熱合金から構成されていてもよい。接続固定部材の全体がタングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、インコネル（登録商標）、オーステナイト系ＳＵＳ、二ケイ化モリブデン等の耐熱金属又は耐熱合金から構成されていてもよい。
通電端子２４の材料としては、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、インコネル（登録商標）、オーステナイト系ＳＵＳ、二ケイ化モリブデン等の耐熱性金属、又は、合金が挙げられる。
本発明のハニカム構造体では、固定部を構成するハニカム基材と同質の材料からなる部分は、熱膨張係数がハニカム基材の熱膨張係数より小さいことが望ましい。
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係るハニカム構造体は、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、外周壁上に設けられた電極部と、電極部に固定部を介して接続された通電端子と、を備えるハニカム構造体である。
また、このハニカム構造体では、固定部は、通電端子を挿入するための端子用開口部及びくさびを押しこむためのくさび用開口部を有し、一面で上記外周壁と接触するくさび挿入部材と、上記くさびとからなり、上記くさび挿入部材の上記端子用開口部に上記通電端子を挿入し、上記くさび用開口部に上記くさびを押し込むことにより、上記電極部と上記通電端子とが接続されている構造が挙げられる。
本発明の第３の実施形態に係るハニカム構造体は、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、外周壁上に設けられた電極部と、電極部に固定部を介して接続された通電端子と、を備えるハニカム構造体である。
また、このハニカム構造体では、固定部は、通電端子を挿入するための端子用開口部及びくさびを押しこむためのくさび用開口部を有し、一面で上記外周壁と接触するくさび挿入部材と、上記くさびとからなり、上記くさび挿入部材の上記端子用開口部に上記通電端子を挿入し、上記くさび用開口部に上記くさびを押し込むことにより、上記電極部と上記通電端子とが接続されている構造が挙げられる。
図３Ａは、本発明の第３の実施形態に係るハニカム構造体における固定部と通電端子とを模式的に示す斜視図であり、図３Ｂは、外周壁上に配設された固定部と通電端子とを示す正面部分断面図であり、図３Ｃは、図３Ｂに示す外周壁上に配設された固定部と通電端子とを示す側面部分断面図である。
なお、図３Ｂと図３Ｃでは、外周壁の内部と外周壁上に設けられた電極の部分が断面を示しており、その他の部分は、正面及び側面を示している。
なお、図３Ｂと図３Ｃでは、外周壁の内部と外周壁上に設けられた電極の部分が断面を示しており、その他の部分は、正面及び側面を示している。
図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、本発明のハニカム構造体３０を構成する固定部は、通電端子３４を挿入するための端子用開口部３２ａ及びくさび３３を押しこむためのくさび用開口部３２ｂを有し、底面３２ｃで外周壁１１ａ（電極部１５）と接触する箱型のくさび挿入部材３２と、くさび３３とからなり、通電端子３４は、電源からの電線を接続するための貫通孔３４ａを有する屈曲した金属製の板状体である。
そして、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、くさび挿入部材３２の底面３２ｃ及びその周辺部は、ハニカム基材１１の外周壁１１ａの表面に設けられた電極部１５に、無機導電性接着剤（図示せず）を介して接着、接続されており、くさび挿入部材３２の端子用開口部３２ａに通電端子３４が挿入され、くさび用開口部３２ｂにくさび３３が挿入されることにより、電極部１５と通電端子２４とが接続されている。なお、くさび挿入部材３２の内部にも、無機導電性接着剤が充填されており、通電端子３４とくさび３３も無機導電性接着剤により固定されている。
第３の実施形態において、少なくとも外周壁に近接するくさび挿入部材３２は、ハニカム基材１１と同質の材料からなる。従って、くさび挿入部材３２は、ＳｉＣ、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、ＳｉＯ２又はホウケイ酸塩を含む材料からなることが望ましい。くさび挿入部材の全体がタングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、インコネル（登録商標）、オーステナイト系ＳＵＳ、二ケイ化モリブデン等の耐熱金属又は耐熱合金から構成されていてもよい。
無機導電性接着剤としては、第１の実施形態で記載したものを用いることができる。
無機導電性接着剤としては、第１の実施形態で記載したものを用いることができる。
本発明のハニカム構造体では、ハニカム基材を導電性とし、通電端子及び電極部を介してハニカム基材に電流を流すことにより、ハニカム基材が発熱するため、エンジン等の内燃機関を作動させた直後であっても、内燃機関を作動させていない場合であっても、必要な場合には、ハニカム基材が触媒としての機能を発揮できる温度となり、ハニカム基材に担持された触媒は、充分にその性能を発揮できる。
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、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。
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、ハニカム焼成体の隔壁の厚さは、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、ハニカム基材の長手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。
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、ハニカム基材の長手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。
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。
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。
上記ハニカム焼成体の気孔率が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。
上記ハニカム構造体を構成するハニカム基材は、例えば、公知の製造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。
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］
［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。この後、得られたハニカム成形体の外周面の一部を矩形状の平面を有する部材で軽く押圧し、固定部を設置するための固定部用凹部を形成した。次に、凹部を形成したハニカム成形体を高周波誘電で加熱乾燥した後、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（仮焼）した後、不活性雰囲気下、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。
そしてハニカム乾燥体を、６００℃で１０時間、脱脂（仮焼）した後、不活性雰囲気下、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。
次に、Ｓｉ粉末とホウ酸粉末とシリカ粉末とを質量割合で８０：１０：１０で混合し、バインダとしてメチルセルロース及び潤滑剤（日油社製 ユニルーブ）を添加すると共に、水とエタノールとを添加して混合し、電極用ペーストを調製した。この電極用ペーストを、ハニカム基材の外周面に、焼成後の厚さが０．３５ｍｍになるように塗布した。
次に、ハニカム基材の外周面に塗布した電極用ペーストを８０℃で乾燥させ、６００℃で１０時間脱脂処理し、不活性ガス雰囲気下、１３２５℃で３時間焼成処理を行い、電極部を有する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、ハニカム基材の長手方向における長さは６０ｍｍであった。また、電極部には、固定部用凹部が形成されていた。
次に、ハニカム基材の電極部が形成された固定部用凹部に、Ｓｉとホウケイ酸からなるボルト１２の平坦部１２ａを、無機導電性接着剤を用いて接着し、オーステナイト系ＳＵＳからなる通電端子１４の貫通孔１４ａをボルト１２のネジ部１２ｂに挿通し、オーステナイト系ＳＵＳからなるナット１３を螺着した（図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃ参照）。
通電端子１４に電線を接続し、２００Ｖの電圧で通電し、ハニカム基材の温度を２０秒で６００℃に到達させた。
また、上記の通電テストを１０回行ったが、無機導電性接着剤、ボルト及びナットや通電端子に破損等は、発生せず、通電により良好にハニカム基材を昇温させることができた。
通電端子１４に電線を接続し、２００Ｖの電圧で通電し、ハニカム基材の温度を２０秒で６００℃に到達させた。
また、上記の通電テストを１０回行ったが、無機導電性接着剤、ボルト及びナットや通電端子に破損等は、発生せず、通電により良好にハニカム基材を昇温させることができた。
（実施例２）
実施例１と同様にして、ハニカム基材を製造した後、ハニカム基材の電極部が形成された固定部用凹部に、Ｓｉとホウケイ酸からなる接続固定部材２２の平坦部２２ａを、無機導電性接着剤を用いて接着し、オーステナイト系ＳＵＳからなる通電端子２４の貫通孔２４ａを接続固定部材に挿通し、オーステナイト系ＳＵＳからなるＣ型金属部材２３を取り付けた（図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃ参照）。
通電端子２４に電線を接続し、２００Ｖの電圧で通電し、ハニカム基材の温度を２０秒で６００℃に到達させた。また、上記の通電テストを１０回行ったが、無機導電性接着剤及び接続固定部材や通電端子に破損等は、発生せず、通電により良好にハニカム基材を昇温させることができた。
実施例１と同様にして、ハニカム基材を製造した後、ハニカム基材の電極部が形成された固定部用凹部に、Ｓｉとホウケイ酸からなる接続固定部材２２の平坦部２２ａを、無機導電性接着剤を用いて接着し、オーステナイト系ＳＵＳからなる通電端子２４の貫通孔２４ａを接続固定部材に挿通し、オーステナイト系ＳＵＳからなるＣ型金属部材２３を取り付けた（図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃ参照）。
通電端子２４に電線を接続し、２００Ｖの電圧で通電し、ハニカム基材の温度を２０秒で６００℃に到達させた。また、上記の通電テストを１０回行ったが、無機導電性接着剤及び接続固定部材や通電端子に破損等は、発生せず、通電により良好にハニカム基材を昇温させることができた。
（実施例３）
実施例１と同様にして、ハニカム基材を製造した後、ハニカム基材の電極部が形成された固定部用凹部に、Ｓｉとホウケイ酸からなるくさび挿入部材３２を載置し、くさび挿入部材３２の端子用開口部３２ａにオーステナイト系ＳＵＳからなる通電端子３４を挿入し、オーステナイト系ＳＵＳからなるくさび用開口部３２ｂにくさび３３を挿入した後、これらの部材を、無機導電性接着剤を用いて電極部１５に接着した（図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃ参照）。
通電端子３４に電線を接続し、２００Ｖの電圧で通電し、ハニカム基材の温度を２０秒で６００℃に到達させた。また、上記の通電テストを１０回行ったが、無機導電性接着剤、くさび挿入部材及びくさびや通電端子に破損等は、発生せず、通電により良好にハニカム基材を昇温させることができた。
実施例１と同様にして、ハニカム基材を製造した後、ハニカム基材の電極部が形成された固定部用凹部に、Ｓｉとホウケイ酸からなるくさび挿入部材３２を載置し、くさび挿入部材３２の端子用開口部３２ａにオーステナイト系ＳＵＳからなる通電端子３４を挿入し、オーステナイト系ＳＵＳからなるくさび用開口部３２ｂにくさび３３を挿入した後、これらの部材を、無機導電性接着剤を用いて電極部１５に接着した（図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃ参照）。
通電端子３４に電線を接続し、２００Ｖの電圧で通電し、ハニカム基材の温度を２０秒で６００℃に到達させた。また、上記の通電テストを１０回行ったが、無機導電性接着剤、くさび挿入部材及びくさびや通電端子に破損等は、発生せず、通電により良好にハニカム基材を昇温させることができた。
１０、２０、３０ ハニカム構造体
１１ ハニカム基材
１１ａ 外周壁
１２ ボルト
１２ａ 平坦部
１２ｂ ネジ部
１３ ナット
１４、２４、３４ 通電端子
１４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂ、３４ａ 貫通孔
１５ 電極部
２２ 接続固定部材
２２ａ 平坦部
２２ｂ 柱状部
２２ｃ 先端部
２３ Ｃ型金属部材
３２ くさび挿入部材
３２ａ 端子用開口部
３２ｂ くさび用開口部
３２ｃ 底面
３３ くさび
１１ ハニカム基材
１１ａ 外周壁
１２ ボルト
１２ａ 平坦部
１２ｂ ネジ部
１３ ナット
１４、２４、３４ 通電端子
１４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂ、３４ａ 貫通孔
１５ 電極部
２２ 接続固定部材
２２ａ 平坦部
２２ｂ 柱状部
２２ｃ 先端部
２３ Ｃ型金属部材
３２ くさび挿入部材
３２ａ 端子用開口部
３２ｂ くさび用開口部
３２ｃ 底面
３３ くさび
Claims (8)
- 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、前記電極部に固定部を介して接続された通電端子と、を備えるハニカム構造体であって、
前記通電端子は、前記電極部と接触する前記固定部により前記外周壁に固定されており、前記固定部の少なくとも前記外周壁に近接する部分は、ハニカム基材と同質の材料からなることを特徴とするハニカム構造体。 - 前記固定部は、前記外周壁と接触する平坦部を有するボルトと、前記ボルトに螺着されたナットとからなり、前記通電端子の貫通孔が前記ボルトに挿通され、前記ナットが螺着されることにより前記電極部と前記通電端子とが接続されている請求項１に記載のハニカム構造体。
- 前記固定部は、前記外周壁と接触する平坦部と、該平坦部から伸びる柱状部と、該柱状部より断面積の大きい先端部と、前記柱状部の周囲に取り付けられるＣ型金属部材とからなり、前記通電端子と前記Ｃ型金属部材が前記柱状部に取り付けられることにより、前記電極部と前記通電端子とが接続されている請求項１に記載のハニカム構造体。
- 前記固定部は、前記通電端子を挿入するための端子用開口部及びくさびを押しこむためのくさび用開口部を有し、一面で前記外周壁と接触する部材と、前記くさびとからなり、
前記端子用開口部に前記通電端子を挿入し、上記くさび用開口部に前記くさびを押し込むことにより、前記電極部と前記通電端子とが接続されている請求項１に記載のハニカム構造体。 - 前記固定部を構成する前記ハニカム基材と同質の材料からなる部分は、熱膨張係数が前記ハニカム基材の熱膨張係数より小さい請求項１～４のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
- 前記固定部は、無機導電性接着剤により、前記外周壁に接着、固定されている請求項１～５のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
- 前記固定部と前記通電端子とは、遊びが存在する状態で接続されている請求項１～６のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
- 前記固定部の少なくとも前記外周壁に近接する部分は、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、カーボン又はホウケイ酸塩を含む材料からなる請求項１～７のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
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