JP5663003B2 - ハニカム構造体 - Google Patents

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Description

本発明は、ハニカム構造体に関し、さらに詳しくは、触媒担体であると共に電圧を印加することによりヒーターとしても機能し、電圧を印加したときの温度分布の偏りを抑制することができるハニカム構造体に関する。
従来、コージェライト製のハニカム構造体に触媒を担持したものを、自動車エンジンから排出された排ガス中の有害物質の処理に用いていた。また、炭化珪素質焼結体によって形成されたハニカム構造体を排ガスの浄化に使用することも知られている（例えば、特許文献１を参照）。
ハニカム構造体に担持した触媒によって排ガスを処理する場合、触媒を所定の温度まで昇温する必要があるが、エンジン始動時には、触媒温度が低いため、排ガスが十分に浄化されないという問題があった。
そのため、触媒が担持されたハニカム構造体の上流側に、金属製のヒーターを設置して、排ガスを昇温させる方法が検討されている（例えば、特許文献２を参照）。
特許第４１３６３１９号公報 特許第２９３１３６２号公報
上記のようなヒーターを、自動車に搭載して使用する場合、自動車の電気系統に使用される電源が共通で使用され、例えば２００Ｖという高い電圧の電源が用いられる。しかし、金属製のヒーターは、電気抵抗が低いため、このような高い電圧の電源を用いた場合、過剰に電流が流れ、電源回路を損傷させることがあるという問題があった。
また、ヒーターが金属製であると、仮にハニカム構造に加工したものであっても、触媒を担持し難いため、ヒーターと触媒とを一体化させることは難しかった。
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、触媒担体であると共に電圧を印加することによりヒーターとしても機能し、電圧を印加したときの温度分布の偏りを抑制することができるハニカム構造体を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するため、本発明は、以下のハニカム構造体を提供する。
［１］ 流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、最外周に位置する外周壁とを有する筒状のハニカム構造部と、前記ハニカム構造部の側面に配設された一対の電極部とを備え、前記ハニカム構造部の電気抵抗率が、１〜２００Ωｃｍであり、前記一対の電極部のそれぞれが、前記ハニカム構造部のセルの延びる方向に延びる帯状に形成され、前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記一対の電極部における一方の前記電極部が、前記一対の電極部における他方の前記電極部に対して、前記ハニカム構造部の中心を挟んで反対側に配設され、前記セルの延びる方向に直交する断面において、それぞれの前記電極部の中心角の０．５倍が、１５〜６５°であり、触媒担体であると共に電圧を印加することによりヒーターとしても機能するハニカム構造体。
［２］ 前記電極部の電気抵抗率が、０．１〜１００Ωｃｍである［１］に記載のハニカム構造体。
［３］ 前記電極部の厚さが、０．０１〜５ｍｍである［１］又は［２］に記載のハニカム構造体。
［４］ それぞれの前記電極部の、前記セルの延びる方向に直交する断面における中央部であり、且つ前記セルの延びる方向における中央部に、電気配線を繋ぐための電極端子突起部が配設された［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。
［５］ 前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記電極部が、前記ハニカム構造部の外周に沿って並ぶ複数の領域を有し、前記セルの延びる方向に直交する断面において、中央に位置する領域が最も厚く、外側に位置する領域ほど薄く形成され、両端に位置する領域が最も薄く形成された［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体。
［６］ アイソスタティック強度が、１ＭＰａ以上である［１］〜［５］のいずれかに記載のハニカム構造体。
［７］ 前記ハニカム構造部が、円筒形状である［１］〜［６］のいずれかに記載のハニカム構造体。
本発明のハニカム構造体は、ハニカム構造部の電気抵抗率が１〜２００Ωｃｍであるため、電圧の高い電源を用いて電流を流しても、過剰に電流が流れず、ヒーターとして好適に用いることができる。また、「一対の電極部のそれぞれが、ハニカム構造部のセルの延びる方向に延びる帯状に形成され、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、セルの延びる方向に直交する断面において、それぞれの電極部の中心角の０．５倍が、１５〜６５°である」ため、電圧を印加したときの温度分布の偏りを抑制することができる。特に、セルの延びる方向に直交する断面において、それぞれの電極部の中心角の０．５倍が、１５〜６５°であるため、一対の電極部間に電圧を印加した時に、ハニカム構造部内を流れる電流の偏りを抑制することができ、これによりハニカム構造部内の発熱の偏りを抑制することができる。
本発明のハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す斜視図である。 本発明のハニカム構造体の一の実施形態の、セルの延びる方向に平行な断面を示す模式図である。 本発明のハニカム構造体の一の実施形態の、セルの延びる方向に直交する断面を示す模式図である。 本発明のハニカム構造体の他の実施形態の、セルの延びる方向に直交する断面の一部を示す模式図である。 本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態を模式的に示す正面図である。 図５における、Ａ−Ａ’断面を示す模式図である。 本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態を模式的に示す側面図である。 本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態を模式的に示す斜視図である。 本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態の、セルの延びる方向に平行な断面を示す模式図である。 電極部を模式的に示す平面図である。 電極部を模式的に示す平面図である。 本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態の、セルの延びる方向に直交する断面の一部を示す模式図である。
次に本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
（１）ハニカム構造体：
本発明のハニカム構造体の一の実施形態は、図１〜図３に示すように、流体の流路となる一方の端面１１から他方の端面１２まで延びる複数のセル２を区画形成する多孔質の隔壁１と、最外周に位置する外周壁３とを有する筒状のハニカム構造部４と、ハニカム構造部４の側面５に配設された一対の電極部２１とを備え、ハニカム構造部４の電気抵抗率が、１〜２００Ωｃｍであり、一対の電極部２１，２１のそれぞれが、ハニカム構造部４のセル２の延びる方向に延びる帯状に形成され、セル２の延びる方向に直交する断面において、一対の電極部２１，２１における一方の電極部２１が、一対の電極部２１，２１における他方の電極部２１に対して、ハニカム構造部４の中心Ｏを挟んで反対側に配設され、セル２の延びる方向に直交する断面において、それぞれの電極部２１，２１の中心角αの０．５倍（中心角αの０．５倍の角度θ）が、１５〜６５°である。図１は、本発明のハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す斜視図である。図２は、本発明のハニカム構造体の一の実施形態の、セルの延びる方向に平行な断面を示す模式図である。図３は、本発明のハニカム構造体の一の実施形態の、セルの延びる方向に直交する断面を示す模式図である。尚、図３においては、隔壁が省略されている。
このように、本実施形態のハニカム構造体１００は、ハニカム構造部４の電気抵抗率が１〜２００Ωｃｍであるため、電圧の高い電源を用いて電流を流しても、過剰に電流が流れず、ヒーターとして好適に用いることができる。また、「一対の電極部２１，２１のそれぞれが、ハニカム構造部４のセル２の延びる方向に延びる帯状に形成され、セル２の延びる方向に直交する断面において、一対の電極部２１，２１における一方の電極部２１が、一対の電極部２１，２１における他方の電極部２１に対して、ハニカム構造部４の中心を挟んで反対側に配設され、セル２の延びる方向に直交する断面において、それぞれの電極部２１，２１の中心角αの０．５倍（中心角αの０．５倍の角度θ）が、１５〜６５°である」ため、一対の電極部２１，２１間に電圧を印加したときの、ハニカム構造部４の温度分布の偏りを抑制することができる。特に、セル２の延びる方向に直交する断面において、それぞれの電極部２１，２１の中心角αの０．５倍の角度θが、１５〜６５°であるため、一対の電極部２１，２１間に電圧を印加した時に、ハニカム構造部４内を流れる電流の偏りを抑制することができ、これによりハニカム構造部４内の発熱の偏りを抑制することができる。
ここで、「セル２の延びる方向に直交する断面において、一対の電極部２１，２１における一方の電極部２１が、一対の電極部２１，２１における他方の電極部２１に対して、ハニカム構造部４の中心Ｏを挟んで反対側に配設される」とは、セル２の延びる方向に直交する断面において、「一方の電極部２１の中央点（「ハニカム構造部４の周方向」における中央の点）とハニカム構造部４の中心Ｏとを結ぶ線分」と、「他方の電極部２１の中央点（「ハニカム構造部４の周方向」における中央の点）とハニカム構造部４の中心Ｏとを結ぶ線分」と、により形成される角度β（「中心Ｏ」を中心とする角度（図３を参照））が、１７０°〜１９０°の範囲となるような位置関係になるように、一対の電極部２１，２１がハニカム構造部４に配設されていることを意味する。また、「電極部２１の中心角α」は、図３に示されるように、セルの延びる方向に直交する断面において、電極部２１の両端とハニカム構造部４の中心Ｏとを結ぶ２本の線分により形成される角度（セルの延びる方向に直交する断面において、「電極部２１」と、「電極部２１の一方の端部と中心Ｏとを結ぶ線分」と、「電極部２１の他方の端部と中心Ｏとを結ぶ線分」とにより形成される形状（例えば、扇形）における、中心Ｏの部分の内角）である。
本実施形態のハニカム構造体１００においては、隔壁１及び外周壁３の材質が、珪素−炭化珪素複合材又は炭化珪素を主成分とするものであることが好ましく、珪素−炭化珪素複合材又は炭化珪素であることが更に好ましい。「隔壁１及び外周壁３の材質が、炭化珪素粒子及び珪素を主成分とするものである」というときは、隔壁１及び外周壁３が、炭化珪素粒子及び珪素を、全体の９０質量％以上含有していることを意味する。このような材質を用いることにより、ハニカム構造部の電気抵抗率を１〜２００Ωｃｍにすることができる。ここで、珪素−炭化珪素複合材は、骨材としての炭化珪素粒子、及び炭化珪素粒子を結合させる結合材としての珪素を含有するものであり、複数の炭化珪素粒子が、炭化珪素粒子間に細孔を形成するようにして、珪素によって結合されていることが好ましい。また、炭化珪素は、炭化珪素が焼結したものである。ハニカム構造部の電気抵抗率は、４００℃における値である。
本実施形態のハニカム構造体１００は、図１〜図３に示されるように、ハニカム構造部４の側面５に一対の電極部２１，２１が配設されている。本実施形態のハニカム構造体１００は、一対の電極部２１，２１間に電圧を印加することにより、発熱する。印加する電圧は１２〜９００Ｖが好ましく、６４〜６００Ｖが更に好ましい。
図１〜図３に示されるように、一対の電極部２１，２１のそれぞれは、ハニカム構造部４のセル２の延びる方向に延びる「帯状」に形成されている。そして、セル２の延びる方向に直交する断面において、一対の電極部２１，２１における一方の電極部２１が、一対の電極部２１，２１における他方の電極部２１に対して、ハニカム構造部４の中心部Ｏを挟んで反対側に配設されている。そして、更に、セル２の延びる方向に直交する断面において、それぞれの電極部２１，２１の中心角αの０．５倍（中心角αの０．５倍の角度θ）が、１５〜６５°である。このように、電極部２１を帯状に形成し、帯状の電極部２１の長手方向が、ハニカム構造部４のセル２の延びる方向に延びるようにするとともに、一対の電極部２１，２１がハニカム構造部４の中心部Ｏを挟んで反対側に配設されるようにし、更に、セル２の延びる方向に直交する断面において、それぞれの電極部２１，２１の中心角αの０．５倍の角度θを、１５〜６５°としたため、一対の電極部２１，２１間に電圧を印加した時に、ハニカム構造部４内を流れる電流の偏りを抑制することができ、これによりハニカム構造部４内の発熱の偏りを抑制することができる。
セル２の延びる方向に直交する断面において、電極部２１，２１の「中心角αの０．５倍の角度θ」の上限値は、６０°が好ましく、５５°が更に好ましい。また、セル２の延びる方向に直交する断面において、電極部２１，２１の「中心角αの０．５倍の角度θ」の下限値は、２０°が好ましく、３０°が更に好ましい。また、一方の電極部２１の「中心角αの０．５倍の角度θ」は、他方の電極部２１の「中心角αの０．５倍の角度θ」に対して、０．８〜１．２倍の大きさであることが好ましく、１．０倍の大きさ（同じ大きさ）であることが更に好ましい。これにより、一対の電極部２１，２１間に電圧を印加した時に、ハニカム構造部４内を流れる電流の偏りを抑制することができ、これによりハニカム構造部４内の発熱の偏りを抑制することができる。
電極部２１の厚さは、０．０１〜５ｍｍであることが好ましく、０．０１〜３ｍｍであることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、均一に発熱することができる。電極部２１の厚さが０．０１ｍｍより薄いと、電気抵抗が高くなり均一に発熱できないことがある。５ｍｍより厚いと、キャニング時に破損することがある。
また、図４に示すように、セルの延びる方向に直交する断面において、電極部２１が、ハニカム構造部４の外周に沿って並ぶ複数の領域（電極部における領域Ａ、電極部における領域Ｂ、電極部における領域Ｃ）を有し、セルの延びる方向に直交する断面において、中央に位置する領域が最も厚く、外側に位置する領域ほど薄く形成され、両端に位置する領域が最も薄く形成されていることが好ましい。このように、セルの延びる方向に直交する断面において、電極部の外側に位置する領域ほど薄く形成されることにより、電極部に電圧を印加したときにハニカム構造部の温度分布の偏りをより小さくすることができる。電極部が複数の領域を有する場合、その領域の数は、特に限定されず、２〜４程度が好ましい（段差の無い「連続的に厚さが変化する」滑らかな形状でも良い）。図４は、本発明のハニカム構造体の他の実施形態（ハニカム構造体２００）の、セルの延びる方向に直交する断面の一部を示す模式図である。図４においては、隔壁は省略されている。本実施形態のハニカム構造体２００の各条件は、電極部２１が上記のように外側ほど薄い複数の領域を有すること以外は、本発明のハニカム構造体の一の実施形態（ハニカム構造体１００）における各条件と同じであることが好ましい。
電極部２１が、炭化珪素粒子及び珪素を主成分とすることが好ましく、通常含有される不純物以外は、炭化珪素粒子及び珪素を原料として形成されていることが更に好ましい。ここで、「炭化珪素粒子及び珪素を主成分とする」とは、炭化珪素粒子と珪素との合計質量が、電極部全体の質量の９０質量％以上であることを意味する。このように、電極部２１が炭化珪素粒子及び珪素を主成分とすることにより、電極部２１の成分とハニカム構造部４の成分とが同じ成分又は近い成分（ハニカム構造部の材質が炭化珪素である場合）となるため、電極部２１とハニカム構造部４の熱膨張係数が同じ値又は近い値になる。また、材質が同じもの又は近いものになるため、電極部２１とハニカム構造部４との接合強度も高くなる。そのため、ハニカム構造体に熱応力がかかっても、電極部２１がハニカム構造部４から剥れたり、電極部２１とハニカム構造部４との接合部分が破損したりすることを防ぐことができる。
図１、図２に示されるように、本実施形態のハニカム構造体１００は、一対の電極部２１，２１のそれぞれが、ハニカム構造部４のセル２の延びる方向に延びると共に「両端部間（両端面１１，１２間）に亘る」帯状に形成されている。このように、一対の電極部２１，２１が、ハニカム構造部４の両端部間に亘るように配設されていることにより、一対の電極部２１，２１間に電圧を印加した時に、ハニカム構造部４内を流れる電流の偏りをより効果的に抑制することができ、これによりハニカム構造部４内の発熱の偏りをより効果的に抑制することができる。ここで、「電極部２１が、ハニカム構造部４の両端部間に亘るように形成（配設）されている」というときは、電極部２１の一方の端部がハニカム構造部４の一方の端部（一方の端面）に接し、電極部２１の他方の端部がハニカム構造部４の他方の端部（他方の端面）に接していることを意味する。
一対の電極部２１，２１は、上記のように、「ハニカム構造部４内を流れる電流の偏りをより効果的に抑制し、これによりハニカム構造部４内の発熱の偏りをより効果的に抑制する」という観点からは、ハニカム構造部４の両端部間に亘るように形成されていることが好ましい。一方、図８、図９に示すように、電極部２１の「ハニカム構造部４のセル２の延びる方向」における両端部２１ａ，２１ｂが、ハニカム構造部４の両端部（両端面１１，１２）に接していない（到達していない）状態も好ましい態様である。また、電極部２１の一方の端部２１ａが、ハニカム構造部４の一方の端部（一方の端面１１）に接し（到達し）、他方の端部２１ｂが、ハニカム構造部４の他方の端部（他方の端面１２）に接していない（到達していない）状態も好ましい態様である。このように、電極部２１の少なくとも片方の端部が、ハニカム構造部４の端部（端面）に接して（到達して）いない構造であると、ハニカム構造体の耐熱衝撃性を向上させることができる。つまり、一対の電極部２１，２１のそれぞれは、「ハニカム構造体の耐熱衝撃性を向上させる」という観点からは、少なくとも片方の端部が、ハニカム構造部４の端部（端面）に接して（到達して）いない構造であることが好ましい。以上より、「ハニカム構造部４内を流れる電流の偏りをより効果的に抑制し、これによりハニカム構造部４内の発熱の偏りをより効果的に抑制する」という観点を重視する場合には、一対の電極部２１，２１がハニカム構造部４の両端部間に亘るように形成されていることが好ましく、「ハニカム構造体の耐熱衝撃性を向上させる」という観点を重視する場合には、一対の電極部２１，２１のそれぞれにおける少なくとも片方の端部が、ハニカム構造部４の端部（端面）に接して（到達して）いないことが好ましい。
また、一対の電極部２１，２１の中の片方の電極部２１における一方の端部２１ａから、「ハニカム構造部４の一方の端部（一方の端面１１）」までの距離は、一対の電極部２１，２１の中の残りの片方の電極部２１における一方の端部２１ａから、「ハニカム構造部４の一方の端部（一方の端面１１）」までの距離と、同じであることが好ましいが、異なっていてもよい。また、一対の電極部２１，２１の中の片方の電極部２１における他方の端部２１ｂから、「ハニカム構造部４の他方の端部（他方の端面１２）」までの距離は、一対の電極部２１，２１の中の残りの片方の電極部２１における他方の端部２１ｂから、「ハニカム構造部４の他方の端部（他方の端面１２）」までの距離と、同じであることが好ましいが、異なっていてもよい。尚、電極部２１の一方の端部２１ａは、ハニカム構造部４の一方の端部（一方の端面１１）側を向く端部であり、電極部２１の他方の端部２１ｂは、ハニカム構造部４の他方の端部（他方の端面１２）側を向く端部である。図８は、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態（ハニカム構造体４００）を模式的に示す斜視図である。図９は、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態（ハニカム構造体４００）の、セルの延びる方向に平行な断面を示す模式図である。本実施形態のハニカム構造体４００の各条件は、電極部２１の少なくとも片方の端部が、ハニカム構造部４の端部（端面）に接して（到達して）いないこと以外は、本発明のハニカム構造体の一の実施形態（ハニカム構造体１００）における各条件と同じであることが好ましい。
電極部２１の少なくとも片方の端部が、ハニカム構造部４の端部（端面）に接して（到達して）いない場合、当該接していない「電極部２１の端部」と「ハニカム構造部の端部（端面）」の間の距離は、ハニカム構造部４のセル２の延びる方向における長さの５０％以下であることが好ましく、２５％以下であることが更に好ましい。５０％より長いと、一対の電極部２１，２１間に電圧を印加した時に、ハニカム構造部４内を流れる電流の偏りを抑制し難くなることがある。
本実施形態のハニカム構造体においては、例えば、図１〜図３に示されるように、電極部２１は、平面状の長方形の部材を、円筒形状の外周に沿って湾曲させたような形状となっている。ここで、湾曲した電極部２１を、湾曲していない平面状の部材に変形したときの形状を、電極部２１の「平面形状」と称することにする。上記、図１〜図３に示される電極部２１の「平面形状」は、長方形になる。そして、「電極部の外周形状」というときは、「電極部の平面形状における外周形状」を意味する。
本実施形態のハニカム構造体においては、図１〜図３に示されるように、帯状の電極部２１の外周形状が長方形であってもよいが、図１０に示されるように、帯状の電極部２１の外周形状が、長方形の角部が曲線状に形成された形状であることが好ましい態様である。また、図１１に示されるように、帯状の電極部２１の外周形状が、長方形の角部が直線状に面取りされた形状であることも好ましい態様である。
図１０に示される電極部２１の外周形状は、長方形の４つの角部が曲線状に形成された形状である。電極部２１の外周形状は、長方形の４つの角部が曲線状に形成された形状であることが好ましい態様であるが、少なくとも一の角部が曲線状に形成された形状であればよい。このように、電極部２１の外周形状が、長方形の少なくとも一の角部が曲線状に形成された形状であることにより、ハニカム構造体の耐熱衝撃性を向上させることができる。電極部の角部が直角であると、ハニカム構造部における「当該電極部の角部」付近の応力が他の部分と比較して相対的に高くなる傾向にあるのに対し、電極部の角部を曲線状にすると、ハニカム構造部における「当該電極部の角部」付近の応力を低下させることが可能となる。
曲線状に形成された角部は、図１０に示されるように、円弧状であることが好ましいが、円弧以外の曲線であってもよい。また、曲線状に形成された角部と、長方形の「辺」に相当する部分とは、滑らかにつながっている（接続部分のそれぞれの接線が共通になっている）ことが好ましいが、頂点を形成するように尖った接続部分を形成してもよい。尖った接続部分を形成する場合、当該接続部分の内角が９０°以上であることが好ましい。尚、接続部分とは、直線と直線、曲線と直線、又は曲線と曲線が接続されている部分であり、例えば、長方形の場合、２つの辺が接続されている角部（頂点部分）のことであ。また、図１０に示されるように、曲線状に形成された角部は、外側に凸になっているが、内側に凸（外側に凹）であってもよい。曲線状に形成された角部が内側に凸の場合、接続部分の内角が９０°以上であることが好ましい。曲線と直線とが接続されている場合の「内角」は、直線と、接続部分における曲線の接線との角度である。
「曲線状に形成された角部」の「セルの延びる方向Ｉにおける」長さ（角部のセル方向長さ）Ｅは、電極部２１の「セルの延びる方向Ｉにおける」長さの２〜３５％が好ましく、５〜２５％が更に好ましい。２％より短いと、ハニカム構造体の耐熱衝撃性を向上させる効果が低くなることがある。３５％より長いと、ハニカム構造体に電圧を印加したときに、均一に発熱させ難くなることがある。また、「曲線状に形成された角部」の「セルの延びる方向Ｉに直交する方向における」長さ（角部の垂直方向長さ）Ｆは、電極部２１の「セルの延びる方向Ｉに直交する方向における」長さの２〜３５％が好ましく、５〜２５％が更に好ましい。２％より短いと、ハニカム構造体の耐熱衝撃性を向上させる効果が低くなることがある。３５％より長いと、ハニカム構造体に電圧を印加したときに、均一に発熱させ難くなることがある。
また、図１１に示される電極部２１の外周形状は、長方形の４つの角部が直線状に面取りされた形状である。このように、電極部２１の外周形状は、長方形の４つの角部が直線状に面取りされた形状であることも好ましい態様であるが、少なくとも一の角部が直線状に面取りされた形状であればよい。電極部２１の外周形状を、長方形の少なくとも一の角部が直線状に面取りされた形状とすることにより、「電極部２１の外周形状を、長方形の少なくとも一の角部が曲線状に形成された形状とする」ときに得られた効果と同様の効果を得ることができるが、角部を曲線状にするほうが、より高い効果を得ることができる。
「直線状に面取りされた角部」の「セルの延びる方向Ｉにおける」長さ（角部のセル方向長さ）Ｇは、電極部２１の「セルの延びる方向Ｉにおける」長さの２〜３５％が好ましく、５〜２５％が更に好ましい。２％より短いと、ハニカム構造体の耐熱衝撃性を向上させる効果が低くなることがある。３５％より長いと、ハニカム構造体に電圧を印加したときに、均一に発熱させ難くなることがある。また、「直線状に面取りされた角部」の「セルの延びる方向Ｉに直交する方向における」長さ（角部の垂直方向長さ）Ｈは、電極部２１の「セルの延びる方向Ｉに直交する方向における」長さの２〜３５％が好ましく、５〜２５％が更に好ましい。２％より短いと、ハニカム構造体の耐熱衝撃性を向上させる効果が低くなることがある。３５％より長いと、ハニカム構造体に電圧を印加したときに、均一に発熱し難くなることがある。また、電極部２１の外周形状は、曲線状に形成された角部と、直線状に面取りされた角部の両方を有する長方形であってもよい。
また、図１２に示すように、電極部２１の「ハニカム構造部４の周方向」における両端部２３，２３が、「ハニカム構造部４の周方向」の外側に向かって漸次（連続的に）薄くなるように形成されていることが好ましい。「漸次（連続的に）薄くなるように形成された部分（両端部２３，２３）」は、それぞれ「ハニカム構造部４の周方向」において３〜１０ｍｍの範囲であることが好ましい。尚、「漸次（連続的に）薄くなるように形成された部分（両端部２３，２３）」は、「ハニカム構造部４の周方向」における先端（最先端）が、最も薄く形成されている。図１２は、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態（ハニカム構造体５００）の、セルの延びる方向に直交する断面の一部を示す模式図である。
電極部２１の電気抵抗率は、０．１〜１００Ωｃｍであることが好ましく、０．１〜５０Ωｃｍであることが、更に好ましい。電極部２１の電気抵抗率をこのような範囲にすることにより、一対の電極部２１，２１が、高温の排ガスが流れる配管内において、効果的に電極の役割を果たす。電極部２１の電気抵抗率が０．１Ωｃｍより小さいと、セルの延びる方向に直交する断面において、電極部２１の両端付近のハニカム部の温度が上昇し易くなることがある。電極部２１の電気抵抗率が１００Ωｃｍより大きいと、電流が流れ難くなるため、電極としての役割を果たし難くなることがある。電極部の電気抵抗率は、４００℃における値である。
電極部２１は、気孔率が３０〜６０％であることが好ましく、３０〜５５％であることが更に好ましい。電極部２１の気孔率がこのような範囲であることにより、好適な電気抵抗率が得られる。電極部２１の気孔率が、３０％より低いと、製造時に変形してしまうことがある。電極部２１の気孔率が、６０％より高いと、電気抵抗率が高くなりすぎることがある。気孔率は、水銀ポロシメータで測定した値である。
電極部２１は、平均細孔径が５〜４５μｍであることが好ましく、７〜４０μｍであることが更に好ましい。電極部２１の平均細孔径がこのような範囲であることにより、好適な電気抵抗率が得られる。電極部２１の平均細孔径が、５μｍより小さいと、電気抵抗率が高くなりすぎることがある。電極部２１の平均細孔径が、４５μｍより大きいと、電極部２１の強度が弱くなり破損し易くなることがある。平均細孔径は、水銀ポロシメータで測定した値である。
電極部２１の主成分が炭化珪素粒子及び珪素である場合に、電極部２１に含有される炭化珪素粒子の平均粒子径が１０〜６０μｍであることが好ましく、２０〜６０μｍであることが更に好ましい。電極部２１に含有される炭化珪素粒子の平均粒子径がこのような範囲であることにより、電極部２１の電気抵抗率を０．１〜１００Ωｃｍの範囲で制御することができる。電極部２１に含有される炭化珪素粒子の平均細孔径が、１０μｍより小さいと、電極部２１の電気抵抗率が大きくなり過ぎることがある。電極部２１に含有される炭化珪素粒子の平均細孔径が、６０μｍより大きいと、電極部２１の強度が弱くなり破損し易くなることがある。電極部２１に含有される炭化珪素粒子の平均粒子径は、レーザー回折法で測定した値である。
電極部２１に含有される「炭化珪素粒子と珪素のそれぞれの質量の合計」に対する、電極部２１に含有される珪素の質量の比率が、２０〜４０質量％であることが好ましく、２５〜３５質量％であることが更に好ましい。電極部２１に含有される炭化珪素粒子と珪素のそれぞれの質量の合計に対する、珪素の質量の比率が、このような範囲であることにより、電極部２１の電気抵抗率を０．１〜１００Ωｃｍの範囲にすることができる。電極部２１に含有される炭化珪素粒子と珪素のそれぞれの質量の合計に対する、珪素の質量の比率が、２０質量％より小さいと、電気抵抗率が大きくなりすぎることがあり、４０質量％より大きいと、製造時に変形し易くなることがある。
本実施形態のハニカム構造体１００は、隔壁厚さが５０〜２００μｍであり、７０〜１３０μｍであることが好ましい。隔壁厚さをこのような範囲にすることにより、ハニカム構造体１００を触媒担体として用いて、触媒を担持しても、排ガスを流したときの圧力損失が大きくなり過ぎることを抑制できる。隔壁厚さが５０μｍより薄いと、ハニカム構造体の強度が低下することがある。隔壁厚さが２００μｍより厚いと、ハニカム構造体１００を触媒担体として用いて、触媒を担持した場合に、排ガスを流したときの圧力損失が大きくなることがある。
本実施形態のハニカム構造体１００は、セル密度が４０〜１５０セル／ｃｍ２であることが好ましく、７０〜１００セル／ｃｍ２であることが更に好ましい。セル密度をこのような範囲にすることにより、排ガスを流したときの圧力損失を小さくした状態で、触媒の浄化性能を高くすることができる。セル密度が４０セル／ｃｍ２より低いと、触媒担持面積が少なくなることがある。セル密度が１５０セル／ｃｍ２より高いと、ハニカム構造体１００を触媒担体として用いて、触媒を担持した場合に、排ガスを流したときの圧力損失が大きくなることがある。
本実施形態のハニカム構造体１００において、ハニカム構造部４を構成する炭化珪素粒子（骨材）の平均粒子径は、３〜５０μｍであることが好ましく、３〜４０μｍであることが更に好ましい。ハニカム構造部４を構成する炭化珪素粒子の平均粒子径をこのような範囲とすることにより、ハニカム構造部４の４００℃における電気抵抗率を１〜２００Ωｃｍにすることができる。炭化珪素粒子の平均粒子径が３μｍより小さいと、ハニカム構造部４の電気抵抗率が大きくなることがある。炭化珪素粒子の平均粒子径が５０μｍより大きいと、ハニカム構造部４の電気抵抗率が小さくなることがある。更に、炭化珪素粒子の平均粒子径が５０μｍより大きいと、ハニカム成形体を押出成形するときに、押出成形用の口金に成形用原料が詰まることがある。炭化珪素粒子の平均粒子径はレーザー回折法で測定した値である。
本実施形態のハニカム構造体１００において、ハニカム構造部４の電気抵抗率は、１〜２００Ωｃｍであり、１０〜１００Ωｃｍであることが好ましい。電気抵抗率が１Ωｃｍより小さいと、例えば、２００Ｖ以上の高電圧の電源によってハニカム構造体１００に通電したときに（電圧は２００Ｖには限定されない）、電流が過剰に流れることがある。電気抵抗率が２００Ωｃｍより大きいと、例えば、２００Ｖ以上の高電圧の電源によってハニカム構造体１００に通電したときに（電圧は２００Ｖには限定されない）、電流が流れ難くなり、十分に発熱しないことがある。ハニカム構造部の電気抵抗率は、四端子法により測定した値である。
本実施形態のハニカム構造体１００においては、電極部２１の電気抵抗率は、ハニカム構造部４の電気抵抗率より低いものであることが好ましく、更に、電極部２１の電気抵抗率が、ハニカム構造部４の電気抵抗率の、２０％以下であることが更に好ましく、１〜１０％であることが特に好ましい。電極部２１の電気抵抗率を、ハニカム構造部４の電気抵抗率の、２０％以下とすることにより、電極部２１が、より効果的に電極として機能するようになる。
本実施形態のハニカム構造体１００においては、ハニカム構造部４の材質が、珪素−炭化珪素複合材である場合、ハニカム構造部４に含有される「骨材としての炭化珪素粒子の質量」と、ハニカム構造部４に含有される「結合材としての珪素の質量」との合計に対する、ハニカム構造部４に含有される「結合材としての珪素の質量」の比率が、１０〜４０質量％であることが好ましく、１５〜３５質量％であることが更に好ましい。１０質量％より低いと、ハニカム構造体の強度が低下することがある。４０質量％より高いと、焼成時に形状を保持できないことがある。
ハニカム構造部４の隔壁１の気孔率は、３５〜６０％であることが好ましく、３５〜４５％であることが更に好ましい。気孔率が、３５％未満であると、焼成時の変形が大きくなってしまうことがある。気孔率が６０％を超えるとハニカム構造体の強度が低下することがある。気孔率は、水銀ポロシメータにより測定した値である。
ハニカム構造部４の隔壁１の平均細孔径は、２〜１５μｍであることが好ましく、４〜８μｍであることが更に好ましい。平均細孔径が２μｍより小さいと、電気抵抗率が大きくなりすぎることがある。平均細孔径が１５μｍより大きいと、電気抵抗率が小さくなりすぎることがある。平均細孔径は、水銀ポロシメータにより測定した値である。
また、本実施形態のハニカム構造体１００の最外周を構成する外周壁３の厚さは、０．１〜２ｍｍであることが好ましい。０．１ｍｍより薄いと、ハニカム構造体１００の強度が低下することがある。２ｍｍより厚いと、触媒を担持する隔壁の面積が小さくなることがある。
本実施形態のハニカム構造体１００は、セル２の延びる方向に直交する断面におけるセル２の形状が、四角形、六角形、八角形、又はこれらの組み合わせ、であることが好ましい。セル形状をこのようにすることにより、ハニカム構造体１００に排ガスを流したときの圧力損失が小さくなり、触媒の浄化性能が優れたものとなる。
本実施形態のハニカム構造体の形状は特に限定されず、例えば、底面が円形の筒状（円筒形状）、底面がオーバル形状の筒状、底面が多角形（四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等）の筒状等の形状とすることができる。また、ハニカム構造体の大きさは、底面の面積が２０００〜２００００ｍｍ２であることが好ましく、４０００〜１００００ｍｍ２であることが更に好ましい。また、ハニカム構造体の中心軸方向の長さは、５０〜２００ｍｍであることが好ましく、７５〜１５０ｍｍであることが更に好ましい。
本実施形態のハニカム構造体１００のアイソスタティック強度は、１ＭＰａ以上であることが好ましく、３ＭＰａ以上であることが更に好ましい。アイソスタティック強度は、値が大きいほど好ましいが、ハニカム構造体１００の材質、構造等を考慮すると、６ＭＰａ程度が上限となる。アイソスタティック強度が１ＭＰａ未満であると、ハニカム構造体を触媒担体等として使用する際に、破損し易くなることがある。アイソスタティック強度は水中にて静水圧をかけて測定した値である。
次に、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態について説明する。図５〜図７に示されるように、本実施形態のハニカム構造体３００は、上記本発明のハニカム構造体１００（図１〜図３参照）において、それぞれの電極部２１，２１の、セルの延びる方向に直交する断面における中央部であり、且つセルの延びる方向における中央部に、電気配線を繋ぐための電極端子突起部２２が配設されたものである。電極端子突起部２２は、電極部２１，２１間に電圧を印加するために、電源からの配線を接続する部分である。このように、それぞれの電極部２１，２１の、セルの延びる方向に直交する断面における中央部であり、且つセルの延びる方向における中央部に、電気配線を繋ぐための電極端子突起部２２が配設されることにより、電極部に電圧を印加したときに、ハニカム構造部の温度分布の偏りを、より小さくすることができる。図５は、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態を模式的に示す正面図である。図６は、図５における、Ａ−Ａ’断面を示す模式図である。図７は、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態を模式的に示す側面図である。
本実施形態のハニカム構造体３００の各条件は、「それぞれの電極部２１，２１の、セル２の延びる方向に直交する断面における中央部であり、且つセル２の延びる方向における中央部に、電気配線を繋ぐための電極端子突起部２２が配設されている」こと以外は、本発明のハニカム構造体の一の実施形態（ハニカム構造体１００）における各条件と同じであることが好ましい。
電極部２１の主成分が炭化珪素粒子及び珪素である場合、電極端子突起部２２の主成分も、炭化珪素粒子及び珪素であることが好ましい。このように、電極端子突起部２２が、炭化珪素粒子及び珪素を主成分とすることにより、電極部２１の成分と電極端子突起部２２の成分とが同じ（又は近い）成分となるため、電極部２１と電極端子突起部２２の熱膨張係数が同じ（又は近い）値になる。また、材質が同じ（又は近く）になるため、電極部２１と電極端子突起部２２との接合強度も高くなる。そのため、ハニカム構造体に熱応力がかかっても、電極端子突起部２２が電極部２１から剥れたり、電極端子突起部２２と電極部２１との接合部分が破損したりすることを防ぐことができる。ここで、「電極端子突起部２２が、炭化珪素粒子及び珪素を主成分とする」というときは、電極端子突起部２２が、炭化珪素粒子及び珪素を、全体の９０質量％以上含有していることを意味する。
電極端子突起部２２の形状は、特に限定されず、電極部２１に接合され、電気配線を接合できる形状であればよい。例えば、図５〜図７に示すように、電極端子突起部２２は、四角形の板状の基板２２ａに、円柱状の突起部２２ｂが配設された形状であることが好ましい。このような形状にすることにより、電極端子突起部２２は、基板２２ａにより電極部２１に強固に接合されることができ、突起部２２ｂにより電気配線を確実に接合させることができる。
電極端子突起部２２において、基板２２ａの厚さは、１〜５ｍｍが好ましい。このような厚さとすることにより、電極端子突起部２２を確実に電極部２１に接合することができる。１ｍｍより薄いと、基板２２ａが弱くなり、突起部２２ｂが基板２２ａから、はずれやすくなることがある。５ｍｍより厚いと、ハニカム構造体を配置するスペースが必要以上に大きくなることがある。
電極端子突起部２２において、基板２２ａの、「ハニカム構造部４の、セルの延びる方向に直交する断面における外周方向」における長さ（幅）は、電極部２１の、「ハニカム構造部４の、セルの延びる方向に直交する断面における外周方向」における長さの、１０〜５０％であることが好ましく、２０〜４０％であることが更に好ましい。このような範囲にすることにより、電極端子突起部２２が、電極部２１から外れ難くなる。１０％より短いと、電極端子突起部２２が、電極部２１から外れ易くなることがある。５０％より長いと、質量が大きくなることがある。電極端子突起部２２において、基板２２ａの、「セル２の延びる方向」における長さは、ハニカム構造部４のセルの延びる方向における長さの、５〜３０％が好ましい。基板２２ａの「セル２の延びる方向」における長さをこのような範囲とすることにより、十分な接合強度が得られる。基板２２ａの「セル２の延びる方向」における長さを、ハニカム構造部４のセルの延びる方向における長さの５％より短くすると、電極部２１から外れ易くなることがある。そして、３０％より長くすると、質量が大きくなることがある。
電極端子突起部２２において、突起部２２ｂの太さは３〜１５ｍｍが好ましい。このような太さにすることにより、突起部２２ｂに、電気配線を確実に接合させることができる。３ｍｍより細いと突起部２２ｂが折れ易くなることがある。１５ｍｍより太いと、電気配線を接続し難くなることがある。また、突起部２２ｂの長さは、３〜２０ｍｍが好ましい。このような長さにすることにより、突起部２２ｂに、電気配線を確実に接合させることができる。３ｍｍより短いと電気配線を接合し難くなることがある。２０ｍｍより長いと、突起部２２ｂが折れ易くなることがある。
電極端子突起部２２の電気抵抗率は、０．１〜２．０Ωｃｍであることが好ましく、０．１〜１．０Ωｃｍであることが更に好ましい。電極端子突起部２２の電気抵抗率をこのような範囲にすることにより、高温の排ガスが流れる配管内において、電極端子突起部２２から、電流を電極部２１に効率的に供給することができる。電極端子突起部２２の電気抵抗率が２．０Ωｃｍより大きいと、電流が流れ難くなるため、電流を電極部２１に供給し難くなることがある。
電極端子突起部２２は、気孔率が３０〜４５％であることが好ましく、３０〜４０％であることが更に好ましい。電極端子突起部２２の気孔率がこのような範囲であることにより、適切な電気抵抗率が得られる。電極端子突起部２２の気孔率が、４５％より高いと、電極端子突起部２２の強度が低下することがあり、特に突起部２２ｂの強度が低下すると突起部２２ｂが折れ易くなることがある。気孔率は、水銀ポロシメータで測定した値である。
電極端子突起部２２は、平均細孔径が５〜２０μｍであることが好ましく、７〜１５μｍであることが更に好ましい。電極端子突起部２２の平均細孔径がこのような範囲であることにより、適切な電気抵抗率が得られる。電極端子突起部２２の平均細孔径が、２０μｍより大きいと、電極端子突起部２２の強度が低下することがあり、特に突起部２２ｂの強度が低下すると突起部２２ｂが折れ易くなることがある。平均細孔径は、水銀ポロシメータで測定した値である。
電極端子突起部２２の主成分が炭化珪素粒子及び珪素である場合に、電極端子突起部２２に含有される炭化珪素粒子の平均粒子径が１０〜６０μｍであることが好ましく、２０〜６０μｍであることが更に好ましい。電極端子突起部２２に含有される炭化珪素粒子の平均粒子径がこのような範囲であることにより、電極端子突起部２２の電気抵抗率を、０．１〜２．０Ωｃｍにすることができる。電極端子突起部２２に含有される炭化珪素粒子の平均細孔径が、１０μｍより小さいと、電極端子突起部２２の電気抵抗率が大きくなり過ぎることがある。電極端子突起部２２に含有される炭化珪素粒子の平均細孔径が、６０μｍより大きいと、電極端子突起部２２の電気抵抗率が小さくなり過ぎることがある。電極端子突起部２２に含有される炭化珪素粒子の平均粒子径は、レーザー回折法で測定した値である。
電極端子突起部２２に含有される「炭化珪素粒子と珪素のそれぞれの質量の合計」に対する、電極端子突起部２２に含有される珪素の質量の比率が、２０〜４０質量％であることが好ましく、２５〜３５質量％であることが更に好ましい。電極端子突起部２２に含有される炭化珪素粒子と珪素のそれぞれの質量の合計に対する、珪素の質量の比率が、このような範囲であることにより、０．１〜２．０Ωｃｍの電気抵抗率を得やすくなる。電極端子突起部２２に含有される炭化珪素粒子と珪素のそれぞれの質量の合計に対する、珪素の質量の比率が、２０質量％より小さいと、電気抵抗率が大きくなりすぎることがある。そして、４０質量％より大きいと、製造時に変形してしまうことがある。
（２）ハニカム構造体の製造方法：
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法について説明する。上記本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態である、ハニカム構造体３００（図５〜図７参照）を製造する方法を示す。
まず、炭化珪素粉末（炭化珪素）に、金属珪素粉末（金属珪素）、バインダ、界面活性剤、造孔材、水等を添加して成形原料を作製する。炭化珪素粉末の質量と金属珪素の質量との合計に対して、金属珪素の質量が１０〜４０質量％となるようにすることが好ましい。炭化珪素粉末における炭化珪素粒子の平均粒子径は、３〜５０μｍが好ましく、３〜４０μｍが更に好ましい。金属珪素（金属珪素粉末）の平均粒子径は、２〜３５μｍであることが好ましい。炭化珪素粒子及び金属珪素（金属珪素粒子）の平均粒子径はレーザー回折法で測定した値である。炭化珪素粒子は、炭化珪素粉末を構成する炭化珪素の微粒子であり、金属珪素粒子は、金属珪素粉末を構成する金属珪素の微粒子である。尚、これは、ハニカム構造部の材質を、珪素−炭化珪素系複合材とする場合の成形原料の配合であり、ハニカム構造部の材質を炭化珪素とする場合には、金属珪素は添加しない。
バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。バインダの含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を１００質量部としたときに、２．０〜１０．０質量部であることが好ましい。
水の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を１００質量部としたときに、２０〜６０質量部であることが好ましい。
界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を１００質量部としたときに、０．１〜２．０質量部であることが好ましい。
造孔材としては、焼成後に気孔となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等を挙げることができる。造孔材の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を１００質量部としたときに、０．５〜１０．０質量部であることが好ましい。造孔材の平均粒子径は、１０〜３０μｍであることが好ましい。１０μｍより小さいと、気孔を十分形成できないことがある。３０μｍより大きいと、成形時に口金に詰まることがある。造孔材の平均粒子径はレーザー回折方法で測定した値である。
次に、成形原料を混練して坏土を形成する。成形原料を混練して坏土を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、ニーダー、真空土練機等を用いる方法を挙げることができる。
次に、坏土を押出成形してハニカム成形体を形成する。押出成形に際しては、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚さ、セル密度等を有する口金を用いることが好ましい。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。ハニカム成形体は、流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁と最外周に位置する外周壁とを有する構造である。
ハニカム成形体の隔壁厚さ、セル密度、外周壁の厚さ等は、乾燥、焼成における収縮を考慮し、作製しようとする本発明のハニカム構造体の構造に合わせて適宜決定することができる。
得られたハニカム成形体について、乾燥を行うことが好ましい。乾燥の方法は特に限定されず、例えば、マイクロ波加熱乾燥、高周波誘電加熱乾燥等の電磁波加熱方式と、熱風乾燥、過熱水蒸気乾燥等の外部加熱方式とを挙げることができる。これらの中でも、成形体全体を迅速かつ均一に、クラックが生じないように乾燥することができる点で、電磁波加熱方式で一定量の水分を乾燥させた後、残りの水分を外部加熱方式により乾燥させることが好ましい。乾燥の条件として、電磁波加熱方式にて、乾燥前の水分量に対して、３０〜９９質量％の水分を除いた後、外部加熱方式にて、３質量％以下の水分にすることが好ましい。電磁波加熱方式としては、誘電加熱乾燥が好ましく、外部加熱方式としては、熱風乾燥が好ましい。
ハニカム成形体の中心軸方向長さが、所望の長さではない場合は、両端面（両端部）を切断して所望の長さとすることが好ましい。切断方法は特に限定されないが、丸鋸切断機等を用いる方法を挙げることができる。
次に、電極部を形成するための電極部形成原料を調合する。電極部の主成分を、炭化珪素及び珪素とする場合、電極部形成原料は、炭化珪素粉末及び珪素粉末に、所定の添加物を添加し、混練して形成することが好ましい。
具体的には、炭化珪素粉末（炭化珪素）に、金属珪素粉末（金属珪素）、バインダ、界面活性剤、造孔材、水等を添加して、混練して電極部形成原料を作製する。炭化珪素粉末及び金属珪素の合計質量を１００質量部としたときに、金属珪素の質量が２０〜４０質量部となるようにすることが好ましい。炭化珪素粉末における炭化珪素粒子の平均粒子径は、１０〜６０μｍが好ましい。金属珪素粉末（金属珪素）の平均粒子径は、２〜２０μｍであることが好ましい。２μｍより小さいと、電気抵抗率が小さくなりすぎることがある。２０μｍより大きいと、電気抵抗率が大きくなりすぎることがある。炭化珪素粒子及び金属珪素（金属珪素粒子）の平均粒子径はレーザー回折法で測定した値である。炭化珪素粒子は、炭化珪素粉末を構成する炭化珪素の微粒子であり、金属珪素粒子は、金属珪素粉末を構成する金属珪素の微粒子である。
バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。バインダの含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を１００質量部としたときに、０．１〜５．０質量部であることが好ましい。
水の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を１００質量部としたときに、１５〜６０質量部であることが好ましい。
界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を１００質量部としたときに、０．１〜２．０質量部であることが好ましい。
造孔材としては、焼成後に気孔となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等を挙げることができる。造孔材の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を１００質量部としたときに、０．１〜５．０質量部であることが好ましい。造孔材の平均粒子径は、１０〜３０μｍであることが好ましい。１０μｍより小さいと、気孔を十分形成できないことがある。３０μｍより大きいと、大気孔ができやすくなり、強度低下を起こすことがある。造孔材の平均粒子径はレーザー回折方法で測定した値である。
次に、炭化珪素粉末（炭化珪素）、金属珪素（金属珪素粉末）、バインダ、界面活性剤、造孔材、水等を混合して得られた混合物を混練して、ペースト状の電極部形成原料とすることが好ましい。混練の方法は特に限定されず、例えば、縦型の撹拌機を用いることができる。
次に、得られた電極部形成原料を、乾燥させたハニカム成形体の側面に塗布することが好ましい。電極部形成原料をハニカム成形体の側面に塗布する方法は、特に限定されないが、例えば、印刷方法を用いることができる。また、電極部形成原料は、上記本発明のハニカム構造体における電極部の形状になるように、ハニカム成形体の側面に塗布することが好ましい。電極部の厚さは、電極部形成原料を塗布するときの厚さを調整することにより、所望の厚さとすることができる。このように、電極部形成原料をハニカム成形体の側面に塗布し、乾燥、焼成するだけで電極部を形成することができるため、非常に容易に電極部を形成することができる。
次に、ハニカム成形体の側面に塗布した電極部形成原料を乾燥させることが好ましい。乾燥条件は、５０〜１００℃とすることが好ましい。
次に、電極端子突起部形成用部材を作製することが好ましい。電極端子突起部形成用部材は、ハニカム成形体に貼り付けられて、電極端子突起部となるものである。電極端子突起部形成用部材の形状は、特に限定されないが、例えば、図５〜図７に示すような形状に形成することが好ましい。そして、得られた電極端子突起部形成用部材を、電極部形成原料が塗布されたハニカム成形体の、電極部形成原料が塗布された部分に貼り付けることが好ましい。尚、ハニカム成形体の作製、電極部形成原料の調合、及び電極端子突起部形成用部材の作製の、順序はどのような順序でもよい。
電極端子突起部形成用部材は、電極端子突起部形成原料（電極端子突起部形成用部材を形成するための原料）を成形、乾燥して得ることが好ましい。電極端子突起部の主成分を、炭化珪素及び珪素とする場合、電極端子突起部形成原料は、炭化珪素粉末及び珪素粉末に、所定の添加物を添加し、混練して形成することが好ましい。
具体的には、炭化珪素粉末（炭化珪素）に、金属珪素粉末（金属珪素）、バインダ、界面活性剤、造孔材、水等を添加して、混練して電極端子突起部形成原料を作製する。炭化珪素粉末の質量と金属珪素の質量との合計に対して、金属珪素の質量が２０〜４０質量％となるようにすることが好ましい。炭化珪素粉末における炭化珪素粒子の平均粒子径は、１０〜６０μｍが好ましい。金属珪素粉末（金属珪素）の平均粒子径は、２〜２０μｍであることが好ましい。２μｍより小さいと、電気抵抗率が小さくなりすぎることがある。２０μｍより大きいと、電気抵抗率が大きくなりすぎることがある。炭化珪素粒子及び金属珪素粒子（金属珪素）の平均粒子径はレーザー回折法で測定した値である。炭化珪素粒子は、炭化珪素粉末を構成する炭化珪素の微粒子であり、金属珪素粒子は、金属珪素粉末を構成する金属珪素の微粒子である。
バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。バインダの含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を１００質量部としたときに、２．０〜１０．０質量部であることが好ましい。
水の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を１００質量部としたときに、２０〜４０質量部であることが好ましい。
界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を１００質量部としたときに、０．１〜２．０質量部であることが好ましい。
造孔材としては、焼成後に気孔となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等を挙げることができる。造孔材の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を１００質量部としたときに、０．１〜５．０質量部であることが好ましい。造孔材の平均粒子径は、１０〜３０μｍであることが好ましい。１０μｍより小さいと、気孔を十分形成できないことがある。３０μｍより大きいと、大気孔ができやすくなり、強度低下を起こすことがある。造孔材の平均粒子径はレーザー回折方法で測定した値である。
次に、炭化珪素粉末（炭化珪素）、金属珪素（金属珪素粉末）、バインダ、界面活性剤、造孔材、水等を混合して得られた混合物を混練して、電極端子突起部形成原料とすることが好ましい。混練の方法は特に限定されず、例えば、混練機を用いることができる。
得られた電極端子突起部形成原料を成形して、電極端子突起部形成用部材の形状にする方法は特に限定されず、押し出し成形後に加工する方法を挙げることができる。
電極端子突起部形成原料を成形して、電極端子突起部形成用部材の形状にした後に、乾燥させて、電極端子突起部形成用部材を得ることが好ましい。乾燥条件は、５０〜１００℃とすることが好ましい。
次に、電極端子突起部形成用部材を、電極部形成原料が塗布されたハニカム成形体に貼り付けることが好ましい。電極端子突起部形成用部材をハニカム成形体（ハニカム成形体の電極部形成原料が塗布された部分）に貼り付ける方法は、特に限定されないが、上記電極部形成原料を用いて電極端子突起部形成用部材をハニカム成形体に貼り付けることが好ましい。例えば、電極端子突起部形成用部材の「ハニカム成形体に貼り付く面（ハニカム成形体に接触する面）」に電極部形成原料を塗布し、「当該電極部形成原料を塗布した面」がハニカム成形体に接触するようにして、電極端子突起部形成用部材をハニカム成形体に貼り付けることが好ましい。
そして、「電極部形成原料が塗布され、電極端子突起部形成用部材が貼り付けられたハニカム成形体」を乾燥し、焼成して、本発明のハニカム構造体とすることが好ましい。
このときの乾燥条件は、５０〜１００℃とすることが好ましい。
また、焼成の前に、バインダ等を除去するため、仮焼成を行うことが好ましい。仮焼成は大気雰囲気において、４００〜５００℃で、０．５〜２０時間行うことが好ましい。仮焼成及び焼成の方法は特に限定されず、電気炉、ガス炉等を用いて焼成することができる。焼成条件は、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気において、１４００〜１５００℃で、１〜２０時間加熱することが好ましい。また、焼成後、耐久性向上のために、１２００〜１３５０℃で、１〜１０時間、酸素化処理を行うことが好ましい。
尚、電極端子突起部形成用部材は、ハニカム成形体を焼成する前に貼り付けてもよいし、焼成した後に貼り付けてもよい。電極端子突起部形成用部材を、ハニカム成形体を焼成した後に貼り付けた場合は、その後に、上記条件によって再度焼成することが好ましい。
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
（実施例１）
炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末とを８０：２０の質量割合で混合し、これに、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔材として吸水性樹脂を添加すると共に、水を添加して成形原料とし、成形原料を真空土練機により混練し、円柱状の坏土を作製した。バインダの含有量は炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末の合計を１００質量部としたときに７質量部であり、造孔材の含有量は炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末の合計を１００質量部としたときに３質量部であり、水の含有量は炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末の合計を１００質量部としたときに４２質量部であった。炭化珪素粉末の平均粒子径は２０μｍであり、金属珪素粉末の平均粒子径は６μｍであった。また、造孔材の平均粒子径は、２０μｍであった。炭化珪素、金属珪素及び造孔材の平均粒子径は、レーザー回折法で測定した値である。
得られた円柱状の坏土を押出成形機を用いて成形し、ハニカム成形体を得た。得られ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た。
次に、炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末とを６０：４０の質量割合で混合し、これに、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、保湿剤としてグリセリン、分散剤として界面活性剤を添加すると共に、水を添加して、混合した。混合物を混練して電極部形成原料とした。バインダの含有量は炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末の合計を１００質量部としたときに０．５質量部であり、グリセリンの含有量は炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末の合計を１００質量部としたときに１０質量部であり、界面活性剤の含有量は炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末の合計を１００質量部としたときに０．３質量部であり、水の含有量は炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末の合計を１００質量部としたときに４２質量部であった。炭化珪素粉末の平均粒子径は５２μｍであり、金属珪素粉末の平均粒子径は６μｍであった。炭化珪素及び金属珪素の平均粒子径は、レーザー回折法で測定した値である。混練は、縦型の撹拌機で行った。
次に、電極部形成原料を、乾燥させたハニカム成形体の側面に、厚さが１．５ｍｍ、「セルの延びる方向に直交する断面において中心角の０．５倍が１５°」になるようにして、ハニカム成形体の両端面間に亘るように帯状に塗布した。電極部形成原料は、乾燥させたハニカム成形体の側面に、２箇所塗布した。そして、セルの延びる方向に直交する断面において、２箇所の電極部形成原料を塗布した部分の中の一方が、他方に対して、ハニカム成形体の中心を挟んで反対側に配置されるようにした。
次に、ハニカム成形体に塗布した電極部形成原料を乾燥させた。乾燥条件は、７０℃とした。
次に、炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末とを６０：４０の質量割合で混合し、これに、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロースを添加すると共に、水を添加して、混合した。混合物を混練して電極端子突起部形成原料とした。電極端子突起部形成原料を、真空土練機を用いて坏土とした。バインダの含有量は炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末の合計を１００質量部としたときに４質量部であり、水の含有量は炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末の合計を１００質量部としたときに２２質量部であった。炭化珪素粉末の平均粒子径は５２μｍであり、金属珪素粉末の平均粒子径は６μｍであった。炭化珪素及び金属珪素の平均粒子径は、レーザー回折法で測定した値である。
得られた坏土を、真空土練機を用いて成形し、図５〜図７に示される電極端子突起部２２のような形状（基板と突起部とからなる形状）に加工し、乾燥して、電極端子突起部形成用部材を得た。また、乾燥条件は、７０℃とした。板状の基板２２ａに相当する部分は、「３ｍｍ×１２ｍｍ×１５ｍｍ」の大きさとした。また、突起部２２ｂに相当する部分は、底面の直径が７ｍｍで、中心軸方向の長さが１０ｍｍの円柱状とした。電極端子突起部形成用部材は２つ作製した。
次に、２つの電極端子突起部形成用部材のそれぞれを、ハニカム成形体の２箇所の電極部形成原料を塗布した部分のそれぞれに貼り付けた。電極端子突起部形成用部材は、電極部形成原料を用いて、ハニカム成形体の電極部形成原料を塗布した部分に貼り付けた。その後、「電極部形成原料が塗布され、電極端子突起部形成用部材が貼り付けられたハニカム成形体」を、脱脂し、焼成し、更に酸化処理してハニカム構造体を得た。脱脂の条件は、５５０℃で３時間とした。焼成の条件は、アルゴン雰囲気下で、１４５０℃、２時間とした。酸化処理の条件は、１３００℃で１時間とした。
得られたハニカム構造体の隔壁の平均細孔径（気孔径）は８．６μｍであり、気孔率は４５％であった。平均細孔径および気孔率は、水銀ポロシメータにより測定した値である。また、ハニカム構造体の、隔壁の厚さは９０μｍであり、セル密度は９０セル／ｃｍ２であった。また、ハニカム構造体の底面は直径９３ｍｍの円形であり、ハニカム構造体のセルの延びる方向における長さは１００ｍｍであった。また、得られたハニカム構造体のアイソスタティック強度は２．５ＭＰａであった。アイソスタティック強度は水中で静水圧をかけて測定した破壊強度である。また、ハニカム構造体の、２つの電極部の、セルの延びる方向に直交する断面における中心角の０．５倍は、１５°であった。また、２つの電極部の厚さは、いずれも１．５ｍｍであった。また、電極部の電気抵抗率は、１．３Ωｃｍであり、ハニカム構造部の電気抵抗率は、１００Ωｃｍであり、電極端子突起部の電気抵抗率は、１．３Ωｃｍであった。
得られたハニカム構造体に２００Ｖの電圧を印加したときの、ハニカム構造部の、セルの延びる方向に直交する断面における、電極部の端部が接する位置Ｐ（図６を参照）の温度（最高温度）を測定した。ハニカム構造部における、電極部の端部が接する位置が、最も電流が流れる位置であり、ハニカム構造体において最も高い温度となる部分である。結果を表１に示す。
尚、ハニカム部、電極部及び電極端子突起部の電気抵抗率は、以下の方法で測定した。測定対象と同じ材質で１０ｍｍ×１０ｍｍ×５０ｍｍの試験片を作成した（つまり、ハニカム構部の電気抵抗率を測定する場合にはハニカム構造部と同じ材質で、電極部の電気抵抗率を測定する場合には電極部と同じ材質で、そして、電極端子突起部の電気抵抗率を測定する場合には電極端子突起部と同じ材質で、それぞれ試験片を作製した。）。試験片の両端部全面に銀ペーストを塗布し、配線して通電できるようにした。試験片に電圧印加電流測定装置をつなぎ印加した。試験片中央部に熱伝対を設置し、電圧印加時の試験片温度の経時変化をレコーダーにて確認した。１００〜２００Ｖ印加し、試験片温度が４００℃の状態における電流値及び電圧値を測定し、得られた電流値及び電圧値、並びに試験片寸法から電気抵抗率を算出した。
Figure 0005663003
（実施例２〜１３、比較例１，２）
ハニカム構造体の、「２つの電極部の、セルの延びる方向に直交する断面における中心角の０．５倍の値」、及び「２つの電極部の厚さ」を、表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例１の場合と同様にして、ハニカム構造体の「最高温度」を測定した。結果を表１に示す。
表１より、「ハニカム構造体の、２つの電極部の、セルの延びる方向に直交する断面における中心角の０．５倍の値」が、１５〜６５°のときに、ハニカム構造体の最高温度が低下することがわかる。ハニカム構造体の最高温度が低下しているということは、ハニカム構造体における温度分布の偏りが、抑制されていることを示す。尚、上記ハニカム構造体の最高温度が２００℃以下であれば、ハニカム構造体における温度分布の偏りが抑制された状態であるということができる。
本発明のハニカム構造体は、自動車の排ガスを浄化する排ガス浄化装置用の触媒担体として好適に利用することができる。
１：隔壁、２：セル、３：外周壁、４：ハニカム構造部、５：側面、１１：一方の端面、１２：他方の端面、２１：電極部、２１ａ：（電極部の）一方の端部、２１ｂ：（電極部の）他方の端部、２２：電極端子突起部、２２ａ：基板、２２ｂ：突起部、２３：（電極部の）周方向端部、１００，２００，３００，４００，５００：ハニカム構造体、Ｏ：中心、α：中心角、β：角度、θ：中心角の０．５倍の角度、Ａ，Ｂ，Ｃ：電極部における領域、Ｅ，Ｇ：角部のセル方向長さ、Ｆ，Ｈ：角部の垂直方向長さ、Ｉ：セルの延びる方向、Ｐ：電極部の端部が接する位置。

Claims (7)

  1. 流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、最外周に位置する外周壁とを有する筒状のハニカム構造部と、前記ハニカム構造部の側面に配設された一対の電極部とを備え、
    前記ハニカム構造部の電気抵抗率が、１〜２００Ωｃｍであり、
    前記一対の電極部のそれぞれが、前記ハニカム構造部のセルの延びる方向に延びる帯状に形成され、
    前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記一対の電極部における一方の前記電極部が、前記一対の電極部における他方の前記電極部に対して、前記ハニカム構造部の中心を挟んで反対側に配設され、
    前記セルの延びる方向に直交する断面において、それぞれの前記電極部の中心角の０．５倍が、１５〜６５°であり、
    触媒担体であると共に電圧を印加することによりヒーターとしても機能するハニカム構造体。
  2. 前記電極部の電気抵抗率が、０．１〜１００Ωｃｍである請求項１に記載のハニカム構造体。
  3. 前記電極部の厚さが、０．０１〜５ｍｍである請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
  4. それぞれの前記電極部の、前記セルの延びる方向に直交する断面における中央部であり、且つ前記セルの延びる方向における中央部に、電気配線を繋ぐための電極端子突起部が配設された請求項１〜３のいずれかに記載のハニカム構造体。
  5. 前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記電極部が、前記ハニカム構造部の外周に沿って並ぶ複数の領域を有し、
    前記セルの延びる方向に直交する断面において、中央に位置する領域が最も厚く、外側に位置する領域ほど薄く形成され、両端に位置する領域が最も薄く形成された請求項１〜４のいずれかに記載のハニカム構造体。
  6. アイソスタティック強度が、１ＭＰａ以上である請求項１〜５のいずれかに記載のハニカム構造体。
  7. 前記ハニカム構造部が、円筒形状である請求項１〜６のいずれかに記載のハニカム構造体。
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