JP5710322B2 - ハニカム構造体 - Google Patents
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Description
本発明は、排ガスを処理するハニカム構造体に関する。
自動車からの排ガスの浄化に関しては、多くの技術が開発されているが、交通量の増大もあって、まだ十分な排ガス対策がとられているとは言い難い。日本国内においても、世界的にも自動車排ガス規制は、さらに強化されて行く方向にある。
このような規制に対応するため、排ガスシステムにおいて、排ガス中に含まれる所定の成分を処理することが可能な触媒担体が使用されている。また、このような触媒担体用の部材として、ハニカム構造体が知られている。
このハニカム構造体は、例えば、長手方向に沿って、該ハニカム構造体の一方の端面から他方の端面まで延伸する複数のセル（貫通孔）を有し、これらのセルは、触媒が担持されたセル壁により、相互に区画されている。従って、このようなハニカム構造体に排ガスを流通させた場合、セル壁に担持された触媒によって、排ガスに含まれるＨＣ（炭化水素化合物）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）等の物質が改質（酸化または還元）され、排ガス中のこれらの成分を処理することができる。
一般に、このようなハニカム構造体のセル壁（基材）は、コージェライトで構成されている。また、このセル壁には、γ−アルミナからなる触媒担持層が形成され、この触媒担持層には、白金および／またはロジウムなどの貴金属触媒が担持されている。
また、触媒が活性になる温度よりも低い排ガス温度での浄化性能を高めるために、比較的低抵抗のハニカム構造体を使用し、このハニカム構造体に電圧印加用の電極を設け、ハニカム構造体に通電を行うことにより、ハニカム構造体を自己加熱する技術が提案されている（特許文献１）。
特許文献１に記載の従来のハニカム構造体では、両端部に設置された電極を介してハニカム構造体に通電を行うことにより、ハニカム構造体を抵抗加熱することができる。
しかしながら、一般に電流は、両電極間を最短経路で流れる傾向にある。このため、特許文献１に記載の従来のハニカム構造体では、電極からの距離が遠い位置、すなわち、ハニカム構造体の径方向の中心部分近傍では、電流が流れにくく、温度が上がりにくいという問題がある。ハニカム構造体の一部に、このような加熱不十分箇所が存在すると、触媒の活性が十分に発揮されず、ハニカム構造体の排ガスに対する浄化性能が低下してしまう。
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、本発明では、比較的容易に全体を抵抗加熱することが可能なハニカム構造体を提供することを目的とする。
本発明では、
複数の貫通孔が長手方向に並設された１つまたは複数の導電性ハニカムユニットを有する略円柱状のハニカム構造体であって、
対となる第１および第２の電極を有し、
第１の電極は、当該ハニカム構造体の外周面にあり、第２の電極は、当該ハニカム構造体の中心軸近傍にあることを特徴とするハニカム構造体が提供される。
複数の貫通孔が長手方向に並設された１つまたは複数の導電性ハニカムユニットを有する略円柱状のハニカム構造体であって、
対となる第１および第２の電極を有し、
第１の電極は、当該ハニカム構造体の外周面にあり、第２の電極は、当該ハニカム構造体の中心軸近傍にあることを特徴とするハニカム構造体が提供される。
ここで、当該ハニカム構造体の前記中心軸近傍の第２の電極は、略円筒形状であり、
当該ハニカム構造体の長手方向に垂直な方向の断面において、当該ハニカム構造体の外周形状と前記中心軸近傍の第２の電極の内周形状とは、略同心円となっていても良い。
当該ハニカム構造体の長手方向に垂直な方向の断面において、当該ハニカム構造体の外周形状と前記中心軸近傍の第２の電極の内周形状とは、略同心円となっていても良い。
また、当該ハニカム構造体は、前記中心軸近傍の第２の電極が金属棒であっても良い。
また、当該ハニカム構造体は、接着層を介して接着された複数の導電性ハニカムユニットで構成され、各導電性ハニカムユニットに、一対の電極が形成されても良い。
また、当該ハニカム構造体の中心軸近傍の第２の電極は、略円筒形状であり、
当該ハニカム構造体の長手方向に垂直な方向の断面において、当該ハニカム構造体の外周円の直径に対する前記中心軸近傍の第２の電極で構成される内周円の直径の比は、１／４以下であっても良い。
当該ハニカム構造体の長手方向に垂直な方向の断面において、当該ハニカム構造体の外周円の直径に対する前記中心軸近傍の第２の電極で構成される内周円の直径の比は、１／４以下であっても良い。
また、当該ハニカム構造体は、該ハニカム構造体の長手方向に垂直な断面の形状が略扇形の柱状ハニカムユニットが複数個結束されて構成され、
前記柱状ハニカムユニットの外周面のうち、前記略扇形の中心角を構成する２平面であって、該２平面が交差してできる交線近傍と、前記略扇形の円弧を構成する曲面のそれぞれに、電極が形成されても良い。
前記柱状ハニカムユニットの外周面のうち、前記略扇形の中心角を構成する２平面であって、該２平面が交差してできる交線近傍と、前記略扇形の円弧を構成する曲面のそれぞれに、電極が形成されても良い。
また、当該ハニカム構造体において、前記１つまたは複数の導電性ハニカムユニットは、対となる第１および第２の電極間の抵抗値が１Ω〜１０３Ωの範囲であっても良い。
また、当該ハニカム構造体において、前記対となる第１および第２の電極は、溶射またはスパッタで形成されても良い。
また、当該ハニカム構造体において、前記１つまたは複数の導電性ハニカムユニットのセル壁には、触媒が担持されていても良い。
また、当該ハニカム構造体において、前記触媒は、白金、ロジウムまたはパラジウムであり、アルミナ層を介して担持されていても良い。
また、当該ハニカム構造体において、前記１つまたは複数の導電性ハニカムユニットは、炭化珪素を主成分としても良い。
本発明では、容易に全体を抵抗加熱することが可能なハニカム構造体を提供することが可能となる。
以下、図面により本発明の形態を説明する。
（第１の構成）
図１には、本発明によるハニカム構造体を模式的に示す。また、図２には、図１に示したハニカム構造体１００の端面の上面図を示す。
図１には、本発明によるハニカム構造体を模式的に示す。また、図２には、図１に示したハニカム構造体１００の端面の上面図を示す。
図１に示すように、本発明のハニカム構造体１００は、１つの導電性ハニカムユニットから構成され、２つの開口された端面１１０Ａおよび１１０Ｂと、両端面１１０Ａ、１１０Ｂをつなぐ外側面１２０とを有する。また、ハニカム構造体１００は、複数のセル（貫通孔）１２２と、該セル１２２を区画するセル壁１２４とを有する。セル１２２は、ハニカム構造体１００の長手方向に沿って、端面１１０Ａから端面１１０Ｂまで延伸し、両端面１１０Ａ、１１０Ｂで開口されている。
ハニカム構造体１００（導電性ハニカムユニット）は、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）を主成分とした材料で構成されるが、抵抗を低下させるため、さらに、例えば窒化アルミニウム（ＡｌN）のような、少量の抵抗調整成分が添加されている。ハニカム構造体１００のセル壁１２４には、触媒が担持されている。
ハニカム構造体１００は、中心軸Ｏに沿って延伸する略円柱状の形状を有する。
ここで、図２に明確に示すように、ハニカム構造体１００の中心軸Ｏと中心軸Ｏから半径ｒの距離にある領域内には、セル１２２およびセル壁１２４は、形成されていない。その代わりに、この領域には、略円柱状の金属棒１８０が装着されている。換言すれば、ハニカム構造体１００は、その半径方向の中心部分に中心軸Oと同軸上に配置され、第１の端面１１０Ａから第２の端面１１０Ｂまで延在する金属棒１８０と、その外側の排気ガスが導入され得る領域１４０（すなわち、セル１２２およびセル壁１２４で構成された領域）とを有する。
ハニカム構造体１００の第１の電極１３５は、外周面１２０上に設置されている。また、金属棒１８０と領域１４０の界面部分には、中心軸Ｏの方向に沿って第２の電極１３８が設置されている。従って、金属棒１８０は、第２の電極１３８用の接続端子の一部として機能する。
ここで、特許文献１のような従来のハニカム構造体では、ハニカム構造体の両端部に設置された電極を介してハニカム構造体に通電を行うことにより、ハニカム構造体を抵抗加熱する。
しかしながら、一般に電流は、両電極間を最短経路で流れる傾向にある。このため、そのような構成のハニカム構造体では、電極からの距離が遠い位置、すなわち、ハニカム構造体の径方向の中心部分近傍では、電流が流れにくく、温度が上がりにくいという問題がある。また、ハニカム構造体の一部に、このような加熱不十分箇所が存在すると、隔壁に担持された触媒の活性が十分に発揮されず、ハニカム構造体の排ガスに対する浄化性能が低下してしまう。
これに対して、本発明の形態によるハニカム構造体１００では、第１の電極１３５は、ハニカム構造体１００の外側面１２０上に設置され、第２の電極１３８は、ハニカム構造体１００の半径方向中心部分に設置された金属棒１８０の周囲に設置されている。このような構成では、通電の際に、電流は、ハニカム構造体１００の半径方向に沿って流れるようになる。従って、本発明によるハニカム構造体１００では、従来のハニカム構造体のような、中心部分では電流が流れにくく、全体にわたって均一に加熱することができなくなるという問題が発生しない。すなわち、本発明によるハニカム構造体１００では、ハニカム構造体１００の全体にわたって、より均一に加熱を行うことが可能となる。また、その結果、ハニカム構造体１００の全体にわたって、セル壁１２４（隔壁）に担持された触媒の活性が十分に発揮されるようになり、排ガスをより効率的に浄化することが可能となる。
なお、金属棒１８０の半径ｒの値は、特に限られない。しかしながら、ハニカム構造体１００の半径Ｒに対する金属棒の半径ｒの比は、４：１〜１０：１の範囲であることが好ましい。ハニカム構造体１００の半径Ｒに対する金属棒の半径ｒの比が大きくなり過ぎると、排ガス浄化に寄与する断面積が相対的に低下する。また、ハニカム構造体１００の半径Ｒに対する金属棒の半径ｒの比が小さくなり過ぎると、大電流の通電の際に、第２の電極１３８および／または金属棒１８０に、過熱または破損が生じ得る。
金属棒１８０の材質は、金属である限り、特に限られない。金属棒１８０は、例えば、ステンレス、ニッケル基合金等であっても良い。
なお、第１および第２の電極１３５、１３８の材質や設置方法は、特に限られない。第１および第２の電極１３５、１３８は、例えば金属のような導電性材料で構成される。また、第１の電極１３５は、例えば、金属の溶射、スパッタリング法、または蒸着法等により設置されても良い。同様に、第２の電極１３８は、例えば、小径溶射ガンを用いた金属の溶射、スラリーの流し込み塗布等により設置されても良い。
このように、本発明では、ハニカム構造体の中心軸近傍およびハニカム構造体の外周面のそれぞれに、電極が形成され、これらが一対の電極（第１および第２の電極）を構成する。従って、一対の電極（第１および第２の電極）に通電することにより、ハニカム構造体を構成するセル壁全体に電流が流れるため、ハニカム構造体全体を均一に発熱させることができる。
また、ハニカム構造体の中心軸近傍にある電極（第２の電極）が略円筒形状の場合であって、前記ハニカム構造体の長手方向に垂直な方向の断面において、前記ハニカム構造体の外周の形状と前記中心軸近傍の電極（第２の電極）の内周の形状が、略同心円となっている場合には、略円筒状形状の電極（第２の電極）とハニカム構造体の外周電極（第１の電極）との距離が等しくなるため、ハニカムセルの電気抵抗値は、ほぼ等しくなる。よって、通電した場合、発熱量は、ハニカム構造体全体で均一となる。
（第２の構成）
図１に示したハニカム構造体１００は、一つの導電性ハニカムユニットで構成されたハニカム構造体、いわゆる「一体構造」となっている。しかしながら、本発明は、複数の導電性ハニカムユニットで構成されたハニカム構造体、いわゆる「分割構造」のハニカム構造体にも適用することができる。なお、導電性ハニカムユニットを単にハニカムユニットとも称することにする。
図１に示したハニカム構造体１００は、一つの導電性ハニカムユニットで構成されたハニカム構造体、いわゆる「一体構造」となっている。しかしながら、本発明は、複数の導電性ハニカムユニットで構成されたハニカム構造体、いわゆる「分割構造」のハニカム構造体にも適用することができる。なお、導電性ハニカムユニットを単にハニカムユニットとも称することにする。
図３には、本発明による「分割構造」のハニカム構造体２００を示す。また、図４には、図３に示したハニカム構造体２００を構成するハニカムユニットの一例を模式的に示す。
図３に示すように、本発明のハニカム構造体２００は、２つの開口された端面２１０Ａおよび２１０Ｂを有する。また、ハニカム構造体２００の外周面には、後述する接着層２５０が設置された部分を除き、第１の電極２３５が設置されている。
さらに、ハニカム構造体２００は、その中心部分に、中心軸Ｏに沿って端面２１０Ａから端面２１０Ｂまで延在する金属棒２８０を有する。
ハニカム構造体２００は、複数のハニカムユニットを接着層２５０を介して複数個接合させることにより構成される。例えば、図３の例では、ハニカム構造体２００は、ハニカムユニット２３０Ａ〜２３０Ｄの４個のハニカムユニットで構成されている。
図４に示すように、ハニカムユニット２３０Ａは、略１／４円の略扇形状の端面２１４Ａ、２１４Ｂを有する柱状構造を有する。ただし、ハニカムユニット２３０Ａは、略扇形状の中心点から半径ｒの距離内にある領域がくり抜かれており、ここには、略１／４円柱の側面形状を有する内側表面２３７Ａが形成されている。従って、ハニカムユニット２３０Ａは、外側の湾曲表面２３４Ａと、内側の湾曲表面２３７Ａと、矩形状の略平坦な２つの側面との合計４つの側面を有する。
図３の例では、ハニカムユニット２３０Ｂ〜２３０Ｄも、ハニカムユニット２３０Ａと同様の形状を有する。
ハニカムユニット２３０Ａは、該ハニカムユニット２３０Ａの長手方向に沿って端面２１４Ａから端面２１４Ｂまで延伸し、両端面２１４Ａ、２１４Ｂで開口された複数のセル２２２と、該セル２２２を区画するセル壁２２４とを有する。ハニカムユニット２３０Ａは、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）を主成分とした材料で構成され、これに抵抗を低下させるため、例えば窒化アルミニウム（ＡｌN）のような、少量の抵抗調整成分が添加されている。ハニカムユニット２３０Ａのセル壁２２４には、触媒が設置されている。
ハニカムユニット２３０Ａの外側湾曲表面２３４Ａには、全体にわたって、第１の電極２３５Ａが設置されている。また、ハニカムユニット２３０Ａの内側湾曲表面２３７Ａには、全体にわたって、第２の電極２３８Ａが設置されている。
ハニカム構造体２００は、各ハニカムユニット２３０Ａ〜２３０Ｄの湾曲表面２３４Ａ〜２３４Ｄ上の第１の電極２３５Ａ〜２３５Ｄがハニカム構造体２００の外周面を構成するようにして、各ハニカムユニット２３０Ａ〜２３０Ｄを組み合わせることにより構成される。また、各ハニカムユニット２３０Ａ〜２３０Ｄの内側表面２３７Ａ〜２３７Ｄ上の第２の電極２３８Ａ〜２３８Ｄによって形成された略円柱状の空間には、内側表面２３７Ａ〜２３７Ｄ上の第２の電極２３８Ａ〜２３８Ｄと接触するようにして、金属棒２８０が装着される。
このようなハニカム構造体２００においても、前述のような本発明による効果が得られることは、当業者には明らかである。
（第３の構成）
次に、図５および図６を参照して、本発明のハニカム構造体のさらに別の一例を説明する。図５は、本発明のハニカム構造体のさらに別の一例を模式的に示した斜視図であり、図６は、図５のハニカム構造体を構成するハニカムユニットの一例を模式的に示した斜視図である。
次に、図５および図６を参照して、本発明のハニカム構造体のさらに別の一例を説明する。図５は、本発明のハニカム構造体のさらに別の一例を模式的に示した斜視図であり、図６は、図５のハニカム構造体を構成するハニカムユニットの一例を模式的に示した斜視図である。
図５に示すように、このハニカム構造体３００は、２つの開口された端面３１０Ａおよび３１０Ｂを有する。また、ハニカム構造体３００の外周面には、接着層３５０が設置された部分を除き、第１の電極３３５が設置されている。
ハニカム構造体３００は、複数の導電性ハニカムユニットを接着層３５０を介して複数個接合させることにより構成される。なお、導電性ハニカムユニットを単にハニカムユニットとも称することにする。例えば、図５の例では、ハニカム構造体３００は、ハニカムユニット３３０Ａ〜３３０Ｄの４個のハニカムユニットで構成されている。
図６に示すように、ハニカムユニット３３０Ａは、略１／４円の略扇形状の端面３１４Ａ、３１４Ｂを有する柱状構造を有する。
ここで、ハニカムユニット３３０Ａは、前述のハニカムユニット２３０Ａとは異なり、略１／４円柱状状の形状を有する。すなわち、ハニカムユニット３３０Ａの側面は、湾曲表面３３４Ａと、２つの矩形状の平坦面３３７とで構成される。ここで、２つの矩形状の平坦面３３７が交差する線を、ハニカムユニット３３０Ａの中心軸Ｏ'と称することにする。
図５の例では、ハニカムユニット３３０Ｂ〜３３０Ｄも、ハニカムユニット３３０Ａと同様の形状を有する。
ハニカムユニット３３０Ａは、該ハニカムユニット３３０Ａの長手方向に沿って端面３１４Ａから端面３１４Ｂまで延伸し、両端面３１４Ａ、３１４Ｂで開口された複数のセル３２２と、該セル３２２を区画するセル壁３２４とを有する。ハニカムユニット３３０Ａは、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）を主成分とした材料で構成され、これに抵抗を低下させるため、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のような、少量の抵抗調整成分が添加されている。ハニカムユニット３３０Ａのセル壁３２４には、触媒が担持されている。
また、ハニカムユニット３３０Ａの外側湾曲表面３３４Ａには、全体にわたって、第１の電極３３５Ａが設置されている。また、ハニカムユニット３３０Ａの中心軸Ｏ'およびその近傍には、「Ｌ」字型に、第２の電極３３８Ａが設置されている。
より詳しく説明すると、第２の電極３３８Ａは、ハニカムユニット３３０Ａの中心軸Ｏ'に対して垂直な面においては、ハニカムユニット３３０Ａの中心軸Ｏ'から、各平坦面３３７に沿って、長さｐの範囲に延在している。また、第２の電極３３８Ａは、ハニカムユニット３３０Ａの中心軸Ｏ'の方向に対しては、ハニカムユニット３３０Ａの第１の端面３１４Ａから第２の端面３１４Ｂの全体にわたって延在している。
ハニカム構造体３００は、各ハニカムユニット３３０Ａ〜３３０Ｄの湾曲表面３３４Ａ〜３３４Ｄ上の第１の電極３３５Ａ〜３３５Ｄがハニカム構造体３００の外周面を構成するようにして、各ハニカムユニット３３０Ａ〜３３０Ｄを組み合わせることにより構成される。
このようなハニカム構造体３００においても、前述のような本発明による効果が得られることは、当業者には明らかである。
特に、この構成の場合、電極は、ハニカムユニットの２つの平坦面の一部に形成されるため、電極の設置によって、触媒反応を担うセル数が減ってしまうことがない。前述した略円筒形状の電極を中心軸近傍の電極とした場合は、略円筒形状の電極の内側のセルは、発熱しないため、触媒反応に寄与しない。また、棒状電極を配置した場合は、その部分は、セルが存在しないデッドスペースとなるため、触媒反応のための有効体積が減少する。
しかしながら、本発明の第３の構成の場合は、電極がハニカムユニットの外周に形成されるため、デッドスペースが生じず、触媒反応のための十分な有効体積を確保することができる。
（ハニカム構造体の詳細について）
次に、本発明によるハニカム構造体を構成する各部材の構成について、より詳しく説明する。なお、以下の記載では、主として、図３に示す構造のハニカム構造体２００を構成する部材について、説明する。しかしながら、本記載の一部が図１に示す構造のハニカム構造体１００についても適用できることは、当業者には明らかである。また、図３において、各ハニカムユニット２３０Ａ〜２３０Ｄは、同様の構成であるため、ここでは、ハニカムユニット２３０Ａを取り上げ、その構成を説明する。
次に、本発明によるハニカム構造体を構成する各部材の構成について、より詳しく説明する。なお、以下の記載では、主として、図３に示す構造のハニカム構造体２００を構成する部材について、説明する。しかしながら、本記載の一部が図１に示す構造のハニカム構造体１００についても適用できることは、当業者には明らかである。また、図３において、各ハニカムユニット２３０Ａ〜２３０Ｄは、同様の構成であるため、ここでは、ハニカムユニット２３０Ａを取り上げ、その構成を説明する。
（ハニカムユニット）
ハニカムユニット２３０Ａの全体としての抵抗値は、室温（例えば２５℃）で、１Ω〜１０３Ωであることが好ましい。これにより、両電極２３５Ａ、２３８Ａ間に印加される電圧が、例えばハイブリッド型車両において通常のバッテリが有する電圧値程度であっても、ハニカム構造体２００を十分に加熱することができる。なお、ハニカムユニット２３０Ａの抵抗値が１Ωを下回ると、十分な発熱量が得られなくなる。
ハニカムユニット２３０Ａの全体としての抵抗値は、室温（例えば２５℃）で、１Ω〜１０３Ωであることが好ましい。これにより、両電極２３５Ａ、２３８Ａ間に印加される電圧が、例えばハイブリッド型車両において通常のバッテリが有する電圧値程度であっても、ハニカム構造体２００を十分に加熱することができる。なお、ハニカムユニット２３０Ａの抵抗値が１Ωを下回ると、十分な発熱量が得られなくなる。
ハニカムユニット２３０Ａは、炭化珪素（ＳｉＣ）等を主体とした無機材料で構成され、必要な場合、さらに、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のような抵抗調整成分が少量添加される。
ハニカムユニット２３０Ａの長手方向に対して垂直な断面の形状は、特に限定されるものではなく、いかなる形状であっても良い。ただし、各ハニカムユニットの断面の形状は、各ハニカムユニットを組み合わせてハニカム構造体を構成した際に、略円柱状のハニカム構造体が得られるようにする。また、各ハニカムユニットの断面の形状は、各ハニカムユニットを組み合わせてハニカム構造体を構成した際に、中心部分に、円柱状の金属棒を装着することの可能な空間が得られるようにする。
ハニカムユニット２３０Ａのセル密度は、１５．５〜１８６個／ｃｍ２（１００〜１２００ｃｐｓｉ）の範囲であることが好ましく、４６．５〜１７０個／ｃｍ２（３００〜１１００ｃｐｓｉ）の範囲であることがより好ましく、６２〜１５５個／ｃｍ２（４００〜１０００ｃｐｓｉ）の範囲であることがさらに好ましい。
ハニカムユニット２３０Ａの気孔率は、１０％〜６０％の範囲であることが好ましい。
ハニカムユニット２３０Ａのセル壁２２４の厚さは、特に限定されないが、ハニカムユニットの強度の点から望ましい下限は、０．１ｍｍであり、ハニカム構造体の浄化性能の観点から望ましい上限は、０．４ｍｍであることが好ましい。
ハニカムユニット２３０Ａのセル壁２２４に担持される触媒は、特に限られず、例えば、白金、ロジウム、パラジウム等が使用されても良い。これらの触媒は、アルミナ層を介して、セル壁２２４に担持されても良い。
（接着層）
ハニカム構造体２００の接着層２５０は、接着層用ペーストを原料として形成される。接着層用ペーストは、無機粒子、無機バインダ、無機繊維、および／または有機バインダを含んでも良い。
ハニカム構造体２００の接着層２５０は、接着層用ペーストを原料として形成される。接着層用ペーストは、無機粒子、無機バインダ、無機繊維、および／または有機バインダを含んでも良い。
接着層用ペーストの無機粒子としては、炭化珪素（ＳｉＣ）が望ましい。
無機バインダとしては、無機ゾルまたは粘土系バインダ等を用いることができ、上記無機ゾルの具体例としては、例えば、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、または水ガラス等が挙げられる。また、粘土系バインダとしては、例えば、白土、カオリン、モンモリロナイト、セピオライト、またはアタパルジャイト等の粘土等が挙げられる。これらは単独で用いても良く、２種以上を併用してもよい。
これらの中では、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス、セピオライトまたはアタパルジャイトが望ましい。
また、無機繊維の材料としては、アルミナ、シリカ、炭化珪素、シリカアルミナ、ガラス、チタン酸カリウム、またはホウ酸アルミニウムが望ましい。これらの無機繊維は、単独で用いてもよく、２種以上併用してもよい。また、これらの中では、シリカアルミナが特に望ましい。
有機バインダとしては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、またはカルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。有機バインダの中では、カルボキシルメチルセルロースが望ましい。
接着層２５０の厚さは、０．３〜２ｍｍの範囲であることが好ましい。接着層２５０の厚さが０．３ｍｍ未満では十分なハニカムユニットの接合強度が得られない。また接着層２５０の厚さが２ｍｍを超えると、ハニカム構造体の圧力損失が大きくなる。なお、接合させるハニカムユニットの数は、ハニカム構造体の大きさに合わせて適宜選定される。
（ハニカム構造体）
本発明のハニカム構造体２００は、略円柱状の形状を有する。中心部分に設置される金属棒２８０の材質は、金属等の導電性材料であれば、特に限られない。
本発明のハニカム構造体２００は、略円柱状の形状を有する。中心部分に設置される金属棒２８０の材質は、金属等の導電性材料であれば、特に限られない。
（ハニカム構造体の作製方法）
次に、本発明によるハニカム構造体の製造方法を簡単に説明する。なお、以下の記載では、図３に示したハニカム構造体２００を製造する方法について説明する。ただし、この記載から、当業者が図１に示したハニカム構造体１００を製造することができることは明らかである。
次に、本発明によるハニカム構造体の製造方法を簡単に説明する。なお、以下の記載では、図３に示したハニカム構造体２００を製造する方法について説明する。ただし、この記載から、当業者が図１に示したハニカム構造体１００を製造することができることは明らかである。
（ハニカムユニットの製造）
まず、炭化珪素（ＳｉＣ）を含む無機粒子を主成分とした原料ペーストを用いて押出成形等を行い、ハニカムユニット成形体を作製する。ハニカムユニット成形体は、例えば、図４に示したような、断面が略扇型形状で、中心Ｏ側部分がそれよりも小さな断面略扇型形状で切り取られた柱状体の形状を有する。すなわち、ハニカムユニット成形体は、略１／４円状の断面と、外側の湾曲表面および内側湾曲表面を含む４つの側面と、を有している。
まず、炭化珪素（ＳｉＣ）を含む無機粒子を主成分とした原料ペーストを用いて押出成形等を行い、ハニカムユニット成形体を作製する。ハニカムユニット成形体は、例えば、図４に示したような、断面が略扇型形状で、中心Ｏ側部分がそれよりも小さな断面略扇型形状で切り取られた柱状体の形状を有する。すなわち、ハニカムユニット成形体は、略１／４円状の断面と、外側の湾曲表面および内側湾曲表面を含む４つの側面と、を有している。
なお、ハニカムユニットの抵抗率調整のため、原料ペースト中には、さらに、適量の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等を添加しても良い。
原料ペーストには、これらの他に有機バインダ、分散媒および成形助剤を成形性にあわせて適宜加えてもよい。有機バインダとしては、特に限定されるものではないが、例えば、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、フェノール樹脂およびエポキシ樹脂等から選ばれる１種以上の有機バインダが挙げられる。有機バインダの配合量は、無機粒子、無機バインダおよび無機繊維の合計１００重量部に対して、１〜１０重量部が好ましい。
分散媒としては、特に限定されるものではないが、例えば、水、有機溶媒（ベンゼンなど）およびアルコール（メタノールなど）などを挙げることができる。成形助剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸およびポリアルコール等を挙げることができる。
原料ペーストは、特に限定されるものではないが、混合および混練することが好ましく、例えば、ミキサーまたはアトライタなどを用いて混合してもよく、ニーダーなどで十分に混練してもよい。原料ペーストを成形する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、押出成形などによってセルを有する形状に成形することが好ましい。
次に、得られた成形体は、乾燥することが好ましい。乾燥に用いる乾燥機は、特に限定されるものではないが、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機および凍結乾燥機などが挙げられる。また、得られた成形体は、脱脂することが好ましい。脱脂する条件は、特に限定されず、成形体に含まれる有機物の種類や量によって適宜選択するが、おおよそ４００℃、２時間が好ましい。更に、得られた成形体は、焼成することが好ましい。焼成条件としては、特に限定されるものではないが、おおよそ２２００℃が好ましい。
（電極の形成）
次に、各ハニカムユニットの外側湾曲表面および内側湾曲表面に、電極を設置する。ここで、第１の電極は、外側湾曲表面の全体に設置され、第２の電極は、内側湾曲表面の全体に設置される。
次に、各ハニカムユニットの外側湾曲表面および内側湾曲表面に、電極を設置する。ここで、第１の電極は、外側湾曲表面の全体に設置され、第２の電極は、内側湾曲表面の全体に設置される。
前述のように、電極の材質および設置方法は、特に限られない。第１および第２の電極は、例えば金属で構成される。また、第１および第２の電極は、例えば、金属の溶射、スパッタリング法、蒸着法、またはスラリーの流し込み塗布等により設置されても良い。
電極の厚さは、例えば、１μｍ〜２００μｍの範囲であることが好ましい。
（ハニカム構造体の組み立て）
その後、各ハニカムユニットのセル壁に、触媒が担持される。
その後、各ハニカムユニットのセル壁に、触媒が担持される。
次に、以上の工程で得られたハニカムユニットの側面に、後に接着層となる接着層用ペーストを均一な厚さで塗布した後、この接着層用ペーストを介して、順次他のハニカムユニットを結合する。この工程を繰り返し、中心部分がくり抜かれた略円柱状のハニカム構造体を作製する。
次にこのハニカム構造体を加熱して、接着層用ペーストを乾燥して、固化させて、接着層を形成させるとともに、ハニカムユニット同士を固着させる。
複数のハニカムユニットを接着層によって接合させた後に、このハニカム構造体を脱脂することが好ましい。この脱脂処理により、接着層用のペーストに有機バインダが含まれている場合、これらの有機バインダを脱脂除去することができる。脱脂条件は、含まれる有機物の種類や量によって適宜選定されるが、７００℃、２時間程度が好ましい。
次に、ハニカム構造体の中心部に、各ハニカムユニットの電極部分と接するようにして、金属棒を設置する。なお、金属棒の設置は、必ずしもこの段階で行う必要はない。金属棒の設置は、例えば、接着層用ペーストを介してハニカムユニット同士を結合する工程において、行っても良い。
以上の工程により、本発明によるハニカム構造体を作製することができる。
１００ ハニカム構造体
１１０Ａ、１１０Ｂ 端面
１２０ 外周面
１２２ セル
１２４ セル壁
１３５ 第１の電極
１３８ 第２の電極
１４０ 領域
１８０ 金属棒
２００ ハニカム構造体
２１０Ａ、２１０Ｂ 端面
２１４Ａ、２１４Ｂ ハニカムユニットの端面
２２２ セル
２２４ セル壁
２３０ ハニカムユニット
２３０Ａ〜２３０Ｄ ハニカムユニット
２３４Ａ 湾曲側面
２３５、２３５Ａ 第１の電極
２３７Ａ 内側表面
２３８Ａ 第２の電極
２５０ 接着層
２８０ 金属棒
３００ ハニカム構造体
３１０Ａ、３１０Ｂ 端面
３１４Ａ、３１４Ｂ ハニカムユニットの端面
３２２ セル
３２４ セル壁
３３０ ハニカムユニット
３３０Ａ〜３３０Ｄ ハニカムユニット
３３４Ａ 湾曲側面
３３５、３３５Ａ 第１の電極
３３７ 平坦面
３３８Ａ 第２の電極
３５０ 接着層
１１０Ａ、１１０Ｂ 端面
１２０ 外周面
１２２ セル
１２４ セル壁
１３５ 第１の電極
１３８ 第２の電極
１４０ 領域
１８０ 金属棒
２００ ハニカム構造体
２１０Ａ、２１０Ｂ 端面
２１４Ａ、２１４Ｂ ハニカムユニットの端面
２２２ セル
２２４ セル壁
２３０ ハニカムユニット
２３０Ａ〜２３０Ｄ ハニカムユニット
２３４Ａ 湾曲側面
２３５、２３５Ａ 第１の電極
２３７Ａ 内側表面
２３８Ａ 第２の電極
２５０ 接着層
２８０ 金属棒
３００ ハニカム構造体
３１０Ａ、３１０Ｂ 端面
３１４Ａ、３１４Ｂ ハニカムユニットの端面
３２２ セル
３２４ セル壁
３３０ ハニカムユニット
３３０Ａ〜３３０Ｄ ハニカムユニット
３３４Ａ 湾曲側面
３３５、３３５Ａ 第１の電極
３３７ 平坦面
３３８Ａ 第２の電極
３５０ 接着層
Claims (6)
- 複数の貫通孔が長手方向に並設された複数の導電性ハニカムユニットを有する略円柱状のハニカム構造体であって、
対となる第１および第２の電極を有し、
第１の電極は、当該ハニカム構造体の外周面にあり、第２の電極は、当該ハニカム構造体の中心軸近傍にあり、
当該ハニカム構造体は、該ハニカム構造体の長手方向に垂直な断面の形状が略扇形の柱状ハニカムユニットが複数個結束されて構成され、
前記柱状ハニカムユニットの外周面のうち、前記略扇形の中心角を構成する２平面であって、該２平面が交差してできる交線近傍と、前記略扇形の円弧を構成する曲面のそれぞれに、電極が形成されることを特徴とするハニカム構造体。 - 前記導電性ハニカムユニットは、対となる第１および第２の電極間の抵抗値が１Ω〜１０３Ωの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造体。
- 前記対となる第１および第２の電極は、溶射またはスパッタで形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のハニカム構造体。
- 前記導電性ハニカムユニットのセル壁には、触媒が担持されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のハニカム構造体。
- 前記触媒は、白金、ロジウムまたはパラジウムであり、アルミナ層を介して担持されていることを特徴とする請求項４に記載のハニカム構造体。
- 前記導電性ハニカムユニットは、炭化珪素を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載のハニカム構造体。
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