WO2022176321A1 - 電極付きハニカム基材 - Google Patents

Abstract

電極付きハニカム基材（１）は、ハニカム基材（２）と、一対の電極（３）と、を有する。ハニカム基材（２）は、複数のセル（２１１）と複数のセル（２１１）を区画形成する隔壁（２１２）とを備える基材本体部（２１）と、基材本体部（２１）の外周に形成された基材スキン部（２２）と、を備える。一対の電極（３）は、基材スキン部（２２）の外表面に対向して配置されている。電極付きハニカム基材（１）では、電極（３）が配置された位置における基材スキン部（２２）に、切り欠き（４）が設けられている。

Description

電極付きハニカム基材 関連出願の相互参照

　本出願は、２０２１年２月１６日に出願された日本出願番号２０２１－２２４９９号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、電極付きハニカム基材に関する。

　従来、内燃機関等で生じた排ガスを浄化するための触媒装置には、触媒を担持させたハニカム基材が組み込まれている。ハニカム基材の材質としては、一般に、コーディエライトが広く用いられている。近年、ＳｉＣやホウ化物／シリコン系材料等を含む導電性セラミックスを用いてハニカム基材を構成し、基材外周面に設けた一対の電極を通じてハニカム基材を通電により発熱させる電気加熱式触媒装置が提案されている。

　なお、本願に先行する特許文献１には、セラミックス繊維を含む複数のハニカムユニットを結束して構成したハニカムブロックの外周面をコート層で強化したハニカム基材が開示されている。同文献には、上記構成を採用することにより、熱衝撃や振動に対して強く、高い強度を有し、熱応力が発生してもクラックが生じることがなく、その外周面から高い圧力が加えられた場合であっても、容易にクラックが生じたり破壊されたりすることがないと記載されている。

特許第４７５３７８４号公報

　導電性セラミックスは、コーディエライトに比較して、熱膨張率が高い。そのため、電気加熱式触媒装置に用いられるハニカム基材等のような、通電による急速昇温や急冷を伴うハニカム基材では、大きな熱応力が生じてクラックが発生しやすく、強度信頼性の向上が必要になる。

　本開示は、ハニカム基材にかかる熱応力を低減し、強度信頼性を向上させることが可能な電極付きハニカム基材を提供することを目的とする。

　本開示の一態様は、複数のセルと上記複数のセルを区画形成する隔壁とを備える基材本体部と、上記基材本体部の外周に形成された基材スキン部と、を備えるハニカム基材と、
　上記基材スキン部の外表面に対向して配置された一対の電極と、を有する電極付きハニカム基材であって、
　上記電極が配置された位置における上記基材スキン部に、切り欠きが設けられている、
　電極付きハニカム基材にある。

　上記電極付きハニカム基材は、上記構成を有する。そのため、上記電極付きハニカム基材では、電極が配置された位置における基材スキン部に設けられた切り欠きの先端部に応力が集中し、切り欠きの周囲では応力が緩和される。そのため、上記電極付きハニカム基材によれば、ハニカム基材にかかる熱応力が低減され、強度信頼性を向上させることができる。

　なお、請求の範囲に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、実施形態１に係る電極付きハニカム基材を模式的に示した斜視図であり、 図２は、実施形態１に係る電極付きハニカム基材を適用した電気加熱式触媒装置の一例を模式的に示した図であり、 図３は、切り欠きによる応力緩和について説明するための説明図であり、 図４は、電極の端部位置における基材スキン部に設けられた切り欠きの一例を模式的に示した図であり、（ａ）は、切り欠きが一つ導入されている例、（ｂ）は、切り欠きが複数導入されている例を示した図であり、 図５は、基材スキン部に設けられた切り欠きの断面形状の一例を模式的に示した図であり、（ａ）は、断面Ｖ字状の切り欠きの例、（ｂ）は、半楕円状の切り欠きの例、（ｃ）は、断面Ｕ字状の切り欠きの例、（ｄ）は、断面凹状の切り欠きの例、（ｅ）は、クラックからなる切り欠きの例を示した図であり、 図６は、実施形態２に係る電極付きハニカム基材を模式的に示した斜視図であり、 図７は、実験例１において、比較例１の電極付きハニカム基材における基材中心部の温度が５００℃に達した時点での温度分布を求める場合の条件について説明するための説明図であり、（ａ）は、電極付きハニカム基材の８分の１を示した図であり、（ｂ）は、（ａ）における四角で囲った部分を拡大した図であり、 図８は、実験例１における、比較例１の電極付きハニカム基材の電極端部位置を拡大して示した図であり、 図９は、実験例１において、実施例１～実施例５の電極付きハニカム基材に導入する切り欠きの形状、大きさを説明するための図であり、 図１０は、実施例１～実施例３の電極付きハニカム基材の電極端部位置を拡大して示した図であり、（ａ）は実施例１、（ｂ）は実施例２、（ｃ）は実施例３の電極付きハニカム基材の電極端部位置を拡大して示した図であり、 図１１は、実施例４、５の電極付きハニカム基材における切り欠き位置を説明するための図であり、（ａ）は実施例４、（ｂ）は実施例５の電極付きハニカム基材における切り欠き位置を説明するための図である。

（実施形態１）
　実施形態１の電極付きハニカム基材について、図１～図５を用いて説明する。図１に例示されるように、本実施形態の電極付きハニカム基材１は、ハニカム基材２と、一対の電極３と、を有している。

　電極付きハニカム基材１は、例えば、触媒（白金、パラジウム、ロジウム等）が担持された状態で、図２に例示されるように、内燃機関（不図示）等で生じた排ガスＦを浄化するために排気管９１に設けられた電気加熱式触媒装置９に好適に用いることができる。電気加熱式触媒装置９では、通電によりハニカム基材２が急速昇温されたり急冷されたりするため、大きな熱応力が生じやすい。電気加熱式触媒装置９は、熱応力に対する強度信頼性の高い電極付きハニカム基材１を用いることにより、排ガスＦの浄化の信頼性を高めることができる。なお、図２中、矢印Ｇの方向が、電極付きハニカム基材１におけるガス流れ方向Ｇである。

　具体的には、図２では、排気管９１の途中にケース筒体９２が取り付けられ、ケース筒体９２内に電極付きハニカム基材１が収容されている例が示されている。また、図２では、電極付きハニカム基材１とケース筒体９２との間に、絶縁性を有する保持部材９３が配置されている例が示されている。電極付きハニカム基材１の各電極３には、それぞれ電極端子３１が電気的に接続され、一対の電極端子３１を介して一対の電極３間に電圧を印加することにより、ハニカム基材２を通電発熱させることが可能とされている。なお、図２では、バッテリー等の電源９４からの電力が、スイッチング回路９５、遮断回路９６を介して一対の電極端子３１に給電されるように構成されている例が示されているが、これに限定されない。電圧の印加方式も、直流方式、交流方式、パルス方式等、いずれの方式であってもよい。

　ハニカム基材２は、図１に例示されるように、複数のセル２１１と複数のセル２１１を区画形成する隔壁２１２とを備える基材本体部２１と、基材本体部２１の外周に形成された基材スキン部２２と、を備えている。セル２１１は、排ガスＦが流される流路である。例えば、図１では、隔壁２１２が、ハニカム基材２の基材軸と直交する直交断面（以下、単に「直交断面」ということがある。）で見て、正方形状の複数のセル２１１を区画形成する例が示されている。つまり、図１では、隔壁２１２は、格子状に形成されている。隔壁２１２は、他にも、六角形状の複数のセル等、公知の形状の複数のセル２１１を区画形成するように構成されることもできる。なお、図１において、隔壁２１２、基材スキン部２２は、便宜上、線によって表されており、厚み等は省略されている。本実施形態において、排ガスＦは、具体的には、ハニカム基材２の上流側端面より各セル２１１に流入し、ガス流れ方向Ｇに沿ってセル２１１内を流れた後、ハニカム基材２の下流側端面より排出される。ハニカム基材２の基材軸は、図２に示されるガス流れ方向Ｇと同方向である。

　直交断面で見たハニカム基材２の断面形状は特に限定されない。本実施形態では、図１に例示されるように、ハニカム基材２が、直交断面で見て、レーストラック形状の断面形状を有する例が示されている。レーストラック形状の断面形状を有するハニカム基材２では、基材スキン部２２が、互いに離間された状態で平行に配置された一対の側面部２２１と、一対の側面部２２１における同じ側にある端縁間をそれぞれ連結する一対の曲面部２２２とを有している。曲面部２２２は、直交断面で見て、外方に凸となるように円弧状に湾曲している。そしてこの基材スキン部２２によって取り囲まれた内部が基材本体部２１とされている。基材本体部２１の外周は、基材スキン部２２の内面に接続されている。なお、平行に配置された一対の側面部２２１は、一対の側面部２２１が幾何学的に厳密な意味で平行とされていることを意味するものではなく、平行とみなされる範囲で幅を持つ意味である。

　一対の電極３は、基材スキン部２２の外表面に対向して配置されている。したがって、基材スキン部２２の外表面には、電極３にて覆われた領域と、電極３にて覆われていない領域とが存在している。なお、上述したレーストラック形状の断面形状を有するハニカム基材２では、基材スキン部２２を構成する各曲面部２２２の外表面にそれぞれ電極３を設けることができる。図１では、各電極３が、各曲面部２２２の外表面の全体をそれぞれ覆っている例が示されている。つまり、図１では、電極３が、直交断面で見て、曲面部２２２の両端部まで形成されている例が示されている。なお、図示はしないが、電極付きハニカム基材１では、電極３が、直交断面で見て、曲面部２２２の両端部まで形成されていない構成とされていてもよい。

　電極３は、基材スキン部２２の外表面に接合されることができる。なお、上述した電極端子３１は、電極３に接合されてもよいし、接合されなくてもよい。電極端子３１は、電極３の表面における中心に配置されることができる。電極端子３１は、例えば、棒状等の形状に形成されることができる。

　ここで、電極付きハニカム基材１では、図３～図５に例示されるように、電極３が配置された位置における基材スキン部２２に、切り欠き４が設けられている。つまり、電極３がのっている部分（電極３が接している部分）に対応する基材スキン部２２に、切り欠き４が設けられている。切り欠き４を有することにより、図３に例示されるように、切り欠き４の先端部に応力が集中し（図３中の符号Ｋが応力集中部）、切り欠き４の周囲では応力が緩和される。そのため、電極付きハニカム基材１によれば、ハニカム基材２にかかる熱応力が低減され、強度信頼性を向上させることができる。なお、図３の矢印Ｙは、引張モードの荷重が切り欠き４にかかっていることを示したものである。

　切り欠き４は、各電極３が配置された位置における基材スキン部２２に、それぞれ設けられていてもよいし、いずれか一方の電極３が配置された位置における基材スキン部２２に、設けられていてもよい。好ましくは、前者であるとよい。前者の構成によれば、両電極３側においてハニカム基材２にかかる熱応力を低減することができるので、強度信頼性の向上を図りやすくなる。

　切り欠き４は、電極３が配置された位置における基材スキン部２２のいずれの位置に設けられていてもよい。つまり、直交断面で見て、切り欠き４は、図４に例示されるように、電極３の端部位置における基材スキン部２２に設けられることができる。また、直交断面で見て、切り欠き４は、電極３の中央部位置における基材スキン部２２に設けられていてもよいし、電極３の端部位置と電極３の中央部位置との間における基材スキン部２２に設けられていてもよい。また、電極３が配置された位置における基材スキン部２２には、図４（ａ）に例示されるように、切り欠き４が１つ形成されていてもよいし、図４（ｂ）に例示されるように、切り欠き４が複数形成されていてもよい。

　電極３の端部位置における基材スキン部２２とは、直交断面で見て、電極３が配置された位置における基材スキン部２２に接するセル２１１（セル２１１は、完全な形状のセルだけでなく、不完全な形状のセルも含む、以下同様）のうち、電極３の端面側から電極３の形成側に数えて５つ目までのセル２１１に接する基材スキン部２２の部分である。また、電極３の中央部位置における基材スキン部２２とは、直交断面で見て、電極３が配置された位置における基材スキン部２２に接するセル２１１のうち、中央に位置するセル２１１（中央に隔壁２１２が位置する場合には、その隔壁２１２の両隣のセル２１１）に接する基材スキン部２２の部分である。

　切り欠き４が、電極３の端部位置における基材スキン部２２に設けられている場合には、次の利点がある。電気加熱式触媒装置９においては、電極付きハニカム基材１の電極３の端部に最大応力が発生することが多い。さらに、電気加熱式触媒装置９においては、ハニカム基材２が破断（隔壁２１２が破断）すると、通電機能が損なわれるため、加熱により触媒を早期に活性化させるという電気加熱式触媒装置９の基本機能が損なわれる。上記の場合には、電極３の端部位置以外における基材スキン部２２に切り欠き４が設けられている場合に比べ、電極３の端部位置に集中する熱応力を低減させることができ、高い応力緩和効果が得られる。そのため、上記の場合には、ハニカム基材２の強度信頼性をより向上させることが可能になる。

　図１では、各電極３の両端部位置（図１中、直方体状の枠Ｔで囲った部分）における基材スキン部２２に切り欠き４が設けられている例が示されている。この場合には、各電極３の両端部位置に集中する応力を低減させることができ、より高い応力緩和効果が得られる。その他にも、図示はしないが、例えば、一方の電極３の両端部位置における基材スキン部２２に切り欠き４が設けられていてもよいし、一方または両方の電極３の片側端部位置における基材スキン部２２に切り欠き４が設けられていてもよい。

　また、図４（ａ）では、電極３が配置された位置における基材スキン部２２に接するセル２１１のうち、電極３の端面側から電極３の形成側に数えて１つ目のセル２１１に接する基材スキン部２２の部分に、切り欠き４が１つ形成されている例が示されている。また、図４（ｂ）では、電極３が配置された位置における基材スキン部２２に接するセル２１１のうち、電極３の端面側から電極３の形成側に数えて１つ目のセル２１１に接する基材スキン部２２の部分に、切り欠き４が複数形成されている例が示されている。このように、電極３が配置された位置における基材スキン部２２に接するセル２１１のうち、電極３の端面側から電極３の形成側に数えて少なくとも１つ目のセル２１１に接する基材スキン部２２の部分に、切り欠き４が形成されている場合には、電極３の端部位置に集中する熱応力を効果的に低減させることができる。

　切り欠き４の形状は、熱応力を集中させることが可能な形状であれば特に限定されない。切り欠き４の形状は、例えば、図３、図４、図５（ａ）に例示されるように、直交断面で見て、Ｖ字状とすることができる。それ以外にも、図５（ｂ）～図５（ｄ）に例示されるように、切り欠き４の形状は、例えば、直交断面で見て、半楕円状、Ｕ字状、凹状などとすることもできる。また、切り欠き４は、図５（ｅ）に例示されるようにクラックであってもよい。さらには、切り欠き４は、上記断面形状を有する切り欠き４の先端からクラックが伸びたものであってもよい。

　切り欠き４は、図３および図４等に例示されるように、基材スキン部２２の内表面側から外方に向かって延びる構成とされることができる。つまり、切り欠き４は、基材スキン部２２の内表面側から外側に向かって導入されることができる。この構成によれば、熱応力によって切り欠き４の先端からクラックが進展した場合でも、基材スキン部２２の内側に位置する基材本体部２１に割れが生じるのを抑制することができる。図３および図４では、直交断面で見て、両電極３の中央部間を結ぶ線と同方向となるように、切り欠き４が、基材スキン部２２の内表面側から外方に向かって延びている例が示されている。つまり、図３および図４では、直交断面で見て、両電極３の中央部間を結ぶ線と同方向にある隔壁２１２の壁面に沿うように、切り欠き４が、基材スキン部２２の内表面側から外方に向かって延びている例が示されている。このような方向に延びる切り欠き４は、ハニカム基材２の押出成時に形成しやすい利点がある。

　切り欠き４は、ハニカム基材２の一方端面から他方端面にわたって延びる構成とされることができる。つまり、切り欠き４は、ハニカム基材２の一方端面から他方端面にわたって連続的に形成されることができる。上記構成によれば、ハニカム基材２の押出成形時に押出成形型に切り欠き４を形成可能な形状の突起を設けることより、基材スキン部２２に切り欠き４を比較的容易に導入することができる。そのため、上記構成によれば、切り欠き４を有していても生産性の良好な電極付きハニカム基材１が得られる。また、上記構成によれば、ハニカム基材２の一方端面から他方端面にわたって基材スキン部２２に設けられた切り欠き４の周囲の熱応力を緩和させることができる。そのため、この構成によれば、強度信頼性の向上を確実なものとすることができる。

　切り欠き４の先端は、図３に例示されるように、基材スキン部２２の内部に存在していてもよいし、基材スキン部２２に接する電極３の内部に存在していてもよい。切り欠き４の先端部に熱応力が集中し、その周囲にて応力が低減されるため、後者の場合には、前者の場合に比べ、ハニカム基材２の強度信頼性を向上させやすくなる。なお、後者の場合において、上述したように切り欠き４が基材スキン部２２の内側表面から外方に導入されている場合には、切り欠き４は、基材スキン部２２を貫通することになる。また、後者の場合において、切り欠き４の先端は、電極３の表面には達していない。そのため、切り欠き４は、電極３の表面からは見えない。切り欠き４が電極３を貫通してしまうと、切り欠き４の先端部に応力を集中させることができなくなる。

　切り欠き４の先端の幅は、基材本体部２１におけるセルピッチの半分未満とすることができる。切り欠き４の先端の幅は、応力集中の程度に及ぼす影響が大きい。この点は、材料強度学上、切り欠きの先端における応力の式においては切り欠き先端部の形状を除いて切り欠き形状のパラメータがないことから理解される。上記構成によれば、切り欠き４の先端にて応力集中を効果的に生じさせて、切り欠き４の周囲における応力低減を図ることができる。また、基材スキン部２２の内表面側から切り欠き４を導入しやすい。なお、セルピッチｐは、図４（ａ）に例示されるように、セル２１１の隔壁２１２の表面から、隣接するセル２１１の隔壁２１２の表面までの距離である。

　切り欠き４の先端の幅は、ハニカム基材２を導電性セラミックスにて構成する場合におけるセラミックス粒子サイズなどを考慮して、好ましくは、０．０１ｍｍ以上、より好ましくは、０．０２ｍｍ以上、さらに好ましくは、０．０３ｍｍ以上とすることができる。また、切り欠き４の先端の幅は、押出成形時に押出成形金型にて形成しやすいなどの観点から、例えば、好ましくは、０．３ｍｍ以下、より好ましくは、０．２５ｍｍ以下、さらに好ましくは、０．２ｍｍ以下とすることができる。

　電極付きハニカム基材１では、通常、基材スキン部２２の外表面に、電極３にて覆われていない部分が生じる。この電極３にて覆われていない部分、つまり、基材スキン部２２の外表面が露出した部分は、図４（ｂ）に例示されるように、絶縁膜５により被覆されることができる。例えば、図１に例示される形状の電極付きハニカム基材１では、図４（ｂ）に例示されるように、側面部２２１の表面と、側面部２２１と面一にされた電極３の端面とを絶縁膜５が覆う構成とすることができる。なお、図示はしないが、電極３の外表面が、さらに絶縁膜５によって覆われていてもよい。電気加熱式触媒装置９では、排ガスＦ中に含まれる水蒸気が冷却されて生じた凝縮水により保持部材９３が吸水する場合がある。上記構成によれば、吸水によって保持部材９３の絶縁性が低下した場合でも、絶縁膜５によって絶縁性を確保することができる。そのため、上記構成によれば、電流漏洩が抑制され、ハニカム基材２の通電加熱性を担保しやすい電極付きハニカム基材１が得られる。また、上記構成によれば、切り欠き４の先端からクラックが生じ、基材スキン部２２を貫通した場合でも、絶縁膜５を有することにより、絶縁膜５内で応力集中させることが可能になるため、熱応力の低減に寄与することができる。

　電極付きハニカム基材１が絶縁膜５を有する場合、電極３が配置されていない位置における基材スキン部２２に、切り欠き４と同様の外側切り欠き（不図示）が設けられていてもよい。具体的には、例えば、直交断面で見て、基材スキン部２２に接するセル２１１のうち、電極３の端面側から電極３の形成側とは反対側に数えて５つ目のセル２１１までに対応する基材スキン部２２の部分に、外側切り欠きを設けることができる。この構成によれば、切り欠き４だけでなく、外側切り欠きによっても電極３の端部位置に集中する熱応力を低減しやすくなる。なお、この場合、外側切り欠きの構成は、上述した切り欠き４と同様とすることができる。また、外側切り欠きの先端は、基材スキン部２２の内部に存在していてもよいし、絶縁膜５の内部に存在していてもよい。

　電極付きハニカム基材１において、ハニカム基材２および電極３は、いずれも導電材と絶縁材とを含む構成とすることができる。具体的には、ハニカム基材２および電極３は、導電材と絶縁材とを含む導電性セラミックスより構成されることができる。一方、絶縁膜５は、絶縁材より構成されることができる。具体的には、絶縁膜５は、絶縁性セラミックスより構成されることができる。

　ハニカム基材２、電極３に含まれる導電材としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）、シリコンとホウ素（Ｂ）とを含む酸化物、Ｓｉ等の導電性元素がドープされた炭化ケイ素（ＳｉＣ）、金属シリサイド等のシリサイド化合物、ニッケルクロム合金などを例示することができる。これらは１種または２種以上含まれていてもよい。ハニカム基材２、電極３に含まれる絶縁材としては、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、チタニア（ＴｉＯ_２）、シリカ（ＳｉＯ_２、溶融シリカも含む）、コーディエライト、マグネシア(ＭｇＯ)、ジルコニア(ＺｒＯ_２)、ムライト、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などを例示することができる。これらは１種または２種以上含まれていてもよい。なお、ハニカム基材２と電極３とは、同じ材料から形成されていてもよいし、異なる材料から形成されていてもよい。絶縁膜５を構成する絶縁性セラミックスとしては、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、チタニア（ＴｉＯ_２）、シリカ（ＳｉＯ_２、溶融シリカも含む）、コーディエライト、マグネシア(ＭｇＯ)、ジルコニア(ＺｒＯ_２)、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などを例示することができる。これらは１種または２種以上含まれていてもよい。

　電極３は、セラミックス繊維を含有していることが好ましい。切り欠き４の先端からクラックが生じた場合に、クラックが進展して電極３を貫通すると、クラック先端部に集中していた応力が解放される。上記構成によれば、電極３内でのクラックの進展が抑制され、電極３を貫通するクラックの発生を抑制することができる。したがって、上記構成によれば、比較的長期にわたって強度信頼性を向上させることが可能な電極付きハニカム基材１が得られる。なお、電極３は、セラミックス繊維に代えて、セラミック粒子を含有していてもよい。この場合には、セラミック粒子の分散により電極３が強化される。

　セラミックス繊維は、平均短径が６μｍ以上２０μｍ以下、平均長径が５０μｍ以上であるとよい。セラミックス繊維の平均短径が６μｍ以上であると、生体への害を低減しやすく、生産性を確保しやすくなる。また、セラミックス繊維の平均短径が２０μｍ以下であると、繊維の強度を確保しやすくなるので、電極３の繊維強化を図りやすくなる。また、セラミックス繊維の平均長径が５０μｍ以上であると、繊維形状による強度向上効果を発揮させやすくなる。セラミックス繊維の平均短径は、好ましくは、６μｍ以上１２μｍ以下、より好ましくは、７μｍ以上１０μｍ以下とすることができる。また、セラミックス繊維の平均長径は、好ましくは、６０μｍ以上、より好ましくは、７０μｍ以上、さらに好ましくは、８０μｍ以上とすることができる。なお、セラミックス繊維の平均長径の上限は、連続繊維を用いることが有効なため特に限定されないが、例えば、入手容易性などの観点から、２００μｍ以下とすることができる。セラミックス繊維の平均短径は、走査型電子顕微鏡観察による電極３の断面写真において、任意の１０個のセラミックス繊維について測定した短径の平均値である。また、セラミックス繊維の平均長径は、走査型電子顕微鏡観察による電極３の断面写真において、任意の１０個のセラミックス繊維について測定した長径の平均値である。

　電極３におけるセラミックス繊維の体積比率は、１５体積％以上８０体積％以下とすることができる。セラミックス繊維の体積比率が１５体積％以上であれば、セラミックス繊維による電極３の繊維強化を確実なものとすることができる。電極３におけるセラミックス繊維の体積比率は、電極３の繊維強化によるクラックの貫通抑制などの観点から、好ましくは、２０体積％以上、より好ましくは、２５体積％以上、さらに好ましくは、３０体積％以上とすることができる。電極３がセラミックス繊維を含有する場合、電極３は複合材料より構成されることになるが、セラミックス繊維の体積比率が８０体積％以下であれば、電極３中の導電材を確保して、電極３の導電性の確保を確実なものとすることができる。電極３におけるセラミックス繊維の体積比率は、電極３の導電性などの観点から、好ましくは、７５体積％以下、より好ましくは、７０体積％以下とすることができる。

　セラミックス繊維を構成するセラミックスとしては、例えば、アルミナ、ＳｉＣなどを例示することができる。セラミックス繊維は、１種または２種以上含まれていてもよい。

（実施形態２）
　実施形態２の電極付きハニカム基材について、図６を用いて説明する。なお、実施形態２以降において用いられる符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

　実施形態２の電極付きハニカム基材１は、図６に例示されるように、ハニカム基材２が、直交断面で見て、円形状の断面形状を有している例である。なお、図６では、各電極３の両端部位置（図６中、直方体状の枠Ｔで囲った部分）における基材スキン部２２に切り欠き４が設けられている例が示されている。その他の構成および作用効果は、実施形態１の電極付きハニカム基材１と同様である。なお、ハニカム基材２は、図示はしないが、他にも、直交断面で見て、楕円状、矩形上などの形状とすることができる。

（実験例１）
　ＣＡＥを用い、切り欠きを導入した電極付きハニカム基材における切り欠き周囲の応力値の低減効果を検証した。具体的には、切り欠きが導入されていない点、側面部の表面と、側面部と面一にされた電極の端面とを絶縁膜が覆う点以外は、図１の断面形状に従う電極付きハニカム基材を、比較例１の電極付きハニカム基材とした。

　図７に示されるように、比較例１の電極付きハニカム基材における一対の電極３の外表面の中心部Ｃ１を、棒状の電極端子３１の接触面に設定し、印加電圧：２４０Ｖ、初期雰囲気温度：２５℃、熱伝達係数：３．５Ｗ／ｍ^２Ｋ、放射率：０．５という条件にて通電発熱させた際の基材中心部Ｃ２（基材軸が通る部分）の温度が２５℃（応力０）から５００℃に達した時点での温度分布を求めた。なお、解析は、図１の形状を有する電極付きハニカム基材の８分の１の領域にて行った。また、図８に、比較例１の電極付きハニカム基材の電極端部位置を拡大して示す。

　なお、ＣＡＥの詳細条件は、次の通りとした。
＜ハニカム基材＞
　隔壁厚み：０．１３２ｍｍ、セルピッチ：１．１４ｍｍ、電気抵抗率（２５℃）：６．９９Ω・ｃｍ、電気抵抗の温度依存性：０．１％／℃、密度：１．７２ｇ／ｍｌ、比熱：０．７２Ｊ/（Ｋ・ｇ）、熱膨張係数（ＣＴＥ）：２ｐｐｍ・Ｋ、ヤング率：５６ＧＰａ、ポアソン比：０．３、熱伝導率：３．５Ｗ／ｍ・Ｋ、基材スキン部の厚み：０．３ｍｍ
＜電極＞
　膜厚：１．０ｍｍ、電気抵抗率（２５℃）：０．１２４Ω・ｃｍ、電気抵抗の温度依存性：０．１％／℃、密度：１．７２ｇ／ｍｌ、比熱：０．７２Ｊ/（Ｋ・ｇ）、熱伝導率：３．５Ｗ／ｍ・Ｋ、熱膨張係数（ＣＴＥ）：２ｐｐｍ・Ｋ、ヤング率：５６ＧＰａ、ポアソン比：０．３
＜絶縁膜＞
　膜厚：１．０ｍｍ、電気抵抗率（２５℃）：１００００００Ω・ｃｍ、電気抵抗の温度依存性：０．１％／℃、密度：１．７２ｇ／ｍｌ、比熱：０．７２Ｊ/（Ｋ・ｇ）、熱伝導率：３．５Ｗ／ｍ・Ｋ、熱膨張係数（ＣＴＥ）：２ｐｐｍ・Ｋ、ヤング率：５６ＧＰａ、ポアソン比：０．３

　ＣＡＥにより比較例１の電極付きハニカム基材の通電時の温度分布を得た後、基材スキン部の所定位置に所定本数の切り欠きを設けた５つの水準に対して、上記と同じ温度分布を当てはめ、その温度分布における最大応力値を算出した。

　この際、図９に例示されるように、切り欠き４の形状は、断面Ｖ字状とし、切り欠き４の基端部の幅０．１ｍｍ、切り欠き４の基端部から先端部までの距離（切り欠き４の長さ）を０．３ｍｍに設定した。また、図１０（ａ）に示されるように、電極３が配置された位置における基材スキン部２２に接するセル２１１のうち、電極３の端面側から電極３の形成側に数えて１つ目のセル２１１に接する基材スキン部２２の部分に、セル２１１側から外側に向かうように切り欠き４を１つ導入したモデルを、実施例１の電極付きハニカム基材とした。また、図１０（ｂ）に示されるように、上記１つ目のセル２１１に接する基材スキン部２２の部分に、上記切り欠き４を３つ導入したモデルを、実施例２の電極付きハニカム基材とした。また、図１０（ｃ）に示されるように、上記１つ目のセル２１１に接する基材スキン部２２の部分に、上記切り欠き４を５つ導入したモデルを、実施例３の電極付きハニカム基材とした。

　また、図１１（ａ）に示されるように、基材スキン部２２に接する４４セルのうち、最も左に位置する中央部のセル２１１に接する基材スキン部２２の部分（図１１（ａ）中の矢印４１の位置）に、上記切り欠き４を１つ導入したモデルを、実施例４の電極付きハニカム基材とした。また、図１１（ｂ）に示されるように、基材スキン部２２に接する４４セルのうち、電極３の端面側から電極３の形成側に数えて２２番目のセル（中央部のセルと端部のセルとの中間に位置するセル）に接する基材スキン部の部分（図１１（ａ）中の矢印４２の位置）に、上記切り欠き４を１つ導入したモデルを、実施例５の電極付きハニカム基材とした。

　上記ＣＡＥによる熱応力解析結果をまとめて表１に示す。

　表１に示されるように、実施例１～５の電極付きハニカム基材は、比較例１の電極付きハニカム基材に比べ、いずれもハニカム基材にかかる熱応力を低減することができた。とりわけ、電極の端部位置における基材スキン部に切り欠きが設けられている実施例１～３の電極付きハニカム基材は、電極の端部位置以外における基材スキン部に切り欠きが設けられている実施例４、５の電極付きハニカム基材に場合に比べ、応力低減効果が大きかった。これは、最大応力が発生する電極の端部位置に切り欠きを設けたことにより、電極の端部位置から離れた位置に切り欠きを設けた場合に比べ、集中する熱応力を低減させやすかったためである。以上の結果によれば、本開示の電極付きハニカム基材は、切り欠きを有さない従来の電極付きハニカム基材に比べ、ハニカム基材にかかる熱応力が低減され、強度信頼性を向上させることができることがわかる。

（実験例２）
　導電材としてのシリコン粉末とホウ酸と、絶縁材としてのシリカ粉末とを、１８：６：７６の質量比で混合し、得られた混合物にバインダーとしてメチルセルロースを４質量％添加し、水を加え、十分に混練することにより坏土状のハニカム基材形成用材料を調製した。

　また、導電材としてのシリコン粉末とホウ酸と、絶縁材としてのシリカ粉末とを、４０：１０：５０の質量比で混合し、得られた混合物にバインダーとしてメチルセルロースを１．８７質量％と、セラミックス繊維としてアルミナ繊維（平均短径：８μｍ、平均長径：１００μｍ）を体積比率で３０体積％添加し、水を加え、十分に混合することによりペースト状の電極形成用材料を調製した。

　ハニカム基材形成用材料を図１に示されるハニカム基材形状となるように押出成形することによりハニカム成形体を得た。この際、押出成形型に、直交断面で見てＶ字状の切り欠きを形成可能な突起を設けることより、基材スキン部の曲面部となる部位のセル側の面に、押出方向に延びる溝を形成した。本実験例では、直交断面で見て、基材スキン部の曲面部となる部位に接するセルのうち、両端にある各セルに接する曲面部となる部位におけるセル側の面に、上記の溝を１つずつ形成した。つまり、直交断面で見て、ハニカム成形体の四つ角にある各セルに接する曲面部となる部位におけるセル側の面に、上記の溝を１つずつ形成した。

　次いで、このハニカム成形体を乾燥させた後、大気雰囲気下、６００℃の温度にて脱脂焼成した。次いで、脱脂焼成したハニカム成形体を、アルゴン雰囲気下、１２５０℃の温度にて仮焼することにより、仮焼されたハニカム基材を得た。次いで、仮焼されたハニカム基材の各曲面部の表面全体にそれぞれ電極形成用材料を塗布した。次いで、この電極形成用材料が塗布された、仮焼されたハニカム基材を、大気雰囲気下、６００℃の温度にて脱脂焼成した。次いで、脱脂焼成したハニカム基材を、アルゴン雰囲気下、１３５０℃の温度にて本焼成した。これにより、電極付きハニカム基材を得た。本実験例における電極付きハニカム基材では、直交断面で見て、各電極が表面に形成された各曲面部に接するセルのうち、各電極の両端面側から数えて１つ目のセルに接する曲面部の部分に、それぞれ切り欠きが１つずつ形成されている。つまり、ハニカム基材全体では切り欠きが４カ所形成されている。また、切り欠きの先端は、曲面部の内部にある。また、切り欠きの先端の幅は、セルピッチの半分未満であって、０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の範囲にある。

　本開示は、上記各実施形態、各実験例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、各実施形態、各実験例に示される各構成は、それぞれ任意に組み合わせることができる。すなわち、本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は、当該実施形態や構造等に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (10)

1. 　複数のセル（２１１）と上記複数のセルを区画形成する隔壁（２１２）とを備える基材本体部（２１）と、上記基材本体部の外周に形成された基材スキン部（２２）と、を備えるハニカム基材（２）と、
   　上記基材スキン部の外表面に対向して配置された一対の電極（３）と、を有する電極付きハニカム基材（１）であって、
   　上記電極が配置された位置における上記基材スキン部に、切り欠き（４）が設けられている、
   　電極付きハニカム基材（１）。
2. 　上記切り欠きは、上記電極の端部位置における上記基材スキン部に設けられている、請求項１に記載の電極付きハニカム基材。
3. 　上記切り欠きは、上記基材スキン部の内表面側から外方に向かって延びる構成とされている、請求項１または請求項２に記載の電極付きハニカム基材。
4. 　上記切り欠きは、上記ハニカム基材の一方端面から他方端面にわたって延びる構成とされている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電極付きハニカム基材。
5. 　上記切り欠きの先端が、上記電極の内部にある、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電極付きハニカム基材。
6. 　上記切り欠きの先端の幅が、上記基材本体部におけるセルピッチの半分未満である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電極付きハニカム基材。
7. 　上記切り欠きの先端の幅が、０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電極付きハニカム基材。
8. 　上記電極は、セラミックス繊維を含有している、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電極付きハニカム基材。
9. 　上記セラミックス繊維の平均短径が６μｍ以上２０μｍ以下、上記セラミックス繊維の平均長径が５０μｍ以上である、請求項８に記載の電極付きハニカム基材。
10. 　上記セラミックス繊維の体積比率が１５体積%以上８０体積％以下である、請求項８または請求項９に記載の電極付きハニカム基材。

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