JP2022053218A - ハニカム基材及びハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】電気加熱時において、均一に加熱することができるハニカム基材を提供する。【解決手段】多数のセル１１を区画形成する隔壁１２を有する楕円柱状又は円柱状のハニカム基材１０であって、ハニカム基材は抵抗発熱体であり、ハニカム基材の長手方向に垂直な断面は、断面の中心から外周まで伸びる２つの線分と、２つの線分を繋ぐ弧とにより囲まれた第１領域と、第１領域と点対称な領域である第２領域と、第１領域と、第２領域との間に位置する第３領域と、第４領域とを有し、第１領域及び第２領域に形成されたセルの隔壁は、断面の中心と第１領域の弧の中点とを結ぶ第１方向と、第１方向に垂直な方向に沿って格子状に形成されており、第３領域及び第４領域に形成されたセルの隔壁は、第１方向に対し斜めに格子状に形成されていることを特徴とするハニカム基材。【選択図】図１

Description

本発明は、ハニカム基材及び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ことがされてきた。
しかし、実際の排ガス浄化装置におけるハニカム基材では、その断面形状や電極配置等に応じて、部位ごとに発熱量のムラが生じることがあるため、ハニカム基材での温度ムラを少なくして均一な温度分布にすることが望まれる。

このようにハニカム基材の温度を均一に加熱するための排ガス浄化装置として、特許文献１には、中央部に多くの電流が流れるように中央部の開口率を下げたハニカム構造体が開示されている。
すなわち、特許文献１には、流体の流路となり一方の端面である第１端面から他方の端面である第２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、外周に位置する外周壁とを有する柱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、前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する断面において、中心から、外周に向かって中心から外周までの長さの１０％の位置まで、の領域を中央部とし、且つ、外周から、中心に向かって外周から中心までの長さの１０％の位置まで、の領域を外周部としたときに、前記中央部の開口率が、前記外周部の開口率の０．７０～０．９５倍であるハニカム構造体が開示されている。

また、特許文献２には、部位ごとの通電による発熱量が均一に近づくようにそれぞれ異なる体積抵抗率の触媒担体を組み合わせた触媒コンバータ装置が開示されている。
すなわち、特許文献２には、内燃機関から排出される排気を浄化するための触媒を担持し、通電によって加熱される触媒担体と、前記排気の流れ方向と直交する直交断面で見て前記触媒担体を挟んで対向する位置で触媒担体に接触配置された一対の電極と、前記触媒担体を前記電極中心線と直交する方向に区画して設けられ、区画された前記触媒担体の部位ごとの通電による発熱量が均一に近づくようにそれぞれ異なる体積抵抗率とされた複数の区画部と、を有する触媒コンバータ装置が開示されている。

国際公開２０１５／１５１８２３号 特開２０１２－１８８９５８号公報

このような通電加熱式のハニカム構造体において、電流は、電極間の最短経路になる経路を流れやすくなる。
特許文献１に記載のハニカム構造体では、一対の電極部は、円柱状のハニカム構造部の中心を挟んで反対側に配設されている。特許文献１に記載のハニカム構造体は円柱状であり、隔壁が格子状に配置されているので、部位により一対の電極間の経路の長さには差が生じる。そのため、電流が流れる経路の長さにも差が生じる。
電流が流れる経路の長さが短いとその経路における抵抗が低くなるので、その経路は電流が流れやすくなる。
ハニカム構造体の発熱量は電流密度に依存するので、特許文献１に記載のハニカム構造体では、部位により発熱量に差が生じるという問題があった。

特許文献２に記載の触媒コンバータ装置では、多数の種類の触媒担体が必要となり製造コストが高くなり実用性は低かった。

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、電気加熱時において、均一に加熱することができるハニカム基材を提供することを目的とする。

本発明のハニカム基材は、多数のセルを区画形成する隔壁を有する楕円柱状又は円柱状のハニカム基材であって、上記ハニカム基材は抵抗発熱体であり、上記ハニカム基材の長手方向に垂直な断面は、断面の中心から外周まで伸びる２つの線分と、上記２つの線分を繋ぐ弧とにより囲まれた第１領域と、上記断面の中心を点対称の中心として、上記第１領域と点対称な領域である第２領域と、上記第１領域を形成する一方の線分と、上記第２領域との間に位置する第３領域と、上記第１領域を形成するもう一方の線分と上記第２領域との間に位置する第４領域とを有し、上記第１領域及び上記第２領域に形成された上記セルの隔壁は、上記ハニカム基材の長手方向に垂直な断面において、上記断面の中心と上記第１領域の弧の中点とを結ぶ第１方向と、上記第１方向に垂直な方向に沿って格子状に形成されており、上記第３領域に形成された上記セルの隔壁は、上記ハニカム基材の長手方向に垂直な断面において、上記第１方向に対し斜めの第２方向と、上記第２方向に対し垂直な方向に沿って格子状に形成されており、上記第４領域に形成された上記セルの隔壁は、上記ハニカム基材の長手方向に垂直な断面において、上記第１方向に対し斜めの第３方向と、上記第３方向に対し垂直な方向に沿って格子状に形成されていることを特徴とする。

本発明のハニカム基材には、第１領域を形成する弧が位置するハニカム基材の表面、及び、第２領域を形成する弧が位置するハニカム基材の表面に一対の電極が配置されることになる。
この一対の電極から電流を流すことにより抵抗発熱体であるハニカム基材は発熱することになる。
このようにハニカム基材を加熱する際に、電流が流れる箇所はセルの隔壁である。
仮にハニカム基材の全ての領域において、セルの隔壁が、第１方向と第１方向に垂直な方向に沿って格子状に形成されていたとする。
このようなハニカム基材の長手方向に垂直な断面において、第１領域の弧の中点と、第２領域の弧の中点を結ぶ線分を中心線とする。
一般的に、電流は電極間の最も抵抗が小さくなる経路を通る性質を有するので、抵抗が同じであれば電極間の最短経路を流れる。そのため、第１領域の弧から流れる電流は、第２領域の弧に向かって中心線と平行な第１方向に沿って流れる。
そのため、ハニカム基材の断面の外周において、第１領域の弧の中点から離れる程、その位置から第１方向に沿って、第１領域から第２領域まで流れる電流の経路は短くなる。
電流が流れる経路の長さが短いとその経路における抵抗が低くなるので、その経路を流れる電流密度が増加する。
ハニカム基材の発熱量は、その部位を流れる電流密度に比例するので、中心線から離れるにつれ、ハニカム基材の発熱量が大きくなる。従って、このようなハニカム基材では、均一に加熱することができない。
しかし、本発明のハニカム基材では、第３領域に形成されたセルの隔壁は、第１方向に対し斜めの第２方向と、第２方向に対し垂直な方向に沿って格子状に形成されている。つまり、第３領域に形成されたセルの隔壁は、第１方向に平行ではない。同様に第４領域に形成されたセルの隔壁は、第１方向に対し斜めの第３方向と、第３方向に垂直な方向に沿って格子状に形成されている。つまり、第４領域に形成されたセルの隔壁は、第１方向に平行ではない。
そのため、第３領域及び第４領域では、電流は第１方向に沿って流れることはできず、第１方向に対し斜めに流れることになる。そのため、第３領域及び第４領域を流れる電流の経路は長くなる。
その結果、第１領域の弧の中点から第２領域の弧の中点を流れる電流の経路と、第１領域の弧の中点から離れた位置から第２領域まで流れる電流の経路との差を小さくすることができる。
そのため、本発明のハニカム基材は、通電加熱時において、均一に加熱することができる。

本発明のハニカム基材では、上記第１方向と上記第２方向とが形成する鋭角の角度は、３０°～６０°であることが好ましい。また、上記第１方向と上記第３方向とが形成する鋭角の角度は、３０°～６０°であることが好ましい。
このような角度であると、第３領域を流れる電流の経路及び第４領域を流れる電流の経路を適度に長くすることができる。そのため、ハニカム基材を、より均一に加熱することができる。

本発明のハニカム基材では、ハニカム基材の熱伝導率は、１～７０Ｗ／ｍＫであることが好ましい。
このような熱伝導率が低いハニカム基材であっても、ハニカム基材全体が均一に加熱されることができる。

本発明のハニカム基材では、ハニカム基材の電気抵抗率は、０．１～５０Ω・ｃｍであることが好ましい。
このような範囲であると、ハニカム基材が好適に加熱される。
ハニカム基材の電気抵抗率が０．１Ω・ｃｍ未満であると、発熱量が小さくなる。
ハニカム基材の電気抵抗率が５０Ω・ｃｍを超えると、電流が流れにくくなり、投入電力量が大きくなりすぎる。

本発明のハニカム基材では、上記ハニカム基材は、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、カーボン又はホウケイ酸塩を含む材料からなることが好ましい。
これらの材料は、抵抗発熱体の材料として優れている。

本発明のハニカム構造体は、上記本発明のハニカム基材と、上記ハニカム基材の表面に配置された一対の電極とを含むハニカム構造体であって、一方の電極は、第１領域を形成する弧が位置する上記ハニカム基材の表面に配置され、他方の電極は、第２領域を形成する弧が位置する上記ハニカム基材の表面に配置されていることを特徴とする。
本発明のハニカム構造体は、上記本発明のハニカム基材を備える。そのため、電極より電流を流すことにより、均一にハニカム基材を加熱することができる。

本発明のハニカム構造体では、上記一方の電極は、上記第１領域を形成する弧の全体を覆うように配置されており、上記他方の電極は、上記第２領域を形成する弧の全体を覆うように配置されていることが好ましい。
このように電極を配置することにより、ハニカム基材をより均一に加熱することができる。

図１は、本発明のハニカム基材の一例を模式的に示す斜視図である。 図２Ａは、図１のＡ－Ａ線断面図である。 図２Ｂは、図２Ａに示すハニカム基材の第１領域、第２領域、第３領域及び第４領域を示す模式図である。 図３は、一対の電極が配置された従来のハニカム基材の長手方向に垂直な断面の一例を模式的に示す断面図である。 図４は、本発明のハニカム基材の長手方向に垂直な断面の一例を模式的に示す断面図である。 図５は、本発明のハニカム構造体のハニカム基材の中を排ガスが通過する場合の一例を模式的に示す断面図である。 図６は、本発明のハニカム構造体の一例を模式的に示す断面図である。

（発明の詳細な説明）
以下、本発明のハニカム基材について詳細に説明する。
多数のセルを区画形成する隔壁を有する楕円柱状又は円柱状のハニカム基材であって、上記ハニカム基材は抵抗発熱体であり、上記ハニカム基材の長手方向に垂直な断面は、断面の中心から外周まで伸びる２つの線分と、上記２つの線分を繋ぐ弧とにより囲まれた第１領域と、上記断面の中心を点対称の中心として、上記第１領域と点対称な領域である第２領域と、上記第１領域を形成する一方の線分と、上記第２領域との間に位置する第３領域と、上記第１領域を形成するもう一方の線分と上記第２領域との間に位置する第４領域とを有し、上記第１領域及び上記第２領域に形成された上記セルの隔壁は、上記ハニカム基材の長手方向に垂直な断面において、上記断面の中心と上記第１領域の弧の中点とを結ぶ第１方向と、上記第１方向に垂直な方向に沿って格子状に形成されており、上記第３領域に形成された上記セルの隔壁は、上記ハニカム基材の長手方向に垂直な断面において、上記第１方向に対し斜めの第２方向と、上記第２方向に対し垂直な方向に沿って格子状に形成されており、上記第４領域に形成された上記セルの隔壁は、上記ハニカム基材の長手方向に垂直な断面において、上記第１方向に対し斜めの第３方向と、上記第３方向に対し垂直な方向に沿って格子状に形成されていることを特徴とする。
本発明のハニカム基材は、上記構成さえ備えていれば、本発明の効果を発揮することができる限り、他にどのような構成を備えていてもよい。

図１は、本発明のハニカム基材の一例を模式的に示す斜視図である。
図２Ａは、図１のＡ－Ａ線断面図である。
図２Ｂは、図２Ａに示すハニカム基材の第１領域、第２領域、第３領域及び第４領域を示す模式図である。

図１に示すハニカム基材１０は、多数のセル１１を区画形成する隔壁１２を有する円柱状の形状を有する抵抗発熱体である。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ハニカム基材１０の長手方向に垂直な断面は、断面の中心Ｏから外周まで伸びる第１線分２１及び第２線分２２と、第１線分２１及び第２線分２２を繋ぐ弧２３とにより囲まれた第１領域２０と、断面の中心Ｏを点対称の中心として、第１領域２０と点対称な領域である第２領域３０とを有する。
さらに、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ハニカム基材１０の長手方向に垂直な断面は、第１領域２０を形成する第１線分２１と、第２領域３０との間に位置する第３領域４０と、第１領域を形成する第２線分２２と第２領域３０との間に位置する第４領域５０とを有する。

図２Ａに示すように、第１領域２０及び第２領域３０に形成されたセル１１の隔壁１２は、ハニカム基材１０の長手方向に垂直な断面において、断面の中心Ｏと第１領域２０の弧２３の中点２３ａとを結ぶ第１方向Ｄ１と、第１方向Ｄ１に垂直な方向に沿って格子状に形成されている。

第３領域４０に形成されたセル１１の隔壁１２は、ハニカム基材１０の長手方向に垂直な断面において、第１方向Ｄ１に対し斜めの第２方向Ｄ２と、第２方向に対し垂直な方向に沿って格子状に形成されている。
第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とが形成する鋭角の角度は、特に限定されないが、３０°～６０°であることが好ましい。

第４領域５０に形成されたセル１１の隔壁１２は、ハニカム基材１０の長手方向に垂直な断面において、第１方向Ｄ１に対し斜めの第３方向Ｄ３と、第３方向Ｄ３に対し垂直な方向に沿って格子状に形成されている。
第１方向Ｄ１と第３方向Ｄ３とが形成する鋭角の角度は、特に限定されないが、３０°～６０°であることが好ましい。

詳しくは後述するが、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とが形成する鋭角の角度が３０°～６０°である場合や、第１方向Ｄ１と第３方向Ｄ３とが形成する鋭角の角度が３０°～６０°である場合、第３領域４０を流れる電流の経路及び第４領域５０を流れる電流の経路を適度に長くすることができる。そのため、ハニカム基材１０を、より均一に加熱することができる。

また、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とが形成する鋭角の角度と、第１方向Ｄ１と第３方向Ｄ３とが形成する鋭角の角度は同じであることが好ましい。

ハニカム基材１０は、第１領域２０を形成する弧２３及び第２領域３０を形成する弧３３に、一対の電極が配置され、ハニカム基材１０を電流が流れることになる。

ここで、従来のハニカム基材に電極を配置し電流を流す場合について説明する。
図３は、一対の電極が配置された従来のハニカム基材の長手方向に垂直な断面の一例を模式的に示す断面図である。

図３に示すように、従来のハニカム基材５１０は、多数のセル５１１を区画形成する隔壁５１２を有する円柱状の形状を有する発熱抵抗体である。
説明の便宜上、図３における、ハニカム基材５１０の上端を、上端Ｔ_５１０とし、下端を下端Ｂ_５１０とする。

図３において、ハニカム基材５１０のセル５１１の隔壁５１２は、上端Ｔ_５１０と下端Ｂ_５１０とを結ぶ方向と、当該方向と垂直な方向に沿って格子状に形成されている。

また、ハニカム基材５１０には、上端Ｔ_５１０を中心とする上面５１０ａに正極５６１が配置され、下端Ｂ_５１０を中心とする下面５１０ｂに負極５６２が配置されている。

ここで、電極５６１及び電極５６２間を電流が流れる場合について説明する。
電流は電極間の最も抵抗が小さくなる経路を通る性質を有するので、電気抵抗率が同じであれば電極間の経路の長さに応じて配分して流れる。
ハニカム基材５１０において電流は、セル５１１の隔壁５１２を流れるが、セル５１１の隔壁５１２が上端Ｔ_５１０と下端Ｂ_５１０とを結ぶ方向に沿って形成されている。そのため、ハニカム基材５１０では、上端Ｔ_５１０から下端Ｂ_５１０までの最短経路は、ハニカム基材５１０の中心Ｏを通る直線状である。
また、図３において、上端Ｔ_５１０以外の上面５１０ａの一点である点５１０ａ_１から下面５１０ｂまでの最短距離は、上端Ｔ_５１０から下端Ｂ_５１０を結ぶ方向と平行である。
そのため、上面５１０ａの各点から下面５１０ｂまでの経路の最短距離は、上端Ｔ_５１０から離れる程短くなる。

電流が流れる経路の長さが短いとその経路における抵抗が小さくなるので、その経路を流れる電流密度が増加する。
ハニカム基材５１０の発熱量は、その部位を流れる電流の二乗に比例するので、上端Ｔ_５１０から下端Ｂ_５１０を結ぶ線分から外側に離れる程、ハニカム基材５１０の発熱量が大きくなる。従って、このようなハニカム基材５１０では、正極５６１および負極５６２の周方向の端部側が速く熱せられるので、均一に加熱することができない。

一方、ハニカム基材１０では、第３領域４０に形成されたセル１１の隔壁１２は、第１方向Ｄ１に対し斜めの第２方向Ｄ２と、第２方向Ｄ２に対し垂直な方向に沿って格子状に形成されている。つまり、第３領域４０に形成されたセル１１の隔壁１２は、第１方向Ｄ１に平行ではない。同様に第４領域５０に形成されたセル１１の隔壁１２は、第１方向Ｄ１に対し斜めの第３方向Ｄ３と、第３方向Ｄ３に垂直な方向に沿って格子状に形成されている。つまり、第４領域５０に形成されたセル１１の隔壁１２は、第１方向Ｄ１に平行ではない。
そのため、第３領域４０では、電流は第１方向Ｄ１に沿って流れることはできず、第１方向Ｄ１に対し斜めに流れることになる。つまり、第３領域４０において、セル１１の隔壁１２は第２方向Ｄ２と第２方向Ｄ２に対し垂直な方向に沿って形成されているので、電流は、ジグザグに流れる。従って、第３領域４０を流れる電流の経路は、第１方向Ｄ１に沿って直線状に流れる場合に比べ長くなる。
同様に、第４領域５０では、電流は第１方向Ｄ１に沿って流れることはできず、第１方向Ｄ１に対し斜めに流れることになる。つまり、第４領域５０において、セル１１の隔壁１２は第３方向Ｄ３と第３方向Ｄ３に対し垂直な方向に沿って形成されているので、電流は、ジグザグに流れる。従って、第４領域５０を流れる電流の経路は、第１方向Ｄ１に沿って直線状に流れる場合に比べ長くなる。
その結果、第１領域２０の弧２３の中点２３ａから第２領域３０の弧３３の中点３３ａを流れる電流の経路の長さと、第１領域２０の弧２３の中点２３ａから離れた位置から第２領域３０まで流れる電流の経路の長さとの差を小さくすることができる。
そのため、ハニカム基材１０は、通電加熱時において、均一に加熱することができる。

上記内容についてより具体的に説明する。
図４は、本発明のハニカム基材の長手方向に垂直な断面の一例を模式的に示す断面図である。
図４に示すハニカム基材１０は、第１線分２１と、第２線分２２とが形成する角の角度が９０°であり、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とが形成する鋭角の角度が４５°であり、第１方向Ｄ１と第３方向Ｄ３とが形成する鋭角の角度が４５°である場合のハニカム基材である。

ここで、第１領域２０の弧２３の中点２３ａから第２領域３０の弧３３の中点３３ａまでの抵抗体の最短経路は中心Ｏを通る直線状になる。

一方、第１領域２０の弧２３の中点２３ａよりも第１線分２１側に離れた、第１領域２０の弧２３上の点２３ａ_１から第２領域３０の弧３３までの抵抗体の経路の最短距離は、図４に示すように、第１領域２０及び第２領域３０では、第１方向Ｄ１に沿って直線状で、第３領域４０では、第２方向Ｄ２及び第２方向Ｄ２に垂直な方向に沿って形成された隔壁１２をジグザグとなる（図４中、矢印で電流が流れる方向を示す）。
第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とが形成する鋭角の角度は４５°なので、第３領域４０では、点２３ａ_１から第１方向Ｄ１に沿って直線状の経路と比較して、√２倍だけ経路が長くなる。

同様に、第１領域２０の弧２３の中点２３ａよりも第２線分２２側に離れた、第１領域２０の弧２３上の点２３ａ_２から第２領域３０の弧３３までの抵抗体の経路の最短距離、図４に示すように、第１領域２０及び第２領域３０では、第１方向Ｄ１に沿って直線状で、第４領域４０では、第３方向Ｄ３及び第３方向Ｄ３に垂直な方向に沿って形成された隔壁１２をジグザグとなる（図４中、矢印で電流が流れる方向を示す）。
第１方向Ｄ１と第３方向Ｄ３とが形成する鋭角の角度は４５°なので、第４領域５０では、点２３ａ_２から第１方向Ｄ１に沿って直線状の経路と比較して、√２倍だけ経路が長くなる。

また、第１領域２０の弧２３から流れる電流は、第１領域２０の弧２３の中点２３ａから第１線分２１側に向かうにつれ第１領域２０及び第２領域３０を流れる距離の割合が短くなり、第３領域４０を流れる距離の割合が長くなる。電流が第４領域５０を流れる場合も同様である。
そのため、第１領域２０の弧２３の中点２３ａから第２領域３０の弧３３の中点３３ａまでの最短距離と、他の第１領域２０の弧２３の一点から第２領域３０の弧３３の一点までの最短距離の差を小さくすることができる。
そのため、ハニカム基材１０を斑なく加熱することができる。

次に、ハニカム基材１０により排ガスが浄化される仕組みについて図面を用いて説明する。
図５は、本発明のハニカム構造体のハニカム基材の中を排ガスが通過する場合の一例を模式的に示す断面図である。
図５は、ハニカム基材１０の長手方向に垂直な方向の断面図でもある。
内燃機関から排出された排ガス（図５中、排ガスの流れを矢印Ｇで示す）が、ハニカム基材１０に到達すると、排ガスは、ハニカム基材１０の排ガス流入側の端面に開口したセル１１に流入する。さらに、排ガスは、隔壁１２に担持された触媒１３に接触しながらセル１１の中を通過する。この際、排ガス中のＣＯやＨＣ、ＮＯ_Ｘ等の有害なガス成分が隔壁１２に担持された触媒１３により浄化される。そして、排ガスは、ハニカム基材１０の排ガス流出側の端面に開口したセルから流出する。

触媒１３としては、排ガスを処理できれば特に限定されないが、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。
これらの触媒が担持されていると、ＣＯやＨＣ、ＮＯ_Ｘ等の有毒な排ガスを好適に浄化することができる。

ハニカム基材１０は、抵抗発熱体であれば特に限定されないが、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、カーボン又はホウケイ酸塩を含む材料からなることが好ましい。
これらの材料は、抵抗発熱体の材料として優れている。
また、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。
このようなＰＴＣ材料としては、不純物がドープされたシリコン、ＭｏＳｉ_２等が挙げられる。

ハニカム基材１０の熱伝導率は、１～７０Ｗ／ｍＫであることが好ましく、１～１０Ｗ／ｍＫであることがより好ましい。
このように熱伝導率が低いハニカム基材であっても、ハニカム基材全体が均一に加熱されることができる。

ハニカム基材１０の電気抵抗率は、０．１～５０Ω・ｃｍであることが好ましく、１～３０Ω・ｃｍであることがより好ましい。
このような範囲であると、ハニカム基材が好適に加熱される。
ハニカム基材の電気抵抗率が０．１Ω・ｃｍ未満であると、発熱量が小さくなる。
ハニカム基材の電気抵抗率が５０Ω・ｃｍを超えると、電流が流れにくくなり、投入電力量が大きくなりすぎる。

図１において、ハニカム基材１０の形状は円柱状であるが、本発明のハニカム基材ではその形状は、楕円柱状であってもよい。

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。

次に、本発明のハニカム基材を用いたハニカム構造体について説明する。
なお、本発明のハニカム基材が用いられたハニカム構造体も本発明の一態様である。

図６は、本発明のハニカム構造体の一例を模式的に示す断面図である。
図６に示すハニカム構造体１は、上記ハニカム基材１０と、ハニカム基材１０の第１領域２０の弧２３に配置された正極６１と、ハニカム基材１０の第２領域の弧３３に配置された負極６２とからなる。
ハニカム構造体１では、正極６１から負極６２に電流を流すことにより、ハニカム基材１０を均一に加熱することができる。
なお、本発明のハニカム構造体では、ハニカム基材の第１領域の弧に負極が配置されており、ハニカム基材の第２領域の弧に正極が配置されていてもよい。

また、ハニカム構造体１では、正極６１を、第１領域２０を形成する弧２３の全体を覆うように配置し、負極６２を、第２領域３０を形成する弧３３の全体を覆うように配置してもよい。
このように電極を配置することにより、ハニカム基材１０をより均一に加熱することができる。

ハニカム構造体１を車両に搭載する場合には、ハニカム構造体１の周囲に保持材を配置し、ケーシングに収容されてから、排気管に接続されることになる。

保持材は、無機繊維からなることが好ましい。無機繊維としては、アルミナ繊維、アルミナ－シリカ繊維等が挙げられる。

ケーシングは、耐熱性を有する金属からなれば特に限定されず、金属としては、ステンレス鋼、アルミニウム、鉄等が挙げられる。

なお、保持材及びケーシングには、各電極の配線を通すための孔が形成されることになる。

次に、ハニカム構造体１の製造方法について説明する。

（１）ハニカム基材の準備
（１－１）セラミック原料準備工程
まず、ハニカム基材の原料となるセラミック原料を準備する。セラミック原料はＳｉＣ、Ｓｉ、ＳｉＯ_２又はホウ酸等のセラミック用混合物と、有機バインダと、可塑剤と、潤滑剤と、水とを混合することにより準備することができる。
上記セラミック原料には、必要に応じて球状アクリル粒子、グラファイト等の造孔剤を添加してもよい。

（１－２）押出成形工程
次に、上記セラミック原料準備工程で準備したセラミック原料を所定の金型を用いて押出成形し、所定の長さで切断することにより所定の形状を有するハニカム成形体を作製する。
なお、ハニカム成形体の形状、セルの形状、セルの配置、セル隔壁の厚さ、外周壁の厚さ等については、金型の形状を調整することにより調節することができる。特に、金型の形状を調整することにより第１領域、第２領域、第３領域及び第４領域に形成されるセルの隔壁の方向を調整することができる。

（１－３）乾燥工程
次に、上記押出成形工程で得られたハニカム成形体を、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、又は、凍結乾燥機等を用いて乾燥させる。ハニカム成形体の乾燥では、マイクロ波乾燥機と熱風乾燥機とを併用するか、又は、マイクロ波乾燥機を用いてハニカム成形体をある程度の水分となるまで乾燥させた後、熱風乾燥機を用いてハニカム成形体中の水分を完全に除去してもよい。

（１－４）脱脂工程
次に、上記乾燥工程後のハニカム成形体を３００～６５０℃で、０．５～３時間加熱することによりハニカム成形体中の有機物を除去し、ハニカム脱脂体を作製する。

（１－５）焼成工程
上記脱脂工程で得られたハニカム脱脂体を窒素雰囲気、アルゴン雰囲気等の不活性ガス雰囲気下で、１２００～１５００℃、０．５～４時間焼成する。
以上の工程を経てハニカム基材を作製することができる。

（２）電極配置工程
次に、一対の電極を第１領域の弧及び第２領域の弧に配置する。電極は、溶射法、浸漬法等により配置することが好ましい。

以上の工程を経て、本発明のハニカム構造体を製造することができる。

（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）
［ハニカム基材の製造］

Ｓｉ粉末とホウ酸粉末とシリカ粉末を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。この時、図１における第１線分２１と、第２線分２２とが形成する角の角度が９０°であり、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とが形成する鋭角の角度が４５°であり、第１方向Ｄ１と第３方向Ｄ３とが形成する鋭角の角度が４５°となるように成形した。
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１０時間、脱脂（仮焼）した後、不活性雰囲気下で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。上記ハニカム基材の電気抵抗率は、１．５Ωｃｍであった。

次に、Ｓｉ粉末とホウ酸粉末とシリカ粉末を質量割合で８０：１０：１０で混合しに、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、電極用ペーストを調製した。この電極用ペーストを、第１領域および第２領域の弧の全面に、焼成後の厚さが０．３５ｍｍになるように印刷した。

次に、ハニカム基材の外周壁に印刷した電極用ペーストを８７０℃で乾燥させ、６００℃で１０時間脱脂処理し、不活性雰囲気下で、１３２５℃、３時間焼成処理を行い、更に酸化処理して電極部を有するハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体の端面は直径１３０ｍｍの円形であり、ハニカム構造体の長手方向における長さは６０ｍｍであった。
ハニカム構造体の隔壁の厚さは全ての領域において０．１５ｍｍ、セル密度は全ての領域において８５．３個／ｃｍ^２であった。

電極部の電気抵抗率は０．０５Ω・ｃｍであった。また、ハニカム基材の熱伝導率は１．６Ｗ／ｍＫであった。

（実施例２）
ハニカム成形体の成形において、図１における第１線分２１と、第２線分２２とが形成する角の角度が９０°であり、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とが形成する鋭角の角度が３０°であり、第１方向Ｄ１と第３方向Ｄ３とが形成する鋭角の角度が３０°となるように成形した以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体を得た。

（実施例３）
ハニカム成形体の成形において、図１における第１線分２１と、第２線分２２とが形成する角の角度が９０°であり、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とが形成する鋭角の角度が６０°であり、第１方向Ｄ１と第３方向Ｄ３とが形成する鋭角の角度が６０°となるように成形した以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体を得た。

（実施例４）
ハニカム成形体の成形において、図１における第１線分２１と、第２線分２２とが形成する角の角度が１２０°であり、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とが形成する鋭角の角度が４５°であり、第１方向Ｄ１と第３方向Ｄ３とが形成する鋭角の角度が４５°となるように成形した以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体を得た。

（実施例５）
ハニカム成形体の成形において、図１における第１線分２１と、第２線分とが形成する角の角度が９０°であり、第１方向Ｄ１と第２方向とが形成する鋭角の角度が１５°であり、第１方向Ｄ１と第３方向Ｄ３とが形成する鋭角の角度が１５°となるように成形した以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体を得た。

（比較例１）
ハニカム成形体の成形において、第１～４領域を設けず、図３の形状にした以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体を得た。

（通電試験）
実施例１～５及び比較例１で製造したハニカム構造体につき、各電極に通電端子を形成し２００Ｖの電圧を２０秒印加し、サーモカメラを用いてハニカム構造体の表面温度を測定し、最高温度と最低温度の差を確認した。
サーモカメラとしては、赤外線サーモグラフィカメラ （Ｒ３００ＳＲ－Ｈ：日本アビオニクス株式会社製）を使用し、ソフトウエア ＩｎｆＲｅＣ Ａｎａｌｙｚｅｒ ＮＳ９５００ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｖｅｒｓｉｏｎ２．５を使用して、ハニカム構造体の画像内の最高温度及び最低温度を測定した。比較例１のハニカム構造体では、最高温度と最低温度の差が、１１５℃であったのに対し、実施例１～５のハニカム構造体では、最高温度と最低温度の差が、それぞれ、７０℃、８５℃、８８℃、９０℃、１０３℃と、差が小さくなっており、より均一に加熱されることが確認された。

１ ハニカム構造体
１０、５１０ ハニカム基材
１１、５１１ セル
１２、５１２ 隔壁
１３ 触媒
２０ 第１領域
２１ 第１線分
２２ 第２線分
２３ 第１領域の弧
２３ａ 第１領域の弧の中点
３０ 第２領域
３３ 第２領域の弧
３３ａ 第２領域の弧の中点
４０ 第３領域
５０ 第４領域
６１、５６１ 正極
６２、５６２ 負極
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向
Ｄ３ 第３方向

Claims (8)

1. 多数のセルを区画形成する隔壁を有する楕円柱状又は円柱状のハニカム基材であって、
   前記ハニカム基材は抵抗発熱体であり、
   前記ハニカム基材の長手方向に垂直な断面は、
   断面の中心から外周まで伸びる２つの線分と、前記２つの線分を繋ぐ弧とにより囲まれた第１領域と、
   前記断面の中心を点対称の中心として、前記第１領域と点対称な領域である第２領域と、
   前記第１領域を形成する一方の線分と、前記第２領域との間に位置する第３領域と、
   前記第１領域を形成するもう一方の線分と前記第２領域との間に位置する第４領域とを有し、
   前記第１領域及び前記第２領域に形成された前記セルの隔壁は、前記ハニカム基材の長手方向に垂直な断面において、前記断面の中心と前記第１領域の弧の中点とを結ぶ第１方向と、前記第１方向に垂直な方向に沿って格子状に形成されており、
   前記第３領域に形成された前記セルの隔壁は、前記ハニカム基材の長手方向に垂直な断面において、前記第１方向に対し斜めの第２方向と、前記第２方向に対し垂直な方向に沿って格子状に形成されており、
   前記第４領域に形成された前記セルの隔壁は、前記ハニカム基材の長手方向に垂直な断面において、前記第１方向に対し斜めの第３方向と、前記第３方向に対し垂直な方向に沿って格子状に形成されていることを特徴とするハニカム基材。
2. 前記第１方向と前記第２方向とが形成する鋭角の角度は、３０°～６０°である請求項１に記載のハニカム基材。
3. 前記第１方向と前記第３方向とが形成する鋭角の角度は、３０°～６０°である請求項１又は２に記載のハニカム基材。
4. 前記ハニカム基材の熱伝導率は、１～７０Ｗ／ｍＫである請求項１～３のいずれかに記載のハニカム基材。
5. 前記ハニカム基材の電気抵抗率は、０．１～５０Ω・ｃｍである請求項１～４のいずれかに記載のハニカム基材。
6. 前記ハニカム基材は、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、カーボン又はホウケイ酸塩を含む材料からなる請求項１～５のいずれかに記載のハニカム基材。
7. 請求項１～６のいずれかに記載のハニカム基材と、
   前記ハニカム基材の表面に配置された一対の電極とを含むハニカム構造体であって、
   一方の電極は、第１領域を形成する弧が位置する前記ハニカム基材の表面に配置され、
   他方の電極は、第２領域を形成する弧が位置する前記ハニカム基材の表面に配置されていることを特徴とするハニカム構造体。
8. 前記一方の電極は、前記第１領域を形成する弧の全体を覆うように配置されており、
   前記他方の電極は、前記第２領域を形成する弧の全体を覆うように配置されている請求項７に記載のハニカム構造体。

Images