JP6815908B2 - ハニカム構造体 - Google Patents

Description

本発明は、ハニカム構造体に関する。とりわけ、排ガス浄化用の触媒を担持し、触媒の活性温度まで早期に昇温させる用途に好適なハニカム構造体に関する。

従来、自動車等のエンジンから排出される排ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の有害物質の浄化処理のため、ハニカム構造体に触媒を担持したものが使用されている。このように、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、触媒をその活性温度まで昇温する必要があるが、エンジン始動時には、触媒が活性温度に達していないため、排ガスが十分に浄化されないという問題があった。特に、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）やハイブリッド車（ＨＶ）は、その走行に、モーターのみによる走行を含むことから、エンジン始動頻度が少なく、エンジン始動時の触媒温度が低いため、エンジン始動直後の排ガス浄化性能が悪化し易い。

この問題を解決するため、導電性セラミックスからなる柱状のハニカム構造体に一対の端子を接続し、通電によりハニカム構造体自体を発熱させることで、触媒をエンジン始動前に活性温度まで昇温できるようにした電気加熱触媒（ＥＨＣ）が提案されている。ＥＨＣにおいては、触媒効果を十分に得られるようにするために、ハニカム構造体内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ている。

特開２０１０−２２９９７６号公報（特許文献１）では、ハニカム構造体の均一な加熱を目的として、通電発熱用ハニカム体内に体積抵抗率が低い両端面側の電極部と、内側の体積抵抗率が高い発熱部とを設けることが提案されている。

特開２０１２−１８８９５８号公報（特許文献２）では、触媒担体を均一に加熱するために、排気の流れ方向と直交する直交断面で見て、触媒担体を挟んで対向する位置に電極を設けることが提案されている。また、触媒担体には、電極中心線と直交する方向に区画することで複数の区画部を設け、これらの区画部では、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することが提案されている。

特開２０１０−２２９９７６号公報 特開２０１２−１８８９５８号公報

特許文献１や２に記載の技術においては、均一加熱のため、ハニカム構造体を構成する材料の体積抵抗率を部位によって変化させることを主眼としている。しかしながら、材料を変化させるためには各部位は別々で作製し接合する必要があるため、接合部での破損などの構造信頼性が落ちるおそれがある。このため、体積抵抗率の異なる部位を接合するという手法とは異なる手法によりハニカム構造体の均一加熱性能を高められることができれば有利であろう。

本発明は上記事情に鑑みて創作されたものであり、従来とは別異の観点で均一加熱性能を向上させたハニカム構造体を提供することを課題の一つとする。

本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討したところ、柱状ハニカム構造体の底面形状を工夫することで均一発熱性が有意に高まることを見出した。

本発明は上記知見に基づき完成したものであり、一側面において、
外周側面を有する外周側壁と、外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する複数の隔壁と、外周側壁に配設された一対の端子接続部とを有する柱状のハニカム構造体であって、
該ハニカム構造体全体の平均高さをＨ₁とし、
該ハニカム構造体を底面視したとき、
該一対の端子接続部の周方向中心同士を結び、一方の外周側面から他方の外周側面まで延びた線分を線分Ｍとし、
線分Ｍの中点Ｏから外周側面までの線分Ｍに垂直な第一方向及び第二方向の長さをそれぞれＬ₁、Ｌ₂とし、
線分Ｍに平行な直線であって線分Ｍから第一方向に向かって０．１×Ｌ₁の距離にある直線Ｍ₁、及び線分Ｍに平行な直線であって線分Ｍから第二方向に向かって０．１×Ｌ₂の距離にある直線Ｍ₂によって囲まれるハニカム構造体の部分の平均高さをＨ₂とすると、
Ｈ₁＞Ｈ₂の関係が成立するハニカム構造体である。

本発明に係るハニカム構造体は一実施形態において、１．２≦Ｈ₁／Ｈ₂の関係が成立する。

本発明に係るハニカム構造体は別の一実施形態において、外周側面から中心軸に向かって、外周側面から中心軸までの長さの０〜５％の領域を外周部とすると、外周部の平均高さＨ₃及び該ハニカム構造体全体の平均高さＨ₁について、Ｈ₃＞Ｈ₁の関係が成立する。

本発明に係るハニカム構造体は更に別の一実施形態において、ハニカム構造体の一方又は両方の底面に一つ又は二つ以上の凹部が形成されている。

本発明に係るハニカム構造体は更に別の一実施形態において、ハニカム構造体全体の平均高さＨ₁の１／２の高さにおけるセルの流路方向に直交する断面を対称面として、前記ハニカム構造体は面対称に構成されている。

本発明に係るハニカム構造体は更に別の一実施形態において、同一材料で構成されている。

本発明に係るハニカム構造体は更に別の一実施形態において、ハニカム構造体が有する前記隔壁はすべて前記隔壁の平均厚みに対して±１０％以内の厚みを有する。

本発明に係るハニカム構造体は更に別の一実施形態において、前記一対の端子接続部はハニカム構造体の中心軸を挟んで対向するように配設されている。

本発明によれば、体積抵抗率の異なる部位を接合するという手法を採用しなくても、柱状ハニカム構造体の底面形状を工夫することにより有意に発熱均一性が改良されたハニカム構造体が得られる。本発明の一実施形態によれば、体積抵抗率の異なる部位を接合する場合に問題となり得る接合部の構造信頼性を犠牲にすることなく、ハニカム構造体の発熱均一性を高められる。

本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の模式的な斜視図である。 本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の底面模式図である。 本発明の実施例１に係るハニカム構造体の底面模式図（上図）及びＡ−Ａ’線断面模式図（下図）である。 本発明の実施例２に係るハニカム構造体の底面模式図（上図）及びＢ−Ｂ’線断面模式図（下図）である。 本発明の実施例３に係るハニカム構造体の底面模式図（上図）及びＣ−Ｃ’線断面模式図（下図）である。 比較例１に係るハニカム構造体の底面模式図（上図）及びＤ−Ｄ’線断面模式図（下図）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。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＞
図１−１には、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体１００の模式的な斜視図が示されている。また、図１−２には、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体１００の底面模式図が示されている。図１−１、図１−２に示すように、ハニカム構造体１００の全体形状は柱状であり、外周側面１０２を有する外周側壁１１４と、外周側壁１１４の内側に配設され、第一底面１０４から第二底面１０６まで貫通して流路を形成する複数のセル１０８を区画形成する複数の隔壁１１０と、外周側壁１１４に配設された一対の端子接続部１１２ａ、１１２ｂとを備える。

ハニカム構造体１００は、導電性を有する材料で構成されている。端子接続部１１２ａ、１１２ｂに端子を接続して、端子接続部１１２ａ、１１２ｂ間に電圧を印加すると通電してジュール熱により発熱することが可能である。よって、ハニカム構造体１００はヒーターとして好適に用いることができる。印加する電圧は１２〜９００Ｖが好ましく、６４〜６００Ｖが更に好ましいが、印加する電圧は適宜変更可能である。また、ハニカム構造体１００に触媒を担持することにより、ハニカム構造体１００を触媒体として使用することも可能である。複数のセル１０８の流路には、例えば、自動車排ガス等の流体を流すことができる。

端子接続部１１２ａ、１１２ｂは端子を接続可能である限りその形態に特に制限はないが、本実施形態においては端子を挿入して固定しやすいように、端子接続部１１２ａ、１１２ｂはそれぞれ外周側面１０２に穿設されている。端子接続部１１２ａ、１１２ｂは、めねじ形状とすることも可能である。なお、図１−２の底面模式図では一対の端子接続部１１２ａ、１１２ｂは隠れて見えないため、その位置を点線で表している。

図１−２を参照すると、一対の端子接続部１１２ａ、１１２ｂは、ハニカム構造体１００を底面視したとき、ハニカム構造体１００の中心軸Ｏを挟んで対向するように配設されているのが均一加熱の観点で好ましい。具体的には、ハニカム構造体１００を底面視したとき、一対の端子接続部１１２ａ、１１２ｂのそれぞれの周方向中心からハニカム構造体１００の中心軸Ｏまで延ばした二つの線分のなす角度θ（０°≦θ≦１８０°）は、１５０°≦θ≦１８０°であることが好ましく、１６０°≦θ≦１８０°であることがより好ましく、１７０°≦θ≦１８０°であることが更により好ましく、１８０°であることが最も好ましい。

端子接続部１１２ａ、１１２ｂ間に電圧を印加すると、一対の端子接続部１１２ａ、１１２ｂの周方向中心同士を結ぶ直線Ｍの近辺の昇温速度が速く、直線Ｍから垂直方向に離れて行くにつれて昇温速度が遅くなる傾向にある。電気は最も抵抗の低い経路を優先的に流れるからである。しかしながら、直線Ｍ付近のハニカム構造体の高さを相対的に低くすることで直線Ｍ付近の電気抵抗を高め、直線Ｍ付近に電気が流れにくくすることができる。

そこで、本発明に係るハニカム構造体の一実施形態においては、ハニカム構造体１００全体の平均高さをＨ₁とし、
該ハニカム構造体を底面視したとき、
一対の端子接続部の周方向中心同士を結び、一方の外周側面から他方の外周側面まで延びた線分を線分Ｍとし、
線分Ｍの中点Ｏから外周側面までの線分Ｍに垂直な第一方向及び第二方向の長さをそれぞれＬ₁、Ｌ₂とし、
線分Ｍに平行な直線であって線分Ｍから第一方向に向かって０．１×Ｌ₁の距離にある直線Ｍ₁、及び線分Ｍに平行な直線であって線分Ｍから第二方向に向かって０．１×Ｌ₂の距離にある直線Ｍ₂によって囲まれるハニカム構造体の部分の平均高さをＨ₂とすると、
Ｈ₁＞Ｈ₂の関係が成立する。均一加熱性を高める上では、１．２≦Ｈ₁／Ｈ₂の関係が成立することが好ましく、１．４≦Ｈ₁／Ｈ₂の関係が成立することがより好ましく、１．６≦Ｈ₁／Ｈ₂の関係が成立することが更により好ましい。但し、Ｈ₁／Ｈ₂を大きくし過ぎると逆に直線Ｍ付近に電流が流れ難くなる。そこで、均一加熱性の観点からは、Ｈ₁／Ｈ₂≦３．０の関係が成立することが好ましく、Ｈ₁／Ｈ₂≦２．５の関係が成立することがより好ましく、Ｈ₁／Ｈ₂≦２．０の関係が成立することが更により好ましい。

ハニカム構造体１００全体の平均高さＨ₁は、以下の手順で求められる。まず、ハニカム構造体１００全体の外形寸法に基づく体積Ｖ₁を算出する。ハニカム構造体１００にはセルが存在し、セルは空洞であるが、セルは中実なものとして捉え、体積から控除しない。次いで、ハニカム構造体を底面視したときの全体面積Ｓ₁を算出する。すると、Ｈ₁＝Ｖ₁／Ｓ₁で与えられる。

直線Ｍ₁及び直線Ｍ₂によって囲まれるハニカム構造体の部分の平均高さＨ₂は以下の手順で求められる。まず、ハニカム構造体を底面視したときに直線Ｍ₁及び直線Ｍ₂によって囲まれるハニカム構造体の部分の体積Ｖ₂を外形寸法に基づき算出する。Ｖ₁と同様にセルの空洞部分は体積から控除しない。次いで、ハニカム構造体を底面視したときに直線Ｍ₁及び直線Ｍ₂によって囲まれるハニカム構造体の部分の面積Ｓ₂を算出する。すると、Ｈ₂＝Ｖ₂／Ｓ₂で与えられる。

ハニカム構造体１００全体の平均高さＨ₁は、特に制限はなく、用途や求められる性能に応じて適宜設定すればよい。

直線Ｍ付近のハニカム構造体の高さを相対的に低くする方法としては、限定的ではないが、ハニカム構造体の一方の底面、好ましくは両方の底面の少なくとも直線Ｍに対応する部分に一つ又は二つ以上の凹部を形成する方法が挙げられる。凹部の数、深さ及び形状はハニカム構造体の形状に応じて適宜設計すればよい。例えば、凹部は底面視で円形状、楕円状、長円状、多角形状（四角形、六角形等）などとすることができる。凹部の内側面をハニカム構造体の底面に対して垂直方向に設けることができ、また、凹部の内側面を傾斜面として徐々に深くなるようにすることもできる。均一加熱性を高めるという観点では、直線Ｍから垂直方向に離れて行くに従って凹部を浅くすることや、直線Ｍを対称軸として線対称に一つ又は二つ以上の凹部を形成することも有効である。

図１−１及び図１−２に示す実施形態においては、ハニカム構造体１００には、中心軸Ｏを中心とした底面視円形の円筒状凹部１１６が各底面１０４、１０６に一つずつ形成されている。均一加熱性を高めるという観点では、ハニカム構造体全体の平均高さＨ₁の１／２の高さにおけるセル１０８の流路方向に直交する断面を対称面として、ハニカム構造体を面対称に構成することが好ましい。

ハニカム構造体の構造強度を確保するという観点からは、ハニカム構造体の外周側壁付近は薄くしないことが好ましい。このため、本発明に係るハニカム構造体の一実施形態においては、ハニカム構造体１００を底面視したとき、外周側面１０２から中心軸Ｏに向かって、外周側面１０２から中心軸Ｏまでの長さの０〜５％の領域を外周部とすると、外周部の平均高さＨ₃及びハニカム構造体１００全体の平均高さＨ₁について、Ｈ₃＞Ｈ₁の関係が成立する。Ｈ₁／Ｈ₃≦０．９であることがより好ましく、Ｈ₁／Ｈ₃≦０．８であることが更により好ましい。但し、Ｈ₁／Ｈ₃が小さくなりすぎると中央部に電気が流れ難くなる。そこで、均一加熱性の観点からは、０．５≦Ｈ₁／Ｈ₃の関係が成立することが好ましく、０．６≦Ｈ₁／Ｈ₃の関係が成立することがより好ましく、０．７≦Ｈ₁／Ｈ₃の関係が成立することが更により好ましい。

外周部の平均高さＨ₃は以下の手順で求められる。まず、ハニカム構造体の外周部の体積Ｖ₃を外形寸法に基づき算出する。Ｖ₁と同様にセルの空洞部分は体積から控除しない。次いで、ハニカム構造体を底面視したときに外周部の面積Ｓ₃を算出する。すると、Ｈ₃＝Ｖ₃／Ｓ₃で与えられる。

セル１０８を区画形成する隔壁１１０の厚みは、０．１〜０．３ｍｍであることが好ましく、０．１５〜０．２５ｍｍであることがより好ましい。隔壁１１０の厚みが０．１ｍｍ以上であることで、ハニカム構造体の強度が低下するのを抑制可能である。隔壁１１０の厚みが０．３ｍｍ以下であることで、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のを抑制できる。本発明において、隔壁１１０の厚みは、セル１０８の流路に直交する断面において、隣接するセル１０８の重心同士を結ぶ線分のうち、隔壁１１０を通過する部分の長さとして定義される。

ハニカム構造体１００の均一加熱性を高めるという観点では、隔壁１１０の厚みを部位によって変化させるという手法を追加的に採用してもよい。例えば、ハニカム構造体１００を底面視したときの一対の端子接続部１１２ａ、１１２ｂの周方向中心同士を結ぶ直線Ｍ付近の隔壁１１０の厚みを小さくすることで電気抵抗を高めることが考えられる。しかしながら、隔壁１１０の厚みを部位によって変化させるという手法は、ハニカム構造体内で強度分布が生じることになる。そのため、本発明に係るハニカム構造体の一実施形態においては、ハニカム構造体１００が有する隔壁１１０はすべて隔壁１１０の平均厚みに対して±１０％以内の厚みを有し、好ましくは±５％以内の厚みを有する。

ハニカム構造体１００は、セル１０８の流路方向に直交する断面において、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。

ハニカム構造体１００の外周側壁１１４を設けることは、ハニカム構造体１００の構造強度を確保し、また、セル１０８を流れる流体が外周側面１０２から漏洩するのを防止する観点で有用である。具体的には、外周側壁１１４の厚みＴは好ましくは０．１ｍｍ以上であり、より好ましくは０．１５ｍｍ以上、更により好ましくは０．２ｍｍ以上である。但し、外周側壁１１４を厚くしすぎると高強度になりすぎてしまい、隔壁１１０との強度バランスが崩れて耐熱衝撃性が低下することから、外周側壁１１４の厚みＴは好ましくは１．０ｍｍ以下であり、より好ましくは０．７ｍｍ以下であり、更により好ましくは０．５ｍｍ以下である。ここで、外周側壁１１４の厚みＴは、厚みを測定しようとする外周側壁１１４の箇所をセルの流路方向に直交する断面で観察したときに、当該測定箇所における外周側面１０２の接線に対する法線方向の厚みとして定義される。図１−２に外周側壁１１４の厚みＴの測定箇所を例示的に示す。

ハニカム構造体１００は導電性を有する限り特に材質に制限はなく、金属やセラミックス等を使用可能である。特に、耐熱性と導電性の両立の観点から、ハニカム構造体１００の材質は、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。ハニカム構造体１００の材質が、珪素−炭化珪素複合材を主成分とするものであるというときは、ハニカム構造体１００が、珪素−炭化珪素複合材（合計質量）を、全体の９０質量％以上含有していることを意味する。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、ハニカム構造体１００の材質が、炭化珪素を主成分とするものであるというときは、ハニカム構造体１００が、炭化珪素（合計質量）を、全体の９０質量％以上含有していることを意味する。

ハニカム構造体１００の材質が、珪素−炭化珪素複合材である場合、ハニカム構造体１００に含有される「骨材としての炭化珪素粒子の質量」と、ハニカム構造体１００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、ハニカム構造体１００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。

ハニカム構造体１００は、ジュール熱により発熱するものであり、例えば、その電気抵抗率については特に制限はない。例えば、ハニカム構造体１００の電気抵抗率は、１〜２００Ωｃｍであることが好ましく、１０〜１００Ωｃｍであることが更に好ましい。また、ハニカム構造体１００を使用する用途に合わせて、ハニカム構造体１００の電気抵抗率を選択することもできる。本発明において、ハニカム構造体１００の電気抵抗率は、四端子法により４００℃で測定した値とする。

ハニカム構造体１００の均一加熱性を高めるという観点では、ハニカム構造体１００の材質を部位によって変化させるという手法を追加的に採用してもよい。例えば、ハニカム構造体１００を底面視したときの一対の端子接続部１１２ａ、１１２ｂの周方向中心同士を結ぶ直線Ｍ付近の隔壁１１０を構成する材料の電気抵抗率を高めることが考えられる。しかしながら、ハニカム構造体１００の材質を部位によって変化させるという手法は、先述した通り、複数の部品を接合する必要があることから、ハニカム構造体１００の構造強度を低下させるおそれがある。そのため、本発明に係るハニカム構造体１００は一実施形態において、すべての隔壁を同一材料で構成することができる。本発明に係るハニカム構造体１００は別の一実施形態において、すべての隔壁１１０及び外周側壁１１４を同一材料で構成することができる。本発明に係るハニカム構造体１００は更に別の一実施形態において、すべての構成要素を同一材料で構成することができる。この場合、ハニカム構造体１００は何れの部位においても材料組成が実質同一であり、一体成形可能である。

隔壁１１０は多孔質とすることができる。隔壁１１０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。

ハニカム構造体の隔壁１１０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。

セル１０８の流路方向に直交する断面におけるセル１０８の形状に制限はないが、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。これ等のなかでも、正方形及び六角形が好ましい。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。

ハニカム構造体１００の外形は柱状である限り特に限定されず、例えば、底面が円形の柱状（円柱形状）、底面がオーバル形状の柱状、底面が多角形（四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等）の柱状等の形状とすることができる。また、ハニカム構造体１００の大きさは、耐熱性（外周方向外壁部に入るクラック）の理由により、底面の面積が２０００〜２００００ｍｍ²であることが好ましく、５０００〜１５０００ｍｍ²であることが更に好ましい。

＜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を製造する方法について例示的に説明するが、本発明のハニカム構造体の製造方法については、以下に説明する製造方法に限定されることはない。本発明のハニカム構造体の製造方法は一実施形態において、ハニカム成形体を得る工程と、ハニカム成形体を焼成する工程とを含む。

ハニカム成形体の作製は、公知のハニカム構造体の製造方法におけるハニカム成形体の作製方法に準じて行うことができる。例えば、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粒度の頻度分布を測定したときの、体積基準による算術平均径を指す。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、ハニカム構造体の材質を、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、ハニカム構造体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法で粒度の頻度分布を測定したときの、体積基準による算術平均径を指す。造孔材が吸水性樹脂の場合には、造孔材の平均粒子径は吸水後の平均粒子径のことである。

次に、得られた成形原料を混練して坏土を形成した後、坏土を押出成形して、隔壁及び外周側壁を備えたハニカム成形体を作製する。押出成形に際しては、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚み、セル密度等を有する口金を用いることができる。次に、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。以下、乾燥後のハニカム成形体を「ハニカム乾燥体」と称することがある。ハニカム成形体（又は、ハニカム乾燥体）の中心軸方向長さが、所望の長さではない場合は、ハニカム成形体の両底部を切断して所望の長さとすることができる。

次いで、上記のようにして得られたハニカム成形体の外周側面に一対の端子接続部を穿孔機等によって形成することができる。また、上記のようにして得られたハニカム成形体の一方又は両方の底面を旋盤やフライス盤等を用いた切削加工によって加工して、所望の凹部を形成することができる。一対の端子接続部及び底面加工は焼成後に行ってもよいが、廃棄材の増加や研磨治具の摩耗が懸念されるため、何れも焼成前に形成することが好ましい。

次いで、ハニカム成形体を焼成して、ハニカム焼成体を得る。焼成を行う前に、ハニカム成形体を乾燥してもよい。また、焼成の前に、充填材用原料中のバインダ等を除去するため、脱脂を行ってもよい。焼成条件としては、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、酸化処理を行うことが好ましい。脱脂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。

以下、本発明及びその利点をより良く理解するための実施例を例示するが、本発明は実施例に限定されるものではない。なお、図２〜５においては、簡単のため、ハニカム構造体のセル構造の記載は省略している。

＜比較例１＞
（１．円柱状の坏土の作製）
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てセラミック原料を調製した。そして、セラミック原料に、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た。そして、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質量部とした。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質量部とした。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質量部とした。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、レーザー回折法で粒度の頻度分布を測定したときの、体積基準による算術平均径を指す。

（２．ハニカム乾燥体の作製）
得られた円柱状の坏土を碁盤目状の口金を有する押出成形機を用いて成形し、セルの流路方向に直交する断面における各セル形状が正方形である円柱状ハニカム成形体を得た。この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、両底面を所定量切断して、ハニカム乾燥体を作製した。

（３．端子接続部の形成）
次に、図５に示すように、底面視におけるハニカム乾燥体の中心軸Ｏを挟んで対向する外周側面１０２の高さ方向中央部に円筒状の一対の端子接続部１１２ａ、１１２ｂを穿孔機によって穿設した。なお、図５の底面模式図では一対の端子接続部１１２ａ、１１２ｂは内側に隠れて見えないため点線で表している。

（４．底面の加工）
比較例１においては底面１０４、１０６に対して凹部を形成する加工を実施しなかった。

（５．焼成）
次に、ハニカム乾燥体を、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、酸化雰囲気下、５５０℃、３時間とした。焼成の条件は、アルゴン雰囲気下、１４５０℃、２時間とした。酸化処理の条件は、酸化雰囲気下、１３００℃、１時間とした。

得られたハニカム構造体の各種寸法は、ハニカム乾燥体とほぼ同じであった。ハニカム乾燥体は、底面が直径１２０ｍｍの円形であり、高さ（セルの流路方向における長さ）が１０ｍｍであった。セル密度は６２セル／ｃｍ²であり、隔壁の厚みはすべて０．１５ｍｍであり、隔壁の気孔率は４５％であり、隔壁の平均細孔径は８．６μｍであった。外周側壁の厚みは何れの測定箇所においても０．３５ｍｍであった。該ハニカム構造体のＨ₁、Ｈ₂、及びＨ₃を表１に示す。

（６．加熱時の温度分布測定）
得られたハニカム構造体について、一対の端子接続部１１２ａ、１１２ｂにそれぞれ端子を接続し、両端子に電圧を印加して電気エネルギー（４００Ｗ）を２０秒間投入したときの、ハニカム構造体の部位毎の温度のばらつきを調査した。温度の測定点は、図５に示すＡ点〜Ｄ点の４点とし、電気エネルギーの投入を開始してから２０秒経過時の各測定点の温度を測定した。結果を表２に示す。

＜実施例１＞
（１．円柱状の坏土の作製）
比較例１と同様の手順により円柱状の坏土を作製した。

（２．ハニカム乾燥体の作製）
比較例１と同様の手順によりハニカム乾燥体を作製した。

（３．端子接続部の形成）
比較例１と同様の手順により端子接続部を形成した。

（４．底面の加工）
ハニカム乾燥体の両底面に切削加工により、図２に示す配置に従い、底面視における該一対の端子接続部の周方向中心同士を結ぶ直線Ｍに垂直な方向に延びる長円状の凹部１１６を直線Ｍを対称軸として線対称に多数形成した。この際、凹部１１６の深さ（Ｘ）は２．５ｍｍ、凹部１１６の直線Ｍに平行な方向のピッチ（Ｐ）は１０ｍｍ、凹部１１６の直線Ｍに平行な方向の幅（Ｗ）は５ｍｍとした。なお、底面視におけるハニカム乾燥体の外周側面１０２から中心軸Ｏに向かう５ｍｍの長さの外周領域には凹部１１６は形成しなかった。

（５．焼成）
比較例１と同様の手順により、ハニカム乾燥体を、脱脂し、焼成し、更に酸化処理してハニカム構造体を得た。

得られたハニカム構造体の各種寸法は、ハニカム乾燥体とほぼ同じであった。該ハニカム構造体のＨ₁、Ｈ₂、及びＨ₃を表１に示す。なお、底面加工後のハニカム構造体は、ハニカム構造体全体の平均高さＨ₁の１／２の高さにおけるセルの流路方向に直交する断面を対称面として、ハニカム構造体は面対称に構成されていた。

（６．加熱時の温度分布測定）
得られたハニカム構造体について、比較例１と同様の方法で加熱時の温度分布を測定した。結果を表２に示す。

＜実施例２＞
（１．円柱状の坏土の作製）
比較例１と同様の手順により円柱状の坏土を作製した。

（２．ハニカム乾燥体の作製）
比較例１と同様の手順によりハニカム乾燥体を作製した。

（３．端子接続部の形成）
比較例１と同様の手順により端子接続部を形成した。

（４．底面の加工）
ハニカム乾燥体の両底面に切削加工により、図３に示す配置に従い、底面視円形（直径Ｄ＝８ｍｍ）の円筒状凹部を直線Ｍを対称軸として線対称に多数形成した。この際、凹部１１６の深さ（Ｘ）は２．５ｍｍ、凹部１１６の直線Ｍに平行な方向及び垂直な方向のピッチ（Ｐ）はそれぞれ１０ｍｍとした。なお、底面視におけるハニカム乾燥体の外周側面１０２から中心軸Ｏに向かう５ｍｍの長さの外周領域には凹部１１６は形成しなかった。

（５．焼成）
比較例１と同様の手順により、ハニカム乾燥体を、脱脂し、焼成し、更に酸化処理してハニカム構造体を得た。

得られたハニカム構造体の各種寸法は、ハニカム乾燥体とほぼ同じであった。該ハニカム構造体のＨ₁、Ｈ₂、及びＨ₃を表１に示す。なお、底面加工後のハニカム構造体は、ハニカム構造体全体の平均高さＨ₁の１／２の高さにおけるセルの流路方向に直交する断面を対称面として、ハニカム構造体は面対称に構成されていた。

（６．加熱時の温度分布測定）
得られたハニカム構造体について、比較例１と同様の方法で加熱時の温度分布を測定した。結果を表２に示す。

＜実施例３（参考例）＞
（１．円柱状の坏土の作製）
比較例１と同様の手順により円柱状の坏土を作製した。

（２．ハニカム乾燥体の作製）
比較例１と同様の手順によりハニカム乾燥体を作製した。

（３．端子接続部の形成）
比較例１と同様の手順により端子接続部を形成した。

（４．底面の加工）
ハニカム乾燥体の両底面に切削加工により、図４に示す配置に従い、ハニカム乾燥体の中心軸Ｏを中心とした底面視円形（半径Ｒ＝５０ｍｍ）の円筒状凹部１１６を各底面１０４、１０６に一つずつ形成した。この際、凹部１１６の深さ（Ｘ）は２．５ｍｍとした。

（５．焼成）
比較例１と同様の手順により、ハニカム乾燥体を、脱脂し、焼成し、更に酸化処理してハニカム構造体を得た。

得られたハニカム構造体の各種寸法は、ハニカム乾燥体とほぼ同じであった。該ハニカム構造体のＨ₁、Ｈ₂、及びＨ₃を表１に示す。なお、底面加工後のハニカム構造体は、ハニカム構造体全体の平均高さＨ₁の１／２の高さにおけるセルの流路方向に直交する断面を対称面として、ハニカム構造体は面対称に構成されていた。

（６．加熱時の温度分布測定）
得られたハニカム構造体について、比較例１と同様の方法で加熱時の温度分布を測定した。結果を表２に示す。

＜考察＞
実施例及び比較例の何れも一対の端子接続部の周方向中心同士を結ぶ直線Ｍの近辺の昇温速度が速く、直線Ｍから垂直方向に離れて行くにつれて昇温速度が遅かった。しかしながら、実施例１〜３ではＨ₁＞Ｈ₂の関係が成立していたことで、Ａ点とＣ点の温度差が比較例１に比べて小さく、均一加熱性能が向上したことが分かる。特に、Ｈ₁／Ｈ₂が好適な値に制御された実施例１は最も均一加熱性能が高かった。

１００ ハニカム構造体
１０２ 外周側面
１０４ 第一底面
１０６ 第二底面
１０８ セル
１１０ 隔壁
１１２ａ、１１２ｂ 端子接続部
１１４ 外周側壁
１１６ 凹部

Claims (7)

1. 外周側面を有する外周側壁と、外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する複数の隔壁と、外周側壁に配設された一対の端子接続部とを有する柱状のハニカム構造体であって、
   前記ハニカム構造体の一方又は両方の底面に二つ以上の凹部が形成されており、
   該ハニカム構造体全体の平均高さをＨ₁とし、
   該ハニカム構造体を底面視したとき、
   該一対の端子接続部の周方向中心同士を結び、一方の外周側面から他方の外周側面まで延びた線分を線分Ｍとし、
   線分Ｍの中点Ｏから外周側面までの線分Ｍに垂直な第一方向及び第二方向の長さをそれぞれＬ₁、Ｌ₂とし、
   線分Ｍに平行な直線であって線分Ｍから第一方向に向かって０．１×Ｌ₁の距離にある直線Ｍ₁、及び線分Ｍに平行な直線であって線分Ｍから第二方向に向かって０．１×Ｌ₂の距離にある直線Ｍ₂によって囲まれるハニカム構造体の部分の平均高さをＨ₂とすると、
   Ｈ₁＞Ｈ₂の関係が成立するハニカム構造体。
2. １．２≦Ｈ₁／Ｈ₂の関係が成立する請求項１に記載のハニカム構造体。
3. 外周側面を有する外周側壁と、外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する複数の隔壁と、外周側壁に配設された一対の端子接続部とを有する柱状のハニカム構造体であって、
   前記ハニカム構造体の一方又は両方の底面に二つ以上の凹部が形成されており、
   外周側面から中心軸に向かって、外周側面から中心軸までの長さの５％までの領域を外周部とすると、外周部の平均高さＨ₃及び該ハニカム構造体全体の平均高さＨ₁について、Ｈ₃＞Ｈ₁の関係が成立するハニカム構造体。
4. 前記ハニカム構造体全体の平均高さＨ₁の１／２の高さにおけるセルの流路方向に直交する断面を対称面として、前記ハニカム構造体は面対称に構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載のハニカム構造体。
5. 外周側壁及び隔壁が同一材料で構成されている請求項１〜４の何れか一項に記載のハニカム構造体。
6. 前記ハニカム構造体が有する前記隔壁はすべて前記隔壁の平均厚みに対して±１０％以内の厚みを有する請求項１〜５の何れか一項に記載のハニカム構造体。
7. 前記一対の端子接続部はハニカム構造体の中心軸を挟んで対向するように配設されている請求項１〜６の何れか一項に記載のハニカム構造体。