特開 2024-100181 ハニカム構造体、電気加熱式担体及び排ガス処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024100181

(43)【公開日】2024-07-26

(54)【発明の名称】ハニカム構造体、電気加熱式担体及び排ガス処理装置

(51)【国際特許分類】

   B01J 35/57 20240101AFI20240719BHJP

   B01J 32/00 20060101ALI20240719BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20240719BHJP

   H05B 3/02 20060101ALI20240719BHJP

【ＦＩ】

B01J35/04 301C

B01J32/00 ZAB

B01D53/94 300

H05B3/02 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023003987

(22)【出願日】2023-01-13

(71)【出願人】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】小崎 裕子

(72)【発明者】

【氏名】間瀬 和弥

(72)【発明者】

【氏名】貞光 貴裕

(72)【発明者】

【氏名】嶋崎 忍

【テーマコード（参考）】

3K092

4D148

4G169

【Ｆターム（参考）】

3K092PP15

3K092QA03

3K092QB02

3K092QB03

3K092QC02

3K092QC13

3K092QC21

3K092VV26

4D148BB02

4D148CC43

4D148CC53

4D148DA03

4D148DA20

4D148EA02

4G169AA01

4G169BA13A

4G169CA02

4G169CA03

4G169DA06

4G169EA19

4G169EA26

4G169EB04

4G169EB15Y

4G169ED03

4G169ED10

4G169EE03

(57)【要約】

【課題】軸方向に延びる縦クラックの発生を抑えることができるハニカム構造体、電気加熱式担体及び排ガス処理装置を提供する。
【解決手段】本発明によるハニカム構造体は、外周壁１０と、外周壁１０の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで延びる流路を形成する複数のセル１１ａを区画形成する隔壁１１と、周方向１Ｃに互いに離間し、外周壁１０から径方向内方に切られ、かつ、セル１１ａの延伸方向ＥＤに延びる複数のスリット１２と、を有するセラミックス製のハニカム構造部１と、外周壁１０の外面上に、ハニカム構造部１の中心軸ＣＡを挟んで対向するように設けられ、ハニカム構造部１に対する電流の出入に用いられる一対の電極層２と、ハニカム構造部１の周方向１Ｃで一対の電極層２の間に位置するように外周壁１０の外面上に設けられ、スリット１２により一対の電極層２と電気的に分離されている補強層３と、を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで延びる流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁と、周方向に互いに離間し、前記外周壁から径方向内方に切られ、かつ、前記セルの延伸方向に延びる複数のスリットと、を有するセラミックス製のハニカム構造部と、
前記外周壁の外面上に、前記ハニカム構造部の中心軸を挟んで対向するように設けられ、前記ハニカム構造部に対する電流の出入に用いられる一対の電極層と、
前記ハニカム構造部の周方向で前記一対の電極層の間に位置するように前記外周壁の外面上に設けられ、前記スリットにより前記一対の電極層と電気的に分離されている補強層と、
を備えている、ハニカム構造体。

【請求項2】

前記外周壁の外周全面は、前記複数のスリットの位置を除いて前記電極層及び前記補強層により覆われている、
請求項１に記載のハニカム構造体。

【請求項3】

前記電極層及び前記補強層は、同じ材料により構成されている、
請求項１又は２に記載のハニカム構造体。

【請求項4】

前記ハニカム構造部の体積抵抗率（Ｒ１）に対する前記補強層の体積抵抗率（Ｒ２）の比率（Ｒ２／Ｒ１）が０．０００１以上かつ１以下である、
請求項１又は２に記載のハニカム構造体。

【請求項5】

前記ハニカム構造部の周方向に関して前記電極層が設けられている領域における前記スリットの本数に比べて、前記補強層が設けられている領域における前記スリットの本数が多い、
請求項１又は２に記載のハニカム構造体。

【請求項6】

請求項１又は２に記載のハニカム構造体と、
前記一対の電極層上に設けられた電極端子と、
を備える、電気加熱式担体。

【請求項7】

請求項６に記載の電気加熱式担体と、
前記ハニカム構造体を保持する金属製の缶体と、
を備える、排ガス処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ハニカム構造体、電気加熱式担体及び排ガス処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

下記の特許文献１，２等で示されるように、導電性セラミックスからなるハニカム構造体の外周に電極層を配設し、通電によりハニカム構造体自体を発熱させることで、ハニカム構造体に担持された触媒をエンジン始動前に活性温度まで昇温する電気加熱式触媒（ＥＨＣ）が知られている。ハニカム構造体内の通電経路を遮断しないため、またハニカム構造体の脱落を防ぐためにも、ハニカム構造体には排気ガス温度の変化により割れないことが求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５６６３００３号公報

【特許文献2】特許第６１２６４３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

低温のハニカム構造体に高温の排気ガスが入り込んでくる際、流速分布により、ハニカム構造体の端面の中央部と外周部との間に温度差が生じやすい。一般にハニカム構造体の中央部が外周部より高温化する傾向にある。このような温度差が生じると、ハニカム構造体の熱膨張差に起因して、軸方向に延びるクラック(縦クラック)を外周部に誘発するような応力がハニカム構造体に生じる。

【0005】

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的の一つは、軸方向に延びる縦クラックの発生を抑えることができるハニカム構造体、電気加熱式担体及び排ガス処理装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

項目１．本発明は、一実施の形態において、外周壁と、外周壁の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで延びる流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁と、周方向に互いに離間し、外周壁から径方向内方に切られ、かつ、セルの延伸方向に延びる複数のスリットと、を有するセラミックス製のハニカム構造部と、外周壁の外面上に、ハニカム構造部の中心軸を挟んで対向するように設けられ、ハニカム構造部に対する電流の出入に用いられる一対の電極層と、ハニカム構造部の周方向で一対の電極層の間に位置するように外周壁の外面上に設けられ、スリットにより一対の電極層と電気的に分離されている補強層と、を備えている、ハニカム構造体に関する。

【0007】

項目２．本発明は、外周壁の外周全面は、複数のスリットの位置を除いて電極層及び補強層により覆われている、項目１に記載のハニカム構造体に関していてよい。

【0008】

項目３．本発明は、電極層及び補強層は、同じ材料により構成されている、項目１又は２に記載のハニカム構造体に関していてよい。

【0009】

項目４．本発明は、ハニカム構造部の体積抵抗率（Ｒ１）に対する補強層の体積抵抗率（Ｒ２）の比率（Ｒ２／Ｒ１）が０．０００１以上かつ１以下である、項目１から３までのいずれか１項に記載のハニカム構造体に関していてよい。

【0010】

項目５．本発明は、ハニカム構造部の周方向に関して電極層が設けられている領域におけるスリットの本数に比べて、補強層が設けられている領域におけるスリットの本数が多い、項目１から４までのいずれか１項に記載のハニカム構造体に関していてよい。

【0011】

項目６．本発明は、一実施の形態において、項目１から５までのいずれか１項に記載のハニカム構造体と、一対の電極層上に設けられた電極端子と、を備える、電気加熱式担体に関する。

【0012】

項目７．本発明は、一実施の形態において、項目６に記載の電気加熱式担体と、ハニカム構造体を保持する金属製の缶体と、を備える、排ガス処理装置に関する。

【発明の効果】

【0013】

本発明のハニカム構造体、電気加熱式担体及び排ガス処理装置の一実施の形態によれば、スリットにより一対の電極層と電気的に分離されている補強層が、ハニカム構造部の周方向で一対の電極層の間に位置するように外周壁の外面上に設けられているので、軸方向に延びる縦クラックの発生を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施の形態によるハニカム構造体を示す斜視図である。

【図2】図１のハニカム構造体を示す正面図である。

【図3】図１の電気加熱式担体を含む排ガス処理装置を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。本発明は各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【0016】

図１は本発明の実施の形態による電気加熱式担体１００を示す斜視図であり、図２は図１の電気加熱式担体１００を示す正面図である。図１に示す電気加熱式担体１００は、ハニカム構造体１１０と、電極端子１２０とを有している。

【0017】

ハニカム構造体１１０は、ハニカム構造部１と、一対の電極層２と、補強層３とを有している。

【0018】

ハニカム構造部１は、セラミックス製の柱状の部材であり、外周壁１０と、外周壁１０の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで延びる流路を形成する複数のセル１１ａを区画形成する隔壁１１とを有している。柱状とは、セル１１ａの延伸方向ＥＤ（ハニカム構造部１の軸方向）に厚みを有する立体形状と理解できる。ハニカム構造部１の軸方向長さとハニカム構造部１の端面の直径又は幅との比（アスペクト比）は任意である。柱状には、ハニカム構造部１の軸方向長さが端面の直径又は幅よりも短い形状（偏平形状）も含まれていてよい。

【0019】

ハニカム構造部１の外形は柱状である限り特に限定されず、例えば、端面が円形の柱状（円柱形状）、端面がオーバル形状の柱状、端面が多角形（四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等）の柱状等の他の形状とすることができる。また、ハニカム構造部１の大きさは、耐熱性を高める（外周壁の周方向に入るクラックを抑制する）という理由により、端面の面積が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。

【0020】

セル１１ａの延伸方向ＥＤに垂直な断面におけるセル１１ａ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、四角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、ハニカム構造部１に排気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。構造強度及び加熱均一性を両立させやすいという観点からは、四角形、六角形が特に好ましい。

【0021】

セル１１ａを区画形成する隔壁１１の厚みは、０．１～０．３ｍｍであることが好ましく、０．１～０．２ｍｍであることがより好ましい。隔壁１１の厚みが０．１ｍｍ以上であることで、ハニカム構造部１の強度が低下するのを抑制可能である。隔壁１１の厚みが０．３ｍｍ以下であることで、ハニカム構造部１を触媒担体として用いて、触媒を担持した場合に、排気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１１の厚みは、セル１１ａの延伸方向ＥＤに垂直な断面において、隣接するセル１１ａの重心同士を結ぶ線分のうち、隔壁１１を通過する部分の長さとして定義される。

【0022】

ハニカム構造部１は、セル１１ａの延伸方向ＥＤに垂直な断面において、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、排気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以上であると、触媒担持面積が十分に確保される。セル密度が１５０セル／ｃｍ²以下であるとハニカム構造部１を触媒担体として用いて、触媒を担持した場合に、排気ガスを流したときの圧力損失が大きくなりすぎることが抑制される。セル密度は、外周壁１０部分を除くハニカム構造部１の一つの底面部分の面積でセル数を除して得られる値である。

【0023】

ハニカム構造部１の外周壁１０を設けることは、ハニカム構造部１の構造強度を確保し、また、セル１１ａを流れる流体が外周壁１０から漏洩するのを抑制する観点で有用である。具体的には、外周壁１０の厚みは好ましくは０．０５ｍｍ以上であり、より好ましくは０．１０ｍｍ以上、更により好ましくは０．１５ｍｍ以上である。但し、外周壁１０を厚くしすぎると高強度になりすぎてしまい、隔壁１１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、外周壁１０の厚みは好ましくは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、外周壁１０の厚みは、厚みを測定しようとする外周壁１０の箇所をセル１１ａの延伸方向ＥＤに垂直な断面で観察したときに、当該測定箇所における外周壁１０の接線に対する法線方向の厚みとして定義される。

【0024】

ハニカム構造部１は、セラミックス製であり、導電性を有することが好ましい。ハニカム構造部１は、通電してジュール熱により発熱可能である限り、電気抵抗率については特に制限はないが、０．１～２００Ωｃｍであることが好ましく、１～２００Ωｃｍであることがより好ましい。本発明において、ハニカム構造部１の電気抵抗率は、四端子法により２５℃で測定した値とする。

【0025】

ハニカム構造部１の材質としては、限定的ではないが、炭化珪素、窒化珪素及び窒化アルミ等の非酸化物系セラミックスから選択することができる。また、炭化珪素－金属珪素複合材や炭化珪素／グラファイト複合材等を用いることもできる。これらの中でも、耐熱性と導電性の両立の観点から、ハニカム構造部１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セラミックスを含有していることが好ましい。ハニカム構造部１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、ハニカム構造部１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。ハニカム構造部１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、ハニカム構造部１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。

【0026】

ハニカム構造部１が珪素－炭化珪素複合材を含んでいる場合、ハニカム構造部１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１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１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。

【0027】

隔壁１１は多孔質としてもよい。多孔質とする場合、隔壁１１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。気孔率は、水銀ポロシメータにより測定した値である。

【0028】

ハニカム構造部１の隔壁１１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。平均細孔径は、水銀ポロシメータにより測定した値である。

【0029】

ハニカム構造部１は、ハニカム構造部１の周方向１Ｃに互いに離間し、外周壁１０から径方向内方に切られ、かつ、セル１１ａの延伸方向ＥＤに延びる複数のスリット１２を有している。本実施の形態のスリット１２は、ハニカム構造部１の一方の端面から他方の端面まで延伸方向ＥＤに沿って直線状に延在されている。本明細書では、後述の電極層２と補強層３との間の隙間もスリット１２と称する。

【0030】

スリット１２は空隙とされていてもよいが、本実施の形態のスリット１２には充填材１３が充填されている。充填材１３は、スリット１２の空間の少なくとも一部に充填されていることが好ましい。充填材１３は、スリット１２の空間の５０％以上に充填されていることが好ましく、スリット１２の空間の全部に充填されていることがより好ましい。図１に示す態様では、充填材１３は、スリット１２の空間の全部に充填されており、ハニカム構造部１の両方の端面と一体の平面を形成し、電極層２及び補強層３の外面と一体の曲面を形成している。しかしながら、充填材１３は、ハニカム構造部１の端面よりも軸方向の内側の位置まで充填されていてもよく、電極層２及び補強層３又はハニカム構造部１の外周壁１０よりも径方向又は幅方向の内側の位置まで充填されていてもよい。

【0031】

充填材１３は、ハニカム構造部１の主成分が炭化珪素、又は金属珪素－炭化珪素複合材である場合、炭化珪素を２０質量％以上含有することが好ましく、２０～７０質量％含有することが更に好ましい。これにより、充填材１３の熱膨張係数を、ハニカム構造部１の熱膨張係数に近い値にすることができ、ハニカム構造部１の耐熱衝撃性を向上させることができる。充填材１３は、シリカ、アルミナ等を３０質量％以上含有するものであってもよい。

【0032】

一対の電極層２及び補強層３は、ハニカム構造部１の外周壁１０の外面上に設けられている。理解を容易にするために、図１では互いに異なる網掛けを付して電極層２及び補強層３を示している。

【0033】

特に図２に表れているように、一対の電極層２は、ハニカム構造部１の中心軸ＣＡを挟んで対向するように設けられている。一対の電極層２には、電極端子１２０がそれぞれ取り付けられ、その電極端子１２０を通して外部電源が接続される。一対の電極層２は、ハニカム構造部１に対する電流の出入に用いられる。一対の電極層２のうちの一方は陽極層と理解でき、他方は陰極層と理解できる。

【0034】

本実施の形態では、一対の電極層２（陽極層及び陰極層）は、スリット１２により互いに区分された一対の部分電極層２１をそれぞれ有している。陽極層及び陰極層のそれぞれにおいて、一対の部分電極層２１を跨ぐように電極端子１２０が取り付けられる。換言すると、一対の部分電極層２１は電気的に一体に扱われる。部分電極層２１間のスリット１２は、主として熱応力の緩和のために設けられている。部分電極層２１間のスリット１２の位置は、電気の流れを阻害しない位置に設けることが好ましい。

【0035】

図１に特に表れているように、電極端子１２０は、電極層２の外面上に配置される接続部１２１と、接続部１２１の一端に設けられた引出部１２２とを有している。接続部１２１は、電極層２に電気的に接続されている。引出部１２２には、ワイヤー３２０（後の図３参照）を介して外部電源が接続される。

【0036】

図示の態様のように、接続部１２１は、接続部１２１の幅方向に互いに離間して配置された複数の歯部１２１ａを有する櫛歯状の形態をとることができる。接続部１２１の幅方向はセル１１ａの延伸方向ＥＤと平行に延在することができ、歯部１２１ａはハニカム構造部１の周方向１Ｃに延びる長手状の形状とすることができる。歯部１２１ａは、部分電極層２１に選択的に接続され得る。図示の態様では、各歯部１２１ａが、接続部１２１の幅方向に係る一端から他端に向けて互いに異なる部分電極層２１に接続されている。各歯部１２１ａと部分電極層２１との接点部１２１ｂは、任意の方法で形成され得る。例えば、接点部１２１ｂは、溶射又は溶接により形成され得る。

【0037】

補強層３は、ハニカム構造部１の周方向１Ｃで一対の電極層２の間に位置するように外周壁１０の外面上に設けられ、スリット１２により一対の電極層２と電気的に分離されている。換言すると、電極層２と補強層３との間にスリット１２が設けられており、それら電極層２及び補強層３は互いに直接的に隣接されていない。補強層３には電極端子１２０が取り付けられておらず、補強層３はハニカム構造部１に対する電流の出入に用いられない部分である。補強層３は、ハニカム構造部１に対する電流の出入のみについて考えれば無くてもよい部分であり、ハニカム構造体１１０を補強するために敢えて設けられた部分であり得る。

【0038】

電気的に分離されているとは、電極層２及び補強層３が互いに一続きに設けられるか又は隣接して設けられている場合に比べて、電極層２と補強層３との間の電気抵抗が高いと理解できる場合がある。すなわち、電極層２と補強層３との間に、これら電極層２及び補強層３よりも電気抵抗率が高い材質が介在され、電極層２及び補強層３が物理的に分離されている場合がある。本実施の形態では、電極層２及び補強層３よりも電気抵抗率が高い材質として充填材１３が電極層２と補強層３との間に介在されている。電極層２及び補強層３との間は、空隙（空気）によって電気的に分離されてもよい。

【0039】

本実施の形態のように電極層２と補強層３との間のスリット１２には、充填材１３が充填されていてよい。充填材１３の電気抵抗率は、ハニカム構造部１の電気抵抗率の１０倍以上であることが好ましく、１００倍以上であることがより好ましく、１０００倍以上であることがさらに好ましい。充填材１３の電気抵抗率は、ハニカム構造部１の電気抵抗率よりも高く設定することができる。これは、電極層２と補強層３との間の電気抵抗をより確実に高くするためである。本発明において、充填材１３の電気抵抗率は、四端子法により２５℃で測定した値とする。

【0040】

図示のように、補強層３は、スリット１２により互いに区分された複数の部分補強層３１をそれぞれ有していてよい。

【0041】

図１に特に表れているように、外周壁１０の外周全面は、複数のスリット１２の位置を除いて電極層２及び補強層３により覆われていてよい。電極層２及び補強層３は、周方向１Ｃに関してスリット１２間の全域に設けられており、セル１１ａの延伸方向ＥＤに関してハニカム構造部１の端縁間の全域に設けられている。しかしながら、電極層２及び補強層３は、周方向１Ｃ及びセル１１ａの延伸方向ＥＤの少なくとも一方に関して部分的に設けられていてもよい。

【0042】

電極層２及び補強層３は、互いに異なる材質で構成されていてもよいが、同じ材料により構成されてもよい。電極層２に電気を流しやすくする観点から、電極層２の電気抵抗率は、ハニカム構造部１の電気抵抗率の１／１００００以上、１倍以下であることが好ましい。より好ましくは、１／１００００以上、１／１０以下である。電極層２（及び補強層３）の材質は、導電性セラミックス、金属、又は金属及び導電性セラミックスとの複合材（サーメット）を使用することができる。金属としては、例えばＣｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ又はＴｉの単体金属又はこれらの金属よりなる群から選択される少なくとも一種の金属を含有する合金が挙げられる。導電性セラミックスとしては、限定的ではないが、炭化珪素（ＳｉＣ）が挙げられ、珪化タンタル（ＴａＳｉ₂）及び珪化クロム（ＣｒＳｉ₂）等の金属珪化物等の金属化合物が挙げられる。

【0043】

電極層２及び補強層３の厚みは、０．０１～５ｍｍであることが好ましく、０．０１～３ｍｍであることがより好ましい。このような範囲とすることにより均一発熱性を高めることができ、耐熱衝撃性を確保することができる。電極層２及び補強層３の厚みは、厚みを測定しようとする箇所をセル１１ａの延伸方向ＥＤに垂直な断面で観察したときに、電極層２及び補強層３の外面の当該測定箇所における接線に対する法線方向の厚みとして定義される。

【0044】

電極層２及び補強層３を有するハニカム構造体１１０の製造方法としては、電極層２と補強層３とが同一の組成である場合は、まず、ハニカム乾燥体の側面に、セラミックス原料を含有する電極層兼補強層用形成原料を塗布し、乾燥させて、ハニカム乾燥体の中心軸ＣＡを挟んで、外周壁１０の外面上において、セル１１ａの流路方向に帯状に延びるように未焼成電極層及び補強層を形成して、未焼成層付きハニカム乾燥体を作製する。次に、得られたハニカム乾燥体を焼成してハニカム焼成体を作製する。このハニカム焼成体に一対の電極層２と補強層３が形成されるように、外周面から径方向内方に切れ込みを設けて複数のスリット１２を形成し、そのスリット１２に充填材１３を充填する。スリット１２に充填材１３を充填したハニカム焼成体に熱処理を加え、充填材１３を固化させる。これにより、電極層２及び補強層３を有するハニカム構造体１１０が得られる。ハニカム乾燥体に複数のスリット１２を形成し、そのスリット１２に充填材１３を充填した後に、そのハニカム乾燥体を焼成し、一対の電極層２と補強層３を有するハニカム焼成体を作製してもよい。

【0045】

電極層２と補強層３とが異なる組成である場合は、ハニカム構造体１１０の製造方法として、次のハニカム乾燥体を作製する点以外は、上述と同様の方法によって製造できる。セラミックス原料を含有する電極層用形成原料および補強層用形成原料を塗布し、乾燥させて、ハニカム乾燥体の中心軸ＣＡを挟んで、外周壁１０の外面上において、セル１１ａの流路方向に帯状に延びるように未焼成電極層及び補強層を形成して、未焼成層付きハニカム乾燥体を作製する。なお、ハニカム乾燥体を作製する方法については、公知のハニカム構造体１１０の製造方法に準じて行うことができる。

【0046】

電極層兼補強層用形成原料、電極層用形成原料及び補強層用形成原料は、電極層２、補強層３の要求特性に応じて配合した原料粉（金属粉体及びガラス粉体等）に各種添加剤を適宜添加して混練することで形成することができる。金属粉体としてはステンレス等の金属粉を用いることができる。

【0047】

ハニカム構造体１１０の製造方法の変更例として、電極層兼補強層用形成原料を塗布する前に、ハニカム乾燥体を一旦焼成してもよい。すなわち、この変更例では、ハニカム乾燥体を焼成してハニカム焼成体を作製し、当該ハニカム焼成体に、電極層兼補強層用形成原料を塗布する。

【0048】

未焼成層付きハニカム乾燥体の外周面から径方向内方に切れ込みを設けて複数のスリット１２を形成する。スリット１２の形成方法は一般的なスリット１２の形成方法に準じ、切削工具等を用いて形成することができる。なお、スリット１２は、ハニカム乾燥体に形成しなくてもよく、後述のように、ハニカム乾燥体を焼成してハニカム焼成体を作製した後に、当該ハニカム焼成体にスリット１２を形成してもよい。

【0049】

ハニカム乾燥体（若しくはハニカム焼成体）のスリット内に、充填材用原料を充填し、乾燥することで充填材１３を充填する。当該充填材１３の充填方法は、ヘラによる圧入等、公知の方法で行うことができる。充填材用原料は、骨材（炭化珪素等）に、結合材（金属珪素等）、バインダ、界面活性剤、造孔材、水等を添加して調製する。充填材用原料に用いる造孔材としては、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、骨材及び結合材の合計質量を１００質量部としたときに、０．１～２０質量部であることが好ましく、より好ましくは１～１５質量部である。造孔材の平均粒子径は、３～１５０μｍであることが好ましい。充填材１３を加熱する方法としては、４００～７００℃で、１０～６０分加熱することが好ましい。当該加熱（熱処理）は、充填材１３の化学結合強化のために実施する。加熱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。

【0050】

未焼成層付きハニカム乾燥体を焼成してハニカム焼成体を作製する際の焼成条件としては、不活性ガス雰囲気下または大気雰囲気下、大気圧以下、焼成温度１１５０～１３５０℃、焼成時間０．１～５０時間とすることができる。なお、焼成雰囲気は、例えば、不活性ガス雰囲気、焼成時圧力は、常圧等とすることができる。ハニカム構造部１の電気抵抗を低下させるためには、酸化防止の観点から残存酸素を低減することが好ましく、焼成時の雰囲気内を１．０×１０^-4Ｐａ以上の高真空にした後に不活性ガスをパージして焼成することが好ましい。不活性ガス雰囲気としては、Ｎ₂ガス雰囲気、ヘリウムガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気等が挙げられる。焼成を行う前に、未焼成ハニカム構造体を乾燥してもよい。また、焼成の前に、バインダ等を除去するため、脱脂を行ってもよい。

【0051】

電極層２と補強層３の材質が同じである場合、ハニカム構造部１の体積抵抗率（Ｒ１）に対する補強層３の体積抵抗率（Ｒ２）の比率（Ｒ２／Ｒ１）が０．０００１以上かつ１以下であることが好ましい。比率（Ｒ２／Ｒ１）が０．０００１以上であることで、ハニカム構造部１の外周部に電流が偏ることを抑えることができ、ハニカム構造部１の全体をより均一に加熱できる。具体的には、後述の実施例にて詳述するが、電極層２の端部位置２ｅにおけるハニカム構造部１の温度と、電極層２の直下位置２ｕにおけるハニカム構造部１の温度との偏りを抑制することができる。比率（Ｒ２／Ｒ１）が１以下であることで、ハニカム構造部１の外周部にも電流を広く流すことができる。比率（Ｒ２／Ｒ１）は、ハニカム構造部１及び補強層３の材質及び／又は厚みを変更することで調整できる。上述のように、補強層３の材質は電極層２の材質と異なっていてもよく、この場合は、上記比率（Ｒ２／Ｒ１）は１を超えていてもよく、例えば、５０００以下であってもよく、１０００以下であってもよい。

【0052】

図示の態様のように、ハニカム構造部１の周方向１Ｃに関して電極層２が設けられている領域２Ａにおけるスリット１２の本数に比べて、補強層３が設けられている領域３Ａにおけるスリット１２の本数を多くすることができる。図示の態様では、電極層２が設けられている領域２Ａにおけるスリット１２の本数は２であり、補強層３が設けられている領域３Ａにおけるスリット１２の本数は６である。電極層２と補強層３との間に設けられたスリット１２は、領域２Ａ，領域３Ａのスリット１２としてカウントしなくてよい。補強層３が設けられている領域３Ａには、電極層２が設けられている領域２Ａに比べてスリット１２が密に設けられていると理解してもよい。領域３Ａにおけるスリット１２の本数を多くすることで、補強層３が設けられている領域３Ａの電気抵抗を高くできる。これにより、ハニカム構造部１の外周部に電流が偏ることを抑えることができ、ハニカム構造部１の全体をより均一に加熱できる。領域３Ａのスリット１２の本数を多くすることは、電極層２及び補強層３を同じ材質で構成する場合（材質により補強層３の電気抵抗率を調整しづらい場合）に特に有用である。

【0053】

次に、図３は、図１の電気加熱式担体１００を含む排ガス処理装置３００を示す説明図である。図３に示すように、本発明の実施形態に係る電気加熱式担体１００は、排ガス処理装置３００に用いることができる。当該排ガス処理装置３００は、電気加熱式担体１００と、電気加熱式担体１００のハニカム構造体１１０を保持する金属製の缶体３１０とを有する。缶体３１０には、電極端子１２０に接続されたワイヤー３２０を缶体３１０の外部に引き出すための開口部が設けられ得る。排ガス処理装置３００において、電気加熱式担体１００は、エンジンからの排気ガスを流すための排気ガス流路の途中に設置され得る。

【0054】

本実施の形態のようなハニカム構造体１１０では、スリット１２により一対の電極層２と電気的に分離されている補強層３が、ハニカム構造部１の周方向１Ｃで一対の電極層２の間に位置するように外周壁１０の外面上に設けられている。これにより、少なくとも補強層３が設けられている位置においてハニカム構造体１１０が補強されており、軸方向に延びる縦クラックの発生を抑えることができる。

【0055】

また、外周壁１０の外周全面は、複数のスリット１２の位置を除いて電極層２及び補強層３により覆われているので、軸方向に延びる縦クラックの発生を抑えることができる。また、ハニカム構造体１１０の外面形状をより平滑にでき、ハニカム構造体１１０を金属製の缶体３１０によりキャニングする際に、より緊密にキャニングできるようにすることができる。

【0056】

また、電極層２及び補強層３は同じ材料により構成されているので、ハニカム構造体１１０の製造時に電極層２及び補強層３をまとめて形成でき、製造工程をより簡易することができる。また、電極層２及び補強層３の熱膨張を合わせることができ、それらの膨張差によるひずみの発生を緩和でき、ハニカム構造体１１０の外周クラックの発生をより抑えられることができる。

【0057】

また、ハニカム構造部１の体積抵抗率（Ｒ１）に対する補強層の体積抵抗率（Ｒ２）の比率（Ｒ２／Ｒ１）が０．０００１以上かつ１以下であるので、ハニカム構造部１の全体をより均一に加熱できる。

【0058】

また、ハニカム構造部１の周方向１Ｃに関して電極層２が設けられている領域２Ａにおけるスリット１２の本数に比べて、補強層３が設けられている領域３Ａにおけるスリット１２の本数が多いので、ハニカム構造部１の外周部に電流が偏ることを抑えることができ、ハニカム構造部１の全体をより均一に加熱できる。

【実施例0059】

本発明者らは、以下の表１に示す複数のハニカム構造体１１０（供試体）を作成し、それらに対して通電性能試験及び冷熱性能試験を行った。表１において供試体Ｎｏ．３－１２として示すハニカム構造体１１０は、実施の形態にて説明したように補強層３が設けられた実施例である。具体的には、供試体Ｎｏ．３－１２は、複数のスリット１２の位置を除いて電極層２及び補強層３により外周壁１０の外周全面を覆ったものである。供試体Ｎｏ．３－１２のそれぞれにおいて、電極層２及び補強層３の材質及び／又は厚み等を変更している。より具体的には、供試体Ｎｏ．３に対して、供試体Ｎｏ．４，８，９，１１は体積抵抗率の比率（Ｒ２／Ｒ１）が主に変更されており、供試体Ｎｏ．６，７は補強層３が設けられている領域３Ａのスリット本数が主に変更されており、供試体Ｎｏ．５，９，１２は電極層２及び補強層３の厚みが主に変更されている。供試体Ｎｏ．３－９では電極層２及び補強層３を同じ材質により構成しているが、供試体Ｎｏ．１０では電極層２及び補強層３を異なる材質により構成している。より具体的には、供試体Ｎｏ．１０の補強層３は絶縁体により構成されている。

【0060】

これに対して、供試体Ｎｏ．１，２として示すハニカム構造体１１０は、補強層３を有しない比較例である。供試体Ｎｏ．１は供試体Ｎｏ．３－８，１０，１１と同様に電極層２を比較的薄く形成しており、供試体Ｎｏ．２は供試体Ｎｏ．９，１２と同様に電極層２を比較的厚く形成している。なお、表中の基材部は、ハニカム構造部１を指す。各部の体積抵抗率も表１に示している。

【0061】

【表1】

【0062】

通電性能試験は以下の条件の下で行った。すなわち、ハニカム構造体１１０に２００Ｖ～４００Ｖの電圧を印加した。そして、その際のハニカム構造体１１０の電極層２の端部位置２ｅ（図１参照）及び電極層２の直下位置２ｕ（図１参照）の温度（通電時に最大温度を示す２点の温度）を測定し、ハニカム構造体１１０の発熱偏りを評価した。基材部の平均温度が約５００℃となるとき、最大温度（電極層２の端部位置２ｅの温度）が１０００℃以下であることが望ましい。なお、電極層２の直下位置２ｕについては、電極端子保護観点で８００℃以下であることがより望ましい。

【0063】

冷熱性能試験（耐熱衝撃性試験）は、供試体を収納する金属ケースと、当該金属ケース内に加熱ガスを供給することができるプロパンガスバーナーと、を備えたプロパンガスバーナー試験機を用いて実施した。上記加熱ガスは、ガスバーナー（プロパンガスバーナー）でプロパンガスを燃焼させることにより発生する燃焼ガスとした。そして、上記加熱冷却試験によって、供試体にクラックが発生するか否かを確認することにより、耐熱衝撃性を評価した。

【0064】

具体的には、まず、プロパンガスバーナー試験機の金属ケースに、得られた供試体を収納（キャニング）した。そして、金属ケース内に、プロパンガスバーナーにより加熱されたガス（燃焼ガス）を供給し、ハニカム構造体１１０内を通過するようにした。

【0065】

金属ケースに流入する加熱ガスの温度条件（入口ガス温度条件）を以下のようにした。まず、５分で指定温度まで昇温し、指定温度で１０分間保持し、その後、５分で１００℃まで冷却し、１００℃で１０分間保持した。このような昇温、冷却、保持の一連の操作を「昇温、冷却操作」と称する。その後、供試体のクラックを確認した。そして、指定温度を８２５℃から２５℃ずつ上昇させながら上記「昇温、冷却操作」を繰り返した。指定温度は、８２５℃から２５℃ずつ、１４段階設定した。つまり、上記「昇温、冷却操作」は、指定温度が１１５０℃になるまで行った。指定温度が高くなると昇温峻度が大きくなり、中心部に対して外周部の昇温が遅れることにより、中心部と外周部の温度差が拡大し、発生応力が大きくなる。表１において、「冷熱加熱条件（℃）」の欄は、冷熱性能試験（耐熱衝撃性試験）において、ハニカム構造体１１０にクラックが発生したときの指定温度を示している。

【0066】

表１に示すように、供試体Ｎｏ．１（比較例）では、冷熱加熱条件が８５０℃と低かった。これに対して、供試体Ｎｏ．１と同様に電極層２を比較的薄く形成している供試体Ｎｏ．３～８，１０，１１では、冷熱加熱条件が９５０℃以上であった。このことから、電極層２に加えて補強層３を外周壁１０の外面上に設けることで、軸方向に延びる縦クラックの発生を抑えることができることが確認された。また、電極層２を比較的厚く形成している供試体Ｎｏ．２と供試体Ｎｏ．９，１２との対比においても、補強層３を設けることにより、冷熱加熱評価が改善することが示されている。

【0067】

また、供試体Ｎｏ．８と供試体Ｎｏ．１１との対比、及び供試体Ｎｏ．９と供試体Ｎｏ．１２との対比から分かるように、ハニカム構造部１の体積抵抗率（Ｒ１）に対する補強層３の体積抵抗率（Ｒ２）の比率（Ｒ２／Ｒ１）が０．０００１以上かつ１以下であることで、ハニカム構造部１の全体をより均一に加熱できることが確認された。また、供試体Ｎｏ．３と供試体Ｎｏ．６，７とを対比することで分かるように、電極層２が設けられている領域２Ａのスリット１２の本数よりも、補強層３が設けられている領域３Ａのスリット１２の本数を多くすることで、通電発熱分布において、発熱偏りが抑制されることが確認された。

【符号の説明】

【0068】

１ ：ハニカム構造部
１０ ：外周壁
１１ ：隔壁
１１ａ ：セル
１２ ：スリット
１３ ：充填材
２ ：電極層
３ ：補強層
１００ ：電気加熱式担体
１１０ ：ハニカム構造体
１２０ ：電極端子
３００ ：排ガス処理装置
３１０ ：缶体

【図1】

【図2】

【図3】