JP2002191985A - コージェライトハニカム構造体 - Google Patents
コージェライトハニカム構造体Info
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Landscapes
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 セル壁厚の薄いコージェライトハニカム構造
体であっても、使用に耐えうる十分な強度を維持しつつ
高い気孔率を有した、ハニカム構造触媒担体として使用
するために好適なコージェライトハニカム構造体を提供
する。 【解決手段】 結晶相の主成分がコージェライトで、直
径０．１μｍ以下の細孔の細孔容積が全細孔容積の５０
％以下とする。この時、直径０．５〜５μｍの細孔の細
孔容積が全細孔容積の３０％以上で、直径１０μｍ以上
の細孔の細孔容積が全細孔容積の３０％以下、気孔率P
（％）とＡ軸圧縮強度σ（MPａ）の関係がP（％）×σ
（ＭＰａ）≧５００であることを特徴とするコージェラ
イトハニカム構造体を構成する。
体であっても、使用に耐えうる十分な強度を維持しつつ
高い気孔率を有した、ハニカム構造触媒担体として使用
するために好適なコージェライトハニカム構造体を提供
する。 【解決手段】 結晶相の主成分がコージェライトで、直
径０．１μｍ以下の細孔の細孔容積が全細孔容積の５０
％以下とする。この時、直径０．５〜５μｍの細孔の細
孔容積が全細孔容積の３０％以上で、直径１０μｍ以上
の細孔の細孔容積が全細孔容積の３０％以下、気孔率P
（％）とＡ軸圧縮強度σ（MPａ）の関係がP（％）×σ
（ＭＰａ）≧５００であることを特徴とするコージェラ
イトハニカム構造体を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はコージェライトハニ
カム構造に関し、触媒を担持する担体として使用される
コージェライトハニカム構造体、特にセル壁厚の薄いコ
ージェライトハニカム構造体に関する。
カム構造に関し、触媒を担持する担体として使用される
コージェライトハニカム構造体、特にセル壁厚の薄いコ
ージェライトハニカム構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近の排ガス規制強化による排出ガス総
量低減の要請に伴い、コージェライトハニカム構造体に
は従来以上に卓越した排ガス浄化性能の実現が期待され
ている。特に、エンジンをスタートしたばかりの状態で
あるコールドスタート時では触媒がまだ暖まっていない
ために活性化しておらず、浄化効率が著しく低い。この
ため、コールドスタート時における触媒の早期活性化が
排ガス規制をクリアーするための最重要課題とされてい
る。このような観点から、最近では、コージェライトハ
ニカム構造体の熱容量を極力低下させるためにセル壁厚
を薄く形成した薄壁コージェライトハニカム構造体が採
用されている。このとき、セル壁を薄くしたことによる
ハニカム構造体の熱容量低下の効果が損なわれないよう
にするためにはハニカム構造体の気孔率は高いことが望
ましいが、十分な気孔率を有したままでセル壁厚を薄く
してしまうとハニカム構造体の強度が著しく低下してし
まうことから、気孔率を低下させて緻密化を行うことで
材料強度を向上させなければならなかった。
量低減の要請に伴い、コージェライトハニカム構造体に
は従来以上に卓越した排ガス浄化性能の実現が期待され
ている。特に、エンジンをスタートしたばかりの状態で
あるコールドスタート時では触媒がまだ暖まっていない
ために活性化しておらず、浄化効率が著しく低い。この
ため、コールドスタート時における触媒の早期活性化が
排ガス規制をクリアーするための最重要課題とされてい
る。このような観点から、最近では、コージェライトハ
ニカム構造体の熱容量を極力低下させるためにセル壁厚
を薄く形成した薄壁コージェライトハニカム構造体が採
用されている。このとき、セル壁を薄くしたことによる
ハニカム構造体の熱容量低下の効果が損なわれないよう
にするためにはハニカム構造体の気孔率は高いことが望
ましいが、十分な気孔率を有したままでセル壁厚を薄く
してしまうとハニカム構造体の強度が著しく低下してし
まうことから、気孔率を低下させて緻密化を行うことで
材料強度を向上させなければならなかった。
【０００３】ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ９６０５５７によれ
ば、気孔率が３５％でコージェライトハニカム構造体の
セル構造が６２セル／ｃｍ２（４００セル／ｉｎｃ
ｈ２）の場合において、セル壁厚を０．１５ｍｍから
０．１０ｍｍへ減少するとＡ軸圧縮強度が２２％低下す
ることから、セル壁厚が０．１０ｍｍの場合において
０．１５ｍｍの場合と同程度のＡ軸圧縮強度２ＭＰａへ
改良するために、材料の気孔率を３５％から２８％へ低
下させて緻密化を行っていた。ここでA軸圧縮強度と
は、ハニカム構造体の流路方向断面に対して圧縮荷重を
負荷したときの単位面積当りの破壊強度であり、社団法
人自動車技術会発行の自動車規格であるＪＡＳＯ規格Ｍ
５０５−８７に規定されている。A軸圧縮強度は、測定
方向がハニカム構造による形状の影響を受けにくいた
め、材料強度の指標となっている。
ば、気孔率が３５％でコージェライトハニカム構造体の
セル構造が６２セル／ｃｍ２（４００セル／ｉｎｃ
ｈ２）の場合において、セル壁厚を０．１５ｍｍから
０．１０ｍｍへ減少するとＡ軸圧縮強度が２２％低下す
ることから、セル壁厚が０．１０ｍｍの場合において
０．１５ｍｍの場合と同程度のＡ軸圧縮強度２ＭＰａへ
改良するために、材料の気孔率を３５％から２８％へ低
下させて緻密化を行っていた。ここでA軸圧縮強度と
は、ハニカム構造体の流路方向断面に対して圧縮荷重を
負荷したときの単位面積当りの破壊強度であり、社団法
人自動車技術会発行の自動車規格であるＪＡＳＯ規格Ｍ
５０５−８７に規定されている。A軸圧縮強度は、測定
方向がハニカム構造による形状の影響を受けにくいた
め、材料強度の指標となっている。
【０００４】また、特公平４−７００５３号公報によれ
ば、セル構造が９３セル／ｃｍ２（９００セル／ｉｎｃ
ｈ２）の場合において、セル壁厚が０．１０２ｍｍの薄
壁でしかも強度特性を満足できる低気孔率レベルを有し
た極めて低熱膨張のコージェライト質ハニカム構造触媒
担体が開示されている。本特許公報では、壁厚の薄いセ
ルでも高い強度を確保するために、材料の気孔率を３０
％以下としていた。
ば、セル構造が９３セル／ｃｍ２（９００セル／ｉｎｃ
ｈ２）の場合において、セル壁厚が０．１０２ｍｍの薄
壁でしかも強度特性を満足できる低気孔率レベルを有し
た極めて低熱膨張のコージェライト質ハニカム構造触媒
担体が開示されている。本特許公報では、壁厚の薄いセ
ルでも高い強度を確保するために、材料の気孔率を３０
％以下としていた。
【０００５】一方、特公平７−２９０５９号公報によれ
ば、セル壁厚が０．１５ｍｍでセル構造が６２セル／ｃ
ｍ２（４００セル／ｉｎｃｈ２）の場合において、触媒
担持性と耐熱衝撃性に優れたコージェライトハニカム構
造体が開示されている。本特許公報では、気孔率が３０
％を超え４２％以下の範囲において、良好な触媒担持性
を得るために直径０．５〜５μｍの細孔の細孔容積を全
細孔容積の７０％以上とし、担持後の耐熱衝撃強度を確
保するために直径１０μｍ以上の細孔の総細孔容積を全
細孔容積の１０％以下としていた。
ば、セル壁厚が０．１５ｍｍでセル構造が６２セル／ｃ
ｍ２（４００セル／ｉｎｃｈ２）の場合において、触媒
担持性と耐熱衝撃性に優れたコージェライトハニカム構
造体が開示されている。本特許公報では、気孔率が３０
％を超え４２％以下の範囲において、良好な触媒担持性
を得るために直径０．５〜５μｍの細孔の細孔容積を全
細孔容積の７０％以上とし、担持後の耐熱衝撃強度を確
保するために直径１０μｍ以上の細孔の総細孔容積を全
細孔容積の１０％以下としていた。
【０００６】更に、特公平５−５８７７３号公報によれ
ば、セル壁厚が０．１５２ｍｍでセル構造が６２セル／
ｃｍ２（４００セル／ｉｎｃｈ２）の場合において、耐
熱衝撃性に優れたコージェライトハニカム構造触媒担体
が開示されている。本特許公報では、気孔率が３０％を
超え４２％以下の範囲において、触媒担持性を劣化させ
ないために直径０．５〜５μｍの細孔の細孔容積を全細
孔容積の４０％以上とし、触媒担持性と担持後の耐熱衝
撃強度を確保するために直径１０μｍ以上の細孔の総細
孔容積を全細孔容積の３０％以下としていた。
ば、セル壁厚が０．１５２ｍｍでセル構造が６２セル／
ｃｍ２（４００セル／ｉｎｃｈ２）の場合において、耐
熱衝撃性に優れたコージェライトハニカム構造触媒担体
が開示されている。本特許公報では、気孔率が３０％を
超え４２％以下の範囲において、触媒担持性を劣化させ
ないために直径０．５〜５μｍの細孔の細孔容積を全細
孔容積の４０％以上とし、触媒担持性と担持後の耐熱衝
撃強度を確保するために直径１０μｍ以上の細孔の総細
孔容積を全細孔容積の３０％以下としていた。
【０００７】以上述べたように、従来技術によれば、コ
ージェライトハニカム構造体の機械的強度を確保するた
めに気孔率を低下し、触媒担持性と耐熱衝撃強度を確保
するために気孔率と細孔分布を調整していた。
ージェライトハニカム構造体の機械的強度を確保するた
めに気孔率を低下し、触媒担持性と耐熱衝撃強度を確保
するために気孔率と細孔分布を調整していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術にお
いて、ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ９６０５５７に記載の気孔率
と圧縮強度との関係を示した図８、及び特公平７−２９
０５９号公報に記載の気孔率と圧縮強度との関係を示し
た図３によれば、気孔率が高いほど圧縮強度は低いとい
う一義的な関係でのみ強度が決まっていた。このため、
ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ９６０５５７では高い強度レベルを
確保するためには気孔率を低下させなければならず、特
公平７−２９０５９号公報については高気孔率化により
強度レベルが低下するといった問題があった。
いて、ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ９６０５５７に記載の気孔率
と圧縮強度との関係を示した図８、及び特公平７−２９
０５９号公報に記載の気孔率と圧縮強度との関係を示し
た図３によれば、気孔率が高いほど圧縮強度は低いとい
う一義的な関係でのみ強度が決まっていた。このため、
ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ９６０５５７では高い強度レベルを
確保するためには気孔率を低下させなければならず、特
公平７−２９０５９号公報については高気孔率化により
強度レベルが低下するといった問題があった。
【０００９】また、特公平４−７００５３号公報につい
ては、セル壁厚が０．１０２ｍｍの薄壁でも十分に高い
強度レベルを確保するために担体材料の気孔率を３０％
以下と規定していたことから、セル壁厚を薄くしたこと
によるハニカム構造体の熱容量低下の効果が損なわれて
しまうためにハニカム構造体の速熱性が低下するといっ
た問題があった。
ては、セル壁厚が０．１０２ｍｍの薄壁でも十分に高い
強度レベルを確保するために担体材料の気孔率を３０％
以下と規定していたことから、セル壁厚を薄くしたこと
によるハニカム構造体の熱容量低下の効果が損なわれて
しまうためにハニカム構造体の速熱性が低下するといっ
た問題があった。
【００１０】更に、特公平５−５８７７３号公報の実施
例に示されている耐熱衝撃強度についても気孔率に対し
て一義的な関係で決まっており、高気孔率であるほど強
度レベルが低いといった問題があった。
例に示されている耐熱衝撃強度についても気孔率に対し
て一義的な関係で決まっており、高気孔率であるほど強
度レベルが低いといった問題があった。
【００１１】すなわち上記の従来技術によれば、高い気
孔率を有したセル壁厚が０．１５ｍｍ以上のセラミック
ハニカム構造触媒担体に対し、セル壁厚を０．１５ｍｍ
未満へ薄くしたいわゆる薄壁セラミックハニカム構造触
媒担体においては、高気孔率で使用に耐えうる十分な強
度を持つハニカム構造体を得ることができないという問
題があった。
孔率を有したセル壁厚が０．１５ｍｍ以上のセラミック
ハニカム構造触媒担体に対し、セル壁厚を０．１５ｍｍ
未満へ薄くしたいわゆる薄壁セラミックハニカム構造触
媒担体においては、高気孔率で使用に耐えうる十分な強
度を持つハニカム構造体を得ることができないという問
題があった。
【００１２】本発明の目的は、上述した不具合を解消し
て、セル壁厚の薄いコージェライトハニカム構造体であ
っても、使用に耐えうる十分な強度を維持しつつ高い気
孔率を有した、ハニカム構造触媒担体として使用するた
めに好適なコージェライトハニカム構造体を提供するも
のである。
て、セル壁厚の薄いコージェライトハニカム構造体であ
っても、使用に耐えうる十分な強度を維持しつつ高い気
孔率を有した、ハニカム構造触媒担体として使用するた
めに好適なコージェライトハニカム構造体を提供するも
のである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明者らが鋭意検討した結果、ある大きさよりも
小さい径の細孔の細孔容積を増やすことにより、強度の
低下を伴わずに、コージェライトハニカム構造体の気孔
率を向上できることを見出し本発明に想到した。
め、本発明者らが鋭意検討した結果、ある大きさよりも
小さい径の細孔の細孔容積を増やすことにより、強度の
低下を伴わずに、コージェライトハニカム構造体の気孔
率を向上できることを見出し本発明に想到した。
【００１４】すなわち、本発明のコージェライトハニカ
ム構造体は、結晶相の主成分がコージェライトであっ
て、直径０．１μｍ以下の細孔の細孔容積が全細孔容積
の５０％以下であることを特徴とする。ここで、全細孔
容積とは測定可能な最小細孔径以上の大きさの細孔に対
応した累積細孔容積を指す。なお、前記コージェライト
ハニカム構造体の直径０．１μｍ以下の細孔の細孔容積
は全細孔容積の３０％以下であることが望ましい。この
時、直径０．５〜５μｍの細孔の細孔容積が全細孔容積
の３０％以上で、直径１０μｍ以上の細孔の細孔容積が
全細孔容積の３０％以下であることが望ましい。そし
て、本発明のコージェライトハニカム構造体は、このよ
うな小さな径の細孔を積極的に導入することにより、気
孔率P（％）とＡ軸圧縮強度σ（MPａ）の関係がP（％）
×σ（ＭＰａ）≧５００となる高気孔率と高強度を両立
することができる。さらに細孔分布を調整することによ
り、P（％）×σ（ＭＰａ）≧１０００となる、さらに
高気孔率と高強度を両立させたコージェライトハニカム
構造体を得ることができる。更には、直径０．５〜２μ
ｍの細孔が全細孔容積の３０％以上で直径５μｍ以上の
細孔が全細孔容積の１５％以下であることが望ましく、
セル壁厚ｔが０．０３ｍｍ≦ｔ＜０．１５ｍｍであるこ
とが望ましい。
ム構造体は、結晶相の主成分がコージェライトであっ
て、直径０．１μｍ以下の細孔の細孔容積が全細孔容積
の５０％以下であることを特徴とする。ここで、全細孔
容積とは測定可能な最小細孔径以上の大きさの細孔に対
応した累積細孔容積を指す。なお、前記コージェライト
ハニカム構造体の直径０．１μｍ以下の細孔の細孔容積
は全細孔容積の３０％以下であることが望ましい。この
時、直径０．５〜５μｍの細孔の細孔容積が全細孔容積
の３０％以上で、直径１０μｍ以上の細孔の細孔容積が
全細孔容積の３０％以下であることが望ましい。そし
て、本発明のコージェライトハニカム構造体は、このよ
うな小さな径の細孔を積極的に導入することにより、気
孔率P（％）とＡ軸圧縮強度σ（MPａ）の関係がP（％）
×σ（ＭＰａ）≧５００となる高気孔率と高強度を両立
することができる。さらに細孔分布を調整することによ
り、P（％）×σ（ＭＰａ）≧１０００となる、さらに
高気孔率と高強度を両立させたコージェライトハニカム
構造体を得ることができる。更には、直径０．５〜２μ
ｍの細孔が全細孔容積の３０％以上で直径５μｍ以上の
細孔が全細孔容積の１５％以下であることが望ましく、
セル壁厚ｔが０．０３ｍｍ≦ｔ＜０．１５ｍｍであるこ
とが望ましい。
【００１５】コージェライトハニカム構造体材料の細孔
分布に関して、従来より耐熱衝撃強度との関係は指摘さ
れていたが、今回本発明者らが実験検討を行った結果、
特にある一定の細孔径領域すなわち直径０．１μｍ以下
の細孔が、強度に影響を与えることなく細孔容積を大き
くできることが明らかになった。つまり、高気孔率化す
ると強度が低下する従来の気孔率と強度の関係とは異な
り、強度を低下させることなく高気孔率化が可能となる
ことから、使用に耐えうる十分な強度を維持しつつ高い
気孔率を有したコージェライトハニカム構造体を実現で
きるようになった。
分布に関して、従来より耐熱衝撃強度との関係は指摘さ
れていたが、今回本発明者らが実験検討を行った結果、
特にある一定の細孔径領域すなわち直径０．１μｍ以下
の細孔が、強度に影響を与えることなく細孔容積を大き
くできることが明らかになった。つまり、高気孔率化す
ると強度が低下する従来の気孔率と強度の関係とは異な
り、強度を低下させることなく高気孔率化が可能となる
ことから、使用に耐えうる十分な強度を維持しつつ高い
気孔率を有したコージェライトハニカム構造体を実現で
きるようになった。
【００１６】直径０．１μｍ以下の細孔が材料強度に影
響を与えることなく細孔容積を大きくできるのは次の理
由による。触媒を担持する担体として使用される多孔質
材料を用いたコージェライトハニカム構造体の破壊は、
触媒の担持に必要な直径０．１μｍよりも十分に大きい
孔を起点に発生し、直径０．１μｍ以下の細孔は破壊の
起点となりにくい。従って、直径０．１μｍ以下の細孔
の細孔容積をある程度増加しても材料の破壊強度が低下
する要因とはならず、材料強度を下げずに細孔容積を増
加すなわち高気孔率化できるため、十分な強度と高い気
孔率の両立が可能となるのである。
響を与えることなく細孔容積を大きくできるのは次の理
由による。触媒を担持する担体として使用される多孔質
材料を用いたコージェライトハニカム構造体の破壊は、
触媒の担持に必要な直径０．１μｍよりも十分に大きい
孔を起点に発生し、直径０．１μｍ以下の細孔は破壊の
起点となりにくい。従って、直径０．１μｍ以下の細孔
の細孔容積をある程度増加しても材料の破壊強度が低下
する要因とはならず、材料強度を下げずに細孔容積を増
加すなわち高気孔率化できるため、十分な強度と高い気
孔率の両立が可能となるのである。
【００１７】以下、本発明の構成における数値限定の理
由を詳記する。直径０．１μｍ以下の細孔の細孔容積が
全細孔容積の５０％以下とした理由は、５０％より大き
いと触媒の担持に必要な直径０．１μｍよりも十分に大
きい孔が相対的に少なくなり、ハニカム壁表面に担持さ
れる触媒が侵入できないほど微細である直径０．１μｍ
以下の細孔がハニカム壁表面において大部分を占めるた
めに触媒を少量しか担持できなくなるため、触媒担体と
しての機能が発揮されなくなるからである。直径０．１
μｍ以下の細孔の細孔容積を全細孔容積の３０％以下と
した理由は、上記の直径０．１μｍ以下の細孔の細孔容
積を全細孔容積の５０％の場合と比較して触媒の担持に
必要な大きい孔が相対的に更に増加するため、ハニカム
壁表面に触媒を十分に担持でき、触媒担体としての機能
を十分に発揮できるからである。
由を詳記する。直径０．１μｍ以下の細孔の細孔容積が
全細孔容積の５０％以下とした理由は、５０％より大き
いと触媒の担持に必要な直径０．１μｍよりも十分に大
きい孔が相対的に少なくなり、ハニカム壁表面に担持さ
れる触媒が侵入できないほど微細である直径０．１μｍ
以下の細孔がハニカム壁表面において大部分を占めるた
めに触媒を少量しか担持できなくなるため、触媒担体と
しての機能が発揮されなくなるからである。直径０．１
μｍ以下の細孔の細孔容積を全細孔容積の３０％以下と
した理由は、上記の直径０．１μｍ以下の細孔の細孔容
積を全細孔容積の５０％の場合と比較して触媒の担持に
必要な大きい孔が相対的に更に増加するため、ハニカム
壁表面に触媒を十分に担持でき、触媒担体としての機能
を十分に発揮できるからである。
【００１８】直径０．５〜５μｍの細孔の細孔容積を全
細孔容積の３０％以上としたのは、活性アルミナ等の高
比表面積材料の触媒担持性に関して直径０．５〜５μｍ
の細孔が、担持性に著しく貢献することから担体への触
媒の付着性が良好となり、少ない工数でハニカム壁表面
に触媒を担持できるからである。更に、直径１０μｍ以
上の細孔の細孔容積が全細孔容積の３０％よりも大きく
なると、コージェライトハニカム構造体の破壊の起点と
なる直径０．１μｍよりも十分に大きい孔が多いために
強度レベルが極めて低くなることから、直径１０μｍ以
上の細孔の細孔容積は全細孔容積の３０％以下であるこ
とが好ましい。
細孔容積の３０％以上としたのは、活性アルミナ等の高
比表面積材料の触媒担持性に関して直径０．５〜５μｍ
の細孔が、担持性に著しく貢献することから担体への触
媒の付着性が良好となり、少ない工数でハニカム壁表面
に触媒を担持できるからである。更に、直径１０μｍ以
上の細孔の細孔容積が全細孔容積の３０％よりも大きく
なると、コージェライトハニカム構造体の破壊の起点と
なる直径０．１μｍよりも十分に大きい孔が多いために
強度レベルが極めて低くなることから、直径１０μｍ以
上の細孔の細孔容積は全細孔容積の３０％以下であるこ
とが好ましい。
【００１９】また、気孔率P（％）とＡ軸圧縮強度σ（M
Pａ）の関係をP（％）×σ（ＭＰａ）≧５００としたの
は、気孔率P（％）とＡ軸圧縮強度σ（MPａ）の関係式
P（％）×σ（ＭＰａ）が５００以上であると気孔率と
Ａ軸圧縮強度が十分に大きいため、速熱性に好適な高強
度コージェライトハニカム構造体を得られるからであ
る。上記の気孔率P（％）とＡ軸圧縮強度σ（MPａ）の
関係式 P（％）×σ（ＭＰａ）が１０００以上であれば
更に気孔率とＡ軸圧縮強度が大きくなるため、より速熱
性と強度が好適なコージェライトハニカム構造体を得る
ことができる。更に、直径０．５〜２μｍの細孔の細孔
容積を全細孔容積の３０％以上としたのは、コージェラ
イトハニカム構造体が触媒担体としての機能を発揮する
のに必要な触媒担持量を少なくとも確保できるからであ
る。そして、直径５μｍ以上の細孔の細孔容積を全細孔
容積の１５％以下とした理由は、１５％以下であると、
直径１０μｍ以上の細孔の細孔容積が全細孔容積の３０
％以下の場合と比較して更に破壊の起点となる孔の径が
小さくなるため、材料の機械的強度が高くなるからであ
る。細孔分布の調整により材料の機械的強度が向上する
効果を明確に得るためには、セル壁厚ｔが、０．０３ｍ
ｍ≦ｔ＜０．１５ｍｍであることが望ましい。
Pａ）の関係をP（％）×σ（ＭＰａ）≧５００としたの
は、気孔率P（％）とＡ軸圧縮強度σ（MPａ）の関係式
P（％）×σ（ＭＰａ）が５００以上であると気孔率と
Ａ軸圧縮強度が十分に大きいため、速熱性に好適な高強
度コージェライトハニカム構造体を得られるからであ
る。上記の気孔率P（％）とＡ軸圧縮強度σ（MPａ）の
関係式 P（％）×σ（ＭＰａ）が１０００以上であれば
更に気孔率とＡ軸圧縮強度が大きくなるため、より速熱
性と強度が好適なコージェライトハニカム構造体を得る
ことができる。更に、直径０．５〜２μｍの細孔の細孔
容積を全細孔容積の３０％以上としたのは、コージェラ
イトハニカム構造体が触媒担体としての機能を発揮する
のに必要な触媒担持量を少なくとも確保できるからであ
る。そして、直径５μｍ以上の細孔の細孔容積を全細孔
容積の１５％以下とした理由は、１５％以下であると、
直径１０μｍ以上の細孔の細孔容積が全細孔容積の３０
％以下の場合と比較して更に破壊の起点となる孔の径が
小さくなるため、材料の機械的強度が高くなるからであ
る。細孔分布の調整により材料の機械的強度が向上する
効果を明確に得るためには、セル壁厚ｔが、０．０３ｍ
ｍ≦ｔ＜０．１５ｍｍであることが望ましい。
【００２０】なお、本発明で直径０．１μｍ以下の細孔
が得られる理由は、カオリン、タルク、シリカ源、アル
ミナ源を出発原料とするコージェライト化反応過程にお
いて造孔作用のあるシリカ源原料及びまたはアルミナ源
原料として、平均粒子径が０．０１〜０．１μｍの微細
なシリカゾル及びまたはアルミナゾルを一定量加えて用
いることにより、約１２００〜約１３００℃の焼成途中
段階においてシリカ源及びまたはアルミナ源の平均粒径
に対応した大きさの孔が生成されるからである。また、
直径０．１μｍ以下の細孔が材料強度に影響を与えない
ように、コージェライトハニカム構造体中で十分に分散
した微構造をとるためには、これらゾルを加えたセラミ
ック原料をボールミル等により均一混合し、ゾルを構成
する固体分散粒子をセラミック原料中に十分に分散させ
ることが望ましい。
が得られる理由は、カオリン、タルク、シリカ源、アル
ミナ源を出発原料とするコージェライト化反応過程にお
いて造孔作用のあるシリカ源原料及びまたはアルミナ源
原料として、平均粒子径が０．０１〜０．１μｍの微細
なシリカゾル及びまたはアルミナゾルを一定量加えて用
いることにより、約１２００〜約１３００℃の焼成途中
段階においてシリカ源及びまたはアルミナ源の平均粒径
に対応した大きさの孔が生成されるからである。また、
直径０．１μｍ以下の細孔が材料強度に影響を与えない
ように、コージェライトハニカム構造体中で十分に分散
した微構造をとるためには、これらゾルを加えたセラミ
ック原料をボールミル等により均一混合し、ゾルを構成
する固体分散粒子をセラミック原料中に十分に分散させ
ることが望ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実際の実施例を説
明する。 （実施例）本実施例で使用したセラミック原料であるカ
オリン、仮焼カオリン、タルク、アルミナ源原料、シリ
カ源原料の化学組成及び平均粒径を表１に示す。特に平
均粒径については、カオリンが１〜５μｍ、仮焼カオリ
ンが１〜５μｍ、タルクが１〜１０μｍ、アルミナ源と
してはアルミナゾル０．０１〜０．１μｍ、α-アルミ
ナ０．１〜１０μｍ、シリカ源としてはシリカゾル０．
０１〜０．１μｍ、アモルファスシリカ０．１〜１０μ
ｍを用意した。これらのセラミック原料をコージェライ
ト組成となるよう調合し、成形助剤としてメチルセルロ
ース等を添加し、水を加えて混練することにより、押出
し成形可能な杯土とした。次いでそれぞれのバッチの杯
土を押出成形することによりハニカム構造成形体を得
た。ハニカム構造成形体を乾燥した後、１４２５℃で焼
成を行い、セル壁厚０．１０ｍｍ、１平方センチ当りの
セル数６２個の四角セル形状を有する直径１０５ｍｍ、
長さ１００ｍｍの試験Ｎｏ．１、２、４、１０、１２〜
１６、１８のコージェライトハニカム構造体、及びセル
壁厚０．０３ｍｍ、１平方センチ当りのセル数１４０個
の四角セル形状を有する直径１０５ｍｍ、長さ１００ｍ
ｍの試験Ｎｏ．３、５〜９、１１、１７のコージェライ
トハニカム構造体を得た。
明する。 （実施例）本実施例で使用したセラミック原料であるカ
オリン、仮焼カオリン、タルク、アルミナ源原料、シリ
カ源原料の化学組成及び平均粒径を表１に示す。特に平
均粒径については、カオリンが１〜５μｍ、仮焼カオリ
ンが１〜５μｍ、タルクが１〜１０μｍ、アルミナ源と
してはアルミナゾル０．０１〜０．１μｍ、α-アルミ
ナ０．１〜１０μｍ、シリカ源としてはシリカゾル０．
０１〜０．１μｍ、アモルファスシリカ０．１〜１０μ
ｍを用意した。これらのセラミック原料をコージェライ
ト組成となるよう調合し、成形助剤としてメチルセルロ
ース等を添加し、水を加えて混練することにより、押出
し成形可能な杯土とした。次いでそれぞれのバッチの杯
土を押出成形することによりハニカム構造成形体を得
た。ハニカム構造成形体を乾燥した後、１４２５℃で焼
成を行い、セル壁厚０．１０ｍｍ、１平方センチ当りの
セル数６２個の四角セル形状を有する直径１０５ｍｍ、
長さ１００ｍｍの試験Ｎｏ．１、２、４、１０、１２〜
１６、１８のコージェライトハニカム構造体、及びセル
壁厚０．０３ｍｍ、１平方センチ当りのセル数１４０個
の四角セル形状を有する直径１０５ｍｍ、長さ１００ｍ
ｍの試験Ｎｏ．３、５〜９、１１、１７のコージェライ
トハニカム構造体を得た。
【００２２】
【表１】
【００２３】次に、得られたコージェライトハニカム構
造体について細孔分布測定、触媒担持性評価、及びＡ軸
圧縮強度測定を行なった。これらの結果を表２に示す。
細孔分布については、直径０．００３〜３３０μｍの細
孔と細孔容積を水銀圧入法により測定し、全細孔容積、
気孔率、直径０．１μｍ以下の細孔の細孔容積及びその
全細孔容積に占める割合、直径０．５〜５μｍの細孔の
細孔容積及びその全細孔容積に占める割合、直径１０μ
ｍ以上の細孔の細孔容積及びその全細孔容積に占める割
合、直径０．５〜２μｍの細孔の細孔容積及びその全細
孔容積に占める割合、直径５μｍ以上の細孔の細孔容積
及びその全細孔容積に占める割合を評価した。触媒担持
性評価では、高比表面積材料のスラリーを担持した前後
の質量比から触媒担持量を求めた。コーティング用スラ
リーは、高比表面積材料である平均粒径９μｍのγ―ア
ルミナ９５％、アルミナゾル５％、及びｐＨ調整剤を調
合した固形分３０％のスラリーを用いた。スラリーのコ
ーティングは次の手順で行った。まずコーティング用ス
ラリーをコージェライト質セラミックハニカム構造体に
３分間含浸し、剰余分のコーティングスラリーをエアー
除去した。スラリー含浸とエアー除去の工程を３回繰返
した後、乾燥後７００℃で焼き付けし、触媒担持を行っ
た。そして、触媒の担持性評価は、触媒担持量が質量％
で２０％未満を×不可、２０％以上を○良、として表２
中に記した。また、気孔率ＰとＡ軸圧縮強度σとの積が
５００未満を×不可、５００以上１０００未満を○良、
１０００以上を◎最良として表２中に記した。
造体について細孔分布測定、触媒担持性評価、及びＡ軸
圧縮強度測定を行なった。これらの結果を表２に示す。
細孔分布については、直径０．００３〜３３０μｍの細
孔と細孔容積を水銀圧入法により測定し、全細孔容積、
気孔率、直径０．１μｍ以下の細孔の細孔容積及びその
全細孔容積に占める割合、直径０．５〜５μｍの細孔の
細孔容積及びその全細孔容積に占める割合、直径１０μ
ｍ以上の細孔の細孔容積及びその全細孔容積に占める割
合、直径０．５〜２μｍの細孔の細孔容積及びその全細
孔容積に占める割合、直径５μｍ以上の細孔の細孔容積
及びその全細孔容積に占める割合を評価した。触媒担持
性評価では、高比表面積材料のスラリーを担持した前後
の質量比から触媒担持量を求めた。コーティング用スラ
リーは、高比表面積材料である平均粒径９μｍのγ―ア
ルミナ９５％、アルミナゾル５％、及びｐＨ調整剤を調
合した固形分３０％のスラリーを用いた。スラリーのコ
ーティングは次の手順で行った。まずコーティング用ス
ラリーをコージェライト質セラミックハニカム構造体に
３分間含浸し、剰余分のコーティングスラリーをエアー
除去した。スラリー含浸とエアー除去の工程を３回繰返
した後、乾燥後７００℃で焼き付けし、触媒担持を行っ
た。そして、触媒の担持性評価は、触媒担持量が質量％
で２０％未満を×不可、２０％以上を○良、として表２
中に記した。また、気孔率ＰとＡ軸圧縮強度σとの積が
５００未満を×不可、５００以上１０００未満を○良、
１０００以上を◎最良として表２中に記した。
【００２４】直径０．１μｍ以下の細孔の細孔容積の全
細孔容積に占める割合が本発明の規定内である本発明例
では、本発明規定外の細孔容積分布を有する比較例と比
べて、直径０．１μｍ以下の細孔の細孔容積を材料強度
に影響を与えることなく大きくできるし、触媒の担持性
についても問題なく、触媒担持用として使用できる。し
かし、直径０．１μｍ以下の細孔の容積が本発明規定よ
りも多い場合には、特に強度と気孔率は確保できるが、
触媒の担持性に問題がある。更に、直径０．５〜５μｍ
の細孔の細孔容積が全細孔容積の３０％以上であれば少
なくとも触媒担持量は十分であり、直径１０μｍ以上の
細孔の細孔容積が全細孔容積の３０％以下であれば、直
径０．１μｍ以下の細孔の細孔容積を増加しても強度は
低下しない。そして、直径０．５〜２μｍの細孔の細孔
容積が全細孔容積の３０％以上で直径５μｍ以上の細孔
の細孔容積が全細孔容積の１５％以下であれば、触媒担
持量が十分であり気孔率ＰとＡ軸圧縮強度σとの積も十
分に大きくなり、強度と気孔率が確保できる。
細孔容積に占める割合が本発明の規定内である本発明例
では、本発明規定外の細孔容積分布を有する比較例と比
べて、直径０．１μｍ以下の細孔の細孔容積を材料強度
に影響を与えることなく大きくできるし、触媒の担持性
についても問題なく、触媒担持用として使用できる。し
かし、直径０．１μｍ以下の細孔の容積が本発明規定よ
りも多い場合には、特に強度と気孔率は確保できるが、
触媒の担持性に問題がある。更に、直径０．５〜５μｍ
の細孔の細孔容積が全細孔容積の３０％以上であれば少
なくとも触媒担持量は十分であり、直径１０μｍ以上の
細孔の細孔容積が全細孔容積の３０％以下であれば、直
径０．１μｍ以下の細孔の細孔容積を増加しても強度は
低下しない。そして、直径０．５〜２μｍの細孔の細孔
容積が全細孔容積の３０％以上で直径５μｍ以上の細孔
の細孔容積が全細孔容積の１５％以下であれば、触媒担
持量が十分であり気孔率ＰとＡ軸圧縮強度σとの積も十
分に大きくなり、強度と気孔率が確保できる。
【００２５】
【表２】
【００２６】
【発明の効果】本発明のコージェライトハニカム構造体
によれば、所定の細孔分布を有するコージェライトハニ
カム構造体をセル壁厚の薄いハニカム構造体として使用
することにより、使用に耐えうる十分な強度を維持しつ
つ高い気孔率を有したコージェライトハニカム構造体を
得ることができる。
によれば、所定の細孔分布を有するコージェライトハニ
カム構造体をセル壁厚の薄いハニカム構造体として使用
することにより、使用に耐えうる十分な強度を維持しつ
つ高い気孔率を有したコージェライトハニカム構造体を
得ることができる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｊ 35/10 ３０１ Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｐ Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｃ Ｆターム(参考） 3G091 BA01 GA06 GA17 4D048 BA10X BA10Y BB02 BB17 4G069 AA01 AA12 BA13A BA13B CA03 EA18 EB15X EB15Y EC06X EC06Y EC10X EC10Y
Claims (9)
- 【請求項１】 結晶相の主成分がコージェライトで、直
径０．１μｍ以下の細孔の細孔容積が全細孔容積の５０
％以下であることを特徴とするコージェライトハニカム
構造体。 - 【請求項２】 直径０．１μｍ以下の細孔の細孔容積が
全細孔容積の３０％以下であることを特徴とする請求項
１に記載のコージェライトハニカム構造体。 - 【請求項３】 直径０．５〜５μｍの細孔の細孔容積が
全細孔容積の３０％以上であることを特徴とする請求項
１又は請求項２のいずれかに記載のコージェライトハニ
カム構造体。 - 【請求項４】 直径１０μｍ以上の細孔の細孔容積が全
細孔容積の３０％以下であることを特徴とする請求項１
乃至請求項３のいずれかに記載のコージェライトハニカ
ム構造体。 - 【請求項５】 直径０．５〜２μｍの細孔の細孔容積が
全細孔容積の３０％以上であることを特徴とする請求項
１乃至請求項４のいずれかに記載のコージェライトハニ
カム構造体。 - 【請求項６】 直径５μｍ以上の細孔の細孔容積が全細
孔容積の１５％以下であることを特徴とする請求項１乃
至請求項５のいずれかに記載のコージェライトハニカム
構造体。 - 【請求項７】 気孔率P（％）とＡ軸圧縮強度σ（MP
ａ）の関係がP（％）×σ（ＭＰａ）≧５００であるこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
のコージェライトハニカム構造体。 - 【請求項８】 気孔率P（％）とＡ軸圧縮強度σ（MP
ａ）の関係がP（％）×σ（ＭＰａ）≧１０００である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記
載のコージェライトハニカム構造体。 - 【請求項９】 セル壁厚ｔが０．０３ｍｍ≦ｔ＜０．１
５ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項８の
いずれかに記載のコージェライトハニカム構造体。
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|---|---|---|---|
| JP2000395032A JP3755738B2 (ja) | 2000-12-26 | 2000-12-26 | コージェライトハニカム構造体 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JP2004142978A (ja) * | 2002-10-23 | 2004-05-20 | Ngk Insulators Ltd | 多孔質ハニカム構造体の製造方法、及びハニカム成形体 |
| WO2004087295A1 (ja) * | 2003-03-28 | 2004-10-14 | Ngk Insulators Ltd. | ハニカム構造体 |
| WO2008007546A1 (fr) * | 2006-07-13 | 2008-01-17 | Cataler Corporation | Structure en nid d'abeille destinée à un revêtement de suspension épaisse |
| JP2009242133A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Ngk Insulators Ltd | ハニカム構造体の製造方法 |
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| JP2015155094A (ja) * | 2008-11-26 | 2015-08-27 | コーニング インコーポレイテッド | コージエライト形成バッチ組成物およびそれから製造されたコージエライト体 |
-
2000
- 2000-12-26 JP JP2000395032A patent/JP3755738B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US7854982B2 (en) | 2006-07-13 | 2010-12-21 | Cataler Corporation | Honeycomb structure for slurry coating |
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| US9314727B2 (en) | 2008-11-26 | 2016-04-19 | Corning Incorporated | Cordierite forming batch compositions and cordierite bodies manufactured therefrom |
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| JP2011167632A (ja) * | 2010-02-18 | 2011-09-01 | Denso Corp | ハニカム構造体及びその製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3755738B2 (ja) | 2006-03-15 |
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