JP2003025316A - ハニカム構造体、及びその製造方法 - Google Patents
ハニカム構造体、及びその製造方法Info
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Abstract
能を発揮することができ、しかも、各ハニカム部の形状
不整合や接合材の存在による局所的な応力の集中がな
く、使用時等の際に信頼性の高いハニカム構造体を提供
する。 【解決手段】 複数の隔壁2により、軸方向に、複数の
貫通孔3が形成されているハニカム構造体1である。ハ
ニカム構造体1を、異なる特性の材料からなる複数のハ
ニカム部10、11により構成し、かつこの複数のハニ
カム部10、11を、それぞれ直接接合して一体化す
る。
Description
に関する。より詳しくは、異なる特性の複数の材料から
なり、特定部位毎に異なる複数の機能を兼備するハニカ
ム構造体であり、特に、排ガス浄化システム、熱交換
器、固体電解質電池、音響波動冷却装置等の熱音響機関
等に好適なハニカム構造体に関するものである。
した触媒体を用いて、排ガス中の炭化水素、一酸化炭
素、又は窒素酸化物等の成分を酸化還元反応により分解
する排ガス浄化手段、 ハニカム構造体の隔壁を多孔質材料により構成させ、
隔壁により形成される貫通孔を、貫通する両端面で、所
定の貫通孔については一方の端面で目封じし、残余の貫
通孔については他方の端面で目封じした構造とすること
により、排ガス中の粒子状物質を、隔壁により捕集・除
去する排ガス浄化手段、 ハニカム構造体の隔壁にゼオライト、活性炭等からな
る吸着層を設けて、排ガス中の炭化水素成分等を吸着・
除去する排ガス浄化手段等、種々の試みがなされてい
る。
より高い浄化性能が求められており、その要請に応じる
試みの1つとして、上述した異なる排ガス浄化手段を組
合わせた排ガス浄化システムが開発されている。
には、異なる隔壁厚さ、及びセル密度の円柱状のハニカ
ム構造体と、中空円筒状のハニカム構造体とを、セラミ
ックス接合材で接合したハニカム構造体が開示されてい
る。
は、各ハニカム構造体を別々に、しかも両者の形状を精
密に合致させて製造する必要があった。このため、製造
工程が複雑になり、製造コストが高くなるとともに、両
者の形状の不整合に起因する接合部の緩み、はずれ等を
生じ易かった。
に応力が集中し易く、工程間の輸送、触媒や吸着材の付
与、キャニング又は実使用等の際における機械的衝撃及
び熱的衝撃等により、接合部の緩み、はずれ等を生じ易
いという問題があった。
触媒体とフィルターが直接一体化されているハニカム構
造体が開示されている。
は、従来、セラミックス質のハニカム構造体について、
異なる特性の材料からなるものを同時に一体的に製造す
る技術が開発されていなかったこともあり、触媒体とフ
ィルターとで、求められる性能が大きく異なるにも拘ら
ず、ハニカム構造体全体で、同一の特性を有する材料に
より構成されていたのが現状であった。
及びフィルターとして求められる性能に応じて、最適な
材料により構成するといった点は何ら考慮されておら
ず、触媒体とフィルターとしての機能を兼備させたにも
拘わらず、触媒体、及びフィルターとして求められる本
来の性能を充分に発揮できるものではなかった。
題に鑑みてなされたものであり、各ハニカム部毎に要求
に応じた異なる高い性能を発揮することができ、しか
も、各ハニカム部の形状不整合や接合材の存在による局
所的な応力の集中がなく、使用時等の際に信頼性の高い
ハニカム構造体を提供することを目的とする。また、本
発明は、このような優れた特性を有するハニカム構造体
を、簡易且つ確実な行程により低コストで製造すること
ができる製造方法を提供することを目的とする。
述の目的を達成すべく鋭意検討したところ、異なる機能
を有する各ハニカム部毎に、求められる性能に応じて異
なる特性の材料により構成するとともに、各ハニカム部
を接合材を介さずに直接接合することにより、上述した
問題を解決できることを見出し、本発明のハニカム構造
体を完成した。また、本発明の発明者は、焼成後の特性
が異なる材料からなる複数の坏土を、同時に押出し成形
することにより、このようなハニカム構造体を簡易且つ
確実に製造できることを見出し、本発明の製造方法を完
成した。
り、軸方向に、複数の貫通孔が形成されているハニカム
構造体であって、ハニカム構造体が、異なる特性の材料
からなる複数のハニカム部により構成され、かつ該複数
のハニカム部が、それぞれ直接接合して一体化されてい
ることを特徴とするハニカム構造体が提供される。
らなる複数のハニカム部が、ハニカム構造体の中心軸を
含む中央領域に設けられる、異なる特性の一の材料から
なる第一のハニカム部と、中央領域を包囲して隣接する
外周領域に設けられる、異なる特性の他の材料からなる
第二のハニカム部とにより構成されていることが好まし
い。
ム部を構成する材料が、気孔率、平均細孔径、又は吸水
率の少なくとも1種の特性で相違することが好ましい。
この際、複数のハニカム部を構成する材料は、気孔率が
5〜80%であることが好ましく、平均細孔径が0.5
〜100μmであることが好ましく、吸水率が1〜95
%であることが好ましい。
ム構造体を、そのセル構造のうち、セル密度、隔壁厚
さ、又は貫通孔における径方向の断面形状の少なくとも
1種において異なる複数のハニカム部により構成するこ
とも好ましく、この際には、セル構造が相違する複数の
ハニカム部が、異なる特性の材料からなる複数のハニカ
ム部に、実質的に対応して設けられていることが好まし
い。
複数のハニカム部は、0.155〜3.101セル/m
m2(100〜2000セル/平方インチ)のセル密度
を有することが好ましく、25〜500μmの隔壁厚さ
を有することが好ましい。
ム部を構成する材料として、コーディエライト、炭化珪
素、窒化珪素、アルミナ、ムライト、リチウムアルミニ
ウムシリケート、アルミニウムチタネート、及びジルコ
ニアからなる群より選ばれた少なくとも1種を用いるこ
とができる。
の性能を付与するのであれば、少なくとも一部のハニカ
ム部の隔壁に、触媒能を有する金属を担持すればよく、
吸着体としての性能を付与するのであれば、少なくとも
一部のハニカム部の隔壁に、炭化水素吸着能を有する吸
着層を設ければよく、含塵流体中に含まれる粒子状物質
を捕集・除去するフィルターとしての性能を付与するの
であれば、少なくとも一部のハニカム部を、濾過能を有
する隔壁により構成させ、この濾過能を有する隔壁によ
り形成される貫通孔を、貫通孔が貫通する両端面で所定
の貫通孔については一方の端部を封じ、残余の貫通孔に
ついては他方の端部を封じて目封じすればよい。
材料を主成分とする原料と、媒質とを混練して坏土を
得、この坏土を押出し成形するハニカム構造体の製造方
法であって、セラミックス材料を主成分とする原料とし
て、焼成後の特性が異なる複数の原料を用い、この複数
の原料を、それぞれ異なる混練機構で媒質と混練して、
焼成後の特性が異なる複数の坏土を得、この複数の坏土
を、それぞれ口金の異なる位置に導入した後、同時に押
出しすることを特徴とするハニカム構造体の製造方法が
提供される。
を、それぞれ口金の異なる位置に導入した後、同時に押
出しする手段としては、複数の坏土を一体とした複合坏
土を口金に導入して、複数の坏土を同時に押出しする方
法が好ましい。
一の坏土の周囲に、一の坏土とは焼成後の特性が異なる
少なくとも1以上の他の坏土を配設してなるものが好ま
しい。
の坏土を、それぞれ口金の異なる位置に導入した後、同
時に押出しする他の手段としては、複数の坏土を、それ
ぞれ異なる押出し機構により、口金の異なる位置に導入
した後、同時に押出し成形する方法も好ましい。
押出し機構を用いてもよいが、スクリュー式の押出し機
構とすることにより、セラミックス材料を主成分とする
原料と媒質との混練、及び混練により得られる坏土の押
出しを、一連の工程により連続的に行うことが好まし
い。
ラミックス材料を主成分とする原料が、気孔率、平均細
孔径、又は吸水率の少なくとも1種から選ばれる焼成後
の特性で相違することが好ましい。
チ、スリット幅、又はセルブロックの押出し方向に対す
る垂直方向の断面形状の少なくとも1種が、異なる特性
の坏土が導入される部位毎に、実質的に相違するものを
用いることも好ましい。
図面を参照しつつ具体的に説明する。
造体1は、複数の隔壁2により、軸方向に、複数の貫通
孔3が形成されているものであり、ハニカム構造体1
が、異なる特性の材料からなる複数のハニカム部10、
11により構成され、かつこの複数のハニカム部10、
11が、それぞれ直接接合して一体化されているもので
ある。
が、求められる性能に応じて、異なる高い性能を発揮す
ることができ、しかも、各ハニカム部10、11の形状
不整合や接合材の存在による局所的な応力集中がなく、
使用時等における信頼性を向上させることができる。以
下、具体的に説明する。
0、11を構成する材料として、例えば、コーディエラ
イト、金属シリコン、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、
ムライト、リチウムアルミニウムシリケート、アルミニ
ウムチタネート、及びジルコニアからなる群より選ばれ
た少なくとも1種を挙げることができる。
材料の特性としては、例えば、気孔率、平均細孔径、吸
水率、又は比熱等を挙げることができ、本発明において
は、これらの特性の少なくとも1種を、各ハニカム部1
0、11で求められる性能に応じて、異なるものとする
ことが好ましい。
れるハニカム部10では、気孔率を20〜40%、平均
細孔径を1〜80μm、吸水率を1〜40%とすること
が好ましく、気孔率を25〜35%、平均細孔径を1〜
60μm、吸水率を4〜35%とすることがより好まし
い。
れるハニカム部11では、気孔率を40〜80%、平均
細孔径を5〜45μmとすることが好ましく、気孔率を
40〜70%、平均細孔径を10〜40μmとすること
がより好ましい。
部10、11であっても、ハニカム構造体1の軽量化、
及び強度を考慮すると、それぞれ、気孔率を5〜80
%、平均細孔径を0.5〜100μm、吸水率を1〜9
5%とすることが好ましく、それぞれ、気孔率を25〜
70%、平均細孔径を1〜60μm、吸水率を4〜92
%とすることがより好ましい。
11毎に異なる材料により構成させることにより、各ハ
ニカム部10、11の材料特性を異ならしめたものでも
よく、同一の材料により各ハニカム部10、11を構成
させながらも、材料特性を異ならしめたものでもよい。
後者の場合としては、例えば、同一種類の材料で構成さ
せながら、気孔率、細孔径等を異ならしめたものを挙げ
ることができ、例えば、原料中に結晶成長助剤、造孔材
等を添加することにより、このようなハニカム構造体と
することができる。
カム構造体1においては、更に、求められる各ハニカム
部12、13の性能に応じて、そのセル構造のうち、セ
ル密度、隔壁厚さ、又は貫通孔における径方向の断面形
状等の少なくとも1種が異なる複数のハニカム部12、
13により構成させることもできる。
れるハニカム部では、それぞれ、セル密度を0.465
〜3.101セル/mm2(300〜2000セル/平
方インチ)、隔壁厚さを25〜300μm、貫通孔にお
ける径方向の断面形状を三角形、四角形、六角形、又は
円形とすることが好ましく、それぞれセル密度を0.9
30〜3.101セル/mm2(600〜2000セル
/平方インチ)、隔壁厚さを25〜100μmとするこ
とがより好ましい。
れるハニカム部では、それぞれ、セル密度を0.155
〜0.620セル/mm2(100〜400セル/平方
インチ)、隔壁厚さを100〜500μm、貫通孔にお
ける径方向の断面形状を三角形、四角形、又は六角形と
することが好ましく、それぞれ、セル密度を0.236
〜0.465セル/mm2(150〜300セル/平方
インチ)、隔壁厚さを200〜300μm、貫通孔にお
ける径方向の断面形状を四角形とすることがより好まし
い。
部であっても、ハニカム構造体1の軽量化、及び強度を
考慮すると、それぞれ、セル密度を0.155〜3.1
01セル/mm2(100〜2000セル/平方イン
チ)、隔壁厚さを25〜500μmとすることが好まし
く、それぞれ、セル密度を0.236〜3.101セル
/mm2(150〜2000セル/平方インチ)、隔壁
厚さを25〜300μmとすることがより好ましい。ま
た、貫通孔の径方向の断面形状としては、例えば、三角
形、四角形、六角形、楕円形、又は円形等を挙げること
ができる。
セル構造の異なる複数のハニカム部12、13は、必ず
しも、異なる特性の材料からなる複数のハニカム部1
0、11に、対応して設ける必要はなく、セル構造の異
なる複数のハニカム部10、11と、異なる特性の材料
からなる複数のハニカム部12、13とを、それぞれ異
なる部位で設けてもよい。
い性能を発揮させるためには、図3に示すように、前述
した異なる特性の材料からなる複数のハニカム部10、
11に、実質的に対応させて、異なるセル構造の複数の
ハニカム部12、13を設けることが好ましい。
各ハニカム部10、11の境界と、異なるセル構造を設
けた各ハニカム部12、13の境界との差が、10セル
以内であることが好ましく、7セル以内であることがよ
り好ましく、5セル以内であることが更に好ましく、3
セル以内であることが特に好ましい。
異なる特性の材料からなる複数のハニカム部10、11
をどのような位置に設けるかについては特に制限はな
く、求められる設計、性能等に応じて、適宜適切な位置
に設ければよい。
の材料からなる複数のハニカム部10、11を、ハニカ
ム構造体の中心軸を含む中央領域に設けられる、異なる
特性の一の材料からなる第一のハニカム部11と、中央
領域を包囲して隣接する外周領域に設けられる、異なる
特性の他の材料からなる第二のハニカム部10とにより
構成させたものを挙げることができる。
としては、異なる特性の材料からなる複数のハニカム部
10、11を、ハニカム構造体1の中心軸と平行に略均
等の間隔で位置する複数の円筒形状からなる領域に設け
られる、異なる特性の一の材料からなる第一のハニカム
部11と、この複数の円筒形状からなる領域を包囲して
隣接する外周領域に設けられる、異なる特性の他の材料
からなる第二のハニカム部10とにより構成させたもの
を挙げることができる。
ように、ハニカム構造体1を軸方向に2分割した場合
の、一方の領域に設けられる異なる特性の一の材料から
なる第一のハニカム部11と、他方の領域に設けられる
異なる特性の他の材料からなる第二のハニカム部10と
により構成されるもの;図6に示すように、ハニカム構
造体1を軸方向に4分割した場合の、対角に位置する一
対の領域にそれぞれ設けられる、異なる特性の一の材料
からなる第一のハニカム部11と、異なる特性の他の材
料からなる第二のハニカム部10とにより構成されるも
の等を挙げることができる。
ニカム構造体1は、上述した複数のハニカム部10、1
1が、それぞれ直接接合して一体化されているものであ
る。
0、11を同質の主結晶からなるものとすれば、接合部
に集中する応力を低減して耐衝撃性、耐熱衝撃性等を向
上させることができる。また、別々に製造したものを、
寸法を合わせて接合するという必要がなく、製造工程を
簡素化することができる。更に、接合部を要しない分、
ハニカム構造体の有効断面積を増大させることができ
る。
直接接合して一体化する方法については、後述する本発
明の製造方法で述べることとする。
求められる性能に応じて、上述した各ハニカム部10、
11に種々の付加物を設けることが好ましい。
る場合であれば、その性能を付与するハニカム部10、
11の隔壁3に、触媒能を有する金属を担持することが
好ましく、この際、触媒能を有する金属しては、例え
ば、Pt、Pd、Rh等を挙げることができる。
能を付与する場合には、その性能を付与するハニカム部
10、11の隔壁3に、炭化水素等を吸着する吸着層を
設けることが好ましい。この際、吸着層としては、例え
ば、ゼオライト、活性炭等からなる層を挙げることがで
き、中でも、耐熱性の点でゼオライトからなる層が好ま
しい。また、ゼオライトとしては、天然品、合成品何れ
のものでも用いることができるが、Si/Alモル比
が、40以上のものが好ましく、例えば、ZSM−5、
USY、β−ゼオライト、モルデナイト、シリカライ
ト、メタロシリケート等を好適に挙げることができる。
なお、これらゼオライトは、種々の分子サイズの炭化水
素等を吸着するためには、二種以上組合わせて用いるこ
とが好ましい。
る場合には、その性能を付与するハニカム部10、11
の隔壁3を、前述した特性を有する材料からなる濾過能
を有するものとし、この濾過能を有する隔壁により形成
される貫通孔3を、貫通孔3が貫通する両端面で、所定
の貫通孔については一方の端面で目封じし、残余の貫通
孔については他方の端面で目封じしたものが好ましい。
これにより、含塵流体中に含まれる粒子状物質を捕集・
除去するフィルターとして用いることができる。
0、11は、これらの性能に限らず、その用途に応じて
種々の性能を付与すればよいことは言うまでもない。
ては、構造体自体の形状については特に制限はなく、設
計等に応じて、三角形、長方形、正方形、菱形、台形等
の多角形、楕円、円形、トラックサークル形状、半楕円
形、又は半円形等の形状を適用することができる。
法について説明する。本発明のハニカム構造体の製造方
法は、セラミックス材料を主成分とする原料として、焼
成後の特性が異なる複数の材料からなるものを用い、こ
の複数の材料を、それぞれ異なる混練機構により、媒質
と混練して複数の坏土を得、この複数の坏土を、それぞ
れ口金の異なる位置に導入した後、複数の坏土を同時に
押出しするものである。
焼成後の特性が異なる各ハニカム部を直接接合して一体
化した本発明のハニカム構造体を、簡易且つ確実な工程
により低コストで製造することができる。以下、具体的
に説明する。
クス材料を主成分とする原料として、焼成後の特性が異
なる複数の原料を用いる。
しては、例えば、金属シリコン、炭化珪素、チタン、ジ
ルコニウム、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化ジルコニウ
ム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化
アルミニウム、酸化ジルコニウム、ムライト、コーディ
エライト化原料、チタン酸アルミニウム、サイアロン、
カオリン、タルク、水酸化アルミニウム、溶融シリカ、
及び石英よりなる群から選ばれる少なくとも一の材料を
主成分として含むものを挙げることができ、焼結後に、
求められる性能に応じて、適宜選択すればよい。また、
添加物として、結晶成長助剤、造孔材等の他の材料を更
に含有させることにより、焼結後に、求められる性能に
対応する原料としてもよい。なお、添加物として、分散
剤、結合剤等を含有させてもよいことは言うまでもな
い。
焼成後の特性としては、例えば、気孔率、平均細孔径、
吸水率、又は比熱等を挙げることができ、本発明では、
これら特性の少なくとも1種で相違する原料を用いるこ
とが好ましい。これらの特性における所望の範囲は、本
発明のハニカム構造体で示したものと同様であり、焼結
後そのような特性が得られるように、原料を調製してお
くことが好ましい。
して用いる部分の原料としては、コーディエライトやS
iC等を主成分とするものを挙げることができる。
特性が異なる材料を、それぞれ異なる混練機構により、
媒質等と混練して複数の坏土を得る。
に制限はなく、例えば、真空土練機を用いて混練しても
よいが、後述するスクリュー式の押出し機構を用いて、
混練工程と押出し工程を一連の工程で連続的に行うこと
が生産性向上の点から好ましい。
特に制限はなく、前述した原料等に応じて適宜好ましい
ものを用いればよい。
焼成後の特性が異なる複数の坏土を、それぞれ口金の異
なる位置に導入した後、複数の坏土を同時に押出して成
形する。
土を、それぞれ口金の異なる位置に導入した後、同時に
押出しする手段としては、焼成後の特性が異なる複数の
坏土を一体化した複合坏土を作製し、この複合坏土を、
押出し成形する方法を挙げることができる。この際、こ
の複合坏土は、例えば、図7に示すように、一の材料か
らなる一の坏土20の周囲に、一の坏土20とは焼成後
の特性が異なる少なくとも1以上の他の坏土21を、配
設して一体とすることにより得ることができる。このよ
うな複合坏土22では、1つのシリンジ式の押出し機構
で、簡単に異なる特性の材料からなるハニカム部を直接
接合したハニカム構造体を得ることができる。
一のハニカム部と、外周領域に設けられる第二のハニカ
ム部とを、ハニカム構造体の中心軸を略同心とする位置
で設ける場合には、一の材料からなる一の坏土20と、
その周囲に設けられる一の坏土とは焼成後の特性が異な
る材料からなる他の坏土21とを、略同心となる位置で
設ければよい。
ニカム構造体を製造するため、前述した複合坏土22
は、押出し方向に対する垂直の方向に、焼成後の特性が
異なる材料からなる各坏土20、21が、積層されてい
ることが好ましい。また、押出し成形の際の成形性を向
上させるためには、焼成後の特性が異なる複数の坏土2
0、21間の間隙を小さくして密接に接合させておくこ
とが好ましい。
の坏土を、それぞれ口金の異なる位置に導入した後、同
時に押出しする他の手段としては、焼成後の特性が異な
る複数の坏土を、それぞれ異なる押出し機構により、口
金の異なる位置に導入し、同時に押出しする方法を挙げ
ることができる。
うに、押出し機構として、複数のシリンジ式の押出し機
構18、19を用い、焼成後の特性が異なる複数の坏土
20、21を、各シリンジ式の押出し機構18、19内
に投入し、各押出し機構18、19における押出し工程
を同期させて行うことにより、各坏土20、21を同時
に押出しする方法、又は図9(a)(b)に示すよう
に、押出し機構として、複数のスクリュー式の押出し機
構16、17を用い、各押出し機構16、17における
原料と媒質との混練の工程、及び混練により得られる坏
土の押出しの工程を同期させて行うことにより、各坏土
20、21を同時に押出しする方法を挙げることができ
る。
により得られる坏土の押出しを連続的に行うことがで
き、生産性を極めて高くすることができる点で、スクリ
ュー式の押出し機構16、17を用いる後者の方法が好
ましい。
ば、図10(a)(b)に示すように、口金25におけ
る焼成後の特性が異なる各坏土を導入する各部位26、
27毎に対応して、各押出し機構16、17を配設した
ものを挙げることができる。もっとも、図9(a)
(b)に示すように、少なくとも一の押出し機構17
に、押出し機構17と口金25の特定の部位とを連通
し、口金25の特定の部位に坏土を導入するガイド部2
8を設け、各押出し機構16、17を設計等に応じて自
由に配設することも好ましい。なお、このガイド部28
を設けた押出し機構17では、押出し機構自体の設計も
極めて簡易なものとすることができる。
び構造について特に制限はないが、例えば、セル密度、
隔壁厚さ、又は貫通孔の径方向における断面形状等のセ
ル構造の異なる複数のハニカム部を設ける場合には、求
められるセル構造に応じて、セルブロックピッチ、スリ
ット幅、又はセルブロックの押出し方向に対する垂直方
向の断面形状の少なくとも1種を相違させることが好ま
しい。
ハニカム部に略対応して、セル構造の異なる複数のハニ
カム部を設ける場合には、実質的に異なる特性の坏土が
導入される部位毎にセル構造を相違させることが好まし
い。
が導入される口金の各部位の境界と、異なる形状及び構
造とした口金の各部位の境界との差が、10セル以内で
あることが好ましく、7セル以内であることがより好ま
しく、5セル以内であることが更に好ましく、3セル以
内であることが特に好ましい。
ハニカム構造の成形体を焼成することにより最終製品と
する。焼成は、通常、マイクロ波及び/又は熱風等によ
り成形体を乾燥した後、焼成することが好ましい。
するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるもので
はない。なお、各実施例及び比較例で得られたハニカム
構造体の評価は、以下の方法等により行った。
で測定した。 2.気孔率 ハニカム構造体の構成材料の真比重と、全細孔容積から
計算で求めた。また、細孔容積は、マイクロメリティッ
ク社製の水銀圧入式ポロシメーターで測定した。 3.吸水率 JIS R2205 記載の方法により測定した。
が異なるコーディエライト化材料からなる第一のセラミ
ックス原料と、第二のセラミックス原料とをそれぞれ調
製した。
して用いた水とともに、それぞれ異なる真空土練機に投
入して、各セラミックス原料と水とを混練、成形し、直
径150mmの円柱形状を有する第一のセラミックス原
料からなる坏土と、幅475mm、厚さ40mmの平板
状を有する第二のセラミックス原料からなる坏土を得
た。
ックス原料からなる坏土の周囲に、平板状を有する第二
のセラミックス原料からなる坏土を巻き付けて一体化し
た複合坏土を作製した。
直径120mmの中央部とその外周部で、セル構造の異
なる口金を配設したラム式押出成形機に投入し、押出し
成形を行った。
クロ波により乾燥後、第一のセラミックス原料からなる
ハニカム部の貫通孔を、貫通する両端面で互い違いに目
封じし、焼成した後、第二のセラミックス原料からなる
ハニカム部の隔壁にPtを主成分とする触媒を担持し
て、長さ203mm、直径190mmの円柱状であり、
第一のセラミックス原料からなるハニカム部が、ハニカ
ム構造体と同心の直径120mmの円柱形状領域で設け
られているハニカム構造体を得た。
たところ、第一のセラミックス原料からなるハニカム部
では、平均細孔径30μm、吸水率91%、気孔率70
%、隔壁厚さ0.25mm、セル密度0.465セル/
mm2(300セル/平方インチ)、貫通孔の径方向の
断面形状が四角形であり、第二のセラミックス原料から
なるハニカム部では、平均細孔径5μm、吸水率17
%、気孔率30%、隔壁厚さ0.1mm、セル密度0.
930セル/mm2(600セル/平方インチ)、貫通
孔の径方向の断面形状四角形であった。
ム構造体1をメタルケース40に把持し、2400cc
のディーゼルエンジンの排気管41を第一のセラミック
ス原料からなる第一のハニカム部11に対応させて配設
し、排ガス浄化装置を作製した。
ケースの内壁で形成される排ガス導入路39から導入し
て、第二のセラミックス原料からなりNOをNO 2に変
換する触媒体として機能する第二のハニカム部10と、
第一のセラミックス原料からなり粒子状物質を捕集・除
去するフィルターとして機能する第一のハニカム部11
とを順に経由させて排ガスを浄化したところ、優れた排
ガス浄化性能が認められた。また、試験後のハニカム構
造体について、損傷、変形等を確認したところ、両ハニ
カム部の接合部を含め、剥離、亀裂等の損傷、及び貫通
孔の変形等は全く認められなかった。なお、図11中の
矢印は、排ガスの進行方向を示す。
が異なる炭化珪素材料からなる第一のセラミックス原料
と第二のセラミックス原料とをそれぞれ調製した。
しする一のスクリュー式押出し機構が、口金の入口端面
の中心点と同心の直径90mmの中央部に対応して設け
られ、第二のセラミックス原料を押出しする他のスクリ
ュー式押出し機構が、前述した口金の中央部と同心の外
周部に連通するガイド部を有する押出し成形装置を用
い、各セラミックス原料を、媒質とともに、それぞれ異
なるスクリュー式押出し機構に投入して、混練、及び得
られる各坏土の押出し成形を各押出し機構で同期させて
行い、ハニカム構造の成形体を作製した。この際、口金
としては、中央部と外周部でセル構造の異なるものを用
いた。
より乾燥後、第一のセラミックス原料からなるハニカム
部の貫通孔を、貫通する両端面で互い違いに目封じした
後、焼成した。その後、第二のセラミックス原料からな
るハニカム部の隔壁にPtを主成分とする触媒を担持し
て、第一のセラミックス原料からなるハニカム部が、ハ
ニカム構造体と同心の直径90mmの円柱形状領域で設
けられている長さ152mm、直径144mmの円柱状
のハニカム構造体を得た。
たところ、第一のセラミックス原料からなるハニカム部
では、平均細孔径10μm、気孔率45%、吸水率27
%、隔壁厚さ0.3mm、セル密度0.310セル/m
m2(200セル/平方インチ)、貫通孔の径方向の断
面形状四角形であり、第二のセラミックス原料からなる
ハニカム部では、平均細孔径4μm、気孔率20%、吸
水率9%、隔壁厚さ0.15mm、セル密度0.620
セル/mm2(400セル/平方インチ)、貫通孔の径
方向の断面形状は六角形であった。
ム構造体1を、メタルケース40に把持し、2400c
cのディーゼルエンジンの排気管41を第一のセラミッ
クス原料からなる第一のハニカム部11に対応させて配
設し、排ガス浄化装置を作製した。
ケースの内壁で形成される排ガス導入路39から導入し
て、第二のセラミックス原料からなりNOをNO 2に変
換する触媒体として機能する第二のハニカム部10と、
第一のセラミックス原料からなり粒子状物質を捕集・除
去するフィルターとして機能する第一のハニカム部11
とを順に経由させて排ガスを浄化したところ、優れた排
ガス浄化性能が認められた。また、試験後のハニカム構
造体について、損傷、変形等を確認したところ、両ハニ
カム部の接合部を含め、剥離、亀裂等の損傷、及び貫通
孔の変形等は全く認められなかった。なお、図11中の
矢印は、排ガスの進行方向を示す。
が異なるコーディエライト化材料からなる第一のセラミ
ックス原料と、第二のセラミックス原料とをそれぞれ調
製した。
しする一のスクリュー式の押出し機構を口金の中央部に
対応して配設し、第二のセラミックス原料を押出しする
複数のスクリューを有する他のスクリュー式押出し機構
を、一のスクリュー式押出し機構の外周部に配設した押
出し成形装置を用い、各セラミックス原料を、それぞれ
異なるスクリュー式押出し機構に投入して、各セラミッ
クス原料の混練、及び得られる各坏土の押出しを、各押
出し機構で同期させて行いハニカム構造の成形体を作製
した。この際、口金としては、中央部と外周部でセル構
造の異なるものを用いた。
た後、第二のセラミックス原料からなるハニカム部の隔
壁には、Pt及びPdを主成分とする触媒を担持し、第
一のセラミックス原料からなるハニカム部の隔壁には、
ゼオライト ZSM−5(The PQ(株)社製)を
主成分とする吸着層を設け、第一のセラミックス原料か
らなるハニカム部が、ハニカム構造体と同心の直径45
mmの円柱形状領域で設けられている長さ152mm、
直径144mmの円柱状のハニカム構造体を得た。
たところ、第一のセラミックス原料からなるハニカム部
では、平均細孔径3μm、吸水率10%、気孔率20
%、隔壁厚さ150μm、0.620セル/mm2(セ
ル密度400セル/平方インチ)、貫通孔の径方向の断
面形状三角形であり、第二のセラミックス原料からなる
ハニカム部では、平均細孔径7μm、吸水率22%、気
孔率35%、隔壁厚さ100μm、セル密度0.465
セル/mm2(300セル/平方インチ)、貫通孔の径
方向の断面形状が六角形であった。
ースに把持し、3000ccのガソリンエンジンの排気
管を、ハニカム構造体の一の端面に対応して配設し、排
ガス浄化装置を作製した。
なりHC、CO、NOxを酸化還元する三元触媒体とし
て機能する第二のハニカム部と、第一のセラミックス原
料からなり炭化水素成分を吸着する吸着体として機能す
る第一のハニカム部とに導入して、排ガスを浄化したと
ころ、優れた排ガス浄化性能が認められた。また、試験
後のハニカム構造体について、損傷、変形等を確認した
ところ、両ハニカム部の接合部を含め、剥離、亀裂等の
損傷、及び貫通孔の変形等は全く認められなかった。
のコーディエライト化材料からなる原料を用いたこと、
及び口金として、全体に、同一のセル構造を有するもの
を用いたこと以外は実施例1と同様にして、長さ203
mm、直径190mmの円柱状のハニカム構造体を得
た。
たところ、ハニカム構造体全体で、平均細孔径7μm、
吸水率22%、気孔率35%、隔壁厚さ0.25mm、
セル密度0.465セル/mm2(300セル/平方イ
ンチ)、貫通孔の径方向の断面形状が四角形であった。
ム構造体1をメタルケース40に把持し、2400cc
のディーゼルエンジンの排気管41を第一のセラミック
ス原料からなる第一のハニカム部11に対応させて装着
し、排ガス浄化装置を作製した。
ケースの内壁で形成される排ガス導入路39から導入し
て、NOをNO2に変換する触媒体として機能させた第
二のハニカム部10と、粒子状物質を捕集・除去するフ
ィルターとして機能させた第一のハニカム部11とを順
に経由させて排ガスを浄化したところ、フィルターとし
て機能させた第一のハニカム部11の圧損が、実施例1
のハニカム構造体に比べ3倍以上大きくなり、排ガス浄
化装置として充分機能しなかった。なお、図11中の矢
印は、排ガスの進行方向を示す。
ば、各ハニカム部毎に要求に応じた異なる高い性能を発
揮することができ、しかも、各ハニカム部の形状不整合
や接合材の存在による局所的な応力集中がなく、使用時
等の信頼性の高い、特に、排ガス浄化システム、熱交換
器、固体電解質電池、音響波動冷却装置等の熱音響機関
等に好適なハニカム構造体を提供することができる。ま
た、本発明は、このような優れた特性を有するハニカム
構造体を、簡易且つ確実な行程により低コストで製造す
ることができる製造方法を提供することができる。
態を模式的に示す斜視図である。
性の材料からなる複数のハニカム部と、セル構造の異な
るハニカム部との配置関係の一例を模式的に示す平面図
である。
性の材料からなる複数のハニカム部と、セル構造の異な
るハニカム部との配置関係の他の例を模式的に示す平面
図である。
態を模式的に示す斜視図である。
施形態を模式的に示す斜視図である。
施形態を模式的に示す斜視図である。
て、複合坏土を作製する方法の一例を模式的に示す工程
図である。
法において用いられる押出し機構の一例を模式的に示す
一部断面図であり、(b)は、(a)のガイド部の配置
を示すAの位置での一部断面図である。
法において用いられる押出し機構の他の例を模式的に示
す一部断面図であり、(b)は、(a)のガイド部の配
置を示すBの位置での一部断面図である。
方法において用いられる押出し機構の更に他の例を模式
的に示す一部断面図であり、(b)は、(a)のガイド
部の配置を示すCの位置での一部断面図である。
ム構造体を、ディーゼルエンジンの排気管に装着した排
ガス浄化装置を示す半断面図である。
1…異なる特性の材料からなるハニカム部(10…第二
のハニカム部、11…第一のハニカム部)、12、13
…セル構造の異なるハニカム部、16、17…押出し機
構(スクリュー式押出し機構)、16a、17a…スク
リュー、18、19…押出し機構(シリンジ式押出し機
構)、18a、19a…ピストン、20…一の坏土、2
1…他の坏土、25…口金、26、27…口金の各坏土
を導入する部位、28…ガイド部、31…ハニカム構造
体(焼成前)、39…排ガス導入路、40…メタルケー
ス、41…排気管。
5)
ては、構造体自体の形状については特に制限はなく、設
計等に応じて、三角形、長方形、正方形、菱形、台形等
の多角形、楕円、円形、レーストラック形状、半楕円
形、又は半円形等の形状を適用することができる。
Claims (22)
- 【請求項1】 複数の隔壁により、軸方向に、複数の貫
通孔が形成されているハニカム構造体であって、 該ハニカム構造体が、異なる特性の材料からなる複数の
ハニカム部により構成され、かつ該複数のハニカム部
が、それぞれ直接接合して一体化されていることを特徴
とするハニカム構造体。 - 【請求項2】 該異なる特性の材料からなる複数のハニ
カム部が、ハニカム構造体の中心軸を含む中央領域に設
けられる、異なる特性の一の材料からなる第一のハニカ
ム部と、中央領域を包囲して隣接する外周領域に設けら
れる、異なる特性の他の材料からなる第二のハニカム部
とにより構成されている請求項1に記載のハニカム構造
体。 - 【請求項3】 該複数のハニカム部を構成する材料が、
気孔率、平均細孔径、又は吸水率の少なくとも1種の特
性で相違する請求項1又は2に記載のハニカム構造体。 - 【請求項4】 該複数のハニカム部を構成する材料が、
気孔率5〜80%である請求項1〜3のいずれか一項に
記載のハニカム構造体。 - 【請求項5】 該複数のハニカム部を構成する材料が、
平均細孔径0.5〜100μmである請求項1〜4のい
ずれか一項に記載のハニカム構造体。 - 【請求項6】 該複数のハニカム部を構成する材料が、
吸水率1〜95%である請求項1〜5のいずれか一項に
記載のハニカム構造体。 - 【請求項7】 該ハニカム構造体が、そのセル構造のう
ち、セル密度、隔壁厚さ、又は該貫通孔における径方向
の断面形状の少なくとも1種で異なる複数のハニカム部
により構成されている請求項1〜6のいずれか一項に記
載のハニカム構造体。 - 【請求項8】 該異なるセル構造の複数のハニカム部
が、該異なる特性の材料からなる複数のハニカム部に、
実質的に対応して設けられている請求項1〜7のいずれ
か一項に記載のハニカム構造体。 - 【請求項9】 該複数のハニカム部が、0.155〜
3.101セル/mm2(100〜2000セル/平方
インチ)のセル密度を有する請求項7又は8に記載のハ
ニカム構造体。 - 【請求項10】 該複数のハニカム部の隔壁が、25〜
500μmの厚さを有する請求項7〜9のいずれか一項
に記載のハニカム構造体。 - 【請求項11】 該複数のハニカム部を構成する材料
が、コーディエライト、炭化珪素、窒化珪素、アルミ
ナ、ムライト、リチウムアルミニウムシリケート、アル
ミニウムチタネート、及びジルコニアからなる群より選
ばれた少なくとも1種である請求項1〜10のいずれか
一項に記載のハニカム構造体。 - 【請求項12】 該複数のハニカム部の一部が、該隔壁
に触媒能を有する金属を担持してなる請求項1〜11の
いずれか一項に記載のハニカム構造体。 - 【請求項13】 該複数のハニカム部の一部が、該隔壁
に炭化水素を吸着する吸着層を有する請求項1〜12の
いずれか一項に記載のハニカム構造体。 - 【請求項14】 該複数のハニカム部の一部が、濾過能
を有する隔壁により構成され、該濾過能を有する隔壁に
より形成される貫通孔を、該貫通孔が貫通する両端面
で、所定の貫通孔については一方の端部を封じ、残余の
貫通孔については他方の端部を封じて目封じしてなる請
求項1〜13のいずれか一項に記載のハニカム構造体。 - 【請求項15】 含塵流体中に含まれる粒子状物質を捕
集・除去するフィルターとして用いられる請求項14に
記載のハニカム構造体。 - 【請求項16】 セラミックス材料を主成分とする原料
と媒質とを混練して坏土を得、該坏土を押出し成形する
ハニカム構造体の製造方法であって、該セラミックス材
料を主成分とする原料として、焼成後の特性が異なる複
数の原料を用い、 該複数の原料を、それぞれ異なる混練機構で該媒質と混
練して、焼成後の特性が異なる複数の坏土を得、 該複数の坏土を、それぞれ口金の異なる位置に導入した
後、該複数の坏土を同時に押出しすることを特徴とする
ハニカム構造体の製造方法。 - 【請求項17】 該複数の坏土を一体化した複合坏土を
該口金に導入して、該複数の坏土を同時に押出しする請
求項16に記載のハニカム構造体の製造方法。 - 【請求項18】 該複合坏土が、一の材料からなる一の
坏土の周囲に、該一の坏土とは焼成後の特性が異なる少
なくとも1以上の他の坏土を配設してなるものである請
求項17に記載のハニカム構造体の製造方法。 - 【請求項19】 該複数の坏土を、それぞれ異なる押出
し機構により、口金の異なる位置に導入して、同時に押
出しする請求項18に記載のハニカム構造体の製造方
法。 - 【請求項20】 該押出し機構が、該セラミックス材料
を主成分とする原料と該媒質との混練、及び該混練によ
り得られる坏土の押出しを、一連の工程により連続的に
行うスクリュー式の押出し機構である請求項19に記載
のハニカム構造体の製造方法。 - 【請求項21】 該複数の原料が、その焼成後の特性の
うち、気孔率、平均細孔径、又は吸水率の少なくとも1
種で異なる請求項16〜20のいずれか一項に記載のハ
ニカム構造体の製造方法。 - 【請求項22】 該口金の、セルブロックピッチ、スリ
ット幅、又はセルブロックの押出し方向に対する垂直方
向の断面形状の少なくとも1種が、該焼成後の特性が異
なる各坏土が導入される部位毎に、実質的に相違する請
求項16〜21のいずれか一項に記載のハニカム構造体
の製造方法。
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