JP2003225576A

JP2003225576A - ハニカム構造体の製造方法

Info

Publication number: JP2003225576A
Application number: JP2002028640A
Authority: JP
Inventors: Mikio Makino; 幹生牧野; Takashi Aoki; 崇志青木
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2002-02-05
Filing date: 2002-02-05
Publication date: 2003-08-12
Anticipated expiration: 2022-02-05
Also published as: JP4102078B2

Abstract

(57)【要約】【課題】センサーの配設スペースを確保しながらも、
触媒容量の低減を最小限にとどめて、所望の浄化性能を
得られるハニカム構造体の製造方法を提供する。【解決手段】セラミックス及び／又は金属を主成分と
する坏土を成形してハニカム状成形体を得、このハニカ
ム状成形体を乾燥、焼成した後、得られたハニカム状焼
成体の隔壁を、隔壁の主要面に対して斜めの切削進行方
向で切削して、溝、穴又は縁取りの少なくとも１種をハ
ニカム状焼成体に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハニカム構造体
の製造方法に関する。より詳しくは、ハニカム構造体の
一部にセンサー等を挿入可能なハニカム構造体を製造す
る方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】排気ガス規制の強化に伴い、触媒を担
持したハニカム構造体にあっても、排ガス浄化性能を向
上させる試みが種々行われているが、規制の対象となる
有害物質の多くは、運転開始直後の触媒温度が低い状態
で多量に排出される。

【０００３】このため、近年では、触媒を担持したハ
ニカム構造体を、エキゾートマニホールド（以下、「エ
キマニ」と省略することがある。）直下に搭載して、高
温の排ガスで触媒を直ちに活性化することにより、エン
ジンの始動直後に排出される有害物質を低減するコンバ
ーターシステムの実用化が開始されている。

【０００４】一方、触媒を担持させたハニカム構造体
にあっては、浄化手段として搭載した後に、その浄化性
能をモニタリングすることにより、浄化性能の劣化状況
を見定めることも、有害物質の排出を低減する上で極め
て重要であり、通常、ハニカム構造体の前後に２つの酸
素センサーを配置してモニタリングすることが行われて
いる。

【０００５】しかし、ハニカム構造体及びセンサー
を、エキマニ直下に搭載する場合には、ハニカム構造体
やセンサーを配設するためのスペースが狭く、センサー
のスペースを確保するために、ハニカム構造体を大幅に
縮小化せざる負えず、触媒容量の大幅な低減により意図
した浄化性能が得られないという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のよ
うな問題に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、センサーの配設スペースを確保しながらも、
触媒容量の低減を最小限にとどめて、所望の浄化性能が
得られるハニカム構造体の製造方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の目
的を達成するため各種検討したところ、まず、ハニカム
構造体の隔壁の一部を切削して、溝、穴又は縁取りを設
けることにより、センサー挿入領域を確保するという知
見に至った。

【０００８】ところが、実際にハニカム構造体の隔壁
の一部を、隔壁の側面に対して垂直方向から切削してみ
たところ、隔壁が極めて薄いこともあって（現在、０．
１〜０．２ｍｍ程度の薄壁のものを主流とし、中には、
０．１ｍｍ未満の薄壁のものも用いられている。）、隔
壁の破損により所望の部分に所望の形状の溝等を設ける
ことができず、触媒容量の低減を抑制できないばかり
か、場合によっては構造体全体の破損に至ることすらあ
った。

【０００９】そこで、本発明者は、溝等の形成の仕方
について更に検討を重ねたところ、隔壁の主要面に対し
て斜め方向から切削することにより、このような問題を
解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

【００１０】即ち、本発明によれば、セラミックス及
び／又は金属を主成分とする坏土を成形してハニカム状
成形体を得、このハニカム状成形体を乾燥、焼成した
後、得られたハニカム状焼成体の隔壁を、隔壁の主要面
に対して斜めの切削進行方向で切削して、溝、穴又は縁
取りの少なくとも１種をハニカム状焼成体に設けること
を特徴とするハニカム構造体の製造方法が提供される。

【００１１】ここに、「隔壁の主要面」とは、隔壁の
各面のうち、最も面積の大きな面をいい、通常、排ガス
流路に面する隔壁面が該当する。

【００１２】また、隔壁の主要面が曲面の場合におけ
る隔壁の主要面と切削進行方向との関係は、まず、該当
する隔壁のハニカム構造体径方向の断面形状における外
周曲線について、切削箇所を接点とした接線を想定し、
次いで、この接線を含んでハニカム構造体の軸方向に延
びる当該隔壁に１の線上で接する面を想定し、この面と
の関係で切削進行方向が規定されるものとする。

【００１３】本発明においては、ハニカム状焼成体の
隔壁を、隔壁の主要面に対し、切削進行方向が１５〜７
５°となる角度で切削することが好ましく、２５〜６５
°となる角度で切削することがより好ましい。

【００１４】また、本発明においては、溝又は穴を、
これらのセル開口端面における投影面積が、センサーの
同投影面積に対し、２倍以上となる領域で設けることが
好ましい。但し、当該溝又は穴は、これらのセル開口端
面における投影面積が、セル開口端面の全面積に対し、
４０％（面積％）以下となる領域で設けられることが好
ましく、更にハニカム状焼成体の全体積に対し、０．５
〜２０％（体積％）となる領域で設けられることがより
好ましい。また、溝又は穴は、ハニカム状焼成体の中心
軸を経由させて設けられることが好ましい。

【００１５】また、縁取りは、ハニカム状焼成体の全
体積に対し、０．２〜３０％（体積％）となる領域で設
けられることが好ましい。

【００１６】ここで、「セル開口端面における投影面
積」とは、溝又は穴を形成する前のハニカム状焼成体に
おけるセル開口端面に、溝又は穴を、当該セル開口端面
に対して垂直方向で投射した際の投影面積を意味する。
また、「ハニカム状焼成体の全体積」とは、セル及び細
孔が占める空間をも含めたハニカム状焼成体の全体積を
意味し、溝、穴、又は縁取りの体積は、切削前のハニカ
ム状焼成体の全体積から切削によりこれらを形成した後
のハニカム状焼成体の全体積を引いた体積を意味する。

【００１７】本発明のハニカム構造体の製造方法は、
上記のように、ハニカム状焼成体の隔壁の一部を切削し
て、溝、穴又は縁取りの少なくとも１種を設けるため、
センサーとともにエキマニ直下に搭載した場合であって
も、センサーを適切な位置に配設しながら、触媒容量の
低減を最小限にとどめて、所望の浄化性能を発揮するハ
ニカム構造体を得ることができる。

【００１８】また、本発明のハニカム構造体の製造方
法は、ハニカム状焼成体の隔壁を、隔壁の主要面に対し
て斜めの切削進行方向で切削するため、切削の際の応力
が緩和され、隔壁の破損を生じることなく所望の形状の
溝、穴又は縁取りを形成することができる。従って、特
に、厚さ０．０１〜０．３０ｍｍであるハニカム構造体
を製造する際に好ましく適用することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具
体的に説明する。本発明のハニカム構造体の製造方法で
は、まず、セラミックス及び／又は金属を主成分とする
坏土を成形してハニカム状の成形体を得る。

【００２０】坏土の主成分であるセラミックスとして
は、例えば、ケイ素、チタン、ジルコニウム、炭化ケイ
素、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、アルミナ、ジ
ルコニア、ムライト、コージェライト化原料、チタン酸
アルミニウム、及びサイアロンよりなる群から選ばれる
少なくとも１種を挙げることができる。また、坏土の主
成分である金属としては、例えば、銅、アルミニウム、
鉄、ニッケル、及びケイ素よりなる群から選ばれる少な
くとも１種を挙げることができる。なお、これらセラミ
ックス及び金属は、１種単独で又は２種以上組合せて用
いることができる。

【００２１】坏土は、必要に応じてセラミックス及び
金属以外の成分を含んでもよく、例えば、バインダー、
結晶成長助剤、分散剤、又は造孔剤等を含有させること
ができる。バインダーとしては、ヒドロキシプロピルメ
チルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチル
セルロース、カルボキシルメチルセルロース、又はポリ
ビニルアルコール等を挙げることができ、結晶成長助剤
としては、例えば、マグネシア、シリカ、イットリア、
又は酸化鉄等を挙げることができる。また、分散剤とし
ては、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂
肪酸石鹸、又はポリアルコール等を挙げることができ、
造孔剤としては、例えば、グラファイト、小麦粉、澱
粉、フェノール樹脂、又はポリエチレンテレフタレート
等を挙げることができる。

【００２２】なお、坏土は、セラミックス及び／又は
金属を主成分とする原料に、水を所定量混合し、必要に
応じてバインダー等を添加した後、通常の方法で混練し
て得ることができる。

【００２３】本発明の製造方法においては、坏土を成
形する方法について特に制限はないが、量産性に優れる
点で、押出成形が好ましく、例えば、ラム式押出し成形
装置、２軸スクリュー式連続押出成形装置等の押出成形
装置を用いて、所望のパターンを有する金型から、押出
成形することが好ましい。

【００２４】また、本発明においては、ハニカム状成
形体の隔壁の厚さについて特に制限はなく、近年、圧力
損失、及び熱容量の低減等の要請から製造されている薄
い隔壁のハニカム構造体についても適応可能である。具
体的には、隔壁厚さを、０．０１〜０．３０ｍｍとする
ことができる。

【００２５】ハニカム状成形体の隔壁により形成され
るセルとしては、例えば、断面形状が円形、楕円形、長
円形、四角形、八角形、又は左右非対称な異形形状のも
のを挙げることができる。また、隔壁により形成される
セルのセル密度は、得られるハニカム構造体の強度及び
有効ＧＳＡ（幾何学的表面積）、更にはガスが流れる場
合の圧力損失を考慮して、６〜２０００セル／平方イン
チ（０．９〜３１１セル／ｃｍ²）が好ましく、５０〜
４００セル／平方インチ（７．８〜６２セル／ｃｍ²）
がより好ましい。

【００２６】また、ハニカム状成形体の形状は、目的
に応じて適宜好ましい形状とすればよく、例えば、径方
向の断面形状が、三角形、長方形、正方形、菱形、台
形、楕円、円形、トラックサークル形状、半楕円形、又
は半円形等のものを挙げることができる。

【００２７】本発明のハニカム構造体の製造方法は、
次いで、ハニカム状成形体を乾燥、焼成した後、得られ
たハニカム状焼成体の隔壁を、隔壁の主要面に対して斜
めの切削進行方向で切削して、溝、穴又は縁取りの少な
くとも１種を設ける。

【００２８】ハニカム状成形体の乾燥方法については
特に制限はなく、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、
誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、又は凍結乾燥等を挙げ
ることができ、中でも、誘電乾燥、マイクロ波又は熱風
乾燥を単独で又は組合せて行うことが好ましい。また、
焼成条件については、用いる材料の種類により適宜所望
の条件を選択すればよい。

【００２９】本発明において、隔壁の切削は、切削進
行方向を隔壁の主要面に対して斜めとして行えばよい
が、切削進行方向が、隔壁の主要面に対し１５〜７５°
となる角度で切削することが好ましく、２５〜６５°と
なる角度で切削することがより好ましい。

【００３０】この範囲の角度となる切削進行方向で切
削すれば、図１に示すように、切削の際に生じるせん断
力１８が略均等に分散されるため、薄い隔壁２で構成さ
れるハニカム状焼成体４１であっても、切削の際に隔壁
２にせん断破損を生じることなく所望の溝１０等を形成
することができる。

【００３１】隔壁の主要面に対する切削進行方向の角
度は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、切削進行方向Ｘ
を、水平方向、即ちハニカム状焼成体４１の軸方向Ｙに
対して垂直の角度としながら、隔壁２の主要面３に対し
ては、垂直方向以外の角度としたものでもよく、図３
（ａ）（ｂ）に示すように、切削進行方向Ｘを、ハニカ
ム状焼成体４１の軸方向Ｙに対して垂直以外の角度とす
ることにより、当該軸方向Ｙと同方向に延びる隔壁の主
要面３に対しても、垂直方向以外の角度としたものでも
よい。

【００３２】本発明において、溝、穴又は縁取りの大
きさは、センサーが適切に設置できる範囲とすることは
勿論であるが、得られるハニカム構造体について、無駄
な触媒担持面積の減少による浄化性能の低下や、センサ
ーの設置の際に著しい圧力損失の増大を生じない範囲と
することが好ましい。

【００３３】具体的には、溝又は穴を、これらのセル
開口端面における投影面積が、センサーの同投影面積に
対し、２倍以上となる領域で設けることが好ましく、３
倍以上となる領域で設けることがより好ましい。図４
（ｂ）に示すように、溝１０又は穴（図示せず）を、当
該投影面積となる領域で設ければ、図４（ａ）に示す溝
１０等のセル開口端面における投影面積がセンサーの同
投影面積に対し、２倍未満となる領域で設ける場合と異
なり、センサー５の存在により排ガス２０の流れが妨げ
られる領域１６を大幅に減少することができる。従っ
て、著しい圧力損失の増大を招くことなく、センサーを
設置することができる。

【００３４】但し、本発明においては、当該溝又は穴
を、これらのセル開口端面における投影面積が、セル開
口端面の全面積に対し、４０％（面積％）以下となる領
域で設けることが好ましい。図５に示すように、当該投
影面に対応するハニカム構造体の部位１９では、流路が
他の部位より短くなる結果、流路抵抗が小さくなり、当
該部位１９に排ガス２０が集中し易くなる。このため、
溝１０又は穴（図示せず）のセル開口端面における投影
面積が上記より大きいと、ガス流速分布の不均一化によ
る浄化性能の低下、及び耐熱衝撃性の低下が著しくな
る。

【００３５】本発明においては、当該溝又は穴は、更
にハニカム状焼成体の全体積に対し、０．５〜２０％
（体積％）となる領域で設けることが好ましく、０．５
〜１０％（体積％）となる領域で設けることがより好ま
しい。溝又は穴を設けた領域が、この範囲であれば、必
要な触媒容量を確保することができるため、所望の浄化
性能を維持することができる。

【００３６】一方、縁取りについては、溝又は穴と同
様の点で、ハニカム状焼成体の全体積に対し、０．２〜
３０％（体積％）となる領域で設けることが好ましく、
０．２〜１５％（体積％）となる領域で設けることがよ
り好ましい。

【００３７】本発明において、溝、穴又は縁取りの形
状又は位置は、不要な触媒担持面積の減少を防止し、セ
ンサーの正確な検出を可能とする観点から、センサーの
形状及び設置位置等を考慮して設けることが好ましい。

【００３８】例えば、溝又は穴の形状については、セ
ンサーが円柱形状に近似した形状の場合であれば、図７
に示すように、センサー５の形状に対応する円柱形状の
穴１を設けたり、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）、図８及び図
９に示すように、センサー５の形状の半円柱形状部分に
対応する半円柱形状の溝１０を設けることが、不要な触
媒担持面積の減少を防止する点で好ましい。

【００３９】また、穴の形状は、ハニカム構造体の耐
熱衝撃性の低下を抑制する点で、円柱形状、楕円柱形
状、又は半楕円柱形状が好ましい。また、溝の形状も、
同様の点で、半円柱形状、半楕円柱形状、又は半船底形
状が好ましく、中でも、溝を形成する際に、作業が容易
かつ隔壁の破壊がないことに加え、ハニカム構造体の耐
熱衝撃性の低下を大幅に抑えられる点で、半船底形状が
好ましい。

【００４０】また、半船底形状等の溝を設ける場合に
は、図１０（ｂ）に示すように、当該溝１０が、溝１０
の外周側面１４における開口部１５において、当該開口
部１５の曲線部分１０ａの曲率半径（Ｒ１）を以下に示
す条件式（１）の範囲とすることが、やはりハニカム構
造体の耐熱衝撃性の低下を大幅に抑えられる点で好まし
い。

【００４１】

【数１】Ｌ／２＜Ｒ１＜５×Ｌ …（１）

【００４２】「上記条件式（１）中、Ｌは、溝の幅を意
味する。」

【００４３】同様に、図１０（ｃ）に示すように、半
船底形状の溝１０を設ける場合には、当該溝１０が、溝
の最底部１０ｃを含むハニカム構造体軸方向Ｙにおける
断面形状において、当該断面形状の曲線部分１０ｂの曲
率半径（Ｒ２）が、下記条件式（２）の範囲とすること
が好ましい。

【００４４】

【数２】ｄ／２＜Ｒ２＜５×ｄ …（２）

【００４５】「上記条件式（２）中、ｄは、溝のハニカ
ム構造体軸方向Ｙにおける深さを意味する。」

【００４６】一方、溝又は穴の位置としては、センサ
ーの感知部を、排ガスの流量の最も多いハニカム構造体
の中心軸近傍に位置させることが正確な測定を行う上で
好ましいため、例えば、図１１に示すように、ハニカム
状焼成体４１の中心軸Ｚを経由させて設けることが好ま
しい。

【００４７】また、縁取りの形状としては、図１２に
示すように、ハニカム状焼成体４１のセル開口端面８か
ら外周側面１４にかけて平面（斜面）を形成するもの、
図１３に示すように、ハニカム状焼成体４１のセル開口
端面８から外周側面１４にかけて凹曲面が形成されるも
のが、ハニカム構造体５１の耐熱衝撃性の低下を大幅に
抑えられる点で好ましい。

【００４８】なお、これらの縁取りを設けたハニカム
構造体は、例えば、図１４に示すように、複数のハニカ
ム構造体５１、５２を、各縁取り１１、１２を対向させ
て配設することにより、センサー５の配設領域を確保す
ることができる。

【００４９】本発明において、溝、穴又は縁取りを形
成する方法としては、切削等により溝等を形成する際
に、隔壁への応力が小さく、かつ容易に溝等を形成でき
るものが好ましい。具体的には、溝又は縁取りの場合は
グラインダー、穴の場合はドリル等を用いればよく、そ
の他、エンドミル等のフライスを用いてもよい。

【００５０】本発明のハニカム構造体の製造方法は、
以上説明した通りであるが、当該製造方法は、ディーゼ
ルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）等のハニカム
フィルターを製造する際に適用してもよいが、特に、薄
壁化が求められる触媒担体としてのハニカム構造体につ
いて好ましく適用することができる。

【００５１】

【発明の効果】以上、本発明によれば、センサーの配
設スペースを確保しながらも、触媒容量の低減を最小限
にとどめて、所望の浄化性能を得られるハニカム構造体
の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において、溝を設けた一の実施形態を
模式的に示す模式図であり、切削進行方向とせん断力と
の関係を説明するものである。

【図２】本発明において、穴を設けた一の実施形態を
模式的に示す説明図であり、（ａ）は上面図であり、
（ｂ）は側面図である。

【図３】本発明において、穴を設けた他の一の実施形
態を模式的に示す説明図であり、（ａ）は上面図であ
り、（ｂ）は側面図である。

【図４】本発明において、溝のセル開口端面における
投影面積と、センサーの同面積との関係を説明するもの
であり、（ａ）は溝のセル開口端面における投影面積が
センサーの同面積に対し、２倍未満となる例を示し、
（ｂ）は２倍以上となる例を示す。

【図５】本発明において、溝を設けた実施形態を模式
的に示す側面図であり、溝のセル開口端面における投影
面積と、排ガスの流れとの関係を説明するものである。

【図６】本発明において、溝を設けた一の実施形態を
模式的に示す説明図であり、（ａ）は上面図であり、
（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は正面図である。

【図７】本発明により製造した穴を設けたハニカム構
造体を、コンバーターシステムに設置した一の例を示す
模式図である。

【図８】本発明により製造した溝を設けたハニカム構
造体を、コンバーターシステムに設置した他の例を示す
模式図である。

【図９】本発明により製造した溝を設けたハニカム構
造体を、コンバーターシステムに設置した更に他の例を
示す模式図である。

【図１０】本発明において、溝を設けた一の実施形態
を模式的に示す説明図であり、（ａ）は斜視図であり、
（ｂ）は正面一部拡大図であり、（ｃ）は（ａ）におけ
るＸ−Ｘ’断面の一部拡大図である。

【図１１】本発明において、穴をハニカム状焼成体の
中心軸を経由させて設けた一の実施形態を模式的に示す
説明図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図
である。

【図１２】本発明において、縁取りを設けた一の実施
形態を模式的に示す説明図であり、（ａ）は上面図であ
り、（ｂ）は側面図である。

【図１３】本発明において、縁取りを設けた他の一の
実施形態を模式的に示す側面図である。

【図１４】本発明により製造した縁取りを設けたハニ
カム構造体を、コンバーターシステムに設置した例を示
す模式図である。

【符号の説明】

１…穴、２…隔壁、３…隔壁の主要面、５，６…センサ
ー、８，９…セル開口端面、１０…溝、１０ａ…曲線部
分、１０ｂ…曲線部分、１０ｃ…最底部、１１，１２…
縁取り、１４…外周側面、１５…開口部、１６…排ガス
の流れが妨げられる領域、１８…せん断力、１９…投影
面に対応するハニカム構造体の部位、２０…排ガス、４
１，４２…ハニカム状焼成体、５１，５２…ハニカム構
造体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D048 BA10X BA39Y BB02 DA02 4G030 AA07 AA16 AA17 AA36 AA37 AA45 AA46 AA47 AA49 AA50 AA51 AA52 BA34 CA10 4G069 AA01 AA08 AA11 CA03 EA19 FB74 FB76

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス及び／又は金属を主成分と
する坏土を成形してハニカム状成形体を得、該ハニカム状成形体を乾燥、焼成した後、得られたハニカム状焼成体の隔壁を、該隔壁の主要面に
対して斜めの切削進行方向で切削して、溝、穴又は縁取
りの少なくとも１種をハニカム状焼成体に設けることを
特徴とするハニカム構造体の製造方法。
【請求項２】前記ハニカム状焼成体の隔壁を、前記隔
壁の主要面に対し、切削進行方向が１５〜７５°となる
角度で切削する請求項１に記載のハニカム構造体の製造
方法。
【請求項３】前記溝又は前記穴を、これらのセル開口
端面における投影面積が、センサーの同投影面積に対
し、２倍以上となる領域で設ける請求項１又は２に記載
のハニカム構造体の製造方法。
【請求項４】前記溝又は前記穴を、これらのセル開口
端面における投影面積が、該セル開口端面の全面積に対
し、４０％（面積％）以下となる領域で設ける請求項３
に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項５】前記溝又は前記穴を、前記ハニカム状焼
成体の全体積に対し、０．５〜２０％（体積％）の領域
で設ける請求項１〜４の何れか一項に記載のハニカム構
造体の製造方法。
【請求項６】前記溝又は前記穴を、前記ハニカム状焼
成体の中心軸を経由させて設ける請求項１〜５の何れか
一項に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項７】前記縁取りを、前記ハニカム状焼成体の
全体積に対し、０．２〜３０％（体積％）となる領域で
設ける請求項１又は２に記載のハニカム構造体の製造方
法。
【請求項８】該ハニカム状焼成体の隔壁が、厚さ０．
０１〜０．３０ｍｍである請求項１〜７の何れか一項に
記載のハニカム構造体の製造方法。