JP2007196212A - 六角ハニカム構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排気ガス浄化触媒の触媒担体として用いられ、六角形格子状のセル壁2に囲まれた六角形状の多数のセル3と、外周側面を覆う筒状のスキン層4とを有するセラミック製の六角ハニカム構造体1である。セル壁2のうち、スキン層4と組み合わせられることなく6つのセル壁2によって実質的に完全な六角形状のセル3aを形成する要素となるセル壁である基本セル壁2aの平均厚みが140μm以下であり、3つの基本セル壁2a同士の交点部分における、3つのセル開口部の輪郭に接する円の直径Daの平均値Daxと、セルピッチPとの関係が、Dax/P≧0.13である。Dax/P≧0.16であることが好ましい。
【選択図】図2
Description
通常、触媒担体であるハニカム構造体は、外周側から所定の圧力をかけた状態でケース内に把持される。そのため、上記のセル壁の薄肉化による剛性の低下によって、外周面からの圧力に対する破壊強度が低下するという問題が生じるようになった。この破壊強度の低下は、セル形状が三角形又は四角形の場合よりも六角形の場合の方が特に深刻な問題となる。
特許文献1には、ハニカム構造体の横断面図心方向へ向かうにつれて規則的に薄くすることが示されている。
特許文献2には、中心を含む第一の領域の外側の第二の領域に存在する貫通孔の各隅部に補強部を設けることが示されている。
特許文献3には、外周に存在する断面積が完全な貫通孔の断面積の80%未満の不完全貫通孔を形成する隔壁の内、外壁と隔壁とが直交しない不完全貫通孔の隔壁のみを、その他の部分の薄壁より9〜100%厚くするとともに、外壁の厚さを、外周の不完全貫通孔を構成する隔壁の厚さより厚くすることが示されている。
特許文献5には、外周壁とセル壁との交点の半径(Rr)がセル壁同士の交点の半径(Rc)を大きくすることが示されている。
特許文献6には、一方の対向する各隅角部に略円弧上のR部を形成することが示されている。
また特許文献3、4の技術では、最外周隔壁厚さを厚くする技術が提案されているが、この技術は四角セルにおいてはある程度機械的強度を確保できたが、六角セルにおいて機械的強度を確保するには十分ではなかった。
該六角ハニカム構造体は、六角形格子状のセル壁に囲まれた六角形状の多数のセルと、外周側面を覆う筒状のスキン層とを有し、
上記セル壁のうち、完全な六角形状のセルを形成する要素となる基本セル壁の厚みが140μm以下であり、
上記基本セル壁同士の交点部分に内接する内接円直径Daと、セルピッチPとの関係が、Da/P≧0.13であることを特徴とする六角ハニカム構造体にある(請求項1)。
上記セル壁のうち、上記スキン層と組み合わせられることなく6つのセル壁によって実質的に完全な六角形状のセルを形成する要素となるセル壁である基本セル壁の平均厚みが140μm以下であり、
3つの上記基本セル壁同士の交点部分における、3つのセル開口部の輪郭に接する円の直径Daの平均値Daxと、セルピッチPとの関係が、Dax/P≧0.13であることを特徴とする六角ハニカム構造体にある(請求項6)。
上記セル壁のうち、上記スキン層と組み合わせられることなく6つのセル壁によって実質的に完全な六角形状のセルを形成する要素となるセル壁である基本セル壁の平均厚みが140μm以下であり、
上記六角ハニカム構造体の横断面を、外周形状の相似形であって中心を含む第1領域と、その外周側の第2領域とに分けると共に、上記第1領域の面積S1と上記第2領域の面積S2との比S2/S1が0.2となるように領域を区分した場合、
3つの上記基本セル壁同士の交点部分における、3つのセル開口部の輪郭に接する円の直径Daと、セルピッチPとの関係が、少なくとも上記第2領域においては、Da/P≧0.13を満たす交点が、上記基本セル壁同士の全交点の80%以上を占めることを特徴とする六角ハニカム構造体にある(請求項9)。
少なくとも、最上流側に配置された上記排ガス浄化部における上記担体は、第2又は第3の発明の六角ハニカム構造体よりなることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置にある(請求項12)。
第2の発明の六角ハニカム構造体においては、上記のごとく、3つの上記基本セル壁同士の交点部分における、3つのセル開口部の輪郭に接する円の直径Daの平均値Daxと、セルピッチPとの関係が、Dax/P≧0.13である。このDax/Pが0.13未満の場合には、十分な破壊強度向上効果が得られない。
ここで、上記直径Daは、後述する図5〜図8に例示するように、基本セル壁同士の交点部分において、隣接する3つのセル開口部c1〜c3の輪郭つまり基本セル壁2aの表面位置のどこかでそれぞれ接するように円Caを描いてその直径Daを求める。そして、この円Caとセル開口部c1〜c3の輪郭とが接する位置は、実際には、図5〜図8に示すごとく、その交点部分の角部等の微細な形状のばらつきやセル壁の厚み等によって変化するが、いずれの場合にも、セル開口部c1〜c3の内部にはみ出ないように、すべてのセル開口部c1〜c3の輪郭に接する最大の円を描いて求める。
ここで、上記直径Dbは、上述した直径Daの求め方と同様の求め方でもめる。
本実施例では、上記基本セル壁同士の交点部分に内接する内接円直径Daと、3つの上記基本セル壁同士の交点部分における、3つのセル開口部の輪郭に接する円の直径Daの平均値Daxとが、実質的に同一の数値となる六角ハニカム構造体として、複数の六角ハニカム構造体を得た。
そして、本例では、本発明の六角ハニカム構造体の強度特性を定量的に評価すべく、各部の寸法を変更した複数の六角ハニカム構造体(実施例としての試料E1〜E12、比較例としての試料C1〜C12)を作製し、アイソスタティック強度を測定した。
本例の六角ハニカム構造体1は、図1に示すごとく、排気ガス浄化触媒の触媒担体として用いられるセラミック製の六角ハニカム構造体である。
六角ハニカム構造体1は、六角形格子状のセル壁2に囲まれた六角形状の多数のセル3と、外周側面を覆う筒状のスキン層4とを有する。
図2に示すごとく、上記セル壁2のうち、実質的に完全な六角形状のセル3aを形成する要素となる基本セル壁2aの厚みtが140μm以下である。
また、スキン層4近傍において該スキン層4と組み合わせられて実質的に不完全な六角形状のセル3bを形成する要素となるセル壁である最外周セル壁同士の交点部分、又は該最外周セル壁と上記基本セル壁との交点部分における、3つのセル開口部の輪郭に接する円Cbの直径をDb(mm)とする。また全ての交点における上記直径Dbの平均値をDbxとする。
そして、各試料における、各部の寸法及びDax/P、Dbx/Daxの値は、後述する表1に示すとおりとする。
そして、上記押出成形工程では、セル壁2の形状に対応する形状のスリット溝を有する押出成形用金型(図示略)を用いて押出成形する。
そして、準備した上記セラミック原料を押出成形用金型を用いて押出成形し、ハニカム成形体を成形する。その後、成形したハニカム成形体を所望の長さに切断する切断工程と、90〜100℃で乾燥させる乾燥工程と、最高温度1400℃で焼成する焼成工程とを施すことにより、上記六角ハニカム構造体1を得る。
アイソスタティック強度の測定は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格(JASO)M505−87に基づいたセラミックハニカム構造体のアイソスタティック破壊強度の試験によって行った。簡単に試験方法を説明すると、ハニカム構造体の両端面にアルミ板をあて、外周をゴムチューブにて包み、チューブの端をテープでシールし、測定試料とする。そしてこの試料を水圧容器内にいれ、水を導入し圧力を増加させて破壊時の圧力をアイソスタティック強度とした。
1.5未満:不合格(×)、
1.5以上2未満:不合格(△)、
2.0以上3未満:合格(○)、
3以上:合格(◎)
一方、比較例である試料C1〜C12は、Dax/Pが0.13未満であることにより、十分なアイソスタティック強度が得られなかった。
本例では、実施例1に示した基本構成の六角ハニカム構造体1(図1、図2)において、さらに、図3に示すごとく、六角ハニカム構造体1の横断面を、外周形状の相似形であって中心Oを含む第1領域S1と、その外周側の第2領域S2という2つの領域に区分した場合の、直径Daと、セルピッチPとの関係について考察した。
シミュレーションの内容は、上記第1領域S1におけるDax/Pは0.13未満に設定し、上記第2領域S2におけるDa/P≧0.13を満たす交点が、上記基本セル壁同士の全交点の80%以上を占める条件に設定し、S2/S1をいくつ以上とすれば、付与された応力に耐えうるかを求めるというものである。
本例は、ハニカム構造体よりなる担体に触媒を担持させた排ガス浄化部51、52を1複数有する内燃機関の排ガス浄化装置5に関する例である。
排ガス浄化装置5は、図4に示すごとく、最上流側に配置された上記排ガス浄化部51における上記担体510として、上記第1の発明の六角ハニカム構造体を採用する。
なお、第2排ガス浄化部52に備えた担体520としては、四角形状のセルを備えた四角ハニカム構造体を採用した。具体的には、外径は103mmφ、長さ105mm、4mil/400セルという寸法関係ものである。
2 セル壁(2a 基本セル壁、2b 最外周セル壁)
3 セル(3a 実質的に完全な六角形状のセル、3b 実質的に不完全な六角形状のセル)
4 スキン層
5 排ガス浄化装置
51 第1排ガス浄化部
510 担体
52 第2排ガス浄化部
Claims (12)
- 排気ガス浄化触媒の触媒担体として用いられるセラミック製の六角ハニカム構造体において、
該六角ハニカム構造体は、六角形格子状のセル壁に囲まれた六角形状の多数のセルと、外周側面を覆う筒状のスキン層とを有し、
上記セル壁のうち、完全な六角形状のセルを形成する要素となる基本セル壁の厚みが140μm以下であり、
上記基本セル壁同士の交点部分に内接する内接円直径Daと、セルピッチPとの関係が、Da/P≧0.13であることを特徴とする六角ハニカム構造体。 - 請求項1において、上記内接円直径Daと、上記セルピッチPとの関係が、Da/P≧0.16であることを特徴とする六角ハニカム構造体。
- 請求項1又は2において、上記セル壁のうち、上記スキン層近傍において不完全な六角形状のセルを形成する要素となる最外周セル壁同士の交点部分、又は該最外周セル壁と上記基本セル壁との交点部分に内接する内接円直径Dbと、上記内接円直径Daとの関係が、Db/Da≧1.05であることを特徴とする六角ハニカム構造体。
- 請求項1〜3のいずれか1項において、上記基本セル壁の厚みが110μm以下であることを特徴とする六角ハニカム構造体。
- 請求項1〜4のいずれか1項において、上記六角ハニカム構造体の気孔率が40%以下であることを特徴とする六角ハニカム構造体。
- 排気ガス浄化触媒の触媒担体として用いられ、六角形格子状のセル壁に囲まれた六角形状の多数のセルと、外周側面を覆う筒状のスキン層とを有するセラミック製の六角ハニカム構造体において、
上記セル壁のうち、上記スキン層と組み合わせられることなく6つのセル壁によって実質的に完全な六角形状のセルを形成する要素となるセル壁である基本セル壁の平均厚みが140μm以下であり、
3つの上記基本セル壁同士の交点部分における、3つのセル開口部の輪郭に接する円の直径Daの平均値Daxと、セルピッチPとの関係が、Dax/P≧0.13であることを特徴とする六角ハニカム構造体。 - 請求項6において、上記直径Daの平均値Daxと、上記セルピッチPとの関係が、Dax/P≧0.16であることを特徴とする六角ハニカム構造体。
- 請求項6又は7において、上記セル壁のうち、上記スキン層近傍において該スキン層と組み合わせられて実質的に不完全な六角形状のセルを形成する要素となるセル壁である最外周セル壁同士の交点部分、又は該最外周セル壁と上記基本セル壁との交点部分における、3つのセル開口部の輪郭に接する円の直径Dbの平均値Dbxと、上記直径Daの平均値Daxとの関係が、Dbx/Dax≧1.05であることを特徴とする六角ハニカム構造体。
- 排気ガス浄化触媒の触媒担体として用いられ、六角形格子状のセル壁に囲まれた六角形状の多数のセルと、外周側面を覆う筒状のスキン層とを有するセラミック製の六角ハニカム構造体において、
上記セル壁のうち、上記スキン層と組み合わせられることなく6つのセル壁によって実質的に完全な六角形状のセルを形成する要素となるセル壁である基本セル壁の平均厚みが140μm以下であり、
上記六角ハニカム構造体の横断面を、外周形状の相似形であって中心を含む第1領域と、その外周側の第2領域とに分けると共に、上記第1領域の面積S1と上記第2領域の面積S2との比S2/S1が0.2となるように領域を区分した場合、
3つの上記基本セル壁同士の交点部分における、3つのセル開口部の輪郭に接する円の直径Daと、セルピッチPとの関係が、少なくとも上記第2領域においては、Da/P≧0.13を満たす交点が、上記基本セル壁同士の全交点の80%以上を占めることを特徴とする六角ハニカム構造体。 - 請求項6〜9のいずれか1項において、上記基本セル壁の平均厚みが110μm以下であることを特徴とする六角ハニカム構造体。
- 請求項6〜10のいずれか1項において、上記六角ハニカム構造体の気孔率が40%以下であることを特徴とする六角ハニカム構造体。
- ハニカム構造体よりなる担体に触媒を担持させた排ガス浄化部を1又は複数有する内燃機関の排ガス浄化装置であって,
少なくとも、最上流側に配置された上記排ガス浄化部における上記担体は、請求項1〜11のいずれか1項に記載の六角ハニカム構造体よりなることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
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