JP2008023439A - ハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタ触媒を形成したときに圧損が低く、パティキュレートの捕集性能および機械的強度にすぐれたハニカム構造体を提供すること。
【解決手段】本発明のハニカム構造体１は、隔壁２により区画された軸方向に伸びる多数のセル３をもつハニカム構造体において、ハニカム構造体１は、セル３ののびる方向に対して垂直な断面において、隔壁２が麻の葉模様をなすように形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハニカム構造体に関し、詳しくは、パティキュレートの捕集能力に優れたフィルタ触媒を提供できるハニカム構造体の構造に関する。

内燃機関などの排気ガスの処理には、排ガス浄化用触媒が用いられている。排ガス浄化用触媒は、ハニカム構造体などの耐熱性の多孔質担体上に触媒成分を担持した構成を有している。そして、排ガス浄化用触媒のセルを排気ガスが通過するときに触媒成分と接触し、排気ガス中の有害成分が浄化される。

また、排気ガス中のパティキュレートの除去を行う排ガス浄化用触媒として、フィルタ触媒がある。フィルタ触媒は、隣接するセルの両端部が互い違いに封止材で封止された構造のハニカム構造体を用いる。そして、フィルタ触媒は、セルを区画する隔壁に形成された細孔を通って隣接するセルに排気ガスが流れる。排気ガスが、細孔を通過するときに細孔径よりも大きなパティキュレートが捕捉される。

フィルタ触媒に用いられるハニカム構造体は、例えば、特許文献１〜６に開示されている。各特許文献には、三角形、六角形、八角形、円形などさまざまな形状のセルをもつハニカム構造体が開示されている。

しかしながら、近年においては、さらなる触媒性能の向上が求められている。
特開昭５６−１２４４１８号公報 特開昭５６−１２４４１７号公報 特開昭６２−９６７１７号公報 特公平３−４９６０８号公報 米国特許第４２７６０７１号公報 米国特許第４４１６６７６号公報

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、フィルタ触媒を形成したときに圧損が低く、パティキュレートの捕集性能および機械的強度にすぐれたハニカム構造体を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明者らは、ハニカム構造体のセルの形状について検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。

本発明のハニカム構造体は、隔壁により区画された軸方向に伸びる多数のセルをもつハニカム構造体において、ハニカム構造体は、セルののびる方向に対して垂直な断面において、隔壁が麻の葉模様をなすように形成されていることを特徴とする。

本発明のハニカム構造体は、多数のセルを区画する隔壁が麻の葉模様を呈するようにもうけられている。このような構造となることで、ハニカム構造体は、広い表面積と大きな強度をもつこととなった。この結果、本発明のハニカム構造体を用いて排ガス浄化用触媒を形成したときに、広い表面積とすぐれた浄化性能を発揮する。

本発明のハニカム構造体は、隔壁により区画された軸方向に伸びる多数のセルをもつハニカム構造体である。本発明のハニカム構造体において、多数のセルは、それぞれの軸方向が平行な状態で配置されている。

そして、本発明のハニカム構造体は、セルののびる方向に対して垂直な断面において、隔壁が麻の葉模様をなすように形成されている。麻の葉模様とは、図１に示した模様である。

本発明のハニカム構造体は、図１に示したように、多数のセルのそれぞれは、断面が三角形をなし、かつ隣接した二つのセルは、二つのセルを隔てる隔壁に対して対称な断面形状をもつ。ここで、セルの断面形状は、セルの伸びる軸方向にたいして垂直な断面におけるセルの形状である。本発明のハニカム構造体は、セルの形状が三角形をなすことで、隔壁の量が増加する。隔壁の量が増加することで、ハニカム構造体の表面積およびハニカム構造体を構成する物質の使用量が増加する。ハニカム構造体の表面積の増加は、触媒として使用したときの触媒担持量を増加し、触媒性能を向上する。また、隔壁の表面積の増加は、フィルタ触媒としてのフィルタ性能を向上する。ハニカム構造体を構成する物質の使用量の増加は、ハニカム構造体自身の強度を向上する。

また、本発明のハニカム構造体は、隣接した二つのセルは、二つのセルを隔てる隔壁に対して対称な断面形状をもつ。隣接する二つのセルが対称な形状をもつことで、フィルタ触媒を形成するためにセルの互いに異なる端部を封止しても、封止されたセルの全面積がハニカム構造体のそれぞれの端面で同じとなる。

ハニカム構造体は、ひとつのセルを区画する隔壁のうちの二つの隔壁が直角あるいは鋭角をなす状態で交わる部分に、面取りがなされていることが好ましい。直角あるいは鋭角をなす部分に面取りを行うことで、排ガス浄化用触媒を形成したときに熱応力や物理的な応力がこの隔壁の交差する部分に集中することを緩和できる。この集中の緩和により、クラックの発生などハニカム構造体の損傷が抑えられる。

ハニカム構造体に施される面取りは、二つの隔壁が交わる部分において直角あるいは鋭角を緩和する面取り方法であれば特に限定されるものではなく、Ｒ面取りやＣ面取りを施すことができる。ここで、Ｒ面取りとは角部をＲ形状に成形する面取りであり、Ｃ面取りとは角部を構成する辺（面）の数を増やしてそれぞれの辺（面）が鈍角を形成する面取りである。

本発明のハニカム構造体は、排ガス浄化用触媒の触媒担体基材に用いることが好ましい。排ガス浄化用触媒には、セルの両端部が開口しセル内を排気ガスが通過するストレートフロー型と、セルを区画する隔壁が多数の細孔をもちかつこの細孔を通過する排気ガスを浄化するウォールフロー型の二つのタイプがある。本発明のハニカム構造体は、特にウォールフロー型の触媒に用いることが好ましい。

ウォールフロー型の触媒は、隔壁内を排気ガスが通過するように、隣接するセル同士が互いに異なる端部が封止されている。すなわち、本発明のハニカム構造体は、隣接する二つのセルのうちの一方のセルの一方の端部が封止材で封止され、隣接する二つのセルのうちの他方のセルの他方の端部が封止材で封止されたことが好ましい。

本発明のハニカム構造体を形成する材質は、特に限定されるものではなく、従来公知の材質を用いることが好ましい。たとえば、ステンレス鋼などの耐熱性金属、炭化ケイ素、窒化ケイ素、コーディエライト、チタン酸アルミニウム、アルミナ、ジルコニア、チタニア等よりなる耐熱性セラミックスをあげることができる。本発明のハニカム構造体は、ウォールフロー型の触媒に用いることが好ましいことから、その隔壁に微細な細孔をもつことが好ましい。つまり、ハニカム構造体は、多孔質セラミックスより形成されることが好ましい。また、ハニカム構造体は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、コーディエライト、チタン酸アルミニウムより選ばれるセラミックスを主成分として形成されることが好ましい。

本発明のハニカム構造体において、隔壁に形成された多数の細孔の細孔径や気孔率等の条件は、ハニカム構造体の使用条件により異なるため一概に決定できるものではない。

本発明のハニカム構造体は、セルが所定の形状に形成されていればよく、一体に製造されても、複数部の分体を接合して製造してもよい。複数部の分体を接合して形成されたことが好ましい。

ハニカム構造体は、複数部のハニカム分体と、二つのハニカム分体の間にもうけられた接合材層と、接合材に接合された複数部のハニカム分体の接合体の周方向の外周面にもうけられた外周材層と、を有することが好ましい。つまり、接合体の外周面に外周材層をもつことが好ましい。外周材層をもつことで、排ガス浄化用触媒に使用したときに接合体が熱膨張を生じることによる損傷の発生を抑えられる。ハニカム分体を接合する接合材および接合体の外周面に形成される外周材層を形成する材質は、特に限定されるものではなく、従来公知の材質を用いることができる。このような構成のハニカム構造体は、複数部のハニカム分体を製造し、そのハニカム分体を接合材で接合した後に、所望の外周形状に成形し、外周材層を形成することで製造することができる。

本発明のハニカム構造体は、その外周形状が特に限定されるものではない。軸方向にセルがのびる円柱状、角柱状などの形状とすることができる。

以下、実施例を用いて本発明を説明する。

本発明の実施例としてハニカム構造体を製造した。

（実施例１）
本実施例は、多孔質のチタン酸アルミニウムにより形成され、隔壁により軸方向に多数のセルが区画されたハニカム構造体である。本実施例のハニカム構造体は、全体の形状が円柱状をなすように形成されている。本実施例のハニカム構造体を図２に示した。

本実施例のハニカム構造体１は、軸方向に垂直な平面での断面において、隔壁が麻の葉模様を呈するように形成されている。麻の葉模様とは、上記したように、図１に示した模様である。本実施例においてては、図１の実線部分に隔壁２が位置している。

そして、各セルの両端部に形成された２つの開口部のうち１つは、封止材によって交互に封止されている。つまり、多数あるセル３のうち、約半数のものは一方の端面において開口し、残りのものは他方の端面において開口している。本実施例のハニカム構造体の端面において、封止されたセル３０と開口したセル３１とが交互に並んでいる。本実施例のハニカム構造体の封止のパターンを図３に示した。

本実施例のハニカム構造体１は、複数部のハニカム分体１０，１０を接合材４で接合して形成されている。このような構成となることで、大きなハニカム構造体を一体に形成するよりも簡単に製造することができる。また、ハニカム分体の材質をハニカム構造体の部分ごとに変更することも可能となる。

さらに、本実施例のハニカム構造体１は、その周方向の外周面部に外周材層５が形成されている。この外周材層５には、ハニカム構造体１を構成するハニカム分体と同じ材質のチタン酸アルミニウムが用いられた。外周材層５を形成したことで、ハニカム構造体１の熱膨張を抑えることができる。また、外周材層５によりハニカム構造体１の外周面がなめらかな形状となり、取り扱い時に破損が生じにくくなった。

本実施例のハニカム構造体は、例えば、以下の方法により製造された。

まず、押出成形等の方法により、多孔質のチタン酸アルミニウムで断面正方形状の角柱状のハニカム分体１０を製造した。そして、ハニカム分体１を接合材をその外周面に塗布し、別のハニカム分体１０を塗布面に押しつけて接合した。これにより、二つのハニカム分体１０，１０が接合材層４に接合された状態となった。複数のハニカム分体１０，１０の接合を繰り返して、図４に示したように、複数のハニカム分体１０，１０が接合材層４に接合された、全体の断面（端面）が正方形状のハニカム接合体１１を製造した。

その後、ハニカム接合体１１を円柱状に切り出した。円柱状に切り出された接合体１１の周方向の外周面に外周材層５を形成した。外周材層５の形成は、チタン酸アルミニウムを主成分とするスラリーを接合体１１の外周面に所定の厚さで塗布し、焼成することでなされた。

そして、図３に示したように、多数のセル３のそれぞれの端面を封止材で封止した。

以上により、本実施例のハニカム構造体１が製造できた。

（実施例２）
本実施例は、封止材によるセル３の封止のパターンが異なる以外は、実施例１と同様なハニカム構造体である。本実施例のハニカム構造体の端面を図５に示した。

本実施例は、セル３の封止のパターンが異なる以外は、実施例１と同様な構成であり、実施例１の時と同様な効果を発揮する。

（実施例３）
本実施例は、二つの隔壁２，２が交わる部分にＲ面取りがなされている以外は、実施例１と同様なハニカム構造体である。本実施例のハニカム構造体の隔壁２が交わる部分を拡大図で図６に示した。

本実施例は、フィルタ触媒などの排ガス浄化用触媒を形成したときに熱応力や物理的な応力がこの隔壁の交差する部分に集中することを緩和できる効果を発揮する。この集中の緩和により、クラックの発生などハニカム構造体１の損傷が抑えられる。

また、この効果以外は、実施例１の時と同様な効果を発揮する。

（実施例４）
本実施例は、二つの隔壁２，２が交わる部分にＣ面取りがなされている以外は、実施例１と同様なハニカム構造体である。本実施例のハニカム構造体の隔壁２が交わる部分を拡大図で図７に示した。

本実施例は、フィルタ触媒などの排ガス浄化用触媒を形成したときに熱応力や物理的な応力がこの隔壁の交差する部分に集中することを緩和できる効果を発揮する。この集中の緩和により、クラックの発生などハニカム構造体１の損傷が抑えられる。

また、この効果以外は、実施例１の時と同様な効果を発揮する。

麻の葉模様のパターンを示した図である。 実施例１のハニカム構造体を示した図である。 実施例１のハニカム構造体のセルの封止パターンを示した図である。 ハニカム分体の接合体を示した図である。 実施例２のハニカム構造体のセルの封止パターンを示した図である。 実施例３のハニカム構造体の隔壁の交わる部分の拡大図である。 実施例３のハニカム構造体の隔壁の交わる部分の拡大図である。

符号の説明

１：ハニカム構造体 １０：ハニカム分体
１１：接合体
２：隔壁
３，３０，３１：セル
４：接合材層
５：外周材層

Claims (6)

1. 隔壁により区画された軸方向に伸びる多数のセルをもつハニカム構造体において、
   該ハニカム構造体は、該セルののびる方向に対して垂直な断面において、該隔壁が麻の葉模様をなすように形成されていることを特徴とするハニカム構造体。
2. 前記ハニカム構造体は、ひとつのセルを区画する前記隔壁のうちの二つの該隔壁が直角あるいは鋭角をなす状態で交わる部分に、面取りがなされている請求項１記載のハニカム構造体。
3. 前記ハニカム構造体は、隣接する二つのセルのうちの一方のセルの一方の端部が封止材で封止され、隣接する二つのセルのうちの他方のセルの他方の端部が封止材で封止された請求項１記載のハニカム構造体。
4. 前記ハニカム構造体は、多孔質セラミックスより形成される請求項１記載のハニカム構造体。
5. 前記ハニカム構造体は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、コーディエライト、チタン酸アルミニウムより選ばれるセラミックスを主成分として形成される請求項４記載のハニカム構造体。
6. 前記ハニカム構造体は、
   複数部のハニカム分体と、
   二つのハニカム分体の間にもうけられた接合材層と、
   該接合材に接合された複数部の該ハニカム分体の接合体の周方向の外周面にもうけられた外周材層と、
   を有する請求項１記載のハニカム構造体。

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