JP2017176911A

JP2017176911A - ハニカム構造体、及びハニカム構造体の製造方法

Info

Publication number: JP2017176911A
Application number: JP2016063507A
Authority: JP
Inventors: 廣瀬　正悟; Shogo Hirose; 正悟廣瀬; 詩織中尾; Shiori Nakao
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2016-03-28
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2036-03-28
Also published as: DE102017002577A1; JP6587567B2; US20170276049A1; US10550746B2; CN107237670A; CN107237670B

Abstract

【課題】排気ガス浄化装置の設置場所や排気ガス等の流体の排気流路の形状に制限されることないハニカム構造体の提供を課題とするものである。【解決手段】ハニカム構造体１は、流体の流路となる複数の多角形状のセル３を区画形成する隔壁４を有し、軸方向に対して垂直な構造体端面８は、互いに異なるセル構造を呈し、外周部１４によって囲まれた少なくとも二つ以上のセル領域１０ａ，１０ｂを有し、互いに隣接するセル領域１０ａ，１０ｂにおいて、一方の第一セル領域１０ａの第一セル構造９ａの第一隔壁４ａに対し、他方の第二セル領域１０ｂの第二セル構造９ｂの第二隔壁４ｂが傾斜している。【選択図】図２

Description

本発明は、ハニカム構造体、及びハニカム構造体の製造方法に関する。更に詳しくは、ハニカム構造体の内部を流通する排気ガス等の流体の流速の均一化を図ることが可能なハニカム構造体、及びハニカム構造体の製造方法に関する。

従来、自動車のエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスの中には、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、及び窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）などの有害物質が含まれている。自然環境や人体等に対する影響があるため、このような有害物質をそのまま大気中に放出することはできない。そこで、排気ガスの排出流路の途中に、上記有害物質を除去し、浄化するための排気ガス浄化装置が一般に設けられている。

このような排気ガス浄化装置として、例えば、流体（排気ガス）の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を有し、多孔質性のセラミックス材料で形成されたハニカム構造体を触媒担体として用い、ハニカム構造体の隔壁に触媒を担持したハニカム触媒体が用いられている。特に、ディーゼルエンジンから排出された排気ガスの浄化を行う場合、還元剤としてアンモニア（ＮＨ_３）を用い、ＮＯ_ｘを窒素ガス及び水に変換する選択的触媒還元（ＳＣＲ：ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）の技術が用いられることがあり、ＮＯ_ｘを高い浄化効率で処理することが可能となる。

ＮＯ_ｘの浄化処理について更に具体的に説明すると、ハニカム触媒体の一方の端面（流入側）から他方の端面（排出側）に沿って流体である排気ガスを流すことにより、ＮＯ_ｘを含んだ排気ガスがそれぞれのセルに分散して流通することになる。このとき、隔壁に担持された触媒と排気ガスとが接触する。特に、ハニカム触媒体は、複数のセルを備える構造であるため、排気ガスと触媒との接触の機会、及び当該触媒との接触面積を広く採ることができる。

その結果、ＮＯ_ｘの高い浄化性能を、上記排気ガス浄化装置は発揮することができる。ここで、使用する触媒としては、金属置換ゼオライト、バナジウム、バナジア、チタニア、酸化タングステン、銀、及びアルミナなどの各種金属触媒の中から一または複数を選択することができる（例えば、特許文献１参照。）。

また、排気ガス等の流体の流速の均一化を図り、構造体端面における流体の処理領域の偏りをなくすために、流速の速い領域に圧力損失の高いハニカム部を配置し、一方、流速の遅い領域に圧力損失の低いハニカム部を配置することで、構造体端面の領域毎にセル構造の異なるハニカム構造体を製造することが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００９−１５４１４８号公報特開２００３−０２５３１６号公報

しかしながら、上記排気ガス浄化装置に用いられるハニカム構造体は、下記に掲げる不具合を生じる可能性があった。例えば、図１０に示すように、排気ガス浄化装置１００がディーゼルエンジン等から排出される排気ガスＥＧの排気流路ＣＲに主に設置されている。この排気ガス浄化装置１００は、柱状のハニカム構造体１０１に触媒（図示しない）を担持したハニカム触媒体１０２と、ハニカム触媒体１０２を内部に収容可能な筒形状を呈し、一端に排気ガスＥＧの流入部１０３ａ及び他端に浄化された浄化ガスＣＧの排出部１０３ｂを有する金属製の筐体１０４とを備えて構成される。

上記のような排気ガス浄化装置１００が、ディーゼル車等に搭載される場合、その設置場所は制限されることが多い。そのため、ディーゼルエンジンから排出された排気ガスＥＧは、複雑に曲げられた排気ガスＥＧの排気流路ＣＲに沿って排気ガス浄化装置１００まで送られる。そのため、図１０のように、排気ガス浄化装置１００の直前で、直交方向に曲がった形状の排気流路ＣＲとなることや、その他の複雑な排気流路（図示しない）となることがある。この場合、ハニカム触媒体１０２（またはハニカム構造体１０１）の軸方向Ｘに対して垂直な構造体端面１０５において、ハニカム触媒体１０２の内部に流れ込む排気ガスＥＧの流速が一定とならないことがあった。

例えば、図１０の排気ガス浄化装置１００の場合、ハニカム触媒体１０２の直前で曲げられたカーブ領域の排気流路ＣＲを通過する排気ガスＥＧは、排気流路ＣＲの外周側Ｏの流速が速くなり、一方、排気流路ＣＲの内周側Ｉの流速が一般に遅くなる。そのため、ハニカム触媒体１０２の上部及び下部において排気ガスＥＧの流速が不均一となる事態が生じていた。

排気ガスＥＧの流速の不均一化によって、排気ガスＥＧを処理する構造体端面１０５の処理領域が偏ることがあった。すなわち、流速の速い構造体端面１０５の下部から多くの排気ガスＥＧがハニカム触媒体１０２の内部に流れ込み、流速の遅い構造体端面１０５の上部にはそれほど多くの排気ガスＥＧが流れ込むことがなかった。

更に、上記流速の不均一化によって、排気ガス浄化装置１００の流入部１０３ａ及び排出部１０３ｂの間の圧力損失の差が大きくなる可能性があった。これにより、排気ガスＥＧの浄化処理が安定的に行えないことがあった。

更に、特許文献２に開示されるような、領域毎に異なるセル構造で形成されたハニカム構造体の場合、互いに隣接するセル領域において、一方のセル領域のセル構造の隔壁（第一隔壁）に対し、他方のセル領域のセル構造の隔壁（第二隔壁）が傾斜して設けられていなかった。その結果、ハニカム構造体をキャニングする際に、当該ハニカム構造体に外力が加わると、特に各セル領域の境界面で微小な偏加重が発生し、当該境界面に沿ってクラックが生じる可能性があった。

そこで、本発明は上記実情に鑑み、排気ガス浄化装置の設置場所や排気ガス等の流体の排気流路の形状に制限されることなく、流体の流速の均一化を図り、構造体端面における流体の処理領域が偏ることなく、かつ圧力損失を抑制可能であるとともに、キャニング時のクラックの発生を抑えたハニカム構造体、及びハニカム構造体の製造方法の提供を課題とするものである。

［１］流体の流路となる複数の多角形状のセルを区画形成する隔壁を有するハニカム構造体であって、前記ハニカム構造体の軸方向に対して垂直な構造体端面は、互いに異なるセル構造を呈し、外周部によって囲まれた少なくとも二つ以上のセル領域を有し、互いに隣接する前記セル領域において、一方の前記セル領域の前記セル構造の第一隔壁に対し、他方の前記セル領域の前記セル構造の第二隔壁が傾斜しているハニカム構造体。

［２］前記セルは、四角形状であり、前記第一隔壁に対する前記第二隔壁の傾斜角度は、３〜４５°の範囲である前記［１］に記載のハニカム構造体。

［３］前記セルは、六角形状であり、前記第一隔壁に対する前記第二隔壁の傾斜角度は、６５〜９０°の範囲である前記［１］に記載のハニカム構造体。

［４］一方の前記セル領域及び他方の前記セル領域の間の境界線に出現する不完全形状の不完全セルのセル個数は、前記構造体端面の全セル個数に対して、０．１％以下である前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［５］少なくとも二つ以上の前記セル領域の中で最大の端面面積を有する最大セル領域は、前記構造体端面の全構造体端面の面積に対して、２５〜７５％の比率を占める前記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［６］互いの前記セル領域の間に介設された接合部を有する前記［１］〜［５］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［７］流体の流路となる複数の多角形状のセルを区画形成する隔壁を有し、軸方向に対して垂直な構造体端面が互いに異なるセル構造を呈し、外周部によって囲まれた少なくとも二つ以上のセル領域を組合わせて形成され、互いに隣接する前記セル領域において、一方の前記セル領域の前記セル構造の第一隔壁に対し、他方の前記セル領域の前記セル構造の第二隔壁が傾斜している前記［１］〜［５］のいずれかに記載のハニカム構造体を製造するためのハニカム構造体の製造方法であって、成形材料を押し出し、前記ハニカム構造体を一体成形する一体成形工程を備えるハニカム構造体の製造方法。

［８］流体の流路となる複数の多角形状のセルを区画形成する隔壁を有し、軸方向に対して垂直な構造体端面が互いに異なるセル構造を呈し、外周部によって囲まれた少なくとも二つ以上のセル領域を組合わせて形成され、互いに隣接する前記セル領域において、一方の前記セル領域の前記セル構造の第一隔壁に対し、他方の前記セル領域の前記セル構造の第二隔壁が傾斜しているハニカム構造体を製造するための前記［１］〜［６］のいずれかに記載のハニカム構造体の製造方法であって、成形材料を押し出し、それぞれの前記セル領域毎に成形するセル領域成形工程と、成形された少なくとも二つ以上の前記セル領域を組合わせて接合する接合工程とを備えるハニカム構造体の製造方法。

本発明のハニカム構造体によれば、それぞれ異なるセル構造で形成された複数のセル領域を組合わせることにより、流速の不均一化を是正し、流体の処理領域の偏りを解消することができる。これにより、排気ガス浄化装置の設置場所や排気流路の形状に制限されることがなく、高いＮＯ_ｘの浄化効率を維持することができる。

更に、流速の均一化が図られるため、排気ガスの処理前後での圧力損失を小さくすることができる。更に互いに隣接するセル領域の一方のセル領域のセル構造の隔壁に対し、他方のセル領域のセル構造の隔壁を傾斜させることにより、各セル領域の境界面での微小な偏加重の発生を抑制し、当該境界面に沿ったクラックの発生を減少させることができる。

本発明のハニカム構造体の製造方法によれば、上記効果を奏するハニカム構造体の製造が可能となる。また、複数のセル領域で形成されるハニカム構造体の一体成形を可能とすることや、或いは、それぞれのセル領域毎に成形し、これらを組合わせることによって本発明のハニカム構造体を構築することもできる。

ハニカム構造体を用いた排気ガス浄化装置における排気ガスの流れの様子を模式的に示す説明図である。本実施形態のハニカム構造体の構成の一例を模式的に示す平面図である。図２のハニカム構造体の一部拡大平面図である。三つのセル領域を有するハニカム構造体の一例を示す説明図である。三つのセル領域を有するハニカム構造体の一例を示す説明図である。三つのセル領域を有するハニカム構造体の一例を示す説明図である。本発明のハニカム構造体の別例構成の一例を模式的に示す平面図である。図７のハニカム構造体の一部拡大平面図である。接合部を有するハニカム構造体の一例を模式的に示す平面図である。従来のハニカム構造体を用いた排気ガス浄化装置における排気ガスの流れの様子を模式的に示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明のハニカム構造体、及びハニカム構造体の製造方法の実施の形態の一例について説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、変更、修正、及び改良等を加えることができる。

１．排気ガス浄化装置
本実施形態のハニカム構造体１は、図１に示すように、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスＥＧ（本発明における流体に相当）の排気流路ＣＲの途中に設けられた排気ガス浄化装置２の一部として用いられる。

ここで、排気ガス浄化装置２は、本実施形態のハニカム構造体１から形成されるハニカム触媒体５と、ハニカム触媒体５を内部に収容可能な金属製の筐体７とを主に備えている。更に具体的に説明すると、ハニカム構造体１は、一方の端面から他方の端面まで延びる排気ガスＥＧの流路となる複数の多角形状（例えば、四角形状または六角形状）のセル３を区画形成する隔壁４を有し、多孔質性のセラミックス材料で形成されたものである。

そして、ハニカム構造体１の隔壁４に、金属触媒等（図示しない）を担持することによりハニカム触媒体５が形成される。一方、筐体７は、略筒形状を有する筐体本体（図示しない）と、筐体本体の一端から延設され、排気ガスＥＧを筐体７の内部に流入させる略円錐形状の流入部６ａと、筐体本体の他端から延設され、浄化された浄化ガスＣＧを筐体７の内部から排出させる略円錐形状の排出部６ｂとを備えている。なお、筐体７はステンレス等の金属材料から形成され、流入部６ａの先端が截頭され、排気流路ＣＲと接続している。

２．ハニカム構造体
更に、本実施形態のハニカム構造体１について詳述すると、軸方向Ｘ（図１参照）に対して垂直な構造体端面８を備え、当該構造体端面８が互いに異なる二つのセル構造（第一セル構造９ａ及び第二セル構造９ｂ）で形成され、それぞれが外周部１４によって囲まれた二つのセル領域（第一セル領域１０ａ及び第二セル領域１０ｂ）を組合わせたものから構築されている。

本実施形態のハニカム構造体１における第一セル領域１０ａ及び第二セル領域１０ｂは、図２に示すように、断面略半円形状のブロック端面１１ａ，１１ｂをそれぞれ有している。そして、ブロック端面１１ａ，１１ｂを囲む直線状の外周部１４同士を互いに相対させることにより、断面円形状のハニカム構造体１が構築されている。ここで、直線状の外周部１４が重なりあった箇所が第一セル領域１０ａ及び第二セル領域１０ｂを区画する境界線１２となる。この境界線１２を基準とし、第一セル領域１０ａの第一セル構造９ａの第一隔壁４ａに対し、第二セル領域１０ｂの第二セル構造９ｂの第二隔壁４ｂが傾斜している（図２及び図３参照）。

更に具体的に説明すると、本実施形態のハニカム構造体１は、図１及び図２の紙面上側に位置する第一セル領域１０ａと、紙面下側に位置する第二セル領域１０ｂでそれぞれセル構造（第一セル構造９ａ及び第二セル構造９ｂ）が相違している。

ここで、セル構造の違いとは、例えば、第一セル構造９ａ及び第二セル構造９ｂにおいて、セル３を区画形成する第一隔壁４ａ及び第二隔壁４ｂのそれぞれの隔壁厚さ（リブ厚さ）が異なることや、１平方センチ（または１平方インチ）当たりのセル個数（セル／ｃｍ^２（セル／ｉｎ^２））が相違するものである。ここで、本実施形態のハニカム構造体１の場合、第一セル領域１０ａの第一セル構造９ａに対し、第二セル領域１０ｂの第二セル構造９ｂがセル密度が高く、かつ隔壁厚さが薄くなるように設定されている。

すなわち、図１に示す排気流路ＣＲに排気ガス浄化装置２を設置した場合、排気ガス浄化装置２の直前で曲がった形状の排気流路ＣＲの外周側Ｏには、セル密度の高い第二セル領域１０ｂが配され、一方、排気流路ＣＲの内周側Ｉには、セル密度が第二セル領域１０ｂよりも低い第一セル領域１０ａが配されることになる。一般にセル密度が高くなるにつれて、排気ガスＥＧ等の流体が流れ難くなり、流速が低下し、圧力損失が大きくなる傾向がある。

そこで、外周側Ｏを流れる流速の速い排気ガスＥＧに相対するように、敢えてセル密度の高い第二セル領域１０ｂを配し、排気ガスＥＧの流通を僅かに阻害することができる。これに対し、内周側Ｉを流れる流速の遅い排気ガスＥＧに相対するように、セル密度の低い第一セル領域１０ａを配し、排気ガスＥＧが流れ易くしている。

これにより、構造体端面８の全体を同一のセル構造で形成した場合と比べ、排気ガスＥＧの流速の違いに応じて、流れ易い領域と流れ難い領域を設けることで、排気ガスＥＧの流速の不均一化を避けることができる。その結果、ハニカム構造体１の構造体端面８における排気ガスＥＧの流速を平均化することができ、安定した排気ガスＥＧの浄化処理を行うことができる。

これにより、排気ガスＥＧの処理領域が構造体端面８で偏ることがなく、かつ流速の均一化によって圧力損失が増大することがない。特に、本実施形態のハニカム構造体１は、第一セル領域１０ａの第一隔壁４ａに対し、第二セル領域１０ｂの第二隔壁４ｂを傾斜させることにより、上記効果をより安定させることができる。

なお、図２において、ハニカム構造体１の構造体端面８の上下の略中央付近に、第一セル領域１０ａ及び第二セル領域１０ｂの境界線１２を設けたものを図示したが、これに限定されるものではなく、当該境界線１２は構造体端面８に対して任意の位置に設けるものであっても構わない。

加えて、本実施形態のハニカム構造体１において、構造体端面８を二つの第一セル領域１０ａ及び第二セル領域１０ｂにそれぞれ区画するものを示したが、区画するセル領域の数は特に限定されるものではなく、例えば、三つ以上、またはそれ以上のセル領域に区画するものであっても構わない。

例えば、図４〜６に模式的に示すように、第一セル領域１０ａ、第二セル領域１０ｂ、及び第三セル領域１０ｃをそれぞれ平行な二本の境界線１２によって区画して配したハニカム構造体１ａや、Ｔ字形状の境界線１２によって構造体端面８を三分割したハニカム構造体１ｂ（図５参照）、或いは、二本の境界線１２を任意に配したハニカム構造体１ｃ（図６参照）であっても構わない。更に、それぞれのセル領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃの大きさ、形状は任意に設定することができる。同様に、境界線１２も直線に限定されるものではなく、曲線等を含むものであっても構わない。

本実施形態のハニカム構造体１は、図２に示すように、各セル構造９ａ，９ｂのセル３は、いずれも四角形状のものである。前述した通り、互いに隣接する第一セル領域１０ａ及び第二セル領域１０ｂにおいて、第一セル構造９ａの格子状の第一隔壁４ａに対し、他方の第二セル構造９ｂの格子状の第二隔壁４ｂが所定の傾斜角度θで傾斜している（図２及び図３参照）。

更に具体的に説明すると、図２及び図３に示すように、第一セル領域１０ａ及び第二セル領域１０ｂの間の境界線１２に対し、第一セル構造９ａの格子状の第一隔壁４ａは、一方が境界線１２に直交するとともに、他方が境界線１２と平行になるように形成されている。これに対し、第二セル構造９ｂの格子状の第二隔壁４ｂは、境界線に対して傾斜するように形成されている。第一隔壁４ａに対して第二隔壁４ｂが傾斜することによって境界線１２の近傍（以降、“境界領域”と称す。）における必要最小限の強度を確保することができる。また、境界領域における隔壁４の欠けや変形等の不具合が生じることがなく、ハニカム構造体１としての強度を確保できる。

この場合、第一隔壁４ａに対する第二隔壁４ｂの傾斜角度θは、境界線１２に対して５〜４５°の範囲に設定されている。傾斜角度θが５°より小さい場合、第一隔壁４ａに対する第二隔壁４ｂの傾斜の効果がほとんど得られない。一方、４５°を超えると境界線１２に直交する仮想線（図示しない）に対して対称となるため、同様の効果を得ることができる。

本発明のハニカム構造体は、本実施形態のようにセル３が四角形状に限定されるものではない。例えば、図７及び図８に示すように、セル３を六角形状とするハニカム構造体１ｄとすることもできる。この場合、ハニカム構造体１ｄの第一隔壁４ａに対する第二隔壁４ｂの傾斜角度θは、６５〜９０°の範囲に設定することができる。係る範囲に設定する理由は、四角形状のセル３の場合と略同一のため詳細な説明は省略する。なお、図７，８において、図示を簡略化するため、本実施形態のハニカム構造体１と同一構成については同一符号を付している。

更に、本実施形態のハニカム構造体１は、第一セル領域１０ａ及び第二セル領域１０ｂの境界線１２の近傍に出現する不完全セル１３のセル個数が、構造体端面８の全セル個数に対して、０．１％以下となるように設定されている。ここで、不完全セル１３とは、本実施形態のハニカム構造体１において、図３に示すような、完全形状の“四角形状”のセル３に対し、四角形以外の不完全形状のセル（例えば、三角形状、或いはその他多角形状など）が相当する。

ここで、異なるセル構造でセル領域１０ａ，１０ｂを構築し、かつ第一隔壁４ａに対し、第二隔壁４ｂを所定の傾斜角度θで傾斜させた場合、境界線１２の付近に上記のような不完全セル１３が必然的に出現する。上記した比率以上の不完全セル１３が存在する場合、境界領域における排気ガスＥＧの流れに乱れが生じやすくなり、またハニカム構造体１の強度が弱くなるおそれがある。そのため、不完全セル１３のセル個数が０．１％以下に設定される。なお、上記不具合を解消するために、不完全セル１３が全く存在しないハニカム構造体（図示しない）を構築するものであっても構わない。

更に、本実施形態のハニカム構造体１は、少なくとも二つ以上のセル領域の中で最大の端面面積Ｓ１を有する最大セル領域（図示しない）が、構造体端面８の全構造体端面の面積Ｓに対して、２５〜７５％の比率を占めるように形成されている。すなわち、最大の端面面積Ｓ１／全構造体端面の面積Ｓ×１００の値が上記範囲内に設定される。ここで、構造体端面８を複数のセル領域等で区画した場合、それぞれのセル領域が占める面積が狭過ぎると、排気ガスＥＧの流速の均一化等を図ることが困難である。そのため、最大セル領域の端面面積Ｓ１が少なくとも２５％を超えるように設定される。

一方、最大セル領域が端面面積Ｓ１が大き過ぎると（例えば、９５％以上）、同様に排気ガスＥＧの流速の均一化等を図ることができない。そのため、最大セル領域の端面面積Ｓ１の上限値が７５％を超えないように設定される。

３．ハニカム構造体の製造方法
本発明のハニカム構造体は、成形材料としての坏土を押出成形機を用いて押し出し、乾燥及び焼成等の周知の工程を経て製造することができる。押出成形等の各工程は周知であるため、ここでは詳細な説明は省略する。更に、ハニカム構造体の材質は、特に限定されるものではなく、多孔質のセラミックス材料を使用することができる。例えば、コージェライト、アルミナ、ムライト、窒化珪素、炭化珪素、チタン酸アルミニウム、ジルコニア、金属珪素−炭化珪素複合材料等を使用することができる。

このとき、押出成形機の押出口に取設される成形用口金のスリット形状を、それぞれの第一セル構造９ａ及び第二セル構造９ｂのセル形状、セル密度、及び隔壁厚さに対応するように形成することで、本発明のハニカム構造体を一体成形によって形成することができる（一体成形工程）。この場合、成形用口金のスリット形状によって、各セル領域１０ａ，１０ｂの囲む外周部１４も同時に形成される。

一方、本発明のハニカム構造体の製造方法の別例構成として、図９に示すように、例えば、第一セル領域１０ａ及び第二セル領域１０ｂの間に介設された接合部１５を有するハニカム構造体１ｅを製造するものであっても構わない。この場合、上記押出成形機によって、各セル領域１０ａ，１０ｂ毎に押出成形を行うことが行われる（セル領域成形工程）。なお、図９において、説明を簡略化するため、本実施形態のハニカム構造体１と同一構成については同一符号を付している。また、図９のハニカム構造体１ｅは、境界領域において不完全セル１３（図２等参照）を有していない。

すなわち、従来から周知の複数の四角柱状のハニカムセグメントを形成し、これらを組合わせることでハニカム径の大きなハニカム構造体を構築する際に使用する手法を採用することができる。これにより、それぞれ押出成形されたセル領域１０ａ，１０ｂを組合わせて接合される（接合工程）。

ここで、セル領域１０ａ，１０ｂ同士を接合する接合材は、例えば、周知のＳｉＣ接合材、或いは外周コート材に使用する接着性の材料を用いることができる。その結果、セル領域１０ａ，１０ｂの間である境界領域に、接合部１５が形成される。これにより、それぞれのセル領域１０ａ，１０ｂの境界領域における強度を強固なものとすることができ、ハニカム構造体１ｂに対する強度が強くすることができる。

以下、本発明のハニカム構造体、及びハニカム構造体の製造方法の実施例について説明するが、本発明のハニカム構造体、及びハニカム構造体の製造方法はこれらの実施の形態に特に限定されるものではない。

（１）ハニカム構造体（実施例１〜２０、比較例１〜４）
上記したハニカム構造体の製造方法に基づき、異なるセル構造を有する複数のセル領域によって形成された複数のハニカム構造体（実施例１〜２０、比較例１〜４）を作製した。これらの実施例１〜２０、及び比較例１〜４についてまとめたものを下記表１に示す。表１において、第一セル構造、第二セル構造、及び第三セル構造は、それぞれ“Ｘ／Ｙ”で表され、Ｘは１／１０００インチ当たりの長さ、Ｙは１平方インチあたりのセル数を示している。

ここで、実施例１〜１２は、異なるセル構造（第一セル構造、第二セル構造）でそれぞれ形成された二つのセル領域（第一セル領域、第二セル領域）によって構成されたハニカム構造体であり、実施例１３〜１８は、更に第三セル構造で形成された第三セル領域を有するハニカム構造体である。更に、実施例１〜１６，１９は、いずれもセルが四角形状のものであり、一方、実施例１７，２０は、第二セル構造のセルが六角形状（ＨＥＸ）であり、実施例１８は、第一セル構造のセルが六角形状のものである。

また、表１において、第一セル構造で形成された第一セル領域が、最大のブロック端面の端面面積を有する最大セル領域に相当する。そして、全構造体端面の面積に対する第一セル領域の占める比率が、本発明において規定された２５〜７５％の範囲となる条件を実施例１〜２０は満たしている（実施例９を除く。）。更に、実施例１〜２０（実施例１１，１２を除く。）は、境界領域における不完全セルの比率が０．１％以下となる条件を満たし、第一セル構造の第一隔壁に対する第二セル構造の第二隔壁（または、第二セル構造の第二隔壁に対する第三セル構造の第三隔壁）の傾斜角度θが規定の範囲となっている。すなわち、実施例１〜２０のハニカム構造体は、本発明において規定された条件を全て満たしている。

一方、比較例１〜３は、一種類のセル構造しか有しないハニカム構造体、すなわち、従来のハニカム構造体である。また、比較例４は、二つのセル構造を有するものの、第一隔壁に対する第二隔壁の傾斜角度θが規定の範囲から逸脱したものである。

上記実施例１〜２０、及び比較例１〜４のそれぞれのハニカム構造体に対し、ＮＯ_ｘ浄化率、圧力損失、アイソ強度（アイソスタティック強度）を測定した。

＜評価項目１：ＮＯ_ｘ浄化率の測定＞
ハニカム構造体にＮＯ_ｘを含む試験用ガスを流し、更に当該ハニカム構造体から排出された排出ガスのＮＯ_ｘ量をガス分析計（ＨＯＲＩＢＡ社製：ＭＥＸＡ９１００ＥＧＲ）で分析することにより、ＮＯ_ｘ浄化率の値を求めた。ここで、ハニカム構造体に流入させる試験用ガスのガス温度を２００℃に設定し、ハニカム構造体及び試験用ガスの調製のために赤外線イメージ炉を用いた。使用する試験用ガスは、窒素に、二酸化炭素５ｖｏｌ％、酸素１４Ｖｏｌ％、一酸化炭素３５０ｐｐｍ（体積基準）、アンモニア３５０ｐｐｍ（体積基準）、及び水１０Ｖｏｌ％を混合したものを用いた。更に、試験用ガスがハニカム構造体に流入するときの空間速度（ＳＶ：ＳｐａｃｅＶｅｌｏｃｉｔｙ）は、１０００００ｈ^−１とした。これらの試験条件に基づいて、ＮＯ_ｘ浄化率を測定した。各実施例及び比較例のＮＯ_ｘ浄化率の判断基準を下記表２に示す。なお、表２に示す判断基準おいて、実施例１３〜実施例１８のように、三つのセル構造を連結して構成されるハニカム構造体に対しては、それぞれのセル構造の組合わせの中で最も厳しい条件を適用して判断を行っている。

更に具体的に説明すると、表２におけるＮＯ_ｘ浄化率は、試験用ガスのＮＯ_ｘ量から、ハニカム構造体からの排出ガスのＮＯ_ｘ量を差し引いた値を、試験用ガスのＮＯ_ｘ量で除算し、１００を掛けた値である。

＜評価項目２：圧力損失の測定＞
室温条件下に置かれたハニカム構造体に対し、２５℃、1気圧で、１０Ｎｍ^３／ｍｉｎの流速で、一方の端面から他方の端面に向かってエアーを流通させた。このとき、流入側の一方の端面におけるエアーの圧力と、流出側の他方の端面におけるエアーの圧力とをそれぞれ測定し、得られた圧力測定値の差を圧力損失の値とした。各実施例及び比較例の圧力損失の判断基準を下記表２に示す。

＜評価項目３：アイソスタティック強度（アイソ強度）＞
アイソスタティック強度は、ＪＡＳＯＭ５０５−８７に定める方法により、ハニカム構造体をフレキシブルチューブ内に挿入し、水中に閉じこめて水圧を印加し、破壊が生じたときの圧力値を測定した。このアイソスタティック強度が高いほど金属製ケースに収める（キャニング）際の信頼性が高いことを示している。各実施例及び比較例のアイソ強度の判断基準を下記表２に示す。

上記のＮＯ_ｘ浄化率、圧力損失、アイソ強度の測定結果をまとめたものを下記表３に示す。

表３に示されるように、従来の一種類のセル構造からなるハニカム構造体（比較例１〜３）に対し、実施例１〜２０のハニカム構造体は、いずれもＮＯ_ｘ浄化率が比較例１等と同等若しくはそれ以上の結果を示した。特に、三種類のセル構造からなるハニカム構造体（実施例１３〜１８）では、いずれも高いＮＯ_ｘ浄化率の値を示した。更に圧力損失の値も比較例１〜３と比べておおむね同等またはそれ以下の値を示し、圧力損失の抑制効果が確認された。また、アイソ強度は、従来のハニカム構造体と比較して大きく変化することがなく、実用上の十分な強度を保持することが確認された。更に、比較例４のように第一隔壁に対する第二隔壁の傾斜角度θが０°の場合と比べて、実施例１〜２０のいずれのアイソ強度の値が大きくなっている。すなわち、第一隔壁に対して第二隔壁を傾斜させることにより、ハニカム構造体のアイソ強度が高くなることが確認された。これにより、例えば、キャニング時に外力が加わった場合でも、互いに隣接するセル領域の間の境界面でのクラックの発生を抑制できる。

本発明のハニカム構造体は、特にディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるＮＯ_ｘの浄化処理のための排気ガス浄化装置の一部として特に好適に利用することができ、ハニカム構造体の製造方法は、当該排気ガス浄化装置に利用されるハニカム構造体は好適に製造することができる。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１０１：ハニカム構造体、２，１００：排気ガス浄化装置、３：セル、４：隔壁、４ａ：第一隔壁、４ｂ：第二隔壁、５，１０２：ハニカム触媒体、６ａ，１０３ａ：流入部、６ｂ，１０３ｂ：排出部、７，１０４：筐体、８，１０５：構造体端面、９ａ：第一セル構造（セル構造）、９ｂ：第二セル構造（セル構造）、１０ａ：第一セル領域（セル領域）、１０ｂ：第二セル領域（セル領域）、１０ｃ：第三セル領域（セル領域）、１１ａ，１１ｂ：ブロック端面、１２：境界線、１３：不完全セル、１４：外周部、１５：接合部、ＣＧ：浄化ガス、ＥＧ：排気ガス（流体）、Ｉ：内周側、Ｏ：外周側、ＣＲ：排気流路、Ｘ：軸方向。

Claims

流体の流路となる複数の多角形状のセルを区画形成する隔壁を有するハニカム構造体であって、
前記ハニカム構造体の軸方向に対して垂直な構造体端面は、
互いに異なるセル構造を呈し、外周部によって囲まれた少なくとも二つ以上のセル領域を有し、
互いに隣接する前記セル領域において、一方の前記セル領域の前記セル構造の第一隔壁に対し、他方の前記セル領域の前記セル構造の第二隔壁が傾斜しているハニカム構造体。
前記セルは、
四角形状であり、
前記第一隔壁に対する前記第二隔壁の傾斜角度は、
３〜４５°の範囲である請求項１に記載のハニカム構造体。
前記セルは、
六角形状であり、
前記第一隔壁に対する前記第二隔壁の傾斜角度は、
６５〜９０°の範囲である請求項１に記載のハニカム構造体。
一方の前記セル領域及び他方の前記セル領域の間の境界線に出現する不完全形状の不完全セルのセル個数は、
前記構造体端面の全セル個数に対して、０．１％以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
少なくとも二つ以上の前記セル領域の中で最大の端面面積を有する最大セル領域は、
前記構造体端面の全構造体端面の面積に対して、２５〜７５％の比率を占める請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
互いの前記セル領域の間に介設された接合部を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
流体の流路となる複数の多角形状のセルを区画形成する隔壁を有し、軸方向に対して垂直な構造体端面が互いに異なるセル構造を呈し、外周部によって囲まれた少なくとも二つ以上のセル領域を組合わせて形成され、互いに隣接する前記セル領域において、一方の前記セル領域の前記セル構造の第一隔壁に対し、他方の前記セル領域の前記セル構造の第二隔壁が傾斜している請求項１〜５のいずれか一項に記載のハニカム構造体を製造するためのハニカム構造体の製造方法であって、
成形材料を押し出し、前記ハニカム構造体を一体成形する一体成形工程を備えるハニカム構造体の製造方法。
流体の流路となる複数の多角形状のセルを区画形成する隔壁を有し、軸方向に対して垂直な構造体端面が互いに異なるセル構造を呈し、外周部によって囲まれた少なくとも二つ以上のセル領域を組合わせて形成され、互いに隣接する前記セル領域において、一方の前記セル領域の前記セル構造の第一隔壁に対し、他方の前記セル領域の前記セル構造の第二隔壁が傾斜しているハニカム構造体を製造するための請求項１〜６のいずれか一項に記載のハニカム構造体の製造方法であって、
成形材料を押し出し、それぞれの前記セル領域毎に成形するセル領域成形工程と、
成形された少なくとも二つ以上の前記セル領域を組合わせて接合する接合工程と
を備えるハニカム構造体の製造方法。