JP2018149511A - ハニカム構造体 - Google Patents
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Abstract
【課題】排ガス中に含まれる粒子状物質による、流入端面側のセルの閉塞を有効に防止し、圧損の上昇を抑制することが可能なハニカム構造体を提供する。【解決手段】多孔質の隔壁１を有する柱状のハニカム構造部４を備え、ハニカム構造部４の流入端面１１において格子状に配設された隔壁１が交差する交点７は、一の交点である第一交点７ａと、当該第一交点７ａを含む隔壁１における他の交点７であって、第一交点７ａと隣り合う複数の第二交点７ｂと、を含み、流入端面１１は、第一交点７ａを底部とし且つ当該第一交点７ａの周囲の第二交点７ｂを頂部とする、又は、第一交点７ａを頂部とし且つ当該第一交点７ａの周囲の第二交点７ｂを底部とする、凹凸部８を有する。【選択図】図２
Description
本発明は、ハニカム構造体に関する。更に詳しくは、排ガス浄化用の触媒を担持するための触媒担体として用いた際に、排ガス中に含まれる粒子状物質による、流入端面側のセルの閉塞を有効に防止し、圧損の上昇を抑制することが可能なハニカム構造体に関する。
従来、自動車等のエンジンから排出される排ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の有害物質の浄化処理のため、ハニカム構造体を用いた排ガス浄化装置が用いられる。例えば、ディーゼルエンジン用の排ガス浄化装置として、排気通路に配置されたディーゼル酸化触媒（以下、「ＤＯＣ」ともいう）と、このＤＯＣの下流に配置されたディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ」ともいう）とを備えた排ガス浄化装置を挙げることができる。「ＤＯＣ」は、「Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ」の略である。「ＤＰＦ」は、「Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ」の略である。
上述したような排ガス浄化装置に用いられるＤＯＣとして、例えば、触媒担体としてのハニカム構造体に、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化するための酸化触媒を担持したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、ＤＯＣは、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の有害物質の浄化処理だけでなく、ＤＰＦの強制再生の際に、ＤＰＦに流入する排ガスの温度を上昇させるためにも使用されている。ここで、ＤＰＦの強制再生とは、ＤＰＦに捕集されて堆積している粒子状物質を燃焼除去し、ＤＰＦのフィルタ機能を再生するための操作である。例えば、ＤＰＦの強制再生の際には、エンジンのメイン燃焼噴射時期より遅れて燃料を噴射するポスト噴射を行い、排ガス浄化装置内に未燃焼の燃料を供給する。そして、この未燃燃料を、ＤＰＦの上流側に配置されたＤＯＣによって酸化発熱させることで、排ガスの温度を強制的に昇温し、ＤＰＦの強制再生が行われる。
ＤＯＣは、フィルタ機能を有するＤＰＦよりも排気系の上流側に配置されているため、ＤＯＣの流入端面側に粒子状物質が堆積し、当該ＤＯＣの流入端面側のセルが閉塞してしまうことがあった。例えば、触媒担体として使用するハニカム構造体として、流入端面側における境膜の発生を抑制する技術として、ハニカム構造体の流入端面を、ガス流入方向に対して垂直以外の角度を有する面とする技術などが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
従来、触媒担体として使用するハニカム構造体の流入端面側のセルの閉塞を防止するための方法として、隔壁の厚さやセル密度を調整し、流入端面側のセルの開口面積を大きくする方法等が検討されている。しかしながら、このような方法では、浄化性能などとの両立から調整範囲が限定され、セルの閉塞を十分に抑制することは困難であるという問題があった。また、このような方法は、ハニカム構造体に対する構造的な制約が大きいため、使用条件に合致した構造の実現が困難になることもあった。
また、特許文献２に記載されたようなハニカム構造体では、排ガスの分子拡散レベルの境膜の発生は抑制できたとしても、固形物である粒子状物質の堆積によるセルの閉塞を十分に抑制することは困難であるという問題があった。例えば、特許文献２に記載されたようなハニカム構造体は、ハニカム構造体の流入端面が一方向に沿って波型を呈している。このため、上記した「波型」の進行方向においては、セルの閉塞を抑制するという効果が得られるものの、「波型」の進行方向に直交する方向については、セルの閉塞を抑制することは困難である。
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされてものである。本発明は、排ガス浄化用の触媒を担持するための触媒担体として用いた際に、排ガス中に含まれる粒子状物質による、流入端面側のセルの閉塞を有効に防止し、圧損の上昇を抑制することが可能なハニカム構造体を提供する。
本発明によれば、以下に示すハニカム構造体が提供される。
［１］ 多孔質の隔壁を有する柱状のハニカム構造部を備え、
前記隔壁は、前記ハニカム構造部の流入端面から流出端面まで延びる複数のセルを取り囲むように配設されたものであり、
前記流入端面において格子状に配設された前記隔壁が交差する交点は、一の交点である第一交点と、当該第一交点を含む前記隔壁における他の交点であって、前記第一交点と隣り合う複数の第二交点と、を含み、
前記流入端面は、前記第一交点を底部とし且つ当該第一交点の周囲の前記第二交点を頂部とする、又は、前記第一交点を頂部とし且つ当該第一交点の周囲の前記第二交点を底部とする、凹凸部を有する、ハニカム構造体。
前記隔壁は、前記ハニカム構造部の流入端面から流出端面まで延びる複数のセルを取り囲むように配設されたものであり、
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前記流入端面は、前記第一交点を底部とし且つ当該第一交点の周囲の前記第二交点を頂部とする、又は、前記第一交点を頂部とし且つ当該第一交点の周囲の前記第二交点を底部とする、凹凸部を有する、ハニカム構造体。
［２］ 前記凹凸部の、前記セルの延びる方向における高低差が、０．３〜１．２ｍｍである、前記［１］に記載のハニカム構造体。
［３］ 前記第一交点と前記第二交点とを結ぶ前記隔壁は、前記流入端面側の端部が、前記凹凸部の形状に沿って、前記セルの延びる方向に傾斜する傾斜面を有する、前記［１］又は［２］に記載のハニカム構造体。
［４］ 前記隔壁が交差する交点は、前記第二交点を含む前記隔壁における、前記第一交点以外の更に他の交点であって、前記第二交点と隣り合う複数の第三交点と、を含み、
前記流入端面において、前記第一交点と、少なくとも１の第三交点とが、前記セルの延びる方向において同位置に存在する、前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。
前記流入端面において、前記第一交点と、少なくとも１の第三交点とが、前記セルの延びる方向において同位置に存在する、前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。
［５］ 前記流入端面における前記セルの形状が四角形であり、
前記流入端面における前記隔壁が交差する交点の総個数に対する、前記第一交点となる交点の個数の比の百分率が、１２〜２５％である、前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。
前記流入端面における前記隔壁が交差する交点の総個数に対する、前記第一交点となる交点の個数の比の百分率が、１２〜２５％である、前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。
［６］ 前記流入端面における前記セルの形状が六角形であり、
前記流入端面における前記隔壁が交差する交点の総個数に対する、前記第一交点となる交点の個数の比の百分率が、２５〜５０％である、前記［１］〜［３］のいずれか記載のハニカム構造体。
前記流入端面における前記隔壁が交差する交点の総個数に対する、前記第一交点となる交点の個数の比の百分率が、２５〜５０％である、前記［１］〜［３］のいずれか記載のハニカム構造体。
［７］ 前記流出端面において、前記隔壁が交差するそれぞれの交点は、前記セルの延びる方向において同位置に存在する、前記［１］〜［６］のいずれかに記載のハニカム構造体。
本発明のハニカム構造体は、その流入端面に、第一交点を底部とし且つ当該第一交点の周囲の第二交点を頂部とする、又は、第一交点を頂部とし且つ当該第一交点の周囲の第二交点を底部とする、凹凸部を有する。このため、排ガス浄化用の触媒を担持するための触媒担体として用いた際に、排ガス中に含まれる粒子状物質による、流入端面側のセルの閉塞を有効に防止し、圧損の上昇を抑制することができる。
即ち、本発明のハニカム構造体は、その流入端面が、「第一交点がその周囲の交点よりも窪んだすり鉢状」、又は「第一交点がその周囲の交点よりも隆起した突起状」となるように構成されている。したがって、第一交点を含む隔壁によって取り囲まれたセルは、流入端面側において、当該セルを取り囲む隔壁の端部に段差が付いている。このため、当該セルの開口面積等を広げることなく、当該セルを取り囲む隔壁の相互間距離を大きくすることができる。これにより、ハニカム構造体の流入端面側のセルの開口部に、粒子状物質による架け橋（ブリッジ：ｂｒｉｄｇｅ）ができ難くなり、当該セルの閉塞を有効に防止することができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。しかし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し適宜変更、改良等が加えられ得ることが理解されるべきである。
（１）ハニカム構造体：
図１〜図６に示すように、本発明のハニカム構造体の一の実施形態は、多孔質の隔壁１を有する柱状のハニカム構造部４を備えたハニカム構造体１００である。本実施形態のハニカム構造体１００は、排ガス浄化用の触媒を担持するための触媒担体として好適に用いることができる。ハニカム構造部４は、その外周部分に、隔壁１を囲繞するように配設された外周壁３を更に有していてもよい。
図１〜図６に示すように、本発明のハニカム構造体の一の実施形態は、多孔質の隔壁１を有する柱状のハニカム構造部４を備えたハニカム構造体１００である。本実施形態のハニカム構造体１００は、排ガス浄化用の触媒を担持するための触媒担体として好適に用いることができる。ハニカム構造部４は、その外周部分に、隔壁１を囲繞するように配設された外周壁３を更に有していてもよい。
ここで、図１は、本発明のハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示すハニカム構造体の流入端面を模式的に示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’断面を模式的に示す、断面図である。図４は、図２のＢ−Ｂ’断面を模式的に示す、断面図である。図５は、図１に示すハニカム構造体の流入端面の一部を拡大した拡大平面図である。図６は、図５のＣ−Ｃ’断面を模式的に示す、断面図である。
本実施形態のハニカム構造体１００において、ハニカム構造部４を構成する隔壁１は、ハニカム構造部４の流入端面１１から流出端面１２まで延びる複数のセル２を取り囲むように配設されたものである。したがって、ハニカム構造部４は、流入端面１１及び流出端面１２を両端面とする柱状を呈し、隔壁１によって、上述した複数のセル２が区画されたハニカム構造を有している。
ハニカム構造部４の流入端面１１において、格子状に配設された隔壁１が交差する交点７は、以下のような、第一交点７ａと、第二交点７ｂと、を含んでいる。第一交点７ａは、複数の交点７のうち、任意の一の交点７ａである。第二交点７ｂは、第一交点７ａを含む隔壁１における他の交点７であって、第一交点７ａと隣り合う複数の交点７ｂである。なお、「第一交点７ａを含む隔壁１」とは、この隔壁１の両側に２つの交点７を有し、その片側の交点７が、第一交点７ａである隔壁１のことをいう。したがって、「第一交点７ａを含む隔壁１における他の交点７」とは、隔壁１の両側の２つの交点７のうち、第一交点７ａ以外の交点７のことをいう。「第一交点７ａと隣り合う複数の交点７ｂ」とは、第一交点７ａで交差する各隔壁１の流入端面１１上の他の交点であって、流入端面１１上において、第一交点７ａから最も近い位置に存在する各隔壁１の交点７のことを意味する。
本実施形態のハニカム構造体１００は、その流入端面１１が、第一交点７ａを底部とし且つ当該第一交点７ａの周囲の第二交点７ｂを頂部とする、凹凸部８を有することを、特に主要な特徴とする。即ち、本実施形態のハニカム構造体１００は、その流入端面１１が、「第一交点７ａがその周囲の交点７よりも窪んだすり鉢状」となるように構成されている。このため、本実施形態のハニカム構造体１００は、排ガス中に含まれる粒子状物質による、流入端面１１側のセル２の閉塞を有効に防止し、圧損の上昇を抑制することができる。
より具体的には、「第一交点７ａがその周囲の交点７よりも窪んだすり鉢状」となるように構成されていることにより、第一交点７ａを含む隔壁１によって取り囲まれたセル２は、流入端面１１側において、当該セル２を取り囲む隔壁１の端部に段差が付いている。このため、当該セル２の開口面積等を広げることなく、当該セル２を取り囲む隔壁１の相互間距離を大きくすることができる。これにより、ハニカム構造体１００の流入端面１１側のセル２の開口部に、粒子状物質による架け橋（ブリッジ）ができ難くなり、当該セル２の閉塞を有効に防止することができる。
なお、図２及び図５において、隔壁１が交差する交点７のうち、周囲の交点７よりも窪んだ交点７（図５における第一交点７ａ）が存在する箇所については、右下がりの実線のハッチング（即ち、実線の線影）で示している。また、図５において、隔壁１が交差する交点７のうち、第一交点７ａよりも隆起した交点７（図５における第二交点７ｂ）が存在する箇所については、右上がりの破線のハッチング（即ち、破線の線影）で示している。
なお、本発明において、ハニカム構造体は、その流入端面が、「第一交点がその周囲の交点よりも隆起した突起状」となるように構成されていてもよい。即ち、図８に示すように、ハニカム構造部４の流入端面１１が、第一交点７ａを頂部とし且つ当該第一交点７ａの周囲の第二交点７ｂを底部とする、凹凸部８を有していてもよい。ここで、図８は、本発明のハニカム構造体の他の実施形態の流入端面を模式的に示す平面図であって、当該流入端面の一部を拡大した拡大平面図である。図８に示すハニカム構造体２００は、凹凸部８の構成が異なること以外は、図１〜図６に示すハニカム構造体１００と同様に構成されていることが好ましい。
なお、図８において、隔壁１が交差する交点７のうち、周囲の交点７よりも隆起した交点７（図８における第一交点７ａ）が存在する箇所については、右上がりの破線のハッチング（即ち、破線の線影）で示している。また、図８において、隔壁１が交差する交点７のうち、第一交点７ａよりも内側に窪んだ交点７（図８における第二交点７ｂ）が存在する箇所については、右下がりの実線のハッチング（即ち、実線の線影）で示している。
図８に示すハニカム構造体２００は、凹凸部８の頂部及び底部を構成するそれぞれの交点７が、図１〜図６に示すハニカム構造体１００に対して、反転した位置関係となっている。なお、図８に示すハニカム構造体２００は、上述したように凹凸部８の頂部及び底部を構成するそれぞれの交点７が反転した位置関係となっていること以外は、図５に示すハニカム構造体１００と同様に構成されていることが好ましい。以下、本発明のハニカム構造体について、図１〜図６に示すハニカム構造体１００を例に更に詳細に説明する。
図３及び図４に示すように、凹凸部８の、セル２の延びる方向における高低差Ｔが、０．３〜１．２ｍｍであることが好ましく、０．５〜１．０ｍｍであることが更に好ましく、０．７〜１．０ｍｍであることが特に好ましい。上記高低差Ｔが０．３ｍｍ未満であると、流入端面１１におけるセル２の開口部が、排ガス中に含まれる粒子状物質によって閉塞し易くなることがある。上記高低差Ｔが１．２ｍｍを超えると、ハニカム構造体１００の強度が低下し、例えば、流入端面１１側の隔壁１がカケやすくなることがある。
図３及び図４に示すように、第一交点７ａと第二交点７ｂとを結ぶ隔壁１は、流入端面１１側の端部が、凹凸部８の形状に沿って、セル２の延びる方向に傾斜する傾斜面を有することが好ましい。このように構成することによって、ハニカム構造部４の流入端面１１側において、隔壁１の端面に粒子状物質が堆積し難くなり、セル２の開口部に、粒子状物質による架け橋（ブリッジ）がよりでき難くなる。
図５及び図６に示すように、第二交点７ｂを含む隔壁１における、第一交点７ａ以外の更に他の交点であって、第二交点７ｂと隣り合う複数の第三交点７ｃと、を含んでいる場合には、この第三交点７ｃは、以下のように構成されていることが好ましい。即ち、ハニカム構造部４の流入端面１１において、第一交点７ａと、少なくとも１の第三交点７ｃとが、セル２の延びる方向において同位置に存在することが好ましい。更に、この第三交点７ｃは、その周囲の交点７よりも窪んだすり鉢状の底部、又は、その周囲の交点７よりも隆起した突起状の頂部として存在することが更に好ましい。このような形態においては、この第三交点７ｃは、ハニカム構造体１００における「別の第一交点７ａ」と見做すことができる。
隔壁１が交差する交点７は、例えば、図６に示すように、流入端面１１において、セル２の延びる方向に直交する端面を有していてもよい。ただし、図７に示すように、隔壁１が交差する交点７は、流入端面１１において、セル２の延びる方向に対して傾斜する傾斜面を有していてもよい。図７に示すように、隔壁１が交差する交点７が傾斜面を有していると、隔壁１が交差する交点７に粒子状物質が堆積し難くなり、セル２の開口部に、粒子状物質による架け橋（ブリッジ）がよりでき難くなる。ここで、図７は、図５のＣ−Ｃ’断面の他の例を模式的に示す、断面図である。
流入端面１１において、隔壁１が交差する交点７が傾斜面を有する場合、その傾斜角については特に制限はない。例えば、図７に示すような「交点７の傾斜面の傾斜角θ１」は、０〜６０°であることが好ましく、４５〜６０°であることが好ましい。このように構成することによって、交点７への粒子状物質の堆積をより有効に抑制することができる。なお、「交点７の傾斜面の傾斜角θ１」は、セル２の延びる方向に直交する面と平行な面を０°とした場合における、傾斜面の傾斜角θ１のことである。
隔壁１の厚さについては、特に制限はない。例えば、隔壁１の厚さは、０．０５〜０．３ｍｍであることが好ましく、０．０６〜０．２５ｍｍであることが更に好ましく、０．０９〜０．１７ｍｍであることが特に好ましい。例えば、隔壁１の厚さが０．０５ｍｍ未満であると、ハニカム構造体１００の強度が低下し、例えば、流入端面１１側の隔壁１がカケやすくなることがある。隔壁１の厚さが０．３ｍｍを超えると、ハニカム構造体１００の圧損が増大することがある。
ハニカム構造部４のセル密度については、特に制限はない。例えば、セル密度は、３１〜１４０個／ｃｍ２であることが好ましく、３９〜９３個／ｃｍ２であることが更に好ましく、４６〜６２個／ｃｍ２であることが特に好ましい。例えば、セル密度が３１個／ｃｍ２未満であると、ハニカム構造体１００の強度が低下することがある。セル密度が１４０個／ｃｍ２を超えると、ハニカム構造体１００の圧損が増大することがある。
ハニカム構造部４の隔壁１は、セラミックスを含む材料からなるものであることが好ましい。更に、隔壁１を構成する材料は、下記、「材料群」から選択される少なくとも一種のセラミックスを含むものであることが好ましい。「材料群」とは、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素−コージェライト系複合材料、リチウムアルミニウムシリケート、及びアルミニウムチタネートを含む群である。
本実施形態のハニカム構造体１００において、セル２の延びる方向に直交する断面におけるセル２の形状については、特に制限はない。本発明において、セル２とは、隔壁１によって取り囲まれた空間のことを意味する。以下、単に「セル２の形状」という場合には、セル２の延びる方向に直交する断面におけるセル２の形状のことを意味する。
セル２の形状として、例えば、三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等の多角形を挙げることができる。また、これらの形状の複数を組み合わせた態様も、好ましい態様である。また、四角形の中では、正方形又は長方形が好ましい。また、セル２の形状が多角形である場合、当該多角形の少なくとも１つの角部が曲線状に形成された、又は少なくとも１つの角部が直線状に面取りされた形状であってもよい。
流入端面１１におけるセル２の形状が四角形である場合は、流入端面１１における隔壁１が交差する交点７の総個数に対する、第一交点７ａとなる交点の個数の比の百分率が、１２〜２５％であることが好ましい。このように構成することによって、圧損の上昇をより有効に抑制することができる。セル２の形状が四角形である場合、第一交点７ａとなる交点の個数の比の百分率が２５％ということは、ハニカム構造部４の流入端面１１の全域に、第一交点７ａと第二交点７ｂによって構成された凹凸部８を有することとなる。以下、「流入端面１１における隔壁１が交差する交点７の総個数に対する、第一交点７ａとなる交点の個数の比の百分率」を、単に、「第一交点の比率」ということがある。セル２の形状が四角形である場合、第一交点の比率は、２０〜２５％であることが更に好ましい。
図８に示すように、流入端面１１におけるセル２の形状が六角形である場合は、流入端面１１における隔壁１が交差する交点７の総個数に対する、第一交点７ａとなる交点の個数の比の百分率が、２５〜５０％であることが好ましい。このように構成することによって、圧損の上昇より有効に抑制することができる。ここで、図９は、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態の流入端面を模式的に示す平面図であって、当該流入端面の一部を拡大した拡大平面図である。セル２の形状が六角形である場合、第一交点７ａとなる交点の個数の比の百分率が５０％ということは、ハニカム構造部４の流入端面１１の全域に、第一交点７ａと第二交点７ｂによって構成された凹凸部８を有することとなる。セル２の形状が六角形である場合、第一交点の比率は、４０〜５０％であることが更に好ましい。
図９に示すハニカム構造体３００は、隔壁１によって取り囲まれたセル２の形状が六角形であるため、隔壁１の交点７は、３本の隔壁１が交差するＹ字状となっている。このため、１つの凹凸部８は、１つの第一交点７ａと、その周囲の３つの第二交点７ｂによって構成される。
一方、図５に示すハニカム構造体１００は、隔壁１によって取り囲まれたセル２の形状が四角形であるため、隔壁１の交点７は、４つの隔壁１が交差する十字状となっている。このため、１つの凹凸部８は、１つの第一交点７ａと、その周囲の４つの第二交点７ｂによって構成される。ただし、ハニカム構造体１００のように、セル２の形状が四角形である場合には、１つの第一交点７ａと、この第一交点７ａを取り囲むように配置された８つの第二交点７ｂとによって、１つの凹凸部８が構成されていることがより好ましい。
図１〜図６に示すような本実施形態のハニカム構造体１００は、流出端面１２において、隔壁１が交差するそれぞれの交点は、セル２の延びる方向において同位置に存在していることが好ましい。即ち、ハニカム構造体１００は、流出端面１２において、隔壁１の所定の交点を底部又は頂部とする凹凸部８を有していないことが好ましい。このように構成することによって、流出端面１２の構造がより簡素なものとなり、例えば、ハニカム構造体１００の生産性を向上させることができる。
ハニカム構造体１００の外形（別言すれば、ハニカム構造体１００の全体形状）については、特に制限はない。ハニカム構造体１００の外形として、例えば、円柱状、楕円柱状、角柱状、「底面が不定形の柱状」等を挙げることができる。また、ハニカム構造体１００の大きさは、特に限定されないが、セル２の延びる方向の長さが４５〜２５４ｍｍであることが好ましい。また、例えば、ハニカム構造体１００の外形が円柱状の場合、その底面の直径が５５〜３５５ｍｍであることが好ましい。
本実施形態のハニカム構造体１００は、内燃機関の排ガス浄化用の触媒担体として好適に用いることができる。触媒担体とは、触媒の微粒子を支える多孔性の構造物のことである。したがって、ハニカム構造部４に形成された各セル２は、流入端面１１側及び流出端面１２側の端部が、目封止部などによって封止されていないことが好ましい。
本実施形態のハニカム構造体１００は、ハニカム構造部４の隔壁１の表面及び隔壁１の細孔のうちの少なくとも一方に、排ガス浄化用の触媒（図示せず）が担持されていてもよい。触媒としては、従来公知の自動車排ガス用の触媒を挙げることができる。特に、触媒として、酸化触媒を好適例として挙げることができる。
（２）ハニカム構造体の製造方法：
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法について説明する。
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法について説明する。
本発明のハニカム構造体を製造する際には、まず、ハニカム成形体を成形するための成形原料を調製する。成形原料は、セラミックス原料を含有するものであることが好ましい。
成形原料に含有されるセラミックス原料としては、例えば、以下の「原料群」から選択される少なくとも一種のセラミックスが好ましい。「原料群」とは、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、コージェライト化原料、コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素−コージェライト系複合材料、リチウムアルミニウムシリケート、及びアルミニウムチタネートを含む群である。これらの原料を用いることにより、強度及び耐熱性に優れたハニカム構造体を得ることができる。なお、コージェライト化原料とは、シリカが４２〜５６質量％、アルミナが３０〜４５質量％、マグネシアが１２〜１６質量％の範囲に入る化学組成となるように配合されたセラミックス原料である。そして、コージェライト化原料は、焼成されてコージェライトになるものである。
成形原料は、上記セラミックス原料に、造孔材、バインダ、分散剤、界面活性剤、分散媒等を混合して調製することが好ましい。
成形原料を用いてハニカム成形体を形成する際には、まず、成形原料を混練して坏土とし、得られた坏土をハニカム形状に成形することが好ましい。
成形原料を混練して坏土を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、ニーダ、真空土練機等を用いる方法を挙げることができる。
坏土を成形してハニカム成形体を形成する方法としては特に制限はなく、押出成形法、射出成形法、プレス成形法等の成形方法を用いることができる。連続成形が容易であり、例えば、コージェライト結晶を配向させることができることから、押出成形法を採用することが好ましい。押出成形法は、真空土練機、ラム式押出成形機、２軸スクリュー連続押出成形機等の装置を用いて行うことができる。また、押出成形に用いる装置に、所望の隔壁厚さ、セルピッチ、セル形状等のハニカム成形体となるような口金を装着して、押出成形を行うことが好ましい。
次に、以下の方法により、ハニカム成形体の一方の端面に凹凸部を形成してもよい。まず、隔壁の交点の間隔（別言すれば、隔壁の交点のピッチ）に応じた、凹凸部材を用意する。次に、用意した凹凸部材を、ハニカム成形体の一方の端面に押し付ける。このようにして、ハニカム成形体の一方の端面を凹凸部材の反転形状となるように変形させて、当該一方の端面に凹凸部を形成する。なお、上述したように、凹凸部の形成は、このような方法に限定されることはない。例えば、ハニカム成形体においては、凹凸部の形成を行わず、ハニカム成形体を乾燥した後、又はハニカム成形体を焼成した後に、凹凸部の形成を行ってもよい。
ハニカム成形体を成形した後に、得られたハニカム成形体を乾燥することが好ましい。乾燥方法は、特に限定されるものではないが、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、凍結乾燥等を挙げることができる。これらのなかでも、ハニカム成形体全体を、迅速且つ均一に乾燥することができることから、誘電乾燥、マイクロ波乾燥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、乾燥条件は、乾燥方法によって適宜決定することができる。
次に、ハニカム成形体を本焼成して、ハニカム構造体を作製する。「本焼成」とは、ハニカム成形体を構成する成形原料を焼結させて緻密化し、所定の強度を確保するための操作を意味する。
次に、以下の方法により、焼成して得られたハニカム構造体の一方の端面に凹凸部を形成してもよい。凹凸部を形成する方法として、凹凸を有した研磨面を有する研磨機を使用して、ハニカム構造体の一方の端面を研磨することによって、ハニカム構造体の一方の端面に凹凸部を形成する方法を挙げることができる。なお、焼成前のハニカム成形体（別言すれば、乾燥したハニカム成形体）に対して、一方の端面を、上記した研磨機によって研磨し、凹凸部を形成してもよい。
ハニカム成形体を本焼成する前には、ハニカム成形体を仮焼することが好ましい。仮焼は、脱脂のために行うものであり、その方法については特に制限はなく、ハニカム成形体中の、バインダ、分散剤、造孔材等の有機物を除去することができればよい。一般に、有機バインダの燃焼温度は１００〜３００℃程度である。造孔材の燃焼温度は、種類によって異なるが、２００〜１０００℃程度である。そのため、仮焼の条件としては、酸化雰囲気において、２００〜１０００℃程度で、３〜１００時間程度加熱することが好ましい。
本焼成における焼成条件については、成形原料の種類により異なるため、その種類に応じて適当な条件を選択すればよい。ここで、焼成条件とは、焼成温度、焼成時間、焼成雰囲気等の焼成を行う際の諸条件である。例えば、コージェライト化原料を使用している場合には、焼成最高温度は、１４１０〜１４４０℃が好ましい。また、焼成時の最高温度の保持時間は、３〜１５時間が好ましい。
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
（実施例１）
タルク、カオリン、アルミナ、シリカ、及び水酸化アルミニウムを用意し、これらを混合してコージェライト化原料を得た。コージェライト化原料は、その化学組成が、ＳｉＯ２が４２〜５６質量％、Ａｌ２Ｏ３が３０〜４５質量％、及びＭｇＯが１２〜１６質量％となるように、タルク、カオリン、アルミナ、シリカ、及び水酸化アルミニウムを、所定の割合で調合したものである。
タルク、カオリン、アルミナ、シリカ、及び水酸化アルミニウムを用意し、これらを混合してコージェライト化原料を得た。コージェライト化原料は、その化学組成が、ＳｉＯ２が４２〜５６質量％、Ａｌ２Ｏ３が３０〜４５質量％、及びＭｇＯが１２〜１６質量％となるように、タルク、カオリン、アルミナ、シリカ、及び水酸化アルミニウムを、所定の割合で調合したものである。
次に、得られたコージェライト化原料に、造孔材、バインダとしてのメチルセルロース、及び分散媒としての水を添加し、これらを混合して成形原料を得た。造孔材は、コージェライト化原料１００質量部に対して、５質量部添加した。バインダは、コージェライト化原料１００質量部に対して、５質量部添加した。分散媒は、コージェライト化原料１００質量部に対して、３７質量部添加した。
次に、得られた成形原料を混練して、ハニカム成形体を成形するための坏土を得た。
次に、所定の口金を用いて坏土を押出成形し、複数のセルを取り囲むように配設された隔壁を有するハニカム成形体を得た。ハニカム成形体は、セルの形状が正方形で、全体形状が円柱状であった。
次に、得られたハニカム成形体を１２０℃で熱風乾燥させ、その後、１４００〜１４３０℃で１０時間焼成して、ハニカム焼成体を作製した。次に、凹凸を有した研磨面を有する研磨機を使用して、ハニカム焼成体の一方の端面を研磨することによって、ハニカム焼成体の一方の端面に凹凸部を形成した。このようにして、実施例１のハニカム構造体を作製した。得られたハニカム構造体は、セルの延びる方向に直交する面の直径が１４４ｍｍ、セルの延びる方向の長さが１５５ｍｍの円柱状であった。ハニカム構造体は、隔壁の厚さが０．１６５ｍｍ、セル密度が６２個／ｃｍ２であった。表１に、実施例１のハニカム構造体について、「隔壁の厚さ」及び「セル密度」を示す。
ハニカム構造体は、隔壁の気孔率が３５％であった。隔壁の気孔率は、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製のＡｕｔｏｐｏｒｅ ９５００（商品名）によって測定した。
実施例１のハニカム構造体は、一方の端面に、隔壁が交差する一の交点を底部とし且つその周囲の他の交点を頂部とする、すり鉢状の凹凸部を有するものであった。表１の「凹凸部の有無」及び「凹凸部の形状」の欄に、実施例１のハニカム構造体における凹凸部の構成を示す。なお、実施例１のハニカム構造体において、凹凸部を有する一方の端面を、排ガス等の流体が流入する流入端面とした。
ハニカム構造体の一方の端面において、凹凸部は、この一方の端面全域に亘って存在していた。凹凸部の底部となる一の交点を第一交点とし、凹凸部の底部となる他の交点を第二交点とした場合に、交点の総個数に対する、第一交点となる交点の個数の比の百分率は、２５％であった。表１の「第一交点の比率（％）」の欄に、上記した第一交点となる交点の個数の比の百分率の値を示す。また、凹凸部は、第一交点と第二交点との高低差が、１．０ｍｍであった。結果を、表１に示す。
実施例１のハニカム構造体に酸化触媒を担持し、酸化触媒を担持したハニカム構造体に対して、以下の方法で、「圧損評価」を行った。結果を、表１に示す。
［圧損評価］
軽油を燃料とするバーナーを用いて、煤を含む燃焼ガスを発生させた。発生させた燃焼ガスに所定量の空気を混合し、ガス全体の流量が１．５Ｎｍ３／ｍｉｎとなるようにして混合ガスを調製した。そして、このようにして調製した混合ガスを、ハニカム構造体に導入した。混合ガスの温度は、２００℃とした。混合ガスの導入開始時に、ハニカム構造体の流入端面側と流出端面側とで圧力を測定した。測定された流入端面側における圧力と流出端面側における圧力との圧力差を求め、求めた圧力差を、ハニカム構造体の「初期圧損Ａ」とした。そして、混合ガスを、ハニカム構造体に６時間流入させ続け、ハニカム構造体の流入端面側と、流出端面側とで圧力を測定した。測定された流入端面側における圧力と流出端面側における圧力との圧力差を求め、求めた圧力差を、測定したハニカム構造体の「圧損Ｂ」とした。そして、初期圧損Ａ及び圧損Ｂの値から、下記式（１）に基づいて「圧損上昇率（％）」を求めた。
式（１）：圧損上昇率（％）＝（圧損Ｂ−初期圧損Ａ）／初期圧損Ａ×１００
軽油を燃料とするバーナーを用いて、煤を含む燃焼ガスを発生させた。発生させた燃焼ガスに所定量の空気を混合し、ガス全体の流量が１．５Ｎｍ３／ｍｉｎとなるようにして混合ガスを調製した。そして、このようにして調製した混合ガスを、ハニカム構造体に導入した。混合ガスの温度は、２００℃とした。混合ガスの導入開始時に、ハニカム構造体の流入端面側と流出端面側とで圧力を測定した。測定された流入端面側における圧力と流出端面側における圧力との圧力差を求め、求めた圧力差を、ハニカム構造体の「初期圧損Ａ」とした。そして、混合ガスを、ハニカム構造体に６時間流入させ続け、ハニカム構造体の流入端面側と、流出端面側とで圧力を測定した。測定された流入端面側における圧力と流出端面側における圧力との圧力差を求め、求めた圧力差を、測定したハニカム構造体の「圧損Ｂ」とした。そして、初期圧損Ａ及び圧損Ｂの値から、下記式（１）に基づいて「圧損上昇率（％）」を求めた。
式（１）：圧損上昇率（％）＝（圧損Ｂ−初期圧損Ａ）／初期圧損Ａ×１００
また、圧損評価においては、評価対象のハニカム構造体の「圧損上昇率（％）」の値を、基準となるハニカム構造体の「圧損上昇率（％）」の値と比較し、圧損上昇率に関する評価を行った。具体的には、評価対象のハニカム構造体の「圧損上昇率（％）」の値を、基準となるハニカム構造体の「圧損上昇率（％）」の値で除算した「評価比率」を求め、この「評価比率」について、以下の評価基準に基づき評価を行った。なお、実施例１〜３，９，１０及び比較例４においては、比較例１を基準とした。実施例４，５，１１，１２においては、比較例２を基準とした。実施例６〜８，１３，１４においては、比較例３を基準とした。
評価Ａ：評価比率が０．８未満である場合を、優とし、評価Ａとする。
評価Ｂ：評価比率が０．８以上、０．９５未満である場合を、良とし、評価Ｂとする。
評価Ｃ：評価比率が０．９５以上である場合を、不可とし、評価Ｃとする。
評価Ａ：評価比率が０．８未満である場合を、優とし、評価Ａとする。
評価Ｂ：評価比率が０．８以上、０．９５未満である場合を、良とし、評価Ｂとする。
評価Ｃ：評価比率が０．９５以上である場合を、不可とし、評価Ｃとする。
（実施例２〜８）
表１に示すように、セル形状、隔壁の厚さ、セル密度、及び凹凸部の構成を変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２〜８のハニカム構造体を作製した。
表１に示すように、セル形状、隔壁の厚さ、セル密度、及び凹凸部の構成を変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２〜８のハニカム構造体を作製した。
（実施例９〜１４）
実施例９〜１４においては、一方の端面に、隔壁が交差する一の交点を頂部とし且つその周囲の他の交点を底部とする、突起状の凹凸部を有するハニカム構造体を作製した。具体的な、セル形状、隔壁の厚さ、セル密度、及び凹凸部の構成は、表１に示す通りである。
実施例９〜１４においては、一方の端面に、隔壁が交差する一の交点を頂部とし且つその周囲の他の交点を底部とする、突起状の凹凸部を有するハニカム構造体を作製した。具体的な、セル形状、隔壁の厚さ、セル密度、及び凹凸部の構成は、表１に示す通りである。
（比較例１〜３）
比較例１〜３においては、ハニカム構造体の一方の端面に凹凸部を形成せずに、ハニカム構造体を作製した。即ち、比較例１のハニカム構造体は、流入端面及び流出端面のそれぞれが平坦となるように構成されたハニカム構造体である。具体的な、セル形状、隔壁の厚さ、セル密度、及び凹凸部の構成は、表１に示す通りである。
比較例１〜３においては、ハニカム構造体の一方の端面に凹凸部を形成せずに、ハニカム構造体を作製した。即ち、比較例１のハニカム構造体は、流入端面及び流出端面のそれぞれが平坦となるように構成されたハニカム構造体である。具体的な、セル形状、隔壁の厚さ、セル密度、及び凹凸部の構成は、表１に示す通りである。
（比較例４）
比較例４においては、ハニカム構造体の一方の端面に対し、格子状に配置された隔壁の一方向に延びる列について、一列おきに隔壁の端部に段差を設ける加工を行った。即ち、比較例４のハニカム構造体は、一方の端面において、一方向に延びる隔壁の一の列が「谷」となり、当該一の列と隣り合う２つの列が「山」となる、波型の端面を有するハニカム構造体を作製した。波型の端面は、上述したように、一の列と隣り合う２つの列とで、１周期の波型を構成している。比較例４のハニカム構造体において、上述したように波型に加工した一方の端面を、排ガス等の流体が流入する流入端面とした。
比較例４においては、ハニカム構造体の一方の端面に対し、格子状に配置された隔壁の一方向に延びる列について、一列おきに隔壁の端部に段差を設ける加工を行った。即ち、比較例４のハニカム構造体は、一方の端面において、一方向に延びる隔壁の一の列が「谷」となり、当該一の列と隣り合う２つの列が「山」となる、波型の端面を有するハニカム構造体を作製した。波型の端面は、上述したように、一の列と隣り合う２つの列とで、１周期の波型を構成している。比較例４のハニカム構造体において、上述したように波型に加工した一方の端面を、排ガス等の流体が流入する流入端面とした。
実施例２〜１４、及び比較例１〜４のハニカム構造体についても、実施例１と同様の方法で、酸化触媒を担持し、以下の方法で、「圧損評価」を行った。結果を、表１に示す。
（結果）
実施例１〜３，９，１０のハニカム構造体は、比較例１のハニカム構造体に比して、圧損上昇率が小さいものであった。実施例４，５，１１，１２のハニカム構造体は、比較例２のハニカム構造体に比して、圧損上昇率が小さいものであった。実施例６〜８，１３，１４のハニカム構造体は、比較例３のハニカム構造体に比して、圧損上昇率が小さいものであった。したがって、実施例１〜１４のハニカム構造体は、圧損評価において、全て、評価Ａ又は評価Ｂの結果となった。一方、比較例４のハニカム構造体は、基準となる同一の比較例１のハニカム構造体に対して、圧損上昇率の低減が極めて僅かなものであった。このため、比較例４のハニカム構造体は、圧損評価において、評価Ｃの結果となった。
実施例１〜３，９，１０のハニカム構造体は、比較例１のハニカム構造体に比して、圧損上昇率が小さいものであった。実施例４，５，１１，１２のハニカム構造体は、比較例２のハニカム構造体に比して、圧損上昇率が小さいものであった。実施例６〜８，１３，１４のハニカム構造体は、比較例３のハニカム構造体に比して、圧損上昇率が小さいものであった。したがって、実施例１〜１４のハニカム構造体は、圧損評価において、全て、評価Ａ又は評価Ｂの結果となった。一方、比較例４のハニカム構造体は、基準となる同一の比較例１のハニカム構造体に対して、圧損上昇率の低減が極めて僅かなものであった。このため、比較例４のハニカム構造体は、圧損評価において、評価Ｃの結果となった。
本発明のハニカム構造体は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等から排出される排ガスを浄化するための触媒を担持する触媒担体として利用することができる。
１：隔壁、２：セル、３：外周壁、４：ハニカム構造部、７：交点（格子状に配設された隔壁が交差する交点）、７ａ：交点（第一交点）、７ｂ：交点（第二交点）、７ｃ：交点（第三交点）、８：凹凸部、８ａ：すり鉢状の凹凸部、８ｂ：突起状の凹凸部、１１：流入端面、１２：流出端面、１００，２００，３００：ハニカム構造体。
Claims (7)
- 多孔質の隔壁を有する柱状のハニカム構造部を備え、
前記隔壁は、前記ハニカム構造部の流入端面から流出端面まで延びる複数のセルを取り囲むように配設されたものであり、
前記流入端面において格子状に配設された前記隔壁が交差する交点は、一の交点である第一交点と、当該第一交点を含む前記隔壁における他の交点であって、前記第一交点と隣り合う複数の第二交点と、を含み、
前記流入端面は、前記第一交点を底部とし且つ当該第一交点の周囲の前記第二交点を頂部とする、又は、前記第一交点を頂部とし且つ当該第一交点の周囲の前記第二交点を底部とする、凹凸部を有する、ハニカム構造体。 - 前記凹凸部の、前記セルの延びる方向における高低差が、０．３〜１．２ｍｍである、請求項１に記載のハニカム構造体。
- 前記第一交点と前記第二交点とを結ぶ前記隔壁は、前記流入端面側の端部が、前記凹凸部の形状に沿って、前記セルの延びる方向に傾斜する傾斜面を有する、請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
- 前記隔壁が交差する交点は、前記第二交点を含む前記隔壁における、前記第一交点以外の更に他の交点であって、前記第二交点と隣り合う複数の第三交点と、を含み、
前記流入端面において、前記第一交点と、少なくとも１の第三交点とが、前記セルの延びる方向において同位置に存在する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカム構造体。 - 前記流入端面における前記セルの形状が四角形であり、
前記流入端面における前記隔壁が交差する交点の総個数に対する、前記第一交点となる交点の個数の比の百分率が、１２〜２５％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。 - 前記流入端面における前記セルの形状が六角形であり、
前記流入端面における前記隔壁が交差する交点の総個数に対する、前記第一交点となる交点の個数の比の百分率が、２５〜５０％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。 - 前記流出端面において、前記隔壁が交差するそれぞれの交点は、前記セルの延びる方向において同位置に存在する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
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