JP2018167212A - ハニカム構造体 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧力損失の上昇を抑制しつつ、浄化性能の向上が期待されるハニカム構造体を提供する。
【解決手段】第一端面から第二端面まで延びる流体の流路となる複数のセル２を区画するように配設された多孔質の隔壁１、及び隔壁１を囲繞するように配設された外周壁を有する、柱状のハニカム構造部を備え、隔壁１は、セル２内に延びるように突出し、且つ、セル２の延びる方向に連続して設けられた、突起部２１を有し、複数のセル２のうちの１０％以上のセル２は、当該セル２内に突起部２１が突出したものであり、突起部２１の頂部の先端曲率半径Ｒが、０．０１〜０．１ｍｍであり、突起部２１の側面は、隔壁１の表面に対して、４０〜７０°の傾斜角となるように傾斜し、セル２の水力直径Ａと、突起部２１の高さＨとが、０．０４≦Ｈ／Ａ≦０．４の関係を満たす、ハニカム構造体１００。
【選択図】図３
【解決手段】第一端面から第二端面まで延びる流体の流路となる複数のセル２を区画するように配設された多孔質の隔壁１、及び隔壁１を囲繞するように配設された外周壁を有する、柱状のハニカム構造部を備え、隔壁１は、セル２内に延びるように突出し、且つ、セル２の延びる方向に連続して設けられた、突起部２１を有し、複数のセル２のうちの１０％以上のセル２は、当該セル２内に突起部２１が突出したものであり、突起部２１の頂部の先端曲率半径Ｒが、０．０１〜０．１ｍｍであり、突起部２１の側面は、隔壁１の表面に対して、４０〜７０°の傾斜角となるように傾斜し、セル２の水力直径Ａと、突起部２１の高さＨとが、０．０４≦Ｈ／Ａ≦０．４の関係を満たす、ハニカム構造体１００。
【選択図】図３
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触媒担体として特に好適に利用することが可能なハニカム構造体に関する。
近年では、社会全体で環境問題に対する意識が高まっており、燃料を燃焼して動力を生成する技術分野では、燃料の燃焼時に発生する排ガスから、窒素酸化物等の有害成分を除去する様々な技術が開発されている。例えば、自動車のエンジンから排出される排ガスから、窒素酸化物等の有害成分を除去する様々な技術が開発されている。こうした排ガス中の有害成分の除去の際には、触媒を用いて有害成分に化学反応を起こさせて比較的無害な別の成分に変化させるのが一般的である。そして、排ガス浄化用の触媒を担持するための触媒担体として、ハニカム構造体が用いられている。
従来、このようなハニカム構造体として、流体の流路となる複数のセルを区画する多孔質の隔壁を有するハニカム構造部を備えたものが提案されている。このようなハニカム構造体として、隔壁の幾何学的表面積を増大させることを目的として、隔壁より内方に突出するフィン（ｆｉｎ）を設けたハニカム構造体が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１のようなハニカム構造体は、隔壁に設けられたフィンにより、隔壁の幾何学的表面積を増大させることができるものの、このハニカム構造体を触媒担体として用いた際に、触媒が有効に使用されていないという問題があった。
即ち、特許文献１のようなハニカム構造体は、図６に示すように、隔壁１の表面５に触媒３０をコートした際に、フィン４０の根元部分に触媒が溜まり易いので触媒量が多く、先端部分は触媒量が少なくなる。このようにフィンを含めた隔壁の表面に均等に触媒を担持することは容易ではなかった。このため、特許文献１のようなハニカム構造体は、担持した触媒が有効に使用され難く、担持した触媒の量に比して、浄化性能の向上が期待され難い。一方で、浄化性能の向上を図ろうとして、より多くの触媒を担持してしまうと、触媒担持後の圧力損失が上昇してしまうという問題もあった。
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たものである。本発明によれば、排ガス浄化用の触媒を担持する触媒担体として特に好適に利用することが可能なハニカム構造体が提供される。特に、圧力損失の上昇を抑制しつつ、隔壁の幾何学的表面積を増大させ、隔壁の表面に均等に触媒を担持可能とすることで、浄化性能の向上が期待されるハニカム構造体が提供される。
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］ 第一端面から第二端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを区画するように配設された多孔質の隔壁、及び前記隔壁を囲繞するように配設された外周壁を有する、柱状のハニカム構造部を備え、
前記隔壁は、前記セル内に延びるように突出し、且つ、前記セルの延びる方向に連続して設けられた、突起部を有し、
複数の前記セルのうちの１０％以上の前記セルは、当該セル内に前記突起部が突出したものであり、
前記突起部の頂部の先端曲率半径Ｒが、０．０１〜０．１ｍｍであり、
前記突起部の側面は、前記隔壁の表面に対して、４０〜７０°の傾斜角となるように傾斜し、
前記セルの水力直径Ａと、前記突起部の高さＨとが、０．０４≦Ｈ／Ａ≦０．４の関係を満たす、ハニカム構造体。
前記隔壁は、前記セル内に延びるように突出し、且つ、前記セルの延びる方向に連続して設けられた、突起部を有し、
複数の前記セルのうちの１０％以上の前記セルは、当該セル内に前記突起部が突出したものであり、
前記突起部の頂部の先端曲率半径Ｒが、０．０１〜０．１ｍｍであり、
前記突起部の側面は、前記隔壁の表面に対して、４０〜７０°の傾斜角となるように傾斜し、
前記セルの水力直径Ａと、前記突起部の高さＨとが、０．０４≦Ｈ／Ａ≦０．４の関係を満たす、ハニカム構造体。
［２］ 前記セルを区画するように配設された前記隔壁において、前記セルの周縁を構成する一辺あたりに設けられる前記突起部の数が、３個以下である、前記［１］に記載のハニカム構造体。
［３］ 前記突起部が、前記ハニカム構造部の外周から５ｍｍの範囲の外周部を除く、当該ハニカム構造部の中央部に設けられている、前記［１］又は［２］に記載のハニカム構造体。
［４］ 前記突起部が、前記ハニカム構造部の全域に設けられている、前記［１］又は［２］に記載のハニカム構造体。
［５］ 前記突起部が、前記セルの周縁を構成する二辺の前記隔壁が交わる交点部位に設けられている、前記［１］〜［４］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、セル内に突出するように設けられた突起部を有するものであるため、隔壁の幾何学的表面積を増大させることができる。特に、突起部の頂部の先端曲率半径Ｒが、０．０１〜０．１ｍｍであるため、突起部の頂部の先端まで有効に触媒が担持される。また、突起部の側面は、隔壁の表面に対して、４０〜７０°の傾斜角となるように傾斜しているため、突起部の根元部分に触媒溜まりが生じ難い。このようなことから、本発明のハニカム構造体は、突起部の頂部の先端を含めた隔壁の表面に均等に触媒が担持されるものである。そのため、本発明のハニカム構造体に担持された触媒が有効に使用されることになる。更に、本発明のハニカム構造体は、突起部の高さＨと、セルの水力直径Ａが、０．０４≦Ｈ／Ａ≦０．４の関係を満たすため、幾何学的表面積を有効に増大させることができ、圧力損失の上昇が抑制される。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。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、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
（１）ハニカム構造体：
本発明のハニカム構造体の一実施形態は、図１〜図３に示すハニカム構造体１００である。ハニカム構造体１００は、柱状のハニカム構造部１０を備えている。ハニカム構造部１０は、第一端面１１から第二端面１２まで延びる流体の流路となる複数のセル２を区画するように配設された多孔質の隔壁１、及びこの隔壁１を囲繞するように配設された外周壁２０を有している。隔壁１は、セル２内に延びるように突出し、且つ、セル２の延びる方向に連続して設けられた、突起部２１を有している。そして、ハニカム構造体１００は、複数のセル２のうちの１０％以上のセル２が、当該セル２内に突起部２１が突出したものである。また、ハニカム構造体１００は、突起部２１の頂部の先端曲率半径Ｒが、０．０１〜０．１ｍｍである。また、ハニカム構造体１００は、突起部２１の側面２２が、隔壁１の表面５に対して、４０〜７０°の傾斜角θとなるように傾斜している。更に、ハニカム構造体１００は、セル２の水力直径Ａと、突起部２１の高さＨとが、０．０４≦Ｈ／Ａ≦０．４の関係を満たしている。なお、セル２のうち、セル２内に突起部２１が突出しているものを、以下、「特定セル」と記す場合がある。
本発明のハニカム構造体の一実施形態は、図１〜図３に示すハニカム構造体１００である。ハニカム構造体１００は、柱状のハニカム構造部１０を備えている。ハニカム構造部１０は、第一端面１１から第二端面１２まで延びる流体の流路となる複数のセル２を区画するように配設された多孔質の隔壁１、及びこの隔壁１を囲繞するように配設された外周壁２０を有している。隔壁１は、セル２内に延びるように突出し、且つ、セル２の延びる方向に連続して設けられた、突起部２１を有している。そして、ハニカム構造体１００は、複数のセル２のうちの１０％以上のセル２が、当該セル２内に突起部２１が突出したものである。また、ハニカム構造体１００は、突起部２１の頂部の先端曲率半径Ｒが、０．０１〜０．１ｍｍである。また、ハニカム構造体１００は、突起部２１の側面２２が、隔壁１の表面５に対して、４０〜７０°の傾斜角θとなるように傾斜している。更に、ハニカム構造体１００は、セル２の水力直径Ａと、突起部２１の高さＨとが、０．０４≦Ｈ／Ａ≦０．４の関係を満たしている。なお、セル２のうち、セル２内に突起部２１が突出しているものを、以下、「特定セル」と記す場合がある。
このハニカム構造体１００は、セル２内に突出するように設けられた所定の条件を満たす突起部２１を有するものである。そのため、ハニカム構造体１００は、隔壁１の幾何学的表面積を増大させることができ、更に、突起部２１は所定の条件を満たすため隔壁の表面に均等に触媒が担持可能である。その結果、ハニカム構造体１００は、浄化性能の向上を図ることができ、更に、圧力損失の上昇を抑制できる。
（１−１）突起部：
ハニカム構造体１００は、上記の通り隔壁１が突起部２１を有している。そのため、ハニカム構造体１００に触媒を担持させると、ハニカム構造体１００は、突起部２１が設けられている分だけ、突起部２１が設けられていないハニカム構造体に比べて触媒の担持面積が増える。その結果、触媒と排ガスとの接触性が高まり、排ガスの浄化性能が向上することになる。
ハニカム構造体１００は、上記の通り隔壁１が突起部２１を有している。そのため、ハニカム構造体１００に触媒を担持させると、ハニカム構造体１００は、突起部２１が設けられている分だけ、突起部２１が設けられていないハニカム構造体に比べて触媒の担持面積が増える。その結果、触媒と排ガスとの接触性が高まり、排ガスの浄化性能が向上することになる。
ハニカム構造体１００は、総セル中、特定セル２ａを１０％以上含む限りその割合は特に制限はない。例えば、全セル２中の特定セル２ａの割合（式：（特定セル２ａの数／セル２の全数）×１００で算出される値）は、５０〜１００％であることが好ましく、６０〜８０％であることが更に好ましい。全セル２中の特定セル２ａの割合が上記範囲であることにより、より良好な排ガス浄化性能が発揮される。全セル２中の特定セル２ａの割合が上記下限値未満であると、浄化性能が悪化するおそれがある。上記上限値超であると、圧力損失が増大するおそれがある。
突起部２１は、その頂部の先端曲率半径Ｒが、０．０１〜０．１ｍｍであり、０．０１〜０．０８ｍｍであることが好ましく、０．０１〜０．０７ｍｍであることが更に好ましい。先端曲率半径Ｒが上記範囲内であると、突起部２１の頂部の先端まで有効に触媒が担持される。先端曲率半径Ｒが上記下限値未満であると、突起部２１の頂部の先端に触媒が担持され難い。また、先端曲率半径Ｒが上記上限値超であると、ハニカム構造体１００の重量が増加し浄化性能が悪化する。
本明細書において、「先端曲率半径Ｒ」は、以下のように得られる値である。まず、セルの延びる方向に直交する断面において、突起部２１の頂点Ｔ（突起部の最も高い点）から幅方向に距離Ｄ（５μｍ）だけ離れた側面（一方の側面２２ａ、他方の側面２２ｂ）上の点を、第１測定点Ｘ、第２測定点Ｙとする（図４参照）。そして、これらの３点（頂点Ｔ、第１測定点Ｘ、第２測定点Ｙ）を通る円Ｓを描いたとき、描かれる円Ｓの半径を、上記「先端曲率半径Ｒ」とする。
突起部２１の高さは、具体的には０．０５〜０．３ｍｍとすることができる。各突起部２１の高さは、同じであっても良いし、異なっていてもよい。なお、突起部２１の高さは、セルの延びる方向に直交する断面において突起部２１の頂点Ｔ（突起部２１の最も高い点）から底辺Ｆ（図３参照）までの最短距離のことをいう。
突起部２１の側面は、隔壁１の表面に対して、４０〜７０°の傾斜角θとなるように傾斜している。この傾斜角θは４５〜６５°であることが好ましい。上記傾斜角θが上記範囲内であると、触媒コート時に触媒が突起部の根元に厚く溜まりにくく触媒コート後の表面積を広くすることができ、排ガスの浄化性能が向上する。上記傾斜角θが上記下限値未満であると、突起部２１の高さを同じにしようとする場合、突起部２１の容積が増えることになる。そのため、ハニカム構造体１００の熱容量が増大するので、触媒が活性温度に到達するまでに時間がかかり、排ガスの浄化性能が悪化するおそれがある。上記傾斜角θが上記上限値超であると、触媒コート時に触媒が突起部２１の根元に多く溜まるおそれがある。つまり、突起部２１の根元に触媒の厚い層が形成される傾向がある。そのため、この触媒層の下層部（隔壁に近い部分）の触媒は有効に使われないおそれがある。ここで、傾斜角θは、セル２の延びる方向に直交する断面において、突起部２１の高さの１／２の位置における突起部２１の側面の接線と、底辺Ｆ（図３参照）の延長線とのなす角度とする。なお、傾斜角θは、隔壁１の表面と突起部２１の側面とのなす角度のうち鋭角の方の角度をいう。
突起部２１の高さＨは、セル２の水力直径Ａとの関係において、０．０４≦Ｈ／Ａ≦０．４を満たす必要がある。この関係式は、０．０４５≦Ｈ／Ａ≦０．４であることが好ましく、０．０５≦Ｈ／Ａ≦０．０３５であることが更に好ましい。突起部２１の高さＨとセル２の水力直径Ａとが上記関係を満たすことにより、圧力損失の増大を抑制することができる。下限値未満であると、バックエミッションが大きくなり過ぎ、十分な浄化性能が発揮されない。また、上限値超であると、圧力損失が大きくなり過ぎてしまう。
セル２の水力直径とは、各セルの断面積及び周長に基づき、４×（断面積）／（周長）によって計算される値である。セル２の断面積とは、ハニカム構造体１００の中心軸方向に垂直な断面に現れるセルの形状（断面形状）の面積を指し、セル２の周長とは、そのセル２の断面形状の周囲の長さ（当該断面を囲む閉じた線の長さ）を指す。
突起部２１の形成位置は特に制限はない。具体的には、突起部２１は、隔壁１の表面から突出して設けられてもよいし、セル２の周縁を構成する二辺の隔壁が交わる交点部位に設けてもよい。更に、これらの両方であってもよい。ここで、１つのセル２に同じ数の突起部２１を設ける場合、少なくとも１つの突起部２１を上記交点部位に配置すると、突起部２１を上記交点部位に配置しない場合に比べて圧力損失の増大をより抑制することができる。
突起部２１が隔壁１の表面から突出して設けられている場合、その位置は特に制限はない。例えば、突起部２１が各隔壁１を等分するように設けることができる。図３では、突起部２１が、各隔壁１を三等分するように各隔壁１にそれぞれ２個ずつ配置されている例を示している。
各隔壁１に設ける突起部２１の数は、特に制限はない。例えば、各隔壁１に設ける突起部２１の数は、３個以下であることがよい。即ち、特定セル２ａにおいて、一辺あたりに設けられている突起部２１の個数が３個以下であることが好ましい。このようにすると、圧力損失の増大を防止できる。
突起部２１は、セル２の延びる方向に直交する断面における形状について特に制限はない。例えば、三角形、半円形状、半楕円形状などとすることができる。これらの中でも、三角形状であることが好ましい。三角形状であると、触媒が均一にされつつ、ハニカム構造体の熱容量が小さくなるので、触媒が活性温度に到達するまでの時間が短くなり、浄化性能が向上する。
突起部２１は、ハニカム構造部１０の外周から５ｍｍの範囲の外周部を除く、当該ハニカム構造部１０の中央部に設けられていることが好ましい態様の一つである。このように突起部２１がハニカム構造部１０の中央部に設けられていると、排ガスの浄化性能を向上させつつ、圧力損失の増大を抑制することができる。「ハニカム構造部１０の中央部」は、ハニカム構造部１０の外周から５ｍｍの範囲の外周部を除いた領域のことである。別言すれば、突起部２１は、上記中央部のみに設けられ、ハニカム構造部１０の外周から５ｍｍの範囲である外周部には設けないことが好ましい。なお、本態様では、突起部２１は、上記中央部に設けられていればよく、当該中央部の全部に設けられても良いし、一部に設けられることでもよい。
また、突起部２１は、ハニカム構造部１０の全域（即ち、上記外周部と中央部を合わせた領域）に設けられていることも好ましい態様の一つである。別言すれば、突起部２１は、ハニカム構造部１０の全域の全てのセル２に設けられていることが好ましい。このように突起部２１が設けられていると、排ガスの浄化性能が更に向上する。
隔壁１の厚さは、４０〜２３０μｍであることが好ましく、４０〜１７３μｍであることが更に好ましい。隔壁１の厚さが下限値未満であると、機械的強度が不足するおそれがある。上限値超であると、ハニカム構造体１００の圧力損失が上昇するおそれがある。なお、隔壁１の厚さは、突起部２１が設けられていない部分の厚さのことである。
隔壁１の材料としては、特に制限はない。例えば、セラミックを主成分とすることが好ましい。具体的には、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、チタン酸アルミニウム、窒化珪素、及び炭化珪素−コージェライト系複合材料からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
セル２の形状としては、具体的には、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等の多角形、円形、又は楕円形、あるいは四角形と、六角形又は八角形等との組合せとすることができる。なお、本明細書において「セル２の形状」とは、突起部２１が無いとした場合のセルの形状のことを意味する。また、「セル２の形状が多角形」とは、セル２の形状が多角形に準ずる形状を含む概念である。
（１−２）外周壁：
外周壁２０は、隔壁１を囲繞するように配設された壁である。外周壁２０は、隔壁１と一体に形成したものであってもよい。
外周壁２０は、隔壁１を囲繞するように配設された壁である。外周壁２０は、隔壁１と一体に形成したものであってもよい。
外周壁２０の厚さは、０．１〜０．６ｍｍであることが好ましく、０．１〜０．３ｍｍであることが特に好ましい。外周壁２０の厚さが下限値未満であると、機械的強度が低下することがある。上限値超であると、ハニカム構造体を収容するために、大きなスペースを確保しなければならないことがある。
ハニカム構造体１００のセル密度は、３１〜１５５個／ｃｍ２であることが好ましく、４３〜１４８個／ｃｍ２であることが特に好ましい。セル密度が下限値未満であると、強度が保てないおそれがある。上限値超であると、ハニカム構造体１００の圧力損失が上昇するおそれがある。
（２）ハニカム構造体の製造方法：
本発明のハニカム構造体は、ハニカム成形工程と、焼成工程と、を有する方法により製造できる。以下に各工程について説明する。
本発明のハニカム構造体は、ハニカム成形工程と、焼成工程と、を有する方法により製造できる。以下に各工程について説明する。
（２−１）ハニカム成形工程：
本工程においては、セラミック原料を含有するセラミック成形原料を成形して、流体の流路となる複数のセルを区画するように配設された隔壁を有するハニカム成形体を形成する。
本工程においては、セラミック原料を含有するセラミック成形原料を成形して、流体の流路となる複数のセルを区画するように配設された隔壁を有するハニカム成形体を形成する。
セラミック成形原料に含有されるセラミック原料としては、コージェライト化原料、コージェライト、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、ムライト、チタン酸アルミニウム、からなる群から選択される少なくとも１種が好ましい。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。
また、セラミック成形原料は、上記セラミック原料に、分散媒、有機バインダ、無機バインダ、造孔材、界面活性剤等を混合して調製することができる。各原料の組成比は、特に限定されず、作製しようとするハニカム構造体の構造、材質等に合わせた組成比とすることが好ましい。
セラミック成形原料を成形する際には、まず、セラミック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。セラミック成形原料を混練して坏土を形成する方法としては、例えば、ニーダー、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、例えば、押出成形、射出成形等の公知の成形方法を用いることができる。
具体的には、口金を用いて押出成形してハニカム成形体を形成する方法等を好適例として挙げることができる。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。
口金は、以下のようにして作製したものを用いることが好ましい。即ち、まず、フィンを有さない従来公知のハニカム構造体を作製する際に使用される口金（従来型口金）を用意する。その後、この従来型口金のスリット（隔壁を構成するための隙間）から外側に向かって放電加工で突起部と相補的な領域（坏土が入り込むことによって突起部となる領域）を形成する。このようにして所定の口金を作製することができる。
このような口金を用いることで、本発明のハニカム構造体の条件を満たす突起部を有するハニカム成形体を簡便に作製することができる。
ハニカム成形体の形状としては、特に制限はなく、円柱状、楕円柱状、端面が「正方形、長方形、三角形、五角形、六角形、八角形等」の多角柱状等を挙げることができる。
また、上記成形後に、得られたハニカム成形体を乾燥することができる。乾燥方法は、特に限定されるものではない。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。これらの中でも、誘電乾燥、マイクロ波乾燥または熱風乾燥を単独でまたは組合せて行うことが好ましい。
（２−２）焼成工程：
次に、ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を作製する。ハニカム成形体の焼成（本焼成）は、仮焼した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に行われる。焼成条件（温度、時間、雰囲気等）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。例えば、コージェライト化原料を使用している場合には、焼成温度は、１４１０〜１４４０℃が好ましい。また、焼成時間は、最高温度でのキープ時間として、４〜８時間が好ましい。仮焼、本焼成を行う装置としては、電気炉、ガス炉等を用いることができる。以上のようにして得られたハニカム焼成体を、本発明のハニカム構造体とすることができる。なお、ハニカム構造体の製造方法においては、以下に示すような外周コート工程を更に有していてもよい。
次に、ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を作製する。ハニカム成形体の焼成（本焼成）は、仮焼した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に行われる。焼成条件（温度、時間、雰囲気等）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。例えば、コージェライト化原料を使用している場合には、焼成温度は、１４１０〜１４４０℃が好ましい。また、焼成時間は、最高温度でのキープ時間として、４〜８時間が好ましい。仮焼、本焼成を行う装置としては、電気炉、ガス炉等を用いることができる。以上のようにして得られたハニカム焼成体を、本発明のハニカム構造体とすることができる。なお、ハニカム構造体の製造方法においては、以下に示すような外周コート工程を更に有していてもよい。
（２−３）外周コート工程：
本工程では、得られたハニカム焼成体の外周に、外周コート材を塗布して外周壁を形成する。なお、外周壁は、ハニカム成形体の作製時に、隔壁とともに一体形成により作製してもよい。外周コート工程によって更に外周壁を形成することにより、ハニカム構造体に外力が加わった際にハニカム構造体が欠けてしまうことを防止できる。
本工程では、得られたハニカム焼成体の外周に、外周コート材を塗布して外周壁を形成する。なお、外周壁は、ハニカム成形体の作製時に、隔壁とともに一体形成により作製してもよい。外周コート工程によって更に外周壁を形成することにより、ハニカム構造体に外力が加わった際にハニカム構造体が欠けてしまうことを防止できる。
外周コート材としては、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、ＳｉＣ粒子等の無機原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤等の添加材を加えたものに水を加えて混練したものなどを挙げることができる。外周コート材を塗布する方法は、「切削されたハニカム焼成体」をろくろ上で回転させながらゴムへらなどでコーティングする方法等を挙げることができる。
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）
実施例１においては、まず、ハニカム構造体を作製するための成形原料を調製した。セラミック原料に、バインダ、界面活性剤、造孔材、水を添加して成形原料とした。なお、使用したセラミック原料としては、コージェライト化原料である、カオリン、タルク、アルミナを用いた。
実施例１においては、まず、ハニカム構造体を作製するための成形原料を調製した。セラミック原料に、バインダ、界面活性剤、造孔材、水を添加して成形原料とした。なお、使用したセラミック原料としては、コージェライト化原料である、カオリン、タルク、アルミナを用いた。
次に、得られた成形原料をニーダーで混練し、次に、真空土練機で土練して、坏土を形成した。次に、得られた坏土を、口金を用いて、押出成形して、ハニカム成形体を作製した。口金は、突起部と相補的な領域（坏土が入り込むことによって突起部となる領域）が形成されたものを用いた。ハニカム成形体は、焼成後において、隔壁の厚さが０．０９ｍｍとなり、セル密度が６２個／ｃｍ２なるものとした。ハニカム成形体のセルの形状は、四角形となるものとした。ハニカム成形体は、円柱状のものとした。円柱状のハニカム成形体の夫々の端面の直径は、焼成後において、１０３ｍｍとなるものであった。また、ハニカム成形体のセルの延びる方向の長さは、焼成後において、８４ｍｍとなるものであった。なお、上記口金は、作製されるハニカム構造体が表１、表２に示す各条件を満たすように設計したものであった。
次に、ハニカム成形体を乾燥させて、ハニカム乾燥体を得た。乾燥は、まず、マイクロ波乾燥を行い、その後、熱風の温度１２０℃において、２時間の熱風乾燥を行った。次に、ハニカム乾燥体の両端部を切断した。
次に、得られたハニカム乾燥体を脱脂した。脱脂は、４５０℃で５時間行った。次に、脱脂したハニカム乾燥体を焼成して、ハニカム焼成体を得た。焼成は、大気中、１４２５℃で７時間行った。なお、１２００〜１４２５℃までの昇温は５時間とした。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、図３に示すように、断面四角形のセルの各隔壁から２つずつの突起部が突出し、１つのセルに合計８個の突起部が形成されていた。このハニカム構造体は、先端曲率半径Ｒが０．０１ｍｍであった。また、突起部の高さＨは、０．１４ｍｍであり、セルの水力直径Ａは、０．９０ｍｍであった。そして、Ｈ／Ａ（突起部の高さＨ／セルの水力直径Ａ）は、０．１６であった。更に、得られたハニカム構造体は、全ての突起部について、突起部の側面が隔壁の表面に対して、４５°の傾斜角を有するものであった。また、全ての突起部は、第一端面から第二端面まで突起部が途中で途切れることなく連なって設けられていた。また、全ての突起部は、特定セルを区画形成する隔壁の辺上に形成されていた（表１、表２中、「突起部の形成位置」の欄に「辺部」と示す）。なお、実施例１１においては、全ての突起部が特定セルの角部に形成されていた（表１、表２中、「突起部の形成位置」の欄に「角部」と示す）。得られたハニカム構造体は、上記口金の形状が反転した形状と同じ形状であった。
なお、プロフィルプロジェクタ（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ社製）と画像解析ソフト（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ社製）を用いて、突起部の傾斜角θ及び突起部の高さＨを測定した。また、突起部の上記辺上の位置の確認を行った。具体的には、まず、ハニカム構造体の端面をプロフィルプロジェクタで撮影し、その後、その画像を二値化処理し、画像解析ソフトの計測機能を使用することで上記測定と確認を行った。
更に、全セルに対する特定セルの割合は、５０％であった（表１、表２中、「特定セルの割合」の欄に示す）。この割合は、具体的には、次のように算出した。即ち、まず、１つのハニカム構造体をプロフィルプロジェクタで撮影し、このハニカム構造体における全てのセルの数と、全ての特定セルの数を数えた。
更に、作製したハニカム構造体について、上記プロフィルプロジェクタと画像解析ソフトを用いて、隔壁厚さ（ｍｍ）、セル密度（個／ｃｍ２）、セルの水力直径（ｍｍ）、突起部の先端曲率半径、及び、突起部の傾斜角を測定した。結果を表１、表２に示す。
［圧力損失］
作製したハニカム構造体について、大型風洞試験機を用いて圧力損失を測定した。このとき、ガス温度は２５℃とし、ガス流量は１０Ｎｍ３／分とした。評価基準は、２．００ｋＰａ以下を「ＯＫ」とし、２．００ｋＰａ超を「ＮＧ」とした。これは、圧力損失が２．００ｋＰａ超となると、出力が悪化するためである。
作製したハニカム構造体について、大型風洞試験機を用いて圧力損失を測定した。このとき、ガス温度は２５℃とし、ガス流量は１０Ｎｍ３／分とした。評価基準は、２．００ｋＰａ以下を「ＯＫ」とし、２．００ｋＰａ超を「ＮＧ」とした。これは、圧力損失が２．００ｋＰａ超となると、出力が悪化するためである。
［ＬＡ−４試験］
作製したハニカム構造体について、以下のようにして、米国Ｆｅｄｒａｌ Ｔｅｓｔ ＰｒｏｃｅｄｕｒｅのＬＡ−４モードに基づく試験を行った。まず、ハニカム構造体の隔壁には、触媒（三元触媒）を２００ｇ／Ｌ担持させた。触媒を担持したハニカム構造体は電気炉を用い、９５０℃で１２時間エージング処理を行った。次に、触媒を担持させたハニカム構造体を、排気量が２４００ｃｃの車両の床下位置に搭載し、ＬＡ−４試験を行った。ＬＡ−４試験においては、排ガス測定装置（ＨＯＲＩＢＡ社製、型番「ＭＥＸＡ−７４００」）を用いて排ガス成分ごとのダイレクトモーダルマスを測定した。また、代表的な排ガス成分としてＨＣの排出量を測定した。なお、この試験による排ガスの空間速度は、約１００００（１／時間）（高流量）であった。
作製したハニカム構造体について、以下のようにして、米国Ｆｅｄｒａｌ Ｔｅｓｔ ＰｒｏｃｅｄｕｒｅのＬＡ−４モードに基づく試験を行った。まず、ハニカム構造体の隔壁には、触媒（三元触媒）を２００ｇ／Ｌ担持させた。触媒を担持したハニカム構造体は電気炉を用い、９５０℃で１２時間エージング処理を行った。次に、触媒を担持させたハニカム構造体を、排気量が２４００ｃｃの車両の床下位置に搭載し、ＬＡ−４試験を行った。ＬＡ−４試験においては、排ガス測定装置（ＨＯＲＩＢＡ社製、型番「ＭＥＸＡ−７４００」）を用いて排ガス成分ごとのダイレクトモーダルマスを測定した。また、代表的な排ガス成分としてＨＣの排出量を測定した。なお、この試験による排ガスの空間速度は、約１００００（１／時間）（高流量）であった。
［バックエミッションの判定］
バックエミッションで、ＨＣの排出量が、０．０１９ｇ／ｍｉｌｅ以下となる場合「ＯＫ」とし、０．０１９ｇ／ｍｉｌｅ超となる場合を「ＮＧ」とした。なお、本評価が「ＯＫ」であると、触媒が均一に塗布されていることから排ガスの浄化に有効に利用されるため、浄化性能が上がると考えられる。
バックエミッションで、ＨＣの排出量が、０．０１９ｇ／ｍｉｌｅ以下となる場合「ＯＫ」とし、０．０１９ｇ／ｍｉｌｅ超となる場合を「ＮＧ」とした。なお、本評価が「ＯＫ」であると、触媒が均一に塗布されていることから排ガスの浄化に有効に利用されるため、浄化性能が上がると考えられる。
［総合判定］
圧力損失の評価とＬＡ−４試験の判定に基づいて以下の基準により総合判定を行った。圧力損失の評価とＬＡ−４の評価が共に「ＯＫ」である場合を「ＯＫ」とし、それ以外の場合を「ＮＧ」とした。
圧力損失の評価とＬＡ−４試験の判定に基づいて以下の基準により総合判定を行った。圧力損失の評価とＬＡ−４の評価が共に「ＯＫ」である場合を「ＯＫ」とし、それ以外の場合を「ＮＧ」とした。
（実施例２〜１１、比較例１〜７）
表１、表２に示すように、突起部を形成したこと以外は、実施例１と同様にしてハニカム構造体を作製した。
表１、表２に示すように、突起部を形成したこと以外は、実施例１と同様にしてハニカム構造体を作製した。
実施例２〜１１、比較例１〜７のハニカム構造体についても、実施例１と同様に、圧力損失の評価、及びＬＡ−４試験を行った。結果を表１、表２に示す。
（結果）
表１、表２に示すように、実施例１〜１１のハニカム構造体は、比較例１〜７のハニカム構造体に比べて、圧力損失が低く、排ガスの浄化性能が高いことが分かる。
表１、表２に示すように、実施例１〜１１のハニカム構造体は、比較例１〜７のハニカム構造体に比べて、圧力損失が低く、排ガスの浄化性能が高いことが分かる。
本発明のハニカム構造体は、排ガスを浄化する排ガス浄化用の触媒担体として利用することができる。
１：隔壁、２：セル、２ａ：特定セル、５：隔壁の表面、１０：ハニカム構造部、１１：第一端面、１２：第二端面、２０：外周壁、２１：突起部、２２：突起部の側面、２２ａ：突起部の一方の側面、２２ｂ：突起部の他方の側面、３０：触媒、４０：フィン、１００：ハニカム構造体。
Claims (5)
- 第一端面から第二端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを区画するように配設された多孔質の隔壁、及び前記隔壁を囲繞するように配設された外周壁を有する、柱状のハニカム構造部を備え、
前記隔壁は、前記セル内に延びるように突出し、且つ、前記セルの延びる方向に連続して設けられた、突起部を有し、
複数の前記セルのうちの１０％以上の前記セルは、当該セル内に前記突起部が突出したものであり、
前記突起部の頂部の先端曲率半径Ｒが、０．０１〜０．１ｍｍであり、
前記突起部の側面は、前記隔壁の表面に対して、４０〜７０°の傾斜角となるように傾斜し、
前記セルの水力直径Ａと、前記突起部の高さＨとが、０．０４≦Ｈ／Ａ≦０．４の関係を満たす、ハニカム構造体。 - 前記セルを区画するように配設された前記隔壁において、前記セルの周縁を構成する一辺あたりに設けられる前記突起部の数が、３個以下である、請求項１に記載のハニカム構造体。
- 前記突起部が、前記ハニカム構造部の外周から５ｍｍの範囲の外周部を除く、当該ハニカム構造部の中央部に設けられている、請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
- 前記突起部が、前記ハニカム構造部の全域に設けられている、請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
- 前記突起部が、前記セルの周縁を構成する二辺の前記隔壁が交わる交点部位に設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
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