JP2020116520A - ハニカム構造体 - Google Patents

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Abstract

【課題】圧力損失の増加を抑制しつつ、昇温性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を取り囲む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を挟んで対向する２辺を構成する隔壁１のそれぞれに、セル２内に延びるように突出した突起部２１を有し、突起部２１の頂部２５の幅をＷ１とし、当該突起部２１の底部２６の幅をＷ２とした場合に、Ｗ１＞Ｗ２であり、且つ、Ｗ２をＷ１で除した値であるＷ２／Ｗ１が０．５〜０．９である。【選択図】図５

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いる。そのため、燃料を燃焼して動力を生成する技術の分野では、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ことが一般的である。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は、ハニカム構造体が用いられている。
従来、このハニカム構造体としては、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）。
特開昭６２−２６６２９８号公報
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。しかしながら、特許文献１に開示されたようなフィンの配置では、フィンによってセル内の流路として活用される空間に対して閉塞された部分が多く存在し、ガス流れの淀みが生じ易くなってしまう。したがって、１つのセル内でガス流れの局所的な集中が起こり、特に、自動車のモード走行（Ｄｒｉｖｉｎｇ ｍｏｄｅ）時の高負荷時に、エミッション（Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ）の悪化を招いてしまうという問題があった。
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、エミッションの悪化を抑制し、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取り囲む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、
一の前記セルを取り囲む前記隔壁のうち、当該セルを挟んで対向する２辺を構成する前記隔壁のそれぞれに、当該セル内に延びるように突出し、且つ、当該セルの延びる方向に連続して設けられた、突起部を有し、
前記突起部の頂部の幅をＷ１とし、当該突起部の底部の幅をＷ２とした場合に、Ｗ１＞Ｗ２であり、且つ、Ｗ２をＷ１で除した値であるＷ２／Ｗ１が０．５〜０．９である、ハニカム構造体。
［２］ 前記突起部が突出した前記セル内において、前記突起部の高さをＨ２とし、前記突起部の高さ方向における前記セルの開口幅をＨ１とした場合に、下記式（１）の関係を満たす、前記［１］に記載のハニカム構造体。
式（１）：１５％≦Ｈ２／Ｈ１×１００％≦４０％
［３］ 前記突起部が突出した前記セル内において、当該セルを構成する第一の辺に設けられた前記突起部の前記頂部の幅方向中央部から、前記第一の辺に垂線をおろした点をＰとし、
前記Ｐの点から、前記セルを構成する辺のうちの前記第一の辺の両端に配置される他の辺までの距離をＬ１，Ｌ２（但し、Ｌ１≧Ｌ２）とし、且つ、
前記第一の辺と対向する第二の辺に設けられた前記突起部の前記頂部の幅方向中央部から、前記第二の辺に垂線をおろした点をＱとし、
前記Ｑの点から、前記セルを構成する辺のうちの前記第二の辺の両端に配置される他の辺までの距離をＬ３，Ｌ４（但し、Ｌ３≧Ｌ４）とし、
下記式（２）の関係を満たす、前記［１］又は［２］に記載のハニカム構造体。
式（２）：Ｌ２／Ｌ１＋Ｌ４／Ｌ３≧１
［４］ 前記隔壁の厚さが、０．０５〜０．１５３ｍｍである、前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。
［５］ 前記突起部の前記頂部の幅であるＷ１が、０．０１２７〜０．２０３ｍｍである、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、突起部によって隔壁の幾何学的表面積を増大させることができる。また、突起部は、上述したように、Ｗ２／Ｗ１が０．５〜０．９となるように構成されており、セルの中心部側に位置する各突起部の頂部の幅が相対的に広くなる。このため、ガスの流速の早いセルの中央部側において、突起部とガスとの接触面積を増やすことができる。したがって、突起部に対して熱交換が活発に行われる領域が増加し、触媒担体としてのハニカム構造体の昇温性が向上することが期待される。更に、各突起部は、その底部の幅が相対的に細くなるため、ハニカム構造体全体が軽量化され熱容量が小さくなるため、更なる昇温性の向上につながることが期待される。
本発明のハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。 本発明のハニカム構造体の一実施形態の流入端面を模式的に示す平面図である。 図２のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。 図２に示す流入端面の一部（領域Ｒ）を拡大して模式的に示す平面図である。 図４の一部を更に拡大した拡大平面図である。 本発明のハニカム構造体の他の実施形態の流入端面の一部を拡大して模式的に示す拡大平面図である。 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の一部を拡大して模式的に示す拡大平面図である。 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の一部を拡大して模式的に示す拡大平面図である。
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５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。ここで、図１は、本発明のハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。図２は、本発明のハニカム構造体の一実施形態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に示す流入端面の一部（領域Ｒ）を拡大して模式的に示す平面図である。図５は、図４の一部を更に拡大した拡大平面図である。
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を取り囲む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。そして、図４及び図５に示すように、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２１，２１を有している。特に、本実施形態のハニカム構造体１００において、一のセル２を取り囲む隔壁１のうち、セル２を挟んで対向する２辺を構成する隔壁１のそれぞれに、各１つずつ突起部２１を有している。本明細書において、「対向する２辺」とは、平行な位置関係にある２辺、及び２辺のなす角度が１０°以下となる位置関係にある２辺のことを意味する。また、各セル２内に突出するように設けられる突起部２１，２１は、例えば、図４に示すように、各セル２毎に、突起部２１，２１の突出する方向が異なっていてもよい。図４において、紙面の左から２番目のセル２では、紙面の左右方向に突起部２１，２１が突出し、その他のセル２では、紙面の上下方向に突起部２１，２１が突出している。このように構成することによって、ガス流れがより均一になり、また、エロージョン（排ガスと一緒に流れてくる有形物質の衝突による減肉）の偏りが小さくなる。
ハニカム構造部１０のセル２の延びる方向に直交する断面において、セル２内に突出する２つの突起部２１，２１は、以下のように構成されている。各突起部２１の頂部２５の幅をＷ１とし、当該突起部２１の底部２６の幅をＷ２とした場合に、Ｗ１＞Ｗ２であり、且つ、Ｗ２をＷ１で除した値であるＷ２／Ｗ１が０．５〜０．９である。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２ａ」と記す場合がある。
ハニカム構造体１００は、特定セル２ａ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る。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。更に、突起部２１は、１つの特定セル２ａを取り囲む隔壁１に対して、特定セル２ａを挟んで対向する２辺を構成する隔壁１にのみ配設されていればよいため、突起部２１の個数の過剰な増加を抑制し、ガス流れの淀みの発生を有効に抑制することができる。したがって、ハニカム構造体１００は、エミッションの悪化を抑制し、浄化性能の向上が期待されるという効果を奏するものである。
更に、突起部２１は、上述したように、Ｗ２／Ｗ１が０．５〜０．９となるように構成されており、特定セル２ａの中心部側に位置する各突起部２１の頂部２５の幅が相対的に広くなる。このため、ガスの流速の早いセル２の中央部側において、突起部２１とガスとの接触面積を増やすことができる。したがって、突起部２１に対して熱交換が活発に行われる領域が増加し、触媒担体としてのハニカム構造体１００の昇温性が向上することが期待されるという効果を奏するものである。更に、各突起部２１は、その底部２６の幅が相対的に細くなるため、ハニカム構造体１００全体が軽量化され熱容量が小さくなるため、更なる昇温性の向上につながることが期待されるという効果を奏するものである。なお、Ｗ２／Ｗ１が０．５〜０．９であるということは、Ｗ１：Ｗ２の比の値が、１：０．９〜１：０．５であることを示している。以下、Ｗ１を「頂部２５の幅Ｗ１」と記すことがあり、また、Ｗ２を「底部２６の幅Ｗ２」と記すことがある。
Ｗ２／Ｗ１が０．９を超えると、特定セル２ａ内に占める突起部２１の面積を一定とした場合に、突起部２１の頂部２５の幅Ｗ１が相対的に小さくなり、特定セル２ａの中央部側において、突起部２１とガスとの接触面積を増やすことが困難となる。また、Ｗ２／Ｗ１が０．５未満であると、特定セル２ａ内に占める突起部２１の面積を一定とした場合に、突起部２１の頂部２５の幅Ｗ１が相対的に大きくなり過ぎて、ハニカム構造体１００の圧力損失が悪化してしまう。なお、Ｗ２／Ｗ１は、０．５〜０．９であれば特に制限はないが、０．６〜０．７であることが好ましい。
突起部２１の頂部２５の幅Ｗ１及び底部２６の幅Ｗ２については、以下の方法で求めることができる。まず、ハニカム構造体１００の第一端面１１を、投影機（例えば、Ｍｉｔｕｔｏｙｏ社製のプロファイルプロジェクタ；Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）を用いて撮像する。次に、得られた画像を、画像解析ソフト（例えば、Ｍｉｔｕｔｏｙｏ社製の画像解析ソフト）によって画像解析し、突起部２１の頂部２５の幅Ｗ１及び底部２６の幅Ｗ２を求める。なお、突起部２１の頂部２５とは、突起部２１の延びる方向において、その先端部分の２５％の範囲とし、その範囲内における最大幅を、その突起部２１の頂部２５の幅Ｗ１とする。また、突起部２１の底部２６とは、突起部２１の延びる方向において、その根元部分の２５％の範囲とし、その範囲内における最小幅を、その突起部２１の底部２６の幅Ｗ２とする。
後述する、特定セル２ａの開口幅Ｈ１、突起部２１の高さＨ２（Ｈ２ａ，Ｈ２ｂ）、突起部２１の側面のなす角度θについても、上述した投影機によって撮像した画像を用いて測定することができる。なお、突起部２１の高さＨ２（Ｈ２ａ，Ｈ２ｂ）を測定する際において、突起部２１の先端（頂点）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の底辺から突起部２１の延びる方向に最も遠い位置とする。各測定に際しては、適宜、撮像した画像を所望の倍率に拡大して測定を行うことが好ましい。
ハニカム構造体１００は、全セル２中、特定セル２ａを５０％以上含むことが好ましい。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、６５〜９９％であることが好ましく、８０〜９９％であることが特に好ましい。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の割合は１００％としてもよい。全セル２中の特定セル２ａの割合が、上記した下限値未満であると、ガスとの接触面積が低下することや、突起部２１による昇温性の効果が得られ難くなることにより、浄化性能が悪化するおそれがある。
突起部２１は、その突起部２１の側面が、隔壁１の表面に対して、２０〜１６０°の角度θとなるにように配置されていることが好ましい。以下、隔壁１の表面に対する、突起部２１の側面のなす角度θのことを、単に、「突起部２１の側面のなす角度θ」ということがある。突起部２１の側面のなす角度θは、４０〜７０°であることが特に好ましい。突起部２１の側面のなす角度θが上記範囲内であると、触媒を塗布する時（触媒コート時）に、触媒が突起部２１の根元に厚くたまり難くなる。このため、触媒を塗布した後（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。ここで、突起部２１の側面のなす角度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、突起部２１の底辺の延長線とのなす角度とする。そして、突起部２１の側面のなす角度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、流入端面側から見た場合に、特定セル２ａ内の空間側の角度のこととする。なお、突起部２１の一方の側面のなす角度θと、突起部２１のもう一方の側面のなす角度θとは、同じ角度であってもよいし、異なる角度であってもよい。突起部２１の一方の側面のなす角度θと、突起部２１のもう一方の側面のなす角度θとが異なる場合には、その双方のなす角度θが、上記した数値範囲を満たすことが好ましい。
突起部２１が突出したセル２内（即ち、特定セル２ａ内）において、突起部２１の高さＨ２（図４及び図５においては、高さＨ２ａ，高さＨ２ｂ）と、突起部２１の高さ方向における特定セル２ａの開口幅Ｈ１とが、下記式（１）の関係を満たすことが好ましい。なお、下記式（１）は、突起部２１の高さをＨ２とした一般式である。したがって、図４及び図５に示すように、対向配置された隔壁１のそれぞれに設けられた突起部２１，２１の各高さが、高さＨ２ａ及び高さＨ２ｂである場合には、下記式（１）のＨ２に、Ｈ２ａ，Ｈ２ｂの各値を代入し、下記式（１）を満たすか否かの判断を行う。
式（１）：１５％≦Ｈ２／Ｈ１×１００％≦４０％
式（１）の「Ｈ２／Ｈ１×１００％」の値が１５％未満であると、突起部２１によって特定セル２ａ内の空間が十分に分断されず、１つの特定セル２ａ内でガス流れの局所的な集中が起こり、特に、自動車のモード走行時の高負荷時に、エミッションの悪化を招くことがある。式（１）の「Ｈ２／Ｈ１×１００％」の値が４０％を超えると、圧力損失悪化の点で好ましくない。なお、「Ｈ２／Ｈ１×１００％」の値は、１５〜３０％であることが特に好ましい。なお、突起部２１の高さＨ２ａ，Ｈ２ｂ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の頂点（突起部２１の最も高い点）から、突起部２１の底辺までの最短距離のことをいう。また、突起部２１の高さ方向における特定セル２ａの開口幅Ｈ１は、対向配置された隔壁１相互間の距離のことをいう。即ち、特定セル２ａの開口幅Ｈ１には、隔壁１の実体部分の厚さは含まれていない。特定セル２ａの開口幅Ｈ１については、単に、「セル２の開口幅Ｈ１」ということがある。
特定セル２ａ内において、一対の突起部２１，２１は、以下のように構成されていることが好ましい。まず、特定セル２ａ内において、当該特定セル２ａを構成する第一の辺に設けられた突起部２１の頂部２５の幅方向中央部から、第一の辺に垂線をおろした点をＰとする。そして、このＰの点から、特定セル２ａを構成する辺のうちの第一の辺の両端に配置される他の辺までの距離をＬ１，Ｌ２（但し、Ｌ１≧Ｌ２）とする。また、第一の辺と対向する第二の辺に設けられた突起部２１の頂部２５の幅方向中央部から、第二の辺に垂線をおろした点をＱとする。そして、このＱの点から、特定セル２ａを構成する辺のうちの第二の辺の両端に配置される他の辺までの距離をＬ３，Ｌ４（但し、Ｌ３≧Ｌ４）とする。このような場合において、一対の突起部２１，２１は、下記式（２）の関係を満たすことが好ましい。
式（２）：Ｌ２／Ｌ１＋Ｌ４／Ｌ３≧１
一対の突起部２１，２１が、上記式（２）の関係を満たすように構成されることにより、特定セル２ａの中心部側の位置にて、一対の突起部２１，２１の頂部２５の重なりが大きくなり、ハニカム構造体１００の昇温性が更なる向上が期待される。なお、上記式（２）の「Ｌ２／Ｌ１＋Ｌ４／Ｌ３」の値の最大値は、２である。即ち、「Ｌ２／Ｌ１」の値が１となり、且つ「Ｌ４／Ｌ３」の値が１となる場合が、上記最大値である。「Ｌ２／Ｌ１＋Ｌ４／Ｌ３」の値は、１．０以上であることが好ましく、１．５以上であることが特に好ましい。
図５において、距離Ｌ１と距離Ｌ２とは略等しい値となっており、Ｌ２／Ｌ１の値は１といえる。また、距離Ｌ３と距離Ｌ４とも略等しい値となっており、Ｌ４／Ｌ３の値は１といえる。したがって、図５に示す形態において、式（２）で表される「Ｌ２／Ｌ１＋Ｌ４／Ｌ３」の値は２といえる。
また、「Ｌ２／Ｌ１」及び「Ｌ４／Ｌ３」の個々の値については特に制限はない。例えば、「Ｌ２／Ｌ１」及び「Ｌ４／Ｌ３」の個々の値については、例えば、０．１以上であることが好ましい。
ここで、本発明のハニカム構造体の他の実施形態について、図６を参照しつつ説明する。図６は、本発明のハニカム構造体の他の実施形態の流入端面の一部を拡大して模式的に示す拡大平面図である。図６において、図５に示す構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
図６においては、特定セル２ａ内における一対の突起部２１，２１が配置された位置が、図５に示す形態と異なっている。例えば、図６において、距離Ｌ１と距離Ｌ２とは略等しい値となっており、Ｌ２／Ｌ１の値は１といえる。また、距離Ｌ３は、距離Ｌ４の約３．４倍の距離となっており、Ｌ４／Ｌ３の値は約０．３といえる。したがって、図６に示す形態において、式（２）で表される「Ｌ２／Ｌ１＋Ｌ４／Ｌ３」の値は約１．３といえる。
次に、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態について、図７及び図８を参照しつつ説明する。図７及び図８のそれぞれは、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の一部を拡大して模式的に示す拡大平面図である。図７及び図８において、図５に示す構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
図７及び図８のそれぞれにおいても、特定セル２ａ内における一対の突起部２１，２１が配置された位置が、図５に示す形態と異なっている。例えば、図７において、距離Ｌ１は、距離Ｌ２の約２倍の距離となっており、Ｌ２／Ｌ１の値は約０．５といえる。また、距離Ｌ３は、距離Ｌ４の約２倍の距離となっており、Ｌ４／Ｌ３の値は約０．５といえる。したがって、図７に示す形態において、式（２）で表される「Ｌ２／Ｌ１＋Ｌ４／Ｌ３」の値は約１といえる。
図８においては、特定セル２ａ内における一対の突起部２１，２１のうち、紙面の下方側に位置する突起部２１が、紙面の左側寄りに位置しており、紙面の上方側に位置する突起部２１が、紙面の右側寄りに位置している。ここで、上述したように、距離Ｌ１と距離Ｌ２とを規定する場合には、Ｌ１≧Ｌ２の関係を満たし、距離Ｌ３と距離Ｌ４とを規定する場合には、Ｌ３≧Ｌ４の関係を満たすことが、式（２）における条件の１つとなっている。そして、図８においても、距離Ｌ１は、距離Ｌ２の約２倍の距離となっており、Ｌ２／Ｌ１の値は約０．５といえる。また、距離Ｌ３は、距離Ｌ４の約２倍の距離となっており、Ｌ４／Ｌ３の値は約０．５といえる。したがって、図８に示す形態においても、式（２）で表される「Ｌ２／Ｌ１＋Ｌ４／Ｌ３」の値は約１といえる。なお、特定セル２ａ内における一対の突起部２１，２１の配置については、図６〜図８に示すような形態に限定されることはなく、種々にその位置を変更することができる。
以下、本実施形態のハニカム構造体のその他の構成について、図１〜図５を参照しつつ更に説明する。本実施形態のハニカム構造体１００は、突起部２１の頂部２５の幅Ｗ１が、０．０１２７〜０．２０３ｍｍであることが好ましく、０．０３８１〜０．１５２４ｍｍであることが特に好ましい。なお、突起部２１の頂部２５の幅Ｗ１が、上記範囲の下限値未満であると、口金の加工コストおよび製造難易度が上がる点で好ましくない。突起部２１の頂部２５の幅Ｗ１が、上記範囲の上限値を超えると、浄化効率が下がり圧損が増加する点で好ましくない。
セル２の延びる方向に直交する断面における、突起部２１の形状については特に制限はない。例えば、図４及び図５に示すように、突起部２１の形状が、頂部２５を上底、底部２６を下底とする線対称の逆台形（別言すれば、等脚逆台形状）であってもよいし、図示は省略するが、等脚逆台形状以外のその他の形状であってもよい。
隔壁１の厚さは、０．０５〜０．１５３ｍｍであることが好ましく、０．０５〜０．１１０ｍｍであることが特に好ましい。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。隔壁１の厚さが上限値超であると、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、対向する２辺を有する多角形であれば特に制限はない。例えば、セル２の形状としては、四角形、五角形、六角形、八角形等の多角形を挙げることができる。ハニカム構造部１０において、異なる形状のセル２が混在していてもよい。例えば、四角形のセル２と、六角形又は八角形のセル２とは、１つのハニカム構造部１０において混在していてもよい。なお、本明細書において「セル２の形状」とは、特定セル２ａにおいては、突起部２１が無いとした場合のセル２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。なお、セル２の形状としては、突起部２１，２１が設けられた対向する２辺が平行となるような形状であることが好ましい。
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１００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セル／ｃｍ２であることが好ましく、４３〜１４８セル／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。
１つの特定セル２ａ内における突起部２１の個数については特に制限はない。ただし、１つの特定セル２ａを取り囲む隔壁において、当該特定セル２ａを挟んで対向する２辺を構成する隔壁１に、一対の突起部２１，２１が配設されるため、１つの特定セル２ａ内における突起部２１の数の下限値は２個である。例えば、ハニカム構造体１００の圧力損失の上昇を抑制する観点から、１つのセル２内における突起部２１は、２個／セルであることが好ましい。
（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。
（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。まず、突起部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。次に、従来型口金のスリット（隔壁を形成するための隙間）から、従来型口金の口金本体側に向かって、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。上述した「突起部と相補的な領域」は、例えば、従来型口金の口金本体に対して、放電加工等を行うことにより形成することができる。以上のようにして、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。乾燥方法については特に制限はない。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、最高温度での保持時間として、４〜８時間が好ましい。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、隔壁と一体となるように形成してもよい。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。具体的には、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、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０．０８９ｍｍとなり、セル密度が６２個／ｃｍ２となるものとした。ハニカム成形体のセルの形状は、四角形となるようにした。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となるようにした。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となるようにした。なお、上記口金は、作製されるハニカム構造体が表１に示す各条件を満たすように設計したものを用いた。
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。
実施例１のハニカム構造体は、図４及び図５に示すように、断面形状が四角形のセル２を挟んで対向する２辺を構成する隔壁１のそれぞれに、突起部２１が形成されていた。即ち、実施例１のハニカム構造体は、１つのセル２当たりの突起部２１の数が、２個／セルであった。表１の「突起部の数（個／セル）」の欄に、１つのセル当たりの突起部の数を示す。
実施例１のハニカム構造体において、突起部の高さＨ２は０．１８ｍｍであった。突起部の頂部の幅Ｗ１は０．１４２ｍｍであり、突起部の底部の幅Ｗ２は０．１２８ｍｍであった。突起部の頂部の幅Ｗ１と突起部の底部の幅Ｗ２との比（Ｗ１：Ｗ２）は、１：０９９であり、Ｗ２をＷ１で除した値であるＷ２／Ｗ１の値は０．９であった。また、実施例１のハニカム構造体において、セルの開口幅Ｈ１は１．１８ｍｍであった。したがって、「Ｈ２／Ｈ１×１００％」の値は１５．３％であった。突起部の高さＨ２、突起部の頂部の幅Ｗ１、突起部の底部の幅Ｗ２、セルの開口幅Ｈ１は、以下の方法で求めた。まず、ハニカム構造体の第一端面を、Ｍｉｔｕｔｏｙｏ社製のプロファイルプロジェクタを用いて撮像した。次に、得られた画像を、Ｍｉｔｕｔｏｙｏ社製の画像解析ソフトによって画像解析することによって、上述した各値を求めた。各測定に際しては、適宜、撮像した画像を所望の倍率に拡大して測定を行った。画像解析においては、プロファイルプロジェクタで撮影して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、各測定とその測定結果の確認を行った。各結果を表１に示す。
また、上述したプロファイルプロジェクタを用いて撮像した画像を用いて、図５に示すような、距離Ｌ１、距離Ｌ２、距離Ｌ３、距離Ｌ４を測定した。そして、求めた距離Ｌ１、距離Ｌ２、距離Ｌ３、距離Ｌ４の値に基づいて、「Ｌ２／Ｌ１＋Ｌ４／Ｌ３」（但し、Ｌ１≧Ｌ２、且つ、Ｌ３≧Ｌ４）の値を算出した。実施例１のハニカム構造体は、「Ｌ２／Ｌ１＋Ｌ４／Ｌ３」の値が２．０であった。「Ｌ２／Ｌ１」の値は、１．０であった。以下、「Ｌ２／Ｌ１＋Ｌ４／Ｌ３」の値のことを、「Ｌ比」ということがある。Ｌ比の測定結果を、表１の「Ｌ比；（Ｌ２／Ｌ１＋Ｌ４／Ｌ３）」の欄に示す。また、「Ｌ２／Ｌ１」の値を、表１の「Ｌ２／Ｌ１」の欄に示す。
更に、作製したハニカム構造体について、上記プロファイルプロジェクタと画像解析ソフトを用いて、隔壁の厚さ（ｍｍ）、セル密度（個／ｃｍ２）を測定した。結果を表１に示す。
Figure 2020116520
実施例１のハニカム構造体について、以下の方法で、圧力損失（ｋＰａ）の測定、及び昇温性（℃）の測定を行った。圧力損失（ｋＰａ）の測定結果、及びその判定結果、並びに、昇温性（℃）の測定結果、及びその判定結果を、表１に示す。また、各判定結果を元に、下記の総合判定を行った。判定を表１に示す。
［圧力損失（ｋＰａ）］
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。また、評価基準となるハニカム構造体として、比較例１〜５のハニカム構造体の圧力損失についても同様の方法で測定した。「評価基準となるハニカム構造体」については後述する。評価基準となるハニカム構造体の圧力損失を基準圧力損失とし、各ハニカム構造体の圧力損失の値について、以下の基準で評価を行った。基準圧力損失に対して、圧力損失の上昇が＋５％以下の場合を「Ａ」とし、圧力損失の上昇が＋５％を超え＋１０％以下の場合を「Ｂ」とし、圧力損失の上昇が＋１０％を超える場合を「Ｃ」とした。評価結果が「Ａ」及び「Ｂ」の場合を合格とする。これは、圧力損失の上昇が＋１０％を超えると、出力が悪化するためである。
圧力損失の評価における「評価基準となるハニカム構造体」とは、比較例１〜５のハニカム構造体のうち、評価対象のハニカム構造体と同一の突起部の高さＨ２、及び同一のＬ比のハニカム構造体のことをいう。例えば、実施例１のハニカム構造体について、評価基準となるハニカム構造体は、比較例１のハニカム構造体である。このため、実施例１のハニカム構造体において、基準とする圧力損失は、２．００ｋＰａとなる。なお、例外的に、実施例１４のハニカム構造体は、評価基準となるハニカム構造体を、比較例１のハニカム構造体とする。また、実施例１５のハニカム構造体は、評価基準となるハニカム構造体を、比較例３のハニカム構造体とする。
［昇温性（℃）］
バーナー試験機を用いて、作製した各実施例のハニカム構造体の昇温性をそれぞれ測定した。まず、測定対象のハニカム構造体のガスが流入する側の流入端面側に、温度を測定するための電対を配置した。この電対は、流入端面の中心に位置するセルの、この流入端面から５ｍｍの位置に挿入することによって配置した。次に、電対を配置したハニカム構造体を、バーナー試験機にセットした。次に、バーナー試験機のバイパス側に、ガス温度が２９３℃、ガス流速が３．１８ｍ／ｓとなるようにガスを通気した。ガス温度、ガス流速がともに安定した時点で、バーナー試験機にセットしたハニカム構造体側へガスを通気し、通気開始から１秒後の、上記電対の温度を測定した。また、評価基準となる比較例１〜５のハニカム構造体についても同様の方法で温度を測定した。各ハニカム構造体の温度が、評価基準となるハニカム構造体の温度に対して、＋１５℃を超える場合を「Ａ」とし、＋１０℃を超え１５℃以下の場合を「Ｂ」とし、１０℃以下の場合を「Ｃ」とした。なお、評価基準となるハニカム構造体は、圧力損失の評価におけるものと同じである。
［総合判定］
圧力損失の判定と昇温性の判定に基づいて、以下の判断基準により総合判定を行った。圧力損失の判定と昇温性の判定が共に「Ａ」又は「Ｂ」である場合を「ＯＫ」とし、それ以外の場合を「ＮＧ」とした。即ち、圧力損失の判定と昇温性の判定のうち少なくとも一方が「Ｃ」である場合を「ＮＧ」とした。
（実施例２〜１５）
隔壁の厚さ、及び突起部の構成を、表１及び表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様の方法でハニカム構造体を作製した。実施例２〜１５のハニカム構造体についても、実施例１と同様の方法で、圧力損失の測定、及び昇温性の測定、並びにそれらの判定を行った。各結果を、表１及び表２に示す。
（比較例１〜１４）
隔壁の厚さ、及び突起部の構成を、表３及び表４に示すように変更した以外は、実施例１と同様の方法でハニカム構造体を作製した。比較例１〜１４のハニカム構造体についても、実施例１と同様の方法で、圧力損失の測定、及び昇温性の測定、並びにそれらの判定を行った。各結果を、表３及び表４に示す。
Figure 2020116520
Figure 2020116520
Figure 2020116520
（結果）
表１に示すように、実施例１〜１５のハニカム構造体は、比較例１〜５のハニカム構造体に比べて、圧力損失が低く、また、昇温性も優れたものであった。このため、実施例１〜１５のハニカム構造体は、圧力損失の増加を抑制しつつ、昇温性が向上されたものであった。
一方、比較例６〜１０のハニカム構造体は、Ｗ２／Ｗ１の値が０．９２であり、昇温性の評価において良好な結果が得られなかった。また、比較例１１〜１４のハニカム構造体は、Ｗ２／Ｗ１の値が０．４８であり、圧力損失の評価において良好な結果が得られなかった。
実施例１４のハニカム構造体は、「Ｈ２／Ｈ１×１００％」の値が１４．８％であり、昇温性（℃）が若干低下する傾向が確認された。実施例１５のハニカム構造体は、「Ｈ２／Ｈ１×１００％」の値が４２．０％であり、圧力損失が若干増加する傾向が確認された。比較例５，１０のハニカム構造体、及び実施例１３のハニカム構造体は、Ｌ比が１．０以下であり、Ｌ比が１．０以上の場合に比して、昇温性（℃）が低下する傾向が確認された。
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、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、２５：頂部、２６：底部、１００：ハニカム構造体、Ｈ１：開口幅（セルの開口幅）、Ｈ２，Ｈ２ａ，Ｈ２ｂ：高さ（突起部の高さ）、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４：距離、Ｐ：点（第一の辺に設けられた突起部の頂部の幅方向中央部から、第一の辺に垂線をおろした点）、Ｑ：点（第二の辺に設けられた突起部の頂部の幅方向中央部から、第二の辺に垂線をおろした点）、θ：角度（突起部の側面のなす角度）。

Claims (5)

  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取り囲む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、
    一の前記セルを取り囲む前記隔壁のうち、当該セルを挟んで対向する２辺を構成する前記隔壁のそれぞれに、当該セル内に延びるように突出し、且つ、当該セルの延びる方向に連続して設けられた、突起部を有し、
    前記突起部の頂部の幅をＷ１とし、当該突起部の底部の幅をＷ２とした場合に、Ｗ１＞Ｗ２であり、且つ、Ｗ２をＷ１で除した値であるＷ２／Ｗ１が０．５〜０．９である、ハニカム構造体。
  2. 前記突起部が突出した前記セル内において、前記突起部の高さをＨ２とし、前記突起部の高さ方向における前記セルの開口幅をＨ１とした場合に、下記式（１）の関係を満たす、請求項１に記載のハニカム構造体。
    式（１）：１５％≦Ｈ２／Ｈ１×１００％≦４０％
  3. 前記突起部が突出した前記セル内において、当該セルを構成する第一の辺に設けられた前記突起部の前記頂部の幅方向中央部から、前記第一の辺に垂線をおろした点をＰとし、
    前記Ｐの点から、前記セルを構成する辺のうちの前記第一の辺の両端に配置される他の辺までの距離をＬ１，Ｌ２（但し、Ｌ１≧Ｌ２）とし、且つ、
    前記第一の辺と対向する第二の辺に設けられた前記突起部の前記頂部の幅方向中央部から、前記第二の辺に垂線をおろした点をＱとし、
    前記Ｑの点から、前記セルを構成する辺のうちの前記第二の辺の両端に配置される他の辺までの距離をＬ３，Ｌ４（但し、Ｌ３≧Ｌ４）とし、
    下記式（２）の関係を満たす、請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
    式（２）：Ｌ２／Ｌ１＋Ｌ４／Ｌ３≧１
  4. 前記隔壁の厚さが、０．０５〜０．１５３ｍｍ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。
  5. 前記突起部の前記頂部の幅であるＷ１が、０．０１２７〜０．２０３ｍｍである、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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