JP2705731B2 - ハニカム構造体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、内燃機関の排ガス浄化触媒および微粒子浄
化用フィルタ、さらには各種ガス・石油を燃料とする燃
焼ガスの浄化および／または脱臭用触媒の担体として用
いられるハニカム構造体に関するものである。

（従来の技術及びその問題点） 従来、一般に実用されている自動車搭載触媒コンバー
タは、使用中の激しい振動に耐えるように、第３図に示
すように排気ガスが通過する貫通孔24Bと直角方向（以
下「径方向」という）にはクッション材22,9およびシー
ル材10を介して圧力を加え、更に貫通孔方向にはクッシ
ョン材22を介して板材23で圧力を加えながら固定し保持
する構造をとっている。

しかしながら、上記構造の場合、貫通孔方向に当接さ
れたクッション材22の部分のハニカム構造体貫通孔24B
には排気ガスが通過できずその部分の触媒が無駄とな
る。そのため、触媒貴金属の節約を目的にシール材のみ
を全側面に用い径方向のみで保持する方法も一部で実用
化されている。ところが、この方法では、使用中の激し
い振動に対して動かないよう固定するため径方向に加え
る圧力を高くしなければならず、セラミックハニカム構
造体の隔壁の厚さが例えば0.30mmというような比較的厚
く外圧強度が高い場合には径方向のみで保持が可能であ
るが、隔壁の厚さが例えば0.15〜0.20mmというような比
較的薄い場合には外圧強度が低く適用できない問題があ
る。また、使用中の激しい振動のため貫通孔方向に移動
し、触媒が損傷、消失する。

更にこの方法では、径方向のズレ、即ち円柱状ハニカ
ム構造体の回転を防止することができない。

（本発明に至る経過） 本発明者は、上述の問題点を解決すべく検討を重ねた
結果、特願昭63−186981号明細書（昭和63年７月28日
付）に記載したように、ハニカム構造体外周面に貫通孔
方向に突出部を延在させ、この突出部を切欠いた構造の
ものに到達した。

即ち、第４図に要部拡大断面図として示すように、隔
壁の一部を切り欠いて切欠き部５を設ける。そしてシー
ル部材８を切欠き部５に嵌め込み、シール部材８を外壁
11へと固定することで、ハニカム構造体の貫通孔方向へ
の移動と回転移動とを共に防止することに成功した。

このように本発明者は上述の問題に画期的な解決をも
たらしたわけではあるが、更に深く検討を進めた結果、
未だ問題が残されていることを発見した。

即ち、外壁の厚さが切欠き部の深さより小さい場合に
は貫通孔４の一部が切欠き部５に露出し、またシール部
材８と切欠き部５との寸法を完全に合わせることは困難
で、しかもシール部材８を長期間使用すると熱飛散して
くることから、隔壁２とシール部材８とに隙間ができ
る。このため、第４図に示すように構造体端面３から入
って矢印Ａのように流れる排ガスが矢印Ｂのようにシー
ル部材８と隔壁との隙間を通り抜け、またシール部材８
の存在しない切欠き部５から矢印Ｃのように流れ、ハニ
カム構造体外周面と外壁11との間を流れて浄化されない
ままに触媒コンバータを通過する。これに対し、ハニカ
ム構造体の最外周の隔壁を切欠き部の深さ以上に厚くす
ると耐熱衝撃性が急激に低下したり、またシール部材８
の寸法を切欠き部幅より大きくして切欠き部５に強く嵌
めこむと隔壁が不規則にシール部材の幅以上に欠けてそ
こから排ガスが漏れる。その一方切欠き部５の深さを例
えば0.5mm未満と小さくすると、軸方向の移動を防止す
ることは困難となる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上述した課題を解決して、貫通孔方向のズレ
のみならず径方向の回転ズレをも防止することができ、
なおかつ排ガスの漏れも防止できるセラミックハニカム
構造体を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、ハニカム構造体外周面に形成された複数の
突出部と；貫通孔方向に隣り合う前記突出部の間に形成
された切欠き部と；この切欠き部の形成時にこの切欠き
部へと導通すべき貫通孔を、貫通孔方向にみて前記切欠
き部の少なくとも一方の側で、この切欠き部と隣接する
前記突出部の存在位置で前記ハニカム構造体外周面の全
周に亘って閉塞する閉塞手段とを有するハニカム構造体
に係るものである。

貫通孔方向にみて切欠き部の両側で閉塞させてもよ
い。

（作 用） 上述した構成によれば、切欠き部へと導通すべき貫通
孔を、この切欠き部と隣接する突出部の存在位置で全周
に亘って閉塞させているので、この切欠き部にシール部
材を挿入し、この切欠き部に隣接する突出部とシール部
材とを当接すると閉塞手段とシール部材との間でシール
が行われ、排ガスの漏れを阻止する。

（実施例） 第１図（ａ）は本発明の一実施例によるハニカム構造
体を示す破断斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）の部分拡
大図、第２図は部分拡大断面図である。

円筒形ハニカム構造体１の外周面に貫通孔と平行に本
例では８列に所定高さの突出部２を順次配列し、隣り合
った突出部２の間に、ハニカム構造体１の外周面と同じ
高さの切欠き部5,15を設けた。この切欠き部5,15の深さ
はハニカム構造体１の貫通孔方向の位置ズレ、移動を防
止するのに充分であって、各切欠き部の形成時には切欠
き部5,15に貫通孔４が露出し、また貫通孔４の一部が溝
６となって露出する。

そして、切欠き部5,15のうち、触媒コンバータに固定
したときに上流側の端面３に最も近い計８個の切欠き部
15において、切欠き部15の形成時に露出する溝６と貫通
孔４の露出端部とに充填材を充填して閉塞部７を形成し
た。

こうしたハニカム構造体によれば、貫通孔４の切欠き
部15への露出部分を閉塞部７により閉塞させ、シール部
材８の閉塞部７と密接させ、全周に亘ってシールしてい
るので、端面３側から矢印Ａのように流入した排ガスは
遮断され、シール部材８よりも下流側へと流れることは
ない。

しかも、切欠き部15を全周に亘ってシール部材８と密
接させることにより、ハニカム構造体の貫通孔方向への
位置移動や回転を防止することができ、また端面３の外
縁部をシール部材で直接押える場合と異なり、外縁部の
貫通孔が無駄になるということもない。

上述したようなハニカム構造体を製造するには、成形
時に押し出しダイスの押え板の開口部を切欠くか、開口
部を所定の形状にして押し出し、貫通孔方向へと細長く
延在する突出部を有するハニカム構造体を一体に押し出
し成形し、乾燥した後、ハニカム構造体に対して上下動
可能に設けられた切削刃物を回転させ、所定の切欠き部
を形成すべき位置において下降させて突出部を切り欠く
ことにより、所定の切欠き部を形成する。

しかる後に、第１図の例においては端面３に最も近い
切欠き部15に露出する溝６、貫通孔４露出端部に、ハニ
カム構造体１の原料と好ましくは同じセラミックの原
料、更に好ましくはコージェライト原料からなる充填材
を充填して閉塞部７を形成し、その後焼成する。

なお、上記の製造方法では、切欠き部を形成するため
ハニカム構造体の押し出し直後に切削刃物により切り欠
いたが、押し出し直後に切り欠く場合、ピアノ線などの
細いワイヤーで切り欠くことも可能である。また成形体
を乾燥後または焼成品を、切削刃物またはダイヤモンド
砥石や切削砥石などの手段により切削又は研磨すること
も可能である。

次に、具体的な実験例について説明する。

コージェライト原料を押し出した後焼成して外径100m
mφ、全長100mm、貫通孔密度46.5個/cm²のハニカム構造
体を得た。隔壁厚さは0.20mmで、外壁厚さは約0.3mmで
ある。

本発明品は、第１図（ａ）に示すように隔壁部方向に
高さ0.5mm、幅20mmの突出部２を貫通孔方向へと８列に
設け、端面３から15mmの位置に長さ10mm、深さ0.5mmの
切欠き部15を設け、更に切欠き部15から貫通孔方向へと
10mm毎に合計４ケ所の切欠き部５を設け、同じコージェ
ライト原料で端面に最も近い切欠き部15に露出した貫通
孔４を全周に亘って８ケ所で塞いだ後焼成した。

比較品１は、本発明品と切欠部を塞いでいない点のみ
異なり、比較品２は、突出部を設けない円形断面の一般
のハニカムである。

得られた本発明品および比較例のハニカム構造体につ
いて各項目につき３個ずつ各種の性能試験を実施した。
その結果を表に示す。

表において、外圧強度試験は、ハニカム構造体の上下
端面に厚さ約0.5mmのウレタンシートを介して約20mmの
アルミニウム板を当て、側面を厚さ約0.5mmのウレタン
チューブで包み密閉し、水を満たした圧力容器に入れ、
圧力を徐々に上げて破壊音が生じたときの圧力を測定し
た。

耐熱衝撃性試験は、800℃に保った電気炉に試料を１
時間入れた後、室内に取り出したときの異常の有無を観
察した。

漏れ試験は、幅6mm、厚さ4.9mmのセラミックマットを
両端面に最も近い切欠部に巻き、内径107mmのキャンに
入れキャンに4m³/分の室温空気を流したときの、両セラ
ミックマット間のハニカム構造体とキャンの間を流れる
空気の速度を測定した。

上記表の結果から、本発明品は突出部を切欠いたセラ
ミックハニカム構造体において漏れが防止できることが
わかり、さらに塞いだ部分も使用上問題ないことがわか
る。

更に、表に示した本発明品、比較品１、比較品２につ
いて加熱振動試験を行ったところ、本発明品、比較品１
では回転ズレ、貫通孔方向のズレが見られなかったが、
比較品２にはズレがあった。

試験条件は、プロパンガスバーナを加熱源とした800
℃の熱ガスを２分流し加熱した後、室温空気を２分流し
て冷却することを１サイクルとして200Hz、０〜20Gの振
動を加えながら50サイクル実施した後、コーンを外して
鋼管から担体を押し出し外観を観察した。

また、本発明品と、比較品２のハニカム構造体を第３
図の方法で保持したものとについて触媒の有効体積を比
較すると、触媒貴金属を約８％節減できた。

本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではな
く、幾多の変形、変更が可能である。例えば、本発明の
突出部および切欠き部の数、大きさ、閉塞部分の数、位
置はその部分に当接するクッション材の貫通孔方向幅と
実使用条件によって決定される設計要件であるので、本
実施例に限定されるものでないことはいうまでもない。

上述した実施例では、第２図に示すように切欠き部15
の図面において左側でも右側でも共に貫通孔４を閉塞さ
せているが、貫通孔方向にみて切欠き部15の一方の側で
貫通孔４を閉塞させれば排ガス漏れは充分防止できる。

また、端面３に最も近い切欠き部15のみに閉塞部７を
設けているが、貫通孔方向にみて他の位置に存在する切
欠き部に閉塞部７を設けてこの切欠き部にシール部材８
を密接させてもよく、貫通孔方向にみて二つ以上の位置
で切欠き部に閉塞部を設けてもよい。

突出部を階段状に突出させる代りに、突出部とハニカ
ム構造体外周曲面との間を滑らかに結んでもよい。

また、上述した実施例ではセラミックハニカム構造体
の径方向の断面形状を正円としたが、これに限定される
ことなく例えば楕円形状のものでもよいことはいうまで
もない。さらに、セルの形状は本実施例では正方形であ
るがこれに限定するものでないとともに、ハニカム構造
体および閉塞部材の材質についても本実施例ではコージ
ェライトを用いたがこれに限定するものでないことは明
らかである。さらにまた、本発明のハニカム構造体とし
て、両端面の貫通孔が互い違いに閉塞された形状のもの
を使用できることはいうまでもない。

（発明の効果） 本発明に係るハニカム構造体によれば、切欠き部の形
成時にこの切欠き部へと導通すべき貫通孔を、この切欠
き部と隣接する突出部の存在位置で全周に亘って閉塞さ
せているので、この切欠き部にシール部材を挿入し、こ
の切欠き部に隣接する突出部をシール部材に当接させる
ことにより、閉塞手段とシール部材との間でシールを行
うことが可能となる。従って貫通孔へと上流側から流入
した排ガスはこのシールにより全周に亘って遮断され、
閉塞手段を設けた切欠き部よりも下流側へと排ガスが漏
れることがない。

しかも、閉塞手段を設けた切欠き部をシール部材と密
接させることにより、ハニカム構造体自体の貫通孔方向
への位置移動や回転を防止できる。

しかも、これによりハニカム構造体の端面外縁部をシ
ール部材で直接押える必要もなくなるので、端面外縁部
の貫通孔が無駄になることもなく、触媒貴金属を節減で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例によるセラミックハニ
カム構造体の破断斜視図、 第１図（ｂ）は第１図（ａ）の部分拡大図、 第２図は第１図のセラミックハニカム構造体を触媒コン
バータに組み込んだ状態を示す要部拡大断面図、 第３図は従来のセラミックハニカム構造体を組み込んだ
触媒コンバータを示す断面図、 第４図は本発明の過程で創作されたセラミックハニカム
構造体を触媒コンバータに組込んだ状態を示す要部拡大
断面図である。 １……セラミックハニカム構造体 ２……突出部、３……端面 4,24A,24B……貫通孔、5,15……切欠き部 ６……溝、７……閉塞部 8,10……シール部材 A,B,C……排ガスの流れる方向

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハニカム構造体外周面に形成された複数の
   突出部と；貫通孔方向に隣り合う前記突出部の間に形成
   された切欠き部と；この切欠き部の形成時にこの切欠き
   部へと導通すべき貫通孔を、貫通孔方向にみて前記切欠
   き部の少なくとも一方の側で、この切欠き部と隣接する
   前記突出部の存在位置で前記ハニカム構造体外周面の全
   周に亘って閉塞する閉塞手段とを有するハニカム構造
   体。