JP2735973B2 - セラミックハニカム構造体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排ガス浄化
用触媒および微粒子用フィルタ、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
として用いられるセラミックハニカム構造体の製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に実用化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
に図５の如く、排気ガスが通過する貫通孔11−１，11−
２と直角方向（以下「径方向」という）にはクッション
性のある支持材12−１，11−２（以下クッション材とい
う）を介して圧力を加え、更に貫通孔方向には、クッシ
ョン材12−１を介して圧力を加えるかまたは直接板材13
で位置を固定し支持した構造をとっている。

【０００３】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部分のハニカム構造体貫通
孔11−２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、図６に示すように触媒貴金属の節
約を目的にセラミックマット等のクッション性のあるシ
ール材14（以下シール材という）のみを全側面に用い径
方向のみで支持する方法も一部で実用化されている。

【０００４】また、実開昭62−179319号公報で開示され
ているように、シール材の飛散防止のため、セラミック
ハニカム構造体外周面にシール材の少なくとも一方の端
面に隣接する位置に障壁を形成したものも知られてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、一部で実用
化されている径方向のみで支持する方法は、使用中の激
しい振動にズレないよう径方向に加える圧力を高くしな
ければならないため、セラミックハニカム構造体の隔壁
の厚さが例えば0.3mm 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支持が可能であるが、隔壁
の厚さが例えば0.15mm〜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点があった。

【０００６】また、実開昭62−179319号公報に開示され
た技術では、周方向のズレ、即ち回転を防止するために
は全く役に立たないという問題点があった。

【０００７】これらの問題点を改善するために、本願出
願人は特開平２−86847 号公報にて、貫通孔方向のズレ
のみならず、周方向における回転ズレをも防止して、確
実に支持することのできるセラミックハニカム構造体の
製造方法を開示している。

【０００８】すなわち、特開平２−86847 号公報に開示
されたセラミックハニカム構造体の製造方法において
は、セラミックハニカム構造体の外壁表面に突出部を必
要としない部分にマスクをした後に、セラミック原料泥
漿を吹き付けて突出部を得るようにしており、更には、
このセラミック原料泥漿を吹き付けた後、このセラミッ
ク原料泥漿が乾燥する前にセラミック粒あるいはセラミ
ック原料粒を吹き付け接着させて突出部を得る製法が開
示されている。

【０００９】このセラミックハニカム構造体の製造方法
によれば、セラミック原料泥漿又はセラミック粒の吹き
付けによって形成した突出部を有するハニカム構造体を
シール材および／またはクッション材とともにコンバー
タとして組み込んだときに、シール材および／またはク
ッション材が突出部にくい込むことによりハニカム構造
体の支持力が高まり、径方向の支持のみでも貫通孔方向
のズレおよび周方向の回転ズレを有効に防止することが
できる。

【００１０】この場合突出部を不連続に構成すると、シ
ール材および／またはクッション材が凹凸部により堅固
にくい込むよう作用するため好ましい。

【００１１】また、上述のように径方向のみで支持が可
能となり、従来の貫通孔方向に当接されていたクッショ
ン材の部分の触媒を省略できるよう作用するので、貴金
属の無駄がなくなるとともに、触媒の体積を削減できる
のでコンバータの体積を削減できるよう作用する。

【００１２】このように、特開平２−86847 号公報に開
示された製造方法は、非常に優れた効果があるものであ
るが、最近さらに過酷な振動条件でも長期間使用できる
セラミックハニカム構造体が望まれている。特開平２−
86847 号公報に開示されているセラミックハニカム構造
体をコンバータとして組み込んで長期間使用している
と、振動により突出部に吹き付けたセラミック粒が摩耗
して、セラミックハニカム担体が回転方向にずれたり、
あるいは軸方向にずれてしまい、新たな要求を満足でき
ない問題があった。

【００１３】この問題を改善するために、大きな粒子径
のセラミック粒子を塗布して突出部を形成し、さらに表
面粗さを粗くすることが考えられるが、大粒子は付着後
の焼成過程における反応性が悪いため、密着力が弱く、
実際にハニカム構造体をコンバータに組み込んで使用し
た時に、振動により突出部に塗布したセラミック粒子が
脱落し、セラミックハニカム担体を把持する力が低下し
てしまい、貫通孔方向及び回転方向においてずれが生じ
るという問題があった。

【００１４】本発明は、前述した問題を解決して、貫通
孔方向のズレのみならず周方向の回転ズレをも確実に防
止して、コンバータに組み込んだ際に長期間の使用に耐
えうるセラミックハニカム構造体の製造方法を提供する
ことを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するために、本発明のセラミックハニカム構造体の製造
方法は、セラミックハニカム構造体の外壁表面の少なく
とも一部にセラミック粒子を吹き付けて、該部分に段差
を設け、この段差の表面の粗さを前記外壁表面の粗さよ
り粗いものとしたセラミックハニカム構造体の製造方法
において、前記セラミック粒子として、500 〜1500μｍ
の粒子径を有するセラミック粒子と、粒子径10μｍ以下
のセラミック微粉体とを混合したものを使用することを
特徴とするものである。

【００１６】このように、本発明のセラミックハニカム
構造体の製造方法においては、500〜1500μｍの粒子径
の大きいセラミック粒子と、粒子径10μｍ以下のセラミ
ックの微粉体とを混合したものをセラミックハニカム構
造体の外壁表面に塗布して突出部を形成するようにして
いるため、粒子径の大きいセラミック粒子により、表面
粗さを粗くし、又、セラミックの微粉体により、この突
出部とハニカム構造体との密着力を向上させることがで
きる。

【００１７】粒子径の大きいセラミック粒子としては、
任意のものを使用することができるが、上述の耐摩耗性
の向上の目的のためには、コージェライト、ムライト、
アルミナ、炭化珪素、窒化珪素が望ましい。特にムライ
ト、アルミナはそれ自体が耐摩耗性であるため、振動等
によりセラミック粒子が摩耗するのも防止することがで
きる。これらのセラミック粒子は、セラミックハニカム
構造体の材質に合わせて使い分けることが好ましい。例
えば、セラミックハニカム構造体の材質がコージェライ
トである場合は、コージェライト、ムライトあるいはア
ルミナを使用することが好ましい。

【００１８】又、これらのセラミック粒子の粒子径は約
500 〜1500μｍのものを使用することが好ましい。粒子
径 500μｍ未満のものを使用しても、突出部の表面粗さ
があまり粗くならず、このようなセラミックハニカム構
造体をコンバータに組み込んでも、実際の使用に耐え得
るだけの把持力を得ることができない。逆に、1500μｍ
以上のものを使用すると、セラミックハニカム構造体の
寸法精度が悪化してしまうため、好ましくない。

【００１９】又、多孔質のセラミックの微粉体として
は、使用するセラミックハニカム構造体の材質と同じ材
質のもので粒子径が10μｍ以下のものを使用することが
好ましい。粒子径が10μｍ以上になると、その後の焼成
工程で前述の大粒子径を有するセラミック粒子との反応
性が悪化し密着力が低下してしまうため、好ましくな
い。

【００２０】

【実施例】図１は、本発明の製造方法によって製造され
たセラミックハニカム構造体の一例を示す斜視図であ
る。この例では、ハニカム構造体１の外周壁の一部に全
周にわたってセラミック粒子を吹きつけて形成した突出
部２を設けている。

【００２１】本例のハニカム構造体を得るには、まず、
コージェライト原料を押し出し成形してハニカム構造体
１を得て、これを焼成した後、ハニカム構造体１の中央
部の全周に貫通孔方向に50mmにわたってスラリー状のセ
メントを塗布し、コージェライト原料を直径約1000μｍ
に造粒乾燥した粒に粒子径約２〜８μｍのコージェライ
ト微粉体を混合したものを直ちに吹き付け付着させて突
出部２を形成した後焼成した。このようにして得られた
ハニカム構造体は、突出部２が形成されていない部分の
外径が99mm、形成されている部分の外径が99.6mmであっ
た。

【００２２】上述の実施例に対する比較例１として、コ
ージェライト原料を押し出し成形してハニカム構造体１
を得てこれを焼成した後、ハニカム構造体１の全周に貫
通孔方向に50mmにわたって、貫通孔方向及び貫通孔方向
と直角の周方向において不連続部分を形成すべくマスク
を付けた後、ハニカム構造体１の成形に使用したものと
同じコージェライト原料を泥状化したものを所定の厚さ
になるように吹き付けて、図２に示すような不連続部分
を有する突出部２を形成した後、これを焼成した。この
ようにして得られたハニカム構造体は、実施例のものと
同様に、突出部２が形成されていない部分の外径が99m
m、形成されている部分の外径が99.6mmであった。

【００２３】更に比較例２として上述の実施例と同様
に、コージェライト原料を押し出し成形してハニカム構
造体１を得て、これを焼成した後、貫通孔方向に50mmに
わたってスラリー状のセメントを塗布した後、直ちに、
コージェライト原料を直径約1000μｍに造粒・乾燥させ
たものを吹き付け付着させて、突出部を形成した後、焼
成した。このようにして得られたハニカム構造体の寸法
は上述の実施例のものと同一であった。

【００２４】本発明の他の実施例として上述の実施例と
同様に、コージェライト原料を押し出し成形してハニカ
ム構造体１を得てこれを焼成した後、ハニカム構造体１
の全周に貫通孔方向に50mmにわたって、貫通孔方向及び
貫通孔方向と直角の周方向において不連続部分を形成す
べくマスクを付けた後、ハニカム構造体１の成形に使用
したのと同じコージェライト原料を泥状化したものを所
定の厚さになるように吹き付けて、直ちにコージェライ
ト原料を直径約500 μm に造粒・乾燥させたものと粒径
２〜８μm のコージェライト微粉末を混合したものを吹
き付けて図２に示すような不連続部分を有する突出部２
を形成した後焼成した（本発明品２）。このように得ら
れたハニカム構造体の寸法は上述の実施例のものと同じ
であった。

【００２５】更に比較例３として上述の実施例と同様
に、コージェライト原料を押し出し成形してハニカム構
造体１を得てこれを焼成した後、ハニカム構造体１の全
周に貫通孔方向に50mmにわたって、貫通孔方向及び貫通
孔方向と直角の周方向において不連続部分を形成すべく
マスクを付けた後、ハニカム構造体１の成形に使用した
のと同じコージェライト原料を泥状化したものを所定の
厚さになるように吹き付けて、直ちにコージェライト原
料を直径約300 μm に造粒・乾燥させたものと粒径２〜
８μm のコージェライト微粉末を混合したものを吹き付
けて図２に示すような不連続部分を有する突出部２を形
成した後焼成した。このように得られたハニカム構造体
の寸法は上述の実施例のものと同じであった。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１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0.5m
m のウレタンチューブで包み密封し、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。なお本例における試験供試個数は２個
であった。

【００２８】熱衝撃試験は、セラミックハニカム構造体
を金網を敷いた枠に載せ、800 ℃に保持された電気炉に
入れ、１時間経過後室内にとり出し目視にて外観を観察
しながら細い金属棒でハニカム構造体の外周壁を軽く打
った。このとき外観観察でクラックが発見されず、かつ
打音が金属音の場合、ハニカム構造体が室温に冷えるま
で室内に１時間保持して、更に50℃高い温度に設定した
電気炉に入れ、この操作を破壊するまで繰り返し実施し
た。破壊は、クラックを発見するか打音が濁音になった
ときとし、熱衝撃強度は破壊しない最高温度で表示し
た。なお、本例における試験供試個数は２個で、その平
均値の温度で表示した。

【００２９】キャンニング試験は、図３に示すようにハ
ニカム担体１にクッション材としてセラミックマット５
を巻き、これを鋼管の中に押し込んだ後、鋼管からハニ
カム担体を押し出し外観を観察して行った。担体を鋼管
内に押し込むための治具は、出口部が鋼管の入口部とほ
ぼ同じ内径を持ち、入口部が出口部より大きい内径を持
ったテーパー状のものを使用し、担体をこの治具の中に
入れて、治具出口部を鋼管の入口部に当てて担体を油圧
ラムで鋼管の中に押し込むようにした。セラミックマッ
ト５は厚さ4.9mm のものを使用するとともに、鋼管の内
径は図３に示すスキマｇが2.2mm になるよう調整した。
なお本例における試験供試個数は２個であった。

【００３０】加熱振動試験は図３に示すクッション材を
巻いたハニカム担体を、フランジが溶接されている鋼管
６に押し込んだ後、鋼管６の両端にメガホン形状のコー
ン７をボルトで止めて形成した容器内で試験に供した。
鋼管６の内径はハニカム構造体の触媒と容器とのスキマ
ｇが、表１に示すように3.5mmとなるように構成した。
図４（ａ）及び（ｂ）にそれぞれハニカム構造体を試験
したコンバータの構成を示す。

【００３１】試験条件は、プロパンガスバーナーを加熱
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 200 H
z 、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。なお、本例における試験供試個数は２個であっ
た。

【００３２】更に同一の試験条件で100 サイクルの振動
試験を実施した。試験供試個数は２個であった。

【００３３】上記表１から、ハニカム構造体の外周壁に
本発明品のような加工を施しても外圧強度および耐熱衝
撃性は損なわれることがなく、実使用条件を模擬した加
熱振動試験に耐えることがわかり、本発明の有効性が確
認できる。

【００３４】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、本発明の加工面の部分の大きさ、形状、面積は、そ
の部分に当接するシール材またはクッション材の種類あ
るいは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はない
ことはいうまでもない。また、上述した実施例ではセラ
ミック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、本発明により得られたハニ
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。

【００３５】

【発明の効果】以上詳細に説明したところから明らかな
ように、本発明のセラミックハニカム構造体の製造法に
よれば、粒子径 500〜1500μｍのセラミック粒子を使用
することにより表面粗さを粗くして把持力を向上させ、
粒子径10μｍ以下のセラミック微粉体を混ぜることによ
り、焼成工程で反応し、密着力を向上させることができ
るので触媒コンバータにハニカム構造体を組み込んだ場
合、貫通孔方向のズレおよび貫通孔方向に直角な周方向
の回転ズレを有効に防止でき触媒コンバータの信頼性を
より一層高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の製造方法によって製造したハニ
カム構造体の一例の構成を示す斜視図である。

【図２】図２は比較例１のハニカム構造体の構造を示す
斜視図である。

【図３】図３は実施例において使用したハニカム構造体
にシール材を巻いた一例の構成を示す斜視図である。

【図４】図４は実施例及び比較例のハニカム構造体を試
験したコンバータの構成を示す断面図である。

【図５】図５は従来の触媒コンバータの一例を示す断面
図である。

【図６】図６は従来の触媒コンバータの一例を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ ハニカム構造体 ２ 加工部分 ３ 外壁 ５ セラミックマット ６ 鋼管 ７ コーン

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックハニカム構造体の外壁表面の
   少なくとも一部にセラミック粒子を吹き付けて、該部分
   に段差を設け、この段差の表面の粗さを前記外壁表面の
   粗さより粗いものとしたセラミックハニカム構造体の製
   造方法において、前記セラミック粒子として、500 〜15
   00μｍの粒子径を有するセラミック粒子と、粒子径10μ
   ｍ以下のセラミック微粉体とを混合したものを使用する
   ことを特徴とするセラミックハニカム構造体の製造方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載されたセラミックハニカ
   ム構造体の製造方法において、前記セラミックハニカム
   構造体がコージェライトからなることを特徴とするセラ
   ミックハニカム構造体の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載されたセラミックハニカ
   ム構造体の製造方法において、前記セラミック粒子がコ
   ージェライトの焼成粒子であることを特徴とするセラミ
   ックハニカム構造体の製造方法。