JP5690065B2 - 着火が迅速な触媒付きガス貫流セラミック基体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両の排気系に用いられる形式のセラミック製ハニカム構造体に関し、特に着火が迅速な特性を備えた触媒付きガス貫流セラミック基体に関するものである。

車両の排気系に用いられる形式のセラミック製ハニカム構造体は従来から知られている。このような構造体は、一般に正方形または六角形の排気を導く細長いセルのマトリクスを形成する相互連結壁（ウェブ）からなる網状組織を備えている。このセルのマトリクスは、円筒状の外皮に囲まれて、排気ガスを受け入れる入口端と、セルのマトリクスを通過したガスを排出する反対側の出口端とを備えた缶形状の構造を有する。このようなセラミック製ハニカム構造体には、自動車の排気系のための触媒支持基体として、特別な用途が見出されている。

このようなセラミック製ハニカム構造体が自動車の触媒コンバータとして用いられる場合には、セルの壁が、例えば、白金、ロジウムまたはパラジウムを含有する貴金属触媒で被覆される。このような構造体は、ガス貫流セルを通過する自動車の排気ガスと、壁の表面に存在する触媒との接触面積を最大にするために、１平方インチ（６．４５ｃｍ^２）当たり約４００〜９００セルのセル密度を有する。排気ガスがハニカム構造体中を流れるときに蒙る圧力低下を低減するために、上記壁は一般に、３．０ミルと５．０ミルの間（０．０７ｍｍと０．１２ｍｍの間）の厚さに製造される。このような厚さの壁を用いることはまた、着火時間（すなわち、触媒が含浸された壁がＣＯをＣＯ_２に酸化し、ＮＯ_Ｘを効果的にＮ_２およびＯ_２に分解し始める以前にウェブが所要の２５０℃に達するまでの時間）が約２４秒に短縮される結果となる。触媒コンバータを備えた自動車から発生する大気汚染物質の大部分は、自動車が最初に始動してから、所要の活性化温度の約２５０℃に達するまでの時間に発生するので、着火時間が短いことは重要である。

着火時間をさらに短縮するために、２ミル（０．０５ｍｍ）台以下の極めて薄い壁を備えたセラミック基体が製造されてきている。しかしながら、このような薄い壁を備えた基体には、二つの大きな欠点が伴うことを本発明者等は発見した。第１に、このような基体は、より厚い壁を備えた従来の基体よりも実質的に脆弱である。これらの基体は、製造工程および金属製の缶に容れられて自動車の排気系の一部を形成する「缶入れ」作業時に、ひび割れたり破損したりする傾向がある。第２に、動作時に、排気ガス流に含まれている微粒子物質の衝突が原因で、基体の入口端面に沿って腐食が生じる傾向がある。その結果、元々壊れ易い構造体を「サンドブラスト」作用が脆弱にするのみでなく、セル壁の表面上の触媒被膜または壁自体が腐食することによって、基体の入口部分の汚染物質に対する触媒機能が働かなくなる。このようなセラミック基体の着火時間を短縮するために壁を薄くする代わりに、同じ厚さを有するが多孔度を高めた基体も製造されてきている。しかしながら、これらの基体も、薄い壁の基体と同様の欠点、すなわち、機械的強度の不足および入口端近傍がひどい腐食に曝されることを本発明者等は見てきた。

そこで、得られた基体の機械的強度をそれほど低下させずに短い着火時間を有する、優れた触媒付きガス貫流セラミック基体が望まれていることは明らかである。理想的には、このような基体は、３．０〜５．０ミル（０．０７ｍｍ〜０．１２ｍｍ）の厚さのウェブ壁を備えた従来のセラミック基体と少なくとも匹敵し得る、入口端における耐食性をも備えていることが理想的である。もしこのような基体がさらに、熱膨張差に起因するひび割れの発生の原因となる基体の中心部と外皮部との間の温度勾配を少なくするために、緩慢な冷却特性を備えているならば望ましいことである。最後に、このような着火時間の短い基体が、比較的容易にかつ安価に製造されることが望ましい。

本発明は、従来技術に伴う上述した欠点の全てを回避もしくは少なくとも改善した着火が迅速な触媒付きガス貫流セラミック基体に関するものである。このため、本発明のセラミック基体は、ガス流をそれぞれ受入れ、排出するための、軸線方向に互いに反対側にある入口端および出口端を有し、かつ軸線方向に配向された多数のセル通路を画成する壁からなる網状組織を備えたセラミック材料からなる本体を有しており、壁の入口端近傍の第１軸線方向領域の平均熱質量（ＡＴＭ_１）が、壁全体の平均熱質量（ＡＴＭ_TOT）よりも低い。上記セラミック材料からなる本体は、上記第１軸線方向領域に連続する第２軸線方向領域を備えることができ、上記第１軸線方向領域における壁の平均熱質量は、上記セラミック体の軸線に沿ってほぼ一様である。このような実施の形態においては、上記第１軸線方向領域における壁が、上記第２軸線方向領域における壁よりも薄く、またはより多孔質で、またはそれらの双方であり、上記壁の厚さ、多孔度またはそれらの双方は、上記第１および第２軸線方向領域の間の境界部において急激に変化していてもよい。上記第１軸線方向領域はセラミック体の入口端を含んでいてもよい。あるいは、上記セラミック体の入口端を形成する壁の平均熱質量が上記セラミック基体の第２軸線方向領域における壁の平均熱質量と等しくなるように、上記第１軸線方向領域が上記セラミック体の入口端から僅かに離れていてもよい。上記第１軸線方向領域の軸線方向の長さは、上記セラミック体の軸線方向の長さの約１０％〜４５％であり、かつ上記第１軸線方向領域の平均熱質量（ＡＴＭ_１）は、上記第２軸線方向領域の平均熱質量（ＡＴＭ_２）の約２０％と５０％との間であることが好ましい。

さらに別の実施の形態においては、ウェブ壁の厚さが、出口端と入口端との間においてほぼ一定の割合で減少していてもよい。このような実施の形態においては、ＡＴＭ_２よりも少なくとも２０％低い平均熱質量ＡＴＭ_１を有する入口端近傍のウェブ壁の第１軸線方向領域は、セラミック材料からなる本体の軸線方向の長さの約５０％までである。これに加えて、ウェブ壁が、セラミック体の入口端の最小厚さのウェブ壁を画成する厚さの第１のコア材料層と、セラミック体の入口端と出口端との間において厚さが一定の第１のコア材料層の両側を覆う第２の材料層とから形成されていてもよい。

本発明の上述の実施の形態のいずれにおいても、壁の熱質量が、セラミック体の軸線に直角な半径方向に増大していてもよい。ウェブ壁の熱質量の半径方向の増大（したがって厚さの増大または多孔度の低下）は、得られたセラミック体の強度およびウェブ壁の冷却に必要な時間の双方を効果的に増大させ、冷却時間が長引くことは、ひび割れを招く可能性のある温度勾配に起因する応力を低減する。

本発明の一つの方法において、セラミック体は、その軸線に沿ってほぼ等しい熱質量を有する全ての壁が最初に形成される。セラミック体の入り口端近傍の壁の平均熱質量は、壁の厚さの減少、または多孔度の増大、またはそれらの双方のいずれかによって低下せしめられる。これは、壁の一部を化学的にエッチングするために、例えば、セラミック体の第１軸線方向領域を酸に浸し、次いでアルカリ溶液に浸すという化学的エッチングにより達成することができる。あるいは、エッチングガスのような反応流体、または流動流体中に懸濁された研磨剤に第１軸線方向領域を曝してもよい。本発明の別の方法は、セラミック体の軸線に沿って厚さが変化する壁を有する本発明の実施の形態を形成するための同時押出成形法を含む。本発明のこの方法は、壁の芯部分を形成する第１の先駆セラミック材料が一定流量をもって押し出され、かつこの第１の材料を覆う第２の先駆セラミック材料が、形成されたセラミック体の出口端から入口端まで減少するように変化する流量をもって押し出されるという同時押出成形法を含む。

本発明の全ての実施の形態は、機械的強度および得られた基体の耐久性に関しそれ程妥協することなしに、触媒付きガス貫流セラミック基体の着火時間を約１０〜２５％も効果的に短縮することができる。

ここで、図１Ａ〜図１Ｄを参照すると、本発明は、自動車の触媒コンバータに用いられる形式のセラミック基体１に適用可能である。このような基体は、複数の貫流セル通路７を画成する厚さが約２．０〜６．０ミル（０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍ）の多数の壁からなる網状組織３を備えている。図１Ｂには、セル通路７が正方形の断面を有するように描かれているが、八角形、六角形またはその他の多角形にすることも容易である。貫流セル通路は一般に約０．０２〜０．０５インチ（０．５〜１．２ｍｍ）の幅を有し、かつ１平方インチ（６．４５ｍｍ^２）当たり約３００〜９００セルのセル密度をもって配置されている。この基体１はさらに、一般に円筒形でかつウェブ壁５の厚さのほぼ３倍から４倍の厚さを有する押出成形された外皮９を備えている。得られた円筒状の基体１は、図１Ｃに示されている軸線Ａに沿って互いに反対側の入口端１１および出口端１３を有する。本明細書において、「貫流セル」とは、入口端に流入した排気ガスその他のガスを図１Ｃに示された軸線Ａに沿って直線的に導いて、出口端から排出させる、すなわち栓が施されていない構造体を指す。

壁５は、コージェライト、ムライト、炭化珪素、またはチタン酸アルミニウムのような多孔質セラミックから形成されている。図１Ｄに示されているように、ウェブ壁５は、これらの壁５の密度を減らす傾向にある多数の微細な気泡１５を包含している。一般に、ウェブ壁５は２０〜４０％の気孔率を有する。図１Ｄに最も良く示されているように、壁５は、壁５の外表面を覆うのみでなく、外表面の近傍領域（仮想線で示されているような）に浸透しているウォッシュコート１７で覆われている。ウォッシュコート１７は、アルミナ・スラリー中に懸濁されている白金、パラジウムまたはロジウムまたはこれらの合金を含む触媒微粒子を含む。このようなウォッシュコート１７は、壁５の外表面上に真空蒸着されてその外表面を越えて浸透し、これにより、触媒粒子によって覆われる表面積を増大させる。高密度のセル通路７と組み合わせたウォッシュコート１７のこのような真空蒸着は、入口端１１から出口端１３まで真直ぐに吹き抜ける自動車の排気ガスとの間の接触面積を最大にし、したがって、一酸化炭素（ＣＯ）を酸化させかつ窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）を窒素および酸素に解離させる触媒反応を最大にする。しかしながら、ウォッシュコート１７がこのような大気汚染物質の中和反応を促進する効力を発揮することが可能になるのに先立って、ウォッシュコート１７は先ず約２５０℃の活性化温度に達していなければならない。本発明は、図１Ａ〜図１Ｄに示された従来の基体よりも迅速に２５０℃の「着火温度」に達するセラミック基体を提供するものである。

ここで図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、本発明の迅速着火・緩慢冷却のセラミック基体２０は、壁５全体の平均熱質量（ＡＴＭ_TOT）よりも１０％〜３５％も低い、さらにはＡＴＭ_TOTよりもさらに１０％〜３０％も低い平均熱質量（ＡＴＭ_１）の第１軸線方向領域２２を備えている。このため、第１軸線方向領域２２の壁２３は、第１軸線方向領域２２に対して軸線方向に連続する第２軸線方向領域２４に位置する壁２５よりも約３５％〜５５％も低い熱質量を有する。図２Ｂに示されているように、この熱質量の差は、領域２２の壁２３の厚さＴ_１を領域２４の壁２５の厚さＴ_２よりも薄くすることのみでなく、壁２５の多孔度Ｐ_２に対して壁２３の多孔度Ｐ_１を増大させることによっても達成される。しかしながら、第１軸線方向領域２２内の熱質量の低減が、（１）壁２５の厚さに対して壁２３の厚さを低減することによるのみで、または（２）厚さは等しい（すなわちＴ_１＝Ｔ_２）が、壁２３の多孔度Ｐ_１が壁２５の多孔度Ｐ_２によりも約３５％〜５５％も大にすることによるのみで達成されることは、等しく本発明の範囲内である。したがって本発明は、このような質量低減が、より薄い壁によるものであろうが、より高い多孔度によるものであろうが、あるいは双方の組合せによるものであろうが、ウェブ壁の第１軸線方向領域２２が連続する第２軸線方向領域２４よりも小さい熱質量を有するいずれのセラミック基体をも包含するものである。このような熱質量における低減が、第１軸線方向領域における、より薄い壁２３の提供によって完全に、あるいは実質的に達成される場合には、このような壁２３の厚さは約１．５〜２．５ミル（０．０３８〜０．０６４ｍｍ）である。厚さが１．５ミル（０．０３８ｍｍ）未満のウェブ壁を有するセラミック基体２０は、このような壁は強度が弱くかつ製造が困難なために好ましくない。図２Ｃから明らかなように、全ての場合に、セル通路７の四隅には補強用の隅肉２６が設けられて、得られたセル通路７の強度特性を改善している。

図３は、第１軸線方向領域２２がセラミック基体の入口端１１を含んでいない本発明の第２の実施の形態によるセラミック基体３０を示す。その代わりに、第１軸線方向領域２２が、セラミック基体の全長Ｌ_２の５％〜１０％の長さＬ_１を有する比較的短い入口領域３２によって入口端１１から隔離されている。このような第２軸線方向領域２４のウェブ壁２５と同じ厚さのウェブ壁２５を有するが、比較的短い入口領域３２を設けることは、本発明のこの実施の形態のセラミック基体３０の動作に際して、薄い壁２３が備えている短い着火時間をさほど長引かすことなしに、比較的薄い壁２３の耐食性を効果的に増大させる。

図４は、入口端１１から出口端１３まで長手方向の軸線に沿って厚さが増大するようにテーパーが付された壁３７を有する本発明の第３の実施の形態によるセラミック基体３５を示す。各壁３７は、このセラミック基体の長手方向軸線全体に亘って均一であることが好ましい厚さＴ_３を有する第１のセラミック材料から形成されたコア部分３９と、図示のようにコア部分３９を覆う第２のセラミック材料からなるテーパー層４１とを含む。テーパー層４１の厚さは、第１軸線方向領域４３の平均熱質量（ＡＴＭ_１）が壁３７全体の平均熱質量（ＡＴＭ_TOT）よりも少なくとも２０％低くなるように、セラミック基体の軸線に沿って直線的に変化している。この第３の実施の形態によるセラミック基体３５においては、入口端１１におけるテーパー壁３７の厚さＴ_３は２．０ミル（０．０５ｍｍ）であり、出口端１３におけるテーパー壁３７の厚さＴ_４は約４．５ミル（０．１１ｍｍ）である。壁３７がこのような寸法を有する場合には、平均熱質量ＡＴＭ_TOTは３．２５である。したがって、第１軸線方向領域４３の軸線方向長さがこのセラミック基体全体の長さの約５０％である場合、第１軸線方向領域４３の壁３７の平均熱質量は２．６２５であり、これはＡＴＭ_TOTの３．２５の約８０％である。第１軸線方向領域４３が、同じ熱質量を有するが入口端１１と出口端１３との間の厚さが一様な基体よりも実質的に短い着火時間を有することを確実にするために、テーパー層４１の勾配は、第１軸線方向領域４３の長さＬ_３がセラミック基体全体の長さＬ_４の５０％以下となるように選ばれるのが好ましい。

図５は、壁４７の熱質量が、セラミック基体の中心Ｃから半径方向に増大する本発明の第４の実施の形態によるセラミック基体４５を示す。ウェブ壁４７をこのように厚くすることは、セル通路４９が基体の最外側部に向って減少する断面積を有する結果となり、このことは換言すると、排気ガス流が壁４７の最も薄い中心領域を通ることを促すことになる。このような半径方向に壁を厚くすることは、先に説明された本発明の三つの実施の形態の何れにも適用可能であり、基体の中心領域における壁４７が備えている着火時間の短縮を比較的僅か犠牲にして、基体の外周領域の機械的強度を効果的に高める。壁が半径方向に厚くなる度合い４９は、最も厚い外皮９の近傍に向って半径に沿ってほぼ直線的に厚さを増しても、あるいは非直線的に厚さを増してもよい。これに加えて、このように半径方向に厚さを増すことは、半径に沿って連続的ではなく、段階的であってもよい。図５は、中心Ｃ近傍の最も薄い壁と、中間部のより厚い壁と、外皮９近傍の最も厚い壁とを示している。このように半径方向に厚さを増すことは、基体の外側部分の機械的強度の向上に加えて、基体の冷却を効果的に緩慢にし、これにより、基体を通過する排気ガス流が急激に停止したときの熱応力を軽減する。

図６は、図４の実施の形態のように長さ方向にテーパーの付いた壁に、図５に示されているように厚さが半径方向に変化するウェブ壁４７が組み合わされた実施の形態を概略的に示す。このような実施の形態においては、何れの横断面（両端１１，１３と平行）に関しても最も薄い壁が領域Ｒ_１に配置されている。逆に、排気ガス流は、領域Ｒ_２が備えているより厚い壁に伴う大きな圧力低下が原因で、領域Ｒ_１と相補的な領域Ｒ_２において基体４５の軸線に沿って徐々に勢いが殺がれる。勿論、半径方向における壁の厚さの連続的な変化を可能にするさらなる領域があってもよい。各壁４７は、入口端１１において最も薄く、かつ出口端１３において最も厚い状態で、半径方向に厚さを増している。

図７Ａおよび図７Ｂは、図４に示されたのと同様のテーパー壁の実施の形態が如何にして製造されるかを示す。本発明のこの方法において、基体の軸線に沿って一様な厚さのウェブ壁を有する基体が最初に製作される。次にこの基体は、酸またはアルカリまたはそれらの双方を含むエッチングガスから形成されたガス流４９に曝され、このガス流は化学的溶解によってテーパーの付いた部分５０をウェブ壁５に形成する。あるいは、ガス流４９が、テーパーの付いた部分５０を「サンドブラスト」作用によって形成する固体研磨剤粒子を含んでいてもよい。

本発明の別の方法においては、図４に示されているようなテーパー壁の実施の形態は、トーマス・ケッチャム等により発明され、かつコーニング・インコーポレイテッドに譲渡された、その内容全体が引例として本明細書中に組み入れられる「ハニカム・フィルタを形成するためのダイ・アセンブリおよび方法」と題する国際公開第２００６／００２０６５Ａ２号パンフレットに開示された同時押出成形装置を用いることにより製造が可能である。図４のテーパー壁の実施の形態は、この装置によって、押出成形装置内に第１の先駆セラミック材料を提供することによって、壁３７のコア部分３９を一様な量をもって形成し、同時にこの押出成形装置を通じて第２の先駆セラミック材料を異なる量をもって押し出して、厚さが変化する層４１を形成する。このような方法においては、第２の先駆セラミック材料を備えていない、または僅かしか備えていない入口端１１が最初に押し出される。しかしながら、押出成形が進むにつれて、常に量が増加する第２の先駆セラミック材料がコア壁３９上に同時に押し出され、第２の先駆セラミック材料の最大量がセラミック基体の出口端１３として同時押出しされてセラミック基体が形成されるまで、第２の先駆セラミック材料が同時押出しされる。図４に示された直線的にテーパーの付いた壁を作製するために、第２の先駆セラミック材料の同時押出量は、押出成形中、基体３５の軸線に亘ってほぼ直線的に増大する。コア部３９と外側層４１とは異なるセラミック組成を有する２種類の異なる先駆セラミック材料で形成してもよいが、２種類の異なる先駆セラミック材料は、同じセラミック・コンパウンド（すなわち、コージェライト、ムライト、炭化珪素、チタン酸アルミナ）から形成されるのが好ましいが、壁３７のコア部３９を形成するのに用いられる材料よりも外側層４１を形成する先駆セラミック材料の方が低い粘度を有することが好ましい。

本発明の方法はさらに、図２Ａ〜図２Ｃおよび図３Ｃに示された本発明の第１および第２の実施の形態を形成するための方法を含む。このような方法においては、軸線Ａ全体に亘って一様な厚さのウェブ壁５を有する押出成形された「未焼成体」の乾燥および切断後でかつこの未焼成体の焼成以前において、ウェブ壁の一部が薄くされおよび／または多孔度が増大されるように、ウェブ壁を化学的に除去または溶解する薬品に基体が接触せしめられる。このような接触は、基体の一部を溶液中に漬けることによって行なうことができるが、反応性ガス流を基体に通すことによって行なってもよく、最初に説明した方法との差異は、第２軸線方向領域２４の壁２５が被膜でマスクされて、液状またはガス状の化学薬品との接触を断つことにある。

あるいは、「未焼成体」の乾燥および切断後でかつこの未焼成体の焼成以前において、上記液状またはガス状の化学薬品に代えて、オゾンガスをセル通路７に流してもよい。マスクされていない生の基体の第１軸線方向領域２２にオゾンが接触すると、基体が酸化され、かつ先駆セラミック材料内のバインダが除去される。バインダの所望部分が除去された後、バインダが除去されたセラミック材料の一部を除去してウェブ壁２３が薄くなるように、ウェブ壁は軽く削られる（例えば、空気に含まれた研磨剤粒子によって、しかしながらサンドブラストのみに頼った最初に説明した方法のように多量の研磨剤を必要とするものではない）。勿論、必要に応じて、上述の方法の何れもが未焼成体の焼成後に行なわれてもよい。上述の方法に用いることができる液状化学薬品の一例は塩酸（ＨＣｌ）または水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）である。第１軸線方向領域２２が先ず塩酸に漬けられまたは曝される。上記未焼成体がコージェライトで形成されている場合には、塩酸は主としてＭｇＯおよびＡｌ_２Ｏ_３のみを除去するが、少量の二酸化珪素（ＳｉＯ_２）も除去される。二酸化珪素を除去するために、次にセラミック基体の第１軸線方向領域２２の壁２３が水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液中に漬けられ、または曝される。基体２０の長さが４インチ（１０ｃｍ）の場合には、基体の最初の１インチ（２．５ｃｍ）が上述の２段階浸出処理に曝される。このような方法により重量が１０％軽減され、これは、長さ１インチ（２．５ｃｍ）の第１軸線方向領域２２において残りのウェブ壁に対して３５％の重量軽減に相当する。図２および図３の実施の形態のどちらも、第２の先駆材料の断続的な開始、停止によって、図４の実施の形態と同様の態様の同時押出し成形によって任意に形成可能である。

図８は、長さ４インチ（１０．１６ｃｍ）のセラミックハニカムの最初の１インチ（２．５４ｃｍ）の区間のみの平均熱質量（ＡＴＭ_１）が壁全体の平均熱質量（ＡＴＭ_TOT）よりも低減された場合に、１インチ（２５．４ｍｍ）当たり９００セル、壁の厚さ２．５ミル（０．０６ｍｍ）のコージェライトを含有する薄壁の触媒付きガス貫流基体の着火時間が実質的に短縮されたことを示す。この特定の実施例においては、ＡＴＭ_１が基体の残りのウェブ壁のＡＴＭ_２よりも４５％低減された。このグラフから明らかなように、１インチ（２．５４ｃｍ）の第１の軸線方向区間２２におけるこのような平均熱質量の低減により、長さｘにおいて計測した場合に（ここで、ｘ＝Ｌ／７、Ｌは基体の全長）、着火時間が約２４秒から約１８．５秒まで量５２、短縮されている。したがって、熱質量が低減されていない同様の基体に比較して、２７５℃までの着火時間が１０％を超える量、あるいは２０％以上短縮される。触媒コンバータを備えた自動車のエンジンによって排出される大気汚染物質の大部分は着火時間の間に発生するので、図８のグラフが示している２０％以上の時間短縮は、大気汚染物質排出の約２０％以上の低減を意味する。さらに、本発明により、大気汚染物質排出におけるこのような低減が、得られるハニカムの機械的強度における実質的な低下を伴わずに達成される。

以上、いくつかの好ましい実施の形態について本発明を説明したが、本発明の種々の追加、変形および変更が可能なことが当業者には明らかであろう。このような変形、変更の全ても本発明の範囲内に包含され、これらは添付の請求項およびそれらの均等物によってのみ限定されるものである。

従来の触媒付きガス貫流セラミック基体の斜視図 ウェブ壁の網状組織を示す、図１の１Ｂ−１Ｂ線に沿った８分の１部分の平面図 図１の１Ｃ−１Ｃ線に沿った部分的断面側面図 図１Ｃのウェブ壁の拡大断面図 基体の薄いウェブ壁を備えた入口端近傍の軸線方向領域を示す、本発明の迅速着火・緩慢冷却セラミック基体の断面側面図 基体の入口端近傍の薄い壁を備えた軸線方向領域と、基体の残りのウェブ壁との境界部を示す、図２Ａの破線で囲まれた部分の拡大図 ウェブ壁によって形成されたセルを示す、図２Ｂの２Ｃ−２Ｃ線から見た図 薄いウェブ壁を有する軸線方向領域が基体の入口端から隔離されている状態を示す、本発明の第２の実施の形態の断面図 ウェブ壁が入口端近傍においては薄く、かつ出口端近傍においては厚くなるように、ウェブ壁が基体の軸線に沿ってテーパー状に形成された状態を示す、本発明の迅速着火セラミック基体の第３の実施の形態の部分的断面側面図 本発明の第１〜第３の実施の形態のいずれにも併用可能な、基体の中心部と基体の外皮との間においてウェブ壁が半径方向に厚くなっている状態を示す断面図 図５に示された、ウェブ壁が半径方向に厚くなっている実施の形態の概略的断面側面図 図４に示された本発明のテーパー付きウェブ壁の製造方法を示す概略図 図４に示された本発明のテーパー付きウェブ壁の製造方法を示す概略図 自動車の大気汚染物質に対し触媒作用を効果的に及ぼすのに必要な温度２５０℃に少なくとも基体の一部分が達するために必要な時間を、本発明の基体が短縮することを示すグラフ

符号の説明

１，２０，３０，３５，４５ セラミック基体
３ 網状組織
５ ウェブ壁
７ セル通路
９ 外皮
１１ 入口端
１３ 出口端
１５ 気泡
１７ ウォッシュコート
２２ 第１軸線方向領域
２４ 第２軸線方向領域
３７ テーパー壁

Claims (14)

1. 触媒コンバータとして用いるのに適したガス貫流セラミック基体であって、ガス流をそれぞれ受入れかつ排出するための軸線方向に互いに反対側にある入口端および出口端を有し、かつ前記入口端から前記出口端まで閉塞されずに伸びる軸線方向に配向されたセル通路を画成する壁からなる網状組織を備えた、セラミック材料からなる本体を含み、
   前記壁の厚さが、該セラミック基体の中心から半径方向にいくに従って増大しており、さらにガス流が基体の中心を通ることを促すように、前記軸線方向に配向されたセル通路の断面積が、該セラミック基体の中心から半径方向にいくに従って減少しており、
   前記壁の前記入口端近傍の第１軸線方向領域の平均熱質量（ＡＴＭ_１）が、壁全体の平均熱質量（ＡＴＭ_TOT）よりも小さく、さらに
   前記第１軸線方向領域における前記壁の平均熱質量（ＡＴＭ_１）が、該第１軸線方向領域に軸線方向に連続する第２軸線方向領域における前記壁の平均熱質量（ＡＴＭ_２）よりも小さいことを特徴とするセラミック基体。
2. ＡＴＭ_１がＡＴＭ_TOTよりも少なくとも２０％低いことを特徴とする請求項１記載のセラミック基体。
3. 前記第１および第２軸線方向領域における前記壁の平均熱質量（ＡＴＭ_１，ＡＴＭ_２）は前記軸線に沿ってほぼ一様であり、かつＡＴＭ_１＜ＡＴＭ_２であることを特徴とする請求項１または２記載のセラミック基体。
4. 前記第１軸線方向領域における壁の平均厚さが、前記第２軸線方向領域における壁の平均厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のセラミック基体。
5. 前記第１軸線方向領域における平均多孔度が、前記第２軸線方向領域における壁の平均多孔度よりも大きいことを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のセラミック基体。
6. 前前記第１軸線方向領域の平均熱質量（ＡＴＭ_１）が、前記第２軸線方向領域の平均熱質量（ＡＴＭ_２）よりも３０％〜４０％低いことを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載のセラミック基体。
7. 前記壁が、一酸化炭素の酸化および窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）の解離を促進する触媒で覆われていることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載のセラミック基体。
8. 前記壁が全て０．０１０インチ（０．２５ｍｍ）未満の厚さを有することを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載のセラミック基体。
9. 迅速着火・緩慢冷却特性を有するガス貫流セラミック基体の製造方法であって、
   軸線方向に互いに反対側にある入口端および出口端を有し、かつ前記入口端から前記出口端まで閉塞されずに伸びる軸線方向に配向されたセル通路を画成する壁からなる網状組織を備えた、セラミック材料からなる本体を形成し、ここで、前記壁の厚さが、セラミック基体の中心から半径方向にいくに従って増大しており、さらにガス流が基体の中心を通ることを促すように、前記軸線方向に配向されたセル通路の断面積が、該セラミック基体の中心から半径方向にいくに従って減少しており、さらに
   前記基体の入口端近傍の第１軸線方向領域における壁の平均熱質量（ＡＴＭ_１）が、壁全体の平均熱質量（ＡＴＭ_TOT）よりも小さく、かつ前記第１軸線方向領域における前記壁の平均熱質量（ＡＴＭ_１）が、該第１軸線方向領域に軸線方向に連続する第２軸線方向領域における前記壁の平均熱質量（ＡＴＭ_２）よりも小さくなるように、前記基体の軸線方向に沿って壁の熱質量を変化させる工程を含むことを特徴とする方法。
10. 前記壁が基体の軸線方向に実質的に同じ熱質量を有するように形成され、さらに前記第１軸線方向領域における壁の平均熱質量を低下させる工程を含む、請求項９記載の方法。
11. 前記平均熱質量を低下させる工程が、前記第１軸線方向領域における壁を化学的にエッチングして壁を薄くするおよび／または多孔度を増大させることにより行われる、請求項１０記載の方法。
12. 前記平均熱質量を低下させる工程が、前記第１軸線方向領域の壁を、流動流体中に懸濁された研磨剤に曝して壁を薄くすることにより行われる、請求項１０記載の方法。
13. 前記基体の出口端が最初に形成されるように軸線方向に先駆セラミック材料を押し出すことにより基体が形成され、その際に前記入口端近傍の第１軸線方向領域により少ない先駆セラミック材料を押し出すことにより前記壁の熱質量を変化させる、請求項９記載の方法。
14. 前記先駆セラミック材料を押し出す工程が、組み合わさって前記壁を形成する第１および第２の材料の同時押出しにより行われ、基体の軸線に沿って、第１の材料と同時押出しされる第２の材料の量を減らすことにより、前記壁の熱質量を変化させる、請求項１３記載の方法。

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