JP5939183B2 - ハニカム構造体 - Google Patents
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Description
本発明は、自動車等の内燃機関の排ガスを浄化するための触媒の担体として用いられるハニカム構造体に関する。
自動車等の内燃機関の排ガスを浄化するための触媒の担体として、例えば、格子状に設けられたセル壁とそのセル壁に囲まれて形成された複数のセルとを有するハニカム構造体が知られている（特許文献１、２等参照）。ハニカム構造体は、排ガスの通路となる排気管内に設置して用いられる。そして、高温の排ガスをハニカム構造体に流通させることにより、ハニカム構造体に担持した貴金属触媒の触媒反応にて排ガスの浄化を行う。
近年、自動車等の排ガス規制が厳しくなっていることから、触媒に使用する貴金属の使用量が増えている。したがって、貴金属価格の高騰によるコスト負担増や資源の調達リスクを考え、より貴金属量を減らすことが必要となってくる。このようなことから、ハニカム構造体には、より高い排ガス浄化性能が要求される。
例えば、特許文献１には、中央部と外周部との間を隔てる内周壁（以下、境界隔壁という）を設け、外周部の開口率を中央部よりも大きくしたハニカム構造体が開示されている。これによれば、中央部に比べて排ガス流通性の低い外周部の開口率を中央部よりも大きくすることによって、外周部に排ガスがより流れやすくなるため、内側と外側との排ガス流通性の均一化を図ることができる。そして、ハニカム構造体全体における触媒の有効活用を図ることができ、排ガス浄化性能を向上させることができる。
しかしながら、上記特許文献１に開示されたハニカム構造体は、境界隔壁に接するセル、すなわちセル壁のみに囲まれたセルではなく、一部を境界隔壁に囲まれたセル（以下、これを不完全セルという）を有する。そのため、ハニカム構造体の製造工程の成形時において、成形用金型を用いて押出成形する際に、その不完全セルを形成するセル壁や境界隔壁に変形が生じ、不完全セルが潰れてしまうことがある。また、これによって不完全セル周辺のセル壁にまで変形が生じる場合がある。
また、ハニカム構造体を製造した後、貴金属等の触媒を塗布する触媒塗布工程を行うが、この触媒塗布工程では、貴金属等の触媒を含有した触媒スラリーをハニカム構造体に流し入れることにより、セルの内壁面に貴金属等の触媒を塗布する。このとき、ハニカム構造体に開口部の面積が小さな不完全セルが存在すると、その不完全セルにおいて触媒の目詰まりが生じ、排ガス流通性が低下し、圧力損失が大きくなるおそれがある。また、触媒の目詰まりが生じて排ガス流れが期待できない部分に貴金属等の触媒が担持されることになるため、貴金属等の触媒の担持に無駄が生じる。
上記の問題を解決する手段として、上記特許文献２に開示された技術手法を用いて、境界隔壁に接する不完全セルの全てを、セル壁を構成する材料によって塞いでしまうことが考えられる。例えば、図８に示すように、原料を供給するための供給穴８１と、供給穴８１に連通して設けられ、セル壁や境界隔壁を成形するためのスリット溝８２とを備えた押出成形用の金型８について、不完全セルに相当する部分を形成するためのブロック８９を除外することにより、不完全セルが塞がった状態のハニカム構造体を成形することができる。なお、図８は、押出成形用の金型８を部分的にカットしたものを模式的に示したものである。同図には、原料の流れ方向を矢印で示してある。
ところが、ハニカム構造体の製造工程の成形時において、単純に不完全セルを全て塞いでしまうと、完全に塞いだ不完全セルの部分と通常のセル壁の部分との間で成形用金型内を流通する原料の流速・流量に差が生じる。押出成形時に塞いだ不完全セルの部分の金型通過抵抗が下がり、その部分における原料の流速・流量が共に大きくなる。その部分に原料を取られることで隣接するセル壁にセル変形、薄肉化等の形状不良や欠陥が生じ、強度が低下するおそれがある。さらに、不完全セルを全て塞いでしまうことにより、圧力損失の増加による燃費・出力の低下や触媒反応に必要な比表面積の低下による排ガス浄化性能の低下を引き起こすおそれがある。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、形状不良・欠陥の発生を抑制しながら強度の向上を図ることができるハニカム構造体を提供しようとするものである。
本発明の一の態様は、格子状に設けられたセル壁と、該セル壁に囲まれて形成された複数のセルとを有し、排ガスを浄化するための触媒の担体として用いられるハニカム構造体であって、
該ハニカム構造体は、軸方向に直交する断面において、中心軸を含む中心部と、該中心部の外側を覆うと共に該中心部よりもセル密度が低い外周部とにより構成されており、
上記中心部と上記外周部との間には、両者を隔てる境界隔壁が設けられており、
上記中心部及び上記外周部の上記セルには、上記境界隔壁に接する不完全セルが含まれており、
上記境界隔壁を隔てて対向する上記中心部の上記不完全セルと上記外周部の上記不完全セルとのうち、セル開口部の面積が小さいほうであり、かつ、該セル開口部の面積が所定の面積Ｓ以下である特定不完全セルは、上記セル壁を構成する材料によって閉塞されており、
上記所定の面積Ｓは、上記不完全セルが存在する上記中心部又は上記外周部の上記セルのセルピッチをＰ、上記セル壁の厚さをＴとした場合に、Ｓ＝（Ｐ−Ｔ）２／８の式で表されることを特徴とするハニカム構造体にある（請求項１）。
該ハニカム構造体は、軸方向に直交する断面において、中心軸を含む中心部と、該中心部の外側を覆うと共に該中心部よりもセル密度が低い外周部とにより構成されており、
上記中心部と上記外周部との間には、両者を隔てる境界隔壁が設けられており、
上記中心部及び上記外周部の上記セルには、上記境界隔壁に接する不完全セルが含まれており、
上記境界隔壁を隔てて対向する上記中心部の上記不完全セルと上記外周部の上記不完全セルとのうち、セル開口部の面積が小さいほうであり、かつ、該セル開口部の面積が所定の面積Ｓ以下である特定不完全セルは、上記セル壁を構成する材料によって閉塞されており、
上記所定の面積Ｓは、上記不完全セルが存在する上記中心部又は上記外周部の上記セルのセルピッチをＰ、上記セル壁の厚さをＴとした場合に、Ｓ＝（Ｐ−Ｔ）２／８の式で表されることを特徴とするハニカム構造体にある（請求項１）。
上記ハニカム構造体において、中心部及び外周部のセルには、境界隔壁に接する不完全セルが含まれている。そして、境界隔壁を隔てて対向する中心部の不完全セルと外周部の不完全セルとのうち、セル開口部の面積が小さいほうであり、かつ、セル開口部の面積が上記所定の面積Ｓ以下である特定不完全セルは、セル壁を構成する材料によって閉塞されている。
すなわち、境界隔壁に接する不完全セルのうち、触媒塗布工程において触媒目詰まりを起こすようなセルや触媒塗布後の開口率が小さく排ガス流れが期待出来ないようなセル開口部の面積が小さい特定の不完全セル（特定不完全セル）を塞いでいる。そのため、特定不完全セルの部分と通常のセル壁の部分との間で成形用金型内を流通する原料の流速・流量に差が生じることを抑制することができる。
また、不完全セルを塞ぐためには、塞ぐだけの原料が必要となる。そして、その量が多いほど、押出成形時に塞いだ不完全セルの部分に接するセル壁に供給されるはずの原料が奪われることによるセル壁の変形、薄肉化等の形状不良や欠陥が発生し易くなる。そこで、塞いでしまう不完全セル（特定不完全セル）の大きさを規定している。これにより、上述したようなセル壁の形状不良や欠陥の発生を防止することができる。
また、上述したように、セル壁の変形、薄肉化等の形状不良や欠陥の発生を抑制することで、例えば、ハニカム構造体を排気管に組み付ける際に発生する応力等、外部からの応力に対するハニカム構造体の強度（例えば、アイソスタティック強度）を十分に確保することができる。
また、上述したように、セル開口部の面積が小さい特定の不完全セル（特定不完全セル）を塞いでいる。そのため、後工程である触媒塗布工程において、不完全セルにおける触媒の目詰まり、それに伴う排ガス流通性の低下、圧力損失の増大、貴金属等の触媒担持の無駄を防止することができる。
一方で、特定不完全セルを塞ぐことにより、その特定不完全セルの部分に高価な貴金属等の触媒を担持する必要がなくなる。そのため、コストの低減を図ることができる。
一方で、特定不完全セルを塞ぐことにより、その特定不完全セルの部分に高価な貴金属等の触媒を担持する必要がなくなる。そのため、コストの低減を図ることができる。
また、セル開口部の面積が小さく、他のセルに比べて排ガス流通性の低い特定不完全セルだけを塞ぐことにより、ハニカム構造体全体の排ガス流通性を低下させることなく、圧力損失の低減を図ることができる。また、触媒反応に必要な比表面積を十分に確保することができ、排ガス浄化性能の低下を引き起こすおそれもない。
また、セル開口部の面積が小さい（容積の小さい）特定不完全セルだけを塞ぐことにより、ハニカム構造体全体の質量増加（熱容量増加）を抑制し、触媒担体として触媒の早期活性に必要な昇温性を低下させることなく、強度を向上させることができる。
また、セル開口部の面積が小さい（容積の小さい）特定不完全セルだけを塞ぐことにより、ハニカム構造体全体の質量増加（熱容量増加）を抑制し、触媒担体として触媒の早期活性に必要な昇温性を低下させることなく、強度を向上させることができる。
このように、形状不良・欠陥の発生を抑制しながら強度の向上を図ることができるハニカム構造体を提供することができる。
上記ハニカム構造体において、上記中心部及び上記外周部の上記セルには、上記境界隔壁に接する不完全セルが含まれている。ここで、不完全セルとは、セル壁のみに囲まれて形成された所定の形状（例えば、四角形状、六角形状等）のセルとは異なり、セル壁と境界隔壁とに囲まれて（一部が境界隔壁によって囲まれて）形成された所定の形状ではない不完全な形状のセルである。
また、上述したように、上記所定の面積Ｓは、上記不完全セルが存在する上記中心部又は上記外周部の上記セルのセルピッチをＰ、上記セル壁の厚さをＴとした場合に、Ｓ＝（Ｐ−Ｔ）２／８の式で表される。すなわち、上記所定の面積Ｓは、中心部又は外周部において、境界隔壁に接することなく、セル壁のみに囲まれて形成された所定の形状のセル（完全セル）の開口部の面積（Ｐ−Ｔ）２の１／８に当たる。
また、セル開口部の面積が上記所定の面積Ｓ（＝（Ｐ−Ｔ）２／８）を超える不完全セルについてセル壁を構成する材料により閉塞した場合には、不完全セルの部分と通常のセル壁の部分との間で成形用金型内を流通する原料の流速・流量に差が生じる。そして、塞いだ不完全セルの部分に接するセル壁に変形、薄肉化等の形状不良や欠陥が生じ、強度が低下するおそれがある。また、ハニカム構造体全体の質量増加（熱容量増加）を招き、触媒担体として触媒の早期活性に必要な昇温性を十分に得られないおそれがある。
また、上記不完全セルが、上記境界隔壁を隔てて対向する上記中心部の上記不完全セルと上記外周部の上記不完全セルとのうち、セル開口部の面積が大きいほうであり、該セル開口部の面積が上記所定の面積Ｓ以下であり、かつ、四辺で構成されている四辺不完全セルである場合には、該四辺不完全セルは、上記セル壁を構成する材料によって閉塞されていてもよい（請求項２）。
すなわち、不完全セルは、その形状によって変形のしやすさが異なる。不完全セルの変形は、例えば、四辺で構成される不完全セルに比べて、三辺で構成される不完全セルのほうが形状的に安定しており、変形が起こりにくい。したがって、境界隔壁を隔てて対向する中心部の不完全セルと外周部の不完全セルとのうち、セル開口部の面積が大きいほうであっても、上記所定の条件を満たす不完全セル（四辺不完全セル）を塞ぐことにより、セルの変形、すなわちセル壁の形状不良や欠陥の発生をより一層防止することができる。
すなわち、不完全セルは、その形状によって変形のしやすさが異なる。不完全セルの変形は、例えば、四辺で構成される不完全セルに比べて、三辺で構成される不完全セルのほうが形状的に安定しており、変形が起こりにくい。したがって、境界隔壁を隔てて対向する中心部の不完全セルと外周部の不完全セルとのうち、セル開口部の面積が大きいほうであっても、上記所定の条件を満たす不完全セル（四辺不完全セル）を塞ぐことにより、セルの変形、すなわちセル壁の形状不良や欠陥の発生をより一層防止することができる。
（実施例１）
上記ハニカム構造体にかかる実施例について、図を用いて説明する。
図１〜図４に示すごとく、本例のハニカム構造体１は、格子状に設けられたセル壁２と、セル壁２に囲まれて形成された複数のセル３とを有する。
ハニカム構造体１は、軸方向Ｘに直交する断面において、中心軸を含む中心部１１と、中心部１１の外側を覆うと共に中心部１１よりもセル密度が低い外周部１２とにより構成されている。中心部１１と外周部１２との間には、両者を隔てる境界隔壁１３が設けられている。
上記ハニカム構造体にかかる実施例について、図を用いて説明する。
図１〜図４に示すごとく、本例のハニカム構造体１は、格子状に設けられたセル壁２と、セル壁２に囲まれて形成された複数のセル３とを有する。
ハニカム構造体１は、軸方向Ｘに直交する断面において、中心軸を含む中心部１１と、中心部１１の外側を覆うと共に中心部１１よりもセル密度が低い外周部１２とにより構成されている。中心部１１と外周部１２との間には、両者を隔てる境界隔壁１３が設けられている。
同図に示すごとく、中心部１１及び外周部１２のセル３には、境界隔壁１３に接する不完全セル３２が含まれている。
境界隔壁１３を隔てて対向する中心部１１の不完全セル３２と外周部１２の不完全セル３２とのうち、セル開口部の面積が小さいほうであり、かつ、セル開口部の面積が所定の面積Ｓ以下である特定不完全セル３２１は、セル壁２を構成する材料によって閉塞されている。
所定の面積Ｓは、不完全セル３２が存在する中心部１１又は外周部１２のセル３のセルピッチをＰ、セル壁２の厚さをＴとした場合に、Ｓ＝（Ｐ−Ｔ）２／８の式で表される。
以下、これを詳説する。
境界隔壁１３を隔てて対向する中心部１１の不完全セル３２と外周部１２の不完全セル３２とのうち、セル開口部の面積が小さいほうであり、かつ、セル開口部の面積が所定の面積Ｓ以下である特定不完全セル３２１は、セル壁２を構成する材料によって閉塞されている。
所定の面積Ｓは、不完全セル３２が存在する中心部１１又は外周部１２のセル３のセルピッチをＰ、セル壁２の厚さをＴとした場合に、Ｓ＝（Ｐ−Ｔ）２／８の式で表される。
以下、これを詳説する。
図１に示すごとく、ハニカム構造体１は、コージェライトからなり、排ガス浄化用の触媒の担体として用いられるものである。
ハニカム構造体１は、四角形格子状に設けられたセル壁２と、そのセル壁２に囲まれて形成された四角形状の複数のセル３と、外周側面を覆う円筒状の外周壁４とを有し、全体を一体的に形成したものである。
ハニカム構造体１は、四角形格子状に設けられたセル壁２と、そのセル壁２に囲まれて形成された四角形状の複数のセル３と、外周側面を覆う円筒状の外周壁４とを有し、全体を一体的に形成したものである。
図２に示すごとく、ハニカム構造体１は、軸方向Ｘに直交する断面において、中心軸（図示略）を含む中心部１１と、中心部１１の外側を覆う外周部１２とにより構成されている。中心部１１と外周部１２との間には、両者を隔てる円筒状の境界隔壁１３が設けられている。本例において、境界隔壁１３の厚さは、０．２ｍｍである。
なお、図２は、ハニカム構造体１の軸方向Ｘに直交する断面の１／４を示したものである。
なお、図２は、ハニカム構造体１の軸方向Ｘに直交する断面の１／４を示したものである。
同図に示すごとく、中心部１１と外周部１２とは、セル３の向きが互いに異なる。本例では、外周部１２のセル３が中心部１１のセル３に対して４５度傾いている。
中心部１１内及び外周部１２内は、セル密度（単位面積当たりのセルの数）が一定となっている。中心部１１のセル密度は、外周部１２のセル密度よりも高くなっている。本例では、中心部１１のセル密度が６００個／平方インチ、外周部１２のセル密度が４００個／平方インチである。
中心部１１内及び外周部１２内は、セル密度（単位面積当たりのセルの数）が一定となっている。中心部１１のセル密度は、外周部１２のセル密度よりも高くなっている。本例では、中心部１１のセル密度が６００個／平方インチ、外周部１２のセル密度が４００個／平方インチである。
中心部１１のセル３のセルピッチＰ１は、１．０４ｍｍであり、セル壁２の厚さＴ１は、０．０７５ｍｍである。また、外周部１２のセル３のセルピッチＰ２は、１．２７ｍｍであり、セル壁２の厚さＴ２は、０．０９ｍｍである。
なお、セル３のセルピッチＰ（Ｐ１、Ｐ２）、セル壁２の厚さＴ（Ｔ１、Ｔ２）は、図４に示すとおりである。
なお、セル３のセルピッチＰ（Ｐ１、Ｐ２）、セル壁２の厚さＴ（Ｔ１、Ｔ２）は、図４に示すとおりである。
図２、図３に示すごとく、中心部１１及び外周部１２のセル３は、境界隔壁１３に接しない完全セル３１と、境界隔壁１３に接する不完全セル３２とを有する。完全セル３１は、セル壁２のみに囲まれて形成された所定の形状（本例では四角形状）のセル３である。一方、不完全セル３２は、セル壁２と境界隔壁１３とに囲まれて形成された所定の形状（本例では四角形状）ではない不完全な形状のセル３である。
図３に示すごとく、境界隔壁１３周辺には、境界隔壁１３を間に挟んで対向する中心部１１の不完全セル３２と外周部１２の不完全セル３２とがあり、その２つの不完全セル３２のうち、セル開口部の面積（セル２の断面積）が小さいほうであり、かつ、セル開口部の面積が所定の面積Ｓ以下である特定不完全セル３２１が存在する。特定不完全セル３２１は、セル壁２を構成する材料（コージェライト）によって閉塞されている。
ここで、所定の面積Ｓは、不完全セル３２が存在する中心部１１又は外周部１２のセル３のセルピッチをＰ、セル壁２の厚さをＴとした場合に、Ｓ＝（Ｐ−Ｔ）２／８の式で表される。
すなわち、中心部１１の不完全セル３２である場合、所定の面積Ｓは、Ｓ＝（Ｐ１−Ｔ１）２／８の式で表される。また、外周部１２の不完全セル３２である場合、所定の面積Ｓは、Ｓ＝（Ｐ２−Ｔ２）２／８の式で表される。
すなわち、中心部１１の不完全セル３２である場合、所定の面積Ｓは、Ｓ＝（Ｐ１−Ｔ１）２／８の式で表される。また、外周部１２の不完全セル３２である場合、所定の面積Ｓは、Ｓ＝（Ｐ２−Ｔ２）２／８の式で表される。
例えば、同図に示すごとく、外周部１２には、境界隔壁１３に接する不完全セル３２Ａが存在する。この不完全セル３２Ａは、境界隔壁１３を間に挟んで中心部１１の２つの不完全セル３２ａ、３２ｂと対向している。外周部１２の不完全セル３２Ａと中心部１１の不完全セル３２ａ、３２ｂとのセル開口部の面積を比較すると、不完全セル３２Ａのセル開口部の面積のほうが小さい。また、不完全セル３２Ａは、外周部１２におけるセル３のセルピッチＰ２及びセル壁２の厚さＴ２から導き出される所定の面積Ｓ＝（Ｐ２−Ｔ２）２／８以下である。したがって、この不完全セル３２Ａは、特定不完全セル３２１であるため、セル壁２を構成する材料によって閉塞されている。
次に、本例のハニカム構造体１の製造方法について簡単に説明する。
本例において、ハニカム構造体１を製造するに当たっては、製造工程そのものは従来と同様の工程を採用することができる。
まず、ハニカム構造体１を構成するコージェライト原料をハニカム状に成形体として押出成形する。次いで、その成形体を所定の長さに切断し、乾燥した後、焼成する。これにより、ハニカム構造体１が得られる。
本例において、ハニカム構造体１を製造するに当たっては、製造工程そのものは従来と同様の工程を採用することができる。
まず、ハニカム構造体１を構成するコージェライト原料をハニカム状に成形体として押出成形する。次いで、その成形体を所定の長さに切断し、乾燥した後、焼成する。これにより、ハニカム構造体１が得られる。
なお、押出成形を行う際の金型としては、セル壁２の配設形状に対応する形状のスリット溝を設けた押出成形用の金型（図８参照）を用いることができる。スリット溝は、放電加工、レーザー加工、スライシング加工等の方法により形成することができる。
また、金型加工時に、特定不完全セル３２１に相当する部分を形成するためのスリット溝部分（ブロック）を除去しておくことにより、その部分に原料が充填できるようにしておく。この金型を用いて従来どおりに押出成形を実施するとスリット溝を排除した部分の通過抵抗が低いため、原料が集中し、隣接するセル壁２部分に十分な原料供給ができないため、セル壁２の形状不良や欠陥が発生することがある。そこで、金型を原料で充填できるだけの必要な原料を確保しつつ、原料の集中を防ぐ必要がある。すなわち原料の流速をあわせる必要がある。具体的には、特定の部位のスリット溝の抵抗が低下した部分に対して、スリット溝に原料を供給するための供給穴部分の抵抗を高めることによって金型全体の流速をあわせる。
また、金型加工時に、特定不完全セル３２１に相当する部分を形成するためのスリット溝部分（ブロック）を除去しておくことにより、その部分に原料が充填できるようにしておく。この金型を用いて従来どおりに押出成形を実施するとスリット溝を排除した部分の通過抵抗が低いため、原料が集中し、隣接するセル壁２部分に十分な原料供給ができないため、セル壁２の形状不良や欠陥が発生することがある。そこで、金型を原料で充填できるだけの必要な原料を確保しつつ、原料の集中を防ぐ必要がある。すなわち原料の流速をあわせる必要がある。具体的には、特定の部位のスリット溝の抵抗が低下した部分に対して、スリット溝に原料を供給するための供給穴部分の抵抗を高めることによって金型全体の流速をあわせる。
次に、本例のハニカム構造体１における作用効果について説明する。
本例のハニカム構造体１において、中心部１１及び外周部１２のセル３には、境界隔壁１３に接する不完全セル３２が含まれている。そして、境界隔壁１３を隔てて対向する中心部１１の不完全セル３２と外周部１２の不完全セル３２とのうち、セル開口部の面積が小さいほうであり、かつ、セル開口部の面積が所定の面積Ｓ以下である特定不完全セル３２１は、セル壁２を構成する材料によって閉塞されている。
本例のハニカム構造体１において、中心部１１及び外周部１２のセル３には、境界隔壁１３に接する不完全セル３２が含まれている。そして、境界隔壁１３を隔てて対向する中心部１１の不完全セル３２と外周部１２の不完全セル３２とのうち、セル開口部の面積が小さいほうであり、かつ、セル開口部の面積が所定の面積Ｓ以下である特定不完全セル３２１は、セル壁２を構成する材料によって閉塞されている。
すなわち、境界隔壁１３に接する不完全セル３２のうち、触媒塗布工程において触媒目詰まりを起こすようなセル２や触媒塗布後の開口率が小さく排ガス流れが期待出来ないようなセル開口部の面積が小さい特定の不完全セル３２（特定不完全セル３２１）を塞いでいる。そのため、特定不完全セル３２１の部分と通常のセル壁２の部分との間で成形用金型内を流通する原料の流速・流量に差が生じることを抑制することができる。
また、不完全セル３２を塞ぐためには、塞ぐだけの原料が必要となる。そして、その量が多いほど、押出成形時に塞いだ不完全セル３２の部分に接するセル壁２に供給されるはずの原料が奪われることによるセル壁２の変形、薄肉化等の形状不良や欠陥が発生し易くなる。そこで、塞いでしまう不完全セル３２（特定不完全セル３２１）の大きさを規定している。これにより、上述したようなセル壁２の形状不良や欠陥の発生を防止することができる。
また、上述したように、セル壁２の変形、薄肉化等の形状不良や欠陥の発生を抑制することで、例えば、ハニカム構造体１を排気管に組み付ける際に発生する応力等、外部からの応力に対するハニカム構造体１の強度（例えば、アイソスタティック強度）を十分に確保することができる。
また、上述したように、セル開口部の面積が小さい特定の不完全セル３２（特定不完全セル３２１）を塞いでいる。そのため、後工程である触媒塗布工程において、不完全セル３２における触媒の目詰まり、それに伴う排ガス流通性の低下、圧力損失の増大、貴金属等の触媒担持の無駄を防止することができる。
一方で、特定不完全セル３２１を塞ぐことにより、その特定不完全セル３２１の部分に高価な貴金属等の触媒を担持する必要がなくなる。そのため、コストの低減を図ることができる。
一方で、特定不完全セル３２１を塞ぐことにより、その特定不完全セル３２１の部分に高価な貴金属等の触媒を担持する必要がなくなる。そのため、コストの低減を図ることができる。
また、セル開口部の面積が小さく、他のセル３に比べて排ガス流通性の低い特定不完全セル３２１だけを塞ぐことにより、ハニカム構造体１全体の排ガス流通性を低下させることなく、圧力損失の低減を図ることができる。また、触媒反応に必要な比表面積を十分に確保することができ、排ガス浄化性能の低下を引き起こすおそれもない。
また、セル開口部の面積が小さい（容積の小さい）特定不完全セル３２１だけを塞ぐことにより、ハニカム構造体１全体の質量増加（熱容量増加）を抑制し、触媒担体として触媒の早期活性に必要な昇温性を低下させることなく、強度を向上させることができる。
また、セル開口部の面積が小さい（容積の小さい）特定不完全セル３２１だけを塞ぐことにより、ハニカム構造体１全体の質量増加（熱容量増加）を抑制し、触媒担体として触媒の早期活性に必要な昇温性を低下させることなく、強度を向上させることができる。
このように、本例によれば、形状不良・欠陥の発生を抑制しながら強度の向上を図ることができるハニカム構造体１を提供することができる。
なお、本例では、図３に示すごとく、境界隔壁１３を隔てて対向する中心部１１の不完全セル３２と外周部１２の不完全セル３２とのうち、セル開口部の面積が小さいほうであり、かつ、セル開口部の面積が所定の面積Ｓ以下である特定不完全セル３２１を閉塞している。例えば、図５に示すごとく、特定不完全セル３２１に加えて、境界隔壁１３を隔てて対向する中心部１１の不完全セル３２と外周部１２の不完全セル３２とのうち、セル開口部の面積が大きいほうであり、セル開口部の面積が所定の面積Ｓ以下であり、かつ、四辺で構成されている四辺不完全セル３２２を閉塞してもよい。
すなわち、不完全セル３２は、その形状によって変形のしやすさが異なる。不完全セル３２の変形は、例えば、四辺で構成される不完全セル３２に比べて、三辺で構成される不完全セル３２のほうが形状的に安定しており、変形が起こりにくい。したがって、境界隔壁１３を隔てて対向する中心部１１の不完全セル３２と外周部１２の不完全セル３２とのうち、セル開口部の面積が大きいほうであっても、上記所定の条件を満たす不完全セル３２（四辺不完全セル３２２）を塞ぐことにより、セル３の変形、すなわちセル壁２の形状不良や欠陥の発生をより一層防止することができる。
（実施例２）
本例は、ハニカム構造体における不完全セルのセル開口部の面積と触媒の目詰まりとの関係について調べたものである。
本例では、セル開口部の面積が異なる不完全セルを塞がずにすべて開口した状態でハニカム構造体を作製し、貴金属等の触媒を含有した低粘度・高粘度の２種類の触媒スラリーを用いて触媒目詰まり試験を実施した。なお、作製したハニカム構造体の基本的な構成は、実施例１のハニカム構造体と同様とした。
本例は、ハニカム構造体における不完全セルのセル開口部の面積と触媒の目詰まりとの関係について調べたものである。
本例では、セル開口部の面積が異なる不完全セルを塞がずにすべて開口した状態でハニカム構造体を作製し、貴金属等の触媒を含有した低粘度・高粘度の２種類の触媒スラリーを用いて触媒目詰まり試験を実施した。なお、作製したハニカム構造体の基本的な構成は、実施例１のハニカム構造体と同様とした。
具体的には、低粘度の触媒スラリーを用いた場合、触媒スラリーをハニカム構造体内に流し入れ、塗布予定量を超える余剰分を吸引して取り除いた。なお、エアブローで余剰分を吹き出して取り除いてもよい。また、高粘度の触媒スラリーを用いた場合、塗布予定量の触媒スラリーを吸引してハニカム構造体内に引き込んだ。
そして、完全セルに対する不完全セルの面積比に対して触媒目詰まりが発生する割合（触媒目詰まり発生率）を求めた。ここで、完全セルに対する不完全セルの面積比とは、完全セルのセル開口部の面積を１とした場合の不完全セルのセル開口部の面積である。
そして、完全セルに対する不完全セルの面積比に対して触媒目詰まりが発生する割合（触媒目詰まり発生率）を求めた。ここで、完全セルに対する不完全セルの面積比とは、完全セルのセル開口部の面積を１とした場合の不完全セルのセル開口部の面積である。
図６は、完全セルに対する不完全セルの面積比と触媒目詰まり発生率（％）との関係を示したものである。同図において、低粘度の触媒スラリーを用いた場合の試験結果がＡ１、高粘度の触媒スラリーを用いた場合の試験結果がＡ２である。
同図から、完全セルに対する不完全セルの面積比が０．１２５（＝１／８）以下になると触媒目詰まり発生率が急激に高くなることがわかった。一方、完全セルに対する不完全セルの面積比が０．１２５（＝１／８）を超えると触媒目詰まり発生率がほぼ０％であることがわかった。
同図から、完全セルに対する不完全セルの面積比が０．１２５（＝１／８）以下になると触媒目詰まり発生率が急激に高くなることがわかった。一方、完全セルに対する不完全セルの面積比が０．１２５（＝１／８）を超えると触媒目詰まり発生率がほぼ０％であることがわかった。
以上の結果より、触媒の目詰まりを防止するためには、セル開口部の面積が上記所定の面積Ｓ以下である不完全セルを閉塞することが好ましいことがわかった。
なお、上記所定の面積Ｓは、不完全セルが存在する中心部又は外周部のセルのセルピッチをＰ、セル壁の厚さをＴとした場合に、Ｓ＝（Ｐ−Ｔ）２／８の式で表される。すなわち、上記所定の面積Ｓは、完全セルのセル開口部の面積（Ｐ−Ｔ）２の１／８である。
なお、上記所定の面積Ｓは、不完全セルが存在する中心部又は外周部のセルのセルピッチをＰ、セル壁の厚さをＴとした場合に、Ｓ＝（Ｐ−Ｔ）２／８の式で表される。すなわち、上記所定の面積Ｓは、完全セルのセル開口部の面積（Ｐ−Ｔ）２の１／８である。
（実施例３）
本例は、ハニカム構造体において閉塞する不完全セルのセル開口部の面積とセル壁（セル）の変形・欠陥との関係について調べたものである。
本例では、完全セルに対する閉塞する不完全セルの面積比が異なるハニカム構造体を作製し、セル壁（セル）の変形・欠陥の確認試験を実施した。なお、作製したハニカム構造体の基本的な構成は、実施例１のハニカム構造体と同様である。また、セル壁を構成する材料によって不完全セルを閉塞する方法としては、押出成形用の金型（図８参照）において、不完全セルに相当する部分を形成するためのブロックを除去する方法を用いた。
本例は、ハニカム構造体において閉塞する不完全セルのセル開口部の面積とセル壁（セル）の変形・欠陥との関係について調べたものである。
本例では、完全セルに対する閉塞する不完全セルの面積比が異なるハニカム構造体を作製し、セル壁（セル）の変形・欠陥の確認試験を実施した。なお、作製したハニカム構造体の基本的な構成は、実施例１のハニカム構造体と同様である。また、セル壁を構成する材料によって不完全セルを閉塞する方法としては、押出成形用の金型（図８参照）において、不完全セルに相当する部分を形成するためのブロックを除去する方法を用いた。
セル壁（セル）の変形・欠陥の確認試験は、境界隔壁に隣接する完全セル部分を全周にわたって工具顕微鏡にて拡大して確認及び測定を実施した。そして、セルの水力直径が設計値に対して１０％以下のズレの場合には○、１０％超え２０％以下のズレの場合には△、２０％を超えるズレ又はセル欠陥が発生した場合には×とした。
なお、セルの水力直径とは、セルを取り囲むセル壁に内接する円（内接円）の直径に当たる。例えば、図７（ａ）は、セル壁２（セル３）に変形が生じていない場合の例であり、内接円Ｑの直径が水力直径であり、これが設計値となる。また、図７（ｂ）、（ｃ）は、セル壁２（セル３）に変形が生じた場合の例であり、それぞれの内接円Ｑの直径が水力直径である。
なお、セルの水力直径とは、セルを取り囲むセル壁に内接する円（内接円）の直径に当たる。例えば、図７（ａ）は、セル壁２（セル３）に変形が生じていない場合の例であり、内接円Ｑの直径が水力直径であり、これが設計値となる。また、図７（ｂ）、（ｃ）は、セル壁２（セル３）に変形が生じた場合の例であり、それぞれの内接円Ｑの直径が水力直径である。
表１は、セル壁（セル）の変形・欠陥確認試験の結果を示したものである。
同表に示すように、閉塞する不完全セルのセル開口部の面積が完全セルのセル開口部の面積に対して１／８以下の場合、セル壁（セル）の変形・欠陥確認試験の判定が○であった。一方、閉塞する不完全セルのセル開口部の面積が完全セルのセル開口部の面積に対して１／８よりも大きい場合、セル壁（セル）の変形・欠陥確認試験の判定が△又は×であった。
同表に示すように、閉塞する不完全セルのセル開口部の面積が完全セルのセル開口部の面積に対して１／８以下の場合、セル壁（セル）の変形・欠陥確認試験の判定が○であった。一方、閉塞する不完全セルのセル開口部の面積が完全セルのセル開口部の面積に対して１／８よりも大きい場合、セル壁（セル）の変形・欠陥確認試験の判定が△又は×であった。
以上の結果より、セル壁（セル）の変形・欠陥を防止するためには、セル開口部の面積が上記所定の面積Ｓ以下である不完全セルを閉塞することが好ましいことがわかった。
なお、上記所定の面積Ｓは、不完全セルが存在する中心部又は外周部のセルのセルピッチをＰ、セル壁の厚さをＴとした場合に、Ｓ＝（Ｐ−Ｔ）２／８の式で表される。すなわち、上記所定の面積Ｓは、完全セルのセル開口部の面積（Ｐ−Ｔ）２の１／８である。
なお、上記所定の面積Ｓは、不完全セルが存在する中心部又は外周部のセルのセルピッチをＰ、セル壁の厚さをＴとした場合に、Ｓ＝（Ｐ−Ｔ）２／８の式で表される。すなわち、上記所定の面積Ｓは、完全セルのセル開口部の面積（Ｐ−Ｔ）２の１／８である。
１ ハニカム構造体
１１ 中心部
１２ 外周部
１３ 境界隔壁
２ セル壁
３ セル
３２ 不完全セル
３２１ 特定不完全セル
１１ 中心部
１２ 外周部
１３ 境界隔壁
２ セル壁
３ セル
３２ 不完全セル
３２１ 特定不完全セル
Claims (3)
- 格子状に設けられたセル壁（２）と、該セル壁（２）に囲まれて形成された複数のセル（３）とを有し、排ガスを浄化するための触媒の担体として用いられるハニカム構造体（１）であって、
該ハニカム構造体（１）は、軸方向（Ｘ）に直交する断面において、中心軸を含む中心部（１１）と、該中心部（１１）の外側を覆うと共に該中心部（１１）よりもセル密度が低い外周部（１２）とにより構成されており、
上記中心部（１１）と上記外周部（１２）との間には、両者を隔てる境界隔壁（１３）が設けられており、
上記中心部（１１）及び上記外周部（１２）の上記セル（３）には、上記境界隔壁（１３）に接する不完全セル（３２）が含まれており、
上記境界隔壁（１３）を隔てて対向する上記中心部（１１）の上記不完全セル（３２）と上記外周部（１２）の上記不完全セル（３２）とのうち、セル開口部の面積が小さいほうであり、かつ、該セル開口部の面積が所定の面積Ｓ以下である特定不完全セル（３２１）は、上記セル壁（２）を構成する材料によって閉塞されており、
上記所定の面積Ｓは、上記不完全セル（３２）が存在する上記中心部（１１）又は上記外周部（１２）の上記セル（３）のセルピッチをＰ、上記セル壁（２）の厚さをＴとした場合に、Ｓ＝（Ｐ−Ｔ）２／８の式で表されることを特徴とするハニカム構造体（１）。 - 請求項１に記載のハニカム構造体（１）において、上記不完全セル（３２）が、上記境界隔壁（１３）を隔てて対向する上記中心部（１１）の上記不完全セル（３２）と上記外周部（１２）の上記不完全セル（３２）とのうち、セル開口部の面積が大きいほうであり、該セル開口部の面積が上記所定の面積Ｓ以下であり、かつ、四辺で構成されている四辺不完全セル（３２２）である場合には、該四辺不完全セル（３２２）は、上記セル壁（２）を構成する材料によって閉塞されていることを特徴とするハニカム構造体（１）。
- 請求項１又は２に記載のハニカム構造体（１）において、上記中心部（１１）を構成する上記セル壁（２）の全体と、上記外周部（１２）を構成する上記セル壁（２）の全体とは互いに傾斜していることを特徴とするハニカム構造体（１）。
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