JP5958567B2

JP5958567B2 - ハニカム構造体

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Inventors: 耕嗣玉井
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Description

本発明は、径方向における中心部から外周部に向かってセル密度が連続的又は段階的に低くなるセル密度分布を有す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装置としては、排気管の内側にハニカム構造体を配置した装置が知られている。ハニカム構造体は、一般に、格子状に設けられたセル壁と、セル壁に囲まれて形成された複数のセルとを有する。高温の排ガスがハニカム構造体のセル内に流されることにより、ハニカム構造体に担持された触媒が活性化され、排ガスの浄化が行われる。排気管内においては、ハニカム構造体の径方向における中心側への排ガスの流量が多くなり、外側への排ガスの流量が少なくなる傾向にある。そのため、排ガスの流速は、中心側においては高くなり、外側に向かうにつれて低くなる。即ち、ハニカム構造体内において、排ガスの流速にバラツキが生じる。その結果、排ガスの浄化効率が不十分になるという問題がある。

そこで、中心から外側に向かって又は外側から中心に向かってセル隔が凸状に湾曲した形状のハニカム構造体が開発されている（特許文献１参照）。かかる構成のハニカム構造体においては、セル密度が連続的に変化する。そして、例えば中央部のセル密度を外周部のセル密度よりも高くすることができる。その結果、ハニカム構造体内を流れる排ガスの流速の均一化を図ることが可能になる。

特開２００６−２６３９４７号公報

しかしながら、ハニカム構造体内に流入する排ガスの流速は、スロットルの開度等の運転条件により変化する。そのため、従来のハニカム構造体においては、必ずしも流速の均一化効果が得られない場合がある。具体的には、例えばスロットルの開度が大きく、全体の排ガス流量が多い場合には、ハニカム構造体内における排ガスの流速分布が均一化される。しかし、例えばスロットルの開度が小さく、全体の排ガス流量が少ない場合には、水力直径が大きなセル内へ排ガスの流入が集中する。また、スロットルの開度が小さく、排ガス流量が少ない場合には、排ガスの温度が低くなる。そのため、排ガスによってハニカム構造体が冷却されてしまう。このとき、排ガスの流入が集中する水力直径の大きなセル内に担持された触媒が失活し易くなる。したがって、低負荷走行後の急加速や一時停車後の発進のような場面において排ガスの浄化性能が低下するという問題が生じる。また、ハニカム構造体内の位置ごとの温度差が大きくなるため熱応力が発生し、ハニカム構造体にクラックが発生し、ハニカム構造体が破損するという問題がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、運転条件による排ガス浄化性能のバラツキを小さくすることが可能な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するハニカム構造体であって、
該ハニカム構造体は、径方向における中心部から外周部に向かってセル密度が連続的又は段階的に小さくなるセル密度分布を有し、
上記ハニカム構造体は、軸方向に波状に延びる波形セル壁と、上記軸方向に平坦状に延びる平坦セル壁とを有し、
上記波形セル壁は、最大セル密度に対するセル密度の比であるセル密度比が０．８５以下の領域に存在し、
上記波形セル壁の存在領域よりも上記中心部側に存在する上記セル壁は、上記平坦セル壁であることを特徴とするハニカム構造体にある。

上記ハニカム構造体は、中心部から外周部に向かって径方向にセル密度が連続的又は段階的に小さくなるセル密度分布を有する。そのため、例えばスロットルの開度が大きく、全体の排ガス流量が多い場合には、ハニカム構造体内の流速分布が均一化される。その結果、排ガス流量が多い場合における排ガスの浄化性能のバラツキが緩和される。

一方、例えばスロットルの開度が小さく、全体の排ガス流量が低い場合には、セル密度の小さい領域のセル内に排ガスの流入が集中する。上記ハニカム構造体においては、上記所定のセル密度比を満足するセル密度の小さい領域、即ち、径方向における中心部よりも外側の領域に波形セル壁が存在する。波形セル壁においては熱容量が大きくなっているため、排ガスの温度が低くなっても、ハニカム構造体の温度低下が抑制される。かかる観点から、排ガスの浄化性能の低下が抑制される。また、ハニカム構造体内の位置ごとの温度差を小さくすることができ、熱応力によってハニカム構造体にクラックが発生することを防止できる。

また、上記波形セル壁の存在領域よりも中心部側に存在するセル壁は、軸方向に平坦状に延びる平坦セル壁である。そのため、中心部側にまで波形セルを有する場合に比べて、ハニカム構造体の熱容量の増加が緩和される。それ故、例えばエンジンの始動直後においても、速やかにハニカム構造体の温度を上昇させることが可能になる。かかる観点からも、排ガスの浄化性能の低下が抑制される。さらに、上記のごとくセル密度の高い中心部側に平坦セル壁があるため、ハニカム構造体の圧力損失の増大が抑制される。

このように、上記ハニカム構造体は、運転条件による排ガス浄化性能のバラツキを小さくすることができる。したがって、走行モード全体での排ガスエミッションを低減することができる。

実施例１におけるハニカム構造体を示す斜視図。実施例１におけるハニカム構造体の軸方向に直交する断面を部分的に示す説明図。実施例１における試料Ｅ１のハニカム構造体の軸方向における断面を模式的に示す説明図。実施例１における、ハニカム構造体の中心からの距離と、セル密度と、セル密度比との関係を示す説明図。実施例１における、試料Ｅ１のハニカム構造体における軸方向に延びるセル壁の光学顕微鏡写真。実施例１及び実施例２における各ハニカム構造体（試料Ｅ１〜試料Ｅ６及び試料Ｃ１〜試料Ｃ６）の軸方向における断面を模式的に示す説明図。実施例２におけるハニカム構造体の軸方向に直交する断面を部分的に示す説明図。実施例２における、ハニカム構造体の中心からの距離と、セル密度と、セル密度比との関係を示す説明図。実験例１における、ハニカム構造体を備えた触媒コンバータを示す説明図。実験例１における、各ハニカム構造体の径方向における中心からの距離と、高流速の排ガスの流速比との関係を示す説明図。実験例１における、各ハニカム構造体の径方向における中心からの距離と、低流速の排ガスの流速比との関係を示す説明図。実験例２における、波形セルの存在領域と、エミッション比又は圧力損失比との関係を示す説明図。

次に、ハニカム構造体の好ましい実施形態について説明する。
ハニカム構造体において、セル密度は、単位面積当たりのセルの個数で表される。具体的には、セルを囲むセル壁の中間線（セル壁の厚み方向の中間位置を結んだ線）を結んで形成される部分の面積を単位セルの面積とすると、単位面積当たりのセルの個数が求められる。このセルの個数がセル密度である。

ハニカム構造体においては、径方向における中心部から外周部に向かってセル密度が連続的又は段階的に小さくなる。「セル密度が連続的に小さくなる」とは、例えば、中心部から外周部に向かって径方向に隣り合うセルのセル密度が連続的に小さくなる構成等である。また、「セル密度が段階的に小さくなる」とは、例えば、中心部から外周部に向かって径方向にセル密度が小さくなるまでの間にセル密度が同じセルが複数並んでいる構成等である。セル密度を連続的又は段階的に小さくする具体的な手段としては、例えば、隣り合うセル同士の間隔（セルピッチ）を小さくする方法がある。また、セルの形状を変化させる方法等もある。また、本発明の上述の作用効果を損ねない範囲において、セル密度の分布のうち最もセル密度が高い点が、ハニカム構造体断面の中心部から若干ずれる構成となっていてもよい。

ハニカム構造体は、全体が一体成形されて構成されていてもよい。また、ハニカム構造体は、複数のセグメントが接合されて構成されていてもよい。好ましくは、ハニカム構造体は一体成形されていることがよい。この場合には、複数のセグメントを接合したときに形成される接合部分を回避できる。そのため、ハニカム構造体の圧力損失の低減が可能になる。

波形セル壁は、ハニカム構造体の軸方向における全長Ｌ１に対する、軸方向に波状に延びるセル壁の実際の長さＬ２との比（Ｌ２／Ｌ１）が１．０２以上となるセル壁である。一方、平坦セル壁は、上述のＬ２／Ｌ１が１．０２未満となるセル壁である。波形セル壁は、軸方向に延びるセル壁の全体が波状であってもよいし、セル壁の少なくとも一部が波状であってもよい。即ち、軸方向に延びるセル壁が上述のようにＬ２／Ｌ１≧１．０２という関係を満足すれば当該セル壁は波形セル壁である。なお、排ガスとの接触面積をより高めて排ガス浄化性能をより向上させるという観点、及び熱容量をより大きくして低温の排ガスによる触媒活性の低下を抑制するという観点から、波形セル壁は、Ｌ２／Ｌ１≧１．０５であることがより好ましい。

波形セル壁は、上述のごとく最大セル密度に対するセル密度の比であるセル密度比が０．８５以下の領域に存在する。波形セル壁は、セル密度比が０．８以下の領域に存在することが好ましい。この場合には、運転条件による排ガス浄化性能のバラツキを小さくし、走行モード全体での排ガスエミッションを低減できるという上述の作用効果に加えて、さらに外力に対する強度が高く、信頼性により優れたハニカム構造体が得られるという効果を得ることができる。

ハニカム構造体は、例えば、触媒によって排ガスを浄化する触媒コンバータ等に用いられる。この場合には、ハニカム構造体は、例えばセル壁の表面等に排ガス浄化用の触媒を担持した状態で使用される。また、ハニカム構造体の気孔率は、例えば１０〜７０％とすることができる。また、ハニカム構造体の平均細孔径は、例えば２μｍ以上とすることができる。また、セル壁の厚みは、例えば４０〜１６０μｍとすることができる。

（実施例１）
次に、実施例としての複数のハニカム構造体（試料Ｅ１〜Ｅ３）、及び比較例としての複数のハニカム構造体（試料Ｃ１〜Ｃ３）について、図面を用いて説明する。まず、試料Ｅ１のハニカム構造体１について説明する。
図１及び図２に示すごとく、試料Ｅ１のハニカム構造体１は、格子状に設けられたセル壁１１と、セル壁１１に囲まれて形成された複数のセル１２とを有する。ハニカム構造体１は、径方向Ｙにおける中心部１０から外周部１３に向かってセル密度が連続的又は段階的に小さくなるセル密度分布を有する。図３に示すごとく、ハニカム構造体１は、軸方向Ｘに波状に延びる波形セル壁１１１と、軸方向Ｘに平坦状に延びる平坦セル壁１１２とを有する。波形セル壁１１１は、セル密度比が０．８５以下の領域に存在する。セル密度比は、最大セル密度に対するセル密度の比である。波形セル壁１１１の存在領域よりも中心部１０側に存在するセル壁１１は、平坦セル壁１１２である。以下、本例のハニカム構造体１を詳細に説明する。

図１に示すごとく、ハニカム構造体１は、排ガス浄化用の触媒の担体として用いられ、六角形格子状に設けられたセル壁１１と、そのセル壁１１に囲まれて形成された六角形状の複数のセル１２とを有する。また、ハニカム構造体１は、円筒状の外周壁１４を有し、外周壁１４の内側にセル壁１１及びセル１２を有している。ハニカム構造体１は、コージェライト製である。また、ハニカム構造体１の寸法は、外径が１０３ｍｍ、長さが１０５ｍｍである。ハニカム構造体１は、その全体が一体的に成形された構造を有している。なお、ハニカム構造体１において、セル１２を四角形状とすることもできる。この場合には、セル壁１１も四角形格子状となる。セル１２は丸形状、多角形状等にすることができ、セル壁１１は丸型格子状、多角形格子状にすることができる。

図２に示すごとく、ハニカム構造体１においては、径方向Ｙにおける中心部１０から外周部１３に向かってセル密度が小さくなっている。本例のハニカム構造体１の中心１０からの距離（ｍｍ）とセル密度（ｃｅｌｌｓ／ｍ²）とセル密度比との関係を図４に示す。なお、図４中のセル密度の単位「ｃｅｌｌｓ／ｍ²」は、１平方メートル当たりのセルの個数を表す。図２及び図４に示すように、本例のハニカム構造体１は、径方向Ｙにおける中心１０からの距離が１７ｍｍの位置まではセル密度が変化せず、その位置からは外周部１３に向かってセル密度が連続的に小さくなるセル密度分布を有している。

図３に示すごとく、ハニカム構造体１は、軸方向Ｘに波状に延びる波形セル壁１１１と、軸方向Ｘに平坦状に延びる平坦セル壁１１２とを有する。波形セル壁１１１は、ハニカム構造体１の軸方向Ｘにおける全長Ｌ１に対する、軸方向Ｘに波状に延びる波状セル壁１１１の実際の長さＬ２との比（Ｌ２／Ｌ１）が１．０２以上となるセル壁１１である（図３及び図５参照）。一方、平坦セル壁１１２は、Ｌ２／Ｌ１が１．０２未満となるセル壁１１である。図５は、波形セル壁１１１の一例を示す光学顕微鏡写真（ＳＥＭ写真）であり、上述の波状セル壁１１１の実際の長さＬ２を曲線により示している。Ｌ１は、ノギス等の測定器により、ハニカム構造体１の軸方向Ｘにおける両端面間の距離を測定することにより求められる。Ｌ２は、光学顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、非接触式の形状測定機等を用いて、軸方向に延びるセル壁の実際の長さを測定することにより求められる。

図３に示すように、ハニカム構造体１の径方向Ｙの外側（外周部１３側）に位置するセル壁１１が波形セル壁１１１であり、内側（中心部１０側）に位置するセル壁１１が平坦セル壁１１２である。ハニカム構造体１において、波形セル壁１１１は、径方向Ｙの外側に向けてセル密度が小さくなるセル１２のうち、セル密度比が０．８５以下のセル１２の壁１１に形成されている（図３参照）。ハニカム構造体１においては、上述のように径方向Ｙにおける中心１０から外周部１３に向けてセル密度が小さくなるため、中心領域のセル密度が最大セル密度となる。

ハニカム構造体１においては、セル密度比が０．８５以下となる領域に存在するセル壁１１の全てが、Ｌ２／Ｌ１≧１．０２の関係を満足する波形セル壁１１１である。一方、セル密度比が０．８５を超える領域に存在するセル壁１１は、全て平坦セル壁１１２である。換言すれば、波形セル壁１１１の存在領域よりも中心部１０側に存在するセル壁１１は、平坦セル壁１１２である。

波形セル壁１１１は、全長が波形であってもよいが、一部が波形であってもよい。また、波形セル壁１１１の波の高さは任意の値をとることができる。即ち、軸方向Ｘに延びるセル壁１１が上述のようにＬ２／Ｌ１≧１．０２という関係を満足すれば、このセル壁１１は波形セル壁１１１である（図３及び図５参照）。なお、排ガスとの接触面積をより高めるという観点から波形セル壁１１１は、Ｌ２／Ｌ１≧１．０５を満足することがより好ましい。

ハニカム構造体１は、次の製造方法によって作製された。
まず、例えばカオリン、溶融シリカ、水酸化アルミニウム、アルミナ、タルク、カーボン粒子等の原料粉末が混合される。これらの原料粉末は、最終的な化学組成が重量比にてＳｉＯ₂：４５〜５５％、Ａｌ₂Ｏ₃：３３〜４２％、ＭｇＯ：１２〜１８％となるコージェライトの組成となるように混合される。この原料粉末に、水、バインダ等を所定量添加し、混錬することにより、セラミックス原料が得られる。

次いで、押出成形型を用いてセラミックス原料がハニカム状に押出成形されることにより、ハニカム成形体が得られる。このとき、セル壁の形状に対応する形状のスリット溝を有する押出成形型を用いて押出成形が行われる。そして、マイクロ波によりハニカム成形体が乾燥され、所望の長さに切断される。その後、ハニカム成形体が所定の最高温度（例えば、１３９０〜１４３０℃）で焼成される。これにより、図１〜図３に示すごとく、ハニカム構造体１が得られる。上述の波形セル壁１１１は、押出成形時のセラミックス原料の流速を速くすることにより形成される。したがって、波形セル壁１１１を形成する領域において、原料の流速を部分的に高くすることにより、上述の所望の領域に波形セル壁１１１が形成される。ハニカム構造体１の軸方向Ｘにおける全長Ｌ１に対する、軸方向Ｘに延びる波形セル壁１１１の実際の長さＬ２との比についても、原料の流速を調整することにより、適宜制御することが可能である。波形セル壁１１１を形成するために原料の流速を部分的に高くする方法としては、ハニカム構造体１の製造工程で使用される押出成形型の流路幅や長さを部分的に変化させておくことにより、流路抵抗を低減し原料流速を速くする方法がある。または、押出成形型の一部領域を予め流体研磨しておくことにより、壁面粗度を低減し流路抵抗を低減し、原料流速を速くする方法がある。いずれの方法によっても、目的とする波形セル壁を所望の領域に形成することができる。

次に、試料Ｅ２のハニカム構造体１について説明する。図６（ｂ）には、試料Ｅ２のハニカム構造体１における波形セル壁１１１と平坦セル壁１１２との位置関係が示されている。試料Ｅ２においては、試料Ｅ１に比べて径方向Ｙのより外側の領域において波形セル１１１が形成されている（図６（ａ）及び図６（ｂ）参照）。具体的には、図６（ｂ）に示すごとく、試料Ｅ２においては、波形セル壁１１１は、径方向Ｙにおける中心部１０から外周部１３に向けてセル密度が小さくなるセル１２のうち、セル密度比が０．８０以下のセル１２の壁１１に形成されている。一方、セル密度比が０．８０を超える領域に存在するセル壁１１は、全て平坦セル壁１１２である。試料Ｅ２におけるその他の構成は、試料Ｅ１と同様である。

次に、試料Ｅ３のハニカム構造体１について説明する。図６（ｃ）には、試料Ｅ３のハニカム構造体１１おける波形セル壁１１１と平坦セル壁１１２との位置関係が示されている。試料Ｅ３においては、試料Ｅ１及び試料Ｅ２に比べて径方向Ｙのさらに外側の領域において波形セル１１１が形成されている（図６（ａ）〜（ｃ）参照）。具体的には、図６（ｃ）に示すごとく、ハニカム構造体１においては、波形セル壁１１１は、径方向Ｙにおける中心部１０から外周部１３に向けてセル密度が小さくなるセル１２のうち、セル密度比が０．７０以下のセル１２の壁１１に形成されている。一方、セル密度比が０．７０を超える領域に存在するセル壁１１は、全て平坦セル壁１１２である。試料Ｅ３におけるその他の構成は、試料Ｅ１と同様である。

なお、図６及び先述の図３は、ハニカム構造体における波形セルの位置を模式的に表すイメージ図であり、セル密度分布等は正確には表記されていない。また、図６（ｂ）及び図６（ｃ）にそれぞれ示された試料Ｅ２及び試料Ｅ３の比較用として、図６（ａ）に、上述の試料Ｅ１のハニカム構造体１における波形セル壁１１１と平坦セル壁１１２との位置関係を示してある。

次に、試料Ｃ１のハニカム構造体７について説明する。図６（ｄ）は、試料Ｃ１のハニカム構造体７において、軸方向Ｘに延びるセル壁７１の形状を示している。同図に示すように、試料Ｃ１においては、セル壁７１は全て平坦状である。試料Ｃ１におけるその他の構成は、試料Ｅ１と同様である。即ち、試料Ｃ１は、波形セル壁を有しておらず、セル壁７１の全てが平坦セル壁からなる点を除いては、試料Ｅ１と同様である。

次に、試料Ｃ２のハニカム構造体８について説明する。図６（ｅ）は、試料Ｃ２のハニカム構造体８における波形セル壁８１１と平坦セル壁８１２との位置関係を示している。試料Ｃ２においては、試料Ｅ１〜３に比べて径方向Ｙの内側の領域にまで波形セル８１１が形成されている（図６（ａ）〜（ｃ）、図６（ｅ）参照）。具体的には、図６（ｅ）に示すごとく、試料Ｃ２においては、波形セル壁８１１は、径方向Ｙの外側に向けてセル密度が小さくなるセル８２のうち、セル密度比が０．９５以下のセル８２の壁８１に形成されている。一方、セル密度比が０．９５を超える領域に存在するセル壁８１は、全て平坦セル壁８１２である。試料Ｃ２におけるその他の構成は、試料Ｅ１と同様である。

次に、試料Ｃ３のハニカム構造体８について説明する。図６（ｆ）は、試料Ｃ３のハニカム構造体８における波形セル壁８１１と平坦セル壁８１２との位置関係を示している。試料Ｃ３においても、試料Ｃ２と同様に、試料Ｅ１〜３に比べて径方向Ｙの内側の領域にまで波形セル８１１が形成されている（図６（ａ）〜（ｃ）、図６（ｆ）参照）。具体的には、図６（ｆ）に示すごとく、試料Ｃ３においては、波形セル壁８１１は、径方向Ｙの外側に向けてセル密度が小さくなるセル８２のうち、セル密度比が０．９０以下のセル８２の壁８１に形成されている。一方、セル密度比が０．９０を超える領域に存在するセル壁８１は、全て平坦セル壁８１２である。試料Ｃ３におけるその他の構成は、試料Ｅ１と同様である。

次に、実施例におけるハニカム構造体１（試料Ｅ１〜Ｅ３）の作用効果について説明する。
試料Ｅ１〜Ｅ３のハニカム構造体１は、図１、図２、及び図４に示すごとく、中心部１０から外周部１３に向かって径方向Ｙにセル密度が連続的又は段階的に小さくなるセル密度分布を有する。そのため、例えばスロットルの開度が大きく、全体の排ガス流量が多い場合には、ハニカム構造体１内の流速分布が均一化される。その結果、排ガス流量が多い場合における排ガスの浄化性能のバラツキを小さくすることができる。

一方、例えばスロットルの開度が小さく、全体の流量が低い場合には、セル密度の小さい領域のセル１２内に排ガスの流入が集中する。試料Ｅ１〜Ｅ３のハニカム構造体１においては、上記所定セル密度比を満足するセル密度の小さい領域、即ち、径方向Ｙにおける中心部１０よりも外側の領域に波形セル壁１１１が存在する（図３及び図６参照）。そのため、例えば試料Ｃ１に比べて、排ガスの流入が集中するセル密度の小さい領域において、排ガスとセル壁１１との接触面積が増大する。それ故、排ガスの浄化性能の低下が抑制される。また、波形セル壁１１１においては熱容量が大きくなっているため、排ガスの温度が低くなっても、ハニカム構造体１の温度低下が抑制される。かかる観点からも、排ガスの浄化性能の低下が抑制される。

また、波形セル壁１１１の存在領域よりも中心部１０側に存在するセル壁１１は、軸方向Ｘに平坦状に延びる平坦セル壁１１２である（図６参照）。そのため、より中心部１０側にまで波形セル１１１を有する試料Ｃ２及び試料Ｃ３のハニカム構造体８に比べると、試料Ｅ１〜試料Ｅ３のハニカム構造体１においては、熱容量の増加が緩和される。それ故、例えばエンジンの始動直後においても、速やかにハニカム構造体１の温度を上昇させることが可能になる。かかる観点からも、排ガスの浄化性能の低下が抑制される。さらに、上記のごとく、中心部１０側に平坦セル壁１１２があるため、ハニカム構造体１の圧力損失の増大が抑制される。

このように、実施例にかかるハニカム構造体１は、運転条件による排ガス浄化性能のバラツキを小さくすることができる。

（実施例２）
次に、実施例１とはセル密度分布を変更したハニカム構造体の例について説明する。本例においては、実施例にかかるハニカム構造体（試料Ｅ４〜試料Ｅ６）、比較例にかかるハニカム構造体（試料Ｃ４〜試料Ｃ６）について説明する。
図７に示すごとく、実施例にかかるハニカム構造体１（試料Ｅ４〜Ｅ６）は、実施例１と同様に、径方向Ｙにおける中心部１０から外周部１３に向かってセル密度が小さくなっている。しかし、本例においては、セル密度の変化パターンが実施例１とは異なる。本例のハニカム構造体１の中心１０からの距離（ｍｍ）とセル密度（ｃｅｌｌｓ／ｍ²）とセル密度比との関係を図８に示す。図７及び図８に示すように、本例のハニカム構造体１においては、径方向Ｙにおける中心１０からの距離が１７ｍｍの位置まではセル密度が変化せず、その位置からは外周部１３に向かって距離が４０ｍｍの位置までセル密度が連続的に小さくなり、さらにその位置から外周部１３まではセル密度が変化しない。セル密度分布を除く他の構成は、実施例１と同様である。なお、図示は省略するが、比較例にかかる試料Ｃ４〜試料Ｃ６のハニカム構造体のセル密度分布も試料Ｅ４〜試料Ｅ６と同様である。以下に、本例の各試料について説明する。

試料Ｅ４のハニカム構造体１においては、実施例１における試料Ｅ１と同様に、セル密度比が０．８５以下である領域に存在するセル壁１１の全てが波形セル壁１１１であり、セル密度比が０．８５を超える領域に存在するセル壁１１は、全て平坦セル壁１１２である。試料Ｅ４のハニカム構造体１における波形セル壁１１１と平坦セル壁１１２との位置関係は、試料Ｅ１と同様であり、図６（ａ）が参照される。

試料Ｅ５のハニカム構造体１においては、実施例１における試料Ｅ２と同様に、セル密度比が０．８０以下である領域に存在するセル壁１１の全てが波形セル壁１１１であり、セル密度比が０．８０を超える領域に存在するセル壁１１は、全て平坦セル壁１１２である（図示略）。試料Ｅ５のハニカム構造体１における波形セル壁１１１と平坦セル壁１１２との位置関係は、試料Ｅ２と同様であり、図６（ｂ）が参照される。

試料Ｅ６のハニカム構造体１においては、実施例１における試料Ｅ３と同様に、セル密度比が０．７０以下である領域に存在するセル壁１１の全てが波形セル壁１１１であり、セル密度比が０．７０を超える領域に存在するセル壁１１は、全て平坦セル壁１１２である（図示略）。試料Ｅ６のハニカム構造体１における波形セル壁１１１と平坦セル壁１１２との位置関係は、試料Ｅ３と同様であり、図６（ｃ）が参照される。

試料Ｃ４のハニカム構造体７は、波状セル壁を有しておらず、セル壁７１の全てが平坦状である。試料Ｃ４における軸方向Ｘに延びるセル壁の形状は、実施例１における試料Ｃ１と同様であり、図６（ｄ）が参照される。

試料Ｃ５のハニカム構造体８においては、実施例１における試料Ｃ２と同様に、セル密度比が０．９５以下である領域に存在するセル壁８１の全てが波状セル壁８１１であり、セル密度比が０．９５を超える領域に存在するセル壁８１は、全て平坦セル壁８１２である（図示略）。試料Ｃ５における波形セル壁８１１と平坦セル壁８１２との位置関係は、試料Ｃ２と同様であり、図６（ｅ）が参照される。

試料Ｃ６のハニカム構造体８においては、実施例１における試料Ｃ３と同様に、セル密度比が０．９０以下である領域に存在するセル壁８１の全てが波状セル壁８１１であり、セル密度比が０．９０を超える領域に存在するセル壁８１は、全て平坦セル壁８１２である（図示略）。試料Ｃ６における波形セル壁８１１と平坦セル壁８１２との位置関係は、試料Ｃ３と同様であり、図６（ｆ）が参照される。

なお、本例のハニカム構造体において、実施例１と同じ符号は、実施例１と同一の構成を示し、先行する説明を参照する。本例における試料Ｅ４〜試料Ｅ６のハニカム構造体１は、試料Ｃ４〜試料Ｃ６との比較において、実施例１と同様の作用効果を奏する。

（実験例１）
次に、上述の実施例１及び２における各ハニカム構造体（試料Ｅ１〜試料Ｅ６、試料Ｃ１〜試料Ｃ６）について、流速分布、排ガス浄化性能、圧力損失、アイソスタティック強度の評価を行った。以下に、流速分布、排ガス浄化性能、圧力損失、アイソスタティック強度の評価方法について説明する。なお、以下の説明においては、実施例にかかるハニカム構造体１を用いた場合の評価方法を図面と共に示すが、比較例についても同様である。

「流速分布の評価」
図９に示すごとく、排ガス浄化用の触媒を担持したハニカム構造体１をアルミナマット５１で巻いた状態で排気管５２内に設置することにより、触媒コンバータ８を作製した。また、ハニカム構造体１の下流側には、図示を省略した流速計（ＫＡＮＯＭＡＸ製、ＭＯＤＥＬ６１１５）を設置した。次いで、ハニカム構造体１に所定量の空気Ａ１（高流速：７０ｍ／ｓ、低流速：１０ｍ／ｓ）を流通させ、ハニカム構造体１を通過した直後の空気Ａ２の流速を流速計にて測定した。測定は、ハニカム構造体１の中心１０から外周部１３までを等分した各地点（計１１地点）において行った。図１０及び図１１に、ハニカム構造体の中心からの径方向における距離（但しハニカム構造体の半径Ｒ＝１）と、流速比との関係を示す。図１０は、高流速時における結果であり、図１１は、低流速時における結果である。

「排ガス浄化性能の評価」
まず、エミッション比の測定を行った。具体的には、まず、上述の流速分布の評価と同様の触媒コンバータ８を作製した。ただし、排ガス浄化性能の評価において使用するハニカム構造体１は、一度エンジンに搭載されて走行が行われており、ハニカム構造体１に担持された触媒が劣化している。次いで、ハニカム構造体１を自動車の排ガス管内の所定の位置に設置した。そして、所定のモード（ＬＡ♯４評価モード）で走行を行い、排出されるエミッション（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）量を測定した。試料Ｃ１のハニカム構造体におけるエミッション量を基準とし、試料Ｅ１〜試料Ｅ３、試料Ｃ２、及び試料Ｃ３のエミッション比を求めた。同様に、試料Ｃ４のエミッション量を基準とし、試料Ｅ４〜試料Ｅ６、試料Ｃ５、及び試料Ｃ６のエミッション比を求めた。その結果を後述の表１及び表２に示す。

次に、各ハニカム構造体１内の触媒温度の測定を行った。具体的には、ハニカム構造体１内に温度センサを設置することにより、低負荷運転直後におけるハニカム構造体１の内部温度を測定した。ハニカム構造体１における径方向Ｙの３箇所×長手方向の３箇所の合計９箇所における温度を測定した。次いで、これらの温度の平均値を算出した。試料Ｃ１のハニカム構造体７の温度を基準とし、試料Ｅ１〜試料Ｅ３、試料Ｃ２、及び試料Ｃ３の温度を評価した。同様に、試料Ｃ４のハニカム構造体７の温度を基準とし、試料Ｅ４〜試料Ｅ６、試料Ｃ５、及び試料Ｃ６の温度を評価した。具体的には、試料Ｃ１又は試料Ｃ４の温度に対して温度が低下した場合を「−」、温度が上昇した場合を「＋」、有意差がなかった場合を「０」と評価した。その結果を後述の表１及び表２に示す。

「圧力損失」
次に、ハニカム構造体１の圧力損失の測定を行った。具体的には、圧力損失測定装置（図示略）を用いて、ハニカム構造体１にガス（空気）を流した時の圧力損失を測定した。圧力損失測定装置は、ハニカム構造体１に流入する直前のガスの圧力とハニカム構造体１から流出した直後のガスの圧力との差（差圧）を測定する差圧計と、ハニカム構造体１にガスを流すためのブロワーとを備えている。具体的な手順としては、まず、上述の流速分布の評価と同様の触媒コンバータ８を作製した（図９参照）。次いで、ブロワーにより排気管５２内にガスを流した。このときの差圧を差圧計により測定した。この差圧が圧力損失である。ハニカム構造体１に流すガスの流速は４ｍ³／分である。試料Ｃ１の圧力損失を１としたときにおける、試料Ｅ１〜試料Ｅ３、試料Ｃ２、及び試料Ｃ３の圧力損失の相対値を求めた。同様に、試料Ｃ４の圧力損失を１としたときにおける、試料Ｅ４〜試料Ｅ６、試料Ｃ５、及び試料Ｃ６の圧力損失の相対値を求めた。その結果を表１及び表２に示す。

「アイソスタティック強度」
アイソスタティック強度は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格であるＪＡＳＯ規格Ｍ５０５−８７に準拠して試験を行うことにより、測定した。

なお、ハニカム構造体１に担持する触媒としては、所謂三元触媒等が用いられる。三元触媒としては、例えば貴金属である白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）のうちの少なくとも１種と、γアルミナと、セリア等の酸素吸蔵剤（助触媒）とを含有する触媒等が用いられる。

図１０より知られるごとく、排ガスの流速が高い場合には、各実施例（試料Ｅ１〜試料Ｅ６）及び比較例（試料Ｃ１〜試料Ｃ６）のいずれのハニカム構造体１、７、８においても、中心１０、７０、８０からの距離、即ちセル密度にあまり関係なく、流速のバラツキが軽減されていた。これは、各ハニカム構造体１、７、８が、中心部１０、７０、８０から外周部１３、７３、８３に向かってセル密度が連続的又は段階的に小さくなるセル密度分布を有しているからである（図２及び図７参照）。一方、排ガスの流速が低い場合には、図１１より知られるごとく、各ハニカム構造体１、７、８の外周部１３、７３、８３の付近、具体的には、セル密度が小さい領域において流速が高くなることがわかる。このように、試料Ｅ１〜試料Ｅ６及び試料Ｃ１〜試料Ｃ６のいずれのハニカム構造体１、７、８においても、排ガスの流速が低い場合において、流速のバラツキが大きくなる傾向がある。

一方、表１及び表２には、排ガス浄化性能として、排ガスのエミッション比とハニカム構造体内に担持された触媒の温度が示されている。表１より、試料Ｅ１〜試料Ｅ３のハニカム構造体においては、試料Ｃ１に比べて排ガスのエミッション比が低下していることがわかる。試料Ｅ４〜試料Ｅ６についても、試料Ｃ４との比較により同様のことがいえる。これは、試料Ｅ１〜試料Ｅ６のハニカム構造体１においては、セル密度比が０．８５以下という特定の領域に、波形セル壁１１１が形成されているためである（図６参照）。即ち、試料Ｅ１〜試料Ｅ６においては、上述のように排ガスの流速にばらつきがあっても（図１０及び図１１参照）、排ガスのエミッション比の低下が可能であり、優れた浄化性能が発揮される。

また、試料Ｃ２及び試料Ｃ３のハニカム構造体８は、試料Ｅ１〜試料Ｅ３と同様に波形セル壁８１１を有しているものの、試料Ｃ１に比べて排ガスのエミッション比が高くなっている（表１参照）。同様に、試料Ｃ５及び試料Ｃ６についても、試料Ｃ４との比較により同様のことが言える（表２参照）。これは、試料Ｃ２、試料Ｃ３、試料Ｃ５、試料Ｃ６のハニカム構造体８においては、実施例に比べて、さらにセル密度の高い領域、即ち中心部８０側にまで波形セル壁８１１が存在しているためであると考えられる（図６参照）。より具体的には、ハニカム構造体８の熱容量が大きくなることにより、エンジンの始動直後における触媒の温度上昇に時間がかかり、その結果、触媒活性の発現前におけるエミッション量が増加するためであると考えられる。実施例におけるハニカム構造体１における排ガスのエミッション比をより一層低下させるという観点から、波形セル壁１１１は、セル密度比０．８以下の領域に存在することが好ましく（試料Ｅ２、試料Ｅ５参照）、セル密度比０．７以下の領域に存在することがより好ましい（試料Ｅ３、試料Ｅ６参照）。

また、低負荷運転直後の触媒温度に関しては、試料Ｅ１〜試料Ｅ３、試料Ｃ２、及び試料Ｃ３のハニカム構造体は、試料Ｃ１に比べて、触媒の冷却が抑制されており、高い温度を示していた（表１参照）。試料Ｅ４〜試料Ｅ６、試料Ｃ５、及び試料Ｃ６に関しても、試料Ｃ４との比較により同様のことが言える（表２参照）。即ち、試料Ｅ１〜試料Ｅ６等のハニカム構造体１においては、排ガスの温度が低くなる低負荷運転時に排ガスの流入が集中するセル密度比の低い領域に、熱容量の大きな波形セル壁１１１が存在しているため、触媒が冷却され難くなる（図６参照）。

また、表１及び表２より知られるように、波形セル壁１１１、８１１を有するハニカム構造体１、８（試料Ｅ１〜試料Ｅ６、試料Ｃ２、試料Ｃ３、試料Ｃ５、及び試料Ｃ６）は、波形セル壁を有さないハニカム構造体７（試料Ｃ１及び試料Ｃ４）に比べて、圧力損失が増大する傾向にある。しかし、試料Ｅ１〜試料Ｅ６のように、セル密度比０．８５を超える領域のセル壁１１を平坦セル壁１１２にすることにより（図６参照）、圧力損失の増大を緩和することができる（表１及び表２参照）。平坦セル壁１１２の割合を増やすことにより、圧力損失の低下が可能になるという観点からは、少なくともセル密度比０．８５を超える領域に存在するセル壁１１の全てが平坦セル壁１１２であることが特に好ましい。

また、表１及び表２より知られるように、ハニカム構造体１のアイソスタティック強度は、波形セル壁１１１が存在する境界領域となるセル密度比が小さくなっていくほど向上する傾向にある。そして、セル密度比０．８以下の領域に波形セル壁１１１が存在する場合に、アイソスタティック強度の向上効果がほぼ飽和する。したがって、試料Ｅ２、Ｅ３、Ｅ５、Ｅ６のように、波形セル壁１１１は、セル密度比が０．８以下の領域に存在することが好ましい。

以上の結果から、試料Ｅ１〜試料Ｅ６のハニカム構造体１は、例えば排ガスの平均流速が低くなっても、優れた排ガス浄化性能を示すことができる。これにより、試料Ｅ１〜６のハニカム構造体１は、運転条件等による排ガスの浄化性能のバラツキを小さくすることができ、優れた浄化性能を発揮することができる。

（実験例２）
本例は、波形セル壁の存在領域が異なる複数のハニカム構造体について、エミッション比及び圧力損失比を比較する例である。本例のハニカム構造体は、実施例１と同様に図４に示すセル密度分布を有しており、上述の図１０及び図１１に示すごとく、排ガスの流速が高い場合には、セル密度にあまり関係なく流速のバラツキが軽減されるが、排ガスの流速が低い場合には、流速のバラツキが大きくなる。

本例においては、セル密度比が０．７以下、０．７５以下、０．８以下、０．８３以下、０．８５以下、０．８７以下、０．８８以下、０．９以下、０．９１以下、０．９３以下、０．９５以下、１以下の領域にそれぞれ波形セル壁が存在する複数のハニカム構造体を準備した。また、実施例１の試料Ｃ１と同様に、波形セル壁を有していないハニカム構造体を準備した。本例における各ハニカム構造体は、波形セル壁の存在領域が異なる点を除いては、実施例１の試料Ｅ１と同様の構成を備えている。

次いで、これらのハニカム構造体について、上述の実験例１と同様に、エミッション比及び圧力損失比を測定した。各ハニカム構造体のエミッション比は、波形セル壁を有していないハニカム構造体（試料Ｃ１）のエミッションを１としたときにおける相対値である。同様に、各ハニカム構造体の圧力損失比は、波形セル壁を有していないハニカム構造体（試料Ｃ１）の圧力損失を１としたときにおける相対値である。その結果を図１２に示す。

図１２に示されるように、波形セル壁の存在領域が大きくなると、エミッション比が増大する傾向があるが、ハニカム構造体の波形セル壁の存在領域をセル密度比で０．８５以下に調整することにより、上述のように排ガスの流速にばらつきがあっても排ガスのエミッション比の十分な低下が可能になる。その結果、排ガス浄化性能に優れたハニカム構造体の実現が可能になる。ハニカム構造体の波形セル壁の存在領域をセル密度比で０．８以下に調整することにより、エミッション比の更なる低下が可能になる。また、図１２に示されるように、波形セル壁の存在領域が大きくなると、圧力損失が増大する傾向があるが、ハニカム構造体の波形セル壁の存在領域をセル密度比で０．８５以下に調整することにより、圧力損失の増大を十分に防止できる。ハニカム構造体の波形セル壁の存在領域をセル密度比で０．８以下に調整することにより、圧力損失の増大の更なる防止が可能になる。

１ハニカム構造体
１０中心
１１セル壁
１１１波形セル壁
１１２平坦セル壁
１２セル
１３外周部

Claims

格子状に設けられたセル壁（１１）と、該セル壁（１１）に囲まれて形成された複数のセル（１２）とを有するハニカム構造体（１）であって、
該ハニカム構造体（１）は、径方向（Ｙ）における中心部（１０）から外周部（１３）に向かってセル密度が連続的又は段階的に小さくなるセル密度分布を有し、
上記ハニカム構造体（１）は、軸方向（Ｘ）に波状に延びる波形セル壁（１１１）と、上記軸方向（Ｘ）に平坦状に延びる平坦セル壁（１１２）とを有し、
上記波形セル壁（１１１）は、最大セル密度に対するセル密度の比であるセル密度比が０．８５以下の領域に存在し、
上記波形セル壁（１１１）の存在領域よりも上記中心部（１０）側に存在する上記セル壁（１１）は、上記平坦セル壁（１１２）であることを特徴とするハニカム構造体（１）。
上記波形セル壁（１１１）は、上記セル密度比が０．８以下の領域に存在することを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造体（１）。