JP6291307B2 - ハニカム構造体 - Google Patents

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Description

本発明は、ハニカム構造体に関する。さらに詳しくは、例えば、排ガス浄化用の触媒を担持するための触媒担体として使用可能なハニカム構造体に関する。
自動車のエンジンなどの内燃機関から排出される排ガスには、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）などの有害物質が含まれている。こうした有害物質を低減し、排ガスを浄化する際には、触媒反応が広く用いられている。この触媒反応では、排ガスを触媒に接触させるという簡便な手法により、一酸化炭素（ＣＯ）などの有害な物質を他の無害な物質にすることができる。よって、自動車などでは、エンジンなどからの排気系の途中に触媒を設置することにより、排ガスの浄化を行っている。
自動車などの排気系に触媒を設置する際には、ハニカム構造体の隔壁に触媒を担持させて作られたハニカム触媒体が用いられている。ハニカム触媒体では、隔壁によって蜂の巣状の構造（ハニカム構造）を形作り、隔壁に囲まれた複数のセルのそれぞれに排ガスが流れていく。ハニカム触媒体では、ハニカム構造を形作っている隔壁の総表面積が大きくなるので、隔壁に担持されている触媒と排ガスとの接触頻度が高い。そのため、ハニカム触媒体によれば、排ガスの高い浄化効率を実現可能である（例えば、特許文献１，２）。近年、排ガス規制の要求レベルが高くなり、この要求レベルに応えるために、触媒の担持量を増加させる傾向にある。
特開２０１１−１９４３４２号公報 特開２０１３−０５３５９４号公報
ところが、ハニカム構造体の隔壁に多量の触媒を担持させる場合、隔壁の表面上に積層する触媒の層が厚くなり、その結果として、排ガスの流通時の圧力損失が増加してしまう。
上記の問題に鑑みて、本発明の目的は、隔壁に触媒を多量に担持させる場合であっても、圧力損失の増加を抑制することが可能なハニカム構造体を提供することにある。
本発明によれば、以下に示すハニカム構造体が提供される。
［１］ 一方の端面である第１端面から他方の端面である第２端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム構造部を備え、前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記隔壁の交差する部位が交点部であり、前記交点部に底部が尖った形状の凹部が形成されており、隣接する２つの前記交点部の組の総数のうちの１０％以上の個数の前記交点部の組で、隣接する２つの前記交点部の間での前記隔壁の最大厚さＸ１に対する前記交点部での前記隔壁の厚さＸ２の比が０．１〜０．８であるハニカム構造体。
［２］ 前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に垂直な断面において、隣接する２つの前記交点部の組の全てで、隣接する２つの前記交点部の間の前記隔壁の最大厚さＸ１に対する前記交点部での前記隔壁の厚さＸ２の比が０．１〜０．８である前記［１］に記載のハニカム構造体。
［３］ 前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記複数のセルのうちで前記ハニカム構造部の最外周に位置しない前記セルである完全セルを、前記隔壁が略多角形に区画形成する前記［１］または［２］に記載のハニカム構造体。
［４］ 前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記隔壁が前記完全セルを略四角形および略六角形のうちの少なくともいずれかに区画形成する前記［３］に記載のハニカム構造体。
本発明のハニカム構造体によれば、上記のように交点部間の隔壁の最大厚さＸ１に対する交点部での隔壁の厚さＸ２の比が０．１〜０．８であることにより、隔壁に触媒を多量に担持させる場合であっても、圧力損失の増加を抑制することが可能となる。
本発明の一実施形態のハニカム構造体の模式的な斜視図である。 図１中のＡ−Ａ’断面の模式図である。 図１中のＢ−Ｂ’断面のー部を拡大した模式図である。 図１に示されているハニカム構造体の隔壁に触媒を担持させた状態を模式的に示した断面図である。 本発明の他の実施形態を構成するハニカム構造体のセルの延びる方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。 本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体のセルの延びる方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。 本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体のセルの延びる方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。 本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体のセルの延びる方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。 本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体のセルの延びる方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。 本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体のセルの延びる方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。 本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体のセルの延びる方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。 本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体のセルの延びる方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。 本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体のセルの延びる方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。 本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体のセルの延びる方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。 本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体のセルの延びる方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。 本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体のセルの延びる方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。 本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体のセルの延びる方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。 本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体のセルの延びる方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。 本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体のセルの延びる方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。 本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体の模式的な斜視図である。 図２０中のＣ−Ｃ’断面の模式図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
１．ハニカム構造体：
図１〜３に示されているように、本発明の一実施形態のハニカム構造体１は、一方の端面である第１端面３から他方の端面である第２端面５まで延びる流体の流路となる複数のセル７を区画形成する多孔質の隔壁９を有するハニカム構造部１０を備える。ハニカム構造部１０のセル７の延びる方向（以下、「Ｚ方向」）に垂直な断面において、隔壁９の交差する部位が交点部１５であり、隣接する２つの交点部１５の組の総数のうちの１０％以上の個数の交点部１５の組で、隣接する２つの交点部１５の間での隔壁９の最大厚さＸ１に対する該交点部１５での隔壁９の厚さＸ２の比が０．１〜０．８である。以降において、上述の隔壁９の最大厚さＸ１のことを単に「最大厚さＸ１」ということにする。また、上述の隔壁９の厚さＸ２のことを単に「厚さＸ２」ということにする。また、最大厚さＸ１に対する厚さＸ２の比のことを単に「Ｘ２／Ｘ１比」ということにする。なお、図１は、本発明の一実施形態のハニカム構造体１の模式的な斜視図である。図２は、図１中のＡ−Ａ’断面の模式図である。図３は、図１中のＢ−Ｂ’断面のー部を拡大した模式図である。
図３を参照し述べると、例えば、交点部１５ａと交点部１５ｂとの組については、ハニカム構造部１０のＺ方向に垂直な断面において、以下に述べるような手法で、最大厚さＸ１および厚さＸ２を求める。図３中の交点部１５ａおよび交点部１５ｂを参照し説明すると、まず、最大厚さＸ１については、交点部１５ａと交点部１５ｂとの間の隔壁９の最大厚さとなる。また、交点部１５ａでの隔壁９の厚さＸ２については、交点部１５ａにおける、上述の最大厚さＸ１を測定した隔壁９の部位を挟んで隣接するセル７ａ，７ｂ間の最短距離となる。
図３に示されている模式的な断面図では、交点部１５ａと交点部１５ｂとの組において、交点部１５ａおよび交点部１５ｂの両方で、Ｘ２／Ｘ１比が０．１〜０．８を満たす。一方、交点部１５ｄと交点部１５ｅとの組において、交点部１５ｄおよび交点部１５ｅの両方で、Ｘ２／Ｘ１比が１である。交点部１５ｄと交点部１５ｅとの間では、隔壁９の厚さが均一である。
図３に示されているように、ハニカム構造体１では、Ｘ２／Ｘ１比が０．１〜０．８を満たす交点部１５の組において、当該交点部１５の組を構成する交点部１５間の隔壁９の中間部分の厚さより、当該交点部１５の組を構成する交点部１５の少なくとも一方で隔壁９の厚さが薄くなる。その結果として、ハニカム構造体１では、Ｘ２／Ｘ１比が０．１〜０．８を満たす交点部１５の組において、隔壁９が凹部１９を有するようになる。
図４は、ハニカム構造体１の隔壁９に触媒１７を担持させた状態を模式的に示した断面図である。図示されているように、ハニカム構造体１では、Ｘ２／Ｘ１比が０．１〜０．８を満たす交点部１５において、凹部１９の中に触媒１７を充填することが可能である。そのため、ハニカム構造体１によれば、触媒１７を少なくとも凹部１９に充填される分だけ多く担持させても、セル７の開口断面積を過度に減少させることはない。すなわち、ハニカム構造体１によれば、従来技術のような均一な厚さの隔壁（凹部を有さない隔壁）でセルを区画されている場合と比べて、隔壁９に担持させる触媒１７の量を増加させても、セル７の開口断面積が確保され易くなる。その結果、ハニカム構造体１によれば、隔壁９に担持させる触媒１７の量を増加させても、圧力損失の増加を抑制することが可能となる。
凹部１９の存在によって交点部１５での隔壁９の厚さが薄くなる場合でも、隔壁９に触媒１７を担持させた時には、凹部１９が触媒１７に埋められ、当該交点部１５でも構造的強度が補強される。
ハニカム構造体１では、Ｘ２／Ｘ１比０．１〜０．８である交点部１５の組の数が、交点部１５の組の総数の１０％以上であることが好ましい。Ｘ２／Ｘ１比０．１〜０．８である交点部１５の組の数が交点部１５の組の総数の１０％以上である場合、隔壁９に担持させる触媒１７の量をより増加させても、圧力損失の増加をより抑制することが可能となる。また、Ｘ２／Ｘ１比０．１〜０．８である交点部１５の組の数が交点部１５の組の総数の１０％以上である場合、隔壁９に触媒１７を担持させた時には、凹部１９が触媒１７に埋められ、当該交点部１５でも構造的強度がより補強される。さらに、ハニカム構造体１では、Ｘ２／Ｘ１比０．１〜０．８である交点部１５の組の数が、交点部１５の組の総数の３０〜１００％であることがより好ましく、１００％であることが最も好ましい。
図５は、本発明の他の実施形態を構成するハニカム構造体２０ａのＺ方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。ハニカム構造体２０ａのように、ハニカム構造部１０のＺ方向に垂直な断面において、隣接する２つの交点部１５の組の全てで、Ｘ２／Ｘ１比が０．１〜０．８であることが最も好ましい。ハニカム構造体２０ａのように、交点部１５の組の全てで、Ｘ２／Ｘ１比が０．１〜０．８である場合、隔壁９に担持させる触媒１７の量を増加させた際の圧力損失の増加を抑制する効果をより奏し易くなる。
図３および図５に示されているハニカム構造体１，２０ａのように、ハニカム構造部１０のＺ方向に垂直な断面において、複数のセル７のうちでハニカム構造部１０の最外周に位置しないセル７である完全セル１３を、隔壁９が略多角形に区画形成することが好ましい。隔壁９が完全セル１３を略多角形に区画形成することにより、ハニカム構造体１の機械的強度が高くなる。
本明細書にいう「隔壁９が完全セル１３を略多角形に区画形成する」とは、完全セル１３が略直線状の隔壁９の辺に取り囲まれていることを意味する。ここで、「略直線状の隔壁９の辺」とは、以下のように定める。まず、隣接する交点部１５間の隔壁９を、一方の交点部１５から他方の交点部１５に向けて三等分する。そして、隣接する交点部１５間で三等分された隔壁９うちの、中間部分の隔壁９が均一な厚さで且つ直線状に延びている場合、隣接する交点部１５間で隔壁９の辺が略直線状であるものとする。図３を参照し説明すると、交点部１５ｂと交点部１５ｃとの間の隔壁９を、交点部１５ｂから交点部１５ｃに向けて、領域Ｌ１、領域Ｌ２、領域Ｌ３と三等分し、領域Ｌ１〜領域Ｌ３のうちの中間部分に位置する領域Ｌ２の隔壁９が均一な厚さで且つ直線状に延びている場合、交点部１５ｂと交点部１５ｃとの間の隔壁９の辺が略直線状であるとする。そして、図３中のセル７ｂのように、セル７を取り囲んでいる隔壁９の辺の全てが略直線状である場合、隔壁９がセル７（完全セル１３）を略多角形に区画しているものとする。
さらに、ハニカム構造部１０のＺ方向に垂直な断面において、隔壁９が、完全セル１３を略四角形および略六角形のうちの少なくともいずれかに区画形成することが好ましく、特に、略六角形に区画形成することが好ましい。隔壁９が完全セル１３を略四角形または略六角形に区画形成することにより、ハニカム構造体１の機械的強度がより高くなる。特に、隔壁９が完全セル１３を略六角形に区画形成する場合、略四角形の場合と比べて、隔壁９の表面積が大きくなり、触媒１７を担持させた際の触媒１７による浄化効率を高めることができる。
ハニカム構造部１０のＺ方向に垂直な断面において、隔壁９が完全セル１３を略四角形および略六角形のうちの少なくともいずれかに区画形成し、かつ、隣接する２つの交点部１５の組の全てで、Ｘ２／Ｘ１比が０．１〜０．８であることが更に好ましい。この構成によれば、ハニカム構造体１の構造的強度がより高まり、かつ、隔壁９に担持させる触媒１７の量を増加させた際の圧力損失の増大を抑制する効果をより奏し易くなる。特に、ハニカム構造部１０のＺ方向に垂直な断面において、隔壁９が完全セル１３を略六角形に区画形成し、かつ、隣接する２つの交点部１５の組の全てで、Ｘ２／Ｘ１比が０．１〜０．８であることが最も好ましい。
図６〜図１１は、本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体２０ｂ〜２０ｇのＺ方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。ハニカム構造体２０ｂ〜２０ｇは、いずれも隔壁９が完全セル１３を略四角形に区画形成するものに該当する。交点部１５に形成されている凹部１９は、任意のものとできる。ハニカム構造体２０ｂ，２０ｃでは、凹部１９の形状は、底部が尖った形状となっている（図６および図７）。ハニカム構造体２０ｄ，２０ｅでは、凹部１９の形状は、丸みを帯びて膨出して凹んだ形状となっている（図８および図９）。ハニカム構造体２０ｆでは、凹部１９の形状は、ジグザグな輪郭で凹んだ形状となっている（図１０）。ハニカム構造体２０ｇでは、底部が平らで四角形状に凹んだ形状となっている（図１１）。
図１２〜図１７は、本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体３０ａ〜３０ｆのＺ方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。ハニカム構造体３０ａ〜３０ｆは、いずれも隔壁９が完全セル１３を略六角形に区画形成するものに該当する。また、ハニカム構造体３０ａ〜３０ｆは、いずれも、凹部１９の形状は、底部が尖った形状となっている（図１２〜図１７）。
図１８および図１９は、本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体３５ａ，３５ｂのＺ方向に垂直な断面の一部を拡大した模式図である。ハニカム構造体３５ａ，３５ｂでは、完全セル１３が、略直線状の隔壁９によって区画形成されていない。
以下、上述のハニカム構造体１における「その他の特徴」を説明する。なお、特に言及のない限り、下記の「その他の特徴」については、本発明のハニカム構造体のいずれの実施形態においても適用され得るものとする。
ハニカム構造体１では、隔壁９の気孔率が通常２０〜６０％である。さらに、隔壁９の気孔率は、２５〜５５％であることが好ましく、２５〜４５％であることがより好ましく、特に、２５〜４０％であることが最も好ましい。隔壁９の気孔率が２０％未満の場合には、ハニカム構造体５０の重量が増加してしまい、また、熱容量が増大してしまう。隔壁９の気孔率が６０％超の場合には、ハニカム構造体１の構造的強度が低下してしまう。本明細書において「隔壁９の気孔率」とは、水銀ポロシメーターにより測定した値である。
ハニカム構造体１では、隔壁９の最大厚さＸ１は、通常０．０４〜０．６ｍｍであり、０．０５〜０．２ｍｍであることが好ましく、０．０６〜０．１６ｍｍであることが更に好ましく、０．０６〜０．１２ｍｍであることが特に好ましい。このように隔壁９の最大厚さＸ１が０．０４〜０．６ｍｍである場合には、ハニカム構造体１における熱容量が低減し、また、圧力損失の増大が抑制される。
本明細書において「隔壁９の厚さ」とは、Ｚ方向に対して垂直な断面において、隣接する２つのセル７を区画する隔壁９の厚さのことを意味する。「隔壁９の厚さ」は、例えば、画像解析装置（ニコン社製、商品名「ＮＥＸＩＶ、ＶＭＲ−１５１５」）によって測定することができる。
ハニカム構造体１では、セル密度は、１５〜１４０個／ｃｍ２であることが好ましく、さらに、３０〜１２０個／ｃｍ２であることがより好ましく、特に、４５〜９５個／ｃｍ２であることが最も好ましい。セル密度が１５個／ｃｍ２未満である場合には、排気ガスと触媒との接触面積が小さくなるので、排気ガスの浄化性能が劣る恐れがある。セル密度が１４０個／ｃｍ２超である場合には、圧力損失が著しく高くなってしまうことがある。本明細書において「セル密度」とは、Ｚ方向に垂直な断面における単位面積当たり（１ｃｍ２当たり）のセル７の個数を意味する。
また、ハニカム構造体１では、ハニカム構造部１０が、コージェライト、アルミナ、ムライト、窒化珪素、および炭化珪素からなる群から選ばれる１種以上を含有するセラミックス材料から形成されていることが好ましい。また、ハニカム構造部１０が、コージェライト、アルミナ、ムライト、窒化珪素、および炭化珪素からなる群から選ばれる１種以上を主成分として含有するセラミック材料から形成されていることがより好ましい。これらの中でも、コージェライトを主成分として含有するセラミック材料からハニカム構造部１０が形成されていることが最も好ましい。隔壁９の材料としてコージェライトを用いると、熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃性に優れたハニカム構造部１０となる。なお、本明細書において「主成分」というときは、全体の５０質量％以上含有することをいう。例えば、「コージェライトを主成分とする」とは、ハニカム構造部１０がコージェライトを５０質量％以上含有していることをいう。
ハニカム構造体１では、構造的強度を高める観点から、ハニカム構造部１０の外周が外周壁１１によって取り囲まれているとよい。外周壁１１の厚さは、特に限定されないが、０．０５〜１ｍｍが好ましい。外周壁１１の厚さを上記範囲内とする場合には、ハニカム構造体１の強度を適度に維持しつつ、圧力損失の増大を防止することができる。
ハニカム構造体１では、外周壁１１の材質は、隔壁９の材質（ハニカム構造部１０の材質）と同じであることが好ましいが、異なっていてもよい。
ハニカム構造体１では、外周壁１１の形状は、特に限定されない。外周壁１１の形状は、図１に示された円筒形状や、それ以外にも、Ｚ方向に垂直な断面形状が楕円形の筒形状、Ｚ方向に垂直な断面形状が四角形、五角形、六角形等の多角形の筒形状等であってもよい。
図２０は、本発明の更に他の実施形態を構成するハニカム構造体４０の模式的な斜視図である。図２１は、図２０中のＣ−Ｃ’断面の模式図である。ハニカム構造体４０は、上述のハニカム構造体１の変形例に相当する。すなわち、ハニカム構造体４０は、ハニカム構造部１０の形態はハニカム構造体１と同じである。ハニカム構造体４０は、ハニカム構造部１０と、目封止部４３とを備える。目封止部４３は、複数のセル７のうちの所定のセル７である第１セル４５の第２端面５側の開口部、および、複数のセル７のうちの残余のセル７である第２セル４７の第１端面３側の開口部を封止する。
ハニカム構造体４０では、目封止部４３によって第１セル４５の第２端面５側の端部が行き止まりになっている。そのため、排ガスＧは、第１端面３から第１セル４５内に流入すると、多孔質の隔壁９を通り抜け、第１セル４５から第２セル４７に移る。このように、排ガスＧが隔壁９を通り抜ける際に、排ガスＧに含まれる粒子状物質が隔壁９によって捕捉される。したがって、ハニカム構造体４０を用いると、排ガスＧ中の粒子状物質を低減することが可能になる。また、ハニカム構造体４０の隔壁９に触媒１７を担持させる場合には、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）などの有害物質の低減と、排ガスＧ中の粒子状物質の低減とを併行して行うことが可能になる。
２．ハニカム構造体の製造方法：
次に、本実施形態のハニカム構造体を製造する方法について説明する。本実施形態の製造方法では、坏土調製工程、成形工程、焼成工程を順次行うことによりハニカム構造体を得る。坏土調製工程は、セラミック原料を含有する成形原料を混合し混練して坏土を得る工程である。成形工程は、坏土調製工程によって得られた坏土をハニカム形状に押出成形し、複数のセルが形成されたハニカム成形体を得る工程である。焼成工程は、ハニカム成形体を焼成してハニカム構造体を得る工程である。
２−１．坏土調製工程：
坏土調製工程においては、セラミック原料を含有する成形原料を混合し混練して坏土を得る。
セラミック原料としては、コージェライト化原料、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素−コージェライト系複合材料、リチウムアルミニウムシリケート、およびアルミニウムチタネートからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。ここに列挙したセラミック原料の中でも、コージェライト化原料、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料が好ましい。コージェライト化原料を用いる場合には、熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体を得ることができる。セラミック原料として炭化珪素または珪素−炭化珪素系複合材料を用いると、耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体を得ることができる。なお、「珪素−炭化珪素系複合材料」とは、炭化珪素（ＳｉＣ）を骨材としてかつ珪素（Ｓｉ）を結合材として形成されたものである。「コージェライト化原料」とは、シリカが４２〜５６質量％、アルミナが３０〜４５質量％、マグネシアが１２〜１６質量％の範囲に入る化学組成となるように配合されたセラミック原料であって、焼成されてコージェライトになるものである。
本実施形態の製造方法では、成形原料は、セラミック原料以外に、造孔材、分散媒、添加剤などを含むものであってもよい。
分散媒としては、例えば、水などを挙げることができる。添加剤としては、有機バインダ、界面活性剤等を挙げることができる。分散媒の含有量は、セラミック原料１００質量部に対して、３０〜１５０質量部であることが好ましい。
有機バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。有機バインダの含有量は、セラミック原料１００質量部に対して、１〜１０質量部であることが好ましい。
界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらの界面活性剤は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の含有量は、セラミック原料１００質量部に対して、０．１〜５．０質量部であることが好ましい。
坏土調製工程では、成形原料を混練して坏土を形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、ニーダー、真空土練機などを用いる方法を挙げることができる。
２−２．成形工程：
成形工程では、坏土調製工程で得られた坏土をハニカム形状に押出成形してハニカム成形体を得る。このハニカム成形体では、ハニカム成形体を貫通する複数のセルが形成されている。押出成形は、口金を用いて行うことができる。口金に関しては、ハニカム成形体におけるセル形状、隔壁の交点部の形状（例えば、交点部の凹部の形状）、隔壁厚さ、セル密度に対応させたかたちで、スリット形状（別の視点からは、スリットに取り囲まれたピンの形状）、スリット幅、ピンの密度などを適宜設計すればよい。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。
２−３．焼成工程：
焼成工程では、上述の成形工程で得られるハニカム成形体を焼成し、ハニカム構造体を得る。こうして得られるハニカム構造体は、流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を備えている。また、上述の成形原料に造孔材が含まれている場合、隔壁は、無数の細孔が形成された多孔質となる。
本実施形態の製造方法の焼成工程では、焼成温度は、ハニカム成形体の材質よって適宜決定することができる。例えば、ハニカム成形体の材質がコージェライトの場合、焼成時の最高温度は、１３８０〜１４５０℃が好ましく、１４００〜１４４０℃が更に好ましい。また、焼成時の最高温度時間は、３〜１０時間程度とすることが好ましい。
本実施形態の製造方法では、ハニカム成形体を焼成する前に乾燥させてもよい。乾燥方法は、特に限定されるものではないが、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥などを挙げることができる。これらの中でも、誘電乾燥、マイクロ波乾燥または熱風乾燥を単独でまたは組合せて行うことが好ましい。
２−４．目封止工程：
目封止部を有するハニカム構造体を作製する場合には、目封止工程を採用するとよい。目封止工程では、ハニカム構造体の第１セルの第２端面側の端部と残余の第２セルの第１端面側の端部とに、目封止材料を充填して、目封止部を形成する。
ハニカム構造体に目封止材料を充填する際には、例えば、まず、第１端面側の端部に目封止材料を充填し、その後、第２端面側の端部に目封止材料を充填する。端部に目封止材料を充填する方法としては、以下のマスキング工程と圧入工程とを有する方法を挙げることができる。マスキング工程は、ハニカム構造体の一方の端面（例えば、第１端面）にシートを貼り付け、シートにおける、「目封止部を形成しようとするセル」と重なる位置に孔を開ける工程である。圧入工程は、「ハニカム構造体の、シートが貼り付けられた側の端部」を目封止材料が貯留された容器内に圧入することにより、目封止材料を、上記のシートに開けられた孔を通じて、ハニカム構造体のセル内に圧入する工程である。目封止材料をハニカム構造体のセル内に圧入する際には、目封止材料は、シートに形成された孔を通過し、シートに形成された孔と連通するセルのみに充填される。
次に、ハニカム構造体に充填された目封止材料を乾燥させて、目封止部を形成し、目封止部を設けたハニカム構造体、すなわちハニカムフィルタを得る。
なお、ハニカム構造体の両端部に目封止材料を充填した後に、目封止材料を乾燥させてもよいし、ハニカム構造体の一方の端部に充填した目封止材料を乾燥させた後に、他方の端部に目封止材料を充填し、その後、他方の端部に充填した目封止材料を乾燥させてもよい。更に、目封止材料を、より確実に固定化する目的で、焼成してもよい。
また、乾燥前のハニカム成形体又は乾燥後のハニカム成形体（ハニカム乾燥体）に目封止材料を充填し、乾燥前のハニカム成形体又はハニカム乾燥体と共に、目封止材料を焼成してもよい。
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（比較例１）
コージェライト化原料として、アルミナ、水酸化アルミニウム、カオリン、タルク、およびシリカを使用した。コージェライト化原料１００質量部に、造孔材５質量部、水（分散媒）８５質量部、吸水性ヒドロキシプロピルメチルセルロース（有機バインダ）８質量部、および界面活性剤３質量部を添加した。その後、混合、さらに混練して、坏土を得た。
次に、所定の金型を用いて坏土を押出成形してハニカム成形体を得た。ハニカム成形体は、全体形状が円柱形状であった。そして、得られたハニカム成形体をマイクロ波乾燥機で乾燥した。その後、更に熱風乾燥機で完全に乾燥させた。続いて、乾燥させたハニカム成形体の両端面を切断し、所定の寸法に整えた。
このようにして得られたハニカム成形体を、更に、１４１０〜１４４０℃で、５時間、焼成することによってハニカム構造体を得た。
得られたハニカム構造体は、Ｚ方向に垂直な断面における直径が１４３．８ｍｍであり、Ｚ方向の長さが１５２．４ｍｍであった。ハニカム構造体における、各条件を表１に示す。
ハニカム構造体の隔壁に三元触媒を担持し、ハニカム触媒体を得た。三元触媒のコート量は、１００ｇ／Ｌとした。三元触媒の担持方法は、ディッピングである。なお、「実施例」の欄では、「ハニカム構造体」とは、触媒担持前のハニカム構造体を意味し、「ハニカム触媒体」とは、触媒担持後のハニカム構造体を意味する。
（実施例１〜３、比較例２）
実施例１〜３および比較例２のハニカム構造体については、各条件を表１に示すものとなるように変更した以外は、比較例１と同様に作製した。ハニカム触媒体を作製する際に、比較例１のハニカム触媒体の圧力損失と同じ値になるように、触媒量を調節し、隔壁に触媒を担持させた。なお、説明の便宜上、比較例１のハニカム触媒体のように、触媒量の調節の基準となるハニカム触媒体を「基準ハニカム触媒体」、実施例１〜３および比較例２のハニカム触媒体のように、基準ハニカム触媒体の圧力損失の値を基準として触媒量を
調節されるハニカム触媒体を「対比ハニカム触媒体」ということにする。例えば、実施例１〜３および比較例２のハニカム触媒体は、「比較例１を基準とする対比ハニカム触媒体」ということにする（表１中では、種別に「対比（比較例１）」と表記、他の実施例、比較例についても表中で同様の表記）。
（実施例４〜８１、比較例３〜４６）
各条件を表１〜６に示すものとなるように変更した以外は、基準ハニカム触媒体の場合については比較例１と同様に、対比ハニカム触媒体の場合については実施例１と同様にハニカム構造体およびハニカム触媒体を作製した。なお、「Ｘ２／Ｘ１比が０．１〜０．８％である交点部の組の割合」が１００％未満のものについては、「Ｘ２／Ｘ１比が０．１〜０．８％である交点部の組」では「Ｘ２／Ｘ１比」の値が表１〜６に示された値であり、残余の交点部の組では、「Ｘ２／Ｘ１比」の値が１．０であった。
Figure 0006291307
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［圧力損失］
ハニカム構造体またはハニカム触媒体に、測定用ガス（空気）を、２５℃、流量５Ｎｍ３／ｍｉｎで通気して、流入側の端面（第１端面）と流出側の端面（第２端面）との圧力をそれぞれ測定し、その圧力差を圧力損失（ｋＰａ）とした。
［浄化性能］
まず、ハニカム触媒体に、ＮＯＸを含む試験用ガスを流した。その後、このハニカム触媒体から排出された排出ガスのＮＯＸ量をガス分析計で分析した。
ハニカム触媒体に流入させる試験用ガスの温度を２００℃とした。なお、ハニカム触媒体および試験用ガスは、ヒーターにより温度調整した。ヒーターは、赤外線イメージ炉を用いた。試験用ガスは、窒素に、二酸化炭素５体積％、酸素１４体積％、一酸化窒素３５０ｐｐｍ（体積基準）、アンモニア３５０ｐｐｍ（体積基準）および水１０体積％を混合させたガスを用いた。この試験用ガスに関しては、水と、その他のガスを混合した混合ガスとを別々に準備しておき、試験を行う時に配管中でこれらを混合させて用いた。ガス分析計は、「ＨＯＲＩＢＡ社製、ＭＥＸＡ９１００ＥＧＲ」を用いた。また、試験用ガスがハニカム触媒体に流入するときの空間速度は、５００００（時間−１）とした。
「ＮＯＸ浄化率」は、試験用ガスのＮＯＸ量から、ハニカム触媒体からの排出ガスのＮＯＸ量を差し引いた値を、試験用ガスのＮＯＸ量で除算し、１００倍した値である。浄化性能の評価は、基準ハニカム触媒体のＮＯＸ浄化率に対して、ＮＯＸ浄化率が４０％以上高まった場合を「Ａ」、ＮＯＸ浄化率が２０％以上４０％未満高まった場合を「Ｂ」、ＮＯＸ浄化率が１０以上２０％未満高まった場合を「Ｃ」、ＮＯＸ浄化率が０％以上１０％未満高まった場合あるいはＮＯＸ浄化率が低下した場合を「Ｄ」とした。浄化性能の評価については、Ａ〜Ｃの場合を合格とし、Ｄの場合を不合格とした。
［アイソスタティック強度］
アイソスタティック強度の測定は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格（ＪＡＳＯ規格）のＭ５０５−８７で規定されているアイソスタティック破壊強度試験に基づいて行った。アイソスタティック破壊強度試験は、ゴムの筒状容器に、ハニカム触媒体を入れてアルミ製板で蓋をし、水中で等方加圧圧縮を行う試験である。即ち、アイソスタティック破壊強度試験は、缶体に、ハニカム構造体が外周面把持される場合の圧縮負荷加重を模擬した試験である。このアイソスタティック破壊強度試験によって測定されるアイソスタティック強度は、ハニカム触媒体が破壊したときの加圧圧力値（ＭＰａ）で示される。アイソスタティック強度が、０．５ＭＰａ以上の場合を「ＯＫ」（合格）、０．５ＭＰａ未満の場合を「ＮＧ」（不合格）とした。
［考察］
全ての実施例は、浄化性能およびアイソスタティック強度が合格であった。一方、比較例では、浄化性能およびアイソスタティック強度のうちの少なくともどちらかが不合格（基準ハニカム触媒体の場合には浄化性能が基準）であった。また、全ての実施例では、試験終了後のハニカム触媒体における触媒の状態を観察した結果、コートした触媒の隔壁からの剥離は見られなかった。一方、全ての比較例では、コートした触媒の一部が隔壁から剥離している状態を観察した。図４を参照し説明すると、各実施例のハニカム触媒体によれば、隔壁の表面上に触媒の層が形成された時、当該触媒の層が凹部内に食い込んだ状態になる。このようにして凹部によって触媒を繋ぎ止める効果（アンカー効果）を発現するため、各実施例のハニカム触媒体では、隔壁からの触媒の剥離が生じにくいと考えられる。
本発明は、排ガス浄化用の触媒を担持するための触媒担体として利用できる。
１：ハニカム構造体、３：第１端面、５：第２端面、７，７ａ，７ｂ：セル、９：隔壁、１０：ハニカム構造部、１１：外周壁、１３：完全セル、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ：交点部、１７：触媒、１９：凹部、２０ａ〜２０ｇ：ハニカム構造体、３０ａ〜３０ｆ：ハニカム構造体、３５ａ，３５ｂ：ハニカム構造体、４０：ハニカム構造体、４３：目封止部、４５：第１セル、４７：第２セル。

Claims (4)

  1. 一方の端面である第１端面から他方の端面である第２端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム構造部を備え、
    前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記隔壁の交差する部位が交点部であり、前記交点部に底部が尖った形状の凹部が形成されており、隣接する２つの前記交点部の組の総数のうちの１０％以上の個数の前記交点部の組で、隣接する２つの前記交点部の間での前記隔壁の最大厚さＸ１に対する前記交点部での前記隔壁の厚さＸ２の比が０．１〜０．８であるハニカム構造体。
  2. 前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に垂直な断面において、隣接する２つの前記交点部の組の全てで、隣接する２つの前記交点部の間の前記隔壁の最大厚さＸ１に対する前記交点部での前記隔壁の厚さＸ２の比が０．１〜０．８である請求項１に記載のハニカム構造体。
  3. 前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記複数のセルのうちで前記ハニカム構造部の最外周に位置しない前記セルである完全セルを、前記隔壁が略多角形に区画形成する請求項１または２に記載のハニカム構造体。
  4. 前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記隔壁が前記完全セルを略四角形および略六角形のうちの少なくともいずれかに区画形成する請求項３に記載のハニカム構造体。
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