JP6507016B2 - ハニカム構造体、及び排ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
図2A、図2B、図3を参照しながら、以下に本発明のハニカム構造体の第一実施形態を説明する。図2Aは本発明の第一実施形態のハニカム構造体100を模式的に示す斜視図であり、図2Bは、図2Aに示すハニカム構造体100を、端面の中心を通る軸を含む平面に沿って切断した断面図である。また、図3は、本発明の第一実施形態のハニカム構造体のセルの延びる方向に沿った断面を模式的に示す断面図であり、目封止部を備えたハニカム構造体の例を示す。
本発明のハニカム構造体の製造方法を、第一実施形態のハニカム構造体100を例に、図1を参照しながら以下に説明する。ハニカム構造体100は、図1に示すように、柱状のハニカム基材前駆体4’を、例えば研削工具Tによって研削加工することにより製造することができる。ここで、ハニカム基材前駆体4’は、第一端面から第二端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁を有する柱状のものである。図1に示すように、このようなハニカム基材前駆体4’の第一端面11’及び第二端面12’の少なくとも一つの端面側の端部を、円錐形状に研削加工することにより、柱状のハニカム基材4と、円錐状の凸部6とを備えたハニカム構造体100を製造することができる。すなわち、ハニカム基材前駆体4’の円錐形状が残存するように研削加工された部分が、ハニカム構造体100の凸部6となる。一方、ハニカム基材前駆体4’の研削加工が施されない部分が、柱状のハニカム基材4となる。
ハニカム基材前駆体4’の製造方法については特に制限はなく、公知のハニカム構造体の製造方法に準じて製造することができる。すなわち、公知のハニカム構造体の製造方法によって製造されたハニカム構造体を、ハニカム基材前駆体4’として用いることができる。例えば、ハニカム構造体は、成形原料を混練して得られる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、得られたハニカム成形体を乾燥してハニカム乾燥体を得、得られたハニカム乾燥体を焼成して製造することができる。また、ハニカム基材前駆体4’とし、公知のハニカム構造体の製造方法における、焼成前のハニカム乾燥体を用いても良い。このようなハニカム形状の乾燥体を、ハニカム基材前駆体4’として用いた場合には、図1に示すような研削加工を行った後、円錐状の凸部前駆体6’を有するハニカム乾燥体を焼成して、ハニカム構造体を製造することができる。凸部前駆体6’とは、ハニカム乾燥体の一部を円錐状に研削加工した部位のことを意味する。
作製したハニカム基材前駆体4’に対して、図1に示すような研削工程を行うことにより、ハニカム基材前駆体4’から、円錐状の凸部6を削り出し、円錐状の凸部6及び柱状のハニカム基材4を備えたハニカム構造体100を製造する。凸部6は、図1の中央図に点線にて示されているように、例えば、作製した円柱状のハニカム基材前駆体4’の第一端面11’及び第二端面12’の少なくとも一つの端面側の端部を、研削工具Tを用いて、研削することによって形成する。この際、上述した傾角βが所望の角度となるように、円柱状の凸部6の形状を調整する。
図3に示すような、複数のセル2の少なくとも一つに目封止部5を更に有するハニカム構造体100を製造する場合には、以下の目封止部形成工程を更に行うことが好ましい。目封止部形成工程は、以下のフィルム配設ステップと、穿孔部形成ステップと、目封止材料供給ステップと、を含む。穿孔部形成ステップにおいては、目封止すべきセルを夫々覆っているフィルムの一部分に穿孔部を形成する。目封止材料供給ステップは、フィルムが配設された面から目封止材料を供給するステップである。図3に示すようにハニカム構造体100の凸部に目封止部5を形成する場合には、公知の方法を用いることが可能である。
このように作製されたハニカム構造体100に対して、排ガス浄化用の触媒を担持する触媒担持工程を行ってもよい。排ガス浄化用の触媒としては、上述した酸化触媒を挙げることができる。このような酸化触媒が担持されることにより、ハニカム構造体100を触媒担体として用いることが可能である。当該酸化触媒の担持方法は特に限定されないが、例えば、ハニカム構造体100の隔壁に対して、上述した触媒成分を含む触媒液を公知の方法でウォッシュコートした後、高温で熱処理して焼き付ける方法等が挙げられる。
本発明の排ガス浄化装置を、図6を参照しながら以下に説明する。図6に示すように、本発明の排ガス浄化装置は、上述したハニカム構造体100の外周に、好適には耐熱・非熱膨張性セラミック繊維で形成されたマット等の把持材Mを巻き回したものを、金属製筒状部材Cに収められてなるものであり、公知のように排気管に接続されて使用される。上記把持材Mは、上記ハニカム構造体100の外周面と上記金属製筒状部材Cの内周面との間に圧縮状態で配置される。本発明の排ガス浄化装置に用いられるハニカム構造体は、図2Aに示すハニカム構造体100に限定されることはなく、例えば、図4Aに示すハニカム構造体200であってもよい。
(ハニカム構造体)
まず、コージェライト化原料を100質量部に、分散媒を33質量部、有機バインダを5.6質量部、分散剤を0.5質量部、それぞれ添加し、混合、混練して坏土を調製した。コージェライト化原料としては、アルミナ、水酸化アルミニウム、カオリン、タルク、およびシリカを用いた。分散剤としてはエチレングリコールを使用し、有機バインダとしてはヒドロキシプロピルメチルセルロースを使用した。
このように作製した実施例1〜40、ならびに比較例1〜28のハニカム構造体に対し、触媒を担持して、浄化性能評価用のハニカム触媒体を作製した。具体的には、貴金属として例えばPt、Rh、Pd等を含有する、触媒スラリーを調製した。そして、吸引法により、ハニカム構造体の隔壁にスラリーのコート層を形成した。次いで、加熱乾燥することによってハニカム触媒体を作製した。
得られたハニカム触媒体を、別途作製したステンレス(SUS430)製のキャニング用缶体に収納して、排ガス浄化装置を作製した。具体的には、まず、ハニカム触媒体の外周に非熱膨張性セラミックマットを巻回した。次に、非熱膨張性セラミックマットを巻回したハニカム触媒体を、当該ハニカム触媒体の端部にリテーナリングを配置した状態で、上記キャニング用缶体内に押し込んだ。上記金属製筒状部材の外側を、ハニカム触媒体の端部付近でスピニング加工した。このようにして、キャニング用缶体内に、ハニカム触媒体が収納された排ガス浄化装置を製造した。なお、実施例1〜40ならびに比較例1〜28のうち、外周差部の幅が2mm以上の場合には、当該外周差部の幅の2mmのみを缶体にて保持した。また、実施例1〜40ならびに比較例1〜28のうち、外周差部の幅が2mm未満の場合には、ハニカム触媒体の側面のみを缶体にて保持した。
(圧力損失評価試験)
ハニカム構造体に、室温(25℃)の空気を12m3/分の流量で流した際のハニカム構造体の排ガス入口側(排ガス流入端面側)と排ガス出口側(排ガス流出端面側)との圧力を測定し、その圧力差を算出することにより、圧力損失を求めた。そして、表3及び表4に示すように、夫々比較例1のハニカム構造体を100%基準(Base)とし、評価対象のハニカム構造体の圧力損失について評価した。当該比較例1の圧力損失よりも、評価対象のハニカム構造体の圧力損失が高い場合には、エンジンの出力低下等の問題が生じる可能性が考えられる。したがって、評価対象のハニカム構造体の圧力損失が、比較例1の圧力損失の値以下、つまり100%以下の場合には「A」判定とした。また、評価対象のハニカム構造体の圧力損失が、比較例1の圧力損失の値を超え、且つ当該圧力損失の値の105%以下の場合には「B」判定とした。また、評価対象のハニカム構造体の圧力損失が、比較例1の圧力損失の値の105%を超え、且つ当該圧力損失の値の110%以下の場合には「C」判定とした。また、評価対象のハニカム構造体の圧力損失が、比較例1の圧力損失の値の110%を超えた場合には「D」判定とした。そして、評価対象のハニカム構造体がA〜C判定となった場合を「OK」(合格)とし、D判定となった場合を「NG」(不合格)とした。
2.0Lガソリンエンジン車をシャーシダイナモ上で走行させ、排ガス浄化装置の浄化性能の評価を行った。具体的には、2.0Lガソリンエンジン車を欧州NEDCモードで運転し、欧州NEDCモード走行中における、排ガス中の炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)の排出量(単位:g/km)を測定した。以下、評価対象の排ガス浄化装置のHC排出量、CO排出量、及びNOx排出量の比率(百分率)を総称して「排出量比率」ということがある。評価対象の排ガス浄化装置のHC排出量、CO排出量、及びNOx排出量比率のうち、最も値の大きな排出量比率について、表3及び表4に示すように、夫々比較例1を備えた排ガス浄化装置の該当する排出量比率を100%基準として評価した。
ハニカム構造体の外周に、非熱膨張性セラミックマットを巻き、ステンレス(SUS430)製のキャニング用缶体に押し込んで、この缶体内にキャニングした。そして、ハニカム構造体のセルが延びる方向が上下方向(重力が働く方向と平行)となるように加熱振動装置にセットし、加熱振動試験を行った。試験条件は、ハニカム構造体の排ガス流入端面におけるガス温度を950℃、振動方向を上下方向、振動加速度を40G、振動周波数を200Hzとし、200時間連続してハニカム構造体にプロパン燃焼ガスを12Nm3/分の流量で流入させながら振動を与えた。加熱振動試験後、ハニカム構造体が缶体内にキャニングされた状態でのずれ量を評価した。なお、実施例1〜40ならびに比較例1〜28のうち、外周差部の幅が2mm以上の場合には、当該外周差部の幅の2mmのみを缶体にて保持した。また、実施例1〜40ならびに比較例1〜28のうち、外周差部の幅が2mm未満の場合には、ハニカム触媒体の側面のみを缶体にて保持した。
表1〜表4に示すように、実施例1〜40のハニカム構造体に触媒が担持されたハニカム触媒体は、「圧力損失」、「浄化性能」、及び「加熱振動」の評価において、全て良好な結果を得ることができた。比較例1、比較例4、比較例9、比較例14、比較例18、比較例23、及び比較例28のハニカム構造体は、外周差部が存在しない凸形状ハニカム構造体である。比較例1、比較例4、比較例9、比較例14、比較例18、比較例23、及び比較例28のハニカム構造体は、排ガス浄化装置内での把持性が、実施例1〜40のハニカム構造体と比較して劣るため、加熱振動試験でのずれが大きくなり、総合判定が不合格(NG)となった。また、比較例2、比較例5、比較例7、比較例10、比較例12、比較例15、比較例19、比較例21、比較例24、及び比較例26のハニカム構造体は、外周差部を有しているが、その幅が2mmよりも小さいものであった。このようなハニカム構造体についても、上記比較例1、比較例4、比較例9、比較例14、比較例18、比較例23、及び比較例28のハニカム構造体と同様に、排ガス浄化装置内での把持性が、実施例1〜40のハニカム構造体と比較して劣るため、加熱振動試験でのずれが大きくなり、総合判定が不合格となった。
Claims (9)
- 排ガス流入端面及び排ガス流出端面を有する柱状のハニカム基材と、
前記ハニカム基材の前記排ガス流入端面及び前記排ガス流出端面の少なくとも一つの端面に設けられた円錐状の凸部と、を備え、
前記ハニカム基材は、前記排ガス流入端面から前記排ガス流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁を有し、
前記凸部は、前記円錐状の底面となる前記ハニカム基材の前記端面の一部から延長した前記隔壁によって形成されたものであり、
前記ハニカム基材の外周と、前記凸部の底面の外周との間には、幅2mm以上、20mm以下の外周差部が存在し、且つ、
前記セルが延びる方向において、前記凸部の底面と前記凸部を有する側の前記ハニカム基材の端面とが段差のない同一面によって構成されたものであるか、又は、前記凸部の底面と前記凸部を有する側の前記ハニカム基材の端面との間に、前記ハニカム基材の端面における最大内接円の直径の0.1倍以下の段差を有する、ハニカム構造体。 - 前記ハニカム基材の外周と前記外周差部とが成す角度αが、90°〜150°であり、前記ハニカム基材の外周と前記凸部の側面とが成す角度βが、100°〜160°であり、且つ、前記角度βの値から前記角度αの値を差し引いた値(角度β−角度α)が、10〜70°である、請求項1に記載のハニカム構造体。
- 前記凸部の頂点が、R≦10mmの範囲の曲率半径Rを有する、請求項1又は2に記載のハニカム構造体。
- 前記凸部は、その頂点が平面状に切り取られた平面部を有し、且つ、前記平面部の面積が、前記凸部が設けられた前記ハニカム基材の端面の面積の10%以下である、請求項1又は2に記載のハニカム構造体。
- 前記凸部の頂点から、前記ハニカム基材の前記凸部を有する側の端面まで引いた垂線の長さが、前記ハニカム構造体の、複数のセルが延びる方向の全長の33%以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記複数のセルの少なくとも一つに目封止部を更に有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記ハニカム構造体に更に触媒を担持させた、請求項1〜6のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載のハニカム構造体と、
把持材と、
金属製筒状部材と、を備え、
前記ハニカム構造体の外周に前記把持材が巻回されたハニカム構造体が前記金属製筒状部材内に配設されており、
当該ハニカム構造体が前記金属製筒状部材内に保持された、排ガス浄化装置。 - 前記ハニカム構造体の外周差部が、リテーナリングで保持された、請求項8に記載の排ガス浄化装置。
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