JP6604214B2

JP6604214B2 - ハニカム構造体及び触媒体

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Inventors: 浩平鈴木
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Description

本発明は、排ガス浄化触媒等に用いられるハニカム構造体及び触媒体に関する。

自動車等の排ガス管に取り付けられる排ガス浄化触媒は、排ガス流れに平行な多数のセルを有するハニカム構造体と、多数のセルを区画するセル壁の表面に形成される触媒層とからなる。ハニカム構造体の一端側から流入する排ガスは、多数のセル内を通過する間に、セル壁の触媒層と接触して浄化される。

排ガス浄化触媒による浄化性能を高めるために、排ガスと触媒層との接触面積を大きくする構造が検討されている。例えば、特許文献１には、ハニカム構造体のセル壁を表面に凹凸を有する形状として、セル壁の表面積を向上させた触媒体が開示されている。また、排ガスの通過を妨げるように突起部を形成したり、セル壁を湾曲させたりすることで、排ガスがセル壁と衝突する構成としたものがある。また、ハニカム構造体のセル内に流入する排ガス流れが、下流に進むにつれてセル壁の近傍に境界層を形成することが知られており、例えば、セル壁に形成した空孔や凹凸によって、乱流を生成するようにしたものがある。

特開２００２−１７７７９３号公報

ところが、セル壁に突起部を形成した場合は、セル内の排ガスの通過断面積が減るために、圧力損失の増大を免れない。また、突起部の後流側にガス流れの停滞や剥離が生じて、セル壁の触媒層を活用できない部分が生じやすい。一方、セル壁に空孔を形成した場合には、強度の低下につながり、接触面積が減少するだけでなく、空孔を介して排ガスの流通が十分になされないと、浄化性能の向上効果が得られない。例えば、突起部と空孔を組み合わせた場合は、突起部を有するセルの圧力損失が他のセルより増大するために、排ガスが流れにくくなり、突起部のないセルに排ガス流れが偏る。そのために、突起部を有するセルの排ガス流量が低下すると、触媒層が有効に活用されず、突起部の形成による効果が得られない。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、多数のセル内のガス流れが偏らず、圧力損失の上昇や強度低下を抑制しながら、ガス流れと接触するセル壁の面積を増加させることのできるハニカム構造体を提供すること、さらに、このようなハニカム構造体を用いて触媒との接触率を高め、浄化性能を向上できる触媒体を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
両端開口の筒状外皮（１１）内を区画するセル壁（２）と、
該セル壁に囲まれ、上記筒状外皮の軸方向（Ｘ）に平行配設されると共に多角形の断面形状を有する多数のセル（３）と、を備える、ハニカム構造体（１）であって、
該多数のセルのうち少なくとも一部において、隣接する複数の上記セルにそれぞれ設けられ、複数の上記セルに共通の多角形の頂点周りに配置される突起片（４）を有し、上記突起片は、上記セル壁を貫通する通孔（４１）と、該通孔の端縁部から上記セルの内方に傾斜して突き出す突壁（４２）とを形成する、ハニカム構造体にある。

本発明の他の態様は、ハニカム構造体（１）に触媒を担持してなる触媒体であって、
上記ハニカム構造体は、
両端開口の筒状外皮（１１）内を区画するセル壁（２）と、
該セル壁に囲まれ、上記筒状外皮の軸方向（Ｘ）に平行配設されると共に多角形の断面形状を有する多数のセル（３）と、を備えており、
該多数のセルのうち少なくとも一部において、隣接する複数の上記セルにそれぞれ設けられ、複数の上記セルに共通の多角形の頂点周りに配置される突起片（４）を有し、上記突起片は、上記セル壁を貫通する通孔（４１）と、該通孔の端縁部から上記セルの内方に傾斜して突き出す突壁（４２）とを形成する、触媒体にある。
なお、括弧内の符号は、参考のために付したものであり、本発明はこれら符号により限定されるものではない。

上記態様のハニカム構造体は、多数のセルの少なくとも一部のセルに突起片が設けられ、セル壁に開口する通孔と、通孔に続く傾斜する突壁を形成するので、隣り合うセル間が通気可能となり、隣り合うセル内へのガス流入が促されて圧力差が緩和される。また、セル壁の表面積を減少させることがなく、強度の低下が抑制される。さらに、突壁によって、セル壁の近傍のガス流れが乱されるので、境界層の形成が抑制され、ガス流れとセル壁とが接触しやすくなる。

したがって、ハニカム構造体を、排ガス浄化触媒に適用した場合には、多数のセルの全体に排ガスを流入させて、セル壁の表面に形成される触媒層と排ガスとの接触率を高めることができ、排ガスの浄化性能を向上させることができる。

実施形態１における、ハニカム構造体の端面における要部拡大図とその軸方向断面図。実施形態１における、ハニカム構造体の概略構造を示す全体斜視図。実施形態１における、突起片を設けたセルの概略構造を示すハニカム構造体の要部拡大斜視図。実施形態１における、ハニカム構造体の軸方向の要部拡大断面図で、突起片を設けたセル内の排ガス流れを、突起片を設けないセルと比較して示す要部拡大断面図。実施形態１における、ハニカム構造体のセルと突起片の高さ及び長さの関係を示す要部拡大図。実施形態２における、ハニカム構造体の突起片を設けたセルの配置例を模式的に示す図。実施形態２における、ハニカム構造体の突起片を設けたセルの配置例を模式的に示す図。実施形態２における、ハニカム構造体の突起片を設けたセルの配置例を模式的に示す図。実施形態２における、ハニカム構造体の突起片を設けたセルの配置例を模式的に示す図。実施形態３における、ハニカム構造体の突起片を設けたセルの配置例を模式的に示す図。実施例における、ハニカム構造体の突起片を設けたセル構造の光学電子顕微鏡観察像（すなわち、倍率１００倍）を示す図。実施例１〜３における、ハニカム構造体の突起片の密度と浄化性能、圧力損失及びアイソスタティック強度との関係を示す図。実施例４〜６における、ハニカム構造体の突起片の密度と浄化性能、圧力損失及びアイソスタティック強度との関係を示す図。実施例７〜９における、ハニカム構造体の突起片の高さと浄化性能、圧力損失及びアイソスタティック強度との関係を示す図。実施例１０〜１２における、ハニカム構造体の突起片の高さと浄化性能、圧力損失及びアイソスタティック強度との関係を示す図。実施例１３〜１５における、ハニカム構造体の突起片間の距離と浄化性能、圧力損失及びアイソスタティック強度との関係を示す図。実施例１６〜１８における、ハニカム構造体の突起片間の距離と浄化性能、圧力損失及びアイソスタティック強度との関係を示す図。実施例１９〜２１における、ハニカム構造体の突起片間の距離と浄化性能、圧力損失及びアイソスタティック強度との関係を示す図。

（実施形態１）
ハニカム構造体に係る実施形態１について、図面を参照しながら説明する。図１、図２に示すように、ハニカム構造体１は、両端が開口する筒状外皮１１と、筒状外皮１１内を区画するセル壁２と、セル壁２に囲まれる多数のセル３とを備えている。多数のセル３は、筒状外皮１１の軸方向Ｘに平行配設され、筒状外皮１１の両端面に開口する。ハニカム構造体１は、例えば、触媒を担持させるための触媒担体として用いられ、多数のセル３に面するセル壁２の表面に、図示しない触媒層を形成した触媒体を構成する。このような触媒体は、自動車エンジン用の排ガス浄化触媒等に適用されて、排ガス管内に同軸的に取り付けられ、エンジンからの排ガスＧを浄化する。

図１に示すように、ハニカム構造体１は、多数のセル３のうち少なくとも一部において、セル３を取り囲むセル壁２に、突起片４を設けている。突起片４は、セル壁２に設けた切起し片からなり、セル壁２を貫通する通孔４１を形成すると共に、通孔４１の端縁部からセル３の内方に傾斜して突き出す突壁４２を形成する。多数のセル３は、例えば、多角形セルからなる。本形態では、六角形の断面形状を有する六角形セルであり、各セル３は、六角形の６つの辺を構成するセル壁２を介して、６つのセル３と隣り合う。

ハニカム構造体１の多数のセル３内には、排ガスＧ流れの上流側に位置する端面１２(例えば、図２の左端面)から、下流側の端面１３(例えば、図２の右端面)に至る、多数のガス通路３１が形成される。突起片４により形成される突壁４２は、その先端側が、排ガスＧ流れの上流側を向くように、セル壁２に対して傾斜を有して立ち上がる。このとき、突起片４を有するセル３に流入する排ガスＧは、突起片４の基端側に開口する通孔４１を介して、隣り合うセル３内のガス通路３１に流入可能となる。

本形態のハニカム構造体１は、多数のセル３のうち複数のセル３に突起片４を配置し、各セル３内に、複数の突起片４を軸方向に間隔をおいて配置する。突起片４は、セル壁２の切起し片にて形成されるので、触媒担体となるセル壁２の有効面積を減らすことなく、通孔４１を形成することができる。また、突起片４により形成される突壁４２は、排ガスＧ流れに対して傾斜を有するので、排ガスＧが接触しないデッドスペースが生じにくく、その両面を有効利用して、排ガスとの接触率を向上させることができる。

ハニカム構造体１は、このような突起片４を、所定の密度で有する。具体的には、多数のセル３が開口する端面１２に、セル３内の突起片４を投影した投影面において、突起片４の単位面積当たりの密度が、１個／ｃｍ²以上となるように配置することで、触媒層を形成したときに、触媒体の排ガス浄化性能を向上させることができる。好適には、突起片４の単位面積当たりの密度が、２個／ｃｍ²〜４０個ｃｍ²の密度となるように配置すると、圧損増加と強度低下を抑制しながら、排ガス浄化性能を向上することができる。

図１中の左図に示す配置例においては、六角形の１つの辺を構成するセル壁２に、１つの突起片４を有するセル３を複数設け、これらセル３を隣接させて、ハニカム構造体１の全体に分散配置している。具体的には、１つの辺に突起片４を有するセル３が、突起片４を有しないセル３の周りを取り囲むように配置し、同様のパターンでハニカム構造体１の全体に突起片４を均等に配置する。このパターンでは、突起片４を有するセル３は、隣り合う３つのセル３に共通の頂点を中心に、３つの突起片４が対称位置するように、突起片４を有する辺が隣接配置される。

このとき、３つのセル３は、共通の頂点を中心にした対称形状となり、内部のガス通路３１の断面積は同等となる。また、図１中の右図に示すように、共通の頂点を通る軸方向断面においては、所定位置に突起片４を有するセル３が、軸方向Ｘと直交する方向に、連続して規則的に並び、通孔４１を介して隣り合う２つのセル３間が連通している。各セル３内には、複数の突起片４が、軸方向に所定の距離Ｄｔをおいて配置される。最上流に位置する突起片４は、上流側の端面１２から距離Ｄ1（例えば、Ｄｔ≧Ｄ1）の位置に配置される。

図３に示すように、共通の頂点を有する３つのセル３において、隣り合う３つのセル壁２の共通の頂点周りには、軸方向の略同等位置を切り起こして、それぞれ突起片４が形成されている。各突起片４は、セル壁２と一体の基端位置から各セル３内に突き出す突壁４２を構成し、切り起こしによりセル壁２に形成される開口部は、通孔４１となる。ここでは、突壁４２は、セル内方に凸となる湾曲形状を有して、六角形の頂点に沿う基端位置に近い側で高さが低くなり、また頂点からセル内方に延びる基端位置へ向けて高さが低くなる傾斜形状を有して、通孔４１を覆うように配置されている。なお、図３中には、３つのセル壁２のうちの２つに形成した突起片４を図示しているが、残る１つに形成される突起片４も同様の形状とする。

このように、隣り合う３つのセル３を、共通の頂点に対して略同等位置にある通孔４１を介して互いに連通させ、セル３内のガス通路３１に同形状の突壁４２を対称配置したので、３つのガス通路３１の間に圧力差、ガス流量差は生じなくなる。そのため、隣り合うガス通路３１間を排ガスＧが流通可能となり、また、排ガスＧが、傾斜する突壁４２に沿って通孔４１に流入することにより、突壁４２の内表面と接触しやすくなる。さらに、通孔４１を通過した排ガスＧは、隣り合うガス通路３１内に突き出す突壁４２に衝突し、その傾斜する外表面に沿って、下流へ流れる。したがって、突壁４２から剥がれる流れや滞留する流れをなくし、突壁４２との接触率が上昇する。

また、図４に示すように、突起片４を有しないセル３では、流入した排ガスＧの粘性の影響により、セル壁２の表面に境界層Ｂが形成される。境界層Ｂ内では、熱伝達率と物質伝達率が低下するため、排ガスＧからの受熱率が低下すると共に、セル壁２表面との接触率が低下する。この境界層Ｂは、下流側へ向かうほど発達し、やがて中心部に達して最も厚くなる。この最大厚さに達するまでの距離を、助走区間Ｉといい、助走区間Ｉより下流域では、通過する排ガスの浄化性能が低下する。

これに対して、突起片４を有するセル３では、セル３内のガス通路３１に、突壁４２の周辺に乱流が形成され、境界層Ｂが破壊される。したがって、突起片４が配置される距離Ｄ1、Ｄｔを、助走区間Ｉよりも短く設定することで（すなわち、Ｉ≧Ｄｔ≧Ｄ1）、境界層Ｂの発達を抑制することができる。突壁４２の下流域では、再び境界層Ｂが形成されるが、境界層Ｂが薄い状態に抑えられるので、熱伝達率と物質伝達率を維持できる。

図５中に示すセル３の径方向断面において、突起片４の高さＨは、突壁４２の先端位置と基端位置との径方向距離である。突起片４の高さＨは、任意に設定することができ、例えば、５μｍ以上であるとよい。好適には、セル壁２の表面に形成される触媒層の厚さに応じて設定することが望ましい。一般的な排ガス浄化触媒における触媒層の厚さは、通常は５μｍ〜２００μｍ、好ましくは、２０μｍ〜１００μｍの範囲であり、より薄壁化する傾向にある。そこで、突起片４の高さＨを、好適には、触媒層の厚さ以上とすることで、触媒層に突壁が埋もれることなく、浄化性能を高めることができる。

また、高さＨが高くなると、突壁４２の先端がセル３の中心に近づき、圧力損失が増加する。そのため、突起片４の高さＨは、セル３の中心までの距離Ｄｃ以下であるとよい。なお、セル３の中心までの距離Ｄｃは、セルピッチＰ、セル壁２の厚さｔを用いて、Ｄｃ＝（Ｐ−ｔ）／２で表される。好ましくは、Ｄｃ≧Ｈ≧Ｄｃ／２の範囲となるように設定することで、圧力損失の増加を抑制しながら、突壁４２による浄化性能の向上効果を得ることができる。

図５中に示すセル３の軸方向断面において、突起片４の長さＬは、突壁４２の基端位置から先端位置までの長さであり、セル壁２に開口する通孔４１の軸方向長に相当する。突起片４の長さＬは、突起片４の高さＨや軸方向の距離Ｄｔ、セルピッチＰ等に応じて、適宜設定するのがよい。例えば、突起片４の長さＬに対して、高さＨが高くなると圧力損失が増加しやすいので、好ましくは、突起片４の長さＬが高さＨ以上（すなわち、Ｌ≧Ｈ）であるとよい。また、突起片４の長さＬが、大きくなると強度が低下しやすいので、距離ＤｔやセルピッチＰよりも小さくするとよい（すなわち、Ｄｔ≧Ｌ、Ｐ≧Ｌ）。好ましくは、突起片４の長さＬが、距離Ｄｔ／２以下（すなわち、Ｄｔ／２≧Ｌ）であるとよい。

なお、同一のセル３又は複数のセル３内に形成される突起片４の高さＨ、長さＬ、距離Ｄｔは、異なっていてもよく、一定とする必要は必ずしもない。また、突起片４を有するセル３の配置は、上記したパターンに限らず、任意に設定することができる。以下に、突起片４の配置を変更した例を示す。

（実施形態２）
実施形態１では、図１に示したように、隣り合う３つのセル３に１つの突起片４を対称配置して、突起片４を有しないセル３を取り巻くように配置したが、突起片４が所望の密度となるように、突起片４を有するセル３の配置や突起片４の数を適宜変更することができる。例えば、図６に示す例では、突起片４を設けたセル３を中心にして、これを取り巻く６つのセルを配置したとき、中心のセル３の突起片４を設けた一辺と頂点を共通にする２つのセル３にのみ突起片４を設けている。

図７に示すように、中心のセル３の対向する二辺にそれぞれ突起片４を設け、これら二辺と頂点を共通にする２つのセル３にそれぞれ突起片４を設けてもよい。図８に示すように、中心のセル３の隣接しない三辺にそれぞれ突起片４を設け、これら三辺と頂点を共通にする２つのセル３にそれぞれ突起片４を設けてもよい。図８に示す例では、中心のセル３を取り巻くすべてのセル３に１つの突起片４が形成される。

図９に示すように、中心のセル３の一辺に突起片４を設け、この一辺を含む連続する三辺を共通にする３つのセル３にそれぞれ突起片４を設けてもよい。このときも、共通する頂点を中心に同等形状の突起片４が配置されることで、同様の効果が得られる。また、中心のセル３に突起片４が偏って配置されないので、圧力損失の上昇を抑制しやすい。

（実施形態３）
上記実施形態１、２では、ハニカム構造体１を多数のセル３を、六角形セルにて構成したが、セル３の形状は任意であり、適宜変更することができる。例えば、図１０に示すように、ハニカム構造体１を多数のセル３を、四角形セルにて構成し、隣り合う４つのセル３に共通の頂点を中心に、１つの突起片４を対称配置してもよい。隣り合う４つのセル３の周囲には、例えば、これらセル３を取り巻くように、突起片４を有しないセル３が配置される。あるいは、上記実施形態２のように、１つのセル３に複数の突起片４を配置してもよいし、中央の４つのセル３を取り巻く周囲のセル３に突起片４を配置する構成であってもよい。

上記構成を有するハニカム構造体１は、セラミック材料からなり、以下の方法で製造することができる。セラミック原料は、特に制限されず、例えば、コージェライトとなる複数のセラミック原料、炭化ケイ素、ムライト、アルミナ、スピネル、チタン酸アルミニウム等が使用される。特に、セラミック材料がコージェライトであり、コージェライトとなる複数のセラミック原料を用いることが好ましい。コージェライトとなる複数のセラミック原料は、タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカ、水酸化マグネシウム等、焼成によってセラミック原料同士が反応し、コージェライトになる原料系であり、マグネシア、アルミナ、シリカを含むセラミック原料を、公知のコージェライト組成になるような割合で混合した原料である。

このようなセラミック原料に、バインダ、界面活性剤、水等を混合した成形材料を混練して坏土を調製する。バインダは、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、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等があり、特に、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースが好ましい。バインダは、複数の種類を併用してもよい。バインダの含有率は、セラミック原料１００質量部に対して、３〜１５質量部が好ましい。界面活性剤は、脂肪酸エステル、脂肪酸石鹸等が挙げられ、含有率は、セラミック原料１００質量部に対して、１質量部〜５質量部が好ましい。水は、セラミック原料１００質量部に対して、２３質量部〜３２質量部が好ましい。混練の方法は、特に制限はないが、ニーダ―や真空スクリュー混練機等を用いることができる。

得られた坏土は、ハニカム状に成形されて、成形体となる。成形には、所望のセル形状、セル壁厚さ、セル密度、セルピッチとなる構造を有する金型を用い、上記のようにして調製した坏土の押出成形を行う。ハニカム成形体に、突起片４を形成する方法としては、成形時に坏土流れを制御して形成する方法や、成形後の成形体に、針状の加工刃等を有する装置を用いて加工を行う方法がある。生産性の観点からは、坏土流れを制御する方法が好ましく、具体的には、金型の坏土供給側に坏土の供給量を制御する板や網を設置するか、金型の坏土排出側に突起形状を有する構造や流れを制御する構造を設置する方法が挙げられる。

次いで、ハニカム成形体を乾燥させた後、例えば、１４００℃で焼成して、コージェライト化させることにより、ハニカム構造体１とする。さらに、ハニカム構造体１を触媒担体とする場合には、貴金属触媒等を含む触媒溶液にハニカム構造体１を浸漬し、熱処理する。これにより、触媒層を形成した触媒体とすることができる。

（実施例１〜６、比較例１〜６）
上記した方法により、コージェライトからなるハニカム構造体１を製造し、貴金属からなる触媒層を形成して触媒体とした。まず、タルク、カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム等のセラミック原料を、コージェライト組成になるような割合で混合してコージェライト化原料を得た。このコージェライト化原料に、メチルセルロース等のバインダと、脂肪酸エステル等の界面活性剤と、水とを、上記した範囲で混合、混錬して坏土とし、押出成形して、ハニカム構造の成形体とした。押出成形時の坏土流れを調整して、形成される突起片４の密度、長さＬ、高さＨ、距離Ｄを変更したハニカム成形体を得た。乾燥させた後、１４００℃で焼成して、ハニカム構造体１とした。なお、ハニカム構造体１の端面１２から突起片４までの距離Ｄ1と、突起片４間の距離Ｄｔは、ここでは、いずれも距離Ｄとした（すなわち、Ｄ＝Ｄ1＝Ｄｔ）。

ハニカム構造体１のサイズは、例えば、直径φ１００ｍｍ、長さＬ１００ｍｍとした。表１に示すように、実施例１〜６のハニカム構造体１は、セル構造としてセル３の壁厚を５０μｍ〜１５０μｍ（すなわち、２mil〜６mil）、セル密度を４００ｃｐｓ〜１２００ｃｐｓ（すなわち、６２個／ｃｍ²〜１８６個／ｃｍ²）の範囲を変更したものである。実施例１のハニカム構造体１について、表２に示すように、突起片４の単位面積当たりの密度を、０．２個／ｃｍ²〜５０個／ｃｍ²）の範囲を変更したものを、実施例１−１〜１−７とした。

図１１に実施例１−４の構造を一例として示すように、ハニカム構造体１のセル３は、六角形の断面形状とした。セルピッチＰは１１００μｍであり、突起片４の長さＬ：０．４５ｍｍ、高さＨ：２００μｍ、距離Ｄ：４ｍｍは、同じである。図示するように、隣り合う３つのセル３において、共通の頂点に続くセル壁２に、それぞれ突起片４が形成されていることが確認された。

実施例１−１〜１−７のハニカム構造体１のそれぞれに、触媒層を形成して触媒体とした。また、突起片４を形成しないハニカム構造体１（すなわち、密度＝０個／ｃｍ²）を比較例１として、同様に触媒層を形成し、触媒体とした。なお、これら触媒体は、触媒のコート量は同じであり、ハニカム構造体１の壁厚やセル密度による表面積の増減により、表１に示す触媒層の厚さが、４０μｍ〜７０μｍの範囲で変化している。

実施例１、比較例１において得られた触媒体について、モデルガスを用いた浄化性能試験を行い、浄化性能、圧力損失、アイソスタティック強度への影響を調べた。実施例１のハニカム構造体１は、セル３の壁厚を８８μｍ（すなわち、３．５mil）、セル密度を６００ｃｐｓ（すなわち、９３個／ｃｍ²）とした。浄化性能、圧力損失は、比較例１の結果を１としたときの相対値で評価した。アイソスタティック強度は、ＪＡＳＯＭ５０５−８７に定める方法によりアイソスタティック強度試験を行い、ハニカム構造体１が破壊したときの圧力値（単位：ＭＰａ）で表した。

表２の結果から明らかなように、比較例１に対して、実施例１−１〜１−７のように、突起片４が形成されることで、浄化性能が向上する。このとき、図１２に示されるように、突起片４の密度（すなわち、図中の突起密度）が比較的小さくても性能向上効果が見られ、圧力損失とアイソスタティック強度（以下、適宜、強度と称する）の悪化は見られない。突起片４の密度が大きくなるに従い、圧力損失と強度を悪化させることなく、浄化性能が向上するが、密度がより大きくなると、圧力損失が大きくなり強度が低下する。

ハニカム構造体１を薄壁とした実施例２−１〜２−５、比較例２においても（すなわち、壁厚５０μｍ）、同様の傾向が見られた。ハニカム構造体１を厚壁とし、セル密度を小さくした実施例３−１〜３−５、比較例３においても（すなわち、壁厚１５０μｍ、セル密度４００ｃｐｓ；６２個／ｃｍ²）、同様であった。これら結果から、突起片４の密度が１．０個／ｃｍ²以上であれば、例えば、５％以上の浄化性能の向上が得られ、２．０個／ｃｍ²以上であれば、１０％以上の浄化性能の向上が得られる。好ましくは、４０個／ｃｍ²以下とすることで、圧力損失の増加と強度低下を抑制することができる。

また、図１３に示されるように、ハニカム構造体１のセル密度を増加させた実施例４−１〜４−５、比較例４においても（すなわち、１２００ｃｐｓ；１８６個／ｃｍ²）、同様の傾向が見られた。なお、浄化性能がより向上しているのは、セル密度が増えて、セル中心までの距離Ｄｃが、セル密度が増える前に比べ短くなったためと推察される。また、圧力損失の増大も見られる。セル密度を減少させた実施例５−１〜５−５、比較例５においても（すなわち、４００ｃｐｓ；６２個／ｃｍ²）、セル密度を増加させ、セル壁厚を減少させた実施例６−１〜６−５、比較例６においても（すなわち、壁厚５０μｍ、セル密度４００ｃｐｓ；６２個／ｃｍ²）、同様であった。

（実施例７〜１２）
実施例１〜６と同様の方法で、表３に示すように、突起片４の高さＨを２５μｍ〜７００μｍの範囲で変更したハニカム構造体１を製造した。ハニカム構造体１は、いずれも突起片４の密度を２．０個／ｃｍ²とした。実施例１〜６と同様に、壁厚やセル密度を変更して、実施例７−１〜７−８、実施例８−１〜８−５、実施例９−１〜９−５、実施例１０−１〜１０−４、実施例１１−１〜１１−４、実施例１２−１〜１２−５のハニカム構造体１とし、これらハニカム構造体１のそれぞれに、触媒層を形成して触媒体とした。同様にして、浄化性能、圧力損失、アイソスタティック強度への影響を調べた結果を、表３に示す。また、突起片４を形成しない比較例１〜６のハニカム構造体１（すなわち、高さＨ＝０μｍ）の結果を、表３に併記した。

表３に明らかなように、比較例１に対して、実施例７−１〜７−８のように、突起片４が形成されることで、浄化性能が向上する。このとき、図１４に示されるように、突起片４の高さＨ（すなわち、図中の突起高さ）が高くなるほど、性能向上効果が見られ、触媒層の厚さを超えると、効果がより高くなる。また、高さＨが５００μｍを超えると、圧力損失が徐々に悪化しており、この高さＨは、セルピッチＰとセル壁厚さｔを用いて下記式のように算出される、セル中心までの距離Ｄｃとほぼ同等である。高さＨが、Ｄｃ≧Ｈ≧Ｄｃ／２の範囲であれば、圧力損失の増加や強度の低下は、ほとんどない。
Ｄｃ＝（Ｐ−ｔ）／２＝（１．１ｍｍ−０．０８８ｍｍ）／２＝０．５１ｍｍ

ハニカム構造体１を薄壁とした実施例８−１〜８−５（すなわち、壁厚５０μｍ）においても、下記距離Ｄｃに対して、同様の傾向が見られた。
Ｄｃ＝（Ｐ−ｔ）／２＝（１．１ｍｍ−０．０５ｍｍ）／２＝０．５３ｍｍ
ハニカム構造体１を厚壁とした実施例９−１〜９−５（すなわち、壁厚１５０μｍ）においても、下記距離Ｄｃに対して、同様の傾向が見られた。
Ｄｃ＝（Ｐ−ｔ）／２＝（１．３６ｍｍ−０．１５ｍｍ）／２＝０．６１ｍｍ
さらに、セル密度を変更することにより、セルピッチＰが増減している実施例１０〜１２に対しても、下記距離Ｄｃに対して、同様の傾向が見られた。
実施例１０：Ｄｃ＝（０．７９ｍｍ−０．０８８ｍｍ）／２＝０．３５ｍｍ
実施例１１：Ｄｃ＝（１．３６ｍｍ−０．０８８ｍｍ）／２＝０．６４ｍｍ
実施例１２：Ｄｃ＝（０．７９ｍｍ−０．０５ｍｍ）／２＝０．３７ｍｍ
図１４、図１５に示されるように、これら結果から、突起片４の高さＨは、触媒層の厚さ以上、好ましくは距離Ｄｃの半分以上であり、距離Ｄｃ以下に設定されることが好ましい。

（実施例１３〜１８）
実施例１〜６と同様の方法で、表４に示すように、突起片４間の距離Ｄを１μｍ〜２０μｍの範囲で変更したハニカム構造体１を製造した。ハニカム構造体１は、いずれも突起片４の高さを２００μｍとし、突起片４の密度を１．０個／ｃｍ²〜２．０個／ｃｍ²とした。実施例１〜６と同様に、壁厚やセル密度を変更して、実施例１３−１〜１３−５、実施例１４−１〜１４−５、実施例１５−１〜１５−５、実施例１６−１〜１６−５、実施例１７−１〜１７−５、実施例１８−１〜１８−５のハニカム構造体１とし、これらハニカム構造体１のそれぞれに、触媒層を形成して触媒体とした。同様にして、浄化性能、圧力損失、強度への影響を調べた結果を、表４に示す。

表４に明らかなように、実施例１３−１〜１３−５では、突起片４間の距離Ｄに応じて、浄化性能が変化している。このとき、図１６に示されるように、突起片４間の距離Ｄ（すなわち、図中の突起距離）が小さいほど、１つのセル３内に軸方向に配置される突起片４の数が増加することで、浄化性能が向上する。ただし、突起片４の長さＬ（すなわち、Ｌ＝０．４５ｍｍ）に対して、距離Ｄがごく小さい実施例１３−１では(すなわち、Ｄ＝１ｍｍ)、浄化性能は高いものの、圧力損失の増加と強度の低下が見られた。また、距離Ｄが２０ｍｍに近づくと、浄化性能の向上効果が小さくなる。

この傾向は、ハニカム構造体１を薄壁とした実施例１４−１〜１４−５（すなわち、壁厚５０μｍ）、厚壁とした実施例１５−１〜１５−５（すなわち、壁厚１５０μｍ）においても、同様であった。さらに、図１７に示されるように、セル密度を変更した、実施例１６〜１８においても、同様であった。これら結果から、突起片４の距離Ｄは、長さＬの２倍の長さ以上、好ましくは、２ｍｍ〜２０ｍｍの範囲に設定されることが好ましい。

（実施例１９〜２１）
実施例１と同様の方法で、表５に示すように、突起片４の高さＨに対して、長さＬを変更したハニカム構造体１を製造した。ハニカム構造体１は、いずれも壁厚８８μｍ、セル密度６００ｃｐｓであり、突起片４の密度を２．０個／ｃｍ²、突起片４の高さを２００μｍ〜４００μｍとした。実施例１と同様にして、突起片４の長さＬを０．１ｍｍ〜１５．０ｍｍの範囲で変更して、実施例１９−１〜１９−７、実施例２０−１〜２０−７、実施例２１−１〜２１−７のハニカム構造体１とし、これらハニカム構造体１のそれぞれに、触媒層を形成して触媒体とした。同様にして、浄化性能、圧力損失、強度への影響を調べた結果を、表５に示す。

表５に明らかなように、実施例１９−１〜１９−７では、突起片４の長さＬが長くなるほど、浄化性能が向上する。このとき、図１８に示されるように、突起片４の高さＨ（すなわち、Ｈ＝２００μｍ＝０．２ｍｍ）に対して、実施例１９−１のように長さＬが小さいと（すなわち、Ｌ＝０．１ｍｍ）、圧力損失が増加する。また、距離Ｄ（すなわち、Ｄ＝４ｍｍ）に対して、実施例１９−７のように長さＬが長くなると（すなわち、Ｌ＝３．０ｍｍ）、強度が低下する。

この傾向は、実施例２０においても同様であり、突起片４の高さＨ（すなわち、Ｈ＝４００μｍ＝０．４ｍｍ）に対して、実施例２０−１のように長さＬが小さいと（すなわち、Ｌ＝０．３ｍｍ）、圧力損失が増加する。また、距離Ｄ（すなわち、Ｄ＝４ｍｍ）に対して、実施例２０−７のように長さＬが長くなると（すなわち、Ｌ＝３．０ｍｍ）、強度が低下する。実施例２１においても、突起片４の高さＨ（すなわち、Ｈ＝２００μｍ＝０．２ｍｍ）に対して、実施例２２−１のように長さＬが小さいと（すなわち、Ｌ＝０．１ｍｍ）、圧力損失が増加する。また、距離Ｄ（すなわち、Ｄ＝２０ｍｍ）に対して、実施例２１−７のように長さＬが長くなると（すなわち、Ｌ＝１５．０ｍｍ）、強度が低下する。

これら結果から、突起片４の高さＨより、長さＬが長く、また、距離Ｄの１／２よりも、長さＬが長くなるように（すなわち、Ｌ≧Ｈ、Ｌ≧Ｄ／２）、設定されることが好ましい。

本発明のハニカム構造体１は、上記実施形態や上記実施例に記載した内容に限定されるものではなく、本発明の趣旨を超えない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、ハニカム構造体１のセル形状は、四角形又は六角形以外の多角形、又は円形等、任意の形状とすることができる。複数のセル形状や、大きさの異なるセル形状を組み合わせてもよい。また、上記実施形態では、自動車用の排ガス浄化触媒への適用例として説明したが、自動車エンジンに限らず、各種装置からの排ガスを浄化する触媒体等、各種用途に任意に使用することができる。

１ハニカム構造体
１１外皮
１２端面
２セル壁
３セル
４突起片
４１通孔
４２突壁

Claims

両端開口の筒状外皮（１１）内を区画するセル壁（２）と、
該セル壁に囲まれ、上記筒状外皮の軸方向（Ｘ）に平行配設されると共に多角形の断面形状を有する多数のセル（３）と、を備える、ハニカム構造体（１）であって、
該多数のセルのうち少なくとも一部において、隣接する複数の上記セルにそれぞれ設けられ、複数の上記セルに共通の多角形の頂点周りに配置される突起片（４）を有し、上記突起片は、上記セル壁を貫通する通孔（４１）と、該通孔の端縁部から上記セルの内方に傾斜して突き出す突壁（４２）とを形成する、ハニカム構造体。
上記突起片は、上記セル壁に設けられた切起し片からなる、請求項１に記載のハニカム構造体。
隣接する複数の上記セルにおいて、上記突起片は、共通の上記頂点に対して、対称配置される、請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
上記セルが開口する端面（１２）に、上記突起片を投影した投影面において、上記突起片の単位面積当たりの密度が、１個／ｃｍ²以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
上記突起片の先端の高さＨと、上記軸方向の長さＬとは、Ｌ≧Ｈの関係にある、請求項１〜４のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
上記突起片の先端の高さＨと、上記セル壁と上記セルの中心との距離Ｄｃとは、Ｄｃ≧Ｈの関係にある、請求項１〜５のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
上記突起片は、上記セル壁に、上記軸方向に間隔をおいて複数設けられる、請求項１〜６のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
複数の上記突起片の距離Ｄｔと、上記軸方向の長さＬとは、Ｄｔ／２≧Ｌの関係にある、請求項７に記載のハニカム構造体。
ハニカム構造体（１）に触媒を担持してなる触媒体であって、
上記ハニカム構造体は、
両端開口の筒状外皮（１１）内を区画するセル壁（２）と、
該セル壁に囲まれ、上記筒状外皮の軸方向（Ｘ）に平行配設されると共に多角形の断面形状を有する多数のセル（３）と、を備えており、
該多数のセルのうち少なくとも一部において、隣接する複数の上記セルにそれぞれ設けられ、複数の上記セルに共通の多角形の頂点周りに配置される突起片（４）を有し、上記突起片は、上記セル壁を貫通する通孔（４１）と、該通孔の端縁部から上記セルの内方に傾斜して突き出す突壁（４２）とを形成する、触媒体。