JP6620049B2 - 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。更に詳しくは、２つ以上のセル構造が境界壁によって隔てられたハニカム構造体において、境界壁の近傍に発生する応力集中を緩和することができ、機械的強度の低下を抑制することが可能なハニカム構造体に関する。
従来、自動車等のエンジンから排出される排ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の有害物質の浄化処理のため、ハニカム構造体に触媒を担持したものが使用されている。また、ハニカム構造体は、多孔質の隔壁によって区画形成されたセルの開口部に目封止を施すことにより、排ガス浄化用のフィルタとしても使用されている。
ハニカム構造体は、排ガスの流路となり複数のセルを区画形成する隔壁を有する柱状の構造体である。このようなハニカム構造体は、セルの延びる方向に直交する面において、複数のセルが、所定の周期で規則的に配列したセル構造を有している。従来は、１つのハニカム構造体において、上記面内のセル構造は、１種類であったが、近年、排ガス浄化効率の向上等を目的として、上記面内に、２種類以上のセル構造を有するハニカム構造体が提案されている。例えば、セルの延びる方向に直交する面の、中央部分と外周部分において、セル密度やセル形状を異ならせることにより、上記面内に、２種類以上のセル構造を有するハニカム構造体が提案されている（例えば、特許文献１〜３を参照）。
特開２００２−１７７７９４号公報 特開２００８−０１８３７０号公報 特開２０００−０９７０１９号公報
特許文献１〜３には、２種類以上のセル構造を有するハニカム構造体として、例えば、セルの延びる方向に直交する面内において、中央部分のセル密度が高く、外周部分のセル密度が低くなるように構成されたハニカム構造体等が開示されている。このように、従来、ハニカム構造体の中央部分と外周部分とで、セル密度が異なる２つ以上のセル構造を有するハニカム構造体が提案されている。
上記のような２つ以上の異なるセル構造を有するハニカム構造体については、例えば、それぞれのセル構造の境界部分に、多孔質の境界壁を配設することが考えられる。しかしながら、セル構造の境界部分に境界壁を配設したハニカム構造体は、セル構造が切り替わる境界壁付近に応力集中が起きやすく、境界壁に破損が生じやすいという問題があった。また、上記のような境界壁を有するハニカム構造体は、セラミックス原料を含む坏土を押出成形してハニカム成形体を作製する際に、ハニカム成形体の境界壁付近でセルの変形が起きやすいという問題があった。その結果、このようなハニカム成形体を焼成して得られたハニカム構造体は、使用時等において、変形したセルを起点としてクラックが発生しやすくなり、その機械的強度が低くなるという問題もあった。
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものである。本発明は、２つ以上のセル構造が境界壁によって隔てられたハニカム構造体において、境界壁の近傍に発生する応力集中を緩和することができ、機械的強度の低下を抑制することが可能なハニカム構造体を提供する。
本発明者らは上記課題を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、境界壁付近への応力集中や成形時のセルの変形は、外周壁の厚さが極めて大きな影響を及ぼしているという知見を得た。そして、境界壁の厚さを、外周壁の厚さよりも厚くすることで、境界壁付近への応力集中や成形時のセルの変形を極めて有効に抑制することができるということを見出し、本発明を完成するに至った。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］ 流入端面から流出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、及び前記隔壁の外周を囲繞するように配設された外周壁を有する、柱状のハニカム構造部を備え、前記セルのうち、前記隔壁によって周囲の全てが区画されているセルを完全セルとし、前記ハニカム構造部は、前記ハニカム構造部の最外周に形成された前記完全セルを含む最外周セル構造と、前記最外周セル構造よりも内側の中央部分に形成された複数の前記セルによって構成された中央セル構造と、前記最外周セル構造と前記中央セル構造との境界部分に配設された境界壁と、を有し、前記隔壁、前記境界壁、及び前記外周壁が一体に構成された一体成形品であり、前記最外周セル構造と前記中央セル構造とは、異なる構造であり、且つ、前記境界壁の厚さが、前記外周壁の厚さよりも厚く、前記中央セル構造が、１種類のセル構造、又はセル密度が異なる２つ以上のセル構造によって構成されており、前記２つ以上のセル構造によって構成された前記中央セル構造は、当該２つ以上のセル構造の境界部分に中央境界壁を有し、前記中央境界壁の厚さが、前記外周壁の厚さよりも厚く、前記外周壁の厚さが、０．２〜１．０ｍｍであり、前記境界壁及び前記中央境界壁の厚さが、前記外周壁の厚さの１１７〜３００％の厚さである、ハニカム構造体。
［２］ 前記境界壁の厚さが、前記外周壁の厚さの１５０〜３００％の厚さである、前記［１］に記載のハニカム構造体。
［３］ 前記中央セル構造のセル密度が、前記最外周セル構造のセル密度よりも大である、前記［１］又は［２］に記載のハニカム構造体。
［４］ 前記中央セル構造における前記セルの繰り返し単位の配列方向が、前記最外周セル構造における前記セルの繰り返し単位の配列方向に対して、１０°以上、５０°未満傾いている、前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。
本発明のハニカム構造体は、２つ以上のセル構造が境界壁によって隔てられたハニカム構造体において、境界壁の近傍に発生する応力集中を緩和することができ、機械的強度の低下を抑制することができるという効果を奏するものである。また、本発明のハニカム構造体は、その製造時において、境界壁付近のセルの変形が起こり難いため、機械的強度に優れたものとなる。例えば、境界壁付近のセルが変形していると、変形したセルを起点としてクラックが発生しやすくなるが、本発明のハニカム構造体は、このようなクラックの発生を有効に防止することができる。
本発明のハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す斜視図である。 図１に示すハニカム構造体の流入端面を模式的に示す平面図である。 図２のＸ−Ｘ’断面を模式的に示す、断面図である。 本発明のハニカム構造体の他の実施形態の流入端面を模式的に示す平面図である。 本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態の流入端面を模式的に示す平面図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。しかし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し適宜変更、改良等が加えられ得ることが理解されるべきである。
（１）ハニカム構造体：
図１〜図３に示すように、本発明のハニカム構造体の一の実施形態は、多孔質の隔壁１、及びこの隔壁１の外周を囲繞するように配設された外周壁３を有する、柱状のハニカム構造部４を備えた、ハニカム構造体１００である。ハニカム構造部４の隔壁１は、流入端面１１から流出端面１２まで延びる流体の流路となる複数のセル２を区画形成するものである。本実施形態のハニカム構造体１００は、ハニカム構造部４が、以下のように構成されている点に特徴を有する。ハニカム構造部４は、中央セル構造１５と、最外周セル構造１６と、最外周セル構造１６と中央セル構造１５との境界部分に配設された境界壁８と、を有するものである。そして、中央セル構造１５と、最外周セル構造１６とが、異なる構造である。ここで、中央セル構造１５とは、ハニカム構造部４のセル２の延びる方向に直交する面において、ハニカム構造部４の中央部分に形成された複数のセル２ａによって構成された構造のことである。最外周セル構造１６とは、上記面において、ハニカム構造部４の最外周に形成された完全セル２ｘを含む複数のセル２ｂによって構成された構造のことである。完全セル２ｘを含む複数のセル２ｂは、中央セル構造１５よりも外側の外周部分に形成された複数のセル２ｂのことである。そして、本実施形態のハニカム構造体１００は、最外周セル構造１６と中央セル構造１５との境界部分に配設された境界壁８の厚さが、外周壁３の厚さよりも厚くなるように構成されている。
本実施形態のハニカム構造体１００は、２つ以上のセル構造が境界壁８によって隔てられたハニカム構造体１００において、境界壁８の近傍に発生する応力集中を緩和することができ、機械的強度の低下を抑制することができるという効果を奏するものである。また、本実施形態のハニカム構造体１００は、その製造時において、境界壁８付近のセル２の変形が起こり難いため、機械的強度に優れたものとなる。例えば、境界壁８付近のセル２が変形していると、変形したセル２を起点としてクラックが発生しやすくなるが、本実施形態のハニカム構造体１００は、このようなクラックの発生を有効に防止することができる。
ここで、図１は、本発明のハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示すハニカム構造体の流入端面を模式的に示す平面図である。図３は、図２のＸ−Ｘ’断面を模式的に示す、断面図である。
本発明において、最外周セル構造１６とは、ハニカム構造部４の最外周に形成された完全セル２ｘを含むセル構造である。以下、セル２の周囲の全てが隔壁１によって区画されたセル２のことを、「完全セル」ということがある。一方、セル２の周囲の全てが隔壁１によって区画されておらず、セル２の一部が外周壁３によって区画されているセル２のことを、「不完全セル」ということがある。また、セル２の一部が境界壁８によって区画されているセル２についても、「不完全セル」ということがある。ハニカム構造部４の形成されたセル２は、上記したように「完全セル」と「不完全セル」とに分類することができる。
本発明において、「セル構造」とは、セル２の延びる方向に直交する面において、隔壁１によって区画されたセル２の１個、又は複数個のセル２の組み合わせが、１つの繰り返し単位となり、その繰り返し単位の集合によって形成される構造のことをいう。例えば、同一セル形状のセルが、上記面において規則的に配列している場合、同一セル形状のセルの存在する範囲が、１つのセル構造となる。また、異なるセル形状のセルであっても、複数個のセルの組み合わせが１つの繰り返し単位となる場合には、その繰り返し単位が存在する範囲が、１つのセル構造となる。
本発明において、２つのセル構造が「異なる構造」であるとは、２つのセル構造を比較した場合に、隔壁厚さ、セル密度、セル形状のいずれか１つが異なることを意味する。ここで、「隔壁厚さが異なる」とは、２つのセル構造の隔壁厚さを比較した場合に、２５μｍ以上の差を有することをいう。また、「セル密度が異なる」とは、２つのセル構造のセル密度を比較した場合に、７個／ｃｍ２以上の差を有することをいう。
本発明において、「中央セル構造１５」は、１つ以上のセル構造によって構成されている。一方、「最外周セル構造１６」は、中央セル構造１５よりも外側であって、ハニカム構造部４の最外周部分に形成されたセル構造のことを意味する。そして、「最外周セル構造１６」は、通常、１種類のセル構造によって構成される。したがって、「中央セル構造１５」は、最外周セル構造１６よりも内側に、１つのセル構造のみが存在する場合には、その１つのセル構造が中央セル構造１５となる。また、最外周セル構造１６よりも内側に、２つ以上のセル構造が存在する場合には、２つ以上のセル構造のそれぞれが中央セル構造１５となる。なお、最外周セル構造１６を構成するセル構造において、最外周の不完全セルについては、繰り返し単位を構成するセルに含めないものとする。また、中央セル構造１５を構成するセル構造において、セル２の一部が境界壁８によって区画されている不完全セルについても、繰り返し単位を構成するセルに含めないものとする。
図１〜図３に示すハニカム構造体１００においては、中央セル構造１５よりも外側に形成されたセル２ｂは、その形状、セル密度、セルピッチが同一となるように構成されている。したがって、図１〜図３に示すハニカム構造体１００のハニカム構造部４は、中央セル構造１５と、最外周セル構造１６との、２種類のセル構造によって構成されている。なお、中央セル構造１５が複数のセル構造を有する場合の例は、後述する。
「外周壁３の厚さ」は、ハニカム構造部４の流入端面１１又は流出端面１２を撮像装置により撮像し、撮像した画像を画像解析することによって求めることができる。具体的には、まず、ハニカム構造体１００のハニカム構造部４の流入端面１１又は流出端面１２を撮像装置により撮像する。次に、撮像した画像において、ハニカム構造部４の重心Ｏ１を求める。ハニカム構造部４の重心Ｏ１は、ハニカム構造部４の流入端面１１又は流出端面１２における重心として求めることができる。次に、ハニカム構造部４の最外周の完全セル２ｘのうち、最もハニカム構造部４の重心Ｏ１に近い完全セル２ｘを特定する。次に、特定した完全セル２ｘの重心Ｏ２の位置を求める。次に、ハニカム構造部４の重心Ｏ１と、特定した完全セル２ｘの重心Ｏ２とを直線で結び、その延長線上の外周壁３の厚さを測定する。ここで、ハニカム構造部４の重心Ｏ１と、特定した完全セル２ｘの重心Ｏ２とを結ぶ直線を、「直線Ｏ１−Ｏ２」とする。次に、ハニカム構造部４の重心Ｏ１を中心として、「直線Ｏ１−Ｏ２」を４５°間隔で時計回り移動させ、移動させた「直線Ｏ１−Ｏ２」の延長線上の外周壁３の厚さをそれぞれ測定する。すなわち、「直線Ｏ１−Ｏ２」を、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、及び３１５°移動させた７点において、外周壁３の厚さを測定する。このようにして測定した８点の外周壁３の厚さの平均値を、「外周壁３の厚さ」とする。撮像した画像の画像解析は、例えば、ニコン社製の商品名「ＮＥＸＩＶ、ＶＭＲ−１５１５」の画像処理ソフトを用いることができる。
「境界壁８の厚さ」についても、ハニカム構造部４の流入端面１１又は流出端面１２を撮像装置により撮像し、撮像した画像を画像解析することによって求めることができる。具体的には、まず、ハニカム構造体１００のハニカム構造部４の流入端面１１又は流出端面１２を撮像装置により撮像する。次に、撮像した画像において、ハニカム構造部４の重心Ｏ１を求める。次に、ハニカム構造部４の最外周の完全セル２ｘのうち、最もハニカム構造部４の重心Ｏ１に近い完全セル２ｘを特定する。次に、特定した完全セル２ｘの重心Ｏ２の位置を求める。次に、ハニカム構造部４の重心Ｏ１と、特定した完全セル２ｘの重心Ｏ２とを直線で結び、その直線上の境界壁８の厚さを測定する。次に、ハニカム構造部４の重心Ｏ１を中心として、「直線Ｏ１−Ｏ２」を４５°間隔で時計回り移動させ、移動させた直線上の境界壁８の厚さをそれぞれ測定する。このようにして測定した８点の境界壁８の厚さの平均値を、「境界壁８の厚さ」とする。撮像した画像の画像解析は、外周壁３の厚さを測定する際に使用したものと同様の画像処理ソフトを用いることができる。
本実施形態のハニカム構造体１００においては、境界壁８の厚さが、外周壁３の厚さよりも厚いことが必要である。例えば、境界壁８と外周壁３とが同じ厚さである場合には、境界壁８の近傍に発生する応力集中を緩和することが困難である。本実施形態のハニカム構造体１００においては、境界壁８の厚さが、外周壁３の厚さの１５０％以上の厚さであることが好ましい。このように構成することによって、ハニカム構造体１００の機械的強度の低下を有効に抑制することができる。また、境界壁８の厚さが、外周壁３の厚さの１５０〜３００％の厚さであることが更に好ましく、外周壁３の厚さの２００〜２５０％の厚さであることが特に好ましい。
セルの延びる方向に直交する面における、それぞれのセルの形状については特に制限はない。例えば、中央セル構造及び最外周セル構造を構成するセルの形状としては、三角形、四角形、六角形、八角形などの多角形を挙げることができる。また、中央セル構造及び最外周セル構造を構成するセルは、それぞれのセル構造内において、一のセルと、他のセルとで、その形状が異なっていてもよい。
本実施形態のハニカム構造体においては、中央セル構造のセル密度が、最外周セル構造のセル密度よりも大であることが好ましい。このように構成されたハニカム構造体は、セルの延びる方向に直交する面において、排ガスを外周のセルに流入させやすくすることができ、ハニカム構造体と排ガスを効率よく接触させ浄化できる点で好ましい。
中央セル構造におけるセル密度は、４０〜１５５個／ｃｍ２であることが好ましく、６０〜１４０個／ｃｍ２であることが更に好ましく、７５〜１１０個／ｃｍ２であることが特に好ましい。中央セル構造におけるセル密度が４０個／ｃｍ２未満であると、ハニカム構造体の強度を確保できないことや、排ガスを外周に流入させることが難しいことがある。また、中央セル構造におけるセル密度が１５５個／ｃｍ２を超えると、ハニカム構造体の圧力損失が増大することや、触媒を担持した場合に、担持した触媒によってセルの目詰まりが発生することがある。
最外周セル構造におけるセル密度は、１５〜９５個／ｃｍ２であることが好ましく、３０〜８０個／ｃｍ２であることが更に好ましく、４０〜６５個／ｃｍ２であることが特に好ましい。最外周セル構造におけるセル密度が１５個／ｃｍ２未満であると、ハニカム構造体の強度が不足することがある。また、最外周セル構造におけるセル密度が９５個／ｃｍ２を超えると、ハニカム構造体の圧力損失が増大することや、触媒を担持した場合に、担持した触媒によってセルの目詰まりが発生することがある。
中央セル構造における隔壁の厚さは、０．０５〜０．２１ｍｍであることが好ましく、０．０５〜０．１６ｍｍであることが更に好ましく、０．０５〜０．１２ｍｍであることが特に好ましい。中央セル構造における隔壁の厚さが薄すぎると、ハニカム構造体の強度が確保できないことや、排ガスを外周に流入させることが難しくなる点で好ましくない。中央セル構造における隔壁の厚さが厚すぎると、ハニカム構造体の圧力損失が増大することや、触媒を担持した場合に、担持した触媒によってセルの目詰まりが発生する点で好ましくない。
最外周セル構造における隔壁の厚さは、０．０７〜０．２３ｍｍであることが好ましく、０．０７〜０．１８ｍｍであることが更に好ましく、０．０７〜０．１５ｍｍであることが特に好ましい。最外周セル構造における隔壁の厚さが薄すぎると、ハニカム構造体の強度が確保できないことや、排ガスを外周に流入させることが難しくなる点で好ましくない。最外周セル構造における隔壁の厚さが厚すぎると、ハニカム構造体の圧力損失が増大することや、触媒を担持した場合に、担持した触媒によってセルの目詰まりが発生する点で好ましくない。
外周壁の厚さは、０．２〜１．０ｍｍであり、０．３〜０．８ｍｍであることが好ましく、０．４〜０．６ｍｍであることが特に好ましい。外周壁の厚さが薄すぎると、ハニカム構造体全体の機械的強度が低下してしまう点で好ましくない。外周壁の厚さが厚すぎると、ハニカム構造体のセルの開口面積が減少し、圧力損失が増大することがある点で好ましくない。
ハニカム構造部の隔壁の気孔率が、１０〜５５％であることが好ましく、２０〜４５％であることが更に好ましく、２５〜３５％であることが特に好ましい。隔壁の気孔率が１０％未満であると、ハニカム構造体をフィルタとして使用した際に、圧力損失が増大することがある。隔壁の気孔率が５５％を超えると、ハニカム構造体１００の強度が不十分となり、排ガス浄化装置に用いられる缶体内にハニカム構造体を収納する際に、ハニカム構造体を十分な把持力で保持することが困難となる。隔壁の気孔率は、水銀ポロシメータ（Ｍｅｒｃｕｒｙ ｐｏｒｏｓｉｍｅｔｅｒ）によって計測された値とする。水銀ポロシメータとしては、例えば、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製のＡｕｔｏｐｏｒｅ ９５００（商品名）を挙げることができる。
隔壁の材料が、強度、耐熱性、耐久性等の観点から、主成分は酸化物又は非酸化物の各種セラミックスや金属等であることが好ましい。具体的には、セラミックスとしては、例えば、コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素、窒化珪素、及びチタン酸アルミニウムから構成される材料群より選択された少なくとも１種を含む材料からなることが好ましい。金属としては、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属及び金属珪素等が考えられる。これらの材料の中から選ばれた１種又は２種以上を主成分とすることが好ましい。高強度、高耐熱性等の観点から、アルミナ、ムライト、チタン酸アルミニウム、コージェライト、炭化珪素、及び窒化珪素から構成される材料群より選ばれた１種又は２種以上を主成分とすることが特に好ましい。また、高熱伝導率や高耐熱性等の観点からは、炭化珪素又は珪素−炭化珪素複合材料が特に適している。ここで、「主成分」とは、その成分中に、５０質量％以上、好ましくは７０質量％以上、更に好ましくは８０質量％以上存在する成分のことを意味する。
境界壁の材料は、強度、耐熱性、耐久性等の観点から、主成分は酸化物又は非酸化物の各種セラミックスや金属等であることが好ましい。なお、境界壁の材料は、隔壁の材料と同じものであることが好ましい。
外周壁の材料は、強度、耐熱性、耐久性等の観点から、主成分は酸化物又は非酸化物の各種セラミックスや金属等であることが好ましい。なお、外周壁の材料は、隔壁の材料と同じものであることが好ましい。本実施形態のハニカム構造体は、隔壁、境界壁、及び外周壁が、一度の押出成形によって形成された一体成形品である。
ハニカム構造体の全体形状については特に制限はない。本実施形態のハニカム構造体の全体形状は、流入端面及び流出端面の形状が、円形、又は楕円形であることが好ましく、特に、円形であることが好ましい。また、ハニカム構造体の大きさは、特に限定されないが、流入端面から流出端面までの長さが、５０〜２５４ｍｍであることが好ましい。また、ハニカム構造体の全体形状が円柱状の場合、それぞれの端面の直径が、５０〜２５４ｍｍであることが好ましい。
本実施形態のハニカム構造体は、内燃機関の排ガス浄化用の部材として好適に用いることができる。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好適に利用することができる。本実施形態のハニカム構造体は、ハニカム構造部の隔壁の表面及び隔壁の細孔のうちの少なくとも一方に、排ガス浄化用の触媒が担持されたものであってもよい。
また、本実施形態のハニカム構造体は、隔壁によって区画形成されたセルのいずれか一方の端部に配設された目封止部を、更に備えたものであってもよい。すなわち、目封止部は、セルの流入端面側又は流出端面側の開口部に配設され、セルのいずれか一方の端部を封止するものであり、このようなハニカム構造体は、排ガス中の粒子状物質を除去するフィルタとして利用することができる。
次に、本発明のハニカム構造体の他の実施形態について、図４を参照しつつ説明する。図４は、本発明のハニカム構造体の他の実施形態の流入端面を模式的に示す平面図である。図４に示すように、本実施形態のハニカム構造体２００は、多孔質の隔壁１、及び隔壁１の外周を囲繞するように配設された外周壁３を有する、柱状のハニカム構造部４を備えたものである。ハニカム構造部４は、セル２の延びる方向に直交する面において、中央セル構造１５と、最外周セル構造１６と、境界壁８と、を有する。また、中央セル構造１５と、最外周セル構造１６とが、異なる構造となっている。そして、図１〜図３に示すハニカム構造体１００と同様に、境界壁８の厚さが、外周壁３の厚さよりも厚くなるように構成されている。
図４に示すハニカム構造体２００においては、中央セル構造１５におけるセル２ａの繰り返し単位の配列方向が、最外周セル構造１６におけるセル２ｂの繰り返し単位の配列方向に対して傾いた状態となっている。すなわち、最外周セル構造１６におけるセル２ｂの繰り返し単位は、図４の紙面の横方向に配列しており、その一方で、中央セル構造１５におけるセル２ａの繰り返し単位は、図４の紙面の横方向に対して斜めに傾いた方向に配列している。例えば、図４に示すハニカム構造体２００は、図１〜図３に示すハニカム構造体１００において、中央セル構造１５が、その重心を中心として、時計回り方向に４５°程度回転した状態で配設されたものということができる。このように構成することによって、特定の箇所に応力集中が発生することを抑制し、強度確保に効果を奏するものとなる。
図４に示すハニカム構造体２００においては、最外周セル構造１６におけるセル２ｂの繰り返し単位の配列方向と、中央セル構造１５におけるセル２ａの繰り返し単位の配列方向とのなす角の大きさについては特に制限はない。ただし、中央セル構造１５におけるセル２ａの繰り返し単位の配列方向が、最外周セル構造１６におけるセル２ｂの繰り返し単位の配列方向に対して傾いている場合には、１０°以上、５０°未満傾いていることが好ましい。上記のような角度範囲で、セル２ａ，２ｂの繰り返し単位の配列方向を傾かせることにより、上述した効果を有効に発現させることができる。
次に、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態について、図５を参照しつつ説明する。図５は、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態の流入端面を模式的に示す平面図である。本実施形態のハニカム構造体は、最外周セル構造よりも内側に存在する中央セル構造が、２つ以上のセル構造によって構成されたものである。すなわち、図５に示すように、本実施形態のハニカム構造体３００は、多孔質の隔壁１、及び隔壁１の外周を囲繞するように配設された外周壁３を有する、柱状のハニカム構造部４を備えたものである。ハニカム構造部４は、セル２の延びる方向に直交する面において、中央セル構造１５と、最外周セル構造１６と、境界壁８と、を有する。また、中央セル構造１５と、最外周セル構造１６とが、異なる構造となっている。そして、図１〜図３に示すハニカム構造体１００と同様に、境界壁８の厚さが、外周壁３の厚さよりも厚くなるように構成されている。
図５に示すハニカム構造体３００においては、中央セル構造１５が、２つのセル構造によって構成されている。すなわち、ハニカム構造体３００では、中央セル構造１５が、ハニカム構造部４のより内側寄りに存在する第一中央セル構造１５ａと、この第一中央セル構造１５ａを囲繞するように存在する第二中央セル構造１５ｂと、を有している。そして、第一中央セル構造１５ａと第二中央セル構造１５ｂとの境界部分に、その境界を区画する中央境界壁９を有している。ここで、「中央境界壁９」とは、２重に配置された２つの中央セル構造１５において、その境界部分に存在する境界壁のことである。
本実施形態のハニカム構造体３００において、中央境界壁９の厚さについては特に制限はない。例えば、中央境界壁９の厚さが、外周壁３の厚さよりも厚くてもよいし、外周壁３の厚さと同じ厚さであってもよい。ただし、本実施形態のハニカム構造体３００においては、中央境界壁９の厚さが、外周壁３の厚さよりも厚いことが好ましい。また、中央境界壁９の厚さが、外周壁３の厚さの１５０〜３００％の厚さであることが更に好ましく、外周壁３の厚さの２００〜２５０％の厚さであることが特に好ましい。中央境界壁９の厚さは、最外周セル構造１６と中央セル構造１５との境界部分に配設された境界壁８の厚さを測定する方法と同様の方法により測定することができる。
これまでに説明したように、図５に示すハニカム構造体３００は、中央セル構造１５が、２つのセル構造によって構成されている。このように中央セル構造１５が、２つのセル構造によって構成されている場合には、その境界を区画する中央境界壁９を有することが好ましい。ただし、第一中央セル構造１５ａと第二中央セル構造１５ｂとの境界部分は、中央境界壁９を有さずに、連続する又は不連続な隔壁１によって構成されていてもよい。
（２）ハニカム構造体の製造方法：
次に、本発明のハニカム構造体を製造する方法について説明する。
まず、ハニカム構造部を作製するための可塑性の坏土を作製する。ハニカム構造部を作製するための坏土は、原料粉末として、前述の隔壁の好適な材料群の中から選ばれた材料に、適宜、バインダ等の添加剤、及び水を添加することによって作製することができる。
次に、作製した坏土を押出成形することにより、複数のセルを区画形成する隔壁、及び最外周に配設された外周壁を有する、柱状のハニカム成形体を得る。押出成形においては、押出成形用の口金として、坏土の押出面に、成形するハニカム成形体の反転形状となるスリットが形成されたものを用いることができる。特に、本発明のハニカム構造体を製造する際には、押出成形用の口金として、押出成形するハニカム成形体の中央部分と外周部分とで、セル構造が異なるようにスリットが形成されたものを用いることが好ましい。そして、使用する口金における、セル構造が異なる中央部分と外周部分との境界には、環状のスリットが形成されていることが好ましい。このような環状のスリットによって、最外周セル構造と中央セル構造とを隔てる境界壁が成形される。
得られたハニカム成形体を、例えば、マイクロ波及び熱風で乾燥してもよい。また、ハニカム成形体の製造に用いた材料と同様の材料で、セルの開口部を目封止することで目封止部を配設してもよい。
次に、得られたハニカム成形体を焼成することにより、ハニカム構造体を得る。焼成温度及び焼成雰囲気は原料により異なり、当業者であれば、選択された材料に最適な焼成温度及び焼成雰囲気を選択することができる。なお、本発明のハニカム構造体を製造する方法は、これまでに説明した方法に限定されることはない。
（実施例１）
コージェライト化原料１００質量部に、分散媒を３５質量部、有機バインダを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、及びシリカを使用した。分散媒としては水を使用し、造孔材としては平均粒子径１〜１０μｍのコークスを使用し、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、分散剤としてはエチレングリコールを使用した。
次に、ハニカム成形体作製用の口金を用いて坏土を押出成形し、全体形状が円柱形のハニカム成形体を得た。押出成形においては、押出成形用の口金として、押出成形するハニカム成形体の中央部分と外周部分とで、セル構造が異なるようにスリットが形成されたものを用いた。また、この口金は、セル構造が異なる中央部分と外周部分との境界に、環状のスリットが形成されたものであった。
次に、ハニカム成形体をマイクロ波乾燥機で乾燥し、更に熱風乾燥機で完全に乾燥させた後、ハニカム成形体の両端面を切断し、所定の寸法に整えた。
次に、乾燥したハニカム成形体を、脱脂し、焼成して、実施例１のハニカム構造体を製造した。実施例１のハニカム構造体は、端面の直径が１１８ｍｍの円柱状であった。実施例１のハニカム構造体のセルの延びる方向の長さは、１２７ｍｍであった。
また、実施例１のハニカム構造体は、セルの延びる方向に直交する面において、最外周セル構造と、中央セル構造とが、異なる構造であった。中央セル構造は、１種類のセル構造であり、実施例１のハニカム構造体は、最外周セル構造と中央セル構造とで、合計２種類のセル構造を有するものであった。実施例１のハニカム構造体のように、合計２種類のセル構造を有するものについては、表１の「セル構造の種類」の欄に、「２」と記す。例えば、中央セル構造が２種類のセル構造から構成され、最外周セル構造と中央セル構造とで、合計３種類のセル構造を有する場合には、表１の「セル構造の種類」の欄に、「３」と記す。また、本実施例において、中央セル構造が１種類の場合、その中央セル構造を、「第一中央セル構造」ということがある。また、本実施例において、中央セル構造が２種類の場合、より内側の中央セル構造を、「第一中央セル構造」といい、第一中央セル構造よりも外側の中央セル構造を、「第二中央セル構造」ということがある。
また、得られた実施例１のハニカム構造体は、最外周セル構造と中央セル構造との境界部分に境界壁を有するものであった。本実施例では、実施例１のハニカム構造体のように、最外周セル構造と中央セル構造との境界部分に配設された境界壁を、単に、「境界壁」という。一方、中央セル構造が２種類のセル構造から構成されている場合に、第一中央セル構造と第二中央セル構造との境界部分に配設された境界壁を、「中央境界壁」という。
実施例１のハニカム構造体における、中央セル構造は、隔壁の厚さが０．１０２ｍｍであり、セル密度が９３．０個／ｃｍ２であり、セルの形状が四角形であった。また、実施例１のハニカム構造体における、最外周セル構造は、隔壁の厚さが０．１０２ｍｍであり、セル密度が６２．０個／ｃｍ２であり、セルの形状が四角形であった。表１の「セル構造」の欄に、中央セル構造及び最外周セル構造の、隔壁の厚さ、セル密度、及びセル形状を示す。
また、実施例１のハニカム構造体の中央セル構造は、ハニカム構造部の端面において、円形状であり、その直径が８４ｍｍであった。
また、ハニカム構造体の境界壁の厚さ、及び外周壁の厚さは、以下の方法により測定した。まず、ハニカム構造体のハニカム構造部の流入端面を撮像装置により撮像した。次に、撮像した画像において、ハニカム構造部の重心Ｏ１を求めた。次に、ハニカム構造部の最外周の完全セルのうち、最もハニカム構造部の重心Ｏ１に近い完全セルを特定した。次に、特定した完全セルの重心Ｏ２の位置を求めた。次に、ハニカム構造部の重心Ｏ１と、特定した完全セルの重心Ｏ２とを直線で結び、その直線上の境界壁の厚さを測定した。また、上記直線を延長し、その延長線上の外周壁の厚さを測定した。次に、ハニカム構造部の重心Ｏ１を中心として、上記直線を４５°間隔で時計回り移動させ、移動させた直線上の境界壁の厚さ、及びその延長線上の外周壁の厚さを、それぞれ測定した。このようにして測定した８点の境界壁の厚さの平均値を、「境界壁の厚さ」とした。また、このようにして測定した８点の外周壁の厚さの平均値を、「外周壁の厚さ」とした。撮像した画像の画像解析は、ニコン社製の商品名「ＮＥＸＩＶ、ＶＭＲ−１５１５」の画像処理ソフトを用いて行った。
実施例１のハニカム構造体は、境界壁の厚さが、０．３５ｍｍであり、外周壁の厚さが、０．３０ｍｍであった。実施例１のハニカム構造体における、「境界壁の厚さ」及び「外周壁の厚さ」を、表２に示す。
また、測定した「境界壁の厚さ」及び「外周壁の厚さ」から、「外周壁の厚さに対する境界壁の厚さの比率（％）」を求めた。「外周壁の厚さに対する境界壁の厚さの比率（％）」は、境界壁の厚さ（ｍｍ）を、外周壁の厚さ（ｍｍ）で除算した値の百分率のことである。表２に、実施例１のハニカム構造体の「外周壁の厚さに対する境界壁の厚さの比率（％）」の値を示す。
実施例１のハニカム構造体は、最外周セル構造におけるセルの繰り返し単位の配列方向と、中央セル構造におけるセルの繰り返し単位の配列方向とのなす角が、０°であった。表２の「第一中央セル構造のセル配列の傾き（°）」欄に、上述した２つの配列方向のなす角の大きさを示す。
実施例１のハニカム構造体は、隔壁の気孔率が３５％であった。隔壁の気孔率の測定は、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製のＡｕｔｏｐｏｒｅ ９５００（商品名）によって測定した値である。隔壁の気孔率の値を、表２の「隔壁の気孔率（％）」の欄に示す。
また、実施例１のハニカム構造体について、以下の方法で、「アイソスタティック強度評価」を行った。評価結果を、表２の「強度評価（相対評価）」の欄に記す。
（アイソスタティック強度評価）
アイソスタティック（Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ）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、ハニカム構造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。すなわち、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、ハニカム構造体が破壊したときの加圧圧力値（ＭＰａ）で示される。本実施例におけるアイソスタティック強度評価においては、基準となる比較例１，７，１１のハニカム構造体の加圧圧力値（ＭＰａ）と、評価対象のハニカム構造体の加圧圧力値（ＭＰａ）を比較した相対評価とした。なお、実施例１〜２３及び比較例２〜６は、比較例１を基準とする。実施例２４〜３６及び比較例８〜１０は、比較例７を基準とする。実施例３７〜４４及び比較例１２〜１４は、比較例１１を基準とする。評価の判定基準は、以下の通りである。
評価Ａ：アイソスタティック強度が基準より３０％を超えて向上した場合を、その評価を「優」とする。
評価Ｂ：アイソスタティック強度が基準と同等（±３０％以内）の場合を、その評価を「良」とする。
評価Ｃ：アイソスタティック強度が基準の７０％未満の場合を、その評価を「不可」とする。
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Figure 0006620049
（実施例２〜２３、比較例１〜６）
「セル構造の種類」、「境界壁の有無」、及び「セル構造」を表１のように変更し、且つ、「境界壁の厚さ」を表２に示すように変更して、実施例２〜２３、比較例１〜６のハニカム構造体を作製した。
実施例７，８，１６及び比較例４，５については、中央セル構造が、表１に示すような「第一中央セル構造」と「第二中央セル構造」とを有するものとした。なお、第一中央セル構造は、ハニカム構造部の端面において、円形状であり、その直径が６８ｍｍであった。第二中央セル構造は、ハニカム構造部の端面において、円形状であり、その直径が９６ｍｍであった。実施例７，８，１６及び比較例４，５については、中央境界壁の厚さについても測定した。また、測定した中央境界壁の厚さ及び外周壁の厚さから、「外周壁の厚さに対する中央境界壁の厚さの比率（％）」を求めた。「外周壁の厚さに対する中央境界壁の厚さの比率（％）」とは、中央境界壁の厚さ（ｍｍ）を、外周壁の厚さ（ｍｍ）で除算した値の百分率のことである。表２の「外周壁の厚さに対する境界壁の厚さの比率（％）」における「中央境界壁」の欄に、実施例７，８，１６及び比較例４，５のハニカム構造体の「外周壁の厚さに対する中央境界壁の厚さの比率（％）」の値を示す。
また、実施例１０〜１６及び比較例６については、「第一中央セル構造のセル配列の傾き（°）」及び「第二中央セル構造のセル配列の傾き（°）」を、表２に示すように変更した。
また、比較例１については、ハニカム構造部の全体が、１種類のセル構造によって構成されたものとした。表１の「最外周セル構造」に記載された、隔壁の厚さ、セル密度、セル形状が、比較例１のハニカム構造部のセル構造である。
（実施例２４〜３６、比較例７〜１０）
「セル構造の種類」、「境界壁の有無」、及び「セル構造」を表３のように変更し、且つ、「境界壁の厚さ」を表４に示すように変更して、実施例２４〜３６、比較例７〜１０のハニカム構造体を作製した。
実施例２８，２９，３３及び比較例９，１０については、中央セル構造が、表３に示すような「第一中央セル構造」と「第二中央セル構造」とを有するものとした。なお、第一中央セル構造は、ハニカム構造部の端面において、円形状であり、その直径が６８ｍｍであった。第二中央セル構造は、ハニカム構造部の端面において、円形状であり、その直径が９６ｍｍであった。
また、実施例３１〜３３については、「第一中央セル構造のセル配列の傾き（°）」及び「第二中央セル構造のセル配列の傾き（°）」を、表４に示すように変更した。
比較例７については、ハニカム構造部の全体が、１種類のセル構造によって構成されたものとした。表３の「最外周セル構造」に記載された、隔壁の厚さ、セル密度、セル形状が、比較例７のハニカム構造部のセル構造である。
（実施例３７〜４４、比較例１１〜１４）
「セル構造の種類」、「境界壁の有無」、及び「セル構造」を表５のように変更し、且つ、「境界壁の厚さ」、及び「隔壁の気孔率」を表６に示すように変更して、実施例３７〜４４、比較例１１〜１４のハニカム構造体を作製した。
また、実施例４１〜４４及び比較例１４については、「第一中央セル構造のセル配列の傾き（°）」を、表６に示すように変更した。
比較例１１については、ハニカム構造部の全体が、１種類のセル構造によって構成されたものとした。表５の「最外周セル構造」に記載された、隔壁の厚さ、セル密度、セル形状が、比較例１１のハニカム構造部のセル構造である。
実施例２〜４４及び比較例１〜１４のハニカム構造体について、実施例１と同様の方法で、「アイソスタティック強度評価」を行った。それぞれの評価結果を、表２、表４、及び表６の「強度評価（相対評価）」の欄に記す。
Figure 0006620049
Figure 0006620049
Figure 0006620049
Figure 0006620049
（結果）
実施例１〜４４のハニカム構造体は、境界壁の厚さが、外周壁の厚さよりも厚くなるように構成されたものであり、基準となる各比較例のハニカム構造体と比較して、アイソスタティック強度が高いものであった。一方、比較例２のような、外周壁の厚さよりも薄い境界壁を有するハニカム構造体や、比較例３のような、外周壁の厚さと同じ厚さの境界壁を有するハニカム構造体は、比較例１のハニカム構造体と比して、アイソスタティック強度の低下するものとなった。即ち、最外周セル構造と中央セル構造とが異なる構造のハニカム構造体では、境界壁の厚さが、外周壁の厚さと同等又はそれ以下であると、基準となる比較例１と同じ加圧条件下において、境界壁の近傍に、比較例１にて発生するよりも高い最大応力値が発生する。したがって、最外周セル構造と中央セル構造とが異なる構造のハニカム構造体では、各比較例のように、境界壁の厚さが、外周壁の厚さと同等又はそれ以下であると、アイソスタティック強度が低下することが判明した。
また、「第一中央セル構造のセル配列の傾き（°）」及び「第二中央セル構造のセル配列の傾き（°）」については、その傾きが４５°に近づくにつれて、そのアイソスタティック強度が向上することが分かった。
更に、実施例１〜３６のような隔壁の気孔率が低いハニカム構造体であっても、実施例３７〜４４のような隔壁の気孔率が高いハニカム構造体であっても、境界壁の厚さを、外周壁の厚さよりも厚くすることにより、アイソスタティック強度が有効に向上することが分かった。
本発明のハニカム構造体は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等から排出される排ガスを浄化するための触媒を担持する触媒担体や、排ガスを浄化するためのフィルタとして利用することができる。
１：隔壁、２：セル、２ａ：セル（中央セル構造のセル）、２ｂ：セル（最外周セル構造のセル）、２ｘ：完全セル、３：外周壁、４：ハニカム構造部、８：境界壁、９：中央境界壁、１１：流入端面、１２：流出端面、１５：中央セル構造、１５ａ：第一中央セル構造、１５ｂ：第二中央セル構造、１６：最外周セル構造、１００，２００，３００：ハニカム構造体。

Claims (4)

  1. 流入端面から流出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、及び前記隔壁の外周を囲繞するように配設された外周壁を有する、柱状のハニカム構造部を備え、
    前記セルのうち、前記隔壁によって周囲の全てが区画されているセルを完全セルとし、
    前記ハニカム構造部は、前記ハニカム構造部の最外周に形成された前記完全セルを含む最外周セル構造と、前記最外周セル構造よりも内側の中央部分に形成された複数の前記セルによって構成された中央セル構造と、前記最外周セル構造と前記中央セル構造との境界部分に配設された境界壁と、を有し、
    前記隔壁、前記境界壁、及び前記外周壁が一体に構成された一体成形品であり、
    前記最外周セル構造と前記中央セル構造とは、異なる構造であり、且つ、
    前記境界壁の厚さが、前記外周壁の厚さよりも厚く、
    前記中央セル構造が、１種類のセル構造、又はセル密度が異なる２つ以上のセル構造によって構成されており、前記２つ以上のセル構造によって構成された前記中央セル構造は、当該２つ以上のセル構造の境界部分に中央境界壁を有し、前記中央境界壁の厚さが、前記外周壁の厚さよりも厚く、
    前記外周壁の厚さが、０．２〜１．０ｍｍであり、前記境界壁及び前記中央境界壁の厚さが、前記外周壁の厚さの１１７〜３００％の厚さである、ハニカム構造体。
  2. 前記境界壁の厚さが、前記外周壁の厚さの１５０〜３００％の厚さである、請求項１に記載のハニカム構造体。
  3. 前記中央セル構造のセル密度が、前記最外周セル構造のセル密度よりも大である、請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
  4. 前記中央セル構造における前記セルの繰り返し単位の配列方向が、前記最外周セル構造における前記セルの繰り返し単位の配列方向に対して、１０°以上、５０°未満傾いている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
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