JP6792500B2 - ハニカム構造体 - Google Patents

Description

本発明は、ハニカム構造体に関する。更に詳しくは、排ガス浄化用の触媒を担持する触媒担体として特に好適に利用することが可能なハニカム構造体に関する。

近年では、社会全体で環境問題に対する意識が高まっており、燃料を燃焼して動力を生成する技術分野では、燃料の燃焼時に発生する排ガスから、窒素酸化物等の有害成分を除去する様々な技術が開発されている。例えば、自動車のエンジンから排出される排ガスから、窒素酸化物等の有害成分を除去する様々な技術が開発されている。こうした排ガス中の有害成分の除去の際には、触媒を用いて有害成分に化学反応を起こさせて比較的無害な別の成分に変化させるのが一般的である。そして、排ガス浄化用の触媒を担持するための触媒担体として、ハニカム構造体が用いられている。

従来、このようなハニカム構造体として、流体の流路となる複数のセルを区画する多孔質の隔壁を有するハニカム構造部を備えたものが提案されている。このようなハニカム構造体として、隔壁の幾何学的表面積を増大させることを目的として、隔壁より内方に突出するフィン（ｆｉｎ）を設けたハニカム構造体が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６２−２６６２９８号公報

特許文献１のようなハニカム構造体は、隔壁に設けられたフィンにより、隔壁の幾何学的表面積を増大させることができるものの、このハニカム構造体を触媒担体として用いた際に、触媒が有効に使用されていないという問題があった。特に、特許文献１に示すハニカム構造体においては、その外周部に担持された触媒は未だ十分に使用されていなかった。

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。本発明によれば、排ガス浄化用の触媒を担持する触媒担体として特に好適に利用することが可能なハニカム構造体が提供される。特に、圧力損失の上昇を抑制しつつ、浄化性能の向上が期待されるハニカム構造体が提供される。

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］ 第一端面から第二端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを区画するように配設された多孔質の隔壁、及び前記隔壁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、
前記隔壁は、前記セル内に延びるように突出し、且つ、前記セルの延びる方向に連続して設けられた、突起部を有し、
前記ハニカム構造部は、前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する断面において、領域Ａと、領域Ｂと、を有し、
前記領域Ａは、前記セル内に突出する前記突起部が設けられた前記セルであって、当該セル内に突出する前記突起部の数が、全ての前記セルに対する前記突起部の平均個数よりも多い前記セルを含む領域であり、
前記領域Ｂは、前記断面において、前記領域Ａを取り囲む領域であり、
前記領域Ａの断面積を断面積ＳＡとし、前記領域Ｂの断面積を断面積ＳＢとし、前記断面積ＳＡと前記断面積ＳＢが、下記式（１）の関係を満たし、
前記領域Ａに含まれる前記突起部の１セル平均の数を突起数ＮＡ、前記領域Ｂに含まれる前記突起部の１セル平均の数を突起数ＮＢとし、前記突起数ＮＡと前記突起数ＮＢが、下記式（２）の関係を満たし、且つ、
前記領域Ａ及び前記領域Ｂのいずれにも該当しない領域Ｃが存在する場合において、前記ハニカム構造部の断面積に対する、前記領域Ｃの断面積の比率が５％以下である、ハニカム構造体であって、
複数の前記セルのうちの２５％以上の前記セルは、当該セル内に前記突起部が突出したものであり、
前記突起部の頂部の先端曲率半径Ｒが、０．０１〜０．１ｍｍであり、
前記突起部の側面は、前記隔壁の表面に対して、４０〜７０°の傾斜角となるように傾斜し、
前記セルの水力直径Ａと、前記突起部の高さＨとが、０．０４≦Ｈ／Ａ≦０．４の関係を満たす、ハニカム構造体。
式（１）：１／３＜（断面積ＳＡ／断面積ＳＢ）＜３
式（２）：０≦（突起数ＮＢ／突起数ＮＡ）＜１

［２］ 前記突起部の側面は、前記隔壁の表面に対して、４０〜７０°の傾斜角となるように直線的に傾斜するものであって、前記突起部の前記側面に接続し該側面とともに前記突起部の形状を決定する前記突起部の頂部は、０．０１〜０．１ｍｍの前記先端曲率半径Ｒを持つものである、前記［１］に記載のハニカム構造体。

［３］ 前記セルを区画するように配設された前記隔壁において、前記セルの周縁を構成する一辺あたりに設けられる前記突起部の数が、３個以下である、前記［１］又は［２］に記載のハニカム構造体。

［４］ 前記突起部が、前記ハニカム構造部の外周から５ｍｍの範囲の外周部を除く、当該ハニカム構造部の中央部に設けられている、前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［５］ 前記突起部が、前記ハニカム構造部の全域に設けられている、前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［６］ 前記突起部が、前記セルの周縁を構成する二辺の前記隔壁が交わる交点部位に設けられている、前記［１］〜［５］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、セル内に突出するように設けられた突起部を有するものであるため、隔壁の幾何学的表面積を増大させることができる。特に、排ガスの多く当たる位置に１セル当たりの突起部の数が多い領域Ａを設けることで、排ガスをハニカム構造体の端面の全面にわたって均一に流すことができる。つまり、１セル当たりの突起部の数が全てのセルで同じであると、排ガスの流量に偏りが生じる。例えばハニカム構造体の中央部における排ガスの流量が多くなり、外周部付近の排ガスの流量が少なくなるという状態になる。この場合、ハニカム構造体の外周部に担持される触媒が排ガスの浄化に対して有効に利用されていなかった。本発明のハニカム構造体によれば、このような問題点を解決し、触媒による排ガスの浄化を良好に行うことができる。更に、突起部を設けることによって圧力損失が増大する傾向があるが、本発明のハニカム構造体では、圧力損失の上昇が抑制される。

本発明のハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。 本発明のハニカム構造体の一実施形態の流入端面を模式的に示す平面図である。 図２に示す流入端面の一部（領域Ｐ）を拡大して模式的に示す平面図である。 本発明のハニカム構造体の他の実施形態において、流入端面の一部を拡大して模式的に示す平面図である。 本発明のハニカム構造体の一実施形態における突起部を拡大して模式的に示す平面図である。 本発明のハニカム構造体の一実施形態において触媒を担持した状態を拡大して模式的に示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。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、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。

（１）ハニカム構造体：
本発明のハニカム構造体の一実施形態は、図１〜図３に示すハニカム構造体１００である。ハニカム構造体１００は、柱状のハニカム構造部１０を備えている。ハニカム構造部１０は、第一端面１１から第二端面１２まで延びる流体の流路となる複数のセル２を区画するように配設された多孔質の隔壁１、及びこの隔壁１を囲繞するように配設された外周壁２０を有している。隔壁１は、セル２内に延びるように突出し、且つ、セル２の延びる方向に連続して設けられた、突起部２１を有している。ここで、ハニカム構造部１０は、ハニカム構造部１０のセル２の延びる方向に直交する断面において、領域Ａと、領域Ｂと、を有している。領域Ａ及び領域Ｂは、セル２の延びる方向に直交する断面において、以下のように構成された領域のことである。

領域Ａは、セル２内に突出する突起部２１が設けられたセル２であって、当該セル２内に突出する突起部２１の数が、全てのセル２に対する突起部２１の平均個数よりも多いセル２を含む領域である。ここで、「全てのセル２に対する突起部２１の平均個数」とは、ハニカム構造部１０を構成する隔壁１に設けられた全ての突起部２１の個数を、当該ハニカム構造部１０に存在する全でのセル２の個数で除算した値のことを意味する。以下、「全てのセル２に対する突起部２１の平均個数」を、「突起部２１の全体平均個数」ということがある。したがって、領域Ａは、それぞれのセル２内に突出する突起部２１の数が「突起部２１の全体平均個数」よりも多いセル２によって構成された領域であるということができる。なお、領域Ａを構成する範囲内に、セル２内に突出する突起部２１の数が「突起部２１の全体平均個数」以下のセル２が存在する場合、このようなセル２は、領域Ａを構成するセル２には含めず、当該セル２が存在する範囲については、後述する領域Ｃとする。即ち、領域Ａを構成する範囲内には、領域Ａの条件を満たさないセル２によって構成された島状の領域Ｃが点在していてもよい。

領域Ｂは、ハニカム構造部１０のセル２の延びる方向に直交する断面において、領域Ａを取り囲む領域である。即ち、上記断面において、領域Ａの外側には、領域Ａの条件を満たさないセル２が存在し、このようなセル２によって構成される領域が、領域Ｂとなる。なお、領域Ｂを構成するセル２において、１つのセル２当たりの突起部２１の数は特に制限はない。例えば、領域Ｂを構成するセル２は、突起部２１が設けられていない隔壁１によって区画されたセル２であってもよいし、突起部２１が設けられている隔壁１によって区画されたセル２であってもよい。

また、ハニカム構造部１０は、ハニカム構造部１０のセル２の延びる方向に直交する断面において、領域Ａ及び領域Ｂのいずれにも該当しない領域Ｃ（図示せず）を有していてもよい。即ち、領域Ｂよりも内側に、領域Ａに該当しない領域Ｃが存在してもよい。この領域Ｃは、上述したように、領域Ａを構成する範囲内において、領域Ａの条件を満たさないセル２によって構成された島状の領域を挙げることができる。ただし、本実施形態のハニカム構造体１００において、ハニカム構造部１０の断面積に対する、領域Ｃの断面積の比率は、５％以下である。

ここで、領域Ａの断面積を断面積ＳＡとする。更に、領域Ｂの断面積を断面積ＳＢとする。このとき、ハニカム構造体１００は、断面積ＳＡと断面積ＳＢが、下記式（１）の関係を満たす。更に、領域Ａに含まれる突起部２１の１セル平均の数を突起数ＮＡ、領域Ｂに含まれる突起部２１の１セル平均の数を突起数ＮＢとする。このとき、ハニカム構造体１００は、突起数ＮＡと突起数ＮＢが、下記式（２）の関係を満たす。
式（１）：１／３＜（断面積ＳＡ／断面積ＳＢ）＜３
式（２）：０≦（突起数ＮＢ／突起数ＮＡ）＜１

このハニカム構造体１００は、セル２内に突出するように設けられた突起部２１を有するものである。そのため、ハニカム構造体１００に触媒を担持させると、ハニカム構造体１００は、突起部２１が設けられている分だけ、突起部２１が設けられていないハニカム構造体に比べて触媒の担持面積が増える。その結果、触媒と排ガスとの接触性が高まり、排ガスの浄化性能が向上することになる。更に、領域Ａと領域Ｂを有することで、排ガスの浄化性能の更なる向上が期待できる。更に、ハニカム構造体１００は、上記の条件を満たすことにより圧力損失の上昇が抑制されている。

なお、セル２のうち、セル２内に突起部２１が突出しているものを、以下、「特定セル」と記す場合がある。

なお、この領域Ａは、その位置について特に制限はなく、ハニカム構造体の使用時の配置条件などに応じて適宜設定することができる。即ち、ハニカム構造体の使用時の配置条件などによって排ガスの流量の偏りは異なるため、使用時の条件に合わせて適宜設定することができる。具体的には、図２に示すように、ハニカム構造体１００の端面において、その中央部に領域Ａが存在してもよいし、外周部に近づくように偏って領域Ａが存在してもよい。

領域Ａの断面積である「断面積ＳＡ」は、セル２の延びる方向に直交する断面において、領域Ａと領域Ｂ及び領域Ｃとの境界線Ｋを描いたときに、この境界線Ｋを境界として、領域Ａの条件を満たすセル２を含む側の領域の面積をいう。境界線Ｋは、当該境界線Ｋが描かれる隔壁１においてその厚さを２等分するように描くものとする。したがって、領域Ａの断面積には、領域Ａの条件を満たすセル２の面積及び当該セル２を区画する隔壁１の面積（但し、隔壁１の面積については当該隔壁１の厚さの半分までの面積）を含む。

領域Ｂの断面積である「断面積ＳＢ」は、セル２の延びる方向に直交する断面において、領域Ｂと領域Ａとの境界線Ｋを描いたときに、この境界線Ｋを境界として、領域Ｂを構成するセル２を含む側の領域の面積をいう。境界線Ｋは、当該境界線Ｋが描かれる隔壁１においてその厚さを２等分するように描くものとする。したがって、領域Ｂの断面積には、領域Ｂを構成するセル２の面積及び当該セル２を区画する隔壁１の面積（但し、隔壁１の面積については当該隔壁１の厚さの半分までの面積）を含む。なお、領域Ｂは、ハニカム構造体１００の外周縁までの面積を含むものとする。例えば、領域Ａを構成する範囲内に、領域Ｃが存在しない場合には、領域Ｂの「断面積ＳＢ」は、ハニカム構造体１００の外周縁の内側の面積（セル２の面積及び隔壁１の面積を含む）から、上記断面積ＳＡを差し引いた値となる。

領域Ｃの断面積である「断面積ＳＣ」は、セル２の延びる方向に直交する断面において、領域Ｃと領域Ａとの境界線Ｋを描いたときに、この境界線Ｋを境界として、領域Ｃを構成するセル２を含む側の領域の面積をいう。なお、境界線Ｋは、「断面積ＳＡ」を求める際に描くものと同じ条件にて描くものとする。領域Ｃの断面積である「断面積ＳＣ」は、ハニカム構造部の断面積に対する比率が、５％以下である。領域Ｃの断面積である「断面積ＳＣ」が５％を超えると、領域Ａの条件を満たさないセル２が多数存在してしまい、浄化性能の向上を図るという効果が十分に発現しなくなる。

本発明のハニカム構造体は、上述の通り、断面積ＳＡと断面積ＳＢが、式（１）の関係を満たすものである。式（１）の下限値は、０．４であることが好ましく、０．４５であることが更に好ましい。また、式（１）の上限値は、０．６であることが好ましく、０．５５であることが更に好ましい。このように、断面積ＳＡと断面積ＳＢが、式（１）の関係を満たすことによって、圧力損失の上昇を抑制しつつ、浄化性能の向上を図ることができる。

本発明のハニカム構造体は、上述の通り、突起数ＮＡと突起数ＮＢが、式（２）の関係を満たすものである。式（２）の下限値は、０．１であることが好ましく、０．２であることが更に好ましい。また、式（２）の上限値は、０．９であることが好ましく、０．８であることが更に好ましい。このように、突起数ＮＡと突起数ＮＢが、式（２）の関係を満たすことによって、ハニカム構造体の外周部に流れる排ガスの流量が増えることになり、排ガスをハニカム構造体の端面の全面にわたって均一に流すことができる。その結果、浄化性能の向上を図ることができる。

突起数ＮＡは、上述の通り「領域Ａに含まれる突起部の１セル平均の数」のことである。この「領域Ａに含まれる突起部の１セル平均の数」とは、領域Ａに含まれる突起部の総数を、当該領域Ａに含まれるセルの総数で除した値（式：領域Ａに含まれる突起部の総数／領域Ａに含まれるセルの総数により算出される値）をいうものとする。また、突起数ＮＢは、上述の通り「領域Ｂに含まれる突起部の１セル平均の数」のことである。この「領域Ｂに含まれる突起部の１セル平均の数」とは、領域Ｂに含まれる突起部の総数を、当該領域Ｂに含まれるセルの総数で除した値（式：領域Ｂに含まれる突起部の総数／領域Ｂに含まれるセルの総数により算出される値）をいうものとする。

（１−１）突起部：
ハニカム構造体１００は、複数のセル２のうちの２５％以上のセル２が、当該セル２内に突起部２１が突出したものである。即ち、本発明のハニカム構造体は、全セル中、特定セルを２５％以上含む。ハニカム構造体１００は、全セル中の特定セルの割合（式：（特定セルの数／セルの全数）×１００で算出される値）が、５０〜１００％であることが好ましく、６０〜８０％であることが更に好ましい。全セル中の特定セルの割合が上記範囲であることにより、より良好な排ガス浄化性能が発揮される。全セル中の特定セルの割合が上記下限値未満であると、浄化性能が悪化する不具合が生じるおそれがある。上記上限値超であると、圧力損失が増大する不具合が生じるおそれがある。

また、ハニカム構造体１００は、以下の（１）〜（３）を満たす。（１）突起部２１の頂部は、先端曲率半径Ｒが０．０１〜０．１ｍｍである。（２）突起部２１の側面２２は、隔壁１の表面（即ち、底辺Ｆ（図３参照））に対して、４０〜７０°の傾斜角θとなるように傾斜している。（３）セル２の水力直径Ａと、突起部２１の高さＨとは、０．０４≦Ｈ／Ａ≦０．４の関係を満たしている。これらの条件を満たすことにより、図６に示すように、隔壁１の表面に均等に触媒３０を担持可能である。その結果、ハニカム構造体１００は、浄化性能の向上を図ることができる。図６は、本発明のハニカム構造体の一実施形態において触媒を担持した状態を拡大して模式的に示す平面図である。

突起部は、上述の通り、その頂部の先端曲率半径Ｒが、０．０１〜０．１ｍｍであることが好ましい。そして、先端曲率半径Ｒは、０．０１〜０．０８ｍｍであることが更に好ましく、０．０１〜０．０７ｍｍであることが特に好ましい。先端曲率半径Ｒが上記範囲内であると、突起部の頂部の先端まで有効に触媒が担持される。先端曲率半径Ｒが上記下限値未満であると、突起部の頂部の先端に触媒が担持され難くなるおそれがある。また、先端曲率半径Ｒが上記上限値超であると、ハニカム構造体１００の重量が増加し浄化性能が悪化するという不具合が生じるおそれがある。

本明細書において、「先端曲率半径Ｒ」は、以下のように得られる値である。まず、セルの延びる方向に直交する断面において、突起部の頂点Ｔ（突起部の最も高い点）から幅方向に距離Ｄ（５μｍ）だけ離れた側面（一方の側面２２ａ、他方の側面２２ｂ）上の点を、第１測定点Ｘ、第２測定点Ｙとする（図５参照）。そして、これらの３点（頂点Ｔ、第１測定点Ｘ、第２測定点Ｙ）を通る円Ｓを描いたとき、描かれる円Ｓの半径を、上記「先端曲率半径Ｒ」とする。

突起部２１の高さは、具体的には０．０５〜０．３ｍｍとすることができる。各突起部の高さは、同じであっても良いし、異なっていてもよい。なお、突起部２１の高さは、セルの延びる方向に直交する断面において突起部の頂点Ｔ（突起部の最も高い点）から底辺Ｆ（図３参照）までの最短距離のことをいう。

突起部の側面は、上述の通り、隔壁の表面に対して、４０〜７０°の傾斜角θとなるように傾斜していることが好ましい。この傾斜角θは、４５〜６５°であることが更に好ましい。上記傾斜角θが上記範囲内であると、触媒コート時に触媒が突起部の根元に厚く溜まりにくく触媒コート後の表面積を広くすることができ、排ガスの浄化性能が向上する。上記傾斜角θが上記下限値未満であると、突起部の高さを同じにしようとする場合、突起部の容積が増えることになる。そのため、ハニカム構造体の熱容量が増大するので、触媒が活性温度に到達するまでに時間がかかり、排ガスの浄化性能が悪化するおそれがある。上記傾斜角θが上記上限値超であると、触媒コート時に触媒が突起部の根元に多く溜まるおそれがある。つまり、突起部の根元に触媒の厚い層が形成される傾向がある。そのため、この触媒層の下層部（隔壁に近い部分）の触媒は有効に使われないおそれがある。ここで、傾斜角θは、セルの延びる方向に直交する断面において、突起部の高さの１／２の位置における突起部の側面の接線と、底辺Ｆ（図３参照）の延長線とのなす角度とする。なお、傾斜角θは、隔壁の表面と突起部の側面とのなす角度のうち鋭角の方の角度をいう。

突起部の高さＨは、上述の通り、セルの水力直径Ａとの関係において、０．０４≦Ｈ／Ａ≦０．４を満たすことが好ましい。この関係式は、０．０４５≦Ｈ／Ａ≦０．４であることが更に好ましく、０．０５≦Ｈ／Ａ≦０．０３５であることが特に好ましい。突起部の高さＨとセルの水力直径Ａとが上記関係を満たすことにより、圧力損失の増大を抑制することができる。下限値未満であると、バックエミッションが大きくなり過ぎ、十分な浄化性能が発揮されないおそれがある。また、上限値超であると、圧力損失が大きくなり過ぎてしまうおそれがある。

なお、セルの水力直径とは、各セルの断面積及び周長に基づき、４×（断面積）／（周長）によって計算される値である。セルの断面積とは、目封止ハニカム構造体の中心軸方向に垂直な断面に現れるセルの形状（断面形状）の面積を指し、セルの周長とは、そのセルの断面形状の周囲の長さ（当該断面を囲む閉じた線の長さ）を指す。

突起部の形成位置は特に制限はない。具体的には、突起部は、隔壁の表面から突出して設けられてもよいし、セルの周縁を構成する二辺の隔壁が交わる交点部位に設けてもよい。更に、これらの両方であってもよい。ここで、１つのセルに同じ数の突起部を設ける場合、少なくとも１つの突起部を上記交点部位に配置すると、突起部を上記交点部位に配置しない場合に比べて圧力損失の増大をより抑制することができる。

突起部が隔壁の表面から突出して設けられている場合、その位置は特に制限はない。例えば、突起部が各隔壁を等分するように設けることができる。図３、図４では、突起部２１が、各隔壁を三等分するように各隔壁にそれぞれ２個ずつ配置されている例を示している。

各隔壁に設ける突起部２１の数は、領域Ａと領域Ｂの上記関係を満たす限り特に制限はない。例えば、各隔壁に設ける突起部２１の数は、３個以下であることがよい。即ち、特定セルにおいて、一辺あたりに設けられている突起部の個数が３個以下であることが好ましい。このようにすると、圧力損失の増大を防止できる。

突起部２１は、セルの延びる方向に直交する断面における形状について特に制限はない。例えば、三角形、四角形などの多角形、半円形状、半楕円形状などとすることができる。これらの中でも、三角形状であることが好ましい。三角形状であると、触媒が均一にされつつ、重量が軽いために浄化性能が向上するという利点がある。図３には、断面形状が三角形である突起部２１を例示している。図４には、断面形状が四角形である突起部２１を例示している。

突起部は、ハニカム構造部の外周から５ｍｍの範囲の外周部を除く、当該ハニカム構造部の中央部に設けられていることが好ましい。このように突起部がハニカム構造部の中央部に設けられていると、圧力損失の増大をより抑制することができる。

突起部２１は、ハニカム構造部の全域に設けられていることが好ましい。このように突起部が設けられていると、排ガスの浄化性能が向上する。「ハニカム構造部の全域」とは、ハニカム構造部の第一端面から第二端面までの全域という意味である。即ち、これは、第一端面から第二端面まで突起部が途中で途切れることなく連なっていることを意味する。

隔壁１の厚さは、４０〜２３０μｍであることが好ましく、４０〜１７３μｍであることが更に好ましい。隔壁の厚さが下限値未満であると、機械的強度が不足するおそれがある。上限値超であると、ハニカム構造体の圧力損失が上昇するおそれがある。なお、隔壁の厚さは、突起部が設けられていない部分の厚さのことである。

隔壁１の材料としては、特に制限はない。例えば、セラミックを主成分とすることが好ましい。具体的には、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、コージェライト、ムライト、アルミナ、チタン酸アルミニウム、窒化珪素、及び炭化珪素−コージェライト系複合材料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。

セルの形状としては、具体的には、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等の多角形、円形、又は楕円形、あるいは四角形と、六角形又は八角形等との組合せとすることができる。なお、本明細書において「セルの形状」とは、突起部が無いとした場合のセルの形状のことを意味する。また、「セルの形状が多角形」とは、セルの形状が多角形に準ずる形状を含む概念である。

（１−２）外周壁：
外周壁２０は、隔壁１を囲繞するように配設された壁である。外周壁２０は、隔壁１と一体に形成したものであってもよい。

外周壁２０の厚さは、０．１〜０．６ｍｍであることが好ましく、０．１〜０．３ｍｍであることが特に好ましい。外周壁２０の厚さが下限値未満であると、機械的強度が低下することがある。上限値超であると、ハニカム構造体を収容するために、大きなスペースを確保しなければならないことがある。

ハニカム構造体１００のセル密度は、３１〜１５５個／ｃｍ^２であることが好ましく、４３〜１４８個／ｃｍ^２であることが特に好ましい。セル密度が下限値未満であると、強度が保てないおそれがある。上限値超であると、ハニカム構造体の圧力損失が上昇するおそれがある。

（２）ハニカム構造体の製造方法：
本発明のハニカム構造体は、ハニカム成形工程と、焼成工程と、を有する方法により製造できる。以下に各工程について説明する。

（２−１）ハニカム成形工程：
本工程においては、セラミック原料を含有するセラミック成形原料を成形して、流体の流路となる複数のセルを区画するように配設された隔壁を有するハニカム成形体を形成する。

セラミック成形原料に含有されるセラミック原料としては、コージェライト化原料、コージェライト、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、ムライト、チタン酸アルミニウム、からなる群から選択される少なくとも１種が好ましい。なお、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る。そして、コージェライト化原料は、焼成されてコージェライトになるものである。

また、セラミック成形原料は、上記セラミック原料に、分散媒、有機バインダ、無機バインダ、造孔材、界面活性剤等を混合して調製することができる。各原料の組成比は、特に限定されず、作製しようとするハニカム構造体の構造、材質等に合わせた組成比とすることが好ましい。

セラミック成形原料を成形する際には、まず、セラミック成形原料を混練して坏土とし、得られた坏土をハニカム形状に成形する。セラミック成形原料を混練して坏土を形成する方法としては、例えば、ニーダー、真空土練機等を用いる方法を挙げることができる。坏土を成形してハニカム成形体を形成する方法としては、例えば、押出成形、射出成形等の公知の成形方法を用いることができる。

具体的には、口金を用いて押出成形してハニカム成形体を形成する方法等を好適例として挙げることができる。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。

口金は、以下のようにして作製したものを用いることが好ましい。即ち、まず、突起部を有さない従来公知のハニカム構造体を作製する際に使用される口金（従来型口金）を用意する。その後、この従来型口金のスリット（隔壁を構成するための隙間）から外側に向かって放電加工で突起部と相補的な領域（坏土が入り込むことによって突起部となる領域（突起部形成領域））を形成する。このとき、領域Ａと領域Ｂの上記関係を満たすように突起部形成領域を形成する。このようにして所定の口金を作製することができる。

このような口金を用いることで、本発明のハニカム構造体の条件を満たす突起部を有するハニカム成形体を簡便に作製することができる。

ハニカム成形体の形状としては、特に制限はなく、円柱状、楕円柱状、端面が「正方形、長方形、三角形、五角形、六角形、八角形等」の多角柱状等を挙げることができる。

また、上記成形後に、得られたハニカム成形体を乾燥することができる。乾燥方法は、特に限定されるものではない。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、凍結乾燥等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。

（２−２）焼成工程：
次に、ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を作製する。ハニカム成形体の焼成（本焼成）は、仮焼したハニカム成形体を構成する成形原料を焼結させて緻密化し、所定の強度を確保するために行われる。焼成条件（温度、時間、雰囲気等）は、成形原料の種類により異なるため、その種類に応じて適当な条件を選択すればよい。例えば、コージェライト化原料を使用している場合には、焼成温度は、１４１０〜１４４０℃が好ましい。また、焼成時間は、最高温度でのキープ時間として、４〜８時間が好ましい。仮焼、本焼成を行う装置としては、電気炉、ガス炉等を用いることができる。以上のようして得られたハニカム焼成体を、本発明のハニカム構造体とすることができる。なお、ハニカム構造体の製造方法においては、以下に示すような外周コート工程を更に有していてもよい。

（２−３）外周コート工程：
本工程では、得られたハニカム焼成体の外周に、外周コート材を塗布して外周壁を形成する。なお、外周壁は、ハニカム成形体の作製時に、隔壁とともに一体形成により作製してもよい。外周コート工程によって更に外周壁を形成することにより、ハニカム構造体に外力が加わった際にハニカム構造体が欠けてしまうことを防止できる。

外周コート材としては、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、ＳｉＣ粒子等の無機原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤等の添加材を加えたものに水を加えて混練したものなどを挙げることができる。外周コート材を塗布する方法は、「切削されたハニカム焼成体」をろくろ上で回転させながらゴムへらなどでコーティングする方法等を挙げることができる。

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
実施例１においては、まず、ハニカム構造体を作製するための成形原料を調製した。セラミック原料に、バインダ、界面活性剤、造孔材、水を添加して成形原料とした。なお、使用したセラミック原料としては、コージェライト化原料である、カオリン、タルク、アルミナを用いた。

次に、得られた成形原料をニーダーで混練し、次に、真空土練機で土練して、坏土を形成した。次に、得られた坏土を、口金を用いて、押出成形して、ハニカム成形体を作製した。口金は、突起部と相補的な領域（坏土が入り込むことによって突起部となる領域）が形成されたものを用いた。ハニカム成形体は、焼成後において、隔壁の厚さが０．０９ｍｍとなり、セル密度が６２セル／ｃｍ^２なるものとした。ハニカム成形体のセルの形状は、四角形となるものとした。ハニカム成形体は、円柱状のものとした。円柱状のハニカム成形体の夫々の端面の直径は、焼成後において、１０３ｍｍとなるものであった。また、ハニカム成形体のセルの延びる方向の長さは、焼成後において、８４ｍｍとなるものであった。なお、上記口金は、作製されるハニカム構造体が表１、表２に示す各条件を満たすように設計したものであった。

次に、ハニカム成形体を乾燥させて、ハニカム乾燥体を得た。乾燥は、まず、マイクロ波乾燥を行い、その後、熱風の温度１２０℃において、２時間の熱風乾燥を行った。次に、ハニカム乾燥体の両端部を切断した。

次に、得られたハニカム乾燥体を脱脂した。脱脂は、４５０℃で５時間行った。次に、脱脂したハニカム乾燥体を焼成して、ハニカム焼成体を得た。焼成は、大気中、１４２５℃で７時間行った。なお、１２００℃から１４２５℃までの昇温は５時間とした。このようにして、実施例１のハニカム構造体を作製した。

得られたハニカム構造体は、以下のような領域Ａと、この領域Ａを取り囲む領域Ｂとが形成されていた（図２参照）。領域Ａは、セル内に突出する突起部の数が、全てのセルに対する突起部の平均個数よりも多いセルによって構成された領域である。領域Ａにおいては、図３に示すように、断面四角形のセルの各隔壁から２つずつの突起部が突出し、１つのセルに合計８個の突起部が形成されていた。また、領域Ｂにおいては、断面四角形のセルの各隔壁には当該隔壁から突出するような突起部が設けられていなかった。即ち、領域Ｂにおいて、１つのセルの突起部の個数は、０個となっていた。このハニカム構造体は、先端曲率半径Ｒが０．０２５ｍｍであった。また、突起部の高さＨは、０．１４ｍｍであり、セルの水力直径Ａは、０．９０ｍｍであった。そして、Ｈ／Ａ（突起部の高さＨ／セルの水力直径Ａ）は、０．１６であった。更に、得られたハニカム構造体は、全ての突起部について、突起部の側面が隔壁の表面に対して、４５°の傾斜角を有するものであった。得られたハニカム構造体は、上記口金の形状が反転した形状と同じ形状であった。

なお、プロフィルプロジェクタ（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ社製）と画像解析ソフト（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ社製）を用いて、突起部の傾斜角θ及び突起部の高さＨを測定した。また、それぞれの突起部について、各突起部が設けられている位置の確認を行った。具体的には、まず、ハニカム構造体の端面をプロフィルプロジェクタで撮影し、その後、その画像を二値化処理し、画像解析ソフトの計測機能を使用することで上記測定と確認を行った。

作製したハニカム構造体において、全セルに対する特定セルの割合は、５０％であった。この割合は、具体的には、次のように算出した。即ち、まず、１つのハニカム構造体における全てのセルの数と、特定セルの数をプロフィルプロジェクタで撮影し、このハニカム構造体における全てのセルの数と、全ての特定セルの数を数えた。なお、特定セルが存在する範囲について、表１、表２の「突起部の形成領域」の欄に示す。「突起部の形成領域」の欄に、「中央領域」と記載されている場合には、特定セルが、ハニカム構造体のセルの延びる方向に直交する断面において、当該断面の面積の５０％に相当する中央部分に存在することを示す。また、「突起部の形成領域」の欄に、「中央領域及び外周から５ｍｍを除く範囲」と記載されている場合には、特定セルが、ハニカム構造体のセルの延びる方向に直交する断面において、当該断面の外周から５ｍｍを除く範囲に存在することを示す。

また、表１、表２の「突起部の形成位置」の欄に、突起部が設けられている位置を示す。「突起部の形成位置」の欄に、「辺部」と記載されている場合には、セルの周縁を構成する一辺の隔壁毎に、突起部が設けられていることを意味する。「突起部の形成位置」の欄に、「角部」と記載されている場合には、セルの周縁を構成する二辺の隔壁が交わる交点部位に、突起部が設けられていることを意味する。

また、作製したハニカム構造体について、上記プロフィルプロジェクタと画像解析ソフトを用いて、隔壁厚さ（ｍｍ）、セル密度（個／ｃｍ^２）、セルの水力直径（ｍｍ）、突起部の先端曲率半径、及び、突起部の傾斜角を測定した。結果を表１、表２に示す。なお、測定した各値は、上述した通りである。

更に、作製したハニカム構造体について、上記プロフィルプロジェクタと画像解析ソフトを用いて、領域Ａの断面積である「断面積ＳＡ」と、領域Ｂの断面積である「断面積ＳＢ」とを求めた。そして、「断面積ＳＡ」を「断面積ＳＢ」で除した値を求めた。この値を、表１、表２の「断面積ＳＡ／断面積ＳＢ」の欄に示す。また、領域Ａに含まれる突起部の１セル平均の数、及び領域Ｂに含まれる突起部の１セル平均の数を算出した。領域Ａに含まれる突起部の１セル平均の数を「突起数ＮＡ」とし、領域Ｂに含まれる突起部の１セル平均の数を「突起数ＮＢ」とし、「突起数ＮＡ」を「突起数ＮＢ」で除した値を求めた。この値を、表１、表２の「突起数ＮＢ／突起数ＮＡ」の欄に示す。

［圧力損失］
作製したハニカム構造体について、大型風洞試験機を用いて圧力損失を測定した。このとき、ガス温度は２５℃とし、ガス流量は１０Ｎｍ^３／分とした。評価基準は、以下の通りとした。（１）突起部がハニカム構造部の中央部にのみ設けられている場合（表１、表２の「突起部の形成領域」の欄に「中央領域」と記載されている場合）には、１．５０ｋＰａ以下を「ＯＫ」とし、１．５０ｋＰａ超を「ＮＧ」とした。これは、上記の場合には圧力損失が１．５０ｋＰａ超となると、出力が悪化するためである。（２）突起部がハニカム構造部の中央部以外にも更に設けられている場合（即ち、上記（１）の場合に該当しないとき）には、１．８０ｋＰａ以下を「ＯＫ」とし、１．８０ｋＰａ超を「ＮＧ」とした。

［ＬＡ−４試験］
作製したハニカム構造体について、以下のようにして、米国Ｆｅｄｒａｌ Ｔｅｓｔ ＰｒｏｃｅｄｕｒｅのＬＡ−４モードに基づく試験を行った。まず、ハニカム構造体の隔壁には、触媒（三元触媒）を２００ｇ／Ｌ担持させた。触媒を担持したハニカム構造体は、電気炉を用い、９５０℃で１２時間エージング処理を行った。次に、触媒を担持させたハニカム構造体を、排気量が２４００ｃｃの車両の床下位置に搭載し、ＬＡ−４試験を行った。ＬＡ−４試験においては、排ガス測定装置（ＨＯＲＩＢＡ社製、型番「ＭＥＸＡ−７４００」）を用いて排ガス成分ごとのダイレクトモーダルマスを測定した。また、代表的な排ガス成分としてＨＣの排出量を測定した。なお、この試験による排ガスの空間速度は、約１００００（１／時間）（高流量）であった。

［バックエミッションの判定］
バックエミッションで、ＨＣの排出量が、０．０１９ｇ／ｍｉｌｅ以下となる場合「ＯＫ」とし、０．０１９ｇ／ｍｉｌｅ超となる場合を「ＮＧ」とした。なお、本評価が「ＯＫ」であると、触媒が均一に塗布されていることから排ガスの浄化に有効に利用されるため、浄化性能が上がると考えられる。

［総合判定］
圧力損失の評価とＬＡ−４試験の判定に基づいて以下の基準により総合判定を行った。圧力損失の評価とＬＡ−４試験の評価が共に「ＯＫ」である場合を「ＯＫ」とし、それ以外の場合を「ＮＧ」とした。

（実施例２〜１９、比較例１〜４）
表１、表２に示すように、突起部を形成したこと以外は、実施例１と同様にしてハニカム構造体を作製した。なお、実施例１８及び比較例４のハニカム構造体は、領域Ａ及び領域Ｂのいずれにも該当しない領域Ｃを有していた。ハニカム構造部の断面積に対する、領域Ｃの断面積の比率（％）を、表２の「領域Ｃの面積」の欄に示す。

実施例２〜１９、比較例１〜４のハニカム構造体についても、実施例１と同様に、圧力損失の評価、及びＬＡ−４試験を行った。結果を表１、表２に示す。

（結果）
表１、表２に示すように、実施例１〜１９のハニカム構造体は、比較例１〜４のハニカム構造体に比べて、圧力損失が低く、排ガスの浄化性能が高いことが分かる。

本発明のハニカム構造体は、排ガスを浄化する排ガス浄化用の触媒担体として利用することができる。

１：隔壁、２：セル、２ａ：特定セル、１０：ハニカム構造部、１１：第一端面、１２：第二端面、２０：外周壁、２１：突起部、２２：突起部の側面、２２ａ：突起部の一方の側面、２２ｂ：突起部の他方の側面、３０：触媒、１００：ハニカム構造体、Ｆ：底辺、Ｈ：高さ。

Claims (6)

1. 第一端面から第二端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを区画するように配設された多孔質の隔壁、及び前記隔壁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、
   前記隔壁は、前記セル内に延びるように突出し、且つ、前記セルの延びる方向に連続して設けられた、突起部を有し、
   前記ハニカム構造部は、前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する断面において、領域Ａと、領域Ｂと、を有し、
   前記領域Ａは、前記セル内に突出する前記突起部が設けられた前記セルであって、当該セル内に突出する前記突起部の数が、全ての前記セルに対する前記突起部の平均個数よりも多い前記セルを含む領域であり、
   前記領域Ｂは、前記断面において、前記領域Ａを取り囲む領域であり、
   前記領域Ａの断面積を断面積ＳＡとし、前記領域Ｂの断面積を断面積ＳＢとし、前記断面積ＳＡと前記断面積ＳＢが、下記式（１）の関係を満たし、
   前記領域Ａに含まれる前記突起部の１セル平均の数を突起数ＮＡ、前記領域Ｂに含まれる前記突起部の１セル平均の数を突起数ＮＢとし、前記突起数ＮＡと前記突起数ＮＢが、下記式（２）の関係を満たし、且つ、
   前記領域Ａ及び前記領域Ｂのいずれにも該当しない領域Ｃが存在する場合において、前記ハニカム構造部の断面積に対する、前記領域Ｃの断面積の比率が５％以下である、ハニカム構造体であって、
   複数の前記セルのうちの２５％以上の前記セルは、当該セル内に前記突起部が突出したものであり、
   前記突起部の頂部の先端曲率半径Ｒが、０．０１〜０．１ｍｍであり、
   前記突起部の側面は、前記隔壁の表面に対して、４０〜７０°の傾斜角となるように傾斜し、
   前記セルの水力直径Ａと、前記突起部の高さＨとが、０．０４≦Ｈ／Ａ≦０．４の関係を満たす、ハニカム構造体。
   式（１）：１／３＜（断面積ＳＡ／断面積ＳＢ）＜３
   式（２）：０≦（突起数ＮＢ／突起数ＮＡ）＜１
2. 前記突起部の側面は、前記隔壁の表面に対して、４０〜７０°の傾斜角となるように直線的に傾斜するものであって、前記突起部の前記側面に接続し該側面とともに前記突起部の形状を決定する前記突起部の頂部は、０．０１〜０．１ｍｍの前記先端曲率半径Ｒを持つものである、請求項１に記載のハニカム構造体。
3. 前記セルを区画するように配設された前記隔壁において、前記セルの周縁を構成する一辺あたりに設けられる前記突起部の数が、３個以下である、請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
4. 前記突起部が、前記ハニカム構造部の外周から５ｍｍの範囲の外周部を除く、当該ハニカム構造部の中央部に設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
5. 前記突起部が、前記ハニカム構造部の全域に設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
6. 前記突起部が、前記セルの周縁を構成する二辺の前記隔壁が交わる交点部位に設けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のハニカム構造体。

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