JPH0272922A - 小型モノリス構造、その製造方法およびそれを作るための押出ダイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、触媒支持体、熱交換媒体として特に有用な剛
性小型モノリス構造、その製造方法およびその構造を製
造するための新規なダイに関する。

（従来の技術） 前記のような構造は、通常、比較的小型であり、セラミ
ック、サーメット、ガラス、ガラスセラミック、および
金属粉末または粒状材料、および／または有機ポリマー
または他の適する材料から、ダイを用いて製造される。

触媒支持体として機能する類似した構造の例が、米国特
許第４，０５４，７０２号、第４．３２８，１３０号お
よび第４，５１０．２８１号に開示されており、これら
の開示内容は参考のため本明細書に取り入れられている
。上記米国特許第４．３２８．１３０号および第４，５
１０，２８１号に開示された構造は、触媒支持体の機能
としては満足のいくものであるが、例えば排気ガスの処
理用として触媒が配される可能な表面積を最大化しては
いない。更に、前記構造の圧潰強さを最大化させながら
同時に表面積を最大化させるにはどうしたらよいかにつ
いて、上記の米国特許や他の従来技術はなにも教示して
いない。

（発明の構成） 本発明によれば、縦軸、湾曲側部、および平らな端また
は輪郭端を有する剛性小型モノリスが、内側に配され、
縦軸方向に延びる、開口した端を有する複数のセルを備
えており、少くとも大部分の最も近接する隣りどうしの
セル間の半径方向に延びる壁の厚さは、はぼ一定であり
、−様である。

それぞれのセルは、その長さ全体に亘って−様な横断面
を有するが、全てのセルが同じような横断面を何してい
るわけではない。全てのセルは同じ水力直径を有してい
る。

半径方向の壁は、同じセル密度を存する長方形または正
方形のハニカム構造に比べて、その構造の圧潰強さを向
上させる。本発明によれば、大部分のセルは、横断面が
平頭円形扇形となるように形成される。残りのセルは、
横断面が円形の扇形に形成される。平頭円形扇形を含む
全ての扇形は等しい水力直径を有し、従って、それぞれ
のセルは、そのセルを通過する気体あるいは液体に対し
て他の全てのセルと等しい流れ抵抗を示す。この構造は
、直円柱であることが好ましく、その円柱の縦軸に平行
にセルが延びていることが好ましい。

この形状により、例えば容器に入れられた触媒支持体と
して使用する時など、隣接する構造間の接触は線接触か
点接触となる。構造の横断面が多角形の場合は、接触す
る構造間で表面と表面と接触が起り、処理されるべき気
体と接触できる表面積が減じられて気体接触表面が減少
してしまう。

更に、本発明によれば、新規な押出ダイか複数の同心剛
性チューブから構成され、そのチューブのそれぞれは、
その長さの一部に沿ってスロットが切られ、ダイ入口面
において、半径方向に延びる一部カラーを備えている。

それぞれのカラーは、その周縁に−様な角度で配された
複数の延長ノツチを有し、それぞれのカラーは異なった
縦軸厚さを有し、その隣りで半径方向外側に隣接するカ
ラーの端ぐり（ｃｏｕｎｔｅｒｂｏｒｅ　）内に嵌まっ
ている。

複数の角度をおいて配されたスロットが、それぞれのチ
ューブの一部に沿って縦に走っている。それぞれのスロ
ットは、それぞれのチューブの壁を通って延びており、
それぞれのチューブの外面は、半径方向最外部のチュー
ブを除いて、隣に近接する半径方向外側のチューブの内
面から半径方向に離れて配されている。剛性ホルダーは
、それを通って縦に延びる中央内腔を有し、ホルダーの
開口は、その端部に、半径方向最外部のカラーを受容す
る端ぐりを有する。ホルダーの内腔は、最外部のチュー
ブの外側から半径方向に離れており、それによって、カ
ラー上のノツチからチューブのカラーを有さない端部へ
押出物質を通すための複数の通路が形成される。複数の
縦に走るセルを有する構造が、このダイから押し出され
る。ダイから押し出される前述したよう、な材料は、カ
ラーのノツチによって形成される開口に供給され、チュ
ーブのスロットにおける下流側端の出口から押し出され
る。

その対向する縁が平行になるようにチューブのスロット
を形成し、そして全てのスロットを均一な幅にすること
によって、チューブのスロットを有さない残りの部分が
、押出の際に、横断面が均一の水力直径を有する押出物
のセルを形成する。

これは本発明の構造である。

カラーの周縁上にあるノツチは、その側部を平行にし、
ノツチがそれぞれのカラーを完全に通って縦方向に延び
るように形成される。スロットは、チューブの縦の厚さ
を完全に通って延びる。半径方向最内部のカラーを除い
て、それぞれのカラーは端ぐりを有している。この端ぐ
りは、前述した半径方向最内部のカラーを除いて、近接
する次の半径方向最内部のカラーを受容する。

このダイは、本発明による前述した水力直径特性を有す
る構造を製造するのに特に有用であるが、他のセル形状
およびセルパターンの押出物を製造するのにも有用であ
る。例えば、チューブのスロット間の角度間隔は、スロ
ットの対向する縁の傾斜と同様に、所望するように変更
できる。更に、異ったチューブのスロットは、異った角
度間隔および異った円周範囲により構成されてもよい。

また、同心チューブ間の半径方向の隙間は、異った周囲
壁厚を与えるために変更されてもよい。本発明により、
１平方インチ当り１００から１６００のセルを有するセ
ル密度（１平方センチメートル当り１５から２４８のセ
ル）が実現される。

（実　施　例） 本発明を、図面を参照しながら実施例に基づいて更に詳
細に説明する。

第１図において、ダイを通してセラミック、金属粉末、
または他の材料を押し出すことによって製造された本発
明による構造が、参照番号１ｏで示されている構造１０
の直径は、１例として、０．１７４インチ（４，４２ｍ
ｍ）であった。構造１０は直円柱であり、その直円柱の
典型的な長さは０．２５インチ（６゜３５ｍｍ）であっ
た。参照番号１２は、この構造の円形外面を示し、構造
１０の端部が平らであることが理解されよう。参照番号
Ｉ４はセルＩ６の半径方向最外部リングまたはゾーンを
示し、２０はセル２２の、半径方向における２番目の最
内部ゾーンを示している。一方、番号２４は、セル２Ｇ
の半径方向最内部ゾーンを示している。セル１６．２２
および２６のそれぞれは、構造１０を通って縦に延び、
それぞれの端面において開口している。セルは互いに平
行に延びている。

セル１６．２２．２６のそれぞれの断面積および形状は
、全て同じ水力直径を示すようになっている。

液体を運ぶものであろうと気体を運ぶものであろうと、
導管の水力直径は、開口の潤った、または接触された周
囲によって分割された横断面積の４倍である。例えば、
２つの異った形状のバイブがもし同じ水力直径を示せば
、これらはこれらを通る流れ（液体または気体）に対し
て同じ抵抗を示す。

最も近接する隣りどうし間の壁厚は均一であることがわ
かる。従って、半径方向最外部ゾーン１４を考えれば、
それぞれのセル１６間の角度間隔および壁厚間隔は均一
である。同様に、それぞれのゾーン２０および２４にお
けるセルのそれぞれについて、角度間隔および壁厚は一
定である。円形ゾーン１４゜２０および２６の最も近接
する隣りどうしのセル間の半径方向距離および壁厚もま
た一様である。構造１０の最も近接する隣りどうしのセ
ル間の壁厚が一様であることは、本発明の重要な一面を
構成する。

ゾーン２４の（半径方向最内部）セルが扇形であること
がわかるであろう。扇形は円の一部であり、端部が円形
の弧によって結合され、共通点から出た同じ長さの２つ
の半直線によって形成される。

ゾーン２０のセル２２およびゾーン１４のセル１６は平
頭扇形である。平頭扇形は、小さな扇形を取り除き、２
つの半径と２つの平行な湾曲線を残した扇形と考えても
良い。

第２−５図、特に第２図において、参照番号３０は、従
属部３２を有するカラーの形態をとるホルダーを示して
いる。ホルダーは、ダイの記載すべきそれ以外の部分と
同様に、通常、ステンレススチールなどの金属である剛
性材料から成る。参照番号３４はホルダーを通る内腔を
示し、番号３６は、接触押縁３８を形成する端ぐりを示
している。

番号４０は、カラー４２の周縁に等しい角度の隔たりを
持って配され、そのカラーに沿って縦にその外部周縁ま
で延びた複数のノツチ４４を有するカラー４２を含む第
１の一部力ラードチューブエレメントを示す。番号４６
は、第２図に示すように、左の端あるいはカラーを有さ
ない端からカラー４２に向って延びている縦方向スロッ
ト４８を有するチューブを示している。カラー４２は、
次のチューブエレメント５０のカラー５２を受容するた
めの内腔４３を含む。番号５０は、同様なカラーを有す
るチューブエレメントを示し、内腔５３を有するカラー
を示す番号５２、およびカラーに沿ってそのカラーの外
部周縁内に等しい角度の隔たりをもって配された複数の
ノツチの１つを示す番号５４と一体化している。

番号５６は、左側の端またはカラーを有さない端からカ
ラー５２に向って延びる複数のスロット５８を有するチ
ューブを示している。エレメント４ｏのスロット４８と
同様に、スロット５８も等しい角度の隔たりをもって配
されている。

参照番号６０は、ダイ装置の半径方向最内部のカラーを
有するエレメントを表わしている。この工レメントは、
等しい４つの角度で隔たった複数のスロット６４を有す
るカラー６２を含んでいる。番号６６は一部チューブ部
を表わしている。番号６８は、互いに９０″離れた４つ
のスロットのうちの１つずつを表わしている。番号７０
は、エレメント６０の右端から左端に延びる内腔を表わ
している。スロット６８は、その右側終端部からチュー
ブ６６の左端まで延びている。

エレメント４０．５０およびＢＯは、互いにはめ込んで
あり、これら３つのエレメントは、ベースまたはホルダ
ー３０に受容されている。第４図に示されるように、装
置の右側は入口面または上流面であり、一方左側は排出
端または下流端である。第５図に示されるように、スロ
ワ１−６８．５１１および４８は９０６　ごとに配され
、スロット５８と４８は更に４５°ごとに配され、また
スロット４８は更に２２．５’　ごとに配されている。

内腔３４とチューブ４６の外部との間の半径方向距離ま
たは環状空間は参照番号７４で示されている。同様に、
チューブ４６の内部とチューブ５Ｇの外部との間の半径
方向距離または環状空間が参照番号７６で示され、チュ
ーブ５６の内部とチューブ６６の外部との間の半径方向
距離または環状空間が番号７８で示されている。これら
３つの半径方向距離または隙間は、押出材料を、第１図
に示すような、周囲に走り、半径方向に距離をおいた３
つの壁に形成することを許す。

動作中、押し出される材料はダイの入口面に供給され、
ノツチ８４．５４および４４によって形成される開口を
通過し、第４図の右側から左側に搬送され、第５図の排
出面から押し出される。第１図の半径方向最外部ゾーン
１４のセル１６の大きさおよび形状と、チューブ４６に
スロット４８を切った後に残った部分である、エレメン
ト４０のチューブ４６の部分との間の正確な対応がわか
るであろう。同様に、第１図の第２の半径方向最外部ゾ
ーン２ｏに関して、押出時のセルまたはチェンネル２２
はチューブ５６の切られていない部分、つまり、チュー
ブ５６にスロット５８を形成した後に残った部分に対し
て大きさおよび形状において正確に対応していることが
わかるであろう。更に、スロット６８の形成後に残った
、エレメント６０のチューブ６６の４つの切られていな
い部分と、第１図のセル２６が完全に対応していること
がわかるであろう。エレメント６Ｑの内腔または通路７
０は、第１図の構造１０における幾何学的中心をなし、
スロット４８．５８．６８は第１図のセル１６．２２お
よび２６間に、半径方向に走る均一な厚さの壁を形成す
る。前述したように、隙間７４．７８および７８は、構
造１０の周囲に走る壁を形成する。

本発明のダイアセンブリは、はとんどあらゆるセルパタ
ーンおよびセルサイズの押出構造を作ることができる。

更に、単一の剛性ブロックに複数の孔を形成することを
含む従来のダイ形成方法を、カラーを有するチューブに
、スロットとノツチを切り、それらをホルダー内にはめ
込むだけの工程に変えることができる。カラーおよびホ
ルダーの端ぐりは、平らなダイ入口面を許す寸法となっ
ているが、これは本発明の必須要件ではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明により調製された、典型的な押出構造
の端面図、 第２図は、本発明によるダイアセンブリの分解側面図、 第３図は、ダイアセンブリの入口面または上流部分に向
って見た図、 第４図は、第３図の線４−４に沿って切断した断面図、 第５図は、ダイの出口面または下流端部に向って見た図
である。 １０・・・モノリス構造　　　Ｉ２・・・円形外面１Ｂ
、　２２．２８・・・セル　　　３０・・・ホルダー４
２、５２．６２・・・カラー　　４３．５３・・・端ぐ
り４６、５６．６６・・・チューブ　４８．５８．６８
・・・スロットＦＩＧ、４ ＦＩＧ、５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）縦軸を有する剛性小型モノリス構造であって、該構
   造はその一端から反対側の端へ縦に延びる、端の開口し
   た複数の内部セルを備え、そのセルのそれぞれが、その
   長さ全体に亘って一様な横断面を有し、そのセルの全て
   が同じ横断面を有しているわけではなく、そのセルの全
   てが同じ水力直径を有している剛性小型モノリス構造。 ２）前記構造が直全柱であり、前記セルがその直円柱の
   縦軸に平行に延びていることを特徴とする請求項１記載
   の剛性小型モノリス構造。 ３）前記セルが、半径方向に距離をおいて配される複数
   のグループとして配され、その半径方向に距離をおいて
   配されたグループのそれぞれが、前記構造の横断面の中
   心から一様に距離をおいた複数の前記セルを含んでいる
   ことを特徴とする請求項１記載の剛性小型モノリス構造
   。 ４）最も近接する隣りどうしのセルを隔てる少くとも大
   部分の壁が、均一な厚さを有していることを特徴とする
   請求項１記載の剛性小型モノリス構造。 ５）前記セルの半径方向最内部グループのセルそれぞれ
   が、その横断面において円形扇形であり、および／また
   は他の全てのセルが、その横断面において平頭円形扇形
   であることを特徴とする請求項３記載の剛性小型モノリ
   ス構造。 ６）前記セルの密度が、１平方インチ当り１００セル−
   １６００セル（１平方センチメートル当り１５セル−１
   ４８セル）であることを特徴とする請求項１〜５のいず
   れか１項記載の剛性小型モノリス構造。 ７）前記モノリス構造が、セラミック材料、圧縮金属粉
   末、またはセラミック粉末、サーメット粉末、ガラス粉
   末、ガラスセラミック粉末、金属粉末、有機ポリマーお
   よび／またはそれらの組合せから成る群より選択された
   押出材料から作られることを特徴とする請求項１〜６の
   いずれか１項記載の剛性小型モノリス構造。 ８）一端において半径方向に延びるカラーを有する複数
   の同心剛性チューブから成る押出ダイであって、該ダイ
   は縦軸を有し、その軸のまわりに全てのチューブが同心
   状に配され、それぞれのカラーが角度をおいて配された
   複数のノッチを有し、縦方向で測って、それぞれのカラ
   ーはその隣りに近接する半径方向内側のカラーより厚く
   、半径方向最内部のカラーを除いてそれぞれのカラーは
   、その隣りに近接する半径方向内側のカラーの半径方向
   最外部を受容する端ぐりを有し、角度をおいて配された
   複数のスロットが前記チューブの一部に縦方向に走り、
   そのスロットのそれぞれはその結合したチューブのカラ
   ーを有さない端からそれぞれのチューブの壁を通って延
   び、半径方向最外部チューブを除いてそれぞれのチュー
   ブの外面は、その隣りに近接する半径方向外側のチュー
   ブの内面から半径方向に距離をおいて配されており、剛
   性ホルダーがそれを通って縦に走る中央内腔を有して設
   けられ、そのホルダーの内腔は、前記カラーの半径方向
   最外部カラーを受容する端ぐりをその端部に有し、その
   ホルダーの内腔は最外部チューブの外部から半径方向に
   距離をおいて配され、前記ノッチは、隣接するチューブ
   間の空間およびホルダーと最外部チューブとの間の空間
   に連絡しており、それによってカラー上のノッチからチ
   ューブのカラーを有さない端まで押出物質を通過させる
   ための複数の通路が形成され、更にそれによって縦に走
   る複数のセルを有する構造が前記ダイから押し出される
   ことを特徴とする押出ダイ。 ９）前記スロットの対向する縁は平行であり、それによ
   って半径方向最内部チューブのスロットを有さない残り
   の部分の横断面が、その半径方向最内部チューブの半径
   より小さい半径の円の扇形であり、他のチューブのスロ
   ットを有さない残りの部分の横断面が、それぞれのチュ
   ーブの半径より小さい半径の円の平頭扇形であることを
   特徴とする請求項８記載の押出ダイ。 １０）前記チューブのスロットが全て同じ幅であり、お
   よび／またはチューブのスロットを有さない全ての部分
   の横断面が同じ水力直径を有し、および／またはそれぞ
   れのチューブとその結合されたカラーおよびホルダーが
   同じ長さを有し、および／またはそれぞれのカラーがそ
   の結合されたチューブと一体であることを特徴とする請
   求項８または９記載の押出ダイ。 １１）複数のノッチが、カラーの周縁のまわりに角度を
   おいて配されており、そのノッチがカラーを通って縦方
   向にそのそれぞれのカラーの周縁まで延びていることを
   特徴とする請求項８、９または１０記載の押出ダイ。 １２）縦軸を有する剛性小型モノリス構造を製造する方
   法であって、該構造はその一端から反対の端まで縦に延
   びる端の開口した複数の内部セルを有し、そのセルのそ
   れぞれは、そのセルの長さに亘って一様の横断面を有し
   、そのセルの全てが同じ横断面を有しているわけではな
   く、そのセルの全てが同じ水力直径を有している剛性小
   型モノリス構造を、ダイを通して押し出すことによって
   製造する方法。