JPH04301402A - ハニカム構造セラミックス - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は触媒担持体及び各種のフ
ィルターとして利用できるハニカム構造セラミックスに
関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の排ガス等に含まれるパティキュ
レート，ＮＯｘ等のクリーン化に使用する触媒担持体及
びフィルターは高性能を出すために、ハニカム体のセル
壁の厚さを薄くしかつ多孔にして比表面積を大とし、さ
らに開口率を上げている。そのために、機械的強度が弱
く、特に外力を受け易い外周部はチッピングやクラック
が発生し易い。この問題を解決するために外周部にセラ
ミックシートを複数枚被覆することで強度の向上や耐熱
衝撃性の向上をはかっている（例えば、特開昭４９−３
１７１４号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、ハニカム構造体の内部と被覆部の密度及
び材料の焼結性の違いにより変形，歪及びクラックが生
じるので、機械的強度が弱く、特に外周部は外力を受け
てチッピングやクラックが発生し、ハンドリング性や耐
久性に欠けるという問題点を有していた。

【０００４】また、触媒担持体はヒーターなどによって
触媒の活性温度まで昇温されるが均一に触媒担持体を熱
することが難しく、かつ、空気を通して熱するためにエ
ネルギー消費が大きくエネルギーコストがかかるという
問題点を有していた。

【０００５】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、ハンドリング性や耐久性に優れたハニカム構造セラ
ミックスを提供することを第１の目的とする。

【０００６】また、マイクロウェーブにより自己発熱す
るハニカム構造セラミックスを提供することを第２の目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の課題を解決するた
めに本発明のハニカム構造セラミックスは、耐熱性の無
機繊維とセラミック粉末を主成分として抄造法で得られ
たセラミックシートの波型シートを平板シートを一体化
したコルゲートシートをハニカム状の成形体とし、その
外周部に密度の異なる同材質のセラミックシート若しく
はセラミックボードを密度の低いものから順に積層して
外皮層を形設した成形体、又は、ハニカム状の成形体の
外周部に貫通孔を多数あけた成形体と同材質のセラミッ
クボードを形設した成形体、又は、コルゲートシートを
ハニカム状に巻き上げた最外周のセル部にハニカム状の
成形体と同材質のプラグ剤を充填した形成体を所定の温
度で焼成する構成、または前記の外周部に密度の異なる
セラミックシートを形設したハニカム構造セラミックス
の最外周部にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒを主成分とする金属層を
形設した後、非酸化雰囲気中で所定温度で焼成する構成
を有している。

【０００８】また、第２の課題を解決するために本発明
のハニカム構造セラミックスは、第１の課題を解決する
外周部に密度の異なるセラミックシートを形成したハニ
カム構造セラミックスの最外周部に誘電体材料又は、磁
性体材料からなるセラミック層を形設した後、所定温度
で焼成する構成を有している。

【０００９】

【作用】この構成によって、焼成時のハニカム状の成形
体と外皮層との境界の収縮差が緩和され、変形や歪を少
なくし、かつ強度を増すこととなる。

【００１０】また、ハニカム構造セラミックスの最外層
の誘電体又は磁性体がマイクロウェーブを吸収して自己
発熱することとなる。

【００１１】

【実施例】本発明のハニカム構造セラミックスの製造は
下記の工程の順序で行われる。

【００１２】（１）耐熱性の無機繊維と無機繊維の接合
用のセラミック粉末を主成分として抄造法で得られたセ
ラミックシートをコルゲート素材とした波型シートと平
型シートを一体化してシートとする工程。

【００１３】（２）コルゲートシートを円柱状にハニカ
ム状として、その外周部に所定の材料を形設した成形体
又はハニカム状とする途中で最外周となるセル部にプラ
グ材を注入して巻き上げてハニカム状の成形体とする工
程。

【００１４】（３）成形体を１１００℃〜１３００℃で
焼成してハニカム構造セラミックスとする工程。

【００１５】ハニカム構造体の外周部を強化するために
は、密度が高く、気孔率が低く、反応性の高い抄造法で
得られたセラミックシートで補強すればよいと考えられ
る。しかし、ハニカム状の成形体と外周部との密度、気
孔率の差が大きいと焼成時に変形及び歪が生じやすく、
また、多孔度の違いによる耐熱衝撃性の劣化が起こる。 以上のことから、成形体とする工程で密度の異なる抄造
法で得られたセラミックシート又は押し出し成形法でつ
くられたセラミックボードを密度の低い順に積層するこ
とで外周部は強くなり、また、積層時の外周部の極端な
密度の違いによる焼成時の変形及び歪は起こらないよう
になる。また、押し出し成形法でつくられた成形体より
密度の高いセラミックボードに、無数の貫通孔を開け、
それをハニカム成形体の外周部に巻くことで、外周部は
非常に強くなる。また、無数の貫通孔を開けているので
外周部と成形体の密度差が小さくなり、焼成時の収縮の
緩和がはかられ変形や歪が全く生じない。また、耐熱衝
撃性も劣化しない。さらに、抄造法で得られたセラミッ
クシートを巻くよりも厚みのあるセラミックボードを巻
く方が工数削減ができる。なお、セル部に同材質のプラ
グ剤を注入することで外周部の強化ができる。以上のい
ずれにおいても、熱膨張係数や反応性を考えてハニカム
成形体と同質の材料を用いることが望ましい。材料によ
っては熱膨張係数が異なると焼成時にクラックや剥離が
おき、反応性が異なると収縮の違いによる変形や歪の原
因となる。

【００１６】ハニカム構造セラミックスの変形量は、中
央部の直径寸法に対する上面又は底面の直径寸法の比ａ
又はｂで求めた。

【００１７】すなわち、ａは（ハニカム構造体の中央部
の直径÷ハニカム構造体の上面の直径）で、ｂは（ハニ
カム構造体の中央部の直径÷ハニカム構造体の底面の直
径）で求めた計算値である。

【００１８】なお、ハニカム構造セラミックスの表面処
理を行い、強度を一層強くすることもできる。

【００１９】さらに、ハニカム構造セラミックスを表面
処理して、自己発熱性能を備えさせられる。すなわち、
ハニカム構造セラミックスの最外周部に誘電体材料又は
磁性体材料からなるセラミック層を形設することで、照
射されるマイクロウェーブを吸収して自己発熱を起こし
ハニカム構造セラミックスが均一の温度上昇する。使用
する誘電体材料又は磁性体材料はマイクロウェーブを吸
収し、発熱するものでなければならない。

【００２０】以下に実施例及び比較例を示し、さらに詳
しく本発明について図面を参照しながら説明する。

【００２１】（実施例１）図１および図に示すように、
アルミナーシリカ系の耐熱性の無機繊維とアルミニウム
シリケート質の粘土粉末を主成分として抄造法で得られ
た密度０．３ｇ／ｃｍ３のセラミックシートで形成した
波型シート２と平型シート３を段ボール紙の製造の同様
に一体化したコルゲートシートを円柱状に巻き上げ、直
径２００ｍｍ、高さ２５０ｍｍのハニカム状の成形体と
する。この成形体の外周部に成形体と同材質の抄造法で
得られた厚さ０．５ｍｍで密度の異なるセラミックシー
トを密度の低い順に積層した外皮層１を形設させる。ま
ず、ハニカム状の成形体を形成しているセラミックシー
トと同じ密度の（０．３ｇ／ｃｍ３）のセラミックシー
トを２枚積層し、次に密度が０．４ｇ／ｃｍ３、０．５
ｇ／ｃｍ３、０．６ｇ／ｃｍ３および０．７ｇ／ｃｍ３
の各セラミックシートを順に各２枚ずつ積層して厚さ５
ｍｍの外皮層１を形設させる。ついで、１２５０℃の温
度で２時間焼成してハニカム構造セラミックスとする。 このハニカム構造セラミックスの変形量及び外皮層の曲
げ強度の測定結果を（表１）に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】また、耐熱衝撃性ΔＴは１０００℃であっ
た。 （比較例）実施例１と同様にして形成した直径２００ｍ
ｍ、高さ２５０ｍｍのハニカム状の成形体に密度０．７
ｇ／ｃｍ３のセラミックシートを１０枚積層して外皮層
を形設し、焼成したハニカム構造体の変形量及び外皮層
の曲げ強度を（表１）に示す。この（表１）から明らか
なように、比較例は焼成時のハニカム体と外皮層との収
縮の差によって変形が大きいが、実施例１では、焼成時
の収縮による変形は殆んどなく優れた効果が得られる。 外皮層の曲げ強度は、比較例の２．２７倍の強さとなり
、ハニカム構造セラミックスのハンドリング性や耐久性
が優れたものとなる。

【００２４】（実施例２）実施例１と同様にして形成し
たハニカム状の成形体の外周部に、押し出し成形法によ
る成形体と同材質の厚さ１ｍｍの密度の異なるセラミッ
クボードを密度の低い順に積層した外皮層を形設させる
。 まずハニカム状の成形体を形成しているセラミックシー
トと同じ密度（０．３ｇ／ｃｍ３）のセラミックボード
を積層し、次に密度が０．４ｇ／ｃｍ３、０．５ｇ／ｃ
ｍ３、０．６ｇ／ｃｍ３および０．７ｇ／ｃｍ３の各セ
ラミックボードを積層して厚さ５ｍｍの外皮層１を形成
させる。ついで、１２５０℃の温度で２時間焼成してハ
ニカム構造セラミックスとする。このハニカム構造セラ
ミックスの変形量及び外皮層の曲げ強度の測定結果を（
表１）に示す。耐熱衝撃性ΔＴは１０００℃であった。 （表１）から明らかなように、実施例２は変形は殆んど
なく、外皮層の曲げ強度は、比較例の２．４９倍の強さ
である。

【００２５】（実施例３）図３および図４に示すように
押し出し成形法によってハニカム状の成形体と同材質の
厚さ５ｍｍで密度０．４５ｇ／ｃｍ３のセラミックボー
ド７を作成し、このセラミックボード７に直径１．０ｍ
ｍの貫通孔４を多数あける。このセラミックボード７を
実施例１と同様にして形成したハニカム状の成形体の外
周部に巻き付け、１２５０℃の温度で２時間焼成してハ
ニカム構造セラミックスとする。セラミックボード７に
貫通孔４をあけて収縮の緩和を図ったため焼成による変
形や歪は殆んど生じなかった。このハニカム構造セラミ
ックスの変形量及び外皮層の曲げ強度の測定結果を（表
１）に示す。（表１）から明らかなように、実施例３は
変形は殆んどなく、外皮層の曲げ強度は、比較例の１．
６７倍の強さである。耐熱衝撃性ΔＴ１０００℃であっ
た。

【００２６】（実施例４）実施例１と同様にして抄造法
で得られたセラミックシートのコルゲートをハニカム構
造に巻き上げ、図５及び図６に示すように最外周のセル
部６にセラミックシートと同材質のプラグ剤５を充填し
ハニカム状の成形体とし、１２５０℃の温度で２時間焼
成してハニカム構造セラミックスとする。このハニカム
構造セラミックスの変形量及び外皮層の曲げ強度の測定
結果を（表１）に示す。（表１）から明らかなように、
実施例４は変形が少なく、曲げ強度比較例の１．５３倍
の強さである。耐熱衝撃性ΔＴは１０００℃であった。

【００２７】（実施例５）実施例１で得られたハニカム
構造セラミックスの最外周部にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒを主成
分とする金属ペーストを塗布し、アルゴンガス中で焼成
し、溶融固着させたハニカム構造セラミックスの変形量
及び外皮層の曲げ強度の測定結果を（表１）に示す。 （表１）から明らかなように、実施例５は変形は無く、
曲げ強度は比較例の３．３３倍と著しく向上する。

【００２８】（実施例６）実施例１で得られたハニカム
構造セラミックスの最外周部にＺｎＯペーストを塗布し
１１００℃で固着させたハニカム構造セラミックスの変
形量及び外皮層の曲げ強度の測定結果を（表１）に示す
。（表１）から明らかなように、実施例６は変形は無く
、強度も強い。このハニカム構造セラミックスにマイク
ロウェーブを照射すると、ハニカム構造セラミックスは
自己発熱して６５０℃まで達し、触媒の活性温度に十分
であり、触媒担持体として使用可能である。ハニカム構
造セラミックス自体が直接自己発熱するので、エネルギ
ー消費が少なくエネルギーコストも削減できる。

【００２９】

【発明の効果】以上の実施例の説明からも明らかなよう
に本発明は、耐熱性の無機繊維とセラミック粉末を主成
分としたコルゲートシートをハニカム状の成形体とし、
その外周部に密度の異なる同材質のセラミックシート若
しくはセラミックボードを密度の低い順に積層して外皮
層を形設した成形体、又はハニカム状の成形体の外周部
に貫通孔を多数あけた成形体と同材質のセラミックボー
ドを形設した成形体、又はコルゲートシートをハニカム
状にした最外周のセル部にハニカム状の成形体と同材質
のプラグ剤を充填した成形体を焼成した構成、または、
外周部に密度の異なるセラミックシートを形設したハニ
カム構造セラミックスの最外周部にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒを
主成分とする金属層を形設した後、非酸化雰囲気中で焼
成した構成により、焼成時の収縮による変形や歪の少な
い完全な円柱状にでき、外周部の機械的強度が６５ｋｇ
／ｃｍ２以上で、従来例の１．５倍以上の強度にするこ
とができ、ハンドリング性や耐久性に優れたハニカム構
造セラミックスを実現できるものである。

【００３０】また、外周部に密度の異なるセラミックシ
ートを形設したハニカム構造セラミックスの外周部に誘
電体又は磁性体を形成させた構成により、ヒーターのい
らない自己発熱機能を備えた触媒担持体として使用でき
ハンドリング性や耐久性に優れたハニカム構造セラミッ
クスを実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のハニカム構造セラミッ
クスの斜面略図

【図２】第１の実施例のハニカム構造セラミックスの要
部の概念を示した断面略図

【図３】本発明の第３の実施例のハニカム構造セラミッ
クスのセラミックボードの斜面略図

【図４】図３の部分拡大図

【図５】本発明の第４の実施例のハニカム構造セラミッ
クスの要部の概念を示した断面略図

【図６】図５のＡ−Ａ断面図

【符号の説明】

１　　　　外皮層 ２　　　　波型シート ３　　　　平型シート

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　耐熱性の無機繊維とセラミック粉末を
   主成分として抄造法によるセラミックシートの波型シー
   トと平板シートを一体化したコルゲートシートをハニカ
   ム状の成形体とし、前記成形体の外周部に、前記成形体
   と同材質の密度の異なる抄造法によるセラミックシート
   を密度の低い順に積層して外皮層を形設した後、焼成し
   たハニカム構造セラミックス。
2. 【請求項２】　　請求項１記載のハニカム状の成形体の
   外周部に、前記成形体と同材質の密度の異なる押し出し
   成形法によるセラミックボードを密度の低い順に積層し
   て外皮層を形設した後焼成したハニカム構造セラミック
   ス。
3. 【請求項３】　　請求項１記載のハニカム状の成形体の
   外周部に貫通孔を多数あけた形成体と同材質のセラミッ
   クボードを形設した後焼形したハニカム構造セラミック
   ス。
4. 【請求項４】　　請求項１記載のコルゲートシートをハ
   ニカム状にした最外周のセル部に前記コルゲートと同材
   質のプラグ剤を充填したハニカム状の成形体を焼成した
   ハニカム構造セラミックス。
5. 【請求項５】　　請求項１記載のハニカム構造セラミッ
   クスの最外周部にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒを主成分とする金属
   層を形設した後、非酸化雰囲気中焼成したハニカム構造
   セラミックス。
6. 【請求項６】　　請求項１記載のハニカム構造セラミッ
   クスの最外周部に誘電体材料または磁性体材料からなる
   セラミック層を形設した後、焼成したハニカム構造セラ
   ミックス。