JPH06296877A - 金属質ハニカム構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 通孔壁面に微細孔を有することを特徴とし軽
量で流体の分散混合性に優れた金属質ハニカム構造体を
提供する。 【構成】 通孔壁面に微細孔を有することを特徴とする
金属質ハニカム構造体及び基体ハニカム構造体の通孔壁
面の微細孔を形成する部分を非導電性としたのち、電気
メッキすることを特徴とする金属質ハニカム構造体の製
造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は通孔壁面に微細孔を有す
る金属質ハニカム構造体及びその製造方法に関する。本
発明の金属質ハニカム構造体は、通孔壁面に微細孔を有
するので、通孔同士が三次元的に連通した構造を有し、
特にハニカムを通す気体或いは液体の分散混合性が高い
のでハニカム壁面での反応効率が向上し、気孔率が高
く、軽量であるので、触媒担体、流体混合器、接触反応
充填材、消音材、各種フィルター及びその支持体、軽量
構造体、複合材料基体、各種電極、その他新規な応用が
期待される。

【０００２】

【従来技術】ハニカム構造体は、触媒担体、フィルタ
ー、軽量の構造材料などに広く適用されている。例え
ば、気体や液体の流体がハニカムの通孔を通りやすいこ
とから、金属ハニカムを触媒として応用することが提案
されている（特開昭５３−１１３２９２号公報等）。ま
た、ハニカム構造が軽量かつ高強度であることからアル
ミニウムハニカムを軽量構造材料のコア材として使用す
ることが提案されている（特開昭６３−１８７９００号
公報等）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらのハニカムの各
種用途において、最近、従来より更に、軽量化が望ま
れ、触媒反応などの効率を高めるために、通孔を通る流
体の流れの分散混合性の向上が要請されている。しかし
ながら、従来のハニカム構造では、軽量化のためにハニ
カム通孔の壁面の厚みを減少すると強度の低下を招き使
用目的に耐えないという問題点がある。また、流体の分
散混合性の向上については解決方法がないのが現状であ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明はハニカム構造体
の通孔壁面部分に微細孔を付与することにより、前記問
題点を解決できることを見い出したものである。すなわ
ち、本発明は、通孔壁面に微細孔を有することを特徴と
する金属質ハニカム構造体である。基体ハニカム構造体
の通孔壁面の微細孔を形成する部分を非導電性としたの
ち、電気メッキすることを特徴とする金属質ハニカム構
造体の製造方法である。

【０００５】本発明の金属質ハニカム構造体の特徴は、
通孔壁面に微細孔を有することであり、図１にはその代
表的拡大模式図を示す。図１は、ハニカム構造体の通孔
壁面１に微細孔２を有しており、この微細孔２を介して
通孔３同士が連通していることを示す。

【０００６】本発明の金属質ハニカム構造体の基体の材
質、通孔壁面をなす金属の種類及び金属層の厚み、通孔
の大きさ、微細孔の形状及び大きさ、微細孔の通孔壁面
に対する存在量などは使用目的に応じて適宜調整し、流
体の分散混合性、触媒特性、気孔率、比重、機械的耐久
性、強度、電気的特性などの特性を制御することが可能
である。微細孔の大きさは、連通壁面の大きさ及び用途
を考慮して選択される。微細孔が連通壁面に対して大き
過ぎると、強度の低下を生ずる場合があり好ましくな
い。また、微細孔の形状は、色々な形が可能であるが強
度の点から円形や楕円形等の丸みをもった形状が好まし
い。

【０００７】本発明の金属質ハニカム構造体を製造する
方法としては、各種金属、合成樹脂等の有機物などから
なるハニカム構造体を基体とし、通孔壁面の微細孔を形
成する部分を非導電性としたのち、電気メッキする方法
が適用される。この際、基体が非導電性の場合は導電処
理する際に通孔壁面の微細孔を形成する部分を非導電性
とする操作を行なう。さらに電気メッキ後基体を除去す
ることも用途により適用される。以下さらに製造方法に
ついて詳細に説明するが、これらの方法は本発明の金属
質ハニカム構造体を製造する方法の一例であって、これ
によって制限されるものではない。

【０００８】本発明で用いる金属質ハニカム構造体を形
成するための基体としては、導電性または非導電性のハ
ニカム構造をした基体ハニカム構造体が用いられる。導
電性の基体の材質としては、各種金属或いは導電性カー
ボン、グラファイトなどが挙げられる。カーボンは導電
性の低いものから導電性の高いグラファイト化率の大き
なものまであるが、導電性の高いものの方が電気メッキ
工程でメッキを均一に行ないやすく好ましい。

【０００９】一方、非導電性の基体の材質としては、各
種合成樹脂、例えば、ポリエチレン、ポリエチレンテレ
フタレート、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミ
ド、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリビニル
アルコール、セルロース、リグニン、ポリ塩化ビニリデ
ン、ポリブタジエン、ポリアセチレン、ナイロン、アク
リル、ポリウレタン、エポキシ、フェノール樹脂、ポリ
塩化ビニル等、或いは各種樹脂などの有機物を挙げるこ
とができる。これらの基体ハニカム構造体の製造方法と
しては、一般的な製法が適用され特に限定されないが、
押し出し成形法などの手法が適用される。

【００１０】導電性の基体ハニカム構造体を用いる場合
について以下に説明する。この場合には通孔壁面に導電
処理せずに、そのまま微細孔を形成する部分を非導電性
とする方法を適用できる。もちろん、導電性がある場合
でも導電処理を行なってもよい。

【００１１】通孔壁面の微細孔を形成する部分に非導電
性部分を形成するには、非導電性物質を微細孔を形成す
る部分に斑点状に付着する方法が好適に適用できる。付
着させる非導電性物質としては電気メッキ処理後の除去
が容易なものが好ましく、合成樹脂などの有機物が好ま
しい。また、用途によっても異なるが金属不純物等を含
まないものが好ましい場合もある。また、非導電性部分
の形態は形成したい微細孔の形状とも関係するが、得ら
れる金属質ハニカム構造体の強度の点を考慮すると球状
など丸みをもった形態が好ましい。したがって非導電性
物質の形態は粒子形態のものが好ましい。

【００１２】粒子形態の非導電性物質としては各種合成
樹脂ビーズ、各種ラテックス粒子、各種エマルジョン粒
子などが挙げられる。実際にはエマルジョン粒子などは
凝集して粒子形態から種々の形状をした膜状になって通
孔壁面に斑点状に付着する場合もあり、粒子形態を保持
したままで球状に近い形で通孔壁面に付着する場合以外
に膜状や半球状など種々の形状で通孔壁面に付着する。
何れの場合も斑点状、すなわち非導電性部分が広範囲に
わたる連結部分を形成せずに非導電性部分が形成させる
ことが望ましい。また、非導電性粒子の形状及び大きさ
は、用途によって決まる微細孔の形状及び大きさによっ
て適宜選択される。

【００１３】非導電性部分を形成する具体的方法として
は、前記した各種非導電性物質を含む液に基体ハニカム
構造体を浸漬して通孔壁面に付着させる方法がある。こ
の際、合成樹脂ビーズの分散液に通孔壁面への付着を助
ける粘着剤成分や分散剤などの添加物を適宜加えること
が好ましい。非導電性物質の性質、特に表面の性質と基
体ハニカム構造体の通孔壁面の性質の相互関係によって
通孔壁面への付着の状態が異なるので表面の改質などの
手法で非導電性物質或いは通孔壁面の表面の性質を調整
する必要がある場合がある。

【００１４】分散液中の非導電性物質の種類及び量や添
加物の種類及び量を調整することにより、通孔壁面に形
成する斑点状の非導電性部分の形状、大きさ及び通孔壁
面に占める割合を適宜調整することができる。また、基
体ハニカム構造体の形状が単純な場合には非導電性物質
を含む液を噴霧して液滴を通孔壁面に付着させる方法な
ども適用可能である。

【００１５】次に合成樹脂などの非導電性の基体ハニカ
ム構造体を用いる場合について以下に説明する。この場
合には、導電処理をする際に通孔壁面の微細孔を形成す
る部分を非導電性とする必要がある。導電処理の方法の
具体例としては、金属、カーボンやグラファイトなどの
導電性物質の粉末を分散して調製した導電性ペーストで
皮膜を形成する方法や無電解メッキや銀鏡反応などの金
属塩溶液の還元反応を利用した化学的方法などが挙げら
れる。本発明ではこの導電処理をする際に微細孔を形成
する部分を斑点状に非導電性部分を形成する。その手順
としては非導電性の通孔壁面に導電処理を行なったの
ち、斑点状に非導電性物質を付着することにより非導電
性部分を形成する方法と導電処理と同時に非導電性部分
を導入する方法がある。ここで、導電処理を行ったの
ち、非導電性部分を付着する場合には、導電性を付与し
たら、導電性の基体の場合に説明したと同様の手法を適
用して非導電性部分を形成することができる。

【００１６】一方、導電処理と同時に非導電性部分を導
入する方法の具体的手法としては、導電性ペースト中に
非導電性物質の粒子などを分散したものを用いて導電処
理皮膜を形成すると同時に非導電性物質を通孔壁面に付
着させて非導電性部分を形成する方法などが挙げられ
る。この際、非導電性物質の形状、大きさ及びペースト
中の量を用途に応じて適宜調整する。また、非導電性物
質の表面に導電性物質が被覆しないように表面改質或い
は導電皮膜の厚みよりも大きな非導電性物質を用いるな
どの点に留意する必要がある。

【００１７】電気メッキに使用する金属の種類、組成及
びその純度などは目的とする金属質ハニカム構造体の用
途によって種々選択できる。触媒としての用途では触媒
作用のある金属層を形成することにより、担体としてだ
けではなく、そのまま触媒として利用することも可能で
ある。また、銀などの殺菌作用のある金属層を形成する
ことも可能である。電気メッキは通常の方法が適用され
る。電気メッキにより形成する金属層の厚みは用途によ
って異なるが数ｎｍ〜数１００μｍである。また、用途
により電気メッキする際にメッキ組成を順次変えること
などにより多種類の金属からなる多層構造を形成するこ
とも可能である。この際、触媒作用、殺菌作用などのあ
る材料層を形成することも可能である。

【００１８】電気メッキにより金属層を形成した後、合
成樹脂粒子などで形成した非導電性部分及びその部分の
基体を除去することにより、微細孔を形成することがで
きる。これらの除去工程としては、非導電性部分及びそ
の部分の基体を２工程以上で順次除去する方法とこれら
を１工程で行なう方法がある。除去の手法としては、非
導電性部分及び基体の材質に応じて、溶剤等による溶
解、酸やアルカリ等による化学処理、溶融、熱分解処理
など及びこれらの組み合わせが挙げられる。この際、形
成した金属層及び微細孔以外の部分の金属層に被覆され
た基体に悪影響のない方法及び処理条件を適用すること
が望ましい。例えば、溶剤或いは化学処理により除去す
る場合には、処理時間などの処理条件を調整し、微細孔
形成部分以外の基体が除去されないようにすることが重
要である。

【００１９】また、熱分解による除去を行なう際に酸化
性雰囲気が必要な基体ハニカム構造体を用いた場合に
は、金属層の酸化が起こるので用途により還元処理を行
なうことが好ましい。例えば、有機物を用いた基体ハニ
カム構造体の熱分解の温度は有機繊維の種類によって異
なるが３００〜１３００℃程度である。また、還元雰囲
気での熱処理の温度は金属の種類によって異なるがニッ
ケルの場合９００℃程度である。また、基体に両性金属
であるアルミニウムなどの材質を用い、電気メッキによ
り形成した金属層が両性金属でない場合にはアルカリな
どの化学処理により微細孔を形成する部分の基体を除去
することができる。この際、前記したように処理時間を
調整して微細孔のみを形成することが必要である。尚、
用途によっては微細孔を形成した部分には基体部分が露
出しているので、微細孔形成後、さらにメッキなどによ
り露出部分を被覆することも可能である。

【００２０】これまでの説明では、微細孔を形成する部
分の基体のみを除去する場合について述べたが、用途に
よっては微細孔を形成する部分だけでなく、基体ハニカ
ム構造体全体或いは大部分を除去し中空の通孔壁をもっ
たハニカム構造体を製造することも可能である。このよ
うなハニカム構造体の製造は、前記した手法により非導
電性部分及び基体を除去する際に、処理時間を長くする
など除去処理条件を調整することにより可能である。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
する。 ［実施例１］基体ハニカム構造体としては、通孔の大き
さ４ｍｍ、通孔壁の厚さ５０μｍ、長さ２ｃｍのアルミ
ニウムハニカムを用いた。これをポリスチレン樹脂粒子
（粒径４〜５μｍ）及び有機系添加剤を加えた分散液に
浸漬し乾燥した。これにニッケル金属の電気メッキを行
ないハニカム構造体を得た。この際、金属層の厚みが２
μｍ程度となるようにメッキ条件を調整した。メッキ温
度は２５〜３０℃であり、ニッケルメッキ浴としてスル
ファミン酸ニッケルとホウ酸を主成分とするものを用い
た。得られたハニカム構造体をアセトンに浸漬しポリス
チレン粒子を溶解除去したのち、０．１規定の水酸化ナ
トリウム水溶液に浸漬した。その際、微細孔部分のアル
ミニウム基体は水素ガスを発生しながら溶解した。得ら
れた金属質ハニカム構造体及びその断面を電子顕微鏡に
より観察したところ、通孔壁面部分には４〜５μｍ程度
の微細孔が存在していることがわかった。その微細孔の
存在量は通孔壁面全体の１５％程度の面積であった。

【００２２】［比較例１］実施例１においてポリスチレ
ン樹脂粒子の分散液による処理を行なわなかった以外、
実施例１と同様の条件でハニカム構造体を製造した。得
られたハニカム構造体の通孔壁面には微細孔は見られな
かった。金属層の厚みは２μｍ程度と実施例１と同様で
あったが、ハニカム構造体の比重は実施例１に比較して
１．２倍程度あり、軽量でないことが判明した。また、
通孔壁面に微細孔がないことから通孔同士の連通がない
ことがわかった。

【００２３】［実施例２］実施例１で得られた金属質ハ
ニカム構造体にさらにニッケル電気メッキにより金属層
厚み１μｍの金属膜を形成した。組成分析装置付きの電
子顕微鏡で微細孔部分を観察したところアルミニウム基
体は露出していないことが確認できた。

【００２４】［実施例３］通孔の大きさ４ｍｍ、通孔壁
の厚さ５０μｍ、長さ２ｃｍのアルミニウムハニカムを
基体ハニカム構造体として用いた。これをポリスチレン
樹脂粒子（粒径１００〜２００μｍ）及び有機系添加剤
を加えた分散液に浸漬し乾燥した。これにニッケル金属
の電気メッキを行ないハニカム構造体を得た。この際、
金属層の厚みが３μｍ程度となるようにメッキ条件を調
整した。得られたハニカム構造体をアセトンに浸漬しポ
リスチレン粒子を溶解除去したのち、０．１規定の水酸
化ナトリウム水溶液に浸漬した。その際、微細孔部分の
アルミニウム基体は水素ガスを発生しながら溶解した。
得られた金属質ハニカム構造体及びその断面を電子顕微
鏡により観察したところ、通孔壁面部分には５〜５０μ
ｍ程度の微細孔が存在していることがわかった。その微
細孔の存在量は通孔壁面全体の２０％程度の面積であっ
た。

【００２５】［比較例２］実施例３においてポリスチレ
ン樹脂粒子の分散液による処理を行なわなかった以外、
実施例３と同様の条件でハニカム構造体を製造した。得
られたハニカム構造体の通孔壁面には微細孔は見られな
かった。金属層の厚みは３μｍ程度と実施例３と同様で
あったが、ハニカム構造体の比重は実施例３に比較して
１．３倍程度あり、軽量でないことが判明した。また、
通孔壁面に微細孔がないことから通孔同士の連通がない
ことがわかった。

【００２６】［実施例４］通孔の大きさ６ｍｍ、通孔壁
の厚さ１００μｍ、長さ２ｃｍの合成樹脂ハニカムを基
体ハニカム構造体として用いた。これに無電解ニッケル
メッキにより導電処理を施したのち、ポリスチレン樹脂
粒子（粒径１００〜２００μｍ）及び有機系添加剤を加
えた分散液に浸漬し乾燥した。これにニッケル金属の電
気メッキを行ないハニカム構造体を得た。この際、金属
層の厚みが２０μｍ程度となるようにメッキ条件を調整
した。得られたハニカム構造体を空気中で温度約６００
℃で熱処理し非導電性部分及び基体ハニカム構造体部分
を熱分解除去した後、さらに還元性雰囲気中で約９００
℃に加熱し還元処理することにより金属質ハニカム構造
体を得た。得られた金属質ハニカム構造体及びその断面
を電子顕微鏡により観察したところ、通孔壁面部分には
４０〜１６０μｍ程度の微細孔が存在し、その微細孔の
存在量は通孔壁面全体の２０％程度の面積であった。ま
た、通孔壁内部は空洞であることが判明した。したがっ
て、この通孔壁は外部のみならず内部にも表面をもち、
その内部表面は微細孔部分の間隙を通して外部と連通し
ていることが判明した。

【００２７】

【発明の効果】本発明の金属質ハニカム構造体は、通孔
壁面に微細孔を有するので、通孔同士が三次元的に連通
した構造を有し、特にハニカムを通す気体或いは液体の
分散混合性が高いのでハニカム壁面での反応効率が向上
し、気孔率が高く、軽量であるので、触媒担体、流体混
合器、接触反応充填材、消音材、各種フィルター及びそ
の支持体、軽量構造体、複合材料基体、各種電極、その
他新規な応用が期待される。また、本発明の方法によれ
ば生産性高く本発明の金属質ハニカム構造体を製造する
ことができる。

【００２８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属質ハニカム構造体の拡大斜視模式
図である。

【符号の説明】

１ 通孔壁面 ２ 微細孔 ３ 通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢ Ｃ 9042−4Ｄ Ｂ２１Ｄ 47/00 Ａ 7425−4Ｅ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通孔壁面に微細孔を有することを特徴と
   する金属質ハニカム構造体。
2. 【請求項２】 基体ハニカム構造体の通孔壁面の微細孔
   を形成する部分を非導電性としたのち、電気メッキする
   ことを特徴とする請求項１記載の金属質ハニカム構造体
   の製造方法。