JPH07246341A - セラミックハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高い強度で触媒の無駄がないセラミックハニカ
ム構造体を提供する。 【構成】最外周部の不完全セル２ｂのみを選択的にセラ
ミック材料４によって塞いでセラミックハニカム構造体
３を得る。本発明における不完全セルとは完全セルに対
する意味、すなわち完全セルが四角形であれば四角形で
ない形状のことを意味し、好ましくは面積が完全セルの
面積の９０％未満のものを不完全セルとしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排ガス浄化
用触媒および微粒子浄化用フィルタ、各種ガス・石油を
燃料とする燃焼ガスの浄化および／または脱臭用触媒の
担体として用いられるセラミックハニカム構造体に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、内燃機関の排ガス浄化用触媒
および微粒子浄化用フィルタ、各種ガス・石油を燃料と
する燃焼ガスの浄化および／または脱臭用触媒の担体と
して、コージェライト、ムライト等の材料からなり、図
５（Ａ）にその一例の断面を示すように、外壁１６内に
隔壁１１により流路方向に延びた貫通孔からなるセル１
２を形成したセラミックハニカム構造体１３が知られて
いる。このセラミックハニカム構造体１３は、完全に四
角形状を有する中央部の完全セル１２ａも、円筒状の外
周壁のために四角形状を有さない最外周の不完全セル１
２ｂも、すべてのセル１２は流路方向に貫通している。

【０００３】一方、図５（Ａ）に示す従来のセラミック
ハニカム構造体１３における最外周の欠けを防ぐため
に、図５（Ｂ）にその一例の断面を示すように外周部付
近のセル１２ｃに、耐熱性セラミック材料１４を、端面
からの深さ１０ｍｍ以上充填したセラミックハニカム構
造体１５も、特公昭６３−１２６５８号公報において知
られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図５（Ａ）に示した構
造の従来のセラミックハニカム構造体１３では、セラミ
ックハニカム構造体１３の外壁１６や貫通孔を形成する
隔壁１１が薄い場合であって図６（Ａ）に示すように変
形しやすく変形した場合や、外壁１６が図６（Ｂ）に示
すように形成されずに溝１７となった場合は、外圧強度
が弱くなり、触媒コンバータに組み立てるときに破損し
たり亀裂が入ったりし、触媒コンバータとして組み立て
たときに、排気ガスが触媒が担持されているセル１２を
通らずに、変形部に発生する破損や亀裂による溝１７を
介してセラミックハニカム構造体を保持する金属メッシ
ュ間を抜けてしまい、十分に浄化されずに排出されてし
まう問題があった。

【０００５】また、上述したセラミックハニカム構造体
１３では、図６（Ｃ）に示すように、不完全セル１２ｂ
において、担持すべき触媒１８を十分に吹き払えないた
め目詰まりを生じたり、触媒１８を必要以上に厚く付着
したりして、触媒が無駄になる問題もあった。そのた
め、図７に示すように、触媒コンバータ１９内でのセラ
ミックハニカム構造体１３の保持を側面のみで行う場
合、最外周の不完全セル１２ｂが詰まっていたり、完全
に目が詰まっていなくても直径が小さいため、排気ガス
が流れにくく、触媒を有効に利用できない問題もあっ
た。

【０００６】さらに、図５（Ｂ）に示した構造の従来の
セラミックハニカム構造体１５では、外周数セルの幅で
セル１２の目がセラミック材料１４で塞がれてしまうた
め、両端面の目を塞いだものでは、触媒の無駄はないも
ののこの部分には排気ガスが流れないため、その分体積
が大きくなり好ましくない問題があった。また、両端面
を塞がずに中央部を塞いだ場合は、塞がなかった部分に
は触媒が付着して無駄となるため、やはり好ましくない
問題があった。

【０００７】本発明の目的は上述した課題を解消して、
高い強度で触媒の無駄がないセラミックハニカム構造体
を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミックハニ
カム構造体は、最外周部の不完全セルのみが選択的にセ
ラミック材料によって塞がれていることを特徴とするも
のである。なお、本発明における不完全セルとは完全セ
ルに対する意味、すなわち完全セルが四角形であれば四
角形でない形状のことを意味し、好ましくは面積が完全
セルの面積の９０％未満のものを不完全セルとしてい
る。

【０００９】

【作用】上述した構成において、不完全セルのみを選択
的に塞ぐことで安定的に高い強度が得られ、触媒担持時
に触媒が不完全セルへは流入せずに触媒の無駄をなくす
ことができるとともに、完全セルを最大限触媒担持に使
用でき触媒の性能を最大限に発揮させることができる。

【００１０】また、不完全セルをその面積が完全セルの
９０％未満と規定すると、さらに触媒の無駄をなくし性
能を最大限に発揮させることができ、不完全セルをハニ
カム構造体本体と同一材料で塞ぐと、不完全セルの閉塞
をより完全にでき、セラミックハニカム構造体の材料を
低熱膨張性のコージェライトとすると、実使用持の耐久
性を増加させることができ、不完全セルを耐熱性セメン
トまたは活性アルミナを主成分とした触媒担体で塞ぐ
と、作業を簡単にすることができるため、それぞれ好ま
しいものである。さらに、セラミックハニカム構造体の
製造方法は限定するものでないが、不完全セルの閉塞部
を一体成形で作製するか、焼成後塞いで形成すれば、簡
単に製造でき好ましい。

【００１１】

【実施例】図１は本発明のセラミックハニカム構造体の
一例の端面の状態を部分的に拡大して示す図である。図
１に示す例において、セラミックハニカム構造体３は、
隔壁１により流路方向（紙面に垂直）の貫通孔からなる
セル２を形成して構成されており、材質としてはコージ
ェライトを使用すると好ましい。そして、本例では、完
全に四角形状を有する中央部の完全セル２ａはそのまま
流路方向に貫通した状態であるのに対し、円筒状の外周
部のセルのうち四角形状を有さない不完全セル２ｂ（好
ましくは、完全セルの面積の９０％未満のセル）には、
好ましくはセラミックハニカム構造体３と同一の材料ま
たは耐熱性セラミックからなるセラミック材料４を詰め
て閉塞させている。

【００１２】図２および図３は本発明のセラミックハニ
カム構造体の一例の全体を示す図である。図２に示す例
では、図１に示すように不完全セル２ｂのみをセラミッ
ク材料４で閉塞させたものに外周壁５を設けてセラミッ
クハニカム構造体を構成した例を示している。図３に示
す例では、図１に示すように不完全セル２ｂのみをセラ
ミック材料４で閉塞させた状態でセラミックハニカム構
造体を構成した例を示している。

【００１３】上述した本発明のセラミックハニカム構造
体を作製する方法については、何等限定するものではな
く従来から公知の方法のいずれも使用可能であるが、そ
のなかでも口金を使用して押出成形すると同時に一体に
不完全セル部を閉塞させたハニカム構造の成形体を得た
後焼成する方法、または押出成形によりハニカム構造の
成形体を得それを一旦焼成した後不完全セル部にセラミ
ック材料を詰めてさらに焼成する方法が、簡単で作業効
率が良好なため好ましい。

【００１４】さらに、不完全セル部については、不完全
セル／完全セルの面積比と不完全セル位置との関係にお
ける目詰まりの状態を示す図４において、触媒担持時に
目詰まりのなかったもの（○印）と、一部目詰まりした
もの（△印）および全部目詰まりしたもの（×印）との
比較から、完全セル部の面積の９０％未満のものを不完
全セル部と定義すると好ましい。以下、実際の例につい
て説明する。

【００１５】実施例 以下に示すように、本発明例１〜５および比較例１〜７
のセラミックハニカム構造体を準備し、それぞれのセラ
ミックハニカム構造体に対して、それぞれのセラミック
ハニカム構造体に対し、比較評価として外圧強度、熱衝
撃強度、担持性試験、有効面積率、圧力損失を測定して
比較した。なお、焼成後のハニカム構造体の形状は、直
径：１０１．６ｍｍ、長さ：１０１．６ｍｍであり、セ
ル構造（隔壁厚さ／セル数）は以下の表１に示す。

【００１６】本発明例の準備：焼成後の直径が１０１．
６ｍｍとなる部分に外壁形成用の溝を備え、その溝で区
切ったとき正規の完全セルとの面積比が９０％未満とな
る不完全セル部分の、セルを形成するための出口側区画
部分を切除した口金を使用し、不完全セル部分の閉塞部
も一体に押出成形・焼成し、図２に示す形状のコージェ
ライト材料の本発明例１、３、４および５のセラミック
ハニカム構造体を得た。

【００１７】口金と、口金の出口側に外壁用の坏土をた
める凹部を備えた焼成後直径が１１０．０ｍｍとなるマ
スクを設置し、押出成形・焼成し、その後直径１０１．
６ｍｍに切削し、耐熱セメントを塗布・乾燥し、図３に
示す形状のコージェライト材料の本発明例２のセラミッ
クハニカム構造体を得た。同様にペースト状にした活性
アルミナを主成分とする触媒担体を塗布・乾燥し、図３
に示す形状のコージェライト材料の本発明例６のセラミ
ックハニカム構造体を得た。

【００１８】比較例の準備：焼成後の直径が１０１．６
ｍｍとなる部分に外壁形成用の溝を備えた口金を使用
し、押出成形・焼成し、図５（Ａ）に示す形状のコージ
ェライト材料のセラミックハニカム構造体を得た。得ら
れたセラミックハニカム構造体のうち、全製作数の８０
％は、隔壁４５°部分４カ所に深さ（径方向）３〜４セ
ル、幅は４カ所の合計周長で約２分の１周の図６（Ａ）
に示す隔壁が変形した状態（セル変形）が発生した。こ
れを比較例１とした。その後、残りの２０％は、押出成
形の際非常にバランスがよかったため、セル変形は１カ
所に深さ２セル、幅４セルの小さいもののみであった。
これを比較例３とした。

【００１９】焼成後それぞれのセル構造となる口金と、
口金の出口側に外壁用の坏土をためる凹部を備えたマス
クを設置・使用し、押出成形・焼成し、図５（Ａ）に示
す形状および図６（Ｂ）に示す形状のコージェライト材
料のセラミックハニカム構造体を得た。準備した比較例
４および５は外観検査では異常が見当たらなかったが、
比較例６は全個数比較例１と同様に、セル変形が隔壁の
４５°部分２カ所に深さ２セル、幅外周長の約１／４に
わたって発生した。また、比較例２は、成形の際最外周
部付近への坏土の供給量が若干少なかったため、図６
（Ｂ）に示すように外壁の一部が形成されない状態が、
隔壁方向４カ所、４カ所の合計周長で約２分の１周にわ
たって発生した。なお、この状態のものは全製作個数の
７％のみで、残りの９３％は比較例１と同様のセル変形
が発生している。

【００２０】さらに、得られた比較例３のセラミックハ
ニカム構造体の両端面の外周約２セルの幅を残しセルの
目をマスキングし、焼成するとコージェライトとなる原
料に水・バインダーを混入し粘土状にしたものを外周約
２セルの幅へ圧入して目を塞ぎ、その後焼成して比較例
７のセラミックハニカム構造体を得た。コージェライト
材料の圧入深さは、約１５〜３０ｍｍであった。

【００２１】比較評価：得られた本発明例１〜５および
比較例１〜７のセラミックハニカム構造体について、性
能試験として以下に示す担持試験と機械的強度試験とを
行い、目詰まり率、担持量、有効面積率、外圧強度、耐
熱衝撃強度および圧力損失の点で比較評価した。結果を
表１に示す。

【００２２】（１）担持試験：まず、各試料１０個のハ
ニカム構造体の目詰まり検査を実施した。目詰まり検査
は、ハニカム構造体の端面にセル方向と平行光線を当て
反射端面に擦りガラスを置き、ハニカム構造体を通過し
てきた平行光線により擦りガラスに映った像を観察し、
黒く映った部分を目詰まりが発生している部分であると
判断した。その結果、ハニカム構造体では目詰まりして
いるものは皆無であった。

【００２３】担持試験は、目詰まり検査を実施した本発
明例および比較例のハニカムの上部側面にシリコンゴム
スポンジでシールし、市販の活性アルミナ・セリア粉末
に硝酸アルミニウム溶液を加えたスラリーをハニカム構
造体の内部に流し込んだ後、余分なスラリーを吹き払
い、１５０℃で２時間の乾燥工程を、隔壁厚さ０．１１
ｍｍのものについては３回、隔壁厚さ０．１７ｍｍのも
のについては２回繰り返し、その後６００℃で１時間焼
成した。担持量はセル構造によって異なるので、目標値
になるよう調整した。担持試験後のハニカム構造体に対
し、上述した目詰まり検査を再度行い、目詰まりしたセ
ルの面積の全セル面積に対する割合を目詰まり率として
求めた。担持量は担持試験前後の乾燥重量差を求めた。
また、本発明例１，３，４，５の担持前のセルの面積を
１００としたとき、担持後目詰まりを起こしていないセ
ルの面積の担持前面積との比を求め、有効面積率とし
た。担持量と有効面積率は、各セル構造ごとに比較し
た。

【００２４】（２）機械的強度試験：機械的強度試験に
は各試料３個を使用した。まず、外圧強度は、ハニカム
構造体の上下端面に、ハニカム構造体と同一の断面形状
の厚さ０．５ｍｍのウレタンシートを介して、２０ｍｍ
のアルミニウム板を当て、さらに側面を厚さ０．５ｍｍ
のウレタンチューブで包み密封し、水を満たした圧力容
器に入れ、圧力を徐々に上げて破壊音が生じたときの圧
力を測定した。

【００２５】耐熱衝撃性試験は、ハニカム構造体をまず
７００℃差（室温＋６５０℃）に保った電気炉に入れ２
０分間保持した後室内に取り出し、取り出してから冷え
るまで外観を観察しつつ細い金属棒でハニカム構造体の
外側面を全周にわたって軽くたたくことにより行った。
このとき、クラックが観察されずかつ打音が金属音なら
合格とし、電気炉の温度をさらに２５℃上げ、クラック
が観察されるかまたは打音が濁音となるまで同様の試験
を繰り返した。耐熱衝撃強度は、合格最高温度差として
求めた。

【００２６】圧力損失は、セラミックマットを巻いたハ
ニカム構造体を容器に入れ、ハニカム構造体の内部に毎
分４立方メートルの割合で室温空気を流し、ハニカム構
造体の上下端面における圧力差として求めた。

【００２７】

【表１】

【００２８】上記表１の結果から、それぞれ同じセル構
造の本発明例と比較例とを比較すると、ハニカム構造体
の外周部分の不完全セルを塞いだ本発明例は、安定して
高い外圧強度を得ることができ、耐熱衝撃性が損なわれ
ることなく、エンジン出力に関係する圧力損失を損なう
ことなく、さらに担持性試験の担持量に相当する高価な
貴金属の担持量の無駄を５％程度節約できることがわか
った。なお、比較例７は、浄化性能に関係する有効面積
が小さい。また、本発明例は本発明例２および６を除い
て押出成形により一体で得られるため、経済的にも有効
である。

【００２９】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変形、変更が可能である。例え
ば、本実施例では、セラミックハニカム構造体の径方向
の断面形状を正円としたが、これに限定されるものでは
なく、例えば楕円形状等で良いことは明らかである。ま
た、セルの形状は、本実施例では正方形であるが、これ
に限定されるものでないことは明らかである。さらに、
材質についても、本実施例ではコージェライトを用いた
が、これに限定されるものでないことは明らかである。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、不完全セルのみを選択的に塞いでいるため、
安定的な機械的強度が得られ、触媒担持時に触媒が不完
全セルへは流入せずに触媒の無駄をなくすことができる
とともに、完全セルを最大限触媒担持に使用でき触媒の
性能を最大限に発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックハニカム構造体の一例の端
面の状態を部分的に拡大して示す図である。

【図２】本発明のセラミックハニカム構造体の一例の全
体を示す図である。

【図３】本発明のセラミックハニカム構造体の他の例の
全体を示す図である。

【図４】触媒端持時の目詰まりの状態を示すグラフであ
る。

【図５】従来のセラミックハニカム構造体の一例を示す
図である。

【図６】従来のセラミックハニカム構造体における欠陥
の状態を示す図である。

【図７】セラミックハニカム構造体を触媒コンバータと
して組み立てた状態を示す図である。

【符号の説明】

１ 隔壁、２ セル、２ａ 完全セル、２ｂ 不完全セ
ル、３ セラミックハニカム構造体、４ セラミック材
料、５ 外周壁

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】最外周部の不完全セルのみが選択的にセラ
   ミック材料によって塞がれていることを特徴とするセラ
   ミックハニカム構造体。
2. 【請求項２】前記最外周部の不完全セルのうち、その面
   積が正規のセル面積の９０％未満の不完全セルがセラミ
   ック材料によって塞がれている請求項１記載のセラミッ
   クハニカム構造体。
3. 【請求項３】前記不完全セルを塞ぐセラミック材料が、
   ハニカム構造体本体と同一材料である請求項１または２
   記載のセラミックハニカム構造体。
4. 【請求項４】セラミックハニカム構造体の材料がコージ
   ェライトである請求項１〜３のいずれか１項に記載のセ
   ラミックハニカム構造体。
5. 【請求項５】前記不完全セルを塞ぐセラミック材料が耐
   熱セメントまたは活性アルミナを主成分とした触媒担体
   である請求項１、２および４のいずれか１項に記載のセ
   ラミックハニカム構造体。
6. 【請求項６】前記塞がれた不完全セルが一体的に押出し
   成形により形成された請求項１〜４のいずれか１項に記
   載のセラミックハニカム構造体。
7. 【請求項７】前記不完全セル部を焼成後に塞いだ請求項
   １、２および５のいずれか１項に記載のセラミックハニ
   カム構造体。