JPH10264274A - セラミックハニカム構造体 - Google Patents
セラミックハニカム構造体Info
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- JPH10264274A JPH10264274A JP9077587A JP7758797A JPH10264274A JP H10264274 A JPH10264274 A JP H10264274A JP 9077587 A JP9077587 A JP 9077587A JP 7758797 A JP7758797 A JP 7758797A JP H10264274 A JPH10264274 A JP H10264274A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】強度低下を防止し、しかも触媒として用いた場
合に触媒の外周部にまで排気ガスが流れる経済的で精度
の良いセラミックハニカム構造体を提供する。 【解決手段】隔壁３で囲まれた多数の貫通孔４を有する
セラミックハニカム構造体１において、外周の不完全貫
通孔４ａを構成する隔壁３をその他の部分の隔壁３より
も厚く構成する。
合に触媒の外周部にまで排気ガスが流れる経済的で精度
の良いセラミックハニカム構造体を提供する。 【解決手段】隔壁３で囲まれた多数の貫通孔４を有する
セラミックハニカム構造体１において、外周の不完全貫
通孔４ａを構成する隔壁３をその他の部分の隔壁３より
も厚く構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の内燃機
関から排出される排気ガスに含まれる有害成分、炭化水
素、一酸化炭素、窒素酸化物を浄化する触媒、その他ボ
イラーから排出される各種有害成分を浄化する触媒に利
用されるセラミックハニカム構造体に関し、特に隔壁の
薄いセラミックハニカム構造体に関するものである。
関から排出される排気ガスに含まれる有害成分、炭化水
素、一酸化炭素、窒素酸化物を浄化する触媒、その他ボ
イラーから排出される各種有害成分を浄化する触媒に利
用されるセラミックハニカム構造体に関し、特に隔壁の
薄い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、自動車等の内燃機関から排出
される排気ガスに含まれる有害成分、炭化水素、一酸化
炭素、窒素酸化物を浄化する触媒、その他ボイラーから
排出される各種有害成分を浄化する触媒として、円筒形
状の外壁中に隔壁で囲まれた多数の貫通孔を形成してな
るセラミックハニカム構造体が使用されている。このよ
うなセラミックハニカム構造体の発達は、開発当初から
現在に至るまで、隔壁の厚さを薄くしてきた歴史であっ
た。
される排気ガスに含まれる有害成分、炭化水素、一酸化
炭素、窒素酸化物を浄化する触媒、その他ボイラーから
排出される各種有害成分を浄化する触媒として、円筒形
状の外壁中に隔壁で囲まれた多数の貫通孔を形成してな
るセラミックハニカム構造体が使用されている。このよ
うなセラミックハニカム構造体の発達は、開発当初から
現在に至るまで、隔壁の厚さを薄くしてきた歴史であっ
た。
【０００３】隔壁の厚さを薄くしてゆくと、セラミック
ハニカム構造体の機械的強度が低下していくため、従来
から種々の技術が提案されている。セラミックハニカム
構造体の外壁のみで機械的強度を負担させることができ
れば、その内側の隔壁は自由に薄くできると一般的に考
えることができるが、現実には耐熱性、耐熱衝撃性の点
からセラミックハニカム構造体を構成する材料が限定さ
れ、また製造上の制約からも外壁の厚さは１．５ｍｍ程
度以上が限度であり、外壁のみでセラミックハニカム構
造体に必要とされる機械的強度を得ることはできなかっ
た。
ハニカム構造体の機械的強度が低下していくため、従来
から種々の技術が提案されている。セラミックハニカム
構造体の外壁のみで機械的強度を負担させることができ
れば、その内側の隔壁は自由に薄くできると一般的に考
えることができるが、現実には耐熱性、耐熱衝撃性の点
からセラミックハニカム構造体を構成する材料が限定さ
れ、また製造上の制約からも外壁の厚さは１．５ｍｍ程
度以上が限度であり、外壁のみでセラミックハニカム構
造体に必要とされる機械的強度を得ることはできなかっ
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そのため、特公昭６２
−１８７９７号公報および特公昭６１−６０３２０号公
報では、機械的強度の低下防止のため、セラミックハニ
カム構造体の外周部の隔壁厚を厚くする一方中央の隔壁
厚を薄くする技術が開示されている。しかし、これらの
技術では、セラミックハニカム構造体の外周の隔壁厚を
厚くしているため機械的強度は発現できるが、隔壁の厚
い外周部に排気ガスが流れ難い問題があった。
−１８７９７号公報および特公昭６１−６０３２０号公
報では、機械的強度の低下防止のため、セラミックハニ
カム構造体の外周部の隔壁厚を厚くする一方中央の隔壁
厚を薄くする技術が開示されている。しかし、これらの
技術では、セラミックハニカム構造体の外周の隔壁厚を
厚くしているため機械的強度は発現できるが、隔壁の厚
い外周部に排気ガスが流れ難い問題があった。
【０００５】また、特公平５−４１２９６号公報では、
断面が四角のセラミックハニカム構造体の外壁と接する
隔壁厚の断面積を外壁に向かって漸増する技術が開示さ
れている。この技術では、非常に限定された条件、すな
わち外壁は口金による溝で形成され、ハニカム構造体外
形が四角形であり、外形の寸法公差は非常に緩いという
条件の場合のみ利用できる技術であり、そのまま自動車
用触媒には利用できない問題があった。
断面が四角のセラミックハニカム構造体の外壁と接する
隔壁厚の断面積を外壁に向かって漸増する技術が開示さ
れている。この技術では、非常に限定された条件、すな
わち外壁は口金による溝で形成され、ハニカム構造体外
形が四角形であり、外形の寸法公差は非常に緩いという
条件の場合のみ利用できる技術であり、そのまま自動車
用触媒には利用できない問題があった。
【０００６】本発明の目的は上述した課題を解消して、
強度低下を防止し、しかも触媒として用いた場合に触媒
の外周部にまで排気ガスが流れる経済的で精度の良いセ
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。
強度低下を防止し、しかも触媒として用いた場合に触媒
の外周部にまで排気ガスが流れる経済的で精度の良いセ
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。
【０００７】
【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、隔壁で囲まれた多数の貫通孔を有するセ
ラミックハニカム構造体において、外周の不完全貫通孔
を構成する隔壁がその他の部分の隔壁より厚いことを特
徴とするものである。
カム構造体は、隔壁で囲まれた多数の貫通孔を有するセ
ラミックハニカム構造体において、外周の不完全貫通孔
を構成する隔壁がその他の部分の隔壁より厚いことを特
徴とするものである。
【０００８】本発明では、外周の不完全貫通孔を構成す
る隔壁をその他の部分の隔壁より厚くすること、特に外
壁と隔壁とが直交しない不完全貫通孔の隔壁厚さを厚く
することで、隔壁に加わる曲げ応力を緩和でき、セラミ
ックハニカム構造体の低値破壊を防止することができ
る。また、セラミックハニカム構造体を成形する際に外
壁の圧力により不完全貫通孔を構成する隔壁の変形を防
止することができる。さらに、不完全貫通孔の隔壁を厚
くしても、圧力損失にはほとんど影響がない。
る隔壁をその他の部分の隔壁より厚くすること、特に外
壁と隔壁とが直交しない不完全貫通孔の隔壁厚さを厚く
することで、隔壁に加わる曲げ応力を緩和でき、セラミ
ックハニカム構造体の低値破壊を防止することができ
る。また、セラミックハニカム構造体を成形する際に外
壁の圧力により不完全貫通孔を構成する隔壁の変形を防
止することができる。さらに、不完全貫通孔の隔壁を厚
くしても、圧力損失にはほとんど影響がない。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、まず本発明が達成された経
緯について説明し、次に実施例について説明する。近
年、自動車に対する社会的要求はますます高くなってき
ており、そのうち触媒に関連する要求の主なものとして
次の２つのことが挙げられる。 （１）排気ガスは、有害成分を限りなくゼロにするこ
と。 （２）燃料消費量は、出来る限り少ないこと。 これらの要求に対し、セラミックハニカム構造体で実施
可能な方策は、以下に述べる通り隔壁の厚さを薄くする
ことにある。
緯について説明し、次に実施例について説明する。近
年、自動車に対する社会的要求はますます高くなってき
ており、そのうち触媒に関連する要求の主なものとして
次の２つのことが挙げられる。 （１）排気ガスは、有害成分を限りなくゼロにするこ
と。 （２）燃料消費量は、出来る限り少ないこと。 これらの要求に対し、セラミックハニカム構造体で実施
可能な方策は、以下に述べる通り隔壁の厚さを薄くする
ことにある。
【００１０】上記排気ガスの有害成分を減らす手段とし
て現在広く触媒が用いられており、この触媒の浄化性能
向上について、セラミックハニカム構造体が寄与できる
ことの１つは、作用開始温度への早期到達のために熱容
量を減少させることがある。セラミックハニカム構造体
の熱容量を下げる方策は、種々考えることができるが現
実的には限定される。第１に考えられることは、熱容量
の小さい材料を用いることであるが、むしろ他の重要な
機械的強度・耐熱性・耐熱衝撃性等の特性上材料が限定
されるため、材料により熱容量を小さくすることはでき
ない。他にも、気孔率を上げることも考えられるが、気
孔率を上げると機械的強度が低下することから気孔率を
上げることはできない。また、隔壁の数を減らすことも
考えられるが、触媒の浄化性能は幾何学的表面積に比例
するため、貫通孔の数を減らすことはできない。そのた
め、セラミックハニカム構造体の熱容量を低減する方策
は、唯一隔壁厚さを薄くすることとなる。
て現在広く触媒が用いられており、この触媒の浄化性能
向上について、セラミックハニカム構造体が寄与できる
ことの１つは、作用開始温度への早期到達のために熱容
量を減少させることがある。セラミックハニカム構造体
の熱容量を下げる方策は、種々考えることができるが現
実的には限定される。第１に考えられることは、熱容量
の小さい材料を用いることであるが、むしろ他の重要な
機械的強度・耐熱性・耐熱衝撃性等の特性上材料が限定
されるため、材料により熱容量を小さくすることはでき
ない。他にも、気孔率を上げることも考えられるが、気
孔率を上げると機械的強度が低下することから気孔率を
上げることはできない。また、隔壁の数を減らすことも
考えられるが、触媒の浄化性能は幾何学的表面積に比例
するため、貫通孔の数を減らすことはできない。そのた
め、セラミックハニカム構造体の熱容量を低減する方策
は、唯一隔壁厚さを薄くすることとなる。
【００１１】また、上記燃料消費量を少なくするため
に、セラミックハニカム構造体の通気抵抗を最小にする
ことが考えられる。浄化性能上必要な幾何学的表面積を
確保した条件では、通気抵抗を最小にするためには、や
はりセラミックハニカム構造体の隔壁を薄くすることが
最良の手段となる。
に、セラミックハニカム構造体の通気抵抗を最小にする
ことが考えられる。浄化性能上必要な幾何学的表面積を
確保した条件では、通気抵抗を最小にするためには、や
はりセラミックハニカム構造体の隔壁を薄くすることが
最良の手段となる。
【００１２】そのため、上述した要求を解決するために
セラミックハニカム構造体の隔壁厚さを薄くすることが
最良の手段となるが、セラミックハニカム構造体の隔壁
厚さを薄くすることにより弊害として、当然のことなが
ら機械的強度が低下することがある。
セラミックハニカム構造体の隔壁厚さを薄くすることが
最良の手段となるが、セラミックハニカム構造体の隔壁
厚さを薄くすることにより弊害として、当然のことなが
ら機械的強度が低下することがある。
【００１３】この機械的強度低下の理由の１つは、使用
中自動車用触媒が激しい高熱と振動を受けても強固に機
械的保持されるための強度である外圧強度が低下するこ
とである。スタート時にはセラミックハニカム触媒コン
バータが冷えており、この時に振動が加わっても緩まな
いよう、容器と触媒との間に挿入した熱膨張性のセラミ
ックマットに圧力を加え圧縮して収納している。また、
走行し触媒コンバータが熱くなった時には、挿入した熱
膨張性のセラミックマットの膨張により圧力が加わる。
セラミックハニカム構造体はこれらの圧力に耐える機械
的強度が必要で、通常強度は１ＭＰａ以上必要とされ
る。
中自動車用触媒が激しい高熱と振動を受けても強固に機
械的保持されるための強度である外圧強度が低下するこ
とである。スタート時にはセラミックハニカム触媒コン
バータが冷えており、この時に振動が加わっても緩まな
いよう、容器と触媒との間に挿入した熱膨張性のセラミ
ックマットに圧力を加え圧縮して収納している。また、
走行し触媒コンバータが熱くなった時には、挿入した熱
膨張性のセラミックマットの膨張により圧力が加わる。
セラミックハニカム構造体はこれらの圧力に耐える機械
的強度が必要で、通常強度は１ＭＰａ以上必要とされ
る。
【００１４】発明者は、貫通孔が四角形で隔壁厚さが均
一で横断面形状が円または楕円の一般のセラミックハニ
カム構造体における機械的外圧強度の低値での破壊は、
ほとんどが隔壁方向でない位置で発生することに着目し
た。図１（Ａ）、（Ｂ）に上記構成のセラミックハニカ
ム構造体の斜視図および部分断面図を示す。図１
（Ａ）、（Ｂ）において、１はセラミックハニカム構造
体、２は外壁、３は隔壁、４は隔壁３で囲まれた貫通孔
であり、そのうち不完全貫通孔を４ａとして示す。
一で横断面形状が円または楕円の一般のセラミックハニ
カム構造体における機械的外圧強度の低値での破壊は、
ほとんどが隔壁方向でない位置で発生することに着目し
た。図１（Ａ）、（Ｂ）に上記構成のセラミックハニカ
ム構造体の斜視図および部分断面図を示す。図１
（Ａ）、（Ｂ）において、１はセラミックハニカム構造
体、２は外壁、３は隔壁、４は隔壁３で囲まれた貫通孔
であり、そのうち不完全貫通孔を４ａとして示す。
【００１５】その理由として、低値で破壊しにくい隔壁
方向では外壁と隔壁とは直角に接しており、その状態で
外圧が加わると隔壁には純粋に圧縮荷重のみが加わるの
に対し、四角形の貫通孔のセラミックハニカム構造体の
横断面形状を円または楕円形とするときは、必ず外壁と
隔壁とが直交しない不完全な貫通孔部分ができ、この状
態で外壁に圧力加わると外壁と隔壁とが直角でないこと
により、隔壁には圧縮荷重に加えて曲げ荷重が加わる。
図２にその状態を示す。セラミックでは、引張破壊応力
は、圧縮破壊応力の１／１０程度しかないため、セラミ
ックハニカム構造体の隔壁方向ではない位置で低値破壊
するのは、引張応力が含まれる曲げ荷重が加わるためで
あることがわかった。
方向では外壁と隔壁とは直角に接しており、その状態で
外圧が加わると隔壁には純粋に圧縮荷重のみが加わるの
に対し、四角形の貫通孔のセラミックハニカム構造体の
横断面形状を円または楕円形とするときは、必ず外壁と
隔壁とが直交しない不完全な貫通孔部分ができ、この状
態で外壁に圧力加わると外壁と隔壁とが直角でないこと
により、隔壁には圧縮荷重に加えて曲げ荷重が加わる。
図２にその状態を示す。セラミックでは、引張破壊応力
は、圧縮破壊応力の１／１０程度しかないため、セラミ
ックハニカム構造体の隔壁方向ではない位置で低値破壊
するのは、引張応力が含まれる曲げ荷重が加わるためで
あることがわかった。
【００１６】したがって、不完全貫通孔の隔壁厚さを厚
くすれば隔壁に加わる曲げ応力が緩和し、低値破壊を防
止することができる。また、それ以内の内側の隔壁では
貫通孔が四角形形状で隔壁は全て直交しているため、外
壁からの力は隔壁方向に分力され、隔壁には圧縮応力と
してのみ働き、隔壁厚さを薄くしても低値破壊の原因と
はならない。
くすれば隔壁に加わる曲げ応力が緩和し、低値破壊を防
止することができる。また、それ以内の内側の隔壁では
貫通孔が四角形形状で隔壁は全て直交しているため、外
壁からの力は隔壁方向に分力され、隔壁には圧縮応力と
してのみ働き、隔壁厚さを薄くしても低値破壊の原因と
はならない。
【００１７】また、セラミックハニカム構造体成形時、
外壁厚さを隔壁厚さより厚く成形しようとすると、外壁
部の押し出し抵抗が小さくなり押し出し速度が早くなる
結果、外壁により隣接する隔壁がセラミックハニカム構
造体の中心方向に圧力を受ける。その結果、図２に示す
例と同様に外壁と隔壁が直交していない不完全貫通孔部
分の隔壁は曲げ応力を受け、図３に示すように不完全貫
通孔４ａの部分の隔壁３に機械的強度低下の原因となる
変形が発生しやすくなるが、不完全貫通孔４ａの部分の
隔壁３の厚さを厚くすることでこの変形を防止すること
ができる。
外壁厚さを隔壁厚さより厚く成形しようとすると、外壁
部の押し出し抵抗が小さくなり押し出し速度が早くなる
結果、外壁により隣接する隔壁がセラミックハニカム構
造体の中心方向に圧力を受ける。その結果、図２に示す
例と同様に外壁と隔壁が直交していない不完全貫通孔部
分の隔壁は曲げ応力を受け、図３に示すように不完全貫
通孔４ａの部分の隔壁３に機械的強度低下の原因となる
変形が発生しやすくなるが、不完全貫通孔４ａの部分の
隔壁３の厚さを厚くすることでこの変形を防止すること
ができる。
【００１８】機械的強度低下の理由の２つ目は、外壁の
欠け易さである。セラミックハニカム構造体の隔壁厚は
従来０．１５〜０．３０ｍｍであったが、近年０．１４
ｍｍあるいは０．１０ｍｍの隔壁厚のものが実用化され
ている。しかし、隔壁が０．１５ｍｍ未満のものは、外
壁の厚さが従来の隔壁０．１５〜０．３０ｍｍのものと
同じ０．５ｍｍ程度の厚さでも、触媒コンバータ内に担
持される際等の取り扱い時に欠けを生じ易い。そして、
この欠け易さも、隔壁方向でない位置、すなわつ不完全
貫通孔部分で発生している。このことは、外壁そのもの
の絶対強度が不足しており、外壁が内側の隔壁に支えら
れて欠け難くなっていることを意味し、不完全貫通孔部
分の隔壁の厚さを厚くすれば機械的強度が向上し、欠け
難くなることがわかった。
欠け易さである。セラミックハニカム構造体の隔壁厚は
従来０．１５〜０．３０ｍｍであったが、近年０．１４
ｍｍあるいは０．１０ｍｍの隔壁厚のものが実用化され
ている。しかし、隔壁が０．１５ｍｍ未満のものは、外
壁の厚さが従来の隔壁０．１５〜０．３０ｍｍのものと
同じ０．５ｍｍ程度の厚さでも、触媒コンバータ内に担
持される際等の取り扱い時に欠けを生じ易い。そして、
この欠け易さも、隔壁方向でない位置、すなわつ不完全
貫通孔部分で発生している。このことは、外壁そのもの
の絶対強度が不足しており、外壁が内側の隔壁に支えら
れて欠け難くなっていることを意味し、不完全貫通孔部
分の隔壁の厚さを厚くすれば機械的強度が向上し、欠け
難くなることがわかった。
【００１９】従来、図４（Ｂ）に示すように、触媒を担
持したセラミックハニカム構造体１を触媒コンバータ容
器１１内に機械的保持するため、構造体１の端面角部に
Ｌ字断面の金属メッシュ１２または金属板を当てて構造
体１の貫通孔方向の移動を防止していた。この構造で
は、Ｌ字断面の金属メッシュ１２または金属板が端面に
当たった部分の触媒が利用されていなかった。それを改
良するために、近年、図４（Ａ）に示すように、触媒の
有効利用の観点からＬ字断面の金属メッシュ１２の形状
を換え、金属メッシュ１３により機械的保持を側面のみ
で行い、触媒を担持したセラミックハニカム構造体１の
全断面に排気ガスを流す設計が採用されている。
持したセラミックハニカム構造体１を触媒コンバータ容
器１１内に機械的保持するため、構造体１の端面角部に
Ｌ字断面の金属メッシュ１２または金属板を当てて構造
体１の貫通孔方向の移動を防止していた。この構造で
は、Ｌ字断面の金属メッシュ１２または金属板が端面に
当たった部分の触媒が利用されていなかった。それを改
良するために、近年、図４（Ａ）に示すように、触媒の
有効利用の観点からＬ字断面の金属メッシュ１２の形状
を換え、金属メッシュ１３により機械的保持を側面のみ
で行い、触媒を担持したセラミックハニカム構造体１の
全断面に排気ガスを流す設計が採用されている。
【００２０】また、一般にセラミックハニカム構造体を
担持した触媒コンバータは排気管より直径が大きいた
め、排気管からテーパーで広げ接続しているが、テーパ
ーの角度も搭載上の制約があるためあまり緩くできな
く、このような構造では隔壁厚さが均一な一般のセラミ
ックハニカム構造体でも外周部には排気ガスが流れ難
い。上述した特公昭６２−１８７９７号公報および特公
昭６１−６０３２０号公報に開示された技術は、外周部
の隔壁厚さを厚くするため隔壁厚さが均一な一般のセラ
ミックハニカム構造体より更に排気ガスが流れ難くなる
ため、図４（Ａ）に示したような側面のみで保持する触
媒コンバータの構造には使用できない。
担持した触媒コンバータは排気管より直径が大きいた
め、排気管からテーパーで広げ接続しているが、テーパ
ーの角度も搭載上の制約があるためあまり緩くできな
く、このような構造では隔壁厚さが均一な一般のセラミ
ックハニカム構造体でも外周部には排気ガスが流れ難
い。上述した特公昭６２−１８７９７号公報および特公
昭６１−６０３２０号公報に開示された技術は、外周部
の隔壁厚さを厚くするため隔壁厚さが均一な一般のセラ
ミックハニカム構造体より更に排気ガスが流れ難くなる
ため、図４（Ａ）に示したような側面のみで保持する触
媒コンバータの構造には使用できない。
【００２１】ハニカム構造体の圧力損失は、以下の式
（１）に示す実験式の通り、貫通孔の断面積を内周で除
した水力半径に、最も大きく左右されることがわかって
いる。 Ｐ＝（０．２０９１×Ｌ／Ｆ／Ｄ2 ） ＋６３．９３×（１−Ｆ）2 ／Ｆ2 ＋１０．９５ …（１） ここで、Ｐ：流速１６ｍ／秒における圧力損失（ｍｍＨ
2 Ｏ） Ｌ：ハニカム構造体全長（ｍｍ） Ｆ：開口率 Ｄ：水力半径（ｍｍ） 特に４５度付近に多く見られる三角形のような不完全貫
通孔では水力半径が非常に小さいため圧力損失が非常に
大きく、隔壁の厚さを厚くしなくても排気ガスはほとん
ど流れていないので、不完全貫通孔の隔壁を厚くしても
影響は全くなく、本発明のセラミックハニカム構造体は
図４（Ａ）に示す構造の触媒コンバータの構造に最適で
ある。なお、不完全貫通孔は、圧力損失が２倍程度とな
れば実質的に排ガスが流れ難くなることを考えると、正
規の四角形貫通孔の断面積の約８０％未満程度となる。
（１）に示す実験式の通り、貫通孔の断面積を内周で除
した水力半径に、最も大きく左右されることがわかって
いる。 Ｐ＝（０．２０９１×Ｌ／Ｆ／Ｄ2 ） ＋６３．９３×（１−Ｆ）2 ／Ｆ2 ＋１０．９５ …（１） ここで、Ｐ：流速１６ｍ／秒における圧力損失（ｍｍＨ
2 Ｏ） Ｌ：ハニカム構造体全長（ｍｍ） Ｆ：開口率 Ｄ：水力半径（ｍｍ） 特に４５度付近に多く見られる三角形のような不完全貫
通孔では水力半径が非常に小さいため圧力損失が非常に
大きく、隔壁の厚さを厚くしなくても排気ガスはほとん
ど流れていないので、不完全貫通孔の隔壁を厚くしても
影響は全くなく、本発明のセラミックハニカム構造体は
図４（Ａ）に示す構造の触媒コンバータの構造に最適で
ある。なお、不完全貫通孔は、圧力損失が２倍程度とな
れば実質的に排ガスが流れ難くなることを考えると、正
規の四角形貫通孔の断面積の約８０％未満程度となる。
【００２２】次に、現在実用化されているセラミック材
料は、耐熱性および耐熱衝撃性の点からコージェライト
が選定されている。コージェライトは通常天然原料と工
業原料とを組み合わせて使用され、原料ロットの組み合
わせ、製造条件のバラツキ等で外形寸法は数パーセント
変動する。自動車用触媒コンバータでは、容器収納上一
般に１から２パーセントの外形公差しか許容されないた
め、その差を吸収する工夫として、特に隔壁厚さが０．
１５ｍｍ未満のセラミックハニカム構造体の成形用の口
金として、図５に示す特開昭５７−６７２２号公報で開
示された構造の口金が使用されている。図５において、
口金２１は坏土供給孔２２とこの坏土供給孔２２と連通
するスリット溝２３とから構成され、図５上部に示すハ
ニカム構造体１を押し出す。この口金２１は、口金本体
の押し出し方向の後ろに異なった内径のマスク２４をセ
ットし、外形の大きさを調整出来る。この技術は、本発
明でも不完全貫通孔を構成する隔壁にあたる溝の幅を広
くしておけば適用可能である。
料は、耐熱性および耐熱衝撃性の点からコージェライト
が選定されている。コージェライトは通常天然原料と工
業原料とを組み合わせて使用され、原料ロットの組み合
わせ、製造条件のバラツキ等で外形寸法は数パーセント
変動する。自動車用触媒コンバータでは、容器収納上一
般に１から２パーセントの外形公差しか許容されないた
め、その差を吸収する工夫として、特に隔壁厚さが０．
１５ｍｍ未満のセラミックハニカム構造体の成形用の口
金として、図５に示す特開昭５７−６７２２号公報で開
示された構造の口金が使用されている。図５において、
口金２１は坏土供給孔２２とこの坏土供給孔２２と連通
するスリット溝２３とから構成され、図５上部に示すハ
ニカム構造体１を押し出す。この口金２１は、口金本体
の押し出し方向の後ろに異なった内径のマスク２４をセ
ットし、外形の大きさを調整出来る。この技術は、本発
明でも不完全貫通孔を構成する隔壁にあたる溝の幅を広
くしておけば適用可能である。
【００２３】しかし、この構造の口金で特公平５−４１
２９６号公報記載のハニカム構造体の外形の大きさを調
整しようとすると、隔壁の漸増する大きさまで変わって
しまう。図５では実線のマスク内径Ａを使用したとき漸
増部２５が得られるが、ハニカム構造体の外径を小さく
しようとして二点鎖線のマスク内径Ｂを使用すると漸増
部が形成されない。そのため、外形の大きさを調整しよ
うとすれば幾種類もの口金を準備しなくてはならず、著
しく不経済である。また、ハニカム構造体の断面が円形
や楕円形の場合、外壁に接する隔壁は外周４分の１の間
全て形状が異なり、特公平５−４１２９６号公報の口金
製作では一般的に行われている口金の溝を形成する放電
加工が行えず、機械加工が必要となり精度良く加工でき
ない。
２９６号公報記載のハニカム構造体の外形の大きさを調
整しようとすると、隔壁の漸増する大きさまで変わって
しまう。図５では実線のマスク内径Ａを使用したとき漸
増部２５が得られるが、ハニカム構造体の外径を小さく
しようとして二点鎖線のマスク内径Ｂを使用すると漸増
部が形成されない。そのため、外形の大きさを調整しよ
うとすれば幾種類もの口金を準備しなくてはならず、著
しく不経済である。また、ハニカム構造体の断面が円形
や楕円形の場合、外壁に接する隔壁は外周４分の１の間
全て形状が異なり、特公平５−４１２９６号公報の口金
製作では一般的に行われている口金の溝を形成する放電
加工が行えず、機械加工が必要となり精度良く加工でき
ない。
【００２４】
【実施例】以下、実際の例について説明する。まず、本
発明例および比較例として、コージェライト材料を押し
出し成形し焼成して得られた図１（Ａ）に示す形状で直
径：１０６ｍｍ、全長：１５０ｍｍのセラミックハニカ
ム構造体で、以下の表１および表２に示すセル（貫通
孔）数、隔壁厚、外壁厚を有するセラミックハニカム構
造体を準備した。ここで、比較例１は、最も標準的に広
く使用されているもので、隔壁厚は外周部の不完全セル
およびその内側のセルの全て同一の厚さとした。比較例
２から６は、同一の口金を使用し、成形時の調整で外壁
厚さの異なるものを得た。比較例７は、外周から２層の
隔壁厚さが０．１５ｍｍ、それより内側が０．１１ｍｍ
となるよう溝を加工した口金を使用した。比較例８は、
外周から２層の隔壁厚さ０．１５ｍｍ、さらにその内側
２層の隔壁厚さが０．１３ｍｍ、それより内側が０．１
１ｍｍとなるよう溝を加工した口金を使用した。比較例
９以降は、比較例２から６とセル数および隔壁厚さを変
えたものである。本発明１〜６は、比較例２から６で用
いた口金の不完全貫通孔の隔壁となる溝の幅を広げて、
不完全貫通孔を構成する隔壁の厚さを厚くした。また、
比較例と同様に成形時の調整で異なる外壁厚さのハニカ
ム構造体を得た。
発明例および比較例として、コージェライト材料を押し
出し成形し焼成して得られた図１（Ａ）に示す形状で直
径：１０６ｍｍ、全長：１５０ｍｍのセラミックハニカ
ム構造体で、以下の表１および表２に示すセル（貫通
孔）数、隔壁厚、外壁厚を有するセラミックハニカム構
造体を準備した。ここで、比較例１は、最も標準的に広
く使用されているもので、隔壁厚は外周部の不完全セル
およびその内側のセルの全て同一の厚さとした。比較例
２から６は、同一の口金を使用し、成形時の調整で外壁
厚さの異なるものを得た。比較例７は、外周から２層の
隔壁厚さが０．１５ｍｍ、それより内側が０．１１ｍｍ
となるよう溝を加工した口金を使用した。比較例８は、
外周から２層の隔壁厚さ０．１５ｍｍ、さらにその内側
２層の隔壁厚さが０．１３ｍｍ、それより内側が０．１
１ｍｍとなるよう溝を加工した口金を使用した。比較例
９以降は、比較例２から６とセル数および隔壁厚さを変
えたものである。本発明１〜６は、比較例２から６で用
いた口金の不完全貫通孔の隔壁となる溝の幅を広げて、
不完全貫通孔を構成する隔壁の厚さを厚くした。また、
比較例と同様に成形時の調整で異なる外壁厚さのハニカ
ム構造体を得た。
【００２５】得られた全ハニカム構造体に対し、それぞ
れ中間部、外周部、不完全貫通孔部、外壁部の各部の隔
壁厚を測定するとともに、外周部の圧力損失、外圧強
度、耐熱衝撃性を測定し、さらに比較例１〜１２および
本発明例１〜１０についてはふち欠け発生の有無の検査
および外壁強度の測定を実施した。
れ中間部、外周部、不完全貫通孔部、外壁部の各部の隔
壁厚を測定するとともに、外周部の圧力損失、外圧強
度、耐熱衝撃性を測定し、さらに比較例１〜１２および
本発明例１〜１０についてはふち欠け発生の有無の検査
および外壁強度の測定を実施した。
【００２６】ここで、隔壁厚はハニカム構造体の横断面
の隔壁長さの中間を測定した。中央部はハニカム構造体
の横断面の中心を通る隔壁Ｘ方向、Ｙ方向各々４個所の
測定値の平均とした。外周部の隔壁厚および外壁厚は、
ハニカム構造体の横断面の中心を通り隔壁Ｘ方向、Ｙ方
向およびその中間部合計８個所の測定値の平均値とし
た。不完全貫通孔の隔壁厚は、ハニカム構造体の横断面
の中心を通る隔壁をそれぞれＸ軸、Ｙ軸としたとき、第
１から第４象限からそれぞれ２個所の測定値の平均とし
た。測定は２個実施しその平均値を用いた。図６にその
一例を示す。
の隔壁長さの中間を測定した。中央部はハニカム構造体
の横断面の中心を通る隔壁Ｘ方向、Ｙ方向各々４個所の
測定値の平均とした。外周部の隔壁厚および外壁厚は、
ハニカム構造体の横断面の中心を通り隔壁Ｘ方向、Ｙ方
向およびその中間部合計８個所の測定値の平均値とし
た。不完全貫通孔の隔壁厚は、ハニカム構造体の横断面
の中心を通る隔壁をそれぞれＸ軸、Ｙ軸としたとき、第
１から第４象限からそれぞれ２個所の測定値の平均とし
た。測定は２個実施しその平均値を用いた。図６にその
一例を示す。
【００２７】「ふち欠け」は触媒化工程を模擬し、ロボ
ットによる移動、ベルトコンベアーへの移載、コンベア
ー途中に置いた金属パイプへの接触、ロボットによるゴ
ムラバーへの嵌め込みにより、ハニカム構造体にふち欠
けが発生するかどうかを調べた。５個のハニカム構造体
を試験して、○：５個欠けが生じなかったもの、△：許
容できる小さな欠けが生じたもの、▲：許容されない大
きな欠けが１個以上生じたもの、×：許容されない大き
な欠けが３個以上生じたもの、と分類した。
ットによる移動、ベルトコンベアーへの移載、コンベア
ー途中に置いた金属パイプへの接触、ロボットによるゴ
ムラバーへの嵌め込みにより、ハニカム構造体にふち欠
けが発生するかどうかを調べた。５個のハニカム構造体
を試験して、○：５個欠けが生じなかったもの、△：許
容できる小さな欠けが生じたもの、▲：許容されない大
きな欠けが１個以上生じたもの、×：許容されない大き
な欠けが３個以上生じたもの、と分類した。
【００２８】「外周部の圧損」は、ハニカム構造体横断
面の中心に空気が通過しないように直径９３ｍｍの厚紙
をハニカム構造体の端部に貼り、このハニカム構造体を
容器にセラミックマットを介して保持して空気を流し、
圧損計で入口部と出口部の圧力差を測定した。試験は３
個実施しその平均値を用いた。図７にその一例を示す。
図７において、３１は容器、３２はセラミックマット、
３３は厚紙、３４は圧損計である。「外壁強度」は、外
径：１０８ｍｍ、内径：１００ｍｍ、厚さ：３ｍｍのリ
ング状ネオプレンゴムの中心にハニカム構造体を置き、
上部からウレタンシートを貼ったアルミ板を介して荷重
Ｐを加えると、リング状ネオプレンゴムが圧縮を受け外
方向へ逃げる際にハニカム構造体の外壁角部を欠かすの
で、その時の荷重値を測定した。試験は３個実施しその
平均値を用いた。図８にその一例を示す。図８におい
て、４１はリング状のネオプレンゴム、４２はウレタン
シートを貼ったアルミ板である。
面の中心に空気が通過しないように直径９３ｍｍの厚紙
をハニカム構造体の端部に貼り、このハニカム構造体を
容器にセラミックマットを介して保持して空気を流し、
圧損計で入口部と出口部の圧力差を測定した。試験は３
個実施しその平均値を用いた。図７にその一例を示す。
図７において、３１は容器、３２はセラミックマット、
３３は厚紙、３４は圧損計である。「外壁強度」は、外
径：１０８ｍｍ、内径：１００ｍｍ、厚さ：３ｍｍのリ
ング状ネオプレンゴムの中心にハニカム構造体を置き、
上部からウレタンシートを貼ったアルミ板を介して荷重
Ｐを加えると、リング状ネオプレンゴムが圧縮を受け外
方向へ逃げる際にハニカム構造体の外壁角部を欠かすの
で、その時の荷重値を測定した。試験は３個実施しその
平均値を用いた。図８にその一例を示す。図８におい
て、４１はリング状のネオプレンゴム、４２はウレタン
シートを貼ったアルミ板である。
【００２９】「外圧強度」は、ハニカム構造体の両端面
にウレタンシートを介して厚さ約２０ｍｍのアルミ板を
当て、側面を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上げ破壊させた。試験は５個
実施しその平均値を用いた。「耐熱衝撃性」は、室温＋
７００℃に保った電気炉に室温のハニカム構造体を入れ
２０分間保持した後、耐火レンガの上へ取り出し、外観
を観察しつつ細い金属棒で外周部を軽くたたく。クラッ
クが観察されなくかつ音が金属音の場合のみ合格とし、
電気炉の温度を５０℃上げ不合格になるまで試験を続
け、合格最高温度を示した。試験は５個実施しその平均
値を用いた。これらの試験結果を表１および表２に示
す。
にウレタンシートを介して厚さ約２０ｍｍのアルミ板を
当て、側面を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上げ破壊させた。試験は５個
実施しその平均値を用いた。「耐熱衝撃性」は、室温＋
７００℃に保った電気炉に室温のハニカム構造体を入れ
２０分間保持した後、耐火レンガの上へ取り出し、外観
を観察しつつ細い金属棒で外周部を軽くたたく。クラッ
クが観察されなくかつ音が金属音の場合のみ合格とし、
電気炉の温度を５０℃上げ不合格になるまで試験を続
け、合格最高温度を示した。試験は５個実施しその平均
値を用いた。これらの試験結果を表１および表２に示
す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】表１の結果から、本発明例である本発明１
〜６のハニカム構造体は、従来の隔壁厚さが均一である
一般のハニカム構造体（比較例１）および外周部の隔壁
が厚い特公昭６２−１８７９７号公報および特公昭６１
−６０３２０号公報に記載されたハニカム構造体（比較
例７、８）と比べ、外圧強度、耐熱衝撃性の低下が無
く、ふち欠けも発生せず、かつ外周部の圧損が低いこと
がわかった。また、表１および表２の他の例について
も、同様の結果を得ることができ、本発明例が比較例よ
りも有用であることがわかった。
〜６のハニカム構造体は、従来の隔壁厚さが均一である
一般のハニカム構造体（比較例１）および外周部の隔壁
が厚い特公昭６２−１８７９７号公報および特公昭６１
−６０３２０号公報に記載されたハニカム構造体（比較
例７、８）と比べ、外圧強度、耐熱衝撃性の低下が無
く、ふち欠けも発生せず、かつ外周部の圧損が低いこと
がわかった。また、表１および表２の他の例について
も、同様の結果を得ることができ、本発明例が比較例よ
りも有用であることがわかった。
【００３３】
【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、外周の不完全貫通孔を構成する隔壁をその他
の部分の隔壁より厚くしているため、特に外壁と隔壁と
が直交しない不完全貫通孔の隔壁厚さを厚くしているた
め、隔壁に加わる曲げ応力を緩和でき、セラミックハニ
カム構造体の低値破壊を防止することができる。また、
セラミックハニカム構造体を成形する際に外壁の圧力に
より不完全貫通孔を構成する隔壁の変形を防止すること
ができる。さらに、不完全貫通孔の隔壁を厚くしても、
圧力損失にはほとんど影響がない。
によれば、外周の不完全貫通孔を構成する隔壁をその他
の部分の隔壁より厚くしているため、特に外壁と隔壁と
が直交しない不完全貫通孔の隔壁厚さを厚くしているた
め、隔壁に加わる曲げ応力を緩和でき、セラミックハニ
カム構造体の低値破壊を防止することができる。また、
セラミックハニカム構造体を成形する際に外壁の圧力に
より不完全貫通孔を構成する隔壁の変形を防止すること
ができる。さらに、不完全貫通孔の隔壁を厚くしても、
圧力損失にはほとんど影響がない。
【図１】本発明が対象とするセラミックハニカム構造体
の一例の構成を示す図である。
の一例の構成を示す図である。
【図２】隔壁に加わる圧縮荷重および曲げ荷重を説明す
るための図である。
るための図である。
【図３】隔壁の変形を説明するための図である。
【図４】セラミックハニカム構造体を使用した触媒コン
バータの一例の構成を示す図である。
バータの一例の構成を示す図である。
【図５】本発明のセラミックハニカム構造体を押し出す
のに好適な口金の一例を示す図である。
のに好適な口金の一例を示す図である。
【図６】実施例における各部の測定位置を説明するため
の図である。
の図である。
【図７】実施例における外周部の圧損を測定する方法を
説明するための図である。
説明するための図である。
【図８】実施例における外壁強度を測定する方法を説明
するための図である。
するための図である。
【符号の説明】 １ セラミックハニカム構造体、２ 外壁、３ 隔壁、
４ 貫通孔、４ａ 不完全貫通孔、１１ 触媒コンバー
タ容器、１２、１３ 金属メッシュ、２１ 口金、２２
坏土供給孔、２３ スリット溝、２４ マスク、３１
容器、３２ セラミックマット、３３ 厚紙、３４
圧損計、４１ リング状ネオプレンゴム、４２ アルミ
板
４ 貫通孔、４ａ 不完全貫通孔、１１ 触媒コンバー
タ容器、１２、１３ 金属メッシュ、２１ 口金、２２
坏土供給孔、２３ スリット溝、２４ マスク、３１
容器、３２ セラミックマット、３３ 厚紙、３４
圧損計、４１ リング状ネオプレンゴム、４２ アルミ
板
Claims (5)
- 【請求項１】隔壁で囲まれた多数の貫通孔を有するセラ
ミックハニカム構造体において、外周の不完全貫通孔を
構成する隔壁がその他の部分の隔壁より厚いことを特徴
とするセラミックハニカム構造体。 - 【請求項２】前記不完全貫通孔を、その断面積が完全な
貫通孔の断面積の８０％未満のものとする請求項１記載
のセラミックハニカム構造体。 - 【請求項３】前記外壁と隔壁とが直交しない不完全貫通
孔の隔壁のみをその他の部分の隔壁より厚くする請求項
１または２記載のセラミックハニカム構造体。 - 【請求項４】外壁の厚さが、外周の不完全貫通孔を構成
する隔壁の厚さより厚い請求項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。 - 【請求項５】不完全貫通孔を構成する隔壁以外の隔壁の
厚さが、０．１５ｍｍ未満である請求項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。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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