WO2002081057A1

WO2002081057A1 - Corps a structure en nid d'abeille et ensemble ainsi forme

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Publication number: WO2002081057A1
Application number: PCT/JP2002/002644
Authority: WO
Inventors: Toshihiko Hijikata
Original assignee: Ngk Insulators,Ltd.
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2002-10-17
Also published as: EP1382374A1; EP1382374A4; US7052760B2; PL373702A1; DE60221512D1; JP2002292225A; DE60221512T2; US20040076794A1; EP1382374B1

Description

明細書

ハニカム構造体及びそのアッセンプリ技術分野本発明は、内燃機関、ボイラー、化学反応機器および燃料電池用改質器等の触媒作用を利用する触媒用担体または排ガス中の微粒子捕集フィル夕一等に用いられるハニカム構造体及びそのァッセンプリに関し、特に使用時の熱応力による破損に対する耐久性に優れた八二カム構造体及びそのァッセンブリに関する。背景技術内燃機関、ボイラー、化学反応機器および燃料電池用改質器等の触媒作用を利用する触媒用担体、または排ガス中の微粒子、特にディーゼル微粒子の捕集フィルタ —等にハニカム構造体が用いられている。

この様な目的で使用されるハニカム構造体は、排気ガスの急激な温度変化や局所的な発熱によってハニカム構造内の温度分布が不均一となり、構造体にクラックを生ずる等の問題があった。特にディーゼルエンジンの排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ一として用いられる場合には、溜まったカーボン微粒子を燃焼させて除去し再生することが必要であり、この際に局所的な高温化が避けられないため、大きな熱応力が発生し易く、クラックが発生し易かった。

このため、ハニカム構造体を複数に分割したセグメントを接合材により接合する方法が提案された。たとえば、米国特許第 4 3 3 5 7 8 3号公報には、多数のハニカム体を不連続な接合材で接合するハニカム構造体の製造方法が開示されている。また、特公昭 6 1 - 5 1 2 4 0号公報には、セラミック材料よりなる八二カム構造のマトリックスセグメントを押出し成形し、焼成後その外周部を加工して平滑にした後、その接合部に焼成後の鉱物組成がマトリックスセグメントと実質的に同じで、かつ熱膨脹率の差が 8 0 O t:において 0 . 1 %以下となるセラミック接合材を塗布し、焼成する耐熱衝撃性回転蓄熱式が提案されている。また、 1 9 8 6年の S A E 論文 8 6 0 0 0 8には、コ一ジェライトのハ二カムセグメントを同じくコージエライトセメントで接合したセラミックハニカム構造体が開示されている。さらに特開平 8— 2 8 2 4 6号公報には、ハニカムセラミック部材を少なくとも三次元的に交錯する無機繊維、無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子からなる弾性質シ一ル材で接着したセラミックハニカム構造体が開示されている。

しかしながら、排ガス規制の更なる強化やエンジンの高性能化等のため、ェンジン燃焼条件の改善、触媒浄化性能の向上を狙いとして、排気ガス温度が年々上昇してきており、ハニカム担体に要求される耐熱衝撃性も厳しくなつてきている。従つて、上述のようなハニカム構造体であっても、使用時における流入ガス温の急激な変化、局所的な反応熱、燃焼熱等がより大きくなると、充分に熱応力を緩和できず、ハニカム構造体にクラックを生じ、極端な場合八二カム構造体がばらけ、振動により構造体が粉々に破壊するなどの可能性が考えられる。

このような問題を解消する手段としては、ハニカム構造体の熱容量を大きくすることで温度変化を小さくし、反応速度、燃焼速度を遅らせ、最大温度を下げることで、ハニカム構造体に作用する熱応力を緩和する方法があるが、このような方法では、八二カム構造体の反応率、浄化効率、再生効率が低下する欠点があった。また、特公昭 5 4 - 1 1 0 1 8 9号公報において、八二カム担体の横断面中心方向へ壁厚を規則的に薄くした構造が提案されており、さらに、特開昭 5 4— 1 5 0 4 0 6号公報又は特開昭 5 5 - 1 4 7 1 5 4号公報において、八二カム構造体の外周側部分のセル隔壁を内部のセル隔壁よりも'厚くした構造が提案されている。しかし、この様なハニカム構造体は外部からの機械的応力に対する強度は強くなるが、内側のセル隔壁が薄いため、使用時における発生熱応力は大きく、充分な耐久性があるとは言えない。

本発明はこのような従来の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、使用時における反応率、浄化効率、再生効率等の低下を抑えつつ、熱応力破損に対する耐久性に優れたハニカム構造体を提供することにある。発明の開示本発明は上記課題を解決すべく研究を重ねた結果、中心部の温度上昇を抑制しつつ外周部を高温に保つことにより、反応率等の効率低下を抑制しつつ熱応力に対する耐久性を改良できることを見出したことに基づき、さらにハニカム構造体を少なくとも外側のセグメントと内側のセグメントに分割し、外側セグメントの平均壁厚を内側セグメン卜の平均壁厚より薄くすることにより上記課題を解決できることを見出したことに基づくものである。

即ち、第 1の発明は、隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有するハニカム構造からなる複数のハニカムセグメントが一体化されてなるハニカム構造体であって、前記ハニカム構造体の最外周面を構成しない前記ハニカムセグメントの少なくとも 1つにおける平均壁厚が前記最外周面を構成するハエカムセグメントの少なくとも 1つにおける平均壁厚より厚いことを特徴とするハニカム構造体を提供するものである。

第 1の発明において、前記最外周面を構成するハニカムセグメントの少なくとも 1つにおける平均壁厚の、前記最外周面を構成しないハニカムセグメントの少なくとも 1つにおける平均壁厚に対する比率が 0 . 2〜0 . 9であることが好ましく、最外周面を構成しないハニカムセグメントの少なくとも 1つの断面積が八二カム構造体の断面積の 9 % ~ 8 1 %であることが好ましい。また、八二カム構造体が自動車排ガス浄化用として用いられることが好ましく、ディーゼル微粒子捕集用フィル夕一として用いられることがさらに好ましい。さらに、ハニカムセグメントが互いに隣接する面の間の一部又は全部に圧縮弾性材料 A、好ましくはセラミック繊維製マツト、さらに好ましくはアルミナまたはムライト組成を主成分とする非膨脹性マットを配することが好ましい。さらに、八二カムセグメントの主成分が、炭化珪素、窒化珪素、コージエライト、アルミナ、ムライト、ジルコニァ、燐酸ジルコ二ゥム、アルミニウムチタネート、チタニア及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれる少なくとも 1種のセラミックス、 F e— C r— A 1系金属、ニッケル系金属又は金属 S iと S i Cとからなるものであることが好ましい。

第 2の発明は、上記ハニカム構造体を、該ハニカム構造体の最外周面に圧縮弾性材料 Bを圧縮状態で配することにより金属容器内に圧縮把持してなるハエカム構造体アッセンプリを提供するものである。第 2の発明において、前記圧縮弾性材料 Bがセラミック繊維製マットであることが好ましく、バーミユキュライトを含む加熱膨脹性マツト又はアルミナまたはムラィト組成を主成分とする非膨脹性マツトであることがさらに好ましい。又、ハニカム構造体アッセンプリが、押込み、巻き締め、クラムシェル、スウェージングでキャニングされていることが好ましい。更に、ハニカムセグメントに触媒を担持させた後、金属容器に収納してなる八二カム構造体アッセンプリであることが好ましく、また、ハニカムセグメントを金属容器に収納した後に、該ハニカムセグメントに触媒を担持させてなるハニカム構造体アッセンプリであることも好ましい。図面の簡単な説明

図 1 ( a ) は本発明の一実施形態を示すハニカム構造体の断面ー模式図であり、図 1 ( b ) 、図 1 ( c ) は図 1 ( a ) における各々内側セグメント及び外側セグメントの拡大図である。

図 2は、本発明の別の実施形態を示すハニカム構造体の断面—模式図である。図 3は、本発明の一実施形態を示すハニカム構造体アッセンプリの断面一模式図である。

図 4は、金属容器内へのハニカム構造体の押込み方法の一例を示す一部切り欠き説明図である。

図 5は、金属容器内へハニカム構造体を収納するための巻き絞め方法の一例を示す斜視図である。

図 6は、金属容器内へハニカム構造体を収納するためのクラムシェル方法の一例を示す斜視図である。 ■

図 7は、金属容器内へハニカム構造体を収納するためのスウェージング方法の一例を示す流通孔方向に対する平行断面図である。

図 8は、金属容器内へハニカム構造体を収納するためのスウェージング方法の一例を示す流通孔方向に対する平行断面図である。

図 9は、燃焼再生試験の結果を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態以下、図面に従って、本発明のハニカム構造体及び八二カム構造体アッセンプリの内容を詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。尚、以下において断面とは、特に断りのない限り流通孔方向に対する垂直の断面を意味する。

図 1 ( a )は本発明に係るハニカム構造体の一実施形態を示すハニカム構造体の断面ー模式図である。本発明のハニカム構造体 1は図 1 ( b ) 、（c ) に示されるような隔壁 1 0により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔 6を有するハニカムセグメント 2 a及び 2 bが一体化されることにより構成される。

本発明の重要な特徴は、図 1 ( b ) 、（c ) に示されるように、最外周面 2 3を構成しない八二カムセグメント 2 aの平均壁厚（図 1 ( b ) 参照）が、最外周面を構成するハニカムセグメント 2 bの平均壁厚（図 1 ( c ) 参照）よりも厚いことである。本発明において平均壁厚とは、ハニカムセグメントの外周壁を含めない隔壁 6の平均の厚さを意味する。この様な構成にしたことにより、本発明の八二カム構造体は、壁厚の厚い中心部の反応速度を低く抑えられるので、構造体内最大温度は低くくなり、壁厚の薄い外側構造体の温度は高くなる結果、十分な反応率、浄化効率、再生効率を保持しながら、構造体全体の温度分布を小さくできる。従って、本発明のハニカム構造体は反応率、浄化効率、再生効率等の効率を高く保ちつつ熱応力破壊に対する改良された耐久性を示すものとなる。

本発明において、「ハニカム構造体の最外周面を構成しないハニカムセグメント」 (以後内側セグメントと称す）とは、例えば図 1 ( a ) において、ハニカム構造体 1の最外周面 2 3を構成しない 2っハニカムセグメント 2 aを意味し、「ハニカム構造体の最外周面を構成するハニカムセグメント」（以後外側セグメントと称す）とは、ハニカム構造体 1の最外周面 2 3を構成する 4っハニカムセグメント 2 bを意味する。従って、内側セグメントの少なくとも 1つとは、例えば図 1において 2 つの内側セグメント 2 aのうちの 1つ又は 2つを意味し、外側セグメントの少なくとも 1つとは、 4つの外側セグメント 2 bのうちの 1つ、 2つ、 3つ又は 4つを意味する。例えば図 1に示される本発明は、 4つ外側セグメント 2 bうち少なくとも 1つのセグメントにおける隔壁 1 0の平均厚さが 2つの内側セグメント 2 aのうち少なくとも 1つのセグメントにおける隔壁 1 0の平均厚さより薄い構成となつている。本発明において、 2つの内側セグメント 2 aの平均壁厚が 4つの外側セグメント 2 bの平均壁厚よりも厚いことが好ましい。

図 2は本発明の別の実施形態を示したものであるが、この場合には中心部 4個の断面四角形状のハニカムセグメント 2 cが内側セグメントとなり、各々 8個のハニカムセグメント 2 f 、 2 e及 4個のハニカムセグメント 2 dの合計 2 0個が外側セグメントとなる。従って、内側セグメント 2 cの少なくとも 1つのセグメントにおける平均壁厚が、外側セグメント 2 f 、 2 d及び 2 eのうち少なくとも 1つのセグメントにおける平均壁厚より厚い構成となっている。

平均壁厚の厚い八二カムセグメント 2 cは、ハニカム構造体 1の中心部に近い方が好ましく、例えば図 2において、ハニカム構造体 1の断面上の中心に接する 4つの内側セグメント 2 cの平均壁厚が合計 2 0個の外側セグメント 2 f 、 2 d及び 2 eの何れか 1つ、さらに好ましくは外側セグメン卜全体の平均壁厚よりも厚いことが好ましい。

壁厚の薄い外側セグメントにおける平均壁厚の、隔壁の厚い内側セグメントの平均壁厚に対する比率は、好ましくは 0 . 2〜0 . 9であり、さらに好ましくは 0 . 3〜0 . 9であり、最も好ましくは 0 . 5〜0 . 8である。この比率が小さすぎると実質的に製造が困難となり、 1に近すぎると本発明の効果が得られない。

隔壁の厚い内側セグメントの断面積は、ハニカム構造体全体の断面積の好ましくは 9 %以上、更に好ましくは 1 6 %以上、更により好ましくは 2 5 %以上である。本発明において断面積とは、図 1 ( a ) 〜（c ) 、図 2に示されるような、流通孔に対する垂直断面における流通孔部分を含む面積を意味する。この断面積が小さすぎると壁厚を厚くする効果が充分ではなくなる。さらに、壁厚の厚い内側セグメン卜の断面積がハニカム構造体全体の体積の 8 1 %以下であることが好ましく、更に好ましくは 6 4 %以下、更により好ましくは 4 9 %以下である。この断面積が大きすぎると反応効率等が低下し好ましくない。

図 1 ( a ) 〜（c ) 及び図 2において、内側、外側セグメントともに同じセル密度（単位断面積当りの流通孔の数）であるが、本発明において、内側、外側セグメントのセル密度は異なっても良く、壁厚の厚い内側セグメントのセル密度は隔壁の薄い外側セグメントのセル密度と同じ又は小さいことが好ましい。本発明において、内側及び外側セグメントのセル密度は 0 . 9〜 3 1 0セル c m² ( 6〜 2 0 0 0 セル平方インチ）が好ましい。セル密度が 0 . 9セルノ c m²未満になると、幾何学的表面積が不足し、 3 1 0セル/ c m²を超えると、圧力損失が大きくなりすぎる。また、ハニカムセグメント 2の流通孔 6の断面形状（セル形状）は、製作上の観点から、三角形、四角形および六角形のうちのいずれかであることが好ましい本発明におけるハニカム構造体 1はハニカムセグメント 2が一体化されたものであるが、例えば接合材 7を用いてハニカムセグメント 2が互いに隣接する面 4を接合することができる。また、圧縮弾性材料 Aをハニカムセグメントの互いに隣接する面に配することも好ましい。さらに、図 1 ( a ) 〜（c ) に示されるように、圧縮弾性材料 A 3、好ましくはセラミック繊維製マットを内側セグメント 2 aと外側セグメント 2 bが互いに隣接する面 4 a bに配することが好ましく、更に、図 2 に示されるように、外側セグメント 2 e同士が互いに隣接する面 4 e eに圧縮弾性材料 A 3を配することも好ましレ^この様に圧縮弾性材料 Aを各面間に配することにより、熱応力が緩和され、ハニカム構造体の耐久性がさらに向上する。

本発明において、圧縮弾性材料 Aは耐熱性とクッション性を備えることが好ましレ^耐熱性及びクッション性を有する圧縮弹性材料 Aとしては、バーミユキュライトを実質上含まない非膨脹性材料、又は少量のバーミユキュライトを含む低膨脹性材料であり、アルミナ、高アルミナ、ムライト、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニァ、チタニアからなる群より選ばれた少なくとも 1種あるいはそれらの複合物からなるセラミック繊維を主成分とすることが好ましく、この中でもバーミユキュライトを実質上含まずアルミナ又はムラィトを主成分とする非膨脹性材料がより好ましレ^ さらに、これらの繊維製マットであることが好ましく、セラミック繊維製マツ卜がアルミナ又はムラィト組成を主成分とする非膨脹性マツトであることがさらに好ましい。これらのセラミック製マツトは、被処理流体の漏れを防止する観点からシール性を有することがさらに好ましい。圧縮弾性材料 Aの好適な具体例は、 3 M社製 / 1 1 0 0 H Tや三菱化学社製マフテック等である。

本発明において、ハニカムセグメント 2は強度、耐熱性等の観点から、主成分が、炭化珪素、窒化珪素、コ一ジエライト、アルミナ、ムライト、ジルコニァ、燐酸ジルコニゥム、アルミニウムチタネート、チタニア及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれる少なくとも 1種のセラミックス、 F e—C r—A 1系金属、ニッケル系金属又は金属 S iと S i Cとからなることが好ましい。本発明において、主成分とは成分の 8 0質量％以上を占め、主結晶相となるものを意味する。接合材 7も上記ハニカムセグメントに好適な材料の中から選ぶことができる。

圧縮弾性材料 Aを配する際には、製作上の観点から、ハニカムセグメント 2の断面は、少なくとも一辺が 3 0 mm以上であることが好ましく、さらに好ましくは 5 0 mm以上、最も好ましくは 7 0 mm以上である。

図 3は図 1 ( a ) 〜（c ) に示すハニカム構造体を金属容器 1 1に保持したハニカム構造体アッセンプリ 8の断面ー模式図である。図 3に示す本発明のハニカム構造体ァッセンプリ 8は、ハニカム構造体 1の最外周面 2 3に圧縮弹性材料 Bを圧縮状態で配することによりハニカム構造体 1を金属容器 1 1に圧縮把持してなるものである。

本発明において圧縮弾性材料 Bとしては、前述の圧縮弾性材料 Aと同様に耐熱性及びクッション性を有することが好ましく、さらにシール性を有することが好ましいが、非膨脹性材料であっても膨脹性材料であっても良い。好ましい圧縮弾性材料 Bはアルミナ、高アルミナ、ムライト、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニァ、チタ二ァからなる群より選ばれた少なくとも 1種あるいはそれらの複合物を主成分とするセラミック繊維等である力これらの繊維製マツトであることがさらに好ましい。具体的には前述の 3 M社製 / 1 1 0 0 H Tや三菱化学社製 Zマフテック等を用いることが出来るが、膨脹性マットである 3 M社製ノィン夕ラムマット等を用いることもできる。

本発明において、ハニカム構造体 1を圧縮弾性材料 Bとともに圧縮状態で金属容器 1 1内に入れる方法は、図 4に示すガイド 1 7を用いた押込み方法、図 5に示す金属板 1 1 cを巻き付けて引っ張ることで面圧を付与し、金属板 1 l cの合わせ部を溶接して固定する巻き絞め方法、あるいは図 6に示す 2分割された金属容器 1 1 a , 1 1 bで負荷を与えながら挟み込み、 2つの金属容器 1 1 a , 1 1 bの合わせ面（つば） 1 6 a , 1 6 bの個所を溶接することで一体化容器とするクラムシェル方法が好適である。また、この他に、図 7に示すような、金属塑性加工技術を応用した、金属容器 1 1を外部からタップ（加圧型） 1 2を介して圧縮圧力を加えて金属容器 1 1の外径寸法を絞る方法（スウェージング方法）も好適である。更には、図 8に示すように、塑性加工を応用した方法で金属容器 1 1を回転させながら加工治具 1 8を用いて最外周面を塑性加工により絞り込む方法、いわゆる回転鍛造方法によることで金属容器の外径を絞り、面圧を付与する方法も可能である。

本発明のハニカム構造体又はハニカム構造体アッセンプリを触媒担体として、内燃機関、ボイラー、化学反応機器、燃料電池用改質器等に用いる場合、八二カムセグメン卜に触媒能を有する金属を担持させるようにする。触媒能を有する代表的なものとしては P t、 P d、 R h等が挙げられ、これらのうちの少なくとも 1種をハ二カムセグメントに担持させることが好ましい。

一方、本発明の八二カム構造体又はハニカム構造体アッセンプリを、ディーゼルエンジン用パティキユレ一トフィルター（D P F ) のような、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集除去するためのフィルターに用いようとする場合、八二カム構造体の流通孔を交互に封じ隔壁をフィルターとする構造を有するものが好ましい。このような、ハニカムセグメントから構成されるハニカム構造体の一端面より粒子状物質を含んだ排気ガスを通すと、排気ガスは当該一端面側の流通孔が封じられていない流通孔よりハニカム構造体の内部に流入し、濾過能を有する多孔質の隔壁を通過し、他端面側の封じられていない孔より排出される。この隔壁を通過する際に粒子状物質が隔壁に捕捉される。端面を封じるための材料は上記ハニカムセグメント 2に好適な材料の中から選ぶことができる。

なお、捕捉された粒子状物質が隔壁上に堆積してくると、圧損が急激に上昇し、エンジンに負荷がかかり、燃費、ドライバピリティが低下するので、定期的にヒーター等の加熱手段により、粒子状物質を燃焼除去し、フィル夕一機能を再生させるようにする。この燃焼再生時、燃焼を促進させるため、八二カム構造体に前記のような触媒能を有する金属を担持させてもよい。

本発明において、ハニカム構造体アッセンプリに触媒を担持させる方法としては、触媒担持前に金属容器 1 1内にセルハニカム構造体 1を把持し、ハニカム構造体ァッセンプリ 8としてから、ハニカム構造体 1に触媒を担持させる方法が可能である。この方法によれば、触媒担持工程中に、ハニカム構造体 1が欠けたり、破損したりする可能性を回避することが出来る。また、ハニカムセグメント 2に触媒成分を担持した後に、ハニカム構造体 1とし、これを金属容器 1 1内に収納把持してなることが、本発明のハニカム構造体又はハニカム構造体アッセンプリを触媒コンバータとして用いる場合に好ましい。以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

尚、以下の実施例及び比較例で作製したハニカム構造体はセルを交互に目封止し、隔壁をフィルタ一として利用するディ一ゼル微粒子捕集用フィルターである。

(実施例 1 )

原料として、炭化珪素粉末を使用し、これにメチルセルロース及びヒドロキシプロボキシルメチルセルロース、界面活性剤及び水を添加して、可塑性の坏土を作製した。この坏土を押出成形し、マイクロ波及び熱風で乾燥した。次いで、端面を交互に千鳥状になるようにハニカム構造体と同材質の目封止材で目封止し、次に、 N

₂雰囲気中で加熱脱脂した後、 A r雰囲気中で焼成して、外径が <I 144mm、内径が Φ 73 mmの 1/4断面形状 X長さ 1 52 mmの外側セグメント 2 b、及び外径が Φ 72 mmの 1/2の断面形状 X長さ 1 52 mmの内側セグメント 2 aを得た。これらのハニカムセグメントをコロイダルシリカとアルミナファイバ一を水で混合した接合材により接合、乾燥することにより、直径 144mmX長さ 1 52m m、の円柱状ハニカム構造体 1が組み立てられた。内側セグメント 2 aは壁厚が 0. 43 mm、セル密度が 31セル/ c m²、単位熱容量が 0. 76 Jノ c m³ · であり、外側セグメント 2 bは壁厚が 0. 38mm、セル密度が 31セルノ c m²、単位熱容量が 0. 68 J/cm³' であって、内外セグメントの熱容量比が 0. 8 9、隔壁厚比が 0. 88のハニカム構造体 1を得た。さらに、そのハニカム構造体 1の外周にセラミック繊維製非膨脹マツト 5を巻き付け、 SUS 409の金属容器 1 1にテーパー治具により押込んでセグメント間、ハニカム構造体 1と金属容器間を圧縮固定してハニカム構造体アッセンプリ 8を得た。

(実施例 2) 実施例 1と同様の操作を行い、内側セグメント 2 aの壁厚が 0. 53mm、セル密度が 16セル/ cm²、単位熱容量が 0. 67 J/cm³ · °Cであり、外側セグメント 2 bの壁厚が 0. 38 mm、セル密度が 31セル c m 単位熱容量が 0.

68 JZcm³ · °Cであって、内外セグメントの熱容量比が約 1、隔壁厚比が 0.

72のハニカム構造体 1を得た。さらに、そのハニカム構造体 1の外周にセラミツク繊維製非膨脹マット 5を巻き付け、 SUS 409の金属容器 11にテーパー治具により押込んでセグメント間、八二カム構造体 1と金属容器 1 1間を圧縮固定してハニカム構造体アッセンプリ 8を得た。

(実施例 3)

実施例 1と同様の操作を行い、内側セグメント 2 aの壁厚が 0. 64mm、セル密度が 16セル c m 単位熱容量が 0. 78 J c m³ · °Cであり、外側セグメント 2 bの壁厚が 0. 31 mm、セル密度が 31セル c m²、単位熱容量が 0. 56 JZcm³ · °Cであって、内外セグメントの熱容量比が 0. 72、隔壁厚比が 0. 48のハニカム構造体 1を得た。さらに、そのハニカム構造体 1の外周にセラミック繊維製非膨脹マツト 5を巻き付け、 SUS 409の金属容器 1 1にテーパー治具により押込んでセグメント間、ハニカム構造体 1と金属容器 1 1間を圧縮固定してハニカム構造体アッセンプリ 8を得た。

(比較例 1 )

実施例 1と同様の操作を行い、内側及び外側の全セグメントの壁厚が 0. 38m m、セル.密度が 31セル Zcm²、単位熱容量が 0. 68 J Z c m³であって、内外セグメントの熱容量比、隔壁厚比が各々 1のハニカム構造体 1を得た。さらに、そのハニカム構造体 1の外周にセラミック繊維製非膨脹マツト 5を巻き付け、 SUS 409の金属容器にテーパー治具により押込んでセグメント間、ハニカム構造体 1 と金属容器 1 1間を圧縮固定してハニカム構造体アッセンプリ 8を得た。

(比較例 2)

実施例 1と同様の操作を行い、内側及び外側の全セグメントの壁厚が 0. 43m m、セル密度が 31セル Zcm²、単位熱容量が 0. 76 JZcm³であって、内外セグメントの熱容量比、隔壁厚比が各々 1のハニカム構造体 1を得た。さらに、そのハニカム構造体 1の外周にセラミック繊維製非膨脹マツ卜を巻き付け、 SUS 4 0 9の金属容器 1 1にテーパー治具により押込んでセグメント間、八二カム構造体 1と金属容器 1 1間を圧縮固定してハニカム構造体アッセンプリ 8を得た。

(比較例 3 )

実施例 1と同様の操作を行い、内側セグメント 2 aの壁厚が 0 . 3 8 mm, セル密度が 4 7セル/ c m 単位熱容量が 0 . 8 1 J / c m³ · °Cであり、外側セグメント 2 bの壁厚が 0 . 3 8 mm、セル密度が 3 1セル Z c m²、単位熱容量が 0 . 6 8 J Z c m³ · °Cであって、内外セグメントの熱容量比が 0 . 8 4、隔壁厚比が 1のハニカム構造体 1を得た。さらに、そのハニカム構造体 1の外周にセラミック繊維製非膨脹マツト 5を巻き付け、 S U S 4 0 9の金属容器 1 1にテーパー治具により押込んでセグメント間、八二カム構造体 1と金属容器 1 1間を圧縮固定してハ二カム構造体アッセンプリ 8を得た。

(燃焼再生試験）

このようにして得た実施例 1〜 3及び比較例 1〜 3のハニカム構造フィル夕一 (ハニカム構造体アッセンプリ）に、ディーゼルエンジンから排出される微粒子（以降ス一トと称する）を各々 3 0 g捕集し、入口ガス温 7 0 0 °C、酸素濃度 1 0 %、排ガス流量 0 . 7 Nm³ m i n . の排気ガスによりフィルターに堆積したスートを燃焼、ハニカム構造体内 1 5箇所の温度を測定した。燃焼試験後、ハニカム構造フィルターの重量を測定し、スートの再生効率を求めた。さらに、燃焼再生による構造体の損傷を目視と実体顕微鏡により観察、破損の有無を確認した。

実施例 1〜 3及び比較例 1〜 3において作製されたフィルターの特性を表 1にまとめ、試験結果を図 9に示す。比較例 1のハニカム構造体内最高温度は 1 0 5 0 °Cまで上昇し、ハニカム構造体は破損した。また、壁厚を厚くした比較例 2は再生時の八二カム構造体内最高温度が 8 5 0でまで低下、八二カム構造体にもクラックなどの損傷は認められなかったが、担体外周部の温度が上昇せず、スート再生効率が 7 1 %と極端に低い結果であった。また比較例 3は内側セグメントの熱容量を高くしたにもかかわらずハニカム構造体内最高温度が 1 0 0 0 と高く、ハニカム構造体は破損した。これに対し、本発明による実施例 1〜3は、最大温度が 7 8 0 °C 〜8 8 0 °Cと低く抑えられ、スー卜再生効率も 9 0〜9 2 %と高かった。

ほ 1 ) 比較例 1 比較例 2 比較例 3 実施例 1 実施例 2 実施例 3 内側セグメント 0.38/31 0.43/31 0.38/47 0.43/31 0.53/16 0.64/16 セル構造

外側セグメント 0.38/31 0.43/31 0.38/31 0.38/31 0.38/31 0.31/31 熱容量比（外側/内側） 1 1 0.84 0.89 1 0.72 壁厚比 (外側/内側） 1 1 1 0.88 0.72 0.48 註）セル構造 =壁厚 mm/セル/ cm²

産業上の利用可能性

以上説明してきたように本発明によるハニカム構造体及びそのアッセンプリは、内側構造体の隔壁を外側構造体の隔壁より厚くすることで、構造体内に発生する最大温度が低く抑えられ、なお且つ、外側構造体の隔壁を内側構造体の隔壁より薄くしたため、外周部の温度が上昇した結果、スート再生効率が高く、従って、高い耐久性及び高い効率を示した。

Claims

請求の範囲

1 . 隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有するハニカム構造からなる複数のハニカムセグメントが一体化されてなるハニカム構造体であって、前記ハニカム構造体の最外周面を構成しない前記ハニカムセグメントの少なくとも 1つにおける平均壁厚が前記最外周面を構成するハニカムセグメントの少なくとも 1つにおける平均壁厚より厚いことを特徴とするハニカム構造体。

2 . 前記最外周面を構成するハニカムセグメントの少なくとも 1つにおける平均壁厚の、前記最外周面を構成しないハニカムセグメントの少なくとも 1つにおける平均壁厚に対する比率が 0 . 2〜0 . 9であることを特徴とする請求項 1に記載の八二カム構造体。

3 . 前記最外周面を構成しない少なくとも 1つのハニカムセグメントの断面積が、前記ハニカム構造体の断面積の 9 %〜 8 1 %であることを特徴とする請求項 1又は 2に記載のハニカム構造体。

4 . ハニカム構造体が自動車排ガス浄化用として用いられることを特徴とする請求項 1乃至 3の何れか 1項に記載のハニカム構造体。

5 . ハニカム構造体がディーゼル微粒子捕集用フィルターとして用いられることを特徴とする請求項 1乃至 4の何れか 1項に記載のハニカム構造体。

6 . ハニカムセグメントが互いに隣接する面の間の一部又は全部に圧縮弾性材料 Aを配してなることを特徴とする請求項 1乃至 5の何れか 1項に記載のハニカム構造体。

7 . 前記圧縮弾性材料 Aがセラミック繊維製マツトであることを特徴とする請求項 6に記載のハニカム構造体。

8 . 前記セラミック繊維製マツトがアルミナまたはムライト組成を主成分とする非膨脹性マツ卜であることを特徴とする請求項 7に記載の八二カム構造体。

9 . ハニカムセグメントの主成分が、炭化珪素、窒化珪素、コージエライト、ァルミナ、ムライト、ジルコニァ、燐酸ジルコニウム、アルミニウムチタネート、チタニア及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれる少なくとも 1種のセラミックス、 F e— C r — A 1系金属、ニッケル系金属又は金属 S iと S i Cとからなることを特徴とする請求項 1乃至 8のいずれか 1項に記載のハニカム構造体。

1 0 . 隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有するハニカム構造からなる複数のハニカムセグメントが一体化されてなるハニカム構造体であつて、前記ハニカム構造体の最外周面を構成しない前記ハニカムセグメントの少なくとも 1つにおける平均壁厚が前記最外周面を構成するハニカムセグメントの少なくとも 1つにおける平均壁厚より厚い請求項 1乃至 9の何れか 1項に記載のハニカム構造体を、前記ハニカム構造体の最外周面に圧縮弾性材料 Bを圧縮状態で配することにより金属容器内に圧縮把持してなるハニカム構造体アッセンプリ。

1 1 . 前記圧縮弾性材料がセラミック繊維製マツトであることを特徴とする請求項 1 0に記載のハニカム構造体アッセンプリ。

1 2 . 前記セラミック繊維製マツトがバ一ミユキュライトを含む加熱膨脹性マツト又は前記非膨脹性マツトであることを特徴とする請求項 1 1に記載のハニカム構造体アッセンプリ。

1 3 . 八二カム構造体アッセンプリカ、押込み、巻き締め、クラムシェル、スゥエージングでキヤニングされていることを特徵とする請求項 1 0乃至 1 2の何れか 1項に記載のハニカム構造体アッセンプリ。

1 4 . ハニカムセグメントに触媒を担持させた後、金属容器に収納してなる請求項 1 0乃至 1 3の何れか 1項に記載のハニカム構造体アッセンプリ。

1 5 . ハニカムセグメントを金属容器に収納した後に、該ハニカムセグメントに触媒を担持させてなる請求項 1 0乃至 1 3の何れか 1項に記載のハニカム構造体アッセンプリ。