JP2014181143A - ハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】高開口率化する場合であっても構造的強度が低減しにくく、セルの形状変化が生じにくいハニカム構造体を提供する。
【解決手段】ハニカム構造部１０を備えるハニカム構造体５０である。ハニカム構造部１０は、内側の領域である第１領域１３と該第１領域１３の周囲を取り囲む外側の領域である第２領域１５とから構成される。第１領域１３における開口率が８３％以上であり、隔壁９の気孔率が２０〜６０％である。第１領域１３を構成する隔壁９の厚さｔ_１は、０．１１ｍｍ以下であり、第２領域１５を構成する隔壁９の厚さｔ_２は、隔壁９の厚さｔ_１よりも厚く、第２領域においてハニカム構造部１０の最外周から中心に向かう１個目の完全セルを形成する隔壁９の厚さｔ_３と隔壁９の厚さｔ_１との比（ｔ_３／ｔ_１）が１．２〜１．４であり、隔壁強度指数Ａが４．０以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハニカム構造体に関する。更に詳しくは、低熱容量化および圧力損失の低減化を実現しつつセル変形を抑制可能なハニカム構造体に関する。

自動車のエンジンなどの内燃機関から排出される排ガスには、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）などの有害物質が含まれている。こうした有害物質を低減し、排ガスを浄化する際には、触媒反応が広く用いられている。この触媒反応では、排ガスを触媒に接触させるという簡便な手段により、一酸化炭素（ＣＯ）などの有害な物質から他の無害な物質を生成することが実現できる。よって、自動車などでは、排気系の途中に触媒を設置することにより、排ガスの浄化を行うことが一般的になっている。

自動車などの排気系に触媒を設置する際には、ハニカム構造体に触媒を担持させたハニカム触媒体が用いられている。ハニカム触媒体では、触媒を担持させた隔壁によってハニカム構造が形作られている。そのため、ハニカム触媒体では、排ガスと触媒との接触頻度が高く、その結果、排ガスの高い浄化効率を実現可能である。

近年、ハニカム構造体に関しては、更なる低熱容量化および圧力損失の低減化が要求されている。この要求に応えるべく、隔壁を薄くした高開口率のハニカム構造体が求められている。しかし、高開口率のハニカム構造体では、ハニカム構造体の構造的強度が弱くなるという問題が生じる。

そこで、隔壁を薄くして高開口率（開口率８０％以上）を実現しつつも、外周部分の隔壁の厚さを調整することにより構造的強度も高めた、高強度薄壁ハニカム構造体が提案されている（特許文献１）。

特開平１１−２７７６５３号公報

ところが、上述の高強度薄壁ハニカム構造体では、更なる高開口率化を図ると、ハニカム構造体の構造的強度が低下し、セルの形状変化（セル変形）が生じてしまう恐れがある。

また、近年、生産性向上（コストダウン）を目的として、ハニカム構造体の成形時の単位時間あたりの材料押出し量が従来に比べて増大しており、成形体の径方向において材料押出し流速差（流速分布）がつきやすい。そのため、製作難易度が従来に比べ難しくなり、セルの形状変化（セル変形）がより発生しやすい傾向にある。

上記の問題に鑑みて、本発明の課題は、高開口率化する場合であっても構造的強度が低減しにくく、セルの形状変化が生じにくいハニカム構造体を提供することにある。

本発明は、以下に示すハニカム構造体である。

［１］ 一方の端面である第１端面から他方の端面である第２端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を有するハニカム構造部を備え、前記ハニカム構造部は、前記セルの延びる方向に垂直な断面において、内側の領域である第１領域と該第１領域の周囲を取り囲む外側の領域である第２領域とから構成され、前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記複数のセルのうちで前記ハニカム構造部の最外周に位置する一部の前記セルは、該セルの断面の外周の一部が前記ハニカム構造部の外周形状に沿った形状となる不完全セルであり、前記複数のセルのうちで前記不完全セル以外の前記セルは、前記セルの延びる方向に垂直な断面において多角形の断面形状である完全セルであり、前記第２領域が、前記ハニカム構造部の最外周から中心に向けて前記完全セルの個数に換算して３セル分の幅を持つ領域、ないし、前記最外周から中心に向けて前記完全セルの個数に換算して２０セル分の幅を持つ領域であり、前記ハニカム構造部の第１領域における開口率が８３％以上であり、前記隔壁の気孔率が２０〜６０％であり、前記第１領域を構成する前記隔壁の厚さｔ_１は、０．１１ｍｍ以下であり、前記第２領域を構成する前記隔壁の厚さｔ_２は、前記隔壁の厚さｔ_１よりも厚く、前記第２領域において前記ハニカム構造部の最外周から中心に向けて１個目の前記完全セルを形成する前記隔壁の厚さｔ_３と前記隔壁の厚さｔ_１との比の値（ｔ_３／ｔ_１）が１．２〜１．４であり、前記第１領域において下記式（１）で表される隔壁強度指数Ａが４．０以上であるハニカム構造体。
式（１）：Ａ＝ｔ_１ ^２／Ｌｓ^２×１０００
式（２）：Ｌｓ＝ｐ−ｔ_１−（Ｉｓ−２^１／２ｔ_１）／（２^１／２−１）
［但し、式（１）中において、Ａ：隔壁強度指数、Ｌｓ：隔壁中央部分長さ（ｍｍ）。なお、隔壁の交差部がＲ形状を有するＲ形状交差部の場合には、Ｌｓは式（２）により算出される。式（２）中において、ｐ：セルピッチ（ｍｍ）、Ｉｓ：Ｒ形状交差部における対角幅（ｍｍ）。］

［２］ 前記隔壁の交差部のうちの少なくとも１つがＲ形状を有するＲ形状交差部であり、前記Ｒ形状交差部における対角幅Ｉｓが前記厚さｔ_１の１．５〜５．５倍である前記［１］に記載のハニカム構造体。

［３］ 前記ハニカム構造部の第１領域における開口率が８８％以上である前記［１］または［２］に記載のハニカム構造体。

［４］ 前記第２領域が、前記ハニカム構造部の最外周から中心に向けて前記完全セルの個数に換算して３セル分の幅を持つ領域、ないし、前記最外周から中心に向けて前記完全セルの個数に換算して１０セル分の幅を持つ領域である前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［５］ 前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記完全セルの断面形状が、正方形、長方形、菱形、および六角形のうちのいずれかである前記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［６］ 前記ハニカム構造部が、コージェライト、アルミナ、ムライト、窒化珪素、および炭化珪素からなる群から選ばれる１種以上を含有するセラミックス材料から形成されている前記［１］〜［５］のいずれかに記載のハニカム構造体。

本発明のハニカム構造体によれば、上述の隔壁の厚さｔ_１と隔壁の厚さｔ_２との関係、隔壁の厚さｔ_１と隔壁の厚さｔ_３との関係、および第１領域における隔壁強度指数Ａが４．０以上を満たすことにより、８３％以上の開口率の場合でも、構造的強度が低減しにくく、セルの形状変化が生じにくい。

本発明のハニカム構造体の一実施形態の模式的な斜視図である。 本発明のハニカム構造体の一実施形態のセルの延びる方向に垂直な断面においてセルを拡大して示した模式図である。 本発明のハニカム構造体の他の実施形態のセルの延びる方向に垂直な断面においてセルを拡大して示した模式図である。 ハニカム構造部の最外周から中心に向けてのセルの個数に換算した幅に関する説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

１．ハニカム構造体：
図１〜図３に示されているように、本発明の一実施形態のハニカム構造体５０（５０ａ）は、ハニカム構造部１０を備える。ハニカム構造部１０は、一方の端面である第１端面３から他方の端面である第２端面５まで延びる流体の流路となる複数のセル７を区画形成する隔壁９を有する。さらに、ハニカム構造部１０は、セル７の延びる方向（以下、「Ｚ方向」と簡略）に垂直な断面において、内側の領域である第１領域１３と該第１領域の周囲を取り囲む外側の領域である第２領域１５とから構成される。Ｚ方向に垂直な断面において、複数のセル７のうちでハニカム構造部１０の最外周に位置する一部のセル７は、該セル７の断面の外周の一部がハニカム構造部１０の外周形状に沿った形状となる不完全セル３１である。また、複数のセル７のうちで不完全セル３１以外のセル７は、Ｚ方向に垂直な断面において多角形の断面形状である完全セル３５である。そして、第２領域１５が、ハニカム構造部１０の最外周から中心に向けて完全セル３５の個数に換算して３セル分の幅を持つ領域、ないし、最外周から中心に向けて完全セル３５の個数に換算して２０セル分の幅を持つ領域である。ハニカム構造部１０の第１領域１３における開口率が８３％以上である。ハニカム構造部１０における隔壁９の気孔率が２０〜６０％である。さらに、第１領域１３を構成する隔壁９の厚さｔ_１は０．１１ｍｍ以下である。また、第２領域１５を構成する隔壁９の厚さｔ_２は、第１領域１３を構成する隔壁９の厚さｔ_１よりも厚い。そして、第２領域１５においてハニカム構造部１０の最外周から中心に向けて１個目の完全セル３５を形成する隔壁９の厚さｔ_３と第１領域１３における隔壁９の厚さｔ_１との比の値（ｔ_３／ｔ_１）が１．２〜１．４である。そして、第１領域１３において下記式（１）で表される隔壁強度指数Ａが４．０以上である。
式（１）：Ａ＝ｔ_１ ^２／Ｌｓ^２×１０００
式（２）：Ｌｓ＝ｐ−ｔ_１−（Ｉｓ−２^１／２ｔ_１）／（２^１／２−１）
［但し、式（１）中において、Ａ：隔壁強度指数、Ｌｓ：隔壁中央部分長さ（ｍｍ）。なお、隔壁の交差部がＲ形状を有するＲ形状交差部の場合には、Ｌｓは式（２）により算出される。式（２）中において、ｐ：セルピッチ（ｍｍ）、Ｉｓ：Ｒ形状交差部における対角幅（ｍｍ）。］

なお、図１は、本発明の一実施形態のハニカム構造体５０（５０ａ）を第１端面３の側からみた模式的な斜視図である。図２は、本発明の一実施形態のハニカム構造体５０ａのＺ方向に垂直な断面においてセル７を拡大して示した模式図である。図３は、本発明のハニカム構造体５０ｂの他の実施形態のＺ方向に垂直な断面においてセル７を拡大して示した模式図である。図４は、不完全セル３１および完全セル３５、ハニカム構造部１０の最外周（外周壁１７）から中心に向けての完全セル３５の個数に換算した幅に関する説明図である。

ハニカム構造体５０では、上述の隔壁９の厚さｔ_１と隔壁９の厚さｔ_２との関係、隔壁９の厚さｔ_１と隔壁９の厚さｔ_３との関係、および第１領域１３における隔壁強度指数Ａが４．０以上を満たすことにより、８３％以上の開口率の場合でも、セル７の形状変化が生じにくく、構造的強度が低減しにくい。なお、従来のハニカム構造体では、８３％以上の開口率の場合、とくに成形時にセル７の形状変化が生じやすく、構造的強度が低下してしまうことがある。その結果、成形速度を落とす必要があった。

図４中において、不完全セル３１を黒塗りの丸で示す。図示されているように、不完全セル３１は、Ｚ方向に垂直な断面において、当該不完全セル３１の断面の外周の一部がハニカム構造部１０の外周形状に沿った形状になっている。図４中の不完全セル３１では、当該不完全セル３１の外周の一部が外周壁１７の形状に沿った形状になっている。

図４中において、ハニカム構造部１０の最外周から中心に向けて１個目の完全セル３５ａ（以下、「１個目の完全セル３５ａ」と簡略）を黒塗り三角で示す（なお、「２個目」以降も「２個目の完全セル３５ｂ」などと同様に称する）。１個目の完全セル３５ａについては、まず、不完全セル３１と隔壁９を隔てて隣接する場合がある。これとは異なり、１個目の完全セル３５ａについては、１個目の完全セル３５ａの断面を構成する多角形の頂点がちょうど外周壁１７に一致している場合とがある。この場合には、１個目の完全セル３５ａと外周壁１７との間に不完全セル３１を挟まない。

１個目の完全セル３５ａと隔壁９を隔てて隣接する完全セル３５を２個目の完全セル３５ｂとする。さらに、３個目以降の完全セル３５についても同様に、ｎ個目の完全セル３５に対し隔壁９を隔てて隣接する完全セル３５を、「最外周にある中心に向けて完全セル３５の個数に換算してｎ＋１個目の完全セル３５」として規定していく。図４中では、３個目の完全セル３５ｃをアスタリスクで示し、４個目の完全セル３５ｄをプラス記号で示す。

例えば、「第２領域１５がハニカム構造部１０の最外周から中心に向けて完全セル３５の個数に換算して３セル分の幅を持つ領域」の場合、図４中の不完全セル３１、完全セル３５ａ，３５ｂ，３５ｃが第２領域を構成するセル７となる。完全セル３５ｄが第１領域１３を構成するセル７となる。図１に示されているハニカム構造体５０ａでは、第２領域１５が、ハニカム構造部１０の最外周から中心に向けて完全セル３５の個数に換算して３セル分の幅を持つ領域である。図１中においては、第２領域１５を構成するセル７を斜線で示す。また、「第２領域１５がハニカム構造部１０の最外周から中心に向けて完全セル３５の個数に換算して４セル分の幅を持つ領域」の場合、図４中の不完全セル３１、完全セル３５ａ〜３５ｄが第２領域１５を構成するセル７となる。

ハニカム構造体５０では、第２領域１５については、「ハニカム構造部１０の最外周から中心に向けて完全セル３５の個数に換算して３セル分の幅を持つ領域」の場合、ないし、「ハニカム構造部１０の最外周から中心に向けて完全セル３５の個数に換算して２０セル分の幅を持つ領域」の場合のうちに含まれるいずれの場合を適用してもよい。

特に、ハニカム構造体５０では、第２領域１５が、ハニカム構造部１０の最外周から中心に向けて完全セル３５の個数に換算して３セル分の幅を持つ領域、ないし、最外周から中心に向けて完全セル３５の個数に換算して１０セル分の幅を持つ領域であることが好ましい。このような幅の第２領域を有する場合には、第２領域１５（第１領域１３と比べて隔壁９が厚い領域）の比率が低下するので、ハニカム構造体５０の軽量化および低熱容量化を実現可能となる。

本明細書において「第２領域１５においてハニカム構造部１０の最外周から中心に向けて１個目の完全セル３５を形成する隔壁９の厚さｔ_３」とは、図４に示した例では、完全セル３５ａを形成する隔壁９の厚さのことを意味する。

本明細書において「隔壁中央部分長さ」とは、ハニカム構造部１０のＺ方向に垂直な断面において、隔壁９が一定の幅で延びている部分の長さのことを意味する。

図２に示すハニカム構造体５０ａの場合には、隔壁９の交差部２０がＲ形状交差部２３ではないので、ハニカム構造部１０のＺ方向に垂直な断面におけるセル７の多角形（四角形）の断面形状の１辺全体の長さが「隔壁中央部分長さ」に相当する。

図３に示すハニカム構造体５０ｂの場合には、隔壁９の交差部２０がＲ形状交差部２３である。Ｒ形状交差部２３では、隔壁９の縁が円弧状に湾曲し、これに伴って隔壁９の厚さが端にいくにつれて漸増している。ハニカム構造体５０ｂの場合、「隔壁中央部分」とは、ハニカム構造部１０のＺ方向に垂直な断面におけるセル７の断面形状を構成する多角形（四角形）の１辺のうちで端部分（Ｒ形状交差部内の隔壁の幅が漸増する部分）を除いた部分が相当する。ハニカム構造体５０ｂの場合、「隔壁中央部分長さ」とは、隔壁９が一定の幅で直線的に延びている部分の長さ、すなわち、字義通り、セル７の断面形状の四角形を構成する一辺の中央部分の長さである。

本明細書において「Ｒ形状交差部２３」とは、隔壁９の交差部２０のうちでＲ形状を有するもののことをいう。本明細書において「交差部２０がＲ形状を有する」とは、Ｚ方向に垂直な断面において、当該交差部に対応した、セル７の断面形状を構成する多角形の頂点が円弧状に丸みを帯びていることを意味する。例えば、図３に示すハニカム構造体５０ｂでは、セル７の断面形状を構成する四角形の各頂点が丸みを帯びている。

本明細書において「Ｒ形状交差部２３における対角幅Ｉｓ」とは、Ｒ形状交差部２３のうちで、交差する位置にあるセル７同士を隔てている交点部２０における隔壁９の最小幅である。

ハニカム構造体５０では、隔壁９の交差部２０のうちの少なくとも１つがＲ形状交差部２３であり、Ｒ形状交差部２３における対角幅Ｉｓが厚さｔ_１の１．５〜５．５倍であることが好ましい。１以上のＲ形状交差部２３を有し且つ対角幅Ｉｓが厚さｔ_１の１．５倍未満である場合には、交差部２０をＲ形状交差部２３にすることによるセル変形の抑制効果が十分に発揮されないことがある。１以上のＲ形状交差部２３を有し且つ対角幅Ｉｓが厚さｔ_１の５．５倍超である場合には、ハニカム構造体５０の重量が増加してしまい、また、熱容量が増大してしまう。さらに、ハニカム構造体５０では、交差部２０の総数のうちの５０％がＲ形状交差部２３であり且つ対角幅Ｉｓが厚さｔ_１の１．５〜３．５倍であることがより好ましい。特に、交差部２０の総数のうちの１００％がＲ形状交差部２３であり且つ対角幅Ｉｓが厚さｔ_１の１．５〜３．５倍であることが最も好ましい。

ハニカム構造体５０においては、ハニカム構造部１０の第１領域１３における開口率が８８％以上であることが好ましい。ハニカム構造部１０の第１領域１３における開口率が８８％以上である場合には、更なる低熱容量化と圧力損失の低減をより確実に実現可能になる。さらに、ハニカム構造部１０の第１領域１３における開口率が、８９％以上であることが好ましく、特に、９０％以上であることが最も好ましい。本明細書において「ハニカム構造部１０の第１領域１３における開口率」とは、ハニカム構造部１０のＺ方向に垂直な断面において、ハニカム構造部１０の第１領域１３の断面積に対する第１領域１３内にある全てのセル７の断面積の合計の割合（百分率比）である。

ハニカム構造体５０では、Ｚ方向に垂直な断面における完全セル３５の断面形状としては、多角形である限り特に制限はない。さらに、ハニカム構造体５０においては、Ｚ方向に垂直な断面における完全セル３５の断面形状が正方形、長方形、菱形、および六角形のうちのいずれかであることが好ましい。「完全セル３５の断面形状が正方形、長方形、菱形、および六角形のうちのいずれかである」とは、例えば、１個のハニカム構造体５０において、特定の完全セル３５では断面形状が正方形であり、他の完全セル３５では断面形状が六角形である場合もこれに該当する。また、「セルの断面形状が正方形」という場合には、上述の基本的な形状が正方形で、当該正方形の１以上の頂点が丸みを帯びたもの（Ｒ形状交差部２３を有するもの）もこれに該当することとする。

また、ハニカム構造体５０では、ハニカム構造部１０が、コージェライト、アルミナ、ムライト、窒化珪素、および炭化珪素からなるから群から選ばれる１種以上を含有するセラミックス材料から形成されていることが好ましい。また、ハニカム構造部１０が、コージェライト、アルミナ、ムライト、窒化珪素、および炭化珪素からなる群から選ばれる１種以上を主成分として含有するセラミック材料から形成されていることがより好ましい。これらの中でも、コージェライトを主成分として含有するセラミック材料からハニカム構造部１０が形成されていることが最も好ましい。隔壁９の材料としてコージェライトを用いると、熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃性に優れたハニカム構造部となる。なお、本明細書において「主成分」というときは、全体の５０質量％以上含有することをいう。例えば、「コージェライトを主成分とする」とは、ハニカム構造部１０がコージェライトを５０質量％以上含有していることをいう。

以下、ハニカム構造体５０における「その他の特徴」を説明する。

ハニカム構造体５０では、隔壁９の気孔率が通常２０〜６０％である。さらに、隔壁９の気孔率は、２５〜５５％であることが好ましく、２５〜４５％であることがより好ましく、特に、２５〜３５％であることが最も好ましい。気孔率が２０％未満の場合には、ハニカム構造体５０の重量が増加してしまい、また、熱容量が増大してしまう。気孔率が６０％超の場合には、ハニカム構造体５０の構造的強度が低下してしまう。本明細書において「隔壁の気孔率」とは、水銀ポロシメーターにより測定した値である。

ハニカム構造体５０では、第１領域１３における隔壁９の厚さｔ_１は、通常０．１１ｍｍ以下であり、０．０９ｍｍ以下であることが好ましく、０．０８ｍｍ以下であることが更に好ましく、０．０７ｍｍ以下であることが特に好ましい。このような隔壁９の厚さの場合には、ハニカム構造体５０における熱容量が低減し、また、圧力損失の増大が抑制される。

本明細書において「隔壁９の厚さ」とは、Ｚ方向に対して垂直な断面において、隣接する２つのセル７を区画する隔壁９の厚さのことを意味する。「隔壁９の厚さ」は、例えば、画像解析装置（ニコン社製、商品名「ＮＥＸＩＶ、ＶＭＲ−１５１５」）によって測定することができる。

ハニカム構造体５０では、セル密度は、１５〜１４０個／ｃｍ^２であることが好ましく、さらに、３０〜１２０個／ｃｍ^２であることがより好ましく、特に、４５〜９５個／ｃｍ^２であることが最も好ましい。セル密度が１５個／ｃｍ^２未満である場合には、排気ガスと触媒との接触面積が小さくなるので、排気ガスの浄化性能が劣る恐れがある。セル密度が１４０個／ｃｍ^２超である場合には、圧力損失が著しく高くなってしまうことがある。本明細書において「セル密度」とは、Ｚ方向に垂直な断面における単位面積当たり（１ｃｍ^２当たり）のセル７の個数を意味する。

ハニカム構造体５０では、構造的強度を高める観点から、ハニカム構造部１０の外周が外周壁１７によって取り囲まれているとよい。外周壁１７の厚さは、特に限定されないが、０．０５〜１．０ｍｍが好ましい。外周壁１７の厚さを上記範囲内とする場合には、ハニカム構造体５０の強度を適度に維持しつつ、圧力損失の増大を防止することができる。

ハニカム構造体５０では、外周壁１７の材質は、隔壁９と同じであることが好ましいが、異なっていてもよい。

ハニカム構造体５０では、外周壁１７の形状は、特に限定されない。外周壁１７の形状は、図１に示された円筒形状や、それ以外にも、Ｚ方向に垂直な断面形状が楕円形の筒形状、Ｚ方向に垂直な断面形状が四角形、五角形、六角形等の多角形の筒形状等であってもよい。

２．ハニカム構造体の製造方法：
次に、本実施形態のハニカム構造体を製造する方法について説明する。本実施形態の製造方法では、坏土調製工程、成形工程、焼成工程を順次行うことによりハニカム構造体を得る。坏土調製工程は、セラミック原料を含有する成形原料を混合し混練して坏土を得る工程である。成形工程は、坏土調製工程によって得られた坏土をハニカム形状に押出成形し、複数のセルが形成されたハニカム成形体を得る工程である。焼成工程は、ハニカム成形体を焼成してハニカム構造体を得る工程である。

２−１．坏土調製工程：
坏土調製工程においては、セラミック原料を含有する成形原料を混合し混練して坏土を得る。

セラミック原料としては、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、コージェライト化原料、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素−コージェライト系複合材料、リチウムアルミニウムシリケート、およびアルミニウムチタネートからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。ここに列挙したセラミック原料の中でも、コージェライト化原料が好ましい。コージェライト化原料を用いる場合には、熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体が得られる。なお、「珪素−炭化珪素系複合材料」とは、炭化珪素（ＳｉＣ）を骨材としてかつ珪素（Ｓｉ）を結合材として形成されたものである。「コージェライト化原料」とは、シリカが４２〜５６質量％、アルミナが３０〜４５質量％、マグネシアが１２〜１６質量％の範囲に入る化学組成となるように配合されたセラミック原料であって、焼成されてコージェライトになるものである。

本実施形態の製造方法では、成形原料は、セラミック原料以外に、造孔材、分散媒、添加剤などを含むものであってもよい。

分散媒としては、例えば、水などを挙げることができる。添加剤としては、有機バインダ、界面活性剤等を挙げることができる。分散媒の含有量は、セラミック原料１００質量部に対して、３０〜１５０質量部であることが好ましい。

有機バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。有機バインダの含有量は、セラミック原料１００質量部に対して、１〜１０質量部であることが好ましい。

界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらの界面活性剤は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の含有量は、セラミック原料１００質量部に対して、０．１〜５．０質量部であることが好ましい。

坏土調製工程では、成形原料を混練して坏土を形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、ニーダー、真空土練機などを用いる方法を挙げることができる。

２−２．成形工程：
成形工程では、坏土調製工程で得られた坏土をハニカム形状に押出成形してハニカム成形体を得る。このハニカム成形体では、ハニカム成形体を貫通する複数のセルが形成されている。押出成形は、口金を用いて行うことができる。口金に関しては、ハニカム成形体におけるセル形状、隔壁の交差部の形状（例えば、Ｒ形状交差部の形状）、隔壁厚さ、セル密度に対応させたかたちで、スリット形状（スリットに取り囲まれたピンの形状）、スリット幅、ピンの密度などを適宜設計すればよい。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。

２−３．焼成工程：
焼成工程では、上述の成形工程で得られるハニカム成形体を焼成し、ハニカム構造体を得る。こうして得られるハニカム構造体は、流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を備えている。また、上述の成形原料に造孔材が含まれている場合、隔壁は、無数の細孔が形成された多孔質となる。

本実施形態の製造方法の焼成工程では、焼成温度は、ハニカム成形体の材質よって適宜決定することができる。例えば、ハニカム成形体の材質がコージェライトの場合、焼成温度は、１３８０〜１４５０℃が好ましく、１４００〜１４４０℃が更に好ましい。また、焼成時間は、３〜１０時間程度とすることが好ましい。

本実施形態の製造方法では、ハニカム成形体を焼成する前に乾燥させてもよい。乾燥方法は、特に限定されるものではないが、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥などを挙げることができる。これらの中でも、誘電乾燥、マイクロ波乾燥または熱風乾燥を単独でまたは組合せて行うことが好ましい。

以下、本発明を実施例に基づいてさら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。

（実施例１）
コージェライト化原料として、アルミナ、水酸化アルミニウム、カオリン、タルク、およびシリカを使用した。コージェライト化原料１００質量部に、造孔材５質量部、水（分散媒）８５質量部、吸水性ヒドロキシプロピルメチルセルロース（有機バインダ）８質量部、および界面活性剤３質量部を添加した。その後、混合、さらに混練して、坏土を得た。

次に、所定の金型を用いて坏土を押出成形してハニカム成形体を得た。ハニカム成形体は、セルの延びる方向に直交する断面において四角形のセルが形成され、全体形状が円柱形状であった。そして、得られたハニカム成形体をマイクロ波乾燥機で乾燥した。その後、更に熱風乾燥機で完全に乾燥させた。続いて、乾燥させたハニカム成形体の両端面を切断し、所定の寸法に整えた。

このようにして得られたハニカム成形体を、更に、１４１０〜１４４０℃で、５時間、焼成することによってハニカム構造体を得た。

得られたハニカム構造体は、Ｚ方向に垂直な断面における直径が１７２．０ｍｍであり、Ｚ方向の長さが２０３．２ｍｍであった。ハニカム構造体における、各条件を表１に示す。

（実施例２〜１６、比較例１〜１５）
実施例２〜１６および比較例１〜１５のハニカム構造体については、各条件を表１に示すものとなるように変更した以外は、実施例１と同様に作製した。

実施例１〜１６および比較例１〜１５のハニカム構造体について、［気孔率］、［単位時間当たりの材料押出量］、［アイソスタティック強度］の評価を行った（結果を表１に示す）。各評価の評価方法を以下に示す。

［気孔率（％）］
ハニカム構造体における気孔率（％）は、水銀ポロシメーター（水銀圧入法）によって測定した。水銀ポロシメーターとしては、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製、商品名：Ａｕｔｏ Ｐｏｒｅ ＩＩＩ 型式９４０５を用いた。

［単位時間当たりの材料押出量］
口金から所定の長さの成形体が押し出されるまでの時間を測定し、測定された時間から単位時間当たりの材料押出量を算出した。実施例１〜１６、比較例１〜１４に関しては、比較例１５のハニカム構造体の「単位時間あたりの材料押出量」を基準（１００％）とした値を表１に示す。なお、比較例１５の単位時間あたりの材料押出量は２００ｋｇ／ｈｒであった。

［アイソスタティック強度］
アイソスタティック強度の測定は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格（ＪＡＳＯ規格）のＭ５０５−８７で規定されているアイソスタティック破壊強度試験に基づいて行った。アイソスタティック破壊強度試験は、ゴムの筒状容器に、ハニカム構造体を入れてアルミ製板で蓋をし、水中で等方加圧圧縮を行う試験である。即ち、アイソスタティック破壊強度試験は、缶体に、ハニカム構造体が外周面把持される場合の圧縮負荷加重を模擬した試験である。このアイソスタティック破壊強度試験によって測定されるアイソスタティック強度は、ハニカム構造体が破壊したときの加圧圧力値（ＭＰａ）で示される。

［判定］
「アイソスタティック強度」が１．５ＭＰａ以上かつ「単位時間あたりの材料押出量」が１００％より高い（比較例１５を基準）場合を「合格」（表１中では丸印で示す）、１．５ＭＰａ未満または「単位時間当たりの材料押出量」が１００％以下（比較例１５を基準）の場合を「不合格」（表１中ではクロス印で示す）と判定した。

本発明は、低熱容量化および圧力損失の低減化を実現しつつセル変形を抑制可能なハニカム構造体として利用できる。

３：第１端面、５：第２端面、７：セル、９：隔壁、１０：ハニカム構造部、１３：第１領域、１５：第２領域、１７：外周壁、２０：交差部、２３：Ｒ形状交差部、３１：不完全セル、３５，３５ａ〜３５ｄ：完全セル、５０，５０ａ，５０ｂ：ハニカム構造体。

Claims (6)

1. 一方の端面である第１端面から他方の端面である第２端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を有するハニカム構造部を備え、
   前記ハニカム構造部は、前記セルの延びる方向に垂直な断面において、内側の領域である第１領域と該第１領域の周囲を取り囲む外側の領域である第２領域とから構成され、
   前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記複数のセルのうちで前記ハニカム構造部の最外周に位置する一部の前記セルは、該セルの断面の外周の一部が前記ハニカム構造部の外周形状に沿った形状となる不完全セルであり、
   前記複数のセルのうちで前記不完全セル以外の前記セルは、前記セルの延びる方向に垂直な断面において多角形の断面形状である完全セルであり、
   前記第２領域が、前記ハニカム構造部の最外周から中心に向けて前記完全セルの個数に換算して３セル分の幅を持つ領域、ないし、前記最外周から中心に向けて前記完全セルの個数に換算して２０セル分の幅を持つ領域であり、
   前記ハニカム構造部の第１領域における開口率が８３％以上であり、
   前記隔壁の気孔率が２０〜６０％であり、
   前記第１領域を構成する前記隔壁の厚さｔ_１は、０．１１ｍｍ以下であり、
   前記第２領域を構成する前記隔壁の厚さｔ_２は、前記隔壁の厚さｔ_１よりも厚く、
   前記第２領域において前記ハニカム構造部の最外周から中心に向けて１個目の前記完全セルを形成する前記隔壁の厚さｔ_３と前記隔壁の厚さｔ_１との比の値（ｔ_３／ｔ_１）が１．２〜１．４であり、
   前記第１領域において下記式（１）で表される隔壁強度指数Ａが４．０以上であるハニカム構造体。
   式（１）：Ａ＝ｔ_１ ^２／Ｌｓ^２×１０００
   式（２）：Ｌｓ＝ｐ−ｔ_１−（Ｉｓ−２^１／２ｔ_１）／（２^１／２−１）
   ［但し、式（１）中において、Ａ：隔壁強度指数、Ｌｓ：隔壁中央部分長さ（ｍｍ）。なお、隔壁の交差部がＲ形状を有するＲ形状交差部の場合には、Ｌｓは式（２）により算出される。式（２）中において、ｐ：セルピッチ（ｍｍ）、Ｉｓ：Ｒ形状交差部における対角幅（ｍｍ）。］
2. 前記隔壁の交差部のうちの少なくとも１つがＲ形状を有するＲ形状交差部であり、
   前記Ｒ形状交差部における対角幅Ｉｓが前記厚さｔ_１の１．５〜５．５倍である請求項１に記載のハニカム構造体。
3. 前記ハニカム構造部の第１領域における開口率が８８％以上である請求項１または２に記載のハニカム構造体。
4. 前記第２領域が、前記ハニカム構造部の最外周から中心に向けて前記完全セルの個数に換算して３セル分の幅を持つ領域、ないし、前記最外周から中心に向けて前記完全セルの個数に換算して１０セル分の幅を持つ領域である請求項１〜３のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
5. 前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記完全セルの断面形状が、正方形、長方形、菱形、および六角形のうちのいずれかである請求項１〜４のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
6. 前記ハニカム構造部が、コージェライト、アルミナ、ムライト、窒化珪素、および炭化珪素からなる群から選ばれる１種以上を含有するセラミックス材料から形成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載のハニカム構造体。

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