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JP4094823B2 - ハニカム構造体及びそのアッセンブリ - Google Patents

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JP4094823B2
JP4094823B2 JP2001105134A JP2001105134A JP4094823B2 JP 4094823 B2 JP4094823 B2 JP 4094823B2 JP 2001105134 A JP2001105134 A JP 2001105134A JP 2001105134 A JP2001105134 A JP 2001105134A JP 4094823 B2 JP4094823 B2 JP 4094823B2
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関、ボイラー、化学反応機器及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又は排ガス中の微粒子捕集フィルター等に用いられるハニカム構造体及びそのアッセンブリに関し、特に使用時の熱応力による破損に対する耐久性に優れ、且つ圧力損失の小さいハニカム構造体及びそのアッセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、ボイラー、化学反応機器及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、又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ー等にハニカム構造体が用いられている。
【０００３】
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、ハニカム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ー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。
【０００４】
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。例えば、米国特許第４３３５７８３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６１−５１２４０号公報には、セラミック材料よりなるハニ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、且つ熱膨脹率の差が８００℃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、１９８６年のＳＡＥ論文８６０００８には、コージェライトのハニカムセグメントを同じくコージェ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８−２８２４６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ー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。
【０００５】
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、エ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ってきている。従って、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、極端な場合ハニ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。
【０００６】
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、ハニカム構造体の反応率、浄化効率、再生効率が低下し、圧力損失が大きくなる欠点があり、自動車排ガス浄化用として用いられた場合、燃費、ドライバビリティの低下、補機類の大型化等の問題を起こす。また、特公昭５４−１１０１８９号公報において、ハニカム担体の横断面中心方向ヘ隔壁厚さ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５４−１５０４０６号公報又は特開昭５５−１４７１５４号公報において、ハニ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、使用時における熱応力に対しては充分な耐久性があるとは言えない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
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、再生効率等の低下抑えつつ、圧力損失が小さく且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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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、中心部におけるハニカム構造体の隔壁の厚さを厚くし且つセル密度を外周部のセル密度以下にすることによって圧力損失を小さくすることができ、且つ全体の熱容量をさほど大きくしなくても中心部の温度上昇を抑制できることを見出したことに基づくものである。
【０００９】
即ち、第１の発明は、多孔質の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するハニカムセグメントにおける平均壁厚の、前記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における平均壁厚に対する比率が０．３〜０．９であり、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が、前記最外周面を構成するハニカムセグメントよりもセル密度が小さいか又は等し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。
【００１０】
第１の発明において、前記最外周面を構成しないハニカムセグメントのセル密度と、前記最外周面を構成するハニカムセグメントのセル密度との比が１：１〜１：６であることが好ましく、最外周面を構成するハニカムセグメントにおける平均壁厚の、最外周面を構成しないハニカムセグメントにおける平均壁厚に対する比率が、さらに０．３７〜０．６５であることが好ましい。また、最外周面を構成しないハニカムセグメントの体積がハニカム構造体の体積の９％〜８１％であることが好ましい。また、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が好ましく、ハニカム構造体がその流通孔の端部を交互に封じてなる構造を有し、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ット、さらに好ましくはアルミナ又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、ハニカムセグメントの主成分が、炭化珪素、窒化珪素、コージェライト、アルミナ、ムライト、ジルコニア、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、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属、ニッケル系金属又は金属ＳｉとＳｉＣとからなるものであることが好ましい。
【００１１】
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ニカム構造体アッセンブリを提供するものである。
【００１２】
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、バーミュキュライトを含む加熱膨脹性マット又はアルミナ又はムライト組成を主成分とする非膨脹性マットであることがさらに好ましい。また、ハニカム構造体アッセンブリが、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。さらに、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ハニカム構造体アッセンブ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ブリであることも好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って、本発明のハニカム構造体及びハニカム構造体アッセンブ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。
【００１４】
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−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１０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２ａ及び２ｂが一体化されることにより構成される。
【００１５】
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２３を構成しないハニカムセグメント２ａが、最外周面を構成するハニカムセグメント２ｂよりも平均壁厚が厚く且つセル密度が同等以下であることである。本発明において、平均壁厚とはハニカムセグメント２の最外周壁を含めない隔壁１０の平均の厚さを意味する。また、セル密度とは単位断面積当たりの流通孔の数（セル数／ｃｍ2）を意味する。本発明のハニカム構造体は、この様な構成にしたことにより、中心部のセル密度がより小さいため、隔壁を厚くしても圧力損失を低減することができ、且つ隔壁の厚い中心部の反応速度を低く抑えられるので、ハニカム構造体内最大温度は低くくなり、隔壁の薄い外側セグメント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、ハニカム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１は、ハニカム構造体全体の圧力損失を低減することができ、且つ反応率、浄化効率、再生効率を大きくしつつ、ハニカム構造体全体の温度分布を小さくできるので、低圧損、高耐久性、高効率性を示すものとなる。
【００１６】
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２３を構成しない２つのハニカムセグメント２ａ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２３を構成する４つハニカムセグメント２ｂを意味する。本発明において、内側セグメント２ａのセル密度は、外側セグメント２ｂのセル密度と等しくても良いが、上記のように内側セグメント２ａのセル密度が外側セグメント２ｂのセル密度より小さいことが好ましい。
【００１７】
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２ｃ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２ｆ、２ｅ及４個のハニカムセグメント２ｄの合計２０個が外側セグメントとなる。従って、ハニカム構造体の最外周面を構成する外側セグメント２ｆ、２ｄ及び２ｅにおける平均壁厚の、ハニカム構造体の最外周面を構成しない内側セグメント２ｃにおける平均壁厚に対する比率が０．３〜０．９となるように構成され、さらに、内側セグメント２ｃが、外側セグメント２ｆ、２ｄ及び２ｅよりもセル密度が同等以下の構成となっている。
【００１８】
平均壁厚が厚く且つセル密度が同等以下のハニカムセグメント２ｃ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２ｃの平均壁厚が合計２０個の外側セグメント（２ｄ、２ｆ及び２ｅ）全体の平均壁厚よりも厚いことが好ましく、上記合計２０個の外側セグメント（２ｄ、２ｆ及び２ｅ）全体の平均壁厚の、上記４つの内側セグメント２ｃの平均壁厚に対する比率が０．３〜０．９であることが好ましい。
【００１９】
セル密度がより小さい内側セグメントのセル密度と、セル密度がより大きい外側セグメントのセル密度との比は、好ましくは１：１〜１：６、さらに好ましくは１：１〜１：５、さらにより好ましくは１：１．１〜１：５、最も好ましくは１：１．１〜１：４である。特に、ディーゼル微粒子用フィルターとして使用する場合、外側セグメントのセル密度が内側セグメントのセル密度よりも小さいと、フィルター面積が小さく十分低い圧力損失が得られなくなり、外側セグメントのセル密度が内側セグメントのセル密度よりも大きすぎると、目封止が困難となり、実質的に製造できない。
【００２０】
隔壁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０．３〜０．９であり、さらに好ましいのは、０．３７〜０．６５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。
【００２１】
隔壁が厚く且つセル密度が小さ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、さらに好ましくは１６％以上、さらにより好ましくは２５％以上である。本発明において断面積とは、図１、図２に示されるような、流通孔６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隔壁を厚くする効果が充分ではなくなる。さらに、隔壁の厚い内側セグメントの断面積がハニカム構造体全体の体積の８１％以下であることが好ましく、さらに好ましくは６４％以下、さらにより好ましくは４９％以下である。この断面積が大きすぎると反応効率が低下し好ましくない。
【００２２】
本発明において、内側及び外側セグメントのセル密度は何れも０．９〜３１０セル／ｃｍ2（６〜２０００セル／平方インチ）の範囲にあることが好ましい。セル密度が０．９セル／ｃｍ2未満になると、幾何学的表面積が不足し、３１０セル／ｃｍ2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、四角形及び六角形のうちのいずれかであることが好ましい。
【００２３】
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）に示されるように、圧縮弾性材料Ａ３、好ましくはセラミック繊維製マットを内側セグメント２ａと外側セグメント２ｂが互いに隣接する面４ａｂに配することが好ましく、さらに、図２に示されるように、外側セグメント２ｅ同士が互いに隣接する面４ｅｅに圧縮弾性材料Ａ３を配することも好ましい。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。
【００２４】
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い。耐熱性及びクッション性を有する圧縮弾性材料Ａとしては、バーミュキュライトを実質上含まない非膨脹性材料、又は少量のバーミュ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、ジルコニア、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、この中でもバーミュキュライトを実質上含まずアルミナ又はムライトを主成分とする非膨脹性材料がより好ましい。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ットがアルミナ又はムライト組成を主成分とする非膨脹性マッ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ットは、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、３Ｍ社製／１１００ＨＴや三菱化学社製／マフテック等である。
【００２５】
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、コージェライト、アルミナ、ムライト、ジルコニア、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、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属、ニッケル系金属又は金属ＳｉとＳｉＣ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８０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。
【００２６】
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、３０ｍｍ以上であることが好ましく、さらに好ましくは５０ｍｍ以上、最も好ましくは７０ｍｍ以上である。
【００２７】
図３は図１に示すハニカム構造体を金属容器１１に保持したハニカム構造体アッセンブリ８の断面−模式図である。図３に示す本発明のハニカム構造体アッセンブリ８は、ハニカム構造体１の最外周面２３に圧縮弾性材料Ｂ５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１１に圧縮把持してなるものである。
【００２８】
本発明において圧縮弾性材料Ｂ５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、ジルコニア、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を主成分とするセラミック繊維等であるが、これらの繊維製マットであることがさらに好ましい。具体的には前述の３Ｍ社製／１１００ＨＴや三菱化学社製／マフテック等を用いることができるが、膨脹性マットである３Ｍ社製／インタラムマット等を用いることもできる。
【００２９】
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１１内に入れる方法は、図４に示すガイド１７を用いた押込み方法、図５に示す金属板１１ｃを巻き付けて引っ張ることで面圧を付与し、金属板１１ｃ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１１ａ，１１ｂで負荷を与えながら挟み込み、２つの金属容器１１ａ，１１ｂの合わせ面（つば）１６ａ，１６ｂ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１１を外部からタップ（加圧型）１２を介して圧縮圧力を加えて金属容器１１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。さらには、図８に示すように、塑性加工を応用した方法で金属容器１１を回転させながら加工治具１８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。
【００３０】
本発明のハニカム構造体又はハニカム構造体アッセンブ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、ハニカムセグメント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Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等が挙げられ、これらのうちの少なくとも１種をハニカムセグメントに担持させることが好ましい。
【００３１】
一方、本発明のハニカム構造体又はハニカム構造体アッセンブリを、ディーゼルエンジン用パティキュレートフィルター（ＤＰＦ）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、ハニ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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、ドライバビ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、フィルター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、ハニ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良い。
【００３４】
本発明において、ハニカム構造体又はハニカム構造体アッセンブ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１１内にセルハニカム構造体１を把持してから、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できる。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１１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ブリを触媒コンバータとして用いる場合に好ましい。
【００３５】
【実施例】
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。
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じし、隔壁をフィルターとして利用するディーゼル微粒子捕集用フィルターである。
【００３６】
（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ポ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、Ｎ2雰囲気中で加熱脱脂した後、Ａｒ雰囲気中で焼成して、外径がΦ１４４ｍｍ、内径がΦ７３ｍｍの１／４断面形状×長さ１５２ｍｍの外側セグメント２ｂ、及び外径がΦ７２ｍｍの１／２の断面形状×長さ１５２ｍｍの内側セグメント２ａを得た。内側セグメント２ａの壁厚は０．３８ｍｍ、セル密度が３１セル／ｃｍ2であり、外側セグメント２ｂの壁厚は０．２５ｍｍ、セル密度が３１セル／ｃｍ2である。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ー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１４４ｍｍ×長さ１５２ｍｍ、の円柱状ハニカム構造体１が組み立てられた。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ットを巻き付け、ＳＵＳ４０９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、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ブリ８を得た。
【００３７】
（実施例２）
実施例１と同様の操作を行い、内側セグメント２ａの壁厚が０．３８ｍｍ、セル密度が３１セル／ｃｍ2であり、外側セグメント２ｂの壁厚が０．２５ｍｍ、セル密度が４７セル／ｃｍ2であるハニカム構造体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ットを巻き付け、ＳＵＳ４０９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、ハニカム構造体１と金属容器１１間を圧縮固定してハニカム構造体アッセンブリ８を得た。
【００３８】
（実施例３）
実施例１と同様の操作を行い、内側セグメント２ａの壁厚が０．４３ｍｍ、セル密度が３１セル／ｃｍ2であり、外側セグメント２ｂの壁厚が０．２０ｍｍ、セル密度が４７セル／ｃｍ2であるハニカム構造体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ットを巻き付け、ＳＵＳ４０９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、ハニカム構造体１と金属容器１１間を圧縮固定してハニカム構造体アッセンブリ８を得た。
【００３９】
（実施例４）
実施例１と同様の操作を行い、内側セグメント２ａの壁厚が０．５３ｍｍ、セル密度が１６セル／ｃｍ2であり、外側セグメント２ｂの壁厚が０．２０ｍｍ、セル密度が６２セル／ｃｍ2であるハニカム構造体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ットを巻き付け、ＳＵＳ４０９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、ハニカム構造体１と金属容器１１間を圧縮固定してハニカム構造体アッセンブリ８を得た。
【００４０】
（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０．３８ｍｍ、セル密度が３１セル／ｃｍ2であるハニカム構造体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ットを巻き付け、ＳＵＳ４０９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１１間を圧縮固定してハニカム構造体アッセンブリ８を得た。
【００４１】
（スート体積圧力損失試験）
このようにして得た実施例１〜４及び比較例１のハニカム構造フィルター（ハニカム構造体アッセンブリ）に、ディーゼルエンジンから排出される微粒子（以降スートと称する）を含んだ、排ガス温度２００℃、排ガス流量２．４Ｎｍ3／ｍｉｎ．の排気ガスを通し、ハニカム構造フィルターに４ｇのスートが堆積した時の圧力損失を測定した。試験結果を図９に示す。比較例１のフィルターに４ｇのスートを堆積させた時の圧損は９．０ＫＰａであった。これに比べ外側セグメントの壁厚を薄くした実施例１のフィルターは６．７ＫＰａと比較例に比べ２６％低かった。実施例１と同じ壁厚とし、外側セグメントのセル密度を大きくした実施例２では６．２ＫＰａの圧損を示し、比較例に比べ３１％とさらに低圧損であった。さらに、ハニカム構造体に働く熱応力をより低減する目的で、内側セグメントの壁厚を厚く、熱容量を大きくした、圧損に不利な実施例３及び実施例４のフィルターでも、外側セグメントの壁厚をさらに薄く、セル密度をさらに大きくすることで、実施例３のフィルターで５．９ＫＰａの圧損、実施例４のフィルターで６．０ＫＰａの圧損とそれぞれ比較例に比べ３４％、３３％と十分低い圧損を可能とした。
【００４２】
（燃焼再生試験）
実施例３、４及び比較例１のハニカム構造フィルターにスートを各々３０ｇ捕集し、入口ガス温７００℃、酸素濃度１０％、排ガス流量０．７Ｎｍ3／ｍｉｎ．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１５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、燃焼再生によるハニカム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。
【００４３】
比較例１のフィルターのハニカム構造体内最高温度は１０５０℃まで上昇し、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３及び４のフィルターは、最大温度が各々８３０℃及び７８０℃と低く抑えられ、スート再生効率も９０％以上を示した。
【００４４】
【発明の効果】
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ブリは、内側セグメントの壁厚を外側セグメントの壁厚より厚くし、外側セグメントの壁厚を内側セグメントの壁厚より薄く、且つセル密度を大きくすることにより、隔壁の有効気孔率を大きく、フィルター面積を大きくできるので、ディーゼル微粒子堆積時の圧力損失が低く、且つハニカム構造体内に発生する最大温度が低く抑えられ、スート再生効率を高く保つものとなった。従って、本発明によるハニカム構造体及びそのアッセンブリは、圧力損失が低く、且つ優れた耐久性及び高い効率を示した。
【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−模式図であり、（ｂ）、（ｃ）は（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】 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】 本発明の一実施形態を示すハニカム構造体アッセンブリの断面−模式図である。
【図４】 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】 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】 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】 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】 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】 スート堆積圧力損失試験の結果を示すグラフである。
【図１０】 スート燃焼再生試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１…ハニカム構造体、２…ハニカムセグメント、３…圧縮弾性材料Ａ、４…ハニカムセグメントが互いに隣接する面、５…圧縮弾性材料Ｂ、６…流通孔、７…接合材、８…ハニカム構造体アッセンブリ、１０…隔壁、１１…金属容器、１１ａ，１１ｂ…分割金属容器、１１ｃ…金属板、１２…タップ（加圧型）、１６ａ，１６ｂ…２つの金属容器の合わせ面（つば）、１７…ガイド、１８…加工治具、２３…ハニカム構造体の最外周面。

Claims (16)

  1. 多孔質の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するハニカムセグメントにおける平均壁厚の、前記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における平均壁厚に対する比率が０．３〜０．９であり、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が、前記最外周面を構成するハニカムセグメントよりもセル密度が小さいか又は等しいことを特徴とするハニカム構造体。
  2. 前記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における平均壁厚の、前記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における平均壁厚に対する比率が０．３７〜０．６５であることを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造体。
  3. 前記最外周面を構成しないハニカムセグメントのセル密度と前記最外周面を構成するハニカムセグメントのセル密度との比が１：１〜１：６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. ハニカム構造体の最外周面を構成しない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％〜８１％であ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４の何れか１項に記載のハニカム構造体。
  6. ハニカム構造体がその流通孔の端部を交互に封じてなる構造を有し、前記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５の何れか１項に記載のハニカム構造体。
  7. 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６の何れか１項に記載のハニカム構造体。
  8. 前記圧縮弾性材料Ａがセラミック繊維製マットであることを特徴とする請求項７に記載のハニカム構造体。
  9. 前記セラミック繊維製マットがアルミナ又はムライト組成を主成分とする非膨脹性マットであることを特徴とする請求項８に記載のハニカム構造体。
  10. ハニカムセグメントの主成分が、炭化珪素、窒化珪素、コージェライト、アルミナ、ムライト、ジルコニア、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、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属、ニッケル系金属又は金属ＳｉとＳｉＣとからなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
  11. 多孔質の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するハニカムセグメントにおける平均壁厚の、前記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における平均壁厚に対する比率が０．３〜０．９であり、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が、前記最外周面を構成するハニカムセグメントよりもセル密度が小さいか又は等しい請求項１乃至１０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ブリ。
  12. 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を特徴とする請求項１１に記載のハニカム構造体アッセンブリ。
  13. 前記セラミック繊維製マットがバーミュキュライトを含む加熱膨脹性マット又は前記非膨脹性マットであることを特徴とする請求項１２に記載のハニカム構造体アッセンブリ。
  14. ハニカム構造体アッセンブリが、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を特徴とする請求項１１乃至１３の何れか１項に記載のハニカム構造体アッセンブリ。
  15. 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１１乃至１４の何れか１項に記載のハニカム構造体アッセンブリ。
  16. 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１１乃至１４の何れか１項に記載のハニカム構造体アッセンブリ。
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