JP4373177B2

JP4373177B2 - ハニカム構造体、その製造方法及びキャニング構造体

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Publication number: JP4373177B2
Application number: JP2003361726A
Authority: JP
Inventors: 慎治山口
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2023-10-22
Also published as: JP2005125182A

Description

本発明は、ハニカム構造体及びその製造方法、並びにハニカム構造体を備えたキャニング構造体に関し、特に容器に収容しキャニング構造体とした場合に、破損しにくく、かつずれにくいハニカム構造体及びその製造方法、並びにそのキャニング構造体に関する。

ハニカム構造体は、フィルター、触媒担体等に広く用いられており、特にガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関や燃焼装置の排ガス浄化用又は排ガス処理用の触媒担体やフィルター等として広く用いられている。

ハニカム構造体が自動車やトラック等の排ガス浄化用触媒担体やフィルター等に用いられる場合、環境問題への配慮から、排ガス規制が年々強化される傾向にあり、これに対応すべく排ガス浄化用触媒やフィルターには浄化性能の向上が求められている。他方、エンジン開発の面からは、低燃費、高出力化の指向が顕著に示されており、このような状況に対応すべく、ハニカム構造体には圧力損失の低減も求められている。

そこで、そうした問題を解決するために、ハニカム構造体は、その隔壁の厚さをいっそう薄くすることで、また、より高い気孔率の多孔質体とすることで、圧力損失を低減しつつ軽量化を図る動きが強まっている。

この様な用途においては、ハニカム構造体をキャン等の容器に収容（以下、キャニングという）して使用する場合が多いが、この場合に、容器とハニカム構造体のずれが起こらないよう一定の強度で把持する必要がある。また、この把持力が強すぎるとハニカム構造体が破損するおそれがある。特に、ハニカム構造体を薄肉化した場合や高気孔率化した場合には、ハニカム構造体の強度が低下するため、ハニカム構造体をキャニングした場合に、破損しにくく、かつずれが生じにくいハニカム構造体が求められている。

キャニングした場合のずれを抑制する手段としては、例えば、外周面に、最大高さが５〜５００μｍである凹凸が形成されたハニカム構造体が開示されている（特許文献１参照）。しかし、外周面に凹凸をつけただけでは、ずれは生じにくくなっても、ハニカム構造体の強度低下による破損を抑制することはできない。
特開２００１−３２９８３６号公報

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、キャニングした場合の破損及びずれが抑制されたハニカム構造体及びそのハニカム構造体の製造方法、並びに、そのハニカム構造体をキャニングしたキャニング構造体を提供することにある。

本発明は、軸方向に延びる複数のセルを形成するように配置された隔壁と、前記隔壁の外周を囲う外周壁とを備えるハニカム構造体であって、前記外周壁の外周面が、±１．０ｍｍ以内の外形公差である基準面と前記基準面に対して凹又は凸の関係にある凹凸部とを有するハニカム構造体を提供する。

本発明において、前記基準面と前記凹凸部との高低差が１０〜４００μｍの範囲内であることが好ましく、前記外周面全体の外形公差が±１．０ｍｍ以内であることが好ましい。また、前記基準面の前記外周面全体に占める比率が５０．００〜９９．９５％であることが好ましく、前記凹凸部の前記外周面全体に占める比率が０．０５〜５０．００％であることが好ましい。また、前記軸方向に対する垂直断面の外周が円形であり、前記基準面を切断した前記断面の外周の真円度が０．０５〜１．００ｍｍの範囲内であることが好ましく、前記凹凸部を含む外周面を切断した前記断面の外周の真円度が０．０８〜１．３０ｍｍの範囲内であることが好ましい。また、前記外周壁の内周面が、前記隔壁の面と密着していることが好ましい。

本発明はまた、ハニカム構造体とハニカム構造体を収容する容器とを備えるキャニング構造体であって、前記ハニカム構造体が、軸方向に延びる複数のセルを形成するように配置された隔壁と前記隔壁を囲う外周壁とを備え、前記外周壁の外周面が、±１．０ｍｍ以内の外形公差である基準面と前記基準面に対して凹又は凸の関係にある凹凸部とを有するキャニング構造体を提供する。本発明において、前記ハニカム構造体と前記容器との間に弾性部材を備えることが好ましく、前記容器が、前記凹凸部の少なくとも１ヶ所に対応する位置に前記凹凸部に対応する凸凹部を備えることが更に好ましい。

本発明は更に、ハニカム構造体の製造方法であって、軸方向に延びる複数のセルを形成するように配置された隔壁を含むセル構造体を形成する工程と、前記セル構造体の外周の少なくとも一部を除去する工程と、セル構造体の外周の少なくとも一部にコート材をコートして外周壁を形成する工程と、前記外周壁の外周面を削り外形公差が±１．０ｍｍ以内の基準面を形成する工程と、基準面に対し凹又は凸の関係にある凹凸部を形成する工程とを含むハニカム構造体の製造方法を提供する。この際、基準面の外形の設計値に対する差が±１．０ｍｍ以内となるように基準面を形成することが好ましい。

本発明によれば、ハニカム構造体をキャニングした場合の破損及びずれが抑制される。また、このようなハニカム構造体を好適に製造することができる。

以下、本発明の、ハニカム構造体、キャニング構造体及びハニカム構造体の製造方法を具体的な実施形態に基づき詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、以下において、特に断りのない限り、「垂直断面」とは、軸方向に垂直な断面を意味し、「平行断面」とは、軸方向に平行な断面を意味する。

図１（ａ）は本発明のハニカム構造体の一形態を示す模式的な側面図、図１（ｂ）は本発明のハニカム構造体の一形態を示す模式的な平面図である。本発明のハニカム構造体１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、軸方向に延びる複数のセル３を形成するように配置された隔壁２及び隔壁２の外周を囲う外周壁７を備える。更に、本発明のハニカム構造体１は、外周壁７の外周面８が、±１．０ｍｍ以内の外形公差である基準面８１及び基準面８１に対して凹又は凸の関係にある凹凸部８３とを有する。

ハニカム構造体をこのような構成とすることにより、ハニカム構造体をキャニングした場合に、破損が抑制され、かつ容器とハニカム構造体とのずれが抑制される。即ち、ハニカム構造体をキャニングした場合に、外周壁の外周面の外形精度を従来よりも向上させることにより、破損が生じにくくなることが判明し、特に、外形公差を±１．０ｍｍ以内とすることにより、破損を抑制する効果が非常に大きくなることが判明した。これは、外周面８の外形精度を向上させることにより、ハニカム構造体をキャニングした場合の、ハニカム構造体にかかる面圧の偏りが抑制され、最大面圧が低下するためと考えられる。

一方、外周面８の外形精度を向上させると、ハニカム構造体をキャニングした場合に、容器とハニカム構造体とのずれが生じやすくなることも判明した。これは、最大面圧が低下するためにハニカム構造体を容器内に固定するための把持力が低下するためと考えられる。そこで、外周面８に凹凸部８３を設けることにより、このようなずれが抑制されることを見出した。即ち、外周面８が、±１．０ｍｍ以内の外形公差である基準面８１と基準面８１に対して凹又は凸の関係にある凹凸部８３とを有することにより、ハニカム構造体をキャニングした場合に、ハニカム構造体の破損及びハニカム構造体と容器とのずれを抑制することができることを見出した。

図２（ａ）〜（ｄ）は、各々本発明のハニカム構造体の一形態を示す模式的な、平行断面の一部拡大図である。図３は本発明のハニカム構造体の一形態を示す模式的な垂直断面図である。本発明における基準面８１とは、外形公差が±１．０ｍｍ以内である筒形状を形成する面、或いは複数に分断された面をつなぐことにより、外形公差が±１．０ｍｍ以内である筒形状を形成することができる面を意味する。外形公差が±１．０ｍｍ以内とは、基準面により（或いは、基準面をつなぐことにより）形成される筒形状を軸方向に垂直に切断して形成される環形状の平均形状に対する各環形状の差が常に±１．０ｍｍ以内であることを意味する。

例えば図２（ａ）〜（ｄ）において基準面が直線ｘ１〜ｘ４で示される場合に、直線ｘ１〜ｘ４の径方向の位置が基準面の平均の位置を示す破線ｘから常に±１．０ｍｍ以内にあり、かつ図３に示すような任意の垂直断面において、基準面が線ｙ１〜ｙ３で示される場合に、基準面の平均の位置から±１．０ｍｍの位置を示す破線の範囲内にｙ１〜ｙ３が常にあることを意味する。ここで、筒形状とは、円筒状だけでなく、垂直断面が多角形、楕円形、長円形等のあらゆる形状の筒形状が含まれる。基準面の外形公差は、±１．０ｍｍ以内であることが必要であるが、更に外形精度を向上させることにより、ハニカム構造体をキャニングした場合の破損を抑制できる。従って、好ましくは±０．７５ｍｍ以内、更に好ましくは、±０．５ｍｍ以内、特に好ましくは±０．２５ｍｍ以内の外形公差である基準面が好ましい。

凹凸部８３とは図１（ｂ）に示すように、基準面８１に対して凹又は凸の関係にある部分であり、この関係にあれば、形状は問わず凹部でも凸部でもよい。具体的には、図２（ａ）〜（ｄ）に示すような形状の凹凸部８３等が挙げられる。図４（ａ）〜（ｄ）は、各々本発明のハニカム構造体の一形態における外周面の一部を模式的に示す図である。凹凸部８３は、図４（ａ）に示すように、スジ状でもよく、図４（ｂ）に示すようにローレット状でもよく、図４（ｃ）に示すようにディンプル（凸状）又はエンボス（凹状）でもよい。或いは図４（ｄ）に示すように柱状の凸部又は凹部でもよい。なお、１つのハニカム構造体に、凹部と凸部が混在していてもよく、凸部のみ又は凹部のみが存在してもよいが、作成上の観点からは凸部のみ又は凹部のみが存在することが好ましい。また、図１（ｂ）に示すように、外周面に環状に凸部又は凹部、特に凸部を設けることが作成上の観点からも、軸方向のずれを効果的に抑制できる観点からも好ましい。

基準面８１と凹凸部８３との高低差（図１（ｂ）に示すｈ）が大きすぎると、凹凸部に過大な力がかかるか又は外周壁の厚みを厚くしなくてはならなくなり好ましくない。一方、高低差が小さすぎると、ずれを抑制する効果が表れにくい。高低差は、４００μｍ以下、更に３００μｍ以下、特に２００μｍ以下であることが好ましく、また、１０μｍ以上、更に３０μｍ以上、特に１００μｍ以上であることが好ましい。

また、基準面と凹凸部との境界付近における凹凸の変化率が小さすぎるとずれを抑制する効果が表れにくい。この変化率は、基準面に沿った１ｍｍの移動に対して基準面に垂直方向に１０μｍ以上、更に３０μｍ以上、特に１００μｍ以上であることが好ましく、凹凸部がこのような変化率の部分を有していることが好ましい。

また、ハニカム構造体をキャニングした場合の破損を更に抑制する観点から、外周壁の外周面全体、即ち、基準面及び凹凸部を含む外周面全体の外形公差が±１．０ｍｍ以内であることが好ましい。外周面全体の外形公差とは、ハニカム構造体全体の垂直断面の平均外周形状に対する各垂直断面の外周形状の差が常に±１．０ｍｍ以内であることを意味する。

また、基準面の外周面全体に占める比率が、所定以上になるとハニカム構造体をキャニングした場合に破損を抑制する効果がより明確になる。従って、基準面の外周面全体に占める比率は、５０％以上、更に６０％以上、特に７０％以上であることが好ましい。一方、基準面の外周面全体に占める比率が大きすぎると凹凸部の比率が下がりすぎ、ハニカム構造体と容器とのずれを抑制する効果が不充分となる場合がある。従って、基準面の外周面全体に占める比率は、９９．９５％以下、更に９９％以下、特に９０％以下であることが好ましい。

凹凸部の外周面全体に占める比率が、所定以上になるとハニカム構造体と容器とのずれを抑制する効果がより明確となる。従って凹凸部の外周面全体に占める比率は、０．０５％以上、更に１％以上、特に１０％以上であることが好ましい。一方、凹凸部の外周面全体に占める比率が大きすぎると、ハニカム構造体をキャニングした場合に破損を抑制する効果が不充分となる場合がある。従って、凹凸部の外周面全体に占める比率は、５０％以下、更に４０％以下、特に３０％以下であることが好ましい。なお、外周面は、基準面及び凹凸面のみからなることが好ましい。

ハニカム構造体の垂直断面の外周が円形の場合、即ち基準面により（或いは基準面をつなぐことにより）形成される筒形状が円筒状の場合、基準面を切断した垂直断面の外周、即ち基準面により（或いは基準面をつなぐことにより）形成される円筒を軸方向に対して垂直に切断して形成される円、の真円度が０．０５〜１．００ｍｍの範囲内であることが好ましく、更に０．１０〜０．８０ｍｍ、特に０．１５〜０．５０ｍｍの範囲内であることが好ましい。このような範囲内とすることにより、ハニカム構造体をキャニングした場合の破損を更に抑制することができる。

更には、凹凸部を含む外周面を切断した垂直断面の真円度が０．０８〜１．３０ｍｍの範囲内であることが、キャニングした場合の破損を更に抑制する観点から好ましく、ハニカム構造体の総ての垂直断面の真円度が０．２〜１．０ｍｍの範囲内であることが更に好ましい。

図５は、本発明のハニカム構造体の一形態を示す模式的な垂直断面一部拡大図である。本発明のハニカム構造体における外周壁７は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、隔壁の外周を囲い、上述の外周面を備えるものであれば特に制限はない。例えば、図１（ａ）に示すように、一定の厚みの筒状であってもよい。また、図５に示すように、外周壁の内周面９が隔壁２の面２１と接するように外周壁７が形成されている形態も好ましい。この形態は、ハニカム構造体の外形精度を向上させるのに適しており、ハニカム構造体のアイソスタティック強度等の強度を向上させることができる。

本発明のハニカム構造体において、隔壁の厚さや気孔率に特に制限はなく、気孔のない緻密体であってもよいが、隔壁の厚さが薄い場合や高い気孔率の多孔質体である場合にハニカム構造体の強度が低下する傾向にあるため、本発明の効果がより顕著に表れやすく本発明に適している。一方隔壁厚さが薄すぎる場合や気孔率が高すぎる場合には、ハニカム構造体の強度が低くなりすぎるとともにハニカム構造体に本来求められる機能が低下する場合もあり好ましくない。例えば本発明のハニカム構造体を触媒担体として用いる場合には、隔壁の厚さは３０〜１８０μｍ、特に３０〜１２０μｍの範囲が圧力損失を低くすることが可能となり好ましく、気孔率は２０〜４５％の範囲が好ましい。また、厚さは１００〜５１０μｍ、特に１００〜４００μｍの範囲が好ましく、気孔率は４０〜８０％、特に６０〜８０％の範囲が触媒担持量を多くすることが可能となり、好ましい。本発明のハニカム構造体をフィルターとして用いる場合には、隔壁の厚さは１５０〜６５０μｍ、更に１５０〜４００μｍの範囲が好ましく、気孔率は４０〜８０％、特に６０〜８０％の範囲が触媒担持量を多くすることが可能となり、好ましい。

本発明のハニカム構造体におけるセル３の断面形状に特に制限はなくあらゆる形状をとることができるが、正方形、長方形、三角形又は六角形であることが、作成上の観点から好ましい。また、セル３の断面形状は総て同形状でなくてもよく、１つのハニカム構造体中に異なる形状が２以上存在してもよい。アイソスタティック強度のバラツキが大きくなりやすい断面六角形のセル及び１つのハニカム構造体中に複数の断面形状のセルが存在する（例えば断面が八角形と四角形、六角と三角など）ケースにおいて、本発明は好適である。本発明のハニカム構造体をフィルターとして用いる場合には、処理ガスの入り口側セルの開口面積が出口側のセルの開口面積に比べ大きい場合において、多量にＡｓｈを堆積させても、圧損が低下し難い点で好ましい。

本発明のハニカム構造体において、セル密度（単位断面積当りのセルの数）に特に制限はないが、セル密度が高すぎる場合は、圧力損失が増大し、低すぎる場合は強度が低下するとともに排ガス等の被処理流体との接触面積やろ過面積が減少し好ましくない。例えば本発明のハニカム構造体の気孔率が２０〜４０％の範囲の場合には、セル密度は、０．９〜２３３セル／ｃｍ²（６〜１５００セル／平方インチ）、更に１５〜１８６セル／ｃｍ²（１００〜１２００セル／平方インチ）、特に４６〜１２４セル／ｃｍ²（３００〜８００セル／平方インチ）の範囲であることが好ましい。例えば本発明のハニカム構造体の気孔率が４０〜８０％の範囲の場合には、セル密度は、１５〜９３セル／ｃｍ²（１００〜６００セル／平方インチ）、更に３０〜６２セル／ｃｍ²（２００〜４００セル／平方インチ）の範囲であることが好ましい。

本発明のハニカム構造体の垂直断面形状としては、例えば、図１（ｂ）に示すように円形の他、楕円形、長円形（レーストラック形）、多角形、多角形の頂点にアールがとられている略多角形とすることができる。中でも、円形、楕円形、長円形が本発明を適用する形状として好ましく、特に円形が好ましい。

図６（ａ）は、本発明のハニカム構造体の一形態を示す模式的な斜視図であり、図６（ｂ）はその模式的な平行断面図である。本発明のハニカム構造体をディーゼルエンジンの排ガス浄化用フィルター等のフィルターとして用いる場合には、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、所定のセル３の開口端部が、端面４２及び４４の何れかにおいて目封じ部４により目封じされている形態とするが、この場合には、端面４２及び４４が市松模様状を呈するように、セル３が交互に目封じされていることが好ましい。なお、ＤＰＦ等のフィルターにおいて、圧力損失をより重視する場合には総ての流通孔が目封じされていなくてもよいが、捕集効率をより重視する場合には、総ての流通孔が、何れかの端部で目封じされていることが好ましい。また、ハニカム構造体を触媒担体に用いる場合等、目封じが必要とはされない場合もあり、目封じは本発明において必須ではない。

本発明のハニカム構造体の隔壁の材質は、例えば、コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素、窒化珪素、リチウムアルミニウムシリケート、アルミニウムチタネート、ジルコニア及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれる１種又は２種以上のセラミックスであることが好ましい。ここで、炭化珪素には、金属珪素と炭化珪素とを含むもの（珪素−炭化珪素複合材料）も含まれる。この中で特にコージェライトは熱膨張係数が小さく好ましい。また、炭化珪素や珪素−炭化珪素複合材料は、熱伝導率が高く耐熱性も高いため好ましい。目封じすることにより形成される目封じ部の材質にも特に制限はないが、上述の隔壁に好ましいセラミックスであることが好ましく、隔壁と同一の材質であることが更に好ましい。

外周壁の材質も特に制限はないが、上述の隔壁に好ましいセラミックスを含むことが好ましく、隔壁と同一の材質を含むことが更に好ましい。或いは、後述するように、コート材をコートして外周壁を形成する場合には、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、セラミックス繊維及びセラミックス粒子からなる群から選ばれる少なくとも１種を含む原料から形成されていることが好ましい。

本発明のハニカム構造体に触媒、例えば触媒能を有する金属を担持させることも好ましい。例えば、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）に用いる場合に燃焼開始温度を低下させるための触媒を担持させることが好ましい。触媒能を有する金属の代表的なものとしては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈが挙げられ、これらのうちの少なくとも１種をハニカム構造体に担持させることが好ましい。

図７（ａ）、（ｂ）は各々本発明のキャニング構造体の一形態を示す模式的な平行断面図である。本発明のハニカム構造体１は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように容器３１にキャニングしてキャニング構造体１０として使用することができる。この場合において、ハニカム構造体１と容器３１との間、即ちハニカム構造体の外周壁の外周面８と容器３１の内周面との間に、弾性部材３３を配置することが、ハニカム構造体１を均一な圧力で容器３１内に把持することができる点で好ましい。

図８は本発明のキャニング構造体の一形態を示す模式的な平行断面図である。図８に示すように、ハニカム構造体１の凹凸部８３の少なくとも１ヶ所に対応する位置に、その凹凸部８３に対応する凸凹部３２を容器３１が備えることが好ましい。このような形態とすることにより、ハニカム構造体の外周面にかかる面圧が低い場合でも、容器３１とハニカム構造体１とのずれを効果的に抑制することができる。ここで、凹凸部に対応する凸凹部を備えるとは、凹凸部が凹部の場合には凸部を備え、凹凸部が凸部の場合には凹部を備えることを意味し、外周面の凹凸部と容器の凸凹部が完全に嵌合するような形状であることまでを必須とするものではない。

容器の材質に特に制限はないが、ステンレススチール等の金属製であることが好ましい。また、弾性部材の材質にも特に制限はないが、耐熱性及びクッション性を有することが好ましく、更にシール性を有することが好ましい。好ましい弾性部材の材質はセラミックスや金属等であり、例えばアルミナ、ムライト、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニア、チタニア等である。弾性部材はこれらの１種又は２種以上を主成分とするセラミックス繊維等であることが好ましく、これらの繊維製マットであることが更に好ましい。また、セラミックスのマットと金属製のワイヤメッシュ等を組みあわせて使用することも好ましい。

ハニカム構造体をキャニングする方法に特に制限はないが、図９〜図１１に示すようにハニカム構造体１を弾性部材３３とともに圧縮状態で容器内にキャニングすることが好ましい。具体的なキャニング法としては、図９に示すガイド１７を用いた押し込み方法（スタッフィング（Ｓｔｕｆｆｉｎｇ）法）、図１０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の合わせ部を溶接等で固定する巻き絞め方法（ターニキット（Ｔｏｕｒｎｉｑｕｅｔ）法）、或いは図１１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の個所を溶接等で一体化容器とする方法（クラムシェル（Ｃｒａｍ−ｓｈｅｌｌ）法）等が好適である。

本発明のハニカム構造体の製造方法に特に制限はないが、例えばセラミックスの粉体にバインダー等を混合し、射出成形、押出成形等によって一定形状に成形した後、乾燥、焼成することにより製造することができる。この中でも押出成形により成形することが好適である。

製造方法の好ましい具体例は、例えば以下のような方法である。まず、成形原料を坏土化する。坏土化は、例えば、コージェライト化原料や炭化珪素−金属珪素複合相を形成するための炭化珪素粉及び金属珪素粉等に、バインダー、例えば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を添加し、更に界面活性剤及び水を添加し、これを混練することにより行うことができる。ここで、コージェライト化原料とは、焼成によりコージェライトとなる原料であり、例えば、タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカの中から、調合されたコージェライト原料中の化学組成がＳｉＯ₂が４２〜５６質量％、Ａｌ₂Ｏ₃が３０〜４５質量％、ＭｇＯが１２〜１６質量％の範囲に入るように所定の割合に調合されたもの等である。

次に、この坏土を押出成形することにより、軸方向に貫通する複数のセルを形成するように配置された隔壁を備えるハニカム形状の成形体を成形する。この成形体の形状に特に制限はなく、例えば四角柱状や円柱状に成形することができる。押出成形にはプランジャ型の押出機や二軸スクリュー型の連続押出機等を用いることができる。二軸スクリュー型の連続押出機を用いると、坏土化と成形を連続的に行うことができる。

次に、得られた成形体を、例えばマイクロ波、誘電及び／又は熱風等で乾燥後、焼成することによりセル構造体を得ることができる。焼成温度及び雰囲気は、用いる原料によって適宜変更することができ、当業者であれば、用いる原料に最適の焼成温度及び雰囲気を選択することができる。例えばコージェライト化原料を用いる場合には、大気中で加熱脱脂した後、大気中で最高温度１４００〜１４５０℃程度の温度で焼成を行い、炭化珪素粉及び金属珪素粉を原料とした場合には、大気又はＮ₂雰囲気中で加熱脱脂した後、Ａｒ雰囲気中で１５５０℃程度で焼成を行うことができる。焼成には、通常、単窯又はトンネル等の連続炉を用い、ここで脱脂・焼成を同時又は連続的に行うことができる。このようにしてセル構造体を形成する工程を行うことができる。

次に、セル構造体の外周の少なくとも一部を除去する。最外周近傍のセルは、ここまでの工程中において変形している場合も多いため、この変形したセルを除去することが好ましい。具体的には、例えば最外周から２セル分以上のセルを除去することが好ましく、２〜４セル分のセルを除去することが更に好ましい。除去は、例えばセル構造体を外周から研削することにより行うことができる。

次に、セル構造体の外周の少なくとも一部にコート材をコートして外周壁を形成する。コート材は、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、セラミックス繊維及びセラミックス粒子の中の少なくとも１種を含むことが好ましい。また更に、コート材が、繊維を含むことが好ましい。繊維を用いることにより、形成される外周壁のクラックを防止できる。このような繊維は、セラミックス繊維であることが好ましい。

コート材に含まれるセラミックス粒子は、上述の隔壁の材質として好適なセラミックスから選ばれるセラミックス粒子が好ましく、隔壁の材質と同じ種類のセラミックス粒子とすることが更に好ましい。

コート材には、セラミックス粒子に加えて、コロイダルシリカ及び／又はコロイダルアルミナを含むことが好ましく、更にセラミックス繊維を含むことがより好ましく、更に無機バインダーを含むことがより好ましく、更に有機バインダーを含むことがより好ましい。これらの原料に、水等の液体成分を加えてスラリー状とし、これをコート材としてコートすることが好ましい。また、コート材をコートした後、加熱して乾燥することが、液体成分を早期に蒸発させて外周壁を形成することができるため好ましい。特に１５０℃以上の温度で乾燥することにより、外周壁の強度を高めることができる。このようにして、セル構造体の外周の少なくとも一部にコート材をコートして外周壁を形成する工程を行うことができる。

次に、形成された外周壁の外周面を削り外形公差が±１．０ｍｍ以内の基準面を形成する工程を行う。外周壁の外周面を削ることにより、従来よりも高い外径精度を得ることができる。従って、外周壁の外周面を削る工程が本発明のハニカム構造体を得る上で好適な工程である。外周面を削る加工は、ダイヤモンド砥石による円筒研削機又はマシニングセンター等の装置により、砥石回転数１０００−３０００ｒｐｍ、送り速度０．１−０．５ｍｍ／ｓの加工条件にて加工すると、高い形状精度が得られるため、好ましい。また、この際、基準面の外形の設計値に対する差も±１．０ｍｍ以内とすることが好ましい。ハニカム構造体を容器に収納してキャニング構造体とする際の把持力のばらつきを少なくすることができ、ハニカム構造体の破損やずれを更に抑制することができる。

更に、基準面に対して凹又は凸の関係にある凹凸部を形成する。凹凸部を形成する工程は、例えば基準面から更に切削することにより、図４（ａ）に示すようなスジ状の凹部を形成する方法がある。或いは、外周壁の外周面に型を押し付けることにより図４（ｂ）に示すようなローレットを形成する方法、所定の基準面をマスキングしてサンドブラスト等により外周面を研削し、図４（ｃ）に示すようなディンプル又はエンボスを形成する方法等が挙げられる。或いは、基準面を形成する工程において、所定の外周面部分を所定の高さで残すことにより、図６（ａ）に示すような凸部を形成することもできる。この場合には、基準面を形成する工程と凹凸部を形成する工程とが同時に又は連続的に行われる。なお、基準面を形成する工程と凹凸部を形成する工程は、外周壁を形成する工程が終了した後に行うことが必須ではなく、外周壁を形成する工程の途中で行ってもよい。例えば、外周壁を形成する工程において、コート材をコートした後、コート材が固化する途中、例えば加熱して乾燥する前や途中で行ってもよく、外周壁の形成が終了した後に行ってもよい。

本発明において、複数の成形体又は焼成体、好ましくは焼成体を接合する接合工程を含むことが好ましい。接合工程を含むことにより、形成されたハニカム構造体は、セグメント化された複数のハニカム構造のセグメントが接合した構造となり、耐熱衝撃性が向上する。接合工程において用いられる接合材に特に制限はなく、例えば、コート材と同様のものを用いることができる。また、接合工程は、外周の少なくとも一部を除去する工程の前に行うことが好ましい。即ち、接合工程により複数の成形体又は焼成体を接合し所定の大きさとした後に、その外周を除去し、所望の形状のセル構造体とすることが好ましい。

また、ハニカム構造体をフィルター、特に、ＤＰＦ等に用いる場合には、一部のセルの開口部の端面を目封じ材により目封じすることが好ましく、隣接するセルが互いに反対側となる端面において交互に目封じすることが好ましい。目封じは、目封じをしないセルをマスキングし、目封じ材をスラリー状として、セグメントの開口端面に塗布し、乾燥後焼成することにより行うことができる。目封じは、成形工程の後、焼成工程前に行うと、焼成工程が一回で済むため好ましいが、焼成後に目封じしてもよく、成形後であればどの時点で行ってもよい。目封じ材に特に制限はないが、成形原料と同様のものを用いることができる。

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。
（実施例１）
コージェライト化原料、即ちタルク、カオリン、アルミナ及びシリカを上述の所定割合となるように混合したものに、造孔材としてグラファイト及び発泡樹脂を加え、バインダーを加えた成形原料を混練して坏土化した。これを押出成形してハニカム成形体を得た。次に、両端面が市松模様状となるように、交互にセルを目封じした後、１４２０℃で焼成して、セル密度が３００セル／平方インチ（４６．５セル／ｃｍ²）、隔壁厚さが１２ｍｉｌ（３０５μｍ）、気孔率が６５％、平均細孔径が２５μｍのセル構造体を得た。得られたセル構造体の外周全体を、隔壁の最外周を結ぶ線が直径２２７．７ｍｍの円形より若干小さくなるように研削して、コージェライト製のセル構造体１を製造した。

コージェライト粒子４５質量部、コロイダルシリカ２０質量部、平均繊維長２０μｍのセラミックス繊維３５質量部及び少量の無機バインダー及び有機バインダーを含むスラリーを調製してコート材とし、これをセル構造体１の外周全体に塗布し、２００℃で乾燥して、外周壁を形成した。

次に、形成された外周壁の外形の平均径と設計値との差が＋０．３ｍｍ、外周面の外形交差が±０．２ｍｍ以内となるように外周面を研削し基準面を形成した。次に、基準面の一部を更に削り、幅１０ｍｍの帯形状で、基準面との高低差が５０μｍの凹部を形成した。得られたハニカム構造体は、直径２２７．６ｍｍ、高さ３０４．８ｍｍの円柱状であって、外周壁の最小厚みが２．５ｍｍ、重量が５０００ｇであった。

（実施例２、３及び比較例１〜５）
外周壁の外形の平均径と設計値との差を±０．３の範囲内とし、外形公差が各々表１の値の範囲内となるように外周壁の外周面を研削したことを除いて、実施例１と同様にハニカム構造体を作成した。なお、凹凸部無しは、実施例１で行った凹部の形成を行わなかったことを意味する。

（評価）
実施例１〜３及び比較例１〜５で得られたハニカム構造体の外周面に、面比重２６００ｇ／ｍ²、厚み５．７ｍｍ、長さ２８０ｍｍのセラミックス繊維マット（３Ｍ社製、インタラム１Ｍ）を巻き、内径２３６ｍｍのステンレススチール製容器にキャニングしてキャニング構造体を得た。

得られたキャニング構造体を振動試験機にかけ、振動加速度３０Ｇ、１００Ｈｚで１００時間振動させた後、ハニカム構造体の破損の有無及びずれの有無、程度を確認した。結果を表１に示す。

実施例１〜３のハニカム構造体は、破損もずれも生じなかった。比較例１、２及び５のハニカム構造体は、外形交差が大きすぎたために破損が生じた。比較例３、４のハニカム構造体は、凹凸部がないためにずれが生じた。

（実施例４〜１１）
外形公差を約±０．５ｍｍとし、外周壁の外形の平均径と設計値との差を表２に示す値とした以外は、実施例１と同様にハニカム構造体を作成し、評価した。

この条件においては、実施例４、５のハニカム構造体は、設計値よりも小さすぎたためにずれが生じ、実施例１０、１１のハニカム構造体は、設計値よりも大きすぎたために破損が生じた。但し、設計値との差に対応させて、ハニカム構造体を巻くマットの量を増減することによりずれも破損も生じないようにすることは可能である。実施例６〜９のハニカム構造体は、この条件においても破損もずれも生じなかった。従って、マットの量を増減する必要もなく、量産に適したハニカム構造体である。

以上説明してきたとおり、本発明のハニカム構造体は、キャニングした場合の破損や容器とハニカム構造体とのずれが抑制された。従って、本発明のハニカム構造体及びこのハニカム構造体を収容したキャニング構造体は排ガス浄化用触媒担体やフィルター等に好適に用いることができる。また、本発明のハニカム構造体の製造方法により、このようなハニカム構造体を好適に製造することができる。

図１（ａ）は本発明のハニカム構造体の一形態を示す模式的な側面図、図１（ｂ）は本発明のハニカム構造体の一形態を示す模式的な平面図である。図２（ａ）〜（ｄ）は、各々本発明のハニカム構造体の一形態を示す模式的な、平行断面の一部拡大図である。本発明のハニカム構造体の一形態を示す模式的な垂直断面図である。図４（ａ）〜（ｄ）は、各々本発明のハニカム構造体の一形態における外周面の一部を模式的に示す図である。本発明のハニカム構造体の一形態を示す模式的な垂直断面一部拡大図である。図６（ａ）は本発明のハニカム構造体の一形態を示す模式的な斜視図であり、図６（ｂ）はその模式的な平行断面図である。図７（ａ）、（ｂ）は各々本発明のキャニング構造体の一形態を示す模式的な平行断面図である。本発明のキャニング構造体の一形態を示す模式的な平行断面図である。金属容器内へのセル構造体の押し込み方法の一例を示す一部切り欠き説明図である。金属容器内へセル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。金属容器内へセル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。

符号の説明

１…ハニカム構造体、２…隔壁、３…セル、４…目封じ部、７…外周壁、８…外周壁の外周面、９…外周壁の内周面、１０…キャニング構造体、１１…金属容器、１１ａ、１１ｂ…分割金属容器、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、２１…隔壁の面、３１…容器、３２…凸凹部、３３…弾性部材、４２、４４…端面、８１…基準面、８３…凹凸部。

Claims

軸方向に延びる複数のセルを形成するように配置された隔壁と、前記隔壁の外周を囲う外周壁とを備えるハニカム構造体であって、前記外周壁の外周面が、±１．０ｍｍ以内の外形公差である基準面と前記基準面に対して凹又は凸の関係にある凹凸部とを有するハニカム構造体。
前記基準面と前記凹凸部との高低差が１０〜４００μｍの範囲内である請求項１に記載のハニカム構造体。
前記外周面全体の外形公差が±１．０ｍｍ以内である請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
前記基準面の前記外周面全体に占める比率が５０．００〜９９．９５％である請求項１〜３の何れか１項に記載のハニカム構造体。
前記凹凸部の前記外周面全体に占める比率が０．０５〜５０．００％である請求項１〜４の何れか１項に記載のハニカム構造体。
前記軸方向に対する垂直断面の外周が円形であり、前記基準面を切断した前記断面の外周の真円度が０．０５〜１．００ｍｍの範囲内である請求項１〜５の何れか１項に記載のハニカム構造体。
前記凹凸部を含む外周面を切断した前記断面の外周の真円度が０．０８〜１．３０ｍｍの範囲内である請求項６に記載のハニカム構造体。
前記外周壁の内周面が、前記隔壁の面と密着している請求項１〜７の何れか１項に記載のハニカム構造体。
ハニカム構造体とハニカム構造体を収容する容器とを備えるキャニング構造体であって、
前記ハニカム構造体が、軸方向に延びる複数のセルを形成するように配置された隔壁と前記隔壁を囲う外周壁とを備え、前記外周壁の外周面が、±１．０ｍｍ以内の外形公差である基準面と前記基準面に対して凹又は凸の関係にある凹凸部とを有するキャニング構造体。
前記ハニカム構造体と前記容器との間に弾性部材を備える請求項９に記載のキャニング構造体。
前記容器が、前記凹凸部の少なくとも１ヶ所に対応する位置に前記凹凸部に対応する凸凹部を備える請求項９又は１０に記載のキャニング構造体。
ハニカム構造体の製造方法であって、軸方向に延びる複数のセルを形成するように配置された隔壁を含むセル構造体を形成する工程と、前記セル構造体の外周の少なくとも一部を除去する工程と、セル構造体の外周の少なくとも一部にコート材をコートして外周壁を形成する工程と、前記外周壁の外周面を削り外形公差が±１．０ｍｍ以内の基準面を形成する工程と、基準面に対し凹又は凸の関係にある凹凸部を形成する工程とを含むハニカム構造体の製造方法。
前記基準面の外形の設計値に対する差が±１．０ｍｍ以内となるように基準面を形成する請求項１２に記載のハニカム構造体の製造方法。