JP7340544B2 - 三角形のセル状ハニカム構造を有するハニカム体及びその製造方法 - Google Patents

三角形のセル状ハニカム構造を有するハニカム体及びその製造方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、その内容全体がここに参照することによって本願に援用される、２０１８年５月３１日出願の米国仮特許出願第６２／６７８，７４５号の米国法典第３５編特許法１１９条に基づく優先権の利益を主張するものである。
本開示の実施形態は、ハニカム体に関し、より詳細には、三角形のセルを含むハニカム構造を有するハニカム体に関する。
壁厚が比較的薄いセラミックハニカム構造は、排気の後処理システムに利用することができる。壁が薄くなると、アイソスタティック（ＩＳＯ）強度が低くなるという問題が発生する可能性がある。
一態様では、ハニカム構造を備えた、又は三角形の形状のセルチャネルのマトリクスを備えたハニカム体が開示され、該三角形の形状のセルチャネルはフィレット処理された頂点を有する。
別の態様では、ハニカム構造を備えた、又は三角形の断面形状と該三角形の断面形状内のフィレット処理された頂点とを有するセルチャネルを形成する、交差する多孔質壁のセル状ハニカムマトリクスを備えたハニカム体が開示される。多孔質壁は、％Ｐ≧４０％及びＭＰＤ＞８μｍで構成され、マトリクスは、１５０ｃｐｓｉ～６００ｃｐｓｉ（２３．３ｃｐｓｃｍ～９３ｃｐｓｃｍ）のセルチャネル密度及び２ミル～１２ミル（５１μｍ～３００μｍ）の壁厚で構成される。
別の態様では、押出ダイを通してバッチ材料を押し出し、三角形の断面形状と該三角形の断面形状内のフィレット処理された頂点とを有するセルチャネルを画成する交差する多孔質壁のセル状ハニカムマトリクスの壁を形成する工程を含む、ハニカム構造の製造方法が開示され、ここで、多孔質壁は、％Ｐ≧４０％及びＭＰＤ＞８μｍで構成され、マトリクスは、１５０ｃｐｓｉ～６００ｃｐｓｉ（２３．３ｃｐｓｃｍ～９３ｃｐｓｃｍ）のセルチャネル密度及び２ミル～１２ミル（５１μｍ～３００μｍ）の壁厚で構成される。
別の態様では、三角形の断面形状と該三角形の断面形状内のフィレット処理された頂点とを有するセルチャネルを形成する、交差する多孔質壁のセル状ハニカムマトリクスを含む、薄壁のハニカム体が開示され、ここで、多孔質壁は、％Ｐ≧４０％及び８μｍ＜ＭＰＤ＜３０μｍで構成され、マトリクスは、２００ｃｐｓｉ～４００ｃｐｓｉ（３１ｃｐｓｃｍ～６２ｃｐｓｃｍ）のセルチャネル密度及び６ミル（１５２μｍ）以下の壁厚で構成される。
本開示のこれら及び他の実施形態に従って、他の多くの特徴及び態様が提供される。実施形態のさらなる特徴及び態様は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付の図面からより完全に明らかになるであろう。
以下に説明される添付の図面は、例示の目的であって、必ずしも縮尺どおりには描かれていない。図面は、本開示の範囲を多少なりとも限定することを意図していない。同様の要素を示すために明細書及び図面全体を通して同様の数字が使用されている。
１つ以上の実施形態による押出装置の部分断面側面図 １つ以上の実施形態による、フィレット処理された三角形の断面形状をしたハニカム押出物が押し出されている、押出装置の斜視側面図 １つ以上の実施形態によるフィレット処理された三角形の形状のセルチャネルを備えたハニカム構造の等角投影図 １つ以上の実施形態によるフィレット処理された三角形の形状のセルチャネルを備えたハニカム構造の入口側端面図 １つ以上の実施形態による図３Ａのフィレット処理された三角形の形状のセルチャネルを備えたハニカム構造の複数のセルチャネルの拡大した部分的な入口側端面図 １つ以上の実施形態による図３Ｂのハニカム構造の２つの隣接するフィレット処理された三角形の形状のセルチャネルの拡大端面図 壁上にウォッシュコートが施された、従来の三角形の形状のセルチャネルの拡大端面図 １つ以上の実施形態による、フィレット処理された頂点を備えており、かつ壁上にウォッシュコートが施された三角形の形状のセルチャネルの拡大端面図 壁内にウォッシュコートが施された、従来の三角形の形状のセルチャネルの拡大端面図 １つ以上の実施形態による、フィレット処理された頂点を備えており、かつ壁内にウォッシュコートが施された三角形の形状のセルチャネルの拡大端面図 １つ以上の実施形態による、図２～図３Ｃのフィレット処理された三角形の形状のセルチャネルを備えたハニカム構造を備えた触媒コンバータの部分切欠図 １つ以上の実施形態による、排気の流れにおける、図６の触媒コンバータを備えた内燃エンジンの概略図 １つ以上の実施形態による、図２～図３Ｃのフィレット処理された三角形の形状のセルチャネルを備えたハニカム体を押し出しするように構成されたハニカム押出ダイの正面図 １つ以上の実施形態による図８Ａのハニカム押出ダイの部分断面側面図 １つ以上の実施形態によるハニカム構造の製造方法を説明するフローチャート
添付の図面に示されている本開示の例となる実施態様について詳細に参照する。実施形態を説明する際に、本開示の完全な理解を提供するために、多くの特定の詳細が示されている。しかしながら、本開示の実施形態が、これらの特定の詳細の一部又は全てがなくても実施することができることは、当業者には明らかであろう。他の例では、本開示の実施形態を不必要に不明瞭にしないように、よく知られている構造的又は機能的特徴及び／又はプロセスステップは詳細には説明されていない場合がある。本明細書に記載されるさまざまな実施形態の構造的及び機能的特徴は、特に明記されていない限り、互いに組み合わせることができる。
内燃エンジンからの排ガスの後処理には、高表面積の基体上に担持された触媒材料又は触媒を使用することができ、一部のエンジンの場合、粒子を除去するための触媒フィルタ又は非触媒フィルタを使用することができる。これらの用途でのフィルタ及び触媒基体は、耐火性、耐熱衝撃性、ある範囲の酸素分圧ｐＯ２条件下で安定、触媒システムと非反応性であってよく、排ガスの流れに対して低い耐性を提供することができる。本明細書に記載される「ハニカム体」を利用して、多孔質セラミックのフロースルーハニカム基体及びウォールフローハニカムフィルタを製造することができる。
ハニカム構造を含むハニカム体は、セラミック又はセラミック前駆体、若しくはその両方を含みうる無機材料、有機結合剤（例えば、メチルセルロース）、及び液体ビヒクル（例えば、水）、並びに任意選択的な細孔形成剤、レオロジー改質剤などを含む、バッチ材料混合物、例えば、セラミック形成バッチ組成物から形成することができる。焼成されると、セラミック形成バッチ組成物は、多孔質セラミック材料、例えば、排気の後処理の目的に適した多孔質セラミックへと変換又は焼結される。形成される（一又は複数の）セラミックは、コージエライト、チタン酸アルミニウム、ムライト、コージエライトとムライトとチタン酸アルミニウムの組合せ（例えば、コージエライト、ムライト、及びチタン酸アルミニウム（ＣＭＡＴ）など）、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素など、並びにそれらの組合せでありうる。他の適切なセラミック形成バッチ材料混合物を使用することもできる。
ハニカム構造は、セラミック形成バッチ組成物がハニカム押出物として押し出され、切断され、乾燥され、焼成されて、セラミックハニカム構造を形成する、押出プロセスによって形成することができる。押出プロセスは、油圧ラム押出プレス、二段脱気シングルオーガー押出機、二軸押出機などを使用して、排出端に取り付けられたダイアセンブリ内の押出ダイを用いて行うことができる。他の適切な押出装置又は他のデバイスを使用して、本明細書に記載されるハニカム構造を形成することもできる。
このようなハニカム構造の生産に用いられるハニカム押出ダイは、例えば、スキン形成マスクと組み合わせた壁形成ダイ本体を含む多部品アセンブリでありうる。例えば、米国特許第４，３４９，３２９号及び同第４，２９８，３２８号の各明細書には、スキン形成マスクを含むダイ構造が開示されている。ダイ本体には、好ましくは、ダイ面に形成された排出スロットのアレイにつながり、それと交差するバッチ繰出し孔が組み込まれ、それを通してセラミック形成バッチ組成物が押し出されて、複数のフィレット処理された頂点の三角形の形状をしたセルチャネルを形成する。押出プロセスは、中央のセル状ハニカムマトリクスを形成する、十字交差する壁の相互接続アレイを形成する。マスクを押出ダイのスキン形成領域と組み合わせて使用して、外周スキンを形成することができる。マスクは、ハニカム構造のスキンの周縁を画成する、カラーの形態などのリング状の周辺構造でありうる。ハニカム構造の周辺スキンは、マスクとダイ本体の中央のセル状ハニカム構造形成部分との間にセラミック形成バッチ組成物を押し出すことによって形成することができる。
ハニカム押出物と呼ばれる押し出された材料を切断して、エンジン製造業者のニーズを満たすような形状及びサイズのハニカム構造を形成するなど、ハニカム体を生成することができる。あるいは、ハニカム押出物は、ハニカム構造を形成するために一緒に接続又は結合することができるハニカムセグメントの形態であってもよい。これらのハニカムセグメント及び結果として生じるハニカム構造は、任意のサイズ又は形状でありうる。ハニカム押出物が押し出されると、ハニカム押出物の長さに沿って、外周面などの外側の押し出された表面が提供されうる。幾つかの実施形態では、ハニカム構造の端部は塞がれていないが、必要に応じて（例えば、セルチャネルの５０％未満が塞がれたハニカム微粒子フィルタ又は部分フィルタを製造するために）、特定の通路をあるパターンで塞ぐことができる。
壁厚が０．００６インチ（０．１５ｍｍ）以下のハニカム構造など、薄壁のハニカム構造の需要が大幅に増加している。同時に、例えば、約４００ｃｐｓｉを超える（約６２ｃｐｓｃｍを超える）など、より多くのセルを組み込んだハニカム構造もまた需要がある。現在の押出ダイは、全体的な成形欠陥のない薄壁ハニカム構造の押出に適合させることができるが、これらの薄壁ハニカム構造に特有のある特定の新しい問題が発生する可能性がある。特に厄介な問題の１つは、このような薄壁のハニカム構造が、焼成セラミックハニカム構造のＩＳＯ強度を低下させ、キャニング及び他の操作中に、又は最終的な使用時にさえ、亀裂を生じる可能性があることである。
１つの利点において、本明細書に開示されるフィレット処理された三角形の形状のセルチャネルを含むハニカム構造は、同等のマイクロ構造及びマクロ構造（ｃｐｓｉ及び壁厚）を有する従来のハニカム構造よりも高いＩＳＯ強度を有する。幾つかの実施形態では、該ハニカム構造は、従来のハニカム構造よりも高いＩＳＯ強度及び低いセル密度を提供することができるが、同様の発光処理特性も備えている。ハニカム構造の三角形の形状のセルチャネルは高いＩＳＯ強度を提供するが、従来のハニカム体では、三角形形状のチャネルにはウォッシュコートを効率的に塗布することができない。例えば、ウォッシュコートは三角形の鋭い頂点に溜まる可能性があり、その結果、そのウォッシュコートが無駄になる。
一態様では、本明細書に記載される三角形の形状のチャネルの頂点はフィレット処理され、これにより、交差する多孔質壁にかなり均一なウォッシュコートの塗布をもたらし、また、ハニカム構造のＩＳＯ強度も改善することができる。別の利点において、本明細書に開示されるフィレット処理された三角形の形状のセルチャネルを含むハニカム構造はまた、高い耐熱衝撃性及び改善されたＩＳＯ強度を維持しつつ、改善された耐チッピング性を有することができる。ハニカム構造は、触媒コンバータ及び／又は微粒子フィルタで使用するように構成されうる。例えば、本明細書に記載されるハニカム構造は、１つ以上の触媒、又は白金、パラジウム、ロジウム、それらの組合せなどの他の金属を含むウォッシュコートを堆積するための基体でありうる。これらの１つ以上の金属は、内燃エンジン（例えば、自動車エンジン又はディーゼルエンジン）の排気からの排気流など、排気流との反応を触媒する。ウォッシュコートによる硫黄の吸収を遮断するために、ニッケル及びマンガンなどの他の金属を添加することができる。この反応は、例えば、一酸化炭素と酸素を二酸化炭素へと酸化することができる。さらには、最新の三元触媒を使用して、窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素及び酸素へと還元することもできる。加えて、未燃炭化水素を二酸化炭素及び水へと酸化することができる。
本開示によるフィレット処理された頂点の三角形の形状のセルチャネル及び製造方法を含むハニカム構造のこれら及び他の実施形態が、本明細書の図１Ａ～図９を参照して以下にさらに説明される。
図１Ａは、連続二軸押出装置などの押出装置２０の一実施形態の部分断面側面図を示している。押出装置２０は、その中に形成され、互いに連通している第１のチャンバ部分２４及び第２のチャンバ部分２６を含むバレル２２を備えている。バレル２２は、モノリシックとすることができ、あるいは、長手方向（例えば、軸方向）に連続して接続された複数のバレルセグメントから形成することができる。第１のチャンバ部分２４及び第２のチャンバ部分２６は、バレル２２を通って、上流側２８と下流側３０との間で長手方向に延びる。バレル２２の上流側２８には、バッチ材料３３を押出装置２０に供給するために、ホッパー又は他の材料供給構造を含みうる供給ポート３２が提供されうる。パグ、より小さい小球、形成された粒子、又は他の任意の適切な形態のバッチ材料３３を供給することによって、バッチ材料３３を連続的又は半連続的に供給ポート３２に供給することができる。
バッチ材料３３をハニカム押出物３７などの所望の形状へと押し出すために、ハニカム押出ダイ３４がバレル２２の下流側３０の排出ポート３６に設けられている。ハニカム押出ダイ３４は、バレル２２の端部などで、バレル２２の排出ポート３６に関して結合することができる。ハニカム押出ダイ３４は、バッチ材料３３がハニカム押出ダイ３４に到達するときに、安定したプラグタイプの流れ前面の形成を容易にするために、概して開いた空洞、スクリーン及び／又はホモジナイザー（図示せず）などの他の構造を先行させることができる。
図１Ａに示されるように、一対の押出機スクリュがバレル２２に取り付けられている。第１のスクリュ３８は、第１のチャンバ部分２４内に少なくとも部分的に回転可能に取り付けられ、第２のスクリュ４０は、第２のチャンバ部分２６内に少なくとも部分的に回転可能に取り付けられる。第１のスクリュ３８及び第２のスクリュ４０は、示されるように、互いに略平行に配置されうるが、それらはまた、互いに対してさまざまな角度で配置することもできる。第１のスクリュ３８及び第２のスクリュ４０はまた、同じ方向又は異なる方向に回転するためにバレル２２の外側に配置された駆動モータなどの駆動機構に結合することができる。第１のスクリュ３８及び第２のスクリュ４０の両方を、伝達又はギア機構を介して単一の駆動機構（図示せず）又は示されるように個々の駆動機構４２Ａ、４２Ｂに結合することができることが理解されるべきである。第１のスクリュ３８及び第２のスクリュ４０は、軸方向とも呼ばれる押出方向３５への圧送及び混合作用により、バッチ材料３３を、バレル２２を通して移動させる。
図１Ｂは、押出装置２０の端部と、そこから押し出されているハニカム押出物３７とを示している。バッチ材料３３がハニカム押出物３７として押出装置２０を出る押出機前端１０２を備えた押出装置２０が示されている。押出機前端１０２の近くに配置された押出機カートリッジ１０４は、ハニカム押出ダイ３４（図１Ｂには示されていない）及びスキン形成マスク１０５などの押出ハードウェアを含みうる。ハニカム押出物３７は、第１の端面１１４及び、押出機前端１０２と第１の端面１１４との間に延びる長さ１１５とを含む。ハニカム押出物３７は、フィレット処理された頂点の三角形の形状のセルチャネルと外周スキン１１０とを有する複数のチャネル１０８を含みうる。複数の交差する壁１２０は、互いに交差し、軸方向３５に延びるチャネル１０８を形成することができる。例えば、軸方向３５に延びるように示される単一のチャネル１０８’を形成する交差する壁１２０が、例示のために破線で示されている。軸方向３５に垂直な最大断面寸法が、寸法１１６で示されている。例えば、示されているハニカム押出物３７の第１の端面１１４の断面が円形の場合、最大寸法１１６は、円形の第１の端面１１４の直径でありうる。ハニカム押出物３７の第１の端面１１４の断面が長方形の場合、最大寸法１１６は、長方形の第１の端面１１４の対角線でありうる。第１の端面１１４の断面形状は、楕円形、レーストラック状、正方形、長方形（非正方形）、三角形又は三葉状、非対称、対称、若しくは他の所望の形状、及びそれらの組合せでありうる。
押出装置２０を軸方向３５に出ると、ハニカム押出物３７は、硬化してよく、また、軸方向に延在し、同じく軸方向に延在するチャネル１０８及び外周スキン１１０を形成する交差壁１２０のハニカム構造又はハニカムマトリクス１２６を含みうる。外周スキン１１０は、同じバッチ材料３３からハニカムマトリクス１２６と共に押し出されるスキン層であってよく、一体的に形成された共押し出しスキンでありうる。ハニカム押出物３７は、ハニカム構造を含む未焼成のハニカム体へと切断又は他の方法で形成することができる。本明細書で用いられる場合、未焼成のハニカム構造とは、焼成前の押し出された、又は押し出されて乾燥された構造を指す。
押し出しは、図１Ｂには水平方向として示されているが、本開示はそのように限定されず、押し出しは、水平、垂直、又はそれに対して幾らかの傾斜がついていてもよい。
図２をさらに参照すると、押出機前端１０２（図１Ｂ）を出ると、バッチ材料３３（図１Ａ）はハニカム押出物３７（図１Ｂ）へと成形され、これをある長さへと切断、乾燥、及び焼成することができ、それによって、第１の端面２１４と第２の端面２１８との間に延びる長さ２１７のハニカム体２００が形成されうる。切断は、ワイヤ切断、鋸切断、研磨ホイールなどの切断と研削の組合せ、帯鋸又は往復式鋸による切断、若しくは他の切断方法によって達成することができる。
多孔質壁２２０は、焼成後、幾つかの実施形態では、８μｍ≦ＭＰＤ≦３０μｍのメジアン細孔径（ＭＰＤ）で構成されうる。他の実施形態では、ＭＰＤ≧８μｍである。開放され、相互接続された多孔率の細孔径分布の幅Ｄｂは、Ｄｂ≦１．５、又はさらにはＤｂ≦１．０であってよく、ここで、Ｄｂ＝（（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０）であり、式中、Ｄ９０は、交差する多孔質壁２２０の細孔径分布における球相当径であり、ここで、細孔の９０％がそれに等しいかそれより小さい直径を有し、かつ１０％がそれより大きい直径を有し、Ｄ１０は、細孔径分布における球相当径であり、ここで、細孔の１０％がそれに等しいかそれより小さい直径を有し、かつ９０％がそれより大きい直径を有する。メジアン細孔径（ＭＰＤ）及び細孔径分布の幅Ｄｂは、例えば、水銀ポロシメトリで測定することができる。
ハニカム体２００は、隣接するチャネル２０８を形成する多孔質壁２２０のハニカムマトリクス２２６を備えている。図２に示されるように、チャネル２０８は、示されるＹ－Ｚ面内に三角形の横方向断面を有する。チャネル２０８は、複数の第１の壁２２０Ａ、第２の壁２２０Ｂ、及び第３の壁２２０Ｃの交差によって形成されうる。図２に示されるような第３の壁２２０Ｃは、水平面に対して平行である。第２の壁２２０Ｂは、第１の壁２２０Ａとある角度（例えば、約６０°）で交差してよい。第３の壁２２０Ｃは、第１の壁２２０Ａ及び第２の壁２２０Ｂの両方とある角度で交差して、チャネル２０８の横方向三角形の形状を完成させることができる。チャネル２０８の三角形形状が正三角形の実施形態では、第１の壁２２０Ａ、第２の壁２２０Ｂ、及び第３の壁２２０Ｃは、約６０°の角度で互いに交差する。多孔質壁２２０、したがってチャネル２０８は、第１の端面２１４と第２の端面２１８との間で軸方向３５に延在し、この軸方向は、第１の端面２１４に対して垂直に延在することができる。軸方向３５に垂直な最大断面寸法が、直径２１６で示されている。
第１の端面２１４は入口面とすることができ、第２の端面２１８は、長さ２１７によって分離された出口面とすることができる。ハニカム体２００の周縁スキン２１０は、第１の端面２１４と第２の端面２１８との間に軸方向に延在してよく、周縁を完全に取り囲むことができる。本明細書に記載される幾つかの実施形態では、ハニカム体２００は、より長い丸太状の未焼成のハニカム構造から切り出すことができ、これをさらに焼成することができる。他の実施形態では、未焼成のハニカム構造は、焼成後に長さ２１７を生じる、実質的に焼成の準備ができている適切なサイズの未焼成のハニカム構造でありうる。
ハニカム体２００のチャネル２０８を形成する多孔質壁２２０は、幾つかの実施形態では、コーティングされうる。例えば、ハニカム体２００が触媒コンバータで、あるいは場合によってはウォールフローフィルタ又は部分フィルタとして用いられる場合、多孔質壁２２０は、排気の後処理用のウォッシュコートなどの触媒含有コーティングでコーティングすることができる。このような用途では、多孔質壁２２０の開放され、相互接続された多孔率（％Ｐ）は、非フィルタの実施形態では１０％～３０％、又はさらには１５％～２５％、あるいはフィルタの実施形態では４０％以上でありうる。ハニカム体２００がプラグを含み、かつ微粒子フィルタとして用いられる他の実施形態では、多孔質壁２２０は、排ガスが多孔質壁２２０を通過することを可能にするために、適切な多孔率（例えば、３０％～７０％の多孔率）である。例えば、幾つかの実施形態では、多孔質壁２２０の開放され、相互接続された多孔率（％Ｐ）は、焼成後、％Ｐ≧４０％、％Ｐ≧４５％、％Ｐ≧５０％、％Ｐ≧６０％、又はさらには％Ｐ≧６５％でありうる。幾つかの実施形態では、交差する多孔質壁２２０の開放され、相互接続された多孔率は、４０％≦％Ｐ≦７０％、又はさらには４０％≦％Ｐ≦６０％、又はさらには４５％≦％Ｐ≦５５％でありうる。他の値の％Ｐも使用することができる。本明細書に記載される多孔率（％Ｐ）は、水銀多孔率測定法によって測定される。
ハニカム体２００の多孔質壁２２０は、適切な多孔質材料（例えば、多孔質セラミック）の薄い壁の交差するマトリクスから作ることができる。（一又は複数の）触媒材料を、無機粒子のウォッシュコート及び液体ビヒクルに懸濁することができ、コーティングなどによってハニカム体２００の多孔質壁２２０に施すことができる。他の実施形態では、ウォッシュコートは、ハニカム体２００の多孔質壁２２０の細孔内に施すことができる。その後、コーティングされたハニカム体２００は、クッション材料で包まれ、図６に示されるように、キャニングプロセスを介して缶（又は筐体）内に収容されうる。
このキャニングプロセスの一部として、ハニカム体２００は、かなりの静水圧圧縮応力を被りうる。全壁の壁厚が０．００６インチ（０．１５ｍｍ）以下のハニカム構造、とりわけ全壁の壁厚が０．００３インチ（０．０８ｍｍ）以下の超薄肉ハニカム体では、これらのＩＳＯ応力が、場合によっては、その多孔質壁２２０の破壊を引き起こす可能性がある。本発明者らは、破壊の主な機構は壁２２０の屈曲及び／又は著しい変形であると判断した。したがって、より高いＩＳＯ強度を可能にし、したがってより少ない屈曲を可能にする薄壁ハニカム設計は、キャニング中、並びに取り扱い及び使用中の壁の破壊が少ないという点で、ある特定の利点を提供することができる。
三角形の形状のチャネル２０８を含むハニカム体２００は、高いアイソスタティック強度を提供するが、三角形の形状のチャネルを含む従来のハニカム構造は欠陥を有している。三角形の形状のチャネルには、鋭角の頂点が少なくとも２つあり、正三角形の形状のセルチャネルには、それぞれが６０°の３つの鋭角の頂点がある。これらの頂点は、多孔質の壁の上又は中に施されるであろうウォッシュコートを保持するポケットとして作用する。したがって、従来の三角形の形状のチャネルは、過剰なウォッシュコートを使用し、水力直径及び開口率（ＯＦＡ）が小さくなる可能性があり、これは、触媒コンバータとフィルタの動作に悪影響を及ぼす。壁上ウォッシュコートを有する従来の三角形の形状のチャネルでは、水力直径が小さくなり、ウォッシュコートの塗布が不均一になる。例えば、三角形の形状のチャネルの頂点は、三角形のチャネルの他の部分のウォッシュコートの厚さと比較して厚いウォッシュコートを有する。したがって、三角形の形状のチャネルを有する従来のハニカム構造では、過剰なウォッシュコートが使用される。
１つ以上の実施形態では、ハニカム体２００は、三角形の形状のチャネル２０８を備えており、該三角形の形状のチャネル２０８の頂点は、丸みを帯びたフィレットを備えており、過剰なウォッシュコートが頂点に蓄積するのを防ぐ。したがって、ウォッシュコートは従来のハニカム構造よりも均一に塗布される。加えて、ウォッシュコートの触媒は、従来のハニカム構造の触媒よりも排ガスにアクセスし易い。
次に、図３Ａ及び３Ｂを参照する。図３Ａは、ハニカム体２００の第１の端面２１４の端面図を示している。図３Ｂは、ハニカム体２００の第１の端面２１４の部分的な拡大図を示している。図３Ａ及び３Ｂのハニカム体２００の図示される実施形態は、三角形の形状のチャネル２０８を形成する、複数の交差する多孔質壁２２０を含む。三角形の形状のチャネル２０８は、ハニカム体２００の周囲のスキン２１０まで延在し、スキン２１０と交差することができる。スキン２１０に近接するチャネル２０８は、スキン２１０を含む壁を含むことができ、また、三角形でなくてもよく、本明細書に記載されるフィレット処理された頂点を含んでいてもいなくてもよい。この実施形態の多孔質壁２２０は、互いに（例えば、６０°の角度で）交差し、正三角形の形状の横方向断面を有する複数のセルチャネル２０８を形成する。チャネル２０８の正三角形の形状は、チャネル２０８のすべての頂点に最大角度を有する。他の実施形態では、二等辺三角形などの他の三角形の形状を用いることができる。チャネル２０８は、長手方向に（例えば、互いに略平行に）、ハニカム体２００の第１の端面２１４と第２の端面２１８（図２）との間に延びる軸流軸（axial flow axis）に沿って延びる。
図３Ｂ及び３Ｃをさらに参照すると、スキン２１０に隣接し、横方向断面が三角形ではないチャネルを除き、他のセルチャネル２０８と同様のチャネル３２０及びチャネル３２２が示されている。例えば、スキン２１０の曲面に当接するチャネル２０８は、横方向断面が三角形ではなくてもよく、あるいはスキン２１０に当接しないチャネル２０８とは異なる三角形の形状を有していてよい。チャネル３２０及びチャネル３２２はそれぞれ、３つの側面３２６及びフィレット処理されてよい３つの頂点３２８を有する。フィレット処理された頂点は、チャネル２０８、及び３２０、３２２の隅部半径を画成する。隅部半径は、一定の半径値を有する連続半径でありうる。
チャネル３２０及びチャネル３２２は、それらの隣接する側面３２６間に共通の多孔質壁２２０Ｂを共有する。隣接する側面３２６間の多孔質壁２２０Ｂは、２ミル～１２ミル（５１μｍ～３００μｍ）でありうる横方向の壁厚Ｔｋを有する。幾つかの実施形態では、横方向の壁厚Ｔｋは、６ミル（１５０μｍ）未満、又は４ミル（１０１μｍ）未満でありうる。幾つかの実施形態では、隣接するチャネル２０８の隣接する側面３２６間のすべての多孔質壁２２０は、同じ横方向の壁厚Ｔｋを有しているが、そうである必要はない。多孔質壁２２０の横方向の壁厚Ｔｋは、多孔質壁２２０の軸長（Ｘ及びＺに垂直なＹ）に沿って一定でありうる。
上述のように、チャネル２０８の頂点３２８は、フィレット３３２を含むことができ、これにより、頂点３２８が丸みを帯びるようになる。例えば、チャネル２０８のすべての頂点を代表しうる、チャネル３２０のフィレット処理された頂点３２８は、０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）以上の連続半径でありうる半径Ｒを有する。図３Ｃに示されるチャネル３２０は、該チャネル３２０の横方向三角形形状の頂点３２８が位置しているフィレット３３２を示している。フィレット３３２が位置している領域は、塗布されたウォッシュコートのパドリングを防止する。これにより、これらの隅部領域に位置したウォッシュコート内の触媒の一部が、ハニカム構造を通って流れる排気流と反応することが可能になり、よって、触媒が効率的に使用される。
図４Ａは、従来の三角形の形状のチャネル４０４の壁４０５に塗布された壁上ウォッシュコート４１０を示している。図４Ｂは、三角形の形状のチャネル３２０の多孔質壁２２０に塗布された壁上ウォッシュコート４１０を示している。従来のチャネル４０４の壁４０５は、丸みを帯びていない、及び／又はフィレット処理されていない頂点４１４で交差する側面４１２を備えている。側面４１２へのウォッシュコート４１０の塗布は、従来のチャネル４０４内にフローチャネル４０６をもたらし、これは、従来のチャネル４０４の頂点４１４に近接してウォッシュコートの頂点４１８を含む。ウォッシュコート４１０の頂点４１８は、ウォッシュコート４１０の塗布の性質によって丸みを帯びる。図４Ａに示されるように、従来のチャネル４０４の頂点４１４とフローチャネル４０６の頂点４１８との間には、かなりの量のウォッシュコート４１０が存在する。図４Ａにも示されているように、従来のチャネル４０４の頂点４１４とフローチャネル４０６の頂点４１８との間のウォッシュコート４１０の体積の理由から、ウォッシュコート４１０は均一に塗布されていない。この不均一なウォッシュコート４１０は、頂点４１８と頂点４１４との間にかなりの量のウォッシュコート４１０を使用し、そのウォッシュコート４１０は、フローチャネル４０６を通って流れる排気流に曝露されないであろう。例えば、頂点４１８と頂点４１４との間のウォッシュコート４１０は、頂点４１４に近接するウォッシュコート４１０全体が排気流と反応するには厚すぎる可能性がある。
図４Ｂに示されるチャネル３２０はフィレット３３２を備えており、したがって頂点３２８は丸みを帯びている。チャネル３２０の多孔質壁２２０の側面３２６に塗布された壁上ウォッシュコート４１０は、フィレット処理された頂点３２８を追従し、チャネル３２０のすべての表面（例えば、側面３２６及び頂点３２８）に均一に塗布することができる。均一なウォッシュコート４１０は、チャネル３２０の頂点３２８においても、均一な厚さをもたらす。したがって、チャネル３２０の頂点３２８とウォッシュコート４１０の頂点４３３との間のウォッシュコート４１０の厚さは、ウォッシュコート４１０の他の領域の厚さと同じである。よって、チャネル３２０は、均一なウォッシュコート４１０を含み、従来のチャネル４０４のようにウォッシュコート４１０が効率的に使用されないポケットは有していない。
図５Ａは、壁４０５内に塗布された壁内ウォッシュコート（点線の領域で示されている）を含む従来のチャネル４０４を示している。上述のように、従来のチャネル４０４は、フィレット処理されていない頂点４１４を有する。ウォッシュコートの塗布中に、ウォッシュコートのポケット５４８は、頂点４１４の近くに蓄積する。ポケット５４８に蓄積されたウォッシュコートは、壁４０５内にはない、過剰なウォッシュコートであり、これは、従来のチャネル４０４を含むハニカム構造のコストを増加させる。さらには、ポケット５４８の後ろの壁４０５内のウォッシュコートは、排気流にさらされておらず、したがって、非効率的かつ高価に塗布されており、無駄なものである。
もう一方では、図５Ｂは、多孔質壁２２０に施された壁内ウォッシュコート５１１（点線で示されている）を含むチャネル３２０を示している。図５Ｂに示されるように、フィレット３３２は、壁内ウォッシュコート５１１がチャネル３２０の頂点３２８に蓄積するのを防ぐ。したがって、チャネル３２０に施される過剰な壁内ウォッシュコート５１１は存在せず、ウォッシュコートが無駄になることはない。
再び図３Ａを参照すると、ハニカム体２００は、６００セル／平方インチ（ｃｐｓｉ）（９３セル／平方センチメートル（ｃｐｓｃｍ））以上のチャネル密度又はセル密度を有することができる。しかしながら、他の実施形態では、セル密度は、１５０ｃｐｓｉ～６００ｃｐｓｉ（２３．３ｃｐｓｃｍ～９３ｃｐｓｃｍ）でありうる。幾つかの実施形態では、セル密度は、２００ｃｐｓｉ～４００ｃｐｓｉ（３１ｃｐｓｃｍ～６２ｃｐｓｃｍ）でありうる。幾つかの実施形態では、セル密度は、およそ３００ｃｐｓｉ（４６．５ｃｐｓｃｍ）である。
本明細書に記載される実施形態では、本明細書に記載されるハニカム体２００の多孔質壁２２０は、開放され、相互接続された多孔率を含むことができ、多孔質壁は、多孔質セラミック材料、又はエンジン排気の後処理用途に用いられるときに経験するような使用中の高温に耐えることができる他の適切な多孔質材料でできていてもよい。例えば、多孔質壁は、コージエライト、チタン酸アルミニウム、ムライト、コージエライトとムライトとチタン酸アルミニウム（ＣＭＡＴ）の組合せ、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、オキシ窒化ケイ素アルミニウム（Ａｌ６Ｏ２Ｎ６Ｓｉ）、ゼオライト、頑火輝石、フォルステライト、コランダム、スピネル、サフィリン、ペリクレース、前述の組合せなどのセラミック材料で作ることができる。溶融シリカ又は多孔質金属などの他の適切な多孔質材料を使用することができる。細孔形成剤をバッチ材料に添加して、特定の多孔率を有する多孔質壁２２０を形成することができる。
セラミックの場合には、多孔質壁２２０は、押出プロセス中に非多孔質壁として最初に形成することができ、無機及び有機バッチ成分の適切な可塑化バッチ材料３３（図１Ａ）と液体ビヒクル（例えば、脱イオン水）、場合によっては押出助剤が、ハニカム押出ダイ３４を通して押し出される。次に、生成された未焼成のハニカム押出物３７を乾燥及び焼成して、本明細書に記載される多孔質壁２２０を含む、記載されるハニカム体２００を製造することができる。
ハニカム体２００は、異なる横方向チャネル形状及びより高いセル密度を有するハニカム構造と同様の特性を提供することができる。より低いセル密度は、ハニカム押出ダイ３４（図１Ａ）のコストを下げることによって、ハニカム体２００のコストを下げることができる。触媒効率は、三角形の横方向断面を有するチャネル２０８によって提供される、大きい幾何学的表面積を有するチャネルのマトリクスで最も高くなる。ハニカム体２００の開口率（ＯＦＡ）及び水力直径は、ハニカム体２００を通るガス流の制限に比例する。幾つかの実施形態では、ＯＦＡは８３％以上である。幾つかの実施形態では、チャネル２０８の水力直径は１．０ｍｍ以上である。
表１を参照すると、この表は、同じ水力直径を有するさまざまな横方向チャネル形状（正方形、六角形（Ｈｅｘ）、及び三角形）の関数としてのハニカム構造の属性を示している。ハニカム体２００を、４００／４の正方形のチャネルを有するハニカム構造と比較する。
Figure 0007340544000001
表１に示されるように、六角形の形状をしたチャネルを有するハニカム構造は、同じ水力直径を達成するために４６０ｃｐｓｉ（７．１５ｃｐｓｃｍ）のセルチャネル密度を有する。三角形の形状のチャネル２０８を有するハニカム体２００は、３０６ｃｐｓｉ（４７．４ｃｐｓｃｍ）のセル密度を有する。３つのチャネル幾何学形状はすべて、同等の水力直径（Ｈｙｄ Ｄｉａ）、開口率（ＯＦＡ）、及び幾何学的表面積（ＧＳＡ）を有する。しかしながら、ファニング摩擦係数は、ハニカム体２００では、著しく小さい。具体的には、ファニング摩擦係数は、ハニカム体２００では１３．０、正方形のチャネルを有するハニカム構造では１４．２、六角形（Ｈｅｘ）のチャネルを有するハニカム構造では１５．０である。したがって、表１の属性を有するハニカム体２００を通る気流抵抗は、他の形状よりも著しく小さい。より低いセルチャネル密度を有することにより、ハニカム体２００を押し出すために用いられるハニカム押出ダイ３４は、製造コストがより安価になりうる。例えば、壁２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃは、直線的な切断で作ることができ、正方形及び六角形の形状よりも必要とする壁の数が少なくなりうる。
ハニカム体２００が、％Ｐ≧４０％、ＭＰＤ＞８μｍ、１５０ｃｐｓｉ～６００ｃｐｓｉ（２３．３ｃｐｓｃｍ～９３ｃｐｓｃｍ）のセルチャネル密度、及び２ミル～１２ミル（５１μｍ～３００μｍ）の壁厚を有することにより、他の構造に対するハニカム体２００の前述の利点を認識することができる。幾つかの実施形態では、４０％≦％Ｐ≦７０％である。幾つかの実施形態では、８μｍ＜ＭＰＤ＜３０μｍである。幾つかの実施形態では、セルチャネルは１．００ｍｍ以上の水力直径を有しうる。幾つかの実施形態では、ハニカム体２００は、８３％以上のＯＦＡを有しうる。
図２及び３Ａのハニカム体２００は、その外周面を画成するハニカム体２００の外側半径方向外縁にスキン２１０を含みうる。スキン２１０は、押し出し製造中に押し出すことができ、あるいは、幾つかの実施形態では、後で施されたスキンであってもよい。すなわち、セラミック系のスキンセメントとして、焼成されたセラミックハニカムの外周（例えば、機械加工された外周）に施すことができる。スキン２１０は、例えば、押し出されたときにハニカム体２００の半径方向外縁の周りで実質的に均一でありうる、スキン厚さＴｓを含みうる。スキン厚さＴｓは、例えば、約０．１ｍｍ～１００ｍｍ、又はさらには０．１ｍｍ～１０ｍｍ、又はさらには０．００５ｍｍ～０．１ｍｍでありうる。幾つかの実施形態では、スキン厚さＴｓは、多孔質壁２２０の壁厚Ｔｋ（図３Ｃ）の３倍から４倍でありうる。他のスキン厚さＴｓを用いることもできる。
ハニカム体などの物品にスキンを施すための装置及び方法は、例えば、米国特許第９，１３２，５７８号明細書に記載されている。他の適切なスキンを施す方法も用いることができる。本明細書に記載されるすべての実施形態では、多孔質壁２２０は、交差し、かつ、壁２２０Ａ、２２０Ｂ、及び２２０Ｃによって示されるように、スキン２１０のセクション間でハニカム体２００を異なる方向に横切って連続的に延びることができる。明らかなように、多孔質壁２２０の幾つかの構成は、ワイヤＥＤＭ、研磨スロットホイール、又は他の比較的低コストの製造方法を使用することができることから、押出ダイのコストを削減するという点で明確な利点を有しうる。これらの実施形態では、ハニカム押出ダイ３４（図１Ａ）のそれぞれのスロットは、図８Ａに示されるように、直線でハニカム押出ダイ３４の出口面を完全に横切って延びる。
幾つかの実施形態では、ハニカムアセンブリは、ハニカム構造の複数のものを一緒に接着することによって製造することができる（例えば、正方形、長方形、六角形、及び／又はパイ形状の外周形状を有する）。ハニカム構造のそれぞれは、本明細書に記載されるようにチャネル２０８を含みうる。任意の適切なセメント混合物を使用して、複数のハニカム構造を一緒に接着してハニカムアセンブリを形成することができる。例として、国際公開第２００９／０１７６４２号に記載されるようなセメント混合物を、例えば使用することができる。他の適切なセメント混合物を用いることもできる。正方形、長方形、円形、三角形又は三葉状、楕円形、オーバル、レーストラック型、他の多角形形状など、ハニカムアセンブリの任意の適切な外周形状を使用することができる。幾つかの実施形態では、（例えば、スキン２１０のような）適切なスキンをハニカムアセンブリの外周に施すことができる。
次に、図６を参照すると、図２のハニカム体２００を含む触媒コンバータ６００が示されている。図示される実施形態では、ハニカム体２００は、金属の筐体又は他の剛性の閉じ込め構造などの缶６０５の内部に収容される。缶６０５は、その中にエンジン排気流６１１を受け入れるように構成された入口６０７を備えた第１のエンドキャップと、ガス流を排気するように構成された出口６０９を備えた第２のエンドキャップとを備えることができ、ここで、ハニカム体２００のチャネル２０８を通過し、多孔質壁２２０上及び／又は多孔質壁２２０内に提供される触媒と相互作用することによって、エンジン排気流６１１における望ましくない種（例えば、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ、又はＳＯｘ）のパーセンテージが減少する。ハニカム体２００のスキン２１０は、ハニカム体２００を衝撃及び応力から緩衝するために、それに接触する、高温絶縁材料などの部材６１５を有しうる。部材６１５の任意の適切な構造、例えば、ワンピース構造、又は２層以上の層構造を使用することができる。ハニカム体２００及び部材６１５は、中央本体内への漏斗などの任意の適切な手段によって缶６０５内に収容することができ、次に、第１及び第２のエンドキャップのうちの１つ以上を中央本体に固定（例えば、溶接）して、入口６０７及び出口６０９を形成することができる。缶６０５の他のツーピース構造又はクラムシェル構造も任意選択的に使用することができる。
図７は、エンジン７１７（例えば、ガソリンエンジン又はディーゼル内燃エンジン）に結合した排気システム７００を示している。排気システム７００は、エンジン７１７の排気ポートに結合するように構成されたマニホルド７１９、並びに、マニホルド７１９と、その中にハニカム体２００（点線で示される）を含む触媒コンバータ６００との間を結合するように構成された第１の採集管７２１を備えることができる。結合は、任意の適切なクランプブラケット、又は溶接などの他の取り付け機構によって行うことができる。さらには、幾つかの実施形態では、第１の採集管７２１は、マニホルド７１９と一体であってもよい。幾つかの実施形態では、触媒コンバータ６００は、介在部材なしに、マニホルド７１９に直接結合することができる。排気システム７００は、触媒コンバータ６００と第２の排気構成要素７２７とに結合した第２の採集管７２３をさらに備えることができる。第２の排気構成要素７２７は、例えば、マフラー、同じタイプ又は異なるタイプの触媒コンバータの別のもの、若しくは微粒子フィルタでありうる。テールパイプ７２９（切り詰められて示されている）又は他の流れ導管を、第２の排気構成要素７２７に結合することができる。他の触媒コンバータ、微粒子フィルタ、部分フィルタ、酸素センサ、尿素注入用のポートなどの他の排気システム構成要素を備えることができる（図示せず）。幾つかの実施形態では、エンジン７１７は、該エンジン７１７の各バンク（シリンダのサイドセット）に１つの触媒コンバータ６００を備えることができ、その場合、第２の採集管７２３はＹ管であってよく、あるいは、任意選択的に、第１の採集管７２１は、各バンクからの排気流を収集し、その流れを触媒コンバータ６００へと向けるＹ管でありうる。
本明細書に記載される実施形態によるハニカム体２００を備えた触媒コンバータ６００を利用することにより、低い背圧が保持されるように同等の油圧面積を提供しつつ、優れたアイソスタティック強度及びより低いｃｐｓｉと組み合わせて高速着火（ＦＬＯ）特性をもたらすことができる。
さらには、より効果的な壁表面積を提供することができ、したがって、有利には、触媒をより少ない量で壁に施すことができ、従来の触媒コンバータと比較して同等又はより効果的な酸化及び／又は還元反応をもたらす。さらには、触媒がコーティングされたときに排気システム７００内のハニカム体２００によってもたらされる比較的低い背圧は、施されるウォッシュコーティングの量が少ないことによって提供することができる。これは、自由な排気流を可能にし、したがって、エンジン７１７の実質的に最小限の出力低下を可能にしうる。隅部のパドリングが最小限に抑えられるため、全体的な触媒コストも削減される。
次に、図８Ａ～８Ｂを参照すると、ハニカム体２００、又は任意選択的に、本明細書に記載される実施形態のいずれか１つを含むハニカム構造を製造するように構成されたハニカム押出ダイ３４（図１Ａ）が提供されている。ハニカム体は、例えば、米国特許第３，８８５，９７７号、同第５，３３２，７０３号、同第６，３９１，８１３号、同第７，０１７，２７８号、同第８，９７４，７２４号の各明細書、並びに国際公開第２０１４／０４６９１２号及び同第２００８／０６６７６５号に記載される、可塑化されたバッチをハニカム押出ダイ３４を通して押し出して、ウェットハニカム体を生成することによって形成することができる。次に、ウェットハニカム体を、例えば、米国特許第９，０３８，２８４号、同第９，３３５，０９３号、同第７，５９６，８８５号、及び同第６，２５９，０７８号の各明細書に記載されるように乾燥させて、未焼成のハニカム体を生成することができる。次に、未焼成のハニカム体を、米国特許第９，４５２，５７８号、同第９，４４６，５６０号、同第９，００５，５１７号、同第８，９７４，７２４号、同第６，５４１，４０７号、又は同第６，２２１，３０８号の各明細書に記載されるように焼成させて、ハニカム体２００又は三角形の形状のチャネル２０８を含む本明細書に記載される他のハニカム構造を形成することができる。他の適切な成形、乾燥、及び／又は焼成方法を使用することもできる。
ハニカム押出ダイ３４は、金属ディスクなどのダイ本体８３９、押出機から可塑化されたバッチ組成物を受け入れるように構成されたダイ入口面８４２、及び該ダイ入口面８４２の反対側にあり、未焼成のハニカム押出物の形態で可塑化バッチを排出するように構成されたダイ出口面８４４を備えることができる。ハニカム押出ダイ３４は、バッチ組成物を受け取り、ハニカム押出ダイ３４を通して圧力でバッチ組成物を押し込む押出機（二軸押出装置２０（図１Ａ）又は他の押出機タイプなど）に結合することができる。
ハニカム押出ダイ３４は、ダイ入口面８４２からダイ本体８３９内へと延びる複数の繰出し孔８４５（幾つかラベルが付されている）を備えることができる。複数の繰出し孔８４５は、ダイ出口面８４４からダイ本体８３９内へと延びるスロット８４８（幾つかラベルが付されている）のアレイと交差する。複数のスロット８４８は、該スロット８４８を横切って横方向に測定したスロット厚さＳｋを有しうる。スロット厚さＳｋは、焼成されたハニカム体が約２ミル～１２ミル（５１～３００μｍ）の多孔質壁２２０（図３Ｂ）の横方向の壁厚Ｔｋ（図３Ｃ）を有するように、用いられるバッチ組成物の総収縮（例えば、押出から焼成までの収縮）に基づいて選択することができる。例えば、１２％の公称押し出しから焼成までの収縮では、スロットの厚さＳｋは、多孔質壁２２０の横方向の壁厚Ｔｋ（図３Ｃ）よりも１２％未満だけ大きくなるように選択することができる。
複数の繰出し孔８４５は、スロット８４８に接続し、かつスロット８４８にバッチ組成物を供給するように構成することができる。スロット８４８のアレイは、図８Ａに示されるように、互いにかつそれら自体で交差する。スロット８４８のアレイは、ダイ出口面８４４を横切ってダイピン構造に配置されたダイピン８５５（幾つかにラベルが付されている）のアレイを形成する。
図示される実施形態では、スロット８４８は、例えば、研磨ホイールスロット又はワイヤ放電加工（ＥＤＭ）プロセスによって形成されうる。他の適切なダイ製造方法を使用することもできる。頂点に形成されるフィレットは、プランジＥＤＭ、又は微細加工などの他の適切な方法によって形成することができる。ダイピン８５５のアレイのそれぞれは、横方向断面形状が三角形でありうる。ハニカム押出ダイ３４は、スキン形成繰出し孔８４５Ｓから及びダイ出口面８４４の外側の凹んだスキン形成領域からのバッチと界面接触して、押し出し法の間に形成された未焼成のハニカム押出物上に押し出しスキンを形成する、スキン形成マスク８４９（例えば、リング状の物品）を含むスキン形成部分８００Ｓを含みうる。
別の態様では、ハニカム構造（例えば、ハニカム体２００）の製造方法が提供される。この方法が記載されている図９の方法９００のフローチャートを参照する。方法９００は、９０２において、押出ダイ（例えば、ハニカム押出ダイ３４）を提供することを含む。方法９００は、９０４において、バッチ材料（例えば、バッチ材料３３）を提供することを含む。９０６において、方法９００は、バッチ材料を押出ダイを通して押し出して、三角形の断面形状（図３Ａ～３Ｃ参照）及び該三角形の断面形状内にフィレット処理された頂点（例えば、頂点３２８）を有するセルチャネル（例えば、チャネル２０８）を形成する交差する多孔質壁のセル状ハニカムマトリクス（例えば、ハニカムマトリクス２２６）を画成する壁（例えば、壁２２０）を形成する工程を含む。多孔質壁は、％Ｐ≧４０％及びＭＰＤ＞８μｍで構成され、マトリクスは、１５０ｃｐｓｉ～６００ｃｐｓｉ（２３．３ｃｐｓｃｍ～９３ｃｐｓｃｍ）のセルチャネル密度及び２ミル～１２ミル（５１μｍ～３００μｍ）の壁厚で構成される。
前述の説明は、本開示の多くの例示的な実施形態を開示している。本開示の範囲内に入る上記開示されるハニカム体、押出ダイ、及び方法の変更は、容易に明らかになるであろう。例えば、一実施形態に関して本明細書に開示されるパラメータの任意の組合せは、本明細書に開示される他のハニカム体の実施形態に適用することができる。したがって、本開示はある特定の例示的な実施形態を含むが、他の実施形態も、特許請求の範囲によって定義されるように、本開示の範囲内に含まれうることが理解されるべきである。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
ハニカム体であって、
三角形の断面形状と該三角形の断面形状内のフィレット処理された頂点とを有するセルチャネルを形成する、交差する多孔質壁のセル状ハニカムマトリクス
を備えており、前記交差する多孔質壁が、
％Ｐ≧４０％、及び
ＭＰＤ＞８μｍ
で構成され、
前記セル状ハニカムマトリクスが、
１５０ｃｐｓｉ～６００ｃｐｓｉ（２３．３ｃｐｓｃｍ～９３ｃｐｓｃｍ）のセルチャネル密度、及び
２ミル～１２ミル（５１μｍ～３００μｍ）の壁厚
で構成される、
ハニカム体。
実施形態２
前記フィレット処理された頂点が、０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）以上の隅部半径で構成される、実施形態１に記載のハニカム体。
実施形態３
前記交差する多孔質壁に施されたウォッシュコートをさらに備えている、実施形態１に記載のハニカム体。
実施形態４
前記ウォッシュコートが主に前記交差する多孔質壁内に担持される、実施形態３に記載のハニカム体。
実施形態５
１つ以上のセルチャネルが１．００ｍｍ以上の水力直径を有する、実施形態１に記載のハニカム体。
実施形態６
前記壁厚が０．００６インチ（０．１５ｍｍ）未満である、実施形態１に記載のハニカム体。
実施形態７
８３％以上の開口率で構成される、実施形態１に記載のハニカム体。
実施形態８
４０％≦％Ｐ≦７０％で構成される、実施形態１に記載のハニカム体。
実施形態９
８μｍ＜ＭＰＤ＜３０μｍで構成される、実施形態１に記載のハニカム体。
実施形態１０
ハニカム体の製造方法であって、該方法が、
押出ダイを通してバッチ材料を押し出し、三角形の断面形状と該三角形の断面形状内のフィレット処理された頂点とを有するセルチャネルを形成する、交差する多孔質壁のセル状ハニカムマトリクスを画成する壁を形成する工程であって、前記交差する多孔質壁が、
％Ｐ≧４０％、及び
ＭＰＤ＞８μｍ
で構成され、
前記セル状ハニカムマトリクスが、
１５０ｃｐｓｉ～６００ｃｐｓｉ（２３．３ｃｐｓｃｍ～９３ｃｐｓｃｍ）のセルチャネル密度、及び
２ミル～１２ミル（５１μｍ～３００μｍ）の壁厚
で構成される、
方法。
実施形態１１
前記フィレット処理された頂点が０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）以上の隅部半径で構成される、実施形態１０に記載の方法。
実施形態１２
前記交差する多孔質壁に触媒材料を施す工程をさらに含む、実施形態１０に記載の方法。
実施形態１３
前記触媒材料を施す工程が、ウォッシュコートを施すことを含む、実施形態１２に記載の方法。
実施形態１４
１つ以上のセルチャネルが１．００ｍｍ以上の水力直径を有する、実施形態１０に記載の方法。
実施形態１５
前記壁厚が０．００６インチ（０．１５ｍｍ）未満である、実施形態１０に記載の方法。
実施形態１６
８３％以上の開口率で構成される、実施形態１０に記載の方法。
実施形態１７
４０％≦％Ｐ≦７０％で構成される、実施形態１０に記載の方法。
実施形態１８
８μｍ＜ＭＰＤ＜３０μｍで構成される、実施形態１０に記載の方法。
実施形態１９
ハニカム体であって、
三角形の断面形状と該三角形の断面形状内のフィレット処理された頂点とを有するセルチャネルを形成する、交差する多孔質壁のセル状ハニカムマトリクス
を備えており、前記交差する多孔質壁が、
％Ｐ≧４０％、及び
８μｍ＜ＭＰＤ＜３０μｍ
で構成され、
前記セル状ハニカムマトリクスが、
２００ｃｐｓｉ～４００ｃｐｓｉ（３１ｃｐｓｃｍ～６２ｃｐｓｃｍ）のセルチャネル密度、及び
６ミル（１５０μｍ）以下の壁厚
で構成される、
ハニカム体。
実施形態２０
前記交差する多孔質壁内又は前記交差する多孔質壁上に配置された触媒材料をさらに含む、実施形態１９に記載のハニカム体。
２０ 押出装置
２２ バレル
２４ 第１のチャンバ部分
２６ 第２のチャンバ部分
２８ 上流側
３０ 下流側
３２ 供給ポート
３３ バッチ材料
３４ ハニカム押出ダイ
３６ 排出ポート
３７ ハニカム押出物
３８ 第１のスクリュ
４０ 第２のスクリュ
１０２ 押出機前端
１０４ 押出機カートリッジ
１０５ スキン形成マスク
１０８ チャネル
１１０ 外周スキン
１１４ 第１の端面
１２０ 交差壁
１２６ ハニカム構造／ハニカムマトリクス
２００ ハニカム体
２０８，３２０，３２２ チャネル
２１０ スキン
２１４ 第１の端面
２１８ 第２の端面
２２０ 多孔質壁
２２０Ａ 第１の壁
２２０Ｂ 第２の壁
２２０Ｃ 第３の壁
３２６ 側面
３２８ 頂点
３３２ フィレット
４０４ 従来のチャネル
４０５ 壁
４０６ フローチャネル
４１０ 壁上ウォッシュコート
４１４ フィレット処理されていない頂点
４１８ ウォッシュコートの頂点
５１１ 壁内ウォッシュコート
５４８ ポケット
６００ 触媒コンバータ
６０５ 缶
６０７ 入口
６０９ 出口
６１１ エンジン排気流
６１５ 部材

Claims (4)

  1. ハニカム体であって、
    三角形の断面形状と該三角形の断面形状内のフィレット処理された頂点とを有するセルチャネルを形成する、交差する多孔質壁のセル状ハニカムマトリクス
    を備えており、前記交差する多孔質壁が、
    ％Ｐ≧４０％、及び
    ８μｍ＜ＭＰＤ＜３０μｍ
    で構成され、
    前記セル状ハニカムマトリクスが、
    ２００ｃｐｓｉ～４００ｃｐｓｉ（３１ｃｐｓｃｍ～６２ｃｐｓｃｍ）のセルチャネル密度、及び
    ６ミル（１５０μｍ）以下の壁厚
    で構成される、
    ハニカム体。
  2. ハニカム体の製造方法であって、該方法が、
    押出ダイを通してバッチ材料を押し出し、三角形の断面形状と該三角形の断面形状内のフィレット処理された頂点とを有するセルチャネルを形成する、交差する多孔質壁のセル状ハニカムマトリクスを画成する壁を形成する工程であって、前記交差する多孔質壁が、
    ％Ｐ≧４０％、及び
    ８μｍ＜ＭＰＤ＜３０μｍ
    で構成され、
    前記セル状ハニカムマトリクスが、
    ２００ｃｐｓｉ～４００ｃｐｓｉ（３１ｃｐｓｃｍ～６２ｃｐｓｃｍ）のセルチャネル密度；及び
    ６ミル（１５０μｍ）以下の壁厚
    で構成される、方法。
  3. 前記フィレット処理された頂点が、０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）以上の隅部半径で構成される、請求項２に記載の方法。
  4. 前記交差する多孔質壁に触媒材料を施す工程をさらに含む、請求項２に記載の方法。
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