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JP2002326035A - ハニカム構造体、及びそれを用いたハニカムフィルター、コンバーターシステム - Google Patents

ハニカム構造体、及びそれを用いたハニカムフィルター、コンバーターシステム

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JP2002326035A
JP2002326035A JP2001135631A JP2001135631A JP2002326035A JP 2002326035 A JP2002326035 A JP 2002326035A JP 2001135631 A JP2001135631 A JP 2001135631A JP 2001135631 A JP2001135631 A JP 2001135631A JP 2002326035 A JP2002326035 A JP 2002326035A
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honeycomb structure
partition wall
partition walls
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Yasushi Kato
靖 加藤
Masahito Ogawa
雅人 小川
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 浄化性能における暖機特性の向上、及びエン
ジンの始動直後に排出される有害物質の低減といった近
年の要請を満足させながらも、外圧に対する充分な機械
的強度を有し、同時に耐エロージョン性、及び耐熱衝撃
性の大きなハニカム構造体等を提供する。 【解決手段】 複数の隔壁1、2により、軸方向に貫通
する複数の流通孔3が形成されているハニカム構造体で
ある。複数の隔壁1、2を、複数の異なる厚さの隔壁に
より構成し、この複数の異なる厚さの隔壁中、平均隔壁
厚さより厚い隔壁2を、隔壁が配設されている全領域の
うち、特定の一部の領域で、その他の領域に比較して高
い割合で配設する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、ハニカム構造体
等に関する。更に詳しくは、排ガス中の異物等によるエ
ロージョンに対して高い耐性を有するとともに、所望の
浄化性能の暖機特性及び外圧に対する機械的強度と熱的
負荷に対する耐熱衝撃性を同時に発揮させることができ
るハニカム構造体等に関する。
【0002】
【従来の技術】 近年、排気ガス規制の強化に伴い、よ
り高い浄化性能を有するハニカム構造体が求められてお
り、触媒を隔壁に担持したハニカム構造体の隔壁を薄く
することにより、触媒の熱容量を低減して浄化性能の暖
機特性を向上させる試みが盛んに行われている。浄化性
能の向上に対する要請は年々高まる傾向にあり、現在、
0.1〜0.2mm程度の薄壁のものが主流として用い
られているが、一部では0.1mm以下のものも用いら
れ始めており、このような薄壁化の要請は、今後、ます
ます高まるものと考えられている。
【0003】 また、触媒を隔壁に担持したハニカム構
造体を備えるコンバーターシステムを、エキゾーストマ
ニホールド(以下、「エキマニ」と省略することがあ
る。)直下に搭載することにより、ハニカム構造体の隔
壁に担持されている触媒を、高温の排ガスにより直ちに
活性化し、エンジンの始動直後に排出される有害物質を
低減する試みも盛んに行われている。
【0004】 ところが、このような要請に応じて、ハ
ニカム構造体を薄壁化したコンバーターシステムをエキ
マニに直下に搭載した場合には、排ガス中に混在する異
物(エキマニを構成する材料や、エキマニを作製する際
に用いる溶接材等に由来する種々の粒径を有する粒子状
物質が主である)によりハニカム構造体端面部が抉られ
るエロージョン現象が、重要な問題となってきている。
【0005】 このようなエロージョン現象により、排
ガス噴き付け端面の触媒が欠落して、触媒性能の低下を
招き、場合によっては、エロージョンが急激に進行して
エロージョン損傷部がハニカム構造体の端面部付近に留
まらず、内部深くまで進行し、ハニカム構造体が破損に
至るからである。また、このようなエロージョン現象に
より、ハニカム構造体外周部及び外周部近傍領域が大き
く損失すると、ハニカム構造体をコンバータケース内部
に把持(キャニング)する役目であるマット部材が剥き
出しになるため、排ガスの噴き付けによりマット部材が
飛散してしまい、飛散したマット材質が更に異物となっ
てハニカム構造体を損傷させる場合があるからである。
【0006】 このようなエロージョン現象は、上述し
た近年の要請、より具体的には以下の(1)、(2)に
述べる事項に起因するものであり、浄化性能における暖
機特性の向上、及びエンジンの始動直後に排出される有
害物質の低減といった要請を満足させながらも、耐エロ
ージョン性を高める手段が強く望まれている。
【0007】 (1)薄壁化したハニカム構造体では、
通常、外力に対する破壊強度が低下しており、特に、各
隔壁単位での破壊強度は、壁厚さにより直接的に影響を
受けるため、薄くする程、各隔壁単位での破壊強度は低
下する。
【0008】 (2)コンバーターシステムをエキマニ
直下に搭載すると、従来のように床下搭載していた場合
に比べ、ハニカム構造体が、より高温、高圧の排ガスに
曝されるため、より大きな熱衝撃等の熱的負荷を受ける
とともに、排気ガスの偏流や脈動の影響も受け易くな
る。
【0009】 従来、ハニカム構造体の強度を向上させ
たものとしては、隔壁が相対的に厚い隔壁と薄い隔壁と
を均一に配設してなるハニカム構造体(実開昭58−1
9743号公報)が提案されている。また、隔壁の厚さ
を中心方向に規則的に薄くすることにより、外力に対す
るハニカム構造体全体の破壊強度を確保しながらも、接
触面積の増大、及び暖機時間の短縮により浄化性能を向
上させたハニカム構造体が提案されている(特開昭54
−110189号公報)。
【0010】 しかし、これらのハニカム構造体は、い
わゆる床下搭載を意図して作製されていたのが現状であ
り、上述した近年におけるハニカム構造体の薄壁化及び
コンバーターシステムのエキマニ直下での搭載といった
要請、更には、これらの要請に起因して発生するエロー
ジョン現象という問題を全く考慮するものではなかっ
た。
【0011】 このため、これらのハニカム構造体は、
実際上、高い耐エロージョン性を発揮させながら、浄化
性能の暖機特性を向上させることができるものではなか
った。
【0012】 また、実開昭58−19743号公報に
記載のハニカム構造体にあっては、相対的に厚い隔壁と
薄い隔壁とを均一に配設する構造とする結果、構造体全
体の強度を大きくする反面、耐熱衝撃性が低下するとい
う問題もあった。
【0013】 他方、隔壁の排ガス導入側端部のみを肉
厚にして、耐エロージョン性を向上させたハニカム構造
体が提案されている(特開2000−51710公
報)。
【0014】 しかし、このハニカム構造体でも、上述
した近年におけるハニカム構造体の薄壁化及びコンバー
ターシステムのエキマニ直下での搭載といった要請に起
因して発生するエロージョン現象の多くが、ハニカム構
造体端面の特定部分でのみ生じるということを全く考慮
するものではなかった。
【0015】 また、一の隔壁での肉厚部と肉薄部とを
有する結果、肉厚部と肉薄部との境界で熱応力が集中し
易く、充分な耐熱衝撃性を得られるものではなかった。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は、上述の問
題に鑑みてなされたものであり、浄化性能における暖機
特性の向上、及びエンジンの始動直後に排出される有害
物質の低減といった近年の要請を満足させながらも、外
圧に対する充分な機械的強度を有し、同時に耐エロージ
ョン性、及び耐熱衝撃性の大きなハニカム構造体等を提
供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】 本発明者らは、上述の
課題を解決するべく鋭意検討した結果、まず、エロージ
ョンのメカニズムに関して、 微小粒径の異物による場合、異物が隔壁に衝突するこ
とにより隔壁が損傷し、それが繰り返されることで、エ
ロージョンに進展すること、 損傷した隔壁の破片が、自ら隔壁を損傷することによ
ってもエロージョンが生じていること、 粗大粒径の異物による場合、隔壁との衝突による損傷
の他、異物が、端面上を摺動して端面が削れていくこ
と、 熱衝撃によるマイクロクラック、又は排ガス脈動衝撃
波による風食損傷も考えられるが、エロージョンを生じ
るのは、〜によるメカニズムが主であることを見出
した。
【0018】 また、本発明者らは、次に、エロージョ
ン原因に関し、 エキマニが鋳鉄により一体的に製作されているに場合
には、使用中に、エキマニ内壁面が酸化により酸化スケ
ールを形成して脆くなり、排気ガス流によりこの酸化ス
ケールが剥離されて粒径数十μmの異物となり、排気ガ
ス流れに乗ってハニカム構造体に飛来すること、 エキマニがステンレス製の薄板を溶接して製作されて
いる場合には、エキマニ内面は酸化され難いため、鋳鉄
製に比べて酸化スケールが発生し難いが、溶接時にエキ
マニ内面に付着したスパッタ、又は溶接ビート等の溶接
物に由来する脱落物(スパッタ由来の場合は、1mm〜
数mmの粒径を有し、溶接ビート由来の場合は酸化スケ
ールと同等の比較的小さい粒径を有する場合がある。)
が排気ガス流に乗ってハニカム構造体に飛来することを
見出した。尚、エキマニをステンレス製とするのは、エ
キマニの軽量化、及びエキマニの熱容量の低減化を図る
ことができるため、軽量化により、自動車の燃費向上に
寄与することができ、熱容量低減により、排気ガスの温
度低下を抑え、触媒の早期活性化を促進することができ
るためである。
【0019】 また、本発明者らは、現在、主に用いら
れているコンバーターシステムについてエキマニの配置
とエロージョンとの関係を鋭意検討したところ、以下の
点を見出した。
【0020】 図1及び図2に示すコンバーターシス
テムのように、各気筒毎(2気筒、4気筒等種々の気筒
のものがある。)にエキマニの各排気管がそのまま排ガ
ス導入管5としてコーン部7に連結されているものは、
排ガス21が、殆ど広がらずに高速でハニカム構造体1
0に噴き付けられる。しかも、酸素センサーの正確な測
定を可能とする必要上等から、殆どの排気管5は、図1
に示すように、各排気管5から排出された排ガス21が
交差して、ハニカム構造体10の端面における中央領域
に集中的に噴き付けられるように配設されるか、図2に
示すように、排ガス21が途中で交差して、ハニカム構
造体10の端面における外周部近傍領域に集中的に噴き
付けられるように配設される。このため、このタイプの
コンバーターシステムでは、ハニカム構造体10の排ガ
ス噴き付け端面の中央部領域か、外周部近傍領域に集中
的に、エロージョンを生じる。
【0021】 図3、4に示すコンバーターシステム
のように、エキマニの各排気管を集合させた一の集合管
を排ガス導入管5としてコーン部7に連結しているもの
は、排ガス21がコーン部7に沿って広がりハニカム構
造体10の排ガス噴き付け端面の全体に噴き付けられ
る。また、排ガス21は、排ガス流の中央部程、流速が
大きいが、排ガス中の異物は、不規則に飛来してハニカ
ム構造体10の端面に至る。
【0022】 但し、図4に示すように、排ガス導入管
5を、排ガス噴き付け端面中央部の上方に位置させて配
置するコンバーターシステムでは、大きな流速で端面に
至る異物は、端面中央部に位置する隔壁と小さな角度で
衝突することから衝突エネルギーは小さく、エロージョ
ン量も小さい。一方、ハニカム構造体の端面外周部近傍
領域に至る排ガスは、ハニカム構造体10の端面に至っ
た後、コーン部7の内面に沿って逆流し、再び排ガスに
流れに乗って端面に至ることから、端面外周部近傍で
は、エロージョン量が大きい。
【0023】 また、図3(a)に示すように、排ガス
導入管5を、排ガス噴き付け端面に対して、斜め上方に
位置させて配置するコンバーターシステムでは、大きな
流速で排ガス噴き付け端面に至る異物は、端面中央部に
位置する隔壁と大きな角度で衝突することから衝突エネ
ルギーは大きく、端面中央部でエロージョン量が大きく
なる。
【0024】 また、図3(b)に示すように、斜め上
方から、ハニカム構造体10の端面に至った排ガス21
中の異物は、コーン部7内面に衝突して分岐して、端面
の外周部近傍領域を周方向に摺動し、再び、排ガス流に
乗って端面中央部領域を通過するように摺動することか
ら、端面外周部近傍領域と中央部領域でエロージョン量
が大きくなる。
【0025】 本発明は、本発明者らが、以上のような
知見に基づき、特定の排ガス噴き付け領域及び異物摺動
領域に対応させて、厚い隔壁を高い比率で配設し、逆に
排ガス噴き付け領域以外の領域では、薄い隔壁を高い比
率で配設することにより、従来のハニカム構造体の課題
を解決し得ることを知見し、完成に至ったものである。
【0026】 また、本発明は、本発明者らが、ハニカ
ム構造体の排ガス噴き付け領域及び異物摺動領域が特定
の範囲に限定されない場合であっても、異なる厚さの隔
壁を不規則に配設することにより、従来のハニカム構造
体の課題を解決し得ることを知見し、完成に至ったもの
である。
【0027】 即ち、本発明によれば、複数の隔壁によ
り、軸方向に貫通する複数の流通孔が形成されているハ
ニカム構造体であって、複数の隔壁が、複数の異なる厚
さの隔壁により構成され、複数の異なる厚さの隔壁中、
平均隔壁厚さより厚い隔壁が、特定の一部の領域に、そ
の他の領域に比較して高い割合で配設されていることを
特徴とするハニカム構造体が提供される(以下、「第一
のハニカム構造体」ということがある。)。
【0028】 本発明の第一のハニカム構造体において
は、具体的には、次のような態様を挙げることができ
る。
【0029】 (1)複数の隔壁により、軸方向に貫通
する複数の流通孔が形成されているハニカム構造体であ
って、複数の隔壁が、複数の異なる厚さの隔壁により構
成され、平均隔壁厚さより厚い隔壁と、平均隔壁厚さよ
り薄い隔壁とを混在してなる隔壁群が、特定の一部の領
域に配設され、平均隔壁厚さより薄い隔壁のみからなる
隔壁群が、その他の領域に配設されていることを特徴と
するハニカム構造体。
【0030】 (2)複数の隔壁により仕切られ、軸方
向に貫通して形成される複数の流通孔を備えるハニカム
構造体であって、複数の隔壁が、複数の異なる厚さの隔
壁により構成され、平均隔壁厚さより薄い隔壁のみから
なる隔壁群が、外周部近傍領域の一部を少なくとも含ん
で配設され、平均隔壁厚さより厚い隔壁のみからなる隔
壁群が、外周部近傍領域の内側に位置する中央部領域を
含んで配設されていることを特徴とするハニカム構造
体。
【0031】 (3)複数の隔壁により、軸方向に貫通
する複数の流通孔が形成されているハニカム構造体であ
って、隔壁が配設されている全領域で、平均隔壁厚さよ
り厚い隔壁と平均隔壁厚さより薄い隔壁とが、混在して
配設され、平均隔壁厚さより厚い隔壁を相対的に多く混
在してなる隔壁群が、特定の一部の領域に配設され、平
均隔壁厚さより薄い隔壁を相対的に多く混在してなる隔
壁群が、その他の領域に配設されていることを特徴とす
るハニカム構造体。
【0032】 また、(1)のハニカム構造体では、平
均隔壁厚さより厚い隔壁と平均隔壁厚さより薄い隔壁を
混在してなる隔壁群が、少なくとも外周部近傍領域の一
部を含んで配設され、平均隔壁厚さより薄い隔壁のみか
らなる隔壁群が、外周部近傍領域の内側に位置する中央
部領域を含んで配設されているハニカム構造体;又は平
均隔壁厚さより薄い隔壁のみからなる隔壁群が、少なく
とも外周部近傍領域の一部を含んで配設され、平均隔壁
厚さより厚い隔壁と平均隔壁厚さより薄い隔壁を混在し
てなる隔壁群が、外周部近傍領域の内側に位置する中央
部領域を含んで配設されているハニカム構造体等を更に
詳細な態様として挙げることができる。
【0033】 また、(2)のハニカム構造体では、複
数の隔壁が、ハニカム構造体の中央部から外周方向にか
けて、段階的又は連続的に薄くなっているものでもよ
く、(3)のハニカム構造体では、平均隔壁厚さより薄
い隔壁の割合が、ハニカム構造体の中央部から外周方向
にかけて、段階的又は連続的に大きくなっているもので
もよい。また、(1)〜(3)のいずれのハニカム構造
体であっても、平均隔壁厚さより厚い隔壁と、該平均隔
壁厚さより薄い隔壁とを、不規則に配設してなるものと
してもよい。
【0034】 他方、本発明によれば、複数の隔壁によ
り仕切られ、軸方向に貫通して形成される複数の流通孔
を備えるハニカム構造体であって、複数の隔壁が、複数
の異なる厚さの隔壁により構成され、平均隔壁厚さより
厚い隔壁と、平均隔壁厚さより薄い隔壁とを、不規則に
配設してなることを特徴とするハニカム構造体が提供さ
れる(以下、「第二のハニカム構造体」ということがあ
る。)。
【0035】 本発明の第一、第二のいずれのハニカム
構造体であっても、平均隔壁厚さより薄い隔壁、又は平
均隔壁厚さより厚い隔壁を、2種以上の異なる厚さの隔
壁で構成させることができる。
【0036】 また、比較的粒径の大きな異物が発生す
る場合では、複数の隔壁のうち、外周部近傍領域で、ハ
ニカム構造体の外周面に対する法線が通過する位置の流
通孔を形成し、かつこの法線に対し、±20度に位置す
るものについては、平均隔壁厚さより厚い隔壁により構
成されていることが好ましく、排ガス噴き付け方向が、
ハニカム構造体中央部から外周部方向であるコンバータ
ーシステムでは、複数の隔壁のうち、ハニカム構造体の
外周面に対する法線が通過する位置の流通孔を形成し、
かつこの法線に対し、70〜110度に位置するものに
ついては、平均隔壁厚さより厚い隔壁により構成されて
いることが好ましい。
【0037】 また、本発明のいずれのハニカム構造体
においても、外周壁を隔壁の二倍以上に厚くして構造体
全体の強度を補強することもできるが、外周壁に隣接す
る隔壁を含む隔壁群により形成される流通孔の内部を、
押出し成形時において、口金形状の調整により、ハニカ
ム構造体を構成する材料と同一の材料で閉塞することに
より、又は外周壁に隣接する隔壁を含む隔壁群に、ハニ
カム構造体を構成する材料と同一の材料若しくは異種材
料成分を含浸し、気孔率を下げて緻密化することにより
補強することもできる。
【0038】 更に、本発明のいずれのハニカム構造体
においても、複数の流通孔の系方向における断面形状
が、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形、丸形状
のいずれか1種、又はこれらの2種以上であることが好
ましい。
【0039】 また、複数の異なる厚さの隔壁は、平均
の隔壁の厚さが、0.10mm以下であることが好まし
く、複数の異なる厚さの隔壁中、最も薄い隔壁の厚さ
(t1)に対する、最も厚い隔壁の厚さ(t2)の比(t
2/t1)が、2.00以下であることが好ましい。ま
た、耐熱衝撃性の観点からは、隔壁厚さの比をあまり大
きくせずに1.50以下とすることがより好ましく、更
には、ハニカム構造体の成形性の観点からは、隔壁厚さ
の比を1.30以下とすることが特に好ましい。一方、
薄い隔壁に対して、厚い隔壁の厚さは、少なくとも5%
以上、好ましくは10%以上厚くすることが必要であ
る。これより薄いと耐エロージョン性の向上が充分に認
められない。また、押出し成形において、口金スリット
幅の加工精度が約3〜5%あるので、ハニカム構造体全
体を均一な隔壁厚さで設計しても実際には、この程度の
バラツキをもった相対的に薄い隔壁と厚い隔壁が混在す
ることになる。従って、この加工精度以上の厚さ差異を
付与することになるので、厚さの比は1.03以上、好
ましくは1.05以上となる。
【0040】 本発明においては、複数の隔壁に、触媒
成分を担持してなることが好ましく、このようなハニカ
ム構造体における流通孔を、貫通する両端面で、目封じ
材により互い違いに目封じすることによりハニカムフィ
ルターとすることができる。
【0041】 更に、本発明においては、このようなハ
ニカム構造体又はハニカムフィルターと、これらハニカ
ム構造体等に排ガスを導入する排ガス導入管と、これら
ハニカム構造体等及びハニカムフィルターを把持するケ
ースと、排ガス導入管が連結され、ケースに接合してい
るコーン部とにより構成されるコンバーターシステムと
することができる。
【0042】 本発明の第一のハニカム構造体では、上
記のように、平均隔壁厚さより厚い隔壁が、排ガスが噴
き付ける領域及び/又は排ガス中の異物が摺動する領域
に対応させて、特定の一部の領域に、高い割合で配設さ
れているため、排ガス又は排ガス中の異物によるエロー
ジョンに対する耐性が大きく、しかも、逆に排ガスが噴
き付ける領域及び/又は排ガス中の異物が摺動する領域
に対応しないその他の領域では、平均隔壁厚さより薄い
隔壁が、高い割合で配設されているため、高い暖機特性
を維持して高度な浄化性能を発揮させることができる。
尚、ディーゼル車においては、排ガスの酸素含有割合が
ガソリン車よりも高いこともあって、エンジン又はエキ
マニからの酸化スケール又はオイルアッシュ固形成分に
由来する異物の排ガス浄化フィルターへの飛来が著し
く、より高い耐エロージョン性が求められるが、本発明
のハニカム構造体では、ディーゼル微粒子状物質を捕集
・除去する排ガス浄化フィルター場合でも同様に優れた
効果を発揮することができるため、特に好適に用いるこ
とができる。
【0043】 また、本発明の第二のハニカム構造体で
は、上記のように、複数の隔壁が、平均隔壁厚さより厚
い隔壁と、平均隔壁厚さより薄い隔壁とを、不規則に配
設してなるため、隔壁に不規則に衝突する異物に対し
て、効果的に耐エロージョン性を向上させることができ
る。また、このような不規則配置により応力の集中を緩
和することができるため、耐熱衝撃性を向上させること
ができる。
【0044】
【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態を、
図面を参照しつつ具体的に説明する。
【0045】1.第一のハニカム構造体 図1〜4に示すように、本発明の第一のハニカム構造体
10は、複数の隔壁により、軸方向に貫通する複数の流
通孔3が形成されているハニカム構造体10であって、
複数の隔壁が、複数の異なる厚さの隔壁1、2により構
成され、複数の異なる厚さの隔壁1、2中、平均隔壁厚
さより厚い隔壁2が、特定の一部の領域に、その他の領
域に比較して高い割合で配設されているものである。
【0046】 第一のハニカム構造体10において、貫
通する複数の流通孔3は、その系方向における断面形状
が、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形、丸形状
のいずれか1種、又はこれらの2種以上を有するものを
挙げることができる。中でも、耐エロージョン性が大き
な点では、耐衝撃の大きな隔壁交点を多く有する、より
多角の形状(例えば、四角形よりも六角形の方が好まし
い。)又は、隔壁交点で隔壁が厚くなる丸形状が好まし
い。
【0047】 また、後述するように排ガス噴き付け方
向を考慮して平均隔壁厚さより厚い隔壁1を配設する場
合には、その系方向における断面形状が、三角形、五角
形、八角形、又は丸形状が好ましく、耐熱衝撃性を向上
させる点からは、六角形、八角形、丸形状が好ましい。
【0048】 第一のハニカム構造体10は、複数の隔
壁が、複数の異なる厚さの隔壁1、2により構成され、
複数の異なる厚さの隔壁1、2中、平均隔壁厚さより厚
い隔壁1が、排ガスが噴き付ける領域4及び/又は排ガ
ス中の異物が摺動する領域(図示せず)に対応させて特
定の一部の領域に、その他の領域に比較して高い割合で
配設されていればよく、詳細な条件については、求めら
れる耐エロージョン性、暖機特性、構造体全体の強度及
び耐熱衝撃性、同時に配設されるエキマニ等を考慮して
適宜選択することが好ましい。
【0049】 例えば、高い耐エロージョン性が求めら
れる場合では、平均隔壁厚さより厚い隔壁2を、排ガス
噴き付け領域等に対応する領域4で、より高比率で配設
すればよく、暖機特性等の要請が強い場合には、全体に
平均隔壁厚さより薄い隔壁1が高比率となるように配設
すればよい。
【0050】 また、平均隔壁厚さより厚い隔壁2及び
平均隔壁厚さより薄い隔壁1を、規則的に配設しても、
不規則的に配設してもよいが、熱応力の集中を緩和して
耐熱衝撃性を向上させることができる点では不規則に配
設することが好ましい。具体的には、図18に示すグラ
フのように隔壁厚さを変化させたものを一例として挙げ
ることができる。
【0051】 他方、構造体全体の強度を向上させるに
は、平均隔壁厚さより厚い隔壁2を直線的な位置に設け
ることが好ましく、更に平均隔壁厚さより厚い隔壁2を
全体に分散させることがより好ましい。また、外周部近
傍の隔壁を薄壁化した際には、構造体全体の強度も低下
することになるため、構造体全体の強度を補強すること
が好ましい。この際、補強手段としては、口金形状を調
整して押出し成形を行って、外周壁に隣接する隔壁を含
む隔壁群により形成される流通孔3の内部を、ハニカム
構造体を構成する材料と同一の材料で閉塞したもの、又
は外周壁に隣接する隔壁を含む隔壁群に、ハニカム構造
体を構成する材料と同一の材料若しくは異種材料成分を
含浸し、気孔率を下げて緻密化したもの等を挙げること
ができる。
【0052】 また、この際の異種材料としては、例え
ば、ハニカム構造体がコージェライト質セラミック材料
からなる場合には、同じセラミック系材料で比較的熱膨
張係数が近い材料のムライト、アルミナ、シリカ、マグ
ネシア等が好ましい。
【0053】 また、平均隔壁厚さより薄い隔壁1を、
2種以上の異なる厚さの隔壁により構成させてもよく、
同様に平均隔壁厚さより厚い隔壁2を、2種以上の異な
る厚さの隔壁により構成させてもよい。この際、例え
ば、ハニカム構造体10の隔壁のエロージョンが、主に
中央部領域の隔壁で生じるものの、排ガス噴き付け領域
4が端面全域に亘り、外周部側程、エロージョン現象が
徐々に小さくなる場合には、複数の隔壁1、2を、ハニ
カム構造体10の中央部から外周方向にかけて、段階的
又は連続的に薄くなっているもので構成させることによ
り、求められる耐エロージョン性を効果的に発揮させる
ことができる。具体的には、図17に示すグラフのよう
に隔壁厚さを変化させたものを一例として挙げることが
できる。
【0054】 また、同様の場合に、平均隔壁厚さより
薄い隔壁1の割合を、ハニカム構造体10の中央部から
外周方向にかけて、段階的又は連続的に大きくなるよう
に配設したものであっても、効果的に耐エロージョン性
を向上させることができる。
【0055】 次に、平均隔壁厚さより薄い隔壁1と平
均隔壁厚さより厚い隔壁2との配設位置について、図面
に基づいてより具体的に説明する。
【0056】 図5〜16は、第一のハニカム構造体に
おいて、平均隔壁厚さより厚い隔壁と平均隔壁厚さより
薄い隔壁との配列の状態を模式的に示す断面図である。
【0057】 図5〜9に示すように、第一のハニカム
構造体の一の実施形態としては、複数の隔壁1、2によ
り、軸方向に貫通する複数の流通孔4が形成されている
ハニカム構造体であって、複数の隔壁1、2が、複数の
異なる厚さの隔壁により構成され、平均隔壁厚さより厚
い隔壁2と、平均隔壁厚さより薄い隔壁1とを混在して
なる隔壁群11が、特定の一部の領域に配設され、平均
隔壁厚さより薄い隔壁1のみからなる隔壁群12が、そ
の他の領域に配設されているものを挙げることができ
る。
【0058】 このハニカム構造体10では、排ガス噴
き付け領域に対応して、平均隔壁厚さより厚い隔壁2と
平均隔壁厚さより薄い隔壁1を混在してなる隔壁群を配
設することにより、効果的に耐エロージョン性を向上さ
せることができるとともに、排ガス噴き付け領域に対応
しないその他の領域で、平均隔壁厚さより薄い隔壁1の
みからなる隔壁群12を配設することにより、高い暖機
特性を維持して高度な浄化性能を発揮させることができ
る。また、単に端部のみ厚壁化した場合に比べ、構造体
の強度が向上するという利点も有する。更に、このハニ
カム構造体では、平均隔壁厚さより厚い隔壁2を平均隔
壁厚さより薄い隔壁1と混在して配設しているため、特
に、高い暖機特性を発揮することができる。加えて、平
均隔壁厚さより厚い隔壁2を設けた領域で、高熱容量の
厚い隔壁と低熱容量の薄い隔壁とを混在させる構造とす
るため、平均隔壁厚さより薄い隔壁1のみからなる隔壁
群12が配設されている領域との温度勾配が緩やかとな
り、境界領域の熱応力を低減することができる。
【0059】 このようなハニカム構造体としては、図
5〜7に示すように、平均隔壁厚さより厚い隔壁2と平
均隔壁厚さより薄い隔壁1とを混在してなる隔壁群11
が、少なくとも外周部近傍領域の一部を含んで配設さ
れ、平均隔壁厚さより薄い隔壁1のみからなる隔壁群1
2が、外周部近傍領域の内側に位置する中央部領域を含
んで配設されているもの;図8、9に示すように、平均
隔壁厚さより薄い隔壁1のみからなる隔壁群12が、少
なくとも外周部近傍領域の一部を含んで配設され、平均
隔壁厚さより厚い隔壁2と平均隔壁厚さより薄い隔壁1
を混在してなる隔壁群11が、外周部近傍領域の内側に
位置する中央部領域を含んで配設されているもの等を挙
げることができる。
【0060】 前者の場合には、図2に示すコンバータ
ーシステムのように排ガス噴き付け領域4が外周部近傍
領域に集中する場合、又は図3若しくは図4に示すコン
バーターシステムのように、排ガスの局所的な還流22
により、エロージョンが外周部近傍領域に集中する場合
に効果的に耐エロージョン性を向上させることができ
る。一方、後者の場合には、図1又は図3に示すコンバ
ーターシステムのように排ガス噴き付け領域が中央部領
域に集中する場合に、効果的に耐エロージョン性を向上
させることができる。
【0061】 また、前者のハニカム構造体としては、
図5に示すように、平均隔壁厚さより厚い隔壁2と平
均隔壁厚さより薄い隔壁1とを混在してなる隔壁群11
が、外周部近傍領域に配設され、平均隔壁厚さより薄い
隔壁1のみからなる隔壁群12が、外周部近傍領域の内
側に位置する中央部領域に配設されているものの他、
図6に示すように、平均隔壁厚さより薄い隔壁1のみか
らなる隔壁群12が、外周部近傍領域の内側に位置する
中央部領域を含んで断面形状が外周壁に接続する四辺で
囲まれる四角形となる領域に設けられ、平均隔壁厚さよ
り厚い隔壁2と平均隔壁厚さより薄い隔壁1とを混在し
てなる隔壁群11が、その他の外周部近傍領域の一部を
含む領域に設けられているもの、図7に示すように、
平均隔壁厚さより薄い隔壁1のみからなる隔壁群12
が、外周壁に接続する平行の2つの直線と、この2つの
直線を結ぶ外周壁内面によって形成される2つ曲線によ
り包囲される中央部領域を含む領域に設けられ、平均隔
壁厚さより厚い隔壁2と平均隔壁厚さより薄い隔壁1と
を混在してなる隔壁群11が、その他の外周部近傍領域
の一部を含む領域に設けられているものを挙げることが
できる。
【0062】 図5に示すハニカム構造体10では外周
部近傍領域の隔壁群が平均隔壁厚さより薄い隔壁1を混
在しているため、この領域での熱容量及び圧損の増大を
抑制して、暖機特性等を向上させることもできるととも
に、過度の剛性増加を抑制して、耐熱衝撃性の低下を防
ぐことができる。
【0063】 また、図6に示すハニカム構造体10で
は、平均隔壁厚さより薄い隔壁1のみからなる隔壁群1
2が、外周部近傍領域の一部にも配設されているため、
図5に示すハニカム構造体で述べた熱容量及び圧損の低
減、並びに耐熱衝撃性の向上等の効果をより増大させる
ことができる。
【0064】 また、図7に示すハニカム構造体では、
平均隔壁厚さより薄い隔壁1のみからなる隔壁群12
が、図6に示すハニカム構造体より、更に広範囲で配設
されているため、図5に示すハニカム構造体で述べた熱
容量及び圧損の低減、並びに耐熱衝撃性の向上等の効果
を特に増大させることができる。
【0065】 尚、外周部近傍領域で、隔壁群を厚くす
る場合には、例えば、外周から少なくとも10セル以上
の範囲で隔壁を厚くすることが好ましく、20セル以上
の範囲で隔壁を厚くすることがより好ましい。
【0066】 また、エキマニ直下に配置するハニカム
構造体では、排ガスが、ハニカム構造体の排ガス噴き付
け端面に局部的にあたり、排ガスが特に強くあたる領域
の寸法はエキマニの口径に近似する。エキマニの口径
は、多くの場合、約φ10〜30mmであり、ハニカム
構造体の外径は、一般に、約φ100mm前後である。
従って、外周からハニカム構造体直径の10〜60%の
領域で隔壁を厚くすることが好ましい。
【0067】 また、中央部領域とは、外周部近傍領域
の内側の領域で、通常、外周部近傍領域に比べ、特に排
ガスの噴き付けが強い又は弱い領域を意味し、例えば、
図4で示される排ガス導入管の口径がφ50mm程度
で、ハニカム構造体がφ100mm程度であれば、中央
部領域とは、ハニカム構造体の端面の中心を領域の中心
として直径で約50〜80mm程度の円形等で示される
領域となる。
【0068】 次に、後者のハニカム構造体としては、
図8に示すように、平均隔壁厚さより薄い隔壁1のみ
からなる隔壁群12が、外周部近傍領域に配設され、平
均隔壁厚さより厚い隔壁2と平均隔壁厚さより薄い隔壁
1とを混在してなる隔壁群11が、外周部近傍領域の内
側に位置する中央部領域に配設されているものの他、
図9に示すように、平均隔壁厚さより厚い隔壁2と平均
隔壁厚さより薄い隔壁1とを混在してなる隔壁群11
が、中央部領域の少なくとも一部と、更に外周部の一部
を含んで十字形状で示される領域で配設され、平均隔壁
厚さより薄い隔壁1のみからなる隔壁群12が、その他
の外周部近傍領域の一部を含む領域に配設されているも
のを挙げることができる。
【0069】 図8に示すハニカム構造体では、中央部
領域の隔壁群が薄い隔壁を混在しているため、この領域
での熱容量及び圧損の増大を抑制して、暖機特性等を向
上させることもできるとともに、過度の剛性増加を抑制
して、耐熱衝撃性の低下を防ぐこともできる。
【0070】 また、図9に示すハニカム構造体では、
ハニカム構造体の外周部近傍領域の一部に平均隔壁厚さ
より厚い隔壁2が存在しているのため、図8に示すハニ
カム構造体に比べ、ハニカム構造体全体の機械的強度を
高め、成形時の保型性と耐キャニング性を向上させるこ
とができる。もっとも、平均隔壁厚さより厚い隔壁2が
存在している中央部領域等で平均隔壁厚さより厚い隔壁
1が混在しているため、中央部領域等で熱容量及び圧損
の増大を抑制して、暖機特性等を向上させることもでき
るとともに、過度の剛性増加を抑制して、耐熱衝撃性の
低下を防止する効果も有する。
【0071】 尚、図3(a)に示すように、排ガス導
入管5を、排ガス噴き付け端面に対して、斜め上方に位
置させて配置するコンバーターシステムでは、図3
(b)に示すように、ハニカム構造体10の端面に至っ
た排ガス21中の異物は、コーン部7内面に衝突して分
岐して、端面の外周部近傍領域を円周方向に摺動し、再
び排ガスに流れに乗って端面中央部領域を通過するよう
に摺動することから、端面外周部近傍領域と中央部領域
で主にエロージョンを生じる。従って、このタイプのコ
ンバーターシステムでは、図3(b)に示すように、平
均隔壁厚さより厚い隔壁2と平均隔壁厚さより薄い隔壁
1とを混在してなる隔壁群11が、外周部近傍領域の少
なくとも一部と中央部領域の少なくとも一部に配設さ
れ、平均隔壁厚さより薄い隔壁1のみからなる隔壁群1
2が、これら両者の領域の間に位置する中間領域に配設
されているハニカム構造体とすることが好ましい。
【0072】 次に、図10、11に示す第一のハニカ
ム構造体における他の実施の形態について説明する。図
10、11に示すように、第一のハニカム構造体におけ
る他の実施形態としては、複数の隔壁1、2により、軸
方向に貫通する複数の流通孔4が形成されているハニカ
ム構造体10であって、複数の隔壁1、2が、複数の異
なる厚さの隔壁により構成され、平均隔壁厚さより厚い
隔壁2のみからなる隔壁群13が、特定の一部の領域に
配設され、平均隔壁厚さより薄い隔壁1のみからなる隔
壁群12が、その他の領域に配設されているものを挙げ
ることができる。
【0073】 このハニカム構造体10では、排ガス噴
き付け領域に対応して、平均隔壁厚さより厚い隔壁2の
みからなる隔壁群を配設することにより、効果的に耐エ
ロージョン性を向上させることができるとともに、排ガ
ス噴き付け領域に対応しないその他の領域で、平均隔壁
厚さより薄い隔壁1のみからなる隔壁群12を配設する
ことにより、高い暖機特性を維持して高度な浄化性能を
発揮させることができる。また、単に端部のみ厚壁化し
た場合に比べ、構造体強度が向上するという利点も有す
る。
【0074】 このようなハニカム構造体としては、図
10、11に示すように、複数の隔壁1、2が、複数の
異なる厚さの隔壁により構成され、平均隔壁厚さより薄
い隔壁1のみからなる隔壁群12が、外周部近傍領域の
一部を少なくとも含んで配設され、平均隔壁厚さより厚
い隔壁2のみからなる隔壁群13が、外周部近傍領域の
内側に位置する中央部領域を含んで配設されているも
の、又は図10、11に示すように、複数の隔壁1、2
が、複数の異なる厚さの隔壁により構成され、平均隔壁
厚さより厚い隔壁2のみからなる隔壁群13が、外周部
近傍領域の一部を少なくとも含んで配設され、平均隔壁
厚さより薄い隔壁1のみからなる隔壁群12が、外周部
近傍領域の内側に位置する中央部領域を含んで配設され
ているものを挙げることができる。
【0075】 前者の場合には、図1又は図3に示すコ
ンバーターシステムのように排ガス噴き付け領域が中央
部領域に集中する場合に、効果的に耐エロージョン性を
向上させることができる。特に、このハニカム構造体で
は、排ガス噴き付け領域である中央部領域で、隔壁群を
平均隔壁厚さより厚い隔壁2のみにより構成しているた
め、耐エロージョン性が大きく、しかも平均隔壁厚さよ
り厚い隔壁2と薄い隔壁1とを全体に均一に配設した構
造に比べ、使用時に高温になり易い中央部の熱容量を増
大させることができるため、中央部の過度の温度上昇が
抑制されハニカム構造体各部の温度格差による熱応力の
増大を抑制することができるという利点を有する。
【0076】 更には、平均隔壁厚さより厚い隔壁2と
平均隔壁厚さより薄い隔壁1の隔壁厚さの比を後述する
範囲内で制御することにより、押出し成形時に、ハニカ
ム構造体の中央部と外周部近傍領域で、押出し圧力、又
は押出し原料の不均一に起因して発生する押出し速度の
バラツキを的確に緩和して、押出し成形時の成形性を向
上させることができる。
【0077】 一方、後者の場合には、図2に示すコン
バーターシステムのように排ガス噴き付け領域が外周部
近傍領域に集中する場合、又は図3若しくは図4に示す
コンバーターシステムのように、排ガスの局所的な還流
22により、エロージョンが外周部近傍領域に集中する
場合に効果的に耐エロージョン性を向上させることがで
きる。
【0078】 また、前者のハニカム構造体10として
は、図10に示すように、平均隔壁厚さより薄い隔壁
1のみからなる隔壁群12が、外周部近傍領域に配設さ
れ、平均隔壁厚さより厚い隔壁2のみからなる隔壁群1
3が、外周部近傍領域の内側に位置する中央部領域に配
設されているものの他、図11に示すように、平均隔
壁厚さより厚い隔壁2のみからなる隔壁群13が、中央
部領域の少なくとも一部と、更に外周部の一部を含んで
断面形状が十字形状となる領域で配設され、平均隔壁厚
さより薄い隔壁1のみからなる隔壁群12が、その他の
外周部近傍領域の一部を含む領域に配設されているもの
を挙げることができる。
【0079】 図10に示すハニカム構造体10では、
図1又は図3に示すコンバーターシステムのように、排
ガス噴き付け領域がハニカム構造体10の中央部に集中
する場合に、効果的に耐エロージョン性を向上させるこ
とができる。また、図11に示すハニカム構造体10で
は、図10に示すハニカム構造体10と同様に、排ガス
噴き付け領域がハニカム構造体10の中央部に集中する
場合に、効果的に耐エロージョン性を向上させることが
できることに加え、ハニカム構造体10の外周部近傍領
域の一部に平均隔壁厚さより厚い隔壁2が存在している
のため、図10に示すハニカム構造体10に比べ、ハニ
カム構造体全体の機械的強度を高め、成形時の保型性と
耐キャニング性を向上させることができる。
【0080】 また、後者のハニカム構造体10として
は、図12に示すように、平均隔壁厚さより厚い隔壁
2のみからなる隔壁群13が、外周部近傍領域に配設さ
れ、平均隔壁厚さより薄い隔壁1のみからなる隔壁群1
2が、外周部近傍領域の内側に位置する中央部領域に配
設されているものの他、図13に示すように、平均隔
壁厚さより薄い隔壁1のみからなる隔壁群12が、外周
部近傍領域の内側に位置する中央部領域を含んで断面形
状が外周壁に接続する四辺で囲まれる四角形となる領域
に設けられ、平均隔壁厚さより厚い隔壁2のみからなる
隔壁群13が、その他の外周部近傍領域の一部を含む領
域に設けられているものを挙げることができる。
【0081】 図12に示すハニカム構造体10では、
図2に示すコンバーターシステムのように排ガス噴き付
け領域が外周部近傍領域に集中する場合、又は、図3若
しくは図4に示すコンバーターシステムのように、排ガ
スの局所的な還流22により、エロージョンが外周部近
傍領域に集中する場合に、効果的に耐エロージョン性を
向上させることができる。また、図13に示すハニカム
構造体10では、図12に示すハニカム構造体10と同
様に、排ガス噴き付け領域が外周部近傍領域に集中する
場合、又は排ガスの局所的な還流22により、エロージ
ョンが外周部近傍領域に集中する場合に、効果的に耐エ
ロージョン性を向上させることができることに加え、平
均隔壁厚さより薄い隔壁1のみからなる隔壁群12が、
外周部近傍領域の一部にも配設されているため、熱容量
及び圧損の低減、及び耐熱衝撃性の向上等の効果をより
増大させることができる。
【0082】 尚、この実施形態のハニカム構造体10
では、エロージョンが主に中央部領域の隔壁で生じるも
のの、端面全域に亘って起こり、外周部側程、エロージ
ョン現象が徐々に小さくなる場合には、平均隔壁厚さよ
り薄い隔壁1及び平均隔壁厚さより厚い隔壁2を、それ
ぞれ2種以上の異なる厚さの隔壁からなるもので構成
し、ハニカム構造体10の中央部から外周方向にかけ
て、段階的又は連続的に薄い隔壁を配設することによ
り、効果的に耐エロージョン性を向上させることもでき
る。
【0083】 次に、第一のハニカム構造体における更
に他の実施形態について説明する。
【0084】 第一のハニカム構造体の更に他の実施形
態としては、複数の隔壁により、軸方向に貫通する複数
の流通孔が形成されているハニカム構造体であって、複
数の隔壁が配設されている全領域で、平均隔壁厚さより
厚い隔壁と平均隔壁厚さより薄い隔壁とが、混在して配
設され、平均隔壁厚さより厚い隔壁を相対的に多く混在
してなる隔壁群が、特定の一部の領域に配設され、平均
隔壁厚さより薄い隔壁を相対的に多く混在してなる隔壁
群が、その他の領域に配設されているものを挙げること
ができる。
【0085】 このハニカム構造体では、排ガス噴き付
け領域に対応して特定の一部の領域に、平均隔壁厚さよ
り厚い隔壁を相対的に多く混在してなる隔壁群を配設す
ることにより、効果的に耐エロージョン性を向上させる
とともに、排ガス噴き付け領域に対応しないその他の領
域では、平均隔壁厚さより薄い隔壁を相対的に多く混在
してなる隔壁群を配設することにより、高い暖機特性を
維持して高度な浄化性能を発揮させることができる。ま
た、単に端部のみ厚壁化した場合に比べ、耐熱衝撃性及
び構造体強度が向上するという利点も有する。また、こ
のハニカム構造体では、平均隔壁厚さより厚い隔壁を平
均隔壁厚さより薄い隔壁と全体で混在させて配設してい
るため、特に、高い暖機特性を発揮することができると
ともに、熱応力の集中も極力緩和することができる。ま
た、このハニカム構造体では、エロージョンが、特定の
一部の領域で主に生じるものの、少なからず全領域で生
じる場合に、効果的に耐エロージョン性を向上させるこ
とができる。
【0086】 尚、このハニカム構造体でも、平均隔壁
厚さより薄い隔壁を、2種以上の異なる厚さの隔壁によ
り構成してもよく、平均隔壁厚さより厚い隔壁を、2種
以上の異なる厚さの隔壁により構成してもよい。
【0087】 次に、図14、15に示す第一のハニカ
ム構造体における更に他の実施形態について説明する。
【0088】 図14、15に示すように、第一のハニ
カム構造体10では、図1〜3に示すコンバーターシス
テムのように、排ガスの噴き付け方向が、流通孔3の貫
通方向に対して一定の角度を有している場合には、複数
の隔壁のうち、ハニカム構造体10の外周面における法
線20が通過する位置に設けられている流通孔3を形成
し、かつこの法線20に対し、70〜110度に位置す
るものについて、平均隔壁厚さより厚い隔壁2により構
成させることが好ましく、80〜100度に位置するも
のについて、平均隔壁厚さより厚い隔壁2により構成さ
せることがより好ましく、85〜95度に位置するもの
について、平均隔壁厚さより厚い隔壁2により構成させ
ることが特に好ましい。
【0089】 排ガスの噴き付け方向が、流通孔3の貫
通方向に対して一定の角度を有している場合には、排ガ
ス中の異物の移動方向と垂直に近い位置に配設されてい
る隔壁程、異物による衝撃を受け易いため、このような
衝撃を受け易い隔壁を平均隔壁厚さより厚い隔壁2によ
り構成させることにより、効果的に耐エロージョン性を
向上させることができる。
【0090】 尚、70〜110度の範囲に限ったの
は、この範囲外のものまで平均隔壁厚さより厚い隔壁2
により構成させると、耐エロージョン性の向上という効
果に比べ、熱容量の増大による暖機特性の低下という弊
害の方が大きくなってしまう場合があるからである。
【0091】 他方、排ガス中の異物の粒径が、1mm
以上の大きな粒径のものが多く含まれる場合には、図1
6に示すように、複数の隔壁のうち、外周部近傍領域
で、ハニカム構造体10の外周面における法線20が通
過する位置に設けられているの流通孔3を形成し、かつ
この法線20に対し、±20度に位置するものについ
て、平均隔壁厚さより厚い隔壁2により構成させること
が好ましく、±10度に位置するものについて、平均隔
壁厚さより厚い隔壁2により構成させることがより好ま
しく、±5度に位置するものについて、平均隔壁厚さよ
り厚い隔壁2により構成させることが特に好ましい。
【0092】 エキマニ5をステンレス製とした場合に
は、溶接物等に由来する粒径1mm以上の比較的大きな
異物が発生するが、この異物は、排ガス噴き付け端面上
を摺動してコーン部7内面でその移動方向を変更し、主
に端面の外周部近傍を円周方向に摺動することから、外
周部近傍に配設された隔壁のうち、円周方向に対して垂
直に近い位置の隔壁程、この粒径の大きな異物による衝
撃を受け易い。そこで、このような位置に設けられる隔
壁を平均隔壁厚さより厚い隔壁により構成させることに
より、効果的に耐エロージョン性を向上させることがで
きる。
【0093】 また、このように平均隔壁厚さより厚い
隔壁2を配設した場合には、外周部近傍領域で、流通孔
3に対応する法線20に対し、±20度以外で位置する
隔壁については、より薄い隔壁を配設し、中央部領域で
は、更に薄い隔壁を配設することが、耐エロージョン性
を効果的に向上させながら、熱容量を低減して暖機特性
を向上させる点で好ましい。
【0094】 第一のハニカム構造体においては、複数
の異なる厚さの隔壁における平均隔壁厚さが、0.10
mm未満であることが好ましく、0.065mm未満で
あることがより好ましい。
【0095】 平均隔壁厚さを、0.10mm未満とす
ることにより、近年の要請に充分に対応する暖機特性を
発揮することができるとともに、圧力損失を大幅に低減
することができる。
【0096】 ここで、本明細書中、「平均隔壁厚さ」
とは、ハニカム構造体を設計する場合の、構造体の熱容
量又は圧力損失や機械的強度を計算するための隔壁厚さ
の代表寸法であり、概ね異なる2種以上の隔壁厚さの総
和を隔壁厚さの種類の数で割った値である。尚、従来の
ハニカム構造体は、平均隔壁厚さが0.10mm以上の
隔壁により構成され、床下に搭載されるものが殆どであ
り、特に耐エロージョン性を考慮するものではない。
【0097】 第一のハニカム構造体においては、複数
の異なる厚さの隔壁中、最も薄い隔壁の厚さ(t1)に
対する、最も厚い隔壁の厚さ(t2)の比(t2/t1
が、1.05〜2.00とすることが好ましく、1.1
0〜1.50とすることがより好ましく、1.20〜
1.30とすることが特に好ましい。
【0098】 最も薄い隔壁の厚さ(t1)に対する、
最も厚い隔壁の厚さ(t2)の比(t2/t1)が、1.
05未満であると、所望の耐エロージョン性を得ること
が困難になる場合がある。一方、1.5より大きくなる
と、耐エロージョン性の向上という効果に比べ、熱容量
の増大による暖機特性の低下という弊害の方が大きくな
ってしまうおそれがあるばかりか、押出し成形時に、最
も薄い隔壁と最も厚い隔壁との間で押出し速度の格差が
大きくなり成形性が低下してしまうことがある。
【0099】 特に、近年の要請に応じて、隔壁平均厚
さを0.1mm以下とするような場合には、薄い隔壁の
流動抵抗が非常に大きくなることから、最も薄い隔壁と
最も厚い隔壁との隔壁厚さの比が、上述した範囲外であ
ると、押出し速度の格差が極めて大きくなり、看過し得
ないような変形を生じてしまうことがある。
【0100】 尚、最も薄い隔壁と最も厚い隔壁との隔
壁厚さの比が、上述した範囲外であると、乾燥時や焼成
時にも、乾燥速度や焼成速度のバラツキが大きくなり、
収縮応力によるクラックや破損を生じる場合がある。
【0101】 もっとも、隔壁により微粒子の除去を行
う排ガス浄化フィルターの場合には、隔壁の厚さを0.
2〜0.5mmとすることが好ましい。また、所望のフ
ィルター機能を得るためには、隔壁の気孔率が40%以
上とすることが好ましい。尚、所望のフィルター機能を
得るために気孔率が大きくなる排ガス浄化フィルターで
は、より大きな耐エロージョン性が求められ、特に、デ
ィーゼル車用のフィルターでは、酸化スケールやオイル
アッシュ等に由来する多量の異物が隔壁と衝突する厳し
い環境の下で使用されることからも、耐エロージョン性
に対する要求が大きいが、本発明のハニカム構造体を適
用することにより、このような要求に応じることが可能
となる。
【0102】 第一のハニカム構造体における、平均隔
壁厚さより厚い隔壁と平均隔壁厚さより薄い隔壁の全体
における存在比率(平均隔壁厚さより厚い隔壁:平均隔
壁厚さより薄い隔壁)は、1:1〜1:3が好ましく、
1:2〜1:2.5がより好ましい。存在比率が、1:
1より小さいと、熱容量の増大による暖機特性の低下と
いう弊害の方が大きくなってしまうおそれがあり、1:
3より大きいと、所望の耐エロージョン性を得ることが
困難な場合がある。
【0103】 第一のハニカム構造体は、生産性が高
く、低コストである点で、押出し成形により、外周壁と
隔壁を一体成形することが好ましく、隔壁を厚壁化する
方法としては、例えば、均一のスリット幅を有する成形
用口金を、厚壁化したい領域の隔壁を放電加工して所望
のスリット幅としたものを用いて押出し成形する方法、
又は均一のスリット幅を有する成形用口金にメッキを施
し、厚くしたい隔壁の領域のみメッキ厚さを薄くしたも
の用いて押出し成形する方法等を挙げることができる。
【0104】 第一のハニカム構造体では、外周壁の厚
さについて特に制限はないが、隔壁の外周部近傍で平均
隔壁厚さより薄い隔壁の存在率が高い場合には、構造体
全体の強度を向上させる点から、隔壁厚さに対して二倍
以上の厚さとすることが好ましく、排ガスがハニカム構
造体の外周壁にあたる場合、又はハニカム構造体の外周
壁を含む領域で異物が摺動するような場合には、外周壁
をより厚くすることが好ましい。
【0105】 第一のハニカム構造体の材料としては特
に制限はなく、例えば、コージェライト、アルミナ、ム
ライト、リチウム・アルミニウム・シリケート、チタン
酸アルミニウム、チタニア、ジルコニア、窒化珪素、窒
化アルミニウム、炭化珪素からなる群より選ばれた少な
くとも1種のセラミック材料若しくはそれらの複合材
料、又は活性炭、シリカゲル、若しくはゼオライト等の
吸着材料を挙げることができる。また、ステンレス鋼等
の耐熱性金属材料等であってもよい。
【0106】 但し、上述したように、平均隔壁厚さが
0.1以下と薄くする場合には、ハニカム構造体の機械
的強度、及び耐エロージョン性が低下するため、材料気
孔率を、10〜25%程度に緻密化し、機械的強度及び
耐エロージョン性を向上させることが好ましい。
【0107】 この際、ハニカム構造体全体を緻密化し
ても、端面部を局部的に緻密化してもよいが、キャニン
グに対する機械的強度、及び全体の機械的強度を高める
点、更には熱容量増加による温度上昇を抑制することが
できる点では、全体的に緻密化することが好ましい。ま
た、局部的に緻密化する場合には、その他の部位との不
連続性に起因して耐熱衝撃性を低下する危険性があるた
め、緻密度合いを連続的に傾斜化することが好ましい。
更に、過度の緻密化は、熱膨張係数の増大により耐熱衝
撃性の低下を招く恐れがあるため、気孔率を上述した範
囲とすることが好ましい。
【0108】 また、第一のハニカム構造体では、複数
の隔壁に、触媒成分を担持することが好ましく、触媒成
分としては、例えば、Pt、Pd、Rh等を挙げること
ができる。また、第一のハニカム構造体は、各流通孔
を、貫通する両端面で、目封じ材により互い違いに目封
じすることによりハニカムフィルターとすることができ
る。尚、目封じ材について特に制限はなく、例えば、前
述した第一のハニカム構造体の材料と同様のものを用い
ることができる。
【0109】2.第二のハニカム構造体 本発明の第二のハニカム構造体は、複数の隔壁により仕
切られ、軸方向に貫通して形成される複数の流通孔を備
えるハニカム構造体であって、複数の隔壁が、複数の異
なる厚さの隔壁により構成され、平均隔壁厚さより厚い
隔壁と、平均隔壁厚さより薄い隔壁とを、不規則に配設
されてなるものである。
【0110】 これにより、排ガス中の異物が、予測不
能に不規則に各隔壁と衝突する状況でも、効果的に耐エ
ロージョン性を向上させることができる。また、熱応力
の集中を緩和することにより耐熱衝撃性を向上させるこ
とができる。
【0111】 第二のハニカム構造体では、平均隔壁厚
さより厚い隔壁と、平均隔壁厚さより薄い隔壁を、不規
則に配設すること以外の点については、前述した第一の
ハニカム構造体と同様である。従って、ここでは、それ
らの点については省略して説明する。
【0112】 第二のハニカム構造体では、前述した第
一のハニカム構造体のように、構造体全体で、平均隔壁
厚さより厚い隔壁と、平均隔壁厚さより薄い隔壁の存在
率に格差を設けて配設してもよいが、排ガスが、噴き付
け端面全体に噴き付けられている場合には、構造体全体
で、均一となるように配設することが好ましい。
【0113】 不規則な配列は、例えば、カオス理論に
より決定することができるが、具体的には、図19に示
すグラフのように隔壁厚さを変化させたものを挙げるこ
とができる。
【0114】3.コンバーターシステム 図1〜4に示すように、本発明のコンバーターシステム
は、前述した第一若しくは第二のハニカム構造体10
(第二のハニカム構造体は図示せず)又は排ガス浄化フ
ィルター(図示せず)と、第一若しくは第二のハニカム
構造体10等に排ガスを導入する排ガス導入管5と、第
一若しくは第二のハニカム構造体等と排ガス導入管5と
を把持するケースと、排ガス導入管5が連結し、ケース
6に接合しているコーン部7とにより構成されるもので
ある。
【0115】 本発明のコンバーターシステムでは、第
一のハニカム構造体10又はこれを用いたハニカムフィ
ルターにより構成させる場合には、ハニカム構造体10
等に配設される平均隔壁厚さより厚い隔壁2が、少なく
とも排ガス噴き付け領域及び又は異物摺動領域の一部を
含んで配設され、平均隔壁厚さより薄い隔壁1が、少な
くとも排ガス噴き付け領域以外の領域の一部を含んで配
設されているため、エキマニ直下に搭載した場合であっ
ても、耐エロージョン性、及び耐熱衝撃性に優れ、かつ
所望の暖機特性を発揮するコンバーターシステムとする
ことができる。
【0116】 また、第二のハニカム構造体又はこれを
用いたハニカムフィルターにより構成させる場合には、
平均隔壁厚さより厚い隔壁と、平均隔壁厚さより薄い隔
壁とが、不規則に配設されているため、排ガス中の異物
が、予測不能に不規則に各隔壁と衝突する状況でも、効
果的に耐エロージョン性を向上させることができるとと
もに、熱応力の集中を緩和することにより耐熱衝撃性を
向上させることができる。
【0117】
【実施例】 以下、本発明を実施例により具体的に説明
するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるもので
はない。 (実施例及び比較例)
【0118】実施例1 異なる厚さのメッキを施して、所望の異なる厚さの隔壁
にそれぞれ対応する幅のスリットを有する成形用口金を
用いて、押出し成形により、ハニカム構造体の断面形状
が円形、気孔率40%、直径100mm×長さ100m
m、流通孔の断面形状が正方形、セル密度が900cp
si(セルピッチ0.84mm)、相対的に薄い隔壁の
厚さが0.065mm(2.5mil)、相対的に厚い
隔壁の厚さが0.076mm(3.0mil)、薄い隔
壁の厚さに対する厚い隔壁の厚さの比が1.15であ
り、外周面から中央部方向に最大20セルまでが含まれ
る外周部近傍領域の対向する両サイドの半月形状の領域
で、ハニカム構造体の外周面における法線に対応する位
置の流通孔を形成し、かつ該法線に対し、70〜110
度に位置する隔壁のみを0.076mm(3.0mi
l)の厚い隔壁により構成したコージェライト質ハニカ
ム構造体を作製した。
【0119】比較例1 相対的に薄い隔壁と、相対的に厚い隔壁とを、ハニカム
構造体全体に交互に配設したこと以外は実施例1と同様
にしてコージェライト質ハニカム構造体を作製した。
【0120】(評価方法)図2に示す構成のコンバータ
ーシステムを用い、鋳鉄製エキマニに、異物投入口を設
けて、定期的に所定量の異物をエキマニ内に投入して、
コンバーターシステム内に設置したハニカム構造体の排
ガス噴き付け端面に排ガスを噴き付けた。排ガス噴き付
け領域は、ハニカム構造体の排ガス噴き付け端面におけ
る外周部近傍領域のうち、対向する両サイドに位置する
図7に示す半月状領域であり、この領域に配設された隔
壁を主として、排ガス流れに乗せて異物を繰り返し衝突
させてエロージョン試験を行い、耐エロージョン性を評
価した。この際、異物は、酸化スケールを模擬した擬似
異物として、市販のGC(SiC)砥粒(平均粒径50
μm)を用いた。また、エロージョン量は、ビーズを用
いて、エロージョン試験前後でのビーズ充填体積差で測
定した。尚、試験後には、ハニカム構造体の排ガス噴き
付け端面上には、異物は残存していなかった。
【0121】(評価結果)実施例1及び比較例1で得ら
れたハニカム構造体に触媒成分を所定量担持したハニカ
ム触媒体を用いて、エロージョン試験を行ったところ、
実施例1のハニカム構造体では、比較例1のハニカム構
造体に比べ、耐エロージョン性が、約40%向上してい
た。尚、各ハニカム構造体における、触媒成分の担持量
を変化させて、同様の試験を行っても同様の結果が得ら
れた。
【0122】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、浄化性能における暖機特性の向上、及びエンジンの
始動直後に排出される有害物質の低減といった近年の要
請を満足させながらも、外圧に対する充分な機械的強度
を有し、同時に耐エロージョン性、及び耐熱衝撃性の大
きなハニカム構造体等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のコンバーターシステム一の実施形態
を模式的に示す断面図である。
【図2】 本発明のコンバーターシステムの他の実施形
態を模式的に示す断面図である。
【図3】 (a)は、本発明のコンバーターシステムの
更に他の実施形態を模式的に示す断面図であり、(b)
は、(a)に示すコンバーターシステムにおける排ガス
の流れを模式的に示す一部斜視図である。
【図4】 本発明のコンバーターシステムの更に他の実
施形態を模式的に示す断面図である。
【図5】 本発明の第一のハニカム構造体における平均
隔壁厚さより薄い隔壁と、平均隔壁厚さより厚い隔壁の
配設パターンの一例を示す断面図である。
【図6】 本発明の第一のハニカム構造体における平均
隔壁厚さより薄い隔壁と、平均隔壁厚さより厚い隔壁の
配設パターンの他の一例を示す断面図である。
【図7】 本発明の第一のハニカム構造体における平均
隔壁厚さより薄い隔壁と、平均隔壁厚さより厚い隔壁の
配設パターンの更に他の一例を示す断面図である。
【図8】 本発明の第一のハニカム構造体における平均
隔壁厚さより薄い隔壁と、平均隔壁厚さより厚い隔壁の
配設パターンの更に他の一例を示す断面図である。
【図9】 本発明の第一のハニカム構造体における平均
隔壁厚さより薄い隔壁と、平均隔壁厚さより厚い隔壁の
配設パターンの更に他の一例を示す断面図である。
【図10】 本発明の第一のハニカム構造体における平
均隔壁厚さより薄い隔壁と、平均隔壁厚さより厚い隔壁
の配設パターンの更に他の一例を示す断面図である。
【図11】 本発明の第一のハニカム構造体における平
均隔壁厚さより薄い隔壁と、平均隔壁厚さより厚い隔壁
の配設パターンの更に他の一例を示す断面図である。
【図12】 本発明の第一のハニカム構造体における平
均隔壁厚さより薄い隔壁と、平均隔壁厚さより厚い隔壁
の配設パターンの更に他の一例を示す断面図である。
【図13】 本発明の第一のハニカム構造体における平
均隔壁厚さより薄い隔壁と、平均隔壁厚さより厚い隔壁
の配設パターンの更に他の一例を示す断面図である。
【図14】 本発明の第一のハニカム構造体における平
均隔壁厚さより薄い隔壁と、平均隔壁厚さより厚い隔壁
の配設パターンの更に他の一例を示す一部拡大図であ
る。
【図15】 本発明の第一のハニカム構造体における平
均隔壁厚さより薄い隔壁と、平均隔壁厚さより厚い隔壁
の配設パターンの更に他の一例を示す一部拡大図であ
る。
【図16】 本発明の第一のハニカム構造体における平
均隔壁厚さより薄い隔壁と、平均隔壁厚さより厚い隔壁
の配設パターンの更に他の一例を示す断面図である。
【図17】 本発明のハニカム構造体における、隔壁厚
さを段階的に変化させた一例を示すグラフである。
【図18】 本発明のハニカム構造体における、隔壁厚
さを段階的に変化させた他の一例を示すグラフである。
【図19】 本発明のハニカム構造体における、隔壁厚
さを不規則に変化させた一例を示すグラフである。
【符号の説明】
1…平均隔壁厚さより薄い隔壁、2…平均隔壁厚さより
厚い隔壁、3…流通孔、4…排ガス噴き付け領域、5…
排ガス導入管(エキマニ、排気管)、6…ケース、7…
コーン部、8…外周壁、10…ハニカム構造体、11…
平均隔壁厚さより厚い隔壁と平均隔壁厚さより薄い隔壁
を混在してなる隔壁群、12…平均隔壁厚さより薄い隔
壁のみからなる隔壁群、13…平均隔壁厚さより厚い隔
壁のみからなる隔壁群、14…エロージョン集中領域、
20…法線、21…排ガス、22…排ガスの局所的還
流。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01N 3/28 301 F01N 3/28 301W 4G069 B01D 46/00 302 // B01D 46/00 302 53/36 ZABC (72)発明者 小川 雅人 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 Fターム(参考) 3G090 AA01 3G091 AA02 AA18 AB13 BA02 BA07 BA10 GA11 GA21 HA46 4D019 AA01 BA05 BB06 BC12 BD10 CA01 CB04 4D048 BB02 BB15 CC41 4D058 JA32 JB22 KA01 KA25 SA08 4G069 AA01 AA08 CA03 DA06 EA19 EA25 ED10

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の隔壁により、軸方向に貫通する複
    数の流通孔が形成されているハニカム構造体であって、 該複数の隔壁が、複数の異なる厚さの隔壁により構成さ
    れ、 該複数の異なる厚さの隔壁中、平均隔壁厚さより厚い隔
    壁が、隔壁が配設されている全領域のうち、特定の一部
    の領域で、その他の領域に比較して高い割合で配設され
    ていることを特徴とするハニカム構造体。
  2. 【請求項2】 複数の隔壁により、軸方向に貫通する複
    数の流通孔が形成されているハニカム構造体であって、 該複数の隔壁が、複数の異なる厚さの隔壁により構成さ
    れ、 平均隔壁厚さより厚い隔壁と、平均隔壁厚さより薄い隔
    壁とを混在してなる隔壁群が、隔壁が配設されている全
    領域のうち、特定の一部の領域に配設され、平均隔壁厚
    さより薄い隔壁のみからなる隔壁群が、その他の領域に
    配設されていることを特徴とするハニカム構造体。
  3. 【請求項3】 該平均隔壁厚さより厚い隔壁と平均隔壁
    厚さより薄い隔壁を混在してなる隔壁群が、少なくとも
    外周部近傍領域の一部を含んで配設され、該平均隔壁厚
    さより薄い隔壁のみからなる隔壁群が、該外周部近傍領
    域の内側に位置する中央部領域を含んで配設されている
    請求項2に記載のハニカム構造体。
  4. 【請求項4】 該平均隔壁厚さより薄い隔壁のみからな
    る隔壁群が、少なくとも外周部近傍領域の一部を含んで
    配設され、該平均隔壁厚さより厚い隔壁と平均隔壁厚さ
    より薄い隔壁を混在してなる隔壁群が、該外周部近傍領
    域の内側に位置する中央部領域を含んで配設されている
    請求項2に記載のハニカム構造体。
  5. 【請求項5】 複数の隔壁により、軸方向に貫通する複
    数の流通孔が形成されているハニカム構造体であって、 該複数の隔壁が、複数の異なる厚さの隔壁により構成さ
    れ、 平均隔壁厚さより薄い隔壁のみからなる隔壁群が、外周
    部近傍領域の一部を少なくとも含んで配設され、該平均
    隔壁厚さより厚い隔壁のみからなる隔壁群が、該外周部
    近傍領域の内側に位置する中央部領域を含んで配設され
    ていることを特徴とするハニカム構造体。
  6. 【請求項6】 該複数の隔壁が、ハニカム構造体の中央
    部から外周方向にかけて、段階的又は連続的に薄くなっ
    ている請求項5に記載のハニカム構造体。
  7. 【請求項7】 複数の隔壁により、軸方向に貫通する複
    数の流通孔が形成されているハニカム構造体であって、 該複数の隔壁が配設されている全領域で、平均隔壁厚さ
    より厚い隔壁と平均隔壁厚さより薄い隔壁とが、混在し
    て配設され、 該平均隔壁厚さより厚い隔壁を相対的に多く混在してな
    る隔壁群が、特定の一部の領域に配設され、該平均隔壁
    厚さより薄い隔壁を相対的に多く混在してなる隔壁群
    が、その他の領域に配設されていることを特徴とするハ
    ニカム構造体。
  8. 【請求項8】 該平均隔壁厚さより薄い隔壁の割合が、
    ハニカム構造体の中央部から外周方向にかけて、段階的
    又は連続的に大きくなっている請求項7に記載のハニカ
    ム構造体。
  9. 【請求項9】 該平均隔壁厚さより厚い隔壁と、該平均
    隔壁厚さより薄い隔壁とを、不規則に配設してなる請求
    項2〜8のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
  10. 【請求項10】 複数の隔壁により、軸方向に貫通する
    複数の流通孔が形成されているハニカム構造体であっ
    て、 該複数の隔壁が、複数の異なる厚さの隔壁により構成さ
    れ、平均隔壁厚さより厚い隔壁と、平均隔壁厚さより薄
    い隔壁とを、不規則に配設してなることを特徴とするハ
    ニカム構造体。
  11. 【請求項11】 該平均隔壁厚さより薄い隔壁が、2種
    以上の異なる厚さの隔壁である請求項2〜10のいずれ
    か一項に記載のハニカム構造体。
  12. 【請求項12】 該平均隔壁厚さより厚い隔壁が、2種
    以上の異なる厚さの隔壁である請求項2〜11のいずれ
    か一項に記載のハニカム構造体。
  13. 【請求項13】 該複数の隔壁が、外周部近傍領域で、
    ハニカム構造体の外周面に対する法線が通過する位置の
    流通孔を形成し、かつ該法線に対し、±20度に位置す
    るものについて、該平均隔壁厚さより厚い隔壁により構
    成されている請求項2〜12のいずれか一項に記載のハ
    ニカム構造体。
  14. 【請求項14】 該複数の隔壁が、ハニカム構造体の外
    周面に対する法線が通過する位置の流通孔を形成し、か
    つ該法線に対し、70〜110度に位置するものについ
    て、該平均隔壁厚さより厚い隔壁により構成されている
    請求項2〜13のいずれか一項に記載のハニカム構造
    体。
  15. 【請求項15】 外周壁に隣接する隔壁を含む隔壁群に
    より形成される流通孔を閉塞してなる請求項2〜14の
    いずれか一項に記載のハニカム構造体。
  16. 【請求項16】 該複数の流通孔の系方向における断面
    形状が、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形、丸
    形状のいずれか1種、又はこれらの2種以上である請求
    項1〜15のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
  17. 【請求項17】 該複数の異なる厚さの隔壁における、
    平均隔壁厚さが、0.10mm未満である請求項1〜1
    6のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
  18. 【請求項18】 該複数の異なる厚さの隔壁における、
    最も薄い隔壁の厚さ(t 1)に対する、最も厚い隔壁の
    厚さ(t2)の比(t2/t1)が、2以下である請求項
    1〜17のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
  19. 【請求項19】 該複数の隔壁に、触媒成分を担持して
    なる請求項1〜18のいずれか一項に記載のハニカム構
    造体。
  20. 【請求項20】 請求項1〜19のいずれか一項に記載
    のハニカム構造体を、該流通孔が貫通する両端面で、目
    封じ材により互い違いに目封じしてなるハニカムフィル
    ター。
  21. 【請求項21】 請求項1〜20のいずれか一項に記載
    のハニカム構造体又はハニカムフィルターと、該ハニカ
    ム構造体又はハニカムフィルターに排ガスを導入する排
    ガス導入管と、該ハニカム構造体又は該ハニカムフィル
    ターを把持するケースと、該排ガス導入管が連結し、該
    ケースに接合しているコーン部とを備えるコンバーター
    システム。
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