JPH0812460A

JPH0812460A - ハニカム状セラミック構造体

Info

Publication number: JPH0812460A
Application number: JP6162893A
Authority: JP
Inventors: Osamu Yamamoto; 修山本
Original assignee: MARUMI TORYO KK; Fuji Enterprise KK
Current assignee: MARUMI TORYO KK; Fuji Enterprise KK
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1994-06-22
Publication date: 1996-01-16

Abstract

(57)【要約】【目的】熱衝撃に強く、任意の寸法に構成でき、大型に
もできるハニカム状セラミック構造体を提供することを
課題とする。その用途として、例えば具体的には触媒効
率の高い触媒担体、化学反応用触媒担体、排ガス処理装
置、バイオリアクター、排水浄化装置、飲料水浄化装
置、特に自動車用排ガス触媒担体として使用可能なもの
を提供する。【構成】所定の開孔セルを備え所定厚みのハニカム状セ
ラミックモジュールを複数、開孔セルの軸方向が連通す
るように、開孔セルの軸方向に積層して所定厚みの前記
ハニカム状セラミックモジュールを複数配設して成るハ
ニカム状セラミック構造体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ハニカム状セラミック
構造体に関して、特に耐熱衝撃に優れ、触媒担体として
の使用に適している。圧力損失が少ないことが大きな特
長であり、エンジン等の馬力損失が少ない。また、構造
上消音効果が大きく、環境面にも優れている。

【０００２】

【従来の技術】ハニカム状セラミック構造体は、比表面
積が大きく、貫通孔を通し流体を流動させることができ
るため、自動車用触媒担体（排ガス浄化装置）や化学反
応触媒担体として使用されてきた。

【０００３】とりわけ耐熱衝撃性の強い材質、組織が要
求される自動車用触媒担体の分野では、コーディエライ
トを押出成形によって結晶配向させてハニカム状セラミ
ック構造体としていた。

【０００４】ハニカム状セラミック構造体及び製造方法
としては、押出成形の他に、特開昭４８−６６１１２号
では、平板なセラミックシート（セラミック素材シー
ト）を凹凸加工し、凹凸シートをセル（凹凸部）の周方
向（断面がハニカムをなす面に平行な方向）に積層又は
巻き込んで焼成し、開孔セルを備えるハニカム状セラミ
ック構造体としていた。

【０００５】また、同じく特開昭４８−６６１１２号で
は、断面がハニカムを成す面に平行な方向で、開孔セル
を形成する長い管状のパイプを複数、平板なセラミック
シート（セラミック素材シート）に巻き込んで焼成し、
開孔セルを備えるハニカム状セラミック構造体としてい
た。

【０００６】特開昭５７−１７９０６０号においては、
外部に通じる多数の内部連通空間を形成する３次元網目
構造を有する多孔質セラミック構造体において、可塑性
を有する状態で前記構造体の両端よりロッドによって、
単独及び相互に構造体を貫通しない穴をあけて、この穴
と３次元網目構造により開孔（連通）セルを有するセラ
ミック構造体を製造していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、押出成
形では、得られる構造体の大きさに限界があった。例え
ば開孔セルの軸方向に肉厚な構造は成形材料の流動性が
低下するために押出成形が困難であり、また大きな直径
の構造体を得るためには併せて金型も大きくしなければ
ならなかった。実際、１０〜１５ｃｍの外径が限度であ
った。

【０００８】さらに、押出成形装置の設備投資金額が大
きく、成形製品の歩留りが悪く、原料ロスが多いという
問題点を抱えていた。

【０００９】また、使用時開孔セルの軸方向に長い（肉
厚）構造は、例えば自動車用排ガス用触媒担体として用
いる場合には、特に始動時、局所的に急激な温度上昇が
生じ、特に排ガス入口と出口では大きな温度差が生じ、
熱衝撃が大きかった。そのため、構造体の大きさに制限
があった。

【００１０】また、製造工程中、所定の可塑性を有する
状態でのハニカム構造形成工程では、自己保持力の限界
や成形圧力により、さらにセラミック焼結時にも、大径
または長径の構造体は熱応力によりひび、割れ又は破壊
が生じ易く、しかも大きな焼成収縮による変形による製
品歩留まりの低下のため、大型のハニカム状セラミック
構造体を製造することは困難であった。

【００１１】また、触媒担体としても従来のハニカム状
セラミック構造体は、全体が一つの構造体よりなってい
るので、異なる触媒を担持することは困難であり、その
ためには部分的なマスキング等の複雑な工程を必要とし
ていた。

【００１２】特に、自動車排ガス用触媒担体は、性質の
異なる機能（酸化、還元、及び微粒子吸着）を果たす必
要がある。そのため例えば３元（３ｗａｙ）触媒を用
いて、しかもエンジンの燃焼条件や触媒担体の温度を精
密に制御しなければ、所定の排ガス除去性能を発揮しな
かった。しかし、始動時や高負荷時、又は外部気温によ
って前記の条件は変化するので、あらゆる運転条件で全
ての種類の有害物質を除去することは、所定の技術的、
空間的、時間的及びコスト的制限の下では実際的には不
可能であった。特にディーゼル機関、しかも大型エンジ
ン用の排気ガス浄化装置に関しては、現在でもその技術
的解決の目途は立っていないが、その解決は環境保全
上、緊急の課題となっている。

【００１３】本発明は第１に、熱衝撃に強く、任意の寸
法に構成でき、大型にもできるハニカム状セラミック構
造体を提供することを課題とする。その用途として、例
えば具体的には触媒効率の高い触媒担体、化学反応用触
媒担体、排ガス処理装置、バイオリアクター、排水浄化
装置、飲料水浄化装置、特に自動車用排ガス触媒担体と
して使用可能なものを提供することを目的とする。

【００１４】本発明は第２に、一つの構造体中に複数の
機能を備えさせることを課題とする。

【００１５】本発明は第３に、触媒反応等の化学反応効
率、又は熱交換効率が高い開孔セル構造、又は原料から
焼成されるハニカム状セラミック構造体を提供すること
を課題とする。

【００１６】本発明は第４に、ハニカム成形時及び焼成
時に、割れやひび等の欠陥発生が減少するような、即ち
製造時の歩留まり向上が可能なハニカム状セラミック構
造体の構造を提供することを課題とする。本発明は第５
に、大型バス、大型トラック、鉄道、発電、船舶等のデ
ィーゼル機関にも、特に大型エンジンにも適用可能な排
気が浄化装置に用いるためのハニカム状セラミック構造
体を提供することを課題とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的、課
題の少なくとも一つを達成するものであり、本発明の第
１の視点においては、所定の開孔セルを備え所定厚みの
ハニカム状セラミックモジュールを複数、開孔セルの軸
方向が連通するように、開孔セルの軸方向に積層して所
定厚みの前記ハニカム状セラミックモジュールを複数配
設して成るハニカム状セラミック構造体である（請求項
１）。

【００１８】所定の開孔セルとは、開孔セルの数、開孔
径、開孔セル断面方向面積あたりの開孔面積、セル壁と
セルの長さ又は面積の比、さらに開孔セルの軸方向の形
態がラセン状、ジクザク状、階段状、テーパ状などの立
体的形態が異なるものを含む。

【００１９】所定厚みのモジュールとは、厚さの異なる
モジュールを積層する場合を含む。

【００２０】

【好適な手段】第２の好適な手段は、前記ハニカム状セ
ラミックモジュールが、板状又はディスク状であること
を特徴とする第１の手段に記載のハニカム状セラミック
構造体である（請求項２）。

【００２１】第３の好適な手段は、大型で薄厚なハニカ
ム状セラミック構造体であり、ハニカム状セラミックモ
ジュールの開孔セルの横断方向の長径Ｌが１０ｃｍ以
上、開孔セルの軸方向の厚みＴが１ｍｍ以上、厚み／長
径比のＴ／Ｌが０．５以下であることを特徴とする第１
又第２の手段に記載のハニカム状セラミック構造体であ
る（請求項３）。

【００２２】第４の好適な手段は、他のモジュールと
は、モジュールの開孔セルの軸方向の厚さ、モジュール
の外径、開孔セルの形態等において異なるモジュールを
有する第１〜３の手段のいずれかの手段に記載のハニカ
ム状セラミック構造体であるハニカム状セラミック構造
体である（請求項４）。

【００２３】第５の好適な手段は、連通する開孔セルが
略ラセン状の流体通路を形成していることを特徴とする
第１〜４のいずれかの手段に記載のハニカム状セラミッ
ク構造体である（請求項５）。略ラセン状とは、階段
状、又はジクザク状に流路が形成されている場合を含
む。また、連通する開孔セルを通過する流体が略ラセン
状の流れを形成すればよく、必ずしも連通する開孔セル
自体が略ラセン状である必要はない。

【００２４】第６の好適な手段は、開孔セル断面形状が
円で互いに同一なハニカム状セラミックモジュールを同
軸上で開孔セル断面の周方向に回転あるいは互い違いに
積層して、連通する開孔セルが略ラセン状の流体通路を
形成していることを特徴とする第１〜５のいずれかの手
段に記載のハニカム状セラミック構造体である（請求項
６）。

【００２５】第７の好適な手段は、モジュール間又は構
造体端部に、衝撃吸収用層材を結合させたことを特徴と
する第１〜６のいずれかの手段に記載のハニカム状セラ
ミック構造体である。結合の方法は、例えば、浸漬、吹
付、溶着、溶接、接着、焼成、嵌合等である。衝撃吸収
層材は、板ばね、皿ばね、コイルばね、ゴム等の通常の
弾性部材の他、上記バネ形状、平板状（層状）、又はブ
ロック形状等の金属、半金属（シリコン等）、又は合金
でもよい（請求項７）。

【００２６】第８の好適な手段は、本発明の構造体を触
媒担体とすることを特徴とする第１〜７のいずれかの手
段に記載のハニカム状セラミック構造体である（請求項
８）。

【００２７】第９の好適な手段は、あるモジュールが他
のモジュールと異なる触媒を担持して、異なる機能を発
揮することを特徴とする第８の手段に記載のハニカム状
セラミック構造体である（請求項９）。

【００２８】第１０の好適な手段は、第９の手段におい
て、特に、酸化、還元、及び微粒子吸着及び分解作用を
仲介する各触媒が、少なくとも１種類は構造体を成すモ
ジュール中に担持されていることを特徴とする第８又は
９の手段に記載のハニカム状セラミック構造体である
（請求項９）。なお、上記三作用をすべて行なうよう
な、例えば３元触媒担体であるモジュールも、本手段の
範囲に含まれる。

【００２９】第１１の好適な手段は、特に熱衝撃及び機
械的衝撃の激しい自動車排ガス用触媒担体であることを
特徴とする第８〜１０のいずれかの手段に記載のハニカ
ム状セラミック構造体である（請求項１１）。

【００３０】第１２の好適な手段は、モジュールが異な
るセラミック質よりなることを特徴とする第１〜１１の
いずれかの手段に記載のハニカム状セラミック構造体で
ある（請求項１２）。例えば、コーディエライトとアル
ミナである。さらに、同一成分でも、組織又は結晶構造
が異なる場合も含む。

【００３１】第１３の好適な手段は、焼成された構造体
の原料がセラミックと有機質繊維を主成分とすることを
特徴とする第１〜１２のいずれかの手段に記載のハニカ
ム状セラミック構造体である（請求項１３）。有機質繊
維は焼成時に焼失して、有機質繊維の種類・形態及び焼
成条件（温度、雰囲気）に応じた所定の多孔質を形成す
る。

【００３２】第１４の好適な手段は、セラミック原料と
無機質繊維を主成分とする原料から焼成されることを特
徴とする第１〜１３のいずれかの手段に記載のハニカム
状セラミック構造体である（請求項１４）。

【００３３】第１５の好適な手段は、ハニカム状セラミ
ック構造体の外周面が金属からなるシート状体あるいは
管状体で包まれていることを特徴とする第１〜１４のい
ずれかの手段に記載のハニカム状セラミック構造体であ
る（請求項１５）。シート状体あるいは管状体とは、例
えばメッキ等により形成されるマイクロメータ以下の厚
さの薄膜（シート状体）から、例えば金属板をハニカム
状セラミック構造体に円筒形に巻くことにより数センチ
オーダの厚さに形成されるシート状体あるいは管状体ま
でを含む。さらに、金属性の管状体（筒状体）にハニカ
ム状セラミック構造体を嵌装、収容する場合を含む。ま
た、、金属からなる管状体がハニカム構造であってもよ
い。膜あるいは管状体をなす金属材料としては、ステン
レス等の耐熱、耐食性のある材料が好ましい。

【００３４】

【作用】本発明のハニカム状セラミック構造体は、複数
のハニカム状セラミックモジュールからなることを、第
１の特徴とする。セラミックは、高硬度、高融点等の優
れた特徴を有するが、一方で脆性材料であり、特に熱衝
撃（急激な温度変化や熱勾配）がある場合には、特殊な
材質、製造方法でなければセラミックを使用することは
困難であった。

【００３５】例えば、自動車の排ガス用触媒担体には、
結晶の特定方向に非常に熱膨張係数の小さいコーディエ
ライトを押出成形に結晶方向を一方向に配向させて製品
化している。

【００３６】しかし、このような触媒担体でも、排ガス
入口と出口との温度差による熱衝撃等の問題により担体
の大型化、セル壁の薄肉化（セル度の向上）には限度が
あり、十分な機械的強度を得ることができなかった。ま
た、製造工程（押出成形等）の観点からも、大型化（特
に、セル軸方向に長大な構造）すれば成形材料の流動性
や結晶配向性が悪くなり、さらに、セル厚の薄肉化（セ
ル度の向上）も成形材料の流動性の悪化や脱型時のセル
枠の破壊変形等の原因となり実用化が困難であった。

【００３７】さらに、押出成形機等の設備に掛かる初期
投資が極めて大きい。

【００３８】しかし、触媒効率及び性能を上げるために
は、触媒担体の大型化、あるいはセル厚の薄肉化によっ
て担体の表面積を広げることが必要となってくる。まし
て、近年公害防止のために自動車の排ガス規制は一層厳
しくなり、平成２、４年には夫々小型、中型のディーゼ
ル車の窒素酸化物の規制強化、また平成６、７年には夫
々ディーゼル重量車、中量・重量ガソリントラック・バ
スについて窒素酸化物の規制強化が行なわれる。これら
の車種は、いずれも大排気量であり、このような規制を
クリアするには、優れた触媒担体の開発が急務となって
いる。

【００３９】本発明のハニカム状セラミック構造体は、
大型化、セル厚の薄肉化が可能であり、上記の排ガス規
制強化に対応して公害防止に貢献するに大な自動車用触
媒担体として最適なものである。

【００４０】即ち、開孔セルの軸方向に積層して所定厚
みの前記ハニカム状セラミックモジュールから構成され
ていることによって、熱衝撃を吸収する構造を有するハ
ニカム状セラミック構造体である。

【００４１】構造体が一体ではなく、複数のモジュール
からできていることによって、各モジュールのセル軸方
向距離が短くなり、各モジュールにおいて排ガス流れ方
向に対しての流入口から流出口間の温度差が減少するの
で、個々のモジュールの熱衝撃は減少する。また、開孔
セル半径方向（断面方向）の熱衝撃も減少する。

【００４２】このような、開孔セルの横断方向の長径が
大きくかつ開孔セルの軸方向に薄いモジュールからなる
ハニカム状セラミック構造体は、従来のような一体に形
成され同外形の（開孔セルの横断方向の長径が大きくか
つ開孔セルの軸方向に厚い）構造体に比べて、各モジュ
ール当たりの温度差（熱衝撃度）が小さく、熱衝撃によ
る歪によって割れる可能性が殆どない。

【００４３】また、長径が大きくかつ厚い構造体を一体
で成形、焼結することは、成形時の構造保持力の小さ
さ、及び焼結時の収縮歪等により割れ、ひび等の成形・
焼結不良が発生するため、歩留まりが低下し実用化がで
きなかった。

【００４４】しかし、本発明のモジュールからなる構造
体は、使用目的・用途に応じて任意の大きさに製造可能
であり（特にセル軸方向の厚さが任意に選択可能）、上
記のような成形又は焼結時の製造欠陥が発生せず及び使
用時の熱衝撃に強いという作用を示す構造体である。

【００４５】特に、大径、全体として分厚い構造体の場
合に、モジュール構造体を用いれば上記製造欠陥が発生
せず及び使用時の熱衝撃に強いという作用が有効であ
る。

【００４６】典型的には大略板状ないしディスク状とす
るが、本発明のハニカム状セラミック構造体を形成する
モジュールは、好ましくはハニカム状セラミックモジュ
ールの開孔セルの横断方向の長径Ｌが１０ｃｍ以上、又
は開孔セルの軸方向の厚みＴが０．３〜１ｃｍ、又は厚
み／長径比のＴ／Ｌが０．５以下であるハニカム状セラ
ミック構造体である。このようなモジュールからなる構
造体は、上記のような成形又は焼結時の製造欠陥が発生
せず及び使用時の熱衝撃に強いという作用を示す。

【００４７】また、構造体をなすモジュールの好ましい
形態の１つは、ハニカム状セラミックモジュールの開孔
セルの横断方向の長径Ｌが１０ｃｍ以上、開孔セルの軸
方向の厚みＴが１ｍｍ以上、厚み／長径比のＴ／Ｌが
０．５以下であるハニカム状セラミック構造体である。

【００４８】さらに、構造体をなすモジュールのより好
ましい形態の１つは、ハニカム状セラミックモジュール
の厚み／長径比のＴ／Ｌが１／１０以下、さらに好まし
くはＴ／Ｌが１／５０〜１／１００以下であるハニカム
状セラミック構造体である。

【００４９】このような相対的に薄厚のモジュールを多
数積層することによって、従来成形・焼成不良等により
実現できなかった大きさの構造体を形成することができ
る。また、異種、多種の機能・形態を備えるモジュール
を多数積層して、１つの構造体中で様々な機能を発揮さ
せることができる。

【００５０】また、本発明では、モジュール間の接合部
分で熱膨張を吸収することができる。即ち、一つにはモ
ジュール間の接合面に緩衝材を設けてモジュールを接合
することができる。

【００５１】二つには、複数のモジュールからなる構造
体において、モジュール間又は／及び構造体の両端に緩
衝材を配設し、例えば自動車排ガス用触媒担体の場合に
はエンジンのエグゾーストマニホールドから排ガス出口
管間のエグゾーストパイプに製缶する。

【００５２】このように、モジュールからなる構造体
は、熱衝撃の吸収度が非常に大きいので、従来は熱膨張
の極めて小さいコーディエライトの母体に表面積の大き
いアルミナをコーティングしていたが、母体自体にアル
ミナ等の比較的熱膨張係数（8×10^-6／℃）の大きい素
材でも使用することが本発明により可能となった。アル
ミナは強度が高いという利点もあり、このように、種々
の優れた特性をもつセラミック原料のハニカム状セラミ
ック構造体への適用可能性を、本発明によって広げるこ
とができる。

【００５３】また、各モジュールはセルが軸方向に貫通
（連通）するように積層される。この貫通したセルの連
通孔は、直線的又は／及び孔を画成するセル壁が連続的
である必要はない。曲線状ないしラセン状、階段状、又
はジグザク状に形成される構造、あるいは流体の分割・
再合流、その繰返しを行うような構造は、通気時のガス
との接触する機会を多くすることができて好ましく、ま
たセル壁が断続的でもセルを通過する流体が略ラセン状
流となり、流体の圧力損失が少なくなるような構造も好
ましく、これらが自由に選択できることが本発明の構造
体のモジュール化の大きな利点である。

【００５４】本発明によれば、各モジュールを軸中心に
少しずつ回転させて（角度を変えて）、あるいは互い違
いに接合させることによって、ラセン状の連通孔を簡単
に形成できる。

【００５５】また、セル肉幅を少しずつ変化させること
により、又は同一セル断面形状のモジュールでも、この
モジュール同士をずらして複数結合させることによっ
て、階段状の連通孔が形成できる。

【００５６】さらに、モジュール化の利点として、軸方
向に各モジュール毎に異なる機能を与えることができ
る。例えば、微粒子吸着、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X等用に最
適の触媒を担持する各モジュールを組み合わせることが
できる。従来は、一体型であるので、セル内部に、成形
後に異なったコーティング層を設けることは困難であ
り、またセル断面方向に機能の異なるセル管を結束する
構造も考えられるが、この構造では、各セルは軸方向に
対して１種類の目的物にしか作用（吸収、吸着）しない
ので、大変性能が劣ってしまう。

【００５７】これによって、例えば交換時にも特に詰ま
り易い微粒子吸着用のモジュールだけを交換することが
できる。

【００５８】本発明のハニカム状セラミック構造体は、
上述の特徴により、自動車排ガス用触媒担体をして、ガ
ソリンエンジンに止まらず、ディーゼルエンジン用、し
かも大型エンジン用にも用いることができる。さらに、
自動車排ガス用触媒担体以外の代表的用途には、各種化
学反応における触媒担体、バイオリアクタ、工場や発電
所等の排ガス処理装置、浄水器、排水浄化装置等がある
が、本発明のハニカム状セラミック構造体の用途はこれ
らに限定されない。

【００５９】

【実施例】

＜実施例１＞図１に基づいて、本発明のハニカム状セラ
ミック構造体１の構造の一実施例の概略を説明する。
（ａ）は、ハニカム状セラミック構造体１の斜視透過図
であり、（ｂ）はディスク状のハニカム状セラミックモ
ジュールの斜視透過図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ’方向
の断面図であり開孔セル３及びセル壁４を特に示す。

【００６０】即ち、セル壁４に仕切られ多数の開孔セル
３がある（図１（ｃ））。このような断面形状の開孔セ
ル３を有するハニカム状セラミックモジュール２（図１
（ｂ））が複数（図では５個）積層されている（図１
（ａ））。また、各モジュール２の開孔セル３が連通す
るように積層されている。

【００６１】＜実施例２＞本発明のハニカム状セラミッ
クモジュール２の製造方法を幾つか説明する。但し、本
発明のモジュールは本実施例記載の製造方法に限られる
ものではない。

【００６２】一つは、押出成形である。セラミック粉末
とバインダを加えて混練したもの（坏土）を、開孔セル
の断面形状に対応する成形用ダイスを通して押し出して
ハニカム状成形体を得る方法である。成形用ダイスは、
坏土を送入する円筒状の送入部と成形体（セル）部を形
成するマトリックス状のスリットからなっている。従来
の自動車排ガス用触媒担体はこの押出法によってコーデ
ィエライトを結晶配向させて製造されている（図示は略
す）。

【００６３】表１に、コーディエライト素地の組成（重
量割合）と焼成温度の関係の一例を示す。なお、これら
の原料等は他の製造方法においても用いられる。

【００６４】

【表１】

【００６５】続いて、表２に、セラミック原料とバイン
ダの種類と重量割合の関係の一例を示す。なお、これら
の原料等は他の製造方法においても用いられる。

【００６６】

【表２】

【００６７】これらの、セラミック原料に置換若しくは
混合してワラストナイトを使用すれば、機械的強度、耐
衝撃強度を増大させることができ好ましく、より好まし
くは５〜６０wt%のワラストナイトである。

【００６８】二つは、カレンダリング（コルゲート）法
である。成形助剤によって可塑性を調整した坏土をコル
ゲート加工又はエンボス加工によって、波状または凹凸
シートして、単独で又は平板状シートを巻す（簾）にし
て、同心円状に巻き上げることによりハニカム構造を形
成するものである（図示は略す）。

【００６９】三つは、図２（ａ）の模式工程図で示すよ
うなパイプ結束法である。押出成形により筒状体２２と
するか、又は可撓性を有するセラミック素材シートを筒
状体２２に丸め、この筒状体を複数結合して平板状のセ
ラミック素材シート２４で包込み、開孔セル断面で切断
して焼成し、ハニカム状セラミックモジュール２を形成
するものである。なお、前記切断なしでそのままハニカ
ム状セラミックモジュール２の構造を得ることができ
る。

【００７０】四つは、図２（ｂ）の模式工程図に示すよ
うなセラミック素材穴開きシート３０の積層工程を含
む。即ち、坏土を原料とするバルク材（板状体）ないし
素材シートにプレス等により多数の穴を開けて、開孔セ
ルを有するハニカム構造を得る方法である。穴開けは、
レーザ加工によってもよい。なお、比較的厚いシート状
体（ブロック体、板状体）に一度で穴開けをすることも
できるし、比較的薄いシート状体（セラミック紙等）に
穴開けをするか、あるいは、予め穴の開いたシート状体
を抄紙等により製造して、それらの穴開きシートを積層
して、焼成することでハニカム状の構造体を得ることが
できる。

【００７１】特に、好適な製造方法として、セラミック
原料と有機質繊維からなる混合物（坏土等）からセラミ
ック素材シートを作り、それを材料としてハニカム構造
体を製造する方法がある。

【００７２】例えば、図２（ｃ）に示すようなロール法
の他、通常の湿式抄紙法、ドクターブレイド法、又はプ
レス法により、セラミックを含む坏土又はセラミック及
びバインダを含む混合物のシート状化ができる。

【００７３】図２（ｃ）に示すようなロール法において
は、セラミックとバインダの混合体２０及び有機質シー
ト２１を、加圧ロール２５により圧縮してシート状化
し、さらに加熱ロール２６で乾燥成形して、セラミック
素材シート２４を製造できる。

【００７４】また、湿式又は乾式プレスにより有機質繊
維とセラミック原料の混合物をバルク化して、分厚いシ
ート状体（ブロック状体）としてプレス型抜きを行ない
開孔セルを有するハニカム構造を得ることもできる（図
示は略す）。

【００７５】このような方法で得られたセラミック素材
シートは、可撓性、形態保持力に優れており、本発明の
ハニカム状セラミックモジュールの１つの製造方法の例
である、上記４つの方法で使用される原料として適した
セラミックシートである。

【００７６】表３に、セラミック原料と有機質繊維の種
類、重量比の一例を示す。なお、アルミナを含有すれば
特に高強度の構造体が製造できる。これらは、種々のセ
ラミック素材シート及びセラミック構造体の製造原料と
なる。

【００７７】

【表３】

【００７８】ここで、表２の場合と同様に、表３におい
て、これらのセラミック原料に置換若しくは混合してワ
ラストナイトを使用すれば、機械的強度、耐衝撃強度を
増大させることができ好ましく、より好ましくは５〜６
０wt%のワラストナイトである。

【００７９】有機質繊維とセラミック原料から製造され
るハニカム構造体は、焼成前のハニカム構造を形成する
際に、有機質繊維のセラミック粒子（粉末）に対する担
持力により可撓性及び形態保持力に優れており複雑なセ
ル形状を有するハニカム構造体の製造に特に適してい
る。

【００８０】また、焼成後に有機質繊維が焼失してセラ
ミック質の母体が多孔質となり、表面積が増大して特に
触媒担体として好ましい。

【００８１】なお、以上の方法で製造されたハニカム状
セラミック構造体は焼成されて、多孔質な焼結体とな
る。焼成温度は、材質、用途によって異なる。例えば、
コーディエライトの場合の種々の焼成条件は、表１に既
に示した通りである。

【００８２】表４に以上のハニカム状セラミックモジュ
ール（構造体）に係る製造方法の使用原料となるセラミ
ック原料及びバインダ（有機質繊維を含む）の一例を示
す。

【００８３】

【表４】

【００８４】表５に、ニューセラミック原料の一例を示
す。このニューセラミックも本発明に係るモジュール
（構造体）の材料となりうる。また、上記セラミック素
材シートの原料の一部として有機質繊維を使用したが、
無機質繊維も本発明の構造体の原料となり、無機質繊維
のみあるいは有機質繊維と混合して原料として用いるこ
とができる。特に、無機質繊維（セラミック繊維）を用
いれば、これは焼成時に焼失しないのでモジュール（構
造体）の靱性強化になり好ましい。

【００８５】

【表５】

【００８６】なお、表４及び表５に例示したセラミック
素材シートの原料（坏土、バインダ（有機質繊維等））
といわゆるニューセラミック原料（坏土、セラミック繊
維等）は、目的・用途に応じて種々の組成で調合され
る。

【００８７】さらに、焼成前にセラミック成分を含む泥
漿でハニカム状セラミックモジュール（構造体）を被覆
（吹き付け、塗布、浸漬等）してもよい。これによって
気孔率、比表面積を調整できる。また、焼成後に上記泥
漿で被覆してさらに焼成してもよく、比較的強度が増
す。特に、アルミナ成分を含む泥漿で被覆、焼成すれ
ば、高強度になる。

【００８８】＜実施例３＞ハニカム状セラミックモジュ
ール２を、その開孔セル３が連通するように複数積層し
てハニカム状セラミック構造体１を製造する方法につい
て説明する。なお、本実施例においては、モジュール２
の形状は断面が円形のディスク状体（板状体）である。
だが、これに限られない。断面形状は、四角形、５角
形、６角形等の多角形、楕円、半円、扇型のような略円
形、また不定形等がある。

【００８９】モジュール間の接合の仕方については、色
々考えられる。一つには機械的アセンブリ（外筒内に嵌
装し、必要に応じて弾性材を介して熱膨張、振動を吸収
する。

【００９０】二つは、モジュール２の外周部を各モジュ
ール毎に溶着する、あるいは一部分のみを外筒に溶着し
て、溶着されないモジュール２は他のロウ付けされたモ
ジュールまたは外筒によって挟持又は嵌装される。

【００９１】三つは、各モジュールのセル枠４のセル開
孔部の面に、焼結助剤である酸化ケイ素、酸化イットリ
ウム、酸化チタン等のペーストを塗布して、両モジュー
ルが接合される。

【００９２】また、接合部材として、モジュール間に熱
応力吸収インサート材を挟むことも好ましい。例えば、
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ、コバール等である。

【００９３】四つは、連通している開孔セル３の少なく
とも一つに、各モジュールを貫通して保持するような棒
状体（筒状体）を差し込む方法である。

【００９４】五つは、各モジュールに互いに嵌合するよ
うなほぞを設けて機械的に接合する方法である。モジュ
ールの焼結前（可塑性を有する）の段階で、このような
ほぞは容易に設けることができる。なお、補助材として
上記の接合部材を併用してもよい。

【００９５】なお、図１では、同じ長さ（開孔セルの軸
方向）、同径、同開孔セルのモジュール２を積層してい
るが、異なる長さ、径、開孔セルのモジュールを積層し
てもよい。また、中空のドーナツ状のモジュールを積層
してもよい。

【００９６】＜実施例４＞連通する開孔セル３の３次元
構造について説明する。図１では、同類のモジュール２
を同軸、同角度で積層しているので、開孔セルは、開孔
セルの軸方向に直線的（角柱状）に形成されている。

【００９７】図３は、ハニカム状セラミック構造体１の
斜視部分断面図であり、（ａ）は階段状（階段状開孔セ
ル７）、（ｂ）はラセン状（ラセン状開孔セル８）に形
成された開孔セル３の３次元構造を示す。

【００９８】なお（ａ）においては、図面の便宜上隣接
モジュール内の段差を拡大して誇張しているが、セル壁
が図示のとおり薄い場合には、別のモジュールの一つの
セルは、隣接モジュールの複数のセルに導通することに
なる。

【００９９】このように開孔セル３の３次元構造を略ラ
セン状（階段状７又はラセン状開孔セル８）に形成する
ことができる。その方法は、ラセン状開孔セル８におい
ては、同形状（外径、開孔セル形状）のハニカム状セラ
ミックモジュール２を組み合わせる際に、中心は同軸上
に少しつづ回転（正逆両方向）させる。従って、外径は
合わさった状態で、内部の開孔セル３は回転しながらラ
セン状に連通していく。このため、構造体１全体の体積
は変わらずに、表面積ないし通過流体の接触性を増し
て、例えば触媒担体の場合には、一定体積の通過流体に
対する反応効率が上昇する。流体がラセン回転すれば、
それに伴って流れに乱れが生じ、セル内の通過流は平行
直線流に比べセル壁への接触効率が増大する。

【０１００】また、階段状ないし段違い角度ずれ配列の
開孔セル７においては、開孔セル３が少しつづずれるよ
うにモジュール２を積層して図３（ａ）のように階段状
に連通する開孔セル７を形成することができる。

【０１０１】なお、この階段状の構造は横断面が四角形
のハニカム状セラミックモジュール２に適した、表面積
の増加方法である。ラセン状開孔セル８は、特に外形が
円筒状のモジュール２において適している。

【０１０２】図４は、ハニカム状セラミック構造体１に
おいて、開孔セルの位相をずらして積層された板状のモ
ジュール２のセル壁４を模式的に示し、（ａ）はセル開
孔面の平面図であり、（ｂ）は側面図であり矢印は流体
の流れの一部を模式的に示している。１段目のセル壁４
ａは全て実線で示し、２段目のモジュールのセル壁４ｂ
は４ａと立体的に交差する点（重なって見える点）で図
示の都合上切れ目を入れてある。なお、Ｐ1、Ｐ2は夫々
１段目、２段目の開孔セルピッチを示している。

【０１０３】図５は、ハニカム状セラミック構造体１の
セル開孔面の平面図であり、開孔セル４の位相をずらし
て積層された円盤ディスク状のモジュールのセル壁の一
部を示し、（ａ）は開孔セル断面形状が異なるモジュー
ル、（ｂ）は開孔セル断面形状が同一のモジュールを夫
々積層したものである。１段目のセル壁４ａは全て実線
で示し、２段目のモジュールのセル壁４ｂは点線で示し
ている。１段目と２段目の開孔セルピッチは半径方向、
円周方向に夫々半ピッチずつずれている。なお、符号５
は構造体（モジュール）外壁であり、符号６は構造体
（モジュール）中芯である。中芯６によって断面方向で
の開孔セルを通過する流体の温度、成分の均一性が増す
ような構造である。

【０１０４】図４及び図５のハニカム状セラミック構造
体１のように、縦横または半径・円周方向に夫々開孔セ
ル半ピッチずつずらして積層すれば、１段目のモジュー
ルで開孔セルの中心部を通過した流体が、２段目ではセ
ル壁の格子点に接触して（３、４段目も同様）、流体の
セル壁４との接触機会が増加し、しかも、図４（ｂ）で
明らかなように、各モジュール毎の流体通路の断面積は
変わらないので流体の圧力損失は少ない。

【０１０５】このように、流体通路即ち連通する開孔セ
ルを囲むセル壁が連続でなく断続的であっても、開孔セ
ルを通過する流体を略ラセン状流とすることができる。

【０１０６】また、モジュール外周部と中心部を通過し
た流体の混合が起こり、温度、成分が均一になる。この
ような構造は、触媒担体等の化学反応装置、特に排ガス
除去用触媒担体に適している。

【０１０７】また、図５（ｂ）に示すような開孔セル断
面形状が同一のモジュールを、前記断面の中心を軸とし
て回転することで、同一のモジュールから略ラセン状の
流体通路を形成することができる。但し、開孔セル軸方
向のモジュール長さや材質等は異なっていてもよい。

【０１０８】ところで、セル壁（枠）４は、各モジュー
ル毎（小部分毎）に製造されることによって、自重によ
る破壊を受けにくい。また、焼結時にも熱膨張の不均一
による破壊が生じにくい。例えば、押し出し成形でも、
セル壁厚０．２ｍｍｔ（約０．１〜０．３ｍｍｔまで可
能）、開孔セル角１．２ｍｍ□のように、セル壁を薄く
でき、セル度を高めることができるので、開孔セル内の
表面積は総計で増加する等の効果がある。

【０１０９】＜実施例５＞特に、ハニカム状セラミック
構造体１を触媒担体として用いる場合には、比表面積及
び触媒担持力の向上を図るために、開孔セル３内壁にア
ルミナコーティング（γ−アルミナ等）をすることがあ
る。

【０１１０】アルミナコーティング層（オーバコート）
は、泥漿被覆（浸漬、吹き付け等）後、所定温度で焼き
付けて行われ、担持触媒の付着は、触媒層の形成ない
し、アルミナ等のコーティング層自体に内包ないし吸着
した形で可能である。一例として触媒層（貴金属、卑金
属等）は、ハニカム状セラミック構造体１素地、又は好
ましくは上記アルミナコーティング層上に、ＣＶＤ、活
性金属法、固相（又は液相）拡散接合によって形成され
る。

【０１１１】特に表面積が増加して化学反応効率が上昇
するものとしては、ハニカム状セラミック構造体素地に
γ−アルミナコーティング層を形成して、触媒１０を担
持さ。せる。なお、触媒１０は触媒の独立の層としてで
なく、多孔質なアルミナコーティング層の粒子隙間に侵
入してかつアルミナ層の表面層をなしていることが多
い。

【０１１２】＜実施例６＞本実施例ではモジュール２毎
に機能の異なる、触媒を担持させた、ハニカム状セラミ
ック構造体１を説明する。

【０１１３】表６に、貴金属系触媒の種類、用途、及び
担体の一例を示す。

【０１１４】

【表６】

【０１１５】表７に、卑金属系触媒の種類、用途、及び
担体の一例を示す。

【０１１６】

【表７】

【０１１７】また多機能触媒として、希土類元素をＲ、
遷移元素をＴ（Ｍｎ、Ｆｅ等）、及びアルカリ土類金属
をＤ（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等）すると、Ｒ_1-XＤ_XＴ
Ｏ₃の組成を有する触媒も、高価な貴金属元素を使用せ
ず好ましい。なお好ましくはｘ＝0.1〜0.6の範囲であ
り、さらに好ましくはｘ＝0.5付近である。

【０１１８】また、ＮＯｘを効果的に除去する触媒とし
て、ゼオライト（例えばＺＳＭ型）にＣｕ⁺をドープし
て焼成温度約800〜1000℃でＮ₂又はＣＯ雰囲気で焼成す
ることによって得られるＣｕ₂Ｏ触媒を使用することも
好ましい。但し、ＺＳＭ型ゼオライトは高価であるた
め、ゼオライトとしてはその他天然のモルデナイトを使
用することも好ましい。

【０１１９】図６に上記のような機能の異なる触媒を担
持させた一例として、特に、自動車排ガス用触媒担体と
して用いた場合（特に、ディーゼル用）に好適な、パテ
ィキュレート（粒子状物質）フィルタ（ＰＦ）モジュー
ル２ａ、発熱体モジュール２ｂ、触媒担持モジュール２
ｃ等からなるハニカム状セラミック構造体１の分解図を
示す。

【０１２０】モジュール２ａは、粒子状物質フィルタで
あるモジュールである。材質は、アルミナ素地（γ−ア
ルミナ等）、ゼオライト（例えばテクトアルミノケイ酸
塩）等が好ましい素材であり、またコーディエライト素
地でもよい。あるいはこれ等を混合し、両者の素地の長
所を増加した混合素地でもよい。このモジュールでは特
に、固体炭化物微粒子を吸着除去する。

【０１２１】モジュール２ｂは、発熱体モジュールであ
り、ＴｉＣあるいはＢ₄Ｃ，ＳｉＣ，ＭｏＳｉからなる
ハニカム状セラミック構造体である。また、高抵抗、高
耐熱性の金属又は合金からなるハニカム状構造体でもよ
い。このモジュールは通電により発熱して始動後及び高
負荷時の触媒性能確保を行ない、また前記モジュール２
ａで吸着された微粒子を焼成除去することもできる。な
お、このモジュールをモリブデンを主成分とする金属モ
ジュールとすることも好ましい。

【０１２２】モジュール２ｃは、酸化触媒担体であり、
一例としてＰｔ−Ｐｄ系触媒である。ＣＯ、ＨＣ等を酸
化して、ＣＯ₂又はＨ₂Ｏとして無害化して除去する。

【０１２３】モジュール２ｄは、還元触媒担体であり、
一例としてＭｎ−Ｃｅ系触媒である。ＮＯを還元して、
Ｎ₂として無害化する。また、これには一例としてＲｕ
系を用いてもよい。

【０１２４】モジュール２ｅは、三元触媒担体であり、
一例としてＰｔ−Ｒｈ系触媒である。ＣＯ、ＨＣ等を酸
化して、ＣＯ₂又はＨ₂Ｏとし、かつＮＯ_xを還元してＮ₂
として無害化する。

【０１２５】モジュール２ｄ、２ｅは必要に応じさらに
上述又は他のモジュールとして用いる。上記の場合にお
いて、各モジュール２ａ、２ｂ、及び２ｃは必要に応じ
任意の数重ねて用いることは言うまでもない。また配列
の順次についても必要に応じ変更できる。

【０１２６】なお、各モジュール２は担持する各触媒の
作動温度や相対的な位置によって、配置場所を変えて設
計できるので、全体として触媒効率は大幅に向上する。

【０１２７】また、炭化物微粒子の性状（重量、密度、
比表面積）に応じて、セル開孔３形状、セル断面形状、
セル径、さらにセラミック本体の多孔質度を変えること
で、様々な形態の炭化物微粒子を残らず捕集することが
できる。

【０１２８】＜実施例７＞図７に、本発明の一実施例で
ある前記ハニカム状セラミックモジュール２の断面図を
示し、開孔セル３の断面方向のモジュール長さＬと開孔
セル軸方向のモジユール厚みＴを特に示す。

【０１２９】図示のように、比較的扁平な板状又はディ
スク状のモジュールが積層されてなることが、本発明の
構造体にとり好ましい。なぜなら、特に開孔セル軸方向
の厚さＴが薄いため、この方向の温度差が小さく熱ひず
みも小さくなっている。また、Ｔが薄厚のものは製造が
容易であり、大径（Ｌ）のモジュール２を容易に製造す
ることができる。具体的には、ハニカム状セラミックモ
ジュールの開孔セルの横断方向の長径Ｌが１０ｃｍ以上
のものが製造できて、これを積層することによって、大
型の構造体が製造できる。Ｌが１０ｃｍ以上あれば、本
発明のハニカム状セラミック構造体はディーゼル車のよ
うな大型の排ガス用触媒担体が必要な分野にも適してい
る。

【０１３０】さらに、製造上の理由から開孔セルの軸方
向の厚みＴが１ｍｍ以上あるのが好ましく、セル壁４の
割れ等が少なくなり歩留まりが向上する。

【０１３１】モジュールの厚み／長径比（Ｔ／Ｌ）で表
現すれば、Ｔ／Ｌが０．５以下であることがさらに好ま
しく、そして、Ｔ／Ｌが０．２５以下であることが一層
好ましい。このようなＴ／Ｌの関係にあるモジュールを
積層することで任意の大きさの構造体が、製造工程中
（特にハニカム成形中、焼結中）の割れ、ひび等の欠陥
が生じることなく得ることができ、使用中の熱衝撃もモ
ジュール毎に衝撃を吸収することによって破壊を防止す
ることができ、機械的衝撃もモジュール間で吸収するこ
とができるし、あるいは衝撃（熱的・機械的）吸収層
（材）をモジュール間に設けることもでき衝撃吸収能力
はさらに向上する。なお、無機質繊維をモジュール（構
造体）原料として混合することにより、熱衝撃はもちろ
ん機械的強度、靱性及び耐衝撃強度が向上して好まし
い。

【０１３２】そして、Ｔ／Ｌが０．５以下、さらに０．
２５以下であることで熱的・機械的衝撃吸収能力は向上
し、その上Ｔ／Ｌが小さい程例えば構造体の開孔セル軸
方向の長さが同じであれば多数のモジュールが積層でき
るので、モジュール毎に多くの異なる機能を担わせた
り、傾斜機能を備えさせることができる。また、セル連
通形状の設計自由度も増す。

【０１３３】＜実施例８＞本発明のハニカム状セラミッ
ク構造体を触媒担体として実際自動車のエンジン系に用
いた場合の構成の一例を説明する。

【０１３４】排気ガス放出管とエンジンを連結する排気
管（エグゾーストパイプ）に触媒担体としてハニカム状
セラミック構造体が嵌装される。

【０１３５】また、自動車関係以外の用途としては、積
層により容易に任意の大型製品が製作でき、耐熱衝撃性
を有するので、発電用、船舶用ディーゼルエンジンガス
触媒、化学プラントの触媒反応装置にも適している。ま
た、バイオリアクタ等にも使用できる。さらに、各モジ
ュールに異なる触媒機能を付与できるので、多段階反応
装置（多段階触媒装置）にも適している。

【０１３６】＜実施例９＞

【０１３７】本発明のハニカム状構造体を金属材料と組
み合わせてセラミック−金属複合構造体とすることがで
きる。例えば、ハニカム状セラミック構造体の外周部
（面）をステンレス製の金属板状体でくるみ管状体とし
て、強度や靱性を向上させることができる。また、メッ
キ等により金属を外周面に溶着させシート状体を形成す
ることによっても、強度や靱性を向上させることができ
る。

【０１３８】また、ステンレス等の金属管（管状体、筒
状体）にハニカム状セラミック構造体を収容する構造に
より強度や靱性を向上させることができる。あるいはセ
ルを有するハニカム状金属構造体をハニカム状セラミッ
ク構造体の外周部（面）に設けてより衝撃吸収度を向上
させる構造としてもよい。

【０１３９】

【発明の効果】本発明のハニカム状セラミック構造体
は、複数のモジュールからできていることによって、モ
ジュールの積層によって大型化が可能である（請求項１
及び２）。また、各モジュール毎に焼結するので、薄肉
なセル壁、複雑なセル形状が容易に実現できる。

【０１４０】また、各モジュールの開孔セル軸方向距離
が短くなり、熱流や構造体両端で温度差がある場合に
は、モジュール毎には流入口から流出口間の温度差が減
少するので、個々のモジュールの熱衝撃は減少して、構
造体全体として熱衝撃に非常に強い構造が提供できる。
また、モジュール間の接合部分で熱膨張を吸収すること
ができる。

【０１４１】また、モジュール毎に製造することによっ
て、ハニカム成形時及び焼成時に、成形不良、割れやひ
び等の欠陥発生が減少するような、即ち製造時の歩留ま
り向上が可能なハニカム状セラミック構造体が提供でき
る。

【０１４２】また、モジュール毎に交換可能であるの
で、あるモジュールが破損又は目詰まりしても容易に、
そのモジュールだけ交換できる。

【０１４３】以上より、機械的応力や熱衝撃に強く、製
造工程中の上記利点を有するので、前記ハニカム状セラ
ミック構造体の開孔セルの断面方向の外径が１０ｃｍ以
上であるような大型のハニカム状セラミック構造体が得
られる。その外径寸法は、押出成形方法以外の好ましい
成形方法を用いることができ、特に有機繊維を含むシー
ト状体から成形すれば３０ｃｍ以上〜５０ｃｍ、場合に
よっては１ｍ以上にも達するものも可能となる。また、
開孔セルの軸方向の寸法は、事実上無限に長くできる
（以上請求項１）。

【０１４４】モジュールの形態は、板状又はディスク状
のように相対的に薄厚のものであることで、特に上記製
造工程中の利点を有し、様々な形態、機能のモジュール
を一つの構造体中に盛り込める（請求項２）。

【０１４５】具体的には、モジュールの厚み／長径比
（Ｔ／Ｌ）で表現すれば、Ｌが１０ｃｍ以上でＴ／Ｌが
０．５以下であることで、任意の大きさの構造体が、製
造工程中（特にハニカム成形中、焼結中）の割れ、ひび
等の欠陥が生じることなく得ることができ、使用中の熱
衝撃もモジュール毎に衝撃を吸収することによって破壊
を防止することができ、機械的衝撃もモジュール間で吸
収することができるし、あるいは衝撃（熱的・機械的）
吸収層（材）をモジュール間に設けることもでき衝撃吸
収能力はさらに向上する。その上Ｔ／Ｌが小さい程例え
ば構造体の開孔セル軸方向の長さが同じであれば多数の
モジュールが積層できるので、モジュール毎に多くの異
なる機能を担わせたり、傾斜機能を備えさせることがで
きる。また、セル連通形状の設計自由度も増す。このよ
うに、大径（Ｌ）で任意の大きさ（Ｔ方向）のハニカム
状セラミック構造体が容易に得ることができるので、特
に大型触媒担体としてディーゼル車、発電用、船舶用デ
ィーゼルエンジンの排ガス用触媒担体として優れている
（請求項３）。

【０１４６】モジュール毎に、異なるモジュール形状、
例えば外径、長さ、開孔セルにおいては、セル度、セル
壁厚、セル数、セルの立体構造（テーパ状等）、及び材
質等変化させることができて、一つの構造体として異種
の多彩な機能を発揮させることができる（請求項４）。

【０１４７】また、各モジュールはセルが軸方向に貫通
（連通）するように積層されていて、この貫通したセル
の連通孔は、ジクザク状ないし曲線状（ラセン状、階段
状）に形成することができる。これによって、例えば触
媒装置の場合にセルを通過する流体とセル壁に担持され
ている触媒との接触性を増大させることができ、化学反
応装置、例えば触媒担体として優れている（請求項５及
び８）。

【０１４８】具体的には、開孔セルの横断面が円かつ同
一なモジュールを同軸状に回転あるいは互い違いに積層
して前記略ラセン状の連通孔を容易に形成でき、量産性
が高い（請求項６）。

【０１４９】また、モジュール間の接合面に又は構造体
両端に、衝撃吸収部材（緩衝材）を形成してモジュール
を接合すれば、機械的応力（引張り、圧縮）及び熱応力
に強いハニカム状セラミック構造体となる（請求項
７）。

【０１５０】また、ハニカム構造を有するので比表面積
が広く、熱衝撃にも強いモジュール構造を有するので、
本発明の構造体は触媒反応装置として適している（請求
項８）。

【０１５１】さらに、モジュール化の利点として、軸方
向に各モジュール毎に異なる機能を与えることができ
る。例えば、微粒子吸着、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X等用に最
適の触媒を担持する各モジュールを組み合わせることが
できて、一つの構造体で複合機能を発揮させることがで
きる。このような構成は、熱衝撃及び機械的応力並びに
種類の異なる触媒作用を要求される自動車排ガス用触媒
担体として、非常に優れている（請求項９、１０及び１
１）。

【０１５２】さらに、セラミック質からなるモジュール
を組み合わせることによって、異なる機能、例えば排塵
装置とする場合に、モジュールによって吸着する粒子
径、密度等を可変できるし、特に構造体両端などに高強
度のセラミック質からなるモジュールを用いることがで
きて、開孔セルの軸方向に傾斜機能を有する構造体とす
ることができる（請求項１２）。

【０１５３】また、有機質繊維を原料として焼成し構造
体を焼結することによって、焼結時に有機質繊維は焼失
することにより、セラミック質が有するオングストロー
ムオーダの微細孔より大きい、マイクロメータオーダの
孔を有する多孔質体からなる焼結体が製造できて、表面
積が広くなり、自動車の排ガス浄化装置に適し、さらに
ディーゼル機関等の高負荷にも耐えうる。また例えば化
学反応装置においても、反応面積を広げることができ
て、反応効率が向上する（請求項１３）。

【０１５４】セラミック原料と無機質繊維を主成分とす
る原料から焼成されるハニカム状セラミック構造体は、
焼成後にも無機質繊維分が焼失せず、繊維質によるセラ
ミック質の担持力が強いので、構造体の強度や靱性が向
上する（請求項１４）。

【０１５５】ハニカム状セラミック構造体の外周面が金
属からなるシート状体あるいは管状体で包まれているハ
ニカム状セラミック構造体は、強度や靱性を向上させる
ことができる（請求項１５）。

【０１５６】自動車排ガス用触媒担体以外の用途は、化
学反応・分解用触媒担体の他、バイオリアクタ、浄水
器、排水浄化装置、工場や発電所及び船舶等の排ガス処
理装置等があるがこれらに限定されずさらに広い用途が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例のハニカム状セラミック
構造体１であり、（ａ）は、ハニカム状セラミック構造
体１の斜視透過図、（ｂ）はハニカム状セラミックモジ
ュールの斜視透過図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ’方向の
断面図である開孔セル３を特に示す。

【図２】図２はハニカム状セラミック構造体及びその原
料となるセラミック素材シートの製造方法を示し、
（ａ）は、パイプ結束法によるハニカム状セラミック構
造体の製造方法、（ｂ）は、プレス型抜き法等によるハ
ニカム状セラミック構造体の製造方法、（ｃ）は、ロー
ル成形法によるセラミック素材シートの製造方法であ
る。

【図３】図３は、ハニカム状セラミック構造体１の斜視
部分断面図であり、（ａ）は、階段状に形成された開孔
セル３の３次元構造を示し、（ｂ）は、ラセン状に形成
された開孔セル３の３次元構造を示す。

【図４】図４は、ハニカム状セラミック構造体１におい
て、開孔セルの位相をずらして積層された板状のモジュ
ール２のセル壁４を模式的に示し、（ａ）はセル開孔面
の平面図であり、（ｂ）は側面図であり矢印は流体の流
れの一部を模式的に示している。

【図５】図５は、ハニカム状セラミック構造体１のセル
開孔面の平面図であり、開孔セル４の位相をずらして積
層された円盤ディスク状のモジュールのセル壁の一部を
示し、（ａ）は開孔セル断面形状が異なるモジュール、
（ｂ）は開孔セル断面形状が同一のモジュールを夫々積
層したものである。１段目のセル壁４ａは全て実開孔セ
ル４の位相をずらして積層された円盤ディスク状のモジ
ュールのセル壁の一部を示す。１段目のセル壁４ａは全
て実線で示し、２段目のモジュールのセル壁４ｂは点線
で示している。

【図６】図６に、本発明の一実施例であるハニカム状セ
ラミックモジュール２に機能の異なる触媒を担持させた
積層した一例として、パティキュレート（粒子状物質）
フィルタ（ＰＦ）モジュール２ａ、発熱体モジュール２
ｂ、触媒担持モジュール２ｃ、２ｄ、及び２ｅ、からな
るハニカム状セラミック構造体１の分解図を示す。

【図７】図７に、本発明の一実施例である前記ハニカム
状セラミックモジュール２の断面図を示し、開孔セル３
の断面方向のモジュール長さＬと開孔セル軸方向のモジ
ユール厚みＴを特に示す。

【符号の説明】

１ハニカム状セラミック構造体２ハニカム状セラミックモジュール３開孔セル４セル壁（セル枠）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の開孔セルを備え所定厚みのハニカム
状セラミックモジュールを複数、開孔セルの軸方向が連
通するように、開孔セルの軸方向に積層して所定厚みの
前記ハニカム状セラミックモジュールを複数配設して成
るハニカム状セラミック構造体。
【請求項２】前記ハニカム状セラミックモジュールが、
板状又はディスク状であることを特徴とする請求項１に
記載のハニカム状セラミック構造体。
【請求項３】前記ハニカム状セラミックモジュールの開
孔セルの横断方向の長径Ｌが１０ｃｍ以上、開孔セルの
軸方向の厚みＴが１ｍｍ以上、厚み／長径比のＴ／Ｌが
０．５以下であることを特徴とする請求項１又は２に記
載のハニカム状セラミック構造体。
【請求項４】前記ハニカム状セラミックモジュールの少
なくとも一つが、他のモジュールと、異なる形態である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のハニ
カム状セラミック構造体。
【請求項５】前記連通している開孔セルが、略ラセン状
の流体通路を形成していることを特徴とする請求項１〜
４のいずれかに記載のハニカム状セラミック構造体。
【請求項６】前記各ハニカム状セラミックモジュールの
開孔セル横断面が円形かつ互いに同一で、前記各ハニカム状セラミックモジュールを、前記開孔セ
ル横断面の中心を軸として互いに回転あるいは互い違い
に積層して、前記連通している開孔セルが、略ラセン状
の流体通路を形成していることを特徴とする請求項１〜
５のいずれかに記載のハニカム状セラミック構造体。
【請求項７】前記ハニカム状セラミックモジュールの間
又は／及びハニカム状セラミック構造体の端面に、少な
くとも一つの機械的又は／及び熱的応力を吸収するよう
に、開孔セルを有する衝撃吸収用層材が配設されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のハニ
カム状セラミック構造体。
【請求項８】前記ハニカム状セラミック構造体が、触媒
担体であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに
記載のハニカム状セラミック構造体。
【請求項９】前記ハニカム状セラミックモジュールの少
なくとも一つが、他のモジュールと、異なる触媒を担持
していることを特徴とする請求項８に記載のハニカム状
セラミック構造体。
【請求項１０】前記各ハニカム状セラミックモジュール
が、酸化触媒担体、還元触媒担体及び微粒子吸着性多孔
質の一種以上であることを特徴とする請求項８又は９に
記載のハニカム状セラミック構造体。
【請求項１１】前記ハニカム状セラミック構造体が、自
動車排ガス用触媒担体であることを特徴とする請求項８
〜１０のいずれかに記載のハニカム状セラミック構造
体。
【請求項１２】前記ハニカム状セラミックモジュールの
少なくとも一つが、他のモジュールと、異なるセラミッ
ク質よりなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれ
かに記載のハニカム状セラミック構造体。
【請求項１３】セラミック原料と有機質繊維を主成分と
する原料から焼成されることを特徴とする請求項１〜１
２のいずれかに記載のハニカム状セラミック構造体。
【請求項１４】セラミック原料と無機質繊維を主成分と
する原料から焼成されることを特徴とする請求項１〜１
３のいずれかに記載のハニカム状セラミック構造体。
【請求項１５】前記ハニカム状セラミック構造体の外周
面が金属からなるシート状体膜あるいは管状体で包まれ
ていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記
載のハニカム状セラミック構造体。