JPH11277653A

JPH11277653A - 高強度薄壁ハニカム構造体

Info

Publication number: JPH11277653A
Application number: JP10087704A
Authority: JP
Inventors: Koichi Ikejima; 幸一池島; Yukihito Ichikawa; 結輝人市川
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-12
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JP3126697B2

Abstract

(57)【要約】【課題】薄壁化したハニカム構造体のアイソスタティ
ック強度と耐熱衝撃性をバランス良く向上させ、ハニカ
ム構造体の外周壁及ぴ角部の損傷を防止することができ
る高強度薄壁ハニカム構造体を提供する。【解決手段】複数のセル通路３を有するハニカム構造
体１である。ハニカム構造体１を構成するセル隔壁３の
基本セル隔壁２ｂの厚さ（ｔｃ）がｔｃ≦０．１１ｍ
ｍ、外壁４の厚さ（ｔｓ）がｔｓ≧０．２ｍｍであり、
基本セル隔壁２ｂの厚さ部分の開口率が８０％以上であ
るとともに、最外周セル隔壁２ａの厚さ（ｔｒ）と基本
セル隔壁２ｂの厚さ（ｔｃ）及び外壁４の厚さ（ｔｓ）
が、以下の関係を有する。０．７≦ｔｃ／ｔｒ≦０．９０．３≦ｔｒ／ｔｓ≦０．７

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車排気ガス
浄化触媒用担体などとして、好適に用いることができる
高強度薄壁ハニカム構造体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車排気ガス浄化用ハニカム
触媒は、ハニカム担体（ハニカム構造体）の軸方向強度
が断面方向よりも高いことから、ハニカム担体の軸方向
で把持する構造が採用されていたが、その軸方向に把持
する際に外周部付近で破損することを防ぐため、外周部
のセル隔壁（リブ）を内部よりも厚くして、ハニカム担
体の軸方向の耐圧強度を高めていた。

【０００３】しかしながら、最近、エンジンの高出力
化指向によるハニカム触媒での圧損の低減要求や、排ガ
ス規制強化に伴う触媒担体全体の有効利用により、ハニ
カム触媒担体を軸方向把持するのではなく、ハニカム触
媒担体の外周面で主に把持する構造が採用され始めた。
これは、排ガス規制強化により触媒容積が増加して触媒
質量が増加するため、エンジン振動に対して軸方向把持
では把持面積が少なくて十分に把持できなくなったこと
も一因であった。

【０００４】また、一方では触媒の浄化性能を向上さ
せるために、ハニカム担体のセル隔壁厚さを薄くしてハ
ニカム担体を軽量化することにより、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動きが始まって
いる。

【０００５】このため、セル隔壁の薄壁化でハニカム
担体の外周面からの外圧による破壊強度は一層低下する
傾向となっている。さらに、最近の排ガス規制の更なる
強化のため、エンジン燃焼条件の改善、触媒浄化性能の
向上を狙いとして、排気ガス温度が年々上昇してきてお
り、ハニカム担体に要求される耐熱衝撃性も厳しくなっ
てきている。このように、最近のセル隔壁の薄壁化やハ
ニカム担体の外周面把持採用、および排ガス温度の上昇
により、ハニカム担体の外周壁厚さが大きな問題となっ
てきた。

【０００６】以上の点に鑑み、特公昭５４−１１０１
８９号公報において、ハニカム担体の横断面中心方向ヘ
リブ厚を規則的に薄くした構造が提案されているが、こ
の構造ではハニカム担体全体にわたって隔壁を薄くでき
ないため、ハニカム担体質量が重くなり、暖磯特性上問
題となる。また、圧力損失上も好ましくない。

【０００７】また、特開昭５４−１５０４０６号公報
あるいは特開昭５５−１４７１５４号公報において、外
周部のセル隔壁を内部のセル隔壁よりも厚くした構造が
提案されているが、ハニカム担体の外周壁厚さについて
は何ら触れられておらず、外周壁厚さとセル隔壁の関係
についても何も記載されていない。更に、これらの従来
技術においては、内部隔壁厚さが０．１５ｍｍ以上と厚
いハニカム構造体で、しかも軸方向把持であるため、外
周壁厚さは問題とならなかった。しいて挙げれば、外周
壁厚さが厚くなりすぎると耐熱衝撃特性が低下すると指
摘されているに過ぎなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は上
記した従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、薄壁化したハニカム構造体のアイソ
スタティック強度と耐熱衝撃性をバランス良く向上させ
るとともに、ハニカム構造体の外周壁及ぴ角部の損傷を
防止することができる高強度薄壁ハニカム構造体を提供
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明によ
れば、複数のセル通路を有するハニカム構造体であっ
て、該ハニカム構造体を構成するセル隔壁の基本セル隔
壁厚さ（ｔｃ）がｔｃ≦０．１１ｍｍ、外壁厚さ（ｔ
ｓ）がｔｓ≧０．２ｍｍであり、該基本セル隔壁厚さ部
分の開口率が８０％以上であるとともに、最外周セル隔
壁厚さ（ｔｒ）と該基本セル隔壁厚さ（ｔｃ）及び該外
壁厚さ（ｔｓ）が、以下の関係を有することを特徴とす
る高強度薄壁ハニカム構造体が提供される。０．７≦ｔｃ／ｔｒ≦０．９０．３≦ｔｒ／ｔｓ≦０．７

【００１０】本発明においては、ハニカム構造体の最
外周から内側に向かって３セル分以内の範囲において、
内部セルから最外周セルに向けて順次隔壁厚さを、０．
７≦ｔｃ／ｔｒ≦０．９、の比率で厚くすることが好ま
しい。なお、上記の高強度薄壁ハニカム構造体において
は、ハニカム構造体の最外周セル隔壁と外壁とが接する
個所を肉盛りしたり、隣接する隔壁が、隔壁間が狭まり
ながら外壁と接する個所で、少なくともそれらの隔壁間
において外壁の内側に肉盛りすることが、より好まし
い。

【００１１】また、本発明によれば、複数のセル通路
を有するハニカム構造体であって、該ハニカム構造体を
構成するセル隔壁の基本セル隔壁厚さが０．１１ｍｍ以
下、外壁厚さが０．２ｍｍ以上であり、該基本セル隔壁
厚さ部分の開口率が８０％以上であるとともに、ハニカ
ム構造体の最外周セル隔壁と外壁とが接する個所を肉盛
りしたことを特徴とする高強度薄壁ハニカム構造体が提
供される。さらに、本発明によれば、複数のセル通路を
有するハニカム構造体であって、該ハニカム構造体を構
成するセル隔壁の基本セル隔壁厚さが０．１１ｍｍ以
下、外壁厚さが０．２ｍｍ以上であり、該基本セル隔壁
厚さ部分の開口率が８０％以上であるとともに、隣接す
る隔壁が、隔壁間が狭まりながら外壁と接する個所で、
少なくともそれらの隔壁間において外壁の内側に肉盛り
したことを特徴とする高強度薄壁ハニカム構造体が提供
される。

【００１２】尚、本発明においては、ハニカム構造体
のセル形状が、正方形、長方形、菱形及ぴ六角形のいず
れかであることが好ましい。また、ハニカム構造体が、
コージェライト、アルミナ、ムライト、窒化珪素、炭化
珪素等のセラミック材科で形成されていることが好まし
い。また、本発明の高強度薄壁ハニカム構造体は、自動
車排気ガス浄化触媒用担体として好適に用いられるもの
であり、通常、そのセル隔壁表面に触媒成分が担持さ
れ、その構造体の外周面で把持されて、触媒コンバータ
ーに組み込まれるものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明す
る。ハニカム担体はコージェライト質セラミックス材料
が主流であり、格子状のスリットが加工された口金を用
いて押出し成形によってハニカム構造体に成形され、乾
燥、焼成して製品となる。従来、隔壁厚さが0.15mm以上
と厚かった時には問題にならなかったが、隔壁厚さが薄
くなると、押出し成形時に隔壁が変形し易いため、得ら
れた焼成体のアイソスタティック強度試験を行うと、隔
壁の変形した個所において低い強度で破壊してしまう。
隔壁が真っ直ぐに成形されていれば、外周面から圧力が
作用した場合、理論上は圧縮応力場となり、ハニカム構
造体の破壊は隔壁の座屈あるいは外壁の座屈によって起
こるのであるが、隔壁が変形していたり、外周壁厚さが
極端に薄いと、その個所で隔壁に曲げ応力、即ち引っ張
り応力が発生する。一般に圧縮強度より引っ張り強度の
方がかなり低く、特にセラミックス材料では圧縮強度に
対する引っ張り強度の比がおよそ1/10と金属材料がおよ
そ1/3であるのに比べて極めて引っ張り強度が圧縮強度
より低い。従って隔壁の変形があると通常よりもかなり
低い強度で破壊してしまう。さらに、薄壁ハニカム構造
となることで、ハニカム担体をコンバーター内に把持し
て収納する場合や担体の取り扱いあるいは搬送工程にお
いてハニカムの角部が欠損するあるいは外壁が隔離する
という不具合が発生した。

【００１４】自動車排ガス浄化触媒担体用のハニカム
担体には、触媒の担持性能以外に、構造体として「アイ
ソスタティック強度」、「耐熱衝撃性」、「外壁角部強
度」の性能が要求される。アイソスタティック強度は、
通常、担体の外周面把持による構造を採用する場合、把
持面圧は最低保証値0.5MPa、望ましくは1.0MPaとされて
おり、このため、担体のアイソスタティック強度の平均
レベルは3.0MPa以上、望ましくは4.0MPa以上が要求され
る。耐熱衝撃性については、排気ガス温度が年々上昇し
てきており、ハニカム担体に要求される耐熱衝撃性も厳
しくなっていきており、耐熱衝撃性は実用上、750℃差
以上、望ましくは800℃差以上が要求される。

【００１５】また、ハニカム担体は触媒化工程で触媒
を担持されてから、コンバーターの缶体内に把持される
が、最近の薄壁化に伴い担体を搬送中に担体角部が片当
たりしたり、担体同士が接触したりして損傷する場合が
出てきた。そこで、搬送中の担体強度を評価するため、
厚ゴムの板に担体の端面を押し当てて、押し当て荷重を
加えた時ゴムが外側に伸びる力で、担体の外壁角部に応
力集中を発生させることで、外壁角部の強度を評価し
た。各強度の担体を工程に適用したところ、担体外壁角
部強度が3.5 kN以上であれば搬送中の損傷発生が少な
く、4.0kN以上であればほとんど発生しないことがわか
った。

【００１６】従来、外周壁厚さを厚くすれば外周面圧
に対して高強度化できるものと考えられていたが、実際
に外径がφ90mm、長さ110mmでセル形状が正方形、隔壁
厚さ0.11mm、セル数600cpsi（隔壁間隔1.04mm）のコー
ジェライト質薄壁ハニカム構造体で外壁厚さを0.1〜0.9
mmまで変えた試料を製作してアイソスタティック強度試
験を実施した結果、図８に示すように、0.4mmよりも外
壁厚さを厚くしても強度が向上せず逆に低下する傾向で
あった。ここでセル数600cpsiとは1平方インチ当たり60
0個のセルが存在することを意味しており、cpsiはcells
persquare inchの略である。また、外壁厚さが薄すぎ
ると外壁の剛性不足により外周壁から破壊してしまう。

【００１７】そこで、単に外周壁厚さを厚くしてもア
イソスタティック強度が向上しない原因を調査したとこ
ろ、外壁厚さを厚くするに従って、押出し成形直後の成
形体で外周セルの隔壁（リブ）の変形が大きく、また変
形した隔壁の量も増えていく傾向にあることが判明し
た。これは、押出し成形時に原料が口金のスリットを通
過する際、外壁厚さを厚くすると外周壁を形成するスリ
ットを通る原料流量が増えるため、外周セルのリブが外
壁の方に引きずられてしまうためで、外壁での原料流れ
と隔壁での原料流れのアンバランスの顕著化が原因であ
った。また、隔壁自身が薄くなったことで座屈変形し易
くなったことも大きな要因である。押出し成形後にハニ
カム構造体をその外周面において治具で受け止めるが、
その時にハニカム構造体の自重で外壁及び外周部隔壁が
変形する場合もある。

【００１８】材料力学によれば、座屈強度は基本的に
下式で与えられ、座屈強度は隔壁厚さの二乗に比例す
る。隔壁の薄壁化がハニカム担体の強度に非常に大きな
影響を及ぼしていることが判る。座屈強度P = ( kπ² E ) x ( t／L )² （ k:係数、E:ヤング率、L：隔壁長さ、t：隔壁厚さ）

【００１９】従来においては、隔壁厚さが厚かったた
め、隔壁自身も座屈変形し難く、また、外壁厚さにも近
い厚さであったため、成形時のアンバランスもあまり問
題とはならなかった。コージェライトに限らず、アルミ
ナ、ムライト、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア等のセ
ラミック材料で押出し成形する場合には、原料の水、バ
インダーを混ぜて混練したものを使うので、押出し成形
工程におけるハニカム構造体の隔壁の変形については全
く同じ理屈が成り立つ。前述した通り、隔壁の変形は圧
縮加重による座屈が主な原因なので、セル形状が正方形
に限らず、長方形、三角形、六角形についても同様な問
題が発生する。また、従来技術に見られるように、外周
部の隔壁厚さを内部の隔壁よりも厚くした担体の強度を
測定したところ、確かに強度は向上するが、あまり厚い
と強度が低下する傾向が見られた。最外周隔壁厚さをか
なり厚くした担体を調べたところ、最外周部の隔壁が変
形していることが判った。これは、外壁の厚さを厚くし
たことと同じ理屈によるものと考えられる。

【００２０】また、隔壁厚さ0.11mmの担体を電気炉内
で所定時間加熱して均一温度にした後、炉内から取り出
す過冷却耐熱衝撃性試験を実施した結果、図９に示すよ
うに、外壁厚さを厚くするに従い耐熱衝撃性が低下する
ことを確認したが、0.7mm以上の外壁厚さで耐熱衝撃性
の低下傾向が大きくなった。これは外壁が厚くなること
で外壁自身の熱容量の影響も大きくなり、外壁内外での
温度差が拡大したためと考えられる。上記した特開昭54
-150406号公報に見られるように、外壁に切り欠きを設
けて外壁の熱容量を下げようという考えも外壁が十分に
厚ければ効果があるが、隔壁厚さが0.11mm以下という極
めて薄い隔壁では、外壁をあまり厚くすることも出来
ず、切り欠きの効果も期待できない。逆に、外壁の剛性
を低下させる危険がある。

【００２１】図１０は、外壁角部強度を評価した結果
を示しているが、外壁厚さが薄くなる程、角部強度が低
下する傾向が見られた。特に、外壁厚さが0.3mmより薄
い場合に強度が低下している。外壁角部強度を強化する
には、単純に外壁を厚くすることが効果があるが、前述
したアイソスタティック強度では、過度の外壁肉厚化は
逆に強度低下を招く傾向があり、また、耐熱衝撃性につ
いても同様であり、単純に外壁を厚くすることは好まし
くない。

【００２２】本発明者は、上記の各種試験結果から、
最近のハニカム担体の隔壁薄壁化においては、従来技術
にみられるように、ただ単にハニカム担体の使用上の問
題点のみを考えて外周部セルを構成する隔壁を厚くすれ
ば良いという訳ではなく、ハニカム構造体の押出し成形
性も考慮しなければならず、そのためには、最外周セル
隔壁厚さと内部の基本セル隔壁厚さの関係だけではな
く、基本セル隔壁厚さを考慮しながら外壁厚さと最外周
セル隔壁厚さの関係についても注意して、ハニカム構造
体の設計を行う必要があるという考えに至り、本発明を
完成したのである。なお、最外周セル隔壁厚さ、外壁厚
さと強度、耐熱衝撃性の関係を模式的に整理すると、図
１１に示すごとくなる。

【００２３】以下、本発明において、ハニカム構造体
を構成する基本セル隔壁厚さ、外壁厚さ、及び最外周セ
ル隔壁厚さについて、詳しく説明する。上記したよう
に、本発明においては、ハニカム構造体を構成するセル
隔壁の基本セル隔壁厚さ（ｔｃ）がｔｃ≦０．１１ｍ
ｍ、外壁厚さ（ｔｓ）がｔｓ≧０．２ｍｍであり、基本
セル隔壁厚さ部分の開口率が８０％以上であるととも
に、最外周セル隔壁厚さ（ｔｒ）と基本セル隔壁厚さ
（ｔｃ）及び外壁厚さ（ｔｓ）が、０．７≦ｔｃ／ｔｒ≦０．９０．３≦ｔｒ／ｔｓ≦０．７の関係を有するように構成したものである。

【００２４】上記のように、本発明のハニカム構造体
は、ハニカム構造体を構成するセル隔壁の基本セル隔壁
厚さｔｃが０．１１ｍｍ以下という薄壁であって、外壁
厚さｔｓが０．２ｍｍ以上、基本セル隔壁厚さ部分の開
口率が８０％以上という条件においては、最外周セル隔
壁厚さｔｒと基本セル隔壁厚さｔｃとの関係を、０．７
≦ｔｃ／ｔｒ≦０．９とし、かつ、外壁厚さｔｓと最外
周セル隔壁厚さｔｒとの関係を、０．３≦ｔｒ／ｔｓ≦
０．７という範囲に設定することにより、薄壁化したハ
ニカム構造体の「アイソスタティック強度」、「耐熱衝
撃性」、及び「外壁角部強度」をバランス良く満足させ
ることができる。

【００２５】以下、本発明の高強度薄壁ハニカム構造
体について、更に詳細に説明する。図１（ａ）（ｂ）
は、ハニカム構造体の一例を示しており、ハニカム構造
体１は、セル隔壁２により仕切られた多数の貫通孔（セ
ル通路）３を有している。なお、４は外壁である。図２
は、ハニカム構造体の部分拡大図で、本発明で用いる用
語が表す部分を示しており、外壁４に最も近接して最外
周セル８があり、９は最外周から２番目のセルを示す。
また、１０は外周部セルの隔壁を示す。

【００２６】図３（ａ）（ｂ）は、本発明の高強度薄
壁ハニカム楕造体の一例を示しており、ハニカム構造体
１は複数のセル通路３を有するもので、基本的に、セル
隔壁２と外壁４とからハニカム構造体１を構成してい
る。そして、本発明では、セル隔壁２を、基本セル隔壁
２ｂと最外周セル隔壁２ａとに分け、この基本セル隔壁
２ｂと最外周セル隔壁２ａ、及ぴ外壁４のそれぞれの厚
さの関係を規定したものである。なお、５は最外周セル
隔壁２ａと基本セル隔壁２ｂとの境界線を示す。

【００２７】すなわち、本発明のハニカム構造体１に
おいては、基本セル隔壁２ｂの厚さｔｃが最外周セル隔
壁２ａの厚さｔｒの０．７〜０．９倍の範囲としてい
る。これは、基本セル隔壁厚さｔｃが、最外周セル隔壁
厚さｔｒの０．９倍を超過する場合、すなわち、基本セ
ル隔壁厚さｔｃが、最外周セル隔壁厚さｔｒとほぼ同一
である場合には、ハニカム構造体の外周面からの外圧に
よる破壊強度（アイソスタティック強度）が十分に確保
できないからである。一方、基本セル隔壁厚さｔｃが、
最外周セル隔壁厚さｔｒの０．７倍に満たない場合に
は、押出成形時に最外周部のセル隔壁（リブ）の変形が
大きくなるとともに、変形リブの量も増加するため、ハ
ニカム構造体の外周面からの外圧による破壊強度（アイ
ソスタティック強度）が低下してしまうからである。

【００２８】また、本発明のハニカム構造体において
は、最外周セル隔壁２ａの厚さｔｒがハニカム構造体の
外壁４の厚さｔｓの０．３〜０．７倍の範囲とする。こ
れは、最外周セル隔壁厚さｔｒがハニカム構造体の外壁
厚さｔｓの０．７倍を超過する場合には、ハニカム構造
体の外周面からの外圧による破壊強度（アイソスタティ
ック強度）が十分でないため、外壁およぴ角部が剥離・
損傷しやすくなるからである。一方、最外周セル隔壁厚
さｔｒがハニカム構造体の外壁厚さｔｓの０．３倍に満
たない場合、押出成形時に最外周部のセル隔壁（リブ）
の変形が大きくなるとともに、変形リブの量も増加する
ため、ハニカム構造体の外周面からの外圧による破壊強
度（アイソスタティック強度）が低下してしまうからで
ある。

【００２９】このとき、図４に示すように、ハニカム
構造体の最外周から内側に向かって３セル分以内の範囲
において、内部セルから最外周セルに向けて順次隔壁厚
さを、０．７≦ｔｃ／ｔｒ≦０．９、の比率で厚くする
ことにより、上記の「アイソスタティック強度」、「耐
熱衝撃性」、及び「外壁角部強度」を満足させることが
出来る。ハニカム構造体において、基本隔壁厚さと最外
周セルの隔壁厚さの比が小さい領域、即ち最外周リブ厚
さが比較的厚い領域では強度が低下する傾向がある。こ
れは、前述したことと同様の考え方で説明され、最外周
の隔壁と内部の隔壁での成形時での口金中原料流動のア
ンバランスに起因している。従って、最外周セルの内側
のセルについても隔壁を厚くすることで強度が向上でき
る。この場合には、最外周から数セル分のみ内側に向か
うに従ってリブ厚さを順次薄くして基本リブ厚さに一致
させる。薄くする比率は先の基本隔壁厚さと最外周隔壁
厚さの比の範囲に従えば良い。

【００３０】例えば、外周から３セル目まで厚くした
場合、内部セルと３セル目、３セル目と２セル目、２セ
ル目と１セル目（最外周セル）の隔壁厚さの比は各々0.
7≦ｔｃ／ｔｒ≦0.9、0.7≦ｔｒ₃／ｔｒ₂≦0.9、0.7≦
ｔｒ₂／ｔｒ₁≦0.9の範囲内とし、上記のｔｃ／ｔｒの
比の範囲に合わせる。厚くするセルは最外周から３セル
までが望ましい。これ以上、内部まで厚くすると担体の
圧力損失性能に無視できない影響を及ぼす。また、担体
の質量も所定以上に重くなることにより、熱容量が増え
るので、コールドスタート時の触媒の暖機性能にも影響
を及ぼしかねない。なお、最外周から３セル分の範囲で
あれば、実際上圧力損失に及ぼす影響はほとんどない。

【００３１】以上、外壁及び最外周セル隔壁を所定の
範囲で厚くしたハニカム構造体について説明したが、こ
のような構成を有するハニカム構造体は、基本的にいう
と、成形時の口金中原料流動のアンバランスを小さくし
たものである。しかしながら、この構成のハニカム構造
体では、外周部の全体的な壁の厚肉化によりハニカム担
体の重量が増加するという一面もある。そこで、この構
成以外に、あるいはこの構成のハニカム構造体の特性を
さらに向上させる手段として、ハニカム構造体の最外周
セル隔壁と外壁とが接する個所を肉盛り（接点肉盛り）
したり、隣接する隔壁が、隔壁間が狭まりながら外壁と
接する個所で、少なくともそれらの隔壁間において外壁
の内側に肉盛り（Ｖ字接続肉盛り）することを挙げるこ
とができる。

【００３２】図５は、ハニカム構造体に接点肉盛りを
施した一実施例を示す部分断面説明図、図６は、ハニカ
ム構造体に接点肉盛りを施した他の実施例を示す部分断
面説明図であり、ハニカム構造体の最外周セル隔壁２ａ
と外壁４とが接する個所を肉盛りした例を示している。
このような構成により、外壁厚さの過剰な肉厚化を避
け、セル隔壁の変形を抑制することができる。また、図
７は、ハニカム構造体にＶ字接続肉盛りを施した一実施
例を示す部分断面説明図であり、最外周セル隔壁２ａで
隣接する隔壁間が狭まりながら外壁４と接する個所（Ｖ
字接続部７）で、少なくともそれらの隔壁２ａ，２ａ間
において外壁の内側に肉盛り６をして、外壁４を内側に
肉厚化した。このような手段を採用することにより、隔
壁（リブ）の変形を抑制でき、しかもアイソスタティッ
ク強度も向上する。

【００３３】なお、肉盛りの量としては、最外周セル
隔壁２ａの長さの１／４以上であることが好ましく、１
／３以上であることがより好ましい。本発明のハニカム
構造体のセル形状としては、特に限定されないが、正方
形、長方形、菱形及ぴ六角形のいずれかであることが好
ましい。また、本発明のハニカム構造体は、コージェラ
イト、アルミナ、ムライト、窒化珪素、炭化珪素等のセ
ラミック材科で形成されていることが好ましい。

【００３４】また、本発明の高強度薄壁ハニカム構造
体は、自動車排気ガス浄化触媒用担体として好適に用い
られ、通常、そのセル隔壁表面に触媒成分が担持され、
その担体の外周面で把持されて、触媒コンバーターに組
み込まれる。図１２（ａ）（ｂ）はハニカム担体がコン
バーター容器に組み込まれた例を示す説明図で、ハニカ
ム担体１３がコンバーター容器１１内において、その外
周面でリング１２により把持されて組み込まれている。
リング１２としては、通常、金属メッシュ製のものが使
用されるが、これに限定されない。なお、１４はコンバ
ーター容器１１とハニカム担体１３の外周面との間に介
在するマット、クロスなどの緩衝部材である。

【００３５】

【実施例】次に、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られるもの
ではない。なお、実施例で得られたハニカム構造体は、
以下に示す方法により性能を評価した。

【００３６】（アイソスタティック強度試験）この試験
は、ゴムの筒状容器に担体を入れてアルミ製板で蓋をし
て、水中で等方加圧圧縮を行う試験で、コンバーターの
缶体に担体が外周面把持される場合の圧縮負荷加重を模
擬した試験である。アイソスタティック強度は、担体が
破壊した時の加圧圧力値で示され、社団法人自動車技術
会発行の自動車規格JASO規格M505-87で規定されてい
る。

【００３７】（耐熱衝撃性試験）この試験は、室温より
所定温度高い温度に保った電気炉に室温のハニカム担体
を入れて20分間保持後、耐火レンガ上へ担体を取り出
し、外観を観察して金属棒で担体外周部を軽く叩く試験
である。担体にクラックが観察されず、かつ打音が金属
音で鈍い音がしなければ合格となり、電気炉内温度を50
℃ステップで順次上げていく毎に同様の検査を不合格に
なるまで繰り返す。室温より950℃高い温度で不合格と
なる場合には、耐熱衝撃性は900℃差ということにな
る。

【００３８】（外壁角部強度試験）この試験は、厚さ3m
mのネオプレンゴムの上にハニカム担体を置き、担体上
部からウレタンシートを貼ったアルミ板を介して下方に
荷重を負荷する試験で、強度はネオプレンゴムと接して
いる担体外壁の破壊する時の荷重値で示される。

【００３９】（実施例１〜３３、比較例１〜３７）外周
部強度を向上する目的で、表１及び表２に示すように、
最外周セルを構成する隔壁厚さを内部の基本セル隔壁厚
さよりも厚くし、さらに外壁厚さを変えた構造のハニカ
ム担体を各種製作して「アイソスタティック強度試
験」、「耐熱衝撃性試験」、「外壁角部強度試験」を実
施した。その結果を表１及び表２に示す。

【００４０】なお、実施例に供した試料は、タルク、
カオリン、アルミナ等の混練原料を押出成形し、焼成し
て得られた直径106mm、長さ155mmのコージェライト質ハ
ニカム構造体（担体）で、表１及び表２に示すセル数、
基本セル隔壁厚さ、最外周セル隔壁厚さ、外壁厚さを有
する各種ハニカム担体を準備した。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】表１及び表２の結果から明らかなよう
に、基本セル隔壁厚さが0.17mmでハニカム担体の開口率
が80%未満の場合には、従来技術にみられるような外周
部隔壁を厚くしなくても十分な「アイソスタティック強
度」、「耐熱衝撃性」、「外壁角部強度」を有していた
が、基本隔壁厚さが0.11mm以下となり担体開口率が80%
以上となった場合には、外周部隔壁を厚くしない構造で
は十分な特性が得られない。また、表１と２の結果か
ら、「アイソスタティック強度」、「耐熱衝撃性」、
「外壁角部強度」を全て満足するためには、基本セル隔
壁厚さ（ｔｃ）と最外周セル隔壁厚さ（ｔｒ）との間、
および最外周セル隔壁厚さ（ｔｒ）と外壁厚さ（ｔｓ）
との間に、適切な比の範囲、即ち、0.7≦tc／tr≦0.9、
且つ0.3≦tr／ts≦0.7、が存在していることがわかる。

【００４４】また、表１と２に示されている通り、基
本セル隔壁厚さｔｃと外壁厚さｔｓの組み合わせで、最
外周セルを構成する隔壁のみでなく、最外周から数セル
内部まで厚くすることで、上述の適切な比の範囲内にし
て、各性能特性を満足させることが出来る。なお、実施
例には示さなかったが、外壁厚さ0.3mmとほとんど同じ
厚さまで最外周セル隔壁を厚くした場合には、外壁厚さ
を0.5mm以上に厚くした場合と同じように「耐熱衝撃
性」が低下する傾向が見られた。これは、最外周セル隔
壁厚さをあまり厚くすると、外周部の熱容量が大きくな
り、担体内部と外周部との温度差が大きくなることに起
因している考えられる。

【００４５】（実施例３４〜３８、比較例３８）前記し
た実施例１と同様にコージェライト質ハニカム構造体
（ハニカム担体）で、表３に示すセル数、基本セル隔壁
厚さ、最外周セル隔壁厚さ、外壁厚さを有する各種ハニ
カム担体を作製し、かつ、接点肉盛り及び／又はＶ字接
続肉盛りを行った。なお、開口率は８３％であった。結
果を表３に示す。

【００４６】

【表３】

【００４７】表３の結果から明らかなように、比較例
３８の肉盛り無しに比べて、耐熱衝撃性が僅かに劣る
が、アイソスタティック強度、角部強度ともに向上した
ことが判明した。また、このような肉盛りを最外周セル
隔壁厚さを厚くすることと組み合わせることで、角部強
度を一層高めることが出来た。この理由を調べるため
に、ハニカム構造体の外周に等方的な圧力が加わった場
合のFEM解析を行ったところ、Ｖ字接続部の外壁内側で
最大圧縮応力が発生していることが判った。従って、Ｖ
字接続部では外壁が座屈破壊し易いと考えられる。ま
た、Ｖ字接続している個所では、隣接するリブと外壁の
接触点が近いので、外壁とリブとの口金中での原料流動
のアンバランスを、Ｖ字接続肉盛り個所での原料流動が
緩和するのに有利であると考えられる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の高強度
薄壁ハニカム構造体によれば、薄壁化したハニカム構造
体のアイソスタティック強度と耐熱衝撃性をバランス良
く向上させるとともに、ハニカム構造体の外周壁及ぴ角
部の損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハニカム構造体の一例を示しており、（ａ）
は斜視図、（ｂ）は平面図である。

【図２】ハニカム構造体の部分拡大図である。

【図３】本発明の高強度薄壁ハニカム構造体の一例で
あり、（ａ）は、概略部分断面図であり、（ｂ）は、
（ａ）のＡ部詳細図である。

【図４】ハニカム構造体の最外周部のセル隔壁の変形
を防止する構造の一例を示した部分断面説明図である。

【図５】ハニカム構造体に接点肉盛りを施した一実施
例を示す部分断面説明図である。

【図６】ハニカム構造体に接点肉盛りを施した他の実
施例を示す部分断面説明図である。

【図７】ハニカム構造体にＶ字接続肉盛りを施した一
実施例を示す部分断面説明図である。

【図８】ハニカム構造体の外壁厚さとアイソスタティ
ック強度の関係を示すグラフである。

【図９】ハニカム構造体の外壁厚さと耐熱衝撃性の関
係を示すグラフである。

【図１０】ハニカム構造体の外壁厚さと外壁角部強度
の関係を示すグラフである。

【図１１】最外周セル隔壁厚さと外壁厚さの関係を示
す模式図である。

【図１２】ハニカム担体がコンバーター容器に組み込
まれた例を示す説明図である。

【符号の説明】

１…ハニカム構造体、２…セル隔壁、２ａ…最外周セル
隔壁、２ｂ…基本セル隔壁、３…セル通路、４…外壁、
５…最外周セル隔壁と基本セル隔壁との境界線、６…肉
盛り、７…Ｖ字接続部、８…最外周セル、９…最外周か
ら２番目のセル、１０…外周部セルの隔壁、１１…コン
バーター容器、１２…リング、１３…ハニカム担体、１
４…緩衝部材。

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年３月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明によ
れば、複数のセル通路を有するセラミック製のハニカム
構造体であって、該ハニカム構造体を構成するセル隔壁
の基本セル隔壁厚さ（ｔｃ）がｔｃ≦０．１１ｍｍ、外
壁厚さ（ｔｓ）がｔｓ≧０．２ｍｍであり、該基本セル
隔壁厚さ部分の開口率が８０％以上であるとともに、最
外周セル隔壁厚さ（ｔｒ）と該基本セル隔壁厚さ（ｔ
ｃ）及び該外壁厚さ（ｔｓ）が、以下の関係を有するこ
とを特徴とする高強度薄壁ハニカム構造体が提供され
る。０．７≦ｔｃ／ｔｒ≦０．９０．３≦ｔｒ／ｔｓ≦０．７

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】また、本発明によれば、複数のセル通路
を有するセラミック製のハニカム構造体であって、該ハ
ニカム構造体を構成するセル隔壁の基本セル隔壁厚さが
０．１１ｍｍ以下、外壁厚さが０．２ｍｍ以上であり、
該基本セル隔壁厚さ部分の開口率が８０％以上であると
ともに、ハニカム構造体の最外周セル隔壁と外壁とが接
する個所を肉盛りしたことを特徴とする高強度薄壁ハニ
カム構造体が提供される。さらに、本発明によれば、複
数のセル通路を有するセラミック製のハニカム構造体で
あって、該ハニカム構造体を構成するセル隔壁の基本セ
ル隔壁厚さが０．１１ｍｍ以下、外壁厚さが０．２ｍｍ
以上であり、該基本セル隔壁厚さ部分の開口率が８０％
以上であるとともに、隣接する隔壁が、隔壁間が狭まり
ながら外壁と接する個所で、少なくともそれらの隔壁間
において外壁の内側に肉盛りしたことを特徴とする高強
度薄壁ハニカム構造体が提供される。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のセル通路を有するハニカム構造体
であって、該ハニカム構造体を構成するセル隔壁の基本
セル隔壁厚さ（ｔｃ）がｔｃ≦０．１１ｍｍ、外壁厚さ
（ｔｓ）がｔｓ≧０．２ｍｍであり、該基本セル隔壁厚
さ部分の開口率が８０％以上であるとともに、最外周セ
ル隔壁厚さ（ｔｒ）と該基本セル隔壁厚さ（ｔｃ）及び
該外壁厚さ（ｔｓ）が、以下の関係を有することを特徴
とする高強度薄壁ハニカム構造体。０．７≦ｔｃ／ｔｒ≦０．９０．３≦ｔｒ／ｔｓ≦０．７
【請求項２】ハニカム構造体の最外周から内側に向か
って３セル分以内の範囲において、内部セルから最外周
セルに向けて順次隔壁厚さを０．７≦ｔｃ／ｔｒ≦０．９の比率で厚くしたことを特徴とする請求項１に記載の高
強度薄壁ハニカム構造体。
【請求項３】ハニカム構造体の最外周セル隔壁と外壁
とが接する個所を肉盛りした請求項１又は２に記載の高
強度薄壁ハニカム構造体。
【請求項４】隣接する隔壁が、隔壁間が狭まりながら
外壁と接する個所で、少なくともそれらの隔壁間におい
て外壁の内側に肉盛りした請求項１又は２に記載の高強
度薄壁ハニカム構造体。
【請求項５】複数のセル通路を有するハニカム構造体
であって、該ハニカム構造体を構成するセル隔壁の基本
セル隔壁厚さが０．１１ｍｍ以下、外壁厚さが０．２ｍ
ｍ以上であり、該基本セル隔壁厚さ部分の開口率が８０
％以上であるとともに、ハニカム構造体の最外周セル隔
壁と外壁とが接する個所を肉盛りしたことを特徴とする
高強度薄壁ハニカム構造体。
【請求項６】複数のセル通路を有するハニカム構造体
であって、該ハニカム構造体を構成するセル隔壁の基本
セル隔壁厚さが０．１１ｍｍ以下、外壁厚さが０．２ｍ
ｍ以上であり、該基本セル隔壁厚さ部分の開口率が８０
％以上であるとともに、隣接する隔壁が、隔壁間が狭ま
りながら外壁と接する個所で、少なくともそれらの隔壁
間において外壁の内側に肉盛りしたことを特徴とする高
強度薄壁ハニカム構造体。
【請求項７】ハニカム構造体のセル形状が、正方形、
長方形、菱形及び六角形のいずれかである請求項１〜６
のいずれか１項に記載の高強度薄壁ハニカム構造体。
【請求項８】ハニカム構造体が、コージェライト、ア
ルミナ、ムライト、窒化珪素、及ぴ炭化珪素からなる群
から選ばれた少なくとも１種のセラミック材科で形成さ
れている請求項１〜７のいずれか１項に記載の高強度薄
壁ハニカム構造体。
【請求項９】自動車排気ガス浄化触媒用担体に用いら
れる請求項ｌ〜８のいずれか１項に記載の高強度薄壁ハ
ニカム構造体。
【請求項１０】そのセル隔壁表面に触媒成分が担持さ
れ、その構造体の外周面で把持されて、触媒コンバータ
ーに組み込まれる請求項１〜９のいずれか１項に記載の
高強度薄壁ハニカム構造体。