JPH09299811A - ハニカム構造体 - Google Patents
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- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高い排気ガス浄化性能を維持しつつスポーリン
グ強度を高めたハニカム構造体を提供する。 【解決手段】隔壁２を隔てて軸方向に多数の貫通孔３を
設けてなるハニカム構造体１において、貫通孔３の軸方
向と垂直な面におけるハニカム構造体１の内接円の直径
をｄとし、軸方向における長さをＬとした時、Ｌ／ｄが
０．４〜１．３の範囲になるようにする。
グ強度を高めたハニカム構造体を提供する。 【解決手段】隔壁２を隔てて軸方向に多数の貫通孔３を
設けてなるハニカム構造体１において、貫通孔３の軸方
向と垂直な面におけるハニカム構造体１の内接円の直径
をｄとし、軸方向における長さをＬとした時、Ｌ／ｄが
０．４〜１．３の範囲になるようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハニカム構造体に
関するものであり、特に内燃機関等の熱機関あるいはボ
イラー等の燃焼装置の排気ガス浄化装置に用いられる触
媒担体として使用されるハニカム構造体に関するもので
ある。
関するものであり、特に内燃機関等の熱機関あるいはボ
イラー等の燃焼装置の排気ガス浄化装置に用いられる触
媒担体として使用されるハニカム構造体に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】排気ガス浄化装置の触媒担体として、従
来よりハニカム構造体が用いられている。そして、自動
車のエンジンの始動直後のように排気ガス発生源からの
排気ガス温度が低い、いわゆるコールドスタート時にお
いて、排気ガス浄化装置の触媒の昇温を早め、出来る限
り早く排気ガス浄化機能が作動するように、触媒担体と
して用いられるハニカム構造体の隔壁の厚さを例えば
０．１５ｍｍあるいは０．１ｍｍと薄くすることによ
り、その熱容量を小さくし、昇温速度を早くしようとす
る技術が、特開平７−３９７６１号公報として開示され
ている。
来よりハニカム構造体が用いられている。そして、自動
車のエンジンの始動直後のように排気ガス発生源からの
排気ガス温度が低い、いわゆるコールドスタート時にお
いて、排気ガス浄化装置の触媒の昇温を早め、出来る限
り早く排気ガス浄化機能が作動するように、触媒担体と
して用いられるハニカム構造体の隔壁の厚さを例えば
０．１５ｍｍあるいは０．１ｍｍと薄くすることによ
り、その熱容量を小さくし、昇温速度を早くしようとす
る技術が、特開平７−３９７６１号公報として開示され
ている。
【０００３】また、排気ガス浄化性能をさらに向上させ
るため、その幾何学的表面積を増加、即ち、貫通孔の軸
方向に垂直な面における単位面積当たりの貫通孔の数
（以下、セル密度とも言う）を増加せしめることも、例
えば米国SAE (Society of Automotive Engineers) の論
文 No.960560あるいは960261において開示されている。
るため、その幾何学的表面積を増加、即ち、貫通孔の軸
方向に垂直な面における単位面積当たりの貫通孔の数
（以下、セル密度とも言う）を増加せしめることも、例
えば米国SAE (Society of Automotive Engineers) の論
文 No.960560あるいは960261において開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術を
検討していくうちに、セラミックス製ハニカム構造体の
触媒担体において優れた排気ガス浄化性能を得るため
に、その隔壁を極めて薄く、特に０．１ｍｍ以下とした
場合において、且つ、セル密度を大きく、特に１ｃｍ2
当たり１００個以上とした場合において、ハニカム構造
体の直径ｄと長さＬとの比Ｌ／ｄがある範囲にあると
き、ハニカム構造体の耐熱強度のうち耐熱衝撃性を示す
スポーリング強度が大きく低下するという事実が判明し
た。
検討していくうちに、セラミックス製ハニカム構造体の
触媒担体において優れた排気ガス浄化性能を得るため
に、その隔壁を極めて薄く、特に０．１ｍｍ以下とした
場合において、且つ、セル密度を大きく、特に１ｃｍ2
当たり１００個以上とした場合において、ハニカム構造
体の直径ｄと長さＬとの比Ｌ／ｄがある範囲にあると
き、ハニカム構造体の耐熱強度のうち耐熱衝撃性を示す
スポーリング強度が大きく低下するという事実が判明し
た。
【０００５】このスポーリング強度は、電気炉あるいは
燃焼ガスによるバーナで加熱後冷却し、クラック等の異
常の有無を観察し異常が認められない時の最高試験温度
を安全温度として評価する。電気炉による方法について
は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格である自動
車規格Ｍ５０５−８７に規定されている。そして、この
時のクラックに基づく破壊形態には２種類あることが判
っている。すなわち、図１（ａ）に示すように、ハニカ
ム構造体１の隔壁２により画成された貫通孔３の軸方向
にほぼ垂直な面に沿ってリング状に左右に破断するリン
グクラック４と、図１（ｂ）に示すように、ハニカム構
造体１の隔壁２により画成された貫通孔３の軸方向の一
方または両方の端面にクラックが発生する端面クラック
５とに分類される。
燃焼ガスによるバーナで加熱後冷却し、クラック等の異
常の有無を観察し異常が認められない時の最高試験温度
を安全温度として評価する。電気炉による方法について
は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格である自動
車規格Ｍ５０５−８７に規定されている。そして、この
時のクラックに基づく破壊形態には２種類あることが判
っている。すなわち、図１（ａ）に示すように、ハニカ
ム構造体１の隔壁２により画成された貫通孔３の軸方向
にほぼ垂直な面に沿ってリング状に左右に破断するリン
グクラック４と、図１（ｂ）に示すように、ハニカム構
造体１の隔壁２により画成された貫通孔３の軸方向の一
方または両方の端面にクラックが発生する端面クラック
５とに分類される。
【０００６】車両における使用状態を考えると、上述し
たスポーリング強度は高ければ高い程望ましいことは言
うまでもない。特に、ますます厳しくなる排気ガス規制
に対応して触媒担体をよりエンジン近傍に装着する必要
があるため、従来にもまして高温の排気ガスにさらされ
るような使用条件、あるいは燃費向上のため高速運転時
の排気ガス温度が高温となる使用条件においては極めて
重要な特性である。そして、使用時において、スポーリ
ング強度が低いことに起因して上述したようなクラック
の発生が生じると、排気ガス浄化性能の低下、圧力損失
の増加に伴うエンジン出力の低下、さらに排気系統から
の異音の発生等をもたらす。これらの観点から、上述し
た排気ガス浄化性能を高めたハニカム構造体において
も、さらにスポーリング強度の高いハニカム構造体が望
まれていた。
たスポーリング強度は高ければ高い程望ましいことは言
うまでもない。特に、ますます厳しくなる排気ガス規制
に対応して触媒担体をよりエンジン近傍に装着する必要
があるため、従来にもまして高温の排気ガスにさらされ
るような使用条件、あるいは燃費向上のため高速運転時
の排気ガス温度が高温となる使用条件においては極めて
重要な特性である。そして、使用時において、スポーリ
ング強度が低いことに起因して上述したようなクラック
の発生が生じると、排気ガス浄化性能の低下、圧力損失
の増加に伴うエンジン出力の低下、さらに排気系統から
の異音の発生等をもたらす。これらの観点から、上述し
た排気ガス浄化性能を高めたハニカム構造体において
も、さらにスポーリング強度の高いハニカム構造体が望
まれていた。
【０００７】本発明の目的は上述した課題を解消して、
高い排気ガス浄化性能を維持しつつスポーリング強度を
高めたハニカム構造体を提供しようとするものである。
高い排気ガス浄化性能を維持しつつスポーリング強度を
高めたハニカム構造体を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のハニカム構造体
は、隔壁を隔てて軸方向に多数の貫通孔を設けてなるハ
ニカム構造体において、前記貫通孔の軸方向と垂直な面
におけるハニカム構造体の外周縁の内接円の直径をｄと
し、軸方向における長さをＬとした時、Ｌ／ｄが０．４
〜１．３の範囲にあることを特徴とするものである。
は、隔壁を隔てて軸方向に多数の貫通孔を設けてなるハ
ニカム構造体において、前記貫通孔の軸方向と垂直な面
におけるハニカム構造体の外周縁の内接円の直径をｄと
し、軸方向における長さをＬとした時、Ｌ／ｄが０．４
〜１．３の範囲にあることを特徴とするものである。
【０００９】本発明では、ハニカム構造体の内接円の直
径ｄと長さＬとの比Ｌ／ｄを０．４〜１．３、好ましく
は０．６〜１．１、さらに好ましくは０．７〜１．０、
さらに好ましくは０．８〜０．９とすることにより、ハ
ニカム構造体において良好なスポーリング特性を得るこ
とが出来ることを見いだした。特に、この効果は、隔壁
の厚さが０．１ｍｍ以下で且つ貫通孔の数が１ｃｍ2 当
たり１００個以上である場合において顕著であることも
判った。
径ｄと長さＬとの比Ｌ／ｄを０．４〜１．３、好ましく
は０．６〜１．１、さらに好ましくは０．７〜１．０、
さらに好ましくは０．８〜０．９とすることにより、ハ
ニカム構造体において良好なスポーリング特性を得るこ
とが出来ることを見いだした。特に、この効果は、隔壁
の厚さが０．１ｍｍ以下で且つ貫通孔の数が１ｃｍ2 当
たり１００個以上である場合において顕著であることも
判った。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実際の実験例に従
って説明する。まず、図２に示すように、内接円の直径
をｄ、軸方向における長さをＬとしたとき、Ｌ／ｄの比
を種々変えた、隔壁２を隔てて軸方向に多数の貫通孔３
を設けてなるコージェライト製のハニカム構造体１を準
備した。そして、図３に示すように、プロパンを燃料と
するバーナ１１と、内部にハニカム構造体１を耐熱性セ
ラミックマットを介して装着したステンレス製缶体１２
とを配置した装置を使用して、スポーリング強度を評価
した。
って説明する。まず、図２に示すように、内接円の直径
をｄ、軸方向における長さをＬとしたとき、Ｌ／ｄの比
を種々変えた、隔壁２を隔てて軸方向に多数の貫通孔３
を設けてなるコージェライト製のハニカム構造体１を準
備した。そして、図３に示すように、プロパンを燃料と
するバーナ１１と、内部にハニカム構造体１を耐熱性セ
ラミックマットを介して装着したステンレス製缶体１２
とを配置した装置を使用して、スポーリング強度を評価
した。
【００１１】スポーリング強度の評価試験は、ステンレ
ス製缶体１２の内部に装着したハニカム構造体１を、バ
ーナ１１を使用して、加熱開始５分後にハニカム構造体
１の直前（１０ｍｍ上流）におけるガス温が所定温度
（Ｔ℃）になるよう加熱し、その後、室温の空気をハニ
カム構造体１に流して加熱終了後５分間冷却し、これを
５サイクル繰り返し評価した。図４にそのヒートカーブ
の一例を示す。上述した評価終了後クラックの発生しな
かったハニカム構造体１に対して、温度Ｔを２５℃ステ
ップで順次温度を上げてさらに同様の評価を行ない、ク
ラック等の以上が現れる直前の試験温度Ｔを安全温度と
した。また、試験中におけるガス流量は、加熱時２．０
Ｎｍ3 ／分、冷却時１．７Ｎｍ3 ／分であった。
ス製缶体１２の内部に装着したハニカム構造体１を、バ
ーナ１１を使用して、加熱開始５分後にハニカム構造体
１の直前（１０ｍｍ上流）におけるガス温が所定温度
（Ｔ℃）になるよう加熱し、その後、室温の空気をハニ
カム構造体１に流して加熱終了後５分間冷却し、これを
５サイクル繰り返し評価した。図４にそのヒートカーブ
の一例を示す。上述した評価終了後クラックの発生しな
かったハニカム構造体１に対して、温度Ｔを２５℃ステ
ップで順次温度を上げてさらに同様の評価を行ない、ク
ラック等の以上が現れる直前の試験温度Ｔを安全温度と
した。また、試験中におけるガス流量は、加熱時２．０
Ｎｍ3 ／分、冷却時１．７Ｎｍ3 ／分であった。
【００１２】以下、試験結果について説明する。 （１）Ｌ／ｄの関係について：まず、気孔率２８％で容
積１リットルのコージェライトハニカム構造体１におい
て、Ｌ／ｄを種々変えた試料について上記スポーリング
強度評価試験を行ない、Ｌ／ｄの関係について評価し
た。隔壁の厚さ及びセル密度が、厚さ０．０５ｍｍでセ
ル密度１００個／ｃｍ2 の例、厚さ０．１ｍｍでセル密
度１００個／ｃｍ 2 の例、厚さ０．１ｍｍでセル密度１
５０個／ｃｍ2 の例及び厚さ０．０５ｍｍでセル密度２
００個／ｃｍ2 の例について評価試験を行った。結果を
図５に示す。なお、ハニカム構造体の容積を０．６５リ
ットル、１．３リットルと変えて同様の評価試験を行っ
たが、特に例示しないが同様の結果であった。また、他
の材料気孔率２０％および３５％のものについてもほぼ
同様の結果を得ることができた。
積１リットルのコージェライトハニカム構造体１におい
て、Ｌ／ｄを種々変えた試料について上記スポーリング
強度評価試験を行ない、Ｌ／ｄの関係について評価し
た。隔壁の厚さ及びセル密度が、厚さ０．０５ｍｍでセ
ル密度１００個／ｃｍ2 の例、厚さ０．１ｍｍでセル密
度１００個／ｃｍ 2 の例、厚さ０．１ｍｍでセル密度１
５０個／ｃｍ2 の例及び厚さ０．０５ｍｍでセル密度２
００個／ｃｍ2 の例について評価試験を行った。結果を
図５に示す。なお、ハニカム構造体の容積を０．６５リ
ットル、１．３リットルと変えて同様の評価試験を行っ
たが、特に例示しないが同様の結果であった。また、他
の材料気孔率２０％および３５％のものについてもほぼ
同様の結果を得ることができた。
【００１３】図５の結果から、Ｌ／ｄの値によってスポ
ーリング強度は変化し、０．４〜１．３の範囲におい
て、実用上問題無いレベルである７００℃以上の安全温
度を得られることが判った。また、破壊形態について
は、図４上最大値より大きいＬ／ｄではリングクラック
の割合が多く、一方、それ以下のＬ／ｄにおいては端面
クラックの発生割合が多いことが判った。さらに、ハニ
カム構造体のＬ／ｄの値は、０．６〜１．１の範囲、さ
らに０．７〜１．０の範囲と徐々にスポーリング強度が
高くなり、Ｌ／ｄが０．８〜０．９の範囲にある時スポ
ーリング強度が最大になり、これらの範囲が好ましい範
囲であることが判った。
ーリング強度は変化し、０．４〜１．３の範囲におい
て、実用上問題無いレベルである７００℃以上の安全温
度を得られることが判った。また、破壊形態について
は、図４上最大値より大きいＬ／ｄではリングクラック
の割合が多く、一方、それ以下のＬ／ｄにおいては端面
クラックの発生割合が多いことが判った。さらに、ハニ
カム構造体のＬ／ｄの値は、０．６〜１．１の範囲、さ
らに０．７〜１．０の範囲と徐々にスポーリング強度が
高くなり、Ｌ／ｄが０．８〜０．９の範囲にある時スポ
ーリング強度が最大になり、これらの範囲が好ましい範
囲であることが判った。
【００１４】（２）隔壁厚さについて：気孔率２８％、
容積１リットル、セル密度１００個／ｃｍ2 、Ｌ／ｄ＝
１．４のコージェライトハニカム構造体１において、隔
壁の厚さを変えた試料について上記スポーリング強度試
験を行ない、隔壁の厚さについて評価した。結果を図６
に示す。図６の結果から、隔壁厚さを薄くしていくとス
ポーリング強度が低下することが判る。その低下は隔壁
厚さが０．１ｍｍ以下において顕著であり、スポーリン
グ強度を向上させることのできる本発明は隔壁厚さが
０．１ｍｍ以下の場合に好適に適用できることが判る。
容積１リットル、セル密度１００個／ｃｍ2 、Ｌ／ｄ＝
１．４のコージェライトハニカム構造体１において、隔
壁の厚さを変えた試料について上記スポーリング強度試
験を行ない、隔壁の厚さについて評価した。結果を図６
に示す。図６の結果から、隔壁厚さを薄くしていくとス
ポーリング強度が低下することが判る。その低下は隔壁
厚さが０．１ｍｍ以下において顕著であり、スポーリン
グ強度を向上させることのできる本発明は隔壁厚さが
０．１ｍｍ以下の場合に好適に適用できることが判る。
【００１５】（３）セル密度について：気孔率２８％、
容積１リットル、隔壁厚さ０．１ｍｍ、Ｌ／ｄ＝１．４
のコージェライトハニカム構造体１において、セル密度
を変えた試料について上記スポーリング強度試験を行な
い、隔壁の厚さについて評価した。結果を図７に示す。
図７の結果から、セル密度を大きくしていくとスポーリ
ング強度が低下することが判る。その低下はセル密度が
１００個／ｃｍ2 以上である場合において顕著であり、
スポーリング強度を向上させることのできる本発明はセ
ル密度が１００個／ｃｍ2 以上の場合に好適に適用でき
ることが判る。
容積１リットル、隔壁厚さ０．１ｍｍ、Ｌ／ｄ＝１．４
のコージェライトハニカム構造体１において、セル密度
を変えた試料について上記スポーリング強度試験を行な
い、隔壁の厚さについて評価した。結果を図７に示す。
図７の結果から、セル密度を大きくしていくとスポーリ
ング強度が低下することが判る。その低下はセル密度が
１００個／ｃｍ2 以上である場合において顕著であり、
スポーリング強度を向上させることのできる本発明はセ
ル密度が１００個／ｃｍ2 以上の場合に好適に適用でき
ることが判る。
【００１６】
【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明に
よれば、ハニカム構造体の内接円の直径ｄと長さＬとの
比Ｌ／ｄを０．４〜１．３、好ましくは０．６〜１．
１、さらに好ましくは０．７〜１．０、さらに好ましく
は０．８〜０．９としているため、良好なスポーリング
特性を有するハニカム構造体を得ることが出来る。特
に、この効果は、隔壁の厚さが０．１ｍｍ以下で且つ貫
通孔の数が１ｃｍ2 当たり１００個以上である場合にお
いて顕著であることも判った。
よれば、ハニカム構造体の内接円の直径ｄと長さＬとの
比Ｌ／ｄを０．４〜１．３、好ましくは０．６〜１．
１、さらに好ましくは０．７〜１．０、さらに好ましく
は０．８〜０．９としているため、良好なスポーリング
特性を有するハニカム構造体を得ることが出来る。特
に、この効果は、隔壁の厚さが０．１ｍｍ以下で且つ貫
通孔の数が１ｃｍ2 当たり１００個以上である場合にお
いて顕著であることも判った。
【図１】スポーリング強度の評価試験におけるハニカム
構造体の破壊形態を説明するための図である。
構造体の破壊形態を説明するための図である。
【図２】本発明の実施例で使用したハニカム構造体の形
状を示す図である。
状を示す図である。
【図３】本発明の実施例でスポーリング強度の評価試験
に使用した装置の構成を示す図である。
に使用した装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例におけるスポーリング強度の評
価試験におけるヒートカーブの一例を示すグラフであ
る。
価試験におけるヒートカーブの一例を示すグラフであ
る。
【図５】本発明の実施例におけるハニカム構造体のＬ／
ｄの値と安全温度との関係を示すグラフである。
ｄの値と安全温度との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例において好ましい例を示すハニ
カム構造体の隔壁の厚さと安全温度との関係を示すグラ
フである。
カム構造体の隔壁の厚さと安全温度との関係を示すグラ
フである。
【図７】本発明の実施例において好ましい例を示すハニ
カム構造体のセル密度と安全温度との関係を示すグラフ
である。
カム構造体のセル密度と安全温度との関係を示すグラフ
である。
１ ハニカム構造体、２ 隔壁、３ 貫通孔、４ リン
グクラック、５ 端面クラック
グクラック、５ 端面クラック
Claims (5)
- 【請求項１】隔壁を隔てて軸方向に多数の貫通孔を設け
てなるハニカム構造体において、前記貫通孔の軸方向と
垂直な面におけるハニカム構造体の外周縁の内接円の直
径をｄとし、軸方向における長さをＬとした時、Ｌ／ｄ
が０．４〜１．３の範囲にあることを特徴とするハニカ
ム構造体。 - 【請求項２】前記Ｌ／ｄの範囲が０．６〜１．１、好ま
しくは０．７〜１．０、さらに好ましくは０．８〜０．
９である請求項１記載のハニカム構造体。 - 【請求項３】前記隔壁の厚さが０．１ｍｍ以下であり、
前記貫通孔の軸方向に垂直な面において貫通孔の数が１
ｃｍ2 当たり１００個以上である請求項１または２記載
のハニカム構造体。 - 【請求項４】材質が、コージェライト、アルミナ、Ｓｉ
Ｃ、ＳｉＮの１種類あるいはそれ以上のセラミックス材
料からなる請求項１〜３のいずれか１項に記載のハニカ
ム構造体。 - 【請求項５】内燃機関の排気ガス浄化用触媒担体として
用いられる請求項１〜４のいずれか１項に記載のハニカ
ム構造体。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP8123032A JPH09299811A (ja) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | ハニカム構造体 |
| US08/857,284 US5895700A (en) | 1996-05-17 | 1997-05-16 | Honeycomb structural body |
| EP97303329A EP0807466B1 (en) | 1996-05-17 | 1997-05-16 | Ceramic honeycomb structural body |
| CA002205682A CA2205682C (en) | 1996-05-17 | 1997-05-16 | Honeycomb structural body |
| DE69707347T DE69707347T2 (de) | 1996-05-17 | 1997-05-16 | Keramischer Wabenkörper |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8123032A JPH09299811A (ja) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | ハニカム構造体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09299811A true JPH09299811A (ja) | 1997-11-25 |
Family
ID=14850532
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8123032A Pending JPH09299811A (ja) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | ハニカム構造体 |
Country Status (5)
| Country | Link |
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| US (1) | US5895700A (ja) |
| EP (1) | EP0807466B1 (ja) |
| JP (1) | JPH09299811A (ja) |
| CA (1) | CA2205682C (ja) |
| DE (1) | DE69707347T2 (ja) |
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| DE102014008271A1 (de) | 2013-06-11 | 2014-12-11 | Ngk Insulators, Ltd. | Wabenstruktur |
| DE102014008269A1 (de) | 2013-06-11 | 2014-12-24 | Ngk Insulators, Ltd. | Wabenstruktur |
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| JP2019058876A (ja) | 2017-09-27 | 2019-04-18 | イビデン株式会社 | ハニカム触媒 |
| JP2019058875A (ja) | 2017-09-27 | 2019-04-18 | イビデン株式会社 | ハニカム触媒 |
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- 1997-05-16 EP EP97303329A patent/EP0807466B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-05-16 DE DE69707347T patent/DE69707347T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-05-16 US US08/857,284 patent/US5895700A/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-05-16 CA CA002205682A patent/CA2205682C/en not_active Expired - Fee Related
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