(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
間に把持材を介しつつ、メタルケース内に収納したセラミックハニカム構造体を有するガス流路の製造方法であって、
該セラミックハニカム構造体において、ハニカム構造を構成する各セルの断面形状が四角形であり、
該把持材が、その両端部に、互いに相補的な形状を有する合わせ部を有し、
該セラミックハニカム構造体の外周面に巻き回した該把持材の合わせ部近傍部分を、ハニカム構造を構成するセルの隔壁に対向するように配置するとともに、
該把持材を巻き回したセラミックハニカム構造体を、該メタルケースの開口部の一方より押し込むことにより、該メタルケース内に収納するセラミックハニカム構造体を有するガス流路の製造方法。
【請求項２】
該合わせ部の巻き回し方向における長さが２０〜５０ｍｍ、又は該把持材の巻き回し方向における長さの５〜１５％である請求項１に記載のセラミックハニカム構造体を有するガス流路の製造方法。
【請求項３】
間に把持材を介しつつ、メタルケース内に収納したセラミックハニカム構造体を有するガス流路の製造方法であって、
該セラミックハニカム構造体において、ハニカム構造を構成する各セルの断面形状が四角形であり、
該メタルケースは、該セラミックハニカム構造体の外周面に巻き回した該把持材にさらに巻き回した金属板を、その両端部を重ね合わせた状態にて巻き締めた構造を有し、
該両端部のうち、内側に配置された端部近傍部分を、ハニカム構造を構成するセルの隔壁に対向するように配置するセラミックハニカム構造体を有するガス流路の製造方法。
【請求項４】
該セラミックハニカム構造体の隔壁の厚さが０．１０ｍｍ未満である請求項１、２又は３に記載のセラミックハニカム構造体を有するガス流路の製造方法。
【請求項５】
該セラミックハニカム構造体が、排ガス浄化用触媒である請求項１〜４のいずれか１項に記載のセラミックハニカム構造体を有するガス流路の製造方法。
【請求項６】
該把持材が、セラミック繊維より成るマットである請求項１〜５のいずれか１項に記載のセラミックハニカム構造体を有するガス流路の製造方法。
【請求項７】
該把持材を圧縮した際の発生面圧が、ガス流路の実用温度範囲内において、常温時の２倍未満である請求項１〜６のいずれか１項に記載のセラミックハニカム構造体を有するガス流路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、自動車用排ガス浄化システムに使用されるセラミックハニカム構造体を有するガス流路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ハニカム構造体を有するガス流路は、高い開口率に由来して排ガスを通過させる場合の圧力損失が低く、優れた排ガス浄化性能を発現するものとして広範に普及しており、例えば、自動車用排ガス浄化システムに使用されるセラミックハニカム触媒コンバーターが広く知られており、例えば、特開昭４９−７２１７３号公報及び特開平７−７７０３６号公報等に開示されている。
【０００３】
このようなセラミックハニカム構造体を有するガス流路においては、セラミックハニカム構造体の取扱いを容易にすべく、ハニカム構造体は、メタルケースに収納された状態で流路に取り付けられる。この場合、メタルケース内にハニカム構造体を確実に把持するとともに、外部からの衝撃を軽減するために、ハニカム構造体の外周面と、メタルケースの内周面との間に、例えば、セラミック繊維マットから成る把持材を圧縮した状態で介在させている。
【０００４】
ハニカム構造体を、メタルケース内に把持材を介して収納する方式としては、一般的に、押し込み方式、巻き締め方式及びクラムシェル方式が知られている。押し込み方式とは、図２（ａ）に示すように、把持材１を巻き回したセラミックハニカム構造体２を、メタルケース３の開口部の一方より押し込むことにより、メタルケース３内に収納する方式である。この方式においては、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、把持材１の両端部に、互いに相補的な形状を有する合わせ部４が設けられ、把持材１をハニカム構造体２の外周面に巻き回した上で、把持材１の両端部の合わせ部４が嵌め合わせられ、固定される。尚、把持材１の圧縮は、図２（ｄ）に示すように、孔径が一方から他方に向かって小さくなる挿入治具５を用いてハニカム構造体２をメタルケース３内へ押し込むことにより行われる。
【０００５】
一方、巻き締め方式とは、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ハニカム構造体２の外周面に把持材１を巻き回し、メタルケース３に挿入して、図７に示す上下のワイヤーロープ１８間にメタルケース３を装填し、所定荷重で上下に引っ張ってケース３を巻き締めることで把持材１を圧縮し、ハニカム構造体２をメタルケース３に固定するものである。
又、クラムシェル方式とは、把持材を巻き回したハニカム構造体を相互に対称な形状を有する一対の金属製のハーフシェルを向かい合わせた中に入れ、ハーフシェル同士を溶接する方式である。
【０００６】
ところで、最近における環境問題がらみの排ガス規制強化、例えば、米国における排ガス評価試験モードの一つであるＬＡ−４モードにおけるハイドロカーボン排出総量低減の要請に伴い、セラミックハニカム触媒には従来以上に卓越した排ガス浄化性能の発現が期待されている。特に、エンジンをスタートしたばかりの状態、いわゆるコールドスタート時では触媒が十分に暖まっていないために十分活性化しておらず、浄化効率が著しく低い。このため、コールドスタート時における触媒の早期活性化が排ガス規制をクリアーするための最重要課題とされている。このような観点から、一般論として、セラミックハニカム触媒における隔壁をより薄く形成し、開口率を一層高めて圧力損失を低下させると共に、ハニカム構造体重量を軽減し、触媒の熱容量を低減させて触媒の昇温速度を高めることが提案されている。この場合には、大きな幾何学的表面積が得られることから、ハニカム触媒の小型化も期待することができる。このような観点から、近年においては、厚さ０．０３〜０．１０ｍｍという薄い隔壁を有するセラミックハニカム構造体が開発されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、隔壁が薄いセラミックハニカム構造体は、構造体としての強度の一指標であるアイソスタティック破壊強度についての最低保証値（１０ｋｇｆ／ｃｍ2以上とされる。）の達成が困難となる。ここで、アイソスタティック強度とは、社団法人自動車技術会発行の自動車規格であるＪＡＳＯ規格Ｍ５０５−８７に規定されており、ハニカム構造体に、アイソスタティック、即ち、等方的な静水圧荷重を負荷したときの圧縮破壊荷重であって、破壊が発生したときの圧力値で示される。
【０００８】
そのため、セラミックハニカム構造体を有するガス流路において、従来の方式で、ハニカム構造体をメタルケース内に収納したのでは、ハニカム構造体をメタルケース内に、把持材を介して収納する作業（キャニング）中に、把持材による締め付けにより、ハニカム構造体が破損するという問題があった。
【０００９】
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、隔壁の厚さの薄いセラミックハニカム構造体を収納した場合でも、キャニングの際にハニカム構造体が破損することのないセラミックハニカム構造体を有するガス流路を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明によれば、間に把持材を介しつつ、メタルケース内に収納したセラミックハニカム構造体を有するガス流路の製造方法であって、上記セラミックハニカム構造体において、ハニカム構造を構成する各セルの断面形状が四角形であり、上記把持材が、その両端部に、互いに相補的な形状を有する合わせ部を有し、上記セラミックハニカム構造体の外周面に巻き回した上記把持材の合わせ部近傍部分を、ハニカム構造を構成するセルの隔壁に対向するように配置するとともに、上記把持材を巻き回したセラミックハニカム構造体を、上記メタルケースの開口部の一方より押し込むことにより、上記メタルケース内に収納するセラミックハニカム構造体を有するガス流路の製造方法が提供される。
【００１２】
又、上記のガス流路において、上記合わせ部の巻き回し方向における長さが２０〜５０ｍｍ、又は上記把持材の巻き回し方向における長さの５〜１５％であることが好ましい。
【００１３】
又、本発明によれば、間に把持材を介しつつ、メタルケース内に収納したセラミックハニカム構造体を有するガス流路の製造方法であって、上記セラミックハニカム構造体において、ハニカム構造を構成する各セルの断面形状が四角形であり、上記メタルケースは、上記セラミックハニカム構造体の外周面に巻き回した上記把持材にさらに巻き回した金属板を、その両端部を重ね合わせた状態にて巻き締めた構造を有し、上記両端部のうち、内側に配置された端部近傍部分を、ハニカム構造を構成するセルの隔壁に対向するように配置するセラミックハニカム構造体を有するガス流路の製造方法が提供される。
【００１４】
本発明のガス流路において、セラミックハニカム構造体の隔壁の厚さが０．１０ｍｍ未満であってもよい。又、本発明のガス流路において、セラミックハニカム構造体は、排ガス浄化用触媒であってもよい。
【００１５】
さらに、本発明のガス流路において、上記把持材は、セラミック繊維より成るマットであることが好ましい。又、把持材を圧縮した際の発生面圧が、ガス流路の実用温度範囲内において、常温時の２倍未満であることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明のガス流路において、セラミックハニカム構造体を、押し込み方式にてメタルケース内に収納した場合には、図１（ａ）に示すように、セラミックハニカム構造体２の外周面に巻き回した把持材１の合わせ部４近傍部分が、ハニカム構造を構成するセル８の隔壁９に対向するように配置するとともに、図２（ｄ）に示すように、把持材１を巻き回したハニカム構造体２を、メタルケース３の開口部の一方より押し込むことにより、メタルケース３内に収納される。
【００１７】
又、本発明のガス流路において、セラミックハニカム構造体を、巻き締め方式にてメタルケース内に収納した場合には、図１（ｂ）に示すように、メタルケース３を構成する金属板７の両端部のうち、内側に配置された端部１０近傍部分が、ハニカム構造を構成するセル８の隔壁９に対向するように配置される。
【００１８】
ハニカム構造を構成するセルは、図４に示すように、隔壁９に対して垂直方向のベクトルを有する力１１に最も強く、力のベクトルが、隔壁９に対して斜めに傾く程弱くなる。そして、隔壁９に対して斜め４５°のベクトルを有する力１２に最も弱い。一方、セラミックハニカム構造体をメタルケース内に収納した場合、押し込み方式の場合、把持材の合わせ部近傍部分の把持圧が最も高く、巻き締め方式の場合、メタルケースを構成する金属板の両端部のうち、内側に配置された端部近傍部分の圧力が最も高くなる。即ち、ハニカム構造体は、把持材の合わせ部近傍部分又は金属板の内側に配置された端部近傍部分において、最も強い圧力を受けることになる。
【００１９】
従って、本発明においては、図１（ａ）又は（ｂ）に示すように、把持材１の合わせ部４近傍部分又は金属板７の両端部のうち内側に配置された端部１０近傍部分を、ハニカム構造を構成するセル８の隔壁９に対向するように配置することにより、合わせ部４近傍部分又は金属板７の両端部のうち内側に配置された端部１０近傍部分の最も高い圧力が、セル８の隔壁９の面に対してほぼ垂直方向からかかるようにしている。そのため、本発明の流路において、厚さ０．０３〜０．１０ｍｍという薄い隔壁を有するセラミックハニカム構造体を用いた場合でも、キャニングの際あるいは使用中に、把持材又はメタルケースからの圧力によりハニカム構造体が破損することがない。
【００２０】
尚、本発明において「合わせ部近傍部分」とは、図２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、把持材１の両端の合わせ部１３及び上記合わせ部１３から両方向に５ｍｍの範囲１４をいう。
【００２１】
又、「内側に配置された端部近傍部分」とは、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、金属板の両端部のうち内側に配置された端部１０の縁より、締められる方向に３０ｍｍの幅を有する領域１５をいう。
【００２２】
又、「セルの隔壁に対向するように配置する」とは以下の事項をいう。図４に示すように、ハニカム構造体２の断面の中心点Ａから各セル８の隔壁９によって構成される線分ＢＣに垂線ＡＤを引く。又、垂線ＡＤと断面の周線Ｘとの交点をＥとする。中心点Ａより、線分ＡＥと１５°の角度をなす直線ＡＦ及びＡＧを引き、直線ＡＦ及びＡＧと曲線Ｘとの交点を、それぞれＦ、Ｇとする。「合わせ部近傍部分をセルの隔壁に対向するように配置する」とは、合わせ部近傍部分が交点Ｆ及びＧの間に位置することをいう。同様に、「金属板の内側に配置された端部近傍部分をセルの隔壁に対向するように配置する」とは、金属板の両端部のうち内側に配置された端部近傍部分が交点Ｆ及びＧの間に位置することをいう。
【００２３】
又、押し込み方式の場合、上記のガス流路において、把持部の合わせ部の、巻き回し方向における長さ１７が２０〜５０ｍｍ、又は上記把持材の巻き回し方向における長さ１６の５〜１５％であることが好ましい。合わせ部の長さが上記の範囲より短い場合は、ハニカム構造体の径のばらつきから重なり幅（シール幅）が短くなり、ガスが漏洩するおそれがあるからであり、合わせ部の長さが上記の範囲より長い場合は、合わせ部近傍部分の面積が大きくなり、合わせ部近傍部分をセルの隔壁に対向する範囲内に配置することが困難となるからである。尚、合わせ部の巻き回し方向における長さ１７は、２５〜４０ｍｍ、又は上記把持材の巻き回し方向における長さ１６の７〜１０％であることがより好ましい。
【００２５】
又、ガス流路を高温下で使用した場合に、把持材の膨張により過大な圧力がセラミック構造体にかかり、セラミック構造体が破損するのを防ぐため、把持材を圧縮した際の発生面圧が、ガス流路の実用温度範囲内において、常温時の２倍未満であることが好ましい。ここで、「ガス流路の実用温度範囲」とは３００〜１０００℃をいい、「常温」とは０〜４０℃をいう。
【００２６】
又、本発明において、把持材の材質は特に限定されるものではないが、アルミナ、アルミノシリケート等が好適に用いられ、優れた耐熱性を有するため、セラミック繊維より成るマットを用いることがより好ましい。
【００２７】
尚、本発明は、用いるハニカム構造体の断面形状（円、楕円、オーバル、レーストラック等）、サイズ、隔壁厚、セル数、セルピッチ等に制限されることなく、広くハニカム構造体全般に用いることができるものである。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を図示の実施例を用いてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
【００２９】
（実施例１）  端面が直径１０６ｍｍの円形である長さ１１４ｍｍのセラミックハニカム構造体２０個を、間に把持材１を介して、押し込み方式にて別々のメタルケース３内に収納し、その際に損傷を受けたハニカム構造体の数を調べた。
【００３０】
ハニカム構造体２のメタルケース３内への押し込みは以下のように行った。
まず、互いに相補的な形状を有する合わせ部４を設けた図２（ｂ）に示す把持材１を、図１（ａ）に示すように、把持材１の合わせ部近傍部分１４が、ハニカム構造を構成するセル８の隔壁９に対向するように、ハニカム構造体２の外周面に巻き回し、把持材１の両端部の合わせ部４を嵌め合わせて固定した。次に、図２（ｄ）に示すように、孔径が一方から他方に向かって小さくなる挿入治具５を用いて、メタルケース３内へ押し込んだ。設定面圧は４ｋｇ／ｃｍ2とした。尚、押し込みの際、把持材１の外周面にはすべりテープ６を配置した。
【００３１】
用いたハニカム構造体のセルの断面形状は四角形であり、隔壁の厚さは０．０３ｍｍ、セル密度は２８０個／ｃｍ2であった。又、用いたハニカム構造体２０個と同一ロットのハニカム構造体の平均アイソスタティック強度は６ｋｇ／ｃｍ2であり、アイソスタティック強度の範囲は５〜７ｋｇ／ｃｍ2であった。尚、アイソスタティック強度の測定は、ＪＡＳＯ規格Ｍ５０５−８７に従って行った。又、把持材にはセラミック繊維より成る非膨張性マット（三菱化学株式会社製、商標名、マフテック）を用いた。
結果を表１に示す。
【００３２】
（実施例２及び３）  実施例１と同様に、セラミックハニカム構造体２０個を、押し込み方式にて別々のメタルケース内に収納し、その際に損傷を受けたハニカム構造体の数を調べた。尚、ハニカム構造体のセルの断面形状、隔壁の厚さ、セル密度、平均アイソスタティック強度等は、実施例１で用いたハニカム構造体と適宜変えてあるが、それらの値及び試験結果を表１に示す。
【００３３】
（実施例４）  端面が直径１０６ｍｍの円形である長さ１１４ｍｍのセラミックハニカム構造体２０個を、巻き締め方式にて別々のメタルケース内に収納し、その際に損傷を受けたハニカム構造体の数を調べた。
【００３４】
ハニカム構造体のメタルケース内への収納は以下のように行った。
図３（ｂ）に示すように、ハニカム構造体２の外周面に把持材１を巻き回し、巻き締めた後に金属板７の両端部のうち、内側に配置される端部１０近傍部分１５が、ハニカム構造を構成するセル８の隔壁９に対向するように、ハニカム構造体２と把持材１をメタルケース３に収納し、金属板７の両端部を重ね合わせて固定した。設定面圧は４ｋｇ／ｃｍ2とした。又、把持材１にはセラミック繊維より成る非膨張性マット（三菱化学株式会社製、商標名、マフテック）を用いた。
【００３５】
用いたハニカム構造体のセルの断面形状、隔壁の厚さ、セル密度平均アイソスタティック強度の値、アイソスタティック強度の範囲及び試験結果を表１に示す。尚、アイソスタティック強度の測定は、ＪＡＳＯ規格Ｍ５０５−８７に従って行った。
【００３６】
（比較例１）  実施例１と同様に、セラミックハニカム構造体２０個を、押し込み方式にて別々のメタルケース内に収納し、その際に損傷を受けたハニカム構造体の数を調べた。但し、把持材の合わせ部近傍部分が、ハニカム構造を構成するセルの隔壁に対向するようには配置しなかった。結果を表１に示す。
【００３７】
（比較例２）  実施例２と同様に、セラミックハニカム構造体２０個を、押し込み方式にて別々のメタルケース内に収納し、その際に損傷を受けたハニカム構造体の数を調べた。但し、把持材の合わせ部近傍部分が、ハニカム構造を構成するセルの隔壁に対向するようには配置しなかった。結果を表１に示す。
【００３８】
（比較例３）  実施例３と同様に、セラミックハニカム構造体２０個を、押し込み方式にて別々のメタルケース内に収納し、その際に損傷を受けたハニカム構造体の数を調べた。但し、把持材の合わせ部近傍部分が、ハニカム構造を構成するセルの隔壁に対向するようには配置しなかった。結果を表１に示す。
【００３９】
（比較例４）  実施例４と同様に、セラミックハニカム構造体２０個を、巻き締め方式にて別々のメタルケース内に収納し、その際に損傷を受けたハニカム構造体の数を調べた。但し、金属板の両端部のうち、内側に配置される端部近傍部分が、ハニカム構造を構成するセルの隔壁に対向するようには配置しなかった。結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
表１より、実施例においては、ハニカム構造体の損傷は全く起こらなかったが、比較例においては、５〜１００％のハニカム構造体に損傷が生じた。
【００４２】
（参考例１）  セラミックハニカム構造体を、押し込み方式にてメタルケース内に収納してガス流を構成した場合の、ハニカム構造体各部位にかかる面圧を測定した。
【００４３】
面圧の測定は以下のように行った。
周面にシート状の圧力センサを巻いたハニカム構造体２の外周面に、互いに相補的な形状を有する合わせ部４を設けた把持材１を巻き回し、把持材１の両端部の合わせ部４を嵌め合わせて固定した。次に、把持材１の外周面にすべりテープ６を配置し、図２（ｄ）に示すように、孔径が一方から他方に向かって小さくなる挿入治具５を用いて、メタルケース３内へ押し込んだ。設定面圧は４ｋｇ／ｃｍ2とした。面圧は、図５に示す５箇所において測定した。
【００４４】
尚、把持材にはセラミック繊維より成るマット（三菱化学株式会社製、商標名、マフテック）を用い、圧力センサはタクタイルセンサ（ニッタ株式会社製、商標）を用いた。結果を図６に示す。
【００４５】
（参考例２）  セラミックハニカム構造体を、巻き締め方式にてメタルケース内に収納してガス流を構成した場合の、ハニカム構造体各部位にかかる面圧を測定した。
【００４６】
面圧の測定は以下のように行った。
周面にシート状の圧力センサを巻いたハニカム構造体２の外周面に把持材１を巻き回し、さらに図３（ｂ）示すように、メタルケース３に収納した。次に、図７に示すように、ワイヤーロープ１８を巻いて、設定面圧が４ｋｇ／ｃｍ2となる所定の荷重を負荷した。面圧は、図８に示す５箇所において測定した。結果を図９に示す。尚、把持材及び圧力センサは参考例１と同様のものを用いた。
【００４７】
図６及び図９より、把持材の合わせ部近傍部分及び金属板の両端部のうち、内側に配置される端部近傍部分において、ハニカム構造体に高い面圧がかかることがわかる。
【００４８】
（参考例３）  円柱形状を有するセラミックハニカム構造体に、図１０に示すように、種々の角度から力を加えて強度試験を行い、破壊強度を測定した。尚、ハニカム構造体は、端面の直径１０３ｍｍ、長さ１２０ｍｍ、隔壁の厚さ０．０９ｍｍ、セル密度６０個／ｃｍ2のものを用いた。結果を図１１に示す。
【００４９】
図１１より、ハニカム構造体は、隔壁の面に対して垂直方向のベクトルを有する力に最も強く、隔壁の面に対して斜め４５°のベクトルを有する力に最も弱いことがわかる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明のガス流路においては、隔壁の厚さの薄いセラミックハニカム構造体を用いた場合でも、キャニングの際にセラミックハニカム構造体が破損することがないため、取扱いに慎重さを要する薄壁のハニカム構造体のキャニングの作業効率が向上する。又、薄壁のハニカム構造体をガス流路に組み込んで使用することが可能となるため、例えば、排ガス浄化用触媒の場合、触媒の熱容量の低減を通じてコールドスタート時における触媒の早期活性化が可能となり、排ガス浄化性能の向上が期待できるとともに、ガス流路自体を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）本発明のガス流路における合わせ部と隔壁との位置関係の一例を示す斜視図、及び（ｂ）本発明のガス流路における金属板の端部と隔壁との位置関係の一例を示す斜視図である。
【図２】  （ａ）ハニカム構造体に把持材を巻き回した状態を示す斜視図、（ｂ）把持材の一例及び（ｃ）他の例を示す模式図、及び（ｄ）押し込み方式によるハニカム構造体のメタルケース内への収納方法を示す模式断面図である。
【図３】  （ａ）巻き締め方式によりハニカム構造体をメタルケース内への収納した状態の一例及び（ｂ）他の例を示す斜視図である。
【図４】  ハニカム構造体の強さと力の向きとの関係を示す模式図である。
【図５】  面圧測定試験における測定部位を示す斜視図である。
【図６】  面圧測定試験の結果を示すグラフである。
【図７】  面圧測定方法の一例を示す模式図である。
【図８】  面圧測定試験における測定部位を示す斜視図である。
【図９】  面圧測定試験の結果を示すグラフである。
【図１０】  破壊強度測定試験において、ハニカム構造体にかけた力の向きを示す模式図である。
【図１１】  ハニカム構造体の破壊強度測定試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１…把持材、２…ハニカム構造体、３…メタルケース、４…合わせ部、５…挿入治具、６…すべりテープ、７…金属板、８…セル、９…隔壁、１０…金属板の端部のうち内側に配置された端部、１１…隔壁に対して垂直方向のベクトルを有する力、１２…隔壁に対して斜め４５°のベクトルを有する力、１３…合わせ部、１４…合わせ部近傍部分、１５…金属板の端部のうち内側に配置された端部近傍部分、１６…把持材の巻き回し方向における長さ、１７…合わせ部の巻き回し方向における長さ、１８…ワイヤーロープ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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