(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な複数のセル通路が形成されるように配置された隔壁を有するハニカム構造体であって、
前記隔壁同士の交差する交差部が、前記通路方向に垂直な方向における断面において所定ピッチを保ちつつ規則的な位置に形成されており、かつ、
前記交差部を除いた前記隔壁の壁面部が、互いに対向する一対の前記壁面部として、通路方向及び前記通路方向に垂直な方向の両方向に、それぞれ凹凸が繰り返す波状に形成された一対の波状壁面部を含むとともに、一対の前記波状壁面部のうち、一方の前記波状壁面部における前記凹凸と他方の前記波状壁面部における前記凹凸とが、凸面同士及び凹面同士が互いに対向するように形成されていることを特徴とする波壁ハニカム構造体。
【請求項２】
互いに並行な複数のセル通路が形成されるように配置された隔壁を有するハニカム構造体であって、
前記隔壁同士の交差する交差部が、前記通路方向に垂直な方向における断面において所定ピッチを保ちつつ規則的な位置に形成されており、かつ、
前記交差部を除いた前記隔壁の壁面部が、通路方向及び前記通路方向に垂直な方向の両方向に、凹凸が繰り返す波状に形成された波状壁面部と、平面を有するように形成された平面状壁面部とを含むとともに、前記波状壁面部と前記平面状壁面部とが交互に存在するように形成されていることを特徴とする波壁ハニカム構造体。
【請求項３】
前記波状壁面部における波状の変形が、中心部よりも外周部の方が大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の波壁ハニカム構造体。
【請求項４】
前記波状の変形における振幅量が、前記隔壁の厚さ（隔壁厚さ）の１５０％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の波壁ハニカム構造体。
【請求項５】
前記通路方向に形成された前記波状壁面部における凸面の最高部又は／及び凹面の最低部を結ぶ線が、前記波状壁面上であって前記通路方向に垂直な方向に曲折を繰り返していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の波壁ハニカム構造体。
【請求項６】
前記隔壁の壁面部が前記平面状壁面部を含む場合、前記波状壁面部によって形成される前記セル通路と、前記平面状壁面部によって形成される前記セル通路とが、不連続に現れ混在することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の波壁ハニカム構造体。
【請求項７】
前記セル通路が、前記通路方向に垂直な方向における断面において、中心から略円状に形成されるセル通路領域Ａと、前記セル通路領域Ａの外側に略リング状に形成されるセル通路領域Ｂとからなり、 前記セル通路領域Ａが、前記波状壁面部によって形成される前記セル通路を含み、前記セル通路領域Ｂが、前記平面状壁面部によって形成される前記セル通路からなり、前記セル通路領域Ｂ内の前記セル通路を形成する前記隔壁の厚さが、前記セル通路領域Ａ内の前記セル通路を形成する前記隔壁の厚さよりも厚く、かつ、内周部から外周部にかけて段階的に厚く構成されてなるかあるいは前記セル通路領域Ｂと前記セル通路領域Ａとの境界付近においてのみ段階的に厚く構成されてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の波壁ハニカム構造体。
【請求項８】
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、窒化アルミニウム及び炭化珪素からなる群から選ばれる少なくとも一のセラミック材料若しくはこれらの複合物、ステンレス鋼、アルミニウム合金、又は活性炭、シリカゲル及びゼオライトからなる群から選ばれる少なくとも一の吸着材料を原材料とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の波壁ハニカム構造体。
【請求項９】
前記原材料の気孔率が、４５〜８０％であることを特徴とする請求項８に記載の波壁ハニカム構造体。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の波壁ハニカム構造体を用いた微粒子除去用フィルターであって、前記波壁ハニカム構造体の所定の前記セル通路の一端部が目封じされるとともに、残りの前記セル通路の他端部も目封じされることにより、前記セル通路を形成する前記隔壁が濾過層として機能することを特徴とする微粒子除去用フィルター。
【請求項１１】
前記波壁ハニカム構造体の前記波状壁面部の表面粗さがヴァレイ  レベル（Ｖａｌｌｅｙ Ｌｅｖｅｌ）で１０％以上であることを特徴とする請求項１０に記載の微粒子除去用フィルター。
【請求項１２】
前記波壁ハニカム構造体の前記隔壁厚さが、略０．２０〜１．２０ｍｍであることを特徴とする請求項１０に記載の微粒子除去用フィルター。
【請求項１３】
前記波壁ハニカム構造体のセル密度が、略５０〜６００ｃｐｓｉ（セル／平方インチ）であることを特徴とする請求項１０に記載の微粒子除去用フィルター。
【請求項１４】
自動車の排ガス浄化用触媒担体として用いられ、触媒が前記ハニカム構造体の前記隔壁表面又は／及び前記隔壁内部の細孔内表面に担持されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の波壁ハニカム構造体。
【請求項１５】
前記隔壁厚さが、略０．０１〜０．１２ｍｍであることを特徴とする請求項１４に記載の波壁ハニカム構造体。
【請求項１６】
セル密度が、略２００〜３０００ｃｐｓｉ（セル／平方インチ）であることを特徴とする請求項１４に記載の波壁ハニカム構造体。
【請求項１７】
請求項１４に記載の波壁ハニカム構造体を用いたことを特徴とする排ガス浄化用触媒コンバータ。
【請求項１８】
触媒成分が、三元触媒、酸化触媒、ＮＯｘ還元触媒、硫化物分解除去触媒、揮発性有機物ガスＶＯＣ（Ｇａｓｅｏｕｓ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）分解除去触媒、及びダイオキシン類分解除去触媒からなる群から選ばれる少なくとも一種、又はこれらの複合物であることを特徴とする請求項１７に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ。
【請求項１９】
請求項１７に記載の排ガス浄化用触媒コンバータと、前記触媒を前記平面状壁面部を有する通常の平面壁ハニカム構造体に担持した触媒コンバータとを、交互に複数基直列に配置したことを特徴とする排ガス浄化用触媒コンバータシステム。
【請求項２０】
排気の上流側に、請求項１７に記載の排ガス浄化用触媒コンバータを配置し、排気の下流側に、請求項１０に記載の微粒子除去用フィルター又は通常の前記平面壁ハニカム構造体からなる前記微粒子除去用フィルターを配置したことを特徴とする排ガス浄化用触媒コンバータシステム。
【請求項２１】
前記微粒子除去用フィルターがいずれも、容易に交換可能なカートリッジタイプであることを特徴とする請求項２０に記載の排ガス浄化用触媒コンバータシステム。
【請求項２２】
請求項１４に記載の波壁ハニカム構造体を用いてなり、排ガス中の粒子状物質を捕集する排ガス浄化システムであって、
前記波状壁面部を有する波壁ハニカム構造体を帯電させ、電気的に前記粒子状物質を捕集する手段を有することを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項２３】
請求項１４に記載の前記波壁ハニカム構造体を用いてなり、排ガス中の前記粒子状物質を捕集する排ガス浄化システムであって、
非熱平衡プラズマ（Ｎｏｎ−ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｌａｓｍａ）又はマイクロ波放電プラズマを利用することを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項２４】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の前記波壁ハニカム構造体を用いてなり、燃料揮発成分の外部漏出を抑制することを特徴とする燃料タンク用エバポレーションシステム。
【請求項２５】
前記波壁ハニカム構造体が、容易に交換可能なカートリッジタイプであることを特徴とする請求項２２又は２３に記載の排ガス浄化システム。
【請求項２６】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の波壁ハニカム構造体を用いることを特徴とする燃料電池システム用コンポーネント。
【請求項２７】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の波壁ハニカム構造体を利用したことを特徴とするサンドイッチパネル。
【請求項２８】
隣接する貫通孔の原料流動抵抗を異なるものとしたバックプレートを、押出成形用口金部材として用いることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の波壁ハニカム構造体の製造方法。
【請求項２９】
前記バックプレートが、外周部から中心部へ向かって厚さが変化していることを特徴とする請求項２８に記載の波壁ハニカム構造体の製造方法。
【請求項３０】
前記バックプレートが、貫通孔Ａと貫通孔Ｂの孔径を異なるものとしたこと特徴とする請求項２８又は２９に記載の波壁ハニカム構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、自動車排ガスをはじめとした各種内燃機関排気ガスの浄化触媒用担体や脱臭用触媒担体、各種濾過機器用フィルタ、熱交換器ユニット、或いは燃料電池の改質触媒用担体等の化学反応機器用担体として用いられる波壁ハニカム構造体に関する。
【背景技術】
ハニカム構造体は、自動車排ガスをはじめとした各種内燃機関から排出される排気ガスの浄化触媒用担体や脱臭用触媒担体として、広く用いられている。このようなハニカム構造体においては、従来、例えば、自動車排ガス浄化触媒用として用いる場合には、圧損を低減するために、セル通路を隔てる隔壁を平面状に形成する場合が一般的であった。
しかしながら、近年では、環境問題を背景として排ガス規制が強化されるに伴い、自動車排ガス浄化触媒については、圧損性能よりも浄化性能が重要視されるようになってきている。そのためハイドロカーボン類（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質排出量を低減するエンジンの開発や現在主流となっている三元触媒の改良が進み、これら両方の効果で有害物質の排出量は低減する傾向にある。
こうして、エンジン運転時の全体的な排出量が低減されるようになってきた一方で、エンジンの始動直後に排出される有害物質の量がクローズアップされてきている。例えば、米国の規制走行サイクルであるＦＴＰ−７５サイクルにおいては、エンジン始動直後の１４０秒間のＣｏｌｄ−ｔｒａｎｓｉｅｎｔモードで全走行サイクルで排出される総排出量の６０〜８０％が排出されている。
この原因の１つは、特にエンジン始動直後では排気ガス温度が低いために触媒が十分に活性化せず、その結果、有害物質が浄化されずに触媒を通過してしまうことにある。また、エンジン始動直後は、燃料の燃焼状態も安定しておらず、三元触媒の浄化性能を左右する重要なファクターである排気ガスのＡ／Ｆ（空燃比）即ち、排気ガス中の酸素量の割合が変動していることも一因となっている。
このため、エンジン始動直後の触媒の温度を早く上昇させるために、触媒の位置をできる限りエンジンに近づけて排気ガス温度の高い場所に触媒を置いたり、触媒のハニカム担体自体の熱容量を下げるために、セル隔壁を薄くしたり、早く排ガスの熱を吸収し、かつ、触媒と排ガスの接触面積を増やすために担体のセル密度を増やしたりする工夫が行われている。
ところが、従来の通常のハニカム構造体においては、圧損の低減を目的として、セル通路が直管状となるように隔壁が平面状に形成されているものが殆どである。このため、隔壁と排気ガスとの接触面積を増大させるために、隔壁厚さを薄くしてセル数を増大させる工夫がなされているが、接触面積の増大には制約があり、また、排ガスの有害成分によっては十分な浄化効果がみられないといったこと等、浄化性能の向上に限界があった。
更に、浄化性能を向上させるために担持する触媒量を増やした場合には、高価な触媒成分である白金類を多量に使うこととなって、コストの増大を招くのみならず、触媒層が厚くなることから、実際に排ガスと十分接触できる触媒の割合が減少する等、期待通りの浄化性能向上が得られない。また、触媒の初期性能は高いものとなるが、貴金属がより一層密集することになり、経時的に触媒どうしの凝集が起こり易くなる等して、使用寿命が短くなる問題があった。
そこで、特開昭５８−４３２３８号公報には、セル通路内の表面積を増やすことにより、セル通路隔壁とその中を流れる流体との相互作用を大きくして浄化作用を向上させるべく、セル通路を入り口から出口に向かって蛇行させたセラミックハニカム構造体、及び、押出成形体をセル通路断面内で回転振動させることでセル通路方向（セル通路の通路方向を指す。）でセル通路を蛇行させるハニカム構造体の製造方法が開示されている。
しかしながら、この特開昭５８−４３２３８号公報に開示されたハニカム構造体においては、セル通路同士を隔てる隔壁は蛇行した曲面形状を有するが、隔壁の表面に凹凸を設けたものではない。従って、セル通路内の表面積の増大は、セル通路を蛇行させることによってセル通路長さが長くなった分に限られることから、大きな触媒性能の向上は期待し難い。
また、特開平３−１５１０４９号公報には、ハニカム構造体の外周部の隔壁は平面状とし、中央部の隔壁のみをセル通路方向に凹凸状とすることで、排ガスと隔壁との相互作用を高めて、浄化効率を高めると共に、外周部の隔壁を厚く形成することで、外圧強度や把持強度を高めたセラミック製ハニカム構造体が開示されている。
しかしながら、この特開平３−１５１０４９号公報に開示のハニカム構造体では、セル通路方向においてセル通路自体が凹凸状となってはいるものの、セル通路に垂直な断面方向においては隔壁は凹凸状に形成されていない。従って、前述した特開昭５８−４３２３８号公報に開示されたハニカム構造体と同様、セル通路内の表面積の増大は、セル通路方向に凹凸を形成することによってセル通路長さが長くなった分に限られることから、大きな触媒性能の向上は期待し難い。
更に、特開平５−１２３５８０号公報には、中央部の隔壁をセル通路方向と通路方向に垂直な断面方向の両方向において波状に形成し、かつ、セル通路方向において波状壁の凹凸が同じ向きとなるように同期させたハニカム構造体が開示されている。
この特開平５−１２３５８０号公報に開示されたハニカム構造体においては、前述した特開昭５８−４３２３８号公報及び特開平３−１５１０４９号公報に開示されたハニカム構造体と同様のセル通路長さの実質的な延長による表面積の増大に加えて、セル通路方向に垂直な方向においても隔壁を波状とすることによって表面積の増大が図られている。
しかしながら、その凹凸がセル通路方向において同期していることから、セル通路方向の任意位置における断面の形状は一定である。このため、セル通路内での流体の流れは定常流となり易く、従って、セル通路内を流れる流体と隔壁表面との間の相互作用を積極的に増大させることが困難であるという問題がある。
なお、特開昭５２−１１９６１１号公報でも、セル長手方向（通路方向）に対する垂直平面において熱応力又は機械的応力による変形を調整する目的で隔壁を変形させているが、特開平５−１２３５８０号公報と同様の問題から触媒性能向上には寄与しない。また、特開昭５２−１１９６１１号公報で述べらているように隔壁変形（正弦波）形状の振幅が隔壁厚さより小さいことは、隔壁変形部での応力集中を軽減することにはなるが、本発明の主旨とする排ガスと隔壁との相互作用の積極的な増大にはそぐわない。
更に、ステンレス耐熱鋼によるセル形状が波型であるメタルハニカム構造体では、セル通路方向に、セル通路方向と直交する方向に小さな丸みを帯びた窪みを、ある間隔を置いてセル通路方向に多数形成した構造が提案されている。しかしながら、この構造では、大幅な乱流効果は期待できず、また、触媒を担持しても、溝が小さいので、触媒層が溝を埋める形となり、溝形成の効果が薄まってしまう。メタルの場合には気孔がほとんど存在しないため、γアルミナの触媒層をコーティングすると、溝のようなコーナー部によく溜まるようにコーティングされる。
ところで、上記した排ガス浄化以外の目的、例えば、圧損が使用上の大きな障害とならないガス改質等の化学反応触媒用担体として使用されるハニカム構造体として、小型軽量かつ低触媒量でありながら転化効率等に優れた特性を発現せしめるものも、また望まれている。
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、隔壁の表面積を増大させつつ、セル通路内での流体の流れを複雑なものとして、流体と隔壁との相互作用を増大させたハニカム構造体であって、更に、エンジン等の排ガス浄化用としてエンジン近傍に搭載することが可能な機械的強度及び耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体及びその製造方法を提供することにある。
【発明の開示】
即ち、本発明によれば、互いに平行な複数のセル通路が形成されるように配置された隔壁を有するハニカム構造体であって、前記隔壁同士の交差する交差部が、前記通路方向に垂直な方向における断面において所定ピッチを保ちつつ規則的な位置に形成されており、かつ、前記交差部を除いた前記隔壁の壁面部が、互いに対向する一対の前記壁面部として、通路方向及び前記通路方向に垂直な方向の両方向に、それぞれ凹凸が繰り返す波状に形成された一対の波状壁面部を含むとともに、一対の前記波状壁面部のうち、一方の前記波状壁面部における前記凹凸と他方の前記波状壁面部における前記凹凸とが、凸面同士及び凹面同士が互いに対向するように形成されていることを特徴とする波壁ハニカム構造体が提供される。
また、本発明によれば、互いに並行な複数のセル通路が形成されるように配置された隔壁を有するハニカム構造体であって、前記隔壁同士の交差する交差部が、前記通路方向に垂直な方向における断面において所定ピッチを保ちつつ規則的な位置に形成されており、かつ、前記交差部を除いた前記隔壁の壁面部が、通路方向及び前記通路方向に垂直な方向の両方向に、凹凸が繰り返す波状に形成された波状壁面部と、平面を有するように形成された平面状壁面部とを含むとともに、前記波状壁面部と前記平面状壁面部とが交互に存在するように形成されていることを特徴とする波壁ハニカム構造体が提供される。
本発明の波壁ハニカム構造体においては、波状に形成された隔壁における波状の変形の程度を、中心部よりも外周部で大きくすることも好ましく、こうして、外周部では実質的にセル通路を排ガスが通過できないようにすることも可能である。こうして、特開昭４９−６３８２１号公報、特開昭５６−１２９０４２号公報に示されているように、外周部からの放熱の防止と外周部の機械的な強化、外周部への余分な貴金属成分担持防止の効果が得られる。
なお、隔壁の波状の変形における振幅とピッチは大きい程好ましく、波状に形成された隔壁における波状の変形の程度は、その振幅量が隔壁の厚さ（隔壁厚さ）の１５０％以上であることが好ましい。しかしながら、過度の変形は圧力損失の増大を招くので、変形振幅量は、エンジン性能と照らしながら浄化性能向上度合いと圧力損失増大との兼ね合いにより、セル構造毎に最適化される。セル数が比較的少ない方が、波状変形を大きくし易く、又はニカム構造体の開口率を大きくできるので、圧力損失上は好ましい。更にディーゼルエンジン排ガスのようにカーボンが発生する場合では、セルの目詰まりの観点からセル数が比較的少ない方が好ましい。圧力損失を軽減する手段として、全隔壁を波状とせずに、一部の隔壁のみを波状とする手段もある。この手段は、セルの目詰まり防止の観点からも好ましい。
本発明の波壁ハニカム構造体において、上記したようにセル通路が波壁（波状壁面部）と平面壁（平面状壁面部）とが混在して構成されたり、波壁どうしの凹凸面の向きが変わって構成されたり、あるいは波壁の波の大きさ、即ち、振幅とピッチが様々であったりと色々な種類が考えられるが、次に示すように波壁の波のうねりのパターンが変わる構造体もある。例えば、波を凹凸の繰り返しと捉えたときに、波にはその凹部又は凸部の連続した線が形成されているが、セル通路方向に形成された波状壁面部における凸の最高部又は／及び凹の最低部を結ぶ線が、その波を形成する壁面上であってセル通路方向とは垂直方向に、曲折を繰り返してしていることも好ましい。波状の凹凸部を山に例えれば、山の稜線又は谷間を結ぶ線が、蛇行しているような波状の壁面部を、セル通路方向に有する波壁ハニカム構造体である。この場合、曲折の繰り返しは、セル通路１つ毎でもよく複数毎でもよいが、こういった形状がもたらすクッション性の向上の点でセル通路１つ毎に曲折を繰り返すことが好ましい。即ち、山の稜線は細かく蛇行するのがよりよい。
また、波状壁面部によって形成されるセル通路と、平面状壁面部によって形成されるセル通路とが、不連続に現れ混在していてもよい。セル通路が一様な形状でなく、隔壁の形状が異なるセル通路が混在した状態とすることで、ハニカム構造体への流体の流れが攪乱され、より流体と隔壁との接触効率が向上する。
更に、本発明の波壁ハニカム構造体においては、セル通路が、通路方向に垂直な方向における断面において中心から略円形状に形成されるセル通路領域Ａと、セル通路領域Ａの外側に概ねリング形状に設けられたセル通路領域Ｂとして、セル通路領域Ａが波状壁面部によって形成されるセル通路を含んだ領域で、セル通路領域Ｂには平面状壁面部によって形成されるセル通路であることも好ましい。そして、セル通路領域Ｂ内のセル通路の隔壁厚さをセル通路領域Ａ内のセル通路の隔壁厚さよりも厚くし、かつ、セル通路領域Ｂ内において内周部から外周部にかけて段階的に隔壁を厚くするかあるいは領域Ｂと領域Ａの境界付近においてのみ段階的に厚くなるようにすれば尚好ましい。こうすることでハニカム構造体としての強度は格段に向上する。
波壁ハニカム構造体の原材料としては、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、炭化珪素といった各種のセラミック材料、又は、ステンレス鋼、アルミニウム合金といった種々の耐熱性金属材料、あるいは、活性炭、シリカゲル、ゼオライトといった各種の吸着材料が好適に用いられる。セラミック材料では、一種でもよく、又、それらの複合物でもかまわない。
これらの原材料の他にも、押出成形できる材料であれば、成形口金の構成により波壁ハニカム構造体が得られるので、上記した材料に異種の材料粒子や繊維を分散複合化させた材料や樹脂等の高分子材料、押出成形後に隔壁表面に被覆したものでも同様の効果が期待できる。また、金属箔をコルゲート状に巻いてハニカム形状とする場合でも、あらかじめ、箔に波形状を塑性加工法により形成しておくことで、同様に波状壁面部を有する波壁ハニカム構造体を得ることができる。
これらの原材料において、熱容量増加を抑制する点から、使用する材料の気孔率は４５〜８０％とすることが好ましい。また、こうしたときには、波壁ハニカム構造体を微粒子除去用フィルターとして好適に用いることができる。ハニカム構造体の所定のセル通路の一端部を目封じするとともに、残りのセル通路の他端部を目封じすることにより、セル通路を仕切る隔壁を濾過層とする。微粒子除去用フィルターとして用いるときには、波壁ハニカム構造体の隔壁厚さは、概ね０．２０〜１．２０ｍｍであり、セル密度は、概ね５０〜６００ｃｐｓｉ（セル／平方インチ）であることが好ましく、また、波壁ハニカム構造体の波壁表面に凸凹を持たせることで、更に微粒子除去能力を向上させることができる。
波壁（波状壁面部）の表面の粗さの指標であるヴァレイ  レベル（Ｖａｌｌｅｙ Ｌｅｖｅｌ）が１０％以上とすると、同じ波壁構造でも隔壁表面での微粒子状物質の捕捉性が向上するが、１０％未満の範囲では、Ｖａｌｌｅｙ Ｌｅｖｅｌを変化させても捕捉性能に目立った変化が見られない。捕捉性能の向上は、隔壁表面の細孔部の面積割合が増加するためである。即ち、隔壁表面に細孔による微小な窪みを多数形成することで、微粒子状物質が細孔に捕捉されることを容易にする。捕捉された微粒子状物質は次第に堆積していくが、細孔によるアンカー効果により、容易には隔壁表面から脱離することがない。このため、微粒子状物質の捕集性能が向上するとともに、隔壁表面に担持された触媒成分により、微粒子状物質が十分に処理されるという利点がある。通常の平面状壁面部を有する平面壁ハニカム構造体でもＶａｌｌｅｙ Ｌｅｖｅｌ増大による若干の効果があるが、２０％以上でないと目立った効果はなかった。波壁構造とすることで、１０％以上でも効果が増大する。更に２０％以上とすることで、捕捉性が一段と向上するので、波壁ハニカム構造体を用いた微粒子除去フィルターに適用することで、微粒子状物質の捕集効率を高めることが可能である。隔壁厚さ０．３０ｍｍで、セル密度２００ｃｐｓｉのコージェライトハニカム構造体による微粒子除去フィルターの場合に、気孔率を上げることで１５％から３０％にＶａｌｌｅｙ Ｌｅｖｅｌを増大させたところ、通常の平面壁ハニカム構造体では５％未満の捕集効率向上であったが、波壁ハニカム構造体においては約１０％の向上がみられた。
図２５は、ハニカム構造体の隔壁表面粗さの程度を表すＶａｌｌｅｙ Ｌｅｖｅｌを示す説明図である。ここで、Ｖａｌｌｅｙ Ｌｅｖｅｌとは、表面粗さ計により２次元的に測定した隔壁表面の粗さデータを解析し、表面の凸部と凹部の体積が等しくなる面を平均面４３とした時に、平均面４３で隔壁表面を切断したときに平均面４３における細孔４７部分の表面積の総和が、隔壁全面積に占める比率のことをいう。
本発明の波壁ハニカム構造体は、触媒担体としても適するものであり、触媒をハニカム構造体のセル隔壁表面や隔壁内部の細孔内表面に担持して、例えば、自動車の排ガス浄化用触媒担体として用いられる。この場合には、隔壁厚さは、概ね０．０１０〜０．１２０ｍｍであり、セル密度は、概ね２００〜３０００ｃｐｓｉ（セル／平方インチ）であることが好ましい。
自動車の排ガス浄化用触媒担体を作成する方法は、ハニカム構造体の隔壁に触媒成分を担持して触媒体を得る方法や、ハニカム構造体自体を触媒成分で形成する方法、あるいは、それらの複合した方法のいずれでもよい。
一般には、自動車用排ガス浄化触媒として、コージェライト質ハニカム構造体の隔壁表面に高比表面積を有するγアルミナをコーティングし、そのアルミナ層に貴金属成分を担持するハイブリッド型触媒や、固定発生源からの排ガス浄化触媒として二酸化チタン等でハニカム構造体を構成したソリッド型触媒が実用化されている。
触媒成分は、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属、あるいは、バナジウム酸化物、セリア、イットリア、ジルコニア、チタニア、アルカリ金属類、ペロブスカイト系複合物、トルマリン成分等の組み合わせで構成され、ハイドロカーボン類、一酸化炭素、窒素酸化物類を酸化、還元する三元触媒、あるいは、ハイドロカーボン類、一酸化炭素、ＮＯ、ＳＯＦ分、炭素成分を酸化する酸化触媒、あるいは、ＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒、あるいは、硫化物や揮発性有機物ガスＶＯＣ（Ｇａｓｅｏｕｓ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）成分やダイオキシン類を分解除去する触媒からなる群より選ばれた少なくとも１種、又は、これらの複合物である。触媒成分は、いずれであっても、排ガスと触媒との接触反応を促進するとともに、触媒を早期に活性化することが必要であることに変わりはなく、触媒の担体として波壁ハニカム構造体を用いることが有効である。
このような触媒を担持した波壁ハニカム構造体を単体で用いて、排ガス浄化用触媒コンバータが提供される。又、この排ガス浄化用触媒コンバータと、触媒を通常の平面壁ハニカム構造体に担持した触媒コンバータとを、交互に複数基直列に配置した排ガス浄化用触媒コンバータシステムも提供される。当然ながら、コンバータとして分割せずに１基のコンバータ中に、それぞれ触媒担持した波壁ハニカム構造体、平面壁ハニカム構造体を並べたものでもよい。
この他、コンバータシステムとしては、排気の上流側に波壁ハニカム構造体を用いた触媒コンバータを配置し、排気の下流側には上記した波壁ハニカム構造体を使用した微粒子除去用フィルターを配置した排ガス浄化用触媒コンバータシステムも提供される。後段の微粒子除去用フィルターは、通常の平面壁ハニカム構造体を使用したものでもよい。
又、本発明の波壁ハニカム構造体は、排ガス中の粒子状物質を捕集する排ガス浄化システムとしての応用も可能である。波壁ハニカム構造体を、一般的にはプラス帯電させ、電気的に一般的にはマイナス荷電した粒子状物質を捕集する。補足対象によっては波壁ハニカム構造体をマイナス荷電してもよい。
同じような波壁ハニカム構造体を用いた排ガス浄化システムは、非熱平衡プラズマ（Ｎｏｎ−ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｌａｓｍａ）、又は、マイクロ波放電プラズマを利用して粒子状物質を捕集することも可能である。こういった排ガス浄化システムに適用する波壁ハニカム構造体は、容易に交換可能なカートリッジタイプとすることが好ましい。
本発明の波壁ハニカム構造体の適用例としては、他に、燃料電池システム用改質器あるいは燃料電池本体に触媒担体として利用する、又、燃料揮発成分の外部漏出を抑制する燃料タンク用エバポレーションシステムへ組み込んで使用する、更には、サンドイッチパネルとして利用する、等がある。
本発明によれば、このような波壁ハニカム構造体の製造方法の１つとして、隣接する貫通孔の原料流動抵抗を異なるものとしたバックプレートを、押出成形用口金部材として用いること特徴とする波壁ハニカム構造体の製造方法が提供される。このバックプレートは、外周部から中心部へ向かって厚さが変化していることが好ましく、又、２種類の孔径を異なる貫通孔Ａと貫通孔Ｂを有するバックプレートであることが好ましい。
また、本発明によれば、金属箔に波形状を塑性加工により形成しておき、その金属箔をコルゲート状に巻いて、金属製ハニカム構造体を形成することを特徴とする波壁ハニカム構造体の製造方法も提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明するが、本発明が以下の実施の形態に限定されるものでないことはいうまでもない。
図１（ａ）（ｂ）は本発明に係る波壁ハニカム構造体の一実施形態を示しており、セル通路方向（セル通路の通路方向を指す。）に垂直な方向における断面（以下、「セル通路断面」という。）のセル形状が四角形（正方形）である通常のハニカム構造体の隔壁を波状に形成したものである。（以下、通常のハニカム構造体を「通常のハニカム構造体」又は「平面壁ハニカム構造体」という。波壁ハニカム構造体とは、全て隔壁が波壁で構成されるものも含み、波壁が存在するハニカム構造体のことをいう。）
図１（ａ）は波壁ハニカム構造体１のセル通路断面を示しており、セル通路２の通路方向をＺ軸方向として、これに垂直な面に直交座標軸であるＸ軸、Ｙ軸を設定している。なお、図１（ａ）中には隔壁を波状としない場合、つまり通常のハニカム構造体における隔壁の位置が点線で示されている。また、図１（ｂ）は図１（ａ）における線ＡＡ´を通り、セル通路２に平行な断面（Ｙ−Ｚ平面）を示しており、逆に、図１（ａ）は図１（ｂ）中の線ＢＢ´を通るＸ−Ｙ平面図である。
波壁ハニカム構造体１においては、複数のセル通路２が、その通路方向が互いに平行となるように形成されている。そして、セル通路２を形成する隔壁３同士の交差部４は、セル通路断面においては所定ピッチＤを保って規則的な位置に形成されている。
ここで、交差部４の所定ピッチＤとは、セル通路断面が正方形である通常のハニカム構造体における交差部と同様に、また、交差部４のみの配置に着目すれば明らかなように、交差部４が四角セルの各頂点、つまり格子の交点に位置するように一定の間隔Ｄを保って位置していることをいう。また、交差部４が規則的な位置に形成されているとは、波壁ハニカム構造体１の場合には、四角セルの頂点、つまり格子の交点という規則的な位置に形成されていることをいう。従って、三角セルハニカム構造体や六角セルハニカム構造体では、三角セルや六角セルの頂点の位置が、交差部が形成される規則的な位置となる。
そして、交差部４を除いた隔壁３の壁面部５は、セル通路２の通路方向及びセル通路断面方向の両方向に波状に形成されている。前述したように、図１（ａ）は図１（ｂ）のＢＢ´におけるＸ−Ｙ平面図であるから、図１（ａ）においてＹ軸の正方向に凸となっている壁面部は、Ｚ軸方向に波形の１／２波長ずれた図１（ｂ）中の線ＣＣ´におけるＸ−Ｙ平面においては、Ｙ軸の正方向に凹となる。同様に、Ｙ軸の正方向に凹となっている壁面部は逆にＹ軸の正方向に凸となり、Ｘ軸方向についても同様である。
波壁ハニカム構造体１のように、セル通路方向とセル通路断面方向の両方向に隔壁３の壁面部５を波状に変形させて形成すると、隔壁３の表面積を大きくして、排ガスと隔壁３との相互作用を高めることができるのみならず、セル通路２の断面積はほぼ一定であるが断面形状が変化することで、セル通路２内の排ガス流れを非定常として、より排ガスと隔壁３との相互作用を高めることが可能となる。こうして、触媒特性の向上が図られる。
図２は、本発明に係る波壁ハニカム構造体の別の実施形態を示しており、図１（ａ）と同様のセル通路断面の形態を示している。図１（ａ）のセル通路２では、セル通路２を形成する対向する２組の壁面部５のうち、一対の壁面部では互いに凸面同士が向き合い、また別の一対の壁面部では互いに凹面同士が向き合っていたが、図２に示した波壁ハニカム構造体１１においては、セル通路１２を形成する対向する２組の壁面部１５において、２組とも凸面同士又は凹面同士が向き合った構造となっている。
壁面部１５をこのような形状とすると、セル通路１２の断面積は通路方向において連続的に変化することとなり、排ガス流れが非定常となって、排ガスと隔壁との相互作用が更に大きくなり、浄化性能の向上が図られるという効果が得られる。
壁面部の凹凸の形成状態は、上記した波壁ハニカム構造体１・１１の形態に限定されるものではない。つまり、各々のセル通路について、対向する一対の隔壁の壁面部は、一方の壁面部における凹凸と他方の壁面部における凹凸とが互いに凸面同士及び凹面同士が互いに対向するように波状に形成する。
例えば、図１（ａ）や図２に示されるように、波壁ハニカム構造体１・１１の縦方向と横方向の隔壁における壁面部５・１５の凹凸は、１つのセル通路２についてみると、凸面同士及び凹面同士が向かい合うように形成されているが、その形態（周期）が異なるだけである。
なお、波壁ハニカム構造体１・１１では、圧力損失が高くなることは避けられない。この問題を回避するために、波壁ハニカム構造体１・１１を排ガス浄化用触媒担体として用いる場合には、図５に示すように、特に排ガス温度が高く圧力損失の影響が大きくなるエンジン９２近傍では、ハニカム構造体に触媒を担持させてなる触媒体を排ガスの流れ方向に２分割して、前方（エンジン９２側）に波壁ハニカム構造体を用いた触媒体９５を配置し、また、後方（排気口９９側）に通常のハニカム構造体を用いた触媒体９６を配置し、しかも波壁ハニカム構造体を用いた触媒体９５の長さを、後方の通常のハニカム構造体を用いた触媒体９６よりも短くするとよい。こうして圧力損失の影響を抑えながら、波壁構造による高浄化性能を活かすことが可能となる。また、前方に通常のハニカム構造体を配置し、後方には低セル密度の波壁ハニカム構造体を配置する構成でもよい。
また、波状に形成された隔壁における波状変形の程度を、中心部に対して外周部で大きくして、外周部では実質的にセル通路を排ガスが通過できない状態、つまり、実質的にセル通路が閉塞された状態とすることも好ましい。これにより、特開昭４９−６３８２１号公報、特開昭５６−１２９０４２号公報に示されているように、ハニカム構造体の外周部からの放熱の防止と外周部の機械的な強化、外周部への余分な貴金属成分担持防止の効果を得ることができる。
隔壁の波状変形の量は、振幅で隔壁厚さの１５０％以上とすることが好ましい。波壁の振幅が１５０％未満であると、エミッション排出量低減効果が充分に得られない。これは波壁隔壁の振幅を大きくするに従い、セル通路内における排ガス流れの攪乱効果が高まるからであると考えられるが、波壁の波のうねりを大きくすると、即ち、振幅を増大すると、圧力損失の増加を招くので、圧力損失の許容限界を見極めながら適切に振幅を設定する必要がある。
さて、図３は本発明に係る波壁ハニカム構造体の更に別の実施形態を示す断面図であり、図１（ａ）と同様にセル通路断面を示している。図３に示した波壁ハニカム構造体３１は、波状に凹凸が形成された壁面部３５Ａと、平面状の平らな表面を有する壁面部３５Ｂとが交互に存在する形態を有している。セル通路３２は、隣り合う２辺を形成する隔壁が平面状であり、別の隣り合う２辺を形成する隔壁が波形に形成されている。このような波壁ハニカム構造体３１は、セル断面の形状が正方形である通常のハニカム構造体における平面状の隔壁を、１枚飛ばしに波状に形成したものとも言える。
波壁ハニカム構造体３１のように、波状の壁面部３５Ａと平面状の壁面部３５Ｂとを交互に存在させた形態とした場合には、その触媒性能や機械的強度といった特性は、後述するように、全隔壁を波状とした場合と全隔壁が平面状である従来の場合の中間的な特性を示す。全隔壁を波状とした場合には圧損が大きくなることから、波壁ハニカム構造体３１は、圧損の増大を抑えつつ、触媒性能の向上を図る場合等に好適に利用することができる。
図４は、図３と同様に、波状の隔壁４５Ａと平面状の隔壁４５Ｂを交互に存在させた波壁ハニカム構造体４１のセル通路断面を示した断面図である。波壁ハニカム構造体３１・４１の両者を比較すると、波状に形成された隔壁３５Ａ・４５Ａにおける凹凸の向きが異なっていることがわかる。つまり、セル通路断面の断面積は、通路方向において、波壁ハニカム構造体３１ではほぼ一定であるが、波壁ハニカム構造体４１では連続的に変化して断面積の広い部分と狭い部分とが形成される。従って、波壁ハニカム構造体４１では、波壁ハニカム構造体３１と比較して、排ガス流れが非定常となって、排ガスと隔壁との相互作用がより大きくなり、浄化性能の向上が図られるという効果が得られる。
本発明の波壁ハニカム構造体では、波状に形成された隔壁によって形成されるセル通路を、不連続に現れるようにすることも好ましい。波壁で構成されているセルの領域がハニカム構造体全体に一様に形成されておらず、波壁で構成されているセル領域と、全ての隔壁が外壁を含めた通常隔壁である平面壁隔壁セル領域が混在した状態とすることで、ハニカム構造体に流入流出する際の流体の流れが攪乱され、セル通路の入口出口における流体とセル隔壁との接触効果を更に高めることが可能である。
図１５（ａ）〜（ｅ）は、その波壁ハニカム構造体の実施例を示す断面図であり、セル通路に対して垂直断面を示している。ハニカム構造体断面は円形のほか、楕円形状や長円形状、異型断面形状等もあり、ハニカム構造体への流体流入速度分布を調整して流速分布の均一化をはかることも可能である。その断面は、波壁セル通路２１と平面壁セル通路２２とが種々のパターンで配置されている。
図１５（ａ）〜（ｃ）は、断面において同心円を描くように、平面壁セル通路２２で構成される領域と波壁セル通路２１で構成される領域とが交互に現れている波壁ハニカム構造体の例であり、図１５（ｄ）は、断面において波壁セル通路２１の中に、平面壁セル通路２２で構成される領域が田の字を描くように一定の幅の線状に配置された波壁ハニカム構造体の例であり、図１５（ｅ）は、断面が楕円形で、平面壁セル通路２２の中に、波壁セル通路２１で構成される領域がほぼ方形状に配置された波壁ハニカム構造体の例である。
本発明はこれらの例のように、一定のパターンで波壁セル通路２１と平面壁セル通路２２とが配置されることに限らないが、波壁ハニカム構造体として圧力損失をより低減させつつ通過するガス等の偏りが起こし難くするためには、圧力損失の大きい波壁セル通路２１のセル通路に対して垂直断面における分布を偏らないようにすることがより好ましい。
図１３（ａ）（ｂ）は、本発明に係る波壁ハニカム構造体の更に別の実施形態を示しており、図１（ａ）（ｂ）と同様に、セル通路の通路方向をＺ軸方向として、これに垂直な面に直交座標軸であるＸ軸、Ｙ軸を設定している。図１３（ａ）は、セル通路に平行な断面、即ち、連続した隔壁の一部分を示す断面（Ｙ−Ｚ平面）の図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の部分拡大断面図である。
図１３（ａ）（ｂ）に示す波壁ハニカム構造体６１においては、セル通路方向に形成された波状の壁面部における凸の最高部及び凹の最低部を結ぶ線が、壁面上であってセル通路方向に垂直方向（Ｙ−Ｚ平面であってＹ方向）に、波状に形成されている。
比較すれば、図１（ａ）（ｂ）に示す波壁ハニカム構造体１ではＹ−Ｚ平面であってＹ方向に波の起伏を見たときに、凸面と凹面が交互に現れ、凸面の頂点を結ぶ線は図１（ｂ）に示すように直線状であるが、これに対して図１３（ａ）（ｂ）で示す波壁ハニカム構造体６１では、凸面と凹面はそれぞれ連続していて、その波、換言すれば凸高部の線６及び凹底部の線７は規則的に蛇行している。山に例えれば、図１（ａ）（ｂ）に示す波壁ハニカム構造体１ではＹ−Ｚ平面であってＹ方向にその山を見たときに、山の頂上を結ぶ線は直線状であるが、これに対して図１３（ａ）（ｂ）で示す波壁ハニカム構造体６１では、山は山脈であって、その稜線が規則的に蛇行している。
波壁ハニカム構造体６１のように、セル通路方向とは垂直方向に凸高部の線６及び凹底部の線７が波状になるように形成すると、ハニカム構造体の断面方向におけるクッション性が高まり、強度、及び、耐熱衝撃性も向上するのみならず、セル通路の断面積は、図２に示す波壁ハニカム構造体１１にも増してセル通路方向において連続的に大きく変化することとなり、排ガス流れが乱流となって、排ガスと隔壁との相互作用をより大きくでき、浄化性能の向上が図られる。
波壁ハニカム構造体６１では、凸高部の線６上において、平面壁を基準としたときの凸部の高さは一定であっても変化していてもよく、例えば、図１３（ｂ）に示す凸高部の線６上のＰ点が最も突出していてＱ点は稍低くすることも好ましい。山に例えれば、凸高部の線６が稜線であって、Ｐ点が頂上、Ｑ点が鞍部である。このように更に凹凸に変化を付けることで、排ガス流れの乱流化がすすみ、排ガスと隔壁との相互作用が更に高まる。
また、セル通路方向とは垂直方向に形成される凸高部の線６及び凹底部の線７の規則的な蛇行は、図１３（ａ）に示されるようなセル通路１つ毎に凸高部の線６及び凹底部の線７の方向が変わるパターンや、図１４のようにセル通路２つ毎に凸高部の線６及び凹底部の線７の方向が変わるパターン等に限られるものではない。
上記したように、このような波壁ハニカム構造体では、セル通路断面方向におけるクッション性が更に高まり、アイソスタティック強度及び耐熱衝撃性の向上をはかることが可能となり、更に、セル内での流体の流れとセル隔壁との接触効果を一層高めることが期待できる。一例として、セル隔壁厚さ０．０５０ｍｍ、セル密度９００ｃｐｓｉのセル構造において、ハニカム構造体の外径φ１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、外壁厚さ０．１５ｍｍの波壁ハニカム構造体（コージェライトハニカム構造体）を作製し、同一セル構造で同一サイズの通常の平面壁で構成されたハニカム構造体と、アイソスタティック強度を比較した結果、平均で約１０％の強度向上が認められ、また、耐熱衝撃性も平均で約５％の向上が認められたという結果がでている。
セル隔壁厚さ０．０１０〜０．１２０ｍｍにおいて、セル密度２００〜６００ｃｐｓｉの範囲の比較的高開口率を有する低セル密度セル構造のハニカム構造体においても、上記と同様の効果が確認されている。このことは、アイソスタティック強度レベルが低くなる低セル密度ハニカム構造体の強度改善手段として波壁構造が有効であることを示している。当然、９００ｃｐｓｉを越えるセル構造、例えば１２００ｃｐｓｉなどにおいても上記効果は何ら変わることはない。
図１６は、本発明に係る波壁ハニカム構造体の更に別の実施形態を示しており、セル通路断面の形態を示している。波壁ハニカム構造体１６の外周部から内部にかけてリング状に、単数あるいは複数のセルが外壁を含めた通常隔壁、即ち、平面壁で構成されており、その内部がほぼ円状に波壁隔壁で構成されたセルを含む領域であり、リング状の平面壁隔壁領域である平面状厚壁部２４の隔壁厚さが、内部の波壁隔壁を含む領域である波状薄壁部２３の隔壁厚さよりも適度に段階的に厚くすることで、全体を波壁構造とするよりもハニカム構造体のアイソスタティック強度を向上することができる。
一例を挙げれば、波状薄壁部２３の隔壁厚さ０．０３５ｍｍ、外周部から１４セル内側までが平面状厚壁部２４であって、外周部から１０セル内側までの隔壁厚さが０．１１５ｍｍ、その内側４セル分の領域の隔壁厚さが０．０７５ｍｍの、セル密度９００ｃｐｓｉのセル構造で、ハニカム構造体の外径φ１１０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、外壁厚さ０．１５ｍｍの図１６に示す波壁ハニカム構造体１６（コージェライトハニカム構造体）を作製し、同一セル構造で同一サイズの全体が波壁隔壁構造を有する波壁ハニカム構造体と、アイソスタティック強度を比較した結果、平均で約１５％の強度向上が認められたという結果が出ている。
次に、上記した波壁ハニカム構造体の製造方法について説明する。本発明の波壁ハニカム構造体の製造には、従来のハニカム構造体の製造において最も一般的に用いられる押出成形法を改良して用いることができる。図６（ａ）〜（ｃ）の断面図に、押出成形に用いる口金５０の概略の構成と構造を示す。ここで、図６（ａ）は図６（ｃ）におけるＡＡ´断面を、図６（ｂ）は図６（ｃ）におけるＢＢ´断面を示している。
口金５０は、大きくは貫通孔５２Ａ・５２Ｂが形成されたバックプレート５１と裏孔５３が形成された裏孔通路部材５４、及びスリット５５が形成されたスリット部材５６から構成される。ここで、バックプレート５１に形成された貫通孔５２Ａ・５２Ｂの孔径や孔深さ（バックプレート厚さ）を変えることで、成形原料（以下、「原料」という。）の流動に対する抵抗を変えることができ、これによって原料の押出流量を調整することができる。
また、裏孔通路部５３は原料をスリット５５に導く通路の役割をしており、一般には、ハニカム構造体における隔壁の交差部と裏孔５３の中心が一致するように配置される。スリット部材５６は、ハニカム構造体の形状、構造を定めるもので、スリット５５から押し出された原料が隔壁を形成する。
原料は、貫通孔５２Ａ・５２Ｂ、裏孔５３、スリット５５の順でこれらの空間を通過するが、ある裏孔５３から出てきた原料とその隣の裏孔５３から出てきた原料は、お互いにスリット５５内を流動して、両方の裏孔５３間のスリット５５内において合流し、密着してハニカム構造体の隔壁を形成しながら連続的に押し出される。
ここで、隣接する２カ所の裏孔５３に着目すると、一方の裏孔５３から出てくる原料流量と他方の裏孔５３から出てくる原料流量が等しければ、ハニカム構造体の隔壁は真直に形成されて通常のハニカム構造体が得られる。しかし、隣接する２カ所の裏孔５３の原料流量に相対的な違いがあると、スリット５５内における原料の流れのバランスが崩れて、ある部位では原料が多く出ようとするために隔壁が曲げられることとなる。
押出成形時には、この隔壁を曲げる力が加振力となって、セル通路方向に隔壁が振動して波打ち、また、セル通路断面方向では、１つの隔壁が曲げられると、その反動で隣り合う隔壁は反対方向に曲げられるので、セル通路断面方向でも見ても一列上に並ぶ隔壁を見た場合には、波打つようになるものと考えられる。
本発明では、このような原料流量に差を設けることによって、ハニカム構造体の隔壁を波状に形成する。具体的には、バックプレートに形成された貫通孔の孔径を外周部から中心部に向かって連続的に変化させるか、或いはバックプレートを外周部から中心部に向かって厚さが薄くなるような凹状或いはその逆とする。これにより、外周から内部に向かって原料流動抵抗を連続的に変化させて、隣接する貫通孔の流動抵抗に差異を設けることが可能となり、先に図１、図２に示したような全ての隔壁が波状に形成された波壁ハニカム構造体１・１１を得ることができる。
また、図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、貫通孔５２Ａを格子状に配し、また、四角形を形成する４個の貫通孔５２Ａの中心に貫通孔５２Ｂが位置するように貫通孔５２Ｂを格子状に配し、かつ、貫通孔５２Ａと貫通孔５２Ｂの孔径を異ならしめたバックプレート５１を用いると、大きい径の貫通孔５２Ａ間を結ぶ位置に形成される隔壁は波状に形成され、小さい径の貫通孔５２Ｂ間を結ぶ位置に形成される隔壁は真直状に形成される。こうして、先に図３、図４に示した波状の隔壁と平面状の隔壁を混在させた波壁ハニカム構造体３１・４１を得ることができる。
さて、本発明の波壁ハニカム構造体を製造するに当たって用いられる材料としては、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、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素等といった各種のセラミックス材料、又は、ステンレス鋼といった種々の耐熱性金属材料、アルミニウム合金、あるいは、活性炭、シリカゲル、ゼオライト等の吸着材料を挙げることができる。セラミック材料においては、１種類でもよく、また、それらの複合物でもよい。
これらの材料の他にも、押出成形できる材料であれば、成形口金の構成により波壁ハニカム構造体が得られるので、上記した材料に異種の材料粒子や繊維を分散複合化させた材料や樹脂等の高分子材料、押出成形後に隔壁表面に被覆したものでも同様の効果が期待できる。また、金属箔をコルゲート状に巻いてハニカム形状とする場合でも、あらかじめ、箔に波形状を形成しておくことで、同様に波壁ハニカム構造体を得ることができる。
更に、使用する材料の気孔率は４５〜８０％であることが好ましい。隔壁を波壁とすることで通常の平面壁隔壁構造よりも単位容積あたりでの隔壁容積が増えるので、ハニカム構造体の熱容量が増大することになる。従って、触媒担体として捉え触媒の暖気性を考慮すると不利であるが、ハニカム構造体の材料気孔率を増大させることで、ハニカム構造体の熱容量増大を抑制することができる。自動車排ガス浄化用触媒担体として一般には材料気孔率２５〜３５％のコージェライト質ハニカム構造体が用いられているが、本発明の波壁ハニカム構造体では、この材料気孔率を４５％以上８０％以下とすることが好適である。
４５％以上とすることで、隔壁の熱容量が低減するだけでなく、隔壁表面に開口した細孔により、隔壁表面の凹凸が激しくなり、排ガスとの接触効果が一層向上するとともに、隔壁に通気性が付与されるので、隔壁内部細孔も活用され始める。通気性付与により、微粒子状物質用のフィルターとしても利用が可能となる。気孔率が８０％を越えると材料強度が極端に低下することと、隔壁における空隙率が大きくなり過ぎて排ガスとの接触効率がかえって低下してしまうことがある。
図１７（ａ）（ｂ）は、本発明に係る波壁ハニカム構造体を微粒子除去用フィルターとして適用する場合の実施形態を示す図で、これに示されるような微粒子除去用フィルターでは、一例として、隔壁厚さ０．３ｍｍ、セル密度３００ｃｐｓｉ、外径φ１４４ｍｍ、長さ１５２ｍｍで、気孔率６５％の波壁ハニカム構造体１７（コージェライト質ハニカム構造体）を作製し、同じコージェライト材質により、ハニカム構造体の両端面のセル通路２を交互に目封じ８を施すことで、排ガスが多孔質のセル隔壁３を通過するようにした微粒子除去用フィルターを作製したところ、ディーゼルエンジン排気管の途中に設置してフィルターの微粒子状物質捕集効率を測定した試験結果では、通常の平面壁隔壁構造によるフィルターよりも波壁隔壁構造の方は、捕集効率が平均で約１０％向上したという結果が出ている。また、材質を炭化珪素とした波壁ハニカム構造フィルター体ででも同様の効果を確認されている。更に、炭化珪素を材料に用いた場合には、耐熱衝撃性が通常の平面壁隔壁構造の場合よりも平均で約２０％向上するという結果もある。
本発明に係る波壁ハニカム構造体を微粒子除去用フィルターとして適用する場合においては、その隔壁厚さを０．２０〜１．２０ｍｍ程度とし、セル密度は５０〜６００ｃｐｓｉ程度が望ましい。この程度の厚さで、波壁隔壁が濾過層として用いられても、使用に耐えうる必要な強度が確保される。隔壁厚さが０．２０ｍｍより薄いと、隔壁での粒子捕捉性能が大幅に低下することがある。また、１．２０ｍｍよりも厚いと隔壁での通気抵抗が急増するので好ましくない。セル密度が５０ｃｐｓｉより少ないと隔壁表面積が小さすぎて、圧力損失レベルが高くなりすぎることがある。６００ｃｐｓｉよりも多いと、セル開口面積が小さくなり過ぎて、微粒子状物質や金属スケールなどにより、セルが容易に閉塞されて好ましくない。
また、微粒子除去用フィルターとして適用する場合においては、波壁ハニカム構造体を容易に交換可能なカートリッジタイプとして設計しておけば、メンテナンス作業が簡単になるので好ましい。微粒子状物質の他にも、エンジン側からの酸化スケール片などの金属異物あるいは微粒子状物質が処理された後に残るアッシュ成分により、波壁ハニカム構造体フィルターの目詰まりが進行して、圧力損失が上昇する。これらの成分は触媒での処理が困難なため、圧力損失が許容レベルに達した時に該ハニカム構造体を交換するカートリッジタイプとすることでシステムを非常に長期にわたって使用することが可能となる。
本発明の波壁ハニカム構造体は、触媒担体としても好適に用いられる。波壁構造により、隔壁表面に担持された触媒成分と排ガスとの接触反応が促進され、触媒反応促進の結果、触媒反応熱が発生し、排ガス温度が早期に上昇し触媒活性に有利であり、特にエンジンのコールド始動直後での暖気性が改善されるため、ＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ排出量を、通常のハニカム構造体よりも低減することが可能となる。また、ＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯの気体成分だけでなく、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートマターの成分である炭素を核とした固形成分や、燃料や、オイルの未燃焼成分であるＳＯＦ分の微粒子状物質を、隔壁を波壁構造にすることで通常の平面壁よりも補足し易くなり、同時に、温度がより上昇して活性化した触媒の作用により、効率的に微粒子状物質を浄化することが可能となる。通常の平面壁ハニカム構造体では、微粒子状物質は隔壁表面に補足され難く、セル通路内ではガス流れがほとんど層流状態であるため、特に粒径の細かい微粒子状物質ほどセル通路をそのまま通過し易い。本発明のように波壁隔壁構造とすることで、粒径の細かい微粒子状物質がそのまま通過することなく隔壁表面で補足することが可能となる。
微粒子状物質を排ガス中から除去するには、ハニカム構造体のセル隔壁を十分な通気性を持たせるだけの多孔質にし、構造体両端面のセル通路出入り口を千鳥状に交互に目封じすることでフィルター構造として、排ガスを強制的にセル隔壁内を通過させて微粒子状物質を隔壁で物理的に補足することが多い。このようなフィルター構造による方法では、隔壁表面や隔壁内部細孔内に微粒子状物質が堆積するため、フィルター構造体の圧力損失が急増してしまう。この場合、定期的に堆積した微粒子状物質をフィルター上流に備えられたヒーターによる排ガス加熱により燃焼除去する等を行い、フィルターを再生し圧力損失を回復させている。あるいは、フィルターの隔壁に触媒成分を担持して、その作用により微粒子状物質を処理しフィルターを再生したり、フィルターの上流に酸化触媒を設置して、その触媒作用により、フィルターに堆積した微粒子状物質を処理しフィルターを再生している。しかしながら、これらの方法では再生までに圧力損失の急増を避けることは難しく、また、再生後にはアッシュ成分が隔壁に堆積していくので、長期的にはセルの目詰まりを促し、圧力損失上昇を招く。
本発明では、上記したような図１７（ａ）（ｂ）に示す波壁ハニカム構造体１７（微粒子除去用フィルター）に加えて、波壁ハニカム構造体に触媒担持して、微粒子状物質の補足性と触媒との接触反応性を高めることで、目封じ８を施したフィルター構造とした場合の微粒子状物質捕集性能を向上することができる。また、目封じ構造を有さない場合でも、触媒担持することで、微粒子状物質捕集性能は通常の平面壁よりも向上し、触媒との接触反応活性化による温度上昇も起るので、微粒子状物質を処理することが可能である。この効果は、セル密度を増大させて隔壁表面積を増大させ、また、隔壁厚さを減少させて熱容量を低減させることで、一層の向上が期待できる。セル密度を増大させると、触媒と排ガスとの接触面積を高められ、セル通路の水力直径が減少するので、微粒子状物質がセル通路を貫通し難くなり、隔壁への補足性を向上させる。
このような触媒担体として用いられる波壁ハニカム構造体においては、その隔壁厚さは、０．０１０〜０．１２０ｍｍ程度とすることが好ましい。これによって、波壁化によるガス通過時の圧力損失の増加を抑えることができ、触媒を担持する場合に問題となる高熱容量化を抑制できる。壁厚を０．１ｍｍ以下とすると、圧力損失、熱容量を更に低下させることができ、なお好ましい。しかしながら、隔壁の厚さが薄すぎると、隔壁自体の強度が不足するため、隔壁厚さは０．０１０ｍｍ以上とするのがよい。また、隔壁が金属材料の場合には、薄すぎると高温環境下での耐酸化性あるいは耐食性の大幅な低下を招くため好ましくない。
また、セル密度は２００〜３０００ｃｐｓｉ程度とすることが望ましい。隔壁厚さを薄くすることと同様に、触媒を担持する場合に問題となる高熱容量化を抑制でき、又はニカム構造体に必要な強度が確保される。更には、ＧＳＡ（幾何学的表面積）が充分に大きくとれ、ガスと隔壁の接触効率が向上する。セル密度が２００ｃｐｓｉより少ないと隔壁表面積が小さすぎて、触媒性能向上が不十分となることがある。通常の平面な隔壁を有するハニカム構造体を用いてもセル密度を増加するほど触媒浄化効率は向上するが、１０００ｃｐｓｉあたり以上になると触媒浄化効率は頭打ちとなる。一方で、波壁ハニカム構造体を用いると、１０００ｃｐｓｉあたりを超えても触媒浄化効率は頭打ちとならなかった。しかしながら、セル密度が３０００ｃｐｓｉあたりを超えると、触媒浄化効率の向上が少なくなった。
図２４に、平面壁ハニカム構造体のセル密度とセル内の水力直径との関係線３４、及び、セル密度と幾何学的表面積ＧＳＡとの関係線３３の一例を示す。この図からわかるように、セル密度が増加するに従い水力直径が減少するが、１０００ｃｐｓｉあたりから減少度合いが少なくなり、３０００ｃｐｓｉあたりから更に少なくなる。水力直径が小さくなることで、セル内での排ガス中の分子と隔壁表面との空間距離が縮まり、ガス分子と隔壁表面との接触確率が増大するので、１０００ｃｐｓｉ〜３０００ｃｐｓｉあたりまでは急激にガス分子と隔壁表面との接触確率が増大することで触媒浄化効率が改善されるものと考えられる。
一方で、セル隔壁の幾何学的表面積ＧＳＡ（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ）は、セル密度増加に伴い増大するが、１０００ｃｐｓｉあたりから増大度合いが小さくなり、３０００ｃｐｓｉあたりから更に小さくなる。ＧＳＡ増加に伴いガス分子と隔壁表面との接触面積が増大するので、１０００ｃｐｓｉあたりまでは、水力直径減少とＧＳＡ増大の相乗効果により触媒浄化効率が向上すると考えられる。しかし、１０００ｃｐｓｉあたりを超えると、水力直径減少とＧＳＡ増大の両方の度合いが低減するので、通常隔壁のハニカム構造体では、触媒浄化効率向上が頭打ちになったと考えられる。更には、ＧＳＡ増大に伴う触媒成分の分散効果が過剰になり、触媒成分が希薄になったことも一因と考えられる。波壁ハニカム構造体を用いることで、セル通路内でのガス流れが非定常となり、更にセル水力直径が変化することでガス分子と隔壁表面の接触作用が大幅に改善されるので、１０００ｃｐｓｉあたりを超えて３０００ｃｐｓｉあたりまでも触媒浄化性能向上が頭打ちにならないと考えられる。３０００ｃｐｓｉあたりを超えると上記のＧＳＡ増大による逆効果で頭打ちになったと考えられるが、触媒担持量を増加することで、ある程度の改善は期待できる。
図１８（ａ）（ｂ）は、本発明に係る波壁ハニカム構造体を排ガス浄化用触媒コンバータとして用いる場合の配置形態の一例を示す説明図である。既に、図５にて説明したように、本発明の波壁ハニカム構造体は、好適に自動車排ガス浄化用触媒担体として用いることができる。図１８（ａ）は、前段の排気上流側に波壁ハニカム構造体１８、後段の排気下流側に平面壁ハニカム構造体２８を直列につないで一つのコンバータ内に収納した排ガス浄化用触媒コンバータシステム９７である。この場合、前段の波壁ハニカム構造体１８は、いわゆる触媒のＬｉｇｈｔ−ｏｆｆ機能を有しており、エンジン始動後早期に触媒を活性化させ、排ガス温度を上昇せしめ、エンジン始動直後における後段の触媒を早期に活性化させ排ガス中の有害成分を浄化させる。前段は触媒の着火目的であり、故に、ハニカム構造体１８は比較的小容量の方が好ましく、ハニカム構造体１８の長さを短くすることができ、圧力損失の低減にも寄与する。
図１８（ｂ）に示すように、一つのコンバータ内に収納するのではなく、前段と後段を別々のコンバータとして、切り離して設置搭載することも可能である。こういった排ガス浄化用触媒コンバータシステム９８では、自動車の排気系の設計において自由度が増すので好ましい。波壁ハニカム構造体１８は耐熱衝撃性にも優れるので、排気上流でエンジン近傍に設置されるケースには適している。
図１９（ａ）に示すように、波壁ハニカム構造体１９と平面壁ハニカム構造体２９を交互に複数個直列配置することで、触媒浄化性能を一層高めた排ガス浄化用触媒コンバータシステム９１とすることも可能である。
また、図１９（ｂ）に示すように、後流側に波壁ハニカム構造体１９を用いる排ガス浄化用触媒コンバータシステム９３とすることもある。この場合、エンジンのコールド始動直後の触媒活性向上よりも、コールド始動後の触媒浄化性能を大幅に向上させたい場合あるいは、波壁ハニカム構造体１９で微粒子状物質を補足、処理させたい場合に好適である。
図２０（ａ）（ｂ）は、本発明に係る波壁ハニカム構造体を排ガス浄化用触媒コンバータとして用いる場合の配置形態の更に別の一例を示す説明図である。
図２０（ａ）に示すように、前段あるいは上流側に触媒担体としての波壁ハニカム構造体２０を配置し、後段あるいは下流側に波壁ハニカム構造体である微粒子除去用フィルター３０を配置した排ガス浄化用触媒コンバータシステム９０も提案される。後段あるいは下流側に設けたフィルターは、波壁ではない通常のハニカム構造体を用いても構わない。当然ながら、図２０（ａ）のようにハニカム構造体を分けてそれぞれ金属ケース８９に格納しなくても、図２０（ｂ）のように触媒担体とフィルターを１つの金属ケース８９に格納して設計することも可能である。
また、本発明の波壁ハニカム構造体は、このような各種内燃機関排気ガスの浄化触媒用担体、特に自動車排ガス浄化触媒用担体として好適に用いられる他、ハニカム構造体に電荷チャージして電気的に微粒子を吸着する排ガス浄化システム、又は、ハニカム構造体を用いて非熱平衡プラズマ（Ｎｏｎ−ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｌａｓｍａ）やマイクロ波放電プラズマにより排ガスを浄化するシステム、更には、各種の脱臭用触媒担体、或いは燃料電池の改質触媒用担体といった各種の化学反応機器用担体等としても、好適に用いることができる。
図２１に、浮遊状微粒子物質やダイオキシン除去など固定発生源からの排ガス浄化で利用されている高圧コロナ放電による静電式集塵方式の排ガス浄化システム８６をしめす。このシステムにおいて、波壁ハニカム構造体４０を利用すると、クーロン力の助けと波壁の相乗効果により微粒子状物質の波壁での捕捉性を高めることができる。この例では、内部をくり貫いたドーナツ状の波壁ハニカム構造体４０を用いて、その中に、針状放電負電極３９を挿入する構造となっている。また、波壁ハニカム構造体４０のセル内に細い放電電極を挿入することでもよい。ハニカム構造体を金属製とすることで、ハニカム構造体自体を接地電極３８とすることもできる。
また、図２２に示すように、波壁ハニカム構造体４０に高圧電源３７からパルス状に高電圧を負荷することで、排ガス通路内を電離してプラズマ化し、排ガスに生成される活性種（ラジカル）による酸化反応を起こす非熱平衡プラズマ、あるいは、マイクロ波放電などのプラズマによる方法を利用した排ガス浄化システム８７によって、排ガス浄化効果を更に高めることが可能である。また、波壁ハニカム構造体４０に触媒を担持しておけば触媒の補助効果により一層効果的である。トルマリン（Ｔｏｕｒｍａｌｉｎｅ電気石）成分を利用してラジカルな反応を促進させることも有効である。
燃料電池システムのコンポーネントにおいても波壁ハニカム構造体が利用できる。燃料電池システムとしては、自動車用あるいは比較的小規模なコージェネレーションシステムとの組み合わせも考えられる分散型発電システム、又は、可搬型電源として使われる固体高分子型（ＰＥＦＣ）燃料電池システムなどがある。
図２３は、固体高分子型燃料電池システムの一例である。燃料電池システムでは、燃料電池の改質装置６７に導入されるメタノール、天然ガス、改質用に調質されたガソリンなどの燃料５８から、早期に水素７２を取り出して、燃料電池スタック６５へ送り込み、燃料電池スタック６５にて効率的に水素７２と酸素を反応させて電気を取り出すことが、改質器６３の効率、ひいては、燃料電池システム全体の稼動効率を高める上で必要である。改質器６３内の触媒温度を早期に上昇させることが重要であり、これは排ガス浄化用触媒と同じ作用であり、波壁ハニカム構造体を用いることが改質器６３の効率を高める上で有効であるとともに、改質器６３のコンパクト化が可能となる。改質器６３においては、従来はペレット触媒が利用されていたが、ハニカム構造体の利用により、低圧力損失かつ高表面積、低熱容量の改質触媒を構成することが可能であり、波壁ハニカム構造体の利用で一層の効率化が可能である。また、同様に燃料電池スタック６５においても、一般にはカーボン質のセパレータと固体高分子の電解質膜を積層した構造となっており、ハニカム構造体が利用でき、波壁ハニカム構造体を用いることで高効率化とそれに伴うコンパクト化が可能となる。水素分離膜フィルタとしての利用も考えられる。本例においては、改質器６３の構造は、脱硫器６２を通過した燃料５８と水蒸気が波壁ハニカム構造体を用いた触媒内を通過するようになっている。中大規模な分散型発電や大規模発電として使われる固体電解質型（ＳＯＦＣ）燃料電池においても同様である。
最近の排ガス規制強化により、自動車走行中に排出される成分のみならず、自動車に搭載されている燃料タンク、あるいは、燃料補給施設の燃料タンクからの燃料揮発成分をも漏出抑制が要求されてきている。図２６に、波壁ハニカム構造体を燃料タンク用エバポレーションシステムに用いる場合の一例を示す。自動車用の燃料タンク５７からの燃料揮発成分５９の漏出抑制には、一般に活性炭等の吸着材がキャニスタに利用されているが、このような燃料揮発成分５９の漏出を効果的に抑制するエバポレーションシステムにも、波壁ハニカム構造体２５あるいは波壁ハニカム構造体２５を有するフィルタが利用できる。
ハニカム構造体はサンドイッチパネルとしてクッション性を兼ね備えた軽量構造部材としても実用化されており、ダンボールや建材に利用されており、飛行機翼にはアルミ合金製が使われているが、図２７に示すようなサンドイッチパネルでも波壁ハニカム構造体２６とすることで、クッション性を高めることができる。
（実施例）
次に、本発明の波壁ハニカム構造体の特性について、従来のハニカム構造体と比較しながら説明する。
原料として、タルク、カオリン、アルミナを主原料とするコージェライトに、水とバインダーを調合、混練したものを、前述した厚さを変化させた凹形状を有するバックプレートを用いて、また、貫通孔の孔径を異ならしめたバックプレートを用いて、図１（ａ）（ｂ）記載の全隔壁が波状に形成された波壁ハニカム構造体１（実施例１）と、図３記載の波状の隔壁と平面状の隔壁を混在させた波壁ハニカム構造体３１（実施例２）を成形し、乾燥後に所定長さに切断して焼成し、本発明品を得た。
また、比較用として、隔壁に波状の変形のないセル通路の断面形状が正方形である通常のハニカム構造体（比較例１）を、実施例１、２と同じ材料を用いて作製した。作製した実施例１・２及び比較例１は、隔壁厚さ：０．０９ｍｍ、セル密度：４００ｃｐｓｉ（６２個／ｃｍ2）、ハニカム構造体外径：１００ｍｍ、ハニカム構造体長さ：１５０ｍｍ、外壁厚さ：０．２５ｍｍであり、波壁における変形量は振幅で０．２ｍｍ（隔壁厚さの約２倍）で、セル通路方向における波のピッチ（１波長）は約１．３ｍｍであった。また、材料気孔率は約３５％、４０〜８００℃でのセル通路方向の平均熱膨張係数は約０．４×１０−６／℃であった。
なお、更に比較例２として、同じ隔壁厚さでセル密度が９００ｃｐｓｉ（１４０個／ｃｍ2）であるセル数を２倍以上に増やした隔壁に変形のない通常のハニカム構造体も作製した。
（浄化性能試験）
得られたハニカム構造体にγ−アルミナ成分をウォッシュコートし、そのコート層に白金、ロジウム、パラジウムの貴金属成分を担持することで触媒体を製作し、この触媒体を金属容器内にセラミック繊維マットを用いて把持することで、触媒コンバータを製作した。触媒（貴金属成分）担持量は、ハニカム構造体の単位容積当りの担持質量が同じとなるようにし、また、各ハニカム構造体は同一サイズであることから、担持量も同一とした。
作製した触媒コンバータを、４気筒２．３リットルのガソリンエンジンを搭載した１９９８年モデルの車両の床下位置（エンジンから１１００ｍｍの距離）に搭載して、米国の代表的な排ガス規制モードＦＴＰ−７５による浄化性能試験を実施した。なお、触媒コンバータはこのモード試験の前に別エンジンによる８５０℃×５０時間のエージング処理を施している。
試験結果を図７に示す。図７においては、比較例１の排出量を基準としてその他の試料の結果を標準化して示している。実施例１では、比較例１の同じ４００セルの通常品と比較して、ハイドロカーボン（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が大幅に低減することが確認された。また、別の比較例２の９００セル品と比較しても、優れた浄化性能を示すことが確認された。
ところで、前述の通り、隔壁を波状に形成した波壁ハニカム構造体（実施例１）を用いた場合には、同一セル密度の通常品（比較例１）や高セル密度品（比較例２）と比べて、優れた浄化性能を示すが、圧力損失が高セル密度品よりも高いために、エンジン出力や燃費上は不利な点を有する。そこで、全隔壁を波状に形成するのではなく、実施例２の波壁ハニカム構造体のように、部分的に隔壁を波状に成形することで圧力損失を高セル密度品とほぼ同等にすることができる。
実施例２の波壁ハニカム構造体を用いたコンバータについて、前述の浄化性能試験を実施したところ、図７に示されるように、ＨＣ等の各エミッションの排出量は、実施例１と比較すると増加したが、比較例１よりも浄化性能は良好であり、また、比較例２と比べても、特にＣＯとＮＯｘ浄化性能については優れていることが確認された。
（アイソスタティック破壊強度試験）
アイソスタティック破壊強度試験は、ゴムの筒状容器にハニカム構造体を入れてアルミ製板で蓋をし、水中で等方加圧圧縮を行う試験であり、コンバータの缶体にハニカム構造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、ハニカム構造体が破壊したとき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。自動車排ガス浄化用触媒コンバータは、通常、ハニカム構造体の外周面把持によるキャニング構造を採用しており、当然のことながらアイソスタティック破壊強度は、キャニング上、高いことが好ましい。
実施例１・２と比較例１とを用い、ハニカム構造体の側面全面に水圧で圧縮力を負荷するアイソスタティック強度試験を実施した結果を、比較例１の測定値を基準とし、その他の試料の結果を標準化して、図８に示した。実施例１の波壁ハニカム構造体は比較例１に比べて、高いアイソスタティック破壊強度を示した。これは、比較例１のような通常のハニカム構造体品の場合には、ハニカム構造体中に、製造時の条件等に起因する隔壁の変形やセル格子の歪み部分が存在すると、その部位を破壊起点として比較的低い強度で破壊することによるものと考えられる。一方、隔壁が波状に形成された実施例１の場合には、波壁による圧縮力の吸収がハニカム構造体全体で起こるために、破壊強度が高められているものと考えられる。このような原因に基づき、実施例２は、実施例１と比較例１との中間的な特性を示した。
（圧縮強度試験）
圧縮強度はＪＡＳＯ規格Ｍ５０５−８７で、正方形セル形状についてＡ軸、Ｂ軸、Ｃ軸の各軸について測定することが規定されている。測定試料の取り出し方については図９に示した。Ａ軸破壊強度は、円柱形状の長さ方向がセル通路方向（Ａ軸）となるような、φ２５．４ｍｍ、長さ２５．４ｍｍの円柱状試料（Ａ軸試料８２）をハニカム構造体８１から取り出し、このＡ軸試料をセル通路方向に圧縮したときの破壊荷重を圧縮面の面積で除した値で与えられる。同様に、Ｂ軸破壊強度Ａ軸に垂直かつ隔壁に沿ったＢ軸方向で試料（Ｂ軸試料８２）を取り出して測定し、また、Ｃ軸破壊強度はＡ軸に垂直かつＢ軸方向からセル通路断面内において４５度回転させたＣ軸方向から試料（Ｃ軸試料８３）を取り出して測定を行う。
圧縮強度試験の結果を、比較例１の測定値を基準とし、その他の試料の結果を標準化して図１０に示す。実施例１・２の結果に示されるように、隔壁を波状とした場合の圧縮強度は、Ａ軸方向では低下するが、Ｂ軸方向では向上する傾向にある。従って、このＢ軸圧縮強度の向上がアイソスタティック破壊強度の向上に寄与しているものと考えられる。
なお、実施例１・２では、セル通路方向であるＡ軸方向において隔壁を波状としているにもかかわらず、Ａ軸圧縮強度がＢ軸圧縮強度と同じように向上していないのは、隔壁の交差部はＡ軸方向でみると波状に変形していないために、Ａ軸方向では隔壁の交差部において圧縮力の吸収が行なえないことに起因するものと考察される。
ところで、同様な現象は曲げ強度においても見られた。しかしながら、一般的に最近の触媒コンバータにおけるハニカム構造体のキャニング把持方法は、セラミック繊維マットやワイヤメシュマットによるハニカム構造体の側面での把持が主であるため、Ａ軸方向の強度低下はキャニング上の大きな問題とならない。
（耐熱衝撃性試験）
耐熱衝撃性試験の試験方法はＪＡＳＯ規格Ｍ５０５−８７で規定されている。まず、室温＋所定温度に保った電気炉に室温のハニカム構造体を入れて２０分間保持し、その後に耐火レンガ上へハニカム構造体を取り出す。そして、外観を観察して金属棒でハニカム構造体の外周部を軽く叩き、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する。次いで、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。こうして、例えば、室温＋９５０℃で不合格となった場合には、耐熱衝撃性は９００℃差ということになる。なお、排気ガス温度は年々上昇する傾向にあり、また、触媒体の搭載位置がエンジンに近づいてきていることから、ハニカム構造体に要求される耐熱衝撃性は、一段と厳しいものになってきている。
上記した耐熱衝撃性試験の結果を、比較例１の測定値を基準とし、その他の試料の結果を標準化して、図１１に示す。実施例１では、比較例１と比較して耐熱衝撃性が向上していることが確認された。また、実施例２は実施例１と比較例１との中間的な耐熱衝撃性を示した。このことから、隔壁を波状に形成することで熱応力歪みが全体的に吸収され易くなり、その結果、耐熱衝撃性が向上するものと考えられる。
（吸水率測定）
吸水率の試験方法は、まず、測定試料であるハニカム構造体の乾燥質量（Ｍ1）を測定し、次に試料のセル方向を鉛直にして水の中に入れ、１分間浸漬して試料を水中から取り出し、軽く振って水切りする。次に再び、試料のセル方向を鉛直にして水の中に入れ、１分間浸漬して試料を水中から取り出す。試料のセル方向を鉛直にしてコンベアに載せ、コンベアの進行方向に直角に往復運動するエアーノズルの下を通過させ、エアーにより余剰水を吹き飛ばした後に試料の吸水質量（Ｍ2）を測定する。吸水率Ｗabは、Ｗab＝（Ｍ2−Ｍ1）／Ｍ1×１００（ｗｔ％）で求められる。
このような試験方法により測定した各試料の吸水特性を、比較例１を基準として標準化して表したものが、図１２である。図１２から明らかなように、同一セル密度では、隔壁を波状に形成した部分が多くなるにつれて、つまり、隔壁表面積が増大するにつれて、吸水率が高くなることが明らかとなった。
γアルミナをハニカム構造体にウォッシュコートする上で、吸水率は高い方が好ましく、また、最近は触媒浄化性能向上のため、触媒担持量も増加の傾向にあることから、γアルミナウォッシュコート量も増加の傾向にある。このとき、吸水率が高い方が一回のコート量が増えるので有利である。従って、本発明の波壁ハニカム構造体は、ウォッシュコート担持性能に優れ、通常のハニカム構造体よりも、触媒担持上、有利であると言える。
以上、本発明の波壁ハニカム構造体とその製造方法について、機械的特性等が良好で製造も容易であるセル断面形状が正方形のものを中心に説明してきたが、本発明が他のセル断面形状を有するハニカム構造体にも適用できることはいうまでもない。即ち、セル断面形状が三角形や六角形であるハニカム構造体において、その全部又は一部の隔壁を波状に形成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
上記した通り、本発明の波壁ハニカム構造体とその製造方法によれば、排ガス浄化性能や触媒性能の向上、キャニングに対する機械的強度の向上、更に耐熱衝撃性の向上といった種々の効果が得られ、これによって、本発明は、より排ガス圧力が高く排ガス温度の高いエンジン等の燃焼機関近傍への搭載性が向上するという顕著な効果を奏する。また、ウォッシュコート担持性が向上することから、触媒体の製造工程上、有利となる。本発明の波壁ハニカム構造体は、自動車排ガスをはじめとした各種内燃機関排気ガスの浄化触媒用担体や脱臭用触媒担体、各種濾過機器用フィルタ、熱交換器ユニット、或いは燃料電池の改質触媒用担体等の化学反応機器用担体として好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
図１（ａ）（ｂ）は、本発明に係る波壁ハニカム構造体の一実施形態を示す断面図である。
図２は、本発明に係る波壁ハニカム構造体の別の実施形態を示す断面図である。
図３は、本発明に係る波壁ハニカム構造体の更に別の実施形態を示す断面図である。
図４は、本発明に係る波壁ハニカム構造体の更に別の実施形態を示す断面図である。
図５は、波壁ハニカム構造体を排ガス浄化用触媒担体として用いる場合の配置形態の一例を示す説明図である。
図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の波壁ハニカム構造体の押出成形に好適に用いられる口金の概略の構成と構造を示す断面図である。
図７は、排ガス浄化性能試験の結果を示すグラフである。
図８は、アイソスタティック破壊強度試験の結果を示すグラフである。
図９は、圧縮強度試験に供する試料の取り出し方と試料形状を示す説明図である。
図１０は、圧縮強度試験の結果を示すグラフである。
図１１は、耐熱衝撃性試験の結果を示すグラフである。
図１２は、吸水性試験の結果を示すグラフである。
図１３（ａ）（ｂ）は、本発明に係る波壁ハニカム構造体の更に別の実施形態を示す断面図である。
図１４は、本発明に係る波壁ハニカム構造体の更に別の実施形態を示す断面図である。
図１５（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係る波壁ハニカム構造体の更に別の実施形態を示す断面図である。
図１６は、本発明に係る波壁ハニカム構造体の更に別の実施形態を示す断面図である。
図１７（ａ）（ｂ）は、本発明に係る波壁ハニカム構造体を微粒子除去用フィルターとして適用する場合の実施形態を示す断面図である。
図１８（ａ）（ｂ）は、本発明に係る波壁ハニカム構造体を排ガス浄化用触媒コンバータとして用いる場合の配置形態の一例を示す説明図である。
図１９（ａ）（ｂ）は、本発明に係る波壁ハニカム構造体を排ガス浄化用触媒コンバータとして用いる場合の配置形態の別の一例を示す説明図である。
図２０（ａ）（ｂ）は、本発明に係る波壁ハニカム構造体を排ガス浄化用触媒コンバータとして用いる場合の配置形態の更に別の一例を示す説明図である。
図２１は、本発明に係る波壁ハニカム構造体を放電による電気的なクーロン力の作用を利用した排ガス浄化用触媒コンバータとして用いる場合の配置形態の一例を示す説明図である。
図２２は、本発明に係る波壁ハニカム構造体をプラズマの作用を利用した排ガス浄化用触媒コンバータとして用いる場合の配置形態の一例を示す説明図である。
図２３は、本発明に係る波壁ハニカム構造体を燃料電池システム用コンポーネントとして用いる場合の配置形態の一例を示す説明図である。
図２４は、ハニカム構造体におけるセル密度とセル水力直径及びＧＳＡとの関係の一例を示す説明図である。
図２５は、ハニカム構造体における隔壁表面粗さにおいてＶａｌｌｅｙ  Ｌｅｖｅｌを示す説明図である。
図２６は、本発明に係る波壁ハニカム構造体を燃料タンク用エバポレーションシステムに用いる場合の配置形態の一例を示す説明図である。
図２７は、本発明に係る波壁ハニカム構造体をサンドイッチパネルに用いる場合の配置形態の一例を示す説明図である。
【図１（ａ）】
0003784718.tif 000002
【図１（ｂ）】
0003784718.tif 000003
【図２】
0003784718.tif 000004
【図３】
0003784718.tif 000005
【図４】
0003784718.tif 000006
【図５】
0003784718.tif 000007
【図６（ａ）】
0003784718.tif 000008
【図６（ｂ）】
0003784718.tif 000009
【図６（ｃ）】
0003784718.tif 000010
【図７】
0003784718.tif 000011
【図８】
0003784718.tif 000012
【図９】
0003784718.tif 000013
【図１０】
0003784718.tif 000014
【図１１】
0003784718.tif 000015
【図１２】
0003784718.tif 000016
【図１３（ａ）】
0003784718.tif 000017
【図１３（ｂ）】
0003784718.tif 000018
【図１４】
0003784718.tif 000019
【図１５（ａ）】
0003784718.tif 000020
【図１５（ｂ）】
0003784718.tif 000021
【図１５（ｃ）】
0003784718.tif 000022
【図１５（ｄ）】
0003784718.tif 000023
【図１５（ｅ）】
0003784718.tif 000024
【図１６】
0003784718.tif 000025
【図１７（ａ）】
0003784718.tif 000026
【図１７（ｂ）】
0003784718.tif 000027
【図１８（ａ）】
0003784718.tif 000028
【図１８（ｂ）】
0003784718.tif 000029
【図１９（ａ）】
0003784718.tif 000030
【図１９（ｂ）】
0003784718.tif 000031
【図２０（ａ）】
0003784718.tif 000032
【図２０（ｂ）】
0003784718.tif 000033
【図２１】
0003784718.tif 000034
【図２２】
0003784718.tif 000035
【図２３】
0003784718.tif 000036
【図２４】
0003784718.tif 000037
【図２５】
0003784718.tif 000038
【図２６】
0003784718.tif 000039
【図２７】
0003784718.tif 000040