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JP2003103181A - ハニカム触媒、ハニカム中間体及びハニカム触媒の製造方法 - Google Patents

ハニカム触媒、ハニカム中間体及びハニカム触媒の製造方法

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JP2003103181A
JP2003103181A JP2001299953A JP2001299953A JP2003103181A JP 2003103181 A JP2003103181 A JP 2003103181A JP 2001299953 A JP2001299953 A JP 2001299953A JP 2001299953 A JP2001299953 A JP 2001299953A JP 2003103181 A JP2003103181 A JP 2003103181A
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partition wall
catalyst
intermediate body
face
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Fumio Abe
文夫 安部
Yasushi Kato
靖 加藤
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造時の作業者の負担を軽減することができ
るとともに、製造過程での損傷が少なく、かつ焼成時に
おける変形が小さく、しかも圧力損失を低減する効果の
大きなハニカム触媒を効率的に得られるハニカム触媒の
製造方法を提供する。 【解決手段】 セラミックス及び/又は金属を主成分と
する坏土21を成形してハニカム成形体22を得、ハニ
カム成形体22を乾燥した後又は更に焼成した後に、得
られたハニカム担体の複数の隔壁3に、複数の隔壁3に
より形成される複数のセル1が開口するセル開口端面の
両端面8,9から軸方向の一部の隔壁部分で、他の隔壁
部分よりも少なくとも耐エロージョン性の大きな強化部
11を設けてハニカム中間体31を作製し、ハニカム中
間体31の隔壁に触媒を担持させた後、ハニカム中間体
31を、径方向に切断する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、ハニカム触媒、
ハニカム中間体及びハニカム触媒の製造方法に関する。
より詳しくは、通常、触媒担持前に行う切断加工を触媒
担持後に行うことにより、セル開口両端面の少なくも一
の端面における隔壁の端部で、余分に担持されてしまう
触媒層を減らすことにより、セルの開口面積を確保した
ハニカム触媒、並びにこのハニカム触媒の製造方法及び
この製造方法で用いるハニカム中間体に関する。なお、
本発明は、特に、排ガス浄化装置等に用いられる極めて
薄壁のハニカム触媒に、好ましく適用することができ
る。
【0002】
【従来の技術】 近年、自動車排ガス浄化装置等に広く
用いられているハニカム触媒にあっては、年々強化され
る排ガス規制に対応すべく、より高い浄化性能が求めら
れ、その一方で、近年の低燃費、高出力化の要請に対応
すべく、圧力損失の低減も求められている。このような
状況下、ハニカム触媒の隔壁の厚さをいっそう薄くする
ことで、通気性を高めて圧力損失を低減しつつ、軽量化
及び熱容量の低減化により、暖機時の浄化性能を向上さ
せる動きが強まっている。
【0003】 他方、ハニカム触媒の薄壁化の進展に伴
い、排ガス中に混入する種々の異物が排ガス流に乗って
ハニカム触媒の隔壁及び触媒と衝突して、ハニカム触媒
の隔壁及び触媒が削り取られるエロージョン現象が問題
となっている。
【0004】 従来、このようなエロージョン現象に対
しては、隔壁の長手方向の一方又は両方の端部に、一般
部よりも強度を向上させた強化部を設けたハニカム構造
体が提案されている(特開2000−51710公報
等)。
【0005】 このハニカム構造体は、上述したエロー
ジョン現象が、隔壁の排ガス流入側端部で生じ易いこと
に鑑み、当該部分の強度を特に向上させることを意図し
たものであり、実際には、隔壁の排ガス流入側端部にの
み強化部を設けたハニカム構造体が用いられている。
【0006】 しかし、隔壁の排ガス流入側端部にのみ
強化部を設けたハニカム構造体にあっては、強化部を設
けた隔壁の端部か否かは肉眼で判断することができず、
製造に際し、作業者に過度の負担を課すという問題があ
った。また、強化部を設けていない端部では、輸送時等
にかけ等を生じ易く、さらには焼成時に、強化部を設け
た隔壁の端部と強化部を設けない隔壁の端部との熱膨張
差により応力が発生し、得られるハニカム構造体に変形
を生じ易いという問題もあった。
【0007】 他方、従来のハニカム触媒の製造方法と
しては、セラミックス質のハニカム成形体を焼成後、得
られたハニカム触媒担体全体を、触媒金属を含有する溶
液又は分散液に浸した後に引き上げ、所定温度で乾燥す
ることにより、ハニカム触媒の隔壁全体に触媒を担持さ
せる方法が広く用いられている。
【0008】 しかし、このような製造方法で得られた
ハニカム触媒では、図7に示すように、触媒6が、セル
開口端面8における隔壁3の端部4で、余分に担持され
てしまうため、セルの開口部2が狭められて圧力損失が
増大し、隔壁3の薄肉化により圧力損失を低減する効果
が減殺されているのが現状であった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は、上述のよ
うな種々の問題に鑑みてなされたものであり、圧力損失
を低減する効果が大きく、特に隔壁を薄肉化したハニカ
ム触媒の場合にその効果が大きなハニカム触媒を提供す
ることを第一の目的とする。また、本発明は、このよう
な本発明のハニカム触媒の製造に用いるハニカム中間体
であって、製造時の作業者の負担を軽減することがで
き、しかも輸送時等におけるかけ等の損傷を防止し、か
つ焼成時における変形を低減することができるハニカム
中間体を提供することを第二の目的とする。更に、本発
明は、製造時の作業者の負担を軽減することができると
ともに、製造過程での損傷が少なく、かつ焼成時におけ
る変形が小さく、しかも圧力損失を低減する効果の大き
なハニカム触媒を効率的に得られるハニカム触媒の製造
方法を提供することを第三の目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】 本発明者は、上述の目
的を達成するため各種検討したところ、ハニカム触媒の
隔壁に、セルが貫通する両端面から一定領域で、強化部
を設けて、そのままハニカム触媒として取付け可能なハ
ニカム中間体を作製した後、このハニカム中間体を径方
向に切断するというこの分野の当業者にとっては一見非
常識な工程を設けたところ、上述した種々の問題を解決
し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0011】 即ち、本発明によれば、隣接する複数の
セルを形成する複数の隔壁と、隔壁の少なくとも一部に
担持されている触媒とを備えるハニカム触媒であって、
隔壁に担持されている触媒を、セル開口端面の少なくと
も一の端面における隔壁の端部で、ハニカム触媒の軸方
向中央に位置する隔壁の中央部に比べ、1.5倍以内の
最大触媒層厚さで担持していることを特徴とするハニカ
ム触媒が提供される。ここで、隔壁に担持されている触
媒の「最大触媒層厚さ」は、いずれの隔壁部位について
も、ハニカム触媒の軸方向に対して垂直方向における触
媒層の厚さのみを考慮するものとする。
【0012】 本発明においては、触媒を、セル開口端
面のいずれか一の端面における隔壁の端部で、ハニカム
触媒の軸方向中央に位置する隔壁の中央部に比べ、1.
5倍以内の最大触媒層厚さで担持していてもよく、セル
開口端面の両端面における隔壁の端部で、ハニカム触媒
の軸方向中央に位置する隔壁の中央部に比べ、1.5倍
以内の最大触媒層厚さで担持していてもよい。
【0013】 また、本発明においては、複数の隔壁
が、セル開口端面の少なくとも一の端面から軸方向の一
部の隔壁部分に、他の隔壁部分よりも、少なくとも耐エ
ロージョン性の大きな強化部を有していることが好まし
い。
【0014】 この場合、強化部としては、強化部以外
の他の隔壁部分を構成する基本部よりも、5%以上小さ
な気孔率の材料からなるもの、及び/又は30%以下の
気孔率の材料からなるものが好ましい。
【0015】 また、他の強化部としては、強化部以外
の他の隔壁部分を構成する基本部よりも、ガラス層を多
く含有する材料からなるものを挙げることができる。
【0016】 また、更に他の強化部としては、コージ
ェライトからなる基材に、コージェライト粉末を担持さ
せてなるものを挙げることができ、このような強化部で
は、コージェライトからなる基材に、基材の表面に積層
させたガラス層を介して、コージェライト粉末を担持さ
せてなるものとしてもよい。
【0017】 また、更に他の強化部としては、強化部
以外の他の隔壁部分を構成する基本部よりも、厚い隔壁
により構成されているものを挙げることができ、このよ
うな強化部では、強化部の最大隔壁厚さが、基本部の隔
壁厚さの1.20〜4.00倍であることが好ましい。
また、強化部の隔壁厚さが、セル開口端面の少なくとも
一の端面から軸方向に連続的又は段階的に薄くなって基
本部の隔壁厚さに移行していることが応力集中を回避す
る上で好ましい。
【0018】 本発明においては、強化部は、セル開口
端面の少なくとも一の端面から軸方向に30mm以内の
隔壁部分の一部又は全部で設けられていることが好まし
い。この場合、強化部は、セル開口端面の少なくとも一
の端面から軸方向に一定の長さで設けられているもので
もよいが、異なる長さで設けられているものが好まし
い。
【0019】 また、本発明においては、複数の隔壁の
最低隔壁厚さが、0.030〜0.076mmであるも
ので特に顕著な効果を得ることができる。
【0020】 他方、本発明によれば、隣接する複数の
セルを形成する複数の隔壁を備えるハニカム中間体であ
って、複数の隔壁が、セル開口端面(複数の隔壁により
形成される複数のセルが開口する端面をいう。)におけ
る両端面から軸方向の一部の隔壁部分で、他の隔壁部分
よりも、少なくとも耐エロージョンの大きな強化部を有
し、外周側面から径方向への切断により、隔壁に端持さ
れている触媒が、セル開口端面の少なくとも一の端面に
おける隔壁の端部で、ハニカム触媒の軸方向中央に位置
する隔壁の中央部に比べ、1.5倍以内の最大触媒厚さ
で担持され、かつ複数の隔壁が、セル開口端面の一の端
面から一部の隔壁部分で、他の隔壁部分より少なくとも
耐エロージョン性の大きな強化部を有するハニカム触媒
体が得られることを特徴とするハニカム中間体が提供さ
れる。
【0021】 本発明のハニカム中間体においては、隔
壁の少なくとも一部に、触媒が担持されているもの、及
び隔壁に触媒を担持する前のものいずれでもよい。
【0022】 また、本発明においては、ハニカム中間
体の軸方向長さが、ハニカム中間体を切断して得られる
ハニカム触媒体の軸方向長さの1.25〜4.00倍で
あることが好ましく、具体的には、ハニカム中間体の軸
方向長さが、80〜200mmであることが好ましい。
【0023】 また、本発明においては、強化部が、セ
ル開口端面における両端面から軸方向に30mm以内の
隔壁部分の一部又は全部で設けられていることが好まし
い。この場合、強化部は、セル開口端面の少なくとも一
の端面から軸方向に一定の長さで設けられているもので
も、異なる長さで設けられているものでもよい。また、
本発明においては、複数の隔壁の最低隔壁厚さが、0.
030〜0.076mmであるもので特に顕著な効果を
得ることができる。
【0024】 他方、本発明によれば、セラミックス及
び/又は金属を主成分とする坏土を成形してハニカム成
形体を得、このハニカム成形体を乾燥した後、又は更に
焼成した後、得られたハニカム担体の複数の隔壁に、セ
ル開口端面の両端面から軸方向の一部の隔壁部分で、他
の隔壁部分よりも少なくとも耐エロージョン性の大きな
強化部を設けてハニカム中間体を作製し、このハニカム
中間体の隔壁に触媒を担持させた後、ハニカム中間体
を、外周側面から径方向に切断することを特徴とするハ
ニカム触媒の製造方法が提供される。
【0025】 また、本発明によれば、隣接する複数の
セルを形成する複数の隔壁を備え、複数の隔壁が、セル
開口端面における両端面から、軸方向の一部の隔壁部分
で、他の隔壁部分よりも、少なくとも耐エロージョン性
の大きな強化部を有するハニカム中間体を、ハニカム中
間体の隔壁に触媒を担持させた後に、外周側面から径方
向に切断することを特徴とするハニカム触媒の製造方法
が提供される。
【0026】 本発明においては、ハニカム中間体の隔
壁に触媒を担持させた後、又は、更に該ハニカム中間体
を外周側面から径方向に切断した後、セル開口端面の少
なくとも一の端面における隔壁の端部を、研磨又は切削
してもよい。また、ハニカム中間体の切断を、径方向に
等間隔で行ってもよく、この際、切断箇所は、複数でも
よい。
【0027】
【発明の実施の形態】 以下、本発明を好適な実施の形
態に基づいて具体的に説明する。
【0028】1.ハニカム触媒 図1及び図2に示すように、本発明のハニカム触媒41
は、隣接する複数のセル1を形成する複数の隔壁3と、
隔壁3の少なくとも一部で担持される触媒6とを備える
ものであり、隔壁3に担持されている触媒6を、セル開
口端面8,9の少なくとも一の端面における隔壁3の端
部4で、ハニカム触媒の軸方向中央に位置する隔壁の中
央部14に比べ、1.5倍以内の最大触媒層厚さで担持
していることを特徴とするものである。
【0029】 これにより、当該端部4を有する隔壁3
により形成されるセル1の開口部2では、セル1の開口
面積が増大し、圧力損失を低減させることができる。ま
た、このようなハニカム触媒41では、最もエロージョ
ン現象を生じる排ガス流入側端面(セル開口端面8又は
9に相当する。)における隔壁3の端部4に、余分に触
媒6を担持しないため、触媒6の剥離による二次的なエ
ロージョン現象を防止することもできる。
【0030】 本発明においては、セル1の開口面積
が、セル1の径方向における断面積と略同一となり、上
述した効果がより大きくなる点で、触媒6を、セル開口
端面8,9の少なくとも一の端面における隔壁3の端部
4で、ハニカム触媒41の軸方向中央に位置する隔壁3
の中央部14に比べ、1.3倍以内の最大触媒層厚さで
担持していることが好ましく、1.1倍以内の最大触媒
層厚さで担持していることがより好ましい。
【0031】 また、本発明においては、上述した効果
をより確実に得られる点からは、触媒6を、セル開口端
面8,9の両端面における隔壁3の端部4,5で、上述
した厚さで担持していることが好ましいが、製造が簡単
で効率的に上述の効果を得られる点では、触媒6を、セ
ル開口端面8,9のいずれか一の端面における隔壁3の
端部4で、上述した厚さで担持していることも好まし
い。なお、この場合には、当該特定の厚さで触媒6を担
持する隔壁3の端部4は、触媒の剥離による二次的なエ
ロージョン現象を防止する点、及び圧力損失低減効果が
大きい点で、排ガス流入側端面に設けることが好まし
い。
【0032】 セル開口端面8,9における隔壁3の端
部4,5において、ハニカム触媒41の軸方向中央に位
置する隔壁3の中央部14に比べ、1.5倍以内の厚さ
で触媒層6を設ける方法としては、いわゆるディッピン
グ法によりハニカム担体の隔壁全体に触媒6を担持した
後、触媒6が余分に担持されるセル開口端面8,9のい
ずれか一の端面で、隔壁3の端部4を、ダイヤモンドカ
ッター等により、研磨、又は切削する方法を挙げること
ができるが、効率的に生産可能な点で、後述する本発明
のハニカム触媒の製造方法のように、ハニカム触媒41
を径方向に複数に切断する方法が好ましい。
【0033】 本発明のハニカム触媒41における複数
の隔壁3は、例えば、コージェライト、ムライト、アル
ミナ、チタン酸アルミニウム、ジルコニア、チタニア、
窒化ケイ素、又は炭化ケイ素の少なくとも一種のセラミ
ックス材料からなるものを挙げることができる。
【0034】 また、本発明のハニカム触媒41におい
ては、隔壁3の厚さについて特に制限はないが、圧力損
失を低減しながら、軽量化及び熱容量の低減化により暖
機時の浄化性能を向上させることができる点で、隔壁3
の薄いハニカム触媒41とすることが好ましく、具体的
には、最低隔壁厚さを、0.030〜0.076とする
ことが好ましく、0.030〜0.065mmとするこ
とがより好ましい。なお、隔壁3の薄いハニカム触媒4
1では、セル開口端面8,9における余分な触媒6の担
持により、圧力損失の増大が特に顕著となるが、本発明
のハニカム触媒41は、このような従来の問題を解決し
たものであり、特に隔壁3が薄いハニカム触媒41で好
ましく適用することができる。
【0035】 もっとも、隔壁3が薄いハニカム触媒4
1とする場合には、排ガス中に混在する異物によるエロ
ージョンが問題となるので、セル開口端面8,9の少な
くとも一の端面8から軸方向の一部の隔壁部分に、他の
隔壁部分よりも、少なくとも耐エロージョン性の大きな
強化部11を設けることが好ましい。
【0036】 本発明のハニカム触媒に設けられる強化
部11としては、耐エロージョン性が大きく、圧力損失
の増大も抑制できる点で、以下のものを好ましく挙げる
ことができる。 強化部11を、気孔率が30%以下の材料で構成さ
せたもの。 強化部11を、強化部11以外の他の隔壁部分を構
成する基本部12よりも、ガラス層を多く含有する材料
により構成させたもの。 強化部11を、コージェライトからなる基材に、コ
ージェライト粉末を担持させたもので構成させたもの。
この強化部11では、コージェライトからなる基材に、
当該基材の表面に積層させたガラス層を介してコージェ
ライト粉末を担持さたもので構成させてもよく、耐磨耗
性がより増大する点で好ましい。
【0037】 他方、図3に示すように、本発明におけ
る強化部11は、強化部11以外の他の隔壁部分を構成
する基本部12よりも、厚い隔壁により構成されている
ものでもよい。このような強化部11では、強化部11
の最大隔壁厚さが、基本部12の隔壁厚さの1.20〜
4.00倍であることが好ましい。また、強化部11の
隔壁厚さが、セル開口端面8,9の少なくとも一の端面
から軸方向に連続的又は段階的に薄くなって基本部12
の隔壁厚さに移行していることが応力集中を回避する上
で好ましい。なお、上述した各種強化部11は、一種単
独で又は二種以上組み合わせて構成することができる。
【0038】 本発明においては、強化部11は、耐エ
ロージョン性と低熱容量の両立を図る点で、セル開口端
面8,9の少なくとも一の端面から軸方向に30mm以
内の隔壁部分の一部又は全部で設けられていることが好
ましく、セル開口端面8,9の少なくとも一の端面から
軸方向に1〜10mmの隔壁部分の一部又は全部で設け
られていることがより好ましい。また、強化部11は、
セル開口端面8,9の少なくとも一の端面から軸方向に
一定の長さで設けられているものでもよいが、異なる長
さで設けられているものが、やはり耐エロージョン性と
低熱容量の両立を図る点で好ましい。
【0039】 本発明においては、隔壁3に担持させる
触媒6の種類について特に制限はなく、例えば、Pt、
Pd、Rh等の触媒能を有する金属を挙げることができ
る。
【0040】 また、隔壁3により形成されるセル1と
しては、例えば、断面形状が円形、楕円形、長円形、四
角形、八角形、又は左右非対称な異形形状のものを挙げ
ることができる。また、隔壁3により形成されるセル1
のセル密度は、ハニカム触媒41の強度及び有効GSA
(幾何学的表面積)、更にはガスが流れる場合の圧力損
失を考慮して、6〜2000セル/平方インチ(0.9
〜311セル/cm2)が好ましく、50〜400セル
/平方インチ(7.8〜62セル/cm2)がよりに好
ましい。
【0041】 また、ハニカム触媒41の形状について
も特に制限はなく、例えば、径方向の断面形状が、三角
形、長方形、正方形、菱形、台形、楕円、円形、トラッ
クサークル形状、半楕円形、又は半円形のもの等を挙げ
ることができる。
【0042】2.ハニカム中間体 図4に示すように、本発明のハニカム中間体31は、隣
接する複数のセル1を形成する複数の隔壁3を備え、複
数の隔壁3が、セル開口端面8,9における両端面から
軸方向の一部の隔壁部分で、他の隔壁部分よりも、少な
くとも耐エロージョン性の大きな強化部11を有してい
るものである。
【0043】 これにより、製造者にとっては、強化部
11を設けた隔壁端部4のマーキング等が不要となるた
め、作業負担を軽減することができる。しかも、耐エロ
ージョン性の大きな強化部11は、当然、耐衝撃性も大
きいところ、セル開口両端面8,9における隔壁端部4
で、強化部11が設けられているため、輸送時等におけ
るかけ等の損傷を防止することができる。さらには、セ
ル開口両端面8,9で、バランスよく強化部11が設け
られている結果、焼成時の熱膨張差による応力を軽減し
て変形を低減することができる。
【0044】 本発明におけるハニカム中間体31は、
隔壁3に触媒を担持する前のものであってもよく、隔壁
3の少なくとも一部に触媒を担持した後のものでもよい
(図示せず)。
【0045】 また、本発明におけるハニカム中間体3
1は、最終的に得られるハニカム触媒の軸方向長さ及び
ハニカム中間体31の切断箇所を考慮して、適切な軸方
向長さとすることが好ましく、通常、ハニカム中間体3
1を切断して得られるハニカム触媒体の軸方向長さに対
して1.25〜4.00倍の軸方向長さとすることが好
ましい。具体的には、ハニカム中間体31の軸方向長さ
を、80〜200mmとすることが好ましい。
【0046】 本発明のハニカム中間体31における隔
壁3、セル1、触媒6、及びハニカム中間体31の材
料、寸法、形状等の具体的内容は、本発明のハニカム触
媒と同様であり、ここではその説明を省略する。
【0047】 また、隔壁3に設けられる強化部11
は、「セル開口両端面8,9」から軸方向の一部の隔壁
部分で設けられる点で本発明のハニカム触媒と異なり、
セル開口端面8,9における両端面から軸方向に30m
m以内の隔壁部分の一部又は全部で設けられていること
が好ましく、1〜10mmの隔壁部分の一部又は全部で
設けられていることがより好ましい。また、この場合に
は、強化部11は、セル開口端面8,9の両端面から軸
方向に一定の長さで設けられているものでもよいが、異
なる長さで設けられているものが、耐エロージョン性と
低熱容量の両立を図る点で好ましい。
【0048】 強化部11のその他の具体的内容につい
ては、本発明のハニカム触媒と同様であり、ここではそ
の説明を省略する。
【0049】 なお、本発明のハニカム中間体31は、
隔壁3に触媒を担持させた後、外周側面18から径方向
への切断により、触媒を、セル開口端面の少なくとも一
の端面における隔壁の端部で、ハニカム触媒の軸方向中
央に位置する隔壁の中央部に比べ、1.5倍以内の最大
触媒層厚さで担持し、かつ複数の隔壁がセル開口端面の
一の端面(排ガス流入側の端面に対応する。)から一部
の領域で、他の領域より少なくとも耐エロージョン性の
大きな強化部を有するハニカム触媒が得られ、耐エロー
ジョン性が大きく、圧力損失の低減効果の大きなハニカ
ム触媒とすることができる。特に、隔壁の薄いハニカム
触媒、より具体的には、隔壁の最低隔壁厚さが、0.0
30〜0.076mmであるハニカム触媒を製造する際
には、好適に用いることができる。
【0050】3.ハニカム触媒の製造方法 図5に示すように、本発明のハニカム触媒41の製造方
法は、所定の工程により得られるハニカム中間体31の
隔壁3に触媒6を担持させた後、ハニカム中間体31
を、外周側面18から径方向に切断することを特徴とす
るものであり、これにより、製造時の作業者の負担を軽
減することができるとともに、製造過程での損傷、及び
焼成時における変形が少なく、しかも圧力損失を低減す
る効果の大きなハニカム触媒41を効率的に得ることが
できるものである。以下、各工程を図面を参照しながら
具体的に説明する。
【0051】 本発明の製造方法においては、まず、セ
ラミックス及び/又は金属を主成分とする坏土21を成
形して、隣接する複数のセルを形成する複数の隔壁を備
えるハニカム成形体22を得る。
【0052】 坏土21の主成分であるセラミックスと
しては、例えば、ケイ素、チタン、ジルコニウム、炭化
ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、
窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、アルミ
ナ、ジルコニア、ムライト、コージェライト化原料、チ
タン酸アルミニウム、及びサイアロンからなる群から選
ばれる少なくとも一種を挙げることができる。また、坏
土21の主成分である金属としては、例えば、銅、アル
ミニウム、鉄、ニッケル、及びケイ素からなる群から選
ばれる少なくとも一種を挙げることができる。これらセ
ラミックス及び金属は、一種単独で又は二種以上組み合
わせて用いることができる。
【0053】 また、坏土21は、必要に応じてセラミ
ックス及び金属以外の成分を含んでもよく、例えば、バ
インダー、結晶成長助剤、分散剤、又は造孔剤等を含有
させることができる。バインダーとしては、ヒドロキシ
プロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロ
キシエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロー
ス、又はポリビニルアルコール等を挙げることができ、
結晶成長助剤としては、例えば、マグネシア、シリカ、
イットリア、又は酸化鉄等を挙げることができる。ま
た、分散剤としては、例えば、エチレングリコール、デ
キストリン、脂肪酸石鹸、又はポリアルコール等を挙げ
ることができ、造孔剤としては、例えば、グラファイ
ト、小麦粉、澱粉、フェノール樹脂、又はポリエチレン
テレフタレート等を挙げることができる。
【0054】 なお、坏土21は、セラミックス及び/
又は金属を主成分とする原料に、水を所定量混合し、必
要に応じてバインダー等を添加した後、通常の方法で混
練して得ることができる。
【0055】 本発明の製造方法においては、坏土21
を成形する方法について特に制限はないが、量産性に優
れる点で、押出成形が好ましく、例えば、ラム式押出し
成形装置、2軸スクリュー式連続押出成形装置等の押出
成形装置23を用いて、所望のパターンを有する口金2
4から、押出成形することが好ましい。
【0056】 また、本発明においては、ハニカム成形
体22の隔壁3の厚さについて特に制限はないが、隔壁
3の薄いハニカム成形体22とすることが好ましく、具
体的には、最低隔壁厚さを、0.030〜0.076m
mとすることが好ましく、0.030〜0.065mm
とすることがより好ましい。得られるハニカム触媒が、
隔壁の薄いハニカム触媒で特に問題となる耐エロージョ
ン性、及び触媒を担持した際の圧力損失の低減のいずれ
についても優れた特性を有するためである。
【0057】 ハニカム成形体22の隔壁3により形成
されるセル1としては、例えば、断面形状が円形、楕円
形、長円形、四角形、八角形、又は左右非対称な異形形
状のもの等を挙げることができる。また、隔壁3により
形成されるセル1のセル密度は、ハニカム触媒の強度及
び有効GSA(幾何学的表面積)、更にはガスが流れる
場合の圧力損失を考慮して、6〜2000セル/平方イ
ンチ(0.9〜311セル/cm2)が好ましく、50
〜400セル/平方インチ(7.8〜62セル/c
2)がよりに好ましい。
【0058】 また、ハニカム成形体22の形状は、目
的に応じて適宜好ましい形状とすればよく、例えば、径
方向の断面形状が、三角形、長方形、正方形、菱形、台
形、楕円、円形、トラックサークル形状、半楕円形、又
は半円形のものを挙げることができる。
【0059】 本発明の製造方法においては、次に、ハ
ニカム成形体22を乾燥した後、又は更に焼成した後
に、得られたハニカム担体25の複数の隔壁3に、セル
開口端面8,9の両端面から軸方向の一部の隔壁部分
で、他の隔壁部分よりも少なくとも耐エロージョン性の
大きな強化部11を設けてハニカム中間体31を作製す
る。
【0060】 ハニカム成形体22の乾燥方法について
は特に制限はなく、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾
燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、又は凍結乾燥等を
挙げることができ、中でも、誘電乾燥、マイクロ波又は
熱風乾燥を単独で又は組み合わせて行うことが好まし
い。また、焼成条件については、用いる材料の種類によ
り適宜所望の条件を選択すればよい。
【0061】 本発明におけるハニカム中間体31に設
けられる強化部11としては、耐エロージョン性が大き
く、圧力損失の増大も抑制できる点で、 強化部11を、30%以下の小さな気孔率の材料に
より構成させたもの、 強化部11を、強化部11以外の他の隔壁部分を構
成する基本部12よりも、ガラス層を多く含有する材料
により構成させたもの、 強化部11を、コージェライトからなる基材に、コ
ージェライト粉末を担持させて構成させたもの、が好ま
しい。
【0062】 の強化部11は、通常、原料として平
均粒子径の小さいタルク、具体的には平均粒子径7μm
以下のタルクと、タルクの平均粒子径の1/3以下のカ
オリンを用いることで形成することができる。もっと
も、セル隔壁の表面粗さを大きくして、触媒の担持力を
増大させることができる点で、平均粒径7μm以上の粗
粒タルクと粗粒タルクの平均粒子径の2/3以下の微粒
タルクを組み合わせ、かつ、平均粒径7μm以上の粗粒
カオリンと粗粒カオリンの平均粒径の2/3以下の微粒
カオリンを組み合わせた原料を用いることが好ましい。
【0063】 また、の強化部11は、例えば、ハニ
カム成形体22を乾燥後又は更に焼成した後、セル開口
端面8,9における隔壁3の端部4の表面を、加熱、溶
融させた後、凝固させる方法により形成することができ
る。この際、隔壁3の端部4は、ハロゲンヒーター、レ
ーザー光、電磁波等を用いて加熱すればよい。また、当
該隔壁3の端部4は、溶融性の点で最表面から50μm
以内で溶融させることが好ましく、40μm以内で溶融
させることがより好ましく、30μm以内で溶融させる
ことが特に好ましい。
【0064】 の強化部11は、例えば、コージェラ
イト化原料からなるハニカム成形体22を乾燥後又は更
に焼成した後に、セル開口端面8,9近傍における隔壁
3の端部4に、コージェライト粉末を含むスラリーを付
着させた後、乾燥及び/又は焼成することにより得るこ
とができる。また、この場合には、スラリーを付着した
後に、コージェライトの融点(1450℃)近傍の14
00℃程度まで昇温して焼成することにより、コージェ
ライト粉末の一部をガラス化し、コージェライトからな
る基材に、ガラス層を介してコージェライト粉末を担持
させたもとしてもよく、耐磨耗性をより向上させること
ができる点で好ましい。
【0065】 他方、図3に示すように、本発明におい
ては、強化部11を、当該強化部11以外の他の隔壁部
分を構成する基本部12よりも、厚い隔壁により構成さ
せてもよい。
【0066】 このような強化部11は、例えば、ハニ
カム成形体を乾燥又は更に焼成した後に、当該ハニカム
成形体と同一原料のスラリーを、所定の隔壁部分に塗布
して設けることができる。また、この強化部11では、
その最大隔壁厚さを、圧力損失の増大防止及び耐エロー
ジョン性の向上という点を考慮して、基本部12の隔壁
厚さの1.20〜4.00倍とすることが好ましい。ま
た、この強化部11では、その隔壁厚さが、セル開口端
面8,9の少なくとも一の端面から軸方向に連続的又は
段階的に薄くなって基本部12の隔壁厚さに移行してい
ることが応力集中を回避する上で好ましい。
【0067】 本発明においては、耐エロージョン性と
低熱容量の両立を図る点で、上述した各種強化部11
を、セル開口端面8,9の少なくとも一の端面から軸方
向に30mm以内の隔壁部分の一部又は全部で設けられ
ていることが好ましく、1〜10mm以内の隔壁部分の
一部又は全部で設けられていることがより好ましい。ま
た、強化部11は、セル開口端面8,9の少なくとも一
の端面から軸方向に一定の長さで設けられているもので
もよいが、異なる長さで設けられているものが、やはり
耐エロージョン性と低熱容量の両立を図る点で好まし
い。
【0068】 図5に示すように、以上の工程で得られ
るハニカム中間体31は、隣接する複数のセルを形成す
る複数の隔壁3を備え、この複数の隔壁3が、セル開口
端面、8,9における両端面から、軸方向の一部の隔壁
部分で、他の隔壁部分よりも、少なくとも耐エロージョ
ン性の大きな強化部11を有するものである。従って、
このハニカム中間体31とした段階で運搬を行った後、
次に述べる切断工程を行えば、運搬時におけるかけ等の
損傷を低減することができる。
【0069】 本発明の製造方法では、次に、ハニカム
中間体31の隔壁3に触媒6を担持させた後、ハニカム
中間体31を、外周側面18から径方向に切断して、最
終製品であるハニカム触媒41を得る。
【0070】 本発明においては、隔壁3に担持させる
触媒6の種類について特に制限はなく、例えば、Pt、
Pd、Rh等の触媒能を有する金属を挙げることができ
る。
【0071】 また、触媒6を担持させる方法について
も特に制限はなく、例えば、触媒金属分散液又は触媒金
属溶解液中に、焼成後のハニカム担体を浸した後に引き
上げ、所定温度で乾燥する方法を挙げることができる。
【0072】 本発明においては、ハニカム中間体31
の切断方法についても特に制限はなく、ダイヤモンドカ
ッター等の通常用いられる方法で切断すればよい。
【0073】 ハニカム中間体31の切断箇所は、最終
的に得られる各ハニカム触媒の軸方向長さを考慮して決
定すればよく、通常、ハニカム中間体31の軸方向長さ
の1/5〜4/5の位置で切断し、同サイズのハニカム
触媒41を得る場合であれば等間隔で切断すればよい。
【0074】 本発明においては、ハニカム中間体31
を外周側面18から径方向に切断するのみでも、圧力損
失を低減することができ、生産効率の点からも好ましい
が、更にセル開口端面8,9の少なくとも一の端面(切
断面と反対の端面である。)における隔壁3の端部4
を、研磨又は切削することも好ましい。これにより、圧
力損失をより低減し、二次的なエロージョン現象をより
防止することができるからである。
【0075】 なお、当該隔壁3の端部4についての研
磨又は切削は、ハニカム中間体31の隔壁3に触媒6を
担持させた後、又は、更にハニカム中間体31を外周側
面18から径方向に切断した後のいずれの段階で行って
もよい。
【0076】
【実施例】 次に、本発明を実施例によって更に具体的
に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制
限を受けるものではない。
【0077】(実施例1)コージェライト化原料からな
るセラミックス原料100重量部に対して、ヒドロキシ
プロピルメチルセルロース8重量部とラウリン酸カリ石
鹸0.5重量部、ポリエーテル2重量部、水28重量部
を混合したものを、スリット幅が0.064mmで、セ
ルブロックの断面形状が四角形の金型を設置した連続押
出し成形機に投入し、壁壁の厚さ0.064mm、セル
密度900セル/平方インチ(140セル/cm2)の
ハニカム成形体を作製した。次いで、得られたハニカム
成形体は、切断により、直径118.4mm、高さ14
7.5mmの円筒状とし、最高温度1430℃で4時間
保持して焼成し、ハニカム担体を作製した。
【0078】 一方、セルベンに水を加えて混合した
後、更にシリカゾルを加えて混合し、更に、微量の界面
活性剤を添加して、強化部形成用のスラリーを調製し
た。この際、スラリーは、固形成分及び界面活性剤をス
ラリー中に40質量%含有させ、水を60質量%含有さ
せた。また、固形成分は、微粒セルベン(粒径1〜2μ
m)を、全固形分中90質量%、コロイダルシリカ(シ
リカゾル30質量%)を、全固形成分中10質量%とし
た。
【0079】 次に、このスラリーを、容器に端面強化
深さまで入れておき、この容器中のスラリーに、焼成後
のハニカム担体を容器底まで付けた状態で浸し、スラリ
ーを1〜2秒間含浸させた。含浸後、引き上げて、ハニ
カム担体に付着した余分なスラリーを、ある程度振り落
とし、更にエアブローにてセル内に余分に残存するスラ
リーについても除去した。次いで、目詰まりがないこと
を確認した後、ホットブラスターにて乾燥(約130
℃、風速2m/秒、3分以上)し、更に乾燥機にて乾燥
(150℃、1hr以上)した。その後、上記ハニカム
担体と同様の焼成条件にて焼成して、セル開口端面の両
端面における隔壁の端部で、隔壁の他の部分より気孔率
を低下さた強化部を形成し、ハニカム中間体を作製し
た。
【0080】 次いで、得られたハニカム中間体全体
を、触媒貴金属を含み活性アルミナを主成分とする分散
液に、2分間浸漬し、引き上げ後、可能な限り余剰な分
散液を、圧搾空気で吹き飛ばし、120℃で2時間乾燥
し、この分散液への浸漬から乾燥の工程を2回実施した
後、700℃で焼成し、ハニカム担体に触媒を担持し
た。
【0081】 最後に、触媒を担持したハニカム担体
を、軸方向長さの1/2の位置で外周側面から径方向に
切断してハニカム触媒を製造した。
【0082】 得られたハニカム触媒は、隔壁基材の厚
さが0.064mmであった。また、触媒層の厚さは、
触媒層の厚さは、ハニカム触媒の軸方向中央に位置する
隔壁の中央部、及び切断側端面における隔壁の端部のい
ずれでも、隔壁交点近傍と他の部分とで触媒層の厚さに
差はなく、それぞれ厚さ0.013mmと厚さ0.01
4mmであった。
【0083】(実施例2)実施例1で用いた金型に代
え、スリット幅が0.065mmで、セルブロックの断
面形状が四角形の金型を設置した連続押出し成形機を用
いたこと以外については、実施例1と同様にしてハニカ
ム触媒を製造した。
【0084】 得られたハニカム触媒は、隔壁基材の厚
さが0.065mmであった。また、触媒層の厚さは、
ハニカム触媒の軸方向中央に位置する隔壁の中央部、及
び切断側端面における隔壁の端部のいずれでも、隔壁交
点近傍と他の部分とで触媒層の厚さに差はなく、厚さ
0.016mmであった。
【0085】(比較例1)触媒担持する前にハニカム担
体を切断し、その後ハニカム中間体に触媒を担持してハ
ニカム触媒としたこと以外は、実施例1と同様にしてハ
ニカム触媒を製造した。
【0086】 得られたハニカム触媒は、隔壁基材の厚
さが0.064mmであった。また、触媒層の厚さは、
切断側端面における隔壁の端部では、隔壁交点で、最も
厚く、厚さ0.028mm(隔壁交点で形成される交角
に対する2等分線の延伸方向の厚さ)であり、ハニカム
触媒の軸方向中央に位置する隔壁の中央部では、触媒層
の厚さに差はなく、厚さ0.012mmであった。
【0087】(比較例2)実施例2と同様に実施例1で
用いた金型に代え、スリット幅が0.065mmで、セ
ルブロックの断面形状が四角形の金型を設置した連続押
出し成形機を用い、更に比較例1と同様に触媒担持する
前にハニカム担体を切断し、その後ハニカム中間体に触
媒を担持してハニカム触媒としたこと以外は、実施例1
と同様にしてハニカム触媒を製造した。
【0088】 得られたハニカム触媒は、隔壁基材の厚
さが0.065mmであった。また、触媒層の厚さは、
切断側端面における隔壁の端部では、隔壁交点で、最も
厚く、厚さ0.035mm(隔壁交点で形成される交角
に対する2等分線の延伸方向の厚さ)であり、ハニカム
触媒の軸方向中央に位置する隔壁の中央部では、触媒層
の厚さに差はなく、厚さ0.015mmであった。
【0089】(評価方法及び評価)各実施例及び比較例
で得られたハニカム触媒について、図6に示す圧損測定
装置51を用い、5Nm3/min、及び5Nm3/mi
nの二種の流量で、常温空気を透過させたときの入口と
出口の圧力を測定し、その差を算出して圧力損失を評価
した。
【0090】 実施例1及び2で得られたハニカム触媒
では、0.001mmという僅かな隔壁厚さによって
も、圧力損失に影響が見られたものの、いずれのハニカ
ム触媒でも、流量5Nm3/minの条件で1.8、流
量3Nm3/minの条件で2.5以下と圧力損失が小
さかった。これに対し、触媒層が、セル開口両端面近傍
における隔壁の端部で厚い比較例1及び2のハニカム触
媒では、流量5Nm3/minの条件で2.0以上、流
量3Nm3/minの条件で2.8以上と、いずれの条
件でも圧力損失が非常に大きくなった。
【0091】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明のハニカ
ム触媒は、触媒の担持による圧力損失の増大を、極力抑
制することができるという効果を奏し、特に薄い隔壁の
ハニカム触媒に好適に用いることができる。また、本発
明のハニカム中間体は、本発明のハニカム触媒の製造に
好適なものであり、製造時の作業者の負担を軽減するこ
とができ、しかも輸送時等におけるかけ等の損傷を防止
し、かつ焼成時における変形を低減することができると
いう効果を奏するものである。更に、本発明のハニカム
触媒の製造方法は、製造時の作業者の負担を軽減するこ
とができるとともに、製造過程での損傷、及び焼成時に
おける変形が少なく、しかも、圧力損失を低減する効果
の大きなハニカム触媒を効率的に得られるという効果を
奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のハニカム触媒の一例を模式的に示す
断面図である。
【図2】 本発明のハニカム触媒を構成する隔壁及び触
媒の一例を示す断面図である。
【図3】 本発明のハニカム触媒の他の一例を模式的に
示す断面図である。
【図4】 本発明のハニカム中間体の一例を模式的に示
す断面図である。
【図5】 本発明のハニカム触媒の製造方法の一例を模
式的に示す各工程図である。
【図6】 本発明の実施例及び比較例におけるハニカム
触媒を評価するために用いた圧損測定装置を模式的に示
す一部断面図である。
【図7】 従来のハニカム触媒の一例を模式的に示す一
部断面図である。
【符号の説明】
1…セル、2…開口部、3…隔壁、4,5…端部、6…
触媒(層)、8,9…セル開口端面、11…強化部、1
2…基本部、14…中央部、18…外周側面、21…坏
土、22…ハニカム成形体、23…押出し成形装置、2
4…口金、31…ハニカム中間体、41…ハニカム触
媒、51…圧損測定装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D048 BA03X BA06X BA10X BA41X BB02 4G069 AA01 AA03 AA08 BA01B BA02B BA13A BA13B BC69B CA03 DA06 EA19 ED03 ED06 FB15 FB67

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 隣接する複数のセルを形成する複数の隔
    壁と、該隔壁の少なくとも一部に担持されている触媒と
    を備えるハニカム触媒であって、 該隔壁に担持されている触媒を、セル開口端面の少なく
    とも一の端面における該隔壁の端部で、該ハニカム触媒
    の軸方向中央に位置する該隔壁の中央部に比べ、1.5
    倍以内の最大触媒層厚さで担持していることを特徴とす
    るハニカム触媒。
  2. 【請求項2】 該複数の隔壁が、該セル開口端面の少な
    くとも一の端面から軸方向の一部の隔壁部分に、他の隔
    壁部分よりも、少なくとも耐エロージョン性の大きな強
    化部を有している請求項1に記載のハニカム触媒。
  3. 【請求項3】 該強化部が、気孔率30%以下の材料か
    らなる請求項2に記載のハニカム触媒。
  4. 【請求項4】 該強化部が、該強化部以外の他の隔壁部
    分を構成する基本部よりも、ガラス層を多く含有する材
    料からなる請求項2又は3に記載のハニカム触媒。
  5. 【請求項5】 該強化部が、コージェライトからなる基
    材に、コージェライト粉末を担持してなる請求項2〜4
    のいずれか一項に記載のハニカム触媒。
  6. 【請求項6】 該強化部が、該コージェライトからなる
    基材に、該基材の表面に積層させたガラス層を介して、
    該コージェライト粉末を担持してなる請求項5に記載の
    ハニカム触媒。
  7. 【請求項7】 該強化部が、該強化部以外の他の隔壁部
    分を構成する基本部よりも、厚い隔壁により構成されて
    いる請求項2〜6のいずれか一項に記載のハニカム触
    媒。
  8. 【請求項8】 該強化部の最大隔壁厚さが、該基本部の
    隔壁厚さの1.20〜4.00倍である請求項7に記載
    のハニカム触媒。
  9. 【請求項9】 該強化部の隔壁厚さが、該セル開口端面
    の少なくとも一の端面から軸方向に連続的又は段階的に
    薄くなって該基本部の隔壁厚さに移行している請求項7
    又は8に記載のハニカム触媒。
  10. 【請求項10】 該強化部が、該セル開口端面の少なく
    とも一の端面から軸方向に30mm以内で、隔壁部分の
    一部又は全部で設けられている請求項3〜9のいずれか
    一項に記載のハニカム触媒。
  11. 【請求項11】 該強化部が、該セル開口端面の少なく
    とも一の端面から軸方向に異なる長さで設けられている
    請求項10に記載のハニカム触媒。
  12. 【請求項12】 該複数の隔壁の最低隔壁厚さが、0.
    030〜0.076mmである請求項1〜11のいずれ
    か一項に記載のハニカム触媒。
  13. 【請求項13】 隣接する複数のセルを形成する複数の
    隔壁を備えるハニカム中間体であって、 該複数の隔壁が、セル開口端面における両端面から軸方
    向の一部の隔壁部分で、他の隔壁部分よりも、少なくと
    も耐エロージョン性の大きな強化部を有し、 該隔壁に触媒を担持させた後、外周側面から径方向への
    切断により、該隔壁に端持されている触媒が、セル開口
    端面の少なくとも一の端面における該隔壁の端部で、ハ
    ニカム触媒の軸方向中央に位置する該隔壁の中央部に対
    し、1.5倍以内の最大触媒層厚さで担持され、かつ該
    複数の隔壁が、セル開口端面における一の端面から一部
    の隔壁部分で、他の隔壁部分より少なくとも耐エロージ
    ョン性の大きな強化部を有しているハニカム触媒体が得
    られることを特徴とするハニカム中間体。
  14. 【請求項14】 該隔壁の少なくとも一部に、触媒が担
    持されている請求項13に記載のハニカム中間体。
  15. 【請求項15】 ハニカム中間体の軸方向長さが、該ハ
    ニカム中間体を切断して得られる該ハニカム触媒体の軸
    方向長さの1.25〜4.00倍である請求項13又は
    14に記載のハニカム中間体。
  16. 【請求項16】 ハニカム中間体の軸方向長さが、80
    〜200mmである請求項13〜15のいずれか一項に
    記載のハニカム中間体。
  17. 【請求項17】 該強化部が、該セル開口端面における
    両端面から、軸方向に、30mm以内の隔壁部分の一部
    又は全部で設けられている請求項13〜16のいずれか
    一項に記載のハニカム中間体。
  18. 【請求項18】 該強化部が、各隔壁で、該セル開口端
    面における両端面から、軸方向に、異なる長さで設けら
    れている請求項17に記載のハニカム中間体。
  19. 【請求項19】 該隔壁の最低隔壁厚さが、0.030
    〜0.076mmである請求項13〜18のいずれか一
    項に記載のハニカム中間体。
  20. 【請求項20】 セラミックス及び/又は金属を主成分
    とする坏土を成形して、隣接する複数のセルを形成する
    複数の隔壁を備えるハニカム成形体を得、 該ハニカム成形体を乾燥した後、又は更に焼成した後、
    得られたハニカム担体の複数の隔壁に、該複数のセルが
    開口するセル開口端面の両端面から軸方向の一部の隔壁
    部分で、他の隔壁部分よりも少なくとも耐エロージョン
    性の大きな強化部を設けてハニカム中間体を作製し、 該ハニカム中間体の隔壁に触媒を担持させた後、該ハニ
    カム中間体を、外周側面から径方向に切断することを特
    徴とするハニカム触媒の製造方法。
  21. 【請求項21】 隣接する複数のセルを形成する複数の
    隔壁を備え、該複数の隔壁が、該複数のセルが開口する
    セル開口端面における両端面から、軸方向の一部の隔壁
    部分で、他の隔壁部分よりも、少なくとも耐エロージョ
    ン性の大きな強化部を有するハニカム中間体を、 該ハニカム中間体の隔壁に触媒を担持させた後に、外周
    側面から径方向に切断することを特徴とするハニカム触
    媒の製造方法。
  22. 【請求項22】 該ハニカム中間体の隔壁に触媒を担持
    させた後、又は、更に該ハニカム中間体を外周側面から
    径方向に切断した後、該セル開口端面の少なくとも一の
    端面における該隔壁の端部を研磨又は切削する請求項2
    0又は21に記載のハニカム触媒の製造方法。
  23. 【請求項23】 該ハニカム中間体を、径方向に等間隔
    で切断する請求項20〜22のいずれか一項に記載のハ
    ニカム触媒の製造方法。
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