JP6110751B2 - 目封止ハニカム構造体 - Google Patents

Description

本発明は、目封止ハニカム構造体に関する。更に詳しくは、本発明は、灰（アッシュ）、粒子状物質（ＰＭ）を大量に捕集することが可能であり、圧力損失の増加が抑制された目封止ハニカム構造体に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関や各種の燃焼装置等から排出されるガスには、スス（ｓｏｏｔ）を主体とする粒子状物質（パティキュレートマター（ＰＭ））が、多量に含まれている。このＰＭがそのまま大気中に放出されると、環境汚染を引き起こすため、排出ガスの排気系には、ＰＭを捕集するためのフィルタ（例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ））が搭載されている。

このようなフィルタとしては、例えば、流体（排ガス、浄化ガス）の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁及びセルの開口部を封止するための目封止部を有する目封止ハニカム構造体が用いられている。目封止部は、流体（浄化ガス）の流出側端面における所定のセル（流入セル）の開口部と、流体（排ガス）の流入側端面における残余のセル（流出セル）の開口部とに配設されている。

上記目封止ハニカム構造体では、流入セルから排ガスを流入させると、排ガスが隔壁を通過する際に排ガス中のパティキュレートマターが隔壁に捕集され、「パティキュレートマターが除去された浄化ガス」が流出セルから流出する。

また、近年、目封止ハニカム構造体として、長手方向に垂直な断面における面積が相対的に大きい大容量セルと、上記断面における面積が相対的に小さい小容量セルとの２種類のセルからなる目封止ハニカム構造体が報告されている（特許文献１参照）。この目封止ハニカム構造体は、大容量セルと小容量セルの数がほぼ同数である。この目封止ハニカム構造体は、セルの延びる方向に直交する断面において、セルの形状が１種類（例えば四角形のみ）である目封止ハニカム構造体と比べて、灰、ＰＭ等を捕集した際の圧力損失が低く、アッシュ、ＰＭを大量に捕集することが可能である。以下、「セルの延びる方向に直交する断面において、セルの形状が１種類（例えば四角形のみ）である目封止ハニカム構造体」を「従来の目封止ハニカム構造体」と記す場合がある。

国際公開第２００４／０２４２９４号

特許文献１に記載の目封止ハニカム構造体は、アッシュやＰＭを大量に捕集することが可能である。しかしながら、上記目封止ハニカム構造体は、ＰＭが堆積していないか、或いは、ＰＭが少ない状態では、上記「従来の目封止ハニカム構造体」と比べて、圧力損失が大きい。ここで、昨今、ディーゼルエンジン自体が改善されることにより、ディーゼルエンジンからのパティキュレートマターの排出量が減っている。一方で、排ガス規制のため、ＧＤＩエンジンのようにパティキュレートマターの排出量が少ないエンジンにもフィルタ（目封止ハニカム構造体）が必要になってきている。そのため、パティキュレートマターが堆積していないか、或いは、パティキュレートマターの堆積が少ない状態において、圧力損失の増加が抑制され、且つアッシュやＰＭを大量に溜めることができるフィルタ（目封止ハニカム構造体）の開発が切望されている。

本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものである。その課題とするところは、アッシュ、粒子状物質（ＰＭ）を大量に捕集することが可能であり、アッシュ、ＰＭが堆積していないか、或いは、アッシュ、ＰＭの堆積が少ない状態で圧力損失の増加が抑制された目封止ハニカム構造体を提供する。

本発明によれば、以下に示す、目封止ハニカム構造体が提供される。

［１］ 流入側端面から流出側端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有し、前記複数のセルが、前記セルの延びる方向に垂直な断面における開口面積が異なるセルを含むハニカム構造部と、所定のセルの流入側端部に配設される流入側目封止部と、残余のセルの流出側端部に配設される流出側目封止部と、を備え、前記ハニカム構造部は、前記流入側目封止部が配設されたセルである流出セルと前記流出側目封止部が配設されたセルである流入セルとが、前記隔壁を隔てて交互に形成されており、前記ハニカム構造部の中央部における前記流入セルの前記開口面積が、前記ハニカム構造部の中央部における前記流出セルの前記開口面積よりも大きく、前記ハニカム構造部の外周部における前記流出セルと前記流入セルとの前記開口面積の差が、前記ハニカム構造部の前記中央部における前記流出セルと前記流入セルとの前記開口面積の差に比べて、小さく、前記ハニカム構造部は、前記ハニカム構造部の外周部において前記ハニカム構造部の中心側から外周に向かうに従って、前記流出セルと前記流入セルとの前記開口面積の差が小さくなる目封止ハニカム構造体。

本発明の目封止ハニカム構造体は、セルの延びる方向に垂直な断面における開口面積が異なるセルが形成されたハニカム構造部を備える。即ち、本発明の目封止ハニカム構造体は、開口面積が小さな流出セルと、この流出セルよりも開口面積が大きな流入セルが形成されたハニカム構造部を備えるため、この流入セルにアッシュ、粒子状物質（ＰＭ）を大量に捕集することが可能である。また、本発明の目封止ハニカム構造体は、「ハニカム構造部の外周部における流出セルと流入セルとの開口面積の差が、ハニカム構造部の中央部における流出セルと流入セルとの開口面積の差に比べて小さい」ものである。そのため、アッシュ、ＰＭが堆積していないか、或いは、アッシュ、ＰＭの堆積が少ない状態における圧力損失の増加が抑制されている。

本発明の目封止ハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す斜視図である。 図１に示す目封止ハニカム構造体の一方の端面の一部領域Ｐを拡大して模式的に示す平面図である。 本発明の目封止ハニカム構造体の他の実施形態の一方の端面を模式的に示す平面図である。 本発明の目封止ハニカム構造体の更に他の実施形態の一方の端面を模式的に示す平面図である。 本発明の目封止ハニカム構造体の更に他の実施形態の一方の端面を模式的に示す平面図である。 排ガスの流量（Ｎｍ^３／分）と圧力損失（ｋＰａ）の関係を示すグラフである。 ススの堆積量（ｇ／Ｌ）と圧力損失（ｋＰａ）の関係を示すグラフである。 図７に示すグラフの一部を拡大して示すグラフである。 アッシュの堆積量（ｇ／Ｌ）に対する圧力損失（ｋＰａ）を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。

［１］目封止ハニカム構造体：
本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態は、図１に示す目封止ハニカム構造体１００を挙げることができる。目封止ハニカム構造体１００は、流入側端面（流入側端面）１１ａから流出側端面（流出側端面）１１ｂまで延びる流体の流路となる複数のセル４（図２参照）を区画形成する多孔質の隔壁５を有するハニカム構造部１１を備えている。複数のセル４は、セル４の延びる方向に垂直な断面における開口面積が異なるセルを含んでいる。そして、目封止ハニカム構造体１００は、所定のセルの流入側端部に配設される流入側目封止部８ａと、残余のセルの流出側端部に配設される流出側目封止部と、を備えている。ハニカム構造部１１においては、流入側目封止部８ａが配設されたセルである流出セル４ｂと流出側目封止部が配設されたセルである流入セル４ａとが、隔壁５を隔てて交互に形成されている。また、ハニカム構造部１１は、中央部における流入セル４ａの開口面積が、ハニカム構造部１１の中央部における流出セル４ｂの開口面積よりも大きい。なお、ハニカム構造部１１の中央部は、ハニカム構造部１１の、セル４の延びる方向に垂直な断面における中央部のことである。更に、ハニカム構造部１１は、外周部における流出セル４ｂと流入セル４ａとの開口面積の差が、中央部における流出セル４ｂと流入セル４ａとの開口面積の差に比べて小さい。なお、ハニカム構造部１１の外周部は、ハニカム構造部１１の、セル４の延びる方向に垂直な断面における外周部のことである。また、目封止ハニカム構造体１００は、ハニカム構造部１１の外周に配設された外周壁７を有している。なお、本発明の目封止ハニカム構造体は、必ずしも外周壁７を有する必要はない。外周壁７は、ハニカム構造部１１を作製する過程において、ハニカム成形体を押出成形する際に、隔壁５とともに形成されることが好ましい。また、外周壁７は、セラミック材料をハニカム構造部１１の外周に塗工して形成したものであってもよい。図１は、本発明の目封止ハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示す目封止ハニカム構造体の一方の端面の一部領域Ｐを拡大して模式的に示す平面図である。

目封止ハニカム構造体１００は、セル４の延びる方向に垂直な断面における開口面積が異なるセルが形成されたハニカム構造部１１を備える。即ち、目封止ハニカム構造体１００は、中央部において、開口面積が小さな流出セル４ｂと、この流出セル４ｂよりも開口面積が大きな流入セル４ａが形成されたハニカム構造部１１を備える。そのため、目封止ハニカム構造体１００は、流入セル４ａにアッシュ、粒子状物質（ＰＭ）を大量に捕集することが可能である。また、目封止ハニカム構造体１００は、ハニカム構造部１１の外周部における流出セル４ｂと流入セル４ａとの開口面積の差が、ハニカム構造部１１の中央部における流出セル４ｂと流入セル４ａとの開口面積の差に比べて小さい。即ち、目封止ハニカム構造体１００は、中央部に比べて外周部の方が、圧力損失が小さいことになる。このように圧力損失が小さい部分を有するため、目封止ハニカム構造体１００は、圧力損失の増加が抑制される。特に、初期圧力損失（即ち、粒子状物質の堆積量が少ない段階の圧力損失）の増加が効果的に抑制される。別言すれば、アッシュ、ＰＭが堆積していないか、或いは、アッシュ、ＰＭの堆積が少ない状態における圧力損失の増加が効果的に抑制される。

目封止ハニカム構造体１００は、中央部に比べて外周部の方が、圧力損失が小さいため、自動車等に搭載した際に、圧力損失の増加が更に良好に抑制される。具体的には、一般的な排気管は、目封止ハニカム構造体を収納した浄化装置の連結部がコーン状（円錐状）になっており、排気管の先端が目封止ハニカム構造体の中央部に向かい合うように配置される。そのため、排ガスに含まれる粒子状物質は、目封止ハニカム構造体の中央部に多く堆積され、目封止ハニカム構造体の外周部には堆積し難い。そこで、粒子状物質の捕集に寄与し難い外周部の圧力損失の増加を更に抑制することにより、目封止ハニカム構造体全体の圧力損失の増加を効果的に抑制することができる。即ち、目封止ハニカム構造体１００は、煤などの粒子状物質、アッシュの捕集効率を低下させることなく、圧力損失の増加を効果的に抑制することができる。

ここで、「ハニカム構造部の外周部」とは、上述したように、セル４の延びる方向に垂直な断面における外周部のことである。より具体的には、いわゆる一体構造のハニカム構造部の場合、円筒状のハニカム構造部の外周から直径の３０％の長さの位置までの範囲内の部分のことである。ハニカム構造部の形状が円筒以外の場合（例えば、四角柱状などの場合）には、ハニカム構造部の外周から「最も長い径」の４０％の長さの位置までの範囲内の部分のことである。外周部以外の部分は、中央部に相当する。ハニカム構造部が複数のハニカムセグメントからなる場合には、上記規定に係らずハニカム構造部の外周を構成するハニカムセグメント（外周部ハニカムセグメント）のことであることが好ましい。

なお、「流出セルと流入セルとの開口面積の差」というときの「セル」は、隔壁により区画形成された空間（即ち、隔壁により切り取られた空間）のことであり、隔壁と外周壁とにより区画形成される空間（いわゆる不完全セル）は含まない。

セルの、セルの延びる方向に垂直な断面における開口面積は、以下のようにして測定した値である。まず、目封止ハニカム構造体のセルの延びる方向に直交する断面において、目封止ハニカム構造体の中心を通り且つ互いに直交する縦線及び横線を想定する。そして、縦線が通過する「目封止部が配設されていないセル」の中から、等間隔で任意のセルを５個以上選択するとともに、横線が通過する「目封止部が配設されていないセル」の中から、等間隔で任意のセルを５個以上選択する。その後、選択した任意のセルの開口幅を測定する。「セルの開口幅」は、互いに向かい合う隔壁の間の長さのことである。なお、複数のハニカムセグメントで構成される場合は、各ハニカムセグメントについて上記「目封止ハニカム構造体」と同様の方法で縦線及び横線を想定し、任意のセルを選択した後、選択した任意のセルの開口幅を測定する。次に、測定された開口幅の平均値から開口面積を算出する。このようにして大セル及び小セルの開口面積を決定する。

ハニカム構造部１１は、図２に示すように、ハニカム構造部１１の外周部においてハニカム構造部の中心側から外周に向かうに従って、流出セル４ｂと流入セル４ａとの開口面積の差が小さくなるものである。このような構成にすることにより、外周部流出セルの水力直径が大きくなるため、初期圧力損失が低減するという利点がある。

「ハニカム構造部の外周部においてハニカム構造部の中心側から外周に向かうに従って、流出セルと流入セルとの開口面積の差が小さくなる」とは、別言すれば、以下の通りである。即ち、ハニカム構造部の外周部において隣り合う流入セルの開口面積は、外周に近いほど小さくなり、かつ、ハニカム構造部の外周部において隣り合う流出セルの開口面積は、外周に近いほど大きくなる。但し、流入セルの開口面積が流出セルの開口面積よりも小さくなることはなく、流出セルの開口面積が流入セルの開口面積よりも大きくなることはない。

なお、ハニカム構造部１１は、複数のハニカムセグメントから構成されるものとすることができる。具体的には、ハニカム構造部１１は、ハニカム構造部１１の外周を構成する外周部ハニカムセグメント２１と外周部ハニカムセグメント２１の内側に位置する中央部ハニカムセグメント２２とからなるものであることが好ましい。ハニカム構造部１１が、ハニカム構造部１１の外周を構成する複数の外周部ハニカムセグメント２１と外周部ハニカムセグメント２１の内側に位置する中央部ハニカムセグメント２２とからなる場合、以下のような構成にすることが好ましい。即ち、中央部ハニカムセグメント２２において、流入セル４ａの開口面積が、流出セル４ｂの開口面積に比べて大きく、外周部ハニカムセグメント２１において、流出セル４ｂと流入セル４ａとの開口面積が同じであることが好ましい。このようなハニカム構造部１１は、従来公知の構造を有するハニカムセグメントを組み合わせることにより、簡単に作製することができる。

［１−１］ハニカム構造部：
目封止ハニカム構造体１００において、ハニカム構造部１１の形状は、特に限定されないが、円筒形状、端面が楕円形の筒形状、端面が「正方形、長方形、三角形、五角形、六角形、八角形等」の多角形の角柱状等が好ましい。図１に示すハニカム構造部１１は、円筒形状の場合の例を示している。

ハニカム構造部１１は、図３〜図５に示す目封止ハニカム構造体１０１〜１０３のように、流入側端面から流出側端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカムセグメント２１、２２を複数個備えるものであってもよい。これら複数個のハニカムセグメント２１、２２は、互いの側面同士が対向するように隣接して配置された状態で接合材２４によって接合されている。複数個のハニカムセグメントのうち外周部ハニカムセグメント２１は、全てのセルが、セルの延びる方向に直交する断面における形状が四角形のものである。外周部ハニカムセグメント２１は、流入セルと流出セルとが、隔壁を隔てて交互に形成されている。中央部ハニカムセグメント２２は、セルの延びる方向に直交する断面における形状が八角形の流入セルと、セルの延びる方向に直交する断面における形状が四角形の流出セルとが、隔壁を隔てて交互に形成されている。

図３に示す目封止ハニカム構造体１０１は、円筒状のハニカム構造部１１の外周を構成する１６個の外周部ハニカムセグメント２１と外周部ハニカムセグメント２１の内側に位置する９個の中央部ハニカムセグメント２２とからなる。なお、中央部ハニカムセグメント２２は、太線ｆにより囲まれた９個のハニカムセグメントである。図３は、本発明の目封止ハニカム構造体の他の実施形態の一方の端面を模式的に示す平面図である。

図４に示す目封止ハニカム構造体１０２は、円筒状のハニカム構造部１１の外周を構成する１２個の外周部ハニカムセグメント２１と外周部ハニカムセグメント２１の内側に位置する４個の中央部ハニカムセグメント２２とからなる。なお、中央部ハニカムセグメント２２は、太線ｆにより囲まれた４個のハニカムセグメントである。図４は、本発明の目封止ハニカム構造体の更に他の実施形態の一方の端面を模式的に示す平面図である。

図５に示す目封止ハニカム構造体１０３は、楕円筒状のハニカム構造部１１の外周を構成する１４個の外周部ハニカムセグメント２１と外周部ハニカムセグメント２１の内側に位置する６個の中央部ハニカムセグメント２２とからなる。なお、中央部ハニカムセグメント２２は、太線ｆにより囲まれた６個のハニカムセグメントである。図５は、本発明の目封止ハニカム構造体の更に他の実施形態の一方の端面を模式的に示す平面図である。

本発明の目封止ハニカム構造体は、流入セルと流出セルとが、隔壁を隔てて交互に形成されたものである。このように構成されることにより、流入セルに流入した流体（排ガス）が、隔壁を通過して流出セル内に流入し、流出セルの流出側端面の開口部から流出される。そして、流入セルから流出セルに流体が移動する際に、多孔質の隔壁によって流体中の煤などの粒子状物質が捕集される。

本発明の目封止ハニカム構造体は、ハニカム構造部の中央部に形成された流入セルの開口面積が、ハニカム構造部の中央部に形成された流出セルの開口面積に比して大きい。具体的には、上記流入セルの開口面積は、上記流出セルの開口面積の１．２〜５．５倍であることが好ましく、１．３〜４．７倍であることが更に好ましく、１．４〜４．３倍であることが特に好ましい。流入セルの開口面積の大きさが流出セルの開口面積に対して上記範囲であると、流入セルの体積が適度に増加するため、アッシュ、粒子状物質（ＰＭ）の捕集容量が増える。上記下限値未満であると、流入セルの体積の増加が十分でないため、アッシュ、粒子状物質（ＰＭ）の捕集容量を十分に増加させることができないおそれがある。上記上限値超であると、流出セルの水力直径が小さくなりすぎるため、初期圧力損失が大幅に増加するという不具合が生じるおそれがある。なお、上記開口面積は、セルの延びる方向に垂直な断面における開口面積のことである。

ハニカム構造部の中央部に形成された流入セル及び流出セルの形状は、上記流入セルの開口面積が、上記流出セルの開口面積に比して大きくなる形状であれよい。例えば、流入セルと流出セルの形状は、それぞれ、三角形、四角形、六角形、八角形形等の多角形形状とすることができる。特に、流入セルの形状を八角形として、流出セルの形状を四角形とすることが好ましい。この場合には、流入セルの「隔壁を隔てて流出セルと隣接する４つの辺」の長さが、流出セルの幅と同じ長さであることが更に好ましい。このようにすると、目封止ハニカム構造体の機械的強度を向上させることができる。

ハニカム構造部１１を構成する隔壁５の、セル４の延びる方向に垂直な断面における厚さ（以下、単に、「隔壁５の厚さ」ということがある）は、基本的に均一なものとする。「基本的に均一」とは、成形時の変形等により、僅かに隔壁の厚さに差異が生じた場合を除き、隔壁の厚さが均一であることを意味する。即ち、本発明の目封止ハニカム構造体においては、意図的に隔壁の厚さに差異を生じさせることはなく、上記断面において、隔壁の厚さは均一なものとする。例えば、ハニカム構造部を押出成形する口金（金型）のスリットを、スライサー加工により製造した場合に、上記均一な厚さの隔壁が実現される。

隔壁５の厚さは、６４〜５０８μｍであることが好ましく、８９〜３８１μｍであることが更に好ましく、１１０〜３０５μｍであることが特に好ましい。隔壁５の厚さを上記範囲とすることにより、目封止ハニカム構造体１００の強度を維持し、初期の圧力損失の増加を更に抑制することができる。６４μｍより薄いと、目封止ハニカム構造体１００の強度が低くなることがある。５０８μｍより厚いと、目封止ハニカム構造体１００の初期の圧力損失が高くなることがある。上記隔壁５の厚さは、流入セルと流出セルとを区画する部分における隔壁の厚さのことである。

隔壁５の気孔率は、３５〜７０％であることが好ましく、４０〜７０％であることが更に好ましく、４０〜６５％であることが特に好ましい。隔壁５の気孔率を上記範囲とすることにより、目封止ハニカム構造体１００の強度を維持し、初期の圧力損失の増加を更に抑制することができる。気孔率が３５％より小さいと、目封止ハニカム構造体１００の初期の圧力損失が高くなることがある。気孔率が７０％より大きいと、目封止ハニカム構造体１００の強度が低くなることがある。気孔率は、水銀ポロシメータによって測定した値である。

隔壁５の平均細孔径は、７〜３０μｍであることが好ましく、８〜２７μｍであることが更に好ましく、９〜２５μｍであることが特に好ましい。隔壁５の平均細孔径を上記範囲とすることにより、目封止ハニカム構造体１００の強度を維持し、初期の圧力損失の増加を更に抑制することができる。平均細孔径が７μｍより小さいと、目封止ハニカム構造体１００の初期の圧力損失が高くなることがある。平均細孔径が３０μｍより大きいと、アッシュ、微粒子状物質の捕集性能が低下することがある。平均細孔径は、水銀ポロシメータによって測定した値である。

ハニカム構造部１１のセル密度は、特に制限されないが、１５〜６２個／ｃｍ^２であることが好ましく、３１〜５６個／ｃｍ^２であることが更に好ましい。セル密度が上記範囲であると、ハニカム構造部の強度を保ちつつ圧力損失を低く抑えることができる。セル密度が１５個／ｃｍ^２より小さいと、ハニカム構造部の強度が低下するため、キャニング時に破壊されてしまうおそれがある。セル密度が６２個／ｃｍ^２より大きいと、初期圧力損失が高くなりすぎるため、エンジン出力が低下したり、燃費が悪くなるおそれがある。

隔壁５の材料としては、セラミックが好ましく、強度及び耐熱性に優れることより、コージェライト、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、ムライト、アルミナ、チタン酸アルミニウム、窒化珪素、及び炭化珪素−コージェライト系複合材料からなる群から選択される少なくとも１種が更に好ましい。これらの中でも、コージェライトが特に好ましい。

目封止部（流入側目封止部８ａ及び流出側目封止部）の材料としては、隔壁５の材料と同じものを挙げることができ、隔壁５の材料と同じものを用いることが好ましい。

目封止ハニカム構造体１００は、セルの延びる方向の長さＬが５０〜３８１ｍｍであることが好ましく、７０〜３３０ｍｍであることが更に好ましく、１００〜３０５ｍｍであることが特に好ましい。上記範囲とすることにより、各種エンジンからのＰＭ排出量に応じた捕集容積を、限られたスペースの範囲で確保できる。

目封止ハニカム構造体１００は、セルの延びる方向に直交する断面における直径Ｄが５０〜３８１ｍｍであることが好ましく、７０〜３３０ｍｍであることが更に好ましく、１００〜３０５ｍｍであることが特に好ましい。直径Ｄを上記範囲とすることにより、各種エンジンからのＰＭ排出量に応じた捕集容積を、限られたスペースの範囲で確保できる。

目封止ハニカム構造体１００は、上記長さＬ／上記直径Ｄの値が０．５〜２であることが好ましく、０．６〜１．７であることが更に好ましく、０．７〜１．６であることが特に好ましい。上記範囲とすることにより、リングクラックを抑制することができる。

［２］目封止ハニカム構造体の製造方法：
本発明の目封止ハニカム構造体の製造方法について説明する。まず、ハニカム構造部を作製するための坏土を調整し、この坏土を成形して、ハニカム成形体を作製する（成形工程）。作製するハニカム成形体は、セルの延びる方向に垂直な断面における開口面積が異なる２種類のセル（流入セルと流出セル）が、隔壁を隔てて交互に形成される。また、ハニカム成形部の中央部における流入セルの上記開口面積は、ハニカム成形部の中央部における流出セルの上記開口面積よりも大きい。更に、作製するハニカム成形体は、外周部における流出セルとなるセルと流入セルとなるセルとの開口面積の差が、ハニカム構造部の中央部における流出セルとなるセルと流入セルとなるセルの開口面積の差に比べて小さい。各セルの形状や大きさ（断面積）等については、上述した本実施形態の目封止ハニカム構造体にて説明したセルの好ましい例に準じて適宜決定することができる。

次に、得られたハニカム成形体（或いは、必要に応じて行われた乾燥後のハニカム乾燥体）を焼成してハニカム構造部を作製する（ハニカム構造部作製工程）。

次に、ハニカム成形体の所定のセルの一方の端部（流入側端部）に流入側目封止部を配設するとともに、残余のセルの他方の端部（流出側端部）に流出側目封止部を配設する（目封止工程）。このとき、流入側目封止部が配設されたセルである流出セルと流出側目封止部が配設されたセルである流入セルとが、隔壁を隔てて交互に形成される。このようにして、本発明の目封止ハニカム構造体を製造することができる。以下、各製造工程について更に詳細に説明する。

［２−１］成形工程：
まず、成形工程においては、セラミック原料を含有するセラミック成形原料を成形して、流体の流路となる複数のセルを区画形成するハニカム成形体を形成する。

セラミック成形原料に含有されるセラミック原料としては、炭化珪素（ＳｉＣ）、炭化珪素（ＳｉＣ）を骨材としてかつ珪素（Ｓｉ）を結合材として形成された珪素−炭化珪素系複合材料、窒化珪素、コージェライト化原料、コージェライト、ムライト、アルミナ、チタニア、炭化珪素、チタン酸アルミニウムなどを挙げることができる。そして、炭化珪素（ＳｉＣ）、珪素−炭化珪素系複合材料、コージェライト化原料、コージェライト、ムライト、アルミナ、チタニア、炭化珪素、及びチタン酸アルミニウムからなる群から選択された少なくとも１種であることが好ましい。なお、「コージェライト化原料」とは、シリカが４２〜５６質量％、アルミナが３０〜４５質量％、マグネシアが１２〜１６質量％の範囲に入る化学組成となるように配合されたセラミック原料であって、焼成されてコージェライトになるものである。

また、このセラミック成形原料は、上記セラミック原料に、分散媒、有機バインダ、無機バインダ、造孔材、界面活性剤等を混合して調製することが好ましい。各原料の組成比は、特に限定されず、作製しようとするハニカム構造部の構造、材質等に合わせた組成比とすることが好ましい。

セラミック成形原料を成形する際には、まず、成形原料を混練して坏土とし、得られた坏土をハニカム形状に成形することが好ましい。成形原料を混練して坏土を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、ニーダー、真空土練機等を用いる方法を挙げることができる。坏土を成形してハニカム成形体を形成する方法としては特に制限はなく、押出成形、射出成形等の従来公知の成形方法を用いることができる。例えば、所望のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形してハニカム成形体を形成する方法等を好適例として挙げることができる。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。

ハニカム成形体の形状は、特に限定されず、円筒形状（円柱状）、中心軸に直交する断面が楕円形、レーストラック形状、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等の多角形の筒形状（柱状）等を挙げることができる。作製しようとするハニカム構造部が、複数のハニカムセグメントが接合されて形成されたものである場合には、ハニカム成形体の形状は、中心軸に直交する断面が三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等の多角形の筒形状（柱状）であることが好ましい。これらを組み合わせて１つのハニカム構造部を構成することが容易になるためである。

また、上記成形後に、得られたハニカム成形体を乾燥してもよい。乾燥方法は、特に限定されるものではないが、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、凍結乾燥等を挙げることができる。これらのなかでも、誘電乾燥、マイクロ波乾燥又は熱風乾燥を単独で又は組合せて行うことが好ましい。

［２−２］ハニカム構造部作製工程：
次に、得られたハニカム成形体を焼成してハニカム構造部を得る。なお、ハニカム成形体の焼成は、ハニカム成形体に目封止部を配設した後に行ってもよい。

また、ハニカム成形体を焼成（本焼成）する前には、そのハニカム成形体を仮焼することが好ましい。仮焼は、脱脂のために行うものであり、その方法は、特に限定されるものではなく、ハニカム成形体中の有機物（有機バインダ、分散剤、造孔材等）を除去することができればよい。一般に、有機バインダの燃焼温度は１００〜３００℃程度、造孔材の燃焼温度は２００〜８００℃程度であるので、仮焼の条件としては、酸化雰囲気において、２００〜１０００℃程度で、３〜１００時間程度加熱することが好ましい。

ハニカム成形体の焼成（本焼成）は、仮焼した成形体を構成する成形原料を焼結させて緻密化し、所定の強度を確保するために行われる。焼成条件（温度、時間、雰囲気）は、成形原料の種類により異なるため、その種類に応じて適当な条件を選択すればよい。例えば、コージェライト化原料を使用している場合には、焼成温度は、１４１０〜１４４０℃が好ましい。また、焼成時間は、最高温度でのキープ時間として、４〜６時間が好ましい。

なお、ハニカム構造部が複数個のハニカムセグメントからなる場合、複数のハニカム成形体または焼成後のハニカム成形体を、互いの側面同士が対向するように隣接して配置された状態で接合材によって接合する。接合材としては、従来公知の接合材を用いることができる。

［２−３］目封止工程：
次に、ハニカム構造部の所定のセルの流入側端部と残余のセルの流出側端部とに、目封止材料を充填して、流入側目封止部と流出側目封止部とを形成する。

ハニカム構造部に目封止材料を充填する際には、まず、一方の端部（流入側端部）側に目封止材料を充填し、その後、他方の端部（流出側端部）側に目封止材料を充填する。一方の端部側に目封止材料を充填する方法としては、以下のマスキング工程と圧入工程とを有する方法を挙げることができる。マスキング工程は、ハニカム構造部の一方の端面（例えば、流入側端面）にシートを貼り付け、シートにおける、「目封止部を形成しようとするセル」と重なる位置に孔を開ける工程である。圧入工程は、「ハニカム構造部の、シートが貼り付けられた側の端部」を目封止材料が貯留された容器内に圧入して、目封止材料をハニカム構造部のセル内に圧入する工程である。目封止材料をハニカム構造部のセル内に圧入する際には、目封止材料は、シートに形成された孔を通過し、シートに形成された孔と連通するセルのみに充填される。

次に、ハニカム構造部に充填された目封止材料を乾燥させて、目封止部を形成し、目封止ハニカム構造体を得る。なお、ハニカム構造部の両端部に目封止材料を充填した後に、目封止材料を乾燥させてもよい。また、ハニカム構造部の一方の端部に充填した目封止材料を乾燥させた後に、他方の端部に目封止材料を充填し、その後、他方の端部に充填した目封止材料を乾燥させてもよい。更に、目封止材料を、より確実に固定化する目的で、焼成してもよい。また、乾燥前のハニカム成形体又は乾燥後のハニカム成形体に目封止材料を充填し、乾燥前のハニカム成形体又は乾燥後のハニカム成形体と共に、目封止材料を焼成してもよい。

なお、ハニカム構造部が、複数のハニカムセグメントが接合されて形成されたものである場合、以下のように作製することもできる。即ち、まず、セルの延びる方向に垂直な断面における開口面積が全て同じである複数のセル（例えば、開口面積が同じである四角形のセル）が形成されたハニカムセグメント（外周部ハニカムセグメント）を複数作製する。その後、隔壁を隔てて流入セル（例えば、八角形のセル）と流出セル（例えば、四角形のセル）が交互に形成されたハニカムセグメント（中央部ハニカムセグメント）を複数作製する。その後、複数の中央部ハニカムセグメントを、互いに向かい合う側面で接合させた後、外周部ハニカムセグメントを中央部ハニカムセグメントの外側に配置し、外周部ハニカムセグメントと中央部ハニカムセグメントとを接合する。このようにして、図３〜図５に示すような目封止ハニカム構造体を作製することができる。

以上のようにして、本発明の目封止ハニカム構造体を製造することができる。但し、本発明の目封止ハニカム構造体の製造方法は、上述した製造方法に限定されることはない。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
セラミック原料として、コージェライト化原料（アルミナ、タルク、カオリン）を用いた。アルミナ、タルク、カオリンの質量比は、焼成後、コージェライトが得られる質量比とした。セラミック原料に、バインダ（メチルセルロース）、水を混合してセラミック成形原料を得た。得られたセラミック成形原料を、ニーダーを用いて混練して、坏土を得た。得られた坏土を押出し成形してハニカム成形体を得た。

これらのハニカム成形体は、流出セルとなるセルと流入セルとなるセルとが隔壁を隔てて交互に形成されていた。更に、このハニカム成形体は、外周部においてハニカム成形体の中心側から外周に向かうに従って、流出セルとなるセルと流入セルとなるセルとの開口面積の差が小さくなるものであった（図２参照）。

次に、ハニカム成形体の端面（流入側端面及び流出側端面）にマスクを施した。このとき、マスクを施したセルとマスクを施さないセルとが交互に並ぶようにした（両端面において、いわゆる市松模様をなすようにした）。そして、マスクを施した側の端部を目封止スラリーに浸漬して、マスクが施されていないセルの開口部に目封止スラリーを充填した。このようにして、所定のセルの流入側端部における開口部及び残余のセルの流出側端部における開口部に目封止スラリーが配設された目封止ハニカム成形体を得た。目封止スラリーとしては、ハニカム成形体と同様の材料を含むものを用いた。

次に、得られた目封止ハニカム成形体について、４５０℃で５時間加熱することにより脱脂を行い、更に、１４２５℃で７時間加熱することにより焼成を行い、目封止ハニカム構造体を得た。

目封止ハニカム構造体のハニカム構造部の中央部における隔壁厚さは、０．１５ｍｍであった。また、目封止ハニカム構造体のハニカム構造部の中央部における流入セルの開口面積が１．７４４ｍｍ^２であり、流出セルの開口面積が０．７２０ｍｍ^２であった。目封止ハニカム構造体のハニカム構造部の中央部におけるセル密度が３４個／ｃｍ^２であった。

目封止ハニカム構造体のハニカム構造部の外周部における隔壁厚さが０．１５ｍｍであった。また、目封止ハニカム構造体のハニカム構造部の外周部における流入セルの開口面積が１．２１７ｍｍ^２（ハニカム構造部の外周側）〜１．５８２ｍｍ^２（ハニカム構造部の中心側）であった。そして、流出セルの開口面積が０．８７１ｍｍ^２（ハニカム構造部の中心側）〜１．２１７ｍｍ^２（ハニカム構造部の外周側）であった。なお、上記流入セルの開口面積は、ハニカム構造部の中心側から外周に向かうに従って小さくなっていた。また、上記流出セルの開口面積は、ハニカム構造部の中心側から外周に向かうに従って大きくなっていた。目封止ハニカム構造体のハニカム構造部の外周部におけるセル密度が３４個／ｃｍ^２であった。本実施例の目封止ハニカム構造体のハニカム構造部は、ハニカム構造部の外周部においてハニカム構造部の中心側から外周に向かうに従って、流出セルと流入セルとの開口面積の差が小さくなっていた。

目封止ハニカム構造体は、セルの延びる方向における長さが１５２．４ｍｍ、直径が１４３．８ｍｍであった。目封止ハニカム構造体の隔壁の気孔率は４８％であった。隔壁の平均細孔径は１２μｍであった。測定結果を表１に示す。

［圧力損失（ｋＰａ）の測定］：
圧力損失は、目封止ハニカム構造体に供給するガスの種類を変えて測定を行った。即ち、ススを含まないガス（空気）を供給したときの圧力損失及びススを含む排ガスを供給したときの圧力損失を測定した。

圧力損失の測定に際しては、まず、作製した目封止ハニカム構造体を収納缶内に収納して排ガス浄化システムを得た。次に、この排ガス浄化システムに、２５℃のススを含まないガス（空気）を所定の流量で供給した。この場合における圧力損失を測定した。測定結果を表２及び図６に示す。

測定した圧力損失について、以下の基準で評価を行った。即ち、排ガスの流量を「１０Ｎｍ^３／分」としたときの比較例１，３の圧力損失をそれぞれ基準（１００％）とした場合、比較例１，３の圧力損失よりも１０％以上圧力損失が減少したときを「良好」とする（表２中、「Ａ」と記す）。比較例１，３の圧力損失に対する圧力損失の減少が５％以上で１０％未満であるときを「可」とする（表２中、「Ｂ」と記す）。比較例１，３の圧力損失に対する圧力損失の減少が５％未満であるときを「不可」とする（表２中、「Ｃ」と記す）。なお、実施例１は、比較例１を基準とし、実施例２は比較例３を基準とする。結果を表２に示す。

次に、上記排ガス浄化システムにスートジェネレーターを用いて、２００℃の排ガス（ススを含む排ガス）を流量１．５Ｎｍ^３／分で通気した。この場合における圧力損失を測定した。測定結果を表３及び図７，図８に示す。

測定した圧力損失について、以下の基準で評価を行った。即ち、スス堆積量が０．２０ｇ／Ｌであるときの圧力損失について、比較例１，３の圧力損失をそれぞれ基準（１００％）とした場合、比較例１，３の圧力損失を基準としたときの圧力損失の上昇率が５％以下であるときを「良好」とする（表３中、「Ａ」と記す）。比較例１，３の圧力損失を基準としたときの圧力損失の上昇率が５％超であり１０％以下であるときを「可」とする（表３中、「Ｂ」と記す）。比較例１，３の圧力損失を基準としたときの圧力損失の上昇率が１０％超であるときを「不可」とする（表３中、「Ｃ」と記す）。なお、実施例１は、比較例１を基準とし、実施例２は比較例３を基準とする。結果を表３に示す。

［アッシュ堆積に対する初期圧力損失］：
セルの延びる方向に垂直な断面において、隔壁を隔てて八角形のセル（流入セル）と四角形のセル（流出セル）が交互に形成された（大セルと小セルとが交互に形成された）目封止ハニカム構造体Ａを用いてアッシュの捕集量に対する初期圧力損失を測定した。また、セルの延びる方向に垂直な断面において、隔壁を隔てて四角形のセル（流入セル）と四角形のセル（流出セル）が交互に形成された目封止ハニカム構造体Ｂ（通常の目封止ハニカム構造体）を用いてアッシュの捕集量に対する初期圧力損失を測定した。これらの目封止ハニカム構造体Ａ，Ｂは、いずれも、セルの延びる方向における長さが１１４．３ｍｍ、直径が１４３．８ｍｍであった。

具体的には、ススを含まない排ガスの流量を５Ｎｍ^３／分、温度を２００℃として、この排ガスを上記各目封止ハニカム構造体Ａ，Ｂに供給した。図９は、上記各目封止ハニカム構造体Ａ，Ｂにおけるアッシュの堆積量（ｇ／Ｌ）に対する圧力損失（ｋＰａ）を示している。

図９から明らかなように、目封止ハニカム構造体Ａは、目封止ハニカム構造体Ｂに比べて、アッシュの堆積量（ｇ／Ｌ）に対する圧力損失（ｋＰａ）が低く、アッシュの捕集許容量に優れることが分かる。従って、開口面積が異なる大セルと小セルとを含むハニカム構造部を備える本発明の目封止ハニカム構造体は、通常の目封止ハニカム構造体に比べて、灰（アッシュ）、粒子状物質（ＰＭ）を大量に捕集することが可能であることが分かる。

（実施例２）
表１に示す条件を満たすようにしたこと以外は実施例１と同様にして目封止ハニカム構造体を作製した。

本実施例の目封止ハニカム構造体は、ハニカム構造部の中央部における隔壁厚さが、０．３０ｍｍであった。また、目封止ハニカム構造体のハニカム構造部の中央部における流入セルの開口面積が０．８８０ｍｍ^２であり、流出セルの開口面積が０．４９２ｍｍ^２であった。目封止ハニカム構造体のハニカム構造部の中央部におけるセル密度が４７個／ｃｍ^２であった。

目封止ハニカム構造体のハニカム構造部の外周部における隔壁厚さが０．３０ｍｍであった。また、目封止ハニカム構造体のハニカム構造部の外周部における流入セルの開口面積が０．６７５ｍｍ^２（ハニカム構造部の外周側）〜０．８２０ｍｍ^２（ハニカム構造部の中心側）であった。そして、流出セルの開口面積が０．５４３ｍｍ^２（ハニカム構造部の中心側）〜０．６７５ｍｍ^２（ハニカム構造部の外周側）であった。なお、上記流入セルの開口面積は、ハニカム構造部の中心側から外周に向かうに従って小さくなっていた。また、上記流出セルの開口面積は、ハニカム構造部の中心側から外周に向かうに従って大きくなっていた。目封止ハニカム構造体のハニカム構造部の外周部におけるセル密度が４７個／ｃｍ^２であった。本実施例の目封止ハニカム構造体のハニカム構造部は、ハニカム構造部の外周部においてハニカム構造部の中心側から外周に向かうに従って、流出セルと流入セルとの開口面積の差が小さくなっていた。

目封止ハニカム構造体は、セルの延びる方向における長さが１５２．４ｍｍ、直径が１４３．８ｍｍであった。目封止ハニカム構造体の隔壁の気孔率は４８％であった。隔壁の平均細孔径は１２μｍであった。測定結果を表１に示す。

この目封止ハニカム構造体について、上記［圧力損失（ｋＰａ）の測定］を行った。結果を表２，３に示す。

（比較例１）
表１に示す条件を満たし、「ハニカム構造部の外周部における流出セルと流入セルとの開口面積の差が、ハニカム構造部の中央部における流出セルと流入セルとの開口面積の差と同じ」なるようにした。即ち、ハニカム構造部における流出セルと流入セルとの開口面積の差が同じになるようにした。そして、これらの条件以外は実施例１と同様にして目封止ハニカム構造体を作製した。この目封止ハニカム構造体について、上記［圧力損失（ｋＰａ）の測定］を行った。結果を表２，３及び図６〜図８に示す。

（比較例２）
表１に示す条件を満たし、「複数のセル（流出セルと流入セル）の形状が四角形であり且つ開口面積が全て同じにしたこと」以外は実施例１と同様にして目封止ハニカム構造体を作製した。この目封止ハニカム構造体について、上記［圧力損失（ｋＰａ）の測定］を行った。結果を表２，３及び図６〜図８に示す。

（比較例３，４）
表１に示す条件を満たすようにしたこと以外は実施例１と同様にして目封止ハニカム構造体を作製した。この目封止ハニカム構造体について、上記［圧力損失（ｋＰａ）の測定］を行った。結果を表２，３に示す。

表２，表３、図６〜図８から明らかなように、実施例１，２の目封止ハニカム構造体は、比較例１〜４の目封止ハニカム構造体に比べて、アッシュやススを含まないガスを供給したときにおける圧力損失の増加が抑制されることが分かった。即ち、実施例１，２の目封止ハニカム構造体は、ススなどの粒子状物質やアッシュの含有量の少ない排ガスの浄化フィルタとして優れていることが分かる。また、アッシュやススを含む排ガスが供給された場合、特に初期圧力損失の増加が抑制されることが分かった（図８参照）。更に、表１から明らかなように、実施例１，２の目封止ハニカム構造体は、開口面積が大きなセルと小さなセルとが形成されているため、比較例１〜４の目封止ハニカム構造体に比べて、アッシュ、粒子状物質（ＰＭ）を大量に捕集することが可能であることが分かった。

本発明の目封止ハニカム構造体は、アッシュ、粒子状物質を含む排ガスの浄化に好適に用いることができる。

４：セル、４ａ：流入セル、４ｂ：流出セル、５：隔壁、７：外周壁、８ａ：流入側目封止部、１１：ハニカム構造部、１１ａ：流入側端面、１１ｂ：流出側端面、２１：外周部ハニカムセグメント、２２：中央部ハニカムセグメント、２４：接合材、ｆ：太線、Ｐ：一部領域、１００，１０１，１０２，１０３：目封止ハニカム構造体。

Claims (1)

1. 流入側端面から流出側端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有し、前記複数のセルが、前記セルの延びる方向に垂直な断面における開口面積が異なるセルを含むハニカム構造部と、
   所定のセルの流入側端部に配設される流入側目封止部と、
   残余のセルの流出側端部に配設される流出側目封止部と、を備え、
   前記ハニカム構造部は、前記流入側目封止部が配設されたセルである流出セルと前記流出側目封止部が配設されたセルである流入セルとが、前記隔壁を隔てて交互に形成されており、
   前記ハニカム構造部の中央部における前記流入セルの前記開口面積が、前記ハニカム構造部の中央部における前記流出セルの前記開口面積よりも大きく、
   前記ハニカム構造部の外周部における前記流出セルと前記流入セルとの前記開口面積の差が、前記ハニカム構造部の前記中央部における前記流出セルと前記流入セルとの前記開口面積の差に比べて、小さく、
   前記ハニカム構造部は、前記ハニカム構造部の外周部において前記ハニカム構造部の中心側から外周に向かうに従って、前記流出セルと前記流入セルとの前記開口面積の差が小さくなる目封止ハニカム構造体。

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