JP2010227846A

JP2010227846A - ハニカム構造体

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Publication number: JP2010227846A
Application number: JP2009079083A
Authority: JP
Inventors: Toshio Yamada; 敏雄山田; Tomohiro Iida; 智宏飯田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: JP5188436B2

Abstract

【課題】捕集した粒子状物質を燃焼除去する操作（再生）を行った際の過熱による溶損を有効に防止することができるとともに、特定方向における圧縮強度を向上させることが可能なハニカム構造体を提供する。
【解決手段】流体の流路となる複数のセル２を区画形成する多孔質の隔壁３を備え、一方の端部８が開口され且つ他方の端部９が目封止された第１のセル２ａと、一方の端部８が目封止され且つ他方の端部９が開口された第２のセル２ｂとが交互に配設され、中心軸方向に直交する断面において第１のセル２ａの面積が第２のセル２ｂの面積より大きく構成されてなり、且つ、上記中心軸方向に直交する断面において、一の方向（Ｙ方向）に沿って配置された隔壁３Ｙの厚さ（Ｔｖ）と、一の方向（Ｙ方向）に直交する他の方向（Ｘ方向）に沿って配置された隔壁３Ｘの厚さ（Ｔｈ）との関係が、「１．０５≦Ｔｖ／Ｔｈ≦２．００」であるハニカム構造体１００。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハニカム構造体に関する。更に詳しくは、捕集した粒子状物質を燃焼除去する操作（再生）を行った際の過熱による溶損を有効に防止することができるとともに、特定方向における圧縮強度を向上させることが可能なハニカム構造体に関する。

化学、電力、鉄鋼等の様々な分野において、環境対策や特定物資の回収等のために使用される触媒装置用の担体、又はフィルタとして、耐熱性、耐食性に優れるセラミック製のハニカム構造体が採用されている。特に、近時では、ハニカム構造体は、両端面のセル開口部を交互に目封止して目封止ハニカム構造体とし、ディーゼル機関等から排出される粒子状物質（ＰＭ：パティキュレートマター）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として盛んに用いられている。そして、高温、腐食性ガス雰囲気下で使用されるハニカム構造体の材料としては、例えば、コージェライト、チタン酸アルミニウム（ＡＴ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等が好適に用いられている。

近年、このようなハニカム構造体として、排ガス流出側の端部が封止されたセル（以下、流入側セルともいう）を容積の大きなセル（以下、大容積セルともいう）とし、排ガス流入側の端部が封止されたセル（以下、流出側セルともいう）を容積の小さなセル（以下、小容積セルともいう）とすることにより、排ガス流入側の開口率を排ガス流出側の開口率よりも相対的に大きくしたものが開示されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

このようなハニカム構造体では、排ガス流入側の開口率と排ガス流出側の開口率とが等しいハニカム構造体と比較して、排ガス流入側の開口率を排ガス流出側の開口率よりも相対的に大きくしていることから、例えばＤＰＦとして用いた際に、圧力損失の上昇を抑制することができるとともに、粒子状物質の捕集限界量を多くして再生までの期間を長期化すること等ができるとされている。

特開２００４−８９６号公報特開２００８−１６８２７９号公報

しかしながら、このような従来のハニカム構造体は、捕集した粒子状物質を燃焼除去する際の過熱により溶損することや、熱衝撃により欠陥を生じてしまい易いという問題があった。

また、このようなハニカム構造体は、金属製のキャンなどに把持材を介して把持して、例えば触媒コンバーターとして使用されることがあるが、使用の際にキャンとハニカム構造体のずれが起こらないよう一定の強度で把持する必要があり、これに耐えるため、構造的な強度が要求される。また、キャンに把持材を介して把持（以下、キャニングともいう）した場合の破壊を抑制することも要求される。しかしながら、ハニカム構造体の薄壁化に伴って、ハニカム構造体の強度不足が問題となっていた。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、捕集した粒子状物質を燃焼除去する操作（再生）を行った際の過熱による溶損を有効に防止することができるとともに、特定方向における圧縮強度を向上させることが可能なハニカム構造体を提供するものである。

上述の課題を解決するため、本発明は、以下のハニカム構造体を提供する。

［１］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備え、一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封止された第１のセルと、前記一方の端部が目封止され且つ他方の端部が開口された第２のセルとが交互に配設され、中心軸方向に直交する断面において前記第１のセルの面積が前記第２のセルの面積より大きく構成されてなり、且つ、前記中心軸方向に直交する断面において、一の方向（Ｙ方向）に沿って配置された前記隔壁の厚さ（Ｔｖ）と、前記一の方向に直交する他の方向（Ｘ方向）に沿って配置された前記隔壁の厚さ（Ｔｈ）との関係が、「１．０５≦Ｔｖ／Ｔｈ≦２．００」であるハニカム構造体。

［２］前記Ｔｈが、「２５０μｍ≦Ｔｈ≦３８０μｍ」である前記［１］に記載のハニカム構造体。

［３］前記中心軸方向に直交する断面において、前記第１のセルの開口部分の前記他の方向における開口部分の幅（Ｗ１ｘ）と、前記第１のセルの開口部分の前記一の方向における開口部分の幅（Ｗ１ｙ）との関係が、「１≦Ｗ１ｙ／Ｗ１ｘ≦１．５５」である前記［１］又は［２］に記載のハニカム構造体。

［４］前記中心軸方向に直交する断面において、前記第２のセルの開口部分の前記他の方向における開口部分の幅（Ｗ２ｘ）と、前記第２のセルの開口部分の前記一の方向における開口部分の幅（Ｗ２ｙ）との関係が、「１≦Ｗ２ｙ／Ｗ２ｘ≦１．７」である前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。

本発明のハニカム構造体は、ディーゼル機関等から排出される粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタとして用いた場合に、捕集した粒子状物質を燃焼除去する操作（再生）を行った際の過熱による溶損を有効に防止することができる。また、特定方向における圧縮強度を向上させることができるため、特に、その軸方向に垂直な断面の面積が円形以外の形状、例えば、楕円形状、長円形状、その他の異型形状のハニカム構造体の場合に、圧縮強度を有効に向上させることができる。

本発明の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におけるハニカム構造体の一方の端面を拡大して模式的に示す平面図である。図２におけるハニカム構造体を更に拡大して模式的に示す平面図である。本発明のハニカム構造体の一の実施形態を製造するために作製されたハニカム成形体を模式的に示す斜視図である。破壊強度（％）の測定方法を模式的に示す側面図である。外周最低温度（℃）の測定方法を模式的に示す側面図である。

次に本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は以下の実施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、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。

〔１〕ハニカム構造体：
本発明のハニカム構造体の一の実施形態は、図１〜図３に示すように、流体の流路となる複数のセル２を区画形成する多孔質の隔壁３を備え、一方の端部８が開口され且つ他方の端部９が目封止された第１のセル２ａと、一方の端部８が目封止され且つ他方の端部９が開口された第２のセル２ｂとが交互に配設され、中心軸方向に直交する断面において第１のセル２ａの面積が第２のセル２ｂの面積より大きく構成されてなり、且つ、上記中心軸方向に直交する断面において、一の方向（Ｙ方向）に沿って配置された隔壁３Ｙの厚さ（Ｔｖ）と、一の方向（Ｙ方向）に直交する他の方向（Ｘ方向）に沿って配置された隔壁３Ｘの厚さ（Ｔｈ）とのとの関係が、「１．０５≦Ｔｖ／Ｔｈ≦２．００」であるハニカム構造体１００である。

このように構成することによって、本実施形態のハニカム構造体は、ディーゼル機関等から排出される粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタとして用いた場合に、捕集した粒子状物質を燃焼除去する操作（再生）を行った際の過熱による溶損を有効に防止することができる。即ち、単位容積あたりに処理する粒子状物質の量（換言すれば、単位容積あたりに再生可能な粒子状物質の上限量）を増加させることができる。また、例えば、フィルタ再生において溶損を生じる温度（以下、「再生限界の温度」ということがある）が高くなるため、フィルタ再生における破損を有効に防止することができる。

また、本実施形態のハニカム構造体は、特定方向における圧縮強度を向上させることができるため、特に、その軸方向に垂直な断面の面積が円形以外の形状、例えば、楕円形状、長円形状、その他の異型形状のハニカム構造体の場合に、キャニング性を有効に向上させることができる。

更に、一の方向（Ｙ方向）に沿って配置された隔壁の厚さを厚くする（即ち、隔壁の厚さを上記関係にする）ことによって、熱流速の方向を制御することができ、高温になってほしくない部位を任意に設定することができる。例えば、自動車に装着される場合等において、他の部品とのクリアランスが狭い、あるいは特定の方向に燃料配管や電気部品等の高温にしたくないものが近くにある場合に有効である。

ここで、図１は、本発明の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り、図２は、図１におけるハニカム構造体の一方の端面を拡大して模式的に示す平面図であり、図３は、図２におけるハニカム構造体を更に拡大して模式的に示す平面図である。

なお、一の方向（Ｙ方向）に沿って配置された隔壁３Ｙの厚さ（Ｔｖ）とは、Ｙ方向と平行に延びる任意の隔壁３Ｙの厚さを意味し、他の方向（Ｘ方向）に沿って配置された隔壁３Ｘの厚さ（Ｔｈ）とは、Ｘ方向と平行に延びる総ての隔壁３Ｘの平均厚さを意味する。

本実施形態のハニカム構造体においては、上記したＴｈとＴｖとの関係が、「１．０５≦Ｔｖ／Ｔｈ≦２．００」であり、「１．１１≦Ｔｖ／Ｔｈ≦１．８０」であることが好ましく、「１．２８≦Ｔｖ／Ｔｈ≦１．８０」であることが更に好ましい。なお、Ｔｖ／Ｔｈが１．０５未満であると、フィルタ再生において溶損を生じる温度の向上効果が得られず、一方、Ｔｖ／Ｔｈが２．００超であると、Ｔｖが厚くなるため圧損が大きくなり好ましくない。

他の方向（Ｘ方向）に沿って配置された隔壁３Ｘの厚さ（Ｔｈ）に特に制限はないが、薄すぎると、ハニカム構造体を製造する際に押出成形が困難になることがあり、また、厚すぎると、隔壁の強度が得られやすく本発明の効果が発現し難くなることがある。より具体的には、隔壁３Ｘの厚さ（Ｔｈ）の好ましい範囲は、５０μｍ以上、更に好ましくは１００μｍ以上、特に好ましくは２５０μｍ以上であり、５００μｍ以下、更に好ましくは４５０μｍ以下、特に好ましくは３８０μｍ以下である。

本実施形態のハニカム構造体において、セル密度に特に制限はないが、セル密度が大きすぎる場合は単位断面積当たりの隔壁の数が多くなり、本実施形態のハニカム構造体でなくても隔壁の変形は起き難く、再生限界の温度向上の効果が得られ難い。なお、セル密度は、０．９〜３１１セル／ｃｍ^２であることが好ましく、７．８〜６２セル／ｃｍ^２であることが更に好ましい。

本実施形態のハニカム構造体１００は、上述したように、中心軸方向に直交する断面において第１のセル２ａの面積（断面積）が第２のセル２ｂの面積（断面積）より大きく構成されたハニカム構造体１００である。そして、第１のセル２ａの開口端部側（一方の端部８側）から排ガスを流入させ、多孔質の隔壁３を透過させて、第２のセル２ｂの開口端部側（他方の端部９側）から排ガスを排出することにより、第１のセル２ａ内部の表面積の大きな隔壁３表面に排ガス中の粒子状物質を捕集することができるため、粒子状物質による流入側セルの閉塞を抑制することができる。

ここで、「第１のセルの面積（断面積）」又は、「第２のセルの面積（断面積）」というときは、「ハニカム構造体の中心軸方向（セルが延びる方向）に直交する断面における断面積」のことである。そして、本実施形態のハニカム構造体において、第１のセルの断面積は、第２のセルの断面積に対して、１２０〜３００％であることが好ましく、１４０〜２５０％であることが更に好ましい。第１のセルの断面積が第２のセルの断面積の１２０％より小さい場合は、流入側セル（第１のセル）の閉塞防止効果が低下することがあり、第１のセルの断面積が第２のセルの断面積の３００％より大きい場合は、流出側のセル（第２のセル）の断面積が小さくなるため、圧力損失が大きくなることがある。

本実施形態のハニカム構造体のセル形状（ハニカム構造体の中心軸方向（セルが延びる方向）に直交する断面におけるセル形状）としては、特に制限はなく、第１のセル及び第２のセルのいずれについても、例えば、三角形、四角形、六角形、八角形、円形、あるいはこれらの組合せを挙げることができる。これらの中でも、図２及び図３に示すように、断面積の大きい第１のセル１ａが八角形で、断面積の小さい第２のセル１ｂが四角形であることが好ましい。また、第１のセルが角部がＲ状に丸く形成された四角形で、第２のセルが四角形であることも好ましい。

なお、図２及び図３に示すように、中心軸方向に直交する断面において、第１のセル２ａの他の方向（Ｘ方向）における開口部分の幅（Ｗ１ｘ）と、第１のセル２ａの一の方向（Ｙ方向）における開口部分の幅（Ｗ１ｙ）との関係が、１≦Ｗ１ｙ／Ｗ１ｘ≦２であることが好ましく、１≦Ｗ１ｙ／Ｗ１ｘ≦１．５５であることが更に好ましい。Ｗ１ｙ／Ｗ１ｘが２超であると、他の方向における開口部分の幅に対する一の方向における開口部分の幅の割合が大きくなりすぎてハニカム構造体の強度が低下することがある。より具体的には、第１のセル２ａの幅Ｗ１ｘは、０．２〜３ｍｍであることが好ましく、第１のセル２ａの幅Ｗ１ｙは、０．２〜３ｍｍであることが好ましい。

また、中心軸方向に直交する断面において、第２のセル２ｂの他の方向における開口部分の幅（Ｗ２ｘ）と、第２のセル２ｂの一の方向における開口部分の幅（Ｗ２ｙ）との関係が、１≦Ｗ２ｙ／Ｗ２ｘ≦２であることが好ましく、１≦Ｗ２ｙ／Ｗ２ｘ≦１．７であることが更に好ましい。より具体的には、第２のセル２ｂの幅Ｗ２ｘは、０．２〜３ｍｍであることが好ましく、第２のセル２ｂの幅Ｗ２ｙは、０．２〜３ｍｍであることが好ましい。

また、図３に示すように、傾斜隔壁３ｓの厚さＴｓの厚さは、Ｔｖと同じであることが好ましい。なお、「傾斜隔壁」とは、図３に示すように、ハニカム構造体１００の中心軸に直交する断面において、第１のセルと第２のセルとが交互に並ぶ方向に対して傾斜した方向に延びる隔壁であり、第１のセル（又は第２のセル）の対角線の延長上に位置し、当該対角線を延長した方向に延びる隔壁である。

本実施形態のハニカム構造体を構成する隔壁の材料としては、セラミックスを主成分とする材料を好適例として挙げることができる。セラミックスとしては、コージェライト、炭化珪素、チタン酸アルミニウム、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ、若しくはシリカ、又はこれらを組み合わせたものを好適例として挙げることができる。特に、コージェライト、チタン酸アルミニウム等が、製造コストの観点から好適である。ここで、「主成分」とは、全量に対して、５０質量％以上含まれる成分を意味する。

また、図１に示すように、隔壁３を囲うように配置された外周壁４については、ハニカム構造体１００の成形時に、隔壁３部分と一体的に形成させる成形一体壁であってもよいし、その外周に壁を有するハニカム状の成形体を成形した後、その外周の壁を研削して所定形状とし、セメント等で外周壁を形成するセメントコート壁であってもよい。このような外周壁は、例えば、上述した隔壁を構成する材料と同様の材料を用いて形成することができる。

本実施形態のハニカム構造体を構成する隔壁の気孔率は３０〜７０％であることが好ましく、４０〜６５％であることが更に好ましい。気孔率をこのような範囲とすることにより、強度を維持しながら圧力損失を小さくすることができる。気孔率が３０％未満であると、圧力損失が上昇することがある。気孔率が７０％を超えると、強度が低下したり、熱伝導率が低下したりすることがある。気孔率は、水銀ポロシメータにより測定した値である。

本実施形態のハニカム構造体を構成する隔壁は、平均細孔径が５〜３０μｍであることが好ましく、１０〜２５μｍであることが更に好ましい。平均細孔径をこのような範囲とすることにより、粒子状物質（ＰＭ）を効果的に捕集することができる。平均細孔径が５μｍ未満であると、粒子状物質（ＰＭ）により目詰まりを起こしやすくなることがある。平均細孔径が３０μｍを超えると、粒子状物質（ＰＭ）がハニカム構造体に捕集されず通過することがある。平均細孔径は、水銀ポロシメータにより測定した値である。

本実施形態のハニカム構造体は、図１〜図３に示すように、第２のセル２ｂの一方の端部８と、第１のセル２ａの他方の端部９とに目封止部５を有し、第１のセル２ａと第２のセル２ｂとが、ハニカム構造体１００の端面に市松模様が形成されるように、交互に配置されている。目封止部の構成については特に制限はなく、従来公知のハニカム構造体に用いられる目封止部と同様に構成された目封止部を用いることができる。

本実施形態のハニカム構造体の全体の形状は特に限定されず、例えば、端面の形状が、円形状、楕円形状、長円形状、その他の異型形状の柱状とすることができる。特に、本実施形態のハニカム構造体は、特定方向における圧縮強度を向上させることができるため、例えば、楕円形状、長円形状、その他の異型形状のハニカム構造体とした場合であっても、キャニング性を有効に向上させることができる。

また、ハニカム構造体の大きさは、例えば、円筒形状の場合、底面の直径が５０〜４５０ｍｍであることが好ましく、１００〜３５０ｍｍであることが更に好ましい。また、底面の形状が、楕円形状又は長円形状の場合には、長軸の長さと短軸の長さとの割合（長軸／短軸）が、１．１〜５であることが好ましく、１．５〜３であることが更に好ましい。なお、底面の形状が、楕円形状又は長円形状の場合には、一の方向（Ｙ方向）に沿って配置された隔壁の厚さ（Ｔｖ）が、上記短軸方向における隔壁の厚さとすることが好ましい。このように構成することによって、強度が低下し易い短軸方向における圧縮強度を良好に向上させることができる。

また、ハニカム構造体の中心軸方向の長さは、５０〜４５０ｍｍであることが好ましく、１００〜３５０ｍｍであることが更に好ましい。

〔２〕ハニカム構造体の製造方法：
次に、本発明のハニカム構造体の一実施形態の製造方法について説明する。

まず、セラミック原料にバインダ、界面活性剤、造孔材、水等を添加して成形原料とする。セラミック原料としては、セラミック原料としては、コージェライト化原料、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素−コージェライト系複合材料、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、鉄−クロム−アルミニウム系合金からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。これらの中でも、コージェライト化原料が好ましい。

コージェライト化原料とは、焼成によりコージェライトとなる原料を意味し、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ス原料である。具体的にはタルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、及びシリカの中から選ばれた複数の無機原料を上記化学組成となるような割合で含むものが挙げられる。

バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。バインダの含有量は、成形原料全体に対して２〜２０質量％であることが好ましい。

水の含有量は、成形原料全体に対して５〜５０質量％であることが好ましい。

界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、一種単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の含有量は、成形原料全体に対して０〜５質量％であることが好ましい。

造孔材としては、焼成後に気孔となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等を挙げることができる。造孔材の含有量は、成形原料全体に対して０〜２０質量％であることが好ましい。

次に、成形原料を混練して坏土を形成する。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。

次に、坏土を押出成形してハニカム成形体を形成する。押出成形に際しては、所望のセル形状、隔壁厚さ、セル密度等を有する口金を用いることが好ましい。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。図４に示すように、ハニカム成形体２１は、流体の流路となる複数のセル１２を区画形成する隔壁１３を有し、中心軸方向に直交する断面において面積の大きな第１のセル１２ａと面積の小さな第２のセル１２ｂとが交互に並ぶように構成されたものである。ここで、図４は、本発明のハニカム構造体の一の実施形態を製造するために作製されたハニカム成形体を模式的に示す斜視図である。

なお、このハニカム成形体２１は、中心軸方向に直交する端面（即ち、セル１２の軸方向に垂直な断面）において、一の方向（Ｙ方向）に沿って配置された隔壁の厚さ（Ｔｖ）と、一の方向（Ｙ方向）に直交する他の方向（Ｘ方向）に沿って配置された隔壁の厚さ（Ｔｈ）との関係が、「１．０５≦Ｔｖ／Ｔｈ≦２．００」となるように成形されたものであれば、各セル（第１のセル及び第２のセル）の大きさ、隔壁厚さ、セル密度等は、乾燥、焼成における収縮を考慮し、作製しようとする本発明のハニカム構造体の構造に合わせて適宜決定することができる。

得られたハニカム成形体について、焼成前に乾燥を行うことが好ましい。乾燥の方法は特に限定されず、例えば、マイクロ波加熱乾燥、高周波誘電加熱乾燥等の電磁波加熱方式と、熱風乾燥、過熱水蒸気乾燥等の外部加熱方式とを挙げることができる。これらの中でも、成形体全体を迅速かつ均一に、クラックが生じないように乾燥することができる点で、電磁波加熱方式で一定量の水分を乾燥させた後、残りの水分を外部加熱方式により乾燥させることが好ましい。乾燥の条件として、電磁波加熱方式にて、乾燥前の水分量に対して、３０〜９０質量％の水分を除いた後、外部加熱方式にて、３質量％以下の水分にすることが好ましい。電磁波加熱方式としては、誘電加熱乾燥が好ましく、外部加熱方式としては、熱風乾燥が好ましい。

次に、ハニカム成形体の中心軸方向長さが、所望の長さではない場合は、両端面（両端部）を切断して所望の長さとすることが好ましい。切断方法は特に限定されないが、丸鋸切断機等を用いる方法を挙げることができる。

次に、ハニカム成形体２１を焼成して、ハニカム焼成体を作製することが好ましい。焼成の前に、バインダ等を除去するため、仮焼成を行うことが好ましい。仮焼成は大気雰囲気において、４００〜５００℃で、０．５〜２０時間行うことが好ましい。仮焼成及び焼成の方法は特に限定されず、電気炉、ガス炉等を用いて焼成することができる。焼成条件は、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気において、１３００〜１５００℃で、１〜２０時間加熱することが好ましい。

次に、得られたハニカム焼成体の、中心軸に直交する断面における面積の小さい第２のセルの一方の端部と、中心軸に直交する断面における面積の大きい第１のセルの他方の端部とに目封止を施し（目封止部を形成し）て、本実施形態のハニカム構造体を製造する。

目封止部を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、以下の方法を挙げることができる。ハニカム焼成体の一方の端面にシートを貼り付けた後、当該シートの目封止部を形成しようとするセル（第２のセル）に対応した位置に孔を開ける。そして、目封止部の構成材料をスラリー化した目封止用スラリーに、ハニカム焼成体の当該シートを貼り付けた端面に浸漬し、シートに開けた孔を通じて、目封止部を形成しようとするセル（第２のセル）の開口端部内に目封止用スラリーを充填する。そして、ハニカム焼成体の他方の端面については、一方の端面において目封止を施さなかったセル（第１のセル）について、上記一方の端面に目封止部を形成した方法と同様の方法で目封止部を形成する（目封止スラリーを充填する）。目封止部の構成材料としては、ハニカム成形体の材料と同じものを用いることが好ましい。目封止部を形成した後に、上記焼成条件と同様の条件で焼成を行うことが好ましい。また、目封止部の形成は、ハニカム成形体を焼成する前に行ってもよい。

以下、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限定されるものではない。

（実施例１）
セラミックス原料として、タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、及びシリカのうちから複数を組み合わせて、その化学組成が、ＳｉＯ_２：４２〜５６質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：３０〜４５質量％、及びＭｇＯ：１２〜１６質量％となるように所定の割合で調合されたコージェライト化原料１００質量部に対して、成形助材としてメチルセルロースとヒドロキシプロポキシメチルセルロース、造孔材として澱粉と吸水性樹脂、界面活性剤、及び水を添加して混練し、真空土練機により坏土を作製した。

得られた坏土を押出成形機を用いて、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備え、中心軸方向に直交する断面において面積の大きな第１のセルと面積の小さな第２のセルとが交互に並び、且つ、中心軸方向に直交する断面において、一の方向（Ｙ方向）に沿って配置された隔壁の厚さ（Ｔｖ）と、一の方向に直交する他の方向（Ｘ方向）に沿って配置された隔壁の厚さ（Ｔｈ）との関係が、「１．０５≦Ｔｖ／Ｔｈ≦２．００」を満たすようなハニカム成形体を作成した。得られたハニカム成形体を高周波誘電加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて１２０℃で５時間乾燥し、両端面を所定量切断した。

得られたハニカム成形体を、約１４２０℃で５時間焼成して、多孔質のハニカム焼成体を得た。ハニカム焼成体の平均細孔径は１８μｍであり、気孔率は５０％であった。平均細孔径および気孔率は、水銀ポロシメータにより測定した値である。実施例１においては、断面形状が直径１６０ｍｍの円形の円柱状のハニカム構造体を作製した。また、各実施例及び比較例を通じて、ハニカム構造体の軸方向の長さは１６０ｍｍとした。

得られたハニカム焼成体について、第２のセルの一方の端部と、第１のセルの他方の端部とに目封止部を形成した。目封止用の充填材には、ハニカム成形体と同様の材料を用いた。ハニカム焼成体に目封止部を形成した後に、上記焼成条件と同じ条件でハニカム焼成体を焼成してハニカム構造体を製造した。

得られたハニカム構造体を構成する各セルの開口部分の幅、及び隔壁の厚さを、表１に示す。具体的には、第１のセルの他の方向（Ｘ方向）における開口部分の幅（Ｗ１ｘ）が１．２０ｍｍで、第１のセルの一の方向（Ｙ方向）における開口部分の幅（Ｗ１ｙ）が１．２４ｍｍであり、また、第２のセルの他の方向（Ｘ方向）における開口部分の幅（Ｗ２ｘ）が０．９２ｍｍで、第２のセルの一の方向（Ｙ方向）における開口部分の幅（Ｗ２ｙ）が０．９２ｍｍである。

また、一の方向（Ｙ方向）に沿って配置された隔壁の厚さ（Ｔｖ）は０．４０ｍｍで、他の方向（Ｘ方向）に沿って配置された隔壁の厚さ（Ｔｈ）は０．３８ｍｍであり、Ｔｖ／Ｔｈは１．０５である。なお、このハニカム構造体の、Ｘ方向及びＹ方向におけるセルピッチは、ともに１．４６ｍｍである。

得られたハニカム構造体について、以下の方法で、「破壊強度（％）」、「再生限界値（ｇ／リットル）」及び「外周最低温度（℃）」の評価を行った。結果を表２に示す。なお、表２及び表４の「破壊強度（％）」、「再生限界値（ｇ／リットル）」及び「外周最低温度（℃）」の欄は、実施例１〜１２については、比較例１についての結果を基準として比較例１に対する増減を示し、実施例１３〜２６については、比較例２についての結果を基準として比較例２に対する増減を示し、実施例２７〜３０については、比較例３についての結果を基準として比較例３に対する増減を示し、実施例３１，３２については、比較例５についての結果を基準として比較例５に対する増減を示し、実施例３３〜３６については、比較例４についての結果を基準として比較例４に対する増減を示し、実施例３７，３８については、比較例６についての結果を基準として比較例６に対する増減を示している。

〔破壊強度（％）〕
図５に示すように、ハニカム構造体１００を、ハニカム構造体１００の端面（一方の端面及び他方の端面）が水平方向を向くように、厚さ１０ｍｍの鉄板１１１上に横向きに載置し、このハニカム構造体１００の上方に、厚さ１０ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さがハニカム構造体の長さ＋２０ｍｍ（即ち、１８０ｍｍ）の鉄製の板１１２を更に載置した。その後、この板１１２を０．５ｍｍ／分で下方へ動かすことによりハニカム構造体１００に荷重を掛けていき、ハニカム構造体１００の破損が確認されるまで荷重を増加した。ハニカム構造体１００の破損が確認された際の荷重を測定し、対応する比較例における荷重を１００％とした際の増加量（％）を「破壊強度（％）」とした。ここで、図５は、破壊強度（％）の測定方法を模式的に示す側面図である。

なお、各実施例においては、鉄板１１１上にハニカム構造体１００を載置する際に、一の方向（Ｙ方向）が鉛直方向を向くように配置した。また、ハニカム構造体１００の破損は、外観上のクラック発生とした。

〔再生限界値（ｇ／リットル）〕
ハニカム構造体の単位容積（リットル）あたり、再生可能な粒子状物質（例えば、スート）の量を測定した。なお、ハニカム構造体の容積は、ハニカム構造体の外形形状から計測される容積（リットル）である。なお、各実施例における「再生限界値（ｇ／リットル）」は、対応する比較例における再生限界値（ｇ／リットル）からの増量（ｇ／リットル）を示す。具体的な測定方法としては、ハニカム構造体をＤＰＦとして用い、順次、煤の堆積量を増加させて、再生（煤の燃焼）を行い、クラックが発生する限界を確認する。まず、得られたハニカム構造体の外周に、保持材としてセラミック製非熱膨張性マットを巻き、ＳＵＳ４０９製のキャニング用缶体に押し込んで、キャニング構造体とする。その後、ディーゼル燃料（軽油）の燃焼により発生させた煤を含む燃焼ガスを、ハニカム構造体の第１セルが開口する側の端面（一方の端面）より流入させ、他方の端面より流出させることによって、煤をハニカム構造体内に堆積させる。そして、一旦、室温まで冷却した後、ハニカム構造体の上記一方の端面より、６８０℃で一定割合の酸素を含む燃焼ガスを流入させ、ハニカム構造体の圧力損失が低下したときに燃焼ガスの流量を減少させることによって、煤を急燃焼させ、その後のハニカム構造体におけるクラックの発生の有無を確認する。この試験は、煤の堆積量がハニカム構造体の容積１リットル当り２．５ｇ（以下２．５ｇ／リットル等と表記）から始め、クラックの発生が認められるまで、０．５（ｇ／リットル）ずつ増加して、繰り返し行う。各ハニカム構造体について、再生限界値（初期クラック発生時の煤量）（ｇ／リットル）の測定結果（各ハニカム構造体をそれぞれ５個について（Ｎ＝５）測定した時の平均値）から求めた。

〔外周最低温度（℃）〕
図６に示すように、ハニカム構造体１００の外周部分における、軸方向に４等分した位置（即ち、ハニカム構造体１００の軸方向に３箇所）に、線径０．２ｍｍのＫ熱電対１１３を配置し、外周方向に対して等間隔に４点で温度を測定した（合計１２点で測定）。外周温度測定時においては、ハニカム構造体１００の一方の端面側から、３５０℃の排ガスを通気し、定常後の温度を測定した。１２点にて測定される温度のうち、最も低い温度（最低温度（℃））を得、対応する比較例における最低温度（℃）との差を「外周最低温度（℃）」とした。ここで、図６は、外周最低温度（℃）の測定方法を模式的に示す側面図である。なお、図６において、ハニカム構造体１００の外周部分の「×」で示す点が温度測定を行ったポイントである。

（実施例２〜２６）
ハニカム構造体を構成する各セルの開口部分の幅（Ｗ１ｘ，Ｗ１ｙ，Ｗ２ｘ，Ｗ２ｙ）、及び隔壁の厚さ（Ｔｖ，Ｔｈ）を、表１に示すように変えた以外は実施例１と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例１の場合と同様にして、「破壊強度（％）」、「再生限界値（ｇ／リットル）」及び「外周最低温度（℃）」の評価を行った。結果を表２に示す。

（実施例２７〜３０，３３〜３６）
ハニカム構造体を構成する各セルの開口部分の幅（Ｗ１ｘ，Ｗ１ｙ，Ｗ２ｘ，Ｗ２ｙ）、及び隔壁の厚さ（Ｔｖ，Ｔｈ）を、表３に示すように変え、且つ、ハニカム構造体の断面形状が、長軸が１６０ｍｍ、短軸が８０ｍｍの楕円形とした以外には、実施例１と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例１の場合と同様にして、「破壊強度（％）」、「再生限界値（ｇ／リットル）」及び「外周最低温度（℃）」の評価を行った。結果を表４に示す。なお、実施例２７〜３０，３３〜３６において、一の方向（Ｙ方向）に沿って配置された隔壁の厚さ（Ｔｖ）が、上記短軸方向における隔壁の厚さとなる。

（実施例３１，３２，３７，３８）
ハニカム構造体を構成する各セルの開口部分の幅（Ｗ１ｘ，Ｗ１ｙ，Ｗ２ｘ，Ｗ２ｙ）、及び隔壁の厚さ（Ｔｖ，Ｔｈ）を、表３に示すように変え、且つ、ハニカム構造体の断面形状が、長軸が２５０ｍｍ、短軸が１００ｍｍの楕円形とした以外には、実施例１と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例１の場合と同様にして、「破壊強度（％）」、「再生限界値（ｇ／リットル）」及び「外周最低温度（℃）」の評価を行った。結果を表４に示す。なお、実施例３１，３２，３７，３８において、一の方向（Ｙ方向）に沿って配置された隔壁の厚さ（Ｔｖ）が、上記短軸方向における隔壁の厚さとなる。

（比較例１，２）
ハニカム構造体を構成する隔壁の厚さを、表１に示すように、一の方向（Ｙ方向）と他の方向（Ｘ方向）とで同じ厚さとなるように構成した以外には、実施例１と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例１の場合と同様にして、「破壊強度（％）」、「再生限界値（ｇ／リットル）」及び「外周最低温度（℃）」の評価を行った。結果を表２に示す。

（比較例３，４）
ハニカム構造体を構成する隔壁の厚さを、表３に示すように、一の方向（Ｙ方向）と他の方向（Ｘ方向）とで同じ厚さとなるように構成した以外には、実施例２７と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例１の場合と同様にして、「破壊強度（％）」、「再生限界値（ｇ／リットル）」及び「外周最低温度（℃）」の評価を行った。結果を表４に示す。

（比較例５，６）
ハニカム構造体を構成する隔壁の厚さを、表３に示すように、一の方向（Ｙ方向）と他の方向（Ｘ方向）とで同じ厚さとなるように構成した以外には、実施例３１と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例１の場合と同様にして、「破壊強度（％）」、「再生限界値（ｇ／リットル）」及び「外周最低温度（℃）」の評価を行った。結果を表４に示す。

表１〜表４より、実施例１〜３８のハニカム構造体は、一の方向（Ｙ方向）における破壊強度が、隔壁の厚さが一の方向（Ｙ方向）と他の方向（Ｘ方向）とで同じ厚さとなるように構成された比較例と比較して向上していることがわかる。また、各実施例のハニカム構造体は、再生限界値が高くなっており、単位容積あたりにより多くの粒子状物質が捕集されていたとしても、燃焼除去する際（即ち、フィルタの再生を行う際）の過熱により溶損し難いことがわかる。また、各実施例のハニカム構造体は、外周最低温度（℃）が対応する比較例と比較して低くなっており、内部からの熱の伝達を、一の方向（Ｙ方向）と他の方向（Ｘ方向）とで変化させることができ、外周部分の過度の温度上昇を抑制できることがわかる。

本発明のハニカム構造体の製造方法は、化学、電力、鉄鋼等の様々な分野において、環境対策や特定物資の回収等のために使用される触媒装置用の担体、又はフィルタとして好適に利用することができる。

２：セル、２ａ：第１のセル、２ｂ：第２のセル、３：隔壁、３Ｘ：隔壁（他の方向（Ｘ方向）に沿って配置された隔壁）、３Ｙ：隔壁（一の方向（Ｙ方向）に沿って配置された隔壁）、３ｓ：隔壁（傾斜隔壁）、４：外周壁、５：目封止部、８：一方の端部、９：他方の端部、１２：セル、１２ａ：第１のセル、１２ｂ：第２のセル、１３：隔壁、２１：ハニカム成形体、Ｔｈ：他の方向（Ｘ方向）に沿って配置された隔壁の厚さ、Ｔｓ：傾斜隔壁の厚さ、Ｔｖ：一の方向（Ｙ方向）に沿って配置された隔壁の厚さ、１００：ハニカム構造体、１１１：鉄板、１１２：板、１１３：熱電対、Ｘ：他の方向（Ｘ方向）、Ｙ：一の方向（Ｙ方向）。

Claims

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備え、
一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封止された第１のセルと、前記一方の端部が目封止され且つ他方の端部が開口された第２のセルとが交互に配設され、中心軸方向に直交する断面において前記第１のセルの面積が前記第２のセルの面積より大きく構成されてなり、且つ、
前記中心軸方向に直交する断面において、一の方向（Ｙ方向）に沿って配置された前記隔壁の厚さ（Ｔｖ）と、前記一の方向に直交する他の方向（Ｘ方向）に沿って配置された前記隔壁の厚さ（Ｔｈ）との関係が、「１．０５≦Ｔｖ／Ｔｈ≦２．００」であるハニカム構造体。
前記Ｔｈが、「２５０μｍ≦Ｔｈ≦３８０μｍ」である請求項１に記載のハニカム構造体。
前記中心軸方向に直交する断面において、前記第１のセルの開口部分の前記他の方向における開口部分の幅（Ｗ１ｘ）と、前記第１のセルの開口部分の前記一の方向における開口部分の幅（Ｗ１ｙ）との関係が、「１≦Ｗ１ｙ／Ｗ１ｘ≦１．５５」である請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
前記中心軸方向に直交する断面において、前記第２のセルの開口部分の前記他の方向における開口部分の幅（Ｗ２ｘ）と、前記第２のセルの開口部分の前記一の方向における開口部分の幅（Ｗ２ｙ）との関係が、「１≦Ｗ２ｙ／Ｗ２ｘ≦１．７」である請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカム構造体。