JP2013039514A - ハニカム構造体 - Google Patents

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Abstract

【課題】高温環境下において破損することを抑制可能なハニカム構造体を提供する。
【解決手段】ハニカム構造体１００は、多孔質の隔壁１２０により仕切られた互いに平行な複数の流路１０５を有し、流路１０５の軸方向に垂直な流路１０５の断面が、弧状の角部を有する多角形状であり、複数の流路１０５が、ハニカム構造体１００の中心部Ｐ１１に配置された流路１０５ａと、流路１０５ａよりもハニカム構造体１００の外周側に配置された流路１０５ｂと、を有し、流路１０５ｂの角部の曲率半径が、流路１０５ａの角部の曲率半径よりも大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハニカム構造体に関する。
ハニカム構造体は、被捕集物を含む流体から当該被捕集物を除去するセラミックスフィルタとして用いられており、例えば、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関から排気される排気ガスを浄化するための排ガスフィルタや、飲食物の濾過に用いる濾過フィルタとして用いられている。このようなハニカム構造体は、多孔質の隔壁により仕切られた互いに平行な複数の流路を有している（例えば、下記特許文献１参照）。
特開２００５−２７０７５５号公報
ところで、ハニカム構造体が高温に曝されてハニカム構造体に熱応力が負荷されると、ハニカム構造体が破損してしまう場合がある。そのため、従来のハニカム構造体に対しては、ハニカム構造体が高温に曝される場合においてハニカム構造体に負荷される熱応力を低減し、ハニカム構造体が破損することを抑制することが求められている。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、高温環境下において破損することを抑制可能なハニカム構造体を提供することを目的とする。
本発明者は、互いに平行な複数の流路を有するハニカム構造体について鋭意検討した結果、ハニカム構造体が高温に曝される場合に、ハニカム構造体の中心部に比して、当該中心部よりもハニカム構造体の外周側に位置する部分が破損し易い傾向があることを見出した。また、本発明者は、流路の軸方向に垂直な流路の断面が、弧状の角部を有する多角形状である場合において、上記中心部に配置された流路における上記角部の曲率半径と、上記外周側に位置する部分に配置された流路における上記角部の曲率半径とを調整することにより、上記課題を解決可能であることを見出した。
すなわち、本発明に係るハニカム構造体は、多孔質の隔壁により仕切られた互いに平行な複数の流路を有するハニカム構造体であって、流路の軸方向に垂直な流路の断面が、弧状の角部を有する多角形状であり、複数の流路が、ハニカム構造体の中心部に配置された第１の流路と、当該第１の流路よりもハニカム構造体の外周側に配置された第２の流路と、を有し、第２の流路の角部の曲率半径が、第１の流路の角部の曲率半径よりも大きい。
本発明に係るハニカム構造体では、第１の流路よりもハニカム構造体の外周側に配置された第２の流路の角部の曲率半径が、第１の流路の角部の曲率半径よりも大きい。これにより、第２の流路では、第１の流路に比して、流路を構成する隔壁に均一に熱応力が負荷され易くなり、隔壁の特定の部分に局所的に熱応力が負荷されることが抑制される。そのため、本発明に係るハニカム構造体では、従来のハニカム構造体において中心部よりも破損し易い傾向にある外周側の領域に熱応力が負荷される場合であっても、当該領域が破損することが抑制される。したがって、本発明に係るハニカム構造体では、ハニカム構造体が破損することを抑制することができる。
第１の流路の断面において、第１の流路の水力直径（水力相当径、hydraulic diameter）に対する第１の流路の角部の曲率半径の比率（第１の流路の角部の曲率半径／第１の流路の水力直径）は、０．０１〜０．３０であることが好ましい。この場合、ハニカム構造体が破損することを更に抑制することができる。なお、本明細書において「流路の水力直径」とは、対象となる流路の断面における断面積と同等の断面積を有する真円の直径をいう。
第２の流路の断面において、第２の流路の水力直径に対する第２の流路の角部の曲率半径の比率（第２の流路の角部の曲率半径／第２の流路の水力直径）は、０．０１〜０．８０であることが好ましい。この場合、ハニカム構造体が破損することを更に抑制することができる。
隔壁は、チタン酸アルミニウムを含んでいてもよい。この場合、ハニカム構造体が破損することを更に抑制することができる。
本発明に係るハニカム構造体において、複数の流路のうちの一部の一端及び複数の流路のうちの残部の他端が封口されていてもよい。
本発明に係るハニカム構造体によれば、高温環境下（例えば８００℃以上の温度）において当該ハニカム構造体が破損することを抑制することができる。
図１は、本発明の第１実施形態に係るハニカム構造体を模式的に示す図である。 図２は、図１の領域Ａ１，Ａ２を拡大して示す図である。 図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係るハニカム構造体を模式的に示す図である。 図５は、図４の領域Ｂ１，Ｂ２を拡大して示す図である。 図６は、図４のＶＩ−ＶＩ矢視図である。 図７は、ハニカム構造体の端面における要部の写真を示す図である。
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
＜ハニカム構造体＞
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るハニカム構造体を模式的に示す図である。図２は、図１の領域Ａ１，Ａ２を拡大して示す図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。ハニカム構造体１００は、図１〜３に示すように、互いに略平行に配置された複数の流路１０５を有する円柱体である。複数の流路１０５は、ハニカム構造体１００の中心軸に略平行に伸びる隔壁１２０により仕切られている。
複数の流路１０５は、ハニカム構造体１００の中心部Ｐ１１に配置された流路１０５ａ（第１の流路、中心側流路）と、流路１０５ａよりもハニカム構造体１００の外周側の領域Ｐ１２に配置された流路１０５ｂ（第２の流路、外周側流路）と、を有している。なお、本明細書において「中心部に配置された流路」とは、ハニカム構造体の外径（流路の軸方向に垂直な方向のハニカム構造体の最大厚み）の中間点近傍に配置された流路を意味し、例えば、ハニカム構造体の中心からハニカム構造体の外径の３０％の厚さの領域に配置された流路である。また、本明細書において「外周側の領域に配置された流路」は、上記中心部よりもハニカム構造体の外周側に配置された流路であればよく、例えば、ハニカム構造体の外周からハニカム構造体の外径の３０％の深さまでの領域に配置された流路である。
流路１０５ａ及び流路１０５ｂのそれぞれは、複数の流路１１０ａと、流路１１０ａに隣接する複数の流路１１０ｂとを有している。流路１１０ａ及び流路１１０ｂは、ハニカム構造体１００の両端面に略垂直に伸びている。
流路１０５のうちの一部を構成する流路１１０ａの一端は、ハニカム構造体１００の一端面１００ａにおいて封口部１３０により封口されており、流路１１０ａの他端は、ハニカム構造体１００の他端面１００ｂにおいて開口している。一方、複数の流路１０５のうちの残部を構成する流路１１０ｂの一端は、一端面１００ａにおいて開口しており、流路１１０ｂの他端は、他端面１００ｂにおいて封口部１３０により封口されている。ハニカム構造体１００において、流路１１０ｂにおける一端面１００ａ側の端部はガス流入口として開口しており、流路１１０ａにおける他端面１００ｂ側の端部はガス流出口として開口している。
流路１１０ａ及び流路１１０ｂの軸方向（長手方向）に略垂直な断面は、弧状の角部を有する多角形状であり、例えば六角形状である。流路１１０ａの断面を構成する辺のそれぞれに接する仮想六角形Ｈ１１（図２参照）は、被捕集物を含む流体がガス流入側の流路からガス流出側の流路へ均等に流れ易くなることにより被捕集物の堆積時の圧力損失を低減し易くなる観点から、辺１４０の長さが互いに略等しい正六角形であることが好ましいが、扁平六角形であってもよい。
流路１１０ｂの断面を構成する辺のそれぞれに接する仮想六角形Ｈ１２（図２参照）は、例えば扁平六角形であるが、正六角形であってもよい。仮想六角形Ｈ１２において互いに対向する辺の長さは、互いに略等しい。仮想六角形Ｈ１２は、互いに長さの略等しい二つ（一対）の長辺（第１の辺）１５０ａと、互いに長さの略等しい四つ（二対）の短辺（第２の辺）１５０ｂと、を有している。短辺１５０ｂは、長辺１５０ａの両側にそれぞれ配置されている。長辺１５０ａ同士は、互いに略平行に対向しており、短辺１５０ｂ同士は、互いに略平行に対向している。長辺１５０ａの長さは、短辺１５０ｂの長さよりも長く調整されている。
流路１０５は、１つの流路１１０ａと、当該流路１１０ａを囲む６つの流路１１０ｂとを含む構成単位を複数有している。当該構成単位において、流路１１０ａに接する仮想六角形Ｈ１１の辺１４０のそれぞれは、流路１１０ｂに接する仮想六角形Ｈ１２の長辺１５０ａと略平行に対向している。仮想六角形Ｈ１２の短辺１５０ｂのそれぞれは、隣接する流路１１０ｂに接する仮想六角形Ｈ１２の短辺１５０ｂと略平行に対向している。上記構成単位を複数する流路１０５において、隣接する流路１１０ａの間に一つの流路１１０ｂが配置されることにより、流路１１０ａの配列方向において流路１１０ａと流路１１０ｂとが交互に配置されている。
流路１１０ａ，１１０ｂの軸方向におけるハニカム構造体１００の長さは、例えば５０〜３００ｍｍである。ハニカム構造体１００の外径は、例えば５０〜２５０ｍｍである。流路１１０ａ，１１０ｂの密度（セル密度）は、例えば５０〜４００ｃｐｓｉ（cell per square inch）である。なお、「ｃｐｓｉ」は、１平方インチ当たりの流路（セル）の数を表す。流路１１０ａ，１１０ｂの軸方向に略垂直なハニカム構造体１００の断面において、流路１１０ｂの合計面積は、流路１１０ａの合計面積よりも大きいことが好ましい。
仮想六角形Ｈ１１における辺１４０の長さは、燃焼再生においてハニカム構造体に生じる熱応力を更に低減する観点から、０．２〜２．０ｍｍが好ましく、０．４〜１．６ｍｍがより好ましい。仮想六角形Ｈ１２における長辺１５０ａの長さは、燃焼再生においてハニカム構造体に生じる熱応力を更に低減する観点から、０．４〜２．０ｍｍが好ましく、０．４〜１．６ｍｍがより好ましい。仮想六角形Ｈ１２における短辺１５０ｂの長さは、燃焼再生においてハニカム構造体に生じる熱応力を更に低減する観点から、０．３〜２．０ｍｍが好ましく、０．５〜１．０ｍｍがより好ましい。
外周側の領域Ｐ１２（図２（ｂ））における流路１０５ｂの角部の曲率半径は、中心部Ｐ１１（図２（ａ））における流路１０５ａの角部の曲率半径よりも大きくなるように調整されている。例えば、ハニカム構造体１００を流路１０５の軸方向に垂直に切断した断面において、領域Ｐ１２における流路１１０ｂの角部Ｃ１２１の曲率半径Ｒ１２１や角部Ｃ１２２の曲率半径Ｒ１２２は、中心部Ｐ１１における流路１１０ｂの角部Ｃ１１１の曲率半径Ｒ１１１や角部Ｃ１１２の曲率半径Ｒ１１２よりも大きく、中心部Ｐ１１における流路１１０ａの角部Ｃ１１３の曲率半径Ｒ１１３よりも大きい。同様に、ハニカム構造体１００を流路１０５の軸方向に垂直に切断した断面において、領域Ｐ１２における流路１１０ａの角部Ｃ１２３の曲率半径Ｒ１２３は、中心部Ｐ１１における流路１１０ｂの角部Ｃ１１１の曲率半径Ｒ１１１や角部Ｃ１１２の曲率半径Ｒ１１２よりも大きく、中心部Ｐ１１における流路１１０ａの角部Ｃ１１３の曲率半径Ｒ１１３よりも大きい。
それぞれの流路１０５ａの断面において、流路１０５ａの水力直径に対する流路１０５ａの角部の曲率半径の比率は、流路１０５ａの水力直径を１として、０．０１以上が好ましく、０．０５以上がより好ましい。流路１０５ａの水力直径に対する流路１０５ａの角部の曲率半径の比率は、０．３０以下が好ましく、０．２５以下がより好ましい。流路１０５ａの水力直径は、例えば０．５〜３．０ｍｍである。それぞれの流路１０５ｂの断面において、流路１０５ｂの水力直径に対する流路１０５ｂの角部の曲率半径の比率は、流路１０５ｂの水力直径を１として、０．０１以上が好ましく、０．１０以上がより好ましい。流路１０５ｂの水力直径に対する流路１０５ｂの角部の曲率半径の比率は、０．８０以下が好ましく、０．５０以下がより好ましい。流路１０５ｂの水力直径は、例えば０．５〜３．０ｍｍである。
隔壁１２０は、流路１１０ａ及び流路１１０ｂを仕切る部分として隔壁１２０ａを有しており、互いに隣接する流路１１０ｂ同士を仕切る部分として隔壁１２０ｂを有している。
隔壁１２０ａの厚み（辺１４０及び長辺１５０ａ間の距離）は、圧力損失を更に低減する観点から、１．０ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以下がより好ましい。隔壁１２０ａの厚みは、被捕集物の捕集効率及びハニカム構造体１００の強度を高く維持する観点から、０．０１ｍｍ以上が好ましく、０．１ｍｍ以上がより好ましい。隔壁１２０ｂの厚み（互いに対向する短辺１５０ｂ間の距離）は、圧力損失を更に低減する観点から、２．０ｍｍ以下が好ましく、１．０ｍｍ以下がより好ましい。隔壁１２０ｂの厚みは、被捕集物の捕集効率及びハニカム構造体１００の強度を高く維持する観点から、０．１ｍｍ以上が好ましく、０．２ｍｍ以上がより好ましい。
隔壁１２０の気孔率は、圧力損失を更に低減する観点から、２０体積％以上が好ましく、３０体積％以上がより好ましい。隔壁１２０の気孔率は、燃焼再生においてハニカム構造体に生じる熱応力を更に低減する観点から、６０体積％以下が好ましく、５０体積％以下がより好ましい。隔壁１２０の気孔率は、原料の粒子径、孔形成剤の添加量、孔形成剤の種類、焼成条件により調整可能であり、水銀圧入法により測定することができる。
隔壁１２０の気孔径（細孔直径）は、５〜３０μｍが好ましく、１０〜２０μｍがより好ましい。隔壁１２０の気孔径は、原料の粒子径、孔形成剤の添加量、孔形成剤の種類、焼成条件により調整可能であり、水銀圧入法により測定することができる。
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係るハニカム構造体を模式的に示す図である。図５は、図４の領域Ｂ１，Ｂ２を拡大して示す図である。図６は、図４のＶＩ−ＶＩ矢視図である。ハニカム構造体２００は、図４〜６に示すように、互いに略平行に配置された複数の流路２０５を有する円柱体である。複数の流路２０５は、ハニカム構造体２００の中心軸に略平行に伸びる隔壁２２０により仕切られている。
複数の流路２０５は、ハニカム構造体２００の中心部Ｐ２１に配置された流路２０５ａ（第１の流路、中心側流路）と、流路２０５ａよりもハニカム構造体２００の外周側の領域Ｐ２２に配置された流路２０５ｂ（第２の流路、外周側流路）と、を有している。
流路２０５ａ及び流路２０５ｂのそれぞれは、複数の流路２１０ａと、流路２１０ａに隣接する複数の流路２１０ｂとを有している。流路２１０ａ及び流路２１０ｂは、ハニカム構造体２００の両端面に略垂直に伸びている。
流路２０５のうちの一部を形成する流路２１０ａの一端は、ハニカム構造体２００の一端面２００ａにおいて封口部２３０により封口されており、流路２１０ａの他端は、ハニカム構造体２００の他端面２００ｂにおいて開口している。一方、複数の流路２０５のうちの残部を形成する流路２１０ｂの一端は、一端面２００ａにおいて開口しており、流路２１０ｂの他端は、他端面２００ｂにおいて封口部２３０により封口されている。ハニカム構造体２００において、流路２１０ｂにおける一端面２００ａ側の端部はガス流入口として開口しており、流路２１０ａにおける他端面２００ｂ側の端部はガス流出口として開口している。
流路２１０ａ及び流路２１０ｂの軸方向（長手方向）に略垂直な断面は、弧状の角部を有する多角形状であり、例えば六角形状である。流路２１０ａの断面を構成する辺のそれぞれに接する仮想六角形Ｈ２１（図５参照）は、被捕集物を含む流体がガス流入側の流路からガス流出側の流路へ均等に流れ易くなることにより被捕集物の堆積時の圧力損失を低減し易くなる観点から、辺２４０の長さが互いに略等しい正六角形であることが好ましいが、扁平六角形であってもよい。
流路２１０ｂの断面を構成する辺のそれぞれに接する仮想六角形Ｈ２２（図５参照）は、例えば扁平六角形であるが、正六角形であってもよい。仮想六角形Ｈ２２において互いに対向する辺の長さは、互いに異なっている。仮想六角形Ｈ２２は、互いに長さの略等しい三つの長辺（第１の辺）２５０ａと、互いに長さの略等しい三つの短辺（第２の辺）２５０ｂと、を有している。長辺２５０ａ及び短辺２５０ｂは、互いに略平行に対向しており、短辺２５０ｂは、長辺２５０ａの両側にそれぞれ配置されている。長辺２５０ａの長さは、短辺２５０ｂの長さよりも長く調整されている。
流路２０５は、１つの流路２１０ａと、当該流路２１０ａを囲む６つの流路２１０ｂとを含む構成単位を複数有している。当該構成単位において、流路２１０ａに接する仮想六角形Ｈ２１の辺２４０のそれぞれは、流路２１０ｂに接する仮想六角形Ｈ２２の長辺２５０ａと略平行に対向している。仮想六角形Ｈ２２の短辺２５０ｂのそれぞれは、隣接する流路２１０ｂに接する仮想六角形Ｈ２２の短辺２５０ｂと略平行に対向している。
上記構成単位を複数する流路２０５において、隣接する流路２１０ａの間には、当該流路２１０ａの配列方向に略直交する方向に隣接する二つの流路２１０ｂが配置されており、当該隣接する二つの流路２１０ｂは、隣接する流路２１０ａの断面の中心同士を結ぶ線を挟んで対称に配置されている。また、１つの流路２１０ｂは、３つの流路２１０ａに囲まれている。
流路２１０ａ，２１０ｂの軸方向におけるハニカム構造体２００の長さは、例えば５０〜３００ｍｍである。ハニカム構造体２００の外径は、例えば５０〜２５０ｍｍである。流路２１０ａ，２１０ｂの密度（セル密度）は、例えば５０〜４００ｃｐｓｉである。流路２１０ａ，２１０ｂの軸方向に略垂直なハニカム構造体２００の断面において、流路２１０ｂの合計面積は、流路２１０ａの合計面積よりも大きいことが好ましい。
仮想六角形Ｈ２１における辺２４０の長さは、燃焼再生においてハニカム構造体に生じる熱応力を更に低減する観点から、０．２〜２．０ｍｍが好ましく、０．４〜１．６ｍｍがより好ましい。仮想六角形Ｈ２２における長辺２５０ａの長さは、燃焼再生においてハニカム構造体に生じる熱応力を更に低減する観点から、０．４〜２．０ｍｍが好ましく、０．４〜１．６ｍｍがより好ましい。仮想六角形Ｈ２２における短辺２５０ｂの長さは、燃焼再生においてハニカム構造体に生じる熱応力を更に低減する観点から、０．３〜２．０ｍｍが好ましく、０．５〜１．０ｍｍがより好ましい。
外周側の領域Ｐ２２（図５（ｂ））における流路２０５ｂの角部の曲率半径は、中心部Ｐ２１（図５（ａ））における流路２０５ａの角部の曲率半径よりも大きくなるように調整されている。例えば、ハニカム構造体２００を流路２０５の軸方向に垂直に切断した断面において、領域Ｐ２２における流路２１０ｂの角部Ｃ２２１の曲率半径Ｒ２２１や角部Ｃ２２２の曲率半径Ｒ２２２は、中心部Ｐ２１における流路２１０ｂの角部Ｃ２１１の曲率半径Ｒ２１１や角部Ｃ２１２の曲率半径Ｒ２１２よりも大きく、中心部Ｐ２１における流路２１０ａの角部Ｃ２１３の曲率半径Ｒ２１３よりも大きい。同様に、ハニカム構造体２００を流路２０５の軸方向に垂直に切断した断面において、領域Ｐ２２における流路２１０ａの角部Ｃ２２３の曲率半径Ｒ２２３は、中心部Ｐ２１における流路２１０ｂの角部Ｃ２１１の曲率半径Ｒ２１１や角部Ｃ２１２の曲率半径Ｒ２１２よりも大きく、中心部Ｐ２１における流路２１０ａの角部Ｃ２１３の曲率半径Ｒ２１３よりも大きい。
それぞれの流路２０５ａの断面において、流路２０５ａの水力直径に対する流路２０５ａの角部の曲率半径の比率は、流路２０５ａの水力直径を１として、０．０１以上が好ましく、０．０５以上がより好ましい。流路２０５ａの水力直径に対する流路２０５ａの角部の曲率半径の比率は、０．３０以下が好ましく、０．２５以下がより好ましい。流路２０５ａの水力直径は、例えば０．５〜３．０ｍｍである。それぞれの流路２０５ｂの断面において、流路２０５ｂの水力直径に対する流路２０５ｂの角部の曲率半径の比率は、流路２０５ｂの水力直径を１として、０．０１以上が好ましく、０．１０以上がより好ましい。流路２０５ｂの水力直径に対する流路２０５ｂの角部の曲率半径の比率は、０．８０以下が好ましく、０．５０以下がより好ましい。流路２０５ｂの水力直径は、例えば０．５〜３．０ｍｍである。
隔壁２２０は、流路２１０ａ及び流路２１０ｂを仕切る部分として隔壁２２０ａを有しており、互いに隣接する流路２１０ｂ同士を仕切る部分として隔壁２２０ｂを有している。
隔壁２２０ａの厚み（辺２４０及び長辺２５０ａ間の距離）は、圧力損失を更に低減する観点から、１．０ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以下がより好ましい。隔壁２２０ａの厚みは、被捕集物の捕集効率及びハニカム構造体２００の強度を高く維持する観点から、０．０１ｍｍ以上が好ましく、０．１ｍｍ以上がより好ましい。隔壁２２０ｂの厚み（互いに対向する短辺２５０ｂ間の距離）は、圧力損失を更に低減する観点から、２．０ｍｍ以下が好ましく、１．０ｍｍ以下がより好ましい。隔壁２２０ｂの厚みは、被捕集物の捕集効率及びハニカム構造体２００の強度を高く維持する観点から、０．１ｍｍ以上が好ましく、０．２ｍｍ以上がより好ましい。
隔壁２２０の気孔率は、圧力損失を更に低減する観点から、２０体積％以上が好ましく、３０体積％以上がより好ましい。隔壁２２０の気孔率は、燃焼再生においてハニカム構造体に生じる熱応力を更に低減する観点から、６０体積％以下が好ましく、５０体積％以下がより好ましい。隔壁２２０の気孔率は、原料の粒子径、孔形成剤の添加量、孔形成剤の種類、焼成条件により調整可能であり、水銀圧入法により測定することができる。
隔壁２２０の気孔径（細孔直径）は、５〜３０μｍが好ましく、１０〜２０μｍがより好ましい。隔壁２２０の気孔径は、原料の粒子径、孔形成剤の添加量、孔形成剤の種類、焼成条件により調整可能であり、水銀圧入法により測定することができる。
上記ハニカム構造体１００，２００において隔壁は、多孔質であり、例えば多孔質セラミックス（多孔質セラミックス焼結体）を含んでいる。隔壁は、流体（例えば、すす等の微粒子を含む排ガス）が透過できるような構造を有している。具体的には、流体が通過し得る多数の連通孔（流通経路）が隔壁内に形成されている。
隔壁は、チタン酸アルミニウムを含んでいてもよく、マグネシウムやケイ素を更に含んでいてもよい。隔壁は、例えば、主にチタン酸アルミニウム系結晶からなる多孔性のセラミックスから形成されている。「主にチタン酸アルミニウム系結晶からなる」とは、チタン酸アルミニウム系セラミックス焼成体を構成する主結晶相がチタン酸アルミニウム系結晶相であることを意味し、チタン酸アルミニウム系結晶相は、例えば、チタン酸アルミニウム結晶相、チタン酸アルミニウムマグネシウム結晶相等であってもよい。
隔壁がマグネシウムを含有する場合、隔壁の組成式は、例えばＡｌ２（１−ｘ）ＭｇｘＴｉ（１＋ｘ）Ｏ５であり、ｘの値は、０．０３以上が好ましく、０．０３〜０．２０がより好ましく、０．０３〜０．１８が更に好ましい。隔壁は、原料由来の微量成分又は製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。
隔壁がケイ素を含有する場合、隔壁は、ケイ素源粉末由来のガラス相を含んでいてもよい。ガラス相は、ＳｉＯ２が主要成分である非晶質相を指す。この場合、ガラス相の含有量は、４質量％以下であることが好ましい。ガラス相の含有量が４質量％以下であることにより、パティキュレートフィルタ等のセラミックスフィルタに要求される細孔特性を充足するチタン酸アルミニウム系セラミックス焼成体が得られ易くなる。ガラス相の含有量は、２質量％以上であることが好ましい。
隔壁は、チタン酸アルミニウム系結晶相やガラス相以外の相（結晶相）を含んでいてもよい。このようなチタン酸アルミニウム系結晶相以外の相としては、チタン酸アルミニウム系セラミックス焼成体の作製に用いる原料由来の相等を挙げることができる。原料由来の相とは、より具体的には、ハニカム構造体の製造に際してチタン酸アルミニウム系結晶相を形成することなく残存したアルミニウム源粉末、チタン源粉末及び／又はマグネシウム源粉末由来の相である。原料由来の相としては、アルミナ、チタニア等の相が挙げられる。隔壁を形成する結晶相は、Ｘ線回折スペクトルにより確認することができる。
上記ハニカム構造体は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関からの排ガス中に含まれるすす等の被捕集物を捕集するパティキュレートフィルタとして適する。例えば、ハニカム構造体１００では、図３に示すように、一端面１００ａから流路１１０ｂに供給されたガスＧが隔壁１２０内の連通孔を通過して隣の流路１１０ａに到達し、他端面１００ｂから排出される。このとき、ガスＧ中の被捕集物が隔壁１２０の表面や連通孔内に捕集されてガスＧから除去されることにより、ハニカム構造体１００はフィルタとして機能する。ハニカム構造体２００についても、同様にフィルタとして機能する。
上記ハニカム構造体は、上述のパティキュレートフィルタに用いられるだけでなく、ビール等の飲食物の濾過に用いる濾過フィルタ；石油精製時に生じるガス成分（例えば、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、酸素）を選択的に透過させるための選択透過フィルタ；触媒担体などに用いられる。
なお、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、隔壁は、チタン酸アルミニウムを含むことに限られず、コージェライト、炭化珪素、ムライト等のセラミックスや、金属物質を含んでいてもよい。
また、ハニカム構造体１００において流路１１０ａ及び流路１１０ｂの配置構成や断面構成は上記に限られるものではない。上記ハニカム構造体１００では、辺１４０と長辺１５０ａとが対向すると共に、隣接する流路１１０ｂにおいて短辺１５０ｂ同士が互いに対向しているが、辺１４０と短辺１５０ｂとが対向すると共に、隣接する流路１１０ｂにおいて長辺１５０ａ同士が互いに対向していてもよい。
さらに、互いに対向する辺１４０及び長辺１５０ａの長さが互いに異なっていてもよく、互いに対向する短辺１５０ｂの長さが互いに異なっていてもよい。互いに対向する辺１４０及び長辺１５０ａが略平行に対向しておらず、互いに交差する方向にそれぞれ伸びていてもよい。互いに対向する短辺１５０ｂが略平行に対向しておらず、互いに交差する方向にそれぞれ伸びていてもよい。仮想六角形Ｈ１２が扁平六角形である場合、当該仮想六角形Ｈ１２において、互いに対向する辺の長さが互いに異なっていてもよい。
ハニカム構造体２００において流路２１０ａ及び流路２１０ｂの配置構成や断面構成は上記に限られるものではない。例えば、上記ハニカム構造体２００では、辺２４０と長辺２５０ａとが対向すると共に、隣接する流路２１０ｂにおいて短辺２５０ｂ同士が互いに対向しているが、辺２４０と短辺２５０ｂとが対向すると共に、隣接する流路２１０ｂにおいて長辺２５０ａ同士が互いに対向していてもよい。
さらに、互いに対向する辺２４０及び長辺２５０ａの長さが互いに異なっていてもよく、互いに対向する短辺２５０ｂの長さが互いに異なっていてもよい。互いに対向する辺２４０及び長辺２５０ａが略平行に対向しておらず、互いに交差する方向にそれぞれ伸びていてもよい。互いに対向する短辺２５０ｂが略平行に対向しておらず、互いに交差する方向にそれぞれ伸びていてもよい。仮想六角形Ｈ２２が扁平六角形である場合、仮想六角形Ｈ２２において、互いに対向する辺の長さが互いに略等しくてもよい。
また、流路の軸方向（長手方向）に略垂直な当該流路の断面は、弧状の角部を有する多角形状であればよく、六角形状であることに限定されない。例えば、流路の断面は、矩形状、八角形状、三角形状等であってもよい。さらに、さらに、ハニカム構造体は円柱体であることに限られず、立方体、直方体等であってもよい。また、各流路の両端が封口されていなくてもよい。
＜ハニカム構造体の製造方法＞
ハニカム構造体の製造方法は、例えば、（ａ）セラミックス粉末や添加剤を含む原料混合物を調製する原料調製工程と、（ｂ）原料混合物を成形して、流路を有する成形体を得る成形工程と、（ｃ）成形体を焼成する焼成工程と、を備える。また、ハニカム構造体の製造方法は、（ｄ）成形工程と焼成工程の間、又は、焼成工程の後に、各流路の一端を封口する封口工程を更に備えていてもよい。以下、各工程について説明する。
（工程（ａ）：原料調製工程）
工程（ａ）では、セラミックス粉末と添加剤とを混合した後に混練して原料混合物を調製する。添加剤としては、例えば孔形成剤（造孔剤）、バインダ、可塑剤、分散剤、溶媒が挙げられる。
以下、チタン酸アルミニウムを含む隔壁を備えるハニカム構造体の製造方法を例として説明する。セラミックス粉末は、アルミニウム源粉末及びチタン源粉末を少なくとも含み、マグネシウム源粉末及びケイ素源粉末等を更に含んでいてもよい。
（アルミニウム源粉末）
アルミニウム源粉末は、隔壁を構成するアルミニウム成分となる化合物の粉末である。アルミニウム源粉末としては、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム）の粉末が挙げられる。アルミナの結晶型としては、γ型、δ型、θ型、α型等が挙げられ、不定形（アモルファス）であってもよい。アルミナの結晶型は、α型が好ましい。
アルミニウム源粉末は、単独で空気中で焼成することによりアルミナに導かれる化合物の粉末であってもよい。かかる化合物としては、例えばアルミニウム塩、アルミニウムアルコキシド、水酸化アルミニウム、金属アルミニウム等が挙げられる。
アルミニウム塩は、無機酸とのアルミニウム無機塩であってもよく、有機酸とのアルミニウム有機塩であってもよい。アルミニウム無機塩の具体例としては、例えば、硝酸アルミニウム、硝酸アンモニウムアルミニウム等のアルミニウム硝酸塩；炭酸アンモニウムアルミニウム等のアルミニウム炭酸塩などが挙げられる。アルミニウム有機塩としては、例えば、蓚酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、ステアリン酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、ラウリン酸アルミニウム等が挙げられる。
アルミニウムアルコキシドの具体例としては、例えば、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムエトキシド、アルミニウムｓｅｃ−ブトキシド、アルミニウムｔｅｒｔ−ブトキシド等が挙げられる。
水酸化アルミニウムの結晶型としては、例えば、ギブサイト型、バイヤライト型、ノロソトランダイト型、ベーマイト型、擬ベーマイト型等が挙げられ、不定形（アモルファス）であってもよい。アモルファスの水酸化アルミニウムとしては、例えば、アルミニウム塩、アルミニウムアルコキシド等のような水溶性アルミニウム化合物の水溶液を加水分解して得られるアルミニウム加水分解物が挙げられる。
アルミニウム源粉末は、１種又は２種以上のいずれでもよい。アルミニウム源粉末は、その原料由来あるいは製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。
アルミニウム源粉末は、好ましくはアルミナ粉末であり、より好ましくはα型のアルミナ粉末である。
アルミニウム源粉末において、レーザ回折法により測定される体積基準の累積百分率５０％相当粒径（中心粒径、Ｄ５０）は、好ましくは２０〜６０μｍである。アルミニウム源粉末のＤ５０をこの範囲内に調整することにより、優れた多孔性を示すチタン酸アルミニウム系セラミックス焼成体が得られると共に、焼成収縮率をより効果的に低減させることができる。アルミニウム源粉末のＤ５０は、より好ましくは２５〜６０μｍである。
（チタン源粉末）
チタン源粉末は、隔壁を構成するチタン成分となる化合物の粉末であり、例えば酸化チタンの粉末である。酸化チタンは、例えば、酸化チタン（ＩＶ）、酸化チタン（ＩＩＩ）、酸化チタン（ＩＩ）であり、好ましくは酸化チタン（ＩＶ）である。酸化チタン（ＩＶ）の結晶型は、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型である。酸化チタンは不定形（アモルファス）であってもよい。酸化チタンは、より好ましくはアナターゼ型やルチル型の酸化チタン（ＩＶ）である。
チタン源粉末は、単独で空気中で焼成することによりチタニア（酸化チタン）に導かれる化合物の粉末であってもよく、例えば、チタニウム塩、チタニウムアルコキシド、水酸化チタニウム、窒化チタン、硫化チタン、チタン金属である。
チタニウム塩は、例えば三塩化チタン、四塩化チタン、硫化チタン（ＩＶ）、硫化チタン（ＶＩ）、硫酸チタン（ＩＶ）である。チタニウムアルコキシドは、例えばチタン（ＩＶ）エトキシド、チタン（ＩＶ）メトキシド、チタン（ＩＶ）ｔ−ブトキシド、チタン（ＩＶ）イソブトキシド、チタン（ＩＶ）ｎ−プロポキシド、チタン（ＩＶ）テトライソプロポキシド、及び、これらのキレート化物である。
チタン源粉末は、１種又は２種以上のいずれでもよい。チタン源粉末は、その原料由来あるいは製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。
チタン源粉末は、好ましくは酸化チタン粉末であり、より好ましくは酸化チタン（ＩＶ）粉末である。
チタン源粉末において、レーザ回折法により測定される体積基準の累積百分率５０％相当粒径（Ｄ５０）は、好ましくは０．１〜２５μｍである。チタン源粉末のＤ５０は、充分に低い焼成収縮率を達成するため、より好ましくは１〜２０μｍである。
チタン源粉末は、バイモーダルな粒径分布を示すことがある。このようなバイモーダルな粒径分布を示すチタニウム源粉末を用いる場合、レーザ回折法により測定される粒径が大きい方のピークを形成する粒子の粒径は、好ましくは２０〜５０μｍである。
レーザ回折法により測定されるチタン源粉末のモード径は、通常０．１〜６０μｍである。
原料混合物中におけるＡｌ2Ｏ3（アルミナ）換算でのアルミニウム源粉末とＴｉＯ2（チタニア）換算でのチタン源粉末のモル比（アルミニウム源粉末：チタン源粉末）は、好ましくは３５：６５〜４５：５５であり、より好ましくは４０：６０〜４５：５５である。このような範囲内で、チタン源粉末をアルミニウム源粉末に対して過剰に用いることにより、原料混合物の成形体の焼成収縮率をより効果的に低減させることが可能となる。
（マグネシウム源粉末）
原料混合物は、マグネシウム源粉末を更に含有していてもよい。原料混合物がマグネシウム源粉末を含む場合、得られるチタン酸アルミニウム系セラミックス焼成体は、チタン酸アルミニウムマグネシウム結晶を含む焼成体である。マグネシウム源粉末は、マグネシア（酸化マグネシウム）の粉末のほか、単独で空気中で焼成することによりマグネシアに導かれる化合物の粉末である。このような化合物は、例えば、マグネシウム塩、マグネシウムアルコキシド、水酸化マグネシウム、窒化マグネシウム、金属マグネシウムである。
マグネシウム塩は、例えば塩化マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、リン酸マグネシウム、ピロりん酸マグネシウム、蓚酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、クエン酸マグネシウム、乳酸マグネシウム、ステアリン酸マグネシウム、サリチル酸マグネシウム、ミリスチン酸マグネシウム、グルコン酸マグネシウム、ジメタクリル酸マグネシウム、安息香酸マグネシウムである。
マグネシウムアルコキシドは、例えばマグネシウムメトキシド、マグネシウムエトキシド等である。
マグネシウム源粉末として、マグネシウム源とアルミニウム源とを兼ねた化合物の粉末を用いることができる。このような化合物は、例えば、マグネシアスピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）である。
マグネシウム源粉末として、マグネシウム源とアルミニウム源とを兼ねた化合物の粉末を用いる場合、アルミニウム源粉末のＡｌ2Ｏ3（アルミナ）換算量、及び、マグネシウム源とアルミニウム源とを兼ねた化合物粉末に含まれるＡｌ成分のＡｌ2Ｏ3（アルミナ）換算量の合計量と、チタニウム源粉末のＴｉＯ2（チタニア）換算量とのモル比が、原料混合物中において上記範囲内となるように調整される。
マグネシウム源粉末は、１種又は２種以上のいずれでもよい。マグネシウム源粉末は、その原料由来あるいは製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。
マグネシウム源粉末において、レーザ回折法により測定される体積基準の累積百分率５０％相当粒径（Ｄ５０）は、好ましくは０．５〜３０μｍである。マグネシウム源粉末のＤ５０は、成形体の焼成収縮率を低減する観点から、より好ましくは３〜２０μｍである。
原料混合物中におけるＭｇＯ（マグネシア）換算でのマグネシウム源粉末の含有量は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）換算でのアルミニウム源粉末とＴｉＯ２（チタニア）換算でのチタニウム源粉末との合計量に対して、モル比で、好ましくは０．０３〜０．１５であり、より好ましくは０．０３〜０．１２である。マグネシウム源粉末の含有量をこの範囲内に調整することにより、耐熱性がより向上された、大きい気孔径及び気孔率を有するチタン酸アルミニウム系セラミックス焼成体を比較的容易に得ることができる。
（ケイ素源粉末）
原料混合物は、ケイ素源粉末を更に含有していてもよい。ケイ素源粉末は、シリコン成分となってチタン酸アルミニウム系セラミックス焼成体に含まれる化合物の粉末であり、ケイ素源粉末の併用により、耐熱性がより向上されたチタン酸アルミニウム系セラミックス焼成体を得ることが可能となる。ケイ素源粉末は、例えば、二酸化ケイ素、一酸化ケイ素等の酸化ケイ素（シリカ）の粉末である。
ケイ素源粉末は、単独で空気中で焼成することによりシリカに導かれる化合物の粉末であってもよい。かかる化合物は、例えば、ケイ酸、炭化ケイ素、窒化ケイ素、硫化ケイ素、四塩化ケイ素、酢酸ケイ素、ケイ酸ナトリウム、オルトケイ酸ナトリウム、長石、ガラスフリット、好ましくは長石、ガラスフリットであり、工業的に入手が容易であると共に組成が安定している点で、より好ましくはガラスフリットである。ガラスフリットは、ガラスを粉砕して得られるフレーク又は粉末状のガラスをいう。ケイ素源粉末として、長石とガラスフリットとの混合物からなる粉末を用いることも好ましい。
ガラスフリットを用いる場合、得られるチタン酸アルミニウム系セラミックス焼成体の耐熱分解性をより向上させるという観点から、ガラスフリットの屈伏点は、６００℃以上であることが好ましい。本明細書において、ガラスフリットの屈伏点は、熱機械分析装置（ＴＭＡ：Ｔｈｅｒｍｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を用いて、低温からガラスフリットの膨張を測定し、膨張が止まり、次に収縮が始まる温度（℃）と定義される。
ガラスフリットを構成するガラスには、ケイ酸〔ＳｉＯ2〕を主成分（全成分中５０質量％以上）とする一般的なケイ酸ガラスを用いることができる。ガラスフリットを構成するガラスは、その他の含有成分として、一般的なケイ酸ガラスと同様、アルミナ〔Ａｌ2Ｏ3〕、酸化ナトリウム〔Ｎａ2Ｏ〕、酸化カリウム〔Ｋ2Ｏ〕、酸化カルシウム〔ＣａＯ〕、マグネシア〔ＭｇＯ〕等を含んでいてもよい。また、ガラスフリットを構成するガラスは、ガラス自体の耐熱水性を向上させるために、ＺｒＯ2を含有していてもよい。
ケイ素源粉末は、１種又は２種以上のいずれでもよい。ケイ素源粉末は、その原料由来あるいは製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。
ケイ素源粉末において、レーザ回折法により測定される体積基準の累積百分率５０％相当粒径（Ｄ５０）は、好ましくは０．５〜３０μｍである。ケイ素源粉末のＤ５０は、成形体の充填率をより向上させて機械的強度が更に高い焼成体を得るため、より好ましくは１〜２０μｍである。
原料混合物がケイ素源粉末を含む場合、原料混合物中におけるケイ素源粉末の含有量は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）換算でのアルミニウム源粉末とＴｉＯ２（チタニア）換算でのチタニウム源粉末との合計量１００質量部に対して、ＳｉＯ２（シリカ）換算で、通常０．１〜１０質量部であり、好ましくは０．１〜５質量部である。
ハニカム構造体の製造では、上記マグネシアスピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）等の複合酸化物のように、チタニウム、アルミニウム、ケイ素及びマグネシウムのうち、２つ以上の金属元素を成分とする化合物を原料粉末として用いることができる。この場合、化合物は、それぞれの金属源化合物を混合した原料と同じであると考えることができる。このような考えに基づき、原料混合物中におけるアルミニウム源、チタニウム源、マグネシウム源及びケイ素源の含有量が上記範囲内に調整される。
原料混合物にはチタン酸アルミニウムやチタン酸アルミニウムマグネシウムが含まれていてもよく、例えば、原料混合物の構成成分としてチタン酸アルミニウムマグネシウムを使用する場合、チタン酸アルミニウムマグネシウムは、チタニウム源、アルミニウム源及びマグネシウム源を兼ね備えた原料混合物に相当する。
チタン酸アルミニウムやチタン酸アルミニウムマグネシウムは、本製造方法により得られるハニカム構造体から調製してもよい。例えば、本製造方法により得られたハニカム構造体が破損した場合、破損したハニカム構造体やその破片等を粉砕して使用することができる。粉砕して得られる粉末をチタン酸アルミニウムマグネシウム粉末とすることができる。
（添加剤）
孔形成剤としては、工程（ｃ）において成形体を脱脂・焼成する温度以下で消失する素材によって形成されたものを使用することができる。脱脂や焼成において、孔形成剤を含有する成形体が加熱されると、孔形成剤は燃焼等によって消滅する。これにより、孔形成剤が存在していた箇所に空間ができると共に、この空間同士の間に位置するセラミックス粉末が焼成の際に収縮することにより、流体を流すことができる連通孔を隔壁内に形成することができる。
孔形成剤は、例えば、トウモロコシ澱粉、大麦澱粉、小麦澱粉、タピオカ澱粉、豆澱粉、米澱粉、エンドウ澱粉、サンゴヤシ澱粉、カンナ澱粉、ポテト澱粉（馬鈴薯デンプン）である。孔形成剤の平均粒径は、例えば５〜２５μｍである。原料混合物が孔形成剤を含有する場合、孔形成剤の含有量は、例えば、セラミックス粉末１００質量部に対して１〜２５質量部である。
バインダは、例えば、メチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ナトリウムカルボキシルメチルセルロース等のセルロース類；ポリビニルアルコール等のアルコール類；リグニンスルホン酸塩等の塩；パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等のワックスである。原料混合物におけるバインダの含有量は、例えば、セラミックス粉末１００質量部に対して２０質量部以下である。
可塑剤は、例えばグリセリン等のアルコール類；カプリル酸、ラウリン酸、パルミチン酸、アラギン酸、オレイン酸、ステアリン酸等の高級脂肪酸；ステアリン酸Ａｌ等のステアリン酸金属塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルである。原料混合物における可塑剤の含有量は、例えば、セラミックス粉末１００質量部に対して０〜１０質量部である。
分散剤は、例えば、硝酸、塩酸、硫酸等の無機酸；シュウ酸、クエン酸、酢酸、リンゴ酸、乳酸等の有機酸；メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類；ポリカルボン酸アンモニウムなどの界面活性剤である。原料混合物における分散剤の含有量は、例えば、セラミックス粉末１００質量部に対して０〜２０質量部である。
溶媒は、例えば水であり、不純物が少ない点で、イオン交換水が好ましい。原料混合物が溶媒を含有する場合、溶媒の含有量は、例えば、セラミックス粉末１００質量部に対して１０〜１００質量部である。
（工程（ｂ）：成形工程）
工程（ｂ）では、複数の流路が形成されたハニカム構造体をセラミックス成形体として得る。工程（ｂ）では、例えば、一軸押出機により原料混合物を混練しながらダイから押し出す、いわゆる押出成形法を採用することができる。
（工程（ｃ）：焼成工程）
工程（ｃ）では、成形体の焼成前に、成形体中（原料混合物中）に含まれる孔形成剤等を除去するための脱脂（仮焼）が行われてもよい。脱脂は、酸素濃度０．１％以下の雰囲気下で行われる。
本明細書において酸素濃度の単位として用いられる「％」は、「体積％」を意味する。脱脂工程（昇温時）の酸素濃度を０．１％以下の濃度に管理することにより、有機物の発熱が抑えられ、脱脂後の割れを抑制することができる。脱脂においては、脱脂が酸素濃度０．１％以下の雰囲気中で行われることにより、孔形成剤等の有機成分の一部が除去され、残部が炭化されてセラミック成形体中に残存することが好ましい。このように、セラミックス成形体中に微量のカーボンが残存することで、成形体の強度が向上し、セラミックス成形体の焼成工程への仕込みが容易になる。このような雰囲気としては、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気や、一酸化炭素ガス、水素ガス等のような還元性ガス雰囲気、真空中等が挙げられる。また、水蒸気分圧を低くした雰囲気中で焼成を行なってもよく、炭と一緒に蒸し込んで酸素濃度を低減させてもよい。
脱脂の最高温度は、好ましくは７００〜１１００℃であり、より好ましくは８００〜１０００℃である。脱脂の最高温度を従来の６００〜７００℃程度から、７００〜１１００℃に上昇させることで、粒成長によって、脱脂後のセラミックス成形体の強度が向上するため、セラミックス成形体の焼成への仕込みが容易になる。また、脱脂は、セラミックス成形体の割れを防止するために、最高温度に到達するまでの昇温速度を極力抑えることが好ましい。
脱脂は、管状電気炉、箱型電気炉、トンネル炉、遠赤外線炉、マイクロ波加熱炉、シャフト炉、反射炉、ロータリー炉、ローラーハース炉、ガス燃焼炉等の通常の焼成に用いられるものと同様の炉を用いて行なわれる。脱脂は回分式で行なってもよいし、連続式で行なってもよい。また、脱脂は静置式で行なってもよいし、流動式で行なってもよい。
脱脂に要する時間は、セラミックス成形体中に含まれる有機成分の一部が消失するのに充分な時間であればよく、好ましくは、セラミックス成形体中に含まれる有機成分の９０〜９９質量％が消失する時間である。具体的には、原料混合物の量、脱脂に用いる炉の形式、温度条件、雰囲気等により異なるが、最高温度でキープする時間は、通常１分〜１０時間であり、好ましくは１〜７時間である。
セラミックス成形体は、上記の脱脂後、焼成される。焼成温度は、通常１３００℃以上であり、好ましくは１４００℃以上である。また、焼成温度は、通常１６５０℃以下であり、好ましくは１５５０℃以下である。焼成温度までの昇温速度は特に限定されるものではないが、通常１〜５００℃／時間である。ケイ素源粉末を用いる場合には、焼成工程の前に、１１００〜１３００℃の温度範囲で３時間以上保持する工程を設けることが好ましい。これにより、ケイ素源粉末の融解、拡散を促進させることができる。
焼成は、酸素濃度１〜６％の雰囲気下で行われることが好ましい。酸素濃度を６％以下とすることによって脱脂で発生した残存炭化物の燃焼を抑制することができるため、焼成におけるセラミックス成形体の割れが生じにくくなる。また、適度な酸素が存在するため、最終的に得られるチタン酸アルミニウム系セラミックス成形体の有機成分を完全に除去することができる。酸素濃度は、得られるチタン酸アルミニウム系セラミックス焼成体中に有機成分に由来する炭化物（すす）が残存しないことから、１％以上が好ましい。原料混合物、すなわちアルミニウム源粉末、チタン源粉末、マグネシウム源粉末及びケイ素源粉末の種類や使用量比によっては、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス中で焼成してもよいし、一酸化炭素ガス、水素ガス等のような還元性ガス中で焼成してもよい。また、水蒸気分圧を低くした雰囲気中で焼成を行なってもよい。
焼成は、通常、管状電気炉、箱型電気炉、トンネル炉、遠赤外線炉、マイクロ波加熱炉、シャフト炉、反射炉、ロータリー炉、ローラーハース炉、ガス燃焼炉等の従来の装置を用いて行なわれる。焼成は回分式で行なってもよいし、連続式で行なってもよい。また、焼成は静置式で行なってもよいし、流動式で行なってもよい。
焼成時間は、セラミックス成形体がチタン酸アルミニウム系結晶に遷移するのに充分な時間であればよく、原料の量、焼成炉の形式、焼成温度、焼成雰囲気等により異なるが、通常は１０分〜２４時間である。
（工程（ｄ）：封口工程）
工程（ｄ）は、工程（ｂ）と工程（ｃ）の間、又は、工程（ｃ）の後に行われる。工程（ｂ）と工程（ｃ）の間に工程（ｄ）を行う場合、工程（ｂ）において得られた未焼成のセラミックス成形体の各流路の一方の端部を封口物で封口した後、工程（ｃ）においてセラミックス成形体と共に封口物を焼成することにより、流路の一方の端部を封口する封口部が得られる。工程（ｃ）の後に工程（ｄ）を行う場合、工程（ｃ）において得られたセラミックス成形体の各流路の一方の端部を封口物で封口した後、セラミックス成形体と共に封口物を焼成することにより、流路の一方の端部を封口する封口部が得られる。封口物としては、上記原料混合物と同様の混合物を用いることができる。
以上の工程によって、ハニカム構造体を得ることができる。なお、ハニカム構造体は、工程（ｂ）における成形直後の成形体の形状をほぼ維持した形状を有するが、工程（ｂ）、工程（ｃ）又は工程（ｄ）の後に研削加工等を行って、所望の形状に加工することもできる。
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
＜原料混合物の調製＞
チタン酸アルミニウムマグネシウムの原料粉末（Ａｌ２Ｏ３粉末、ＴｉＯ２粉末、ＭｇＯ粉末）、ＳｉＯ２粉末、チタン酸アルミニウムマグネシウムとアルミナとアルミノシリケートガラスとの複合相をもつセラミックス粉末（仕込み時の組成式：４１．４Ａｌ２Ｏ３−４９．９ＴｉＯ２−５．４ＭｇＯ−３．３ＳｉＯ２、式中の数値はモル比を表す）、孔形成剤、有機バインダ、潤滑剤、可塑剤、分散剤及び水（溶媒）を含む原料混合物を調製した。原料混合物中の主な成分の含有量は下記の値に調整した。
［原料混合物の成分］
Ａｌ２Ｏ３粉末：３７．３質量部
ＴｉＯ２粉末：３７．０質量部
ＭｇＯ粉末：１．９質量部
ＳｉＯ２粉末：３．０質量部
セラミックス粉末：８．８質量部
孔形成剤：馬鈴薯から得た平均粒径２５μｍの澱粉、１２．０質量部
有機バインダ１：メチルセルロース（三星精密化学社製：ＭＣ−４０Ｈ）、５．５質量部
有機バインダ２：ヒドロキシプロピルメチルセルロース（三星精密化学社製：ＰＭＢ−４０Ｈ）、２．４質量部
上記の原料混合物を混練した後に押出成形することにより、図１〜３に示す構造を有する円柱状の柱状体（ＤＰＦ）を作製した。押出成形に際しては、断面六角形状の複数の開口を有する金型を使用した。金型におけるそれぞれの開口の断面は、弧状の角部を有していた。
実施例１の柱状体のチタン酸アルミニウム化率（ＡＴ化率）を測定したところ１００％であった。なお、ＡＴ化率は、実施例１の柱状体を乳鉢にて解砕して得られる粉末の粉末Ｘ線回折スペクトルにおける２θ＝２７．４°の位置に現れるピーク（チタニア・ルチル相（１１０）面）の積分強度（ＩＴ）と、２θ＝３３．７°の位置に現れるピーク〔チタン酸アルミニウムマグネシウム相（２３０）面〕の積分強度（ＩＡＴ）とから、下記式（１）により算出した。
ＡＴ化率（％）＝ＩＡＴ／（ＩＴ＋ＩＡＴ）×１００ ・・・（１）
流路の軸方向における柱状体の長さは１５３ｍｍであった。柱状体の端面の外径は１４４ｍｍであった。流路の密度（セル密度）は２９０ｃｐｓｉであった。正六角形状の仮想六角形における一辺の長さは０．９ｍｍであった。扁平六角形状の仮想六角形における長辺の長さは０．９ｍｍであり、短辺の長さは０．６ｍｍであった。流路間の隔壁の厚みは１２mil（milli-inch、０．３０ｍｍ）であった。隔壁の気孔率は４５体積％であった。隔壁の気孔径は１５μｍであった。
図７は、柱状体の端面における要部の写真であり、図７（ａ）は端面の中心部（柱状体の中心から柱状体の外径の１０％の厚さの領域）の写真であり、図７（ｂ）は端面の外周側の領域（柱状体の外周から柱状体の外径の１０％の深さの領域）の写真である。中心部に配置された流路Ｆ１１，Ｆ１２（図１中の中心部Ｐ１１における流路１１０ｂ）における角部の曲率半径を測定したところ、図７（ａ）中の曲率半径Ｒ１，Ｒ２は２３６μｍであった。流路Ｆ１１の水力直径及び流路Ｆ１２の水力直径は１．４ｍｍであった。流路Ｆ１１の水力直径に対する曲率半径Ｒ１の比率は０．１７であり、流路Ｆ１２の水力直径に対する曲率半径Ｒ２の比率は０．１７であった。外周側の領域に配置された流路Ｆ２１，Ｆ２２（図１中の領域Ｐ１２における流路１１０ｂ）における角部の曲率半径を測定したところ、図７（ｂ）中、曲率半径Ｒ３は２５７μｍであり、曲率半径Ｒ４は２６８μｍであった。流路Ｆ２１の水力直径及び流路Ｆ２２の水力直径は１．４ｍｍであった。流路Ｆ２１の水力直径に対する曲率半径Ｒ３の比率は０．１８であり、流路Ｆ２２の水力直径に対する曲率半径Ｒ４の比率は０．１９であった。
＜熱処理後の外観評価＞
柱状体内部に燃焼性物質を投入し、柱状体を８００〜１０００℃に熱処理した。このように熱処理した柱状体の破損の有無を評価した。熱処理後の柱状体を目視にて確認したところ、柱状体にクラックは確認されず、柱状体が破損していないことが確認された。
１００，２００…ハニカム構造体、１０５，２０５…流路、１０５ａ，２０５ａ…流路（第１の流路）、１０５ｂ，２０５ｂ…流路（第２の流路）、１２０，２２０…隔壁、Ｃ１１１，Ｃ１１２，Ｃ１１３，Ｃ２１１，Ｃ２１２，Ｃ２２２…角部、Ｐ１１，Ｐ１２…中心部、Ｒ１１１，Ｒ１１２，Ｒ１１３，Ｒ１２１，Ｒ１２２，Ｒ１２３…曲率半径。

Claims (5)

  1. 多孔質の隔壁により仕切られた互いに平行な複数の流路を有するハニカム構造体であって、
    前記流路の軸方向に垂直な前記流路の断面が、弧状の角部を有する多角形状であり、
    前記複数の流路が、前記ハニカム構造体の中心部に配置された第１の流路と、当該第１の流路よりも前記ハニカム構造体の外周側に配置された第２の流路と、を有し、
    前記第２の流路の前記角部の曲率半径が、前記第１の流路の前記角部の曲率半径よりも大きい、ハニカム構造体。
  2. 前記第１の流路の前記断面において、前記第１の流路の水力直径に対する前記第１の流路の前記角部の曲率半径の比率が０．０１〜０．３０である、請求項１に記載のハニカム構造体。
  3. 前記第２の流路の前記断面において、前記第２の流路の水力直径に対する前記第２の流路の前記角部の曲率半径の比率が０．０１〜０．８０である、請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
  4. 前記隔壁がチタン酸アルミニウムを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
  5. 前記複数の流路のうちの一部の一端及び前記複数の流路のうちの残部の他端が封口されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
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