JP2016168561A - ハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】初期及びススやアッシュなどの粒子状物質が多く堆積したときにも圧力損失が低く、ススやアッシュなどの粒子状物質を多く堆積させることができ、熱応力による割れが防止されたハニカム構造体を提供する。
【解決手段】流入端面１１から流出端面１２まで延びる複数のセル２を区画形成する多孔質の隔壁１を有するハニカム構造部１０と、流入側目封止部３と、流出側目封止部４と、を備え、複数のセル２は、断面形状が四角形である流出セルと、この流出セルを取り囲みつつ流出セルを区画形成する隔壁１を挟んで流出セルに隣接し、断面形状が五角形または六角形である流入セル２ａと、からなり、セル２の延びる方向に直交する断面において、距離Ｘに対する距離Ｙの比の値が、１．１〜１．８であるハニカム構造体１００。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハニカム構造体に関する。更に詳しくは、初期及びススやアッシュ（灰）などの粒子状物質が多く堆積したときにも圧力損失が低く、ススやアッシュなどの粒子状物質を多く堆積させることができ、熱応力による割れが防止されたハニカム構造体に関する。

従来、ガソリンエンジンにおいて排気中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘの除去（有害成分の除去）には、ハニカム構造体に三元触媒をコートしたコンバータが用いられている。そして、有害成分の除去には、上記コンバータを用いることが最も有効であるが、ＣＯ_２を低減させるという観点から、直接燃料噴射式のガソリンエンジンが使われるようになってきている。この直接燃料噴射式のガソリンエンジンは、排気微粒子を排出する問題があり、従来のコンバータでは対応できなくなってきている。

また、ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比較して熱効率が良く、地球温暖化対策としてのＣＯ_２排出低減要求に合致する自動車用エンジンとして利点がある。一方で、ディーゼルエンジンは、拡散燃焼による微粒子の発生があり、この微粒子は、発がん性が認められているので、その大気放出の防止が必須である。そのため、現在では、従来の重量による微粒子排出量規制に加え微粒子個数を規制する厳しい規制が課せられている。

ここで、燃焼の改善による微粒子の排出低減には限界があり、排気にフィルタを設置することが現在唯一の有効な手段となっている。このフィルタとしては、多孔質の隔壁をガスが通過するように設計したウォールフロー型のフィルタが有効である。即ち、多数のセルを有しその隔壁の表面をろ過面積として利用できるハニカム構造体のセルを流入端面側と流出端面側とで交互に目封止し、隔壁に排ガスが流れるようにしたハニカム構造体が、微粒子の捕集にとって現在最も有効な方策となっている。しかし、このハニカム構造体（ウォールフロー型フィルタ）は、圧力損失を許容範囲に低減するには、ろ過流速を小さくすることが必須という問題がある。

そのため、このようなウォールフロー型フィルタは、ススやアッシュなどの粒子状物質（ＰＭ）が多量に溜まった際（ＰＭ堆積時）の圧力損失を低減することを目的として、ろ過面積や流入端面側のセルの開口率を高めると、初期の圧力損失が高くなってしまうという問題がある。

また、ウォールフロー型フィルタは、溜まったススが燃焼する際に局所的に過大な熱を発生させることがあり、その場合、発生した熱によりクラックが発生してしまうことがあった。

このような問題に対して、初期の圧力損失及びＰＭ堆積時の圧力損失のいずれも低く抑え、ススが燃焼する際にフィルタ内に局所的に生じる過大な熱の発生を防止し、熱応力によるクラックの発生を低減させたフィルタが報告されている（特許文献１参照）。

特開２０１４−２００７４１号公報

特許文献１に記載のフィルタ（ハニカム構造体）は、乗用車に用いた場合において、粒子状物質を効率良く捕集、除去するとともに、初期及びＰＭ堆積時のいずれにおける圧力損失も少ないなどの効果を有する。一方、トラックやオフロード車両などは、乗用車とは使用環境が異なるため、トラックやオフロード車両などに上記フィルタが採用された場合、上記効果を十分に得られないことがある。

具体的には、粒子状物質のうちのアッシュは、走行中に燃焼による除去ができない。特に、トラックやオフロード車両は、乗用車に比べて走行距離が長く（即ち、フィルタの稼働時間が長い）、ハニカム構造体（フィルタ）内に堆積するアッシュを定期的に除去するため、ハニカム構造体の洗浄処理をする必要がある。この洗浄処理を行わないと、アッシュの堆積に起因してハニカム構造体の圧力損失が増大してしまう。そのため、トラックやオフロード車両においては、ハニカム構造体の洗浄処理の間隔が長いことが望まれる。つまり、アッシュの堆積時の圧力損失を低減し、かつアッシュの洗浄処理の間隔を長くすることが望まれる。そして、このような要求を満たすためには、ハニカム構造体において、アッシュを堆積可能な容積を大きくすることが必要となる。一方で、トラックやオフロード車両は、後処理装置の搭載スペースが限られている。従って、フィルタは、小型でありながら、アッシュを堆積可能な容積を大きくすることでアッシュの洗浄処理の間隔を長くすることが重要となる。このようなことから、トラックやオフロード車両などは、上記効果を十分に得られない傾向がある。

そこで、乗用車と同様に上記効果を有するトラックやオフロード車両用のフィルタの開発が求められていた。

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。本発明の課題とするところは、初期及びＰＭ堆積時に圧力損失が低く、ススやアッシュを多く堆積させることができ、クラックの発生が防止されたハニカム構造体を提供することにある。

本発明によれば、以下に示す、ハニカム構造体が提供される。

［１］ 一方の端面である流入端面から他方の端面である流出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構造部と、所定の前記セルの前記流入端面側の端部に配設された流入側目封止部と、残余の前記セルの前記流出端面側の端部に配設された流出側目封止部と、を備え、複数の前記セルは、前記流入側目封止部が配設された流出セルと前記流出側目封止部が配設された流入セルとからなり、前記流出セルは、前記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であり、前記流入セルは、前記流出セルの全周を取り囲むように配設され、前記セルの延びる方向に直交する断面における形状が五角形または六角形であり、前記セルの延びる方向に直交する断面において、１つの前記流出セルを区画形成する前記隔壁のうちの向かい合う前記隔壁の間の距離を距離Ｘとし、前記隔壁を向かい合わせて隣り合う前記流出セルを区画形成する前記隔壁の間の距離を距離Ｙとしたとき、前記距離Ｘに対する前記距離Ｙの比の値が、１．１〜１．８であるハニカム構造体。

［２］ 前記流入セルの前記セルの延びる方向に直交する断面における形状が、五角形である前記［１］に記載のハニカム構造体。

［３］ 前記流出セルの前記セルの延びる方向に直交する断面における形状が、正方形である前記［１］または［２］に記載のハニカム構造体。

［４］ 前記流入セルの開口率が、６０％以上である前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［５］ 前記流出セルの水力直径が、１．１ｍｍ以上である前記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［６］ 前記距離Ｘが、１．２〜２．４ｍｍである前記［１］〜［５］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［７］ 前記隔壁に触媒が担持されている前記［１］〜［６］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、所定の形状の流出セルと流入セルが特定のパターンで配置され、距離Ｘに対する距離Ｙの比の値が１．１〜１．８である。このような構成により、本発明のハニカム構造体は、初期及びススやアッシュなどの粒子状物質が多く堆積したとき（ＰＭ堆積時）にも圧力損失が低い。また、本発明のハニカム構造体は、ススやアッシュなどの粒子状物質を多く堆積させることができる。また、本発明のハニカム構造体は、熱応力による割れ（クラックの発生）が防止されている。

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。 本発明のハニカム構造体の一の実施形態におけるセルの延びる方向に平行な断面を模式的に示す断面図である。 図１に示すハニカム構造体の一方の端面のセルを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他の実施形態の一方の端面のセルを拡大して模式的に示す、図３に対応する平面図である。 本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態の一方の端面のセルを拡大して模式的に示す、図３に対応する平面図である。

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］ハニカム構造体：
本発明のハニカム構造体の一実施形態は、図１、図２に示すハニカム構造体１００である。ハニカム構造体１００は、複数のセル２を区画形成する多孔質の隔壁１を有するハニカム構造部１０と、所定のセル２の流入端面１１側の端部に配設された流入側目封止部３と、残余のセル２の流出端面１２側の端部に配設された流出側目封止部４と、を備えている。隔壁１は、一方の端面である流入端面１１から他方の端面である流出端面１２まで延びる流体の流路となるものである。複数のセル２は、流入側目封止部３が配設された流出セル２ｂと、流出側目封止部４が配設された流入セル２ａと、からなる。流出セル２ｂは、セル２の延びる方向に直交する断面における形状（断面形状）が四角形である。また、流入セル２ａは、流出セル２ｂの全周を取り囲むように配設され、セル２の延びる方向に直交する断面における形状が五角形または六角形である（図３，図４参照）。そして、ハニカム構造体１００は、セル２の延びる方向に直交する断面において、距離Ｘに対する距離Ｙの比の値が、１．１〜１．８である。距離Ｘは、１つの流出セル２ｂを区画形成する隔壁１のうちの向かい合う隔壁１の間の距離の短い方のことである。距離Ｙは、隔壁１を向かい合わせて隣り合う流出セル２ｂを区画形成する隔壁１の間の距離のことである。

このようなハニカム構造体１００は、所定の形状の流出セル２ｂと流入セル２ａが特定のパターンで配置され、距離Ｘに対する距離Ｙの比の値が１．１〜１．８である。そのため、ハニカム構造体１００は、初期の圧力損失及びススやアッシュなどの粒子状物質が多く堆積したときの圧力損失の両方が低い。また、ハニカム構造体１００は、ススやアッシュなどの粒子状物質を多く堆積させることができる。また、ハニカム構造体１００は、上記構成を採用するため、熱応力による割れが防止される。なお、「初期の圧力損失」とは、本明細書においては、ハニカム構造体の１Ｌあたりに１ｇ以下（１ｇ／Ｌ）のススが堆積した状態の圧力損失をいう。

ハニカム構造体１００は、アッシュなどの粒子状物質を堆積可能な容積が大きい。そのため、ハニカム構造体１００は、アッシュなどの粒子状物質の洗浄処理の間隔を長くすることができる。その結果、ハニカム構造体１００は、トラックやオフロード車両などのように乗用車に比べて走行距離が長い車両用のフィルタとして良好に用いることができる。

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る。図２は、本発明のハニカム構造体の一の実施形態におけるセルの延びる方向に平行な断面を模式的に示す断面図である。図３は、図１に示すハニカム構造体の一方の端面のセルを拡大して模式的に示す平面図である。図４は、本発明のハニカム構造体の他の実施形態の一方の端面のセルを拡大して模式的に示す、図３に対応する平面図である。

［１−１］ハニカム構造部：
ハニカム構造部１０に形成された複数のセル２は、排ガスが流入する流入セル２ａと、排ガスが流出する流出セル２ｂと、からなる。本発明のハニカム構造体は、断面形状が五角形または六角形の流入セルと断面形状が四角形の流出セルとが所定の位置関係で配置されている。

流出セル２ｂは、断面形状が四角形であり、このような形状することにより、流出セル２ｂの開口率を大きくすることができる。なお、流出セル２ｂの断面形状は、長方形、正方形が好ましく、正方形であることが更に好ましい。正方形であると、流出セルの開口率を更に大きくすることができる。長方形の場合、短辺の長さに対する長辺の長さの比の値が１．０超で１．２以下であることが好ましい。上限値超であると、後述するように押し出し成形などによってハニカム成形体を成形する際において、ハニカム成形体の形状を維持することが困難となるおそれがある。図５には、断面形状が長方形である流出セル２ｂと、断面形状が五角形の流入セル２ａとが配置された例を示す。流入セル２ａは、セル２の延びる方向に直交する断面において流出セル２ｂの全周を取り囲むように配設されている。また、断面形状が五角形の流入セル２ａは、断面形状が六角形の流入セル２ａを分割壁１７（隔壁１）によって２つに分割して得られるように形成されている。図５は、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態の一方の端面のセルを拡大して模式的に示す、図３に対応する平面図である。

流出セル２ｂは、図１に示すように、隔壁１を互いに向い合せて縦横に配列されていることが好ましい。そして、流入セル２ａと流出セル２ｂは、これら（流入セル２ａと流出セル２ｂ）を区画形成する隔壁１を挟んで互いに隣接している。

流入セル２ａは、断面形状が五角形または六角形であり、このような形状することにより、ハニカム構造体におけるフィルタとしての濾過面積を大きくすることができる。そのため、ＰＭ堆積時の圧力損失を低減することができる。

ハニカム構造部１０は、流出セル２ｂの周囲に、図４に示すように、この流出セル２ｂを取り囲みつつ流出セル２ｂを区画形成する隔壁１を挟んで流出セル２ｂに隣接して、複数の流入セル２ａが形成されている。つまり、各流出セル２ｂの周りには、常に流入セル２ａが存在している。なお、１つの流出セル２ｂと、この流出セル２ｂを取り囲む複数の流入セル２ａとからなる１つのセル群１５は、セル２の延びる方向に直交する断面の形状（断面形状）が八角形となることが好ましい。そして、断面形状が四角形の流出セル２ｂの周りに形成される断面形状が六角形の流入セル２ａは、その対角線のうち最も長いものが流出セル２ｂの１辺に平行となるように配置されることが好ましい。なお、断面形状が五角形の流入セル２ａは、上記断面形状が六角形の流入セル２ａを分割壁１７（隔壁１）によって２つに分割して得られるものであることが好ましい。この分割壁１７は、セル２の延びる方向に直交する断面において、「流出セル２ｂを区画形成する隔壁１」の中央から垂直に起立した壁であることが好ましい。

流入セル２ａのセル２の延びる方向に直交する断面における形状は、五角形または六角形であればよいが、流入セル２ａのセル２の延びる方向に直交する断面における形状は、五角形であることが好ましい。なお、流入セル２ａの上記形状は、五角形と六角形とが混在していてもよいが、図４に示すように、全ての流入セル２ａについて、セル２の延びる方向に直交する断面における形状が五角形であることが好ましい。

流入セルの開口率は、６０％以上であることが好ましい。流入セルの開口率が６０％未満であると、ススやアッシュを堆積可能な容量が小さくなるおそれがある。

ここで、「流入セルの開口率」は、ハニカム構造部のセルの延びる方向に直交する断面において、「ハニカム構造部の隔壁の総面積」と「セルの面積の総和」との合計に対する、「流入セルの面積の総和」の割合である。

流出セルの水力直径は、１．１ｍｍ以上であることが好ましい。流出セルの水力直径が１．１ｍｍ未満であると、初期の圧力損失が高くなるおそれがある。

ここで、「流出セルの水力直径」は、４×（１つの流出セルの断面積）／（１つの流出セル断面における周長の和）によって計算される値である。

ハニカム構造体１００は、上記距離Ｘに対する上記距離Ｙの比の値が、１．１〜１．８であることが好ましく、１．２〜１．５であることが更に好ましい。上述したように流入セルと流出セルとが形成されたハニカム構造体において上記比の値を採用することにより、トラックやオフロード車両などにおいて用いた場合にも、初期及びススやアッシュなどの粒子状物質が多く堆積したときにも圧力損失が低い。また、ハニカム構造体１００は、ススやアッシュなどの粒子状物質を多く堆積させることができる。また、熱応力による割れが防止されることになる。上記比の値が下限値未満であると、ススやアッシュなどの粒子状物質を多く堆積させることが困難になる。上限値超であると、初期及びススやアッシュなどの粒子状物質が多く堆積したときの圧力損失が増大する。

距離Ｘは、上述の通り、１つの流出セルを区画形成する隔壁のうちの向かい合う隔壁の間の距離の短い方である。別言すれば、距離Ｘは、四角形の流出セルの一辺の長さのうち短い方（但し、隔壁の厚さを除く）ということもできる。なお、上記「向かい合う隔壁の間の距離」が同じである場合、即ち、流出セルの、セルの延びる方向に直交する断面における形状が正方形である場合、「向かい合う隔壁の間の距離」が距離Ｘとなる。

上記距離Ｘは、１．２〜２．４ｍｍであることが好ましく、１．５〜２．１ｍｍであることが更に好ましい。このとき、長方形の場合、長辺の長さの上限値はそれぞれ２．９ｍｍ（好ましい範囲に対応する値である）、２．５ｍｍ（更に好ましい範囲に対応する値である）となる。上記距離Ｘが下限値未満であると、初期の圧力損失が増大するおそれがある。上限値超であると、後述するように押出成形などによってハニカム成形体を成形する際において、ハニカム成形体の形状を維持することが困難となるおそれがある。

隔壁の厚さは、特に限定されるものではない。例えば、０．１〜０．５ｍｍであることが好ましい。隔壁の厚さが０．１ｍｍ未満であると、熱容量及び強度が低下してしまうおそれがある。一方、０．５ｍｍ超であると、フィルタとしての濾過面積が低下したり、圧力損失が増大したりするおそれがある。

隔壁の材料としては、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。

ハニカム構造部は、複数のハニカムセグメントからなる接合体（ハニカムセグメント接合体）であってもよい。即ち、ハニカム構造部は、複数のハニカムセグメントの集合体と、これらのハニカムセグメントを互いに接合する接合材からなる接合部とを備えるものであってもよい。

ハニカム構造体１００は、ハニカム構造部１０の側面に外周壁２０（図１参照）を更に備えていてもよい。

［１−２］目封止部：
本発明のハニカム構造体は、流入側目封止部と流出側目封止部とを備えている。これらの目封止部の材料は、上述した隔壁と同様のものとすることができる。

また、流入側目封止部及び流出側目封止部の深さは、適宜決定することができる。

［１−３］触媒：
本発明のハニカム構造体は、隔壁に触媒が担持されていてもよい。触媒が担持されることにより、直接噴射式のガソリンエンジンや、ディーゼルエンジン等から排出されるＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ等を無毒化することができる。更に、隔壁の表面に堆積したＰＭを酸化し、燃焼して除去させ易くすることができる。

触媒の種類としては、ＳＣＲ触媒（ゼオライト、チタニア、バナジウム）や、Ｐｔ、Ｒｈ、及びＰｄからなる群から選択される少なくとも２種の貴金属と、アルミナ、セリア、及びジルコニアからなる群より選択される少なくとも１種とを含む三元触媒等が挙げられる。

［２］ハニカム構造体の製造方法：
本実施形態のハニカム構造体の製造方法について説明する。まず、ハニカム構造体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）。この成形時において、流出セルの断面形状が四角形となり、この流出セルを取り囲む全ての流入セルの断面形状が五角形または六角形となるように口金から押出成形することができる。その後、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）に目封止を施して目封止部（流入側目封止部及び流出側目封止部）を形成する（目封止部形成工程）。その後、焼成してハニカム構造体を作製することができる（ハニカム構造体作製工程）。

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、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種を含むもの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。

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体の構造、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。

ハニカム成形体の形状は、特に限定されず、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柱状等を挙げることができる。

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、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］目封止部形成工程：
次に、ハニカム成形体（乾燥工程を採用する場合には、ハニカム乾燥体）に、目封止部を形成する。具体的には、まず、ハニカム成形体の流入端面に、流入セルが覆われ且つ流出セルが覆われないようにマスクを施す。その後、マスクの施された端部（流入端部）を目封止スラリーに浸漬する。そして、マスクが施されていない流出セルの開口部に目封止スラリーを充填する。その後、ハニカム成形体の流出端面について、流入セルが覆われず且つ流出セルが覆われるようにマスクを施す。その後、マスクの施された端部（流出端部）を目封止スラリーに浸漬して、マスクが施されていない流入セルの開口部に目封止スラリーを充填する。このようにして、目封止部が形成されたハニカム成形体を得ることができる。

目封止スラリーは、従来公知のハニカム構造体の目封止部の材料として使用されるものを適宜選択して使用することができる。

［２−３］ハニカム構造体作製工程：
次に、得られたハニカム成形体を焼成してハニカム構造体を得る。

なお、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、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、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。

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

（実施例１）
セラミック原料として、炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末とを８０：２０の質量割合で混合したものを準備した。この混合原料に、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔材として吸水性樹脂を添加し、更に水を添加して成形原料を作製した。得られた成形原料を、ニーダーを用いて混練し、坏土を得た。

次に、得られた坏土を、真空押出成形機を用いて成形し、図３に示すセル断面構造を有する四角柱状のハニカムセグメントを８８個作製した。得られたハニカムセグメントは、端面が、縦３６ｍｍ×横３６ｍｍであり、セルの延びる方向の長さが４３１．８ｍｍであった。

次に、得られたハニカムセグメントを高周波で誘電加熱して乾燥させた後、熱風乾燥機を用いて１２０℃で２時間乾燥させて、ハニカムセグメント乾燥体を得た。

次に、得られたハニカムセグメント乾燥体に目封止部を形成した。まず、ハニカムセグメント乾燥体の一方の端面（流入端面）に、流入セルが覆われ且つ流出セルが覆われないようにマスクを施した。その後、マスクが施された側の端部を目封止スラリーに浸漬した。このようにして、マスクが施されていないセル（流出セル）の開口部に目封止スラリーを充填した。その後、ハニカムセグメント乾燥体の他方の端面（流出端面）に流入セルが覆われず且つ流出セルが覆われるようにマスクを施した。その後、マスクが施された側の端部を目封止スラリーに浸漬した。このようにして、マスクが施されていないセル（流入セル）の開口部に目封止スラリーを充填した。このようにして、目封止ハニカムセグメント乾燥体を得た。

そして、得られた目封止ハニカムセグメント乾燥体を脱脂、焼成し、ハニカムセグメント焼成体を得た。脱脂の条件は、４００℃で５時間とした。また、焼成の条件は、アルゴン雰囲気下で、１４５０℃、２時間とした。

８８個のハニカムセグメント焼成体を、接合材を用いて接合し一体化して四角柱状のハニカムセグメント接合体を得た。接合材は、無機粒子、無機接着剤を主成分とし、この主成分以外に、有機バインダ、界面活性剤、発泡樹脂、水等を含むものであった。その後、得られた四角柱状のハニカムセグメント接合体の外周を円柱状に研削加工した。その後、円柱状のハニカムセグメント接合体の外周面にコート材を塗布して、ハニカム構造体を得た。このハニカム構造体は、端面の直径が３５５．６ｍｍであった。コート材は、セラミックス粉末、水、結合材からなるものを用いた。

このハニカム構造体は、セルの延びる方向に直交する断面におけるセルの配置状態が図３に示すものであった。また、隔壁の厚さは、０．１８ｍｍであった。距離Ｘが、１．６ｍｍであった。距離Ｙは、１．８ｍｍであった。距離Ｘに対する距離Ｙの比の値（Ｙ／Ｘ）が、１．１であった。流入セルの開口率は、６０％であった。そして、流出セルの水力直径は、１．４ｍｍであった。

得られたハニカム構造体について、以下に示す方法で、「初期の圧力損失」、「ＰＭ堆積時の圧力損失」、「アッシュ堆積」、「クラック限界」、及び「総合判断」の評価を行った。結果を表１に示す。

［初期の圧力損失（ｋＰａ）］
ハニカム構造体（フィルタ）に３００℃の空気を５０Ｎｍ^３／分で流して、流入側と流出側とにおける圧力差を算出し、算出される値から、初期の圧力損失を測定した。この圧力損失が、１０ｋＰａ以上となる場合を「Ｄ」とし、９ｋＰａ以上で１０ｋＰａ未満となる場合を「Ｃ」とし、８ｋＰａ以上で９ｋＰａ未満となる場合を「Ｂ」とし、８ｋＰａ未満となる場合を「Ａ」とした。結果を表１に示す。

なお、初期の圧力損失の評価において、「Ｄ」の場合は、セル構造が「スクエア」となるもの（表１参照）に比べて、初期の圧力損失の割合が１０％以上高くなっている。そのため、「Ｄ」の場合は、不適であるといえる。「Ｃ」の場合は、セル構造が「スクエア」となるものに比べて、初期の圧力損失が、より劣るが、実用上大きな問題とならないレベルである。そのため、「Ｃ」の場合は、良好であるといえる。「Ｂ」の場合は、セル構造が「スクエア」となるものに比べて、より優れる。そのため、「Ｂ」の場合は、より良好であるといえる。「Ａ」の場合は、セル構造が「スクエア」となるものに比べて、初期の圧力損失の割合が、１０％以上低くなっている。そのため、「Ａ」の場合は、特に良好であるといえる。なお、後述するように、「スクエア」は、流入セルと流出セルとの断面形状が四角形であって、流入セルと流出セルとが交互に配置されていることを示す。

［ＰＭ堆積時の圧力損失（ｋＰａ）］
軽油を酸素欠如状態で燃焼させることでススを発生させ、スス発生量５０ｇ／時間、流量５０Ｎｍ^３／分、温度３００℃の燃焼ガスに希釈空気を追加して調整を行ったスス含有燃焼ガスをハニカム構造体に流した。ハニカム構造体内のススの堆積量が４ｇ／Ｌとなった際の流入側と流出側とにおける圧力差を算出し、算出される値から、ＰＭ堆積時における圧力損失を測定した。この圧力損失が、１７ｋＰａ以上である場合を「Ｄ」とした。１５ｋＰａ以上で１７ｋＰａ未満である場合を「Ｃ」とした。１３ｋＰａ以上で１５ｋＰａ未満である場合を「Ｂ」とした。１３ｋＰａ未満である場合を「Ａ」とした。結果を表１に示す。

なお、ＰＭ堆積時の圧力損失の評価において、「Ｄ」の場合は、セル構造が「スクエア」となるものに比べて、１０％以上高くなっている。そのため、「Ｄ」の場合は、不適であるといえる。「Ｃ」の場合は、セル構造が「スクエア」となるものに比べて、より劣るが、実用上大きな問題とならないレベルである。そのため、「Ｃ」の場合は、良好であるといえる。「Ｂ」の場合は、セル構造が「スクエア」となるものに比べて、より優れる。そのため、「Ｂ」の場合は、より良好であるといえる。「Ａ」の場合は、セル構造が「スクエア」となるものに比べて、１０％以上低くなっている。そのため、「Ａ」の場合は、特に良好であるといえる。

［アッシュ堆積］
予めフィルタの重量を測定した後、排気量１８リッターのディーゼルエンジンの排気系に搭載して走行試験を行った。そして、フィルタにアッシュを堆積させていったときの圧力損失の変化を測定した。初期の圧力損失と比べて５ｋＰａ上昇したときのフィルタの重量を測定した。試験前との重量差を算出し、算出された値をフィルタの体積で除することにより、圧力損失が５ｋＰａ上昇したときのフィルタの体積（Ｌ）あたりのアッシュの堆積量（アッシュの堆積割合）を求めた。表１中、「アッシュ堆積」と記す。アッシュの堆積割合の評価は、以下を基準とした。初期の圧力損失と比べて５ｋＰａ上昇したときに、アッシュの堆積割合が、４０ｇ／Ｌ以上であった場合を「Ａ」とした。３５ｇ／Ｌ以上で４０ｇ／Ｌ未満であった場合を「Ｂ」とした。３０ｇ／Ｌ以上で３５ｇ／Ｌ未満であった場合を「Ｃ」とした。３０ｇ／Ｌ未満であった場合を「Ｄ」とした。結果を表１に示す。

なお、アッシュの堆積割合の評価において、「Ａ」の場合は、セル構造が「スクエア」となるものに比べて、アッシュの堆積割合が１．５倍以上である。そのため、「Ａ」の場合は、特に良好であるといえる。「Ｂ」の場合は、セル構造が「スクエア」となるものに比べて、アッシュの堆積割合が１．２５倍以上である。そのため、「Ｂ」の場合は、より良好であるといえる。「Ｃ」の場合は、セル構造が「スクエア」となるものに比べて、アッシュの堆積割合が増加している。そのため、「Ｃ」の場合は、良好であるといえる。「Ｄ」の場合は、セル構造が「スクエア」となるものに比べて、アッシュの堆積割合がより小さい。そのため、「Ｄ」の場合は、不適であるといえる。

［クラック限界］
フィルタを排気量１８リッターのディーゼルエンジンの排気系に搭載し、このフィルタにススを堆積させた。次いで、排ガス温度を２℃／秒で６５０℃まで上昇させた。その後、アイドリング運転に条件を変更してガス流量を急激に減らした。このような条件でフィルタの再生を行なった。フィルタ内のススの堆積割合を次第に増加させてこの試験（フィルタの再生）を繰り返し行った。そして、フィルタにクラックが発生しない最大のススの堆積割合を調査した。このときのススの堆積割合を「クラック限界」とする。クラック限界が、６ｇ／Ｌ未満である場合を「Ｄ」とした。６ｇ／Ｌ以上で７ｇ／Ｌ未満である場合を「Ｃ」とした。７ｇ／Ｌ以上で８ｇ／Ｌ未満である場合を「Ｂ」とした。８ｋＰａ以上である場合を「Ａ」とした。結果を表１に示す。

なお、クラック限界の評価において、「Ａ」〜「Ｃ」の場合は、セル構造が「スクエア」となるものに比べて、クラック限界が高い。そのため、「Ａ」〜「Ｃ」の場合は、良好であるといえる。一方、「Ｄ」の場合は、セル構造が「スクエア」となるものに比べて、クラック限界がより劣る。そのため、「Ｄ」の場合は、不適であるといえる。

［総合判断］
上記４項目から得られる４つの評価（Ａ〜Ｄ）のうち、最も数が多い評価を総合判断の評価とした。例えば、上記４つの評価が「Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ」である場合、総合判断は、「Ａ」とした。そして２つの評価が同数ある場合は、「アッシュ堆積」の評価を総合判断の評価とした。例えば、上記４つの評価が「Ａ、Ａ、Ｂ、Ｂ」であり、アッシュ堆積の評価が「Ｂ」である場合、総合判断は、「Ｂ」とした。ただし、上記４つの評価において、１つでも「Ｄ」があった場合は「Ｄ」とした。結果を表１に示す。

表１中、「セル構造」は、流入セルと流出セルとの形状及び配置状態を示しており、「スクエア」は、流入セルと流出セルとの断面形状が四角形であって、流入セルと流出セルとが交互に配置されていることを示す。なお、表１中の「セルピッチ」は、断面形状が四角形の流入セル及び流出セルの一辺の長さを意味する。「図３」は、流入セルと流出セルとの形状及び配置状態が図３のようになっていたことを示す。つまり、断面形状が四角形の流出セルと、この流出セルを囲むように配置された断面形状が五角形の流入セルとが配置されていることを示す。また、「図４」は、流入セルと流出セルとの形状及び配置状態が図４のようになっていたことを示す。つまり、断面形状が四角形の流出セルと、この流出セルを囲むように配置された断面形状が六角形の流入セルとが配置されていることを示す。

（実施例２〜１６、比較例１〜５）
表１に示すように変更したこと以外は、実施例１と同様にして、「初期の圧力損失」、「ＰＭ堆積時の圧力損失」、「アッシュ堆積」、「クラック限界」、及び「総合判断」の評価を行った。結果を表１に示す。

表１から、実施例１〜１６のハニカム構造体は、比較例１〜５のハニカム構造体に比べて、初期及びススが多く堆積したときにも圧力損失が低く、ススを多く堆積させることができことが分かる。また、実施例１〜１６のハニカム構造体は、熱応力による割れが防止されることが分かる。

本発明のハニカム構造体は、トラックやオフロード車両等から排出される排ガスを浄化するフィルタとして採用することができる。

１：隔壁、２：セル、２ａ：流入セル、２ｂ：流出セル、３：流入側目封止部、４：流出側目封止部、１０：ハニカム構造部、１１：流入端面、１２：流出端面、１５：セル群、１７：分割壁、２０：外周壁、１００：ハニカム構造体。

Claims (7)

1. 一方の端面である流入端面から他方の端面である流出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構造部と、所定の前記セルの前記流入端面側の端部に配設された流入側目封止部と、残余の前記セルの前記流出端面側の端部に配設された流出側目封止部と、を備え、
   複数の前記セルは、前記流入側目封止部が配設された流出セルと前記流出側目封止部が配設された流入セルとからなり、
   前記流出セルは、前記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であり、
   前記流入セルは、前記流出セルの全周を取り囲むように配設され、前記セルの延びる方向に直交する断面における形状が五角形または六角形であり、
   前記セルの延びる方向に直交する断面において、１つの前記流出セルを区画形成する前記隔壁のうちの向かい合う前記隔壁の間の距離の短い方を距離Ｘとし、前記隔壁を向かい合わせて隣り合う前記流出セルを区画形成する前記隔壁の間の距離を距離Ｙとしたとき、前記距離Ｘに対する前記距離Ｙの比の値が、１．１〜１．８であるハニカム構造体。
2. 前記流入セルの前記セルの延びる方向に直交する断面における形状が、五角形である請求項１に記載のハニカム構造体。
3. 前記流出セルの前記セルの延びる方向に直交する断面における形状が、正方形である請求項１または２に記載のハニカム構造体。
4. 前記流入セルの開口率が、６０％以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
5. 前記流出セルの水力直径が、１．１ｍｍ以上である請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
6. 前記距離Ｘが、１．２〜２．４ｍｍである請求項１〜５のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
7. 前記隔壁に触媒が担持されている請求項１〜６のいずれか一項に記載のハニカム構造体。

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