JP2017047404A - 排ガス処理装置及びハニカム構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】全体を小さくでき、昇温し易く且つ急冷し難い排ガス処理装置を提供する。
【解決手段】多孔質の内側隔壁を有するハニカム基材及びこのハニカム基材の外周に配設された外周壁を有する内側ハニカム構造部１４と、内側ハニカム構造部１４の外周の一部を取り囲み且つ内側流入端面１１から離間した位置に配設された外側ハニカム構造部１６と、目封止部と、を備えるハニカム構造体１０と、このハニカム構造体１０を収納する缶体２０と、を備え、缶体２０は、流入管２３と、この流入管２３に連なる胴部２５と、を有し、胴部２５には、内側流入端面１１と外側流出端面１９との間の位置に流出口２７が形成され、ハニカム構造体１０は、第２端面１０ｂと缶体２０の間に排ガスの流路となる隙間を有し、外側流出端面１９と缶体２０の間に排ガスの流路となる隙間を有する状態で缶体２０に収納される排ガス処理装置１００。
【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス処理装置及びハニカム構造体の製造方法に関する。更に詳しくは、全体の大きさを小さくすることができ、昇温し易く且つ急冷し難い排ガス処理装置及びハニカム構造体の製造方法に関する。

内燃機関では、燃料の燃焼の際に生じる燃えかすの発生が問題となっている。そのため、大気環境の観点から、排ガスに含まれる有毒成分の除去と同時に、スート（煤）やアッシュ（灰）等の粒子状物質（以下、「ＰＭ」ということがある。）を大気に放出しないための対策が必要とされている。

従来、ディーゼルエンジンから排出されるＰＭの除去に関する規制は世界的に強化される傾向にあり、ＰＭを除去するための捕集フィルタ（以下、「ＤＰＦ」ということがある。）として、ハニカムフィルタの使用が注目されている。これらのハニカムフィルタは、圧力損失の増加を抑えるためにフィルタ容積を大きくすることが求められる。一方で、自動車などの排気管では、エンジンや室内空間を広く取るという点が優先される。そのため、フィルタなどの搭載スペースは限られており、フィルタ容積を大きくすることが難しいという問題がある。そして、このようなハニカムフィルタを用いた種々の排ガス処理装置が提案されている（特許文献１参照）。

また、昨今では、内燃機関の燃焼効率を向上させることによって、排ガスの温度は、低下する傾向にある。そのため、触媒活性に必要な熱が不足することがある。この問題に対して排ガスの熱を有効利用する排ガス処理装置が提案されている（特許文献２，３）。

特開２００３−０２４７２６号公報 特許第５３６８９５９号 特表２０１２−５２９５９２号公報

特許文献１の排ガス処理装置は、コンパクトなデザインが可能である。しかし、この排ガス処理装置は、加工部に外周コートを塗布するため、耐熱衝撃性が低下することになる。そのため、この排ガス処理装置は、ガソリンエンジンのフィルタ用途などのように高温の排ガスが排出される場合には使用が困難であった。

一方、ディーゼルエンジンのフィルタ用途のように比較的排ガスの温度が低い状況であっても、外周コート部を直接排ガスに曝すことは、耐久性を維持するという観点では困難である。そのため、触媒担体（ハニカムフィルタ）の外周に排ガスを流すことは困難であった。

また、早期に触媒を活性化するという観点から、排ガス浄化用の触媒は、エンジン直下に配置されることが現在の主流である。エンジン直下は、触媒の温度を高くし易いためである。しかし、エンジンルームのスペースには、限界があり、排ガス浄化用の触媒（排ガス処理装置）は、効率的に配置することが必要である。

ここで、従来、触媒担体（ハニカムフィルタ）を保持するためにマットを用いないメタル担体（金属製の触媒担体）は、マットを用いなくてよいというメリットを活かした配置がなされている。つまり、コンバータを小型化したデザイン（即ち、コンパクトコンバータデザイン）が開発され、自動車会社に提案及び採用されている。そして、このコンバーターデザインは、触媒担体の外周にも排ガスを流すことで、触媒担体の温度を高く保つことができるというものである。

また、セラミック製の触媒担体（ハニカムフィルタ）でも同様なデザインを採用することは、技術的に可能である。しかし、セラミック製の触媒担体は、保持される際にマットを必要とするので、メタル担体と比較して、担体の径が小さくなってしまう。そのため、セラミック製の触媒担体は、圧力損失が増大してしまうという面でデメリットがあった。また、セラミック製の触媒担体はマットが巻かれているため、排ガスを外周に流すような構造を採用してもマットによって効果が低くなってしまう。

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、全体の大きさを小さくすることができ、昇温し易く且つ急冷し難い排ガス処理装置及びハニカム構造体の製造方法を提供することにある。

本発明によれば、以下に示す、排ガス処理装置及びハニカム構造体の製造方法が提供される。

［１］ 一方の端面である第１端面から他方の端面である第２端面まで延び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体と、前記ハニカム構造体を収納する缶体と、を備え、前記ハニカム構造体は、前記第１端面側の端面である内側流入端面から前記第２端面側の端面である内側流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の内側隔壁を有するハニカム基材及び前記ハニカム基材の外周に配設された外周壁を有する内側ハニカム構造部と、前記内側ハニカム構造部の外周の一部を取り囲み且つ前記内側ハニカム構造部の前記内側流入端面から離間した位置に配設された外側ハニカム構造部と、一部の前記セルに配設された目封止部と、を有し、前記ハニカム構造体の前記外側ハニカム構造部は、前記第２端面側の端面である外側流入端面から前記第１端面の端面である外側流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の外側隔壁を有し、前記缶体は、前記内側ハニカム構造部の前記内側流入端面側の端部と嵌り合い且つ排ガスの流入口が形成された流入管と、前記流入管に連なる胴部と、を有し、前記胴部には、前記内側ハニカム構造部の前記内側流入端面と前記外側ハニカム構造部の前記外側流出端面との間の位置に前記排ガスの流出口が形成され、前記ハニカム構造体は、前記第２端面と前記缶体の間に前記排ガスの流路となる隙間を有するとともに、前記外側ハニカム構造部の前記外側流出端面と前記缶体の間に前記排ガスの流路となる隙間を有する状態で前記缶体に収納される排ガス処理装置。

［２］ 前記目封止部は、前記内側ハニカム構造部には配設されないか或いは前記内側ハニカム構造部の一方の端部にのみ配設され、前記外側ハニカム構造部には一方の端部にのみ配設されるか或いは両方の端部に配設される前記［１］に記載の排ガス処理装置。

［３］ 前記目封止部が、前記外側ハニカム構造部の、前記セルのうちの所定のセルの前記外側流入端面側の端部及び残余のセルの前記外側流出端面側の端部に配設され、前記内側ハニカム構造部には配設されない前記［２］に記載の排ガス処理装置。

［４］ 前記目封止部が、前記内側ハニカム構造部の前記内側流入端面側または前記内側流出端面側の端部のいずれか一方の一部に配設される前記［２］に記載の排ガス処理装置。

［５］ 前記外側ハニカム構造部の前記外側隔壁の厚さが、前記内側ハニカム構造部の前記内側隔壁の厚さよりも厚い前記［１］〜［４］のいずれかに記載の排ガス処理装置。

［６］ 前記外側ハニカム構造部のセル密度が、前記内側ハニカム構造部のセル密度よりも小さい前記［１］〜［５］のいずれかに記載の排ガス処理装置。

［７］ 前記内側ハニカム構造部の外周壁が、前記内側ハニカム構造部の前記内側隔壁と一体的に成形された前記［１］〜［６］のいずれかに記載の排ガス処理装置。

［８］ 前記缶体には、前記内側ハニカム構造部の前記内側流入端面と前記外側ハニカム構造部の前記外側流出端面との間の位置に、排ガスを再循環させるための経路に続くＥＧＲ用流出口が形成されている前記［１］〜［７］のいずれかに記載の排ガス処理装置。

［９］ 前記ハニカム構造体の前記第２端面と前記缶体の間の隙間に吸音材が備えられた前記［１］〜［８］のいずれかに記載の排ガス処理装置。

［１０］ 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複数のセルを区画形成する隔壁と、前記セルの延びる方向に直交する断面における外側部分と内側部分とを仕切る仕切壁とを備えるハニカム成形体を作製するハニカム成形体作製工程と、作製したハニカム成形体の一部のセルの端部に目封止用スラリーを充填して目封止部を配設して目封止ハニカム成形体を得る目封止配設工程と、作製した前記目封止ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を得る焼成工程と、前記ハニカム焼成体の前記外側部分の一部を、一方の端面から研削して前記仕切壁の一部を露出させて、ハニカム構造体を得るハニカム構造体作製工程と、を有するハニカム構造体の製造方法。

本発明の排ガス処理装置は、所定のハニカム構造体とこのハニカム構造体を収納する所定の缶体を備えることにより、全体の大きさを小さくすることができ。更に、本発明の排ガス処理装置は、上記構成により、昇温し易く且つ急冷し難いものである。

本発明のハニカム構造体の製造方法によれば、本発明の排ガス処理装置に用いることができるハニカム構造体を良好に作製することができる。

本発明の排ガス処理装置の一の実施形態の断面を模式的に示す断面図である。 本発明の排ガス処理装置の一の実施形態において排ガスの流れを模式的に示す説明図である。 本発明の排ガス処理装置の一の実施形態が備えるハニカム構造体を模式的に示す斜視図である。 本発明の排ガス処理装置の一の実施形態が備えるハニカム構造体における目封止部の配置パターンを説明する説明図である。 本発明の排ガス処理装置の他の実施形態が備えるハニカム構造体における目封止部の配置パターンを説明する説明図である。 本発明の排ガス処理装置の更に他の実施形態が備えるハニカム構造体における目封止部の配置パターンを説明する説明図である。 本発明の排ガス処理装置の更に他の実施形態が備えるハニカム構造体における目封止部の配置パターンを説明する説明図である。 本発明の排ガス処理装置の更に他の実施形態が備えるハニカム構造体における目封止部の配置パターンを説明する説明図である。 本発明の排ガス処理装置の更に他の実施形態が備えるハニカム構造体における目封止部の配置パターンを説明する説明図である。 本発明の排ガス処理装置の更に他の実施形態が備えるハニカム構造体における目封止部の配置パターンを説明する説明図である。 比較例１〜４の排ガス処理装置を模式的に示す説明図である。 比較例５の排ガス処理装置を模式的に示す説明図である。

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］排ガス処理装置：
本発明の排ガス処理装置の一実施形態は、図１に示す排ガス処理装置１００である。排ガス処理装置１００は、ハニカム構造体１０と、このハニカム構造体１０を収納し、排ガスの通路となる缶体２０と、を備えている。そして、ハニカム構造体１０は、図３に示すように、内側ハニカム構造部１４と、この内側ハニカム構造部の外側に位置する外側ハニカム構造部１６と、目封止部８と、を備えている。

ハニカム構造体１０は、ハニカム基材３０及びこのハニカム基材３０の外周に配設された外周壁５を有する内側ハニカム構造部１４を有している。ハニカム基材３０は、第１端面１０ａ側の端面である内側流入端面１１から第２端面１０ｂ側の端面である内側流出端面１２まで延びる複数のセル２を区画形成する多孔質の内側隔壁１を有している（図３参照）。また、ハニカム構造体１０は、内側ハニカム構造部１４の外周の一部を取り囲み且つ内側ハニカム構造部１４の内側流入端面１１から離間した位置に配設された外側ハニカム構造部１６を有している。目封止部８は、一部のセル２に配設されている（図３参照）。缶体２０は、内側ハニカム構造部１４の内側流入端面１１側の端部と嵌り合い且つ排ガスの流入口２１が形成された流入管２３と、この流入管２３に連なる胴部２５と、を有している。そして、胴部２５には、内側ハニカム構造部１４の内側流入端面１１と外側ハニカム構造部１６の外側流出端面１９との間の位置に排ガスの流出口２７が形成されている。ハニカム構造体１０は、第２端面１０ｂと缶体２０の間に排ガスの流路となる隙間（空間（以下、「折返し空間」という場合がある））４１を有するとともに、外側ハニカム構造部１６の外側流出端面１９と缶体２０の間に排ガスの流路となる隙間（空間（以下、「昇温補助空間」という場合がある））４３を有する状態で缶体２０に収納されている。

このように排ガス処理装置１００は、ハニカム構造体１０とこのハニカム構造体１０を収納する缶体２０とを備えている。これにより、排ガス処理装置１００は、全体の大きさを小さくすることができ、昇温し易く且つ急冷し難くなる。

排ガス処理装置１００は、図２に示すように、ハニカム構造体１０の内側ハニカム構造部１４の内側流入端面１１側から排ガスがハニカム構造体１０内に流入し、内側ハニカム構造部１４の内側流出端面１２から流出する。その後、折返し空間４１に流れ込んだ排ガスは、外側ハニカム構造部１６の外側流入端面１８側から外側ハニカム構造部１６内に流入し、外側流出端面１９から流出する。このとき、外側ハニカム構造部１６の外側流出端面１９から流出した排ガスは、内側ハニカム構造部１４の外周壁５と缶体２０の胴部２５との間の空間である昇温補助空間４３に導入される。その後、上記排ガスは、外周壁５と接しながら缶体２０の流出口２７から排出される。なお、内側ハニカム構造部１４の内側流入端面１１側から流入した排ガスは、内側流出端面１２から流出せずに、昇温補助空間４３にそのまま流出するものもある。なお、図２において、矢印は、排ガスの流れを示している。

つまり、外側ハニカム構造部１６から排出された排ガスは、内側ハニカム構造部１４の外周壁５に直接当たる。そのため、排ガスが直接当たる部分（後述する凸部１４ａ）が、その外側から上記排ガスによって加温される。従って、排ガス処理装置１００は、昇温し易く且つ急冷し難くなる。そして、上記のような経路で排ガスが缶体２０内を流れるため、排ガス処理装置１００全体の大きさを小さくすることができる。なお、触媒が塗布されていない状態では外周壁５に直接当たる排ガスは、ハニカム構造体１０内を通過したものであるため、ハニカム構造体１０に最初に流入する際の温度よりも低温になる。しかし、触媒が塗布された状態では触媒反応により発生する熱により流入した排ガスの温度より高温にすることができる。そのため、上記のようにハニカム構造体１０の昇温を促進することが可能となる。また、冷却ガス（アイドル状態や坂道を下る状況において温度が下がった排ガス）がハニカム構造体１０に流入する際には、ハニカム構造体１０内を通過する際にこの排ガス（冷却ガス）が温められ、温められた排ガスが外周壁５に当たることによりハニカム構造体の温度低下を防止する程度の温度を有している。

図１は、本発明の排ガス処理装置の一の実施形態の断面を模式的に示す断面図である。図２は、本発明の排ガス処理装置の一の実施形態において排ガスの流れを模式的に示す説明図である。図３は、本発明の排ガス処理装置の一の実施形態が備えるハニカム構造体を模式的に示す斜視図である。

［１−１］ハニカム構造体：
本発明の排ガス処理装置のハニカム構造体としては、図３に示すようなハニカム構造体１０を挙げることができる。ハニカム構造体１０は、図３に示すように、一方の端面の中央から凸状に突出した部分（凸部１４ａ）を有する柱状ということもできる。

外側ハニカム構造部１６は、内側ハニカム構造部１４の内側流入端面１１から離間した位置に配設されている。具体的には、外側ハニカム構造部１６は、内側流入端面１１からの位置が、ハニカム構造体のセルの延びる方向の全長の１０〜６０％であることが好ましく、２０〜５０％であることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、昇温性能を向上させつつハニカム構造体を缶体に保持できる。別言すれば、ハニカム構造体は、上記凸部の、セルの延びる方向の長さが、上記範囲であることが好ましい。

内側流入端面１１の面積は、内側流入端面１１と外側流出端面１９との面積の合計の５〜５０％であることが好ましく、１０〜４０％であることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、フィルタとして機能する部分の面積を確保できる。また、排ガス処理装置の圧力損失を低くできる。

隔壁（内側隔壁、外側隔壁）及び外周壁は、それぞれの平均細孔径が５〜３０μｍであることが好ましく、９〜２５μｍであることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、触媒やＰＭによる細孔の閉塞を抑制することができる。また、圧力損失を低く抑えることができる。この平均細孔径は、水銀ポロシメーターによって測定した値である。

隔壁（内側隔壁、外側隔壁）及び外周壁は、それぞれの気孔率が３５〜７０％であることが好ましく、４０〜６５％であることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、排ガスが隔壁を透過する際の透過抵抗を低くしつつキャニング可能なアイソスタティック強度を確保できる。この気孔率は、水銀ポロシメーターによって測定した値である。

隔壁（内側隔壁、外側隔壁）の厚さは、特に限定されるものではない。この隔壁は、例えば、６４〜３０５μｍであることが好ましい。隔壁の厚さが６４μｍ未満であると、アイソスタティック強度が著しく低下しキャニング中にハニカム構造体が破壊されるおそれがある。一方、３０５μｍ超であると、圧力損失の大幅な増加により燃費が悪くなることや出力が十分に得られないことなどの影響が発生するおそれがある。そして、内側隔壁と外側隔壁の厚さは、異なっていてもよい。外側ハニカム構造部の外側隔壁の厚さは、内側ハニカム構造部の内側隔壁の厚さよりも厚いことが好ましい。具体的には、内側隔壁の厚さに対する外側隔壁の厚さの比の値（外側隔壁の厚さ／内側隔壁の厚さ）は、１．１〜５.０であることが好ましく、１．２〜３．５であることが更に好ましい。このようにすることで、内側ハニカム構造部の熱容量を小さくし触媒の昇温性能を上げることができ、更に、外側ハニカム構造部では隔壁が厚くなることにより捕集性能を向上させることができる。一方、外側隔壁の厚さ／内側隔壁の厚さの値が５．０超であると、ハニカム構造体を押出成形する際に外側隔壁と内側隔壁の押し出し速度に大きく差が生じることになる。そのため、外側隔壁と内側隔壁の境界部分に隔壁の変形が発生し、アイソスタティック強度を低下させるおそれがある。

外側隔壁の厚さは、例えば、１１０〜３８１μｍであることが好ましく、１５２〜３０５μｍであることが更に好ましい。

外周壁の厚さは、特に限定されるものではない。例えば、０．３〜３ｍｍであることが好ましい。外周壁の厚さが０．３ｍｍ未満であると、外周壁に小穴や欠けが発生し易くなり、触媒を塗布する際に外周壁から触媒が漏れるおそれがある。一方、３ｍｍ超であると、ハニカム構造体を押出成形する際に外周壁を形成する坏土の流れがその他の部分に比べて速くなる。そのため、隣接する隔壁（内側隔壁、外側隔壁）との流れに差異が生じ、隔壁が変形してアイソスタティック強度が著しく低下するおそれがある。

内側ハニカム構造部の外周壁は、内側ハニカム構造部の内側隔壁と一体的に成形されていることが好ましい。このようにすることで、外周壁と内側隔壁との熱膨張の差を抑制することができ、耐熱衝撃性に優れた構造にすることができる。ここで、外周壁が「内側隔壁と一体的に成形され」とは、外周壁と内側隔壁とが接合などの方法により互いに固定されているのではなく、例えば、製造段階における押出成形時に一体に成形されることを意味する。

ハニカム構造体のセル密度は特に制限はない。ここで、外側ハニカム構造部のセル密度は、内側ハニカム構造部のセル密度よりも小さいことが好ましい。具体的には、内側ハニカム構造部のセル密度は、４６．５〜１８６個／ｃｍ^２であることが好ましく、外側ハニカム構造部のセル密度は７．７〜４６．５個／ｃｍ^２であることが好ましい。このようにすることで、内側ハニカム構造部で排ガスの浄化性能を向上するための幾何学的表面積を確保することができ、一方、外側ハニカム構造部では圧力損失を低く抑えられる。

ハニカム構造体の材質としては、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、炭化珪素、コージェライト、チタン酸アルミニウム、珪素−炭化珪素系複合材料、炭化珪素−コージェライト系複合材料、ムライト、アルミナ、窒化珪素などを挙げることができる。炭化珪素、コージェライト、チタン酸アルミニウム、珪素−炭化珪素系複合材料、及び炭化珪素−コージェライト系複合材料からなる群より選択される少なくとも一種が好ましい。

また、ハニカム構造体は、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、ハニカム構造体は、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。

目封止部は、内側ハニカム構造部及び前記外側ハニカム構造部の少なくとも一方における前記セルの一部に配設されたものである。これらの目封止部の材質は、上述したハニカム構造体と同様のものとすることができる。また、目封止部の深さは、適宜決定することができる。

目封止部の配置パターンは、以下のような（１）〜（７）のパターンを採用することが好ましい。
（１）図４Ａに示すように、目封止部８が、外側ハニカム構造部１６の、セル２のうちの所定のセルの外側流入端面１８側の端部及び残余のセルの外側流出端面１９側の端部に配設され、内側ハニカム構造部１４には配設されない。
（２）図４Ｂに示すように、目封止部８が、外側ハニカム構造部１６のセルのうちの所定のセルの外側流入端面１８側の端部及び残余のセルの外側流出端面１９側の端部に配設され、内側ハニカム構造部１４においては、所定のセルの内側流出端面１２側の端部にのみ配設されている。内側ハニカム構造部１４においては、残余のセルの内側流入端面１１側の端部に配設されない。
（３）図４Ｃに示すように、目封止部８が、内側ハニカム構造部１４においては、所定のセルの内側流出端面１２側の端部にのみ配設され、外側ハニカム構造部１６においては、所定のセルの外側流入端面１８側の端部にのみ配設されている。目封止部８が、内側ハニカム構造部１４においては、残余のセルの内側流入端面１１側の端部に配設されず、外側ハニカム構造部１６においては、残余のセルの外側流出端面１９側の端部に配設されない。
（４）図４Ｄに示すように、目封止部８が、内側ハニカム構造部１４においては、所定のセルの内側流出端面１２側の端部にのみ配設され、外側ハニカム構造部１６においては、所定のセルの外側流出端面１９側の端部にのみ配設されている。目封止部８が、内側ハニカム構造部１４においては、残余のセルの内側流入端面１１側の端部に配設されず、外側ハニカム構造部１６においては、残余のセルの外側流入端面１８側の端部に配設されない。
（５）図４Ｅに示すように、目封止部８が、外側ハニカム構造部１６においては、所定のセルの外側流出端面１９側の端部にのみ配設され、内側ハニカム構造部１４には配設されない。外側ハニカム構造部１６においては、残余のセルの外側流入端面１８側の端部に配設されない。
（６）図４Ｆに示すように、目封止部８が、内側ハニカム構造部１４においては、所定のセルの内側流入端面１１側の端部にのみ配設され、外側ハニカム構造部１６においては、所定のセルの外側流入端面１８側の端部にのみ配設されている。目封止部８が、内側ハニカム構造部１４においては、残余のセルの内側流出端面１２側の端部に配設されず、外側ハニカム構造部１６においては、残余のセルの外側流出端面１９側の端部に配設されない。
（７）図４Ｇに示すように、目封止部８が、内側ハニカム構造部１４においては、所定のセルの内側流入端面１１側の端部にのみ配設され、外側ハニカム構造部１６においては、所定のセルの外側流出端面１９側の端部にのみ配設されている。目封止部８が、内側ハニカム構造部１４においては、残余のセルの内側流出端面１２側の端部に配設されず、外側ハニカム構造部１６においては、残余のセルの外側流入端面１８側の端部に配設されない。

図４Ａは、本発明の排ガス処理装置の一の実施形態が備えるハニカム構造体における目封止部の配置パターンを説明する説明図である。図４Ｂは、本発明の排ガス処理装置の他の実施形態が備えるハニカム構造体における目封止部の配置パターンを説明する説明図である。図４Ｃは、本発明の排ガス処理装置の更に他の実施形態が備えるハニカム構造体における目封止部の配置パターンを説明する説明図である。図４Ｄは、本発明の排ガス処理装置の更に他の実施形態が備えるハニカム構造体における目封止部の配置パターンを説明する説明図である。図４Ｅは、本発明の排ガス処理装置の更に他の実施形態が備えるハニカム構造体における目封止部の配置パターンを説明する説明図である。図４Ｆは、本発明の排ガス処理装置の更に他の実施形態が備えるハニカム構造体における目封止部の配置パターンを説明する説明図である。図４Ｇは、本発明の排ガス処理装置の更に他の実施形態が備えるハニカム構造体における目封止部の配置パターンを説明する説明図である。

［１−２］缶体：
缶体２０は、上述したように、内側ハニカム構造部１４の内側流入端面１１側の端部と嵌り合い且つ排ガスの流入口２１が形成された流入管２３と、この流入管２３に連なる胴部２５と、を有している。そして、胴部２５には、内側ハニカム構造部１４の内側流入端面１１と外側ハニカム構造部１６の外側流出端面１９との間の位置に排ガスの流出口２７が形成されている。このような缶体２０によれば、排ガス処理装置１００に流入した排ガスは、図２における矢印で示すように流れる。つまり、外側ハニカム構造部１６から排出された排ガスは、内側ハニカム構造部１４の外周壁５に直接当たる。そのため、上記凸部１４ａが、その外側から上記排ガスによって加温される。従って、排ガス処理装置１００は、昇温し易く且つ急冷し難くなる。そして、上記のような経路で排ガスが缶体２０内を流れるため、排ガス処理装置１００全体の大きさを小さくすることができる。

本発明の排ガス処理装置では、缶体の胴部の上記位置に流出口が形成されることで、ハニカム構造体内を通過した排ガスが、内側ハニカム構造部の上記凸部の外周に直接当たるように流れる。そのため、本発明の排ガス処理装置は、排ガスにより保温され、ハニカム構造体を昇温し易く且つハニカム構造体が急冷し難くなる。

折返し空間４１における幅（即ち、ハニカム構造体１０と缶体２０の内表面との間の距離）は、２０〜１５０ｍｍであることが好ましく、３０〜１００ｍｍであることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、排ガスの流路を確保して圧力損失の上昇を抑えることができる。

缶体２０には、内側ハニカム構造部１４の内側流入端面１１と外側ハニカム構造部１６の外側流出端面１９との間の位置に、排ガスを再循環させるための経路に続くＥＧＲ用流出口２８が形成されていることが好ましい。このように、缶体２０が排ガスを再循環させるための経路に連結されていると、ススが捕集された排ガスをＥＧＲに供給できるためＥＧＲクーラー等でのススの詰まりを抑制することができる。更に、外周壁５から排ガスの一部が、内側ハニカム構造部１４の内側流入端面１１と外側ハニカム構造部１６の外側流出端面１９との間に供給されることにより、ＥＧＲ用流出口２８における排ガスの圧力を比較的高く保つことができる。その結果、ＥＧＲに供給される排ガスの供給量を確保できる。なお、ＥＧＲは、Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎの略称である。

缶体２０の材質は、従来公知の排ガス処理装置に採用する缶体と同じ材質とすることができる。

［１−３］吸音材：
本発明の排ガス処理装置は、ハニカム構造体の第２端面と缶体の間の隙間に吸音材が備えられていることが好ましい。吸音材は、ガラス繊維等によって構成された耐熱性を有したマットである。このように吸音材を上記のように備えることにより、マフラーと同じ消音効果が得られる。

吸音材としては、例えば、グラスウール、金属繊維などを挙げることができる。これらの中でも、耐熱性を有するという観点から、グラスウールが好ましい。

［２］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、ハニカム成形体を作製するハニカム成形体作製工程と、作製したハニカム成形体に目封止部を形成する目封止配設工程と、作製した目封止ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を得る焼成工程と、仕切壁の一部を露出させて、ハニカム構造体を得るハニカム構造体作製工程と、を有する。ハニカム成形体作製工程におけるハニカム成形体は、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複数のセルを区画形成する隔壁と、セルの延びる方向に直交する断面における外側部分と内側部分とを仕切る仕切壁とを備えるものである。ハニカム構造体作製工程においては、焼成工程で得られたハニカム焼成体の外側部分の一部を、一方の端面から研削して仕切壁の一部を露出させる。

このような製造方法であると、本発明の排ガス処理装置に用いることができるハニカム構造体を良好に作製することができる。具体的には、本製造方法は、ハニカム成形体作製工程において仕切壁を有するハニカム成形体を作製し、このハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を得た後、仕切壁（外周壁）が露出するようにハニカム焼成体を研削する。このようにすることで、得られるハニカム構造体の内側流入端面側の端部の外周に外周壁（仕切壁）が配置されることになる。即ち、ハニカム成形体作製工程において仕切壁を設けない場合、ハニカム構造体は、研削された隔壁が露出することになる。そして、この隔壁は、一部が剥がれ落ちてしまう。

ハニカム構造体は、外周壁（仕切壁）を有することにより、隔壁の一部が剥がれ落ちてしまうことを防止できる。更に、上記製造方法は、ハニカム構造体の内側流入端面側の端部（内側ハニカム構造部の凸部）を削り出し、外周壁を有する内側流入端面側の端部（内側ハニカム構造部の凸部）を簡単に作製することができる。

［２−１］ハニカム成形体作製工程：
本工程では、具体的には、まず、成形原料を混練して坏土とする。成形原料は、セラミック原料に分散媒及び添加剤を加えたものであることが好ましい。添加剤としては、有機バインダ、造孔材、界面活性剤等を挙げることができる。分散媒としては、水等を挙げることができる。

セラミック原料としては、コージェライト化原料、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、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、及びアルミニウムチタネートからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。これらの中でも、熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃性に優れたコージェライト化原料が好ましい。

使用するセラミック原料の粒子径及び配合量、並びに添加する造孔材の粒子径及び配合量を調整することにより、所望の気孔率、平均細孔径のハニカム構造体を得ることができる。

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、得られた坏土を押出成形してハニカム成形体を得る。このとき、隔壁と仕切壁とを有するハニカム成形体が得られるように、所定の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。

仕切壁の厚さは、焼成後に所望の厚さの外周壁が得られる厚さであれば特に制限はない。仕切壁の厚さは、例えば、１〜３ｍｍとすることができる。

［２−２］目封止配設工程：
次に、得られたハニカム焼成体のハニカム構造部のセルの開口部を、目封止材によって目封止する。セルの開口部を目封止する方法としては、セルの開口部に目封止材を充填する方法を挙げることができる。目封止材を充填する方法としては、従来公知の目封止ハニカム構造体の製造方法に準じて行うことができる。目封止材を形成するためのセラミック原料は、従来公知のハニカム構造体の製造方法において用いられるセラミック原料を用いることができるが、ハニカム成形体の作製に使用したものと同じセラミック原料を用いることが好ましい。なお、目封止材によって形成される目封止部の気孔率や細孔径などを調節するために、セラミック原料粉末の粒子径及び配合量、並びに添加する造孔材粉末の粒子径及び配合量について適宜変更してもよい。

セルの開口部に目封止材を充填した後、目封止材を乾燥、又は焼成することによって、本実施形態のハニカム構造体を製造することができる。セルの開口部に目封止材を充填する工程は、ハニカム成形体を焼成する前に行ってもよい。本実施形態のハニカム構造体を製造する方法については、これまでに説明した方法に限定されることはない。

［２−３］焼成工程：
次に、ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を得る（焼成工程）。焼成温度は、ハニカム成形体の材質よって適宜決定することができる。例えば、ハニカム成形体の材質がコージェライトの場合、焼成温度は、１３８０〜１４５０℃が好ましく、１４００〜１４４０℃が更に好ましい。また、焼成時間は、最高温度での持続時間として、４〜６時間程度とすることが好ましい。

ハニカム成形体を焼成する前に乾燥させてもよい。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、これらの中でも、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。また、乾燥条件としては、乾燥温度３０〜１５０℃、乾燥時間１分〜２時間とすることが好ましい。

［２−４］ハニカム構造体作製工程：
次に、得られたハニカム焼成体の外側部分の一部を、一方の端面から研削して、仕切壁の一部を露出させ、隔壁と仕切壁（外周壁）とを備えるハニカム構造体を作製する。ハニカム焼成体の研削は、ハニカム成形体を乾燥させた後であり、焼成を行う前に行ってもよい。

［３］排ガス処理装置の製造方法：
本実施形態の排ガス処理装置は、製造したハニカム構造体を、上記缶体に収納して作製することができる。

このようにして作製した排ガス処理装置は、図２に示すように、排ガスが流れることになる。即ち、排ガス処理装置１００は、ハニカム構造体１０の内側ハニカム構造部１４の内側流入端面１１側から排ガスがハニカム構造体１０内に流入し、内側ハニカム構造部１４の内側流出端面１２から流出する。その後、折返し空間４１に流れ込んだ排ガスは、外側ハニカム構造部１６の外側流入端面１８側から外側ハニカム構造部１６内に流入し、外側流出端面１９から流出する。このとき、外側ハニカム構造部１６の外側流出端面１９から流出した排ガスは、内側ハニカム構造部１４の外周壁５と缶体２０の胴部２５との間の空間（昇温補助空間）４３に導入される。その後、上記排ガスは、この外周壁５と接しながら缶体２０の流出口２７から排出される。

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）
コージェライト化原料１００質量部に、造孔材を１３質量部、分散媒を３５質量部、有機バインダを６質量部、分散剤を０．５質量部、それぞれ添加し、混合、混練して坏土を調製した。コージェライト化原料としては、アルミナ、水酸化アルミニウム、カオリン、タルク、及びシリカを使用した。分散媒としては水を使用し、造孔材としては平均粒子径１〜１０μｍのコークスを使用し、有機バインダとしてはヒドロキシプロピルメチルセルロースを使用し、分散剤としてはエチレングリコールを使用した。造孔材の粒子径と量をコントロールすることにより、隔壁の細孔径及び気孔率をコントロールした。

次に、隔壁と仕切壁とを有するハニカム成形体が得られるように、所定の口金を用いて坏土を押出成形し、円柱状のハニカム成形体を得た。

次に、ハニカム成形体をマイクロ波乾燥機で乾燥し、更に熱風乾燥機で完全に乾燥させた後、ハニカム成形体の両端面を切断し、所定の寸法に整えた。

次に、ハニカム成形体の各セルの一方の開口部に、目封止用スラリーを充填して目封止部を形成した。

目封止部の配置パターンは、図４Ａに示すものを採用した。即ち、目封止ハニカム成形体は、目封止部が、外側ハニカム構造部の、セルのうちの所定のセルの外側流入端面側の端部及び残余のセルの外側流出端面側の端部に配設され、内側ハニカム構造部には配設されないものとした。

目封止部の形成方法としては、まず、ハニカム成形体の外側ハニカム構造部に相当する部分の一方の端面と他方の端面にシートを貼り付け、このシートの、目封止部を形成しようとするセルに対応した位置に穴を開けた。次に、このシートを貼り付けたままの状態で、目封止用スラリーをハニカム成形体の上記端面に塗布してハニカム成形体内に押し込み、目封止用スラリーをハニカム成形体の所定のセルに充填した。目封止用スラリーとしては、目封止部の形成材料をスラリー化したものを用いた。

その後、目封止ハニカム成形体を熱風乾燥機で乾燥し、更に、１４１０〜１４４０℃で、５時間、焼成してハニカム焼成体を得た。

次に、ハニカム焼成体の外側部分の一部を、一方の端面から研削して仕切壁の一部を露出させて、ハニカム構造体を得た。

ハニカム構造体は、セルの延びる方向における長さが１４０ｍｍ（表１中、「システム全長」と示す）であった。外側ハニカム構造部の、セルの延びる方向の長さは、１００ｍｍであり、内側ハニカム構造部の凸部の、セルの延びる方向の長さは、４０ｍｍであった。また、ハニカム構造体は、内側ハニカム構造部及び外側ハニカム構造部が円柱状であり、内側ハニカム構造部の直径が８０ｍｍであり、内側ハニカム構造部と外側ハニカム構造部との合計（第２端面）の直径が１４４ｍｍであった。

また、ハニカム構造体は、内側ハニカム構造部のセル密度が４６．５個／ｃｍ^２であった。つまり、内側ハニカム構造部の凸部のセル密度と、凸部以外の部分（外側ハニカム構造部に覆われている部分）のセル密度とが同じであった。外側ハニカム構造部のセル密度が４６．５個／ｃｍ^２であった。外側隔壁（外側ハニカム構造部の隔壁）の厚さは、０．２１ｍｍであり、内側隔壁（内側ハニカム構造部）の厚さは、０．２１ｍｍであった。内側ハニカム構造部の外周壁は、内側ハニカム構造部の内側隔壁と一体的に成形されていた。なお、内側隔壁の厚さは、表１において、「凸部／第一ハニカム構造体」の欄の「隔壁厚さ」と「内側ハニカム構造部（凸部を除く）／第二ハニカム構造体」の欄の「隔壁厚さ」とで示される。

次に、得られたハニカム構造体を、缶体の内部に収容した。ハニカム構造体と缶体との間には、セラミックマットからなる緩衝部材を配設した。缶体としては、内側ハニカム構造部の内側流入端面側の端部と嵌り合い且つ排ガスの流入口が形成された流入管と、この流入管に連なる胴部と、を有しているものを用いた。そして、缶体の胴部には、内側ハニカム構造部の内側流入端面と外側ハニカム構造部の外側流出端面との間の位置に排ガスの流出口が形成されていた。更に、ハニカム構造体は、第２端面と缶体の間に排ガスの流路となる空間（折返し空間）を有するとともに、外側ハニカム構造部の外側流出端面と缶体の間に排ガスの流路となる空間（昇温補助空間）を有する状態で缶体に収納されていた。また、缶体には、ＥＧＲ用流出口が形成されていた。また、缶体は、ステンレス製のものを用いた。このようにして、排ガス処理装置を得た。

次に、得られた排ガス処理装置について、以下に示す方法で、「システム全長」、「浄化率」及び「ＰＭ捕集」の評価を行った。結果を表１に示す。

［システム全長］
排ガスの流入端面から、ハニカム構造体のセルの延びる方向における最も遠い位置までをシステム全長とする。このとき、システム全長が２００ｍｍ以下の場合は、排ガス処理装置が大きく「合格」とした。システム全長が２００ｍｍ超の場合は、排ガス処理装置が大きく「不合格」とした。

［浄化率］
欧州ＥＵＲＯ６ 規制値と比較して、全ての成分（一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物）のエミッションが規制値を下回った場合を合格「Ｂ」とし、規制値を下回らなかった場合を不合格「Ｃ」とする。更に、Ｂ評価のもののうち、一酸化炭素が規制値の３０％減の場合を「Ａ」とし、５０％減の場合を「ＡＡ」とする。

［ＰＭ捕集］
車輌から発生するＰＭ個数を１．０×１０^１２個／ｋｍとしたとき、欧州ＥＵＲＯ６ 規制値６．０×１０^１１個／ｋｍを基準として、排ガス処理装置で捕集された排ガス中のＰＭ個数が上記基準の４０％未満である場合を「Ｄ」とした。そして、排ガス処理装置で捕集された排ガス中のＰＭ個数が上記基準の４０％以上で６０％未満である場合を「Ｃ」とした。そして、排ガス処理装置で捕集された排ガス中のＰＭ個数が上記基準の６０％以上で８０％未満である場合を「Ｂ」とした。そして、排ガス処理装置で捕集された排ガス中のＰＭ個数が上記基準の８０％以上である場合を「Ａ」とした。

表１中、「凸部／第一ハニカム構造体」の欄は、実施例においては内側ハニカム構造部の凸部における「隔壁厚さ」、「セル密度」、「目封止部」の有無、長さを示す。また、比較例においては、図５または図６に示す排ガス処理装置２００，２０１における第一ハニカム構造体の「隔壁厚さ」、「セル密度」、「目封止部」の有無、長さを示す。

なお、図５または図６に示す排ガス処理装置２００，２０１は、それぞれ、排ガスの流入口１２１及び流出口１２７が形成された缶体１２０と、この缶体１２０に収納された３つのハニカム構造体からなるフィルタ群５０とを備えていた。フィルタ群５０は、缶体１２０における排ガスの流入口１２１側から順に配置された、第一ハニカム構造体５１、第二ハニカム構造体５２、及び第三ハニカム構造体５３からなる。そして、これらのハニカム構造体５１，５２，５３は、いずれも円柱状であり、第一ハニカム構造体５１の直径は、８０ｍｍであった。また、比較例５においては、第三ハニカム構造体５３の直径が１２０ｍｍであった。比較例１〜４においては、図５に示す排ガス処理装置２００を用い、比較例５においては、図６に示す排ガス処理装置２０１を用いた。なお、図５、図６中、符号Ｘは、排ガス処理装置の長さ（システム全長）を示す。

また、表１中、「内側ハニカム構造部（凸部を除く）／第二ハニカム構造体」の欄は、実施例においては内側ハニカム構造部（凸部を除く）における「隔壁厚さ」、「セル密度」、「目封止部」の有無、長さを示す。また、比較例においては、図５または図６に示す排ガス処理装置２００，２０１における第二ハニカム構造体の「隔壁厚さ」、「セル密度」、「目封止部」の有無、長さを示す。

また、表１中、「外側ハニカム構造部／第三ハニカム構造体」の欄は、実施例においては外側ハニカム構造部における「隔壁厚さ」、「セル密度」、「目封止部」の有無、長さを示す。また、比較例においては、図５または図６に示す排ガス処理装置２００，２０１における第三ハニカム構造体の「隔壁厚さ」、「セル密度」、「目封止部」の有無、長さを示す。

（実施例２〜９、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、「システム全長」、「浄化率」及び「ＰＭ捕集」の評価を行った。結果を表１に示す。

表１から、実施例１〜９の排ガス処理装置は、比較例１〜５の排ガス処理装置に比べて、全体の大きさを小さくすることができ、昇温し易く且つ急冷し難いことが分かる。

本発明の排ガス処理装置は、自動車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。また、本発明のハニカム構造体の製造方法は、本発明の排ガス処理装置のハニカム構造体を良好に作製することができる。

１：内側隔壁、２：セル、３：外側隔壁、５：外周壁、８：目封止部、１０：ハニカム構造体、１０ａ：第１端面、１０ｂ：第２端面、１１：内側流入端面、１２：内側流出端面、１４：内側ハニカム構造部、１４ａ：凸部、１６：外側ハニカム構造部、１８：外側流入端面、１９：外側流出端面、２０，１２０：缶体、２１：流入口、２３：流入管、２５：胴部、２７：流出口、２８：ＥＧＲ用流出口、３０：ハニカム基材、４１：折返し空間、４３：昇温補助空間、５０：フィルタ群、５１：第一ハニカム構造体、５２：第二ハニカム構造体、５３：第三ハニカム構造体、１００，２００，２０１：排ガス処理装置、Ｘ：システム全長。

Claims (10)

1. 一方の端面である第１端面から他方の端面である第２端面まで延び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体と、
   前記ハニカム構造体を収納する缶体と、を備え、
   前記ハニカム構造体は、前記第１端面側の端面である内側流入端面から前記第２端面側の端面である内側流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の内側隔壁を有するハニカム基材及び前記ハニカム基材の外周に配設された外周壁を有する内側ハニカム構造部と、前記内側ハニカム構造部の外周の一部を取り囲み且つ前記内側ハニカム構造部の前記内側流入端面から離間した位置に配設された外側ハニカム構造部と、一部の前記セルに配設された目封止部と、を有し、
   前記ハニカム構造体の前記外側ハニカム構造部は、前記第２端面側の端面である外側流入端面から前記第１端面の端面である外側流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の外側隔壁を有し、
   前記缶体は、前記内側ハニカム構造部の前記内側流入端面側の端部と嵌り合い且つ排ガスの流入口が形成された流入管と、前記流入管に連なる胴部と、を有し、
   前記胴部には、前記内側ハニカム構造部の前記内側流入端面と前記外側ハニカム構造部の前記外側流出端面との間の位置に前記排ガスの流出口が形成され、
   前記ハニカム構造体は、前記第２端面と前記缶体の間に前記排ガスの流路となる隙間を有するとともに、前記外側ハニカム構造部の前記外側流出端面と前記缶体の間に前記排ガスの流路となる隙間を有する状態で前記缶体に収納される排ガス処理装置。
2. 前記目封止部は、前記内側ハニカム構造部には配設されないか或いは前記内側ハニカム構造部の一方の端部にのみ配設され、前記外側ハニカム構造部には一方の端部にのみ配設されるか或いは両方の端部に配設される請求項１に記載の排ガス処理装置。
3. 前記目封止部が、前記外側ハニカム構造部の、前記セルのうちの所定のセルの前記外側流入端面側の端部及び残余のセルの前記外側流出端面側の端部に配設され、前記内側ハニカム構造部には配設されない請求項２に記載の排ガス処理装置。
4. 前記目封止部が、前記内側ハニカム構造部の前記内側流入端面側または前記内側流出端面側の端部のいずれか一方の一部に配設される請求項２に記載の排ガス処理装置。
5. 前記外側ハニカム構造部の前記外側隔壁の厚さが、前記内側ハニカム構造部の前記内側隔壁の厚さよりも厚い請求項１〜４のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
6. 前記外側ハニカム構造部のセル密度が、前記内側ハニカム構造部のセル密度よりも小さい請求項１〜５のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
7. 前記内側ハニカム構造部の外周壁が、前記内側ハニカム構造部の前記内側隔壁と一体的に成形された請求項１〜６のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
8. 前記缶体には、前記内側ハニカム構造部の前記内側流入端面と前記外側ハニカム構造部の前記外側流出端面との間の位置に、排ガスを再循環させるための経路に続くＥＧＲ用流出口が形成されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
9. 前記ハニカム構造体の前記第２端面と前記缶体の間の隙間に吸音材が備えられた請求項１〜８のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
10. 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複数のセルを区画形成する隔壁と、前記セルの延びる方向に直交する断面における外側部分と内側部分とを仕切る仕切壁とを備えるハニカム成形体を作製するハニカム成形体作製工程と、
    作製したハニカム成形体の一部のセルの端部に目封止用スラリーを充填して目封止部を配設して目封止ハニカム成形体を得る目封止配設工程と、
    作製した前記目封止ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を得る焼成工程と、
    前記ハニカム焼成体の前記外側部分の一部を、一方の端面から研削して前記仕切壁の一部を露出させて、ハニカム構造体を得るハニカム構造体作製工程と、を有するハニカム構造体の製造方法。

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