JP2018167211A - ハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力損失を低減することが可能なハニカム構造体を提供する。
【解決手段】流入セル２_ＩＮとなる第一セル２ａの開口率が、流出セル２_ＯＵＴとなる第二セル２ｂの開口率よりも大であり、少なくとも一の第一セル２ａを取り囲むように配設された隔壁１には、第一セル２ａを挟んで対向する少なくとも一対の隔壁１のそれぞれに、第一セル２ａ内に向かって突出する第一突起６ａと第二突起６ｂとがそれぞれ配設され、第一突起６ａと第二突起６ｂとは、それぞれの伸展方向の延長線上において、それぞれ重ならないように配設され、第一突起６ａの突起高さＨ１及び第二突起６ｂの突起高さＨ２のそれぞれが、対向する隔壁１の相互間距離Ｗに対して、１５％以上、９０％以下である。
【選択図】図５

Description

本発明は、ハニカム構造体に関する。更に詳しくは、フィルタとして使用した場合に、圧力損失を低減し、捕集効率を向上することが可能なハニカム構造体に関する。

従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関より排出される排ガス中の粒子状物質を捕集したり、ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘなどの有毒なガス成分を浄化したりする装置として、ハニカム構造体を用いたフィルタが知られている。ハニカム構造体は、流体の流路となる複数のセルを取り囲むように配設された多孔質の隔壁を備えた構造体である。ハニカム構造体を構成する隔壁は、例えば、コージェライトや炭化珪素などの多孔質セラミックスによって構成されている。以下、粒子状物質を、「ＰＭ」ということがある。ＰＭは、「Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ」の略である。

ハニカム構造体を用いたフィルタは、多孔質の隔壁によって区画されたセルのいずれか一方の開口部に目封止部を配設し、多孔質の隔壁により、排ガス中のＰＭを除去するものである。以下、ハニカム構造体を用いたフィルタを、「ハニカムフィルタ」ということがある。例えば、ハニカムフィルタは、複数のセルに対して、流入端面側の開口部と流出端面の開口部とが互に目封止されることで、多孔質の隔壁がＰＭを除去するフィルタの役目を果たす構造となっている。このようなハニカムフィルタは、流入端面からＰＭを含有する排ガスを流入させると、排ガスが多孔質の隔壁を通過する際に、当該多孔質の隔壁によって排ガス中のＰＭが捕集される。これにより、ハニカムフィルタの流出端面から排出される排ガスは、ＰＭが除去されたガスとなる。また、このようなハニカムフィルタは、隔壁の細孔内に触媒を担持することで、この触媒により排ガス中の有毒ガス成分を浄化できることも知られている。

ハニカムフィルタは、長期間使用することにより、流入端面側が開口したセル（以下、「流入セル」ということがある）内に、排ガス中の灰（Ａｓｈ）等が堆積して、圧力損失が急激に大きくなることがある。そこで、そのような事象を防ぐ対策として、流入セル内の濾過面積や開口率を高めるという工夫がなされている。具体的には、流入セルと流出セルの、セルの延びる方向に直交する断面形状を異ならせた構造が提案されてきている（例えば、特許文献１）。このような構造を、例えば、ＨＡＣ構造ということがある。ＨＡＣ構造とは、「Ｈｉｇｈ Ａｓｈ Ｃａｐａｃｉｔｙ構造」の略である。また、上述した流出セルとは、「流入端面側が開口したセル」のことである。

特開２００４−８９６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたようなハニカムフィルタは、隔壁を通過する排ガスが、流出端面側近傍に集中する傾向がある。このため、排ガスが隔壁を通過する壁通過流速が、ハニカムフィルタの流出端面側近傍において増大し、ハニカムフィルタの圧力損失が増加してしまうという問題があった。また、隔壁を通過する排ガスが、流出端面側近傍に集中すると、ハニカムフィルタの捕集性能が悪化するという問題もあった。

ここで、流入セルの開口率ＯＦＡ_ＩＮを、流出セルの開口率ＯＦＡ_ＯＵＴよりも小さくすること（即ち、ＯＦＡ_ＩＮ＜ＯＦＡ_ＯＵＴ）により、上述した壁通過流速についての問題は改善する方向にある。しかしながら、このような方法により改善を図った場合、流入セルについては、灰等を堆積されるための堆積容量が減少したり、流入端面側の幾何学的表面積の減少により、圧力損失増加への影響がある。以下、幾何学的表面積のことを、以下、「ＧＳＡ」ということがある。ＧＳＡは、「Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ：幾何学的表面積」の略である。また、流入セルの水力直径ＨＤ_ＩＮを、流出セルの水力直径ＨＤ_ＯＵＴよりも小さくすること（即ち、ＨＤ_ＩＮ＜ＨＤ_ＯＵＴ）により、同様に、壁通過流速についての問題は改善する方向にある。但し、この場合にも、流入セル内に灰等が堆積した際に、圧力損失増加への影響がある。

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。本発明は、圧力損失を低減し、捕集効率を向上することが可能なハニカム構造体を提供する。

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］ 第一端面から第二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備え、
前記複数のセルは、前記第一端面側の端部が開口し且つ前記第二端面側の端部が目封止された第一セルと、前記第一端面側の端部が目封止され且つ前記第二端面側の端部が開口した第二セルと、を含み、
前記第一端面側から流入した前記流体を、前記隔壁を透過させることにより、前記第二セル内に濾過流体として流出させ、前記濾過流体を前記第二端面側から流出させるように構成されており、
前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記第二セルの周囲に、前記第一セルが配設されており、
前記第一端面における前記第一セルの開口率が、前記第二端面における前記第二セルの開口率よりも大であり、
少なくとも一の前記第一セルを取り囲むように配設された前記隔壁には、当該第一セルを挟んで対向する少なくとも一対の前記隔壁のそれぞれに、当該第一セル内に向かって突出する突起がそれぞれ配設されており、
対向する前記隔壁に配設された２つの前記突起のうち、第一の前記隔壁に配設された前記突起を第一突起とし、第二の前記隔壁に配設された前記突起を第二突起とし、
前記第一突起と前記第二突起とは、それぞれの突起の伸展方向の延長線上において、それぞれ重ならないように配設され、
前記第一突起の突起高さＨ１及び前記第二突起の突起高さＨ２のそれぞれが、前記対向する前記隔壁の相互間距離Ｗに対して、１５％以上、９０％以下である、ハニカム構造体。

［２］ 前記第一突起の幅Ｙ１が、当該第一突起が設けられている前記隔壁の厚さＴ１よりも小さく、且つ、
前記第二突起の幅Ｙ２が、当該第二突起が設けられている前記隔壁の厚さＴ２よりも小さい、前記［１］に記載のハニカム構造体。

［３］ １つの前記第一セル内に向かって突出する前記突起の総数が、４個以下である、前記［１］又は［２］に記載のハニカム構造体。

本発明のハニカム構造体は、圧力損失を低減し、捕集効率を向上することができる。例えば、流入セルとなる第一セル内に突起を設けることにより、流入セルとなる第一セルの開口率ＯＦＡ_ＩＮ、幾何学的表面積（ＧＳＡ）、水力直径ＨＤ_ＩＮ等をある程度維持しながら、当該第一セルの流路抵抗を増加させることができる。このため、ハニカム構造体の第一端面を流入端面とした場合に、第一セルの流路抵抗を増加させることができ、第一端面に近い位置で、当該第一セル内を通過する排ガスが、隔壁を通過するように調整することができる。したがって、本発明のハニカム構造体によれば、セルの延びる方向において、壁通過流速をより均一に維持することができ、圧力損失の増大抑制、及び捕集効率の低下抑制の効果を奏する。更に、上述した効果は、流入セルとなる第一セルの開口率ＯＦＡ_ＩＮの大幅な減少を要しないため、灰等を堆積されるための堆積容量についても、有効に確保することができる。

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第一端面側から見た斜視図である。 図１に示すハニカム構造体の第一端面を模式的に示す平面図である。 図１に示すハニカム構造体の第二端面を模式的に示す平面図である。 図２のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。 図２に示す第一端面の一部を拡大した拡大平面図である。 第一セル内に向かって突出する突起の形状を説明するための模式図である。 第一セル内に向かって突出する突起の別の形状を説明するための模式図である。 対向する隔壁に配設された２つの突起の一例を説明するための模式図である。 対向する隔壁に配設された２つの突起の他の例を説明するための模式図である。 対向する隔壁に配設された２つの突起の更に他の例を説明するための模式図である。 突起の一例を説明するための、第一端面の一部を拡大した拡大平面図である。 突起の他の例を説明するための、第一端面の一部を拡大した拡大平面図である。 突起の他の例を説明するための、第一端面の一部を拡大した拡大平面図である。 突起の他の例を説明するための、第一端面の一部を拡大した拡大平面図である。 本発明のハニカム構造体の他の実施形態における、第一端面側のセルの形状を説明するための模式図である。 本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態における、第一端面側のセルの形状を説明するための模式図である。 本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態における、第一端面側のセルの形状を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。したがって、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第一実施形態は、図１〜図４に示すように、多孔質の隔壁１を備えたハニカム構造体１００である。ハニカム構造体１００は、第一端面１１及び第二端面１２を有する柱状のものである。なお、図１〜図４に示すハニカム構造体１００は、多孔質の隔壁１を囲繞するように配設された外周壁３を更に備えている。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第一端面側から見た斜視図である。図２は、図１に示すハニカム構造体の第一端面を模式的に示す平面図である。図３は、図１に示すハニカム構造体の第二端面を模式的に示す平面図である。図４は、図２のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。

ハニカム構造体１００は、例えば、排ガスを浄化するためのフィルタとして利用される。この際、第一端面１１は、排ガスが流入する流入端面となる。第二端面１２が、排ガスが流出する流出端面となる。即ち、本実施形態のハニカム構造体１００は、第一端面１１側から流入した流体、例えば、排ガスを、隔壁１を透過させることにより、第二セル２ｂ内に濾過流体として流出させ、濾過流体を第二端面１２側から流出させるように構成されている。以下、第一端面１１のことを、流入端面ということがあり、第二端面１２を、流出端面ということがある。

多孔質の隔壁１は、第一端面１１から第二端面１２まで延びる流体の流路となる複数のセル２を区画形成している。即ち、複数のセル２は、隔壁１によって囲われるようにして、流体の流路を形成している。

複数のセル２は、第一端面１１側の端部が開口し且つ第二端面１２側の端部が目封止された第一セル２ａと、第一端面１１側の端部が目封止され且つ第二端面１２側の端部が開口した第二セル２ｂと、を含む。第一セル２ａは、第一端面１１を流入端面とした場合、浄化される前の排ガスが流入するセル２、即ち、流入セル２_ＩＮとなる。第二セル２ｂは、第一端面１１を流入端面とした場合、浄化された後の排ガス（即ち、浄化ガス）を流出するためのセル２、即ち、流出セル２_ＯＵＴとなる。各セル２の端面における目封止は、各セル２の開口端部に配設された目封止部５によって行われている。

ハニカム構造体１００のセル２の延びる方向に直交する断面において、第二セル２ｂの周囲に、第一セル２ａが配設されている。即ち、１つの第二セル２ｂの周囲には、複数個の第一セル２ａが、当該第二セル２ｂを取り囲むように配設されている。勿論、第二セル２ｂと第一セル２ａとの間は、多孔質の隔壁１によって区画されている。

図２及び図３に示すように、本実施形態のハニカム構造体１００においては、セル２の延びる方向に直交する断面において、第一セル２ａ（流入セル２_ＩＮ）の形状が六角形であり、第二セル２ｂ（流出セル２_ＯＵＴ）の形状が四角形である。そして、四角形の第二セル２ｂの周囲に、４つの第一セル２ａが配置されている。なお、セル２の延びる方向に直交する断面における、各セル２の形状については、上述した形状に限定されることはない。

第一端面１１における第一セル２ａの開口率ＯＦＡ_ＩＮが、第二端面１２における第二セル２ｂの開口率ＯＦＡ_ＯＵＴよりも大である。即ち、本実施形態のハニカム構造体１００は、下記式（１）の関係を満たす。式（１）において、「ＯＦＡ_ＩＮ」は、第一端面１１における第一セル２ａの開口率を示し、「ＯＦＡ_ＯＵＴ」は、第二端面１２における第二セル２ｂの開口率を示す。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１００は、フィルタとして使用した場合に、圧力損失を低減することができる。なお、「第一端面１１における第一セル２ａの開口率ＯＦＡ_ＩＮ」とは、第一端面１１の面積Ｓ１に対する、第一端面１１における第一セル２ａの開口部の総和面積Ａ１_ａｌｌの比の百分率（Ａ１_ａｌｌ／Ｓ１×１００）のことである。「第一セル２ａの開口部の総和面積Ａ１_ａｌｌ」は、第一端面１１における、全ての第一セル２ａの開口部の面積を合計した総面積のことである。「第二端面１２における第二セル２ｂの開口率ＯＦＡ_ＯＵＴ」とは、第二端面１２の面積Ｓ２に対する、第二端面１２における第二セル２ｂの開口部の総和面積Ａ２_ａｌｌの比の百分率（Ａ２_ａｌｌ／Ｓ２×１００）のことである。「第二セル２ｂの開口部の総和面積Ａ２_ａｌｌ」は、第二端面１２における、全ての第二セル２ｂの開口部の面積を合計した総面積のことである。

式１：ＯＦＡ_ＩＮ＞ＯＦＡ_ＯＵＴ

本実施形態のハニカム構造体１００は、図５に示すように、少なくとも一の第一セル２ａを取り囲むように配設された隔壁１には、当該第一セル２ａ内に向かって突出する突起６が配設されている。特に、突起６は、第一セル２ａを挟んで対向する少なくとも一対の隔壁１，１のそれぞれに、当該第一セル２ａ内に向かって突出する突起６ａ，６ｂがそれぞれ配設されている。図５は、図２に示す第一端面１１の一部を拡大した拡大平面図である。なお、図１〜図４においては、隔壁１に配設された突起６を捨象した状態で作図を行っている。

ここで、図５に示すように、対向する隔壁１に配設された２つの突起６，６のうち、第一の隔壁１に配設された突起６を第一突起６ａとし、第二の隔壁１に配設された突起６を第二突起６ｂとする。なお、第一の隔壁１とは、対向する隔壁１のうちの一方の隔壁１のことであり、第二の隔壁１とは、対向する隔壁１のうちのもう一方の隔壁１のことである。そして、上記した第一突起６ａと第二突起６ｂとは、それぞれの突起６ａ，６ｂの伸展方向の延長線上において、それぞれ重ならないように配設されている。

ここで、「第一突起６ａと第二突起６ｂとが、それぞれの突起６ａ，６ｂの伸展方向の延長線上において、それぞれ重ならない」という状態について、図８〜図１０を参照しつつ説明する。図８は、対向する隔壁に配設された２つの突起の一例を説明するための模式図である。図９は、対向する隔壁に配設された２つの突起の他の例を説明するための模式図である。図１０は、対向する隔壁に配設された２つの突起の更に他の例を説明するための模式図である。

まず、図８を参照しつつ、「突起６の伸展方向」について説明する。突起６の伸展方向とは、突起６の裾部分の中点Ｐ１と、突起６の高さＨの半分位置における当該突起６の幅の中点Ｐ２と、を結んだ線分の延びる方向のことを意味する。したがって、「突起６の伸展方向」は、必ずしも、突起６の先端を通るものではない。なお、以下、「突起６の伸展方向」と「当該突起６が配設された隔壁１の延伸方向」とのなす角を、「突起６の伸展方向」を規定する角度として表すことがある。ここで、「突起６が配設された隔壁１の延伸方向」とは、突起６の裾部分と接する隔壁１において、当該隔壁１の表面に沿った方向のことを意味する。例えば、図８において、「突起６の伸展方向」と「当該突起６が配設された隔壁１の延伸方向」とのなす角は、９０°である。したがって、図８に示す突起６の伸展方向は９０°であるということができる。なお、突起６の裾部分と接する隔壁１において、「一方の側縁側の裾部分と接する隔壁１の延伸方向」と、「もう一方の側縁側の裾部分と接する隔壁１の延伸方向」とが異なる場合、突起６の伸展方向とのなす角が、２つ求まる場合がある。このような場合には、突起６の伸展方向とのなす角のうち、角度がより小さい方の角度を、「突起６の伸展方向」とする。

「第一突起６ａと第二突起６ｂとが、それぞれの突起６ａ，６ｂの伸展方向の延長線上において、それぞれ重ならない」とは、以下のような状態のことを意味する。まず、一方の突起６ａについて、この突起６ａの裾部分の幅を、突起６ａの伸展方向に延長する。この伸展方向の延長した先に、他方の突起６ｂの少なくとも一部が存在する場合には、この突起６ａは、その伸展方向の延長線上において、突起６ｂと重なるという。したがって、伸展方向の延長した先に、他方の突起６ｂの少なくとも一部が存在しない場合が、その伸展方向の延長線上において、突起６ｂと重ならないということになる。同様に、他方の突起６ｂについて、この突起６ｂの裾部分の幅を、突起６ｂの伸展方向に延長する。この伸展方向の延長した先に、一方の突起６ａの少なくとも一部が存在しない場合には、この突起６ｂは、その伸展方向の延長線上において、突起６ａと重ならないという。このように、上述した「それぞれ重ならない」とは、２つの突起６ａ，６ｂのそれぞれを見た場合に、各伸展方向の延長線上に、対向配置されたもう一方の突起６ａ，６ｂがそれぞれ存在しない状態のことを意味する。

例えば、図９に示すように、突起６ａ，６ｂの伸展方向が、突起６ａ，６ｂの裾部分に対して垂直でない場合にも、図８と同様にして、突起６ａ，６ｂのそれぞれ重なるか否かの判断を行うことができる。

例えば、図９及び図１０に示すような状態は、突起６ａ，６ｂは、それぞれが重ならないものとなる。例えば、図９においては、隔壁１の表面に、２つの突起６ａ，６ｂが、セル２内に突出するように配設されている。突起６ａの伸展方向の延長線上において、突起６ｂが存在せず、突起６ｂの伸展方向の延長線上においても、突起６ａが存在しない。同様に、図１０においても、突起６ａの伸展方向の延長線上において、突起６ｂが存在せず、突起６ｂの伸展方向の延長線上においても、突起６ａが存在しない。

図８〜図１０に示すような状態の２つの突起６ａ，６ｂは、それぞれが重なっていないため、以下、このような状態のことを、「２つの突起６ａ，６ｂが向かい合っていない」ということがある。

本実施形態のハニカム構造体１００は、少なくとも一の第一セル２ａを取り囲むように配設された隔壁１に、第一突起６ａと第二突起６ｂとが設けられ、この第一突起６ａと第二突起６ｂとが向かい合っていないことを、特徴の１つとする。

更に、本実施形態のハニカム構造体１００は、第一突起６ａの突起高さＨ１及び第二突起６ｂの突起高さＨ２のそれぞれが、対向する隔壁１の相互間距離Ｗに対して、１５％以上、９０％以下であることを、特徴の１つとする。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１００は、セル２の延びる方向において、壁通過流速をより均一に維持することができ、圧力損失の増大抑制、及び捕集効率の低下抑制の効果を奏する。更に、上述した効果は、流入セル２_ＩＮとなる第一セル２ａの開口率ＯＦＡ_ＩＮの大幅な減少を要しないため、灰等を堆積されるための堆積容量についても、有効に確保することができる。

隔壁１の「相互間距離Ｗ」とは、第一突起６ａが設けられている隔壁１と、第二突起６ｂが設けられている隔壁１との間の最大距離のことをいう。また、第一突起６ａの突起高さＨ１及び第二突起６ｂの突起高さＨ２は、上述した隔壁１の「相互間距離Ｗ」を取る方向に平行な方向における、それぞれの突起６ａ，６ｂの高さのことをいう。

第一突起６ａの突起高さＨ１、第二突起６ｂの突起高さＨ２、及び隔壁１の相互間距離Ｗについては、画像解析等の公知の方法により求めることができる。また、第一突起６ａと第二突起６ｂとが向かい合っているか否かの確認についても、画像解析等の公知の方法により求めることができる。

第一突起６ａの突起高さＨ１及び第二突起６ｂの突起高さＨ２のそれぞれが、隔壁１の相互間距離Ｗに対して、１５％未満又は９０％超であると、ハニカム構造体１００の圧力損失が増大してしまう。

第一突起６ａの突起高さＨ１は、対向する隔壁１の相互間距離Ｗに対して、１５％以上、９０％以下であるが、２０％以上、７０％以下であることが好ましく、２５％以上、５０％以下であることが更に好ましい。また、第二突起６ｂの突起高さＨ２は、対向する隔壁１の相互間距離Ｗに対して、１５％以上、９０％以下であるが、２０％以上、７０％以下であることが好ましく、２５％以上、７０％以下であることが更に好ましい。このように構成することによって、ハニカム構造体１００をフィルタとして使用した場合に、圧力損失をより低減することができる。

第一突起６ａの幅Ｙ１が、当該第一突起６ａが設けられている隔壁１の厚さＴ１よりも小さいことが好ましい。第一突起６ａの幅Ｙ１が、隔壁１の厚さＴ１よりも大きいと、ハニカム構造体１００の圧力損失が増大することがある。ここで、第一突起６ａの幅Ｙ１とは、第一突起６ａの伸展方向に直交する方向における、当該第一突起６ａの幅の最大値のことをいう。

第二突起６ｂの幅Ｙ２が、当該第二突起６ｂが設けられている隔壁１の厚さＴ２よりも小さいことが好ましい。第二突起６ｂの幅Ｙ２が、隔壁１の厚さＴ２よりも大きいと、ハニカム構造体１００の圧力損失が増大することがある。ここで、第二突起６ｂの幅Ｙ２とは、第二突起６ｂの伸展方向に直交する方向における、当該第二突起６ｂの幅の最大値のことをいう。

１つの第一セル２ａ内に向かって突出する突起６の総数が、４個以下であることが好ましい。突起６の総数が５個以上であると、ハニカム構造体１００の圧力損失が増大することがある。

第一セル２ａにおいて、当該第一セル２ａを取り囲む隔壁１に対して、２つの突起６ａ，６ｂが設けられている第一セル２ａの数については特に制限はない。ただし、２つの突起６ａ，６ｂが設けられている第一セル２ａの数は、第一セル２ａの総数に対して、９０％以上であることが好ましく、９５％以上であることが更に好ましく、１００％であることが特に好ましい。このように構成することによって、圧力損失をより有効に低減することができる。

本実施形態のハニカム構造体１００において、流入セル２_ＩＮの開口率ＯＦＡ_ＩＮが、流出セル２_ＯＵＴの開口率ＯＦＡ_ＯＵＴよりも大であればよい。ただし、流入セル２_ＩＮの開口率ＯＦＡ_ＩＮが、流出セル２_ＯＵＴの開口率ＯＦＡ_ＯＵＴの１．０５倍以上、３．０倍未満であることが好ましく、１．１〜２．９倍であることが更に好ましく、１．２〜２．７倍であることがより更に好ましく、１．３〜２．０倍であることが特に好ましい。流入セル２_ＩＮの開口率ＯＦＡ_ＩＮが、流出セル２_ＯＵＴの開口率ＯＦＡ_ＯＵＴの１．０５倍未満であると、圧力損失の低減効果が得られ難くなることがある。一方、流入セル２_ＩＮの開口率ＯＦＡ_ＩＮが、流出セル２_ＯＵＴの開口率ＯＦＡ_ＯＵＴの３．０倍を超えると、流出セル２_ＯＵＴの開口率ＯＦＡ_ＯＵＴが小さくなり過ぎて、圧力損失の低減効果が得られ難くなることがある。

第一セル２ａ内に向かって突出する突起６の形状については、特に制限はない。例えば、図５における突起６は、突起６の幅が裾野部から先端まで一定となるように構成されているが、このような形状の突起に限定されることはない。以下、第一セル２ａ内に向かって突出する突起６の形状の例について、図６及び図７を参照しつつ説明する。図６は、第一セル内に向かって突出する突起の形状を説明するための模式図である。図７は、第一セル内に向かって突出する突起の別の形状を説明するための模式図である。図６及び図７は、セル２の延びる方向に直交する断面における、隔壁１及び当該隔壁１に設けられた突起６を拡大した拡大断面図である。

図６の（ａ）に示す突起６は、突起６の幅が、裾野部から先端まで一定となるように構成されている。この突起６の伸展方向は、図中の矢印により示されており、隔壁１の表面に対して、直交する方向となっている。

図６の（ｂ）に示す突起６は、突起６の幅が、裾野部から先端まで漸減するように構成されている。突起６の両側面は、突起６の先端で合流しており、図６の（ｂ）において、突起６の形状は、二等辺三角形である。この突起６の伸展方向は、図中の矢印により示されており、隔壁１の表面に対して、直交する方向となっている。

図６の（ｃ）に示す突起６は、突起６の幅が、裾野部から先端まで漸減するように構成されている。突起６の両側面は、突起６の先端で合流しておらず、図６の（ｃ）において、突起６の形状は、台形である。この突起６の伸展方向は、図中の矢印により示されており、隔壁１の表面に対して、直交する方向となっている。

図７の（ａ）に示す突起６は、突起６の幅が、裾野部から高さの中間地点まで一定であり、それより先端側の突起６は、その形状が円弧状となっている。この突起６の伸展方向は、図中の矢印により示されており、隔壁１の表面に対して、直交する方向となっている。

図７の（ｂ）に示す突起６は、突起６の幅が、裾野部から高さの中間地点まで一定であり、それより先端側の突起６は、その形状が半円弧状となっている。この突起６の伸展方向は、図中の矢印により示されており、隔壁１の表面に対して、直交する方向となっている。

図７の（ｃ）に示す突起６は、突起６の幅が、裾野部から先端まで漸減するように構成されている。ただし、突起６の両側面の長さが、一方の側面と他方の側面とで異なっており、図７の（ｃ）において、突起６の形状は、三角形である。この突起６の伸展方向は、図中の矢印により示されており、隔壁１の表面に対して、紙面の右斜め上方に向かう方向となっている。

第一セル２ａ内に向かって突出する突起６の配置位置については、特に制限はない。突起６の配置位置の例として、例えば、図１１〜図１４のようなものを挙げることができる。図１１は、突起の一例を説明するための、第一端面の一部を拡大した拡大平面図である。図１２〜図１４は、突起の他の例を説明するための、第一端面の一部を拡大した拡大平面図である。

図１１において、対向する隔壁１に配設された２つの突起６ａ，６ｂは、第一セル２ａと第二セル２ｂとを区画する隔壁１に設けられている。図１１において、隔壁１の「相互間距離Ｗ」は、第一セル２ａと第二セル２ｂとを区画する隔壁１の相互間距離Ｗ１（ａ）となる。

図１２において、対向する隔壁１に配設された２つの突起６ａ，６ｂは、第一セル２ａ同士を区画する隔壁１に設けられている。図１２において、隔壁１の「相互間距離Ｗ」は、第一セル２ａ同士を区画する隔壁１の一の交点から他の交点までの距離、即ち、相互間距離Ｗ１（ｂ）となる。また、２つの突起６ａ，６ｂのそれぞれの「高さＨ」は、この相互間距離Ｗ１（ｂ）を取る方向に平行な方向において測定した、それぞれの突起の高さＨ１，Ｈ２となる。

図１３において、対向する隔壁１に配設された２つの突起６ａ，６ｂが、２組存在する。２組の２つの突起６ａ，６ｂは、第一セル２ａと第二セル２ｂとを区画する隔壁１にそれぞれ設けられている。

図１４において、対向する隔壁１に配設された２つの突起６ａ，６ｂが、２組存在する。１組目の２つの突起６ａ，６ｂは、第一セル２ａと第二セル２ｂとを区画する隔壁１に設けられており、２組目の２つの突起６ａ，６ｂは、第一セル２ａ同士を区画する隔壁１の交点に設けられている。

第一セル２ａ及び第二セル２ｂの形状については、特に制限はない。第一セル２ａ及び第二セル２ｂの形状の例として、これまでに説明した形状以外に、例えば、図１５〜図１７のようなものを挙げることができる。図１５は、本発明のハニカム構造体の他の実施形態における、第一端面側のセルの形状を説明するための模式図である。図１６は、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態における、第一端面側のセルの形状を説明するための模式図である。図１７は、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態における、第一端面側のセルの形状を説明するための模式図である。図１５において、符号２１は隔壁を示す。図１６において、符号４１は隔壁を示す。図１７において、符号６１は隔壁を示す。図１５〜図１７において、隔壁２１，４１，６１に配設された突起を捨象した状態で作図を行っている。

図１５に示すハニカム構造体２００においては、第一セル２２ａの形状は六角形であり、第二セル２２ｂの形状は四角形である。図１５における第一セル２２ａは、図１〜図５に示すハニカム構造体１００の第一セル２ａと比較した場合に、２つの第二セル２２ｂに挟まれた第一セル２２ａの幅が、相対的に広くなっている。図１５に示すハニカム構造体２００において、第一セル２２ａの開口率ＯＦＡ_ＩＮが、第二セル２２ｂの開口率ＯＦＡ_ＯＵＴよりも大となっている。

図１６に示すハニカム構造体３００においては、第一セル４２ａ及び第二セル４２ｂの形状が、共に六角形である。第一セル４２ａ及び第二セル４２ｂの形状は、それぞれ同一であるが、第一セル４２ａ及び第二セル４２ｂの個数の比率が異なるため、ハニカム構造体３００全体で、第一セル４２ａの開口率ＯＦＡ_ＩＮが、第二セル４２ｂの開口率ＯＦＡ_ＯＵＴよりも大となっている。

図１７に示すハニカム構造体４００においては、第一セル６２ａの形状は八角形であり、第二セル６２ｂの形状は四角形である。図１７に示すハニカム構造体４００においても、第一セル６２ａの開口率ＯＦＡ_ＩＮが、第二セル６２ｂの開口率ＯＦＡ_ＯＵＴよりも大となっている。

図１〜図５に示すようなハニカム構造体１００においては、隔壁１の厚さが、０．１５〜０．４０ｍｍであることが好ましく、０．１８〜０．３５ｍｍであることが更に好ましく、０．２０〜０．３３ｍｍであることが特に好ましい。隔壁１の厚さが、０．１５ｍｍ未満であると、ハニカム構造体１００の機械的強度が低下してしまうことがある。隔壁１の厚さが、０．４０ｍｍを超えると、ハニカム構造体１００の圧力損失が増大することがある。

隔壁１を構成する材料に特に制限はないが、強度、耐熱性、耐久性等の観点から、主成分は、酸化物又は非酸化物の各種セラミックスや金属等であることが好ましい。具体的には、例えば、セラミックスとしては、コージェライト、ムライト（Ｍｕｌｌｉｔｅ）、アルミナ、スピネル（Ｓｐｉｎｅｌ）、炭化珪素、窒化珪素、及びチタン酸アルミニウム等が考えられる。金属としては、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属、及び金属珪素等が考えられる。これらの材料の中から選ばれた１種又は２種以上を主成分とすることが好ましい。高強度、高耐熱性等の観点から、アルミナ、ムライト、チタン酸アルミニウム、コージェライト、炭化珪素、及び窒化珪素から構成された群より選ばれた１種又は２種以上を主成分とすることが特に好ましい。また、高熱伝導率や高耐熱性等の観点からは、炭化珪素、又は珪素−炭化珪素複合材料が特に適している。ここで、「主成分」とは、隔壁１を構成する材料中に、５０質量％以上の比率で含有されている成分のことを意味する。なお、この主成分は、隔壁１を構成する材料中に、７０質量％以上の比率で含有されていることが好ましく、８０％以上の比率で含有されていることが更に好ましい。

ハニカム構造体の全体形状については、特に制限はない。例えば、図１に示すハニカム構造体１００の全体形状は、第一端面１１及び第二端面１２が円形の円柱状である。その他、図示は省略するが、ハニカム構造体の全体形状としては、第一端面及び第二端面が、楕円形やレーストラック（Ｒａｃｅｔｒａｃｋ）形や長円形等の略円形の柱状であってもよい。また、ハニカム構造体の全体形状としては、第一端面及び第二端面が、四角形や六角形等の多角形の角柱状であってもよい。

ハニカム構造体の製造方法については、特に制限はなく、例えば、以下のような方法により製造することができる。まず、ハニカム構造体を作製するための可塑性の坏土を作製する。ハニカム構造体を作製するための坏土は、原料粉末として、前述の隔壁の好適な材料の中から選ばれた材料に、適宜、バインダ等の添加剤、及び水を添加することによって作製することができる。

次に、作製した坏土を押出成形することにより、複数のセルを区画形成する隔壁を有する、柱状のハニカム成形体を得る。押出成形においては、押出成形用の口金として、所望のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いることが好ましい。そして、この口金としては、隔壁を押出成形ためのスリットに、これまでに説明した種々の突起形状に相当した切り込みが更に設けられたものであることが好ましい。

得られたハニカム成形体を、例えば、マイクロ波及び熱風で乾燥し、ハニカム成形体の製造に用いた材料と同様の材料で、セルの開口部を目封止することで目封止部を配設する。目封止部を配設した後に、ハニカム成形体を更に乾燥してもよい。

次に、目封止部を配設したハニカム成形体を焼成することにより、本実施形態のハニカム構造体を得る。焼成温度及び焼成雰囲気は原料により異なり、当業者であれば、選択された材料に最適な焼成温度及び焼成雰囲気を選択することができる。

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５．５質量部、分散媒を９０質量部、有機バインダを５．５質量部、界面活性剤を２．６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、造孔材としては吸水性樹脂を使用した。

次に、ハニカム成形体作製用の口金を用いて坏土を押出成形し、全体形状が円柱状のハニカム成形体を得た。ハニカム成形体には、セルの形状が四角形のセルと、セルの形状が六角形のセルとが、隔壁によって区画形成されていた。そして、ハニカム成形体は、四角形のセルの周りを、六角形の４個のセルが取り囲むように構成されたものであった。ハニカム成形体は、図１１に示すように、対向する隔壁１のそれぞれに、突起６ａ，６ｂが設けられたものとした。突起６ａ，６ｂが設けられた隔壁１は、セル２の開口部に目封止部５を配設した際に、第一セル２ａと第二セル２ｂとを区画する隔壁１である。

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、ハニカム成形体の一方の端面全域を覆うようにフィルムを被せ、当該フィルムの、四角形のセル開口部に該当する箇所に穿孔部を開けた。次に、ハニカム成形体のフィルムを施した側の端部を、コージェライト化原料を含有するスラリー状の目封止材料に浸漬することによって、四角形のセル開口部に、目封止材料を充填した。ハニカム成形体の一方の端面は、最終的に得られるハニカム構造体において、流入端面とすることとした。

次に、ハニカム成形体の他方の端面全域を覆うようにフィルムを被せ、当該フィルムの、六角形のセル開口部に該当する箇所に穿孔部を開けた。次に、ハニカム成形体のフィルムを施した側の端部を、コージェライト化原料を含有するスラリー状の目封止材料に浸漬することによって、六角形のセル開口部に、目封止材料を充填した。ハニカム成形体の他方の端面は、最終的に得られるハニカム構造体において、流出端面とすることとした。

次に、目封止材料を各セルの開口部に充填したハニカム成形体を、脱脂し、焼成して、実施例１のハニカム構造体を製造した。

得られたハニカム構造体は、図１２に示すように、流入セル２_ＩＮを取り囲むように配設された隔壁１に、この流入セル２_ＩＮ内に向かって突出する突起６ａ，６ｂがそれぞれ配設されたものであった。この２つの突起６ａ，６ｂは、それぞれの突起６ａ，６ｂの伸展方向の延長線上において、それぞれ重ならないように配設されたものであった。隔壁１の厚さは、０．３０ｍｍであった。また、隔壁１の気孔率は、４１％であった。隔壁１の気孔率は、水銀ポロシメータによって測定した値である。図１１における、流入セル２_ＩＮにおける対向する隔壁１の相互間距離Ｗ１（ａ）は、０．７４ｍｍであった。流入セル２_ＩＮにおける対向する隔壁１の相互間距離Ｗ１（ｂ）は、２．４４ｍｍであった。各突起６ａ，６ｂの突起高さＨ（Ｈ１，Ｈ２）は、それぞれ０．１１ｍｍであった。

実施例１のハニカム構造体は、図１１に示すように、２つの突起６ａ，６ｂが、流入セル２_ＩＮと流出セル２_ＯＵＴとを区画する隔壁１に設けている。このように、流入セル２_ＩＮと流出セル２_ＯＵＴとを区画する隔壁１に、２つの突起６ａ，６ｂが設けられているものについて、表１の「突起の位置」の欄にて、「ＩＮ−ＯＵＴ隔壁」と示す。なお、流入セル２_ＩＮ同士を区画する隔壁１に、２つの突起６ａ，６ｂが設けられているものについては、表１の「突起の位置」の欄にて、「ＩＮ−ＩＮ隔壁」と示す。

図１１に示すように、対向する隔壁１に配設された２つの突起６ａ，６ｂの伸展方向は、隔壁１の表面に対して、９０°方向であった。２つの突起６ａ，６ｂのそれぞれの幅Ｙ（Ｙ１，Ｙ２）は、０．２７ｍｍであった。実施例１のハニカム構造体は、相互間距離Ｗ１（ａ）に対する、２つの突起６ａ，６ｂの突起高さＨの比率が、それぞれ１５％となる。なお、実施例１において、対向する隔壁１に配設された２つの突起６ａ，６ｂの形状は、それぞれ同じである。表１の「突起の伸展方向」の欄は、対向する隔壁１に配設された２つの突起６ａ，６ｂの伸展方向を示す。なお、「突起の伸展方向」の欄に記載された角度は、「突起の伸展方向」と「当該突起が配設された隔壁の延伸方向」とのなす角の大きさを示す。なお、「突起の一方の側縁側の裾部分と接する隔壁の延伸方向」と、「突起のもう一方の側縁側の裾部分と接する隔壁の延伸方向」とが異なる場合、なす角がより小さい方の角度を、「突起の伸展方向」の欄に記載している。

（実施例２〜９、比較例１〜５）
対向する隔壁に配設された２つの突起の構成を、表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてハニカム構造体を作製した。比較例１については、第一セルである流入セル内に突出するような突起を設けずに、ハニカム構造体を作製した。

実施例１〜９、及び比較例１〜５について、以下の方法で、圧力損失の測定を行った。また、測定された圧力損失の値から、圧力損失の低減率を算出した。圧力損失の低減率とは、比較例１のハニカム構造体の圧力損失を１．００とした場合に、各実施例及び比較例のハニカム構造体の圧力損失の比率のことをいう。そして、圧力損失の低減率の値に基づいて、各実施例及び比較例のハニカム構造体についての判定を行った。圧力損失の低減が、１０％以上の場合を「優良」とし、圧力損失の低減率が５％以上１０％未満の場合を「良」とし、５％未満の場合を「不可」とした。各結果を、表２に示す。

（圧力損失）
まず、ハニカム構造体を、スス発生装置が配設された排気管に装着した。次に、スス発生装置を運転し、排ガス温度を２００℃、排ガスの流量を約２．３Ｎｍ^３／分に制御して、排出される排ガスに含まれるＰＭを、ハニカム構造体へ堆積させた。ＰＭ堆積量が４ｇ／Ｌとなった状態で、ハニカム構造体の前後に取付けた圧力計の圧力を測定し、前後の差圧を求めた。この差圧を、ハニカム構造体の圧力損失とした。

（実施例１０〜１９、比較例６〜１０）
実施例１０〜１９、比較例７〜１０においては、図１２に示すような、第一セル２ａ同士を区画する隔壁１に、突起６ａ，６ｂを設けたハニカム構造体を作製した。対向する隔壁に配設された２つの突起の構成を、表３に示すように変更した以外は、ハニカム構造体の製法は、実施例１と同様である。なお、対向する隔壁１に配設された２つの突起６ａ，６ｂの形状は、それぞれ同じである。比較例６については、第一セルである流入セル内に突出するような突起を設けずに、ハニカム構造体を作製した。作製したハニカム構造体について、実施例１と同様の方法で圧力損失を測定した。また、測定された圧力損失の値から、圧力損失の低減率を算出し、各実施例及び比較例のハニカム構造体についての判定を行った。なお、判定の基準となるハニカム構造体は、比較例６のハニカム構造体とした。各結果を、表４に示す。

（実施例２０〜２８、比較例１１）
対向する隔壁に配設された２つの突起の構成を、表５に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてハニカム構造体を作製した。比較例１１については、第一セルである流入セル内に突出するような突起を設けずに、ハニカム構造体を作製した。作製したハニカム構造体について、実施例１と同様の方法で圧力損失を測定した。また、測定された圧力損失の値から、圧力損失の低減率を算出し、各実施例及び比較例のハニカム構造体についての判定を行った。なお、判定の基準となるハニカム構造体は、比較例１１のハニカム構造体とした。各結果を、表６に示す。なお、表５において、「Ｙ／Ｔ」の欄は、隔壁の厚さＴ（ｍｍ）に対する、突起の幅Ｙ（ｍｍ）の比率（％）を示す。

（実施例２９〜３４、比較例１２〜１４）
隔壁の厚さ、及び、対向する隔壁に配設された２つの突起の構成を、表７に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてハニカム構造体を作製した。比較例１２〜１４については、第一セルである流入セル内に突出するような突起を設けずに、ハニカム構造体を作製した。作製したハニカム構造体について、実施例１と同様の方法で圧力損失を測定した。また、測定された圧力損失の値から、圧力損失の低減率を算出し、各実施例及び比較例のハニカム構造体についての判定を行った。なお、判定の基準となるハニカム構造体は、以下の通りである。実施例２９，３０は、比較例１２のハニカム構造体を判定基準とした。実施例３１，３２は、比較例１３のハニカム構造体を判定基準とした。実施例３３，３４は、比較例１４のハニカム構造体を判定基準とした。

（実施例３５〜４１、比較例１５）
対向する隔壁に配設された２つの突起の構成を、表９及び表１０に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてハニカム構造体を作製した。比較例１５については、第一セルである流入セル内に突出するような突起を設けずに、ハニカム構造体を作製した。各突起の具体的な構成は、表９及び表１０に示す通りである。なお、表１０において、「突起Ａ」とは、ＩＮ−ＯＵＴ隔壁に設けられた突起を意味し、「突起Ｂ」とは、ＩＮ−ＩＮ隔壁に設けられた突起を意味する。作製したハニカム構造体について、実施例１と同様の方法で圧力損失を測定した。また、測定された圧力損失の値から、圧力損失の低減率を算出し、各実施例及び比較例のハニカム構造体についての判定を行った。なお、判定の基準となるハニカム構造体は、比較例１５のハニカム構造体とした。各結果を、表１１に示す。

（結果）
実施例１〜４１のハニカム構造体は、第一セルである流入セル内に突出する２つ以上の突起を有し、２つの突起は、それぞれの突起の伸展方向の延長線上において、重ならないように配設されたものであった。そして、実施例１〜４１のハニカム構造体は、２つの突起の突起高さＨ１，Ｈ２のそれぞれが、対向する隔壁の相互間距離Ｗに対して、１５％以上、９０％以下であった。実施例１〜４１のハニカム構造体は、圧力損失の低減が確認された。一方、比較例１〜１５のハニカム構造体は、圧力損失の低減率が低いものであった。また、突起の幅、及び隔壁の厚さについては、突起の形状に応じて、より好適な値が存在し、これらの値を調節することで、更に圧力損失の低減が可能であることが分かった。

本発明のハニカム構造体は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等から排出される排ガス等の流体に含まれる微粒子等の粒子状物質の浄化処理を行う排ガス浄化処理装置等の用途に特に有益に用いることができる。

１，２１，４１，６１：隔壁、２，２２，４２，６２：セル、２ａ，２２ａ，４２ａ，６２ａ：第一セル、２ｂ，２２ｂ，４２ｂ，６２ｂ：第二セル、２_ＩＮ：流入セル、２_ＯＵＴ：流出セル、３：外周壁、５：目封止部、６：突起、６ａ：第一突起、６ｂ：第二突起、１１：第一端面、１２：第二端面、Ｐ１：突起の裾部分の中点、Ｐ２：突起の高さの半分位置における当該突起の幅の中点、１００，２００，３００，４００：ハニカム構造体。

Claims (3)

1. 第一端面から第二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備え、
   前記複数のセルは、前記第一端面側の端部が開口し且つ前記第二端面側の端部が目封止された第一セルと、前記第一端面側の端部が目封止され且つ前記第二端面側の端部が開口した第二セルと、を含み、
   前記第一端面側から流入した前記流体を、前記隔壁を透過させることにより、前記第二セル内に濾過流体として流出させ、前記濾過流体を前記第二端面側から流出させるように構成されており、
   前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記第二セルの周囲に、前記第一セルが配設されており、
   前記第一端面における前記第一セルの開口率が、前記第二端面における前記第二セルの開口率よりも大であり、
   少なくとも一の前記第一セルを取り囲むように配設された前記隔壁には、当該第一セルを挟んで対向する少なくとも一対の前記隔壁のそれぞれに、当該第一セル内に向かって突出する突起がそれぞれ配設されており、
   対向する前記隔壁に配設された２つの前記突起のうち、第一の前記隔壁に配設された前記突起を第一突起とし、第二の前記隔壁に配設された前記突起を第二突起とし、
   前記第一突起と前記第二突起とは、それぞれの突起の伸展方向の延長線上において、それぞれ重ならないように配設され、
   前記第一突起の突起高さＨ１及び前記第二突起の突起高さＨ２のそれぞれが、前記対向する前記隔壁の相互間距離Ｗに対して、１５％以上、９０％以下である、ハニカム構造体。
2. 前記第一突起の幅Ｙ１が、当該第一突起が設けられている前記隔壁の厚さＴ１よりも小さく、且つ、
   前記第二突起の幅Ｙ２が、当該第二突起が設けられている前記隔壁の厚さＴ２よりも小さい、請求項１に記載のハニカム構造体。
3. １つの前記第一セル内に向かって突出する前記突起の総数が、４個以下である、請求項１又は２に記載のハニカム構造体。

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