JP5006238B2 - ハニカム構造体 - Google Patents

Description

本発明は、ハニカム構造体に関し、詳しくは、再生時に過熱による損傷を生じにくく、かつ耐久性に優れたフィルタを提供することができるハニカム構造体に関する。

内燃機関、ボイラー、化学反応機器、燃料電池用改質器等の触媒作用を利用する触媒用担体、排気ガス中のスス等の粒子状物質（特にディーゼルエンジンからの排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ））の捕集フィルタ（以下、ＤＰＦという）等には、セラミックス製のハニカム構造体が用いられている。

セラミックス製のハニカム構造体は、一般に、多孔質のセラミックスよりなり、流体の流路となる複数のセルを隔壁で区画する隔壁部２と、端面が市松模様状を呈するように隣接するセルが互いに反対側となる端部を封止するセラミックスよりなる封止材よりなる封止部３と、を有している。このハニカム構造体の端面を図８に示した。

セラミックス製のハニカム構造体よりなるＤＰＦは、セルを区画する隔壁を排気ガスが通過するウォールフロー型のフィルタとして用いられている。ウォールフロー型のフィルタは、セル壁に形成された連続した細孔を排気ガスが通過するときに、細孔径より大きな粒子のＰＭをこの隔壁部で捕集する。

ＤＰＦは、捕集したＰＭが堆積したままでは目詰まりを起こすため、捕集したＰＭを除去する必要がある（ＤＰＦの再生）。捕集したＰＭを除去する方法のひとつに燃焼等によりＰＭを分解・除去する方法がある。また、ＤＰＦに触媒活性を発揮する触媒金属を担持し、この触媒金属を利用してＰＭを分解する方法もある。

燃焼によりＰＭを除去するためには、ハニカム構造体をＰＭの燃焼温度以上に昇温する必要がある。ハニカム構造体が所定の温度以上に加熱されると、ＰＭが燃焼し、燃焼時に発熱を生じる。そして、従来のハニカム構造体では、軸方向に垂直な断面の中央部（ハニカム構造体の軸心部）近傍に多くのＰＭが捕捉されており、ＰＭを燃焼時にこの中央部が過剰に昇温していた。このようにハニカム構造体の一部（中央部）が過剰に昇温すると、ハニカム構造体に割れや溶損を生じたり、ハニカム構造体自身が変質を生じるという問題が発生していた。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、再生時に過熱による損傷を生じにくく、耐久性に優れたフィルタを得られるハニカム構造体を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明者らはセラミックス製のハニカム構造体について検討を重ねた結果本発明をなすに至った。

すなわち、本発明のハニカム構造体は、多孔質のセラミックスよりなり軸方向に貫通する多数のセルを区画する隔壁部と、多数のセルのうち所定のセルの一方の端部を封止する封止材よりなる一端封止部と、残余のセルの他方の端部を封止する封止材よりなる他端封止部と、を有するハニカム構造体であって、ハニカム構造体が、一端封止部のもうけられたセルの割合が異なる複数のハニカム分体を、一端封止部がもうけられたセルが、排気ガスの流れ方向での上流側に位置し、かつ他端封止部がもうけられたセルよりも多く、かつ軸心部から径方向外方にかけて、一端封止部がもうけられたセルの割合が徐々に減少した状態で一端封止部がもうけられたセルが配置されるように、接着剤層を介して接合してなり、一端封止部がもうけられたセル数と他端封止部のもうけられたセル数の差が、ハニカム構造体の全てのセルの数の５０％以下であり、セラミックスが、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、コーディエライト、ムライトより選ばれる一種を主成分とすることを特徴とする。

本発明のハニカム構造体は、セルを上流側で封止する一端封止部が他端封止部よりも多く形成されたことで、一端封止部が形成されたセルが密に配置された部分の近傍には、排気ガスが流れ込みにくいセルが存在する。この排気ガスが流れ込みにくいセルは、排気ガスに含まれるＰＭの捕集量が少ない。ＰＭの捕集量が少なくなることで、再生時にハニカム構造体全体が過熱することを抑えることができる。この結果、本発明のハニカム構造体は、再生時に損傷を生じにくくなるとともに、耐久性も向上するものとなった。

本発明のハニカム構造体は、多孔質のセラミックスよりなり軸方向に貫通する多数のセルを区画する隔壁部と、多数のセルのうち所定のセルの一方の端部を封止する封止材よりなる一端封止部と、残余のセルの他方の端部を封止する封止材よりなる他端封止部と、を有するハニカム構造体である。すなわち、本発明のハニカム構造体は、多数のセルのいずれかの端部が封止材で封止されたウォールフロー型のハニカム構造体である。このようなウォールフロー型のハニカム構造体は、隔壁部を排気ガスが通過するフィルタ触媒に用いることが好ましい。本発明のハニカム構造体において、一方の端部が排気ガスの流れ方向での上流側に位置する。

そして、本発明のハニカム構造体は、一端封止部がもうけられたセルが、他端封止部がもうけられたセルよりも多くなるように形成されている。つまり、本発明のハニカム構造体は、一方の端部が封止されたセルが他方の端部が封止されたセルより多くなるように形成されている。このように形成されると、一端封止部の形成されたセルの割合が５０％以上である部分の近傍では、部分的にセルを通過するガスの流量が減少する。

具体的には、従来のハニカム構造体のように一端封止部が形成されたセルと他端封止部が形成されたセルとが同数である場合には、封止材で封止されていないセルの端部（たとえば、他端封止部の形成されたセルの一方の端部）からセル内にガスが流入し、隔壁を透過して、隣接するセル内に流れる。その後、封止材で封止されていない端部（例えば、一端封止部の形成されたセルの他方の端部）からガスが排出される。そして、従来のハニカム構造体では、一端封止部が形成されたセルと他端封止部が形成されたセルとが同数であるため、一端封止部が形成されたセルと他端封止部が形成されたセルは必ず隣接した構成となっている。つまり、従来のハニカム構造体では、隔壁を透過したガスは必ず排出される。

これに対し、本発明のように一端封止部と他端封止部のもうけられたセルの数に差がある場合には、一端封止部が形成されたセルが密に配置された部分が存在することとなっている。そして、この一端封止部が形成されたセルが密に配置された部分の近傍では、ハニカム構造体の軸方向にガスが流れにくくなっている。このようなハニカム構造体をフィルタ触媒として用いると、ガスが流れにくくなっている部分ではＰＭの捕集量が減少する。つまり、その後の再生時に分解されるＰＭ量が少なくなっており、再生時に過剰に昇温しなくなる。この結果、ハニカム構造体の損傷が抑えられる。

より具体的には、本発明のハニカム構造体では、一端封止部のもうけられたセルが多くなっており、一端封止部のもうけられたセル同士で隣接する場合もある構成となっている。このような構成では、ハニカム構造体の一方の端部から他方の端部に向かってガスが流れるときには、一端封止部が形成されたセル内にガスが流れ込まなくなっている。そして、一端封止部の形成されたセルが密に配置された部分では、他端封止部の形成されたセルの割合が相対的に少なくなっており、ハニカム構造体（の隔壁）を透過するガスの流量が減少する。

また、ハニカム構造体の他方の端部側から一方の端部側に向かってガスが流れるときには、一端封止部が形成されたセルの開口端がガス流の上流側に多数開口している。開口端からセル内に流入したガスは、セル壁を透過して隣接するセルに流れる、一端封止部が形成されたセルが密に配置された部分では、一端封止部が形成されたセル同士が隣接している。一端封止部が形成されたセル同士が隣接しているときには、隣接する同種のセル同士を区画する隔壁を透過するガス流量が大きく減少する。この結果、一端封止部の形成されたセルから隣接したセルに流れるガス流量が減少し、一端封止部の形成されたセル内に流入するガス流量が減少する。このとき、近傍のガスの流れを乱すため、一端封止部の形成されたセルが密に配置された部分では、ハニカム構造体を透過するガスの流量が減少する。

ハニカム構造体において、一端封止部が形成されたセル（および他端封止部が形成されたセル）のハニカム構造体の軸方向に垂直な断面における配置は、一端封止部が形成されたセルが、ハニカム構造体の断面に均一に配置することができるが、本発明のハニカム構造体は、ハニカム構造体をフィルタ触媒に使用したときにガス流量を制御することが要求される部位に、一端封止部が形成されたセルを偏在させている。

そして、本発明のハニカム構造体において、ハニカム構造体は、軸心部から径方向外方にかけて、一端封止部がもうけられたセルの割合が徐々に減少した状態で、それぞれの封止部をもつセルが配置されている。一端封止部のもうけられたセルの割合は、ハニカム構造体の断面を複数の部分に分割し、それぞれの部分での所定のセルの割合から求めることができる。一般的に、ハニカム構造体は、内部をガスが流れる管路中に組み付けられて使用される。そして、管路中を流れるガスの流速は、管の軸心部近傍が最も速く、径方向外方にかけて徐々に遅くなっている。つまり、管の軸心部は、外周部よりも多量のガスが流れる。そして、この管路中に組み付けられるフィルタ触媒では、軸心部が外周部よりも多量のＰＭを捕集することとなる。そして、軸心部から径方向外方にかけて一端封止部がもうけられたセルの割合が減少したハニカム構造体を用いると、軸心部で捕集するＰＭ量と外周部で捕集するＰＭ量との差が小さくなる。つまり、再生時にフィルタ触媒が部分的に過熱しなくなる。ここで、軸心部から径方向外方にかけて一端封止部がもうけられたセルの割合が減少したときに、一端封止部のもうけられたセルが、他端封止部のもうけられたセルの数以上であることが好ましい。
本発明のハニカム構造体は、一端封止部がもうけられたセルの割合が最も高い軸心部，軸心部の径方向外方に位置し軸心部よりも該セルの割合が低い中間部，中間部の径方向外方に位置し中間部よりも該セルの割合が低い外周部を有する状態で一端封止部がもうけられたセルが配置されていることが好ましい。

本発明のハニカム構造体は、一端封止部がもうけられたセル数と他端封止部のもうけられたセル数の差は、ハニカム構造体の全てのセル数の５０％以下である。セル数の差が５０％を超えると、一端封止部がもうけられたセルの数が多くなりすぎ、ハニカム構造体を通過するガスの流量が大きく減少するとともに圧損が大きくなる。より好ましいセル数の差は、３〜５０％である。

本発明のハニカム構造体において、隔壁部に区画されるセルの形状（断面形状）は、特に限定されるものではなく、従来公知の断面形状とすることができる。従来公知のセル形状のうち、正方形状であることがより好ましい。

本発明のハニカム構造体を形成する多孔質セラミックスは、その材質が特に限定されるものではなく、従来公知の多孔質セラミックスを用いることができ、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、コーディエライトより選ばれる一種を主成分とする。これらのセラミックスのうち、チタン酸アルミニウムを主成分とするセラミックスよりなることがより好ましい。チタン酸アルミニウムよりなるセラミックスは、その内部にマイクロクラックをもつ。そして、このマイクロクラックをもつことで、ハニカム構造体が熱膨張を生じても、このマイクロクラックの開口が開閉することで熱膨張により生じる応力を緩和し、形状変化や損傷が生じなくなる。

本発明のハニカム構造体は、複数部の分体を接合材で接合した構成である。すなわち、本発明のハニカム構造体は、一端封止部のもうけられたセルの割合が異なる複数のハニカム分体を、接合材層を介して接合されてなる。この構成とすると、分体ごとに一端封止部の形成されたセルの割合を変化させることができ、その結果として、ハニカム構造体におけるセルの配置を調節することができる。また、分体ごとに、材質や気孔率などの特性を変化させることができ、ハニカム構造体全体に所望の性能を付与できる。すなわち、ハニカム構造体が複数部の分体よりなるときに、それぞれの分体の一端封止部が形成されたセルの割合、材質や気孔率などの特性は同じであっても異なっていてもいずれでもよい。

ハニカム分体を接合する接合材についても、従来公知の接合材を用いることができる。この接合材としては、例えば、ＳｉＣ系接合材を用いることができる。ハニカム分体を接合材で接合したときにハニカム分体の間に形成される接合材層は、０．５〜５．０ｍｍの厚さで形成することが好ましい。

ここで、本発明のハニカム構造体が複数部の分体が接合されてなるときに、ハニカム構造体の隔壁の厚さ方向における接合材層の厚さが非常に小さい場合には、接合材層の影響を無視してもよい。

さらに、ハニカム構造体が複数のハニカム分体が接着剤層を介して接合されてなるときに、それぞれのハニカム分体に形成されたセルの大きさ（セル形状）は、同じであっても、異なっていても、いずれでもよい。それぞれのハニカム分体のセルの大きさ（セル形状）は、同じであることが好ましい。

本発明のハニカム構造体は、周方向の外周面上に、０．５ｍｍ以上の厚さの外周材層を有することが好ましい。外周材層をもつことで、ハニカム構造体をＤＰＦなどに使用したときに生じる形状変化が抑えられる。具体的には、ハニカム構造体をＤＰＦなどの用途に使用したときに、ハニカム構造体は高熱にさらされる。そして、ハニカム構造体は、熱膨張を生じる。外周材層をもつことでこの熱膨張を抑えることができる。外周材層を構成する材質は、従来公知の材質を用いることができる。たとえば、ＳｉＣ、シリカ系化合物、チタン酸アルミニウムなどのアルミナ系化合物などを用いることができる。

また、外周材層は、ハニカム構造体の形状により異なるため、その厚さが一概に決定できるものではないが、たとえば、０．５ｍｍ以上の厚さで形成することが好ましい。さらに好ましくは、０．５〜５．０ｍｍである。

本発明のハニカム構造体は、ＤＰＦに用いることが好ましい。本発明のハニカム構造体は、セルを区画する隔壁を排気ガス（ガス）が通過するウォールフロー型のフィルタ触媒として用いることができ、このようなフィルタ触媒のうち特に、ＤＰＦとして用いることが好ましい。

本発明のハニカム構造体をＤＰＦとして用いるときに、少なくとも隔壁部の細孔表面に、アルミナ等よりなる多孔質酸化物、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ等の触媒金属の少なくともひとつを担持したことが好ましい。

本発明のハニカム構造体は、その外周形状が特に限定されるものではなく、従来公知の形状とすることができる。好ましくは、断面が一定の柱状であり、たとえば、断面が真円や楕円の略円柱状、断面が方形や多角形の角柱状とすることができ、好ましくは円柱形状である。

以下、実施例を用いて本発明を説明する。

本発明の実施例として、ＤＰＦ用ハニカム構造体を製造した。

（参考例１）
本参考例のハニカム構造体は、多孔質のセラミックスよりなるハニカム体２と、ハニカム体２のセルを封止する封止部３と、ハニカム体２の外周に配置された外周材層４と、からなる、円柱状の外形をなしたハニカム構造体１である。本参考例のハニカム構造体を、図１〜２に示した。図１には本実施例のハニカム構造体１の一方の端部側の端面を、図２には軸方向での断面を示した。なお、ハニカム構造体の一方の端部は、ＤＰＦとして用いたときに、排気ガスの流れ方向の上流側に配置される端部である。

ハニカム体２は、多孔質のＳｉＣセラミックスよりなり、ハニカム体２の軸方向に貫通してのびる多数のセル２０，２１がセル壁２２に区画されるとともに略円柱状の外周形状を有している。多数のセル２０，２１は、それぞれ正方形状の断面形状をなすようにセル壁２２により区画されている。ハニカム体２を構成する多孔質セラミックスは、その細孔分布が均一となっている。

ハニカム体２には、多数のセル２０，２１の軸方向の端部のいずれかに、各セル２０，２１を封止する封止材３０，３１よりなる封止部３が形成されている。封止材３０は、ハニカム構造体１の一方の端部側でセル２０を封止し、封止材３１は他方の端部側でセル２１を封止する。封止材３０，３１は、セル２０，２１内での長さが一定となるようにもうけられている。

封止材３０，３１は、端面が略市松模様をなすようにセル２０，２１を封止している。さらに、封止材３０は、断面正方形状のセルの対角線方向に並んだセル２１のうち、二つごとのセルに封止材３０が形成されている。封止材３０，３１は、ハニカム構造体１の端面において、部分的な偏り（セル２０，２１の繰り返しパターンでは、本来は封止材３１が形成されるセル２１のうち一部のセルに封止材３０が形成されている）は存在するが、端面の全面では均一に分散した状態で形成されている。

本参考例のハニカム構造体１において、封止材３０が封止したセル２０の数が２５６４セルであり、封止材３１が封止したセル２１の数が２０８４セルであった。つまり、セル２０とセル２１のセル数の差は４８０セルであり、全セル数を１００％としたときに、１０．３％に相当する。

外周材層４は、ハニカム体２の外周面に均一な厚さで形成されたＳｉＣセラミックス層である。

（製造方法）
本参考例のハニカム構造体の製造方法を以下に示す。

まず、平均粒径１２μｍのＳｉＣ粉末７５重量部、平均粒径１０μｍのＳｉ_３Ｎ_４粉末２０重量部、平均粒径１５μｍのＣ粉末５重量部を秤量し、有機バインダーとしてメチルセルロースを加えたものに水を加えて適度の粘性にしたものに界面活性剤を加えて混合、混練した。得られた粘土を所定の形状の開口部を備えた型を用いて押出成形法で成形し、乾燥した。この成形体は、押出方向である軸方向に垂直な断面の形状が、一定となっている。

乾燥後、成形体の製造に用いた粘土で、成形体のそれぞれの端部で所定のセルを目封止をした後に、２３００℃で焼成して焼成体を得た。ここで、セルの封止は、セルの一方または他方の端部が封止され、成形体の端面でセグメント部において封止されたセルと封止されていないセルが略市松模様をなす状態である。なお、一方の端部でセルを目封止する封止材３０の数が他方の端部でセルを目封止する封止材３１よりも多くなるようにセルが封止される。

その後、円筒研削機を用いて全体の形状を円筒形状に成形した。

その後、平均粒径２０μｍのＳｉＣ粉末５０重量部、平均粒径１μｍの球状シリカ粉末１９重量部、バインダーとして１．２６ｗｔ％のＣＭＣ溶液２５重量部、及び分散剤としてアニオン系分散剤１重量部、結合剤としてコロイダルシリ力５重量部、を十分に混合して外周材スラリーを調製する。研削後の焼成体に調製された外周材スラリーを塗布した後に８５０℃で熱処理して本実施例のハニカム構造体１が製造された。

（参考例２）
本参考例のハニカム構造体は、封止材３０で封止されたセル２０の配置が異なる以外は参考例１と同様なハニカム構造体１である。本参考例のハニカム構造体１の一方の端部の端面を、図３に示した。

封止材３０は、ハニカム構造体の端面において、中心部（軸心部）から径方向外方に向かって、封止材３０が封止したセルの数（存在割合）が減少するように形成されている。より具体的には、中心部近傍は、ほとんどが封止材３０が封止したセル２０が位置している。そして、外周部近傍では、封止材３０が封止したセル２０と封止材３１が封止したセル２１とが同数となっている。また、中心部と外周部の間の径方向の中間部では、封止材３０が封止したセル２０が封止材３１が封止したセル２１よりも多くなるように形成されている。

本参考例のハニカム構造体１において、封止材３０が封止したセル２０の数が２２６０セルであり、封止材３１が封止したセル２１の数が２４３６セルであった。つまり、セル２０とセル２１のセル数の差は１７６セルであり、全セル数を１００％としたときに、３．７％に相当する。

（参考例３）
本参考例は、ハニカム体２が複数のハニカム分体５を接合材で接合してなること以外は、参考例１のハニカム構造体１と同様なハニカム構造体１である。本参考例のハニカム構造体１の端面を図４に示した。

本参考例のハニカム構造体１は、まず、断面の外形が正方形状のハニカム分体５を実施例１のハニカム体の製造方法で製造する。このハニカム分体５は、参考例１の時と同様に、封止材３０，３１がもうけられたセル２０，２１が形成されている。つまり、封止材３０，３１は、端面が略市松模様をなすようにセル２０，２１を封止している。さらに、封止材３０は、断面正方形状のセルの対角線方向に並んだセル２１のうち、二つごとのセルに封止材３０が形成されている。

つづいて、参考例１において外周材スラリーとして用いた接合材スラリーをハニカム分体５の外周に塗布し、別のハニカム分体５をこの面にすりあわせて接合した。この接合を繰り返して、断面が正方形をなすように１６個のハニカム分体５を接合し、８０℃で乾燥した。

そして、この接合体を電動ノコギリを用いて切削して外周形状を成形した。電動ノコギリによる切削は、両端部に封止材が形成されたセルが外周面を形成する略円柱状をなすようになされた。この切削時に、封止材のセルからの剥離がみられなかった。

そして、参考例１の時と同様なスラリーを調製し、成形体の外周面に０．５ｍｍの厚さで塗布し、８０℃で乾燥した後に８５０℃で加熱して接合材およびスラリーを固化させた。これにより、外周面上に外周材層４が形成できた。

以上により、本参考例のハニカム構造体１を製造することができた。

本参考例のハニカム構造体１は、参考例１と同様に、封止材３０，３１が、ハニカム構造体１の端面において、部分的な偏りは存在するが、端面の全面では均一に分散した状態で形成されている。

（参考例４）
本参考例は、ハニカム体が複数のハニカム分体を接合材で接合してなる、参考例２のハニカム構造体と類似の構成のハニカム構造体である。

本参考例のハニカム構造体は、まず、断面の外形が正方形状のハニカム分体５Ａを実施例１の方法で製造する。このハニカム分体５Ａは、参考例１のハニカム体と同様に封止材３０，３１がもうけられたセル２０，２１が形成されている。

また、同様にして、断面の外形が正方形状のハニカム分体であって、封止材３０，３１が同数でもうけられたセル２０，２１が形成されたハニカム分体５Ｂを参考例１のハニカム体を製造するときに用いた方法と同様の方法で製造する。このハニカム分体５Ｂは、端面が市松模様をなすように、封止材３０，３１が配置されている。

つづいて、参考例１において外周材スラリーとして用いた接合材スラリーをハニカム分体５Ａの外周に塗布し、別のハニカム分体５Ａをこの面にすりあわせて接合した。この接合を繰り返して、４個のハニカム分体５Ａが外形が正方形をなす状態に接合された接合体を製造した。つづいて、接合体の外周面に接合材スラリーを塗布し、別のハニカム分体５Ｂをこの面にすりあわせて接合した。この接合を繰り返して、断面が正方形をなすように１６個のハニカム分体を接合し、８０℃で乾燥した。このとき、セル２０，２１の数が異なるハニカム分体５Ａを４個を内周部に、その外周をセル２０，２１の数が同じとなっているハニカム分体５Ｂで覆うように１２個を配置した。

そして、この接合体を電動ノコギリを用いて切削して外周形状を成形した。電動ノコギリによる切削は、両端部に封止材が形成されたセルが外周面を形成する略円柱状をなすようになされた。この切削時に、封止材のセルからの剥離がみられなかった。

そして、参考例１の時と同様なスラリーを調製し、成形体の外周面に０．５ｍｍの厚さで塗布し、８０℃で乾燥した後に８５０℃で加熱して接合材およびスラリーを固化させた。これにより、外周面上に外周材層４が形成できた。

以上により、本参考例のハニカム構造体１を製造することができた。本参考例のハニカム構造体をその端面で図５に示した。なお、本参考例を示した図５においては、封止材３０で封止されたセル２０の配置がわかるように、セル２１の対角線方向で一つおきのセルがセル２０となっている。

本参考例のハニカム構造体１は、複数のハニカム分体５が接合材層６で接合された構成を有している。また、本参考例のハニカム構造体１は、軸心部側には、封止材３０が形成されたセル２０が多く配置されたハニカム分体５Ａが配置され、その外周部には封止材３０と封止材３１とが同数で形成されている。すなわち、軸心部から径方向外方に進むにつれて封止材３０が封止したセルの割合が減少している。

（比較例）
本比較例は、全てのハニカム分体が、封止材３０，３１が同数でもうけられたセル２０，２１が形成された分体であること以外は、参考例３と同様なハニカム構造体である。

本比較例は、セル２０とセル２１とが同数で形成されている。本比較例のハニカム構造体１の端面を図６に示した。

（評価）
参考例３〜４および比較例のハニカム構造体の評価として、ハニカム構造体にスス（ＰＭ）を堆積させた状態で再生試験を行い、ＰＭの燃焼率と燃焼時のハニカム構造体の最高温度を測定した。具体的な試験方法を以下に示す。

まず、試験されるハニカム構造体の重量を測定し、その後、ハニカム構造体にＰＭを堆積させた。ＰＭの堆積は、堆積したＰＭの堆積量がハニカム構造体１の見かけの容積１Ｌあたりおよそ８ｇとなるように行われた。ＰＭの堆積は、ディーゼルエンジンの排気系にハニカム構造体を組み付けて行われた。このとき、ハニカム構造体の一方の端部側が排気ガスの流れ方向の上流側に位置する状態で組み付けられた。ＰＭが堆積したハニカム構造体の重量を測定し、ＰＭの堆積量を求めた。

そして、ハニカム構造体に熱電対を挿入した。熱電対は、ハニカム構造体の一方の端面から１０．０ｍｍの位置に配置された。熱電対は、軸心部近傍、軸心と外周との中心部近傍および外周部近傍に設置された。

熱電対がセットされたハニカム構造体を電気炉にセットし、ハニカム構造体のセル内に７００℃に加熱した窒素ガスを流通させて、ハニカム構造体を昇温した。このとき、炉内は、ＰＭに対して不活性な雰囲気となった。

熱電対で測定されるハニカム構造体の温度が安定したら、窒素ガスから空気に切り替えた。空気は０．４ｍ／ｓで流された。ハニカム構造体が十分に加熱された状態で、ハニカム構造体に流されるガスを窒素ガスから空気に切り替えたことにより、空気中の酸素とＰＭとが反応してハニカム構造体に堆積したＰＭが燃焼した。ＰＭの燃焼は発熱反応であり、ハニカム構造体の内部が昇温した。

その後、熱電対で測定される温度が安定したら、ＰＭの燃焼が終了したとして空気の供給を終了した。

ＰＭの燃焼試験後のハニカム構造体の重量を測定し、試験の前後の重量からＰＭの燃焼率を算出し、結果を表１に示した。

表１に示したように、参考例３〜４のハニカム構造体は、比較例のハニカム構造体よりも再生時の最高温度が大幅に低下している。すなわち、排気ガスの流れ方向の上流側が閉塞したセル２０の割合が多くなることで、再生時のハニカム構造体の最高温度を低下することができる。

そして、参考例４のハニカム構造体１は、参考例３のハニカム構造体と同等程度の最高温度でありながら、参考例３のハニカム構造体よりもＰＭの燃焼率が大幅に上昇している。参考例４のハニカム構造体では、封止材３０により、セル２０には排気ガスが流れ込まなくなっている。そして、セル２０がハニカム構造体１の軸心部近傍に多数配置されていることから、図７に模式的に示したように、軸心部近傍でハニカム構造体１を通過する排気ガスの流量が減少する。これにより、参考例４のハニカム構造体１では、軸心部近傍でセル壁に捕捉されるＰＭ量が減少する。

より具体的には、図７に模式的に示したように、参考例４のハニカム構造体１は、排気系を構成する円管状の排気管７の軸心の中空部に固定された状態で組み付けられる。

排気管７内を流れる排気ガスは、排気管７の軸心部近傍で最も流速が速く、外周部近傍で流速が遅くなっている。つまり、この排気系においては、排気管７の軸心部近傍で最も排気ガスの流量が多くなっている。

排気管７内を流れる排気ガスは、封止材３１で封止されたセル３１の一方の端部側からセル２１内に流れ込む。そして、セル２１を区画する多孔質のセラミックスよりなるセル壁の細孔を通って隣接するセル２０に流れ込む（セル壁を透過する）。排気ガスがセル壁を透過するときに、セル壁の細孔により、排気ガスに含まれるＰＭが捕捉される。そして、ＰＭが細く除去された排気ガスがセル２０の他方の端部側から排出される。このとき、封止材３０がセル２０を一方の端部側で封止しており、セル２０内には、排気ガスが直接流れ込まなくなっている。

参考例４のハニカム構造体１は、セル２０を封止した封止材３０が排気ガスの流れ方向の上流側に位置している。封止材３０により、セル２０には排気ガスが流れ込まなくなっている。そして、セル２０がハニカム構造体１の軸心部近傍に多数配置されていることから、軸心部近傍でハニカム構造体１を通過する排気ガスの流量が減少する。これにより、参考例４のハニカム構造体１では、軸心部近傍でセル壁に捕捉されるＰＭ量が減少する。これにより、参考例４のハニカム構造体１は、捕集したＰＭを分解するために加熱しても、軸心部近傍に捕集されたＰＭ量の少なさにより、捕集した後の再生処理時に軸心部近傍が過剰に昇温しなくなった。この結果、参考例４のハニカム構造体１は、再生時に過熱による損傷を生じにくくなることで、耐久性の低下が生じにくいフィルタとなった。

参考例１のハニカム構造体の端面を示した図である。 参考例１のハニカム構造体の断面を示した図である。 参考例２のハニカム構造体の断面を示した図である。 参考例３のハニカム構造体の端面を示した図である。 参考例４のハニカム構造体の断面を示した図である。 比較例のハニカム構造体の端面を示した図である。 参考例４のハニカム構造体を車両の排気管に組み付けた状態を示した図である。 従来のハニカム構造体の端面を示した図である。

符号の説明

１：ハニカム構造体
２：ハニカム体
３：封止部
４：外周材層
５：ハニカム分体
６：接合材層
７：排気管

Claims (2)

1. 多孔質のセラミックスよりなり軸方向に貫通する多数のセルを区画する隔壁部と、
   多数の該セルのうち所定のセルの一方の端部を封止する封止材よりなる一端封止部と、
   残余の該セルの他方の端部を封止する封止材よりなる他端封止部と、
   を有するハニカム構造体であって、
   該ハニカム構造体が、該一端封止部のもうけられたセルの割合が異なる複数のハニカム分体を、該一端封止部がもうけられたセルが、排気ガスの流れ方向での上流側に位置し、かつ該他端封止部がもうけられたセルよりも多く、かつ軸心部から径方向外方にかけて、該一端封止部がもうけられたセルの割合が徐々に減少した状態で該一端封止部がもうけられたセルが配置されるように、接着剤層を介して接合してなり、
   該一端封止部がもうけられたセル数と該他端封止部のもうけられたセル数の差が、該ハニカム構造体の全てのセルの数の５０％以下であり、
   該セラミックスが、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、コーディエライト、ムライトより選ばれる一種を主成分とすることを特徴とするハニカム構造体。
2. 前記ハニカム構造体は、前記一端封止部がもうけられたセルの割合が最も高い軸心部，該軸心部の径方向外方に位置し該軸心部よりも該セルの割合が低い中間部，該中間部の径方向外方に位置し該中間部よりも該セルの割合が低い外周部を有する状態で該一端封止部がもうけられたセルが配置されている請求項１記載のハニカム構造体。

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