JP5282030B2

JP5282030B2 - 目封止ハニカム構造体

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Publication number: JP5282030B2
Application number: JP2009509171A
Authority: JP
Inventors: 結輝人市川; 伊藤　　公一; 健得永
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2013-09-04
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Also published as: US7972677B2; JPWO2008123369A1; EP2133522A1; EP2133522A4; KR20090125033A; CN101595282B; EP2133522B1; US20090239031A1; CN101595282A; WO2008123369A1

Description

本発明は、ディーゼルパティキュレートフィルター等に使用される、各セルの一端部が目封止されたハニカム構造体に関する。

従来、自動車の排ガス中の微粒子、特にディーゼル微粒子を捕集するためのディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）として、セラミックからなるハニカム構造体が用いられている。

一般に、このようなハニカム構造体は、二つの端面の間を連通する複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、当該隔壁と一体的に形成された外周壁とを有するハニカム構造体であって、当該ハニカム構造体の一端面と他端面とが相補的な市松模様を呈するような目封止パターンで、各セルの端部に目封止部が形成された構造となっている（例えば、特許文献１参照）。

図６は、こうした目封止部が形成されたハニカム構造体（目封止ハニカム構造体）の端面を部分的に示す平面図であり、図７は、図６のｄ−ｄ断面構造の一例を示す部分断面図であり、図８は、図６のｄ−ｄ断面構造の他の一例を示す部分断面図である。これらの図に示すように、従来の目封止ハニカム構造体１１では、ハニカム構造体の最外周部に位置し、その一部が外周壁４と接触している不完全なセル断面を有する最外周部パーシャルセル５に形成された目封止部７と、最外周部パーシャルセル５以外の完全なセル断面を有する完全セル６に形成された目封止部８とで、目封止の深さ（ハニカム構造体の端面からの目封止部の長さ）は同等であるか、あるいは、ハニカム構造体の縁部の強度を高めて欠け等の損傷を防止する目的から、最外周部パーシャルセル５に形成された目封止部７の方が、完全セル６に形成された目封止部８よりも、目封止の深さが深くなるように構成されていた。

目封止ハニカム構造体をＤＰＦ等の用途で使用する場合には、目封止ハニカム構造体の外周壁の周りにセラミック繊維マット等からなる保持材を巻いた状態で筒状の管体内に圧縮固定（キャニング）するのが一般的であるが、図８に示すように、このキャニングにより、目封止ハニカム構造体１１には、キャニング面圧が負荷される。この際、最外周部パーシャルセル５に形成された目封止部７の方が、完全セル６に形成された目封止部８よりも、目封止の深さが深いと、最外周部パーシャルセル５に形成された目封止部７の内部側端部付近における荷重Ｆにより生じる曲げモーメントの作用によって、隣接する完全セル６に形成された目封止部８の内部側端部と隔壁３との接触部分Ｃに応力が集中して、当該接触部分Ｃを破壊開始点とする破壊が生じやすい。このような破壊は、程度の差はあるものの、最外周部パーシャルセル５に形成された目封止部７と、完全セル６に形成された目封止部８との目封止の深さが同等である場合にも生じ得る。

特開２００１−３００９２２号公報

本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、目封止ハニカム構造体をキャニングする際に目封止ハニカム構造体に負荷されるキャニング面圧によって、破壊が生じにくいような目封止ハニカム構造体を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明によれば、以下の目封止ハニカム構造体が提供される。

［１］二つの端面の間を連通する複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、当該隔壁と一体的に形成された外周壁とを有するハニカム構造体であって、前記セルが、前記ハニカム構造体の最外周部に位置し、その一部が前記外周壁と接触している不完全なセル断面を有する最外周部パーシャルセルと、当該最外周部パーシャルセル以外の完全なセル断面を有する完全セルとからなり、前記完全セルと前記最外周部パーシャルセルとは、前記ハニカム構造体の端面全体が市松模様を呈するような目封止パターンで、その一端部に目封止部が形成されており、前記最外周部パーシャルセルにおける目封止部の深さが、前記完全セルにおける目封止部の深さよりも浅くなっている目封止ハニカム構造体であり、前記完全セルの目封止部の深さは一定である目封止ハニカム構造体（第一の目封止ハニカム構造体）。

［２］二つの端面の間を連通する複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、当該隔壁と一体的に形成された外周壁とを有するハニカム構造体であって、前記セルが、前記ハニカム構造体の最外周部に位置し、その一部が前記外周壁と接触している不完全なセル断面を有する最外周部パーシャルセルと、当該最外周部パーシャルセル以外の完全なセル断面を有する完全セルとからなり、前記完全セルは、ハニカム構造体の端面が市松模様を呈するような目封止パターンで、その一端部に目封止部が形成され、前記最外周部パーシャルセルの内、下式（１）により求められるセル面積率がＳ_１未満のものについては、その全長に渡って閉塞されるよう前記外周壁と一体的に形成され、前記セル面積率がＳ_２（ただし、Ｓ_１＜Ｓ_２）を超えるものについては、前記目封止パターンにしたがってその一端部に前記完全セルにおける目封止部の深さよりも浅くなるよう目封止部が形成され、前記セル面積率がＳ_１以上かつＳ_２以下のものについては、その全長に渡って閉塞されるよう前記外周壁と一体的に形成されたものと、前記目封止パターンにしたがってその一端部に前記完全セルにおける目封止部の深さよりも浅くなるよう目封止部が形成されたものとが混在した状態となっている目封止ハニカム構造体（第二の目封止ハニカム構造体）。
セル面積率（％）＝最外周部パーシャルセルの面積／完全セルの面積×１００（１）

［３］前記Ｓ_１が３０（％）以下の範囲内の値（ただし、０（％）は除く）であり、前記Ｓ_２が２〜３０（％）の範囲内の値である［２］に記載の目封止ハニカム構造体。

［４］前記Ｓ_１が５（％）であり、前記Ｓ_２が３０（％）である［２］に記載の目封止ハニカム構造体。

［５］前記目封止部の剛性が前記隔壁の剛性よりも低く、かつ、前記目封止部の熱容量が前記隔壁の熱容量よりも大きい［１］〜［４］の何れかに記載の目封止ハニカム構造体。

［６］前記目封止部の材質がチタン酸アルミニウム又はその複合材であり、かつ、前記隔壁の材質がコージェライト又はその複合材である［１］〜［５］の何れかに記載の目封止ハニカム構造体。

［７］前記目封止部の熱伝導率が前記隔壁の熱伝導率よりも低い［１］〜［６］の何れかに記載の目封止ハニカム構造体。

［８］前記目封止部の熱膨張係数が前記隔壁の熱膨張係数よりも低い［１］〜［７］の何れかに記載の目封止ハニカム構造体。

本発明によれば、キャニングされる際におけるキャニング面圧の負荷によって破壊が生じにくい、機械的強度に優れた目封止ハニカム構造体が提供される。

本発明に係る第一の目封止ハニカム構造体の端面を部分的に示す平面図である。図１のａ−ａ断面構造を示す部分断面図である。本発明に係る第二の目封止ハニカム構造体の端面を部分的に示す平面図である。図３のｂ−ｂ断面構造を示す部分断面図である。図３のｃ−ｃ断面構造を示す部分断面図である。従来の目封止ハニカム構造体の端面を部分的に示す平面図である。図６のｄ−ｄ断面構造の一例を示す部分断面図である。図６のｄ−ｄ断面構造の他の一例を示す部分断面図である。実施例及び比較例の結果を示すグラフである。

符号の説明

１：第一の目封止ハニカム構造体、２：第二の目封止ハニカム構造体、３：隔壁、４：外周壁、５：最外周部パーシャルセル、６：完全セル、７：目封止部、８：目封止部、１１：目封止ハニカム構造体。

以下、本発明の代表的な実施形態について具体的に説明するが、本発明は以下の実施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、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。

図１は、本発明に係る第一の目封止ハニカム構造体の端面を部分的に示す平面図であり、図２は、図１のａ−ａ断面構造を示す部分断面図である。

本発明に係る第一の目封止ハニカム構造体１は、二つの端面の間を連通する複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁３と、隔壁３と一体的に形成された外周壁４とを有する。セルは、ハニカム構造体の最外周部に位置し、その一部が外周壁４と接触している不完全なセル断面を有する最外周部パーシャルセル５と、最外周部パーシャルセル５以外の完全なセル断面を有する完全セル６とからなる。

これら完全セル６と最外周部パーシャルセル５とは、従来、ＤＰＦ等のフィルターに用いられている目封止ハニカム構造体と同様、ハニカム構造体の端面が市松模様を呈するような目封止パターンで、その一端部に目封止部が形成されているが、本発明に係る第一の目封止ハニカム構造体においては、従来とは異なる特徴的な構造として、最外周部パーシャルセル５における目封止部７の深さが、完全セル６における目封止部８の深さよりも浅くなっている。

前述のとおり、目封止ハニカム構造体をＤＰＦ等の用途で使用する場合には、目封止ハニカム構造体の外周壁の周りにセラミック繊維マット等からなる保持材を巻いた状態で筒状の管体内に圧縮固定（キャニング）するのが一般的であり、このキャニングにより、目封止ハニカム構造体には、キャニング面圧が負荷される。

ここで、本発明に係る第一の目封止ハニカム構造体１のように、最外周部パーシャルセル５における目封止部７の深さが、完全セル６における目封止部８の深さよりも浅くなっていると、図２に示すように、最外周部パーシャルセル５に形成された目封止部７の内部側端部付近に荷重Ｆが掛かっても、当該目封止部７の内部側端部と隔壁３との接触部分Ａには曲げモーメントは作用せず、当該接触部分Ａへの応力集中が発生しないため、当該接触部分Ａは破壊開始点とはなりにくい。したがって、前記のような構造を有する第一の目封止ハニカム構造体１は、キャニングされる際におけるキャニング面圧の負荷によって破壊が生じにくい、機械的強度に優れたものである。

本発明において、キャニング時の機械的強度を向上させる重要な要素は、最外周部パーシャルセルにおける目封止部の個々の深さが、隔壁を挟んでその最外周部パーシャルセルのすぐ内側に存在する完全セルにおける目封じ深さより相対的に浅いことである。したがって、第一の目封止ハニカム構造体のように、最外周部パーシャルセルにける目封止部の個々の深さが、完全セルにおける目封止部の個々の深さよりも浅い目封止ハニカム構造体であることが機械的強度の面で最も好ましい。なお、完全セルにおける目封止部の深さには、通常、ある程度のバラツキが有るが、そのような場合、最外周部パーシャルセルにおける目封止部の個々の深さが、完全セルにおける目封止部の深さの平均値よりも浅くなっていれば、最外周部パーシャルセルとそのすぐ内側に存在する完全セルとの関係において、前記の重要な要素がほぼ満たされ、優れた機械的強度を発揮し得る。

図３は、本発明に係る第二の目封止ハニカム構造体の端面を部分的に示す平面図であり、図４は、図３のｂ−ｂ断面構造を示す部分断面図であり、図５は、図３のｃ−ｃ断面構造を示す部分断面図である。

本発明に係る第二の目封止ハニカム構造体２も、前記第一のハニカム構造体１と同様に、二つの端面の間を連通する複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁３と、隔壁３と一体的に形成された外周壁４とを有する。セルは、ハニカム構造体の最外周部に位置し、その一部が外周壁４と接触している不完全なセル断面を有する最外周部パーシャルセル５と、最外周部パーシャルセル５以外の完全なセル断面を有する完全セル６とからなる。

本発明に係る第二の目封止ハニカム構造体２において、完全セル６は、従来、ＤＰＦ等のフィルターに用いられている目封止ハニカム構造体と同様、ハニカム構造体の端面が市松模様を呈するような目封止パターンで、その一端部に目封止部８が形成される。

一方、最外周部パーシャルセル５は、下式（１）により求められるセル面積率の値によって、異なる処理が施されている。
セル面積率（％）＝最外周部パーシャルセルの面積／完全セルの面積×１００（１）

すなわち、図５に示すように、上式（１）により求められるセル面積率が一定の値Ｓ_１未満である最外周部パーシャルセル５ついては、その全長に渡って閉塞されるよう外周壁４と一体的に形成された状態としている。

また、図４に示すように、前記セル面積率が一定の値Ｓ_２（ただし、Ｓ_１＜Ｓ_２）を超える最外周部パーシャルセル５については、前記目封止パターンにしたがってその一端部に完全セル６における目封止部８の深さよりも浅くなるよう目封止部７が形成された状態としている。

更に、前記セル面積率がＳ_１以上かつＳ_２以下の最外周部パーシャルセル５については、その全長に渡って閉塞されるよう外周壁４と一体的に形成されたものと、前記目封止パターンにしたがってその一端部に完全セル６における目封止部８の深さよりも浅くなるよう目封止部７が形成されたものとが混在した状態としている。

このようにセル面積率に応じて取り扱いを変えているのは、最外周部パーシャルセルは、完全セルに比して、その形状の一部を欠いた不定形状であり、特にセル面積率の小さいものは、その端部に目封止部を形成するのが困難で、目封止部の形成に手間と労力とを要するという事情による。

単に、キャニング時の破壊防止という点のみを考慮すれば、前記第一の目封止ハニカム構造体のように、目封止を必要とするすべての最外周部パーシャルセルについて、完全セルの目封止部よりも浅い目封止部を形成することが望ましいが、生産性も考慮に入れた場合には、目封止部の形成が困難なセル面積率の小さい最外周部パーシャルセルについては、その全長に渡って閉塞されるよう外周壁と一体的に形成することが有利である。このような外周壁との一体化は、ハニカム構造体を押出成形する際に使用する口金の構造を調整すること等により、比較的容易に行うことができる。

そこで、本発明に係る第二の目封止ハニカム構造体２においては、セル面積率が比較的大きく目封止部の形成がある程度容易に行える最外周部パーシャルセル５については、前記第一の目封止ハニカム構造体１のように、完全セル６の目封止部８より浅い目封止部７を形成して、キャニング時の破壊防止を図り、セル面積率が比較的小さく目封止部の形成が困難である最外周部パーシャルセル５については、外周壁４と一体化して生産性の向上を図り、更に、目封止部形成の困難性が中程度であるようなセル面積率を持つ最外周部パーシャルセル５については、浅い目封止部７を形成したものと、外周壁４と一体化したものとが混在するような構成とした。

図４のように、その一端部に完全セル６における目封止部８の深さよりも浅くなるよう目封止部７が形成された最外周部パーシャルセル５においては、その目封止部７の内部側端部付近に荷重Ｆが掛かっても、当該目封止部７の内部側端部と隔壁３との接触部分Ａには曲げモーメントは作用せず、当該接触部分Ａへの応力集中が発生しないため、当該接触部分Ａは破壊開始点とはなりにくい。

一方、図５のように、その全長に渡って閉塞されるよう外周壁４と一体的に形成された最外周部パーシャルセル５においては、当該最外周部パーシャルセル５にかかる荷重Ｆにより生じる曲げモーメントの作用によって、隣接する完全セル６に形成された目封止部８の内部側端部と隔壁３との接触部分Ｂに応力が集中しやすいが、第二の目封止ハニカム構造体２では、外周壁４と一体化される最外周部パーシャルセル５を一定のセル面積率以下の小さなものに限定することで、荷重Ｆを小さくして応力集中を低減し、キャニング時の破壊開始点になることを防止することができる。

本発明に係る第二の目封止ハニカム構造体において、前記セル面積率Ｓ_１は、３０（％）以下の範囲内の値であることが好ましく、１０（％）以下の範囲内の値であることがより好ましく、５（％）以下の範囲内の値であることが更に好ましい（ただし、０（％）は除く）。セル面積率Ｓ_１が３０（％）を超える値であると、目封止部の形成がある程度容易なものまで外周壁と一体化される場合があり、キャニング時の破壊防止効果が低減する可能性がある。

また、前記セル面積率Ｓ_２は、２〜３０（％）の範囲内の値であることが好ましく、２〜１０（％）の範囲内の値であることがより好ましく、２〜５（％）の範囲内の値であることが更に好ましい。セル面積率Ｓ_２が２（％）未満の値であると、目封止部の形成がかなり困難な最外周部パーシャルセルにまで目封止部を形成しなければならない場合があり、生産性を低下させる可能性がある。一方、セル面積率Ｓ_２が３０（％）を超える値であると、目封止部の形成がある程度容易なものまで外周壁と一体化される場合があり、キャニング時の破壊防止効果が低減する可能性がある。

キャニング時の破壊防止効果と生産性とのバランスを図る観点から特に好適な実施形態の一例として、前記セル面積率Ｓ_１を５（％）とし、前記セル面積率Ｓ_２を３０（％）とした構成が挙げられる。

本発明に係る第一の目封止ハニカム構造体及び第二の目封止ハニカム構造体を製造するに際して、異なる深さ（長さ）の目封止部を形成する方法としては、例えば次のような方法を挙げることができる。一般に、ハニカム構造体に目封止部を形成する場合には、ハニカム構造体の端面にシートを貼り付けた後、当該シートの目封止しようとするセルに対応した部分に孔を開け、当該シートを貼り付けたハニカム構造体の端面を、目封止材料をスラリー化した目封止スラリー中に浸漬することにより、前記孔を通じて目封止しようとするセルの端部に目封止スラリーを充填し、その後、乾燥及び／又は焼成して、充填した目封止スラリーを硬化させて目封止部とするが、シートに孔を開ける際に、孔の寸法を変更することで目封止深さを異なるようにすることができる。通常、孔の寸法を大きくするほど、目封止スラリーが深い位置まで充填されやすくなり、形成される目封止部の深さが深くなる。

また、本発明に係る第二の目封止ハニカム構造体を製造するに際して、所定の最外周部パーシャルセルを外周壁と一体的に形成する方法としては、例えば次のような方法を挙げることができる。一般に、ハニカム構造体は、セルを形成するための多数のセルブロックを有する押出し成形用口金を用いて、押出し成形により形成されるが、その押出し成形用口金における最外周部パーシャルセルを形成するセルブロックを除去することで、押出し時に当該除去部分に坏土が入り込み、最外周部パーシャルセルを外周壁と一体的に形成することができる。

本発明に係る第一の目封止ハニカム構造体及び第二の目封止ハニカム構造体において、目封止部を除くハニカム構造体本体の材質としては、特に限定されるものではないが、例えばＤＰＦのような高熱に晒される環境下で使用する場合には、コージェライトのような耐熱性に優れた材質から構成されるものが好ましい。また、目封止部の材質は、ハニカム構造体本体との熱膨張差を抑えるため、ハニカム構造体本体と同材質とすることが好ましい。

また、本発明に係る第一の目封止ハニカム構造体及び第二の目封止ハニカム構造体おいては、目封止部の剛性が隔壁の剛性よりも低く、かつ、目封止部の熱容量が隔壁の熱容量よりも大きくなるようにしたり、目封止部の熱伝導率が隔壁の熱伝導率よりも低くなるようにしたり、目封止部の熱膨張係数が隔壁の熱膨張係数よりも低なるようにしたりすることも好ましく、このような関係が得られるよう隔壁と目封止部とで異なる材質を選択しても良い。

目封止部の剛性を隔壁の剛性をより低くすると、キャニング面圧が負荷されて隔壁が変形した際に、それに追従して目封止部も同様に変形するので、部分的な応力集中が緩和され破壊が生じにくくなる。

なお、目封止ハニカム構造体をＤＰＦとして長期間継続して使用するためには、定期的に再生処理を施す必要がある。すなわち、フィルター内部に経時的に堆積したパティキュレートにより増大した圧力損失を低減させてフィルター性能を初期状態に戻すため、フィルター内部に堆積したパティキュレートを燃焼させて除去する必要がある。このフィルター再生時には、目封止部が形成されたハニカム構造体の端部に大きな熱応力が発生し、この熱応力がハニカム構造体にクラックや破壊等の欠陥を発生させることがあるが、目封止部の剛性を隔壁の剛性をより低くすると、この熱応力を緩和して欠陥の発生を抑制することができる。

更に、目封止部の熱容量が隔壁の熱容量よりも大きくなるようにすると、再生処理の際のパティキュレートの燃焼による温度上昇を、目封止部の蓄熱効果により抑制することができ、過度な温度上昇による隔壁の溶損やクラックの発生を効果的に防止することができる。

また、目封止部の熱伝導率を隔壁の熱伝導率よりも低くすると、パティキュレートの燃焼時の発生熱が目封止部に蓄熱され、これにより、ハニカム構造体端部の温度変化を緩やかになってサーマルクラックの発生が抑制される。

更にまた、目封止部の熱膨張係数を隔壁の熱膨張係数よりも低くすると、目封止部がその蓄熱効果で高温化しても、目封止部と隔壁との熱膨張差により、隔壁にクラックが入るのを防止することができる。目封止部の熱膨張係数は、セル通路方向とそれに垂直な断面方向の何れの方向においても隔壁の熱膨張係数より小さくすることが好適である。

目封止部と隔壁について、前記のような、剛性、熱容量、熱伝導率、熱膨張係数の関係を満たそうとする場合には、隔壁の材質をコージェライト又はその複合材とし、目封止部の材質をチタン酸アルミニウム（アルミニウムチタネート（以下、「ＡＴ」と言う。））又はその複合材とすることが好ましい。

目封止部の材質としては、特に、結晶相としてＡＴを６０％以上含有し、それ以外の結晶相がルチル、コランダム、ムライトの少なくも一種から構成されており、ガラス相が５％以下のＡＴあることが好ましい。

ＡＴのヤング率は、コージェライトのヤング率のおよそ１／１０である。ＡＴのヤング率は、ＡＴ結晶量が増加するに従い減少するので、ＡＴ結晶量が多いほど好ましい。更に、ＡＴのヤング率はＡＴ平均結晶粒径が大きくなるに従って減少するので、ＡＴ平均結晶粒径が大きいほど好ましい。ＡＴのヤング率はＡＴ結晶量とＡＴ平均結晶粒径、そして気孔率により変化し、およそ０．１から５０ＧＰａ前後である。ヒートサイクル耐久性の観点からは平均結晶粒径は１０μｍ未満であることが好ましいが、通常、目封止部は隔壁に比して十分な厚みを有しており、必ずしもヒートサイクル耐久性に重点が置かれないので、目封止部にＡＴ材を用いる場合には、ＡＴ平均結晶粒径は１０μｍ以上であってもよく、むしろ目封止部のヤング率を減少させることができて好都合である。ただし、材料圧縮強度低下の観点から平均結晶粒径は１００μｍ未満であることが好ましい。

なお、コージェライトの比熱とＡＴの比熱は概ね同等であり、およそ５００から１０００Ｊ／ｋｇＫである。熱容量〔Ｊ／Ｋ〕は質量〔ｋｇ〕と比熱〔Ｊ／ｋｇＫ〕の積であるので、単位体積あたりの熱容量〔Ｊ／ｍ^３Ｋ〕は真比重（密度）〔ｋｇ／ｍ^３〕と比熱〔Ｊ／ｋｇＫ〕の積で表せる。コージェライトの真比重が約２．５に対して、ＡＴの真比重は約３．６なので、気孔率が同等と仮定すると、ＡＴの熱容量はコージェライトの１．４４倍となる。

一般的に、気孔率が増加すると、強度とヤング率は、減少する傾向にあるため、ＡＴの気孔率をコージェライトよりも小さくすることで、ＡＴのヤング率は増加するが、もともとコージェライトの１／１０程度と小さいため、気孔率を低減してもコージェライトよりも十分に小さいヤング率を示す。これにより、ＡＴの気孔率をコージェライトよりも小さくすることで、コージェライトよりも大きな熱容量と小さなヤング率の特性を発現することができる。

更に、ＡＴの熱膨張係数と熱伝導率は、ＡＴ結晶量が増加するに従い減少するため、ＡＴ結晶量が多いほど好ましく、ＡＴ結晶量は６０％以上が好ましい。ＡＴの熱膨張係数（４０〜８００℃）はおよそ−２．０×１０^−６／℃〜４．０×１０^−６／℃の範囲内である。ＡＴの熱伝導率はおよそ３．０Ｗ／ｍＫ以下である。また、コージェライトの熱伝導率はおよそ１．０Ｗ／ｍＫ以下であるが、ＡＴのＡＴ結晶量を多くすることでコージェライトよりも熱伝導率を小さくすることができる。コージェライトからなるハニカム構造体の場合、４０〜８００℃の熱膨張係数（Ａ軸）は通常１．５×１０^−６／℃以下である。チタン酸アルミニウムはコージェライトよりも低ヤング率であるため、隔壁のコージェライトよりも目封止部のＡＴの方が高熱膨張であっても良いが、ＡＴの方を低熱膨張化することで、隔壁と目封止部の境界における応力をより一層低減できるのでより好ましい。

本発明において、ハニカム構造体の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、ハニカム構造体の柱状構造の中心軸に垂直な断面形状としては、四角形等の多角形、円形、楕円形、長円形等ぼ任意な形状とすることができる。また、セルの断面形状も特に限定されるものではなく、三角形、四角形、六角形、八角形、円形、あるいはこれら形状の組合せでも良い。

ＤＰＦ等のフィルターとして使用する場合、ハニカム構造体の隔壁の厚さは、１００〜２０００μｍが好適であり、２００〜１０００μｍであることがより好ましく、３００〜７００μｍであることが更に好ましい。隔壁の厚さが１００μｍ未満であると、強度が不足して耐熱衝撃性が低下する場合があり、一方、隔壁の厚さが２０００μｍ超であると、圧力損失が増大する傾向にあるからである。

ハニカム構造体のセル密度は、２０〜６００セル／ｉｎ^２（ｃｐｓｉ）が好適であり、５０〜４００ｃｐｓｉであることがより好ましく、１００〜３００ｃｐｓｉであることが更に好ましい。セル密度が２０ｃｐｓｉ未満であると、排ガスとの接触効率が不足する傾向にあり、一方、セル密度が６００ｃｐｓｉ超であると、圧力損失が増大する傾向にある。なお、「ｃｐｓｉ」は「ｃｅｌｌｓｐｅｒｓｑｕａｒｅｉｎｃｈ」の略であり、１平方インチ当りのセル数を表す単位である。例えば１０ｃｐｓｉは、約１．５５セル／ｃｍ^２である。

ハニカム構造体の気孔率は３０〜９０％が好適であり、４５〜８０％であることがより好ましく、５０〜７０％であることが特に好ましい。気孔率を３０〜９０％とすることにより、圧力損失を低減した上で、構造体としての機械的強度を保持できる。

ハニカム構造体の平均気孔径（細孔径）は５〜５００μｍが好適である。平均気孔径が５μｍ未満であると、圧力損失が上昇する傾向にあり、一方、平均気孔径が５００μｍ超であると、フィルターとして用いた場合に捕集効率が低下する傾向にある。

本発明の目封止ハニカム構造体の用途は、特に限定されるものではないが、キャニングして使用する目封止ハニカム構造体、特にＤＰＦ等のフィルターに好適に使用できる。

以下、本発明を実施例に基づいて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。

（実施例１）
コージェライトからなる多孔質のハニカム構造体本体（長さ：１５２ｍｍ、外径：１４４ｍｍ、隔壁厚さ：３００μｍ、セル形状：正方形、セル密度：３００ｃｐｓｉ）の最外周部パーシャルセルと完全セルとの一端部に、ハニカム構造体の端面が市松模様を呈するような目封止パターンで目封止部が形成された目封止ハニカム構造体であって、完全セルにおける目封止部の深さを３ｍｍ以上とし、最外周部パーシャルセルにおける目封止部の深さを３ｍｍ未満としたものを作製した。なお、目封止部の材質は、ハニカム構造体本体と同じコージェライトである。この目封止ハニカム構造体について、後述する方法により、アイソスタティック破壊強度の測定、強制再生試験及び急加熱急冷却試験を実施した。

（実施例２）
実施例１で使用したものと同じハニカム構造体本体の完全セルの一端部に、ハニカム構造体の端面が市松模様を呈するような目封止パターンで深さ３ｍｍ以上の目封止部が形成され、同ハニカム構造体本体の最外周部パーシャルセルの内、前述の式（１）により求められるセル面積率が５％未満のものについては、その全長に渡って閉塞されるようハニカム構造体本体の外周壁と一体的に形成され、セル面積率が３０％を超えるものについては、前記目封止パターンにしたがってその一端部に深さ３ｍｍ未満の目封止部が形成され、セル面積率が５％以上３０％以下のものについては、その全長に渡って閉塞されるよう前記外周壁と一体的に形成されたものと、前記目封止パターンにしたがってその一端部に深さ３ｍｍ未満の目封止部が形成されたものとが混在した状態となっている目封止ハニカム構造体を作製した。なお、目封止部の材質は、ハニカム構造体本体と同じコージェライトである。この目封止ハニカム構造体について、後述する方法により、アイソスタティック破壊強度の測定、強制再生試験及び急加熱急冷却試験を実施した。

（比較例１）
実施例１で使用したものと同じハニカム構造体本体の最外周部パーシャルセルと完全セルとの一端部に、ハニカム構造体の端面が市松模様を呈するような目封止パターンで、ともに深さ３ｍｍの目封止部が形成された目封止ハニカム構造体を作製した。なお、目封止部の材質は、ハニカム構造体本体と同じコージェライトである。この目封止ハニカム構造体について、後述する方法により、アイソスタティック破壊強度の測定、強制再生試験及び急加熱急冷却試験を実施した。

（比較例２）
実施例１で使用したものと同じハニカム構造体本体の最外周部パーシャルセルと完全セルとの一端部に、ハニカム構造体の端面が市松模様を呈するような目封止パターンで目封止部が形成された目封止ハニカム構造体であって、完全セルにおける目封止部の深さを３ｍｍとし、最外周部パーシャルセルにおける目封止部の深さを５ｍｍとしたものを作製した。なお、目封止部の材質は、ハニカム構造体本体と同じコージェライトである。この目封止ハニカム構造体について、後述する方法により、アイソスタティック破壊強度の測定、強制再生試験及び急加熱急冷却試験を実施した。

（実施例３）
ＡＴを主成分（ＡＴ含有率：９０質量％）とする材料により目封止部が形成されている以外は、前記実施例１と同じ構造を有する目封止ハニカム構造体を作製した。この目封止ハニカム構造体について、後述する方法により、強制再生試験及び急加熱急冷却試験を実施した。

（実施例４）
ＡＴを主成分（ＡＴ含有率：９０質量％）とする材料により目封止部が形成されている以外は、前記実施例２と同じ構造を有する目封止ハニカム構造体を作製した。この目封止ハニカム構造体について、後述する方法により、強制再生試験及び急加熱急冷却試験を実施した。

（アイソスタティック破壊強度の測定）
目封止ハニカム構造体を、ゴムの筒状容器に入れ、アルミ製板で蓋をして、水中で等方加圧圧縮を行い、目封止ハニカム構造体が破壊したときの加圧圧力値（アイソスタティック破壊強度）を測定し、その測定結果を、後述する比較例１の測定値を１とする相対強度比として、図９のグラフに示した。

このグラフに示すとおり、本発明に係る第一の目封止ハニカム構造体の実施例である実施例１と、本発明に係る第二の目封止ハニカム構造体の実施例である実施例２とは、全てのセルの目封止部の深さが同一である比較例１や、最外周部パーシャルセルに形成された目封止部の深さが、完全セルに形成された目封止部の深さより深い比較例２に比して、高いアイソスタティック破壊強度を発揮した。

（強制再生試験）
目封止ハニカム構造体を、スートジェネレータ装置に配設し、約２００℃のバーナー排気ガスを目封止ハニカム構造体に導入して、スートを目封止ハニカム構造体の内部に堆積（捕集）させた。こうして目封止ハニカム構造体の単位容積当たり５〜１５ｇ／Ｌまでの範囲で順次スート堆積量を増加させた後、６５０〜７００℃の排気ガスを目封止ハニカム構造体に導入して、堆積させたスートを燃焼させる強制再生処理を行った。使用したスートジェネレータ装置は、その内部で軽油を燃焼させることによりスートを大量に発生させることができる燃焼室と、この燃焼室で発生した燃焼ガスとスートが通過する通過流路と、この通過流路に連通し、その内部に目封止ハニカム構造体を配設して、ハニカム構造体に短時間に大量のスートを堆積させることができる試験室とを備えたものである。燃焼室には、燃料が供給されるとともに、空気又は必要に応じて酸素を供給することができように流量計が配設され、また、通過流路には、空気又は必要に応じて酸素と窒素を供給することができるように流量計が配設されている。また、試験室には、レコーダーに接続された温度測定用の熱電対と、試験室の内部圧力測定用の圧力計が配設されている。また、試験室は、通過流路から流入し目封止ハニカム構造体を通過した気体が排出される排気ダクトに接続されている。目封止ハニカム構造体に排ガスを導入してスートを堆積（捕集）させる際の試験室の温度は約２００℃で、通気流量は９Ｎｍ^３／ｍｉｎとした。この際のスート発生量は、１時間当たり約９０ｇであった。また、目封止ハニカム構造体に堆積させたスートを燃焼させる際の６５０〜７００℃の排気ガスの流量は１．５Ｎｍ^３／ｍｉｎとした。

この試験で、強制再生処理を行う前のスート堆積量を順次増加させて行くと、あるスート堆積量のところで目封止ハニカム構造体の排ガス出口側の目封止部付近において、強制再生処理時のスートの燃焼熱により隔壁の一部に溶損が生じる。そして、この溶損が発生するときスート堆積量が多いほど、目封止ハニカム構造体の耐溶損性が高く、好ましいということになる。

実施例１〜４並びに比較例１及び２の各目封止ハニカム構造体について、この試験を実施した結果、ＡＴを主成分とする材料により目封止部が形成されている実施例３及び４の目封止ハニカム構造体は、コージェライトにより目封止部が形成されている実施例１及び２並びに比較例１及び２の目封止ハニカム構造体に比べて、溶損が発生したときスート堆積量が多く、高い耐溶損性を示した。

（急加熱急冷却試験）
目封止ハニカム構造体を、ＬＰＧを燃料としたバーナー装置に配設し、１００〜７００℃間の急加熱急冷却を繰り返し実施した。この試験で、急加熱急冷却のサイクル数を増加していくと、あるサイクル数のところで、目封止ハニカム構造体の排ガス入り口側の目封止部付近において隔壁の一部にクラックが発生する。そして、このクラックが発生するときのサイクル数が多いほど、目封止ハニカム構造体の耐熱衝撃性が高く、好ましいということになる。

実施例１〜４並びに比較例１及び２の各目封止ハニカム構造体について、この試験を実施した結果、ＡＴを主成分とする材料により目封止部が形成されている実施例３及び４の目封止ハニカム構造体は、コージェライトにより目封止部が形成されている実施例１及び２並びに比較例１及び２の目封止ハニカム構造体に比べて、クラックが発生したときのサイクル数が多く、高い耐熱衝撃性を示した。

本発明は、ＤＰＦのようなキャニングして使用する目封止ハニカム構造体に好適に使用することができる。

Claims

二つの端面の間を連通する複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、当該隔壁と一体的に形成された外周壁とを有するハニカム構造体であって、
前記セルが、前記ハニカム構造体の最外周部に位置し、その一部が前記外周壁と接触している不完全なセル断面を有する最外周部パーシャルセルと、当該最外周部パーシャルセル以外の完全なセル断面を有する完全セルとからなり、前記完全セルと前記最外周部パーシャルセルとは、前記ハニカム構造体の端面全体が市松模様を呈するような目封止パターンで、その一端部に目封止部が形成されており、前記最外周部パーシャルセルにおける目封止部の深さが、前記完全セルにおける目封止部の深さよりも浅くなっている目封止ハニカム構造体であり、
前記完全セルの目封止部の深さは一定である目封止ハニカム構造体。
二つの端面の間を連通する複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、当該隔壁と一体的に形成された外周壁とを有するハニカム構造体であって、
前記セルが、前記ハニカム構造体の最外周部に位置し、その一部が前記外周壁と接触している不完全なセル断面を有する最外周部パーシャルセルと、当該最外周部パーシャルセル以外の完全なセル断面を有する完全セルとからなり、前記完全セルは、ハニカム構造体の端面が市松模様を呈するような目封止パターンで、その一端部に目封止部が形成され、前記最外周部パーシャルセルの内、下式（１）により求められるセル面積率がＳ_１未満のものについては、その全長に渡って閉塞されるよう前記外周壁と一体的に形成され、前記セル面積率がＳ_２（ただし、Ｓ_１＜Ｓ_２）を超えるものについては、前記目封止パターンにしたがってその一端部に前記完全セルにおける目封止部の深さよりも浅くなるよう目封止部が形成され、前記セル面積率がＳ_１以上かつＳ_２以下のものについては、その全長に渡って閉塞されるよう前記外周壁と一体的に形成されたものと、前記目封止パターンにしたがってその一端部に前記完全セルにおける目封止部の深さよりも浅くなるよう目封止部が形成されたものとが混在した状態となっている目封止ハニカム構造体。
セル面積率（％）＝最外周部パーシャルセルの面積／完全セルの面積×１００（１）
前記Ｓ_１が３０（％）以下の範囲内の値（ただし、０（％）は除く）であり、前記Ｓ_２が２〜３０（％）の範囲内の値である請求項２に記載の目封止ハニカム構造体。
前記Ｓ_１が５（％）であり、前記Ｓ_２が３０（％）である請求項２に記載の目封止ハニカム構造体。
前記目封止部の剛性が前記隔壁の剛性よりも低く、かつ、前記目封止部の熱容量が前記隔壁の熱容量よりも大きい請求項１〜４の何れか一項に記載の目封止ハニカム構造体。
前記目封止部の材質がチタン酸アルミニウム又はその複合材であり、かつ、前記隔壁の材質がコージェライト又はその複合材である請求項１〜５の何れか一項に記載の目封止ハニカム構造体。
前記目封止部の熱伝導率が前記隔壁の熱伝導率よりも低い請求項１〜６の何れか一項に記載の目封止ハニカム構造体。
前記目封止部の熱膨張係数が前記隔壁の熱膨張係数よりも低い請求項１〜７の何れか一項に記載の目封止ハニカム構造体。