JP5773716B2

JP5773716B2 - ハニカム構造体の焼成方法

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Publication number: JP5773716B2
Application number: JP2011086437A
Authority: JP
Inventors: 山口　新一; 新一山口; 徳留　修; 修徳留
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Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2031-04-08
Also published as: JP2012217932A

Description

本発明は、内燃機関，焼却炉およびボイラー等から発生する排気ガスに含まれる炭素を主成分とする微粒子等を捕集するフィルタ、有害なダイオキシンを分解して除去するフィルタ等に用いられるハニカム構造体を得るためのハニカム成形体の焼成方法に関する。

従来、内燃機関，焼却炉およびボイラー等から発生する排気ガス中に含まれる微粒子等を捕集するのにフィルタが用いられている。

そして、このようなフィルタは、排気ガス処理装置に備えられ、筒状部と、筒状部の内側に格子状に配置された通気性を有する隔壁部により形成され、排気ガスの流入口および流出口が封止材により交互に封止された複数の流通孔を備えたハニカム構造体が用いられている。

そして、捕集した微粒子等が蓄積されたハニカム構造体を再生する方法として、例えば、ハニカム構造体の少なくとも排気ガスの流出側にヒータを設置し、このヒータによりハニカム構造体を600℃以上に加熱して、微粒子を燃焼除去する方法，ハニカム構造体の排
気ガスの流入側に酸化触媒を配置し、この酸化触媒に軽油等の燃料を供給することによって生じる酸化反応によって発生する熱を利用して、微粒子を燃焼除去する方法等がありこれを繰り返すことで効率よく排気ガス中に含まれる微粒子等を捕集していた。

このようなハニカム構造体は通常、原料調合，混合，混練，成形，乾燥および焼成の各工程を順次経ることによって得られており、形状を作るための成形工程は、通常押出成形によって行なわれている。

そして、このようなハニカム構造体を得るための焼成方法は、特許文献１には、焼成工程で生じるクラックを抑制するために、セラミック原料粉末、成形助剤および添加剤を混合、混練、押出成形、乾燥して作製した生素地のセラミックハニカム構造体の開口端面を耐熱性無機粉末により構成される焼成台の上に載せて焼成することが開示されている。

特開2004−59353号公報

しかしながら、特許文献１で提案されているセラミックハニカム構造体となる成形体の焼成方法では、例えばハニカム構造体を再生する方法として、少なくとも流出側にヒータを設置する場合には、ハニカム成形体が押出成形により成形されており、成形体はその断面において中央部側の生密度が高く、外周側の生密度が低くなりやすいことから、ハニカム成形体の載置の仕方によっては、ハニカム成形体の流入口側を焼成台の上に載せて焼成すると、焼成後のハニカム構造体の流出口側の端面の平面度が悪くなるということがあった。そのため、ハニカム構造体の流出側に設置されたヒータによって微粒子を燃焼除去する場合には、ヒータから流出口側の端面までの距離がばらつき、温度のばらつきが大きくなり、この温度のばらつきに起因して、燃焼除去後の冷却中に大きな熱応力が隔壁部，封
止材および筒状部に生じてクラックが発生するという問題があった。

本発明はこのような課題に鑑み、微粒子を燃焼除去した後、冷却中に隔壁部，封止材お
よび筒状部に生じるクラックを抑制することができるハニカム成形体の焼成方法を提供するものである。

本発明のハニカム成形体の焼成方法は、筒状部と、該筒状部の内側に格子状に配置された通気性を有する隔壁部により形成され、該隔壁部で囲まれた複数の流通孔の流入口および流出口の一方が封止材により封止されているとともに、流入口側および流出口側において交互に封止されており、前記流入口が前記流出口よりも面積が広い構成のハニカム成形体を、該ハニカム成形体の前記流出口側を焼成台側に向け、前記ハニカム成形体を構成する成分と同じ成分からなり、前記焼成台上に配置されたハニカム状の板状部材の酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，酸化カルシウム，窒化硼素，酸化ジルコニウムまたは酸化マグネシウムを主成分とする粉末を備える面に載置して焼成することを特徴とする。

本発明のハニカム成形体の焼成方法によれば、筒状部と、該筒状部の内側に格子状に配置された通気性を有する隔壁部により形成され、該隔壁部で囲まれた複数の流通孔の流入口および流出口の一方が封止材により封止されているとともに、流入口側および流出口側において交互に封止されており、前記流入口が前記流出口よりも面積が広い構成のハニカム成形体を、該ハニカム成形体の前記流出口側を焼成台側に向け、前記ハニカム成形体を構成する成分と同じ成分からなり、前記焼成台上に配置されたハニカム状の板状部材の酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，酸化カルシウム，窒化硼素，酸化ジルコニウムまたは酸化マグネシウムを主成分とする粉末を備える面に載置して焼成するハニカム成形体の焼成方法であることから、流出口が下側となり、流出口の端面は、ハニカム成形体の自重およびハニカム成形体の下側で当接する焼成台や焼成用基板等の焼成用部材によって拘束されることから変形を抑制でき、より平坦になるので、流出側に設置されたヒータによって微粒子を燃焼除去する場合には、このヒータから流出口の端面までの距離のばらつきを小さくすることができる。その結果、流出口の端面付近の温度のばらつきが小さくなり、微粒子を効率的に燃焼除去することができるようになるとともに、燃焼除去後の冷却中に生じる熱応力も小さくなり、燃焼除去を繰り返しても筒状部，隔壁部および封止材に生じていたクラックの発生を抑制することができるようになる。

本実施形態のハニカム成形体の焼成方法を用いて得られるハニカム構造体の一例を模式的に示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図である。図１に示す例のハニカム構造体を示す、（ａ）は流入側の端面の一部を示す側面図であり、（ｂ）は流出側の端面の一部を示す側面図である。本実施形態のハニカム成形体の焼成方法を用いて得られるハニカム構造体の他の例を模式的に示す、（ａ）は流入側の端面の一部を示す側面図であり、（ｂ）は流出側の端面の一部を示す側面図である。本実施形態の一例を模式的に示すガス処理装置の概略断面図である。

以下、本実施形態のハニカム成形体の焼成方法およびこれを用いて得られるハニカム構造体ならびにこれを備えたガス処理装置の例について説明する。

図１は、本実施形態のハニカム成形体の焼成方法を用いて得られるハニカム構造体の一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図である。

図１に示す例のハニカム構造体１は、内部を流体が流れる筒状部２と、この筒状部２の内側に格子状に配置された通気性を有する隔壁部３とにより形成され、流体の流入口（ＩＦ）および流出口（ＯＦ）がそれぞれ封止材４ａ，４ｂにより交互に封止された複数の流通孔５を備えている。なおハニカム構造体１の筒状部２の軸方向を→Ａ（以下、軸方向Ａという）で示している。

そして、図１に示す例のハニカム構造体１は、例えば、外径が140〜270ｍｍ、軸方向Ａに対して垂直な断面における流通孔５の個数は、100ｍｍ^２当たり５〜124個（32〜800Ｃ
ＰＳＩ）である。なお、ＣＰＳＩとはCells Per Square Inchesのことである。

このハニカム構造体１は、例えば、軸方向Ａの長さが100〜250ｍｍで、円筒度が2.5ｍ
ｍ以下である円柱形状であって、隔壁部３の厚さは、0.14ｍｍ以上0.21ｍｍ以下である。なお、封止材４ａ,４ｂの軸方向Ａの厚さは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好まし
い。

図２は、図１に示す例のハニカム構造体を示す、（ａ）は流入側の端面の一部を示す側面図であり、（ｂ）は流出側の端面の一部を示す側面図である。

図２に示す例のハニカム構造体１は、（ａ）に示すように流入側が封止されている流通孔５ａ，開口されている流通孔５ｂをそれぞれ四角形状，八角形状とし、流入口（ＩＦ）が流出口（ＯＦ）よりも面積が広い構成としたものである。

図３は、本実施形態のハニカム成形体の焼成方法を用いて得られるハニカム構造体の他の例を示す、（ａ）は流入側の端面の一部を示す側面図であり、（ｂ）は流出側の端面の一部を示す側面図である。

図３に示す例のハニカム構造体１’は、（ａ）に示すように流入側が封止されている流通孔５ａ，開口されている流通孔５ｂとも四角形状であるが、流通孔５ｂの角部を円弧状にした形状となっている。これにより流通孔５ｂの角部に生じやすいクラックを低減することができる。なお、図２で示すハニカム構造体１と同様に、流入口（ＩＦ）が流出口（ＯＦ）よりも面積が広い構成となっている。一方、流出側では図２，３に示す例のハニカム構造体１，１’とも（ｂ）に示すように流入側が封止されている流通孔５ａは開口され、流入側が開口されている流通孔５ｂは封止されている。

また、図２および図３に示す例のハニカム構造体１，１’では、流通孔５ｂの直径は、流通孔５ａの直径に対して、1.30倍以上1.95倍以下であることが好適である。このように、直径の比を1.30倍以上とすることで、微粒子を吸着することのできる隔壁部３および封止材４ｂのそれぞれの表面積が大きくなるので、微粒子の捕集量を増大させることができ
るとともに、直径の比を1.95倍以下とすることで、隔壁部３が極端に薄くならないので、機械的強度がほとんど損なわれない。ここで、流通孔５ａ，５ｂのそれぞれの直径とは、流入側の端面，流出側の端面における開口部の隔壁部３に接する内接円の直径をいい、光学顕微鏡を用いて測定することができる。

また、本実施形態のハニカム成形体の焼成方法を用いて得られるハニカム構造体１，１’の隔壁部３は、気孔率が35体積％以上60体積％以下であって、平均気孔径が５μｍ以上26μｍ以下である多孔質のセラミック焼結体からなることが好適である。このような隔壁部３を形成するセラミック焼結体の気孔率および平均気孔径がこの範囲であると、ハニカム構造体１の機械的強度を維持しながら、圧力損失の上昇を抑制することができるからであり、この平均気孔径および気孔率は水銀圧入法に準拠して求めればよい。

具体的には、まず、隔壁部３から質量が0.6ｇ以上0.8ｇ以下となるように平均気孔径および気孔率を測定するための試料を切り出す。

次に、水銀圧入型ポロシメータを用いて、試料の気孔に水銀を圧入し、水銀に加えられた圧力と、気孔内に浸入した水銀の体積を測定する。

この水銀の体積は気孔の体積に等しく、水銀に加えられた圧力と気孔径には以下の式（１）（Washburnの関係式）が成り立つ。

ｄ＝−４σｃｏｓθ／Ｐ・・・（１）
但し、ｄ：気孔径（ｍ）
Ｐ：水銀に加えられた圧力（Ｐａ）
σ：水銀の表面張力（0.485Ｎ／ｍ）
θ：水銀と気孔の表面との接触角（130°）
式（１）から各圧力Ｐに対する各気孔径ｄが求められ、各気孔径ｄの分布および累積気孔体積を導くことができる。そして、累積気孔体積の百分率が50体積％に相当する気孔径（Ｄ50）を平均気孔径とし、試料の体積に対する累積気孔体積の百分率を気孔率とすればよい。

また、本実施形態のハニカム成形体の焼成方法を用いて得られるハニカム構造体１，１’を構成する筒状部２，隔壁部３および封止材４は、熱膨張係数が小さい成分、例えば、コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２），β−ユークリプトタイト（Ｌｉ_２Ｏ・Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２），β−スポジュメン（Ｌｉ_２Ｏ・Ａｌ_２Ｏ_３・４ＳｉＯ_２），炭化珪素（ＳｉＣ），窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４），サイアロン（Ｓｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚ，但しｚは固溶量で0.1以上１以下である。），ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・
２ＳｉＯ_２），燐酸ジルコニウムカリウム（ＫＺｒ_２（ＰＯ_４）_３）またはチタン酸アルミニウム（Ａｌ_２ＴｉＯ_５）を主成分とする焼結体からなることが好適であるが、特に、筒状部２，隔壁部３および封止材４がチタン酸アルミニウムを主成分とする焼結体からなることが好適である。このようなチタン酸アルミニウムを主成分とする焼結体は耐熱衝撃性が高いので、筒状部２の内周側の壁面，隔壁部３の壁面で捕集した微粒子および封止材４に堆積した微粒子を燃焼して、ハニカム構造体１，１’を再生するために、バーナ，ヒータ等で加熱して急激な温度変化を与えても、筒状部２，隔壁部３および封止材４におけるクラックの発生を抑制することができる。

特に、筒状部２，隔壁部３および封止材４がいずれもチタン酸アルミニウム（Ａｌ_２ＴｉＯ_５）を主成分とする場合、チタン酸マグネシウム（ＭｇＴｉ_２Ｏ_５）およびチタン酸鉄（Ｆｅ_２ＴｉＯ_５）をそれぞれ16質量％以上24質量％以下含んでいることが好適である。この比率は、耐熱性に優れたチタン酸アルミニウム（Ａｌ_２ＴｉＯ_５）、耐食性に優れ
たチタン酸マグネシウム（ＭｇＴｉ_２Ｏ_５）および耐熱劣化性に優れたチタン酸鉄（Ｆｅ_２ＴｉＯ_５）の最適比率であり、前記各部材の耐熱性，耐食性および耐熱劣化性が良くなるからである。

また、筒状部２，隔壁部３および封止材４がいずれもチタン酸アルミニウム（Ａｌ_２ＴｉＯ_５）を主成分とする場合、筒状部２，隔壁部３および封止材４のそれぞれの粒界相の少なくともいずれかは、珪素酸化物を主成分とすることが好適である。これら粒界相の少なくともいずれかは、珪素酸化物を主成分とするときには、その粒界相と隣接する結晶粒子同士を強く結合するとともに、結晶粒子の異常な粒成長を抑制するため、機械的強度を高くすることができる。

特に、この珪素酸化物は、粒界相を構成するそれぞれの酸化物の合計100質量％に対し
て90質量％以上であることが好適である。

なお、この珪素酸化物は、組成式がＳｉＯ_２で示される二酸化珪素が安定性が高いため好適であるが、組成式がＳｉＯ_２−ｘ（ただし、ｘは０＜ｘ＜２である。）示される不定比の酸化珪素であってもかまわない。

また、各粒界相は、アルカリ金属の酸化物を含んでいてもよいが、アルカリ金属の酸化物はエンジンオイルに含まれる硫酸ナトリウム，硫酸カルシウム等の硫酸塩に対する耐食性が低いので、その含有量は少ない方が好ましい。

特に、酸化リチウムおよび酸化ナトリウムは、粒界相をそれぞれ構成する酸化物の合計100質量％に対して、それぞれ２質量％以下であることがより好適である。

また、酸化アルミニウムも硫酸塩に対する耐食性が低いので、粒界相をそれぞれ構成する酸化物の合計100質量％に対して、15質量％以下であることが好適である。

なお、本実施形態のハニカム構造体における主成分とは、筒状部２，隔壁部３および封止材４をそれぞれ構成する焼結体の全成分100質量％に対して50質量％以上を占める成分
のことをいう。筒状部２，隔壁部３および封止材４をそれぞれ構成する成分の含有量は、蛍光Ｘ線分析法またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合高周波プラズマ）発光分光分析法により求めることができる。具体的には、主成分がチタン酸アルミニウムの場合には、酸化チタンおよび酸化アルミニウムについては、各元素Ｔｉ，Ａｌの含有量を測定して酸化物に換算した含有量の合計をチタン酸アルミニウムの含有量とすればよい。

次に、ハニカム構造体の製造方法について説明する。

まず、酸化アルミニウムの粉末を27〜33質量％，酸化第二鉄の粉末を13〜17質量％，酸化マグネシウムの粉末を７〜13質量％および残部を酸化チタンの粉末とし、これら粉末を調合した調合原料を水，アセトンまたは２−プロパノールとともに混合したスラリーを噴霧乾燥法等で乾燥し、例えば、平均粒径が50μｍ以上300μｍ以下の顆粒を得る。ここで
、用いる前記各粉末は、いずれも純度が高い粉末を用いることが好ましく、その純度は99.0質量％以上、特に99.5質量％以上であることがさらに好適である。

次に、得られた顆粒を大気雰囲気中、温度を1400℃以上1500℃以下として、１時間以上５時間以下で仮焼することにより、元素Ｔｉ，Ａｌ，ＭｇおよびＦｅが互いに固溶した擬ブルッカイト型の結晶からなる仮焼粉末を得ることができる。

この仮焼粉末をＡＳＴＭＥ 11−61に記載されている粒度番号が230のメッシュの篩い
に通すことによって、例えば、粒径が25μｍ以上61μｍ以下に分級された仮焼粉末を得る。そして、この分級された仮焼粉末に、例えば、平均粒径が１μｍ以上３μｍ以下であって、添加量が仮焼粉末100質量部に対して、0.4質量部以上4.6質量部以下である酸化珪素
の粉末と、添加量が仮焼粉末100質量部に対して、１質量部以上13質量部以下であるグラ
ファイト，澱粉またはポリエチレン樹脂等の造孔剤とを添加した後、さらに可塑剤，増粘剤，滑り剤，水および成形助剤として、例えば、メチルセルロース，カルボキシルメチルセルロース，ナトリウムカルボキシルメチルセルロースなどのセルロース類、ポリビニルアルコールなどのアルコール類、リグニンスルホン酸塩などの塩、パラフィンワックス，マイクロクリスタリンワックス等のワックスおよびエチレン−酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ），ポリエチレン，ポリスチレン，液晶ポリマー，エンジニアリングプラスチックなどの熱可塑性樹脂等を加えて混合体とし、この混合体を万能攪拌機，回転ミルまたはＶ型攪拌機等に投入して混練物を作製する。そして、この混練物を三本ロールミルや混練機等を用いて混練し、可塑化した坏土を得る。また、前述した混合体の一部にさらに水を加えて封止材４を設けるためのスラリーを作製する。

次に、押出成形機を用いて成形する。この押出成形機には成形型が装着され、ハニカム成形体の外径を決定する内径が例えば155ｍｍ以上300ｍｍ以下であり、ハニカム成形体の隔壁部を形成するためのスリットを有しており、ハニカム成形体の流入口が流出口よりも面積が広い構成となるようにスリットの間隔は設定されている。この成形型が装着された押出成形機に坏土を投入し、圧力を加えて、ハニカム状の成形体を作製し、得られた成形体を乾燥して所定長さに切断する。

次に、得られたハニカム成形体を焼成する。具体的には、電気炉またはガス炉等の焼成炉の中でハニカム成形体を、流出口側を焼成台に載置して焼成することによって、筒状部２と、筒状部２の内側に格子状に配置された通気性を有する隔壁部３により形成され、流体の流入口（ＩＦ）および流出口（ＯＦ）が封止材４ａ，４ｂにより交互に封止された複数の流通孔５を備えるとともに、流入口（ＩＦ）が流出口（ＯＦ）よりも面積が広い構成のハニカム構造体１，１’を得ることができる。このような焼成方法を用いることによって、成形体を作製するときに、その成形体の断面において中央部の生密度が高く、外周側の生密度が低く成る場合でも、開口面積の狭い流出口（ＯＦ）が下側となり、封止されている面積の広い流出口（ＯＦ）の端面は、ハニカム成形体の自重およびその下側で当接する焼成台や焼成用基板等の焼成用部材からの拘束を受けて平坦になりやすいので、流出側に設置されたヒータから流出口（ＯＦ）の端面までの距離のばらつきが小さくなる。その結果、このヒータによって微粒子を燃焼除去する場合、流出口（ＯＦ）の端面付近の温度のばらつきが小さくなるため、微粒子を効率的に燃焼除去することができるようになるとともに、燃焼除去後の冷却中に生じる熱応力も小さくなり、燃焼除去を繰り返しても筒状部２，隔壁部３および封止材４に生じていたクラックの発生を抑制しやすくなる。

なお、上記調合原料を含むハニカム成形体を焼成する場合には、温度を1300℃〜1500℃以下、好適には1400℃〜1450℃として、２時間〜10時間保持すればよい。

次に、筒状部２，隔壁部３および封止材４の各主成分がいずれもコージェライトであるセラミック焼結体からなるハニカム構造体１，１’を得る場合には、焼結体におけるコージェライトの組成がＳｉＯ_２が40〜56質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が30〜46質量％、ＭｇＯが12〜16質量％となるように、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカ、タルクまたは焼タルクなどのコージェライト化する原料を調合して調合原料を得る。これ以降、ハニカム構造体１，１’を得るまでの工程は、焼成の温度を1300℃〜1500℃から1350℃〜1450℃に変更する以外は、主成分がチタン酸アルミニウムの場合と同様である。

特に、ハニカム成形体は、ハニカム成形体を構成する成分と同じ成分からなる、ハニカム状の板状部材を介して焼成台に載置して焼成することが好適である。

ハニカム成形体を構成する成分と同じ成分からなるハニカム状の板状部材は、焼成工程でハニカム成形体の収縮挙動と同様の収縮挙動を示すので、円筒度の高いハニカム構造体１，１’を得ることができ、ガス処理装置10への装着を容易にすることができる。

ここで、板状部材は、例えば、外径および厚さがそれぞれ147ｍｍ以上284ｍｍ以下、10ｍｍ以上20ｍｍ以下であり、図１の軸方向Ａに対して垂直な断面における孔の個数が、100ｍｍ^２当たり５〜124個（32〜800ＣＰＳＩ）のハニカム状の成形体である。特に、板状
部材は、厚さが10ｍｍ以上であることで、ハニカム成形体の収縮挙動と板状部材の収縮挙動がより近くなり、厚さが20ｍｍ以下であることで、板状部材は、焼成後に廃棄するため、廃棄量を少なくすることができる。また、板状部材は、隔壁部の厚さが、例えば、0.147ｍｍ以上0.221ｍｍ以下である。なお、板状部材は複数個を組み合わせて、例えば、積み重ねて形成することもできる。

また、ハニカム成形体は、酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，酸化カルシウム，窒化硼素，酸化ジルコニウムまたは酸化マグネシウムを主成分とする粉末が流出口（ＯＦ）の端面に接触した状態で載置する。これらの成分は、融点が高いため、ハニカム成形体は、ハニカム状の板状部材が流出口（ＯＦ）の端面に接触した状態で載置されるときよりもハニカム状の板状部材と反応が進まず、固着しにくくなるので、焼成後のハニカム構造体１，１’を容易に取り扱いやすくなる。

なお、上記粉末における主成分とは、粉末を構成する全成分100質量％に対して98質量
％以上を占める成分をいう。上記粉末を構成する主成分の同定は、Ｘ線回折法により、また、主成分の含有量は、蛍光Ｘ線分析法またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合高周波プラズマ）発光分光分析法により求めることができる。

このような製造方法を用いて作製されたハニカム構造体１，１’は、流入口を下側にして焼成する場合よりも、焼成後のハニカム構造体１，１’の流出口の端面の平面度がよくなるので、流出側に設置されたヒータによって微粒子を燃焼除去する場合には、このヒータから流出口の端面までの距離のばらつきを小さくすることができる。その結果、微粒子を効率的に燃焼除去することができるようになるとともに、燃焼除去後の冷却中に生じる熱応力も小さくなり、燃焼除去を繰り返しても筒状部２，隔壁部３および封止材４に生じていたクラックの発生を抑制することができるようになる。

その結果、ハニカム構造体１，１’は、微粒子を捕集した後、再生時の熱が繰り返し与えられても、長期間に亘って信頼性を維持することができる。

次に、本実施形態のハニカム構造体を備えたガス処理装置の例について説明する。

図４は、本実施形態の一例を模式的に示すガス処理装置の概略断面図である。

図４に示す例のガス処理装置10は、本実施形態のハニカム構造体１が、その外周を断熱材層６に保持された状態でケース７に収容され、排気ガス（ＥＧ）の導入口８ａおよび排出口８ｂにそれぞれ排気管９ａ，９ｂが接続されている。また、断熱材層６は、例えばセ
ラミックファイバー，ガラスファイバー，カーボンファイバーおよびセラミックウィスカーの少なくとも１種から形成されている。また、ケース７は、例えば、ＳＵＳ303，ＳＵ
Ｓ304およびＳＵＳ316等のステンレスからなり、その中央部が円筒状に、両端部が円錐台状にそれぞれ形成されている。

このガス処理装置10の排気ガスの流入側には、ディーゼルエンジン，ガソリンエンジン等の内燃機関（図示しない）が排気管９ａを介して接続される。そして、この内燃機関が作動して、排気ガスが排気管９ａを通ってケース７に供給されると、ハニカム構造体１の流通孔５ｂの中に、排気ガスが導入され、封止材４ｂによってその流出が遮られる。流出が遮られた排気ガスは、通気性を有する隔壁部３を通過して、隣接する流通孔５ａに導入される。排気ガスが隔壁部３を通過するとき、隔壁部３の壁面や隔壁部３の気孔の表面で排気ガス中の微粒子が捕集される。そして、微粒子が捕集された排気ガスは、浄化された状態で、流通孔５ａから排出され、排気管９ｂを介して外部に排出される。

なお、図４に示す例のガス処理装置10では、ハニカム構造体１の隔壁部３の壁面に触媒を担持してもよい。担持する触媒には、排気ガス中の微粒子を酸化して燃焼するための触媒と、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ_２）を生じさせるための触媒があり、このいずれかの触媒を隔壁部３の壁面に担持すればよく、両方の触媒を担持するとさらによい。

排気ガス中の微粒子を酸化して燃焼するための触媒は、例えば、ルテニウム，ロジウム，パラジウム，オスミウム，イリジウム，白金等の白金族金属およびその酸化物，金，銀，銅等の周期表第11族金属および酸化バナジウムのうちの少なくともいずれか１種からなることが好適である。このような触媒を隔壁部３の壁面に担持すれば、触媒が排気ガス中の微粒子を酸化して燃焼するので、担持していないときよりも低い温度で微粒子を燃焼除去することができるので、隔壁部３に溶損やクラックが生じるのをさらに低減させることができる。

排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の一例として、一酸化窒素（ＮＯ）を酸化するための触媒は、例えば、ＺＳＭ−５，ＺＳＭ−11，ＺＳＭ−12，ＺＳＭ−18，ＺＳＭ−23，ＭＣＭゼオライト，モルデナイト，ファージャサイト，フェリエライトおよびゼオライトベータの少なくとも１種からなることが好適である。このような触媒を隔壁部３の壁面に担持することにより、排気ガス中に含まれる一酸化窒素（ＮＯ）は二酸化窒素（ＮＯ_２）に酸化されて放出される。なお、放出された二酸化窒素（ＮＯ_２）はアンモニアによって、窒素に還元することができる。このように、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化するための触媒を隔壁部３の壁面に担持させることによって、排気ガスの浄化性能を向上させることができる。

なお、これらの触媒は隔壁部３の壁面および隔壁部３の気孔の表面の少なくともいずれかに担持すればよい。

さらに、壁面に担持された触媒と排気ガスとの接触面積を大きくするために、支持体として、γアルミナ，δアルミナおよびθアルミナ等の比表面積が大きい粉体を隔壁部３の壁面に担持してから触媒を担持するとよい。

このような、隔壁部３の壁面に触媒を担持するハニカム構造体１，１’を得るには、上述した製造方法によって得られたハニカム構造体１，１’を、触媒となる、例えば、ルテニウム，ロジウム，パラジウム，オスミウム，イリジウムおよび白金等の白金族金属の可溶性の塩と、ポリビニルアルコール等のバインダーと水とからなるスラリーに浸漬させた後、温度を100℃以上150℃以下で１時間以上48時間以下保持することによって乾燥すれば
よい。そして、乾燥させた後、温度を600℃以上700℃以下で２時間以上４時間以下熱処理することにより、隔壁部３の壁面に触媒を担持したハニカム構造体１，１’を得ることができる。

ここで、可溶性の塩としては、例えば、硝酸パラジウム（Ｐｄ（ＮＯ_３）_２），硝酸ロジウム（Ｒｈ（ＮＯ）_３）_３），塩化ルテニウム（ＲｕＣｌ_３），塩化イリジウム酸（Ｈ_２ＩｒＣｌ_６・ｎＨ_２Ｏ），塩化白金酸（Ｈ_２ＰｔＣｌ_６・ｎＨ_２Ｏ）およびジニトロジアンミン白金（Ｐｔ（ＮＯ_２）_２（ＮＨ_３）_２）等があり、担持させようとする触媒に応じてこれら可溶性の塩から選べばよい。また、不純物の混入を防ぐため、水はイオン交換水であることが好適である。

また、窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵して還元するための触媒であるＺＳＭ−５，ＺＳＭ−11，ＺＳＭ−12，ＺＳＭ−18，ＺＳＭ−23，ＭＣＭゼオライト，モルデナイト，ファージャサイト，フェリエライトおよびゼオライトベータの少なくとも１種を隔壁部３の壁面および隔壁部３の気孔の表面の少なくともいずれかに担持させる場合には、白金族金属に加え、アルカリ金属，アルカリ土類金属，希土類金属から選択される少なくともいずれかをスラリーに添加しておけばよい。

このような本実施形態のガス処理装置10は、例えば、本実施形態の例であるハニカム構造体１を備えているときには、捕集効率がより高く、また、ハニカム構造体１，１’にクラックが生じにくくなっているので、長期間に亘って効率よく使用することができるとともに、活性金属が担持された担体やＮＯｘ吸蔵材が担持された担体を不要にすることができるので、省スペース化を実現することもできる。

また、その用途は、例えば、自動車，フォークリフト，発電機，船舶，油圧ショベル，ブルドーザ，ホイールローダ，ラフテレンクレーン，トラクタ，コンバイン，耕転機，鉄道車両，工事用車両等の動力源である内燃機関，焼却炉およびボイラー等から発生する排気ガスに含まれる炭素を主成分とする微粒子等を捕集するフィルタ、有害なダイオキシンを分解して除去するフィルタ等に用いられるものである。

なお、本実施形態では流体が気体である排気ガスを用いた例について説明したが、流体として液体を用いることもでき、例えば、上水または下水を用いることが可能であり、本実施形態のガス処理装置を液体の濾過用としても適用することができる。

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

まず、酸化アルミニウムの粉末を30質量％，酸化第二鉄の粉末を14質量％，酸化マグネシウムの粉末を10質量％および酸化チタンの粉末を46質量％として、これら粉末を調合した調合原料を水とともに混合したスラリーを噴霧乾燥法によって乾燥し、平均粒径が175
μｍである顆粒を得た。ここで、酸化アルミニウム，酸化第二鉄，酸化マグネシウムおよび酸化チタンの各粉末は、いずれも純度が99.5質量％の粉末を用いた。

次に、得られた顆粒を大気雰囲気中、温度を1450℃として、３時間で仮焼することにより、元素Ｔｉ，Ａｌ，ＭｇおよびＦｅが互いに固溶した擬ブルッカイト型の結晶からなる仮焼粉末を得た。

この仮焼粉末をＡＳＴＭＥ 11−61に記載されている粒度番号が230のメッシュの篩い
に通すことによって、粒径が61μｍ以下に分級された仮焼粉末を得た。そして、この分級
された仮焼粉末100質量部に対して、添加量が2.5質量部である、平均粒径が２μｍの酸化珪素の粉末、添加量が７質量部であるポリエチレン樹脂を添加した後、さらに可塑剤，増粘剤，滑り剤および水および成形助剤であるメチルセルロースを加えて混合体とし、この混合体を万能攪拌機に投入して混練物を作製した。そして、この混練物を混練機を用いてさらに混練し、可塑化した坏土を得た。また、前述した混合体の一部にさらに水を加えて封止材４を設けるためのスラリーを作製した。

次に、図２（ａ）および（ｂ）に示されるハニカム構造体１となる成形体を得るための成形型が装着された横型押出成形機に坏土を投入し、圧力を加えてハニカム状に成形し、乾燥させてから、所定長さに切断した。

次に、切断された成形体の複数の流通孔の流入側および流出側のそれぞれを交互に封止する封止材を作製した。具体的には、まず、流出側の端面で封止材が封止する部分ができるように市松模様にマスキングし、封止材を設けるためのスラリーに端面を浸漬した。なお、マスキングが施されていない流通孔には、流入側の端面側から撥水性の樹脂が被覆された先端部を備え、この先端部が平坦に形成されたピンを、予め挿入しておき、流通孔５ｂの流出側に浸入したスラリーを常温にて乾燥して、成形体の流出側の封止材を形成した。そして、前記ピンを抜き、上述の作業と同じ作業を成形体の流入側でも行ない、封止材を形成することによって、内部を流体が流れる筒状部と、筒状部の内側に格子状に配置された通気性を有する隔壁部により形成され、流体の流入口および流出口が封止材により交互に封止された複数の流通孔を備えるとともに、流入口が流出口よりも面積が広い構成のハニカム成形体を得た。

次に、電気炉の中で焼成台の上にハニカム成形体を各試料毎にそれぞれ20個ずつ流出口側が表１に示す方向になるように載置して、焼成することによって、外径，高さ，隔壁部３の厚さおよび軸方向Ａに対する垂直な断面における流通孔５の個数がそれぞれ144ｍｍ
，152ｍｍ，0.2ｍｍ，300CPIであるハニカム構造体の試料Ｎｏ．１〜５を得た。なお、隔壁部３の気孔率および平均気孔径は、いずれの試料もそれぞれ44％，14μｍとした。

なお、試料Ｎｏ．２〜４は、ハニカム成形体を構成する成分と同じ成分からなる、ハニカム状の板状部材を介して焼成台に載置し、その個数を表１に示した。

そして、各試料の流出口の端面の平面度をダイヤルゲージを用いて測定した。具体的には、流出口の端面の中心に形成された封止材の端面の高さと、約45°間隔毎に最外周に形成された封止材の端面の高さとをダイヤルゲージを用い、各試料毎に９箇所測定した。この測定については、20個のハニカム構造体の中から任意の10個を選び、それぞれのハニカム構造体の高さの最大値と最小値との差の平均値を平面度として表１に示した。

また、作製した試料Ｎｏ．１〜４の円筒度をノギスを用いて測定した。具体的には、試料の図１におけるＡ軸方向の中央の位置における断面および両側の端面の各外径を、それぞれ各面の軸心を中心として約45°間隔でノギスを用い、各試料毎に12箇所測定した。この測定については、20個のハニカム構造体から任意の10個を選び、それぞれのハニカム構造体の外径の最大値と最小値との差の平均値を円筒度として、表１に示した。

表１に示す結果から分かるように、試料Ｎｏ．１〜４は、内部を流体が流れる筒状部２と、筒状部２の内側に格子状に配置された通気性を有する隔壁部３により形成され、流体の流入口および流出口が封止材４により交互に封止された複数の流通孔５を備えるとともに、流入口が流出口よりも面積が広い構成のハニカム成形体を、流出口側を焼成台に載置して焼成して得られているので、ハニカム成形体の流出口側の端面が当接する焼成台または板状部材からの拘束を受けてより平坦になっているため、流出側に設置されたヒータから流出口の端面までの距離のばらつきが小さくなる。

特に、試料Ｎｏ．２〜４は、ハニカム成形体を構成する成分と同じ成分からなる、ハニカム状の板状部材を介して焼成台に載置されているので、ハニカム成形体を構成する成分と同じ成分からなるハニカム状の板状部材は、焼成工程でハニカム成形体と同様の収縮挙動を示すため、円筒度の高いハニカム構造体が得られていることが分かる。

さらに、試料Ｎｏ．３，４は、ハニカム成形体を構成する成分と同じ成分からなる、ハニカム状の板状部材の複数個を介して焼成用基板に載置されているので、より円筒度の高いハニカム構造体が得られていることが分かる。

実施例１で作製した試料Ｎｏ．１〜５をガス処理装置10に個別に設置し、エンジンの回転数およびトルクをそれぞれ3000ｍｉｎ^−１，50Ｎ・ｍとして、エンジンを所定時間運転させて排気ガスをガス処理装置10に導入し、微粒子を捕集した。次に、エンジンの回転数を4000ｍｉｎ^−１として、各試料の温度が700℃になったときに、エンジンの回転数を1050ｍｉｎ^−１，トルクを30Ｎ・ｍにそれぞれ変更して微粒子を燃焼させるという耐久性試
験を実施した。この排気ガスの導入，微粒子の捕集および燃焼という操作を、微粒子の捕集量が0.1ｍｇ／ｃｍ^３増加する毎に繰り返し、クラックが発生するまでの微粒子の捕集
量を求め、その値を表２に示した。この微粒子の捕集量の値が大きいほど、クラックが生じにくく、ハニカム構造体の耐久性が優れていることを意味する。なお、微粒子の燃焼は、ハニカム構造体の流出口の端面（ＯＦ）にヒータを接触配置し、通電加熱することによって微粒子を燃焼除去するという方法を用いた。

表２に示す結果から分かるように、試料Ｎｏ．１〜４は、流出口の端面付近の温度のばらつきが小さくなっており、燃焼除去を繰り返しても筒状部２，隔壁部３および封止材４にクラックが発生しにくくなっているので、長期間に亘って効率よく使用することができるといえる。

１：ハニカム構造体
２：筒状部
３：隔壁部
４：封止材
５：流通孔
６：断熱材層
７：ケース
８ａ：排気ガス（ＥＧ）の導入口
８ｂ：排気ガス（ＥＧ）の排出口
９：排気管
10：ガス処理装置

Claims

筒状部と、該筒状部の内側に格子状に配置された通気性を有する隔壁部により形成され、該隔壁部で囲まれた複数の流通孔の流入口および流出口の一方が封止材により封止されているとともに、流入口側および流出口側において交互に封止されており、前記流入口が前記流出口よりも面積が広い構成のハニカム成形体を、該ハニカム成形体の前記流出口側を焼成台側に向け、前記ハニカム成形体を構成する成分と同じ成分からなり、前記焼成台上に配置されたハニカム状の板状部材の酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，酸化カルシウム，窒化硼素，酸化ジルコニウムまたは酸化マグネシウムを主成分とする粉末を備える面に載置して焼成することを特徴とするハニカム成形体の焼成方法。