JP6068219B2 - ハニカムフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、ハニカムフィルタに関する。さらに詳しくは、灰（アッシュ）、粒子状物質（ＰＭ）を大量に捕集することが可能であり、キャニング時における隔壁の破損を抑制可能なハニカムフィルタに関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関、または各種燃焼装置から排出される排ガスには煤を主体とする粒子状物質が多量に含まれている。この粒子状物質がそのまま大気中に放出されると環境汚染を引き起こすため、内燃機関等からの排ガス流路には、粒子状物質を捕集するためのフィルタが搭載されることが一般的である。

こうした排ガス浄化用のフィルタとしては、例えば、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部と、セルの一方の端部を封止する複数の目封止部と、を備えた目封止ハニカム構造体を挙げることができる。

この目封止ハニカム構造体においては、目封止部を設けることにより、排ガスの通過過程において、排ガスが隔壁を通り抜けるというプロセスが組み込まれるようになる。この排ガスが隔壁を通り抜けるというプロセスにおいて、排ガスに含まれる粒子状物質が隔壁によって捕捉される。そのため、目封止ハニカム構造体によれば、排ガス中の粒子状物質を低減することが可能になる。

さらに、目封止ハニカム構造体に関しては、ＰＭを大量に捕集するために、断面積の大きなセル（大断面積セル）と、断面積の小さなセル（小断面積セル）とを交互に配置するという工夫を施した改良型の目封止ハニカム構造体が報告されている（例えば、特許文献１）。さらに、この改良型の目封止ハニカム構造体では、大断面積セルにおいて流入側の端部を開口させかつ流出側の端部を封止し、小断面積セルにおいて流入側の端部を封止しかつ流出側の端部を開口させている。そのため、改良型の目封止ハニカム構造体では、大断面積セルに排ガスを流入させ、当該大断面積セルを取り囲む隔壁によってＰＭを捕集する。大断面積セルを取り囲む隔壁は、従来の目封止ハニカム構造体（同一断面積のセルから構成された目封止ハニカム構造体）での１個のセルを取り囲む隔壁と比べ、表面積が大きくなる。そのため、改良型の目封止ハニカム構造体では、多量のＰＭを捕集可能であり、また、ＰＭを捕集した状況での圧力損失の増大も抑制可能である。

さらに、上述の改良型の目封止ハニカム構造体には、複数個のハニカムセグメントを接合させた目封止ハニカム接合体によって構造的強度を高めるという技術も提案されている。

国際公開第２００４／０２４２９４号

ところが、上述の目封止ハニカム接合体における各ハニカムセグメントでは、大断面積セルと小断面積セルとを交互に繰り返し配置するという特殊な形態から、隔壁がジグザグに波打つ形状となる。そのため、目封止ハニカム接合体を缶体内に押圧しながら収納する（キャニングする）ことにより、目封止ハニカム接合体に対して側方から押しつぶす力が加わると、各ハニカムセグメントの外周部分の隔壁に破損が生じ易くなる。

上記の問題に鑑みて、本発明の目的は、多量の粒子状物質（ＰＭ）を捕集することが可能であり、隔壁の破損を抑制可能なハニカムフィルタに関する技術を提供することにある。

本発明は、以下に示すハニカムフィルタである。

［１］ 流入端面から流出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隔壁を有するハニカムセグメント複数個と、前記ハニカムセグメントに形成された前記複数のセルのうちの所定のセルである第１セルの前記流入端面側の開口部および前記複数のセルのうちの残余のセルである第２セルの前記流出端面側の開口部を封止する目封止部複数個と、前記複数個のハニカムセグメントの平面である側面同士の少なくとも一部を接合する接合層と、を備え、前記ハニカムセグメントは、前記第１セルと前記第２セルとが交互に配置され、前記ハニカムセグメントの前記側面から第１列目〜第３列目に配置された前記セルを形作る外周領域と前記側面から第４列目以降に配置された前記セルを形作る中心領域とを有するとともに、前記中心領域においては、前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記第１セルの開口面積が前記第２セルの開口面積より小さく、前記外周領域においては、前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記第１セルの開口面積が前記第２セルの開口面積と等しいか又は小さく、前記外周領域において、前記第１セルを区画する隔壁のうちで前記ハニカムセグメントの前記側面から最も遠い部分から前記側面までの距離を距離Ａ_１とし、前記第２セルを区画する隔壁のうちで前記ハニカムセグメントの前記側面から最も遠い部分から前記側面までの距離を距離Ａ_２とし、前記中心領域において、前記第１セルを区画する隔壁のうちで前記ハニカムセグメントの前記側面から最も遠い部分から前記側面までの距離を距離Ａ_３とし、前記第２セルを区画する隔壁のうちで前記ハニカムセグメントの前記側面から最も遠い部分から前記側面までの距離を距離Ａ_４とする場合に、前記側面から同列目における前記距離Ａ_２と前記距離Ａ１との差の値Ｂ_Ｏが、前記側面から同列目における前記距離Ａ_４と前記距離Ａ_３との差の値Ｂ_Ｃよりも小さいハニカムフィルタ。

［２］ 前記値Ｂ_Ｏがゼロである前記［１］に記載のハニカムフィルタ。

［３］ 前記外周領域においては、前記第１セルの前記開口面積が前記第２セルの前記開口面積と等しい前記［１］または［２］に記載のハニカムフィルタ。

［４］ 前記外周領域における前記第１セルの前記開口面積および前記第２セルの前記開口面積が、前記中心構造部における前記第１セルの前記開口面積以下である前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカムフィルタ。

［５］ 前記側面から第１列目のみにおいて、前記値Ｂ_Ｏがゼロである前記［１］に記載のハニカムフィルタ。

［６］ 前記側面から第１列目のみにおいて、前記第１セルの前記開口面積が前記第２セルの前記開口面積と等しい前記［１］または［５］に記載のハニカムフィルタ。

［７］ 前記側面から第１列目のみにおいて、前記第１セルの前記開口面積および前記第２セルの前記開口面積が、前記中心領域における前記第１セルの前記開口面積以下である前記［１］，［５］，［６］のいずれか１項に記載のハニカムフィルタ。

本発明のハニカムフィルタによれば、第１セルと比較して開口面積の大きいか又は等しい第２セルを取り囲む隔壁で粒子状物質を補足するため、多量の粒子状物質（ＰＭ）を捕集可能である。また、本発明のハニカムフィルタによれば、ハニカムセグメントの外周領域における距離Ａ_２と距離Ａ_１との差の値Ｂ_Ｏが中心領域における距離Ａ_４と距離Ａ_３との差の値Ｂ_Ｃよりも小さい。このことにより、本発明のハニカムフィルタでは、ハニカムセグメントの外周領域において隔壁のジグザグに波打つ振れ幅が小さくなる。その結果、本発明のハニカムフィルタによれば、ハニカムセグメントに対して側方から押しつぶす力が加わる時でも、隔壁の破損（一具体例としては隔壁の座屈）を抑制可能となる。

本発明のハニカムフィルタの一実施形態を示す斜視図である。 図１中に示されたハニカムフィルタに用いられているハニカムセグメントの斜視図である。 図２中に示されたハニカムセグメントの一部分の断面を表した模式図である。 本発明のハニカムフィルタの一実施形態を構成するハニカムセグメントについて流入端面の一部分を拡大して示した模式図である。 本発明のハニカムフィルタの他の実施形態を構成するハニカムセグメントについて流入端面の一部分を拡大して示した模式図である。 本発明のハニカムフィルタのさらに他の実施形態を構成するハニカムセグメントについて流入端面の一部分を拡大して示した模式図である。 本発明のハニカムフィルタのさらに他の実施形態を構成するハニカムセグメントについて流入端面の一部分を拡大して示した模式図である。 本発明のハニカムフィルタのさらに他の実施形態を構成するハニカムセグメントについて流入端面の一部分を拡大して示した模式図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

１．ハニカムフィルタ：
図１は、本発明の一実施形態のハニカムフィルタ５０について流入端面３の側からみた斜視図である。図示されているように、本実施形態のハニカムフィルタ５０は、複数個のハニカムセグメント１を備えている。さらに、本実施形態のハニカムフィルタ５０では、複数個のハニカムセグメント１の平面である側面同士を接合層２３を介して接合させている。また、本実施形態のハニカムフィルタ５０では、複数個のハニカムセグメント１を接合させた接合体が円筒形状を有し、外周壁３１が接合体の外周を取り囲んでいる。

図２は、図１中に示されたハニカムフィルタ５０に用いられる１個のハニカムセグメント１の斜視図である。図３は、図２中に示されたハニカムセグメント１の一部分の断面［セルの延びる方向Ｚ（以下、「Ｚ方向」と簡略）に平行な断面］を表した模式図である。図示されているように、本実施形態のハニカムフィルタ５０に用いられるハニカムセグメント１は、隔壁９を有し、この隔壁９によってハニカム構造が形作られている。すなわち、ハニカムセグメント１では、隔壁９が流入端面３から流出端面５まで延びる複数のセル７を区画形成している。ハニカムセグメント１では、外周が側壁３３によって取り囲まれている。ハニカムセグメント１では、Ｚ方向に垂直な断面において、側壁３３がＸ方向に平行な一対の辺およびＹ方向（Ｘ方向およびＺ方向に垂直な方向）に平行な一対の辺により構成された四角形の断面形状を呈する。そして、ハニカムセグメント１では、Ｚ方向の両端において平らな面を形作っている。すなわち、ハニカムセグメント１では、Ｚ方向の両端のうちの一方が流入端面３、他方が流出端面５となる。

さらに、図３に示されているように、ハニカムセグメント１では、複数のセル７が、第１セル１１と第２セル１５から構成され、第１セル１１と第２セル１５とが交互に配置されている。さらに、ハニカムセグメント１において、第１セル１１は流入端面３側の開口部を目封止部１９によって封止され、その一方で第２セル１５は流出端面５側の開口部を目封止部１９によって封止されている。

こうした目封止部１９の配置態様によって、ハニカムセグメント１では、ガスＧが流入端面３から第２セル１５内に流入する。続いて、第２セル１５の流出端面５側の端部が目封止部１９によって塞がれているため、第２セル１５内に流入したガスＧは、当該第２セル１５を取り囲む隔壁９を通り抜け、隣の第１セル１１に流れていく。このとき、ガスＧに含まれる粒子状物質（ＰＭ）が隔壁９によって捕捉されていく。そして、第１セル１１に流入したガスＧは、第１セル１１の流出端面５側の開口部から排出される。

特に、ハニカムセグメント１では、Ｚ方向に垂直な断面において、中心領域２７で第１セル１１の開口面積が第２セル１５の開口面積より小さく、外周領域２５で第１セル１１の開口面積が第２セル１５の開口面積と等しいか又は小さいという特徴を有する。

上述のような第１セル１１および第２セル１５の開口面積に関する特徴から、ハニカムセグメント１では、第２セル１５を取り囲む隔壁９、換言すると、粒子状物質の捕捉を担う隔壁９の表面積が大きくなる。そのため、ハニカムセグメント１によれば、多量のＰＭを捕集可能であり、また、ＰＭを捕集した状況での圧力損失も抑制可能である。ひいては、本実施形態のハニカムフィルタ５０を用いると、上述のハニカムセグメント１を複数個備えているため、ガスＧ中に含まれている粒子状物質を大量に捕集し、ガスＧを効果的に浄化可能である。

本明細書において「第１セル１１の開口面積」とは、Ｚ方向に垂直な断面における第１セル１１の断面積を意味する。また、本明細書において「第２セル１５の開口面積」とは、Ｚ方向に垂直な断面における第２セル１５の断面積を意味する。

本明細書において「中心領域２７」とは、ハニカムセグメント１の側面２１（側壁３３の外側表面）から第４列目以降に配置されたセル７を形作る領域を意味する。また、本明細書において「外周領域２５」とは、ハニカムセグメント１の側面２１から第１列目から第３列目に配置されたセル７を形作る領域を意味する。

図４は、本発明のハニカムフィルタの一実施形態を構成するハニカムセグメント１ａについて流入端面３の一部分を拡大して示した模式図である。図４に示されている部分は、図２中の枠αの部分に相当する。まずここで、ハニカムセグメント１ａに関する説明に先立ち、図４を参照しつつ用語の定義をする。外周領域２５において、第１セル１１を区画する隔壁９のうちで側面２１から最も遠い部分から側面２１までの距離を距離Ａ_１とする。外周領域２５において、第２セル１５を区画する隔壁９のうちで側面２１から最も遠い部分から側面２１までの距離を距離Ａ_２とする。中心領域２７において、第１セル１１を区画する隔壁９のうちで側面２１から最も遠い部分から側面２１までの距離を距離Ａ_３とする。中心領域２７において、第２セル１５を区画する隔壁９のうちで側面２１から最も遠い部分から側面２１までの距離を距離Ａ_４とする。

ハニカムセグメント１ａでは、側面２１から同列目における距離Ａ_２と距離Ａ_１との差の値Ｂ_Ｏが、側面２１から同列目における距離Ａ_４と距離Ａ_３との差の値Ｂ_Ｃよりも小さい。そのため、ハニカムセグメント１ａでは、外周領域２５においてＸ方向またはＹ方向に延びる隔壁９がジグザグに波打つ形状となり得るものの、その振れ幅が小さい。なお、外周領域２５においてＸ方向またはＹ方向に延びる隔壁９とは、第１列目のセル７と第２列目のセル７との間、第２列目のセル７と第３列目のセル７との間、および第３列目のセル７と第４列目のセル７との間をそれぞれ隔てている隔壁９のことである。そのため、ハニカムセグメント１ａに対して側方から押しつぶそうとする力が加わる場合であっても、外周領域２５に存在する隔壁９に座屈が生じにくく、ひいては外周領域２５における隔壁９の破損を抑制することが可能になる。図４を参照し述べると、ハニカムセグメント１ａでは、例えば、第１セル１１同士および第２セル１５同士が交差する交点部３５での隔壁９の屈曲が緩やかになる。そのため、ハニカムセグメント１ａによれば、当該隔壁９にＹ方向に沿った圧縮応力が生じる場合でも、隔壁９がＸ方向に曲がって破損してしまうことが抑制される。

なお、ハニカムセグメント１ａでは、セル７が側壁３３の延びる方向に沿って、具体的には、Ｘ方向およびＹ方向に沿って並び、第１セル１１の断面形状が八角形、第２セル１５の断面形状が四角形となっている。なお、「第１セル１１の断面形状が八角形」とは、Ｘ方向およびＹ方向に延びる４辺の長辺と長辺同士の間に介在する短辺とから構成される八角形のことである。「第２セル１５の断面形状が四角形」とは、Ｘ方向およびＹ方向に延びる４辺から構成される四角形のことである。ハニカムセグメント１ａでは、距離Ａ_１および距離Ａ_３は、Ｚ方向に垂直な断面において、第１セル１１を区画する隔壁９のうちの、Ｙ方向に平行で側面２１から遠い側の長辺に該当する部分から側面２１までの距離となる。また、ハニカムセグメント１ａにおいて、距離Ａ_２および距離Ａ_４は、Ｚ方向に垂直な断面において、第２セル１５を区画する隔壁９のうちの、Ｙ方向に平行で側面２１から遠い側の辺に該当する部分から側面２１までの距離となる。

図５は、本発明のハニカムフィルタの他の実施形態を構成するハニカムセグメント１ｂについて流入端面３の一部分を拡大して示した模式図である。図５に示されている部分は、図２中の枠αの部分に相当する。ハニカムセグメント１ｂでは、値Ｂ_Ｏが値Ｂ_Ｃよりも小さく、かつ、側面２１から同列目における距離Ａ_１と距離Ａ_２とが等しい（換言すると、値Ｂ_Ｏがゼロである）。このように値Ｂ_Ｏが値Ｂ_Ｃよりも小さくかつ値Ｂ_Ｏがゼロであることにより、ハニカムセグメント１ｂでは、外周領域２５においてＸ方向またはＹ方向に延びる隔壁９が直線状に延びている。その結果として、ハニカムセグメント１ｂに対して側方から押しつぶそうとする力が加わる場合であっても、外周領域２５に存在する隔壁９に座屈がより生じにくい。そのため、ハニカムセグメント１ｂによれば、外周領域２５における隔壁９の破損をより確実に抑制することが可能になる。

さらに、図５に示されているように、ハニカムセグメント１ｂでは、外周領域２５において、第１セル１１の開口面積が第２セル１５の開口面積と等しい。ハニカムセグメント１ｂでは、第１セル１１および第２セル１５がＸ方向およびＹ方向に沿って交互に並んでいる。さらに、ハニカムセグメント１ｂでは、外周領域２５において第１セル１１および第２セル１５の断面形状が四角形となっている。そのため、ハニカムセグメント１ｂでは、外周領域２５において、側面から中心に向かう方向に延びる隔壁９も直線状に延びている。その結果、ハニカムセグメント１ｂでは、外周領域２５に存在する隔壁９に座屈がより一層確実に生じにくく、ひいては外周領域２５における隔壁９の破損をより一層確実に抑制することが可能になる。

図６は、本発明のハニカムフィルタの他の実施形態を構成するハニカムセグメント１ｃについて流入端面３の一部分を拡大して示した模式図である。図６に示されている部分は、図２中の枠αの部分に相当する。ハニカムセグメント１ｃでは、外周領域２５における第１セル１１の開口面積および第２セル１５の開口面積が、中心領域２７における第１セル１１の開口面積以下である。なお、ハニカムセグメント１ｃでは、中心領域２７および外周領域２５の双方において、セル密度は同じであり、また、セル７（第１セル１１および第２セル１５）がＸ方向およびＹ方向に沿って直線状に並んでいる。このような構成において、外周領域２５における第１セル１１の開口面積および第２セル１５の開口面積が中心領域２７における第１セル１１の開口面積以下である場合、外周領域２５における隔壁９の厚さは、中心領域２７と比べて大きくなる。そのため、ハニカムセグメント１ｃに対して側方から押しつぶそうとする力が加わる場合であっても、外周領域２５に存在する隔壁９に座屈がより生じにくい。すなわち、ハニカムセグメント１ｃによれば、外周領域２５における隔壁９の破損をより確実に抑制することが可能になる。

図７は、本発明のハニカムフィルタのさらに他の実施形態を構成するハニカムセグメント１ｄについて流入端面３の一部分を拡大して示した模式図である。図７に示されている部分は、図２中の枠αの部分に相当する。ハニカムセグメント１ｄでは、値Ｂ_Ｏが値Ｂ_Ｃよりも小さく、かつ、側面２１から第１列目のみにおいて距離Ａ_１と距離Ａ_２とが等しい（換言すると、値Ｂ_Ｏがゼロである）。このように値Ｂ_Ｏが値Ｂ_Ｃよりも小さくかつ側面２１から第１列目のみにおいて値Ｂ_Ｏがゼロであることにより、ハニカムセグメント１ｄでは、第１列目のセル７と第２列目のセル７との間を隔てる隔壁９が直線状に延びている。その結果として、ハニカムセグメント１ｄに対して側方から押しつぶそうとする力が加わる場合であっても、外周領域２５に存在する隔壁９に座屈がより生じにくく、ひいては外周領域２５における隔壁９の破損をより確実に抑制することが可能になる。

加えて、ハニカムセグメント１ｄでは、側面２１から第２列目および第３列目の第２セル１５の開口面積が側面２１から第１列目の第２セル１５の開口面積よりも大きい。そのため、ハニカムセグメント１ｄによれば、上述のハニカムセグメント１ｂと比べて、第２列目および第３列目の第２セル１５を取り囲む隔壁９で粒子状物質を多く捕集しつつも圧力損失の増大を抑制することが可能である。

さらに、ハニカムセグメント１ｄでは、側面２１から第１列目のみにおいて第１セル１１の開口面積が第２セルの開口面積と等しい。さらに、ハニカムセグメント１ｄでは、側面２１から第１列目のみにおいて、第１セル１１および第２セル１５の断面形状が四角形となっている。ハニカムセグメント１ｄでは、側面２１から第１列目のみにおいて第１セル１１の開口面積が第２セルの開口面積と等しいことにより、最も破損が生じ易い最外周部分の隔壁９における座屈をより一層確実に抑制可能になる。

図８は、本発明のハニカムフィルタの他の実施形態を構成するハニカムセグメント１ｅについて流入端面３の一部分を拡大して示した模式図である。図８に示されている部分は、図２中の枠αの部分に相当する。ハニカムセグメント１ｅでは、側面２１から第１列目のみにおいて、第１セル１１の開口面積および第２セル１５の開口面積が、中心領域２７における第１セル１１の開口面積以下である。なお、ハニカムセグメント１ｅでは、中心領域２７および外周領域２５の双方において、セル密度は同じであり、また、セル７（第１セル１１および第２セル１５）がＸ方向およびＹ方向に沿って直線状に並んでいる。このような構成において、側面２１から第１列目のみにおいて、第１セル１１の開口面積および第２セル１５の開口面積が、中心領域２７における第１セル１１の開口面積以下である場合、上記の第１列目のセル７を囲む隔壁９の厚さは、他の部分と比べて大きくなる。そのため、ハニカムセグメント１ｅに対して側方から押しつぶそうとする力が加わる場合であっても、外周領域２５に存在する隔壁９に座屈がより生じにくい。すなわち、ハニカムセグメント１ｅによれば、外周領域２５における隔壁９の破損をより確実に抑制することが可能になる。

加えて、ハニカムセグメント１ｅでは、側面２１から第２列目および第３列目の第２セル１５の開口面積が側面２１から第１列目の第２セル１５の開口面積よりも大きい。そのため、ハニカムセグメント１ｅによれば、上述のハニカムセグメント１ｃと比べて、第２列目および第３列目の第２セル１５を取り囲む隔壁９で粒子状物質を多く捕集しつつも圧力損失の増大を抑制することが可能である。

ハニカムセグメント１では、第１セル１１および第２セル１５の形状は、第１セル１１の開口面積が第２セル１５の開口面積に比して小さくなる形状であれよい。例えば、第１セル１１および第２セル１５の形状は、それぞれ、三角形、四角形、六角形、八角形等の多角形形状とすることができる。特に、第２セル１５の形状を八角形として、第１セル１１の形状を四角形とすることが好ましい（図４を参照）。この場合には、第２セル１５の「隔壁９を隔てて第１セル１１と隣接する４つの辺」の長さが、第１セル１１の幅と同じ長さであることが更に好ましい（図４を参照）。このようにすると、ハニカムセグメント１の機械的強度を向上させることができる。

ハニカムセグメント１を構成する隔壁９の、Ｚ方向に垂直な断面における厚さ（以下、単に、「隔壁９の厚さ」ということがある）は、少なくとも中心領域２７においては基本的に均一なものとする。「基本的に均一」とは、成形時の変形等により、僅かに隔壁９の厚さに差異が生じた場合を除き、隔壁９の厚さが均一であることを意味する。例えば、ハニカムセグメント１を押出成形する口金（金型）のスリットを、スライサー加工により製造した場合に、上記均一な厚さの隔壁９が実現される。

隔壁９の厚さは、６４〜５０８μｍであることが好ましく、８９〜４８３μｍであることが更に好ましく、１１０〜３８１μｍであることが特に好ましい。隔壁９の厚さを上記範囲とすることにより、ハニカムセグメント１の強度を維持し、初期の圧力損失の増加を更に抑制することができる。６４μｍより薄いと、ハニカムセグメント１の強度が低くなることがある。５０８μｍより厚いと、ハニカムセグメント１の初期の圧力損失が高くなることがある。上記隔壁９の厚さは、第１セル１１と第２セル１５とを区画する部分における隔壁９の厚さのことである。

隔壁９の気孔率は、３５〜７０％であることが好ましく、４０〜７０％であることが更に好ましく、４０〜６８％であることが特に好ましい。隔壁９の気孔率を上記範囲とすることにより、ハニカムセグメント１の強度を維持し、初期の圧力損失の増加を更に抑制することができる。気孔率が３５％より小さいと、ハニカムセグメント１の初期の圧力損失が高くなることがある。気孔率が７０％より大きいと、ハニカムセグメント１の強度が低くなることがある。気孔率は、水銀ポロシメータによって測定した値である。

隔壁９の平均細孔径は、７〜３０μｍであることが好ましく、８〜２７μｍであることが更に好ましく、９〜２５μｍであることが特に好ましい。隔壁９の平均細孔径を上記範囲とすることにより、ハニカムセグメント１の強度を維持し、初期の圧力損失の増加を更に抑制することができる。平均細孔径が７μｍより小さいと、ハニカムセグメント１の初期の圧力損失が高くなることがある。平均細孔径が３０μｍより大きいと、アッシュ、微粒子状物質の捕集性能が低下することがある。平均細孔径は、水銀ポロシメータによって測定した値である。

ハニカムセグメント１のセル密度は、特に制限されないが、１５〜６２個／ｃｍ^２であることが好ましく、３１〜５６個／ｃｍ^２であることが更に好ましい。セル密度が上記範囲であると、ハニカムセグメント１の強度を保ちつつ圧力損失を低く抑えることができる。セル密度が１５個／ｃｍ^２より小さいと、ハニカムセグメント１の強度が低下するため、キャニング時に破壊してしまうおそれがある。セル密度が６２個／ｃｍ^２より大きいと、初期圧力損失が高くなりすぎるため、エンジン出力が低下したり、燃費が悪くなったりするおそれがある。本明細書において「セル密度」とは、Ｚ方向に垂直な断面における単位面積当たり（１ｃｍ^２当たり）のセル７の個数を意味する。

隔壁９の材料としては、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、コージェライト、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、ムライト、アルミナ、チタン酸アルミニウム、窒化珪素、及び炭化珪素−コージェライト系複合材料からなる群から選択される少なくとも１種が更に好ましい。

目封止部１９の材料としては、隔壁９の材料と同じものを挙げることができ、隔壁９の材料と同じものを用いることが好ましい。

ハニカムセグメント１は、Ｚ方向の長さＬが５０〜３８１ｍｍであることが好ましく、７０〜３３０ｍｍであることが更に好ましく、１００〜３０５ｍｍであることが特に好ましい。上記範囲とすることにより、各種エンジンからのＰＭ排出量に応じた捕集容積を限られたスペースの範囲で確保できる。

ハニカムセグメント１は、Ｚ方向に直交する断面における幅Ｗ（Ｘ方向およびＹ方向における幅）が２５〜５０ｍｍであることが好ましく、３０〜４５ｍｍであることが更に好ましく、３３〜４３ｍｍであることが特に好ましい。上記範囲とすることにより、各種エンジンからのＰＭ排出量に応じた捕集容積を限られたスペースの範囲で確保できる。

ハニカムセグメント１は、上記長さＬ／上記幅Ｗの値が１．０〜１２．０であることが好ましく、１．３〜８．５であることが更に好ましく、１．３〜７．３であることが特に好ましい。上記範囲とすることにより、リングクラックを抑制することができる。

接合層２３は、複数個のハニカムセグメント１を接合して一体化するための接合材からなるものである。

接合層２３の実際の厚さについては、ハニカムセグメント１の形状、複数個のハニカムセグメント１の配列などによって、適宜決定される。

また、接合層２３は、ハニカムセグメント１の流入端面３から流出端面５まで配設されていることが好ましい。

接合層２３の材料については特に制限はないが、例えば、炭化珪素、アルミナ、窒化珪素、等のセラミック粒子を、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナにより結合した材料等を好適例として挙げることができる。このような材料を用いることによって、ハニカムフィルタ５０に生じる熱応力を良好に低減することができる。また、このような材料を用いることにより、接合層２３が、ハニカムフィルタ５０に負荷がかかったときの緩衝材としての役割も果たす。

また、接合層２３としては、熱膨張係数が、２．０×１０^−６／Ｋ以上、４．０×１０^−６／Ｋ以下であることが好ましい。また、接合層２３のヤング率は、０．０１ＧＰａ以下であることが好ましい。熱膨張係数は、接合層２３の４０℃から８００℃における熱膨張係数とする。

ハニカムフィルタ５０を構成するハニカムセグメント１の個数についても特に制限はない。例えば、図１に示すハニカムフィルタ５０は、円筒形状の外観を備えたものであり、１６個のハニカムセグメント１を備えたものである。このハニカムフィルタ５０においては、４個のハニカムセグメント１が完全セグメントであり、この完全セグメントが、Ｚ方向に直交する断面において、縦２個×横２個の配列で並んだ状態になっている。また、上記４個の完全セグメントの外周（Ｚ方向に直交する断面における外周）に位置する１２個のハニカムセグメント１が、不完全セグメントである。不完全セグメントの形状は、Ｚ方向に直交する断面形状の一部に、ハニカムフィルタ５０の外周形状に対応した形状（例えば、円弧部分）を有する。

例えば、図１に示されている、円筒形状の外観を有するハニカムフィルタ５０については、まず、１６個の完全セグメントを縦４個×横４個にて配置して接合してハニカムセグメント接合体を作製する。次いで、ハニカムセグメント接合体の外周を円形の断面形状となるように研削し、外周をコート材（外周壁３１の材料）でコートすることにより、得ることが可能である。このとき、一部を研削されたハニカムセグメント１が不完全セグメントとなる。

２．ハニカムフィルタの製造方法：
次に、本実施形態のハニカムフィルタを製造する方法について説明する。まず、ハニカムセグメントを作製するための坏土を調製し、この坏土を成形して、複数個のハニカムセグメントの成形体を作製する（成形工程）。得られたハニカムセグメントの成形体を、乾燥して、ハニカムセグメントの乾燥体を得ることが好ましい。

次に、得られたハニカムセグメントの成形体（或いは、必要に応じて行われた乾燥後のハニカムセグメントの乾燥体）を焼成してハニカムセグメントを作製する（ハニカムセグメント作製工程）。

次に、得られた各ハニカムセグメントの流入端面における所定のセル（第１セル）の開口部、及び流出端面における残余のセル（第２セル）の開口部に目封止を施して、目封止部を形成する（目封止工程）。

次に、得られた各ハニカムセグメントを接合材で接合して、ハニカムセグメント接合体（ハニカムフィルタ）を作製する（ハニカムセグメント接合工程）。即ち、複数個のハニカムセグメントが、互いの側面同士が対向するように隣接して配置されるとともに、対向する側面同士が接合材により接合されたハニカムセグメント接合体（ハニカムフィルタ）を作製する。接合させるハニカムセグメントの個数は、作製しようとするハニカムフィルタの大きさに合わせた個数であることが好ましい。接合材は、ハニカムセグメントが熱膨張、熱収縮したときに、体積変化分を緩衝する（吸収する）役割を果たすとともに、各ハニカムセグメントを接合する役割を果たす。この接合材が、本実施形態のハニカムフィルタにおける接合層となる。

また、接合体を形成した後、接合体の外周部分を切削して所望の形状にすることが好ましい。本実施形態のハニカムフィルタを製造する場合には、最外周に位置するハニカムセグメントが切削されるようにして、軸方向に垂直な断面における形状が円形、楕円形、レーストラック形状になるように、接合体の外周部分を切削することが好ましい。

このようにして本実施形態のハニカムフィルタを製造することができる。以下、各製造工程について更に詳細に説明する。

２−１．成形工程：
まず、成形工程においては、セラミック原料を含有するセラミック成形原料を成形して、流体の流路となる複数のセルを区画形成するハニカム成形体を形成する。

セラミック成形原料に含有されるセラミック原料としては、炭化珪素（ＳｉＣ）、珪素−炭化珪素系複合材料、窒化珪素、コージェライト化原料、コージェライト、ムライト、アルミナ、チタニア、炭化珪素、チタン酸アルミニウムなどを挙げることができる。そして、炭化珪素（ＳｉＣ）、珪素−炭化珪素系複合材料、コージェライト化原料、コージェライト、ムライト、アルミナ、チタニア、炭化珪素、及びチタン酸アルミニウムからなる群から選択された少なくとも１種であることが好ましい。なお、「珪素−炭化珪素系複合材料」とは、炭化珪素（ＳｉＣ）を骨材としてかつ珪素（Ｓｉ）を結合材として形成されたものである。「コージェライト化原料」とは、シリカが４２〜５６質量％、アルミナが３０〜４５質量％、マグネシアが１２〜１６質量％の範囲に入る化学組成となるように配合されたセラミック原料であって、焼成されてコージェライトになるものである。

また、このセラミック成形原料は、上記セラミック原料に、分散媒、有機バインダ、無機バインダ、造孔材、界面活性剤等を混合して調製することが好ましい。各原料の組成比は、特に限定されず、作製しようとするハニカム構造部の構造、材質等に合わせた組成比とすることが好ましい。

セラミック成形原料を成形する際には、まず成形原料を混練して坏土とし、得られた坏土をハニカム形状に成形することが好ましい。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。坏土を成形してハニカム成形体を形成する方法としては特に制限はなく、押出成形、射出成形等の従来公知の成形方法を用いることができる。例えば、所望のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形してハニカム成形体を形成する方法等を好適例として挙げることができる。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。

また、上記成形後に、得られたハニカム成形体を乾燥してもよい。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、なかでも、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。

２−２．ハニカムセグメント作製工程：
次に、得られたハニカム成形体を焼成してハニカムセグメントを得る。なお、ハニカム成形体の焼成は、ハニカム成形体に目封止部を配設した後に行ってもよい。

また、ハニカム成形体を焼成（本焼成）する前には、そのハニカム成形体を仮焼することが好ましい。仮焼は、脱脂のために行うものであり、その方法は、特に限定されるものではなく、中の有機物（有機バインダ、分散媒、造孔材等）を除去することができればよい。一般に、有機バインダの燃焼温度は１００〜３００℃程度、造孔材の燃焼温度は２００〜８００℃程度であるので、仮焼の条件としては、酸化雰囲気において、２００〜１０００℃程度で、３〜１００時間程度加熱することが好ましい。

ハニカム成形体の焼成（本焼成）は、仮焼した成形体を構成する成形原料を焼結させて緻密化し、所定の強度を確保するために行われる。焼成条件（温度、時間、雰囲気）は、成形原料の種類により異なるため、その種類に応じて適当な条件を選択すればよい。例えば、コージェライト化原料を使用している場合には、焼成温度は、１４１０〜１４４０℃が好ましい。また、焼成時間は、最高温度でのキープ時間として、４〜６時間が好ましい。

なお、ハニカム構造部が複数個のハニカムセグメントからなる場合、複数のハニカム成形体または焼成後のハニカム成形体を、互いの側面同士が対向するように隣接して配置された状態で接合材によって接合する。接合材としては、従来公知の接合材を用いることができる。

２−３．目封止工程：
次に、ハニカムセグメントの第１セルの流入端面側の端部と残余の第２セルの流出端面側の端部とに、目封止材料を充填して、目封止部を形成する。

ハニカムセグメントに目封止材料を充填する際には、例えば、まず、流入端面側の端部に目封止材料を充填し、その後、流出端面側の端部に目封止材料を充填する。端部に目封止材料を充填する方法としては、以下のマスキング工程と圧入工程とを有する方法を挙げることができる。マスキング工程は、ハニカムセグメントの一方の端面（例えば、流入端面）にシートを貼り付け、シートにおける、「目封止部を形成しようとするセル」と重なる位置に孔を開ける工程である。圧入工程は、「ハニカム構造部の、シートが貼り付けられた側の端部」を目封止材料が貯留された容器内に圧入して、目封止材料をハニカムセグメントのセル内に圧入する工程である。目封止材料をハニカムセグメントのセル内に圧入する際には、目封止材料は、シートに形成された孔を通過し、シートに形成された孔と連通するセルのみに充填される。

次に、ハニカムセグメントに充填された目封止材料を乾燥させて、目封止部を形成し、目封止ハニカムセグメントを得る。なお、ハニカムセグメントの両端部に目封止材料を充填した後に、目封止材料を乾燥させてもよいし、ハニカムセグメントの一方の端部に充填した目封止材料を乾燥させた後に、他方の端部に目封止材料を充填し、その後、他方の端部に充填した目封止材料を乾燥させてもよい。更に、目封止材料を、より確実に固定化する目的で、焼成してもよい。また、乾燥前のハニカム成形体又は乾燥後のハニカム成形体に目封止材料を充填し、乾燥前のハニカム成形体又は乾燥後のハニカム成形体と共に、目封止材料を焼成してもよい。

２−４．ハニカムセグメント接合工程：
次に、得られた各ハニカムセグメントを接合材で接合して、複数個のハニカムセグメントが、互いの側面同士を対向するように隣接して配置されるとともに、対向する側面同士が接合層により接合されたハニカムセグメント接合体を作製する。

ハニカムセグメントは、接合材を用いて接合されることが好ましい。接合材をハニカムセグメントの側面に塗布する方法は、特に限定されず、刷毛塗り等の方法を用いることができる。

接合材としては、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、ＳｉＣ粒子等の無機原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤等の添加材を加えたものに水を加えて混練したスラリー等を挙げることができる。

ハニカムセグメントの側面同士を接合する接合材が、作製されるハニカムフィルタにおける接合層となる。

複数個のハニカムセグメントを接合材によって接合した後、得られたハニカムセグメントの接合体の外周部分を切削して所望の形状にすることが好ましい。また、ハニカムセグメントを接合し、ハニカムセグメントの接合体の外周部分を切削した後に、その外周部分に外周コート材を配設して、ハニカムフィルタを作製することが好ましい。この外周コート材が、ハニカムフィルタの外周壁となる。このような外周壁を配設することにより、ハニカムフィルタの真円度が向上する等の利点がある。

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フィルタを製造することができる。但し、本実施形態のハニカムフィルタの製造方法は、上述した製造方法に限定されることはない。

以下、本発明を実施例に基づいてさら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）
セラミック原料として、炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末とを８０：２０の質量割合で混合したものを用いた。そして、これに、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔材として吸水性樹脂を添加するとともに、水を添加して成形原料を作製した。得られた成形原料を、ニーダーを用いて混練して、坏土を得た。

次に、得られた坏土を、真空押出成形機を用いて成形し、隔壁によって複数のセルが区画形成されたハニカムセグメントの成形体を複数個作製した。

次に、得られたハニカムセグメントの成形体を高周波誘電加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて１２０℃で２時間乾燥した。なお、乾燥時には、ハニカムセグメントの成形体の流出端面が、鉛直下向きになるように配置して乾燥を行った。

乾燥後のハニカムセグメントの成形体に、目封止部を形成した。まず、ハニカムセグメントの成形体の流入端面側のセルの開口部に、マスクを施した。このとき、開口部を完全にマスクで覆われたセルと、開口部を完全にはマスクで覆われていないセルとが交互に並ぶようにした。そして、ハニカムセグメントの成形体のマスクを施した側の端部を目封止スラリー（目封止材料）に浸漬して、マスクが施されていないセルの開口部に目封止スラリーを充填した。そして、乾燥後のハニカムセグメントの成形体の流出端面における残りのセル（即ち、流入端面において目封止部を形成していないセル）についても、同様にして、目封止部を形成した。

そして、目封止部を形成したハニカムセグメントの成形体を脱脂し、焼成して、目封止部がセルの開口部に配設されたハニカムセグメントを得た。脱脂の条件は、５５０℃で３時間とした。焼成の条件は、アルゴン雰囲気下で、１４５０℃、２時間とした。なお、焼成時には、ハニカムセグメントの成形体の流出端面が、鉛直下向きになるように配置して焼成を行った。

得られたハニカムセグメントは、中心領域における隔壁厚さが３１７．５μｍであり、セル密度が４６．５個／ｃｍ^２であった。また、ハニカムセグメントは四角柱形状（４１．５ｍｍ×４１．５ｍｍの正方形の断面形状）であった。また、側面から第２列目以降において、第１セルの断面形状は正方形、第２セルの断面形状は、八角形（Ｘ方向およびＹ方向に延びる４辺の長辺と長辺同士の間に介在する短辺で囲まれる八角形）であった（図４を参照）。中心領域における第２セルの開口面積と第１セルの開口面積の比は１．７であった。さらに、実施例１のハニカムセグメントに関し、「（「加工セル範囲」の）外周領域における第２セルの開口面積と第１セルの開口面積の比（第２セルの開口面積／第１セルの開口面積の比）」、「値Ｂ_Ｃ」、「値Ｂ_Ｏ」、「側面からの第３列目までのセルの列のうちで距離Ａ_１と距離Ａ_２の差が表１に示した値Ｂ_Ｏとなる列数（加工セル範囲）」を表１に示す。

上述のハニカムセグメントを１６個作製した。そして、１６個のハニカムセグメントが、４個×４個の並びになるようにして、接合材で接合し、接合材を乾燥させてハニカムセグメントの接合体を得た。乾燥させた接合材が、接合層となる。接合材をハニカムセグメントの側面に塗布する際には、接合層の厚さが１．０ｍｍとなるようにした。

次に、ハニカムセグメントの接合体を、その全体形状が円筒形状となるように、外周を研削加工した。その後、研削加工したハニカムセグメントの接合体の外周に、セラミック材料を塗工して外周壁を形成し、ハニカムフィルタを得た。ハニカムフィルタのＺ方向に垂直な断面の形状は、直径が１６５．０ｍｍの円形であった。また、ハニカムフィルタのＺ方向の長さは１４０．５ｍｍであった。

（実施例２〜６）
実施例２〜６のハニカムフィルタについては、各条件を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様に作製した。

（比較例１）
値Ｂ_Ｃと値Ｂ_Ｏがともに０．１７ｍｍで、第１セルの断面形状が正方形、第２セルの断面形状が八角形（Ｘ方向およびＹ方向に延びる４辺の長辺と長辺同士の間に介在する短辺で囲まれる八角形）（図４を参照）、全領域において第２セルの開口面積と第１セルの開口面積の比（第２セルの開口面積／第１セルの開口面積の比）が１．７とし、かつ値Ｂ_Ｃと値Ｂ_Ｏとを等しくした以外は、実施例１と同じ方法によってハニカムフィルタを得た。

実施例１〜６および比較例１のハニカムフィルタについて、［アイソスタティック強度］および［圧力損失］の各評価を行った。各評価の評価方法を以下に示す。

［アイソスタティック強度］
アイソスタティック強度の測定は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格（ＪＡＳＯ規格）のＭ５０５−８７で規定されているアイソスタティック破壊強度試験に基づいて行った。アイソスタティック破壊強度試験は、ゴムの筒状容器に、ハニカムフィルタを入れてゴム製板で蓋をし、水中で等方加圧圧縮を行う試験である。即ち、アイソスタティック破壊強度試験は、缶体に、ハニカムフィルタが外周面把持される場合の圧縮負荷加重を模擬した試験である。このアイソスタティック破壊強度試験によって測定されるアイソスタティック強度は、ハニカムフィルタが破壊したときの加圧圧力値（ＭＰａ）で示される。実施例１〜６については、比較例１のハニカムフィルタのアイソスタティック強度を基準（１００％）とした場合の増減（％）（例えば、１１０％の場合には＋１０％）を表１に示す。

［圧力損失（ｋＰａ）の測定］：
圧力損失は、空気を供給したときの圧力損失を測定した。圧力損失の測定に際しては、まず、作製したハニカムフィルタを収納缶内に収納して排ガス浄化システムを得た。次に、この排ガス浄化システムに、空気を所定の流量で供給した。この場合における圧力損失を測定した。

実施例１〜６の圧力損失に関しては、空気の流量を「１０Ｎｍ^３／分」としたときの比較例１の圧力損失を基準（１００％）とした場合の増減（％）（例えば、１１０％の場合には＋１０％）を表１に示す。

［考察］
実施例１〜６のハニカムフィルタは、比較例１のハニカムフィルタと比較して、アイソスタティック強度が増加し、圧力損失の増大を１６％以下に抑えることが可能であった。

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関、または各種燃焼装置から排出される排ガスの浄化するためのフィルタとして利用できる。

１，１ａ〜１ｅ：ハニカムセグメント、３：流入端面、５：流出端面、７：セル、９：隔壁、１１：第１セル、１３：（第１セルの）開口部、１５：第２セル、１７：（第２セルの）開口部、１９：目封止部、２１：側面、２３：接合層、２５：外周領域、２７：中心領域、３１：外周壁、３３：側壁、３５：交点部、５０：ハニカムフィルタ。

Claims (7)

1. 流入端面から流出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隔壁を有するハニカムセグメント複数個と、
   前記ハニカムセグメントに形成された前記複数のセルのうちの所定のセルである第１セルの前記流入端面側の開口部および前記複数のセルのうちの残余のセルである第２セルの前記流出端面側の開口部を封止する目封止部複数個と、
   前記複数個のハニカムセグメントの平面である側面同士の少なくとも一部を接合する接合層と、を備え、
   前記ハニカムセグメントは、前記第１セルと前記第２セルとが交互に配置され、前記ハニカムセグメントの前記側面から第１列目〜第３列目に配置された前記セルを形作る外周領域と前記側面から第４列目以降に配置された前記セルを形作る中心領域とを有するとともに、
   前記中心領域においては、前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記第１セルの開口面積が前記第２セルの開口面積より小さく、
   前記外周領域においては、前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記第１セルの開口面積が前記第２セルの開口面積と等しいか又は小さく、
   前記外周領域において、前記第１セルを区画する隔壁のうちで前記ハニカムセグメントの前記側面から最も遠い部分から前記側面までの距離を距離Ａ_１とし、前記第２セルを区画する隔壁のうちで前記ハニカムセグメントの前記側面から最も遠い部分から前記側面までの距離を距離Ａ_２とし、前記中心領域において、前記第１セルを区画する隔壁のうちで前記ハニカムセグメントの前記側面から最も遠い部分から前記側面までの距離を距離Ａ_３とし、前記第２セルを区画する隔壁のうちで前記ハニカムセグメントの前記側面から最も遠い部分から前記側面までの距離を距離Ａ_４とする場合に、前記側面から同列目における前記距離Ａ_２と前記距離Ａ_１との差の値Ｂ_Ｏが、前記側面から同列目における前記距離Ａ_４と前記距離Ａ_３との差の値Ｂ_Ｃよりも小さいハニカムフィルタ。
2. 前記値Ｂ_Ｏがゼロである請求項１に記載のハニカムフィルタ。
3. 前記外周領域においては、前記第１セルの前記開口面積が前記第２セルの前記開口面積と等しい請求項１または２に記載のハニカムフィルタ。
4. 前記外周領域における前記第１セルの前記開口面積および前記第２セルの前記開口面積が、前記中心領域における前記第１セルの前記開口面積以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載のハニカムフィルタ。
5. 前記側面から第１列目のみにおいて、前記値Ｂ_Ｏがゼロである請求項１に記載のハニカムフィルタ。
6. 前記側面から第１列目のみにおいて、前記第１セルの前記開口面積が前記第２セルの前記開口面積と等しい請求項１または５に記載のハニカムフィルタ。
7. 前記側面から第１列目のみにおいて、前記第１セルの前記開口面積および前記第２セルの前記開口面積が、前記中心領域における前記第１セルの前記開口面積以下である請求項１，５，６のいずれか１項に記載のハニカムフィルタ。

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