JP6559975B2 - 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。更に詳しくは、圧力損失を測定することでススなどの堆積状態を正確に検知可能であるハニカムフィルタに関する。

従来、各種エンジン等から排出される排ガスに含まれるススなどの微粒子（以下、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）と記す場合がある）を除去して排ガスを浄化するために、ハニカム構造のフィルタ（ハニカムフィルタ）が用いられている。ハニカムフィルタは、ハニカム構造のハニカム基材と、このハニカム基材の所定のセルである流入セルの流出端面側の開口部及び残余のセルである流出セルの流入端面の開口部に配設された目封止部とを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、ハニカム基材は、具体的には、排ガス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有している。

ハニカムフィルタは、流入端部側から微粒子を含む排ガスを流入させると、隔壁で微粒子を濾過し、浄化されたガスを流出端部側から排出する。ハニカムフィルタは、このようにして排ガスを浄化するものである。

そして、ハニカムフィルタの内部に溜まったＰＭは、適当な間隔ごとに排ガスの温度を上昇させたり、電気ヒータ等で加熱したりすることにより燃焼されている。このようにして、ハニカムフィルタは、その内部にＰＭが溜まりすぎないようにしている。ハニカムフィルタ内部にＰＭが堆積し過ぎると、ＰＭの燃焼の際に生じる熱応力によってハニカムフィルタにクラックが発生する場合があるためである。

特開２０１４−０６９１５８号公報

上述のように、ハニカムフィルタは、その内部に所定量以上のＰＭが溜まった場合、ＰＭの燃焼の際に生じる熱応力が増大し、クラックが発生することがある。そのため、ハニカムフィルタは、内部に過剰にＰＭが溜まらないようにすることが重要である。そこで、ハニカムフィルタ内部におけるＰＭの堆積状態を推察する手段として、ハニカムフィルタの圧力損失を測定することが採用されている。即ち、ＰＭの堆積量と圧力損失とは相関関係があるため、圧力損失からＰＭの堆積量を推察することが行われている。

しかしながら、特許文献１に記載のフィルタは、ＰＭの堆積量と圧力損失について相関関係があるものの、ＰＭの堆積量を精度良く測定できないことがある。つまり、圧力損失の値から想定されるＰＭ堆積量と実際のＰＭ堆積量に大きな差がある場合があった。この場合、ハニカムフィルタ内部にＰＭが堆積し過ぎてしまうことがあった。

そのため、圧力損失を測定することでススなどの堆積状態を正確に検知可能であるハニカムフィルタの開発が求められていた。

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。本発明の課題とするところは、圧力損失を測定することでススなどの堆積状態を正確に検知可能であるハニカムフィルタを提供することにある。

本発明によれば、以下に示す、ハニカムフィルタが提供される。

［１］ 流体の流路となり、流体の流入側の端面である流入端面から流体の流出側の端面である流出端面まで延びる複数のセルを、区画形成する多孔質の隔壁を有する柱状のハニカム構造部を備え、
前記複数のセルのなかの一部のセルが、前記流入端面側が開口するとともに前記流出端面側に目封止部が形成された流入セルであり、前記複数のセルのなかの残りのセルが前記流入端面側に目封止部が形成されるとともに前記流出端面側が開口する流出セルであり、
前記流入セルと前記流出セルとが互いに隣接するように並び、
前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記流入セルが、頂点を８以上有する凹多角形であり、
前記セルの延びる方向に直交する断面において、内角が１８０°未満の頂点を凸頂点とし、内角が１８０°を超える頂点を凹頂点とし、
前記流入セルが、前記凹頂点を４以上有し、
以下の手順（Ａ）に従って前記流入セル内に１つの内部多角形を形成し、前記流入セル内において前記内部多角形の各辺から外側に突き出るように形成された領域を、凸領域としたときに、前記凸領域の面積の合計が、前記流入セルの最大内接円の面積の８０〜２５０％であり、
隣接する２つの前記セルにおいて、前記隔壁を挟んで対向するそれぞれの前記セルの外周部分の形状が、相補的な形状であり、
前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記凸領域を構成する前記内部多角形のそれぞれの辺を、それぞれの前記凸領域の底辺とし、前記凸領域の底辺に直交する方向における前記凸領域の長さを凸領域の高さとしたときに、前記凸領域の高さが前記凸領域の底辺の長さの０．６８〜３．０倍であり、前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記セルの形状が、前記凹頂点と前記凸頂点とが交互に並ぶ形状であるハニカムフィルタ。
手順（Ａ）：
前記セルの延びる方向に直交する断面において、１以上の前記凸頂点を挟んで隣接する２つの前記凹頂点を一対の凹頂点とし、前記一対の凹頂点間を結んだ線分を凹頂点間線分としたときに、前記凹頂点間線分が少なくとも４本形成され、前記凹頂点間線分の全てを含み前記凹頂点間線分のみで形成された多角形を形成する。
但し、前記セルの延びる方向に直交する断面において、１以上の前記凸頂点を挟んで隣接する２つの前記凹頂点を一対の凹頂点とし、前記一対の凹頂点間を結んだ線分を凹頂点間線分としたときに、少なくとも前記凹頂点間線分の全てを含み前記凹頂点間線分のみでは多角形が形成されない場合には前記セルの外周の一部を更に含む多角形を前記流入セル内に形成する。
（１）形成された前記多角形が、前記一対の凹頂点を有さない場合、当該多角形を内部多角形とする。
（２）形成された前記多角形が、前記一対の凹頂点を有する場合、再度、前記一対の凹頂点を線分で結んで新たな凹頂点間線分を形成して、当該新たな凹頂点間線分と前記（１）で形成された多角形の辺を構成する前記凹頂点間線分及び前記セルの外周の一部（但し、前記（１）で形成された多角形の辺を構成する前記凹頂点間線分を用いても多角形が形成されない場合に限り、前記セルの外周の一部を用いる）とにより、前記（１）で形成された多角形内に新たな多角形を形成する。当該新たな多角形が前記一対の凹頂点を有さない多角形になったときに前記新たな多角形を内部多角形とする。
前記新たな多角形が前記一対の凹頂点を有する多角形である場合には、再度、前記一対の凹頂点を線分で結んで新たな凹頂点間線分を形成して、当該新たな凹頂点間線分と直前に形成された多角形の辺を構成する凹頂点間線分及び前記セルの外周の一部（但し、直前に形成された多角形の辺を構成する前記凹頂点間線分を用いても多角形が形成されない場合に限り、前記セルの外周の一部を用いる）とにより、既に形成された多角形内に新たな多角形を形成するという操作を１回以上繰り返して前記セル内の最も内側に形成される新たな多角形が前記一対の凹頂点を有さない多角形になったときに当該新たな多角形を内部多角形とする。

［２］ 前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記セルの形状が４〜８回対称である前記［１］に記載のハニカムフィルタ。

［３］ それぞれの前記セル内には、中実の突起構造が形成されていない前記［１］または［２］に記載のハニカムフィルタ。

［４］ 前記凸領域において、前記底辺の長さが、前記凸領域の前記底辺の延びる方向における最大長さである前記［１］に記載のハニカムフィルタ。

［５］ 前記ハニカム構造部に触媒が担持された前記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカムフィルタ。

本発明のハニカムフィルタは、凸領域の面積の合計が、流入セルの最大内接円の面積の８０〜４００％であるため、圧力損失を測定することでススなどの堆積状態を正確に検知可能である。

本発明のハニカムフィルタの一の実施形態を模式的に示す斜視図である。 本発明のハニカムフィルタの一の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。 本発明のハニカムフィルタの一の実施形態の一方の端面における流入セルを拡大して模式的に示す拡大図である。 本発明のハニカムフィルタの他の実施形態の一方の端面における流入セルを拡大して模式的に示す拡大図である。 本発明のハニカムフィルタの他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。 本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。 本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。 本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。 本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。 本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。 本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。 本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。 本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。 比較例１のハニカムフィルタにおける一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。 比較例２のハニカムフィルタにおける一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。 比較例３のハニカムフィルタにおける一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。 ハニカムフィルタにおけるＰＭの堆積量と圧力損失との関係を示すグラフである。

以下、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の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、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］ハニカムフィルタ：
本発明のハニカムフィルタの一実施形態は、図１に示すハニカムフィルタ１００である。ハニカムフィルタ１００は、流体の流路となり、流体の流入側の端面である流入端面１１から流体の流出側の端面である流出端面１２まで延びる複数のセル２を、区画形成する多孔質の隔壁１を有する柱状のハニカム構造部１０を備えている。ハニカムフィルタ１００は、複数のセル２のなかの一部のセルが、流入端面１１側が開口するとともに流出端面１２側に目封止部が形成された流入セル２ａである。ハニカムフィルタ１００は、複数のセル２のなかの残りのセルが流入端面１１側に目封止部８が形成されるとともに流出端面１２側が開口する流出セル２ｂである。そして、ハニカムフィルタ１００は、流入セル２ａと流出セル２ｂとが互いに隣接するように並んでいる。ハニカムフィルタ１００は、セル２の延びる方向に直交する断面において、流入セル２ａが、頂点を８以上有する凹多角形である（図２参照）。また、ハニカムフィルタ１００は、内角が１８０°未満の頂点を凸頂点２１とし、内角が１８０°を超える頂点を凹頂点２３としたときに、セル２の延びる方向に直交する断面において、流入セル２ａが、凹頂点２３を４以上有している。

そして、ハニカムフィルタ１００は、以下のようにして決定される凸領域３１の面積の合計が、流入セル２ａの最大内接円Ｓ（図３、図４参照）の面積の８０〜４００％である。また、ハニカムフィルタ１００は、隣接する２つのセル２において、隔壁１を挟んで対向するそれぞれのセル２の外周部分の形状が、相補的な形状である。

凸領域３１は、以下のようにして決定される。図３、図４を参照しつつ説明する。流入セル２ａにおけるセル２の延びる方向に直交する断面において、１以上の凸頂点２１を挟んで隣接する２つの凹頂点２３を「一対の凹頂点」２３ａとする。そして、一対の凹頂点２３ａ間を結んだ線分を凹頂点間線分３５とする。このときに、凹頂点間線分３５は少なくとも４本形成される。そして、凹頂点間線分３５の全てを含んで形成される多角形Ｔ１を得る（第１ステップ）（図３参照）。但し、凹頂点間線分のみでは多角形が形成されない場合には、凹頂点間線分とセルの外周の一部とからなる多角形を得る。そして、第１ステップで形成された多角形Ｔ１が一対の凹頂点２３ａを有さない場合には、形成された多角形Ｔ１を内部多角形４０とする（図３参照）。一方、形成された多角形が、未だに一対の凹頂点２３ａを有する場合（図４参照）には、再度、一対の凹頂点２３ａを線分で結んで新たな凹頂点間線分３５を形成する。このようにして一対の凹頂点２３ａを有する多角形内に「新たな多角形」を形成するという操作を１回以上繰り返す（第２ステップ）。その後、流入セル２ａ内の最も内側に形成される新たな多角形が一対の凹頂点２３ａを有さない多角形になったときに、この新たな多角形Ｔ２を内部多角形４０とする（図４参照）。このようにして内部多角形４０を得た後、流入セル２ａ内において内部多角形４０の各辺から外側に突き出るように形成された領域を、凸領域３１とする。

このようなハニカムフィルタ１００は、凸領域の面積の合計が、流入セル２ａの最大内接円の面積の８０〜４００％であるため、圧力損失を測定することでススなどの堆積状態を正確に検知可能である。

具体的には、ハニカムフィルタにおいて、ＰＭの堆積量と圧力損失とは相関関係があり、圧力損失からＰＭの堆積量を推察することが可能である。特に、上記凸領域を有する流入セルでは、凸領域から優先的にＰＭが堆積する。この凸領域にＰＭが堆積する間は、圧力損失の増加の程度は緩やかである。しかし、凸領域がＰＭで埋もれた後は、圧力損失の増加の程度が急になる（即ち、圧力損失が急上昇する）。図１７に示すように、ＰＭの堆積量が許容範囲の上限Ｔに近づくと、圧力損失の増加の程度が急になるので、ハニカムフィルタにおけるＰＭの堆積量が許容範囲の上限Ｔに近づいたことが分かる。そのため、本発明のハニカムフィルタは、ススなどの堆積状態を正確に検知可能である。

図１は、本発明のハニカムフィルタの一の実施形態を模式的に示す斜視図である。図２は、本発明のハニカムフィルタの一の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。図３は、本発明のハニカムフィルタの一の実施形態の一方の端面における流入セルを拡大して模式的に示す拡大図である。図４は、本発明のハニカムフィルタの他の実施形態の一方の端面における流入セルを拡大して模式的に示す拡大図である。図１７は、ハニカムフィルタにおけるＰＭの堆積量と圧力損失との関係を示すグラフである。

ハニカムフィルタ１００は、側面に外周壁２０（図１参照）を更に備えていてもよい。

［１−１］セル：
凸領域３１の面積の合計は、流入セル２ａの最大内接円の面積の８０〜４００％であり、１００〜３５０％であることが好ましく、１２０〜３００％であることが更に好ましく、１３０〜２５０％であることが特に好ましい。このような範囲を採用することにより、ススなどの堆積状態について、圧力損失を測定することで正確に検知可能である。つまり、ススなどの堆積量が許容範囲の上限に近づくと、圧力損失が急に上昇する。そのため、圧力損失を測定することで、堆積量が許容範囲の上限に近づいたことが分かる。凸領域の面積の合計が８０％未満であると、ススなどの堆積量が許容範囲の上限に近づいていないにもかかわらず、圧力損失が急に上昇してしまう。つまり、ススなどを堆積することが未だ可能であるにもかかわらず、圧力損失が急に上昇し、堆積量が過剰であると誤認してしまうことになる。また、凸領域の面積の合計が４００％超であると、ススなどの堆積量が許容範囲の上限を超えているにもかかわらず、圧力損失が一定の増加をするだけになる。即ち、ススなどの堆積量が許容範囲の上限に近づいたことが検知できない。

なお、複数ある流入セルは、その一部又は全部が上記条件を満たす凹多角形であればよい。これらの流入セルは、全ての流入セルのうちの１０〜１００％が上記条件を満たす凹多角形であることが好ましく、５０〜１００％が上記条件を満たす凹多角形であることが好ましい。

ハニカムフィルタ１００は、セル２の延びる方向に直交する断面において、流入セル２ａの形状が、４角形、６角形、８角形、又は１２角形の少なくとも一辺が内側に折れ曲がることで頂点（凹頂点）が形成されて得られる凹多角形であることが好ましい。流入セル２ａの形状は、４角形、６角形、８角形、又は１２角形の全ての辺が内側に折れ曲がることで頂点が形成されて得られる凹多角形であることが更に好ましい。また、８角形においては、対向する一対の辺のうち互いに直交する２組の辺が内側に折れ曲がることで頂点が形成されて得られる凹多角形であることが更に好ましい。

このような構成においては、圧力損失を測定することでススなどの堆積状態を正確に検知可能である。

図２は、流入セル２ａの形状が、４角形の全ての辺が内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られた８角形の凹多角形である例を示している。なお、図２に示す流入セル２ａの形状は、４角形の全ての辺が当該辺の両端から内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られた凹多角形である。

図５は、流入セル２ａの形状が、４角形の全ての辺が内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られた１６角形の凹多角形である例を示している。なお、図５に示す流入セル２ａの形状は、４角形の全ての辺が当該辺の途中から内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られた凹多角形である。図５は、本発明のハニカムフィルタの他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。

図６は、流入セル２ａの形状が、８角形の全ての辺が内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られた１６角形の凹多角形である例を示している。なお、図６に示す流入セル２ａの形状は、６角形の全ての辺が当該辺の両端から内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られた凹多角形である。図６は、本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。

図７〜図９は、流入セル２ａの形状が、８角形の８つ辺の中で、対向する一対の辺のうち互いに直交する２組の辺が内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られる１２角形の凹多角形である例を示している。この１２角形の凹多角形は、十字状ということもできる。なお、図７に示す流出セル２ｂは、セル２の延びる方向に直交する断面における形状が、全て同じ大きさ（面積）の正方形である。図９に示す流出セル２ｂは、セル２の延びる方向に直交する断面における形状が、大きさの異なる２種の正方形である。また、図８においては、流出セル２ｂとして、上述の「１２角形の凹多角形」のものと正方形のものとが混在している例を示している。

図７〜図９は、それぞれ、本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。

「流入セルの最大内接円」とは、セルの延びる方向に直交する断面において、凹多角形である流入セル内に描くことができる最大の内接円のことをいう。

「凹多角形」とは、内角のうち一つ以上が１８０度より大きい角からなる多角形のことである。

本発明のハニカムフィルタの更に他の態様としては、図１０〜図１３に示すものを挙げることができる。図１０は、流入セル２ａの形状が、８角形の全ての辺が内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られた１６角形の凹多角形である例を示している。なお、図１０においては、全ての凸頂点の角度が９０°未満であり、図６においては、全ての凸頂点の角度が９０°である。図１１、図１３は、流入セル２ａの形状が、６角形の全ての辺が内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られた１６角形の凹多角形である例を示している。なお、図１１に示す流出セル２ｂは、セル２の延びる方向に直交する断面における形状が、全て同じ大きさ（面積）の菱形である。図１３に示す流出セル２ｂは、セル２の延びる方向に直交する断面における形状が、六角形である。

図１２は、流入セル２ａの形状が、１２角形の全ての辺が内側に折れ曲がることで凹頂点が形成されて得られた２０角形の凹多角形である例を示している。なお、図１２に示す流出セル２ｂは、セル２の延びる方向に直交する断面において、凹頂点の角度が２７０°である。別言すれば、図１２に示す流出セル２ｂの、セル２の延びる方向に直交する断面における形状は、四角形の各辺に凹状の溝が形成されて得られる形状ということができる。

図１０〜図１３は、それぞれ、本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態における一方の端面を拡大して模式的に示す拡大図である。

セルの延びる方向に直交する断面において、セルの形状が４〜８回対称であることが好ましい。このようにすることで、ハニカムフィルタを成形しやすく、また、強度が高くなる。図５〜図８に示すハニカムフィルタ１００の流入セル２ａは、セルの延びる方向に直交する断面における形状が４〜８回対称のものである。

セルの延びる方向に直交する断面において、セルの形状は、凹頂点と凸頂点とが交互に並ぶ形状である。このようにすると、ハニカムフィルタが成形しやすい。例えば、図２に示す流出セル２ｂは、セル２の延びる方向に直交する断面における形状が、凹頂点２３と凸頂点２１とが交互に並ぶ形状である。

ハニカムフィルタ１００は、それぞれのセル２内には、中実の突起構造が形成されていないことが好ましい。このようにすることで、ハニカムフィルタ１００の圧力損失が低くなる。なお、「中実の突起構造が形成されていない」とは、図１５や図１６に示すように、セル２の内部に向かって突出する中実の突起物（壁）１５が形成されていないことを意味する。別言すれば、その内部を排ガスが透過するためのフィルタとして機能し難い部分が形成されていないことを意味する。つまり、流入セルのセル２の延びる方向に直交する断面における形状を決定するに当たり、上記突起物（突起構造）は考慮されるものではないことを意味する。

図３に示すように、セルの延びる方向に直交する断面において、凸領域３１を構成する内部多角形４０のそれぞれの辺を、それぞれの凸領域３１の底辺３３とし、凸領域３１の底辺３３に直交する方向における凸領域３１の長さを凸領域３１の高さ３４とする。このとき、本発明のハニカムフィルタは、凸領域の高さが凸領域の底辺の長さの０．６８〜３．０倍であることが好ましく、０．８〜２．７倍であることが更に好ましく、０．９〜２．５倍であることが特に好ましい。このような範囲を採用することにより、ススなどの堆積量が許容範囲に近づく直前で８力損失が急上昇する。そのため、圧力損失を測定することでススなどの堆積量が許容範囲の限界に近づいたことを容易に検知できる。上記下限値未満であると、ススなどの堆積量が許容範囲の上限を超えていても圧力損失が一定に増加し続ける（即ち、圧力損失の急上昇が観察されない）。そのため、即ち、許容範囲の上限に近づいたことが検知できないおそれがある。また、上記上限値超であると、ススなどを堆積することが未だ十分に可能であるにもかかわらず圧力損失が急上昇してしまう。そのため、ススなどの堆積量が過剰な状態であると誤認するおそれがある。また、ススなどがセルに詰まり易くなるおそれがある。

更に、凸領域において、底辺の長さは、凸領域の底辺の延びる方向における最大長さであることが好ましい。このような範囲を採用することにより、更に、ススがセルに詰まり難くなる。

［１−２］ハニカム構造部：
ハニカム構造部１０は、複数のセル２を区画形成する隔壁１を有している。この隔壁１の気孔率は、特に制限はない。例えば、気孔率は、２５〜８０％であることが好ましく、３０〜７６％であることが更に好ましく、３５〜７２％であることが特に好ましい。このような範囲を採用することにより、破損し難く且つ圧力損失が低くなる。隔壁の気孔率が下限値未満であると、圧力損失が高くなりすぎるおそれがある。また、隔壁の気孔率が上限値超であると、ハニカムフィルタを使用する際に発生する応力に耐えられずに破損するおそれがある。なお、隔壁の気孔率は、水銀圧入法によって測定した値である。

ハニカム構造部１０の隔壁１の厚さは、４０〜６００μｍであることが好ましく、８０〜５００μｍであることが更に好ましく、１５０〜４５０μｍであることが特に好ましい。隔壁の厚さが下限値未満であると、ハニカムフィルタを使用する際に発生する応力に耐えられずに破損するおそれがある。上限値超であると、圧力損失が高くなりすぎるおそれがある。

隔壁１の材料としては、セラミックを主成分とすることが好ましい。具体的には、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、コージェライト、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。

ハニカム構造部１０のセル２の延びる方向の長さは、４０〜４５０ｍｍとすることができる。

［１−３］目封止部：
目封止部の材質は、隔壁の材質として好ましいとされた材質であることが好ましい。目封止部の材質と隔壁の材質とは、同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。

目封止部の深さは、例えば、３〜２０ｍｍとすることができる。

［１−４］触媒：
ハニカム構造部には、触媒が担持されていることが好ましい。触媒が担持されることにより、排ガスを浄化できる。触媒としては、例えば、酸化触媒、三元触媒、還元触媒などを挙げることができる。

触媒の担持量は、特に制限はない。触媒の担持量は、１０〜５００ｇ／Ｌであることが好ましく、２０〜４００ｇ／Ｌであることが更に好ましく、３０〜３００ｇ／Ｌであることが特に好ましい。触媒の担持量が１０ｇ／Ｌ未満であると、ハニカムフィルタによる浄化性能が十分に発現しないことがある。また、触媒の担持量が５００ｇ／Ｌを超えると、セルの断面積が小さくなり、圧力損失が増大してしまうことがある。なお、本明細書中、担持量（ｇ／Ｌ）とは、ハニカム構造部の単位体積（１Ｌ）あたりに担持される触媒の量（ｇ）のことである。

［２］ハニカムフィルタの製造方法：
本発明のハニカムフィルタの製造方法について説明する。ハニカムフィルタを作製する際には、まず、セラミック原料を含有する成形原料を混合し混練して坏土を得る。セラミック原料としては、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、コージェライト、コージェライト化原料、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素−コージェライト系複合材料、リチウムアルミニウムシリケート、ゼオライト、バナジウム及びアルミニウムチタネートからなる群より選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。なお、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る。コージェライト化原料は、焼成されてコージェライトになるものである。

また、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、界面活性剤、造孔材等を更に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フィルタの構造、材質等に合わせた組成比とすることが好ましい。

分散媒としては、水を用いることができる。分散媒の添加量は、セラミック原料１００質量部に対して、１０〜３０質量部であることが好ましい。

有機バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルエチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、又はこれらを組み合わせたものとすることが好ましい。また、有機バインダの添加量は、セラミック原料１００質量部に対して、０．５〜５質量部が好ましい。

界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の添加量は、セラミック原料１００質量部に対して、０．５〜２質量部が好ましい。

造孔材としては、樹脂粒子、デンプン、カーボン等を用いることができる。造孔材は、作製するハニカムフィルタの隔壁に細孔を形成するためのものである。造孔材の添加量は、作製するハニカムフィルタの隔壁の平均細孔径や気孔率を考慮して適宜調整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。

次に、得られた坏土を成形して、円柱状のハニカム成形体を形成する。ハニカム成形体は、複数のセルを区画形成する隔壁を有するものである。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、射出成形等の公知の成形方法を用いることができる。

このようにハニカム成形体を形成する場合、凸領域の面積の合計が、流入セルの最大内接円の面積の８０〜４００％となるように、流入セルと流出セルを形成する。

次に、得られたハニカム成形体を乾燥する。乾燥方法は、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る。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み合わせて行うことが好ましい。

次に、ハニカム成形体を焼成する。ハニカム成形体を焼成する前には、こ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る。仮焼の方法については特に制限はない。例えば、ハニカム成形体中の有機物の少なくとも一部を除去することができればよい。上記有機物としては、有機バインダ、界面活性剤、造孔材等を挙げることができる。有機バインダの燃焼温度は１００〜３００℃程度である。このため、仮焼は、酸化雰囲気において、２００〜１０００℃程度で、１０〜１００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ものである。焼成の条件は、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、１３５０〜１４４０℃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、３〜１０時間が好ましい。仮焼、本焼成を行う装置としては、電気炉、ガス炉等を挙げることができる。このようにしてハニカム成形体を仮焼、焼成することにより、ハニカムフィルタを得ることができる。

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）
具体的には、まず、セラミック原料を含有する成形原料を用いて、ハニカム成形体を成形するための坏土を調製した。セラミック原料として、コージェライト化原料を用いた。コージェライト化原料に、分散媒、有機バインダ、造孔材を添加して、成形用の坏土を調製した。分散媒の添加量は、コージェライト化原料１００質量部に対して、３０質量部とした。有機バインダの添加量は、コージェライト化原料１００質量部に対して、６質量部とした。造孔材の添加量は、コージェライト化原料１００質量部に対して、１質量部とした。得られたセラミック成形原料を、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押出成形し、ハニカム成形体を得た。このとき、ハニカム成形体に形成される複数のセルの断面形状が、図１に示す形状となるようにした。

次に、ハニカム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時間乾燥して、ハニカム乾燥体を得た。得られたハニカム乾燥体の流入端面における所定のセル（流出セルとなるセル）の開口部、及び流出端面における残余のセル（流入セルとなるセル）の開口部に目封止部を配設した。その後、１３５０〜１４５０℃で１０時間焼成してハニカムフィルタを得た。

作製したハニカムフィルタは、セルの延びる方向の長さ（全長）が１５３ｍｍであり、流入端面及び流出端面の外径が１４４ｍｍの円柱状のものであった。また、隔壁の厚さは０．３ｍｍであった。また、ハニカムフィルタの隔壁の気孔率は５０％であった。気孔率は、水銀圧入法によって測定した。

次に、作製したハニカムフィルタを、流入口及び流出口を有する金属製（具体的には、フェライト系ステンレス製）の缶体内に収納した。収納に際しては、セラミックス繊維を主成分とするマットでハニカムフィルタの外周を覆い、ハニカムフィルタを缶体内に圧入して固定した。このようにして、排ガス浄化装置を作製した。

排気量２Ｌのディーゼルエンジンからの排気系統に排ガス浄化装置を取りつけた。その後、排ガスの条件が、温度２００℃、流量２Ｎｍ^３／分となるように運転し、圧力損失と堆積したＰＭ量を測定した。

圧力損失は、差圧計を用いて測定した。また、堆積したＰＭ量は、上記運転後、上記缶体を排気系統から取り外して缶体の質量を測定し、上記運転前後の質量を重量計で測定することで算出した。上記運転は、ハニカムフィルタ内に１３ｇ／ＬのＰＭが堆積するか、あるいは、圧力損失の上昇によってエンジンの制御エラーが発生するまで行った。

［圧力損失の傾きの変化］
測定したＰＭ量をｘ軸とし、圧力損失をｙ軸としてグラフを作成した。そして、このグラフから、各ＰＭ量において「圧力損失の傾き」＝ｄｙ／ｄｘとして計算した。

ＰＭ量が２ｇ／Ｌ以上の場合において「圧力損失の傾き」÷「２ｇ／Ｌにおける圧力損失の傾き」の最大値が、１．６倍以上である場合を「Ａ」とした。また、１．３倍以上で１．６倍未満である場合を「Ｂ」とした。また、１．３倍未満である場合を「Ｃ」とした。結果を表１に示す。

［圧力損失の傾きの変化におけるＰＭ量］
ＰＭ量が２ｇ／Ｌ以上の場合において「「圧力損失の傾き」÷「２ｇ／Ｌにおける圧力損失の傾き」が１．３倍以上」を満たす最小のＰＭ量を「圧力損失の傾きの変化におけるＰＭ量」として計算した。表１、表２中、「ＰＭ量」と記す。

上記「圧力損失の傾きの変化におけるＰＭ量」が４ｇ／Ｌ以上で８ｇ／Ｌ未満である場合を「ＯＫ」とした。また、４ｇ／Ｌ未満又は８ｇ／Ｌ以上である場合を「ＮＧ」とした。結果を表１に示す。

表１、２中、「形状」は、セルの断面形状を示す。例えば、「図２」とは、図２に示すような配置でセルが形成されていることを意味する。つまり、ハニカム構造部の端面が、図２のように見えることを意味する。「内接円の直径」は、流入セルにおける最大内接円の直径を示す。「凸部底辺」は、凸領域の底辺の長さを示す。「凸部高さ」は、凸領域の高さを示す。「凸部面積合計／内接円の面積の割合」は、（凸部面積合計／最大内接円の面積）×１００により算出される値である。ここで、「凸部面積合計」は、流入セルにおける凸領域の総面積を意味する。「凸部高さ／凸部底辺長さの比の値」は、（凸領域の高さ／凸領域の底辺の長さ）により算出される値である。

（実施例２，３，６，７，１７〜１９、比較例１〜８、参考例４，５，８〜１６，２０〜２４）
表１、２に示すように変更したこと以外は、実施例１と同様にして、「圧力損失の傾きの変化」及び「圧力損失の傾きの変化におけるスス量」の評価を行った。結果を表１、２に示す。

比較例１では、図１４に示すように、流入セル２ａと流出セル２ｂとの形状（セル２の延びる方向に直交する断面における形状）が、それぞれ正方形であり、流入セル２ａと流出セル２ｂとが交互に配置されている。比較例２、３では、図１５、図１６に示すように、図１４に示す流入セル２ａの各隔壁１から流入セル２ａ内に向かって中実の突起物（突起構造）１５が突出している。なお、比較例３では、セルの延びる方向に直交する断面において、各角部が面取りされた四角形の流入セルの面積が、四角形の流出セルの面積より大きい。

表１、２から、実施例１〜３，６，７，１７〜１９のハニカムフィルタは、比較例１〜８のハニカムフィルタに比べて、圧力損失を測定することでススなどの堆積状態を正確に検知可能であることが分かる。

本発明のハニカムフィルタは、自動車等から排出される排ガスを浄化するフィルタとして採用することができる。

１：隔壁、２：セル、２ａ：流入セル、２ｂ：流出セル、８：目封止部、１０：ハニカム構造部、１１：流入端面、１２：流出端面、１５：突起物、２０：外周壁、２１：凸頂点、２３：凹頂点、２３ａ：一対の凹頂点、３１：凸領域、３３：底辺、３４：高さ、３５：凹頂点間線分、４０：内部多角形、１００：ハニカムフィルタ、Ｓ：最大内接円、Ｔ１，Ｔ２：多角形。

Claims (5)

1. 流体の流路となり、流体の流入側の端面である流入端面から流体の流出側の端面である流出端面まで延びる複数のセルを、区画形成する多孔質の隔壁を有する柱状のハニカム構造部を備え、
   前記複数のセルのなかの一部のセルが、前記流入端面側が開口するとともに前記流出端面側に目封止部が形成された流入セルであり、前記複数のセルのなかの残りのセルが前記流入端面側に目封止部が形成されるとともに前記流出端面側が開口する流出セルであり、
   前記流入セルと前記流出セルとが互いに隣接するように並び、
   前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記流入セルが、頂点を８以上有する凹多角形であり、
   前記セルの延びる方向に直交する断面において、内角が１８０°未満の頂点を凸頂点とし、内角が１８０°を超える頂点を凹頂点とし、
   前記流入セルが、前記凹頂点を４以上有し、
   以下の手順（Ａ）に従って前記流入セル内に１つの内部多角形を形成し、前記流入セル内において前記内部多角形の各辺から外側に突き出るように形成された領域を、凸領域としたときに、前記凸領域の面積の合計が、前記流入セルの最大内接円の面積の８０〜２５０％であり、
   隣接する２つの前記セルにおいて、前記隔壁を挟んで対向するそれぞれの前記セルの外周部分の形状が、相補的な形状であり、
   前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記凸領域を構成する前記内部多角形のそれぞれの辺を、それぞれの前記凸領域の底辺とし、前記凸領域の底辺に直交する方向における前記凸領域の長さを凸領域の高さとしたときに、前記凸領域の高さが前記凸領域の底辺の長さの０．６８〜３．０倍であり、
   前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記セルの形状が、前記凹頂点と前記凸頂点とが交互に並ぶ形状であるハニカムフィルタ。
   手順（Ａ）：
   前記セルの延びる方向に直交する断面において、１以上の前記凸頂点を挟んで隣接する２つの前記凹頂点を一対の凹頂点とし、前記一対の凹頂点間を結んだ線分を凹頂点間線分としたときに、前記凹頂点間線分が少なくとも４本形成され、前記凹頂点間線分の全てを含み前記凹頂点間線分のみで形成された多角形を形成する。
   但し、前記セルの延びる方向に直交する断面において、１以上の前記凸頂点を挟んで隣接する２つの前記凹頂点を一対の凹頂点とし、前記一対の凹頂点間を結んだ線分を凹頂点間線分としたときに、少なくとも前記凹頂点間線分の全てを含み前記凹頂点間線分のみでは多角形が形成されない場合には前記セルの外周の一部を更に含む多角形を前記流入セル内に形成する。
   （１）形成された前記多角形が、前記一対の凹頂点を有さない場合、当該多角形を内部多角形とする。
   （２）形成された前記多角形が、前記一対の凹頂点を有する場合、再度、前記一対の凹頂点を線分で結んで新たな凹頂点間線分を形成して、当該新たな凹頂点間線分と前記（１）で形成された多角形の辺を構成する前記凹頂点間線分及び前記セルの外周の一部（但し、前記（１）で形成された多角形の辺を構成する前記凹頂点間線分を用いても多角形が形成されない場合に限り、前記セルの外周の一部を用いる）とにより、前記（１）で形成された多角形内に新たな多角形を形成する。当該新たな多角形が前記一対の凹頂点を有さない多角形になったときに前記新たな多角形を内部多角形とする。
   前記新たな多角形が前記一対の凹頂点を有する多角形である場合には、再度、前記一対の凹頂点を線分で結んで新たな凹頂点間線分を形成して、当該新たな凹頂点間線分と直前に形成された多角形の辺を構成する凹頂点間線分及び前記セルの外周の一部（但し、直前に形成された多角形の辺を構成する前記凹頂点間線分を用いても多角形が形成されない場合に限り、前記セルの外周の一部を用いる）とにより、既に形成された多角形内に新たな多角形を形成するという操作を１回以上繰り返して前記セル内の最も内側に形成される新たな多角形が前記一対の凹頂点を有さない多角形になったときに当該新たな多角形を内部多角形とする。
2. 前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記セルの形状が４〜８回対称である請求項１に記載のハニカムフィルタ。
3. それぞれの前記セル内には、中実の突起構造が形成されていない請求項１または２に記載のハニカムフィルタ。
4. 前記凸領域において、前記底辺の長さが、前記凸領域の前記底辺の延びる方向における最大長さである請求項１に記載のハニカムフィルタ。
5. 前記ハニカム構造部に触媒が担持された請求項１〜４のいずれかに記載のハニカムフィルタ。