WO2012133846A1 - 目封止ハニカム構造体 - Google Patents

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WO2012133846A1
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inflow
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哲雄 豊島
高橋 章
佑一 浜崎
ミン ソ,ジョン
スン パク,ウォン
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日本碍子株式会社
現代自動車株式会社
起亞自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a plugged honeycomb structure. More specifically, the present invention relates to a plugged honeycomb structure that can suppress an increase in pressure loss and can improve its durability.
  • PM particulate matter
  • DPF diesel particulate filter
  • a honeycomb structure having a porous partition wall that partitions and forms a plurality of cells serving as fluid (exhaust gas, purified gas) flow paths is used.
  • the honeycomb structure has an opening of a predetermined cell (inflow cell) on the end surface on the outflow side of the fluid (purified gas) and an opening of the remaining cell (outflow cell) on the end surface of the inflow side of the fluid (exhaust gas).
  • a plugging portion for sealing the opening of the cell is disposed and used as a plugged honeycomb structure (honeycomb filter).
  • the mass of the plugged honeycomb structure is naturally increased by forming the reinforcing portion, excessively forming the reinforcing portion may cause a disadvantage in terms of performance of the plugged honeycomb structure. is there.
  • the mass of the plugged honeycomb structure increases, the time required to reach the temperature necessary for purification of exhaust gas or the like increases, and the exhaust gas purification performance is impaired.
  • raising the temperature of exhaust gas is also considered, in such a case, the fuel consumption (fuel consumption) of internal combustion engines, such as a motor vehicle, will deteriorate.
  • the reinforcing portion as described above is formed simply for the purpose of improving the strength of the honeycomb structure, but the reinforcing portion is formed to improve durability.
  • other characteristics as a filter such as pressure loss and purification performance were sacrificed.
  • improvement in the strength of the honeycomb structure and suppression of increase in pressure loss are conventionally considered to be in a trade-off relationship, and it has been considered extremely difficult to solve both simultaneously.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and by ensuring a sufficient volume of a cell into which a fluid flows (inflow cell), an increase in pressure loss can be suppressed and its durability can be suppressed. It is possible to provide a plugged honeycomb structure capable of improving the thickness of the plug.
  • the following plugged honeycomb structure is provided.
  • a honeycomb structure having a porous partition wall that defines a plurality of cells serving as fluid flow paths extending from an inflow side end surface to an outflow side end surface, and an opening of a predetermined cell on the outflow side end surface
  • An inflow side plugging portion forming an inflow cell in which the inflow side end surface is open and the outflow side end surface is sealed, and an opening portion of a remaining cell in the inflow side end surface
  • An inflow side plugging portion that forms an outflow cell in which the outflow side end surface is open and the inflow side end surface is sealed, and at least one of the outflow cells is in a direction in which the cell extends
  • a reinforcing cell in which a reinforcing portion for reinforcing the outflow cell is formed at at least one corner where the partition intersects in a cross section perpendicular to the cross section, and the inflow cell is a cross section perpendicular to the cell extending direction.
  • a honeycomb structure having a porous partition wall that defines a plurality of cells serving as a fluid flow path extending from an inflow side end surface to an outflow side end surface, and an opening of a predetermined cell on the outflow side end surface
  • An inflow side plugging portion forming an inflow cell in which the inflow side end surface is open and the outflow side end surface is sealed, and an opening portion of a remaining cell in the inflow side end surface
  • An inflow side plugging portion that forms an outflow cell in which the outflow side end surface is open and the inflow side end surface is sealed, and at least one of the outflow cells is in a direction in which the cell extends
  • a reinforcing cell in which a reinforcing portion for reinforcing the outflow cell is formed at at least one corner where the partition intersects in a cross section perpendicular to the cross section, and the inflow cell is a cross section perpendicular to the cell extending direction.
  • the opening shape of the inflow cell in the cross section perpendicular to the cell extending direction and the opening shape of the outflow cell in the cross section perpendicular to the cell extending direction have the same shape.
  • the plugged honeycomb structure according to any one of [1] to [5].
  • Each of the reinforcing portions has a size that occupies a range corresponding to 0.05 to 20% of the area of the opening portion excluding the reinforcing portion in a cross section perpendicular to the cell extending direction.
  • the plugged honeycomb structure according to any one of [1] to [7].
  • the plugged honeycomb structure of the present invention has a partition wall in a cross section perpendicular to the cell extending direction, in which at least one of the “outflow cells whose outflow end surface is open and inflow end surface is sealed”.
  • a reinforcing cell in which a reinforcing portion that reinforces the outflow cell is formed in at least one intersecting corner, and the “inflow cell with the inflow side end face opened and the outflow side end face sealed” is A reinforcing portion that reinforces the inflow cell is formed in at least one corner where the partition walls in the cross section perpendicular to the extending direction intersect, and the number of reinforced corners of the inflow cell is equal to the reinforced corner of the outflow cell.
  • the plugged honeycomb structure of the present invention has a smaller volume occupied by the reinforcing portion in the flow path than the conventional honeycomb structure in which the reinforcing portion is formed in both the inflow cell and the outflow cell.
  • the durability of the honeycomb structure can be improved at a ratio equal to or higher than the volume ratio of the reinforcing portion.
  • the plugged honeycomb structure An excessive increase in mass can be suppressed.
  • the plugged honeycomb structure when the plugged honeycomb structure is used by being installed in an exhaust gas flow path of an internal combustion engine, the plugged honeycomb structure is likely to be heated, and it is possible to satisfactorily suppress deterioration in purification performance with respect to exhaust gas. it can. Even when the temperature of the plugged honeycomb structure is adjusted by the temperature of the exhaust gas, since the plugged honeycomb structure is easily heated, deterioration of fuel consumption of an internal combustion engine such as an automobile can be suppressed. it can. As described above, according to the plugged honeycomb structure of the present invention, it is possible to achieve both the improvement of the durability of the honeycomb structure and the suppression of the increase in pressure loss, which have been conventionally in a trade-off relationship.
  • the plugged honeycomb structure of the present invention has no deterioration in the accumulation capacity of ash (Ash), the pressure loss rises after the ash (Ash) is deposited, and the ash (Ash) cleaning or exhaust gas purification filter.
  • the strength of the honeycomb structure can be improved without affecting the replacement interval (for example, DPF).
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an embodiment of a plugged honeycomb structure of the present invention. It is a schematic diagram which expands and shows the inflow side end surface of one Embodiment of the plugged honeycomb structure of the present invention. It is a schematic diagram which expands and shows an outflow side end face of one embodiment of a plugged honeycomb structure of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic view showing, in an enlarged manner, a cross section perpendicular to a cell extending direction of one embodiment of a plugged honeycomb structure of the present invention.
  • 1 is a schematic view showing a cross section parallel to a cell extending direction of an embodiment of a plugged honeycomb structure of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic view showing, in an enlarged manner, a cross section perpendicular to a cell extending direction of one embodiment of a plugged honeycomb structure of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic view showing an outflow side end surface of still another embodiment of the plugged honeycomb structure of the present invention.
  • Plugged honeycomb structure As shown in FIGS. 1 to 5, one embodiment (plugged honeycomb structure 100) of the plugged honeycomb structure of the present invention is “a fluid flow path extending from the inflow side end surface 11 to the outflow side end surface 12”.
  • a honeycomb structure 4 having porous partition walls 1 for partitioning and forming a plurality of cells 2, and “an inflow side end surface 11 disposed at an opening of a predetermined cell in the outflow side end surface 12, and An outflow side plugging portion 5b forming the inflow cell 2a in which the outflow side end surface 12 is sealed, and “the outflow side end surface 12 is opened at the opening of the remaining cells in the inflow side end surface 11”.
  • the plugged honeycomb structure 100 includes an inflow side plugged portion 5a that forms an outflow cell 2b in which the inflow side end face 11 is sealed.
  • At least one of the outflow cells 2b is a reinforcing cell in which a reinforcing portion 6 that reinforces the outflow cell 2b is formed at at least one corner 21a where the partition wall 1 intersects in a cross section perpendicular to the cell 2 extending direction. 22.
  • the inflow cell 2a is a non-reinforcing cell 23 in which the reinforcing portion 6 is not formed in all corner portions 21 where the partition walls 1 intersect in a cross section perpendicular to the cell 2 extending direction.
  • the reinforcing portion 6 is not formed in the inflow cell 2a into which the fluid flows, and, for example, by the partition wall 1 having a relatively uniform partition wall thickness.
  • the cells are partitioned. All of the inflow cells 2 a formed in the plugged honeycomb structure 100 are such non-reinforced cells 23.
  • At least one of the outflow cells 2b from which the fluid flows out has a reinforcing portion 6 formed in at least one corner 21a where the partition wall 1 intersects, and at least a part of the outflow cells 2b.
  • This cell is a reinforcing cell 22 in which the corner 21a is reinforced.
  • all of the outflow cells 2b may be the reinforcing cells 22, or some of the outflow cells 2b are the reinforcing cells 22.
  • the outflow cell 2b other than the reinforcement cell 22 may be a non-reinforcement cell in which the reinforcement part 6 is not formed similarly to the inflow cell 2a.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an embodiment of the plugged honeycomb structure of the present invention.
  • Fig. 2 is an enlarged schematic view showing an inflow side end face of an embodiment of the plugged honeycomb structure of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic view showing an enlarged flow-side end face of an embodiment of the plugged honeycomb structure of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view showing, in an enlarged manner, a cross section perpendicular to the cell extending direction of an embodiment of the plugged honeycomb structure of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a cross section parallel to the cell extending direction of an embodiment of the plugged honeycomb structure of the present invention.
  • the plugged honeycomb structure 100 of the present embodiment the volume of the inflow cell 2a in which the reinforcing portion 6 is not formed (that is, the non-reinforcing cell 23) and the area (filtering area) of the opening of the inflow cell 2a. It can be secured sufficiently. For this reason, the increase in the pressure loss of the plugged honeycomb structure can be satisfactorily suppressed.
  • the plugged honeycomb structure 100 is formed by forming the reinforcing portion 6 in the at least one corner portion 21a where the partition wall 1 intersects the outflow cell 2b which has less influence on the pressure loss than the inflow cell 2a. The durability of can be improved satisfactorily. Thereby, the plugged honeycomb structure 100 can be made excellent in mechanical strength.
  • the plugged honeycomb structure 100 of the present embodiment has the reinforcing portion 6 in the flow path (cell 2) as compared with the conventional honeycomb structure in which the reinforcing portion is formed in both the inflow cell and the outflow cell.
  • the occupied volume is less than half, the durability of the honeycomb structure can be improved at a ratio equal to or higher than the volume ratio of the reinforcing portion 6.
  • the plugged honeycomb structure 100 of the present embodiment has no deterioration in the accumulation capacity of ash (Ash), an increase in pressure loss after the ash (Ash) is deposited, and cleaning or exhaust gas of ash (Ash).
  • the strength of the honeycomb structure 4 can be improved without affecting the replacement interval of the purification filter (for example, DPF).
  • the “reinforcing portion” is a portion that is disposed at a corner where the partition walls forming the cells intersect and reinforces the strength (durability) of the partition walls, which are the substantial part of the honeycomb structure.
  • the “reinforcing part” is composed of a separate member (for example, a reinforcing member such as a recess or a beam) separately provided to reinforce the corner where the partition wall intersects. Also good.
  • the “reinforcing portion” is a corner where the partition intersects with another corner in advance (for example, a corner of a non-reinforcing cell or a corner where a reinforcing portion is not formed even if it is a reinforcing cell). May be differently formed portions such as an R shape and a C shape.
  • the reinforcing portion is made of another member separately provided to reinforce the corner portion, the reinforcing portion having an arbitrary shape is provided at a predetermined corner portion when the honeycomb structure is manufactured. Can do. For this reason, various variations of the reinforcing cells can be realized regardless of the shape of the die for forming the honeycomb structure.
  • a predetermined outflow cell more specifically, at the time of forming the honeycomb formed body
  • a reinforcing part can be formed in the reinforcing cell
  • the reinforcing part can be formed very simply.
  • the “reinforcing cell” is a cell in which at least one of the corners formed on the outer peripheral portion of the cell is reinforced by the “reinforcing portion”. That is, the “reinforcing cell” may include a reinforcing corner portion where the reinforcing portion is formed and a non-reinforcing angular portion where the reinforcing portion is not formed.
  • the “reinforcing cell” may be one in which reinforcing portions are formed at all corners of the reinforcing cell (that is, all corners are reinforcing corners).
  • a reinforced cell including a reinforced corner portion and a non-reinforced corner portion can suppress a decrease in the volume of the outflow cell, and can further suppress an increase in pressure loss.
  • the reinforcing cell in which all corners are reinforcing corners can improve the durability of the plugged honeycomb structure satisfactorily.
  • the reinforcing cell has a reinforcing corner portion and a non-reinforcing angular portion, the cell is formed in the radial direction from the center of gravity of the honeycomb structure (the center of gravity of the cross section perpendicular to the cell extending direction) toward the outer circumferential direction.
  • the “corner where the two sides constituting the corner are arranged across the imaginary line” is the reinforcing corner, and the other corners It is preferable that the portion (in other words, the corner where the two sides constituting the corner are arranged without straddling the imaginary line) be a non-reinforcing corner.
  • the shape of the honeycomb structure 4 is not particularly limited, but the cylindrical shape, the cylindrical shape of the end surface is elliptical, and the end surface is “square, rectangular, triangular, pentagonal, hexagonal” A polygonal prismatic shape such as an "octagon" is preferable.
  • the honeycomb structure 4 shown in FIGS. 1 to 5 shows an example of a cylindrical shape.
  • the honeycomb structure 4 shown in FIGS. 1 to 5 has the outer peripheral wall 3, the outer peripheral wall 3 may not be provided.
  • the outer peripheral wall 3 is preferably formed together with partition walls when the honeycomb formed body is extruded in the process of manufacturing the honeycomb structure.
  • the outer peripheral wall 3 may be formed by applying a ceramic material to the outer periphery of the honeycomb structure.
  • the honeycomb structure used in the plugged honeycomb structure of the present embodiment has, for example, a plurality of cells 2 serving as fluid flow paths extending from the inflow side end surface 11 to the outflow side end surface 12 as shown in FIG.
  • a plurality of honeycomb segments 8 each having a porous partition wall 1 to be formed and an outer peripheral wall 7 disposed so as to surround the partition wall 1 are provided, and the plurality of honeycomb segments 8 are adjacent to each other so that their side surfaces face each other. It may be a honeycomb structure 4a joined in a state of being arranged.
  • a plugged honeycomb structure 110 shown in FIG. 6 is disposed in an opening portion of a predetermined cell on the outflow side end surface 12 of each honeycomb segment 8 so that the inflow side end surface 11 is open and the outflow side end surface 12 is sealed.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically showing another embodiment of the plugged honeycomb structure of the present invention.
  • the plugged honeycomb structure 110 using the so-called segment structure honeycomb structure 4a as shown in FIG. 6 has a so-called monolithic honeycomb structure 4 as shown in FIGS.
  • the same effects as those of the plugged honeycomb structure 100 using can be obtained. That is, also in the plugged honeycomb structure 110 shown in FIG. 6, at least one of the outflow cells 2b is reinforced with at least one corner portion 21a where the partition walls 1 intersect to reinforce the outflow cells 2b. 6 and the inflow cell 2a is a non-reinforcing cell in which the reinforcing portion is not formed at all the corners 21 where the partition wall 1 intersects (see, for example, FIG. 4).
  • the same effects as those of the plugged honeycomb structure 100 shown in FIGS. 1 to 5 can be obtained.
  • the reinforcing cells may be formed in the outflow cells of at least one honeycomb segment 8, or the reinforcing cells may be formed in the outflow cells of all the honeycomb segments 8. May be. In FIG. 6, the example at the time of forming the reinforcement cell in the outflow cell of all the honeycomb segments 8 is shown.
  • the reinforcing portion of the plugged honeycomb structure 110 shown in FIG. 6 it is preferable to use the one configured similarly to the reinforcing portion 6 of the plugged honeycomb structure 100 shown in FIGS. it can.
  • the inflow cells 2a are non-reinforcing cells 23 .
  • the inflow cell 2a at least one corner at which the partition wall 1 in a cross section perpendicular to the extending direction of the cell 2 intersects.
  • a reinforcing portion for reinforcing the inflow cell 2a is formed in the portion 21, and the number of reinforced corners of the inflow cell 2a is smaller than the number of reinforced corners of the outflow cell 2b. It can also be configured. Even in this case, almost all of the inflow cells 2a can achieve the same effects as the case of the non-reinforced cells 23.
  • the “inflow cell” is a cell in which an outflow side plugging portion is disposed at the opening of the cell on the outflow side end face. A fluid such as exhaust gas flows from the opening on the inflow side end face of the inflow cell.
  • an “outflow cell” is a cell in which an inflow side plugging portion is disposed at an opening of a cell on an inflow side end face. A fluid such as exhaust gas cannot directly flow into the outflow cell.
  • the fluid that has flowed into the inflow cell flows into the outflow cell through the partition wall, and flows out from the opening on the outflow side end face of the outflow cell. Is done. When the fluid moves from the inflow cell to the outflow cell, the particulate matter in the fluid is collected by the porous partition wall.
  • the arrangement of the inflow cell and the outflow cell in other words, the arrangement of the outflow side plugged portion and the inflow side plugged portion is not particularly limited.
  • inflow cells and outflow cells may be alternately arranged with a partition wall therebetween.
  • a part of the inflow cell or a part of the outflow cell may be arranged so as to gather at one place on the end face of the honeycomb structure.
  • it is preferable that the inflow cells, the outflow cells, and the partition walls are alternately arranged.
  • the shape of the cell is not particularly limited.
  • the cell shape is preferably a polygonal shape such as a triangle, a quadrangle, a hexagon, or an octagon.
  • the shape of the said cell is a shape of the state from which the reinforcement part was removed about the cell in which the reinforcement part was formed.
  • the inflow cell has an opening shape in a cross section perpendicular to the cell extending direction (hereinafter, simply referred to as “inflow cell opening shape”) and outflow. It is more preferable that the opening shape of the cell in which the reinforcing portion in the cross section perpendicular to the cell extending direction is removed (hereinafter, simply referred to as “opening shape of the outflow cell”) is the same shape.
  • a part of the partition wall (particularly, the corner) is formed thicker than the other part. Can be regarded as a portion where the reinforcing portion is formed.
  • the thickness of the partition wall is preferably 127 to 508 ⁇ m, more preferably 152 to 483 ⁇ m, and particularly preferably 152 to 445 ⁇ m. If it is thinner than 127 ⁇ m, the strength of the plugged honeycomb structure may be lowered. If it is thicker than 508 ⁇ m, the initial pressure loss of the plugged honeycomb structure may increase.
  • the porosity of the partition walls is preferably 25 to 75%, more preferably 30 to 65%, and particularly preferably 35 to 65%.
  • the porosity is a value measured by a mercury porosimeter.
  • the average pore diameter of the partition walls is preferably 6 to 35 ⁇ m, more preferably 7 to 30 ⁇ m, and particularly preferably 7 to 25 ⁇ m.
  • the average pore diameter is a value measured with a mercury porosimeter.
  • the cell density of the honeycomb structure is not particularly limited, but is preferably 15 to 80 cells / cm 2 , and more preferably 15 to 62 cells / cm 2 . When the cell density is less than 15 cells / cm 2 , the strength of the plugged honeycomb structure may be lowered. When the cell density is greater than 80 cells / cm 2 , the cell cross-sectional area (area of the cross section perpendicular to the cell extending direction) is reduced, and the pressure loss is increased.
  • ceramic is preferable, and cordierite, silicon carbide, silicon-silicon carbide based composite material, mullite, alumina, aluminum titanate, silicon nitride, and silicon carbide-cordierite because of excellent strength and heat resistance. More preferred is at least one selected from the group consisting of system composite materials. Among these, cordierite is particularly preferable.
  • the parallel lines AB and CD are drawn along the partition wall 1 where the reinforcing portion 6 is not formed, and the average distance is defined as “the average thickness T of the partition wall 1”.
  • the intersections of the parallel lines AB and CD are E, F, G, and H, respectively.
  • a length obtained by measuring the distance between the two cells so as to pass through a close intersection (intersection F) is defined as “intersection distance L of the partition wall intersection”.
  • a value obtained by dividing the value of “intersection distance L of the partition wall intersection” measured by the above method by the value of “average thickness T of partition wall 1” is the above “ratio value (L / T)”.
  • both the reinforcing cell 22 having the reinforcing portion 6x to be measured and the other cells arranged at the intersection of the partition wall 1 are both reinforcing cells 22.
  • the other cells arranged across the intersection of the partition walls 1 are the non-reinforcing cells 23, or even if they are the reinforcing cells 22, they do not have the reinforcing parts at the corners of the partition walls. In some cases. Even in such a case, the “ratio value (L / T)” can be obtained by the method described above.
  • the value (L / T) of the “intersection distance L of the partition wall intersection portion” with respect to the “average thickness T of the partition wall 1” (L / T) is less than 1.5, the effect of improving the durability by the reinforcing portion is sufficiently obtained. There may not be.
  • the value (L / T) of the ratio of “intersection distance L of the partition wall intersection” to “average thickness T of partition wall 1” exceeds 9.3, the opening area of reinforcing cell 22 decreases too much, Pressure loss may increase excessively. Moreover, even if it exceeds 9.3, durability will not be improved further and the rate of increase in pressure loss may increase.
  • the ratio value (L / T) is more preferably 1.5 to 8, and particularly preferably 1.5 to 7.
  • the non-reinforcing cells in the honeycomb structure of the present embodiment are those in which no reinforcing portions are formed at the corners where the partition walls intersect.
  • a very slight thick part is formed at the corner where the reinforcing part should not be formed. May occur. Therefore, in the honeycomb structure of the present embodiment, when the value of the ratio (L / T) is measured, when the value is less than 1.5, the corner portion where the reinforcing portion is not formed and To do. Note that, for example, in a cell having a square shape of the opening portion, when the reinforcing portion is not formed at the corner portion and an unintended thick portion is not formed, the value of the ratio (L / T) is 1.41.
  • each reinforcement part is formed in the whole region from the inflow side end surface to the outflow side end surface of the reinforcement cell.
  • the reinforcing portion described so far may be formed in at least one of the outflow cells and further formed in at least one corner of the one outflow cell.
  • the ratio of the total occupied area (total area) of the reinforcing portion to the opening area (total area) is preferably 0.1 to 22%, more preferably 0.1 to 15%, and more preferably 0.1 to 11% Is particularly preferred.
  • the “total opening area of the outflow cell” means the sum of the opening areas of all outflow cells regardless of the reinforced cell and the non-reinforced cell, and the “total occupied area of the reinforcing portion” It means the sum of the occupied areas of all the reinforcing portions formed in the plugged honeycomb structure of the embodiment.
  • a kneaded material for producing a honeycomb structure is prepared, and this kneaded material is formed to produce a honeycomb formed body (forming step).
  • a reinforced honeycomb is formed by forming a reinforcing portion in at least a part of cells that become outflow cells or at least a part of cells that become outflow cells and inflow cells in the obtained plugged honeycomb structure. It is preferable to form a molded body.
  • the honeycomb formed body after forming a honeycomb formed body without forming reinforcing portions in the cells, the honeycomb formed body, the honeycomb dried body obtained by drying the honeycomb formed body, or the honeycomb structure obtained by firing the honeycomb dried body
  • a reinforcement part can also be formed in any of these. A specific method will be described in more detail in each step described later.
  • the honeycomb formed body it is preferable to determine the inflow side end surface and the outflow side end surface when used as the plugged honeycomb structure. That is, the plugged honeycomb structure of the present embodiment has different cell shapes (that is, presence or absence of reinforcing portions) between the inflow side end surface and the outflow side end surface (in other words, between the inflow cell and the outflow cell). Therefore, it is preferable to determine the directionality of the columnar honeycomb formed body in advance.
  • the obtained honeycomb formed body (or the dried honeycomb body after drying as necessary) is fired to prepare a honeycomb structure (honeycomb structure manufacturing step). If the reinforcing part is not formed at the time of molding, the reinforcing part is provided on at least a part of the cells serving as the outflow cells or the cells serving as the outflow cells and the inflow cells either before or after firing. Form.
  • the ceramic raw material contained in the ceramic forming raw material is preferably one containing at least one selected from the group consisting of cordierite forming raw material, cordierite, mullite, alumina, titania, silicon carbide, and aluminum titanate, More preferably, it is at least one selected from the group consisting of cordierite forming raw material, cordierite, mullite, alumina, titania, silicon carbide, and aluminum titanate, cordierite forming raw material, cordierite, mullite, alumina, Particularly preferred is one selected from the group consisting of titania, silicon carbide, and aluminum titanate.
  • the ceramic forming raw material is preferably prepared by mixing the ceramic raw material with a dispersion medium, an organic binder, an inorganic binder, a pore former, a surfactant, and the like.
  • the composition ratio of each raw material is not particularly limited, and is preferably a composition ratio in accordance with the structure and material of the honeycomb structure to be manufactured.
  • a method of forming a honeycomb formed body by extrusion molding using a die having a desired cell shape, partition wall thickness, and cell density can be cited as a suitable example.
  • a cemented carbide which does not easily wear is preferable.
  • a reinforced honeycomb is formed by forming a reinforcing portion in at least a part of cells that become outflow cells or at least a part of cells that become outflow cells and inflow cells in the obtained plugged honeycomb structure.
  • the shape of the slit of the die for forming the honeycomb structure is selected from a cell having the above-mentioned reinforcing portion (reinforcing cell) and a cell having no reinforcing portion (non-reinforcing cell). It is preferable to use a base configured so that it can be formed automatically.
  • such a die has two surfaces, and honeycomb-shaped slits are formed in a lattice shape on one surface, and communicated with the slits on the other surface to introduce a forming raw material.
  • a base made of a base body having holes formed therein can be mentioned.
  • the die has an intersection where an outflow cell from which fluid flows out is formed in the obtained honeycomb structure, or an intersection point where the outflow cell is formed and an inflow cell into which the fluid flows. It is preferable that the vertex of at least one of the corners at the intersection is a curve or a chamfered surface.
  • the shape of the honeycomb formed body is not particularly limited, and is a cylindrical shape (columnar shape), a cross section orthogonal to the central axis is an elliptical shape, a race track shape, a triangular shape such as a triangular shape, a rectangular shape, a pentagonal shape, a hexagonal shape or an octagonal shape. Examples include a shape (columnar shape).
  • the shape of the honeycomb molded body is a triangle, a quadrangle, a pentagon, a hexagonal cross section perpendicular to the central axis,
  • a polygonal cylindrical shape (columnar shape) such as an octagon is preferable.
  • honeycomb structure manufacturing process Next, it is preferable to fire the obtained honeycomb formed body to obtain a honeycomb structure.
  • the honeycomb formed body may be fired after disposing the plugging portions on the honeycomb formed body.
  • the honeycomb formed body before firing (main firing) the honeycomb formed body, it is preferable to calcine the honeycomb formed body. Calcination is performed for degreasing. There is no restriction
  • the combustion temperature of the organic binder is about 100 to 300 ° C.
  • the combustion temperature of the pore former is about 200 to 800 ° C. Therefore, the conditions for calcination are about 200 to 1000 ° C. in an oxidizing atmosphere, 3 to It is preferable to heat for about 100 hours.
  • the concave or beam-shaped reinforcing material is applied to the corner of the outflow cell or the corner of the outflow cell and the inflow cell before and after firing. It is preferable to form the reinforcing portion by coating.
  • the reinforcing portion can be formed by using an injection method in which the same slurry reinforcing material is injected from the end face on the outflow side of the plugged honeycomb structure.
  • the particle diameter of the reinforcing material component is preferably adjusted to be larger than the average pore diameter of the partition walls of the honeycomb structure.
  • the thermal expansion coefficient of the reinforcing material it is preferable to adjust the thermal expansion coefficient of the reinforcing material to be equal to the thermal expansion coefficient of the plugged honeycomb structure.
  • the method of filling the plugging material on the other end portion (for example, the outflow side end face) side of the honeycomb structure is also the above-described method of filling the plugging material on one end side of the honeycomb structure. It is preferable to use the same method. Moreover, the plugging material may be simultaneously filled in both end portions of the honeycomb structure.
  • a reinforcing portion for reinforcing the inflow cell is formed, and the number of reinforced corners of the inflow cell is reinforced for the outflow cell. If less plugged honeycomb structure than the number of parts and possible manufacturing method, it may be manufactured plugged honeycomb structure by a method other than the above-described manufacturing method.
  • Example 1 As a ceramic raw material, a cordierite forming raw material (alumina, talc, kaolin) was used. The mass ratio of alumina, talc, and kaolin was the mass ratio at which cordierite was obtained after firing.
  • a ceramic raw material was obtained by mixing a ceramic raw material with a binder (methylcellulose) and water. The obtained ceramic forming raw material was kneaded using a kneader to obtain clay.
  • reinforcing portions were formed at corners where partition walls in the outflow cell intersect at the time of forming.
  • the cells (outflow cells) in which the reinforcing portions are formed and the cells (inflow cells) in which the reinforcing portions are not formed are alternately arranged with a partition wall therebetween.
  • the outflow cell in which the reinforcing part is formed is arranged with respect to the “average thickness T of the partition wall excluding the reinforcing part”, with “the surface of the reinforcing part of the outflow cell being separated from the intersection of the partition wall forming the outflow cell.
  • the value of the ratio of the “intersection distance L of the partition wall intersections to the surface of other cells” (hereinafter referred to as “intersection ratio (L / T) of outflow cells”) was 2.0.
  • the inflow cell in which the reinforcing part is not formed is arranged with respect to the “average thickness T of the partition wall excluding the reinforcing part”, with “the surface of the inflow cell being separated from the intersection of the partition wall forming the inflow cell.
  • the value of the ratio of the “intersection distance L of the partition wall intersection to the surface of another cell” (hereinafter, referred to as “intersection ratio (L / T) of the inflow cell)” was 1.4.
  • the intersection ratio (L / T) was measured according to the measurement method described above with reference to FIG.
  • a mask was applied to a part of the plurality of cell openings on the end surfaces (inflow side and outflow side end surfaces) of the honeycomb formed body.
  • cells with masks and cells without masks were alternately arranged.
  • the edge part by the side which gave the mask was immersed in the plugging slurry containing a cordierite-forming raw material, and the opening part of the cell which has not been masked was filled with the plugging slurry.
  • a plugged honeycomb formed body in which plugging portions were arranged in the opening portion of the outflow cell on the inflow side end surface and the opening portion of the inflow cell on the outflow side end surface was obtained.
  • the plugged honeycomb formed body was degreased by heating at 450 ° C. for 5 hours, and further fired by heating at 1425 ° C. for 7 hours to obtain a plugged honeycomb structure.
  • a combustion gas at 680 ° C. is flowed in, and the time for the DPF outflow side end to reach 650 ° C. is measured.
  • a ceramic non-thermally expandable mat is wound around the outer periphery of the obtained plugged honeycomb structure as a holding material, and is pushed into a canning body made of stainless steel (SUS409) to obtain a canning structure. Let it be the body.
  • a K-type sheath thermocouple is installed at the outflow side end of the canning structure.
  • the combustion gas of 680 ° C is introduced by the combustion of diesel fuel (light oil), the temperature of the thermocouple installed in advance is monitored, and the time it takes to reach 650 ° C (650 ° C arrival time (seconds)) is measured. To do.
  • Examples 2 to 7, 9 to 13, Comparative Examples 1 to 3 The partition wall thickness of the honeycomb structure, the cell pitch, and the cells forming the reinforcing part (with or without the reinforcing part) were changed as shown in Table 1, and the intersection ratio (L / T) of the inflow cells and the intersection of the outflow cells
  • Example 13 shows the example in which the reinforcement part was formed in a part of outflow cell and inflow cell.
  • the obtained plugged honeycomb structure was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
  • SML surface mass limit
  • Honeycomb segments were produced using silicon carbide (SiC) as a ceramic raw material, and 16 honeycomb segments were joined to produce a honeycomb structure having a segment structure.
  • SiC powder and metal Si powder are mixed at a mass ratio of 80:20, and this is mixed with methylcellulose and hydroxypropoxymethylcellulose as binders, starch and water-absorbing resin, surfactant and water as pore formers.
  • a ceramic forming raw material was obtained.
  • the obtained ceramic forming raw material was kneaded using a kneader to obtain clay.
  • the obtained clay was formed using a vacuum extrusion molding machine to obtain a honeycomb formed body.
  • the obtained honeycomb molded body was a segment structure honeycomb structure having a partition wall thickness of 305 ⁇ m, a cell density of 46.5 cells / cm 2 , and a cell pitch of 1.47 mm.
  • the overall shape of the honeycomb formed body was a square having a cross section of 36 mm on a side perpendicular to the cell extending direction, and the length in the cell extending direction was 152.4 mm.
  • reinforcing portions were formed at corners where partition walls in the outflow cell intersect at the time of forming.
  • the cells (outflow cells) in which the reinforcing portions are formed and the cells (inflow cells) in which the reinforcing portions are not formed are alternately arranged with a partition wall therebetween.
  • the outflow cell in which the reinforcing part is formed is arranged with respect to the “average thickness T of the partition wall excluding the reinforcing part”, with “the surface of the reinforcing part of the outflow cell being separated from the intersection of the partition wall forming the outflow cell.
  • the value of the ratio of the “intersection distance L of the partition wall intersections to the surface of other cells” (hereinafter referred to as “intersection ratio (L / T) of outflow cells”) was 2.0.
  • the inflow cell in which the reinforcing part is not formed is arranged with respect to the “average thickness T of the partition wall excluding the reinforcing part”, with “the surface of the inflow cell being separated from the intersection of the partition wall forming the inflow cell.
  • the value of the ratio of the “intersection distance L of the partition wall intersection to the surface of another cell” (hereinafter, referred to as “intersection ratio (L / T) of the inflow cell)” was 1.4.
  • honeycomb segment plugged honeycomb fired body
  • the 16 plugged honeycomb fired bodies were joined with a joining material in a state where the fired bodies were arranged adjacent to each other so that the side surfaces face each other to form a joined body.
  • each plugged honeycomb fired body was joined so that the inflow side end surface and the inflow side end surface were aligned in one direction.
  • a bonding material for forming a bonded body a mixture of SiC particles and colloidal silica was used.
  • the obtained joined body was ground so that the outer shape became cylindrical.
  • an outer periphery coating material was applied to the outermost periphery of the ground bonded body, and dried and cured at 700 ° C. for 2 hours to obtain a plugged honeycomb structure.
  • the outer periphery coating slurry was the same as the bonding material.
  • the diameter of the bottom surface of the obtained honeycomb structure was 143.8 mm, and the length in the cell extending direction was 152.4 mm.
  • the plugged honeycomb structure having the segment structure of Example 8 is indicated as “segment” in the column “structure of honeycomb structure” in Table 1.
  • the obtained plugged honeycomb structure was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
  • the plugged honeycomb structures of Examples 1 to 13 had a small maximum principal stress and excellent durability. Moreover, when compared with Comparative Example 3 in which reinforcing portions are formed in both the inflow cell and the outflow cell, the durability is somewhat inferior, but in Example 1 having the same cell pitch, the pressure loss is greatly reduced. ing.
  • the plugged honeycomb structure of Example 1 has improved durability to the extent that there is no problem in actual use, and it can be said that the effect of suppressing increase in pressure loss is more remarkable.
  • intersection ratio (L / T) of the outflow cells is in the range of 1.5 to 9.3 (for example, the intersection ratio (L / T) of the outflow cells of Example 10 is 9.3)
  • the durability is improved. It is excellent in balance between the effect of improving the property and suppressing the increase in pressure loss.
  • the above range was exceeded, it was confirmed that the effect of suppressing the increase in pressure loss slightly decreased.
  • the intersection point ratio (L / T) of the outflow cells is 9.3 or less, the effect of improving the durability can be sufficiently obtained, and the increase in pressure loss can be suppressed well.
  • the plugged honeycomb structure having a segment structure also has the same effect as the plugged honeycomb structure having a monolithic structure (monolith).

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Abstract

 圧力損失の増加を抑制することができるとともに、その耐久性を良好に向上させることが可能な目封止ハニカム構造体を提供する。流入側端面から流出側端面12まで延びる流入セル2a及び流出セル2bを区画形成する多孔質の隔壁1を有するハニカム構造体4と、流出側目封止部5bと、流入側目封止部と、を備え、少なくとも一の流出セル2bは、セル2の延びる方向に垂直な断面における隔壁1が交差する少なくとも一の角部21aに、流出セル2bを補強する補強部6が形成された補強セル22であり、且つ、流入セル2aは、セル2の延びる方向に垂直な断面における隔壁1が交差する全ての角部21に、補強部6が形成されていない非補強セル23である目封止ハニカム構造体100。

Description

目封止ハニカム構造体
 本発明は、目封止ハニカム構造体に関する。更に詳しくは、圧力損失の増加を抑制することができるとともに、その耐久性を良好に向上させることが可能な目封止ハニカム構造体に関する。
 ディーゼルエンジン等の内燃機関や各種の燃焼装置等から排出されるガスには、煤(soot)を主体とする粒子状物質(パティキュレートマター(PM))が、多量に含まれている。このPM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、排出ガスの排気系には、PM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(DPF)が搭載されている。
 このようなDPFとしては、例えば、流体(排ガス、浄化ガス)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するハニカム構造体が用いられている。このようにハニカム構造体は、流体(浄化ガス)の流出側の端面における所定のセル(流入セル)の開口部と、流体(排ガス)の流入側端面における残余のセル(流出セル)の開口部とに、セルの開口部を封止するための目封止部が配設され、目封止ハニカム構造体(ハニカムフィルタ)として利用される。
 上記目封止ハニカム構造体では、流入セルから排ガスを流入させると、排ガスが隔壁を通過する際に排ガス中のパティキュレートが隔壁に捕集され、パティキュレートが除去された浄化ガスが流出セルから流出する。
 従来、ハニカム構造体の隔壁の交差点に生じる過大な熱衝撃や機械的衝撃による破損を防止するために、少なくとも一部の流路(セル)の軸方向に直交する断面形状が、一方の対向する隅角部に略円弧状のR部を有するセラミックハニカム構造体が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、多孔質の隔壁により区画形成されたセルの角部に隅肉を形成し、セルの補強を行ったハニカム構造体も提案されている(例えば、特許文献2参照)。このようなハニカム構造体によれば、隔壁の交差部分の厚さが厚くなり、機械的強度(即ち、耐久性)を向上させることができる。
特開2003-269131号公報 特表2009-532197号公報
 しかしながら、上記特許文献1に記載されたハニカム構造体は、全てのセルの角部に円弧状のR部を形成するため、流体が通過する流路の容積が著しく減少してしまう。この結果、排ガスに含まれる灰(Ash)の堆積の観点から、目封止ハニカム構造体の耐久性が低下してしまうこととなる。
 また、特許文献1及び2に記載されたハニカム構造体においては、流体が流入する流入セルにも補強が行われるため、流路の容積(特に、流体が流入する側の容積)が減少する。このため、フィルタとして実質的に機能する濾過面の面積が減少し、目封止ハニカム構造体の圧力損失が増大してしまう。
 更に、補強部を形成することにより、目封止ハニカム構造体の質量も当然増加するため、過剰に補強部を形成することは、目封止ハニカム構造体の性能面において不利益を生じることがある。例えば、目封止ハニカム構造体の質量が増加すれば、排気ガス等の浄化に必要な温度に達するまでの時間が増大し、排気ガスの浄化性能を損なうこととなる。また、上記浄化性能を維持するために、排気ガスの温度を上昇させることも考えられるが、このような場合には、自動車等の内燃機関の燃料消費量(燃費)が悪化してしまう。
 即ち、従来のハニカム構造体においては、単にハニカム構造体の強度を向上させることを目的として、上述したような補強部を形成することは行われていたが、補強部を形成して耐久性を向上させることにより、圧力損失や浄化性能等のフィルタとしての他の特性が犠牲となっていた。特に、ハニカム構造体の強度の向上と、圧力損失の増加抑制とは、従来、二律背反の関係にあるとされ、両者を同時に解決することは極めて困難であるとされていた。
 本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、流体が流入するセル(流入セル)の容積を十分に確保することにより、圧力損失の増加を抑制することができるとともに、その耐久性を良好に向上させることが可能な目封止ハニカム構造体を提供する。
 本発明によれば、以下に示す、目封止ハニカム構造体が提供される。
[1] 流入側端面から流出側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多孔質の隔壁を有するハニカム構造体と、前記流出側端面における所定のセルの開口部に配設されて、前記流入側端面が開口し且つ前記流出側端面が封止された流入セルを形成する流出側目封止部と、前記流入側端面における残余のセルの開口部に配設されて、前記流出側端面が開口し且つ前記流入側端面が封止された流出セルを形成する流入側目封止部と、を備え、前記流出セルのうちの少なくとも一のセルは、前記セルの延びる方向に垂直な断面における前記隔壁が交差する少なくとも一の角部に、前記流出セルを補強する補強部が形成された補強セルであり、且つ、前記流入セルは、前記セルの延びる方向に垂直な断面における前記隔壁が交差する少なくとも一の角部に、前記流入セルを補強する補強部が形成され、且つ、前記流入セルの補強された角部の数が、前記流出セルの補強された角部の数より少ない目封止ハニカム構造体。
[2] 流入側端面から流出側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多孔質の隔壁を有するハニカム構造体と、前記流出側端面における所定のセルの開口部に配設されて、前記流入側端面が開口し且つ前記流出側端面が封止された流入セルを形成する流出側目封止部と、前記流入側端面における残余のセルの開口部に配設されて、前記流出側端面が開口し且つ前記流入側端面が封止された流出セルを形成する流入側目封止部と、を備え、前記流出セルのうちの少なくとも一のセルは、前記セルの延びる方向に垂直な断面における前記隔壁が交差する少なくとも一の角部に、前記流出セルを補強する補強部が形成された補強セルであり、且つ、前記流入セルは、前記セルの延びる方向に垂直な断面における前記隔壁が交差する全ての角部に、前記補強部が形成されていない非補強セルである目封止ハニカム構造体。
[3] 前記補強セルは、前記補強部が形成された補強角部と、前記補強部が形成されていない非補強角度部とを含むものである前記[1]又は[2]に記載の目封止ハニカム構造体。
[4] 前記補強セルは、前記補強セルにおける全ての角部に前記補強部が形成されたものである前記[1]又は[2]に記載の目封止ハニカム構造体。
[5] 前記流入セルと前記流出セルとが、前記隔壁を隔てて交互に配置されている前記[1]~[4]のいずれかに記載の目封止ハニカム構造体。
[6] 前記流入セルの前記セルの延びる方向に垂直な断面における開口形状と、前記流出セルの前記セルの延びる方向に垂直な断面における前記補強部が除かれた開口形状とが、同一形状である前記[1]~[5]のいずれかに記載の目封止ハニカム構造体。
[7] 前記補強部を除く前記隔壁の平均厚さに対する、前記補強セルの前記補強部の表面から、前記補強セルを区画形成する前記隔壁の交差点を隔てて配置された他のセルの表面までの隔壁交差部分の交差距離の比の値が、1.5~9.3である前記[1]~[6]のいずれかに記載の目封止ハニカム構造体。
[8] 各前記補強部は、前記セルの延びる方向に垂直な断面における前記補強部が除かれた開口部分の面積の0.05~20%に相当する範囲を占める大きさのものである前記[1]~[7]のいずれかに記載の目封止ハニカム構造体。
 本発明の目封止ハニカム構造体は、「流出側端面が開口し且つ流入側端面が封止された流出セル」のうちの少なくとも一のセルが、セルの延びる方向に垂直な断面における隔壁が交差する少なくとも一の角部に、流出セルを補強する補強部が形成された補強セルであり、且つ、「流入側端面が開口し且つ流出側端面が封止された流入セル」が、セルの延びる方向に垂直な断面における隔壁が交差する少なくとも一の角部に、流入セルを補強する補強部が形成され、且つ、流入セルの補強された角部の数が、流出セルの補強された角部の数より少ないか、あるいは、セルの延びる方向に垂直な断面における隔壁が交差する全ての角部に、上記補強部が形成されていない非補強セルである。このため、補強部が形成されていない流入セル(即ち、非補強セル)の容積、及びこの流入セルの開口部の面積を十分に確保することができ、圧力損失の増加を抑制することができる。一方、圧力損失に対する影響が、上記流入セルに比して少ない流出セルには、隔壁が交差する少なくとも一の角部に補強部を形成することで、目封止ハニカム構造体の耐久性を良好に向上させることができる。これにより、目封止ハニカム構造体を機械的強度に優れたものとすることができる。
 特に、本発明の目封止ハニカム構造体は、流入セルと流出セルとの両方に補強部を形成した従来のハニカム構造体に比して、補強部が流路に占める容積が少なくなるが、ハニカム構造体の耐久性は、上記補強部の容積比率以上の割合で向上させることができる。また、目封止ハニカム構造体に生じる熱応力が最大となる流出セルの補強部を流入セルの補強部より多く形成するか、または流出セルのみを補強することで、目封止ハニカム構造体の質量の過剰な増加を抑制することができる。このため、目封止ハニカム構造体を内燃機関の排ガス流路に設置して用いた場合に、目封止ハニカム構造体が加熱され易く、排気ガスに対する浄化性能の劣化を良好に抑制することができる。なお、排気ガスの温度によって目封止ハニカム構造体の温度を調整する場合であっても、目封止ハニカム構造体が加熱され易いため、自動車等の内燃機関の燃費の悪化を抑制することができる。このように、本発明の目封止ハニカム構造体によれば、従来、二律背反の関係にあるとされた、ハニカム構造体の耐久性向上と、圧力損失の増加抑制とを両立させることができる。更に、浄化性能の劣化や内燃機関の燃費の悪化も抑制することができる。また、本発明の目封止ハニカム構造体は、灰(Ash)の堆積容量の悪化が一切なく、灰(Ash)が堆積した後の圧力損失上昇、及び灰(Ash)の洗浄や排ガス浄化フィルタ(例えば、DPF)の取替え間隔に対して影響を与えずに、ハニカム構造体の強度を向上することができる。
本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。 本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態の、流入側端面を拡大して示す模式図である。 本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態の、流出側端面を拡大して示す模式図である。 本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態の、セルの延びる方向に垂直な断面を拡大して示す模式図である。 本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態の、セルの延びる方向に平行な断面を示す模式図である。 本発明の目封止ハニカム構造体の他の実施形態を模式的に示す斜視図である。 本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態の、セルの延びる方向に垂直な断面を拡大して示す模式図である。 本発明の目封止ハニカム構造体の更に他の実施形態の、流出側端面を示す模式図である。
 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明するが、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)目封止ハニカム構造体:
 図1~図5に示すように、本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態(目封止ハニカム構造体100)は、「流入側端面11から流出側端面12まで延びる流体の流路となる複数のセル2を区画形成する多孔質の隔壁1を有するハニカム構造体4」と、「流出側端面12における所定のセルの開口部に配設されて、流入側端面11が開口し且つ流出側端面12が封止された流入セル2aを形成する流出側目封止部5b」と、「流入側端面11における残余のセルの開口部に配設されて、流出側端面12が開口し且つ流入側端面11が封止された流出セル2bを形成する流入側目封止部5a」と、を備えた目封止ハニカム構造体100である。
 流出セル2bのうちの少なくとも一のセルは、セル2の延びる方向に垂直な断面における隔壁1が交差する少なくとも一の角部21aに、流出セル2bを補強する補強部6が形成された補強セル22である。また、流入セル2aは、セル2の延びる方向に垂直な断面における隔壁1が交差する全ての角部21に、上記補強部6が形成されていない非補強セル23である。
 即ち、本実施形態の目封止ハニカム構造体100は、流体が流入する流入セル2aには、上記補強部6が形成されておらず、例えば、比較的に均一な隔壁厚さの隔壁1によって、セルが区画形成されている。目封止ハニカム構造体100に形成される流入セル2aの全てが、このような非補強セル23である。
 一方、流体が流出する流出セル2bのうちの少なくとも一のセルには、隔壁1が交差する少なくとも一の角部21aに、補強部6が形成されており、流出セル2bのうちの少なくとも一部のセルが、角部21aが補強された補強セル22となっている。なお、本実施形態の目封止ハニカム構造体においては、流出セル2bの全てが、上記補強セル22であってもよいし、流出セル2bのうちの一部のセルが上記補強セル22であり、且つ、補強セル22以外の流出セル2bが、流入セル2aと同様に補強部6が形成されていない非補強セルであってもよい。
 ここで、図1は、本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。図2は、本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態の、流入側端面を拡大して示す模式図である。図3は、本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態の、流出側端面を拡大して示す模式図である。図4は、本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態の、セルの延びる方向に垂直な断面を拡大して示す模式図である。図5は、本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態の、セルの延びる方向に平行な断面を示す模式図である。
 本実施形態の目封止ハニカム構造体100は、補強部6が形成されていない流入セル2a(即ち、非補強セル23)の容積、及びこの流入セル2aの開口部の面積(濾過面積)を十分に確保することができる。このため、目封止ハニカム構造体の圧力損失の増加を良好に抑制することができる。一方、圧力損失に対する影響が、流入セル2aに比して少ない流出セル2bには、隔壁1が交差する少なくとも一の角部21aに補強部6を形成することで、目封止ハニカム構造体100の耐久性を良好に向上させることができる。これにより、目封止ハニカム構造体100を機械的強度に優れたものとすることができる。
 特に、本実施形態の目封止ハニカム構造体100は、流入セルと流出セルとの両方に補強部を形成した従来のハニカム構造体に比して、補強部6が流路(セル2)に占める容積が半分以下であるが、ハニカム構造体の耐久性は、上記補強部6の容積比率以上の割合で向上させることができる。
 また、目封止ハニカム構造体100に生じる熱応力が最大となる流出セル2bのみを補強することで、目封止ハニカム構造体100の質量の過剰な増加を抑制することができる。このため、目封止ハニカム構造体100を内燃機関の排ガス流路に設置して用いた場合に、目封止ハニカム構造体100が加熱され易くなり、排気ガスに対する浄化性能の劣化を良好に抑制することができる。なお、排気ガスの温度によって目封止ハニカム構造体100の温度を調整する場合であっても、目封止ハニカム構造体100が加熱され易いため、自動車等の内燃機関の燃費の悪化を抑制することができる。また、本実施形態の目封止ハニカム構造体100は、灰(Ash)の堆積容量の悪化が一切なく、灰(Ash)が堆積した後の圧力損失上昇、及び灰(Ash)の洗浄や排ガス浄化フィルタ(例えば、DPF)の取替え間隔に対して影響を与えずに、ハニカム構造体4の強度を向上することができる。
 「補強部」とは、セルを区画形成する隔壁が交差する角部に配置され、ハニカム構造体の実体部分である隔壁の強度(耐久性)を補強する部位のことをいう。例えば、「補強部」は、隔壁が交差する角部に対して、当該角部を補強するために別途配設された別部材(例えば、凹部や梁等の補強部材)からなるものであってもよい。また、「補強部」は、隔壁が交差する角部が、予め、他の角部(例えば、非補強セルの角部や、補強セルであっても補強部が形成されていない角部)とは異なるように、R形状やC形状等の肉厚に形成された部位であってもよい。
 補強部が、角部を補強するために別途配設された別部材からなるものの場合には、ハニカム構造体の作製時において、任意の形状の補強部を、所定の角部に配設することができる。このため、ハニカム構造体成形用の口金の形状によらず、多彩な補強セルのバリエーションを実現することができる。一方、補強部が、角部が肉厚に形成された部位からなるものの場合には、ハニカム構造体の製造時(より具体的には、ハニカム成形体の成形時)において、所定の流出セル(補強セル)に補強部を形成することができ、補強部の形成を極めて簡便に行うことができる。
 「補強セル」は、セルの外周部分に形成される角部のうちの少なくとも一の角部が、上記「補強部」によって補強されたセルである。即ち、「補強セル」は、補強部が形成された補強角部と、補強部が形成されていない非補強角度部とを含むものであってもよい。また、「補強セル」は、補強セルにおける全ての角部に補強部が形成されたもの(即ち、全ての角部が補強角部であるもの)であってもよい。
 例えば、補強角部と非補強角度部とを含む補強セルは、流出セルの容積の減少を抑制することができ、圧力損失の上昇を更に抑制することができる。一方、全ての角部が補強角部である補強セルは、目封止ハニカム構造体の耐久性を良好に向上させることができる。例えば、補強セルが補強角部と非補強角度部とを有するものである場合には、ハニカム構造体の重心(セルの延びる方向に垂直な断面の重心)から外周方向へ向かう径方向に、セルの角部の頂点を通過する仮想線を引いた際に、「当該角部を構成する二つの辺が、上記仮想線を挟んで配置される角部」を補強角部とし、それ以外の角部(換言すれば、角部を構成する二つの辺が、上記仮想線の跨ぐことなく配置される角部)を非補強角部とすることが好ましい。
 本実施形態の目封止ハニカム構造体100において、ハニカム構造体4の形状は、特に限定されないが、円筒形状、端面が楕円形の筒形状、端面が「正方形、長方形、三角形、五角形、六角形、八角形等」の多角形の角柱状等が好ましい。図1~図5に示すハニカム構造体4は、円筒形状の場合の例を示している。また、図1~図5に示すハニカム構造体4は、外周壁3を有しているが、外周壁3を有さなくてもよい。外周壁3は、ハニカム構造体を作製する過程において、ハニカム成形体を押出成形する際に、隔壁とともに形成されることが好ましい。また、外周壁3は、セラミック材料をハニカム構造体の外周に塗工して形成したものであってもよい。
 本実施形態の目封止ハニカム構造体に用いられるハニカム構造体は、例えば、図6に示すように、流入側端面11から流出側端面12まで延びる流体の流路となる複数のセル2を区画形成する多孔質の隔壁1及び隔壁1を取り囲むように配設された外周壁7を有するハニカムセグメント8を、複数個備え、複数個のハニカムセグメント8が、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されたハニカム構造体4aであってもよい。
 図6に示す目封止ハニカム構造体110は、各ハニカムセグメント8の流出側端面12における所定のセルの開口部に配設されて、流入側端面11が開口し且つ流出側端面12が封止された流入セル2aを形成する流出側目封止部5bと、各ハニカムセグメント8の流入側端面11における残余のセルの開口部に配設されて、流出側端面12が開口し且つ流入側端面11が封止された流出セルを形成する流入側目封止部5aと、を備えている。ここで、図6は、本発明の目封止ハニカム構造体の他の実施形態を模式的に示す斜視図である。
 図6に示すような、所謂、セグメント構造のハニカム構造体4aを用いた目封止ハニカム構造体110であっても、図1~図5に示すような、所謂、一体構造のハニカム構造体4を用いた目封止ハニカム構造体100と同様の効果を得ることができる。即ち、図6に示す目封止ハニカム構造体110においても、流出セル2bのうちの少なくとも一のセルを、隔壁1が交差する少なくとも一の角部21aに、この流出セル2bを補強する補強部6が形成された補強セルとし、且つ、流入セル2aを、隔壁1が交差する全ての角部21に、上記補強部が形成されていない非補強セルとすることで(例えば、図4参照)、図1~図5に示す目封止ハニカム構造体100と同様の作用効果を得ることができる。
 セグメント構造のハニカム構造体を用いる場合には、少なくとも1個のハニカムセグメント8の流出セルに、上記補強セルを形成してもよいし、全てのハニカムセグメント8の流出セルに、上記補強セルを形成してもよい。図6においては、全てのハニカムセグメント8の流出セルに、補強セルを形成した場合の例を示している。
 また、図6に示す目封止ハニカム構造体110の補強部としては、図1~図5に示す目封止ハニカム構造体100の補強部6と同様に構成されたものを好適に用いることができる。
 なお、上記においては、流入セル2aの全てが非補強セル23である場合について説明してきたが、流入セル2aとしては、セル2の延びる方向に垂直な断面における隔壁1が交差する少なくとも一の角部21に、前記流入セル2aを補強する補強部が形成され、且つ、前記流入セル2aの補強された角部の数が、前記流出セル2bの補強された角部の数より少なくなるように構成することもできる。この場合においても、流入セル2aの全てが非補強セル23の場合とほぼ同様の作用効果を奏することができる。
 「流入セル」は、流出側端面におけるセルの開口部に流出側目封止部が配設されたセルである。この流入セルの流入側端面の開口部から、排ガス等の流体が流入する。一方、「流出セル」は、流入側端面におけるセルの開口部に流入側目封止部が配設されたセルである。この流出セルには、排ガス等の流体が直接流入することはできず、流入セルに流入した流体が、隔壁を通過して流出セル内に流入し、流出セルの流出側端面の開口部から流出される。流入セルから流出セルに流体が移動する際に、多孔質の隔壁によって流体中の粒子状物質が捕集される。
 流入セルと流出セルとの配置、換言すれば、流出側目封止部と流入側目封止部との配置については、特に制限はない。例えば、流入セルと流出セルとが、隔壁を隔てて交互に配置されるものであってもよい。また、流入セルの一部、或いは流出セルの一部が、ハニカム構造体の端面の一ヶ所に集合するように配置されたものであってもよい。但し、流体中の粒子状物質を隔壁によって良好に捕集するという観点からは、流入セルと流出セルと隔壁を隔てて交互に配置されていることが好ましい。
 セルの形状(セルの延びる方向に垂直な断面における開口形状)は、特に制限はない。例えば、セルの形状は、三角形、四角形、六角形、八角形等の多角形形状が好ましい。なお、上記セルの形状は、補強部が形成されたセルについては、補強部が除かれた状態の形状のことである。更に、本実施形態の目封止ハニカム構造体においては、流入セルの、セルの延びる方向に垂直な断面における開口形状(以下、単に、「流入セルの開口形状」ということがある)と、流出セルの、セルの延びる方向に垂直な断面における補強部が除かれた開口形状(以下、単に、「流出セルの開口形状」ということがある)とが、同一形状であることがより好ましい。
 また、流入セルの開口形状と流出セルの開口形状とが同一形状の場合には、この開口形状としては、例えば、四角形、六角形、八角形等の形状を挙げることができる。
 なお、本実施形態の目封止ハニカム構造体においては、ハニカム構造体を構成する隔壁の、セルの延びる方向に垂直な断面における厚さ(以下、単に、「隔壁の厚さ」ということがある)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、僅かに隔壁の厚さに差異が生じた場合を除き、隔壁の厚さが均一であることを意味する。即ち、本実施形態の目封止ハニカム構造体においては、意図的に隔壁の厚さに差異を生じさせることはなく、上記断面において、隔壁の厚さは均一なものとする。例えば、ハニカム構造体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が実現される。そして、本実施形態の目封止ハニカム構造体においては、本来、均一な厚さであるはずの隔壁において、その隔壁の一部(特に角部)が、他部分に比べ厚く形成されている部位を、補強部が形成された部位とみなすことができる。
 隔壁の厚さは、127~508μmであることが好ましく、152~483μmであることが更に好ましく、152~445μmであることが特に好ましい。127μmより薄いと、目封止ハニカム構造体の強度が低くなることがある。508μmより厚いと、目封止ハニカム構造体の初期の圧力損失が高くなることがある。
 隔壁の気孔率は、25~75%であることが好ましく、30~65%であることが更に好ましく、35~65%であることが特に好ましい。気孔率が25%より小さいと、目封止ハニカム構造体の初期の圧力損失が高くなることがある。気孔率が75%より大きいと、目封止ハニカム構造体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。
 隔壁の平均細孔径は、6~35μmであることが好ましく、7~30μmであることが更に好ましく、7~25μmであることが特に好ましい。平均細孔径が6μmより小さいと、目封止ハニカム構造体の初期の圧力損失が高くなることがある。平均細孔径が35μmより大きいと、目封止ハニカム構造体の強度が低くなることがある。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。
 ハニカム構造体のセル密度は、特に制限されないが、15~80個/cmであることが好ましく、15~62個/cmであることが更に好ましい。セル密度が、15個/cmより小さいと、目封止ハニカム構造体の強度が低くなることがある。セル密度が、80個/cmより大きいと、セルの断面積(セルの延びる方向に直交する断面の面積)が小さくなるため、圧力損失が高くなる。
 隔壁の材料としては、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。これらの中でも、コージェライトが特に好ましい。
 補強部の材料については特に制限はないが、セラミックが好ましく、上記隔壁の好ましい材料として挙げられた材料を好適に用いることができる。本実施形態の目封止ハニカム構造体においては、隔壁の熱膨張係数と、補強部の熱膨張係数とが同じ値又は近い値になることがより好ましい。更に、隔壁の材料と補強部の材料とが同じ材料であることがより好ましい。このように構成することによって、目封止ハニカム構造体に熱応力がかかっても、補強部がハニカム構造体から剥れたり、補強部と隔壁との接合部分が破損したりすることを防ぐことができる。なお、隔壁と補強部とが一体的に形成されたものの場合には、隔壁の材料と補強部の材料とが同じ材料となる。
 補強部の大きさは、流出セルを区画形成する隔壁の少なくとも一の角部に配設され、実質的に流出セルの開口部分を完全に塞がない程度の大きさであれば特に制限はない。但し、流出セルの開口部分が、補強部によって大きく塞がれてしまうと圧力損失が増大してしまう。このため、図7に示すように、本実施形態の目封止ハニカム構造体においては、「補強部6を除く隔壁1の平均厚さT(以下、「隔壁1の平均厚さT」ということがある)」に対する、「補強セル22(流出セル2b)の補強部6の表面から、補強セル22を区画形成する隔壁1の交差点を隔てて配置された他のセル(図7においては、紙面の対角線上に配設された補強セル22)の表面までの隔壁交差部分の交差距離L」の比の値(L/T)が、1.5~9.3であることが好ましい。このように構成することによって、圧力損失の増加抑制と、耐久性向上とをバランスよく実現することができる。図7は、本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態の、セルの延びる方向に垂直な断面を拡大して示す模式図である。
 ここで、「補強部6を除く隔壁1の平均厚さT(以下、「隔壁1の平均厚さT」ということがある)」に対する、「補強セル22の補強部6の表面から、補強セル22を区画形成する隔壁1の交差点を隔てて配置された他のセルの表面までの隔壁交差部分の交差距離L(以下、「隔壁交差部分の交差距離L」ということがある)」の比の値(L/T)について説明する。図7に示すように、まず、補強部6が形成されていない部分の隔壁1に沿って平行線AB及びCDを引き、その平均距離を「隔壁1の平均厚さT」とする。また、平行線AB及びCDの交点をそれぞれE,F,G,Hとする。ここで、測定対象の補強部6xに最も近い交点(交点E)と、隔壁1の交差点を隔てて配置された他のセル(図7においては、他のセルも補強セル22である)に最も近い交点(交点F)とを通るように、両セル間の距離を測定した長さを、「隔壁交差部分の交差距離L」と定義する。上記方法により測定される「隔壁交差部分の交差距離L」の値を、「隔壁1の平均厚さT」の値で除算した値が、上記「比の値(L/T)」である。
 図7においては、測定対象の補強部6xを有する補強セル22と、隔壁1の交差点を隔てて配置された他のセルとの両方が、共に補強セル22の場合を示しているが、例えば、補強部6xの配置によっては、隔壁1の交差点を隔てて配置された他のセルが、非補強セル23の場合や、補強セル22であっても隔壁の角部に補強部を有していない場合もある。このような場合でも、上述した方法により、「比の値(L/T)」を求めることができる。
 「隔壁1の平均厚さT」に対する「隔壁交差部分の交差距離L」の比の値(L/T)が1.5未満であると、補強部による耐久性向上の効果が十分に得られないことがある。一方、「隔壁1の平均厚さT」に対する「隔壁交差部分の交差距離L」の比の値(L/T)が9.3を超えると、補強セル22の開口面積が減少し過ぎて、圧力損失が過剰に増加してしまうことがある。また、9.3を超えても、耐久性が更に向上し難く、圧力損失の増加する比率が増大してしまうことがある。なお、上記比の値(L/T)は、1.5~8であることが更に好ましく、1.5~7であることが特に好ましい。
 なお、本実施形態のハニカム構造体における非補強セルは、隔壁が交差する角部に補強部が形成されていないものである。但し、意図して補強部を形成しない非補強セルであっても、ハニカム構造体を押出成形する口金の磨耗等により、補強部を形成していないはずの角部に、極めて僅かな肉厚部分が生じることがある。そこで、本実施形態のハニカム構造体においては、上記比の値(L/T)を測定した際に、その値が、1.5未満の場合については、補強部が形成されていない角部とする。なお、例えば、開口部分の形状が正方形のセルにおいて、角部に全く補強部が形成されず、意図しない肉厚部分も形成されていない場合には、上記比の値(L/T)は、1.41となる。
 また、各補強部(1個の補強部)は、セルの延びる方向に垂直な断面における補強部が除かれた開口部分の面積の0.05~20%に相当する範囲を占める大きさのものであることが好ましい。補強部が占める面積が、開口部分の面積の0.05%未満であると、補強部による補強効果が十分に発現しないことがある。また、補強部が占める面積が、開口部分の面積の20%を超えると、例えば、四角形のセルの四個の角部全てに補強部が形成された場合、補強セルの開口面積が小さくなり過ぎて、目封止ハニカム構造体の圧力損失が増大してしまうことがある。なお、各補強部の大きさは、セルの延びる方向に垂直な断面における補強部が除かれた開口部分の面積の0.1~12%に相当する範囲を占める大きさのものであることが更に好ましく、0.4~5%に相当する範囲を占める大きさのものであることが特に好ましい。
 また、各補強部は、補強セルの流入側端面から流出側端面までの全域に形成されていることが好ましい。このように構成することによって、目封止ハニカム構造体の長手方向全体の耐久性を良好に向上させることができる。
 これまでに説明した補強部は、流出セルのうちの少なくとも一のセルに形成され、更に、この一のセルのうち少なくとも一の角部に形成されていればよいが、例えば、流出セルの全開口面積(総和面積)に対する、補強部の総占有面積(総和面積)の比率が、0.1~22%であることが好ましく、0.1~15%が更に好ましく、0.1~11%が特に好ましい。なお、「流出セルの全開口面積」とは、補強セル及び非補強セルに関わらず、全ての流出セルの開口面積の総和のことを意味し、「補強部の総占有面積」とは、本実施形態の目封止ハニカム構造体に形成された全ての補強部の占有面積の総和のことを意味する。
 また、例えば、図8に示す目封止ハニカム構造体120のように、セル2の断面形状が正方形であり、ハニカム構造体の外周面に直交するセルの対角線P(具体的には、対角線の延長線)を中心として、10~60°の夾角内(例えば、図8における線Qと線Rとに挟まれる範囲内)の流出セル2bが、補強セル22となっていることが好ましい。このように構成することによって、目封止ハニカム構造体120の耐久性を良好に向上させることができる。図8は、本発明の目封止ハニカム構造体の更に他の実施形態の、流出側端面を示す模式図である。なお、図8に示す目封止ハニカム構造体120において、図1~図5に示す目封止ハニカム構造体100と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
(2)目封止ハニカム構造体の製造方法:
 本実施形態の目封止ハニカム構造体の製造方法について説明する。まず、ハニカム構造体を作製するための坏土を調整し、この坏土を成形して、ハニカム成形体を作製する(成形工程)。この成形時において、得られる目封止ハニカム構造体において流出セルとなるセルの少なくとも一部、または、流出セル及び流入セルとなるセルの少なくとも一部に、補強部を形成し、補強済みのハニカム成形体を形成することが好ましい。また、成形時においては、セルに補強部を形成せずに、ハニカム成形体を得た後に、ハニカム成形体、ハニカム成形体を乾燥したハニカム乾燥体、又は、ハニカム乾燥体を焼成したハニカム構造体のいずれかに、補強部を形成することもできる。具体的な方法については、後述する各工程において更に詳細に説明する。
 また、ハニカム成形体を製造する時点において、目封止ハニカム構造体として用いる際の、流入側端面と、流出側端面とを決定しておくことが好ましい。即ち、本実施形態の目封止ハニカム構造体は、流入側端面と流出側端面とで(換言すれば、流入セルと流出セルとで)、セルの形状(即ち、補強部の有無)が異なるため、予め、柱状のハニカム成形体の方向性を決定しておくことが好ましい。
 次に、得られたハニカム成形体(或いは、必要に応じて行われた乾燥後のハニカム乾燥体)を焼成してハニカム構造体を作製する(ハニカム構造体作製工程)。成形時に補強部を形成していない場合には、焼成の前後のいずれかにおいて、流出セルとなるセルの少なくとも一部、または、流出セル及び流入セルとなるセルの少なくとも一部に、補強部を形成する。
 次に、ハニカム成形体の流入側端面における所定のセルの開口部、及び流出側端面における残余のセルの開口部に目封止を施して、流入側目封止部及び流出側目封止部を形成する(目封止工程)。このようにして本実施形態の目封止ハニカム構造体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、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種を含むものであることが好ましく、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種であることが更に好ましく、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1種であることが特に好ましい。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体の構造、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。
 この成形時において、得られる目封止ハニカム構造体において流出セルとなるセルの少なくとも一部、または、流出セル及び流入セルとなるセルの少なくとも一部に、補強部を形成し、補強済みのハニカム成形体を形成する場合には、例えば、ハニカム構造体成形用の口金のスリットの形状が、上記補強部を有するセル(補強セル)と、補強部を有しないセル(非補強セル)とを選択的に形成することができるように構成された口金を用いることが好ましい。
 例えば、このような口金としては、二つの面を有し、一方の面にハニカム形状のスリットが格子状に形成されるとともに、他方の面にスリットと連通し、成形原料を導入するための裏孔が形成された口金基体からなる口金を挙げることができる。この口金は、スリットが交差する交点のうち、得られるハニカム構造体において流体が流出する流出セルが形成される交点、または、当該流出セルが形成される交点及び流体が流入する流入セルが形成される交点における角部のうちの少なくとも一の角部の頂点が、曲線状又は平面上に面取りされたものであることが好ましい。このような口金を用いることにより、ハニカム成形時に、所望の箇所に、選択的に補強部を形成することができる。また、口金のスリットの交点に、流出セルの角部、または、流出セル及び流入セルの角部が補強されるように凹部や梁を設けてもよい。
 ハニカム成形体の形状は、特に限定されず、円筒形状(円柱状)、中心軸に直交する断面が楕円形、レーストラック形状、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等の多角形の筒形状(柱状)等を挙げることができる。作製しようとするハニカム構造体が、複数のハニカムセグメントが接合されて形成されたものである場合には、ハニカム成形体の形状は、中心軸に直交する断面が三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等の多角形の筒形状(柱状)であることが好ましい。
 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)ハニカム構造体作製工程:
 次に、得られたハニカム成形体を焼成してハニカム構造体を得ることが好ましい。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る。仮焼の方法は、特に制限はなく、成形体中の有機物(有機バインダ、分散剤、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。
 また、ハニカム成形体の成形時に補強部を形成しなかった場合には、焼成の前後において、凹状や梁状の補強材を、流出セルの角部、または、流出セル及び流入セルの角部に塗布することにより、補強部を形成することが好ましい。
 具体的には、流出セルの角部に補強部を形成する場合を例にとって説明すると、ある容器にスラリー状で準備された補強材に、焼成前又は焼成後の目封止ハニカム構造体を、その流出側端面側から浸漬させるディッピング方式を用いて補強部を形成することができる。また、同様のスラリー状の補強材に、目封止ハニカム構造体の流出側端面を接触させ、この状態から、目封止ハニカム構造体の流入側端面より上記補強材を吸引するサッキング方式を用いて補強部を形成することもできる。更に、同様のスラリーの補強材を目封止ハニカム構造体の流出側端面より注入するインジェクション方式を用いて補強部を形成することもできる。この際、補強材が流入セル側に含浸してしまうことを避けるため、補強材成分の粒子径が、ハニカム構造体の隔壁の平均細孔径より大きく調整されていることが好ましい。なお、流出セル及び流入セルの角部に補強部を形成する場合についても、流出セルの角部に補強部を形成する場合に準じて実施することができる。また、実使用下での補強材又はハニカム構造体の破損を避けるため、補強材の熱膨張係数は、目封止ハニカム構造体の熱膨張係数と同等に調整することが好ましい。
 このようにして、流出セルとなる特定のセルの、セルの延びる方向に垂直な断面における隔壁が交差する少なくとも一の角部に補強部が形成されたハニカム構造体、または、前記流出セルの角部に補強部が形成され、かつ、流入セルには、セルの延びる方向に垂直な断面における隔壁が交差する少なくとも一の角部に、前記流入セルを補強する補強部が形成され、且つ、前記流入セルの補強された角部の数が、前記流出セルの補強された角部の数より少なくなるように構成されたハニカム構造体を得ることができる。
(2-3)目封止工程:
 次に、ハニカム構造体の、流体の流入側端面における流出セルの開口部と、流体の流出側の端面における流入セルの開口部とに、目封止材料を充填して、流入側端面における流出セルの開口部と、流出側端面における流入セルの開口部とに、目封止部を形成する。
 ハニカム構造体に目封止材料を充填する際には、まず、一方の端部側に目封止材料を充填し、その後、他方の端部側に目封止材料を充填する。一方の端部側に目封止材料を充填する方法としては、ハニカム構造体の一方の端面(例えば、流入側端面)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マスキング工程と、「ハニカム構造体の、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構造体のセル内に圧入する圧入工程と、を有する方法を挙げることができる。目封止材料をハニカム構造体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。
 また、ハニカム構造体の他方の端部(例えば、流出側端面)側に目封止材料を充填する方法も、上記、ハニカム構造体の一方の端部側に目封止材料を充填する方法と同様の方法とすることが好ましい。また、ハニカム構造体の両端部に、目封止材料を同時に充填してもよい。
 次に、ハニカム構造体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、目封止ハニカム構造体を得ることが好ましい。なお、ハニカム構造体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、ハニカム構造体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。
 このように構成することによって、本実施形態の目封止ハニカム構造体を製造することができる。但し、本実施形態の目封止ハニカム構造体の製造方法は、上述した製造方法に限定されることはない。即ち、流出セルのうちの少なくとも一のセルが、セルの延びる方向に垂直な断面における隔壁が交差する少なくとも一の角部に、流出セルを補強する補強部が形成された補強セルであり、且つ、流入セルが、セルの延びる方向に垂直な断面における隔壁が交差する全ての角部に、補強部が形成されていない非補強セルである目封止ハニカム構造体、または、流出セルのうちの少なくとも一のセルが、セルの延びる方向に垂直な断面における隔壁が交差する少なくとも一の角部に、流出セルを補強する補強部が形成された補強セルであり、且つ、流入セルは、セルの延びる方向に垂直な断面における隔壁が交差する少なくとも一の角部に、流入セルを補強する補強部が形成され、且つ、流入セルの補強された角部の数が、流出セルの補強された角部の数より少ない目封止ハニカム構造体を製造可能な方法であれば、上述した製造方法以外の方法で目封止ハニカム構造体を製造してもよい。
 以下、本発明の目封止ハニカム構造体を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら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、コージェライト化原料(アルミナ、タルク、カオリン)を用いた。アルミナ、タルク、カオリンの質量比は、焼成後、コージェライトが得られる質量比とした。セラミック原料に、バインダ(メチルセルロース)、水を混合してセラミック成形原料を得た。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成形し、ハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体は、このハニカム成形体を焼成した後のハニカム構造体において、隔壁厚さが0.305mmとなり、セル密度が46.5個/cmとなり、セルピッチが1.47mmとなるような形状のものとした。また、ハニカム成形体の全体形状(焼成後における全体形状)は、円筒形(端面の直径が143.8mm、セルの延びる方向における長さが152.4mm)であった。ハニカム成形体は、その全体形状を一体的に形成したもの(一体構造)であり、表1における「ハニカム構造体の構造」の欄において「モノリス」と示す。
 また、このハニカム成形体には、成形時において、流出セルにおける隔壁が交差する角部に補強部を形成した。補強部が形成されたセル(流出セル)と、補強部が形成されていないセル(流入セル)とは、隔壁を隔てて交互に並ぶようにした。補強部が形成された流出セルは、「補強部を除く隔壁の平均厚さT」に対する、「流出セルの補強部の表面から、この流出セルを区画形成する隔壁の交差点を隔てて配置された他のセルの表面までの隔壁交差部分の交差距離L」の比の値(以下、「流出セルの交点比(L/T)」という)が、2.0であった。
 一方、補強部が形成されていない流入セルは、「補強部を除く隔壁の平均厚さT」に対する、「流入セルの表面から、この流入セルを区画形成する隔壁の交差点を隔てて配置された他のセルの表面までの隔壁交差部分の交差距離L」の比の値(以下、「流入セルの交点比(L/T)」という)が、1.4であった。交点比(L/T)の測定は、図7を用いて説明した上述の測定方法に従って測定した。
 次に、ハニカム成形体の端面(流入側及び流出側の端面)における複数のセル開口部の中の一部に、マスクを施した。このとき、マスクを施したセルとマスクを施さないセルとが交互に並ぶようにした。そして、マスクを施した側の端部を、コージェライト化原料を含有する目封止スラリーに浸漬して、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。これにより、流入側端面における流出セルの開口部及び流出側端面における流入セルの開口部に目封止部が配設された目封止ハニカム成形体を得た。
 次に、目封止ハニカム成形体について、450℃で5時間加熱することにより脱脂を行い、更に、1425℃で7時間加熱することにより焼成を行い、目封止ハニカム構造体を得た。
 得られた目封止ハニカム構造体について、以下に示す方法で、「最大主応力(MPa)」、「スートマスリミット(SML)」、「入口開口率(%)」、「圧力損失(kPa)」、「フィルタ質量(g)」、「650℃到達時間(秒)」の測定を行った。測定結果を表2に示す。
[最大主応力(MPa)]
 目封止ハニカム構造体の幾何学構造をCADモデルより構築し、アンシス・ジャパン社製の有限要素法解析ソフト(商品名:ANSYS Release 11.0)にて、モデル構築した構造体に発生する最大主応力を求める。その際、構造体の幾何学構造パラメータとしては、「隔壁の厚さ」、「セル密度」、「セルピッチ」、「底面の直径」、「セルの延びる方向における長さ」、「流入セル又は流出セルの交点比」、「目封じ長さ」、「外壁の厚さ」をそれぞれ与え、また有限要素法解析においては事前に測定されたハニカム構造体の「ヤング率」、「ポアソン比」、「熱膨張係数」を与えると同時に、事前に実施した煤の燃焼試験にて得られた目封じハニカム構造体内で発生する温度分布を適宜与えることで目的とする最大主応力を得ることができる。
[スートマスリミット(SML)]
 目封止ハニカム構造体をDPFとして用い、順次、煤(スート)の堆積量を増加させて、再生(煤の燃焼)を行い、クラックが発生する限界を確認する。先ず、得られた目封止ハニカム構造体の外周に、保持材としてセラミック製非熱膨張性マットを巻き、ステンレス鋼(SUS409)製のキャニング用缶体に押し込んで、キャニング構造体とする。その後、ディーゼル燃料(軽油)の燃焼により発生させた煤を含む燃焼ガスを、ハニカム構造体の一方の端面(短尺セグメントの片側の端面を含む端面)より流入させ、他方の端面より流出させることによって、煤をハニカム構造体内に堆積させる。そして、一旦、室温(25℃)まで冷却した後、ハニカム構造体の上記一方の端面より、680℃の燃焼ガスを流入させ、煤が燃焼することによりハニカム構造体の圧力損失が低下したときに、燃焼ガスの流量を減少させることによって、煤を急燃焼させ、その後の目封止ハニカム構造体におけるクラックの発生の有無を確認する。この試験は、煤の堆積量がハニカム構造体の容積1リットル当り4g(以下4g/リットル等と表記)から始め、クラックの発生が認められるまで、0.5(g/リットル)ずつ増加して、繰り返し行う。クラック発生時の煤量(g/リットル)を、SMLの値とした。各実施例、比較例のハニカム構造体を5個ずつ作製し、当該5個の(N=5)測定結果のうち、全5個がSML値として6g/Lを達成できた場合を「合格」、全5個のうち1個でもSML値が6g/Lを達成できなかった場合を「不合格」とした。
[入口開口率(%)]
 目封止ハニカム構造体の断面の面積に対して流入側端部の流入セルが占める面積比率を測定する。この面積比率(%)を、入口開口率(%)とする。
[圧力損失(kPa)]
 特開2005-172652号公報に記載の「フィルタの圧力損失測定装置」を用いて、目封止ハニカム構造体の圧力損失を測定した。測定条件としては、流体の流量を10Nm/分とし、実験時の流体温度を25℃とした。
[フィルタ質量(g)]
 各実施例の目封止ハニカム構造体の質量を測定した。この質量を、フィルタ質量(g)とした。
[650℃到達時間(秒)]
 目封止ハニカム構造体をDPFとして用い、680℃の燃焼ガスを流入させ、DPFの流出側端部が650℃に到達する時間を計測する。具体的には、まず、得られた目封止ハニカム構造体の外周に、保持材としてセラミック製非熱膨張性マットを巻き、ステンレス鋼(SUS409)製のキャニング用缶体に押し込んで、キャニング構造体とする。更にキャニング構造体の流出側端部にKタイプ・シース熱電対を設置する。その後、ディーゼル燃料(軽油)の燃焼により680℃の燃焼ガスを流入させ、事前に設置した熱電対の温度をモニターし、それが650℃に到達する時間(650℃到達時間(秒))を測定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
(実施例2~7、9~13、比較例1~3)
 ハニカム構造体の隔壁厚さ、セルピッチ、及び補強部を形成するセル(補強部の有無)を表1に示すように変更し、且つ、流入セルの交点比(L/T)及び流出セルの交点比(L/T)を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様の方法で目封止ハニカム構造体を製造した。なお、実施例13は、流出セル及び流入セルの一部に補強部が形成された例を示す。得られた目封止ハニカム構造体について、実施例1の場合と同様の評価を行った。結果を表2に示す。なお、「スートマスリミット(SML)」の測定については、実施例1、8、9、12、13、比較例1、4について行った。
(実施例8)
 セラミック原料として、炭化珪素(SiC)を用いて、ハニカムセグメントを作製し、16個のハニカムセグメントを接合してセグメント構造のハニカム構造体を作製した。具体的には、SiC粉、金属Si粉を80:20の質量割合で混合し、これに、バインダとしてメチルセルロース及びヒドロキシプロポキシメチルセルロース、造孔材として澱粉と吸水性樹脂、界面活性剤及び水を混合してセラミック成形原料を得た。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。
 得られた坏土を、真空押出成形機を用いて成形し、ハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体は、セグメント構造のハニカム構造体において、隔壁厚さが305μmとなり、セル密度が46.5個/cmとなり、セルピッチが1.47mmとなるような形状のものとした。また、ハニカム成形体の全体形状(焼成後における全体形状)は、セルの延びる方向に直交する断面の形状が一辺36mmの正方形であり、セルの延びる方向における長さが152.4mmであった。
 また、このハニカム成形体には、成形時において、流出セルにおける隔壁が交差する角部に補強部を形成した。補強部が形成されたセル(流出セル)と、補強部が形成されていないセル(流入セル)とは、隔壁を隔てて交互に並ぶようにした。補強部が形成された流出セルは、「補強部を除く隔壁の平均厚さT」に対する、「流出セルの補強部の表面から、この流出セルを区画形成する隔壁の交差点を隔てて配置された他のセルの表面までの隔壁交差部分の交差距離L」の比の値(以下、「流出セルの交点比(L/T)」という)が、2.0であった。
 一方、補強部が形成されていない流入セルは、「補強部を除く隔壁の平均厚さT」に対する、「流入セルの表面から、この流入セルを区画形成する隔壁の交差点を隔てて配置された他のセルの表面までの隔壁交差部分の交差距離L」の比の値(以下、「流入セルの交点比(L/T)」という)が、1.4であった。
 以下、このハニカム成形体に、実施例1と同様の方法で目封止部を形成し、その後、目封止ハニカム成形体について、脱脂を行い、更に、1410~1440℃で15時間加熱することにより焼成を行って目封止ハニカム焼成体(ハニカムセグメント)を得た。
 次に、16個の目封止ハニカム焼成体について、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して接合体を形成した。このとき、各目封止ハニカム焼成体の、流入側端面と流入側端面とを一方向に揃うようにして接合を行った。接合体を形成するための接合材としては、SiC粒子、コロイダルシリカを混合したものを用いた。
 次に、得られた接合体を、外形が円筒状になるように研削加工した。そして、次に、研削加工された接合体の最外周に、外周コート材を塗布し、700℃、2時間の条件で、乾燥、硬化させることによって、目封止ハニカム構造体を得た。外周コート用スラリーは、接合材と同じものを用いた。得られたハニカム構造体の底面の直径は143.8mmであり、セルの延びる方向における長さは152.4mmであった。実施例8のセグメント構造の目封止ハニカム構造体については、表1における「ハニカム構造体の構造」の欄において「セグメント」と示す。得られた目封止ハニカム構造体について、実施例1の場合と同様の評価を行った。結果を表2に示す。
(比較例4~6)
 ハニカム構造体の隔壁厚さ、セルピッチ、及び補強部を形成するセルを表1に示すように変更し、且つ、流出セルの交点比(L/T)及び流出セルの交点比(L/T)を表1に示すように変更した以外は、実施例8と同様の方法で目封止ハニカム構造体を製造した。得られた目封止ハニカム構造体について、実施例1の場合と同様の評価を行った。結果を表2に示す。なお、表1において、特段の数値の記載がなく、「あり」とのみ記載されている実施例、比較例においては、全てのコーナーに補強部があり、「なし」とのみ記載されている実施例、比較例においては、全てのコーナーに補強部がないことを示す。
 表2に示すように、実施例1~13の目封止ハニカム構造体は、最大主応力が小さく、耐久性に優れるものであった。また、流入セルと流出セルとの両方に補強部を形成した比較例3と比較した場合、耐久性については多少劣るものであるが、同じセルピッチの実施例1では、圧力損失が大幅に低減されている。実施例1の目封止ハニカム構造体は、実使用において問題のない程度まで耐久性が改善されており、圧力損失の増加抑制による効果がより顕著であるといえる。また、流入セルに補強部を形成した比較例2においては、圧力損失の増加抑制は実施例1のそれと同程度であるが、流入セルに補強部を形成したことで入口開口率の低下が問題となる。
 また、流出セルの交点比(L/T)が、1.5~9.3の範囲(例えば、実施例10の流出セルの交点比(L/T)は9.3)であると、耐久性向上と圧力損失の増加抑制の効果のバランスに優れたものとなる。上記範囲を超えると、若干、圧力損失の増加抑制の効果が減少する傾向が確認された。特に、流出セルの交点比(L/T)が9.3以下であれば、耐久性向上の効果を十分に得ることができ、圧力損失の増加も良好に抑制することができる。
 また、セグメント構造の目封止ハニカム構造体についても、一体構造(モノリス)の目封止ハニカム構造体と同様の効果を得ることが確認された。
 本発明の目封止ハニカム構造体は、ディーゼルエンジン等の内燃機関や各種の燃焼装置等から排出されるガスを浄化するためのフィルタとして好適に利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、3:外周壁、4:ハニカム構造体、5a:流入側目封止部、5b:流出側目封止部、6,6x:補強部、7:外周壁、8:ハニカムセグメント、11:流入側端面、12:流出側端面、21,21a:角部、22:補強セル、23:非補強セル、100,110,120:目封止ハニカム構造体、A,B,C,D:線(平行線)、E,F,G,H:交点、L:隔壁交差部分の交差距離、T:隔壁の平均厚さ、P:対角線(対角線の延長線)、Q,R:線。

Claims (8)

  1.  流入側端面から流出側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多孔質の隔壁を有するハニカム構造体と、
     前記流出側端面における所定のセルの開口部に配設されて、前記流入側端面が開口し且つ前記流出側端面が封止された流入セルを形成する流出側目封止部と、
     前記流入側端面における残余のセルの開口部に配設されて、前記流出側端面が開口し且つ前記流入側端面が封止された流出セルを形成する流入側目封止部と、を備え、
     前記流出セルのうちの少なくとも一のセルは、前記セルの延びる方向に垂直な断面における前記隔壁が交差する少なくとも一の角部に、前記流出セルを補強する補強部が形成された補強セルであり、且つ、
     前記流入セルは、前記セルの延びる方向に垂直な断面における前記隔壁が交差する少なくとも一の角部に、前記流入セルを補強する補強部が形成され、且つ、前記流入セルの補強された角部の数が、前記流出セルの補強された角部の数より少ない目封止ハニカム構造体。
  2.  流入側端面から流出側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多孔質の隔壁を有するハニカム構造体と、
     前記流出側端面における所定のセルの開口部に配設されて、前記流入側端面が開口し且つ前記流出側端面が封止された流入セルを形成する流出側目封止部と、
     前記流入側端面における残余のセルの開口部に配設されて、前記流出側端面が開口し且つ前記流入側端面が封止された流出セルを形成する流入側目封止部と、を備え、
     前記流出セルのうちの少なくとも一のセルは、前記セルの延びる方向に垂直な断面における前記隔壁が交差する少なくとも一の角部に、前記流出セルを補強する補強部が形成された補強セルであり、且つ、
     前記流入セルは、前記セルの延びる方向に垂直な断面における前記隔壁が交差する全ての角部に、前記補強部が形成されていない非補強セルである目封止ハニカム構造体。
  3.  前記補強セルは、前記補強部が形成された補強角部と、前記補強部が形成されていない非補強角度部とを含むものである請求項1又2に記載の目封止ハニカム構造体。
  4.  前記補強セルは、前記補強セルにおける全ての角部に前記補強部が形成されたものである請求項1又2に記載の目封止ハニカム構造体。
  5.  前記流入セルと前記流出セルとが、前記隔壁を隔てて交互に配置されている請求項1~4のいずれか一項に記載の目封止ハニカム構造体。
  6.  前記流入セルの前記セルの延びる方向に垂直な断面における開口形状と、前記流出セルの前記セルの延びる方向に垂直な断面における前記補強部が除かれた開口形状とが、同一形状である請求項1~5のいずれか一項に記載の目封止ハニカム構造体。
  7.  前記補強部を除く前記隔壁の平均厚さに対する、前記補強セルの前記補強部の表面から、前記補強セルを区画形成する前記隔壁の交差点を隔てて配置された他のセルの表面までの隔壁交差部分の交差距離の比の値が、1.5~9.3である請求項1~6のいずれか一項に記載の目封止ハニカム構造体。
  8.  各前記補強部は、前記セルの延びる方向に垂直な断面における前記補強部が除かれた開口部分の面積の0.05~20%に相当する範囲を占める大きさのものである請求項1~7のいずれか一項に記載の目封止ハニカム構造体。
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