JP2009165977A - ハニカム構造体、フィルタおよび排気ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のハニカム構造体を用いたフィルタは、クラックおよび溶損の発生を十分抑制できず、微粒子の捕集率が低下しやすい。
【解決手段】 ハニカム構造体１は、軸方向ＡＸに沿った壁面を有する隔壁４と、隔壁４により仕切られた複数の流通孔２と、複数の流通孔２の両端を交互に封止する封止材３，３０とを備えてなり、ハニカム構造体１の本体を軸方向ＡＸに対して平行に切断した断面視において、封止材３，３０の内側端部３ｃ，３０ｃが凹状であり、本体の外周側に存在する封止材３ａ,３０ａの長さが、本体の中心部に存在する封止材３ｂ，３０ｂの長さより短く、かつ本体の中心部から外周側に向かうに従って、封止材３，３０の長さが全体として短くなる傾向になっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハニカム構造体およびこれを用いたフィルタならびにこのフィルタを用いた排気ガス処理装置に関する。なお、フィルタとしては、内燃機関（自動車，フォークリフト，発電機，船舶，油圧ショベル，ブルドーザー，ホイールローダ，ラフテレンクレーン，トラクタ，コンバイン，耕転機および工事用車両等の動力源）、焼却炉およびボイラー等から発生する排気ガスに含まれる、例えば炭素を主成分とする微粒子を捕集するフィルタ、例えばダイオキシン等の有害物質を分解・除去するフィルタ、または上水，下水等の液体の濾過用のフィルタ等に適用可能である。

従来、内燃機関、焼却炉およびボイラー等から発生する排気ガス中に含まれる炭素を主成分とする微粒子（特にディーゼルエンジンの排気ガス中の炭素を主成分とする微粒子）を捕集することを目的として、ハニカム構造体を用いたフィルタが搭載されている。この微粒子は環境汚染の原因となるためフィルタに吸着させる。

フィルタに用いられるハニカム構造体は、軸方向に沿った壁面を有する隔壁と、隔壁により仕切られた複数の流通孔と、複数の流通孔の両端を交互に封止する封止材とを備えてなる。この隔壁は、コージェライトまたはチタン酸アルミニウムを主成分とした杯土を押出成形することにより形成される。いずれの成分も熱膨張に異方性があるため、押出成形により、軸方向に沿って最も熱膨張が低くなる方向に配向される。封止部は、その製造方法に起因してコージェライトおよびチタン酸アルミニウムの各結晶を配向させることができないため、封止部と隔壁を同材質で形成したとしても熱膨張係数が異なることとなる。

したがって、隔壁に熱衝撃が加わると応力は封止部と隔壁との境界に集中し、この境界に沿ってクラックが発生して、極端な場合には、封止部と隔壁が分離するおそれがあった。このような応力集中を抑制するために、特許文献１〜３に示すような提案がなされている。図６〜８は各特許文献で示されているフィルタを軸方向に対して平行に切断した断面図である。

特許文献１では、図６に示すように、多孔質セラミックス材料よりなる多数の貫通孔２２を有するハニカム構造体の所定の貫通孔の一端部と、残余の貫通孔の他端部に目封止部２３を形成することにより、貫通孔２２を仕切る隔壁２４を濾過層とした排ガス浄化用フィルタ２１が開示されている。排ガス浄化用フィルタ２１の中心部Ａにおける貫通孔２２の目封止長さが、排ガス浄化用フィルタの外周部Ｂにおける貫通孔２２の目封止長さに比して徐々に短く形成されている。また、目封止部２３の中心部Ａにおける目封止長さが、目封止部２３の外周部Ｂにおける目封止長さに比して徐々に短く形成されている。

また、特許文献２では、図７に示すように、隔壁２４により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔２２を有するとともに、該流通孔２２の隔壁２４が濾過能を有し、所定の流通孔２２については一方の端部を目封止し、残余の流通孔２２については他方の端部を目封止してなり、含塵流体中に含まれる粒子状物質を捕集除去するハニカムフィルタ２１が開示されている。ハニカムフィルタ２１の軸方向に垂直な断面において、中央部の熱容量を周辺部の熱容量に比して高くしている。具体的には、目封止深さを中心部では深く、周辺部では浅くなるように目封止を行うことにより、ハニカムフィルタ２１の中央部熱容量をその周辺部と比べて高くしている。

また、特許文献３では、図８に示すように、多孔質セラミックハニカム構造体の所望の流路を目封止したセラミックハニカムフィルタ２１が開示されている。少なくとも一つの排気ガス流入側の目封止部２３がセラミックハニカムフィルタ２１の排気ガス流入側端面ＩＦより離れて配置されていると共に、排気ガス流入側目封止部２３の両端部２３ａ，２３ｂに凹部が形成されている。
特開２００３―２６９１３２号公報 特開２００３−２５４０３４号公報 特開２００６−３０５５０３号公報

特許文献１に開示されている構造を有するフィルタでは、外周部における微粒子の吸着可能な隔壁の表面積が減少する。このため、通常は微粒子の捕集率が高い外周部において、捕集率が低下しやすく、排ガス浄化用フィルタ全体の微粒子の捕集率が低下しやすいことが考えられる。

また、特許文献２に開示されている構造を有するフィルタでは、内側端部が平面状に形成されていることから、微粒子が堆積しやすく、微粒子の捕集率が低下しやすいことが考えられる。

さらに、特許文献３に開示されている構造を有するフィルタでは、流出側の内側端部が平面状に形成されていることから、微粒子が堆積しやすく、微粒子の捕集率が低下しやすいことが考えられる。

このように、クラックおよび溶損の発生を十分に抑制するとともに、微粒子の捕集率の高いフィルタが望まれている。

本発明はこのような課題に鑑み、クラックおよび溶損の発生を抑制できるとともに、長期間にわたり使用しても微粒子の捕集率が低下しにくいハニカム構造体、フィルタおよび排気ガス処理装置を提供するものである。

本発明のハニカム構造体は、軸方向に沿った壁面を有する隔壁と、該隔壁により仕切られた複数の流通孔と、前記複数の流通孔の両端を交互に封止する封止材とを備えてなり、該ハニカム構造体の本体の中心部を通って前記軸方向に対して平行に切断した断面視において、前記封止材の前記流通孔における内部側に位置する内側端部が凹状であり、前記本体の外周側に存在する封止材の長さが前記本体の中心部に存在する封止材の長さより短く、かつ前記本体の中心部から外周側に向かうに従って前記封止材の長さが短くなる傾向にあることを特徴とする。

また、本発明の他の観点によるハニカム構造体は、軸方向に沿った壁面を有する隔壁と、該隔壁により仕切られた複数の流通孔と、前記複数の流通孔の外側端部と内部とが交互に封止する封止材とを備えてなり、該ハニカム構造体の本体の中心部を通って前記軸方向に対して平行に切断した断面視において、前記封止材の前記流通孔における内部側に位置する内側端部が凹状であり、前記本体の外周側に存在する封止材の長さが、前記本体の中心部に存在する封止材の長さより短く、かつ前記本体の中心部から外周側に向かうに従って前記封止材の長さが短くなる傾向にあることを特徴とする。

上記ハニカム構造体において、特に、前記本体の中心部から外周側に向かうに従って、前記封止材の長さがばらつきながら短くなる傾向にあることを特徴とする。

また、前記ハニカム構造体は、特に、前記断面視において、前記封止材は、前記軸方向に平行な中心線に対して非対称であることを特徴とする。

また、前記ハニカム構造体は、特に、前記各封止材は、内側端部が椀状であることを特徴とする。

また、前記ハニカム構造体は、チタン酸アルミニウムを主成分とする焼結体からなることを特徴とする
本発明のフィルタは、上記ハニカム構造体を用いたフィルタであって、前記流通孔の一端を入口とし、他端を出口として排気ガスを通過させ、隔壁および封止材により前記排気ガス中の微粒子を捕集することを特徴とする。

本発明の排気ガス処理装置は、上記フィルタを備えていることを特徴とする。

本発明のハニカム構造体によれば、前記断面視において、前記封止材の内側端部が凹状であり、前記本体の外周側に存在する封止材の長さが、前記本体の中心部に存在する封止材の長さより短く、かつ前記本体の中心部から外周側に向かうに従って前記封止材の長さが（特にばらつきながら）全体として短くなる傾向になっていることから、外周側における微粒子の吸着可能な隔壁の表面積が全体として増加する傾向になっているため、微粒子の捕集率が低下しにくい。また、封止材の長さが略同一である場合に比べ、隔壁と内側端部との境界に発生する応力が緩和されやすいことに加え、前記封止材は、内側端部が凹状であることから、隔壁と内側端部との境界における応力集中をさらに低減することができるため、この境界に生じていたクラックおよび溶損の発生を抑制することができる。

本発明のハニカム構造体によれば、前記断面視において、前記封止材の内側端部が凹状であり、前記本体の外周側に存在する封止材の長さが、前記本体の中心部に存在する封止材の長さより短く、かつ前記本体の中心部から外周側に向かうに従って前記封止材の長さが（特にばらつきながら）全体として短くなる傾向になっていることから、上述した効果と同じ効果が得られる。

特に、前記断面視において、前記封止材は、前記軸方向に対して平行な中心線に対して非対称であるときには、隔壁と内側端部との境界における応力集中はさらに低減させられるため、この境界に生じていたクラックおよび溶損はさらに発生しにくくなる。また、前記各封止材は、内側端部が椀状であるときには、隔壁より凹状の内側端部に選択的に微粒子が堆積するため、使用を重ねても微粒子の捕集率が低下しにくい。さらに、チタン酸アルミニウムを主成分とする焼結体からなるときには、耐熱衝撃性を高くすることができ、長期間信頼性を高いものとすることができる。

本発明のフィルタによれば、上記ハニカム構造体を用いたフィルタであって、前記流通孔の一端を入口とし、他端を出口として排気ガスを通過させ、隔壁および封止材により排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタであることから、長期間にわたり効率よく微粒子を捕集することができる。

本発明の排気ガス処理装置によれば、上記フィルタを備えていることから、長期間に亘って、使用することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１に本実施形態のハニカム構造体１を模式的に示す。図１（ａ）はハニカム構造体１の本体の中心部を通って軸方向ＡＸに対して平行に切断した様子を示す断面図であり（ただし、中央部分を省略）、図１（ｂ）は封止材の内側端部における拡大図である。

本実施形態のハニカム構造体１は、軸方向ＡＸに沿った壁面を有する隔壁４と、隔壁４により仕切られた複数の流通孔２と、複数の流通孔２の両端を交互に封止する封止材３，３０とを備えてなる。ハニカム構造体１の本体の中心部を通って軸方向ＡＸに対して平行に切断した断面視において、封止材３，３０のそれぞれの流通孔２における内部側に位置する内側端部３ｃ，３０ｃが凹状である。また、本体の外周側に存在する封止材３ａ,３０ａの長さが、本体の中心部に存在する封止材３ｂ，３０ｂの長さより短く、かつ本体の中心部から外周側に向かうに従って封止材３，３０の長さがばらつきながら全体として短くなる傾向になっている。

より具体的には、ハニカム構造体１は、封止材３，３０のそれぞれの内側端部３ｃ，３０ｃの底部が破線で示す直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の近傍に位置するとともに、封止材３，３０の長さは本体の中心部から外周側に向かって全体として短くなる傾向になっている。

このように封止材３，３０を構成することで、外周側において、排気ガス等の気体中に含まれる微粒子の吸着可能な隔壁４の表面積は全体として増加する傾向になっている。これにより、微粒子の捕集率が低下しにくい。

ここで、破線で示す直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、ハニカム構造体１の最外周に位置する封止材３ａの底部と中心に位置する封止材３ｂの底部とに接する直線であり、封止材３ｂが中心にない場合は、中心に最も近い位置に存在する封止材３ｂの底部を用いればよい。

また、本体とは、軸方向ＡＸに沿った壁面を有する隔壁４と、隔壁４により仕切られた複数の流通孔２とを有するものである。炭素を主成分とする微粒子（以下、ディーゼル微粒子という。）を含む排気ガスは、図１では軸方向ＡＸの矢印を施した方向に向かって流入する。

また、封止材３，３０の内側端部３ｃ，３０ｃを凹状とすることにより、内側端部３ｃ，３０ｃの表面が従来のように隔壁４に対してすべて直交するのではなく、隔壁４に対して傾斜する面を含むようになり、内側端部３ｃ，３０ｃの表面積は従来の平坦状の内側端部表面の面積に比べて大きくなる。

また、封止材の長さが略同一である場合に比べ、隔壁４と内側端部３ｃ，３０ｃとの境界に発生する応力が緩和されやすい。さらに、封止材３，３０は、内側端部３ｃ，３０ｃが凹状であることから、隔壁４と内側端部３ｃ，３０ｃとの境界における応力集中を低減することができる。これにより、この境界に生じていたクラックおよび溶損を抑制することができる。また、ハニカム構造体１を、微粒子を捕集するフィルタとして用いると、微粒子は隔壁４より凹状の内側端部３０ｃに選択的に堆積するため、使用を重ねても微粒子の捕集率の低下を遅らせることができる。

また、封止材３，３０は、その形状によって隔壁４と内側端部３ｃ，３０ｃとの境界における応力集中の程度が異なる。本実施形態のハニカム構造体１では、本体の中心部を通って軸方向ＡＸに対して平行に流通孔２を切断した断面視における封止材３，３０は、軸方向ＡＸに対して平行な中心線に対して非対称である場合には、隔壁４と内側端部３ｃ，３０ｃとの境界における応力集中はさらに低減させられる。これにより、隔壁４と内側端部３ｃ，３０ｃとの境界に生じていたクラックおよび溶損はさらに発生しにくくなる。

図２に本発明に係る他の実施形態のハニカム構造体を模式的に示す。図２（ａ）は軸方向ＡＸに対して平行に本体を切断した様子を示す断面図であり（ただし、中央部分を省略）、図２（ｂ）は封止材の内側端部における拡大図である。なお、図１と共通の部位を表す場合は同じ符号を用いて示す。

図２に示すハニカム構造体１は、軸方向ＡＸに沿った壁面を有する隔壁４と、隔壁４により仕切られた複数の流通孔２と、複数の流通孔２の外側端部と内部とが交互に封止する封止材３，３０とを備えてなるハニカム構造体であって、本体の中心部を通って軸方向ＡＸに対して平行に切断した断面視において、封止材３，３０のそれぞれの内側端部３ｃ，３０ｃが凹状であり、本体の外周側に存在する封止材３ａ,３０ａのそれぞれの長さが、本体の中心部に存在する封止材のそれぞれの長さ３ｂ，３０ｂより短く、本体の中心部から外周側に向かうに従って、封止材３，３０のそれぞれの長さがばらつきながら全体として短くなる傾向になっている。

より具体的には、図２に示すハニカム構造体１は、封止材３，３０の内側端部３ｃ，３０ｃの底部が破線で示す直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の近傍に位置するとともに、封止材３，３０の長さは本体の中心部から外周側に向かって全体として短くなる傾向になっているものである。なお、破線で示す直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、図１と同様に、ハニカム構造体１の最外周に位置する封止材３ａの底部と中心に位置する封止材３ｂの底部とに接する直線であり、封止材３ｂが中心にない場合は、中心に最も近い位置に存在する封止材３ｂの底部を用いればよい。また、本体とは、軸方向ＡＸに沿った壁面を有する隔壁４と、隔壁４により仕切られた複数の流通孔２とを有するものであり、ディーゼル微粒子を含む排気ガスは、図２では軸方向ＡＸの矢印の方向に向かって流入する。また、図２におけるハニカム構造体１は、封止材３の外側端部や排気ガスの流入側の隔壁４ｃに触媒が担持されている。ここで、触媒としては、たとえば、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）等の白金族金属およびその酸化物等があり、アルカリ土類金属酸化物、希土類酸化物、酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_３），ランタン（Ｌａ），セシウム（Ｃｓ）等を含んでいてもよい。

図２に示すハニカム構造体１においても、図１に示すハニカム構造体１で得られた効果と同様の効果が得られる。

内燃機関，焼却炉およびボイラー等の運転中にハニカム構造体１による微粒子の捕集量がある一定値以上になって、排気ガス中に含まれる未燃の炭化水素ガスをハニカム構造体１に対して噴射すると、炭化水素ガスが触媒による酸化反応により反応熱を生成することから、微粒子が堆積しやすい流入側の封止材３の外側端部は温度が上昇する。

このように、流入側の封止材３の外側端部の温度が上昇すると、触媒の活性度が高められているため、流入側の封止材３の外側端部での微粒子の燃焼が容易に行われ、微粒子の堆積を抑制することができる。

図２に示すハニカム構造体１によれば、流通孔２の入口端面（ＩＦ）における微粒子の堆積によって発生する流通孔２の閉塞によって発生していた圧力損失が上昇するようなことはほとんどなく、微粒子が触媒により有効に燃焼され、ハニカム構造体１の破損や溶損を減少させることができるとともに、長期間にわたり圧力損失を上昇させることなく用いることができる。

図３は、軸方向ＡＸに対して平行に流通孔２を切断した断面視における封止材３を示す断面図である。図３に示すように、封止材３は、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）および（ｅ）のいずれの形状も軸方向ＡＸに平行な中心線ＣＬに対して非対称である。封止材３が非対称であることにより、隔壁４と内側端部３ｃとの境界における応力集中はさらに低減させられるため、この境界に生じていたクラックおよび溶損はさらに発生しにくくなる。また、封止材３０が非対称であっても同様な効果が得られる。

特に、外側端部３ｄが隔壁４ａと交わる一方の境界と、内側端部３ｃが隔壁４ａと交わる一方の境界とを結ぶ長さａが、外端端部３ｄが隔壁４ｂと交わる他方の境界と、外側端部３ｄが隔壁４ｂと交わる他方の境界とを結ぶ長さｂに対して異なることがより好適である。また、長さａ，長さｂの差の絶対値は、２ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが望ましい。なぜなら、２ｍｍ以上とすることで隔壁４と内側端部３ｃとの境界に生じていたクラックおよび溶損はさらに発生しにくくなり、３ｍｍ以下とすることで隔壁の表面積がほとんど低下しないので、捕集効率を維持することができるからである。

なお、封止材３，３０のそれぞれの内側端部３ｃ，３０ｃが凹状であるとは、軸方向ＡＸに対して平行に流通孔２を切断した断面視において、表面が外側端部３ｄ，３０ｄに向かって凹んでいる形状をいい、例えば椀状，角錐状，円錐状，角錐台状，円錐台状またはこれらの形状が組み合わされ複合化された形状をいうものとする。

図４（ａ）〜（ｅ）は、軸方向ＡＸに対して平行に流通孔２を切断した断面視における封止材３０の内側端部３０ｃの形状を示す断面図である。図４（ａ）はその断面形状が矩形状であり凹んだ箇所が円柱状または直方体状、（ｂ）は凹んだ箇所が角錐状または円錐状、（ｃ）は凹んだ箇所が角錐台状または円錐台状、（ｄ）は凹んだ箇所が、内側端部３０ｃから外側端部３０ｄに向かって角柱状および円柱状のいずれかと、角錐状および円錐状のいずれかとがつながった形状である。（ｅ）は（ｄ）で示す形状に加え、凹んだ箇所が、内側端部３０ｃ側に角錐台状および円錐台状のいずれかが設けられた形状を示す。図４（ｆ）は封止材の内側端部の形状を示す斜視図である。

特に、内側端部３０ｃは図４（ｆ）の斜視図に示すように椀状であることが好ましい。内側端部３０ｃを椀状にすることにより、内側端部３０ｃの表面のほとんどが隔壁４に対して傾斜するとともに、封止材３０の内側端部３０ｃの表面積が従来の平坦状の内側端部の表面積に比べて大きくなるからである。

封止材３０は、内側端部が椀状であることにより、隔壁４と内側端部３０ｃとの境界における応力集中はさらに低減され、長期間の使用に供しても隔壁４と内側端部３０ｃとの境界におけるクラックおよび溶損がほとんど発生することがない。また、内側端部３０ｃが椀状の場合、ハニカム構造体１を微粒子を捕集するフィルタとして用いると、隔壁４より凹状の内側端部３０ｃに選択的に微粒子が堆積するため、使用を重ねても微粒子の捕集率が低下しにくい。

図１および図２に示すハニカム構造体１は、コージェライト，チタン酸アルミニウム，炭化珪素，窒化珪素，アルミナ，ムライト，リチウムアルミニウムシリケートおよびスポジュメン等の少なくともいずれか１種を主成分とする焼結体により形成される。そして、例えば、外径が１００〜２００ｍｍ、軸方向ＡＸの長さが１００〜２５０ｍｍの円柱形状であって、軸方向ＡＸに対して垂直な断面における流通孔２は個数が１平方インチ当たり５０〜８００個、断面積が１〜１０ｍｍ^２、および隔壁４の厚みは０．０５〜１．０ｍｍである。

なお、図１，２に示すように、封止材３，３０の内側端部３ｃ，３０ｃを凹状にしたハニカム構造体１では、封止材３，３０の軸方向ＡＸにおける各長さＬ_ａ，Ｌ_ｂを特に限定するものではないが、ハニカム構造体１の全長Ｌに対する長さＬ_ａの長さ比（Ｌ_ａ／Ｌ）が０．００７以上０．２以下であることが好適である。なぜなら、長さ比（Ｌ_ａ／Ｌ）を０．００７以上にすると、封止材３が脱落するおそれが低くなり、十分な信頼性を確保できるからであり、０．２以下にすると、微粒子の捕集効率をある一定限度以上に維持することができるからである。一方、ハニカム構造体１の全長Ｌに対する長さＬ_ｂの長さ比（Ｌ_ｂ／Ｌ）についても、同じ理由から０．００７以上０．２以下であることが好適である。

また、内側端部３ｃ，３０ｃは、深さｄが０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好適である。

さらに、封止材３，３０の軸方向ＡＸにおける各長さＬ_ａ，Ｌ_ｂのばらつきを相対的に示す指標である変動係数σ_ａ／ｘ_ａ，σ_ｂ／ｘ_ｂ（σ_ａ：Ｌ_ａの標準偏差，ｘ_ａ：Ｌ_ａの平均値，σ_ｂ：Ｌ_ｂの標準偏差，ｘ_ｂ：Ｌ_ｂの平均値）は、そのいずれかが０．０８以上であることが好適である。

また、ハニカム構造体１は、構成する組成によって耐熱衝撃性が影響を受けるため、チタン酸アルミニウムを主成分とする焼結体とすることが好ましい。これは、チタン酸アルミニウムの耐熱衝撃性が特に高いため、長期間信頼性を高いものとすることができるからである。

なお、本発明における主成分とは、ハニカム構造体１を構成する成分のうち、５０質量％以上を占める成分をいう。

次に、本実施形態のハニカム構造体の製造方法について説明する。

ここでは、主成分がコージェライトであるハニカム構造体１について説明する。先ず、焼結体におけるコージェライトの組成がＳｉＯ_２が４０〜５６質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が３０〜４６質量％、ＭｇＯが１２〜１６質量％となるように、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカ、タルクまたは焼タルクなどのコージェライト化する原料を調合して調合原料を得る。これにグラファイト、澱粉または樹脂粉末等の造孔剤の所定量を添加した後、さらに可塑剤、増粘剤、滑り剤および水等を加えて、万能攪拌機、回転ミルまたはＶ型攪拌機等を使って混合物とする。そして、この混合物を三本ロールや混練機等を用いて混練し、可塑化した混練体を得る。

次に、成形体の外径を決定する内径が、例えば、１００〜２５０ｍｍであるとともに、ハニカム構造体の隔壁を形成するためのスリットを有する金型を用いて前記混練体を押出成形機に投入し、圧力を加えてハニカム状に成形した後、乾燥して所定長さに切断加工する。その後、市松模様状にマスキングを施した出口端面（ＯＦ）より水に溶かしてスラリー状にした前記調合原料をディッピング法により挿入した後に、入口端面（ＩＦ）より先端部が凸状に形成され、撥水性の樹脂がコーティングされたピンを挿入した状態で常温にて乾燥し、封止材３０を形成する。

封止材３０の長さはピンを挿入する深さで調整する。封止材３０の形状は、ピンの先端形状が封止材３０に転写されるため、ピンの先端形状を適宜選択すればよい。乾燥後、ピンを抜き、流通孔２の両端を交互に封止材３，３０により封止したハニカム構造体１を得るには、上述の作業と同じ作業を流入側でも行い、封止材３を形成する。流通孔２の一端と内部とに交互に封止材３，３０により封止したハニカム構造体１を得るには、出口端面（ＯＦ）における封止材３０の形成は上述した形成方法を用いればよい。

流通孔２の内部における封止材３の形成方法については、以下のようにする。先ず、市松模様状にマスキングを施した入口端面（ＩＦ）より水に溶かしてスラリー状にした前記調合原料をディッピング法により挿入する。そして、スラリーが隔壁４に着肉して保形性が得られ、封止材３の前駆体となった状態で、撥水性の樹脂がコーティングされたピンを入口端面（ＩＦ）より挿入して、前駆体を流通孔２の内部に移動させる。そして、入口端面（ＩＦ）から挿入されたピンはそのままにして、出口端面（ＯＦ）から撥水性の樹脂がコーティングされたピンを挿入した状態で常温にて乾燥し、封止材３を形成する。その後、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ルテニウム（Ｒｕ）またはロジウム（Ｒｈ）等の白金族金属およびその酸化物等の触媒を含有するスラリーに、ハニカム構造体１の入口側を浸漬する。その後、乾燥させ、焼成すると、隔壁４の壁面および隔壁４内部の気孔に触媒を付着させることができる。

封止材３，３０を形成した後、電気炉、ガス炉等の焼成炉を用い、成形体を温度１３５０℃〜１４５０℃で焼成して、本発明のハニカム構造体を得ることができる。

主成分がチタン酸アルミニウムであるハニカム構造体を得るには、ＴｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３との比率がモル比で４０〜６０：６０〜４０である成分１００質量部と、組成式が（Ｎａ_ｙＫ_１−ｙ）ＡｌＳｉ_３Ｏ_８（０≦ｙ≦１）で表わされるアルカリ長石、Ｍｇを含むスピネル型構造の酸化物、ＭｇＯおよび焼成によりＭｇＯに転化するＭｇ含有化合物の少なくともいずれか１種からなる成分を１〜１０質量部と、を調合して調合原料を得る。これ以降、封止材を形成するまでの工程は、主成分がコージェライトの場合と同様である。ハニカム構造体の主成分がチタン酸アルミニウムの場合、電気炉、ガス炉等の焼成炉を用い、成形体を温度１２５０℃〜１７００℃で焼成して、本発明のハニカム構造体を得ることができる。

このように作製されたハニカム構造体は、流通孔２の一端を入口とし、他端を出口として排気ガスを通過させ、隔壁４および封止材３，３０によりディーゼル微粒子を捕集するフィルタとして好適に用いることができる。

図５は、排気ガス処理装置１０（図１に示すハニカム構造体１を、ディーゼル微粒子を捕集するフィルタとして用いた排気ガス処理装置）を模式的に示す概略断面図である（ただし、中央部を省略）。

本実施形態のハニカム構造体１を、ディーゼルエンジンの排気ガス（ＥＧ）中のディーセル微粒子を捕集するフィルタとして用いる場合を例にとり説明する。ハニカム構造体１は、軸方向の両端に排気ガス流入口５と排気ガス流出口６とを有するコーンカップ形状の金属製（例えば、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼）のケース７の内面において、酸化アルミニウムまたは酸化珪素が主成分であるセラミックファイバを含むマット状の断熱材層８を介して排気ガス処理装置１０内に固定される。ケース７には排気管９が連通し、この排気管９より排気ガス（ＥＧ）がケース７内に流入する。ディーゼルエンジン（不図示）が作動して、排気ガス（ＥＧ）が排気管９よりケース７に流入すると、ハニカム構造体１の内部では、入口端面（ＩＦ）で封止材のない流通孔２より排気ガス（ＥＧ）が導入されるが、出口端面（ＯＦ）に形成された封止材３０によって排気ガス（ＥＧ）の流出は遮られる。流出が遮られた排気ガス（ＥＧ）は、多孔質の隔壁４を通過し、隣接する流通孔２より排出される。隔壁４では、その気孔内で排気ガス（ＥＧ）中のディーゼル微粒子が捕集され、隣接する流通孔２の入口には封止材３が形成されているので、排気ガスはディーゼル微粒子を含まない状態に浄化され、出口端面（ＯＦ）より外部に排出することができる。

このような排気ガス処理装置１０には、本実施形態のハニカム構造体１をフィルタとして好適に用いることができ、長期間にわたり効率よくディーゼル微粒子を捕集することができる。

本発明に係るハニカム構造体（ただし、中央部分を除く）の一実施形態を示し、（ａ）は軸方向ＡＸに対して平行に本体を切断した断面図であり、（ｂ）は封止材の拡大図である。 本発明に係るハニカム構造体（ただし、中央部分を除く）の他の実施形態を示し、（ａ）は軸方向ＡＸに対して平行に本体を切断した断面図であり、（ｂ）は封止材の拡大図である。 軸方向ＡＸに対して平行に流通孔を切断した断面視における封止材を示す断面図である。 （ａ）〜（ｅ）はそれぞれ軸方向ＡＸに対して平行に流通孔を切断した断面視における封止材の内側端部の形状を示す断面図であり、（ｆ）は封止材の内側端部の形状を示す斜視図である。 本発明に係るハニカム構造体を用いた排気ガス処理装置を示す概略断面図である。 従来のフィルタを軸方向に対して平行に切断した断面図である。 従来のフィルタを軸方向に対して平行に切断した断面図である。 従来のフィルタを軸方向に対して平行に切断した断面図である。

符号の説明

１：ハニカム構造体
２：流通孔
３，３０：封止材
４：隔壁
５：排気ガス流入口
６：排気ガス流出口
７：ケース
８：断熱材層
９：排気管

Claims (8)

1. 軸方向に沿った壁面を有する隔壁と、該隔壁により仕切られた複数の流通孔と、前記複数の流通孔の両端を交互に封止する封止材とを備えてなるハニカム構造体であって、該ハニカム構造体の本体の中心部を通って前記軸方向に対して平行に切断した断面視において、前記封止材の前記流通孔における内部側に位置する内側端部が凹状であり、前記本体の外周側に存在する封止材の長さが前記本体の中心部に存在する封止材の長さより短く、かつ前記本体の中心部から外周側に向かうに従って前記封止材の長さが短くなる傾向にあることを特徴とするハニカム構造体。
2. 軸方向に沿った壁面を有する隔壁と、該隔壁により仕切られた複数の流通孔と、前記複数の流通孔の外側端部と内部とが交互に封止する封止材とを備えてなるハニカム構造体であって、該ハニカム構造体の本体の中心部を通って前記軸方向に対して平行に切断した断面視において、前記封止材の前記流通孔における内部側に位置する内側端部が凹状であり、前記本体の外周側に存在する封止材の長さが、前記本体の中心部に存在する封止材の長さより短く、かつ前記本体の中心部から外周側に向かうに従って前記封止材の長さが短くなる傾向にあることを特徴とするハニカム構造体。
3. 前記本体の中心部から外周側に向かうに従って前記封止材の長さがばらつきながら短くなる傾向にあることを特徴とする請求項１または２に記載のハニカム構造体。
4. 前記断面視において、前記封止材は、前記軸方向に平行な中心線に対して非対称であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のハニカム構造体。
5. 前記各封止材は、内側端部が椀状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のハニカム構造体。
6. 前記ハニカム構造体は、チタン酸アルミニウムを主成分とする焼結体からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のハニカム構造体。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のハニカム構造体を用いたフィルタであって、前記流通孔の一端を入口とし、他端を出口として排気ガスを通過させ、前記隔壁および前記封止材により前記排気ガス中の微粒子を捕集することを特徴とするフィルタ。
8. 請求項７に記載のフィルタを備えていることを特徴とする排気ガス処理装置。

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