(57)【要約】【課題】  安価に作製が可能で、外周部に隣接する貫通孔の両端ともが封止されておらず、長手方向の中央部分の長手方向に垂直な断面積が端面の面積に比べて大きいハニカム構造体を提供する。【解決手段】  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セル隔壁と、排ガス入口側の端面が開口され且つ排ガス出口側の端面が封じられている排ガス導入セルと、排ガス出口側の端面が開口され且つ排ガス入口側の端面が封じられている排ガス排出セルとを備えたハニカム構造体であって、前記排ガス導入セル及び前記排ガス排出セルは、前記排ガス導入セル及び前記排ガス排出セルの長手方向に垂直な断面形状が略一定である内部領域と、前記排ガス導入セル及び前記排ガス排出セルの長手方向に垂直な断面形状が端面に近づくに従って拡大又は縮小されている端部領域とからなり、前記ハニカム構造体の長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面の断面積は、前記ハニカム構造体の端面の面積よりも大きいことを特徴とするハニカム構造体。【選択図】  図１
2020060165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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セル隔壁と、排ガス入口側の端面が開口され且つ排ガス出口側の端面が封じられている排ガス導入セルと、排ガス出口側の端面が開口され且つ排ガス入口側の端面が封じられている排ガス排出セルとを備えたハニカム構造体であって、
前記排ガス導入セル及び前記排ガス排出セルは、前記排ガス導入セル及び前記排ガス排出セルの長手方向に垂直な断面形状が略一定である内部領域と、前記排ガス導入セル及び前記排ガス排出セルの長手方向に垂直な断面形状が端面に近づくに従って拡大又は縮小されている端部領域とからなり、
前記ハニカム構造体の長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面の断面積は、前記ハニカム構造体の端面の面積よりも大きいことを特徴とするハニカム構造体。
【請求項２】
前記ハニカム構造体の端面の面積に対する前記ハニカム構造体の長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面の断面積の割合は、１．０１〜１．１５である請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項３】
前記内部領域の端面における長手方向に垂直な断面の断面積に対する前記ハニカム構造体の長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面の断面積の割合は、１．０１〜１．１０である請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
【請求項４】
前記ハニカム構造体の長手方向の長さは、７５〜４００ｍｍである請求項１〜３のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項５】
前記端部領域のセルの長手方向の長さは、１〜１０ｍｍである請求項１〜４のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項６】
前記端部領域におけるセル隔壁の厚さは、０．１〜０．５ｍｍである請求項１〜５のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項７】
前記内部領域におけるセルの長手方向に垂直な断面形状は、四角形である請求項１〜６のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項８】
前記ハニカム構造体は、外周に外周壁を有する一のハニカム焼成体により構成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項９】
前記ハニカム焼成体は、コージェライト、又は、チタン酸アルミニウムからなる請求項８に記載のハニカム構造体。
【請求項１０】
前記セル隔壁の気孔率は、３５〜６５％である請求項１〜９のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項１１】
前記セル隔壁に含まれる気孔の平均気孔径は、５〜３０μｍである請求項１〜１０のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中には、スス等のパティキュレート（以下、ＰＭともいう）が含まれており、近年、このＰＭが環境または人体に害を及ぼすことが問題となっている。また、排ガス中には、ＣＯ、ＨＣまたはＮＯｘ等の有害なガス成分も含まれていることから、この有害なガス成分が環境または人体に及ぼす影響についても懸念されている。
【０００３】
そこで、内燃機関と連結されることにより排ガス中のＰＭを捕集したり、排ガスに含まれるＣＯ、ＨＣまたはＮＯｘ等の排ガス中の有害なガス成分を浄化したりする排ガス浄化装置として、チタン酸アルミニウム、コージェライト、炭化ケイ素等の多孔質セラミックからなるハニカム構造体が種々提案されている。
【０００４】
また、これらのハニカムフィルタでは、内燃機関の燃費を改善し、圧力損失の上昇に起因する運転時のトラブル等をなくすために、圧力損失の低いハニカム構造体からなるフィルタが種々提案されている。
【０００５】
特許文献１には、柱体の端面に複数の孔が開口したハニカム構造体であって、柱体の端面に互いに隔壁で区画された複数の貫通孔が開口しているグリーンハニカム成形体における、上記端面の中央部の複数の貫通孔の一部が封口され、上記端面の外周部は、上記端面に至るにつれて外径が連続して減少する面取部を有すると共に、上記端面の外周部の貫通孔が封口され、上記グリーンハニカム成形体が焼成されたハニカム構造体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−３６１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されたハニカム構造体では、上記端面の外周部は、端面に至るにつれて外径が連続して減少する面取部を有し、上記端面の外周部の貫通孔は封口されているため、濾過面積が小さくなってしまうという問題があった。
【０００８】
一方、特許文献１に記載のように、外周部の貫通孔を封口することなく、長手方向の中央部の外径が端部の外径に比べて大きいハニカム構造体を製造しようとすると、端部の外径が中央部の外径に比べて小さくなるように外周部の切削加工を行った後、貫通孔が露出した部分を含む外周領域に原料組成物のペーストを塗布し、乾燥、脱脂、焼成等を行う必要があり、工程が複雑となるとともに、製造コストも増大するという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、安価に作製が可能で、外周部に隣接する貫通孔の両端ともが封止されてはおらず、長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面積が端面の面積に比べて大きいハニカム構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のハニカム構造体は、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セル隔壁と、排ガス入口側の端面が開口され且つ排ガス出口側の端面が封じられている排ガス導入セルと、排ガス出口側の端面が開口され且つ排ガス入口側の端面が封じられている排ガス排出セルとを備えたハニカム構造体であって、
上記排ガス導入セル及び上記排ガス排出セルは、上記排ガス導入セル及び上記排ガス排出セルの長手方向に垂直な断面形状が一定である内部領域と、上記排ガス導入セル及び上記排ガス排出セルの長手方向に垂直な断面形状が端面に近づくに従って拡大又は縮小されている端部領域とからなり、上記ハニカム構造体の長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面の断面積は、上記ハニカム構造体の端面の面積よりも大きいことを特徴とする。
【００１１】
なお、上記排ガス導入セルの排ガス出口側の端面及び上記排ガス排出セルの排ガス入口側の端面が封じられているとは、上記した端面を含む部分が封止剤を充填することにより目封じされているのではなく、上記端部領域において、セルの長手方向に垂直な断面形状が端面に近づくに従って縮小され、端面において上記断面の面積が０となり、閉じられていることをいう。
【００１２】
本発明のハニカム構造体における排ガス導入セルの端部領域及び排ガス排出セルの端部領域では、上記排ガス導入セル及び上記排ガス排出セルの長手方向に垂直な断面形状が端面に近づくに従って拡大又は縮小されており、上記ハニカム構造体の長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面の断面積は、上記ハニカム構造体の端面の面積よりも大きいので、上記ハニカム構造体を排ガス浄化用のフィルタとして使用する際、フィルタを保持するための無機繊維等からなる保持シール材でしっかりと保持することができ、フィルタが保持シール材から脱落したり、抜け出たりするのを、保持力を下げた場合においても確実に防止することができる。
【００１３】
また、本発明のハニカム構造体では、上記端部領域において、上記排ガス導入セル及び上記排ガス排出セルの長手方向に垂直な断面形状が端面に近づくに従って拡大又は縮小されており、排ガス入口側及び出口側の端面で開口率が高くなっているので、排ガスがハニカム構造体に流入する際及び排ガス構造体から流出する際の抵抗が小さくなり、圧力損失を充分に低減させることができる。
【００１４】
また、本発明のハニカム構造体では、特許文献１のハニカム構造体のように、外周に隣接する貫通孔の両端が押しつぶされ、封口されていないので、有効濾過面積を大きくとることができる。
【００１５】
さらに、外周部の切削加工等を行う必要がないので、安価なハニカム構造体を提供することができる。
【００１６】
本発明のハニカム構造体では、上記ハニカム構造体の端面の面積に対する上記ハニカム構造体の長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面の断面積の割合は、１．０１〜１．１５であることが望ましい。
【００１７】
本発明のハニカム構造体において、上記ハニカム構造体の端面の面積に対する上記ハニカム構造体の長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面の断面積の割合、すなわち、（ハニカム構造体の長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面の断面積）／（ハニカム構造体の端面の面積）が１．０１〜１．１５であると、上記保持シール材での保持圧力を下げた状態であっても、強固にハニカム構造体を保持することができ、脱落等を確実に防止することができる。
【００１８】
上記ハニカム構造体の端面の面積に対する上記ハニカム構造体の長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面の断面積の割合が、１．０１未満であると、保持シール材でハニカム構造体を保持する能力が充分でなくなり、保持シール材からハニカム構造体が脱落するおそれが生じる。一方、上記ハニカム構造体の端面の面積に対する上記ハニカム構造体の長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面の断面積の割合が、１．１５を超えると、ハニカム構造体の製造が困難になるとともに、急激な加熱や冷却等により大きな熱応力が発生した際には、ハニカム構造体に破損が発生しやすくなる。
【００１９】
本発明のハニカム構造体では、上記内部領域の端面における長手方向に垂直な断面の断面積に対する上記ハニカム構造体の長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面の断面積の割合は、１．０１〜１．１０であることが望ましい。
【００２０】
本発明のハニカム構造体において、内部領域の端面における長手方向に垂直な断面の断面積に対するハニカム構造体の長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面の断面積の割合、すなわち（ハニカム構造体の長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面の断面積）／（ハニカム構造体の内部領域の端面における長手方向に垂直な断面の断面積）が１．０１〜１．１０であると、より強固に保持することができ、脱落等を防止することができる。
【００２１】
本発明のハニカム構造体では、上記ハニカム構造体の長手方向の長さは、７５〜４００ｍｍであることが望ましい。
【００２２】
本発明のハニカム構造体において、上記ハニカム構造体の長手方向の長さが７５〜４００ｍｍであると、上記中央部と端部との間の距離が比較的短いので、外周部の傾斜が比較的急となり、保持シール材により、より確実にハニカム構造体を保持することができ、脱落等を防止することができる。
【００２３】
上記ハニカム構造体の長手方向の長さが７５ｍｍ未満であると、ハニカム構造体の長さが短すぎるため、排ガスがハニカム構造体に流入する際及び排ガス構造体から流出する際の抵抗を小さくする効果が発揮されにくくなる。一方、上記ハニカム構造体の長手方向の長さが４００ｍｍを超えると、ハニカム構造体の長さが長すぎるため、保持力を向上させる効果が発揮されにくくなる。
【００２４】
本発明のハニカム構造体では、上記端部領域のセルの長手方向の長さは、１〜１０ｍｍであることが望ましい。
本発明のハニカム構造体において、上記端部領域のセルの長手方向の長さが、１〜１０ｍｍであると、排ガス入口側において、排ガスがセル内部に導入される抵抗、及び、排ガス出口側において、排ガスがセル内部より排出される抵抗をより小さくできるため、圧力損失をさらに低減させることができる。
【００２５】
本発明のハニカム構造体において、上記端部領域のセルの長手方向の長さが、１ｍｍ未満であると、排ガス入口側において、セル内部への排ガスを導入する際の抵抗が大きくなり、排ガス出口側において、排ガスが排出される際の抵抗が大きくなるため、圧力損失を充分に低減できなくなり、一方、上記端部領域のセルの長手方向の長さが、１０ｍｍを超えると、そのような構造のハニカム構造体の製造が難しくなる。
【００２６】
本発明のハニカム構造体では、上記端部領域におけるセル隔壁の厚さは、０．１〜０．５ｍｍであることが望ましい。
本発明のハニカム構造体において、上記端部領域におけるセル隔壁の厚さが、０．１〜０．５ｍｍであると、圧縮強度を低下させることなく、セル隔壁の厚さを充分に薄くすることができるので、圧力損失を充分に低減させることができる。
【００２７】
本発明のハニカム構造体において、上記端部領域におけるセル隔壁の厚さが、０．１ｍｍ未満であると、セル隔壁の厚さが薄すぎることとなり、圧縮強度を低下させてしまう。一方、上記端部領域におけるセル隔壁の厚さが０．５ｍｍを超えると、セル隔壁の厚さが厚すぎるため、圧力損失を充分に低減させることが難しくなる。
【００２８】
本発明のハニカム構造体において、上記内部領域におけるセルの長手方向に垂直な断面形状は、四角形であることが望ましい。
本発明のハニカム構造体において、上記内部領域におけるセルの長手方向に垂直な断面形状が、四角形であると、ハニカム構造体を製造する際、上記端部領域において、セルの長手方向に垂直な断面形状を、端面に近づくに従って拡大又は縮小させ易く、圧力損失が充分に低いハニカム構造体の実現が可能となる。
【００２９】
本発明のハニカム構造体では、上記ハニカム構造体は、外周に外周壁を有する一のハニカム焼成体により構成されていることが望ましい。
本発明のハニカム構造体においては、接着剤を用いて多数のハニカムセグメントを組み合わせたハニカム構造体に比べて、接着層がない分、端面における開口率を高くできるため、圧力損失の低減効果がより発揮できる。
【００３０】
本発明のハニカム構造体では、上記ハニカム焼成体は、コージェライト、又は、チタン酸アルミニウムからなることが望ましい。
本発明のハニカム構造体において、上記ハニカム焼成体が、コージェライト、又は、チタン酸アルミニウムからなると、上記セラミックは、熱膨張率の低い材料であるので、再生時等において大きな熱応力が発生した場合であっても、クラック等の発生しにくいハニカム構造体となる。
【００３１】
本発明のハニカム構造体では、上記セル隔壁の気孔率は、３５〜６５％であることが望ましい。
本発明のハニカム構造体において、上記セル隔壁の気孔率が、３５〜６５％であると、セル隔壁は、排ガス中のＰＭを良好に捕集することができ、かつ、セル隔壁に起因する圧力損失の上昇を抑制することができる。従って、圧力損失をさらに低減させることができる。
【００３２】
セル隔壁の気孔率が３５％未満では、セル隔壁の気孔の割合が小さすぎるため、排ガスがセル隔壁を通過しにくくなり、排ガスがセル隔壁を通過する際の圧力損失が大きくなる。一方、セル隔壁の気孔率が６５％を超えると、セル隔壁の機械的特性が低く、再生時等において、クラックが発生し易くなる。
【００３３】
本発明のハニカム構造体では、上記セル隔壁に含まれる気孔の平均気孔径は、５〜３０μｍであることが望ましい。
【００３４】
本発明のハニカム構造体において、上記セル隔壁に含まれる気孔の平均気孔径が、５〜３０μｍであると、圧力損失の増加を抑制しながら、高い捕集効率でＰＭを捕集することができる。
【００３５】
セル隔壁に含まれる気孔の平均気孔径が５μｍ未満であると、気孔が小さすぎるため、排ガスがセル隔壁を透過する際の圧力損失が大きくなる。一方、セル隔壁に含まれる気孔の平均気孔径が３０μｍを超えると、気孔径が大きくなりすぎるので、ＰＭの捕集効率が低下してしまう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１（ａ）は、本発明のハニカム構造体の一例を模式的に示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図であり、図１（ｃ）は、一方の端面側から見た端面図である。
【図２】図２（ａ）は、成形工程により作製された未封止ハニカム成形体を模式的に示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した未封止ハニカム成形体のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、未封止ハニカム成形体の端面を含む一定領域を水分の多い領域とする工程を模式的に示す説明図である。
【図４】図４は、未封止ハニカム成形体の再成形工程の様子を模式的に示す説明図である。
【図５】図５は、未封止ハニカム成形体の再成形工程の様子を模式的に示す断面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｄ）は、封止ハニカム成形体を用いて本発明のハニカム構造体を製造する工程を模式的に示す説明図である。
【００３７】
（発明の詳細な説明）
［ハニカム構造体］
まず、本発明のハニカム構造体について説明する。
【００３８】
本発明のハニカム構造体は、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セル隔壁と、排ガス入口側の端面が開口され且つ排ガス出口側の端面が封じられている排ガス導入セルと、排ガス出口側の端面が開口され且つ排ガス入口側の端面が封じられている排ガス排出セルとを備えたハニカム構造体であって、
上記排ガス導入セル及び上記排ガス排出セルは、上記排ガス導入セル及び上記排ガス排出セルの長手方向に垂直な断面形状が一定である内部領域と、上記排ガス導入セル及び上記排ガス排出セルの長手方向に垂直な断面形状が端面に近づくに従って拡大又は縮小されている端部領域とからなり、上記ハニカム構造体の長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面の断面積は、上記ハニカム構造体の端面の面積よりも大きいことを特徴とする。
【００３９】
図１（ａ）は、本発明のハニカム構造体の一例を模式的に示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図であり、図１（ｃ）は、一方の端面側から見た端面図である。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すハニカム構造体１０は、排ガスの流路となる複数のセル１２、１３を区画形成する多孔質のセル隔壁１１と、排ガス入口側の端面１０ａが開口され且つ排ガス出口側の端面１０ｂが封じられている排ガス導入セル１２と、排ガス出口側の端面１０ｂが開口され且つ排ガス入口側の端面１０ａが封じられている排ガス排出セル１３とを備え、排ガス導入セル１２及び排ガス排出セル１３は、排ガス導入セル１２及び排ガス排出セル１３の長手方向に垂直な断面形状が一定である内部領域１０Ｂと、排ガス導入セル１２及び排ガス排出セル１３の長手方向（図１（ａ）中、両矢印）に垂直な断面形状が端面に近づくに従って拡大され、又は、縮小され、封じられている端部領域１０Ａ、１０Ｃとからなる。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ハニカム構造体１０が単一のハニカム焼成体からなる場合、ハニカム焼成体はハニカム構造体でもある。
【００４０】
本発明のハニカム構造体１０では、ハニカム構造体１０の長手方向の中央部１０ｃの長手方向に垂直な断面の断面積Ｄ１は、ハニカム構造体１０の端面１０ａ、１０ｂの面積Ｄ２よりも大きい。
その結果、ハニカム構造体１０を排ガス浄化用のフィルタとして使用する際、フィルタを保持するための無機繊維等からなる保持シール材でしっかりと保持することができ、フィルタが保持シール材から脱落又は抜け出たりするのを、保持シール材による保持圧力を下げた場合であっても確実に防止することができる。
なお、ハニカム構造体１０の長手方向の中央部１０ｃとは、ハニカム構造体の長さの１／２の部分をいう。
【００４１】
本発明のハニカム構造体１０では、端部領域１０Ａ、１０Ｃにおいて、排ガス導入セル１２及び排ガス排出セル１３の長手方向に垂直な断面形状が端面に近づくに従って拡大又は縮小されており、排ガス入口側及び出口側の端面で開口率が高くなっているので、排ガスがハニカム構造体１０に流入する際及び排ガス構造体１０から流出する際の抵抗が小さくなり、圧力損失を充分に低減させることができる。
【００４２】
本発明のハニカム構造体では、ハニカム構造体の端面の面積（Ｄ１）に対する上記ハニカム構造体の長手方向の中央部１０ｃの長手方向に垂直な断面の断面積（Ｄ２）の割合（Ｄ２／Ｄ１）は、１．０１〜１．１５であることが望ましい。
また、内部領域の端面における長手方向に垂直な断面の断面積（Ｄ３）に対する前記ハニカム構造体の長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面の断面積（Ｄ２）の割合は、１．０１〜１．１０であることが望ましい。
Ｄ２／Ｄ１が１．０１〜１．１５であり、Ｄ２／Ｄ３が１．０１〜１．１０であると、上記保持シール材でより強固にハニカム構造体を保持することができ、脱落等を確実に防止することができる。
【００４３】
本発明のハニカム構造体では、上記ハニカム構造体の長手方向の長さは、７５〜４００ｍｍであることが望ましい。
【００４４】
本発明のハニカム構造体において、上記ハニカム構造体の長手方向の長さが７５〜４００ｍｍであると、上記中央部と端部との間の距離が比較的短いので、外周部の傾斜が急となり、保持シール材により、より確実にハニカム構造体を保持することができ、脱落等を防止することができる。
【００４５】
本発明のハニカム構造体において、端部領域のセルの長手方向の長さは、１〜１０ｍｍであることが望ましい。
本発明のハニカム構造体において、上記端部領域のセルの長手方向の長さが、１〜１０ｍｍであると、排ガス入口側において、排ガスがセル内部に導入される抵抗、及び、排ガス出口側において、排ガスがセル内部より排出される抵抗をより小さくできるため、圧力損失をさらに低減させることができる。なお、上記した端部領域は、排ガスが流入する領域と排ガスが流出する領域の両方をいうものとする。
【００４６】
本発明のハニカム構造体において、端部領域におけるセル隔壁の厚さは、０．１〜０．５ｍｍであることが望ましく、内部領域におけるセル隔壁の厚さは、０．１２〜０．４ｍｍであることが望ましい。
本発明のハニカム構造体において、上記端部領域におけるセル隔壁の厚さが、０．１〜０．５ｍｍであると、圧縮強度を低下させることなく、セル隔壁の厚さを充分に薄くすることができるので、圧力損失を充分に低減させることができる。
【００４７】
本発明のハニカム構造体の形状としては、円柱状に限定されず、角柱状、楕円柱状、長円柱状、丸面取りされている角柱状（例えば、丸面取りされている三角柱状）等が挙げられる。
【００４８】
本発明のハニカム構造体において、内部領域におけるセルの長手方向に垂直な断面形状は、四角形に限定されず、三角形、六角形、八角形であってもよいが、四角形であることが望ましい。
【００４９】
本発明のハニカム構造体において、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面のセルの密度は、３１〜１５５個／ｃｍ２（２００〜１０００個／ｉｎｃｈ２）であることが望ましい。
【００５０】
本発明のハニカム構造体において、ハニカム焼成体の外周面に外周コート層が形成されている場合、外周コート層の厚さは、０．１〜２．０ｍｍであることが望ましい。
【００５１】
本発明のハニカム構造体は、外周に外周壁を有する一のハニカム焼成体により構成されていてもよいし、複数個のハニカム焼成体を備えていてもよく、複数個のハニカム焼成体が接着剤により結合されていてもよいが、外周に外周壁を有する一のハニカム焼成体により構成されていることが望ましい。
【００５２】
本発明のハニカム構造体を構成する材料は、特に限定されず、例えば、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物セラミック、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物セラミック、アルミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライト、チタン酸アルミニウム等の酸化物セラミック、ケイ素含有炭化ケイ素等が挙げられるが、ハニカム構造体が外周に外周壁を有する一のハニカム焼成体により構成されている場合には、コージェライト、又は、チタン酸アルミニウムが好ましい。
【００５３】
上記ハニカム焼成体が、コージェライト、又は、チタン酸アルミニウムからなると、上記セラミックは、熱膨張率の低い材料であるので、再生時等において大きな熱応力が発生した場合であっても、クラック等の発生しにくいハニカム構造体となるからである。
【００５４】
本発明のハニカム構造体では、上記セル隔壁の気孔率は、３５〜６５％であることが望ましい。
本発明のハニカム構造体において、上記セル隔壁の気孔率が、３５〜６５％であると、セル隔壁は、排ガス中のＰＭを良好に捕集することができ、かつ、セル隔壁に起因する圧力損失の上昇を抑制することができる。従って、圧力損失をさらに低減させることができる。
【００５５】
本発明のハニカム構造体において、上記セル隔壁に含まれる気孔の平均気孔径は、５〜３０μｍであることが望ましい。
【００５６】
本発明のハニカム構造体において、上記セル隔壁に含まれる気孔の平均気孔径が、５〜３０μｍであると、圧力損失の増加を抑制しながら、高い捕集効率でＰＭを捕集することができる。
本発明のハニカム構造体において、気孔率および平均気孔径は、水銀圧入法にて接触角を１３０°、表面張力を４８５ｍＮ／ｍの条件で測定する。
【００５７】
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法について説明する。
以下においては、チタン酸アルミニウムからなるハニカム構造体の製造方法を例にとって説明するが、本発明の製造対象は、チタン酸アルミニウムに限定されるものではない。
（混合工程）
まず、アルミナ粉末及びチタニア粉末にマグネシア粉末、シリカ粉末等の添加剤を添加し、混合することにより混合粉末を得る。
【００５８】
上記混合粉末において、シリカとマグネシアは、焼成助剤としての役割もあるが、焼成助剤としては、シリカとマグネシアの他に、Ｙ、Ｌａ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの酸化物が用いられていてもよい。これらの混合粉末に以下の添加剤を必要により添加して原料組成物を得る。成形助剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸、ポリアルコールが挙げられる。有機バインダとしては、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース等の親水性有機高分子が挙げられる。分散媒としては、水のみからなる分散媒、又は、５０体積％以上の水と有機溶剤とからなる分散媒が挙げられる。有機溶剤としては、ベンゼン、メタノール等のアルコールが挙げられる。造孔剤としては、微小中空球体であるバルーン、球状アクリル粒子、グラファイト、デンプンが挙げられる。バルーンとしては、アルミナバルーン、ガラスマイクロバルーン、シラスバルーン、フライアッシュ（ＦＡ）バルーン、ムライトバルーンが挙げられる。
【００５９】
また、原料組成物中には、その他の成分が更に含有されていてもよい。その他の成分としては、たとえば、可塑剤、分散剤、潤滑剤が挙げられる。可塑剤としては、たとえば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシプロピレンアルキルエーテル等のポリオキシアルキレン系化合物が挙げられる。分散剤としては、たとえば、ソルビタン脂肪酸エステルが挙げられる。潤滑剤としては、たとえば、グリセリンが挙げられる。
【００６０】
（成形工程）
成形工程は、混合工程により得られた原料組成物を成形して未封止ハニカム成形体を作製する工程である。未封止ハニカム成形体は、たとえば、原料組成物を押出金型を用いて押出成形することにより作製することができる。すなわち、未封止ハニカム成形体は、ハニカム構造体の筒状の外周壁と隔壁となる部分を構成する壁部を一度に押出成形することにより作製する。また、上記押出成形においては、ハニカム構造体の一部の形状に対応する成形体を成形してもよい。すなわち、ハニカム構造体の一部の形状に対応する成形体を成形し、それら成形体を組み合わせることによってハニカム構造体と同一形状を有するハニカム成形体を作製してもよい。
【００６１】
図２（ａ）は、成形工程により作製された未封止ハニカム成形体を模式的に示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した未封止ハニカム成形体のＢ−Ｂ線断面図である。
【００６２】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、上記成形工程により、セル２２、２３の長手方向に垂直な断面形状が四角で、端面２０ａ、２０ｂにおけるセル２２、２３の形状も全く同じ四角形状で、セル２２、２３を隔てるセル隔壁２１を有し、全体が円柱形状の未封止ハニカム成形体２０が作製される。
【００６３】
図３（ａ）〜（ｃ）は、未封止ハニカム成形体の端面を含む一定領域を水分の多い領域とする工程を模式的に示す説明図である。
【００６４】
図３（ａ）は、成形工程を経た未封止ハニカム成形体２０を示している。
【００６５】
（端面液滴付着工程）
図３（ｂ）に示すように、この未封止ハニカム成形体２０の両端面２０ａ、２０ｂにスプレー等の噴霧器５０を用いて水滴５１を噴霧し、両方の端面２０ａ、２０ｂに水滴５１を付着させる。噴霧器５０を用いて水滴を付着させる代わりに、スポンジや刷毛等を用いて水分を付着させてもよい。
【００６６】
これにより、図３（ｃ）に示すように、未封止ハニカム成形体２０の端面２０ａ、２０ｂを含む一定の領域Ｗに、水分等の含有量が多い領域が形成される。
【００６７】
（再成形工程）
この後、テーパー冶具を用い、端面を含む一定の領域に、水分等の含有量が多い領域が形成された未封止ハニカム成形体２０に対し、ハニカム構造体の端部領域に相当する部分を形成するための再成形を行い、排ガス導入セル及び排ガス排出セルとなるセル２２、２３の長手方向に垂直な断面形状が端面に近づくに従って拡大され、又は、縮小され、封じられた形状の封止ハニカム成形体とする。
【００６８】
図４は、未封止ハニカム成形体の再成形工程の様子を模式的に示す説明図であり、図５は、未封止ハニカム成形体の再成形工程の様子を模式的に示す断面図である。
図４及び図５に示すように、支持部４３と支持部４３上に固定された基台部４１と基台部４１上に形成された多数の四角錐形状の先端部４２とを備えたテーパー冶具４０を用い、先端部４２の四角錐を構成する４つの平面４２ｂの境界部である角部４２ｃが未封止ハニカム成形体２０の端面２０ａにおけるセル隔壁２１の四角を構成する一の辺２１ａの真ん中に当接するように配置し、未封止ハニカム成形体２０の中央部分に向かってテーパー冶具４０を押し込む。なお、先端部４２は、先端部底面４２ａが基台部４１に接着されている。
【００６９】
このとき、先端部４２が押し込まれたセル２２の端部領域に相当する部分は、セルの長手方向に垂直な断面形状が端面に近づくに従って拡大された形状となり、先端部４２が押し込まれたセル２２の上下左右に存在していたセル２３の端部領域に相当する部分は、セル２３の長手方向に垂直な断面形状が端面に近づくに従って縮小され、封じられた形状となる。このようにして作製された封止ハニカム成形体３０の端面から見た形状は、図１（ｃ）に示すハニカム構造体１０と同じく、端面１０ａにおけるセル１２の四角が内部領域１０Ｂのセル１２の四角を４５°回転した形状となる。
テーパー治具の先端部４２の角度及び隣り合う先端部４２同士の幅を調整することにより、端部領域におけるセル隔壁の厚さを調整することができる。
【００７０】
図６（ａ）〜（ｄ）は、封止ハニカム成形体３０を用いて本発明のハニカム構造体を製造する工程を模式的に示す説明図である。
【００７１】
上記再成形工程の後、図６（ａ）に示すように遠赤外線（ＩＲ）乾燥機６０を用い、封止ハニカム成形体３０の端面を８０〜３００℃で１〜１２０秒間加熱し、端面近傍の水分の多い領域Ｗとその周辺領域を収縮させる。
続いて図６（ｂ）に示すように、マイクロ波乾燥機７０を用い、５００〜６０００ｋＷの出力で１〜２０分間、０．０５〜１気圧の状態で加熱し、さらに図６（ｃ）に示すように、熱風乾燥機８０を用い、９０〜１３０℃で１〜２４時間加熱し、ハニカム成形体の長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面の断面積が、ハニカム成形体の端面の面積よりも大きい封止ハニカム成形体３０′を作製する。
【００７２】
その後、図６（ｄ）に示すように、封止ハニカム成形体３０′を焼成炉９０に搬入し、２５０〜４００℃、酸素濃度５容積％〜大気雰囲気下で脱脂した後、１４００〜１６００℃で焼成する。
この焼成工程では、アルミナの表面からチタニアとの反応が進行して、チタン酸アルミニウムの相が形成される。焼成は、連続炉を用いて行ってもよい。焼成温度は、１４５０〜１５５０℃の範囲であることが好ましい。焼成時間は特に限定されないが、上記の焼成温度において１〜２０時間保持することが好ましく、１〜１０時間保持することがより好ましい。また、焼成工程は大気雰囲気下で行うことが好ましい。大気雰囲気に窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを混合することにより、酸素濃度を調整してもよい。
上記した工程を経ることにより、本発明のハニカム構造体を製造することができる。
【実施例】
【００７３】
以下、上記実施形態をさらに具体化した実施例について説明する。
（実施例１）
まず、下記組成の原料組成物を調製した。
Ｄ５０が０．６μｍのチタニア微粉末：１１．１重量％、Ｄ５０が１３．０μｍのチタニア粗粉末：１１．１重量％、Ｄ５０が１５．９μｍのアルミナ粉末：３０．４重量％、Ｄ５０が１．１μｍのシリカ粉末：２．８重量％、Ｄ５０が３．８μｍのマグネシア粉末：１．４重量％、Ｄ５０が３１．９μｍのアクリル樹脂（造孔材）：１８．５重量％、メチルセルロース（有機バインダ）：７．１重量％、成形助剤（エステル型ノニオン）：４．７重量％、及び、イオン交換水（分散媒）：１２．９重量％からなる組成のものを混合機で混合し、原料組成物を調製した。
【００７４】
調製した原料組成物を押出成形機に投入して押出成形を行うことにより、図２（ａ）及び（ｂ）に示す形状を有し、セルが封止されていない未封止ハニカム成形体２０を作製した。
【００７５】
未封止ハニカム成形体２０の両端面に噴霧器５０を用いて水滴５１を噴霧し、両端面２０ａ、２０ｂに水滴５１を付着させ（図３（ｂ）参照）、両端面２０ａ、２０ｂを含む領域Ｗに水分の多い領域を形成した（図３（ｃ）参照）。
その後、アルミ製のテーパー冶具４０を用いて、再成形を行い、封止ハニカム成形体３０を作製した。テーパー冶具４０としては、未封止ハニカム成形体２０の端面２０ａを形成するための先端部４２同士の距離（図５に示すＶ：谷幅）を０．１３ｍｍに設定し、四角錐形状の先端部４２の平面４２ｂと、基台部４１の先端部４２が形成されている先端部形成面４１ａ（先端部底面  ４２ａ）に垂直な面と、の角度αを１２．５°に設定した（図４及び図５参照）。
【００７６】
その後、再成形工程を経て得られた封止ハニカム成形体３０に対して、遠赤外線（ＩＲ）乾燥機６０を用い、端面を２５０℃で３０秒間加熱し、端面の水分の多い領域とその周辺領域を収縮させた（図６（ａ）参照）。
【００７７】
この後、マイクロ波乾燥機７０を用い、１５００ｋＷの出力で１０分間、常圧で加熱し（図６（ｂ）参照）、さらに熱風乾燥機８０を用い、１１０℃で１２時間加熱し（図６（ｃ）参照）、ハニカム成形体の長手方向の中央部の長手方向に垂直な断面の断面積が、ハニカム成形体の端面の面積よりも大きい封止ハニカム成形体３０′を作製した。
【００７８】
得られた封止ハニカム成形体３０′を焼成炉９０に搬入し、３００℃、大気雰囲気下で脱脂した後、大気雰囲気下、１４５０℃で１５時間保持して焼成することにより、ハニカム構造体を製造した（図６（ｄ）参照）。
【００７９】
得られたハニカム構造体は、気孔率が５７％、平均気孔径が１７μｍ、長手方向の中央部における断面積が１６５００ｍｍ２、内部領域の端面における断面積が１５３００ｍｍ２、端面の面積が１４３００ｍｍ２、長さ１００ｍｍ（内部領域が９４ｍｍ、両端面に端部領域がそれぞれ２ｍｍ）、外周壁の厚さ０．３ｍｍ、端面におけるセル隔壁の厚さ０．４ｍｍ、内部領域におけるセル隔壁の厚さ０．２５ｍｍ、セルの数（セル密度）が３００個／ｉｎｃｈ２の略円柱形状であった。
【００８０】
得られたハニカム構造体は、長手方向の中央部における断面積（Ｄ２）が内部領域の端面における断面積（Ｄ３）より６．８％大きく、端面の面積（Ｄ１）より１３．３％大きかった。なお、気孔率及び平均気孔径の測定は、下記する方法により行った。また、実施例１で得られたハニカム構造体の周囲を、マットを巻いてキャニングした際に、保持力が向上することが確認できた。
【００８１】
［気孔率及び気孔径の測定］
実施例１で得られたハニカム構造体を１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍに切り出して、気孔測定用サンプルを準備した。気孔測定用サンプルを用いて、水銀圧入法によるポロシメーター（島津製作所社製、オートポアＩＩＩ  ９４２０）により気孔率及び気孔径を測定した。水銀圧入法にて接触角を１３０°、表面張力を４８５ｍＮ／ｍの条件とした。
【符号の説明】
【００８２】
１０  ハニカム構造体
１０ａ、１０ｂ  端面
１０Ａ、１０Ｃ  端部領域
１０Ｂ  内部領域
１１  セル隔壁
１２  排ガス導入セル
１３  排ガス排出セル
２０  未封止ハニカム成形体
２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂ  端面
２１  セル隔壁
２１ａ  一の辺
２２、２３  セル
３０、３０′  封止ハニカム成形体
４０  テーパー冶具
４１  基台部
４１ａ  先端部形成面
４２  先端部
４２ａ  先端部底面
４２ｂ  平面
４２ｃ  角部
４３  支持部
５０  噴霧器
５１  水滴
６０  赤外線乾燥機
７０  マイクロ波乾燥機
８０  熱風乾燥器
９０  焼成炉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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