(57)【要約】本発明は、再生頻度の低いハニカム構造体を提供することを目的とするものであり、本発明のハニカム構造体は、組成比が、Ａｌ２Ｏ３が４０〜６０質量％、ＴｉＯ２が３０〜５０質量％、ＭｇＯ及びＳｉＯ２の合計が１〜１５質量％であるチタン酸アルミニウムからなり、多数のセルが長手方向に沿って並設され、各々のセルにおける端部のいずれか一方が封止された柱状のハニカム構造体であって、気孔率が４０〜６０％であり、かつ、開口率が５５〜７５％であることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成比が、Ａｌ２Ｏ３が４０〜６０質量％、ＴｉＯ２が３０〜５０質量％、ＭｇＯ及びＳｉＯ２の合計が１〜１５質量％であるチタン酸アルミニウムからなり、多数のセルが長手方向に沿って並設され、各々のセルにおける端部のいずれか一方が封止された柱状のハニカム構造体であって、
気孔率が４０〜６０％であり、かつ、開口率が５５〜７５％であることを特徴とするハニカム構造体。
【請求項２】
組成比が、Ａｌ２Ｏ３が４０〜６０質量％、ＴｉＯ２が３０〜５０質量％、ＭｇＯ及びＳｉＯ２の合計が１〜１５質量％であるチタン酸アルミニウム粉末を含む湿潤混合物を成形して、長手方向に多数のセルが並設された柱状のハニカム成形体を作製する成形工程と、
前記ハニカム成形体を１２００〜１７００℃で焼成する焼成工程を経ることにより製造され、
気孔率が４０〜６０％であり、かつ、開口率が５５〜７５％である請求項１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】
従来、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、パティキュレートマター（以下、ＰＭともいう）が含まれており、近年、このＰＭが環境や人体に害を及ぼすことが問題となっている。
そこで、排ガス中のＰＭを捕集して排ガスを浄化するフィルタとして、コージェライト、炭化珪素、チタン酸アルミニウムなどからなるハニカム構造体を用いたものが種々提案されている。【０００３】
これらのなかで、チタン酸アルミニウムからなるハニカム構造体は、コージェライトからなるハニカム構造体よりも溶融温度が高いので、再生処理においてＰＭを燃焼させた際に溶損が発生しにくく、耐熱性が高いとされている。また、炭化珪素からなるハニカム構造体よりも熱膨張係数が低いので、ハニカム構造体のサイズが大きい場合でも、ＰＭを燃焼させた際の熱応力によるクラックが発生しにくく、耐熱衝撃性が高いとされている。そのため、ＰＭが多量に捕集された状態でハニカム構造体の再生処理をすることにより大量の熱（大きな熱応力）が発生した場合でも、ハニカム構造体に溶損及びクラックが発生しにくい。従って、チタン酸アルミニウムからなるハニカム構造体は、ＰＭをより多く捕集してから再生処理を行うことができるので、再生処理の頻度（以下、再生頻度ともいう）を低くすることができる。
上述したようなチタン酸アルミニウムからなるハニカム構造体（以下、単にハニカム構造体ともいう）としては、例えば、特許文献１に開示されたハニカム構造体が知られている。【０００４】
特許文献１には、ＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とからなる湿潤混合物に、アルカリ長石、ＭｇＯを添加し、ＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との反応を伴う反応焼結法を用いて焼成することにより製造されたハニカム構造体が開示されている。【０００５】
【特許文献１】特開第２００５／８７７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のハニカム構造体は、アルカリ長石由来の成分及びＭｇＯ由来のＭｇの効果により、耐熱分解性及び破壊強度が高いとされている。【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のハニカム構造体は、その気孔率が２０〜５０％と低く、排ガスの浄化に用いた場合にＰＭを捕集することができる容量（以下、捕集容量ともいう）が充分に大きいとはいえなかった。【０００８】
一般に、ハニカム構造体を排ガスの浄化に用いた場合には、ハニカム構造体にＰＭが捕集されるにつれ、圧力損失が徐々に増加する。そして、ハニカム構造体に捕集されたＰＭの量が捕集容量の限界付近にまで達すると、圧力損失が急激に増加する。そのため、ハニカム構造体に捕集されたＰＭの量が捕集容量の限界付近に達する前に、圧力損失が一定の値に達したところで再生処理を行ってＰＭを燃焼させる必要がある。【０００９】
上述したように、特許文献１に記載のハニカム構造体は、その気孔率が２０〜５０％と低く、捕集容量が充分に大きいとはいえない。そのため、ハニカム構造体に捕集されたＰＭの量が少ない状態にもかかわらず、捕集容量の限界付近に達してしまうということがある。従って、圧力損失の急激な増加を避けるためには、再生処理を頻繁に行う必要がある。
加えて、ハニカム構造体の開口率が充分に高いとはいえない場合には、排ガスがセルを流通しにくく、圧力損失がすぐに一定の値に達してしまい、再生処理を一層頻繁に行う必要がある。
即ち、このようなハニカム構造体では、再生頻度が高くなってしまうという問題がある。
さらには、再生処理をより頻繁に行う必要があると、内燃機関の燃費が低下するという問題もある。
従って、再生頻度の低いハニカム構造体とすることが望まれていた。【００１０】
本発明は、再生頻度の低いハニカム構造体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための請求項１に記載のハニカム構造体は、組成比が、Ａｌ２Ｏ３が４０〜６０質量％、ＴｉＯ２が３０〜５０質量％、ＭｇＯ及びＳｉＯ２の合計が１〜１５質量％であるチタン酸アルミニウムからなり、多数のセルが長手方向に沿って並設され、各々のセルにおける端部のいずれか一方が封止された柱状のハニカム構造体であって、
気孔率が４０〜６０％であり、かつ、開口率が５５〜７５％であることを特徴とする。【００１２】
請求項１に記載のハニカム構造体は、気孔率が４０％以上であり、かつ、開口率が５５％以上であるので、圧力損失を低く保ちつつ、捕集容量が充分に大きいハニカム構造体となる。そのため、ハニカム構造体に捕集されたＰＭの量が少ない状態にもかかわらず、捕集容量の限界付近に達してしまうということがない。
従って、再生処理を頻繁に行わずともよく、再生頻度の低いハニカム構造体とすることができる。
なお、本明細書において、開口率とは、ハニカム構造体の端面の総面積に対するセル群の面積の占める比率をいうこととする。【００１３】
また、請求項１に記載のハニカム構造体は、気孔率が６０％以下であり、かつ、開口率が７５％以下である。そのため、ハニカム構造体のセル壁を構成する基材の密度を高くすることができるとともに、セル壁に対してセルの占める割合が多すぎないので、ハニカム構造体の強度を充分確保することができる。従って、ＰＭを多量に捕集した状態で再生処理を行うことにより大きな熱応力が発生した場合でも、ハニカム構造体に溶損及びクラックが発生しにくい。即ち、ハニカム構造体にＰＭを一度により多く捕集してから再生処理を行うことができるので、再生頻度の低いハニカム構造体とすることができる。
また、ハニカム構造体の再生頻度が低いので、内燃機関の燃費が高いハニカム構造体とすることができる。【００１４】
これに対して、ハニカム構造体の気孔率が４０％未満であると捕集容量が小さくなり、また、開口率が５５％未満であると圧力損失が高くなるので、再生頻度が高くなる。
一方、ハニカム構造体の気孔率が６０％を超えると、ハニカム構造体のセル壁を構成する基材の密度が低下するので、ハニカム構造体の強度が低下する。また、開口率が７５％を超えると、セル壁に対してセルの占める割合が多くなりすぎるので、ハニカム構造体の強度が低下する。そのため、ＰＭをより多く捕集してから再生処理を行った場合には、ハニカム構造体に大きな熱応力が発生し、溶損及びクラックが発生してしまう。従って、捕集されたＰＭの量が少ない状態で再生処理を行う必要があり、再生処理の頻度が高くなる。【００１５】
請求項２に記載のハニカム構造体は、組成比が、Ａｌ２Ｏ３が４０〜６０質量％、ＴｉＯ２が３０〜５０質量％、ＭｇＯ及びＳｉＯ２の合計が１〜１５質量％であるチタン酸アルミニウム粉末を含む湿潤混合物を成形して、長手方向に多数のセルが並設された柱状のハニカム成形体を作製する成形工程と、上記ハニカム成形体を１２００〜１７００℃で焼成する焼成工程を経ることにより製造され、気孔率が４０〜６０％であり、かつ、開口率が５５〜７５％である。【００１６】
請求項２に記載のハニカム構造体は、予め作製しておいた特定の組成比のチタン酸アルミニウム粉末を含む湿潤混合物を用いてハニカム成形体を作製した後、このハニカム成形体を焼成する工程を経て製造される。即ち、請求項２に記載のハニカム構造体は、予めチタン酸アルミニウム粉末の粒子径を調整して湿潤混合物を作製することのできる工程を経て製造される。また、ＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との反応を必要としない焼成工程を経て製造される。
従って、気孔径分布のバラツキが少ないハニカム構造体とすることができる。【００１７】
さらには、請求項２に記載のハニカム構造体は、ハニカム成形体を１２００〜１７００℃で焼成する工程を経て製造される。
そのため、請求項２に記載のハニカム構造体では、チタン酸アルミニウムの粒子同士が確実に結合しており、焼成前と比べて収縮度合いが低く、チタン酸アルミニウムの分解が進行していない。従って、気孔径分布のバラツキが少ないハニカム構造体とすることができる。
一方、上記焼成温度が１２００℃未満では、チタン酸アルミニウムの焼結が充分に進行せず、気孔径分布にバラツキが生じることがある。
また、上記焼成温度が１７００℃を超えると、焼成前と比べて収縮度合が大きくなり、その結果、気孔径が揃わないハニカム構造体となる場合がある。また、チタン酸アルミニウムの分解が進行したハニカム構造体となることがある。
このように、請求項２に記載のハニカム構造体では、気孔径分布のバラツキが少ないので、破壊強度がより高く、また、ＰＭの捕集効率が高いハニカム構造体とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第一実施形態）
以下、本発明の一実施形態である第一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、本発明のハニカム構造体を模式的に示した斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。【００１９】
図１（ａ）に示すハニカム構造体１０は、チタン酸アルミニウムからなり、その形状は、円柱形状である。そして、その内部においては、図１（ｂ）に示すように、多数のセル１１がハニカム構造体１０の長手方向に沿って形成されており、各セル１１は、セル壁１３によって隔てられている。
また、セル１１の一端は、封止材１２によって目封じされている。【００２０】
封止材１２は、ハニカム構造体１０と同様の材質からなり、チタン酸アルミニウムから構成されている。この封止材１２によって、ハニカム構造体１０は、セル１１の一端から排ガスが洩れない様に目封じされている。このため、一のセルに流入した排ガス（図１（ｂ）中、矢印で示す）は、必ず一のセルを隔てるセル壁１３を通過した後、他のセルから流出するようになっている。従って、排ガスがこのセル壁１３を通過する際にＰＭがセル壁１３で捕集され、排ガスが浄化されることとなる。【００２１】
このような本実施形態のハニカム構造体１０では、気孔率が４０〜６０％となっている。
なお、ハニカム構造体に形成された気孔率の測定方法としては、例えば、以下のような測定方法が挙げられる。
まず、ハニカム構造体１個について、１ｃｍの幅の立方体となるように切断してサンプルとする。得られたサンプルについて、水銀圧入法による細孔分布測定装置を用いて、細孔直径０．２〜５００μｍの範囲で気孔径及び細孔分布（気孔径分布）を測定し、気孔率を算出する。
なお、気孔率は、水銀圧入法、重量法、アルキメデス法などの周知の方法によって測定することができる。【００２２】
また、ハニカム構造体１０の開口率は、５５〜７５％となっている。
なお、開口率については、例えば、セル壁厚とセル密度とを用いて単位面積あたりに形成されるセル群の面積を算出し、単位面積あたりでセル群の面積が占める比率を算出することによって求めることができる。【００２３】
さらには、ハニカム構造体１０は、上述したようにチタン酸アルミニウムから構成されているが、該チタン酸アルミニウムの組成比は、Ａｌ２Ｏ３が４０〜６０質量％、ＴｉＯ２が３０〜５０質量％、ＭｇＯ及びＳｉＯ２の合計が１〜１５質量％となっている。
チタン酸アルミニウム粉末の組成比は、ＩＣＰ発光分光分析法を用いて測定する。
ＩＣＰ発光分光分析法では、分析試料にプラズマのエネルギを外部から与え、含有されている元素（原子）を励起させ、その励起された原子が低いエネルギ準位に戻る際に放出する発光線（スペクトル線）を光子の波長別に測定する。そして、発光線の位置から成分元素の種類を判定し、発光線の強度から成分元素の含有量を求める。【００２４】
本実施形態において、上記チタン酸アルミニウムの組成比が上記範囲にある理由は以下のとおりである。
即ち、上記チタン酸アルミニウムの組成比が上記範囲を外れる場合には、ハニカム構造体を排ガス浄化用のフィルタとして使用した際、上記ハニカム構造体が排ガスなどの熱に繰り返しさらされることにより、チタン酸アルミニウムがＡｌ２Ｏ３とＴｉＯ２とに徐々に分解してしまう。
その結果、チタン酸アルミニウムが持つ物性を発揮できなくなり、ハニカム構造体の強度の低下等が発生することとなる。【００２５】
また、ＭｇＯとＳｉＯ２との合計の組成比が１．０質量％未満の場合には、ハニカム構造体を排ガス浄化用のフィルタとして使用した際、上記ハニカム構造体が排ガスなどの熱に繰り返しさらされることにより、チタン酸アルミニウムがＡｌ２Ｏ３とＴｉＯ２とに徐々に分解してしまう。
一方、ＭｇＯとＳｉＯ２との合計の組成比が１５質量％を超えると、ハニカム構造体を排ガス浄化用のフィルタとして使用した際、上記ハニカム構造体が排ガスなどの熱に繰り返しさらされ、熱膨張によるクラックが発生することがある。
ＭｇＯとＳｉＯ２との合計の組成比の下限は、２．５質量％が望ましい。２．５質量％以上であると、チタン酸アルミニウムの分解がより進行しにくくなるからである。【００２６】
以下、本実施形態のハニカム構造体１０を製造する方法について説明する。
（１）チタン酸アルミニウム粉末、造孔材、有機バインダ、可塑剤、潤滑剤及び水を混合し、充分攪拌することによって湿潤混合物を調製する。
なお、上記チタン酸アルミニウム粉末としては、予め粒子径を調整しておいた所定の粒子径を有するチタン酸アルミニウム粉末を用いることができる。例えば、平均粒子径が３〜５０μｍのチタン酸アルミニウムの粗粉末と、平均粒子径が０．１〜３μｍのチタン酸アルミニウムの微粉末とを用いることができる。
このように平均粒子径の異なる２種類のチタン酸アルミニウム粉末（チタン酸アルミニウムの粗粉末、及び、チタン酸アルミニウムの微粉末）を用いた場合には、ハニカム構造体の気孔径をより制御し易くなる。
なお、上記チタン酸アルミニウムの粗粉末の平均粒子径が３μｍの場合には、上記チタン酸アルミニウムの微粉末の平均粒子径は０．１μｍ以上、３μｍ未満となる。【００２７】
（２）上記湿潤混合物を押出成形機により押出成形し、長手方向に多数のセルが並設された円柱状のハニカム成形体の長尺体を作製する。その後、上記ハニカム成形体の長尺体を、切断ディスクを切断部材として備えた切断装置により切断し、所定の長さのハニカム成形体とする。【００２８】
（３）上記ハニカム成形体をマイクロ波乾燥機及び熱風乾燥機を用いて、大気雰囲気下、１００〜１５０℃の条件で１〜３０分間乾燥する。【００２９】
（４）上記ハニカム成形体の各セルのいずれか一方の端部が封止されるように、所定の端部に封止材ペーストを充填する。その後、各セルのいずれか一方の端部に封止材ペーストが充填されたハニカム成形体を再度乾燥させる。
上記封止材ペーストとしては、上記湿潤混合物と同様の組成のペーストを使用する。【００３０】
（５）上記ハニカム成形体を、脱脂炉中で、酸素濃度５容積％〜大気雰囲気下、２５０〜４００℃の条件で１〜１５時間脱脂する。
その後、焼成炉中で、１２００〜１７００℃の温度で１〜２４時間焼成する。
上記温度で焼成することにより、製造されたハニカム構造体では、チタン酸アルミニウムの粒子同士が確実に結合しており、焼成前と比べて収縮度合いが低く、チタン酸アルミニウムの分解が進行していない。従って、気孔径分布のバラツキが少ないハニカム構造体とすることができる。
これに対し、上記焼成温度が１２００℃未満では、チタン酸アルミニウムの焼結が充分に進行せず、気孔径分布にバラツキが生じることがある。
また、上記焼成温度が１７００℃を超えると、焼成前と比べて収縮度合が大きくなり、その結果、気孔径が揃わないハニカム構造体となる場合がある。また、チタン酸アルミニウムの分解が進行したハニカム構造体となることがある。
このような工程を経ることにより、上述したハニカム構造体１０を製造することができる。【００３１】
以下、第一実施形態のハニカム構造体の作用効果について列挙する。
（１）本実施形態のハニカム構造体は、気孔率が４０％以上であり、かつ、開口率が５５％以上であるので、圧力損失を低く保ちつつ、捕集容量が充分に大きいハニカム構造体となる。そのため、ハニカム構造体に捕集されたＰＭの量が少ない状態にもかかわらず、捕集容量の限界付近に達してしまうということがない。
従って、再生処理を頻繁に行わずともよく、再生頻度の低いハニカム構造体とすることができる。
また、本実施形態のハニカム構造体は、気孔率が６０％以下であり、かつ、開口率が７５％以下であるので、ハニカム構造体の強度を充分確保することができる。従って、再生処理により大きな熱応力が発生した場合でも、ハニカム構造体に溶損及びクラックが発生しにくく、ＰＭをより多く捕集してから再生処理を行うことができる。
このように、本実施形態のハニカム構造体は、再生処理の頻度の低いハニカム構造体とすることができる。
さらには、ハニカム構造体の再生頻度が低いので、内燃機関の燃費が高いハニカム構造体とすることができる。【００３２】
（２）本実施形態のハニカム構造体は、ハニカム構造体を構成するチタン酸アルミニウム粉末の組成比が、Ａｌ２Ｏ３が４０〜６０質量％、ＴｉＯ２が３０〜５０質量％、ＭｇＯ及びＳｉＯ２の合計が１〜１５質量％である。そのため、本実施形態のハニカム構造体では、チタン酸アルミニウムの分解が進行したり、熱膨張によるクラックが発生したりすることが少ない。【００３３】
（３）本実施形態のハニカム構造体は、予め作製しておいた特定の組成比のチタン酸アルミニウム粉末を含む湿潤混合物を用いてハニカム成形体を作製した後、このハニカム成形体を焼成する工程を経て製造される。即ち、請求項２に記載のハニカム構造体は、予めチタン酸アルミニウム粉末の粒子径を調整して湿潤混合物を作製することのできる工程を経て製造される。また、ＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との反応を必要としない焼成工程を経て製造される。
従って、気孔径分布のバラツキが少なくなり、破壊強度がより高く、また、ＰＭの捕集効率が高いハニカム構造体とすることができる。【００３４】
（４）本実施形態のハニカム構造体は、ハニカム成形体を１２００〜１７００℃で焼成する工程を経て製造される。
そのため、本実施形態のハニカム構造体では、チタン酸アルミニウムの粒子同士が確実に結合しており、焼成前と比べて収縮度合いが低く、チタン酸アルミニウムの分解が進行していない。従って、気孔径分布のバラツキが少ないハニカム構造体とすることができる。【００３５】
（５）本実施形態のハニカム構造体は、各々のセルにおける端部のいずれか一方が封止されている。そのため、排ガスを浄化するためのフィルタとして機能することができる。
（実施例）【００３６】
以下、本発明の第一実施形態をより具体的に開示した実施例を示すが、本実施形態はこれら実施例のみに限定されるものではない。
ここでは、まず、組成比が、Ａｌ２Ｏ３が５６質量％、ＴｉＯ２が３８質量％、ＭｇＯが２質量％、ＳｉＯ２が３質量％であるチタン酸アルミニウム粉末を用意した。【００３７】
なお、上記チタン酸アルミニウム粉末の組成比では、各成分の合計量は９９質量％であり、１００質量％となっていないが、これは、残りの１質量％分として、チタン酸アルミニウム粉末中の不純物が含まれるからである。
上記不純物は、アルカリ長石由来の物質（Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ等）、チタン酸アルミニウム粉末を粉砕したり、混合したりする際に鉄化合物、チタン酸アルミニウム粉末の原料のＡｌ２Ｏ３粉末やＴｉＯ２粉末に元々含まれる物質等である。【００３８】
そして、上記チタン酸アルミニウム粉末について粉砕分級工程を行い、平均粒子径が２０μｍのチタン酸アルミニウムの粗粉末と、平均粒子径が０．５μｍのチタン酸アルミニウムの微粉末とを調製した。【００３９】
（実施例１）
（１）上記チタン酸アルミニウムの粗粉末２０００重量部、上記チタン酸アルミニウムの微粉末４３０重量部、造孔材（球状アクリル粒子）３６０重量部、有機バインダ（メチルセルロース）１８８重量部、可塑剤（日本油脂社製  ユニルーブ）９６重量部、潤滑剤（グリセリン）４４重量部及び水７２５重量部を混合し、充分攪拌することによって湿潤混合物を調製した。【００４０】
（２）上記湿潤混合物をプランジャー式押出成形機の湿潤混合物タンクよりシリンダー内に投入し、ピストンをダイス側に押し込んで円柱形状のダイスより湿潤混合物を押し出し、セル壁で隔てられた多数のセルが長手方向に沿って形成された円柱形状のチタン酸アルミニウムからなるハニカム成形体の長尺体を作製した。【００４１】
（３）上記ハニカム成形体の長尺体を、切断ディスクが切断部材として備えた切断装置により所定の長さに切断した。これにより、円柱形状のチタン酸アルミニウムからなるハニカム成形体を得た。【００４２】
（４）上記ハニカム成形体を、マイクロ波乾燥機及び熱風乾燥機により、大気雰囲気下、１２０℃で２０分、乾燥処理し、ハニカム成形体中に含まれる水分を除去した。【００４３】
（５）上記乾燥処理後のハニカム成形体の各々のセルのいずれか一方の端部が封止されるように、（１）で作製した湿潤混合物と同様の組成の封止材ペーストをハニカム成形体の所定のセルに充填した。【００４４】
（６）上記封止材ペーストを充填したハニカム成形体を大気雰囲気下、１２０℃の条件で１０分間、再度乾燥処理した。その後、脱脂炉中で、酸素濃度６容量％の下、３００℃の条件で１２時間脱脂処理した。【００４５】
（７）上記脱脂処理したハニカム成形体を、焼成炉中、１５００℃の条件で１５時間焼成処理した。
このような（１）〜（７）の工程を経ることにより、長手方向に沿ってセル壁厚０．２ｍｍ、セル密度３００個／ｉｎ２（４６．５個／ｃｍ２）であって、直径１４３．８ｍｍ、長手方向における長さが１５０ｍｍの大きさのチタン酸アルミニウムからなるハニカム構造体を製造した。【００４６】
なお、上述した水銀圧入法を用いて、上記ハニカム構造体の気孔率について測定したところ、気孔率は、４０％であった。また、セル壁厚（０．２ｍｍ）とセル密度（３００個／ｉｎ２）とを用いて単位面積（１平方インチ）あたりに形成されるセル群の面積を算出し、単位面積（１平方インチ）あたりでセル群の面積が占める比率を算出することによって求めた開口率は、７４．６％であった。【００４７】
本実施例で製造したハニカム構造体について、再生処理の間隔を測定し、再生頻度について評価した。【００４８】
（再生頻度の評価）
図２に示したような再生処理間隔測定装置２１０を用いて測定した。図２は、再生処理間隔測定装置の説明図である。
再生処理間隔測定装置２１０は、ハニカム構造体１０と、ハニカム構造体１０の外方を覆うケーシング２１１と、ハニカム構造体１０及びケーシング２１１の間に配置された保持シール材２１２とから構成されており、ケーシング２１１の排ガスが導入される側の端部には、エンジン２１３に連結された導入管２１４が接続されており、ケーシング２１１の他端部には、外部に連結された排出管２１５が接続されている。さらに、ハニカム構造体１０の前後の差圧（圧力損失）を検出可能になるように圧力計２１６が取り付けられている。【００４９】
上記エンジンを回転数３０００ｍｉｎ−１、トルク５０Ｎｍで所定の時間運転し、ＰＭを捕集した。そして、圧力損失が２０ｋＰａとなり、捕集容量の限界付近に達する直前で、エンジンを回転数４０００ｍｉｎ−１にして、フィルタ温度を７００℃付近で一定にした。この状態から、エンジンを回転数１０５０ｍｉｎ−１、トルク３０Ｎｍにすることによってハニカム構造体に捕集されたＰＭを強制燃焼させた。
この再生処理を行う間隔の時間を測定し、再生処理間隔とした。その結果、再生処理間隔は、７８０分であった。実施例１の再生処理間隔と後述する実施例２〜９及び比較例１〜６の再生処理間隔とを用いて再生処理間隔係数を求め、この再生処理間隔係数を比較することによって各実施例及び各比較例の再生頻度について評価した。再生処理間隔係数の算出方法については、後述する。【００５０】
（実施例２〜９、比較例１〜６）
ハニカム構造体の気孔率が、それぞれ表２に示す値となるように湿潤混合物の各原料の配合比及び焼成工程における焼成条件をそれぞれ表１に示すように変更し、さらに、ハニカム構造体の開口率が表２に示した値となるように、ハニカム構造体のセル壁厚及びセル密度をそれぞれ表２に示すように変更したこと以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体を製造した。【００５１】
製造したハニカム構造体について、実施例１と同様にして、再生処理間隔を測定した。そして、実施例１の再生処理間隔を１とした場合の各実施例又は各比較例の再生処理間隔の比率を算出し、再生処理間隔係数とした。再生処理間隔係数については、例えば、再生処理間隔係数が１より小さいと、実施例１のハニカム構造体よりも再生処理間隔が短く、再生頻度が高いことになる。それとは反対に、再生処理間隔係数が１より大きいと、実施例１のハニカム構造体よりも再生処理間隔が長く、再生頻度が低いことになる。
なお、各比較例では、実施例１と同条件で再生処理間隔を測定すると、再生処理時にハニカム構造体にクラックが生じることがあった。そのため、再生処理を行う目安となる圧力損失値を２０ｋＰａから下げ、ハニカム構造体にクラックが生じない程度の圧力損失値に達したところで再生処理を行うように測定条件を変更した。比較例１〜６では、変更後の測定条件で再生処理間隔を測定することにより得られた測定値を用いて再生処理間隔係数を算出した。
実施例１〜９、及び、比較例１〜６で、気孔率の異なるハニカム構造体を製造する条件についてまとめて表１に示す。実施例１〜９、及び、比較例１〜６で製造したハニカム構造体の物性値及び再生処理間隔係数の評価結果をまとめて表２に示す。【００５２】
【表１】
2009122539.tif 000003
【００５３】
【表２】
2009122539.tif 000004
【００５４】
また、開口率が６３．３％である実施例２、５及び８、並びに、比較例１、２のハニカム構造体の気孔率を横軸にとり、再生処理間隔係数を縦軸にとったグラフを図３に示す。
実施例１〜９及び比較例３〜６のハニカム構造体の開口率を横軸にとり、再生処理間隔係数を縦軸にとったグラフを図４に示す。【００５５】
これらの結果から、実施例１〜９のハニカム構造体では、比較例１〜６のハニカム構造体と比べて再生処理間隔が長く、再生頻度が低いハニカム構造体とすることができた。
一方、比較例１のハニカム構造体は、気孔率が４０％未満であり、捕集容量が小さかった。そのため、ハニカム構造体に捕集されたＰＭの量がすぐに捕集容量の限界付近に達してしまうことになり、圧力損失の急激な上昇を避けるために再生処理を頻繁に行う必要があった。また、比較例３、４のハニカム構造体は、開口率が５５％未満であり、圧力損失が高く、再生処理を頻繁に行う必要があった。従って、再生処理間隔が実施例１〜９のハニカム構造体に比べて短かった。
また、比較例２のハニカム構造体では、気孔率が６０％を超えており、また、比較例５、６のハニカム構造体では、開口率が７５％を超えており、いずれもハニカム構造体の強度が低くなっていた。そのため、熱応力によりハニカム構造体にクラック等の破損が発生するのを避けるために、頻繁に再生処理を行う必要があった。従って、再生処理間隔が実施例１〜９のハニカム構造体に比べて短かった。
このように、比較例１〜６のハニカム構造体は、実施例１〜９のハニカム構造体に比べていずれも再生頻度が高かった。【００５６】
（その他の実施形態）
本発明のハニカム構造体の長手方向に対して垂直な断面の形状は、特に円形に限られるものではなく、矩形等、種々の形状とすることができるが、曲線のみ又は曲線と直線とで囲まれた形状であることが望ましい。
その具体例として、円形以外には、例えば、楕円形、長円形、レーストラック形、楕円形又は長円形等の単純閉曲線の一部が凹部を有する形状（ｃｏｎｃａｖｅ形状）等を挙げることができる。【００５７】
また、上記ハニカム構造体において、セル壁厚は、０．１５ｍｍ以上であることが望ましい。０．１５ｍｍ未満では、ハニカム構造体の強度が低下することがある。
一方、上記セル壁厚の望ましい上限は０．４ｍｍである。セル壁厚が厚すぎるとセルの開口率及び／又は濾過面積が小さくなり、それに伴って圧力損失が増加することがある。【００５８】
上記ハニカム構造体において、長手方向に対して垂直方向におけるセル密度の望ましい下限は、１５０個／ｉｎ２（２３．３個／ｃｍ２）、より望ましい上限は、６００．０個／ｉｎ２（９３．０個／ｃｍ２）であり、さらに望ましい下値は、２００個／ｉｎ２（３１個／ｃｍ２）、さらに望ましい上限は、５００．０個／ｉｎ２（７７．５個／ｃｍ２）である。【００５９】
なお、上記セルの平面視形状については特に四角形に限定されず、例えば、三角形、六角形、八角形、十二角形、円形、楕円形、星型等の形状を挙げることができる。【００６０】
本発明の実施形態のハニカム構造体を製造する方法では、チタン酸アルミニウム粉末として、必ずしもチタン酸アルミニウムの微粉末とチタン酸アルミニウムの粗粉末とを使用する必要はなく、平均粒子径が１種類のチタン酸アルミニウム粉末のみを使用してもよい。【００６１】
本発明の実施形態のハニカム構造体を製造する方法において、チタン酸アルミニウム粉末として、チタン酸アルミニウムの微粉末とチタン酸アルミニウムの粗粉末とを使用する場合には、チタン酸アルミニウムの微粉末とチタン酸アルミニウムの粗粉末との混合比が、９：１〜６：４であることが望ましい。
両者の混合比が上記範囲内であると、ハニカム成形体を焼成した際に、焼成後のサイズが収縮により小さくなることを抑制することができるとともに、平均気孔径、気孔径分布及び気孔率を制御することができるからである。【００６２】
本発明の実施形態のハニカム構造体を製造する方法において、ハニカム成形体を焼成する際の焼成時間は、０．５〜２４時間であることが望ましい。
上記焼成時間が、０．５時間未満では、焼成が進まないことがあり、２４時間を超えると、焼成後の収縮が大きくなる場合があるからである。【００６３】
上記湿潤混合物を調製する際に使用する有機バインダは、特に限定されず、上述したメチルセルロースの他に、例えば、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール等であってもよい。このなかでは、メチルセルロースが望ましい。
有機バインダの配合量は、チタン酸アルミニウム粉末１００重量部に対して、１〜１０重量部が望ましい。【００６４】
上記湿潤混合物を調製する際に使用する可塑剤や潤滑剤は、特に限定されず、可塑剤としては、例えば、上述したグリセリン等が挙げられる。また、潤滑剤としては、例えば、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等が挙げられる。
なお、可塑剤、潤滑剤は、場合によっては、上記湿潤混合物に含まれていなくてもよい。【００６５】
また、上記湿潤混合物を調製する際の分散媒液としては、上述した水に限られず、メタノール等のアルコール、ベンゼン、トルエン等の有機溶媒であってもよい。
さらに、上記湿潤混合物中には、さらに、成形助剤が添加されていてもよい。
成形助剤としては特に限定されず、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等が挙げられる。【００６６】
さらに、上記湿潤混合物には、必要に応じて、球状アクリル粒子、グラファイト等の造孔剤を添加してもよい。【００６７】
セルを封止する封止材ペーストとしては特に限定されないが、焼成工程を経て製造される封止材の気孔率が４０〜６０％となるものが望ましく、例えば、上記湿潤混合物と同様のものを用いることができる。【００６８】
上記ハニカム構造体には、必要に応じて、触媒を担持させてもよい。ハニカム構造体に担持させる触媒の種類は特に限定されるものでないが、例えば、貴金属元素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、金属酸化物等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。【００６９】
上記貴金属元素としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等が挙げられ、上記アルカリ金属元素としては、例えば、カリウム、ナトリウム等が挙げられ、上記アルカリ土類金属元素としては、例えば、バリウム等が挙げられる。また、上記金属酸化物としては、例えば、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＦｅＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＣｕＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、ＭｎＯ、組成式ＡｎＢ１−ｎＣＯ３（式中、ＡはＬａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｐｍ又はＹを示し、Ｂはアルカリ金属又はアルカリ土類金属を示し、ＣはＭｎ、Ｃｏ、Ｆｅ又はＮｉを示し、０≦ｎ≦１である。）で表される複合酸化物等が挙げられる。
これらは、単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよいが、少なくともＣｅＯ２を含むものであることが望ましい。上記触媒を担持させることにより、上記ハニカム構造体をハニカムフィルタとして再生処理に用いる際に、ＰＭの燃焼温度を低下させることができる。【００７０】
また、上記触媒を担持させる場合には、ハニカム構造体の表面に高い比表面積のアルミナ膜を形成し、このアルミナ膜の表面に上記触媒を付与してもよい。【００７１】
また、押出成形工程において、ハニカム成形体の長尺体を作製する際に用いる装置は、特に限定されるものではなく、上述したプランジャー式押出成形機に限られず、単軸スクリュー式押出成形機、多軸スクリュー式押出成形機等を挙げることができる。【００７２】
切断工程後のハニカム成形体又は封止工程後のハニカム成形体の乾燥に用いる乾燥機としては、特に限定されるものではないが、上述したマイクロ波加熱乾燥機、熱風乾燥機の他に、例えば、赤外線乾燥機等を挙げることができる。また、これらの装置を複数組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１（ａ）は、本発明のハニカム構造体を模式的に示した斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】再生処理間隔測定装置の説明図である。
【図３】開口率が６３．３％である実施例２、５及び８、並びに、比較例１、２における気孔率と再生処理間隔係数との関係を示すグラフである。
【図４】実施例１〜９及び比較例３〜６における開口率と再生処理間隔係数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７４】
１０  ハニカム構造体
１１  セル
【図１】
2009122539.tif 000005
【図２】
2009122539.tif 000006
【図３】
2009122539.tif 000007
【図４】
2009122539.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月19日(2010.5.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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】
従来、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、パティキュレートマター（以下、ＰＭともいう）が含まれており、近年、このＰＭが環境や人体に害を及ぼすことが問題となっている。
そこで、排ガス中のＰＭを捕集して排ガスを浄化するフィルタとして、コージェライト、炭化珪素、チタン酸アルミニウムなどからなるハニカム構造体を用いたものが種々提案されている。
【０００３】
これらのなかで、チタン酸アルミニウムからなるハニカム構造体は、コージェライトからなるハニカム構造体よりも溶融温度が高いので、再生処理においてＰＭを燃焼させた際に溶損が発生しにくく、耐熱性が高いとされている。また、炭化珪素からなるハニカム構造体よりも熱膨張係数が低いので、チタン酸アルミニウムからなるハニカム構造体のサイズが大きい場合でも、ＰＭを燃焼させた際の熱応力によるクラックが発生しにくく、耐熱衝撃性が高いとされている。そのため、ＰＭが多量に捕集された状態でハニカム構造体の再生処理をすることにより大量の熱（大きな熱応力）が発生した場合でも、チタン酸アルミニウムからなるハニカム構造体に溶損及びクラックが発生しにくい。従って、チタン酸アルミニウムからなるハニカム構造体は、ＰＭをより多く捕集してから再生処理を行うことができるので、再生処理の頻度（以下、再生頻度ともいう）を低くすることができる。
上述したようなチタン酸アルミニウムからなるハニカム構造体（以下、単にハニカム構造体ともいう）としては、例えば、特許文献１に開示されたハニカム構造体が知られている。
【０００４】
特許文献１には、ＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とからなる湿潤混合物に、アルカリ長石、ＭｇＯを添加し、ＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との反応を伴う反応焼結法を用いて焼成することにより製造されたハニカム構造体が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開第２００５／８７７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のハニカム構造体は、アルカリ長石由来の成分及びＭｇＯ由来のＭｇの効果により、耐熱分解性及び破壊強度が高いとされている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のハニカム構造体は、その気孔率が２０〜５０％と低く、排ガスの浄化に用いた場合にＰＭを捕集することができる容量（以下、捕集容量ともいう）が充分に大きいとはいえなかった。
【０００８】
一般に、ハニカム構造体を排ガスの浄化に用いた場合には、ハニカム構造体にＰＭが捕集されるにつれ、圧力損失が徐々に増加する。そして、ハニカム構造体に捕集されたＰＭの量が捕集容量の限界付近にまで達すると、圧力損失が急激に増加する。そのため、ハニカム構造体に捕集されたＰＭの量が捕集容量の限界付近に達する前に、圧力損失が一定の値に達したところで再生処理を行ってＰＭを燃焼させる必要がある。
【０００９】
上述したように、特許文献１に記載のハニカム構造体は、その気孔率が２０〜５０％と低く、捕集容量が充分に大きいとはいえない。そのため、ハニカム構造体に捕集されたＰＭの量が少ない状態にもかかわらず、捕集容量の限界付近に達してしまうということがある。従って、圧力損失の急激な増加を避けるためには、再生処理を頻繁に行う必要がある。
加えて、ハニカム構造体の開口率が充分に高いとはいえない場合には、排ガスがセルを流通しにくく、圧力損失がすぐに一定の値に達してしまい、再生処理を一層頻繁に行う必要がある。
即ち、このようなハニカム構造体では、再生頻度が高くなってしまうという問題がある。
さらには、再生処理をより頻繁に行う必要があると、内燃機関の燃費が低下するという問題もある。
従って、再生頻度の低いチタン酸アルミニウムからなるハニカム構造体とすることが望まれていた。
【００１０】
本発明は、再生頻度の低いハニカム構造体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための請求項１に記載のハニカム構造体は、組成比が、Ａｌ２Ｏ３が４０〜６０質量％、ＴｉＯ２が３０〜５０質量％、ＭｇＯ及びＳｉＯ２の合計が１〜１５質量％であるチタン酸アルミニウムからなり、多数のセルが長手方向に沿って並設され、各々のセルにおける端部のいずれか一方が封止された柱状のハニカム構造体であって、
気孔率が４０〜６０％であり、かつ、開口率が５５〜７５％であることを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載のハニカム構造体は、気孔率が４０％以上であり、かつ、開口率が５５％以上であるので、圧力損失を低く保ちつつ、捕集容量が充分に大きいハニカム構造体となる。そのため、ハニカム構造体に捕集されたＰＭの量が少ない状態にもかかわらず、捕集容量の限界付近に達してしまうということがない。
従って、再生処理を頻繁に行わずともよく、再生頻度の低いハニカム構造体とすることができる。
なお、本明細書において、開口率とは、ハニカム構造体の端面の総面積に対するセル群の面積の占める比率をいうこととする。
【００１３】
また、請求項１に記載のハニカム構造体は、気孔率が６０％以下であり、かつ、開口率が７５％以下である。そのため、ハニカム構造体のセル壁を構成する基材の密度を高くすることができるとともに、セル壁に対してセルの占める割合が多すぎないので、ハニカム構造体の強度を充分確保することができる。従って、ＰＭを多量に捕集した状態で再生処理を行うことにより大きな熱応力が発生した場合でも、ハニカム構造体に溶損及びクラックが発生しにくい。即ち、ハニカム構造体にＰＭを一度により多く捕集してから再生処理を行うことができるので、再生頻度の低いハニカム構造体とすることができる。
また、ハニカム構造体の再生頻度が低いので、内燃機関の燃費が高いハニカム構造体とすることができる。
【００１４】
これに対して、ハニカム構造体の気孔率が４０％未満であると捕集容量が小さくなり、また、開口率が５５％未満であると圧力損失が高くなるので、再生頻度が高くなる。
一方、ハニカム構造体の気孔率が６０％を超えると、ハニカム構造体のセル壁を構成する基材の密度が低下するので、ハニカム構造体の強度が低下する。また、開口率が７５％を超えると、セル壁に対してセルの占める割合が多くなりすぎるので、ハニカム構造体の強度が低下する。そのため、ＰＭをより多く捕集してから再生処理を行った場合には、ハニカム構造体に大きな熱応力が発生し、溶損及びクラックが発生してしまう。従って、捕集されたＰＭの量が少ない状態で再生処理を行う必要があり、再生処理の頻度が高くなる。
【００１５】
請求項２に記載のハニカム構造体は、組成比が、Ａｌ２Ｏ３が４０〜６０質量％、ＴｉＯ２が３０〜５０質量％、ＭｇＯ及びＳｉＯ２の合計が１〜１５質量％であるチタン酸アルミニウム粉末を含む湿潤混合物を成形して、長手方向に多数のセルが並設された柱状のハニカム成形体を作製する成形工程と、上記ハニカム成形体を１２００〜１７００℃で焼成する焼成工程を経ることにより製造され、気孔率が４０〜６０％であり、かつ、開口率が５５〜７５％である。
【００１６】
請求項２に記載のハニカム構造体は、予め作製しておいた特定の組成比のチタン酸アルミニウム粉末を含む湿潤混合物を用いてハニカム成形体を作製した後、このハニカム成形体を焼成する工程を経て製造される。即ち、請求項２に記載のハニカム構造体は、予めチタン酸アルミニウム粉末の粒子径を調整して湿潤混合物を作製することのできる工程を経て製造される。また、ＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との反応を必要としない焼成工程を経て製造される。
従って、気孔径分布が狭いハニカム構造体とすることができる。
【００１７】
さらには、請求項２に記載のハニカム構造体は、ハニカム成形体を１２００〜１７００℃で焼成する工程を経て製造される。
そのため、請求項２に記載のハニカム構造体では、チタン酸アルミニウムの粒子同士が確実に結合しており、焼成により生じる収縮度合いが低く、チタン酸アルミニウムの分解が進行していない。従って、気孔径分布が狭いハニカム構造体とすることができる。
一方、上記焼成温度が１２００℃未満では、チタン酸アルミニウムの焼結が充分に進行せず、気孔径分布が広くなることがある。
また、上記焼成温度が１７００℃を超えると、焼成により生じる収縮度合が大きくなり、その結果、気孔径が揃わないハニカム構造体となる場合がある。また、チタン酸アルミニウムの分解が進行したハニカム構造体となることがある。
このように、請求項２に記載のハニカム構造体では、気孔径分布が狭いので、破壊強度がより高く、また、ＰＭの捕集効率が高いハニカム構造体とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第一実施形態）
以下、本発明の一実施形態である第一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、本発明のハニカム構造体を模式的に示した斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００１９】
図１（ａ）に示すハニカム構造体１０は、チタン酸アルミニウムからなり、その形状は、円柱形状である。そして、その内部においては、図１（ｂ）に示すように、多数のセル１１がハニカム構造体１０の長手方向に沿って形成されており、各セル１１は、セル壁１３によって隔てられている。
また、セル１１の一端は、封止材１２によって目封じされている。
【００２０】
封止材１２は、ハニカム構造体１０と同様の材質からなり、チタン酸アルミニウムから構成されている。この封止材１２によって、ハニカム構造体１０は、セル１１の一端から排ガスが洩れない様に目封じされている。このため、一のセルに流入した排ガス（図１（ｂ）中、矢印で示す）は、必ず一のセルを隔てるセル壁１３を通過した後、他のセルから流出するようになっている。従って、排ガスがこのセル壁１３を通過する際にＰＭがセル壁１３で捕集され、排ガスが浄化されることとなる。
【００２１】
このような本実施形態のハニカム構造体１０では、気孔率が４０〜６０％となっている。
なお、ハニカム構造体に形成された気孔率の測定方法としては、例えば、以下のような測定方法が挙げられる。
まず、ハニカム構造体１個について、１ｃｍの幅の立方体となるように切断してサンプルとする。得られたサンプルについて、水銀圧入法による細孔分布測定装置を用いて、細孔直径０．２〜５００μｍの範囲で気孔径及び細孔分布（気孔径分布）を測定し、気孔率を算出する。
なお、気孔率は、水銀圧入法、重量法、アルキメデス法などの周知の方法によって測定することができる。
【００２２】
また、ハニカム構造体１０の開口率は、５５〜７５％となっている。
なお、開口率については、例えば、セル壁厚とセル密度とを用いて単位面積あたりに形成されるセル群の面積を算出し、単位面積あたりでセル群の面積が占める比率を算出することによって求めることができる。
【００２３】
さらには、ハニカム構造体１０は、上述したようにチタン酸アルミニウムから構成されているが、該チタン酸アルミニウムの組成比は、Ａｌ２Ｏ３が４０〜６０質量％、ＴｉＯ２が３０〜５０質量％、ＭｇＯ及びＳｉＯ２の合計が１〜１５質量％となっている。
チタン酸アルミニウム（チタン酸アルミニウム粉末）の組成比は、ＩＣＰ発光分光分析法を用いて測定する。
ＩＣＰ発光分光分析法では、分析試料にプラズマのエネルギを外部から与え、含有されている元素（原子）を励起させ、その励起された原子が低いエネルギ準位に戻る際に放出する発光線（スペクトル線）を光子の波長別に測定する。そして、発光線の位置から成分元素の種類を判定し、発光線の強度から成分元素の含有量を求める。
【００２４】
本実施形態において、上記チタン酸アルミニウムの組成比が上記範囲にある理由は以下のとおりである。
即ち、上記チタン酸アルミニウムの組成比が上記範囲を外れる場合には、ハニカム構造体を排ガス浄化用のフィルタとして使用した際、上記ハニカム構造体が排ガスなどの熱に繰り返しさらされることにより、チタン酸アルミニウムがＡｌ２Ｏ３とＴｉＯ２とに徐々に分解してしまう。
その結果、チタン酸アルミニウムが持つ物性を発揮できなくなり、ハニカム構造体の強度の低下等が発生することとなる。
【００２５】
また、ＭｇＯとＳｉＯ２との合計の組成比が１．０質量％未満の場合には、ハニカム構造体を排ガス浄化用のフィルタとして使用した際、上記ハニカム構造体が排ガスなどの熱に繰り返しさらされることにより、チタン酸アルミニウムがＡｌ２Ｏ３とＴｉＯ２とに徐々に分解してしまう。
一方、ＭｇＯとＳｉＯ２との合計の組成比が１５質量％を超えると、ハニカム構造体を排ガス浄化用のフィルタとして使用した際、上記ハニカム構造体が排ガスなどの熱に繰り返しさらされ、熱膨張によるクラックが発生することがある。
ＭｇＯとＳｉＯ２との合計の組成比の下限は、２．５質量％が望ましい。２．５質量％以上であると、チタン酸アルミニウムの分解がより進行しにくくなるからである。
【００２６】
以下、本実施形態のハニカム構造体１０を製造する方法について説明する。
（１）チタン酸アルミニウム粉末、造孔材、有機バインダ、可塑剤、潤滑剤及び水を混合し、充分攪拌することによって湿潤混合物を調製する。
なお、上記チタン酸アルミニウム粉末としては、予め粒子径を調整しておいた所定の粒子径を有するチタン酸アルミニウム粉末を用いることができる。例えば、平均粒子径が３〜５０μｍのチタン酸アルミニウムの粗粉末と、平均粒子径が０．１〜３μｍのチタン酸アルミニウムの微粉末とを用いることができる。
このように平均粒子径の異なる２種類のチタン酸アルミニウム粉末（チタン酸アルミニウムの粗粉末、及び、チタン酸アルミニウムの微粉末）を用いた場合には、ハニカム構造体の気孔径をより制御し易くなる。
なお、上記チタン酸アルミニウムの粗粉末の平均粒子径が３μｍの場合には、上記チタン酸アルミニウムの微粉末の平均粒子径は０．１μｍ以上、３μｍ未満となる。
【００２７】
（２）上記湿潤混合物を押出成形機により押出成形し、長手方向に多数のセルが並設された円柱状のハニカム成形体の長尺体を作製する。その後、上記ハニカム成形体の長尺体を、切断ディスクを切断部材として備えた切断装置により切断し、所定の長さのハニカム成形体とする。
【００２８】
（３）上記ハニカム成形体をマイクロ波乾燥機及び熱風乾燥機を用いて、大気雰囲気下、１００〜１５０℃の条件で１〜３０分間乾燥する。
【００２９】
（４）上記ハニカム成形体の各セルのいずれか一方の端部が封止されるように、所定の端部に封止材ペーストを充填する。その後、各セルのいずれか一方の端部に封止材ペーストが充填されたハニカム成形体を再度乾燥させる。
上記封止材ペーストとしては、上記湿潤混合物と同様の組成のペーストを使用する。
【００３０】
（５）上記ハニカム成形体を、脱脂炉中で、酸素濃度５容積％〜大気雰囲気下、２５０〜４００℃の条件で１〜１５時間脱脂する。
その後、焼成炉中で、１２００〜１７００℃の温度で１〜２４時間焼成する。
上記温度で焼成することにより、製造されたハニカム構造体では、チタン酸アルミニウムの粒子同士が確実に結合しており、焼成により生じる収縮度合いが低く、チタン酸アルミニウムの分解が進行していない。従って、気孔径分布が狭いハニカム構造体とすることができる。
これに対し、上記焼成温度が１２００℃未満では、チタン酸アルミニウムの焼結が充分に進行せず、気孔径分布が広くなることがある。
また、上記焼成温度が１７００℃を超えると、焼成により生じる収縮度合が大きくなり、その結果、気孔径が揃わないハニカム構造体となる場合がある。また、チタン酸アルミニウムの分解が進行したハニカム構造体となることがある。
このような工程を経ることにより、上述したハニカム構造体１０を製造することができる。
【００３１】
以下、第一実施形態のハニカム構造体の作用効果について列挙する。
（１）本実施形態のハニカム構造体は、気孔率が４０％以上であり、かつ、開口率が５５％以上であるので、圧力損失を低く保ちつつ、捕集容量が充分に大きいハニカム構造体となる。そのため、ハニカム構造体に捕集されたＰＭの量が少ない状態にもかかわらず、捕集容量の限界付近に達してしまうということがない。
従って、再生処理を頻繁に行わずともよく、再生頻度の低いハニカム構造体とすることができる。
また、本実施形態のハニカム構造体は、気孔率が６０％以下であり、かつ、開口率が７５％以下であるので、ハニカム構造体の強度を充分確保することができる。従って、再生処理により大きな熱応力が発生した場合でも、ハニカム構造体に溶損及びクラックが発生しにくく、ＰＭをより多く捕集してから再生処理を行うことができる。
このように、本実施形態のハニカム構造体は、再生処理の頻度の低いハニカム構造体とすることができる。
さらには、ハニカム構造体の再生頻度が低いので、内燃機関の燃費が高いハニカム構造体とすることができる。
【００３２】
（２）本実施形態のハニカム構造体は、ハニカム構造体を構成するチタン酸アルミニウム粉末の組成比が、Ａｌ２Ｏ３が４０〜６０質量％、ＴｉＯ２が３０〜５０質量％、ＭｇＯ及びＳｉＯ２の合計が１〜１５質量％である。そのため、本実施形態のハニカム構造体では、チタン酸アルミニウムの分解が進行したり、熱膨張によるクラックが発生したりすることが少ない。
【００３３】
（３）本実施形態のハニカム構造体は、予め作製しておいた特定の組成比のチタン酸アルミニウム粉末を含む湿潤混合物を用いてハニカム成形体を作製した後、このハニカム成形体を焼成する工程を経て製造される。即ち、本実施形態のハニカム構造体は、予めチタン酸アルミニウム粉末の粒子径を調整して湿潤混合物を作製することのできる工程を経て製造される。また、ＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との反応を必要としない焼成工程を経て製造される。
従って、気孔径分布が狭くなり、破壊強度がより高く、また、ＰＭの捕集効率が高いハニカム構造体とすることができる。
【００３４】
（４）本実施形態のハニカム構造体は、ハニカム成形体を１２００〜１７００℃で焼成する工程を経て製造される。
そのため、本実施形態のハニカム構造体では、チタン酸アルミニウムの粒子同士が確実に結合しており、焼成により生じる収縮度合いが低く、チタン酸アルミニウムの分解が進行していない。従って、気孔径分布が狭いハニカム構造体とすることができる。
【００３５】
（５）本実施形態のハニカム構造体は、各々のセルにおける端部のいずれか一方が封止されている。そのため、排ガスを浄化するためのフィルタとして機能することができる。
（実施例）
【００３６】
以下、本発明の第一実施形態をより具体的に開示した実施例を示すが、本実施形態はこれら実施例のみに限定されるものではない。
ここでは、まず、組成比が、Ａｌ２Ｏ３が５６質量％、ＴｉＯ２が３８質量％、ＭｇＯが２質量％、ＳｉＯ２が３質量％であるチタン酸アルミニウム粉末を用意した。
【００３７】
なお、上記チタン酸アルミニウム粉末の組成比では、各成分の合計量は９９質量％であり、１００質量％となっていないが、これは、残りの１質量％分として、チタン酸アルミニウム粉末中の不純物が含まれるからである。
上記不純物は、アルカリ長石由来の物質（Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ等）、チタン酸アルミニウム粉末を粉砕したり、混合したりする際に鉄化合物、チタン酸アルミニウム粉末の原料のＡｌ２Ｏ３粉末やＴｉＯ２粉末に元々含まれる物質等である。
【００３８】
そして、上記チタン酸アルミニウム粉末について粉砕分級工程を行い、平均粒子径が２０μｍのチタン酸アルミニウムの粗粉末と、平均粒子径が０．５μｍのチタン酸アルミニウムの微粉末とを調製した。
【００３９】
（実施例１）
（１）上記チタン酸アルミニウムの粗粉末２０００重量部、上記チタン酸アルミニウムの微粉末４３０重量部、造孔材（球状アクリル粒子）３６０重量部、有機バインダ（メチルセルロース）１８８重量部、可塑剤（日本油脂社製  ユニルーブ）９６重量部、潤滑剤（グリセリン）４４重量部及び水７２５重量部を混合し、充分攪拌することによって湿潤混合物を調製した。
【００４０】
（２）上記湿潤混合物をプランジャー式押出成形機の湿潤混合物タンクよりシリンダー内に投入し、ピストンをダイス側に押し込んで円柱形状のダイスより湿潤混合物を押し出し、セル壁で隔てられた多数のセルが長手方向に沿って形成された円柱形状のチタン酸アルミニウムからなるハニカム成形体の長尺体を作製した。
【００４１】
（３）上記ハニカム成形体の長尺体を、切断ディスクが切断部材として備えた切断装置により所定の長さに切断した。これにより、円柱形状のチタン酸アルミニウムからなるハニカム成形体を得た。
【００４２】
（４）上記ハニカム成形体を、マイクロ波乾燥機及び熱風乾燥機により、大気雰囲気下、１２０℃で２０分、乾燥処理し、ハニカム成形体中に含まれる水分を除去した。
【００４３】
（５）上記乾燥処理後のハニカム成形体の各々のセルのいずれか一方の端部が封止されるように、（１）で作製した湿潤混合物と同様の組成の封止材ペーストをハニカム成形体の所定のセルに充填した。
【００４４】
（６）上記封止材ペーストを充填したハニカム成形体を大気雰囲気下、１２０℃の条件で１０分間、再度乾燥処理した。その後、脱脂炉中で、酸素濃度６容量％の下、３００℃の条件で１２時間脱脂処理した。
【００４５】
（７）上記脱脂処理したハニカム成形体を、焼成炉中、１５００℃の条件で１５時間焼成処理した。
このような（１）〜（７）の工程を経ることにより、セル壁厚０．２ｍｍ、セル密度３００個／ｉｎ２（４６．５個／ｃｍ２）であって、直径１４３．８ｍｍ、長手方向における長さが１５０ｍｍの大きさのチタン酸アルミニウムからなるハニカム構造体を製造した。
【００４６】
なお、上述した水銀圧入法を用いて、上記ハニカム構造体の気孔率について測定したところ、気孔率は、４０％であった。また、セル壁厚（０．２ｍｍ）とセル密度（３００個／ｉｎ２）とを用いて単位面積（１平方インチ）あたりに形成されるセル群の面積を算出し、単位面積（１平方インチ）あたりでセル群の面積が占める比率を算出することによって求めた開口率は、７４．６％であった。
【００４７】
本実施例で製造したハニカム構造体について、再生処理の間隔を測定し、再生頻度について評価した。
【００４８】
（再生頻度の評価）
図２に示したような再生処理間隔測定装置２１０を用いて測定した。図２は、再生処理間隔測定装置の説明図である。
再生処理間隔測定装置２１０は、ハニカム構造体１０と、ハニカム構造体１０の外方を覆うケーシング２１１と、ハニカム構造体１０及びケーシング２１１の間に配置された保持シール材２１２とから構成されており、ケーシング２１１の排ガスが導入される側の端部には、エンジン２１３に連結された導入管２１４が接続されており、ケーシング２１１の他端部には、外部に連結された排出管２１５が接続されている。さらに、ハニカム構造体１０の前後の差圧（圧力損失）を検出可能になるように圧力計２１６が取り付けられている。
【００４９】
上記エンジンを回転数３０００ｍｉｎ−１、トルク５０Ｎｍで所定の時間運転し、ＰＭを捕集した。そして、圧力損失が２０ｋＰａとなり、ＰＭの捕集容量の限界付近に達する直前で、エンジンを回転数４０００ｍｉｎ−１にして、フィルタ温度を７００℃付近で一定にした。この状態から、エンジンを回転数１０５０ｍｉｎ−１、トルク３０Ｎｍにすることによってハニカム構造体に捕集されたＰＭを強制燃焼させた。
この再生処理を行う間隔の時間を測定し、再生処理間隔とした。その結果、再生処理間隔は、７８０分であった。実施例１の再生処理間隔と後述する実施例２〜９及び比較例１〜６の再生処理間隔とを用いて再生処理間隔係数を求め、この再生処理間隔係数を比較することによって各実施例及び各比較例の再生頻度について評価した。再生処理間隔係数の算出方法については、後述する。
【００５０】
（実施例２〜９、比較例１〜６）
ハニカム構造体の気孔率が、それぞれ表２に示す値となるように湿潤混合物の各原料の配合比及び焼成工程における焼成条件をそれぞれ表１に示すように変更し、さらに、ハニカム構造体の開口率が表２に示した値となるように、ハニカム構造体のセル壁厚及びセル密度をそれぞれ表２に示すように変更したこと以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体を製造した。
【００５１】
製造したハニカム構造体について、実施例１と同様にして、再生処理間隔を測定した。そして、実施例１の再生処理間隔を１とした場合の各実施例又は各比較例の再生処理間隔の比率を算出し、再生処理間隔係数とした。再生処理間隔係数については、例えば、再生処理間隔係数が１より小さいと、実施例１のハニカム構造体よりも再生処理間隔が短く、再生頻度が高いことになる。それとは反対に、再生処理間隔係数が１より大きいと、実施例１のハニカム構造体よりも再生処理間隔が長く、再生頻度が低いことになる。
なお、各比較例では、実施例１と同条件で再生処理間隔を測定すると、再生処理時にハニカム構造体にクラックが生じることがあった。そのため、再生処理を行う目安となる圧力損失値を２０ｋＰａから下げ、ハニカム構造体にクラックが生じない程度の圧力損失値に達したところで再生処理を行うように測定条件を変更した。比較例１〜６では、変更後の測定条件で再生処理間隔を測定することにより得られた測定値を用いて再生処理間隔係数を算出した。
実施例１〜９、及び、比較例１〜６で、気孔率の異なるハニカム構造体を製造する条件についてまとめて表１に示す。実施例１〜９、及び、比較例１〜６で製造したハニカム構造体の物性値及び再生処理間隔係数の評価結果をまとめて表２に示す。
【００５２】
【表１】
2009122539.tif 000009
【００５３】
【表２】
2009122539.tif 000010
【００５４】
また、開口率が６３．３％である実施例２、５及び８、並びに、比較例１、２のハニカム構造体の気孔率を横軸にとり、再生処理間隔係数を縦軸にとったグラフを図３に示す。
実施例１〜９及び比較例３〜６のハニカム構造体の開口率を横軸にとり、再生処理間隔係数を縦軸にとったグラフを図４に示す。
【００５５】
これらの結果から、実施例１〜９のハニカム構造体では、比較例１〜６のハニカム構造体と比べて再生処理間隔が長く、再生頻度が低いハニカム構造体とすることができた。
一方、比較例１のハニカム構造体は、気孔率が４０％未満であり、ＰＭの捕集容量が小さかった。そのため、ハニカム構造体に捕集されたＰＭの量がすぐに捕集容量の限界付近に達してしまうことになり、圧力損失の急激な上昇を避けるために再生処理を頻繁に行う必要があった。また、比較例３、４のハニカム構造体は、開口率が５５％未満であり、圧力損失が高く、再生処理を頻繁に行う必要があった。従って、再生処理間隔が実施例１〜９のハニカム構造体に比べて短かった。
また、比較例２のハニカム構造体では、気孔率が６０％を超えており、また、比較例５、６のハニカム構造体では、開口率が７５％を超えており、いずれもハニカム構造体の強度が低くなっていた。そのため、熱応力によりハニカム構造体にクラック等の破損が発生するのを避けるために、頻繁に再生処理を行う必要があった。従って、再生処理間隔が実施例１〜９のハニカム構造体に比べて短かった。
このように、比較例１〜６のハニカム構造体は、実施例１〜９のハニカム構造体に比べていずれも再生頻度が高かった。
【００５６】
（その他の実施形態）
本発明のハニカム構造体の長手方向に対して垂直な断面の形状は、特に円形に限られるものではなく、矩形等、種々の形状とすることができるが、曲線のみ又は曲線と直線とで囲まれた形状であることが望ましい。
その具体例として、円形以外には、例えば、楕円形、長円形、レーストラック形、楕円形又は長円形等の単純閉曲線の一部が凹部を有する形状（ｃｏｎｃａｖｅ形状）等を挙げることができる。
【００５７】
また、上記ハニカム構造体において、セル壁厚は、０．１５ｍｍ以上であることが望ましい。０．１５ｍｍ未満では、ハニカム構造体の強度が低下することがある。
一方、上記セル壁厚の望ましい上限は０．４ｍｍである。セル壁厚が厚すぎるとセルの開口率及び／又は濾過面積が小さくなり、それに伴って圧力損失が増加することがある。
【００５８】
上記ハニカム構造体において、長手方向に対して垂直方向におけるセル密度の望ましい下限は、１５０個／ｉｎ２（２３．３個／ｃｍ２）、より望ましい上限は、６００．０個／ｉｎ２（９３．０個／ｃｍ２）であり、さらに望ましい下値は、２００個／ｉｎ２（３１個／ｃｍ２）、さらに望ましい上限は、５００．０個／ｉｎ２（７７．５個／ｃｍ２）である。
【００５９】
なお、上記セルの平面視形状については特に四角形に限定されず、例えば、三角形、六角形、八角形、十二角形、円形、楕円形、星型等の形状を挙げることができる。
【００６０】
本発明の実施形態のハニカム構造体を製造する方法では、チタン酸アルミニウム粉末として、必ずしもチタン酸アルミニウムの微粉末とチタン酸アルミニウムの粗粉末とを使用する必要はなく、所定の平均粒子径を有するチタン酸アルミニウム粉末のみを使用してもよい。
【００６１】
本発明の実施形態のハニカム構造体を製造する方法において、チタン酸アルミニウム粉末として、チタン酸アルミニウムの微粉末とチタン酸アルミニウムの粗粉末とを使用する場合には、チタン酸アルミニウムの微粉末とチタン酸アルミニウムの粗粉末との混合比が、９：１〜６：４であることが望ましい。
両者の混合比が上記範囲内であると、ハニカム成形体を焼成した際に、焼成後のサイズが収縮により小さくなることを抑制することができるとともに、平均気孔径、気孔径分布及び気孔率を制御することができるからである。
【００６２】
本発明の実施形態のハニカム構造体を製造する方法において、ハニカム成形体を焼成する際の焼成時間は、０．５〜２４時間であることが望ましい。
上記焼成時間が、０．５時間未満では、ハニカム成形体の焼成が進まないことがあり、２４時間を超えると、焼成後のハニカム構造体の収縮が大きくなる場合があるからである。
【００６３】
上記湿潤混合物を調製する際に使用する有機バインダは、特に限定されず、上述したメチルセルロースの他に、例えば、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール等であってもよい。このなかでは、メチルセルロースが望ましい。
有機バインダの配合量は、チタン酸アルミニウム粉末１００重量部に対して、１〜１０重量部が望ましい。
【００６４】
上記湿潤混合物を調製する際に使用する可塑剤や潤滑剤は、特に限定されず、可塑剤としては、例えば、上述したグリセリン等が挙げられる。また、潤滑剤としては、例えば、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等が挙げられる。
なお、可塑剤、潤滑剤は、場合によっては、上記湿潤混合物に含まれていなくてもよい。
【００６５】
また、上記湿潤混合物を調製する際の分散媒液としては、上述した水に限られず、メタノール等のアルコール、ベンゼン、トルエン等の有機溶媒であってもよい。
さらに、上記湿潤混合物中には、さらに、成形助剤が添加されていてもよい。
成形助剤としては特に限定されず、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等が挙げられる。
【００６６】
さらに、上記湿潤混合物には、必要に応じて、球状アクリル粒子、グラファイト等の造孔剤を添加してもよい。
【００６７】
セルを封止する封止材ペーストとしては特に限定されないが、焼成工程を経て製造される封止材の気孔率が４０〜６０％となるものが望ましく、例えば、上記湿潤混合物と同様のものを用いることができる。
【００６８】
上記ハニカム構造体には、必要に応じて、触媒を担持させてもよい。ハニカム構造体に担持させる触媒の種類は特に限定されるものでないが、例えば、貴金属元素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、金属酸化物等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。
【００６９】
上記貴金属元素としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等が挙げられ、上記アルカリ金属元素としては、例えば、カリウム、ナトリウム等が挙げられ、上記アルカリ土類金属元素としては、例えば、バリウム等が挙げられる。また、上記金属酸化物としては、例えば、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＦｅＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＣｕＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、ＭｎＯ、組成式ＡｎＢ１−ｎＣＯ３（式中、ＡはＬａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｐｍ又はＹを示し、Ｂはアルカリ金属又はアルカリ土類金属を示し、ＣはＭｎ、Ｃｏ、Ｆｅ又はＮｉを示し、０≦ｎ≦１である。）で表される複合酸化物等が挙げられる。
これらは、単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよいが、少なくともＣｅＯ２を含むものであることが望ましい。上記触媒を担持させることにより、上記ハニカム構造体をハニカムフィルタとして再生処理に用いる際に、ＰＭの燃焼温度を低下させることができる。
【００７０】
また、上記触媒を担持させる場合には、ハニカム構造体の表面に高い比表面積のアルミナ膜を形成し、このアルミナ膜の表面に上記触媒を付与してもよい。
【００７１】
また、押出成形工程において、ハニカム成形体の長尺体を作製する際に用いる装置は、特に限定されるものではなく、上述したプランジャー式押出成形機に限られず、単軸スクリュー式押出成形機、多軸スクリュー式押出成形機等を挙げることができる。
【００７２】
切断工程後のハニカム成形体又は封止工程後のハニカム成形体の乾燥に用いる乾燥機としては、特に限定されるものではないが、上述したマイクロ波加熱乾燥機、熱風乾燥機の他に、例えば、赤外線乾燥機等を挙げることができる。また、これらの装置を複数組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１（ａ）は、本発明のハニカム構造体を模式的に示した斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】再生処理間隔測定装置の説明図である。
【図３】開口率が６３．３％である実施例２、５及び８、並びに、比較例１、２における気孔率と再生処理間隔係数との関係を示すグラフである。
【図４】実施例１〜９及び比較例３〜６における開口率と再生処理間隔係数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７４】
１０  ハニカム構造体
１１  セル
【国際調査報告】
2009122539.tif 000011
2009122539.tif 000012