(57)【要約】【課題】ガス流れの下流側においても、セル間を区画するセル壁を透過してガスが流通可能であり、粒子状物質の捕集性能を向上できるハニカム構造体を提供すること。【解決手段】筒状外皮１１の内側を多孔質セル壁２で区画し、その軸方向Ｘに延びる多数のセル３を、上流側の端面において互い違いに閉塞したハニカム構造体１であり、多数の上記セルは、栓部４を有する栓詰セル３１と、上記栓部を有しない貫通セル３２からなる。上記栓詰セルと上記貫通セルは、それぞれ完全セル３ａと不完全セル３ｂを有し、上記不完全セルのうち、少なくとも、セル断面積Ａ１が、貫通完全セル３２ａのセル断面積Ｂよりも小さい栓詰不完全セル３１ｂを、上記軸方向に延びるセル内の全体が閉塞された閉塞セル３ｃとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端開口の筒状外皮（１１）の内側を区画する多孔質のセル壁（２）と、
上記セル壁に囲まれ、上記筒状外皮の軸方向（Ｘ）に延びるガス流路（１２）を形成する多数のセル（３）と、
上記ガス流路の上流側の端面において、多数の上記セルを互い違いに閉塞する栓部（４）と、を有する、ハニカム構造体（１）であって、
多数の上記セルは、上記栓部を有する栓詰セル（３１）と、上記栓部を有しない貫通セル（３２）とからなり、
上記栓詰セルと上記貫通セルとは、それぞれ、全周囲が上記セル壁に囲まれる完全セル（３ａ、３１ａ、３２ａ）と、上記筒状外皮と上記セル壁とに囲まれ、不完全なセル断面形状を有する不完全セル（３ｂ、３１ｂ、３２ｂ）とを有しており、
上記不完全セルは、少なくとも、上記栓詰セルである栓詰不完全セル（３１ｂ）のうち、そのセル断面積Ａ１が、完全セル形状の上記貫通セルである貫通完全セル（３２ａ）のセル断面積Ｂよりも小さい上記栓詰不完全セルを、上記軸方向に延びるセル内の全体が閉塞された閉塞セル（３ｃ）とした、ハニカム構造体。
【請求項２】
上記不完全セルのうち、全ての上記栓詰不完全セルを、上記閉塞セルとした、請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項３】
上記不完全セルのうち、上記貫通セルである貫通不完全セル（３２ｂ）の少なくとも一部を、上記閉塞セルとした、請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
【請求項４】
多数の上記セルは、上記貫通セルの断面形状が四角形状であり、上記栓詰セルの断面形状が四角形以上の多角形状であり、完全セル形状の上記栓詰セルである栓詰完全セル（３１ａ）のセル断面積Ａと上記セル断面積Ｂとが、Ａ≧Ｂの関係にある、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】
上記セル断面積Ａと上記セル断面積Ｂの比率Ａ／Ｂは、１．１〜５の範囲にある、請求項４に記載のハニカム構造体。
【請求項６】
上記ガス流路の流路長Ｌは、４０ｍｍ以上である、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】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のハニカム構造体の製造方法であって、
上記セル壁及び上記筒状外皮に対応する形状の押出溝部を有する押出金型を用い、上記押出溝部に上記ハニカム構造体の成形材料を供給して、ハニカム構造に押出成形する成形工程と、
得られたハニカム成形体の一方の端面側において、上記栓詰セルとなる上記セル内に上記栓部の形成材料を充填する栓詰め工程と、
上記不完全セルのうち上記閉塞セルとなる上記セル内に、上記栓詰め工程と同時に、又は上記栓詰め工程後において、上記軸方向の全体に上記栓部の形成材料を充填する閉塞工程と、を有する、ハニカム構造体の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のハニカム構造体の製造方法であって、
上記セル壁及び上記筒状外皮に対応する形状の押出溝部を有する押出金型を用い、上記押出溝部に上記ハニカム構造体の成形材料を供給して、ハニカム構造に押出成形する成形工程と、
得られたハニカム成形体の一方の端面側において、上記栓詰セルとなる上記セル内に上記栓部の形成材料を充填する栓詰め工程と、を有し、
上記押出金型は、上記押出溝部のうち、上記閉塞セルに対応する部位が閉塞している、ハニカム構造体の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のハニカム構造体を、内燃機関（Ｅ）の排ガス管路（Ｅ１）に備え、上記ハニカム構造体は、上記排ガス管路内に、上記ガス流路と上記軸方向を一致させて配置される、排ガス浄化フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、片栓フィルタ構造のハニカム構造体とその製造方法、及びハニカム構造体を用いた排ガス浄化フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジン等の内燃機関の排気管には、排ガスに含まれる粒子状物質（すなわち、Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：以下、適宜ＰＭと称する）を捕集する排ガス浄化フィルタが設けられる。排ガス浄化フィルタは、多孔質のセル壁と、セル壁に囲まれて形成される多数のセルとを有するハニカム構造体からなる。ハニカム構造体は、セル内を排ガス通路としており、多数の平行なセルが、排ガス流れの上流側又は下流側の端面において互い違いに目封じされた両栓フィルタ構造を有するものが、一般的である。排ガスは、上流側が開口したセルに流入し、セル壁を透過する間に粒子状物質が除去されて、下流側が開口したセルから排出される。
【０００３】
一方、セルの目封じを上流側のみとした片栓フィルタ構造のハニカム構造体が提案されている。例えば、特許文献１には、複数のセルを区画形成する多孔質壁を有し、一部のセルが排ガスの流入側端面において実質的に塞がれ、残りのセルが流入側端面から流出側端面まで貫通するハニカム構造体が開示されている。排ガスには、エンジンオイルや燃料中の不純物（例えば、Ｓ、Ｃａ等）に由来する微量の灰分（すなわち、Ａｓｈ）が含まれており、この灰分がハニカム構造体に堆積すると、圧力損失が増加して、ＰＭ捕集の効率が低下する。これに対し、片栓フィルタ構造とすると、開放されたセルから灰分を排出させて、灰分の堆積を抑制できる利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１７５３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
片栓構造の排ガス浄化フィルタは、排ガス流れの下流側へ向かうにつれて、隣り合うセル間の圧力差が小さくなるために、排ガスがセル壁を透過しにくくなる。そのため、特許文献１では、圧力差が大きくなるように、貫通セルと目封止セルとでその水力直径を変えた構造となっている。しかしながら、その場合でも、圧力差の大きい排ガスの入口側付近のセル壁を除くと、ＰＭ捕集が必ずしも効率よくなされていないのが実情であった。
【０００６】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、ガス流れの下流側においても、隣り合うセル間を区画するセル壁を透過してガスが流通可能であり、流入するガス中の粒子状物質の捕集性能を向上できるハニカム構造体と、その製造方法、及びそれを用いた排ガス浄化フィルタを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、
両端開口の筒状外皮（１１）の内側を区画する多孔質のセル壁（２）と、
上記セル壁に囲まれ、上記筒状外皮の軸方向（Ｘ）に延びるガス流路（１２）を形成する多数のセル（３）と、
上記ガス流路の上流側の端面において、多数の上記セルを互い違いに閉塞する栓部（４）と、を有する、ハニカム構造体（１）であって、
多数の上記セルは、上記栓部を有する栓詰セル（３１）と、上記栓部を有しない貫通セル（３２）とからなり、
上記栓詰セルと上記貫通セルとは、それぞれ、全周囲が上記セル壁に囲まれる完全セル（３ａ、３１ａ、３２ａ）と、上記筒状外皮と上記セル壁とに囲まれ、不完全なセル断面形状を有する不完全セル（３ｂ、３１ｂ、３２ｂ）とを有しており、
上記不完全セルは、少なくとも、上記栓詰セルである栓詰不完全セル（３１ｂ）のうち、そのセル断面積Ａ１が、完全セル形状の上記貫通セルである貫通完全セル（３２ａ）のセル断面積Ｂよりも小さい上記栓詰不完全セルを、上記軸方向に延びるセル内の全体が閉塞された閉塞セル（３ｃ）とした、ハニカム構造体にある。
【０００８】
本発明の他の態様は、上記ハニカム構造体の製造方法であって、
上記セル壁及び上記筒状外皮に対応する形状の押出溝部を有する押出金型を用い、上記押出溝部に上記ハニカム構造体の成形材料を供給して、ハニカム構造に押出成形する成形工程と、
得られたハニカム成形体の一方の端面側において、上記栓詰セルとなる上記セル内に上記栓部の形成材料を充填する栓詰め工程と、
上記不完全セルのうち上記閉塞セルとなる上記セル内に、上記栓詰め工程と同時に、又は上記栓詰め工程後において、上記軸方向の全体に上記栓部の形成材料を充填する閉塞工程と、を有する、ハニカム構造体の製造方法にある。
あるいは、上記成形工程及び上記栓詰め工程を有して、上記閉塞工程を有さず、
上記成形工程に用いられる上記押出金型は、上記押出溝部のうち、上記閉塞セルに対応する部位が閉塞している、ハニカム構造体の製造方法にある。
【０００９】
本発明のさらに他の態様は、上記ハニカム構造体を、内燃機関（Ｅ）の排ガス管路（Ｅ１）に備え、上記ハニカム構造体は、上記排ガス管路内に、上記ガス流路と上記軸方向を一致させて配置される、排ガス浄化フィルタにある。
【発明の効果】
【００１０】
上記態様のハニカム構造体は、ガス流れの上流側が栓部で閉塞された栓詰セルを有し、この栓詰セルのうち不完全セルの一部を、ガス流路が形成されない閉塞セルとしている。このとき、ガス流れの上流側では、貫通セルに流入したガスの一部が、隣り合う栓詰セルとの間に生じる圧力差により、セル壁を透過して栓詰セルへ流入する。ガス流れの下流側では、従来の片栓構造のハニカム構造体の場合は、隣り合う栓詰セルと貫通セルとの間に圧力差が生じなくなるが、上記態様のハニカム構造体の場合は、閉塞セルに隣り合う貫通セルの圧力が比較的高く保たれる。そのために、上記ハニカム構造体は、ガス流れの上流側のみならず、下流側においても、貫通セルから栓詰セルへのガスの流入が維持できる。
【００１１】
上記ハニカム構造体は、排ガス浄化フィルタに好適に用いられ、排ガス流れの下流側においても、貫通セルから隣り合う栓詰セルへ排ガスを透過させて、セル壁を透過する排ガス中の粒子状物質を捕集する。これにより、従来の片栓構造のハニカム構造体よりも、粒子状物質の捕集率が向上した排ガス浄化フィルタを実現することができる。このようなハニカム構造体は、押出溝部を有する押出金型を用い、ハニカム成形体の不完全セルに、栓部の形成と同時に、又は形成後に、栓部の形成材料を充填して、閉塞セルを形成することができる。あるいは、予め、閉塞セルとなる部位を閉塞した押出金型を用い、成形と同時に閉塞セルを形成することによって製造することもできる。
【００１２】
以上のごとく、上記態様によれば、ガス流れの下流側においても、隣り合うセル間を区画するセル壁を透過してガスが流通可能であり、流入するガス中の粒子状物質の捕集性能を向上できるハニカム構造体とその製造方法、及びそれを用いた排ガス浄化フィルタを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１における、ハニカム構造体のセル形状と閉塞セル配置を示す上流側端面図。
【図２】実施形態１における、ハニカム構造体の上流側端面図の要部拡大図で、図１のII部拡大図。
【図３】実施形態１における、ハニカム構造体の軸方向断面図。
【図４】実施形態１における、ハニカム構造体の軸方向の一部拡大断面図とその両端面図。
【図５】実施形態１における、ハニカム構造体の軸方向の要部拡大断面図で、隣り合う貫通セルから栓詰セルへのガス流れを、閉塞セルを有しない従来構成とで比較して示す図。
【図６】実施形態２における、ハニカム構造体のセル形状と閉塞セル配置を示す上流側端面図の要部拡大図。
【図７】実施形態２における、閉塞セルの有無とセル内圧力との関係を説明するための図で、ハニカム構造体の軸方向の一部拡大断面図。
【図８】実施形態１における、ハニカム構造体を適用した排ガス浄化フィルタを含む内燃機関の排ガス浄化装置の一例を示す全体概略構成図。
【図９】実施形態１における、ハニカム構造体を適用した排ガス浄化フィルタを含む内燃機関の排ガス浄化装置の他の例を示す全体概略構成図。
【図１０】実施形態３における、ハニカム構造体のセル形状と閉塞セル配置を示す上流側端面図。
【図１１】実施形態３における、ハニカム構造体の軸方向の一部拡大断面図。
【図１２】実施形態４における、ハニカム構造体のセル形状と閉塞セル配置を示す上流側端面図。
【図１３】試験例１における、閉塞セルを有するハニカム構造体の壁透過流速の変化を示すハニカム構造体の軸方向の一部拡大断面図。
【図１４】試験例１における、閉塞セルを有しないハニカム構造体の壁透過流速の変化を示すハニカム構造体の軸方向の一部拡大断面図。
【図１５】試験例１における、閉塞セルを有するハニカム構造体と有しないハニカム構造体とで、基材長と壁透過流速の関係を対比させて示した図。
【図１６】試験例におけるシミュレーションの解析範囲を説明するためのハニカム構造体の上流側端面の部分拡大図。
【図１７】実施例２のハニカム構造体の軸方向断面構造と、粒子状物質の捕集性能を、比較例１のハニカム構造体と比較して示す図面代用写真。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施形態１）
ハニカム構造体に係る実施形態１について、図１〜図５を参照して説明する。図１〜図３に示すように、ハニカム構造体１は、全体が円柱形状をなしており、両端が開口する筒状外皮１１と、筒状外皮１１内を区画する多孔質のセル壁２と、セル壁２に囲まれる多数のセル３とを備えている。多数のセル３は、筒状外皮１１の軸方向Ｘに延びるガス流路１２を形成している。ハニカム構造体１は、片栓構造で、ガス流路１２の上流側（例えば、図３の左端側）の端面において、多数のセル３を互い違いに閉塞する栓部４を有する。これにより、多数のセル３は、栓部４を有する栓詰セル３１と、栓部４を有しない貫通セル３２とに分けられる。
【００１５】
図２に外周側の一部を拡大して示すように、ハニカム構造体１は、最外周部に、筒状外皮１１とセル壁２とに囲まれ、不完全なセル断面形状を有する多数の不完全セル３ｂを有する。多数の不完全セル３ｂは、栓詰セル３１である栓詰不完全セル３１ｂと、貫通セル３２である貫通不完全セル３２ｂとを有する。不完全セル３ｂ以外は、全周囲がセル壁２に囲まれる所定のセル形状の完全セル３ａである。なお、以下、特に断らない場合は、栓詰セル３１とは、完全セル形状の栓詰セル（すなわち、栓詰完全セル３１ａ）であり、貫通セル３２とは、完全セル形状の貫通セル（すなわち、貫通完全セル３２ａ）を意味する。
【００１６】
そして、不完全セル３ｂは、少なくとも、栓詰セル３１である栓詰不完全セル３１ｂのうち、そのセル断面積Ａ１が、貫通完全セル３２ａのセル断面積Ｂよりも小さい栓詰不完全セル３１ｂを、軸方向Ｘに延びるセル全体が閉塞された閉塞セル３ｃとしている。本形態では、セル断面積Ａ１が、貫通完全セル３２ａのセル断面積Ｂ以上である栓詰不完全セル３１ｂは、セル全体を閉塞していない。閉塞セル３ｃについては、詳細を後述する。
【００１７】
ハニカム構造体１は、例えば、図３に示す排ガス浄化フィルタＦのフィルタ基材として、図示しない内燃機関の排ガス管路の途中に配置される。排ガス浄化フィルタＦは、円筒状のケース５内に、同軸的に収容されており、ケース５の両端部には、排ガスＧの流入口５１と排ガスＧの流出口５２がそれぞれ設けられる。ケース５とハニカム構造体１との間には、筒状のマット材Ｆ１が介設される。内燃機関は、例えば、自動車用のディーゼルエンジンやガソリンエンジン等であり、排ガス浄化フィルタＦは、図示しない排ガス管路に排出される排ガスＧ中の粒子状物質を捕集する。
【００１８】
図１、図２に示すように、ハニカム構造体１の端面において、断面円形の筒状外皮１１の内側には、多角形格子状のセル壁２が配設されており、多数のセル３は、多角形の断面形状を有する。多数のセル３のセル形状及びセル断面積は、同じであってもいずれかが異なっていてもよい。本形態では、セル形状及びセル断面積の異なる２種類のセルにて構成しており、そのうちの一方を栓詰セル３１とし、他方を貫通セル３２として、互い違いとなるように配置している。貫通セル３２は、例えば、四角形のセル形状を有し、栓詰セル３１は、四角形以上の多角形、例えば、八角形のセル形状を有して、互いを取り囲むように配置される。このとき、最外周部の栓詰セル３１及び貫通セル３２の大部分は、栓詰不完全セル３１ｂ及び貫通不完全セル３２ｂとなる。
【００１９】
栓詰完全セル３１ａのセル断面積Ａと貫通完全セル３２ａのセル断面積Ｂとは、Ａ≧Ｂの関係となるように設定される。好適には、栓詰セル３１は貫通セル３２よりも大きく形成され、栓詰セル３１を形成する八角形セルのセル断面積Ａと、貫通完全セル３２ａのセル断面積Ｂとは、Ａ＞Ｂの関係にある。言い換えれば、貫通セル３２を形成する四角形セルは、栓詰セル３１を形成する八角形セルよりも、セル断面積が小さい方が望ましい。
【００２０】
具体的には、貫通セル３２を形成する四角形セルは、例えば、各辺の長さＬ２が全て同じ正方形状であり、栓詰セル３１は、四角形の貫通セル３２の各辺に隣接する４つの長辺と、これら長辺の長さＬ１より短い４つの短辺とを有する八角形のセル形状とすることができる。栓詰セル３１は、４つの長辺を介して４つの貫通セル３２と隣接すると共に、４つの長辺の間に配置される４つの短辺を介して４つの栓詰セル３１と隣接する。なお、栓詰セル３１を形成する全ての八角形セルは、上流側の端面にて目封止されて栓部４が形成されている。このとき、完全な八角形セルのみならず、八角形の一部が欠けた不完全な八角形セルについても、栓部４が形成されて、栓詰不完全セル３１ｂとなる。
【００２１】
図３、図４に示すように、多数のセル３の内部には、軸方向Ｘに延びるガス流路１２が形成される。ガス流路１２は、栓詰セル３１の内部に形成される栓詰ガス流路１２１と、貫通セル３２の内部に形成される貫通ガス流路１２２とからなる。両端が開放する貫通ガス流路１２２は、上流端が排ガスＧの流入口５１に、下流端が流出口５２に開口し、図の左方から右方へ、排ガスＧが流通する。これに対して、栓詰ガス流路１２１は、上流端において栓詰めされ、下流端のみが流出口５２に開口する。ガス流路１２の軸方向Ｘの流路長Ｌは、ハニカム構造体１の軸方向長に等しく、栓詰ガス流路１２１は、栓部４の栓詰長さＰf分だけ流路長が短くなっている。また、栓詰ガス流路１２１の水力直径ａは、貫通ガス流路１２２の水力直径ｂよりも長くなっている。
【００２２】
隣接する栓詰セル３１内の栓詰ガス流路１２１と、貫通セル３２内の貫通ガス流路１２２とは、互いの間を区画する壁厚Ｗのセル壁２を介して連通する。ハニカム構造体１のセル壁２は、セラミックス材料からなる多孔質壁であり、その内部に形成される細孔が互いに連通して、貫通ガス流路１２２に流入した排ガスＧを、栓詰ガス流路１２１側へ透過させる。そして、セル壁２の内部を通過する間に、排ガスＧに含まれる粒子状物質を、セル壁２の細孔に捕集することができる。また、セル壁２の少なくとも一部の表面に、触媒成分を担持させることもでき、例えば、酸化触媒を担持させて、排ガスＧに含まれるＣＯ、ＨＣ等の成分を浄化するようにしてもよい。
【００２３】
ここで、閉塞セル３ｃについて説明する。図３に示すように、ハニカム構造体１の最外周部には、少なくとも栓詰不完全セル３１ｂについて、軸方向Ｘの全長に亘って栓詰めされた閉塞セル３ｃが形成される。具体的には、図２中の上図に示すように、ハニカム構造体１は、筒状外皮１１の内側に、それぞれ、不完全セル形状の栓詰不完全セル３１ｂ及び貫通不完全セル３２ｂを複数有しており、下図に示すように、それらの一部、少なくとも栓詰不完全セル３１ｂのうち、セル断面積Ａ１が、貫通完全セル３２ａのセル断面積Ｂよりも小さい栓詰不完全セル３１ｂを、セル全体が閉塞された閉塞セル３ｃとしている（すなわち、Ａ１＜Ｂ）。閉塞セル３ｃは、栓部４と同様のセラミックス材料を用いて形成することができる。
【００２４】
このとき、図５に示すように、ハニカム構造体１の上流側端面において、貫通セル３２から内部の貫通ガス流路１２２へ、排ガスＧが流入する。図中のガス流路１２に濃淡で示すように、栓詰ガス流路１２１内の上流側の圧力は、排ガスＧが流入しない栓詰ガス流路１２１内の圧力に比べて高くなっており、隣り合う栓詰ガス流路１２１と貫通ガス流路１２２との圧力差によって、排ガスＧは、さらに多孔質のセル壁２を通過して、隣り合う栓詰ガス流路１２１内へ流入する。その際に、排ガスＧ中の粒子状物質が、セル壁２内に捕集される。
【００２５】
ただし、閉塞セル３ｃを有しない従来構成では、貫通ガス流路１２２は、４つの栓詰ガス流路１２２に取り囲まれており、排ガスＧは、４方向のセル壁２を透過することになる。これにより、排ガスＧの流速が低下し、下流側ほど隣り合うセル間の差圧が小さくなって、下流側の端面では、差圧がほぼ０となる。これに対し、栓詰不完全セル３１ｂの一部を、閉塞セル３ｃとした場合には、排ガスＧは、閉塞セル３ｃとの間のセル壁２を透過しないから、３方向のセル壁２を透過することになる。この場合、下流側においても、貫通ガス流路１２２内の流量が大きく低下せず、隣り合うセル間の差圧により、セル壁２を排ガスが透過可能となる。
【００２６】
セル壁２のガス透過流量は、隣り合うセル間の管摩擦の差圧により発生し、この差圧ΔＰの理論式は、一般に下記式１で表される。
式１：ΔＰ＝[（ｆＬρ(ｖ2）2／２ｄ2]−[（ｆＬρ(ｖ1）2／２ｄ1]
ただし、式１中、ｆ：管摩擦係数、Ｌ：ガス流路１２の流路長、ρ：排ガス密度、ｖ1：栓詰ガス流路１２１内流速、ｖ2：貫通ガス流路１２２内流速、ｄ1：栓詰ガス流路１２１の水力直径、ｄ2：貫通ガス流路１２２の水力直径、とする。
式１より、差圧ΔＰは、セル内の流速差の二乗に比例し、貫通ガス流路１２２内の流速が速いほど、差圧ΔＰが大きくなることがわかる。すなわち、閉塞セル３ｃを設けることにより、貫通ガス流路１２２の流速が大きく低下するのを抑制して、ガス透過流量を大きくすることができる。
【００２７】
したがって、ハニカム構造体１の全長に亘って、ＰＭ捕集が可能となり、捕集率が向上する。なお、ハニカム構造体１の１個あたりの捕集率（単位：質量％）は、下記式２で表すことができる。
式２：捕集率＝１００×［捕集した粒子状物質の質量］/［流入した粒子状物質の質量］
【００２８】
また、上記式１より、栓詰ガス流路１２１の水力直径ｄ1が、貫通ガス流路１２２の水力直径ｄ2より大きいほど、差圧ΔＰが大きくなる。すなわち、栓詰完全セル３１ａのセル断面積Ａが、貫通完全セル３２ａのセル断面積Ｂより大きい方が、ガス透過流量が大きくなり捕集率を向上させる効果が得やすい。特に、排ガスＧの流量は、ハニカム構造体１の中央部がより多く、ハニカム構造体１の外周部ではより少ない傾向があるため、外周部の流速が維持されることで、効率良い捕集が可能になり、捕集率を向上させる効果が高い。
【００２９】
この場合、好適には、栓詰完全セル３１ａのセル断面積Ａと貫通完全セル３２ａのセル断面積Ｂの比率Ａ／Ｂが、１．１〜５の範囲となるように設定することが望ましい。比率Ａ／Ｂが１．１以上であることで、栓詰セル３１と貫通セル３２との差圧ΔＰを大きくして捕集率を高めることができる。また、貫通完全セル３２ａのセル断面積Ｂが相対的に小さくなると、圧力損失が増大しやすいので、比率Ａ／Ｂを５以下として圧力損失の増大を抑制することが望ましい。
【００３０】
また、例えば、セル壁２の壁厚Ｗが薄くなり、あるいは気孔率が高くなると、ハニカム構造体１の強度が相対的に低下し、ケース５１内への収納（すなわち、キャニング）時の取り扱いが難しくなる。このような場合でも、栓詰不完全セル３１ｂが埋められることにより、最外周部が補強されるので、機械的強度が高くなりキャニング性が向上する利点がある。
【００３１】
（実施形態２）
図６に実施形態２として示すように、ハニカム構造体１の最外周部において、複数の栓詰不完全セル３１ｂの全てを、軸方向Ｘの全長に亘って栓詰めして、閉塞セル３ｃとすることもできる。すなわち、セル断面積Ａ１が、貫通完全セル３２ａのセル断面積Ｂよりも小さい栓詰不完全セル３１ｂに加えて、セル断面積Ａ１が、貫通完全セル３２ａのセル断面積Ｂと同じか、それより大きい栓詰不完全セル３１ｂも、セル全体が閉塞された閉塞セル３ｃとなる。貫通不完全セル３２ｂは、両端が開放したままとなっている。それ以外の構成は、実施形態１と同様であり、説明を省略する。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
【００３２】
この場合には、実施形態１よりも多くの閉塞セル３ｃを設けることにより、セル間差圧を大きくして、粒子状物質の捕集率を向上させる効果を高めることができる。このとき、貫通セル３２を取り囲む複数の栓詰不完全セル３１ｂのうち閉塞される数が多くなると、貫通セル３２内の流速低下がより抑制されるので、セル内圧力Ｐは、より高くなる。図７に示すように、例えば、正方形の貫通セル３２が、２辺で栓詰セル３ｂと接し、残る２辺で栓詰不完全セル３１ｂと接する構成では、閉塞セル３ｃがなく４方向へガス透過がなされる構成におけるセル内圧力（すなわち、Ｐ（４方向））に対し、１つの閉塞セル３ｃと接し３方向へガス透過がなされる構成、さらに２つの閉塞セル３ｃと接し２方向へガス透過がなされる構成となることで、セル内圧力が順に高くなる（すなわち、Ｐ（２方向）＞Ｐ（３方向）＞Ｐ（４方向））。その結果、上記式１より、圧力差も大きくなって、捕集率が向上する。
【００３３】
このとき、多数のセル３のセル辺長さは、栓詰セル３１の長辺の長さＬ１が、貫通セル３２の一辺の長さＬ２と同じかそれよりも長いことが好ましい（すなわち、Ｌ１≧Ｌ２）。この場合には、貫通セル３２に接するセル壁２が有効活用されて、貫通セル３２から栓詰セル３１へのガス透過が促進され、捕集率をより向上させることができる。
【００３４】
また、多数のセル３の内周形状は、多角形の角部をＲ形状とすることもできる。栓詰完全セル３１ａのセル断面積Ａが貫通完全セル３２ａのセル断面積Ｂより大きい場合には、少なくとも栓詰セル３１について、中央部から外周部にかけて、全ての完全形状の栓詰セル３１の内周角部をＲ形状とすることが望ましい。これにより、キャニング時のように外周から応力が発生する際に、角部の応力が低減されて強度が向上する。貫通セル３２の内周角部をＲ形状とすることもでき、その場合には、貫通セル３２の内周角Ｒよりも、栓詰セル３１の内周角部Ｒを大きくするのがよい。これにより、排ガスＧが流入する貫通セル３２の水力直径を大きく低下させることなく、十分な基材強度を持たせることができる。
【００３５】
また、ハニカム構造体１の最外周部において、全ての栓詰不完全セル３１ｂが閉塞セル３ｃとなることで、外周部がさらに補強される。非対称セル構造では、貫通セル３２に比べてセル断面積Ａ１が大きい栓詰不完全セル３１ｂが存在する部位で、外周強度が低下しやすいが、この部位の全体を閉塞させることで、外圧に対する強度が向上する。これにより、キャニング性がより向上する。
【００３６】
ハニカム構造体１の強度向上を重視する場合には、栓詰不完全セル３１ｂに加えて、さらに、貫通不完全セル３２ｂの少なくとも一部又は全部を、閉塞セル３ｃとすることもできる。この場合も、閉塞セル３ｃの増加と共に、機械的強度がさらに向上する。ただし、ハニカム構造体１の上流側の端面において、排ガスＧが流入する貫通不完全セル３２ｂが閉塞されることになるので、ハニカム構造体１の上流側の開口面積が必要以上に低減しないように、所望の排ガス流量と強度が両立する範囲で、閉塞セル３ｃとする貫通不完全セル３２ｂを適宜選択するとよい。
【００３７】
次に、上記実施形態１、２のハニカム構造体１を備える排ガス浄化装置の具体的な適用例について説明する。図８、図９に示すように、片栓構造のハニカム構造体１を備える排ガス浄化フィルタＦは、内燃機関であるエンジンＥの排ガス管路Ｅ１の途中に配置されて、粒子状物質を含む排ガスＧを浄化する排ガス浄化装置を構成する。ここで、排ガス管路Ｅ１内の配置によっては、排ガス浄化フィルタＦを定期的に加熱再生する必要があり、その際の再生効率を考慮して、ハニカム構造体１の最適な構成を選択することが望ましい。
【００３８】
例えば、図８に示す排ガス浄化装置は、排ガス管路Ｅ１の上流側にＳ／Ｃ触媒６（すなわち、ｓｔａｒｔ  ｃａｔａｌｙｓｔ触媒）が配置され、その下流の車両の床下となるＵ／Ｆ位置（すなわち、ｕｎｄｅｒ  ｆｌｏｏｒ位置）に、排ガス浄化フィルタＦが配置される。この装置では、Ｕ／Ｆ位置が、例えばＳ／Ｃ触媒６から所定距離ｄ（例えば、１００ｃｍ）以上離れた下流にあって排ガス温度が比較的低いため、排ガス浄化フィルタＦを加熱昇温させて、捕集した粒子状物質を燃焼除去する再生制御が実施される。
【００３９】
この場合には、ハニカム構造体１に設けた閉塞セル３ｃが増加すると、熱容量が大きくなって、再生効率が低下する。そのため、熱容量のより小さい実施形態１の構成を採用することが望ましい。これにより、排ガス浄化フィルタＦの捕集率の向上と強度の向上を図りつつ、定期的に加熱再生することで、捕集性能を維持することができ、しかも良好な再生効率が得られる。
【００４０】
一方、図９に示す排ガス浄化装置は、排ガス管路Ｅ１の上流側に配置された触媒（例えば、酸化触媒又は三元触媒）６１と、その下流に配置された排ガス浄化フィルタＦからなるタンデム型触媒ユニットを備える。この装置では、触媒６１と排ガス浄化フィルタＦが近接配置されるので、触媒６１から排ガスＧが高温の状態で排ガス浄化フィルタＦに流入したときに、捕集した粒子状物質を自然燃焼させることが可能である。
【００４１】
この場合には、再生制御が不要となるので、ハニカム構造体１の熱容量が比較的大きくてもよく、閉塞セル３ｃをより多くした実施形態２の構成を採用することができる。これにより、排ガス浄化フィルタＦの捕集率及び強度をさらに向上させることができる。
なお、図８に示した排ガス浄化装置についても、例えば、排ガス浄化フィルタＦとＳ／Ｃ触媒６との距離を１００ｃｍより短くすることで、捕集した粒子状物質の自然燃焼を可能として、実施形態２の構成を採用することもできる。
【００４２】
（実施形態３）
上記実施形態１、２では、ハニカム構造体１を、セル形状及びセル断面積の異なる２種類のセル３にて構成したが、図１０、図１１に実施形態３として示すように、セル形状及びセル断面積を同じくする１種類のセル３にて構成することもできる。ハニカム構造体１を構成する多数のセル３は、多角形状とするのがよく、ここでは、四角形のセル形状を有している。多数のセル３は、上流側の端面において、互い違いとなるように栓部４を配置して、栓詰セル３１を形成し、残りを貫通セル３２としている。栓詰完全セル３１ａのセル断面積Ａと貫通完全セル３２ａのセル断面積Ｂは同一であり（すなわち、Ａ＝Ｂ）、互いを取り囲むように配置される。栓詰ガス流路１２１の水力直径ａは、貫通ガス流路１２２の水力直径ｂと等しい。
【００４３】
図１０の上段に示すように、この構成においても、ハニカム構造体１の最外周部において、複数の不完全セル３ｂ、すなわち、栓詰不完全セル３１ｂと貫通不完全セル３２ｂとが形成される。そして、実施形態２と同様に、全ての栓詰不完全セル３１ｂを、軸方向Ｘの全長に亘って栓詰めして、閉塞セル３ｃとする。対称セル構造の場合は、栓詰不完全セル３１ｂのセル断面積Ａ１が、常に、貫通完全セル３２ａのセル断面積Ｂよりも小さいので（すなわち、Ａ１＜Ｂ）、図１０の下段に示すように、その全部を閉塞セル３ｃとするのがよい。貫通不完全セル３２ｂは、両端が開放したままとなっている。それ以外の構成は、実施形態１と同様であり、説明を省略する。
【００４４】
この場合も、実施形態１と同様に、閉塞セル３ｃを設けることにより、セル間差圧を大きくして、粒子状物質の捕集率を向上させることができる。栓詰完全セル３１ａのセル断面積Ａと貫通完全セル３２ａのセル断面積Ｂが同じであっても、上流端に栓部４を有する栓詰セル３１と貫通セル３２との圧力差によって、セル壁２を排ガスＧが透過する機構は同様であり、しかも、閉塞セル３ｃによって、下流側においても圧力差が維持される。そのため、従来の構成では、下流側まで圧力差を形成することが難しかった対称セル構造についても、ハニカム構造体１の全体を有効利用して、捕集率を向上させることができる。また、全長に亘って栓詰めされた閉塞セル３ｃを有することで、外周部の強度を向上させることができる。
【００４５】
（実施形態４）
図１２に実施形態４として示すように、実施形態３のハニカム構造体１において、さらに、貫通不完全セル３２ｂの少なくとも一部を閉塞セル３ｃとしてもよい。ここでは、外周部の全ての栓詰不完全セル３１ｂに加えて、全ての貫通不完全セル３２ｂを閉塞セル３ｃとしている。このような対称セル構造のハニカム構造体１においても、熱容量を考慮する必要がない場合には、貫通不完全セル３２ｂを閉塞セル３ｃとすることができ、閉塞セル３ｃの増加と共に、機械的強度が向上する。それ以外の構成は、実施形態３と同様であり、説明を省略する。
【００４６】
この場合も、実施形態２と同様に、外周部の閉塞セル３ｃがより多く設けられることにより、セル間差圧をさらに大きくして、粒子状物質の捕集率を向上させることができる。また、ハニカム構造体１の最外周部において、全ての栓詰不完全セル３１ｂが閉塞セル３ｃとなることで、外圧に対する強度がさらに向上し、キャニング性がより向上する。
【００４７】
上記構成を有するハニカム構造体１は、以下の方法で製造することができる。すなわち、ハニカム構造体１の製造方法は、
セル壁２及び筒状外皮１１に対応する形状の押出溝部を有する押出金型を用い、押出溝部にハニカム構造体１の成形材料を供給して、ハニカム構造に押出成形する成形工程と、
得られたハニカム成形体の一方の端面側において、栓詰セル３１となるセル３内に栓部４の形成材料を充填する栓詰め工程と、
不完全セル３ｂのうち閉塞セル３ｃとなるセル内に、栓詰め工程と同時に、又は栓詰め工程後において、軸方向Ｘの全体に栓部４の形成材料を充填する閉塞工程と、を有する。
【００４８】
成形工程において用いられる押出金型は、製造しようとするハニカム構造体１に応じた押出溝部を形成した金型とすることができる。押出溝部は、筒状外皮１１に相当する部位に形成される環状溝と、その内側のセル壁２に相当する部位に形成されるに相当する多角形格子状溝とからなり、押出金型の両端面間を貫通して形成される。この押出溝に成形材料を供給することで、全てのセル３が貫通した状態のハニカム構造体１とすることができる。そして、その所定箇所を栓詰めすることで、栓部４を有する栓詰セル３１を形成し、さらにその少なくとも一部については、セル全体に栓部４の形成材料を充填して閉塞セル３ｃとすることができる。
【００４９】
あるいは、他の方法として、成形型の構造を変更することで、上記閉塞工程を有さずに、ハニカム構造体１を製造することができる。すなわち、
セル壁２及び筒状外皮１１に対応する形状の押出溝部を有する押出金型を用い、押出溝部にハニカム構造体１の成形材料を供給して、ハニカム構造に押出成形する成形工程と、
得られたハニカム成形体の一方の端面側において、栓詰セル３１となるセル３内に栓部４の形成材料を充填する栓詰め工程と、を有し、
成形工程に用いられる成形型は、押出溝部のうち、閉塞セル３ｃに対応する部位に、金型の両端面間を貫通する不完全セル形状の開口部を有する。
【００５０】
押出金型の基本構成は、上記方法と同様であり、押出溝部は、筒状外皮１１に相当する部位に形成される環状溝と、その内側のセル壁２に相当する部位に形成されるに相当する多角形格子状溝とからなる。そのうち、閉塞セル３ｃに対応する部位については、溝で囲まれる内側部分も開口とし、それぞれの閉塞セル３ｃ形状に応じた開口部が形成される。これにより、成形工程において、押出成形されると同時に、閉塞セル３ｃが形成される。その後、栓詰め工程において、完全形状のセル３について、栓詰セル３１に対応する部位に、栓部４を形成することで、ハニカム構造体１が得られる。
【００５１】
ハニカム構造体１の成形材料となるセラミックス材料としては、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、スピネル、炭化珪素−コージェライト系複合材料、リチウムアルミニウムシリケート、及びアルミニウムチタネートからなる群から選択される少なくとも１種が好適に使用される。これらの中でも、熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃性に優れたコージェライトが好ましい。コージェライト化原料は、特に制限されず、例えば、シリカ、タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等、焼成によってセラミックス原料同士が反応し、コージェライトとなる複数のセラミックス原料を用いることが望ましい。
【００５２】
このようなセラミックス原料に、水等の溶媒、増粘剤、分散剤等を混合して、成形材料とする。他の添加剤として、有機バインダ、造孔材、界面活性剤等を添加することもできる。このようにして粘土質に調整された成形材料を、混練して、坏土を調製する。得られた坏土は、上記成形工程において、ハニカム状に成形される。成形には、所望のセル形状、セル壁厚Ｗ、セル密度となるように作製された押出金型を用い、坏土を押出成形して、ハニカム成形体とする。
【００５３】
次に、上記栓詰め工程において、ハニカム成形体の流入端面となる一端面において、栓詰セル３１に対応するセル３を、栓部４となる栓部形成材料を用いて目封止する。このとき、貫通セル３２となるセル３に予めマスキングを施しておき、一端面を栓部形成材料に浸漬することで、栓詰セル３１のみ目封止することができる。
【００５４】
さらに、上記閉塞工程において、最外周部の栓詰不完全セル３１ｂについて、閉塞セル３ｃとする所望のセル３に、栓部形成材料を充填する。栓部形成材料は、ハニカム構造体１を構成するセラミックス材料と同材料とすることができる。充填方法としては、特に制限されず、例えば、シリンジ等を用いて、スラリー状とした栓部形成材料を、所望のセル３について、ハニカム成形体の流入端面側から流出端面側まで注入する方法を採用することができる。あるいは、スラリー状の栓部形成材料スラリーを、所望のセル３のみ真空吸引する方法、ディスペンサ等の機器を使用して注入する方法を用いてもよい。または、押出成形された時点において、両端面間が完全充填されているように、押出成形型を工夫して製造してもよい。これにより、栓詰不完全セル３１ｂの一部又は全部が、軸方向Ｘの全長に亘って栓詰めされた閉塞セル３ｃを形成することができる。
【００５５】
次いで、ハニカム成形体を乾燥させた後、焼成工程に供することで、ハニカム構造体１とする。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る。これらの中でも、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。また、乾燥条件としては、乾燥温度３０〜１５０℃、乾燥時間１分〜２時間とすることが好ましい。焼成温度は、ハニカム構造体１となるセラミックス材料の焼結温度以上であればよく、使用されるセラミックス材料に応じて、適宜決定することができる。例えば、コージェライトの場合には、焼成温度は、１３８０℃〜１４５０℃が好ましく、１４００℃〜１４４０℃がより好ましい。また、焼成時間は、３時間〜１０時間程度とすることが好ましい。
【００５６】
このようにして得られるハニカム構造体１は、セル壁２の内部の気孔による気孔率を、セラミックス材料に添加される造孔材によって調整することができる。セル壁２の気孔率は、特に限定されないが、例えば、５０％〜８０％であることが好ましく、５５％〜７０％であることがより好ましい。５０％より小さいと、捕集性能が著しく低下することがあり、８０％より大きいと、ハニカム構造体１の強度が低くなるため、キャニングが難しくなることがある。気孔率が５５％〜７０％、より好適には、気孔率が５５〜６７％であると、捕集率を安定して３５質量％以上とすることができる。また、ハニカム構造体１の強度も向上するので、キャニングも容易になる。
【００５７】
セル壁２の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍであることが好ましく、０．１２ｍｍ〜０．３８ｍｍであることがより好ましい。セル壁２が０．１ｍｍより薄いと、ハニカム構造体１の強度が低下することがあり、０．４ｍｍより厚いと、捕集性能が低下し、圧力損失が増大することがある。また、排ガス浄化フィルタＦを、排ガスＧ中のＰＭ量が比較的多いディーゼルエンジン用とする場合は、通常、セル密度を小さくする傾向があるため、セル壁２の厚さを０．２０〜０．３８ｍｍとすると、強度と捕集性能のバランスをよくするために好ましい。排ガスＧ中のＰＭ量が比較的少ないガソリンエンジン用とする場合は、通常、セル密度を大きくする傾向があるため、セル壁２の厚さを０．１２〜０．３０ｍｍとすることが、強度と捕集性能のバランスをよくするために好ましい。セル壁２の厚さは、例えば、ハニカム構造体１の軸方向Ｘの断面を顕微鏡観察する方法で測定することができる。
【００５８】
ハニカム構造体１のセル密度（すなわち、軸方向Ｘと直交する断面における、単位面積当たりのセルの個数）は、特に限定されないが、例えば、１５セル／ｃｍ2〜１００セル／ｃｍ2であることが好ましい。１５セル／ｃｍ2より小さいと、捕集性能が低下することがあり、１００セル／ｃｍ2より大きいと、上流端面付近に粒子状物質が堆積して、圧力損失が大きくなることがある。また、ディーゼルエンジン用とする場合には、２０セル／ｃｍ2〜７０セル／ｃｍ2であることがより好ましく、ガソリンエンジン用とする場合には、３０セル／ｃｍ2〜１００セル／ｃｍ2であることがより好ましい。ガソリンエンジンから排出される排ガスＧは、ＰＭ量が少ないため、セル３が閉塞するリスクが低く、セル密度を高くして捕集性能を高めることができる。
【００５９】
セル壁２の平均気孔径は、特に制限されないが、例えば、５μｍ〜５０μｍであることが好ましく、１０μｍ〜３０μｍであることがより好ましい。５μｍより小さいと、粒子状物質の堆積が少ない場合でも圧力損失が増大することがあり、５０μｍより大きいと、ハニカム構造体１が脆くなりやすく、また、セル壁２内に粒子状物質が入り込み、深層ろ過となることがある。隔壁の平均気孔径が、１０μｍ以上であると、例えば、酸化触媒を担持した場合においても、セル壁２を透過する際の透過抵抗が大きくなりにくい。また、３０μｍ以下であると、セル壁２の内部に灰分が堆積しにくくなり、長期間使用後においても捕集性能が悪化しにくい。セル壁２の平均気孔径は、例えば、水銀ポロシメータで測定することができる。
【００６０】
ハニカム構造体１の筒状外皮１１や栓部４も、セラミックス材料を用いて形成される。筒状外皮１１の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．２ｍｍ〜２ｍｍであることが好ましい。０．２ｍｍより薄いと、外周近傍のセルが欠けやすく、強度が低下することがあり、２ｍｍより厚いと、圧力損失が増大することがある。栓部４の栓詰長さＰfは、特に限定されないが、例えば、０．５ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。０．５ｍｍ以上とすることで、セル３の上流端面を十分に閉塞することができ、１０ｍｍ以下とすることで、熱容量の増大を抑制して、加熱再生を行う場合の再生効率を維持することができる。
【００６１】
ハニカム構造体１の形状は、特に限定されないが、円柱形状、底面が楕円形の柱状、底面が四角形、五角形、六角形等の多角形の柱形状等が好ましい。ハニカム構造体１は、セル３の延びる方向を軸方向Ｘとする柱形状であることが好ましい。
【００６２】
また、ハニカム構造体１の大きさは、特に限定されないが、セル３の内部に形成されるガス流路１２の流路長Ｌが、４０ｍｍ〜２００ｍｍであることが好ましい。排ガス浄化フィルタＦの流路長Ｌがこの範囲にあることで、圧力損失を増大させずに、優れた捕集性能で排ガスＧを処理することができる。４０ｍｍより短いと、捕集性能が従来のハニカム構造体よりも十分向上せずに、最外周の不完全セル３ｂを完全充填させた閉塞セル３ｃの効果が得られないことがある。また、２００ｍｍより長いと、捕集性能のさらなる向上はあまり期待できず、むしろ、圧力損失が増大することがある。捕集性能と圧力損失のバランスを考えると、流路長Ｌは、６０ｍｍ〜１３０ｍｍがより好ましく、最外周の不完全セル３ｂを完全充填させ、閉塞セル３ｃとした効果が得られやすい。
【００６３】
（試験例１）
ハニカム構造体１の軸方向長である流路長Ｌと、捕集性能との関係を、次のようにして調べた。図１３、図１４に示す基材モデルについて、基材内のガス流路１２に流入するガス流速が、軸方向Ｘの上流側から下流側へどのように変化するかを、シミュレーションにより解析し、結果を図１５に示した。図１３の基材モデルは、上記実施形態３の対称セル構造において閉塞セル３ｃを有するハニカム構造体１であり、閉塞セル３ｃを有しない従来構造の図１４の基材モデルと比較した。解析ソフトは、Ｓｔａｒ  ＣＣＭ＋  Ｖｏｌ．１０．０２を用い、計算基本原理は、ナビエストークス式に基づいている。境界条件は、以下の通りとした。
・メッシュサイズ：０．５ｍｍ
・フリズムレイヤー厚さ：０．１ｍｍ
・フリズムレイヤー層：２
・メッシュ数：３５万
【００６４】
図１６に示すように、格子形状のセル壁２の交点の周りに交互に配置された各２つの栓詰セル３１と貫通セル３２の一部を解析範囲とした。図１３の基材モデルについては、２つの栓詰セル３１の１つを閉塞セル３ｃとした。貫通セル３２の入口側に、以下の条件でガスを流入させたときの、栓詰セル３１側へのガス透過の様子を軸方向Ｘの全長について調べた。
・温度[℃]：４５０
・貫通セル流入流量[ｍ3／ｍｉｎ]：０．００１０９
・貫通セル流入流速[ｍ／ｓ]：１１．４
・壁厚Ｗ[ｍｍ]：０．２０３
・慣性抵抗係数α[ｋｇ／ｍ4]：１．６ｅ+６
・粘性抵抗係数β[ｋｇ／(ｍ3・ｓ)]：５．０ｅ+６
・密度＠４５０℃[ｋｇ／ｍ3]：０．４８７９９
・粘性＠４５０℃[ｋｇ／(ｍ3・ｓ)]：３．４８３５ｅ-５
・気孔径[μｍ]：１８
・気孔率[％]：６０
・栓詰長さＰｆ[ｍｍ]：５
・流路長Ｌ[ｍｍ]：１００
・セルピッチ[ｍｍ]：１．２６３
・貫通セル流出側圧力[Ｐａ]：０
【００６５】
図１３、図１４中に白抜き矢印で模式的に示すように、セル壁２を透過する壁透過ガス流れは、貫通セル３２が閉塞セル３ｃに隣接するか否かで大きく変わる。図１３に示す基材断面において、閉塞セル３ｃに隣接する貫通セル３２は、その両側に位置するセル壁２のうち、１つは閉塞セル３ｃ側であるためにガス流れは生じず、ＰＭ捕集に寄与するのはもう１つのセル壁２（すなわち、図中の実線：ｃ）のみとなるが、上述したように、基材全長にわたり安定したガス透過性を示す。一方、図１４に示す基材断面において、貫通セル３２は、その両側には、栓詰セル３１に連通する２つのセル壁２（すなわち、図中の点線：ｃ１、ｃ２）を有し、その両方がＰＭ捕集に寄与するが、壁透過ガス流れは、下流側ほど小さくなる。
【００６６】
このとき、図１５に示されるように、ガス流れの上流側では、貫通セル３２の両側の２つのセル壁２を透過する壁透過流速の合計（すなわち、図中の破線：ｃ１＋ｃ２）が、閉塞セル３ｃに隣接する貫通セル３２から栓詰セル３１側への壁透過流速（すなわち、図中のｃ）を上回る。ところが、両者の差は速やかに縮まって、さらに逆転し、例えば、基材長２０ｃｍにおいては、閉塞セル３ｃを有する方が、２つのセル壁２の合計よりも壁透過流速が大きい。その後も、差が維持されるか緩やかに差が広がる傾向にあるため、例えば、基材長４０ｃｍにおいて、上流側からの壁透過ガス総量が同等となり、基材長４０ｃｍより長くなるほど、例えば、基材長６０ｃｍ以上で、閉塞セル３ｃによる効果が十分大きくなる。
【００６７】
（実施例１）
上記した方法により、上記実施形態２の非対称セル構造を有するコージェライト製のハニカム構造体１を製造し、評価試験を行った。ハニカム構造体１は、外径φ：１３０ｍｍ×流路長Ｌ：１００ｍｍの円柱体形状であり、一端面側を栓部４で閉塞した片栓構造とした。ハニカム構造体１は、断面形状が四角形の貫通セル３２と八角形の栓詰セル３１が交互に形成された多数のセル３を有し、セル密度：４６．５セル／ｃｍ2（＝３００個／ｉｎｃｈ２）、セル壁２の壁厚Ｗ：０．２ｍｍ、平均気孔径：１８μｍ、気孔率：６２％となるようにした。
【００６８】
表１に示すように、実施例１では、四角形の貫通セル３２に対する八角形の栓詰セル３１のセル断面積の比率Ａ／Ｂは、１．０５とした。また、栓詰不完全セル３１ｂのうち、セル断面積Ａ１が、貫通完全セル３２ａのセル断面積Ｂより小さい（すなわち、表中の小断面積）セル及び同等以上（すなわち、表中の大断面積）のセルの両方を、閉塞セル３ｃとして、栓部形成材料を完全充填したハニカム構造体１とした。その具体的な方法を次に説明する。
【００６９】
まず、シリカ、タルク、カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム等の原料粉末を、コージェライト組成となるように配合したコージェライト化原料を準備した。コージェライト化原料は、焼成後の最終的な組成が、ＳｉＯ2：４７〜５３質量％、Ａｌ2Ｏ3：３２質量％〜３８質量％、ＭｇＯ：１２質量％〜１６質量％となるように、原料組成の調整を行ったものであり、水等の溶媒、増粘剤、分散剤等と共に混合して、粘土質に調整されており、他の添加剤として、有機バインダ、造孔材、界面活性剤等が添加された成形原料を、混錬して坏土とした。
【００７０】
次に、得られた坏土を、ハニカム形状に押出成形して、ハニカム成形体を得た。ハニカム成形体は、上記実施形態１、２に示した貫通セル３２となる四角形セルと栓詰セル３１となる八角形セルからなる非対称セル構造を有しており、セル壁２に対応する格子状の溝を有する押出金型を用いて、一体的に押出成形した。
【００７１】
次に、上記したのと同様の原料粉末を、コージェライト組成となるように配合した栓部形成材料を準備した。この栓部形成材料を、水又は油等の溶媒中に添加し、増粘剤、分散剤等と共に、混合機を用いて撹拌を行うことにより、均一分散させて、スラリー状とした。
【００７２】
得られたハニカム成形体の両端面に、マスキングテープを貼り付け、その後、マスキングテープを部分的に除去することより、端面において、栓詰セル３１となるセルのみに開口部を形成した。マスキングテープの除去は、例えば、レーザ光の照射等により行い、レーザ照射装置をハニカム成形体の端面に対向配置し、その照射位置を制御装置で任意に移動可能として、順次照射を行うことにより、栓詰めすべきセルに対応するマスキングテープを除去した。
【００７３】
次いで、ハニカム成形体の一端面を、上述の栓部形成材料のスラリーに浸漬した。これにより、開口部から栓詰めすべきセル内に適量の栓部形成材料を浸入させた。さらに、最外周部のセル３のうち、閉塞セル３ｂとすべき不完全セル３ｂに、栓部形成材料のスラリーを充填した。ここでは、全ての栓詰不完全セル３１ｂに、シリンジ等を用いて、スラリー状とした栓部形成材料を、ハニカム成形体の流入端面側から流出端面側まで注入した。
【００７４】
このハニカム成形体を乾燥させた後、１４００℃〜１４４０℃で焼成した。これにより、ハニカム成形体及び栓部形成材料が焼結して、一端面に栓部４が形成され、栓詰不完全セル３１ｂの全てが閉塞セル３ｃとなったコージェライト製のハニカム構造体１を得た。
【００７５】
（実施例２〜３、比較例３）
また、同様にして、実施形態３、４の対称セル構造を有するコージェライト製のハニカム構造体１を製造した。セル形状は、栓詰セル３１、貫通セル３２共に四角形とし、セル断面積の比率Ａ／Ｂは、１．０とした。それ以外は、実施例１の方法で、ハニカム成形体を成形し、その一端面に栓部４を形成した。次いで、表２に示すように、栓部形成材料を、栓詰不完全セル３１ｂの全部に充填して閉塞セル３ｃとしたハニカム構造体１（実施例２）、栓詰不完全セル３１ｂに加えて貫通不完全セル３２ｂに栓部形成材料を充填し、全ての不完全セル３ｂを閉塞セル３ｃとしたハニカム構造体１（実施例３）を得た。さらに、比較のため、栓詰不完全セル３１ｂに閉塞セル３ｃを形成しないハニカム構造体を製造し、比較例１とした。
【００７６】
得られた実施例２〜３、比較例１のハニカム構造体１について、次の試験を行って、粒子状物質の捕集率を評価した。評価試験は、ハニカム構造体１を収容した排ガス浄化フィルタＦを、ガソリンエンジンＥの排ガス管路Ｅ１に取り付け、排ガス浄化フィルタＦに、粒子状物質を含む排ガスＧを流通させて、排ガスＧは、温度を７００℃、流量を４ｍ3／ｍｉｎとした。表１に、上述した式２に基づいて算出した捕集率（単位：質量％）を、アイソスタティック強度の測定値（単位：ＭＰａ）、熱容量と共に示す。
【００７７】
熱容量は、栓部４のみが形成された片栓フィルタ構造のハニカム構造体１の熱容量を、基準値１とし、不完全セル３ｂの所定の一部又は全部を閉塞セル３ｃとしたときの、熱容量の増加比率によってＡ〜Ｃの３段階で評価した。
Ａ：比率１．０３未満
Ｂ：比率１．０３以上１．０５未満
Ｃ：比率１．０５以上
【００７８】
表１に示されるように、閉塞セル３ｃを有しない対称セル構造の比較例１のハニカム構造体１は、捕集率が３３質量％、アイソスタティック強度が０．８５ＭＰａであるのに対し、栓詰不完全セル３１ｂの全部を閉塞した実施例１、２では、捕集率が３９質量％に向上し、アイソスタティック強度が１．４ＭＰａに向上した。また、熱容量は、いずれもＢ判定であり、閉塞セル３ｃによる熱容量の大きな低下は見られなかった。
【００７９】
このように、最外周部に形成される栓詰不完全セル３１ｂを閉塞することで、対称セル構造又はセル断面積比の小さい非対称セル構造のハニカム構造体１においても、捕集率と強度を共に向上させることができる。また、熱容量への影響も小さいので、ＰＭ捕集後の再生効率の低下を抑制できる。さらに、不完全セル３ｂの全部を閉塞した実施例３では、捕集率は３９質量％と同じであり、熱容量はＣ評価となったものの、アイソスタティック強度が１．８ＭＰａとさらに向上している。したがって、再生制御を行わない場合には、実施例４の構成を採用することで、よりキャニング性を高めたハニカム構造体１とすることができる。
【００８０】
【表１】
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【００８１】
図１７に閉塞セル３ｃの有無による効果を比較して示すように、実施例２のハニカム構造体１は、ガス流路１２の下流側までほぼ全長にわたって、粒子状物質が捕集されている。これに対して、比較例１のハニカム構造体１は、ガス流路１２の下流側のセル壁２が、粒子状物質の捕集に寄与しておらず、閉塞セル３ｃによって、粒子状物質の捕集性能が大きく向上していることがわかる。
【００８２】
（実施例４〜１０、比較例２〜３）
また、実施例１のハニカム構造体１について、表２に示すように、セル断面積の比率Ａ／Ｂを変更し、不完全セル３ｂのうち一部又は全部を閉塞セル３ｃとしたハニカム構造体１を、同様にして製造した（実施例４〜１０）。実施例４〜６は、セル断面積の比率Ａ／Ｂを１．１とし、栓詰不完全セル３１ｂのうち、小断面積セルのみを閉塞セル３ｃとしたハニカム構造体１（実施例４）、小断面積と大断面積のセルの両方を閉塞セル３ｃとしたハニカム構造体１（実施例５）、全ての不完全セル３ｂを閉塞セル３ｃとしたハニカム構造体１（実施例６）を得た。実施例７〜９は、セル断面積の比率Ａ／Ｂを５．０とし、栓詰不完全セル３１ｂのうち、小断面積セルのみを閉塞セル３ｃとしたハニカム構造体１（実施例７）、小断面積と大断面積のセルの両方を閉塞セル３ｃとしたハニカム構造体１（実施例８）、全ての不完全セル３ｂを閉塞セル３ｃとしたハニカム構造体１（実施例９）を得た。
【００８３】
また、セル断面積の比率Ａ／Ｂを５．２とした以外は、実施例５と同様の構成としたハニカム構造体１を製造し、実施例１０とした。さらに、比較のため、栓詰不完全セル３１ｂに閉塞セル３ｃを形成しない以外は、実施例４、７と同様の構成としたハニカム構造体１を製造し、それぞれ比較例２、３とした。
【００８４】
得られた実施例４〜１０、比較例２〜３のハニカム構造体１について、実施例１と同様に、粒子状物質の捕集率、アイソスタティック強度、熱容量を評価した。また、非対称セル構造とすることによる圧力損失（以下、圧損と称する）の増加を、以下のように評価した。圧損は、対称セル構造である場合を基準値１とし、セル断面積の比率Ａ／Ｂを大きくしたときの圧損の増加比率によってＡ〜Ｃの３段階で評価し、結果を表１に併記する。
Ａ：比率２．０未満
Ｂ：比率２．０以上３．０８未満
Ｃ：比率３．０８以上
【００８５】
表２に示されるように、閉塞セル３ｃを有しない比較例２は、非対称セル構造とすることにより、捕集率は３９質量％に向上するが、アイソスタティック強度は０．８ＭＰａに低下している。これに対して、栓詰不完全セル３１ｂの一部又は全部を閉塞した実施例４〜５では、捕集率が４４質量％〜４９質量％に向上し、アイソスタティック強度も１．０ＭＰａ〜１．８ＭＰａに向上している。また、セル断面積の比率Ａ／Ｂをより大きくした比較例３は、捕集率が５８質量％に向上するが、アイソスタティック強度は０．７ＭＰａとさらに低下している。これに対して、実施例７〜８では、捕集率が６１質量％〜６６質量％、アイソスタティック強度が０．９ＭＰａ〜１．７ＭＰａに向上している。
【００８６】
このように、ハニカム構造体１のセル断面積の比率Ａ／Ｂを１．１以上とすると、非対称セル構造とすることによる捕集率の向上効果が高い。ただし、実施例１１のように、セル断面積の比率Ａ／Ｂが５．２である場合には、圧損がＣ判定となるので、好適には、セル断面積の比率Ａ／Ｂが１．１〜５．０の範囲であると、圧損増大を抑制しつつ、捕集率と強度を共に向上させることができる。また、熱容量への影響を考慮する必要がない場合には、実施例６、９のように、全ての不完全セル３ｂを閉塞することにより、さらに、アイソスタティック強度が向上する。
【００８７】
【表２】
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【００８８】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、上記各実施形態では、片栓構造のハニカム構造体１を、自動車エンジン用の排ガス浄化フィルタＦに適用した例として説明したが、必ずしも自動車用に限らず、種々の内燃機関又はそれ以外の排ガス浄化用として用いることもできる。
【符号の説明】
【００８９】
１  ハニカム構造体
１１  筒状外皮
１２  ガス流路
２  セル壁
３ｂ  不完全セル
３ｃ  閉塞セル
３１  栓詰セル
３２  貫通セル
３１ｂ栓詰不完全セル
４  栓部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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