(57)【要約】  柱状で多孔質のハニカム構造体は、一端面で開放されて他端面で閉じられた複数の第１流路、及び、前記一端面で閉じられて前記他端面で開放された複数の第２流路を形成する。ハニカム構造体は、各前記第１流路及び各前記第２流路の断面積がそれぞれ軸方向に一定である中央隔壁と、前記中央隔壁から前記他端面に向かって、各前記第１流路の断面積が縮小され、かつ、各前記第２流路の断面積が拡大される、他端側傾斜隔壁と、を備える。前記他端側傾斜隔壁の軸方向長さは４ｍｍ以上である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端面で開放されて他端面で閉じられた複数の第１流路、及び、前記一端面で閉じられて前記他端面で開放された複数の第２流路を形成する柱状で多孔質のハニカム構造体であって、
各前記第１流路及び各前記第２流路の断面積がそれぞれ軸方向に一定である中央隔壁と、
前記中央隔壁から前記他端面に向かって、各前記第１流路の断面積が縮小され、かつ、各前記第２流路の断面積が拡大される、他端側傾斜隔壁と、を備え、
前記他端側傾斜隔壁の軸方向長さは４ｍｍ以上である、ハニカム構造体。
【請求項２】
前記他端側傾斜隔壁の軸方向長さは２０ｍｍ以下である、請求項１記載の、ハニカム構造体。
【請求項３】
前記ハニカム構造体は、さらに、前記中央隔壁から前記一端面に向かって、各前記第１流路の断面積が拡大され、かつ、各前記第２流路の断面積が縮小される、一端側傾斜隔壁を有する、請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
【請求項４】
前記一端面はガスの入口側であり、前記他端面はガスの出口側である、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】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のハニカム構造体と、触媒と、を備えるハニカムフィルタ。
【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】
従来より、プラグによる封口でなく、隔壁の変形、すなわち、封口対象の流路に隣接する流路の断面積を拡大するように端部の隔壁を傾斜させて封口対象の流路を封口したハニカム構造体が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１６６４１０号公報
【特許文献２】特開２００３−４９６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなハニカム構造体は、プラグにより封口したハニカム構造体に比べて圧力損失が小さくなることが期待されるが、圧力損失の低減の効果は十分ではない。【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、圧力損失低減効果の高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】
【０００６】
本発明に係るハニカム構造体は、一端面で開放されて他端面で閉じられた複数の第１流路、及び、前記一端面で閉じられて前記他端面で開放された複数の第２流路を形成する柱状で多孔質のハニカム構造体である。このハニカム構造体は、各前記第１流路及び各前記第２流路の断面積がそれぞれ軸方向に一定である中央隔壁と、前記中央隔壁から前記他端面に向かって、各前記第１流路の断面積が縮小され、かつ、各前記第２流路の断面積が拡大される、他端側傾斜隔壁と、を備える。そして、前記他端側傾斜隔壁の軸方向長さは４ｍｍ以上である。【０００７】
本発明によれば、他端側傾斜隔壁の軸方向長さが４ｍｍ以上確保されているため、傾斜隔壁の斜面による圧力損失の低減の効果を十分に確保することが可能である。【０００８】
ここで、前記他端面側傾斜隔壁の軸方向長さをあまり長くしても製造が困難になる上に圧力損失低減効果もそれほど向上しないことから、前記他端側傾斜隔壁の軸方向長さは２０ｍｍ以下であることが好ましい。【０００９】
また、前記ハニカム構造体は、さらに、前記中央隔壁から前記一端面に向かって、各前記第１流路の断面積が拡大され、かつ、各前記第２流路の断面積が縮小される、一端側傾斜隔壁を有する。【００１０】
また、前記一端面はガスの入口側であり、前記他端面はガスの出口側であることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、圧力損失低減効果の高いハニカム構造体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は第１実施形態に係るハニカムフィルタ１００の斜視図である。
【図２】図２は図１のハニカム構造体１０の中央隔壁１０ｃｅｎｔのＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図３の（ａ）は、図１の入口（一端側）端面１０Ｅｉｎの端面の拡大図、図３の（ｂ）は図３の（ａ）のｂ−ｂ断面図である。
【図４】図４の（ａ）は、図１の出口（他端側）端面１０Ｅｏｕｔの端面の拡大図、図４の（ｂ）は図４の（ａ）のｂ−ｂ断面図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係るハニカムフィルタの製造方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面を参照しながら本発明の第１実施形態について説明する。
（第１実施形態）
本実施形態に係るハニカムフィルタ１００は、図１に示すような柱状で多孔質のハニカム構造体１０を備える。ハニカム構造体１０は、入口端面（一端面）１０Ｅｉｎ及び出口端面（他端面）１０Ｅｏｕｔを有する。ハニカム構造体１０は、入口端面１０Ｅｉｎで開放されて出口端面１０Ｅｏｕｔで閉じられた複数の入口流路（複数の第１流路）７０Ｈｉｎ、及び、入口端面１０Ｅｉｎで閉じられて出口端面１０Ｅｏｕｔで開放された複数の出口流路（複数の第２流路）７０Ｈｏｕｔを形成し、これらの流路はハニカム構造体１０の軸方向に延びている。また、ハニカム構造体１０は、入口端面１０Ｅｉｎを有する入口側傾斜隔壁（一端側傾斜隔壁）１０ｉｎ、出口端面１０Ｅｏｕｔを有する出口側傾斜隔壁（他端側傾斜隔壁）１０ｏｕｔ、及び、これらの間にある中央隔壁１０ｃｅｎｔを有する。
【００１４】
ハニカム構造体１０の外径は、例えば、５０〜２５０ｍｍとすることができる。ハニカム構造体１０の軸方向長さは、例えば、５０〜３００ｍｍとすることができる。
【００１５】
図２は、ハニカム構造体１０の中央隔壁１０ｃｅｎｔの断面である。中央隔壁１０ｃｅｎｔは、軸方向に沿って断面積がそれぞれ実質的に一定の多数の入口流路７０Ｈｉｎ及び多数の出口流路７０Ｈｏｕｔを形成する。本実施形態では、中央隔壁１０ｃｅｎｔにおいて、１つの入口流路７０Ｈｉｎが３つの他の入口流路７０Ｈｉｎと隣接し、かつ、３つの出口流路７０Ｈｏｕｔと隣接するように、入口流路７０Ｈｉｎ及び出口流路７０Ｈｏｕｔが規則的に配置されている。１つの出口流路７０Ｈｏｕｔは６つの入口流路７０Ｈｉｎと隣接し、他の出口流路７０Ｈｏｕｔとは隣接しない。各流路は、合計６つの流路とそれぞれ隔壁を介して隣接している。中央隔壁１０ｃｅｎｔにおいて、入口流路７０Ｈｉｎ及び出口流路７０Ｈｏｕｔの断面形状は略六角形である。中央隔壁１０ｃｅｎｔにおける、２つの流路を隔てる部分Ｗの厚みは、例えば、０．１０〜０．３５ｍｍとすることができる。流路の密度は、例えば、１５０〜４００ｃｐｓｉとすることができる。
【００１６】
次に、図３の（ａ）及び（ｂ）を参照して、入口側傾斜隔壁（一端側傾斜隔壁）１０ｉｎの構造を示す。入口側傾斜隔壁１０ｉｎは、中央隔壁１０ｃｅｎｔから入口端面１０Ｅｉｎに向かって、中央隔壁１０ｃｅｎｔに比べて入口流路７０Ｈｉｎの断面積を徐々に拡大し、かつ、出口流路７０Ｈｏｕｔの断面積を徐々に縮小して閉じるように、入口流路７０Ｈｉｎ及び出口流路７０Ｈｏｕｔの軸に対して傾斜している。具体的には、入口側傾斜隔壁１０ｉｎは、中央隔壁１０ｃｅｎｔから入口端面１０Ｅｉｎに向かって、中央隔壁１０ｃｅｎｔで略六角形である入口流路７０Ｈｉｎの断面積を徐々に拡大して入口端面１０Ｅｉｎでは断面形状を三角形にし、かつ、入口端面１０Ｅｉｎに到達する以前に出口流路７０Ｈｏｕｔの断面積を０とする。入口端面１０Ｅｉｎにおいて、拡大された入口流路７０Ｈｉｎを形成する各三角形の頂点が出口流路７０Ｈｏｕｔの中心に到達し、これにより、出口流路７０Ｈｏｕｔが封口されている。入口側傾斜隔壁１０ｉｎにおける、２つの流路を隔てる板状部分の厚みは、例えば、０．１０〜０．３５ｍｍとすることができる。この厚みは、中央隔壁１０ｃｅｎｔにおける隔壁の厚みに対して±１０％以内の厚みであることができる。
【００１７】
次に、図４の（ａ）及び（ｂ）を参照して、出口側傾斜隔壁（他端側傾斜隔壁）１０ｏｕｔの構造を示す。出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔは、中央隔壁１０ｃｅｎｔから出口端面１０Ｅｏｕｔに向かって、中央隔壁１０ｃｅｎｔに比べて出口流路７０Ｈｏｕｔの断面積を徐々に拡大し、かつ、入口流路７０Ｈｉｎの断面積を徐々に縮小して閉じるように、入口流路７０Ｈｉｎ及び出口流路７０Ｈｏｕｔの軸に対して傾斜している。具体的には、出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔは、中央隔壁１０ｃｅｎｔから出口端面１０Ｅｏｕｔに向かって、中央隔壁１０ｃｅｎｔで略六角形である出口流路７０Ｈｏｕｔの断面積をそれぞれ辺の部分が角になるような六角形に徐々に拡大し、かつ、出口端面１０Ｅｏｕｔに到達する以前に出口流路７０Ｈｏｕｔの断面積を０とする。出口端面１０Ｅｏｕｔにおいて、拡大された出口流路７０Ｈｏｕｔの各六角形の頂点が入口流路７０Ｈｉｎの中央付近に到達し、これにより、入口流路７０Ｈｉｎが封口されている。出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔにおける、２つの流路を隔てる板状部分の厚みは、例えば、０．１０〜０．８ｍｍとすることができる。この厚みは、中央隔壁１０ｃｅｎｔにおける隔壁の厚みと同等（たとえば０．９倍以上）か、隔壁の厚み以上とすることができ、その上限は中央隔壁１０ｃｅｎｔで隣接する２つの入口流路７０Ｈｉｎの略六角形の輪郭線の内の対向する辺の長さ（図２参照）まで厚くすることができる。
【００１８】
入口端面１０Ｅｉｎにおける開口率は、出口端面１０Ｅｏｕｔにおける開口率よりも大きくすることができる。
【００１９】
本実施形態においては、出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔの軸方向長さＨｏｕｔは４ｍｍ以上である。Ｈｏｕｔの上限は特にないが、例えば、２０ｍｍ以下とすることができる。入口側傾斜隔壁１０ｉｎの軸方向長さＨｉｎには特に限定がないが、例えば、４ｍｍ以上であることができ、２０ｍｍ以下であることもできる。
【００２０】
なお、傾斜隔壁の軸方向長さＨｉｎ、Ｈｏｕｔは流路毎にばらつきを有することもでき、その場合はそれらの算術平均が上述の要件を満たせばよい。
【００２１】
ハニカム構造体１０の材料は多孔質セラミックであり、ガスが通過できる一方煤などの粒子を捕集できる空孔を有する。セラミックの例は、チタン酸アルミニウム、炭化ケイ素、コージェライトである。チタン酸アルミニウムは、マグネシウムやケイ素などを含むことができる。ハニカム構造体１０の隔壁の空隙率は、例えば、４０〜７０％とすることができる。
【００２２】
ハニカム構造体１０の表面には、触媒が担持されていても良い。触媒の例は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、銀、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅からなる群より選択される少なくとも１つの金属元素、又は、ゼオライト触媒の粒子である。触媒の粒径は、例えば、１ｎｍ〜１０μｍとすることができる。
【００２３】
触媒は、ハニカム構造体１０の表面に直接保持されても良いが、ハニカム構造体に保持される担体に保持されることもできる。担体は、助触媒として機能する場合もある。
【００２４】
担体の例は、アルミナ、シリカ、マグネシア、チタニア、ジルコニア、セリア、Ｌａ２Ｏ３、ＢａＯ、ゼオライト等の酸化物、あるいは、これらの内の１種以上を含む複合酸化物の粒子である。担体の粒径は、例えば、０．１〜１００μｍとすることができる。
【００２５】
続いて、本実施形態に係るハニカムフィルタの作用を説明する。このようなハニカムフィルタ１００は、プラグにより流路を封口するハニカムフィルタ１００に比べて、低い初期圧力損失を有することができる。具体的には、入口流路７０Ｈｉｎの突き当たり面が出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔにより斜面とされていることによる圧力損失の低減効果が高い。特に、本実施形態では、出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔの軸方向長さＨｏｕｔが４ｍｍ以上であるので、従来のプラグ封口のように入口流路７０Ｈｉｎの突き当たり面が流路の軸に対して直角である場合に比べて、当該突き当たり面が軸に対して十分に傾斜されるため、圧力損失の十分な低減が可能である。したがって、ハニカムフィルタ１００の初期圧力損失を抑制することができる。
【００２６】
続いて、このようなハニカムフィルタの製造方法を説明する。まず、セラミック原料を押出成形機により押出成形して、中央隔壁１０ｃｅｎｔと同じ断面形状を有するハニカム成形体を製造する。このハニカム成形体は、未封口の入口流路７０Ｈｉｎ及び未封口の出口流路７０Ｈｏｕｔをそれぞれ貫通した状態で有する。
【００２７】
セラミック原料の組成は、焼成後に多孔質のセラミックを与える物であればよい。例えば、セラミック原料と、有機バインダと、造孔剤と、溶媒と、必要に応じて添加される添加物を含むことができる。
【００２８】
セラミック原料は、セラミックを構成する元素を含有する粉末である。バインダは、有機バインダであることができ、メチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシアルキルメチルセルロース、ナトリウムカルボキシルメチルセルロースなどのセルロース類；ポリビニルアルコールなどのアルコール類；リグニンスルホン酸塩を例示できる。添加物としては、例えば、潤滑剤および可塑剤、分散剤が挙げられる。
【００２９】
続いて、図５に示すように、得られた未焼成のハニカム成形体１００’の入口端面１０Ｅｉｎにおいて、入口側傾斜隔壁１０ｉｎを形成する。具体的には、三角錐形状の多数の突起４１０ａを有する封口用治具４００を用意する。そして、各突起４１０ａが入口流路７０Ｈｉｎ内に入るように、封口用治具４００を移動させる。これにより、入口流路７０Ｈｉｎの隔壁が変形され、流路の断面積が拡大される一方、出口流路７０Ｈｏｕｔの断面積が縮小される。そして、最終的には、図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、入口流路７０Ｈｉｎの断面形状は三角形となり、出口流路７０Ｈｏｕｔで隔壁同士が完全に圧着し、出口流路７０Ｈｏｕｔは封止される。すなわち、出口流路７０Ｈｏｕｔは入口端面１０Ｅｉｎにおいて閉じられる。なお、封口用治具４００に対して振動や超音波を与えても良い。
【００３０】
次に、同様に、出口端面１０Ｅｏｕｔに出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔを形成する。出口流路７０Ｈｏｕｔに挿入する封口用治具の突起は、六角錐形状とすることができる。その後、必要に応じて乾燥した後、両端面を封止されたハニカム成形体１００’を焼成してハニカム構造体を得る。
【００３１】
続いて、必要に応じて公知の方法によりハニカム構造体１０に触媒を担持させることができる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず様々な変形態様が可能である。
例えば、入口流路及び出口流路の配置、すなわち各流路に隣接する流路の数も、上記実施形態に限定されない。例えば、１つの入口流路７０Ｈｉｎが、４つの他の入口流路７０Ｈｉｎと隣接し、かつ、２つの出口流路７０Ｈｏｕｔと隣接するように、及び、１つの出口流路７０Ｈｏｕｔが、６つの入口流路７０Ｈｉｎと隣接し、他の出口流路７０Ｈｏｕｔとは隣接しないように、各流路が配置されることができる。なお、本明細書において、「２つの流路が隣接する」ことは、２つの流路が１つの隔壁を介して隔壁の厚み方向に隔てられることを意味することができる。
【００３３】
また、傾斜隔壁の形状も、中央隔壁から他端面に向かって、各入口流路の断面積が縮小され、かつ、各出口流路の断面積が拡大されるものであればよく、詳細な形状は、各流路の断面形状、流路の配置に応じて適宜変形できる。
【００３４】
また、流路の断面形状も特に上記実施形態に限定されず、四角形、八角形等の多角形、円形等が可能である。
【００３５】
また、上記実施形態のハニカム構造体１０は、入口側に入口傾斜隔壁を有する構造であるが、入口端において入口流路がプラグにより封口されていて入口側傾斜隔壁を有さない構造でも実施は可能である。
【００３６】
さらに、フィルタの外形形状も円柱体でなくても良く、例えば、四角柱でもよい。
【実施例】
【００３７】
（参照例１）
触媒を付着させていない、上記実施形態の図１〜図４に示すような構造を有するコージェライト製の多孔質のハニカム構造体を用意した。外径は１１８．４ｍｍ、長さ１１３．４ｍｍ、セル密度は３６０ｃｐｓｉ、壁厚み１０ｍｉｌ（０．２５ｍｍ）、入口端の開口率４２％、出口端の開口率２７％、隔壁の空隙率５８％、平均空孔径１８μｍであった。入口側傾斜隔壁の軸方向長さＨｉｎ及び出口側傾斜隔壁の軸方向長さＨｏｕｔはそれぞれ、２〜３ｍｍ（平均２．５ｍｍ）、２〜３ｍｍ（平均２．５ｍｍ）とした。室温で６００Ｎｍ３／ｈの空気を供給した際の圧力損失は、５．８０ｋＰａであった。【００３８】
（参照例２）
入口側傾斜隔壁の軸方向長さＨｉｎを０、すなわち、入口側をプラグにより封口する以外は参照例１と同様にした。圧力損失は、６．００ｋＰａであった。【００３９】
（参照例３）
出口側傾斜隔壁の軸方向長さＨｏｕｔを０、すなわち、出口側をプラグにより封口する以外は参照例１と同様にした。圧力損失は、６．８６ｋＰａであった。【００４０】
（参照例４）
入口側傾斜隔壁の軸方向長さＨｉｎを０及び出口側傾斜隔壁の軸方向長さＨｏｕｔ、すなわち、入口側及び出口側の両方をプラグにより封口する以外は参照例１と同様にした。圧力損失は、７．６７ｋＰａであった。
これらの実験からは、入口側に傾斜隔壁を設けるよりも、出口側に傾斜隔壁を設ける方が、圧力損失の低下に効果的であることがわかる。【００４１】
（比較例１）
セル密度を３６０ｃｐｓｉから２５０ｃｐｓｉに変更した。セル密度を変更したことにより、入口側開口率が４２％から４３％に、出口側開口率が２７％から３０％になった。上記以外は参照例１と同様にした。圧力損失は４．４６ｋＰａであった。【００４２】
（実施例１）
出口側傾斜隔壁の軸方向長さＨｏｕｔを４〜５ｍｍ（平均４．５ｍｍ）にする以外は比較例１と同様とした。圧力損失は、４．１８ｋＰａであった。
結果を表１に示す。
【表１】
2016098835.tif 000003
【符号の説明】
【００４３】
７０Ｈｉｎ…入口流路（第１流路）、７０Ｈｏｕｔ…出口流路（第２流路）、１０…ハニカム構造体、１０ｃｅｎｔ…中央隔壁、１０ｏｕｔ…出口側傾斜隔壁（他端側傾斜隔壁）、１０ｉｎ…入口側傾斜隔壁（一端側傾斜隔壁）、１０Ｅｉｎ…入口端面（一端面）、１０Ｅｏｕｔ…出口端面（他端面）、１００…ハニカムフィルタ、Ｗ…２つの流路を隔てる部分、Ｈｉｎ…入口側傾斜隔壁（一端側傾斜隔壁）の軸方向長さ、Ｈｏｕｔ…出口側傾斜隔壁（他端側傾斜隔壁）の軸方向長さ、４００…封口用治具、４１０ａ…突起。
【図１】
2016098835.tif 000004
【図２】
2016098835.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2016098835.tif 000009
2016098835.tif 000010
2016098835.tif 000011
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