(57)【要約】【課題】圧力損失の低減がなされているとともに、破損し難く、かつ取扱い性に優れた、ＤＰＦ等のフィルタとして好適に用いることができる目封止ハニカム構造体を提供する。【解決手段】多孔質の隔壁２によってハニカム形状に仕切られることにより形成された、流体の流路となる複数のセル３と、所定のセル３の一方のセル開口部及び残余のセル３の他方のセル開口部に交互に形成された目封止部材４とを備え、セル３に流入した流体が、濾過層として機能する隔壁２を経由して流出することが可能な目封止ハニカム構造体１である。一方のセル開口部及び他方のセル開口部の少なくともいずれかに形成された目封止部材４が、セルの開口端面１５から外方に突出する突出部１０を有し、突出部１０の形状が、先細り形状であるとともにその突出先端１１が曲面状である。【選択図】  図１
2004344722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質の隔壁によってハニカム形状に仕切られることにより形成された、流体の流路となる複数のセルと、所定の前記セルの一方のセル開口部及び残余の前記セルの他方のセル開口部に交互に形成された目封止部材とを備え、前記セルに流入した前記流体が、濾過層として機能する前記隔壁を経由して流出することが可能な目封止ハニカム構造体であって、
前記一方のセル開口部及び前記他方のセル開口部の少なくともいずれかに形成された前記目封止部材が、前記セルの開口端面から外方に突出する突出部を有し、前記突出部の形状が、先細り形状であるとともにその突出先端が曲面状である目封止ハニカム構造体。
【請求項２】
前記突出部の、前記セルの中心軸を含む平面で切断した断面の外周形状が、半円形状、半楕円形状、半長円形状、又は半砲弾形状である請求項１に記載の目封止ハニカム構造体。
【請求項３】
前記突出部の、前記セルの中心軸を含む平面で切断した断面の外周形状が、短径（ａ）と長径（ｂ）との比（長短径比）が、ａ：ｂ＝１：１〜１：８である半円形状又は半楕円形状である請求項１に記載の目封止ハニカム構造体。
【請求項４】
前記目封止部材が、前記一方のセル開口部及び前記他方のセル開口のいずれにも形成されてなり、
前記一方のセル開口部における前記目封止部材の前記長短径比と、前記他方のセル開口部における前記目封止部材の前記長短径比とが異なる請求項３に記載の目封止ハニカム構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、目封止ハニカム構造体に関し、更に詳しくは、圧力損失の低減がなされているとともに、破損し難く、かつ取扱い性に優れた、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）等のフィルタとして好適に用いることができる目封止ハニカム構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】ハニカム構造体をＤＰＦ等のフィルタとして用いる場合に、一般に図９（ａ）〜図９（ｃ）に示すように、一の端面４２から他の端面４４まで軸方向に貫通する複数のセル３を形成するように配置された多孔質の隔壁２と、隔壁２の外周を囲む外周壁７と、セル３を何れかの端面において目封止するように配置された目封止部材４を有する目封止ハニカム構造体１の形態で用いる。このような形態とすることにより、一方の端面４２からセル内に流入する被処理流体は、多孔質の隔壁２を通って別のセル３を経て他の端面４４から排出される。この際、隔壁２がフィルタとなって、粒子状物質などを捕捉する。
【０００３】このような目封止ハニカム構造体は、例えば、セラミックス製のマットを外周壁の周りに巻いた状態で金属製の缶体に収納され、缶体内に設置された金属製のリング状の固定部材で固定されて自動車などに装着されて使用される。即ち、このような用途に使用される目封止ハニカム構造体は、圧力損失が小さいものであること、装着に際してその取扱い性が良好であること、及び装着される自動車の振動により破損し難い耐衝撃性を有するものであること等の諸特性を具備することが要求される。
【０００４】目封止ハニカム構造体をＤＰＦ用として用いる際に、粒子状物質の堆積による圧力損失の急増を防止する方法として、封止部に、セルの端面より上流側に向かって細くなる形状にて突出する突出部位が形成された目封止ハニカム構造体が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】しかし、特許文献１において提案された目封止ハニカム構造体であっても、圧力損失の上昇を防止する効果は未だ十分とはいえず、また、取扱い性や耐衝撃性等の向上に関しても更なる改良の余地がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３０９９２２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧力損失の低減がなされているとともに、破損し難く、かつ取扱い性に優れた、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）等のフィルタとして好適に用いることができる目封止ハニカム構造体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明によれば、多孔質の隔壁によってハニカム形状に仕切られることにより形成された、流体の流路となる複数のセルと、所定の前記セルの一方のセル開口部及び残余の前記セルの他方のセル開口部に交互に形成された目封止部材とを備え、前記セルに流入した前記流体が、濾過層として機能する前記隔壁を経由して流出することが可能な目封止ハニカム構造体であって、前記一方のセル開口部及び前記他方のセル開口部の少なくともいずれかに形成された前記目封止部材が、前記セルの開口端面から外方に突出する突出部を有し、前記突出部の形状が、先細り形状であるとともにその突出先端が曲面状である目封止ハニカム構造体が提供される。
【０００９】本発明においては、突出部の、セルの中心軸を含む平面で切断した断面の外周形状が、半円形状、半楕円形状、半長円形状、又は半砲弾形状であることが好ましい。
【００１０】一方、本発明においては、突出部の、セルの中心軸を含む平面で切断した断面の外周形状が、短径（ａ）と長径（ｂ）との比（長短径比）が、ａ：ｂ＝１：１〜１：８である半円形状又は半楕円形状であることも同様に好ましく、目封止部材が、一方のセル開口部及び他方のセル開口のいずれにも形成されてなり、一方のセル開口部における目封止部材の長短径比と、他方のセル開口部における目封止部材の長短径比とが異なることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜、設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００１２】本発明の目封止ハニカム構造体は、多孔質の隔壁によってハニカム形状に仕切られることにより形成された、流体の流路となる複数のセルと、所定のセルの一方のセル開口部及び残余のセルの他方のセル開口部に交互に形成された目封止部材とを備え、セルに流入した流体が、濾過層として機能する隔壁を経由して流出することが可能な目封止ハニカム構造体であり、一方のセル開口部及び他方のセル開口部の少なくともいずれかに形成された目封止部材が、セルの開口端面から外方に突出する突出部を有し、突出部の形状が、先細り形状であるとともにその突出先端が曲面状である。以下、図面を参照しつつ、その詳細について説明する。
【００１３】図１（ａ）、図１（ｂ）は、本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す図面であり、図１（ａ）は部分断面図、図１（ｂ）は突出部の形状を説明する概略図である。図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、本実施形態の目封止ハニカム構造体１は、隔壁２によってハニカム形状に仕切られることにより形成された複数のセル３と、所定のセル３の一方のセル開口部、及び残余のセル３の他方のセル開口部に、交互に形成（充填）された目封止部材４とを備えている。隔壁２は多孔質構造であるため、例えばディーゼルエンジン排ガス等の含塵流体（被処理流体）を流入端部２０側からセル３内に流入させると、この隔壁２が濾過層として機能し、排ガスを浄化して流出端部２１側へと流出させることが可能である。
【００１４】本実施形態の目封止ハニカム構造体１は、セル開口部に形成された目封止部材４が、セルの開口端面１５から外方に突出する突出部１０を有しており、この突出部１０の形状が先細り形状であるとともに、その突出先端１１が曲面状である。目封止部材４をこのような所定形状の突出部１０を有する形態とすることにより、例えば、流入端部２０から被処理流体である排ガスをセル３内に流入させるに際して、排ガスに含まれる粒子状物質が流路方向に対向する目封止部材４上に堆積し難い。また、粒子状物質が目封止部材４上に堆積したとしても、流入端部２０のセル３の開口面が閉塞し難いため、フィルタとしての使用に伴う圧力損失の上昇が効果的に防止されるといった効果を奏する。
【００１５】また、本発明の目封止ハニカム構造体は、一方のセル開口部のみならず、他方に形成された目封止部材が、セルの開口端面から外方に突出する突出部を有し、その突出部の形状が先細り形状であるとともに、その突出先端が曲面状である場合もある。即ち、被処理流体である排ガスの流出端部側の目封止部材を上述した所定形状の突出部を有する形態とすることにより、例えば、流入端部から被処理流体である排ガスをセル内に流入させて排ガスを浄化すると、隔壁で浄化された浄化済みガスを外部へとスムーズに流出させることが可能となる。
【００１６】更に、本発明の目封止ハニカム構造体は、上述した特許文献１において提案されている目封止ハニカム構造体と比較しても、より圧力損失の低減がなされるものである。また、本発明の目封止ハニカム構造体は、その突出部のの形状が先細り形状であるとともにその突出先端が曲面状であるため、所定状態で缶体に収納・固定し、自動車等に装着するに際しても、突出部にヒビ・割れ等の欠陥が生じ難く、より取扱性に優れている。また、自動車等に装着した後においても破損し難く、優れた耐衝撃性を有する。
【００１７】また、図１（ａ）に示すように、本実施形態の目封止ハニカム構造体１においては、突出部１０の、セルの中心軸１２を含む平面で切断した断面の外周形状が、半楕円形状であることが、圧力損失の低減、取扱い性の向上、及び破損防止等の観点から好ましい。また、半楕円形状の他、半円形状、半長円形状、又は半砲弾形状であることも同様に好ましい。
【００１８】また、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、本実施形態の目封止ハニカム構造体１においては、突出部１０の、セルの中心軸１２を含む平面で切断した断面の外周形状が、短径（ａ）と長径（ｂ）との比（長短径比）が、ａ：ｂ＝１：１〜１：８である半円形状又は半楕円形状であることが好ましい。このように、突出部１０の形状を表す長短径比を所定の範囲内に規定することにより、流体力学的な観点からもより圧力損失の低減を図ることが可能であるために好ましい。なお、更なる圧力損失の低減、及び製造容易性等の観点からは、前述の長短径比が、ａ：ｂ＝１：１〜１：４であることが更に好ましく、ａ：ｂ＝１：１．３〜１：４であることが特に好ましい。
【００１９】更に、本発明の目封止ハニカム構造体においては、目封止部材が、一方のセル開口部及び他方のセル開口のいずれにも形成されてなり、一方のセル開口部における目封止部材の長短径比と、他方のセル開口部における目封止部材の長短径比とが異なることが好ましい。このように構成された目封止ハニカム構造体の、長短径比がより小である突出部を有する目封止部材が形成されたセル開口部を流入端部とし、長短径比がより大である突出部を有する目封止部材が形成されたセル開口部を流出端部として、流入端部側から被処理流体である排ガスをセル内に流入させると、より優れた圧力損失の低減効果が発揮される。また、いずれか一方のセル開口部における目封止部材の長短径比のみより大きくなるように目封止部材を形成することは、目封止ハニカム構造体の製造容易性の観点からも好ましく、製造コストの低減を図ることができる。
【００２０】本発明の目封止ハニカム構造体は、上述してきた目封止部材の構造的な特徴を具備するものである限り、それ以外の形状、或いは材質等に特に制限はない。目封止ハニカム構造体の軸方向に直交する断面形状は、例えば円形、楕円形、レーストラック形状、四角形等、用途や設置場所に応じて適宜決定することができる。セルの軸方向に直交する断面形状は、例えば三角形、四角形、六角形などの多角形や略多角形、円形、楕円形などの略円形とすることができ、セル密度は、例えば６〜２０００セル／平方インチ（０．９〜３１１セル／ｃｍ２）、好ましくは５０〜１０００セル／平方インチ（７．８〜１５５セル／ｃｍ２）程度とすることができる。また、隣接するセルが互いに反対側となるセル開口端面において市松模様状となるように目封止部材が配置されていることが好ましい。また、目封止部材、隔壁、及び外周壁の材質に特に制限はないが、耐熱性等の観点からセラミックス、又は金属が好ましく、特にセラミックスが好ましい。また、本発明の目封止ハニカム構造体を缶体に収納して用いる場合には、缶体と外周壁との間にセラミック製マットなどの弾性部材を配置することが好ましい。
【００２１】次に、本発明の目封止ハニカム構造体の製造方法について説明する。先ず、目封止部材を形成しないセル開口部をマスクするようにフィルムをセル開口端面に配置する。この場合、そのセル開口端面で目封止部材を形成する所定のセルに対応するフィルムの部分に孔のあいた状態でフィルムを配置し（貼り付け）てもよいが、全てのセル開口部を覆うように孔の開いていないフィルムを貼り付けた後、目封止部材を形成する所定の箇所に孔を開けることが、正確に目的とする箇所に孔を配置できるため好ましい。
【００２２】フィルムを配置した後にフィルムに孔を開ける具体的な方法としては、フィルムを孔の中心から外側に向けて溶融させるように加熱して孔を開ける方法を挙げることができ、更に具体的には、レーザー光などを照射して所定箇所に孔を開けることが好ましい。
【００２３】フィルムの種類に特に制限はないが、例えば好適な例として加熱により溶融するようなフィルムが好ましく、更にレーザー光により孔が開くようなフィルムが好ましい。また、セル開口端面上に配置された後、確実に固定されるように、粘着層を有していることが好ましい。具体的には、フィルムが基材層と粘着層を有し、基材層がポリエステル、ポリオレフィン、ハロゲン化ポリオレフィン等のポリマー材料からなり、粘着層がアクリル系粘着材等からなることが好ましい。また、フィルムの厚さは、強度、孔の開け易さ等の観点から１０〜１００μｍ程度が好ましい。
【００２４】次に、孔の開いた部分のセル開口部に目封止材料を充填する。充填方法としては、適度な粘性を有するスラリー状の目封止材料を適当な容器に入れ、この目封止材料にマスキングしたハニカム構造体の端面を浸漬し、所定のセル開口部に目封止材料を充填する方法、或いは、より粘性の高い粘土状の目封止材料をマスキングしたハニカム構造体の端面に載置して、所定のセル開口部に圧入して充填する方法等を挙げることができる。セル開口部に目封止材料を充填した後、作製しようとする突出部の形状に対応する転写形状を有する転写型等を用いて、所定の突出形状となるように目封止材料を成形すればよい。
【００２５】なお、本発明の目封止ハニカム構造体を構成する目封止部材の形状は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すような形状に限定されるものではない。具体的には、図７（ａ）に示すような、セル開口部内に一部挿入される挿入部５０を有する形状や、図７（ｂ）に示すような、目封止部材４の全体が突出部１０のみで構成される形状、或いは、図７（ｃ）に示すような、中空部５１を有するキャップ型の形状等を挙げることができる。いずれの形状の目封止部材４であっても、前述の、作製しようとする突出部１０の形状に対応する転写形状を有する転写型等を用いて、セルの開口端面１５上に固定すればよい。固定に際しては、熱膨張係数の差異等を考慮し、ハニカム構造体や目封止部材を構成するセラミックス成分と同一のセラミックス成分を含む接合材等を使用して、乾燥・焼成等すればよい。
【００２６】また、図８（ａ）に示すようなセル開口パターンに基づいて予め作製した、図８（ｂ）に示すような一体型目封止部材５３をハニカム構造体のセル開口端面上に配置し、前述の接合材等を用いて接着・固定してもよい。図８（ｂ）に示す一体型目封止部材５３は、市松模様状に配置された複数の突出部１０が連結部５２によって互いに連結され、一体化されてなるものである。この連結部５２は、例えばハニカム構造体や目封止部材を構成するセラミックス成分と同一のセラミックスにより形成されているものであり、作製しようとする突出部１０の形状に対応する転写形状を有する転写型等を用いて容易に作製することができる。
【００２７】通常は、乾燥、加熱及び／又は焼成をすることにより、突出部を有する目封止部材を形成することができる。なお、一般にハニカム構造体は、後述するように、成形後焼成することにより製造され得るが、上述した目封止は、焼成前のハニカム構造の成形体に対して行ってもよく、焼成後のハニカム構造の焼成体に対して行ってもよい。
【００２８】本発明の目封止ハニカム構造体を構成するハニカム構造体は、例えば、種々のセラミックス、例えばコージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、ジルコニア、炭化珪素、炭化珪素−コージェライト系複合材料、珪素−炭化珪素系複合材料、窒化珪素、リチウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウム、ゼオライト、及び金属、例えばＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属、並びにこれらの組合せよりなる群から選ばれる少なくとも１種の材料の粉末を原料とし、これにバインダー、例えばメチルセルロース及びヒドロキシプロポキシルメチルセルロースを添加し、更に界面活性剤及び水を添加し、可塑性の坏土とした後、この坏土を押出成形してハニカム形状とすることにより、或いはハニカム形状とした後焼成することにより作製することができる。
【００２９】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３０】
（実施例１〜７、比較例１〜４）
コージェライト原料としてのシリカ、カオリン、タルク、アルミナに、造孔材としての発泡樹脂を加えて、更に、バインダー、分散剤、水を加えて混練し粘土状の原料とした。得られた粘土状の原料を用いて、押出成形によりハニカム構造体を成形・乾燥した後、その両端面を所定の長さに切断加工した。
【００３１】切断加工したハニカム構造体のセル開口端面に、所定の開口パターンを有するフィルムを配置した。次いで、コージェライト原料に水、バインダー、グリセリンを入れて２００ｄＰａ・ｓ程度のスラリー状の目封止材料を調製し、所定の容器にこの目封止材料を入れておき、フィルムが配置されたハニカム構造体を容器内の目封止材料に押し付けて、フィルムの孔からセル内へ圧入した。圧入完了後、容器からハニカム構造体を取り出し、突出部の形状に対応する転写形状を有する転写型を用いて、所定の突出形状となるように目封止材料を成形した。
【００３２】次に、目封止材料を乾燥するために、目封止材料に１４０℃の熱風を当ててフィルムを剥さずに約５分乾燥した。乾燥後、フィルムを剥すと目封止部材の突出先端が凸状に形成されていた。上述してきた目封止の操作をもう一方のセル開口部についても同様に行い、両方のセル開口部に所定形状を有する突出部を有する目封止部材を形成した。その後、焼成することにより、コージェライト質の目封止ハニカム構造構造体を製造した（実施例１〜７、比較例１〜４）。なお、各目封止ハニカム構造体の、目封止部材の突出部の形状は、それぞれ図１〜６に対応する。ここで、図１（ａ）及び図１（ｂ）は実施例４〜７、図２は比較例１、図３は比較例２、図４（ａ）及び図４（ｂ）は実施例１〜３、図５は比較例３、図６は比較例４にそれぞれ対応する。
【００３３】上述の工程により得られたコージェライト質の目封止ハニカム構造体の隔壁の気孔率は、水銀ポロシメーターにより測定したところ６７％で、その平均細孔径は２７μｍであった。またセル形状は四角セルで隔壁厚さは約０．３ｍｍ、セルピッチは約１．６ｍｍで、フィルタ寸法は直径が約１９１ｍｍ、長さが約２００ｍｍであった。また、セル開口端面からセル内部方向への目封止長さは約３ｍｍであった。
【００３４】
（数値流体力学（ＣＦＤ）による二次元流れ解析）
得られた各目封止ハニカム構造体（実施例１〜７、比較例１〜４）について、数値流体力学（ＣＦＤ）による二次元流れ解析を実施することにより、流入端部、流出端部、及びこれらの合計の、理論上の圧力損失（Ｐａ）を算出した。結果を表１に示す。なお、表１中、「φ１＿Ｘ」は、図４（ｂ）に示す実施例１〜３の目封止ハニカム構造体１の突出部１０の形状を示すパラメータ、「ａ：ｂ」は、図１（ｂ）に示す実施例４〜７の目封止ハニカム構造体１の突出部１０の形状を示す長短径比である。また、「相対比率（％）」は、比較例１の目封止ハニカム構造体の、圧力損失の合計を１００％とした場合における、各目封止ハニカム構造体の圧力損失の比率を表す値である。
【００３５】
【表１】
2004344722.tif 000003
【００３６】表１に示すように、実施例１〜７の目封止ハニカム構造体は、目封止材料に何らの突出部を有していない比較例１の目封止ハニカム構造体に比べて圧力損失の相対比率が低いものであることが明らかとなった。また、実施例４〜７の目封止ハニカム構造体は、他のいずれの目封止ハニカム構造体と比べても圧力損失の相対比率が低いものであること、及び、長短径比を大きくすることにより、より圧力損失を低減できることが明らかとなった。また、実際にディーゼルエンジンから排出される排ガスの流路に取り付けて排ガス浄化を行ったところ、実施例１〜７の目封止ハニカム構造体は、目封止部材が形成された箇所においてガス流れによどみがないことから、ディーゼルエンジンから発生するススの目封止部材の部分における堆積が少なくなり、流入端部（セル開口端面）のススによる閉塞が抑制された。
【００３７】また、実施例１〜７の目封止ハニカム構造体は、目封止材料の突出部の突出先端が曲面状であるためにその取扱が容易であり、取扱中に突出部にヒビ・割れ等の欠陥が生ずることはなかった。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の目封止ハニカム構造体は、一方のセル開口部及び他方のセル開口部の少なくともいずれかに形成された目封止部材が、セルの開口端面から外方に突出する突出部を有し、突出部の形状が、先細り形状であるとともにその突出先端が曲面状であるため、圧力損失の低減がなされているとともに、破損し難く、かつ取扱い性に優れたものである。本発明の目封止ハニカム構造体は、その特性を生かし、例えばＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）等のフィルタとして好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す図面であり、図１（ａ）は部分断面図、図１（ｂ）は突出部の形状を説明する概略図である。
【図２】比較例１の目封止ハニカム構造体を模式的に示す部分断面図である。
【図３】比較例２の目封止ハニカム構造体を模式的に示す部分断面図である。
【図４】実施例１〜３の目封止ハニカム構造体を模式的に示す図面であり、図４（ａ）は部分断面図、図４（ｂ）は突出部の形状を説明する概略図である。
【図５】比較例３の目封止ハニカム構造体を模式的に示す部分断面図である。
【図６】比較例４の目封止ハニカム構造体を模式的に示す部分断面図である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｃ）は、本発明の目封止ハニカム構造体の目封止部材の形状例を示す断面図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の目封止ハニカム構造体のセル開口パターンを示す模式図であり、図８（ｂ）は、一体化された目封止部材の一例を模式的に示す断面図である。
【図９】従来の目封止ハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す図面であり、図９（ａ）は斜視図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ部拡大図、図９（ｃ）は一部拡大断面図である。
【符号の説明】
１…目封止ハニカム構造体、２…隔壁、３…セル、４…目封止部材、７…外周壁、１０…突出部、１１…突出先端、１２…セルの中心軸、１５…セルの開口端面、２０…流入端部、２１…流出端部、４２，４４…端面、５０…挿入部、５１…中空部、５２…連結部、５３…一体型目封止部材。
【図１】
2004344722.tif 000004
【図２】
2004344722.tif 000005
【図３】
2004344722.tif 000006
【図４】
2004344722.tif 000007
【図５】
2004344722.tif 000008
【図６】
2004344722.tif 000009
【図７】
2004344722.tif 000010
【図８】
2004344722.tif 000011
【図９】
2004344722.tif 000012