(57)【要約】  セラミックハニカム集成体が、軸方向に連続配置されたセラミックハニカム区画から作製される。様々な区画のセルの目封止パターンを変えて、集成体に入る流体の一部分が濾過されずに集成体の上流区画（複数可）を通過できるようにする。１つまたは複数の下流区画が、濾過されずに上流区画を通過した微粒子物質を捕集する。この設計は、「リングオフ」亀裂および高濾過能力を軽減するが、運転中の圧力降下はほとんど増加しない。  【選択図】  図１
2015520718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の貫通セラミックハニカム区画および１つまたは複数の下流セラミックハニカム区画を備えるセラミックハニカム集成体であって、セラミックハニカム区画は、軸方向に連続的に配置され、ハニカム区画の各連続対の間には空隙が設けられ、前記ハニカム区分を互いに固定された空間的関係に保持する構造的手段と、ハニカム区画の各連続対の間の１つまたは複数の空隙の周辺を包囲する包囲手段を備え、
（ａ）少なくとも１つの下流セラミックハニカム区画が少なくとも１つの貫通セラミックハニカム区画の下流に配置され、
（ｂ）貫通セラミックハニカム区画と下流セラミックハニカム区画が、多孔隔壁により画定される複数の軸方向に延びるセルをそれぞれ有し、
（ｃ）貫通セラミックハニカム区画（１つまたは複数）の軸方向に延びるセルと、下流ハニカム区画（１つまたは複数）の軸方向に延びるセルが、セラミックハニカム集成体を上流端から下流端まで通る複数の流体流路を一緒に画定し、
（ｄ）各貫通セラミックハニカム区画が、（ｉ）両端が開口し、流体がセル壁を貫通することなく貫通セラミックハニカムを流れる流路を形成する、少なくとも１５数量％の貫通セルと、（ｉｉ）前記貫通セラミックハニカム区画の出口端部が閉鎖されているが入口端部は閉鎖されていないので、入った流体は前記貫通セラミックハニカムを通過するときに少なくとも１つのセル壁を貫通しなければならない、入口セルを含み、
（ｅ）各下流セラミックハニカム区画が、（ｉ）前記下流セラミックハニカム区画の入口端部が閉鎖されているが出口端部は閉鎖されていない出口セル、（ｉｉ）前記下流セラミックハニカム区画の出口端部が閉鎖されているが入口端部は閉鎖されていないので、その入口端部に入った流体は前記下流セラミックハニカムの出口端部から出るにはセル壁を貫通しなければならない、入口セル、および（ｉｉｉ）両端部が開口し、流体がセル壁を貫通することなく下流セラミックハニカムを通過する通路を形成する、０〜１０数量％の貫通セルを含む、セラミックハニカム集成体。
【請求項２】
下流区画が集成体の最後の区画である、請求項１に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項３】
下流区画を１つだけ含む、請求項１または２に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項４】
下流区画が貫通セルを含まない、請求項１から３のいずれか一項に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項５】
少なくとも２つの貫通区画と、それに続く１つの下流区画を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項６】
周壁が構造的手段と包囲手段を形成する、請求項１から５のいずれか一項に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項７】
缶が構造的手段と包囲手段を形成する、請求項１から６のいずれか一項に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項８】
各空隙の長さが１〜２５ｍｍである、請求項１から７のいずれか一項に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項９】
少なくとも長さの一部分が半径方向に区分されている、請求項１から８のいずれか一項に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項１０】
各半径方向区分が、少なくとも１つの貫通ハニカム区画の下流に配置された少なくとも１つの下流ハニカム区画を含み、ハニカム区画の各連続対の間に空隙を有する、請求項９に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項１１】
少なくとも１つの半径方向区分の少なくとも１つの空隙が、隣接する半径方向区分の空隙からずれている、請求項９に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項１２】
半径方向区分の少なくとも１つがハニカム集成体の全長にわたり延在し、半径方向区分の少なくとも１つが少なくとも１つの貫通ハニカム区画の下流に配置された少なくとも１つの下流ハニカム区画を含み、ハニカム区画の各連続対の間に空隙を有する、請求項９に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項１３】
少なくとも１つのハニカム区画の壁が触媒物質でコーティングされている、請求項１から１２のいずれか一項に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項１４】
触媒物質がディーゼル酸化触媒を含む、請求項１３に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載のセラミックハニカム集成体を形成する方法であって、（１）セラミックハニカムを形成すること、（２）ハニカムうちの少なくとも１つのセルを塞いで入口セルと出口セルを有する貫通ハニカム区画を形成し、少なくとももう１つのハニカムのセルを塞いで入口セルと出口セルと０〜１０数量％の貫通セルを有する下流ハニカム区画を形成すること、および（３）貫通ハニカム区画（複数可）と下流ハニカム区画（複数可）を、少なくとも１つの貫通区画の後ろに配置された少なくとも１つの下流ハニカム区画と、連続ハニカム区画の各対の間に空隙を有して該空隙を包囲して固定された空間関係に組み立てることを含む、方法。
【請求項１６】
空隙が、ハニカム区画の各連続対の間に一時的なスペーサを挿入し、集成体を焼成して一時的なスペーサを除去して空隙を形成することにより形成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
燃焼排気流から微粒子物質を除去する方法であって、燃焼排気流に請求項１から１４のいずれか一項に記載のセラミックハニカム集成体を通過させることを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸方向に区画されたセラミックハニカム集成体に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックハニカムは、フィルタとして、および触媒支持体として様々な用途で広範に使用されている。セラミックハニカムは、微粒子（すす粒子など）および／またはエアゾール液滴を濾過して取り除くことや、または触媒作用により排ガスの特定成分（たとえばＮＯｘ化合物）を無害化合物（Ｎ２やＨ２Ｏなど）に変換する触媒物質の担体として、燃焼ガスなどの流体処理に頻繁に使用される。そのようなハニカムは、水、有機溶媒および溶液などの液体を濾過したり触媒作用を及ぼしたりするのにも便利である。
【０００３】
セラミックハニカムは、ハニカムの長さに沿って軸方向に延びる複数のチャネル（または「セル」）を有する。セルは、ハニカムの長さに沿って軸方向に延びる隔壁により画定される。これらの隔壁で形成されたセルは、ハニカムの上流入口端部から下流出口端部までの流路を提供する。典型的には一部のセルは出口端部を目封止され、別のセルは入口端部を目封止されている。出口端部を目封止されたセルは入口端部が開口しており、それを通って気体がハニカムに入る入口セルを形成している。入口端部を目封止されたセルは出口端部が開口しており、それを通って流体がハニカムから出る出口セルを形成している。入口セルと出口セルが交互になった「市松模様」の目封止パターンが典型的である。
【０００４】
セル隔壁は多孔質なので流体が透過できる。流体が入口セルに入ると、壁を貫通して隣接する出口セルへと流れ、そこから流体はハニカムを出る。壁を透過できない（固体粒子などの）同伴物質は捕集されて流体から除去される。ハニカム構造はしばしば「ウォールフロー」型デバイスと呼ばれるが、それはこのようにして流体がセル壁を貫通するからである。流体は多孔壁を貫通する間に濾過され、かつ／または活性触媒物質と接触する。
【０００５】
セラミックハニカムを使用して高温流体、たとえば定置式動力装置や移動式動力装置（内燃機関など）からの排ガスを処理する場合、亀裂の問題がしばしば発生する。動作中、特に立ち上がりなどの移行期の間や「バーンアウト」サイクル中、動作温度が一時的に上昇して点火し、フィルタに捕集されていたすすを燃焼して正常な動作温度に戻り、ハニカム内でしばしば温度勾配が生じる。温度勾配は、ハニカムの異なる部分が異なる速度で熱膨張または収縮するため、ハニカム内でしばしば機械的応力を発生させる。このような機械的応力の結果として亀裂が生じる。セラミックハニカムがこの熱による亀裂に耐える能力は、「熱衝撃耐性」として表され得る。
【０００６】
セラミックハニカムの熱衝撃耐性を改良する方法の一つが、区分化することである。ハニカム構造体全体を単一のモノリス体から形成する代わりに、多くの小さいハニカムを別々に作成してからより大きな構造体へと組み立てる。各区分はフィルタの軸方向に延びる面に沿って長さ方向に結合される。小さいハニカム同士を接着するのに無機セメントが使用される。無機セメントは一般に、ハニカム構造体よりも弾性が高い。このより高い弾性のおかげで熱誘起応力が構造体を通して放散し、さもなくば亀裂を生じさせかねない局所での高応力が低下する。使用される区分はまた、サイズが小さく、使用中に大きな熱勾配および関連の熱応力を受けにくい。区分化アプローチの例は米国特許第７，１１２，２３３号、同第７，３８４，４４１号、同第７，４８８，４１２号および同第７，６６６，２４０号に見られる。
【０００７】
区分化アプローチは、主として軸方向の亀裂（一般に流体の流れおよびチャネル軸に平行な線または面に沿って形成される亀裂）を減ずる効果があることがわかっている。区分化アプローチは、半径方向の亀裂（一般に流体の流れおよびチャネル軸に垂直な線または面に沿って形成される亀裂であり、しばしば「リングオフ」亀裂と呼ばれる）を減ずるのに役立ち得る。しかし、区分化アプローチは、リングオフ亀裂を低減させる十分な効果が見出されていない。したがって、リングオフ亀裂の問題に対処する別のまたは追加のアプローチが必要とされている。
【０００８】
多くの場合、ハニカムは１つまたは複数の触媒物質を支持する。触媒物質は、典型的には、触媒物質（またはその前駆物質）の溶液または懸濁液がフィルタに含浸されるコーティング処理によりハニカム壁上に付着され、ハニカム壁に触媒物質または前駆物質が被覆される。次いで乾燥および／または焼成して触媒物質のコーティングが生成される。場合によっては、最終用途に十分な触媒を提供するためにはハニカムの一部分をコーティングするだけでよい。他の状況では、ハニカムの別の部分を違う触媒物質でコーティングすることが望ましいかもしれない。いわゆる「ゾーンコーティング」法はこの需要に取り組むものである。ゾーンコーティング法では、ハニカムの一部分だけがコーティング流体と接触する。しかし、コーティング流体が多孔質のハニカム構造に「潜り込む」ので、ハニカムの当初濡れた領域を超えて広がってしまう。このため、部分的にコーティングされたハニカム、または別々の領域に２種類以上の触媒物質を有するハニカムを生産することは困難である。したがって、触媒物質で部分的にコーティングされただけの、またはハニカムの異なる部分が異なる触媒物質でコーティングされているセラミックハニカムを簡便に生産できる方法を提供することが望ましい。
【０００９】
米国特許第８，００７，７３１号は、複数のセラミックハニカム「層」が軸方向に配置され、連続するハニカム層の間に空隙が設けられている、「層状」セラミックハニカム構造を記載している。このデバイスは、主として触媒支持体として意図されている。ハニカムのセルはほとんどが両端部で開口しており、セルを通過する流体がセル壁を貫通することなく各層を通過できるようになっている。流体は、セルを通過するときセル壁に付着した触媒物質と接触する。流体がセル壁を貫通しないので、微粒子物質は除去されない。個々のハニカム層を「市松模様」状に目封止して流体を強制的にセル壁を貫通させそこから微粒子物質を濾過できる。そのような層構造は、フィルタとして作用し得る目封止層が存在しないかほぼ存在しないので、微粒子物質を捕集する能力は微小であり、結局はすすを蓄積するのに利用可能なフィルタ壁領域を効率よく使用できていない。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、一態様では、１つまたは複数の貫通セラミックハニカム区画および１つまたは複数の下流セラミックハニカム区画を備えるセラミックハニカム集成体であり、セラミックハニカム区画は、軸方向に連続的に配置され、ハニカム区画の各連続対の間には空隙が設けられ、前記ハニカム区分を互いに固定された空間的関係に保持する構造的手段と、ハニカム区画の各連続対の間の１つまたは複数の空隙の周辺を包囲する包囲手段を備え、
（ａ）少なくとも１つの下流セラミックハニカム区画が少なくとも１つの貫通セラミックハニカム区画の下流に配置され、
（ｂ）貫通セラミックハニカム区画と下流セラミックハニカム区画が、多孔質隔壁により画定される複数の軸方向に延びるセルをそれぞれ有し、
（ｃ）貫通セラミックハニカム区画（１つまたは複数）の軸方向に延びるセルと、下流ハニカム区画（１つまたは複数）の軸方向に延びるセルが、セラミックハニカム集成体を上流端から下流端まで通る複数の流体流路を一緒に画定し、
（ｄ）各貫通セラミックハニカム区画が、（ｉ）両端部が開口し、流体がセル壁を貫通することなく貫通セラミックハニカムを流れる流路を形成する、少なくとも１５数量％の貫通セルと、（ｉｉ）前記貫通セラミックハニカム区画の出口端部が閉鎖されているが入口端部は閉鎖されていないので、入った流体は前記貫通セラミックハニカムを通過するときに少なくとも１つのセル壁を貫通しなければならない、入口セルを含み、
（ｅ）各下流セラミックハニカム区画が、（ｉ）前記下流セラミックハニカム区画の入口端部が閉鎖されているが出口端部は閉鎖されていない出口セル、（ｉｉ）前記下流セラミックハニカム区画の出口端部が閉鎖されているが入口端部は閉鎖されていないので、その入口端部に入った流体は前記下流セラミックハニカムの出口端部から出るにはセル壁を貫通しなければならない、入口セル、および（ｉｉｉ）両端部が開口し、流体がセル壁を貫通することなく下流セラミックハニカムを通過する通路を形成する、０〜１０数量％の貫通セルを含む。
【００１１】
出願人らは、セラミックハニカムのリングオフ亀裂の問題が、ハニカムを軸方向に分割すること、すなわちハニカムの軸方向延長部に垂直に走る面に沿って分割することで改善され得ることを発見した。したがって、本発明のハニカム集成体の特徴は、集成体が上流から下流方向に連続的に配置された２つ以上のハニカム区画を含むことである。リングオフ亀裂は、そのように分割されていない（物理的寸法を含み）類似のハニカムと比較して軽減される。
【００１２】
ハニカム区画を別々に生産してから組み立てることができるので、区画の一部分に触媒物質を適用して、触媒物質が特定箇所にしか存在しない集成体を生産するのに便利である。同様に、異なる触媒物質を異なるハニカム区画に適用してから組み立てて、別々の箇所に２種類以上の異なる触媒物質を有する集成体を生産できる。
【００１３】
出願人らは、ハニカムを軸方向に分割する場合、一般的な目封止パターンの改変が必要になることを、さらに見出した。個々の区画の入口端部と出口端部の両方のセルが標準的な市松模様区画で目封止される場合（たとえば、いくつかのハニカム「層」に関し米国特許第８，００７，７３１号に記載されているように）、濾過能力（すなわち、フィルタの交換または再生が必要になる前にフィルタが捕集できる微粒子（バーンアウトサイクル中に形成される灰も含む）の量）の大幅な損失が見られる。この問題は、本発明により、様々な区画における異なる目封止パターンの使用を通じて、特に、貫通セルをほとんど有さないか好ましくは全く有さない別の区画（「下流」区画）の上流の、貫通セルを有する少なくとも１つの区画（「貫通」区画）の存在を通じて、克服される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】単一の貫通区画に下流区画が続いている、本発明の一実施形態の断面図である。
【図２】２つの貫通区画に下流区画が続いている、本発明の一実施形態の断面図である。
【図３】３つの貫通区画に下流区画が続いている、本発明の一実施形態の断面図である。
【図４】軸方向に区画され半径方向に区分されている、本発明の一実施形態の断面図である。
【図５】軸方向に区画され半径方向に区分されている、本発明の別の実施形態の断面図である。
【図６】軸方向に区画され半径方向に区分されている、本発明のさらに別の実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
セラミックハニカム区画の軸方向に延びるセルは、３種類に区別されることを特徴とする。「貫通」セルは両端部が開口している。したがって、貫通セルは、流体がセル壁を貫通することなくセラミックハニカム区画を通って流れる通路を形成する。
【００１６】
「入口」セルは、ハニカム区画の入口端部が開口しており、出口端部が閉鎖されている。本発明の目的では、ハニカム区画またはハニカム集成体全体の「入口」端部は、動作中流体が入ってくる区画や集成体の軸方向端部である。反対に、ハニカム区画または集成体の「出口」端部は、動作中流体が出ていく区画や集成体の軸方向端部である。入口セルは入口端部が開口しているので、流体は動作中そのようなセルの入口端部から入ることができる。しかし、セルは出口端部が閉鎖されているので、流体は入口セルの出口端部から出ることができず、ハニカムから除去されるには代わりにセル壁を貫通しなければならない。
【００１７】
「出口セル」は入口端部が閉鎖されているので、流体はそのようなセルの入口端部から入ることはできないが、代わりに別のセルから少なくとも１つのセル壁を貫通することにより、そのようなセルに入らなければならない。出口セルは出口端部が開口しているので、流体はそのようなセルの出口端部から除去され得る。
【００１８】
貫通ハニカム区画と下流ハニカム区画では、含まれるセルの種類が異なる。貫通ハニカム区画は、少なくとも１５数量％の貫通セルを含み、入口セルも含む。貫通ハニカム区画は出口セルも含み得るが、必須ではない。貫通ハニカム区画は、８５数量％の貫通セルを含み得る。貫通区画は、特定の実施形態では、２０〜７５数量％、２５〜７０数量％または３３〜６７数量％の貫通セルを含み得る。貫通ハニカム区分は、好ましくは少なくとも１５数量％の入口セルを含み、より好ましくは少なくとも２５数量％の入口セルを含む。貫通区画は、８５数量％の入口セルを含み得る。貫通区画は、特定の実施形態では、２５〜８０数量％、３０〜７５数量％または３３〜６７数量％の入口セルを含み得る。
【００１９】
貫通区画に出口セルが存在する場合、出口セルはセルの少なくとも２数量％または少なくとも５数量％、セルの７０数量％まで、好ましくは５０数量％まで、より好ましくは数量３３％までを占め得る。
【００２０】
下流ハニカム区画は、入口セルと出口セルの両方を含むが、貫通セルは１０数量％以下である。下流ハニカム区画が含む貫通セルは、好ましくは５数量％以下、より好ましくは２数量％以下、もっとも好ましくは貫通セルを含まない。好ましい下流ハニカム区画は、２５〜７５数量％の入口セルと２５〜７５数量％の出口セルを含み、入口セルと出口セルは合わせて下流ハニカム区画のセルの少なくとも９５％、より好ましくは少なくとも９８％、さらに好ましくは１００％を占める。
【００２１】
本発明のハニカム集成体は、少なくとも１つの貫通区画の下流に配置された少なくとも１つの下流区画を含む。ハニカム集成体は、任意多数の貫通区画を含み得る。したがって、ハニカム集成体は、１つ、２つ、３つ、４つ、５つまたはそれよりも多くの貫通区画を含み得る。ハニカム集成体は、２つ以上の下流区画を含み得るが、一般的には２つ以上の下流区画を設ける利点はほとんどない。ハニカム集成体の軸方向最後の（つまりもっとも下流の）ハニカム区画は、好ましくは下流区画である。好ましい構成では、ハニカム集成体は、１つまたは複数の連続する貫通区画と、それに続く１つまたは複数の、好ましくは１つの下流区画を含み、下流区画は集成体のハニカム区画の中の最後である。もっとも好ましくは、集成体は、貫通セルを含まない少なくとも１つの下流ハニカム区画を含み、これが集成体のハニカム区画の中の最後（もっとも下流）である。
【００２２】
本発明の２区画ハニカム集成体の実施形態を図１に示す。図１では、セラミックハニカム集成体１が、貫通ハニカム区画２と下流ハニカム区画３を含む。矢印５は、セラミックハニカム集成体１の軸方向ならびに流体が矢印７で一般に示される入口端部から矢印１０で一般に示される出口端部へとセラミックハニカム集成体１を通って流れる一般的な方向を示す。この実施形態では、矢印７は貫通ハニカム区画２の入口端部も示し、矢印１０は下流ハニカム区画３の出口端部も示している。
【００２３】
貫通ハニカム区画２は、多孔質セル壁１６により画定される、軸方向に延びるセル４および６を含む。貫通セル４は両端部（つまり入口端部７および貫通ハニカム出口端部８）が開口し、入口端部７から貫通ハニカム区画２に入る流体が貫通ハニカム区画２を通ってどのセル壁１６も通過することなく出口端部８から出ることができる通路を形成する。入口セル６は入口端部７が開口し、出口端部８が栓１１で塞がれている。入口セル６から入る流体は、貫通ハニカム区画２を出口端部８に向けて通過するときに１つまたは複数のセル壁１６を貫通して貫通セル４まで流れなくてはならない。
【００２４】
下流ハニカム区画３は、多孔質壁１６により画定される、入口セル６および出口セル１３を含む。入口セル６は出口端部１０を栓１１で閉鎖され、入口端部９が開口している。出口セル１３は入口端部９を栓１１で閉鎖され、出口端部１０が開口している。入口端部９から下流ハニカム区画３に入る流体は、入口セル６を通って入らなければならず、下流セラミックハニカム区画３を出口端部１０に向けて通過するときに１つまたは複数のセル壁１６を貫通して出口セル１３まで流れなくてはならない。
【００２５】
貫通ハニカム区画２と下流ハニカム区画３は空隙１８で分離される。空隙１８は、貫通ハニカム区画２から出る流体が下流ハニカム区画３に入る前に通る空間を画定する。
【００２６】
動作中、貫通ハニカム区画２に入る流体の一部分は貫通セル４に入り、別の部分は入口セル６に入る。入口端部７は出口端部１０よりも圧力が高いので、ハニカム集成体１を通る流体が流れる一般的な方向は矢印５で示す方向である。入口端部７から貫通セル４に入る流体の一部分は、どのセル壁１６も貫通することなく貫通ハニカム区画２を通過できる。局在乱流の結果、またはハニカム集成体１の両端間での圧力降下率が小さい場合は、貫通セル４に入る流体の一部がセル壁１６を貫通して隣接するセルに流れ得ることも可能である。しかし、ほとんどの場合、基本的には貫通セル４の入口端部７に入るすべての流体はどのセル壁１６も貫通せずハニカム区分２を通過することになると考えられる。
【００２７】
入口セル６に入る流体のその部分は、貫通ハニカム区画２から空隙１８へと通過するときにセル壁１６を貫通しなければならない。
【００２８】
貫通ハニカム区画２を通過するときセル壁１６を貫通しない流体はすべて、そのハニカム区画２で濾過されるとしても最低限の濾過となる。流体が貫通セル４を通過するとき同伴粒子や液滴の一部は壁１６に付着するかもしれないが、それらの粒子や液滴のほとんどは壁１６に接触してそこに付着するのではなく、貫通ハニカム区画２を通って空隙１８に運ばれてから下流セラミックハニカム３に入ることになる。
【００２９】
反対に、貫通区画２の入口セル６に入る流体はすべて、流体が貫通ハニカム区画２を通る間にセル壁１６を貫通して濾過されることになる。
【００３０】
２種類のセル（貫通セル４と入口セル６）が存在する結果として、流体に含有される粒子や液滴の一部分はハニカム区画２の多孔壁１６の少なくとも一部に付着し、粒子や液滴の別の部分は下流ハニカム区画３へと運ばれる。このことは本発明の重要な特徴および利点である。それは、濾過能力または濾過効率を大幅に低下させることなくハニカム集成体を軸方向の区画として形成できるからである。貫通セル４が存在しなければ、粒子（およびバーンアウトサイクル中に捕集粒子から生成する灰）や液滴のほとんどまたはすべてが貫通ハニカム区画２内で捕集されることになる。そのような粒子（および結果として生じる灰）または液滴は、たとえあるとしてもほとんど下流セラミックハニカム区画３に入らないであろう。実際には、フィルタの濾過能力は、貫通ハニカム区画２自体の濾過能力に実質的に限定されることになる。貫通セル４の存在により、粒子または液滴は下流セラミックハニカム３へと運ばれることが可能になり、そこに付着することになる。粒子（および結果として生じる灰）および液滴は貫通ハニカム区画２と下流区画３の両方で捕集され得るので、ハニカム集成体１の能力は貫通ハニカム区画２単体の能力よりも非常に大きい。
【００３１】
貫通ハニカム区画２の出口端部８から出る流体は、空隙１８を通過してそこから下流セラミックハニカム区画３に入る。出口セル１３は下流セラミックハニカム区画３の入口端部９で栓１１で閉鎖されているので、流体はそちら側の端部から出口セル１３には入れず、代わりに入口セル６から下流セラミックハニカム区画３に入る。入口セル６は出口端部１０を栓１１で閉鎖されているので、入口セル６に入る流体は、少なくとも１つのセル壁１６を貫通して出口セル１３に入り出口端部１０から出なければならない。下流ハニカム区画３のセルは（図示の実施形態では）すべて入口セル６か出口セル１３のいずれかなので下流セラミックハニカム区画２を通過する流体はすべてその区画内で濾過される。より具体的には、貫通ハニカム区画２の貫通セル４を濾過されずに通過した流体は、その流体が下流ハニカム区画３を通過するときに濾過されることになる。
【００３２】
この概念は、記載された少なくとも１つの貫通ハニカム区画が存在し、記載された少なくとも１つの下流区画も存在し、下流区画が少なくとも１つの貫通区画の下流に（つまり、流体が集成体を流れる方向の軸方向に）位置するのであれば、あらゆるより大きい連続配置されたハニカム区画に応用できる。典型的には、記載の下流区画は、配列の最後の区画になる。記載の下流区画の後に１つまたは複数の追加区画を含むことが可能ではあるが、そのような区画は、粒子や液滴はたとえあるとしてもほとんど下流区画を通過しないので、一般的には必要ない。しかし、集成体において２つ以上の下流区画を含むことは可能である。前述したように、集成体の最後の区画が下流区画であることが好ましく、より好ましくはそのような最後の下流区画は貫通セルを含まない。
【００３３】
図２は、下流区画の前に２つの貫通区画がある実施形態を示す。図２では、ハニカム集成体１Ａは、順に、貫通ハニカム区画２Ａおよび２Ｂ、次いで下流区画３を含む。貫通ハニカム区画２Ａは、図１を参照して記載したとおりの貫通セル４と入口セル６を含む。多孔壁１６が隣接するセルの間に配置される。栓１１が入口セル６の出口端部を閉鎖している。参照番号７Ａは貫通区画２Ａの入口端部を示し、処理される流体がそこから貫通ハニカム２Ａおよびハニカム集成体１Ａ全体に導入される。８Ａは、貫通ハニカム区画２Ａの出口端部を示す。
【００３４】
貫通ハニカム区画２Ｂは貫通ハニカム区画２Ａの下流にあり、空隙１８Ａでそこから分離されている。貫通ハニカム区画２Ｂは、貫通セル４と、出口端部８Ｂを栓１１で閉鎖され入口端部７Ｂが開口している入口セル６を含む。貫通ハニカム区画２Ｂの貫通セル４と入口セル６は、図１で相当する特徴について記載したのと同じ機能を果たす。さらに、貫通ハニカム区画２Ｂは、任意の出口セル１３を含み、出口セル１３は入口端部７Ｂを栓１１で塞がれ出口端部８Ｂが開口している。前述したように、貫通ハニカム区画２Ｂの隣接するセルは多孔壁１６で分離されている。参照番号７Ｂは貫通区画２Ｂの入口端部を示し、処理される流体が、貫通ハニカム区画２Ａの出口端部８Ａを出て空隙１８Ａを通過した後、そこから貫通ハニカム２Ｂに導入される。８Ｂは、貫通ハニカム区画２Ｂの出口端部を示す。
【００３５】
さらに図２を参照すると、下流ハニカム区画３が貫通ハニカム区画２Ｂの下流にあり、空隙１８Ｂでそこから分離されている。下流ハニカム区画３は、出口端部１０が栓１１で閉鎖され入口端部９が開口している入口セル６と、入口端部９が栓１１で閉鎖され出口端部１０が開口している出口セル１３を含む。前述したように、セル６とセル１３は多孔壁１６で分離されている。処理される流体は、貫通ハニカム区画２Ｂの出口端部８Ｂから出て空隙１８Ｂを通過した後、下流ハニカム３の入口端部９に導入される。流体は下流ハニカム区画３の入口セル６に入り、少なくとも１つの壁１６を出口セル１３へと貫通し、下流ハニカム区画３の出口端部１０から出る。
【００３６】
図３は、順に、３つの貫通区画２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、次いで単一の下流区画３を含む実施形態（１Ｂ）を示す。空隙１８Ａが貫通区画２Ａと２Ｂを分離し、空隙１８Ｂが貫通区画２Ｂと２Ｃを分離し、空隙１８Ｃが貫通区画２Ｃと下流区画３を分離する。貫通ハニカム区画２Ａ〜２Ｃは、それぞれ貫通セル４と、それぞれのハニカム区分の８Ａ、８Ｂ、８Ｃの出口端部が栓１１で閉鎖された入口セル６を含む。さらに、貫通ハニカム区画２Ｂと２Ｃは、それぞれの区画の入口端部７Ｂと７Ｃが栓１１で閉鎖された出口セル１３をそれぞれ含む。下流ハニカム区画３は、出口端部１０が栓１１で閉鎖され入口端部９が開口している入口セル６と、入口端部９が栓１１で閉鎖され出口端部１０が開口している出口セル１３を含む。前述したとおり、多孔壁１６が隣接するセルを分離している。
【００３７】
３つ以上の区画を含む本発明のハニカム集成体は、図１に示す２区画ハニカム集成体と同様に機能する。したがって、たとえば図２を参照すると、ハニカム集成体１Ａの入口端部７Ａに入る流体は、貫通ハニカム区画２Ａ、空隙１８Ａ、貫通ハニカム区画２Ｂ、空隙１８Ｂ、下流ハニカム区画３を出口端部１０まで順に流れ、ハニカム集成体１から出る。ハニカム区分２Ａ、２Ｂおよび３のいずれかの入口セル６に入る流体は、そのような区画を通過するには多孔壁１６を貫通しなくてはならず、そうすることでその区画において濾過される。貫通区画２Ａまたは２Ｂの貫通セル４に入る流体は、セル壁１６を貫通せずにその区画を通過できるので、その区画では最小限濾過されるに過ぎない。したがって、貫通区画２Ａおよび２Ｂの貫通セル４の存在は微粒子および液滴が次の下流の区画に運ばれるのを許容するので、ハニカム集成体の能力は貫通ハニカム区画２Ａの能力に本質的に限られるわけではない。下流ハニカム区画３には貫通セルがないので、ハニカム集成体１Ａを完全に通り抜けてしまう粒子や液滴は基本的にはない。
【００３８】
図３の４区画ハニカム集成体は同様に機能し、各貫通区画２Ａ、２Ｂおよび２Ｃの貫通セルは流体の一部分が下流ハニカム区画３を含む次の下流の区画へと濾過されずに通過するのを許容するので、粒子および液滴はハニカム集成体の全長にわたり捕集されるようになる。
【００３９】
図１〜３それぞれの様々なハニカム区画２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび３は、周壁１９を含む。図１〜３に示す実施形態では、周壁１９は、前記ハニカム区分を互いに固定された空間関係に保持するための構造的手段として、また、ハニカム区画の各連続対の間の１つまたは複数の空隙の周辺を包囲するための包囲手段としての両方の機能を有する。したがって、壁１９は、様々なハニカム区画２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび３を互いに所望の空間関係に、すなわち、必要な順で連続する区画の間に必要な空隙を有して保持する。図１〜３に示す実施形態では、周壁１９は、空隙１８、１８Ａ、１８Ｂおよび１８Ｃの周辺を包囲してもいる。周壁１９は、好ましくは無孔であるかまたは気孔率が低いので、流体は、それぞれのハニカム区画または空隙１８、１８Ａ、１８Ｂおよび１８Ｃから周壁１９を通じて漏出しない。
【００４０】
周壁１９は、ハニカム集成体の外殻を含み得るかまたはそれで構成され得る。そのような外殻は、ハニカム区画と一体であり得、かつ／または塗布された層もしくはラッピング材であってもよい。場合によっては、周壁１９は、その中にハニカム集成体が収まる容器で全体的または部分的に構成され得る。たとえば、ハニカム集成体は、ハニカム集成体の周辺にぴったり沿い、ハニカム集成体の周辺から流体を逃がさないバリアを形成する、金属または別の容器に収容され得る。そのような容器は、周壁１９の全体または一部を形成し得る。収縮可能または膨張可能なマットまたは発泡材料も、ハニカム集成体と容器の間の周壁として機能し得る。
【００４１】
図１〜３から明らかなように、どの貫通ハニカム区画の貫通セルおよび入口セルも様々なパターンに配置でき、または不規則的であってもよい。さらに、どの貫通ハニカム区画の貫通セルおよび入口セルもその相対的な数を大幅に変えてよい。したがって、図１の貫通ハニカム区画２および図３の貫通ハニカム区画２Ａでは、貫通セル４と出口セル６は市松模様に配置されているが、図２の貫通ハニカム区画２Ａでは、それらのセルは、Ａ−Ａ−Ｂ−Ａ−Ａ−Ｂパターンに配置されており、ここで各Ａは貫通セルを表し、各Ｂは入口セルを表す。
【００４２】
同様に、出口セルが貫通ハニカム区画に存在する場合、様々な配置の貫通セル、入口セルおよび出口セルが使用され得る。したがって、図３の貫通ハニカム区画２Ｂおよび２Ｃでは、これらのセルは繰り返しのＡ−Ｂ−Ｃ−Ｂパターンで存在し、ここで各Ａは貫通セルを表し、各Ｂは入口セルを表し、各Ｃは出口セルを表す。出口セルが貫通ハニカム区画に存在する場合、各出口セルは好ましくは少なくとも１つの入口セルに隣接している（つまり、１つの多孔壁を共有している）。
【００４３】
複数の貫通区画が存在する場合、様々な貫通区画における貫通セルと入口セルと出口セルの割合は、どの区画でも同じかまたは区画ごとに違ってよい。さらに、様々な貫通区画における貫通セル、入口セルおよび出口セルの配置は、全区画で同じでもよいし、様々な区画で異なる配置を用いてもよい。ハニカム区画に２つ以上の貫通区画が存在する場合、一部の実施形態では第１貫通区画は出口セルを含まず、少なくとも１つの後続の貫通区画が貫通セルと入口セルに加えて出口セルを含むのが好ましい。
【００４４】
図１〜３に示すセルの配置は単なる例示であり、他の多くの配置も有用である。なお、図１〜３では、セル配置を一次元のみで示しているが、各ケースのセルパターンは、二次元直交にも展開できる。一方の次元のセル配置は他方の直交する次元と必ずしも同じである必要はない。
【００４５】
下流ハニカム区画における入口セルと出口セル（ならびに存在する場合はすべての貫通セルも）の配置も、様々なパターンに配置でき、または不規則的であってもよい。したがって、図１〜３では、下流ハニカム区画３のセル６とセル１３は交互のパターンに配置されているが、図２では下流ハニカム区画３のセル６とセル１３はＢ−Ｂ−Ｃパターンに配置されており、前述のとおり、各Ｂは入口セルを表し、各Ｃは出口セルを表す。下流ハニカム区画の各出口セルは好ましくは少なくとも１つの入口セルに隣接している（つまり、１つの多孔壁を共有している）。
【００４６】
例示しやすくするために、連続するハニカム区画のセルは互いに整列して示されている。しかし、これは必要でも望ましいわけでもなく、連続するハニカム区画のセルは整列していてもしていなくてもよい。図１〜３における空隙１８、１８Ａ、１８Ｂおよび１８Ｃなどの空隙の存在により、いずれかのハニカム区画から出た流体は後続のハニカム区画の入口セル（および存在する場合は貫通セル）に入っていくことができる。
【００４７】
様々な貫通セル、入口セルおよび出口セルのサイズは本発明にとって重要であるとみなされないので、個々の最終使用に必要または望ましいように大幅に変わり得る。多くの濾過または触媒用途に典型的なハニカムは、断面積（つまりセルの長手方向延在部を横断して）のセル２５〜１０００個／平方インチ（セル約４〜１５０個／平方センチ）を含む。燃焼排ガス濾過用途での好ましいセル密度は、セル１００〜４００個／平方インチ（セル約１６〜６４個／平方センチ）である。所与の区画のすべてのセルが同じサイズである必要はないが、同じであってもよい。所与の区画の貫通セルが同じ区画の入口セルまたは出口セルと同じサイズである必要はないが、同じであってもよい。異なる区画のセルが同じサイズである必要はないが、同じであってもよい。異なる区画は異なるセル密度（単位断面積あたりのセル数）を有していても、同じセル密度を有していてもよい。
【００４８】
同様に、様々な貫通セル、入口セルおよび出口セルの断面形状は本発明にとって一般的には重要であるとみなされないので、やはり大幅に変わり得る。したがって、セルは、断面が円形、長円形、正多角形や多角形（たとえば正方形、長方形、六角形、八角形、三角形など）であり得、または「ダンベル」形などのより複雑な形状でもよい。異なるタイプのセルは互いに形状が同じでも異なっていてもよい。異なる区画のセルは互いに形状が同じでも異なっていてもよい。
【００４９】
様々な区画の長さ（軸方向延在部）は、互いに等しくても異なっていてもよい。貫通区画は、下流区画または他の貫通区画より長くても、短くても、同じ長さでもよい。
【００５０】
セラミックハニカム区画の壁は多孔質である。壁の気孔率は、５容積％と低くても、約９０容積％と高くてもよい。好ましい気孔率は少なくとも２５容積％である。より好ましい気孔率は少なくとも４０容積％であり、さらに好ましい気孔率は少なくとも５０容積％である。気孔率は、様々な浸漬または水銀気孔率測定法で測定できる。壁の気孔の体積平均孔径は、好ましくは少なくとも２ミクロン、特に少なくとも５ミクロン、最高５０ミクロン、最高３５ミクロン、または最高２５ミクロンである。「孔径」は、本発明の目的のために、（円筒孔を推定する）水銀気孔率測定法で測定される見かけ体積平均孔径として表される。
【００５１】
壁厚は、用途および必要な物理的強度などの機械的要件により大幅に変わり得る。多くの濾過用途では、典型的な壁厚は０．０５〜１０ｍｍ、好ましくは０．２〜１ｍｍである。
【００５２】
連続する軸方向のハニカム区画の間の空隙は、あらゆる便利な長さ（「長さ」は軸方向）であり得る。各空隙の長さは、ハニカム区画の多孔壁の孔サイズと比較して大きく（長く）、連続する区分の間で圧力が大幅に降下するのを防止するのに十分大きくなければならない。空隙の長さは、好ましくは少なくとも０．１ｍｍ、より好ましくは少なくとも１ｍｍ、さらに好ましくは少なくとも４ｍｍである。それよりも長くても有用であるが、全体的な部品サイズやコストの問題からは、好ましい空隙長さは１５０ｍｍ以下、より好ましくは５０ｍｍ以下、さらに好ましくは２５ｍｍ以下であり、より好ましくは１５ｍｍ以下になる。
【００５３】
ハニカム区画はセラミック材であり、たとえば、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素炭素、ムライト、菫青石、ベータリシア輝石、チタン酸アルミニウム、ケイ酸ストロンチウムアルミニウムまたはケイ酸リチウムアルミニウムなど、またはこれらのセラミック材の任意の２つ以上の組合せである。好ましい実施形態では、セラミックハニカムの少なくとも一部分が針晶ムライトである。異なる区画は異なるセラミック材で作製され得る。以下に記載のように区分される区画がある場合、すべての区画の様々な区分はすべて同じセラミック材で作製してもよいし、異なる区分を異なるセラミック材で作製してもよい。
【００５４】
ハニカム区分はすべて、多孔壁上に被覆されかつ／または多孔壁に含浸される触媒物質または他の機能材料を含み得る。有用な触媒の種類には、エンジンからの排出流体（ディーゼルエンジン排気ガスなど）の処理に有用なものが含まれ、たとえば、直接酸化触媒（ＤＯＣ）、三元触媒（ＴＷＣ）、すす酸化触媒、燃料添加触媒（ＦＢＣ）、選択還元触媒（ＳＣＲ）、リーンＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）およびアンモニアスリップ触媒などがある。そのような触媒は周知であり、“Ｄｉｅｓｅｌ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ”，  Ｍａｊｅｗｓｋｉ，  Ｗ．Ａ．，  Ｋｈａｉｒ，  Ｍ．Ｄ．  ＳＡＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，  Ｗａｒｒｅｎｄａｌｅ，  ＰＡ，  ２００６や“Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ａｉｒ  Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：  Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，  Ｈｅｃｋ，  Ｒ．Ｍ．，  Ｆａｒｒａｕｔｏ，  Ｒ．Ｊ．，  Ｖａｎ  Ｎｏｓｔｒａｎｄ  Ｒｅｉｎｈｏｌｄ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  １９９５に記載されている。これらの触媒物質は、様々な金属、金属酸化物、金属ケイ酸塩および金属ゼオライトを含む。有用な金属としては、バリウム、白金、パラジウム、銀、金、バナジウム、セシウム、鉄、銅などが挙げられる。本発明の利点は、そのような触媒物質または機能材料が異なる区画に別々に適用され得ることである。区画を組み立てると、触媒物質または機能材料が所定の区画に限定され、かつ／または異なる触媒物質または機能材料が集成体の異なる区画に配置された、ハニカム集成体を生産できる。集成体は、そのような触媒物質または機能材料を含まない１つまたは複数の区画と、触媒物質を含む１つまたは複数の区画を含み得る。上述の触媒物質に加えて、様々な有機または無機機能材料が使用され得る。様々な無機材料をハニカム構造体に付着させるのに適切な方法が、たとえば米国特許出願第２０５／０１１３２４９およびＷＯ２００１０４５８２８に記載されている。
【００５５】
前記ハニカム区分を互いに固定された空間関係に保持するための様々なタイプの構造的手段が有用である。好ましいタイプの構造的手段は周壁（たとえば様々な図における壁１９）を既に記載している。そのような周壁は、少なくとも１つまたは複数の空隙の領域でハニカム集成体の周辺にぴったりと沿う、一体型の外殻、塗膜および／もしくはラッピング材、収縮可能もしくは膨張可能なマットもしくは発泡材料、または外容器であり得る。そのような周壁は、１つまたは複数の空隙の周辺のみに適用され得るが、または、図１〜３に示すように、ハニカム集成体の全長にわたり適用されてもよい。そのような周壁に加えて、ハニカムを互いに、または外部支持体に固定された空間関係に取り付ける様々なタイプの機械的デバイスが構造的手段として機能し得る。これらの機械的デバイスには、たとえば、締め付けデバイスや様々な他の種類の連結具が含まれる。ハニカム区画は、周辺の周りを互いに接着されてもよいし、そうでなければそれらを固定された空間関係に保持する支持体に接着または取り付けられてもよい。一部の実施形態では、以下に記載するようにハニカム区画の一部または全部が半径方向に区分される場合は特に、構造的手段は、様々な区分の間の１つまたは複数のセメント層であるかまたはそれを含み得る。
【００５６】
包囲手段は、ハニカム区画の各連続対の間の１つまたは複数の空隙の周辺を包囲し、ハニカム構造体を通過する流体が、空隙（複数可）の周囲から漏出するのを実質的に防止する。一部の実施形態では、同一の構造が包囲手段および構造的手段の両方として機能する。たとえば、好ましい包囲手段は周壁（たとえば様々な図における壁１９）であり、ハニカム区画を固定された空間関係に保持する構造的手段としても機能し得る。空隙の周辺に適用されたセメント層は、包囲手段として有用であると同時に、構造的手段の全部または一部を形成することもできる。ハニカム区画が半径方向に区分される場合、様々な区分の間のセメント層は、包囲手段の一部ならびに構造的手段の全部または一部を形成することができる。さらに、包囲手段は様々なタイプの封止材を含み得、封止材は使用条件に耐えるものが選択される。
【００５７】
本発明のハニカム集成体またはその軸方向の任意の区画は、その軸方向長さの全部または一部分が半径方向に区分され得る。「半径方向に」区分されるとは、ハニカム集成体または軸方向の区画が、その集成体または区画の軸方向延長部に平行に（つまり軸方向のセルの方向に）走る１つまたは複数の面に沿って、少なくともその長さの一部分が分割されることを意味する。
【００５８】
半径方向区分の少なくとも１つが、本明細書に記載される１つまたは複数の貫通ハニカム区画と、本明細書に記載される少なくとも１つの下流セラミックハニカム区画を含む。どの区分の下流区画も、そのような区分の少なくとも１つの貫通セラミックハニカム区画の下流に配置され、個々の区画内でハニカム区画の各連続対の間に本明細書に記載される空隙を有する。
【００５９】
半径方向区分は、適切には、隣接する区分の間に挟まれるセメント層で接着される。セメント層は一般にセラミックハニカムよりも弾力が高いので区分同士を接着する役割を果たし、また、温度サイクル中に周辺の亀裂の発生を低下させるのを助ける。
【００６０】
図４は、そのような半径方向に区分されたハニカム集成体の実施形態を示す。図４では、ハニカム集成体４１が貫通ハニカム区画４２と下流ハニカム区画４４を含み、それぞれが半径方向に区分されている。貫通区画４２は、区分４２Ａと区分４２Ｂに半径方向に区分され、下流ハニカム区画４４は、区分４４Ａと区分４４Ｂに区分されている。セメント層４３Ａは、区分４２Ａと区分４２Ｂを隣接するハニカム区分に接着する。セメント層４３Ｂは、区分４４Ａと区分４４Ｂを隣接するハニカム区分に接着する。前述したように、貫通ハニカム区画４２は、貫通セル４と、貫通区画４２の出口端部８で閉鎖されている入口セル６を含む。また、前述したように、下流ハニカム区画４４は、出口端部１０で閉鎖されている入口セル６と、下流ハニカム区画４４の入口端部９で閉鎖されている出口セル１３を含む。多孔壁１６が隣接するセルを分離している。前述したように、空隙１８が貫通区画４２と下流区画４４を分離している。周壁１９がハニカム集成体４１の周辺を囲んでいる。この実施形態では、周壁１９は、貫通ハニカム区画４２と下流ハニカム区画４４を固定された空間関係に保持し、流体が空隙１８の周辺から漏出するのを防止している。
【００６１】
図４では、貫通区画４２の長さは下流区画４４よりも短いが、それは重要ではない。前述したように、様々な区画の長さは同じでも異なっていてもよく、下流区画はいずれかの貫通区画よりも長くても、短くても、同じ長さでもよい。
【００６２】
図５は、本発明の別の実施形態（４１Ａ）を示し、ハニカム区画は半径方向に区分されている。図５の様々な特徴は、同じ参照番号を有する図４の特徴と同じである。図５では、貫通ハニカム区分４２Ｂは、貫通ハニカム区分４２Ａよりも短い。さらに、下流ハニカム区分４４Ｂは、下流ハニカム区分４４Ａよりも長い。この結果、貫通ハニカム区分４２Ｂと下流ハニカム区分４４Ｂの間の空隙１８Ｂは、空隙１８Ａに対しずれている。この設計の利点は、セメント層４３をハニカム区画とハニカム区分を固定された空間関係に維持する手段とする、一体型の集成体が形成されることである。この設計により、ハニカム区画とハニカム区分を固定された空間関係に保持する外部手段を設ける必要はないが、そのような外部手段が存在してもよい。
【００６３】
さらに別の変形を図６に示す。図６の様々な特徴は、同じ参照番号を有する図４および図５の特徴と同じである。図６では、中心ハニカム４５は軸方向に分割されておらず、ハニカム集成体６０の全長に延在する。図５の実施形態と同様に、この設計の利点は、セメント層４３を様々なハニカムを固定された空間関係に維持する手段として一体型の集成体が形成されることである。この設計により、ハニカム区画とハニカム区分を固定された空間関係に保持する外部手段を設ける必要はないが、そのような外部手段も存在してもよい。
【００６４】
本発明のハニカム集成体は、（１）個々のハニカム区画を形成すること、（２）ハニカム区画のセルを塞いで、前述したような貫通セル、入口セルおよび出口セルを形成すること、および（３）個々のハニカム区画を、連続するハニカム区画の各対の間に空隙を有する固定された空間関係に組み立て、空隙を包囲すること、により準備され得る。ステップ（３）を実施する方法には、たとえば、（ａ）ハニカム区画に外殻またはラッピング材を適用することであって、外殻またはラッピング材はハニカム区画の各連続対の間の空隙を少なくとも包囲し、（ｂ）ハニカム区画を、該区画を必要な空間関係に保持し、空隙を包囲する容器内に配置すること、および／または場合によっては（ｃ）ハニカム区画を接着して一体にすること、が挙げられる。ステップ（３）を実施する他の方法も使用され得る。一部または全部のハニカム区画が半径方向に区分される場合は、半径方向区分を組み立てるステップが、ステップ（３）の前に、またはその一部として実施され得る。
【００６５】
ステップ（３）の間に適用される外殻またはラッピング材は、好ましくは焼成を必要とするセメント材を含む。そのような場合、ステップ（３）はそのような焼成ステップを含む。
【００６６】
ステップ（３）では、ハニカム区画の各連続対の間に一時的なスペーサを挿入し、ハニカムが必要な空間的関係に固定されるとスペーサが除去されることで、空隙が作られ得る。スペーサは、好ましくは、分解、反応または蒸発して、中程度に上昇した温度、たとえば１００〜１２００℃、特に２００〜５００℃で１種類または複数の気体を形成する材料である。そのような材料の例としては、（たとえば紙や植物物質を含む）リグノセルロースなどの様々な有機材料および広範な有機高分子が挙げられる。そのような場合、集成体は必要な温度まで加熱され、一時的なスペーサが気体に変換される。周辺外殻が焼成を要するセメント材である場合、一時的なスペーサは焼成ステップが実施されるのと同時に除去され得る。
【００６７】
本発明のハニカム集成体は、広範な濾過用途で、特に、有機フィルタが不適切であり得る高温運転が関与するかつ／または腐食性および／もしくは反応性の高い環境での運転が関与する用途で有用である。フィルタ用の一使用法は、燃焼排気濾過用途、特に車両エンジンなどの移動式動力装置である。したがって、フィルタはディーゼル排気フィルタとして、および他の車両排気フィルタとして有用である。一般には、本発明のハニカム集成体は、従来のセラミックハニカムフィルタと同様に使用でき、本発明のハニカム集成体の使用に関して特別な条件は必要ない。
【００６８】
以下の実施例は本発明を説明するために提供されるものであり、本発明の範囲を限定するものではない。特に断らない限り、すべての部とパーセントは、重量による。
【実施例】
【００６９】
実施例１と比較試料Ａ
四角形の断面をもつ同一のハニカムを９つ準備する。それぞれ長さはおよそ２０．３ｃｍ、断面は８．０ｃｍ×８．０ｃｍである。それぞれ断面積の１平方センチあたり約３１個のセル（セル約２００個／ｉｎ２）を含む。壁厚は２６５μｍであり、壁気孔率は６８．６％であり、孔径は１０．７μｍである。これらのハニカムは３×３のパターンに配置され互いに接着される。次いで得られた集成体を直径約２２．９ｃｍ、長さ２０．３ｃｍのシリンダに切断する。次いで得られたシリンダを切断して２つの区分されたハニカム区画を作製するが、その長さは一方は３．８ｃｍ、他方は１６．５ｃｍである。
【００７０】
３．８ｃｍの区画は、出口端部でセルを交互に目封止して市松模様にし、同数の貫通セルと入口セル（出口セルなし）を形成し、貫通区画にする。１６．５ｃｍの区画は、両端部でセルを交互に目封止して市松模様にし、同数の入口セルと出口セル（貫通セルなし）を形成し、下流区画にする。次に３〜５ｍｍ厚の紙スペーサを貫通区画の出口端部と下流区画の一端部の間に配置する。次にセメント外殻が周辺に適用され、得られた集成体はセメントを乾かすために焼成され、周辺セメント壁を生成し、紙スペーサを除去するとハニカム区画の間に３〜５ｍｍの空隙ができている。得られた軸方向に分割されたハニカムを実施例１とする。
【００７１】
比較のため、フィルタが軸方向に分割されていないことを除き同様に同一のハニカムフィルタを別途作製する。セルは、両端部で目封止して市松模様にし、同数の入口セルと出口セル（貫通セルなし）を形成する。このフィルタを比較試料Ａとする。
【００７２】
実施例１と比較試料Ａそれぞれの圧力降下を、１３０立方メートル／時間の流量で流れる室温空気をそれぞれに通過させて測定する。実施例１の圧力降下は０．１７７ｋＰａであり、比較試料Ａの圧力降下０．１４４ｋＰａよりもわずかに高い。実施例１を通って流れる気体の一部は、フィルタを通過するとき２つのセル壁を貫通しなければならないので、実施例１ではより高い圧力降下が予測される。
【００７３】
実施例１と比較試料Ａの各熱衝撃耐性を繰返しバーナー試験により評価する。フィルタを缶に入れ、２つの錘状体を通じて入口管と出口管に接続する。燃料をバーナーに注入して高温空気を生成し、これを入口錘状体を通じて缶に導入し、出口錘状体から除去する。温度上昇速度と流量を制御することで熱衝撃条件を設ける。試験計画は、徐々に厳しさを増す条件の７セットからなる。部品は、これらの条件セットのそれぞれを１０回繰り返されてから次のより厳しい条件セットに送られる。部品が１つの条件セットを１０回繰り返された後、次の条件セットを受ける前に亀裂を調べられる。試験条件は次のとおりである。
【００７４】
【表１】
2015520718.tif 000003
比較試料Ａはこの試験のレベル２に不合格であるが、実施例１はレベル２に合格する。
【００７５】
実施例２と比較試料Ｂ
実施例２を、区分されたハニカムシリンダを長さが等しい２つの区画に切断し、目封止および外殻を施して軸方向に分割されたハニカム集成体を作製することを除き、実施例１と同様に準備する。比較試料Ｂを比較試料Ａと同様に作製する。
【００７６】
実施例２の圧力降下は０．１８４ｋＰａであり、比較試料Ｂの圧力降下は０．１３８ｋＰａである。ここでも本発明の実施例において圧力降下のわずかな増加が見られるが、これはそのフィルタを流れる気体の一部が２つのセル壁を貫通しなければならないからである。
【００７７】
実施例３
ハニカム集成体の実施例３を、個々のハニカムをそれぞれ１個の８．９ｃｍ片と１個の１１．４ｃｍ片に切断することを除いて実施例１と概ね同様に準備する。８．９ｃｍ片１個と１１．４ｃｍ片８個を、出口端部のセルを交互に目封止して市松模様にし、同数の貫通セルと入口セル（出口セルなし）を形成して、貫通区画に形成する。残りの８個の８．９ｃｍ片と１個の残りの１１．４ｃｍ片を、両端部でセルを交互に目封止して市松模様にし、同数の入口セルと出口セル（貫通セルなし）を形成して、下流区画に形成する。次に、図５に示すように、目封止した区画を接着して、図５の区画４２Ｂ、４２Ａ、４４Ｂおよび４４Ａにそれぞれ対応する８．９ｃｍの貫通区画、１１．４ｃｍの貫通区画、１１．４ｃｍの下流区画および８．９ｃｍの下流区画を有する３×３のハニカム集成体にする。次に、３〜５ｍｍ厚の紙スペーサを各貫通区画の出口端部と、次の下流区画の入口端部の間に配置する。次にセメント外殻が周辺に適用され、得られた集成体はセメントを乾かすために焼成され、周辺セメント壁を生成し、紙スペーサを除去するとハニカム区画の間に３〜５ｍｍの空隙ができている。
【００７８】
実施例３と比較試料Ｂの破壊強さおよびヤング率をＡＳＴＭＣ１１６１−９４、ＡＳＴＭ１２５９−９８にしたがい測定する。材料熱衝撃ファクター（ＭＴＳＦ）を、測定値と熱膨張係数から次のように計算する。
ＭＴＳＦ＝破壊強さ／（ＣＴＥ×ヤング率）
ＭＴＳＦの単位は℃であり、値が高いほど熱衝撃耐性が良好である。実施例３は、破壊強さ２４．０ｍＰａ、ヤング率２１．５ＧＰａ、ＭＴＳＦ２１４℃である。比較試料Ｂは、破壊強さ２４．８ｍＰａ、ヤング率２１．９ＧＰａ、ＭＴＳＦ２１４℃である。これらの値は機械的特性と熱衝撃耐性にほとんど差がないことを示す。
【００７９】
実施例３と比較試料Ｂの圧力降下は、それぞれ０．１６９ｋＰａと０．１３８ｋＰａである。
【００８０】
実施例３と比較試料Ｂの各熱衝撃耐性を実施例１に記載の繰返しバーナー試験により評価する。
【００８１】
比較試料Ｂはレベル２に不合格である。しかし実施例３は最初の７レベルに合格し、この試験のもっとも苛酷な条件であるレベル８のみ不合格である。
【００８２】
実施例４
ハニカム集成体の実施例４を、個別のハニカムのうち８つをそれぞれ１個の３．８ｃｍ片と１個の１６．５ｃｍ片に切断することを除いて実施例１と概ね同様に準備する。９つ目のハニカムは切断しない。未切断のハニカムの両端部を市松模様に目封止し、同数の入口セルと出口セル（貫通セルなし）を形成する。３．８ｃｍのハニカムは、出口端部でセルを交互に目封止して市松模様にし、同数の貫通セルと入口セル（出口セルなし）を形成して、貫通区画に形成する。１６．５ｃｍのハニカムは、両端部でセルを交互に目封止して市松模様にし、同数の入口セルと出口セル（貫通セルなし）を形成して、下流区画に形成する。次に、図６に示すように、目封止したハニカムを接着して、図６の区画４５、４２Ａおよび４４Ａにそれぞれ対応する未切断ハニカム、３．８ｃｍの貫通ハニカムおよび１６．５ｃｍの下流ハニカムを有する３×３のハニカム集成体にする。次に、３〜５ｍｍ厚の紙スペーサを各貫通区画の出口端部と、隣接する下流区画の入口端部の間に配置する。次にセメント外殻が周辺に適用され、得られた集成体はセメントを乾かすために焼成され、周辺セメント壁を生成し、紙スペーサを除去するとハニカム区画の間に３〜５ｍｍの空隙ができている。
【００８３】
実施例４の圧力降下は０．１６３ｋＰａであり、比較試料Ａの圧力降下（０．１４４ｋＰａ）よりもわずかに高い。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成26年10月24日(2014.10.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の貫通セラミックハニカム区画および１つまたは複数の下流セラミックハニカム区画を備えるセラミックハニカム集成体であって、セラミックハニカム区画は、軸方向に連続的に配置され、ハニカム区画の各連続対の間には空隙が設けられ、前記ハニカム区分を互いに固定された空間的関係に保持する構造的手段と、ハニカム区画の各連続対の間の１つまたは複数の空隙の周辺を包囲する包囲手段を備え、
（ａ）少なくとも１つの下流セラミックハニカム区画が少なくとも１つの貫通セラミックハニカム区画の下流に配置され、
（ｂ）貫通セラミックハニカム区画と下流セラミックハニカム区画が、多孔隔壁により画定される複数の軸方向に延びるセルをそれぞれ有し、
（ｃ）貫通セラミックハニカム区画（１つまたは複数）の軸方向に延びるセルと、下流ハニカム区画（１つまたは複数）の軸方向に延びるセルが、セラミックハニカム集成体を上流端から下流端まで通る複数の流体流路を一緒に画定し、
（ｄ）各貫通セラミックハニカム区画が、（ｉ）両端が開口し、流体がセル壁を貫通することなく貫通セラミックハニカムを流れる流路を形成する、少なくとも１５数量％の貫通セルと、（ｉｉ）前記貫通セラミックハニカム区画の出口端部が閉鎖されているが入口端部は閉鎖されていないので、入った流体は前記貫通セラミックハニカムを通過するときに少なくとも１つのセル壁を貫通しなければならない、入口セルを含み、
（ｅ）各下流セラミックハニカム区画が、（ｉ）前記下流セラミックハニカム区画の入口端部が閉鎖されているが出口端部は閉鎖されていない出口セル、（ｉｉ）前記下流セラミックハニカム区画の出口端部が閉鎖されているが入口端部は閉鎖されていないので、その入口端部に入った流体は前記下流セラミックハニカムの出口端部から出るにはセル壁を貫通しなければならない、入口セル、および（ｉｉｉ）両端部が開口し、流体がセル壁を貫通することなく下流セラミックハニカムを通過する通路を形成する、０〜１０数量％の貫通セルを含む、セラミックハニカム集成体。
【請求項２】
下流区画が集成体の最後の区画である、請求項１に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項３】
下流区画を１つだけ含む、請求項１に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項４】
下流区画が貫通セルを含まない、請求項１に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項５】
少なくとも２つの貫通区画と、それに続く１つの下流区画を含む、請求項１に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項６】
周壁が構造的手段と包囲手段を形成する、請求項１に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項７】
缶が構造的手段と包囲手段を形成する、請求項１に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項８】
各空隙の長さが１〜２５ｍｍである、請求項１に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項９】
少なくとも長さの一部分が半径方向に区分されている、請求項１に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項１０】
各半径方向区分が、少なくとも１つの貫通ハニカム区画の下流に配置された少なくとも１つの下流ハニカム区画を含み、ハニカム区画の各連続対の間に空隙を有する、請求項９に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項１１】
少なくとも１つの半径方向区分の少なくとも１つの空隙が、隣接する半径方向区分の空隙からずれている、請求項９に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項１２】
半径方向区分の少なくとも１つがハニカム集成体の全長にわたり延在し、半径方向区分の少なくとも１つが少なくとも１つの貫通ハニカム区画の下流に配置された少なくとも１つの下流ハニカム区画を含み、ハニカム区画の各連続対の間に空隙を有する、請求項９に記載のセラミックハニカム集成体。
【請求項１３】
請求項１に記載のセラミックハニカム集成体を形成する方法であって、（１）セラミックハニカムを形成すること、（２）ハニカムうちの少なくとも１つのセルを塞いで入口セルと出口セルを有する貫通ハニカム区画を形成し、少なくとももう１つのハニカムのセルを塞いで入口セルと出口セルと０〜１０数量％の貫通セルを有する下流ハニカム区画を形成すること、および（３）貫通ハニカム区画（複数可）と下流ハニカム区画（複数可）を、少なくとも１つの貫通区画の後ろに配置された少なくとも１つの下流ハニカム区画と、連続ハニカム区画の各対の間に空隙を有して該空間を包囲して固定された空間関係に組み立てることを含む、方法。
【請求項１４】
空隙が、ハニカム区画の各連続対の間に一時的なスペーサを挿入し、集成体を焼成して一時的なスペーサを除去して空隙を形成することにより形成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
燃焼排気流から微粒子物質を除去する方法であって、燃焼排気流に請求項１４に記載のセラミックハニカム集成体を通過させることを含む、方法。
【国際調査報告】
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