(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二の端面の間を連通する複数のセルを形成する多孔質の隔壁を有する柱状のハニカム構造体と、前記セルを端面で目封止する目封止部と、を備え、
その目封止部の深さが、２．０ｍｍ以上、１２ｍｍ以下であり、
単位長さあたりの目封止押抜き強度が、３ＭＰａ／ｍｍ以上、５０ＭＰａ／ｍｍ以下であり、
目封止部の水力直径が、０．９５ｍｍ以上、２．２０ｍｍ未満であり、
目封止部の気孔率が、４０％以上、８０％以下であり、且つ、
前記目封止部の断面積が、０．９０ｍｍ２以上、４．１２ｍｍ２未満である目封止ハニカム構造体。
【請求項２】
前記目封止部の深さに対し５０％以上の長さで、前記目封止部と前記隔壁とが接着している請求項１に記載の目封止ハニカム構造体。
【請求項３】
前記二の端面において、セルの大きさ及びセルの形状のうち何れか又は両方が異なる請求項１又は２に記載の目封止ハニカム構造体。
【請求項４】
前記セルを端面で目封止する目封止部が、アルカリ土類を含む焼結助剤と、０．１質量％以上添加された分散剤と、を含有する目封止用スラリーを、セルに充填し、その後、乾燥又は乾燥と焼成をして、得られたものである請求項１〜３の何れか一項に記載の目封止ハニカム構造体。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の目封止ハニカム構造体を用いたディーゼルパティキュレートフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルパティキュレートフィルタとして好適に使用される目封止ハニカム構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
公害を防止し環境の改善を図るため、排気ガスの処理にフィルタが適用され、その排気ガス処理用のフィルタとして、目封止ハニカム構造体が多用されている。例えば、ディーゼルエンジン等からの排気ガスに含まれている粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ（ＰＭ）、有機溶媒可溶成分とスートとサルフェートの３成分として検出されるもの）を捕捉して除去するために、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）がディーゼルエンジンの排気系等に組み込まれて使用されており、このＤＰＦに目封止ハニカム構造体が使用されている。
【０００３】
目封止ハニカム構造体は、一般に、二つの端面（入口端面及び出口端面）の間を連通する複数のセルが形成されるように隔壁が配置され、目封止部が、二つの端面の何れかにおいて、セルを目封止するように配置されるものである。目封止部は、通常、隣接するセルが、互いに反対側の端部（二つの端面の何れか側の端部）で目封止されるように存在する。目封止ハニカム構造体がＤＰＦとしての使用されるときには、排気ガス（流体）は、入口端面側の開口した（目封止されていない）セルから流入し、濾過層となる隔壁を通過し、透過流体として、出口端面側の開口した（目封止されていない）セルへ流出し、更に外部へと流出する。この隔壁を通過する際に、排気ガスに含まれるＰＭは、隔壁で捕集される。
【０００４】
本発明に係る目封止ハニカム構造体は、このようなＤＰＦとして好適に使用されるものである。
【０００５】
先行文献としては、課題として、後述する本発明の課題と同一又は近似する課題を挙げているものとして、例えば、特許文献１及び特許文献２を挙げることが出来る。
【特許文献１】特許第３８６７４３９号公報
【特許文献２】特開２００４−１５４６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＤＰＦとして使用される際に目封止ハニカム構造体が設置される排気系では、排気管の質や経年劣化に起因して、排気管から剥がれ落ちた金属破片や排気管の溶接部のスパッタ等が、負荷として流れてくる場合がある。このような場合、多くの金属破片やスパッタは目封止ハニカム構造体のセルの開口サイズより大きいので、それらは、エンジンの振動、車両走行時の振動等によって、目封止ハニカム構造体の入口端面側で転がり、入口端面側の隔壁及び目封止部を徐々に削っていってしまう。即ち、目封止ハニカム構造体の入口端面近傍でエロージョン現象が生じ得る。そうなると、通常、数ｍｍ程度の厚さ（深さ）の目封止部は、一定の時間経過によって消失してしまい、目封止ハニカム構造体は、ＤＰＦとしてのＰＭ捕集能力を著しく低下させることになる。
【０００７】
尚、特許文献１に記載された発明では、一方又は両方の端面を緻密化する提案がなされている。しかしながら、この発明では、目封止部だけでなく、隔壁（ハニカム構造体）も緻密化されるため、その緻密な入口の隔壁において、排気ガスの通過抵抗が大きくなり、スートが凝集し、スートによって開口したセルが閉塞して、ＰＭ捕集能力を低下させるおそれがある。
【０００８】
又、特許文献２に記載された発明では、目封止部のヤング率を隔壁（ハニカム構造体）のヤング率よりも低くする提案がなされている。この発明によれば、熱応力への耐久性は上がる。しかしながら、材料強度が十分でないため、エロージョンの問題は残り、目封止部の消失によって、ＰＭ捕集能力を著しく低下させるおそれがある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、排気ガス用のフィルタとして、特に、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭ等を捕集するＤＰＦとして、有用であり、金属破片やスパッタ等が負荷として流れてくる排気系において使用されても、ＤＰＦとしてのＰＭ捕集能力を低下させ難い目封止ハニカム構造体を提供することを課題とする。研究が重ねられた結果、以下に示す手段によって、上記課題を解決し得ることが見出された。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
即ち、先ず、本発明によれば、二の端面の間を連通する複数のセルを形成する多孔質の隔壁を有する柱状のハニカム構造体と、セルを端面で目封止する目封止部と、を備え、その目封止部の深さが、２．０ｍｍ以上、１２ｍｍ以下であり、単位長さあたりの目封止押抜き強度が、３ＭＰａ／ｍｍ以上、５０ＭＰａ／ｍｍ以下であり、目封止部の水力直径が、０．９５ｍｍ以上、２．２０ｍｍ未満であり、且つ、目封止部の気孔率が、４０％以上、８０％以下である目封止ハニカム構造体が提供される。
【００１１】
本発明に係る目封止ハニカム構造体では、多くの場合、二の端面は、流体の入口側となる入口端面と流体の出口側となる出口端面とで構成され、本発明に係る目封止ハニカム構造体は、目封止部によって、それら入口端面と出口端面との間を連通する複数のセルのうちの所定のセル（の開口）を入口端面で目封止するとともに残余のセル（の開口）を出口端面で目封止し、入口端面及び出口端面に千鳥模様あるいは市松模様が表れる態様を採る。
【００１２】
単位長さあたりの目封止押抜き強度とは、二の端面を結ぶ方向（流体が流れる方向）における目封止部の単位長さあたりの強度を意味し、具体的には、実施例の項で定義される強度を指す。目封止部の長さは深さに等しい。目封止部のみをみれば長さであり、端面に揃ってセルを目封止している状態の目封止部をみれば端面からの深さということが出来る。
【００１３】
目封止部の水力直径とは、目封止部の断面積及び周長に基づき、４×（断面積）／（周長）で計算される値である。ここで、（目封止部の）断面積とは、二の端面を結ぶ方向に垂直な断面に現れる目封止部の形状（断面形状）の面積を指し、（目封止部の）周長とは、その目封止部の形状の周囲の長さ（形状を囲む閉じた線の長さ）を指す。
【００１４】
本発明に係る目封止ハニカム構造体において、目封止部の深さは、５ｍｍ以上、１２ｍｍ以下であることが、より好ましい。特に好ましい目封止部の深さは、７ｍｍ以上、１２ｍｍ以下である。
【００１５】
本発明に係る目封止ハニカム構造体において、単位長さあたりの目封止押抜き強度は、５ＭＰａ／ｍｍ以上、４０ＭＰａ／ｍｍ以下であることが、より好ましく、５ＭＰａ／ｍｍ以上、３５ＭＰａ／ｍｍ以下であることが、特に好ましい。
【００１６】
本発明に係る目封止ハニカム構造体において、目封止部の水力直径は、１．１５ｍｍ以上、２．２０ｍｍ以下であることが、より好ましい。
【００１７】
本発明に係る目封止ハニカム構造体において、目封止部の気孔率は、４０％以上、７０％以下であることが、より好ましく、４０％以上、６０％以下であることが、更に好ましい。特に好ましい目封止部の気孔率は、４０％以上、５０％以下である。
【００１８】
本発明に係る目封止ハニカム構造体においては、目封止部の断面積が、０．９０ｍｍ２以上、４．１２ｍｍ２未満であることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る目封止ハニカム構造体においては、目封止部の深さに対し５０％以上の長さで、目封止部と隔壁とが接着していることが好ましい。
【００２０】
目封止部と隔壁とは、目封止部の深さに対し７０％以上の長さで接着していることが、より好ましく、目封止部の深さに対し９０％以上の長さで接着していることが、特に好ましい。
【００２１】
本発明に係る目封止ハニカム構造体において、二の端面を結ぶ方向に垂直な断面に現れるセルの形状（断面形状）は、多角形又は円形であることが好ましい。多角形とは、具体的に、四角形、六角形、八角形等を指す。目封止部はセルを目封止するものであるので、このセルの形状は、当然に、目封止部の断面形状に等しい。
【００２２】
本発明に係る目封止ハニカム構造体においては、二の端面（入口端面と出口端面）において、セルの大きさ（セルの断面の面積の大きさ）及びセルの形状（セルの断面の形状）のうち何れか又は両方が異なる態様を採ることが出来る。この態様を採ることによって、二の端面（入口端面と出口端面と）で開口率を異なるものとすることが可能である。目封止部はセルを目封止するものであるので、当然に、セルを目封止する目封止部の大きさ（断面積）、形状（断面形状）も、二の端面（入口端面と出口端面と）で異なることになる。
【００２３】
セルの形状（目封止部の形状）を、一の端面では八角形、他の端面では四角形とする場合は、開口率が大きい八角形の側を入口端面とし、四角形の側を出口端面とすることが好ましい。即ち、入口端面で八角形のセルを開口し四角形のセルを目封止し、出口端面で四角形のセルを開口し八角形のセルを目封止することが好ましい。入口側のセルの容積及びそのセルを形成する隔壁の表面積が大きくなり、スート等が堆積したときの圧力損失を抑制することが出来るからである。
【００２４】
尚、セルの形状（目封止部の形状）を、全て同じ（例えば四角形）にした場合は、何れの端面を入口側にしても、性能は変わらない。そのため、通常、目封止ハニカム構造体は、ＤＰＦとして向きが指定されずに、自動車の排気系に搭載される。本発明に係る目封止ハニカム構造体は、エロージョン対策という観点より、入口端面側の目封止部のみに特徴を備えたものであればよいが、このように、実際には、ＤＰＦとして、入口、出口に関係なく、自動車の排気系に搭載されるため、一の端面側だけでなく、両方の端面の目封止部が本発明に係る目封止ハニカム構造体の特徴を備えたものであることが望ましい。
【００２５】
本発明に係る目封止ハニカム構造体においては、セルを端面で目封止する目封止部が、アルカリ土類、Ａｌ、Ｓｉ及びＦｅより選ばれる１種類以上の元素を含む焼結助剤と、０．１質量％以上添加された分散剤と、を含有する目封止用スラリーを、セルに充填し、その後、乾燥又は乾燥と焼成をして、得られたものであることが好ましい。
【００２６】
本発明に係る目封止ハニカム構造体は、セグメント構造を有するものであってもなくてもよい。セグメント構造とは、二の端面の間を連通する複数のセルを形成する多孔質の隔壁を有する柱状のハニカム構造体を１つのハニカムセグメントとして捉え、これを、セルの連通方向（柱状であるハニカムセグメントの中心軸方向）と垂直の方向において複数個組み合わせ、接合一体化することにより構成されたものである。
【００２７】
次に、本発明によれば、上記した何れかの目封止ハニカム構造体を用いたディーゼルパティキュレートフィルタが提供される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る目封止ハニカム構造体は、二の端面の間を連通する複数のセルを形成する多孔質の隔壁を有する柱状のハニカム構造体と、前記セルを端面で目封止する目封止部と、を備え、その目封止部の深さが、２．０ｍｍ以上、１２ｍｍ以下であり、単位長さあたりの目封止押抜き強度が、３ＭＰａ／ｍｍ以上、５０ＭＰａ／ｍｍ以下であり、目封止部の水力直径が、０．９５ｍｍ以上、２．２０ｍｍ未満であり、且つ、目封止部の気孔率が、４０％以上、８０％以下であるので、ＤＰＦとして使用されたときに、目封止部が削られていくのを抑制することが出来る。排気管から剥がれ落ちた金属破片や排気管の溶接部のスパッタ等が流れてきて、目封止ハニカム構造体の入口端面側で転がり、エロージョン現象が生じ得る状況にあっても、一般に車両寿命の走行距離とされる２４万ｋｍに至るまで、目封止部が消失することはなく、ＤＰＦとしてのＰＭ捕集能力を維持し、且つ、捕集したＰＭの量が多くても再生時にクラックが生じることがない。
【００２９】
目封止部の深さが２．０ｍｍ未満、単位長さあたりの目封止押抜き強度が３ＭＰａ／ｍｍ未満、目封止部の水力直径が０．９５ｍｍ未満、及び目封止部の気孔率が８０％超のうち少なくとも何れかに該当すると、ＤＰＦとして使用されたときに、金属破片やスパッタ等によって目封止部が削られ易くなり、走行距離２４万ｋｍに至る前に、ＤＰＦとしてのＰＭ捕集能力が低下してしまうおそれがある。
【００３０】
目封止部の深さが１２ｍｍ超、単位長さあたりの目封止押抜き強度が５０ＭＰａ／ｍｍ超、目封止部の水力直径が２．２０ｍｍ以上、及び目封止部の気孔率が４０％未満のうち少なくとも何れかに該当すると、ＤＰＦとして使用されたときに、捕集したＰＭの量が多いと再生時の熱応力によってクラックが生じ易くなる。換言すれば、安定した再生を繰り返し行うためには、捕集したＰＭの量が少ない段階で小さな熱応力しか発生させないように再生しなければならず、再生頻度が増加する。これは、ＤＰＦの寿命を短くするおそれがある。
【００３１】
本発明に係る目封止ハニカム構造体は、その好ましい態様において、目封止部の断面積が、０．９０ｍｍ２以上、４．１２ｍｍ２未満であるので、ＤＰＦとして使用されたときに、目封止部が削られていくのを抑制することが出来、一般に車両寿命の走行距離とされる２４万ｋｍに至るまで、ＤＰＦとしてのＰＭ捕集能力を維持し、且つ、捕集したＰＭの量が多くても再生時にクラックが生じることがない。
【００３２】
本発明に係る目封止ハニカム構造体は、その好ましい態様において、目封止部の深さに対し５０％以上の長さで、目封止部と隔壁とが接着しているので、ＤＰＦとして使用されたときに、目封止部が抜け落ち難く、排気管から剥がれ落ちた金属破片や排気管の溶接部のスパッタ等が流れてきて、目封止部に衝撃を与えても、目封止部は確り端面に留まり、ＤＰＦとしてのＰＭ捕集能力を維持する。
【００３３】
本発明に係る目封止ハニカム構造体は、その好ましい態様において、二の端面（入口端面と出口端面）において、セルの大きさ（セルの断面の面積の大きさ）及びセルの形状（セルの断面の形状）のうち何れか又は両方が異なり、既述のように、開口率が大きい例えば八角形の側を入口端面とし、開口率が小さい例えば四角形の側を出口端面とすれば、入口側のセルの容積及びそのセルを形成する隔壁の表面積が大きくなって、スート等が堆積したときの圧力損失の抑制をすることが出来る、という効果を奏する。但し、入口端面で開口したセルの容積を大きくすると、入口側に存在する目封止部は小さくなる。入口側には、出口端面で開口している小さな容積のセルを目封止する目封止部が存在することになるからである。そうすると、容積が小さいために、エロージョンによって入口側の目封止部の深さ方向の減りは早くなってしまう。このエロージョン対策として、目封止部の深さを深くする（目封止部を長くする）ことも考えられる。しかしながら、そうしてしまうと、排気ガスが透過する有効面積（隔壁の表面積）が減少することになるから、上記圧力損失の抑制効果を相殺し、圧力損失の上昇要因にもなり得る。本発明に係る目封止ハニカム構造体では、目封止押抜き強度が高いので、目封止部の深さを深くする必要はないから、入口端面の開口率を大きくし出口端面の開口率を小さくすることによる上記圧力損失の抑制効果を、享受することが出来る。
【００３４】
本発明に係る目封止ハニカム構造体は、その好ましい態様において、セルを端面で目封止する目封止部が、アルカリ土類、Ａｌ、Ｓｉ及びＦｅより選ばれる１種類以上の元素を含む焼結助剤と、０．１質量％以上添加された分散剤と、を含有する目封止用スラリーを、セルに充填し、その後、乾燥又は乾燥と焼成をして、得られたものであるので、焼結助剤が、焼結過程で、粒子間のネック部を補強し、強度を発現し、目封止部が削られ難い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明について、適宜、図面を参酌しながら、実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明に係る要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明に係る実施形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。
【００３６】
先ず、本発明に係る目封止ハニカム構造体について説明する。図１は、本発明に係る目封止ハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す正面図であり、外形が円柱状の目封止ハニカム構造体の端面を表した図である。図２は、本発明に係る目封止ハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す断面図であり、外形が円柱状の目封止ハニカム構造体の中心軸に平行な断面を表した図である。
【００３７】
図１及び図２に示される目封止ハニカム構造体１は、外周壁２０で囲われた内部に流体の流路となる複数のセル３を（区画して）形成する多孔質の隔壁４を備えたハニカム構造体５０と、（目封止ハニカム構造体１の）二つの端面２ａ，２ｂでセル３の端部を目封止する目封止部１０と、を備えている。換言すれば、目封止ハニカム構造体１は、ハニカム構造体５０において、二つの端面２ａ，２ｂでセル３の端部を目封止する目封止部１０を形成したもの、ということが出来る。
【００３８】
目封止ハニカム構造体１では、その目封止部１０の深さＤ（図２を参照）が、２．０ｍｍ以上、１２ｍｍ以下である。又、目封止部１０の単位長さあたりの目封止押抜き強度が、３ＭＰａ／ｍｍ以上、５０ＭＰａ／ｍｍ以下であり、目封止部１０の水力直径が、０．９５ｍｍ以上、２．２０ｍｍ未満であり、目封止部１０の気孔率が、４０％以上、８０％以下であり、目封止部１０の断面積が、０．９０ｍｍ２以上、４．１２ｍｍ２未満である。目封止部１０と隔壁４とは全ての部分で接着されている。換言すれば、目封止部１０の深さＤに対し１００％の長さで、目封止部１０と隔壁４とが接着している。
【００３９】
隔壁４は、二つの端面２ａ（入口端面）、端面２ｂ（出口端面）の間を連通する複数のセル３が形成されるように配置され、目封止部１０は、目封止ハニカム構造体１の何れかの端面２ａ，２ｂにおいて、セル３を目封止するように配置されている。目封止部１０は、隣接するセル３が、互いに反対側のセル３の端部（目封止ハニカム構造体１の端面２ａ，２ｂの何れか側の端部）で目封止されるように存在し、その結果、図１に示されるように、目封止ハニカム構造体１の端面は市松模様状（千鳥模様状）を呈する。従って、目封止ハニカム構造体１では、端面２ａ（入口端面）と端面２ｂ（出口端面）は、開口率が同等である。
【００４０】
目封止ハニカム構造体１は、そのＤＰＦとしての使用時においては、排気ガス（流体）は、一の端面２ａ（入口端面）側から、開口しているセル３内に流入し、濾過層となる隔壁４を通過し、透過流体として、他の端面２ｂ側が開口したセル３へ流出させ、他方の端面２ｂ（出口端面）側から外部へと流出する。この隔壁４を通過する際に、排気ガスに含まれるＰＭが隔壁４で捕集される（図２を参照）。
【００４１】
目封止ハニカム構造体１のセル３の密度（セル密度）は、１５個／ｃｍ２以上６５個／ｃｍ２未満であることが好ましく、且つ、隔壁４の厚さは、２００μｍ以上６００μｍ未満であることが好ましい。ＤＰＦとして用いたときのＰＭ堆積時の圧力損失は、濾過面積が大きいほどに低減されるから、セル密度は大きい方が、ＰＭ堆積時の圧力損失は低下する。一方、初期の圧力損失は、セルの水力直径を小さくすることによって増加する。よって、ＰＭ堆積時の圧力損失低減の観点からはセル密度は大きい方がよいが、初期圧損低減の観点からはセル密度を小さくした方がよい。隔壁４の厚さは、厚くすれば捕集効率が向上するが、初期の圧力損失は増加する。初期の圧力損失、ＰＭ堆積時の圧力損失、及び捕集効率のトレードオフを考慮して、全てを満足するセル密度及び隔壁の厚さの範囲が、上記した範囲である。
【００４２】
目封止ハニカム構造体１の（ハニカム構造体５０の）、４０〜８００℃における、セル３の連通方向の熱膨張係数は、１．０×１０−６／℃未満であることが好ましく、０．８×１０−６未満／℃であることが更に好ましく、０．５×１０−６未満／℃であることが特に好ましい。４０〜８００℃におけるセルの連通方向の熱膨張係数が１．０×１０−６／℃未満であると、ＤＰＦとして用いて高温の排気ガスに晒された際の発生熱応力を許容範囲内に抑えることが出来、熱応力破壊が防止されるからである。
【００４３】
図１及び図２に示されるように、目封止ハニカム構造体１は、その全体形状が円柱形（円筒形）であり、セル３の形状（セル３の連通方向に垂直な面（目封止ハニカム構造体１の径方向に平行な面）で切断したときに表れる断面の形状）及び目封止部の断面形状が四角形であるが、本発明に係る目封止ハニカム構造体において、その全体形状及びセルの形状（目封止部の断面形状）は、特に制限されない。例えば、全体形状は、楕円柱状、長円柱状、四角柱状、三角柱状、その他の多角柱状の形状であってよく、セルの形状（目封止部の断面形状）は、八角形、六角形、三角形等を採用し得る。
【００４４】
目封止ハニカム構造体１の最外周に位置する外周壁２０は、製造時に（成形時に）、隔壁４で構成される部分と一体的に成形する成形一体壁であってもよく、成形後に隔壁４で構成される部分の外周を研削して所定形状としセメント等で外周壁を形成するセメントコート壁であってもよい。
【００４５】
次に、本発明に係る目封止ハニカム構造体を製造する方法について説明する。先ず、目封止していないハニカム構造体（又はハニカムセグメント）を作製するが、この手段として、従来公知の方法を用いることが出来る。一例として、主材料に、バインダ、造孔材、界面活性剤、溶媒としての水等を添加して、可塑性の坏土とし、この坏土を所定のハニカム形状となるように押出成形し、次いで、マイクロ波、熱風等によって乾燥した後、焼成する方法を挙げることが出来る。尚、ハニカム構造体の焼成は、次に述べるセルを目封止する（目封止部を形成する）前に行ってもよいし、セルに目封止をした後で、目封止部の焼成と一緒に行うことも可能である。
【００４６】
セルを目封止する手段も、従来公知の方法を用いることが出来る。一例として、ハニカム構造体の端面にフィルムを貼り付けた後、そのフィルムの、形成しようとする目封止部の形状に合った大きさ及び位置に、例えばレーザで穴を開け、フィルムを貼り付けたままの状態で、目封止部となる材料をスラリー化した目封止用スラリーに、ハニカム構造体の端面を浸漬し、フィルムに開けた穴を通じて、目封止しようとするセル内に目封止用スラリーを充填し、それを乾燥し、焼成して、硬化させる方法を挙げることが出来る。
【００４７】
主材料は、ハニカム構造体（隔壁）を構成する材料であり、強度、耐熱性の観点から、炭化珪素（ＳｉＣ）、珪素−炭化珪素系複合材料、窒化珪素、コージェライト、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、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、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属からなる材料群から選択される少なくとも一種の材料を用いることが好ましい。中でも、炭化珪素（ＳｉＣ）又は珪素−炭化珪素系複合材料から構成されてなるものが、特に好ましい。バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコールを用いることが出来る。
【００４８】
本発明に係る目封止ハニカム構造体を製造する上では、目封止部の材料は、アルカリ土類、Ａｌ、Ｓｉ及びＦｅより選ばれる１種類以上の元素を含む焼結助剤、及び０．１質量％以上添加された分散剤、のうち少なくとも何れか、好ましくは両方、を含有するものを用いることが肝要である。焼結助剤として、上記元素を含む酸化物、無機塩、又は有機塩を用いることが可能である。分散剤の種類は、特に限定されることはないが、具体的には、ポリカルボン酸塩、ラウリン酸塩、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、非イオン系界面活性剤、ステアリン酸、アクリル酸系ポリマー等を挙げることが出来る。これらは目封止部と隔壁との界面の濡れを向上させる。
【００４９】
又、本発明に係る目封止ハニカム構造体の製造に際しては、目封止部の気孔率を調整し又は変化させるために、目封止部の材料に造孔材を含有させる。造孔材の種類は、特に限定されることはないが、具体的には小麦粉、澱粉、フェノール樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、フライアッシュバルーン等の無機バルーン、発泡樹脂等を挙げることが出来る。造孔材は、目的に応じて、１種又は２種以上組み合わせて用いてもよい。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５１】
（実施例１）［ハニカム構造体の作製］炭化珪素粉末及び金属珪素粉末を７５：２５の質量割合で混合し、これにメチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルメチルセルロース、界面活性剤及び水を添加して混練し、可塑性の坏土を得た。そして、所定の金型を用いて坏土を押出成形し、セルの（断面）形状が四角形であり、全体形状が四角柱状のハニカムセグメント成形体を得た。次いで、得られたハニカムセグメント成形体をマイクロ波乾燥機で乾燥し、更に熱風乾燥機で完全に乾燥させた後、焼成した。このような工程で、３６ｍｍ角の複数のハニカムセグメント（焼結体）を得た。次に、ハニカムセグメントの周面に、アルミノシリケートファイバ、コロイダルシリカ、ポリビニルアルコール、及び炭化珪素を混練してなる接合用スラリーを塗布し、互いに組み付けて圧着した後、加熱乾燥して、全体形状が四角柱状のハニカムセグメント接合体を得た。そして、そのハニカムセグメント接合体を、円柱形状に研削加工した後、その周面を、ハニカムセグメント成形体と同材料からなる外周コート層で被覆し、乾燥により硬化させ、セグメント構造を有する円柱形状のハニカム構造体を得た。
【００５２】
［目封止用スラリーの調製］炭化珪素粉末及び金属珪素粉末を７５：２５の質量割合で混合し、これにメチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルメチルセルロース、焼結助剤、造孔材及び水を添加して混練し、目封止用スラリーを得た。焼結助剤として、炭酸ストロンチウムを用いた。造孔材として、発泡樹脂を用いた。本例では分散剤は使用しなかった。
【００５３】
［目封止ハニカム構造体の作製］ハニカム構造体の一の端面のセルの開口に、市松模様状（千鳥模様状）に交互にマスクを施した。具体的には、ハニカム構造体の一の端面全体に粘着性フィルムを貼着し、その粘着性フィルムのうち目封止部を形成したいセルに相当する部分のみをレーザによって穴を開けた。そして、マスクを施した端面の側を、容器に入れた目封止用スラリーに浸漬し、穴に対応した位置のセル内に目封止用スラリーを充填した。他の端面については、一の端面において目封止部を形成しなかったセルが、開けた穴に対応した位置になるように、同様にして、フィルムでマスクを施し、マスクを施した端面の側を炭化珪素を含有する目封止用スラリーに浸漬し、穴に対応した位置のセル内に目封止用スラリーを充填した。その後、目封止用スラリーを充填したハニカム構造体を熱風乾燥機で乾燥して、直径がφ１４４ｍｍ、（中心軸方向の）長さが１５２ｍｍの目封止ハニカム構造体を得た。尚、同一の条件で、３体の目封止ハニカム構造体を作製した。
【００５４】
［単位長さあたりの目封止押抜き強度の測定］作製した目封止ハニカム構造体の端面から、高さが３０ｍｍ、断面が３０×３０ｍｍの大きさの試料を切り出した。そして、ロードセル（不動工業株式会社製レオメーター）に、目封止部に当たる面が平面であるφ１ｍｍの押抜き棒を取り付け、φ１０ｍｍの穴の開いた、厚さ２０ｍｍのアルミ板冶具に、試料を置いた。次いで、ロードセルを動かし、押抜き棒を目封止部にあて、徐々に加圧し、押抜き棒が目封止を押し潰すか又は目封止が抜けたときの圧力を求め、その圧力を目封止部の深さで割った値を、単位長さあたりの目封止押抜き強度とした。
【００５５】
［エロージョン試験］作製した目封止ハニカム構造体に３０ｇ／Ｌの触媒をコートしたものを、ＤＰＦとして使用し、エロージョン試験を行った。このエロージョン試験は、排気量２．０Ｌのディーゼルエンジン搭載車両のターボチャージャーの排気の下流側に、このＤＰＦを縦置きに搭載し、直径３ｍｍの鉄球５個（排気管から剥がれ落ちるスパッタを模擬したもの）を、ＤＰＦの入口端面に配置して行った。エンジンを始動させると、エンジンの振動により、鉄球はＤＰＦの入口端面で転がり、目封止部は、鉄球との衝突によって、徐々に削り取られていく。又、このエロージョン試験は、ＮＥＤＣ（欧州排出ガス測定法が規定するサイクル（Ｎｅｗ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｃｙｃｌｅ））運転モードの繰り返しによって行った。ＰＭエミッションの測定は、欧州エミッション規制（Ｅｕｒｏ．４）に準拠して、５０００ｋｍ走行毎にを行い、ＰＭエミッションの値が２５ｍｇ／ｋｍを超えた走行距離を、ＰＭエミッション限界距離と定義し、このＰＭエミッション限界距離が、一般的に車両寿命のターゲットとされる２４万ｋｍを越えるか否かを確認した。
【００５６】
［再生限界試験］作製した目封止ハニカム構造体に３０ｇ／Ｌの触媒をコートしたものを、ＤＰＦとして使用し、再生限界試験を行った。先ず、２．０Ｌディーゼルエンジンを用いて、ターボチャージャーの排気の下流側に、ＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ、ディーゼル用酸化触媒）とＤＰＦを搭載し、エンジン運転条件を２０００回転・５０Ｎｍにセットし、ＤＰＦにスートを堆積させた。次に、ポストインジェクションによって、ＤＰＦの入口におけるガス温度を６５０℃まで昇温させ、ＤＰＦの前後の圧力損失が落ち始めたところで、エンジン運転条件をアイドル状態とし、同時にポストインジェクションを停止した。この後、高酸素濃度と低排気流量によって、ＤＰＦの内部温度が急上昇した。ＤＰＦへの堆積スート量を変化させていき、ＤＰＦ出口端面にクラックが発生するスート量の比較を行った。ＤＰＦ出口端面にクラックが発生した際のスート量をそのＤＰＦの再生限界値とし、一般的な再生インターバルの下限設定値である６ｇ／Ｌ以上を越えるか否かを確認した。
【００５７】
単位長さあたりの目封止押抜き強度、エロージョン試験の結果（ＰＭエミッション限界距離）及び再生限界試験の結果（再生限界値）を、ハニカム構造体の隔壁の厚さ、セル密度、オフセット及び気孔率、並びに、目封止部の深さ、気孔率、水力直径、断面積、（断面）形状、目封止用スラリーに用いた焼結助剤の量及び目封止用スラリーに用いた分散剤の量とともに、表１に示す。オフセットについては後述する。
【００５８】
（実施例２〜１７、比較例１〜５）焼結助剤、分散剤の量を、適宜、変更して、目封止ハニカム構造体の単位長さあたりの目封止押抜き強度を異ならせるようにした。分散剤は、界面活性剤であるアクリル系コポリマーを用いた。それ以外は、実施例１と同様にして、目封止ハニカム構造体を作製し、単位長さあたりの目封止押抜き強度の測定を行い、エロージョン試験及び再生限界試験を行った。単位長さあたりの目封止押抜き強度、エロージョン試験の結果（ＰＭエミッション限界距離）及び再生限界試験の結果（再生限界値）を、ハニカム構造体の隔壁の厚さ、セル密度、オフセット及び気孔率、並びに、目封止部の深さ、気孔率、水力直径、断面積、（断面）形状、目封止用スラリーに用いた焼結助剤の量及び目封止用スラリーに用いた分散剤の量とともに、表１に示す。
【００５９】
【表１】
0005328174.tif 000002
【００６０】
（考察その１）実施例１〜１７及び比較例１〜５の結果より、単位長さあたりの目封止押抜き強度とＰＭエミッション限界距離との関係、及び、単位長さあたりの目封止押抜き強度と再生限界値との関係を、図３に示す。表１及び図３に示された結果より、単位長さあたりの目封止押抜き強度が３．０ＭＰａ／ｍｍより小さいと、エロージョン試験において、鉄球によって削られるスピードが速く、ＰＭエミッション限界距離は、２４万ｋｍに届かなかった。一方、単位長さあたりの目封止押抜き強度が５０ＭＰａ／ｍｍより大きいと、目封止部の強度が高すぎ、再生限界試験において、目封止部が起点となってクラックが発生し、再生限界値は６ｇ／Ｌ以下であった。単位長さあたりの目封止押抜き強度が５０ＭＰａ／ｍｍ以下であると、目封止部が起点ではなく、ハニカム構造体（隔壁）の方が起点となって、クラックが発生し、再生限界値は６ｇ／Ｌを越え、７．２−７．８ｇ／Ｌであった。
【００６１】
（実施例１８〜２４、比較例６、７）押出成形する際の口金の形状を変更し、セルの（断面）形状を四角形及び八角形とし、隣接するセルが四角形又は八角形の何れかとなる目封止ハニカム構造体を作製した。そして、このセルの形状の変更によって、目封止部の水力直径と断面積を変更した。エロージョン試験及び再生限界試験に際しては、目封止部が四角形である方を入口端面側とし、目封止部が八角形である方を出口端面側とした。これら以外は、実施例１に準じて、目封止ハニカム構造体を作製し、単位長さあたりの目封止押抜き強度の測定を行い、エロージョン試験及び再生限界試験を行った。単位長さあたりの目封止押抜き強度、エロージョン試験の結果（ＰＭエミッション限界距離）及び再生限界試験の結果（再生限界値）を、ハニカム構造体の隔壁の厚さ、セル密度、オフセット及び気孔率、並びに、目封止部の深さ、気孔率、水力直径、断面積、（断面）形状、目封止用スラリーに用いた焼結助剤の量及び目封止用スラリーに用いた分散剤の量とともに、表２に示す。
【００６２】
尚、オフセットとは、端面に現れた隣接する二つのセルの重心の中点と、二つのセルの間の隔壁の中央と、の距離を指す。図６及び図７は、主にオフセットを説明するための図である。これらのうち図６は、セルの形状が八角形及び四角形で構成される目封止ハニカム構造体の一部を拡大して表した正面図（端面を表した図）であり、図７は、セルの形状が四角形のみで構成される目封止ハニカム構造体の一部を拡大して表した正面図（端面を表した図）である。図６及び図７に示されるように、セルの形状が八角形及び四角形（異なる形状）で構成される場合には、端面に現れた隣接する二つのセルの重心の中点と、二つのセルの間の隔壁の中央と、は重ならず、距離が生じ、オフセットは０ではない。一方、セルの形状が四角形（同じ形状）のみで構成される場合には、端面に現れた隣接する二つのセルの重心の中点と、二つのセルの間の隔壁の中央と、は重なり、このときオフセットは０である。
【００６３】
【表２】
0005328174.tif 000003
【００６４】
（考察その２）表２の結果より、目封止部の水力直径が０．９５ｍｍより小さいか、又は、断面積が０．９０ｍｍ２より小さい場合は、目封止部の体積が小さいため、鉄球により削られるスピードが速く、ＰＭエミッション限界距離は、２４万ｋｍに届かなかった。目封止部の水力直径が２．２０ｍｍ以上であるか、又は、断面積が４．１２ｍｍ２以上では、再生限界試験において、ＤＰＦの断面積に占める目封止部の面積の割合が大き過ぎて、目封止部の剛性が高いために、目封止部を起点としてクラックが発生した。目封止部の水力直径が２．２０ｍｍ未満、及び、断面積が４．１２ｍｍ２未満であれば、ハニカム構造体が起点となってクラックが発生し、何れの試験においても、再生限界値は、７．５ｇ／Ｌ前後の値であった。
【００６５】
（実施例２５〜３４、比較例８、９）ハニカム構造体の一の端面のセルの開口を目封止用スラリーに浸漬するに際し、容器に入れた目封止用スラリーの量を調節することによって、浸漬させる長さ（深さ）を、適宜、変更し、目封止ハニカム構造体の目封止部の深さを異ならせるようにした。それ以外は、実施例７と同様にして、目封止ハニカム構造体を作製し、単位長さあたりの目封止押抜き強度の測定を行い、エロージョン試験及び再生限界試験を行った。単位長さあたりの目封止押抜き強度、エロージョン試験の結果（ＰＭエミッション限界距離）及び再生限界試験の結果（再生限界値）を、ハニカム構造体の隔壁の厚さ、セル密度、オフセット及び気孔率、並びに、目封止部の深さ、気孔率、水力直径、断面積、（断面）形状、目封止用スラリーに用いた焼結助剤の量及び目封止用スラリーに用いた分散剤の量とともに、表３に示す。
【００６６】
【表３】
0005328174.tif 000004
【００６７】
（考察その３）実施例２５〜３４及び比較例８、９の結果より、目封止部の深さとＰＭエミッション限界距離との関係、及び、目封止部の深さと再生限界値との関係を、図４に示す。表３及び図４に示された結果より、目封止部の深さが２ｍｍより小さいと、エロージョン試験において、ＰＭエミッション限界距離は、２４万ｋｍに届かなかった。一方、目封止部の深さが１２ｍｍより大きいと、目封止部の剛性が高くなり、再生限界試験において、目封止部が起点となってクラックが発生し、再生限界値は６ｇ／Ｌ以下であった。目封止部の深さが１２ｍｍ以下であれば、ハニカム構造体が起点となってクラックが発生し、何れの試験においても、再生限界値は、７．５ｇ／Ｌ前後の値であった。
【００６８】
（実施例３５〜４０、比較例１０〜１２）目封止用スラリーに用いる造孔材の量を、適宜、変更して、単位長さあたりの目封止押抜き強度を概ね一定にしつつ、目封止部の気孔率を異ならせるようにした。それ以外は、実施例７と同様にして、目封止ハニカム構造体を作製し、単位長さあたりの目封止押抜き強度の測定を行い、エロージョン試験及び再生限界試験を行った。単位長さあたりの目封止押抜き強度、エロージョン試験の結果（ＰＭエミッション限界距離）及び再生限界試験の結果（再生限界値）を、ハニカム構造体の隔壁の厚さ、セル密度、オフセット及び気孔率、並びに、目封止部の深さ、気孔率、水力直径、断面積、（断面）形状、目封止用スラリーに用いた焼結助剤の量及び目封止用スラリーに用いた分散剤の量とともに、表４に示す。
【００６９】
【表４】
0005328174.tif 000005
【００７０】
（考察その４）実施例３５〜４０及び比較例１０〜１２の結果より、目封止部の気孔率とＰＭエミッション限界距離との関係、及び、目封止部の気孔率と再生限界値との関係を、図５に示す。表４及び図５に示された結果より、目封止部の気孔率が８０％より大きいと、目封止部の量（目封止部の体積×目封止部の気孔率で求まる値に相当する）が小さいため、エロージョン試験において、ＰＭエミッション限界距離は、２４万ｋｍに届かなかった。一方、目封止部の気孔率が４０％より小さいと、目封止部の剛性が高くなり、再生限界試験において、目封止部が起点となってハニカム構造体を押し割るようにしてクラックが発生し、再生限界値は６ｇ／Ｌ以下であった。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係る目封止ハニカム構造体は、ディーゼルパティキュレートフィルタとして好適に使用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る目封止ハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す正面図である。
【図２】本発明に係る目封止ハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図３】実施例の結果を表す図であり、単位長さあたりの目封止押抜き強度とＰＭエミッション限界距離との関係、及び、単位長さあたりの目封止押抜き強度と再生限界値との関係を表すグラフである。
【図４】実施例の結果を表す図であり、目封止部の深さとＰＭエミッション限界距離との関係、及び、目封止部の深さと再生限界値との関係を表すグラフである。
【図５】実施例の結果を表す図であり、目封止部の気孔率とＰＭエミッション限界距離との関係、及び、目封止部の気孔率と再生限界値との関係を表すグラフである。
【図６】本発明に係る目封止ハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す図であり、オフセット及び隔壁の厚さを説明するために一部を拡大して表した正面図である。
【図７】本発明に係る目封止ハニカム構造体の他の実施形態を模式的に示す図であり、オフセット及び隔壁の厚さを説明するために一部を拡大して表した正面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１：目封止ハニカム構造体、２ａ，２ｂ：端面、３：セル、４：隔壁、１０：目封止部、２０：外周壁、５０：ハニカム構造体。
【図１】
0005328174.tif 000006
【図２】
0005328174.tif 000007
【図３】
0005328174.tif 000008
【図４】
0005328174.tif 000009
【図５】
0005328174.tif 000010
【図６】
0005328174.tif 000011
【図７】
0005328174.tif 000012