(57)【要約】【課題】生産性が高く、封口部と貫通孔の隔壁とが十分に焼結したハニカム構造体の製造に適したグリーン成形体を提供すること。【解決手段】本発明の一態様であるグリーン成形体１００は、互いに略平行な複数の貫通孔７０ａが形成されたハニカム状の柱状体７０と、貫通孔７０ａの一方の端部を塞ぐ封口材７０ｂと、を備え、一部の貫通孔７０ａは、貫通孔７０ａに略直交する柱状体７０の第一端面及び第二端面のうち第一端面において封口材７０ｂで塞がれ、第二端面において開き、他の貫通孔７０ａは、第二端面において封口材７０ｂで塞がれ、第一端面において開いており、封口材７０ｂがセラミックスを含み、柱状体７０がセラミックスの原料粉末及び／又はセラミックスを含み、セラミックスがチタン酸アルミニウム系セラミックス及び／又はコージェライト系セラミックスである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに略平行な複数の貫通孔が形成されたハニカム状の柱状体と、
前記貫通孔の一方の端部を塞ぐ封口材と、
を備え、
前記複数の貫通孔のうち一部の前記貫通孔は、前記貫通孔に略直交する前記柱状体の第一端面及び第二端面のうち前記第一端面において前記封口材で塞がれ、前記第二端面において開き、
他の前記貫通孔は、前記第二端面において前記封口材で塞がれ、前記第一端面において開いており、
前記封口材がセラミックスを含み、
前記柱状体が前記セラミックスの原料粉末及び／又は前記セラミックスを含み、
前記セラミックスがチタン酸アルミニウム系セラミックス及び／又はコージェライト系セラミックスである、
グリーン成形体。
【請求項２】
前記封口材における前記セラミックスの質量の割合が、前記柱状体における前記セラミックス及び前記原料粉末の質量の割合よりも高い、
請求項１に記載のグリーン成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グリーン（ｇｒｅｅｎ）成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジン（ｄｉｅｓｅｌ  ｅｎｇｉｎｅ）などの内燃機関から排出される排ガスに含まれるカーボン粒子等の微細粒子を捕集するためのセラミックスフィルター（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）として、多孔質のセラミックスからなるハニカム（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）構造体が用いられている（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１９６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＤＰＦ用のハニカム構造体は通常柱状体である。柱状のハニカム構造体には、その対向する端面間を貫通する複数の貫通孔が形成されている。ハニカム構造体の一方の端面（第一端面）では、開いた貫通孔の端部と封口部で塞がれた貫通孔の端部とが、格子状に交互に配置されている。第一端面において端部が開いている貫通孔は、第一端面と反対側の第二端面において封口部で塞がれている。また、第一端面において端部が封口部で塞がれている貫通孔は、第二端面において開いている。よって、第二端面においても、開いた貫通孔の端部と封口部で塞がれた貫通孔の端部とが、格子状に交互に配置されている。
【０００５】
上記のように貫通孔が封口部で塞がれたハニカム構造体を製造するためには、生の柱状体を焼成する工程と、焼成した柱状体の貫通孔の一端を生の封口材で塞ぐ工程（以下、「封口工程」という。）が必要となる。さらに、封口工程後の柱状体を再び焼成することにより生の封口材を焼結させて封口部を形成する工程も必要となる。このように、封口工程を挟んで２度の焼成工程と必須とする点において、従来のハニカム構造体の製造方法は生産性が低い。また、封口工程後に２回目の焼成工程を実施しても、封口部と貫通孔の隔壁とが十分に焼結しない場合がある。この場合、封口部と隔壁との間に隙間が形成されたり、封口部が貫通孔から脱落したりする。その結果、ハニカム構造体による微細粒子の捕捉率が低下する。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、生産性が高く、封口部と貫通孔の隔壁とが十分に焼結したハニカム構造体の製造に適したグリーン成形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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係るグリーン成形体の一態様は、互いに略平行な複数の貫通孔が形成されたハニカム状の柱状体と、貫通孔の一方の端部を塞ぐ封口材と、を備え、複数の貫通孔のうち一部の貫通孔は、貫通孔に略直交する柱状体の第一端面及び第二端面のうち第一端面において封口材で塞がれ、第二端面において開き、他の貫通孔は、第二端面において封口材で塞がれ、第一端面において開いており、封口材がセラミックス（ｃｅｒａｍｉｃｓ）を含み、柱状体がセラミックスの原料粉末及び／又はセラミックスを含み、セラミックスがチタン酸アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｔｉｔａｎａｔｅ）系セラミックス及び／又はコージェライト（ｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ）系セラミックスである。
【０００８】
なお、グリーン成形体とは、焼成される前の生の成形体を意味する。封口材は、セラミックスだけではなく、その原料粉末を含んでもよい。セラミックスとは、例えば、チタン酸アルミニウム系セラミックス又はコージェライト系セラミックスの粉末又は粒子である。セラミックスの原料粉末とは、焼成によりセラミックスになるものである。
【０００９】
上記本発明の一態様では、生（未焼結）の柱状体の貫通孔が既に封口材で塞がれている。よって、上記本発明のグリーン成形体を１回焼成するたけで、柱状体及び封口材の焼結が略同時に進行し、ハニカム構造体が完成する。したがって、上記本発明のグリーン成形体の一態様を用いたハニカム構造体の製造方法は、２回の焼成工程を必要とする従来の製造方法に比べて生産性が高い。
【００１０】
上記本発明の一態様では、封口材がセラミックス（焼結体）を含有しているため、焼結に伴う封口材の収縮率が、封口材が原料粉末のみからなる場合に比べて、小さくなる。その結果、柱状体（貫通孔の隔壁）と封口材との焼結性が向上する。
【００１１】
上記本発明の一態様では、封口材におけるセラミックスの質量の割合（Ｒ１）が、柱状体におけるセラミックス及び原料粉末の質量の割合（Ｒ２）よりも高いことが好ましい。Ｒ１がＲ２よりも高くなるほど、焼結に伴う柱状体の収縮率が、封口材の収縮率よりも高くなり易い。つまり、Ｒ１がＲ２よりも高くなるほど、貫通孔が封口材に対して相対的に収縮する。その結果、貫通孔の隔壁と封口材との密着性及び焼結性が向上し易くなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、生産性が高く、封口部と貫通孔の隔壁とが十分に焼結したハニカム構造体の製造に適したグリーン成形体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るグリーン成形体の斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の柱状体の第一端面の正面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１（ａ）及び１（ｂ）に示すグリーン成形体を焼成することにより形成したハニカム構造体の斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のハニカム構造体の第一端面の正面図である。
【図３】図３（ａ）は実施例１のハニカム構造体の第一端面の写真であり、図３（ｂ）は実施例２のハニカム構造体の第一端面の写真であり、図３（ｃ）は実施例３のハニカム構造体の第一端面の写真であり、図３（ｄ）は実施例４のハニカム構造体の第一端面の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付す。また、上下左右の位置関係は図面に示す通りであるが、寸法の比率は図面に示すものに限定されない。
【００１５】
＜グリーン成形体＞
図１（ａ）及び１（ｂ）に示すように、グリーン成形体１００は、ハニカム構造を有する円柱体（柱状体７０）である。柱状体７０は、その中心軸（柱状体７０の円形の断面に垂直であり、円形の断面の中心を通る直線）に平行であり、互いに直交する複数の隔壁７０ｃを有する。つまり、柱状体７０は、その中心軸方向に垂直な断面において格子構造を有する。換言すれば、柱状体７０には、同一方向（中心軸方向）に延びる多数の貫通孔７０ａ（流路）が形成されており、隔壁７０ｃが各貫通孔７０ａを隔てる。各貫通孔７０ａは柱状体７０の両端面に垂直である。なお、柱状体７０が有する複数の隔壁７０ｃが互いになす角は特に限定されず、図１（ｂ）のように９０°であってもよく、１２０°であってもよい。
【００１６】
複数の貫通孔７０ａのうち一部の貫通孔は、貫通孔に直交する第一端面において封口材７０ｂで塞がれている。第一端面では、封口材７０ｂで塞がれた貫通孔７０ａの端部と開いた貫通孔７０ａの端部とが、格子状に交互に配置されている。第一端面において封口材７０ｂで塞がれた貫通孔７０ａは、第一端面と反対側の第二端面において開いている。第一端面において開いている貫通孔７０ａは、第二端面において封口材７０ｂで塞がれている（図示省略）。よって、第二端面においても、封口材７０ｂで塞がれた貫通孔７０ａの端部と開いた貫通孔７０ａの端部とが、格子状に交互に配置されている。このように、複数の貫通孔７０ａは、第一端面又は第二端面のいずれか一方の面において封口材７０ｂで塞がれている。
【００１７】
（柱状体）
柱状体７０は、無機化合物源粉末、造孔剤、有機バインダ及び溶媒等を混練機等により混合して調製した原料混合物を成形することにより得られる。無機化合物源粉末は、チタン酸アルミニウム系セラミックスの原料粉末として、チタン源粉末及びアルミニウム源粉末を含む。無機化合物源粉末は、更にマグネシウム源粉末及びケイ素源粉末を含んでもよい。原料混合物は、チタン酸アルミニウム系セラミックスそのものを含んでもよい。これにより、焼結に伴うグリーン成形体１００の収縮率が低減される。なお、チタン酸アルミニウム系セラミックスとは、例えば、チタン酸アルミニウムやチタン酸アルミニウムマグネシウムである。
【００１８】
[アルミニウム源]
アルミニウム源は、チタン酸アルミニウム焼結体を構成するアルミニウム成分となる化合物である。アルミニウム源としては、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム）が挙げられる。アルミナの結晶型としては、γ型、δ型、θ型、α型などが挙げられ、不定形（アモルファス）であってもよい。なかでも、α型のアルミナが好ましく用いられる。
【００１９】
アルミニウム源は、単独で空気中で焼成することによりアルミナに導かれる化合物であってもよい。かかる化合物としては、例えばアルミニウム塩、アルミニウムアルコキシド、水酸化アルミニウム、金属アルミニウムなどが挙げられる。
【００２０】
アルミニウム塩は、無機酸との無機塩であってもよいし、有機酸との有機塩であってもよい。具体的なアルミニウム無機塩としては、例えば、硝酸アルミニウム、硝酸アンモニウムアルミニウムなどのアルミニウム硝酸塩、炭酸アンモニウムアルミニウムなどのアルミニウム炭酸塩などが挙げられる。アルミニウム有機塩としては、例えば、蓚酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、ステアリン酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、ラウリン酸アルミニウムなどが挙げられる。
【００２１】
アルミニウムアルコキシドとして具体的には、例えば、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムエトキシド、アルミニウムｓｅｃ−ブトキシド、アルミニウムｔｅｒｔ−ブトキシドなどが挙げられる。
【００２２】
水酸化アルミニウムの結晶型としては、例えば、ギブサイト型、バイヤライト型、ノロソトランダイト型、ベーマイト型、擬ベーマイト型などが挙げられ、不定形（アモルファス）であってもよい。アモルファスの水酸化アルミニウムとしては、例えば、アルミニウム塩、アルミニウムアルコキシドなどのような水溶性アルミニウム化合物の水溶液を加水分解して得られるアルミニウム加水分解物も挙げられる。
【００２３】
アルミニウム源としては、１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２４】
上記のなかでも、アルミニウム源としては、アルミナが好ましく用いられ、より好ましくは、α型のアルミナである。なお、アルミニウム源は、その原料由来あるいは製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。
【００２５】
アルミニウム源粉末の粒径は、特に限定されない。例えば、レーザー回折法により測定される体積基準の累積百分率５０％に相当するアルミニウム源粉末の粒子径は２０〜６０μｍの範囲内であればよい。なお、この粒子径は、Ｄ５０又は平均粒子径とも呼ばれる。焼成時の収縮率低減の観点からは、Ｄ５０が３０〜６０μｍの範囲内であるアルミニウム源粉末を用いることが好ましい。
【００２６】
原料混合物にはアルミナゾルや後述のシリカゾルを添加することができる。このように、アルミナゾル、シリカゾル等を添加することにより、原料混合物中の微小な粒子同士を吸着させ、グリーン成形体中の粒子径０．１μｍ以下の粒子の量を、無機化合物源粉末（固形分）の１００重量部に対して１〜５重量部とすることができ、これにより５００℃における脱脂後の成形体の強度を例えば０．２ｋｇｆ以上とすることができる。
【００２７】
アルミナゾルとは、微粒子状のアルミナを分散質とし、液体を分散媒とするコロイドである。アルミナゾルは、単独でアルミニウム源とすることもできるが、他のアルミニウム源と共に併用されることが好ましい。アルミナゾルの分散媒は、例えば、混合時や仮焼時に蒸発等により除去される。
【００２８】
アルミナゾルの分散媒としては、水溶液や各種有機溶媒、例えば、塩酸水溶液、酢酸水溶液、硝酸水溶液、アルコール、キシレン、トルエン、メチルイソブチルケトンなどが挙げられる。アルミナゾルとしては、平均粒子径が１〜１００ｎｍのコロイド状アルミナゾルが好適に用いられる。このような平均粒子径を有するアルミナゾルを用いることにより、原料混合物中の粒子同士を吸着させられるといった利点がある。また、アルミナゾルの市販品としては、例えば、日産化学工業社製「アルミナゾル１００」、「アルミナゾル２００」、「アルミナゾル５２０」、シーアイ化成製「ＮａｎｏＴｅｋＡｌ２Ｏ３」等が挙げられる。このうち、日産化学工業社製「アルミナゾル２００」を用いることが好ましい。
【００２９】
アルミナゾルは、無機化合物源粉末（固形分）の１００重量部に対して固形分で０〜１０重量部、好ましくは０〜５重量部用いることができる。アルミナゾルは、２種以上混合して用いてもよい。
【００３０】
[チタン源]
チタン源は、チタン酸アルミニウム焼結体を構成するチタン成分となる化合物であり、かかる化合物としては、例えば酸化チタンが挙げられる。酸化チタンとしては、例えば、酸化チタン(ＩＶ)、酸化チタン(ＩＩＩ)、酸化チタン(ＩＩ)などが挙げられ、なかでも酸化チタン(ＩＶ)が好ましく用いられる。酸化チタン(ＩＶ)の結晶型としては、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型などが挙げられ、不定形（アモルファス）であってもよい。より好ましくは、アナターゼ型、ルチル型の酸化チタン(ＩＶ)である。
【００３１】
チタン源は、単独で空気中で焼成することによりチタニア（酸化チタン）に導かれる化合物であってもよい。かかる化合物としては、例えば、チタン塩、チタンアルコキシド、水酸化チタン、窒化チタン、硫化チタン、チタン金属などが挙げられる。
【００３２】
チタン塩として具体的には、三塩化チタン、四塩化チタン、硫化チタン(ＩＶ)、硫化チタン(ＶＩ)、硫酸チタン(ＩＶ)などが挙げられる。チタンアルコキシドとして具体的には、チタン(ＩＶ)エトキシド、チタン(ＩＶ)メトキシド、チタン(ＩＶ)ｔ−ブトキシド、チタン(ＩＶ)イソブトキシド、チタン(ＩＶ)ｎ−プロポキシド、チタン(ＩＶ)テトライソプロポキシド、および、これらのキレート化物などが挙げられる。
【００３３】
チタン源としては、１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００３４】
上記のなかでも、チタン源としては、酸化チタンが好ましく用いられ、より好ましくは、酸化チタン(ＩＶ)である。なお、チタン源は、その原料由来あるいは製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。
【００３５】
チタン源粉末の粒径は、特に限定されない。例えば、レーザー回折法により測定される、体積基準の累積百分率５０％に相当するチタン源粉末の粒子径（Ｄ５０）は０．５〜２５μｍの範囲内であればよい。十分に低い焼成収縮率の達成のためには、チタン源粉末のＤ５０が１〜２０μｍの範囲内であることが好ましい。なお、チタン源粉末は、バイモーダルな粒径分布を示すことがあるが、このようなバイモーダルな粒径分布を示すチタン源粉末を用いる場合においては、レーザー回折法により測定される粒径分布における、粒径が大きい方のピークの粒径が２０〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００３６】
レーザー回折法により測定されるチタン源粉末のモード径は、特に限定されないが、０．３〜６０μｍの範囲内であればよい。
【００３７】
[マグネシウム源]
原料混合物は、マグネシウム源を含有していてもよい。マグネシウム源を含むグリーン成形体１００から製造されたハニカム構造体１７０は、チタン酸アルミニウムマグネシウム結晶の焼結体である。
【００３８】
マグネシウム源としては、マグネシア（酸化マグネシウム）のほか、単独で空気中で焼成することによりマグネシアに導かれる化合物が挙げられる。後者の例としては、例えば、マグネシウム塩、マグネシウムアルコキシド、水酸化マグネシウム、窒化マグネシウム、金属マグネシウムなどが挙げられる。
【００３９】
マグネシウム塩として具体的には、塩化マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、リン酸マグネシウム、ピロリン酸マグネシウム、蓚酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、クエン酸マグネシウム、乳酸マグネシウム、ステアリン酸マグネシウム、サリチル酸マグネシウム、ミリスチン酸マグネシウム、グルコン酸マグネシウム、ジメタクリル酸マグネシウム、安息香酸マグネシウムなどが挙げられる。
【００４０】
マグネシウムアルコキシドとして具体的には、マグネシウムメトキシド、マグネシウムエトキシドなどが挙げられる。なお、マグネシウム源は、その原料由来あるいは製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。
【００４１】
マグネシウム源として、マグネシウム源とアルミニウム源とを兼ねた化合物を用いることもできる。このような化合物としては、例えば、マグネシアスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）が挙げられる。
【００４２】
マグネシウム源として、１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００４３】
マグネシウム源粉末の粒径は、特に限定されない。例えば、レーザー回折法により測定される体積基準の累積百分率５０％に相当するマグネシウム源粉末の粒子径（Ｄ５０）は０．５〜３０μｍの範囲内であればよい。焼成時の収縮率低減の観点からは、Ｄ５０が３〜２０μｍの範囲内であるマグネシウム源粉末を用いることが好ましい。
【００４４】
グリーン成形体中におけるＭｇＯ（マグネシア）換算でのマグネシウム源のモル量は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）換算でのアルミニウム源とＴｉＯ２（チタニア）換算でのチタン源との合計モル量に対して、０．０３〜０．１５であることが好ましく、より好ましくは０．０３〜０．１２である。マグネシウム源の含有量をこの範囲内に調整することにより、耐熱性がより向上された、大きい細孔径および開気孔率を有するチタン酸アルミニウム焼結体を比較的容易に得ることができる。
【００４５】
[ケイ素源]
原料混合物は、ケイ素源をさらに含有していてもよい。ケイ素源は、シリコン成分となってチタン酸アルミニウム焼結体に含まれる化合物である。ケイ素源の併用により、耐熱性がより向上されたチタン酸アルミニウム焼結体を得ることが可能となる。ケイ素源としては、例えば、二酸化ケイ素、一酸化ケイ素などの酸化ケイ素（シリカ）が挙げられる。
【００４６】
ケイ素源は、単独で空気中で焼成することによりシリカに導かれる化合物であってもよい。かかる化合物としては、例えば、ケイ酸、炭化ケイ素、窒化ケイ素、硫化ケイ素、四塩化ケイ素、酢酸ケイ素、ケイ酸ナトリウム、オルトケイ酸ナトリウム、長石、ガラスフリットなどが挙げられる。なかでも、長石、ガラスフリットなどが好ましく用いられ、工業的に入手が容易であり、組成が安定している点で、ガラスフリットなどがより好ましく用いられる。なお、ガラスフリットとは、ガラスを粉砕して得られるフレークまたは粉末状のガラスをいう。ケイ素源として、長石とガラスフリットとの混合物からなる粉末を用いることもできる。
【００４７】
ケイ素源がガラスフリットである場合、得られるチタン酸アルミニウム焼結体の耐熱分解性をより向上させるという観点から、屈伏点が７００℃以上のものを用いることが好ましい。ガラスフリットの屈伏点は、熱機械分析装置（ＴＭＡ：Ｔｈｅｒｍｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）を用いて、低温からガラスフリットの膨張を測定し、膨張が止まり、次に収縮が始まる温度（℃）と定義される。
【００４８】
ガラスフリットを構成するガラスには、ケイ酸（ＳｉＯ２）を主成分（全成分中５０重量％以上）とする一般的なケイ酸ガラスを用いることができる。ガラスフリットを構成するガラスは、その他の含有成分として、一般的なケイ酸ガラスと同様、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）等を含んでいてもよい。また、ガラスフリットを構成するガラスは、ガラス自体の耐熱水性を向上させるために、ＺｒＯ２を含有していてもよい。
【００４９】
ケイ素源として、１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００５０】
ケイ素源粉末の粒径は、特に限定されない。例えば、レーザー回折法により測定される体積基準の累積百分率５０％に相当するケイ素源の粒子径（Ｄ５０）は０．５〜３０μｍの範囲内であればよい。グリーン成形体の比重をより向上させ、機械的強度のより高い焼成体を得るためには、ケイ素源のＤ５０が１〜２０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００５１】
原料混合物がケイ素源を含む場合、原料混合物中におけるケイ素源の含有量は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）換算でのアルミニウム源とＴｉＯ２（チタニア）換算でのチタン源との合計量１００重量部に対して、ＳｉＯ２（シリカ）換算で、通常０．１重量部〜１０重量部であり、好ましくは５重量部以下である。また、原料混合物中におけるケイ素源の含有量は、原料混合物中に含まれる無機化合物源中、２重量％以上５重量％以下とすることがより好ましい。ケイ素源は、その原料由来あるいは製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。
【００５２】
マグネシアスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）などの複合酸化物のように、チタン、アルミニウム、ケイ素およびマグネシウムのうち、２つ以上の金属元素を成分とする化合物を原料として用いることができる。
【００５３】
原料混合物中の無機化合物源粉末１００重量部における粒子径０．１μｍ以下の粒子の含有量を１〜５重量部とする場合、上述のように、原料混合物にアルミナゾルおよび／またはシリカゾルを添加して混合することが好ましい。シリカゾルとは、微粒子状のシリカを分散質とし、液体を分散媒とするコロイドである。シリカゾルは、単独でケイ素源とすることもできるが、他のシリカ源と共に併用されることが好ましい。シリカナゾルの分散媒は、例えば、混合時や仮焼時に蒸発等により除去される。
【００５４】
シリカゾルの分散媒としては、水溶液や各種有機溶媒、例えば、アンモニア水溶液、アルコール、キシレン、トルエン、トリグリセリドなどが挙げられる。シリカゾルとしては、平均粒子径が１〜１００ｎｍのコロイド状シリカゾルが好適に用いられる。このような平均粒子径を有するシリカゾルを用いることにより、原料混合物中の粒子同士を吸着させ、焼成時に融解し結合させることができるといった利点がある。
【００５５】
シリカゾルの市販品としては、例えば、日産化学工業社製「スノーテックス２０、３０、４０、５０、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｃ、２０Ｌ、ＯＬ、ＸＳ、ＸＬ、ＹＬ、ＺＬ、ＱＡＳ−４０、ＬＳＳ−３５、ＬＳＳ−４５」、旭電化社製「アデライトＡＴ−２０、ＡＴ−３０、ＡＴ−４０、ＡＴ−５０、ＡＴ−２０Ｎ、ＡＴ−２０Ａ、ＡＴ−３０Ａ、ＡＴ−２０Ｑ、ＡＴ−３００、ＡＴ−３００Ｑ」、触媒化成工業社製「Ｃａｔａｌｏｉｄ  Ｓ−２０Ｌ、Ｓ−２０Ｈ、Ｓ−３０Ｌ、Ｓ−３０Ｈ、ＳＩ−３０、ＳＩ−４０、ＳＩ−５０、ＳＩ−３５０、ＳＩ−５００、ＳＩ−４５Ｐ、ＳＩ−８０Ｐ、ＳＮ、ＳＡ、ＳＣ−３０」、デュポン社製「ルドックスＨＳ−４０、ＨＳ−３０、ＬＳ、ＳＭ−３０、ＴＭ、ＡＳ、ＡＭ」等が挙げられる。このうち、中性域でコロイド状態が安定な「スノーテックスＣ」を用いることが好ましい。
【００５６】
原料混合物におけるシリカゾルの含有量は、無機化合物源粉末（固形分）の１００重量部に対して固形分で０〜１０重量部、好ましくは０〜５重量部であればよい。２種以上のシリカゾルを混合して用いてもよい。
【００５７】
[有機バインダ]
有機バインダとしては、水溶性の有機バインダが好ましい。水溶性の有機バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチ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などの塩などが挙げられる。
【００５８】
有機バインダの量は、無機化合物源粉末の１００重量部に対して、通常２０重量部以下であり、好ましくは１５重量部以下、さらに好ましくは６重量部である。また、有機バインダの下限量は、通常０．１重量部、好ましくは３重量部である。
【００５９】
[溶媒]
溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノールなどのアルコール類、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコールなどのグリコール類、および水などの極性溶媒を用いることができる。なかでも、水が好ましく、不純物が少ない点で、より好ましくはイオン交換水が用いられる。溶媒の使用量は、無機化合物源粉末の１００重量部に対して、通常、１０重量部〜１００重量部、好ましくは２０重量部〜８０重量部である。なお、溶媒として非極性溶媒を用いてもよい。
【００６０】
[その他の添加物]
原料混合物は、有機バインダ以外の有機添加物を含むことができる。その他の有機添加物とは、例えば、造孔剤、潤滑剤および可塑剤、分散剤である。
【００６１】
造孔剤としては、グラファイト等の炭素材、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル等の樹脂類、でんぷん、ナッツ殻、クルミ殻、コーンなどの植物材料、氷、及びドライアイス等などが挙げられる。造孔剤の添加量は、無機化合物源粉末の１００重量部に対して、通常、０〜４０重量部であり、好ましくは０〜２５重量部である。造孔剤はグリーン成形体の焼成時に消失する。したがって、チタン酸アルミニウム焼結体では、造孔剤が存在していた箇所に微細孔が形成される。
【００６２】
潤滑剤及び可塑剤としては、グリセリンなどのアルコール類、カプリル酸、ラウリン酸、パルミチン酸、アラギン酸、オレイン酸、ステアリン酸などの高級脂肪酸、ステアリン酸Ａｌ等のステアリン酸金属塩などが挙げられる。潤滑剤及び可塑剤の添加量は、無機化合物源粉末の１００重量部に対して、通常、０〜１０重量部であり、好ましくは１〜５重量部である。
【００６３】
分散剤としては、例えば、硝酸、塩酸、硫酸などの無機酸、シュウ酸、クエン酸、酢酸、リンゴ酸、乳酸等の有機酸、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、ポリカルボン酸アンモニウム、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル等の界面活性剤などが挙げられる。分散剤の添加量は、無機化合物源粉末の１００重量部に対して、通常、０〜２０重量部であり、好ましくは２〜８重量部である。
【００６４】
（封口材）
図１（ｂ）に示される封口材７０ｂは、チタン酸アルミニウム系セラミックスの粉末を含む。また、封口材７０ｂは、柱状体７０と同様に、上記の造孔剤、有機バインダ及び溶媒等を含有する。これらの成分を所定の比率で混合することにより、ペースト状の封口材７０ｂが得られる。なお、ハニカム構造体の製造過程で得られるセラミックスの屑やハニカム構造体の破損品等を粉砕して得たセラミックスの粉末を、封口材７０ｂ用のセラミックス粉末として再利用しても良い。これにより、ハニカム構造体の原料コストが削減される。封口材７０ｂは、チタン酸アルミニウム系セラミックスの原料粉末（無機化合物源粉末）を含んでもよく、含まなくてもよい。焼結に伴う封口材７０ｂの収縮率を低減するためには、封口材７０ｂがセラミックス粉末を含有し、セラミックスの原料粉末を含有しないことが好ましい。セラミックス粉末の平均粒径は、特に限定されないが、５〜５０μｍ程度であればよい。
【００６５】
封口材７０ｂが含有するセラミックス粉末の質量と造孔剤の質量との合計を１００質量部とするとき、封口材７０ｂが含有するセラミックスの粉末の質量Ｍｃは８０〜１００質量部であることが好ましく、９０〜１００質量部であることがより好ましい。これより、封口材７０ｂと柱状体７０の焼結時の収縮率が一致し、封口材７０ｂと貫通孔７０ａの隔壁７０ｃとの焼結性が向上し易くなる。Ｍｃが小さ過ぎる場合、封口材７０ｂ中の造孔剤の質量が大きい。その結果、封口材７０ｂの焼結時の収縮率がグリーン成形体７０の収縮率よりも大きくなり、焼結後の封口部１７０と隔壁との間に隙間が生じる傾向がある。造孔剤は、気孔を形成し、封口材７０ｂと隔壁７０ｃの収縮率を合わせるための緩衝材として機能する。
【００６６】
封口材７０ｂにおけるセラミックス粉末の質量Ｒ１の割合は、柱状体７０におけるセラミックス及び原料粉末（無機化合物源粉末）の質量の割合Ｒ２よりも高いことが好ましい。これにより、焼結に伴う柱状体７０の収縮率が、封口材７０ｂの収縮率よりも高くなり易い。つまり、Ｒ１がＲ２よりも高くなるほど、貫通孔７０ａが封口材７０ｂに対して相対的に収縮する。その結果、焼成工程における貫通孔７０ａの隔壁と封口材７０ｂとの密着性及び焼結性が向上し易くなる。封口材７０ｂ中のセラミックス粉末の質量は、封口材７０ｂ全体を１００質量部としたとき、６０〜１００質量部程度であることが好ましく、７５〜９５質量部程度であることがより好ましい。封口材７０ｂ中のセラミックス粉末の質量が小さ過ぎる場合、封口材７０ｂの焼結時の収縮率が柱状体７０よりも大きくなり、ハニカム構造体１７０の封口部１７０ｂと隔壁との間に隙間が生じる傾向がある。柱状体７０中のセラミックス粉末の質量は、柱状体７０全体が含有するセラミックス粉末と原料粉末と造孔剤との合計を１００質量部としたとき、１〜１０質量部程度であることが好ましい。柱状体７０中の原料粉末の質量は、柱状体７０全体が含有するセラミックス粉末と原料粉末と造孔剤との合計を１００質量部としたとき、７０〜９０質量部程度である。なお、封口材７０ｂの固液分離を防止するためには、封口材７０ｂを粘調な液状とすることが好ましい。そのためには、封口材７０ｂが含有するセラミックス粉末の質量と造孔剤の質量との合計を１００質量部とするとき、封口材７０ｂ中のバインダの質量を０．３〜３質量部、潤滑剤の質量を３〜２０質量部とし、封口材７０ｂの粘度を２０〜２００Ｐａ・ｓとすることが好ましい。
【００６７】
＜ハニカム構造体＞
上記のグリーン成形体１００を焼成することにより、柱状体７０及び封口部７０ｂが含むセラミックス粉末やセラミックスの原料粉末が焼結する。封口材７０ｂは隔壁７０ａと焼結し、一体化して、封口部１７０ｂを形成する。その結果、図２（ａ）及び２（ｂ）に示すように、多孔質のチタン酸アルミニウム系セラミックスからなるハニカム構造体１７０（多セル型セラミックモノリス）が得られる。ハニカム構造体１７０は、Ｘ線回折スペクトルにおいて、チタン酸アルミニウム（Ａｌ２ＴｉＯ５）又はチタン酸アルミニウムマグネシウム（Ａｌ２（１−ｘ）ＭｇｘＴｉ（１＋ｘ）Ｏ５）の結晶パターンのほか、アルミナ、チタニアなどの結晶パターンを含んでいてもよい。ハニカム構造体１７０はケイ素を含有してもよい。ハニカム構造体１７０はグリーン成形体１００と同様の構造を有し、ＤＰＦに好適である。
【００６８】
特に、チタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体からなるＤＰＦは、ＳｉＣ、コージェライト又はチタン酸アルミニウム単体からなるＤＰＦに比べて、熱膨張係数が極めて小さく、融点が高く、再生時の耐熱衝撃性に優れ、煤の限界堆積量が大きい点において優れている。ＤＰＦ用のハニカム構造体１７０の隔壁表面に、アルミナ等の担体に担持された白金系金属触媒や、セリア又はジルコニア等の助触媒を付着させてもよい。
【００６９】
チタン酸アルミニウム系セラミックスにおけるアルミニウムの含有率は、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム換算で４０〜６０モル％である。チタン酸アルミニウム系セラミックスにおけるチタンの含有率は、特に限定されないが、例えば、酸化チタン換算で３５〜５５モル％である。チタン酸アルミニウム系セラミックスにおけるマグネシウムの含有率は酸化マグネシウム換算で１〜５質量％であることが好ましい。チタン酸アルミニウム系セラミックスにおけるケイ素の含有率は酸化ケイ素換算で２〜５質量％であることが好ましい。なお、チタン酸アルミニウム系セラミックスの組成は、原料混合物の組成により適宜調整すればよい。チタン酸アルミニウム系セラミックスは、上記の成分以外に、原料に由来する成分又は製造工程において不可避的に仕掛品に混入する微量の成分を含有し得る。
【００７０】
貫通孔７０ａの長手方向に垂直な断面の内径（正方形の一辺の長さ）は特に限定されないが、例えば０．８〜２．５ｍｍである。貫通孔７０ａが延びる方向におけるハニカム構造体１７０の長さは特に限定されないが、例えば４０〜３５０ｍｍである。また、ハニカム構造体１７０の外径も特に限定されないが、例えば１０〜３２０ｍｍである。貫通孔７０ａが延びる方向における封口部１７０ｂの長さは特に限定されないが、例えば１〜２０ｍｍである。ハニカム構造体１７０の端面に開いている貫通孔７０ａの数（セル密度）は特に限定されないが、例えば１５０〜４５０ｃｐｓｉである。ｃｐｓｉとの単位は「／ｉｎｃｈ２」を意味し、「／（０．０２５４ｍ）２」に等しい。貫通孔７０ａの隔壁の厚さは特に限定されないが、例えば０．１５〜０．７６ｍｍである。ハニカム構造体１７０の有効気孔率は３０〜６０体積％程度である。ハニカム構造体１７０に形成された細孔の平均直径は１〜２０μｍ程度である。細孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０は０．５未満程度である。なお、Ｄ１０、Ｄ５０、Ｄ９０は、全細孔容積のうち累積細孔容積が各々１０％、５０％、９０％になるときの細孔直径である。
【００７１】
＜グリーン成形体の製造方法＞
（原料混合物の調製工程及び成形工程）
柱状体７０を形成するために、無機化合物源粉末、造孔剤、有機バインダ及び溶媒等を混練機等により混合して原料混合物を調製する。格子状の開口を有するダイを備える押出成形機を用いて、原料混合物を成形することにより、柱状体７０を形成する。なお、押出成形前の原料混合物を混練してもよい。
【００７２】
（封口材の調製工程）
セラミックス粉末を含有させること以外は、柱状体７０用の原料混合物と同様の方法で、封口材を調製する。
【００７３】
（封口工程）
封口工程では、柱状体７０において複数の貫通孔７０ａが開いている第一端面に第一マスクを貼り付ける。第一マスクでは、貫通孔７０ａと略同様の寸法を有するマスク部と複数の開口部とが千鳥状に配置されている。各貫通孔７０ａと各マスク部及び開口部とが重なるように、柱状体７０の第一端面に第一マスクを貼り付ける。また、柱状体７０において第一端面とは反対側の第二端面に、第二マスクを貼り付ける。第二マスクが有する開口部とマスク部の配置関係は第一マスクとは真逆である。したがって、第一端面側で第一マスクのマスク部に塞がれた貫通孔７０ａは、第二端面側で第二マスクの開口部と重なる。第二端面側で第二マスクのマスク部に塞がれた貫通孔７０ａは、第一端面側で第一マスクの開口部と重なる。したがって、柱状体７０に形成された複数の貫通孔７０ａのいずれも、第一端面又は第二端面のいずれか一方において開き、他方においてマスク部で塞がれる。
【００７４】
第一端面に対する封口工程では、第一マスクの開口部と重なる各貫通孔７０ａの端部内に上記の封口材を導入する。なお、貫通孔７０ａに封口材を導入した後、柱状体７０全体を振動器により振動させてもよい。これにより、貫通孔７０ａの端部の隙間に隈なく封口材が充填され易くなる。
【００７５】
以上の第一端面に対する封口工程後、第一端面に対する封口工程と同様に、第二マスクが貼られた第二端面に対する封口工程を実施する。両端面に封口工程を施した後に、各端面から各マスクを剥がす。これにより、図１（ａ），１（ｂ）に示すグリーン成形体１００が完成する。
【００７６】
＜ハニカム構造体の製造方法＞
上記の方法により作製したグリーン成形体１００を仮焼（脱脂）し、且つ焼成することにより、図２（ａ），２（ｂ）に示すハニカム構造体１７０を得ることができる。ハニカム構造体１７０は、押出成形直後のグリーン成形体１００の形状をほぼ維持する。
【００７７】
仮焼（脱脂）は、グリーン成形体１００中の有機バインダや、必要に応じて配合される有機添加物を、焼失、分解等により除去するための工程である。典型的な仮焼工程は、焼成工程の初期段階、すなわちグリーン成形体１００が焼成温度に至るまでの昇温段階（例えば、３００〜９００℃の温度範囲）に相当する。仮焼（脱脂）工程おいては、昇温速度を極力おさえることが好ましい。
【００７８】
グリーン成形体１００の焼成温度は、通常、１３００℃以上、好ましくは１４００℃以上である。また、焼成温度は、通常、１６５０℃以下、好ましくは１５５０℃以下である。この温度範囲でグリーン成形体１００を加熱することにより、グリーン成形体１００中の無機化合物源粉末やセラミックス粉末が確実に焼結する。焼成温度までの昇温速度は特に限定されるものではないが、通常、１℃／時間〜５００℃／時間である。
【００７９】
焼成は通常、大気中で行なわれるが、用いる原料粉末、すなわちアルミニウム源粉末、チタニウム源粉末、マグネシウム源粉末およびケイ素源粉末の種類や使用量比によっては、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス中で焼成してもよいし、一酸化炭素ガス、水素ガスなどのような還元性ガス中で焼成してもよい。また、水蒸気分圧を低くした雰囲気中で焼成を行なってもよい。
【００８０】
焼成は、通常、管状電気炉、箱型電気炉、トンネル炉、遠赤外線炉、マイクロ波加熱炉、シャフト炉、反射炉、ロータリー炉、ローラーハース炉などの通常の焼成炉を用いて行なわれる。焼成は回分式で行なってもよいし、連続式で行なってもよい。また、静置式で行なってもよいし、流動式で行なってもよい。
【００８１】
焼成に要する時間は、グリーン成形体１００がチタン酸アルミニウム系結晶に遷移するのに十分な時間であればよく、グリーン成形体１００の量、焼成炉の形式、焼成温度、焼成雰囲気などにより異なるが、通常は１０分〜２４時間である。
【００８２】
なお、グリーン成形体１００の仮焼と焼成を個別に行ってもよく、連続して行ってもよい。仮焼工程では、有機バインダその他の有機添加物の熱分解温度以上であり無機化合物源粉末の焼結温度よりも低い温度でグリーン成形体１００を加熱すればよい。焼成工程では、仮焼工程後のグリーン成形体１００を無機化合物源粉末の焼結温度以上の温度で加熱すればよい。
【００８３】
以上、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００８４】
例えば、柱状体７０や封口材７０ｂは、チタン酸アルミニウム系セラミックスの代わりにコージェライト系セラミックスやシリコンカーバイド等のセラミックスを含んでもよい。また柱状体７０や封口材７０ｂは、これらセラミックスの原料粉末を含んでもよい。コージェライト系セラミックスの原料粉末としては、上述したアルミニウム源粉末、シリカ源粉末及びマグネシウム源粉末を用いればよい。ハニカム構造体１７０の形状は円柱に限定されず、用途に応じて任意の形状をとることができる。例えば、ハニカム構造体１７０の形状が、多角柱や楕円柱等であってもよい。
【００８５】
ハニカム構造体の用途はＤＰＦに限定されない。ハニカム構造体は、ガソリンエンジンなどの内燃機関の排気ガス浄化に用いられる排ガスフィルター又は触媒担体、ビールなどの飲食物の濾過に用いる濾過フィルター、石油精製時に生じるガス成分（例えば一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、酸素等）を選択的に透過させるための選択透過フィルターなどのセラミックスフィルターなどに好適に適用することができる。なかでも、セラミックスフィルターなどとして用いる場合、チタン酸アルミニウム系セラミックスは、高い細孔容積および開気孔率を有することから、良好なフィルター性能を長期にわたって維持することができる。
【実施例】
【００８６】
以下、本発明を実施例により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。
【００８７】
（実施例１）
アルミナ粉末、チタニア粉末、マグネシア粉末、ガラスフリット、チタン酸アルミニウムマグネシウムとアルミナとアルミノシリケートガラスとの複合相をもつセラミックス粉末（仕込み時の組成式：４１．４Ａｌ２Ｏ３−４９．９ＴｉＯ２−５．４ＭｇＯ−３．３ＳｉＯ２、式中の数値はモル比を表す。）、有機バインダ、潤滑剤、造孔剤、可塑剤、分散剤及び水（溶媒）を含む原料混合物を調製した。この原料混合物を混練して押出成形することにより、互いに略平行な複数の貫通孔７０ａが形成された柱状体７０を作製した（図１（ａ），１（ｂ）参照）。柱状体７０に形成された貫通孔７０ａの内径（正方形の一辺の長さ）は１．２ｍｍであった。柱状体７０の端面に開いている貫通孔７０ａの数（セル密度）は、０．４３／ｍｍ２であった。貫通孔７０ａが延びる方向における柱状体７０の長さは１７１ｍｍであった。また、柱状体７０の端面の外径は１６２ｍｍであった。
【００８８】
セラミックス粉末、造孔剤、有機バインダ、潤滑剤及び溶媒を混合して、実施例１の封口材７０ｂを調製した。セラミックス粉末としては、ハニカム構造体の製造過程で得られた屑や不良品を粉砕することにより調整した粉末を再利用した。このセラミックス粉末は、チタン酸アルミニウムマグネシウムとアルミナとアルミノシリケートガラスとの複合相をもつ粉末（仕込み時の組成式：４１．４Ａｌ２Ｏ３−４９．９ＴｉＯ２−５．４ＭｇＯ−３．３ＳｉＯ２、式中の数値はモル比を表す。）であった。セラミックス粉末の平均粒径は２２μｍに調整した。造孔剤としては、馬鈴薯から得た平均粒径４４μｍの澱粉を用いた。有機バインダとしては、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（三星精密化学社製：ＰＭＢ−１５ＵＦＦ）を用いた。潤滑剤としてはグリセリンを用いた。溶媒としては水を用いた。封口材中のセラミックス粉末、造孔剤、有機バインダ、潤滑剤及び溶媒の配合比は、表１に示す値に調整した。
【００８９】
【表１】
2012045925.tif 000003
【００９０】
封口材７０ｂを用いて柱状体７０の第一端面の封口工程を実施した後、第二端面に対する封口工程を実施した。これにより、複数の貫通孔７０ａのうち一部の貫通孔が柱状体７０の第一端面において封口材７０ｂで塞がれ、第二端面において開き、他の貫通孔は、第二端面において封口材７０ｂで塞がれ、第一端面において開いており、封口材７０ｂで塞がれた貫通孔７０ａの端部と開いた貫通孔７０ａの端部とが各端面において格子状に交互に配置されている実施例１のグリーン成形体１００を得た。
【００９１】
グリーン成形体１００を乾燥させ、１５３０℃で５時間焼成することにより、多孔質のチタン酸アルミニウムマグネシウムの焼結体からなる実施例１のハニカム構造体１７０を得た（図２（ａ），２（ｂ）参照）。
【００９２】
（実施例２〜４）
封口材７０ｂ中のセラミックス粉末、造孔剤、有機バインダ、潤滑剤及び溶媒の配合比を表１に示す値に調整したこと以外は、実施例１と同様に、実施例２〜４のハニカム構造体１７０をそれぞれ作製した。
【００９３】
実施例１〜４の各ハニカム構造体１７０の第一端面の写真を図３に示す。なお、図３（ａ）のＵ０９１４−Ｎは実施例１に対応する。図３（ｂ）のＵ０９１５−Ｏは実施例２に対応する。図３（ｃ）のＵ０９１６−Ｐは実施例３に対応する。図３（ｄ）のＵ０９１７−Ｑは実施例４に対応する。
【００９４】
実施例４では、他の実施例に比べて、焼結に伴って封口材７０ｂが収縮していることが確認された。しかし、実施例１〜４のハニカム構造体いずれにおいても、封口部１７０ｂと貫通孔７０ａの隔壁７０ｃとが十分に焼結していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明のグリーン成形体の一態様によれば、封口部と貫通孔の隔壁とが十分に焼結したハニカム構造体（例えばＤＰＦ）を高い生産性で製造することが可能となる。
【符号の説明】
【００９６】
７０・・・柱状体、７０ａ・・・貫通孔、７０ｂ・・・封口材、７０ｃ・・・隔壁、１００・・・グリーン成形体、１７０ｂ・・・封口部、１７０・・・ハニカム構造体。
【図１】
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【図２】
2012045925.tif 000005
【図３】
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