(57)【要約】      （修正有）【課題】ハニカム構造体が収容されるケーシングの場所による熱伝導率や熱容量のばらつきや、保持シール材の場所による放熱特性が異なる場合であっても、温度のばらつきを均一化することが可能なハニカム構造体を提供する。【解決手段】複数のセルがセル隔壁を隔てて長手方向に並設され、四角柱形状で外周に外周壁を有するハニカム焼成体２０が、側面の接着材層１５を介して縦方向に３個及び横方向に３個接着され切削加工後、周囲に外周コート層が形成されたハニカム構造体１０であって、各セルは交互に目封じされ、前記排ガス導入セルは八角形、前記排ガス排出セルは正方形の断面であり、前記排ガス導入セルの断面積は、前記排ガス排出セルよりも大きく、長手方向に垂直な円形断面において、前記円形の直径Ｄに対する前記円形の中心ＣＳと前記中心ハニカム焼成体の重心ＣＦとの距離ｄの比の百分率［（ｄ／Ｄ）×１００］が０．５〜１５％のハニカム構造体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスの流路となる複数のセルがセル隔壁を隔ててセルの長手方向に並設され、四角柱形状で外周に外周壁を有するハニカム焼成体が、その側面に形成された接着材層を介して縦方向に３個及び横方向に３個整列、接着された後、切削加工され、その周囲に外周コート層が形成されてなるハニカム構造体であって、
前記複数のセルは、排ガス入口側の端部が開口され且つ排ガス出口側の端部が目封止された排ガス導入セルと、排ガス出口側の端部が開口され且つ排ガス入口側の端部が目封止された排ガス排出セルからなり、
前記セルの長手方向に垂直な方向における少なくとも一方向に前記排ガス導入セルと前記排ガス排出セルが交互に並設されており、
前記セルの長手方向に垂直な断面に関し、前記排ガス導入セルは八角形であり、前記排ガス排出セルは正方形であり、前記排ガス導入セルの断面積は、前記排ガス排出セルの断面積よりも大きく、
前記セルの長手方向に垂直な方向における前記ハニカム構造体の断面に関し、前記断面形状は、円形であり、前記円形の直径Ｄは、９０〜１１０ｍｍであり、前記ハニカム焼成体は、中心に位置し、外周コート層と接していない中心ハニカム焼成体と、その周囲に配置された周辺ハニカム焼成体とからなり、
前記円形の直径Ｄに対する前記円形の中心と前記中心ハニカム焼成体の断面形状である四角形の重心との距離ｄの比の百分率［（ｄ／Ｄ）×１００］が０．５〜１５％であることを特徴とするハニカム構造体。
【請求項２】
前記外周コート層の平均厚さは、０．２〜２．５ｍｍであり、前記外周コート層の厚さの最大値と最小値との差は、０．１〜０．９ｍｍである請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項３】
前記接着材層の平均厚さは、０．５〜１．５ｍｍである請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
【請求項４】
前記セルの長手方向に垂直な断面に関し、前記排ガス導入セルの断面積は、前記排ガス排出セルの断面積の１１０〜２００％である請求項１〜３のいずれかに記載のハニカム構造体。
【請求項５】
前記セルの長手方向に平行な方向における前記ハニカム構造体の長さは、１００〜１５５ｍｍである請求項１〜４のいずれかに記載のハニカム構造体。
【請求項６】
ケーシングと、
前記ケーシングの内部に収容されたハニカム構造体と、
前記ハニカム構造体と前記ケーシングとの間に介装された無機繊維からなるマットと
から構成される排ガス浄化装置であって、
前記ハニカム構造体は、請求項１〜５に記載のハニカム構造体であることを特徴とする排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体及び排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バス、トラック等の車両や建設機械等の内燃機関から排出される排ガス中に含有されるスス等のパティキュレート（以下、ＰＭという）やその他の有害成分が環境や人体に害を及ぼすことが最近問題となっている。そこで、排ガス中のＰＭを捕集して排ガスを浄化するハニカムフィルタとして、多孔質セラミックからなるハニカム構造体が種々提案されている。
【０００３】
図４は、特許文献１に記載の従来のハニカム構造体を模式的に示す斜視図である。
図５（ａ）は、図４に示すハニカム構造体を構成するハニカム焼成体を模式的に示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すハニカム焼成体のＡ−Ａ線断面図である。なお、図４及び図５に示す両矢印ａは、セルの長手方向を示している。
図４に示すハニカム構造体１００では、炭化ケイ素等の多孔質セラミックからなるハニカム焼成体１１０が、接着剤層１０２を介して複数個接着されてハニカムブロック１０４が形成され、このハニカムブロック１０４の周囲に外周コート層１０６が形成されている。
【０００４】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すハニカム焼成体１１０は、四角柱形状からなり、多数のセル１１１がセル隔壁１１３を隔ててセル１１１の長手方向に並設され、排ガスの流入側及び流出側の端部のいずれか一方の端部が封止材１１２により封止されており、外周に外周壁１１７が形成されている。このように構成されたハニカム焼成体１１０の一のセル１１１に流入した排ガスは、図５（ｂ）に示すように、必ずセル１１１を隔てるセル隔壁１１３を通過した後、他のセル１１１から流出するように構成されている。このような構成のハニカム焼成体１１０では、セル１１１同士を隔てるセル隔壁１１３が排ガス中のＰＭを捕集するフィルタとして機能するようになっている。
【０００５】
従来のハニカム構造体１００は、例えば、まず、上記したハニカム焼成体１１０を、その側面に形成された接着材層１０２を介して縦に５列、横に５列になるように整列、接着させて大きな四角柱形状のハニカム集合体を作製する。その後、ハニカム焼成体集合体の外周部分を切削加工して円柱形状とし、外周に均一な厚さの外周コート層を形成することにより、断面が円形形状のハニカム構造体を製造していた（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許第１４９３４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような複数のハニカム焼成体を複数個組み合わせ、接着することにより製造されたハニカム構造体を集合型のハニカム構造体ということとする。上記したハニカム構造体は、通常、上記ハニカム集合体を構成するセルの長手方向に垂直な方向における断面の重心と、上記ハニカム集合体を切削加工することにより形成されたハニカム構造体を構成するセルの長手方向に垂直な方向における断面の重心とがほぼ一致するように形成されており、外周コート層も均一であるので、上記ハニカム構造体の断面における重心を中心とする点対称や回転対称を考慮した機械的特性や熱的特性は、比較的均一である。
【０００８】
上記ハニカム構造体は、排ガス中のＰＭを除去するハニカムフィルタとして使用されるため、無機繊維からなるマット（保持シール材）を介してハニカム構造体を金属製のケーシング内に収容し、排ガス浄化装置として使用していた。
【０００９】
しかしながら、上記排ガス浄化装置を構成するケーシングは、場所により熱伝導率や熱容量にばらつきがあり、その影響により、ケーシングに収容されたハニカム構造体にも、温度のばらつき等が生じ易く、長期間使用していると、クラック等が発生するおそれがあった。
【００１０】
また、保持シール材の継ぎ目等から放熱し易いため、ケーシングに収容されたハニカム構造体に、保持シール材の継ぎ目に起因する温度のばらつき等が生じ易く、長期間使用していると、クラック等が発生するおそれがあった。
【００１１】
本発明者は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ハニカム構造体が収容された排ガス浄化装置を構成するケーシングに、場所により熱伝導率や熱容量にばらつきがあったり、保持シール材が場所により放熱特性が異なる場合であっても、温度のばらつきを均一化することが可能なハニカム構造体及び該ハニカム構造体を用いた排ガス浄化装置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】
【００１２】
すなわち、本発明のハニカム構造体は、排ガスの流路となる複数のセルがセル隔壁を隔ててセルの長手方向に並設され、四角柱形状で外周に外周壁を有するハニカム焼成体が、その側面に形成された接着材層を介して縦方向に３個及び横方向に３個整列、接着された後、切削加工され、その周囲に外周コート層が形成されてなるハニカム構造体であって、
上記複数のセルは、排ガス入口側の端部が開口され且つ排ガス出口側の端部が目封止された排ガス導入セルと、排ガス出口側の端部が開口され且つ排ガス入口側の端部が目封止された排ガス排出セルからなり、上記セルの長手方向に垂直な方向における少なくとも一方向に上記排ガス導入セルと上記排ガス排出セルが交互に並設されており、上記セルの長手方向に垂直な断面に関し、上記排ガス導入セルは八角形であり、上記排ガス排出セルは正方形であり、上記排ガス導入セルの断面積は、上記排ガス排出セルの断面積よりも大きく、上記セルの長手方向に垂直な方向における上記ハニカム構造体の断面に関し、上記断面形状は、円形であり、上記円形の直径Ｄは、９０〜１１０ｍｍであり、上記ハニカム焼成体は、中心に位置し、外周コート層と接していない中心ハニカム焼成体と、その周囲に配置された周辺ハニカム焼成体とからなり、上記円形の直径Ｄに対する上記円形の中心と上記中心ハニカム焼成体の断面形状である四角形の重心との距離ｄの比の百分率［（ｄ／Ｄ）×１００］が０．５〜１５％であることを特徴とする。
【００１３】
本発明のような小型のハニカム構造体では、ハニカム構造体の中心部分からケーシングまでの距離が短いので、ハニカム構造体の中心部分からの熱がケーシングに伝わり易く、急激な冷却が発生し易く、如何に中心ハニカム焼成体からの熱移動を阻害するかが重要である。
【００１４】
排ガス浄化装置に配設されたハニカム構造体の熱伝導をさらに詳細に検討すると、上記中心ハニカム焼成体の熱は、その周囲を覆う接着材層を介し、その外側の周辺ハニカム焼成体を通ってハニカム構造体の外周に移動する。そして、その後、ハニカム構造体の外周から保持シール材を通ってケーシングに移動する。しかし、ハニカム構造体の外周からケーシングへの熱移動は均一ではない。保持シール材の継ぎ目部分では断熱性が異なるし、ケーシング自体にも場所によって熱伝導率や熱容量のばらつきがある。
【００１５】
一方、本発明のハニカム構造体では、上記円形の直径Ｄに対する上記円形の中心と上記中心ハニカム焼成体の断面形状である四角形の重心との距離ｄの比の百分率［（ｄ／Ｄ）×１００］を０．５〜１５％としており、中心ハニカム焼成体の位置を重心から敢えてずらしているため、中心ハニカム焼成体から周囲への熱移動は均一ではなく、熱が伝わり易い領域と熱が伝わりにくい領域とが発生する。
【００１６】
本発明では、このようなハニカム構造体の熱特性の不均一性を生かし、熱が伝わり易い領域とハニカム構造体の外周からケーシングへの熱が伝わり難い領域とを組み合わせる、又は、熱が伝わり難い領域とハニカム構造体の外周からケーシングへ熱が伝わり易い領域とを組み合わせるという構成を採用することによって、ハニカム構造体、保持シール材及びケーシングを含めた全体として適切な熱伝導特性を実現することができる。
【００１７】
なお、本明細書中においては、排ガス入口側の端部が開口され且つ排ガス出口側の端部が目封止されたセルを、単に、排ガス導入セルと表記する場合がある。また、排ガス出口側の端部が開口され且つ排ガス入口側の端部が目封止されたセルを、単に、排ガス排出セルと表記する場合がある。単に、セルと記載した場合は、排ガス排出セル及び排ガス導入セルの両方を示す。
さらに、排ガス導入セル、排ガス排出セル等のセルの長手方向に対して垂直方向の断面を、単に、排ガス導入セルの断面、排ガス排出セル等の断面と表記する場合がある。
【００１８】
また、本発明でいうセルの断面形状とは、セルの長手方向に垂直方向の断面に関し、排ガス排出セル、排ガス導入セルの各セル内壁で構成される形状をいう。
また、本発明でいう断面積とは、セルの長手方向に垂直方向の断面に関し、排ガス排出セル、排ガス導入セルの各セル内壁で構成される断面形状の面積をいう。なお、セル内壁とはセルを構成するセル隔壁の表面のうち、セルの内部側の表面部分をいう。
【００１９】
上記円形の直径Ｄに対する上記円形の中心と上記中心ハニカム焼成体の断面形状である四角形の重心との距離ｄの比の百分率［（ｄ／Ｄ）×１００］が１５％を超えると、ハニカム構造体内部の不均一性が余りにも大きくなり、ケーシング内のハニカム構造体の配置を工夫しても、不均一性を減少させることが難しくなり、クラック等が発生し易くなる。
一方、上記円形の直径Ｄに対する上記円形の中心と上記中心ハニカム焼成体の断面形状である四角形の重心との距離ｄの比の百分率［（ｄ／Ｄ）×１００］が０．５％未満であると、ハニカム構造体内部の不均一性が小さすぎるので、ケーシング内のハニカム構造体の配置を工夫しても、ケーシングの構造や保持シール材の場所による熱的特性の不均一性を解消することが難しくなる。
【００２０】
本発明のハニカム構造体において、上記外周コート層の平均厚さは、０．２〜２．５ｍｍであり、上記外周コート層の厚さの最大値と最小値との差は、０．１〜０．９ｍｍであることが望ましい。
上記ハニカム構造体では、外周コート層の平均厚さは、０．２〜２．５ｍｍであり、上記外周コート層の厚さの最大値と最小値との差は、０．１〜０．９ｍｍであり、外周コート層の厚さは、ハニカム構造体の特性に大きな影響を与えないので、ハニカム構造体の特性の不均一性は、ほぼハニカム構造体内部の特性の不均一性のみに依存する。従って、ハニカム構造体のケーシング内の配置を工夫することにより、より容易に、ハニカム構造体の熱特性や機械的特性を均一化することができる。
【００２１】
本発明のハニカム構造体では、上記接着材層の平均厚さは、０．５〜１．５ｍｍであることが望ましい。
上記接着材層は、セル隔壁と熱伝導率が異なるので、上記接着材層に起因してハニカム構造体の熱伝導等が不均一となるが、上記接着材層の平均厚さが０．５〜１．５ｍｍと適切な厚さであると、ハニカム構造体の熱特性の不均一性を生かし、熱が伝わり易い領域とハニカム構造体の外周からケーシングへの熱が伝わり難い領域とを組み合わせる、又は、熱が伝わり難い領域とハニカム構造体の外周からケーシングへ熱が伝わり易い領域とを組み合わせるという構成を採用することによって、ハニカム構造体、保持シール材及びケーシングを含めた全体として適切な熱伝導特性を実現することができる。
【００２２】
上記接着材層の平均厚さが、０．５ｍｍ未満であると、接着材層の厚さが薄すぎるため、接着力が弱く、接着材層の部分にクラック等が生じ易くなる。一方、上記接着材層の平均厚さが、１．５ｍｍを超えると、接着材層の厚さが厚くなりすぎるため、熱的特性の不均一性が増大しすぎ、ケーシングの構造や保持シール材の場所による熱的特性の不均一性にマッチするように、本発明のハニカム構造体をケーシングの内部に配置することが難しくなる。
【００２３】
本発明のハニカム構造体は、上記セルの長手方向に垂直な断面に関し、上記排ガス導入セルの断面積は、上記排ガス排出セルの断面積の１１０〜２００％であることが望ましい。
上記ハニカム構造体において、上記排ガス導入セルの断面積が、上記排ガス排出セルの断面積の１１０〜２００％であると、排ガス導入セル内部のセル隔壁の表面積が大きいので、より多くのＰＭが堆積しても圧力損失が増大しにくい。
【００２４】
本発明のハニカム構造体では、上記セルの長手方向に平行な方向における上記ハニカム構造体の長さは、１００〜１５５ｍｍであることが望ましい。
上記構成のハニカム構造体は、充分な量のＰＭを堆積させることができ、長期に渡って圧力損失が低下しにくいハニカム構造体とすることができる。
【００２５】
本発明の排ガス浄化装置は、ケーシングと、上記ケーシングの内部に収容されたハニカム構造体と、上記ハニカム構造体と上記ケーシングとの間に介装された無機繊維からなるマットとから構成される排ガス浄化装置であって、上記ハニカム構造体は、上記した構成のハニカム構造体であることを特徴とする。
【００２６】
本発明の排ガス浄化装置では、上記ハニカム構造体の熱的特性の不均一性を生かし、熱が伝わり易い領域とハニカム構造体の外周からケーシングへの熱が伝わり難い領域とを組み合わせる、又は、熱が伝わり難い領域とハニカム構造体の外周からケーシングへ熱が伝わり易い領域とを組み合わせるという構成を採用することによって、ハニカム構造体、保持シール材及びケーシングを含めた全体として適切な熱伝導特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明のハニカム構造体の一例を模式的に示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の実施形態に係わるハニカム構造体を構成するハニカム焼成体の一例を模式的に示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すハニカム焼成体のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】図３は、本発明の排ガス浄化装置を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、従来のハニカム構造体を模式的に示す斜視図である。
【図５】図５（ａ）は、図４に示すハニカム構造体を構成するハニカム焼成体を模式的に示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すハニカム焼成体のＡ−Ａ線断面図である。
【００２８】
［発明の詳細な説明］
以下、本発明のハニカム構造体について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の記載に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。
【００２９】
本発明のハニカム構造体は、排ガスの流路となる複数のセルがセル隔壁を隔ててセルの長手方向に並設され、四角柱形状で外周に外周壁を有するハニカム焼成体が、その側面に形成された接着材層を介して縦方向に３個及び横方向に３個整列、接着された後、切削加工され、その周囲に外周コート層が形成されてなるハニカム構造体であって、上記複数のセルは、排ガス入口側の端部が開口され且つ排ガス出口側の端部が目封止された排ガス導入セルと、排ガス出口側の端部が開口され且つ排ガス入口側の端部が目封止された排ガス排出セルからなり、上記セルの長手方向に垂直な方向における少なくとも１方向に上記排ガス導入セルと上記排ガス排出セルが交互に並設されており、上記セルの長手方向に垂直な断面に関し、上記排ガス導入セルは八角形であり、上記排ガス排出セルは正方形であり、上記排ガス導入セルの断面積は、上記排ガス排出セルの断面積よりも大きく、上記セルの長手方向に垂直な方向における上記ハニカム構造体の断面に関し、上記断面形状は、円形であり、上記円形の直径Ｄは、９０〜１１０ｍｍであり、上記ハニカム焼成体は、中心に位置し、外周コート層と接していない中心ハニカム焼成体と、その周囲に配置された周辺ハニカム焼成体とからなり、上記円形の直径Ｄに対する上記円形の中心と上記中心ハニカム焼成体の断面形状である四角形の重心との距離ｄの比の百分率［（ｄ／Ｄ）×１００］が０．５〜１５％であることを特徴とする。
【００３０】
本発明のハニカム構造体では、セルの長手方向に垂直な方向における少なくとも１方向に排ガス導入セルと排ガス排出セルが交互に並設されているが、お互いに垂直な２方向について排ガス導入セルと排ガス排出セルとが交互に並設されていることが好ましい。
【００３１】
以下、本発明のハニカム構造体について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明のハニカム構造体の一例を模式的に示す斜視図であり、図２（ａ）は、本発明の実施形態に係わるハニカム構造体を構成するハニカム焼成体の一例を模式的に示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すハニカム焼成体のＢ−Ｂ線断面図である。
【００３２】
図１に示すハニカム構造体１０は、セルの長手方向に垂直な方向（図１（ａ）中、矢印ａの垂直方向）における断面に関し、断面形状は、円形であり、円形の直径Ｄは、９０〜１１０ｍｍである。
【００３３】
また、ハニカム構造体１０は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すような略四角柱形状で外周に外周壁を有するハニカム焼成体２０ａ、２０ｂ、２０ｃが、その側面に形成された接着材層１５を介して縦方向に３個及び横方向に３個整列、接着された後、切削加工されて、セラミックブロック１８となっており、その周囲に外周コート層１６が形成されている。
【００３４】
外周コート層１６の平均厚さは、０．２〜２．５ｍｍであり、外周コート層１６の厚さの最大値と最小値との差は、０．１〜０．９ｍｍであることが望ましい。
外周コート層１６の平均厚さが０．２〜２．５ｍｍであり、外周コート層１６の厚さの最大値と最小値との差が０．１〜０．９ｍｍであると、外周コート層１６の厚さは、ハニカム構造体の特性に大きな影響を与えないので、ハニカム構造体の特性の不均一性は、ほぼハニカム構造体内部の特性の不均一性のみに依存する。従って、ハニカム構造体１０のケーシング内の配置を工夫することにより、より容易に、ハニカム構造体の熱特性や機械的特性を均一化することができる。
【００３５】
ハニカム焼成体２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、その中心に位置する中心ハニカム焼成体２０ａと中心ハニカム焼成体２０ａを取り囲むように位置する周辺ハニカム焼成体２０ｂ、２０ｃとからなる。
【００３６】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すハニカム焼成体２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、排ガスの流路となる多数のセル２１、２２がセル隔壁２３を隔ててセルの長手方向に並設されている。また、多数のセル２１、２２は、排ガス入口側の端部２０ｘが開口され且つ排ガス出口側の端部２０ｙが封止材２４により目封止された排ガス導入セル２１と、排ガス出口側の端部２０ｙが開口され且つ排ガス入口側の端部２０ｘが封止材２４により目封止された排ガス排出セル２２とからなり、セルの長手方向に垂直な方向における一方向（縦方向）と上記一方向に垂直な方向（横方向）に排ガス導入セル２１と排ガス排出セル２２が交互に並設されている。セルの長手方向に垂直な断面に関し、排ガス導入セル２１は八角形であり、排ガス排出セル２２は正方形であり、排ガス導入セル２１の断面積は、排ガス排出セル２２の断面積よりも大きい。
なお、ハニカム構造体１０及びハニカム焼成体２０の表面のうち、セルが開口している面を端面といい、端面以外の面を側面ということとする。
【００３７】
このように構成されたハニカム焼成体２０の排ガス導入セル２１に流入した排ガスは、図２（ｂ）に示すように、必ず排ガス導入セル２１と排ガス排出セル２２を隔てるセル隔壁２３を通過した後、排ガス排出セル２２から流出するように構成されている。このような構成のハニカム焼成体２０では、排ガス導入セル２１と排ガス排出セル２２とを隔てるセル隔壁２３が排ガス中のＰＭを捕集するフィルタとして機能する。
【００３８】
中心ハニカム焼成体２０ａを含むハニカム焼成体２０のセルの長手方向に垂直な断面は、四角形状であってもよいが、図１及び図２に示すように、四角の各頂点が曲線面取りされた形状が好ましい。すなわち、図２（ａ）に示すように、四角柱の角部が曲面となるように面取りされた形状が好ましい。
このような形状とすることにより、熱衝撃を受けた際、角部に作用する熱応力が余り大きくならず、クラックが発生しにくくなる。
【００３９】
図１に示すハニカム構造体１０のセルの長手方向に垂直な方向における円形の断面形状の中心をＣＳとし、中心ハニカム焼成体２０ａのセルの長手方向に垂直な方向における断面形状における重心をＣＦとした際、上記円形の直径Ｄに対するＣＳとＣＦとの距離ｄの比の百分率［（ｄ／Ｄ）×１００］が０．５〜１５％であり、中心ハニカム焼成体２０ａの重心がハニカム構造体１０の重心からずれている。その結果、中心ハニカム焼成体２０ａから周囲への熱移動は均一ではなく、熱が伝わり易い領域と熱が伝わりにくい領域とが発生する。なお、周辺ハニカム焼成体２０ｂ、２０ｃは切削加工されているが、中心ハニカム焼成体２０ａの重心と円形のハニカム構造体の断面の中心とが一致しないため、周辺ハニカム焼成体２０ｂ、２０ｃの形状や面積は、少しずつ異なっており、その結果、中心ハニカム焼成体２０ａから周囲への熱移動は均一ではなく、熱が伝わり易い領域と熱が伝わりにくい領域とが発生する。
【００４０】
ハニカム構造体１０を用いて排ガス浄化装置を組み立てる際には、保持シール材をハニカム構造体の周囲に巻き付けて金属製のケーシングに収納する。
本発明のハニカム構造体１０を用いて排ガス浄化装置を組み立てる際、ハニカム構造体１０の熱特性の不均一性を生かし、熱が伝わり易い領域とハニカム構造体１０の外周からケーシングへの熱が伝わり難い領域とを組み合わせる、又は、熱が伝わり難い領域とハニカム構造体１０の外周からケーシングへ熱が伝わり易い領域とを組み合わせるという構成を採用することによって、ハニカム構造体、保持シール材及びケーシングを含めた全体として適切な熱伝導特性を実現することができる。
【００４１】
円形の直径Ｄに対するＣＳとＣＦとの距離ｄの比の百分率［（ｄ／Ｄ）×１００］が０．５％未満であると、中心ハニカム焼成体２０ａの重心のハニカム構造体１０の重心とのずれが殆どないため、中心ハニカム焼成体２０ａから周囲への熱移動はほぼ均一となり、熱が伝わり易い領域と熱が伝わりにくい領域とは発生しない。
【００４２】
一方、円形の直径Ｄに対するＣＳとＣＦとの距離ｄの比の百分率［（ｄ／Ｄ）×１００］が１５％を超えると、中心ハニカム焼成体２０ａの重心のハニカム構造体１０の重心とのずれが大きすぎるため、中心ハニカム焼成体２０ａから周囲への熱移動大きく偏り、排ガス浄化装置にハニカム構造体を配設する際、その位置等を工夫しても、ハニカム構造体中に温度の高い領域と低い領域とが発生し、クラックが発生し易くなる。
【００４３】
なお、中心ハニカム焼成体２０ａの重心とは、セルの長手方向に垂直な方向における中心ハニカム焼成体２０ａの断面形状における幾何学的な重心をいうものとする。
【００４４】
本発明のハニカム構造体では、接着材層１５の平均厚さは、０．５〜１．５ｍｍであることが望ましく、０．５〜１．３ｍｍであることがより望ましい。
接着材層１５の平均厚さが０．５〜１．５ｍｍであると、接着材層１５の厚さが適切な厚さとなり、接着材層１５の部分でのハニカム焼成体２０ａ、２０ｂ、２０ｃとの剥離が発生しにくくなるとともに、ハニカム焼成体２０ａ、２０ｂ、２０ｃにクラック等が、発生しにくくなる。
【００４５】
本発明においては、ハニカム構造体のセルの長手方向に垂直な方向に断面に関し、ハニカム構造体の中心（又は重心）、中心ハニカム焼成体の幾何学的重心、接着材層の厚さ、セルの長さ、セル隔壁の厚さ、セルの断面積等の計測について、電子顕微鏡写真を画像データとして取り込むか、電子顕微鏡から直接取り込んだ画像データを用い、写真のスケールを入力し、その数値に基づいて決定することが可能である。
電子的な計測としては、画像解析式粒度分布ソフトウエア（株式会社マウンテック（Ｍｏｕｎｔｅｃｈ）製）ＭＡＣ−Ｖｉｅｗ (Ｖｅｒｓｉｏｎ３．５)なる計測ソフトウエアを用いることができる。このソフトウエアでは電子顕微鏡写真をスキャナーで取り込むか、電子顕微鏡から直接取り込んだ画像データを用い、当該写真のスケールを入力し、所定の範囲を指定することで断面積を計測できる。また、画像中の任意の点間距離も電子顕微鏡写真のスケールを基に計測できる。電子顕微鏡によりセル断面を撮影する際には、セルの長手方向に垂直にハニカム構造体を切断し、その切断面が入るように、１ｃｍ×１ｃｍ×１ｃｍのサンプルを準備し、サンプルを超音波洗浄するか、もしくは樹脂で包埋して、電子顕微鏡写真を撮影する。樹脂による包埋を行っても、セルの辺の長さおよびセル隔壁の厚さの計測には影響を与えない。
【００４６】
セルの長手方向に垂直な断面に関し、排ガス導入セルの断面積は、前記排ガス排出セルの断面積の１１０〜２００％であることが望ましい。上記排ガス導入セル及び上記排ガス排出セルの断面積は、正常セルの断面積を意味している。
上記排ガス導入セルの断面積が、上記排ガス排出セルの断面積の１１０〜２００％であると、排ガス導入セル内部のセル隔壁の表面積が大きいので、より多くのＰＭが堆積しても圧力損失が増大しにくい。
【００４７】
本発明のハニカム構造体において、上記セルの長手方向に平行な方向における上記ハニカム構造体の長さは、１００〜１５５ｍｍであることが望ましい。
上記セルの長手方向に平行な方向におけるハニカム構造体の長さが１００〜１５５ｍｍと適切な範囲にあると、ハニカム構造体の長さ、容積が適切な範囲となり、再生処理等においてもハニカム構造体に温度の偏りが発生しにくく、クラック等が発生しにくいハニカム構造体となる。
【００４８】
上記ハニカム構造体を構成する材料としては特に限定されず、例えば、コージェライト、アルミナ、シリカ、ムライト等の酸化物セラミック、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物セラミック、及び、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物セラミック、炭化珪素と珪素の複合体等を挙げることができるが、これらのなかでは、耐熱性が大きく、機械的特性に優れ、かつ、熱伝導率も大きい炭化ケイ素が好ましい。
【００４９】
本発明のハニカム構造体を構成するハニカム焼成体の気孔率は、３０〜７０％であることが望ましい。
ハニカム焼成体の気孔率が３０〜７０％であると、ハニカム焼成体の強度を維持することが可能であるとともに、排ガスがセル壁を通過する際の抵抗を低く保つことができるからである。
【００５０】
これに対し、上記ハニカム焼成体の気孔率が３０％未満であると、排ガスがセル壁を通過しにくくなり、早期に目詰まりを起こし易くなる。一方、上記ハニカム焼成体の気孔率が７０％を超えると、ハニカム焼成体の強度が低下して容易に破壊され易くなる。
【００５１】
ハニカム焼成体の平均気孔径は５〜３０μｍであることが望ましい。
ハニカム焼成体で構成されるハニカム構造体をフィルタとして使用した場合、ハニカム焼成体の平均気孔径が５μｍ未満であると、ハニカム構造体の圧力損失が高くなる。一方、ハニカム焼成体の平均気孔径が３０μｍを超えると、ハニカム構造体のＰＭの捕集効率が低くなる。
気孔径および気孔率は、水銀圧入法にて接触角を１３０°、表面張力を４８５ｍＮ／ｍの条件で測定する。
【００５２】
上記ハニカム焼成体のセル壁の厚さは、特に限定されないが、０．１２〜０．４０ｍｍが望ましい。
ハニカム焼成体のセル壁の厚さが０．１２ｍｍ未満であると、ハニカム焼成体のハニカム構造を支持するセル壁の厚さが薄くなり、ハニカム焼成体の強度を保つことができなくなり、一方、上記セル壁の厚さが０．４０ｍｍを超えると、ハニカム構造体の圧力損失の上昇を引き起こし易くなるからである。
【００５３】
また、上記ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度は特に限定されないが、望ましい下限は、３１．０個／ｃｍ２（２００個／ｉｎ２）、望ましい上限は、９３．０個／ｃｍ２（６００個／ｉｎ２）、より望ましい下限は、３８．８個／ｃｍ２（２５０個／ｉｎ２）、より望ましい上限は、７７．５個／ｃｍ２（５００個／ｉｎ２）である。
【００５４】
本発明のハニカム構造体では、その外周に、外周コート層が形成されていることが望ましい。
外周コート層が形成されていると、上記外周コート層の内部に存在する部材を機械的に締め付けるとともに、保持する役割を果たすので、ハニカム構造体の機械的強度を向上させることができる。
【００５５】
次に、本発明の実施形態に係わるハニカム構造体の製造方法について説明する。以下においては、原料を構成するセラミック粉末として、炭化ケイ素粉末を使用した場合について説明するが、セラミック粉末は、炭化ケイ素に限定されない。
【００５６】
本発明のハニカム構造体を製造する際には、セラミック粉末とバインダーとを含む原料ペーストを押出成形することによってハニカム成形体を作製する成形工程を行う。
【００５７】
この場合、例えば、セラミック原料として平均粒子径の異なる炭化ケイ素粉末、有機バインダー、液状の可塑剤、潤滑剤及び水を混合することにより、ハニカム成形体製造用の原料ペーストを調製する。
【００５８】
続いて、上記原料ペーストを押出成形機に投入する。
上記原料ペーストを押出成形機に投入すると、原料ペーストは押出成形により所定の連続した形状のハニカム成形体となる。次いで、押出成形された連続するハニカム成形体を所定の長さに切断する。
【００５９】
次いで、ハニカム成形体をマイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機、凍結乾燥機等を用いて乾燥させる。
【００６０】
次に、ハニカム成形体の所定のセルに封止材となる封止材ペーストを充填して上記セルを目封じする封止工程を行う。封止材ペーストとしては、上記原料ペーストを用いることができる。
なお、切断工程、乾燥工程、封止工程の条件は、従来からハニカム焼成体を作製する際に用いられている条件を適用することができる。
【００６１】
次に、ハニカム成形体中の有機物を脱脂炉中で加熱、分解する脱脂工程を行う。
この脱脂工程では、ハニカム成形体を酸素含有雰囲気下、３００〜６５０℃に加熱する。
この後、脱脂処理が施されたハニカム成形体を焼成炉に搬送し、非酸化性雰囲気の下、２０００〜２３００℃に加熱することによりハニカム成形体中の炭化ケイ素粒子を焼結させる焼成工程を行ってハニカム焼成体を作製する。以上の工程によって、炭化ケイ素焼結体からなるハニカム焼成体を作製することができる。
【００６２】
そして、得られたハニカム焼成体の側面に、接着材層用ペーストを塗布して接着材層用ペースト層を形成し、この接着材層用ペースト層を介して順次他のハニカム焼成体を積層する。この手順を繰り返して所定数のハニカム焼成体が接着材層用ペーストにより接着された集合体を作製する。なお、接着材層用ペーストとしては、例えば、無機バインダーと有機バインダーと無機繊維及び／又は無機粒子とからなるものを使用することができる。
【００６３】
このハニカム焼成体の集合体を加熱して接着材層用ペースト層を乾燥、固化させて接着材層とすることにより、セラミック集合体を作製するセラミック集合体作製工程を行う。
本発明では、図２に示すような四角柱形状のハニカム焼成体２０を横に３個、縦に３個組み合わせ、合計９個のハニカム焼成体２０が接着材層を介して接着されたセラミック集合体であることが望ましい。
【００６４】
この後、セラミック集合体を、ダイヤモンドカッター等を用いて切削加工して円柱状のセラミックブロックを作製する外周加工工程を行うが、この際、完成したハニカム構造体のセルの長手方向に垂直な方向における円形の断面の中心と中心ハニカム焼成体の重心とがずれるように、切削加工を行う。具体的には、上記円形の直径Ｄに対する上記円形の中心と上記中心ハニカム焼成体の断面形状である四角形の重心との距離ｄの比の百分率［（ｄ／Ｄ）×１００］が０．５〜１５％となるように切削加工を行う。
【００６５】
次いで、円柱状としたセラミックブロックの外周に、外周コート層用ペーストを塗布し、乾燥、固化して外周コート層を形成する外周コート層形成工程を行う。
なお、上記外周コート層用ペーストを構成する材料としては、上記接着材層用ペーストと同様の材料を用いることができる。上記外周コート層用ペーストは、接着材ペースト層用ペーストと異なる材料を用いてもよい。
【００６６】
本発明のハニカム構造体を製造する際、接着工程において、接着材層用ペーストを各ハニカム焼成体の側面に塗布する方法以外に、例えば、作製するセラミックブロック（又はハニカム焼成体の集合体）の形状と同形状の型枠内に各ハニカム焼成体を仮固定した状態とし、接着材層用ペーストを各ハニカム焼成体間に注入する方法等によって行ってもよい。
【００６７】
（本発明のハニカム構造体を用いた排ガス浄化装置）
本発明の排ガス浄化装置は、ケーシングと、上記ケーシングの内部に収容されたハニカム構造体と、上記ハニカム構造体と上記ケーシングとの間に介装された無機繊維からなるマットとから構成される排ガス浄化装置であって、上記ハニカム構造体は、上記した構成のハニカム構造体であることを特徴とする。
【００６８】
図３は、本発明の排ガス浄化装置を模式的に示す断面図である。
図３に示すように、本発明の排ガス浄化装置３０は、金属製のケーシング３１と、ケーシング３１の内部に収容されたハニカム構造体１０と、ハニカム構造体１０とケーシング３１との間に介装された無機繊維からなるマット（保持シール材）３２とから構成されており、ケーシング３１の排ガスが導入される側の端部には、エンジン等の内燃機関に連結された導入管３４が接続されており、ケーシング３１の他端部には、外部に連結された排出管３５が接続されている。なお、図３中、矢印は排ガスの流れを示している。
【００６９】
すなわち、この排ガス浄化装置３０では、ハニカム構造体１０の側面に保持シール材３２が配置され、保持シール材３２が配置されたハニカム構造体１０がケーシング３１の内部に収容されている。
【００７０】
また、ハニカム構造体１０は、本発明のハニカム構造体であり、排ガス浄化装置３０の導入管３４が接続されている排ガスの入り口側にハニカム構造体１０の排ガス導入セル２１が開口している端面が配置され、排出管３５が接続されている排ガスの出口側に排ガス排出セル２２が開口している端面が配置されるようにハニカム構造体１０が配置されている。
【００７１】
保持シール材３２は、アルミナ−シリカ等の無機繊維から構成されるマットであり、自動車の走行等により生じる振動又は衝撃等により、ハニカム構造体１０がケーシング３１と接触して破損するのを防止し、ハニカム構造体１０とケーシング３１との間から排ガスが漏れることを防止するためにハニカム構造体１０とケーシング３１との間に介挿されている。
【００７２】
本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置３０では、ハニカム構造体の項において説明した態様のハニカム構造体１０が排ガス浄化装置３０に配設されているので、以下に記載する効果を奏することができる。
【００７３】
すなわち、ハニカム構造体１０のセルの長手方向に垂直な方向における円形の断面形状の中心ＣＳと中心ハニカム焼成体２０ａの重心ＣＦとの距離ｄの比の百分率［（ｄ／Ｄ）×１００］を０．５〜１５％としており、中心ハニカム焼成体１０ａの位置を重心から敢えてずらしているため、中心ハニカム焼成体２０ａから周囲への熱移動は均一ではなく、熱が伝わり易い領域と熱が伝わりにくい領域とが発生する。
このようなハニカム構造体１０の熱特性の不均一性を生かし、熱が伝わり易い領域とハニカム構造体１０の外周からケーシング３１への熱が伝わり難い領域とを組み合わせる、又は、熱が伝わり難い領域とハニカム構造体１０の外周からケーシング３１へ熱が伝わり易い領域とを組み合わせるという構成を採用することによって、ハニカム構造体１０、保持シール材３２及びケーシング３１を含めた全体として適切な熱伝導特性を実現することができる。
【実施例】
【００７４】
以下、本発明の第一実施形態のハニカム構造体をより具体的に開示した実施例を示すが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００７５】
（実施例１）
平均粒子径２２μｍを有する炭化ケイ素の粗粉末５２．８重量％と、平均粒子径０．５μｍの炭化ケイ素の微粉末２２．６重量％とを混合し、得られた混合物に対して、アクリル樹脂２．１重量％、有機バインダー（メチルセルロース）４．６重量％、潤滑剤（日本油脂社製  ユニルーブ）２．８重量％、グリセリン１．３重量％、及び、水１３．８重量％を加えて混練して原料ペーストを得た。得られた原料ペーストを用いて、押出成形及び押出成形体の切断を行い、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した断面形状と同様の断面形状であってセルの封止がされていない生のハニカム成形体を作製した。次に、マイクロ波乾燥機を用いてこのハニカム成形体を乾燥した。
【００７６】
次に、乾燥後のハニカム成形体の所定のセルに封止材ペーストとして上記原料ペーストを充填してセルの封止を行い、再び乾燥機を用いて乾燥させた。
【００７７】
乾燥したハニカム成形体を４００℃で脱脂し、常圧のアルゴン雰囲気下２２００℃、３時間の条件で焼成を行うことにより、炭化ケイ素焼結体からなるハニカム焼成体を作製した。ハニカム焼成体の気孔率は４２％、平均気孔径が９μｍ、高さ３４．３ｍｍ×幅３４．３ｍｍ×長さ１５０．５ｍｍ、セルの数（セル密度）が４６．５個／ｃｍ２、セル壁の厚さが０．２５ｍｍ（１０ｍｉｌ）であった。
【００７８】
次に、平均繊維長２０μｍ、平均繊維径２μｍのアルミナファイバ３０重量％、平均粒子径０．６μｍの炭化ケイ素粒子２１重量％、シリカゾル（固形分３０重量％）１５重量％、カルボキシメチルセルロース５．６重量％、及び、水２８．４重量％を含む耐熱性の接着材層用ペーストを用いて、ハニカム焼成体を横に３個、縦に３個組み合わせて接着させ、ハニカム焼成体９個からなる集合体を作製した。
【００７９】
さらに、この集合体を１２０℃で乾燥させてハニカム焼成体集合体とした後、続いて、ダイヤモンドカッターを用いて切削加工することにより、円柱状のセラミックブロックを作製した。切削加工前のハニカム焼成体集合体のサイズは、縦、横とも１０４．９ｍｍであり、接着材層の厚さは、１ｍｍであった。完成したハニカム構造体のセルの長手方向に垂直な方向における円形の断面の中心と中心ハニカム焼成体の重心とがずれるように、切削加工を行った。具体的には、上記円形の直径Ｄに対する上記円形の中心と上記中心ハニカム焼成体の重心との距離ｄの比の百分率［（ｄ／Ｄ）×１００］が１．８４％となるように切削加工を行った。なお、完成したハニカム構造体のセルの長手方向に垂直な方向における円形の断面の中心と上記中心ハニカム焼成体の重心との距離ｄは、１．９ｍｍであった。
【００８０】
次に、外周コート層用ペーストとして、上記接着材層用ペーストを用いて、セラミックブロックの外周部に厚さ０．２ｍｍの外周コート層用ペースト層を形成した。そして、この外周コート層用ペースト層を１２０℃で乾燥して１ｍｍの厚さの外周コート層を形成し、外周に外周コート層が形成された直径１０３．０ｍｍ×長さ１５０．５ｍｍの円柱状のハニカム構造体を作製した。
【符号の説明】
【００８１】
１０  ハニカム構造体
１５  接着材層
１６  外周コート層
１８  セラミックブロック
２０  ハニカム焼成体
２１  排ガス導入セル
２２  排ガス排出セル
２３  セル隔壁
２４  封止材
３０  排ガス浄化装置
３１  ケーシング
３２  保持シール材
３４  導入管
３５  排出管
【図１】
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【図２】
2017089557.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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