ハニカム構造体及びその製造方法
【課題】詳しくは、フィルタとしての圧力損失と捕集効率のバランスに優れたハニカム構造体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】二つの端面４２、４４間を連通する複数のセル３を形成するように配置された多孔質の隔壁２と、セル３をいずれかの端面４２又は４４において目封じするように配置された目封じ部４とを備えるハニカム構造体１を提供する。このハニカム構造体１は隔壁２の表面に固着したセラミックス粒子５を有する。
【解決手段】二つの端面４２、４４間を連通する複数のセル３を形成するように配置された多孔質の隔壁２と、セル３をいずれかの端面４２又は４４において目封じするように配置された目封じ部４とを備えるハニカム構造体１を提供する。このハニカム構造体１は隔壁２の表面に固着したセラミックス粒子５を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば排ガス浄化用フィルタ、水処理用フィルタ、分離膜用フィルタなどに使用することができる、目封じ部を備えるハニカム構造体及びその製造方法に関する。詳しくは、圧力損失と捕集効率のバランスに優れたハニカム構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハニカム構造体を排ガス浄化用フィルタ等として用いる場合に、一般に図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、二つの端面４２、４４間を連通する複数のセル３を形成する多孔質の隔壁２と、セル３をいずれかの端面において目封じする目封じ部４とを備えるハニカム構造体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、粒子状物質等を捕捉する。
【０００３】
このようなハニカム構造体において、高捕集効率と低圧力損失の両立が求められている。特に、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質を除去するフィルタ（ＤＰＦ）等として用いる場合、燃費向上を目的とした低圧力損失の要求が大きいため、圧力損失を低くしても、捕集効率の低下の少ないハニカム構造体が求められている。
【０００４】
このような課題に答えるため、目封じ部を備えないストレートフロー型のハニカム構造体のセル隔壁に粗大粒子を含む耐熱性粒子を固着させるとともに、セル隔壁に触媒層を形成した排ガス浄化用触媒が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３２６１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、目封じ部を備える、いわゆるウォールフロー型のハニカム構造体において、圧力損失低減のために隔壁の気孔率を高くし、及び／又は平均気孔径を大きくしても捕集効率の低下を少なくすることができ、圧力損失と捕集効率のバランスに優れたハニカム構造体及びこのようなハニカム構造体を好適に製造することができる製造方法を提供することを特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、二つの端面間を連通する複数のセルを形成するように配置された多孔質の隔壁と、前記セルをいずれかの端面において目封じするように配置された目封じ部とを備えるハニカム構造体であって、前記隔壁表面に固着したセラミックス粒子を有するハニカム構造体を提供するものである。
【０００７】
本発明において、セラミックス粒子の平均粒子径が、隔壁の平均気孔径の１．５倍以上であって、２００μｍ以下であることが好ましく、１５０μｍ以下であることが更に好ましい。また、セラミックス粒子において、２０μｍ以下の粒子径のセラミックス粒子が、全体の１０質量％以下であることが好ましい。また、セラミックス粒子が、隔壁と同一の成分を含むことが好ましい。また、セラミックス粒子の固着量が、隔壁の単位表面積１ｃｍ2当たり、０．００１ｍｇ〜１ｍｇであることが好ましい。また、ハニカム構造体の中心軸から外周までの長さの１／２の範囲内の隔壁を特定隔壁とし、少なくとも特定隔壁の表面にセラミックス粒子が分布していることが好ましい。また、隔壁が、コージェライト、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、ムライト、アルミニウムチタネート及びリチウムアルミニウムシリケートからなる群より選ばれたいずれか１種を主結晶相とすることが好ましく、隔壁の気孔率が、５０％〜８０％であることが好ましく、隔壁の平均気孔径が、１５μｍ〜４０μｍであることが好ましい。また、セルの長手方向に直交する断面形状が、三角形、四角形、六角形、八角形及び円形のいずれか１以上の形状であることが好ましい。また、隔壁がろ過能を有し、内燃機関の排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集除去するフィルタとして用いられるハニカム構造体であることが好ましく、この場合セラミックス粒子が、隔壁の排ガス流入側表面のみに固着していることが更に好ましい。
【０００８】
本発明は、また、二つの端面間を連通する複数のセルを形成する隔壁を備えるハニカム成形体を成形する工程、所定のセルを端面において目封じする工程、セラミックス粒子をセル内に送り込む工程、及びハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を得る工程を含むハニカム構造体の製造方法を提供するものである。
【０００９】
本発明において、セラミックス粒子をセル内に送り込む工程が、ハニカム焼成体を得る工程の前に行われることも好ましく、ハニカム焼成体を得る工程の後に行われることも好ましい。また、ハニカム成形体又はハニカム焼成体の外周の少なくとも一部を加工除去する工程、及びハニカム成形体又はハニカム焼成体の外周にコート材を配設して外周壁を形成する工程を更に含むことが好ましい。また、セラミックス粒子をセル内に送り込む工程が、セラミックス粒子を、少なくとも一方の端面からセル内へ、気体により送り込む工程であることが好ましい。また、ハニカム成形体又はハニカム焼成体を加工した際に生じる粒子を前記セラミックス粒子として用いることも好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
隔壁表面にセラミックス粒子を固着させることにより、このセラミックス粒子が、隔壁表面の粗大な開気孔をある程度塞ぐことができ、気孔率や平均気孔径を大きくしても、捕集効率の低下を少なくすることができる。特に、運転初期又はハニカム構造体の再生時の捕集効率の低下を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の、ハニカム構造体及びその製造方法を具体的な実施形態に基づき詳細に説明するが、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、以下において、セルの長手方向（例えば、図１に示す軸方向）に直交する断面を直交断面、セルの長手方向に平行な断面を平行断面という。
【００１２】
図１（ａ）は、本発明のハニカム構造体の一実施形態を示す模式的な斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の模式的な平行断面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）の模式的な一部拡大図である。図１（ａ）〜（ｃ）に示すハニカム構造体１は、二つの端面４２、４４間を連通するセル３を形成するように配置された多孔質の隔壁２と、セル３をいずれかの端面において目封じするように配置された目封じ部４とを備える。
【００１３】
このハニカム構造体は、更に隔壁表面に固着したセラミックス粒子５を有する。このセラミックス粒子５を有することにより、隔壁２の表面の粗大な開気孔をある程度塞ぐことができ、捕集効率の低下を少なくすることができる。特に運転開始直後の捕集効率の低下を少なくすることができる。
【００１４】
また、ハニカム構造体をＤＰＦに用いた場合に、たまった粒子状物質（ＰＭ）を定期的に燃焼除去し、ハニカム構造体を再生する。この再生時にも捕集効率が低下するが、図１（ａ）〜（ｃ）に示すハニカム構造体１は再生時の捕集効率の低下も少なくすることができる。
【００１５】
従来のハニカム構造体において、隔壁に粗大な開気孔があると、ＰＭ等の捕捉すべき物質が粗大な開気孔を通って、隔壁を通り抜けてしまうが、運転時間の経過とともにＰＭ等の捕捉物がハニカム構造体内に堆積することにより、粗大な開気孔がある程度塞がり、捕集効率が向上するものと思われる。これに対して、図１（ａ）〜（ｃ）に示すハニカム構造体１は、セラミックス粒子５が当初から粗大な開気孔をある程度塞ぐため、運転開始直後や再生時の捕集効率の低下を少なくすることができるものと思われる。
【００１６】
セラミックス粒子５の粒子径に特に制限はないが、粒子径が大きすぎると隔壁表面に固着させることが難しくなり好ましくない。従って、セラミックス粒子５の平均粒子径は、２００μｍ以下であることが好ましく、１５０μｍ以下であることが更に好ましい。一方、粒子径が小さすぎると捕集効率に有効な開気孔まで塞いでしまい、圧力損失が上昇しすぎて好ましくない。従って、セラミックス粒子５の平均粒子径は、隔壁の平均気孔径の１．５倍以上であることが好ましく、１．８倍以上であることが更に好ましい。また、粒子径が２０μｍ以下のセラミックス粒子が、セラミックス粒子全体の１０質量％以下であることが好ましい。
【００１７】
セラミックス粒子５の材質に特に制限はないが、後述する焼成工程で隔壁表面に強固に固着させる場合には、セラミックス粒子５が隔壁２と同一の成分を含むことが好ましく、セラミックス粒子５と隔壁の材質が同一であることが更に好ましい。
【００１８】
セラミックス粒子５の固着量にも特に制限はないが、固着量が少なすぎると捕集効率低下を少なくする効果が小さくなりすぎ好ましくない。従って、セラミックス粒子５の固着量は隔壁の単位表面積１ｃｍ2当たり、０．００１ｍｇ以上であることが好ましい。一方、固着量が多すぎると圧力損失が上昇しすぎて好ましくない。従って、固着量は単位表面積１ｃｍ2当たり、１ｍｇ以下であることが好ましい。
【００１９】
セラミックス粒子５は、全ての隔壁の表面に固着している必要はないが、セラミックス粒子５が固着している隔壁２の範囲が小さすぎると捕集効率の低下を少なくする効果が小さくなりすぎ好ましくない。また、ハニカム構造体１を被処理流体が通過する際、ハニカム構造体１の径方向の中心部近傍の流速が大きくなり、外周部近傍の流速が遅くなる傾向がある。従って、流速の早い中心部近傍における捕集効率がより低下する傾向にあるため、中心部近傍の隔壁表面にセラミックス粒子５が固着していることが好ましい。
【００２０】
このことより、図２に示すように、ハニカム構造体１において、中心軸Ｘから外周までの長さｙの１／２の範囲、即ち図２において破線ｂで囲まれた範囲、にある隔壁を特定隔壁とし、少なくともこの特定隔壁の表面にセラミックス粒子が分布していることが好ましい。また、セラミックス粒子が分布している隔壁の表面は、隔壁の両表面であってもよいが、一方の表面であってもよい。隔壁の一方の表面にセラミックス粒子が固着し分布している場合には、粒子状物質を捕捉する排ガス流入側の面にセラミックス粒子が固着し分布することによって捕集効率の低下を抑制するという効果が顕著に表れるので、排ガス入口側の隔壁面のみ固着していても十分にその効果を表す。なお、セラミックス粒子が特定隔壁の表面にのみ分布している場合には、特定隔壁の排ガス流入側の面にのみセラミックス粒子が固着していることも好ましいが、特定隔壁の範囲を超えてセラミックス粒子が隔壁の一方の表面又は両方の表面に分布していることも好ましく、全ての隔壁の一方の表面又は両方の表面にセラミックス粒子が固着していることも好ましい。
【００２１】
本発明におけるハニカム構造体の形状に特に制限はない。ハニカム構造体の直交断面形状は、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。セル密度は、例えば６セル／平方インチ〜２０００セル／平方インチ（０．９セル／ｃｍ2〜３１１セル／ｃｍ2）、好ましくは５０セル／平方インチ〜１０００セル／平方インチ（７．８セル／ｃｍ2〜１５５セル／ｃｍ2）程度とすることができる。
【００２２】
また、隔壁の材質や厚さにも特に制限はない。隔壁の材質としては、セラミックスが好ましく、この中でも、コージェライト、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、ムライト、アルミニウムチタネート及びリチウムアルミニウムシリケートからなる群より選ばれたいずれか１種を主結晶相とするセラミックスが好ましい。なお、主結晶相とは、その部材（例えば、隔壁）を構成する結晶相の５０質量％以上、好ましくは７０質量％以上、更に好ましくは９０質量％以上を構成する相を意味する。
【００２３】
隔壁の厚さは、例えば３０μｍ〜２０００μｍ、好ましくは４０μｍ〜１０００μｍ、更に好ましくは５０μｍ〜７５０μｍ程度とすることができる。また、隔壁の気孔率にも特に制限はないが、気孔率が高くなると捕集効率が低下する傾向にあるため、気孔率の高いハニカム構造体において、本発明は特に効果的である。従って隔壁の気孔率が、５０％以上、更には５５％以上、特に６０％以上のハニカム構造体に本発明を適応することが好ましい。一方、気孔率が高すぎると、隔壁の強度が低下しすぎるため好ましくない。従って、隔壁の気孔率は、８０％以下、更に７５％以下、特に７０％以下であることが好ましい。
【００２４】
また、隔壁の平均気孔径にも特に制限はないが、平均気孔径が大きくなると捕集効率が低下する傾向にあるため、平均気孔径の大きいハニカム構造体において、本発明は特に効果的である。従って平均気孔径は、１５μｍ以上、更には２０μｍ以上、特に２５μｍ以上であることが好ましい。一方、平均気孔径が大きすぎると、捕集効率の低下が大きすぎ好ましくない。従って、平均気孔径は４０μｍ以下、更に３５μｍ以下、特に３０μｍ以下であることが好ましい。なお、本発明における気孔径は水銀ポロシメーターにより測定した値を意味する。
【００２５】
セルの直交断面形状にも特に制限はないが、三角形、四角形、六角形、八角形などの多角形又は円形とすることが好ましい。セルの直交断面形状は、１つのハニカム構造体において１種類である必要はなく、複数種の形状を含んでもよい。
【００２６】
本発明のハニカム構造体は、被処理流体の所定量が隔壁を通るように、いずれかの端面においてセルを目封じするように配置された目封じ部を備える。この目封じ部は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すハニカム構造体１における目封じ部４のように、セル３を端面４２、４４において、互い違いに目封じするように配置されることが好ましい。また、目封じ部４の材質にも特に制限はないが、セラミックスであることが好ましく、コージェライト、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、ムライト、アルミニウムチタネート及びリチウムアルミニウムシリケートからなる群より選ばれたいずれか１種を主結晶相とするセラミックスを含むことが好ましい。
【００２７】
図１（ａ）に示すハニカム構造体１は、更に外周壁７を備える。外周壁７は、隔壁２と一体的に形成されたものでもよく、あるいは外周にコート材を配設して形成されたものであってもよい。
【００２８】
また、ハニカム構造体が、触媒、例えば触媒能を有する金属等を担持していることも好ましい。例えば、ハニカム構造体をＤＰＦとして用いる場合には、ハニカム構造体内に捕捉されたＰＭ等を除去するために、これらを除去可能な触媒、例えばＰＭの酸化／燃焼を促進する能力を有する触媒を含むことが好ましい。この様な触媒の具体例としては、例えば、貴金属系のＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等、非金属系のペロブスカイト型触媒等が挙げられ、これらのうちの少なくとも１種をハニカム構造体の隔壁に担持させることが好ましい。
【００２９】
次に、図１（ａ）〜（ｃ）に示すハニカム構造体１を好適に製造することができる製造方法を具体例を基に説明する。
【００３０】
まず、隔壁を形成する原料、例えばコージェライト化原料、炭化珪素、金属珪素、窒化珪素、アルミナ、ムライト、アルミニウムチタネート及びリチウムアルミニウムシリケート等に、バインダーを添加し、更に、例えば水等の分散媒を添加して成形原料とし、これを混合及び混練して可塑性の坏土とする。この坏土を押出成形等の成形をすることにより、二つの端面間を連通する複数のセルを形成する隔壁を備えるハニカム成形体を得ることができる。
【００３１】
なお、バインダーとしては、例えば、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、グリセリン等を挙げることができる。また、成形原料には必要に応じて所望の添加剤を添加することができる。添加剤としては、バインダー、分散媒の他に、分散剤、造孔材等を挙げることができる。分散剤としては、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を挙げることができ、造孔剤としては、例えば、グラファイト、小麦粉、澱粉、フェノール樹脂、ポリエチレンテレフタレート等を挙げることができる。これら添加剤は、目的に応じて１種以上を用いることができる。
【００３２】
次に、目封じ部を形成する原料、例えばコージェライト、コージェライト化原料、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、ムライト、アルミニウムチタネート及びリチウムアルミニウムシリケート等に、バインダー、分散媒等を加え、スラリー状の目封じ剤とし、これを所定の容器に入れる。そして、目封じするセル以外のセルを端面においてマスキングし、この端面を目封じ剤が入った容器に浸漬させることにより所定のセルの端部に目封じ剤を充填し、目封じすることができる。バインダー及び分散剤は、各々成形原料に好ましい例として挙げた物の中から選ぶことが好ましい。なお、この工程は、成形の後に行う必要があるが、成形の後であればどの時点で行ってもよく、例えば、後述する焼成の前又は後に行うことができる。
【００３３】
次に、セラミックス粒子、例えばコージェライト、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、ムライト、アルミニウムチタネート及びリチウムアルミニウムシリケート等の粉末を用意し、これを流体、好ましくは気体、例えば空気等によってハニカム成形体の一方の端面からセル内に送り込み、隔壁表面にセラミックス粒子を固着させる。
【００３４】
この工程は、成形後であればどの段階で行ってもよいが、目封じをした後に行うことが好ましい。目封じをした後に一方の端面から粉末をセル内に送り込むことにより、隔壁の二つの表面のうちいずれか一方の表面（被処理流体の流入面又は流出面のいずれか一方）にセラミックス粒子を固着させることができる。また、この操作を両方の端面について行うことにより、隔壁の両面にセラミックス粒子を固着させることができる。
【００３５】
この工程は、後述する焼成の前に行うことも好ましい。セラミックス粒子を隔壁表面に固着させた後に焼成することにより、より強固に固着させることができる。但し、焼成しなくても隔壁表面の粗大な開気孔中にセラミックス粒子を固着させることは可能である。また、一度焼成した後にセラミックス粒子をセル内に送り込み、更に焼成することもできる。あるいは、セラミックス粒子をセル内に送り込んだ後に、ハニカム構造体に触媒をコーティングすることにより、更にセラミックス粒子を強固に固着させることもできる。また、固着させるセラミックス粒子に、ハニカム成形体あるいはハニカム焼成体を切削等の加工をした際に生じる不要となったセラミックス粒子を再利用することによりコストダウンできる。
【００３６】
次に、ハニカム成形体を焼成する。焼成は、上述のような工程で形成されたハニカム成形体を、所定の焼成雰囲気で、所定温度まで昇温し、所定時間保持することにより行うことができる。焼成温度及び雰囲気は、用いる原料によって適宜変更することができ、当業者であれば、隔壁を形成する原料に最適の焼成温度及び雰囲気を選択することができる。例えばコージェライト化原料を用いる場合には、大気中で加熱脱脂した後、大気中で最高温度１４００℃〜１４５０℃程度の温度で焼成を行い、炭化珪素粉及び金属珪素粉を原料とした場合には、大気又はＮ2雰囲気中で加熱脱脂した後、Ａｒ雰囲気中で１５５０℃程度で焼成を行うことができる。焼成には、通常、単窯又はトンネル等の連続炉を用い、ここで脱脂・焼成を同時に行うことができる。
【００３７】
必要に応じて、ハニカム構造体の外周の少なくとも一部を加工除去してもよい。外周の少なくとも一部を加工除去した場合には、その部分にコート材を配設して外周壁を形成することが好ましい。このように外周を加工除去した後、外周壁を形成することにより、寸法精度及び強度により優れたハニカム構造体とすることができる。コート材は、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、セラミックス繊維及びセラミックス粒子の中の少なくとも１種を含むことが好ましい。また更に、コート材が、繊維を含むことが好ましい。繊維を用いることにより、形成される外周壁のクラックを防止できる。このような繊維は、セラミックス繊維であることが好ましい。コート材に含まれるセラミックス粒子は、上述の隔壁の材質として好適なセラミックスから選ばれるセラミックス粒子が好ましく、隔壁の材質と同じ種類のセラミックス粒子とすることが更に好ましい。これらの原料に、水等の液体成分を加えてスラリー状とし、これをコート材としてコートすることが好ましい。また、コート材をコートした後、加熱して乾燥することが、液体成分を早期に蒸発させて外周壁を形成することができるため好ましい。特に１５０℃以上の温度で乾燥することにより、外周壁の強度を高めることができる。
【００３８】
また、必要に応じて、ハニカム構造体の隔壁に触媒を担持させる場合、当業者が通常行う方法で担持させることができる。例えば触媒スラリーをウォッシュコートして乾燥、焼成することにより触媒を担持させることができる。
【実施例】
【００３９】
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。
【００４０】
上述した製造方法に基づき、コージェライト化原料を用いて、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す形状であって、直径１４４ｍｍ、長さ１５２ｍｍ、隔壁厚さ０．３ｍｍ、セル密度４６／ｃｍ2のコージェライト製ハニカム構造体を作製した。なお、隔壁表面に固着させるセラミックス粒子としてコージェライトを用い、目封じの後焼成の前に、これをエアーにより一方の端面からセル内に送り込むことにより隔壁表面に固着させた。セラミックス粒子の固着量は、０から隔壁の単位表面積１ｃｍ2当たり、２ｍｇまで変化させた。
【００４１】
（捕集効率の評価）
得られたハニカム構造体の中から、セラミックス粒子の固着量が０の従来のハニカム構造体（ハニカム構造体Ａ）及び固着量が単位表面積１ｃｍ2当たり、０．５ｍｇのハニカム構造体（ハニカム構造体Ｂ）を選び、これら二つのハニカム構造体を、排気量２０００ｃｃ、直列４気筒のコモンレール式直噴ディーゼルエンジンの排気系に搭載してＰＭの捕集を行った。なお捕集効率は、ハニカム構造体の上流側と下流側でそれぞれ排ガスの一部を吸引してろ紙を通過させ、ろ紙上に付着した排ガスのＰＭの質量から下式により求めた。
【００４２】
捕集効率（％）＝｛１−（ハニカム構造体の下流側におけるＰＭの質量）／（ハニカム構造体の上流におけるＰＭの質量）｝×１００
【００４３】
結果を図３に示す。図３に示すように、従来のハニカム構造体Ａに比較して、本発明のハニカム構造体Ｂは、ＰＭ捕集開始直後の捕集効率が著しく改善され、時間が経過し捕集量が増加しても、良好な捕集効率を示した。なお、図３において、途中で捕集効率が低下している時点は、捕集したＰＭを燃焼させハニカム構造体を再生した時点である。
【００４４】
（セラミックス粒子の固着量に対する捕集効率と圧力損失の関係の評価）
セラミックス粒子の固着量が、隔壁の単位表面積１ｃｍ2当たり、０ｍｇ〜２ｍｇまでのハニカム構造体を選び、これらを、排気量２０００ｃｃ、直列４気筒のコモンレール式直噴ディーゼルエンジンの排気系に搭載してＰＭの捕集を行い、セラミックス粒子の固着量に対する一定運転時間における捕集効率と圧力損失の関係を調べた。
【００４５】
結果を図４に示す。図４に示すように、セラミックス粒子の固着量が１ｃｍ2当たり、０ｍｇ〜０．００１ｍｇまでは捕集効率の上昇が見られず、セラミックス粒子の固着量が１ｃｍ2当たり、０．００１ｍｇ〜１ｍｇの範囲では比較的圧力損失の上昇が少なく、かつ捕集効率の上昇が見られた。しかし、セラミックス粒子の固着量が１ｃｍ2当たり、１ｍｇを超えると、捕集効率の上昇が見られず、圧力損失の上昇が大きくなる傾向が見られた。従って、この条件においては、固着量が、隔壁の単位表面積１ｃｍ2当たり、０．００１ｍｇ〜１ｍｇの範囲が好ましい範囲であることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上説明してきたように、本発明のハニカム構造体は、捕集効率に優れ、例えば排ガス浄化用フィルタ、水処理用フィルタ、分離膜用フィルタなどに使用することができる。特にＤＰＦ等、内燃機関の排ガスの含塵流体中に含まれる粒子状物質を捕集除去するフィルタとして用いられるハニカム構造体として好適に使用することができる。また、本発明のハニカム構造体の製造方法は、このようなハニカム構造体を好適に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１（ａ）は、本発明のハニカム構造体の一実施形態を示す模式的な斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すハニカム構造体の模式的な平行断面図である。図１（ｃ）は図１（ｂ）の模式的な一部拡大図である。
【図２】図２は、本発明のハニカム構造体の別の実施形態を示す模式的な斜視図である。
【図３】図３は、従来のハニカム構造体と本発明のハニカム構造体の捕集効率を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明に係るセラミックス粒子の固着量に対する捕集効率と圧力損失の関係を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）は、従来のハニカム構造体を示す模式的な斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すハニカム構造体の模式的な平行断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…ハニカム構造体、２…隔壁、３…セル、４…目封じ部、５…セラミックス粒子、７…外周壁、４２、４４…端面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば排ガス浄化用フィルタ、水処理用フィルタ、分離膜用フィルタなどに使用することができる、目封じ部を備えるハニカム構造体及びその製造方法に関する。詳しくは、圧力損失と捕集効率のバランスに優れたハニカム構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハニカム構造体を排ガス浄化用フィルタ等として用いる場合に、一般に図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、二つの端面４２、４４間を連通する複数のセル３を形成する多孔質の隔壁２と、セル３をいずれかの端面において目封じする目封じ部４とを備えるハニカム構造体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、粒子状物質等を捕捉する。
【０００３】
このようなハニカム構造体において、高捕集効率と低圧力損失の両立が求められている。特に、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質を除去するフィルタ（ＤＰＦ）等として用いる場合、燃費向上を目的とした低圧力損失の要求が大きいため、圧力損失を低くしても、捕集効率の低下の少ないハニカム構造体が求められている。
【０００４】
このような課題に答えるため、目封じ部を備えないストレートフロー型のハニカム構造体のセル隔壁に粗大粒子を含む耐熱性粒子を固着させるとともに、セル隔壁に触媒層を形成した排ガス浄化用触媒が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３２６１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、目封じ部を備える、いわゆるウォールフロー型のハニカム構造体において、圧力損失低減のために隔壁の気孔率を高くし、及び／又は平均気孔径を大きくしても捕集効率の低下を少なくすることができ、圧力損失と捕集効率のバランスに優れたハニカム構造体及びこのようなハニカム構造体を好適に製造することができる製造方法を提供することを特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、二つの端面間を連通する複数のセルを形成するように配置された多孔質の隔壁と、前記セルをいずれかの端面において目封じするように配置された目封じ部とを備えるハニカム構造体であって、前記隔壁表面に固着したセラミックス粒子を有するハニカム構造体を提供するものである。
【０００７】
本発明において、セラミックス粒子の平均粒子径が、隔壁の平均気孔径の１．５倍以上であって、２００μｍ以下であることが好ましく、１５０μｍ以下であることが更に好ましい。また、セラミックス粒子において、２０μｍ以下の粒子径のセラミックス粒子が、全体の１０質量％以下であることが好ましい。また、セラミックス粒子が、隔壁と同一の成分を含むことが好ましい。また、セラミックス粒子の固着量が、隔壁の単位表面積１ｃｍ2当たり、０．００１ｍｇ〜１ｍｇであることが好ましい。また、ハニカム構造体の中心軸から外周までの長さの１／２の範囲内の隔壁を特定隔壁とし、少なくとも特定隔壁の表面にセラミックス粒子が分布していることが好ましい。また、隔壁が、コージェライト、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、ムライト、アルミニウムチタネート及びリチウムアルミニウムシリケートからなる群より選ばれたいずれか１種を主結晶相とすることが好ましく、隔壁の気孔率が、５０％〜８０％であることが好ましく、隔壁の平均気孔径が、１５μｍ〜４０μｍであることが好ましい。また、セルの長手方向に直交する断面形状が、三角形、四角形、六角形、八角形及び円形のいずれか１以上の形状であることが好ましい。また、隔壁がろ過能を有し、内燃機関の排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集除去するフィルタとして用いられるハニカム構造体であることが好ましく、この場合セラミックス粒子が、隔壁の排ガス流入側表面のみに固着していることが更に好ましい。
【０００８】
本発明は、また、二つの端面間を連通する複数のセルを形成する隔壁を備えるハニカム成形体を成形する工程、所定のセルを端面において目封じする工程、セラミックス粒子をセル内に送り込む工程、及びハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を得る工程を含むハニカム構造体の製造方法を提供するものである。
【０００９】
本発明において、セラミックス粒子をセル内に送り込む工程が、ハニカム焼成体を得る工程の前に行われることも好ましく、ハニカム焼成体を得る工程の後に行われることも好ましい。また、ハニカム成形体又はハニカム焼成体の外周の少なくとも一部を加工除去する工程、及びハニカム成形体又はハニカム焼成体の外周にコート材を配設して外周壁を形成する工程を更に含むことが好ましい。また、セラミックス粒子をセル内に送り込む工程が、セラミックス粒子を、少なくとも一方の端面からセル内へ、気体により送り込む工程であることが好ましい。また、ハニカム成形体又はハニカム焼成体を加工した際に生じる粒子を前記セラミックス粒子として用いることも好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
隔壁表面にセラミックス粒子を固着させることにより、このセラミックス粒子が、隔壁表面の粗大な開気孔をある程度塞ぐことができ、気孔率や平均気孔径を大きくしても、捕集効率の低下を少なくすることができる。特に、運転初期又はハニカム構造体の再生時の捕集効率の低下を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の、ハニカム構造体及びその製造方法を具体的な実施形態に基づき詳細に説明するが、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、以下において、セルの長手方向（例えば、図１に示す軸方向）に直交する断面を直交断面、セルの長手方向に平行な断面を平行断面という。
【００１２】
図１（ａ）は、本発明のハニカム構造体の一実施形態を示す模式的な斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の模式的な平行断面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）の模式的な一部拡大図である。図１（ａ）〜（ｃ）に示すハニカム構造体１は、二つの端面４２、４４間を連通するセル３を形成するように配置された多孔質の隔壁２と、セル３をいずれかの端面において目封じするように配置された目封じ部４とを備える。
【００１３】
このハニカム構造体は、更に隔壁表面に固着したセラミックス粒子５を有する。このセラミックス粒子５を有することにより、隔壁２の表面の粗大な開気孔をある程度塞ぐことができ、捕集効率の低下を少なくすることができる。特に運転開始直後の捕集効率の低下を少なくすることができる。
【００１４】
また、ハニカム構造体をＤＰＦに用いた場合に、たまった粒子状物質（ＰＭ）を定期的に燃焼除去し、ハニカム構造体を再生する。この再生時にも捕集効率が低下するが、図１（ａ）〜（ｃ）に示すハニカム構造体１は再生時の捕集効率の低下も少なくすることができる。
【００１５】
従来のハニカム構造体において、隔壁に粗大な開気孔があると、ＰＭ等の捕捉すべき物質が粗大な開気孔を通って、隔壁を通り抜けてしまうが、運転時間の経過とともにＰＭ等の捕捉物がハニカム構造体内に堆積することにより、粗大な開気孔がある程度塞がり、捕集効率が向上するものと思われる。これに対して、図１（ａ）〜（ｃ）に示すハニカム構造体１は、セラミックス粒子５が当初から粗大な開気孔をある程度塞ぐため、運転開始直後や再生時の捕集効率の低下を少なくすることができるものと思われる。
【００１６】
セラミックス粒子５の粒子径に特に制限はないが、粒子径が大きすぎると隔壁表面に固着させることが難しくなり好ましくない。従って、セラミックス粒子５の平均粒子径は、２００μｍ以下であることが好ましく、１５０μｍ以下であることが更に好ましい。一方、粒子径が小さすぎると捕集効率に有効な開気孔まで塞いでしまい、圧力損失が上昇しすぎて好ましくない。従って、セラミックス粒子５の平均粒子径は、隔壁の平均気孔径の１．５倍以上であることが好ましく、１．８倍以上であることが更に好ましい。また、粒子径が２０μｍ以下のセラミックス粒子が、セラミックス粒子全体の１０質量％以下であることが好ましい。
【００１７】
セラミックス粒子５の材質に特に制限はないが、後述する焼成工程で隔壁表面に強固に固着させる場合には、セラミックス粒子５が隔壁２と同一の成分を含むことが好ましく、セラミックス粒子５と隔壁の材質が同一であることが更に好ましい。
【００１８】
セラミックス粒子５の固着量にも特に制限はないが、固着量が少なすぎると捕集効率低下を少なくする効果が小さくなりすぎ好ましくない。従って、セラミックス粒子５の固着量は隔壁の単位表面積１ｃｍ2当たり、０．００１ｍｇ以上であることが好ましい。一方、固着量が多すぎると圧力損失が上昇しすぎて好ましくない。従って、固着量は単位表面積１ｃｍ2当たり、１ｍｇ以下であることが好ましい。
【００１９】
セラミックス粒子５は、全ての隔壁の表面に固着している必要はないが、セラミックス粒子５が固着している隔壁２の範囲が小さすぎると捕集効率の低下を少なくする効果が小さくなりすぎ好ましくない。また、ハニカム構造体１を被処理流体が通過する際、ハニカム構造体１の径方向の中心部近傍の流速が大きくなり、外周部近傍の流速が遅くなる傾向がある。従って、流速の早い中心部近傍における捕集効率がより低下する傾向にあるため、中心部近傍の隔壁表面にセラミックス粒子５が固着していることが好ましい。
【００２０】
このことより、図２に示すように、ハニカム構造体１において、中心軸Ｘから外周までの長さｙの１／２の範囲、即ち図２において破線ｂで囲まれた範囲、にある隔壁を特定隔壁とし、少なくともこの特定隔壁の表面にセラミックス粒子が分布していることが好ましい。また、セラミックス粒子が分布している隔壁の表面は、隔壁の両表面であってもよいが、一方の表面であってもよい。隔壁の一方の表面にセラミックス粒子が固着し分布している場合には、粒子状物質を捕捉する排ガス流入側の面にセラミックス粒子が固着し分布することによって捕集効率の低下を抑制するという効果が顕著に表れるので、排ガス入口側の隔壁面のみ固着していても十分にその効果を表す。なお、セラミックス粒子が特定隔壁の表面にのみ分布している場合には、特定隔壁の排ガス流入側の面にのみセラミックス粒子が固着していることも好ましいが、特定隔壁の範囲を超えてセラミックス粒子が隔壁の一方の表面又は両方の表面に分布していることも好ましく、全ての隔壁の一方の表面又は両方の表面にセラミックス粒子が固着していることも好ましい。
【００２１】
本発明におけるハニカム構造体の形状に特に制限はない。ハニカム構造体の直交断面形状は、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。セル密度は、例えば６セル／平方インチ〜２０００セル／平方インチ（０．９セル／ｃｍ2〜３１１セル／ｃｍ2）、好ましくは５０セル／平方インチ〜１０００セル／平方インチ（７．８セル／ｃｍ2〜１５５セル／ｃｍ2）程度とすることができる。
【００２２】
また、隔壁の材質や厚さにも特に制限はない。隔壁の材質としては、セラミックスが好ましく、この中でも、コージェライト、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、ムライト、アルミニウムチタネート及びリチウムアルミニウムシリケートからなる群より選ばれたいずれか１種を主結晶相とするセラミックスが好ましい。なお、主結晶相とは、その部材（例えば、隔壁）を構成する結晶相の５０質量％以上、好ましくは７０質量％以上、更に好ましくは９０質量％以上を構成する相を意味する。
【００２３】
隔壁の厚さは、例えば３０μｍ〜２０００μｍ、好ましくは４０μｍ〜１０００μｍ、更に好ましくは５０μｍ〜７５０μｍ程度とすることができる。また、隔壁の気孔率にも特に制限はないが、気孔率が高くなると捕集効率が低下する傾向にあるため、気孔率の高いハニカム構造体において、本発明は特に効果的である。従って隔壁の気孔率が、５０％以上、更には５５％以上、特に６０％以上のハニカム構造体に本発明を適応することが好ましい。一方、気孔率が高すぎると、隔壁の強度が低下しすぎるため好ましくない。従って、隔壁の気孔率は、８０％以下、更に７５％以下、特に７０％以下であることが好ましい。
【００２４】
また、隔壁の平均気孔径にも特に制限はないが、平均気孔径が大きくなると捕集効率が低下する傾向にあるため、平均気孔径の大きいハニカム構造体において、本発明は特に効果的である。従って平均気孔径は、１５μｍ以上、更には２０μｍ以上、特に２５μｍ以上であることが好ましい。一方、平均気孔径が大きすぎると、捕集効率の低下が大きすぎ好ましくない。従って、平均気孔径は４０μｍ以下、更に３５μｍ以下、特に３０μｍ以下であることが好ましい。なお、本発明における気孔径は水銀ポロシメーターにより測定した値を意味する。
【００２５】
セルの直交断面形状にも特に制限はないが、三角形、四角形、六角形、八角形などの多角形又は円形とすることが好ましい。セルの直交断面形状は、１つのハニカム構造体において１種類である必要はなく、複数種の形状を含んでもよい。
【００２６】
本発明のハニカム構造体は、被処理流体の所定量が隔壁を通るように、いずれかの端面においてセルを目封じするように配置された目封じ部を備える。この目封じ部は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すハニカム構造体１における目封じ部４のように、セル３を端面４２、４４において、互い違いに目封じするように配置されることが好ましい。また、目封じ部４の材質にも特に制限はないが、セラミックスであることが好ましく、コージェライト、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、ムライト、アルミニウムチタネート及びリチウムアルミニウムシリケートからなる群より選ばれたいずれか１種を主結晶相とするセラミックスを含むことが好ましい。
【００２７】
図１（ａ）に示すハニカム構造体１は、更に外周壁７を備える。外周壁７は、隔壁２と一体的に形成されたものでもよく、あるいは外周にコート材を配設して形成されたものであってもよい。
【００２８】
また、ハニカム構造体が、触媒、例えば触媒能を有する金属等を担持していることも好ましい。例えば、ハニカム構造体をＤＰＦとして用いる場合には、ハニカム構造体内に捕捉されたＰＭ等を除去するために、これらを除去可能な触媒、例えばＰＭの酸化／燃焼を促進する能力を有する触媒を含むことが好ましい。この様な触媒の具体例としては、例えば、貴金属系のＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等、非金属系のペロブスカイト型触媒等が挙げられ、これらのうちの少なくとも１種をハニカム構造体の隔壁に担持させることが好ましい。
【００２９】
次に、図１（ａ）〜（ｃ）に示すハニカム構造体１を好適に製造することができる製造方法を具体例を基に説明する。
【００３０】
まず、隔壁を形成する原料、例えばコージェライト化原料、炭化珪素、金属珪素、窒化珪素、アルミナ、ムライト、アルミニウムチタネート及びリチウムアルミニウムシリケート等に、バインダーを添加し、更に、例えば水等の分散媒を添加して成形原料とし、これを混合及び混練して可塑性の坏土とする。この坏土を押出成形等の成形をすることにより、二つの端面間を連通する複数のセルを形成する隔壁を備えるハニカム成形体を得ることができる。
【００３１】
なお、バインダーとしては、例えば、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、グリセリン等を挙げることができる。また、成形原料には必要に応じて所望の添加剤を添加することができる。添加剤としては、バインダー、分散媒の他に、分散剤、造孔材等を挙げることができる。分散剤としては、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を挙げることができ、造孔剤としては、例えば、グラファイト、小麦粉、澱粉、フェノール樹脂、ポリエチレンテレフタレート等を挙げることができる。これら添加剤は、目的に応じて１種以上を用いることができる。
【００３２】
次に、目封じ部を形成する原料、例えばコージェライト、コージェライト化原料、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、ムライト、アルミニウムチタネート及びリチウムアルミニウムシリケート等に、バインダー、分散媒等を加え、スラリー状の目封じ剤とし、これを所定の容器に入れる。そして、目封じするセル以外のセルを端面においてマスキングし、この端面を目封じ剤が入った容器に浸漬させることにより所定のセルの端部に目封じ剤を充填し、目封じすることができる。バインダー及び分散剤は、各々成形原料に好ましい例として挙げた物の中から選ぶことが好ましい。なお、この工程は、成形の後に行う必要があるが、成形の後であればどの時点で行ってもよく、例えば、後述する焼成の前又は後に行うことができる。
【００３３】
次に、セラミックス粒子、例えばコージェライト、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、ムライト、アルミニウムチタネート及びリチウムアルミニウムシリケート等の粉末を用意し、これを流体、好ましくは気体、例えば空気等によってハニカム成形体の一方の端面からセル内に送り込み、隔壁表面にセラミックス粒子を固着させる。
【００３４】
この工程は、成形後であればどの段階で行ってもよいが、目封じをした後に行うことが好ましい。目封じをした後に一方の端面から粉末をセル内に送り込むことにより、隔壁の二つの表面のうちいずれか一方の表面（被処理流体の流入面又は流出面のいずれか一方）にセラミックス粒子を固着させることができる。また、この操作を両方の端面について行うことにより、隔壁の両面にセラミックス粒子を固着させることができる。
【００３５】
この工程は、後述する焼成の前に行うことも好ましい。セラミックス粒子を隔壁表面に固着させた後に焼成することにより、より強固に固着させることができる。但し、焼成しなくても隔壁表面の粗大な開気孔中にセラミックス粒子を固着させることは可能である。また、一度焼成した後にセラミックス粒子をセル内に送り込み、更に焼成することもできる。あるいは、セラミックス粒子をセル内に送り込んだ後に、ハニカム構造体に触媒をコーティングすることにより、更にセラミックス粒子を強固に固着させることもできる。また、固着させるセラミックス粒子に、ハニカム成形体あるいはハニカム焼成体を切削等の加工をした際に生じる不要となったセラミックス粒子を再利用することによりコストダウンできる。
【００３６】
次に、ハニカム成形体を焼成する。焼成は、上述のような工程で形成されたハニカム成形体を、所定の焼成雰囲気で、所定温度まで昇温し、所定時間保持することにより行うことができる。焼成温度及び雰囲気は、用いる原料によって適宜変更することができ、当業者であれば、隔壁を形成する原料に最適の焼成温度及び雰囲気を選択することができる。例えばコージェライト化原料を用いる場合には、大気中で加熱脱脂した後、大気中で最高温度１４００℃〜１４５０℃程度の温度で焼成を行い、炭化珪素粉及び金属珪素粉を原料とした場合には、大気又はＮ2雰囲気中で加熱脱脂した後、Ａｒ雰囲気中で１５５０℃程度で焼成を行うことができる。焼成には、通常、単窯又はトンネル等の連続炉を用い、ここで脱脂・焼成を同時に行うことができる。
【００３７】
必要に応じて、ハニカム構造体の外周の少なくとも一部を加工除去してもよい。外周の少なくとも一部を加工除去した場合には、その部分にコート材を配設して外周壁を形成することが好ましい。このように外周を加工除去した後、外周壁を形成することにより、寸法精度及び強度により優れたハニカム構造体とすることができる。コート材は、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、セラミックス繊維及びセラミックス粒子の中の少なくとも１種を含むことが好ましい。また更に、コート材が、繊維を含むことが好ましい。繊維を用いることにより、形成される外周壁のクラックを防止できる。このような繊維は、セラミックス繊維であることが好ましい。コート材に含まれるセラミックス粒子は、上述の隔壁の材質として好適なセラミックスから選ばれるセラミックス粒子が好ましく、隔壁の材質と同じ種類のセラミックス粒子とすることが更に好ましい。これらの原料に、水等の液体成分を加えてスラリー状とし、これをコート材としてコートすることが好ましい。また、コート材をコートした後、加熱して乾燥することが、液体成分を早期に蒸発させて外周壁を形成することができるため好ましい。特に１５０℃以上の温度で乾燥することにより、外周壁の強度を高めることができる。
【００３８】
また、必要に応じて、ハニカム構造体の隔壁に触媒を担持させる場合、当業者が通常行う方法で担持させることができる。例えば触媒スラリーをウォッシュコートして乾燥、焼成することにより触媒を担持させることができる。
【実施例】
【００３９】
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。
【００４０】
上述した製造方法に基づき、コージェライト化原料を用いて、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す形状であって、直径１４４ｍｍ、長さ１５２ｍｍ、隔壁厚さ０．３ｍｍ、セル密度４６／ｃｍ2のコージェライト製ハニカム構造体を作製した。なお、隔壁表面に固着させるセラミックス粒子としてコージェライトを用い、目封じの後焼成の前に、これをエアーにより一方の端面からセル内に送り込むことにより隔壁表面に固着させた。セラミックス粒子の固着量は、０から隔壁の単位表面積１ｃｍ2当たり、２ｍｇまで変化させた。
【００４１】
（捕集効率の評価）
得られたハニカム構造体の中から、セラミックス粒子の固着量が０の従来のハニカム構造体（ハニカム構造体Ａ）及び固着量が単位表面積１ｃｍ2当たり、０．５ｍｇのハニカム構造体（ハニカム構造体Ｂ）を選び、これら二つのハニカム構造体を、排気量２０００ｃｃ、直列４気筒のコモンレール式直噴ディーゼルエンジンの排気系に搭載してＰＭの捕集を行った。なお捕集効率は、ハニカム構造体の上流側と下流側でそれぞれ排ガスの一部を吸引してろ紙を通過させ、ろ紙上に付着した排ガスのＰＭの質量から下式により求めた。
【００４２】
捕集効率（％）＝｛１−（ハニカム構造体の下流側におけるＰＭの質量）／（ハニカム構造体の上流におけるＰＭの質量）｝×１００
【００４３】
結果を図３に示す。図３に示すように、従来のハニカム構造体Ａに比較して、本発明のハニカム構造体Ｂは、ＰＭ捕集開始直後の捕集効率が著しく改善され、時間が経過し捕集量が増加しても、良好な捕集効率を示した。なお、図３において、途中で捕集効率が低下している時点は、捕集したＰＭを燃焼させハニカム構造体を再生した時点である。
【００４４】
（セラミックス粒子の固着量に対する捕集効率と圧力損失の関係の評価）
セラミックス粒子の固着量が、隔壁の単位表面積１ｃｍ2当たり、０ｍｇ〜２ｍｇまでのハニカム構造体を選び、これらを、排気量２０００ｃｃ、直列４気筒のコモンレール式直噴ディーゼルエンジンの排気系に搭載してＰＭの捕集を行い、セラミックス粒子の固着量に対する一定運転時間における捕集効率と圧力損失の関係を調べた。
【００４５】
結果を図４に示す。図４に示すように、セラミックス粒子の固着量が１ｃｍ2当たり、０ｍｇ〜０．００１ｍｇまでは捕集効率の上昇が見られず、セラミックス粒子の固着量が１ｃｍ2当たり、０．００１ｍｇ〜１ｍｇの範囲では比較的圧力損失の上昇が少なく、かつ捕集効率の上昇が見られた。しかし、セラミックス粒子の固着量が１ｃｍ2当たり、１ｍｇを超えると、捕集効率の上昇が見られず、圧力損失の上昇が大きくなる傾向が見られた。従って、この条件においては、固着量が、隔壁の単位表面積１ｃｍ2当たり、０．００１ｍｇ〜１ｍｇの範囲が好ましい範囲であることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上説明してきたように、本発明のハニカム構造体は、捕集効率に優れ、例えば排ガス浄化用フィルタ、水処理用フィルタ、分離膜用フィルタなどに使用することができる。特にＤＰＦ等、内燃機関の排ガスの含塵流体中に含まれる粒子状物質を捕集除去するフィルタとして用いられるハニカム構造体として好適に使用することができる。また、本発明のハニカム構造体の製造方法は、このようなハニカム構造体を好適に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１（ａ）は、本発明のハニカム構造体の一実施形態を示す模式的な斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すハニカム構造体の模式的な平行断面図である。図１（ｃ）は図１（ｂ）の模式的な一部拡大図である。
【図２】図２は、本発明のハニカム構造体の別の実施形態を示す模式的な斜視図である。
【図３】図３は、従来のハニカム構造体と本発明のハニカム構造体の捕集効率を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明に係るセラミックス粒子の固着量に対する捕集効率と圧力損失の関係を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）は、従来のハニカム構造体を示す模式的な斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すハニカム構造体の模式的な平行断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…ハニカム構造体、２…隔壁、３…セル、４…目封じ部、５…セラミックス粒子、７…外周壁、４２、４４…端面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの端面間を連通する複数のセルを形成するように配置された多孔質の隔壁と、前記セルをいずれかの端面において目封じするように配置された目封じ部とを備えるハニカム構造体であって、前記隔壁表面に固着したセラミックス粒子を有するハニカム構造体。
【請求項２】
前記セラミックス粒子の平均粒子径が、前記隔壁の平均気孔径の１．５倍以上であって、２００μｍ以下である請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項３】
前記セラミックス粒子の平均粒子径が、１５０μｍ以下である請求項２に記載のハニカム構造体。
【請求項４】
前記セラミックス粒子において、２０μｍ以下の粒子径のセラミックス粒子が、全体の１０質量％以下である請求項２又は３に記載のハニカム構造体。
【請求項５】
前記セラミックス粒子が、前記隔壁と同一の成分を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項６】
前記セラミックス粒子の固着量が、前記ハニカム構造体の隔壁の単位表面積（１ｃｍ2）当たり、０．００１ｍｇ〜１ｍｇである請求項１〜５のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項７】
ハニカム構造体の中心軸から外周までの長さの１／２の範囲内の隔壁を特定隔壁とし、少なくとも特定隔壁の表面に前記セラミックス粒子が分布している請求項１〜６のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項８】
前記隔壁が、コージェライト、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、ムライト、アルミニウムチタネート及びリチウムアルミニウムシリケートからなる群より選ばれたいずれか１種を主結晶相とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項９】
前記隔壁の気孔率が、５０％〜８０％である請求項１〜８のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項１０】
前記隔壁の平均気孔径が、１５μｍ〜４０μｍである請求項１〜９のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項１１】
前記セルの長手方向に直交する断面形状が、三角形、四角形、六角形、八角形及び円形のいずれか１以上の形状である請求項１〜１０のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項１２】
前記隔壁が、ろ過能を有し、内燃機関の排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集除去するフィルタとして用いられる請求項１〜１１のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項１３】
前記セラミックス粒子が、前記隔壁の排ガス流入側表面のみに固着している請求項１２に記載のハニカム構造体。
【請求項１４】
二つの端面間を連通する複数のセルを形成する隔壁を備えるハニカム成形体を成形する工程、所定のセルを端面において目封じする工程、セラミックス粒子をセル内に送り込む工程、及びハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を得る工程を含むハニカム構造体の製造方法。
【請求項１５】
前記セラミックス粒子をセル内に送り込む工程が、前記ハニカム焼成体を得る工程の前に行われる請求項１４に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項１６】
前記セラミックス粒子をセル内に送り込む工程が、前記ハニカム焼成体を得る工程の後に行われる請求項１４に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項１７】
ハニカム成形体又はハニカム焼成体の外周の少なくとも一部を加工除去する工程、及びハニカム成形体又はハニカム焼成体の外周にコート材を配設して外周壁を形成する工程を更に含む請求項１４〜１６のいずれか１項に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項１８】
前記セラミックス粒子をセル内に送り込む工程が、セラミックス粒子を、少なくとも一方の端面からセル内へ気体により送り込む工程である請求項１４〜１７のいずれか１項に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項１９】
ハニカム成形体又はハニカム焼成体を加工した際に生じる粒子を前記セラミックス粒子として用いる請求項１４〜１８のいずれか１項に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項１】
二つの端面間を連通する複数のセルを形成するように配置された多孔質の隔壁と、前記セルをいずれかの端面において目封じするように配置された目封じ部とを備えるハニカム構造体であって、前記隔壁表面に固着したセラミックス粒子を有するハニカム構造体。
【請求項２】
前記セラミックス粒子の平均粒子径が、前記隔壁の平均気孔径の１．５倍以上であって、２００μｍ以下である請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項３】
前記セラミックス粒子の平均粒子径が、１５０μｍ以下である請求項２に記載のハニカム構造体。
【請求項４】
前記セラミックス粒子において、２０μｍ以下の粒子径のセラミックス粒子が、全体の１０質量％以下である請求項２又は３に記載のハニカム構造体。
【請求項５】
前記セラミックス粒子が、前記隔壁と同一の成分を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項６】
前記セラミックス粒子の固着量が、前記ハニカム構造体の隔壁の単位表面積（１ｃｍ2）当たり、０．００１ｍｇ〜１ｍｇである請求項１〜５のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項７】
ハニカム構造体の中心軸から外周までの長さの１／２の範囲内の隔壁を特定隔壁とし、少なくとも特定隔壁の表面に前記セラミックス粒子が分布している請求項１〜６のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項８】
前記隔壁が、コージェライト、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、ムライト、アルミニウムチタネート及びリチウムアルミニウムシリケートからなる群より選ばれたいずれか１種を主結晶相とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項９】
前記隔壁の気孔率が、５０％〜８０％である請求項１〜８のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項１０】
前記隔壁の平均気孔径が、１５μｍ〜４０μｍである請求項１〜９のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項１１】
前記セルの長手方向に直交する断面形状が、三角形、四角形、六角形、八角形及び円形のいずれか１以上の形状である請求項１〜１０のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項１２】
前記隔壁が、ろ過能を有し、内燃機関の排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集除去するフィルタとして用いられる請求項１〜１１のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項１３】
前記セラミックス粒子が、前記隔壁の排ガス流入側表面のみに固着している請求項１２に記載のハニカム構造体。
【請求項１４】
二つの端面間を連通する複数のセルを形成する隔壁を備えるハニカム成形体を成形する工程、所定のセルを端面において目封じする工程、セラミックス粒子をセル内に送り込む工程、及びハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を得る工程を含むハニカム構造体の製造方法。
【請求項１５】
前記セラミックス粒子をセル内に送り込む工程が、前記ハニカム焼成体を得る工程の前に行われる請求項１４に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項１６】
前記セラミックス粒子をセル内に送り込む工程が、前記ハニカム焼成体を得る工程の後に行われる請求項１４に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項１７】
ハニカム成形体又はハニカム焼成体の外周の少なくとも一部を加工除去する工程、及びハニカム成形体又はハニカム焼成体の外周にコート材を配設して外周壁を形成する工程を更に含む請求項１４〜１６のいずれか１項に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項１８】
前記セラミックス粒子をセル内に送り込む工程が、セラミックス粒子を、少なくとも一方の端面からセル内へ気体により送り込む工程である請求項１４〜１７のいずれか１項に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項１９】
ハニカム成形体又はハニカム焼成体を加工した際に生じる粒子を前記セラミックス粒子として用いる請求項１４〜１８のいずれか１項に記載のハニカム構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−６８５（Ｐ２００６−６８５Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１７６４３０（Ｐ２００４−１７６４３０）
【出願日】平成１６年６月１５日（２００４．６．１５）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１５日（２００４．６．１５）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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