ハニカム構造体
【課題】再生効率および耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体を提供すること。
【解決手段】本発明のハニカム構造体１は、多孔質セラミックスよりなり、軸方向にのびる多数のセル２０をもち、セル２０にガスが流れるハニカム構造体１であって、軸方向の一方の端部の単位体積あたりの熱容量が他方の端部の単位体積あたりの熱容量よりも小さいことを特徴とする。
【解決手段】本発明のハニカム構造体１は、多孔質セラミックスよりなり、軸方向にのびる多数のセル２０をもち、セル２０にガスが流れるハニカム構造体１であって、軸方向の一方の端部の単位体積あたりの熱容量が他方の端部の単位体積あたりの熱容量よりも小さいことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体に関し、詳しくは、粒子状物質（ＰＭ）の燃焼性が良く、再生時に損傷を生じにくく、かつ耐久性に優れたフィルタを提供することができるハニカム構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、ボイラー、化学反応機器、燃料電池用改質器等の触媒作用を利用する触媒用担体、排ガス中のスス等の粒子状物質（特にディーゼルエンジンからの排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ））の捕集フィルタ（以下、ＤＰＦという）等には、セラミックス製のハニカム構造体が用いられている。
【０００３】
セラミックス製のハニカム構造体は、一般に、多孔質のセラミックスよりなり、流体の流路となる複数のセルを隔壁で区画する隔壁部と、端面が市松模様状を呈するように隣接するセルが互いに反対側となる端部を封止するセラミックスよりなる封止部と、を有している。
【０００４】
セラミックス製のハニカム構造体よりなるＤＰＦは、隔壁部のセルを区画する隔壁を排気ガスが通過するウォールフロー型の触媒として用いられている。ウォールフロー型の触媒は、セル壁に形成された連続した細孔を排気ガスが通過し、細孔を通過できない排気ガス中のＰＭを捕集する。
【０００５】
ＤＰＦは、捕集したＰＭが堆積したままでは目詰まりを起こすため、捕集したＰＭを除去する必要がある。捕集したＰＭを除去する方法のひとつに燃焼等によりＰＭを分解・除去する方法がある。また、ＤＰＦに触媒活性を発揮する触媒金属を担持し、この触媒金属でＰＭを分解する方法もある。
【０００６】
燃焼によりＰＭを除去するときには、ハニカム構造体が加熱・昇温される。このため、ハニカム構造体には、昇温のしやすさが求められている。捕集したＰＭを燃焼しやすくするために、ハニカム構造体の熱容量を小さくする方法がある。しかし、ハニカム構造体の熱容量を小さくすると、ハニカム構造体に割れを生じたり、ハニカム構造体自身が変質を生じるという問題が発生していた。これらの問題は、ＰＭの燃焼のためにハニカム構造体自身が高温に晒されたり、ＰＭの燃焼の燃焼熱により、ハニカム構造体の温度が過剰に上昇することにより発生していた。特にハニカム構造体の熱容量が小さくなるほど、ハニカム構造体の温度が過剰に上昇していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、フィルタとして使用したときにＰＭの燃焼性や再生効率に優れ、かつ耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明者らはセラミックス製のハニカム構造体について検討を重ねた結果本発明をなすに至った。
【０００９】
すなわち、本発明のハニカム構造体は、多孔質セラミックスよりなり、軸方向にのびる多数のセルをもち、セルをガスが流れるハニカム構造体であって、軸方向の一方の端部の単位体積あたりの熱容量が他方の端部の単位体積あたりの熱容量よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のハニカム構造体は、その両端の単位体積あたりの熱容量が異なるように形成されている。つまり、単位体積あたりの熱容量が小さな端部は昇温しやすく、単位体積あたりの熱容量が大きな端部は耐熱衝撃性に優れた構成となっている。この結果、本発明のハニカム構造体は、ＰＭの燃焼性や再生効率とともに耐久性に優れたフィルタ触媒を得られるハニカム構造体となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のハニカム構造体は、多孔質セラミックスよりなり、軸方向にのびる多数のセルをもち、セルをガスが流れるハニカム構造体である。ここで、セルを流れるガスは、全体としてセルののびる方向であるハニカム構造体の軸方向に沿って流れる。つまり、ハニカム構造体の軸方向の両端部を結ぶ方向に沿ってガスが流れる。また、セルを流れるガスは、その種類が特に限定されるものではない。
【００１２】
そして、本発明のハニカム構造体は、軸方向の一方の端部の単位体積あたりの熱容量が他方の端部の単位体積あたりの熱容量よりも小さい。ここで、ハニカム構造体の単位体積とは、見かけの体積での単位体積である。本発明のハニカム構造体は、軸方向の両端部で熱容量が異なるように形成されている。軸方向の両端部の熱容量が異なるときに、熱容量の小さな端部は熱容量の大きな他方の端部よりも素早く昇温する。つまり、本発明のハニカム構造体は、両端部の熱容量が異なることから、それぞれの端部において昇温のしやすさが異なっている。
【００１３】
また、本発明のハニカム構造体において、熱容量の大きな他方の端部は、一方の端部よりも大きな熱量が付与されても損傷を生じにくくなっている。
【００１４】
一般的に、ハニカム構造体は、セルののびる方向である軸方向にのびた略柱状を有している。そして、略柱状のハニカム構造体は、断面形状が軸方向の位置によらずに一定に形成されている。このため、ハニカム構造体の単位体積は、軸方向の長さで取り扱うことができる。つまり、本発明のハニカム構造体は、一方の端部から所定の長さの範囲内にある部分の熱容量が、他方の端部から所定の長さの範囲内にある部分の熱容量よりも小さい。
【００１５】
本発明のハニカム構造体は、両端部の熱容量に差があるハニカム構造体であり、熱容量の大きな他方の端部がより高温となる状態（高温に晒される状態）で使用することができる。たとえば、多孔質セラミックスの細孔でＰＭを捕集するフィルタ触媒では、フィルタ触媒の再生時に捕集したＰＭを燃焼しており、ＰＭの捕集量の大きな部分が他方の端部側に位置することが好ましい。すなわち、本発明のハニカム構造体は、一方の端部が、ガスの流れ方向の上流側に位置することが好ましい。
【００１６】
フィルタ触媒は排ガス中のＰＭを捕捉するものであり、セルを流れるガス（排ガス）の流れ方向の下流側により多くのＰＭが堆積する。そして、ＰＭを捕捉したフィルタ触媒は、捕捉したＰＭにより通気性が低下する（圧損が大きくなる）。このため、フィルタ触媒では、フィルタ触媒を加熱する再生処理が行われている。フィルタ触媒を加熱すると、ＰＭが熱分解（燃焼）され、熱（分解熱）を発生する。そして、排ガス流の下流側には多くのＰＭが堆積しており、再生時にはこの部分で多量の熱が発生する。つまり、下流側は上流側よりも温度が上昇する。下流に位置する他方の端部の熱容量が上流側の端部よりも大きくなっており、下流側で温度が上昇しにくくなっている。この結果、下流側で多くのＰＭが燃焼しても、大きな熱容量によりハニカム構造体が損傷を生じにくくなっている。
【００１７】
さらに、上流側の端部が熱容量が小さくなっていることで、フィルタ触媒として使用しているときに排ガスにより加熱されやすく（昇温しやすく）なっている。つまり、フィルタ触媒として使用したときに、直ちにＰＭその他の成分を分解可能な温度まで上昇する。特に、触媒を組み合わせた構成では触媒活性温度まですぐに温度が上昇することとなり、排ガスの浄化性能が向上する。
【００１８】
本発明のハニカム構造体において、一方の端部の単位体積あたりの熱容量と他方の端部の単位体積あたりの熱容量の二つの熱容量の差（比）は特に限定されるものではないが、他方の端部の熱容量は一方の端部の熱容量の１２５％以上であることが好ましい。より好ましくは、１５０％以上である。
【００１９】
本発明のハニカム構造体は、多数のセルの一方の端部または他方の端部がセラミックスよりなる封止材で、市松模様をなす状態で封止されていることが好ましい。ここで、市松模様は、一方および他方の端部の端面での模様である。セルの一方の端部または他方の端部が封止材で封止されることで、ウォールフロー型のハニカム構造体を形成できる。封止材を構成するセラミックスは、その材質が特に限定されるものではなく、ハニカム構造体を構成する多孔質のセラミックスと同じ材質であっても、異なる材質であっても、いずれでもよい。より好ましくは、多孔質のセラミックスを主成分としてなるセラミックスである。
【００２０】
本発明のハニカム構造体において、セルの形状（断面形状）は、特に限定されるものではなく、従来公知の断面形状とすることができる。従来公知のセル形状のうち、正方形状であることがより好ましい。
【００２１】
本発明のハニカム構造体を形成する多孔質セラミックスは、その材質が特に限定されるものではなく、従来公知の多孔質セラミックスを用いることができる。多孔質セラミックスは、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、コーディエライトより選ばれる一種を主成分とすることが好ましい。これらのセラミックスのうち、チタン酸アルミニウムを主成分とするセラミックスよりなることがより好ましい。チタン酸アルミニウムよりなるセラミックスは、その内部にマイクロクラックをもつ。そして、このマイクロクラックをもつことで、ハニカム構造体が熱膨張を生じても、このマイクロクラックの開口が開閉することで熱膨張により生じる応力を緩和し、形状変化や損傷が生じなくなる。
【００２２】
また、本発明のハニカム構造体は、軸方向の両端部で熱容量が異なるように形成されており、少なくとも二つの熱容量をもつ。そして、軸方向の両端部の間に位置する部分の単位体積あたりの熱容量は、特に限定されるものではない。つまり、一方の端部および他方の端部の熱容量よりも大きくても、小さくても、一方の端部の熱容量よりも大きくかつ他方の端部の熱容量よりも小さくても、いずれでもよい。一方の端部の熱容量よりも大きく、かつ他方の端部の熱容量よりも小さいことが好ましい。ハニカム構造体は、一方の端部から他方の端部にかけて単位体積あたりの熱容量が徐々に変化することがさらに好ましい。
【００２３】
本発明のハニカム構造体において、単位体積あたりの熱容量を変化させる方法は、特に限定されるものではない。たとえば、ハニカム構造体においてセルを区画するセル壁の厚さを厚くする方法、他方の端部側のセル内壁面に多孔質のセラミックスを付着する方法、セルを区画するセル壁の他方の端部側の気孔率を小さくする方法、封止材の軸方向長さを変化する方法、封止材の材質を変更する方法、セルを区画するセル壁の材質を軸方向で異なる材質に変更する方法、これらの方法を組み合わせた方法をあげることができる。
【００２４】
セルを区画するセル壁の厚さを厚くすると、その部分のセル壁を構成する多孔質セラミックス量（および細孔以外のセラミックス量）が増加する。セラミックスは細孔内の空気などよりも大きな熱容量をもつため、多孔質セラミックス量（セラミックス量）が多くなると、その部分の熱容量が大きくなる。この結果、ハニカム構造体の単位体積あたりの熱容量が部分的に大きくなる。
【００２５】
他方の端部側のセル内壁面に多孔質のセラミックスを付着すると、部分的にセル壁の厚さが厚くなる。そして、セル壁を構成する多孔質セラミックス量（セラミックス量）が増加する。セラミックスは大きな熱容量をもつことから、多孔質のセラミックスが付着した部分の熱容量が増加する。ここで、セル内壁面に付着するセラミックスが多孔質のセラミックスであることから、ハニカム構造体としての通気性が確保される。セル内壁面に付着する多孔質のセラミックスは、その材質や気孔率などは限定されるものではない。たとえば、セルを区画するセル壁を構成する多孔質セラミックスと同じセラミックスや、セルを封止する封止材を構成するセラミックスと同じセラミックスなどのセラミックスをあげることができる。
【００２６】
セルを区画するセル壁の他方の端部側の気孔率を小さくすると、セル壁を構成するセラミックス量が増加する。セラミックスは、大きな熱容量をもつことから、セル壁の密度が大きくなると、その部分の熱容量が増加する。
【００２７】
軸方向の両端のうち一方に位置する封止材の軸方向の長さを変化して、他方の端部側に位置する封止材の軸方向長さを一方の端部側の封止材の長さよりも長くすると、封止材の分だけ他方の端部側のセラミックス量が増加する。セラミックスは、大きな熱容量をもつことから、封止材の増加量に対応して熱容量が増加する。この結果、ハニカム構造体の他方の端部側の単位体積あたりの熱容量が増加する。
【００２８】
軸方向の両端のうち一方に位置する封止材の材質を変更して、他方の端部側に位置する封止材の材質を比熱の大きな材質に変更すると、他方の端部側に位置する封止材の熱容量が増加する。この結果、ハニカム構造体の他方の端部側の単位体積あたりの熱容量が増加する。
【００２９】
セルを区画するセル壁の材質を軸方向で異なる材質に変更すると、比熱が材質により異なるため、軸方向での位置により熱容量が変化することとなる。セル壁の軸方向の他方の端部側の材質を一方よりも比熱の大きな材質に変更すると、他方の端部側に位置するセル壁の熱容量が増加する。この結果、ハニカム構造体の他方の端部側の単位体積あたりの熱容量が増加する。
【００３０】
本発明のハニカム構造体は、従来公知のハニカム構造体のように、複数部の分体を接合材で接合した構成としてもよい。このような構成は、分体ごとにその特性を変化させることができ、ハニカム構造体全体に所望の性能を付与できる。ハニカム構造体が複数部の分体よりなるときに、それぞれの分体の材質は同じであっても異なっていてもいずれでもよい。すなわち、ハニカム構造体は、複数のセラミックス分体が接着剤層を介して接合されてなることが好ましい。
【００３１】
セラミックス分体を接合する接合材についても、従来公知の接合材を用いることができる。この接合材としては、例えば、ＳｉＣ系接合材を用いることができる。セラミックス分体を接合材で接合したときにセラミックス分体の間に形成される接合材層は、０．５〜５．０ｍｍの厚さで形成することが好ましい。
【００３２】
ここで、本発明のハニカム構造体が複数部の分体が接合されてなるときに、ハニカム構造体の隔壁の厚さ方向における接合材層の厚さが非常に小さい場合には、接合材層の影響を無視してもよい。
【００３３】
さらに、ハニカム構造体が複数のセラミックス分体が接着剤層を介して接合されてなるときに、それぞれのセラミックス分体に形成されたセルの大きさ（セル形状）は、同じであっても、異なっていても、いずれでもよい。それぞれのセラミックス分体のセルの大きさ（セル形状）は、同じであることが好ましい。
【００３４】
本発明のハニカム構造体は、周方向の外周面上に、０．５ｍｍ以上の厚さの外周材層を有することが好ましい。外周材層をもつことで、ハニカム構造体をＤＰＦなどに使用したときに生じる形状変化が抑えられる。具体的には、ハニカム構造体をＤＰＦなどの用途に使用したときに、ハニカム構造体は高熱にさらされる。そして、ハニカム構造体は、熱膨張を生じる。外周材層をもつことでこの熱膨張を抑えることができる。外周材層を構成する材質は、従来公知の材質を用いることができる。たとえば、ＳｉＣ、シリカ系化合物、チタン酸アルミニウムなどのアルミナ系化合物などを用いることができる。
【００３５】
また、外周材層は、ハニカム構造体の形状により異なるため、その厚さが一概に決定できるものではないが、たとえば、０．５ｍｍ以上の厚さで形成することが好ましい。さらに好ましくは、０．５〜５．０ｍｍである。
【００３６】
本発明のハニカム構造体は、ＤＰＦに用いることが好ましい。本発明のハニカム構造体は、セルを区画する隔壁を排気ガス（ガス）が通過するウォールフロー型のフィルタ触媒として用いることができ、このようなフィルタ触媒のうち特に、ＤＰＦとして用いることが好ましい。
【００３７】
本発明のハニカム構造体をＤＰＦとして用いるときに、少なくとも隔壁部の細孔表面に、アルミナ等よりなる多孔質酸化物、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ等の触媒金属の少なくともひとつを担持したことが好ましい。これらの物質を担持したことで、ＤＰＦとしてパティキュレートなどの浄化性能が向上する。
【００３８】
本発明のハニカム構造体は、その外周形状が特に限定されるものではなく、従来公知の形状とすることができる。好ましくは、断面が一定の柱状であり、たとえば、断面が真円や楕円の略円柱状、断面が方形や多角形の角柱状とすることができ、好ましくは円柱形状である。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００４０】
本発明の実施例として、ＤＰＦ用ハニカム構造体を製造した。
【００４１】
（実施例１）
本実施例のハニカム構造体は、多孔質のセラミックスよりなるハニカム体２と、ハニカム体の外周に配置された外周材層４と、からなり、円柱状の外周形状をなしたハニカム構造体１である。本実施例のハニカム構造体を、図１〜２に示した。図１には本実施例のハニカム構造体の端面を、図２には軸方向での断面を示した。
【００４２】
ハニカム体２は、多孔質のＳｉＣセラミックスよりなり、軸方向にのびる多数のセル２０がセル壁２１に区画されるとともに略円柱状の外周形状を有している。多数のセル２０は、正方形状の断面形状をなすように区画されている。ハニカム体２は、多孔質セラミックスの細孔分布が均一となるように形成されている。
【００４３】
セル壁２１は、一方の端部から軸方向の長さの中央部までは０．３ｍｍの厚さで、中央部から他方の端部までは０．４ｍｍの厚さで形成されている。つまり、セル壁２１は、他方の端部側の厚さが一方の端部側の厚さの１３３％となっている。セル壁２１の厚さが変化しても、ハニカム体２の軸方向に垂直な断面における各セル２０の形状は同じ形状であった。つまり、セル壁２１の厚さが変化しても、セル壁２１の厚みの中心は軸方向にのびている。
【００４４】
ハニカム体２の多数のセル２０には、隣接するセル同士で異なる端部側に、セル２０を封止する封止材３が配置されている。つまり、ハニカム構造体１は、端面が市松模様をなすように封止材３がセル２０を封止している。ハニカム体２の多数のセル２０を封止する封止材３は、セル２０内で同じ長さとなるように配置されている。
【００４５】
外周材層４は、ハニカム体２の外周面に均一な厚さで形成されたＳｉＣセラミックス層である。
【００４６】
本実施例のハニカム構造体１は、一方の端部から所定の長さの部分の熱容量が他方の端部から所定の長さの部分の熱容量よりも小さくなっている。つまり、一方の端部側は他方の端部側よりも熱容量が小さくなっている。具体的には、ハニカム体２のセル壁２１の厚さが一方の端部側と他方の端部側とで異なっており、この厚さの差により一方の端部側と他方の端部側とで熱容量に差が生じている。そして、セルの長さ方向における封止材３の長さは、一方の端部と他方の端部とで同じ長さであり、一方の端部を封止する封止材３と他方の端部を封止する封止材３は同じ熱容量をもつ。また、外周材層４は均一な厚さで形成されており、一方の端部側と他方の端部側では同じ熱容量をもつ。つまり、本実施例のハニカム構造体１においては、ハニカム体２以外の部材は、一方の端部側と他方の端部側とでの熱容量が同じである。この結果、本実施例のハニカム構造体１は、ハニカム体２のセル壁２１の厚さを変化させることにより一方の端部側と他方の端部側とで異なる熱容量をもつ構成となった。
【００４７】
本実施例のハニカム構造体１は、ＤＰＦ用ハニカム構造体であり、ＤＰＦに用いることができる。ハニカム構造体１をＤＰＦとして使用するときには、一方の端部側を排ガス流の上流側に、他方の端部側を下流側に位置した状態で組み付けることが好ましい。
【００４８】
ＤＰＦは、排ガスの流れ方向の下流側により多くの粒子状物質（ＰＭ）が堆積する。ＤＰＦを再生するためにハニカム構造体１を加熱すると、ＰＭが熱分解（燃焼）され、熱（分解熱）を発生する。排ガス流の下流側には多くのＰＭが堆積しており、再生時には多量の熱を発する。このため、下流側は上流側よりも温度が上昇する。そして、本実施例のハニカム構造体１は、他方の端部側の所定の長さでの熱容量が同様な上流側の端部よりも大きくなっており、温度が上昇しにくくなっている。この結果、下流側で多くのＰＭが燃焼しても、大きな熱容量によりハニカム構造体１が損傷を生じにくくなっている。つまり、耐久性に優れたＤＰＦとなっていることがわかる。
【００４９】
さらに、このＤＰＦは、上流側に位置した一方の端部側の熱容量が下流側よりも小さいことで、上流側が排ガス流により加熱されやすくなっている。この結果、ＤＰＦが触媒金属を担持した場合に、ＤＰＦがすぐに触媒金属の活性温度まで上昇し、ＰＭを効率よく分解できる。つまり、再生効率にも優れたＤＰＦとなっている。
【００５０】
（実施例２）
本実施例のハニカム構造体は、多孔質のセラミックスよりなるハニカム体２と、ハニカム体の外周に配置された外周材層４と、からなり、円柱状の外周形状をなしたハニカム構造体１である。本実施例のハニカム構造体を、図３に示した。図３には本実施例のハニカム構造体の軸方向での断面を示した。
【００５１】
ハニカム体２は、多孔質のＳｉＣセラミックスよりなり、軸方向にのびる多数のセル２０がセル壁２１に区画されるとともに略円柱状の外周形状を有している。多数のセル２０は、正方形状の断面形状をなすように区画されている。ハニカム体２は、多孔質セラミックスの細孔分布が均一となるように形成されている。
【００５２】
一方の端部が封止されていないセル２０を区画するセル壁２１の内壁面には、軸方向の長さの中央部から他方の端部までは、多孔質のセラミックス２２が付着している。多孔質のセラミックス２２は、中央部から他方の端部に進むに連れて塗布厚さが厚くなるように付着している。多孔質のセラミックス２２は、セル壁２１を構成するセラミックスと同様なセラミックスよりなる。
【００５３】
ハニカム体２の多数のセル２０には、隣接するセル同士で異なる端部側に、セル２０を封止する封止材３が配置されている。つまり、ハニカム構造体１は、端面が市松模様をなすように封止材３がセル２０を封止している。ハニカム体２の多数のセル２０を封止する封止材３は、セル２０内で同じ長さとなるように配置されている。
【００５４】
外周材層４は、ハニカム体２の外周面に均一な厚さで形成されたＳｉＣセラミックス層である。
【００５５】
本実施例のハニカム構造体１は、実施例１と同様に、一方の端部から所定の長さの部分の熱容量が他方の端部から所定の長さの部分の熱容量よりも小さくなっている。このため、ＤＰＦとして用いたときに、実施例１の場合と同様な効果を発揮する。
【００５６】
さらに、本実施例のハニカム構造体１は、多孔質のセラミックス２２によるセル壁２１の厚さの変化がなめらかとなっており（セル２０の径が急激に変化しない構成となっており）、一方の端部からセル２０内に流入した排ガスがセル２０の径の変化による排ガス流の流れの乱れが生じなくなっている。つまり、ＤＰＦとして使用したときに、大きな圧損が生じなくなっている。
【００５７】
（実施例３）
本実施例のハニカム構造体は、多孔質のセラミックスよりなるハニカム体２と、ハニカム体の外周に配置された外周材層４と、からなり、円柱状の外周形状をなしたハニカム構造体１である。本実施例のハニカム構造体を、図４に示した。図４には本実施例のハニカム構造体の軸方向での断面を示した。
【００５８】
ハニカム体２は、多孔質のＳｉＣセラミックスよりなり、軸方向にのびる多数のセル２０がセル壁２１に区画されるとともに略円柱状の外周形状を有している。多数のセル２０は、正方形状の断面形状をなすように区画されている。セル２０を区画するセル壁２１の厚さが軸方向で均一となるように形成されている。
【００５９】
セル壁２１は、一方の端部から軸方向の長さの中央部までは５８％の気孔率で、中央部から他方の端部までは５０％の気孔率で形成されている。つまり、セル壁２１は、他方の端部側が一方の端部側よりも高い密度で形成されている。なお、セル壁２１の気孔率は、図４に示したように多孔質のセラミックスの細孔の分布を変化させることで調節された。すなわち、セル壁２１は、平均細孔径が２０μｍの細孔を、一方の端部側が他方の端部側よりも多量に有した構成となっている。
【００６０】
ハニカム体２の多数のセル２０には、隣接するセル同士で異なる端部側に、セル２０を封止する封止材３が配置されている。つまり、ハニカム構造体１は、端面が市松模様をなすように封止材３がセル２０を封止している。ハニカム体２の多数のセル２０を封止する封止材３は、セル２０内で同じ長さとなるように配置されている。
【００６１】
外周材層４は、ハニカム体２の外周面に均一な厚さで形成されたＳｉＣセラミックス層である。
【００６２】
本実施例のハニカム構造体１は、実施例１と同様に、一方の端部から所定の長さでの熱容量が他方の端部から所定の長さでの熱容量よりも小さくなっている。このため、ＤＰＦとして用いたときに、実施例１の場合と同様な効果を発揮する。
【００６３】
（変形形態）
実施例３においてはセル壁２１の気孔率の調節を細孔分布の数を変化させて行っていたが、本変形形態のようにセル壁２１中の細孔の細孔径を変化することで調節してもよい。
【００６４】
すなわち、図５に示したように、一方の端部側には平均細孔径が２０μｍの細孔を、他方の端部側には平均細孔径が１１μｍの細孔を、セル壁２１が備えた構成としてもよい。
【００６５】
（実施例４）
本実施例のハニカム構造体は、多孔質のセラミックスよりなるハニカム体２と、ハニカム体の外周に配置された外周材層４と、からなり、円柱状の外周形状をなしたハニカム構造体１である。本実施例のハニカム構造体を、図６に示した。図６には本実施例のハニカム構造体の軸方向での断面を示した。
【００６６】
ハニカム体２は、多孔質のＳｉＣセラミックスよりなり、軸方向にのびる多数のセル２０がセル壁２１に区画されるとともに略円柱状の外周形状を有している。多数のセル２０は、正方形状の断面形状をなすように区画されている。セル２０を区画するセル壁２１の厚さが軸方向で均一となるように形成されている。ハニカム体２は、多孔質セラミックスの細孔分布が均一となるように形成されている。
【００６７】
ハニカム体２の多数のセル２０には、隣接するセル同士で異なる端部側に、セル２０を封止する封止材３が配置されている。つまり、ハニカム構造体１は、端面が市松模様をなすように封止材３がセル２０を封止している。
【００６８】
封止材３は、セル２０の一方の端部を封止する封止材３０と、セル２０の他方の端部を封止する封止材３１と、からなり、封止材３０の軸方向の長さは１０ｍｍであり、封止材３１の軸方向の長さは２０ｍｍであった。つまり、封止材３１は、軸方向の長さが封止材３０の２００％である。
【００６９】
外周材層４は、ハニカム体２の外周面に均一な厚さで形成されたＳｉＣセラミックス層である。
【００７０】
本実施例のハニカム構造体１は、実施例１と同様に、一方の端部から所定の長さでの熱容量が他方の端部から所定の長さでの熱容量よりも小さくなっている。このため、ＤＰＦとして用いたときに、実施例１の場合と同様な効果を発揮する。
【００７１】
（実施例５）
本実施例のハニカム構造体は、多孔質のセラミックスよりなるハニカム体２と、ハニカム体の外周に配置された外周材層４と、からなり、円柱状の外周形状をなしたハニカム構造体１である。
【００７２】
ハニカム体２は、軸方向にのびる多数のセル２０がセル壁２１に区画されるとともに略円柱状の外周形状を有している。多数のセル２０は、正方形状の断面形状をなすように区画されている。セル２０を区画するセル壁２１の厚さが軸方向で均一となるように形成されている。ハニカム体２は、多孔質セラミックスの細孔分布が均一となるように形成されている。
【００７３】
ハニカム体２の多数のセル２０には、隣接するセル同士で異なる端部側に、セル２０を封止する封止材３が配置されている。つまり、ハニカム構造体１は、端面が市松模様をなすように封止材３がセル２０を封止している。ハニカム体２の多数のセル２０を封止する封止材３は、セル２０内で同じ長さとなるように配置されている。
【００７４】
封止材３は、セル２０の一方の端部を封止する封止材３０と、セル２０の他方の端部を封止する封止材３１と、からなり、封止材３０は炭化珪素（気孔率：５０％、比熱：０．１６ｃａｌ／ｇ・℃）よりなり、封止材３１はチタン酸アルミニウム（気孔率：４０％、比熱：０．２０ｃａｌ／ｇ・℃）よりなる。封止材３１を構成するチタン酸アルミニウムが、封止材３０を構成する炭化珪素よりも大きな比熱をもつとともに、封止材３０の気孔率が封止材３１の気孔率よりも大きく形成された結果、他方の端部側の熱容量が一方の端部側の熱容量の１５６％となっている。
【００７５】
外周材層４は、ハニカム体２の外周面に均一な厚さで形成されたＳｉＣセラミックス層である。
【００７６】
本実施例のハニカム構造体１は、封止材３０と封止材３１の熱容量の差により、実施例１と同様に一方の端部から所定の長さでの熱容量が他方の端部から所定の長さでの熱容量よりも小さくなっている。このため、ＤＰＦとして用いたときに、実施例１の場合と同様な効果を発揮する。
【００７７】
（実施例６）
本実施例のハニカム構造体は、多孔質のセラミックスよりなるハニカム体２と、ハニカム体の外周に配置された外周材層４と、からなり、円柱状の外周形状をなしたハニカム構造体１である。本実施例のハニカム構造体を、図７に示した。図７には本実施例のハニカム構造体の軸方向での断面を示した。
【００７８】
ハニカム体２は、軸方向にのびる多数のセル２０がセル壁２１に区画されるとともに略円柱状の外周形状を有している。多数のセル２０は、正方形状の断面形状をなすように区画されている。セル２０を区画するセル壁２１の厚さが軸方向で均一となるように形成されている。ハニカム体２は、多孔質セラミックスの細孔分布が均一となるように形成されている。
【００７９】
ハニカム体２は、一方の端部から軸方向の長さの中央部までは炭化珪素（気孔率：５０％、比熱：０．１６ｃａｌ／ｇ・℃）よりなり、中央部から他方の端部まではチタン酸アルミニウム（気孔率：４０％、比熱：０．２０ｃａｌ／ｇ・℃）よりなる。つまり、ハニカム体２のセル壁２１は、軸方向で異なるセラミックスよりなる。ここで、他方の端部側を構成するチタン酸アルミニウムが、一方の端部側を構成する炭化珪素よりも大きな比熱をもつとともに、炭化珪素の気孔率がチタン酸アルミニウムの気孔率よりも大きく形成された結果、他方の端部側の熱容量が一方の端部側の熱容量の１５６％となっている。
【００８０】
ハニカム体２の多数のセル２０には、隣接するセル同士で異なる端部側に、セル２０を封止する封止材３が配置されている。つまり、ハニカム構造体１は、端面が市松模様をなすように封止材３がセル２０を封止している。ハニカム体２の多数のセル２０を封止する封止材３は、セル２０内で同じ長さとなるように配置されている。
【００８１】
外周材層４は、ハニカム体２の外周面に均一な厚さで形成されたＳｉＣセラミックス層である。
【００８２】
本実施例のハニカム構造体１は、実施例１と同様に、一方の端部から所定の長さでの熱容量が他方の端部から所定の長さでの熱容量よりも小さくなっている。このため、ＤＰＦとして用いたときに、実施例１の場合と同様な効果を発揮する。
【００８３】
（実施例７）
上記した各実施例のハニカム構造体は、ハニカム体２が多孔質のセラミックスのみから形成されたモノリス状の部材であったが、ハニカム体２に替えて複数のハニカム分体が接合材層で接合されてなる接合体であってもよい。
【００８４】
本実施例のハニカム構造体は、多孔質のセラミックスよりなるハニカム分体と、ハニカム分体を接合する接合材層と、ハニカム分体の接合体の外周に配置された外周材層と、からなり、円柱状の外周形状をなしたハニカム構造体１である。
【００８５】
ハニカム分体は、多孔質のＳｉＣセラミックスよりなり、軸方向にのびる多数のセルがセル壁に区画されるとともに略円柱状の外周形状を有している。多数のセルは、正方形状の断面形状をなすように区画されている。ハニカム分体は、多孔質セラミックスの細孔分布が均一となるように形成されている。
【００８６】
セル壁は、一方の端部から軸方向の長さの中央部までは０．３ｍｍの厚さで、中央部から他方の端部までは０．４ｍｍの厚さで形成されている。つまり、セル壁は、他方の端部側の厚さが一方の端部側の厚さの１３３％となっている。
【００８７】
複数のハニカム分体は、接合材層を介して接合されている。ハニカム分体を接合した接合材は、ＳｉＣを主成分とするセラミックスよりなる。
【００８８】
ハニカム分体の多数のセルには、隣接するセル同士で異なる端部側に、セルを封止する封止材が配置されている。つまり、ハニカム構造体は、端面が市松模様をなすように封止材がセルを封止している。ハニカム分体の多数のセルを封止する封止材は、セル内で同じ長さとなるように配置されている。
【００８９】
外周材層は、ハニカム分体の接合体の外周面に均一な厚さで形成されたＳｉＣセラミックス層である。
【００９０】
本実施例のハニカム構造体は、ハニカム体に替えてハニカム分体の接合体を用いた以外は実施例１と同様な構成であり、一方の端部から所定の長さでの熱容量が他方の端部から所定の長さでの熱容量よりも小さくなっている。このため、ＤＰＦとして用いたときに、実施例１の場合と同様な効果を発揮する。
【００９１】
本実施例は、実施例１のハニカム構造体の変形形態である。そして、実施例２〜６のハニカム構造体のハニカム体２に替えてハニカム分体の接合体を用いても、それぞれ同様な効果を発揮する。
【００９２】
さらに、本実施例は、ハニカム分体を接合するときに接合材が均一に塗布されているが、軸方向の位置により接合材の材質を変化させてもよい。このとき、ハニカム体の他方の端部側に熱容量の大きな接合材を用いることが好ましい。
【００９３】
上記したように、各実施例のハニカム構造体は、一方の端部側の単位体積あたりの熱容量が他方の端部側よりも小さくなっている。この結果、ＤＰＦとして使用したときであって再生のためにＰＭを燃焼しても、他方の端部側の大きな熱容量によりハニカム構造体１が損傷を生じにくくなっている。つまり、耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体である。
【００９４】
また、上流側に位置する一方の端部側の熱容量が下流側よりも小さいことから、上流側が排ガス流により加熱されやすくなっている。この結果、触媒金属を担持したＤＰＦとして使用した場合に、ハニカム構造体の温度が触媒金属の活性温度まで上昇し、つまり、このハニカム構造体は、再生効率に優れたフィルタ触媒（ＤＰＦ）を得られる効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】実施例１のハニカム構造体の端面を示した図である。
【図２】実施例１のハニカム構造体の断面を示した図である。
【図３】実施例２のハニカム構造体の断面を示した図である。
【図４】実施例３のハニカム構造体の断面を示した図である。
【図５】実施例３の変形形態のハニカム構造体の断面を示した図である。
【図６】実施例４のハニカム構造体の断面を示した図である。
【図７】実施例６のハニカム構造体の断面を示した図である。
【符号の説明】
【００９６】
１：ハニカム構造体
２：ハニカム体
３：封止材
４：外周材層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体に関し、詳しくは、粒子状物質（ＰＭ）の燃焼性が良く、再生時に損傷を生じにくく、かつ耐久性に優れたフィルタを提供することができるハニカム構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、ボイラー、化学反応機器、燃料電池用改質器等の触媒作用を利用する触媒用担体、排ガス中のスス等の粒子状物質（特にディーゼルエンジンからの排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ））の捕集フィルタ（以下、ＤＰＦという）等には、セラミックス製のハニカム構造体が用いられている。
【０００３】
セラミックス製のハニカム構造体は、一般に、多孔質のセラミックスよりなり、流体の流路となる複数のセルを隔壁で区画する隔壁部と、端面が市松模様状を呈するように隣接するセルが互いに反対側となる端部を封止するセラミックスよりなる封止部と、を有している。
【０００４】
セラミックス製のハニカム構造体よりなるＤＰＦは、隔壁部のセルを区画する隔壁を排気ガスが通過するウォールフロー型の触媒として用いられている。ウォールフロー型の触媒は、セル壁に形成された連続した細孔を排気ガスが通過し、細孔を通過できない排気ガス中のＰＭを捕集する。
【０００５】
ＤＰＦは、捕集したＰＭが堆積したままでは目詰まりを起こすため、捕集したＰＭを除去する必要がある。捕集したＰＭを除去する方法のひとつに燃焼等によりＰＭを分解・除去する方法がある。また、ＤＰＦに触媒活性を発揮する触媒金属を担持し、この触媒金属でＰＭを分解する方法もある。
【０００６】
燃焼によりＰＭを除去するときには、ハニカム構造体が加熱・昇温される。このため、ハニカム構造体には、昇温のしやすさが求められている。捕集したＰＭを燃焼しやすくするために、ハニカム構造体の熱容量を小さくする方法がある。しかし、ハニカム構造体の熱容量を小さくすると、ハニカム構造体に割れを生じたり、ハニカム構造体自身が変質を生じるという問題が発生していた。これらの問題は、ＰＭの燃焼のためにハニカム構造体自身が高温に晒されたり、ＰＭの燃焼の燃焼熱により、ハニカム構造体の温度が過剰に上昇することにより発生していた。特にハニカム構造体の熱容量が小さくなるほど、ハニカム構造体の温度が過剰に上昇していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、フィルタとして使用したときにＰＭの燃焼性や再生効率に優れ、かつ耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明者らはセラミックス製のハニカム構造体について検討を重ねた結果本発明をなすに至った。
【０００９】
すなわち、本発明のハニカム構造体は、多孔質セラミックスよりなり、軸方向にのびる多数のセルをもち、セルをガスが流れるハニカム構造体であって、軸方向の一方の端部の単位体積あたりの熱容量が他方の端部の単位体積あたりの熱容量よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のハニカム構造体は、その両端の単位体積あたりの熱容量が異なるように形成されている。つまり、単位体積あたりの熱容量が小さな端部は昇温しやすく、単位体積あたりの熱容量が大きな端部は耐熱衝撃性に優れた構成となっている。この結果、本発明のハニカム構造体は、ＰＭの燃焼性や再生効率とともに耐久性に優れたフィルタ触媒を得られるハニカム構造体となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のハニカム構造体は、多孔質セラミックスよりなり、軸方向にのびる多数のセルをもち、セルをガスが流れるハニカム構造体である。ここで、セルを流れるガスは、全体としてセルののびる方向であるハニカム構造体の軸方向に沿って流れる。つまり、ハニカム構造体の軸方向の両端部を結ぶ方向に沿ってガスが流れる。また、セルを流れるガスは、その種類が特に限定されるものではない。
【００１２】
そして、本発明のハニカム構造体は、軸方向の一方の端部の単位体積あたりの熱容量が他方の端部の単位体積あたりの熱容量よりも小さい。ここで、ハニカム構造体の単位体積とは、見かけの体積での単位体積である。本発明のハニカム構造体は、軸方向の両端部で熱容量が異なるように形成されている。軸方向の両端部の熱容量が異なるときに、熱容量の小さな端部は熱容量の大きな他方の端部よりも素早く昇温する。つまり、本発明のハニカム構造体は、両端部の熱容量が異なることから、それぞれの端部において昇温のしやすさが異なっている。
【００１３】
また、本発明のハニカム構造体において、熱容量の大きな他方の端部は、一方の端部よりも大きな熱量が付与されても損傷を生じにくくなっている。
【００１４】
一般的に、ハニカム構造体は、セルののびる方向である軸方向にのびた略柱状を有している。そして、略柱状のハニカム構造体は、断面形状が軸方向の位置によらずに一定に形成されている。このため、ハニカム構造体の単位体積は、軸方向の長さで取り扱うことができる。つまり、本発明のハニカム構造体は、一方の端部から所定の長さの範囲内にある部分の熱容量が、他方の端部から所定の長さの範囲内にある部分の熱容量よりも小さい。
【００１５】
本発明のハニカム構造体は、両端部の熱容量に差があるハニカム構造体であり、熱容量の大きな他方の端部がより高温となる状態（高温に晒される状態）で使用することができる。たとえば、多孔質セラミックスの細孔でＰＭを捕集するフィルタ触媒では、フィルタ触媒の再生時に捕集したＰＭを燃焼しており、ＰＭの捕集量の大きな部分が他方の端部側に位置することが好ましい。すなわち、本発明のハニカム構造体は、一方の端部が、ガスの流れ方向の上流側に位置することが好ましい。
【００１６】
フィルタ触媒は排ガス中のＰＭを捕捉するものであり、セルを流れるガス（排ガス）の流れ方向の下流側により多くのＰＭが堆積する。そして、ＰＭを捕捉したフィルタ触媒は、捕捉したＰＭにより通気性が低下する（圧損が大きくなる）。このため、フィルタ触媒では、フィルタ触媒を加熱する再生処理が行われている。フィルタ触媒を加熱すると、ＰＭが熱分解（燃焼）され、熱（分解熱）を発生する。そして、排ガス流の下流側には多くのＰＭが堆積しており、再生時にはこの部分で多量の熱が発生する。つまり、下流側は上流側よりも温度が上昇する。下流に位置する他方の端部の熱容量が上流側の端部よりも大きくなっており、下流側で温度が上昇しにくくなっている。この結果、下流側で多くのＰＭが燃焼しても、大きな熱容量によりハニカム構造体が損傷を生じにくくなっている。
【００１７】
さらに、上流側の端部が熱容量が小さくなっていることで、フィルタ触媒として使用しているときに排ガスにより加熱されやすく（昇温しやすく）なっている。つまり、フィルタ触媒として使用したときに、直ちにＰＭその他の成分を分解可能な温度まで上昇する。特に、触媒を組み合わせた構成では触媒活性温度まですぐに温度が上昇することとなり、排ガスの浄化性能が向上する。
【００１８】
本発明のハニカム構造体において、一方の端部の単位体積あたりの熱容量と他方の端部の単位体積あたりの熱容量の二つの熱容量の差（比）は特に限定されるものではないが、他方の端部の熱容量は一方の端部の熱容量の１２５％以上であることが好ましい。より好ましくは、１５０％以上である。
【００１９】
本発明のハニカム構造体は、多数のセルの一方の端部または他方の端部がセラミックスよりなる封止材で、市松模様をなす状態で封止されていることが好ましい。ここで、市松模様は、一方および他方の端部の端面での模様である。セルの一方の端部または他方の端部が封止材で封止されることで、ウォールフロー型のハニカム構造体を形成できる。封止材を構成するセラミックスは、その材質が特に限定されるものではなく、ハニカム構造体を構成する多孔質のセラミックスと同じ材質であっても、異なる材質であっても、いずれでもよい。より好ましくは、多孔質のセラミックスを主成分としてなるセラミックスである。
【００２０】
本発明のハニカム構造体において、セルの形状（断面形状）は、特に限定されるものではなく、従来公知の断面形状とすることができる。従来公知のセル形状のうち、正方形状であることがより好ましい。
【００２１】
本発明のハニカム構造体を形成する多孔質セラミックスは、その材質が特に限定されるものではなく、従来公知の多孔質セラミックスを用いることができる。多孔質セラミックスは、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、コーディエライトより選ばれる一種を主成分とすることが好ましい。これらのセラミックスのうち、チタン酸アルミニウムを主成分とするセラミックスよりなることがより好ましい。チタン酸アルミニウムよりなるセラミックスは、その内部にマイクロクラックをもつ。そして、このマイクロクラックをもつことで、ハニカム構造体が熱膨張を生じても、このマイクロクラックの開口が開閉することで熱膨張により生じる応力を緩和し、形状変化や損傷が生じなくなる。
【００２２】
また、本発明のハニカム構造体は、軸方向の両端部で熱容量が異なるように形成されており、少なくとも二つの熱容量をもつ。そして、軸方向の両端部の間に位置する部分の単位体積あたりの熱容量は、特に限定されるものではない。つまり、一方の端部および他方の端部の熱容量よりも大きくても、小さくても、一方の端部の熱容量よりも大きくかつ他方の端部の熱容量よりも小さくても、いずれでもよい。一方の端部の熱容量よりも大きく、かつ他方の端部の熱容量よりも小さいことが好ましい。ハニカム構造体は、一方の端部から他方の端部にかけて単位体積あたりの熱容量が徐々に変化することがさらに好ましい。
【００２３】
本発明のハニカム構造体において、単位体積あたりの熱容量を変化させる方法は、特に限定されるものではない。たとえば、ハニカム構造体においてセルを区画するセル壁の厚さを厚くする方法、他方の端部側のセル内壁面に多孔質のセラミックスを付着する方法、セルを区画するセル壁の他方の端部側の気孔率を小さくする方法、封止材の軸方向長さを変化する方法、封止材の材質を変更する方法、セルを区画するセル壁の材質を軸方向で異なる材質に変更する方法、これらの方法を組み合わせた方法をあげることができる。
【００２４】
セルを区画するセル壁の厚さを厚くすると、その部分のセル壁を構成する多孔質セラミックス量（および細孔以外のセラミックス量）が増加する。セラミックスは細孔内の空気などよりも大きな熱容量をもつため、多孔質セラミックス量（セラミックス量）が多くなると、その部分の熱容量が大きくなる。この結果、ハニカム構造体の単位体積あたりの熱容量が部分的に大きくなる。
【００２５】
他方の端部側のセル内壁面に多孔質のセラミックスを付着すると、部分的にセル壁の厚さが厚くなる。そして、セル壁を構成する多孔質セラミックス量（セラミックス量）が増加する。セラミックスは大きな熱容量をもつことから、多孔質のセラミックスが付着した部分の熱容量が増加する。ここで、セル内壁面に付着するセラミックスが多孔質のセラミックスであることから、ハニカム構造体としての通気性が確保される。セル内壁面に付着する多孔質のセラミックスは、その材質や気孔率などは限定されるものではない。たとえば、セルを区画するセル壁を構成する多孔質セラミックスと同じセラミックスや、セルを封止する封止材を構成するセラミックスと同じセラミックスなどのセラミックスをあげることができる。
【００２６】
セルを区画するセル壁の他方の端部側の気孔率を小さくすると、セル壁を構成するセラミックス量が増加する。セラミックスは、大きな熱容量をもつことから、セル壁の密度が大きくなると、その部分の熱容量が増加する。
【００２７】
軸方向の両端のうち一方に位置する封止材の軸方向の長さを変化して、他方の端部側に位置する封止材の軸方向長さを一方の端部側の封止材の長さよりも長くすると、封止材の分だけ他方の端部側のセラミックス量が増加する。セラミックスは、大きな熱容量をもつことから、封止材の増加量に対応して熱容量が増加する。この結果、ハニカム構造体の他方の端部側の単位体積あたりの熱容量が増加する。
【００２８】
軸方向の両端のうち一方に位置する封止材の材質を変更して、他方の端部側に位置する封止材の材質を比熱の大きな材質に変更すると、他方の端部側に位置する封止材の熱容量が増加する。この結果、ハニカム構造体の他方の端部側の単位体積あたりの熱容量が増加する。
【００２９】
セルを区画するセル壁の材質を軸方向で異なる材質に変更すると、比熱が材質により異なるため、軸方向での位置により熱容量が変化することとなる。セル壁の軸方向の他方の端部側の材質を一方よりも比熱の大きな材質に変更すると、他方の端部側に位置するセル壁の熱容量が増加する。この結果、ハニカム構造体の他方の端部側の単位体積あたりの熱容量が増加する。
【００３０】
本発明のハニカム構造体は、従来公知のハニカム構造体のように、複数部の分体を接合材で接合した構成としてもよい。このような構成は、分体ごとにその特性を変化させることができ、ハニカム構造体全体に所望の性能を付与できる。ハニカム構造体が複数部の分体よりなるときに、それぞれの分体の材質は同じであっても異なっていてもいずれでもよい。すなわち、ハニカム構造体は、複数のセラミックス分体が接着剤層を介して接合されてなることが好ましい。
【００３１】
セラミックス分体を接合する接合材についても、従来公知の接合材を用いることができる。この接合材としては、例えば、ＳｉＣ系接合材を用いることができる。セラミックス分体を接合材で接合したときにセラミックス分体の間に形成される接合材層は、０．５〜５．０ｍｍの厚さで形成することが好ましい。
【００３２】
ここで、本発明のハニカム構造体が複数部の分体が接合されてなるときに、ハニカム構造体の隔壁の厚さ方向における接合材層の厚さが非常に小さい場合には、接合材層の影響を無視してもよい。
【００３３】
さらに、ハニカム構造体が複数のセラミックス分体が接着剤層を介して接合されてなるときに、それぞれのセラミックス分体に形成されたセルの大きさ（セル形状）は、同じであっても、異なっていても、いずれでもよい。それぞれのセラミックス分体のセルの大きさ（セル形状）は、同じであることが好ましい。
【００３４】
本発明のハニカム構造体は、周方向の外周面上に、０．５ｍｍ以上の厚さの外周材層を有することが好ましい。外周材層をもつことで、ハニカム構造体をＤＰＦなどに使用したときに生じる形状変化が抑えられる。具体的には、ハニカム構造体をＤＰＦなどの用途に使用したときに、ハニカム構造体は高熱にさらされる。そして、ハニカム構造体は、熱膨張を生じる。外周材層をもつことでこの熱膨張を抑えることができる。外周材層を構成する材質は、従来公知の材質を用いることができる。たとえば、ＳｉＣ、シリカ系化合物、チタン酸アルミニウムなどのアルミナ系化合物などを用いることができる。
【００３５】
また、外周材層は、ハニカム構造体の形状により異なるため、その厚さが一概に決定できるものではないが、たとえば、０．５ｍｍ以上の厚さで形成することが好ましい。さらに好ましくは、０．５〜５．０ｍｍである。
【００３６】
本発明のハニカム構造体は、ＤＰＦに用いることが好ましい。本発明のハニカム構造体は、セルを区画する隔壁を排気ガス（ガス）が通過するウォールフロー型のフィルタ触媒として用いることができ、このようなフィルタ触媒のうち特に、ＤＰＦとして用いることが好ましい。
【００３７】
本発明のハニカム構造体をＤＰＦとして用いるときに、少なくとも隔壁部の細孔表面に、アルミナ等よりなる多孔質酸化物、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ等の触媒金属の少なくともひとつを担持したことが好ましい。これらの物質を担持したことで、ＤＰＦとしてパティキュレートなどの浄化性能が向上する。
【００３８】
本発明のハニカム構造体は、その外周形状が特に限定されるものではなく、従来公知の形状とすることができる。好ましくは、断面が一定の柱状であり、たとえば、断面が真円や楕円の略円柱状、断面が方形や多角形の角柱状とすることができ、好ましくは円柱形状である。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００４０】
本発明の実施例として、ＤＰＦ用ハニカム構造体を製造した。
【００４１】
（実施例１）
本実施例のハニカム構造体は、多孔質のセラミックスよりなるハニカム体２と、ハニカム体の外周に配置された外周材層４と、からなり、円柱状の外周形状をなしたハニカム構造体１である。本実施例のハニカム構造体を、図１〜２に示した。図１には本実施例のハニカム構造体の端面を、図２には軸方向での断面を示した。
【００４２】
ハニカム体２は、多孔質のＳｉＣセラミックスよりなり、軸方向にのびる多数のセル２０がセル壁２１に区画されるとともに略円柱状の外周形状を有している。多数のセル２０は、正方形状の断面形状をなすように区画されている。ハニカム体２は、多孔質セラミックスの細孔分布が均一となるように形成されている。
【００４３】
セル壁２１は、一方の端部から軸方向の長さの中央部までは０．３ｍｍの厚さで、中央部から他方の端部までは０．４ｍｍの厚さで形成されている。つまり、セル壁２１は、他方の端部側の厚さが一方の端部側の厚さの１３３％となっている。セル壁２１の厚さが変化しても、ハニカム体２の軸方向に垂直な断面における各セル２０の形状は同じ形状であった。つまり、セル壁２１の厚さが変化しても、セル壁２１の厚みの中心は軸方向にのびている。
【００４４】
ハニカム体２の多数のセル２０には、隣接するセル同士で異なる端部側に、セル２０を封止する封止材３が配置されている。つまり、ハニカム構造体１は、端面が市松模様をなすように封止材３がセル２０を封止している。ハニカム体２の多数のセル２０を封止する封止材３は、セル２０内で同じ長さとなるように配置されている。
【００４５】
外周材層４は、ハニカム体２の外周面に均一な厚さで形成されたＳｉＣセラミックス層である。
【００４６】
本実施例のハニカム構造体１は、一方の端部から所定の長さの部分の熱容量が他方の端部から所定の長さの部分の熱容量よりも小さくなっている。つまり、一方の端部側は他方の端部側よりも熱容量が小さくなっている。具体的には、ハニカム体２のセル壁２１の厚さが一方の端部側と他方の端部側とで異なっており、この厚さの差により一方の端部側と他方の端部側とで熱容量に差が生じている。そして、セルの長さ方向における封止材３の長さは、一方の端部と他方の端部とで同じ長さであり、一方の端部を封止する封止材３と他方の端部を封止する封止材３は同じ熱容量をもつ。また、外周材層４は均一な厚さで形成されており、一方の端部側と他方の端部側では同じ熱容量をもつ。つまり、本実施例のハニカム構造体１においては、ハニカム体２以外の部材は、一方の端部側と他方の端部側とでの熱容量が同じである。この結果、本実施例のハニカム構造体１は、ハニカム体２のセル壁２１の厚さを変化させることにより一方の端部側と他方の端部側とで異なる熱容量をもつ構成となった。
【００４７】
本実施例のハニカム構造体１は、ＤＰＦ用ハニカム構造体であり、ＤＰＦに用いることができる。ハニカム構造体１をＤＰＦとして使用するときには、一方の端部側を排ガス流の上流側に、他方の端部側を下流側に位置した状態で組み付けることが好ましい。
【００４８】
ＤＰＦは、排ガスの流れ方向の下流側により多くの粒子状物質（ＰＭ）が堆積する。ＤＰＦを再生するためにハニカム構造体１を加熱すると、ＰＭが熱分解（燃焼）され、熱（分解熱）を発生する。排ガス流の下流側には多くのＰＭが堆積しており、再生時には多量の熱を発する。このため、下流側は上流側よりも温度が上昇する。そして、本実施例のハニカム構造体１は、他方の端部側の所定の長さでの熱容量が同様な上流側の端部よりも大きくなっており、温度が上昇しにくくなっている。この結果、下流側で多くのＰＭが燃焼しても、大きな熱容量によりハニカム構造体１が損傷を生じにくくなっている。つまり、耐久性に優れたＤＰＦとなっていることがわかる。
【００４９】
さらに、このＤＰＦは、上流側に位置した一方の端部側の熱容量が下流側よりも小さいことで、上流側が排ガス流により加熱されやすくなっている。この結果、ＤＰＦが触媒金属を担持した場合に、ＤＰＦがすぐに触媒金属の活性温度まで上昇し、ＰＭを効率よく分解できる。つまり、再生効率にも優れたＤＰＦとなっている。
【００５０】
（実施例２）
本実施例のハニカム構造体は、多孔質のセラミックスよりなるハニカム体２と、ハニカム体の外周に配置された外周材層４と、からなり、円柱状の外周形状をなしたハニカム構造体１である。本実施例のハニカム構造体を、図３に示した。図３には本実施例のハニカム構造体の軸方向での断面を示した。
【００５１】
ハニカム体２は、多孔質のＳｉＣセラミックスよりなり、軸方向にのびる多数のセル２０がセル壁２１に区画されるとともに略円柱状の外周形状を有している。多数のセル２０は、正方形状の断面形状をなすように区画されている。ハニカム体２は、多孔質セラミックスの細孔分布が均一となるように形成されている。
【００５２】
一方の端部が封止されていないセル２０を区画するセル壁２１の内壁面には、軸方向の長さの中央部から他方の端部までは、多孔質のセラミックス２２が付着している。多孔質のセラミックス２２は、中央部から他方の端部に進むに連れて塗布厚さが厚くなるように付着している。多孔質のセラミックス２２は、セル壁２１を構成するセラミックスと同様なセラミックスよりなる。
【００５３】
ハニカム体２の多数のセル２０には、隣接するセル同士で異なる端部側に、セル２０を封止する封止材３が配置されている。つまり、ハニカム構造体１は、端面が市松模様をなすように封止材３がセル２０を封止している。ハニカム体２の多数のセル２０を封止する封止材３は、セル２０内で同じ長さとなるように配置されている。
【００５４】
外周材層４は、ハニカム体２の外周面に均一な厚さで形成されたＳｉＣセラミックス層である。
【００５５】
本実施例のハニカム構造体１は、実施例１と同様に、一方の端部から所定の長さの部分の熱容量が他方の端部から所定の長さの部分の熱容量よりも小さくなっている。このため、ＤＰＦとして用いたときに、実施例１の場合と同様な効果を発揮する。
【００５６】
さらに、本実施例のハニカム構造体１は、多孔質のセラミックス２２によるセル壁２１の厚さの変化がなめらかとなっており（セル２０の径が急激に変化しない構成となっており）、一方の端部からセル２０内に流入した排ガスがセル２０の径の変化による排ガス流の流れの乱れが生じなくなっている。つまり、ＤＰＦとして使用したときに、大きな圧損が生じなくなっている。
【００５７】
（実施例３）
本実施例のハニカム構造体は、多孔質のセラミックスよりなるハニカム体２と、ハニカム体の外周に配置された外周材層４と、からなり、円柱状の外周形状をなしたハニカム構造体１である。本実施例のハニカム構造体を、図４に示した。図４には本実施例のハニカム構造体の軸方向での断面を示した。
【００５８】
ハニカム体２は、多孔質のＳｉＣセラミックスよりなり、軸方向にのびる多数のセル２０がセル壁２１に区画されるとともに略円柱状の外周形状を有している。多数のセル２０は、正方形状の断面形状をなすように区画されている。セル２０を区画するセル壁２１の厚さが軸方向で均一となるように形成されている。
【００５９】
セル壁２１は、一方の端部から軸方向の長さの中央部までは５８％の気孔率で、中央部から他方の端部までは５０％の気孔率で形成されている。つまり、セル壁２１は、他方の端部側が一方の端部側よりも高い密度で形成されている。なお、セル壁２１の気孔率は、図４に示したように多孔質のセラミックスの細孔の分布を変化させることで調節された。すなわち、セル壁２１は、平均細孔径が２０μｍの細孔を、一方の端部側が他方の端部側よりも多量に有した構成となっている。
【００６０】
ハニカム体２の多数のセル２０には、隣接するセル同士で異なる端部側に、セル２０を封止する封止材３が配置されている。つまり、ハニカム構造体１は、端面が市松模様をなすように封止材３がセル２０を封止している。ハニカム体２の多数のセル２０を封止する封止材３は、セル２０内で同じ長さとなるように配置されている。
【００６１】
外周材層４は、ハニカム体２の外周面に均一な厚さで形成されたＳｉＣセラミックス層である。
【００６２】
本実施例のハニカム構造体１は、実施例１と同様に、一方の端部から所定の長さでの熱容量が他方の端部から所定の長さでの熱容量よりも小さくなっている。このため、ＤＰＦとして用いたときに、実施例１の場合と同様な効果を発揮する。
【００６３】
（変形形態）
実施例３においてはセル壁２１の気孔率の調節を細孔分布の数を変化させて行っていたが、本変形形態のようにセル壁２１中の細孔の細孔径を変化することで調節してもよい。
【００６４】
すなわち、図５に示したように、一方の端部側には平均細孔径が２０μｍの細孔を、他方の端部側には平均細孔径が１１μｍの細孔を、セル壁２１が備えた構成としてもよい。
【００６５】
（実施例４）
本実施例のハニカム構造体は、多孔質のセラミックスよりなるハニカム体２と、ハニカム体の外周に配置された外周材層４と、からなり、円柱状の外周形状をなしたハニカム構造体１である。本実施例のハニカム構造体を、図６に示した。図６には本実施例のハニカム構造体の軸方向での断面を示した。
【００６６】
ハニカム体２は、多孔質のＳｉＣセラミックスよりなり、軸方向にのびる多数のセル２０がセル壁２１に区画されるとともに略円柱状の外周形状を有している。多数のセル２０は、正方形状の断面形状をなすように区画されている。セル２０を区画するセル壁２１の厚さが軸方向で均一となるように形成されている。ハニカム体２は、多孔質セラミックスの細孔分布が均一となるように形成されている。
【００６７】
ハニカム体２の多数のセル２０には、隣接するセル同士で異なる端部側に、セル２０を封止する封止材３が配置されている。つまり、ハニカム構造体１は、端面が市松模様をなすように封止材３がセル２０を封止している。
【００６８】
封止材３は、セル２０の一方の端部を封止する封止材３０と、セル２０の他方の端部を封止する封止材３１と、からなり、封止材３０の軸方向の長さは１０ｍｍであり、封止材３１の軸方向の長さは２０ｍｍであった。つまり、封止材３１は、軸方向の長さが封止材３０の２００％である。
【００６９】
外周材層４は、ハニカム体２の外周面に均一な厚さで形成されたＳｉＣセラミックス層である。
【００７０】
本実施例のハニカム構造体１は、実施例１と同様に、一方の端部から所定の長さでの熱容量が他方の端部から所定の長さでの熱容量よりも小さくなっている。このため、ＤＰＦとして用いたときに、実施例１の場合と同様な効果を発揮する。
【００７１】
（実施例５）
本実施例のハニカム構造体は、多孔質のセラミックスよりなるハニカム体２と、ハニカム体の外周に配置された外周材層４と、からなり、円柱状の外周形状をなしたハニカム構造体１である。
【００７２】
ハニカム体２は、軸方向にのびる多数のセル２０がセル壁２１に区画されるとともに略円柱状の外周形状を有している。多数のセル２０は、正方形状の断面形状をなすように区画されている。セル２０を区画するセル壁２１の厚さが軸方向で均一となるように形成されている。ハニカム体２は、多孔質セラミックスの細孔分布が均一となるように形成されている。
【００７３】
ハニカム体２の多数のセル２０には、隣接するセル同士で異なる端部側に、セル２０を封止する封止材３が配置されている。つまり、ハニカム構造体１は、端面が市松模様をなすように封止材３がセル２０を封止している。ハニカム体２の多数のセル２０を封止する封止材３は、セル２０内で同じ長さとなるように配置されている。
【００７４】
封止材３は、セル２０の一方の端部を封止する封止材３０と、セル２０の他方の端部を封止する封止材３１と、からなり、封止材３０は炭化珪素（気孔率：５０％、比熱：０．１６ｃａｌ／ｇ・℃）よりなり、封止材３１はチタン酸アルミニウム（気孔率：４０％、比熱：０．２０ｃａｌ／ｇ・℃）よりなる。封止材３１を構成するチタン酸アルミニウムが、封止材３０を構成する炭化珪素よりも大きな比熱をもつとともに、封止材３０の気孔率が封止材３１の気孔率よりも大きく形成された結果、他方の端部側の熱容量が一方の端部側の熱容量の１５６％となっている。
【００７５】
外周材層４は、ハニカム体２の外周面に均一な厚さで形成されたＳｉＣセラミックス層である。
【００７６】
本実施例のハニカム構造体１は、封止材３０と封止材３１の熱容量の差により、実施例１と同様に一方の端部から所定の長さでの熱容量が他方の端部から所定の長さでの熱容量よりも小さくなっている。このため、ＤＰＦとして用いたときに、実施例１の場合と同様な効果を発揮する。
【００７７】
（実施例６）
本実施例のハニカム構造体は、多孔質のセラミックスよりなるハニカム体２と、ハニカム体の外周に配置された外周材層４と、からなり、円柱状の外周形状をなしたハニカム構造体１である。本実施例のハニカム構造体を、図７に示した。図７には本実施例のハニカム構造体の軸方向での断面を示した。
【００７８】
ハニカム体２は、軸方向にのびる多数のセル２０がセル壁２１に区画されるとともに略円柱状の外周形状を有している。多数のセル２０は、正方形状の断面形状をなすように区画されている。セル２０を区画するセル壁２１の厚さが軸方向で均一となるように形成されている。ハニカム体２は、多孔質セラミックスの細孔分布が均一となるように形成されている。
【００７９】
ハニカム体２は、一方の端部から軸方向の長さの中央部までは炭化珪素（気孔率：５０％、比熱：０．１６ｃａｌ／ｇ・℃）よりなり、中央部から他方の端部まではチタン酸アルミニウム（気孔率：４０％、比熱：０．２０ｃａｌ／ｇ・℃）よりなる。つまり、ハニカム体２のセル壁２１は、軸方向で異なるセラミックスよりなる。ここで、他方の端部側を構成するチタン酸アルミニウムが、一方の端部側を構成する炭化珪素よりも大きな比熱をもつとともに、炭化珪素の気孔率がチタン酸アルミニウムの気孔率よりも大きく形成された結果、他方の端部側の熱容量が一方の端部側の熱容量の１５６％となっている。
【００８０】
ハニカム体２の多数のセル２０には、隣接するセル同士で異なる端部側に、セル２０を封止する封止材３が配置されている。つまり、ハニカム構造体１は、端面が市松模様をなすように封止材３がセル２０を封止している。ハニカム体２の多数のセル２０を封止する封止材３は、セル２０内で同じ長さとなるように配置されている。
【００８１】
外周材層４は、ハニカム体２の外周面に均一な厚さで形成されたＳｉＣセラミックス層である。
【００８２】
本実施例のハニカム構造体１は、実施例１と同様に、一方の端部から所定の長さでの熱容量が他方の端部から所定の長さでの熱容量よりも小さくなっている。このため、ＤＰＦとして用いたときに、実施例１の場合と同様な効果を発揮する。
【００８３】
（実施例７）
上記した各実施例のハニカム構造体は、ハニカム体２が多孔質のセラミックスのみから形成されたモノリス状の部材であったが、ハニカム体２に替えて複数のハニカム分体が接合材層で接合されてなる接合体であってもよい。
【００８４】
本実施例のハニカム構造体は、多孔質のセラミックスよりなるハニカム分体と、ハニカム分体を接合する接合材層と、ハニカム分体の接合体の外周に配置された外周材層と、からなり、円柱状の外周形状をなしたハニカム構造体１である。
【００８５】
ハニカム分体は、多孔質のＳｉＣセラミックスよりなり、軸方向にのびる多数のセルがセル壁に区画されるとともに略円柱状の外周形状を有している。多数のセルは、正方形状の断面形状をなすように区画されている。ハニカム分体は、多孔質セラミックスの細孔分布が均一となるように形成されている。
【００８６】
セル壁は、一方の端部から軸方向の長さの中央部までは０．３ｍｍの厚さで、中央部から他方の端部までは０．４ｍｍの厚さで形成されている。つまり、セル壁は、他方の端部側の厚さが一方の端部側の厚さの１３３％となっている。
【００８７】
複数のハニカム分体は、接合材層を介して接合されている。ハニカム分体を接合した接合材は、ＳｉＣを主成分とするセラミックスよりなる。
【００８８】
ハニカム分体の多数のセルには、隣接するセル同士で異なる端部側に、セルを封止する封止材が配置されている。つまり、ハニカム構造体は、端面が市松模様をなすように封止材がセルを封止している。ハニカム分体の多数のセルを封止する封止材は、セル内で同じ長さとなるように配置されている。
【００８９】
外周材層は、ハニカム分体の接合体の外周面に均一な厚さで形成されたＳｉＣセラミックス層である。
【００９０】
本実施例のハニカム構造体は、ハニカム体に替えてハニカム分体の接合体を用いた以外は実施例１と同様な構成であり、一方の端部から所定の長さでの熱容量が他方の端部から所定の長さでの熱容量よりも小さくなっている。このため、ＤＰＦとして用いたときに、実施例１の場合と同様な効果を発揮する。
【００９１】
本実施例は、実施例１のハニカム構造体の変形形態である。そして、実施例２〜６のハニカム構造体のハニカム体２に替えてハニカム分体の接合体を用いても、それぞれ同様な効果を発揮する。
【００９２】
さらに、本実施例は、ハニカム分体を接合するときに接合材が均一に塗布されているが、軸方向の位置により接合材の材質を変化させてもよい。このとき、ハニカム体の他方の端部側に熱容量の大きな接合材を用いることが好ましい。
【００９３】
上記したように、各実施例のハニカム構造体は、一方の端部側の単位体積あたりの熱容量が他方の端部側よりも小さくなっている。この結果、ＤＰＦとして使用したときであって再生のためにＰＭを燃焼しても、他方の端部側の大きな熱容量によりハニカム構造体１が損傷を生じにくくなっている。つまり、耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体である。
【００９４】
また、上流側に位置する一方の端部側の熱容量が下流側よりも小さいことから、上流側が排ガス流により加熱されやすくなっている。この結果、触媒金属を担持したＤＰＦとして使用した場合に、ハニカム構造体の温度が触媒金属の活性温度まで上昇し、つまり、このハニカム構造体は、再生効率に優れたフィルタ触媒（ＤＰＦ）を得られる効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】実施例１のハニカム構造体の端面を示した図である。
【図２】実施例１のハニカム構造体の断面を示した図である。
【図３】実施例２のハニカム構造体の断面を示した図である。
【図４】実施例３のハニカム構造体の断面を示した図である。
【図５】実施例３の変形形態のハニカム構造体の断面を示した図である。
【図６】実施例４のハニカム構造体の断面を示した図である。
【図７】実施例６のハニカム構造体の断面を示した図である。
【符号の説明】
【００９６】
１：ハニカム構造体
２：ハニカム体
３：封止材
４：外周材層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質セラミックスよりなり、軸方向にのびる多数のセルをもつハニカム構造体であって、
軸方向の一方の端部の単位体積あたりの熱容量が他方の端部の単位体積あたりの熱容量よりも小さいことを特徴とするハニカム構造体。
【請求項２】
多数の前記セルの一方の端部または他方の端部がセラミックスよりなる封止材で、市松模様をなす状態で封止されている請求項１記載のハニカム構造体。
【請求項３】
前記セラミックスは、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、コーディエライト、ムライトより選ばれる一種を主成分とする請求項１〜２のいずれかに記載のハニカム構造体。
【請求項４】
粒子状物質を含む排ガスを浄化するフィルタ触媒に用いられる請求項１〜３のいずれかに記載のハニカム構造体。
【請求項５】
前記一方の端部が、排ガスの流れ方向の上流側に配置される請求項４記載のハニカム構造体。
【請求項１】
多孔質セラミックスよりなり、軸方向にのびる多数のセルをもつハニカム構造体であって、
軸方向の一方の端部の単位体積あたりの熱容量が他方の端部の単位体積あたりの熱容量よりも小さいことを特徴とするハニカム構造体。
【請求項２】
多数の前記セルの一方の端部または他方の端部がセラミックスよりなる封止材で、市松模様をなす状態で封止されている請求項１記載のハニカム構造体。
【請求項３】
前記セラミックスは、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、コーディエライト、ムライトより選ばれる一種を主成分とする請求項１〜２のいずれかに記載のハニカム構造体。
【請求項４】
粒子状物質を含む排ガスを浄化するフィルタ触媒に用いられる請求項１〜３のいずれかに記載のハニカム構造体。
【請求項５】
前記一方の端部が、排ガスの流れ方向の上流側に配置される請求項４記載のハニカム構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−３０７４５６（Ｐ２００８−３０７４５６Ａ）
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５６７２２（Ｐ２００７−１５６７２２）
【出願日】平成１９年６月１３日（２００７．６．１３）
【出願人】（０００２２０７６７）東京窯業株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１３日（２００７．６．１３）
【出願人】（０００２２０７６７）東京窯業株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
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