ハニカム構造体
【課題】様々な全長および直径を有するハニカム構造体において、適正なＮＯｘ浄化性能が得られるハニカム構造体を提供することを目的とする。
【解決手段】ゼオライトおよび無機バインダを含み、長手方向に沿って、第１の端面から第２の端面に延伸する複数のセルがセル壁により区画されたハニカムユニットにより構成されるハニカム構造体であって、前記セルの長手方向に垂直な断面は、実質的に正方形状であり、前記ハニカムユニットの開口率は、５０〜６５％であり、前記ハニカム構造体の体積をＶ（リットル）とし、前記セルのセル幅をｗｃ（ｃｍ）とし、前記セルの長手方向の長さをＬｃ（ｃｍ）としたとき、
１２．５Ｖ＋５０＜Ｌｃ／ｗｃ＜１２．５Ｖ＋２００
が成立することを特徴とするハニカム構造体。
【解決手段】ゼオライトおよび無機バインダを含み、長手方向に沿って、第１の端面から第２の端面に延伸する複数のセルがセル壁により区画されたハニカムユニットにより構成されるハニカム構造体であって、前記セルの長手方向に垂直な断面は、実質的に正方形状であり、前記ハニカムユニットの開口率は、５０〜６５％であり、前記ハニカム構造体の体積をＶ（リットル）とし、前記セルのセル幅をｗｃ（ｃｍ）とし、前記セルの長手方向の長さをＬｃ（ｃｍ）としたとき、
１２．５Ｖ＋５０＜Ｌｃ／ｗｃ＜１２．５Ｖ＋２００
が成立することを特徴とするハニカム構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスを処理するハニカム構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車排ガスの浄化に関しては、多くの技術が開発されているが、交通量の増大もあって、まだ十分な排ガス対策がとられているとは言い難い。日本国内においても、世界的にも自動車排ガス規制は、さらに強化されていく方向にある。その中でも、ディーゼル排ガス中のＮＯｘ規制については、非常に厳しくなってきている。従来は、エンジンの燃焼システムの制御によってＮＯｘ低減を図ってきたが、それだけでは対応しきれなくなってきた。このような課題に対応するディーゼルＮＯｘ浄化システムとして、アンモニアを還元剤として用いるＮＯｘ還元システム（ＳＣＲシステムと呼ばれている。）が提案されている。このようなシステムに用いられる触媒担体として、ハニカム構造体が知られている。
【０００３】
このハニカム構造体は、例えば、長手方向に沿って、該ハニカム構造体の一方の端面から他方の端面まで延伸する複数のセル（貫通孔）を有し、これらのセルは、触媒が担持されたセル壁により、相互に区画されている。従って、このようなハニカム構造体に排ガスを流通させた場合、セル壁に担持された触媒によって、排ガスに含まれるＮＯｘが浄化されるため、排ガスを処理することができる。
【０００４】
一般に、このようなハニカム構造体のセル壁は、コージェライトで構成され、このセル壁には、触媒として、例えばゼオライト（鉄または銅等でイオン交換されたもの）が担持される。この他、セル壁にゼオライトを使用し、ハニカム構造体を形成することが提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−１７１５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ハニカム構造体を触媒担体として使用する場合、その適用対象は、例えば、トラックのような大型車両用から普通乗用車用まで、広く変化する。従って、ハニカム構造体には、様々な形状（特に、全長および直径）のものが存在する。
【０００７】
一方、セルの寸法仕様（特にセル幅、セルの全長）は、そのハニカム構造体のＮＯｘ浄化性能に大きな影響を及ぼす。そこで本来であれば、各形状を有するハニカム構造体のそれぞれに対して、セルの寸法仕様（特にセル幅、セルの全長）を最適な値に定める必要がある。しかしながら、例えば需要の少ない特殊な形状のハニカム構造体についてまで、セルの寸法仕様の最適値を求め、これに基づいてハニカム構造体を作製することは、非効率的であり、コスト上昇につながる。従って、実際には、ハニカム構造体のセルの寸法仕様は、経験的に定められる場合も多く、全ての形状のハニカム構造体について、セルの寸法仕様が最適化されているとは限られない。また、このようなセルの寸法仕様が最適化されていないハニカム構造体では、触媒担体として使用した際に、しばしば、十分なＮＯｘ浄化性能が得られない場合があった。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、様々な全長および直径を有するハニカム構造体において、適正なＮＯｘ浄化性能が得られるハニカム構造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】
【０００９】
本発明では、ゼオライトおよび無機バインダを含み、長手方向に沿って、第１の端面から第２の端面に延伸する複数のセルがセル壁により区画されたハニカムユニットにより構成されるハニカム構造体であって、
前記セルの長手方向に垂直な断面は、実質的に正方形状であり、
前記ハニカムユニットの開口率は、５０〜６５％であり、
前記ハニカム構造体の体積をＶ（リットル）とし、前記セルのセル幅をｗｃ（ｃｍ）とし、前記セルの長手方向の長さをＬｃ（ｃｍ）としたとき、
１２．５Ｖ＋５０＜Ｌｃ／ｗｃ＜１２．５Ｖ＋２００
が成立することを特徴とする。
【００１０】
本発明において、前記ハニカムユニットに含まれるゼオライトは、β型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、フェリエライト、ＺＳＭ−５型ゼオライト、モルデナイト、フォージサイト、ゼオライトＡ、またはゼオライトＬであっても良い。
【００１１】
また、前記ハニカムユニットに含まれるゼオライトは、シリカに対するアルミナの重量比が３０〜５０の範囲であっても良い。
【００１２】
また、前記ハニカムユニットに含まれるゼオライトは、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＡｇまたはＶでイオン交換されていても良い。
【００１３】
また、前記ハニカムユニットは、さらに、ゼオライト以外の無機粒子を含んでいても良い。
【００１４】
また前記ゼオライト以外の無機粒子は、アルミナ、チタニア、シリカおよびジルコニアから選定された少なくとも一つであっても良い。
【００１５】
また、前記ハニカムユニットに含まれる無機バインダは、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス、セピオライト、およびアタパルジャイトの群から選定された少なくとも一つを含んでも良い。
【００１６】
また、前記ハニカムユニットは、さらに無機繊維を含んでも良い。
【００１７】
前記ハニカムユニットに含まれるそのような無機繊維は、アルミナ、シリカ、炭化珪素、シリカアルミナ、ガラス、チタン酸カリウムおよびホウ酸アルミニウムの群から選定された少なくとも一つであっても良い。
【００１８】
また、本発明によるハニカム構造体は、複数の前記ハニカムユニットを接着層を介して接合することにより構成されても良い。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、様々な全長および直径を有するハニカム構造体において、適正なＮＯｘ浄化性能が得られるハニカム構造体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のハニカム構造体の一例を模式的に示した斜視図である。
【図２】図１のハニカム構造体を構成するハニカムユニットの一例を模式的に示した斜視図である。
【図３】本発明のハニカム構造体の別の構成例を模式的に示した斜視図である。
【図４】ハニカム構造体のＮＯｘ浄化性能を評価するための装置構成を模式的に示したブロック図である。
【図５】ハニカム構造体の体積（Ｖ）とセル幅（ｗｃ）に対するセルの全長（Ｌｃ）の比（Ｌｃ／ｗｃ）の関係において、良好なＮＯｘ浄化性能が得られる範囲を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面により本発明の特徴を説明する。
【００２２】
図１には、本発明によるハニカム構造体を模式的に示す。また、図２には、図１に示したハニカム構造体の基本単位である、ハニカムユニットの一例を模式的に示す。
【００２３】
図１に示すように、本発明のハニカム構造体１００は、２つの端面１１０および１１５を有する。また、ハニカム構造体１００の両端面を除く外周面には、外周コート層１２０が形成されている。
【００２４】
ハニカム構造体１００は、例えば、図２に示す柱状のセラミック製ハニカムユニット１３０を、接着層１５０を介して複数個（図１の例では、縦横４列ずつ１６個）接合させた後、外周側を所定の形状（図１の例では、円柱状）に沿って切削加工することにより構成される。
【００２５】
図２に示すように、ハニカムユニット１３０は、該ハニカムユニットの長手方向に沿って一端から他端まで延伸し、両端面で開口された複数のセル（貫通孔）１２１と、該セルを区画するセル壁１２３とを有する。セル１２１の長手方向（Ｚ方向）に垂直な断面は、実質的に正方形状となっており、１辺の長さ（以下、「セル幅」と称する）は、ｗｃである。またセル１２１の全長（ハニカムユニット１３０の全長でもある）は、Ｌｃである。なお、ハニカムユニット１３０は、ＮＯｘ浄化に寄与するゼオライトを含む。従って、本発明によるハニカム構造体を、ＮＯｘ浄化用の触媒担体として使用する場合、セル壁に、必ずしも貴金属触媒を担持する必要はない。ただし、セル壁には、さらに貴金属触媒を担持しても良い。
【００２６】
このように構成されたハニカム構造体１００は、例えば、尿素タンクを有する尿素ＳＣＲシステムの触媒担体として使用される。この尿素ＳＣＲシステムに、排ガスが流通されると、尿素タンクに収容されている尿素が排ガス中の水と反応して、アンモニアが生じる。
ＣＯ（ＮＨ２）２＋Ｈ２Ｏ → ２ＮＨ３＋ＣＯ２ 式（１）
このアンモニアが、ＮＯｘを含む排ガスとともに、ハニカム構造体１００の一方の端面（例えば端面１１０）から、各セルに流入した場合、セル壁に含まれているゼオライトの触媒作用により、この混合ガスの間で、以下の反応が生じる。
４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２ → ４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ 式（２−１）
８ＮＨ３＋６ＮＯ２ → ７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ 式（２−２）
２ＮＨ３＋ＮＯ＋ＮＯ２ → ２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ 式（２−３）
その後、浄化された排ガスは、ハニカム構造体１００の他方の端面（例えば端面１１５）から排出される。このように、ハニカム構造体１００内に排ガスを流通させることにより、排ガス中のＮＯｘを処理することができる。また、ここでは、尿素水を加水分解して、ＮＨ３を供給する方法を示したが、その他の方法でＮＨ３を供給しても良い。
【００２７】
ところで、ハニカム構造体をＮＯｘ浄化用の触媒担体として使用する場合、その適用対象は、例えば、トラックのような大型車両用から普通乗用車用まで、広く考えられる。従って、ハニカム構造体には、様々な形状（特に、全長Ｌおよび直径Ｄ（図１および図３参照））のものが存在する。
【００２８】
一方、セルの寸法仕様（特にセル幅ｗｃ、セルの全長Ｌｃ（図２参照））は、そのハニカム構造体のＮＯｘ浄化性能に大きな影響を及ぼす。そこで本来であれば、各形状を有するハニカム構造体のそれぞれに対して、セルの寸法仕様（特にセル幅、セルの全長）を最適な値に定める必要がある。しかしながら、例えば需要の少ない特殊な形状のハニカム構造体についてまで、セルの寸法仕様の最適値を求め、これに基づいてハニカム構造体を製作することは、非効率的であり、コスト上昇につながる。従って、実際には、ハニカム構造体のセルの寸法仕様は、経験的に定められる場合も多く、全ての形状のハニカム構造体について、セルの寸法仕様が最適化されているとは限られない。また、このようなセルの寸法仕様が最適化されていないハニカム構造体では、触媒担体として使用した際に、しばしば、十分なＮＯｘ浄化性能が得られないという問題が生じ得る。
【００２９】
本願発明者らは、このような問題に対して研究を重ねた結果、
（１）通常の場合、ハニカム構造体の形状、特に外径Ｄおよびその全長Ｌは、ハニカム構造体の体積Ｖを用いることにより、一つのパラメータとして定義されること、
（２）正方形状断面を有するセルの寸法仕様は、セル幅ｗｃに対するセルの全長Ｌｃの比、すなわち値Ｌｃ／ｗｃをパラメータとして定義できること、ならびに
（３）値Ｌｃ／ｗｃを、ハニカム構造体の体積Ｖに対して、ある範囲内に設定することにより、良好なＮＯｘ浄化性能を示すハニカム構造体を得ることができること、
を見出し、本願発明に至った。
【００３０】
すなわち、本発明では、ハニカム構造体１００の体積をＶ（リットル）とし、各セル１２１のセル幅をｗｃ（ｃｍ）とし、セルの全長をＬｃ（ｃｍ）としたとき、
１２．５Ｖ＋５０＜Ｌｃ／ｗｃ＜１２．５Ｖ＋２００ 式（３）
の関係が満たされるようにして、セルの寸法仕様を定めることを特徴とする。これにより、ハニカム構造体の体積が変化しても、最適なＮＯｘ浄化性能を得ることができ、すなわち様々な全長および直径を有するハニカム構造体において、常に最適なＮＯｘ浄化性能を得ることが可能となる。
【００３１】
ここで、ハニカム構造体の体積Ｖの範囲は、特に限られないが、体積Ｖは、１Ｌ（リットル）≦Ｖ≦１５Ｌ（リットル）の範囲であることが好ましい。またセル幅ｗｃは、０．５ｃｍ≦ｗｃ≦２．０ｃｍの範囲であることが好ましい。セル幅ｗｃが０．５ｃｍ未満では、ハニカム構造体の圧力損失が大きくなり、セル幅ｗｃが２．０ｃｍを超えると、幾何学的表面積が小さいため、ＮＯｘとゼオライト中のアンモニアが十分に接触できないため、ＮＯｘ浄化性能が低下する。また、ハニカムユニット１３０の開口率は、５０〜６５％であることが好ましい。
【００３２】
次に、本発明によるハニカム構造体の構成について、より詳しく説明する。
【００３３】
ハニカム構造体１００を構成するハニカムユニット１３０は、ゼオライトに加えて無機バインダを含む。さらに、ハニカムユニット１３０は、ゼオライト以外の無機粒子、および／または無機繊維を含んでも良い。
【００３４】
ゼオライトは、例えば、β型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、フェリエライト、ＺＳＭ−５型ゼオライト、モルデナイト、フォージサイト、ゼオライトＡ、またはゼオライトＬが好ましい。あるいは、ゼオライトは、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＡｇまたはＶでイオン交換されたものであっても良い。
【００３５】
また、ゼオライトは、シリカに対するアルミナの重量比が３０〜５０の範囲であることが好ましい。
【００３６】
無機バインダとしては、無機ゾルや粘土系バインダ等を用いることができ、上記無機ゾルの具体例としては、例えば、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス等が挙げられる。また、粘土系バインダとしては、例えば、白土、カオリン、モンモリロナイト、セピオライト、アタパルジャイト等の複鎖構造型粘土等が挙げられる。これらは単独で用いても良く、２種以上を併用しても良い。
【００３７】
これらの中では、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス、セピオライトおよびアタパルジャイトからなる群から選択された少なくとも１種が望ましい。
【００３８】
ゼオライト以外の無機粒子としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、ムライト、ゼオライト等からなる粒子が望ましい。これらの粒子は、単独で用いてもよく、２種以上併用してもよい。また、これらの中では、アルミナ、ジルコニアが特に望ましい。
【００３９】
また、ハニカムユニットに無機繊維を加える場合、無機繊維の材料としては、アルミナ、シリカ、炭化珪素、シリカアルミナ、ガラス、チタン酸カリウムまたはホウ酸アルミニウム等が望ましい。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記材料の中では、アルミナが望ましい。なおウィスカも無機繊維に含まれるものとする。
【００４０】
ハニカムユニットに含まれる無機粒子（ゼオライトおよびゼオライト以外の無機粒子）の量について、望ましい下限は３０重量％であり、より望ましい下限は４０重量％であり、さらに望ましい下限は５０重量％である。一方、望ましい上限は９０重量％であり、より望ましい上限は８０重量％であり、さらに望ましい上限は７５重量％である。無機粒子（ゼオライトおよびゼオライト以外の無機粒子）の含有量が３０重量％未満では、排ガスの浄化に寄与するゼオライトの量が相対的に少なくなる。一方、９０重量％を超えると、ハニカムユニットの強度が低下する可能性がある。
【００４１】
また、ゼオライトは、シリカに対するアルミナの比が３０〜５０の範囲であることが好ましい。
【００４２】
無機バインダは、固形分として、５重量％以上含まれることが好ましく、１０重量％以上含まれることがより好ましく、１５重量％以上含まれることがさらに好ましい。一方、無機バインダの含有量は、固形分として、５０重量％以下であることが好ましく、４０重量％以下であることがより好ましく、３５重量％以下であることがさらに好ましい。無機バインダの量が固形分として、５重量％未満では、製造したハニカムユニットの強度が低くなることがある。一方、無機バインダの量が固形分として、５０重量％を超えると、原料組成物の成型性が悪くなることがある。
【００４３】
ハニカムユニットに無機繊維が含まれる場合、無機繊維の合計量について、望ましい下限は３重量％であり、より望ましい下限は５重量％であり、特に望ましい下限は８重量％である。一方、望ましい上限は５０重量％であり、より望ましい上限は４０重量％であり、特に望ましい上限は３０重量％である。無機繊維の含有量が３重量％未満ではハニカムユニットの強度向上の寄与が小さくなり、５０重量％を超えると排ガスの浄化に寄与するゼオライトの量が相対的に少なくなる。
【００４４】
ハニカムユニット１３０のセル密度は、１５．５〜１８６個／ｃｍ２（１００〜１２００ｃｐｓｉ）の範囲であることが好ましく、４６．５〜１７０個／ｃｍ２（３００〜１１００ｃｐｓｉ）の範囲であることがより好ましく、６２．０〜１５５個／ｃｍ２（４００〜１０００ｃｐｓｉ）の範囲であることがさらに好ましい。
【００４５】
ハニカムユニット１３０のセル壁１２３の厚さは、特に限定されないが、強度の点から望ましい下限は、０．１ｍｍであり、浄化性能の観点から望ましい上限は、０．４ｍｍである。
【００４６】
ハニカム構造体１００の接着層１５０は、接着層用ペーストを原料として形成される。接着層用ペーストとしては、特に限定されるものではないが、例えば、無機粒子と無機バインダを混ぜたものや、無機バインダと無機繊維を混ぜたものや、無機粒子と無機バインダと無機繊維を混ぜたものなどを用いることができる。また、これらにさらに有機バインダを加えても良い。
【００４７】
無機粒子、無機バインダおよび無機繊維としては、前述のようなハニカムユニットを構成する材料と同様のものを使用することができる。また、有機バインダとしては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロースおよびカルボキシメチルセルロースなどから選ばれる１種以上が挙げられる。有機バインダの中では、カルボキシルメチルセルロースが望ましい。
【００４８】
接着層の厚さは、０．３〜２．０ｍｍの範囲であることが好ましい。接着層の厚さが０．３ｍｍ未満では十分な接合強度が得られないおそれがあるためである。また接着層の厚さが２．０ｍｍを超えると、圧力損失が大きくなることがある。なお、接合させるハニカムユニットの数は、ハニカム構造体の大きさに合わせて適宜選定される。
【００４９】
ハニカム構造体１００の外周コート層１２０は、前述のような接着材層を構成する材料と同様の無機粒子、無機バインダおよび無機繊維を含み、さらに有機バインダを含むペーストを原料として形成される。外周コート層１２０は、接着層１５０と同じ材料であっても、異なる材料であっても良いが、同じ材料であることが好ましい。外周コート層の剥離やクラックが発生しにくくなるからである。原料となるペーストには、必要に応じて、酸化物系セラミックを成分とする微小中空球体であるバルーンや、球状アクリル粒子、グラファイト等の造孔剤を添加しても良い。外周コート層の最終的な厚さは、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍが好ましい。
【００５０】
以上の記載では、図１のような、接着層１５０を介して複数のハニカムユニット１３０を接合することにより構成されるハニカム構造体を例に説明した。
【００５１】
図３には、本発明のハニカム構造体の別の構成例を示す。なお、ハニカム構造体２００は、複数のセル１２２がセル壁１２４を隔てて、長手方向に並設された単一のハニカムユニットから構成されていることを除き、ハニカム構造体１００と同様の構造を有する。なお、図３の例では、ハニカム構造体２００の外周面に、外周コート層１２０が設置されているが、この外周コート層は、設置しても、設置しなくても良い。
（ハニカム構造体の製作方法）
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法を説明する。なお、ここでは、前述の図１のような、複数のハニカムユニットから構成されるハニカム構造体１００の製造方法を例に説明する。
【００５２】
まず、ゼオライトを含む無機粒子、無機バインダを主成分とし、さらに必要に応じて無機繊維を添加した原料ペーストを用いて押出成形等を行い、ハニカムユニット成形体を作製する。
【００５３】
原料ペーストには、これらの他に有機バインダ、分散媒および成形助剤を成形性にあわせて適宜加えてもよい。有機バインダとしては、特に限定されるものではないが、例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂およびエポキシ樹脂等から選ばれる１種以上の有機バインダが挙げられる。有機バインダの配合量は、無機粒子、無機バインダおよび無機繊維の合計１００重量部に対して、１〜１０重量部が好ましい。
【００５４】
分散媒としては、特に限定されるものではないが、例えば、水、有機溶媒（ベンゼンなど）およびアルコール（メタノールなど）などを挙げることができる。成形助剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸およびポリアルコール等を挙げることができる。
【００５５】
原料ペーストは、特に限定されるものではないが、混合・混練することが好ましく、例えば、ミキサーやアトライタなどを用いて混合してもよく、ニーダーなどで十分に混練してもよい。原料ペーストを成形する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、押出成形などによってセルを有する形状に成形することが好ましい。
【００５６】
次に、得られた成形体は、乾燥することが好ましい。乾燥に用いる乾燥機は、特に限定されるものではないが、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機および凍結乾燥機などが挙げられる。また、得られた成形体は、脱脂することが好ましい。脱脂する条件は、特に限定されず、成形体に含まれる有機物の種類や量によって適宜選択するが、おおよそ４００℃、２時間が好ましい。更に、得られた成形体は、焼成することが好ましい。焼成条件としては、特に限定されるものではないが、６００〜１２００℃で２時間程度が好ましく、６００〜１０００℃で２時間程度がより好ましい。この理由は、焼成温度が６００℃未満では、焼結が進行せずハニカムユニットとしての強度が低くなり、１２００℃を超えると、焼結が過剰に進行し、ゼオライトの反応サイトが減少してしまうためである。
【００５７】
次に、以上の工程で得られたハニカムユニットの側面に、後に接着層となる接着層用ペーストを均一な厚さで塗布した後、この接着層用ペーストを介して、順次他のハニカムユニットを積層する。この工程を繰り返し、所望の寸法の（例えば、ハニカムユニットが縦横４個ずつ配列された）ハニカム構造体を作製する。
【００５８】
次にこのハニカム構造体を加熱して、接着層用ペーストを乾燥、固化させて、接着層を形成させるとともに、ハニカムユニット同士を固着させる。
【００５９】
次にダイヤモンドカッター等を用いて、ハニカム構造体を、例えば円柱状に切削加工し、必要な外周形状のハニカム構造体を作製する。
【００６０】
次に、ハニカム構造体の外周面（側面）に外周コート層用ペーストを塗布後、これを乾燥、固化させて、外周コート層を形成する。
【００６１】
複数のハニカムユニットを接着層によって接合させた後（ただし、外周コート層を設けた場合は、外周コート層を形成させた後）に、このハニカム構造体を脱脂することが好ましい。この処理により、接着層用のペーストおよび外周コート層用ペーストに有機バインダが含まれている場合、これらの有機バインダを脱脂除去することができる。脱脂条件は、含まれる有機物の種類や量によって適宜選定されるが、通常の場合、７００℃、２時間程度である。
【００６２】
以上の工程により、図１に示すハニカム構造体を製作することができる。
【実施例】
【００６３】
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
（実施例１）
まず、Ｆｅゼオライト粒子（平均粒子径２μｍ）２２５０重量部、アルミナ粒子（平均粒子径２μｍ）５５０重量部、アルミナゾル（固形分３０重量％）２６００重量部、アルミナ繊維（平均繊維長１００μｍ、平均繊維径６μｍ）７８０重量部、メチルセルロース４１０重量部に、可塑剤および潤滑剤（ユニルーブ）を混合、混練して混合組成物を作製した。Ｆｅゼオライト粒子は、ゼオライト重量に対して３ｗｔ％の分がＦｅでイオン交換されたものである。次に、この混合組成物を押出成形機により押出成形を行い、ハニカム構造体の成形体を得た。
【００６４】
次に、マイクロ波乾燥機および熱風乾燥機を用いてこれらの成形体を十分乾燥させ、４００℃で２時間保持して脱脂した。その後、７００℃で２時間保持して焼成を行い、ハニカム構造体（外径１０２ｍｍ×全長１２０ｍｍ、体積１Ｌ（リットル））を作製した（図３の形状のハニカム構造体）。ハニカム構造体の開口率は、６０％であった。またハニカム構造体のセル幅ｗｃは、０．６９ｍｍであり、セル壁の厚さは、０．２ｍｍであり、セル密度は、１２４個／ｃｍ２であった。
（実施例２〜１３）
実施例１と同様の工程により、実施例２〜１３に係るハニカム構造体を作製した。これらのハニカム構造体は、実施例１に係るハニカム構造体に比べて、全長Ｌ、外径Ｄ、体積Ｖ、セル幅ｗｃを変化させている。ただし、その他のパラメータ値は、実施例１の場合と同様である。
【００６５】
表１には、実施例１〜１３に係る各ハニカム構造体の全長Ｌ、外径Ｄ、体積Ｖ、セル幅ｗｃ、およびセル幅ｗｃに対するセルの全長Ｌｃの比（Ｌｃ／ｗｃ）の値をまとめて示した。なお、表１において、セルの全長Ｌｃは、ハニカム構造体の全長Ｌと等しいため、省略している。また表１において、Ａ１およびＡ２の欄には、それぞれ、各ハニカム構造体の体積Ｖを用いて、Ａ１＝（１２．５Ｖ＋５０）、およびＡ２＝（１２．５Ｖ＋２００）の両式から求めた値が示されている。Ａ１は、前述の式（３）の不等式の左辺の値に相当し、Ａ２は、前述の式（３）の不等式の右辺の値に相当する。
【００６６】
【表１】
（比較例１〜１１）
実施例１と同様の工程により、比較例１〜１１に係るハニカム構造体を作製した。これらのハニカム構造体は、実施例１に係るハニカム構造体に比べて、全長Ｌ、外径Ｄ、体積Ｖ、セル幅ｗｃを変化させている。ただし、その他のパラメータ値は、実施例１の場合と同様である。
【００６７】
表１には、比較例１〜１１に係る各ハニカム構造体の各形状パラメータ、および前述のＡ１およびＡ２の値をまとめて示した。表１から、実施例１〜１３に係るハニカム構造体では、Ｌｃ／ｗｃの値は、Ａ１〜Ａ２の範囲に含まれていることがわかる。一方、比較例１〜１１に係るハニカム構造体では、Ｌｃ／ｗｃの値は、Ａ１〜Ａ２の範囲から外れている。
（ＮＯｘ浄化性能評価）
前述の各ハニカム構造体を用いて、ＮＯｘ浄化性能の評価を行った。
【００６８】
図４には、ＮＯｘ浄化性能の評価試験装置のブロック図を示す。この装置４００は、ディーゼルエンジン４０５と、ディーゼル酸化触媒システム（ＤＯＣ）４１０と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）４１５と、尿素ＳＣＲシステム４２０とが、この順に直列に接続されて構成されている。尿素ＳＣＲシステム４２０は、尿素タンク４２５と、触媒担体部４３０とで構成される。触媒担体部４３０には、前述の実施例および比較例に係るハニカム構造体のうちの一つが設置される。
【００６９】
この装置４００において、エンジン４０５からの排ガスは、最初にＤＯＣ４１０に導入される。ＤＯＣ４１０では、排ガス中の一酸化炭素および炭化水素系ガスが酸化される。次に、ＤＯＣ４１０から排出されたガスは、ＤＰＦ４１５に導入され、ここで排ガス中のパティキュレート（ＰＭ）が除去される。次に、ＤＰＦ４１５から排出されたガスは、尿素ＳＣＲシステム４２０に導入される。尿素ＳＣＲシステム４２０では、尿素タンク４２５から排ガスに尿素が供給され、前述の式（１）の反応により、アンモニアが生成される。このアンモニアを含む排ガスは、その後、触媒担体部４３０に導入され、ここで前述の式（２−１）、（２−２）、（２−３）のように、ＮＯｘが処理される。その後、ＮＯｘ処理された排ガスは、系外に排出される。
【００７０】
ここで、図４中のＡ点とＢ点、すなわち、尿素タンク４２５と触媒担体部４３０の間、および尿素ＳＣＲシステム４２０の出口側の２箇所において、排ガス中のＮＯ濃度を測定することにより、触媒担体部４３０に設置されたハニカム構造体のＮＯｘ浄化性能を評価することができる。
【００７１】
試験は、エンジン４０５を始動させてから、Ｂ点でのＮＯ濃度がほとんど変化しなくなるまで継続した。ＮＯ濃度の測定には、ＨＯＲＩＢＡ製の装置（ＭＥＸＡ−７１００Ｄ）を使用した。この装置のＮＯの検出限界は、０．１ｐｐｍである。エンジン４０５の回転数およびトルクは、触媒担体部４３０に設置されるハニカム構造体の体積に合わせて以下のように設定した：
（１）ハニカム構造体の体積Ｖが１．０Ｌ（リットル）の場合；エンジン回転数１０００ｒｐｍ、トルク１００Ｎ・ｍ、
（２）ハニカム構造体の体積Ｖが２．４Ｌ（リットル）の場合；エンジン回転数１５００ｒｐｍ、トルク１５０Ｎ・ｍ、
（３）ハニカム構造体の体積Ｖが１０．０Ｌ（リットル）の場合；エンジン回転数３５００ｒｐｍ、トルク２７０Ｎ・ｍ、
（４）ハニカム構造体の体積Ｖが１５．０Ｌ（リットル）の場合；エンジン回転数４５００ｒｐｍ、トルク３００Ｎ・ｍ。
なお、エンジンの容積は、全て１．６Ｌ（リットル）である。
【００７２】
得られた測定結果から、ＮＯｘ浄化率Ｎを算出した。ここでＮＯｘ浄化率Ｎは、
Ｎ（％）＝｛（Ａ点におけるガス中のＮＯ濃度−Ｂ点におけるガス中のＮＯ濃度）／
（Ａ点におけるガス中のＮＯ濃度）｝×１００ 式（４）
により算出した。
【００７３】
結果を、表１の右欄に示す。また、図５には、各実施例および比較例に係るハニカム構造体における、ハニカム構造体の体積Ｖと、セル幅ｗｃに対するセルの全長Ｌｃの比（Ｌｃ／ｗｃ）との関係を示す。図５のグラフにおいて、直線Ｌ１は、前述のＡ１、すなわち、Ａ１＝（１２．５Ｖ＋５０）の関係を示している。また、直線Ｌ２は、前述のＡ２、すなわち、Ａ２＝（１２．５Ｖ＋２００）の関係を示している。従って、直線Ｌ１とＬ２の間の範囲は、前述の式（３）の関係を満たす領域に相当する。図５のグラフにおいて、実施例を○で、また比較例を●で示した。
【００７４】
表１の結果から、実施例１〜１３に係るハニカム構造体は、比較例１〜１１に係るハニカム構造体に比べて、高いＮＯｘ浄化性能を有することがわかった。また図５のグラフの結果から、ハニカム構造体の体積Ｖと値Ｌｃ／ｗｃの関係が、直線Ｌ１とＬ２の間の範囲にあるときに、ハニカム構造体が良好なＮＯｘ浄化性能を示すことがわかった。
【符号の説明】
【００７５】
１００ ハニカム構造体
１１０ 第１の端面
１１５ 第２の端面
１２０ 外周コート層
１２１、１２２ セル
１２３、１２４ セル壁
１３０ ハニカムユニット
１５０ 接着層
２００ 別のハニカム構造体
４００ ＮＯｘ浄化性能の評価試験装置
４０５ ディーゼルエンジン
４１０ ディーゼル酸化触媒システム
４１５ ディーゼルパティキュレートフィルタ
４２０ 尿素ＳＣＲシステム
４２５ 尿素タンク
４３０ 触媒担体部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスを処理するハニカム構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車排ガスの浄化に関しては、多くの技術が開発されているが、交通量の増大もあって、まだ十分な排ガス対策がとられているとは言い難い。日本国内においても、世界的にも自動車排ガス規制は、さらに強化されていく方向にある。その中でも、ディーゼル排ガス中のＮＯｘ規制については、非常に厳しくなってきている。従来は、エンジンの燃焼システムの制御によってＮＯｘ低減を図ってきたが、それだけでは対応しきれなくなってきた。このような課題に対応するディーゼルＮＯｘ浄化システムとして、アンモニアを還元剤として用いるＮＯｘ還元システム（ＳＣＲシステムと呼ばれている。）が提案されている。このようなシステムに用いられる触媒担体として、ハニカム構造体が知られている。
【０００３】
このハニカム構造体は、例えば、長手方向に沿って、該ハニカム構造体の一方の端面から他方の端面まで延伸する複数のセル（貫通孔）を有し、これらのセルは、触媒が担持されたセル壁により、相互に区画されている。従って、このようなハニカム構造体に排ガスを流通させた場合、セル壁に担持された触媒によって、排ガスに含まれるＮＯｘが浄化されるため、排ガスを処理することができる。
【０００４】
一般に、このようなハニカム構造体のセル壁は、コージェライトで構成され、このセル壁には、触媒として、例えばゼオライト（鉄または銅等でイオン交換されたもの）が担持される。この他、セル壁にゼオライトを使用し、ハニカム構造体を形成することが提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−１７１５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ハニカム構造体を触媒担体として使用する場合、その適用対象は、例えば、トラックのような大型車両用から普通乗用車用まで、広く変化する。従って、ハニカム構造体には、様々な形状（特に、全長および直径）のものが存在する。
【０００７】
一方、セルの寸法仕様（特にセル幅、セルの全長）は、そのハニカム構造体のＮＯｘ浄化性能に大きな影響を及ぼす。そこで本来であれば、各形状を有するハニカム構造体のそれぞれに対して、セルの寸法仕様（特にセル幅、セルの全長）を最適な値に定める必要がある。しかしながら、例えば需要の少ない特殊な形状のハニカム構造体についてまで、セルの寸法仕様の最適値を求め、これに基づいてハニカム構造体を作製することは、非効率的であり、コスト上昇につながる。従って、実際には、ハニカム構造体のセルの寸法仕様は、経験的に定められる場合も多く、全ての形状のハニカム構造体について、セルの寸法仕様が最適化されているとは限られない。また、このようなセルの寸法仕様が最適化されていないハニカム構造体では、触媒担体として使用した際に、しばしば、十分なＮＯｘ浄化性能が得られない場合があった。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、様々な全長および直径を有するハニカム構造体において、適正なＮＯｘ浄化性能が得られるハニカム構造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】
【０００９】
本発明では、ゼオライトおよび無機バインダを含み、長手方向に沿って、第１の端面から第２の端面に延伸する複数のセルがセル壁により区画されたハニカムユニットにより構成されるハニカム構造体であって、
前記セルの長手方向に垂直な断面は、実質的に正方形状であり、
前記ハニカムユニットの開口率は、５０〜６５％であり、
前記ハニカム構造体の体積をＶ（リットル）とし、前記セルのセル幅をｗｃ（ｃｍ）とし、前記セルの長手方向の長さをＬｃ（ｃｍ）としたとき、
１２．５Ｖ＋５０＜Ｌｃ／ｗｃ＜１２．５Ｖ＋２００
が成立することを特徴とする。
【００１０】
本発明において、前記ハニカムユニットに含まれるゼオライトは、β型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、フェリエライト、ＺＳＭ−５型ゼオライト、モルデナイト、フォージサイト、ゼオライトＡ、またはゼオライトＬであっても良い。
【００１１】
また、前記ハニカムユニットに含まれるゼオライトは、シリカに対するアルミナの重量比が３０〜５０の範囲であっても良い。
【００１２】
また、前記ハニカムユニットに含まれるゼオライトは、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＡｇまたはＶでイオン交換されていても良い。
【００１３】
また、前記ハニカムユニットは、さらに、ゼオライト以外の無機粒子を含んでいても良い。
【００１４】
また前記ゼオライト以外の無機粒子は、アルミナ、チタニア、シリカおよびジルコニアから選定された少なくとも一つであっても良い。
【００１５】
また、前記ハニカムユニットに含まれる無機バインダは、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス、セピオライト、およびアタパルジャイトの群から選定された少なくとも一つを含んでも良い。
【００１６】
また、前記ハニカムユニットは、さらに無機繊維を含んでも良い。
【００１７】
前記ハニカムユニットに含まれるそのような無機繊維は、アルミナ、シリカ、炭化珪素、シリカアルミナ、ガラス、チタン酸カリウムおよびホウ酸アルミニウムの群から選定された少なくとも一つであっても良い。
【００１８】
また、本発明によるハニカム構造体は、複数の前記ハニカムユニットを接着層を介して接合することにより構成されても良い。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、様々な全長および直径を有するハニカム構造体において、適正なＮＯｘ浄化性能が得られるハニカム構造体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のハニカム構造体の一例を模式的に示した斜視図である。
【図２】図１のハニカム構造体を構成するハニカムユニットの一例を模式的に示した斜視図である。
【図３】本発明のハニカム構造体の別の構成例を模式的に示した斜視図である。
【図４】ハニカム構造体のＮＯｘ浄化性能を評価するための装置構成を模式的に示したブロック図である。
【図５】ハニカム構造体の体積（Ｖ）とセル幅（ｗｃ）に対するセルの全長（Ｌｃ）の比（Ｌｃ／ｗｃ）の関係において、良好なＮＯｘ浄化性能が得られる範囲を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面により本発明の特徴を説明する。
【００２２】
図１には、本発明によるハニカム構造体を模式的に示す。また、図２には、図１に示したハニカム構造体の基本単位である、ハニカムユニットの一例を模式的に示す。
【００２３】
図１に示すように、本発明のハニカム構造体１００は、２つの端面１１０および１１５を有する。また、ハニカム構造体１００の両端面を除く外周面には、外周コート層１２０が形成されている。
【００２４】
ハニカム構造体１００は、例えば、図２に示す柱状のセラミック製ハニカムユニット１３０を、接着層１５０を介して複数個（図１の例では、縦横４列ずつ１６個）接合させた後、外周側を所定の形状（図１の例では、円柱状）に沿って切削加工することにより構成される。
【００２５】
図２に示すように、ハニカムユニット１３０は、該ハニカムユニットの長手方向に沿って一端から他端まで延伸し、両端面で開口された複数のセル（貫通孔）１２１と、該セルを区画するセル壁１２３とを有する。セル１２１の長手方向（Ｚ方向）に垂直な断面は、実質的に正方形状となっており、１辺の長さ（以下、「セル幅」と称する）は、ｗｃである。またセル１２１の全長（ハニカムユニット１３０の全長でもある）は、Ｌｃである。なお、ハニカムユニット１３０は、ＮＯｘ浄化に寄与するゼオライトを含む。従って、本発明によるハニカム構造体を、ＮＯｘ浄化用の触媒担体として使用する場合、セル壁に、必ずしも貴金属触媒を担持する必要はない。ただし、セル壁には、さらに貴金属触媒を担持しても良い。
【００２６】
このように構成されたハニカム構造体１００は、例えば、尿素タンクを有する尿素ＳＣＲシステムの触媒担体として使用される。この尿素ＳＣＲシステムに、排ガスが流通されると、尿素タンクに収容されている尿素が排ガス中の水と反応して、アンモニアが生じる。
ＣＯ（ＮＨ２）２＋Ｈ２Ｏ → ２ＮＨ３＋ＣＯ２ 式（１）
このアンモニアが、ＮＯｘを含む排ガスとともに、ハニカム構造体１００の一方の端面（例えば端面１１０）から、各セルに流入した場合、セル壁に含まれているゼオライトの触媒作用により、この混合ガスの間で、以下の反応が生じる。
４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２ → ４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ 式（２−１）
８ＮＨ３＋６ＮＯ２ → ７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ 式（２−２）
２ＮＨ３＋ＮＯ＋ＮＯ２ → ２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ 式（２−３）
その後、浄化された排ガスは、ハニカム構造体１００の他方の端面（例えば端面１１５）から排出される。このように、ハニカム構造体１００内に排ガスを流通させることにより、排ガス中のＮＯｘを処理することができる。また、ここでは、尿素水を加水分解して、ＮＨ３を供給する方法を示したが、その他の方法でＮＨ３を供給しても良い。
【００２７】
ところで、ハニカム構造体をＮＯｘ浄化用の触媒担体として使用する場合、その適用対象は、例えば、トラックのような大型車両用から普通乗用車用まで、広く考えられる。従って、ハニカム構造体には、様々な形状（特に、全長Ｌおよび直径Ｄ（図１および図３参照））のものが存在する。
【００２８】
一方、セルの寸法仕様（特にセル幅ｗｃ、セルの全長Ｌｃ（図２参照））は、そのハニカム構造体のＮＯｘ浄化性能に大きな影響を及ぼす。そこで本来であれば、各形状を有するハニカム構造体のそれぞれに対して、セルの寸法仕様（特にセル幅、セルの全長）を最適な値に定める必要がある。しかしながら、例えば需要の少ない特殊な形状のハニカム構造体についてまで、セルの寸法仕様の最適値を求め、これに基づいてハニカム構造体を製作することは、非効率的であり、コスト上昇につながる。従って、実際には、ハニカム構造体のセルの寸法仕様は、経験的に定められる場合も多く、全ての形状のハニカム構造体について、セルの寸法仕様が最適化されているとは限られない。また、このようなセルの寸法仕様が最適化されていないハニカム構造体では、触媒担体として使用した際に、しばしば、十分なＮＯｘ浄化性能が得られないという問題が生じ得る。
【００２９】
本願発明者らは、このような問題に対して研究を重ねた結果、
（１）通常の場合、ハニカム構造体の形状、特に外径Ｄおよびその全長Ｌは、ハニカム構造体の体積Ｖを用いることにより、一つのパラメータとして定義されること、
（２）正方形状断面を有するセルの寸法仕様は、セル幅ｗｃに対するセルの全長Ｌｃの比、すなわち値Ｌｃ／ｗｃをパラメータとして定義できること、ならびに
（３）値Ｌｃ／ｗｃを、ハニカム構造体の体積Ｖに対して、ある範囲内に設定することにより、良好なＮＯｘ浄化性能を示すハニカム構造体を得ることができること、
を見出し、本願発明に至った。
【００３０】
すなわち、本発明では、ハニカム構造体１００の体積をＶ（リットル）とし、各セル１２１のセル幅をｗｃ（ｃｍ）とし、セルの全長をＬｃ（ｃｍ）としたとき、
１２．５Ｖ＋５０＜Ｌｃ／ｗｃ＜１２．５Ｖ＋２００ 式（３）
の関係が満たされるようにして、セルの寸法仕様を定めることを特徴とする。これにより、ハニカム構造体の体積が変化しても、最適なＮＯｘ浄化性能を得ることができ、すなわち様々な全長および直径を有するハニカム構造体において、常に最適なＮＯｘ浄化性能を得ることが可能となる。
【００３１】
ここで、ハニカム構造体の体積Ｖの範囲は、特に限られないが、体積Ｖは、１Ｌ（リットル）≦Ｖ≦１５Ｌ（リットル）の範囲であることが好ましい。またセル幅ｗｃは、０．５ｃｍ≦ｗｃ≦２．０ｃｍの範囲であることが好ましい。セル幅ｗｃが０．５ｃｍ未満では、ハニカム構造体の圧力損失が大きくなり、セル幅ｗｃが２．０ｃｍを超えると、幾何学的表面積が小さいため、ＮＯｘとゼオライト中のアンモニアが十分に接触できないため、ＮＯｘ浄化性能が低下する。また、ハニカムユニット１３０の開口率は、５０〜６５％であることが好ましい。
【００３２】
次に、本発明によるハニカム構造体の構成について、より詳しく説明する。
【００３３】
ハニカム構造体１００を構成するハニカムユニット１３０は、ゼオライトに加えて無機バインダを含む。さらに、ハニカムユニット１３０は、ゼオライト以外の無機粒子、および／または無機繊維を含んでも良い。
【００３４】
ゼオライトは、例えば、β型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、フェリエライト、ＺＳＭ−５型ゼオライト、モルデナイト、フォージサイト、ゼオライトＡ、またはゼオライトＬが好ましい。あるいは、ゼオライトは、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＡｇまたはＶでイオン交換されたものであっても良い。
【００３５】
また、ゼオライトは、シリカに対するアルミナの重量比が３０〜５０の範囲であることが好ましい。
【００３６】
無機バインダとしては、無機ゾルや粘土系バインダ等を用いることができ、上記無機ゾルの具体例としては、例えば、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス等が挙げられる。また、粘土系バインダとしては、例えば、白土、カオリン、モンモリロナイト、セピオライト、アタパルジャイト等の複鎖構造型粘土等が挙げられる。これらは単独で用いても良く、２種以上を併用しても良い。
【００３７】
これらの中では、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス、セピオライトおよびアタパルジャイトからなる群から選択された少なくとも１種が望ましい。
【００３８】
ゼオライト以外の無機粒子としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、ムライト、ゼオライト等からなる粒子が望ましい。これらの粒子は、単独で用いてもよく、２種以上併用してもよい。また、これらの中では、アルミナ、ジルコニアが特に望ましい。
【００３９】
また、ハニカムユニットに無機繊維を加える場合、無機繊維の材料としては、アルミナ、シリカ、炭化珪素、シリカアルミナ、ガラス、チタン酸カリウムまたはホウ酸アルミニウム等が望ましい。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記材料の中では、アルミナが望ましい。なおウィスカも無機繊維に含まれるものとする。
【００４０】
ハニカムユニットに含まれる無機粒子（ゼオライトおよびゼオライト以外の無機粒子）の量について、望ましい下限は３０重量％であり、より望ましい下限は４０重量％であり、さらに望ましい下限は５０重量％である。一方、望ましい上限は９０重量％であり、より望ましい上限は８０重量％であり、さらに望ましい上限は７５重量％である。無機粒子（ゼオライトおよびゼオライト以外の無機粒子）の含有量が３０重量％未満では、排ガスの浄化に寄与するゼオライトの量が相対的に少なくなる。一方、９０重量％を超えると、ハニカムユニットの強度が低下する可能性がある。
【００４１】
また、ゼオライトは、シリカに対するアルミナの比が３０〜５０の範囲であることが好ましい。
【００４２】
無機バインダは、固形分として、５重量％以上含まれることが好ましく、１０重量％以上含まれることがより好ましく、１５重量％以上含まれることがさらに好ましい。一方、無機バインダの含有量は、固形分として、５０重量％以下であることが好ましく、４０重量％以下であることがより好ましく、３５重量％以下であることがさらに好ましい。無機バインダの量が固形分として、５重量％未満では、製造したハニカムユニットの強度が低くなることがある。一方、無機バインダの量が固形分として、５０重量％を超えると、原料組成物の成型性が悪くなることがある。
【００４３】
ハニカムユニットに無機繊維が含まれる場合、無機繊維の合計量について、望ましい下限は３重量％であり、より望ましい下限は５重量％であり、特に望ましい下限は８重量％である。一方、望ましい上限は５０重量％であり、より望ましい上限は４０重量％であり、特に望ましい上限は３０重量％である。無機繊維の含有量が３重量％未満ではハニカムユニットの強度向上の寄与が小さくなり、５０重量％を超えると排ガスの浄化に寄与するゼオライトの量が相対的に少なくなる。
【００４４】
ハニカムユニット１３０のセル密度は、１５．５〜１８６個／ｃｍ２（１００〜１２００ｃｐｓｉ）の範囲であることが好ましく、４６．５〜１７０個／ｃｍ２（３００〜１１００ｃｐｓｉ）の範囲であることがより好ましく、６２．０〜１５５個／ｃｍ２（４００〜１０００ｃｐｓｉ）の範囲であることがさらに好ましい。
【００４５】
ハニカムユニット１３０のセル壁１２３の厚さは、特に限定されないが、強度の点から望ましい下限は、０．１ｍｍであり、浄化性能の観点から望ましい上限は、０．４ｍｍである。
【００４６】
ハニカム構造体１００の接着層１５０は、接着層用ペーストを原料として形成される。接着層用ペーストとしては、特に限定されるものではないが、例えば、無機粒子と無機バインダを混ぜたものや、無機バインダと無機繊維を混ぜたものや、無機粒子と無機バインダと無機繊維を混ぜたものなどを用いることができる。また、これらにさらに有機バインダを加えても良い。
【００４７】
無機粒子、無機バインダおよび無機繊維としては、前述のようなハニカムユニットを構成する材料と同様のものを使用することができる。また、有機バインダとしては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロースおよびカルボキシメチルセルロースなどから選ばれる１種以上が挙げられる。有機バインダの中では、カルボキシルメチルセルロースが望ましい。
【００４８】
接着層の厚さは、０．３〜２．０ｍｍの範囲であることが好ましい。接着層の厚さが０．３ｍｍ未満では十分な接合強度が得られないおそれがあるためである。また接着層の厚さが２．０ｍｍを超えると、圧力損失が大きくなることがある。なお、接合させるハニカムユニットの数は、ハニカム構造体の大きさに合わせて適宜選定される。
【００４９】
ハニカム構造体１００の外周コート層１２０は、前述のような接着材層を構成する材料と同様の無機粒子、無機バインダおよび無機繊維を含み、さらに有機バインダを含むペーストを原料として形成される。外周コート層１２０は、接着層１５０と同じ材料であっても、異なる材料であっても良いが、同じ材料であることが好ましい。外周コート層の剥離やクラックが発生しにくくなるからである。原料となるペーストには、必要に応じて、酸化物系セラミックを成分とする微小中空球体であるバルーンや、球状アクリル粒子、グラファイト等の造孔剤を添加しても良い。外周コート層の最終的な厚さは、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍが好ましい。
【００５０】
以上の記載では、図１のような、接着層１５０を介して複数のハニカムユニット１３０を接合することにより構成されるハニカム構造体を例に説明した。
【００５１】
図３には、本発明のハニカム構造体の別の構成例を示す。なお、ハニカム構造体２００は、複数のセル１２２がセル壁１２４を隔てて、長手方向に並設された単一のハニカムユニットから構成されていることを除き、ハニカム構造体１００と同様の構造を有する。なお、図３の例では、ハニカム構造体２００の外周面に、外周コート層１２０が設置されているが、この外周コート層は、設置しても、設置しなくても良い。
（ハニカム構造体の製作方法）
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法を説明する。なお、ここでは、前述の図１のような、複数のハニカムユニットから構成されるハニカム構造体１００の製造方法を例に説明する。
【００５２】
まず、ゼオライトを含む無機粒子、無機バインダを主成分とし、さらに必要に応じて無機繊維を添加した原料ペーストを用いて押出成形等を行い、ハニカムユニット成形体を作製する。
【００５３】
原料ペーストには、これらの他に有機バインダ、分散媒および成形助剤を成形性にあわせて適宜加えてもよい。有機バインダとしては、特に限定されるものではないが、例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂およびエポキシ樹脂等から選ばれる１種以上の有機バインダが挙げられる。有機バインダの配合量は、無機粒子、無機バインダおよび無機繊維の合計１００重量部に対して、１〜１０重量部が好ましい。
【００５４】
分散媒としては、特に限定されるものではないが、例えば、水、有機溶媒（ベンゼンなど）およびアルコール（メタノールなど）などを挙げることができる。成形助剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸およびポリアルコール等を挙げることができる。
【００５５】
原料ペーストは、特に限定されるものではないが、混合・混練することが好ましく、例えば、ミキサーやアトライタなどを用いて混合してもよく、ニーダーなどで十分に混練してもよい。原料ペーストを成形する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、押出成形などによってセルを有する形状に成形することが好ましい。
【００５６】
次に、得られた成形体は、乾燥することが好ましい。乾燥に用いる乾燥機は、特に限定されるものではないが、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機および凍結乾燥機などが挙げられる。また、得られた成形体は、脱脂することが好ましい。脱脂する条件は、特に限定されず、成形体に含まれる有機物の種類や量によって適宜選択するが、おおよそ４００℃、２時間が好ましい。更に、得られた成形体は、焼成することが好ましい。焼成条件としては、特に限定されるものではないが、６００〜１２００℃で２時間程度が好ましく、６００〜１０００℃で２時間程度がより好ましい。この理由は、焼成温度が６００℃未満では、焼結が進行せずハニカムユニットとしての強度が低くなり、１２００℃を超えると、焼結が過剰に進行し、ゼオライトの反応サイトが減少してしまうためである。
【００５７】
次に、以上の工程で得られたハニカムユニットの側面に、後に接着層となる接着層用ペーストを均一な厚さで塗布した後、この接着層用ペーストを介して、順次他のハニカムユニットを積層する。この工程を繰り返し、所望の寸法の（例えば、ハニカムユニットが縦横４個ずつ配列された）ハニカム構造体を作製する。
【００５８】
次にこのハニカム構造体を加熱して、接着層用ペーストを乾燥、固化させて、接着層を形成させるとともに、ハニカムユニット同士を固着させる。
【００５９】
次にダイヤモンドカッター等を用いて、ハニカム構造体を、例えば円柱状に切削加工し、必要な外周形状のハニカム構造体を作製する。
【００６０】
次に、ハニカム構造体の外周面（側面）に外周コート層用ペーストを塗布後、これを乾燥、固化させて、外周コート層を形成する。
【００６１】
複数のハニカムユニットを接着層によって接合させた後（ただし、外周コート層を設けた場合は、外周コート層を形成させた後）に、このハニカム構造体を脱脂することが好ましい。この処理により、接着層用のペーストおよび外周コート層用ペーストに有機バインダが含まれている場合、これらの有機バインダを脱脂除去することができる。脱脂条件は、含まれる有機物の種類や量によって適宜選定されるが、通常の場合、７００℃、２時間程度である。
【００６２】
以上の工程により、図１に示すハニカム構造体を製作することができる。
【実施例】
【００６３】
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
（実施例１）
まず、Ｆｅゼオライト粒子（平均粒子径２μｍ）２２５０重量部、アルミナ粒子（平均粒子径２μｍ）５５０重量部、アルミナゾル（固形分３０重量％）２６００重量部、アルミナ繊維（平均繊維長１００μｍ、平均繊維径６μｍ）７８０重量部、メチルセルロース４１０重量部に、可塑剤および潤滑剤（ユニルーブ）を混合、混練して混合組成物を作製した。Ｆｅゼオライト粒子は、ゼオライト重量に対して３ｗｔ％の分がＦｅでイオン交換されたものである。次に、この混合組成物を押出成形機により押出成形を行い、ハニカム構造体の成形体を得た。
【００６４】
次に、マイクロ波乾燥機および熱風乾燥機を用いてこれらの成形体を十分乾燥させ、４００℃で２時間保持して脱脂した。その後、７００℃で２時間保持して焼成を行い、ハニカム構造体（外径１０２ｍｍ×全長１２０ｍｍ、体積１Ｌ（リットル））を作製した（図３の形状のハニカム構造体）。ハニカム構造体の開口率は、６０％であった。またハニカム構造体のセル幅ｗｃは、０．６９ｍｍであり、セル壁の厚さは、０．２ｍｍであり、セル密度は、１２４個／ｃｍ２であった。
（実施例２〜１３）
実施例１と同様の工程により、実施例２〜１３に係るハニカム構造体を作製した。これらのハニカム構造体は、実施例１に係るハニカム構造体に比べて、全長Ｌ、外径Ｄ、体積Ｖ、セル幅ｗｃを変化させている。ただし、その他のパラメータ値は、実施例１の場合と同様である。
【００６５】
表１には、実施例１〜１３に係る各ハニカム構造体の全長Ｌ、外径Ｄ、体積Ｖ、セル幅ｗｃ、およびセル幅ｗｃに対するセルの全長Ｌｃの比（Ｌｃ／ｗｃ）の値をまとめて示した。なお、表１において、セルの全長Ｌｃは、ハニカム構造体の全長Ｌと等しいため、省略している。また表１において、Ａ１およびＡ２の欄には、それぞれ、各ハニカム構造体の体積Ｖを用いて、Ａ１＝（１２．５Ｖ＋５０）、およびＡ２＝（１２．５Ｖ＋２００）の両式から求めた値が示されている。Ａ１は、前述の式（３）の不等式の左辺の値に相当し、Ａ２は、前述の式（３）の不等式の右辺の値に相当する。
【００６６】
【表１】
（比較例１〜１１）
実施例１と同様の工程により、比較例１〜１１に係るハニカム構造体を作製した。これらのハニカム構造体は、実施例１に係るハニカム構造体に比べて、全長Ｌ、外径Ｄ、体積Ｖ、セル幅ｗｃを変化させている。ただし、その他のパラメータ値は、実施例１の場合と同様である。
【００６７】
表１には、比較例１〜１１に係る各ハニカム構造体の各形状パラメータ、および前述のＡ１およびＡ２の値をまとめて示した。表１から、実施例１〜１３に係るハニカム構造体では、Ｌｃ／ｗｃの値は、Ａ１〜Ａ２の範囲に含まれていることがわかる。一方、比較例１〜１１に係るハニカム構造体では、Ｌｃ／ｗｃの値は、Ａ１〜Ａ２の範囲から外れている。
（ＮＯｘ浄化性能評価）
前述の各ハニカム構造体を用いて、ＮＯｘ浄化性能の評価を行った。
【００６８】
図４には、ＮＯｘ浄化性能の評価試験装置のブロック図を示す。この装置４００は、ディーゼルエンジン４０５と、ディーゼル酸化触媒システム（ＤＯＣ）４１０と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）４１５と、尿素ＳＣＲシステム４２０とが、この順に直列に接続されて構成されている。尿素ＳＣＲシステム４２０は、尿素タンク４２５と、触媒担体部４３０とで構成される。触媒担体部４３０には、前述の実施例および比較例に係るハニカム構造体のうちの一つが設置される。
【００６９】
この装置４００において、エンジン４０５からの排ガスは、最初にＤＯＣ４１０に導入される。ＤＯＣ４１０では、排ガス中の一酸化炭素および炭化水素系ガスが酸化される。次に、ＤＯＣ４１０から排出されたガスは、ＤＰＦ４１５に導入され、ここで排ガス中のパティキュレート（ＰＭ）が除去される。次に、ＤＰＦ４１５から排出されたガスは、尿素ＳＣＲシステム４２０に導入される。尿素ＳＣＲシステム４２０では、尿素タンク４２５から排ガスに尿素が供給され、前述の式（１）の反応により、アンモニアが生成される。このアンモニアを含む排ガスは、その後、触媒担体部４３０に導入され、ここで前述の式（２−１）、（２−２）、（２−３）のように、ＮＯｘが処理される。その後、ＮＯｘ処理された排ガスは、系外に排出される。
【００７０】
ここで、図４中のＡ点とＢ点、すなわち、尿素タンク４２５と触媒担体部４３０の間、および尿素ＳＣＲシステム４２０の出口側の２箇所において、排ガス中のＮＯ濃度を測定することにより、触媒担体部４３０に設置されたハニカム構造体のＮＯｘ浄化性能を評価することができる。
【００７１】
試験は、エンジン４０５を始動させてから、Ｂ点でのＮＯ濃度がほとんど変化しなくなるまで継続した。ＮＯ濃度の測定には、ＨＯＲＩＢＡ製の装置（ＭＥＸＡ−７１００Ｄ）を使用した。この装置のＮＯの検出限界は、０．１ｐｐｍである。エンジン４０５の回転数およびトルクは、触媒担体部４３０に設置されるハニカム構造体の体積に合わせて以下のように設定した：
（１）ハニカム構造体の体積Ｖが１．０Ｌ（リットル）の場合；エンジン回転数１０００ｒｐｍ、トルク１００Ｎ・ｍ、
（２）ハニカム構造体の体積Ｖが２．４Ｌ（リットル）の場合；エンジン回転数１５００ｒｐｍ、トルク１５０Ｎ・ｍ、
（３）ハニカム構造体の体積Ｖが１０．０Ｌ（リットル）の場合；エンジン回転数３５００ｒｐｍ、トルク２７０Ｎ・ｍ、
（４）ハニカム構造体の体積Ｖが１５．０Ｌ（リットル）の場合；エンジン回転数４５００ｒｐｍ、トルク３００Ｎ・ｍ。
なお、エンジンの容積は、全て１．６Ｌ（リットル）である。
【００７２】
得られた測定結果から、ＮＯｘ浄化率Ｎを算出した。ここでＮＯｘ浄化率Ｎは、
Ｎ（％）＝｛（Ａ点におけるガス中のＮＯ濃度−Ｂ点におけるガス中のＮＯ濃度）／
（Ａ点におけるガス中のＮＯ濃度）｝×１００ 式（４）
により算出した。
【００７３】
結果を、表１の右欄に示す。また、図５には、各実施例および比較例に係るハニカム構造体における、ハニカム構造体の体積Ｖと、セル幅ｗｃに対するセルの全長Ｌｃの比（Ｌｃ／ｗｃ）との関係を示す。図５のグラフにおいて、直線Ｌ１は、前述のＡ１、すなわち、Ａ１＝（１２．５Ｖ＋５０）の関係を示している。また、直線Ｌ２は、前述のＡ２、すなわち、Ａ２＝（１２．５Ｖ＋２００）の関係を示している。従って、直線Ｌ１とＬ２の間の範囲は、前述の式（３）の関係を満たす領域に相当する。図５のグラフにおいて、実施例を○で、また比較例を●で示した。
【００７４】
表１の結果から、実施例１〜１３に係るハニカム構造体は、比較例１〜１１に係るハニカム構造体に比べて、高いＮＯｘ浄化性能を有することがわかった。また図５のグラフの結果から、ハニカム構造体の体積Ｖと値Ｌｃ／ｗｃの関係が、直線Ｌ１とＬ２の間の範囲にあるときに、ハニカム構造体が良好なＮＯｘ浄化性能を示すことがわかった。
【符号の説明】
【００７５】
１００ ハニカム構造体
１１０ 第１の端面
１１５ 第２の端面
１２０ 外周コート層
１２１、１２２ セル
１２３、１２４ セル壁
１３０ ハニカムユニット
１５０ 接着層
２００ 別のハニカム構造体
４００ ＮＯｘ浄化性能の評価試験装置
４０５ ディーゼルエンジン
４１０ ディーゼル酸化触媒システム
４１５ ディーゼルパティキュレートフィルタ
４２０ 尿素ＳＣＲシステム
４２５ 尿素タンク
４３０ 触媒担体部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゼオライトおよび無機バインダを含み、長手方向に沿って、第１の端面から第２の端面に延伸する複数のセルがセル壁により区画されたハニカムユニットにより構成されるハニカム構造体であって、
前記セルの長手方向に垂直な断面は、実質的に正方形状であり、
前記ハニカムユニットの開口率は、５０〜６５％であり、
前記ハニカム構造体の体積をＶ（リットル）とし、前記セルのセル幅をｗｃ（ｃｍ）とし、前記セルの長手方向の長さをＬｃ（ｃｍ）としたとき、
１２．５Ｖ＋５０＜Ｌｃ／ｗｃ＜１２．５Ｖ＋２００
が成立することを特徴とするハニカム構造体。
【請求項２】
前記ゼオライトは、β型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、フェリエライト、ＺＳＭ−５型ゼオライト、モルデナイト、フォージサイト、ゼオライトＡ、またはゼオライトＬであることを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項３】
前記ゼオライトは、シリカに対するアルミナの重量比が３０〜５０ｗｔ％の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載のハニカム構造体。
【請求項４】
前記ゼオライトは、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＡｇまたはＶでイオン交換されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のハニカム構造体。
【請求項５】
前記ハニカムユニットは、さらに、ゼオライト以外の無機粒子を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のハニカム構造体。
【請求項６】
前記ゼオライト以外の無機粒子は、アルミナ、チタニア、シリカおよびジルコニアから選定された少なくとも一つであることを特徴とする請求項５に記載のハニカム構造体。
【請求項７】
前記無機バインダは、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス、セピオライト、およびアタパルジャイトの群から選定された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載のハニカム構造体。
【請求項８】
前記ハニカムユニットは、さらに無機繊維を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載のハニカム構造体。
【請求項９】
前記無機繊維は、アルミナ、シリカ、炭化珪素、シリカアルミナ、ガラス、チタン酸カリウムおよびホウ酸アルミニウムの群から選定された少なくとも一つであることを特徴とする請求項８に記載のハニカム構造体。
【請求項１０】
当該ハニカム構造体は、複数の前記ハニカムユニットを接着層を介して接合することにより構成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一つに記載のハニカム構造体。
【請求項１】
ゼオライトおよび無機バインダを含み、長手方向に沿って、第１の端面から第２の端面に延伸する複数のセルがセル壁により区画されたハニカムユニットにより構成されるハニカム構造体であって、
前記セルの長手方向に垂直な断面は、実質的に正方形状であり、
前記ハニカムユニットの開口率は、５０〜６５％であり、
前記ハニカム構造体の体積をＶ（リットル）とし、前記セルのセル幅をｗｃ（ｃｍ）とし、前記セルの長手方向の長さをＬｃ（ｃｍ）としたとき、
１２．５Ｖ＋５０＜Ｌｃ／ｗｃ＜１２．５Ｖ＋２００
が成立することを特徴とするハニカム構造体。
【請求項２】
前記ゼオライトは、β型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、フェリエライト、ＺＳＭ−５型ゼオライト、モルデナイト、フォージサイト、ゼオライトＡ、またはゼオライトＬであることを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項３】
前記ゼオライトは、シリカに対するアルミナの重量比が３０〜５０ｗｔ％の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載のハニカム構造体。
【請求項４】
前記ゼオライトは、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＡｇまたはＶでイオン交換されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のハニカム構造体。
【請求項５】
前記ハニカムユニットは、さらに、ゼオライト以外の無機粒子を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のハニカム構造体。
【請求項６】
前記ゼオライト以外の無機粒子は、アルミナ、チタニア、シリカおよびジルコニアから選定された少なくとも一つであることを特徴とする請求項５に記載のハニカム構造体。
【請求項７】
前記無機バインダは、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス、セピオライト、およびアタパルジャイトの群から選定された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載のハニカム構造体。
【請求項８】
前記ハニカムユニットは、さらに無機繊維を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載のハニカム構造体。
【請求項９】
前記無機繊維は、アルミナ、シリカ、炭化珪素、シリカアルミナ、ガラス、チタン酸カリウムおよびホウ酸アルミニウムの群から選定された少なくとも一つであることを特徴とする請求項８に記載のハニカム構造体。
【請求項１０】
当該ハニカム構造体は、複数の前記ハニカムユニットを接着層を介して接合することにより構成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一つに記載のハニカム構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−４９７（Ｐ２０１０−４９７Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３９１７０（Ｐ２００９−３９１７０）
【出願日】平成２１年２月２３日（２００９．２．２３）
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２３日（２００９．２．２３）
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]