ハニカム構造体
【課題】圧力損失が小さく、再生処理までの期間を長期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】多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設された柱状のハニカム構造体であって、上記貫通孔は、その長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きく、排気ガス流出側の端部が封止されたガス流入貫通孔、及び、その長手方向に垂直な断面の面積が相対的に小さく、排気ガス流入側の端部が封止、隣り合う上記ガス流入貫通孔の長手方向に垂直な断面の重心間距離と、隣り合う上記ガス流出貫通孔の長手方向に垂直な断面の重心間距離とが等しく、上記壁部を構成するセラミックは、平均気孔径が５〜１０μｍであり、かつ、上記平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合が、全細孔の容積に対して２０％以下であり、上記ハニカム構造体には、上記ガス流入貫通孔同士を隔てる隔壁が存在する。
【解決手段】多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設された柱状のハニカム構造体であって、上記貫通孔は、その長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きく、排気ガス流出側の端部が封止されたガス流入貫通孔、及び、その長手方向に垂直な断面の面積が相対的に小さく、排気ガス流入側の端部が封止、隣り合う上記ガス流入貫通孔の長手方向に垂直な断面の重心間距離と、隣り合う上記ガス流出貫通孔の長手方向に垂直な断面の重心間距離とが等しく、上記壁部を構成するセラミックは、平均気孔径が５〜１０μｍであり、かつ、上記平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合が、全細孔の容積に対して２０％以下であり、上記ハニカム構造体には、上記ガス流入貫通孔同士を隔てる隔壁が存在する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００３年６月２３日に出願された日本国特許出願２００３―１７８７１３号を基礎出願として優先権主張する出願である。
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中のパティキュレート等を捕集する目的等に用いられるハニカム構造体に関する。
【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気ガス中に含有されるパティキュレート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。
この排気ガスを多孔質セラミックに通過させ、排気ガス中のパティキュレートを捕集して、排気ガスを浄化することができるセラミックフィルタが種々提案されている。
【０００３】
このようなセラミックフィルタとして、図７に示したような、炭化珪素等からなり、四角柱状の多孔質セラミック部材１３０が、接着剤として機能するシール材層１２４を介して複数個結束されてセラミックブロック１２５を構成し、このセラミックブロック１２５の周囲にも、排気ガスの漏れを防止するためのシール材層１２３が形成された構造のハニカムフィルタ１２０が知られている。
このハニカムフィルタ１２０は、図８に示したような構造の多孔質セラミック部材１３０を構成部品としており、長手方向に多数並設された貫通孔１３１同士を隔てる隔壁１３３がフィルタとして機能するように構成されている。
【０００４】
即ち、多孔質セラミック部材１３０に形成された貫通孔１３１は、図８（ｂ）に示したように、排気ガスの入口側又は出口側の端部のいずれかが封止材１３２により目封じされ、一の貫通孔１３１に流入した排気ガスは、必ず貫通孔１３１を隔てる隔壁１３３を通過した後、他の貫通孔１３１から流出するようになっている。
また、外周に設けられたシール材層１２３は、上述したように、ハニカムフィルタ１２０を内燃機関の排気通路に設置した際、セラミックブロック１２５の外周部から排気ガスが漏れ出すことを防止する目的で設けられているものである。
【０００５】
このような構成のハニカムフィルタ１２０は、極めて耐熱性に優れ、再生処理等も容易であるため、種々の大型車両やディーゼルエンジン搭載車両等に使用されている。
即ち、このようなハニカムフィルタ１２０が内燃機関の排気通路に設置されると、内燃機関より排出された排気ガス中のパティキュレートは、このハニカムフィルタ１２０を通過する際に隔壁１３３により捕捉され、排気ガスが浄化される。
【０００６】
また、この種のハニカムフィルタとしては、排気ガス流入側の開口面積を排気ガス流出側の開口面積よりも大きくすることにより、単位体積あたりの排気ガスが通過する壁部の面積を大きくして、フィルタとしての有効体積の向上が図られたものが開示されている（例えば、特許文献１〜１２参照）。
【０００７】
図９は、特許文献１に開示された排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである（特許文献１、図３参照）。
この排気ガスフィルタ３１０は、それぞれの貫通孔のサイズを同一とし、排気ガス流入側が封止された貫通孔３１２の個数を、排気ガス流出側が封止された貫通孔３１１の個数より少なくしている。これにより、排気ガス流入側の開口面積を排気ガス流出側の開口面積よりも大きくして、フィルタとしての有効体積の向上を図っている。
【０００８】
図１０は、特許文献２に開示された排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである（特許文献２参照）。
この排気ガスフィルタ３２０は、排気ガス流入側が封止された貫通孔３２２の開口面積及び個数と、排気ガス流出側が封止された貫通孔３２１の開口面積及び個数とが異なる構成としている。これにより、排気ガス流入側の開口面積を排気ガス流出側の開口面積よりも大きくして、フィルタとしての有効体積の向上を図っている。
【０００９】
図１１は、特許文献１に開示された排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである（特許文献１、図１７参照）。
この排気ガスフィルタ３３０は、排気ガス流入側が封止された貫通孔３３２の開口面積と、排気ガス流出側が封止された貫通孔３３１の開口面積とが異なる構成としている。また、このフィルタでは、貫通孔３３２と貫通孔３３１の個数は、同一であり、排気ガス流出側が封止された貫通孔３３１同士は、隔壁を介して面で接するように構成されている。このような構成の排気ガスフィルタもまた、排気ガス流入側の開口面積を排気ガス流出側の開口面積よりも大きくして、フィルタとしての有効体積の向上を図っている。
【００１０】
図１２は、特許文献３に開示された排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである（特許文献３、図Ｆｉｇ．５ｐ参照）。
この排気ガスフィルタ３４０は、排気ガス流入側が封止された貫通孔３４２の開口面積と、排気ガス流出側が封止された貫通孔３４１の開口面積とが異なる構成としている。また、このフィルタでは、貫通孔３４２と貫通孔３４１の個数は、同一であり、排気ガス流出側が封止された貫通孔３４１同士が、隔壁を介して面で接しないように構成されている。このような構成の排気ガスフィルタもまた、排気ガス流入側の開口面積を排気ガス流出側の開口面積よりも大きくして、フィルタとしての有効体積の向上を図っている。
【００１１】
これらの従来技術に係るフィルタは、ガス流入側の開口面積をガス流出側の開口面積に比べて大きくし、隔壁の有効濾過面積を大きくすることにより、パティキュレートを多量に捕集することを可能にすることを目的としている。また、これらのフィルタは、図７、８に示したような全ての貫通孔の断面の形状が四角形で、ガス流入側の開口面積とガス流出側の開口面積が等しいフィルタと比べて同量のパティキュレートを捕集した際の圧力損失を低くすることを目的としている。
【００１２】
しかしながら、従来のフィルタにおいては、後者の目的、即ち、同量のパティキュレートを捕集した際の圧力損失を低くすることを充分に達成することができないことが明らかとなった。
上述したようなフィルタにおいて、圧力損失に影響を与える要因としては、主なものとして次の４つの要因が考えられる。
【００１３】
具体的には、(1)フィルタのガス流入側の開口率（ΔＰａ）、(2)貫通孔を通過する際の摩擦（ガス流入貫通孔；ΔＰｂ−１、ガス流出貫通孔；ΔＰｂ−２）、(3)隔壁を通過する際の抵抗（ΔＰｃ）、及び、(4)捕集されたパティキュレートを通過する際の抵抗（ΔＰｄ）が考えられる。そして、これらのなかでは、(4)捕集されたパティキュレートを通過する際の抵抗（ΔＰｄ）の与える影響が最も大きいものと考えられる。
【００１４】
そもそも、図９〜１２に示したような構成を有するフィルタの初期状態の圧力損失（パティキュレートを捕集していない状態の圧力損失）は、図７、８に示したような全ての貫通孔の断面の形状が四角形で、ガス流入側の開口面積とガス流出側の開口面積が等しいフィルタに比べて高くなる傾向にある。その理由は、ΔＰａ及びΔＰｂ−１に起因した圧力損失は若干低くなるものの、ΔＰｂ−２及びΔＰｃに起因した圧力損失が高くなるからであると考えられる。
【００１５】
また、図９〜１２に示したような構成を有するフィルタのパティキュレート捕集後の圧力損失を考えてみると、図９や図１１に示した構成のフィルタでは、ガス流入貫通孔同士が共有する隔壁が存在する。このような構成のフィルタにおいて排気ガスは、図１３に示したように、まず、ガス流入貫通孔１３１１とガス流出貫通孔１３１２とが共有する隔壁を介した流路ａを通って、ガス流入貫通孔１３１１側からガス流出貫通孔１３１２側へと流れ、この際、ガス流入貫通孔１３１１とガス流出貫通孔１３１２とが共有する隔壁にパティキュレートが捕集されることとなる（図１３（ａ）参照）。
【００１６】
その後、ガス流入貫通孔１３１１とガス流出貫通孔１３１２とが共有する隔壁にパティキュレート１３１３が捕集され、この隔壁の圧力損失がΔＰｄに起因して高くなるに従い、ガス流入貫通孔１３１１同士が共有する隔壁を介した流路ｂを通って、ガス流入貫通孔１３１１側からガス流出貫通孔１３１２側へと流れることとなる（図１３（ｂ）参照）。
ここで、排気ガスは、ガス流入貫通孔１３１１同士が共有する隔壁のうち、ガス流入貫通孔１３１１とガス流出貫通孔１３１２とが共有する隔壁に近い側を順に流れ始め、最終的には、ガス流入貫通孔１３１１を構成する隔壁全体が有効濾過領域となるものと考えられる。
なお、図１３（ａ）、（ｂ）は、従来のフィルタにおける排気ガスの流路を説明するための模式図である。
【００１７】
このようなハニカム構造体において、ガス流入貫通孔１３１１とガス流出貫通孔１３１２とが共有する隔壁に蓄積されるパティキュレートの量が多い場合には、パティキュレートを捕集した際の圧力損失を低くすることは困難であった。
【００１８】
また、特許文献３、４には、１０％以上の平均気孔率を有し、２〜１５μｍの平均気孔径を有し、個々の気孔径が、０．５〜７０μｍのほとんど全域に分布しているフィルタが開示されている。
本発明者らも、圧力損失を低減させるために、気孔径を大きくすることを検討した。しかしながら、実際、検討を行ったところ、意外にも、気孔径を大きくしても、圧力損失が低くならないことが明らかとなった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特公平３−４９６０８号公報（図３、図１７等）、米国特許第４４１７９０８号明細書、特開昭５８−１９６８２０号公報
【特許文献２】実開昭５８−９２４０９号公報
【特許文献３】米国特許第４３６４７６１号明細書（Ｆｉｇ．５ｐ等）、特開昭５６−１２４４１７号公報、特開昭６２−９６７１７号公報
【特許文献４】米国特許第４２７６０７１号明細書
【特許文献５】米国特許第４４２０３１６号明細書
【特許文献６】米国特許第４４２０３１６号明細書
【特許文献７】特開昭５８−１５００１５号公報
【特許文献８】特開平５−６８８２８号公報、特許３１３０５８７号
【特許文献９】ＦＲ２７８９３２７号
【特許文献１０】ＷＯ０２／１００５１４号
【特許文献１１】ＷＯ０２／１０５６２号、ＤＥ１００３７４０３号
【特許文献１２】ＷＯ０３／２０４０７号、米国公開第２００３−４１７３０号明細書、米国特許第６６９６１３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本願発明者らは、従来技術にはない、平均気孔径に対して相対的に大きい気孔径を有する細孔の割合を、全体的な気孔分布に対して減少させることを検討した。そして、そのようにすることで、開口率比に差が生じさせるように封止したハニカム構造体において、もっとも効率よく、排気ガスを流入させるとともに、圧力損失を小さくすることができ、さらに、再生処理までの期間を長期化することが可能であることを見出し、本発明を完成した。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明のハニカム構造体は、多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設された柱状のハニカム構造体であって、
上記貫通孔は、いずれか一方の端部が封止され、かつ、一方の端面の開口面積と他方の端面の開口面積とが異なり、
上記壁部を構成するセラミックは、平均気孔径が５〜３０μｍであり、かつ、上記平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合が、全細孔の容積に対して３０％以下であることを特徴とする。
以下、本発明のハニカム構造体について説明する。
【００２２】
本発明のハニカム構造体では、壁部を構成するセラミックは、平均気孔径が５〜３０μｍであり、かつ、上記平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合が、全細孔の容積に対して３０％以下であるため、図１４に示すように、壁部８２の深層部にまでパティキュレートが入り込むことがなく、見かけ上のパティキュレートの厚さｄ（隔壁中に堆積したパティキュレートも考慮にいれたパティキュレート層の厚さ８１）が薄くなる。
さらに、壁部の深層部にまでパティキュレートが入り込むことがないため、短時間で、構造上ガスが透過しやすい部分（例えば、ガス流入側が開口した貫通孔とガス流出側が開口した貫通孔とを隔てる壁部等）の表層部のみにパティキュレートが堆積し、これに起因して、パティキュレートの捕集量が少ない早期の段階から、構造上ガスが透過しやすい部分のみならず、構造上ガスが透過しにくい部分（例えば、ガス流入側が開口した貫通孔同士を隔てる壁部等）をもガスが透過することとなり、有効濾過面積が大きくなる。
【００２３】
また、壁部の内部にパティキュレートが入り込みにくいため、壁部を通過する際の抵抗も増加しにくい。その結果、パティキュレート捕集後における圧力損失の増加の度合いが小さくなり、再生処理までの期間を長期化することができる。
【００２４】
本発明のハニカム構造体において、ガス流入側の開口面積がガス流出側の開口面積よりも大きい場合には、フィルタとしての濾過面積が大きく、パティキュレートの捕集能に優れることとなる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のハニカム構造体では、壁部の深層部にまでパティキュレートが入り込むことがなく、見かけ上のパティキュレートの厚さが薄くなるとともに、構造上ガスが透過しやすい部分の表層部のみにパティキュレートが堆積し、これに起因して、パティキュレートの捕集量が少ない早期の段階から、構造上ガスが透過しやすい部分のみならず、構造上ガスが透過しにくい部分をもガスが透過することとなり、有効濾過面積が大きくなる。
さらに、壁部の内部にパティキュレートが入り込みにくいため、壁部を通過する際の抵抗も増加しにくい。その結果、パティキュレート捕集後における圧力損失の増加の度合いが小さくなり、再生処理までの期間を長期化することができる。
【００２６】
本発明のハニカム構造体において、ガス流入側の開口面積がガス流出側の開口面積よりも大きい場合には、フィルタとしての濾過面積が大きく、パティキュレートの捕集能に優れることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のハニカム構造体の一例である集合体型ハニカム構造体の具体例を模式的に示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１に示したハニカム構造体を構成する多孔質セラミック部材の一例を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した多孔質セラミック部材のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明のハニカム構造体の一例である一体型ハニカム構造体の具体例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る集合体型ハニカム構造体を構成する多孔質セラミック部材の断面の一部を模式的に示した断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は、本発明に係る集合体型ハニカム構造体を構成する多孔質セラミック部材の断面の一部を模式的に示した断面図である。
【図６】本発明のハニカム構造体が設置された車両の排気ガス浄化装置の一例を模式的に示した断面図である。
【図７】従来のハニカム構造体を模式的に示した斜視図である。
【図８】（ａ）は、従来のハニカム構造体に含まれるセラミック部材を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである。
【図１０】排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである。
【図１１】排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである。
【図１２】排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、従来のフィルタにおける排気ガスの流路を説明するための模式図である。
【図１４】本発明のハニカム構造体において、壁部にパティキュレートが堆積した際のパティキュレートの厚さを模式的に示す概念図である。
【図１５】従来のフィルタにおいて、壁部にパティキュレートが堆積した際のパティキュレートの厚さを模式的に示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明のハニカム構造体は、多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設された柱状のハニカム構造体であって、
上記貫通孔は、いずれか一方の端部が封止され、かつ、一方の端面の開口面積と他方の端面の開口面積とが異なり、
上記壁部を構成するセラミックは、平均気孔径が５〜３０μｍであり、かつ、上記平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合が、全細孔の容積に対して３０％以下であることを特徴とする。
【００２９】
本発明のハニカム構造体は、多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設された柱状のものであるが、このハニカム構造体は、複数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミック部材がシール材層を介して複数個結束されることにより構成されていてもよく（以下、上記ハニカム構造体を集合体型ハニカム構造体ともいう）、全体が一体として焼結形成されたセラミック部材から構成されていてもよい（以下、上記ハニカム構造体を一体型ハニカム構造体ともいう）。なお、これらのハニカム構造体は、その周囲に塗布層が形成されていてもよい。
【００３０】
上記集合体型ハニカム構造体の場合、壁部は、多孔質セラミック部材の貫通孔を隔てる隔壁と、多孔質セラミック部材間の接着材層として機能しているシール材層とから構成されており、上記一体型ハニカム構造体の場合、一種類の隔壁のみにより構成されている。以下においては、区別が必要な場合以外は、隔壁もシール材層も区別せず、壁部ということとする。
【００３１】
図１は、本発明のハニカム構造体の一例である集合体型ハニカム構造体の具体例を模式的に示す斜視図であり、図２（ａ）は、図１に示したハニカム構造体を構成する多孔質セラミック部材の一例を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した多孔質セラミック部材のＡ−Ａ線断面図である。
【００３２】
図１に示したように、本発明のハニカム構造体１０は、多孔質セラミック部材２０がシール材層１４を介して複数個結束されてセラミックブロック１５を構成し、このセラミックブロック１５の周囲には、排気ガスの漏れを防止するためのシール材層１３が形成されている。
【００３３】
また、この多孔質セラミック部材２０では、その長手方向に多数の貫通孔２１が並設されて、この貫通孔２１は、いずれか一方の端部が封止材２２により封止されている。ここで、その長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きい貫通孔２１ａは、排気ガス流出側の端部が封止されており、上記断面の面積が相対的に小さい貫通孔２１ｂは、排気ガス流入側の端部が封止されている。
従って、このハニカム構造体１０では、排気ガス流入側の開口面積が、排気ガス流出側の開口面積よりも大きくなるように構成されている。
また、セラミック部材２０では、排気ガス流入側が開口した貫通孔（以下、ガス流入貫通孔ともいう）２１ａと、排気ガス流出側が開口した貫通孔（以下、ガス流出貫通孔ともいう）２１ｂとを隔てる壁部（隔壁）２３がフィルタとして機能するようになっている。即ち、ガス流入貫通孔２１ａに流入した排気ガスは、必ずこれらの壁部（隔壁）２３を通過した後、ガス流出貫通孔２１ｂから流出するようになっている。
【００３４】
図１に示したハニカム構造体１０では、その形状は円柱状であるが、本発明のハニカム構造体は、円柱状に限定されることはなく、例えば、楕円柱状や角柱状等任意の形状、大きさのものであってもよい。
【００３５】
本発明のハニカム構造体において、多孔質セラミック部材の材料としては特に限定されず、例えば、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、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、アルミナ、ジルコニア、コージュライト、ムライト等の酸化物セラミック等を挙げることができる。また、本発明のハニカム構造体は、シリコンと炭化ケイ素等の複合体からなるものであってもよく、チタン酸アルミニウムからなるものであってもよい。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珪素が望ましい。
【００３６】
また、多孔質セラミック部材は、平均気孔径が５〜３０μｍであり、かつ、平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の割合が、全細孔の容積に対して３０％以下である。
【００３７】
平均気孔径が５〜３０μｍであるため、パティキュレートが壁部の深層部まで入ることはなく、そのため、パティキュレートによる目詰まりを起こしにくい。
平均気孔径が５μｍ未満では、パティキュレートが容易に目詰まりを起こしていまい、圧力損失が大きくなり過ぎてしまう。一方、平均気孔径が３０μｍを超えると、パティキュレートが壁部の深層部にまで、入り込んでしまうこととなり、本発明の効果を得ることができない。
【００３８】
また、多孔質セラミック部材は、平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合が、全細孔の容積に対して３０％以下であるので、気孔径が比較的揃っており、排気ガスが壁部を通過する際の抵抗を小さく保つことができる。
即ち、ガス流入側とガス流出側の貫通孔同士を隔てる壁の気孔分布状態について、相対的に気孔径の大きな細孔を少なくすることにより、ガスを敢えて流れにくくすることで、ガス流入側の貫通孔同士を隔てる隔壁に、早期に排気ガスを流入させることとなり、圧力損失を下げることができるのである。
この圧力損失を低下させるメカニズムについては、定かではないが、以下のように考えられる。
【００３９】
平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合が、全細孔の容積に対して３０％を超えると、平均気孔径に対して、相対的に大きい気孔径の割合が高くなる。すると、初期の段階、即ち、パティキュレートの捕集後の間もない段階においては、図１５に示すように、気孔径の大きい細孔の部分に、排気ガスが流入しやすくなる。その結果、パティキュレートは、隔壁８４の深層部（細孔の奥深く）にまで進入するようになる。
さらに、排気ガス自体が流れやすくなっているため、パティキュレートは、深層部まで高密度に蓄積されることとなる。そのため、見かけ上のパティキュレート層８３の厚さＤ（パティキュレートが細孔内部に充填した状態のパティキュレート層の厚さ）が厚くなり、初期圧損が低かったにもかかわらず、パティキュレートが蓄積されるにつれて、パティキュレートを通過する際の抵抗（ΔＰｄ）に起因した圧力損失が急上昇することとなる。
【００４０】
このように、平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合が、全細孔の容積に対して３０％を超えると、結果的には、フィルタの圧力損失が増大することになると考えられる。なお、矢印は、排気ガスの流れを示している。
また、上述したように、ガス流入側貫通孔とガス流出側貫通孔とを隔てる隔壁に、充分にパティキュレートが蓄積された後には、ガス流入側貫通孔同士を隔てる隔壁にもパティキュレートが流入するようになる。
【００４１】
これに対して、本発明のハニカム構造体では、ガス流入側貫通孔とガス流出側貫通孔とを隔てる隔壁の気孔分布状態について、相対的に気孔径の大きな細孔を少なくして、敢えてガスを流れにくくしている。そのため、上述したような気孔径の大きな細孔が形成されている場合に比べて、ガス流入側貫通孔とガス流出側貫通孔とを隔てる隔壁にガスが流れにくくなる。その結果、相対的に早い段階でガス流入側貫通孔同士を隔てる隔壁に排気ガスが流入することとなり、これにより、パティキュレートの厚み、不均一捕集等による圧力損失の急上昇を回避することができると考えられる。
また、このようなフィルタでは、既に図１４を参照しながら説明したように、隔壁に蓄積されるパティキュレートの厚さを薄くできるので、パティキュレートが燃焼しにくいことに起因する再生不良や、急激な燃焼による熱衝撃でフィルタを破壊させることもなくなると考えられる。
【００４２】
なお、上記気孔径は、水銀圧入法、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による測定等、従来公知の方法により測定することができる。
しかし、本発明においては、全体の気孔径分布を測定する必要があることを考慮すると、水銀圧入法によって測定することが望ましい。
【００４３】
上記ハニカム構造体では、図１に示したハニカム構造体１０のように、ガス流入側の開口面積がガス流出側の開口面積よりも大きいことが望ましい。フィルタとしての濾過面積が大きく、パティキュレートの捕集能に優れるからである。
【００４４】
また、上記ハニカム構造体では、ガス流入側の貫通孔同士を隔てる隔壁が存在することが望ましい。
低い圧力損失を維持しつつ、広い有効濾過領域を確保することができるからである。
【００４５】
本発明のハニカム構造体では、上記多孔質セラミック部材の気孔率が３０〜７０％であることが望ましい。
多孔質セラミック部材の強度を維持することが可能であるとともに、壁部にパティキュレートが入り込みにくく、排気ガスが壁部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。
【００４６】
気孔率が３０％未満であると、壁部が早期に目詰まりを起こすことがあり、一方、気孔率が７０％を超えると、多孔質セラミック部材の強度が低下して容易に破壊されることがある。
なお、上記気孔率は、例えば、水銀圧入法、アルキメデス法、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による測定等、従来公知の方法により測定することができる。
【００４７】
本発明のハニカム構造体は、上記壁部の厚さが、０．１〜０．５ｍｍであることが望ましい。ハニカム構造体が所定の強度を保つことができ、かつ、壁部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。
０．１ｍｍ未満であれば、ハニカム構造体として充分な強度を得ることができない場合があり、０．５ｍｍを超えると圧力損失が大きくなりすぎることがある。
【００４８】
また、本発明のハニカム構造体では、その長手方向に垂直な断面における開口（貫通孔）の密度は、１５．５〜６２．０個／ｃｍ２であることが望ましい。
１５．５個／ｃｍ２未満では、壁部の総面積が小さく、フィルタとしての効率が低下するとともに、壁部の厚さによっては、ハニカム構造体の強度が低下する場合がある。一方、６２．０個／ｃｍ２を超えると、ガス流入側及びガス流出側のそれぞれの開口（貫通孔）面積が小さく、フィルタとしての効率が低下することがあり、特に、ガス流入側の開口（貫通孔）面積が小さい場合には、圧力損失が大きくなることがある。
【００４９】
このような多孔質セラミック部材を製造する際に使用するセラミックの粒径としては特に限定されないが、後の焼成工程で収縮が少ないものが望ましく、例えば、０．３〜５０μｍの平均粒径を有する粉末１００重量部と、０．１〜１．０μｍの平均粒径を有する粉末５〜６５重量部とを組み合わせたものが望ましい。上記粒径のセラミック粉末を上記配合で混合することで、多孔質セラミック部材を製造することができるからである。
また、上記２種類の粉末の粒径、特に大きい方の粉末の粒径を調製することにより、多孔質セラミック部材の気孔径を上記範囲に調整することができる。一体型ハニカム構造体を製造する場合においても、同様の方法をとることができる。
また、粒径の揃った造孔材を原料に混合し、焼成することにより、気孔径を調整した多孔質セラミック部材を製造してもよい。なお、造孔材とは、製造したセラミック中に気孔を形成するための材料であり、その一例としては、焼成により消失するものが挙げられる。
【００５０】
上記封止材は、多孔質セラミックからなるものであることが望ましい。
本発明のハニカム構造体において、上記封止材により一端部が封止された多孔質セラミック部材は、多孔質セラミックからなるものであるため、上記封止材を上記多孔質セラミック部材と同じ多孔質セラミックとすることで、両者の接着強度を高くすることができるとともに、封止材の気孔率を上述した多孔質セラミック部材と同様に調整することで、上記多孔質セラミック部材の熱膨張率と封止材の熱膨張率との整合を図ることができ、製造時や使用時の熱応力によって封止材と壁部との間に隙間が生じたり、封止材や封止材に接触する部分の壁部にクラックが発生したりすることを防止することができる。
【００５１】
上記封止材が多孔質セラミックからなる場合、その材料としては特に限定されず、例えば、上述した多孔質セラミック部材を構成するセラミック材料と同様の材料を挙げることができる。
【００５２】
本発明のハニカム構造体において、シール材層（壁部）１３、１４は、多孔質セラミック部材２０間、及び、セラミックブロック１５の外周に形成されている。そして、多孔質セラミック部材２０間に形成されたシール材層（壁部）１４は、複数の多孔質セラミック部材２０同士を結束する接着剤としても機能し、一方、セラミックブロック１５の外周に形成されたシール材層（壁部）１３は、本発明のハニカム構造体１０を内燃機関の排気通路に設置した際、セラミックブロック１５の外周から排気ガスが漏れ出すことを防止するための封止材として機能する。
【００５３】
上記シール材層を構成する材料としては特に限定されず、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等を挙げることができる。
なお、上述した通り、本発明のハニカム構造体において、シール材層は、多孔質セラミック部材間、及び、セラミックブロックの外周に形成されているが、これらのシール材層は、同じ材料からなるものであってもよく、異なる材料からなるものであってもよい。さらに、上記シール材層が同じ材料からなるものである場合、その材料の配合比は同じものであってもよく、異なるものであってもよい。
【００５４】
上記無機バインダーとしては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル等を挙げることができる。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。上記無機バインダーのなかでは、シリカゾルが望ましい。
【００５５】
上記有機バインダーとしては、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、カルボキシメチルセルロース等を挙げることができる。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。上記有機バインダーのなかでは、カルボキシメチルセルロースが望ましい。
【００５６】
上記無機繊維としては、例えば、シリカ−アルミナ、ムライト、アルミナ、シリカ等のセラミックファイバー等を挙げることができる。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。上記無機繊維のなかでは、シリカ−アルミナファイバーが望ましい。
【００５７】
上記無機粒子としては、例えば、炭化物、窒化物等を挙げることができ、具体的には、炭化珪素、窒化珪素、窒化硼素等からなる無機粉末又はウィスカー等を挙げることができる。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。上記無機粒子のなかでは、熱伝導性に優れる炭化珪素が望ましい。
シール材層は、緻密体からなるものであってもよく、多孔質体であってもよい。
【００５８】
図３（ａ）は、本発明のハニカム構造体の一例である一体型ハニカム構造体の具体例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ線断面図である。
【００５９】
図３（ａ）に示したように、ハニカム構造体３０は、多数の貫通孔３１が壁部３３を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミックブロック３５からなり、貫通孔３１は、いずれか一方の端部が封止材３２により封止されている。ここで、その長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きい貫通孔３１ａは、ガス流入貫通孔として機能するように、排気ガス流出側が封止されており、上記断面の面積が相対的に小さい貫通孔３１ｂは、ガス流出貫通孔として機能するように、排気ガス流入側の端部が封止されている。
なお、図３には示していないが、多孔質セラミックブロック３５の周囲には、図１に示したハニカム構造体１０と同様に、シール材層が形成されていてもよい。
【００６０】
このハニカム構造体３０では、多孔質セラミックブロック３５が焼結により製造された一体構造のものであるほかは、集合体型ハニカム構造体１０と同様に構成されている。従って、このハニカム構造体３０においても、ガス流入貫通孔３１ａと、ガス流出貫通孔３１ｂとを隔てる壁部３３がフィルタとして機能するようになっており、ガス流入貫通孔３１ａに流入した排気ガスは、必ずこれらの壁部３３を通過した後、ガス流出貫通孔３１ｂから流出するようになっている。
従って、一体型ハニカム構造体３０においても、集合体型ハニカム構造体の場合と同様の効果が得られる。
【００６１】
また、一体型ハニカム構造体３０においても、集合体型ハニカム構造体１０と同様、多孔質セラミックブロック３５は、平均気孔径が５〜３０μｍであり、かつ、平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の割合が、全細孔の容積に対して３０％以下である。
また，その形状、大きさは任意のものであってよく、その気孔率は集合体型ハニカム構造体と同様３０〜７０％であることが望ましい。
また、長手方向に垂直な断面における望ましい開口（貫通孔）の密度や、望ましい壁部の厚さも集合体型ハニカム構造体と同様である。
【００６２】
多孔質セラミックブロック３５を構成する多孔質セラミックとしては特に限定されず、集合体型ハニカム構造体と同様の窒化物、炭化物、酸化物セラミックを挙げることができるが、これらのなかでは、コージェライト等の酸化物セラミックが望ましい。
【００６３】
このような一体型ハニカム構造体３０における封止材３２は、同様に多孔質セラミックからなるものであることが望ましく、その材料としては、特に限定されないが、例えば、上述した多孔質セラミック３５を構成するセラミック材料と同様の材料を挙げることができる。
【００６４】
図１及び図３に示したような構成からなる本発明のハニカム構造体において、貫通孔の長手方向に垂直な断面の形状は特に限定されないが、多角形であることが望ましい。
【００６５】
多角形にすることにより、貫通孔を排気ガスが通過する際に貫通孔の形状による摩擦の大きい部分をなくし、貫通孔を通過する際の摩擦に起因する圧力損失を低くすること、または、壁部の厚みの不均一な部分、つまり、排気ガスが局所的に通過しにくくなる部分をなくし、壁部を通過する際の抵抗に起因する圧力損失を低くすること、このどちらかの効果を得ることができるからである。
【００６６】
また、多角形のなかでも、４角形以上の多角形が望ましく、その角の少なくとも１つが鈍角であることがより望ましい。上記のようにすることで、貫通孔入口側を通過する際の摩擦及び貫通孔出口側を通過する際の摩擦に起因する圧力損失を低くすることができるからである。
【００６７】
また、上記貫通孔の断面の角部の近傍は、曲線により構成されていることが望ましい。曲線にすることにより、角部での応力集中に起因するクラックの発生を防ぐことができるからである。
【００６８】
また、排気ガス流入側の開口面積は排気ガス流出側の開口面積のよりも大きいことが望ましいが、この場合、排気ガス流入側の開口面積と、排気ガス流出側の開口面積との比（排気ガス流入側の開口面積／排気ガス流出側の開口面積、以下、単に開口面積比ともいう。）は、１．０１〜６であることが望ましい。
上記面積比が６を超えると、排気ガス流出側の貫通孔の容積が小さくなりすぎて、貫通孔を通過する際の摩擦及び壁部を通過する際の抵抗に起因する圧力損失が増大し、初期の圧力損失が大きくなってしまうことがある。上記面積比は、１．２〜５がより好ましい。さらに、上記面積比は、１．２〜３．０がより一層好ましい。
【００６９】
図４（ａ）〜（ｄ）、及び、図５（ａ）〜（ｆ）は、本発明に係る集合体型ハニカム構造体を構成する多孔質セラミック部材の断面の一部を模式的に示した断面図である。なお、一体型、集合型に拘らず、各貫通孔の断面の形状は同じであるので、これらの図を用いて本発明のハニカム構造体を構成する断面形状を説明する。
【００７０】
図４（ａ）では、開口面積比がほぼ１．５５、図４（ｂ）では、ほぼ２．５４、図４（ｃ）では、ほぼ４．４５、図４（ｄ）では、ほぼ６．００である。また、図５（ａ）、（ｃ）、（ｅ）では、上記開口面積比がすべて、ほぼ４．４５であり、図５（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）では、上記開口面積比がすべてほぼ６．００である。
【００７１】
図４（ａ）〜（ｄ）では全て、ガス流入貫通孔の断面の形状は８角形であり、ガス流出貫通孔の断面の形状は４角形（正方形）でそれぞれ交互に配列されており、ガス流出貫通孔の断面積を変化させ、ガス流入貫通孔の断面形状を少し変化させることにより、開口面積比を任意に変動させることが容易にできる。同様に、図５に示すハニカム構造体に関しても任意にその開口面積比を変動させることができる。
【００７２】
なお、図５（ａ）〜（ｂ）に示すハニカム構造体１６０、２６０では、ガス流入貫通孔１６１ａ、２６１ａの断面の形状は５角形であり、そのうちの３つの角がほぼ直角となっており、ガス流出貫通孔１６１ｂ、２６１ｂの断面の形状は４角形で、それぞれ大きな四角形の斜めに対向する部分を占めるように構成されている。図５（ｃ）〜（ｄ）に示すハニカム構造体１７０、２７０では、図４（ａ）〜（ｄ）に示す断面の形状を変形したものであって、ガス流入貫通孔１７１ａ、２７１ａとガス流出貫通孔１７１ｂ、２７１ｂとが共有する壁部をガス流出貫通孔側にある曲率を持って広げた形状である。この曲率は任意のものであってよい。
【００７３】
ここでは、ガス流入貫通孔１７１ａ、２７１ａとガス流出貫通孔１７１ｂ、２７１ｂとが共有する壁部を構成する曲線が１／４円に相当するものを例示する。
【００７４】
図５（ｅ）〜（ｆ）に示すハニカム構造体１８０、２８０では、ガス流入貫通孔１８１ａ、２８１ａ及びガス流出貫通孔２８１ｂ、２８１ｂは四角形（長方形）からなり、図のように、２つのガス流入貫通孔と２つのガス流出貫通孔を組み合わせると、ほぼ正方形となるように構成されている。
【００７５】
また、本発明のハニカム構造体を構成する貫通孔の断面の形状は、既に説明した図９〜１２に示したような形状であってもよい。
従って、本発明のハニカム構造体においては、ガス流入貫通孔の開口面積が、ガス流出貫通孔の貫通孔の開口面積よりも大きく、ガス流入貫通孔の数とガス流出貫通孔の数とは異なっていてもよい。
【００７６】
本発明において、隣り合うガス流入貫通孔の長手方向に垂直な断面の重心間距離と、隣り合うガス流出貫通孔の長手方向に垂直な断面の重心間距離とは、等しいことが望ましい。
「隣り合うガス流入貫通孔の上記断面の重心間距離」とは、一のガス流入貫通孔の長手方向に垂直な断面における重心と、隣り合うガス流入貫通孔の長手方向に垂直な断面における重心との最小の距離をいい、一方、「隣り合うガス流出貫通孔の上記断面の重心間距離」とは、一のガス流出貫通孔の長手方向に垂直な断面における重心と、隣り合うガス流出貫通孔の重心との最小の距離のことをいう。
【００７７】
上記２つの重心間距離が等しいとき、再生時に熱が均一に拡散することで、ハニカム構造体内部の局所的な温度の偏りがなくなり、長期間繰り返し使用しても、熱応力に起因するクラック等が発生することのない耐久性に優れたフィルタとなるからである。
【００７８】
本発明のハニカム構造体を排気ガス中のＷをパティキュレートを捕集するフィルタとして用いると、ハニカム構造体を構成する貫通孔の内部に捕集したパティキュレートが次第に堆積していく。
パティキュレートの堆積量が多くなると圧力損失が次第に大きくなり、一定値を超えると、エンジンへの負荷が大きくなりすぎる。従って、本発明のハニカム構造体では、パティキュレートを燃焼させることにより、フィルタを再生させるが、本発明では、従来のフィルタに比べてパティキュレート捕集後における圧力損失の増加の度合いが小さいので、再生処理までの期間を長期化することができる。
【００７９】
次に、上述した本発明のハニカム構造体の製造方法の一例について説明する。
本発明のハニカム構造体の構造が図３に示したような、その全体が一の焼結体から構成された一体型ハニカム構造体である場合、まず、上述したようなセラミックを主成分とする原料ペーストを用いて押出成形を行い、図３に示したハニカム構造体３０と略同形状のセラミック成形体を作製する。
【００８０】
上記原料ペーストは、製造後の多孔質セラミックブロックの平均気孔径が５〜３０μｍとなり、かつ、上記平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合が、全細孔の容積に対して３０％以下となるものであれば特に限定されず、例えば、上述したようなセラミックからなり、所定の粒径を有する粉末にバインダー及び分散媒液を加えたものを挙げることができる。
【００８１】
上記バインダーとしては特に限定されず、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等を挙げることができる。
上記バインダーの配合量は、通常、セラミック粉末１００重量部に対して、１〜１０重量部が望ましい。
【００８２】
上記分散媒液としては特に限定されず、例えば、ベンゼン等の有機溶媒；メタノール等のアルコール、水等を挙げることができる。
上記分散媒液は、原料ペーストの粘度が一定範囲内となるように、適量配合される。
【００８３】
これらセラミック粉末、バインダー及び分散媒液は、アトライター等で混合し、ニーダー等で充分に混練した後、押出成形して上記セラミック成形体を作製する。
【００８４】
また、上記原料ペーストには、必要に応じて成形助剤を添加してもよい。
上記成形助剤としては特に限定されず、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る。
【００８５】
さらに、上記原料ペーストには、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よい。
上記バルーンとしては特に限定されず、例えば、アルミナバルーン、ガラスマイクロバルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン（ＦＡバルーン）及びムライトバルーン等を挙げることができる。これらのなかでは、フライアッシュバルーンが望ましい。
【００８６】
次に、上記セラミック成形体を、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機及び凍結乾燥機等を用いて乾燥させた後、所定の貫通孔に封止材となる封止材ペーストを充填し、上記貫通孔に目封じする封止処理を施す。ここで、ガス流入貫通孔の開口面積の大きさが、ガス流出貫通孔の開口面積よりも大きくなるように、封止処理を施す。
【００８７】
上記封止材ペーストとしては特に限定されず、例えば、上記原料ペーストと同様のものを用いることができるが、上記原料ペーストで用いたセラミック粉末に潤滑剤、溶剤、分散剤及びバインダーを添加したものであることが望ましい。上記封止処理の途中で封止材ペースト中のセラミック粒子が沈降することを防止することができるからである。
【００８８】
次に、上記封止材ペーストが充填されたセラミック乾燥体に、所定の条件で脱脂、焼成を行うことにより、多孔質セラミックからなり、その全体が一の焼結体から構成されたハニカム構造体を製造することができる。
なお、上記セラミック乾燥体の脱脂及び焼成の条件等は、従来から多孔質セラミックからなるハニカム構造体を製造する際に用いられている条件を適用することができる。
【００８９】
また、本発明のハニカム構造体の構造が、図１に示したような、多孔質セラミック部材がシール材層を介して複数個結束されて構成された集合体型ハニカム構造体である場合、まず、上述したセラミックを主成分とする原料ペーストを用いて押出成形を行い、図２に示した多孔質セラミック部材２０のような形状の生成形体を作製する。
【００９０】
なお、上記原料ペーストは、上述した集合体型ハニカム構造体において説明した原料ペーストと同様のものを挙げることができる。
【００９１】
次に、上記生成形体を、マイクロ波乾燥機等を用いて乾燥させて乾燥体とした後、該乾燥体の所定の貫通孔に封止材となる封止材ペーストを充填し、上記貫通孔を封止する封止処理を施す。
なお、上記封止材ペーストは、上述した一体型ハニカム構造体において説明した封止材ペーストと同様のものを挙げることができ、上記封止処理は、封止材ペーストを充填する対象が異なるほかは、上述した一体型ハニカム構造体の場合と同様の方法を挙げることができる。
ここでも、ガス流入貫通孔の開口面積の大きさが、ガス流出貫通孔の開口面積よりも大きくなるように、封止処理を施すことが望ましい。
【００９２】
次に、上記封止処理を経た乾燥体に所定の条件で脱脂、焼成を行うことにより、複数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材を製造することができる。
なお、上記生成形体の脱脂及び焼成の条件等は、従来から多孔質セラミック部材がシール材層を介して複数個結束されて構成されたハニカム構造体を製造する際に用いられている条件等を適用することができる。
【００９３】
次に、シール材層１４となるシール材ペーストを均一な厚さで塗布してシール材ペースト層を形成し、このシール材ペースト層の上に、順次他の多孔質セラミック部材２０を積層する工程を繰り返し、所定の大きさの角柱状の多孔質セラミック部材２０の積層体を作製する。
なお、上記シール材ペーストを構成する材料としては、上述した本発明のハニカム構造体において説明した通りであるのでここではその説明を省略する。
【００９４】
次に、この多孔質セラミック部材２０の積層体を加熱してシール材ペースト層を乾燥、固化させてシール材層１４とし、その後、例えば、ダイヤモンドカッター等を用いて、その外周部を図１に示したような形状に切削することで、セラミックブロック１５を作製する。
【００９５】
そして、セラミックブロック１５の外周に上記シール材ペーストを用いてシール材層１３を形成することで、多孔質セラミック部材がシール材層を介して複数個結束されて構成されたハニカム構造体を製造することができる。
【００９６】
このようにして製造したハニカム構造体はいずれも柱状であり、その構造は、図１や図２に示した通りである。
【００９７】
本発明のハニカム構造体の用途は特に限定されないが、車両の排気ガス浄化装置に好適に用いることができる。
図６は、本発明のハニカム構造体が設置された車両の排気ガス浄化装置の一例を模式的に示した断面図である。
【００９８】
図６に示したように、排気ガス浄化装置８００は、主に、本発明のハニカム構造体８０、ハニカム構造体８０の外方を覆うケーシング８３０、ハニカム構造体８０とケーシング８３０との間に配置された保持シール材８２０、及び、ハニカム構造体８０の排気ガス流入側に設けられた加熱手段８１０から構成されており、ケーシング８３０の排気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８４０が接続されており、ケーシング８３０の他端部には、外部に連結された排出管８５０が接続されている。なお、図６中、矢印は排気ガスの流れを示している。
また、図６において、ハニカム構造体８０は、図１に示したハニカム構造体１０であってもよく、図３に示したハニカム構造体３０であってもよい。
【００９９】
このような構成からなる排気ガス浄化装置８００では、エンジン等の内燃機関から排出された排気ガスは、導入管８４０を通ってケーシング８３０内に導入され、ハニカム構造体８０の貫通孔から壁部（隔壁）を通過してこの壁部（隔壁）でパティキュレートが捕集されて浄化された後、排出管８５０を通って外部へ排出されることとなる。
【０１００】
そして、ハニカム構造体８０の壁部（隔壁）に大量のパティキュレートが堆積し、圧力損失が高くなると、ハニカム構造体８０の再生処理が行われる。
上記再生処理では、加熱手段８１０を用いて加熱されたガスをハニカム構造体８０の貫通孔の内部へ流入させることで、ハニカム構造体８０を加熱し、壁部（隔壁）に堆積したパティキュレートを燃焼除去させるのである。
本発明では、上記方法のほか、ポストインジェクション方式を用いてパティキュレートを燃焼除去してもよい。
【０１０１】
また、本発明のハニカム構造体の気孔中には、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等を浄化することができる触媒が担持されていてもよい。
このような触媒が担持されていることで、本発明のハニカム構造体は、排気ガス中のパティキュレートを捕集するハニカム構造体として機能するとともに、排気ガスに含有される上記ＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等を浄化するための触媒コンバータとして機能する。また、場合によっては、パティキュレートの燃焼温度を低下させることができる。
【０１０２】
上記触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属を挙げることができる。この貴金属からなる触媒は、所謂、三元触媒であり、このような三元触媒が担持された本発明のハニカム構造体は、従来公知の触媒コンバータと同様に機能するものである。従って、ここでは、本発明のハニカム構造体が触媒コンバータとしても機能する場合の詳しい説明を省略する。
但し、本発明のハニカム構造体に担持させることができる触媒は、上記貴金属に限定されることはなく、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等を浄化することができる触媒であれば、任意のものを担持させることができる。
【実施例】
【０１０３】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
（１）篩によって、原料の粒度を調整することにより得られた平均粒径１１μｍ（±１μｍに９９．９９ｗｔ％）のα型炭化珪素粉末６０重量％と、平均粒径０．５μｍのβ型炭化珪素粉末４０重量％とを湿式混合し、得られた混合物１００重量部に対して、有機バインダー（メチルセルロース）を５重量部、水を１０重量部加えて混練して混合組成物を得た。次に、上記混合組成物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさらに混練した後、押出成形を行い、図４（ｂ）に示した断面形状と略同様で、開口面積比が、３．００となるように生成形体を作製した。
【０１０４】
（２）次に、マイクロ波乾燥機等を用いて上記生成形体を乾燥させ、セラミック乾燥体とした後、上記生成形体と同様の組成のペーストを所定の貫通孔に充填し、再び乾燥機を用いて乾燥させた後、４００℃で脱脂し、常圧のアルゴン雰囲気下２０００℃、３時間で焼成を行うことにより、気孔率が４２％、平均気孔径が５μｍ、気孔径が平均気孔径の２倍（本実施例では１０μｍ）以上の細孔の容積の割合（以下、気孔径分布ともいう）が１０％、その大きさが３４．３ｍｍ×３４．３ｍｍ×１５０ｍｍで、貫通孔の数が３１個／ｃｍ２、実質的に全ての壁部（隔壁）２３の厚さが０．４ｍｍの炭化珪素焼結体である多孔質セラミック部材を製造した。
なお、得られた多孔質セラミック部材の端面においては、断面の面積が相対的に大きい貫通孔４１ａを一方の端面で封止材により封止し、断面の面積が相対的に小さい貫通孔４１ｂを他方の端面で封止材により封止した。
【０１０５】
なお、上記気孔径は、以下の方法により測定した。
即ち、上記多孔質セラミックス部材について、気孔径（０．２〜５００μｍまで）を水銀圧入法（ＪＩＳ Ｒ １６５５：２００３に準拠）によって測定した。
具体的には、ハニカム構造を有する多孔質セラミック部材を０．８ｃm程度の立方体に切断し、イオン交換水で超音波洗浄し、十分乾燥した。次に、このサンプルの気孔径を、島津製作所社製、マイクロメリティックス自動ポロシメータ、オートポアIII９４０５を用いて測定した。この時、測定範囲は、０．２〜５００μｍとし、さらに１００〜５００μｍの範囲では、０．１ｐｓｉａの圧力毎に測定し、０．２〜１００μｍの範囲では、０．２５ｐｓｉａの圧力毎に測定した。これにより、気孔径分布、全細孔容積が計算される。
平均気孔径（直径）は、４×S（積分細孔面積）／V（積分細孔容積）として計算した。
また、平均気孔径から２倍の気孔径を計算し、その２倍の気孔径を超える細孔容積を算出し、さらに、全細孔径範囲の測定データと上記算出した細孔径割合から、本発明における平均細孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合を計算した。
【０１０６】
（実施例２〜１２）
平均気孔径及び気孔径分布を下記表１に示した大きさにした以外は、実施例１と同様にして多孔質セラミックス部材を製造した。なお、原料粉末の粒径、焼成条件等は表１に示した通りである。また、原料粉末（α型炭化珪素粉末）の粒径は実施例１と同様、±１μｍに９９．９９ｗｔ％である。
【０１０７】
（比較例１〜６）
平均気孔径及び気孔径分布を下記表１に示した大きさにした以外は、実施例１と同様にして多孔質セラミックス部材を製造した。なお、原料粉末の粒径、焼成条件等は表１に示した通りである。
【０１０８】
実施例１〜１２及び比較例１〜６に係る多孔質セラミックス部材について、それぞれのセラミックブロックを製造し、下記の測定をおこなった。なお、セラミックブロックの製造方法は、以下の通りである。
即ち、まず、繊維長０．２ｍｍのアルミナファイバー３０重量％、平均粒径０．６μｍの炭化珪素粒子２１重量％、シリカゾル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％を含む耐熱性のシール材ペーストを用いて上記多孔質セラミック部材を、上述した方法により多数結束させ、続いて、ダイヤモンドカッターを用いて切断することにより、円柱形状のセラミックブロックを作製した。
このとき、上記多孔質セラミック部材を結束するシール材層の厚さが１．０ｍｍとなるように調整した。
【０１０９】
次に、無機繊維としてアルミナシリケートからなるセラミックファイバー（ショット含有率：３％、繊維長：０．１〜１００ｍｍ）２３．３重量％、無機粒子として平均粒径０．３μｍの炭化珪素粉末３０．２重量％、無機バインダーとしてシリカゾル（ゾル中のＳｉＯ２の含有率：３０重量％）７重量％、有機バインダーとしてカルボキシメチルセルロース０．５重量％及び水３９重量％を混合、混練してシール材ペーストを調製した。
次に、上記シール材ペーストを用いて、上記セラミックブロックの外周部に厚さ１．０ｍｍのシール材ペースト層を形成した。そして、このシール材ペースト層を１２０℃で乾燥して、直径１４４ｍｍ、長手方向の長さが１５０ｍｍの円柱形状で、排気ガス浄化用ハニカムフィルタとして機能するハニカム構造体を製造した。
そして、上述の円柱状のハニカム構造体の、初期状態での圧力損失、０．５ｇ／ｌ、１ｇ／ｌ、２ｇ／ｌ、４ｇ／ｌ、６ｇ／ｌ及び８ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した際の圧力損失、並びに、再生限界値をそれぞれ測定した。結果を表１に示した。
【０１１０】
（評価方法）
（１）圧力損失の測定
図６に示したように、各実施例及び比較例に係るハニカム構造体をエンジンの排気通路に配設して排気ガス浄化装置とし、上記エンジンを回転数３０００ｍｉｎ−１、トルク５０Ｎｍで運転し、初期状態、及び、所定量のパティキュレートを捕集した状態での圧力損失を測定した。
（２）再生限界値の測定
図６に示したように、各実施例及び比較例に係るハニカム構造体をエンジンの排気通路に配設して排気ガス浄化装置とし、上記エンジンを回転数３０００ｍｉｎ−１、トルク５０Ｎｍで所定の時間運転し、パティキュレートを捕集したサンプルを作製した。
次に、エンジンを回転数４０００ｍｉｎ−１、トルク２００Ｎｍで運転し、フィルタ温度が７００℃付近で一定になったところで、エンジンを回転数１０５０ｍｉｎ−１、トルク３０Ｎｍとすることにより、フィルタに捕集されたパティキュレートを強制的に燃焼させた。このような実験を同様のフィルタ数個について行い、クラックの発生しない最大のパティキュレート量を測定し、その値を再生限界値とした。
【０１１１】
【表１】
【０１１２】
表１より、明らかなように、初期状態での圧力損失は、比較例に係るハニカム構造体のほうが、実施例に係るハニカム構造体よりも低い場合があるものの、４ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した時点で、比較例に係るハニカム構造体のほうが、実施例に係るハニカム構造体よりも圧力損失が高く、８ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した際の圧力損失は、実施例に係るハニカム構造体では低く抑えられていた。
これは、比較例に係るハニカム構造体では、パティキュレートが壁部の深層部にまで、入り込んでしまっているのに対し、実施例に係るハニカム構造体では、パティキュレートを壁部の表層部でのみ捕集しているからであると考えられる。
【０１１３】
また、実施例に係るハニカム構造体では、比較例に係るフィルタに比べて、再生限界値が大きくなっており、再生までに多量のパティキュレートを捕集することができ、再生までの時間を延長することができることが明らかとなった。
【０１１４】
（実施例１３）
（１）実施例１の（１）と同様にして混合組成物を得た。次に、上記混合組成物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさらに混練した後、押出成形を行い、図９に示した断面形状と略同様で、開口面積比が、３．００となるように生成形体を作製した。なお、原料粉末（α型炭化珪素粉末）の粒径は実施例１と同様、±１μｍに９９．９９ｗｔ％である。
【０１１５】
（２）次に、マイクロ波乾燥機等を用いて上記生成形体を乾燥させ、セラミック乾燥体とした後、上記生成形体と同様の組成のペーストを所定の貫通孔に充填し、再び乾燥機を用いて乾燥させた後、４００℃で脱脂し、常圧のアルゴン雰囲気下２０００℃、３時間で焼成を行うことにより、気孔率が４２％、平均気孔径が５μｍ、気孔径分布が１０％、その大きさが３４．３ｍｍ×３４．３ｍｍ×１５０ｍｍで、貫通孔の数が３１個／ｃｍ２、実質的に全ての壁部（隔壁）２３の厚さが０．４ｍｍの炭化珪素焼結体である多孔質セラミック部材を製造した。
なお、得られた多孔質セラミック部材の端面においては、開口面積比が上記した大きさなるように、いずれか一方の端面を封止材により封止した。
【０１１６】
（実施例１４〜１７）
平均気孔径及び気孔径分布を下記表２に示した大きさにした以外は、実施例１３と同様にして多孔質セラミックス部材を製造した。なお、原料粉末の粒径、焼成条件等は表２に示した通りである。また、原料粉末（α型炭化珪素粉末）の粒径は実施例１と同様、±１μｍに９９．９９ｗｔ％である。
【０１１７】
（比較例７〜９）
平均気孔径及び気孔径分布を下記表２に示した大きさにした以外は、実施例１３と同様にして多孔質セラミックス部材を製造した。なお、原料粉末の粒径、焼成条件等は表２に示した通りである。
【０１１８】
実施例１４〜１７及び比較例７〜９に係る多孔質セラミックス部材について、実施例１と同様の円柱形状のハニカム構造体として、初期状態での圧力損失、所定量のパティキュレートを捕集した際の圧力損失、及び、再生限界値をそれぞれ測定した。結果を表２に示した。
なお、気孔径等の測定、圧力損失の測定、及び、再生限界値の測定は、実施例１と同様の方法で行った。
【０１１９】
【表２】
【０１２０】
表２より、明らかなように、初期状態での圧力損失は、比較例に係るハニカム構造体のほうが、実施例に係るハニカム構造体よりも低い場合があるものの、４ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した時点で、比較例に係るハニカム構造体のほうが、実施例に係るハニカム構造体よりも圧力損失が高く、８ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した際の圧力損失は、実施例に係るハニカム構造体では低く抑えられていた。
これは、比較例に係るハニカム構造体では、パティキュレートが壁部の深層部にまで、入り込んでしまっているのに対し、実施例に係るハニカム構造体では、パティキュレートを壁部の表層部でのみ捕集しているからであると考えられる。
【０１２１】
また、実施例に係るハニカム構造体では、比較例に係るフィルタに比べて、再生限界値が大きくなっており、再生までに多量のパティキュレートを捕集することができ、再生までの時間を延長することができることが明らかとなった。
【０１２２】
（実施例１８）
（１）実施例１の（１）と同様にして混合組成物を得た。次に、上記混合組成物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさらに混練した後、押出成形を行い、図１０に示した断面形状と略同様で、開口面積比が、３．００となるように生成形体を作製した。なお、原料粉末（α型炭化珪素粉末）の粒径は実施例１と同様、±１μｍに９９．９９ｗｔ％である。
【０１２３】
（２）次に、マイクロ波乾燥機等を用いて上記生成形体を乾燥させ、セラミック乾燥体とした後、上記生成形体と同様の組成のペーストを所定の貫通孔に充填し、再び乾燥機を用いて乾燥させた後、４００℃で脱脂し、常圧のアルゴン雰囲気下２０００℃、３時間で焼成を行うことにより、気孔率が４２％、平均気孔径が５μｍ、気孔径分布が１０％、その大きさが３４．３ｍｍ×３４．３ｍｍ×１５０ｍｍで、貫通孔の数が３１個／ｃｍ２、実質的に全ての壁部（隔壁）２３の厚さが０．４ｍｍの炭化珪素焼結体である多孔質セラミック部材を製造した。
なお、得られた多孔質セラミック部材の端面においては、断面の面積が相対的に大きい貫通孔３２１を一方の端面で封止材により封止し、断面の面積が相対的に小さい貫通孔３２２を他方の端面で封止材により封止した。
【０１２４】
（実施例１９〜２２）
平均気孔径及び気孔径分布を下記表３に示した大きさにした以外は、実施例１８と同様にして多孔質セラミックス部材を製造した。なお、原料粉末の粒径、焼成条件等は表３に示した通りである。また、原料粉末（α型炭化珪素粉末）の粒径は実施例１と同様、±１μｍに９９．９９ｗｔ％である。
【０１２５】
（比較例１０〜１２）
平均気孔径及び気孔径分布を下記表３に示した大きさにした以外は、実施例１８と同様にして多孔質セラミックス部材を製造した。なお、原料粉末の粒径、焼成条件等は表３に示した通りである。
【０１２６】
実施例１８〜２２及び比較例１０〜１２に係る多孔質セラミックス部材について、実施例１と同様の円柱形状のハニカム構造体として、初期状態での圧力損失、所定量のパティキュレートを捕集した際の圧力損失、及び、再生限界値をそれぞれ測定した。結果を表３に示した。
なお、気孔径等の測定、圧力損失の測定は、及び、再生限界値の測定、実施例１と同様の方法で行った。
【０１２７】
【表３】
【０１２８】
表３より、明らかなように、初期状態での圧力損失は、比較例に係るハニカム構造体のほうが、実施例に係るハニカム構造体よりも低い場合があるものの、４ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した時点で、比較例に係るハニカム構造体のほうが、概ね実施例に係るハニカム構造体よりも圧力損失が高く、８ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した際の圧力損失は、実施例に係るハニカム構造体では低く抑えられていた。
これは、比較例に係るハニカム構造体では、パティキュレートが壁部の深層部にまで、入り込んでしまっているのに対し、実施例に係るハニカム構造体では、パティキュレートを壁部の表層部でのみ捕集しているからであると考えられる。
【０１２９】
また、実施例に係るハニカム構造体では、比較例に係るフィルタに比べて、再生限界値が大きくなっており、再生までに多量のパティキュレートを捕集することができ、再生までの時間を延長することができることが明らかとなった。
【０１３０】
（実施例２３）
（１）実施例１の（１）と同様にして混合組成物を得た。次に、上記混合組成物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさらに混練した後、押出成形を行い、図１２に示した断面形状と略同様で、開口面積比が、３．００となるように生成形体を作製した。なお、原料粉末（α型炭化珪素粉末）の粒径は実施例１と同様、±１μｍに９９．９９ｗｔ％である。
【０１３１】
（２）次に、マイクロ波乾燥機等を用いて上記生成形体を乾燥させ、セラミック乾燥体とした後、上記生成形体と同様の組成のペーストを所定の貫通孔に充填した後、再び乾燥機を用いて乾燥させた後、４００℃で脱脂し、常圧のアルゴン雰囲気下２０００℃、３時間で焼成を行うことにより、気孔率が４２％、平均気孔径が５μｍ、気孔径分布が１０％、その大きさが３４．３ｍｍ×３４．３ｍｍ×１５０ｍｍで、貫通孔の数が３１個／ｃｍ２、実質的に全ての壁部（隔壁）２３の厚さが０．４ｍｍの炭化珪素焼結体である多孔質セラミック部材を製造した。
なお、得られた多孔質セラミック部材の端面においては、断面の面積が相対的に大きい貫通孔３４１を一方の端面で封止材により封止し、断面の面積が相対的に小さい貫通孔３４２を他方の端面で封止材により封止した。
【０１３２】
（実施例２４〜２７）
平均気孔径及び気孔径分布を下記表４に示した大きさにした以外は、実施例２３と同様にして多孔質セラミックス部材を製造した。なお、原料粉末の粒径、焼成条件等は表４に示した通りである。また、原料粉末（α型炭化珪素粉末）の粒径は実施例１と同様、±１μｍに９９．９９ｗｔ％である。
【０１３３】
（比較例１３〜１５）
平均気孔径及び気孔径分布を下記表４に示した大きさにした以外は、実施例２３と同様にして多孔質セラミックス部材を製造した。なお、原料粉末の粒径、焼成条件等は表４に示した通りである。
【０１３４】
実施例２３〜２７及び比較例１３〜１５に係る多孔質セラミックス部材について、実施例１と同様の円柱形状のハニカム構造体として、初期状態での圧力損失、所定量のパティキュレートを捕集した際の圧力損失、及び、再生限界値をそれぞれ測定した。結果を表４に示した。
なお、気孔径等の測定、圧力損失の測定、及び、再生限界値の測定は、実施例１と同様の方法で行った。
【０１３５】
【表４】
【０１３６】
表４より、明らかなように、初期状態での圧力損失は、比較例に係るハニカム構造体のほうが、実施例に係るハニカム構造体よりも低い場合があるものの、４ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した時点で、比較例に係るハニカム構造体のほうが、実施例に係るハニカム構造体よりも圧力損失が高く、８ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した際の圧力損失は、実施例に係るハニカム構造体では低く抑えられていた。
これは、比較例に係るハニカム構造体では、パティキュレートが壁部の深層部にまで、入り込んでしまっているのに対し、実施例に係るハニカム構造体では、パティキュレートを壁部の表層部でのみ捕集しているからであると考えられる。
【０１３７】
また、実施例に係るハニカム構造体では、比較例に係るフィルタに比べて、再生限界値が大きくなっており、再生までに多量のパティキュレートを捕集することができ、再生までの時間を延長することができることが明らかとなった。
【０１３８】
さらに、以上の実施例及び比較例を通して、実施例３と比較例２、実施例６と比較例３、実施例９と比較例４、実施例１６と比較例８、実施例２１と比較例１１、及び、実施例２６と比較例１４に係るハニカム構造体について、例えば、８ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した際の圧力損失をそれぞれ比較した場合、図４や図９に示したようなガス流入貫通孔同士を隔てる隔壁を有するハニカム構造体では、気孔径分布を３０％以下とすることにより、気孔径分布が３０％を超える場合（３５％の場合）に比べて、圧力損失を９２％程度以下に減少させることができるのに対し、図１０や図１２に示したようなガス流入貫通孔同士を隔てる隔壁を有さないハニカム構造体では、気孔径分布を３０％以下とすることによる、気孔径分布が３０％を超える場合（３５％の場合）に比べた圧力損失の減少は、９５％程度にとどまっている。また、４ｇ／ｌや６ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した際の圧力損失をそれぞれ比較した場合も、同様の結果が得られた。
このことから、ガス流入貫通孔同士を隔てる隔壁を有するハニカム構造体において、本発明の効果が特に顕著に得られることが明らかとなった。
【符号の説明】
【０１３９】
１０、３０ ハニカム構造体
１３、１４ シール材層
１５、３５ セラミックブロック
２０、４０、５０、７０ 多孔質セラミック部材
２１ａ、３１ａ、４１ａ、５１ａ、７１ａ ガス流入貫通孔
２１ｂ、３１ｂ、４１ｂ、５１ｂ、７１ｂ ガス流出貫通孔
２２、３２ 封止材
２３、４３、５３、７３ 壁部（隔壁）
３３ 壁部
１６０、１７０、１８０、２６０、２７０、２８０ ハニカム構造体
１６１ａ、１７１ａ、１８１ａ、２６１ａ、２７１ａ、２８１ａ ガス流入貫通孔
１６１ｂ、１７１ｂ、１８１ｂ、２６１ｂ、２７１ｂ、２８１ｂ ガス流出貫通孔
１６３、１７３、１８３、２６３、２７３、２８３ 壁部
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００３年６月２３日に出願された日本国特許出願２００３―１７８７１３号を基礎出願として優先権主張する出願である。
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中のパティキュレート等を捕集する目的等に用いられるハニカム構造体に関する。
【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気ガス中に含有されるパティキュレート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。
この排気ガスを多孔質セラミックに通過させ、排気ガス中のパティキュレートを捕集して、排気ガスを浄化することができるセラミックフィルタが種々提案されている。
【０００３】
このようなセラミックフィルタとして、図７に示したような、炭化珪素等からなり、四角柱状の多孔質セラミック部材１３０が、接着剤として機能するシール材層１２４を介して複数個結束されてセラミックブロック１２５を構成し、このセラミックブロック１２５の周囲にも、排気ガスの漏れを防止するためのシール材層１２３が形成された構造のハニカムフィルタ１２０が知られている。
このハニカムフィルタ１２０は、図８に示したような構造の多孔質セラミック部材１３０を構成部品としており、長手方向に多数並設された貫通孔１３１同士を隔てる隔壁１３３がフィルタとして機能するように構成されている。
【０００４】
即ち、多孔質セラミック部材１３０に形成された貫通孔１３１は、図８（ｂ）に示したように、排気ガスの入口側又は出口側の端部のいずれかが封止材１３２により目封じされ、一の貫通孔１３１に流入した排気ガスは、必ず貫通孔１３１を隔てる隔壁１３３を通過した後、他の貫通孔１３１から流出するようになっている。
また、外周に設けられたシール材層１２３は、上述したように、ハニカムフィルタ１２０を内燃機関の排気通路に設置した際、セラミックブロック１２５の外周部から排気ガスが漏れ出すことを防止する目的で設けられているものである。
【０００５】
このような構成のハニカムフィルタ１２０は、極めて耐熱性に優れ、再生処理等も容易であるため、種々の大型車両やディーゼルエンジン搭載車両等に使用されている。
即ち、このようなハニカムフィルタ１２０が内燃機関の排気通路に設置されると、内燃機関より排出された排気ガス中のパティキュレートは、このハニカムフィルタ１２０を通過する際に隔壁１３３により捕捉され、排気ガスが浄化される。
【０００６】
また、この種のハニカムフィルタとしては、排気ガス流入側の開口面積を排気ガス流出側の開口面積よりも大きくすることにより、単位体積あたりの排気ガスが通過する壁部の面積を大きくして、フィルタとしての有効体積の向上が図られたものが開示されている（例えば、特許文献１〜１２参照）。
【０００７】
図９は、特許文献１に開示された排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである（特許文献１、図３参照）。
この排気ガスフィルタ３１０は、それぞれの貫通孔のサイズを同一とし、排気ガス流入側が封止された貫通孔３１２の個数を、排気ガス流出側が封止された貫通孔３１１の個数より少なくしている。これにより、排気ガス流入側の開口面積を排気ガス流出側の開口面積よりも大きくして、フィルタとしての有効体積の向上を図っている。
【０００８】
図１０は、特許文献２に開示された排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである（特許文献２参照）。
この排気ガスフィルタ３２０は、排気ガス流入側が封止された貫通孔３２２の開口面積及び個数と、排気ガス流出側が封止された貫通孔３２１の開口面積及び個数とが異なる構成としている。これにより、排気ガス流入側の開口面積を排気ガス流出側の開口面積よりも大きくして、フィルタとしての有効体積の向上を図っている。
【０００９】
図１１は、特許文献１に開示された排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである（特許文献１、図１７参照）。
この排気ガスフィルタ３３０は、排気ガス流入側が封止された貫通孔３３２の開口面積と、排気ガス流出側が封止された貫通孔３３１の開口面積とが異なる構成としている。また、このフィルタでは、貫通孔３３２と貫通孔３３１の個数は、同一であり、排気ガス流出側が封止された貫通孔３３１同士は、隔壁を介して面で接するように構成されている。このような構成の排気ガスフィルタもまた、排気ガス流入側の開口面積を排気ガス流出側の開口面積よりも大きくして、フィルタとしての有効体積の向上を図っている。
【００１０】
図１２は、特許文献３に開示された排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである（特許文献３、図Ｆｉｇ．５ｐ参照）。
この排気ガスフィルタ３４０は、排気ガス流入側が封止された貫通孔３４２の開口面積と、排気ガス流出側が封止された貫通孔３４１の開口面積とが異なる構成としている。また、このフィルタでは、貫通孔３４２と貫通孔３４１の個数は、同一であり、排気ガス流出側が封止された貫通孔３４１同士が、隔壁を介して面で接しないように構成されている。このような構成の排気ガスフィルタもまた、排気ガス流入側の開口面積を排気ガス流出側の開口面積よりも大きくして、フィルタとしての有効体積の向上を図っている。
【００１１】
これらの従来技術に係るフィルタは、ガス流入側の開口面積をガス流出側の開口面積に比べて大きくし、隔壁の有効濾過面積を大きくすることにより、パティキュレートを多量に捕集することを可能にすることを目的としている。また、これらのフィルタは、図７、８に示したような全ての貫通孔の断面の形状が四角形で、ガス流入側の開口面積とガス流出側の開口面積が等しいフィルタと比べて同量のパティキュレートを捕集した際の圧力損失を低くすることを目的としている。
【００１２】
しかしながら、従来のフィルタにおいては、後者の目的、即ち、同量のパティキュレートを捕集した際の圧力損失を低くすることを充分に達成することができないことが明らかとなった。
上述したようなフィルタにおいて、圧力損失に影響を与える要因としては、主なものとして次の４つの要因が考えられる。
【００１３】
具体的には、(1)フィルタのガス流入側の開口率（ΔＰａ）、(2)貫通孔を通過する際の摩擦（ガス流入貫通孔；ΔＰｂ−１、ガス流出貫通孔；ΔＰｂ−２）、(3)隔壁を通過する際の抵抗（ΔＰｃ）、及び、(4)捕集されたパティキュレートを通過する際の抵抗（ΔＰｄ）が考えられる。そして、これらのなかでは、(4)捕集されたパティキュレートを通過する際の抵抗（ΔＰｄ）の与える影響が最も大きいものと考えられる。
【００１４】
そもそも、図９〜１２に示したような構成を有するフィルタの初期状態の圧力損失（パティキュレートを捕集していない状態の圧力損失）は、図７、８に示したような全ての貫通孔の断面の形状が四角形で、ガス流入側の開口面積とガス流出側の開口面積が等しいフィルタに比べて高くなる傾向にある。その理由は、ΔＰａ及びΔＰｂ−１に起因した圧力損失は若干低くなるものの、ΔＰｂ−２及びΔＰｃに起因した圧力損失が高くなるからであると考えられる。
【００１５】
また、図９〜１２に示したような構成を有するフィルタのパティキュレート捕集後の圧力損失を考えてみると、図９や図１１に示した構成のフィルタでは、ガス流入貫通孔同士が共有する隔壁が存在する。このような構成のフィルタにおいて排気ガスは、図１３に示したように、まず、ガス流入貫通孔１３１１とガス流出貫通孔１３１２とが共有する隔壁を介した流路ａを通って、ガス流入貫通孔１３１１側からガス流出貫通孔１３１２側へと流れ、この際、ガス流入貫通孔１３１１とガス流出貫通孔１３１２とが共有する隔壁にパティキュレートが捕集されることとなる（図１３（ａ）参照）。
【００１６】
その後、ガス流入貫通孔１３１１とガス流出貫通孔１３１２とが共有する隔壁にパティキュレート１３１３が捕集され、この隔壁の圧力損失がΔＰｄに起因して高くなるに従い、ガス流入貫通孔１３１１同士が共有する隔壁を介した流路ｂを通って、ガス流入貫通孔１３１１側からガス流出貫通孔１３１２側へと流れることとなる（図１３（ｂ）参照）。
ここで、排気ガスは、ガス流入貫通孔１３１１同士が共有する隔壁のうち、ガス流入貫通孔１３１１とガス流出貫通孔１３１２とが共有する隔壁に近い側を順に流れ始め、最終的には、ガス流入貫通孔１３１１を構成する隔壁全体が有効濾過領域となるものと考えられる。
なお、図１３（ａ）、（ｂ）は、従来のフィルタにおける排気ガスの流路を説明するための模式図である。
【００１７】
このようなハニカム構造体において、ガス流入貫通孔１３１１とガス流出貫通孔１３１２とが共有する隔壁に蓄積されるパティキュレートの量が多い場合には、パティキュレートを捕集した際の圧力損失を低くすることは困難であった。
【００１８】
また、特許文献３、４には、１０％以上の平均気孔率を有し、２〜１５μｍの平均気孔径を有し、個々の気孔径が、０．５〜７０μｍのほとんど全域に分布しているフィルタが開示されている。
本発明者らも、圧力損失を低減させるために、気孔径を大きくすることを検討した。しかしながら、実際、検討を行ったところ、意外にも、気孔径を大きくしても、圧力損失が低くならないことが明らかとなった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特公平３−４９６０８号公報（図３、図１７等）、米国特許第４４１７９０８号明細書、特開昭５８−１９６８２０号公報
【特許文献２】実開昭５８−９２４０９号公報
【特許文献３】米国特許第４３６４７６１号明細書（Ｆｉｇ．５ｐ等）、特開昭５６−１２４４１７号公報、特開昭６２−９６７１７号公報
【特許文献４】米国特許第４２７６０７１号明細書
【特許文献５】米国特許第４４２０３１６号明細書
【特許文献６】米国特許第４４２０３１６号明細書
【特許文献７】特開昭５８−１５００１５号公報
【特許文献８】特開平５−６８８２８号公報、特許３１３０５８７号
【特許文献９】ＦＲ２７８９３２７号
【特許文献１０】ＷＯ０２／１００５１４号
【特許文献１１】ＷＯ０２／１０５６２号、ＤＥ１００３７４０３号
【特許文献１２】ＷＯ０３／２０４０７号、米国公開第２００３−４１７３０号明細書、米国特許第６６９６１３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本願発明者らは、従来技術にはない、平均気孔径に対して相対的に大きい気孔径を有する細孔の割合を、全体的な気孔分布に対して減少させることを検討した。そして、そのようにすることで、開口率比に差が生じさせるように封止したハニカム構造体において、もっとも効率よく、排気ガスを流入させるとともに、圧力損失を小さくすることができ、さらに、再生処理までの期間を長期化することが可能であることを見出し、本発明を完成した。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明のハニカム構造体は、多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設された柱状のハニカム構造体であって、
上記貫通孔は、いずれか一方の端部が封止され、かつ、一方の端面の開口面積と他方の端面の開口面積とが異なり、
上記壁部を構成するセラミックは、平均気孔径が５〜３０μｍであり、かつ、上記平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合が、全細孔の容積に対して３０％以下であることを特徴とする。
以下、本発明のハニカム構造体について説明する。
【００２２】
本発明のハニカム構造体では、壁部を構成するセラミックは、平均気孔径が５〜３０μｍであり、かつ、上記平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合が、全細孔の容積に対して３０％以下であるため、図１４に示すように、壁部８２の深層部にまでパティキュレートが入り込むことがなく、見かけ上のパティキュレートの厚さｄ（隔壁中に堆積したパティキュレートも考慮にいれたパティキュレート層の厚さ８１）が薄くなる。
さらに、壁部の深層部にまでパティキュレートが入り込むことがないため、短時間で、構造上ガスが透過しやすい部分（例えば、ガス流入側が開口した貫通孔とガス流出側が開口した貫通孔とを隔てる壁部等）の表層部のみにパティキュレートが堆積し、これに起因して、パティキュレートの捕集量が少ない早期の段階から、構造上ガスが透過しやすい部分のみならず、構造上ガスが透過しにくい部分（例えば、ガス流入側が開口した貫通孔同士を隔てる壁部等）をもガスが透過することとなり、有効濾過面積が大きくなる。
【００２３】
また、壁部の内部にパティキュレートが入り込みにくいため、壁部を通過する際の抵抗も増加しにくい。その結果、パティキュレート捕集後における圧力損失の増加の度合いが小さくなり、再生処理までの期間を長期化することができる。
【００２４】
本発明のハニカム構造体において、ガス流入側の開口面積がガス流出側の開口面積よりも大きい場合には、フィルタとしての濾過面積が大きく、パティキュレートの捕集能に優れることとなる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のハニカム構造体では、壁部の深層部にまでパティキュレートが入り込むことがなく、見かけ上のパティキュレートの厚さが薄くなるとともに、構造上ガスが透過しやすい部分の表層部のみにパティキュレートが堆積し、これに起因して、パティキュレートの捕集量が少ない早期の段階から、構造上ガスが透過しやすい部分のみならず、構造上ガスが透過しにくい部分をもガスが透過することとなり、有効濾過面積が大きくなる。
さらに、壁部の内部にパティキュレートが入り込みにくいため、壁部を通過する際の抵抗も増加しにくい。その結果、パティキュレート捕集後における圧力損失の増加の度合いが小さくなり、再生処理までの期間を長期化することができる。
【００２６】
本発明のハニカム構造体において、ガス流入側の開口面積がガス流出側の開口面積よりも大きい場合には、フィルタとしての濾過面積が大きく、パティキュレートの捕集能に優れることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のハニカム構造体の一例である集合体型ハニカム構造体の具体例を模式的に示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１に示したハニカム構造体を構成する多孔質セラミック部材の一例を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した多孔質セラミック部材のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明のハニカム構造体の一例である一体型ハニカム構造体の具体例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る集合体型ハニカム構造体を構成する多孔質セラミック部材の断面の一部を模式的に示した断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は、本発明に係る集合体型ハニカム構造体を構成する多孔質セラミック部材の断面の一部を模式的に示した断面図である。
【図６】本発明のハニカム構造体が設置された車両の排気ガス浄化装置の一例を模式的に示した断面図である。
【図７】従来のハニカム構造体を模式的に示した斜視図である。
【図８】（ａ）は、従来のハニカム構造体に含まれるセラミック部材を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである。
【図１０】排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである。
【図１１】排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである。
【図１２】排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、従来のフィルタにおける排気ガスの流路を説明するための模式図である。
【図１４】本発明のハニカム構造体において、壁部にパティキュレートが堆積した際のパティキュレートの厚さを模式的に示す概念図である。
【図１５】従来のフィルタにおいて、壁部にパティキュレートが堆積した際のパティキュレートの厚さを模式的に示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明のハニカム構造体は、多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設された柱状のハニカム構造体であって、
上記貫通孔は、いずれか一方の端部が封止され、かつ、一方の端面の開口面積と他方の端面の開口面積とが異なり、
上記壁部を構成するセラミックは、平均気孔径が５〜３０μｍであり、かつ、上記平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合が、全細孔の容積に対して３０％以下であることを特徴とする。
【００２９】
本発明のハニカム構造体は、多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設された柱状のものであるが、このハニカム構造体は、複数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミック部材がシール材層を介して複数個結束されることにより構成されていてもよく（以下、上記ハニカム構造体を集合体型ハニカム構造体ともいう）、全体が一体として焼結形成されたセラミック部材から構成されていてもよい（以下、上記ハニカム構造体を一体型ハニカム構造体ともいう）。なお、これらのハニカム構造体は、その周囲に塗布層が形成されていてもよい。
【００３０】
上記集合体型ハニカム構造体の場合、壁部は、多孔質セラミック部材の貫通孔を隔てる隔壁と、多孔質セラミック部材間の接着材層として機能しているシール材層とから構成されており、上記一体型ハニカム構造体の場合、一種類の隔壁のみにより構成されている。以下においては、区別が必要な場合以外は、隔壁もシール材層も区別せず、壁部ということとする。
【００３１】
図１は、本発明のハニカム構造体の一例である集合体型ハニカム構造体の具体例を模式的に示す斜視図であり、図２（ａ）は、図１に示したハニカム構造体を構成する多孔質セラミック部材の一例を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した多孔質セラミック部材のＡ−Ａ線断面図である。
【００３２】
図１に示したように、本発明のハニカム構造体１０は、多孔質セラミック部材２０がシール材層１４を介して複数個結束されてセラミックブロック１５を構成し、このセラミックブロック１５の周囲には、排気ガスの漏れを防止するためのシール材層１３が形成されている。
【００３３】
また、この多孔質セラミック部材２０では、その長手方向に多数の貫通孔２１が並設されて、この貫通孔２１は、いずれか一方の端部が封止材２２により封止されている。ここで、その長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きい貫通孔２１ａは、排気ガス流出側の端部が封止されており、上記断面の面積が相対的に小さい貫通孔２１ｂは、排気ガス流入側の端部が封止されている。
従って、このハニカム構造体１０では、排気ガス流入側の開口面積が、排気ガス流出側の開口面積よりも大きくなるように構成されている。
また、セラミック部材２０では、排気ガス流入側が開口した貫通孔（以下、ガス流入貫通孔ともいう）２１ａと、排気ガス流出側が開口した貫通孔（以下、ガス流出貫通孔ともいう）２１ｂとを隔てる壁部（隔壁）２３がフィルタとして機能するようになっている。即ち、ガス流入貫通孔２１ａに流入した排気ガスは、必ずこれらの壁部（隔壁）２３を通過した後、ガス流出貫通孔２１ｂから流出するようになっている。
【００３４】
図１に示したハニカム構造体１０では、その形状は円柱状であるが、本発明のハニカム構造体は、円柱状に限定されることはなく、例えば、楕円柱状や角柱状等任意の形状、大きさのものであってもよい。
【００３５】
本発明のハニカム構造体において、多孔質セラミック部材の材料としては特に限定されず、例えば、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、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、アルミナ、ジルコニア、コージュライト、ムライト等の酸化物セラミック等を挙げることができる。また、本発明のハニカム構造体は、シリコンと炭化ケイ素等の複合体からなるものであってもよく、チタン酸アルミニウムからなるものであってもよい。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珪素が望ましい。
【００３６】
また、多孔質セラミック部材は、平均気孔径が５〜３０μｍであり、かつ、平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の割合が、全細孔の容積に対して３０％以下である。
【００３７】
平均気孔径が５〜３０μｍであるため、パティキュレートが壁部の深層部まで入ることはなく、そのため、パティキュレートによる目詰まりを起こしにくい。
平均気孔径が５μｍ未満では、パティキュレートが容易に目詰まりを起こしていまい、圧力損失が大きくなり過ぎてしまう。一方、平均気孔径が３０μｍを超えると、パティキュレートが壁部の深層部にまで、入り込んでしまうこととなり、本発明の効果を得ることができない。
【００３８】
また、多孔質セラミック部材は、平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合が、全細孔の容積に対して３０％以下であるので、気孔径が比較的揃っており、排気ガスが壁部を通過する際の抵抗を小さく保つことができる。
即ち、ガス流入側とガス流出側の貫通孔同士を隔てる壁の気孔分布状態について、相対的に気孔径の大きな細孔を少なくすることにより、ガスを敢えて流れにくくすることで、ガス流入側の貫通孔同士を隔てる隔壁に、早期に排気ガスを流入させることとなり、圧力損失を下げることができるのである。
この圧力損失を低下させるメカニズムについては、定かではないが、以下のように考えられる。
【００３９】
平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合が、全細孔の容積に対して３０％を超えると、平均気孔径に対して、相対的に大きい気孔径の割合が高くなる。すると、初期の段階、即ち、パティキュレートの捕集後の間もない段階においては、図１５に示すように、気孔径の大きい細孔の部分に、排気ガスが流入しやすくなる。その結果、パティキュレートは、隔壁８４の深層部（細孔の奥深く）にまで進入するようになる。
さらに、排気ガス自体が流れやすくなっているため、パティキュレートは、深層部まで高密度に蓄積されることとなる。そのため、見かけ上のパティキュレート層８３の厚さＤ（パティキュレートが細孔内部に充填した状態のパティキュレート層の厚さ）が厚くなり、初期圧損が低かったにもかかわらず、パティキュレートが蓄積されるにつれて、パティキュレートを通過する際の抵抗（ΔＰｄ）に起因した圧力損失が急上昇することとなる。
【００４０】
このように、平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合が、全細孔の容積に対して３０％を超えると、結果的には、フィルタの圧力損失が増大することになると考えられる。なお、矢印は、排気ガスの流れを示している。
また、上述したように、ガス流入側貫通孔とガス流出側貫通孔とを隔てる隔壁に、充分にパティキュレートが蓄積された後には、ガス流入側貫通孔同士を隔てる隔壁にもパティキュレートが流入するようになる。
【００４１】
これに対して、本発明のハニカム構造体では、ガス流入側貫通孔とガス流出側貫通孔とを隔てる隔壁の気孔分布状態について、相対的に気孔径の大きな細孔を少なくして、敢えてガスを流れにくくしている。そのため、上述したような気孔径の大きな細孔が形成されている場合に比べて、ガス流入側貫通孔とガス流出側貫通孔とを隔てる隔壁にガスが流れにくくなる。その結果、相対的に早い段階でガス流入側貫通孔同士を隔てる隔壁に排気ガスが流入することとなり、これにより、パティキュレートの厚み、不均一捕集等による圧力損失の急上昇を回避することができると考えられる。
また、このようなフィルタでは、既に図１４を参照しながら説明したように、隔壁に蓄積されるパティキュレートの厚さを薄くできるので、パティキュレートが燃焼しにくいことに起因する再生不良や、急激な燃焼による熱衝撃でフィルタを破壊させることもなくなると考えられる。
【００４２】
なお、上記気孔径は、水銀圧入法、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による測定等、従来公知の方法により測定することができる。
しかし、本発明においては、全体の気孔径分布を測定する必要があることを考慮すると、水銀圧入法によって測定することが望ましい。
【００４３】
上記ハニカム構造体では、図１に示したハニカム構造体１０のように、ガス流入側の開口面積がガス流出側の開口面積よりも大きいことが望ましい。フィルタとしての濾過面積が大きく、パティキュレートの捕集能に優れるからである。
【００４４】
また、上記ハニカム構造体では、ガス流入側の貫通孔同士を隔てる隔壁が存在することが望ましい。
低い圧力損失を維持しつつ、広い有効濾過領域を確保することができるからである。
【００４５】
本発明のハニカム構造体では、上記多孔質セラミック部材の気孔率が３０〜７０％であることが望ましい。
多孔質セラミック部材の強度を維持することが可能であるとともに、壁部にパティキュレートが入り込みにくく、排気ガスが壁部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。
【００４６】
気孔率が３０％未満であると、壁部が早期に目詰まりを起こすことがあり、一方、気孔率が７０％を超えると、多孔質セラミック部材の強度が低下して容易に破壊されることがある。
なお、上記気孔率は、例えば、水銀圧入法、アルキメデス法、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による測定等、従来公知の方法により測定することができる。
【００４７】
本発明のハニカム構造体は、上記壁部の厚さが、０．１〜０．５ｍｍであることが望ましい。ハニカム構造体が所定の強度を保つことができ、かつ、壁部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。
０．１ｍｍ未満であれば、ハニカム構造体として充分な強度を得ることができない場合があり、０．５ｍｍを超えると圧力損失が大きくなりすぎることがある。
【００４８】
また、本発明のハニカム構造体では、その長手方向に垂直な断面における開口（貫通孔）の密度は、１５．５〜６２．０個／ｃｍ２であることが望ましい。
１５．５個／ｃｍ２未満では、壁部の総面積が小さく、フィルタとしての効率が低下するとともに、壁部の厚さによっては、ハニカム構造体の強度が低下する場合がある。一方、６２．０個／ｃｍ２を超えると、ガス流入側及びガス流出側のそれぞれの開口（貫通孔）面積が小さく、フィルタとしての効率が低下することがあり、特に、ガス流入側の開口（貫通孔）面積が小さい場合には、圧力損失が大きくなることがある。
【００４９】
このような多孔質セラミック部材を製造する際に使用するセラミックの粒径としては特に限定されないが、後の焼成工程で収縮が少ないものが望ましく、例えば、０．３〜５０μｍの平均粒径を有する粉末１００重量部と、０．１〜１．０μｍの平均粒径を有する粉末５〜６５重量部とを組み合わせたものが望ましい。上記粒径のセラミック粉末を上記配合で混合することで、多孔質セラミック部材を製造することができるからである。
また、上記２種類の粉末の粒径、特に大きい方の粉末の粒径を調製することにより、多孔質セラミック部材の気孔径を上記範囲に調整することができる。一体型ハニカム構造体を製造する場合においても、同様の方法をとることができる。
また、粒径の揃った造孔材を原料に混合し、焼成することにより、気孔径を調整した多孔質セラミック部材を製造してもよい。なお、造孔材とは、製造したセラミック中に気孔を形成するための材料であり、その一例としては、焼成により消失するものが挙げられる。
【００５０】
上記封止材は、多孔質セラミックからなるものであることが望ましい。
本発明のハニカム構造体において、上記封止材により一端部が封止された多孔質セラミック部材は、多孔質セラミックからなるものであるため、上記封止材を上記多孔質セラミック部材と同じ多孔質セラミックとすることで、両者の接着強度を高くすることができるとともに、封止材の気孔率を上述した多孔質セラミック部材と同様に調整することで、上記多孔質セラミック部材の熱膨張率と封止材の熱膨張率との整合を図ることができ、製造時や使用時の熱応力によって封止材と壁部との間に隙間が生じたり、封止材や封止材に接触する部分の壁部にクラックが発生したりすることを防止することができる。
【００５１】
上記封止材が多孔質セラミックからなる場合、その材料としては特に限定されず、例えば、上述した多孔質セラミック部材を構成するセラミック材料と同様の材料を挙げることができる。
【００５２】
本発明のハニカム構造体において、シール材層（壁部）１３、１４は、多孔質セラミック部材２０間、及び、セラミックブロック１５の外周に形成されている。そして、多孔質セラミック部材２０間に形成されたシール材層（壁部）１４は、複数の多孔質セラミック部材２０同士を結束する接着剤としても機能し、一方、セラミックブロック１５の外周に形成されたシール材層（壁部）１３は、本発明のハニカム構造体１０を内燃機関の排気通路に設置した際、セラミックブロック１５の外周から排気ガスが漏れ出すことを防止するための封止材として機能する。
【００５３】
上記シール材層を構成する材料としては特に限定されず、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等を挙げることができる。
なお、上述した通り、本発明のハニカム構造体において、シール材層は、多孔質セラミック部材間、及び、セラミックブロックの外周に形成されているが、これらのシール材層は、同じ材料からなるものであってもよく、異なる材料からなるものであってもよい。さらに、上記シール材層が同じ材料からなるものである場合、その材料の配合比は同じものであってもよく、異なるものであってもよい。
【００５４】
上記無機バインダーとしては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル等を挙げることができる。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。上記無機バインダーのなかでは、シリカゾルが望ましい。
【００５５】
上記有機バインダーとしては、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、カルボキシメチルセルロース等を挙げることができる。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。上記有機バインダーのなかでは、カルボキシメチルセルロースが望ましい。
【００５６】
上記無機繊維としては、例えば、シリカ−アルミナ、ムライト、アルミナ、シリカ等のセラミックファイバー等を挙げることができる。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。上記無機繊維のなかでは、シリカ−アルミナファイバーが望ましい。
【００５７】
上記無機粒子としては、例えば、炭化物、窒化物等を挙げることができ、具体的には、炭化珪素、窒化珪素、窒化硼素等からなる無機粉末又はウィスカー等を挙げることができる。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。上記無機粒子のなかでは、熱伝導性に優れる炭化珪素が望ましい。
シール材層は、緻密体からなるものであってもよく、多孔質体であってもよい。
【００５８】
図３（ａ）は、本発明のハニカム構造体の一例である一体型ハニカム構造体の具体例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ線断面図である。
【００５９】
図３（ａ）に示したように、ハニカム構造体３０は、多数の貫通孔３１が壁部３３を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミックブロック３５からなり、貫通孔３１は、いずれか一方の端部が封止材３２により封止されている。ここで、その長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きい貫通孔３１ａは、ガス流入貫通孔として機能するように、排気ガス流出側が封止されており、上記断面の面積が相対的に小さい貫通孔３１ｂは、ガス流出貫通孔として機能するように、排気ガス流入側の端部が封止されている。
なお、図３には示していないが、多孔質セラミックブロック３５の周囲には、図１に示したハニカム構造体１０と同様に、シール材層が形成されていてもよい。
【００６０】
このハニカム構造体３０では、多孔質セラミックブロック３５が焼結により製造された一体構造のものであるほかは、集合体型ハニカム構造体１０と同様に構成されている。従って、このハニカム構造体３０においても、ガス流入貫通孔３１ａと、ガス流出貫通孔３１ｂとを隔てる壁部３３がフィルタとして機能するようになっており、ガス流入貫通孔３１ａに流入した排気ガスは、必ずこれらの壁部３３を通過した後、ガス流出貫通孔３１ｂから流出するようになっている。
従って、一体型ハニカム構造体３０においても、集合体型ハニカム構造体の場合と同様の効果が得られる。
【００６１】
また、一体型ハニカム構造体３０においても、集合体型ハニカム構造体１０と同様、多孔質セラミックブロック３５は、平均気孔径が５〜３０μｍであり、かつ、平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の割合が、全細孔の容積に対して３０％以下である。
また，その形状、大きさは任意のものであってよく、その気孔率は集合体型ハニカム構造体と同様３０〜７０％であることが望ましい。
また、長手方向に垂直な断面における望ましい開口（貫通孔）の密度や、望ましい壁部の厚さも集合体型ハニカム構造体と同様である。
【００６２】
多孔質セラミックブロック３５を構成する多孔質セラミックとしては特に限定されず、集合体型ハニカム構造体と同様の窒化物、炭化物、酸化物セラミックを挙げることができるが、これらのなかでは、コージェライト等の酸化物セラミックが望ましい。
【００６３】
このような一体型ハニカム構造体３０における封止材３２は、同様に多孔質セラミックからなるものであることが望ましく、その材料としては、特に限定されないが、例えば、上述した多孔質セラミック３５を構成するセラミック材料と同様の材料を挙げることができる。
【００６４】
図１及び図３に示したような構成からなる本発明のハニカム構造体において、貫通孔の長手方向に垂直な断面の形状は特に限定されないが、多角形であることが望ましい。
【００６５】
多角形にすることにより、貫通孔を排気ガスが通過する際に貫通孔の形状による摩擦の大きい部分をなくし、貫通孔を通過する際の摩擦に起因する圧力損失を低くすること、または、壁部の厚みの不均一な部分、つまり、排気ガスが局所的に通過しにくくなる部分をなくし、壁部を通過する際の抵抗に起因する圧力損失を低くすること、このどちらかの効果を得ることができるからである。
【００６６】
また、多角形のなかでも、４角形以上の多角形が望ましく、その角の少なくとも１つが鈍角であることがより望ましい。上記のようにすることで、貫通孔入口側を通過する際の摩擦及び貫通孔出口側を通過する際の摩擦に起因する圧力損失を低くすることができるからである。
【００６７】
また、上記貫通孔の断面の角部の近傍は、曲線により構成されていることが望ましい。曲線にすることにより、角部での応力集中に起因するクラックの発生を防ぐことができるからである。
【００６８】
また、排気ガス流入側の開口面積は排気ガス流出側の開口面積のよりも大きいことが望ましいが、この場合、排気ガス流入側の開口面積と、排気ガス流出側の開口面積との比（排気ガス流入側の開口面積／排気ガス流出側の開口面積、以下、単に開口面積比ともいう。）は、１．０１〜６であることが望ましい。
上記面積比が６を超えると、排気ガス流出側の貫通孔の容積が小さくなりすぎて、貫通孔を通過する際の摩擦及び壁部を通過する際の抵抗に起因する圧力損失が増大し、初期の圧力損失が大きくなってしまうことがある。上記面積比は、１．２〜５がより好ましい。さらに、上記面積比は、１．２〜３．０がより一層好ましい。
【００６９】
図４（ａ）〜（ｄ）、及び、図５（ａ）〜（ｆ）は、本発明に係る集合体型ハニカム構造体を構成する多孔質セラミック部材の断面の一部を模式的に示した断面図である。なお、一体型、集合型に拘らず、各貫通孔の断面の形状は同じであるので、これらの図を用いて本発明のハニカム構造体を構成する断面形状を説明する。
【００７０】
図４（ａ）では、開口面積比がほぼ１．５５、図４（ｂ）では、ほぼ２．５４、図４（ｃ）では、ほぼ４．４５、図４（ｄ）では、ほぼ６．００である。また、図５（ａ）、（ｃ）、（ｅ）では、上記開口面積比がすべて、ほぼ４．４５であり、図５（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）では、上記開口面積比がすべてほぼ６．００である。
【００７１】
図４（ａ）〜（ｄ）では全て、ガス流入貫通孔の断面の形状は８角形であり、ガス流出貫通孔の断面の形状は４角形（正方形）でそれぞれ交互に配列されており、ガス流出貫通孔の断面積を変化させ、ガス流入貫通孔の断面形状を少し変化させることにより、開口面積比を任意に変動させることが容易にできる。同様に、図５に示すハニカム構造体に関しても任意にその開口面積比を変動させることができる。
【００７２】
なお、図５（ａ）〜（ｂ）に示すハニカム構造体１６０、２６０では、ガス流入貫通孔１６１ａ、２６１ａの断面の形状は５角形であり、そのうちの３つの角がほぼ直角となっており、ガス流出貫通孔１６１ｂ、２６１ｂの断面の形状は４角形で、それぞれ大きな四角形の斜めに対向する部分を占めるように構成されている。図５（ｃ）〜（ｄ）に示すハニカム構造体１７０、２７０では、図４（ａ）〜（ｄ）に示す断面の形状を変形したものであって、ガス流入貫通孔１７１ａ、２７１ａとガス流出貫通孔１７１ｂ、２７１ｂとが共有する壁部をガス流出貫通孔側にある曲率を持って広げた形状である。この曲率は任意のものであってよい。
【００７３】
ここでは、ガス流入貫通孔１７１ａ、２７１ａとガス流出貫通孔１７１ｂ、２７１ｂとが共有する壁部を構成する曲線が１／４円に相当するものを例示する。
【００７４】
図５（ｅ）〜（ｆ）に示すハニカム構造体１８０、２８０では、ガス流入貫通孔１８１ａ、２８１ａ及びガス流出貫通孔２８１ｂ、２８１ｂは四角形（長方形）からなり、図のように、２つのガス流入貫通孔と２つのガス流出貫通孔を組み合わせると、ほぼ正方形となるように構成されている。
【００７５】
また、本発明のハニカム構造体を構成する貫通孔の断面の形状は、既に説明した図９〜１２に示したような形状であってもよい。
従って、本発明のハニカム構造体においては、ガス流入貫通孔の開口面積が、ガス流出貫通孔の貫通孔の開口面積よりも大きく、ガス流入貫通孔の数とガス流出貫通孔の数とは異なっていてもよい。
【００７６】
本発明において、隣り合うガス流入貫通孔の長手方向に垂直な断面の重心間距離と、隣り合うガス流出貫通孔の長手方向に垂直な断面の重心間距離とは、等しいことが望ましい。
「隣り合うガス流入貫通孔の上記断面の重心間距離」とは、一のガス流入貫通孔の長手方向に垂直な断面における重心と、隣り合うガス流入貫通孔の長手方向に垂直な断面における重心との最小の距離をいい、一方、「隣り合うガス流出貫通孔の上記断面の重心間距離」とは、一のガス流出貫通孔の長手方向に垂直な断面における重心と、隣り合うガス流出貫通孔の重心との最小の距離のことをいう。
【００７７】
上記２つの重心間距離が等しいとき、再生時に熱が均一に拡散することで、ハニカム構造体内部の局所的な温度の偏りがなくなり、長期間繰り返し使用しても、熱応力に起因するクラック等が発生することのない耐久性に優れたフィルタとなるからである。
【００７８】
本発明のハニカム構造体を排気ガス中のＷをパティキュレートを捕集するフィルタとして用いると、ハニカム構造体を構成する貫通孔の内部に捕集したパティキュレートが次第に堆積していく。
パティキュレートの堆積量が多くなると圧力損失が次第に大きくなり、一定値を超えると、エンジンへの負荷が大きくなりすぎる。従って、本発明のハニカム構造体では、パティキュレートを燃焼させることにより、フィルタを再生させるが、本発明では、従来のフィルタに比べてパティキュレート捕集後における圧力損失の増加の度合いが小さいので、再生処理までの期間を長期化することができる。
【００７９】
次に、上述した本発明のハニカム構造体の製造方法の一例について説明する。
本発明のハニカム構造体の構造が図３に示したような、その全体が一の焼結体から構成された一体型ハニカム構造体である場合、まず、上述したようなセラミックを主成分とする原料ペーストを用いて押出成形を行い、図３に示したハニカム構造体３０と略同形状のセラミック成形体を作製する。
【００８０】
上記原料ペーストは、製造後の多孔質セラミックブロックの平均気孔径が５〜３０μｍとなり、かつ、上記平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合が、全細孔の容積に対して３０％以下となるものであれば特に限定されず、例えば、上述したようなセラミックからなり、所定の粒径を有する粉末にバインダー及び分散媒液を加えたものを挙げることができる。
【００８１】
上記バインダーとしては特に限定されず、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等を挙げることができる。
上記バインダーの配合量は、通常、セラミック粉末１００重量部に対して、１〜１０重量部が望ましい。
【００８２】
上記分散媒液としては特に限定されず、例えば、ベンゼン等の有機溶媒；メタノール等のアルコール、水等を挙げることができる。
上記分散媒液は、原料ペーストの粘度が一定範囲内となるように、適量配合される。
【００８３】
これらセラミック粉末、バインダー及び分散媒液は、アトライター等で混合し、ニーダー等で充分に混練した後、押出成形して上記セラミック成形体を作製する。
【００８４】
また、上記原料ペーストには、必要に応じて成形助剤を添加してもよい。
上記成形助剤としては特に限定されず、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る。
【００８５】
さらに、上記原料ペーストには、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よい。
上記バルーンとしては特に限定されず、例えば、アルミナバルーン、ガラスマイクロバルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン（ＦＡバルーン）及びムライトバルーン等を挙げることができる。これらのなかでは、フライアッシュバルーンが望ましい。
【００８６】
次に、上記セラミック成形体を、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機及び凍結乾燥機等を用いて乾燥させた後、所定の貫通孔に封止材となる封止材ペーストを充填し、上記貫通孔に目封じする封止処理を施す。ここで、ガス流入貫通孔の開口面積の大きさが、ガス流出貫通孔の開口面積よりも大きくなるように、封止処理を施す。
【００８７】
上記封止材ペーストとしては特に限定されず、例えば、上記原料ペーストと同様のものを用いることができるが、上記原料ペーストで用いたセラミック粉末に潤滑剤、溶剤、分散剤及びバインダーを添加したものであることが望ましい。上記封止処理の途中で封止材ペースト中のセラミック粒子が沈降することを防止することができるからである。
【００８８】
次に、上記封止材ペーストが充填されたセラミック乾燥体に、所定の条件で脱脂、焼成を行うことにより、多孔質セラミックからなり、その全体が一の焼結体から構成されたハニカム構造体を製造することができる。
なお、上記セラミック乾燥体の脱脂及び焼成の条件等は、従来から多孔質セラミックからなるハニカム構造体を製造する際に用いられている条件を適用することができる。
【００８９】
また、本発明のハニカム構造体の構造が、図１に示したような、多孔質セラミック部材がシール材層を介して複数個結束されて構成された集合体型ハニカム構造体である場合、まず、上述したセラミックを主成分とする原料ペーストを用いて押出成形を行い、図２に示した多孔質セラミック部材２０のような形状の生成形体を作製する。
【００９０】
なお、上記原料ペーストは、上述した集合体型ハニカム構造体において説明した原料ペーストと同様のものを挙げることができる。
【００９１】
次に、上記生成形体を、マイクロ波乾燥機等を用いて乾燥させて乾燥体とした後、該乾燥体の所定の貫通孔に封止材となる封止材ペーストを充填し、上記貫通孔を封止する封止処理を施す。
なお、上記封止材ペーストは、上述した一体型ハニカム構造体において説明した封止材ペーストと同様のものを挙げることができ、上記封止処理は、封止材ペーストを充填する対象が異なるほかは、上述した一体型ハニカム構造体の場合と同様の方法を挙げることができる。
ここでも、ガス流入貫通孔の開口面積の大きさが、ガス流出貫通孔の開口面積よりも大きくなるように、封止処理を施すことが望ましい。
【００９２】
次に、上記封止処理を経た乾燥体に所定の条件で脱脂、焼成を行うことにより、複数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材を製造することができる。
なお、上記生成形体の脱脂及び焼成の条件等は、従来から多孔質セラミック部材がシール材層を介して複数個結束されて構成されたハニカム構造体を製造する際に用いられている条件等を適用することができる。
【００９３】
次に、シール材層１４となるシール材ペーストを均一な厚さで塗布してシール材ペースト層を形成し、このシール材ペースト層の上に、順次他の多孔質セラミック部材２０を積層する工程を繰り返し、所定の大きさの角柱状の多孔質セラミック部材２０の積層体を作製する。
なお、上記シール材ペーストを構成する材料としては、上述した本発明のハニカム構造体において説明した通りであるのでここではその説明を省略する。
【００９４】
次に、この多孔質セラミック部材２０の積層体を加熱してシール材ペースト層を乾燥、固化させてシール材層１４とし、その後、例えば、ダイヤモンドカッター等を用いて、その外周部を図１に示したような形状に切削することで、セラミックブロック１５を作製する。
【００９５】
そして、セラミックブロック１５の外周に上記シール材ペーストを用いてシール材層１３を形成することで、多孔質セラミック部材がシール材層を介して複数個結束されて構成されたハニカム構造体を製造することができる。
【００９６】
このようにして製造したハニカム構造体はいずれも柱状であり、その構造は、図１や図２に示した通りである。
【００９７】
本発明のハニカム構造体の用途は特に限定されないが、車両の排気ガス浄化装置に好適に用いることができる。
図６は、本発明のハニカム構造体が設置された車両の排気ガス浄化装置の一例を模式的に示した断面図である。
【００９８】
図６に示したように、排気ガス浄化装置８００は、主に、本発明のハニカム構造体８０、ハニカム構造体８０の外方を覆うケーシング８３０、ハニカム構造体８０とケーシング８３０との間に配置された保持シール材８２０、及び、ハニカム構造体８０の排気ガス流入側に設けられた加熱手段８１０から構成されており、ケーシング８３０の排気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８４０が接続されており、ケーシング８３０の他端部には、外部に連結された排出管８５０が接続されている。なお、図６中、矢印は排気ガスの流れを示している。
また、図６において、ハニカム構造体８０は、図１に示したハニカム構造体１０であってもよく、図３に示したハニカム構造体３０であってもよい。
【００９９】
このような構成からなる排気ガス浄化装置８００では、エンジン等の内燃機関から排出された排気ガスは、導入管８４０を通ってケーシング８３０内に導入され、ハニカム構造体８０の貫通孔から壁部（隔壁）を通過してこの壁部（隔壁）でパティキュレートが捕集されて浄化された後、排出管８５０を通って外部へ排出されることとなる。
【０１００】
そして、ハニカム構造体８０の壁部（隔壁）に大量のパティキュレートが堆積し、圧力損失が高くなると、ハニカム構造体８０の再生処理が行われる。
上記再生処理では、加熱手段８１０を用いて加熱されたガスをハニカム構造体８０の貫通孔の内部へ流入させることで、ハニカム構造体８０を加熱し、壁部（隔壁）に堆積したパティキュレートを燃焼除去させるのである。
本発明では、上記方法のほか、ポストインジェクション方式を用いてパティキュレートを燃焼除去してもよい。
【０１０１】
また、本発明のハニカム構造体の気孔中には、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等を浄化することができる触媒が担持されていてもよい。
このような触媒が担持されていることで、本発明のハニカム構造体は、排気ガス中のパティキュレートを捕集するハニカム構造体として機能するとともに、排気ガスに含有される上記ＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等を浄化するための触媒コンバータとして機能する。また、場合によっては、パティキュレートの燃焼温度を低下させることができる。
【０１０２】
上記触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属を挙げることができる。この貴金属からなる触媒は、所謂、三元触媒であり、このような三元触媒が担持された本発明のハニカム構造体は、従来公知の触媒コンバータと同様に機能するものである。従って、ここでは、本発明のハニカム構造体が触媒コンバータとしても機能する場合の詳しい説明を省略する。
但し、本発明のハニカム構造体に担持させることができる触媒は、上記貴金属に限定されることはなく、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等を浄化することができる触媒であれば、任意のものを担持させることができる。
【実施例】
【０１０３】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
（１）篩によって、原料の粒度を調整することにより得られた平均粒径１１μｍ（±１μｍに９９．９９ｗｔ％）のα型炭化珪素粉末６０重量％と、平均粒径０．５μｍのβ型炭化珪素粉末４０重量％とを湿式混合し、得られた混合物１００重量部に対して、有機バインダー（メチルセルロース）を５重量部、水を１０重量部加えて混練して混合組成物を得た。次に、上記混合組成物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさらに混練した後、押出成形を行い、図４（ｂ）に示した断面形状と略同様で、開口面積比が、３．００となるように生成形体を作製した。
【０１０４】
（２）次に、マイクロ波乾燥機等を用いて上記生成形体を乾燥させ、セラミック乾燥体とした後、上記生成形体と同様の組成のペーストを所定の貫通孔に充填し、再び乾燥機を用いて乾燥させた後、４００℃で脱脂し、常圧のアルゴン雰囲気下２０００℃、３時間で焼成を行うことにより、気孔率が４２％、平均気孔径が５μｍ、気孔径が平均気孔径の２倍（本実施例では１０μｍ）以上の細孔の容積の割合（以下、気孔径分布ともいう）が１０％、その大きさが３４．３ｍｍ×３４．３ｍｍ×１５０ｍｍで、貫通孔の数が３１個／ｃｍ２、実質的に全ての壁部（隔壁）２３の厚さが０．４ｍｍの炭化珪素焼結体である多孔質セラミック部材を製造した。
なお、得られた多孔質セラミック部材の端面においては、断面の面積が相対的に大きい貫通孔４１ａを一方の端面で封止材により封止し、断面の面積が相対的に小さい貫通孔４１ｂを他方の端面で封止材により封止した。
【０１０５】
なお、上記気孔径は、以下の方法により測定した。
即ち、上記多孔質セラミックス部材について、気孔径（０．２〜５００μｍまで）を水銀圧入法（ＪＩＳ Ｒ １６５５：２００３に準拠）によって測定した。
具体的には、ハニカム構造を有する多孔質セラミック部材を０．８ｃm程度の立方体に切断し、イオン交換水で超音波洗浄し、十分乾燥した。次に、このサンプルの気孔径を、島津製作所社製、マイクロメリティックス自動ポロシメータ、オートポアIII９４０５を用いて測定した。この時、測定範囲は、０．２〜５００μｍとし、さらに１００〜５００μｍの範囲では、０．１ｐｓｉａの圧力毎に測定し、０．２〜１００μｍの範囲では、０．２５ｐｓｉａの圧力毎に測定した。これにより、気孔径分布、全細孔容積が計算される。
平均気孔径（直径）は、４×S（積分細孔面積）／V（積分細孔容積）として計算した。
また、平均気孔径から２倍の気孔径を計算し、その２倍の気孔径を超える細孔容積を算出し、さらに、全細孔径範囲の測定データと上記算出した細孔径割合から、本発明における平均細孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合を計算した。
【０１０６】
（実施例２〜１２）
平均気孔径及び気孔径分布を下記表１に示した大きさにした以外は、実施例１と同様にして多孔質セラミックス部材を製造した。なお、原料粉末の粒径、焼成条件等は表１に示した通りである。また、原料粉末（α型炭化珪素粉末）の粒径は実施例１と同様、±１μｍに９９．９９ｗｔ％である。
【０１０７】
（比較例１〜６）
平均気孔径及び気孔径分布を下記表１に示した大きさにした以外は、実施例１と同様にして多孔質セラミックス部材を製造した。なお、原料粉末の粒径、焼成条件等は表１に示した通りである。
【０１０８】
実施例１〜１２及び比較例１〜６に係る多孔質セラミックス部材について、それぞれのセラミックブロックを製造し、下記の測定をおこなった。なお、セラミックブロックの製造方法は、以下の通りである。
即ち、まず、繊維長０．２ｍｍのアルミナファイバー３０重量％、平均粒径０．６μｍの炭化珪素粒子２１重量％、シリカゾル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％を含む耐熱性のシール材ペーストを用いて上記多孔質セラミック部材を、上述した方法により多数結束させ、続いて、ダイヤモンドカッターを用いて切断することにより、円柱形状のセラミックブロックを作製した。
このとき、上記多孔質セラミック部材を結束するシール材層の厚さが１．０ｍｍとなるように調整した。
【０１０９】
次に、無機繊維としてアルミナシリケートからなるセラミックファイバー（ショット含有率：３％、繊維長：０．１〜１００ｍｍ）２３．３重量％、無機粒子として平均粒径０．３μｍの炭化珪素粉末３０．２重量％、無機バインダーとしてシリカゾル（ゾル中のＳｉＯ２の含有率：３０重量％）７重量％、有機バインダーとしてカルボキシメチルセルロース０．５重量％及び水３９重量％を混合、混練してシール材ペーストを調製した。
次に、上記シール材ペーストを用いて、上記セラミックブロックの外周部に厚さ１．０ｍｍのシール材ペースト層を形成した。そして、このシール材ペースト層を１２０℃で乾燥して、直径１４４ｍｍ、長手方向の長さが１５０ｍｍの円柱形状で、排気ガス浄化用ハニカムフィルタとして機能するハニカム構造体を製造した。
そして、上述の円柱状のハニカム構造体の、初期状態での圧力損失、０．５ｇ／ｌ、１ｇ／ｌ、２ｇ／ｌ、４ｇ／ｌ、６ｇ／ｌ及び８ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した際の圧力損失、並びに、再生限界値をそれぞれ測定した。結果を表１に示した。
【０１１０】
（評価方法）
（１）圧力損失の測定
図６に示したように、各実施例及び比較例に係るハニカム構造体をエンジンの排気通路に配設して排気ガス浄化装置とし、上記エンジンを回転数３０００ｍｉｎ−１、トルク５０Ｎｍで運転し、初期状態、及び、所定量のパティキュレートを捕集した状態での圧力損失を測定した。
（２）再生限界値の測定
図６に示したように、各実施例及び比較例に係るハニカム構造体をエンジンの排気通路に配設して排気ガス浄化装置とし、上記エンジンを回転数３０００ｍｉｎ−１、トルク５０Ｎｍで所定の時間運転し、パティキュレートを捕集したサンプルを作製した。
次に、エンジンを回転数４０００ｍｉｎ−１、トルク２００Ｎｍで運転し、フィルタ温度が７００℃付近で一定になったところで、エンジンを回転数１０５０ｍｉｎ−１、トルク３０Ｎｍとすることにより、フィルタに捕集されたパティキュレートを強制的に燃焼させた。このような実験を同様のフィルタ数個について行い、クラックの発生しない最大のパティキュレート量を測定し、その値を再生限界値とした。
【０１１１】
【表１】
【０１１２】
表１より、明らかなように、初期状態での圧力損失は、比較例に係るハニカム構造体のほうが、実施例に係るハニカム構造体よりも低い場合があるものの、４ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した時点で、比較例に係るハニカム構造体のほうが、実施例に係るハニカム構造体よりも圧力損失が高く、８ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した際の圧力損失は、実施例に係るハニカム構造体では低く抑えられていた。
これは、比較例に係るハニカム構造体では、パティキュレートが壁部の深層部にまで、入り込んでしまっているのに対し、実施例に係るハニカム構造体では、パティキュレートを壁部の表層部でのみ捕集しているからであると考えられる。
【０１１３】
また、実施例に係るハニカム構造体では、比較例に係るフィルタに比べて、再生限界値が大きくなっており、再生までに多量のパティキュレートを捕集することができ、再生までの時間を延長することができることが明らかとなった。
【０１１４】
（実施例１３）
（１）実施例１の（１）と同様にして混合組成物を得た。次に、上記混合組成物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさらに混練した後、押出成形を行い、図９に示した断面形状と略同様で、開口面積比が、３．００となるように生成形体を作製した。なお、原料粉末（α型炭化珪素粉末）の粒径は実施例１と同様、±１μｍに９９．９９ｗｔ％である。
【０１１５】
（２）次に、マイクロ波乾燥機等を用いて上記生成形体を乾燥させ、セラミック乾燥体とした後、上記生成形体と同様の組成のペーストを所定の貫通孔に充填し、再び乾燥機を用いて乾燥させた後、４００℃で脱脂し、常圧のアルゴン雰囲気下２０００℃、３時間で焼成を行うことにより、気孔率が４２％、平均気孔径が５μｍ、気孔径分布が１０％、その大きさが３４．３ｍｍ×３４．３ｍｍ×１５０ｍｍで、貫通孔の数が３１個／ｃｍ２、実質的に全ての壁部（隔壁）２３の厚さが０．４ｍｍの炭化珪素焼結体である多孔質セラミック部材を製造した。
なお、得られた多孔質セラミック部材の端面においては、開口面積比が上記した大きさなるように、いずれか一方の端面を封止材により封止した。
【０１１６】
（実施例１４〜１７）
平均気孔径及び気孔径分布を下記表２に示した大きさにした以外は、実施例１３と同様にして多孔質セラミックス部材を製造した。なお、原料粉末の粒径、焼成条件等は表２に示した通りである。また、原料粉末（α型炭化珪素粉末）の粒径は実施例１と同様、±１μｍに９９．９９ｗｔ％である。
【０１１７】
（比較例７〜９）
平均気孔径及び気孔径分布を下記表２に示した大きさにした以外は、実施例１３と同様にして多孔質セラミックス部材を製造した。なお、原料粉末の粒径、焼成条件等は表２に示した通りである。
【０１１８】
実施例１４〜１７及び比較例７〜９に係る多孔質セラミックス部材について、実施例１と同様の円柱形状のハニカム構造体として、初期状態での圧力損失、所定量のパティキュレートを捕集した際の圧力損失、及び、再生限界値をそれぞれ測定した。結果を表２に示した。
なお、気孔径等の測定、圧力損失の測定、及び、再生限界値の測定は、実施例１と同様の方法で行った。
【０１１９】
【表２】
【０１２０】
表２より、明らかなように、初期状態での圧力損失は、比較例に係るハニカム構造体のほうが、実施例に係るハニカム構造体よりも低い場合があるものの、４ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した時点で、比較例に係るハニカム構造体のほうが、実施例に係るハニカム構造体よりも圧力損失が高く、８ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した際の圧力損失は、実施例に係るハニカム構造体では低く抑えられていた。
これは、比較例に係るハニカム構造体では、パティキュレートが壁部の深層部にまで、入り込んでしまっているのに対し、実施例に係るハニカム構造体では、パティキュレートを壁部の表層部でのみ捕集しているからであると考えられる。
【０１２１】
また、実施例に係るハニカム構造体では、比較例に係るフィルタに比べて、再生限界値が大きくなっており、再生までに多量のパティキュレートを捕集することができ、再生までの時間を延長することができることが明らかとなった。
【０１２２】
（実施例１８）
（１）実施例１の（１）と同様にして混合組成物を得た。次に、上記混合組成物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさらに混練した後、押出成形を行い、図１０に示した断面形状と略同様で、開口面積比が、３．００となるように生成形体を作製した。なお、原料粉末（α型炭化珪素粉末）の粒径は実施例１と同様、±１μｍに９９．９９ｗｔ％である。
【０１２３】
（２）次に、マイクロ波乾燥機等を用いて上記生成形体を乾燥させ、セラミック乾燥体とした後、上記生成形体と同様の組成のペーストを所定の貫通孔に充填し、再び乾燥機を用いて乾燥させた後、４００℃で脱脂し、常圧のアルゴン雰囲気下２０００℃、３時間で焼成を行うことにより、気孔率が４２％、平均気孔径が５μｍ、気孔径分布が１０％、その大きさが３４．３ｍｍ×３４．３ｍｍ×１５０ｍｍで、貫通孔の数が３１個／ｃｍ２、実質的に全ての壁部（隔壁）２３の厚さが０．４ｍｍの炭化珪素焼結体である多孔質セラミック部材を製造した。
なお、得られた多孔質セラミック部材の端面においては、断面の面積が相対的に大きい貫通孔３２１を一方の端面で封止材により封止し、断面の面積が相対的に小さい貫通孔３２２を他方の端面で封止材により封止した。
【０１２４】
（実施例１９〜２２）
平均気孔径及び気孔径分布を下記表３に示した大きさにした以外は、実施例１８と同様にして多孔質セラミックス部材を製造した。なお、原料粉末の粒径、焼成条件等は表３に示した通りである。また、原料粉末（α型炭化珪素粉末）の粒径は実施例１と同様、±１μｍに９９．９９ｗｔ％である。
【０１２５】
（比較例１０〜１２）
平均気孔径及び気孔径分布を下記表３に示した大きさにした以外は、実施例１８と同様にして多孔質セラミックス部材を製造した。なお、原料粉末の粒径、焼成条件等は表３に示した通りである。
【０１２６】
実施例１８〜２２及び比較例１０〜１２に係る多孔質セラミックス部材について、実施例１と同様の円柱形状のハニカム構造体として、初期状態での圧力損失、所定量のパティキュレートを捕集した際の圧力損失、及び、再生限界値をそれぞれ測定した。結果を表３に示した。
なお、気孔径等の測定、圧力損失の測定は、及び、再生限界値の測定、実施例１と同様の方法で行った。
【０１２７】
【表３】
【０１２８】
表３より、明らかなように、初期状態での圧力損失は、比較例に係るハニカム構造体のほうが、実施例に係るハニカム構造体よりも低い場合があるものの、４ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した時点で、比較例に係るハニカム構造体のほうが、概ね実施例に係るハニカム構造体よりも圧力損失が高く、８ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した際の圧力損失は、実施例に係るハニカム構造体では低く抑えられていた。
これは、比較例に係るハニカム構造体では、パティキュレートが壁部の深層部にまで、入り込んでしまっているのに対し、実施例に係るハニカム構造体では、パティキュレートを壁部の表層部でのみ捕集しているからであると考えられる。
【０１２９】
また、実施例に係るハニカム構造体では、比較例に係るフィルタに比べて、再生限界値が大きくなっており、再生までに多量のパティキュレートを捕集することができ、再生までの時間を延長することができることが明らかとなった。
【０１３０】
（実施例２３）
（１）実施例１の（１）と同様にして混合組成物を得た。次に、上記混合組成物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさらに混練した後、押出成形を行い、図１２に示した断面形状と略同様で、開口面積比が、３．００となるように生成形体を作製した。なお、原料粉末（α型炭化珪素粉末）の粒径は実施例１と同様、±１μｍに９９．９９ｗｔ％である。
【０１３１】
（２）次に、マイクロ波乾燥機等を用いて上記生成形体を乾燥させ、セラミック乾燥体とした後、上記生成形体と同様の組成のペーストを所定の貫通孔に充填した後、再び乾燥機を用いて乾燥させた後、４００℃で脱脂し、常圧のアルゴン雰囲気下２０００℃、３時間で焼成を行うことにより、気孔率が４２％、平均気孔径が５μｍ、気孔径分布が１０％、その大きさが３４．３ｍｍ×３４．３ｍｍ×１５０ｍｍで、貫通孔の数が３１個／ｃｍ２、実質的に全ての壁部（隔壁）２３の厚さが０．４ｍｍの炭化珪素焼結体である多孔質セラミック部材を製造した。
なお、得られた多孔質セラミック部材の端面においては、断面の面積が相対的に大きい貫通孔３４１を一方の端面で封止材により封止し、断面の面積が相対的に小さい貫通孔３４２を他方の端面で封止材により封止した。
【０１３２】
（実施例２４〜２７）
平均気孔径及び気孔径分布を下記表４に示した大きさにした以外は、実施例２３と同様にして多孔質セラミックス部材を製造した。なお、原料粉末の粒径、焼成条件等は表４に示した通りである。また、原料粉末（α型炭化珪素粉末）の粒径は実施例１と同様、±１μｍに９９．９９ｗｔ％である。
【０１３３】
（比較例１３〜１５）
平均気孔径及び気孔径分布を下記表４に示した大きさにした以外は、実施例２３と同様にして多孔質セラミックス部材を製造した。なお、原料粉末の粒径、焼成条件等は表４に示した通りである。
【０１３４】
実施例２３〜２７及び比較例１３〜１５に係る多孔質セラミックス部材について、実施例１と同様の円柱形状のハニカム構造体として、初期状態での圧力損失、所定量のパティキュレートを捕集した際の圧力損失、及び、再生限界値をそれぞれ測定した。結果を表４に示した。
なお、気孔径等の測定、圧力損失の測定、及び、再生限界値の測定は、実施例１と同様の方法で行った。
【０１３５】
【表４】
【０１３６】
表４より、明らかなように、初期状態での圧力損失は、比較例に係るハニカム構造体のほうが、実施例に係るハニカム構造体よりも低い場合があるものの、４ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した時点で、比較例に係るハニカム構造体のほうが、実施例に係るハニカム構造体よりも圧力損失が高く、８ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した際の圧力損失は、実施例に係るハニカム構造体では低く抑えられていた。
これは、比較例に係るハニカム構造体では、パティキュレートが壁部の深層部にまで、入り込んでしまっているのに対し、実施例に係るハニカム構造体では、パティキュレートを壁部の表層部でのみ捕集しているからであると考えられる。
【０１３７】
また、実施例に係るハニカム構造体では、比較例に係るフィルタに比べて、再生限界値が大きくなっており、再生までに多量のパティキュレートを捕集することができ、再生までの時間を延長することができることが明らかとなった。
【０１３８】
さらに、以上の実施例及び比較例を通して、実施例３と比較例２、実施例６と比較例３、実施例９と比較例４、実施例１６と比較例８、実施例２１と比較例１１、及び、実施例２６と比較例１４に係るハニカム構造体について、例えば、８ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した際の圧力損失をそれぞれ比較した場合、図４や図９に示したようなガス流入貫通孔同士を隔てる隔壁を有するハニカム構造体では、気孔径分布を３０％以下とすることにより、気孔径分布が３０％を超える場合（３５％の場合）に比べて、圧力損失を９２％程度以下に減少させることができるのに対し、図１０や図１２に示したようなガス流入貫通孔同士を隔てる隔壁を有さないハニカム構造体では、気孔径分布を３０％以下とすることによる、気孔径分布が３０％を超える場合（３５％の場合）に比べた圧力損失の減少は、９５％程度にとどまっている。また、４ｇ／ｌや６ｇ／ｌのパティキュレートを捕集した際の圧力損失をそれぞれ比較した場合も、同様の結果が得られた。
このことから、ガス流入貫通孔同士を隔てる隔壁を有するハニカム構造体において、本発明の効果が特に顕著に得られることが明らかとなった。
【符号の説明】
【０１３９】
１０、３０ ハニカム構造体
１３、１４ シール材層
１５、３５ セラミックブロック
２０、４０、５０、７０ 多孔質セラミック部材
２１ａ、３１ａ、４１ａ、５１ａ、７１ａ ガス流入貫通孔
２１ｂ、３１ｂ、４１ｂ、５１ｂ、７１ｂ ガス流出貫通孔
２２、３２ 封止材
２３、４３、５３、７３ 壁部（隔壁）
３３ 壁部
１６０、１７０、１８０、２６０、２７０、２８０ ハニカム構造体
１６１ａ、１７１ａ、１８１ａ、２６１ａ、２７１ａ、２８１ａ ガス流入貫通孔
１６１ｂ、１７１ｂ、１８１ｂ、２６１ｂ、２７１ｂ、２８１ｂ ガス流出貫通孔
１６３、１７３、１８３、２６３、２７３、２８３ 壁部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミック部材が、シール材層を介して複数個結束された柱状のハニカム構造体であって、
前記貫通孔は、その長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きく、排気ガス流出側の端部が封止されたガス流入貫通孔、及び、その長手方向に垂直な断面の面積が相対的に小さく、排気ガス流入側の端部が封止されたガス流出貫通孔からなり、
前記多数の貫通孔において、隣り合う前記ガス流入貫通孔の長手方向に垂直な断面の重心間距離と、隣り合う前記ガス流出貫通孔の長手方向に垂直な断面の重心間距離とが等しく、
前記壁部を構成するセラミックは、平均気孔径が５〜１０μｍであり、かつ、前記平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合が、全細孔の容積に対して２０％以下であり、
前記ハニカム構造体には、前記ガス流入貫通孔同士を隔てる隔壁が存在することを特徴とするハニカム構造体。
【請求項２】
前記壁部を構成するセラミックは、その気孔率が３０〜７０％である請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項３】
その長手方向に垂直な断面における貫通孔の密度は、１５．５〜６２．０個／ｃｍ２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】
主材料が炭化珪素である請求項１〜３のいずれか１に記載のハニカム構造体。
【請求項５】
前記壁部の厚さは、０．１〜０．５ｍｍである請求項１〜４のいずれか１に記載のハニカム構造体。
【請求項６】
車両の排気ガス浄化装置に使用される請求項１〜５のいずれか１に記載のハニカム構造体。
【請求項１】
多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミック部材が、シール材層を介して複数個結束された柱状のハニカム構造体であって、
前記貫通孔は、その長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きく、排気ガス流出側の端部が封止されたガス流入貫通孔、及び、その長手方向に垂直な断面の面積が相対的に小さく、排気ガス流入側の端部が封止されたガス流出貫通孔からなり、
前記多数の貫通孔において、隣り合う前記ガス流入貫通孔の長手方向に垂直な断面の重心間距離と、隣り合う前記ガス流出貫通孔の長手方向に垂直な断面の重心間距離とが等しく、
前記壁部を構成するセラミックは、平均気孔径が５〜１０μｍであり、かつ、前記平均気孔径の２倍以上の気孔径を有する細孔の容積の割合が、全細孔の容積に対して２０％以下であり、
前記ハニカム構造体には、前記ガス流入貫通孔同士を隔てる隔壁が存在することを特徴とするハニカム構造体。
【請求項２】
前記壁部を構成するセラミックは、その気孔率が３０〜７０％である請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項３】
その長手方向に垂直な断面における貫通孔の密度は、１５．５〜６２．０個／ｃｍ２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】
主材料が炭化珪素である請求項１〜３のいずれか１に記載のハニカム構造体。
【請求項５】
前記壁部の厚さは、０．１〜０．５ｍｍである請求項１〜４のいずれか１に記載のハニカム構造体。
【請求項６】
車両の排気ガス浄化装置に使用される請求項１〜５のいずれか１に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８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−１７９５０１（Ｐ２０１１−１７９５０１Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２７１０（Ｐ２０１１−５２７１０）
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【分割の表示】特願２００５−５１１３２３（Ｐ２００５−５１１３２３）の分割
【原出願日】平成１６年６月２３日（２００４．６．２３）
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【分割の表示】特願２００５−５１１３２３（Ｐ２００５−５１１３２３）の分割
【原出願日】平成１６年６月２３日（２００４．６．２３）
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【Ｆターム（参考）】
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