ハニカム構造体
【課題】 多孔質の隔壁で仕切られた複数の流路を有し、所望の前記流路の端部または内部を封止したハニカム構造体であって、ＰＭの捕集効率が高く、隔壁にＰＭが捕集堆積された状態でも、圧力損失の上昇が低く、しかも高強度を維持できるハニカム構造体を得ることにある。
【解決手段】 隔壁（２）の交点部位（２ｐ）を除く少なくとも一部に幅が０．０５〜１ｍｍ、長さが１０ｍｍ以上の通気孔（９）が形成されており、前記通気孔が流路方向垂直断面において平均で０．００３〜０．０７個／ｃｍ２存在している。
【解決手段】 隔壁（２）の交点部位（２ｐ）を除く少なくとも一部に幅が０．０５〜１ｍｍ、長さが１０ｍｍ以上の通気孔（９）が形成されており、前記通気孔が流路方向垂直断面において平均で０．００３〜０．０７個／ｃｍ２存在している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の微粒子状物質（パティキュレート・マター、以下「ＰＭ」という）を除去するのに使用されるフィルタに用いられるハニカム構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンなどの排気ガス中には黒煙を主体とするＰＭが多量に含まれており、これが大気中に放出されると、人体や環境に悪影響を与える。このため、ディーゼルエンジンなどの排気ガス系には、ＰＭを捕集するためのフィルタが搭載されている。図３は、自動車の排気ガス中のＰＭを捕集、浄化する、フィルタに用いられる従来のハニカム構造体の一例を示したものであり、（ａ）は正面模式図、（ｂ）は側断面模式図である。図３（ａ）（ｂ）において、ハニカム構造体３０は、多孔質セラミックからなり、外周壁１と、この外周壁１の内側に各々直交する隔壁２で仕切られた複数の流路３、４を有しており、流路３、４は、排気ガスの流入側端面７と流出側端面８において交互に封止部５、６で封止されている。また、外周壁１は、金属メッシュあるいはセラミックス製のマットなどで形成された把持部材（図示せず）で使用中に動かないように把持され、金属製の収納容器（図示せず）に配置されている。
【０００３】
図３に示すハニカム構造体３０からなるフィルタにおいて、排気ガスの浄化は以下の通り行われる。排気ガス（点線矢印で示す）は、流入側端面７に開口している流路３から流入する。そして、排気ガス中に含まれるＰＭは、隔壁２を通過する際に捕集され、浄化された排気ガスは、流出側端面８に開口している流路４から流出、大気中に放出される。一方、隔壁２に補集されたＰＭが一定量以上になると、目詰まりにより、ハニカム構造体３０の圧力損失が上昇するため、バーナーや電気ヒーターによりこれを燃焼させ、フィルタの再生が行われる。
【０００４】
バーナーや電気ヒーターによりハニカム構造体３０に捕集されたＰＭを燃焼除去しようとすると、多量の燃料及びバーナー等の駆動エネルギが必要となることから、特許文献１では、図４に断面図を示すようなハニカム構造体４０からなるフィルタが提案されている。図４に示すハニカム構造体４０は、排気ガスの流入側端面７または流出側端面８の隔壁２の一壁面２ａを、封止部５の長さＬ１より長い流路方向長さＬ２だけ除去することにより、隔壁２と封止部５との間に、流路３と隣接する流路４とを連通させる開口部４９を形成している。なお、図４で前述した図３と同じ構成は同符号で示している。特許文献１に記載されたハニカム構造体４０によれば、隔壁２に捕集されるＰＭ量が増加して目詰まりを起こして圧力損失が上昇しようとしても、排気ガスの一部が開口部４９を介し流路４から大気に流出するので、圧力損失の上昇率が大幅に低下するという効果を有するとしている。このため、捕集されたＰＭの燃焼除去の頻度が少なくても、エンジン出力の低下および燃費の悪化を防止できるとしている。また、隔壁２の一壁面２ａの除去は、成形時に切り欠けば良いので容易であり、封止部５で封止するときも特別な工程を必要とせず、簡単に実施できるとしている。
【０００５】
一方、特許文献２及び３によれば、フィルタに捕集したＰＭを燃焼除去する際に残留するアッシュ（灰分）がフィルタ内に堆積することによって実質的にフィルタ容積が減少して、圧力損失が上昇したり、捕集できるＰＭ量の減少を防ぐために、隔壁に開口部を設けることによって、アッシュを容易に除去できるようにしたハニカム構造体が提案されている。特許文献２に記載のハニカム構造体は、図５に示すように、隔壁と隔壁が交わる隔壁の少なくとも一部において、当該隔壁交点部位に相当する部分の隔壁が存在しない交点なし部５９が形成されており、特許文献３に記載のハニカム構造体は、図６に示すように、各流通孔を囲む隔壁の目封止部近傍に、流通孔１つ当たり少なくとも１つのスリット６９を有している。いずれものハニカム構造体も、使用開始直後は交点なし部５９或いはスリット６９等の隔壁に形成された開口部を、排気ガス中の一部のＰＭが通過するため、従来の交点なし部５９或いはスリット６９を持たないハニカム構造体に比して捕集効率は低下するが、捕集されたＰＭの堆積によって短時間のうちに交点なし部５９或いはスリット６９が実質的に塞がれた状態となり、それ以降は従来のハニカム構造体と同程度の捕集効率を発揮できるとしている。更に、ＰＭの堆積で塞がれた交点なし部５９或いはスリット６９は、再生時の加熱によりＰＭが燃焼することによって、実質的に開き、この交点なし部５９或いはスリット６９が開いた時の含塵流体の流れにより、ハニカム構造体内に堆積していたアッシュ（灰分）等の未燃物の少なくとも一部がハニカム構造体から排出されるため、アッシュ堆積による圧力損失上昇や捕集できるＰＭ量が減少するといった問題を解決できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭６０−１１２６１８号公報
【特許文献２】特開２００４−１３２２６６号公報
【特許文献３】特開２００４−１３０２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１で提案される図４に示すハニカム構造体４０は、開口部４９の開口面積が大きいことから、近年規制が強化されつつあるＰＭ捕集効率が達成できないという問題があった。すなわち、図４に示すハニカム構造体において、開口部の長さ（Ｌ２−Ｌ１）は、封止部の長さＬ１と同程度であり、封止部の長さは通常５〜１５ｍｍ程度であることから、開口部の長さも５〜１５ｍｍとなり、開口部を通じて有害なＰＭが多量に排出されることになるからである。
【０００８】
また、特許文献１において、本開口部４９を形成するには、隔壁２の一壁面２ａの除去を成形時に切り欠けば良いので容易であるとされているが、成形体は非常に柔らかい状態であるため、切り欠いた際に、隔壁２が変形して隣接する隔壁と接触して流路を閉塞させることもある。
【０００９】
特許文献２に提案される図５に示すハニカム構造体５０では、隔壁２と隔壁２とが交わる隔壁交点部位がハニカム構造体の強度を担う重要な部位であるにも関わらず、交点なし部５９が形成されている（交点部位が存在しない）ため、ハニカム構造体の強度、特にアイソスタティック強度が弱くなり、金属容器に収納の際に破損したり、ハニカムフィルタとして使用した際に、機械的振動や熱応力によって破損することがあった。このため、特許文献２によれば、アイソスタティック強度を向上させるため、ハニカム構造体の長さ方向に直交する断面において、交点なし部が形成されずに所定方向に連続している隔壁の厚さが、交点なし部が形成され、当該交点なし部によって不連続に途切れている隔壁の厚さの１．０５〜１．５倍にするといった、複雑な構成にする必要があった。また、特許文献２の別の発明であるハニカム構造体の製造方法によれば、押出成形時に交点なし部を形成するようにしているため、可塑性を有するハニカム構造の成形体隔壁に変形が発生し、所望の隔壁ピッチを有するハニカム構造体が得られないと言う問題の発生することもあった。
【００１０】
また、特許文献３に提案される図６に示すハニカム構造体６０では、流通孔１つあたり少なくとも１つのスリット６９を有しており、すなわち流通孔には必ずスリットを存在させていることから、圧力損失の上昇は小さいが、スリット数が多いため、初期のＰＭ捕集効率が低くなり、有害なＰＭが多量に排出される問題があった。また、スリット数が多いことと、スリットが目封止部近傍に集中して存在していることから、ハニカム構造体のアイソスタティック強度が低下するという問題を有していた。
【００１１】
したがって、本発明の課題は、多孔質の隔壁で仕切られた複数の流路を有し、所望の前記流路の端部または内部を封止したハニカム構造体であって、ＰＭの捕集効率が高く、隔壁にＰＭが捕集堆積された状態でも、圧力損失の上昇が低く、しかも高強度を維持できるハニカム構造体を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、ハニカム構造体において、隔壁の交点部位を除く少なくとも一部に通気孔を、所定の数だけ形成させれば、上記課題が解決できるとの知見を得、本発明に想到した。
【００１３】
本発明のハニカム構造体は、多孔質の隔壁で仕切られた複数の流路を有し、所望の前記流路の端部または内部を封止したハニカム構造体であって、前記隔壁の交点部位を除く少なくとも一部に幅が０．０５〜１ｍｍ、長さが１０ｍｍ以上の通気孔が形成されており、前記通気孔が流路方向垂直断面において平均で０．００３〜０．０７個／ｃｍ２存在していることを特徴とする。上記構成のように、隔壁の交点部位を除く少なくとも一部に幅が０．０５〜１ｍｍ、長さが１０ｍｍ以上の通気孔が形成されており、前記通気孔が流路方向垂直断面において平均で、０．００３〜０．０７個／ｃｍ２の所定数存在させているため、ＰＭ捕集効率が高く、隔壁に捕集されるＰＭが増加して目詰まりを起こして圧力損失が上昇しようとしても、流入した排気ガスの一部が、通気孔を介して、隣接する流路に排出され、圧力損失の上昇を大幅に低減することが可能となる。
【００１４】
しかも、通気孔が、隔壁の交点部位ではなく、隔壁の交点部位を除く少なくとも一部に通気孔が形成されていることから、通気孔の存在によるハニカム構造体の強度への悪影響を小さくできるため、ハニカムフィルタとして使用する際に必要な強度を維持することができる。
【００１５】
ここで、隔壁の交点部位を除く少なくとも一部に形成される通気孔は、図１に示すようなハニカム構造体の一方の端面から他方の端面に貫通している通気口９、図２に示すようなハニカム構造体の端面から流路方向内部に連通して流路内部で閉塞している通気口９ａ、端面には現れず内部で閉塞している通気口９ｂなどの形態があるが、これらは単独で存在しても良いし、複数の形態が混在しても良い。そしてこの通気孔の流路方向の長さは少なくとも１０ｍｍ以上、より好ましくは３０ｍｍ以上あれば、本発明のハニカム構造体における、隔壁に捕集されるＰＭが増加して目詰まりを起こして圧力損失が上昇しようとしても、流入した排気ガスの一部が、通気孔を介して、隣接する流路に排出され、圧力損失の上昇を大幅に低減するという効果を発揮しうる。
【００１６】
本発明のハニカム構造体において、流路方向垂直断面において前記通気孔を平均で０．００３〜０．０７個／ｃｍ２の所定数存在させているのは、０．００３個／ｃｍ２未満の場合、通気孔の数が少ないため、隔壁にＰＭが捕集された際に、圧力損失の上昇を低減する効果が小さいからであり、０．０７個／ｃｍ２を超えると、通気孔の数が多いため、ＰＭの捕集効率が低減するからであり、強度も低下するからである。
【００１７】
本発明のハニカム構造体において、隔壁の交点部位を除く少なくとも一部に形成された通気孔の幅が、０．０５〜１ｍｍであるのは、０．０５ｍｍ未満の場合は、通気孔の幅が小さいため、隔壁に捕集されるＰＭが増加して目詰まりを起こした際に、流入した排気ガスの一部が、通気孔を介して、隣接する流路に排出されにくくなり、圧力損失の上昇を低減する効果が小さくなるからであり、１ｍｍを超える場合は、通気孔の幅が大きいため、通気孔から隣接する流路に流れる排気ガスの量が多くなって、ＰＭの補集効率が低下するからである。同様の観点から、隔壁の交点部位を除く少なくとも一部に形成された通気孔の幅の、より好ましい範囲は、０．１〜０．４ｍｍである。
【００１８】
本発明のハニカム構造体において、流路方向垂直断面において前記通気孔を平均で０．００７〜０．０３５個／ｃｍ２存在させていることが好ましい。前記通気孔を、平均で０．００７〜０．０３５個／ｃｍ２の好ましい範囲とすることにより、隔壁にＰＭが捕集された際の圧力損失の上昇を低減する効果、及び、ＰＭの捕集効率を、より確実に両立させることが可能となるからである。さらに好ましい範囲は０．００７〜０．０１７個／ｃｍ２である。
【００１９】
また、本発明のハニカム構造体が、コージェライト、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、アルミナ、ムライト、チタン酸アルミ、ＬＡＳから選ばれた何れか１種を主結晶相とするセラミックスからなることが好ましい。本発明のハニカム構造体では、捕集されたＰＭが一定量以上になると、これを燃焼させて、フィルタの再生が行われるため、前記のような耐熱性を有するセラミックスであれば、再生の際に、溶融などの損傷を受けないからである。特に、耐熱衝撃性が要求される、外径１５０ｍｍ、全長１５０ｍｍ以上の大型ハニカムフィルタの場合は、コージェライト、チタン酸アルミ、ＬＡＳなどの低熱膨張特性を有するセラミックスが好ましく。また、ＰＭを多量に補足、堆積させた状態で燃焼させたい場合には、炭化珪素、窒化珪素などの超耐熱セラミックスが好ましい。また、これらのセラミックスを適宜組み合わせても良いし、焼成助剤などを含有しても良い。
【００２０】
本発明のハニカム構造体において、流路の断面形状は、特に制限されるものではないが、三角形、四角形、六角形及び円形のうちの何れか形状とすることが好ましい。
【００２１】
また本発明のハニカム構造体において、隔壁２の厚さは０．１〜０．５ｍｍが好ましく、隔壁２のピッチは１．０ｍｍ以上が好ましい。隔壁２の厚さが０．１ｍｍ未満では、隔壁２が多孔質であることからハニカム構造体１０の強度が低下し、好ましくない。一方、隔壁２の厚さが０．５ｍｍを超えると、排気ガスに対する隔壁２の通気抵抗が大きくなって、ハニカム構造体１０の圧力損失が大きくなる。より好ましい隔壁２の厚さは、０．２〜０．４ｍｍである。また、隔壁２のピッチが１．０ｍｍ未満であると、ハニカム構造体１０の流入側端面７の開口面積が小さくなることから、ハニカム構造体１０の圧力損失が大きくなる。
【００２２】
また、本発明のハニカム構造体において、隔壁２の気孔率は５０〜８０％であることが好ましい。排気ガスが隔壁２に形成された細孔を通過することから、隔壁２の気孔率が５０％未満であると、ハニカム構造体１０の圧力損失が上昇し、エンジンの出力低下につながるからであり、一方、隔壁２の気孔率が８０％を超えると、隔壁２の強度が低下するため、使用時の熱衝撃や機械的振動により破損することがあるからである。平均細孔径は１０〜４０μｍであることが好ましい。平均細孔径が１０μｍ未満だと、ハニカム構造体１０の圧力損失が上昇するからであり、一方、平均細孔径が４０μｍを超えると、隔壁２の強度が低下し、ＰＭの捕集率が低下するからである。
【００２３】
また、本発明のハニカム構造体１０において、封止部５、６の材質は、隔壁２と同一にすると、両者の熱膨張率が一致するため好ましい。また、封止部５、６の気孔率は、隔壁２の気孔率に比べて低い場合、同程度の場合、或いは高い場合いずれの場合でも良いが、隔壁２の気孔率より高い場合は、排気ガスが封止部５、６の細孔を通過することも可能となるため、ＰＭの堆積が起こりにくくなることから好ましい。
【００２４】
本発明のハニカム構造体１０の隔壁表面および細孔内には、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ等の白金族金属、Ａｇ、Ｃｕや酸化チタニウム、酸化バナジウム、ゼオライト、などの触媒成分を担持しても良く、更に触媒成分と排気ガスの接触面積を大きくするため、公知のγアルミナ等の活性アルミナからなる高比表面積材料を担持しても良い。この触媒成分の効果により、炭化水素類、一酸化炭素、窒素酸化物を浄化したり、フィルタ内に堆積したＰＭを燃焼除去する際に、燃焼を促進させることができ、ＰＭの浄化が容易になる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のハニカム構造体によれば、ＰＭの捕集効率が高く、隔壁にＰＭが捕集堆積された状態でも、圧力損失の上昇が低く、しかも高強度を維持できるハニカム構造体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態１に係るハニカム構造体１０であり、（ａ）は、ハニカム構造体の端面模式図（矢視Ａ）、（ｂ）はハニカム構造体断面模式図（矢視Ｂ）、（ｃ）は、（ａ）におけるＣ部拡大図である。
【図２】、実施の形態２に係るハニカムフィルタ２０であり、（ａ）は、ハニカム構造体の一方の端面から見た模式図、（ｂ）はハニカム構造体断面模式図、（ｃ）は、（ａ）におけるＥ部拡大図である。
【図３】自動車の排気ガス中のＰＭを捕集、浄化する、従来のハニカムフィルタの一例を示し、（ａ）は正面模式図、（ｂ）は側断面模式図である。
【図４】特許文献１に記載されるフィルタ４０の断面図である。
【図５】特許文献２に記載されるハニカム構造体５０の正面図である。
【図６】特許文献３に記載されるハニカム成形体６０の側断面図である。
【図７】実施の形態２のハニカム構造体を得るための成形用口金７０の断面模式図である。
【図８】公知のハニカム構造体押出成形用口金８０の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態の数例を、図面に基づき詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るハニカム構造体１０であり、（ａ）は、ハニカム構造体の端面模式図（矢視Ａ）、（ｂ）はハニカム構造体断面模式図（矢視Ｂ）、（ｃ）は、（ａ）におけるＣ部拡大図である。図１に示すハニカム構造体１０は、外径が２６７ｍｍ、長さが３０４ｍｍ、壁厚０．３ｍｍ、隔壁ピッチ１．５ｍｍで、気孔率６０％、平均細孔径２０μｍであるコージェライトからなる多孔質の隔壁２により仕切られて軸方向に貫通する複数の排気ガスの流路３、４を有し、排気ガス流入側端面７及び排気ガス流出側端面８において、所定の流路３及び４が封止部５、６で封止されており、さらに隔壁２の交点部位２ｐを除く、流路３、４内にある隔壁２の一部に、幅（ｔ）が０．３ｍｍの通気孔９がハニカム構造体の全長に亘って形成されている。そして、ハニカム構造体１０の端面７及び８において、この通気孔が各種形成されたハニカム構造体からなる試験ＮＯ．１〜８のフィルタを作成した。
【００２８】
得られた試験ＮＯ．１〜８のセラミックハニカムフィルタに対して、捕集率、圧力損失上昇率、及びアイソスタティック強度の評価を行った。結果を表１に示す。
ここで、捕集率は、圧力損失テストスタンドにて、フィルタに空気流量７．５Ｎｍ３／ｍｉｎで、粒径０．０４２μｍのカーボン粉を３ｇ／ｈの投入速度で２時間投入した後の捕集率（％）を測定し、捕集率８５％以上であれば合格（△）とし、より好ましい９０％以上であれば（○）、更に好ましい９５％以上であれば（◎）とし、８５％未満の場合は不合格（×）として評価した。
【００２９】
また、圧力損失上昇率は、捕集率と同様、圧力損失テストスタンドにて、セラミックハニカムフィルタに空気流量７．５Ｎｍ３／ｍｉｎで、粒径０．０４２μｍのカーボン粉を３ｇ／ｈの投入速度で投入し、１７ｇ（カーボン粉１ｇ／フィルタ容積１Ｌ）投入した後の流入側と流出側の差圧を圧力損失（ｍｍＡｑ）として測定して、カーボン粉投入前の圧力損失に対する上昇率を算出した。圧力損失上昇率＝１００×｛（カーボン１ｇ／Ｌ投入後の圧力損失）−（カーボン投入前の圧力損失）｝／（カーボン投入前の圧力損失）（％）。その結果、圧力損失上昇率２５％以下であれば合格（△）とし、より好ましい２０％以下であれば（○）とし、更に好ましい１５％以下を（◎）、２５％を越える場合を不合格（×）として圧力損失を評価した。
【００３０】
また、アイソスタティック強度試験は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格（ＪＡＳＯ）Ｍ５０５−８７に基づき、セラミックハニカム構造体の軸方向両端面に厚さ２０ｍｍのアルミ板を当接して両端を密閉するとともに、外壁部表面を厚さ２ｍｍのゴムで密着したものを、圧力容器に入れ、圧力容器内に水を導入して、外壁部表面から静水圧を加え、破壊したときの圧力を測定して、アイソスタティック強度とした。そして、アイソスタティック強度が１．５ＭＰａ以上の場合を合格（△）とし、さらに１．８ＭＰａ以上の好ましい場合を（○）、さらに２ＭＰａ以上の好ましい場合を（◎）とし、１．５ＭＰａ未満の場合を不合格（×）で示した。
【００３１】
そして、総合判定として、捕集率、圧力損失、アイソスタティック強度のいずれも判定が（○）または（◎）であるものを（○）、いずれかに（△）があるものを（△）、いずれかに（×）があるものを（×）で評価した。
【００３２】
【表１】
【００３３】
表１に示すように、本発明例である、試験ＮＯ．２〜７のフィルタは、隔壁の交点部位を除く箇所に幅０．３ｍｍの通気孔９が形成されており、かつハニカム構造体の端面（流路方向垂直断面）における通気孔数が０．００３〜０．０７個／ｃｍ２であることから、捕集率、圧力損失上昇率、及びアイソスタティック強度の判定が合格以上の（△）〜（◎）となり、総合判定も（△）または（○）となった。更に、通気孔数が好ましい範囲の０．００７〜０．０３５個／ｃｍ２である試験ＮＯ．３〜５のフィルタは総合判定が（○）となった。以上説明したように、本発明例である試験ＮＯ．２〜７のフィルタは、所定のＰＭ捕集効率を確保できると共に、隔壁２に捕集されるＰＭの量が増加し、隔壁２が目詰まりを起こしても、流路３に流入した排気ガスの一部が通気孔９を介して、隣接する流路４に排出されるため、圧力損失の上昇率が、通気孔のない従来のハニカム構造体に比べて大幅に低下し、かつ、通気孔は隔壁の交点部位を除く箇所に形成されていることから、高強度を維持することができる。
【００３４】
図１に示す本発明のハニカム構造体１０の製造方法について、隔壁の交点部位を除く部位に形成される通気孔に注目して説明する。本発明のハニカム構造体を構成するハニカム構造体を製造するにあたり、公知のハニカム構造体押出成形用口金の、隔壁を形成するための成形溝を塞ぐことにより、ハニカム構造体の押出成形時に、ハニカム構造体の両端面に連通した通気孔を形成することができる。このような、通気孔を有するハニカム構造の成形体を、焼成後、封止部を形成することにより、本発明のハニカム構造体を得ることができる。本方法によれば、押出成形時に容易に通気孔を形成できるが、通気孔を有さない従来技術のハニカム構造体を作製した後、通常の機械加工、レーザ加工や、電子ビーム加工等等の高エネルギー密度加工等の手段により、通気孔を形成しても良い。
【００３５】
（実施の形態２）
図２は、実施の形態２に係るハニカムフィルタ２０であり、（ａ）は、ハニカム構造体の一方の端面から見た模式図、（ｂ）はハニカム構造体断面模式図、（ｃ）は、（ａ）におけるＥ部拡大図である。図２に示すハニカム構造体２０は、外径が２６７ｍｍ、長さが３００ｍｍ、隔壁厚さ０．３ｍｍ、隔壁ピッチ１．５ｍｍで、気孔率６０％、平均細孔径２０μｍであるコージェライトからなる多孔質の隔壁２により仕切られて軸方向に貫通する複数の排気ガスの流路３、４を有し、排気ガス流入側端面７及び排気ガス流出側端面８において、所定の流路３及び４が封止部５、６で封止されており、さらに隔壁２の交点部位２ｐを除く、流路３、４内にある隔壁２の一部に、幅（ｔ）が０．２ｍｍ、長さ１０ｍｍ以上の通気孔がハニカム構造体の端面から流路方向内部に連通して流路内部で閉塞９ａ、或いは、端面には現れず内部で閉塞した形態９ｂで形成されている。そして、ハニカム構造体１０の流路方向断面において、この通気孔が各種形成されたハニカム構造体からなる試験ＮＯ．９〜１４のフィルタを作成した。
【００３６】
【表２】
【００３７】
得られた試験ＮＯ．９〜１４のセラミックハニカムフィルタに対して、実施の形態１と同様、捕集率、圧力損失上昇率、及びアイソスタティック強度の評価を行った。結果を表２に示す。なお、流路方向垂直断面における通気孔数の測定は、アイソスタティック試験終了後のフィルタの任意断面３箇所で行い、平均値で算出した。本発明例である、試験ＮＯ．１０〜１３のフィルタは、隔壁の交点部位を除く箇所に幅０．２ｍｍの通気孔９ａ、９ｂが形成されており、かつハニカム構造体の流路方向垂直断面における通気孔数が０．００３〜０．０７個／ｃｍ２であることから、捕集率、圧力損失上昇率、及びアイソスタティック強度の判定が合格以上の（△）〜（◎）となり、総合判定も（△）または（○）となった。以上説明したように、本発明例である試験ＮＯ．１０〜１３のフィルタは、所定のＰＭ捕集効率を確保できると共に、隔壁２に捕集されるＰＭの量が増加し、隔壁２が目詰まりを起こしても、流路３に流入した排気ガスの一部が通気孔９ａ、９ｂを介して、隣接する流路４に排出されるため、圧力損失の上昇率が、通気孔のない従来のハニカム構造体に比べて大幅に低下し、かつ、通気孔は隔壁の交点部位を除く箇所に形成されていることから、高強度を維持することができる。
【００３８】
図２に示す本発明のハニカム構造体２０の製造方法について、隔壁の交点部位を除く部位に形成される通気孔に注目して説明する。本発明のハニカム構造体を構成するハニカム構造体を製造するにあたり、公知のハニカム構造体押出成形用口金の、隔壁を形成するための成形溝を所定のタイミングで塞ぐことにより、ハニカム構造体の押出成形時に、通気孔を断続的に形成することができる。
【００３９】
また、公知のハニカム構造体押出成形用口金の少なくとも１ケ所の坏土供給孔において、坏土供給孔と成形溝の重複部分の長さを隣接する坏土供給孔に対して０．１〜５ｍｍの範囲で異ならせることにより、通気孔を形成することができる。この理由について図７及び図８を用いて説明する。図８は、公知のハニカム構造体押出成形用口金８０の断面図を示したものであり、この口金８０は、一方の面にセラミック坏土を供給する坏土供給孔８１が開口し、他方の面にはセラミックハニカム構造体の断面形状に対応する成形溝８２が開口し、坏土供給孔と成形溝の重複部分Ｌｂを備えている。この口金８０によれば、口金８０に供給された坏土は、供給孔８１から重複部分Ｌｂを経た後に、成形溝８２において、隣接する供給孔８１から供給する坏土同士が圧着、一体化されることにより、ハニカム構造の成形体として押し出される。一方、本件発明のハニカム構造体を構成するハニカム構造体を製造する、図７に示す口金７０は、特定の坏土供給孔７１ａにおいて、坏土供給孔と成形溝の重複部分の長さＬａを、隣接する坏土供給孔７１に対して０．１〜５ｍｍの範囲で異ならせることにより、隣接する成形溝７２同士の押出方向長さが異なるため、成形溝における、坏土圧着が不十分となる場合が発生し、図２に示す通気孔９ａ、９ｂが流路方向に断続的に形成されたハニカム構造体２０を得ることができる。
【００４０】
本方法によれば、押出成形時に容易に通気孔を形成できるが、通気孔を有さない従来技術のハニカム構造体を作製した後、通常の機械加工、レーザ加工や、電子ビーム加工等等の高エネルギー密度加工等の手段により、通気孔を形成しても良い。
【００４１】
（比較例）
特許文献２及び３の記載に基づき図５及び図６に示す形態のハニカム構造体からなる試験ＮＯ．１５及び１６のフィルタを作製した。フィルタの寸法、フィルタの材質等は実施の形態１及び２と同様とした。試験ＮＯ．１５のフィルタは、図５に示す形態の隔壁の交点部位に隔壁が存在しない交点なし部が、ギャップ幅０．６ｍｍで全長にわたって形成されており、交点なし部は２０個形成されている。一方、試験ＮＯ．１６のフィルタは、図６に示す形態の目封止部近傍に、流路一つ当たり一つのスリットが、幅０．６ｍｍ、長さ１０ｍｍの大きさで、形成されている。これらのフィルタに対して、実施の形態と同様の評価を行った結果を表３に示す。試験ＮＯ．１５のフィルタは、隔壁の交点部位が欠落しているところが有るため、アイソスタティック強度の判定が（×）となり、試験ＮＯ．１６のフィルタは、各流路に幅０．６ｍｍ、長さ１０ｍｍのスリットが形成されていたことから、捕集率の判定が（×）となった。
【００４２】
【表３】
【符号の説明】
【００４３】
１０、２０、３０、４０、５０、６０：ハニカムフィルタ（ハニカム構造体、フィルタ、ハニカム構造体）
１：外周壁
２：隔壁
２ａ：一壁面
２ｐ：隔壁の交点部位
３、４：流路
５、６：封止部
７：流入側端面
８：流出側端面
９、９a、９ｂ：通気孔
４９：開口部
５９：交点なし部
６９：スリット
７０、８０：ハニカム構造体押出成形用口金
７１、７１ａ、８１：坏土供給孔
７２、８２：成形溝
Ｌ１：封止部の長さ
Ｌ２：封止部の長さより深い長さ
Ｌａ、Ｌｂ：重複部分の長さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の微粒子状物質（パティキュレート・マター、以下「ＰＭ」という）を除去するのに使用されるフィルタに用いられるハニカム構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンなどの排気ガス中には黒煙を主体とするＰＭが多量に含まれており、これが大気中に放出されると、人体や環境に悪影響を与える。このため、ディーゼルエンジンなどの排気ガス系には、ＰＭを捕集するためのフィルタが搭載されている。図３は、自動車の排気ガス中のＰＭを捕集、浄化する、フィルタに用いられる従来のハニカム構造体の一例を示したものであり、（ａ）は正面模式図、（ｂ）は側断面模式図である。図３（ａ）（ｂ）において、ハニカム構造体３０は、多孔質セラミックからなり、外周壁１と、この外周壁１の内側に各々直交する隔壁２で仕切られた複数の流路３、４を有しており、流路３、４は、排気ガスの流入側端面７と流出側端面８において交互に封止部５、６で封止されている。また、外周壁１は、金属メッシュあるいはセラミックス製のマットなどで形成された把持部材（図示せず）で使用中に動かないように把持され、金属製の収納容器（図示せず）に配置されている。
【０００３】
図３に示すハニカム構造体３０からなるフィルタにおいて、排気ガスの浄化は以下の通り行われる。排気ガス（点線矢印で示す）は、流入側端面７に開口している流路３から流入する。そして、排気ガス中に含まれるＰＭは、隔壁２を通過する際に捕集され、浄化された排気ガスは、流出側端面８に開口している流路４から流出、大気中に放出される。一方、隔壁２に補集されたＰＭが一定量以上になると、目詰まりにより、ハニカム構造体３０の圧力損失が上昇するため、バーナーや電気ヒーターによりこれを燃焼させ、フィルタの再生が行われる。
【０００４】
バーナーや電気ヒーターによりハニカム構造体３０に捕集されたＰＭを燃焼除去しようとすると、多量の燃料及びバーナー等の駆動エネルギが必要となることから、特許文献１では、図４に断面図を示すようなハニカム構造体４０からなるフィルタが提案されている。図４に示すハニカム構造体４０は、排気ガスの流入側端面７または流出側端面８の隔壁２の一壁面２ａを、封止部５の長さＬ１より長い流路方向長さＬ２だけ除去することにより、隔壁２と封止部５との間に、流路３と隣接する流路４とを連通させる開口部４９を形成している。なお、図４で前述した図３と同じ構成は同符号で示している。特許文献１に記載されたハニカム構造体４０によれば、隔壁２に捕集されるＰＭ量が増加して目詰まりを起こして圧力損失が上昇しようとしても、排気ガスの一部が開口部４９を介し流路４から大気に流出するので、圧力損失の上昇率が大幅に低下するという効果を有するとしている。このため、捕集されたＰＭの燃焼除去の頻度が少なくても、エンジン出力の低下および燃費の悪化を防止できるとしている。また、隔壁２の一壁面２ａの除去は、成形時に切り欠けば良いので容易であり、封止部５で封止するときも特別な工程を必要とせず、簡単に実施できるとしている。
【０００５】
一方、特許文献２及び３によれば、フィルタに捕集したＰＭを燃焼除去する際に残留するアッシュ（灰分）がフィルタ内に堆積することによって実質的にフィルタ容積が減少して、圧力損失が上昇したり、捕集できるＰＭ量の減少を防ぐために、隔壁に開口部を設けることによって、アッシュを容易に除去できるようにしたハニカム構造体が提案されている。特許文献２に記載のハニカム構造体は、図５に示すように、隔壁と隔壁が交わる隔壁の少なくとも一部において、当該隔壁交点部位に相当する部分の隔壁が存在しない交点なし部５９が形成されており、特許文献３に記載のハニカム構造体は、図６に示すように、各流通孔を囲む隔壁の目封止部近傍に、流通孔１つ当たり少なくとも１つのスリット６９を有している。いずれものハニカム構造体も、使用開始直後は交点なし部５９或いはスリット６９等の隔壁に形成された開口部を、排気ガス中の一部のＰＭが通過するため、従来の交点なし部５９或いはスリット６９を持たないハニカム構造体に比して捕集効率は低下するが、捕集されたＰＭの堆積によって短時間のうちに交点なし部５９或いはスリット６９が実質的に塞がれた状態となり、それ以降は従来のハニカム構造体と同程度の捕集効率を発揮できるとしている。更に、ＰＭの堆積で塞がれた交点なし部５９或いはスリット６９は、再生時の加熱によりＰＭが燃焼することによって、実質的に開き、この交点なし部５９或いはスリット６９が開いた時の含塵流体の流れにより、ハニカム構造体内に堆積していたアッシュ（灰分）等の未燃物の少なくとも一部がハニカム構造体から排出されるため、アッシュ堆積による圧力損失上昇や捕集できるＰＭ量が減少するといった問題を解決できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭６０−１１２６１８号公報
【特許文献２】特開２００４−１３２２６６号公報
【特許文献３】特開２００４−１３０２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１で提案される図４に示すハニカム構造体４０は、開口部４９の開口面積が大きいことから、近年規制が強化されつつあるＰＭ捕集効率が達成できないという問題があった。すなわち、図４に示すハニカム構造体において、開口部の長さ（Ｌ２−Ｌ１）は、封止部の長さＬ１と同程度であり、封止部の長さは通常５〜１５ｍｍ程度であることから、開口部の長さも５〜１５ｍｍとなり、開口部を通じて有害なＰＭが多量に排出されることになるからである。
【０００８】
また、特許文献１において、本開口部４９を形成するには、隔壁２の一壁面２ａの除去を成形時に切り欠けば良いので容易であるとされているが、成形体は非常に柔らかい状態であるため、切り欠いた際に、隔壁２が変形して隣接する隔壁と接触して流路を閉塞させることもある。
【０００９】
特許文献２に提案される図５に示すハニカム構造体５０では、隔壁２と隔壁２とが交わる隔壁交点部位がハニカム構造体の強度を担う重要な部位であるにも関わらず、交点なし部５９が形成されている（交点部位が存在しない）ため、ハニカム構造体の強度、特にアイソスタティック強度が弱くなり、金属容器に収納の際に破損したり、ハニカムフィルタとして使用した際に、機械的振動や熱応力によって破損することがあった。このため、特許文献２によれば、アイソスタティック強度を向上させるため、ハニカム構造体の長さ方向に直交する断面において、交点なし部が形成されずに所定方向に連続している隔壁の厚さが、交点なし部が形成され、当該交点なし部によって不連続に途切れている隔壁の厚さの１．０５〜１．５倍にするといった、複雑な構成にする必要があった。また、特許文献２の別の発明であるハニカム構造体の製造方法によれば、押出成形時に交点なし部を形成するようにしているため、可塑性を有するハニカム構造の成形体隔壁に変形が発生し、所望の隔壁ピッチを有するハニカム構造体が得られないと言う問題の発生することもあった。
【００１０】
また、特許文献３に提案される図６に示すハニカム構造体６０では、流通孔１つあたり少なくとも１つのスリット６９を有しており、すなわち流通孔には必ずスリットを存在させていることから、圧力損失の上昇は小さいが、スリット数が多いため、初期のＰＭ捕集効率が低くなり、有害なＰＭが多量に排出される問題があった。また、スリット数が多いことと、スリットが目封止部近傍に集中して存在していることから、ハニカム構造体のアイソスタティック強度が低下するという問題を有していた。
【００１１】
したがって、本発明の課題は、多孔質の隔壁で仕切られた複数の流路を有し、所望の前記流路の端部または内部を封止したハニカム構造体であって、ＰＭの捕集効率が高く、隔壁にＰＭが捕集堆積された状態でも、圧力損失の上昇が低く、しかも高強度を維持できるハニカム構造体を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、ハニカム構造体において、隔壁の交点部位を除く少なくとも一部に通気孔を、所定の数だけ形成させれば、上記課題が解決できるとの知見を得、本発明に想到した。
【００１３】
本発明のハニカム構造体は、多孔質の隔壁で仕切られた複数の流路を有し、所望の前記流路の端部または内部を封止したハニカム構造体であって、前記隔壁の交点部位を除く少なくとも一部に幅が０．０５〜１ｍｍ、長さが１０ｍｍ以上の通気孔が形成されており、前記通気孔が流路方向垂直断面において平均で０．００３〜０．０７個／ｃｍ２存在していることを特徴とする。上記構成のように、隔壁の交点部位を除く少なくとも一部に幅が０．０５〜１ｍｍ、長さが１０ｍｍ以上の通気孔が形成されており、前記通気孔が流路方向垂直断面において平均で、０．００３〜０．０７個／ｃｍ２の所定数存在させているため、ＰＭ捕集効率が高く、隔壁に捕集されるＰＭが増加して目詰まりを起こして圧力損失が上昇しようとしても、流入した排気ガスの一部が、通気孔を介して、隣接する流路に排出され、圧力損失の上昇を大幅に低減することが可能となる。
【００１４】
しかも、通気孔が、隔壁の交点部位ではなく、隔壁の交点部位を除く少なくとも一部に通気孔が形成されていることから、通気孔の存在によるハニカム構造体の強度への悪影響を小さくできるため、ハニカムフィルタとして使用する際に必要な強度を維持することができる。
【００１５】
ここで、隔壁の交点部位を除く少なくとも一部に形成される通気孔は、図１に示すようなハニカム構造体の一方の端面から他方の端面に貫通している通気口９、図２に示すようなハニカム構造体の端面から流路方向内部に連通して流路内部で閉塞している通気口９ａ、端面には現れず内部で閉塞している通気口９ｂなどの形態があるが、これらは単独で存在しても良いし、複数の形態が混在しても良い。そしてこの通気孔の流路方向の長さは少なくとも１０ｍｍ以上、より好ましくは３０ｍｍ以上あれば、本発明のハニカム構造体における、隔壁に捕集されるＰＭが増加して目詰まりを起こして圧力損失が上昇しようとしても、流入した排気ガスの一部が、通気孔を介して、隣接する流路に排出され、圧力損失の上昇を大幅に低減するという効果を発揮しうる。
【００１６】
本発明のハニカム構造体において、流路方向垂直断面において前記通気孔を平均で０．００３〜０．０７個／ｃｍ２の所定数存在させているのは、０．００３個／ｃｍ２未満の場合、通気孔の数が少ないため、隔壁にＰＭが捕集された際に、圧力損失の上昇を低減する効果が小さいからであり、０．０７個／ｃｍ２を超えると、通気孔の数が多いため、ＰＭの捕集効率が低減するからであり、強度も低下するからである。
【００１７】
本発明のハニカム構造体において、隔壁の交点部位を除く少なくとも一部に形成された通気孔の幅が、０．０５〜１ｍｍであるのは、０．０５ｍｍ未満の場合は、通気孔の幅が小さいため、隔壁に捕集されるＰＭが増加して目詰まりを起こした際に、流入した排気ガスの一部が、通気孔を介して、隣接する流路に排出されにくくなり、圧力損失の上昇を低減する効果が小さくなるからであり、１ｍｍを超える場合は、通気孔の幅が大きいため、通気孔から隣接する流路に流れる排気ガスの量が多くなって、ＰＭの補集効率が低下するからである。同様の観点から、隔壁の交点部位を除く少なくとも一部に形成された通気孔の幅の、より好ましい範囲は、０．１〜０．４ｍｍである。
【００１８】
本発明のハニカム構造体において、流路方向垂直断面において前記通気孔を平均で０．００７〜０．０３５個／ｃｍ２存在させていることが好ましい。前記通気孔を、平均で０．００７〜０．０３５個／ｃｍ２の好ましい範囲とすることにより、隔壁にＰＭが捕集された際の圧力損失の上昇を低減する効果、及び、ＰＭの捕集効率を、より確実に両立させることが可能となるからである。さらに好ましい範囲は０．００７〜０．０１７個／ｃｍ２である。
【００１９】
また、本発明のハニカム構造体が、コージェライト、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、アルミナ、ムライト、チタン酸アルミ、ＬＡＳから選ばれた何れか１種を主結晶相とするセラミックスからなることが好ましい。本発明のハニカム構造体では、捕集されたＰＭが一定量以上になると、これを燃焼させて、フィルタの再生が行われるため、前記のような耐熱性を有するセラミックスであれば、再生の際に、溶融などの損傷を受けないからである。特に、耐熱衝撃性が要求される、外径１５０ｍｍ、全長１５０ｍｍ以上の大型ハニカムフィルタの場合は、コージェライト、チタン酸アルミ、ＬＡＳなどの低熱膨張特性を有するセラミックスが好ましく。また、ＰＭを多量に補足、堆積させた状態で燃焼させたい場合には、炭化珪素、窒化珪素などの超耐熱セラミックスが好ましい。また、これらのセラミックスを適宜組み合わせても良いし、焼成助剤などを含有しても良い。
【００２０】
本発明のハニカム構造体において、流路の断面形状は、特に制限されるものではないが、三角形、四角形、六角形及び円形のうちの何れか形状とすることが好ましい。
【００２１】
また本発明のハニカム構造体において、隔壁２の厚さは０．１〜０．５ｍｍが好ましく、隔壁２のピッチは１．０ｍｍ以上が好ましい。隔壁２の厚さが０．１ｍｍ未満では、隔壁２が多孔質であることからハニカム構造体１０の強度が低下し、好ましくない。一方、隔壁２の厚さが０．５ｍｍを超えると、排気ガスに対する隔壁２の通気抵抗が大きくなって、ハニカム構造体１０の圧力損失が大きくなる。より好ましい隔壁２の厚さは、０．２〜０．４ｍｍである。また、隔壁２のピッチが１．０ｍｍ未満であると、ハニカム構造体１０の流入側端面７の開口面積が小さくなることから、ハニカム構造体１０の圧力損失が大きくなる。
【００２２】
また、本発明のハニカム構造体において、隔壁２の気孔率は５０〜８０％であることが好ましい。排気ガスが隔壁２に形成された細孔を通過することから、隔壁２の気孔率が５０％未満であると、ハニカム構造体１０の圧力損失が上昇し、エンジンの出力低下につながるからであり、一方、隔壁２の気孔率が８０％を超えると、隔壁２の強度が低下するため、使用時の熱衝撃や機械的振動により破損することがあるからである。平均細孔径は１０〜４０μｍであることが好ましい。平均細孔径が１０μｍ未満だと、ハニカム構造体１０の圧力損失が上昇するからであり、一方、平均細孔径が４０μｍを超えると、隔壁２の強度が低下し、ＰＭの捕集率が低下するからである。
【００２３】
また、本発明のハニカム構造体１０において、封止部５、６の材質は、隔壁２と同一にすると、両者の熱膨張率が一致するため好ましい。また、封止部５、６の気孔率は、隔壁２の気孔率に比べて低い場合、同程度の場合、或いは高い場合いずれの場合でも良いが、隔壁２の気孔率より高い場合は、排気ガスが封止部５、６の細孔を通過することも可能となるため、ＰＭの堆積が起こりにくくなることから好ましい。
【００２４】
本発明のハニカム構造体１０の隔壁表面および細孔内には、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ等の白金族金属、Ａｇ、Ｃｕや酸化チタニウム、酸化バナジウム、ゼオライト、などの触媒成分を担持しても良く、更に触媒成分と排気ガスの接触面積を大きくするため、公知のγアルミナ等の活性アルミナからなる高比表面積材料を担持しても良い。この触媒成分の効果により、炭化水素類、一酸化炭素、窒素酸化物を浄化したり、フィルタ内に堆積したＰＭを燃焼除去する際に、燃焼を促進させることができ、ＰＭの浄化が容易になる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のハニカム構造体によれば、ＰＭの捕集効率が高く、隔壁にＰＭが捕集堆積された状態でも、圧力損失の上昇が低く、しかも高強度を維持できるハニカム構造体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態１に係るハニカム構造体１０であり、（ａ）は、ハニカム構造体の端面模式図（矢視Ａ）、（ｂ）はハニカム構造体断面模式図（矢視Ｂ）、（ｃ）は、（ａ）におけるＣ部拡大図である。
【図２】、実施の形態２に係るハニカムフィルタ２０であり、（ａ）は、ハニカム構造体の一方の端面から見た模式図、（ｂ）はハニカム構造体断面模式図、（ｃ）は、（ａ）におけるＥ部拡大図である。
【図３】自動車の排気ガス中のＰＭを捕集、浄化する、従来のハニカムフィルタの一例を示し、（ａ）は正面模式図、（ｂ）は側断面模式図である。
【図４】特許文献１に記載されるフィルタ４０の断面図である。
【図５】特許文献２に記載されるハニカム構造体５０の正面図である。
【図６】特許文献３に記載されるハニカム成形体６０の側断面図である。
【図７】実施の形態２のハニカム構造体を得るための成形用口金７０の断面模式図である。
【図８】公知のハニカム構造体押出成形用口金８０の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態の数例を、図面に基づき詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るハニカム構造体１０であり、（ａ）は、ハニカム構造体の端面模式図（矢視Ａ）、（ｂ）はハニカム構造体断面模式図（矢視Ｂ）、（ｃ）は、（ａ）におけるＣ部拡大図である。図１に示すハニカム構造体１０は、外径が２６７ｍｍ、長さが３０４ｍｍ、壁厚０．３ｍｍ、隔壁ピッチ１．５ｍｍで、気孔率６０％、平均細孔径２０μｍであるコージェライトからなる多孔質の隔壁２により仕切られて軸方向に貫通する複数の排気ガスの流路３、４を有し、排気ガス流入側端面７及び排気ガス流出側端面８において、所定の流路３及び４が封止部５、６で封止されており、さらに隔壁２の交点部位２ｐを除く、流路３、４内にある隔壁２の一部に、幅（ｔ）が０．３ｍｍの通気孔９がハニカム構造体の全長に亘って形成されている。そして、ハニカム構造体１０の端面７及び８において、この通気孔が各種形成されたハニカム構造体からなる試験ＮＯ．１〜８のフィルタを作成した。
【００２８】
得られた試験ＮＯ．１〜８のセラミックハニカムフィルタに対して、捕集率、圧力損失上昇率、及びアイソスタティック強度の評価を行った。結果を表１に示す。
ここで、捕集率は、圧力損失テストスタンドにて、フィルタに空気流量７．５Ｎｍ３／ｍｉｎで、粒径０．０４２μｍのカーボン粉を３ｇ／ｈの投入速度で２時間投入した後の捕集率（％）を測定し、捕集率８５％以上であれば合格（△）とし、より好ましい９０％以上であれば（○）、更に好ましい９５％以上であれば（◎）とし、８５％未満の場合は不合格（×）として評価した。
【００２９】
また、圧力損失上昇率は、捕集率と同様、圧力損失テストスタンドにて、セラミックハニカムフィルタに空気流量７．５Ｎｍ３／ｍｉｎで、粒径０．０４２μｍのカーボン粉を３ｇ／ｈの投入速度で投入し、１７ｇ（カーボン粉１ｇ／フィルタ容積１Ｌ）投入した後の流入側と流出側の差圧を圧力損失（ｍｍＡｑ）として測定して、カーボン粉投入前の圧力損失に対する上昇率を算出した。圧力損失上昇率＝１００×｛（カーボン１ｇ／Ｌ投入後の圧力損失）−（カーボン投入前の圧力損失）｝／（カーボン投入前の圧力損失）（％）。その結果、圧力損失上昇率２５％以下であれば合格（△）とし、より好ましい２０％以下であれば（○）とし、更に好ましい１５％以下を（◎）、２５％を越える場合を不合格（×）として圧力損失を評価した。
【００３０】
また、アイソスタティック強度試験は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格（ＪＡＳＯ）Ｍ５０５−８７に基づき、セラミックハニカム構造体の軸方向両端面に厚さ２０ｍｍのアルミ板を当接して両端を密閉するとともに、外壁部表面を厚さ２ｍｍのゴムで密着したものを、圧力容器に入れ、圧力容器内に水を導入して、外壁部表面から静水圧を加え、破壊したときの圧力を測定して、アイソスタティック強度とした。そして、アイソスタティック強度が１．５ＭＰａ以上の場合を合格（△）とし、さらに１．８ＭＰａ以上の好ましい場合を（○）、さらに２ＭＰａ以上の好ましい場合を（◎）とし、１．５ＭＰａ未満の場合を不合格（×）で示した。
【００３１】
そして、総合判定として、捕集率、圧力損失、アイソスタティック強度のいずれも判定が（○）または（◎）であるものを（○）、いずれかに（△）があるものを（△）、いずれかに（×）があるものを（×）で評価した。
【００３２】
【表１】
【００３３】
表１に示すように、本発明例である、試験ＮＯ．２〜７のフィルタは、隔壁の交点部位を除く箇所に幅０．３ｍｍの通気孔９が形成されており、かつハニカム構造体の端面（流路方向垂直断面）における通気孔数が０．００３〜０．０７個／ｃｍ２であることから、捕集率、圧力損失上昇率、及びアイソスタティック強度の判定が合格以上の（△）〜（◎）となり、総合判定も（△）または（○）となった。更に、通気孔数が好ましい範囲の０．００７〜０．０３５個／ｃｍ２である試験ＮＯ．３〜５のフィルタは総合判定が（○）となった。以上説明したように、本発明例である試験ＮＯ．２〜７のフィルタは、所定のＰＭ捕集効率を確保できると共に、隔壁２に捕集されるＰＭの量が増加し、隔壁２が目詰まりを起こしても、流路３に流入した排気ガスの一部が通気孔９を介して、隣接する流路４に排出されるため、圧力損失の上昇率が、通気孔のない従来のハニカム構造体に比べて大幅に低下し、かつ、通気孔は隔壁の交点部位を除く箇所に形成されていることから、高強度を維持することができる。
【００３４】
図１に示す本発明のハニカム構造体１０の製造方法について、隔壁の交点部位を除く部位に形成される通気孔に注目して説明する。本発明のハニカム構造体を構成するハニカム構造体を製造するにあたり、公知のハニカム構造体押出成形用口金の、隔壁を形成するための成形溝を塞ぐことにより、ハニカム構造体の押出成形時に、ハニカム構造体の両端面に連通した通気孔を形成することができる。このような、通気孔を有するハニカム構造の成形体を、焼成後、封止部を形成することにより、本発明のハニカム構造体を得ることができる。本方法によれば、押出成形時に容易に通気孔を形成できるが、通気孔を有さない従来技術のハニカム構造体を作製した後、通常の機械加工、レーザ加工や、電子ビーム加工等等の高エネルギー密度加工等の手段により、通気孔を形成しても良い。
【００３５】
（実施の形態２）
図２は、実施の形態２に係るハニカムフィルタ２０であり、（ａ）は、ハニカム構造体の一方の端面から見た模式図、（ｂ）はハニカム構造体断面模式図、（ｃ）は、（ａ）におけるＥ部拡大図である。図２に示すハニカム構造体２０は、外径が２６７ｍｍ、長さが３００ｍｍ、隔壁厚さ０．３ｍｍ、隔壁ピッチ１．５ｍｍで、気孔率６０％、平均細孔径２０μｍであるコージェライトからなる多孔質の隔壁２により仕切られて軸方向に貫通する複数の排気ガスの流路３、４を有し、排気ガス流入側端面７及び排気ガス流出側端面８において、所定の流路３及び４が封止部５、６で封止されており、さらに隔壁２の交点部位２ｐを除く、流路３、４内にある隔壁２の一部に、幅（ｔ）が０．２ｍｍ、長さ１０ｍｍ以上の通気孔がハニカム構造体の端面から流路方向内部に連通して流路内部で閉塞９ａ、或いは、端面には現れず内部で閉塞した形態９ｂで形成されている。そして、ハニカム構造体１０の流路方向断面において、この通気孔が各種形成されたハニカム構造体からなる試験ＮＯ．９〜１４のフィルタを作成した。
【００３６】
【表２】
【００３７】
得られた試験ＮＯ．９〜１４のセラミックハニカムフィルタに対して、実施の形態１と同様、捕集率、圧力損失上昇率、及びアイソスタティック強度の評価を行った。結果を表２に示す。なお、流路方向垂直断面における通気孔数の測定は、アイソスタティック試験終了後のフィルタの任意断面３箇所で行い、平均値で算出した。本発明例である、試験ＮＯ．１０〜１３のフィルタは、隔壁の交点部位を除く箇所に幅０．２ｍｍの通気孔９ａ、９ｂが形成されており、かつハニカム構造体の流路方向垂直断面における通気孔数が０．００３〜０．０７個／ｃｍ２であることから、捕集率、圧力損失上昇率、及びアイソスタティック強度の判定が合格以上の（△）〜（◎）となり、総合判定も（△）または（○）となった。以上説明したように、本発明例である試験ＮＯ．１０〜１３のフィルタは、所定のＰＭ捕集効率を確保できると共に、隔壁２に捕集されるＰＭの量が増加し、隔壁２が目詰まりを起こしても、流路３に流入した排気ガスの一部が通気孔９ａ、９ｂを介して、隣接する流路４に排出されるため、圧力損失の上昇率が、通気孔のない従来のハニカム構造体に比べて大幅に低下し、かつ、通気孔は隔壁の交点部位を除く箇所に形成されていることから、高強度を維持することができる。
【００３８】
図２に示す本発明のハニカム構造体２０の製造方法について、隔壁の交点部位を除く部位に形成される通気孔に注目して説明する。本発明のハニカム構造体を構成するハニカム構造体を製造するにあたり、公知のハニカム構造体押出成形用口金の、隔壁を形成するための成形溝を所定のタイミングで塞ぐことにより、ハニカム構造体の押出成形時に、通気孔を断続的に形成することができる。
【００３９】
また、公知のハニカム構造体押出成形用口金の少なくとも１ケ所の坏土供給孔において、坏土供給孔と成形溝の重複部分の長さを隣接する坏土供給孔に対して０．１〜５ｍｍの範囲で異ならせることにより、通気孔を形成することができる。この理由について図７及び図８を用いて説明する。図８は、公知のハニカム構造体押出成形用口金８０の断面図を示したものであり、この口金８０は、一方の面にセラミック坏土を供給する坏土供給孔８１が開口し、他方の面にはセラミックハニカム構造体の断面形状に対応する成形溝８２が開口し、坏土供給孔と成形溝の重複部分Ｌｂを備えている。この口金８０によれば、口金８０に供給された坏土は、供給孔８１から重複部分Ｌｂを経た後に、成形溝８２において、隣接する供給孔８１から供給する坏土同士が圧着、一体化されることにより、ハニカム構造の成形体として押し出される。一方、本件発明のハニカム構造体を構成するハニカム構造体を製造する、図７に示す口金７０は、特定の坏土供給孔７１ａにおいて、坏土供給孔と成形溝の重複部分の長さＬａを、隣接する坏土供給孔７１に対して０．１〜５ｍｍの範囲で異ならせることにより、隣接する成形溝７２同士の押出方向長さが異なるため、成形溝における、坏土圧着が不十分となる場合が発生し、図２に示す通気孔９ａ、９ｂが流路方向に断続的に形成されたハニカム構造体２０を得ることができる。
【００４０】
本方法によれば、押出成形時に容易に通気孔を形成できるが、通気孔を有さない従来技術のハニカム構造体を作製した後、通常の機械加工、レーザ加工や、電子ビーム加工等等の高エネルギー密度加工等の手段により、通気孔を形成しても良い。
【００４１】
（比較例）
特許文献２及び３の記載に基づき図５及び図６に示す形態のハニカム構造体からなる試験ＮＯ．１５及び１６のフィルタを作製した。フィルタの寸法、フィルタの材質等は実施の形態１及び２と同様とした。試験ＮＯ．１５のフィルタは、図５に示す形態の隔壁の交点部位に隔壁が存在しない交点なし部が、ギャップ幅０．６ｍｍで全長にわたって形成されており、交点なし部は２０個形成されている。一方、試験ＮＯ．１６のフィルタは、図６に示す形態の目封止部近傍に、流路一つ当たり一つのスリットが、幅０．６ｍｍ、長さ１０ｍｍの大きさで、形成されている。これらのフィルタに対して、実施の形態と同様の評価を行った結果を表３に示す。試験ＮＯ．１５のフィルタは、隔壁の交点部位が欠落しているところが有るため、アイソスタティック強度の判定が（×）となり、試験ＮＯ．１６のフィルタは、各流路に幅０．６ｍｍ、長さ１０ｍｍのスリットが形成されていたことから、捕集率の判定が（×）となった。
【００４２】
【表３】
【符号の説明】
【００４３】
１０、２０、３０、４０、５０、６０：ハニカムフィルタ（ハニカム構造体、フィルタ、ハニカム構造体）
１：外周壁
２：隔壁
２ａ：一壁面
２ｐ：隔壁の交点部位
３、４：流路
５、６：封止部
７：流入側端面
８：流出側端面
９、９a、９ｂ：通気孔
４９：開口部
５９：交点なし部
６９：スリット
７０、８０：ハニカム構造体押出成形用口金
７１、７１ａ、８１：坏土供給孔
７２、８２：成形溝
Ｌ１：封止部の長さ
Ｌ２：封止部の長さより深い長さ
Ｌａ、Ｌｂ：重複部分の長さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質の隔壁で仕切られた複数の流路を有し、所望の前記流路の端部または内部を封止したハニカム構造体であって、前記隔壁の交点部位を除く少なくとも一部に幅が０．０５〜１ｍｍ、長さが１０ｍｍ以上の通気孔が形成されており、前記通気孔が流路方向垂直断面において平均で０．００３〜０．０７個／ｃｍ２存在していることを特徴とするハニカム構造体。
【請求項２】
前記通気孔の幅が０．１〜０．４ｍｍ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】
前記通気孔が流路方向垂直断面において平均で０．００７〜０．０３５個／ｃｍ２存在していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハニカム構造体。
【請求項４】
前記ハニカム構造体が、コージェライト、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、アルミナ、ムライト、チタン酸アルミ、ＬＡＳから選ばれた何れか１種を主結晶相とするセラミックスからなることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のハニカム構造体。
【請求項１】
多孔質の隔壁で仕切られた複数の流路を有し、所望の前記流路の端部または内部を封止したハニカム構造体であって、前記隔壁の交点部位を除く少なくとも一部に幅が０．０５〜１ｍｍ、長さが１０ｍｍ以上の通気孔が形成されており、前記通気孔が流路方向垂直断面において平均で０．００３〜０．０７個／ｃｍ２存在していることを特徴とするハニカム構造体。
【請求項２】
前記通気孔の幅が０．１〜０．４ｍｍ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】
前記通気孔が流路方向垂直断面において平均で０．００７〜０．０３５個／ｃｍ２存在していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハニカム構造体。
【請求項４】
前記ハニカム構造体が、コージェライト、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、アルミナ、ムライト、チタン酸アルミ、ＬＡＳから選ばれた何れか１種を主結晶相とするセラミックスからなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１５２７５０（Ｐ２０１２−１５２７５０Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９３７０１（Ｐ２０１２−９３７０１）
【出願日】平成２４年４月１７日（２０１２．４．１７）
【分割の表示】特願２００４−３６４００５（Ｐ２００４−３６４００５）の分割
【原出願日】平成１６年１２月１６日（２００４．１２．１６）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月１７日（２０１２．４．１７）
【分割の表示】特願２００４−３６４００５（Ｐ２００４−３６４００５）の分割
【原出願日】平成１６年１２月１６日（２００４．１２．１６）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
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