目封止ハニカム構造体、およびそれを用いたディーゼルパティキュレートフィルタ
【課題】耐エロージョン性能が向上しながらも、ＤＰＦ再生時の熱応力の分布を均等化する端部形状を持ち、製造時の損耗や強度低下の問題、ＤＰＦ再生時再生限界低下、圧力損失増加等の問題も改善される目封止ハニカム構造体を提供する。
【解決手段】多孔質の隔壁６により区画された流体の流路となる複数のセル５を有し、隣接するセル５が互いに反対側となる一方の端部において目封止された複数のハニカムセグメント１が互いに隣接され、接合面４２において接合材層３を介して一体的に接合されたディーゼルパティキュレートフィルタ用の目封止ハニカム構造体１００であって、当該目封止ハニカム構造体１００の外周側に配置されたハニカムセグメントの少なくとも一部が、流体の流入孔側端面１１に、当該目封止ハニカム構造体１００の中心側から外周側に向かって当該目封止ハニカム構造体の軸方向８の長さが減少するように傾斜した傾斜面７を少なくとも一部有した傾斜セグメント１ａとされた目封止ハニカム構造体１００である。
【解決手段】多孔質の隔壁６により区画された流体の流路となる複数のセル５を有し、隣接するセル５が互いに反対側となる一方の端部において目封止された複数のハニカムセグメント１が互いに隣接され、接合面４２において接合材層３を介して一体的に接合されたディーゼルパティキュレートフィルタ用の目封止ハニカム構造体１００であって、当該目封止ハニカム構造体１００の外周側に配置されたハニカムセグメントの少なくとも一部が、流体の流入孔側端面１１に、当該目封止ハニカム構造体１００の中心側から外周側に向かって当該目封止ハニカム構造体の軸方向８の長さが減少するように傾斜した傾斜面７を少なくとも一部有した傾斜セグメント１ａとされた目封止ハニカム構造体１００である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体、およびそれを用いたディーゼルパティキュレートフィルタに関する。より詳しくは、耐エロージョン性能が向上しながらも、ＤＰＦ再生時の熱応力の分布を均等化する端部形状を持ち、製造時の損耗や強度低下の問題、ＤＰＦ再生時の再生限界低下、圧力損失増加等の問題も改善される目封止ハニカム構造体、及びそれを用いたディーゼルパティキュレートフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関、ボイラー、化学反応機器、及び燃料電池用改質器等の触媒作用を利用する触媒用担体や、排ガス中の微粒子、特にディーゼル微粒子の捕集フィルタ（ディーゼルパティキュレートフィルタ：以下、「ＤＰＦ」ということがある）等に、セラミックスからなるハニカム構造体が用いられている。
【０００３】
このような目的に使用されるハニカム構造体は、一般に、多孔質の隔壁によって区画された流体の流路となる複数のセルを有し、特に、微粒子捕集フィルタとして用いられる場合には、端面が市松模様状を呈するように、隣接するセルが互いに反対側の端部において目封止された構造を有する。このような構造を有するハニカム構造体において、被処理流体は流入孔側端面が封止されていないセル、即ち流出孔側端面が封止されているセルに流入し、多孔質の隔壁を通って隣のセル、即ち、流入孔側端面が封止され、流出孔側端面が封止されていないセルから排出される。この際、隔壁がフィルタとなり、例えば、ＤＰＦとして使用した場合には、ディーゼルエンジンから排出されるスート（スス）等の粒子状物質（パティキュレート・マター：以下「ＰＭ」ということがある）が隔壁に捕捉され隔壁上に堆積する。
【０００４】
ディーゼル機関においては、上記のようなハニカム構造体は、通常、ＤＰＦとしてエンジン下流側の排ガスの流通路中に配設され、エンジンから排出される排ガスを通過させ浄化する機能を果たす。この時、排ガス上流側から流れてくる、流通路内壁の錆等の剥れ、溶接屑、ＤＰＦ組み付け時に流通路に入り込んだゴミ等の固体、或いは凝縮水のような液体が、排ガスと共に高速で流通路の内壁、或いは流通路中に配設されたハニカム構造体に衝突することにより、これらを損耗せしめることがある。図３は、このような従来の目封止ハニカム構造体での問題を模式的に説明する斜視図である。ＤＰＦの軸方向８が横向きとなるように、例えば、図３の流入孔側端面１１の縁部である領域Ａを下方に配置した場合に、特に固体の異物は、エンジン振動によりＤＰＦの流入孔側端面において跳ねるため、ＤＰＦの領域Ａのような下方に位置する部分の目封止部等をえぐり、捕集効率の低下を招くことがある。この作用は通常エロージョンと呼ばれ、流通路及びハニカム構造体の長期耐久性を維持する観点から、大きな問題となっていた。
【０００５】
エロージョン問題解決のため、従来、損耗を受ける恐れのある流通路内壁或いはハニカム構造体の上流側に、金網やじゃま板を設け、異物が直接高速で衝突することを防ぐ工夫がなされてきたが、固体や液体の異物を十分なレベルまで除去することができず、長期耐久性に問題があった。即ち、排ガスの流れの上流側から飛来してきた異物により、流通路内壁表面の損傷やハニカム構造体の損耗が発生することがあった。そこで、より確実に流通路内の異物による損耗を防ぎ、浄化装置の耐久性を強化することのできる工夫が求められており、例えば、特許文献１には、ハニカム構造体の上流側の流通路上に、排ガスの流れ変更手段及び異物捕集部を設けた流通路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２０６５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に開示されたガス流通路は、排ガスの流れ変更手段により排ガスの流れを流通路の外周方向へ向け、流通路内壁に設置された、排ガスの上流方向に向いた開口部を有するポケット状の異物捕集部によって、排ガス中の異物を物理的に捕集するものであり、流通路内を異物が跳ねることによるエロージョン問題に対して効果を奏するものであるが、排ガスの流通路を流れ方向に長く設計する必要があり、排ガス浄化装置全体が大きくなってしまうという問題があった。また、流通路径を変えずにポケットをつけると、流通路断面が小さくなるため圧力損失が上がり、エンジン出力低下の懸念があり、流通路径を大きくしてポケットをつけると、流通路断面が大きくなり、車両床下搭載時の最低地上高確保のため、車高を上げなくてはならなくなる。車体への搭載スペースに制約がある点を考えると、排ガス浄化装置は可能な限り小さく設計されることが望ましく、特許文献１に開示された流通路はその意味で十分とは言えなかった。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、エロージョン抑制効果及びサイズダウンを両立させた排ガス浄化装置において用いられ、形状加工による浄化性能及び強度の低下が抑えられ、原料収率やコストの面でも優れた目封止ハニカム構造体及びそれを用いたＤＰＦを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題解決のため鋭意検討した結果、多孔質の隔壁によって区画された流体の流路となる複数のセルを有し、隣接するセルが互いに反対側となる一方の端部において目封止された構造を有した、隣接する複数のハニカムセグメントを接合材層を介して一体的に接合した目封止ハニカム構造体において、流体の流入孔側端面に、目封止ハニカム構造体の中心部側から外周部側に向かって目封止ハニカム構造体の軸方向の長さが減少するように傾斜した傾斜面を少なくとも一部有した傾斜セグメントとされた構成とすることによって、傾斜面を有した切り欠き部がエロージョン抑制に効果的に働きつつも、切り欠き部の体積分の省スペースを実現可能であることに想到した。
【００１０】
更に本発明者らは、目封止ハニカム構造体に切り欠き部を形成することによって引き起こされることが想定される、流入ガスの乱流に伴うＤＰＦ再生時の再生限界低下、圧力損失増加等の諸問題についても鋭意検討し、切り欠き部の形状の少なくとも一部を傾斜面として整流作用を付与することにより、切り欠き部での流入ガスの乱流を抑制し、解決できることに想到し、本発明を完成させた。即ち、本発明によれば、十分な浄化性能と強度を備え、所望の端面形状を有する目封止ハニカム構造体及びそれを用いたＤＰＦ、即ち、以下の目封止ハニカム構造体及びそれを用いたＤＰＦが提供される。
【００１１】
［１］ 多孔質の隔壁により区画された流体の流路となる複数のセルを有し、隣接する前記セルが互いに反対側となる一方の端部において目封止された複数のハニカムセグメントからなり、複数の前記ハニカムセグメントが互いに隣接され、隣接する前記ハニカムセグメントどうしの接合面において接合材層を介して一体的に接合されたディーゼルパティキュレートフィルタ用の目封止ハニカム構造体であって、当該目封止ハニカム構造体の外周部側に配置された前記ハニカムセグメントの少なくとも一部が、前記流体の流入孔側端面に、当該目封止ハニカム構造体の中心部側から前記外周部側に向かって当該目封止ハニカム構造体の軸方向の長さが減少するように傾斜した傾斜面を少なくとも一部有した傾斜セグメントとされた目封止ハニカム構造体。
【００１２】
［２］ 前記傾斜セグメントが、１個以上隣接するように設けられた前記［１］に記載の目封止ハニカム構造体。
【００１３】
［３］ 前記傾斜面が開始する傾斜開始位置は、前記接合面に形成され、前記傾斜開始位置から前記傾斜開始位置が形成された前記接合面に沿った前記ハニカム構造体の外周壁までの距離Ｌと前記傾斜面の高さＨとの比Ｈ／Ｌが０．０５〜１．５の範囲である前記［１］または［２］に記載の目封止ハニカム構造体。
【００１４】
［４］ 前記傾斜セグメントの前記流入孔側端面に、前記傾斜面と平坦面とを含み、前記平坦面が当該目封止ハニカム構造体の中心部側に設けられ、前記傾斜面は前記外周部側に設けられた前記［１］〜［３］のいずれかに記載の目封止ハニカム構造体。
【００１５】
［５］ 前記傾斜セグメントの前記流入孔側端面に、前記傾斜面と平坦面とを含み
前記平坦面が前記外周部側に設けられ、前記傾斜面は前記中心部側に設けられた前記［１］〜［３］のいずれかに記載の目封止ハニカム構造体。
【００１６】
［６］ 前記傾斜面は、前記流体を整流するための流線形状とされた前記［１］〜［５］のいずれかに記載の目封止ハニカム構造体。
【００１７】
［７］ 前記傾斜面は、前記流出孔側に引っ込む凹湾曲面である前記［６］に記載の目封止ハニカム構造体。
【００１８】
［８］ 前記傾斜面は、前記流入孔側端面の方向に出っ張る凸湾曲面である前記［６］に記載の目封止ハニカム構造体。
【００１９】
［９］ 前記［１］〜［８］のいずれかに記載の目封止ハニカム構造体に排ガス浄化用触媒成分を担持させたディーゼルパティキュレートフィルタ。
【００２０】
［１０］ 前記［１］〜［８］のいずれかに記載の目封止ハニカム構造体の製造方法であって、前記傾斜セグメントとされる予定の、前記傾斜面に応じた目封し深さの長目封止部が形成されたハニカムセグメントを、前記長目封止部よりも深さの小さい目封止部の形成された、軸方向長さが等しい前記平坦セグメントへ接合した後、前記ハニカムセグメントの長目封止部形成側端部を前記傾斜面の形状に応じて切削することで、前記傾斜面を有する目封止ハニカム構造体を形成する目封止ハニカム構造体の製造方法。
【００２１】
［１１］ 前記［１］〜［８］のいずれかに記載の目封止ハニカム構造体の製造方法であって、あらかじめ軸方向長さが等しい前記平坦セグメントに前記傾斜面を有した傾斜セグメントを、前記平坦セグメントへ接合することで、前記傾斜面を備えた切り欠き部を有する目封止ハニカム構造体を形成する目封止ハニカム構造体の製造方法。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の目封止ハニカム構造体及びそれを用いたＤＰＦは、エロージョン対策として流体の流入孔側端面において傾斜面を有した切り欠き部を形成し、傾斜面の整流作用で流入ガスの乱流を抑制し、ガスの乱流に伴う切り欠き部でのＰＭの堆積分布の偏りを防止することにより、ＤＰＦ再生時の熱応力の分布を均等化する端部形状を持ち、圧力損失増加、ＤＰＦ再生時の再生限界低下等の問題を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図２Ａ】本発明の目封止ハニカム構造体の、傾斜面を有した傾斜セグメントの一実施形態を模式的に示す一部拡大斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の目封止ハニカム構造体の、傾斜面を有した傾斜セグメントの他の実施形態を模式的に示す一部拡大斜視図である。
【図３】従来の目封止ハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図４】切り欠き部を有した目封止ハニカム構造体の一例を模式的に示す斜視図である。
【図５Ａ】本発明の目封止ハニカム構造体を搭載した排ガス浄化装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図５Ｂ】本発明の目封止ハニカム構造体を搭載した排ガス浄化装置の別の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図５Ｃ】本発明の目封止ハニカム構造体を搭載した排ガス浄化装置の更に別の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図６】平坦な切り欠き部を有した目封止ハニカム構造体の一例に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す断面図である。
【図７】平坦な切り欠き部を有した目封止ハニカム構造体の一例に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す切り欠き部周辺の一部拡大断面図である。
【図８】本発明の目封止ハニカム構造体の他の実施形態に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の目封止ハニカム構造体の、傾斜面を有した傾斜セグメントの寸法を説明するための、接合面に沿った一部拡大断面図である。
【図１０Ａ】本発明の目封止ハニカム構造体の切り欠き部の傾斜面の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図１０Ｂ】本発明の目封止ハニカム構造体の切り欠き部の傾斜面の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図１０Ｃ】本発明の目封止ハニカム構造体の切り欠き部の傾斜面の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図１０Ｄ】本発明の目封止ハニカム構造体の切り欠き部の傾斜面の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図１０Ｅ】本発明の目封止ハニカム構造体の切り欠き部の傾斜面の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図１０Ｆ】本発明の目封止ハニカム構造体の切り欠き部の傾斜面の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図１１】長目封止部形成側端部切削前の目封止ハニカム構造体を模式的に示す軸方向における部分断面図である。
【図１２】長目封止部形成側端部切削後の目封止ハニカム構造体を模式的に示す軸方向における部分断面図である。
【図１３】本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態を切り欠き部形成方向から見た模式的正面図である。
【図１４】本発明の目封止ハニカム構造体の別の実施形態を切り欠き部形成方向から見た模式的正面図である。
【図１５】ハニカムセグメントを積み上げる工程を模式的に示す工程図である。
【図１６】ハニカムセグメント積層体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００２５】
図１は、本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す斜視図であり、図２Ａは、本発明の目封止ハニカム構造体の傾斜面を有した傾斜セグメントの一実施形態を模式的に示す一部拡大斜視図である。図２Ｂは、本発明の目封止ハニカム構造体における、目封止ハニカム構造体の流入孔側端面からの深さＤを傾斜開始位置とした傾斜面を有した場合の傾斜セグメントの他の実施形態を模式的に示す一部拡大斜視図である。図３は、従来の目封止ハニカム構造体を模式的に示す斜視図である。
【００２６】
排ガス浄化装置においてＤＰＦとして用いられる目封止ハニカム構造体としては、従来、例えば図３に示すように、多孔質の隔壁６によって区画された流体の流路となる複数のセル５を有するハニカムセグメント（平坦セグメント１ｂ）が、接合材層３を介して複数個一体的に接合され、所望の形状に形成された後、隣接するセル５が互いに反対側となる流通端部において目封止され、目封止部２５の形成された目封止ハニカム構造体１５０等、軸方向８端部に凹凸のない円筒形状の目封止ハニカム構造体１５０が用いられていた。
【００２７】
なお、本明細書中で目封止ハニカム構造体の軸方向８とは、目封止ハニカム構造体の流入孔側端面から流出孔側端面へ向かう目封止ハニカム構造体の中心軸方向のことを言う。
【００２８】
本発明の目封止ハニカム構造体としては、例えば、図１に示すように、多孔質の隔壁６によって区画された流体の流路となる複数のセル５を有し、隣接するセル５が互いに反対側となる一方の端部において目封止された目封止部２５の形成された複数のハニカムセグメント１（１ａ，１ｂ）が接合材層３を介して一体的に接合され、所望の形状に形成された接合型の目封止ハニカム構造体１００であって、流体の流入孔側端面１１の一部に傾斜面７を有した切り欠き部２を有し、切り欠き部２を構成する所定のセル５においても、隣接するセル５が互いに反対側となる一方の端部において目封止された目封止ハニカム構造体１００がある。そしてこの傾斜面７は、目封止ハニカム構造体の中心部側から外周部側に向かって、目封止ハニカム構造体の軸方向８の長さが減少するように傾斜している。
【００２９】
図２Ａは、傾斜面７を有した傾斜セグメント１ａの切り欠き部２を模式的に示す一部拡大斜視図である。傾斜面７を設けたことにより、排ガスの整流作用を有し、乱流の発生を防ぐことにより圧力損失の低下や、ＰＭの堆積分布の偏在に伴う再生処理時のクラックの発生を防ぐことができる。
【００３０】
図９は、本発明の目封止ハニカム構造体の、傾斜面を有した傾斜セグメントの寸法を説明するための、接合面に沿った一部拡大断面図である。本発明の目封止ハニカム構造体において、例えば図９に示すように、傾斜面が開始する傾斜開始位置４０は、接合面に形成された場合、傾斜開始位置から傾斜開始位置４０が形成された接合面に沿ったハニカム構造体の外周壁までの距離Ｌと前記傾斜面の高さＨとの比Ｈ／Ｌが０．０５〜１．５の範囲であることが好ましい。なお、目封止ハニカム構造体に排ガス浄化用触媒を担持させたＤＰＦにあって、触媒は、ハニカム壁厚方向に僅かながら寸法を増大させるのみであるため、上記Ｈ及びＬのミリ単位の寸法には影響なく、Ｈ／Ｌの規定等は全て触媒担持後のＤＰＦにおいても有効である。
【００３１】
本発明の目封止ハニカム構造体１００の全体の形状としては、排ガス浄化フィルタとして好適な、円筒形状、オーバル形状等所望の形状であって、流体の流入孔側端面に傾斜面７を有した切り欠き部２を有する形状とすることができる。本発明の目封止ハニカム構造体１００において、切り欠き部２およびその傾斜面７は、用途及び目的に応じて所望の位置及び所望の大きさに形成され、同時に、切り欠き部２を含む流入孔側端面全域において所定のセル５に目封止が施され、形状加工による浄化性能の低下が抑えられている。この傾斜面７を有した切り欠き部２は目封止ハニカム構造体１００の外周部を構成するハニカムセグメントの単位で傾斜セグメントとして設けることが好ましい。
【００３２】
接合成形された目封止ハニカム構造体１００を構成するハニカムセグメント１の材料としては、セラミックが好ましく、また、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素−コージェライト系複合材料、リチウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウム、鉄−クロム−アルミニウム系合金からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。特に、これらの材料の中でも、融点が高く、耐熱性に優れていると言う点でＤＰＦに適した、炭化珪素又は珪素−炭化珪素系複合材料が好適に用いられる。炭化珪素は、上記材料中、熱膨張率が比較的大きい。このため、炭化珪素を骨材として形成されるハニカム構造体は、ハニカム構造体全体の外径が大きなものの場合、使用時に熱衝撃により欠陥が生じることがあったが、複数のハニカムセグメント１が接合材層３を介して一体的に接合された構造においては、炭化珪素の膨張収縮が接合材層３により緩衝され、ハニカムセグメント１の欠陥の発生を防止することができる。
【００３３】
また、接合材層３の材料としては、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、ＳｉＣ粒子、有機バインダ、発泡樹脂等の充填材を水等の分散媒に分散させてスラリー状にしたものを用いることができる。
【００３４】
図５Ａ〜５Ｃは、本発明の目封止ハニカム構造体を搭載した排ガス浄化装置の各実施形態を模式的に示す断面図である。尚、図５Ａ及び５Ｂにおいては、図中向かって左側が排ガスの流入孔側端面であり、図中向かって右側が排ガスの流出孔側となる。図５Ａに示す排ガス浄化装置１１０では、コンテナ１５内のハニカム触媒体９の後段に、傾斜面を有した切り欠き部２の形成された目封止ハニカム構造体１００がＤＰＦ１８として設置されている。この時ＤＰＦ１８は、排ガス浄化装置が車体に搭載された際に傾斜面を有した切り欠き部２が排ガスの流れの上流側に面し、且つ排ガス浄化装置１１０の下側（地面側）を向くように位置決めされることが好ましい。
【００３５】
排ガスの流れの上流側から流れて来る固体や液体の異物は、重力に従って、排ガス浄化装置１１０の下側に下りて行く。そのため、コンテナ１５の内壁及びＤＰＦ１８の流入孔側端面１１は、特にその下側に損傷が集中しやすい。切り欠き部２を下側に向けてＤＰＦ１８を設置することによって、コンテナ１５下部に異物を跳ねさせるスペースができ、ＤＰＦ１８の端面に異物が直接衝突する頻度を低減すると共に、衝突時の衝撃を軽減する効果がある。即ち、本発明の目封止ハニカム構造体１００を用いれば、従来のように、排ガス浄化装置の流通路上に金網や異物捕集ポケット等の余分な設備を備えなくとも、エロージョンによる耐久性悪化を抑制することができ、排ガス浄化装置における省スペース化、省コスト化を実現することができる。
【００３６】
図５Ｂに示す排ガス浄化装置１２０では、コンテナ１５のハニカム触媒体９の後段に、傾斜面７を有した切り欠き部２の形成されたム構造体１００がＤＰＦ１８として設置されており、更に、排ガスと共に上流から流れ込みＤＰＦ１８の損耗の原因となる異物を捕集するための異物捕集ポケット１３が設けられ、ＤＰＦ１８の切り欠き部２を、異物を異物捕集ポケット１３へと逃がす誘導路として機能させている。このような構成とすることによって、流れ込む多くの異物を、ＤＰＦ１８の流入孔側端面１１に衝突させることなく、異物捕集ポケット１３へと回収することができる。この時ＤＰＦ１８は、図５Ａに示す排ガス浄化装置１１０と同様、排ガス浄化装置１２０が車体に搭載された際に切り欠き部２が排ガスの流れの上流側に面し、且つ排ガス浄化装置１２０の下側（地面側）を向くように位置決めされることが好ましい。
【００３７】
また、本発明の目封止ハニカム構造体１００は、限られたスペース内においてエロージョン抑制効果を発揮するだけでなく、図５Ｃに示すように、特殊な形状のコンテナ１５にも対応可能であるという利点を有する。例えば車体下部のように、利用できるスペースに制約がある場合には、排ガス浄化装置そのものを小さく設計すると同時に、車体に搭載後の排ガス浄化装置の周辺にデッドスペースを発生させないことも、省スペースの有効な手立てである。即ち、車体へ排ガス浄化装置を搭載させる際に、排ガス浄化装置のコンテナ形状をあらかじめ搭載箇所の空間形状に合わせて変形させておけば、無駄な空間が発生せず、限られたスペースを最大限に活用することができるが、そのためには、コンテナ形状にあわせた形状のハニカム構造体が必要となり、本発明の目封止ハニカム構造体１００が好適に用いられる。
【００３８】
図４は、傾斜面のない平坦な切り欠き部２を有した目封止ハニカム構造体の一例を模式的に示す斜視図である。図６は、図４に示すような切り欠き部２を有した目封止ハニカム構造体１５１の一例に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す断面図であり、図８は、本発明の目封止ハニカム構造体の一の実施形態に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す断面図である。このように切り欠き部２を設けることにより、エロージョンの問題を回避できる。ところが、この時、図６に示される目封止ハニカム構造体１５１においては、切り欠き部２の端部により排ガスには乱流が発生し、切り欠き部２の角部１４を避けるようにして流れるため、図６中、切り欠き部２の角部１４の下側に位置するセルには、排ガスが流れ込みにくくなる。従って、該セル５の隔壁へのＰＭの堆積が少なくなり、短セグメント１ｃ内におけるＰＭの堆積量が不均一になることがある。ＰＭの堆積量の不均一が増大すると思われる過酷な運転時には、堆積したＰＭを燃焼させてフィルタの再生処理を行う際に、ＰＭ堆積量の差から生じる熱応力の偏在が、クラックの発生へとつながる可能性がある。
【００３９】
図７は、ＤＰＦの再生処理を行う際に、図６中の切り欠き部２周辺にクラックが生じる様子を示す、切り欠き部周辺の一部拡大断面図である。図７に示すように、切り欠き部２において、平坦セグメント１ｂと、短セグメント１ｃとの間の多孔質の隔壁内へはＰＭの堆積が少なく、ＤＰＦの再生処理時における温度の不均衡の原因となる。またこのとき短セグメント１ｃに接しない領域５１と、接合材層３を介して切り欠き部を有した短セグメント１ｃに接する領域５２とに発生する熱応力の偏在により、クラック５０が発生するものと考えられる。
【００４０】
しかしながら、図８に示すような、切り欠き部２に傾斜面７を設けることにより、排ガスの整流作用を持たせることとなり、排ガスの乱流の発生と、それに伴うＰＭの堆積分布が不均一となることを抑制することができる。このため、平坦セグメントと１ｂ傾斜セグメント１ａの間の熱応力の偏在と、それに伴うクラックの発生を防ぐことができる。このような設計とすることによって、フィルタ面積の減少を最小限に抑え、使用時の排ガスの乱流によるスート堆積の偏在を調整し、圧力損失の増加を抑制することができる。
【００４１】
本発明の複数のハニカムセグメント１（１ａ，１ｂ）が接合材層３を介して一体的に接合されてなる接合型の目封止ハニカム構造体１００は、図１１及び図１２に示すように、傾斜セグメント１ａとされる予定の長目封止部２４の形成されたハニカムセグメント１を、長目封止部２４よりも深さの小さい目封止部２５の形成された平坦セグメント１ｂへ接合した後、ハニカムセグメント１の長目封止部形成側端部を所望の傾斜面と対応する形状に切削することで、製造することができる。尚、図１１は長目封止部形成側端部切削前の目封止ハニカム構造体を模式的に示す軸方向における部分断面図であり、図１２は、長目封止部形成側端部切削後の目封止ハニカム構造体を模式的に示す軸方向における部分断面図である。図１１及び図１２においては、作図の都合上、切り欠き部形成予定側と反対の端部における目封止部２５は図から捨象したが、いずれのハニカムセグメント１（１ａ，１ｂ）においても、隣接するセル５は互いに反対側となる流通端部において目封止されており、切り欠き部形成予定側と反対の端部においては、ハニカムセグメント１（１ａ，１ｂ）による目封止部深さの差異は無く、一定の深さを持つ目封止部２５が形成されている。
【００４２】
目封止部を形成するには、まず、乾燥後のハニカムセグメント１の一方の端面（切り欠き部形成予定側の端面）にマスクテープを貼着させ、目封止部形成予定箇所にのみ、レーザーによって孔を開け、平坦セグメント１ｂとなるものに関しては、ハニカムセグメント１のマスクの施された側の端部を０．５〜２．０ｍｍの範囲の深さの目封止スラリーに浸漬させ、目封止部２５を形成する。傾斜セグメント１ａとなるものに関しては、平坦セグメント１ｂとなるものと同様にして、ハニカムセグメント１のマスクの施された側の端部を所定の深さの目封止スラリーに浸漬させ、長目封止部２４を形成する。この時、浸漬させる目封止スラリーの深さは、求める目封止ハニカム構造体の切り欠き部２の深さや傾斜面７の勾配に応じて、適宜決定することができる。
【００４３】
更に、いずれのハニカムセグメント１においても、隣接するセル５が互いに反対側となる流通端部において目封止されるよう、他方の端面（切り欠き部形成予定側と反対の端面）にもマスクテープを貼着させ、目封止部形成予定箇所にのみ、レーザーによって孔を開け、その端部を、０．５〜２．０ｍｍの範囲の深さの目封止スラリーに浸漬させ、目封止部２５を形成する。次に、それぞれのハニカムセグメント１を所望の個数及び組み合わせに従って積み上げ、各ハニカムセグメント１の両端が揃うように互いに接合した後、加圧、乾燥し、ハニカムセグメント積層体３０を得る（図１６参照）。このとき、エロージョン抑制のための切り欠き部２を形成するという観点から、傾斜セグメント１ａがハニカム構造体の隅部を構成するように、傾斜セグメント１ａとなるハニカムセグメント１をハニカムセグメント積層体３０の角に配置することが好ましい（図１３参照）。また、複数の傾斜セグメント１ａによって切り欠き部２を形成する場合には、傾斜セグメント１ａとなる複数のハニカムセグメント１は、互いに隣接するように配置されることが好ましい（図１４参照）。尚、図１３は、本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態を切り欠き部形成方向から見た模式的正面図であり、図１４は、本発明の目封止ハニカム構造体の別の実施形態を切り欠き部形成方向から見た模式的正面図である。図１３及び図１４においては、作図の都合上、セル５、隔壁６、及び目封止部２５は図から捨象した。
【００４４】
次いで、得られたハニカムセグメント積層体３０に必要に応じて外周加工を施し、長目封止部２４の形成されたハニカムセグメント１の形成側端部（切り欠き部形成予定部）を、所望の傾斜面７に対応する形状で、長目封止部２４が所定の深さ残るようにエンドミル２６にて切削することによって、目封止部２７を有する傾斜セグメント１ａを形成し、所望の傾斜面７を有した目封止ハニカム構造体１００を得る。このような製造方法においては、接合、外周加工までは、従来の目封止ハニカム構造体１０３の製造方法における技術を用いることができるため好ましい。また、図１３、図１４にそれぞれ示すように、ハニカムセグメント積層体３０（図１６参照）に外周加工を施した後、外周壁４１を設けることが強度向上のため、好ましい。
【００４５】
また、複数のハニカムセグメント１（１ａ、１ｂ）が接合材層３を介して一体的に接合されてなる接合型の目封止ハニカム構造体１００は、傾斜セグメント１ａとして、あらかじめ傾斜面７が形成された傾斜セグメント１ａを、平坦セグメント１ｂへ接合し、必要に応じてその外周を加工することでも製造することができる。
【００４６】
まず、あらかじめ傾斜面７が作製された傾斜セグメント１ａ及び平坦セグメント１ｂの各接合面に接合材を塗布し、順次所望の個数及び組み合わせに従って積み上げ（図１５参照）、切り欠き部形成予定側と反対の端面が揃うように互いに接合した後、加圧、乾燥し、ハニカムセグメント積層体３０を得る（図１６参照）。この時、エロージョン抑制のための切り欠き部２を形成するという観点から、傾斜セグメント１ａがハニカム構造体１０６の隅部を構成するように、傾斜セグメント１ａをハニカムセグメント積層体３０の角に配置することが好ましい（図１３参照）。また、複数の傾斜セグメント１ａによって切り欠き部２を形成する場合には、複数の傾斜セグメント１ａは、互いに隣接するように配置されることが好ましい（図１４参照）。尚、図１５は、ハニカムセグメントを積み上げる工程を模式的に示す工程図であり、図１６は、ハニカムセグメント積層体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【００４７】
次いで、得られたハニカムセグメント積層体３０に必要に応じて外周加工を施し、所望の目封止ハニカム構造体１００を得る。このような製造方法においては、切削等の後工程を必要としないため、原料収率及びコストの点で好ましい。尚、この時傾斜セグメント１ａは、あらかじめ傾斜セグメント１ａに適した軸方向長さに作製したハニカムセグメント１に目封止部２５を形成することで作製してもよいが、平坦セグメント１ｂとなるハニカムセグメント１と同じ軸方向長さのハニカムセグメント１に長目封止部２４を形成し、長目封止部形成側端部を、ハニカムセグメント１全体が傾斜セグメント１ａに適した軸方向長さとなるように切断することで作製してもよい。
【００４８】
本発明の目封止ハニカム構造体の製造方法によれば、用途や目的に応じて、少なくとも一部に傾斜面を有し、所望の位置及び大きさに切り欠き部が形成された目封止ハニカム構造体を得ることができる。そのような目封止ハニカム構造体をＤＰＦとして用いると、浄化装置内の限られたスペースにおいてエロージョン抑制効果を発揮するほか、特殊な形状のコンテナにも対応可能である等、車載用フィルタとして、様々な効果を発揮する。更に、本発明の目封止ハニカム構造体の製造方法によれば、形状加工による浄化性能及び強度の低下が抑えられ、原料収率やコストの面でも優れた目封止ハニカム構造体を得ることができる。また更に、ＤＰＦ再生処理時のＰＭの堆積分布の偏在を抑制することにより、クラックの発生を防止することができる。
【００４９】
図６は、本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す断面図であり、図７は、本発明の目封止ハニカム構造体の別の実施形態に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す断面図である。この時、図６及び図７に示すように、排ガスは、切り欠き部の角部１４を避けるようにして流れるため、図６中、切り欠き部の角部１４の下側のセル５には、排ガスが流れ込みにくくなり、従って、該セル５の隔壁へのＰＭの堆積が少なくなり、ハニカムセグメント１内におけるＰＭの堆積量が不均一になることがある。その結果、堆積したＰＭを燃焼させてフィルタの再生処理を行う際に、ＰＭ堆積量の差から生じる熱応力の偏在が、クラックの発生へとつながる可能性がある。
【００５０】
そこで、本発明の目封止ハニカム構造体においては、図８に示すように、傾斜セグメント１ａは、当該目封止ハニカム構造体の外周部を構成するように配置されたものであり、傾斜セグメント１ａの傾斜開始点が形成された目封止ハニカム構造体の中心部側から目封止ハニカム構造体の外周部側へ、傾斜セグメント１ａの外周部側の軸方向長さが短くなるように傾斜する傾斜面とされている。すなわち、図８は、ハニカム構造体を軸方向に切断した断面図であり、傾斜セグメントの切り欠き部側の端部が傾斜面となっている。
【００５１】
当該目封止ハニカム構造体の外周部を構成するセグメント数のうち、傾斜セグメントの数は、１〜３個とすることが好ましい。傾斜セグメントの数は、１〜２個とすることが更に好ましい。また、傾斜セグメントが、２〜３個の場合、隣接するように設けられることが好ましい。例えば図１４の目封止ハニカム構造体１０７に示すように複数の傾斜セグメント１ａを隣接するように設けることが好ましい。傾斜セグメント１ａの数が複数である場合、傾斜面７はこの複数の傾斜セグメント１ａにまたがって連続した傾斜を有するように設けることが好ましい。
【００５２】
図９に示すように、前記傾斜面が開始する傾斜開始点は、前記接合面を少なくとも一部含むように形成され、前記傾斜開始点から前記ハニカム構造体の外周壁４１までの、前記傾斜開始点が形成された接合面に沿った直線の距離Ｌと前記傾斜面の高さＨとの比Ｈ／Ｌが０．０５〜１．５を満たすことが好ましい。
【００５３】
本発明の目封止ハニカム構造体において、傾斜面の構造は特に限定するものではなく、上述したよう乱流の発生に伴うＰＭの堆積分布の不均一を抑制できる整流効果を有する傾斜面であれば良い。例として、図１０Ａ〜１０Ｅに傾斜面の各実施形態を示す。図１０Ａ〜図１０Ｅは、それぞれハニカム構造体を軸方向にて傾斜面を含むように切断した断面図である。
【００５４】
図１０Ａは、目封止ハニカム構造体１００の傾斜セグメント１ａの中心部側面が、平坦セグメントの端面とほぼ一致しており、目封止ハニカム構造体の外周部側において、傾斜セグメントの軸方向８長さが短くなるように端面が傾斜面として形成されている。
【００５５】
図１０Ｂは、目封止ハニカム構造体１０１の傾斜セグメント１ａの目封止ハニカム構造体の中心部側における軸方向８長さが、平坦セグメントよりも短くなっており、さらに、目封止ハニカム構造体の外周部側へ向かって、傾斜セグメントの軸方向長さが短くなるように端面が傾斜面として形成されている。
【００５６】
図１０Ｃは、目封止ハニカム構造体１０２の傾斜セグメント１ａの目封止ハニカム構造体の中心部側における軸方向８長さが、平坦セグメントよりも短くなっており、平坦セグメントの端面と平行な平坦面を有し、さらに、外周部側面へ向かって、外周部側面において、傾斜セグメントの軸方向８長さが短くなるように端面が傾斜面として形成されている。
【００５７】
図１０Ｄは、目封止ハニカム構造体１０３の傾斜セグメント１ａの目封止ハニカム構造体の中心部側における軸方向８長さが、平坦セグメントよりも短くなっており、そこから外周部側が軸方向８長さが短くなるように傾斜面が形成され、さらに平坦セグメントの端面と平行な平坦面が外周部側面まで形成されている。
【００５８】
図１０Ｅは、目封止ハニカム構造体１０４の傾斜セグメント１ａの目封止ハニカム構造体の中心部側における軸方向８長さが、平坦セグメントよりも短くなっており、そこから傾斜面として外周部側面まで凹状の湾曲面が形成されている。この湾曲面は更に曲率が最大となる凹湾曲ノーズが目封止ハニカム構造体の中心部側に位置し、流線形状とされている。この湾曲面が流線形状となっているため、排ガスの乱流を防ぐ整流作用に優れている。
【００５９】
図１０Ｆは、目封止ハニカム構造体１０５の傾斜セグメント１ａの目封止ハニカム構造体１０５の中心部側における軸方向８長さが、平坦セグメントよりも短くなっており、そこから傾斜面として外周部側面まで凸状の湾曲面が形成されている。この湾曲面は更に曲率が最大となる凸湾曲ノーズが目封止ハニカム構造体の外周部側に位置し、流線形状とされている。この湾曲面が流線形状となっているため、排ガスの乱流を防ぐ整流作用に優れている。
【００６０】
本発明の目封止ハニカム構造体に上述した排ガス浄化用触媒成分を担持させたＤＰＦは、排ガス浄化装置内において、省スペース化を実現すると共にエロージョン抑制効果を持ちながらも、ＤＰＦ再生時の熱応力の分布を均等化する端部形状を持ち、過酷な運転条件下におけるＤＰＦ再生時再生限界低下、圧力損失増加等の問題も改善される。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６２】
実施例１〜実施例１２として、傾斜面のある傾斜セグメントを切り欠き部として有した目封止ハニカム構造体を作成した。また、比較例１、比較例２として、傾斜面がなく、軸方向の長さを短くした短セグメントを切り欠き部として有した目封止ハニカム構造体を作成した。これら目封止ハニカム構造体に対して、それぞれ３０ｇ／Ｌの触媒をコートしたものをＤＰＦとして用い、圧力損失試験および再生限界試験を行った。
【００６３】
各実施例、比較例で用いた目封止ハニカム構造体の切り欠き部を考慮しない全体的な外径寸法としては、目封止ハニカム構造体の軸方向の長さ：１５２ｍｍ、最外径の直径が１４４ｍｍの円柱状のものを使用した。
【００６４】
切り欠き部を構成するハニカムセグメントの位置と個数は、比較例１、実施例１〜６においては、図１３の目封止ハニカム構造体１０６の傾斜セグメント１ａと同じ位置となるように１個とした。また比較例２、実施例７〜１２において切り欠き部を構成するセグメントは、図１４の目封止ハニカム構造体１０７の外周部に隣接する２つの傾斜セグメント１ａと同じ位置となるように２個とした。各実施例、各比較例の寸法条件の詳細を、表１に示す。
【００６５】
【表１】
【００６６】
具体的なＤ，Ｌ，Ｈの寸法については、図２Ａ，図２Ｂ、図９に示すような接合面４２での断面図を用いて説明する。表１中、実施例におけるＤは目封止ハニカム構造体の流入孔側端面１１からの傾斜開始位置４０までの深さを示す。図４で示すような形状の、傾斜面７のない切り欠き部２を有した比較例１、２のように、傾斜面７がない切り欠き部２の場合は、切り欠き部２の流入孔側端面１１からの深さをＤとするものとする。表１中、Ｌは、傾斜開始位置４０から傾斜開始位置４０が形成された接合面４２に沿った目封止ハニカム構造体の外周壁４１までの距離を示すものとする。具体的には、図１３、１４で示されるような目封止ハニカム構造体１０６の流入孔側端面１１から見た平面図の傾斜セグメント１ａの辺長Ｌ，Ｌ’で２つの辺長のうち、短い方をＬとする。傾斜面のない切り欠き部２を短セグメント１ｃとして有した比較例１，２の場合は、図１３、図１４の傾斜セグメント１ａを、切り欠き部２が形成されたセグメント１ｃに置き換えた場合の外周壁までの辺長Ｌ，Ｌ’のうち、短い方の辺長をＬとする。傾斜面７の高低差Ｈとしては、図９に示すように、接合面４２における傾斜開始位置と、切り欠き部の底面までの高さを示すものとする。傾斜面のない比較例１，２については、高低差Ｈを０ｍｍとする。
【００６７】
各実施例、比較例で用いた目封止ハニカム構造体を構成するハニカムセグメントとして、軸方向に垂直な断面形状が、一辺の長さ３６ｍｍの正方形である四角柱状ハニカムセグメントを用いた。また、各実施例、比較例で用いた目封止ハニカム構造体として、切り欠き部を有するハニカムセグメントを角部に配置するようにした。平坦セグメントと、角部に配置した切り欠き部を有するハニカムセグメント（傾斜セグメント、短セグメント）とを合計１６個隣接し、接合面に接合材を塗布した接合材層を介して積層し、加圧しながら１４０℃にて２時間乾燥させることにより、ハニカムセグメント積層体を得た。更にこのハニカムセグメント積層体を円柱状に切削加工し、コーティング材を塗布し、７００℃で２時間乾燥硬化させ、目封止ハニカム構造体を得た。具体的には、以下に記載する。
【００６８】
ＳｉＣ粉末及び金属Ｓｉ粉末を８０：２０の質量割合で混合し、これに造孔材、有機バインダー、界面活性剤及び水を添加して、可塑性の坏土を得た。この坏土を押出成形し、乾燥させてハニカムセグメントとされるハニカム状成形体を得た。このハニカム状成形体を乾燥させた後、ハニカム状成形体を、大気雰囲気中、約４００℃で脱脂し、更に、Ａｒ雰囲気において約１４５０℃で焼成して、成形体中のＳｉＣ粒子をＳｉで結合させることにより、ハニカムセグメントを得た。
【００６９】
次いで、このハニカム状焼成体の外壁に下地材を塗布して、自然乾燥させ、隔壁の厚さが１２ｍｉｌ（３０５μｍ）、セル形状が正方形、セル密度が約４６．５セル／ｃｍ２（３００セル／平方インチ）、断面形状が一辺３６ｍｍの正方形、軸方向の長さが１５２ｍｍである四角柱状のハニカムセグメントを得た。下地材は、ＳｉＣ粉末、シリカゾル水溶液及び水を混合したものである。
【００７０】
実施例１〜１２で使用した切り欠き部を構成する傾斜セグメントとしては、後述するような所望の傾斜面とするため、上述した四角柱状のハニカムセグメントをエンドミルで切削加工することにより製作した。比較例１、２で使用した切り欠き部を有した短セグメントとしては、上述した平坦セグメントを、切削加工により、軸方向の長さを１２２ｍｍとした以外は、同様の製造方法で製作した。
【００７１】
［目封止用スラリーの調製］炭化珪素粉末及び金属珪素粉末を７５：２５の質量割合で混合し、これにメチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルメチルセルロース、焼結助剤、造孔材及び水を添加して混練し、目封止用スラリーを得た。焼結助剤として、炭酸ストロンチウムを用いた。造孔材として、発泡樹脂を用いた。
【００７２】
［目封止ハニカムセグメントの作製］平坦セグメント、短セグメント及び傾斜セグメントの一の端面のセルの開口に、市松模様状（千鳥模様状）に交互にマスクを施した。具体的には、ハニカム構造体の一の端面全体に粘着性フィルムを貼着し、その粘着性フィルムのうち目封止部を形成したいセルに相当する部分のみをレーザによって穴を開けた。そして、マスクを施した端面の側を、容器に入れた目封止用スラリーに浸漬し、穴に対応した位置のセル内に目封止用スラリーを充填した。このとき、傾斜セグメントについては、目封止用スラリーの液面と、傾斜面とが平行である状態でこの液面に浸漬し、目封止用スラリーを充填した。他の端面については、一の端面において目封止部を形成しなかったセルが、開けた穴に対応した位置になるように、同様にして、フィルムでマスクを施し、マスクを施した端面の側を炭化珪素を含有する目封止用スラリーに浸漬し、穴に対応した位置のセル内に目封止用スラリーを充填した。その後、目封止用スラリーを充填したハニカムセグメントを熱風乾燥機で乾燥した。
【００７３】
［ハニカムセグメント接合体の作製］次に、各ハニカムセグメントの周面に、アルミノシリケートファイバ、コロイダルシリカ、ポリビニルアルコール、及び炭化珪素を混練してなる接合用スラリーを塗布し、平坦セグメントと、切り欠き部を有したハニカムセグメントとを互いに組み付けて圧着した後、加熱乾燥して、全体形状が四角柱状のハニカムセグメント接合体を得た。
【００７４】
そして、そのハニカムセグメント接合体を、円柱形状に研削加工した後、その周面を、ハニカムセグメント成形体と同材料からなる外周コート層で被覆し、乾燥により硬化させ、セグメント構造を有する円柱形状の目封止ハニカム構造体を得た。
【００７５】
（評価）
圧力損失測定試験：
排気量２０００ｃｃの直噴ターボ付きディーゼルエンジン（ＴＤＩ）を使用して排ガスを発生させ、圧力損失試験を行った。表１の各比較例、実施例に示すような目封止ハニカム構造体に３０ｇ／Ｌの触媒をコートしたものをＤＰＦとして用いた。この各ＤＰＦに対してスートをスス堆積量を８ｇ／Ｌ堆積させた。エンジン回転数を３０００ｒｐｍ、エンジントルクを５０Ｎｍ、ガス流量３．５〜４．５ｍ３／ｍｉｎとして、排ガス温度２５０〜３５０℃の条件下で、ＤＰＦにススを堆積させていき、スス堆積量との関係においてＤＰＦの排ガス流通方向前後における圧力損失を測定した。圧力損失は、ススを８ｇ／Ｌまで堆積させた時点での各圧力損失値（ｋＰａ）を用い、比較例１の圧力損失値（ｋＰａ）を基準とした場合の実施例１〜６の圧力損失変化率［％］および、比較例２の圧力損失値（ｋＰａ）を基準とした場合の実施例７〜１２の圧力損失変化率［％］の結果を表１に示した。
【００７６】
再生限界試験：
切り欠き部の傾斜面の有無や、傾斜面の位置、寸法等の条件を変化させて、切り欠き部を下方とした状態で試験を行う。表１の各比較例、実施例に示すような目封止ハニカム構造体に３０ｇ／Ｌの触媒をコートしたものをＤＰＦとして用いた。順次、スス（ＰＭ）の堆積量を増加させてフィルタの再生（ＰＭの燃焼）を行い、クラックが発生する限界を確認した（ＰＭ量ステップアップ再生試験）。排気量２０００ｃｃの直噴ターボ付きディーゼルエンジン（ＴＤＩ）を使用し、エンジン回転数を２０００ｒｐｍ、エンジントルクを６０Ｎｍに保った状態で、ＤＰＦにスートを堆積させた。次に、ポストインジェクションによって、ＤＰＦの入口におけるガス温度を６５０℃まで昇温させ、ＤＰＦの前後の圧力損失が落ち始めたところで、エンジン運転条件をアイドル状態とし、同時にポストインジェクションを停止した。この後、高酸素濃度と低排気流量によって、ＤＰＦの内部温度が急上昇した。ＤＰＦへの堆積スート量を変化させていき、ＤＰＦ出口端面にクラックが発生するスート量の比較を行った。クラック発生の有無は、ＤＰＦの軸方向に垂直な断面方向に分断されるリングオフクラックの発生有無をＣＴスキャンを用いて観察した。ＤＰＦ出口端面にクラックが発生した際のスート量をそのＤＰＦの再生限界値とした。比較例１のクラック発生時のスス堆積量（ｇ／Ｌ）を基準値とした場合の実施例１〜６の基準値との差（ｇ／Ｌ）および、比較例２のクラック発生時のスス堆積量（ｇ／Ｌ）を基準値とした場合の実施例７〜１２の基準値との差（ｇ／Ｌ）の結果を表１に示した。
【００７７】
比較例１、２として、図４に示すような傾斜面のない短セグメント１ｃを有した目封止ハニカム構造体１５１を用いて、再生限界試験を行った。具体的には、表１に示すような寸法のものを使用した。比較例１と実施例１〜６はＬを２０ｍｍとし、比較例２と実施例７〜１２はＬを３６ｍｍとし、その他の条件を変化させ、上述した圧力損失試験、再生限界試験を行った。
【００７８】
圧力損失試験、再生限界試験の結果、実施例１〜１２の傾斜面を有した切り欠き部を設けた目封止ハニカム構造体を用いた場合においては、傾斜面のない平坦な切り欠き部を有した目封止ハニカム構造体を用いた比較例１および比較例２と比較して、圧力損失の低下や、再生限界の向上等が見られた。
【００７９】
更に、実施例６においては、図１に示すように、傾斜面７の開始位置４０が目封止ハニカム構造体１００の流入孔端面１１にあり、このときの損失係数が最小となり、再生限界試験でのスス堆積量も最大となった。
【００８０】
このように、各実施例において示されたように、傾斜面の高さＨとの比をＨ／Ｌが０．０５〜１．５とすることが好ましい。このような値とすることによって、切り欠き部を備えたことによるエロージョン抑制効果及びサイズダウンを両立しつつも、切り欠き部での乱流の発生を防ぎ、ＤＰＦ再生時の再生限界低下、圧力損失増加等の問題も改善されることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の目封止ハニカム構造体及びそれを用いたＤＰＦは、排ガス浄化装置内において、省スペース化を実現すると共にエロージョン抑制効果を持ちながらも、ＤＰＦ再生時の熱応力の分布を均等化する端部形状を持ち、過酷な運転条件下におけるＤＰＦ再生時再生限界低下、圧力損失増加等の問題も改善されるため、産業上の利用可能性が大なるものである。
【符号の説明】
【００８２】
１：ハニカムセグメント、１ａ：傾斜セグメント、１ｂ：平坦セグメント、１ｃ：短セグメント、２：切り欠き部、３：接合材層、４：平坦面、５：セル、６：隔壁、７：傾斜面、８：軸方向、９：ハニカム触媒体、１１：流入孔側端面、１２：流出孔側端面、１３：異物捕集ポケット、１４：切り欠き部の角部、１５：コンテナ、１８：ＤＰＦ、２４：長目封止部、２５：目封止部、２６：エンドミル、２７：長目封止部。３０：ハニカムセグメント積層体、４０：傾斜開始位置、４１：外周壁、４２：接合面、５０：クラック、５１：領域、５２：領域、１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７：目封止ハニカム構造体、１１０，１２０，１３０：排ガス浄化装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体、およびそれを用いたディーゼルパティキュレートフィルタに関する。より詳しくは、耐エロージョン性能が向上しながらも、ＤＰＦ再生時の熱応力の分布を均等化する端部形状を持ち、製造時の損耗や強度低下の問題、ＤＰＦ再生時の再生限界低下、圧力損失増加等の問題も改善される目封止ハニカム構造体、及びそれを用いたディーゼルパティキュレートフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関、ボイラー、化学反応機器、及び燃料電池用改質器等の触媒作用を利用する触媒用担体や、排ガス中の微粒子、特にディーゼル微粒子の捕集フィルタ（ディーゼルパティキュレートフィルタ：以下、「ＤＰＦ」ということがある）等に、セラミックスからなるハニカム構造体が用いられている。
【０００３】
このような目的に使用されるハニカム構造体は、一般に、多孔質の隔壁によって区画された流体の流路となる複数のセルを有し、特に、微粒子捕集フィルタとして用いられる場合には、端面が市松模様状を呈するように、隣接するセルが互いに反対側の端部において目封止された構造を有する。このような構造を有するハニカム構造体において、被処理流体は流入孔側端面が封止されていないセル、即ち流出孔側端面が封止されているセルに流入し、多孔質の隔壁を通って隣のセル、即ち、流入孔側端面が封止され、流出孔側端面が封止されていないセルから排出される。この際、隔壁がフィルタとなり、例えば、ＤＰＦとして使用した場合には、ディーゼルエンジンから排出されるスート（スス）等の粒子状物質（パティキュレート・マター：以下「ＰＭ」ということがある）が隔壁に捕捉され隔壁上に堆積する。
【０００４】
ディーゼル機関においては、上記のようなハニカム構造体は、通常、ＤＰＦとしてエンジン下流側の排ガスの流通路中に配設され、エンジンから排出される排ガスを通過させ浄化する機能を果たす。この時、排ガス上流側から流れてくる、流通路内壁の錆等の剥れ、溶接屑、ＤＰＦ組み付け時に流通路に入り込んだゴミ等の固体、或いは凝縮水のような液体が、排ガスと共に高速で流通路の内壁、或いは流通路中に配設されたハニカム構造体に衝突することにより、これらを損耗せしめることがある。図３は、このような従来の目封止ハニカム構造体での問題を模式的に説明する斜視図である。ＤＰＦの軸方向８が横向きとなるように、例えば、図３の流入孔側端面１１の縁部である領域Ａを下方に配置した場合に、特に固体の異物は、エンジン振動によりＤＰＦの流入孔側端面において跳ねるため、ＤＰＦの領域Ａのような下方に位置する部分の目封止部等をえぐり、捕集効率の低下を招くことがある。この作用は通常エロージョンと呼ばれ、流通路及びハニカム構造体の長期耐久性を維持する観点から、大きな問題となっていた。
【０００５】
エロージョン問題解決のため、従来、損耗を受ける恐れのある流通路内壁或いはハニカム構造体の上流側に、金網やじゃま板を設け、異物が直接高速で衝突することを防ぐ工夫がなされてきたが、固体や液体の異物を十分なレベルまで除去することができず、長期耐久性に問題があった。即ち、排ガスの流れの上流側から飛来してきた異物により、流通路内壁表面の損傷やハニカム構造体の損耗が発生することがあった。そこで、より確実に流通路内の異物による損耗を防ぎ、浄化装置の耐久性を強化することのできる工夫が求められており、例えば、特許文献１には、ハニカム構造体の上流側の流通路上に、排ガスの流れ変更手段及び異物捕集部を設けた流通路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２０６５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に開示されたガス流通路は、排ガスの流れ変更手段により排ガスの流れを流通路の外周方向へ向け、流通路内壁に設置された、排ガスの上流方向に向いた開口部を有するポケット状の異物捕集部によって、排ガス中の異物を物理的に捕集するものであり、流通路内を異物が跳ねることによるエロージョン問題に対して効果を奏するものであるが、排ガスの流通路を流れ方向に長く設計する必要があり、排ガス浄化装置全体が大きくなってしまうという問題があった。また、流通路径を変えずにポケットをつけると、流通路断面が小さくなるため圧力損失が上がり、エンジン出力低下の懸念があり、流通路径を大きくしてポケットをつけると、流通路断面が大きくなり、車両床下搭載時の最低地上高確保のため、車高を上げなくてはならなくなる。車体への搭載スペースに制約がある点を考えると、排ガス浄化装置は可能な限り小さく設計されることが望ましく、特許文献１に開示された流通路はその意味で十分とは言えなかった。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、エロージョン抑制効果及びサイズダウンを両立させた排ガス浄化装置において用いられ、形状加工による浄化性能及び強度の低下が抑えられ、原料収率やコストの面でも優れた目封止ハニカム構造体及びそれを用いたＤＰＦを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題解決のため鋭意検討した結果、多孔質の隔壁によって区画された流体の流路となる複数のセルを有し、隣接するセルが互いに反対側となる一方の端部において目封止された構造を有した、隣接する複数のハニカムセグメントを接合材層を介して一体的に接合した目封止ハニカム構造体において、流体の流入孔側端面に、目封止ハニカム構造体の中心部側から外周部側に向かって目封止ハニカム構造体の軸方向の長さが減少するように傾斜した傾斜面を少なくとも一部有した傾斜セグメントとされた構成とすることによって、傾斜面を有した切り欠き部がエロージョン抑制に効果的に働きつつも、切り欠き部の体積分の省スペースを実現可能であることに想到した。
【００１０】
更に本発明者らは、目封止ハニカム構造体に切り欠き部を形成することによって引き起こされることが想定される、流入ガスの乱流に伴うＤＰＦ再生時の再生限界低下、圧力損失増加等の諸問題についても鋭意検討し、切り欠き部の形状の少なくとも一部を傾斜面として整流作用を付与することにより、切り欠き部での流入ガスの乱流を抑制し、解決できることに想到し、本発明を完成させた。即ち、本発明によれば、十分な浄化性能と強度を備え、所望の端面形状を有する目封止ハニカム構造体及びそれを用いたＤＰＦ、即ち、以下の目封止ハニカム構造体及びそれを用いたＤＰＦが提供される。
【００１１】
［１］ 多孔質の隔壁により区画された流体の流路となる複数のセルを有し、隣接する前記セルが互いに反対側となる一方の端部において目封止された複数のハニカムセグメントからなり、複数の前記ハニカムセグメントが互いに隣接され、隣接する前記ハニカムセグメントどうしの接合面において接合材層を介して一体的に接合されたディーゼルパティキュレートフィルタ用の目封止ハニカム構造体であって、当該目封止ハニカム構造体の外周部側に配置された前記ハニカムセグメントの少なくとも一部が、前記流体の流入孔側端面に、当該目封止ハニカム構造体の中心部側から前記外周部側に向かって当該目封止ハニカム構造体の軸方向の長さが減少するように傾斜した傾斜面を少なくとも一部有した傾斜セグメントとされた目封止ハニカム構造体。
【００１２】
［２］ 前記傾斜セグメントが、１個以上隣接するように設けられた前記［１］に記載の目封止ハニカム構造体。
【００１３】
［３］ 前記傾斜面が開始する傾斜開始位置は、前記接合面に形成され、前記傾斜開始位置から前記傾斜開始位置が形成された前記接合面に沿った前記ハニカム構造体の外周壁までの距離Ｌと前記傾斜面の高さＨとの比Ｈ／Ｌが０．０５〜１．５の範囲である前記［１］または［２］に記載の目封止ハニカム構造体。
【００１４】
［４］ 前記傾斜セグメントの前記流入孔側端面に、前記傾斜面と平坦面とを含み、前記平坦面が当該目封止ハニカム構造体の中心部側に設けられ、前記傾斜面は前記外周部側に設けられた前記［１］〜［３］のいずれかに記載の目封止ハニカム構造体。
【００１５】
［５］ 前記傾斜セグメントの前記流入孔側端面に、前記傾斜面と平坦面とを含み
前記平坦面が前記外周部側に設けられ、前記傾斜面は前記中心部側に設けられた前記［１］〜［３］のいずれかに記載の目封止ハニカム構造体。
【００１６】
［６］ 前記傾斜面は、前記流体を整流するための流線形状とされた前記［１］〜［５］のいずれかに記載の目封止ハニカム構造体。
【００１７】
［７］ 前記傾斜面は、前記流出孔側に引っ込む凹湾曲面である前記［６］に記載の目封止ハニカム構造体。
【００１８】
［８］ 前記傾斜面は、前記流入孔側端面の方向に出っ張る凸湾曲面である前記［６］に記載の目封止ハニカム構造体。
【００１９】
［９］ 前記［１］〜［８］のいずれかに記載の目封止ハニカム構造体に排ガス浄化用触媒成分を担持させたディーゼルパティキュレートフィルタ。
【００２０】
［１０］ 前記［１］〜［８］のいずれかに記載の目封止ハニカム構造体の製造方法であって、前記傾斜セグメントとされる予定の、前記傾斜面に応じた目封し深さの長目封止部が形成されたハニカムセグメントを、前記長目封止部よりも深さの小さい目封止部の形成された、軸方向長さが等しい前記平坦セグメントへ接合した後、前記ハニカムセグメントの長目封止部形成側端部を前記傾斜面の形状に応じて切削することで、前記傾斜面を有する目封止ハニカム構造体を形成する目封止ハニカム構造体の製造方法。
【００２１】
［１１］ 前記［１］〜［８］のいずれかに記載の目封止ハニカム構造体の製造方法であって、あらかじめ軸方向長さが等しい前記平坦セグメントに前記傾斜面を有した傾斜セグメントを、前記平坦セグメントへ接合することで、前記傾斜面を備えた切り欠き部を有する目封止ハニカム構造体を形成する目封止ハニカム構造体の製造方法。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の目封止ハニカム構造体及びそれを用いたＤＰＦは、エロージョン対策として流体の流入孔側端面において傾斜面を有した切り欠き部を形成し、傾斜面の整流作用で流入ガスの乱流を抑制し、ガスの乱流に伴う切り欠き部でのＰＭの堆積分布の偏りを防止することにより、ＤＰＦ再生時の熱応力の分布を均等化する端部形状を持ち、圧力損失増加、ＤＰＦ再生時の再生限界低下等の問題を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図２Ａ】本発明の目封止ハニカム構造体の、傾斜面を有した傾斜セグメントの一実施形態を模式的に示す一部拡大斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の目封止ハニカム構造体の、傾斜面を有した傾斜セグメントの他の実施形態を模式的に示す一部拡大斜視図である。
【図３】従来の目封止ハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図４】切り欠き部を有した目封止ハニカム構造体の一例を模式的に示す斜視図である。
【図５Ａ】本発明の目封止ハニカム構造体を搭載した排ガス浄化装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図５Ｂ】本発明の目封止ハニカム構造体を搭載した排ガス浄化装置の別の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図５Ｃ】本発明の目封止ハニカム構造体を搭載した排ガス浄化装置の更に別の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図６】平坦な切り欠き部を有した目封止ハニカム構造体の一例に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す断面図である。
【図７】平坦な切り欠き部を有した目封止ハニカム構造体の一例に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す切り欠き部周辺の一部拡大断面図である。
【図８】本発明の目封止ハニカム構造体の他の実施形態に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の目封止ハニカム構造体の、傾斜面を有した傾斜セグメントの寸法を説明するための、接合面に沿った一部拡大断面図である。
【図１０Ａ】本発明の目封止ハニカム構造体の切り欠き部の傾斜面の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図１０Ｂ】本発明の目封止ハニカム構造体の切り欠き部の傾斜面の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図１０Ｃ】本発明の目封止ハニカム構造体の切り欠き部の傾斜面の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図１０Ｄ】本発明の目封止ハニカム構造体の切り欠き部の傾斜面の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図１０Ｅ】本発明の目封止ハニカム構造体の切り欠き部の傾斜面の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図１０Ｆ】本発明の目封止ハニカム構造体の切り欠き部の傾斜面の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図１１】長目封止部形成側端部切削前の目封止ハニカム構造体を模式的に示す軸方向における部分断面図である。
【図１２】長目封止部形成側端部切削後の目封止ハニカム構造体を模式的に示す軸方向における部分断面図である。
【図１３】本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態を切り欠き部形成方向から見た模式的正面図である。
【図１４】本発明の目封止ハニカム構造体の別の実施形態を切り欠き部形成方向から見た模式的正面図である。
【図１５】ハニカムセグメントを積み上げる工程を模式的に示す工程図である。
【図１６】ハニカムセグメント積層体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００２５】
図１は、本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す斜視図であり、図２Ａは、本発明の目封止ハニカム構造体の傾斜面を有した傾斜セグメントの一実施形態を模式的に示す一部拡大斜視図である。図２Ｂは、本発明の目封止ハニカム構造体における、目封止ハニカム構造体の流入孔側端面からの深さＤを傾斜開始位置とした傾斜面を有した場合の傾斜セグメントの他の実施形態を模式的に示す一部拡大斜視図である。図３は、従来の目封止ハニカム構造体を模式的に示す斜視図である。
【００２６】
排ガス浄化装置においてＤＰＦとして用いられる目封止ハニカム構造体としては、従来、例えば図３に示すように、多孔質の隔壁６によって区画された流体の流路となる複数のセル５を有するハニカムセグメント（平坦セグメント１ｂ）が、接合材層３を介して複数個一体的に接合され、所望の形状に形成された後、隣接するセル５が互いに反対側となる流通端部において目封止され、目封止部２５の形成された目封止ハニカム構造体１５０等、軸方向８端部に凹凸のない円筒形状の目封止ハニカム構造体１５０が用いられていた。
【００２７】
なお、本明細書中で目封止ハニカム構造体の軸方向８とは、目封止ハニカム構造体の流入孔側端面から流出孔側端面へ向かう目封止ハニカム構造体の中心軸方向のことを言う。
【００２８】
本発明の目封止ハニカム構造体としては、例えば、図１に示すように、多孔質の隔壁６によって区画された流体の流路となる複数のセル５を有し、隣接するセル５が互いに反対側となる一方の端部において目封止された目封止部２５の形成された複数のハニカムセグメント１（１ａ，１ｂ）が接合材層３を介して一体的に接合され、所望の形状に形成された接合型の目封止ハニカム構造体１００であって、流体の流入孔側端面１１の一部に傾斜面７を有した切り欠き部２を有し、切り欠き部２を構成する所定のセル５においても、隣接するセル５が互いに反対側となる一方の端部において目封止された目封止ハニカム構造体１００がある。そしてこの傾斜面７は、目封止ハニカム構造体の中心部側から外周部側に向かって、目封止ハニカム構造体の軸方向８の長さが減少するように傾斜している。
【００２９】
図２Ａは、傾斜面７を有した傾斜セグメント１ａの切り欠き部２を模式的に示す一部拡大斜視図である。傾斜面７を設けたことにより、排ガスの整流作用を有し、乱流の発生を防ぐことにより圧力損失の低下や、ＰＭの堆積分布の偏在に伴う再生処理時のクラックの発生を防ぐことができる。
【００３０】
図９は、本発明の目封止ハニカム構造体の、傾斜面を有した傾斜セグメントの寸法を説明するための、接合面に沿った一部拡大断面図である。本発明の目封止ハニカム構造体において、例えば図９に示すように、傾斜面が開始する傾斜開始位置４０は、接合面に形成された場合、傾斜開始位置から傾斜開始位置４０が形成された接合面に沿ったハニカム構造体の外周壁までの距離Ｌと前記傾斜面の高さＨとの比Ｈ／Ｌが０．０５〜１．５の範囲であることが好ましい。なお、目封止ハニカム構造体に排ガス浄化用触媒を担持させたＤＰＦにあって、触媒は、ハニカム壁厚方向に僅かながら寸法を増大させるのみであるため、上記Ｈ及びＬのミリ単位の寸法には影響なく、Ｈ／Ｌの規定等は全て触媒担持後のＤＰＦにおいても有効である。
【００３１】
本発明の目封止ハニカム構造体１００の全体の形状としては、排ガス浄化フィルタとして好適な、円筒形状、オーバル形状等所望の形状であって、流体の流入孔側端面に傾斜面７を有した切り欠き部２を有する形状とすることができる。本発明の目封止ハニカム構造体１００において、切り欠き部２およびその傾斜面７は、用途及び目的に応じて所望の位置及び所望の大きさに形成され、同時に、切り欠き部２を含む流入孔側端面全域において所定のセル５に目封止が施され、形状加工による浄化性能の低下が抑えられている。この傾斜面７を有した切り欠き部２は目封止ハニカム構造体１００の外周部を構成するハニカムセグメントの単位で傾斜セグメントとして設けることが好ましい。
【００３２】
接合成形された目封止ハニカム構造体１００を構成するハニカムセグメント１の材料としては、セラミックが好ましく、また、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素−コージェライト系複合材料、リチウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウム、鉄−クロム−アルミニウム系合金からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。特に、これらの材料の中でも、融点が高く、耐熱性に優れていると言う点でＤＰＦに適した、炭化珪素又は珪素−炭化珪素系複合材料が好適に用いられる。炭化珪素は、上記材料中、熱膨張率が比較的大きい。このため、炭化珪素を骨材として形成されるハニカム構造体は、ハニカム構造体全体の外径が大きなものの場合、使用時に熱衝撃により欠陥が生じることがあったが、複数のハニカムセグメント１が接合材層３を介して一体的に接合された構造においては、炭化珪素の膨張収縮が接合材層３により緩衝され、ハニカムセグメント１の欠陥の発生を防止することができる。
【００３３】
また、接合材層３の材料としては、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、ＳｉＣ粒子、有機バインダ、発泡樹脂等の充填材を水等の分散媒に分散させてスラリー状にしたものを用いることができる。
【００３４】
図５Ａ〜５Ｃは、本発明の目封止ハニカム構造体を搭載した排ガス浄化装置の各実施形態を模式的に示す断面図である。尚、図５Ａ及び５Ｂにおいては、図中向かって左側が排ガスの流入孔側端面であり、図中向かって右側が排ガスの流出孔側となる。図５Ａに示す排ガス浄化装置１１０では、コンテナ１５内のハニカム触媒体９の後段に、傾斜面を有した切り欠き部２の形成された目封止ハニカム構造体１００がＤＰＦ１８として設置されている。この時ＤＰＦ１８は、排ガス浄化装置が車体に搭載された際に傾斜面を有した切り欠き部２が排ガスの流れの上流側に面し、且つ排ガス浄化装置１１０の下側（地面側）を向くように位置決めされることが好ましい。
【００３５】
排ガスの流れの上流側から流れて来る固体や液体の異物は、重力に従って、排ガス浄化装置１１０の下側に下りて行く。そのため、コンテナ１５の内壁及びＤＰＦ１８の流入孔側端面１１は、特にその下側に損傷が集中しやすい。切り欠き部２を下側に向けてＤＰＦ１８を設置することによって、コンテナ１５下部に異物を跳ねさせるスペースができ、ＤＰＦ１８の端面に異物が直接衝突する頻度を低減すると共に、衝突時の衝撃を軽減する効果がある。即ち、本発明の目封止ハニカム構造体１００を用いれば、従来のように、排ガス浄化装置の流通路上に金網や異物捕集ポケット等の余分な設備を備えなくとも、エロージョンによる耐久性悪化を抑制することができ、排ガス浄化装置における省スペース化、省コスト化を実現することができる。
【００３６】
図５Ｂに示す排ガス浄化装置１２０では、コンテナ１５のハニカム触媒体９の後段に、傾斜面７を有した切り欠き部２の形成されたム構造体１００がＤＰＦ１８として設置されており、更に、排ガスと共に上流から流れ込みＤＰＦ１８の損耗の原因となる異物を捕集するための異物捕集ポケット１３が設けられ、ＤＰＦ１８の切り欠き部２を、異物を異物捕集ポケット１３へと逃がす誘導路として機能させている。このような構成とすることによって、流れ込む多くの異物を、ＤＰＦ１８の流入孔側端面１１に衝突させることなく、異物捕集ポケット１３へと回収することができる。この時ＤＰＦ１８は、図５Ａに示す排ガス浄化装置１１０と同様、排ガス浄化装置１２０が車体に搭載された際に切り欠き部２が排ガスの流れの上流側に面し、且つ排ガス浄化装置１２０の下側（地面側）を向くように位置決めされることが好ましい。
【００３７】
また、本発明の目封止ハニカム構造体１００は、限られたスペース内においてエロージョン抑制効果を発揮するだけでなく、図５Ｃに示すように、特殊な形状のコンテナ１５にも対応可能であるという利点を有する。例えば車体下部のように、利用できるスペースに制約がある場合には、排ガス浄化装置そのものを小さく設計すると同時に、車体に搭載後の排ガス浄化装置の周辺にデッドスペースを発生させないことも、省スペースの有効な手立てである。即ち、車体へ排ガス浄化装置を搭載させる際に、排ガス浄化装置のコンテナ形状をあらかじめ搭載箇所の空間形状に合わせて変形させておけば、無駄な空間が発生せず、限られたスペースを最大限に活用することができるが、そのためには、コンテナ形状にあわせた形状のハニカム構造体が必要となり、本発明の目封止ハニカム構造体１００が好適に用いられる。
【００３８】
図４は、傾斜面のない平坦な切り欠き部２を有した目封止ハニカム構造体の一例を模式的に示す斜視図である。図６は、図４に示すような切り欠き部２を有した目封止ハニカム構造体１５１の一例に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す断面図であり、図８は、本発明の目封止ハニカム構造体の一の実施形態に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す断面図である。このように切り欠き部２を設けることにより、エロージョンの問題を回避できる。ところが、この時、図６に示される目封止ハニカム構造体１５１においては、切り欠き部２の端部により排ガスには乱流が発生し、切り欠き部２の角部１４を避けるようにして流れるため、図６中、切り欠き部２の角部１４の下側に位置するセルには、排ガスが流れ込みにくくなる。従って、該セル５の隔壁へのＰＭの堆積が少なくなり、短セグメント１ｃ内におけるＰＭの堆積量が不均一になることがある。ＰＭの堆積量の不均一が増大すると思われる過酷な運転時には、堆積したＰＭを燃焼させてフィルタの再生処理を行う際に、ＰＭ堆積量の差から生じる熱応力の偏在が、クラックの発生へとつながる可能性がある。
【００３９】
図７は、ＤＰＦの再生処理を行う際に、図６中の切り欠き部２周辺にクラックが生じる様子を示す、切り欠き部周辺の一部拡大断面図である。図７に示すように、切り欠き部２において、平坦セグメント１ｂと、短セグメント１ｃとの間の多孔質の隔壁内へはＰＭの堆積が少なく、ＤＰＦの再生処理時における温度の不均衡の原因となる。またこのとき短セグメント１ｃに接しない領域５１と、接合材層３を介して切り欠き部を有した短セグメント１ｃに接する領域５２とに発生する熱応力の偏在により、クラック５０が発生するものと考えられる。
【００４０】
しかしながら、図８に示すような、切り欠き部２に傾斜面７を設けることにより、排ガスの整流作用を持たせることとなり、排ガスの乱流の発生と、それに伴うＰＭの堆積分布が不均一となることを抑制することができる。このため、平坦セグメントと１ｂ傾斜セグメント１ａの間の熱応力の偏在と、それに伴うクラックの発生を防ぐことができる。このような設計とすることによって、フィルタ面積の減少を最小限に抑え、使用時の排ガスの乱流によるスート堆積の偏在を調整し、圧力損失の増加を抑制することができる。
【００４１】
本発明の複数のハニカムセグメント１（１ａ，１ｂ）が接合材層３を介して一体的に接合されてなる接合型の目封止ハニカム構造体１００は、図１１及び図１２に示すように、傾斜セグメント１ａとされる予定の長目封止部２４の形成されたハニカムセグメント１を、長目封止部２４よりも深さの小さい目封止部２５の形成された平坦セグメント１ｂへ接合した後、ハニカムセグメント１の長目封止部形成側端部を所望の傾斜面と対応する形状に切削することで、製造することができる。尚、図１１は長目封止部形成側端部切削前の目封止ハニカム構造体を模式的に示す軸方向における部分断面図であり、図１２は、長目封止部形成側端部切削後の目封止ハニカム構造体を模式的に示す軸方向における部分断面図である。図１１及び図１２においては、作図の都合上、切り欠き部形成予定側と反対の端部における目封止部２５は図から捨象したが、いずれのハニカムセグメント１（１ａ，１ｂ）においても、隣接するセル５は互いに反対側となる流通端部において目封止されており、切り欠き部形成予定側と反対の端部においては、ハニカムセグメント１（１ａ，１ｂ）による目封止部深さの差異は無く、一定の深さを持つ目封止部２５が形成されている。
【００４２】
目封止部を形成するには、まず、乾燥後のハニカムセグメント１の一方の端面（切り欠き部形成予定側の端面）にマスクテープを貼着させ、目封止部形成予定箇所にのみ、レーザーによって孔を開け、平坦セグメント１ｂとなるものに関しては、ハニカムセグメント１のマスクの施された側の端部を０．５〜２．０ｍｍの範囲の深さの目封止スラリーに浸漬させ、目封止部２５を形成する。傾斜セグメント１ａとなるものに関しては、平坦セグメント１ｂとなるものと同様にして、ハニカムセグメント１のマスクの施された側の端部を所定の深さの目封止スラリーに浸漬させ、長目封止部２４を形成する。この時、浸漬させる目封止スラリーの深さは、求める目封止ハニカム構造体の切り欠き部２の深さや傾斜面７の勾配に応じて、適宜決定することができる。
【００４３】
更に、いずれのハニカムセグメント１においても、隣接するセル５が互いに反対側となる流通端部において目封止されるよう、他方の端面（切り欠き部形成予定側と反対の端面）にもマスクテープを貼着させ、目封止部形成予定箇所にのみ、レーザーによって孔を開け、その端部を、０．５〜２．０ｍｍの範囲の深さの目封止スラリーに浸漬させ、目封止部２５を形成する。次に、それぞれのハニカムセグメント１を所望の個数及び組み合わせに従って積み上げ、各ハニカムセグメント１の両端が揃うように互いに接合した後、加圧、乾燥し、ハニカムセグメント積層体３０を得る（図１６参照）。このとき、エロージョン抑制のための切り欠き部２を形成するという観点から、傾斜セグメント１ａがハニカム構造体の隅部を構成するように、傾斜セグメント１ａとなるハニカムセグメント１をハニカムセグメント積層体３０の角に配置することが好ましい（図１３参照）。また、複数の傾斜セグメント１ａによって切り欠き部２を形成する場合には、傾斜セグメント１ａとなる複数のハニカムセグメント１は、互いに隣接するように配置されることが好ましい（図１４参照）。尚、図１３は、本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態を切り欠き部形成方向から見た模式的正面図であり、図１４は、本発明の目封止ハニカム構造体の別の実施形態を切り欠き部形成方向から見た模式的正面図である。図１３及び図１４においては、作図の都合上、セル５、隔壁６、及び目封止部２５は図から捨象した。
【００４４】
次いで、得られたハニカムセグメント積層体３０に必要に応じて外周加工を施し、長目封止部２４の形成されたハニカムセグメント１の形成側端部（切り欠き部形成予定部）を、所望の傾斜面７に対応する形状で、長目封止部２４が所定の深さ残るようにエンドミル２６にて切削することによって、目封止部２７を有する傾斜セグメント１ａを形成し、所望の傾斜面７を有した目封止ハニカム構造体１００を得る。このような製造方法においては、接合、外周加工までは、従来の目封止ハニカム構造体１０３の製造方法における技術を用いることができるため好ましい。また、図１３、図１４にそれぞれ示すように、ハニカムセグメント積層体３０（図１６参照）に外周加工を施した後、外周壁４１を設けることが強度向上のため、好ましい。
【００４５】
また、複数のハニカムセグメント１（１ａ、１ｂ）が接合材層３を介して一体的に接合されてなる接合型の目封止ハニカム構造体１００は、傾斜セグメント１ａとして、あらかじめ傾斜面７が形成された傾斜セグメント１ａを、平坦セグメント１ｂへ接合し、必要に応じてその外周を加工することでも製造することができる。
【００４６】
まず、あらかじめ傾斜面７が作製された傾斜セグメント１ａ及び平坦セグメント１ｂの各接合面に接合材を塗布し、順次所望の個数及び組み合わせに従って積み上げ（図１５参照）、切り欠き部形成予定側と反対の端面が揃うように互いに接合した後、加圧、乾燥し、ハニカムセグメント積層体３０を得る（図１６参照）。この時、エロージョン抑制のための切り欠き部２を形成するという観点から、傾斜セグメント１ａがハニカム構造体１０６の隅部を構成するように、傾斜セグメント１ａをハニカムセグメント積層体３０の角に配置することが好ましい（図１３参照）。また、複数の傾斜セグメント１ａによって切り欠き部２を形成する場合には、複数の傾斜セグメント１ａは、互いに隣接するように配置されることが好ましい（図１４参照）。尚、図１５は、ハニカムセグメントを積み上げる工程を模式的に示す工程図であり、図１６は、ハニカムセグメント積層体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【００４７】
次いで、得られたハニカムセグメント積層体３０に必要に応じて外周加工を施し、所望の目封止ハニカム構造体１００を得る。このような製造方法においては、切削等の後工程を必要としないため、原料収率及びコストの点で好ましい。尚、この時傾斜セグメント１ａは、あらかじめ傾斜セグメント１ａに適した軸方向長さに作製したハニカムセグメント１に目封止部２５を形成することで作製してもよいが、平坦セグメント１ｂとなるハニカムセグメント１と同じ軸方向長さのハニカムセグメント１に長目封止部２４を形成し、長目封止部形成側端部を、ハニカムセグメント１全体が傾斜セグメント１ａに適した軸方向長さとなるように切断することで作製してもよい。
【００４８】
本発明の目封止ハニカム構造体の製造方法によれば、用途や目的に応じて、少なくとも一部に傾斜面を有し、所望の位置及び大きさに切り欠き部が形成された目封止ハニカム構造体を得ることができる。そのような目封止ハニカム構造体をＤＰＦとして用いると、浄化装置内の限られたスペースにおいてエロージョン抑制効果を発揮するほか、特殊な形状のコンテナにも対応可能である等、車載用フィルタとして、様々な効果を発揮する。更に、本発明の目封止ハニカム構造体の製造方法によれば、形状加工による浄化性能及び強度の低下が抑えられ、原料収率やコストの面でも優れた目封止ハニカム構造体を得ることができる。また更に、ＤＰＦ再生処理時のＰＭの堆積分布の偏在を抑制することにより、クラックの発生を防止することができる。
【００４９】
図６は、本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す断面図であり、図７は、本発明の目封止ハニカム構造体の別の実施形態に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す断面図である。この時、図６及び図７に示すように、排ガスは、切り欠き部の角部１４を避けるようにして流れるため、図６中、切り欠き部の角部１４の下側のセル５には、排ガスが流れ込みにくくなり、従って、該セル５の隔壁へのＰＭの堆積が少なくなり、ハニカムセグメント１内におけるＰＭの堆積量が不均一になることがある。その結果、堆積したＰＭを燃焼させてフィルタの再生処理を行う際に、ＰＭ堆積量の差から生じる熱応力の偏在が、クラックの発生へとつながる可能性がある。
【００５０】
そこで、本発明の目封止ハニカム構造体においては、図８に示すように、傾斜セグメント１ａは、当該目封止ハニカム構造体の外周部を構成するように配置されたものであり、傾斜セグメント１ａの傾斜開始点が形成された目封止ハニカム構造体の中心部側から目封止ハニカム構造体の外周部側へ、傾斜セグメント１ａの外周部側の軸方向長さが短くなるように傾斜する傾斜面とされている。すなわち、図８は、ハニカム構造体を軸方向に切断した断面図であり、傾斜セグメントの切り欠き部側の端部が傾斜面となっている。
【００５１】
当該目封止ハニカム構造体の外周部を構成するセグメント数のうち、傾斜セグメントの数は、１〜３個とすることが好ましい。傾斜セグメントの数は、１〜２個とすることが更に好ましい。また、傾斜セグメントが、２〜３個の場合、隣接するように設けられることが好ましい。例えば図１４の目封止ハニカム構造体１０７に示すように複数の傾斜セグメント１ａを隣接するように設けることが好ましい。傾斜セグメント１ａの数が複数である場合、傾斜面７はこの複数の傾斜セグメント１ａにまたがって連続した傾斜を有するように設けることが好ましい。
【００５２】
図９に示すように、前記傾斜面が開始する傾斜開始点は、前記接合面を少なくとも一部含むように形成され、前記傾斜開始点から前記ハニカム構造体の外周壁４１までの、前記傾斜開始点が形成された接合面に沿った直線の距離Ｌと前記傾斜面の高さＨとの比Ｈ／Ｌが０．０５〜１．５を満たすことが好ましい。
【００５３】
本発明の目封止ハニカム構造体において、傾斜面の構造は特に限定するものではなく、上述したよう乱流の発生に伴うＰＭの堆積分布の不均一を抑制できる整流効果を有する傾斜面であれば良い。例として、図１０Ａ〜１０Ｅに傾斜面の各実施形態を示す。図１０Ａ〜図１０Ｅは、それぞれハニカム構造体を軸方向にて傾斜面を含むように切断した断面図である。
【００５４】
図１０Ａは、目封止ハニカム構造体１００の傾斜セグメント１ａの中心部側面が、平坦セグメントの端面とほぼ一致しており、目封止ハニカム構造体の外周部側において、傾斜セグメントの軸方向８長さが短くなるように端面が傾斜面として形成されている。
【００５５】
図１０Ｂは、目封止ハニカム構造体１０１の傾斜セグメント１ａの目封止ハニカム構造体の中心部側における軸方向８長さが、平坦セグメントよりも短くなっており、さらに、目封止ハニカム構造体の外周部側へ向かって、傾斜セグメントの軸方向長さが短くなるように端面が傾斜面として形成されている。
【００５６】
図１０Ｃは、目封止ハニカム構造体１０２の傾斜セグメント１ａの目封止ハニカム構造体の中心部側における軸方向８長さが、平坦セグメントよりも短くなっており、平坦セグメントの端面と平行な平坦面を有し、さらに、外周部側面へ向かって、外周部側面において、傾斜セグメントの軸方向８長さが短くなるように端面が傾斜面として形成されている。
【００５７】
図１０Ｄは、目封止ハニカム構造体１０３の傾斜セグメント１ａの目封止ハニカム構造体の中心部側における軸方向８長さが、平坦セグメントよりも短くなっており、そこから外周部側が軸方向８長さが短くなるように傾斜面が形成され、さらに平坦セグメントの端面と平行な平坦面が外周部側面まで形成されている。
【００５８】
図１０Ｅは、目封止ハニカム構造体１０４の傾斜セグメント１ａの目封止ハニカム構造体の中心部側における軸方向８長さが、平坦セグメントよりも短くなっており、そこから傾斜面として外周部側面まで凹状の湾曲面が形成されている。この湾曲面は更に曲率が最大となる凹湾曲ノーズが目封止ハニカム構造体の中心部側に位置し、流線形状とされている。この湾曲面が流線形状となっているため、排ガスの乱流を防ぐ整流作用に優れている。
【００５９】
図１０Ｆは、目封止ハニカム構造体１０５の傾斜セグメント１ａの目封止ハニカム構造体１０５の中心部側における軸方向８長さが、平坦セグメントよりも短くなっており、そこから傾斜面として外周部側面まで凸状の湾曲面が形成されている。この湾曲面は更に曲率が最大となる凸湾曲ノーズが目封止ハニカム構造体の外周部側に位置し、流線形状とされている。この湾曲面が流線形状となっているため、排ガスの乱流を防ぐ整流作用に優れている。
【００６０】
本発明の目封止ハニカム構造体に上述した排ガス浄化用触媒成分を担持させたＤＰＦは、排ガス浄化装置内において、省スペース化を実現すると共にエロージョン抑制効果を持ちながらも、ＤＰＦ再生時の熱応力の分布を均等化する端部形状を持ち、過酷な運転条件下におけるＤＰＦ再生時再生限界低下、圧力損失増加等の問題も改善される。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６２】
実施例１〜実施例１２として、傾斜面のある傾斜セグメントを切り欠き部として有した目封止ハニカム構造体を作成した。また、比較例１、比較例２として、傾斜面がなく、軸方向の長さを短くした短セグメントを切り欠き部として有した目封止ハニカム構造体を作成した。これら目封止ハニカム構造体に対して、それぞれ３０ｇ／Ｌの触媒をコートしたものをＤＰＦとして用い、圧力損失試験および再生限界試験を行った。
【００６３】
各実施例、比較例で用いた目封止ハニカム構造体の切り欠き部を考慮しない全体的な外径寸法としては、目封止ハニカム構造体の軸方向の長さ：１５２ｍｍ、最外径の直径が１４４ｍｍの円柱状のものを使用した。
【００６４】
切り欠き部を構成するハニカムセグメントの位置と個数は、比較例１、実施例１〜６においては、図１３の目封止ハニカム構造体１０６の傾斜セグメント１ａと同じ位置となるように１個とした。また比較例２、実施例７〜１２において切り欠き部を構成するセグメントは、図１４の目封止ハニカム構造体１０７の外周部に隣接する２つの傾斜セグメント１ａと同じ位置となるように２個とした。各実施例、各比較例の寸法条件の詳細を、表１に示す。
【００６５】
【表１】
【００６６】
具体的なＤ，Ｌ，Ｈの寸法については、図２Ａ，図２Ｂ、図９に示すような接合面４２での断面図を用いて説明する。表１中、実施例におけるＤは目封止ハニカム構造体の流入孔側端面１１からの傾斜開始位置４０までの深さを示す。図４で示すような形状の、傾斜面７のない切り欠き部２を有した比較例１、２のように、傾斜面７がない切り欠き部２の場合は、切り欠き部２の流入孔側端面１１からの深さをＤとするものとする。表１中、Ｌは、傾斜開始位置４０から傾斜開始位置４０が形成された接合面４２に沿った目封止ハニカム構造体の外周壁４１までの距離を示すものとする。具体的には、図１３、１４で示されるような目封止ハニカム構造体１０６の流入孔側端面１１から見た平面図の傾斜セグメント１ａの辺長Ｌ，Ｌ’で２つの辺長のうち、短い方をＬとする。傾斜面のない切り欠き部２を短セグメント１ｃとして有した比較例１，２の場合は、図１３、図１４の傾斜セグメント１ａを、切り欠き部２が形成されたセグメント１ｃに置き換えた場合の外周壁までの辺長Ｌ，Ｌ’のうち、短い方の辺長をＬとする。傾斜面７の高低差Ｈとしては、図９に示すように、接合面４２における傾斜開始位置と、切り欠き部の底面までの高さを示すものとする。傾斜面のない比較例１，２については、高低差Ｈを０ｍｍとする。
【００６７】
各実施例、比較例で用いた目封止ハニカム構造体を構成するハニカムセグメントとして、軸方向に垂直な断面形状が、一辺の長さ３６ｍｍの正方形である四角柱状ハニカムセグメントを用いた。また、各実施例、比較例で用いた目封止ハニカム構造体として、切り欠き部を有するハニカムセグメントを角部に配置するようにした。平坦セグメントと、角部に配置した切り欠き部を有するハニカムセグメント（傾斜セグメント、短セグメント）とを合計１６個隣接し、接合面に接合材を塗布した接合材層を介して積層し、加圧しながら１４０℃にて２時間乾燥させることにより、ハニカムセグメント積層体を得た。更にこのハニカムセグメント積層体を円柱状に切削加工し、コーティング材を塗布し、７００℃で２時間乾燥硬化させ、目封止ハニカム構造体を得た。具体的には、以下に記載する。
【００６８】
ＳｉＣ粉末及び金属Ｓｉ粉末を８０：２０の質量割合で混合し、これに造孔材、有機バインダー、界面活性剤及び水を添加して、可塑性の坏土を得た。この坏土を押出成形し、乾燥させてハニカムセグメントとされるハニカム状成形体を得た。このハニカム状成形体を乾燥させた後、ハニカム状成形体を、大気雰囲気中、約４００℃で脱脂し、更に、Ａｒ雰囲気において約１４５０℃で焼成して、成形体中のＳｉＣ粒子をＳｉで結合させることにより、ハニカムセグメントを得た。
【００６９】
次いで、このハニカム状焼成体の外壁に下地材を塗布して、自然乾燥させ、隔壁の厚さが１２ｍｉｌ（３０５μｍ）、セル形状が正方形、セル密度が約４６．５セル／ｃｍ２（３００セル／平方インチ）、断面形状が一辺３６ｍｍの正方形、軸方向の長さが１５２ｍｍである四角柱状のハニカムセグメントを得た。下地材は、ＳｉＣ粉末、シリカゾル水溶液及び水を混合したものである。
【００７０】
実施例１〜１２で使用した切り欠き部を構成する傾斜セグメントとしては、後述するような所望の傾斜面とするため、上述した四角柱状のハニカムセグメントをエンドミルで切削加工することにより製作した。比較例１、２で使用した切り欠き部を有した短セグメントとしては、上述した平坦セグメントを、切削加工により、軸方向の長さを１２２ｍｍとした以外は、同様の製造方法で製作した。
【００７１】
［目封止用スラリーの調製］炭化珪素粉末及び金属珪素粉末を７５：２５の質量割合で混合し、これにメチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルメチルセルロース、焼結助剤、造孔材及び水を添加して混練し、目封止用スラリーを得た。焼結助剤として、炭酸ストロンチウムを用いた。造孔材として、発泡樹脂を用いた。
【００７２】
［目封止ハニカムセグメントの作製］平坦セグメント、短セグメント及び傾斜セグメントの一の端面のセルの開口に、市松模様状（千鳥模様状）に交互にマスクを施した。具体的には、ハニカム構造体の一の端面全体に粘着性フィルムを貼着し、その粘着性フィルムのうち目封止部を形成したいセルに相当する部分のみをレーザによって穴を開けた。そして、マスクを施した端面の側を、容器に入れた目封止用スラリーに浸漬し、穴に対応した位置のセル内に目封止用スラリーを充填した。このとき、傾斜セグメントについては、目封止用スラリーの液面と、傾斜面とが平行である状態でこの液面に浸漬し、目封止用スラリーを充填した。他の端面については、一の端面において目封止部を形成しなかったセルが、開けた穴に対応した位置になるように、同様にして、フィルムでマスクを施し、マスクを施した端面の側を炭化珪素を含有する目封止用スラリーに浸漬し、穴に対応した位置のセル内に目封止用スラリーを充填した。その後、目封止用スラリーを充填したハニカムセグメントを熱風乾燥機で乾燥した。
【００７３】
［ハニカムセグメント接合体の作製］次に、各ハニカムセグメントの周面に、アルミノシリケートファイバ、コロイダルシリカ、ポリビニルアルコール、及び炭化珪素を混練してなる接合用スラリーを塗布し、平坦セグメントと、切り欠き部を有したハニカムセグメントとを互いに組み付けて圧着した後、加熱乾燥して、全体形状が四角柱状のハニカムセグメント接合体を得た。
【００７４】
そして、そのハニカムセグメント接合体を、円柱形状に研削加工した後、その周面を、ハニカムセグメント成形体と同材料からなる外周コート層で被覆し、乾燥により硬化させ、セグメント構造を有する円柱形状の目封止ハニカム構造体を得た。
【００７５】
（評価）
圧力損失測定試験：
排気量２０００ｃｃの直噴ターボ付きディーゼルエンジン（ＴＤＩ）を使用して排ガスを発生させ、圧力損失試験を行った。表１の各比較例、実施例に示すような目封止ハニカム構造体に３０ｇ／Ｌの触媒をコートしたものをＤＰＦとして用いた。この各ＤＰＦに対してスートをスス堆積量を８ｇ／Ｌ堆積させた。エンジン回転数を３０００ｒｐｍ、エンジントルクを５０Ｎｍ、ガス流量３．５〜４．５ｍ３／ｍｉｎとして、排ガス温度２５０〜３５０℃の条件下で、ＤＰＦにススを堆積させていき、スス堆積量との関係においてＤＰＦの排ガス流通方向前後における圧力損失を測定した。圧力損失は、ススを８ｇ／Ｌまで堆積させた時点での各圧力損失値（ｋＰａ）を用い、比較例１の圧力損失値（ｋＰａ）を基準とした場合の実施例１〜６の圧力損失変化率［％］および、比較例２の圧力損失値（ｋＰａ）を基準とした場合の実施例７〜１２の圧力損失変化率［％］の結果を表１に示した。
【００７６】
再生限界試験：
切り欠き部の傾斜面の有無や、傾斜面の位置、寸法等の条件を変化させて、切り欠き部を下方とした状態で試験を行う。表１の各比較例、実施例に示すような目封止ハニカム構造体に３０ｇ／Ｌの触媒をコートしたものをＤＰＦとして用いた。順次、スス（ＰＭ）の堆積量を増加させてフィルタの再生（ＰＭの燃焼）を行い、クラックが発生する限界を確認した（ＰＭ量ステップアップ再生試験）。排気量２０００ｃｃの直噴ターボ付きディーゼルエンジン（ＴＤＩ）を使用し、エンジン回転数を２０００ｒｐｍ、エンジントルクを６０Ｎｍに保った状態で、ＤＰＦにスートを堆積させた。次に、ポストインジェクションによって、ＤＰＦの入口におけるガス温度を６５０℃まで昇温させ、ＤＰＦの前後の圧力損失が落ち始めたところで、エンジン運転条件をアイドル状態とし、同時にポストインジェクションを停止した。この後、高酸素濃度と低排気流量によって、ＤＰＦの内部温度が急上昇した。ＤＰＦへの堆積スート量を変化させていき、ＤＰＦ出口端面にクラックが発生するスート量の比較を行った。クラック発生の有無は、ＤＰＦの軸方向に垂直な断面方向に分断されるリングオフクラックの発生有無をＣＴスキャンを用いて観察した。ＤＰＦ出口端面にクラックが発生した際のスート量をそのＤＰＦの再生限界値とした。比較例１のクラック発生時のスス堆積量（ｇ／Ｌ）を基準値とした場合の実施例１〜６の基準値との差（ｇ／Ｌ）および、比較例２のクラック発生時のスス堆積量（ｇ／Ｌ）を基準値とした場合の実施例７〜１２の基準値との差（ｇ／Ｌ）の結果を表１に示した。
【００７７】
比較例１、２として、図４に示すような傾斜面のない短セグメント１ｃを有した目封止ハニカム構造体１５１を用いて、再生限界試験を行った。具体的には、表１に示すような寸法のものを使用した。比較例１と実施例１〜６はＬを２０ｍｍとし、比較例２と実施例７〜１２はＬを３６ｍｍとし、その他の条件を変化させ、上述した圧力損失試験、再生限界試験を行った。
【００７８】
圧力損失試験、再生限界試験の結果、実施例１〜１２の傾斜面を有した切り欠き部を設けた目封止ハニカム構造体を用いた場合においては、傾斜面のない平坦な切り欠き部を有した目封止ハニカム構造体を用いた比較例１および比較例２と比較して、圧力損失の低下や、再生限界の向上等が見られた。
【００７９】
更に、実施例６においては、図１に示すように、傾斜面７の開始位置４０が目封止ハニカム構造体１００の流入孔端面１１にあり、このときの損失係数が最小となり、再生限界試験でのスス堆積量も最大となった。
【００８０】
このように、各実施例において示されたように、傾斜面の高さＨとの比をＨ／Ｌが０．０５〜１．５とすることが好ましい。このような値とすることによって、切り欠き部を備えたことによるエロージョン抑制効果及びサイズダウンを両立しつつも、切り欠き部での乱流の発生を防ぎ、ＤＰＦ再生時の再生限界低下、圧力損失増加等の問題も改善されることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の目封止ハニカム構造体及びそれを用いたＤＰＦは、排ガス浄化装置内において、省スペース化を実現すると共にエロージョン抑制効果を持ちながらも、ＤＰＦ再生時の熱応力の分布を均等化する端部形状を持ち、過酷な運転条件下におけるＤＰＦ再生時再生限界低下、圧力損失増加等の問題も改善されるため、産業上の利用可能性が大なるものである。
【符号の説明】
【００８２】
１：ハニカムセグメント、１ａ：傾斜セグメント、１ｂ：平坦セグメント、１ｃ：短セグメント、２：切り欠き部、３：接合材層、４：平坦面、５：セル、６：隔壁、７：傾斜面、８：軸方向、９：ハニカム触媒体、１１：流入孔側端面、１２：流出孔側端面、１３：異物捕集ポケット、１４：切り欠き部の角部、１５：コンテナ、１８：ＤＰＦ、２４：長目封止部、２５：目封止部、２６：エンドミル、２７：長目封止部。３０：ハニカムセグメント積層体、４０：傾斜開始位置、４１：外周壁、４２：接合面、５０：クラック、５１：領域、５２：領域、１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７：目封止ハニカム構造体、１１０，１２０，１３０：排ガス浄化装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質の隔壁により区画された流体の流路となる複数のセルを有し、隣接する前記セルが互いに反対側となる一方の端部において目封止された複数のハニカムセグメントからなり、複数の前記ハニカムセグメントが互いに隣接され、隣接する複数の前記ハニカムセグメントどうしの接合面において接合材層を介して一体的に接合されたディーゼルパティキュレートフィルタ用の目封止ハニカム構造体であって、
当該目封止ハニカム構造体の外周側に配置された前記ハニカムセグメントの少なくとも一部が、前記流体の流入孔側端面に、当該目封止ハニカム構造体の中心側から外周側に向かって当該目封止ハニカム構造体の軸方向の長さが減少するように傾斜した傾斜面を少なくとも一部有した傾斜セグメントとされた目封止ハニカム構造体。
【請求項２】
前記傾斜面が開始する傾斜開始位置は、前記接合面に形成され、
前記傾斜開始位置から前記傾斜開始位置が形成された前記接合面に沿った前記ハニカム構造体の外周壁までの距離Ｌと前記傾斜面の高さＨとの比Ｈ／Ｌが０．０５〜１．５の範囲である請求項１に記載の目封止ハニカム構造体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の目封止ハニカム構造体に排ガス浄化用触媒成分を担持させたディーゼルパティキュレートフィルタ。
【請求項１】
多孔質の隔壁により区画された流体の流路となる複数のセルを有し、隣接する前記セルが互いに反対側となる一方の端部において目封止された複数のハニカムセグメントからなり、複数の前記ハニカムセグメントが互いに隣接され、隣接する複数の前記ハニカムセグメントどうしの接合面において接合材層を介して一体的に接合されたディーゼルパティキュレートフィルタ用の目封止ハニカム構造体であって、
当該目封止ハニカム構造体の外周側に配置された前記ハニカムセグメントの少なくとも一部が、前記流体の流入孔側端面に、当該目封止ハニカム構造体の中心側から外周側に向かって当該目封止ハニカム構造体の軸方向の長さが減少するように傾斜した傾斜面を少なくとも一部有した傾斜セグメントとされた目封止ハニカム構造体。
【請求項２】
前記傾斜面が開始する傾斜開始位置は、前記接合面に形成され、
前記傾斜開始位置から前記傾斜開始位置が形成された前記接合面に沿った前記ハニカム構造体の外周壁までの距離Ｌと前記傾斜面の高さＨとの比Ｈ／Ｌが０．０５〜１．５の範囲である請求項１に記載の目封止ハニカム構造体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の目封止ハニカム構造体に排ガス浄化用触媒成分を担持させたディーゼルパティキュレートフィルタ。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１０Ｅ】
【図１０Ｆ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１０Ｅ】
【図１０Ｆ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−２３４３３３（Ｐ２０１０−２３４３３３Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８７４５１（Ｐ２００９−８７４５１）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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