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JP5409035B2 - ハニカム構造体 - Google Patents
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Description

本発明は、ハニカム構造体に関し、さらに詳しくは、有効フィルタ面積が大きく、流体が透過するときの圧力損失が小さいハニカム構造体に関する。
自動車用エンジン、建設機械用エンジン、産業機械用定置エンジン等の内燃機関、その他の燃焼機器等から排出される排ガス中の粒子状物質は、環境への影響を考慮して排ガス中から除去する必要性が高まっている。そこで、セラミック等で作製されたハニカム構造体が、粒子状物質を除去するフィルタ(ディーゼルパティキュレートフィルタ:DPF)として広く用いられている。DPFとしては、例えば、流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を備え、一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封止された所定のセル(所定のセル)と、一方の端部が目封止され且つ他方の端部が開口された残余のセル(残余のセル)とが交互に配設された構造のものが用いられている。そして、使用時には、DPFの上記残余のセルが開口する上記他方の端部から流体(排ガス)を流入させ、流入した排ガスを、隔壁を透過させて上記所定のセル内に透過流体として流出させ、透過流体を所定のセルが開口する上記一方の端部から流出させることにより、排ガス中の粒子状物質を隔壁で捕集除去するものである。
そして、通常、DPFは、捕集した粒子状物質を燃焼除去することにより再生しながら、継続的に使用されている。しかし、再生時の熱衝撃により、目封止部周辺においてクラックが発生することがあるという問題があった。
これに対し、目封止部の流路側表面に、隔壁との接触角が1°以上90°未満の凹部を設けることにより、目封止部と隔壁とを密着させ、高温にさらされても熱衝撃によるクラックが発生しないようにしようするセラミックハニカムフィルタが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−248311号公報
しかし、目封止部の流路側(セルの内側)表面に凹部を設けると、粒子状物質が堆積する前の状態において、窪んだ部分に排ガスが滞留し、それによりDPFの圧力損失が大きくなることがあるという問題があった。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、有効フィルタ面積が大きく、流体が透過するときの圧力損失が小さいハニカム構造体を提供することを特徴とする。
本発明によって以下のハニカム構造体が提供される。
[1] 一方の端面から他方の端面まで貫通し流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム形状の多孔質基材と、前記一方の端面における所定の前記セルの開口部、及び前記他方の端面における残余の前記セルの開口部を塞ぐように配設された多孔質の目封止部とを備え、少なくとも一方の前記端面に配設された前記目封止部が、セルの内側に開口するとともにセルの開口部を塞ぐ有底筒状であり、前記有底筒状の目封止部の断面において、空間部の先端部分から、前記有底筒状の目封止部の開口している側の端部までの長さの平均値を、前記有底筒状の目封止部の筒状の部分である筒状部の中心軸方向長さHaとした際に、前記空間部の先端部分から、前記有底筒状の目封止部の開口する側の端部に向かって0.2Haの位置、0.5Haの位置及び0.8Haの位置、における筒状部の壁の厚さT1,T2及びT3を測定し、前記T1,T2及びT3を平均した値を前記筒状部の壁の平均厚さTとする際に、前記筒状部の壁の平均厚さが、中心軸に直行する断面におけるセルの幅の0.1〜0.3倍であり、前記筒状部の中心軸方向の長さが前記目封止部の中心軸方向の長さの0.3〜0.8倍であり、
前記有底筒状の目封止部の、当該目封止部の中心軸を含む断面における、前記目封止部内に形成された空間部の先端部分が、半径0.5mm以上の外側に凸の円弧状であるハニカム構造体。
[2] 前記一方の端面側に配設された有底筒状の目封止部の気孔率が30〜60%である[1]に記載のハニカム構造体。
[3] 前記一方の端面側に配設された有底筒状の目封止部の平均細孔径が0.1〜10μmである[1]又は[2]に記載のハニカム構造体。
本発明のハニカム構造体は、目封止部が多孔質であり少なくとも一方の端面に配設された有底筒状の目封止部の筒状の部分である筒状部の壁の平均厚さが、中心軸に直行する断面におけるセルの幅の0.1〜0.3倍であり、筒状部の中心軸方向の長さが目封止部の中心軸方向の長さの0.3〜0.8倍であるため、上記目封止部が配設された側の端面を流体(排ガス等)の出口側の端面とすることにより、目封止部もフィルタとして機能し、有効フィルタ面積が大きくなるとともに、流体を透過させるときの圧力損失を低下させることが可能となる。また、有底筒状の目封止部の、当該目封止部の中心軸を含む断面における、目封止部内に形成された空間部の先端部分が、半径0.5mm以上の外側に凸の円弧状であるため、フィルタ再生時に発生する熱応力を緩和する効果を奏する。この熱応力緩和効果は、流体の出口側端面だけでなく、両端面において効果がある。
本発明の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。 本発明のハニカム構造体の一実施形態の、中心軸方向に平行な断面を示す模式図である。 図1Bの領域Aを拡大した模式図である。 本発明のハニカム構造体の一実施形態を構成する有底筒状の目封止部の、当該目封止部の中心軸を含む平面で切断した断面を示す模式図である。 本発明のハニカム構造体の一の実施形態の有底筒状の目封止部の断面を示す模式図である。 本発明のハニカム構造体の一の実施形態の有底筒状の目封止部の断面を示す模式図である。
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
図1A、図1B及び図2に示すように、本発明のハニカム構造体の一実施形態は、一方の端面11から他方の端面12まで貫通し流体の流路となる複数のセル2を区画形成する多孔質の隔壁3を有するハニカム形状の多孔質基材1と、一方の端面11における所定のセル2の開口部、及び他方の端面12における残余のセル2の開口部を塞ぐように配設された多孔質の目封止部21とを備え、一方の端面11側に配設された目封止部21が、セル2の内側に開口するとともにセルの開口部を塞ぐ有底筒状であり、有底筒状の目封止部21の筒状の部分である筒状部22の壁の平均厚さ(筒状部22の壁の厚さTの平均値)が、中心軸に直行する断面におけるセル2の幅Wの0.1〜0.3倍であり、筒状部22の中心軸方向の長さHaが目封止部21の中心軸方向の長さHbの0.3〜0.8倍であり、有底筒状の目封止部21の、当該目封止部21の中心軸を含む断面における、目封止部21の筒状部22内の空間部24の先端部分24aが、半径(空間部の先端部分の半径R)0.5mm以上の外側に凸の円弧状である。尚、一方の端面だけでなく、両端面に有底筒状の目封止部が形成されていてもよい。有底筒状の目封止部21は、図3に示すように、筒状の部分である筒状部22と筒状部22の一方の端部を塞ぐ底部23により構成されている。図1Aは、本発明の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1Bは、本発明のハニカム構造体の一実施形態の、中心軸方向に平行な断面を示す模式図である。図2は、図1Bの領域Aを拡大した模式図である。図3は、本発明のハニカム構造体の一実施形態を構成する有底筒状の目封止部21の、当該目封止部の中心軸を含む平面で切断した断面を示す模式図である。
図1A、図1B及び図2に示すように、本実施形態のハニカム構造体は、一方の端面11側に配設された目封止部21が、セル2の内側に開口するとともにセルの開口部を塞ぐ有底筒状である。本実施形体のハニカム構造体を排ガスの浄化等に使用するときには、上記一方の端面11が流体(排ガス等)の流出側の面となるようにする。目封止部21は、セル2の内側に開口するとともにセルの開口部を塞ぐ有底筒状であるが、「有底筒状の目封止部21が、セル2の内側に開口するとともにセルの開口部を塞ぐ状態」であるとは、図1B及び図2に示すように、筒状部22の一方の端部が底部23により塞がれた構造の有底筒状の目封止部21が、筒状部22の開口部がハニカム構造体の内側を向き、底部23がハニカム構造体の一方の端面11側に位置するように配置された状態を意味する。また、有底筒状の目封止部21が、セル2の内側に向かって開口するということもできる。
本実施形態のハニカム構造体は、目封止部21の筒状部22の中心軸方向の長さが目封止部21の中心軸方向の長さの0.3〜0.8倍であり、製造の容易さの点で0.4〜0.7倍が好ましい。0.3倍より短いと、圧力損失が低減しないため好ましくない。また、0.8倍より長いと、DPFとして用いた時に、再生時にクラックが発生し易くなるため好ましくない。筒状部22の中心軸方向の長さは、一つのハニカム構造体内でランダムに10点の有底筒状の目封止部を選び出し、各目封止部をセルの中心軸を通る平面でセル壁の中心(セルの幅における中心)に沿って切断した断面において顕微鏡観察を行って測定する。図4に示すように、顕微鏡観察された各有底筒状の目封止部21の断面において、空間部24の先端部分24aから、有底筒状の目封止部の開口している側の端部までの長さをHa’とする。顕微鏡観察された有底筒状の目封止部においては、一つの有底筒状の目封止部について、隔壁に沿った2つの筒状部22の断面が観察されるが、これら2つの筒状部22の上記長さHa’が異なる場合は、これら2つについての平均値をこの有底筒状の目封止部の筒状部22の中心軸方向長さHa’とする。そして、選び出した10点の有底筒状の目封止部の筒状部22の中心軸方向の長さHa’の平均を取って、筒状部22の中心軸方向の長さHa(図2参照)とする。また、目封止部21の中心軸方向の長さは1〜15mmが好ましく、2〜10mmが更に好ましい。1mmより短いと、構造的に強度が低くなりクラック等が発生しやすくなり好ましくない。また、15mmより長いと、DPFとしての圧力損失が高くなるため好ましくない。目封止部21の中心軸方向の長さの測定についても、測定箇所として、底部23側の端面から有底筒状の目封止部の開口している側の端部までを測定すること以外は、上記筒状部22の中心軸方向の長さの測定と同様に行う。図4は本発明のハニカム構造体の一の実施形態の有底筒状の目封止部の断面を示す模式図である。
本実施形態のハニカム構造体は、有底筒状の目封止部21の筒状の部分である筒状部22の壁の平均厚さ(厚さTの平均値)は、中心軸に直行する断面におけるセルの幅の0.1〜0.3倍であり、製造の容易さの点で0.2〜0.3倍が好ましい。0.1倍より薄いと、目封止部の剛性が低下するため好ましくない。0.2倍より薄い場合は、目封部の乾燥時に高温で乾燥する必要があるが、ハニカム構造体及び目封止部に大きな熱応力がかかりクラック等の不良が発生しやすくなることがある。また、目封止部を形成するときに用いる目封止スラリーの粘度を低下させる手段もあるが、目封止スラリーの保形成が低下して目封止スラリーをセル内に保持できなくなるため好ましくない。また、0.3倍より厚いと、DPFとして用いた時に、再生時にクラックが発生し易くなるため好ましくない。筒状部22の壁の平均厚さは、一つのハニカム構造体内でランダムに10点の有底筒状の目封止部を選び出し、各目封止部をセルの中心軸を通る平面でセル壁の中心(セルの幅における中心)に沿って切断した断面において顕微鏡観察を行って測定する。図4に示すように、顕微鏡観察された各有底筒状の目封止部21の断面において、空間部の先端部分24aから、有底筒状の目封止部の開口する側の端部に向かって0.2Ha’の位置、0.5Ha’の位置及び0.8Ha’の位置、における筒状部22の壁の厚さT1,T2及びT3を測定する。そしてT1,T2及びT3を平均した値をT’とする。一つの有底筒状の目封止部について、隔壁に沿った2つの筒状部22の断面が観察されるが、これら2つの筒状部22の断面についてそれぞれ上記T’を算出して、算出された2つのT’を平均した値を筒状部の壁の厚さTとする。そして、選び出した10点の有底筒状の目封止部について筒状部の壁の厚さTを測定し、得られた10の筒状部の壁の厚さTを平均した値を筒状部22の壁の平均厚さとする。尚、上記「空間部の先端部分24aから、有底筒状の目封止部の開口する側の端部に向かって0.2Ha’の位置、0.5Ha’の位置及び0.8Ha’の位置」における「Ha’」は、「空間部24の先端部分24aから、有底筒状の目封止部の開口している側の端部までの長さ」である。
有底筒状の目封止部21の、当該目封止部21の中心軸を含む断面における、目封止部21内に形成された空間部24の先端部分24aが、半径Rが0.5mm以上の外側に凸の円弧状であり、製造の容易さの点で半径Rが0.5〜3.0mmの外側に凸の円弧状であることが好ましい。半径Rが0.5mmより小さいと、DPFとして用いた時に、再生時にクラックが発生し易くなるため好ましくない。目封止部21に形成された空間部24とは、有底筒状の内部空間のことである。空間部24の先端部分24aとは、有底筒状の内部空間形状における、底部23側の先端部分のことである。また、「空間部24の先端部分24aが外側に凸の円弧状である」とは、空間部24の先端部分24aが、底部23側に向かって凸になった円弧状のことである。空間部24の先端部分24aは、外側に凸の完全な円弧であることが好ましいが、完全な円弧である必要はない。空間部24の先端部分24aは、鋭角の部位が存在しない形状であればよい。そして、完全な円弧でない形状の場合、半径Rは、先端部分24a表面において均等に5点の点を選びそれらを元にして二次元画像処理によって円弧近似を行った際の円弧の半径として定義される。空間部24の先端部分24aが完全な円弧である場合、半径Rは、断面形状の顕微鏡撮影画像を二次元画像測定機にて円弧近似処理を行い算出された値である。
本実施形態のハニカム構造体において、目封止部21は、その平均細孔径が、0.1〜10μmであることが好ましく、1〜10μmであることが更に好ましい。平均細孔径が10μmより大きいと、粒子状物質が細孔内に侵入し細孔を塞ぐような状態となり、圧力損失が増大することがある。目封止部21の平均細孔径が0.1μmより小さいと、排ガスが通過し難くなり圧力損失が増大することがある。目封止部21の平均細孔径は水銀ポロシメーターで測定した値である。
目封止部21の気孔率は、30〜60%であることが好ましく、35〜55%であることが更に好ましい。30%より小さいと、圧力損失が増大し排ガスの処理量が低下することがあり、60%より大きいと目封止部21が脆くなり欠落し易くなる、また強度が低下するためDPF再生時に発生する熱応力によりクラックが発生しやすくなる恐れがある。目封止部21の気孔率は、水銀ポロシメーターで測定した値である。目封止部21は、上記のような平均細孔径及び気孔率であるため、フィルタとして機能することができ、これにより有効フィルタ面積が大きくなる。
本実施形態のハニカム構造体100は、一方の端部に目封止部21が形成されたセル2と、他方の端部に目封止部21が形成されたセル2とが交互に配設され、各端面が目封止されたセルと目封止(封止)されていないセルとにより市松模様が形成されたものであることが好ましい。
目封止部21を形成する材料としては、セラミックスを主成分とする材料を好適例として挙げることができる。具体的には、セラミックスを主成分とする材料からなるものである場合、セラミックスとしては、炭化珪素、コージェライト、アルミナタイタネート、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ、シリカ、及びLAS(リチウムアルミニウムシリケート)又はこれらを組み合わせたものを好適例として挙げることができる。特に、炭化珪素、コージェライト、ムライト、窒化珪素、アルミナ、アルミナタイタネート等のセラミックスが、耐アルカリ特性上好適である。中でも酸化物系のセラミックスは、コストの点でも好ましい。熱衝撃に優れる点で、多孔質基材と同材質が特に好ましい。
本実施形態のハニカム構造体100において、多孔質基材1は、流体の流路となる複数のセル2を区画形成する多孔質の隔壁3を有するハニカム形状であり、隔壁3の平均細孔径が、5〜30μmであることが好ましく、10〜25μmであることが更に好ましい。5μmより小さいと、粒子状物質の堆積が少ない場合でも圧力損失が増大することがあり、30μmより大きいとハニカム構造体100が脆くなり欠落し易くなることがあったり、スス捕集性能が低下する恐れがある。隔壁3の平均細孔径は、水銀ポロシメーターで測定した値である。
隔壁3の気孔率は、30〜70%であることが好ましく、製造の容易さの点で40〜60%であることが更に好ましい。30%より小さいと、圧力損失が増大することがあり、70%より大きいとハニカム構造体100が脆くなり欠落し易くなることがある。隔壁3の気孔率は、水銀ポロシメーターにより測定した値である。
隔壁3の厚さは、0.20〜0.50mmであることが好ましく、製造の容易さの点で0.25〜0.45mmであることが更に好ましい。0.20mmより薄いと、ハニカム構造体100の強度が低下することがあり、0.50mmより厚いと、排ガスがセル内を通過するときの圧力損失が大きくなることがある。隔壁3の厚さは、軸方向断面を顕微鏡観察する方法で測定した値である。
ハニカム構造体100(多孔質基材1)の中心軸に直交する断面のセル密度は、6〜600cpsi(0.9〜93セル/cm)であることが好ましく、50〜400cpsi(7.8〜62セル/cm)であることが更に好ましい。0.9セル/cmより小さいと、ハニカム構造体100の強度が低下することがあり、93セル/cmより大きいと、圧力損失が大きくなることがある。
ハニカム構造体100のセル形状は特に限定されないが、中心軸に直交する断面において、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形、円形、又は楕円形であることが好ましく、その他不定形であってもよい。
本実施の形態の多孔質基材1(隔壁3)を構成する材料としては、セラミックスを主成分とする材料等を好適例として挙げることができる。具体的には、セラミックスを主成分とする材料からなるものである場合、セラミックスとしては、炭化珪素、コージェライト、アルミナタイタネート、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ、シリカ、及びLAS(リチウムアルミニウムシリケート)又はこれらを組み合わせたものを好適例として挙げることができる。特に、炭化珪素、コージェライト、ムライト、窒化珪素、アルミナ、アルミナタイタネート等のセラミックスが、耐アルカリ特性上好適である。中でも酸化物系のセラミックスは、コストの点でも好ましい。
ハニカム構造体100の外形としては、特に限定されないが、円筒形、楕円筒形、四角筒形等の底面多角形の筒形状、底面不定形の筒形状等を挙げることができる。また、ハニカム構造体の大きさは、特に限定されないが、中心軸方向長さが40〜500mmが好ましい。また、例えば、ハニカム構造体100の外形が円筒状の場合、その底面の半径が50〜500mmであることが好ましい。
また、ハニカム構造体100は、その最外周に位置する外周壁を有してもよい。なお、外周壁は、成形時に多孔質基材と一体的に形成させる成形一体壁であることが好ましいが、成形後に、多孔質基材の外周を研削して所定形状とし、セメント等で外周壁を形成するセメントコート壁であることも好ましい態様である。
本実施形態のハニカム構造体100は、セル2内の隔壁3の表面及び/又は内部に、粒子状物質を燃焼除去するための触媒が担持されていることが好ましい。隔壁3の表面及び/又は内部に触媒を担持することにより、隔壁3に捕集された粒子状物質を効果的に燃焼除去することが可能となる。
隔壁3に担持される触媒の具体例としては、ディーゼルエンジン排ガス浄化用の酸化触媒を挙げることができる。ディーゼルエンジン排ガス浄化用の酸化触媒には、貴金属が含有される。この貴金属としては、Pt、Rh、及びPdからなる群より選択される一種以上が好ましい。なお、貴金属の合計量を、ハニカム構造体の体積1リットル当り、0.17〜7.07gとすることが好ましい。NO選択還元用SCR触媒、NO吸蔵触媒と併用することもできる。
NO選択還元用SCR触媒は、金属置換ゼオライト、バナジウム、チタニア、酸化タングステン、銀、及びアルミナからなる群より選択される少なくとも一種を含有するものである。NO吸蔵触媒には、アルカリ金属、及び/又はアルカリ土類金属が含有される。アルカリ金属としては、K、Na、Liを挙げることができる。アルカリ土類金属としては、Caを挙げることができる。なお、K、Na、Li、及びCaの合計量を、ハニカム構造体の体積1リットル当り、5g以上とすることが好ましい。
また、本発明のハニカム構造体は、複数のハニカム構造体をそれぞれの側面で接合させた接合型のハニカム構造体であってもよい。
次に、本発明のハニカム構造体の一実施形態の製造方法について説明する。本実施形態のハニカム構造体は、例えば、以下のような方法により製造することができるが、本実施形態のハニカム構造体を製造する方法は、以下の方法に限定されることはない。
本発明のハニカム構造体を構成する多孔質基材(ハニカム成形体)は、例えば、従来公知のディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)の製造方法に準拠して製造することができる。例えば、まず成形原料を混練して坏土とし、得られた坏土をハニカム形状に成形することが好ましい。成形原料を混練して坏土を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、ニーダー、真空土練機等を用いる方法を挙げることができる。坏土を成形してハニカム成形体を形成する方法としては特に制限はなく、押出成形、射出成形等の従来公知の成形方法を用いることができる。例えば、所望のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形してハニカム成形体を形成する方法等を好適例として挙げることができる。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。
成形原料は、セラミック原料に分散媒及び添加剤を加えたものであり、添加剤としては、有機バインダ、無機バインダ、造孔材、界面活性剤等を挙げることができる。
使用するセラミック原料(骨材粒子)の粒子径及び配合量、並びに添加する造孔材の粒子径及び配合量を調整することにより、所望の気孔率、平均細孔径の多孔質基材を得ることができる。
上記成形後に、得られたハニカム成形体を乾燥してもよい。乾燥方法は、特に限定されるものではないが、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等を挙げることができ、なかでも、誘電乾燥、マイクロ波乾燥又は熱風乾燥を単独で又は組合せて行うことが好ましい。また、乾燥条件としては、乾燥温度30〜150℃、乾燥時間1分〜2時間とすることが好ましい。
次に、得られたハニカム成形体の両端面を目封止することが好ましい。目封止の方法は特に限定されないが、例えば、まずハニカム成形体の一方の端面に、セルの開口部を交互に塞ぐように市松模様状にマスクを施す。マスクの施し方は市松模様状でなくてもよい。そして、セラミック原料、水またはアルコール、及び有機バインダを含む目封止スラリーを、貯留容器に貯留しておく。セラミック原料としては、上記ハニカム成形体に用いられるセラミック原料と同じであることが好ましい。セラミック原料は、目封止スラリー全体の70〜90質量%であることが好ましい。また、水又はアルコールは、目封止スラリー全体の10〜30質量%であることが好ましく、有機バインダは、目封止スラリー全体の0.1〜2.0質量%であることが好ましい。有機バインダとしては、ヒドロキシプロポキシルメチルセルロース、メチルセルロース等が挙げられる。そして、上記マスクを施した側の端部を、貯留容器中に浸漬して、マスクを施していないセルの開口部に目封止スラリーを充填して目封止部を形成する。
ここで、ハニカム成形体の両端面に目封止部を形成するときには、少なくとも一方の端面に有底筒状の目封止部を形成する。そして、有底筒状の目封止部を形成するためには、上記目封止スラリーの粘度を150〜550Pa・sとすることが好ましく、200〜500Pa・sとすることが更に好ましい。目封止スラリーの粘度をこのような範囲とすることにより、上記一方の端部に充填された目封止スラリーを乾燥させるときに、充填された目封止スラリーのセルの内側を向く面(ハニカム成形体の内側を向く面であって、開口部が形成される面)が、乾燥が進むに従って陥没していき、最終的に有底筒状の目封止部を得ることができる。これは、乾燥の際に、目封止スラリーに含有される水分が、隔壁を透過して当該目封止スラリーが配設されているセルから外に排出され、これによりセルの中央部(中心軸方向における中央部)の目封止スラリーが隔壁側に移動し、セルの中央部に空洞(空間部24)が形成されるためである。目封止スラリーの粘度が150Pa・sより低いと、目封止スラリーがセルの端部に充填されずに流れ落ちることがあり、550Pa・sより高いと、有底筒状の目封止部が得られないことがある。そして、充填された目封止スラリーを乾燥させるときには、ハニカム成形体を、目封止スラリーが充填された一方の端面側を鉛直方向の下向きにして乾燥機内に配置することが好ましい。これにより、筒状部の壁の厚さが均一な有底筒状の目封止部を効率的に得ることができる。ただし、複数のハニカムセグメントが接合されて形成されるハニカム構造体の場合は、ハニカムセグメント単位で目封止部の乾燥を行うので乾燥時間が短く済むため、必ずしも前述のように端面を鉛直方向の下向きにして乾燥を行わず、長手方向を水平に設置して乾燥しても筒状部の壁の厚さが均一な有底筒状の目封止部を得ることが出来る。尚、目封止スラリーの粘度は、スラリー温度30℃において回転式粘度計で30rpmの回転数で測定した値である。
また、有底筒状ではない(柱状の)目封止部を形成する場合には、目封止スラリーの粘度を600〜1200Pa・sにすることが好ましい。また、目封止部の乾燥時間は 60〜120分とすることが好ましい。
更に、筒状部22の壁の平均厚さ(筒状部22の壁の厚さTの平均値)を、中心軸に直行する断面におけるセル2の幅Wの0.1〜0.3倍とするために、目封止部の乾燥時間は40〜80分とすることが好ましい。また、筒状部22の中心軸方向の長さHaを、目封止部21の中心軸方向の長さHbの0.3〜0.8倍とするために、目封止スラリーのスラリー粘度を150〜550Pa・sとすることが好ましい。このような粘度範囲の目封止スラリーを得るために、セラミック原料は、目封止スラリー全体の70〜80質量%であることが好ましい。また、水又はアルコールは、目封止スラリー全体の20〜30質量%であることが好ましく、有機バインダは、目封止スラリー全体の0.1〜1.0質量%であることが好ましい。また、有底筒状の目封止部21の、空間部24の先端部分24aを、半径0.5mm以上の外側に凸の円弧状とするために、乾燥温度を60〜120℃とすることが好ましい。筒状部の壁の厚さTは、隔壁付近のスラリーは乾燥温度が高いとスラリーが流動する前に乾燥されて厚くなり、乾燥温度が低いとスラリーが流動しつつ乾燥するため薄くなる傾向にある。筒状部の中心軸方向の長さHaは、スラリーの粘度が低いほどスラリー流動性が高いため長くなり、粘度が高いほど流動性が低いため短くなる傾向にある。空間部の先端部分の半径Rは、乾燥時間が短いと乾燥時のスラリーの移動量が小さいため小さい値となり、乾燥時間が長いとスラリーの移動量が大きいため大きい値となる傾向にある。
また、他方の端部については、上記一方の端部において目封止されたセルについてマスクを施し、上記一方の端部に目封止部を形成したのと同様の方法で目封止部を形成する。これにより、上記一方の端部において目封止されていないセルについて、他方の端部において目封止され、他方の端部においても市松模様状にセルが交互に塞がれた構造となる。また、目封止は、ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を形成した後に、施してもよい。この場合、ハニカム焼成体に目封止を施した後に再度焼成することにより、多孔質基材が得られる。
次に、目封止を施したハニカム成形体を乾燥させて、ハニカム乾燥体を作製することが好ましい。乾燥の方法も特に制限はなく、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等の公知の乾燥法を用いることができる。中でも、成形体全体を迅速かつ均一に乾燥することができる点で、熱風乾燥と、マイクロ波乾燥又は誘電乾燥とを組み合わせた乾燥方法が好ましい。乾燥を行う際には、ハニカム成形体の有底筒状の目封止を形成する側の端部(一方の端部)を下向きにして乾燥させることが好ましい。一方の端部を下向きにすることにより、充填された目封止スラリーのセルの内側を向く面が、中心部分を中心にして均等に陥没するため好ましい。ただし、複数のハニカムセグメントが接合されて形成されるハニカム構造体の場合は、ハニカムセグメント単位で目封止部の乾燥を行うので手早く均一な乾燥が可能であり、必ずしも前述のように端面を鉛直方向の下向きにして乾燥を行わず、長手方向を水平に設置して乾燥しても筒状部の壁の厚さが均一な有底筒状の目封止部を得ることが出来る。
次に、得られたハニカム乾燥体を本焼成する前に仮焼して仮焼体を作製することが好ましい。「仮焼」とは、ハニカム成形体中の有機物(有機バインダ、分散剤、造孔材等)を燃焼させて除去する操作を意味する。一般に、有機バインダの燃焼温度は100〜300℃程度、造孔材の燃焼温度は200〜800℃程度であるので、仮焼温度は200〜1000℃程度とすればよい。仮焼時間としては特に制限はないが、通常は、10〜100時間程度である。
次に、得られた仮焼体を焼成(本焼成)することによって多孔質基材を得る。本発明において「本焼成」とは、仮焼体中の成形原料を焼結させて緻密化し、所定の強度を確保するための操作を意味する。焼成条件(温度・時間)は、成形原料の種類により異なるため、その種類に応じて適当な条件を選択すればよいが、例えば、コージェライト原料を焼成する場合には、1410〜1440℃で焼成することが好ましい。また、3〜200時間程度焼成することが好ましい。
本実施形態のハニカム構造体に触媒を担持する方法は、特に限定されず、公知の方法で担持することができる。例えば、先ず、所定の触媒を含有する触媒スラリーを調製する。次いで、この触媒スラリーを、吸引法等の方法により、ハニカム構造体の隔壁に塗布する。その後、室温又は加熱条件下で乾燥することにより、ハニカム構造体に触媒を担持することができる。
複数のハニカムセグメントを接合して一つのハニカム構造体を作製する場合には、上記製造方法により複数のハニカム構造体を作製し、得られたそれぞれのハニカム構造体をハニカムセグメントとして、それぞれのハニカムセグメントの側面同士を接合することによりハニカム構造体を得ることが好ましい。ハニカムセグメントは接合材によって接合させることが好ましい。接合材は、特に限定されるものではなく、公知のセラミック含有の接合材を用いることができる。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
本実施例においては、複数のハニカムセグメントが接合されて形成されたハニカム構造体を製造した。
(ハニカムセグメントの作製)
ハニカムセグメントの原料として、SiC粉末及び金属Si粉末を80:20の質量割合で混合し、これに造孔材として澱粉、発泡樹脂を加え、さらにメチルセルロース及びヒドロキシプロポキシルメチルセルロース、界面活性剤及び水を添加して、可塑性の成形用坏土を作製した。次に、この成形用坏土を押出成形し、マイクロ波及び熱風で乾燥して隔壁の厚さが310μm、セル密度が約46.5セル/cm(300セル/平方インチ)、断面が一辺35mmの正四角形、長さが152mmのハニカムセグメント成形体を得た。
次に、得られたハニカムセグメント成形体に目封止部を形成した。得られたハニカムセグメント成形体の一方の端面のセル開口部に、市松模様状に交互にマスクを施し、マスクを施した側の端部をセラミック原料としてSiC粉末を含有する目封止スラリーに浸漬し、市松模様状に交互に配列された目封止部を形成した。一方の端面の目封止に用いた目封止スラリーの粘度は700Pa・sとした。尚、目封止スラリーの粘度は、スラリー温度30℃において回転粘度計で30rpmの回転数で測定した値である。また、セラミック原料は、目封止スラリー全体の85質量%とした。更に、他方の端部については、一方の端面において目封止されたセルについてマスクを施し、上記一方の端部に目封止部を形成したのと同様の方法で目封止部を形成した。他方の端面の目封止に用いた目封止スラリーの粘度は550Pa・sとした。また、セラミック原料は、目封止スラリー全体の75質量%とした。そして、目封止スラリーをセルの端部に充填したハニカム成形体を、長手方向を水平にして、乾燥温度100℃、乾燥時間40分の条件で乾燥させた。これにより、ハニカム成形体の他方の端面側の目封止部を有底筒状とした。
目封止部を形成したハニカムセグメント成形体を乾燥させた後、大気雰囲気中約400℃で脱脂し、その後、Ar不活性雰囲気約1450℃で焼成して、SiC結晶粒子をSiで結合させた、多孔質構造を有するハニカムセグメントを得た。
(接合材の調製)
無機繊維としてアルミノシリケート繊維、無機バインダとしてコロイダルシリカ及び粘土、無機粒子としてSiCを混合したものにさらに水を加えて、場合によっては、有機バインダ(CMC、PVA)、発泡樹脂及び分散剤を加えて、ミキサーにて30分間混練を行い、ペースト状の接合材を得た。
(目封止ハニカム構造体の作製)
ハニカムセグメントの外壁面(側面)に、厚さ約1mmとなるように接合材をコーティングして接合材層を形成した。その後、塗布面の上に別のハニカムセグメントを載置する工程を繰返し、16個のハニカムセグメントからなるハニカムセグメント積層体を作製し、外部より圧力を加え、全体を接合させた後、140℃、2時間乾燥してハニカムセグメント接合体を得た。その後、ハニカムセグメント接合体の外周を円筒状に研削後、コーティング材を塗布し、700℃、2時間乾燥硬化させ、直径144mm、全長152mmの円筒形のハニカム構造体を得た。
得られたハニカム構造体における、多孔質基材のセル密度は46.5セル/cm(300cpsi)、隔壁の厚さは、310μm(12mil)であった。多孔質基材の平均細孔径は20μm、気孔率は50%であった。目封止部は、気孔率40%、平均細孔径9μmであった。気孔率、平均細孔径は市販の水銀ポロシメーターで測定した値である。ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の厚さTの平均値(以下、「T(平均)」ということがある)、中心軸に直行する断面におけるセルの幅Wの平均値(以下、「W(平均)」ということがある)、筒状部の中心軸方向の長さHa(以下、単に「Ha」ということがある)、目封止部の中心軸方向の長さHb(以下、単に「Hb」ということがある)、及び、空間部の先端部分の円弧の半径R(以下、単に「R」ということがある)を以下の方法で測定した。結果を表1に示す。
得られた、ハニカム構造体について、以下の方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表1に示す。
(筒状部の壁の厚さTの平均値)
一つのハニカム構造体内でランダムに10点の有底筒状の目封止部を選び出し、各目封止部をセルの中心軸を通る平面でセル壁の中心(セルの幅における中心)に沿って切断した断面において顕微鏡観察を行って測定する。図4に示すように、顕微鏡観察された各有底筒状の目封止部21の断面において、空間部の先端部分24aから、有底筒状の目封止部の開口する側の端部に向かって0.2Ha’の位置、0.5Ha’の位置及び0.8Ha’の位置、における筒状部22の壁の厚さT1,T2及びT3を測定する。そしてT1,T2及びT3を平均した値をT’とする。一つの有底筒状の目封止部について、隔壁に沿った2つの筒状部22の断面が観察されるが、これら2つの筒状部22の断面についてそれぞれ上記T’を算出して、算出された2つのT’を平均した値を筒状部の壁の厚さTとする。そして、選び出した10点の有底筒状の目封止部について筒状部の壁の厚さTを測定し、得られた10の筒状部の壁の厚さTを平均した値を筒状部22の壁の厚さTの平均値(T(平均))とする。尚、上記「空間部の先端部分24aから、有底筒状の目封止部の開口する側の端部に向かって0.2Ha’の位置、0.5Ha’の位置及び0.8Ha’の位置」における「Ha’」は、「空間部24の先端部分24aから、有底筒状の目封止部の開口している側の端部までの長さ」である。
(セルの幅W)
一つのハニカム構造体内でランダムに10点の有底筒状の目封止部を選び出し、各目封止部をセルの中心軸を通る平面でセル壁の中心(セルの幅における中心)に沿って切断した断面において顕微鏡観察を行って測定する。図5に示すように、顕微鏡観察された各有底筒状の目封止部21の断面において、空間部の先端部分24aから、有底筒状の目封止部の開口する側の端部に向かって0.2Ha’の位置、0.5Ha’の位置及び0.8Ha’の位置、におけるセルの幅W1,W2及びW3を測定する。そしてW1,W2及びW3を平均した値をWとする。そして、選び出した10点の有底筒状の目封止部についてWを測定し、得られた10のセル幅Wを平均した値をセルの幅Wの平均値(W(平均))とする。図5は、本発明のハニカム構造体の一の実施形態の有底筒状の目封止部の断面を示す模式図である。
(筒状部の中心軸方向の長さHa)
一つのハニカム構造体内でランダムに10点の有底筒状の目封止部を選び出し、各目封止部をセルの中心軸を通る平面でセル壁の中心(セルの幅における中心)に沿って切断した断面において顕微鏡観察を行って測定する。図4に示すように、顕微鏡観察された各有底筒状の目封止部21の断面において、空間部24の先端部分24aから、有底筒状の目封止部の開口している側の端部までの長さをHa’とする。顕微鏡観察された有底筒状の目封止部においては、一つの有底筒状の目封止部について、隔壁に沿った2つの筒状部22の断面が観察されるが、これら2つの筒状部22の上記長さHa’が異なる場合は、これら2つについての平均値をこの有底筒状の目封止部の筒状部22の中心軸方向長さHa’とする。そして、選び出した10点の有底筒状の目封止部の筒状部22の中心軸方向の長さHa’の平均を取って、筒状部22の中心軸方向の長さHa(図2参照)とする。
(目封止部の中心軸方向の長さHb)
目封止部の中心軸方向の長さの測定は、測定箇所として、図4に示す底部23側の端面から有底筒状の目封止部の開口している側の端部までを測定すること以外は、上記筒状部の中心軸方向の長さHaの測定と同様に行う。
(空間部の先端部分の円弧の半径R)
有底筒状の目封止部の空間部の先端部分が完全な円弧である場合、半径Rは、断面形状の顕微鏡撮影画像を二次元画像測定機にて円弧近似処理を行い算出された値とする。空間部の先端部分の形状が、完全な円弧でない形状の場合、半径Rは、空間部の先端部分の表面において均等に5点の点を選び、それらを元にして二次元画像処理によって円弧近似を行った際の円弧の半径とする。
(再生限界評価)
まず、ハニカム構造体に10g/L(ハニカム構造体1リットル当たりの煤の堆積量)の煤を堆積させ、その状態で、エンジン回転数1800rpm、エンジントルク90N・mに保持して、エンジンからの排ガスをハニカム構造体に流した状態で、ポストインジェクションを入れる。そして、ハニカム構造体の一方の端部と他方の端部との圧力差(圧力損失)が低下し始めたところでポストインジェクションを切り、エンジンをアイドル状態に切り替える。そのときの、ハニカム構造体内の最高温度、及びハニカム構造体の出口側の端面での最大温度勾配を測定するとともに、ハニカム構造体の出口側の端面のクラック発生の有無を確認する。ハニカム構造体にクラックが発生していない場合は、更に、初期の煤の堆積量を1g/Lずつ増加させて上記試験を繰り返し、ハニカム構造体の出口側の端面にクラックが発生した際の、出口側端面の最大温度勾配を端面クラック限界温度勾配(クラック限界)(℃/cm)とする。
(圧力損失)
エンジン回転数1800rpmの状態でエンジンから排出された排ガスをハニカム構造体に流したときの、ハニカム構造体の一方の端部と他方の端部との圧力差(圧力損失)(kPa)を測定する。試験は、煤がハニカム構造体に堆積していない状態で行う。
Figure 0005409035
表1において、「判定」の欄は、クラック限界温度勾配が比較例1に対して10℃/cm以上低下しない、且つ圧力損失が比較例1に対して5%以上低下する場合を合格「○」とし、クラック限界温度勾配が10℃/cmを超えて低下する、もしくは圧力損失が比較例1に対して5%未満の低下である場合を不合格「×」とした。クラック限界温度勾配は10℃/cm以上低下する場合は実使用上DPF再生限界が低下すると考えられ、車両における燃料消費量に悪影響を与えると考えられる。また、圧力損失の低下率が5%以下の場合は車両における燃料消費量低減及びエンジン出力向上に効果がほぼ無いと考えられる。また、下記表2〜5においても、「判定」の欄は、表1の場合と同様とした。
(実施例2)
他方の端面の目封止部の乾燥温度を80℃とした以外は実施例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表1に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表1に示す。
(実施例3)
他方の端面の目封止部の乾燥温度を60℃とした以外は実施例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表1に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表1に示す。
(比較例1)
他方の端面の目封止部を一方の端面の目封止部と同様の条件で作製することにより、有底筒状の目封止部を形成しなかった以外は実施例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の目封止部の、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、及び目封止部の中心軸方向の長さHbを測定した。比較例1のハニカム構造体の目封止部は、有底筒状ではなく、通常の四角柱状の目封止部であった。結果を表1に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表1に示す。
(比較例2)
他方の端面の目封止部の乾燥温度を120℃とした以外は実施例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表1に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表1に示す。
(比較例3)
他方の端面の目封止部の乾燥温度を40℃とした以外は実施例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表1に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表1に示す。
(実施例4)
他方の端面の目封止部に用いた目封止スラリーの粘度を150Pa・sとした以外は実施例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表2に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表2に示す。
Figure 0005409035
(実施例5)
他方の端面の目封止部の乾燥温度を80℃とした以外は実施例4と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表2に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表2に示す。
(実施例6)
他方の端面の目封止部の乾燥温度を60℃とした以外は実施例4と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表2に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表2に示す。
(比較例4)
他方の端面の目封止部の乾燥温度を120℃とした以外は実施例4と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表2に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表2に示す。
(比較例5)
他方の端面の目封止部の乾燥温度を40℃とした以外は実施例4と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表2に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表2に示す。
表1、表2より、実施例1〜3、比較例2,3のハニカム構造体は、いずれも、HaがHbの0.3倍であった。実施例1〜3、比較例1〜3より、TがWの0.1〜0.3倍の範囲内であれば、従来技術である比較例1のハニカム構造体に対して、圧力損失を5%以上低減できることが確認された。また、Tが小さすぎる場合には目封止部の剛性が低下し、Tが大きすぎる場合には凹み部分が欠陥として無視できなくなり、端面クラック限界温度が従来技術(比較例1)と比較して低下することが確認された。
Figure 0005409035
(実施例7)
他方の端面の目封止部の形成に用いた目封止スラリーの粘度を350Pa・sとした以外は実施例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表3に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表3に示す。
(比較例6)
他方の端面の目封止部の形成に用いた目封止スラリーの粘度を650Pa・sとした以外は実施例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表3に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表3に示す。
(比較例7)
他方の端面の目封止部の形成に用いた目封止スラリーの粘度を50Pa・sとした以外は実施例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表3に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表3に示す。
Figure 0005409035
(実施例8)
他方の端面の目封止部の形成に用いた目封止スラリーの粘度を350Pa・sとした以外は実施例3と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表4に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表4に示す。
(比較例8)
他方の端面の目封止部の形成に用いた目封止スラリーの粘度を650Pa・sとした以外は実施例3と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表4に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表4に示す。
(比較例9)
他方の端面の目封止部の形成に用いた目封止スラリーの粘度を50Pa・sとした以外は実施例3と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表4に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表4に示す。
表3、表4より、HaがHbの0.3〜0.8倍の範囲内であれば、従来技術である比較例1に対して圧損を5%以上低減できることが確認された。Haが小さすぎる場合は圧損低減効果が十分に得られず、また、Haが大きすぎる場合は凹み部分が欠陥として無視できなくなり端面クラック限界温度が従来技術に比べて低下することが確認された。
Figure 0005409035
(実施例9)
他方の端面の目封止部の乾燥時間を60分とした以外は実施例4と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表5に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表5に示す。
(実施例10)
他方の端面の目封止部の乾燥時間を80分とした以外は実施例4と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表5に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表5に示す。
(実施例11)
他方の端面の目封止部の乾燥時間を100分とした以外は実施例4と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表5に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表5に示す。
(比較例10)
他方の端面の目封止部の乾燥時間を20分とした以外は実施例4と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、ハニカム構造体の一方の端面側の有底筒状の目封止部の、筒状部の壁の平均厚さT、中心軸に直行する断面におけるセルの幅W、筒状部の中心軸方向の長さHa、目封止部の中心軸方向の長さHb、及び、空間部の先端部分の円弧の半径Rを測定した。結果を表5に示す。また、実施例1の場合と同様にして、上記方法で、再生限界評価を行い、また、圧力損失を測定した。得られた結果を表5に示す。
表5より、Rが0.5〜3.0の範囲内であれば、TとHaが端面クラック限界レベルの製品であったとしても従来技術である比較例1に対して端面クラック限界温度勾配は同等レベルとなり、かつ圧力損失は5%以上低減できることが確認された。Rが0.5より小さい範囲では、凹み部分が欠陥として無視できなくなり端面クラック限界温度が従来技術に比べて低下することが分かった。尚、Rが0.5以上では、端面クラック限界に変動傾向が無いこと、圧損変動も無いことから、Rが0.5以上であれば、圧損低減効果を十分得つつ端面クラック限界は従来技術と同等レベルを確保できると考えられる。
本発明のハニカム構造体は、自動車用エンジン、建設機械用エンジン、産業機械用定置エンジン等の内燃機関、その他の燃焼機器等から排出される排ガス中の粒子状物質を捕集、除去するために好適に用いられる。
1:多孔質基材、2:セル、3:隔壁、11:一方の端面、12:他方の端面、21:目封止部、22:筒状部、23:底部、24:空間部、24a:空間部の先端部分、100:ハニカム構造体、W,W1,W2,W3:セルの幅、T:筒状部の壁の厚さ、Ha:筒状部の中心軸方向長さ、Hb:目封止部の中心軸方向長さ、R:空間部の先端部分の半径。

Claims (3)

  1. 一方の端面から他方の端面まで貫通し流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム形状の多孔質基材と、前記一方の端面における所定の前記セルの開口部、及び前記他方の端面における残余の前記セルの開口部を塞ぐように配設された多孔質の目封止部とを備え、
    少なくとも一方の前記端面に配設された前記目封止部が、セルの内側に開口するとともにセルの開口部を塞ぐ有底筒状であり、
    前記有底筒状の目封止部の断面において、空間部の先端部分から、前記有底筒状の目封止部の開口している側の端部までの長さの平均値を、前記有底筒状の目封止部の筒状の部分である筒状部の中心軸方向長さHaとした際に、前記空間部の先端部分から、前記有底筒状の目封止部の開口する側の端部に向かって0.2Haの位置、0.5Haの位置及び0.8Haの位置、における筒状部の壁の厚さT1,T2及びT3を測定し、前記T1,T2及びT3を平均した値を前記筒状部の壁の平均厚さTとする際に、
    前記筒状部の壁の平均厚さが、中心軸に直行する断面におけるセルの幅の0.1〜0.3倍であり、前記筒状部の中心軸方向の長さが前記目封止部の中心軸方向の長さの0.3〜0.8倍であり、
    前記有底筒状の目封止部の、当該目封止部の中心軸を含む断面における、前記目封止部内に形成された空間部の先端部分が、半径0.5mm以上の外側に凸の円弧状であるハニカム構造体。
  2. 前記一方の端面側に配設された有底筒状の目封止部の気孔率が30〜60%である請求項1に記載のハニカム構造体。
  3. 前記一方の端面側に配設された有底筒状の目封止部の平均細孔径が0.1〜10μmである請求項1又は2に記載のハニカム構造体。
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