特開 2017-213538 ハニカム構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-213538(P2017-213538A)

(43)【公開日】2017年12月7日

(54)【発明の名称】ハニカム構造体

(51)【国際特許分類】

   B01J 35/04 20060101AFI20171110BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20171110BHJP

   B01D 53/86 20060101ALI20171110BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20171110BHJP

   C04B 41/85 20060101ALI20171110BHJP

   F01N 3/022 20060101ALI20171110BHJP

【ＦＩ】

   B01J35/04 301J

   F01N3/28 301P

   B01J35/04 301F

   B01D53/86 241

   B01D53/94 241

   C04B41/85 CZAB

   F01N3/022 B

   B01J35/04 301K

   B01J35/04 301E

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-110479(P2016-110479)

(22)【出願日】2016年6月1日

(71)【出願人】

【識別番号】000000158

【氏名又は名称】イビデン株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 正司

(72)【発明者】

【氏名】谷奥 尚平

(72)【発明者】

【氏名】高原 亮策

(72)【発明者】

【氏名】畠山 由章

【テーマコード（参考）】

3G091

3G190

4D148

4G169

【Ｆターム（参考）】

3G091AB13

3G091BA07

3G091GA07

3G091GA17

3G091GB10X

3G091GB13X

3G091GB15X

3G091GB17X

3G190BA41

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3G190CA13

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4D148AA14

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4D148BA07Y

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4D148BA41X

4D148BA42Y

4D148BA44Y

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4D148BB02

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4D148CC33

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4D148DA20

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4G169BA02B

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4G169BA05A

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4G169BA13B

4G169BA17

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4G169BB06A

4G169BB11A

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4G169BC50A

4G169BC51A

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4G169CA07

4G169CA18

4G169DA06

4G169EA19

4G169EA26

4G169EB01

4G169EB07

4G169EB12X

4G169EB12Y

4G169EB14Y

4G169EB15Y

4G169EB18Y

4G169EC17Y

4G169EE07

4G169FB06

4G169FB07

4G169FB30

4G169FB57

4G169FB67

4G169FC08

(57)【要約】

【課題】リング状凸部を備えるハニカム構造体の気孔率を高めながら、排気通路に設置した際に、リング状凸部が破損せず、ケーシングに固定できる程度に強度を向上させる。
【解決手段】本発明のハニカム構造体１０は、隔壁によって区画された複数のセルが長手方向に並設されているセラミック製の柱状のハニカム部材１２が接合層１３を介して複数個結束されており、隔壁の気孔率が６０〜７５％であり、ハニカム構造体１０は、外周面１０ａを全周に亘って外方へ突出するリング状凸部２０を含み、リング状凸部２０は、セルが並設されたセル部２０ｈと、セルのない非セル部とを有し、非セル部は、リング状凸部２０の全体積の３０体積％以上を構成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

隔壁によって区画された複数のセルが長手方向に並設されているセラミック製の柱状のハニカム部材が接合層を介して複数個結束されたハニカム構造体であって、
前記隔壁の気孔率が６０〜７５％であり、
前記ハニカム構造体は、外周面を全周に亘って外方へ突出するリング状凸部を含み、
前記リング状凸部は、前記セルが並設されたセル部と、前記セルのない非セル部とを有し、前記非セル部は、前記リング状凸部の全体積の３０体積％以上を構成するハニカム構造体。

【請求項2】

前記非セル部は、前記リング状凸部の全体積の４０〜７０体積％を構成する請求項１に記載のハニカム構造体。

【請求項3】

前記非セル部は、前記リング状凸部の前記長手方向の端面から、もう一方の端面まで連続して形成されている請求項１又は２に記載のハニカム構造体。

【請求項4】

前記非セル部は、充填層及び塗布層から構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカム構造体。

【請求項5】

前記充填層及び前記塗布層は、それぞれ無機粒子と無機繊維と無機バインダとを含む請求項４に記載のハニカム構造体。

【請求項6】

前記充填層は、前記長手方向に延びる軸について、０時、３時、６時及び９時の方向において所定距離を超える部分に形成されている請求項４又は５に記載のハニカム構造体。

【請求項7】

前記ハニカム部材の長手方向の中心における断面のセルの開口率が５５〜７０％である請求項１〜６のいずれか一項に記載のハニカム構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排ガス中に含まれる粒子状物質等を低減するために用いられるハニカム構造体に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、環境への影響を考慮し、内燃機関やボイラー等の燃焼装置の排ガスに含まれる粒子状物質を排ガス中から除去する必要性が高まっている。特に、ディーゼルエンジンから排出される黒鉛微粒子等の粒子状物質等（以下、「ＰＭ等」という）の低減に関する規制は強化されつつある。

【0003】

一般に、ＰＭ等を低減するためのフィルタとして、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）と呼ばれるハニカム構造体が知られている。ハニカム構造体は、燃焼装置の排気通路に設けられたケーシング内に収容されている。ハニカム構造体は、多孔質セラミック部材により構成される隔壁により区画された多数のセルを有している。排ガスは、ハニカム構造体の流入口側端面において、開放されているセルに流入し、多孔質の隔壁を通って、流出口側端面において開放されているセルから排出される。例えばディーゼルエンジンから排出されるＰＭ等は、濾過フィルタとして機能する隔壁に捕集される。

【0004】

ハニカム構造体は、例えば複数のセルが開口されている多角柱状のハニカム部材を、接着層を介して複数接合してハニカム集合体を形成した後、所定の形状に研削して、その外周面に塗布層を設けることにより製造されている。従来より、特許文献１に開示されるようなハニカム構造体が知られている。特許文献１のハニカム構造体は、外周面の一部において、ハニカム構造体をケーシング内で固定するために、外周面を全周に亘って外方へ突出するリング状凸部が形成されている。リング状凸部の形成方法は、ハニカム集合体を形成した後、ハニカム集合体を所定形状に研削する際、リング状凸部も併せて研削することにより形成していた。したがって、特許文献１に開示されるリング状凸部を有するハニカム構造体は、リング状凸部を含む全体がセルを有する多孔質セラミック部材によって構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４−６４９７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ハニカム構造体としては、ハニカム構造体を通過する流体の圧力損失が増大することを抑制するという観点から、隔壁の気孔率を高めることが求められる。その一方で、上記特許文献１に記載のハニカム構造体のように、リング状凸部が隔壁により区画されたセルを有して構成されていたのでは、隔壁の気孔率を高めたことによりリング状凸部の強度が低下し、排気通路に設置した際に、リング状凸部が破損し、ケーシングに十分に固定できないという問題があった。

【0007】

本発明の目的は、リング状凸部を備えるハニカム構造体の気孔率を高めながら、排気通路に設置した際に、リング状凸部が破損せず、ケーシングに固定できる程度に強度を向上させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するハニカム構造体は、隔壁によって区画された複数のセルが長手方向に並設されているセラミック製の柱状のハニカム部材が接合層を介して複数個結束されたハニカム構造体であって、前記隔壁の気孔率が６０〜７５％であり、前記ハニカム構造体は、外周面を全周に亘って外方へ突出するリング状凸部を含み、前記リング状凸部は、前記セルが並設されたセル部と、前記セルのない非セル部とを有し、前記非セル部は、前記リング状凸部の全体積の３０体積％以上を構成する。

【0009】

この構成によれば、ハニカム構造体の隔壁の気孔率が６０〜７５％であるため、ハニカム構造体を通過する流体の圧力損失が増大することを抑制する。また、ＰＭ等の捕集除去及び流体の圧力損失に寄与しないリング状凸部は、セルを備えない非セル部を、その全体積の３０体積％以上となるように構成していることから、リング状凸部の強度を向上することができる。したがって、リング状凸部を備えるハニカム構造体において、排気通路に設置して使用した際に破損せず、ハニカム構造体をケーシング内で確実に固定することができる。

【0010】

上記ハニカム構造体において、前記非セル部は、前記リング状凸部の全体積の４０〜７０体積％を構成することが好ましい。
非セル部をリング状凸部の全体積の４０〜７０体積％で構成させることにより、リング状凸部の強度を向上させることができると共に、リング状凸部にセル部を有していることからリング状凸部の熱容量を高くしすぎないことで、ハニカム構造体を早期に温度上昇させることが可能となる。

【0011】

上記ハニカム構造体において、前記非セル部は、前記リング状凸部の前記長手方向の端面から、もう一方の端面まで連続して形成されていることが好ましい。
この構成によれば、リング状凸部の長手方向中央部の強度を向上させることができる。

【0012】

本発明のハニカム構造体では、前記非セル部は、充填層及び塗布層から構成されていることが好ましい。
この構成によれば、高密度の非セル部を形成でき、リング状凸部の強度を向上させることができる。

【0013】

本発明のハニカム構造体では、前記充填層及び前記塗布層は、それぞれ無機粒子と無機繊維と無機バインダとを含むことが好ましい。
この構成によれば、リング状凸部の耐熱性を高く、強度を高くすることが可能となる。

【0014】

本発明のハニカム構造体では、前記充填層は、前記長手方向に延びる軸について、０時、３時、６時及び９時の方向において所定距離を超える部分に形成されていることが好ましい。

【0015】

この構成によれば、周方向に等間隔に非セル部の高密度の充填層を配置させているため、リング状凸部の強度向上の点で好適である。
本発明のハニカム構造体では、前記ハニカム部材の長手方向の中心における断面のセルの開口率が５５〜７０％であることが好ましい。

【0016】

ハニカム構造体の圧力損失を低減させつつ、リング状凸部の非セル部による強度向上の効果を最大限に発揮することが可能となる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、リング状凸部を備えるハニカム構造体のリング状凸部の強度を向上することができ、排気通路に設置して使用した際に破損せず、ハニカム構造体をケーシング内で確実に固定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】（ａ）本実施形態のハニカム構造体の斜視図。（ｂ）本実施形態のハニカム構造体の側面図。

【図2】（ａ）図１におけるＡ−Ａ線での一部断面図。（ｂ）（ａ）の部分拡大図。

【図3】（ａ）ハニカム部材の斜視図。（ｂ）ハニカム部材のＢ−Ｂ断面図。

【図4】表面に充填層を形成したハニカム集合体の斜視図。

【図5】表面に充填層を形成したハニカム集合体を研削する工程図。（ａ）セラミックブロックの第２外周面及びリング状凸部の第２傾斜面を研削形成する工程図。（ｂ）セラミックブロックの第１外周面及びリング状凸部の第１傾斜面を研削形成する工程図。（ｃ）リング状凸部の円弧面を研削形成する工程図。

【図6】（ａ）セラミックブロックの斜視図。（ｂ）セラミックブロックの側面図。

【図7】（ａ）治具を用いたハニカム構造体の押し抜き強度試験を模式的に表した図。（ｂ）冶具の開口部の部分断面図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明を具体化したハニカム構造体の一実施形態を図１〜７に従って説明する。
図１（ａ）（ｂ）に示されるように、本実施形態のハニカム構造体１０を構成するセラミックブロック１１は、四角柱状をなす複数個（本実施形態では１６個）のハニカム部材１２を接合層１３により結束してハニカム部材１２の集合体を形成し、その集合体の外側面を所定形状（本実施形態では略円柱状）に切削加工することで得られる。接合層１３は、ハニカム構造体の製造に使用される公知の材料、例えば無機粒子、無機バインダ、有機バインダ、無機繊維等を含有するものを採用することができる。また、後述する充填層及び塗布層の形成に用いられる材料を選択してもよい。これらは、一種のみが単独で使用されてもよいし、二種以上が組み合わされて使用されてもよい。

【0020】

図２（ａ）（ｂ）に示されるように、ハニカム構造体１０の長手方向における断面は、複数のハニカム部材１２のハニカム形状により略回転対称形を有している。ハニカム部材１２は、ハニカム部材１２の外周面を構成する外壁１４と、該外壁１４の内側に設けられた隔壁１５と、該隔壁１５により区画され、長手方向に複数並設されているセル１６とから構成される。

【0021】

ハニカム部材１２の外壁及び隔壁は、主として多孔質セラミックから形成されている。このセラミックの具体例としては、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物セラミックや、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物セラミックや、アルミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライト、シリカ、チタン酸アルミニウム等の酸化物セラミック、金属珪素−炭化珪素複合材等が挙げられる。これらは、一種のみが単独で使用されてもよいし、二種以上が組み合わされて使用されてもよい。

【0022】

隔壁には、白金族元素（例えばＰｔ等）や、その他の金属元素及びその酸化物等からなる酸化触媒が担持されていてもよい。この場合、隔壁の表面及び内部に捕集されたＰＭ等の除去が、そうした酸化触媒の触媒作用により促進される。隔壁の厚みの上限は、好ましくは０．４５ｍｍ、より好ましくは０．３３ｍｍである。かかる場合、例えば隔壁の表面及び内部に捕集されたＰＭ等を除去する際、排ガスが隔壁を通過する際の抵抗が低減し、圧力損失を低減することができる。隔壁の厚みの下限は、０．１ｍｍであることが好ましい。かかる場合、ハニカム構造体１０の機械的強度を充分に確保することができる。

【0023】

隔壁の気孔率の下限は、６０％、好ましくは６２％である。隔壁の気孔率を６０％以上とすることにより、圧力損失を低減することができる。また、触媒の担持量を多くすることができ、排ガスの浄化性能の向上を図ることができる。一方、隔壁の気孔率の上限は、７５％、好ましくは７０％である。隔壁の気孔率を７５％以下とすることにより、セル隔壁の機械的強度の向上を図り、例えばハニカム構造体１０の再生時等におけるクラックの発生を抑制することができる。

【0024】

隔壁の気孔率、気孔径は、水銀圧入法により、水銀ポロシメーター（島津製作所製、オートポアＩＶ９５１０）を用いて、接触角を１３０°、表面張力を４８５ｍＮ／ｍの条件で測定する。

【0025】

隔壁の気孔率は、原料の粒子径の調整、造孔剤の添加、焼成条件等により調整することができる。造孔剤の具体例としては、微小中空球体であるバルーンや、球状アクリル粒子、グラファイト、デンプン等が挙げられる。バルーンの具体例としては、アルミナバルーン、ガラスマイクロバルーン、シラスバルーン、フライアッシュ（ＦＡ）バルーン、ムライトバルーン等の酸化物セラミックを主成分とするバルーン等が挙げられる。これらは、一種のみが単独で使用されてもよいし、二種以上が組み合わされて使用されてもよい。

【0026】

図３（ａ）（ｂ）に示されるように、セル１６は、断面四角形状の開口を有し、流路上流側の第１端面１２ａから下流側の第２端面１２ｂへ向かう長手方向に沿って延びている。各セル１６は、第１端面１２ａ及び第２端面１２ｂのいずれか一方は、例えば多孔質炭化珪素焼結体等よりなる封止体１７により封止されている。第１端面１２ａ及び第２端面１２ｂにおいて、複数の封止体１７は、市松模様状に配置される。封止体を形成する主な材料としては、上記ハニカム構造体と同一の特性、例えば熱膨張率等を確保する点から、ハニカム構造体１０と同一の多孔質セラミックにより構成されることが好ましい。セル１６は、排ガスの流路として機能し、第１端面１２ａ側の開口から流入した排ガスＧは、隔壁１５を通り、第２端面１２ｂの開口から排出される。

【0027】

隔壁により形成されるセルの開口率の下限は、好ましくは５５％、より好ましくは６０％である。また、セルの開口率の上限は、好ましくは７０％、より好ましくは６５％である。開口率がかかる範囲にある場合、ハニカム構造体の圧損を低減することができる。また、ハニカム部材１２の必要な強度を保持することができる。なお、本発明において、開口率とは、ハニカム部材１２を構成するセルの長手方向に対する垂直方向のハニカム部材１２の断面積に対するハニカム部材１２の長手方向の中心における全てのセルの垂直方向の断面積の合計の割合（％）をいう。

【0028】

図１，２に示されるように、ハニカム構造体１０は、ハニカム部材１２の外周面において、中心軸線Ｘを中心として、第１方向（上下方向、Ｚ軸方向）と第２方向（左右方向）のそれぞれに、平坦面１８が０時、３時、６時、９時の方向に９０度間隔で設けられている。各平坦面１８は、所定の幅でセラミックブロック１１の長手方向に延びている。平坦面１８は、１６個のハニカム部材１２を結束させて後述する切削加工した後、切削されずに残ったハニカム部材１２の外壁１４から構成される。リング状凸部の部分を除いて各平坦面１８上には、断面半弧状の充填層１９が形成されている。各充填層１９は、それぞれ平坦面１８上における中心軸線Ｘを中心とするハニカム部材１２の外周面と連通する仮想周面と、平坦面１８との間の領域に形成されている。

【0029】

図１に示されるように、セラミックブロック１１は、第１端面１１ａ側の第１外周面１１ｃと、第２端面１１ｂ側の第２外周面１１ｄとを有している。それら第１外周面１１ｃと第２外周面１１ｄとは、その全面が塗布層２１ａによって被覆されている。

【0030】

図１に示されるように、ハニカム構造体１０は、環状に形成されたリング状凸部２０を有している。リング状凸部２０は、セラミックブロック１１の中心軸線Ｘ方向における中央であって、セラミックブロック１１の外周面を全周に亘って外方へ突出して構成されている。リング状凸部２０は、セラミックブロック１１の中心軸線Ｘを含む仮想断面において、断面形状が台形状に形成されている。リング状凸部２０は、セラミックブロック１１の径方向において対向する底面と頂面２０ｃとを有するとともに、セラミックブロック１１の第１端面１１ａ側に位置する第１傾斜面２０ａとセラミックブロック１１の第２端面１１ｂ側に位置する第２傾斜面２０ｂとを有している。

【0031】

リング状凸部２０は、セル部２０ｈと非セル部とを有している。セル部２０ｈは、セラミックブロック１１と同様のセルが形成されたセル層によって構成されていて、頂面が円弧面をなしている。非セル部を構成する充填層２０ｇは、セラミックブロック１１の中心軸線Ｘについて、０時、３時、６時及び９時の方向において所定距離を超える部分に形成されていて、頂面が平面をなしている。非セル部を構成する塗布層２１ｂは、充填層２０ｇとセル層とを被覆していて、リング状凸部２０の頂面２０ｃ、第１傾斜面２０ａ及び第２傾斜面２０ｂは、塗布層２１ｂの外面となっている。

【0032】

リング状凸部は、リング状凸部の全体積の３０体積％以上、好ましくは４０体積％以上が充填層及び塗布層によりなる非セル部により構成されている。リング状凸部の全体積の３０体積％以上を非セル部により構成することにより、リング状凸部の強度を向上させることができる。また、リング状凸部の全体積中における非セル部の割合の上限は、製造効率等の観点から７０体積％が好ましく、６０体積％がより好ましい。また、非セル部の割合を７０体積％以下とすることにより、リング状凸部の熱容量を高くしすぎないことで、ハニカム構造体を早期に温度上昇させることが可能となる。

【0033】

塗布層は充填層と同一材料により形成されてもよく、別々の材料で形成されてもよい。塗布層と充填層は、それぞれ無機粒子、無機繊維、及び無機バインダを含有する。無機粒子は、塗布層と充填層のマトッリクス材料として機能する。無機粒子の具体例としては、炭化珪素、窒化珪素、コージェライト、アルミナ、ムライト、ジルコニア、リン酸ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、チタニア、シリカ及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれるセラミックス等が挙げられる。これらは、単独で使用されてもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。

【0034】

無機繊維は、塗布層と充填層の強度を向上させる機能を有する。この種の無機繊維の具体例としては、シリカ−アルミナファイバ、ムライトファイバ、シリカファイバ、アルミナファイバ等が挙げられる。これらは、単独で使用されてもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。

【0035】

無機バインダは、塗布層と充填層の強度を向上させる機能を有する。この種の無機バインダの具体例としては、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル等が挙げられる。これらは、単独で使用されてもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。

【0036】

上記無機繊維に代えて、或いは無機繊維とともに、無機中空体（無機バルーン）を、塗布層と充填層に含有させてもよい。この種の無機中空体の具体例としては、例えばガラスマイクロバルーン、アルミナバルーン、ムライトバルーン、シリカバルーン等が挙げられる。無機中空体の平均粒径は特に限定されるものではない。

【0037】

塗布層と充填層には、他の成分として有機バインダが含有されてもよい。有機バインダの具体例としては、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース等の親水性有機高分子が挙げられる。これらは、単独で使用されてもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。有機バインダは熱により除去されるため、加熱後は塗布層、充填層には含まれない。

【0038】

非セル部の気孔率の下限は、好ましくは２０％、より好ましくは３０％である。非セル部の気孔率を２０％以上とすることにより、強度を向上させることができるとともに、熱膨張によるリング状凸部の破損を防ぐことができる。一方、非セル部の気孔率の上限は、隔壁の気孔率よりも低く、好ましくは５０％、より好ましくは４５％である。非セル部の気孔率を５０％以下とすることにより、リング状凸部の強度の向上を図ることができる。

【0039】

本実施形態のハニカム構造体１０の各寸法は、適宜設定されるが、例えば円柱状の外周面１０ａの直径が好ましくは１４０〜１５０ｍｍであり、長手方向の長さが好ましくは１００〜１７０ｍｍである。また、リング状凸部２０の形状としては、中心軸線Ｘ方向における基端部の幅に相当するＸ１が好ましくは２０〜２２ｍｍ、平面２０ｄの上面幅に相当するＸ２が好ましくは１９〜２１ｍｍである。また、ハニカム構造体１０の外周面１０ａから、リング状凸部２０の円弧面２０ｆと連通する仮想周面２０ｉまでの高さＹ１が好ましくは６〜７ｍｍ、ハニカム構造体１０の外周面１０ａからリング状凸部２０の平面２０ｄまでの高さＹ２が好ましくは４〜５ｍｍである。第１傾斜面２０ａの長手方向に対する傾斜角度θ１、第２傾斜面２０ｂの長手方向に対する傾斜角度θ２は、共に好ましくは２７〜４３度である。セラミックブロック１１の第１外周面１１ｃ及び第２外周面１１ｄを被覆する塗布層２１ａとリング状凸部２０の非セル部を構成する塗布層２１ｂとの厚さは好ましくは０．０５〜１．０ｍｍである。

【0040】

本実施形態のハニカム構造体は、排ガス浄化装置として、例えば排ガスを排出する排気通路の途中に設けられるケーシング内に配置されることにより使用される。リング状凸部の第１傾斜面及び第２傾斜面がケーシングの内面と、当接することにより、ハニカム構造体は、ケーシング内に保持され、上下左右方向、通気方向への移動が規制される。また、リング状凸部の平面とケーシングを当接することにより、ハニカム構造体の周面方向への移動が規制される。

【0041】

以下、本発明のハニカム構造体の製造方法について具体的に説明する。なお、本発明のハニカム構造体の製造方法は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において変更して適用することができる。

【0042】

まず、所定の原料混合物をプランジャ型の押出機や二軸スクリュー型の連続押出機等による押出成形により中間成形体を成形した。中間成形体の所定のセル開口に封止体用ペーストを充填した後、焼成することにより図３に示されるハニカム部材１２を得る。次に、図４に示されるように、接合層１３によって縦方向に４列、横方向に４列、合わせて１６個のハニカム部材１２を結束させ、ハニカム部材１２と接合層１３からなるハニカム集合体２２を形成する。さらに、ハニカム部材１２の外壁１４からなるハニカム集合体２２の各側面２２ｃにおいて、所定の幅で充填部材を含むスラリーを塗布及び乾燥させることにより所定の厚みからなる充填層２３を形成した。そして、各側面２２ｃに充填層２３が形成されたハニカム集合体２２の外周部を、ダイヤモンドツール等を使用し、中心軸線Ｘを中心に回転させながら研削する工程が行われる。この研削加工は、セラミックブロック１１の第２外周面１１ｄ及びリング状凸部２０の第２傾斜面２０ｂのベースとなる傾斜面を形成する第１の研削工程、次に第１外周面１１ｃ及びリング状凸部２０の第１傾斜面２０ａのベースとなる傾斜面を形成する第２の研削工程、最後にリング状凸部２０の頂面２０ｃのベースとなる頂面を形成する第３の研削工程からなる一連の研削工程により実施される。

【0043】

研削手段は、ハニカム集合体２２を把持しながら、回転させる図示しない把持手段、ハニカム集合体２２の表面を回転しながら研削する砥石部２４により構成される。把持手段は、ハニカム集合体２２の第１端面２２ａ側及び第２端面２２ｂ側を把持し、中心軸線Ｘを中心として所定の回転速度で回転駆動させる。砥石部２４は、中心軸線Ｘと平行な軸線Ｌ１を中心とする円筒状の砥石２４ａと、砥石２４ａを軸線Ｌ１を中心に回転させる駆動軸２４ｂから構成される。砥石部２４とハニカム集合体２２は、中心軸線Ｘ方向に所定間隔をおいて平行移動可能に構成される。

【0044】

砥石２４ａは、さらに円柱面２４ｃとその両端にそれぞれ第１テーパ面２４ｄと第２テーパ面２４ｅを有している。第１テーパ面２４ｄは、第１端面１１ａ方向に形成され、第１端面１１ａ側ほど徐々に縮径するテーパ面を有している。第２テーパ面２４ｅは、第２端面１１ｂ方向に形成され、第２端面１１ｂ側ほど徐々に縮径するテーパ面である。砥石２４ａの第１テーパ面２４ｄによってリング状凸部２０の第２傾斜面２０ｂのベースとなる傾斜面が、砥石２４ａの第２テーパ面２４ｅによってリング状凸部２０の第１傾斜面２０ａのベースとなる傾斜面がそれぞれ形成される。

【0045】

第１研削工程は、まず砥石２４ａについて軸線Ｌ１を中心に回転させ、充填層が形成されたハニカム集合体について中心軸線Ｘを中心に回転させる。図５（ａ）に示されるように、ハニカム集合体の第２端面の側から第１端面の側へ向けて、砥石部２４を移動させ、ハニカム集合体と相対移動させる。それにより、セラミックブロック１１の第２外周面１１ｄ及び第２傾斜面２０ｂのベースとなる傾斜面を研削形成した。

【0046】

次に、図５（ｂ）に示されるように、第２研削工程は、ハニカム集合体の第１端面の側から第２端面の側へ向けて、回転する砥石２４ａを移動させ、ハニカム集合体と相対移動させる。それにより、セラミックブロック１１の第１外周面１１ｃ及び第１傾斜面２０ａのベースとなる傾斜面を研削形成した。

【0047】

次に、砥石部２４を、リング状凸部２０の厚みを考慮した分、ハニカム集合体と離間させる。図５（ｃ）に示されるように、第３研削工程では、ハニカム集合体の第１端面の側から第２端面の側へ向けて、回転する砥石２４ａを移動させ、ハニカム集合体と相対移動させる。それにより、リング状凸部２０の円弧面２０ｆのベースとなる円弧面を研削形成した。上記研削工程により、リング状凸部２０のベースとなる、外周面が研削形成された円弧面、リング状凸部２０のベースとなる、上面が研削されていない平面、第１傾斜面２０ａのベースとなる傾斜面、及び第２傾斜面２０ｂのベースとなる傾斜面が研削形成される。

【0048】

図６（ａ）（ｂ）に示されるように、研削後、外周面にリング状凸部のベースを有するセラミックブロック１１が形成される。セラミックブロック１１の外周全面に塗布層用ペーストをゴム製の刷毛等を用いて塗布する。塗布層用ペーストを所定の厚みで塗布し、所定温度で乾燥及び硬化させてセラミックブロック１１の第１外周面１１ｃ及び第２外周面１１ｄを被覆する塗布層２１ａとリング状凸部２０の非セル部を構成する塗布層２１ｂが形成される。

【0049】

本実施形態のハニカム構造体によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、外周面を全周に亘って外方へ突出するリング状凸部を含むハニカム構造体において、リング状凸部はセルが並設されたセル部と、セルのない非セル部とを有し、非セル部はリング状凸部の全体積の３０体積％以上を構成する。ハニカム構造体の隔壁の気孔率が６０〜７５％であるため、ハニカム構造体を通過する流体の圧力損失が増大することを抑制する。また、ＰＭ等の捕集除去及び流体の圧力損失に寄与しないリング状凸部は、非セル部を、リング状凸部の全体積の３０体積％以上となるように構成していることから、リング状凸部の強度を向上することができる。したがって、リング状凸部を備えるハニカム構造体において、排気通路に設置して使用した際に破損せず、ハニカム構造体をケーシング内で確実に固定することができる。

【0050】

（２）非セル部は、充填層及び塗布層から構成されている。したがって、充填層により高密度の非セル部を形成でき、リング状凸部の強度を向上させることができる。
（３）充填層及び塗布層は、それぞれ無機粒子と無機繊維と無機バインダとを含む。したがって、リング状凸部の耐熱性が高く、強度を高くすることが可能となる。

【0051】

（４）充填層は、長手方向に延びる軸について、０時、３時、６時及び９時の方向において所定距離を超える部分に形成されている。したがって、周方向に等間隔に高密度の充填層を配置させているため、リング状凸部の強度向上の点で好適である。

【0052】

（５）ハニカム部材の長手方向の中心における断面のセルの開口率が５５〜７０％である。したがって、ハニカム構造体の圧力損失を低減させつつ、リング状凸部の非セル部による強度向上の効果を最大限に発揮することが可能となる。

【0053】

（６）ハニカム構造体において、ハニカム部材と比べると安価な充填部材により非セル部を設けることにより、ハニカム構造体のコストを低減できる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

【0054】

・上記実施形態において、リング状凸部は、ハニカム構造体の長手方向の中央部に形成されている。しかしながら、リング状凸部のハニカム構造体の周面上における設置位置は、特に限定されない。

【0055】

・上記実施形態において、リング状凸部の０時、３時、６時、９時の方向に、充填層を形成した。しかしながら、充填層のリング状凸部の周方向及び幅方向における形成位置は、特に限定されない。

【0056】

・上記実施形態では、リング状凸部は、ハニカム集合体の柱状部に充填部材を含む充填層を塗布及び形成した後、研削工程を経て成形した。しかしながら、ハニカム集合体を研削した後、充填部材を塗布することによりリング状凸部の充填層を形成してもよい。

【0057】

・上記実施形態においては、ハニカム構造体の第１端面及び第２端面の端面形状は特に限定されず、円柱状以外にも、楕円形状、略三角形状、レーストラック状、又は正六角形、正八角形等の多角形状を有するハニカム構造体を採用してもよい。

【0058】

・上記実施形態においては、ハニカム構造体のセルのいずれか一方が封止体で封止したハニカム構造体の構成を採用した。しかしながら、ハニカム構造体を、セルを封止せずに酸化触媒等の触媒が担持されている触媒担体（ハニカム触媒ともいう）として使用してもよい。

【実施例】

【0059】

本発明のハニカム構造体を製造する実施例について説明する。尚、本発明は、実施例欄記載の構成に限定されるものではない。
まず、平均粒子径２２μｍの炭化珪素粉末４０．６重量％と、平均粒子径０．５μｍの炭化珪素粉末１７．４重量％、造孔材として平均粒子径４０μｍのアクリル樹脂１０．６重量％とを混合した。得られた混合物に対して有機バインダ（メチルセルロース）６．４重量％と可塑剤（日油社製、ユニルーブ）３．０重量％、グリセリン１．４重量％、及び水２０．６重量％を加えて混錬した後、押出成形し、図３（ａ）のハニカム部材１２と同様の形状の角柱状の生成形体を作製した。

【0060】

次に、マイクロ波乾燥機等を用いて、生成形体を乾燥して、セラミック乾燥体を得た。別途、平均粒子径１０μｍの炭化珪素粉末６２．１重量％と、平均粒子径０．５μｍの炭化珪素粉末１７．６重量％と、メチルセルロース１．０重量％と、エステル系有機溶媒３．９重量％と、エーテル系有機溶媒１２．３重量％と、グリコール系有機溶媒３．１重量％とを加え、混錬した混合組成物による封止材ペーストを得た。この封止材ペーストを所定のセルの開口に充填した。乾燥機で乾燥させた後、セラミック乾燥体を４００℃で脱脂し、常圧、２２００℃、アルゴン雰囲気下で、３時間焼成し、炭化珪素焼結体からなるハニカム焼成体（ハニカム部材）を作製した。このハニカム焼成体の寸法は３４．３ｍｍ×３４．３ｍｍ×１２７ｍｍ（Ｈ×Ｗ×Ｌ）、気孔率は６３％、平均気孔径は２３μｍ、セル密度は４５セル／ｃｍ^２、セル隔壁の厚さは０．３３ｍｍである。

【0061】

別途、耐熱性の接合材ペーストを調整した。この接合材ペーストの組成は、平均繊維長２０μｍで平均繊維径２μｍのアルミナファイバ３０重量％、平均粒子径０．６μｍの炭化珪素粒子２１重量％、シリカゾル１５重量％、カルボキシメチルセルロース５．６重量％、及び水２８．４重量％である。接合材ペーストの粘度は３０Ｐａ・ｓ（室温）である。

【0062】

別途、スペーサー（空隙保持部材）を用意した。各スペーサーは、両面に粘着材が塗布されたボール紙製で、直径５ｍｍ×厚さ１ｍｍの円盤である。各ハニカム焼成体の各側面の各隅に１つのスペーサーを取り付けた。各スペーサーは、ハニカム焼成体の隅を区画する２つの辺からそれぞれ６．５ｍｍだけ離れた位置に取り付けた。スペーサー付きのハニカム焼成体を４個×４個に結束した。

【0063】

次に、接合材ペースト供給装置に取り付けられたペースト供給室にハニカム集合体を設置した。ペースト供給室の内寸は、１４１ｍｍ×１４１ｍｍ×１２７ｍｍ（Ｈ×Ｗ×Ｌ）である。接合材ペースト供給装置は、ハニカム集合体中のハニカム焼成体間の空隙に対応する位置に形成された、幅５ｍｍの３つの供給溝を備える。各供給溝は、ペースト供給室の内面と接合材ペースト供給装置の内部とを連通する。ペースト供給室は、接合材ペースト供給装置に取り付けられた端部とは反対の端部に、開閉可能な底板を有する。この底板を閉じて、底板をハニカム集合体の端面に当接させることで、ハニカム焼成体間の空隙を封止した。

【0064】

この状態で、接合材ペースト供給装置のペースト供給室に接合材ペーストを投入した。接合材ペーストを、ペースト供給室の内面からハニカム集合体の側面に０．２ＭＰａの圧力で注入し、底板に当接した端面とは反対側のハニカム集合体の端面に０．０５ＭＰａの圧力で注入した。これにより、ハニカム焼成体間の間隙に接合材ペーストを充填した。次に、ハニカム集合体を１００℃で１時間乾燥し、接合材ペーストを硬化させた。硬化後に、厚さ１ｍｍの接合材による接合層で一体化されたハニカム集合体が得られた。

【0065】

次に、無機繊維としてアルミナシリケートからなるセラミックファイバ（ショット含有率３％、平均繊維長２０μｍ、平均繊維径６μｍ）２２．３重量％、無機粒子として平均粒径０．３μｍの炭化珪素粉末３０．２重量％、無機バインダとしてシリカゾル（ゾル中のＳｉＯ_２含有率３０重量％）７重量％、有機バインダとしてカルボキシメチルセルロース０．５重量％、及び水３９重量％を混合し、混錬することにより、充填部材のスラリーとなる充填層用ペーストを調整した。

【0066】

ハニカム集合体の外周面の四辺に充填部材のスラリーとして提供された充填層用ペーストを塗布して、７００℃２時間乾燥して、充填層用ペーストを硬化させ、充填部材による充填層を形成し、四辺に充填層が形成されたハニカム集合体２２（図４を参照）が得られた。

【0067】

次に、充填層が形成されたハニカム集合体を切削加工し、第１端面及び第２端面の直径が１４３ｍｍの円柱状のセラミックブロック１１（図６（ａ），（ｂ）を参照）を作製した。この研削加工は、セラミックブロックにおいて、第１外周面とリング状凸部の第１傾斜面のベースとなる傾斜面とを形成し、続いて第２外周面とリング状凸部の第２傾斜面のベースとなる傾斜面を形成し、最後にリング状凸部の頂面のベースとなる頂面を形成する一連の研削工程により実施した。

【0068】

次に、アルミナバルーン２２．３重量％、無機粒子として平均粒径０．３μｍの炭化珪素粉末３０．２重量％、無機バインダとしてシリカゾル（ゾル中のＳｉＯ_２含有率３０重量％）７重量％、有機バインダとしてカルボキシメチルセルロース０．５重量％、及び水３９重量％を混合し、混錬することにより、塗布層用ペーストを調整した。本実施例では、塗布層用ペーストは充填層用ペーストと同じ組成である。

【0069】

最後に、塗布層用ペーストをセラミックブロックの外側面に塗布して、１２０℃１時間乾燥して、塗布層用ペーストを硬化させ、セラミックブロックの第１外周面及び第２外周面を被覆する塗布層とリング状凸部の非セル部を構成する塗布層を形成した。これら塗布層の厚さは１．０ｍｍとした。塗布層の厚さは、セラミックブロックの第１外周面及び第２外周面を被覆する塗布層の厚さを測定した。

【0070】

＜強度試験方法＞
本実施例で製造したリング状凸部を有するハニカム構造体を、押し抜き荷重（加圧速度１ｍｍ／ｍｉｎ）をかけて、押圧に対する破壊強度（押し抜き強度）を測定した。図７（ａ）（ｂ）に示されるように、押し抜き強度は、直径１４３ｍｍの円筒状のアルミ製の冶具３０を使用した。冶具３０は、開口部にリング状凸部の一方の傾斜面と当接する当接面３０ａを有する。リング状凸部の一方の傾斜面と当接面が接触するように、ハニカム構造体を冶具に設置し、上から押し抜き荷重（加圧速度１ｍｍ／ｍｉｎ）をかけて、押圧に対する破壊強度（押し抜き強度）を測定した。なお、強度の測定には、インストロン万能試験機（５５８２型）３１を用いた。その結果、押し抜き強度は６．４ｋＮであり、排気通路に設置して使用した際に破損せず、ハニカム構造体をケーシング内で確実に固定できる値であることが確認できた。

【符号の説明】

【0071】

１０…ハニカム構造体、１０ａ…外周面、１１…セラミックブロック、１２…ハニカム部材、１３…接合層、１５…隔壁、１６…セル、２０…リング状凸部、２０ｇ…充填層、２０ｈ…セル部、２１ｂ…塗布層、２２…ハニカム集合体、２３…充填層、Ｘ…中心軸線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】