(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記ハニカム基材の前記流出端面の少なくとも一部における気孔率P3が、前記セルの延びる方向の中央部分における気孔率P2よりも低くなるように構成されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の目封止ハニカム構造体。
前記ハニカム基材の前記流出端面の最外周から当該流出端面の重心を通過する最大径に対して10%以上の範囲における気孔率P3が、前記セルの延びる方向の中央部分における気孔率P2よりも小である、請求項4に記載の目封止ハニカム構造体。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。したがって、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、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
【0024】
(1)目封止ハニカム構造体:
本発明のハニカム構造体の第一実施形態は、
図1〜
図4に示すような、多孔質のハニカム基材4と、セル2の開口部を目封止する目封止部5と、を備えた目封止ハニカム構造体100である。多孔質のハニカム基材4は、排ガスが流入する側の端面である流入端面11から排ガスが流出する側の端面である流出端面12まで延びる複数のセル2を区画形成する隔壁1を有する。目封止部5は、ハニカム基材4の流入端面11側及び流出端面12側の少なくとも一方において、セル2の端部を目封止するものである。本実施形態の目封止ハニカム構造体100においては、入口目封止セル2bと、流出目封止セル2aとが、隔壁1を挟んで交互に隣接するように配置されている。入口目封止セル2bとは、流入端面11におけるセル2の開口部に目封止部5が配設されたセル2のことを意味する。出口目封止セル2aとは、流出端面12におけるセル2の開口部に目封止部5が配設されたセル2のことを意味する。本実施形態のハニカム構造体100は、ハニカム基材4の流入端面11
の一部14における気孔率P1が、セル2の延びる方向の中央部分16における気孔率P2よりも低くなるように構成されている。また、本実施形態のハニカム構造体100は、流入端面11から気孔率が低くなる部位の、セル2の延びる方向の長さL1が、目封止部5の、セル2の延びる方向の長さL2に対して、60%以上で100%未満である。また、本実施形態の目封止ハニカム構造体100を構成するハニカム基材4は、隔壁1の最外周に配設された外周壁3を有している。
【0025】
本実施形態の目封止ハニカム構造体100は、異物によるエロージョンに対する耐久性に優れたものである。すなわち、上述したように、本実施形態の目封止ハニカム構造体100は、ハニカム基材4の流入端面11
の一部14における気孔率P1が、その他の部位と比較して相対的に低くなるように構成されている。このため、目封止ハニカム構造体100の流入端面11側の強度が上がり、異物によるエロージョンに対する耐久性が向上する。そして、目封止ハニカム構造体100を構成するハニカム基材4のセル2の延びる方向の中央部分16における気孔率P2は、上記流入端面11側に比して低くなるため、当該中央部分16について高気孔率化を図ることができる。したがって、近年、目封止ハニカム構造体100の主流となっている高気孔率のハニカム構造体において、異物によるエロージョンに対する耐久性を有効に向上させることができる。ここで、
図4において、符号15は、ハニカム基材4の流入端面11側の端部を示し、符号17は、ハニカム基材4の流出端面12側の端部を示す。以下、本明細書において、「気孔率が低くなっている部位」及び「気孔率が相対的に低くなっている部位」という場合は、ハニカム基材4のセル2の延びる方向の中央部分16における気孔率P2よりも、その気孔率が低くなっている部位のことを意味する。
【0026】
本発明において、気孔率は、水銀ポロシメータにより測定した値である。水銀ポロシメータとしては、例えば、Micromeritics社製の「Autopore 9500(商品名)」などを挙げることができる。ここで、「ハニカム基材4の流入端面11の少なくとも一部14」とは、ハニカム基材4の流入端面11上の範囲のことを意味する。ハニカム基材4の流入端面11側において、気孔率R1が低くなる部分の、セル2の延びる方向の長さについては後述する。また、ハニカム基材4の「セル2の延びる方向の中央部分」とは、ハニカム基材4のセル2の延びる方向の長さの中間点を含み、当該中間点からハニカム基材4の長さの±20%の範囲のことを意味する。
【0027】
本実施形態の目封止ハニカム構造体100は、ハニカム基材4の流入端面11
の一部14において、ハニカム基材4に形成された細孔内に緻密材が充填されることにより、当該緻密材が充填された部位の気孔率が低くなっていることが好ましい。緻密材としては、セラミック製の粉体を用いることができる。例えば、コージェライトの粉末、SiCの粉末、ムライトの粉末、アルミナの粉末、スピネルの粉末などを挙げることができる。
【0028】
本実施形態の目封止ハニカム構造体100は、ハニカム基材4の流入端面11の最外周から当該流入端面11の重心を通過する最大径Rに対して10%以上の範囲における気孔率P1が、セル2の延びる方向の中央部分16における気孔率P2よりも小であ
る。ここで、「流入端面11の重心を通過する最大径R」は、流入端面11の重心を通過し、当該流入端面11の外周上の一の点から他の点までの長さの最大値のことを意味し、例えば、流入端面11が円形状である場合は、円の直径である。以下、「流入端面11の重心を通過する最大径R」を、単に「流入端面11の最大径R」ということがある。
図3及び
図4に示すように、目封止ハニカム構造体100の流入端面11において気孔率P1が低くなる部位の最外周からの長さT1は、流入端面11の最大径Rに対して、10%以上であることが好ましい。上述した構成では、目封止ハニカム構造体100の流入端面11の少なくとも外周側の気孔率が低くなっている。排ガス中に含まれる異物は、種々の種類が存在し、それぞれの異物の種類毎に、排ガス中の流動挙動が異なることがある。例えば、SCR触媒の還元剤となる尿素水が結晶化した固形物は、排ガスが通過する配管内の比較的に外側寄りを通過することがある。別言すれば、尿素水が結晶化した固形物は、排ガスが通過する配管の内面を沿うようにして、当該配管内を旋回しながら流動し、排気系の一部に設けられた目封止ハニカム構造体の流入端面に衝突することがある。そして、このような固形物の衝突により、目封止ハニカム構造体の流入端面に変形や劣化などのエロージョンが生じることがある。本発明においては、上述した尿素水が結晶化した固形物の排ガス中の流動挙動に特に着目し、流入端面11の外周側についての気孔率P1を積極的に低くする構成を好ましい一つの態様としている。
【0029】
ハニカム基材4の流入端面11の最外周から当該流入端面11の最大径Rに対して10〜
40%の範囲における気孔率P1が、セル2の延びる方向の中央部分16における気孔率P2よりも小であ
る。ハニカム基材4の流入端面11の最大径Rに対する、ハニカム基材4の流入端面11の気孔率が低くなる部分の流入端面11の最外周からの長さT1の比率は、20〜
40%であることが更に好ましく、30〜40%であることが特に好ましい。このように構成することにより、目封止ハニカム構造体100の流入端面11におけるエロージョン対策を有効に行うことができる。
【0030】
参考例としての目封止ハニカム構造体においては、ハニカム基材の流入端面全域の気孔率P1が、セルの延びる方向の中央部分における気孔率P2よりも大であってもよい
。例えば、
図5A及び
図5Bに示すように、目封止ハニカム構造体200の流入端面11において気孔率P1が低くなる部位の最外周からの長さT2は、流入端面11の最大径Rと同じ長さ(R=T2)であってもよい。ここで、
図5Aは
、目封止ハニカム構造体の第二実施形態を模式的に示す、流入端面側からみた平面図である。
図5Bは
、目封止ハニカム構造体の第二実施形態の、排ガスの流れる方向に平行な断面を示す模式図である。
図5及び
図5Bに示す目封止ハニカム構造体200において、
図1〜
図4に示す目封止ハニカム構造体100と同様に構成されている構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0031】
また、
図6A及び
図6Bに示すように、目封止ハニカム構造体300の流入端面11において気孔率P1が低くなる部位の最外周からの長さT3,T4が、流入端面11の最大径Rに対して、一定の値でなくともよい。すなわち、
図6A及び
図6Bに示す目封止ハニカム構造体300においては、目封止ハニカム構造体300の流入端面11において気孔率P1が低くなる部位の最外周からの長さT3,T4が異なっている。そして、目封止ハニカム構造体300においては、流入端面11において気孔率が低くなっていない円形の部分が、
図6A及び
図6Bの紙面上側にずれるように配置されている。例えば、排ガス中に含まれる異物が、配管の上下左右のいずれかに偏って飛来する場合などには、上記構成を採用することにより、目封止ハニカム構造体300の流入端面11に飛来する異物に対して、有効なエロージョン対策を行うことができる。ここで、
図6Aは、本発明の目封止ハニカム構造体の第三実施形態を模式的に示す、流入端面側からみた平面図である。
図6Bは、本発明の目封止ハニカム構造体の第三実施形態の、排ガスの流れる方向に平行な断面を示す模式図である。
図6及び
図6Bに示す目封止ハニカム構造体300において、
図1〜
図4に示す目封止ハニカム構造体100と同様に構成されている構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0032】
本実施形態の目封止ハニカム構造体においては、ハニカム基材の流入端面の少なくとも一部に、緻密材により第一の緻密化処理が施されていてもよい。例えば、
図1〜
図4に示すように、ハニカム基材4の流入端面11の最外周から当該流入端面11の最大径に対して10%以上の範囲に対して、緻密材により第一の緻密化処理が施されていることが好ましい。第一の緻密化処理の方法としては、緻密材のスプレーによる吹き付け、緻密材を含むスラリーのディッピング等の方法を挙げることができる。このような第一の緻密化処理により、ハニカム基材4の流入端面11の少なくとも一部の気孔率が、当該第一の緻密化処理が施されていない部分の気孔率に比して、相対的に低くなる。
【0033】
上述した第一の緻密化処理が施されている部分の気孔率が、10〜40%であることが好ましく、15〜35%であることが更に好ましく、20〜30%であることが特に好ましい。第一の緻密化処理が施されている部分の気孔率は、水銀ポロシメータにより測定した値である。第一の緻密化処理が施されている部分の気孔率が10%未満であると、触媒コーティングが困難となりあまり好ましくない。第一の緻密化処理が施されている部分の気孔率が40%を超えると、気孔率が高すぎて、エロージョンに対する耐久性を向上する効果が十分に発現しないことがある。
【0034】
図4に示すように、本実施形態の目封止ハニカム構造体100においては、流入端面11から気孔率が低くなる部位の長さL1が、流入端面11側に配設された目封止部5の長さL2よりも小であ
る。流入端面11側の目封止部5が配設された箇所では、隔壁1を介しての排ガスの移動がほとんど行われないため、上記構成を採用することで、実質的にフィルタとして機能する隔壁1の気孔率を上昇させることなく、流入端面11側の強度を向上させることができる。したがって、目封止ハニカム構造体100の圧力損失の上昇を有効に抑制することができる。例えば、気孔率が低くなる部位の長さL1が、目封止部5の長さL2よりも大であると、目封止ハニカム構造体100の圧力損失が大きくなってしまうことや、排ガス中の粒子状物質を捕集する捕集効率が低下することがある。気孔率が低くなる部位の長さL1は、目封止部5の長さL2に対して
、60%以上で100%未満であり、70
%以上で100%未満であること
が好ましい。
【0035】
更に、目封止ハニカム構造体は、ハニカム基材の流出端面の少なくとも一部における気孔率P3が、セルの延びる方向の中央部分における気孔率P2よりも低くなるように構成されていてもよい。
図7に示す目封止ハニカム構造体400は、ハニカム基材34の流出端面42の少なくとも一部における気孔率P3が、セル32の延びる方向の中央部分46における気孔率P2よりも低くなるように構成されている。この目封止ハニカム構造体400は、ハニカム基材34の流入端面41の少なくとも一部における気孔率P1も、セル32の延びる方向の中央部分46における気孔率P2よりも低くなるようにも構成されている。
図7は
、目封止ハニカム構造体の第四実施形態の、排ガスの流れる方向に平行な断面を示す模式図である。
図7において、符号31は、隔壁を示し、符号32aは、出口目封止セルを示し、符号32bは、出口目封止セルを示し、符号33は、外周壁を示し、符号35は、目封止部を示す。
図7において、符号45は、ハニカム基材34の流入端面41側の端部を示し、符号47は、ハニカム基材34の流出端面42側の端部を示す。
【0036】
ハニカム基材34の流出端面42の少なくとも一部における気孔率P3を相対的に低くすることにより、これまでに説明したエロージョンに対する耐久性を向上させる効果を得ることができる。流出端面42側の気孔率P3が低くなる部分の構成は、流入端面41側の気孔率P1が低くなる部分の構成と同様であることが好ましい。
【0037】
ハニカム基材34の流出端面42の最外周から当該流出端面42の最大径に対して10%以上の範囲における気孔率P3が、セル32の延びる方向の中央部分46における気孔率P2よりも小であることが好ましい。ハニカム基材34の流出端面42の最大径に対する、ハニカム基材34の流出端面42の気孔率が低くなる部分の流出端面42の最外周からの長さの比率は、20〜50%であることが更に好ましく、30〜40%であることが特に好ましい。また、ハニカム基材34の流出端面42の少なくとも一部に、緻密材により第二の緻密化処理が施されていてもよい。例えば、ハニカム基材34の流出端面42の最外周から当該流出端面42の最大径に対して10%以上の範囲に対して、緻密材により第二の緻密化処理が施されていることが好ましい。第二の緻密化処理は、これまでに説明した第一の緻密化処理と同様の方法で行うことができる。
【0038】
ハニカム基材34の流出端面42の第二の緻密化処理が施されている部分の気孔率が、10〜40%であることが好ましく、15〜35%であることが更に好ましく、20〜30%であることが特に好ましい。更に、流出端面42から気孔率が低くなる部位の長さL3が、流出端面42側に配設された目封止部35の長さL4よりも小であることが好ましい。流出端面42から気孔率が低くなる部位の長さL3は、目封止部35の長さL4に対して、50〜100%であることが好ましく、60〜100%であることが更に好ましく、70〜100%であることが特に好ましい。
【0039】
図1〜
図4に示す目封止ハニカム構造体100において、気孔率が相対的に低くなっている部位以外の気孔率は、40〜70%であることが好ましく、50〜70%であることが更に好ましく、60〜70%であることが特に好ましい。例えば、ハニカム基材4の中央部分16の気孔率P2が、40%よりも小さいと、ハニカム基材4に担持することのできる触媒の量が減少することがある。ハニカム基材4の中央部分16の気孔率P2が、70%を超えると、ハニカム基材の強度が低くなるため、キャニングが難しくなる(収納容器に収納する際に破損したりする)ことがある。ハニカム基材4は、ハニカム基材4の中央部分16を含め、気孔率が相対的に低くなっている部位以外の気孔率が、上述した数値範囲を満たす気孔率であることが好ましい。
【0040】
気孔率が低くなっている部位以外の気孔率(%)の絶対値を「Px」とし、気孔率が低くなっている部位の気孔率(%)の絶対値を「Py」とし場合に、「Px−Pyの値」が、20〜60であることが好ましい。このように構成することによって、目封止ハニカム構造体の流入端面、又は流入端面と流出端面の両方の端面について、局所的に強度を向上させることができる。「Px−Pyの値」が、20〜50であることが更に好ましく、20〜40であることが特に好ましい。
【0041】
隔壁の厚さは、60〜410μmであることが好ましく、85〜320μmであることが更に好ましい。60μmより薄いと、ハニカム基材の強度が低下することがある。410μmより厚いと、圧力損失が増大することがある。隔壁の厚さは、ハニカム基材の軸方向の断面を顕微鏡観察する方法で測定した値である。
【0042】
ハニカム基材のセル密度(ハニカム基材のセルの延びる方向に直交する断面における、単位面積当たりのセルの個数)は、15〜190セル/cm
2であることが好ましい。15セル/cm
2より小さいと、捕集性能が低下することがある。190セル/cm
2より大きいと、圧力損失が大きくなることがある。
【0043】
隔壁の平均細孔径は、40μm以下であることが好ましく、4〜35μmであることが更に好ましく、5〜30μmであることがより更に好ましく、6〜27μmであることが特に好ましい。隔壁の平均細孔径が40μmより大きいと、ハニカム基材が脆くなり欠落し易くなることがある。一方で、隔壁の平均細孔径が小さすぎると、上述した緻密材が隔壁の細孔内に入り難くなることがある。隔壁の平均細孔径は、水銀ポロシメータで測定した値である。
【0044】
ハニカム基材4の外周壁3の厚さは、特に限定されないが、0.05〜5mmが好ましい。0.05mmより薄いと、外周近傍のセルが欠けやすく、強度が低下することがある。5mmより厚いと、圧力損失が増大することがある。
【0045】
ハニカム基材の形状は、特に限定されないが、円柱形状、底面(別言すれば、端面)が楕円形の柱状、底面が四角形、五角形、六角形等の多角形の柱形状等が好ましい。ハニカム基材は、セルの延びる方向を中心軸方向とする柱形状であることが好ましい。例えば、ハニカム基材の外形が円柱形の場合、その底面の直径は、25〜400mmであることが好ましく、50〜380mmであることが更に好ましく、50〜360mmであることが特に好ましい。ハニカム基材の底面の直径は、上記範囲内において、エンジン排気量や出力に合わせて、適宜選定される。
【0046】
ハニカム基材のセルの形状は、特に限定されないが、セルの延びる方向に垂直な断面において、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等の多角形、円形、又は楕円形、あるいは四角形と、六角形又は八角形等との組合わせであることが好ましい。セルの形状は、その他不定形であってもよい。セルの形状としては、四角形、六角形等がより好ましい。
【0047】
ハニカム基材の大きさは、特に限定されないが、セルの延びる方向における長さは、25〜400mmであることが好ましく、50〜380mmであることが更に好ましく、50〜360mmであることが特に好ましい。ハニカム基材のセルの延びる方向の長さは、上記範囲内において、エンジン排気量や出力に合わせて、適宜選定される。
【0048】
ハニカム基材の隔壁及び外周壁は、セラミックを主成分とするものであることが好ましい。隔壁及び外周壁の材質としては、具体的には、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、ゼオライト、バナジウム及びアルミニウムチタネート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。「セラミックを主成分とする」というときは、セラミックを全体の70質量%以上含有することをいう。
【0049】
目封止部5の材質は、ハニカム基材4の隔壁1の材質と同じであることが好ましい。本実施形態の目封止ハニカム構造体100においては、流入端面11側の少なくとも一部において、当該部位に存在する目封止部5の気孔率が小さくなっている。気孔率が小さくなっている部位以外の目封止部5の気孔率は、50〜80%であることが好ましく、55〜75%であることが更に好ましい。
【0050】
また、図示は省略するが、目封止ハニカム構造体を構成するハニカム基材は、セグメント構造のハニカム基材であってもよい。具体的には、セグメント構造のハニカム基材としては、複数個のハニカムセグメントが、互いの側面同士が対向するように隣接して配置された状態で接合されたハニカム基材を挙げることができる。ハニカムセグメントは、流入端面から流出端面まで延びる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及び隔壁を取り囲むように配設された外壁を有するものである。複数個のハニカムセグメントを接合した接合体の最外周に、外周壁が配置される。また、複数個のハニカムセグメントを接合した接合体の外周部を研削等によって加工し、セルの延びる方向に垂直な断面の形状を円形等にした後、最外周にセラミック材料を塗工することによって外周壁を配置してもよい。このような、所謂、セグメント構造のハニカム基材であっても、
図1〜
図4に示すような、所謂、一体型のハニカム基材を用いた目封止ハニカム構造体と同様の作用効果を得ることができる。
【0051】
本実施形態の目封止ハニカム構造体は、隔壁の少なくとも一部に触媒が担持されたものであってもよい。更に詳細には、目封止ハニカム構造体を構成するハニカム基材の隔壁に触媒が担持されていることが好ましい。触媒としては、排ガス浄化用の触媒であることが好ましい。触媒の、単位体積当りの担持量は、10〜300g/リットルであることが好ましく、10〜200g/リットルであることが更に好ましい。「g/リットル」は、目封止ハニカム構造体1リットル当たりの触媒のグラム数(g)を示す。10g/リットルより少ないと、触媒効果が発揮され難くなることがある。300g/リットルより多いと、隔壁の細孔が閉塞することにより、圧力損失が大きくなり、捕集効率が著しく低下することがある。
【0052】
隔壁に担持される触媒としては、酸化触媒、三元触媒、SCR触媒等を挙げることができる。本実施形態の目封止ハニカム構造体を、ディーゼルエンジンの排ガスの浄化に用いる場合には、触媒として酸化触媒を用いることが好ましい。また、本実施形態の目封止ハニカム構造体を、直噴ガソリンエンジンの排ガスの浄化に用いる場合には、触媒として三元触媒を用いることが好ましい。触媒の具体例としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)等の貴金属を耐熱性無機酸化物からなる担体に担持させたものを挙げることができる。上記「耐熱性無機酸化物からなる担体」としては、アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、酸化セリウム、酸化タングステン、ゼオライト、遷移金属酸化物、希土類酸化物、又はこれらの混合物等からなる担体を挙げることができる。「SCR触媒」とは、還元反応によって被浄化成分を選択還元する触媒のことを意味する。特に、SCR触媒としては、窒素酸化物を選択還元する触媒を挙げることができる。更に、隔壁には、LNT触媒等の触媒が更に担持されていてもよい。「LNT」とは、NO
X吸蔵還元触媒のことである。触媒を、ハニカム構造体の隔壁へ担持させる方法としては、特に制限はなく、従来公知の方法に準じて行うことができる。
【0053】
(2)目封止ハニカム構造体の製造方法:
本発明の目封止ハニカム構造体を製造する方法について、以下に説明する。
【0054】
まず、セラミック原料を含有するセラミック成形原料を成形して、流体の流路となる複数のセルを区画形成するハニカム成形体を形成する。セラミック成形原料に含有されるセラミック原料としては、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、コージェライト化原料、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、ゼオライト、バナジウム及びアルミニウムチタネートからなる群から選択された少なくとも1種であることが好ましい。なお、「珪素−炭化珪素系複合材料」とは、炭化珪素(SiC)を骨材としてかつ珪素(Si)を結合材として形成されたものである。「コージェライト化原料」とは、シリカが42〜56質量%、アルミナが30〜45質量%、マグネシアが12〜16質量%の範囲に入る化学組成となるように配合されたセラミック原料であって、焼成されてコージェライトになるものである。
【0055】
また、このセラミック成形原料は、上記セラミック原料に、分散媒、有機バインダ、無機バインダ、造孔材、界面活性剤等を混合して調製することが好ましい。各原料の組成比は、特に限定されず、作製しようとするハニカム基材の構造、材質等に合わせた組成比とすることが好ましい。
【0056】
セラミック成形原料を成形する際には、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。
【0057】
また、ハニカム成形体を得た後に、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。
【0058】
次に、乾燥したハニカム成形体の流入端面における所定のセルの開口部、及び流出端面における残余のセルの開口部に目封止部を配設して、目封止部を備えたハニカム成形体を得ることが好ましい。
【0059】
次に、得られた目封止部を備えたハニカム成形体を焼成する。ハニカム成形体を焼成する条件については特に制限はなく、ハニカム成形体の原料の種類に応じて、適宜最適な焼成条件を選択することが好ましい。得られる目封止ハニカム構造体は、焼成後の状態においては、ハニカム基材の気孔率がほぼ一定の値となっている。
【0060】
次に、得られた目封止ハニカム構造体について、例えば、緻密材により緻密化処理(第一の緻密化処理)を施し、流入端面の少なくとも一部における気孔率P1が、セルの延びる方向の中央部分における気孔率P2よりも低くなるようにする。具体的には、スプレーによるコーティング、スラリーのディッピング等の方法により緻密化処理を行うことが好ましい。
【0061】
以上のようにして、本実施形態の目封止ハニカム構造体を製造することができる。また、流出端面の少なくとも一部に対して緻密化処理(第二の緻密化処理)を施し、流出端面の少なくとも一部における気孔率P3が、セルの延びる方向の中央部分における気孔率P2よりも低くなるように構成された目封止ハニカム構造体を製造してもよい。また、得られた目封止ハニカム構造体を構成する隔壁に、触媒を担持してもよい。触媒を担持する方法については、従来公知の目封止ハニカム構造体の製造方法における触媒の担持方法に準じて行うことができる。
【実施例】
【0062】
以下、本発明を実施例に基づいて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。
【0063】
(
参考例1)
まず、炭化珪素粉末を80質量部と、Si粉末20質量部とを混合して、混合粉末を得た。この混合粉末に、バインダ、造孔材、及び水を添加して、成形原料とした。次に、成形原料を混練し、土練して円柱状の坏土を作製した。そして、得られた円柱状の坏土を、押出成形機を用いてハニカム形状に成形して、端面が円形のハニカム成形体を作製した。次に、得られたハニカム成形体を乾燥し、乾燥したハニカム成形体の流入端面における所定のセルの開口部、及び流出端面における残余のセルの開口部に目封止部を配設して、目封止部を備えたハニカム成形体を作製した。得られた目封止部を備えたハニカム成形体を焼成して、目封止部を備えたハニカム構造体を作製した。ハニカム成形体が焼成されたものが、多孔質の隔壁を有するハニカム基材となる。
【0064】
次に、得られた目封止を備えたハニカム構造体について、緻密材により緻密化処理を施した。この緻密化処理により、ハニカム基材の流入端面の最外周から当該流入端面の重心を通過する最大径(すなわち、流入端面の直径)に対して6%の範囲における気孔率が、ハニカム基材のその他の部位における気孔率よりも小さくなった。
参考例1では、緻密材として、平均粒子径が0.5μmのSiCの粒子を用いた。そして、SiCの粒子をスラリー化してハニカム構造体の端面より吸い上げることで緻密化処理を行った。流入端面について、緻密化処理を施さない部分については、目封止部を備えたハニカム構造体の流入端面にマスクを施し、隔壁及び目封止部の細孔内に、緻密材が侵入しないようにした。
【0065】
このようにして、
参考例1の目封止ハニカム構造体を製造した。得られた目封止ハニカム構造体は、上述した緻密化処理により、ハニカム基材の流入端面側に配設された目封止部の気孔率も低くなった。
【0066】
参考例1の目封止ハニカム構造体は、流入端面及び流出端面の直径が266.7mmで、セルの延びる方向の長さが304.8mmの円柱形状のものであった。目封止ハニカム構造体を構成するハニカム基材の隔壁の厚さは0.305mmであった。ハニカム基材のセル密度は46.5セル/cm
2であった。隔壁の気孔率は60%であり、この隔壁の平均細孔径は20μmであった。気孔率及び平均細孔径は、水銀ポロシメータにより測定した値である。また、上述した隔壁の気孔率は、緻密化処理が施されていない部分について測定された気孔率である。流入端面側の目封止部の長さは、ハニカム基材の流入端面より6mmであった。同様に、流出端面側の目封止部の長さは、ハニカム基材の流出端面より6mmであった。
【0067】
参考例1の目封止ハニカム構造体は、ハニカム基材の流入端面の最外周から当該流入端面の直径に対して6%の範囲における気孔率が、20%であった。以下、緻密化処理により気孔率が低くなっている部分について、「低気孔率部分」ということがある。低気孔率部分は、ハニカム基材の流入端面の最外周から16mmのドーナツ状の範囲であり、流入端面における低気孔率部分の面積は、130cm
2であった。
【0068】
参考例1の目封止ハニカム構造体の目封止部の配置箇所を、表1の「目封止部」の欄に示す。「目封止部」の欄において、「両端面」と記載されている場合は、ハニカム基材の流入端面における所定のセルの開口部、及び流出端面における残余のセルの開口部に目封止部が配設されていることを意味する。
【0069】
また、
参考例1の目封止ハニカム構造体における低気孔率部分が設けられた位置を、表1の「低気孔率部分の位置」の欄に示す。「低気孔率部分の位置」の欄において、「流入端面の外周部分」と記載されている場合には、
参考例1の目封止ハニカム構造体のように、流入端面の最外周から所定の長さの範囲における気孔率が、その他の部位よりも低くなっていることを意味する。「低気孔率部分の位置」の欄において、「流入端面全域」と記載されている場合には、流入端面の全域に緻密化処理が施され、当該流入端面の全面が低気孔率部分となっていることを意味する。「低気孔率部分の位置」の欄において、「なし」と記載されている場合には、流入端面に対して緻密化処理が施されておらず、当該流入端面とその他の部位との気孔率が変わらないことを意味する。また、表1の「低気孔率部分の最外周からの長さ」の欄に、低気孔率部分の最外周からの長さを示す。「低気孔率部分の最外周からの長さ」の欄の数値が記載されている場合は、その長さのドーナツ状の範囲が低気孔率部分となる。また、「低気孔率部分の最外周からの長さ」の欄において、括弧内に記載された数値は、流入端面の面積に対する、低気孔率部分の占める面積の比率(%)である。また、「低気孔率部分の位置」の欄において、「流入端面全域」と記載されている場合には、表1の「低気孔率部分の最外周からの長さ」の欄において、「全面」と記載する。
【0070】
流入端面における低気孔率部分の面積を、表1の「低気孔率部分の面積」の欄に示す。低気孔率部分のセルの延びる方向における長さを、表1の「低気孔率部分の長さ」の欄に示す。低気孔率部分の長さは、緻密化処理により気孔率が低くなっている部分の、流入端面からの長さである。低気孔率部分の気孔率を、表1の「低気孔率部分の気孔率」の欄に示す。
【0071】
【表1】
【0072】
参考例1の目封止ハニカム構造体について、以下の方法で「エロージョン量」の測定を行った。「エロージョン量」の測定結果について、表1に示す。また、
参考例1の目封止ハニカム構造体について、以下の方法で「圧力損失」の評価を行った。「圧力損失」の評価結果を表1に示す。
【0073】
(エロージョン量)
まず、得られた目封止ハニカム構造体の質量(g)を測定する。次に、目封止ハニカム構造体を缶体にキャニング(収納)して、キャニングされた目封止ハニカム構造体をガスバーナ試験機に配置する。次に、ガスバーナ試験機によりSiC製の砥粒を目封止ハニカム構造体の流入端面に衝突させる。砥粒を衝突させる条件としては、以下の通りである。投入砥粒量を30gとした。目封止ハニカム構造体に流入させるガスの温度を、700℃とした。目封止ハニカム構造体に流入させるガスの流量を、10Nm
3/分とした。試験時間は30分とし、その間砥粒を少しずつ投入した。その後、目封止ハニカム構造体を取り出し、取り出した目封止ハニカム構造体の質量(g)を測定する。その後、試験前後の目封止ハニカム構造体の質量差から、砥粒を衝突によって削られた目封止ハニカム構造体の量(エロージョン量(g))を算出する。このエロージョン量の測定試験では、表1に示すように、平均粒子径が2.0mmの砥粒を用いている。平均粒子径が2.0mm程度の比較的に大きな砥粒は、排ガスが流れる配管内を飛来する際に、当該配管の外周を旋回するように流動する傾向がある。尿素水が結晶化した固形物は、上述した比較的に大きな砥粒に似た流動挙動を示すため、このエロージョン量の測定試験においては、平均粒子径が2.0mmの砥粒を用いている。
【0074】
(圧力損失)
まず、緻密化処理が施されていない目封止ハニカム構造体に、室温(25℃)の空気を2.0Nm
3/minの流量で流した際の圧力損失P
0を測定した。圧力損失P
0は、比較対象となる目封止ハニカム構造体の圧力損失である。次に、各実施例
及び参考例の目封止ハニカム構造体に、室温(25℃)の空気を2.0Nm
3/minの流量で流した際の圧力損失P
1を測定した。圧力損失P
1は、評価対象となる目封止ハニカム構造体の圧力損失である。評価対象の目封止ハニカム構造体の圧力損失P
1から比較対象の目封止ハニカム構造体の圧力損失P
0を減算した値を、比較対象の目封止ハニカム構造体の圧力損失P
0で除算した値の百分率(%)を求めた。求められた百分率の値を、表1の「圧力損失」の欄に示す。なお、比較対象の目封止ハニカム構造体、すなわち、緻密化処理が施されていない目封止ハニカム構造体としては、後述する比較例1の目封止ハニカム構造体を用いた。比較例1の「圧力損失」の評価結果については、「base」と記し、比較例1の目封止ハニカム構造体が、圧力損失の評価における測定比較対象であることを示す。
【0075】
(実施例
2、比較例1、参考例
3、4)
低気孔率部分の構成を表1に示すように変更した以外は、
参考例1と同様の方法で目封止ハニカム構造体を製造した。すなわち、実施例
2、参考例
3、4の目封止ハニカム構造体は、緻密化処理を施す位置が変更されている以外のハニカム基材及び目封止部の構成は、
参考例1の目封止ハニカム構造体と同様に構成されている。比較例1の目封止ハニカム構造体は、緻密化処理が施されていないこと以外のハニカム基材及び目封止部の構成は、
参考例1の目封止ハニカム構造体と同様に構成されている。
【0076】
実施例
2、参考例
3、4、及び比較例1の目封止ハニカム構造体について、
参考例1と同様の方法で「エロージョン量」の測定を行った。「エロージョン量」の測定結果について、表1に示す。また、実施例
2、参考例
3、4の目封止ハニカム構造体について、
参考例1と同様の方法で「圧力損失」の評価を行った。「圧力損失」の評価結果を表1に示す。
【0077】
(実施例
6、比較例2、参考例
5、7、8)
実施例
6、参考例
5、7、8、及び比較例2においては、
参考例1に使用した成形原料と同様のものを用いて、流入端面及び流出端面の直径が165.0mmで、セルの延びる方向の長さが140.5mmの円柱形状のハニカム基材を作製した。このようなハニカム基材を使用し、低気孔率部分の構成を表2に示すように変更した以外は、
参考例1と同様の方法で目封止ハニカム構造体を製造した。実施例
6、参考例
5、7、8、比較例2に使用したハニカム基材の隔壁の厚さは0.305mmであり、ハニカム基材のセル密度は46.5セル/cm
2であった。比較例2の目封止ハニカム構造体は、緻密化処理が施されていないこと以外のハニカム基材及び目封止部の構成は、
参考例5の目封止ハニカム構造体と同様に構成されている。
【0078】
実施例
6、参考例
5、7、8、及び比較例2の目封止ハニカム構造体について、
参考例1と同様の方法で「エロージョン量」の測定を行った。「エロージョン量」の測定結果について、表2に示す。また、実施例
6、参考例
5、7、8、及び比較例2の目封止ハニカム構造体について、比較対象の目封止ハニカム構造体を比較例2の目封止ハニカム構造体したこと以外は、
参考例1と同様の方法で「圧力損失」の評価を行った。「圧力損失」の評価結果を表2に示す。
【0079】
【表2】
【0080】
(結果)
表1に示すように、
参考例1の目封止ハニカム構造体のエロージョン量は1.5gで、緻密化処理を施した部分のエロージョンはほとんど見られず、比較例1の目封止ハニカム構造体のエロージョン量(4.2g)と比較して、大幅に減少されていた。一方、比較例1の目封止ハニカム構造体は、端面全面にエロージョンが多数見られた。また、実施例
2、参考例
3、4の目封止ハニカム構造体は、今回のエロージョン量の測定評価では、エロージョンによる質量の減少が確認されなかった。一方で、実施例
2、参考例1
、3の目封止ハニカム構造体は、比較例1の目封止ハニカム構造体と比較して、圧力損失の上昇が確認されなかった。また、参考例4の目封止ハニカム構造体は、比較例1の目封止ハニカム構造体に比して、僅か5%の圧力損失の上昇が確認された。ただし、今回のエロージョン量の測定評価にて、エロージョンによる質量の減少が確認されなった点を考慮すると、参考例4の目封止ハニカム構造体についても極めて良好な結果であったといえる。また、表2に示すように、ハニカム基材の大きさを変更した実施例
6、参考例
5、7、8についても、比較例2の目封止ハニカム構造体のエロージョン量(4.8g)と比較して、そのエロージョン量が大幅に減少されていた。また、エロージョン量に対する低気孔率部分の構成による影響は、実施例
2、参考例
1、3、4と、ハニカム基材の大きさを変更した実施例
6、参考例
5、7、8とで、同様の傾向が確認された。