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公開番号2025128908
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-03
出願番号2024025913
出願日2024-02-22
発明の名称ハニカム構造体
出願人日本碍子株式会社
代理人アクシス国際弁理士法人
主分類B01D 39/20 20060101AFI20250827BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】メンテナンスコストを低く維持でき、且つ、メンテナンスが必要な時期をPM堆積量に基づいて圧力センサで検知し易いハニカム構造体を提供する。
【解決手段】複数の導入セル及び複数の排出セルがそれぞれ、前記複数の導入セル及び前記複数の排出セルの少なくとも一つに隔壁を挟んで隣接しており、前記複数の導入セル及び前記複数の排出セルの合計数に基づくセル密度が22～70個/cm²であり、前記隔壁の厚みは何れも0.15mm以上0.38mm以下の範囲であり、前記入口端面における開口率が44%以上であり、且つ、外周側壁に隣接する導入セルを除く前記複数の導入セルを区画するすべての隔壁の表面の合計面積をS₁とし、外周側壁に隣接する導入セルを除く前記複数の導入セルのうち、互いに隣接する導入セルに挟まれているすべての隔壁の表面の合計面積をS₂とすると、33%≦S₂/S₁≦75%を満たす、柱体状のハニカム構造体。
【選択図】図5A
特許請求の範囲【請求項１】
外周側壁と、外周側壁の内周側に配置され、入口端面から出口端面まで延び、入口端面に開口部を有し、出口端面に目封止部を有する複数の導入セルと、外周側壁の内周側に配置され、入口端面から出口端面まで延び、入口端面に目封止部を有し、出口端面に開口部を有する複数の排出セルとを備える柱体状のハニカム構造体であって、
前記複数の導入セル及び前記複数の排出セルはそれぞれ、前記複数の導入セル及び前記複数の排出セルの少なくとも一つに隔壁を挟んで隣接しており、
前記複数の導入セル及び前記複数の排出セルの合計数に基づくセル密度が２２～７０個／ｃｍ
2
であり、
前記隔壁の厚みは何れも０．１５ｍｍ以上０．３８ｍｍ以下の範囲であり、
前記入口端面における開口率が４４％以上であり、且つ、
外周側壁に隣接する導入セルを除く前記複数の導入セルを区画するすべての隔壁の表面の合計面積をＳ
1
とし、外周側壁に隣接する導入セルを除く前記複数の導入セルのうち、互いに隣接する導入セルに挟まれているすべての隔壁の表面の合計面積をＳ
2
とすると、３３％≦Ｓ
2
／Ｓ
1
≦７５％を満たす、
ハニカム構造体。
続きを表示（約 730 文字）【請求項２】
前記複数の導入セルのそれぞれの開口面積は、外周側壁に隣接するものを除き、すべて同じである請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項３】
前記複数の導入セル及び前記複数の排出セルのそれぞれの開口面積は、外周側壁に隣接するものを除き、すべて同じである請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項４】
前記複数の導入セルのそれぞれの開口形状は、外周側壁に隣接するものを除き、すべて正方形である請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
【請求項５】
前記複数の導入セル及び前記複数の排出セルのそれぞれの開口形状は、外周側壁に隣接するものを除き、すべて正方形である請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
【請求項６】
前記複数の導入セルのそれぞれの開口形状及び開口面積が、外周側壁に隣接するものを除き、すべて同じである請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
【請求項７】
前記正方形の一辺の長さは０．９０ｍｍ以上１．９０ｍｍ以下である請求項４に記載のハニカム構造体。
【請求項８】
前記正方形の一辺の長さは０．９０ｍｍ以上１．９０ｍｍ以下である請求項５に記載のハニカム構造体。
【請求項９】
前記複数の排出セルは何れも互いに隣接し合わない請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
【請求項１０】
前記隔壁における、前記導入セル及び前記排出セルの延びる方向の室温から８００℃までの平均線膨張率が、１．０×１０
-6
／℃以下である請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明はハニカム構造体に関する。
続きを表示（約 4,400 文字）【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比較して熱効率が良いが、拡散燃焼によるススやアッシュなどの粒子状物質（ＰＭ）の発生がある。この粒子状物質は、発がん性が認められているので、その大気放出の防止が必須である。このため、現在では、欧州を中心に従来の重量による量規制に加えＰＭ個数を規制する厳しい規制が課せられている。
【０００３】
しかしながら、燃焼の改善によるＰＭの排出低減には限界があり、排気にＤＰＦ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）と呼ばれるフィルタを設置することが現在唯一の有効な手段となっている。このフィルタとしては、多孔質の隔壁を排ガスが通過するように設計したウォールフロー型のフィルタが有効である。具体的には、ウォールフロー型のフィルタは、多孔質の隔壁を介して隣接している多数の導入セルと多数の排出セルを有しており、排ガスが隔壁を通過する間にＰＭを捕獲するハニカム構造体によって構成可能である。
【０００４】
ハニカム構造体によって構成されるウォールフロー型のフィルタは、稼働時間の増加と共にＰＭがフィルタ内に溜まり、圧力損失が増大していく問題がある。そのため、このようなフィルタは、一定のＰＭ堆積毎に燃料を余分に噴射し排出ガス温度を上昇させススを燃焼させる（フィルタ再生）ことで圧力損失を低減させている。加えて、アッシュは高温でも燃焼しないため、乗用車に比べて走行距離が長い（即ち、フィルタの稼働時間が長い）トラックやオフロード車両は、ハニカム構造体の洗浄処理をすることでフィルタ内に堆積するアッシュを定期的に除去し圧力損失を低減させる必要がある。ＰＭ堆積時の圧力損失がすぐに高くなってしまうと、フィルタ再生や洗浄処理の頻度が高くなり、燃料消費量及びメンテナンス費用の増大を招いてしまう。そこで、導入セル及び排出セルの配列や大きさに工夫を施すことでＰＭ堆積時の圧力損失を低減する工夫がなされてきた（特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２０１９／１０４０５７号
国際公開第２０１３／１８７４４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、フィルタ再生や洗浄処理の時期は圧力センサを用いてフィルタの入口と出口の間の圧力損失を測定することにより判断している。しかし、フィルタに大量にＰＭが溜まった後の圧力損失が低いままだと、圧力センサによってフィルタ再生制御を行なっている場合は圧力損失によるＰＭ堆積量予測が高難易度化してＰＭ過堆積となり、フィルタの破損に繋がってしまうという問題がある。そこで、ＰＭが溜まった後の圧力損失はできるだけ最小限にすることでフィルタ再生及び洗浄処理頻度を低減してメンテナンスコストを低減するのと同時に、ＰＭが溜まった量に準じた圧力損失の変化量（圧損傾斜）を大きくすることで、フィルタ再生や洗浄処理に適したＰＭ堆積量を圧力センサで検知し易くすることが望ましい。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、一実施形態において、メンテナンスコストを低く維持でき、且つ、メンテナンスが必要な時期をＰＭ堆積量に基づいて圧力センサで検知し易いハニカム構造体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者が上記課題を解決するべく鋭意検討し、以下に例示される本発明を完成させた。
［態様１］
外周側壁と、外周側壁の内周側に配置され、入口端面から出口端面まで延び、入口端面に開口部を有し、出口端面に目封止部を有する複数の導入セルと、外周側壁の内周側に配置され、入口端面から出口端面まで延び、入口端面に目封止部を有し、出口端面に開口部を有する複数の排出セルとを備える柱体状のハニカム構造体であって、
前記複数の導入セル及び前記複数の排出セルはそれぞれ、前記複数の導入セル及び前記複数の排出セルの少なくとも一つに隔壁を挟んで隣接しており、
前記複数の導入セル及び前記複数の排出セルの合計数に基づくセル密度が２２～７０個／ｃｍ
2
であり、
前記隔壁の厚みは何れも０．１５ｍｍ以上０．３８ｍｍ以下の範囲であり、
前記入口端面における開口率が４４％以上であり、且つ、
外周側壁に隣接する導入セルを除く前記複数の導入セルを区画するすべての隔壁の表面の合計面積をＳ
1
とし、外周側壁に隣接する導入セルを除く前記複数の導入セルのうち、互いに隣接する導入セルに挟まれているすべての隔壁の表面の合計面積をＳ
2
とすると、３３％≦Ｓ
2
／Ｓ
1
≦７５％を満たす、
ハニカム構造体。
［態様２］
前記複数の導入セルのそれぞれの開口面積は、外周側壁に隣接するものを除き、すべて同じである態様１に記載のハニカム構造体。
［態様３］
前記複数の導入セル及び前記複数の排出セルのそれぞれの開口面積は、外周側壁に隣接するものを除き、すべて同じである態様１又は２に記載のハニカム構造体。
［態様４］
前記複数の導入セルのそれぞれの開口形状は、外周側壁に隣接するものを除き、すべて正方形である態様１～３の何れかに記載のハニカム構造体。
［態様５］
前記複数の導入セル及び前記複数の排出セルのそれぞれの開口形状は、外周側壁に隣接するものを除き、すべて正方形である態様１～４の何れかに記載のハニカム構造体。
［態様６］
前記複数の導入セルのそれぞれの開口形状及び開口面積が、外周側壁に隣接するものを除き、すべて同じである態様１～５の何れかに記載のハニカム構造体。
［態様７］
前記正方形の一辺の長さは０．９０ｍｍ以上１．９０ｍｍ以下である態様４に記載のハニカム構造体。
［態様８］
前記正方形の一辺の長さは０．９０ｍｍ以上１．９０ｍｍ以下である態様５に記載のハニカム構造体。
［態様９］
前記複数の排出セルは何れも互いに隣接し合わない態様１～８の何れかに記載のハニカム構造体。
［態様１０］
前記隔壁における、前記導入セル及び前記排出セルの延びる方向の室温から８００℃までの平均線膨張率が、１．０×１０
-6
／℃以下である態様１～９の何れかに記載のハニカム構造体。
［態様１１］
隔壁がコージェライトを含有する態様１～１０の何れかに記載のハニカム構造体。
［態様１２］
前記隔壁の厚みは何れも０．１８ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下の範囲である態様１～１１の何れかに記載のハニカム構造体。
［態様１３］
前記複数の導入セル及び前記複数の排出セルの合計数に基づくセル密度は２６～６２個／ｃｍ
2
の範囲である態様１～１２の何れかに記載のハニカム構造体。
［態様１４］
前記複数の導入セルのうち少なくとも一つの導入セルは前記複数の排出セルの何れにも隣接しない態様１～１３の何れかに記載のハニカム構造体。
［態様１５］
前記複数の排出セルのうち少なくとも一つの排出セルは、前記導入セルのみに隣接する態様１又は２に記載のハニカム構造体。
［態様１６］
前記複数の排出セルの数に対する前記複数の導入セルの数の比が１．５～２．０かつ前記複数の導入セル及び前記複数の排出セルの合計数に基づくセル密度が４７～６２個／ｃｍ
2
の範囲であるか、前記複数の排出セルの数に対する前記複数の導入セルの数の比が３．０～４．０かつ前記複数の導入セル及び前記複数の排出セルの合計数に基づくセル密度が２８～４３個／ｃｍ
2
の範囲である態様１又は２に記載のハニカム構造体。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一実施形態に係るハニカム構造体を排ガスフィルタとして使用することで、ＰＭが溜まった後の圧力損失はできるだけ最小限にすることでフィルタ再生及び洗浄処理頻度を低減するのと同時に、ＰＭが溜まった量に準じた圧力損失の変化量（圧損傾斜）を大きくすることで、フィルタ再生や洗浄処理に適したＰＭ堆積量を圧力センサで検知し易くすることが可能である。これにより、メンテナンスコストを低く維持でき、且つ、メンテナンスが必要な時期をＰＭ堆積量に基づいて圧力センサで検知し易いフィルタを得ることができる。このため、ＰＭ過堆積によってフィルタが破損するおそれを低減することが可能となる。また、当該効果は耐熱衝撃性を犠牲にすることなく達成することが可能であるため、このように、本発明の一実施形態によれば、実用上極めて優れたハニカム構造体が提供できるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
ウォールフロー型のハニカム構造体を模式的に示す斜視図である。
ウォールフロー型のハニカム構造体をセルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図である。
ハニカム構造体の隔壁をセルの延びる方向に直交する断面から観察したときの模式的な部分拡大図である。
スキージ方式による目封止部の形成方法の一例を模式的に示す説明図である。
「変則１ＳＱ」のセル構造及び目封止パターンが模式的に示されている。
「変則２ＳＱ」のセル構造及び目封止パターンが模式的に示されている。
「変則３ＳＱ」のセル構造及び目封止パターンが模式的に示されている。
「変則４ＳＱ」のセル構造及び目封止パターンが模式的に示されている。
「変則５ＳＱ」のセル構造及び目封止パターンが模式的に示されている。
「変則６ＳＱ」のセル構造及び目封止パターンが模式的に示されている。
「変則７ＳＱ」のセル構造及び目封止パターンが模式的に示されている。
「ＨＥＸ」のセル構造及び目封止パターンが模式的に示されている。
「通常ＨＡＣ」のセル構造及び目封止パターンが模式的に示されている。
「変則１ＨＡＣ」のセル構造及び目封止パターンが模式的に示されている。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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