(57)【要約】【課題】排ガスに含まれる粒子状物質を良好に捕集することが可能なハニカムフィルタを提供する。【解決手段】ハニカム構造体４と目封止部５とを備え、ハニカム構造体４の隔壁１が、炭化珪素又は窒化珪素を主成分とする複数の骨材と、骨材同士を結合する結合材とを含む隔壁材料からなり、隔壁材料が、骨材と結合材との合計質量に対して、結合材を１５〜３５質量％含有し、結合材が、コージェライト中に強化粒子であるムライト粒子が分散された材料又はコージェライトを主成分とする材料からなり、隔壁の４０〜８００℃における熱膨張係数が４．２×１０−６１／Ｋ以下であり、９００℃における、隔壁材料に加わる応力の値を、隔壁材料にかかる応力の最大値で正規化した際に、正規化された応力値０．９において、全変位に占める塑性変形変位の割合が０．３〜１０％の範囲であるハニカムフィルタ１００。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入端面から流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有する筒状のハニカム構造体と、
前記ハニカム構造体に形成された前記セルのうちの第一セルの前記流入端面側の開口部を封止するとともに、前記第一セル以外の第二セルの前記流出端面側の開口部を封止する複数個の目封止部と、を備え、
前記隔壁が、炭化珪素又は窒化珪素を主成分とする複数の骨材と、前記骨材同士を、前記隔壁の気孔率が３５〜７０％となるように細孔を形成した状態で結合する結合材とを含む隔壁材料からなり、
前記隔壁材料が、前記骨材と前記結合材との合計質量に対して、前記結合材を１５〜３５質量％含有し、
前記結合材が、コージェライト中に強化粒子であるムライト粒子が分散された材料、又はコージェライトを主成分とする材料からなり、
前記隔壁の４０〜８００℃における熱膨張係数が４．２×１０−６１／Ｋ以下であり、
９００℃における、前記隔壁材料に加わる応力の値を、前記隔壁材料にかかる応力の最大値で正規化した際に、正規化された応力値０．９において、全変位に占める塑性変形変位の割合が０．３〜１０％の範囲であるハニカムフィルタ。
【請求項２】
自動車から排出された排ガス中の微粒子を捕集するフィルタである請求項１に記載のハニカムフィルタ。
【請求項３】
前記ハニカム構造体のセル密度が、２３セル／ｃｍ２以上、６０セル／ｃｍ２以下である請求項１又は２に記載のハニカムフィルタ。
【請求項４】
前記ハニカム構造体の前記隔壁の厚さが、１２０μｍ以上、４００μｍ以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
【請求項５】
曲げ強度が６．５ＭＰａ以上であり、曲げ強度の値をヤング率の値で除した値（曲げ強度／ヤング率）が１．４×１０−３以上である請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカムフィルタに関する。更に詳しくは、エンジン、特に、自動車のエンジンから排出される排ガスに含まれる粒子状物質を良好に捕集することが可能なハニカムフィルタに関する。
【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よく、地球温暖化対策としての二酸化炭素排出低減要求に合致する自動車用エンジンとして利点がある。一方で、ディーゼルエンジンは、拡散燃焼により、粒子状物質を多量に含む排ガスを排出する。
【０００３】
排ガス中の粒子状物質は、環境や人体への影響が指摘されており、排ガス中の粒子状物質を大気中に放出しないための対策が必要である。従来、ディーゼルエンジンから排出される排ガス中の粒子状物質の量は、排ガス中の粒子状物質の質量比率によって規制されていた。そして、近年では、上述した粒子状物質の質量比率による規制に加え、排ガス中の粒子状物質の個数を規制対象とした、より厳しい排ガス規制も行われるようになっている。
【０００４】
ディーゼルエンジンから排出される排ガス中の粒子状物質の質量や個数を低減する方法としては、ディーゼルエンジンにおける燃焼の改善による方法を挙げることができる。但し、このような燃焼の改善による方法では、粒子状物質の質量や個数を低減できる量には限界がある。このため、ディーゼルエンジンの排気系にフィルタを設置し、このフィルタによって排ガス中の粒子状物質を捕集する方法が、排ガス中の粒子状物質の質量や個数を低減する有効な方法と考えられている。
【０００５】
排ガス中の粒子状物質を捕集するためのフィルタとしては、多孔質の隔壁を備えたウォールフロー型のフィルタを挙げることができる。このようなウォールフロー型のフィルタにおいては、多孔質の隔壁を排ガスが透過し、多孔質の隔壁によって、排ガス中の粒子状物質が捕集される。
【０００６】
このウォールフロー型のフィルタでは、圧力損失を低減するためには、濾過流速を小さくすることが必要である。このため、現在、排ガス中の粒子状物質を捕集するためのフィルタとして、複数のセルが多孔質の隔壁によって区画形成されたハニカム構造体を用いたハニカムフィルタが広く用いられている。このハニカムフィルタでは、ハニカム構造体に形成されたセルのうち、所定のセルの一方の開口部と、残余のセルの他方の開口部とが、目封止部によって封止されている。このようなハニカムフィルタは、隔壁によって複数のセルが区画形成されたハニカム構造を有しているため、排ガスが透過する濾過面積を大きくすることができる。
【０００７】
ハニカムフィルタによって、排ガス中のスス等の粒子状物質を捕集すると、隔壁に、捕集した粒子状物質が堆積する。継続的にハニカムフィルタによって粒子状物質の捕集を行っていると、隔壁に堆積した粒子状物質により、ハニカムフィルタの圧力損失が増大する。ハニカムフィルタの圧力損失を低減するためには、隔壁に堆積した粒子状物質に高温のガスを当てて、粒子状物質を強制的に燃焼除去する必要がある。このような粒子状物質の燃焼除去を、フィルタの再生ということがある。
【０００８】
フィルタの再生時には、スス等の粒子状物質の燃焼熱によって、フィルタに熱応力が発生し、発生した熱応力により、再生中のフィルタが破損することがある。熱応力によるフィルタの破損を防止するために、複数個のハニカムセグメントを作製し、この複数個のハニカムセグメントを接合して、ハニカムフィルタを製造する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載のハニカムフィルタにおいては、弾性率の低い変形し易い接合材によって、複数個のハニカムセグメントを接合している。以下、複数個のハニカムセグメントを接合して製造されたハニカムフィルタを、「セグメント構造のハニカムフィルタ」ということがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２５３９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
セグメント構造のハニカムフィルタは、１個のハニカム構造体を用いて製造されたハニカムフィルタと比較して、フィルタの各部にて発生する熱応力を低減することができる。しかしながら、セグメント構造のハニカムフィルタであっても、最も熱応力の厳しいハニカムフィルタの流出端面においては、十分な応力緩和効果を得ることができないという問題があった。特に、非常に低頻度ではあるが、ハニカムフィルタの流出端面が、局所的に過大な温度上昇を生じることがある。このような局所的な温度上昇は、セグメント構造のハニカムフィルタにおいて、１個のセグメント内に生じるため、セグメント構造の利点が十分に発揮されないこととなる。なお、局所的な温度上昇を生じた場合には、高温度部分の膨張により、低温度部分が引張られて、この低温度部分を含む低温度領域に引張応力が発生し、低温度部分にクラックが発生してしまう。
【００１１】
また、従来、フィルタの再生時の過大な温度上昇によりハニカムフィルタが破損することを防止するために、熱容量の大きな材料を使用したハニカムフィルタも提案されている。例えば、炭化珪素を主成分とする隔壁を備えたハニカムフィルタが提案されている。しかしながら、このようなハニカムフィルタにおいては、炭化珪素の熱膨張係数が大きすぎることから、熱応力割れが生じやすいという問題があった。
【００１２】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、排ガスに含まれる粒子状物質を良好に捕集することが可能なハニカムフィルタを提供する。特に、ハニカムフィルタに生じる熱応力によって破損を生じ難いハニカムフィルタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、以下に示す、ハニカムフィルタが提供される。
【００１４】
［１］  流入端面から流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有する筒状のハニカム構造体と、前記ハニカム構造体に形成された前記セルのうちの第一セルの前記流入端面側の開口部を封止するとともに、前記第一セル以外の第二セルの前記流出端面側の開口部を封止する複数個の目封止部と、を備え、前記隔壁が、炭化珪素又は窒化珪素を主成分とする複数の骨材と、前記骨材同士を、前記隔壁の気孔率が３５〜７０％となるように細孔を形成した状態で結合する結合材とを含む隔壁材料からなり、前記隔壁材料が、前記骨材と前記結合材との合計質量に対して、前記結合材を１５〜３５質量％含有し、前記結合材が、コージェライト中に強化粒子であるムライト粒子が分散された材料、又はコージェライトを主成分とする材料からなり、前記隔壁の４０〜８００℃における熱膨張係数が４．２×１０−６１／Ｋ以下であり、９００℃における、前記隔壁材料に加わる応力の値を、前記隔壁材料にかかる応力の最大値で正規化した際に、正規化された応力値０．９において、全変位に占める塑性変形変位の割合が０．３〜１０％の範囲であるハニカムフィルタ。
【００１５】
［２］  自動車から排出された排ガス中の微粒子を捕集するフィルタである前記［１］に記載のハニカムフィルタ。
【００１６】
［３］  前記ハニカム構造体のセル密度が、２３セル／ｃｍ２以上、６０セル／ｃｍ２以下である前記［１］又は［２］に記載のハニカムフィルタ。
【００１７】
［４］  前記ハニカム構造体の前記隔壁の厚さが、１２０μｍ以上、４００μｍ以下である前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカムフィルタ。
【００１８】
［５］  曲げ強度が６．５ＭＰａ以上であり、曲げ強度の値をヤング率の値で除した値（曲げ強度／ヤング率）が１．４×１０−３以上である前記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカムフィルタ。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のハニカムフィルタにおいては、ハニカム構造体を構成する隔壁が、炭化珪素又は窒化珪素を主成分とする複数の骨材と、この骨材同士を、隔壁の気孔率が３５〜７０％となるように細孔を形成した状態で結合する結合材とを含む隔壁材料からなる。また、隔壁を構成する隔壁材料が、骨材と結合材との合計質量に対して、結合材を１５〜３５質量％含有し、この結合材が、コージェライト中に強化粒子であるムライト粒子が分散された材料、又はコージェライトを主成分とする材料からなる。また、隔壁の４０〜８００℃における熱膨張係数が４．２×１０−６１／Ｋ以下である。更に、９００℃における、隔壁材料に加わる応力の値を、この隔壁材料にかかる応力の最大値で正規化した際に、以下の条件を満たす。即ち、正規化された応力値０．９において、全変位に占める塑性変形変位の割合が０．３〜１０％の範囲である。
【００２０】
このように構成されたハニカムフィルタは、熱応力により生じるハニカムフィルタの破損を有効に防止することができる。即ち、本発明のハニカムフィルタを構成するハニカム構造体は、ハニカム構造体に局所的に高温部分が生じた際、この高温部分が高温状態において塑性変形する特性を有する。例えば、本発明のハニカムフィルタにおいては、ハニカムフィルタの流出端面に、局所的に過大な温度上昇が生じた際に、高温部分が塑性変形して、高温部分によって低温部分を引張る力が制限される。このため、上記低温度部分の破損を有効に防止することができる。なお、「低温部分」とは、局所的に過大な温度上昇を生じた部分（即ち、高温部分）以外の部分であって、当該高温部分よりも温度が低い部分のことである。
【００２１】
本発明のハニカムフィルタにおいては、ハニカム構造体の隔壁材料が、高温部分が高温状態において塑性変形する特性を有しているため、極めて局所的な温度変化に対して、優れた熱応力の低減効果を期待することができる。例えば、従来のセグメント構造のハニカムフィルタであっても、１個のハニカムセグメント内に生じた温度変化に対しては、熱応力の低減効果が十分に発揮されないことがある。本発明のハニカムフィルタにおいては、ハニカム構造体、別言すれば、このハニカム構造体を構成する隔壁材料が、上記のように高温状態において塑性変形するため、例えば、１個のハニカムセグメント内に生じる局所的な温度変化において、十分な熱応力の低減効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のハニカムフィルタの一の実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明のハニカムフィルタの一の実施形態の、流入端面を模式的に示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。
【図４】９００℃における、ハニカム構造体を構成する隔壁材料に加わる応力と、当該応力が加えられた際の隔壁材料の変位との関係の一例を示すグラフである。
【図５】本発明のハニカムフィルタの他の実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明のハニカムフィルタの他の実施形態の、流入端面を模式的に示す平面図である。
【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、図面を参照しながら具体的に説明する。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、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）ハニカムフィルタ：
本発明のハニカムフィルタの一の実施形態は、図１〜図３に示すようなハニカムフィルタ１００である。図１〜図３に示すように、本実施形態のハニカムフィルタ１００は、多孔質の隔壁１を有するハニカム構造体４と、複数の目封止部５とを備えたハニカムフィルタ１００である。ここで、図１は、本発明のハニカムフィルタの一の実施形態を模式的に示す斜視図である。図２は、本発明のハニカムフィルタの一の実施形態の、流入端面を模式的に示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。
【００２５】
ハニカム構造体４は、流入端面１１から流出端面１２まで延びる複数のセル２を区画形成する多孔質の隔壁１を有する筒状のものである。この複数のセル２は、流体（より具体的には、排ガス）の流路となるものである。ハニカム構造体４は、最外周に位置する外壁３を有していることが好ましい。目封止部５は、ハニカム構造体４に形成されたセル２のうちの第一セル２ａの流入端面１１側の開口部を封止するとともに、第一セル２ａ以外の第二セル２ｂの流出端面１２側の開口部を封止するものである。
【００２６】
本実施形態のハニカムフィルタ１００は、上述したように、ハニカム構造体４に形成されたセル２の流入端面１１側又は流出端面１２側の端部が、目封止部５によって封止されたウォールフロー型のフィルタである。より具体的には、目封止部５によって、ハニカム構造体４に形成されたセル２のうちの第一セル２ａの流入端面１１側の開口部が封止され、また、第一セル２ａ以外の第二セル２ｂの流出端面１２側の開口部が封止されている。「第一セル２ａ」は、流入端面１１におけるセル２の開口部に目封止部５が配設されたセルである。「第二セル２ｂ」は、流出端面１２におけるセル２の開口部に目封止部５が配設されたセルである。本実施形態のハニカムフィルタ１００においては、第二セル２ｂの流入端面１１の開口部から、排ガス等の流体が流入する。一方、この第一セル２ａには、排ガス等の流体が直接流入することはできず、第二セル２ｂに流入した流体が、隔壁１を通過して第一セル２ａ内に流入し、第一セル２ａの流出端面１２の開口部から流出される。第二セル２ｂから第一セル２ａに流体が移動する際に、多孔質の隔壁１によって流体中の粒子状物質が捕集される。
【００２７】
本実施形態のハニカムフィルタ１００においては、隔壁１が、炭化珪素又は窒化珪素を主成分とする複数の骨材と、この骨材同士を、隔壁１の気孔率が３５〜７０％となるように細孔を形成した状態で結合する結合材とを含む隔壁材料からなる。以下、本実施形態のハニカムフィルタ１００において、上記隔壁１を構成する隔壁材料を、「特定隔壁材料」ということがある。また、「炭化珪素又は窒化珪素を主成分とする」とは、骨材の構成成分中に、炭化珪素又は窒化珪素が、９０質量％以上含まれることをいう。
【００２８】
また、上述した特定隔壁材料が、骨材と結合材との合計質量に対して、結合材を１５〜３５質量％含有する。更に、結合材が、コージェライト中に強化粒子であるムライト粒子が分散された材料、又はコージェライトを主成分とする材料からなる。「コージェライトを主成分とする材料」とは、結合材の構成成分中に、コージェライトが９０質量％以上含まれることをいう。また、コージェライト中に強化粒子であるムライト粒子が分散された材料からなる結合材を「複合結合材」ということがある。
【００２９】
本実施形態のハニカムフィルタ１００においては、隔壁１の４０〜８００℃における熱膨張係数が４．２×１０−６１／Ｋ以下である。熱膨張係数は、ＪＩＳ  Ｒ  １６１８に準拠する方法で、４０〜８００℃の平均線熱膨張係数（熱膨張係数）を測定することによって求めた値とする。更に、９００℃における、隔壁材料に加わる応力の値を、この隔壁材料にかかる応力の最大値で正規化した際に、正規化された応力値０．９において、全変位に占める塑性変形変位の割合が０．３〜１０％の範囲となる。即ち、本実施形態のハニカムフィルタ１００においては、隔壁１を構成する特定隔壁材料が、以下の条件を満たす。ここで、図４は、９００℃における、ハニカム構造体を構成する隔壁材料に加わる応力と、当該応力が加えられた際の隔壁材料の変位との関係の一例を示すグラフである。図４に示すように、まず、上記応力と変位との関係（例えば、図４に示すグラフの応力と変位との関係）を、隔壁材料にかかる応力の最大値で正規化する。本実施形態のハニカムフィルタ１００は、９００℃における、正規化された応力値０．９において、全変位ｕ１に占める塑性変形変位ｕ２の割合が０．３〜１０％の範囲である。
【００３０】
本実施形態のハニカムフィルタ１００は、上述したような特定隔壁材料によって、ハニカム構造体４の隔壁１が形成されているため、熱応力により生じるハニカムフィルタ１００の破損を有効に防止することができる。即ち、本実施形態のハニカムフィルタ１００を構成するハニカム構造体４の隔壁材料は、ハニカム構造体４に局所的な高温部分が生じた際、この高温部分が高温状態において塑性変形する特性を有する。例えば、本実施形態のハニカムフィルタ１００においては、ハニカムフィルタ１００の流出端面１２に、局所的に過大な温度上昇が生じた際に、高温部分が塑性変形して、高温部分によって低温部分を引張る力が制限される。このため、上記低温度部分の破損を有効に防止することができる。
【００３１】
本実施形態のハニカムフィルタ１００は、極めて局所的な温度変化に対して、優れた熱応力の低減効果を期待することができる。例えば、従来のセグメント構造のハニカムフィルタであっても、１個のハニカムセグメント内に生じた温度変化に対しては、熱応力の低減効果が十分に発揮されないことがある。本実施形態のハニカムフィルタ１００においては、ハニカム構造体４を構成する隔壁１の隔壁材料が、高温状態において塑性変形する特性を有している。そのため、例えば、１個のハニカムセグメント内に生じる局所的な温度変化において、十分な熱応力の低減効果を得ることができる。勿論、図１〜図３に示すような一体型のハニカムフィルタ１００においても、優れた熱応力の低減効果を期待することができる。
【００３２】
図１〜図３に示すハニカムフィルタ１００は、１個のハニカム構造体４を用いて製造された、所謂、一体型のハニカムフィルタ１００である。但し、本発明のハニカムフィルタは、一体型のハニカムフィルタに限定されることはなく、セグメント構造のハニカムフィルタであってもよい。ここで、図５は、本発明のハニカムフィルタの他の実施形態を模式的に示す斜視図である。図６は、本発明のハニカムフィルタの他の実施形態の、流入端面を模式的に示す平面図である。
【００３３】
図５及び図６に示すハニカムフィルタ２００は、複数個のハニカムセグメント２６と、複数個の目封止部２５と、接合層２７と、を備えたセグメント構造のハニカムフィルタ２００である。複数個のハニカムセグメント２６が、接合層２７により接合されてハニカム構造体２４が形成されている。ハニカム構造体２４の外周面には、外周コート層２８が配設されている。即ち、外周コート層２８は、接合層２７によって接合されたハニカムセグメント２６の周囲を囲繞するように配設されている。このような外周コート層２８は、複数個のハニカムセグメント２６が互いの側面同士が対向するように配置された状態で接合された接合体の外周部分に、セラミック材料を塗工して形成したものであることが好ましい。
【００３４】
ハニカムセグメント２６は、流入端面３１から流出端面３２まで延びる複数のセル２２を区画形成する隔壁２１を有する筒状のものである。ハニカムセグメント２６は、最外周に位置する外壁２３を更に有するものであってもよい。図５及び図６に示すハニカムフィルタ２００においては、１６個のハニカムセグメント２６が接合層２７によって接合されている。
【００３５】
本実施形態のハニカムフィルタ２００においては、ハニカムセグメント２６に形成されたセル２２の流入端面３１側又は流出端面３２側の端部が、目封止部２５によって封止されている。即ち、目封止部２５によって、ハニカムセグメント２６に形成されたセル２２のうちの第一セル２２ａの流入端面３１側の開口部が封止され、また、第一セル２２ａ以外の第二セル２２ｂの流出端面３２側の開口部が封止されている。「第一セル２２ａ」は、流入端面３１におけるセル２２の開口部に目封止部２５が配設されたセルである。「第二セル２２ｂ」は、流出端面３２におけるセル２２の開口部に目封止部２５が配設されたセルである。本実施形態のハニカムフィルタ２００においては、第二セル２２ｂの流入端面３１の開口部から、排ガス等の流体が流入する。一方、この第一セル２２ａには、排ガス等の流体が直接流入することはできず、第二セル２２ｂに流入した流体が、隔壁２１を通過して第一セル２２ａ内に流入し、第一セル２２ａの流出端面３２の開口部から流出される。第二セル２２ｂから第一セル２２ａに流体が移動する際に、多孔質の隔壁２１によって流体中の粒子状物質が捕集される。本実施形態のハニカムフィルタ２００においては、各ハニカムセグメント２６を構成する隔壁２１が、図１〜図３に示すハニカムフィルタ１００の隔壁１と同様に構成されている。即ち、各ハニカムセグメント２６を構成する隔壁２１が、上述した特定隔壁材料によって形成されている。セル２２の開口部を目封止する目封止部２５は、図１〜図３に示すハニカムフィルタ１００の目封止部５と同様に構成されたものを好適に用いることができる。
【００３６】
図５及び図６に示すハニカムフィルタ２００においては、接合層２７によって接合された１６個のハニカムセグメント２６のうち、中央部分に配置された４個のハニカムセグメント２６が、端面が四角形の筒状である。また、接合層２７によって接合された１６個のハニカムセグメント２６のうち、外周部分に配置された１２個のハニカムセグメント２６は、ハニカムフィルタ２００の全体形状（円筒形状）に合わせて、その外周が研削加工されている。ハニカムフィルタ２００の外周部分には、接合層２７によって接合された１６個のハニカムセグメント２６を囲繞するように外周コート層２８が配設されている。以下、接合層２７によって接合されたハニカムセグメント２６のうち、中央部分に配置され、その外周が研削加工されていないハニカムセグメントを、完全セグメントということがある。また、接合層２７によって接合されたハニカムセグメント２６のうち、外周部分に配置され、その外周が研削加工されたハニカムセグメントを、不完全セグメントということがある。以下、特に断りのない限り、ハニカムセグメントの説明については、完全セグメントを例に説明する。なお、不完全セグメントは、完全セグメントの外周が、ハニカムフィルタ２００の全体形状に合わせて研削加工されたものである。このため、研削加工前の不完全セグメントは、完全セグメントと同様に構成されたものであることが好ましい。
【００３７】
このようなセグメント構造のハニカムフィルタ２００においては、接合層２７によって、各部にて発生する熱応力を低減することができる。更に、個々のハニカムセグメント２６の隔壁２１が、上述した特定隔壁材料によって形成されているため、個々のハニカムセグメント２６内に生じる、極めて局所的な温度変化に対して、優れた熱応力の低減効果を期待することもできる。
【００３８】
図１〜図３に示すハニカムフィルタ１００の全体形状は、特に限定されないが、円筒形状、端面が楕円形やレーストラック形状の筒形状、端面が「正方形、長方形、三角形、五角形、六角形、八角形等」の多角形の角柱状等が好ましい。ハニカムフィルタ１００の全体形状は、極端に小さな極率半径を避け、応力集中を避ける観点から、円筒形状、端面が楕円形やレーストラック形状の筒形状であることがより好ましい。図１〜図３に示すハニカムフィルタ１００は、円筒形状の場合の例を示している。また、図５及び図６に示すハニカムフィルタ２００の全体形状も、円筒形状、端面が楕円形やレーストラック形状の筒形状、端面が「正方形、長方形、三角形、五角形、六角形、八角形等」の多角形の角柱状等が好ましい。
【００３９】
以下、本実施形態のハニカムフィルタについて、構成要素ごとに更に詳細に説明する。
【００４０】
（１−１）ハニカム構造体：
図１〜図３に示すように、ハニカム構造体４は、流入端面１１から流出端面１２まで延びる複数のセル２を区画形成する隔壁１を有する筒状のものである。図５及び図６に示すように、ハニカム構造体２４は、複数個のハニカムセグメント２６が接合層２７によって接合されたものであってもよい。
【００４１】
本実施形態のハニカムフィルタにおいては、隔壁が、上述した特定隔壁材料によって形成されている。この特定隔壁材料は、炭化珪素又は窒化珪素を主成分とする複数の骨材と、この骨材同士を、隔壁の気孔率が３５〜７０％となるように細孔を形成した状態で結合する結合材とを含む材料である。
【００４２】
炭化珪素又は窒化珪素を主成分とする骨材としては、炭化珪素粒子、窒化珪素粒子を挙げることができる。炭化珪素粒子、及び窒化珪素粒子の平均粒子径は、５〜１００μｍが好ましく、１０〜４０μｍが更に好ましい。炭化珪素粒子、及び窒化珪素粒子の平均粒子径は、レーザー回折法で測定した値である。
【００４３】
特定隔壁材料は、骨材と結合材との合計質量に対して、結合材を１５〜３５質量％含有するものであり、結合材を２０〜３５質量％含有するものであることが好ましく、２５〜３０質量％含有するものであることが更に好ましい。結合材の質量比率が１５質量％未満であると、結合材による結合力が不十分となり、隔壁材料の強度が不足することがある。一方、結合材の質量比率が３５質量％を超えると、熱伝導率が低下し、フィルタの再生などにおいて、ススの燃焼による熱が逃げにくくなり、隔壁材料の温度が過大になって熱応力により破損することがある。骨材と結合材との合計質量に対する、結合材の質量比率は、以下の方法で求めることができる。まず、Ｘ線回折装置を用いて、隔壁を構成する材料のＸ線回折パターンを得る。Ｘ線回折装置としては、回転対陰極型Ｘ線回折装置を用いる。回転対陰極型Ｘ線回折装置としては、例えば、理学電機製の「ＲＩＮＴ（商品名）」を挙げることができる。Ｘ線回折測定の条件は、ＣｕＫα線源、５０ｋＶ、３００ｍＡ、２θ＝１０〜６０°とする。そして、簡易定量分析により、各構成結晶相の質量比率を算出する。簡易定量分析としては、ＲＩＲ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｒａｔｉｏ）法を用いて、得られたＸ線回折データを解析して、各成分を定量する方法を挙げることができる。Ｘ線回折データの解析は、ＭＤＩ社製の「Ｘ線データ解析ソフトＪＡＤＥ７（商品名）」を用いることができる。
【００４４】
また、結合材は、コージェライト中に強化粒子であるムライト粒子が分散された材料、又はコージェライトを主成分とする材料からなるものである。コージェライトを主成分とする材料とは、焼成によりコージェライト結晶が生成する原料を意味する。コージェライトを主成分とする材料としては、例えば、タルク３５．９質量％、水酸化アルミニウム４４．３質量％、及びシリカ粉末１９．８質量％の混合粉末を挙げることができる。このような混合粉末を用いて結合材生成用の原料を調製し、それを焼成することにより、コージェライトを主成分とする材料からなる結合材を得ることができる。結合材生成用の原料についは、上述した混合粉末に限定されることはない。以下、「焼成によりコージェライト結晶が生成する原料」のことを、「コージェライト化原料」ということがある。
【００４５】
コージェライト中に強化粒子であるムライト粒子が分散された材料としては、上述したコージェライトを主成分とする材料中に、ムライト粒子が分散された材料を挙げることができる。ムライト粒子の平均粒子径は、０．１〜１０μｍが好ましく、０．２〜５μｍが更に好ましい。ムライト粒子の平均粒子径は、レーザー回折法で測定した値である。ムライト粒子の配合比率については特に制限はないが、結合材の総質量に対して、５０質量％以下であることが好ましく、３５質量％以下であることが更に好ましい。ムライト粒子の配合比率の下限値については特に制限はない。即ち、ムライト粒子が配合（分散）されていない材料は、上記コージェライトを主成分とする材料である。コージェライト中に強化粒子であるムライト粒子が分散された材料からなる結合材は、コージェライトを主成分とする材料と比較して、以下の２点において優れている。まず、１点目として、この結合材は、曲げ強度の値をヤング率の値で除した値（曲げ強度／ヤング率）が大きく、破壊歪が大きくなり熱応力破壊が起こりにくくなるという利点がある。２点目として、この結合材は、体積あたりの熱容量が大きいため温度が上昇しにくく熱応力が発生しにくいという利点がある。ムライト粒子の配合比率は、骨材と結合材との合計質量に対する、結合材の質量比率の測定方法と同様の方法によって求めることができる。即ち、まず、Ｘ線回折装置を用いて、隔壁を構成する材料のＸ線回折パターンを得る。次に、簡易定量分析により、結合材中のムライト粒子の質量比率（配合比率）を算出する。
【００４６】
結合材は、隔壁の気孔率が３５〜７０％となるように細孔を形成した状態で骨材同士を結合している。隔壁の気孔率が、３５％未満であると、ハニカムフィルタの初期の圧力損失が高くなることがある。また、隔壁の気孔率が、７０％を超えると、ハニカムフィルタの強度が低くなることがある。隔壁の気孔率は、３８〜７０％であることが好ましく、３８〜６７％であることが更に好ましい。気孔率は、ＪＩＳ  Ｒ  １６５５に準拠する方法で測定することができる。具体的には、水銀圧入法による全細孔容積（ｃｍ３／ｇ）と、アルキメデス法により測定した見掛密度（ｇ／ｃｍ３）から算出する。気孔率の算出に際しては、下記式（１）を用いる。
気孔率（％）＝１００×全細孔容積／｛（１／見掛密度）＋全細孔容積｝  （１）
【００４７】
本実施形態のハニカムフィルタに用いられるハニカム構造体の隔壁は、４０〜８００℃における熱膨張係数が４．２×１０−６１／Ｋ以下である。隔壁の４０〜８００℃における熱膨張係数は、４．０×１０−６１／Ｋ以下であることが好ましく、３．８×１０−６１／Ｋ以下であることが更に好ましい。隔壁の熱膨張係数の下限値については特に制限はないが、実質的に、３．６×１０−６１／Ｋ程度である。４０〜８００℃における熱膨張係数が４．２×１０−６１／Ｋを超えると、熱応力が発生しやすくなり、フィルタに堆積したススが燃焼する際の熱により破壊しやすくなる。熱膨張係数は、ＪＩＳ  Ｒ  １６１８に準拠する方法で、４０〜８００℃の平均線熱膨張係数（熱膨張係数）を測定することによって求めることができる。
【００４８】
更に、本実施形態のハニカムフィルタにおいては、９００℃における、隔壁材料に加わる応力と当該応力が加えられた際の隔壁材料の変位との関係が、以下の関係を示す。図４に示すように、まず、上記応力と変位との関係を、隔壁材料にかかる応力の最大値で正規化する。図４に示すグラフにおいては、横軸が変位（ｍｍ）を示し、縦軸が正規化された応力値を示す。また、応力と変位との関係を、応力の最大値で正規化することを、単に「正規化」するということがある。本実施形態のハニカムフィルタは、正規化された応力値０．９において、全変位ｕ１に占める塑性変形変位ｕ２の割合が０．３〜１０％の範囲である。「隔壁材料に加わる応力の値を、応力の最大値で正規化する」とは、正規化された応力値の最大が１．０となり、正規化された応力値の最小が０となるように、隔壁材料に加わる応力の値を、応力の最大値で除することをいう。即ち、「正規化された応力値０．９」とは、正規化された応力値の最大が１．０となるように正規化した際に、最大値応力の０．９倍の値に相当する応力値のことである。以下、「正規化された応力値０．９における、全変位ｕ１に占める塑性変形変位ｕ２の割合」を、単に「塑性変形変位ｕ２の割合」ということがある。また、「正規化された応力値」のことを、単に「応力値」ということがある。
【００４９】
また、図４に示すように、応力値０．９における全変位ｕ１は、９００℃における、応力値０の状態から、応力値０．９の状態までの、ハニカム構造体の変位量のことである。また、塑性変形変位ｕ２は、以下のようにして求めることができる。まず、図４に示す応力と変位との関係を示すグラフにおいて、応力値０と、応力値０．５との２点を結ぶ直線を引く。この直線の応力値０．９での変位と、全変位ｕ１との差分の量（変位量）を、塑性変形変位ｕ２とする。
【００５０】
９００℃における、隔壁材料に加わる応力と当該応力が加えられた際の隔壁材料の変位との関係は、以下のようにして求めることができる。まず、ハニカムフィルタを構成するハニカム構造体から、曲げ強度を測定するための隔壁材料試験片を作製する。この隔壁材料試験片（以下、単に「試験片」ともいう）は、ハニカム構造体のセルの延びる方向を長手方向とした試験片とする。また、この試験片は、縦が０．３ｍｍ、横が４ｍｍ、長さが４０ｍｍとする。このように作製した試験片を用いて、ＪＩＳ  Ｒ  １６０１に準拠した曲げ試験により、荷重と変位を記録し、荷重、試験片サイズ、及び４点曲げのスパン距離から、隔壁材料に発生した応力を計算し、応力−変位線図を作成する。得られた応力−変位線図から、隔壁材料の全変位ｕ１を求めることができる。従って、本発明において、「隔壁材料に加わる応力」とは、上述したように荷重、試験片サイズ、及び４点曲げのスパン距離から計算された「隔壁材料に発生した応力」のことである。また、隔壁材料が塑性変形する際には、隔壁材料の変形により、隔壁材料に変位を与え続けても、応力が低下する点が存在する。即ち、隔壁材料にかかる応力には最大値があり、この応力の最大値が、本発明における「隔壁材料にかかる応力の最大値」である。
【００５１】
上記塑性変形変位ｕ２の割合が、１０％を超えると、隔壁材料の塑性変形が大きくなりすぎて、複数回の温度履歴の繰り返しにより、塑性変形する部分そのものに発生する応力が過大になってしまうことがある。特に、塑性変形する部分そのものに発生する応力が、低温時に過大になってしまう。上述した「塑性変形する部分そのものに発生する応力」とは、塑性変形に起因する応力のことである。塑性変形変位ｕ２の割合が、０．３％未満であると、隔壁材料の塑性変形が小さすぎて、十分な応力緩和効果を得ることができない。塑性変形変位ｕ２の割合は、０．３〜５％であることが好ましく、０．３〜３％であることが更に好ましい。塑性変形変位ｕ２の割合は、結合材を構成するコージェライトの結晶化を適度にコントロールすることによって行うことができる。コージェライトの結晶化のコントロールは、コージェライト化原料の各粒子の粒子径の選択、及び、結合材を焼成する際の焼成温度の調節によって行うことができる。また、コージェライトの結晶化のコントロールは、結合材の焼成条件によって行うこともできる。例えば、結合材の焼成条件によるコントロールとしては、以下の方法を挙げることができる。低酸素濃度、還元雰囲気で結合材を焼成した後、酸化雰囲気での熱処理を行う。この際、焼成及び酸化雰囲気での熱処理の温度と時間を調節する。
【００５２】
本実施形態のハニカムフィルタにおいては、隔壁材料の曲げ強度が６．５ＭＰａ以上であり、曲げ強度の値をヤング率の値で除した値（曲げ強度／ヤング率）が１．４×１０−３以上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、熱応力の低減効果が発揮され易くなる。隔壁材料の曲げ強度は、以下の方法によって測定することができる。まず、ハニカムフィルタを構成するハニカム構造体から、曲げ強度を測定するための試験片を作製する。この試験片は、ハニカム構造体のセルの延びる方向を長手方向とした試験片とする。試験片は、縦が０．３ｍｍ、横が４ｍｍ、長さが４０ｍｍとする。このように作製した試験片を用いて、ＪＩＳ  Ｒ  １６０１に準拠した曲げ試験により、曲げ強度を算出する。また、ヤング率は、以下の方法によって求めることができる。上記「曲げ強度」の測定結果から「応力−歪曲線」を作成し、当該「応力−歪曲線」の傾きを算出する。得られた「応力−歪曲線の傾き」をヤング率とする。
【００５３】
隔壁材料の曲げ強度は、５ＭＰａ以上であることが好ましく、７ＭＰａ以上であることが更に好ましい。また、曲げ強度の値をヤング率の値で除した値は、０．８×１０−３以上であることが好ましく、１．５×１０−３以上であることが更に好ましい。曲げ強度の値をヤング率の値で除した値の上限値は、３．５×１０−３である。
【００５４】
また、ハニカムフィルタを構成するハニカム構造体の比熱容量は、１．９〜２．５Ｊ／（ｃｍ３・Ｋ）であることが好ましく、２．０〜２．５Ｊ／（ｃｍ３・Ｋ）であることが更に好ましい。ハニカム構造体の比熱容量は、以下の方法で求めることができる。まず、ハニカム構造体から、直径が０．５ｍｍで、厚さが１．０ｍｍの円盤状の測定試料を切り出す。得られた測定試料を用いて、ＪＩＳ  Ｒ  １６１１に準拠する方法で、室温における比熱を測定する。更に、測定試料について、アルキメデス法で、見掛密度を測定する。そして、得られた比熱の値と見掛密度との積を、比熱容量（Ｊ／（ｃｍ３・Ｋ））とする。
【００５５】
隔壁の平均細孔径は、５〜３０μｍであることが好ましく、７〜３０μｍであることが更に好ましく、７〜２５μｍであることが特に好ましい。平均細孔径が５μｍより小さいと、ハニカムフィルタの初期の圧力損失が高くなることがある。平均細孔径が３０μｍより大きいと、ハニカムフィルタの強度が低くなることがある。平均細孔径は、ＪＩＳ  Ｒ  １６５５準拠して、水銀圧入法により測定した値である。
【００５６】
本実施形態のハニカムフィルタにおいては、ハニカム構造体のセル密度が、２３セル／ｃｍ２以上、６０セル／ｃｍ２以下であることが好ましい。セル密度が、２３セル／ｃｍ２より小さいと、ハニカムフィルタの強度が低くなることがある。セル密度が、６０セル／ｃｍ２より大きいと、セルの断面積（セルの延びる方向に直交する断面におけるセルの面積）が小さくなるため、圧力損失が高くなる。ハニカム構造体のセル密度は、３０セル／ｃｍ２以上、４７セル／ｃｍ２以下であることが更に好ましい。
【００５７】
隔壁の厚さは、１００μｍ以上、４００μｍ以下であることが好ましい。隔壁の厚さが１００μｍより薄いと、溜まったススを燃焼により除去する際に、ハニカムフィルタの温度が過大になり、これまでに説明した熱応力の低減効果を得られたとしても、熱応力によって隔壁が破損してしまうことがある。隔壁の厚さが４００μｍより厚いと、ハニカムフィルタの初期の圧力損失が高くなることがある。隔壁の厚さは、１２０μｍ以上であることが更に好ましく、１５０μｍ以上であることが特に好ましい。また、隔壁の厚さは、３８０μｍ以下であることが更に好ましく、３５０μｍ以下であることが特に好ましい。
【００５８】
セルの形状（セルの延びる方向に直交する断面におけるセルの開口形状）については特に制限はない。例えば、三角形、四角形、六角形、八角形等の形状を挙げることができる。四角形の場合には、正方形、又は長方形が好ましく、正方形がより好ましい。
【００５９】
また、ハニカムフィルタが、セグメント構造のハニカムフィルタである場合、ハニカムセグメントの個数については、特に制限はない。例えば、図５及び図６に示すハニカムフィルタ２００は、１６個のハニカムセグメント２６を備えたものである。このハニカムフィルタ２００においては、４個のハニカムセグメント２６が完全セグメントであり、この完全セグメントが、セル２２の延びる方向に直交する断面において、縦２個×横２個の配列で並んだ状態になっている。また、上記４個の完全セグメントの外周（セル２２の延びる方向に直交する断面における外周）に位置する１２個のハニカムセグメント２６が、不完全セグメントである。
【００６０】
本実施形態のハニカムフィルタの流入端面から流出端面までの長さについては、特に制限はない。ハニカムフィルタの流入端面から流出端面までの長さは、５０〜６００ｍｍであることが好ましく、１００〜４００ｍｍであることが更に好ましい。
【００６１】
（１−２）目封止部：
図１〜図３に示すように、目封止部５は、ハニカム構造体４に形成されたセル２の流入端面１１側又は流出端面１２側の端部に配置され、セル２の一方の端部を封止するものである。このような目封止部５が、セル２の一方の端部を封止することにより、多孔質の隔壁１を有するハニカム構造体４が、排ガス等の流体を浄化するためのフィルタとして機能する。
【００６２】
目封止部５の配置については、セル２の一方の端部を封止することにより、ハニカム構造体４がフィルタとして機能し得るものであれば、特に制限はない。即ち、流入端面側に目封止部が配置されたセル（第一セル）と、流出端面側に目封止部が配置されたセル（第二セル）との配置については、特に制限はない。但し、流体中の粒子状物質を隔壁によって良好に捕集するという観点からは、第一セルと第二セルとが、隔壁を隔てて交互に配置されていることが好ましい。第一セルの一部、或いは第二セルの一部が、ハニカムセグメントの端面の一ヶ所に集合するように配置されたものであってもよい。
【００６３】
目封止部の材料については特に制限はないが、セラミックが好ましく、上記隔壁の好ましい材料として挙げられた材料を好適に用いることができる。
【００６４】
（１−３）セグメント構造のハニカムフィルタ：
図５及び図６に示すハニカムフィルタ２００においては、複数個のハニカムセグメント２６の側面同士が接合層２７によって接合されたハニカム構造体２４を備えたものである。このようなセグメント構造のハニカムフィルタ２００における接合層２７は、複数個のハニカムセグメント２６を接合して一体化するための接合材からなるものである。
【００６５】
ハニカムセグメント２６の隔壁の厚さや、気孔率、平均細孔径等の各種条件については、これまでに説明した図１〜図３に示すハニカムフィルタ１００のハニカム構造体４と同様に構成されていることが好ましい。
【００６６】
接合層の材料については特に制限はない。接合層を形成するための接合材としては、例えば、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、ＳｉＣ粒子等の無機原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤等の添加材を加えたものに水を加えて混練したスラリーを好適例として挙げることができる。このような材料を用いることによって、ハニカムフィルタに生じる熱応力を良好に低減することができる。また、このような材料を用いることにより、接合層が、ハニカムフィルタに負荷がかかったときの緩衝材としての役割も果たす。
【００６７】
接合層の厚さについては、ハニカムセグメントの形状、複数個のハニカムセグメントの配列等によって適宜決定される。複数個のハニカムセグメントの相互間の隙間は、０．５〜３ｍｍであることが好ましく、０．５〜２．５ｍｍであることが更に好ましい。ハニカムセグメントの相互間の隙間が、３ｍｍを超えること、接合層の厚さが厚くなり過ぎて、ハニカムフィルタの初期の圧力損失が増大することがある。
【００６８】
また、接合層としては、そのヤング率が、隔壁を構成する隔壁材料のヤング率の１％以下であることが好ましい。
【００６９】
セグメント構造のハニカムフィルタは、各ハニカムセグメントを接合材で接合して、ハニカムセグメント接合体を作製し、このハニカムセグメント接合体の外周部分を切削して所望の形状にしたものであることが好ましい。例えば、最外周に位置するハニカムセグメントが切削されるようにして、セルの延びる方向に垂直な断面の形状が円形、楕円径、レーストラック形状になるように、ハニカムフィルタ接合体の外周部分が研削されていることが好ましい。ハニカムセグメント接合体の最外周には、外周コート層が配置されていることが好ましい。この外周コート層としては、接合層と同様の材料を用いて形成されたものを好適例として挙げることができる。例えば、外周コート層の材料としては、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、ＳｉＣ粒子等の無機原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤等の添加材を加えたものに水を加えて混練したスラリー等を挙げることができる。
【００７０】
（２）ハニカムフィルタの製造方法：
次に、本実施形態のハニカムフィルタを製造する方法について説明する。以下、本実施形態のハニカムフィルタを製造する方法について、セグメント構造のハニカムフィルタを製造する方法を例として説明する。
【００７１】
まず、骨材となる炭化珪素粉末と、焼成により結合材が生成する結合材生成用原料粉末とを混合し、必要に応じて、バインダ、界面活性剤、造孔材、水等を添加して、成形原料を作製する。結合材生成用原料は、焼成により「強化粒子であるムライト粒子」及び「結合材であるコージェライト」が生成されるものを挙げることができる。また、結合材生成用原料粉末の代わりに、ムライト粉末とコージェライト化原料とを混合してもよい。コージェライト化原料とは、焼成によりコージェライト結晶が生成する原料を意味する。結合材生成用原料粉末としては、例えば、タルク３５．９質量％、水酸化アルミニウム４４．３質量％、及びシリカ粉末１９．８質量％の混合粉末を挙げることができる。なお、結合材生成用原料粉末に含まれる原料粉末の種類や配合量については、上記の混合粉末に限定されることはない。また、結合材生成用原料としては、焼成により「結合材であるコージェライト」が生成されるものであってもよい。また、骨材としては、炭化珪素粉末を用いた例を説明するが、窒化珪素粉末を用いることもできる。
【００７２】
骨材となる炭化珪素粉末の平均粒子径は、５〜１００μｍが好ましく、１０〜４０μｍが更に好ましい。平均粒子径はレーザー回折法で測定した値である。骨材として窒化珪素粉末を用いる場合、窒化珪素粉末は、上記炭化珪素粉末と同程度の平均粒子径のものであることが好ましい。
【００７３】
成形原料に添加するバインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等の有機バインダを挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。バインダの添加量は、成形原料全体に対して２〜１０質量％であることが好ましい。
【００７４】
成形原料に添加する界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の添加量は、成形原料全体に対して２質量％以下であることが好ましい。
【００７５】
造孔材としては、焼成後に気孔となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等を挙げることができる。造孔材の添加量は、成形原料全体に対して１０質量％以下であることが好ましい。造孔材の平均粒子径は、１０〜３０μｍであることが好ましい。１０μｍより小さいと、気孔を十分形成できないことがある。３０μｍより大きいと、成形時に口金に詰まることがある。造孔材の平均粒子径はレーザー回折方法で測定した値である。なお、造孔材が吸水性樹脂の場合、平均粒子径は、吸水後の値である。
【００７６】
水の添加量は、成形しやすい坏土硬度となるように適宜調整されるが、成形原料全体に対して２０〜８０質量％であることが好ましい。
【００７７】
次に、成形原料を混練して坏土を形成する。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。
【００７８】
次に、坏土を押出成形してハニカム成形体を形成する。押出成形には、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚さ、セル密度等を有する口金を用いることが好ましい。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。ハニカム成形体は、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と最外周に位置する外壁とを有する構造である。ハニカム成形体の隔壁厚さ、セル密度、外壁の厚さ等は、乾燥、焼成における収縮を考慮し、作製しようとするハニカム構造体の構造に合わせて適宜決定することができる。なお、図１〜図３に示すハニカムフィルタ１００に用いるハニカム構造体４を作製する場合には、ハニカム構造体４の形状に合わせて、ハニカム成形体を作製する。即ち、得られたハニカム成形体を焼成することで、ハニカム構造体４を得ることができる。一方、図５及び図６に示すハニカムフィルタ２００を製造する場合には、押出成形したハニカム成形体が、１個のハニカムセグメント２６となる。このため、図５及び図６に示すハニカムフィルタ２００を製造する場合には、押出成形において、複数個のハニカム成形体を形成する。そして、得られたハニカム成形体を焼成することで、複数個のハニカムセグメント２６を得、得られた複数個のハニカムセグメント２６を接合層２７によって接合してハニカム構造体２４を作製する。
【００７９】
次に、得られたハニカム成形体について、焼成前に乾燥を行うことが好ましい。乾燥の方法については、特に制限はなく、例えば、マイクロ波加熱乾燥、高周波誘電加熱乾燥等の電磁波加熱方式と、熱風乾燥、過熱水蒸気乾燥等の外部加熱方式とを挙げることができる。これらの中でも、ハニカム成形体全体を迅速かつ均一に、クラックが生じないように乾燥することができる点で、電磁波加熱方式で一定量の水分を乾燥させた後、残りの水分を外部加熱方式により乾燥させることが好ましい。乾燥の条件として、電磁波加熱方式にて、乾燥前の水分量に対して、３０〜９９質量％の水分を除いた後、外部加熱方式にて、３質量％以下の水分にすることが好ましい。電磁波加熱方式としては、誘電加熱乾燥が好ましく、外部加熱方式としては、熱風乾燥が好ましい。
【００８０】
次に、ハニカム成形体のセルの延びる方向における長さが、所望の長さではない場合は、両端面（両端部）を切断して所望の長さとすることが好ましい。切断方法については特に制限はなく、例えば、丸鋸切断機等を用いる方法を挙げることができる。
【００８１】
次に、ハニカム成形体を焼成して、ハニカムセグメントを作製する。焼成の前に、バインダ等を除去するため、仮焼を行うことが好ましい。仮焼は、大気雰囲気において、２００〜６００℃で、０．５〜２０時間行うことが好ましい。焼成は、窒素、アルゴン等の非酸化雰囲気下（酸素分圧は１０−４気圧以下）、１４００〜１５００℃、常圧で１〜２０時間加熱することが好ましい。また、焼成後、耐久性向上のために、大気中（水蒸気を含んでいてもよい）で１１００〜１４００℃、１〜２０時間、酸化処理を行ってもよい。なお、仮焼及び焼成は、例えば、電気炉、ガス炉等を用いて行うことができる。
【００８２】
次に、得られた各ハニカムセグメントの流入端面における所定のセル（第一セル）の開口部、及び流出端面における残余のセル（第二セル）の開口部に目封止を施して、目封止部を形成する。なお、押出成形時おいて、図１〜図３に示すハニカム構造体４用の成形体を作製した場合には、目封止部を形成することによって、ハニカムフィルタ１００が完成する。
【００８３】
ハニカムセグメントに目封止材料を充填する際には、まず、ハニカムセグメントの一方の端面（例えば、流入端面）側から、所定のセル（例えば、第一セル）内に目封止材料を充填する。その後、他方の端面（例えば、流出端面）側から、残余のセル（例えば、第二セル）内に目封止材料を充填する。目封止材料を充填する方法としては、以下のような、マスキング工程及び圧入工程を有する方法を挙げることができる。マスキング工程は、ハニカムセグメントの一方の端面（例えば、流入端面）にシートを貼り付け、シートにおける、「目封止部を形成しようとするセル」と重なる位置に孔を開ける工程である。圧入工程は、「ハニカムセグメントの、シートが貼り付けられた側の端部」を目封止材料が貯留された容器内に圧入して、目封止材料をハニカムセグメントのセル内に圧入する工程である。目封止材料をハニカムセグメントのセル内に圧入する際には、目封止材料は、シートに形成された孔を通過し、シートに形成された孔と連通するセルのみに充填される。ハニカムセグメントの他方の端面（例えば、流出端面）からセル内に目封止材料を充填する方法も、上記、ハニカムセグメントの一方の端面からセル内に目封止材料を充填する方法と同様の方法とすることが好ましい。また、ハニカムセグメントの両方の端面から、目封止材料を同時に充填してもよい。
【００８４】
次に、ハニカムセグメントのセル内に充填された目封止材料を乾燥させて、目封止部を形成し、目封止ハニカムセグメントを得ることが好ましい。また、目封止材料を、より確実に固定化する目的で、目封止材料を乾燥させた後に焼成してもよい。また、乾燥前のハニカムセグメントの成形体又は乾燥後のハニカムセグメントの成形体に目封止材料を充填し、乾燥前のハニカムセグメントの成形体又は乾燥後のハニカムセグメントの成形体と共に、目封止材料を焼成してもよい。
【００８５】
次に、得られた各ハニカムセグメントを接合材で接合して、図５及び図６に示すようなハニカムフィルタ２００を得ることができる。接合材としては、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、ＳｉＣ粒子等の無機原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤等の添加材を加えたものに水を加えて混練したスラリー等を挙げることができる。
【００８６】
また、複数個のハニカムセグメントを接合材によって接合した後、得られたハニカムセグメントの接合体の外周部分を切削して所望の形状にすることが好ましい。また、ハニカムセグメントを接合し、ハニカムセグメントの接合体の外周部分を切削した後に、その外周部分に外周コート材を配設して、ハニカムフィルタを作製することが好ましい。この外周コート材が、ハニカムフィルタの外周コート層となる。このような外周コート層を配設することにより、ハニカムフィルタの真円度が向上する等の利点がある。外周コート材は、接合材として作製したスラリーと同じものを用いることができる。
【００８７】
このように構成することによって、本実施形態のハニカムフィルタを製造することができる。但し、本実施形態のハニカムフィルタの製造方法は、上述した製造方法に限定されることはない。
【実施例】
【００８８】
以下、本発明のハニカムフィルタを実施例により更に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００８９】
（実施例１）
骨材となる炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と、結合材生成用原料粉末とを、７：３（体積比）の比率で混合して「混合粉末」を作製した。結合材生成用粉末としては、タルクを４５．１体積％、カオリンを３２．８体積％、水酸化アルミニウムを２２．１体積％含有する粉末を用いた。そして、上記「混合粉末」に、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔材としてデンプン、吸水性樹脂を添加すると共に、水を添加して成形原料とした。バインダの含有量は混合粉末を１００質量部としたときに、７質量部であった。造孔材の含有量は混合粉末を１００質量部としたときに、１０質量部であった。水の含有量は混合粉末を１００質量部としたときに、７０質量部であった。
【００９０】
また、骨材となる炭化珪素粉末の平均粒子径は２２μｍであった。また、造孔材の平均粒子径は、２２μｍであった。また、結合材生成用粉末のタルクの平均粒子径は３μｍであり、カオリンの平均粒子径は１μｍであり、水酸化アルミニウムの平均粒子径は０．２μｍであった。炭化珪素粉末、結合材生成用粉末のタルク、カオリン、水酸化アルミニウム、及び造孔材の平均粒子径は、レーザー回折法で測定した値である。上記混合粉末の配合処方を、表１に示す。表１の「隔壁材料」の欄には、隔壁材料の配合率（体積％）を示す。表１の「結合材」の欄は、「結合材生成用原料粉末」の配合処方を示す。
【００９１】
【表１】
2014087743.tif 000003
【００９２】
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、ハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体を誘電加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて１２０℃で２時間乾燥し、ハニカム乾燥体を得た。実施例１では、セグメント構造のハニカムフィルタを作製するため、ハニカム乾燥体を１６個作製した。
【００９３】
次に、ハニカム乾燥体のセルの一方の開口部に目封止を施して、目封止ハニカム乾燥体を得た。具体的には、以下のように、目封止材料をハニカム乾燥体のセルに充填して目封止を施した。まず、ハニカムセグメントの一方の端面（例えば、流入端面）側から、所定のセル（例えば、第一セル）内に目封止材料を充填した。その後、他方の端面（例えば、流出端面）側から、残余のセル（例えば、第二セル）内に目封止材料を充填した。目封止材料を充填は、以下のような、マスキング工程及び圧入工程によって行った。マスキング工程は、ハニカムセグメントの一方の端面にシートを貼り付け、シートにおける、「目封止部を形成しようとするセル」と重なる位置に孔を開ける工程である。圧入工程は、「ハニカムセグメントの、シートが貼り付けられた側の端部」を目封止材料が貯留された容器内に圧入して、目封止材料をハニカムセグメントのセル内に圧入する工程である。
【００９４】
次に、得られた目封止ハニカム乾燥体を、大気雰囲気にて５５０℃で３時間かけて脱脂し、その後、Ａｒ不活性雰囲気にて約１４２０℃で２時間焼成してハニカム焼成体を得た。得られたハニカム焼成体が、目封止部が配設されたハニカムセグメントとなる。表１の「焼成温度（℃）（Ａｒ雰囲気）」の欄に、焼成温度を示す。また、表１の「酸化雰囲気熱処理（℃）」の欄に、焼成の工程にて、酸化雰囲気熱処理を行った場合の酸化雰囲気熱処理の温度を示す。実施例１では、酸化雰囲気熱処理を行っていないため、「酸化雰囲気熱処理（℃）」の欄は、「無し」と記す。
【００９５】
得られたハニカムセグメント（目封止部が配設されたハニカムセグメント）の、隔壁の厚さは３０５μｍであり、セル密度は４６．５セル／ｃｍ２であった。また、ハニカムセグメントの底面は一辺（表１においては、セグメントサイズと記す）が３５ｍｍの四角形であり、ハニカムセグメントのセルの延びる方向における長さは１５２ｍｍであった。表１の「ハニカムフィルタの形状」の欄に、「隔壁の厚さ」、「セル密度」、「セグメントサイズ」を示す。
【００９６】
また、得られたハニカムセグメントの隔壁は、炭化珪素粉末からなる骨材と、この骨材同士を結合する結合材とを含む結合材であった。結合材は、コージェライト中に強化粒子であるムライト粒子が分散された複合結合材であった。ハニカムフィルタの隔壁の結合材が、このようなコージェライト中にムライト粒子が分散された複合結合材である場合には、表１の「結合材の主成分結晶」の欄に、「コージェライト＋ムライト」と記す。結合材中の「ムライトの含有率」は０．５質量％であった。そして、骨材と結合材との合計質量に対する、結合材の質量比率は２９．９質量％であった。骨材と結合材との合計質量に対する、結合材の質量比率は、以下の方法で求めた。まず、Ｘ線回折装置を用いて、隔壁を構成する材料のＸ線回折パターンを得た。Ｘ線回折装置としては、回転対陰極型Ｘ線回折装置（理学電機製の「ＲＩＮＴ（商品名）」）を用いた。Ｘ線回折測定の条件は、ＣｕＫα線源、５０ｋＶ、３００ｍＡ、２θ＝１０〜６０°とした。そして、簡易定量分析により、各構成結晶相の質量比率を算出した。簡易定量分析としては、ＲＩＲ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｒａｔｉｏ）法を用いて、得られたＸ線回折データを解析して、各成分を定量した。Ｘ線回折データの解析は、ＭＤＩ社製の「Ｘ線データ解析ソフトＪＡＤＥ７（商品名）」を用いた。また、ムライトの含有率も、骨材と結合材との合計質量に対する、結合材の質量比率と同じ方法で求めた。
【００９７】
目封止部が配設されたハニカムセグメントの外周面にスラリー状の接合材を塗布し、所定の立体形状となるように複数のセグメントを組み付け、この組み付け状態で圧着しながら加熱乾燥した。これにより、複数のハニカムセグメントが接合された接合体を作製した。その後、接合体を研削加工し、外周面を外周コート材によって被覆し、加熱乾燥した。接合材及び外周コート材としては、同じ材料を用い、炭化珪素粒子とシリカからなる材料を用いた。このようにして、実施例１のハニカムフィルタを作製した。実施例１のハニカムフィルタは、端面の直径が１４４ｍｍ、長さが１５２ｍｍの円筒形状であった。表１の「ハニカムフィルタの形状」の欄に、ハニカムフィルタの「直径」及び「長さ」を示す。
【００９８】
得られた実施例１のハニカムフィルタについて、「隔壁の気孔率」、「隔壁の平均細孔径」、「９００℃における、正規化された応力値０．９での全変位に占める塑性変形変位の割合（％）」を以下の方法で求めた。結果を表１に示す。また、得られたハニカムフィルタについて、以下の方法で、「最大スス堆積量（ｇ／Ｌ）」を測定した。結果を表１に示す。
【００９９】
［隔壁の気孔率（％）］
ＪＩＳ  Ｒ  １６５５に準拠する方法で隔壁の気孔率を測定した。即ち、水銀圧入法による全細孔容積（ｃｍ３／ｇ）と、アルキメデス法により測定した見掛密度（ｇ／ｃｍ３）から、下記式（２）を用いて気孔率を算出した。
気孔率（％）＝１００×全細孔容積／｛（１／見掛密度）＋全細孔容積｝  （２）
【０１００】
［隔壁の平均細孔径（μｍ）］
平均細孔径は、ＪＩＳ  Ｒ  １６５５準拠して、水銀圧入法により測定した。
【０１０１】
［９００℃における、正規化された応力値０．９での全変位に占める塑性変形変位の割合（％）］
まず、ハニカムフィルタを構成するハニカム構造体から、曲げ強度を測定するための隔壁材料試験片を作製した。この隔壁材料試験片（以下、単に「試験片」ともいう）は、ハニカム構造体のセルの延びる方向を長手方向とした試験片とした。また、この試験片は、縦が０．３ｍｍ、横が４ｍｍ、長さが４０ｍｍとした。このように作製した試験片を用いて、ＪＩＳ  Ｒ  １６０１に準拠した曲げ試験により、荷重と変位を記録し、荷重、試験片サイズ、及び４点曲げのスパン距離から、隔壁材料に発生した応力を計算し、応力−変位線図を作成した。得られた応力−変位線図から、隔壁材料の全変位ｕ１を求めた。また、計算結果より、隔壁材料に加わる応力の値を、隔壁材料にかかる応力の最大値で正規化した。正規化した応力値を用いて、図４に示すようなグラフを作成し、応力値０と、応力値０．５との２点を結ぶ直線を引き、この直線の応力値０．９での変位と、全変位ｕ１との差分の量（変位量）を、塑性変形変位ｕ２とした。このようにして、「隔壁材料の全変位ｕ１」及び「塑性変形変位ｕ２」を求め、「正規化された応力値０．９における、全変位ｕ１に占める塑性変形変位ｕ２の割合」を算出した。
【０１０２】
［最大スス堆積量（ｇ／Ｌ）］
まず、ハニカムフィルタを、ディーゼルエンジンの排気系に設置した。次に、ディーゼルエンジンを始動させ、ディーゼルエンジンから排出される排ガスをハニカムフィルタに通気して、ハニカムフィルタの隔壁により排ガス中のススを捕集した。隔壁上に捕集したススが堆積した状態で、ススを燃焼除去する再生試験を行った。このような再生試験を、隔壁上に堆積したススの量を増加させて繰り返し行い、ハニカムフィルタにクラックが発生しない限界のススの堆積量を求めた。即ち、ススの燃焼熱による熱応力で、ハニカムフィルタにクラック発生するか否かを確認し、クラックが発生しない限界のススの堆積量を求めた。なお、ススの堆積量を増やすほど、ススの燃焼による発熱が大きくなり、より大きな熱応力を生じて、ハニカムフィルタにクラックが発生し易くなる。クラックが発生しない最大のススの堆積量が、最大スス堆積量（ｇ／Ｌ）である。最大スス堆積量（ｇ／Ｌ）は、ハニカムフィルタの容積１Ｌあたりに堆積したススの質量（ｇ）によって示す。最大スス堆積量は、「スート  マス  リミット（Ｓｏｏｔ  Ｍａｓｓ  Ｌｉｍｉｔ（ＳＭＬ））」とも称されることがある。
【０１０３】
（実施例２、３）
結合材生成用原料粉末に用いたタルク、カオリン、水酸化アルミニウムの平均粒子径を、表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様の方法でハニカムフィルタを作製した。
【０１０４】
（比較例１〜３）
結合材生成用原料粉末に用いたタルク、カオリン、水酸化アルミニウムの平均粒子径を、表２に示すように変更し、焼成温度（℃）を、表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様の方法でハニカムフィルタを作製した。
【０１０５】
【表２】
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【０１０６】
（実施例４〜６）
結合材生成用原料粉末に用いたタルク、カオリン、水酸化アルミニウムの平均粒子径を、表１に示すように変更し、且つ造孔材の添加量、及び造孔材の平均粒子径を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様の方法でハニカムフィルタを作製した。
【０１０７】
（比較例４〜６）
造孔材の添加量を表２に示すように変更した以外は、比較例１〜３と同様の方法でハニカムフィルタを作製した。
【０１０８】
（実施例７、８）
目封止ハニカム乾燥体を焼成した後に、１２００℃で４時間、酸化処理を行ってハニカムセグメントを得たこと以外は、比較例１、２と同様の方法でハニカムフィルタを作製した。表１の「酸化雰囲気熱処理（℃）」の欄に、酸化雰囲気熱処理の温度を示す。
【０１０９】
（実施例９、１０）
隔壁材料の骨材と結合材（結合材生成用原料粉末）との配合率（％）を、表１に示すように変更した以外は、実施例８と同様の方法でハニカムフィルタを作製した。
【０１１０】
（実施例１１）
実施例１１においては、結合材生成用原料粉末として、タルクを３２．８体積％、シリカを２２．２体積％、水酸化アルミニウムを４５．１体積％含有する粉末を用いて、混合粉末を作製した。タルクの平均粒子径は３μｍであり、シリカの平均粒子径は１μｍであり、水酸化アルミニウムの平均粒子径は０．４μｍであった。このような混合粉末を用いて、実施例１と同様の方法でハニカムフィルタを作製した。なお、目封止ハニカム乾燥体の焼成温度は、１４５０℃とした。実施例１１のハニカムフィルタは、結合材の主成分結晶が、コージェライトであった。
【０１１１】
実施例２〜１１及び比較例１〜６のハニカムフィルタについて、「隔壁の気孔率」、「隔壁の平均細孔径」、「９００℃における、正規化された応力値０．９での全変位に占める塑性変形変位の割合（％）」を、実施例１と同様の方法で求めた。結果を、表１及び表２に示す。また、得られたハニカムフィルタについて、「最大スス堆積量（ｇ／Ｌ）」を測定した。結果を表１及び表２に示す。
【０１１２】
（結果）
表１及び表２に示すように、実施例１〜１１のハニカムフィルタは、炭化珪素粉末からなる骨材と、この骨材同士を、隔壁の気孔率が３５〜７０％となるように細孔を形成した状態で結合する結合材とを含む隔壁材料からなるものであった。また、隔壁を構成する隔壁材料には、骨材と結合材との合計質量に対して、結合材が２０〜３５質量％含有されていた。このような実施例１〜１１のハニカムフィルタは、隔壁の気孔率、隔壁の４０〜８００℃における熱膨張係数が所定の範囲内にある。このため、実施例１〜１１のハニカムフィルタは、エンジン、特に、自動車のエンジンから排出される排ガスから、粒子状物質を捕集するハニカムフィルタとして好適に用いることが可能なものであった。更に、実施例１〜１１のハニカムフィルタは、「９００℃における、正規化された応力値０．９での全変位に占める塑性変形変位の割合」が、０．３〜１０％の範囲内であった。このような実施例１〜１１のハニカムフィルタは、最大スス堆積量が１０ｇ／Ｌ以上であり、ハニカムフィルタに大きな熱応力が生じた場合であっても、ハニカムフィルタにクラックが発生し難いものであった。
【０１１３】
一方、比較例１、２、４及び５のハニカムフィルタは、「９００℃における、正規化された応力値０．９での全変位に占める塑性変形変位の割合」が大きすぎて、最大スス堆積量の値が低くなってしまった。即ち、比較例１、２、４及び５のハニカムフィルタは、隔壁材料の塑性変形が大きくなりすぎて、塑性変形する部分そのものに発生する応力が、低温時に過大になってしまったものと考えられる。また、比較例３及び６のハニカムフィルタは、「９００℃における、正規化された応力値０．９での全変位に占める塑性変形変位の割合」が小さすぎて、最大スス堆積量の値が低くなってしまった。即ち、比較例３及び６のハニカムフィルタは、隔壁材料が殆ど塑性変形せず、十分な応力緩和効果を得ることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明のハニカムフィルタは、内燃機関や各種の燃焼装置等から排出される排ガスを浄化するためのフィルタとして好適に利用することができる。本発明のハニカムフィルタは、エンジン、特に、自動車のエンジンから排出される排ガスに含まれる粒子状物質を良好に捕集するフィルタとして好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１，２１：隔壁、２，２２：セル、２ａ，２２ａ：第一セル、２ｂ，２２ｂ：第二セル、３，２３：外壁、４，２４：ハニカム構造体、５，２５：目封止部、１１，３１：流入端面、１２，３２：流出端面、２６：ハニカムセグメント、２７：接合層、２８：外周コート層、１００，２００：ハニカムフィルタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014087743.tif 000008
【図５】
2014087743.tif 000009
【図６】
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