(57)【要約】【課題】ハニカム構造体のさらなる高気孔率化が図られる場合でも、ハニカムフィルタにおける軸方向の端部の強度を上げて、破損に強く、安定したフィルタ性能を維持できるハニカムフィルタ、およびその製造方法を提供する。【解決手段】ハニカム構造体における延伸方向の少なくとも一方側の端部の、少なくとも封止部にて封止されない方のセルの端部に、セル壁の内面を被覆する被覆層が設けられ、該被覆層は、セルの端部の端面位置からセルの奥方向に延伸して形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質セラミックからなり、セル壁によって区画されることで形成された一方向に延伸する複数のセルを有するハニカム構造体を備え、前記複数のセルにおける延伸方向の一方側の端部が隣接するセル同士交互に封止部にて封止されたハニカムフィルタにおいて、
前記ハニカム構造体における前記延伸方向の少なくとも一方側の端部の、少なくとも前記封止部にて封止されない方のセルの端部に、前記セル壁の内面を被覆する被覆層が設けられており、
該被覆層は、前記セルの端部の端面位置から前記セルの奥方向に延伸して形成されていることを特徴とするハニカムフィルタ。
【請求項２】
前記被覆層の厚みは、当該被覆層の前記延伸方向に垂直な面の断面積が前記セルの前記延伸方向に垂直な面の断面積の５０％以下となるように設定されていることを特徴とする請求項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熱膨張率が前記封止部の熱膨張率よりも小さいことを特徴とする請求項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は窒化珪素を主成分とし、前記封止部は酸化アルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のハニカムフィルタ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載のハニカムフィルタの製造方法であって、
前記ハニカム構造体の延伸方向の端部を、流動性を有する第１の材料分散液に浸漬して、前記端部に面するセル端部のうちの少なくとも封止部にて封止されないセル端部に前記被覆層を形成する工程と、
前記ハニカム構造体の前記被覆層が形成された端部を、前記封止部にて封止するべきセル端部の位置のみが開口されたマスクを介して流動性を有する第２の材料分散液に浸漬して、前記封止部にて封止するべきセル端部に前記封止部を形成する工程とを有することを特徴とするハニカムフィルタの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか１項に記載のハニカムフィルタの製造方法であって、
前記ハニカム構造体の延伸方向の端部を、前記封止部にて封止するべきセル端部の位置のみが開口されたマスクを介して流動性を有する第２の材料分散液に浸漬して、前記封止部にて封止するべきセル端部に前記封止部を形成する工程と、
前記ハニカム構造体の前記封止部が形成された端部を、流動性を有する第１の材料分散液に浸漬して前記端部に面する前記封止部が形成されていないセル端部に前記被覆層を形成する工程とを有することを特徴とするハニカムフィルタの製造方法。
【請求項７】
第１の材料分散液の流動性が第２の材料分散液の流動性よりも高いことを特徴とする請求項５又は６に記載のハニカムフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジン、特に、ディーゼルエンジンの排気ガスに含有される粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を除去する排気ガス浄化用フィルタとして用いられるハニカムフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に備えられ、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集するフィルタとして、多孔性のセラミック材料を用いた排気ガス浄化用フィルタが広く用いられている。特に、ディーゼル車両の排気ガス中に含まれるＰＭについては、窒素酸化物（ＮＯｘ）とともに、その排出規制が日米欧において段階的に強化されている。かかる規制に適合させるため、ＰＭを捕集するためのディーゼルパーティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）の開発が盛んに進められてきている。現在、ＤＰＦとしては、主に、ハニカム構造を有するウォールフロータイプのハニカムフィルタが用いられている。
【０００３】
前記ハニカムフィルタは、貫通孔からなる多数のセルが、ハニカムフィルタの軸方向を延伸方向として規則的に形成されたハニカム構造体を有する。各セルは、ハニカム構造体の軸方向（延伸方向）の一方側の端部に充填材が封入されることで封止（目封じ）されている。充填材は、ハニカム構造体の軸方向の両端部で、複数のセルが交互に封止されるように封入されている。以下、セル端部に封入されて固化した充填材を封止部と称する。
【０００４】
このようなハニカムフィルタを製造する方法としては、ハニカム構造体の軸方向の端部の端面にシートを貼り付け、該シートにおける充填材を封入すべき所定のセルに対応した位置に孔を開けてマスクを作成し、該マスクを有する面を充填材のスラリーに浸漬して、マスクに開けられた孔からスラリーをセル中に充填する方法が知られている（例えば、特許文献１，２）。
【０００５】
一方、前記ハニカム構造体は、多孔質セラミックよりなり、各セルを区画する多孔性のセル壁が、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集するフィルタとして機能する。具体的には、ハニカムフィルタは、セルの延伸方向でもある軸方向と排気ガスの流れとが平行となるように配置される。排気ガスは、流れの上流側に位置する、セル端部が封止されていないセル（流入側セル）より流入する。セル内に流入した排気ガスは、多孔性のセル壁の微細孔を通過して、流れの下流側に位置する、セル端部が封止されていない隣接セル（流出側セル）へと移動し、そこから流出する。
【０００６】
排気ガスがセル壁の微細孔を通過することにより、排気ガスに含まれるＰＭがセル壁に捕集される。捕集されたＰＭは、ハニカムフィルタを再生加熱処理することでセル壁より除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３００９２２号公報
【特許文献２】特開２００５−２６２０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のハニカムフィルタにおいては、破損しやすい軸方向の端部の強度を向上させるための工夫は特になされていなかった。そのため、ＰＭの捕集効率を上げるべく高気孔率化が進むなか、ハニカムフィルタの取り扱い方が悪い場合や、繰り返される再生加熱処理によっては、軸方向の端部において破損が生じ、本来のフィルタ性能が維持できなくなるといった問題がある。
【０００９】
これについて詳しく説明する。多孔質セラミックよりなるハニカム構造体は、上述したように微細孔を複数有しているため、その強度は必然的に低くなる。そして、ハニカム構造体の軸方向の端部には、複数のセルの端部（セル端部とも称する）が配置されているが、このうち、充填材が封入されていないセル端部は脆く、取り扱いが悪い場合や、再生加熱処理の繰り返しによる熱衝撃によって、破損しやすい。
【００１０】
充填材が封入されていないセルの端部が破損した場合、これに隣接する充填材が封入されたセルの端部も一緒に損傷してしまい、充填材が脱落する恐れがある。充填材が脱落してしまうと、そのセルは、流出側セルとしても流入側セルとしても機能しなくなり、排気ガスがセルを素通りすることとなり、フィルタ性能は低下する。
【００１１】
このように、高気孔率化が進むなか、ハニカムフィルタにおける軸方向の端部の強度を上げる対策が必要不可欠となってきている。しかしながら、従来、充填材が封入されない方のセル端部の強度アップを図るなどの工夫はなされておらず、それどころか、特許文献２に記載されているように、ハニカムフィルタの圧力損失の上昇を防ぐために、封入されない方のセル端部に入り込んだ充填材の残留物を除去することが提案されている。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その目的は、ハニカム構造体のさらなる高気孔率化が図られる場合でも、ハニカムフィルタにおける軸方向の端部の強度を上げて、破損に強く、安定したフィルタ性能を維持できるハニカムフィルタ、およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のハニカムフィルタは、上記課題を解決するために、多孔質セラミックからなり、セル壁によって区画されることで形成された一方向に延伸する複数のセルを有するハニカム構造体を備え、前記複数のセルにおける延伸方向の一方側の端部が隣接するセル同士交互に封止部にて封止されたハニカムフィルタにおいて、前記ハニカム構造体における前記延伸方向の少なくとも一方側の端部の、少なくとも前記封止部にて封止されない方のセルの端部に、前記セル壁の内面を被覆する被覆層が設けられており、該被覆層は、前記セルの端部の端面位置から前記セルの奥方向に延伸して形成されていることを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、少なくとも封止部にて封止されない方のセルの端部に設けられた、セル壁の内面を被覆する被覆層によって、封止部が設けられず、破損しやすい封止されないセル端部の強度を上げることができ、ひいては、ハニカムフィルタの軸方向の端部の強度を上げることができる。しかも、このような被覆層は、ハニカムフィルタに対して繰り返される再生加熱処理による、捕集物燃焼時の熱衝撃を吸収してセル壁を保護する機能も発揮する。
【００１５】
これにより、ハニカム構造体のさらなる高気孔率化が図られる場合でも、ハニカムフィルタにおける軸方向の端部の強度を上げて、従来のハニカムフィルタよりも、破損に強く、安定したフィルタ性能を維持することが可能になる。
【００１６】
本発明のハニカムフィルタは、さらに、前記被覆層の厚みは、当該被覆層の前記延伸方向に垂直な面の断面積が前記セルの前記延伸方向に垂直な面の断面積の５０％以下となるように設定されていることが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、被覆層によって排気ガスの流路が狭くなるといった不具合を回避して、排気ガスの圧力損失の上昇を防止できる。
【００１８】
本発明のハニカムフィルタは、さらに、前記ハニカム構造体の熱膨張率が前記封止部の熱膨張率よりも小さい構成としたり、前記ハニカム構造体は窒化珪素を主成分とし、前記封止部は酸化アルミニウムを主成分とする構成としたりすることが好ましい。
【００１９】
本発明のハニカムフィルタの製造方法は、上記課題を解決するために、本発明のハニカムフィルタの製造方法であって、前記ハニカム構造体の延伸方向の端部を、流動性を有する第１の材料分散液に浸漬して前記端部に面する全てのセル端部に前記被覆層を形成する工程と、前記ハニカム構造体の前記被覆層が形成された端部を、前記封止部にて封止するべきセル端部の位置のみが開口されたマスクを介して、流動性を有する第２の材料分散液に浸漬して、記封止部を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２０】
本発明のハニカムフィルタの製造方法は、上記課題を解決するために、前記ハニカム構造体の延伸方向の端部を、前記封止部にて封止するべきセル端部の位置のみが開口されたマスクを介して流動性を有する第２の材料分散液に浸漬して、前記封止部にて封止するべきセル端部に前記封止部を形成する工程と、前記ハニカム構造体の前記封止部が形成された端部を、流動性を有する第１の材料分散液に浸漬して前記端部に面する前記封止部が形成されていないセル端部に前記被覆層を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２１】
このような手順とすることで、本発明のハニカムフィルタを容易に製造することができる。
【００２２】
本発明のハニカムフィルタの製造方法においては、第１の材料分散液の流動性が第２の材料分散液の流動性よりも高い構成とすることが好ましい。
【００２３】
第１の材料分散液の流動性を高くすることで、被覆層を薄く形成することができる。また、内側端面の高さ（封入深さ）を各セル間で揃えることもできるので、封止部よりも被覆層がセル奥に進入している構成においては、各層の有効フィルタ領域の長さをより効果的に揃えることができる。封止部となる第２の材料分散液は、セルより脱落することなく留まってセルを封止する必要があるため、流動性が低いものが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、ハニカム構造体のさらなる高気孔率化が図られる場合でも、ハニカムフィルタにおける軸方向の端部の強度を上げて、従来のハニカムフィルタよりも、破損に強く、安定したフィルタ性能を維持することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の一形態に係るハニカムフィルタの軸方向に平行な面の模式断面図である。
【図２】図１に示すハニカムフィルタの概観を示す斜視図である。
【図３】（ａ）（ｂ）共に、図１に示すハニカムフィルタにおける排気ガスの流れの下流側となる端部を拡大して示す模式断面図である。
【図４】本発明の実施の一形態に係る変形例のハニカムフィルタの軸方向に平行な面の模式断面図である。
【図５】図１に示すハニカムフィルタの製造工程の一例を示す工程図である。
【図６】本発明のその他の実施の形態に係るハニカムフィルタの軸方向に平行な面の模式断面図である。
【図７】図６に示すハニカムフィルタにおける被覆層と封止部とが設けられたセルの端部を拡大して示す模式断面図である。
【図８】本発明のその他の実施の形態に係る変形例のハニカムフィルタの軸方向に平行な面の模式断面図である。
【図９】図６に示すハニカムフィルタの製造工程の一例を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
[実施の形態１]
以下、本発明を実施の形態により説明する。図１は、本発明の実施の一形態であるハニカムフィルタの軸方向に平行な面の模式断面図である。図２は、ハニカムフィルタの概観を示す斜視図である。
【００２７】
図１、図２に示すように、ハニカムフィルタ１は、円柱状の多孔質セラミック焼成体よりなるハニカム構造体１０を有する。ハニカム構造体１０における円柱状の本体の内部には、一方向に延伸する複数のセル１１が形成されている。各セル１１は、軸方向（セルの延伸方向）に垂直な方向の断面形状が略正方形をなし、多孔性のセル壁１２に区画されることによって形成されている。多孔性のセル壁１２が粒子状物質（以下、ＰＭ）の捕集部材となる。
【００２８】
ハニカム構造体１０に設けられている各セル１１は、軸方向（延伸方向）の一方側の端部に充填材が封入されることで封止（目封じ）されている。充填材は、ハニカム構造体１０の軸方向の両端部で、複数のセル１１が交互に封止されるように封入されている。以下、セル端部に封入されて固化した充填材を封止部２１と称する。ハニカムフィルタ１においては、封止部２１が設けられている、軸方向の端部の構造に特徴がある。これについては後述する。
【００２９】
ハニカム構造体１０の外周部は、外周被覆層１５にて被覆されている。外周被覆層１５はセラミック層からなり、ハニカム構造体１０の外周部に塗布された外周被覆材が焼成されることで形成されている。なお、図１においては、外周被覆層１５の記載を省略している。
【００３０】
このような構成を有するハニカムフィルタ１は、図１に示すように、セル１１の延伸方向でもある軸方向が排気ガスの流れと平行となるように配置される。排気ガスは、流れの上流側に位置する、セル端部が封止されていないセル（流入側セル）１１より流入する。セル１１内に流入した排気ガスは、多孔性のセル壁１２の微細孔を通過して、流れの下流側に位置する、セル端部が封止されていない隣接セル（流出側セル）１１へと移動し、そこから流出する。
【００３１】
排気ガスがセル壁１２の微細孔を通過することにより、排気ガスに含まれるＰＭがセル壁１２に捕集される。捕集されたＰＭは、ハニカムフィルタ１を再生加熱処理することでセル壁１２より除去され、これにより、ハニカムフィルタ１が再生される。
【００３２】
なお、図２においては、ハニカム構造体１０として、ハニカムフィルタ１の軸方向に垂直な面の断面形状が円形をなす円柱状のものを例示したが、該断面形状は特に限定されるものではなく、例えば、楕円形、正方形、長方形、多角形であってもよい。このようなハニカム構造体１０の成型は、押出機を用いることで、所望する形状に予め成型することができる。また、ハニカムフィルタ１の軸方向に垂直な面の断面の大きさは、エンジンの排気量によって最適値が決定されるものである。
【００３３】
一方、セル１１の断面形状は、略正方形であることが好ましい。しかしながら、必ずしもこれに限定されるものではなく、他の形状であってもよい。セル壁１２の厚さも特に限定されるものではなく、例えば、０．２〜０．４ｍｍとすればよい。また、単位面積中のセル数も特に限定されるものではなく、例えば、２００〜３００ｃｐｓｉとすればよい。外周被覆層１５の厚さも特には限定されないが、概して０．３ｍｍ〜１．０ｍｍに設定される。
【００３４】
ハニカムフィルタ１における各部の材料としては、従来からある既存の材料を用いることができる。例えば、ハニカム構造体１０は、ハニカム構造体１０を構成する材料と、従来公知の焼結助剤、従来公知の各種バインダー等を含んでいる組成物を焼結、または反応焼結等をすることによって形成することができる。
【００３５】
ハニカム構造体１０の構成成分であるセラミック材料としては、窒化珪素，窒化アルミニウム，窒化ホウ素および窒化チタン等の窒化物セラミック、コーディエライト，酸化アルミニウム（アルミナ），シリカ，ムライトおよびチタン酸アルミニウム等の酸化物セラミック、炭化珪素，炭化ジルコニウム，炭化チタン，炭化タンタルおよび炭化タングステン等の炭化物セラミックなどを挙げることができる。中でも、強度、耐熱性の観点から、窒化珪素が特に好ましい。なお、窒化珪素の珪素と窒素の一部をそれぞれアルミニウムと酸素で置換したサイアロンも窒化珪素質に含まれる。
【００３６】
封止部２１となる充填材としては、酸化アルミニウム（アルミナ）、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、コーディエライト、ムライト、アパタイトなどのセラミック坏土、またはセメント材料を使用することができる。これらは単独で使用してもよいし、複数種類を併用してもよい。中でもセメント材料としての汎用性の観点から、酸化アルミニウムを材料とすることが特に好ましい。
【００３７】
外周被覆層１５はセラミック層よりなり、上記したハニカム構造体１０の材料に、無機バルーン、コロイダルシリカ、ベントナイト等の無機粒子や無機バインダー等を配合した材料が用いられる。
【００３８】
次に、ハニカムフィルタ１の特徴的な構成である軸方向の端部の構造について説明する。図１に示すように、ハニカムフィルタ１は、その特徴的な構成として、少なくとも充填材が封入されない（封止部２１が設けられない）方のセル端部に、セル端部の内側、つまり、セル壁１２の内面を被覆する被覆層２０を有している。被覆層２０は、セル１１の端部の端面位置からセル１１の奥方向に延伸して形成されている。被覆層２０は、セル端部のセル壁１２に形成された、セル壁１２を被覆する膜であり、セル端部に位置するセル壁１２の強度を向上させるものである。
【００３９】
上述したように、ハニカム構造体１０は多孔質セラミックよりなり、セル壁１２には微細孔が形成されているため、被覆層２０の一部は、セル壁１２の微細孔に含浸されている構成であってもよい。被覆層２０の一部がセル壁１２の微細孔を埋めることで、セル壁１２の表面を単に覆うだけよりも、より一層の強度アップが期待できる。
【００４０】
このように、封止部２１が設けられないセル端部に、被覆層２０を設けることで、封止部２１が設けられないセル端部の強度を上げることができ、ひいては、ハニカムフィルタ１の軸方向の端部の強度を上げることができる。
【００４１】
しかも、このような被覆層２０は、ハニカムフィルタ１に対して繰り返される再生加熱処理による、捕集物燃焼時の熱衝撃を吸収してセル壁１２を保護する機能も発揮する。この場合、ハニカムフィルタにおける、捕集物が溜まる流出側の軸方向の端部にのみ設ける構成であってもよい。
【００４２】
つまり、ハニカムフィルタにおける少なくとも軸方向の一方側の端部における封止部２１が設けられないセル端部に、被覆層２０を設けることで、ハニカム構造体のさらなる高気孔率化が図られる場合でも、ハニカムフィルタにおける軸方向の端部の強度を上げて、従来のハニカムフィルタよりも、破損に強く、安定したフィルタ性能を維持することが可能になる。
【００４３】
被覆層２０の材料としては、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ2Ｏ3）とコーディエライトの混合物や、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）、窒化珪素、炭化珪素、チタン酸アルミ、窒化ホウ素、フォルステライトなど、使用温度までの耐熱性を有する材料を用いることができる。
【００４４】
また、被覆層２０の長さであるが、図３の（ａ）に示すように、被覆層２０を封止部２１よりも長く、封止部２１の奥行きよりも奥深く形成しておくことが好ましい。このような構成とすることで、封止部２１に堰き止められるようにして溜まった捕集物３０を燃やした際の熱衝撃を最も強く受ける封止部２１の奥側端面近傍に位置するセル壁１２の損傷を効果的に防ぐことができる。
【００４５】
但し、セル壁１２における被覆層２０の形成部分は、フィルタとしては有効には機能しない。そのため、図３の（ｂ）に示すように、もともとフィルタとして機能しない封止部２１と同じ長さ（奥行き）とした場合には、有効フィルタ領域を広く確保できるという効果がある。
【００４６】
そして、このような被覆層２０を設けるにおいて、有効フィルタ領域を小さくすることよりも重要なのは、圧力損失を上昇させないということである。封止部２１を設けないセル端部に被覆層２０を設けることで、排気ガスの流路における出口側（流出側セルの出口にのみ被覆層２０を設けた場合）、あるいは入口側と出口側の両方（流出側セルの出口と、流入側セルの入口の両方に被覆層２０を設けた場合）の流路は、若干狭くなる。流路が狭くなると、排気ガスの流れに影響が出る。
【００４７】
そこで、被覆層２０の厚みとしては、被覆層２０の厚みは、被覆層２０の軸方向に垂直な面の断面積がセル１１の軸方向に垂直な面の断面積の５０％以下となるように設定されていることが好ましく、より好ましくは３０％以下である。被覆層２０を、５０％以下となる厚みとすることで、被覆層２０によって排気ガスの流路が狭くなるといった不具合を回避して、排気ガスの圧力損失の上昇を防止でき、３０％以下とすることでより一層確実に防止できる。また、別の表現を用いれば、同様の理由から、被覆層２０の厚みとしては、セル１１の軸方向に垂直な面の内寸の１５％以下とすることが好ましく、より好ましくは８％以下とすることである。
【００４８】
なお、図１で示したハニカムフィルタ１においては、ハニカムフィルタ１の軸方向の両端部における封止部２１を設けないセルの端部に被覆層２０を設ける構成を採用したが、被覆層２０は少なくともハニカムフィルタの一方側の端部に備えられていればよい。
【００４９】
図４は、変形例のハニカムフィルタの軸方向に平行な面の模式断面図である。図４に示すように、ハニカムフィルタ１Ａでは、軸方向の一方側の端部における、封止部２１を設けないセル端部にのみ被覆層２０を設けており、他方側の端部における、封止部２１を設けないセル端部には被覆層２０は設けられず、セル壁１２が露出している。
【００５０】
このような、一方側の端部にのみ被覆層２０を設ける構成を採用したハニカムフィルタ１Ａでは、図４に示すように、被覆層２０が設けられた端部側が排気ガスの流れの下流側に配置される。
【００５１】
ハニカムフィルタ１Ａにおいては、排気ガスの流れの下流側に配置される側に、上流側よりもより多くの熱負荷がかかる。したがって、少なくとも排気ガスの流れの下流側に配置される側を、被覆層２０が設けられた側としておくことで、熱衝撃による破損を効果的に防止することができる。
【００５２】
なお、ハニカムフィルタ１，１Ａは、ハニカム構造体１０が１つの多孔質セラミック焼成体よりなる、いわゆる一体型を例示した。しかしながら、角柱状に形成された複数の多孔質セラミック焼成体であるハニカムセグメント体を、接合部を介して貼り合わせてハニカム構造体とした分割型であってもよい。
【００５３】
次に、ハニカム構造体１０の複数のセル１１に、被覆層２０、封止部２１を形成する手順について、図５を用いて説明する。図５は、軸方向の両端部の封止部２１を設けないセルの端部にのみ被覆層２０が形成された図１に示すハニカムフィルタ１の製造工程の一例を示す工程図である。
Ｐ１：ハニカム構造体１０の一方側の端部（第１端部）にフィルム（図示せず）を貼り付け、該フィルムにおける封止するセル端部の位置に孔を開けて第１マスク（図示せず）を作成する。
Ｐ２：ハニカム構造体１０における第１マスクを備える軸方向の端部（第１端部）を充填材のスラリーに浸漬して充填材をセル端部に充填する。
Ｐ３：その後、第１マスクを除去し、充填材を固化して封止部２１とする。
Ｐ４：ハニカム構造体１０の他方側の端部（第２端部）にフィルム（図示せず）を貼り付け、該フィルムにおける封止するセル端部の位置に孔を開けて第２マスク（図示せず）を作成する。
Ｐ５：ハニカム構造体１０における第２マスクを備える軸方向の端部（第２端部）を充填材のスラリーに浸漬して充填材をセル端部に充填する。
Ｐ６：その後、第２マスクを除去し、充填材を固化して封止部２１とする。なお、Ｐ３においては、第１マスクを除去するだけとし、Ｐ６において、軸方向の両端部の充填材を同時に固化してもよい。
Ｐ７：軸方向の両端部に封止部２１が設けられたハニカム構造体１０の一方側の端部（第１端部）を被覆層２０のスラリーに浸漬して封止部２１が設けられていないセル端部の内面に被覆層２０を成膜する。このとき、既に設けられている封止部２１がマスクとして機能する。
Ｐ８：その後、被覆層２０を固化する。
Ｐ９：一方側の端部（第１端部）に被覆層２０が形成されたハニカム構造体１０の他方の端部（第２端部）を被覆層２０のスラリーに浸漬して封止部２１が設けられていないセル端部の内面に被覆層を成膜する。同様に、既に設けられている封止部２１がマスクとして機能する。
Ｐ１０：その後、被覆層２０を固化する。なお、Ｐ８を省略して、Ｐ１０において、軸方向の両端部の被覆層２０を同時に固化してもよい。
【００５４】
被覆層２０となる被覆層２０のスラリー（第１の材料分散液）と封止部２１となる封止部２１のスラリー（第２の材料分散液）とを比較すると、被覆層２０のスラリーの流動性は封止部２１のスラリーの流動性よりも高く調整することが好ましい。流動性を高くすることで、被覆層２０の内側端面の高さ（封入深さ）を各セル間で揃えることができ、また、流動性を高くすることで、被覆層２０の厚みが薄くなり、圧力損失の上昇を阻止できる。一方、封止部２１のスラリーは、セル１１より脱落することなく留まってセル１１を封止する必要があるため、流動性が低いものが好ましい。
【００５５】
また、軸方向の一方の端部の封止部２１を設けないセル端部にのみ被覆層２０が形成された図４に示すハニカムフィルタ１Ａについては、図５に示す工程Ｐ１〜Ｐ１０のうちの工程Ｐ９、Ｐ１０を省略して、工程Ｐ１〜Ｐ８までを実施することで製造できる。
【００５６】
なお、上記のＰ１〜Ｐ３およびＰ４〜Ｐ６の処理に代えて、次のような処理を行ってもよい。すなわち、ハニカム構造体１０の第１端部にフィルムを貼り付け、当該フィルムにおいて封止部２１を設けないセル端部の位置に孔を開ける。そして、消失する材料で構成された仮封止材のスラリーに第１端部を浸漬することで、封止部を設けないセルを仮封止材で仮封止する。その後、フィルムを剥がし、第１端部を充填材のスラリーに浸漬して充填材をセル端部に充填する。充填材は、仮封止されていないセル端部に充填され、封止部２１となる。このとき、先に第１端部を被覆層のスラリーに浸漬して被覆層を設け、その後に充填材のスラリーに浸漬して封子部２１を設けてもよい。この場合、封止部２１を設けるセルは、封止部２１とセル壁１２との間に被覆層が形成される。このようにして封止部２１を設けた後、仮封止材を取り除く。また、第２端部についても同様の処理を行う。その後、上記のＰ７以降の処理を行えばよい。
【００５７】
仮封止材としては、例えば、アクリル系の有機接着剤にシリカ、炭酸カルシウム等の無機粉末材料を所定量混合したものを用いればよい。そして、封止部２１を設けた後に熱処理を行うことで仮封止材の有機成分を消失させることで、仮封止材を取り除くことができる。
【００５８】
[実施の形態２]
以下、本発明をその他の実施の形態について説明する。なお、説明の便宜上、第１の実施形態と同一の機能を有する部材には、同一の部材番号を付して説明を省略する。図６は、本実施の形態に係るハニカムフィルタの軸方向に平行な面の模式断面図である。
【００５９】
本実施の形態は、ハニカムフィルタの軸方向の端部が破損しやすいといった問題に加えて、繰り返し行われる再生加熱処理（熱負荷）によるセル壁のクラックの問題に対応するものである。クラックは、セル壁と封止部との境界部分に集中して生じる。これは、熱応力がセル壁と封止部との境界部分に、セル壁と封止部との熱膨張率の差による熱応力が集中して発生するためである。
【００６０】
図１に示すハニカムフィルタ１と比較するとわかるように、本実施の形態のハニカムフィルタ１Ｂにおいては、封止部２１が設けられる方のセル端部にも、封止部２１が設けられない方のセル端部と同様の被覆層２０が形成され、封止部２１が被覆層２０の内側に設けられている。
【００６１】
封止部２１が設けられる方のセル端部に形成された被覆層２０は、セル壁１２と封止部２１との間の熱膨張率の違いにて生じる熱応力（クラックを発生させる原因）を緩和する熱応力緩和層として機能する。被覆層２０を、応力緩和層として機能させるには、被覆層２０は、封止部２１よりもセル１１の奥方向（セル奥方向）に延伸して形成されており、被覆層２０と封止部２１との間に段差が形成されている構成とする。
【００６２】
ここで、被覆層２０の封入深さをＴ１、封止部２１の封入深さをＴ２とすると、Ｔ１，Ｔ２、はＴ１＞Ｔ２の関係にあり、被覆層２０の方が封止部２１よりもセル１１の端部からセル１１の奥側に向かって深く挿入されている。層の封入深さとは、セル１１の端部を起点とした層の軸方向の長さである。
【００６３】
封止部２１と被覆層２０との間に段差を形成したことで、セル壁１２と被覆層２０との境界部分を結ぶ仮想線（被覆層２０におけるセル奥方向の端面を結ぶ仮想線）Ｌ１（図６参照）と、被覆層２０と封止部２１との境界部分を結ぶ仮想線（封止部におけるセル奥方向の端面を結ぶ仮想線）Ｌ２（図６参照）の少なくとも２本のライン上に分散させることができる（作用Ａ）。なお、このような段差が設けられていない構成では、セル壁と封止部との境界部分を結ぶ仮想線（封止部におけるセル奥方向の端面を結ぶ仮想線）が、直線状に並んでしまい、熱応力の発生箇所がこの１本のライン上に集中してしまう。
【００６４】
また、被覆層２０と封止部２１との間に段差をつけることで、被覆層２０におけるセル壁１２と接する側とは反対側に空間が確保され、被覆層２０が空間側へ膨張することが可能になる。
【００６５】
これにより、ハニカム構造体１０と被覆層２０との間の熱膨張率の差によって、図７の矢印Ｐ１にて示す被覆層２０とセル壁１２との境界部分に生じる熱応力と、被覆層２０と封止部２１との間の熱膨張率の差によって、図７の矢印Ｐ２にて示す被覆層２０と封止部２１との境界部分に生じる熱応力とが緩和（低減）される（作用Ｂ）。
【００６６】
ここで、被覆層２０の封入深さＴ１は、封止部２１の封入深さＴ２の１．１倍より大きく、２倍より小さい範囲とすることが好ましい。１．１倍以下であると、段差が小さすぎ、被覆層２０がセル壁１２側とは反対側の空間へ熱応力を逃がして緩和させる能力が確保できなくなる。また、２倍を超えると、被覆層２０が無駄に長くなり、後述する有効フィルタ領域の長さが短くなってしまう。
【００６７】
さらに、被覆層２０を熱応力緩和層として機能させるには、被覆層２０は、セル壁１２の熱膨張率と封止部２１の熱膨張率との間の熱膨張率を有していることが好ましい。つまり、セル壁１２の熱膨張率をＷ１、被覆層２０の熱膨張率をＷ２、封止部２１の熱膨張率をＷ３とすると、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３、あるいはＷ１＞Ｗ２＞Ｗ３の関係を満足していることが好ましい。
【００６８】
このような構成とすることで、ハニカム構造体１０と封止部２１との間の熱膨張率の差が、ハニカム構造体１０と被覆層２０との間の熱膨張率の差と、被覆層２０と封止部２１との間の熱膨張率の差とに変わり、熱膨張率の差自体が小さくなる。これにより、図３の矢印Ｐ１にて示すセル壁１２と被覆層２０との境界部分に生じる熱応力と、図７の矢印Ｐ２にて示す被覆層２０と封止部２１との境界部分とに生じる熱応力とが緩和（低減）される（作用Ｃ）。
【００６９】
また、被覆層２０を熱応力緩和層として機能させるにあたり、セル壁１２、被覆層２０、封止部２１は、隣り合うもの間の各熱膨張率の差は、最大でも４×１０-6／℃以下であることが望ましく、さらに、好ましくは３×１０-6／℃以下である。
【００７０】
このように、セル壁１２と封止部２１との間に被覆層２０を形成して段差を設けることで、セル壁１２と被覆層２０との境界部分および被覆層２０と封止部２１との境界部分にそれぞれ生じる熱応力を複数のライン上に分散させる作用Ａと、被覆層２０が空間側へ膨張することによりセル壁１２と被覆層２０との境界部分および被覆層２０と封止部２１との境界部分にそれぞれ生じる熱応力自体を緩和させる作用Ｂと、被覆層２０の熱膨張率をハニカム構造体１０の熱膨張率と封止部２１の熱膨張率との間にすることで、セル壁１２と被覆層２０との境界部分および被覆層２０と封止部２１との境界部分にそれぞれ生じる熱応力自体を緩和させる作用Ｃとの相乗により、ハニカム構造体１０の封止部２１と接触する部分や封止部２１に熱応力に起因するクラックが発生することを効果的に防止することができる。
【００７１】
そして、このような被覆層２０を設けることで、ハニカム構造体１０と封止部２１とにおいて構成成分を異ならせることが可能となり、ハニカム構造体１０には、排気ガスのフィルタとしての機能が最大限に発揮できる構成成分を選択でき、封止部２１には、排気ガスの通過を確実に阻止してセルを封止するといった封止部としての機能が最大限に発揮できる構成成分を選択できる。これにより、ハニカム構造体１０および封止部２１それぞれの機能の向上を図ると共に、材料の選択範囲を広げてハニカムフィルタ１Ｂの製造を容易にすることができる。
【００７２】
ハニカムフィルタ１Ｂにおいては、軸方向の両端部に配された被覆層２０と接触する領域を除いた部分が、有効フィルタ領域となる。換言すると、有効フィルタ領域とは、入力側のセル１１の最もセル奥方向に延設された被覆層２０の内部面端と、出力側のセル１１の最もセル奥方向に延設された被覆層２０の内部面端との間の距離である。
【００７３】
ハニカムフィルタ１Ｂにおいては、各々のセル１１において、セル壁１２と封止部２１との間に被覆層２０を設け、段差を持たせると共に、熱膨張率の差を緩和することで、ハニカム構造体１０の封止部２１と接触する部分や封止部２１に熱応力に起因するクラックが発生することを防止する。したがって、各セル１１における有効フィルタ領域を揃えることができ、圧力損失レベルを均一にできる。
【００７４】
なお、図６で示したハニカムフィルタ１Ｂにおいては、ハニカムフィルタ１Ｂの軸方向の両端部の全てのセルの端部に被覆層２０を設ける構成を採用したが、ハニカムフィルタ１Ａと同様に、被覆層２０は少なくともハニカムフィルタの一方側の端部に備えられていればよい。
【００７５】
図８は、変形例のハニカムフィルタの軸方向に平行な面の模式断面図である。図８に示すように、ハニカムフィルタ１Ｃでは、軸方向の一方側の端部におけるセル端部にのみ被覆層２０を設けており、他方側の端部におけるセル端部には、被覆層２０を一切設けていない。そのため、軸方向の一方側の端部の封止部２１のみ、熱応力緩和層として機能する被覆層２０を有する構成となっている。
【００７６】
このような、一方側の端部にのみ、被覆層２０を設ける構成を採用したハニカムフィルタ１Ｃでは、図８に示すように、被覆層２０が設けられた端部側が排気ガスの流れの下流側に配置される。
【００７７】
ハニカムフィルタは、排気ガスの流れの下流側に配置される側に、上流側よりもより多くの熱負荷がかかる。したがって、少なくとも排気ガスの流れの下流側に配置される側を被覆層２０が設けられた側として、封止部２１とセル壁１２との間に熱応力緩和層として機能する被覆層２０を設けておくことで、ハニカムフィルタの軸方向の端部の破損のみならず、セル壁と封止部との熱膨張率の差による熱応力によるクラックの発生を効果的に防止できる。
【００７８】
次に、ハニカム構造体１０の複数のセル１１に、被覆層２０、封止部２１を形成する手順について、図９を用いて説明する。図９は、軸方向の両端部の全てのセルの端部に被覆層２０が形成された、図６に示すハニカムフィルタ１Ｂの製造工程の一例を示す工程図である。
Ｐ１１：ハニカム構造体１０の一方側の端部（第１端部）を被覆層のスラリーに浸漬して、一方側の端部に面する全てのセルの端部内面に被覆層を成膜する。
Ｐ１２：その後、被覆層２０を固化する。
Ｐ１３：一方側の端部（第１端部）に被覆層２０が形成されたハニカム構造体１０の他方の端部（第２端部）を被覆層２０のスラリーに浸漬して、他方側の端部に面する全てのセルの端部内面に被覆層を成膜する。
Ｐ１４：その後、被覆層２０を固化する。なお、Ｐ１２を省略して、Ｐ１４において、軸方向の両端部の被覆層２０を同時に固化してもよい。
Ｐ１５：その後、軸方向の両端部に面する全てのセルの端部内面に被覆層２０が形成されているハニカム構造体１０の一方側の端部（第１端部）にフィルム（図示せず）を貼り付け、該フィルムにおける封止するセル端部の位置に孔を開けて第１マスク（図示せず）を作成する。
Ｐ１６：ハニカム構造体１０における第１マスクを備える軸方向の端部（第１端部）を充填材のスラリーに浸漬して充填材をセル端部に充填する。
Ｐ１７：その後、第１マスクを除去し、充填材を固化して封止部２１とする。
Ｐ１８：ハニカム構造体１０の他方側の端部（第２端部）にフィルム（図示せず）を貼り付け、該フィルムにおける封止するセル端部の位置に孔を開けて第２マスク（図示せず）を作成する。
Ｐ１９：ハニカム構造体１０における第２マスクを備える軸方向の端部（第２端部）を充填材のスラリーに浸漬して充填材をセル端部に充填する。
Ｐ２０：その後、第２マスクを除去し、充填材を固化して封止部２１とする。なお、Ｐ１７においては、第１マスクを除去するだけとし、Ｐ２０において、軸方向の両端部の充填材を同時に固化してもよい。
【００７９】
また、軸方向の一方の端部にのみ被覆層２０が形成された図８に示すハニカムフィルタ１Ａについては、図９に示す工程Ｐ１１〜Ｐ２０のうちの、工程Ｐ１１，１２の２工程、あるいは工程１３，１４の２工程の何れか一方を省略することで製造できる。
【実施例】
【００８０】
本発明を、実施例を挙げてより詳細に説明する。以下に記載する実施例および比較において、気孔率はアルキメデス法の密度計を用いて測定し、熱膨張率は示差熱膨張率測定器を用いて測定した。
【００８１】
（実施例１）
窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）からなるハニカム構造体１０を用い、図９に示す工程Ｐ１１〜Ｐ２０を経て、図６に示すような、軸方向の両端部に被覆層２０が形成されたハニカムフィルタを形成した。被覆層２０には、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ2Ｏ3）とコーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2）とを５０％（質量比）で混合した粉末をスラリー状にして使用した（第１の材料分散液）。封止部２１にはアルミナセメントを用い、アルミナセメントをスラリー状にして使用した（第２の材料分散液）。
【００８２】
上記ハニカム構造体１０に対して、被覆層２０となるスラリーを薄膜状に成膜して固化した（工程Ｐ１１〜Ｐ１４）。その後、封止部２１となるアルミナセメントのスラリーを充填して封止部２１を製作した（工程Ｐ１５〜Ｐ２０）。
【００８３】
用いたハニカム構造体１０の気孔率は６０％、熱膨張率は３×１０-6／℃であった。被覆層２０の熱膨張率は４．６×１０-6／℃、封止部２１の熱膨張率は７．２×１０-6／℃であった。
【００８４】
（実施例２）
実施例１と同じハニカム構造体１０を用いて、図９に示す工程Ｐ１１〜Ｐ２０を経て、図６に示すような、軸方向の両端部に被覆層２０が形成されたハニカムフィルタを形成した。被覆層２０には、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）の粉末をスラリー状にして使用した（第１の材料分散液）。封止部２１にはアルミナセメントを用い、アルミナセメントをスラリー状にして使用した（第２の材料分散液）。
【００８５】
上記ハニカム構造体１０に対して、被覆層２０となるスラリーを薄膜状に形成した（工程Ｐ１１〜Ｐ１４）。その後、封止部２１となるアルミナセメントのスラリーを充填して封止部２１を製作した（工程Ｐ１５〜Ｐ２０）。被覆層２０の熱膨張率は５×１０-6／℃、封止部２１の熱膨張率は７．２×１０-6／℃であった。
【００８６】
（実施例３）
実施例１と同じハニカム構造体１０を用いて、図５に示す工程Ｐ１１〜Ｐ２０を経て、図１に示すような、軸方向の両端部の封止部２１を設けないセルの端部にのみ被覆層２０が形成されたハニカムフィルタを形成した。
【００８７】
但し、被覆層２０としては、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2）の粉末をスラリー状にして使用した（第１の材料分散液）。封止部２１にはアルミナセメントを用い、アルミナセメントをスラリー状にして使用した（第２の材料分散液）。
【００８８】
上記ハニカム構造体１０に対して、封止部２１となるアルミナセメントのスラリーを充填して封止部２１を形成した（工程Ｐ１〜Ｐ６）。その後、形成された封止部２１をマスクとして、被覆層２０となるスラリーを薄膜状に形成した（工程Ｐ７〜Ｐ１０）。被覆層２０の熱膨張率は９．７×１０-6／℃、封止部２１の熱膨張率は７．２×１０-6／℃であった。
【００８９】
（比較例１）
実施例１と同じハニカム構造体１０を用いて、図５に示す工程Ｐ１〜Ｐ６までの工程のみ実施して、被覆層２０を設けることなく、軸方向の両端部の封止すべきセルの端部に封止部２１のみを設けた。封止部２１にはアルミナセメントを用い、アルミナセメントをスラリー状にして使用した。
【００９０】
上記ハニカム構造体１０に対して、アルミナセメントのスラリーを充填して封止部２１を製作した。封止部２１の熱膨張率は７．２×１０-6／℃であった。
【００９１】
上記のように作成した実施例１〜３および比較例１の各ハニカムフィルタに対して、強度試験を実施し、被覆層２０を設けた実施例１〜３のハニカムフィルタが比較例１のハニカムフィルタに比して、軸方向端部の強度が高く、破損し難いことを確認した。
【００９２】
続いて、表１に、実施例１〜３および比較例１の各ハニカムフィルタに対して熱衝撃試験を行った結果を示す。
【００９３】
【表１】
2014188419.tif 000003
表１における多段構造の有無は、図６に示すような封止部２１が設けられるセル端部にも被覆層２０が設けられたハニカムフィルタにおける、被覆層２０と封止部２１との間の段差の有無を表している。
【００９４】
熱膨張率の関係は、被覆層２０、封止部２１および被覆層２０の熱膨張率の関係を満足しているか否かを示す。熱膨張率の差（最大）は、被覆層２０、封止部２１および被覆層２０、被覆層２０が複数の層からなる場合はそれらの層も含め、隣り合うもの間の熱膨張率の差の最大値を示している。
【００９５】
熱衝撃試験は、条件を変えて行った。条件１は、試験対象のハニカムフィルタを６００℃の炉内に２時間保持し、その後空冷する処理を１０回繰り返した。その後、封止部２１と接触するハニカム構造体１０の部分や封止部２１にクラックが発生するか否かを確認した。条件２は、試験対象のハニカムフィルタを４５０℃の炉内に２時間保持し、その後空冷する処理を１０回繰り返した。その後、上記と同様にクラックが発生するか否かを確認した。
【００９６】
表１に示すように、熱膨張率３×１０-6／℃のハニカム構造体（セル壁）と熱膨張率７．２×１０-6／℃の封止部２１との差を、被覆層２０を間に設けることで小さくし、隣り合うもの間の熱膨張率の差を、４×１０-6／℃以下に抑えた実施例１、２のハニカムフィルタについては、何れの条件の熱衝撃試験においても、封止部２１と接触するハニカム構造体１０の部分や封止部２１にクラックは発生しなかった。
【００９７】
これに対し、被覆層２０を設けなかった比較例１においては、セル壁１２と封止部２１との熱膨張率の差（４．２×１０-6／℃）に起因する熱応力が生じ、何れの条件の熱衝撃試験においても封止部２１にクラックが発生した。
【００９８】
また、セル壁１２を挟んで封止部２１に対応する部分に被覆層２０が形成された実施例３では、被覆層２０とセル壁１２との間の熱膨張率の差が６．７×１０-6／℃あり、比較例１における熱膨張率の差よりも大きいが、セル壁１２を挟んで封止部２１に対応する部分に設けられた被覆層２０によってセル端部の強度が上がり、熱衝撃の緩い条件２においては、封止部２１と接触するハニカム構造体１０の部分や封止部２１にクラックは発生しなかった。熱衝撃の厳しい条件１では、クラックが発生した。
【００９９】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するための排気ガス浄化用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】
【０１０１】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  ハニカムフィルタ
１０  ハニカム構造体
１１  セル
１２  セル壁
１５  外周被覆層
２０  被覆層
２１  封止部
【図１】
2014188419.tif 000004
【図２】
2014188419.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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