(57)【要約】【課題】目的や用途に応じて所望の端部形状をとることができ、形状加工による浄化性能及び強度の低下が抑えられ、原料収率やコストの面でも優れた目封止ハニカム構造体及びその製造方法を提供する。【解決手段】多孔質の隔壁６により区画された流体の流路となる複数のセル５を有し、隣接するセル５が互いに反対側となる一方の流通端部において目封止された複数のハニカムセグメント１が、接合材層３を介して一体的に接合されてなるディーゼルパティキュレートフィルタ用の目封止ハニカム構造体であって、流入孔側端部の外周部に、ハニカムセグメント単位にて形成された切り欠き部２を有し、切り欠き部２を形成する短セグメント１ａと、隣接する長セグメント１ｂとを接合する接合材層３が、短セグメント１ａの流入孔側端面１１ａから長セグメント１ｂの流入孔側端面１１ｂまで漸減しながら連続するよう構成された目封止ハニカム構造体２０。【選択図】図５Ａ
2011214493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質の隔壁により区画された流体の流路となる複数のセルを有し、隣接するセルが互いに反対側となる一方の流通端部において目封止された複数のハニカムセグメントが、接合材層を介して一体的に接合されてなるディーゼルパティキュレートフィルタ用の目封止ハニカム構造体であって、
前記複数のハニカムセグメントのうち、所定のハニカムセグメントの軸方向長さが、残余のハニカムセグメントの軸方向長さよりも短く構成されることによって、流入孔側端部の外周部に、ハニカムセグメント単位にて形成された切り欠き部を有し、
前記所定のハニカムセグメントである短セグメントと、隣接する前記残余のハニカムセグメントである長セグメントとを接合する前記接合材層が、前記短セグメントの流入孔側端面から前記長セグメントの前記流入孔側端面まで連続するよう構成されており、
前記短セグメントと隣接する前記長セグメントとを接合する前記接合材層において、前記短セグメントの前記流入孔側端面における接合材層厚さであるＴ１と、隣接する前記長セグメントの前記流入孔側端面における接合材層厚さであるＴ２と、前記短セグメントの前記流入孔側端面から、隣接する前記長セグメントの前記流入孔側端面にかけての前記接合材層の厚さであるＴとが、Ｔ１≧Ｔ≧Ｔ２、０．５ｍｍ≦Ｔ１≦５ｍｍ、及び１．５≦Ｔ１／Ｔ２≦３０を満たすとともに、
前記短セグメント及び前記長セグメントの軸方向長さの差Ｌが、５ｍｍ≦Ｌ≦３５ｍｍを満たすよう構成された目封止ハニカム構造体。
【請求項２】
前記Ｔが、前記短セグメントの前記流入孔側端面から前記長セグメントの前記流入孔側端面にかけて漸減することによって、前記接合材層の前記切り欠き部に接する面が傾斜面を形成する請求項１に記載の目封止ハニカム構造体。
【請求項３】
前記傾斜面が、凹凸の無い平坦な形状、又は長セグメント方向に凹状にカーブした形状である請求項１又は２に記載の目封止ハニカム構造体。
【請求項４】
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の製造方法であって、
前記短セグメントとされる予定のハニカムセグメントと、前記長セグメントとを、前記接合材層を介して複数個積層、接合し、ハニカムセグメント積層体を得る、ハニカムセグメント積層体形成工程と、
前記ハニカムセグメント積層体の外周を加工する、外周加工工程と、
前記短セグメントとされる予定のハニカムセグメントの切り欠き部形成予定部、及び、前記切り欠き部形成予定部に接する前記接合材層の一部を切削することで、前記切り欠き部を形成する、切り欠き部形成工程とを含む目封止ハニカム構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体及びその製造方法に関する。より詳しくは、切り欠き部が形成された目封止ハニカム構造体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関、ボイラー、化学反応機器、及び燃料電池用改質器等の触媒作用を利用する触媒用担体や、排ガス中の微粒子、特にディーゼル微粒子の捕集フィルタ（ディーゼルパティキュレートフィルタ：以下、「ＤＰＦ」ということがある）等に、セラミックスからなるハニカム構造体が用いられている。
【０００３】
このような目的に使用されるハニカム構造体は、一般に、多孔質の隔壁によって区画された流体の流路となる複数のセルを有し、特に、微粒子捕集フィルタとして用いられる場合には、端面が市松模様状を呈するように、隣接するセルが互いに反対側の流通端部において目封止された構造を有する。このような構造を有するハニカム構造体において、被処理流体は流入孔側端面が封止されていないセル、即ち流出孔側端面が封止されているセルに流入し、多孔質の隔壁を通って隣のセル、即ち、流入孔側端面が封止され、流出孔側端面が封止されていないセルから排出される。この際、隔壁がフィルタとなり、例えば、ＤＰＦとして使用した場合には、ディーゼルエンジンから排出されるスート（スス）等の粒子状物質（パティキュレート・マター：以下「ＰＭ」ということがある）が隔壁に捕捉され隔壁上に堆積する。
【０００４】
ディーゼル機関においては、上記のようなハニカム構造体は、通常、ＤＰＦとしてエンジン下流側の排ガスの流路中に配設され、エンジンから排出される排ガスを通過させ浄化する機能を果たす。この時、排ガス上流側から流れてくる、流路内壁の錆等の剥れ、溶接屑、組み付け時に流路に入り込んだゴミ等の固体、或いは凝縮水のような液体が、排ガスと共に高速で流路の内壁、或いは流路中に配設されたハニカム構造体に衝突することにより、これらを破損せしめることがある。特に固体の異物は、エンジン振動によりＤＰＦの流入孔側端面において跳ねるため、ＤＰＦの目封止部等をえぐり、捕集効率の低下を招くことがある。この作用は通常エロージョンと呼ばれ、流路及びハニカム構造体の長期耐久性を維持する観点から、大きな問題となっていた。
【０００５】
エロージョン問題解決のため、従来、破損を受ける恐れのある流路内壁或いはハニカム構造体の上流側に、金網やじゃま板を設け、異物が直接高速で衝突することを防ぐ工夫がなされてきたが、固体や液体の異物を十分なレベルまで除去することができず、長期耐久性を確保するには至らなかった。即ち、排ガスの流れの上流側から飛来してきた異物により、流路内壁表面の損傷やハニカム構造体の破損が発生することがあった。そこで、より確実に流路内の異物を除去し、浄化装置の耐久性を強化することのできる工夫が求められており、例えば、特許文献１には、ハニカム構造体の上流側の流路上に、排ガスの流れ変更手段及び異物捕集部を設けた流路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２０６５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に開示されたガス流路は、排ガスの流れ変更手段により排ガスの流れを流路の外周方向へ向け、流路内壁に設置された、排ガスの上流方向に向いた開口部を有するポケット状の異物捕集部によって、排ガス中の異物を物理的に捕集するものであり、流路内を異物が跳ねることによるエロージョン問題に対して効果を奏するものであるが、排ガスの流路を流れ方向に長く設計する必要があり、排ガス浄化装置全体が大きくなってしまうという問題があった。また、流路径を変えずにポケットをつけると、流路断面が小さくなるため圧力損失が上がり、エンジン出力低下の懸念があり、流路径を大きくしてポケットをつけると、流路断面が大きくなり、車両床下搭載時の最低地上高確保のため、車高を上げなくてはならなくなる。車体への搭載スペースに制約がある点を考えると、排ガス浄化装置は可能な限り小さく設計されることが望ましく、特許文献１に開示された流路はその意味で十分とは言えなかった。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、エロージョン抑制効果及びサイズダウンを両立させた排ガス浄化装置において用いられ、形状加工による浄化性能及び強度の低下が抑えられ、原料収率やコストの面でも優れた目封止ハニカム構造体及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】
【０００９】
本発明者らは、上記課題解決のため鋭意検討した結果、多孔質の隔壁によって区画された流体の流路となる複数のセルを有し、端面が市松模様状を呈するように、隣接するセルが互いに反対側となる一方の流通端部において目封止された構造を有する目封止ハニカム構造体において、流体の流入孔側端部に切り欠き部を有し、切り欠き部を構成する所定のセルの流入孔側端部にも目封止が施された構成とすることによって、切り欠き部がエロージョン抑制に効果的に働き、且つ切り欠き部の体積分の省スペースを実現することが可能であることに想到した。更に本発明者らは、目封止ハニカム構造体に切り欠き部を形成することによって引き起こされることが想定される、強度低下、再生限界低下、圧力損失増加等の諸問題についても鋭意検討し、複数のハニカムセグメントが、接合材層を介して一体的に接合されてなる接合型の目封止ハニカム構造体において、切り欠き部を、短セグメント及び長セグメントの組み合わせにより、ハニカムセグメント単位にて形成し、更に、短セグメントと、隣接する長セグメントとを接合する接合材層を、長セグメントの流入孔側端面まで延長させるように構成することにより解決できることに想到し、本発明を完成させた。即ち、本発明によれば、十分な浄化性能と強度を備え、所望の端部形状を有する目封止ハニカム構造体及びその製造方法、即ち、以下の目封止ハニカム構造体及びその製造方法が提供される。
【００１０】
［１］  多孔質の隔壁により区画された流体の流路となる複数のセルを有し、隣接するセルが互いに反対側となる一方の流通端部において目封止された複数のハニカムセグメントが、接合材層を介して一体的に接合されてなるディーゼルパティキュレートフィルタ用の目封止ハニカム構造体であって、前記複数のハニカムセグメントのうち、所定のハニカムセグメントの軸方向長さが、残余のハニカムセグメントの軸方向長さよりも短く構成されることによって、流入孔側端部の外周部に、ハニカムセグメント単位にて形成された切り欠き部を有し、前記所定のハニカムセグメントである短セグメントと、隣接する前記残余のハニカムセグメントである長セグメントとを接合する前記接合材層が、前記短セグメントの流入孔側端面から前記長セグメントの前記流入孔側端面まで連続するよう構成されており、前記短セグメントと隣接する前記長セグメントとを接合する前記接合材層において、前記短セグメントの前記流入孔側端面における接合材層厚さであるＴ１と、隣接する前記長セグメントの前記流入孔側端面における接合材層厚さであるＴ２と、前記短セグメントの前記流入孔側端面から、隣接する前記長セグメントの前記流入孔側端面にかけての前記接合材層の厚さであるＴとが、Ｔ１≧Ｔ≧Ｔ２、０．５ｍｍ≦Ｔ１≦５ｍｍ、及び１．５≦Ｔ１／Ｔ２≦３０を満たすとともに、前記短セグメント及び前記長セグメントの軸方向長さの差Ｌが、５ｍｍ≦Ｌ≦３５ｍｍを満たすよう構成された目封止ハニカム構造体。
【００１１】
［２］  前記Ｔが、前記短セグメントの前記流入孔側端面から前記長セグメントの前記流入孔側端面にかけて漸減することによって、前記接合材層の前記切り欠き部に接する面が傾斜面を形成する前記［１］に記載の目封止ハニカム構造体。
【００１２】
［３］  前記傾斜面が、凹凸の無い平坦な形状、又は長セグメント方向に凹状にカーブした形状である前記［１］又は［２］に記載の目封止ハニカム構造体。
【００１３】
［４］  前記［１］〜［３］のいずれかに記載の目封止ハニカム構造体の製造方法であって、前記短セグメントとされる予定のハニカムセグメントと、前記長セグメントとを、前記接合材層を介して複数個積層、接合し、ハニカムセグメント積層体を得る、ハニカムセグメント積層体形成工程と、前記ハニカムセグメント積層体の外周を加工する、外周加工工程と、前記短セグメントとされる予定のハニカムセグメントの切り欠き部形成予定部、及び、前記切り欠き部形成予定部に接する前記接合材層の一部を切削することで、前記切り欠き部を形成する、切り欠き部形成工程とを含む目封止ハニカム構造体の製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の目封止ハニカム構造体は、流体の流入孔側端部において所望の切り欠き部を有することが可能である。また、本発明の目封止ハニカム構造体の製造方法によれば、製造時の破損や強度低下の問題、また、使用時の再生限界低下及び圧力損失等の問題も改善される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の目封止ハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図２】従来の目封止ハニカム構造体の別の実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図４Ａ】本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す一部拡大断面図である。
【図４Ｂ】本発明の目封止ハニカム構造体の別の実施形態を模式的に示す一部拡大断面図である。
【図４Ｃ】本発明の目封止ハニカム構造体の更に別の実施形態を模式的に示す一部拡大断面図である。
【図４Ｄ】本発明の目封止ハニカム構造体の一比較例を模式的に示す一部拡大断面図である。
【図４Ｅ】本発明の目封止ハニカム構造体の別の比較例を模式的に示す一部拡大断面図である。
【図５Ａ】図４Ａに示す目封止ハニカム構造体に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す断面図である。
【図５Ｂ】図４Ｂに示す目封止ハニカム構造体に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す断面図である。
【図５Ｃ】図４Ｃに示す目封止ハニカム構造体に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す断面図である。
【図５Ｄ】図４Ｄに示す目封止ハニカム構造体に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す断面図である。
【図５Ｅ】図４Ｅに示す目封止ハニカム構造体に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す断面図である。
【図６Ａ】本発明の目封止ハニカム構造体を搭載した排ガス浄化装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図６Ｂ】本発明の目封止ハニカム構造体を搭載した排ガス浄化装置の別の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図６Ｃ】本発明の目封止ハニカム構造体を搭載した排ガス浄化装置の更に別の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図７】切り欠き部形成予定部切削前の目封止ハニカム構造体を模式的に示す軸方向における部分断面図である。
【図８】切り欠き部形成予定部切削後の目封止ハニカム構造体を模式的に示す軸方向における部分断面図である。
【図９】ハニカムセグメントを積み上げる工程を模式的に示す工程図である。
【図１０】ハニカムセグメント積層体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図１１】本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態を切り欠き部形成方向から見た模式的正面図である。
【図１２】本発明の目封止ハニカム構造体の別の実施形態を切り欠き部形成方向から見た模式的正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１７】
図１及び図２は、従来の目封止ハニカム構造体の各実施形態を模式的に示す斜視図であり、図３は、本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
また、図４Ａは、本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す一部拡大断面図であり、図４Ｂは、本発明の目封止ハニカム構造体の別の実施形態を模式的に示す一部拡大断面図であり、図４Ｃは、本発明の目封止ハニカム構造体の更に別の実施形態を模式的に示す一部拡大断面図であり、図４Ｄは、本発明の目封止ハニカム構造体の一比較例を模式的に示す一部拡大断面図であり、図４Ｅは、本発明の目封止ハニカム構造体の別の比較例を模式的に示す一部拡大断面図である。更に、図５Ａ〜図５Ｅは、図４Ａ〜図４Ｅに示す各目封止ハニカム構造体に排ガスが流れ込む様子を模式的に示す断面図である。
【００１８】
排ガス浄化装置においてＤＰＦとして用いられる目封止ハニカム構造体としては、従来、例えば図１に示すように、あらかじめ所望の形状に一体成形され、多孔質の隔壁６により区画された流体の流路となる複数のセル５を有し、隣接するセル５が互いに反対側となる流通端部において目封止され、目封止部２５の形成された目封止ハニカム構造体１０ａや、図２に示すように、多孔質の隔壁６によって区画された流体の流路となる複数のセル５を有し、隣接するセル５が互いに反対側となる一方の流通端部において目封止されることによって目封止部２５の形成されたハニカムセグメント１が、接合材層３を介して複数個一体的に接合され、所望の形状に成形された目封止ハニカム構造体１０ｂ等、軸方向端面に凹凸のない円筒形状の目封止ハニカム構造体１０が用いられていた。
【００１９】
一方、本発明の目封止ハニカム構造体は、図３に示すように、多孔質の隔壁６により区画された流体の流路となる複数のセル５を有し、隣接するセル５が互いに反対側となる一方の流通端部において目封止された複数のハニカムセグメント１が、接合材層３を介して一体的に接合されてなるディーゼルパティキュレートフィルタ用の目封止ハニカム構造体２０であって、複数のハニカムセグメント１のうち、所定のハニカムセグメント１の軸方向長さが、残余のハニカムセグメント１の軸方向長さよりも短く構成されることによって、流入孔側端部に、ハニカムセグメント単位にて形成された切り欠き部２を有する目封止ハニカム構造体２０である。この時、所定のハニカムセグメント１である短セグメント１ａと、隣接する残余のハニカムセグメント１である長セグメント１ｂとを接合する接合材層３が、短セグメント１ａの流入孔側端面１１ａから長セグメント１ｂの流入孔側端面１１ｂまで連続するよう構成されている。また、本発明の目封止ハニカム構造体２０は、図４Ａ〜４Ｃに示すように、短セグメント１ａと隣接する長セグメント１ｂとを接合する接合材層３において、短セグメント１ａの流入孔側端面１１ａにおける接合材層厚さであるＴ１と、隣接する長セグメント１ｂの流入孔側端面１１ｂにおける接合材層厚さであるＴ２と、短セグメント１ａの流入孔側端面１１ａから、隣接する長セグメント１ｂの流入孔側端面１１ｂにかけての接合材層の厚さであるＴとが、Ｔ１≧Ｔ≧Ｔ２を満たすよう構成されている。即ち、本発明の目封止ハニカム構造体２０においては、切り欠き部２を取り囲む長セグメント１ｂは、その外周壁が切り欠き部２に対して露出することなく接合材層３に覆われており、更に、接合材層３は、その厚さＴがＴ１よりも大きくなることがなく、またＴ１よりもＴ２が小さくなるように構成されている。
【００２０】
例えば図４Ｄ及び図５Ｄに示すように、長セグメント１ｂの外周壁が切り欠き部２に対して露出していると、排ガス流入時に、排ガス中に含まれる異物によって長セグメント１ｂの露出部が破損されるおそれがあり、十分なエロージョン抑制効果が得られない可能性がある。また、再生時に、短セグメント１ａと隣接する長セグメント１ｂとの熱膨張差によって、接合界面に引張応力が発生し、接合界面で破断する若しくは接合材層近傍にクラックが発生する等の問題が起こる可能性が有る。更に、通常、切り欠き部の角部１４には排ガスが流れ込み難く、その周辺にて排ガスの乱流が発生するため、圧力損失を招いたり、排ガスの流れ込み量がセルによって不均一となり、隔壁へのＰＭ堆積量のばらつきに起因する再生時の熱応力の偏在によってクラックの発生を招いたりする可能性がある。従って、接合材層３は短セグメント１ａの流入孔側端部１１ａから長セグメント１ｂの流入孔側端部１１ｂまで連続している必要があり、このような構成とすることによって、エロージョン効果を向上させると共に、短セグメント１ａと長セグメント１ｂとの接合面積を大きくし、接合強度を向上させることができる。
【００２１】
また、図４Ｅ及び図５Ｅに示すように、短セグメント１ａと隣接する長セグメント１ｂとを接合する接合材層３が、長セグメント１ｂの流入孔側端面１１ｂに至るまで連続しており、且つ短セグメント１ａの流入孔側端部１１ａにおける厚さＴ１と、隣接する長セグメント１ｂの流入孔側端部１１ｂにおける厚さＴ２が同じ場合には、エロージョン抑制効果の低減や、接合界面における引張応力の発生等の問題は解決されるが、上記図４Ｄ及び図５Ｄに示したものと同様、排ガスの乱流発生による圧力損失増加、再生限界低下等の問題は依然として残される。従って、接合材層３は、その厚さが、Ｔ１よりもＴ２が小さくなるよう構成される必要があり、このような構成とすることによって、排ガスの流入をスムーズにし、乱流を発生しにくくすることができる。
【００２２】
本発明の目封止ハニカム構造体２０は、Ｔ１が、０．５ｍｍ≦Ｔ１≦５ｍｍを満たすよう構成されている。Ｔ１が０．５ｍｍ未満の場合は、切り欠き部２を取り囲む長セグメント１ｂの外周壁を覆う接合材層３が薄くなり過ぎ、エロージョン抑制効果が十分でなくなる可能性があるため好ましくない。また、Ｔ１が５ｍｍを超える場合は、接合材層３が厚くなるため、相対的にハニカム構造体全体の開口率が小さくなり、圧力損失が高くなり過ぎる可能性があり好ましくない。
【００２３】
同時に、本発明の目封止ハニカム構造体２０は、Ｔ１及びＴ２が、１．５≦Ｔ１／Ｔ２≦３０を満たすよう構成されている。Ｔ１／Ｔ２の値が１．５未満の場合は、傾斜面４の傾斜が小さくなるため、切り欠き部２への排ガスの流入がスムーズになりにくく、乱流発生防止効果が十分でなくなり、圧力損失が高くなり過ぎる可能性があり好ましくない。また、Ｔ１／Ｔ２の値が３０を超える場合は、Ｔ２が小さくなり過ぎるため、長セグメント１ｂと接合材層３との接合強度が十分でなくなる可能性があり好ましくない。なお、Ｔ１／Ｔ２の値は、２．０≦Ｔ１／Ｔ２≦１０を満たすことがより好ましい。
【００２４】
更に、本発明の目封止ハニカム構造体２０は、短セグメント１ａ及び長セグメント１ｂの軸方向長さの差Ｌが、５ｍｍ≦Ｌ≦３５ｍｍを満たすことが好ましい。Ｌが５ｍｍ未満の場合は、切り欠き部２のスペースが小さくなるため、エロージョン抑制効果が十分でなくなる可能性があり好ましくない。また、Ｌが３５ｍｍを超える場合は、短セグメント１ａの長さが相対的に小さくなることにより、短セグメント１ａと接合材層３との接合強度が十分でなくなる可能性があるため好ましくない。
【００２５】
また、本発明の目封止ハニカム構造体においては、短セグメント１ａと隣接する長セグメント１ｂとを接合する接合材層３の厚さが、短セグメント１ａの流入孔側端面１１ａから、隣接する長セグメント１ｂの流入孔側端面１１ｂにかけて漸減することによって、接合材層３の切り欠き部２に接する面が傾斜面４を形成することがより好ましい。即ち、図４Ａ〜４Ｃに示すように、Ｔが、Ｔ１≧Ｔ≧Ｔ２の範囲内において一時的に増加すること等なく、Ｔ１からＴ２に向かって連続的に減少を続けることがより好ましい。Ｔが、Ｔ１とＴ２の間で増減すると、その増減が極端な場合、切り欠き部への排ガスのスムーズな流入を妨げ、乱流発生防止効果が十分でなくなる可能性がある。
【００２６】
また、接合材層３における傾斜面４は、図４Ａに示すように、凹凸の無い平坦な形状、又は図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、長セグメント方向に凹状にカーブした形状であることが更に好ましい。傾斜面４が、切り欠き部方向に凸状にカーブした形状であると、そのカーブが極端な場合、切り欠き部への排ガスのスムーズな流入を妨げ、乱流発生防止効果が十分でなくなる可能性がある。
【００２７】
本発明の目封止ハニカム構造体２０の全体の形状としては、排ガス浄化フィルタとして好適な、円筒形状、オーバル形状等所望の形状であって、流体の流入孔側端部に切り欠き部２を有する形状とすることができる。本発明の目封止ハニカム構造体２０において、切り欠き部２は、用途及び目的に応じて所望の位置及び所望の大きさに形成され、同時に、切り欠き部２を形成する部分を含む流入孔側端面全域、即ちすべての短セグメント及び長セグメントの流入孔側端面において所定のセル５に目封止が施され、形状加工による浄化性能の低下が抑えられている。
【００２８】
本発明の目封止ハニカム構造体２０を構成するハニカムセグメント１の材料としては、セラミックが好ましく、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、チタン酸アルミニウム、鉄−クロム−アルミニウム系合金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。特に、本発明の目封止ハニカム構造体２０のように、複数のハニカムセグメント１（１ａ，１ｂ）が接合材層３を介して一体的に接合された構造の場合には、これらの材料の中でも、炭化珪素又は珪素−炭化珪素系複合材料がより好ましい。炭化珪素は、熱膨張率が比較的大きいため、炭化珪素を骨材として大きな一体型のハニカム構造体を形成すると、使用時に熱衝撃により欠陥が生じることがあったが、本発明のような接合型のハニカム構造体においては、ハニカムセグメント１内の炭化珪素の膨張収縮が接合材層３により緩衝され、ハニカム構造体の欠陥の発生を防止することができるためである。
【００２９】
また、接合材層３の材料としては、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、ＳｉＣ粒子、有機バインダ、発泡樹脂等の充填材を水等の分散媒に分散させてスラリー状にしたものを用いることができる。
【００３０】
図６Ａに示す排ガス浄化装置１１０では、コンテナ１５内のハニカム触媒体９の後段に、切り欠き部２の形成された目封止ハニカム構造体２０がＤＰＦ８として設置されている。この時ＤＰＦ８は、排ガス浄化装置が車体に搭載された際に切り欠き部２が排ガスの流れの上流側に面し、且つ排ガス浄化装置１１０の下側（地面側）を向くように位置決めされることが好ましい。排ガスの流れの上流側から流れて来る固体や液体の異物は、重力に従って、排ガス浄化装置１１０の下側に下りて行く。そのため、コンテナ１５の内壁及びＤＰＦ８の流入孔側端面１１は、特にその下側に損傷が集中しやすい。切り欠き部２を下側に向けてＤＰＦ８を設置することによって、コンテナ１５下部に異物を跳ねさせるスペースができ、ＤＰＦ８の流入孔側端面１１に異物が直接衝突する頻度を低減すると共に、衝突時の衝撃を軽減する効果がある。即ち、本発明の目封止ハニカム構造体２０を用いれば、従来のように、排ガス浄化装置の流路上に金網や異物捕集ポケット等の余分な設備を備えなくとも、エロージョンによる耐久性悪化を抑制することができ、排ガス浄化装置における省スペース化、省コスト化を実現することができる。
【００３１】
図６Ｂに示す排ガス浄化装置１２０では、コンテナ１５のハニカム触媒体９の後段に、切り欠き部２の形成された目封止ハニカム構造体２０がＤＰＦ８として設置されており、更に、排ガスと共に上流から流れ込みＤＰＦ８の破損の原因となる異物を捕集するための異物捕集ポケット１３が設けられ、ＤＰＦ８の切り欠き部２を、異物を異物捕集ポケット１３へと逃がす誘導路として機能させている。このような構成とすることによって、流れ込む多くの異物を、ＤＰＦ８の流入孔側端面１１に衝突させることなく、異物捕集ポケット１３へと回収することができる。この時ＤＰＦ８は、図６Ａに示す排ガス浄化装置１１０と同様、排ガス浄化装置１２０が車体に搭載された際に切り欠き部２が排ガスの流れの上流側に面し、且つ排ガス浄化装置１２０の下側（地面側）を向くように位置決めされることが好ましい。
【００３２】
また、本発明の目封止ハニカム構造体２０は、限られたスペース内においてエロージョン抑制効果を発揮するだけでなく、図６Ｃに示すように、特殊な形状のコンテナ１５にも対応可能であるという利点を有する。例えば車体下部のように、利用できるスペースに制約がある場合には、排ガス浄化装置そのものを小さく設計すると同時に、車体に搭載後の排ガス浄化装置の周辺にデッドスペースを発生させないことも、省スペースの有効な手立てである。即ち、車体へ排ガス浄化装置を搭載させる際に、排ガス浄化装置のコンテナ形状をあらかじめ搭載箇所の空間形状に合わせて変形させておけば、無駄な空間が発生せず、限られたスペースを最大限に活用することができるが、そのためには、コンテナ形状にあわせた形状のハニカム構造体が必要となり、本発明の目封止ハニカム構造体２０が好適に用いられる。
【００３３】
尚、図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の目封止ハニカム構造体を搭載した排ガス浄化装置の各実施形態を模式的に示す断面図である。図６Ａ及び図６Ｂにおいては、図中向かって左側が排ガスの流入孔側であり、図中向かって右側が排ガスの流出孔側となる。
【００３４】
本発明の目封止ハニカム構造体２０において、切り欠き部２は、図７及び図８に示すように、短セグメント１ａとされる予定のハニカムセグメント１を、接合材層３を介して長セグメント１（１ｂ）へ接合した後、短セグメント１ａとされる予定のハニカムセグメント１の切り欠き部形成予定部、及び、切り欠き部形成予定部に接する接合材層３の一部を、所定の深さ、形状に切削することで製造することができる。ここで、長セグメント１（１ｂ）の流入孔側端部には、通常の深さの目封止部２５が形成されているが、短セグメント１ａとされる予定のハニカムセグメント１の流入孔側端部には、切り欠き部形成後に、通常の深さの目封止部が残るよう、通常の目封止部２５よりも深さの大きな深目封止部２４が形成されている。即ち、切り欠き部形成予定部は、深目封止部形成側端部と言い換えることもできる。いずれのハニカムセグメント１においても、隣接するセル５は互いに反対側となる流通端部において目封止されており、流出孔側端部においては、ハニカムセグメント１による目封止部深さの差異は無く、通常の深さを持つ目封止部２５が形成されている。尚、図７は切り欠き部形成予定部切削前の目封止ハニカム構造体を模式的に示す軸方向における部分断面図であり、図８は、切り欠き部形成予定部切削後の目封止ハニカム構造体を模式的に示す軸方向における部分断面図である。
【００３５】
本発明の目封止ハニカム構造体２０の製造方法は、短セグメント１ａとされる予定のハニカムセグメント１と、長セグメント１ｂとを、接合材層３を介して複数個積層、接合し、ハニカムセグメント積層体３０を得る、ハニカムセグメント積層体形成工程と、ハニカムセグメント積層体３０の外周を加工する、外周加工工程と、上述した、短セグメント１ａとされる予定のハニカムセグメント１の切り欠き部形成予定部、及び、切り欠き部形成予定部に接する接合材層３の一部を切削することで、切り欠き部２を形成する、切り欠き部形成工程とを含む。
【００３６】
具体的には、まず、乾燥後のハニカムセグメント１の一方の端面（流体の流入孔側端面１１）にマスクテープを貼着させ、目封止部形成予定箇所にのみ、レーザーによって孔を開け、長セグメント１ｂとなるものに関しては、ハニカムセグメント１のマスクの施された側の端部（流入孔側端部）を０．５〜２．０ｍｍの範囲の深さの目封止スラリーに浸漬させ、所望の深さの目封止部２５を形成する。短セグメント１ａとなるものに関しては、長セグメント１ｂとなるものと同様にして、ハニカムセグメント１の流入孔側端部を所定の深さの目封止スラリーに浸漬させ、深目封止部２４を形成する。この時、浸漬させる目封止スラリーの深さは、求める目封止ハニカム構造体２０の切り欠き部２の深さに応じて、適宜決定することができる。更に、いずれのハニカムセグメント１においても、隣接するセル５が互いに反対側となる流通端部において目封止されるよう、他方の端面（流体の流出孔側端面１２）にもマスクテープを貼着させ、目封止部形成予定箇所にのみ、レーザーによって孔を開け、流出孔側端部を、０．５〜２．０ｍｍの範囲の深さの目封止スラリーに浸漬させ、所望の深さの目封止部２５を形成する。
【００３７】
次に、それぞれのハニカムセグメント１を所望の個数及び組み合わせに従って接合材層３を介した状態で積み上げ、各ハニカムセグメント１の両端が揃うように互いに接合した後、加圧、乾燥し、ハニカムセグメント積層体３０を得る（図９及び図１０参照）。この時、エロージョン抑制のための切り欠き部２を形成するという観点から、切り欠き部２がハニカム構造体２０ｂの隅部に形成されるように、短セグメント１ａとなるハニカムセグメント１をハニカムセグメント積層体３０の角に配置することが好ましい（図１１参照）。また、複数の短セグメント１ａによって切り欠き部２を形成する場合には、短セグメント１ａとなる複数のハニカムセグメント１は、互いに隣接するように配置されることが好ましい（図１２参照）。尚、図９は、ハニカムセグメントを積み上げる工程を模式的に示す工程図であり、図１０は、ハニカムセグメント積層体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。また、図１１は、本発明の目封止ハニカム構造体の一実施形態を切り欠き部形成方向から見た模式的正面図であり、図１２は、本発明の目封止ハニカム構造体の別の実施形態を切り欠き部形成方向から見た模式的正面図である。図１１及び図１２においては、作図の都合上、セル５、隔壁６、及び目封止部２５は図から捨象した。
【００３８】
次いで、得られたハニカムセグメント積層体３０に必要に応じて外周加工を施し、更に、短セグメント１ａとされる予定のハニカムセグメント１の切り欠き部形成予定部（深目封止部形成側端部）、及び、切り欠き部形成予定部に接する接合材層３の一部を、深目封止部２４が所定の深さ残るよう、エンドミル２６にて切削することによって切り欠き部２を形成し、所望の目封止ハニカム構造体２０を得る。このような製造方法においては、接合、外周加工までは、従来の目封止ハニカム構造体１０の製造方法における技術を用いることができるため好ましい。尚、この時、エンドミル２６による切削は、接合材層３に沿って行われるため、切削時のハニカムセグメント１の破損及び切削後のハニカムセグメント１（１ａ、１ｂ）の強度低下等の問題の発生が効果的に防止される。
【００３９】
本発明の目封止ハニカム構造体の製造方法によれば、用途や目的に応じて、所望の位置及び大きさに切り欠き部の形成された目封止ハニカム構造体２０を得ることができる。そのような目封止ハニカム構造体２０をＤＰＦ８として用いると、浄化装置内の限られたスペースにおいてエロージョン抑制効果を発揮するほか、特殊な形状のコンテナにも対応可能である等、車載用フィルタとして、様々な効果を発揮する。更に、本発明の目封止ハニカム構造体２０の製造方法によれば、形状加工による浄化性能及び強度の低下が抑えられ、原料収率やコストの面でも優れた目封止ハニカム構造体を得ることができる。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４１】
（実施例１）
長セグメントとして、軸方向に垂直な方向における断面形状が一辺の長さ３５ｍｍの正方形であり、軸方向長さが１５２ｍｍである１５個のハニカムセグメントを用意した。これらの長セグメントにおいては、隣接するセルの互いに反対側となる一方の端面に目封止部が形成されており、目封止部の深さは６ｍｍであった。また、短セグメント用ハニカムセグメントとして、軸方向に垂直な方向における断面形状が一辺の長さ３５ｍｍの正方形であり、軸方向長さが１５２ｍｍである１個のハニカムセグメントを用意した。この短セグメント用ハニカムセグメントにおいては、隣接するセルの互いに反対側となる一方の端面に目封止部が形成されており、流入孔側端面における目封止部（深目封止部）の深さは２６ｍｍであり、流出孔側端面における目封止部の深さは６ｍｍであった。
【００４２】
次に、各ハニカムセグメントの隣接するハニカムセグメントとの接合面に接合材を塗布し、互いに積み上げた。積み上げた合計１６個のハニカムセグメントに外部より圧力を加え、全体を接合させた後、１４０℃にて２時間乾燥させることにより、ハニカムセグメント積層体を得た。この時、１個の短セグメント用ハニカムセグメントは、ハニカムセグメント積層体の角部を形成するよう配置された。
【００４３】
得られたハニカムセグメント積層体の外周を円筒状に切削後、短セグメント用ハニカムセグメントの切り欠き部形成予定部（深目封止部形成側端部）、及び切り欠き部形成予定部に接する接合材層の一部を、エンドミルにて切削することによって切り欠き部を形成した。このとき、短セグメントの流入孔側端面における接合材層厚さＴ１は１．５ｍｍ、隣接する長セグメントの流入孔側端面における接合材層厚さＴ２は０．９ｍｍ、短セグメント及び長セグメントの軸方向長さの差Ｌは２０ｍｍであった。その後、ハニカムセグメント積層体の外周にコーティング材を塗布し、７００℃にて２時間乾燥硬化させ、直径１４４ｍｍ×長さ１５２ｍｍの目封止ハニカム構造体を作製した。
【００４４】
（実施例２〜８、比較例１〜９）
短セグメントの流入孔側端面における接合材層厚さＴ１、隣接する長セグメントの流入孔側端面における接合材層厚さＴ２、短セグメントと長セグメントの軸方向長さの差Ｌ、及び接合材層の形状がそれぞれ表１の通りとなるように、用いる短セグメント用ハニカムセグメントの流入孔側端面における目封止部（深目封止部）の深さ、及びエンドミルによる切削量を調製したほかは、実施例１と同様にして、実施例２〜８及び比較例１〜９の目封止ハニカム構造体を作製した。なお、比較例２は切り欠き部に接する接合材層を切削により完全に除去した。
【００４５】
上記実施例１〜８及び比較例１〜９について、得られた目封止ハニカム構造体をＤＰＦとして用い、以下の方法にてエロージョン試験、圧力損失測定試験、及び再生限界試験を行った。
【００４６】
（評価）
エロージョン試験：
エンジンベンチ（排気量２．０Ｌ）にて、床下位置にＤＰＦを搭載し、異物として、直径約１．５ｍｍの鉄球１０個をＤＰＦ前段に入れておき、ＮＥＤＣサイクルモードの繰り返し試験を実施した。１００サイクル毎にＰＭエミッションを測定した。ＰＭエミッションは、Ｅｕｒｏ．４にて規定されている測定方法に従い、重量方によるＰＭ量を測定し、ＰＭエミッション値が５［ｍｇ／ｋｍ］を超えるサイクル数を許容サイクル数として評価した。なお、エロージョンが進行すると、端面がえぐられていき、目封止が損失した時点でＰＭエミッション値が急上昇するため、ＰＭエミッション値の観察により、許容サイクル数が分かる。許容サイクル数よりＰＭ許容距離［ｋｍ］を算出し、結果を表１に示した。なお、ここでは１サイクル１１ｋｍであり、ＰＭ許容距離は１６万ｋｍ以上であることを目標とした。
【００４７】
圧力損失測定試験：
バーナー燃焼によってスス（ＰＭ）を発生させる装置を用い、ガス流量２．０〜３．０［Ｎｍ３／分］、ガス温度１５０〜２５０℃の条件下で、ＤＰＦに４［ｇ／Ｌ］までススを堆積させ、上記サイクルモードにて走行中７０［ｋｍ／ｈ］時点でのＤＰＦ前後における圧力損失を測定した。結果を表１に示した。なお、４［ｇ／Ｌ］の値は、車両搭載時における一般的なＰＭ堆積限界設定値である８［ｇ／Ｌ］の中央値であり、ＰＭ堆積による圧力損失の走行燃費へ与える影響を評価する際の基準として用いられる。ここで圧力損失は５．０ｋＰａ以下であることを目標とした。
【００４８】
再生限界試験：
ＤＰＦにスス（ＰＭ）を堆積させ、ＤＰＦ内部の最高温度が１１００℃又は１２００℃となるような条件にてフィルタの再生（ＰＭの燃焼）を行い、クラック発生の有無を確認した。クラック発生が確認された場合は「有り」、確認されなかった場合は、「無し」とし、結果を表１に示した。なお、いずれの温度の場合にもＤＰＦにクラックが発生しないことを目標とした。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
表１より、短セグメントの流入孔側端面における接合材層厚さであるＴ１と、隣接する長セグメントの流入孔側端面における接合材層厚さであるＴ２が、１．５≦Ｔ１／Ｔ２の関係を満たしていない比較例１，３及び８においては、圧力損失が目標値である５．０ｋＰａを超えてしまうことが分かった。また、Ｔ１／Ｔ２≦３０の関係を満たしていない比較例９では、再生限界試験において１２００℃でクラックが発生してしまうことが分かった。一方、１．５≦Ｔ１／Ｔ２≦３０の関係を満たす実施例１〜８は、圧力損失の目標値である５．０ｋＰａ以下を達成しており、且つＰＭ許容距離の目標値である１６万ｋｍ以上を達成していることから、排ガスの乱流発生防止とエロージョン抑制に効果があることが分かった。また、切り欠き部に接する接合材層を完全に除去した比較例２では、圧力損失が５．０ｋＰａを超えており、ＰＭ許容距離も目標値である１６万ｋｍ以上を達成しておらず、更に再生限界試験の目標である１１００℃でクラックが発生してしまうことが分かった。以上の結果から、Ｔ１／Ｔ２は１．５≦Ｔ１／Ｔ２≦３０の関係を満たすことが好ましいことが分かった。
【００５１】
また、Ｔ１／Ｔ２が１．５以上２．０未満の範囲にある実施例１及び７では、圧力損失が許容範囲内ではあるものの４．７ｋＰａとやや高めとなっており、Ｔ１／Ｔ２が１．５未満である比較例８では、実施例１及び７よりも更に圧力損失が高くなっていた。一方、Ｔ１／Ｔ２が１０を超える実施例８では、圧力損失が許容範囲内ではあるものの４．６ｋＰａとやや高めとなっており、Ｔ１／Ｔ２が３５である比較例９では、実施例８よりも更に圧力損失が高くなっていた。以上の結果から、Ｔ１／Ｔ２は２．０≦Ｔ１／Ｔ２≦１０の関係を満たすことがより好ましいことが分かった。
【００５２】
また、短セグメントの流入孔側端面における接合材層厚さであるＴ１が０．５ｍｍ未満である比較例６では、ＰＭ許容距離が短くなっており、Ｔ１が５ｍｍを超える比較例７では、圧力損失が高くなっていることから、Ｔ１は、０．５ｍｍ≦Ｔ１≦５ｍｍの関係を満たすことが好ましいことが分かった。
【００５３】
更に、短セグメントと長セグメントの軸方向長さの差Ｌが５ｍｍ未満の比較例４では、ＰＭ許容距離が短くなっており、Ｌが３５ｍｍを超える比較例５では、再生限界が低くなっていることから、Ｌは５ｍｍ≦Ｌ≦３５ｍｍの関係を満たすことが好ましいことが分かった。
【００５４】
また、実施例１〜４を比較すると、接合材層の傾斜面の形状に凹凸が無いほうが、圧力損失をより低減可能であり、更に、凸状の傾斜面や平坦な傾斜面よりも凹状の傾斜面のほうが、圧力損失をより一層低減可能であることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の目封止ハニカム構造体は、排ガス浄化装置内において、省スペース化を実現すると共にエロージョン抑制効果を持つＤＰＦとして好適に用いることができ、また、本発明の目封止ハニカム構造体の製造方法によれば、所望の端部形状を有する目封止ハニカム構造体を容易に製造することができ、産業上の利用可能性は大なるものである。
【符号の説明】
【００５６】
１：ハニカムセグメント、１ａ：短セグメント、１ｂ：長セグメント、２：切り欠き部、３：接合材層、４：傾斜面、５：セル、６：隔壁、８：ＤＰＦ、９：ハニカム触媒体、１０，１０ａ，１０ｂ，２０：目封止ハニカム構造体、１１，１１ａ，１１ｂ：流入孔側端面、１２：流出孔側端面、１３：異物捕集ポケット、１４：切り欠き部の角部、１５：コンテナ、２４：深目封止部、２５：目封止部、２６：エンドミル、３０：ハニカムセグメント積層体、１１０，１２０，１３０：排ガス浄化装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2011214493.tif 000018
【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
2011214493.tif 000021
【図９】
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【図１０】
2011214493.tif 000023
【図１１】
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【図１２】
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