(57)【要約】【課題】ハニカム構造体を缶体に収納した場合に、振動などによる位置ズレを起こしにくく、かつ強度の低下が少なく、更に簡易に製造することができるハニカム構造体及びその製造方法を提供する。【解決手段】軸方向に貫通する複数のセル３を形成するように配置された隔壁２により構成されるセル構造部２０と、セル構造部２０の外周に配置されている外周壁７とを有するハニカム構造体１である。外周壁７の外周面における表面粗さ、Ｒａが１〜８０μｍである。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に貫通する複数のセルを形成するように配置された隔壁により構成されるセル構造部と、前記セル構造部の外周に配置されている外周壁とを有するハニカム構造体であって、前記外周壁の外周面における表面粗さ、Ｒａが１〜８０μｍであることを特徴とするハニカム構造体。
【請求項２】
前記表面粗さ、Ｒａが１〜５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項３】
前記表面粗さ、Ｒａが前記外周面における軸方向の表面粗さであることを特徴とする請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
【請求項４】
外周壁の内周面の少なくとも一部が、隔壁面と密着していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項５】
セル構造部が一体成形により形成され、外周壁が前記セル構造部の外周の少なくとも一部に配設することにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項６】
セル構造部が別々に成形された複数のセグメントから形成され、外周壁が前記セル構造部の外周の少なくとも一部に配設することにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項７】
一部のセルが、ハニカム構造体の端面において目封じされていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項８】
セル構造部の主結晶相が、コージェライト、ムライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、リチウムアルミニウムシリケート、炭化珪素、窒化珪素及び炭化珪素−金属シリコン複合相からなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項９】
外周壁が、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、セラミックス繊維及びセラミックス粒子からなる群から選ばれる少なくとも１種を含む原料から形成されている材料を含むことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項１０】
軸方向に貫通する複数のセルを形成するように配置された隔壁により構成されるセル構造部と、前記セル構造部の外周に配置されている外周壁とを有するハニカム構造体の製造方法であって、
前記隔壁の主結晶相を形成する原料とバインダーとを含む成形原料を杯土化する坏土化工程と、
前記杯土化された成形原料からハニカム形状の成形体を成形する成形工程と、
前記成形体を焼成してハニカム焼成体を形成する焼成工程と、
前記焼成体の外周の少なくとも一部を除去してセル構造部を形成する除去工程と、
前記セル構造部の外周の少なくとも一部にコーティング材を塗布して外周壁の少なくとも一部を形成する外周壁配設工程とを含み、かつ、
前記外周壁配設工程において形成する外周壁の外周面における表面粗さＲａを１〜８０μｍとすることを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
【請求項１１】
前記外周壁配設工程において、前記外周面における軸方向の表面粗さＲａを１〜８０μｍとすることを特徴とする請求項１０に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記外周壁配設工程が、前記コーティング材を塗布した後、１５０℃以上の温度で前記コーティング材を乾燥する工程を含む請求項１０又は１１に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項１３】
複数の成形体又は焼成体を接合する接合工程を含むことを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか１項に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項１４】
外周壁配設工程において、コーティング材が、０．５〜１００μｍの平均粒子径である粒子を含むことを特徴とする請求項１０乃至１３の何れか１項に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項１５】
外周壁配設工程において、コーティング材が、１０〜１００μｍの平均繊維長である繊維を含む請求項１０乃至１４の何れか１項に記載のハニカム構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関、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又は排ガス中の微粒子捕集フィルター等に好適に用いることができるハニカム構造体及びその製造方法に関する。特に、ハニカム構造体を缶体などに把持して用いる場合に、振動などによるハニカム構造体の位置ずれが起こりにくいハニカム構造体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】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又は排ガス中の微粒子、特に、ディーゼル微粒子の捕集フィルタ（以下、ＤＰＦという）等にハニカム構造体が用いられている。
【０００３】この様なハニカム構造体は、圧力損失の抑制、処理能力の向上などのため、高気孔率化、隔壁の薄肉化、大型化の方向にあり、この様な方向はハニカム構造体の強度や寸法精度を低下させる。従って、何らかの補強が必要となる場合がある。
【０００４】この様な問題に対処するため、特許第２６０４８７６号公報には、セラミックハニカム焼成体を作成し、このセラミックハニカム焼成体の周縁部を除去した後、焼成体の外周面に外壁部を形成して寸法精度を向上させる方法が提案されている。また、特許第２６１３７２９号公報には、上記と同様に形成された外殻層を備えるハニカム構造体が開示されており、更に、当該外殻層が、コージェライト等及びコロイダルシリカ等から形成されてなるハニカム構造体が開示されている。
【０００５】一方、ハニカム構造体は、把持材を介して缶体に収納され、内燃機関等の排気管に接続して用いられる場合が多い。しかし、自動車などに搭載した場合、激しい振動や排気ガスの圧力などにより缶体中のハニカム構造体の位置ずれが起こるおそれがあり、位置ずれを起こすとハニカム構造体の破損を招くなど、ハニカム構造体の機能が充分に発揮されない事態が生じる可能性もある。
【０００６】この様な問題に対処するため、特公平７−４５３４号公報には、外壁表面の少なくとも一部を突出させるかあるいは凹ませることにより段差を設け、かつ突出部又は凹み部の面の粗さが他の外表面より粗いことを特徴とするセラミックハニカム構造体が開示されている。また、特開２０００−７０５４５公報には、外周面に凹凸が設けられているハニカム構造体が管状のケーシングに収納されているセラミックハニカム構造体の収納構造が開示されている。また、当該構造において、凹凸のある面の表面粗さ、Ｒａは０．１〜０．５ｍｍが好ましいことが記載されている。
【０００７】しかし、表面粗さを大きくしすぎると、その部分の強度が低下する場合がある。また、上記のような技術において、凹凸を設けるためには、そのための工程、又はそのための装置が必要であり、製造工程が煩雑となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ハニカム構造体を缶体に収納した場合に、振動や排気ガスの圧力などによる位置ずれを起こしにくく、かつ強度の低下が少なく、更に簡易に製造することができる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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、軸方向に貫通する複数のセルを形成するように配置された隔壁により構成されるセル構造部と、前記セル構造部の外周に配置されている外周壁とを有するハニカム構造体であって、前記外周壁の外周面における表面粗さ、Ｒａが１〜８０μｍであることを特徴とするハニカム構造体を提供するものである。
【００１０】本発明において、前記表面粗さ、Ｒａが１〜５０μｍであることが好ましく、前記表面粗さ、Ｒａが前記外周面における軸方向の表面粗さであることが好ましい。また、外周壁の内周面の少なくとも一部が、隔壁面と密着していることが好ましい。また、セル構造部が一体成形により形成され、外周壁が前記セル構造部の外周の少なくとも一部に配設することにより形成されていることが好ましく、セル構造部が別々に成形された複数のセグメントから形成され、外周壁が前記セル構造部の外周の少なくとも一部に配設することにより形成されていることも好ましい。また、一部のセルが、ハニカム構造体の端面において目封じされていることが好ましく、セル構造部の主結晶相が、コージェライト、ムライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、リチウムアルミニウムシリケート、炭化珪素、窒化珪素及び炭化珪素−金属シリコン複合相からなる群から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。また、外周壁が、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、セラミックス繊維及びセラミックス粒子からなる群から選ばれる少なくとも１種を含む原料から形成されている材料を含むことが好ましい。
【００１１】本発明はまた、軸方向に貫通する複数のセルを形成するように配置された隔壁により構成されるセル構造部と、前記セル構造部の外周に配置されている外周壁とを有するハニカム構造体の製造方法であって、前記隔壁の主結晶相を形成する原料とバインダーとを含む成形原料を杯土化する坏土化工程と、前記杯土化された成形原料からハニカム形状の成形体を成形する成形工程と、前記成形体を焼成してハニカム焼成体を形成する焼成工程と、前記焼成体の外周の少なくとも一部を除去してセル構造部を形成する除去工程と、前記セル構造部の外周の少なくとも一部にコーティング材を塗布して外周壁の少なくとも一部を形成する外周壁配設工程とを含み、かつ、前記外周壁配設工程において形成される外周壁の外周面における表面粗さＲａを１〜８０μｍとすることを特徴とするハニカム構造体の製造方法を提供するものである。
【００１２】本発明において、前記外周壁配設工程において、前記外周面における軸方向の表面粗さＲａを１〜８０μｍとすることが好ましく、前記外周壁配設工程が、前記コーティング材を塗布した後、１５０℃以上の温度で前記コーティング材を乾燥する工程を含むことが好ましい。また、複数の成形体又は焼成体を接合する接合工程を含むことが好ましく、外周壁配設工程において、コーティング材が、０．５〜１００μｍの平均粒子径である粒子を含むことが好ましく、１０〜１００μｍの平均繊維長である繊維を含むことも好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明のハニカム構造体及びその製造方法を具体例に基づき詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１４】本発明のハニカム構造体１は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、軸方向に貫通する複数のセル３を形成するように配置された隔壁２により構成されるセル構造部２０と、セル構造部２０の外周に配置されている外周壁７とを有する。本発明の重要な特徴は、図２に示すように、外周壁７の外周面７１における表面粗さ、Ｒａ（以下、表面粗さＲａを単にＲａという）が１〜８０μｍの範囲にあることである。外周壁のＲａがこの範囲にあることにより、図３に示すように、ハニカム構造体を缶体に収納して使用した場合に、振動などにより生じる位置ずれが抑制され、位置ずれによって生じるハニカム構造体の破損などを抑制することができるとともに、外周壁に充分な強度を持たせることが可能となる。
【００１５】外周壁のＲａを、非常に大きく、例えば１００μｍ以上にすれば、位置ずれは抑制できるが、そのための工程、又はそのための装置が必要であり、製造工程が煩雑となる。簡易な工程でＲａを大きくする方法として、外周壁を形成する材料に大きな粒子径の粒子を用いることが考えられるが、Ｒａが１００μｍ以上となるような粒子径の粒子を用いて外周壁を形成すると、外周壁とセル構造部との接合強度が低下し、外周壁が剥離等を起こし易くなることが見出された。更に、外周壁のＲａの上限を適度な値、即ち、８０μｍ、好ましくは５０μｍ、更に好ましくは３０μｍとすることにより、位置ずれを抑制する充分な効果が得られるとともに、この程度のＲａとなるような平均粒子径を有する粒子を用いて外周壁を形成することにより、外周壁が剥離等を起こさないような充分な強度が得られることが見出された。即ち、Ｒａを特定の範囲にするための特別な処理工程や処理装置を用いることなく、かつ充分な強度を有し、位置ずれを起こしにくいハニカム構造体が得られることが見出された。
【００１６】一方、外周壁のＲａが小さすぎては、位置ずれを抑制するために充分な摩擦力が得られない。従って、Ｒａが１μｍ以上であることが必要である。本発明において、外周壁の外周面のほぼ全面において、外周壁のＲａが上記所定の範囲に入ることが好ましいが、必ずしも外周面の全部におけるＲａが所定の範囲に入る必要はなく外周面の一部におけるＲａが所定の範囲であっても本発明の効果を奏することは可能である。
【００１７】また、ハニカム構造体１を、図３に示すような缶体１０に把持材１６を介して収納し、自動車などの排気管１８に取り付けた場合、振動や排気ガスの圧力等により周方向の位置ずれと軸方法の位置ずれが起こる場合がある。缶体１０と排気管１８との接続部１４は、一般に缶体１０の部分より狭窄した形状となっているため、ハニカム構造体１が軸方向の位置ずれを起こすと、ハニカム構造体１が接続部１４に当たり、ハニカム構造体が破損し易くなる。従って、軸方向のＲａを上記範囲とすることにより、効果的にハニカム構造体の破損を抑制することができる。また、周方向の表面粗さは基本的に軸方向と同じであり、Ｒａを上記範囲とすることにより、周方向の位置ずれはより効果的に抑制することができる。また、図４（ｂ）に示すように、形成する外周壁を薄くすることで、外周部の隔壁の影響により周方向に凹凸を作ることも出来、位置ずれに効果がある場合もある。Ｒａは所定の方向にＩＳＯ４２８７／１により測定した算術平均粗さを意味し、表面の凹凸の平均線からの絶対値偏差の平均値として算出される。従って軸方向のＲａは、軸と平行な方向に測定した値から上記のように算出されるＲａを意味し、周方向のＲａは、軸と垂直な方向に測定した値から上記のように算出されるＲａを意味する。
【００１８】本発明において、図４（ａ）に示すように、外周壁７の内周面７３が隔壁面２１と密着していることが好ましい。このような構造とすることにより、隔壁が薄い場合やハニカム構造体が大型の場合においても、外周壁の強度を大きくすることができ、ハニカム構造体に充分な強度を与えることができる。本発明において、内周面７３の少なくとも一部が隔壁面２１と密着していればよく、内周面７３の総てが隔壁２と密着していることが好ましい。
【００１９】本発明のハニカム構造体の好適な一例は、図４（ａ）に示すように、セル構造部２０が一体成形により形成され、外周壁７が、セル構造部２０の外周の少なくとも一部、好ましくは総ての外周に配設することにより形成されているものである。このような構成とすることにより、セル構造部と外周壁の原料材質や粒子径を異なるものとすることができ、両者の材料選択の範囲が広がる。更に、外周壁の材質を、Ｒａを好適な範囲にするという観点から選択することができ、外周面の軸方向におけるＲａを比較的容易に本発明の範囲とすることができる。更に外周壁７の内周面７３を隔壁２と密着させることが容易となり、ハニカム構造体に充分な強度を与えることができる。
【００２０】また、別の好適な例は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、セル構造部２０が別々に成形された複数のセグメント１２から形成され、外周壁７がセル構造部２０の外周の少なくとも一部、好ましくは総ての外周に配設することにより形成されているものである。このような構成とすることにより、ハニカム構造体に充分な強度を与えるとともに、熱衝撃に対する耐性も向上させることができる。この場合のセグメント１２の大きさに制限はないが、各セグメントが大きすぎると、耐熱衝撃性改良の効果が少なくなり、小さすぎると各セグメントの製造や接合による一体化が煩雑となり好ましくない。好ましいセグメントの大きさは、材料の耐熱衝撃性により異なり、例えば熱膨脹率が小さく耐熱衝撃性の高いコージェライトやアルミニウムチタネートの場合、断面積が９００〜６２５００ｍｍ２、好ましくは２５００〜４００００ｍｍ２であり、熱膨脹率が大きく耐熱衝撃性の低いアルミナや炭化ケイ素の場合、断面積が９００〜１００００ｍｍ２、好ましくは９００〜５０００ｍｍ２であり、外周除去前のハニカム構造体の７０容量％以上が、この大きさのセグメントから構成されていることが好ましい。各セグメントの形状に特に制限はないが、例えば、図５（ｂ）に示すように、断面形状が四角形状、即ちセグメント１２が四角柱状であるものを基本形状とし、一体化した場合のハニカム構造体の形状に合わせて外周側のセグメントの形状を適宜選択することができる。また、基本形状のセグメントを接合一体化した後、外周を研削し所望の形状とすることもできる。
【００２１】更に、本発明のハニカム構造体をフィルターとして用いる場合には、図６に示すように、一部のセルがハニカム構造体の端面４２又は４４において目封じされていることが好ましい。特に、隣接するセルが互いに反対側となる端面において交互に目封じされており、端面が市松模様状に目封じされていることが好ましい。この様に目封じすることにより、例えば一の端面４２から流入した被処理流体は隔壁を通って、他の端面４４から流出し、被処理流体が隔壁を通る際に多孔質の隔壁がフィルターの役目をはたし、目的物を除去することができる。
【００２２】本発明において、セル構造部、即ち隔壁の主結晶相は、強度、耐熱性等の観点から、コージェライト、ムライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、リチウムアルミニウムシリケート、炭化珪素、窒化珪素及び炭化珪素−金属シリコン複合相からなる群から選ばれる少なくとも１種であることが好ましいが、本発明のハニカム構造体をＤＰＦに用いる場合には、耐熱性が高いという点で、炭化珪素又は珪素−炭化珪素系複合相を隔壁の主結晶相とすることが特に好ましく、また、熱膨張係数が低く、良好な耐熱衝撃性を示すことからコージェライトを主結晶相とすることも特に好ましい。ここで、「主結晶相」とは、隔壁を形成する成分における結晶相中の５０質量％以上、好ましくは７０質量％以上、更に好ましくは８０質量％以上を構成する結晶相を意味する。また、本発明において、ハニカム構造体が金属珪素（Ｓｉ）と炭化珪素（ＳｉＣ）とからなる場合、ハニカム構造体のＳｉ／（Ｓｉ＋ＳｉＣ）で規定されるＳｉ含有量が少なすぎるとＳｉ添加の効果が得られないため強度が弱く、５０質量％を超えるとＳｉＣの特徴である耐熱性、高熱伝導性の効果が得られない。Ｓｉ含有量は、５〜５０質量％であることが好ましく、１０〜４０質量％であることが更に好ましい。
【００２３】また、セルが端面において目封じされている場合の目封じ部は、上述の隔壁の主結晶相に好適なものとして挙げたものの中から選ばれる少なくとも１種の結晶相を主結晶相ととして含むことが好ましく、ハニカム構造体の主結晶相と同様の種類の結晶相を主結晶相として含むことが更に好ましい。
【００２４】本発明において、外周壁は、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、セラミックス繊維及びセラミックス粒子からなる群から選ばれる少なくとも１種を含む原料から形成されている材料を含むことが好ましい。また、当該原料が、０．５〜１００μｍ、特に０．５〜８０μｍの平均粒子径である粒子を含むことが好ましい。このような範囲の粒子を含む原料から形成された材料により構成される外周壁は、その外周面の軸方向のＲａがより容易に１〜８０μｍの範囲、好ましくは１〜５０μｍの範囲となりうる。このような平均粒子径の粒子は、セラミックス粒子であることが好ましい。また、セラミックス粒子は、上述のセル構造部の主結晶相に好適なものとして挙げたものの中から選ばれる少なくとも１種の結晶相を形成する又は結晶相を含むセラミックス粒子が好ましく、セル構造部の結晶相と同じ種類の結晶相を含むセラミックス粒子とすることが更に好ましい。具体的には、例えば、コージェライト、ムライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、リチウムアルミニウムシリケート、炭化珪素、窒化珪素、炭化珪素等が挙げられる。
【００２５】また、当該原料が、１０〜１００μｍ、特に２０〜６０μｍの平均繊維長である繊維を含むことが好ましい。繊維はコーティング材乾燥時の収縮を抑える働きをするが、平均繊維長が１０μｍ未満では乾燥時の収縮抑制効果が小さく、クラックが生じ易い。逆に平均繊維長が１００μｍを超えると繊維の分散が困難で、いわゆるダマになりやすく、その場合表面粗さＲａが８０μｍを超えてしまう。このような繊維は、セラミックス繊維であることが好ましい。また、セラミックス繊維としては、例えば、シリカ、アルミナ、アルミノシリケート等の繊維が挙げられる。
【００２６】当該原料は、セラミックス粒子に加えて、コロイダルシリカ及び／又はコロイダルアルミナを含むことが更に好ましく、更にセラミックス繊維を含むことが更に好ましく、更に無機バインダーを含むことが更に好ましい。
【００２７】本発明のハニカム構造体において隔壁の厚さに特に制限はないが、例えば３０〜２０００μｍ、好ましくは４０〜１０００μｍ、更に好ましくは５０〜５００μｍの範囲とすることができる。また、隔壁は、多孔質であることが好ましく、例えば３０〜９０体積％の気孔率とすることが好ましい。セル密度（単位断面積当たりのセル数）にも特に制限はないが、例えば、６〜２０００セル／平方インチ（０．９〜３１１セル／ｃｍ２）、好ましくは５０〜１０００セル／平方インチ（７．８〜１５５セル／ｃｍ２）、更に好ましくは１００〜４００セル／平方インチ（１５．５〜６２．０セル／ｃｍ２）の範囲とすることができる。また、セルの断面形状に特に制限はないが、製作上の観点から、三角形、四角形、六角形及びコルゲート形状のうちのいずれかであることが好ましい。ハニカム構造体の断面形状も特に制限はなく、例えば図１に示すような円形状の他、楕円形状、レーストラック形状、長円形状、三角、略三角、四角、略四角形状などの多角形状や異形形状とすることができる。
【００２８】本発明のハニカム構造体は、触媒、例えば触媒能を有する金属を担持させることもできる。触媒を担持させることにより、触媒担体として内燃機関等の熱機関若しくはボイラー等の燃焼装置の排気ガスの浄化、又は液体燃料若しくは気体燃料の改質に用いることもできる。また、ＤＰＦなどのフィルターに用いる場合にも、フィルター中に溜まった物質の燃焼などによる除去を促進する触媒を担持させることもできる。触媒能を有する金属の代表的なものとしては、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等が挙げられる。
【００２９】本発明のハニカム構造体は、図３に示すように、把持材１６を介して缶体１０に収容して用いることが好ましい。この場合の把持材としては、例えばセラミック繊維などが好適に用いられ、更にセラミック繊維性マットであることが好ましい。セラミック繊維性マットの具体例としては、例えばアルミナ又はムライト組成を主成分とする非膨張性マットやバーミュキュライトを含む加熱膨張性マットなどが挙げられる。また、缶体１０は、金属製であることが好ましく、例えばステンレススティールなどが好適に用いられる。
【００３０】次に本発明のハニカム構造体の好適な製造方法の一例を説明する。まず、坏土化工程により成形原料を坏土化する。坏土化工程は、上述の隔壁の主結晶相を形成するための原料、例えば、コージェライト化原料や炭化珪素−金属珪素複合相を形成するための炭化珪素粉及び金属珪素粉等に、バインダー、例えばメチルセルロース及びヒドロキシプロポキシルメチルセルロースを添加し、更に界面活性剤及び水を添加し、これを混練して坏土化することにより行うことができる。ここで、コージェライト化原料とは、焼成によりコージェライトとなる原料であり、例えば、タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカの中から、調合されたコージェライト原料中の化学組成がＳｉＯ２が４２〜５６質量％、Ａｌ２Ｏ３が３０〜４５質量％、ＭｇＯが１２〜１６質量％の範囲に入るように所定の割合に調合されたものなどである。
【００３１】次に、この坏土を成形工程において押出成形することにより、軸方向に貫通する複数のセルを形成するように配置された隔壁を備えるハニカム形状の成形体を成形する。この成形体の形状に特に制限はなく、例えば四角柱状や円柱状に成形することができる。押出成形にはプランジャ型の押出機や二軸スクリュー型の連続押出機などを用いることができる。二軸スクリュー型の連続押出機を用いると、坏土化工程と成形工程を連続的に行うことができる。
【００３２】次に、得られた成形体を、例えばマイクロ波、誘電及び／又は熱風等で乾燥後、焼成工程により焼成してハニカム焼成体を得る。焼成工程における焼成温度及び雰囲気は、用いる原料によって適宜変更することができ、当業者であれば、用いる原料に最適の焼成温度及び雰囲気を選択することができる。例えばコージェライト化原料を用いる場合には、大気中で加熱脱脂した後、大気中で最高温度１４００〜１４５０℃程度の温度で焼成を行い、炭化珪素粉及び金属珪素粉を原料とした場合には、大気又はＮ２雰囲気中で加熱脱脂した後、Ａｒ雰囲気中で１５５０℃程度で焼成を行うことができる。焼成には、通常、単窯又はトンネル等の連続炉を用い、ここで脱脂・焼成を同時に行うことができる。
【００３３】次に、除去工程において、焼成体の外周の少なくとも一部を除去して、セル構造部を形成する。最外周近傍のセルは、ここまでの工程中において変形している場合も多いため、この変形したセルを除去することが好ましい。具体的には、例えば最外周から２セル分以上のセルを除去することが好ましく、２〜４セル分のセルを除去することが更に好ましい。ここで、セルを除去するとは、そのセルを形成する隔壁の少なくとも一部を除去して、図４（ａ）に示すように隔壁により四方が完全に囲繞されていない状態とすることを意味する。除去は、例えば焼成体を外周から研削することにより行うことができる。
【００３４】次に、セル構造部の外周の少なくとも一部にコーティング材を塗布して外周壁を形成する外周壁配設工程を行う。コーティング材は、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、セラミックス繊維及びセラミックス粒子の中の少なくとも１種を含むことが好ましい。また、コーティング材が、０．５〜１００μｍ、特に０．５〜８０μｍの平均粒子径である粒子を含むことが好ましい。このような範囲の粒子を用いることにより、形成される外周壁の外周面における軸方向のＲａをより容易に１〜８０μｍの範囲、好ましくは１〜５０μｍの範囲とすることができる。このような平均粒子径の粒子は、セラミックス粒子であることが好ましい。また更に、コーティング材が、１０〜１００μｍ、特に２０〜６０μｍの平均繊維長である繊維を含むことが好ましい。このような範囲の繊維を用いることにより、形成される外周壁のクラックを防止でき、外周面におけるＲａを８０μｍ以下とすることができる。このような繊維は、セラミックス繊維であることが好ましい。
【００３５】セラミックス粒子は、上述のセル構造部の主結晶相に好適なものとして挙げたものの中から選ばれる少なくとも１種の結晶相を形成する又は結晶相を含むセラミックス粒子が好ましく、セル構造部の結晶相と同じ種類の結晶相を含むセラミックス粒子とすることが更に好ましい。具体的には、例えば、コージェライト、ムライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、リチウムアルミニウムシリケート、炭化珪素、窒化珪素、炭化珪素等が挙げられる。
【００３６】コーティング材には、セラミックス粒子に加えて、コロイダルシリカ及び／又はコロイダルアルミナを含むことが好ましく、更にセラミックス繊維を含むことが更に好ましく、更に無機バインダーを含むことが更により好ましく、更に有機バインダーを含むことが更により好ましい。これらの原料に、水などの液体成分を加えてスラリー状とし、これをコーティング材として塗布することが好ましい。また、コーティング材を塗布した後、加熱して乾燥することが、液体成分を早期に蒸発させて外周壁を形成することができるため好ましい。特に１５０℃以上の温度で乾燥することにより、外周壁の強度を高めることができる。
【００３７】ここで、図２に示すように、外周壁７の外周面７１におけるＲａが１〜８０μｍとなるように外周壁を形成する。外周面７１におけるＲａを上記範囲とするための好ましい方法は、平均粒子径が０．５〜１００μｍ、特に０．５〜８０μｍである粒子、好ましくはセラミックス粒子を含むコーティング材で外周壁を形成することである。また、当該粒子はコーティング材中の固体成分に対して、１０〜７０質量％、特に２０〜６０質量％の量でコーティング材に含まれていることが好ましい。
【００３８】本発明において、複数の成形体又は焼成体、好ましくは焼成体を接合する接合工程を含むことが好ましい。接合工程を含むことにより、形成されたハニカム構造体は、セグメント化された複数のハニカム構造のセグメントが接合した構造となり、耐熱衝撃性が向上する。接合工程において用いられる接合材に特に制限はなく、例えば、コーティング材と同様のものを用いることができる。また、接合工程は、除去工程の前に行うことが好ましい。即ち、接合工程により複数の成形体又は焼成体を接合し所定の大きさとした後に、その外周を除去し、所望の形状のセル構造部とすることが好ましい。
【００３９】また、ハニカム構造体をフィルター、特に、ＤＰＦ等に用いる場合には、一部のセルの開口部の端面を目封じ材により目封じすることが好ましく、隣接するセルが互いに反対側となる端面において交互に目封じすることが好ましい。目封じは、目封じをしないセルをマスキングし、目封じ材をスラリー状として、セグメントの開口端面に塗布し、乾燥後焼成することにより行うことができる。目封じは、成形工程の後、焼成工程前に行うと、焼成工程が一回で済むため好ましいが、焼成後に目封止してもよく、成形後であればどの時点で行ってもよい。目封じ材に特に制限はないが、成形原料と同様のものを用いることができる。
【００４０】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて更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】（セル構造部１の製造）
コージェライト化原料、即ちタルク、カオリン、アルミナ及びシリカを上述の所定割合となるように調合したものに、造孔材としてグラファイト及び発泡樹脂を加え、バインダーを加えた成形原料を混練して坏土化した。これを押出成形して直径１６０ｍｍ、長さ１５２ｍｍの円柱状であって、外周壁と、厚さ３００μｍの隔壁を有し、セル数３０個／ｃｍ２の成形体を成形した。次に、隣接するセルが互いに反対側となる端面において目封じされるように、交互にセルを目封じした後、１４２０℃で焼成して焼成体１を得た。焼成体１の外周全体を、隔壁の最外周を結ぶ線が直径１５２ｍｍの円形となるように研削して、コージェライト製のセル構造部１を製造した。
【００４２】（セル構造部２の製造）
原料として、７５質量部の炭化珪素粉末及び２５質量部の珪素粉末を調合し、これにメチルセルロース及びヒドロキシプロポキシルメチルセルロース、界面活性剤並びに水を添加して、得られた成形原料を混練して坏土化した。これを押出成形して、端面が３５×３５ｍｍの正方形、長さが１５２ｍｍの四角柱状であって、外周壁と厚さ３００μｍの隔壁を有し、セル数３０個／ｃｍ２の成形体を成形した。次に、隣接するセルが互いに反対側となる端面において目封じされるように、交互にセルを目封じした後、１４５０℃で焼成して焼成体２を得た。焼成体２を１６個接合した後、隔壁の最外周を結ぶ線が直径１５２ｍｍの円形となるように接合体の外周を研削して、Ｓｉ−ＳｉＣ製のセル構造部２を製造した。
【００４３】（実施例１）
セル構造部１に平均粒子径２０μｍのコージェライト粒子４５質量部、コロイダルシリカ２０質量部、平均繊維長２０μｍのセラミックス繊維３５質量部及び少量の無機バインダー及び有機バインダーを含むスラリーを調製してコーティング材とし、これをセル構造部１の外周全体に塗布し、２００℃で乾燥して直径１５４ｍｍの円柱状ハニカム構造体Ａを得た。
【００４４】（実施例２）
セル構造部２に平均粒子径１．５μｍの炭化ケイ素粒子、コロイダルシリカ、平均繊維長６０μｍのセラミックス繊維、無機バインダー及び有機バインダーを含むスラリーを実施例１と同様に調製してコーティング材とし、これをセル構造部２の外周全体に塗布し、２００℃で乾燥して直径１５４ｍｍの円柱状ハニカム構造体Ｂを得た。
【００４５】（実施例３〜５）
表１に示す平均粒子径、種類のセラミック粒子、及び同じく表１に示す平均繊維長、種類のセラミックス繊維を用いてコーティング材を得たこと以外は、実施例１若しくは実施例２と同様の方法でハニカム構造体を得た。
【００４６】（比較例１〜４）
表１に示す平均粒子径、種類のセラミック粒子、及び同じく表１に示す平均繊維長、種類のセラミックス繊維を用いてコーティング材を得たこと以外は、実施例１若しくは実施例２と同様の方法でハニカム構造体を得た。
【００４７】得られた各ハニカム構造体の外周壁のクラックを確認した。また、軸方向にＩＳＯ４２８７／１により０．８ｍｍの長さで表面粗さを５ヶ所測定し、Ｒａを算出した。また、各ハニカム構造体の外周に、厚さ５．５ｍｍの無膨張マットを巻いて、内径１６２ｍｍの缶体に圧入して収納し、エンジンからの排気管に実際に取り付け、エンジンを運転させ、振動試験を行い、振動試験後のハニカム構造体の状態を観察した。
【００４８】結果を各々表１に示すが、軸方向のＲａが１μｍ以下である比較例１で得られたハニカム構造体は、エンジン試験後に軸方向の位置ずれを起こしていた。また、軸方向のＲａが１００μｍ以上である比較例２、４で得られたハニカム構造体は、その外周部が剥離した。また、比較例３は、軸方向のＲａが本発明の範囲に入るため位置ずれも外周部の剥離も起こさなかった。この意味では実施例になるものであるが、セラミック繊維の平均繊維長が５μｍであるため外周壁にクラックが発生した。一方実施例１〜５で得られたハニカム構造体は軸方向のＲａが本発明の範囲内であり、ハニカム構造体の位置ずれも外周部の剥離も外周壁のクラックも起こらなかった。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
【発明の効果】以上説明してきたとおり、本発明のハニカム構造体は、位置ずれや剥離やクラックが生じにくいものであり、フィルターや触媒担体など各種用途に好適に使用することができる。また、本発明のハニカム構造体の製造方法により、上記ハニカム構造体を好適に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のハニカム構造体の一形態を示す模式的な斜視図、（ｂ）は図１（ａ）のｂ部分の一部拡大図である。
【図２】図１（ａ）におけるＩＩ部分の模式的な拡大図である。
【図３】本発明のハニカム構造体を缶体に収容し排気管に取り付けた状態の一例を示す模式的な断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明のハニカム構造体の端面の一部を示す模式的な平面一部拡大図であり、（ｂ）は本発明のハニカム構造体の端面における別の形態を示す模式的な平面一部拡大図である。
【図５】（ａ）は、本発明のハニカム構造体の別の形態を示す示す模式的な斜視図であり、（ｂ）はその構成要素であるセグメントの一形態を示す模式的な斜視図である。
【図６】本発明のハニカム構造体の更に別の形態を示す模式的な斜視図である。
【符号の説明】
１…ハニカム構造体、２…隔壁、３…セル、７…外周壁、１０…缶体、１２…セグメント、１４…接続部、１６…把持材、１８…排気管、２０…セル構造部、２１…隔壁面、４２、４４…端面、７１…外周壁の外周面、７３…外周壁の内周面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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