(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のハニカムセグメントが接合材層を介して互いの接合面で一体的に接合されたハニカムセグメント接合体と、前記ハニカムセグメント接合体の外周面を被覆する外周コート層とを備え、流体の流路となる複数のセルが中心軸方向に互いに並行するように配設された構造を有するハニカム構造体であって、
前記外周コート層の、前記中心軸方向に垂直な方向の断面における前記接合材層の長手方向端面上に位置する互いに９０°方向の４つの部分である９０°方向端面上部分における平均厚さ（ｔ3）と、前記９０°方向端面上部分以外の部分における平均厚さ（ｔ4）とが、（ｔ3）＝（２〜４０）×（ｔ4）の関係を満たすことを特徴とするハニカム構造体。
【請求項２】
前記ハニカムセグメントの、前記中心軸方向に垂直な方向の断面形状が、四角形である請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項３】
前記ハニカムセグメント接合体の、前記中心軸方向に垂直な方向の断面形状が、円形、楕円形又はレーストラック形である請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
【請求項４】
前記ハニカム構造体の最外周を構成する前記ハニカムセグメントが、その最外周面に７セルピッチを越える外皮を有しない請求項１〜３のいずれかに記載のハニカム構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカムセグメントの複数が接合材層によって一体的に接合されたハニカム構造体に関する。さらに詳しくは、排ガス用の捕集フィルタ、中でも、ディーゼルエンジンの排ガス中の粒子状物質（パティキュレート）等を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として有用な、製造時に発生する熱応力の影響を緩和して、熱応力に起因するクラック等の欠陥の発生を有効に防止することが可能なハニカム構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハニカム構造体が、排ガス用の捕集フィルタとして、例えば、ディーゼルエンジン等からの排ガスに含まれている粒子状物質（パティキュレート）を捕捉して除去するために、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として、ディーゼルエンジンの排気系等に組み込まれて用いられている。このようなハニカム構造体は、製造時における熱処理工程において、冷却速度の影響によって、外周コート層上に（特に、中心軸方向に垂直な方向の断面における接合材層の長手方向端面上に位置する部分上に）発生した熱応力に起因してクラック等の欠陥が発生するという不都合があった。このような不都合を軽減するため冷却速度を遅くすることも考えられるが、生産性を低下させるため最適な対応であるということはできなかった。
【０００３】
特に、耐熱性に優れることから炭化ケイ素（ＳｉＣ）製のハニカム構造体が期待されているが、熱膨張係数がコージェライト製ハニカム構造体に比べて大きく（発生する熱応力が大きく）、耐熱衝撃性に劣り、上述の不都合を増幅させることになっていた。さらに、近年のフィルタの大型化に伴い、発生する熱応力が従来よりも著しく増大したことによって、クラック等の欠陥の発生の、頻度及びその程度が深刻化しているのが現状である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、排ガス用の捕集フィルタ、中でも、ディーゼルエンジンの排ガス中の粒子状物質（パティキュレート）等を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として有用な、製造時に発生する熱応力の影響を緩和して、熱応力に起因するクラック等の欠陥の発生を有効に防止することが可能なハニカム構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明によって、下記のハニカム構造体が提供される。
【０００９】
［１］複数のハニカムセグメントが接合材層を介して互いの接合面で一体的に接合されたハニカムセグメント接合体と、前記ハニカムセグメント接合体の外周面を被覆する外周コート層とを備え、流体の流路となる複数のセルが中心軸方向に互いに並行するように配設された構造を有するハニカム構造体であって、前記外周コート層の、前記中心軸方向に垂直な方向の断面における前記接合材層の長手方向端面上に位置する互いに９０°方向の４つの部分である９０°方向端面上部分における平均厚さ（ｔ3）と、前記９０°方向端面上部分以外の部分における平均厚さ（ｔ4）とが、（ｔ3）＝（２〜４０）×（ｔ4）の関係を満たすことを特徴とするハニカム構造体。
【００１０】
［２］前記ハニカムセグメントの、前記中心軸方向に垂直な方向の断面形状が、四角形である前記［１］に記載のハニカム構造体。
【００１１】
［３］前記ハニカムセグメント接合体の、前記中心軸方向に垂直な方向の断面形状が、円形、楕円形又はレーストラック形である前記［１］又は［２］に記載のハニカム構造体。
【００１２】
［４］前記ハニカム構造体の最外周を構成する前記ハニカムセグメントが、その最外周面に７セルピッチを越える外皮を有しない前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によって、排ガス用の捕集フィルタ、中でも、ディーゼルエンジンの排ガス中の粒子状物質（パティキュレート）等を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として有用な、製造時に発生する熱応力の影響を緩和して、熱応力に起因するクラック等の欠陥の発生を有効に防止することが可能なハニカム構造体が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１〜４に示すように、本発明の実施の形態におけるハニカム構造体１は、複数のハニカムセグメント２が接合材層９を介して互いの接合面で一体的に接合されたハニカムセグメント接合体１０と、ハニカムセグメント接合体１０の外周面を被覆する外周コート層４とを備え、流体の流路となる複数のセル５が中心軸方向に互いに並行するように配設された構造を有するハニカム構造体１であって、図５、６に示すように（図５はハニカムセグメント接合体１０の断面形状がほぼ正方形の場合、図６はハニカムセグメント接合体１０の断面形状がほぼ長方形の場合をそれぞれ示す）、外周コート層４の、中心軸方向に垂直な方向の断面における互いに９０°方向の４つの部分である９０°方向端面上部分４ｂにおける平均厚さ（ｔ3）と、９０°方向端面上部分４ｂ以外の部分における平均厚さ（ｔ4）とが、（ｔ3）＝（２〜４０）×（ｔ4）の関係を満たすものである。なお、図５、６においては、９０°方向端面上部分４ｂにおける平均厚さ（ｔ3）は、外周コート層４の、中心軸方向に垂直な方向の断面における接合材層９の長手方向端面上に位置する部分である端面上部分４ａのうち最大の厚さを有する箇所における最大厚さ（ｔ１）と同じであり、９０°方向端面上部分４ｂ以外の部分における平均厚さ（ｔ4）は、端面上部分４ａ以外の部分における平均厚さ（ｔ２）と同じになる。また、上述の（ｔ3）と（ｔ4）との間に、（ｔ3）＝（１５〜２５）×（ｔ4）の関係を満たすことがさらに好ましい。ここで、平均厚さ（ｔ3）とは、中心軸方向に垂直な方向の断面における９０°方向端面上部分４ｂの外周コート厚さの平均値を意味し、また平均厚さ（ｔ4）とは、外周コート層４の、９０°方向端面上部分４ｂ以外の部分の厚さを等間隔に１２点測定した値の平均値を意味する。外周コート層４の厚さとは、ハニカムセグメント２が外皮を有しない場合は、図７に示すように、「外周コート層４に接する隔壁先端部Ｓから外周コート層４表面までの距離Ｔ」を意味する。また、ハニカムセグメント２が外皮を有する場合は、図示はしないが、「外周コート層に接するハニカムセグメントの外皮（図示せず）の表面から外周コート層の表面までの距離」を意味する。
【００１６】
（ｔ3）が（ｔ4）の２倍未満であると、外周コート層でクラック等の欠陥が多発することがあり、４０倍を超えると、生産性が著しく低下したり、形成した外周コート層４が乾燥によって部分的に剥離することがある。本発明においては、外周コート層４の、端面上部分４ａ及び９０°方向端面上部分４ｂの層厚を、これらの部分以外の部分よりも厚くなるように構成している。これは、この部分に熱応力の影響によるクラック等の欠陥を発生させる蓋然性が高いからであり、この部分の耐熱衝撃性を向上させているのである。
【００１７】
また、本発明においては、ハニカム構造体１の最外周を構成するハニカムセグメント２が、その最外周面に７セルピッチを超える外皮を有しないことが好ましい。最外周面の外皮は３セルピッチを超えないことがさらに好ましく、最外周面の外皮を全く有しないことが特に好ましい。最外周を構成するハニカムセグメント２の最外周面に外皮が存在すると、セル構造が外周コート層４と直接強固に結合することを妨げるために、この部分における接合強度が弱くなり、最外周面の外皮が７セルピッチを越えると、この部分に隣接した外周コート層４を肉厚にすることによる効果を十全に発揮することができないことがある。
【００１８】
本発明の実施の形態におけるハニカム構造体１の構造をさらに具体的に説明する。本発明の実施の形態におけるハニカム構造体１は、多孔質の隔壁６によって区画、形成された流体の流路となる複数のセル５がハニカム構造体１の中心軸方向に互いに並行するように配設された構造を有し、それぞれが全体構造の一部を構成する形状を有するとともに、ハニカム構造体１の中心軸に対して垂直な方向に組み付けられることによって全体構造を構成することになる形状を有する複数のハニカムセグメント２が、接合材層９によって一体的に接合されたハニカムセグメント接合体１０と、ハニカムセグメント接合体１０の外周面を被覆する外周コート層４とを備えたものとして構成されてなるものである。接合材層９によるハニカムセグメント２の接合の後、ハニカム構造体１の中心軸に対して垂直な平面で切断した全体の断面形状が、円形、楕円形、レーストラック形又はそれらが一部変形した形状となるように研削加工され、外周面が外周コート層４によって被覆される。このハニカム構造体１をＤＰＦとして用いる場合、ディーゼルエンジンの排気系等に配置することにより、ディーゼルエンジンから排出されるスートを含む粒子状物質（パティキュレート）を捕捉することができる。なお、図１においては、一つのハニカムセグメント２においてのみ、セル５及び隔壁６を示している。それぞれのハニカムセグメント２は、図３、４に示すように、ハニカム構造体１（ハニカムセグメント接合体１０）（図１参照）の全体構造の一部を構成する形状を有するとともに、ハニカム構造体１（図１参照）の中心軸に対して垂直な方向に組み付けられることによって全体構造を構成することになる形状を有している。セル５はハニカム構造体１の中心軸方向に互いに並行するように配設されており、隣接しているセル５におけるそれぞれの端部が交互に充填材７によって目封じされている。
【００１９】
所定のセル５（流入セル）においては、図３、４における左端部側が開口している一方、右端部側が充填材７によって目封じされており、これと隣接する他のセル５（流出セル）においては、左端部側が充填材７によって目封じされるが、右端部側が開口している。このような目封じにより、図２に示すように、ハニカムセグメント２の端面が市松模様状を呈するようになる。このような複数のハニカムセグメント２が接合されたハニカム構造体１を排ガスの排気系内に配置した場合、排ガスは図４における左側から各ハニカムセグメント２のセル５内に流入して右側に移動する。
【００２０】
図４においては、ハニカムセグメント２の左側が排ガスの入口となる場合を示し、排ガスは、目封じされることなく開口しているセル５（流入セル）からハニカムセグメント２内に流入する。セル５（流入セル）に流入した排ガスは、多孔質の隔壁６を通過して他のセル５（流出セル）から流出する。そして、隔壁６を通過する際に排ガス中のスートを含む粒子状物質（パティキュレート）が隔壁６に捕捉される。このようにして、排ガスの浄化を行うことができる。このような捕捉によって、ハニカムセグメント２の内部にはスートを含む粒子状物質（パティキュレート）が経時的に堆積して圧力損失が大きくなるため、スート等を燃焼させる再生が行われる。なお、図２〜４には、全体の断面形状が正方形のハニカムセグメント２を示すが、四角形又はそれが一部変形した形状であっても、三角形、六角形等の形状であってもよい。また、セル５の断面形状も、多角形、円形、楕円形、レーストラック形又はそれらが一部変形した形状であってもよい。
【００２１】
ハニカムセグメント２の材料としては強度、耐熱性の観点から、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、窒化珪素、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、珪素−炭化珪素複合材、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、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属からなる群から選択される少なくとも一種を用いることが好ましい。中でも、炭化珪素又は珪素−炭化珪素系複合材料が好ましい。
【００２２】
ハニカムセグメント２の作製は、例えば、上述の材料から適宜選択したものに、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バインダー、界面活性剤、溶媒としての水等を添加して、可塑性の坏土とし、この坏土を上述の形状となるように押出成形し、次いで、マイクロ波、熱風等によって乾燥した後、焼結することにより行うことができる。本発明においては、ハニカムセグメント２の熱膨張係数は、１×１０-6／℃以上であることが好ましく、１×１０-6／℃未満であると、発生する熱応力が大きく、耐熱衝撃性に劣り、外周壁へのクラック等の欠陥の発生を増大させる場合がある。
【００２３】
セル５の目封じに用いる充填材７としては、ハニカムセグメント２と同様な材料を用いることができる。充填材７による目封じは、目封じをしないセル５をマスキングした状態で、ハニカムセグメント２の端面をスラリー状の充填材７に浸漬することにより開口しているセル５に充填することにより行うことができる。充填材７の充填は、ハニカムセグメント２の成形後における焼成前に行っても、焼成後に行ってもよいが、焼成前に行うことの方が、焼成工程が１回で終了するため好ましい。
【００２４】
以上のようなハニカムセグメント２の作製の後、ハニカムセグメント２の外周面にスラリー状の接合材層９を塗布し、所定の立体形状（ハニカム構造体１の全体構造）となるように複数のハニカムセグメント２を組み付け、この組み付けた状態で圧着した後、加熱乾燥する。このようにして、複数のハニカムセグメント２が一体的に接合された接合体が作製される。その後、この接合体を上述の形状に研削加工し、外周面を外周コート層４によって被覆し、加熱乾燥する。このようにして、図１に示すハニカム構造体１が作製される。
【００２５】
本発明に用いられる接合材層９は、ハニカムセグメント２の外周面に塗布されて、ハニカムセグメント２を接合するように機能する。接合材層９の塗布は、隣接しているそれぞれのハニカムセグメント２の外周面に行ってもよいが、隣接したハニカムセグメント２の相互間においては、対応した外周面の一方に対してだけ行ってもよい。
【００２６】
このような対応面の片側だけへの塗布は、接合材層９の使用量を節約できる点で好ましい。接合材層９の厚さは、ハニカムセグメント２の相互間の接合力を勘案して決定され、例えば、０．２〜４．０ｍｍの範囲で適宜選択される。
【００２７】
本発明に用いられる接合材層９は、主成分としてセラミックスを含有するとともに粒状のフィラーを含有するものであることが好ましい。接合材層９及び外周コート層４としては、同じ材料を用いることができる。本実施の形態において、接合材層９及び外周コート層４に主成分として含有されるセラミックスとしては、例えば、炭化珪素、窒化珪素、コージェライト、アルミナ、ムライト等のセラミックスを挙げることができる。これに、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ等のコロイダルゾル、必要に応じて金属繊維や造孔材を配合したものであってもよい。
【００２８】
外周コート層４は、ハニカムセグメント接合体１０の外周面に塗布されて、ハニカムセグメント接合体１０の外周面を保護するように機能する。外周コート層４の厚さは、例えば、０．１〜１．５ｍｍの範囲で適宜選択される。
【００２９】
接合材層９及び外周コート層４に含有される粒状のフィラーとしては、例えば、無機材料又は有機材料からなるものを挙げることができる。無機材料の具体例としては、ガラスビーズ、フライアッシュバルーン等を挙げることができ、有機材料の具体例としては、澱粉、発泡樹脂等を挙げることができる。
【００３０】
粒状のフィラーは、平均１０〜３００μｍの直径を有することが好ましく、平均１５〜２５０μｍがさらに好ましく、平均２０〜２００μｍが特に好ましい。粒状のフィラーは、長中心軸／短中心軸比が１．０〜４．０の範囲にあることが好ましく、真球であることがさらに好ましい。粒状のフィラーは、接合材層９及び外周コート層４に、２０〜７０体積％の割合で含有されることが好ましい。２５〜６５体積％であることがさらに好ましく、３０〜６０体積％であることが特に好ましい。また、粒状のフィラーは、中空構造を有することが好ましい。中空構造を有する粒子（中空粒子）を用いることにより、接合材層９及び外周コート層４が硬化して形成される接合部及び外周面の密度が低下し、ヤング率を低減することが可能となる。これにより、接合部及び外周面の耐熱衝撃性が向上し、使用時のクラック発生を抑制することができる。
【００３１】
接合材層９及び外周コート層４は、上述のセラミックス及び粒状のフィラーに加えて、無機粒子、酸化物繊維及びコロイド状酸化物からなる群から選ばれる少なくとも一種を５〜６０質量％の割合でさらに含有してもよい。これらを含有させることにより、接合材層９及び外周コート層４としての特性を向上させることができる。無機粒子としては、例えば、炭化珪素、窒化珪素、コージェライト、アルミナ、ムライト、ジルコニア、燐酸ジルコニウム、アルミニウムチタネート及びチタニアからなる群から選ばれる少なくとも一種のセラミックス；Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属；ニッケル系金属；金属Ｓｉ；ＳｉＣ等を挙げることができる。酸化物繊維としては、例えば、アルミノシリケート質繊維、その他の繊維を挙げることができる。コロイド状酸化物としては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル等を挙げることができる。
【００３２】
接合材層９及び外周コート層４の熱伝導率は、０．１〜５．０Ｗ／ｍ・ｋであることが好ましく、接合材層９及び外周コート層４の熱膨張率は、熱衝撃等によってクラックが発生するを防止するため、比較的低いことが好ましく、１×１０-6〜８×１０-6／℃の範囲であることが好ましい。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明を実施例によってさら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いかなる制限を受けるものではない。
【００３４】
（実施例１）
（ハニカムセグメントの作製）
寸法が３５ｍｍ×３５ｍｍ×１５０ｍｍＬ、隔壁厚さ約３００μｍ（１２ｍｉｌ）、セル密度約４７セル／ｃｍ2（３００セル／平方インチ）のハニカムセグメントを作製した。
【００３５】
（ハニカム構造体の作製）
作製したハニカムセグメントにスラリー状の接合材を塗布して接合して乾燥硬化してハニカムセグメント接合体を作製した後、切削し、次いでスラリー状の外周コート材を塗布して外周コート層を形成し、直径１４４ｍｍ×長さ１５２ｍｍのＤＰＦ用の円柱状ハニカム構造体を作製した。この場合、外周コート層の最大厚さ（ｔ1）を、最大の厚さを有する部分以外の部分における平均厚さ（ｔ2）の２倍とした。
【００３６】
（実施例２〜１０および比較例１）
外周コート層の厚さを表１に示す厚さに変えたこと以外は実施例１と同様にして９種類のハニカム構造体を作製した。
【００３７】
（評価）
実施例及び比較例で得られたハニカム構造体を、表１に示す７種類の設定温度に加熱した状態の炉の中に投入し、ハニカム構造体の内部が設定温度になるまで１時間保持した後、炉外へ取り出し、ハニカム構造体が常温になったときの外周コート層上のクラックの発生の有無を確認することで、外周コート層の部分による厚さの相違に起因するクラックの発生限界の相違を評価した。クラック評価の判定は、クラックなしを（○）、クラック有りを（×）とした。その結果を表１に示す。表１から、比較例１（ｔ1がｔ2の等倍で、かつｔ3がｔ4の等倍の時）では設定温度が３００℃でクラックが発生した。それに対し、実施例１〜９のように、ｔ1の厚さをｔ2の２倍以上（２倍〜４０倍）およびｔ3の厚さをｔ4の２倍以上（２倍〜４０倍）に増加させる程、クラックが発生する設定温度は高くなった。すなわち、外周コート層の所定部分の厚さを厚くするほどクラック発生限界が向上することが分かった。
【００３８】
【表１】
0004607689.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のハニカム構造体は、排ガス用の捕集フィルタとして、例えば、ディーゼルエンジン等からの排ガスに含まれている粒子状物質（パティキュレート）を捕捉して除去するためのディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のハニカム構造体の一の実施の形態（中心軸に対して垂直な平面で切断した全体の断面形状が円形）を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明のハニカム構造体の他の実施の形態（中心軸に対して垂直な平面で切断した全体の断面形状が正方形）の一部を端面側から見た正面図である。
【図３】本発明のハニカム構造体の他の実施の形態に用いられるハニカムセグメントを模式的に示す斜視図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本発明のハニカム構造体の一の実施の形態（ハニカムセグメント接合体の断面形状がほぼ正方形の場合）における外周コート層の部分による厚さの相違を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明のハニカム構造体の一の実施の形態（ハニカムセグメント接合体の断面形状がほぼ長方形の場合）における外周コート層の部分による厚さの相違を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明のハニカム構造体の一の実施の形態における外周コート層の厚さの定義を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…ハニカム構造体、２…ハニカムセグメント、４…外周コート層、４ａ…端面上部分、４ｂ…９０°方向端面上部分、５…セル、６…隔壁、７…充填材、９…接合材層、１０…ハニカムセグメント接合体、Ｓ…隔壁先端部、Ｔ…隔壁先端部から外周コート層の表面までの距離。
【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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【図７】
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