(57)【要約】【課題】耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体を提供する。【解決手段】軸方向に延びる複数のセル３を形成するように配置された隔壁２を有する複数のハニカムセグメント１２、及び複数のハニカムセグメント１２の間に配置され、複数のハニカムセグメント１２を一体化する接合層１０を備えるハニカム構造体１を提供する。このハニカム構造体１は、ハニカムセグメントの軸方向に垂直な断面の輪郭が、直線状の第１の側線部６ａと、直線又は曲線状の第２の側線部６ｂと、２つの側線部に挟まれたコーナー部９とを含み、コーナー部９が、２つの側線部６ａ、６ｂの線を延長することにより形成される頂点部分を直線状又は曲線状に切り取ることにより形成される形状であるハニカムセグメントを備える。或いは、最小厚みが０．１ｍｍ以上の外周コート層を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延びる複数のセルを形成するように配置された隔壁を有する複数のハニカムセグメント、及び前記複数のハニカムセグメントの間に配置され前記複数のハニカムセグメントを一体化する接合層を備えるハニカム構造体であって、ハニカムセグメントの軸方向に垂直な断面の輪郭が、直線状の第１の側線部と、直線又は曲線状の第２の側線部と、前記２つの側線部に挟まれたコーナー部とを含み、前記コーナー部が、前記２つの側線部の線を延長することにより形成される頂点部分を直線状又は曲線状に切り取ることにより形成される形状であるハニカムセグメントを備えるハニカム構造体。
【請求項２】
前記第１の側線部の線に沿った方向におけるコーナー部の長さが、第１の側線部の長さの２〜３３％である請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項３】
前記コーナー部の形状が、曲率半径３〜２０ｍｍの円弧状に前記頂点部分が切り取られた形状又は前記円弧の弦に沿って直線状に切り取られた形状である請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
【請求項４】
隔壁の最外周を囲む外周壁を有するハニカムセグメントを備える請求項１〜３の何れか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項５】
前記隔壁が外周壁に当接する当接部の少なくとも１つが、その隔壁から外周壁に向かって連続的に厚くなる厚肉部を有するハニカムセグメントを備える請求項４に記載のハニカム構造体。
【請求項６】
一の隔壁が他の隔壁と交叉する交叉部の少なくとも１つが、一の隔壁から他の隔壁に向かって連続的に厚くなる厚肉部を有するハニカムセグメントを備える請求項１〜５の何れか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項７】
ハニカムセグメントの軸方向に垂直な断面において、隔壁の長手方向における前記厚肉部の長さが、セル幅の３〜４０％である請求項５又は６に記載のハニカム構造体。
【請求項８】
前記厚肉部が、曲率半径４０〜５４０μｍの円弧又は前記円弧の弦に沿って厚くなる形状である請求項５〜７の何れか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項９】
一体化された複数のハニカムゼグメントの最外周を囲む外周コート層を備える請求項１〜８の何れか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項１０】
軸方向に延びる複数のセルを形成するように配置された隔壁を有する複数のハニカムセグメントと、前記複数のハニカムセグメントの間に配置され前記複数のハニカムセグメントを一体化する接合層と、一体化された複数のハニカムゼグメントの最外周を囲む外周コート層とを備えるハニカム構造体であって、前記外周コート層の最小厚みが０．１ｍｍ以上であるハニカム構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体に関し、特に耐熱衝撃性に優れ、自動車、トラック、バス等のエンジンからの排ガス浄化用、或いは燃焼装置の排ガス処理用の触媒担体又はフィルターとして好適に用いることができるハニカム構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハニカム構造体は、フィルター、触媒担体等に広く用いられており、特にガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関や燃焼装置の排ガス浄化用又は排ガス処理用の触媒担体やフィルター等として広く用いられている。
【０００３】
この様な目的で使用されるハニカム構造体には高温の排ガスが流れ込むため、排気ガスの急激な温度変化や局所的な発熱によってハニカム構造体内の温度分布が不均一となり、ハニカム構造体にクラックを生ずる等の問題があった。特にディーゼルエンジンの排気中の粒子状物質を捕集するフィルター（以下ＤＰＦという）として用いられる場合には、溜まったカーボン微粒子を燃焼させて除去し再生することが必要であり、この際に局所的な高温化がおこり、再生温度の不均一化による再生効率の低下及び大きな熱応力によるクラックが発生しやすいという問題があった。
【０００４】
このため、ハニカム構造体を複数に分割したセグメントを接合材により接合する方法が提案され、セグメントの外周部の単位体積当りの熱容量が、中央部の単位体積当りの熱容量よりも大きいハニカム構造体が提案されている（特許文献１参照）。このようなハニカム構造体は外周部と中心部の温度差を少なくすることができる点で有効であるが、耐熱衝撃性の更なる向上が求められている。
【特許文献１】特開２００３−１０６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その特徴は、耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従来のハニカム構造体２０は、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、セル３を形成するように配置された隔壁２を有するハニカムセグメント１２が接合層１０により一体化されている。この例においては、ハニカム構造体は更に外周コート層３０を備えている。従来のハニカム構造体２０が高温となる際の応力の分布を詳細に解析した結果、図１２（ｂ）に示す、Ａ、Ｂ及びＣの位置に大きな応力が発生することが判明した。更に応力の分布を詳細に解析した結果、隔壁２の交叉部に応力が集中することが判明し、更にＡ部分の模式的な拡大図である図１３に示すように、ハニカムセグメント１２の外周近傍の隔壁の交叉部５ａ及び隔壁２が外周壁７に当接する当接部１４の付近により大きな応力が発生することが判明した。更にＢ部分の模式的な拡大図である図１４に示すように、ハニカムセグメント１２の外周壁７の角部２１の付近にも大きな応力が発生することが判明した。更に、Ｃ部分の模式的な拡大図である図１５に示すように、外周コート層３０の厚さが薄い部分３０ａの付近にも大きな応力が発生することが判明した。本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、上述の大きな応力が発生する部分の応力を緩和することにより、ハニカム構造体の耐熱衝撃性を向上させるものである。
【０００７】
即ち、本発明は、軸方向に延びる複数のセルを形成するように配置された隔壁を有する複数のハニカムセグメント、及び前記複数のハニカムセグメントの間に配置され前記複数のハニカムセグメントを一体化する接合層を備えるハニカム構造体であって、ハニカムセグメントの軸方向に垂直な断面の輪郭が、直線状の第１の側線部と、直線又は曲線状の第２の側線部と、前記２つの側線部に挟まれたコーナー部とを含み、前記コーナー部が、前記２つの側線部の線を延長することにより形成される頂点部分を直線状又は曲線状に切り取ることにより形成される形状であるハニカムセグメントを備えるハニカム構造体を提供する。
【０００８】
本発明において、前記第１の側線部の線に沿った方向におけるコーナー部の長さが、第１の側線部の長さの２〜３３％であることが好ましく、４〜１５％であることが更に好ましく、５〜１０％であることが特に好ましい。また、前記コーナー部の形状が、曲率半径３〜２０ｍｍ、更には４〜１５ｍｍ、特に５〜１０ｍｍの円弧状に前記頂点部分が切り取られた形状又は前記円弧の弦に沿って直線状に切り取られた形状であることが好ましい。また、隔壁の最外周を囲む外周壁を有するハニカムセグメントを備えることが好ましい。
【０００９】
更に、本発明において、隔壁が外周壁に当接する当接部の少なくとも１つが、その隔壁から外周壁に向かって連続的に厚くなる厚肉部を有するハニカムセグメントを備えることが好ましい。また、一の隔壁が他の隔壁と交叉する交叉部の少なくとも１つが、一の隔壁から他の隔壁に向かって連続的に厚くなる厚肉部を有するハニカムセグメントを備えることも好ましい。
【００１０】
更に、ハニカムセグメントの軸方向に垂直な断面において、隔壁の長手方向における前記厚肉部の長さが、セル幅の３〜４０％であることが好ましく、５〜３０％であることが更に好ましく、８〜２０％であることが特に好ましい。また、前記厚肉部が、曲率半径４０〜５４０μｍ、更には７０〜４１０μｍ、特に１１０〜２７０μｍの円弧又は前記円弧の弦に沿って厚くなる形状であることが好ましい。また、本発明において、一体化された複数のハニカムセグメントの最外周を囲む外周コート層を備えることが好ましい。
【００１１】
本発明はまた、軸方向に延びる複数のセルを形成するように交叉して配置された隔壁を有する複数のハニカムセグメント、及び前記複数のハニカムセグメントの間に配置され前記複数のハニカムセグメントを一体化する接合層を備えるハニカム構造体であって、前記外周コート層の最小厚みが０．１ｍｍ以上であるハニカム構造体を提供する。この際、前期外周コート層の最小厚みが０．３ｍｍ以上であることが好ましく、０．５ｍｍ以上であることが特に好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の、ハニカム構造体を具体的な実施形態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。なお、以下において、特に断りのない限り、「垂直断面」とは、軸方向に垂直な断面を意味し、「平行断面」とは、軸方向に平行な断面を意味する。
【００１４】
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、図１（ｂ）はその模式的な垂直断面図である。図２及び３は各々本発明に係るハニカムセグメントの垂直断面図における輪郭の一形態を示す模式図である。本発明のハニカム構造体１は、例えば図１（ａ）、（ｂ）に示すように、軸方向に延びる複数のセル３を形成するように配置された隔壁２を有する複数のハニカムセグメント１２、及び複数のハニカムセグメント１２の間に配置され、複数のハニカムセグメントを一体化する接合層１０を備える。更に、垂直断面におけるハニカムセグメントの輪郭が、例えば図２に示すように、直線状の第１の側線部６ａと、直線状の第２の側線部６ｂと、２つの側線部６ａ、６ｂに挟まれたコーナー部９とを備える。或いは、図３に示すように、直線状の第１の側線部６ａと、曲線状の第２の側線部６ｂと、２つの側線部６ａ、６ｂに挟まれたコーナー部９とを備える。そして、コーナー部９は、２つの側線部６ａ、６ｂの線を延長することにより形成される頂点部分ｖｐが、図２に示すように直線状に切り取られた形状、或いは図３に示すように曲線状に切り取られた形状である。このような構成とすることにより、ハニカム構造体が高温となった場合のハニカムセグメントのコーナー部９の応力集中を緩和することができるため、図１２（ｂ）におけるＡ、Ｂ、Ｃの部分の応力を低下させることができる。従って、優れた耐熱衝撃性のハニカム構造体とすることができる。
【００１５】
コーナー部９は、１つのハニカムセグメントに１つ存在すればその部分の耐熱衝撃性を向上させることができる。このようなコーナー部９は、１つのハニカムセグメントの垂直断面の輪郭に直角又は鋭角な頂点が無くなるように存在することが好ましく、総てのハニカムセグメントの垂直断面の輪郭に直角又は鋭角な部分が無くなるように存在することが好ましい。
【００１６】
ここで、ハニカムセグメントの輪郭形状とは、ハニカムセグメントが、図４（ａ）に示すように外周壁７を備える場合には、外周壁７の外周に沿って描かれる形状を意味し、ハニカムセグメントが外周壁を備えていない場合には、各隔壁２の最外周地点を結んで描かれる線（例えば、図４（ｂ）に示す破線）の形状となる。
【００１７】
このコーナー部の大きさに特に制限はないが、コーナー部が小さすぎると本発明の効果が小さくなりすぎる。一方、コーナー部が大きすぎると接合層の垂直断面積が大きくなりすぎ、圧力損失の増加等の不都合が生じやすくなる。コーナー部の大きさは、例えば図２における第１の側線部６ａの線に沿った方向におけるコーナー部の長さＬ２が、第１の側線部の長さＬ１の２〜３３％、更には４〜１５％、特に５〜１０％となる大きさであることが好ましい。ここで、コーナー部の長さＬ２は、コーナー部９の始点、即ち、第１の側線部６ａの終点ｅａから、第１の側線部の線を延長した線と第２の側線部６ｂの線を延長した線が交叉することにより形成される頂点ｖまでの距離を意味する。
【００１８】
また、同様の理由から、第１の側線部６ａに対する垂直方向のコーナー部９の長さＬ３は、第１の側線部の長さＬ１の２〜３３％、更には４〜１５％、特に５〜１０％となる大きさであることが好ましい。ここで、コーナー部の長さＬ３は、コーナー部９の終点、即ち、第２の側線部６ｂの終点ｅｂから、第１の側線部の線を延長した線と第２の側線部６ｂの線を延長した線が交叉することにより形成される頂点ｖまでの距離を意味する。
【００１９】
また、コーナー部９の形状が、図５（ａ）に示すように、曲率半径ｒ1が、３〜２０ｍｍ、更には４〜１５ｍｍ、特に５〜１０ｍｍの円弧状に頂点部分ｖｐが切り取られた形状又は図５（ｂ）に示すように、上記曲率半径の円弧の弦に沿って切り取られた形状であることが好ましい。このようなコーナー部とすることにより、応力集中を効果的に抑制することができる。
【００２０】
なお、ハニカムセグメントと接合層との関係において、図６（ａ）に示すようにハニカムセグメント１２ａ、１２ｂが外周壁７ａ、７ｂを備える場合には、接合層１０は、一のハニカムセグメントの外周壁７ａと他のハニカムセグメントの外周壁７ｂとの間に配置され、外周壁同士を接合することによって、ハニカムセグメントを接合することができる。図６（ｂ）に示すように、ハニカムセグメント１２ｃ、１２ｄが、外周壁を備えない場合には、接合層１０は、外周部分の隔壁同士を接合することにより、ハニカムセグメントを接合することができる。
【００２１】
本発明における別の形態のハニカム構造体は、図７に示すように、ハニカムセグメントが外周壁７を有し、一の隔壁２が外周壁７に当接する当接部１４が、その隔壁２から外周壁７に向かって連続的に厚くなる厚肉部１６を有するハニカムセグメントを備える。このような構成とすることにより、ハニカム構造体が高温となった場合の当接部１４の応力集中を緩和することができ、ハニカム構造体の耐熱衝撃性を向上させることができる。この厚肉部は、１ヶ所でもあればその部分の応力集中を緩和する効果を奏する。そして、より応力集中が生じやすいところに厚肉部を有する当接部を配置することが好ましい。従って、接合層に隣接する外周壁の当接部が厚肉部を有することが好ましい。また、ハニカムセグメントのコーナー部、例えば図１２に示すＡ、Ｂ及び／又はＣの部分に厚肉部を有する当接部が存在することが好ましい。
【００２２】
本発明における更に別の形態ハニカム構造体は、図８に示すように、一の隔壁２ａが、他の隔壁２ｂと交叉する交叉部５が、一の隔壁２ａから他の隔壁２ｂに向かって連続的に厚くなる厚肉部１６を有するハニカムセグメントを備える。このような構成とすることにより、ハニカム構造体が高温となった場合の隔壁の交叉部５の応力集中を緩和することができ、ハニカム構造体の耐熱衝撃性を向上させることができる。このような交叉部は、ハニカムセグメントの任意の箇所に、１つでもあればその部分の応力集中を緩和する効果を奏する。そして、より応力集中が生じやすいところに厚肉部を有する交叉部を配置することが好ましい。従って、ハニカムセグメントの最外周のセルを構成する隔壁の交叉部が厚肉部を有することが好ましい。また、最外周のセルから内側に２０番目までの範囲のセルを構成する隔壁の交叉部が厚肉部を有することも好ましい。図７又は図８に示すような形態において、厚肉部は、隔壁の厚さが曲線的に厚くなるものの他、直線的に厚くなるものでもよい。
【００２３】
図７又は図８に示すような形態において、厚肉部の大きさに特に制限はないが、厚肉部が小さすぎると応力集中を抑制する効果が小さくなりすぎる。一方、厚肉部が大きすぎると交叉部の断面積が大きくなりすぎ、圧力損失の増加等の不都合が生じやすくなる。従って、厚肉部１６の大きさは、図７又は図８に示すように、一の隔壁２の長手方向における厚肉部１６の長さＷ２が、セル幅Ｗ１の３〜４０％、更には５〜３０％、特に８〜２０％となる大きさであることが好ましい。ここで、厚肉部１６の長さＷ２とは、図７に示す形態においては、一の隔壁２及び外周壁７の厚さが一定である場合、即ち厚肉部１６が無い場合に一の隔壁２が外周壁７に当接する地点ｔｂから、厚肉部１６の始点ｔａまでの距離を意味する。そして、セル幅Ｗ１は、厚肉部１６が無い場合の一の隔壁２の長手方向のセル３ａの最大の幅を意味する。また、図８に示す形態において、厚肉部１６の長さＷ２とは、一の隔壁２ａ及び他の隔壁２ｂの厚さが一定である場合、即ち厚肉部１６が無い場合に一の隔壁２ａが他の隔壁２ｂに当接する地点ｔｂから、厚肉部１６の始点ｔａまでの距離を意味する。そして、セル幅Ｗ１は、厚肉部１６が無い場合の一の隔壁２の長手方向の最大のセルの幅を意味する。上述と同様の理由より、ｔｂから厚肉部の終点ｔｃまでの距離は、セル幅Ｗ１の３〜４０％、更には５〜３０％、特に８〜２０％であることが好ましい。
【００２４】
また、厚肉部１６の形状が、図９（ａ）に示すように、曲率半径ｒ2が、４０〜５４０μｍ、更には７０〜４１０μｍ、特に１１０〜２７０μｍの円弧状に厚みが厚くなる形状又は図９（ｂ）に示すように、上記曲率半径の円弧の弦に沿って厚みが厚くなる形状であることが好ましい。このような厚肉部を有することにより、応力集中をより効果的に抑制することができる。
【００２５】
本発明における更に別の形態のハニカム構造体は、図１０に示すように、ハニカム構造体１全体の外周を囲む、外周コート層３０を備える。このような外周コート層３０を備えることはハニカム構造体の強度及び寸法精度を向上させる観点から好ましい。この場合に、外周コート層３０の最小厚みｄが所定の厚さ以上となることで、図１２（ｂ）におけるＣ部分の応力集中を緩和することができる。従って、外周コート層３０の最小厚みｄが０．１ｍｍ以上、更に０．３ｍｍ以上、特に０．５ｍｍ以上であることが好ましい。また、外周コート層の最大厚みが厚すぎると、圧力損失の上昇等の不都合が生じやすくなる。従って、外周コート層の最大厚みは、５ｍｍ以下、更に３ｍｍ以下、特に２ｍｍ以下であることが好ましい。このように、外周コート層を特定の厚みとすることにより、応力集中を緩和することができる。従って、外周コート層の最小厚みが上述の特定の厚み以上であれば、他の実施形態における特徴を備えていなくとも、耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体となりうる。
【００２６】
また、図１０に示すように、外周コート層３０の内周面が隔壁２の面と接するように外周コート層３０が形成されている形態も好ましい。この形態は、ハニカム構造体の外形精度を向上させるのに適しており、ハニカム構造体のアイソスタティック強度等の強度を向上させることができる。
【００２７】
本発明のハニカム構造体において、隔壁の厚さや気孔率に特に制限はなく、気孔のない緻密体であってもよいが、隔壁の厚さが薄すぎる場合や隔壁の気孔率が高すぎる場合には、ハニカム構造体の強度が低くなりすぎるとともにハニカム構造体に本来求められる機能が低下する場合もあり好ましくない。一方、隔壁の厚さが厚すぎる場合や隔壁の気孔率が低すぎる場合には、圧力損失の上昇等を招きあまり好ましくない。例えば本発明のハニカム構造体を触媒担体として用いる場合には、隔壁の厚さは３０〜７５０μｍ、更に７０〜２５０μｍ、特に１００〜２３０μｍの範囲が好ましく、気孔率は２０〜６０％、更に２５〜５０％、特に３０〜４０％の範囲が好ましい。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、隔壁の厚さは２５０〜７５０μｍ、更に２６０〜６４０μｍ、特に２８０〜４００μｍの範囲が好ましく、気孔率は３０〜８０％、更に４０〜７５％、特に５０〜７０％の範囲が好ましい。
【００２８】
本発明のハニカム構造体におけるハニカムセグメントの外周壁の厚さ及び気孔率にも特に制限はないが、上記隔壁と同様の理由から、外周壁の厚さは１００〜５０００μｍ、更に３００〜３０００μｍ、特に５００〜２０００μｍの範囲が好ましく、気孔率は３０〜８０％、更に４０〜７５％、特に５０〜７０％の範囲が好ましい。また、接合層の厚さも同様の理由から１００〜５０００μｍ、更に３００〜３０００μｍ、特に５００〜２０００μｍの範囲が好ましい。
【００２９】
本発明のハニカム構造体におけるセル３の断面形状に特に制限はなくあらゆる形状をとることができるが、正方形、長方形、三角形又は六角形であることが、作成上の観点から好ましい。また、セル３の断面形状は総て同形状でなくてもよく、１つのハニカム構造体中に異なる形状が２以上存在してもよい。
【００３０】
本発明のハニカム構造体において、セル密度（単位断面積当りのセルの数）に特に制限はないが、セル密度が高すぎる場合は、圧力損失が増大し、低すぎる場合は強度が低下するとともに排ガス等の被処理流体との接触面積やろ過面積が減少し好ましくない。セル密度は、０．９〜２３３セル／ｃｍ2（６〜１５００セル／平方インチ）、更に１６〜１５５セル／ｃｍ2（１００〜１０００セル／平方インチ）、特に３１〜９３セル／ｃｍ2（２００〜６００セル／平方インチ）の範囲であることが好ましい。
【００３１】
本発明のハニカム構造体の垂直断面形状としては、例えば、円形の他、楕円形、長円形（レーストラック形）、多角形、多角形の頂点にアールがとられている略多角形とすることができる。中でも、円形、楕円形、長円形が本発明を適用する形状として好ましく、特に円形が好ましい。本発明に係るハニカムセグメントの垂直断面形状にも特に制限はなく、三角形、四角形、六角形、扇形等のあらゆる形状をとることができるが、製作上の観点からは、四角形を基本形状とし、外周部に配置されるハニカムセグメントの形状をハニカム構造体の形状に合わせて、調整することが好ましい。
【００３２】
図１１（ａ）は、本発明に係るハニカムセグメントの一形態を示す模式的な斜視図であり、図１１（ｂ）はその模式的な平行断面図である。本発明のハニカム構造体をディーゼルエンジンの排ガス浄化用フィルター等のフィルターとして用いる場合には、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、所定のセル３の開口端部が、端面４２及び４４の何れかにおいて目封じ部４により目封じされている形態とするが、この場合には、端面４２及び４４が市松模様状を呈するように、セル３が交互に目封じされていることが好ましい。なお、ＤＰＦ等のフィルターにおいて、圧力損失をより重視する場合には総ての流通孔が目封じされていなくてもよいが、捕集効率をより重視する場合には、総ての流通孔が、何れかの端部で目封じされていることが好ましい。また、ハニカム構造体を触媒担体に用いる場合等、目封じが必要とはされない場合もあり、目封じは本発明において必須ではない。
【００３３】
本発明のハニカム構造体の隔壁の材質は、例えば、コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素、窒化珪素、リチウムアルミニウムシリケート、アルミニウムチタネート、ジルコニア及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれる１種又は２種以上のセラミックスであることが好ましい。ここで、炭化珪素には、金属珪素と炭化珪素とを含むもの（珪素−炭化珪素複合材料）も含まれる。この中で特にコージェライトは熱膨張係数が小さく好ましい。また、炭化珪素や珪素−炭化珪素複合材料は、熱伝導率が高く耐熱性も高いため好ましい。目封じすることにより形成される目封じ部の材質にも特に制限はないが、上述の隔壁に好ましいセラミックスであることが好ましく、隔壁と同一の材質であることが更に好ましい。
【００３４】
接合層の材質もハニカムセグメントを接合できるものであれば特に制限はないが、上述の隔壁に好ましいセラミックスを含むことが好ましく、隔壁と同一の材質を含むことが更に好ましい。更に、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ことが好ましい。外周コート層の材質も特に制限はないが、接合層と同様、隔壁に好ましいセラミックスを含むことが好ましく、隔壁と同一の材質を含むことが更に好ましい。更に、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ことが好ましい。
【００３５】
本発明のハニカム構造体に触媒、例えば触媒能を有する金属を担持させることも好ましい。例えば、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）に用いる場合に燃焼開始温度を低下させるための触媒を担持させることが好ましい。触媒能を有する金属の代表的なものとしては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈが挙げられ、これらのうちの少なくとも１種をハニカム構造体に担持させることが好ましい。
【００３６】
本発明のハニカム構造体の製造方法に特に制限はないが、例えばセラミックスの粉体にバインダー等を混合し、射出成形、押出成形等によって一定形状に成形した後、乾燥、焼成することにより製造することができる。この中でも押出成形により成形することが好適である。
【００３７】
製造方法の好ましい具体例は、例えば以下のような方法である。まず、成形原料を坏土化する。坏土化は、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等である。
【００３８】
次に、この坏土を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。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等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、坏土化と成形を連続的に行うことができる。押出成形の際に、ハニカムセグメントの垂直断面における輪郭形状が上述のコーナー部を含むように成形することができる形状の口金、或いは、隔壁の当接部及び／又は交叉部が厚肉部を有するように成形することができる形状の口金を用いることにより、本発明に係るハニカムセグメントの形状を有する成形体を成形することができる。
【００３９】
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、焼成することによりセル構造体を得ることができる。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・焼成を同時又は連続的に行うことができる。このようにしてハニカムセグメントを形成する工程を行うことができる。なお、ハニカムセグメントの外周を削ることによっても、垂直断面の輪郭がコーナー部を含むハニカムセグメントとすることができる。ハニカムセグメントの外周を削る際は、成形後であればどの時点で削ってもよい。
【００４０】
次に、ハニカムセグメントを接合材により接合する。接合材は、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。また更に、接合材が、繊維を含むことが好ましい。繊維を用いることにより、形成される接合層のクラックを防止できる。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。
【００４１】
接合材に含まれるセラミックス粒子は、上述の隔壁の材質として好適なセラミックスから選ばれるセラミックス粒子が好ましく、隔壁の材質と同じ種類のセラミックス粒子とすることが更に好ましい。
【００４２】
接合材には、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より好ましく、更に無機バインダーを含むことがより好ましく、更に有機バインダーを含むことがより好ましい。これらの原料に、水等の液体成分を加えてスラリー状とし、ハニカムセグメントの外周壁又は最外周に露出している隔壁の一部又は全部にコートし、ハニカムセグメント同士を接合する。また、ハニカムセグメントを接合した後、加熱して乾燥することが、液体成分を早期に蒸発させて接合を強固のものと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、接合層の強度を高めることができる。
【００４３】
次に、必要に応じて任意的に、セル構造体の外周の一部を除去する。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。除去は、例えばセル構造体を外周から研削することにより行うことができる。
【００４４】
次に、必要に応じて任意的にセル構造体の外周の少なくとも一部にコート材をコートして外周壁を形成する。コート材は、上述の接合材と同様のものを用いることが好ましい。また、上述と同様、コート材をコートした後、加熱して乾燥することが好ましく、特に１５０℃以上の温度で乾燥することが好ましい。
【００４５】
本発明において、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、焼成後に目封じしてもよく、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。
【実施例】
【００４６】
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。
【００４７】
（実施例１）
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混合したものに、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ハニカム成形体を得た。次に、両端面が市松模様状となるように、交互にセルを目封じした後、１４２０℃で焼成して、セル密度が３００セル／平方インチ（４７セル／ｃｍ2）、隔壁厚さが１２ｍｉｌ（３０５μｍ）、気孔率が６０％であって、セグメントのＬ１＝９０ｍｍ、Ｌ２＝５ｍｍ、Ｌ２／Ｌ１（％）＝５．６％のハニカムセグメントを得た。
【００４８】
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接合材とし、これをハニカムセグメントの外周壁に塗布して、合計９個のハニカムセグメントを接合し、２００℃で乾燥してハニカム構造体を得た。
【００４９】
（実施例２）
ハニカムセグメントの垂直断面における輪郭形状がコーナー部を含まず、隔壁の当接部が外周壁に向かって３００μｍから４００μｍに連続的に厚肉部となるように成形した以外は、実施例１と同様の方法で、ハニカム構造体を得た。
【００５０】
（実施例３）
ハニカムセグメントの垂直断面における輪郭形状がコーナー部を含まず、隔壁の交叉部が２００μｍの厚肉部を含むように成形した以外は、実施例１と同様の方法で、Ｗ１＝１１６５μｍ、Ｗ２＝２００μｍ、Ｗ２／Ｗ１（％）＝１７．２％のハニカムセグメントを得た。
【００５１】
（比較例１）
ハニカムセグメントの垂直断面における輪郭形状がコーナー部を含まず、かつ厚肉部も含まないように、従来の口金を用いて成形した以外は、実施例１と同様の方法でハニカム構造体を得た。
【００５２】
（電気炉スポーリング試験による評価）
実施例１〜３及び比較例１で得られたハニカム構造体を、室温より所定温度高い温度に保った電気炉に室温のハニカム構造体を入れて２０分間保持後、耐火レンガ上へハニカム構造体を取り出し１５分間以上自然放置した後、室温になるまで冷却した。外観を観察して金属棒でハニカム構造体外周部を軽く叩くことにより耐熱衝撃性を評価した。ハニカム構造体にクラックが観察されず、かつ打音が鈍い音でなく、金属音であれば合格とし、電気炉内温度を５０℃ステップで順次上げていく毎に同様の検査を７００℃になるまで繰り返した。比較例１のハニカム構造体について、５５０℃でクラックが観察されたが、実施例１〜３のハニカム構造体については、７００℃でもクラックが観察されなかった。
【００５３】
（バーナースポーリング試験による評価）
実施例１〜３及び比較例１の構造体を、ＬＰＧを燃料とするバーナースポーリング試験機に取り付けて、加熱流量を７Ｎｍ3／ｍｉｎ、加熱時間を１０分、加熱温度を７００℃とした加熱条件での加熱、及び冷却流量を０．５Ｎｍ3／ｍｉｎ、冷却時間を５分とした冷却条件での冷却を１サイクルとして、３０サイクルの加熱冷却を行った。比較例１のハニカム構造体について７サイクルでクラックが観察されたが、実施例１〜３のハニカム構造体については、３０サイクル後にもクラックは観察されなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上説明してきたとおり、本発明のハニカム構造体は、優れた耐熱衝撃性を示し、自動車、トラック、バス等のエンジンからの排ガス浄化用、或いは燃焼装置の排ガス処理用の触媒担体又はフィルター等として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【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垂直断面図である。（ｂ）は、図１（ａ）の模式的な垂直断面図である。
【図２】本発明に係るハニカムセグメントの垂直断面図における輪郭の一形態を示す模式図である。
【図３】本発明に係るハニカムセグメントの垂直断面図における輪郭の他の一形態を示す模式図である。
【図４】（ａ）は、本発明に係るハニカムセグメントの他の一形態を示す模式的な垂直断面図である。（ｂ）は、本発明に係るハニカムセグメントの他の一形態を示す模式的な垂直断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明に係るコーナー部の一形態を示す模式図である。（ｂ）は、本発明に係るコーナー部の他の一形態を示す模式図である。
【図６】（ａ）は、本発明のハニカム構造体の他の一形態を示す模式的な垂直断面一部拡大図である。（ｂ）は、本発明のハニカム構造体の他の一形態を示す模式的な垂直断面一部拡大図である。
【図７】本発明に係るハニカムセグメントの他の一形態を示す模式的な垂直断面一部拡大図である。
【図８】本発明に係るハニカムセグメントの他の一形態を示す模式的な垂直断面一部拡大図である。
【図９】（ａ）は、本発明に係る厚肉部の一形態を模式的に示す図である。（ｂ）は、本発明に係る厚肉部の他の一形態を模式的に示す図である。
【図１０】本発明のハニカム構造体の他の一形態を示す模式的な平面一部拡大図である。
【図１１】（ａ）は、本発明のハニカム構造体の他の一形態を示す模式的な斜視図である。（ｂ）は、図１１（ａ）の模式的な平行断面図である。
【図１２】（ａ）は、従来のハニカム構造体を模式的に示す斜視図である。（ｂ）は、図１２（ａ）の一部拡大図である。
【図１３】図１２（ｂ）のＡ部分の模式的な拡大図である。
【図１４】図１２（ｂ）のＢ部分の模式的な拡大図である。
【図１５】図１２（ｂ）のＣ部分の模式的な拡大図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…ハニカム構造体、２、２ａ、２ｂ…隔壁、３…セル、４…目封じ部、５、５ａ…隔壁の交叉部、６ａ…第１の側線部、６ｂ…第２の側線部、７、７ａ、７ｂ…外周壁、９…コーナー部、１０…接合層、１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ…ハニカムセグメント、１４…当接部、１６…厚肉部、２０…従来のハニカム構造体、２１…角部、３０、３０ａ…外周コート層、４２、４４…端面。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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