(57)【要約】 【課題】  破損してもハニカムセグメントの抜け落ちが抑えられたハニカム構造体を提供すること。【解決手段】  本発明のハニカム構造体１は、ハニカムセグメント２と、対向する二つのハニカムセグメント２の間に介在するスペーサ３と、を有するハニカム構造体１であって、スペーサ３は、ハニカムセグメント２の外周面に固定されており、ハニカムセグメント２の表面であって、スペーサ３が固定された部分には、無機接合剤が塗布されていることを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に伸びるセルを区画する多孔質セラミックスよりなるハニカムセグメントと、
対向する二つの該ハニカムセグメントの間に介在し、各該ハニカムセグメントの間隔を保持するスペーサと、
を有するハニカム構造体であって、
該スペーサは、該ハニカムセグメントの外周面に固定されており、
該ハニカムセグメントの表面であって、該スペーサが固定された部分には、無機接合剤が塗布されていることを特徴とするハニカム構造体。
【請求項２】
前記無機接合剤は、スラリー状の接合剤である請求項１記載のハニカム構造体。
【請求項３】
前記無機接合剤は、コロイダルシリカである請求項１〜２のいずれかに記載のハニカム構造体。
【請求項４】
前記多孔質セラミックスは、炭化ケイ素である請求項１〜３のいずれかに記載のハニカム構造体。
【請求項５】
前記スペーサが介在する前記ハニカムセグメントの外周面の間には、接合材が充填されている請求項１〜４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、ハニカム構造体に関し、詳しくは、複数のハニカムセグメントを接合してなるハニカム構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、ボイラー、化学反応機器、燃料電池用改質器等の触媒作用を利用する触媒用担体、排ガス中のスス等の微粒子（特にディーゼルエンジンからの排気ガス中の微粒子物質（ＰＭ））の捕集フィルタ（以下、ＤＰＦという）等には、セラミックス製のハニカム構造体が用いられている。
【０００３】
セラミックス製のハニカム構造体は、一般に、多孔質のセラミックスよりなり、流体の流路となる複数のセルを隔壁で区画する隔壁部と、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端部を封止するセラミックスよりなる封止部と、を有した構造となっている。そして、ハニカム構造体自身も、複数のセルが区画されたハニカムセグメントを、接合材で接合して形成されている。
【０００４】
ＤＰＦは、隔壁部のセルを区画する隔壁を排気ガスが通過するウォールフロー型のフィルタとして用いられている。ウォールフロー型のフィルタは、セルを区画する隔壁に形成された連続した細孔を排気ガスが通過し、細孔を通過できない排気ガス中のＰＭを捕集する。
【０００５】
ＤＰＦは、捕集したＰＭが堆積したままでは目詰まりを起こすため、捕集したＰＭを除去する必要がある。捕集したＰＭを除去する方法のひとつに燃焼等によりＰＭを分解・除去する方法がある。また、ＤＰＦは、触媒活性を発揮する触媒金属を担持し、この触媒金属でＰＭを分解する方法もある。
【０００６】
燃焼によりＰＭを除去するときには、ハニカム構造体が加熱される。そして、加熱による急激な温度変化により、ハニカム構造体を構成するセラミックスに体積変化（熱膨張）が生じる。この結果、ハニカム構造体に熱膨張による応力が発生し、より高い温度に加熱されると、応力が集中してヒビや割れが生じるという問題が発生していた。
【０００７】
特に、ハニカムセグメントを接合材で接合してなるハニカム構造体においては、接合材の熱膨張率が大きい場合や接合材が非常に固い構造を有する場合には、接合材層がハニカムセグメントの体積変化を吸収できず、接合材層が破壊され、ハニカムセグメントが抜け落ちるおそれがあった。
【０００８】
接合材層の破壊が、接合材層の厚さのバラツキによることに着目し、ハニカムセグメントの間隔（接合材層の厚さ）を一定のものとすることが検討されている。すなわち、特許文献１には、ハニカムセグメントの間にスペーサを配することが開示されている。
【０００９】
しかしながら、ハニカムセグメントが湾曲しているなど、セグメントが配置されるハニカムセグメントの外周面が平面状でない場合には、接合材層の厚さがばらつきハニカムセグメントの間隔が不均一となり、ハニカム構造体の端面の開口率がばらつくという問題があった。
【００１０】
また、ハニカムセグメントを接合する時に、スペーサが壊れやすい、ハニカムセグメント同士の位置ズレが発生しやすいという問題があった。このような問題を解決するために、スペーサの配列位置を決定することが、特許文献２に開示されている。
【００１１】
さらに、ハニカムセグメントの表面に突起部を設け、熱衝撃でハニカムセグメントにクラックが入った場合でもこの突起部が熱を吸収、結果としてクラックを広げないようにし、大きな割れの発生を防ぐことが特許文献３に開示されている。
【００１２】
しかしながら、これらの特許文献においては、スペーサの破壊やハニカムセグメントの位置のズレを抑えることは記載されているが、これらの発明では、接合材層にクラックが発生してハニカムセグメントが抜け落ちを生じた場合に、ハニカムセグメントの抜け落ちを防止することはできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−１０２６２７号公報
【特許文献２】特開２００９−１６７０５８号公報
【特許文献３】特許４４５５８１８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、ハニカムセグメントを接合してなるハニカム構造体において、破損してもハニカムセグメントの抜け落ちが抑えられたハニカム構造体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために本発明者は、ハニカムセグメントの間に介在するスペーサに抜け落ち防止の機能を持たせることについて検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。
【００１６】
すなわち、本発明のハニカム構造体は、軸方向に伸びるセルを区画する多孔質セラミックスよりなるハニカムセグメントと、対向する二つのハニカムセグメントの間に介在し、各ハニカムセグメントの間隔を保持するスペーサと、を有するハニカム構造体であって、スペーサは、ハニカムセグメントの外周面に固定されており、ハニカムセグメントの表面であって、スペーサが固定された部分には、無機接合剤が塗布されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のハニカム構造体は、ハニカムセグメントの間に介在するスペーサを、無機接合剤が塗布されたハニカムセグメントの表面に固定・配置している。この無機接合剤が強固な接着面を形成し、ハニカムセグメント間でクラックが発生しても、スペーサが接合面に強固に接合された状態が維持され（スペーサの抜け落ちが抑えられ）、その結果、ハニカムセグメントの抜け落ちが抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例のハニカムセグメントを示した図である。
【図２】スペーサをハニカムセグメントに貼り付けた状態を示した図である。
【図３】ハニカムセグメントを接合した接合体を示した図である。
【図４】実施例のハニカム構造体を示した図である。
【図５】実施例のハニカム構造体の部分拡大断面図である。
【図６】第一変形形態のスペーサが貼り付けられたハニカムセグメントを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明のハニカム構造体は、軸方向に伸びるセルを区画する多孔質セラミックスよりなるハニカムセグメントと、対向する二つのハニカムセグメントの間に介在し、各ハニカムセグメントの間隔を保持するスペーサと、を有する。そして、スペーサが、ハニカムセグメントの外周面に固定されており、ハニカムセグメントの表面であって、スペーサが固定された部分には、無機接合剤が塗布されている。
【００２０】
本発明のハニカム構造体は、スペーサがハニカムセグメントの間に固定・配置される。そして、スペーサは、ハニカムセグメントの外周面に固定された状態で配置される。このスペーサは、ハニカムセグメントの無機接合材層が塗布された外周面（表面）に固定される。スペーサが固定される表面は無機接合剤が塗布されており、この塗布された無機接合剤がハニカムセグメントの表面から細孔の内部にまで浸入して無機接合材層を形成する。この無機接合材層は、ハニカムセグメントの細孔内に浸入（充填）した状態で形成されており、無機接合剤層がアンカー効果を発揮し、強固な接着面を形成する。そして、無機接合材層の表面にスペーサが固定される。この結果、ハニカムセグメント間でクラックが発生しても、スペーサが接合面に強固に接合された状態が維持され（スペーサの抜け落ちが抑えられ）、その結果、ハニカムセグメントの抜け落ちが抑えられる。
【００２１】
無機接合剤は、スラリー状の接合剤であることが好ましい。無機接合剤がスラリー状であることで、ハニカムセグメントの外周面に塗布したときにハニカムセグメントの細孔の内部にまで充填され、アンカー効果を発揮できるようになる。
【００２２】
無機接合剤は、その種類が特に限定されるものではない。たとえば、従来のハニカムセグメント同士を接合するときに用いられている接合剤を用いることが好ましく、たとえば、コロイダルシリカ、アルミナゾル、ジルコニアゾルをあげることができる。これらのうち、無機接合剤は、コロイダルシリカであることがより好ましい。
【００２３】
本発明のハニカム構造体において、ハニカムセグメントを形成する多孔質セラミックスは、その材質が特に限定されるものではなく、従来公知の多孔質セラミックスを用いることができる。多孔質セラミックスは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）であることが好ましい。なお、本発明のハニカム構造体において、ハニカムセグメントを形成する多孔質セラミックスは、添加物が添加されていても、ドーパントがドープされていてもよい。
【００２４】
本発明のハニカム構造体において、多孔質セラミックスと無機接合剤の材質は、主成分が同じであることが好ましい。主成分が同じであることで、無機接合剤とハニカムセグメントとの接合性がより高くなるだけでなく、ハニカム構造体に熱応力が繰り返し付与されても、両者の界面でのクラックの発生・伸展が抑えられる。
【００２５】
本発明のハニカム構造体において、多孔質セラミックスが炭化ケイ素であり、無機接合剤がコロイダルシリカであることがより好ましい。
【００２６】
本発明のハニカム構造体において、スペーサが介在するハニカムセグメントの外周面の間には、接合材が充填されていることが好ましい。本発明のハニカム構造体において、ハニカム接面との間には、スペーサが介在することで、対向した二つのハニカムセグメントの外周面の間の隙間が一定に保たれ、バラツキが生じなくなっている。そして、このハニカムセグメントの外周面の間は、スペーサを介在させること以外は、特に限定されるものではない。すなわち、ハニカムセグメントの外周面の間を隙間としても、充填材を充填して隙間を閉塞しても、いずれでもよい。スペーサが介在するハニカムセグメントの外周面の間には、接合材が充填されていることが好ましい。
【００２７】
スペーサが介在するハニカムセグメントの外周面の間に、接合材を充填するときに、充填される充填材は、特に限定されるものではない。たとえば、従来のハニカム構造体においてハニカムセグメントの間に介在し、ハニカムセグメントを接合する無機系接合剤をあげることができる。この無機系接合剤は、スペーサが固定されるハニカムセグメントの外周面に塗布される無機接合剤と同じであっても、異なっていても、いずれでもよい。
【００２８】
また、無機系接合剤には、無機繊維が分散していることが好ましい。無機繊維は、その材質が特に限定されるものではなく、従来公知の材質を用いることができる。無機繊維としては、たとえば、ムライト、シリカ、アルミナ、ＳｉＣ等よりなる無機繊維を用いることができる。
【００２９】
本発明のハニカム構造体において、スペーサは、特に限定されるものではない。すなわち、市販の一方の表面に接着面が形成されたセラミックスよりなるスペーサを用いることが出来る。
【００３０】
また、本発明のハニカム構造体において、ハニカムセグメントについても、その形状が限定されるものではない。すなわち、スペーサを介在させる二つのハニカムセグメントの対向面が平行となる形状であることが好ましい。この形状としては、角柱形状をあげることが出来る。
【００３１】
ハニカムセグメントは、多数のセルの一方の端部または他方の端部がセラミックスよりなる封止材に封止されていることが好ましい。セルの一方の端部または他方の端部が封止材で封止されることで、ウォールフロー型のハニカム構造体を形成できる。封止材を構成するセラミックスは、その材質が特に限定されるものではなく、ハニカムセグメントを構成する多孔質のＳｉＣセラミックスと同じ材質であっても、異なる材質であっても、いずれでもよい。より好ましくは、多孔質のＳｉＣセラミックスを主成分としてなるセラミックスである。
【００３２】
本発明のハニカム構造体において、セルの形状（断面形状）及びセル密度は、特に限定されるものではなく、従来公知のハニカムセグメントと同様なセルの形状及び密度とすることができる。セル形状は、正方形状であることがより好ましい。
【００３３】
本発明のハニカム構造体は、ディーゼルエンジンからの排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を除去するＤＰＦに用いることが好ましい。本発明のハニカム構造体は、セルを区画する隔壁を排気ガス（気体）が通過するウォールフロー型のフィルタとして用いることができ、このようなフィルタのうち特に、ＤＰＦとして用いることが好ましい。
【００３４】
本発明のハニカム構造体をＤＰＦとして用いるときに、少なくとも隔壁部の細孔表面に、アルミナ等よりなる多孔質酸化物、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ等の触媒金属の少なくともひとつを担持してもよい。これらの物質を担持したことで、ＤＰＦとしてパティキュレートなどの浄化性能が向上する。
【００３５】
本発明のハニカム構造体は、その製造方法が限定されるものではないが、たとえば、以下に記載の方法で製造することが出来る。
【００３６】
まず、従来の方法と同じ方法で、断面正方形の角柱形状の炭化ケイ素よりなるハニカムセグメントを製造する。製造されたハニカムセグメントの外周面の一面に、コロイダルシリカよりなる無機接合剤を塗布する。コロイダルシリカが乾燥したら、スペーサを貼り付ける。そして、ＳｉＣセラミックスを主成分とする充填材を塗布して、スペーサ以外の部分に充填材を配する。その後、別のハニカムセグメントを載置して組み合わせる。
【００３７】
この工程を繰り返して、所定数のハニカムセグメントからなる接合体を製造し、切削等により外周形状を成形する。そして、必要であれば、切削体の外周面に外周材層を形成する。このようにして、本発明のハニカム構造体を製造することが出来る。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００３９】
（実施例）
本発明の実施例として、ハニカム構造体を製造した。
【００４０】
（ハニカム構造体の製造）
製造されたハニカム構造体は、炭化ケイ素焼結体よりなるハニカム構造体であり、製造にあたって、原料には表１に記載の製品が用いられた。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
【表２】
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【００４３】
まず、表１に記載の原料を、表２に記載の質量比で秤量した。秤量されたＳｉＣ（粗大粒子），ＳｉＣ（微細粒子），Ｓｉ３Ｎ４，グラファイト，バインダ，表１の分散剤（Ａ）と分散剤（Ｂ）の等量混合物よりなる分散剤，水を、加圧型ニーダー（森山製作所製、ＤＳ１−５ＧＨＨ−Ｅ）で１５分間，２０℃で混合した。
【００４４】
得られた粘土状のセラミックス原料粉末を、押出成形装置で断面正方形の角柱形状の外周形状のハニカムセグメントに押出成形で成形した。得られた成形体は、断面の一辺の長さ：３５ｍｍ，６２セル／ｃｍ２（４００セル／平方インチ）であった。
【００４５】
次に、成形体を、１５０℃で８時間保持して乾燥した。
【００４６】
乾燥した成形体を、不活性ガス雰囲気（窒素ガス雰囲気）下で３１０℃で保持して脱脂した。
【００４７】
その後、不活性ガス雰囲気（アルゴンガス雰囲気）下で２１００℃で５時間保持して焼結させた（焼成した）。
【００４８】
焼結体を、酸化性ガス雰囲気（空気）下で１１００℃で２時間加熱して、脱炭した。その後、放冷して本実施例のハニカムセグメント２が製造された。ハニカムセグメント２を図１に示した。
【００４９】
製造されたセグメント２の一つの外周面の全面に、表１に記載のコロイダルシリカよりなる無機接合剤（日産化学工業株式会社製，商品名：スノーテック  Ｄ）を塗布した。無機接合剤は、セグメント２の一つの外周面の全面に、均一な厚さで塗布された。
【００５０】
無機接合剤が乾燥した後に、一つの外周面の所定の位置にスペーサ３を貼り付けた。本実施例では、図２に示したように、ハニカムセグメント２の一つの外周面の四隅の近傍のそれぞれに厚紙よりなるスペーサ３を貼り付けた。なお、スペーサ３は、一方の表面にシール状の接着層３０が形成されたφ６ｍｍの円盤状を有している。
【００５１】
【表３】
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【００５２】
そして、表３に記載の無機系接合剤を調製し、スペーサ３以外の部分に塗布した。無機系接合剤の塗布後、別のハニカムセグメント２をこの面にすりあわせて接合した。この接合を繰り返して、断面が正方形をなすようにハニカムセグメント２を接合し、８０℃で乾燥した。これにより、ハニカムセグメント２が接合材層４（及びスペーサ３）を介して接合された接合体が形成された。ハニカムセグメントの接合体の端面を図３に示した。
【００５３】
そして、この接合体を旋盤もしくは円筒研削機を用いて切削して外周形状を成形した。そして、主成分がＳｉＣよりなるスラリー（本実施例では、上記の表３に示した無機系接合剤）を調製し、成形体の外周面に塗布し、常温で乾燥し、接合材およびスラリーを固化させた。その後、更に９５℃で３時間保持して、乾燥させた。これにより、外周面上に外周材層が形成できた。
【００５４】
以上により、本実施例のハニカム構造体１を製造することができた。本実施例のハニカム構造体１を図４〜５に示した。図４にはハニカム構造体１の端面を、図５にはハニカム構造体１のスペーサ３の近傍の断面を、それぞれ示した。
【００５５】
本実施例のハニカム構造体１は、多孔質のＳｉＣセラミックスよりなるハニカムセグメント２と、ハニカムセグメント２の間に介在し、ハニカムセグメント２同士の間隔を保持するスペーサ３と、ハニカムセグメント２同士の間に充填された接合材よりなる接合材層４と、ハニカム構造体１の外周面を区画する外周材層５と、を有する構成となっている。
【００５６】
（評価）
実施例のハニカム構造体において、ＪＡＳＯ  Ｍ  ５０５−８７に規定の耐熱衝撃テストの後、万能試験機を用いてハニカムセグメントの抜け落ち試験を行った。ここで、比較例のハニカム構造体として、無機接合剤を用いないこと以外は、実施例と同様にしてハニカム構造体を製造し、同様の試験を行った。
【００５７】
実施例のハニカム構造体は、サンプル数を１６として抜け落ち試験を行ったところ、全てのサンプル（１６個）で、ハニカムセグメントの抜け落ちが観察されなかった。これに対し、比較例のハニカム構造体は、サンプル数を１６として抜け落ち試験を行ったところ、全てのサンプル（１６個）で、ハニカムセグメントの抜け落ちが観察された。
【００５８】
抜け落ち試験の結果に示されるように、ハニカムセグメントの外周面に無機接合剤を塗布し、スペーサを使用することで、ハニカムセグメントの抜け落ちを抑えることができることがわかる。
【００５９】
（第一変形形態）
本変形形態のハニカム構造体は、スペーサの貼付位置（スペーサの個数）が異なる以外は、実施例のハニカム構造体と同様なハニカム構造体である。
【００６０】
本形態のハニカム構造体は、図６に示したように、スペーサをハニカムセグメントの一つの外周面の、四隅及び軸方向の中央部の端部に貼り付けている。
【００６１】
本形態においては、スペーサの数が増えたことで、接合材層にクラックが発生したときに、ハニカムセグメントの抜け落ちをより抑えることができた。
【００６２】
（第二変形形態）
本形態のハニカム構造体は、コロイダルシリカよりなる無機接合剤のハニカムセグメントへの塗布形態が異なる以外は、実施例のハニカム構造体と同様なハニカム構造体である。
【００６３】
本形態のハニカム構造体は、コロイダルシリカよりなる無機接合剤をハニカムセグメントの一つの外周面の、スペーサが貼り付けられる部分にのみ塗布している。
【００６４】
本形態においても、実施例のハニカム構造体と同様に、接合材層にクラックが発生しても、ハニカムセグメントの抜け落ちを抑えることができた。
【符号の説明】
【００６５】
１：ハニカム構造体
２：ハニカムセグメント
３：スペーサ
４：接合材層
５：外周材層
【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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