JP2006289237A - ハニカム構造体 - Google Patents

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Abstract

【課題】 高気孔率化やセル壁の薄膜化が図られたハニカム構造体であっても、クラック等の破損の発生を防止することができるハニカム構造体を提供する。
【解決手段】 複数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材が接着剤層を介して複数個接着されたハニカム構造体であって、上記多孔質セラミック部材の見かけ密度をＡ（ｇ／ｃｍ３）とし、上記接着剤層のヤング率をＢ（ＧＰａ）としたときに、下記式（１）の関係を満足することを特徴とするハニカム構造体。
２≦Ｂ≦１００／３×Ａ−１０／３・・・（１）
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中のパティキュレート等を捕集、除去するフィルタとして用いられるハニカム構造体に関する。
バス、トラック等の車両や建設機械等の内燃機関から排出される排気ガス中に含有されるスス等のパティキュレートが環境や人体に害を及ぼすことが最近問題となっている。
そこで、排気ガス中のパティキュレートを捕集して、排気ガスを浄化するフィルタとして多孔質セラミックからなるハニカム構造体を用いたものが種々提案されている。
従来、この種のハニカム構造体としては、例えば、２個以上のハニカムセグメントと、これらを接合する接合層とからなるハニカム構造体で、接合層のヤング率がハニカムセグメントのヤング率の２０％以下であるか、又は、接合層の材料強度がハニカムセグメントの材料強度よりも小さいハニカム構造体が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
そして、このようなハニカム構造体では、使用時における熱応力の発生が小さく、クラックが発生しない耐久性を有することが記載されている。
特開２００１−１９０９１６号公報
一般に、排気ガス中のパティキュレートを捕集して、さらに触媒により排気ガス中のＣＯ、ＨＣ等のガス成分を浄化する機能をもつフィルタでは、エンジンの始動後、比較的早期に高い排気ガスの浄化率を有することが求められており、そのためには、ハニカム構造体の熱容量を小さくする必要があるとされている。
そして、ハニカム構造体の熱容量を小さくする手段としては、ハニカム構造体を高気孔率にする手段と、ハニカム構造体のセル壁の厚さを薄くする手段とが提案されている。
このように、ハニカム構造体の熱容量を小さくすると、局所的に温度が上昇、又は、下降しやすい部分が生じることがあり、ハニカム構造体に生じる熱応力が増大し、ハニカム構造体にクラックが発生する場合があった。
また、上記手段を採用した場合には、ハニカム構造体の強度が低下することとなり、この強度の低下もまた、ハニカム構造体にクラックが生じる一因となっていた。
そして、特許文献１に開示されたようなハニカム構造体では、ハニカムセグメント同士を接着する接合層により熱応力を緩和し、クラックの発生を防止しうる可能性があるが、この特許文献１のハニカム構造体では、ハニカムセグメント自身の熱容量が考慮されておらず、ハニカム構造体のセル密度やセル壁の厚さ、気孔率等によっては、ハニカム構造体においてクラック等の破損が発生することを防止する効果を充分に得ることができず、まだまだ、改善への要求が高かった。
本願発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討し、セル壁の気孔率や厚さに関わらず、ハニカム構造体でのクラックを防止するには、ハニカム構造体を構成する多孔質セラミック部材の見かけ密度と、上記多孔質セラミック部材同士を接着する接着材層のヤング率とが所定の関係を充足していれば良いことを新たに見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明のハニカム構造体は、複数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材が接着材層を介して複数個接着されたハニカム構造体であって、
上記多孔質セラミック部材の見かけ密度をＡ（ｇ／ｃｍ３）とし、上記接着材層のヤング率をＢ（ＧＰａ）としたときに、下記式（１）の関係を満足することを特徴とする。
２≦Ｂ≦１００／３×Ａ−１０／３・・・（１）
本発明のハニカム構造体において、上記Ａ（多孔質セラミック部材の見かけ密度）は、０．４〜０．７であることが望ましく、０．４〜０．６であることがより望ましい。
また、上記セル壁の少なくとも一部には、触媒が担持されていることが望ましい。
本発明のハニカム構造体によれば、上記多孔質セラミック部材の見かけ密度Ａと、接着材層のヤング率Ｂとが、上記式（１）の関係を満足しているため、ハニカム構造体に生じる熱応力を、接着材層で充分に緩和することができ、ハニカム構造体や接着材層におけるクラック等の破損の発生を防止することができる。
特に、高気孔率化やセル壁の薄壁化が図られたハニカム構造体では、多孔質セラミック部材の熱容量が小さくなるため、熱応力が増大し易くなるが、このような多孔質セラミック部材同士を接着する際に、上記（１）の関係を満たす、接着材層を形成することにより、ハニカム構造体や接着材層にクラック等の破損が発生することを防止することができ、従来、クラック等の破損が発生され易いとされていた、高気孔率化やセル壁の薄壁化が図られたハニカム構造体の問題点を解消するのに特に適しているのである。
本発明のハニカム構造体は、複数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材が接着材層を介して複数個接着されたハニカム構造体であって、
上記多孔質セラミック部材の見かけ密度をＡ（ｇ／ｃｍ３）とし、上記接着材層のヤング率をＢ（ＧＰａ）としたときに、下記式（１）の関係を満足することを特徴とする。
２≦Ｂ≦１００／３×Ａ−１０／３・・・（１）
上記式（１）を満足するハニカム構造体、即ち、多孔質セラミック部材の見かけ密度Ａが小さい場合（熱容量が小さい場合）に、それに応じて接着材層のヤング率が小さいハニカム構造体では、多孔質セラミック部材に生じる熱応力を緩和することができ、その結果、クラック等の破損が生じることを防止することができる。
一方、上記接着材層のヤング率Ｂ（ＧＰａ）が、２ＧＰａ未満では、接着材層自身の強度が不足し、接着材層にクラックが発生したり、接着材層の部分を起点にハニカム構造体の破損が発生したりすることがある。
また、上記接着材層のヤング率Ｂ（ＧＰａ）が、１００／３×Ａ−１０／３の値を超えると、上記多孔質セラミックに生じた熱応力を接着材層で充分に緩和することができず、ハニカム構造体（多孔質セラミック部材）にクラックが発生してしまうことがある。
ここで、Ａ（ｇ／ｃｍ３）は、多孔質セラミック部材の見かけ密度であり、下記計算式（２）により算出することができる値である。
見かけ密度Ａ（ｇ／ｃｍ３）＝真密度（ｇ／ｃｍ3）×（１００−気孔率（％））×（１００−開口率（％））÷１００００・・・（２）
なお、本明細書でいう真密度とは、多孔質セラミック部材の材料自体が有する密度のことであり、見かけ密度とは、多孔質セラミック部材の外観が占める体積（例えば、図２（ａ）に示す形状であっては四角柱状の体積）を基準に算出される密度である。そして、高気孔率のハニカム構造体やセル壁の厚さの薄いハニカム構造体等では、その他のセル密度等が等しければハニカム構造体の見かけ密度は小さくなることとなる。
また、上記式（１）において、上記Ａの値（見かけ密度）は、０．４〜０．７であることが望ましい。上記見かけ密度Ａが０．４ｇ／ｃｍ３未満では、多孔質セラミック部材自身の強度が不足し、上述した本発明の効果を充分に享受することができず、フィルタとして機能することができない場合がある。一方、上記見かけ密度Ａが０．７ｇ／ｃｍ３を超えると、このような多孔質セラミック部材を用いたハニカム構造体の熱容量が大きく、昇温特性が低下し、上記ハニカム構造体に触媒を担持させたＤＰＦとした場合に、不利になることがあるからである。
また、上記Ａの値（見かけ密度）は、０．４〜０．６であることがより望ましい。上記見かけ密度Ａがこの範囲にあると、多孔質セラミック部材を用いたハニカム構造体の熱容量が小さく、昇温特性が低下せず、より効果が大きくなる。また、ハニカム構造体をより軽くすることができる。さらに、上記ハニカム構造体に触媒を担持させたＤＰＦとした場合に、より有利になることがある。
本発明のハニカム構造体は、複数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材が接着材層を介して複数個接着されている。そして、上記複数のセルは、いずれか一方の端部が封止されていることが望ましい。
以下、本発明のハニカム構造体について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、複数のセルのいずれか一方の端部が封止されたハニカム構造体について説明するが、本発明のハニカム構造体において、複数のセルの端部は必ずしも封止されていなくてもよい。
図１は、本発明のハニカム構造体の一例を模式的に示す斜視図であり、図２（ａ）は、図１に示したハニカム構造体を構成する多孔質セラミック部材の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した多孔質セラミック部材のＡ−Ａ線断面図である。
図１に示すように、本発明に係るハニカム構造体１０は、炭化珪素等からなる多孔質セラミック部材２０が、接着材層１１を介して複数個組み合わされて円柱状のセラミックブロック１５を構成し、このセラミックブロック１５の周囲にコート材層１２が形成されている。
図１に示したハニカム構造体１０では、セラミックブロックの形状は円柱状であるが、本発明のハニカム構造体において、セラミックブロックは、柱状であれば円柱状に限定されることはなく、例えば、楕円柱状や角柱状等任意の形状のものであってもよい。
多孔質セラミック部材２０は、図２（ａ）、（ｂ）に示したように、長手方向に多数のセル２１が並設され、セル２１同士を隔てるセル壁（壁部）２３がフィルタとして機能するようになっている。即ち、多孔質セラミック部材２０に形成されたセル２１は、図２（ｂ）に示したように、排気ガスの入口側又は出口側の端部のいずれかが封止材２２により目封じされ、一のセル２１に流入した排気ガスは、必ずセル２１を隔てるセル壁２３を通過した後、他のセル２１から流出するようになっている。
そして、多孔質セラミック部材２０の見かけ密度Ａと、接着材層１１のヤング率Ｂとは、上記式（１）の関係を満足しており、そのため、ハニカム構造体１０では、多孔質セラミック部材２０に生じた熱応力を接着材層１１で緩和することができ、多孔質セラミック部材におけるクラック等の破損の発生を防止することができる。
ハニカム構造体１０は、主として多孔質セラミックからなり、その材料としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物セラミック、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物セラミック、アルミナ、ジルコニア、コージュライト、ムライト、シリカ、チタン酸アルミニウム等の酸化物セラミック等を挙げることができる。また、ハニカム構造体１０は、シリコンと炭化珪素との複合体といった２種類以上の材料から形成されているものであってもよい。シリコンと炭化珪素との複合体を用いる場合には、シリコンを全体の５〜４５重量％となるように添加することが望ましい。
上記多孔質セラミックの材料としては、耐熱性が高く、機械的特性に優れ、かつ、熱伝導率も高い炭化珪素質セラミックが望ましい。なお、炭化珪素質セラミックとは、炭化珪素が６０重量％以上のものをいうものとする。
上記ハニカム構造体（多孔質セラミック部材）の平均気孔径は特に限定されないが、望ましい下限は１μｍであり、望ましい上限は１００μｍである。平均気孔径が１μｍ未満であると、圧力損失が高くなり、一方、平均気孔径が１００μｍを超えると、パティキュレートが気孔を通り抜けてしまい、該パティキュレートを捕集することができず、パティキュレートの捕集効率が低下することがある。
上記ハニカム構造体（多孔質セラミック部材）の気孔率は特に限定されないが、望ましい下限は２０％であり、望ましい上限は８０％である。２０％未満であると、ハニカム構造体がすぐに目詰まりを起こしてしまうことがあり、一方、８０％を超えるとハニカム構造体の強度が低く、容易に破壊されることがある。
なお、上記気孔率は、例えば、水銀圧入法、アルキメデス法及び走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による測定等の従来公知の方法により測定することができる。
上記ハニカム構造体の開口率（多孔質セラミック部材）は特に限定されないが、望ましい下限は５０％であり、望ましい上限は８０％である。上記開口率が５０％未満であると、圧力損失が高くなることがあり、一方、８０％を超えると、ハニカム構造体の強度が低下することがある。
なお、上記気孔率や開口率は、それぞれ上記見かけ密度Ａを決定する因子であるため、多孔質セラミック部材の見かけ密度Ａを考慮して適宜選択すればよい。
上記ハニカム構造体（多孔質セラミック部材）において、セル壁の厚さの望ましい下限は０．１ｍｍであり、望ましい上限は０．５ｍｍである。より望ましい上限は０．３５ｍｍである。
セル壁の厚さが０．１ｍｍ未満では、ハニカム構造体の強度が低くなりすぎることがあり、一方、セル壁の厚さが０．５ｍｍを超えると、圧力損失が大きくなりすぎることがあるとともに、ハニカム構造体の熱容量が大きくなり、触媒を担持させた場合には、エンジンの始動直後から排気ガスを浄化することができない場合がある。
多孔質セラミック部材２０を構成する封止材２２とセル壁２３とは、同じ多孔質セラミックからなることがより望ましい。これにより、両者の密着強度を高くすることができるとともに、封止材２２の気孔率をセル壁２３と同様に調整することで、セル壁２３の熱膨張率と封止材２２の熱膨張率との整合を図ることができ、製造時や使用時の熱応力によって封止材２２とセル壁２３との間に隙間が生じたり、封止材２２や封止材２２に接触する部分のセル壁２３にクラックが発生したりすることを防止することができる。なお、セル壁は、セル２１同士を隔てるセル壁及び外周部分の両方を意味するものとする。
封止材２２の厚さは特に限定されないが、例えば、封止材２２が多孔質炭化珪素からなる場合には、望ましい下限は１ｍｍで、望ましい上限は２０ｍｍであり、より望ましい下限は３ｍｍで、より望ましい上限が１０ｍｍである。
本発明のハニカム構造体１０において、接着材層１１は、上述した熱応力を緩和する機能を有するとともに、多孔質セラミック部材２０間に形成され、複数個の多孔質セラミック部材２０同士を結束する接着剤として機能するものである。また、排気ガスが漏れ出すことを防止する機能も有している。
接着材層１１を構成する材料としては、硬化後に、そのヤング率が上記式（１）を満足するものであれば、特に限定されず、例えば、無機バインダと有機バインダと無機繊維及び／又は無機粒子とからなるもの等を挙げることができる。
上記無機バインダとしては、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。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記無機バインダのなかでは、シリカゾルが望ましい。
上記有機バインダとしては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記有機バインダのなかでは、カルボキシメチルセルロースが望ましい。
上記無機繊維としては、例えば、シリカ−アルミナ、ムライト、アルミナ、シリカ、ホウ酸アルミニウムウィスカ等のセラミックファイバやウィスカ等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記無機繊維のなかでは、シリカ−アルミナファイバが望ましい。
上記無機粒子としては、例えば、炭化物、窒化物等を挙げることができ、具体的には、炭化珪素、窒化珪素、窒化硼素等からなる無機粉末等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記無機粒子のなかでは、熱伝導性に優れる炭化珪素が望ましい。
さらに、接着材層を形成するために用いるペーストには、必要に応じて酸化物系セラミックを成分とする微小中空球体であるバルーンや、球状アクリル粒子、グラファイト等の造孔剤を添加してもよい。
上記バルーンとしては特に限定されず、例えば、アルミナバルーン、シリカ−アルミナバルーン、ガラスマイクロバルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン（ＦＡバルーン）等を挙げることができる。これらのなかでは、シリカ−アルミナバルーンが望ましい。
また、コート材層１２は、ハニカムブロック１５の外周面に形成され、ハニカム構造体１０を内燃機関の排気通路に設置した際、ハニカムブロック１５の外周面から排気ガスが漏れ出すことを防止するための封止材、ハニカム構造体の形状を整えたり、補強材としての機能を有するものである。
コート材層１２を構成する材料としては、接着材層１１を構成する材料と同様のもの等が挙げられる。
また、接着材層１１とコート材層１２とは、同じ材料からなるものであってもよく、異なる材料からなるものであってもよい。さらに、接着材層１１及びコート材層１２が同じ材料からなるものである場合、その材料の配合比は同じであってもよく、異なっていてもよい。
また、本発明のハニカム構造体では、セルは、ハニカム構造体の端面全体において、長手方向に垂直な断面の面積の総和が相対的に大きくなるように、出口側の端部が封止材により封止されてなる入口側セル群と、上記断面の面積の総和が相対的に小さくなるように、入口側の端部が上記封止材により封止されてなる出口側セル群との２種類のセルからなるものであってもよい。
なお、上記入口側セル群と上記出口側セル群との組み合わせとしては、（１）入口側セル群を構成する個々のセルと、出口側セル群を構成する個々のセルとで、垂直断面の面積が同じであって、入口側セル群を構成するセルの数が多い場合、（２）入口側セル群を構成する個々のセルと、出口側セル群を構成する個々のセルとで、上記垂直断面の面積が異なり、両者のセルの数も異なる場合、（３）入口側セル群を構成する個々のセルと、出口側セル群を構成する個々のセルとで、入口側セル群を構成するセルの上記垂直断面の面積が大きく、両者のセルの数が同じ場合が含まれる。
また、入口側セル群を構成するセル及び／又は出口側セル群を構成するセルは、その形状や垂直断面の面積等が同じ１種のセルからそれぞれ構成されていてもよく、その形状や垂直断面の面積等が異なる２種以上のセルからそれぞれ構成されていてもよい。
また、本発明のハニカム構造体では、セル壁の少なくとも一部に触媒が担持されていてもよい。
本発明のハニカム構造体では、ＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等の排気ガス中の有害なガス成分を浄化することができる触媒をセル壁に担持させることにより、触媒反応により排気ガス中の有害なガス成分を充分に浄化することが可能となる。
また、パティキュレートの燃焼を助ける触媒を担持させることにより、パティキュレートをより容易に燃焼除去することができる。その結果、本発明のハニカム構造体は、排気ガスの浄化性能を向上することができ、さらに、パティキュレートを燃焼させるためのエネルギーを低下させることも可能となる。
上記触媒としては特に限定されないが、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属からなる触媒が挙げられる。また、これらの貴金属に加えて、アルカリ金属（元素周期表１族）、アルカリ土類金属（元素周期表２族）、希土類元素（元素周期表３族）、遷移金属元素を含んだ化合物が担持されていてもよい。
また、上記ハニカム構造体に上記触媒を付着させる際には、予めその表面をアルミナ等の触媒担持層で被覆した後に、上記触媒を付着させてもよい。
上記触媒担持層としては、例えば、アルミナ、チタニア、ジルコニア、シリカ等の酸化物セラミックが挙げられる。
上記触媒が担持されたハニカム構造体は、従来公知の触媒付ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）と同様のガス浄化装置として機能するものである。従って、ここでは、本発明のハニカム構造体が触媒担持体としても機能する場合の詳しい説明を省略する。
次に、上記ハニカム構造体の製造方法について説明する。
まず、上述したようなセラミックを主成分とする原料ペーストを用いて押出成形を行い、四角柱形状のセラミック成形体を作製する。
上記原料ペーストとしては特に限定されないが、製造後のハニカム構造体の気孔率が２０〜８０％となるものが望ましく、例えば、上述したようなセラミックからなる粉末に、バインダ、分散媒液等を加えたものを挙げることができる。
上記セラミック粉末の粒径は特に限定されないが、後の焼成工程で収縮の少ないものが好ましく、例えば、０．３〜７０μｍ程度の平均粒径を有する粉末１００重量部と０．１〜１．０μｍ程度の平均粒径を有する粉末５〜６５重量部とを組み合わせたものが好ましい。
多孔質セラミック部材の気孔径等の調節は、焼成温度と、セラミック粉末の粒径とを調節することにより行うことができる。
また、上記セラミック粉末は酸化処理が施されたものであってもよい。
上記バインダとしては特に限定されず、例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。
上記バインダの配合量は、通常、セラミック粉末１００重量部に対して、１〜１５重量部程度が望ましい。
上記分散媒液としては特に限定されず、例えば、ベンゼン等の有機溶媒、メタノール等のアルコール、水等を挙げることができる。
上記分散媒液は、上記原料ペーストの粘度が一定範囲内となるように適量配合される。
これらセラミック粉末、バインダ及び分散媒液は、アトライター等で混合し、ニーダー等で充分に混練した後、押出成形される。
また、上記原料ペーストには、必要に応じて成形助剤を添加してもよい。
上記成形助剤としては特に限定されず、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。
さらに、上記原料ペーストには、必要に応じて酸化物系セラミックを成分とする微小中空球体であるバルーンや、球状アクリル粒子、グラファイト等の造孔剤を添加してもよい。
上記バルーンとしては特に限定されず、例えば、アルミナバルーン、ガラスマイクロバルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン（ＦＡバルーン）、ムライトバルーン等を挙げることができる。これらのなかでは、アルミナバルーンが望ましい。
次に、上記セラミック成形体を、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、オーブン、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機、凍結乾燥機等を用いて乾燥させ、セラミック乾燥体とする。次いで、入口側セル群の出口側の端部、及び、出口側セル群の入口側の端部に、封止材となる封止材ペーストを所定量充填し、セルを目封じする。
上記封止材ペーストとしては特に限定されないが、後工程を経て製造される封止材の気孔率が３０〜７５％となるものが望ましく、例えば、上記原料ペーストと同様のものを用いることができる。
次に、上記封止材ペーストが充填されたセラミック乾燥体に対して、所定の条件で脱脂（例えば、２００〜５００℃）、焼成（例えば、１４００〜２３００℃）を行うことにより、多孔質セラミックからなり、その全体が一の焼結体から構成された多孔質セラミック部材２０を製造することができる。
上記セラミック乾燥体の脱脂及び焼成の条件は、従来から多孔質セラミックからなるフィルタを製造する際に用いられている条件を適用することができる。
次に、多孔質セラミック部材２０の側面に、接着材層１１となる接着剤ペーストを塗布して接着剤ペースト層を形成し、この接着剤ペースト層の上に、順次他の多孔質セラミック部材２０を積層する工程を繰り返し、所定の大きさの多孔質セラミック部材集合体を作製する。
なお、上記接着剤ペーストを構成する材料としては、既に詳述しているのでここではその説明を省略するが、多孔質セラミック部材２０の見かけ密度及び形成する接着材層のヤング率を考慮して、材料を選択することが必要である。
次に、この多孔質セラミック部材集合体を加熱して接着剤ペースト層を乾燥、固化させて接着材層１１とする。
次に、ダイヤモンドカッター等を用い、多孔質セラミック部材２０が接着材層１１を介して複数個接着された多孔質セラミック部材集合体に切削加工を施し、円柱形状のセラミックブロック１５を作製する。
そして、ハニカムブロック１５の外周に上記シール材ペーストを用いてコート材層１２を形成することで、多孔質セラミック部材２０が接着材層１１を介して複数個接着された円柱形状のセラミックブロック１５の外周部にコート材層１２が設けられたハニカム構造体１０を製造することができる。
その後、必要に応じて、ハニカム構造体（セル壁）に触媒を担持させる。上記触媒の担持は集合体を作製する前の多孔質セラミック部材に行ってもよい。
触媒を担持させる場合には、例えば、セル壁の表面に高い比表面積のアルミナ膜を形成し、このアルミナ膜の表面に助触媒、及び、白金等の触媒を付与してもよい。
以下に実施例を掲げ、本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
１−１．多孔質セラミック部材Ａの作製
平均粒径２２μｍのα型炭化珪素の粗粉末５９４０重量部と、平均粒径０．５μｍのα型炭化珪素の微粉末２５５０重量部とを湿式混合し、さらに、有機バインダ（メチルセルロース）７００重量部、直径４０μｍのアクリル中空粒子２８０重量部、可塑剤（日本油脂社製 ユニルーブ）を３３０重量部、潤滑剤（グリセリン）を１５０重量部及び、適量の水を加えて混練して混合組成物を得た。
その後、押出成形を行い、図２に示した角柱形状の生成形体を作製した。
次に、マイクロ波乾燥機等を用いて上記生成形体を乾燥させ、セラミック乾燥体とした後、上記生成形体と同様の組成の封止材ペーストを所定のセルに充填した。
次いで、再び乾燥機を用いて乾燥させた後、４００℃で脱脂し、常圧のアルゴン雰囲気下２２００℃、３時間で焼成を行うことにより、気孔率が４８％、平均気孔径が１４μｍ、その大きさが３４．３ｍｍ×３４．３ｍｍ×１５０ｍｍ、セル２１の数（セル密度）が５４．３個／ｃｍ２、セル壁２３の厚さが０．１７５ｍｍ、見かけ密度が０．４（ｇ／ｃｍ３）、開口率が７５．９％の炭化珪素焼結体からなる多孔質セラミック部材Ａを製造した。
１−２．多孔質セラミック部材Ｂ〜Ｆの製造
材料粉末等の配合量等を表１に示すように代えた以外は、上記１−１の工程と同様の方法を用いて、表１に示した形状の炭化珪素焼結体からなる多孔質セラミック部材Ｂ〜Ｆを製造した。
１−３．多孔質セラミック部材Ｇの製造
平均粒径４０μｍのα型炭化珪素の粗粉末８０００重量部と、平均粒径５μｍのＳｉ粉末２０００重量部とを湿式混合し、さらに、有機バインダ（メチルセルロース）７００重量部、可塑剤（日本油脂社製 ユニルーブ）を３３０重量部、潤滑剤（グリセリン）を１５０重量部、及び、適量の水を加えて混練して混合組成物を得た。
その後、押出成形を行い、図２に示した角柱形状の生成形体を作製した。
次に、マイクロ波乾燥機等を用いて上記生成形体を乾燥させ、セラミック乾燥体とした後、上記生成形体と同様の組成の封止材ペーストを所定のセルに充填した。
次いで、再び乾燥機を用いて乾燥させた後、４００℃で脱脂し、常圧のアルゴン雰囲気下１４５０℃、０．５時間で焼成を行うことにより、気孔率が４２％、平均気孔径が１１μｍ、その大きさが３４．３ｍｍ×３４．３ｍｍ×１５０ｍｍ、セル２１の数（セル密度）が４６．５個／ｃｍ２、セル壁２３の厚さが０．２ｍｍ、見かけ密度が０．４４（ｇ／ｃｍ３）、開口率が７４．６％のＳｉ−ＳｉＣ焼結体からなる多孔質セラミック部材Ｇを製造した。
１−４．多孔質セラミック部材Ｈの製造
材料粉末等の配合量等を表１に示すように代えた以外は、上記１−３の工程と同様の方法を用いて、表１に示した形状のＳｉ−ＳｉＣ焼結体からなる多孔質セラミック部材Ｈを製造した。
Figure 2006289237
２−１．接着剤ペーストＡ〜Ｉの調製
平均粒子径０．５μｍの炭化珪素粉末、シリカゾル（ゾル中のＳｉＯ２の含有率：３０重量％）、シリカ−アルミナファイバ（平均繊維径３μｍ、平均繊維長６０μｍ）、アルミナファイバ（平均繊維径５μｍ、平均繊維長６０μｍ）、ホウ酸アルミニウムウィスカ（平均繊維径０．５μｍ、平均繊維長２０μｍ）、シリカ−アルミナバルーン（平均粒子径７５μｍ）、カルボキシメチルセルロース及び水のうち、必要な成分を混合、混練して接着剤ペーストＡ〜Ｉを調製した。なお、各成分の配合量は、表２に示した通りであり、それぞれの配合量は重量部で示している。
また、接着剤ペーストＡ〜Ｉの調製に際して、水は、各接着剤ペーストの粘度が、４０±５Ｐとなるように必要量添加した。
Figure 2006289237
さらに、表２には、接着剤ペーストＡ〜Ｉの硬化後のヤング率（ＧＰａ）を併せて表記している。
（実施例１）
多孔質セラミック部材Ａを接着剤ペーストＢを用い、接着材層の厚さを２ｍｍとして１６個（４×４個）接着させ、続いて、ダイヤモンドカッターを用いて切断することにより、円柱状のセラミックブロック１５（図１参照）を作製した。
次に、上記接着剤ペーストＢをコート材層形成用ペーストとして用いて、セラミックブロック１５の外周部に厚さ０．５ｍｍで塗布し、その後、１２０℃で乾燥し、直径１４３．８ｍｍ×長さ１５０ｍｍの円柱状のハニカム構造体１０を製造した。
（実施例２〜１６、比較例１〜１１）
多孔質セラミック及び接着剤ペースト（コート材層形成用ペーストを含む）の組み合わせを表３に示したように代えた以外は、実施例１と同様にしてハニカム構造体を製造した。
Figure 2006289237
（評価）
（１）気孔率等の測定
水銀圧入法によるポロシメーター（島津製作所社製、オートポアＩＩＩ ９４２０）を用い、水銀圧入法により細孔直径０．１〜３６０μｍの範囲で細孔分布を測定した。
多孔質セラミック部材の気孔率及び平均気孔径を表１に示す。
（２）押しぬき強度の測定
ハニカム構造体をオーブン内で８００℃まで加熱し、次に室温まで急冷（自然放置により室温まで冷却）し、その後、押しぬき強度を下記の方法で測定した。結果を表３に示した。
押しぬき強度の測定は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ハニカム構造体１０を台４５の上に載置した後、その中央の多孔質セラミック部材に直径３０ｍｍのアルミニウム製の治具４０で押しぬき荷重（加圧速度１ｍｍ／ｍｉｎ）をかけて、破壊強度（押しぬき強度）を測定するものである。なお、強度の測定には、インストロン万能試験機（５５８２型）を用いた。
（３）捕集効率の測定
図４に示したような捕集効率測定装置２７０を用いて測定した。図４は、捕集効率測定装置の説明図である。
この捕集効率測定装置２７０は、２Ｌのコモンレール式ディーゼルエンジン２７６と、エンジン２７６からの排気ガスを流通する排気ガス管２７７と、排気ガス管２７７に接続されアルミナマット２７２を巻いたハニカム構造体１０を固定する金属ケーシング２７１と、ハニカム構造体１０を流通する前の排気ガスをサンプリングするサンプラー２７８と、ハニカム構造体１０を流通した後の排気ガスをサンプリングするサンプラー２７９と、サンプラー２７８、２７９によりサンプリングされた排気ガスを希釈する希釈器２８０と、希釈された排気ガスに含まれるパティキュレートの量を測定するＰＭカウンタ２８１（ＴＳＩ社製、凝集粒子カウンタ３０２２Ａ−Ｓ）とを備えた走査型モビリティ粒径分析装置（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅｒ ＳＭＰＳ）として構成されている。ここで、ハニカム構造体１０としては、上記（２）の押しぬき強度の測定サンプルと同様、８００℃まで加熱後、室温まで急冷したものを用いた。
次に、測定手順を説明する。エンジン２７６を回転数が２０００ｍｉｎ−１、トルクが４７Ｎｍとなるようにエンジン２７６を運転し、エンジン２７６からの排気ガスをハニカム構造体１０に流通させた。このとき、ハニカム構造体１０を流通する前のＰＭ量Ｐ０と、ハニカム構造体１０を通過した後の排気ガス量Ｐ１とをＰＭカウンタ２８１を用いて、ＰＭ粒子数から把握した。そして、下記計算式（３）を用いて捕集効率を算出した。
捕集効率（％）＝（Ｐ０−Ｐ１）／Ｐ０×１００・・・（３）
結果を表３に示した。
表３に示したように、多孔質セラミック部材の見掛け密度と、接着材層のヤング率とが上記式（１）の関係を満足する実施例のハニカム構造体では、熱衝撃がかかった後でも、押しぬき強度及び捕集効率が高く、多孔質セラミック及び接着材層にクラック等の致命的な破損が発生していなかったためと考えられる。
一方、比較例のハニカム構造体では、押しぬき強度が実施例に係るハニカム構造体の１／３以下と低く、さらに捕集効率も８０％以下であり、これは、熱処理時に、ハニカム構造体及び／又は接着材層にクラック等の破損が生じたためと考えられる。
本発明のハニカム構造体の一例を模式的に示した斜視図である。 （ａ）は、本発明のハニカム構造体を構成する多孔質セラミック部材を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、押しぬき強度の測定方法を模式的に示した概念図である。 捕集効率測定装置の説明図である。
符号の説明
１０ ハニカム構造体
１１ 接着材層
１２ コート材層
１５ セラミックブロック
２０ 多孔質セラミック部材
２１ セル
２２ 封止材
２３ セル壁

Claims (4)

  1. 複数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材が接着材層を介して複数個接着されたハニカム構造体であって、
    前記多孔質セラミック部材の見かけ密度をＡ（ｇ／ｃｍ３）とし、前記接着材層のヤング率をＢ（ＧＰａ）としたときに、下記式（１）の関係を満足することを特徴とするハニカム構造体。
    ２≦Ｂ≦１００／３×Ａ−１０／３・・・（１）
  2. 上記Ａが０．４〜０．７である請求項１に記載のハニカム構造体。
  3. 上記Ａが０．４〜０．６である請求項１に記載のハニカム構造体。
  4. 前記セル壁の少なくとも一部に触媒が担持されている請求項１〜３のいずれかに記載のハニカム構造体。
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