JP4934056B2 - ハニカム構造体 - Google Patents

Description

本発明は、複数のハニカムセグメントが接合材層によって一体的に接合された構造を有するハニカム構造体に関する。

環境改善、公害防止等のため、排ガス用の捕集フィルタとしてハニカム構造体が多用されている。中でも、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使用されるハニカム構造体に対する期待は大きい。そして、ハニカム構造体の材料としては、耐熱性に優れるという長所を有することから、炭化ケイ素（ＳｉＣ）が注目を浴び、使用されるようになってきている。

しかし、ＤＰＦとして使用されるハニカム構造体には、パティキュレートを捕捉して除去する時（使用時）、及びフィルタ内部に経時的に堆積したパティキュレートによる圧力損失の増大を取り除くためフィルタ内部に堆積したパティキュレートを燃焼させて除去する時（再生時）に、温度上昇が不均一になり易く、熱応力によってクラック等の欠陥が発生し易い、という問題がある。又、炭化ケイ素製のハニカム構造体は、コージェライト製のハニカム構造体に比べて、熱膨張係数が大きく耐熱衝撃性に劣るという短所を併せ持つことから、上記長所を十分に生かすことが困難であるという問題を抱えている。更に、フィルタ（ＤＰＦ）の大型化に伴い、使用時及び再生時に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、熱応力に基づく欠陥の発生の、頻度及びその程度は、より深刻化している。

そこで、これらの問題を解消する観点から、複数のハニカムセグメントを接合材層を介して互いの接合面で一体的に接合させた構造を有するハニカム構造体が提案されている。このようなハニカム構造体は、接合材層が熱膨張を抑制するクッション材的役割を果たし、熱応力を緩和する。又、セグメント構造を採用することにより、温度の高いところと低いところとの距離を短くし、温度勾配を小さくする。従って、ハニカムセグメント接合体として構成されたハニカム構造体は、クラック等の欠陥が発生し難いという優れた性能を有するものとなる。尚、ハニカムセグメント接合体として構成されたハニカム構造体に関する先行文献として、例えば特許文献１が挙げられる。

実開平２−１１７０３３号公報

ところが、従来のハニカムセグメント接合体として構成されたハニカム構造体は、剛直な接合構造を有するものの、熱応力による欠陥の発生を、必ずしも十分には防止出来ていなかった。本発明は、このような実情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等を捕集するＤＰＦとして有用であり、使用時及び再生時における熱応力によるクラック等の欠陥の発生を有効に防止出来るハニカム構造体を提供することを目的とする。

この問題につき検討が重ねられた結果、ハニカム構造体の接合材層が交差する部分においてクラックが発生し易いことが突き止められた。そして、更に研究が進められた結果、接合材層は、各ハニカムセグメントの側面に接している部分では応力を吸収し、再生時等のＤＰＦ内部温度が上昇する際の温度勾配を低減する役割を持っているが、各ハニカムセグメントのコーナーに接している部分、即ち、接合材層が交差する部分では、四角いハニカムセグメントが丸く膨らむように膨張するため、応力を緩和する機能を必要としない。加えて、熱容量が高いために最も温度が上がり難いことが理解された。そして、そのために、接合材層が交差する部分に近い各ハニカムセグメントのコーナー部分が、各ハニカムセグメントにおいて最も温度が低くなり、最も温度の高い点との温度差（温度勾配）により熱応力が発生して、クラックの発生を招来するのではないかと推考し、これを解決する技術的手段の創作をするに至った。具体的には、上記目的を達成するため、本発明によって、以下のハニカム構造体が提供される。

即ち、本発明によれば、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、その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して配設された構造を有するハニカム構造体であって、上記接合材層のうち、２以上の接合材層が交差した部分にあたる接合十字部が、その接合十字部以外の接合材層である他接合部より、相対的に熱容量が小さいハニカム構造体が提供される。

本明細書において、複数のハニカムセグメントを接合材層を介して互いの接合面で一体的に接合させた構造をセグメント構造とよび、複数のハニカムセグメントが一体的に接合されたもの全体をハニカムセグメント接合体と称する。

本発明のハニカム構造体においては、他接合部の熱容量を１００％としたときに、接合十字部の熱容量は５％以上９５％以下であることが好ましい。より好ましくは、接合十字部の熱容量は、他接合部の熱容量に対して、１０％以上９０％以下である。

又、本発明のハニカム構造体は、接合十字部が、他接合部より、相対的に空隙率が大きいことが好ましい。

本発明のハニカム構造体においては、接合十字部の空隙率が、他接合部の空隙率に対して、１．１〜１５倍であることが好ましい。より好ましくは、接合十字部の空隙率は、他接合部の空隙率に対して、２〜１０倍である。

本明細書において、空隙率とは、接合材層のうち接合十字部又は他接合部のそれぞれにおける、体積に占める空隙の割合をいう。この空隙率は、軸方向に対して１０の断面を観察することにより求めるものとする。具体的には、各断面において、接合部を切り出して樹脂を埋め、研磨してその断面をＳＥＭ（電子顕微鏡）で観察する。ＳＥＭで取得した画像を、画像解析にて２値化することにより、各画像（各断面）の空隙率を算出する。そして、１０の断面のデータの平均値を、その構造体の空隙率とする。

本発明のハニカム構造体は、上記接合材層が、無機繊維、無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子から構成されてなることが好ましい。

又、ハニカムセグメントが、炭化珪素（ＳｉＣ）で構成されてなるか、又は炭化珪素（ＳｉＣ）を骨材とし珪素（Ｓｉ）を結合材として形成された珪素−炭化珪素系複合材料で構成されてなることが好ましい。

本発明のハニカム構造体は、好ましくは接合十字部の空隙が多く、その部分の熱容量が他接合部より相対的に小さいので、そこに隣接するハニカムセグメントのコーナー部分の温度も相対的に上昇し易くなり、ハニカムセグメント接合体全体としての温度勾配が小さい。そのため、使用時及び再生時における熱応力によるクラック等の欠陥の発生が有効に防止される。

ハニカム構造体における温度勾配の様子を示す説明図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明のハニカム構造体の一実施形態における接合十字部を含む断面図である。 本発明のハニカム構造体の一部を端面側から撮った図面代替の写真である。 本発明のハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す斜視図である。 本発明のハニカム構造体の他の実施形態の一部を端面側から見た正面図である。 本発明のハニカム構造体の他の実施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６におけるＡ−Ａ線断面図である。 実施例における熱電対の配置位置を示す図である。

符号の説明

２ ハニカムセグメント
４ 外周コート層
５ セル
６ 隔壁
７ 充填材
９ 接合材層
９ａ 接合十字部
９ｂ 他接合部
１０ ハニカムセグメント接合体
４０，５０ ハニカム構造体

以下、本発明について、適宜、図面を参酌しながら、実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明の要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明の実施の形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。

図４は、本発明のハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す斜視図である。図４に示されるハニカム構造体４０は、全体の外形は円柱状（又は円筒状）を呈し、その中心軸に対して垂直な平面で切断した断面形状は円形である。図４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が示されている。又、図５は、本発明のハニカム構造体の他の実施形態の一部を端面側から見た正面図である。図５に示されるハニカム構造体５０は、全体の外形は（図示しないが）角柱状（又は角筒状）を呈するものであり、その中心軸に対して垂直な平面で切断した断面形状は正方形である。更に、図６は、本発明のハニカム構造体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７は、図６に示されるハニカムセグメント２におけるＡ−Ａ線断面図である。

ハニカム構造体４０とハニカム構造体５０とは、全体の外形（外周コート層の形状）が異なる他、その構成に変わりはない。即ち、図４〜図７に示されるように、本発明の実施形態におけるハニカム構造体４０，５０は、ともに、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である。

ハニカム構造体４０，５０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する。又、ハニカム構造体４０，５０は、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。複数のハニカムセグメント２は、それぞれがハニカム構造体４０，５０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。

尚、本発明のハニカム構造体は、ハニカム構造体４０，５０の如く、中心軸に対して垂直な平面で切断した断面形状が円形又は正方形であるものに限定されない。接合材層によるハニカムセグメントの接合の後、（ハニカム構造体の）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、楕円形、レーシング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して、外周面を外周コート層によって被覆することにより、得ることも出来る。又、ハニカムセグメントの断面形状は、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。更に、セルの断面形状も、多角形、円形、楕円形、レーシング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。

上記ハニカム構造体４０，５０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）を捕捉することが出来る。図６及び図７に示されるように、セル５はハニカム構造体４０，５０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。所定のセル５（流入セル）においては、図６及び図７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５に示されるように、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４０，５０を排ガスの排気系内に配置した場合、排ガスは、図７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。図７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出来る。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。

本発明のハニカム構造体は、上述の構造を有するものであり、更に、接合材層９のうち、２の接合材層９が交差した部分にあたる接合十字部９ａにおいて、空隙８が形成され（図５に示されるハニカム構造体５０を参照、図４では省略）、そのことによって、接合十字部９ａが、接合十字部９ａ以外の接合材層９である他接合部９ｂより、相対的に空隙率が大きくなっている。そして、更に、このことにより、接合十字部９ａが、他接合部９ｂより、相対的に熱容量が小さくなっている。本発明のハニカム構造体の好ましい態様において、接合十字部の熱容量は、他接合部の熱容量を１００％としたときに、５％以上９５％以下である。

接合材層９の場所によって熱容量の差を設ける手段としては、空隙８の形成により空隙率を調節する手段の他に、接合材層９に使用する材料を場所によって変更することにより実現することも可能であり、本発明はこれを排除するものではないが、接合十字部９ａの空隙率を他接合部９ｂの空隙率に対して、より大きくすることにより、熱容量の差を設けることが好ましい。本発明のハニカム構造体の好ましい態様においては、空隙率の比は、接合十字部９ａが、他接合部９ｂに対して、１．１〜１５倍である。

図２及び図３は、空隙の態様の例を示す図である。図３は、本発明のハニカム構造体を実際に作製し、その一部を端面側から撮った写真であり、図２の（ａ）及び（ｂ）は、本発明のハニカム構造体の一実施形態において、接合十字部を含む中心軸方向の断面（図７と同じ方向の断面）を表した図である。図３により、接合十字部近傍を指す丸囲い部分に空隙が現れている様子が分かる。又、図２の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、接合十字部９ａに形成される空隙８は、空隙率を調節する（他接合部に対して大きくする）ためのものであるから、図３及び図５の場合と同様にハニカム構造体の端面に露出していてもよく（図２の（ａ）参照）、ハニカム構造体の端面に露出していなくてもよい（図２の（ｂ）参照）。但し、空隙は、ハニカム構造体の一の端面側から他の端面側に、連通していない。フィルタとして使用出来なくなるからである。

図１は、ハニカム構造体における温度勾配の様子を示す説明図である。図１において、上側にハニカム構造体の端面が示され、その端面のＢ−Ｃ線上の各端面位置と温度との関係を示すグラフが下側に示されている。即ち、図１の下側のグラフはハニカム構造体の温度勾配を表しており、このグラフの中の各端面位置と温度との関係を示す曲線１０１は、従来のセグメント構造を有するハニカム構造体の（ハニカムセグメント接合体における）温度勾配を表し、曲線１０２は、本発明のハニカム構造体の（ハニカムセグメント接合体における）温度勾配を表している。

従来のハニカム構造体では、ハニカムセグメント２を構成する材料に比べて、接合材層９を構成する材料の密度が高く熱容量が大きいため、再生時に（又は使用時に）、接合材層９の温度が上がり難い。特に、接合材層９が交差する接合十字部９ａでは、最も温度が上がり難い。これは、接合十字部９ａでは周囲に占める（一定体積又は一定断面積あたりの）接合材層９の割合が高くなること、及び、接合十字部９ａがハニカムセグメント２の中心から最も距離が長い部分にあたること、による。温度が上がり難いと、接合十字部９ａの近傍のハニカムセグメント２、即ち、ハニカムセグメント２のコーナー部分における再生時の温度が、ハニカムセグメント２の中心部に比べて、より低くなり、ハニカムセグメント接合体１０全体における温度勾配は、より大きくなり、曲線１０１（実線）で示されるような温度勾配になる。そして、このような温度勾配が生じることにより、ハニカムセグメント接合体１０でクラックが発生する場合がある。

一方、本発明のハニカム構造体の場合は、好ましくは接合十字部９ａの空隙が多く（空隙率が大きく）、その部分の熱容量が小さいので、ハニカムセグメント２のコーナー部分の温度が上昇し易くなり、ハニカムセグメント接合体１０全体における温度勾配が、より小さくなり、曲線１０２（破線）で示されるような温度勾配になる。従って、使用時及び再生時における熱応力によるクラック等の欠陥の発生が有効に防止される。

次に、図４〜図７に示されるハニカム構造体４０，５０を対象として、本発明のハニカム構造体に用いられる材料、及び製造する方法について説明する。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。

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出来る。

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出来る。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出来る。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。

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、のちに接合材層９となるペースト状のセメント材（接合材）を塗布し、所定の立体形状（ハニカム構造体４０，５０の全体構造）となるように複数のハニカムセグメント２を組み付ける。接合材層９は、ハニカムセグメント２を接合するように機能する層であるから、セメント材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。

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。又、接合材層９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の熱膨張率は、熱衝撃等によってクラックが発生するのを防止するため、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。

接合材層９となるセメント材としては、無機繊維、無機バインダー、有機バインダー、無機粒子、及び発泡樹脂から構成されてなる材料を好適例として挙げることが出来る。具体的には、無機繊維としては、例えば、アルミノシリケート及びアルミナ等の酸化物繊維、その他の繊維（例えば、ＳｉＣ繊維）等を挙げることが出来る。無機バインダーとしては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル、粘土等を挙げることが出来る。有機バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、カルボキシメチルセルローズ（ＣＭＣ）、メチルセルロース（ＭＣ）等を挙げることが出来る。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、ムライト等のセラミックスを挙げることが出来る。

複数のハニカムセグメント２を組み付けたら、その組み付けた状態で四方より圧着した後、セメント材に含まれる水分を飛ばすため、加熱乾燥すると、複数のハニカムセグメント２が一体的に接合されたハニカムセグメント接合体１０が得られる。その後、このハニカムセグメント接合体１０を上述の形状に研削加工し、外周面を、のちに外周コート層４となるコーティング材によって被覆し、加熱乾燥する。このようにして、図４〜図７に示されるハニカム構造体４０，５０が作製される。

尚、外周コート層４は、ハニカムセグメント２の接合体の外周面に塗布されて、ハニカムセグメント２の接合体の外周面を保護するように機能するものであり、その外周コート層４の厚さは、例えば、０．１〜１．５ｍｍの範囲で適宜選択される。又、接合材層９に準じて、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、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。

接合材層９のうちの接合十字部９ａ及び他接合部９ｂにおける空隙率を調節する手段としては、先ず、接合材（セメント材）の発泡樹脂の含有量を調整する方法が挙げられる。例えば、のちに接合十字部９ａとなる接合材（接合十字部用接合材）に含まれる発泡樹脂の含有量を、のちに他接合部９ｂとなる接合材（他接合部用接合材）に含まれる発泡樹脂の含有量より、多くして、その接合十字部用接合材を、複数のハニカムセグメント２を組み付ける際に、のちに接合十字部となる部分に、注射器で注入して塗布することによって、接合十字部９ａにおける空隙率を、他接合部９ｂにおける空隙率より、高くすることが可能である。

又、複数のハニカムセグメント２を組み付ける際に、のちに接合十字部となる部分に、棒状のワックスを埋め込むことによって、接合十字部９ａにおける空隙率を、他接合部９ｂにおける空隙率より、高くすることが出来る。

更に、セメント材の含水量、セメント材の加熱乾燥工程におけるヒートカーブ（温度上昇速度等）、組み付け後の放置時間の３つを調節、最適化をすることによって、接合十字部９ａ及び他接合部９ｂにおける空隙率、ひいては熱容量を、調節することが可能である。これは、複数のハニカムセグメント２を組み付けた状態で四方より圧着した後、セメント材に含まれる水分を飛ばすために加熱乾燥を行うが、このときに、これら３つのパラメーターの調節、最適化をすることによって、水分移動を制御することが出来るからである。

具体的には、以下の通りである。加熱乾燥する際には、セメント材に含まれる水分が、蒸発するとともに、セメント材より気孔率が大きく吸水性の高いハニカムセグメント２に吸収されていくため、接合材層９には空隙８が形成される。接合材層９のうち接合十字部９ａには、直接にはその周りにハニカムセグメント２が存在しない（図５参照）ことから、他接合部９ｂに比較して水分移動が起り難い。もっとも長時間放置しておけば、ハニカムセグメント２に水分が吸収されて水分量の少なくなった他接合部９ｂへ、接合十字部９ａから水分が異動し始め、接合十字部９ａにおける水分も減少していく。このような水分移動の仕組みから、上記３つのパラメーターの調節、最適化により、例えば、接合十字部９ａから他接合部９ｂへ水分が移動する前に水分を蒸発させることによって、接合十字部９ａにおける空隙率を他接合部９ｂにおける空隙率より高くすることが可能である。接合十字部９ａと他接合部９ｂとの間の空隙率の相対的な差（比）が問題になるのであって、他接合部９ｂにおける水分の異動は問題とならない。即ち、他接合部９ｂの水分がハニカムセグメント２に移動する前に乾燥（水分を蒸発）させて他接合部９ｂにも空隙８を形成してもよく、他接合部９ｂの水分のみをハニカムセグメント２に異動させて他接合部９ｂに空隙８を殆ど形成しなくてもよい。

以下、実施例によって、本発明を、更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。例えば、本発明に係るハニカム構造体は、接合十字部が他接合部より相対的に熱容量が小さいものであり、このようなハニカム構造体を得る手段は、以下に示される実施例の内容に限定されない。

（実施例１）［ハニカムセグメントの作製］ハニカムセグメント原料として、ＳｉＣ粉末と金属Ｓｉ粉末を８０：２０の質量割合で混合し、これに造孔材として澱粉、発泡樹脂を加え、更に、メチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルメチルセルロース、界面活性剤、及び水を添加して、可塑性の坏土を得た。そして、この坏土を押出成形し、マイクロ波及び熱風で乾燥してハニカムセグメント成形体を得た。ハニカムセグメント成形体は、隔壁の厚さが３１０μｍ、セル密度が約４６．５セル／ｃｍ^２（３００セル／平方インチ）、断面が一辺３５ｍｍの正四角形を呈し、長さは１５２ｍｍである。次いで、目封じ材としてハニカムセグメント原料と同じ材料を用いて、端面が市松模様状を呈するように、即ち、隣接するセルが互いに反対側の端部で封じられるように、ハニカムセグメント成形体のセルの両端面を目封じした。そして、乾燥させた後に、大気雰囲気中約４００℃で脱脂し、更に、Ａｒ不活性雰囲気において約１４５０℃で焼成することにより、ＳｉＣ結晶粒子をＳｉで結合させた、多孔質構造を有するハニカムセグメントを作製した。

［接合材の調製］無機繊維としてアルミノシリケート繊維、無機バインダーとしてコロイダルシリカ及び粘土、無機粒子としてＳｉＣを混合したものに、水を加え、更に、発泡樹脂、及び分散剤を加えて、ミキサーで３０分間混練を行い、ペースト状の他接合部用接合材、及び接合十字部用接合材を得た。他接合部用接合材と接合十字部用接合材との差異は、発泡樹脂の含有量が、接合十字部用接合材の方が、他接合部用接合材に比較して多いことである。実施例１では、接合十字部用接合材を得るために添加する発泡樹脂の量を、他接合部用接合材を得るために添加する発泡樹脂の量に対して、０．７質量％多くした。この０．７質量％は、発泡樹脂の増量分を意味し、接合十字部用接合材に加えられた発泡樹脂の量を１としたとき、他接合部用接合材に加えられた発泡樹脂の量は、質量比で１．００７である。

［ＤＰＦ（ハニカム構造体）の作製］ハニカムセグメントの外壁面に、厚さ約１ｍｍとなるように他接合部用接合材をコーティングして、他接合部を構成する接合材層を形成した。その後、塗布面の上に別のハニカムセグメントを載置するとともに、のちに接合十字部となる部分に、注射器で接合十字部用接合材を注入して塗布する工程を繰返し、複数のハニカムセグメントからなるハニカムセグメント積層体を作製した。そして、それに外部より圧力を加え、全体を接合させた後、１４０℃、２時間、乾燥させ、ハニカムセグメント接合体を得た。その後、ハニカムセグメント接合体の外周を円筒状に切断した後、コーティング材を塗布して外層コート層を形成し、７００℃、２時間、乾燥硬化させ、φ１４４×１５２ｍｍのＤＰＦ（ハニカム構造体）を作製した。

（実施例２〜８、比較例１）他接合部用接合材に対する接合十字部用接合材の発泡樹脂の増量分を変えた以外は、実施例１と同様にしてハニカム構造体を作製した。発泡樹脂の増量分は、それぞれ、実施例２において３．８質量％、実施例３おいて５．４質量％、実施例４において１１．０質量％、実施例５において１４．３質量％、実施例６において２７．６質量％、実施例７において４１．４質量％、実施例８において６１．６質量％である。比較例１においては、０質量％（増量しない）であり、接合十字部となる部分にも、注射器で他接合部用接合材と同じ配合の接合十字部用接合材を注入した。

（評価）得られたＤＰＦ（ハニカム構造体）を用いて、先ず、エンジンにてスート再生試験を、以下の通り行った。スート量：８ｇ／Ｌ（１リットル当たり８ｇのスートを堆積）、エンジン回転数：２０００ｒｐｍ、エンジントルク：５０Ｎｍに保った状態でポストインジェクションを入れ、ＤＰＦの前後の圧力損失が下がり始めたところでポストインジェクションを切り、エンジン状態をアイドルに切り替えた。ＤＰＦ内にて堆積しているスートが燃焼している状態でアイドルに切り替えると、酸素濃度が上昇し流入排気ガス量が減少するため、ＤＰＦ内部温度は急上昇した。

そして、図８に示されるように、中心を構成するハニカムセグメントにおいて、ＴＣ１、ＴＣ２、ＴＣ３、ＴＣ４、ＴＣ５の場所に、合計５つの熱電対を挿入して、再生時の最高温度の測定を行った。結果を表１に示す。又、隣接する熱電対による温度の差を距離で割って、温度勾配を求めた。尚、図８において、上側は円柱状のＤＰＦ（ハニカム構造体）の中心軸方向に垂直な断面を示し、下側は中心軸方向に平行な断面を示しており、下側の図において下方向が下流側である。

スート再生試験を終えた後に、使用したＤＰＦ（ハニカム構造体）を、中心軸方向に垂直であって等間隔な１０の断面で輪切りし、各断面に存在する接合十字部をＳＥＭ（電子顕微鏡）で観察した。又、ＳＥＭの画像を画像解析し、接合十字部及び他接合部の１０の断面の空隙率を求めた。接合十字部以外の他接合部における空隙率は、全て１０％である。更に、それぞれの１０の断面の空隙率を平均した値を基に、（１−空隙率）×接合材材料密度×比熱の式により、単位体積あたりの熱容量を求めた。次いで、空隙率比（＝接合十字部の空隙率／他接合部の空隙率）、及び熱容量比（＝接合十字部の熱容量／他接合部の熱容量）を求めた。ＤＰＦ内の最高温度は、実施例１〜８及び比較例１の何れの場合もＴＣ２において認められており、ＴＣ２における最高温度の発生のタイミングで、その他（ＴＣ１、ＴＣ３〜ＴＣ５）の熱電対の温度を確認すると、最も温度が低いのは、実施例１〜８及び比較例１の何れの場合もＴＣ３において認められるため、最大温度勾配は、（ＴＣ２温度−ＴＣ３温度）／（ＴＣ２とＴＣ３との）熱電対間距離の式で求めた。これらの結果を表１に示す。尚、表１には、比較例１の最大温度勾配を１．０としたときの実施例１〜８の最大温度勾配の比率を載せている。

（考察）表１に示された結果より、接合十字部の空隙率を他接合部の空隙率より大きくし、接合十字部の熱容量を他接合部の熱容量より小さくすることにより、温度勾配の低減が可能なことが分かった。特に、実施例８に示されるように、空隙率比１０．０、熱容量比１０％（０．１）により、最大温度勾配が０．８９倍に低減したことが確認出来た。

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。

Claims (6)

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、その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して配設された構造を有するハニカム構造体であって、
   前記接合材層のうち、２以上の接合材層が交差した部分にあたる接合十字部が、その接合十字部以外の接合材層である他接合部より、相対的に熱容量が小さいハニカム構造体。
2. 前記他接合部の熱容量を１００％としたときに、前記接合十字部の熱容量は５％以上９５％以下である請求項１に記載のハニカム構造体。
3. 前記接合十字部が、前記他接合部より、相対的に空隙率が大きい請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
4. 前記接合十字部の空隙率が、前記他接合部の空隙率に対して、１．１〜１５倍である請求項３に記載のハニカム構造体。
5. 前記接合材層が、無機繊維、無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子から構成されてなる請求項１〜４の何れか一項に記載のハニカム構造体。
6. 前記ハニカムセグメントが、炭化珪素（ＳｉＣ）で構成されてなるか、又は炭化珪素（ＳｉＣ）を骨材とし珪素（Ｓｉ）を結合材として形成された珪素−炭化珪素系複合材料で構成されてなる請求項１〜５の何れか一項に記載のハニカム構造体。