JP2019171238A

JP2019171238A - ハニカム構造体

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Publication number: JP2019171238A
Application number: JP2018059933A
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Inventors: 知大石岡; Tomohiro Ishioka
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Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
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Abstract

【課題】複数個のハニカムセグメントを接合する接合層に発生したクラックの進展を抑制することが可能なハニカム構造体を提供する。【解決手段】複数個のハニカムセグメント４と、ハニカムセグメント４の側面同士を互いに接合する接合層１４と、外周壁１３と、を備え、接合層１４の交点部分の少なくとも１つに、流入端面１１側又は流出端面１２側から軸方向の内部側に向かって延びる有底中空の空隙部１５が形成されており、ハニカムセグメント４の軸方向の長さに対する、空隙部１５の軸方向の空隙深さの比率が５％以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、ハニカム構造体に関する。更に詳しくは、複数個のハニカムセグメントを接合層によって接合したセグメント構造のハニカム構造体に関する。

ディーゼルエンジン等の各種内燃機関から排出される排ガスの中には、塵、スス、及びカーボン微粒子等の多くの粒子状物質（パティキュレートマター：ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）が含まれている。このため、例えば、ディーゼルエンジンを動力源とする自動車から排出される排ガスを浄化する浄化装置として、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）が用いられている。以下、粒子状物質を「ＰＭ」ということがある。また、ディーゼルパティキュレートフィルタを「ＤＰＦ」ということがある。

上記ＤＰＦは、通常、多孔質の隔壁によって流体の流路となる複数のセルが区画されたものであり、複数のセルの開口部を交互に目封止することで、セルを形成する多孔質の隔壁がフィルタの役目を果たす構造である。

ＤＰＦによって排ガス中のＰＭの除去を継続して行うと、ＤＰＦの内部にＰＭが堆積し、浄化効率が低下するとともに、ＤＰＦの圧力損失が大きくなる。そこで、ＤＰＦを用いた浄化装置においては、ディーゼル機関から発生する高温の排ガスにより、堆積したＰＭを燃焼させる「再生処理」を行う必要がある。

上述した再生処理の際には、ＰＭの燃焼熱によってＤＰＦに高い熱応力が発生するため、ＤＰＦの破損を防止するための対策が必要である。特に、乗用車等は、再生処理の頻度が多くなる傾向があり、ＤＰＦの破損を防止するための対策が特に重要視されている。

従来、こうしたＤＰＦの破損を防止するための技術として、ＤＰＦを一つのハニカム構造体によって製造するのではなく、ハニカム構造を有するセグメントの複数個を、接合材を介して接合する技術が提案されている（特許文献１参照）。以下、「ハニカム構造を有するセグメント」を、「ハニカムセグメント」ということがある。また、「複数個のハニカムセグメントが接合層によって接合されたハニカム構造体」を、「セグメント構造のハニカム構造体」ということがある。なお、このようなセグメント構造のハニカム構造体と対比されるハニカム構造体として、ハニカム構造体を構成する隔壁の全てが連続した１つの構造物となっているハニカム構造体がある。このような「隔壁の全てが連続した１つの構造物となっているハニカム構造体」を、「一体構造のハニカム構造体」ということがある。

特開２００３−３４０２２４号公報

セグメント構造のハニカム構造体は、ハニカム構造体全体の熱応力を緩和することができるものの、ハニカム構造体の外周部の接合層に、クラック（ｃｒａｃｋ）等が発生し易いという問題があった。例えば、ＤＰＦ用のハニカム構造体は、再生処理時のＰＭの酸化・燃焼を促進するために、酸化触媒が担持されることがある。酸化触媒を担持する際には、ハニカム構造体に、酸化触媒を含むスラリーをコートした後、高温で熱処理して焼き付ける操作が行われるが、この熱処理時に、外周部の接合層にクラック等が発生することがある。また、車両走行時に発生する排ガスの急昇温や急降温においても、接合層にクラック等が発生することがある。

昨今、大型トラック等においては、ＤＰＦのダウンサイジング等の要求により、コージェライト製のＤＰＦからＳｉＣ製のＤＰＦへ切り替える傾向があり、大型サイズのＳｉＣ製のＤＰＦの採用が高まっている。大型サイズのＤＰＦでは、触媒を担持する際に、ＤＰＦの内外温度差がよりつきやすく、クラックが入りやすいという問題があった。

また、ＳｉＣ化においても、ＳＣＲとＤＰＦを一体化したＤＰＦにおいては、担持する触媒量も多く、ＤＰＦの材料として高気孔率で熱伝導の低い材料を使う傾向がある。ここで、「ＳＣＲ」とは、「ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｉｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ：選択還元型ＮＯｘ触媒」の略である。高気孔率の材料は、特性的に低熱伝導となるため、ＤＰＦの材料として使用した場合に、触媒を担持する際に、ＤＰＦの内外温度差がつきやすく、クラックが入りやすいという問題があった。

本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものである。本発明によれば、複数個のハニカムセグメントを接合する接合層に生じるクラックの伸展を有効に抑制することが可能なハニカム構造体が提供される。

本発明によれば、以下に示す、ハニカム構造体が提供される。

［１］複数個の角柱状のハニカムセグメントと、
複数個の前記ハニカムセグメントの側面同士を互いに接合する接合層と、
前記接合層によって格子状に配列した状態で接合された複数個の前記ハニカムセグメントを囲繞するように配設された外周壁と、を備え、
前記ハニカムセグメントは、流入端面から流出端面まで軸方向に延びる複数のセルを取り囲むように配設された多孔質の隔壁、及び前記隔壁を取り囲むように配設されたセグメント外壁を有し、
それぞれの前記ハニカムセグメントにおける前記セルは、前記流入端面側又は前記流出端面側のいずれか一方の端部が、目封止部によって目封止されており、
前記接合層には、前記ハニカムセグメントを格子状に接合する交点部分の少なくとも１つに、前記流入端面側又は前記流出端面側から前記軸方向の内部側に向かって延びる有底中空の空隙部が形成されており、
前記ハニカムセグメントの前記軸方向の長さに対する、前記空隙部の前記軸方向の空隙深さの比率が５％以上である、ハニカム構造体。

［２］前記空隙部が形成された前記交点部分において、前記空隙部が形成されていない部分の前記軸方向の長さが１．５ｍｍ以上である、前記［１］に記載のハニカム構造体。

［３］前記空隙部は、前記交点部分のうち、前記ハニカム構造体の前記流入端面側又は前記流出端面側において、その径方向の最外周に位置する前記交点部分の少なくとも１つに形成されている、前記［１］又は［２］に記載のハニカム構造体。

［４］前記空隙部は、前記ハニカム構造体の前記流入端面又は前記流出端面の重心に最も近い位置に存在する前記交点部分から前記接合層に沿って直線状に延長した延長線分上の前記交点部分の全てに形成されている、前記［３］に記載のハニカム構造体。

［５］前記ハニカム構造体の前記流入端面側又は前記流出端面側における前記接合層の幅に対する、前記空隙部の開口径の比率が、１０〜１４０％である、前記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［６］前記ハニカム構造体の前記流入端面側又は前記流出端面側における前記接合層の幅が０．５〜２．０ｍｍである、前記［１］〜［５］のいずれかに記載のハニカム構造体。

本発明のハニカム構造体は、複数個のハニカムセグメントを接合する接合層に生じるクラックの伸展を有効に抑制することができる。即ち、ハニカムセグメントを格子状に接合する接合層の交点部分の少なくとも１つに、有底中空の空隙部が形成されているため、接合層にクラックが生じた際に、空隙部によりクラックの伸展を有効に抑制することができる。

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。図１に示すハニカム構造体の流入端面側を示す平面図である。図２のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。図２のＢ−Ｂ’断面を模式的に示す断面図である。本発明のハニカム構造体の他の実施形態を模式的に示す断面図である。本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態を模式的に示す平面図である。本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態を模式的に示す平面図である。本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態を模式的に示す平面図である。本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態を模式的に示す平面図である。本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態を模式的に示す平面図である。本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態を模式的に示す平面図である。本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態を模式的に示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。

（１）ハニカム構造体：
本発明のハニカム構造体の一の実施形態は、図１〜図４に示すように、複数個のハニカムセグメント４と、接合層１４と、外周壁１３と、を備えた、ハニカム構造体１００である。本実施形態のハニカム構造体１００は、所謂、セグメント構造のハニカム構造体１００である。本実施形態のハニカム構造体１００は、排ガス中に含まれる粒子状物質を除去するための捕集フィルタとして好適に利用することができる。

ここで、図１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２は、図１に示すハニカム構造体の流入端面側を示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。図４は、図２のＢ−Ｂ’断面を模式的に示す断面図である。

ハニカムセグメント４は、流入端面１１から流出端面１２まで延びる複数のセル２を取り囲むように配設された多孔質の隔壁１を有するものである。ハニカムセグメント４は、隔壁１の外周部分に、セグメント外壁を更に有することにより、その全体形状が、例えば、角柱状となるように構成されている。なお、本発明において、セル２とは、隔壁１によって取り囲まれた空間のことを意味する。

ハニカム構造体１００は、複数個のハニカムセグメント４を備え、この複数個のハニカムセグメント４の側面同士が接合層１４を介して接合されている。複数個のハニカムセグメント４のうち、ハニカム構造体１００の中央部分に配置されたハニカムセグメント４は、流入端面１１から流出端面１２に向かう方向を軸方向とする「角柱状」となるものとなっている。一方で、複数個のハニカムセグメント４のうち、外周壁１３と接している外周部分に配置されたハニカムセグメント４は、角柱状に形成されたハニカムセグメント４の一部が、外周壁１３の形状に沿って研削された柱状のものとなっている。以下、本明細書において、「軸方向」とは、特に断りのない限り、ハニカムセグメント４の流入端面１１側から流出端面１２側に向かう方向に平行な方向のことを意味する。

接合層１４は、複数個のハニカムセグメント４の側面同士を互いに接合する接合材によって構成されたものである。複数個のハニカムセグメント４が接合層１４を介して接合された接合体を、以下、「ハニカムセグメント接合体」ということがある。本実施形態のハニカム構造体１００においては、複数個のハニカムセグメント４が、接合層１４によって格子状に配列した状態で接合されることにより、ハニカムセグメント接合体が形成されている。外周壁１３は、このようなハニカムセグメント接合体の外周を囲繞するように配設されている。

それぞれのハニカムセグメント４におけるセル２は、流入端面１１側又は流出端面１２側のいずれか一方の端部が、目封止部５によって目封止されている。即ち、目封止部５は、それぞれのハニカムセグメント４の流入端面１１における所定のセル２の開口部、及び流出端面１２における所定のセル２以外の残余のセル２の開口部に配設されている。

以下、ハニカムセグメント４の流入端面１１におけるセル２の開口部に目封止部５が配設されたセル２（即ち、上述した所定のセル２）を、「流出セル」ということがある。ハニカムセグメント４の流出端面１２におけるセル２の開口部に目封止部５が配設されたセル２（即ち、上述した残余のセル２）を、「流入セル」ということがある。

ハニカム構造体１００は、特に、ハニカムセグメント４を接合する接合層１４の構成に関して、主要な特徴を有している。即ち、接合層１４には、ハニカムセグメント４を格子状に接合する交点部分の少なくとも１つに、流入端面１１側又は流出端面１２側から軸方向の内部側に向かって延びる有底中空の空隙部１５が形成されている。ここで、接合層１４の「交点部分」とは、図２に示すように、接合層１４によって複数個のハニカムセグメント４が格子状に接合されている場合において、例えば、流入端面１１において縦横に延びる接合層１４が交差する交点のことを意味する。そして、本実施形態のハニカム構造体１００は、ハニカムセグメント４の軸方向の長さに対する、空隙部１５の軸方向の空隙深さの比率が５％以上である。以下、空隙部１５の軸方向の空隙深さのことを、単に、空隙部１５の「空隙深さ」ということがある。また、ハニカムセグメント４の軸方向の長さに対する、空隙部１５の軸方向の空隙深さの比率を、単に、空隙部１５の「空隙深さの比率」ということがある。

本実施形態のハニカム構造体１００は、接合層１４に生じるクラックの伸展を有効に抑制することができる。即ち、接合層１４の交点部分の少なくとも１つに、所定の空隙深さの空隙部１５が形成されているため、接合層１４にクラックが生じた際に、空隙部１５にてクラックの伸展を堰き止めて、これ以降のクラックの伸展を有効に抑制することができる。また、空隙部１５は、接合層１４の交点部分に形成されているため、ハニカムセグメント４を接合している接合層１４の接合強度を有効に確保することができる。空隙部１５の空隙深さの比率が５％未満であると、クラックが空隙部１５まで伸展した場合に、空隙部１５にてクラックを堰き止める効果が十分に得られない。また、接合層１４の交点部分以外の部分、例えば、２つのハニカムセグメント４の側面同士を接合している部分には、所定の空隙深さの空隙部１５が形成されていないことが好ましい。

図１〜図４に示すハニカム構造体１００において、空隙部１５は、流入端面１１側から軸方向の内部側に向かって延びるように形成されている。但し、空隙部１５は、流入端面１１側又は流出端面１２側のいずれか一方から軸方向の内部側に向かって延びるように形成されていればよい。例えば、図５に示すハニカム構造体２００においては、空隙部１５Ａは、流出端面１２側から軸方向の内部側に向かって延びるように形成されている。ここで、図５は、本発明のハニカム構造体の他の実施形態を模式的に示す断面図である。図５に示すハニカム構造体２００において、図１〜図４に示すハニカム構造体１００と同様の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。図５に示す断面は、図２のＡ−Ａ’断面（別言すれば、図３に示す断面）に対応する断面を示している。また、図示は省略するが、接合層の１つの交点部分において、流入端面側及び流出端面側の双方から、軸方向の内部側に向かって延びるような空隙部が形成されていてもよい。

図１〜図４に示すハニカム構造体１００において、空隙部１５は、流入端面１１側の接合層１４の交点部分のうち、流入端面１１側において、その径方向の最外周に位置する交点部分に形成されている。このように、空隙部１５は、ハニカム構造体１００の流入端面１１側又は流出端面１２側において、その径方向の最外周に位置する交点部分の少なくとも１つに形成されていることが好ましい。ハニカム構造体１００の接合層１４にクラックが生じる場合には、ハニカム構造体１００の外周壁１３側にクラックが発生し易く、外周壁１３側に発生したクラックは、接合層１４に沿ってハニカム構造体１００の各端面の内側に向かって進展する。このため、ハニカム構造体１００の流入端面１１側又は流出端面１２側において、その径方向の最外周に位置する交点部分の少なくとも１つに空隙部１５を形成することで、外周壁１３側に発生したクラックの進展を有効に抑制することができる。勿論、空隙部１５は、径方向の最外周に位置する交点部分以外に形成されていてもよい。

空隙部１５は、上述したような「径方向の最外周に位置する交点部分」のうち、ハニカム構造体１００の流入端面１１の重心に最も近い位置に存在する交点部分から接合層１４に沿って直線状に延長した延長線分上の交点部分の全てに形成されている。このように構成することで、ハニカム構造体１００の流入端面１１側において、クラックの進展をより有効に抑制することができる。このように、空隙部１５は、ハニカム構造体１００の流入端面１１又は流出端面１２の重心に最も近い位置に存在する交点部分から接合層１４に沿って直線状に延長した延長線分上の交点部分の全て形成されていることが好ましい。そして、空隙部１５は、「径方向の最外周に位置する交点部分」で、且つ「重心に最も近い位置に存在する交点部分から接合層１４に沿って直線状に延長した延長線分上の交点部分」に対して優先的に形成されていることがより好ましい。なお、ハニカム構造体１００の流入端面１１又は流出端面１２の「重心」とは、幾何学的な意味での重心のことをいう。

ここで、図６〜図１２を参照しつつ、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態について説明する。図６〜図１２のそれぞれは、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態を模式的に示す平面図である。なお、図６〜図１２においては、各ハニカムセグメント４の隔壁１（図２参照）及びセル２（図２参照）を捨象した状態で作図している。図６〜図１２に示すハニカム構造体３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００において、図１〜図４に示すハニカム構造体１００と同様の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６に示すハニカム構造体３００は、紙面の縦横方向に、最大６個のハニカムセグメント４が接合層１４によって接合されたものである。接合層１４によって接合されたハニカムセグメント４は、その外周部分が円形状に研削加工され、研削加工されたハニカムセグメント４を囲繞するように外周壁１３が配設されている。図６に示すハニカム構造体３００においては、流入端面１１側の交点部分の２カ所に、空隙部１５が形成されている。１つの空隙部１５は、径方向の最外周に位置する交点部分に形成され、もう１つの空隙部１５は、径方向の最外周に位置する交点部分から１つ内側に位置する交点部分に形成されている。

図７に示すハニカム構造体４００は、紙面の縦横方向に、最大６個のハニカムセグメント４が接合層１４によって接合されたものである。図７に示すハニカム構造体４００においては、流入端面１１側の交点部分の４カ所に、空隙部１５が形成されている。４つの空隙部１５は、径方向の最外周に位置する交点部分のうち、流入端面１１の重心に存在する交点部分から接合層１４に沿って直線状に延長した延長線分上の交点部分の全てに形成されている。

図８に示すハニカム構造体５００は、紙面の縦横方向に、最大７個のハニカムセグメント４が接合層１４によって接合されたものである。図８に示すハニカム構造体５００においては、流入端面１１側の交点部分の８カ所に、空隙部１５が形成されている。８つの空隙部１５は、径方向の最外周に位置する交点部分のうち、流入端面１１の重心に最も近い位置に存在する４つの交点部分から接合層１４に沿って直線状に延長した延長線分上の交点部分の全てに形成されている。

図９に示すハニカム構造体６００は、紙面の縦横方向に、最大６個のハニカムセグメント４が接合層１４によって接合されたものである。図９に示すハニカム構造体６００においては、流入端面１１側の全ての交点部分に、空隙部１５が形成されている。

図１０に示すハニカム構造体７００は、紙面の縦横方向に、最大６個のハニカムセグメント４が接合層１４によって接合されたものである。図１０に示すハニカム構造体７００においては、流入端面１１側の交点部分の１２カ所に、空隙部１５が形成されている。１２つの空隙部１５は、径方向の最外周に位置する交点部分に形成されている。

図１１に示すハニカム構造体８００は、紙面の縦横方向に、最大６個のハニカムセグメント４が接合層１４によって接合されたものである。図１１に示すハニカム構造体８００においては、流入端面１１側の交点部分の３カ所に、空隙部１５が形成されている。１つの空隙部１５は、径方向の最外周に位置する交点部分に形成され、もう１つの空隙部１５は、径方向の最外周に位置する交点部分から１つ内側に位置する交点部分に形成されている。そして、更にもう１つの空隙部１５は、流入端面１１の中央（重心）に位置する交点部分に形成されている。

図１２に示すハニカム構造体９００は、紙面の縦横方向に、最大７個のハニカムセグメント４が接合層１４によって接合されたものである。図１２に示すハニカム構造体９００においては、流入端面１１側の交点部分の１６カ所に、空隙部１５が形成されている。１６個の空隙部のうち、８つの空隙部１５は、径方向の最外周に位置する交点部分のうち、流入端面１１の重心に最も近い位置に存在する４つの交点部分から接合層１４に沿って直線状に延長した延長線分上の交点部分の全てに形成されている。残りの８つの空隙部１５は、径方向の最外周に位置する交点部分から、上記延長線分上に重心側に１つ内側に位置する交点部分に形成されている。

ハニカム構造体１００の流入端面１１側又は流出端面１２側における、空隙部１５の開口径については、特に制限はない。例えば、ハニカム構造体１００の流入端面１１側又は流出端面１２側における接合層１４の幅に対する、空隙部１５の開口径の比率が、１０〜１４０％であることが好ましく、５０〜１４０％であることが更に好ましく、１００〜１４０％であることが特に好ましい。このように構成することによって、接合層１４にクラックが生じた際に、空隙部１５にてクラックの伸展を有効に堰き止めることができる。上述した空隙部１５の開口径の比率が、１０％未満であると、空隙部１５の開口径の大きさが、接合層１４に生じるクラックの幅よりも小さくなり、クラックを抑制することが得られ難くなることがある。上述した空隙部１５の開口径の比率が、１４０％を超えると、接合層１４の接合強度が低下することがある。なお、「接合層１４の幅」とは、接合層１４によって接合されるハニカムセグメント４の側面相互間の距離のことである。また、「空隙部１５の開口径」とは、空隙部１５の開口の外径のうちの最大径とする。なお、空隙部１５の開口径が大きくなりすぎると、ハニカムセグメント４相互間の接合層１４の接合面積が減ることになり好ましくない。

ハニカム構造体１００の流入端面１１側又は流出端面１２側における接合層１４の幅が０．５〜２．０ｍｍであることが好ましく、０．５〜１．５ｍｍであることが更に好ましい。接合層１４の幅が０．５ｍｍ未満であると、ハニカム構造体１００の接合強度が低下し易くなることがある。また、応力緩和機能が低下し易くなることもある。接合層１４の幅が２．０ｍｍを超えると、ハニカム構造体１００の圧力損失が増大することがある。

接合層１４の材料については、特に制限はなく、従来公知のハニカム構造体における接合層の材料を用いることができる。

ハニカムセグメント４に形成されているセル２の形状については特に制限はない。例えば、セル２の延びる方向に直交する断面における、セル２の形状としては、多角形、円形、楕円形等を挙げることができる。多角形としては、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等を挙げることができる。なお、セル２の形状は、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形であることが好ましい。また、セル２の形状については、全てのセル２の形状が同一形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。例えば、図示は省略するが、四角形のセルと、八角形のセルと混在したものであってもよい。また、セル２の大きさについては、全てのセル２の大きさが同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、図示は省略するが、複数のセルのうち、一部のセルの大きさを大きくし、他のセルの大きさを相対的に小さくしてもよい。

隔壁１によって区画されるセル２のセル密度が、１５〜９０個／ｃｍ^２であることが好ましく、３０〜６０個／ｃｍ^２であることが更に好ましい。このように構成することによって、本実施形態のハニカム構造体１００を、自動車のエンジンから排出される排ガスを浄化するためのフィルタとして好適に利用することができる。

隔壁１の気孔率が、３０〜８０％であることが好ましく、３５〜７５％であることが更に好ましく、３５〜７０％であることが特に好ましい。隔壁１の気孔率は、水銀圧入法によって測定された値である。隔壁１の気孔率の測定は、例えば、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製のオートポア９５００（商品名）を用いて行うことができる。気孔率の測定は、各ハニカムセグメント４の隔壁１の一部を切り出して試験片とし、その試験片を用いて行うことができる。隔壁１の気孔率が、３０％未満であると、ハニカム構造体１００自体の圧力損失が増大することや、触媒の担持後における圧力損失のばらつきが大きくなることがある。隔壁１の気孔率が、８０％を超えると、ハニカム構造体１００の、フィルタとしての強度、捕集性能が低下してしまうことがある。

ハニカムセグメント４の形状については、特に制限はない。例えば、ハニカムセグメント４の形状として、当該ハニカムセグメント４の軸方向に直交する断面形状が四角形や六角形等の多角形の角柱状を挙げることができる。なお、ハニカム構造体１００の最外周に配設されるハニカムセグメント４は、ハニカム構造体１００の全体形状に応じて、角柱状の一部が研削等により加工されたものであってもよい。

ハニカム構造体１００の全体形状については、特に制限はない。例えば、図１に示すハニカム構造体１００の全体形状は、流入端面１１及び流出端面１２が円形の円柱状である。その他、図示は省略するが、ハニカム構造体の全体形状としては、流入端面及び流出端面が、楕円形やレーストラック（Ｒａｃｅｔｒａｃｋ）形や長円形等の略円形の柱状であってもよい。また、ハニカム構造体の全体形状としては、流入端面及び流出端面が、四角形や六角形等の多角形の角柱状であってもよい。

ハニカムセグメント４を構成する材料に特に制限はないが、強度、耐熱性、耐久性等の観点から、下記材料群から選択される少なくとも１種の材質が好ましい。材料群とは、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料、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、及びＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属の材料群である。これらの中でも、炭化珪素、又は珪素−炭化珪素系複合材料が更に好ましい。珪素−炭化珪素系複合材料は、炭化珪素（ＳｉＣ）を骨材とし、且つ珪素（Ｓｉ）を結合材とする複合材料である。

目封止部５の材料については特に制限はない。目封止部５の材料は、例えば、ハニカムセグメント４を構成する材料として例示した材料と同様な材料が好ましい。

ハニカム構造体１００の大きさ、例えば、流入端面１１から流出端面１２までの長さや、ハニカム構造体１００のセル２の延びる方向に直交する断面の大きさについては、特に制限はない。本実施形態のハニカム構造体１００を、排ガス浄化用のフィルタとして用いた際に、最適な浄化性能を得るように、各大きさを適宜選択すればよい。例えば、ハニカム構造体１００の流入端面１１から流出端面１２までの長さは、１５０〜３０５ｍｍであることが好ましく、２００〜３０５ｍｍであることが特に好ましい。また、ハニカム構造体１００のセル２の延びる方向に直交する断面の面積は、１６０〜８６０ｃｍ^２であることが好ましく、３００〜５６０ｃｍ^２であることが特に好ましい。

本実施形態のハニカム構造体１００においては、所定のセル２の流入端面１１側の開口部、及び残余のセルの流出端面１２側の開口部に、目封止部５が配設されている。ここで、流出端面１２側の開口部に目封止部５が配設され、流入端面１１側が開口したセル２を、流入セルとする。また、流入端面１１側の開口部に目封止部５が配設され、流出端面１２側が開口したセル２を、流出セルとする。流入セルと流出セルとは、隔壁１を隔てて交互に配設されていることが好ましい。そして、それによって、ハニカム構造体１００の両端面に、目封止部５と「セル２の開口部」とにより、市松模様が形成されていることが好ましい。

本実施形態のハニカム構造体１００においては、複数のセル２を形成する隔壁１に触媒が担持されていてもよい。隔壁１に触媒を担持するとは、隔壁１の表面及び隔壁に形成された細孔の内壁に、触媒がコーティングされることをいう。このように構成することによって、排ガス中のＣＯやＮＯｘやＨＣなどを触媒反応によって無害な物質にすることができる。また、捕集した煤等のＰＭの酸化を促進させることができる。

（２）ハニカム構造体の製造方法：
実施形態のハニカム構造体の製造方法については、特に制限はなく、例えば、以下のような方法により製造することができる。まず、ハニカムセグメントを作製するための可塑性の坏土を調製する。ハニカムセグメントを作製するための坏土は、原料粉末として、前述のハニカムセグメントの好適な材料の中から選ばれた材料に、適宜、バインダ等の添加剤、及び水を添加することによって調製することができる。

次に、このようにして得られた坏土を押出成形することにより、複数のセルを取り囲むように配設された隔壁、及び最外周に配設されたセグメント外壁を有する、角柱状のハニカム成形体を作製する。ハニカム成形体は、複数個作製する。

得られたハニカム成形体を、例えば、マイクロ波及び熱風で乾燥し、ハニカム成形体の作製に用いた材料と同様の材料で、セルの開口部を目封止することで目封止部を作製する。目封止部を作製した後に、ハニカム成形体を更に乾燥してもよい。

次に、目封止部を作製したハニカム成形体を焼成することにより、ハニカムセグメントを得る。焼成温度及び焼成雰囲気は原料により異なり、当業者であれば、選択された材料に最適な焼成温度及び焼成雰囲気を選択することができる。

次に、複数のハニカムセグメントを、接合材を用いて互いに接合し、乾燥硬化させた後、所望の形状となるよう外周を加工することによって、セグメント構造のハニカム構造体を得ることができる。接合材としては、セラミックス材料に、水等の溶媒を加えてペースト状又はスラリー状にしたものを用いることができる。

本発明のハニカム構造体を製造する際には、以下の方法で、接合層の所望の交点部分に対して、有底中空の空隙部を形成する。まず、複数のハニカムセグメントを接合材によって、互いの側面同士が向かい合うように組み上げる際に、空隙部を形成する交点部に、空隙部の形状を模した円筒形部材を配設する。円筒形部材としては、４００℃程度以上の加熱により焼失する物質のもの（例えば、円筒形の木材）を用いることができる。このようにして、交点部に円筒形部材を配設したハニカムセグメント接合体を作製、その後、接合材の乾燥硬化後、熱処理工程にて、円筒形部材を消失させる。このようにして、接合材が乾燥固化した接合層の所望の交点部に対して、有底中空の空隙部を形成することができる。また、空隙部を形成する別の方法としては、例えば、上記方法と同様にして、空隙部を形成する交点部に円筒形部材を配設し、接合材の乾燥硬化の後、交点部に配設した円筒形部材を取り除くことにより、空隙部を形成することもできる。このような方法によって空隙部を形成する場合には、円筒形部材の材質については特に制限はない。

ハニカムセグメント接合体の外周を加工した後の加工面は、セルが露出した状態となっているため、ハニカムセグメント接合体の加工面に外周コート材を塗工して、外周壁を形成してもよい。外周コート材の材料としては、例えば、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、セラミック粒子等の無機原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤等の添加剤と水とを加えて混練し、スラリー状としたものを挙げることができる。

以下、本発明を実施例によって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何ら限定されるものではない。

（実施例１）
セラミックス原料として、炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末とを８０：２０の質量割合で混合した混合原料を準備した。この混合原料に、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔材として吸水性樹脂を添加するとともに、水を添加して成形原料を作製した。得られた成形原料を、ニーダー（ｋｎｅａｄｅｒ）を用いて混練し、坏土を得た。

次に、得られた坏土を、真空押出成形機を用いて成形し、四角柱状のハニカム成形体を３２個作製した。この四角柱状のハニカム成形体の１個ずつが、ハニカムセグメントとなる。

次に、得られたハニカム成形体を高周波誘電加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて１２０℃で２時間乾燥した。

次に、乾燥後のハニカム成形体に、目封止部を形成した。まず、乾燥後のハニカム成形体の流入端面にマスクを施した。次に、マスクの施された端部（流入端面側の端部）を目封止スラリーに浸漬し、マスクが施されていないセル（流出セル）の開口部に目封止スラリーを充填した。このようにして、乾燥後のハニカム成形体の流入端面側に、目封止部を形成した。そして、乾燥後のハニカム成形体の流出端面についても同様にして、流入セルにも目封止部を形成した。

そして、目封止部の形成されたハニカム成形体を脱脂し、焼成し、ハニカムセグメントを得た。脱脂の条件は、５５０℃で３時間とし、焼成の条件は、アルゴン雰囲気下で、１４５０℃、２時間とした。

以上のようにして、実施例１のハニカム構造体の製造に使用するハニカムセグメントを作製した。作製したハニカムセグメントは、軸方向に直交する断面が正方形で、その正方形の一辺の長さ（セグメントサイズ）が３９ｍｍであった。結果を、表１の「ハニカムセグメント」の「一辺の長さ（ｍｍ）」の欄に示す。また、ハニカムセグメントは、その軸方向の長さが２０３ｍｍであった。

ハニカムセグメントは、隔壁の厚さが０．３０５ｍｍであり、セル密度が４６．５個／ｃｍ^２であった。また、隔壁の気孔率は、４１％であった。隔壁の気孔率は、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製のオートポア９５００（商品名）によって測定した。

次に、ハニカムセグメントを接合するための接合材を調製した。接合材としては、無機原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤を加え、更に、水を加えてスラリー状となるまで混練したものを用いた。

次に、得られたハニカムセグメントを、互いの側面同士が対向するように隣接して配置された状態で、接合材によって接合し、４００℃にて熱処理を行って、ハニカムセグメント接合体を作製した。なお、複数のハニカムセグメントを接合材によって組み上げる際に、空隙部を形成する交点部に、空隙部の形状を模した円筒形の木製部材を配設し、上記熱処理時に木製部材を消失させ、接合層の所望の交点部分に、有底中空の空隙部を形成した。木製部材は、端面の直径が１．０ｍｍのものを用いた。

ハニカムセグメント接合体は、その端面において、図９に示すように、縦方向に最大６個、横方向に最大６個の合計３２個のハニカムセグメント４が配列するように接合して作製した。表１の「ハニカムセグメント」における「個数（個）」及び「配置（個数×個数）」の欄には、各実施例に用いたハニカムセグメントの個数、及びその配置を示す。例えば、「配置（個数×個数）」の欄に、「６×６」と記載されている場合には、図９に示すように、縦方向に最大６個、横方向に最大６個の合計３２個のハニカムセグメント４を用いたことを意味する。なお、縦方向に最大６個、横方向に最大６個のハニカムセグメント４の個数が、合計３２個となるのは、縦方向及び横方向の四隅の４箇所には、ハニカムセグメント４を配置しないためである。

次に、ハニカムセグメント接合体の外周を円柱状に研削加工し、その外周面にコート材を塗布して、実施例１のハニカム構造体を得た。実施例１のハニカム構造体は、端面の直径が２２９ｍｍであり、軸方向の長さが２０３ｍｍであった。また、実施例１のハニカム構造体は、接合層の幅が１．０ｍｍであった。表１に各結果を示す。

実施例１のハニカム構造体は、流入端面側に、接合層の交点部分が２１個あり、その２１個の交点部分の全てに、空隙部が形成されていた。それぞれの空隙部の空隙深さは２０．３ｍｍであり、ハニカムセグメントの軸方向の長さに対する、空隙部の空隙深さの比率は、１０％であった。また、空隙部の開口径（即ち、空隙部の直径）は１．０ｍｍであり、接合層の幅に対する空隙部の開口径の比率は１００％であった。表１の「接合層の空隙部」の「空隙部が形成された交点部分の数（個）」、「空隙部の空隙深さの比率（％）」、及び「接合層の幅に対する空隙部の開口径の比率（％）」の欄に、それぞれの値を示す。表１の「空隙部の形成位置」の「端面」の欄には、空隙部が形成されているハニカム構造体の端面を示す。即ち、空隙部がハニカム構造体の流入端面側に形成されている場合には、上記欄に「流入端面」と記す。なお、空隙部がハニカム構造体の流入端面側及び流出端面の双方に形成されている場合には、上記欄に「両端面」と記す。また、表１の「空隙部の形成位置」の「参照図」の欄には、空隙部の形成されている交点部分の位置を参照する図面を示す。即ち、実施例１のハニカム構造体は、図９に示すような、流入端面１１側の全ての交点部分に、空隙部１５が形成されたものである。

実施例１のハニカム構造体については、以下の方法で、冷熱振動耐久試験を行い、接合部に生じたクラックの長さを測定した。接合部に生じたクラックのうち、最大のクラックの長さを「最大クラック長さ」とし、接合部の全長に対する、最大クラック長さの割合（％）を求めた。更に、下記に示す判定基準に基づいて判定を行った。各結果を表２に示す。

（冷熱振動耐久試験）
ハニカム構造体に、下記の条件にて、熱変動及び物理振動を同時に負荷した。その後、ハニカム構造体の流入端面側及び流出端面の接合層に生じたクラックの長さを計測した。
熱変動条件：ハニカム構造体の流入端面側から、まず、１５０℃のガスを流し、１０分間で、ガスの温度を７００℃まで上昇させる。その後、１０分間で、ガスの温度を１５０℃まで下降させる。この２０分間のガスの通気を１サイクルとして、合計２５時間、ハニカム構造体に１５０〜７００℃のガスを通気させる。
物理振動条件：周波数が１００Ｈｚ、加速度が３０Ｇの振動を、２５時間、ハニカム構造体に負荷する。

（判定）
接合部の全長に対する、最大クラック長さの割合（％）が、５０％以下の場合を「合格」とする。接合部の全長に対する、最大クラック長さの割合（％）が、５０％を超える場合を「不合格」とする。

（実施例２〜１２）
ハニカム構造体の構成を、表１に示すように変更し、且つ、接合層の交点部分に形成する空隙部の構成を、表１に示すように変更したこと以外は、実施例１と同様の方法で、ハニカム構造体を製造した。

（比較例１）
ハニカム構造体の構成を、表１に示すように変更し、且つ、接合層の交点部分に形成する空隙部の構成を、表１に示すように変更したこと以外は、実施例１と同様の方法で、ハニカム構造体を製造した。

（比較例２）
ハニカム構造体の構成を、表１に示すように変更し、且つ、接合層の交点部分に空隙部を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様の方法で、ハニカム構造体を製造した。

実施例２〜１２及び比較例１，２のハニカム構造体についても、実施例１と同様の方法で、冷熱振動耐久試験を行い、接合部に生じたクラックの長さを測定した。そして、上記に示す評価基準に基づいて評価を行った。各結果を表２に示す。

（結果）
実施例１〜１２のハニカム構造体は、比較例１，２のハニカム構造体に比して、冷熱振動耐久試験においてクラックの進展が抑制されていることが確認できた。比較例２のハニカム構造体は、空隙部の空隙深さの比率が３％であり、クラックの進展を抑制する効果が殆ど得られなかった。

本発明のハニカム構造体は、直噴ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等から排出される排ガスに含まれる微粒子等を除去するための捕集フィルタとして利用することができる。

１：隔壁、２：セル、４：ハニカムセグメント、５：目封止部、１１：流入端面、１２：流出端面、１３：外周壁、１４：接合層、１５，１５Ａ：空隙部、１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００：ハニカム構造体。

Claims

複数個の角柱状のハニカムセグメントと、
複数個の前記ハニカムセグメントの側面同士を互いに接合する接合層と、
前記接合層によって格子状に配列した状態で接合された複数個の前記ハニカムセグメントを囲繞するように配設された外周壁と、を備え、
前記ハニカムセグメントは、流入端面から流出端面まで軸方向に延びる複数のセルを取り囲むように配設された多孔質の隔壁、及び前記隔壁を取り囲むように配設されたセグメント外壁を有し、
それぞれの前記ハニカムセグメントにおける前記セルは、前記流入端面側又は前記流出端面側のいずれか一方の端部が、目封止部によって目封止されており、
前記接合層には、前記ハニカムセグメントを格子状に接合する交点部分の少なくとも１つに、前記流入端面側又は前記流出端面側から前記軸方向の内部側に向かって延びる有底中空の空隙部が形成されており、
前記ハニカムセグメントの前記軸方向の長さに対する、前記空隙部の前記軸方向の空隙深さの比率が５％以上である、ハニカム構造体。
前記空隙部が形成された前記交点部分において、前記空隙部が形成されていない部分の前記軸方向の長さが１．５ｍｍ以上である、請求項１に記載のハニカム構造体。
前記空隙部は、前記交点部分のうち、前記ハニカム構造体の前記流入端面側又は前記流出端面側において、その径方向の最外周に位置する前記交点部分の少なくとも１つに形成されている、請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
前記空隙部は、前記ハニカム構造体の前記流入端面又は前記流出端面の重心に最も近い位置に存在する前記交点部分から前記接合層に沿って直線状に延長した延長線分上の前記交点部分の全てに形成されている、請求項３に記載のハニカム構造体。
前記ハニカム構造体の前記流入端面側又は前記流出端面側における前記接合層の幅に対する、前記空隙部の開口径の比率が、１０〜１４０％である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
前記ハニカム構造体の前記流入端面側又は前記流出端面側における前記接合層の幅が０．５〜２．０ｍｍである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のハニカム構造体。