JP2020152595A - ハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

【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】ハニカムセグメント接合体１０、及び外周壁１３を備え、ハニカムセグメント接合体１０は、複数個の柱状のハニカムセグメント４と、複数個のハニカムセグメント４の側面同士を格子状に接合する接合層１４と、接合層１４の交点部１４ａの少なくとも１つに配設された伝熱補助部材１５と、を有し、ハニカムセグメント４は、複数のセル２を取り囲むように配置された多孔質の隔壁１を有し、伝熱補助部材１５は、ハニカムセグメント接合体１０の第一端面１１からハニカムセグメント接合体１０の軸方向の長さの少なくとも５０％までの範囲に配置され、且つ、伝熱補助部材１５は、接合層１４の交点部１４ａのうち、ハニカムセグメント接合体１０の軸方向に直交する断面の重心から径方向の長さの少なくとも３０％以内の交点部１４ａの全てに配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、ハニカム構造体に関する。更に詳しくは、耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体に関する。

近年では、社会全体で環境問題に対する意識が高まっており、燃料を燃焼して動力を生成する技術分野では、燃料の燃焼時に発生する排ガスから、窒素酸化物等の有害成分を除去する様々な技術が開発されている。例えば、自動車のエンジンから排出される排ガスから、窒素酸化物等の有害成分を除去する様々な技術が開発されている。こうした排ガス中の有害成分の除去の際には、触媒を用いて有害成分に化学反応を起こさせて比較的無害な別の成分に変化させるのが一般的である。そして、排ガス浄化用の触媒を担持するための触媒担体として、ハニカム構造体が用いられている。

また、内燃機関の燃焼により排出される排ガスには、窒素酸化物等の有毒ガスとともに、煤等の粒子状物質が含まれている。以下、粒子状物質を、「ＰＭ」ということがある。ＰＭは、「Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ」の略である。例えば、ガソリンエンジンから排出されるＰＭの除去に関する規制は世界的に厳しくなっており、ＰＭを除去するためのフィルタとして、ハニカム構造体が用いられている。

従来、このようなハニカム構造体として、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が開示されている（例えば、特許文献１参照）。以下、このようなハニカム構造体を「セグメント構造のハニカム構造体」ということがある。セグメント構造のハニカム構造体は、１つのハニカム構造体が、複数個のハニカムセグメントによって分割された構造を有しているため、ハニカム構造体に生じる熱応力を分散させることができる。また、セグメント構造のハニカム構造体では、複数個のハニカムセグメントを接合する接合層が、熱応力を緩和する緩衝部材の役割を果すこともある。

セグメント構造のハニカム構造体は、例えば、以下の方法で製造されている。まず、複数個のハニカムセグメントを作製する。次に、作製したハニカムセグメントの側面に、ペースト状の接合材を塗布する。次に、接合材を塗布し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組み合わせて、ハニカムセグメントの組立体を作製する。次に、ハニカムセグメントの組立体を乾燥させて、複数個のハニカムセグメントの側面同士を接合材によって接合して、ハニカムセグメントの接合体を作製する。次に、必要に応じて、ハニカムセグメントの接合体の外周部分を所望の形状に加工して、ハニカム構造体を製造する。以下、本明細書において、「接合材」とは、乾燥する前のペースト状の流動性を有する物質を意味し、「接合層」とは、接合材が乾燥した後の固体状の物質を示す。接合材が乾燥した後の接合層は、通常、多孔質の構造体である。

特開２０１５−１８７０４４号公報

上述したように、セグメント構造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が、熱応力を緩和する緩衝部材の役割を果すため、一体成形品のハニカム構造体と比較した場合には、耐熱衝撃性に優れている。しかしながら、セグメント構造のハニカム構造体であっても、軸方向に直交する断面における外側部分と内側部分とで温度差が生じた場合に、耐熱衝撃性が低下するという問題があった。例えば、ハニカム構造体を大型化した場合や、個々のハニカムセグメントを構成する隔壁を肉厚化した場合などにおいては、上述した温度差がより付き易くなるため、耐熱衝撃性の低下が顕著になる。

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、より耐熱衝撃性に優れた、セグメント構造の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］ ハニカムセグメント接合体、及び前記ハニカムセグメント接合体の外周を囲繞するように配置された外周壁を備え、
前記ハニカムセグメント接合体は、複数個の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格子状に接合する接合層と、前記接合層の交点部の少なくとも１つに配設された伝熱補助部材と、を有し、
前記ハニカムセグメントは、第一端面から第二端面まで延びる複数のセルを取り囲むように配置された多孔質の隔壁を有し、
前記伝熱補助部材は、前記ハニカムセグメント接合体の前記第一端面から当該ハニカムセグメント接合体の軸方向の長さの少なくとも５０％までの範囲に配置され、且つ、
前記伝熱補助部材は、前記接合層の前記交点部のうち、前記ハニカムセグメント接合体の軸方向に直交する断面の重心から径方向の長さの少なくとも３０％以内の前記交点部の全てに配置されている、ハニカム構造体。

［２］ 前記伝熱補助部材は、前記接合層の前記交点部のうち、前記断面の重心から径方向の長さの少なくとも５０％以内の前記交点部の全てに配置されている、前記［１］に記載のハニカム構造体。

［３］ 前記伝熱補助部材は、前記接合層の前記交点部のうち、前記断面の重心から径方向の長さの少なくとも８０％以内の前記交点部の全てに配置されている、前記［１］に記載のハニカム構造体。

［４］ 前記伝熱補助部材は、前記ハニカムセグメント接合体の前記第一端面から前記軸方向の長さの少なくとも８０％までの範囲に配置されている、前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［５］ 前記伝熱補助部材が、融点が７００℃以上、且つ熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ以上のものである、前記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［６］ 前記伝熱補助部材の材質が、銅又はステンレスである、前記［１］〜［５］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［７］ 前記ハニカムセグメント接合体の前記軸方向に直交する面において、前記伝熱補助部材の径が、前記接合層の前記交点部に仮想的に描かれる内接円に対して、７０〜１００％の大きさである、前記［１］〜［６］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［８］ 前記伝熱補助部材が、中実の柱状部材、中空の柱状部材、又は網目構造を有する柱状部材である、前記［１］〜［７］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［９］ 前記伝熱補助部材が、肉厚が０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下の中空の柱状部材である、前記［８］に記載のハニカム構造体。

［１０］ 前記伝熱補助部材が、繊維径が０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下の網目構造を有する柱状部材である、前記［８］に記載のハニカム構造体。

本発明のハニカム構造体は、ハニカムセグメントの側面同士を格子状に接合する接合層の所定の交点部に、伝熱補助部材が配設されている。このため、伝熱補助部材によって、ハニカム構造体内の温度差を小さくすることができ、耐熱衝撃性を向上させることができる。特に、セグメント構造のハニカム構造体は、中央部に熱が伝わり難く、外周部と中央部とに温度差が付き易い。このため、本発明のハニカム構造体は、ハニカムセグメント接合体の断面の重心から径方向の長さの少なくとも３０％以内の交点部に対して優先的に伝熱補助部材を配置し、ハニカム構造体内の温度差を小さくし、耐熱衝撃性を向上させている。

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第一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一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。 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の第一端面側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の第一端面側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の第一端面側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の第一端面側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の第一端面側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の第一端面側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に示すようなハニカム構造体１００である。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第一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。

図１〜図４に示すハニカム構造体１００は、ハニカムセグメント接合体１０、及びハニカムセグメント接合体１０の外周を囲繞するように配置された外周壁１３を備えた、セグメント構造のハニカム構造体１００である。

ハニカムセグメント接合体１０は、複数個の柱状のハニカムセグメント４と、複数個のハニカムセグメント４の側面同士を格子状に接合する接合層１４と、接合層１４の交点部１４ａの少なくとも１つに配設された伝熱補助部材１５と、を有している。

図５に示すように、柱状のハニカムセグメント４は、第一端面１１から第二端面１２まで延びる複数のセル２を取り囲むように配置された多孔質の隔壁１を有している。図５は、本発明のハニカム構造体の一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５に示すように、ハニカムセグメント４は、隔壁１を囲繞するように配置されたセグメント外壁３を更に有している。このようなセグメント外壁３が、ハニカムセグメント４の側面となり、複数個のハニカムセグメント４の側面同士が接合層１４（図２参照）によって接合され、図１〜図４に示すようなハニカムセグメント接合体１０を構成している。

図１〜図４に示すハニカム構造体１００において、ハニカムセグメント接合体１０は、接合層１４によって複数個のハニカムセグメント４が接合された後、円柱状となるように、その外周部分が研削加工されたものである。そして、研削加工されたハニカムセグメント接合体１０の外周面側に外周壁１３が配設されている。

伝熱補助部材１５は、ハニカムセグメント接合体１０の第一端面１１からハニカムセグメント接合体１０の軸方向の長さＬ１の少なくとも５０％までの範囲に配置されている。そして、伝熱補助部材１５は、接合層１４の交点部１４ａのうち、ハニカムセグメント接合体１０の軸方向に直交する断面の重心から径方向の長さＲの少なくとも３０％以内の交点部１４ａの全てに配置されている。ここで、「接合層１４の交点部１４ａ」とは、ハニカムセグメント４の第一端面１１側において、複数個のハニカムセグメント４を格子状に組み合わせる際の「接合層１４の交点部１４ａ」である。例えば、図２における「接合層１４の交点部１４ａ」は、ハニカムセグメント４の第一端面１１側において、４つのハニカムセグメント４が格子状に組み合わされた際に、接合層１４の行と列が交差する部分となる。

以下、「ハニカムセグメント接合体１０の第一端面１１からハニカムセグメント接合体１０の軸方向の長さＬ１」を、単に、「ハニカムセグメント接合体１０の軸方向の長さＬ１」ということがある。また、「伝熱補助部材１５の第一端面１１からの軸方向の長さＬ２」を、「伝熱補助部材１５の軸方向の長さＬ２」ということがある。更に、「ハニカムセグメント接合体１０の軸方向に直交する断面の重心から径方向の長さＲ」を、「ハニカムセグメント接合体１０の径方向の長さＲ」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の交点部１４ａに配設された伝熱補助部材１５によって、ハニカム構造体１００内の温度差を小さくすることができ、耐熱衝撃性を向上させることができる。

伝熱補助部材１５の軸方向の長さＬ２が、ハニカムセグメント接合体１０の軸方向の長さＬ１の５０％未満であると、伝熱が悪く温度差がつきやすくなり、耐熱衝撃性を向上させることが困難になる。なお、伝熱補助部材１５は、ハニカムセグメント接合体１０の軸方向の長さＬ１の少なくとも８０％までの範囲に配置されていることが好ましい。

なお、伝熱補助部材１５の軸方向の長さＬ２は、ハニカムセグメント接合体１０の軸方向の長さＬ１の５０％以上であればよく、例えば、図６に示すように、伝熱補助部材１５は、ハニカムセグメント接合体１０を軸方向に貫通するように配設されていてもよい。この場合、伝熱補助部材１５の軸方向の長さＬ２は、ハニカムセグメント接合体１０の軸方向の長さＬ１（別言すれば、ハニカムセグメント接合体１０の軸方向の長さＬ１の１００％）となる。ここで、図６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６に示すハニカム構造体２００は、伝熱補助部材１５の配置される範囲が、図１〜図４に示すハニカム構造体１００と異なっている。なお、ハニカム構造体２００において、伝熱補助部材１５の配置される範囲以外については、図１〜図４に示すハニカム構造体１００と同様に構成されていることが好ましい。図６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。

また、伝熱補助部材１５が、ハニカムセグメント接合体１０の径方向の長さＲの３０％以内の交点部１４ａの全てに配設されていないと、中央部への伝熱が悪く温度差がつきやすくなり、耐熱衝撃性を向上させることが困難になる。

伝熱補助部材１５は、接合層１４の交点部１４ａのうち、ハニカムセグメント接合体１０の径方向の長さＲの少なくとも５０％以内の交点部１４ａの全てに配置されていることが好ましく、少なくとも８０％以内の交点部１４ａの全てに配置されてい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、ハニカム構造体１００内の温度差をより小さくすることができ、耐熱衝撃性を良好に向上させることができる。

伝熱補助部材１５が、融点が７００℃以上、且つ熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ以上のものであることが好ましい。このように構成することによって、伝熱補助部材１５によって、ハニカム構造体１００内の温度差をより小さくすることができ、耐熱衝撃性を良好に向上させることができる。

ハニカムセグメント接合体１０の軸方向に直交する面において、伝熱補助部材１５の径が、接合層１４の交点部１４ａに仮想的に描かれる内接円に対して、７０〜１００％の大きさであることが好ましい。このように構成することによって、伝熱補助部材１５によって、ハニカム構造体１００内の温度差をより小さくすることができ、耐熱衝撃性を良好に向上させることができる。伝熱補助部材１５の径は、上述した内接円に対して、９０〜１００％の大きさであることが更に好ましい。

伝熱補助部材は、金属又は合金によって形成されたものを挙げることができる。例えば、伝熱補助部材の材質は、銅又はステンレスであることが好ましい。例えば、ステンレスとしては、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼を挙げることができる。なお、銅の融点は１０８５℃であり、熱伝導率は３８５Ｗ／ｍＫである。ＳＵＳ３０４の融点は１４００℃であり、熱伝導率は１６Ｗ／ｍＫである。銅は、伝熱性、耐食性に優れ、更に、安価で入手することができる。例えば、銅製の網目構造を有する伝熱補助部材１５として、細線からなる汎用品などを入手することができる。ＳＵＳ３０４は、耐食性に特に優れ、細線からなる汎用品などを入手することができる。

伝熱補助部材１５が、中実の柱状部材、中空の柱状部材、又は網目構造を有する柱状部材であることが好ましい。例えば、網目構造を有する伝熱補助部材１５として、金属繊維を網目状に編んだステント（Ｓｔｅｎｔ）状の筒状部材を挙げることができる。中実の柱状部材は、伝熱性の点で好ましい。中空の柱状部材は、熱容量が高くなりすぎず、伝熱性を保てる点で好ましい。網目構造を有する柱状部材は、熱容量が高くなりすぎず、伝熱性を保てる点で好ましい。

伝熱補助部材１５が中空の柱状部材である場合には、その肉厚が０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下であることが更に好ましい。肉厚が０．１ｍｍ未満であると、熱伝導の点で好ましくない。肉厚が０．５ｍｍを超えると、熱容量の点で好ましくない。

伝熱補助部材１５が網目構造を有する柱状部材である場合には、その繊維径が０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下であることが更に好ましい。繊維径が０．１ｍｍ未満であると、熱伝導点で好ましくない。繊維径が０．５ｍｍを超えると、熱容量の点で好ましくない。

ハニカム構造体１００の第一端面側又は第二端面側における接合層１４の幅が０．５〜３．０ｍｍであることが好ましく、０．５〜２．０ｍｍであることが更に好ましく、０．５〜１．５ｍｍであることが特に好ましい接合層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点で好ましくない。接合層１４の幅が３．０ｍｍ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点で好ましくない。

接合層１４の材料については、特に制限はなく、従来公知のセグメント構造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。接合層１４の幅については特に制限はないが、例えば、０．５〜３．０ｍｍであることが好ましく、０．５〜２．０ｍｍであることが更に好ましく、０．５〜１．５ｍｍであることが特に好ましい。

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、１５〜６２個／ｃｍ^２であることが好ましく、３１〜５４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浄化部材（例えば、フィルタや触媒担体）として好適に利用することができる。

隔壁１の気孔率が、３０〜７５％であることが好ましく、３５〜７０％であることが更に好ましく、４０〜６５％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、７５％を超えると、ハニカム構造体１００の強度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。なお、ハニカムセグメント４のうち、最外周に配置された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、その一部が研削等により加工されていることが好ましい。また、最外周に配置されたハニカムセグメント４以外のハニカムセグメント４は、例えば、軸方向に直交する断面形状が四角形の角柱状であることが好ましい。

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、第一端面１１及び第二端面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、第一端面及び第二端面が、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、第一端面及び第二端面が、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。

ハニカム構造体１００の大きさ、例えば、第一端面から第二端面までの長さや、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の第一端面から第二端面までの長さは、１００〜３００ｍｍであることが好ましく、１００〜２００ｍｍ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、１５０００〜９００００ｍｍ^２であることが好ましく、２００００〜７００００ｍｍ^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、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、捕集した煤等の粒子状物質の酸化を促進させることができる。

本実施形態のハニカム構造体は、図示は省略するが、それぞれのハニカムセグメントにおけるセルの第一端面側又は第二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いてもよい。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を、排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集除去するためにフィルタとして良好に利用することができる。目封止部の材料については特に制限はない。目封止部の材料は、例えば、ハニカムセグメント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。

次に、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態について、図７〜図１２を参照しつつ説明する。図７〜図１２は、本発明のハニカム構造体の更に他の実施形態の第一端面側を模式的に示す平面図である。

図７〜図１２に示すハニカム構造体３００，４００，５００，６００，７００，８００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。なお、図７〜図１２において、ハニカムセグメント４を構成する隔壁１（図２参照）、隔壁１によって区画されたセル２（図２参照）を捨象した状態で作図している。

図７〜図１２においては、伝熱補助部材１５の配設位置、及びハニカムセグメント接合体１０を構成するハニカムセグメント４の個数が、図１〜図４に示すハニカム構造体１００と異なっている。

図７〜図１０におけるハニカムセグメント接合体１０は、各図面の縦方向及び横方向において最大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１１〜図１２におけるハニカムセグメント接合体１０は、各図面の縦方向及び横方向において最大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において、ハニカムセグメント接合体１０の中央部分に描かれた破線の円は、ハニカムセグメント接合体１０の軸方向に直交する断面の重心から径方向の長さの３０％の範囲を示している。

図７〜図１２に示すハニカム構造体３００，４００，５００，６００，７００，８００も、接合層１４の所望の交点部１４ａに伝熱補助部材１５が配設されている。そして、伝熱補助部材１５は、ハニカムセグメント接合体１０の第一端面１１からハニカムセグメント接合体１０の軸方向の長さの少なくとも５０％までの範囲に配置されている。更に、伝熱補助部材１５は、接合層１４の交点部１４ａのうち、ハニカムセグメント接合体１０の軸方向に直交する断面の重心から径方向の長さの少なくとも３０％以内の交点部１４ａの全てに配置されている。

（２）ハニカム構造体の製造方法：
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法について説明する。ハニカム構造体の製造方法としては、「ハニカムセグメント作製工程」と、「組立体作製工程」と、「接合体作製工程」と、を備えた方法を挙げることができる。

ハニカムセグメント作製工程は、図５に示すような、複数のセル２を取り囲むように配置された多孔質の隔壁１、及び隔壁１を囲繞するように配置されたセグメント外壁３を有する角柱状のハニカムセグメント４を複数個作製する工程である。ハニカムセグメント作製工程は、従来公知のセグメント構造のハニカム構造体を製造する際における、ハニカムセグメントの作製方法に準じて行うことができる。

組立体作製工程は、複数個のハニカムセグメントを格子状に組み合わせて、ハニカムセグメントの組立体を作製する工程である。より具体的には、組立体作製工程では、まず、ハニカムセグメントの側面（別言すれば、「セグメント外壁」）に接合用ペーストを塗工する。次に、複数個のハニカムセグメントを、互いの側面相互間に接合用ペーストを介在させた状態で格子状に組み合わせて、ハニカムセグメントの組立体を作製する。

接合体作製工程は、ハニカムセグメントの組立体を乾燥させて、複数個のハニカムセグメントの側面同士を接合用ペーストによって接合して、ハニカムセグメントの接合体を作製する工程である。接合体作製工程は、主に、ハニカムセグメントの側面同士を接合する接合用ペーストを乾燥・固化させるための工程であり、乾燥・固化した接合用ペーストは、図１〜図４に示すハニカム構造体１００における接合層１４となり、この乾燥・固化により、接合層１４に所望の接合力が発現する。

本発明のハニカム構造体を製造する際には、「組立体作製工程」において、以下のような操作を更に含むことが好ましい。即ち、組立体作製工程において、接合用ペーストの交点部の少なくとも１つに、筒状又は柱状の伝熱補助部材を配設する操作を更に含むことが好ましい。なお、伝熱補助部材を配設する際には、ハニカムセグメントの組立体の第一端面から当該組立体の軸方向の長さの５０％以上の範囲まで配設することとする。また、伝熱補助部材は、接合層の交点部のうち、最終製品におけるハニカムセグメント接合体１０（例えば、図２参照）の軸方向に直交する断面の重心から径方向の長さの少なくとも３０％以内の交点部の全てに配置することとする。

以下、本発明のハニカム構造体の製造方法における「組立体作製工程」及び「接合体作製工程」について、より詳細に説明する。

組立体作製工程においては、まず、接合用ペーストを調製する。接合用ペーストの調製方法については特に制限はなく、従来公知のセグメント構造のハニカム構造体を製造する方法における、接合用ペーストの調製方法に準じて行うことができる。例えば、接合用ペーストは、接合用ペースト作製用の原料粉末に、適宜、バインダ等の添加剤、造孔材、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、調製した接合用ペーストを、ハニカムセグメントの側面であるセグメント外壁の表面に塗工する。接合用ペーストの塗工方法等についても、従来公知のセグメント構造のハニカム構造体を製造する方法にて行われる各方法と同様の方法を採用することができる。

次に、複数個のハニカムセグメントを、互いの側面相互間に接合用ペーストを介在させた状態で格子状に組み合わせて、ハニカムセグメントの組立体を作製する。ハニカムセグメントの側面相互間の距離（別言すれば、接合用ペーストの厚み）については特に制限はないが、後述する伝熱補助部材を配置する操作にて、伝熱補助部材が、ハニカムセグメントと接触しない十分な距離を確保することが好ましい。例えば、ハニカムセグメントの側面相互間の距離は、０．５〜３．０ｍｍ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。

そして、ハニカムセグメントの組立体を作製する際に、ハニカムセグメントの組立体における接合用ペーストの所望の交点部に、伝熱補助部材を配設する。伝熱補助部材は、組立体の軸方向の長さの５０％以上の範囲、且つ最終製品におけるハニカムセグメント接合体１０（図２参照）の径方向の長さＬ１（図２参照）の少なくとも３０％以内の範囲に配置する。勿論、接合用ペーストの全ての交点部に対して、伝熱補助部材を配設しても良い。ハニカムセグメントの組立体を作製する際に伝熱補助部材を配設することにより、これまでに説明した効果に加えて、ハニカム構造体の製造において、接合用ペーストの乾燥を促進するという効果も得ることができる。

接合体作製工程は、ハニカムセグメントの組立体を乾燥させて、複数個のハニカムセグメントの側面同士を接合用ペーストによって接合して、ハニカムセグメントの接合体を作製する工程である。これまでに説明した製造方法においては、接合用ペーストの交点部に伝熱補助部材を配設しているため、組立体の軸方向内部まで乾燥時の熱が伝達し易く、接合用ペーストの乾燥を促進させることができる。このため、接合用ペーストが乾燥することによって形成される接合層１４（図２参照）が、緻密な多孔質体となり、接合層１４（図２参照）の接合強度を向上させることができる。

乾燥の方法は特に制限はなく、例えば、マイクロ波加熱乾燥、高周波誘電加熱乾燥等の電磁波加熱方式と、熱風乾燥、過熱水蒸気乾燥等の外部加熱方式とを挙げることができる。これらの中でも、成形体全体を迅速かつ均一に、クラックが生じないように乾燥することができる点で、電磁波加熱方式で一定量の水分を乾燥させた後、残りの水分を外部加熱方式により乾燥させることが好ましい。乾燥の条件として、電磁波加熱方式にて、乾燥前の水分量に対して、３０〜９５質量％の水分を除いた後、外部加熱方式にて、３質量％以下の水分にすることが好ましい。電磁波加熱方式としては、誘電加熱乾燥が好ましく、外部加熱方式としては、熱風乾燥が好ましい。乾燥温度は、９０〜１８０℃が好ましい。乾燥時間は１〜１０時間が好ましい。なお、水分が蒸発するように、ハニカムセグメントの前記組立体を１００℃以上に加熱することも好ましい形態の１つである。

接合体作製工程によって、ハニカムセグメントの接合体を作製した後、得られた接合体の外周部分を所望の形状となるように研削加工してもよい。例えば、このような研削加工を行うことにより、図１〜図４に示すような、円柱状のハニカムセグメント接合体１０を作製することができる。また、接合体の外周部分を研削加工した後、その外周面に外周コート層を配設して、ハニカム構造体１００（図１参照）の外周壁１３（図１参照）を作製してもよい。このような接合体作製工程以降の各製造工程については、例えば、従来公知のセグメント構造のハニカム構造体を製造する方法に準じて行うことができる。

なお、本発明のハニカム構造体の製造方法については、これまでに説明した製造方法に限定されることはない。例えば、従来公知の製造方法によって、セグメント構造のハニカム構造体を作製し、その後、接合層の所望の交点部に穴開け加工を行って伝熱補助部材を配設してもよい。

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）
まず、ハニカムセグメントを作製するための坏土を調製するための原料粉末として、炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末とを混合した混合原料を準備した。そして、準備した混合原料に、バインダ、造孔材、及び水を適量加えて、可塑性の坏土を調製した。

次に、得られた坏土を、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４９個作製した。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更に乾燥した。次に、乾燥後のハニカムセグメント成形体のセルの端部に、セルの開口部が第一端面側と第二端面側とで交互に目封止されるように目封止部を配設した。

次に、ハニカムセグメント成形体を、脱脂し、焼成して、４９個のハニカムセグメントを作製した。各ハニカムセグメントの端面の大きさは、１辺が４０ｍｍの正方形であり、各ハニカムセグメントの第一端面から第二端面までの軸方向の長さは、３００ｍｍであった。

次に、ハニカムセグメントの側面に、ＳｉＣ系モルタル接着材である接合用ペーストを塗工し、４９個のハニカムセグメントを、縦方向及び横方向にそれぞれ７個ずつ配置されるように接合用ペーストを介して格子状に組み合わせて、ハニカムセグメントの組立体を作製した。ハニカムセグメントの組立体を作製する際のハニカムセグメントの配置及び個数を、表１の「ハニカムセグメント」における「配置」及び「総数（個）」の欄に示す。なお、「配置」の欄には、例えば、上述したように、縦方向及び横方向にそれぞれ７個ずつハニカムセグメントが配置される場合には、「７×７」と示す。

次に、両端が開口した中空筒状の伝熱補助部材を４本用意した。伝熱補助部材は、外径が１ｍｍ、肉厚が０．２ｍｍの銅製のものとした。そして、４本の伝熱補助部材を、縦方向及び横方向にそれぞれ７個ずつ格子状に組み合わせた組立体の、中央寄りの４箇所の接合用ペーストの交点部に配置した。４本の伝熱補助部材は、組立体の第一端面から、この組立体の軸方向の長さの５０％までの範囲に配置した。表１の「伝熱補助部材」の「本数（本）」、「配置（参照図）」、「径方向の範囲（％）」、「軸方向の範囲（％）」、「材質」、及び「構造」の欄に、実施例１にて使用した伝熱補助部材に関する情報を示す。表１の「伝熱補助部材」の「配置（参照図）」の欄は、伝熱補助部材の配設箇所に関する参照図を示す。また、表１の「伝熱補助部材」の「径方向の範囲（％）」の欄は、最終製品のハニカムセグメント接合体の径方向の長さに対する、伝熱補助部材が配置された交点部の範囲の比の百分率（％）を示す。また、表１の「伝熱補助部材」の「軸方向の範囲（％）」の欄は、最終製品のハニカムセグメント接合体の軸方向の長さに対する、伝熱補助部材が配置された範囲の軸方向の長さの比の百分率（％）を示す。表１の「伝熱補助部材」の「構造」の欄において、伝熱補助部材が、実施例１にて使用したような、側面に網目の無い中空筒状のものの場合には、「網無し構造」と記す。後述するように、伝熱補助部材が、網目構造を有する筒状のもののである場合には、「網目構造」と記す。

次に、伝熱補助部材を接合用ペーストの交点部に配置した組立体を、１２０℃の大気雰囲気で、１時間乾燥して、ハニカムセグメントの接合体を作製した。

次に、作製したハニカムセグメントの接合体の外周を円柱形状に研削加工し、その外周面に外周コート層を配設して、実施例１のハニカム構造体を製造した。実施例１のハニカム構造体は、図７に示すハニカム構造体３００のように、４９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ハニカム構造体３００であった。そして、実施例１のハニカム構造体は、図７に示すハニカム構造体３００のように、ハニカムセグメント４を格子状に接合する接合層１４の交点部１４ａのうち、中央寄りの４箇所の交点部１４ａに伝熱補助部材１５が配設されたものであった。実施例１のハニカム構造体において、ハニカムセグメント接合体の径方向の長さの３０％以内の範囲に存在する交点部は、上述した中央寄りの４箇所の交点部のみである。

実施例１のハニカム構造体について、以下の方法で、「耐熱衝撃性（Ｅｓｐ安全温度比）」の評価を行った。結果を表１に示す。

［耐熱衝撃性（Ｅｓｐ安全温度比）］
まず、以下の方法で、各実施例及び比較例にて製造したハニカム構造体の「ＥＳＰ安全温度」を測定した。なお、「Ｅｓｐ安全温度」とは、耐熱衝撃性を示す指標のことである。ＥＳＰは、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆｕｒｎａｃｅ Ｓｐａｌｌｉｎｇの略である。具体的には、ある所定の温度に熱せられた電気炉にハニカム構造体を投入し、所定時間たった後、それを取り出して、ハニカム構造体にクラックが生じているか調べた。この操作を、電気炉内温度を２５℃刻みで上昇させながら、ハニカム構造体にクラックが生じるまで繰り返した。ハニカム構造体にクラックが生じていることが確認された操作の１回前の操作における電気炉内温度を、ハニカム構造体のＥｓｐ安全温度（℃）とした。実施例１〜１０，１４及び比較例２においては、比較例１のＥｓｐ安全温度（℃）を１．００とし、それぞれのＥｓｐ安全温度（℃）の比率を求めた。実施例１１〜１４においては、比較例３のＥｓｐ安全温度（℃）を１．００とし、それぞれのＥｓｐ安全温度（℃）の比率を求めた。

（実施例２〜１０）
実施例２〜１０においては、伝熱補助部材の本数、配置、範囲、及びその材質を、表１に示すように変更して、ハニカム構造体を作製した。なお、表１の「伝熱補助部材」の「本数（本）」、「配置（参照図）」、「径方向の範囲（％）」、「軸方向の範囲（％）」、及び「材質」の欄に示すこと以外に関する製造工程については、実施例１と同様の製造工程によりハニカム構造体を作製した。なお、実施例２、４、６、８及び１０においては、伝熱補助部材として、ステンレスのＳＵＳ３０４製のものを用いた。

（比較例１）
比較例１においては、接合用ペーストの交点部に伝熱補助部材を配設しなかったこと以外は、実施例１と同様の製造工程によりハニカム構造体を作製した。

（比較例２）
比較例２においては、伝熱補助部材の本数、配置、範囲、及びその材質を、表１に示すように変更して、ハニカム構造体を作製した。なお、表１の「伝熱補助部材」の「本数（本）」、「配置（参照図）」、「径方向の範囲（％）」、「軸方向の範囲（％）」、及び「材質」の欄に示すこと以外に関する製造工程については、実施例１と同様の製造工程によりハニカム構造体を作製した。

（実施例１１〜１４）
実施例１１〜１４においては、ハニカムセグメントの大きさ、及び使用個数を変更してハニカム構造体を作製した。実施例１１〜１４において作製したハニカムセグメントの端面の大きさは、１辺が４０ｍｍの正方形であり、各ハニカムセグメントの第一端面から第二端面までの軸方向の長さは、２３０ｍｍであった。このようなハニカムセグメントを３６個作製し、縦方向及び横方向にそれぞれ６個ずつ配置されるように接合用ペーストを介して格子状に組み合わせて、ハニカムセグメントの組立体を作製した。また、実施例１１〜１４における、伝熱補助部材の本数、配置、範囲、及びその材質は、表１に示す通りである。

（比較例３）
比較例３においては、接合用ペーストの交点部に伝熱補助部材を配設しなかったこと以外は、実施例１１と同様の製造工程によりハニカム構造体を作製した。

（実施例１５）
実施例１５においては、伝熱補助部材として、網目構造を有する筒状の伝熱補助部材を用いた以外は、実施例１等と同様の方法でハニカム構造体を作製した。なお、実施例１５における、伝熱補助部材の本数、配置、範囲、及びその材質は、表１に示す通りである。なお、網目構造を有する筒状の伝熱補助部材としては、繊維径が０．１ｍｍの網目構造を用いた。

実施例２〜１５及び比較例１〜３のハニカム構造体についても、上述した方法にて「耐熱衝撃性（Ｅｓｐ安全温度比）」の評価を行った。結果を表１に示す。

（結果）
実施例１〜１０，１５のハニカム構造体は、比較例１にて製造したハニカム構造体に比して、耐熱衝撃性の向上が確認された。比較例２にて製造したハニカム構造体は、比較例１のハニカム構造体とＥｓｐ安全温度が同じであり、耐熱衝撃性の向上が確認されなかった。

伝熱補助部材の材質に関しては、銅製のものを用いた場合の方が、ＳＵＳ３０４製のものを用いた場合よりも、耐熱衝撃性がより向上するという結果が得られた。また、伝熱補助部材の本数を増やすほど、耐熱衝撃性が向上するという結果が得られた。

また、実施例１０〜１４のハニカム構造体も、比較例３のハニカム構造体に比して、耐熱衝撃性の向上が確認された。

本発明のハニカム構造体は、排気ガスを浄化するための浄化部材として利用することができる。

１：隔壁、２：セル、３：セグメント外壁、４：ハニカムセグメント、１０：ハニカムセグメント接合体、１１：第一端面、１２：第二端面、１３：外周壁、１４：接合層、１４ａ：交点部（接合層の交点部）、１５：伝熱補助部材、１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００：ハニカム構造体。

Claims (10)

1. ハニカムセグメント接合体、及び前記ハニカムセグメント接合体の外周を囲繞するように配置された外周壁を備え、
   前記ハニカムセグメント接合体は、複数個の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格子状に接合する接合層と、前記接合層の交点部の少なくとも１つに配設された伝熱補助部材と、を有し、
   前記ハニカムセグメントは、第一端面から第二端面まで延びる複数のセルを取り囲むように配置された多孔質の隔壁を有し、
   前記伝熱補助部材は、前記ハニカムセグメント接合体の前記第一端面から当該ハニカムセグメント接合体の軸方向の長さの少なくとも５０％までの範囲に配置され、且つ、
   前記伝熱補助部材は、前記接合層の前記交点部のうち、前記ハニカムセグメント接合体の軸方向に直交する断面の重心から径方向の長さの少なくとも３０％以内の前記交点部の全てに配置されている、ハニカム構造体。
2. 前記伝熱補助部材は、前記接合層の前記交点部のうち、前記断面の重心から径方向の長さの少なくとも５０％以内の前記交点部の全てに配置されている、請求項１に記載のハニカム構造体。
3. 前記伝熱補助部材は、前記接合層の前記交点部のうち、前記断面の重心から径方向の長さの少なくとも８０％以内の前記交点部の全てに配置されている、請求項１に記載のハニカム構造体。
4. 前記伝熱補助部材は、前記ハニカムセグメント接合体の前記第一端面から前記軸方向の長さの少なくとも８０％までの範囲に配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
5. 前記伝熱補助部材が、融点が７００℃以上、且つ熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ以上のものである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
6. 前記伝熱補助部材の材質が、銅又はステンレスである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
7. 前記ハニカムセグメント接合体の前記軸方向に直交する面において、前記伝熱補助部材の径が、前記接合層の前記交点部に仮想的に描かれる内接円に対して、７０〜１００％の大きさである、請求項１〜６のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
8. 前記伝熱補助部材が、中実の柱状部材、中空の柱状部材、又は網目構造を有する柱状部材である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
9. 前記伝熱補助部材が、肉厚が０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下の中空の柱状部材である、請求項８に記載のハニカム構造体。
10. 前記伝熱補助部材が、繊維径が０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下の網目構造を有する柱状部材である、請求項８に記載のハニカム構造体。

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