JP2021088491A - ハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】クラックによるハニカムセグメントの分離を有効に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】複数個の角柱状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セグメント接合体１０を備え、ハニカムセグメント４は、その一の側面に、第一端面又は第二端面のいずれか一方を起点し、軸方向に延びるよう設けられた溝状の凹部８を有し、ハニカムセグメント接合体１０は、凹部８を有する２つのハニカムセグメント４が、互いの一の側面における凹部８同士が対向するように隣り合って配置され、且つ、対向配置された２つの凹部８の内部には、２つの凹部８の内部を架け渡すように棒状の連結部材７が配設されている。【選択図】図３

Description

本発明は、ハニカム構造体に関する。更に詳しくは、排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのフィルタや触媒を担持して排ガスを浄化するための触媒担体等に使用されるハニカム構造体に関する。

ディーゼル車やトラックから排出される排ガス中には、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。このＰＭは、主にスート（煤）等のカーボン微粒子からなるもので、大気中に放出されるのを防止する必要があり、厳しい排出規制が課せられている。

このような厳しい排出規制に対応すべく、ＰＭ排出量を低減するための多くの研究が行われているが、ＰＭ排出量を燃焼技術の改善によって低減するには限界があり、排気系にフィルタを設置することが、有効なＰＭ排出量の低減手段となっている。

ＰＭを捕集するためのフィルタとしては、圧力損失を許容範囲に抑えつつ、高いＰＭ捕集効率を得られることから、ハニカム構造体を用いたウォールフロー型のものが、広く使用されている。ウォールフロー型フィルタに使用されるハニカム構造体は、排ガスの入口側となる流入端面から排ガスの出口側となる流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有している。このハニカム構造体に、所定のセルの流出端面側の開口端部及び残余のセルの流入端面側の開口端部を目封止する目封止部を設けることにより、高いＰＭ捕集効率を持ったフィルタが得られる。

ＰＭを捕集するためのフィルタに用いられるハニカム構造体は、近年、ＰＭの捕集量を増大するため、高熱容量が見込まれる材料によって作製されることがある。但し、このような高熱容量が見込まれる材料は、概して熱膨張が高い特性であるが故に、高温の排ガスによる熱衝撃によって高い熱応力が発生し、ハニカム構造体が破損することがある。このようなことから、近年、フィルタを１つのハニカム構造体として製造するのではなく、複数個のハニカム形状のセグメント（ハニカムセグメント）を接合してハニカム構造体とすることが提案されている（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。

特開２０１５−１８７０４４号公報

セグメント構造のハニカム構造体は、ハニカムセグメント同士を接合層によって接合しているが、使用中において、ハニカムセグメント内の応力緩和のため、また、過大な熱応力が負荷されるなどの理由により、接合層自体にクラックが発生することがある。このような接合層のクラックが広範囲に及ぶと、クラックが流路方向全域まで貫通してしまい、ハニカムセグメント同士を保持できず、一部のハニカムセグメントが分離してしまうことがある。そして、分離したハニカムセグメントは、排ガスの風圧などによって下流側に押し出されて、ハニカム構造体から抜け落ちてしまうこともある。このような事象が発生すると、ハニカム構造体よりも下流側に設けられた排ガス浄化装置の後処理システムを物理的に損傷するなどの問題が発生する懸念がある。

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。本発明は、接合層にクラックが発生した際に、そのクラックがハニカム構造体の全域に貫通し難く、クラックによるハニカムセグメントの分離を有効に抑制することが可能なハニカム構造体を提供する。

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、を有するハニカムセグメント接合体を備え、
前記ハニカムセグメントは、流体の入口側となる第一端面から流体の出口側となる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と、前記ハニカムセグメントの側面を構成するセグメント外壁と、を有し、
複数個の前記ハニカムセグメントのうちの少なくとも２つの前記ハニカムセグメントは、前記ハニカムセグメントの一の側面に、内方に向けて窪んだ溝状の凹部を有し、
前記凹部は、前記ハニカムセグメントの前記第一端面又は前記第二端面のいずれか一方を起点とし、前記第一端面から前記第二端面に向かう軸方向に延びるように形成され、
前記ハニカムセグメント接合体において、前記凹部を有する２つの前記ハニカムセグメントは、互いの前記一の側面における前記凹部同士が対向するように隣り合って配置され、且つ、前記ハニカムセグメント接合体は、対向配置された２つの前記凹部の内部を架け渡すように２つの前記凹部に跨って配設された棒状の連結部材を更に有し、
前記連結部材の２つの前記凹部の内部に跨って延びる方向の長さを、前記連結部材の架け渡し方向長さＨ１とし、
対向配置された２つの前記凹部のうちの前記凹部の窪み方向の深さが最大となる部位における窪み深さを、前記凹部の窪み深さＨ２とし、
前記凹部の前記セルの延びる方向の両端位置における前記接合層の厚さのうちのより大きい方の前記接合層の厚さを、前記接合層の厚さＨ３とし、
前記連結部材の差し渡し方向長さＨ１が、前記凹部の窪み深さＨ２と前記接合層の厚さＨ３とを足し合わせた合計長さＨ４よりも大きく、
前記凹部の、前記第一端面から前記第二端面に向かう軸方向及び前記凹部の窪み方向のそれぞれに直交する横幅方向の長さＷ２が、前記ハニカムセグメントの前記一の側面の横幅方向の長さＷ１より小さく、
前記ハニカムセグメントの前記一の側面の平坦部と、溝状の前記凹部の側壁面とのなす角θ１が、６０°以上である、ハニカム構造体。

［２］ 前記ハニカムセグメントの前記凹部の窪み深さＨ２が、前記ハニカムセグメントの側面を構成する前記セグメント外壁の厚さより小さく、前記凹部が前記セグメント外壁を貫通していない、前記［１］に記載のハニカム構造体。

［３］ 前記凹部の前記横幅方向の長さＷ２が、前記ハニカムセグメントの前記横幅方向の長さＷ１の２０〜７０％である、前記［１］又は［２］に記載のハニカム構造体。

［４］ 前記凹部の前記軸方向の長さＬ２が、前記ハニカムセグメントの前記軸方向の長さＬ１の５〜３５％の長さである、前記［１］〜［３］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、従来のセグメント構造のハニカム構造体に比して、接合層にクラックが発生した際に、そのクラックがハニカム構造体の全域に貫通し難くもなるため、クラックによるハニカムセグメントの分離を有効に抑制することができる。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がクラックにより分離して、分離したハニカムセグメントが下流側に抜け落ちてしまうようなことが極めて生じにくい。

本発明のハニカム構造体の第一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１に示すハニカム構造体の第二端面側を示す平面図である。 図３のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。 図３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第一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３の一部を拡大した拡大平面図である。 本発明のハニカム構造体の第二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第三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第三実施形態の第二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第一実施形態は、図１〜図５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第一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１に示すハニカム構造体の第二端面側を示す平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。図５は、図３のＢ−Ｂ’断面を模式的に示す断面図である。

図１〜図５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、を有している。ハニカムセグメント４は、流体の入口側となる第一端面１１から流体の出口側となる第二端面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と、ハニカムセグメント４の側面を構成するセグメント外壁３と、を有している。ハニカムセグメント４は、第一端面１１及び第二端面１２が四角形の四角柱状のものである。

複数個のハニカムセグメント４のうちの少なくとも２つのハニカムセグメント４は、図６に示すように、ハニカムセグメント４の一の側面に、内方に向けて窪んだ溝状の凹部８を有している。図６は、本発明のハニカム構造体の第一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に示すように、ハニカムセグメント４の凹部８は、ハニカムセグメント４の第一端面１１又は第二端面１２のいずれか一方を起点とし、第一端面１１から第二端面１２に向かう軸方向に延びるように形成されている。以下、本明細書において、特に断りのない限り、「軸方向」とは、ハニカムセグメント４の第一端面１１から第二端面１２に向かう方向を意味する。

図１〜図５に示すハニカムセグメント接合体１０において、凹部８を有する２つのハニカムセグメント４は、互いの一の側面における凹部８同士が対向するように隣り合って配置されている。そして、ハニカムセグメント接合体１０は、対向配置された２つの凹部８の内部を架け渡すように２つの凹部８に跨って配設された棒状の連結部材７を更に有している。

本実施形態のハニカム構造体１００においては、ハニカムセグメント４の凹部８、及び２つの凹部８に跨って配設される連結部材７の構成について特に主要な特徴を有している。以下、凹部８及び連結部材７の構成についてより詳細に説明する。

まず、凹部８、連結部材７及び接合層１４の寸法について、以下のように規定する。連結部材７の２つの凹部８の内部に跨って延びる方向の長さを、連結部材７の架け渡し方向長さＨ１とする。対向配置された２つの凹部８のうちの凹部８の窪み方向の深さが最大となる部位における窪み深さを、凹部８の窪み深さＨ２とする。凹部８のセル２の延びる方向の両端位置における接合層１４の厚さのうちのより大きい方の前記接合層の厚さを、前記接合層の厚さＨ３とする。

連結部材７の差し渡し方向長さＨ１が、凹部８の窪み深さＨ２と接合層１４の厚さＨ３とを足し合わせた合計長さＨ４よりも大きい。即ち、凹部８、連結部材７及び接合層１４の各寸法は、下記式（１）の関係を満たす。
Ｈ１＞Ｈ４＝Ｈ２＋Ｈ３ （１）

また、凹部８の横幅方向の長さＷ２が、ハニカムセグメント４の一の側面の横幅方向の長さＷ１より小さい。ここで、凹部８の「横幅方向」とは、第一端面１１から第二端面１２に向かう軸方向及び凹部８の窪み方向のそれぞれに直交する方向のことを意味する。

更に、ハニカムセグメント４の凹部８は、図７に示すように、ハニカムセグメント４の一の側面の平坦部１７と、溝状の凹部８の側壁面１５とのなす角θ１が、６０°以上であるものとする。ここで、図７は、図３の一部を拡大した拡大平面図である。凹部８の「側壁面１５」とは、ハニカムセグメント４の一の側面の平坦部１７から内側に向かって屈曲した面である。具体的には、セグメント外壁３の一部が軸方向に切り欠かれることによって凹部８が形成されている場合、凹部８の「側壁面１５」は、セグメント外壁３の切り欠き面となる。なお、凹部８がセグメント外壁３を貫通するように形成されている場合にも、上記なす角θ１を算出する際にも、セグメント外壁３の切り欠き面を「側壁面１５」とする。

ハニカムセグメント４の凹部８の横幅方向の長さＷ２は、凹部８の窪み方向において一定でなくともよい。例えば、図６に示すハニカムセグメント４の凹部８は、軸方向に直交する面において、その形状が略長方形となり、その窪み方向において、横幅方向の長さＷ２が一定となっている。しかしながら、ハニカムセグメント４の凹部８は、軸方向に直交する面において、例えば、三角形や台形などの多角形、又は、半円状や半楕円などの形状であってよい。なお、連結部材７の形状については、ハニカムセグメント４の凹部８の形状に応じて適宜決定することができる。

図１〜図５に示すようなハニカム構造体１００は、従来のセグメント構造のハニカム構造体に比して、接合層１４にクラックが発生した際に、そのクラックがハニカム構造体１００の流路方向全域に貫通し難くもなる。このため、クラックによるハニカムセグメント４の分離を有効に抑制することができる。例えば、ハニカム構造体１００は、ハニカムセグメント４がクラックにより分離して、分離したハニカムセグメント４が下流側に抜け落ちてしまうようなことが極めて生じにくい。また、例えば、連結部材７を配設した側の端面を下流側に向けて配置した場合には、仮に接合層１４にクラックが発生して一部のハニカムセグメント４が分離したとしても、分離したハニカムセグメント４が下流側に抜け落ちてしまうことを防止することができる。

凹部８の横幅方向の長さＷ２が、ハニカムセグメント４の横幅方向の長さＷ１の２０〜７０％であることが好ましく、２０〜５０％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、ハニカム構造体１００の軸方向に直交する面におけるセル２の流路面積の減少を有効に抑制することができ、ハニカム構造体１００の圧力損失の上昇を抑制することができる。

凹部８の軸方向の長さＬ２については特に制限はない。例えば、凹部８の軸方向の長さＬ２が、ハニカムセグメント４の軸方向の長さＬ１の５〜３５％の長さであると、流路面積減少を有効に抑制する点で好ましい。また、連結部材７の軸方向の長さは、凹部８の軸方向の長さＬ２と略同じであることが好ましい。

ハニカムセグメント４の一の側面の平坦部１７と、凹部８の側壁面１５とのなす角θ１は、６０°以上であるが、６０〜１２０°であることが好ましく、９０〜１１０°であることが更に好ましい。なす角θ１が６０°未満であると、凹部８内に、連結部材７が配置されずに、接合層１４を形成する接合材によって占められる部位が増加するため圧損上昇の点で好ましくない。一方で、なす角θ１が１２０°を超えると、連結部材を配置できる深さが浅くなってしまう懸念がある点で好ましくない。

凹部８の窪み深さＨ２は、その内部に配設された連結部材７の差し渡し方向長さＨ１に対応し、この連結部材７が挿入され得る窪み深さを有していれば特に制限はない。凹部８の窪み深さＨ２としては、例えば、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。したがって、連結部材７の差し渡し方向長さＨ１は、接合層１４の厚さＨ３に、上記した凹部８の窪み深さＨ２を足し合わせた合計長さＨ４よりも大きい長さであることが好ましい。

凹部８は、例えば、ハニカムセグメント４の軸方向に沿って、凹部８の窪み深さＨ２が連続的又は段階的に変化していてもよい。例えば、ハニカムセグメント４の第二端面１２を起点として軸方向に沿って形成された凹部８の場合、第二端面１２側の窪み深さＨ２を相対的に浅くし、第一端面側に向かって、窪み深さＨ２が相対的に深くなっていてもよい。そして、連結部材７についても、凹部８の窪み深さＨ２に対応して、軸方向に沿って、連結部材７の架け渡し方向長さＨ１が変化するように構成されていてもよい。このように構成することによって、凹部８の内部に配設された連結部材７の脱落についても有効に抑制することができる。但し、例えば、凹部８の窪み深さＨ２が軸方向に沿って漸増する場合において、窪み深さＨ２の漸増量が大きすぎると、凹部８の窪み深さＨ２の最大値も大きく増加してしまうことがある。このため、例えば、第二端面１２を起点として形成された凹部８において、軸方向に沿って窪み深さＨ２が漸増する場合には、第二端面１２から見た漸増部位の仰角（別言すれば、末広がりの角度）が２°以下であることが好ましい。なお、第一端面１１を起点として軸方向に沿って形成された凹部８も同様に、第一端面１１から見た漸増部位の仰角（別言すれば、末広がりの角度）が２°以下であることが好ましい。また、連結部材７も同様に、軸方向に沿って連結部材７の架け渡し方向長さＨ１が漸増する場合には、漸増部位の仰角が２°以下であることが好ましい。

凹部８の窪み深さＨ２は、ハニカムセグメント４のセグメント外壁３の厚さよりも小さくてもよいし、セグメント外壁３の厚さよりも大きくてもよい。ハニカム構造体１００において、凹部８の窪み深さＨ２は、ハニカムセグメント４のセグメント外壁３の厚さよりも小さく、凹部８がセグメント外壁３を貫通しないように形成されていることが好ましい。例えば、凹部８の窪み深さＨ２が、セグメント外壁３の厚さよりも大きくなる形態としては、図９に示すようなハニカムセグメント４４を挙げることができる。図９に示すハニカムセグメント４４の詳細については後述するが、図９に示すハニカムセグメント４４においては、凹部４８が、ハニカムセグメント４４のセグメント外壁４３を貫通するように形成され、凹部４８の一部が、ハニカムセグメント４４内に形成された一部のセル２内まで到達している。

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、１５〜６２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。

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の最大厚さＨ１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。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。

ハニカム構造体１００は、それぞれのハニカムセグメント４におけるセル２の第一端面１１側又は第二端面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てもよい。このように構成することによって、ハニカム構造体１００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。

次に、本発明のハニカム構造体の第二実施形態について、図８を参照しつつ説明する。図８は、本発明のハニカム構造体の第二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８において、図６に示すハニカムセグメント４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ことがある。

第二実施形態のハニカム構造体（図示せず）においては、図８に示されるハニカムセグメント２４によってハニカムセグメント接合体（図示せず）が形成されている。図８に示すハニカムセグメント２４は、四角柱状の各側面を構成するセグメント外壁２３に、軸方向に延びるような溝状の凹部２８を有している。この凹部２８は、第一端面１１を起点とし、第二端面１２を終点とし、ハニカムセグメント２４の軸方向全域に亘って形成されている。

第二実施形態のハニカム構造体は、図８に示すようなハニカムセグメント２４を用いてハニカムセグメント接合体が形成されている。具体的には、ハニカムセグメント接合体において、凹部２８を有する２つのハニカムセグメント２４は、互いの一の側面における凹部２８同士が対向するように隣り合って配置されている。対向配置された２つの凹部２８に跨って配設される棒状の連結部材（図示せず）は、例えば、ハニカムセグメント２４の軸方向の長さＬ１と同じ軸方向長さのものとすることができる。

図８に示すハニカムセグメント２４に形成された凹部２８は、例えば、軸方向に沿って、凹部２８の窪み深さＨ２が連続的又は段階的に変化していてもよい。例えば、第一端面１１側の窪み深さＨ２を深くし、第二端面１２側の窪み深さＨ２を浅くしてもよい。また、第一端面１１から第二端面１２に向かう中間付近の窪み深さＨ２を最も深くし、第一端面１１及び第二端面１２に向かうにつれて窪み深さＨ２が浅くなってもよい。そして、連結部材（図示せず）についても、凹部２８の窪み深さＨ２に対応して、軸方向に沿って、連結部材（図示せず）の架け渡し方向長さＨ１（図３参照）が変化するように構成されていてもよい。

次に、第三実施形態のハニカム構造体について、図９及び図１０を参照して説明する。図１０に示すように、第三実施形態のハニカム構造体２００は、図９に示されるハニカムセグメント４４によってハニカムセグメント接合体５０が形成されている。

図９に示すハニカムセグメント４４は、四角柱状の各側面を構成するセグメント外壁４３に、内方に向けて窪んだ凹部４８と、を有している。ハニカムセグメント４４の凹部４８は、第二端面１２を起点とし、ハニカムセグメント４４の軸方向に延びるように設けられている。ハニカムセグメント４４の凹部４８は、ハニカムセグメント４４のセグメント外壁４３を貫通し、ハニカムセグメント４４の最外周のセル２まで到達するような窪み深さを有している。図１０に示すように、凹部４８の内部に配設された連結部材４７の差し渡し方向長さは、上記した凹部４８の窪み深さに対応したものとなっている。このように構成されたハニカム構造体２００も、これまでに説明した第一実施形態のハニカム構造体１００（図１〜図５参照）と同様の効果を奏するものとなる。特に、本実施形態のハニカム構造体２００は、ハニカムセグメントの抜け落ちをより有効に抑制することができる。

図９に示すハニカムセグメント４４は、凹部４８の窪み深さが異なること以外は、図６に示すハニカムセグメント４と同様に構成されていることが好ましい。図１０に示すハニカム構造体２００についても、図９に示されるようなハニカムセグメント４４と、その凹部４８の窪み深さに対応した連結部材４７とが用いられていること以外は、これまでに説明した第一実施形態のハニカム構造体１０００（図１〜図５参照）と同様に構成されていることが好ましい。また、ハニカムセグメント４４の凹部４８については、ハニカムセグメント４４の最外周のセル２を区画する外周側の隔壁１よりも内側まで窪んでいてもよい。

（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、「連結部材作製工程」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６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。

また、ハニカムセグメント作製工程において、図６に示すような凹部８を有するハニカムセグメント４を作製する場合には、以下の方法によって、セグメント外壁３の表面に、所望の窪み深さＨ２の凹部８を形成する。具体的には、押出成形等の従来公知の方法でハニカムセグメントを作製し、作製したハニカムセグメントの側面を切削加工により研削して、所望の凹部８を形成する。

連結部材作製工程は、対向配置された２つの凹部の内部を架け渡すように配設される棒状の連結部材を作製する工程である。連結部材は、以下のようにして作製することができる。具体的には、連結部材の材質は、ハニカムセグメントと同一のものを用いることができる。作製方法としては、ハニカムセグメントと同じように坏土を所定の金型へ押し出すことにより成形し、得られた成形体を焼成することにより作製する方法を挙げることができる。

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。この際、凹部を有する２つのハニカムセグメントは、互いの凹部同士が対向するように、隣り合わせとなる位置に配置する。そして、２つのハニカムセグメントの対向配置された２つの凹部の内部には、２つの凹部の相互間を架け渡すように、棒状の連結部材を配設する。このようにして、複数個のハニカムセグメントを、格子状に順次組み合わせる。

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、ハニカム構造体における接合層となり、この乾燥・固化により、接合層に所望の接合力が発現する。

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。

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５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。

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、ハニカム成形体の各側面に形成した凹部の内部に配設するための棒状の連結部材を、以下の方法で作製した。連結部材の材質は、ハニカムセグメントと同一のものとした。ハニカムセグメントと同じように、連結部材を作製するための原料を用いて坏土を調製し、調製した坏土を所定の金型へ押出すことにより成形して、棒状の連結部材の成形体を作製した。その後、得られた成形体を焼成することにより、棒状の連結部材を作製した。連結部材は、架け渡し方向長さＨ１を２．１ｍｍとし、その他は、凹部の軸方向の長さＬ２及び横幅方向の長さＷ２に対応した大きさのものとした。

次に、各ハニカムセグメント成形体を、脱脂し、焼成して、ハニカムセグメントを作製した。その後、得られたハニカムセグメントの各側面に凹部を形成した。凹部は、ハニカム成形体の第二端面側を起点とし、軸方向の長さＬ２を６０ｍｍ、横幅方向の長さＷ２を２０ｍｍ、窪み深さＨ２を１．０ｍｍとした。各ハニカムセグメントの端面の大きさは、１辺が３９．４ｍｍの正方形であった。ハニカムセグメントの端面の大きさは、ハニカムセグメントの横幅方向の長さＷ１に対応する。また、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Ｌ１は、３０４．８ｍｍであった。ハニカムセグメントのセグメント外壁の厚さは１．５ｍｍであった。表１に、ハニカムセグメントの構成を示す。

ハニカムセグメントは、四角柱状のハニカムセグメントの４つの側面に、第二端面を起点として、軸方向に延びるように凹部が設けられていた。凹部の軸方向の長さＬ２は６０ｍｍで、窪み深さＨ２は１．０ｍｍで、横幅方向の長さＷ２は２０ｍｍであった。表２に、ハニカムセグメントの凹部の構成を示す。また、ハニカムセグメントの一の側面の平坦部と、溝状の凹部の側壁面とのなす角θ１は、９０°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た。そして、側面に接合用ペーストを塗工したハニカムセグメントを、それぞれの側面に形成された凹部同士が対向するように格子状に配置した。なお、ハニカムセグメントを格子状に配置する際には、隣接する２つのハニカムセグメントにおける対向配置された２つの凹部の内部には、互いの凹部を架け渡すように連結部材を配設した。そして、４９個のハニカムセグメントを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、ハニカムセグメントの組立体を、１００℃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状に研削加工し、その外周面に外周コート層を配設して、ハニカム構造体を製造した。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の互いの側面相互間の接合層の厚さＨ３は１．０ｍｍであった。結果を表１に示す。

ハニカムセグメントの軸方向の長さＬ１に対する、凹部の軸方向の長さＬ２の比の百分率を、表３の「Ｌ２／Ｌ１（％）」の欄に示す。ハニカムセグメントの横幅方向の長さＷ１に対する、凹部の横幅方向の長さＷ２の比の百分率を、表３の「Ｗ２／Ｗ１（％）」の欄に示す。連結部材は、架け渡し方向長さＨ１に対する、凹部の窪み深さＨ２と接合層の厚さＨ３とを足し合わせた合計長さＨ４の比の百分率を、表３の「Ｈ４／Ｈ１（％）」の欄に示す。

実施例１にて製造したハニカム構造体について、以下の方法で、「接合部のクラック進展有無評価」を行った。結果を表３に示す。

［接合部のクラック進展有無評価］
ハニカム構造体に１５０℃〜８５０℃の冷熱ガスを繰り返し負荷した。加えて同時に振動負荷装置により物理的な振動を付与して、試験後に、ハニカム構造体の接合層についてのクラックの進展の有無を確認した。振動負荷装置による振動条件は、加速度３０Ｇ、振動数１００Ｈｚとした。クラックの進展の有無の確認は、以下の方法で行った。まず、本評価においては、各実施例及び比較例についてハニカム構造体を１０個作製し、１０個のハニカム構造体について、上記試験を行った。その後、１０個のハニカム構造体について、第一端面からセルの延びる方向の１０ｍｍまでの範囲、及び第二端面からセルの延びる方向の１０ｍｍの各接合層について、クラックの発生及び進展を目視及びＣＴ観察にて確認した。いずれか一方の端面（即ち、第一端面又は第二端面）から１０ｍｍまでの範囲の接合層において、クラックの発生及び進展が確認されなかった場合を、クラックの進展が見られないと判断した。
評価「優」：１０個のハニカム構造体の全てにおいて、クラックの進展が見られない。
評価「良」：１０個のハニカム構造体のうちの７個以上において、クラックの進展が見られない。
評価「不可」：１０個のハニカム構造体のうちの４個以上において、クラックの進展が見られる。

（実施例２〜１２）
実施例２〜１２については、ハニカムセグメントの構成及び配置を表１のようなものとし、且つ、ハニカムセグメントの凹部、及び連結部材の構成を表２のようなものとして、ハニカム構造体を作製した。表１及び表２に示す以外の構成については、実施例１と同様のものとした。実施例２〜１２のハニカム構造体についても、実施例１と同様の方法で、接合部のクラック進展有無評価を行った。結果を表３に示す。

（比較例１〜４）
比較例１〜４については、ハニカムセグメントの構成及び配置を表１のようなものとしてハニカム構造体を作製した。比較例１においては、ハニカムセグメントの側面に凹部を設けずに、四角柱状の各側面が平坦なハニカムセグメントを４９個作製した。そして、この４５個のハニカムセグメントを、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、それ以降は、実施例１と同様の方法でハニカム構造体を作製した。比較例２及び３については、ハニカムセグメントの凹部を、軸方向の起点が、第二端面から２０ｍｍ又は５０ｍｍとなるようにしてハニカムセグメントを４９個作製した。そして、この４９個のハニカムセグメントを、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、それ以降は、実施例１と同様の方法でハニカム構造体を作製した。比較例１〜４のハニカム構造体についても、実施例１と同様の方法で、接合部のクラック進展有無評価を行った。結果を表３に示す。

（結果）
実施例１〜１２のハニカム構造体は、接合部のクラック進展有無評価において、良好な結果を示すものであることが分かった。特に、実施例１〜４，６，８〜１２のハニカム構造体は、１０個のハニカム構造体の全てにおいて、クラックの進展が見られなかった。なお、接合部のクラック進展有無評価にて、クラックの進展が見られなかったのは、ハニカム構造体の第一端面及び第二端面のうち、凹部の起点となる端面側であった。一方、比較例１〜４のハニカム構造体は、接合部のクラック進展有無評価において、実施例１〜１２のハニカム構造体よりも評価結果が劣るものであった。

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、３，２３，４３：セグメント外壁、４，２４，４４：ハニカムセグメント、５：目封止部、７，４７：連結部材、８，２８，４８：凹部、１１：第一端面、１２：第二端面、１３：外周壁、１４：接合層、１５：側壁面、１７：平坦部（ハニカムセグメントの一の側面の平坦部）、１００，２００，３００：ハニカム構造体、Ｈ１：連結部材の架け渡し方向長さ、Ｈ２：凹部の窪み深さ、Ｈ３：接合層の厚さ、Ｌ１：ハニカムセグメントの軸方向の長さ、Ｌ２：凹部の軸方向の長さ、Ｗ１：ハニカムセグメントの横幅方向の長さ、Ｗ２：凹部の横幅方向の長さ、θ１：なす角（ハニカムセグメントの一の側面の平坦部と、凹部の側壁面とのなす角）。

Claims (4)

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、を有するハニカムセグメント接合体を備え、
   前記ハニカムセグメントは、流体の入口側となる第一端面から流体の出口側となる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と、前記ハニカムセグメントの側面を構成するセグメント外壁と、を有し、
   複数個の前記ハニカムセグメントのうちの少なくとも２つの前記ハニカムセグメントは、前記ハニカムセグメントの一の側面に、内方に向けて窪んだ溝状の凹部を有し、
   前記凹部は、前記ハニカムセグメントの前記第一端面又は前記第二端面のいずれか一方を起点とし、前記第一端面から前記第二端面に向かう軸方向に延びるように形成され、
   前記ハニカムセグメント接合体において、前記凹部を有する２つの前記ハニカムセグメントは、互いの前記一の側面における前記凹部同士が対向するように隣り合って配置され、且つ、前記ハニカムセグメント接合体は、対向配置された２つの前記凹部の内部を架け渡すように２つの前記凹部に跨って配設された棒状の連結部材を更に有し、
   前記連結部材の２つの前記凹部の内部に跨って延びる方向の長さを、前記連結部材の架け渡し方向長さＨ１とし、
   対向配置された２つの前記凹部のうちの前記凹部の窪み方向の深さが最大となる部位における窪み深さを、前記凹部の窪み深さＨ２とし、
   前記凹部の前記セルの延びる方向の両端位置における前記接合層の厚さのうちのより大きい方の前記接合層の厚さを、前記接合層の厚さＨ３とし、
   前記連結部材の差し渡し方向長さＨ１が、前記凹部の窪み深さＨ２と前記接合層の厚さＨ３とを足し合わせた合計長さＨ４よりも大きく、
   前記凹部の、前記第一端面から前記第二端面に向かう軸方向及び前記凹部の窪み方向のそれぞれに直交する横幅方向の長さＷ２が、前記ハニカムセグメントの前記一の側面の横幅方向の長さＷ１より小さく、
   前記ハニカムセグメントの前記一の側面の平坦部と、溝状の前記凹部の側壁面とのなす角θ１が、６０°以上である、ハニカム構造体。
2. 前記ハニカムセグメントの前記凹部の窪み深さＨ２が、前記ハニカムセグメントの側面を構成する前記セグメント外壁の厚さより小さく、前記凹部が前記セグメント外壁を貫通していない、請求項１に記載のハニカム構造体。
3. 前記凹部の前記横幅方向の長さＷ２が、前記ハニカムセグメントの前記横幅方向の長さＷ１の２０〜７０％である、請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
4. 前記凹部の前記軸方向の長さＬ２が、前記ハニカムセグメントの前記軸方向の長さＬ１の５〜３５％の長さである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカム構造体。

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