JP4890857B2 - ハニカム構造体 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等からの排ガスに含まれているパティキュレートを捕捉して除去するためのＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）等に用いられるハニカム構造体に関する。

ＤＰＦとして使用されるハニカム構造体１００は、図１Ａに示すように、同一形状とサイズを持つ複数のハニカムセグメント２００を接合材９００によって接合し一体化した後、円形断面等の所定の形状に加工し、さらに外周囲をコート材層４００によって被覆することにより形成されたものである。このハニカム構造体１００はディーゼルエンジンの排気系内に配置されることにより、排ガスを浄化するために使用される。
図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、それぞれのハニカムセグメント２００は炭化珪素等からなる多孔質体からなり、さらに多孔質の隔壁６００によって仕切られた多数の流通孔５００を有している。流通孔５００はハニカムセグメント２００を一軸方向に貫通しており、各流通孔５００の一方の端部では、一つ置きに充填材７によって目封じされている。また、他方の端部では、一方の端部で目封じされていない流通孔５００の端部が目封じされている。すなわち、一の流通孔５００においては、左端部が開口している一方、右端部が充填材７によって目封じされており、これと隣接する他の流通孔５においては、左端部が充填材７によって目封じされるが、右端部が開口されている。このような構造では、図１Ｃの矢印で示すように、左端部が開口している流通孔５００内に流入した排ガスは、多孔質の隔壁６００を通過して他の流通孔５００から流出する。そして、隔壁６００を通過する際に排ガス中のパティキュレートが隔壁６００に捕捉されるため、排ガスの浄化ができる。
ハニカムセグメント２００を接合する接着材９００としては、ハニカムセグメント２００の構成成分と共通のセラミック粉にセラミックファイバ等の無機繊維、有機・無機のバインダ及び水などの分散媒を添加した材料などが使用される。一般に、ハニカム構造体１００を再生する際のハニカムセグメント２の温度上昇を抑制するため、接着材９００としては、ハニカムセグメント２よりも熱容量が大きなものが使用される。
ハニカム構造体１００は、使用を継続することによりスートが隔壁６００に堆積して圧力損失が経時的に大きくなる。このような圧力損失の増大があると、エンジンの性能が低下する。このため、堆積したスートを燃焼除去してハニカム構造体１００の再生が行われる。
再生は、自動車の走行中にハニカム構造体１を５５０〜６００℃程度に加熱することにより行われる。この加熱により、スートが燃焼して自己発熱し、ハニカム構造体１００全体の温度が上昇する。この温度上昇により、ハニカム構造体１００の中央部、特に流通孔の貫通方向（軸方向）に垂直な断面の中央付近にあるハニカムセグメントにおいて、過大な温度勾配が生じ、熱応力によるクラックが発生しやすい状態が生じる。
そこで、上述した従来技術では、ハニカムセグメント２００を接合する接着材９００として熱容量の大きいものを使用することにより、再生時におけるハニカムセグメント２００の温度上昇を抑え、クラックの発生を抑制していた。さらに、特にクラックが発生しやすいハニカム構造体１００の中心部に熱容量の大きい接着材９００の層を配置し、該中心部での温度勾配を抑制した構造が検討されている。
ハニカム構造体にクラックが入ることなく再生できるスートの量をそのハニカム構造体における「スート再生限界量」と呼ぶが、この「スート再生限界量」が高い程、必要な再生頻度を抑えることができるため、望ましい。
接着材９００をハニカム構造体の中心に配置したハニカム構造体、すなわち隣接し合うハニカムセグメント２００間に存在する接着材９００の層がハニカム構造体１００の中心で交差するようハニカムセグメント２００を配置させたハニカム構造体は、中心にハニカムセグメントの流通孔があるように各ハニカムセグメント２００を配置させたハニカム構造体、すなわち接着材９００の層が中心から外れた状態のハニカム構造体に較べ、クラックの発生を抑制する効果が高く、「スート再生限界量」を増加できる。よって、ハニカム構造体１００の中心部に接着材９００の層を配置することで、より多くのスートを堆積した状態での再生が可能となる。
しかしながら、最近の車載用ハニカム構造体では、組み込まれる位置での車両内の構造上の制限から、軸方向に垂直な断面形状が円形（図１Ａに示すハニカム構造体）や正方形のような左右対称なものに限られず、中心位置を定めにくい異形断面を有するものが増えている。このような異形断面形状のハニカム構造体では、中心位置の特定が困難で、中心に接着材９００の層を配置するようハニカムセグメントの位置を調整することが容易でない。
また、接着材層の厚みを広げることにより、ハニカム構造体中の接着材９００の量を増加させれば、熱容量が増え、再生時の温度上昇及び中央部における温度勾配を抑制できる。しかしながら、接着材９００の量を増やすと接着材９００の層の断面積が増え、相対的にハニカムセグメントの総断面積が少なくなるため、流通孔全体の総体積が減じ、スートの除去能力が低下する。したがって、単に、接着材９００の量を増やしても、「スート再生限界量」を有効に増加させることは難しい。

本発明は、軸方向断面における接着材層の位置を考慮することなく、スート再生限界量を増加させることが可能なハニカム構造体を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の態様による、ハニカム構造体は、（ｉ）隔壁により仕切られ一軸方向に貫通する複数の流通孔を有する複数の第１ハニカムセグメントを接着材で複数接合したセグメント領域と、（ｉｉ）一軸方向断面において、上記セグメント領域の外側周囲に配置され、セグメント領域と一体となるよう接着材で接合された、隔壁により仕切られ一軸方向に貫通する複数の流通孔を有する複数の第２ハニカムセグメントとを有し、第１ハニカムセグメントは、一軸方向における断面積が、第２ハニカムセグメントの一軸方向における断面積より小さいものである。

図１Ａは、従来のハニカム構造体の基本構造を示す斜視図であり、図１Ｂ及び図１Ｃは、それぞれハニカムセグメントの基本構造を示す斜視図、及び断面図である。
図２Ａは、本発明の実施の形態に係るハニカム構造体の断面図であり、図２Ｂは従来型の構造を有するハニカム構造体の断面図である。
図３Ａは、本発明の別の実施の形態に係る、異形断面形状を持つハニカム構造体の断面図であり、図３Ｂはこのハニカム構造体の再生時の温度分布を示すグラフである。
図４Ａは、従来型の構造の異形断面形状を持つハニカム構造体の断面図であり、図４Ｂはこのハニカム構造体の再生時の温度分布を示すグラフである。
図５Ａ〜図５Ｃは、３種のハニカム構造体の断面構造をそれぞれ示す。このうち図５Ａ及び図５Ｂは本実施の形態にかかるハニカム構造体に相当する。
図６は、図５Ａ〜図５Ｃに示すハニカム構造体に関し、接着材層断面積と圧力損失との関係を示すグラフである。
図７Ａは、実施例１のハニカム構造体の断面図であり、図７Ｂは、比較例のハニカム構造体の断面図である。
図８Ａ及び８Ｂは、実施例１及び比較例のハニカム構造体の再生時における温度分布をぞれぞれ示すグラフである。
図９は、実施例２のハニカム構造体の断面図である。
図１０は、実施例１、２及び比較例のハニカム構造体に関し、接着材層断面積と圧力損失との関係を示すグラフである。

本発明の実施の形態に係るハニカム構造体は、図１Ｂに示す。従来のハニカム構造体と同様に、複数のハニカムセグメントを接着材を介して接合した構造を有する。さらに、各ハニカムセグメントは、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、多孔質の隔壁によって仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有し、隣接している流通孔における一端部は充填材によって交互に目封じされている。
図２Ａに、本実施の形態に係るハニカム構造体１１の軸方向に垂直な断面図（以下、「断面」という場合は、軸方向に垂直な断面をいうものとする）を示す。参考のため、図２Ｂに、従来構造を持つハニカム構造体１１０の断面図を示す。
図２Ａに示す本実施の形態に係るハニカム構造体１１は、複数のハニカムセグメントを接着材９で接合させたものであるが、図２Ｂに示す従来型のハニカム構造体１１０が、同一形状、同一サイズの複数のハニカムセグメント２１０で構成されるのと異なり、異なるサイズの２種類のハニカムセグメント２０及び２２で構成されている。中央側のセグメント領域２１内に位置するハニカムセグメント２２（第１ハニカムセグメント）は、セグメント領域２１より外周側に位置するハニカムセグメント２０（第２ハニカムセグメント）よりも小さな断面積を持っている。
従来型のハニカム構造体１１０は、例えば１辺が３０〜４０ｍｍ、代表的には３５ｍｍの正方形断面を持つ同じサイズの複数のハニカムセグメント２１０を接着材９１０で接合し、一体化し、その後、ハニカム構造体１１０の断面が円形となるよう、加工し、外周囲をコート剤層４１０で被覆したものである。
これに対し、本発明の実施の形態に係るハニカム構造体１１は、図２Ａに示すように、中央部のセグメント領域２１が少なくとも従来構造において使用されるハニカムセグメント２１０より断面積が小さいハニカムセグメント２２によって形成されている。例えば、ハニカムセグメント２２は、外周側にあるハニカムセグメント２０とほぼ同じ面積を持つ中央のセグメント領域２１の正方形断面を４等分した小さな正方形断面を持ち、接着材９により接合されている。なお、隣接し合う各ハニカムセグメントは、接着材９で接合されているが、接着材９の層厚は、略一定厚みに維持されている。
ハニカム構造体１１は、断面外形が円形となるように加工され、その外面がコート剤層４によって被覆されている。
本実施の形態に係るハニカム構造体１１では、このように断面方向の中央側に位置するセグメント領域２１を小断面積の複数のハニカムセグメント２２によって形成するため、中央部のセグメント領域２１では、各ハニカムセグメント２２を接合するために必要な接着材層の断面積が相対的に増加し、接着材９の量が多くなっている。一般に接着材９の比熱と密度は高いため、中央側の熱容量が大きくなると共に、ハニカムセグメント２２の断面積が小さいため、再生時における温度勾配が小さくなり、ハニカム構造体２０の再生時における中央側のセグメント領域２１での熱応力を小さくすることができ、高温度での再生が可能となる。このため、スートの堆積量が多い状態での再生が可能となり、スート再生限界量を大きくすることができ、再生頻度を少なくすることができる。
また、本実施の形態に係るハニカム構造体１１では、セグメント領域２１の外周領域に配置するハニカムセグメント２０は、従来のハニカム構造体１１０を構成するハニカムセグメント２１０より単位断面積が大きいため、接合材９層の断面積が外周領域では、相対的に少なくなっている。このため、ハニカム構造体全体としては、接着材層の面積の増大が抑えられ、流通孔５の総体積を必要以上に減じることがない。これにより、排ガスの圧力損失を小さく抑えることができ、排ガスの浄化を確実に行うことができる。
なお、本発明の実施の形態で使用するハニカムセグメントの主成分は、特に限定されず、従来と同様な材料を使用できる。コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素、炭化珪素−コージェライト系複合材、珪素−炭化珪素系複合材、窒化珪素、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系金属等を使用できるが、特に、強度、耐熱性の観点から、Ｓｉ結合ＳｉＣを使用することが好ましい。
また、ハニカム構造体の断面形状は限定されない。図２Ａに示した円形に限らず、楕円形状、レーストラック形状、正多角形形状およびそれ以外の異形形状等種々の形態を採ることができる。
接着材の材料は、特に限定されないが、無機粒子、無機バインダーの水溶液、および酸化物繊維に水を加えて作製される。さらに必要に応じて粘土や有機バインダー等を加えてもよい。無機粒子は骨材として、無機バインダーは接着材として機能する。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、ジルコニア、燐酸ジルコニウム、アルミニウムチタネート、チタニア及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれるセラミックス、またはＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属、ニッケル系金属、もしくは金属珪素（Ｓｉ）−炭化珪素（ＳｉＣ）複合材等を好適に用いることができる。耐熱性、良好な熱伝導性およびハニカムセグメント材と同程度の熱膨張率を有するものが好ましく、炭化珪素を使用することが最も好適である。また、無機バインダーとしては、シリカゾル又はアルミナゾル等の水溶液である酸化物コロイダルゾルを使用できる。酸化物繊維としては、アルミノシリケート、ムライト、シリカ、アルミナ等のセラミックファイバー等を好適に用いることができる。
なお、ハニカム構造体の再生時に生じるハニカム構造体中の場所による熱勾配を下げるためには、高い比熱と、良好な熱伝導性を有することが望ましい。例えば、接着材の熱伝導率は０．１〜５Ｗ／ｍ・Ｋが好ましい。比熱は、５７０〜７７０Ｊ／ｋｇ・Ｋであることがより好ましい。
また、各ハニカムセグメントを接合する接着材層厚は、０．５ｍｍ〜３ｍｍが好ましく、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとすることがさらに好ましい。０．５ｍｍ以下では接着材層による温度勾配抑制効果が薄く、３ｍｍ以上では接着材層が厚い結果、相対的に流通孔の面積が減り、排ガスの圧損失が増加するからである。
次に、本発明の別の実施の形態に係るハニカム構造体１２について説明する。図３Ａに示すように、ハニカム構造体１２は、異形断面形状を有するものであるが、図２Ａに示したハニカム構造体１１と同様、中央側のセグメント領域２１を小断面積の複数のハニカムセグメント２２によって形成し、セグメント領域２１外周囲にハニカムセグメント２２より大きい断面積を持つハニカムセグメント２０を配置している。
なお、このような異形断面形状のハニカム構造体１２は、例えば、ハニカム構造体を車両に搭載する際、周囲に配置されている他の機器との接触を避けるため使用される。本実施の形態に係るハニカム構造体は、図３Ａに示す断面形状の他、搭載する場所の周囲環境により種々の形状を取り得る。
ハニカム構造体１２において、中央側のセグメント領域２１を小断面積の複数のハニカムセグメント２２によって形成することによるハニカム構造体の再生時の温度勾配への作用について説明する。
なお、ここではハニカムセグメント２０は、１辺３５ｍｍの正方形断面を有する。中央のセグメント領域２１にはハニカムセグメント２０と略同一サイズの正方形断面を略四等分する断面形状を持つハニカムセグメント２２を有しており、中央側のセグメント領域２１には、このハニカムセグメント２２を接着材９によって１６個接合したものが配置されている。
図３Ｂは、ハニカム構造体１２の再生時に得られる温度分布を示すグラフである。図３Ｂ中の横軸（測定位置）は、図３Ａ中に示した実線矢印上の位置に対応する。図３Ｂ中のＺ１〜Ｚ５は、図３Ａ中に示す、接着材９の層の交差点Ｚ１〜Ｚ５に対応する。実線と−点鎖線との交点Ｚ３を基準点としている。
なお、参考のため、図４Ａに示すような、同様な異形断面形状を有する従来構造のハニカム構造体１２０を用いた場合に、再生時に得られる温度分布を図４Ｂに示す。
従来構造のハニカム構造体１２０は、１辺３５ｍｍの正方形断面を有する同一形状の複数のハニカムセグメント２２０を接着材９２０で接着し、一体化させたものである。図４Ｂ中のＺ１〜Ｚ３は、図４Ａ中に示す、接着材９２０の層の交差点Ｚ１〜Ｚ３に対応する。
図３Ｂ、図４Ｂに示すように、ハニカム構造体１２及び１２０に対して、スートを燃焼させてその再生を行うと、スートの燃焼による自己発熱により、温度が上昇する。この場合、接着材（９、９２０）が存在している部分では、接着材（９、９２０）の熱容量によって温度が幾分、低下する。いずれのハニカム構造体１２及び１２０においても、中央部分が高温となる。ハニカムセグメント２２０だけからなる従来構造のハニカム構造体１２０では、中央部分と外周囲部との間にできる温度勾配が急峻となっている。これに対し、中央側のセグメント領域２１が小断面積のハニカムセグメント２２から形成されている実施の形態に係るハニカム構造体１２では、温度勾配が緩やかとなっているのが明らかである。
これは、ハニカムセグメント２２を接合する接着材９が中央部に多く存在することにより、中央部の熱容量が大きくなっていると共に、ハニカムセグメント２２の断面積が小さいためである。このように温度勾配が緩やかとなることにより、再生時における中央部のセグメント領域２１での熱応力が小さくなるため、クラックの発生を抑制することができる。また、その結果、スートを再生させる温度域がより高温まで許容できるため、その分、再生の際のスートの堆積量を多く設定することができる。よって、スート再生限界量を増加することができ、再生頻度を少なくができる。
本実施の形態におけるハニカム構造体では、セグメント領域２１を中央側に配置するが、断面における中心位置を正確に特定する必要はない。このため、中心位置の特定が困難な異形断面形状を持つハニカム構造体でも、容易に本実施の形態係る構造を応用できる。
次に、本実施の形態に係るハニカム構造体における中央部のセグメント領域２１及びその外周囲にそれぞれに配置するハニカムセグメントの断面形状と圧力損失との関係について説明する。
図５Ａ〜図５Ｃは、同一異形断面形状を有するハニカム構造体におけるハニカムセグメントの配置例を示す。なお、図５Ａ及び図５Ｂに示すハニカム構造体１２及び１３は、本願の実施の形態に係るハニカム構造体であり、図５Ｃは、従来構造を持つハニカム構造体１２０である。
図５Ａは、図３Ａに示すハニカム構造体１２と同じものであり、外周側に、従来のハニカムセグメント２１０と同じく１辺３５ｍｍの正方形断面を持つハニカムセグメント２０を配置し、中央側のセグメント領域２１に、１辺３５ｍｍの正方形を４等分した形状のハニカムセグメント２２を１６個配置したハニカム構造体１２を示す。図５Ｂは、中央側のセグメント領域２１を図５Ａと同様とし、外周側に、上記単位形状の４倍寸法の正方形断面を持つハニカムセグメント２５を配置したハニカム構造体１３を示す。図５Ｃは、図４Ａに示したハニカム構造体１２０と同じものであり、一辺が３５ｍｍの正方形断面を有する同一形状の複数のハニカムセグメント２２０を全体に配置させた従来構造のハニカム構造体１２０を示す。
図６は、図５Ａ〜図５Ｃに示す同一異形断面形状を有するハニカム構造体での接着材層断面積と圧力損失との関係を示すグラフである。接着材層の断面積の増大は、各ハニカムセグメントの開口部面積、すなわち排気ガス流通孔の総断面積の減少に対応する。したがって、図６のグラフ中に示すように、接着材層の断面積の増大はハニカム構造体の全体を通過する排ガスの圧力損失の増大を招く。
図５Ａ〜図５Ｂに示すハニカム構造体の断面構造の違いは、全断面積における接着材（９，９２０）層の断面積に相違をもたらす。図６のグラフ中、Ｄ点は従来のハニカム構造体１２０、Ｅ点はハニカム構造体１２、Ｆ点はハニカム構造体１３の接着材断面積に対応している。図５Ｃの従来構造のハニカム構造体１２０に比較して、図５Ａに示すハニカム構造体１２では、接着材層の断面積が増加するため、圧力損失も増加してしまうが、図５Ｂのハニカム構造体１３では、従来構造のハニカム構造体１２０の圧力損失に対し、圧力損失の増加は、せいぜい２％程度に留まる。
これは、小断面積のハニカムセグメント２２からなる中央側のセグメント領域２１の外周囲を、従来のハニカム構造体１２０を構成するハニカムセグメント２１０の断面積よりも大きな断面積を持つハニカムセグメント２５で構成することにより、セグメント領域２１外周囲での接着材９層の断面積が減り、この部分での排ガスの通過量が増大するため、ハニカム構造体の全体を通過する排ガスの圧力損失の補填が可能となるからである。これにより、排ガスをハニカム構造体内に良好に導入することができ、その浄化を行うことが可能となる。
このように、本実施の形態に係るハニカム構造体では、中央側のセグメント領域２１を小断面積を持つ複数のハニカムセグメントによって形成するとともに、その外周側に位置するハニカムセグメントは、ハニカム構造体の全体を通過する排ガスの圧力損失の補填が可能な断面寸法に設定することが好ましい。なお、ハニカム構造体全体の圧力損失の補填を行う断面形状としては、図示する形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。
上述するように、圧力損失の補填とは、中央側のセグメント領域２１内に小断面積のハニカムセグメントを配置したことにより、従来構造のハニカム構造体より増大する圧力損失をセグメント領域２１外周囲のハニカムセグメントの断面積を広げることで、全体の圧力損失の低減を抑制することをいう。具体的には、圧力損失の補填は、従来構造のハニカム構造体、すなわち一辺が３０〜４０ｍｍ、代表的には３５ｍｍの正方形断面を有するハニカムセグメントのみを接合してハニカム構造体全体を形成した場合に発生する圧力損失を１００％とする場合に、ハニカム構造体全体の圧力損失の増大を少なくとも約２０％以下、さらに好ましくは５％以下とするよう各ハニカムセグメントの断面積を調整することが好ましい。
中央側のセグメント領域２１の断面積は、ハニカム構造体全体の大きさや断面形状に依存するが、ハニカム構造体全体の断面積の約１／３〜２／３が好ましく、さらに、１／３〜１／２とすることがより好ましい。１／３以下では、ハニカム構造体を再生する際に発生する熱勾配を抑制する効果が少なく、２／３以上になると圧力損失の補填の調整が困難になるからである。
また、セグメント領域２１内に形成するハニカムセグメント２２の断面積は、少なくとも一辺が３０〜４０ｍｍ、代表的には３５ｍｍの正方形断面を有する従来のハニカムセグメント２１０より断面積を小さくすることが望ましいが、セグメント領域２１外周囲に形成するハニカムセグメントの断面形状は、上述する圧力損失の補填が可能なように調整することが好ましい。具体的には、セグメント領域２１外周囲に形成するハニカムセグメントの断面積は、従来構造のハニカムセグメント２１０、すなわち一辺３０ｍｍ〜４０ｍｍ、代表的には３５ｍｍの正方形面積以上であることが好ましい。さらに、セグメント領域２１外周囲に形成するハニカムセグメントの断面積は、セグメント領域２１内に形成するハニカムセグメントの断面積の４倍以上、好ましくは１０倍、より好ましくは１６倍以上の面積とすることが望ましい。
また、ハニカムセグメントの接合、一体化工程がし易いよう、各ハニカムセグメントの断面形状は矩形、好ましくは正方形とし、ハニカムセグメント２５の断面の一辺の長さが、ハニカムセグメント２２の断面の一辺の長さと接着材層厚の和の概略整数倍となるよう設定することが好ましい。

＜実施例１，比較例＞
図７Ａに、実施例１のハニカム構造体１４の断面を示し、図７Ｂに、比較例のハニカム構造体１３０の断面を示す。
実施例１のハニカム構造体１４では、中央側のセグメント領域２１に、１辺が１７ｍｍの正方形断面を持つハニカムセグメント２２を１６個配置し、セグメント領域２１の外周囲に、１辺が３５ｍｍの正方形断面を持つハニカムセグメント２０を１８個配置した。ハニカムセグメント２０及び２２は、それぞれ長さ２５４ｍｍであり、セラミックスセメントからなる接着材９で接合し一体化した。また、ハニカム構造体１４は、図７Ａに示すように、外周囲が加工され、異形断面形状を持つものである。
比較例のハニカム構造体１３０は、１辺が３５ｍｍの正方形断面形状を持ち、長さ２５４ｍｍのハニカムセグメント２３０をセラミックセメントからなる接着材９３０により１８個接合し、外周囲を実施例１と同じ異形断面形状に加工した。
表１に、実施例１及び比較例で使用したハニカムセグメント、および接着材の特性を示す。なお、ハニカム構造体は以下の条件で作製した。

＜ハニカムセグメントの作製条件＞
ハニカムセグメント原料として、ＳｉＣ粉末及び金属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及び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、可塑性の坏土を作製した。この坏土を押出成形し、マイクロ波及び熱風で乾燥して隔壁の厚さが０．３ｍｍ（１２ｍｉｌ）、セル密度が約４６．５セル／ｃｍ^２（３００ｃｐｓｉ）のハニカムセグメント成形体を得た。
このハニカムセグメント成形体を、端面が市松模様状を呈するように、流通孔（セル）の両端面を目封じした。すなわち、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目封じを行った。目封じ材としては、ハニカムセグメント原料と同様な材料を用いた。流通孔（セル）の両端面を目封じし、乾燥させた後、大気雰囲気中約４００℃で脱脂し、その後Ａｒ不活性雰囲気中で約１４５０℃で焼成して、ＳｉＣ結晶粒子をＳｉで結合させた、表１に示す特性をもつ多孔質構造を有するハニカムセグメントを得た。
＜接合材の調製＞
ＳｉＣ粉末、アルミノシリケート繊維（比重Ｄ＝２．７３ｇ／ｃｍ^３）、シリカゲル４０質量％水溶液および粘土を、４０：３０：２０：１の組成比で混合したものにさらに水を加えて、ミキサーにより３０分間混練を行い、ペースト状の接合材を作製した。
＜ハニカムセグメントの接合＞
各ハニカムセグメントの外壁面に、厚み約１〜２ｍｍとなるように接合材をコーティングし、その上に別のハニカムセグメントを載置する工程を繰り返し、所定の断面構造が得られるハニカムセグメント積層体を形成し、外部より圧力を加え、全体を一体に接合させた後、２００℃、５時間乾燥して、外周を円筒状に切削後、コーティング材を塗布し、ハニカム構造体を得た。
＜再生試験＞
実施例１のハニカム構造体１４、及び比較例のハニカム構造体１３０をそれぞれディーゼルエンジンの排気管に接続し、軽油を用いてディーゼルエンジンを駆動することによりスートを８ｇ／Ｌ堆積させた後、再生する試験を実施した。
図８Ａ、図８Ｂは、再生時にハニカム構造体１４，及び１３０で発生する温度分布を示す。なお、測定位置は、図７Ａ、図７Ｂにおける実線の矢印上の位置である。図７Ａ上の矢印上の点Ｚ１〜Ｚ５が、接着材層の交差点にあたり、図８ＡのＺ１〜Ｚ５に相当する。また、図７Ｂ上の矢印上の点Ｚ１〜Ｚ３が、接着材層の交差点にあたり、図８ＢのＺ１〜Ｚ３に相当する。表２は、再生中に計測された最高温度及び最高温度勾配を示す。

図８Ａ、図８Ｂ及び表２に示すように、中央側に小断面積のハニカムセグメント２２を配置した実施例１のハニカム構造体１４は、比較例のハニカム構造体１３０に比べて最高温度及び最高温度勾配の双方とも低くなった。これにより、ハニカム構造体５０では、スート再生限界量を向上させることが可能であることが確認できた。

図９に、実施例２のハニカム構造体１５の断面を示す。ハニカム構造体１５は、実施例１と同じ断面外形及び長さを有するもので、表１に示す特性を備えたハニカムセグメント及び接着材を使用して作製した。
図９に示すように、ハニカム構造体１５では、中央側のセグメント領域２１に、１辺が１７ｍｍの正方形断面からなるハニカムセグメント２２を１６個配置し、セグメント領域２１の外周側には、１辺が７１ｍｍの正方形断面となっており、このハニカムセグメント２５を中央側のセグメント領域２１の周囲に７個配置した。各ハニカムセグメントを接着材で接合し、一体化した。
実施例２のハニカム構造体１５を、初期圧損測定装置（日本ガイシ（株）製）に設置して、ハニカム構造体の前後に発生する圧力差を測定することにより圧力損失を測定した。測定時におけるガス流量は５Ｎｍ^３／ｍｉｎ、ガス温度は室温とした。参考のため、実施例１及び比較例のハニカム構造体１４及び１３０についても同様の条件で圧力損失の測定を行った。
図１０は、測定された圧力損失と各ハニカム構造体に用いた接着材の面積との相関関係を示す。横軸におけるＨ点は比較例のハニカム構造体１３０、Ｉ点は実施例２のハニカム構造体１５、Ｊ点は実施例１のハニカム構造体１６の接着材層断面積に対応している。
図１０から明らかなように、中央側を小断面積のハニカムセグメント２２によって形成した実施例１のハニカム構造体１５が高い圧力損失を示しているのに対し、外周側に一辺７１ｍｍの大きな断面積を有するハニカムセグメント２５を配置した実施例２のハニカム構造体１５は、比較例のハニカム構造体１３０に較べ、圧力損失の増大が少なく、圧力損失低減効果が得られることが確認できた。
以上、説明したように、本発明のハニカム構造体によれば、中央側のセグメント領域に、小断面積の複数のハニカムセグメントを接合することにより中央側のハニカムセグメントを形成するため、中央側での熱容量が大きくなると共に温度勾配が小さくなり、再生時の熱応力が小さくなってクラック発生の温度が高温側に移行する。このため、スート再生限界量を大きくすることができる。
また、本発明のハニカム構造体では、断面中心を正確に特定する必要がないため、異形断面を有するハニカム構造体にも容易に応用可能である。
さらに、セグメント領域の外周側に配置されるハニカムセグメントの面積を、ハニカム構造体全体を通過する排ガスの圧力損失の補填が可能な断面寸法に設定することにより、ハニカム構造体全体としての圧力損失を小さなものとすることができる。これにより、スートの除去能力が低下することがない状態での排ガスの浄化を行うことができる。
以上、実施の形態および実施例に沿って本発明のハニカム構造体について説明したが、本発明は、これらの実施の形態および実施例の記載に限定されるものでなく、種々の改良および変更が可能なことは当業者には明らかである。

Claims (3)

1. 隔壁により仕切られ一軸方向に貫通する複数の流通孔を有する複数の第１ハニカムセグメントを接着材で複数接合したセグメント領域と、
   前記一軸方向断面において、前記セグメント領域の外側周囲に配置され、前記セグメント領域と一体となるよう前記接着材で接合された、隔壁により仕切られ前記一軸方向に貫通する複数の流通孔を有する複数の第２ハニカムセグメント（前記第１ハニカムセグメントよりも熱伝導率の低い材料からなるものを除く。）とを有し、
   前記第１ハニカムセグメント、及び前記第２ハニカムセグメントは、前記複数の流通孔の一方の隣接する開口端面と他方の隣接する開口端面が、互いに反対側の端部で市松模様状を呈するように目封じされてなり、
   前記第１ハニカムセグメントは、前記一軸方向断面積が、前記第２ハニカムセグメントの前記一軸方向断面積より小さい、ハニカム構造体であり、
   前記セグメント領域は、前記一軸方向断面積が、前記ハニカム構造体全体の前記一軸方向断面積の１／３以上１／２以下であるハニカム構造体。
2. 前記第１ハニカムセグメントの前記断面積は、４０ｍｍを一辺とする正方形面積より小さい、請求項１に記載のハニカム構造体。
3. 前記第２ハニカムセグメントの前記断面積は、３０ｍｍを一辺とする正方形面積より広い、請求項１に記載のハニカム構造体。

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