JP5280917B2 - ハニカム構造体 - Google Patents

Description

本発明は、ハニカム構造体に関し、さらに詳しくは、生産効率及び原料収率を向上させることが可能な低コスト且つ高強度のハニカム構造体に関する。

化学、電力、鉄鋼等の様々な分野において、環境対策や特定物資の回収等のために使用される触媒装置用の担体、又はフィルタとして、耐熱性、耐食性に優れるセラミック製のハニカム構造体が採用されている。特に近時では、両端面のセル開口部が交互に目封止された目封止ハニカム構造体が、ディーゼル機関等から排出される粒子状物質（ＰＭ：パティキュレートマター）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として盛んに用いられている。そして、高温、腐食性ガス雰囲気下で使用されるハニカム構造体の材料として、耐熱性、化学的安定性に優れた、炭化珪素（ＳｉＣ）、コージェライト、チタン酸アルミニウム（ＡＴ）等が好適に用いられている。

炭化珪素は、熱膨張率が比較的大きいため、炭化珪素を骨材として形成されるハニカム構造体は、大きなものを形成すると使用時に熱衝撃により欠陥が生じることがある。また、捕集した粒子状物質を燃焼除去する際の熱衝撃により欠陥が生じることがある。そのため、炭化珪素を骨材として形成されるハニカム構造体については、所定の大きさ以上のものを製造する場合、通常、複数の小さなハニカムセグメントを作製し、それら複数のハニカムセグメントを接合して、一つの大きい接合体を作製し、その外周を粗加工、研削して円筒状等の所望の形状のハニカム構造体としている（特許文献１参照）。尚、セグメントの接合は接合材を用いて行い、所定のセグメントの側面に接合材を塗布して、複数のセグメントをその側面同士で接合している。

このような方法を用いて、所望の形状のハニカム構造体を作製する場合、通常、複数の直方体のセグメントを接合して、１つの大きな直方体の接合体を作製した後に、略所望の形状にするために外周を粗加工し、更に精度よく所望の形状とするために研削して、所望の形状のハニカム構造体にする必要があったため、外周の粗加工工程、研削工程等の余分な工程を必要とし、また、外周が粗加工、研削されるために、原料収率も低く高コストなものとなるという問題があった。そこで、上記の様な接合型のハニカム構造体の問題を解決するために、連結型ハニカムセグメント間の空隙部に充填材を充填した、炭化珪素を骨材とする一体型のハニカムフィルタが開示されている（特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献２に開示されているような、充填材層がフィルタの最外周面から外部に露出しているハニカムフィルタは、焼成、触媒担持、再生等の際に生じる応力によって、最外周面においてクラックや剥れが起こりやすいという問題がある。

特開２００３−２９１０５４号公報 特開２００１−１７０４２６号公報

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、生産効率及び原料収率を向上させると共にクラックや剥れを防止することが可能な、低コスト且つ高強度のハニカム構造体を提供することを目的とする。

本発明の発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、あらかじめ複数のハニカムセグメントが連結部によって連結されたハニカム構造部と、ハニカムセグメント間の空隙部に形成された緩衝部とを備え、緩衝部がハニカム構造部の最外周面から外部に露出しない構成とすることによって、外周の粗加工工程、研削工程等の余分な工程を排除すると共に、熱応力によるクラックや剥れの発生を防止し、生産効率及び原料収率の高い、低コスト且つ高強度のハニカム構造体を得ることができることを見出した。即ち、本発明によれば、以下のハニカム構造体が提供される。

［１］ 成形原料を押出成形して形成され、流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁及びセグメント外壁からなるハニカムセグメントが、前記ハニカムセグメントと同素材からなる一方の端面から他方の端面まで延びる帯状の連結部を介して空隙部を有した状態にて複数個連結されたハニカム構造部と、隣接する前記ハニカムセグメント同士を隔てる前記空隙部に充填材が充填されることにより形成された緩衝部と、前記緩衝部が前記ハニカム構造部の最外周面から外部に露出しないように前記ハニカム構造部の最外周面全体を連続的に取り囲む外周部とを備え、前記外周部の最外周面から、最も近い位置にあるセルまでの距離である外周部厚さｐが、０．２ｍｍ≦ｐ≦０．５ｍｍの範囲にあるハニカム構造体。

［２］ 前記ハニカム構造部が、前記外周部又は前記外周部の一部として、前記ハニカム構造部と同素材からなり前記ハニカム構造部の前記最外周面全体を連続的に取り囲む外周基材層を一体的に備える前記［１］に記載のハニカム構造体。

［３］ 前記外周部又は前記外周部の一部として、前記ハニカム構造部の前記最外周面全体、又は前記ハニカム構造部と同素材からなり前記ハニカム構造部の前記最外周面全体を連続的に取り囲む前記外周基材層の前記最外周面全体を連続的に取り囲む外周コート層を備える前記［１］又は［２］に記載のハニカム構造体。

［４］ 前記一方の端面における所定の前記セルの開口部と、前記他方の端面における残余の前記セルの前記開口部に目封止が施された前記［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、外周の粗加工を必要としない一体型のハニカムであるため、生産効率及び原料収率を向上させることができ、製造コストを抑えることが可能である。同時に、緩衝部がハニカム構造部の最外周面から外部に露出せず、外周部の強度が増加するため、焼成、触媒担持、再生等の際に生じる応力に起因するハニカム構造体の最外周面におけるクラックや剥れを効果的に防止することができる。

本発明のハニカム構造体を構成するハニカム構造部を模式的に示す斜視図である。 本発明のハニカム構造体を構成する外周基材層一体型ハニカム構造部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一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別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更に別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を構成するハニカム構造部の一実施形態の、中心軸に垂直な断面の一部を模式的に示す部分断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、適宜変更、修正、改良を加え得るものである。

図１Ａは本発明のハニカム構造体を構成するハニカム構造部を模式的に示す斜視図であり、図１Ｂは本発明のハニカム構造体を構成する外周基材層一体型ハニカム構造部を模式的に示す斜視図である。ここで、外周基材層一体型ハニカム構造部２０とは、図１Ａに示すハニカム構造部１０に外周基材層２ａが成層されたものである。尚、作図の都合上、図１Ａ及び図１Ｂにおいて、空隙部３内に斜め方向から見える連結部４の側面は、図面から捨象した。

図１Ａに示すハニカム構造部１０は、成形原料を押出成形して形成され、流体の流路となる一方の端面１１から他方の端面１２まで延びる複数のセル５を区画形成する隔壁６及びセグメント外壁１ａを有するハニカムセグメント１が、ハニカムセグメント１と同素材からなる一方の端面１１から他方の端面１２まで延びる帯状の連結部４を介して空隙部３を有した状態にて複数個連結されたものである。一方、図１Ａのハニカム構造部１０を押出成形する際に、ハニカム構造部１０と同素材からなる外周基材層２ａを一体的に成形したものを図１Ｂに示した。便宜上これを、外周基材層一体型ハニカム構造部２０と呼ぶ。

図２Ａ〜図２Ｃはそれぞれ、本発明のハニカム構造体の各実施形態を模式的に示す斜視図である。図２Ａに示すハニカム構造体１００及び図２Ｂに示すハニカム構造体１１０は、図１Ｂに示す外周基材層一体型ハニカム構造部２０を備え、図２Ｃに示すハニカム構造体１２０は、図１Ａに示すハニカム構造部１０を備える。

本発明のハニカム構造体は、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、少なくとも、図１Ａに示すハニカム構造部１０と、ハニカムセグメント１同士を隔てる空隙部３に充填材が充填されることによって形成された緩衝部７とを備え、更に、緩衝部７がハニカム構造部１０の最外周面から外部に露出しないようにハニカム構造部１０の最外周面全体を連続的に取り囲む外周部２を備える。ここで外周部２とは、外周基材層２ａ若しくは外周コート層２ｂのいずれか、又はその両方を指す。

また、外周部２がハニカム構造部１０の最外周面全体を連続的に取り囲むとは、外周部２がハニカム構造部１０の最外周面の全ての部分を覆っており、外周部２に孔やスリットが形成されていない状態をいう。即ち、外周部２が、連結された複数のハニカムセグメント１のうち最も外側に位置する各ハニカムセグメント１（最外周を構成する各ハニカムセグメント１）の外側を向いた側面と、最外周を構成する各ハニカムセグメント１間に形成された緩衝部７のハニカム構造部１０の最外周面に開口する部分とを、覆うように取り囲む状態をいう。

図２Ａのハニカム構造体１００において「外周部２を備えた構成となっている」とは、外周部２として、ハニカム構造部１０と同素材からなり、ハニカム構造部１０の最外周面全体を連続的に取り囲む外周基材層２ａが一体的に成層された状態、即ち、外周部２として外周基材層２ａを備えた状態を意味する。

また、図２Ｂのハニカム構造体１１０において「外周部２を備えた構成となっている」とは、図２Ａに示すハニカム構造体１００の外周基材層２ａの最外周面がコーティング材で覆われることによって、外周基材層２ａの最外周面全体を連続的に取り囲む外周コート層２ｂが更に成層された状態、即ち、外周部２として、外周基材層２ａ及び外周コート層２ｂの両方を備えた状態を意味する。

更に、図２Ｃのハニカム構造体１２０において「外周部２を備えた構成となっている」とは、図１Ａに示すハニカム構造部１０の最外周面がコーティング材で覆われることによって、ハニカム構造部１０の最外周面全体を連続的に取り囲む外周コート層２ｂが成層された状態、即ち、外周部２として外周コート層２ｂを備えた状態を意味する。

本発明のハニカム構造体においては、外周部２の最外周面から、最も近い位置にあるセルまでの距離である外周部厚さｐは、０．２ｍｍ≦ｐ≦５．０ｍｍの範囲であることが好ましい。０．２ｍｍより小さいと、耐熱衝撃性が低下することがあり、５．０ｍｍより大きいと、圧力損失が大きくなることがあるためである。

上記の様に緩衝部７の露出を避ける構成とすることで、触媒焼結プロセスにおける冷却時にハニカム構造体の最外周面に発生する引張応力によって緩衝部７とハニカムセグメント１との界面に剥れが発生する問題を解決することができる。また、外周部２を備えることでハニカム構造体の強度が増加し、ハニカム構造体の最外周面におけるクラックの発生を効果的に防止することができる。

また、本発明のハニカム構造体は、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、一方の端面１１における所定のセル５の開口部と、他方の端面１２における残余のセル５の開口部に目封止部が形成された目封止ハニカム構造体であることが好ましい。

本発明のハニカム構造体を構成するハニカム構造部は、全体の形状が、最終的に得られるハニカム構造体の形状であることが好ましい。例えば、円筒形状、オーバル形状等所望の形状とすることができる。また、ハニカム構造部の大きさは、例えば、円筒形状の場合、底面の半径が５０〜４５０ｍｍであることが好ましく、１００〜３５０ｍｍであることが更に好ましい。また、ハニカム構造部４の中心軸方向の長さは、５０〜４５０ｍｍであることが好ましく、１００〜３５０ｍｍであることが更に好ましい。

ハニカム構造部の材料としては、セラミックが好ましく、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、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、鉄−クロム−アルミニウム系合金からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。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特に好ましい。炭化珪素は、熱膨張率が比較的大きいため、炭化珪素を骨材として形成されるハニカム構造体は、大きなものを形成すると使用時に熱衝撃により欠陥が生じることがあったが、本発明のハニカム構造体を構成するハニカム構造部は、複数のハニカムセグメントが連結部を介して空隙部を有した状態にて並び、空隙部に緩衝部が形成された構造であるため、炭化珪素の膨張収縮が緩衝部により緩衝され、ハニカム構造体の欠陥の発生を防止することができる。

本発明のハニカム構造体を構成するハニカム構造部は、多孔質であることが好ましい。ハニカム構造部の開気孔率は３０〜８０％であることが好ましく、４０〜６５％であることが更に好ましい。開気孔率をこのような範囲とすることにより、強度を維持しながら圧力損失を小さくできるという利点がある。開気孔率が３０％未満であると、圧力損失が上昇するため好ましくない。開気孔率が８０％を超えると、強度及び熱伝導率が低下するため好ましくない。尚、ここで開気孔率は、アルキメデス法により測定した値である。

本発明のハニカム構造体を構成するハニカム構造部は、平均細孔径が５〜５０μｍであることが好ましく、７〜３５μｍであることが更に好ましい。平均細孔径をこのような範囲とすることにより、粒子状物質（ＰＭ）を効果的に捕集できるという利点がある。平均細孔径が５μｍ未満であると、粒子状物質（ＰＭ）により目詰まりを起こしやすいため好ましくない。平均細孔径が５０μｍを超えると、粒子状物質（ＰＭ）がフィルタに捕集されず通過することがあるため好ましくない。尚、ここで平均細孔径は、水銀ポロシメータにより測定した値である。

ハニカム構造部の材質が炭化珪素である場合、炭化珪素粒子の平均粒径が５〜１００μｍであることが好ましい。このような平均粒径とすることより、フィルタに好適な気孔率、気孔径に制御しやすいという利点がある。平均粒径が５μｍより小さいと、気孔径が小さくなり過ぎ、１００μｍより大きいと気孔率が小さくなり過ぎる。気孔径が小さ過ぎると粒子状物質（ＰＭ）により目詰まりを起こしやすく、気孔率が小さすぎると圧力損失が上昇するといった問題がある。尚、原料の平均粒径は、ＪＩＳ Ｒ １６２９に準拠して測定する。

本発明のハニカム構造体を構成するハニカムセグメントのセル形状（ハニカム構造部の中心軸方向（セルが延びる方向）に対して垂直な断面におけるセル形状）としては、特に制限はなく、例えば、三角形、四角形、六角形、八角形、円形、あるいはこれらの組合せを挙げることができる。ハニカムセグメントの隔壁の厚さは、０．０５〜２．００ｍｍの範囲であることが好ましい。隔壁６の厚さが０．０５ｍｍより薄いと、ハニカム構造体の強度が低下することがあり、２．００ｍｍより厚いと、圧力損失が増加することがある。ハニカム構造部のセル密度は、特に制限されないが、０．９〜３１１．０セル／ｃｍ^２であることが好ましく、７．８〜６２．０セル／ｃｍ^２であることが更に好ましい。

本発明のハニカム構造体を構成する緩衝部は、ハニカム構造部の各ハニカムセグメントを隔てる空隙部の空間全体に充填材を充填することで形成されることが好ましい。緩衝部は、ハニカムセグメントが熱膨張、熱収縮した時に、体積変化分を緩衝する（吸収する）役割を果たすとともに、各ハニカムセグメントを接合する役割を果たす。

また、セグメント外壁厚さｓは、０．１０ｍｍ≦ｓ≦３．００ｍｍの範囲であることが好ましい。セグメント外壁厚さｓが０．１０ｍｍより小さいと、再生限界が悪化することがあり、３．００ｍｍより大きいと、圧力損失が増加することがある。

連結部厚さｃは、熱応力によるハニカム構造体の膨張、収縮によって連結部が十分に破壊され易く、ハニカムセグメントの破損を効果的に防止する緩衝効果を奏する範囲内で適宜決定することができるが、特に、０．０５ｍｍ≦ｃ≦１．５０ｍｍの範囲であることが好ましい。連結部厚さｃが０．０５ｍｍより薄いと、乾燥前に連結部が変形することがあり、１．５０ｍｍより厚いと、熱応力によるハニカム構造体の膨張、収縮によって連結部が破壊され難くなることがある。

図３は、本発明のハニカム構造体を構成するハニカム構造部の一実施形態の、中心軸に垂直な断面の一部を模式的に示す部分断面図である。ここで、それぞれの隣接するハニカムセグメント１を連結する連結部４の個数は、セグメント外壁１ａ上１ｃｍ当たり０．３〜３．０個であることが好ましい。０．３個より少ないと、成形時に各ハニカムセグメント１の配置が安定しないことがあり、３．０個より多いと、得られたハニカム構造体をフィルタとして使用する際に、連結部４の緩衝効果が低下し、ハニカムセグメント１の本体にクラックが発生し易くなる可能性がある。

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。

（１）ハニカム成形体の作製（成形工程）：
まず、セラミック原料にバインダ、水、界面活性剤、造孔材等を添加して成形原料とする。セラミック原料としては、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、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、鉄−クロム−アルミニウム系合金からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。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特に好ましい。珪素−炭化珪素系複合材料を用いる場合、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末を混合したものをセラミック原料とする。

バインダとしては、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を挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。バインダの含有量は、成形原料全体に対して１〜２０質量％であることが好ましい。

水の含有量は、成形原料全体に対して１８〜４５質量％であることが好ましい。

界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、一種単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の含有量は、成形原料全体に対して５質量％以下であることが好ましい。

造孔材としては、焼成後に気孔となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等を挙げることができる。造孔材の含有量は、成形原料全体に対して１５質量％以下であることが好ましい。

次に、成形原料を混練して坏土を形成する。成形原料を混練して坏土を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、ニーダー、真空土練機等を用いる方法を挙げることができる。

次に、坏土を押出成形して、ハニカムセグメントが連結部を介して空隙部を有した状態にて複数個連結されたハニカム成形体を形成する。押出成形に際しては、所望のハニカムセグメント形状、ハニカムセグメントの配置、連結部形状、セル形状、隔壁厚さ、セル密度等を有する口金を用いることが好ましい。また、図２Ａ及び図２Ｂに示す様な、外周部２又は外周部２の一部として外周基材層２ａを備えたハニカム構造体１００，１１０を製造する場合には、あらかじめハニカム成形体が外周基材層２ａを一体的に備えた形状となるように押出成形するため、口金の形状もそれに応じて適宜調製したものを用いることが好ましい。尚、口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。

ハニカム成形体の中心軸方向に直交する断面の面積は、１９〜１１４０ｃｍ^２の範囲であることが好ましい。本発明のハニカム構造体の製造方法によれば、耐熱衝撃性の高いハニカム構造体を作製することができるため、このような断面積の大きなハニカム構造体を好適に製造することができる。また、ハニカム成形体の中心軸方向に直交する断面において、配置されているハニカムセグメント１の個数は、３〜４００個であることが好ましく、４〜１２１個であることが更に好ましい。ハニカムセグメント１の大きさは、中心軸に直交する断面の面積が３〜１６ｃｍ^２であることが好ましく、７〜１３ｃｍ^２であることが更に好ましい。３ｃｍ^２より小さいと、ハニカム構造体にガスが流通する時の圧力損失が大きくなることがあり、１６ｃｍ^２より大きいと、ハニカムセグメントの破損防止効果が小さくなることがある。

ハニカム成形体における、ハニカムセグメント１の隔壁厚さ及びセル密度、外周部厚さ等は、乾燥、焼成における収縮を考慮し、作製しようとするハニカム構造体の構造に合わせて適宜決定することができる。

得られたハニカム成形体について、焼成前に乾燥を行うことが好ましい。乾燥の方法は特に限定されず、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、３０〜９０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。

次に、ハニカム成形体の中心軸方向長さが、所望の長さではない場合は、両端面（両端部）を切断して所望の長さとすることが好ましい。切断方法は特に限定されないが、丸鋸切断機等を用いる方法を挙げることができる。

次に、ハニカム成形体の一方の端面における所定のセルの開口部と、他方の端面における残余のセルの開口部に、目封止部を形成して、目封止ハニカム成形体を形成することが好ましい。所定のセルと残余のセルとが、交互に並ぶことが更に好ましい。目封止ハニカム成形体を形成した場合は、得られるハニカム構造体が目封止ハニカム構造体となる。目封止部を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、以下の方法を挙げることができる。

ハニカム成形体の一方の端面にシートを貼り付けた後、当該シートの目封止部を形成しようとするセルに対応した位置に穴を開ける。そして、目封止部の構成材料をスラリー化した目封止用スラリーに、ハニカム成形体の当該シートを貼り付けた端面を浸漬し、シートに開けた孔を通じて、目封止部を形成しようとするセルの開口端部内に目封止用スラリーを充填する。そして、ハニカム成形体の他方の端面については、一方の端面において目封止を施さなかったセルについて、上記一方の端面に目封止部を形成した方法と同様の方法で目封止部を形成する（目封止スラリーを充填する）。目封止部の構成材料としては、ハニカム成形体の材料と同じものを用いることが好ましい。

目封止部の形成は、ハニカム成形体を焼成した後に行ってもよい。この場合、ハニカム焼成体へ目封止部を形成する方法は、上述した、ハニカム成形体に目封止部を形成する方法と同様であることが好ましい。

（２）ハニカム焼成体の作製（焼成工程）：
次に、ハニカム成形体又は目封止ハニカム成形体を焼成して、ハニカム焼成体又は目封止ハニカム焼成体を作製する。焼成の前に、バインダ等を除去するため、仮焼成を行うことが好ましい。仮焼成は大気雰囲気において、４００〜５００℃で、０．５〜２０時間行うことが好ましい。仮焼成及び焼成の方法は特に限定されず、電気炉、ガス炉等を用いて行うことができる。焼成条件は、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気において、１３００〜１５００℃で、１〜２０時間加熱することが好ましい。

（３）ハニカム構造体の作製（充填工程）：
得られたハニカム焼成体の空隙部３に緩衝部７を形成し、ハニカム構造体を得る。緩衝部７を形成する方法としては、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、ＳｉＣ粒子、有機バインダ、発泡樹脂等の充填材を水等の分散媒に分散させてスラリー状にしたものを、空隙部３に充填する方法が挙げられる。その際、ハニカム焼成体を、密閉容器に入れ、外周からスラリーが漏れないようにテープ等を外周に巻き付けることが好ましい。ハニカム焼成体が大型の場合、複数個所からスラリーを充填することにより、高圧をかけずに充填することができる。ハニカム焼成体の外周に巻きつけるテープの材質としては、ポリエステル等の透水しない材質のものが好ましい。ハニカム焼成体を静止させた状態でスラリーを充填しようとすると、ハニカム焼成体が多孔質である場合には、分散媒が隔壁に吸収されてスラリーが空隙部内に均一に広がらないことがある。そのため、そのような場合には、ハニカム焼成体を振動装置により振動させながら、スラリーを圧入することが好ましい。振動装置としては、例えば、旭製作所社製、商品名：小型振動試験機等を使用することができる。また、振動装置を用いずに振動治具により振動を加えてもよい。また、スラリーを、より容易に空隙部内に均一に浸入させるために、空隙部３の内壁（ハニカムセグメントの外周面）に撥水処理を施すことが好ましい。撥水処理の方法としては、ＳｉＣ粒子を含むスラリーを噴霧する方法等を挙げることができる。スラリーを空隙部３内に圧入した後には、１００℃以上で乾燥を行うことが好ましい。

更に、緩衝部７を形成する方法としては、充填材をテープ状に成形し、複数のテープ状の充填材を空隙部３内に充填し、その後、加熱処理をすることにより緩衝部７とする方法を挙げることができる。充填材をテープ状に成形する方法は特に限定されず、例えば、充填材、バインダ、界面活性剤、水等を混合して成形原料とし、テープ成形の方法でテープ状に成形する方法を挙げることができる。この時、充填材としては、熱処理で発泡する材料を用い、充填材を空隙部内に挿入した後に、ハニカム焼成体を加熱することが好ましい。熱処理で発泡する材料としては、ウレタン樹脂等を挙げることができる。

また、緩衝部７を形成する方法としては、粉末状の充填材を、空隙部３内に充填し、その後、空隙部３の開口部を、セメント、接着剤等で封止する処理をすることにより、緩衝部７とする方法を挙げることができる。この時、粉末状の充填材は、タッピングにより空隙部３に充填することができる。

得られるハニカム構造体の熱膨張係数は、１×１０^−６／℃以上であることが好ましく、２×１０^−６〜７×１０^−６／℃であることが更に好ましい。本発明のハニカム構造体の製造方法によれば、このような熱膨張係数の大きなハニカム構造体であっても、耐熱衝撃性の高いハニカム構造体とすることが可能である。

更に、本発明のハニカム構造体には、外周コート処理を行い、外周コート層２ｂを成層してもよい。成層された外周コート層２ｂは、外周部２及び外周部２の一部として、ハニカム構造体の最外周面の凹凸をより少なくし、ハニカム構造体の強度を増加させ、クラックや剥れの発生防止に寄与する。外周コート処理方法としては、ハニカム構造体の最外周面にコーティング材を塗布して、乾燥させる方法を挙げることができる。コーティング材としては、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、ＳｉＣ粒子、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤、水等を混合したもの等を用いることができる。また、コーティング材を塗布する方法は特に限定されず、ハニカム構造体をろくろ上で回転させながらゴムへら等でコーティングする方法等を挙げることができる。

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に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、ＳｉＣ粉、金属Ｓｉ粉を８０：２０の質量割合で混合し、これに、成形助材としてメチルセルロース及びヒドロキシプロポキシメチルセルロース、造孔材として澱粉及び吸水性樹脂、界面活性剤、並びに水を添加して混練し、真空土練機により坏土を作製した。

得られた坏土を押出成形機を用いて、円筒状のセグメント連結型のハニカム形状に成形し、高周波誘電加熱乾燥をした後、熱風乾燥機を用いて１２０℃で２時間乾燥し、両端面を所定量切断して、隔壁厚さ３１０μｍ、セル密度４６．５セル／ｃｍ^２（３００セル／平方インチ）、底面の直径１４５ｍｍ、中心軸方向長さ１５５ｍｍの円筒状のハニカム成形体を得た。隔壁厚さは、全体が均一な厚さになるようにし、肉厚部を形成しないものとした。尚、連結部は、中心軸に直交する断面において直線状の形状とし、また、各セグメント同士を垂直に繋ぐように、セグメント外壁上における隔壁の延長線上箇所に１個／ｃｍの割合で形成した。

得られたハニカム成形体について、隣接するセルが互いに反対側の端部で封じられ、両端面が市松模様状を呈するように、各セルの端部に目封止部を形成した。目封止用の充填材には、ハニカム成形体と同様の材料を用いた。

目封止後、目封止ハニカム成形体を、熱風乾燥機を用いて約１２０℃で５時間乾燥し、その後、大気雰囲気にて脱臭装置付き大気炉を用いて約４５０℃で５時間かけて脱脂し、その後、Ａｒ不活性雰囲気にて約１４５０℃で５時間焼成して、ＳｉＣ結晶粒子がＳｉで結合された、多孔質の目封止ハニカム焼成体を得た。ハニカム焼成体の平均細孔径は２３μｍであり、気孔率は５２％であった。平均細孔径は、水銀ポロシメータにより測定した値であり、気孔率は、アルキメデス法により測定した値である。

得られたハニカム焼成体の空隙部に充填材をスラリー状にしたものを充填し、緩衝部を形成して、ハニカム構造体を得た。充填材としては、アルミノシリケート無機繊維とＳｉＣ粒子の混合物を用い、充填材に水を加え混練して得たスラリーを空隙部に充填した。充填方法としては、ハニカムセグメントを固定した状態で、密閉容器に入れ、外周からスラリーが漏れないように、ポリエステル基材のテープ（スコッチ社製）を外周に巻き付けた後、スラリーを空隙部内に圧入した。緩衝部厚さは１．０ｍｍであった。

次に、得られたハニカム構造体の最外周面に、ゴムへらを用いてコーティング材を塗布し、熱風乾燥機を用いて２００℃で３時間乾燥することによって、外周コート層を成層した。ハニカム構造体の外周部厚さとしては、外周基材層が０．０ｍｍ、外周コート層が０．４ｍｍであった。また、連結部厚さは０．４０ｍｍ、セグメント外壁厚さは０．３５ｍｍであった。得られたハニカム構造体について、以下の方法で、耐熱衝撃限界温度［℃］及び圧力損失［％］を測定した。結果を表１に示す。

（耐熱衝撃試験）
ハニカム構造体の耐熱衝撃試験は、電気炉を用いて測定した。ハニカム構造体を電気炉の金網上に載せ、所定の設定温度で６０分間保持した後、試料を電気炉から取り出し、冷却ファンを使うことなく室温で冷却した。５分後及び１０分後に裸眼の目視で試料概観を観察した。この試験は、設定温度１５０℃から始め、外観上クラックの発生が認められるまで、２５℃ずつ増加して、繰り返し行った。表１に示す耐熱衝撃限界は、比較例１のハニカム構造体の耐熱衝撃限界温度［℃］の測定結果を基準にした評価結果である。つまり、各実施例及び比較例についての耐熱衝撃限界温度［℃］の測定結果（各実施例及び比較例についてそれぞれ５回測定した平均値）から、比較例１のハニカム構造体の耐熱衝撃限界温度［℃］の測定結果（５回測定した平均値）を差し引いた値が、５０℃以上の時は「Ａ」、０℃超５０℃未満の時は「Ｂ」、０℃以下の時は「Ｃ」で示している。

（圧力損失試験）
ハニカム構造体の圧力損失は、特開２００５−１７２６５３号公報に記載されたフィルタの圧力損失測定装置である評価基準風洞を用いて測定した。この測定における流体の流量は１０Ｎｍ^３／分とし、実験時温度は２５℃とした。表１に示す圧力損失は、比較例１のハニカム構造体の測定結果を基準にした値である。つまり、各実施例及び比較例についての圧力損失の測定結果（各実施例及び比較例についてそれぞれ５回測定した平均値）から、比較例１のハニカム構造体の圧力損失の測定結果（５回測定した平均値）を差し引いた値の、比較例１のハニカム構造体の圧力損失の測定結果に対する比率［％］を示している。

（比較例１）
外周コート層を備えない構造（外周部厚さが０．０ｍｍ）とした以外は実施例１と同様にして、比較例１のハニカム構造体を作製した。実施例１の場合と同様にして、耐熱衝撃限界温度［℃］及び圧力損失［％］を測定し、実施例１〜１１及び比較例２，３の測定結果の基準値とした。結果を表１に示す。

（実施例４〜７、比較例２）
外周部厚さとして、外周コート層［ｍｍ］をそれぞれ表１の通りとした以外は実施例１と同様にして、実施例４〜７及び比較例２のハニカム構造体を作製した。実施例１の場合と同様にして、耐熱衝撃限界温度［℃］及び圧力損失［％］を測定した。結果を表１に示す。

（実施例２）
厚さ０．４ｍｍの外周基材層を備え、外周コート層を備えない以外は実施例１と同様にして、実施例２のハニカム構造体を作製した。外周基材層は、得られた坏土を、あらかじめ外周部として外周基材層を備えたハニカム成形体となるよう一体的に押出成形することによって成層した。ハニカム構造体の外周部厚さとしては、外周基材層が０．４ｍｍ、外周コート層が０．０ｍｍであった。実施例１の場合と同様にして、耐熱衝撃限界温度［℃］及び圧力損失［％］を測定した。結果を表１に示す。

（実施例８〜１１、比較例３）
外周部厚さとして、外周基材層［ｍｍ］をそれぞれ表１の通りとした以外は実施例２と同様にして、実施例８〜１１及び比較例３のハニカム構造体を作製した。実施例２の場合と同様にして、耐熱衝撃限界温度［℃］及び圧力損失［％］を測定した。結果を表１に示す。

（実施例３）
厚さ０．２ｍｍの外周基材層を備え、外周基材層の外側に厚さ０．２ｍｍの外周コート層を備えた以外は実施例１と同様にして、実施例３のハニカム構造体を作製した。実施例１の場合と同様にして、耐熱衝撃限界温度［℃］及び圧力損失［％］を測定した。結果を表１に示す。

実施例１〜３及び比較例１の結果より、外周部を備えたハニカム構造体は、備えないものと比べ、耐熱衝撃限界が向上しており、より強度に優れ、クラックが発生しにくいハニカム構造体となることが分かった。更に、外周部が、外周基材層のみ、コート層のみ、又は外周基材層とコート層の組み合わせのいずれの場合においても、耐熱衝撃限界の向上が見られ、クラックが発生しにくいハニカム構造体となることが分かった。

表１より、特に、外周部厚さが０．２ｍｍ以上のハニカム構造体である、実施例１〜３，５〜７，９〜１１、及び比較例２，３においては、比較例１と比べ、＋５０℃の顕著な耐熱衝撃限界温度の増加が見られた。一方で、外周部厚さが５．０ｍｍを超える比較例２及び３に関しては、圧力損失の増加が見られた。従って、外周部厚さの好ましい範囲は、耐熱衝撃性が顕著に向上し、且つ圧力損失が一定に抑えられる、０．２〜５．０ｍｍであることが分かった。

本発明のハニカム構造体は、化学、電力、鉄鋼等の様々な分野において、環境対策や特定物資の回収等のために使用される触媒装置用の担体、又はフィルタとして好適に利用することができる。また、本発明のハニカム構造体の製造方法は、このような本発明のハニカム構造体を効率的に製造するために利用することができる。

１：ハニカムセグメント、１ａ：セグメント外壁、２：外周部、２ａ：外周基材層、２ｂ：外周コート層、３：空隙部、４：連結部、５：セル、６：隔壁、７：緩衝部、１０：ハニカム構造部、２０：外周基材層一体型ハニカム構造部、１１：一方の端面、１２：他方の端面、１００，１１０，１２０：ハニカム構造体。

Claims (4)

1. 成形原料を押出成形して形成され、流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁及びセグメント外壁からなるハニカムセグメントが、前記ハニカムセグメントと同素材からなる一方の端面から他方の端面まで延びる帯状の連結部を介して空隙部を有した状態にて複数個連結されたハニカム構造部と、
   隣接する前記ハニカムセグメント同士を隔てる前記空隙部に充填材が充填されることにより形成された緩衝部と、
   前記緩衝部が前記ハニカム構造部の最外周面から外部に露出しないように前記ハニカム構造部の最外周面全体を連続的に取り囲む外周部とを備え、
   前記外周部の最外周面から、最も近い位置にあるセルまでの距離である外周部厚さｐが、０．２ｍｍ≦ｐ≦５．０ｍｍの範囲にあるハニカム構造体。
2. 前記ハニカム構造部が、前記外周部又は前記外周部の一部として、前記ハニカム構造部と同素材からなり前記ハニカム構造部の前記最外周面全体を連続的に取り囲む外周基材層を一体的に備える請求項１に記載のハニカム構造体。
3. 前記外周部又は前記外周部の一部として、前記ハニカム構造部の前記最外周面全体、又は前記ハニカム構造部と同素材からなり前記ハニカム構造部の前記最外周面全体を連続的に取り囲む前記外周基材層の前記最外周面全体を連続的に取り囲む外周コート層を備える請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
4. 前記一方の端面における所定の前記セルの開口部と、前記他方の端面における残余の前記セルの前記開口部に目封止が施された請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカム構造体。

Images