JP6084497B2 - ハニカムフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、ハニカムフィルタに関する。さらに詳しくは、複数のハニカムセグメントを組み合わせて構成されるハニカムフィルタに関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関、または各種燃焼装置から排出される排ガスには煤を主体とする粒子状物質が多量に含まれている。この粒子状物質がそのまま大気中に放出されると環境汚染を引き起こすため、内燃機関等からの排ガス流路には、粒子状物質を捕集するためのフィルタが搭載されることが一般的である。

こうした排ガス浄化用のフィルタとしては、例えば、セルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム構造部と、セルの一方の端部を封止する複数の目封止部と、を備えた目封止ハニカム構造体を挙げることができる。

この目封止ハニカム構造体においては、目封止部を設けることにより、排ガスの通過過程において、排ガスが隔壁を通り抜けるというプロセスが組み込まれるようになる。この排ガスが隔壁を通り抜けるというプロセスにおいて、排ガスに含まれる粒子状物質が隔壁によって捕捉される。そのため、目封止ハニカム構造体によれば、排ガス中の粒子状物質を低減可能になる。

目封止ハニカム構造体には、複数個のハニカムセグメントを接合させた接合型の目封止ハニカム構造体によって構造的強度を高めるという技術も提案されている（例えば、特許文献１）。接合型の目封止ハニカム構造体では、ハニカムセグメント同士を接合層を介して接合させている。接合層は、熱膨張によって歪みを生じる場合に応力を緩和させる役割を果たす。そのため、接合型のハニカム構造体は、耐熱衝撃に優れている。

特開２０１２−０４６４１７号公報

ところが、従来の接合型の目封止ハニカム構造体では、捕集効率の向上のために、隔壁の材料を最適化したり、セル構造（セル密度やセルの断面形状など）を最適したりする場合に、耐熱衝撃性の維持が困難になることがある。特に、近年、排ガス規制が強化されるため、捕集効率を維持したたま耐熱衝撃性を高めたハニカムフィルタが強く望まれている。

上記の問題に鑑みて、本発明の目的は、捕集効率を維持したまま耐熱衝撃性を高めたハニカムフィルタに関する技術を提供することにある。

本発明は、以下に示すハニカムフィルタである。

［１］ 一方の端面である流入端面から他方の端面である流出端面まで通じる流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を有するハニカム構造部と、前記ハニカム構造部の外周を取り囲む側壁とを有するハニカムセグメントを複数個と、前記ハニカムセグメントに形成された前記複数のセルのうちの所定のセルである第１セルの前記流入端面側の開口部および前記複数のセルのうちの残余のセルである第２セルの前記流出端面側の開口部を封止する目封止部複数個と、前記複数個のハニカムセグメントの側面同士の少なくとも一部を接合する接合層と、を備え、前記複数個のハニカムセグメントのうちの少なくとも１個は、前記側壁に１以上のスリットが設けられているスリット付セグメントであり、前記スリット付セグメントにおいて、前記スリットは前記セルの延びる方向に沿って延び、かつ、前記ハニカム構造部の最外周にある前記セルに通じ、前記スリットが前記ハニカム構造部の最外周にある前記第１セルに通じている場合には、前記スリットは前記流入端面までは達せず、前記スリットが前記ハニカム構造部の最外周にある前記第２セルに通じている場合には、前記スリットは前記流出端面までは達せず、少なくとも１個以上の前記スリット付セグメントにおいて、前記スリットが前記セルの延びる方向において前記流出端面側半分の領域内に形成されているハニカムフィルタ。

［２］ 前記スリット付セグメントが、他の前記ハニカムセグメントに周囲を取り囲まれて、前記ハニカムフィルタの最外周には配置されていない前記［１］に記載のハニカムフィルタ。

［３］ 前記スリットの幅が、０．３ｍｍ以上かつ前記セルの幅以下である前記［１］または［２］に記載のハニカムフィルタ。

［４］ １個の前記スリット付セグメントにおいて、前記スリットの本数が、前記ハニカム構造部の最外周にある前記セルの個数の１２分の１以上３分の１未満である前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカムフィルタ。

［５］ 前記スリットの少なくとも一部に前記接合層の材料である接合材および／または前記目封止部の材料である目封止材が充填されている前記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカムフィルタ。

本発明のハニカムフィルタによれば、スス再生時などで熱応力が生じた場合でも、当該熱応力は、スリット付セグメントの側壁のスリットによって緩和される。こうしてスリット付セグメントの外周を構成する側壁のスリットで熱応力を緩和するため、スリット付セグメントの内部構造が捕集効率の向上のために応力の弱い構造とされた場合であっても、当該内部構造における破損を抑制可能になる。

本発明の一実施形態のハニカムフィルタについて流入端面の側からみた模式的な斜視図である。 図１中に示されたハニカムフィルタを構成するスリット付セグメントの模式的な斜視図である。 図２中に示されているＡ−Ａ’断面の模式図である。 図１中に示されたハニカムフィルタの一部分の断面を表した模式図である。 本発明のハニカムフィルタの他の実施形態を構成するスリット付セグメントの模式的な斜視図である。

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、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

１．ハニカムフィルタ：
図１〜図４に示されているように、本発明の一実施形態のハニカムフィルタ５０は、複数個のハニカムセグメント１と、複数個の目封止部１９と、接合層２３とを備える。ハニカムセグメント１は、ハニカム構造部１０と、ハニカム構造部１０の外周を取り囲む側壁３３とを有する。ハニカム構造部１０は、一方の端面である流入端面３から他方の端面である流出端面５まで通じる流体の流路となる複数のセル７を区画形成する隔壁９を有する。ハニカムセグメント１における複数のセル７は、所定のセル７である第１セル１１と、残余のセル７である第２セル１５とから構成される。目封止部１９は、第１セル１１の流入端面３側の開口部および第２セル１５の流出端面５側の開口部を封止する。接合層２３は、複数個のハニカムセグメント１の側面２１同士の少なくとも一部を接合する。

さらに、複数個のハニカムセグメント１のうちの少なくとも１個は、側壁３３に１以上のスリット２７が設けられているスリット付セグメント２５ａである。スリット付セグメント２５ａにおいて、スリット２７はセル７の延びる方向（以下、「Ｚ方向」と簡略）に沿って延び、かつ、ハニカム構造部１０の最外周にあるセル７に通じる。そして、スリット２７ａがハニカム構造部１０の最外周にある第１セル１１に通じている場合には、スリット２７ａは流入端面３までは達しない。また、スリット２７ｂがハニカム構造部１０の最外周にある第２セル１５に通じている場合には、スリット２７ｂは流出端面５までは達しない。

上述の「スリット２７ａが流入端面３までは達しない」とは、側壁３３において一旦は流入端面３まで達する切り込みを入れた上で、流入端面３における切り込みを目封止材や接合材などにより埋めた場合も該当するものとする。また、上述の「スリット２７ｂが流出端面５までは達しない」とは、側壁３３において一旦は流出端面５まで達する切り込みを入れた上で、流入端面５における切り込みを目封止材や接合材などにより埋めた場合も該当するものとする。なお、目封止材および接合材については、後で詳しく述べる。

なお、図１は、本発明の一実施形態のハニカムフィルタ５０について流入端面３の側からみた模式的な斜視図である。図２は、図１中に示されたハニカムフィルタ５０を構成するスリット付セグメント２５ａの模式的な斜視図である。図３は、図２中に示されているＡ−Ａ’断面の模式図である。なお、図３中において、第１セル１１を網かけ模様で示している。図４は、図１中に示されたハニカムフィルタ５０の一部分の断面を表した模式図である。

ハニカムフィルタ５０によれば、スス再生時などで熱応力が生じた場合でも、当該熱応力は、スリット付セグメント２５ａの側壁３３のスリット２７によって緩和される。こうしてスリット付セグメント２５ａの外周を構成する側壁３３のスリット２７で熱応力を緩和するため、スリット付セグメント２５ａの内部構造が捕集効率の向上のために熱応力に弱い構造とされた場合であっても、当該内部構造における破損を抑制可能になる。例えば、隔壁９の材料を熱応力による破損が生じ易いものとしたり、隔壁９を薄くしたり、熱応力に対して弱いセル構造にしたりしても、スリット付セグメント２５ａにおける破損、特に隔壁９の破損を抑制可能となる。

第１セル１１には、隔壁９を通過したガスが流入する。第１セル１１に通じているスリット２７ａは流入端面３までは達しないので、流入端面３から第１セル１１内へのススの混入を抑止し、その結果、スス漏れを抑制可能になる。第２セル１５には、隔壁９を通過前のススを多く含むガスが流入する。第２セル１５に通じているスリット２７ｂは流出端面５までは達しないので、流出端面５からのスス漏れを防止できる。

ハニカムフィルタ５０では、スリット付セグメント２５ａが、他のハニカムセグメント１に周囲を取り囲まれて、ハニカムフィルタ５０の最外周には配置されていないことが好ましい。このようにスリット付セグメント２５ａを配置することにより、ハニカムフィルタ５０の中心部分で発生する熱応力を効率良く緩和可能になる。特に、ハニカムフィルタ５０をディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として使用する場合、スス再生時にハニカムフィルタ５０の中心部分が高温となり、この中心部分で熱応力が発生し易いので、上述のスリット付セグメント２５ａの配置態様は有用である。

スリット付セグメント２５ａにおけるスリット２７の幅は、０．３ｍｍ以上かつセル７の幅以下であることが好ましい。スリット２７の幅が、０．３ｍｍ以上の場合には、スリット２７による熱応力緩和作用を十分に発揮させることが可能になる。また、スリット２７の幅がセル７の幅以下の場合には、第１セル１１（本来ススが混入してはならないセル７）にススが混入してしまうことを抑制可能となる。さらに、スリット２７の幅は、０．４ｍｍ以上かつセルの幅以下であることが好ましく、特に、０．５ｍｍ以上かつセルの幅以下であることが好ましい。

本明細書において「スリット２７の幅」とは、Ｚ方向に垂直な断面におけるスリット２７の断面の幅のことを意味する。

本明細書において「セル７の幅」とは、Ｚ方向に垂直な断面におけるセル７の断面の幅のことを意味する。

また、１個のスリット付セグメント２５ａにおいて、スリット２７の本数が、ハニカム構造部１０の最外周にあるセル７の個数の１２分の１以上３分の１未満であることが好ましい。スリット２７の本数がハニカム構造部１０の最外周にあるセル７の個数の１２分の１以上の場合、スリット２７による熱応力緩和作用を確実に発揮させることが可能になる。また、スリット２７の本数がハニカム構造部１０の最外周にあるセル７の個数の３分の１未満である場合、スリット付セグメント２５ａにおけるアイソスタティック強度を確実に維持させることが可能になる。さらに、スリット２７の本数は、ハニカム構造部１０の最外周にあるセル７の個数の、１１分の１以上３分の１未満であることがより好ましく、特に、１０分の１以上４分の１未満であることが最も好ましい。

ハニカムフィルタ５０において、スリット２７の少なくとも一部に接合層２３の材料である接合材および／または目封止部１９の材料である目封止材が充填されていることが好ましい。スリット２７の少なくとも一部に接合材および／または目封止材が充填されていることにより、スリット２７により低下するアイソスタティック強度を改善することが可能になる。さらに、スリット２７全体に接合材および／または目封止材が充填されてことが好ましい。スリット２７に接合材および／または目封止材が充填されている場合、スリット２７のみならず、当該スリット２７に通じるセル７内にも接合材および／または目封止材が充填されていてもよい。

図４に示されているように、ハニカムセグメント１では、第１セル１１と第２セル１５とが交互に配置されていることが好ましい。こうした目封止部１９の配置態様の場合、まず、ガスＧが流入端面３から第２セル１５内に流入する。続いて、第２セル１５の流出端面５側の端部が目封止部１９によって塞がれているため、第２セル１５内に流入したガスＧは、当該第２セル１５を取り囲む隔壁９を通り抜け、隣の第１セル１１に流れていく。このとき、ガスＧに含まれるススなどの粒子状物質（ＰＭ）が隔壁９によって捕捉されていく。そして、第１セル１１に流入したガスＧは、第１セル１１の流出端面５側の開口部から排出される。

図５は、本発明の他の実施形態のハニカムフィルタを構成するスリット付セグメント２５ｂの模式的な斜視図である。少なくとも１個以上のスリット付セグメント２５ｂにおいて、スリット２７がＺ方向において流出端面５側半分の領域内に形成されていることが好ましい。このようにスリット２７がＺ方向において流出端面５側半分の領域内に形成されていることにより、ハニカムフィルタ５０の流出端面５側の部分で発生する熱応力を効率良く緩和可能になる。特に、ハニカムフィルタ５０をＤＰＦとして使用する場合、スス再生時にハニカムフィルタ５０の流出端面５側の部分が高温となり、特にこの部分で熱応力が発生し易いので、スリット２７が流出端面５側半分の領域内に形成されていることは有用である。

さらに、ハニカムフィルタを構成する全てのスリット付セグメント２５が、スリット付セグメント２５ｂのように、スリット２７がＺ方向において流出端面５側半分の領域内に形成されていることがより好ましい。全てのスリット付セグメント２５をスリット付セグメント２５ｂのようなものとすることにより、ハニカムフィルタ５０の流出端面５側の部分で発生する熱応力をより確実に緩和可能になる。

以下、本発明のハニカムフィルタにおける「その他の特徴」を説明する。

ハニカムセグメント１の外観形状は、特に制限はない。例えば、Ｚ方向に垂直な断面において、側壁の断面形状が、図２に示されているスリット付セグメント２５ａのような四角形の他に、三角形、六角形、八角形等の多角形形状などとすることができる。

ハニカムセグメント１では、Ｚ方向に垂直な断面において、セル７の断面形状は、特に限定されず、例えば、三角形、四角形、六角形、八角形等の多角形形状、あるいは、円形や楕円形、またその組み合わせなどとすることができる。さらに、「Ｚ方向に垂直な断面において、第１セル１１の断面積が第２セル１５の断面積よりも小さい」、あるいはその逆に、「Ｚ方向に垂直な断面において、第１セル１１の断面積が第２セル１５の断面積よりも大きい」という規則性を持ったセル７の断面形状にしてもよい。

ハニカムセグメント１を構成する隔壁９の、Ｚ方向に垂直な断面における厚さ（以下、単に、「隔壁９の厚さ」ということがある）は、基本的に均一なものとする。「基本的に均一」とは、成形時の変形等により、僅かに隔壁９の厚さに差異が生じた場合を除き、隔壁９の厚さが均一であることを意味する。例えば、ハニカムセグメント１を押出成形する口金（金型）のスリットを、スライサー加工により製造した場合に、上記均一な厚さの隔壁９が実現される。

隔壁９の厚さは、０．１５〜０．４３ｍｍであることが好ましく、０．２０〜０．３８ｍｍであることが更に好ましく、０．２５〜０．３０ｍｍであることが特に好ましい。隔壁９の厚さを上記範囲とすることにより、ハニカムセグメント１の強度を維持し、初期の圧力損失の増加を更に抑制することができる。隔壁９が０．１５ｍｍより薄いと、ハニカムセグメント１の強度が低くなることがある。隔壁９が０．４３ｍｍより厚いと、ハニカムセグメント１の初期の圧力損失が高くなることがある。上記「隔壁９の厚さ」は、ハニカムセグメント１のＺ方向に垂直な断面における隔壁９の幅のことを意味する。

隔壁９の気孔率は、４０〜６５％であることが好ましく、４５〜６０％であることが更に好ましく、５０〜５５％であることが特に好ましい。隔壁９の気孔率を上記範囲とすることにより、ハニカムセグメント１の強度を維持し、初期の圧力損失の増加を更に抑制することができる。気孔率が４０％より小さいと、ハニカムセグメント１の初期の圧力損失が高くなることがある。気孔率が６５％より大きいと、ハニカムセグメント１の強度が低くなることがある。気孔率は、水銀ポロシメータによって測定した値である。

隔壁９の平均細孔径は、８〜２５μｍであることが好ましく、１０〜２０μｍであることが更に好ましく、１０〜１５μｍであることが特に好ましい。隔壁９の平均細孔径を上記範囲とすることにより、ハニカムセグメント１の強度を維持し、初期の圧力損失の増加を更に抑制することができる。平均細孔径が８μｍより小さいと、ハニカムセグメント１の初期の圧力損失が高くなることがある。平均細孔径が２５μｍより大きいと、アッシュ、微粒子状物質の捕集性能が低下することがある。平均細孔径は、水銀ポロシメータによって測定した値である。

ハニカムセグメント１のセル密度は、特に制限されないが、０．１５５〜０．７８０個／ｍｍ^２であることが好ましく、０．３１０〜０．６２０個／ｍｍ^２であることが更に好ましく、０．４６５〜０．５４２個／ｍｍ^２であることが最も好ましい。セル密度が上記範囲であると、ハニカムセグメント１の強度を保ちつつ圧力損失を低く抑えることができる。セル密度が０．１５５個／ｍｍ^２より小さいと、ハニカムセグメント１の強度が低下するため、キャニング時に破壊してしまうおそれがある。セル密度が０．７８０個／ｍｍ^２より大きいと、初期圧力損失が高くなりすぎるため、エンジン出力が低下したり、燃費が悪くなったりするおそれがある。本明細書において「セル密度」とは、Ｚ方向に垂直な断面における単位面積当たり（１ｍｍ^２当たり）のセル７の個数を意味する。

隔壁９の材料としては、セラミックが好ましい。セラミックの中では、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、チタン酸アルミニウム、窒化珪素、及び炭化珪素−コージェライト系複合材料からなる群から選択される少なくとも１種がさらに好ましい。これらの材料を用いることにより、強度および耐熱性に優れたものとなる。特に、隔壁９の材料としては、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、チタン酸アルミニウム、窒化珪素、及び炭化珪素−コージェライト系複合材料からなる群から選択される１種を主成分とすることが最も好ましい。「珪素−炭化珪素系複合材料」とは、炭化珪素（ＳｉＣ）を骨材としてかつ珪素（Ｓｉ）を結合材として形成されたものである。「コージェライト化原料」とは、シリカが４２〜５６質量％、アルミナが３０〜４５質量％、マグネシアが１２〜１６質量％の範囲に入る化学組成となるように配合されたセラミック原料であって、焼成されてコージェライトになるものである。なお、本明細書において「主成分」というときは、全体の５０質量％以上含有することをいう。例えば、「炭化珪素を主成分とする」とは、隔壁９が炭化珪素を５０質量％以上含有していることをいう。

ハニカムセグメント１は、Ｚ方向の長さＨが、３０〜４００ｍｍであることが好ましく、５０〜３５０ｍｍであることが更に好ましく、１００〜３００ｍｍであることが特に好ましい。上記範囲とすることにより、各種エンジンからの排ガスの浄化に必要最小限のスペースの範囲で確保できる。

ハニカムセグメント１は、Ｚ方向に直交する断面における幅Ｗが２０〜６０ｍｍであることが好ましく、２５〜５０ｍｍであることが更に好ましく、３０〜４０ｍｍであることが特に好ましい。上記範囲とすることにより、各種エンジンからの排ガスの浄化に必要最小限のスペースの範囲で確保できる。

ハニカムセグメント１は、「長さＨ／幅Ｗ」の値が１０以下であることが好ましく、９以下であることが更に好ましく、８以下であることが特に好ましい。上記範囲とすることにより、リングクラックを抑制することができる。

また、目封止部１９の材料（目封止材）としては、隔壁９の材料と同じものを挙げることができ、隔壁９の材料と同じものを用いることが好ましい。

接合層２３は、複数個のハニカムセグメント１を接合して一体化するための接合材からなるものである。

接合層２３の実際の厚さについては、ハニカムセグメント１の形状、複数個のハニカムセグメント１の配列などによって、適宜決定される。

また、接合層２３は、ハニカムセグメント１の流入端面３から流出端面５まで配設されていることが好ましい。

接合層２３の材料については特に制限はないが、例えば、炭化珪素、アルミナ、窒化珪素、等のセラミック粒子を、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナにより結合した材料等を好適例として挙げることができる。このような材料を用いることによって、ハニカムフィルタ５０に生じる熱応力を良好に低減することができる。また、このような材料を用いることにより、接合層２３が、ハニカムフィルタ５０に負荷がかかったときの緩衝材としての役割も果たす。

また、接合層２３としては、熱膨張係数が、２．０×１０^−６／Ｋ以上、４．０×１０^−６／Ｋ以下であることが好ましい。また、接合層２３のヤング率は、０．０１ＧＰａ以下であることが好ましい。熱膨張係数は、接合層２３の４０℃から８００℃における熱膨張係数とする。

ハニカムフィルタ５０を構成するハニカムセグメント１の個数についても特に制限はない。例えば、図１に示すハニカムフィルタ５０は、円筒形状の外観を備えたものであり、１６個のハニカムセグメント１を備えたものである。このハニカムフィルタ５０においては、４個のハニカムセグメント１が完全セグメントであり、この完全セグメントが、Ｚ方向に直交する断面において、縦２個×横２個の配列で並んだ状態になっている。また、上記４個の完全セグメントの外周（Ｚ方向に直交する断面における外周）に位置する１２個のハニカムセグメント１が、不完全セグメントである。不完全セグメントの形状は、Ｚ方向に直交する断面形状の一部に、ハニカムフィルタ５０の外周形状に対応した形状（例えば、円弧部分）を有する。

２．ハニカムフィルタの製造方法：
次に、本実施形態のハニカムフィルタを製造する方法について説明する。まず、ハニカムセグメントを作製するための坏土を調製し、この坏土を成形して、複数個のハニカムセグメントの成形体を作製する（成形工程）。得られたハニカムセグメントの成形体を、乾燥して、ハニカムセグメントの乾燥体を得ることが好ましい。

次に、得られたハニカムセグメントの成形体（或いは、必要に応じて行われた乾燥後のハニカムセグメントの乾燥体）を焼成してハニカムセグメントを作製する（ハニカムセグメント作製工程）。

続いて、得られたハニカムセグメントの側壁にスリットを形成する（スリット形成工程）。

次に、得られた各ハニカムセグメントを接合材で接合して、ハニカムセグメント接合体（ハニカムフィルタ）を作製する（ハニカムセグメント接合工程）。即ち、複数個のハニカムセグメントが、互いの側面同士が対向するように隣接して配置されるとともに、対向する側面同士が接合材により接合されたハニカムセグメント接合体（ハニカムフィルタ）を作製する。接合させるハニカムセグメントの個数は、作製しようとするハニカムフィルタの大きさに合わせた個数であることが好ましい。接合材は、ハニカムセグメントが熱膨張、熱収縮したときに、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。この接合材が、本実施形態のハニカムフィルタにおける接合層となる。

また、ハニカムセグメント接合体を形成した後、ハニカムセグメント接合体の外周部分を切削して円筒形状にしてもよい。

なお、得られた各ハニカムセグメントまたはハニカムセグメント接合体の流入端面における所定のセルの開口部、及び流出端面における残余のセルの開口部に目封止を施して、目封止部を形成する（目封止工程）。

このようにして本実施形態のハニカムフィルタを製造することができる。以下、各製造工程について更に詳細に説明する。

２−１．成形工程：
まず、成形工程においては、セラミック原料を含有するセラミック成形原料を成形して、流体の流路となる複数のセルを区画形成するハニカム成形体を形成する。

セラミック成形原料に含有されるセラミック原料としては、炭化珪素（ＳｉＣ）、珪素−炭化珪素系複合材料、窒化珪素、コージェライト化原料、コージェライト、ムライト、アルミナ、チタニア、炭化珪素、チタン酸アルミニウムなどを挙げることができる。そして、炭化珪素（ＳｉＣ）、珪素−炭化珪素系複合材料、コージェライト化原料、コージェライト、ムライト、アルミナ、チタニア、炭化珪素、及びチタン酸アルミニウムからなる群から選択された少なくとも１種であることが好ましい。なお、「珪素−炭化珪素系複合材料」とは、炭化珪素（ＳｉＣ）を骨材としてかつ珪素（Ｓｉ）を結合材として形成されたものである。「コージェライト化原料」とは、シリカが４２〜５６質量％、アルミナが３０〜４５質量％、マグネシアが１２〜１６質量％の範囲に入る化学組成となるように配合されたセラミック原料であって、焼成されてコージェライトになるものである。

また、このセラミック成形原料は、上記セラミック原料に、分散媒、有機バインダ、無機バインダ、造孔材、界面活性剤等を混合して調製することが好ましい。各原料の組成比は、特に限定されず、作製しようとするハニカム構造部の構造、材質等に合わせた組成比とすることが好ましい。

セラミック成形原料を成形する際には、まず成形原料を混練して坏土とし、得られた坏土をハニカム形状に成形することが好ましい。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。坏土を成形してハニカム成形体を形成する方法としては特に制限はなく、押出成形、射出成形等の従来公知の成形方法を用いることができる。例えば、所望のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形してハニカム成形体を形成する方法等を好適例として挙げることができる。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。

また、上記成形後に、得られたハニカム成形体を乾燥してもよい。乾燥方法は、特に限定されるものではないが、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等を挙げることができ、なかでも、誘電乾燥、マイクロ波乾燥又は熱風乾燥を単独で又は組合せて行うことが好ましい。

２−２．ハニカムセグメント作製工程：
次に、得られたハニカム成形体を焼成してハニカムセグメントを得る。なお、目封止を設けたハニカムフィルタを作製する場合には、ハニカム成形体の焼成は、ハニカム成形体に目封止部を配設した後に行ってもよい。

また、ハニカム成形体を焼成（本焼成）する前には、そのハニカム成形体を仮焼することが好ましい。仮焼は、脱脂のために行うものであり、その方法は、特に限定されるものではなく、中の有機物（有機バインダ、分散剤、造孔材等）を除去することができればよい。一般に、有機バインダの燃焼温度は１００〜３００℃程度、造孔材の燃焼温度は２００〜８００℃程度であるので、仮焼の条件としては、酸化雰囲気において、２００〜１０００℃程度で、３〜１００時間程度加熱することが好ましい。

ハニカム成形体の焼成（本焼成）は、仮焼した成形体を構成する成形原料を焼結させて緻密化し、所定の強度を確保するために行われる。焼成条件（温度、時間、雰囲気）は、成形原料の種類により異なるため、その種類に応じて適当な条件を選択すればよい。例えば、コージェライト化原料を使用している場合には、焼成温度は、１４１０〜１４４０℃が好ましい。また、焼成時間は、最高温度でのキープ時間として、４〜６時間が好ましい。

２−３．スリット形成工程：
次に、得られたハニカムセグメントの側壁にスリットを形成する。スリットを形成する方法は、特に制限はないが、スライサーを用いて形成することができる。

２−４．目封止工程：
次に、ハニカムセグメントの第１セルの流入端面側の端部と残余の第２セルの流出端面側の端部とに、目封止材を充填して、目封止部を形成する。

ハニカムセグメントに目封止材を充填する際には、例えば、まず、流入端面側の端部に目封止材を充填し、その後、流出端面側の端部に目封止材を充填する。端部に目封止材を充填する方法としては、以下のマスキング工程と圧入工程とを有する方法を挙げることができる。マスキング工程は、ハニカムセグメントの一方の端面（例えば、流入端面）にシートを貼り付け、シートにおける、「目封止部を形成しようとするセル」と重なる位置に孔を開ける工程である。圧入工程は、「ハニカム構造部の、シートが貼り付けられた側の端部」を目封止材が貯留された容器内に圧入して、目封止材をハニカムセグメントのセル内に圧入する工程である。目封止材をハニカムセグメントのセル内に圧入する際には、目封止材は、シートに形成された孔を通過し、シートに形成された孔と連通するセルのみに充填される。

次に、ハニカムセグメントに充填された目封止材を乾燥させて、目封止部を形成し、目封止ハニカムセグメントを得る。なお、ハニカムセグメントの両端部に目封止材を充填した後に、目封止材を乾燥させてもよいし、ハニカムセグメントの一方の端部に充填した目封止材を乾燥させた後に、他方の端部に目封止材を充填し、その後、他方の端部に充填した目封止材を乾燥させてもよい。更に、目封止材を、より確実に固定化する目的で、焼成してもよい。また、乾燥前のハニカム成形体又は乾燥後のハニカム成形体に目封止材を充填し、乾燥前のハニカム成形体又は乾燥後のハニカム成形体と共に、目封止材を焼成してもよい。

２−５．ハニカムセグメント接合工程：
次に、得られた各ハニカムセグメントを接合材で接合して、複数個のハニカムセグメントが、互いの側面同士が対向するように隣接して配置されるとともに、対向する側面同士が接合層により接合されたハニカムセグメント接合体を作製する。

ハニカムセグメントは、接合材を用いて接合されることが好ましい。接合材をハニカムセグメントの側面に塗布する方法は、特に限定されず、刷毛塗り等の方法を用いることができる。

接合材としては、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、ＳｉＣ粒子等の無機原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤等の添加材を加えたものに水を加えて混練したスラリー等を挙げることができる。

ハニカムセグメントの側面同士を接合する接合材が、作製されるハニカムフィルタにおける接合層となる。

また、図１に示されているような、円筒形状のハニカムフィルタを製造する場合には、複数個のハニカムセグメントを接合材によって接合した後、得られたハニカムセグメントの接合体の外周部分を切削して円筒形状にすることが好ましい。ハニカムセグメントの接合体の外周部分を切削した後に、その外周部分に外周コート材を配設して、ハニカムフィルタを作製することが好ましい。この外周コート材が、ハニカムフィルタの外周壁となる。

上述の構成にすることによって、本実施形態のハニカムフィルタを製造することができる。但し、本実施形態のハニカムフィルタの製造方法は、上述した製造方法に限定されることはない。

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。

（参考例１）
セラミック原料として、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ものを用いた。そして、これに、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、ニーダーを用いて混練して、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、隔壁によって複数のセルが区画形成されたハニカムセグメントの成形体を複数個作製した。

次に、得られたハニカムセグメントの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。なお、乾燥時には、ハニカムセグメントの成形体の流出端面が、鉛直下向きになるように配置して乾燥を行った。

乾燥後のハニカムセグメントの成形体に、目封止部を形成した。まず、ハニカムセグメントの成形体の流入端面側のセルの開口部に、マスクを施した。このとき、マスクを施したセルと、マスクを施さないセルとが交互に並ぶようにした。そして、ハニカムセグメントの成形体のマスクを施した側の端部を目封止スラリーに浸漬して、マスクが施されていないセルの開口部に目封止スラリーを充填した。そして、乾燥後のハニカムセグメントの成形体の流出端面における残りのセル（即ち、流入端面において目封止部を形成していないセル）についても、同様にして、目封止部を形成した。

そして、ハニカムセグメントの成形体を脱脂し、焼成して、ハニカムセグメントを得た。脱脂の条件は、５５０℃で３時間とした。焼成の条件は、アルゴン雰囲気下で、１４５０℃、２時間とした。

得られたハニカムセグメントは、隔壁厚さが３００μｍであり、セル密度が４７個／ｃｍ^２、１辺の側壁に沿った最外周のセルの個数が２４個、目封止部の深さが６ｍｍであった。また、ハニカムセグメントは、長さ１４３．８ｍｍで、四角柱形状（３６ｍｍ×３６ｍｍの正方形の断面形状）であった。

上述のハニカムセグメントを１６個作製した。次に、スライサーを用いて、表１に示す条件にて、ハニカムセグメントの側壁にスリットを形成し、スリット付セグメントを作製した。

そして、１６個のハニカムセグメントが、４個×４個の並びになるようにして、接合材で接合し、接合材を乾燥させてハニカムセグメントの接合体を得た。乾燥させた接合材が、接合層となる。接合材をハニカムセグメントの側面に塗布する際には、接合層の厚さが１．０ｍｍとなるようにした。

次に、ハニカムセグメントの接合体を、まず、その全体形状が円筒形状となるように、外周を研削加工した。

その後、研削加工したハニカムセグメントの接合体の外周に、セラミック材料を塗工して外周壁を形成し、ハニカムフィルタを得た。ハニカムフィルタのＺ方向に垂直な断面の形状は、直径が１５２．４ｍｍの円形であった。また、ハニカムフィルタのＺ方向の長さは１４３．８ｍｍであった。

（実施例２〜９）
実施例２〜９のハニカムフィルタについては、各条件を表１に示すように変更した以外は、参考例１と同様に作製した。なお、実施例９は、実施例８の場合に更にスリットに接合材や目封止材が充填された例を示している。

（比較例１）
比較例１のハニカムフィルタについては、スリット付セグメントを作製しなかった以外は、参考例１と同様に作製した。

（比較例２）
比較例２のハニカムフィルタについては、各条件を表１に示すように変更した以外は、参考例１と同様に作製した。

参考例１、実施例２〜９および比較例１，２のハニカムフィルタについて、［破壊温度］、［捕集効率］、［アイソスタティック強度］の各評価を行った。各評価の評価方法を以下に示す。

［破壊温度］
ハニカムフィルタの流入端面から、５分間で９００℃となるように、流量２．３Ｎｍ^３／分の空気を流入させた。冷却エアーを流し、担体を室温まで冷却した後、クラックの発生の有無を目視で確認した。ハニカムフィルタにクラックの発生がなければ、流入ガス温度を２５度ずつ上昇させ、各温度において同様な試験を繰り返した。なお、クラックの発生が確認された場合には、その時点で試験を止め、クラックの発生が生じたときの流入ガス温度を「破壊温度」とした。例えば、１回目（９００℃）でクラックの発生を確認した場合には、破壊温度は９００℃、３回目［９５０℃（＝９００℃＋２５℃＋２５℃）］でクラックの発生を確認した場合には、破壊温度は９５０℃となる。破壊温度が１０００℃未満の場合を「不可」、１０００℃以上１０５０℃未満の場合を「可」、１０５０℃以上の場合を「良」と判定した。

［捕集効率］
まず、作製したハニカムフィルタを収納缶内に収納して排ガス浄化システムを得た。この排ガス浄化システムに、７Ｌディーゼルエンジンを用いて、２５０℃の排ガスを通気した。次に、ハニカムフィルタの上流と下流とでそれぞれ排ガスの一部を吸引して濾紙を通過させた後、濾紙上に付着した排ガス中のスート質量を測定し、式：（上流側の濾紙に付着したスート質量−下流側の濾紙に付着したスート質量）／上流側の濾紙に付着したスート質量 ×１００ により、捕集効率を算出した。捕集効率の評価は、煤の堆積量が２ｇ／Ｌのときの捕集効率に基づき行った。捕集効率が８０％未満の場合を「不可」、８０％以上９５％未満の場合を「可」、９５％以上の場合を「良」と判定した。

［アイソスタティック強度］
アイソスタティック強度の測定は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格（ＪＡＳＯ規格）のＭ５０５−８７で規定されているアイソスタティック破壊強度試験に基づいて行った。アイソスタティック破壊強度試験は、ゴムの筒状容器に、ハニカムフィルタを入れてアルミ製板で蓋をし、水中で等方加圧圧縮を行う試験である。即ち、アイソスタティック破壊強度試験は、缶体に、ハニカムフィルタが外周面把持される場合の圧縮負荷加重を模擬した試験である。このアイソスタティック破壊強度試験によって測定されるアイソスタティック強度は、ハニカムフィルタが破壊したときの加圧圧力値（ＭＰａ）で示される。アイソスタティック強度が０．８ＭＰａ未満の場合を「不可」、０．８ＭＰａ以上１．０ＭＰａ未満の場合を「可」、１．０ＭＰａ以上の場合を「良」と判定した。

［総合判定］
「破壊強度」、「捕集効率」、「アイソスタティック強度」の各判定において、１つでも「不可」がある場合を総合判定が「不可」、「可」と「良」が混在している場合を総合判定が「可」、全て「良」の場合を総合判定が「良」と判定した。

本発明は、排ガス浄化用のハニカムフィルタとして利用できる。

１：ハニカムセグメント、３：流入端面、５：流出端面、７：セル、９：隔壁、１０：ハニカム構造部、１１：第１セル、１５：第２セル、１９：目封止部、２１：側面、２３：接合層、２５，２５ａ，２５ｂ：スリット付セグメント、２７，２７ａ，２７ｂ：スリット、３１：外周壁、３３：側壁、５０：ハニカムフィルタ。

Claims (5)

1. 一方の端面である流入端面から他方の端面である流出端面まで通じる流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を有するハニカム構造部と、前記ハニカム構造部の外周を取り囲む側壁とを有するハニカムセグメントを複数個と、
   前記ハニカムセグメントに形成された前記複数のセルのうちの所定のセルである第１セルの前記流入端面側の開口部および前記複数のセルのうちの残余のセルである第２セルの前記流出端面側の開口部を封止する目封止部複数個と、
   前記複数個のハニカムセグメントの側面同士の少なくとも一部を接合する接合層と、を備え、
   前記複数個のハニカムセグメントのうちの少なくとも１個は、前記側壁に１以上のスリットが設けられているスリット付セグメントであり、
   前記スリット付セグメントにおいて、前記スリットは前記セルの延びる方向に沿って延び、かつ、前記ハニカム構造部の最外周にある前記セルに通じ、
   前記スリットが前記ハニカム構造部の最外周にある前記第１セルに通じている場合には、前記スリットは前記流入端面までは達せず、
   前記スリットが前記ハニカム構造部の最外周にある前記第２セルに通じている場合には、前記スリットは前記流出端面までは達せず、
   少なくとも１個以上の前記スリット付セグメントにおいて、前記スリットが前記セルの延びる方向において前記流出端面側半分の領域内に形成されているハニカムフィルタ。
2. 前記スリット付セグメントが、他の前記ハニカムセグメントに周囲を取り囲まれて、前記ハニカムフィルタの最外周には配置されていない請求項１に記載のハニカムフィルタ。
3. 前記スリットの幅が、０．３ｍｍ以上かつ前記セルの幅以下である請求項１または２に記載のハニカムフィルタ。
4. １個の前記スリット付セグメントにおいて、前記スリットの本数が、前記ハニカム構造部の最外周にある前記セルの個数の１２分の１以上３分の１未満である請求項１〜３のいずれか１項に記載のハニカムフィルタ。
5. 前記スリットの少なくとも一部に前記接合層の材料である接合材および／または前記目封止部の材料である目封止材が充填されている請求項１〜４のいずれか１項に記載のハニカムフィルタ。

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