JP6473365B2

JP6473365B2 - セラミックスフィルタ

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Publication number: JP6473365B2
Application number: JP2015070842A
Authority: JP
Inventors: 有輝神
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: JP2016191335A

Description

本発明は、セラミックスフィルタに関する。更に詳しくは、高気孔率であっても、アイソスタティック強度が高く且つ再生効率が高いセラミックスフィルタに関する。

従来、ディーゼルエンジンからの排ガスに含まれているスート等の粒子状物質を捕捉するためのフィルタとして、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が使用されている。そして、このフィルタは、流体の流入側となる流入端面と流体の流出側となる流出端面とを有し、流入端面から流出端面まで延びて流体の流路となる複数のセルが多孔質の隔壁によって区画形成されたハニカム構造のフィルタである。そして、通常は、所定のセルの開口部を流入端面で目封止するとともに、残余のセルの開口部を流出端面で目封止する目封止部を配設した状態で使用される。

このフィルタは、隔壁を通過する際に流体中のスートが隔壁に補足され、スートが除去された浄化後の排ガスが流出端面側から排出される。

更に、このフィルタとしては、複数個のハニカムセグメントを、接合材（接合層）によって互いに接合して得られるセグメント構造のフィルタ（セラミックスフィルタ）が知られている。そして、セラミックスフィルタとしては、このフィルタを構成するセグメントの一部の隔壁の厚さや接合層の厚さを厚くすることにより、熱容量を部分的に高めたものが知られている（特許文献１参照）。

近年は、ススの燃焼を効率的に行うために隔壁の表面に酸化触媒を塗布したフィルタが広く使われてきている。更に、最近では、排ガス中のＮＯｘの浄化性能を高めたフィルタが求められているので、酸化触媒に代わり選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒を塗布したフィルタ（ＳＣＲ触媒フィルタ）が使用され始めている。

特開２００３−２５４０３４号公報

ＳＣＲ触媒フィルタにおいては、隔壁に多量のＳＣＲ触媒が担持されるため、隔壁を高気孔率にする必要がある。しかし、隔壁を高気孔率にすると、フィルタのアイソスタティック強度が低下し、その結果、フィルタをキャニングする際にフィルタが破損する等の問題が生じることがある。また、フィルタの隔壁を高気孔率にすると、隔壁の熱伝導性が低下してしまうという問題がある。また、ＳＣＲ触媒には、ススの燃焼を促進させる効果が無いため、酸化触媒が担持された従来のフィルタと比べて、再生効率が低下する。

そこで、高気孔率であっても、アイソスタティック強度が高く且つ再生効率が高いセラミックスフィルタの開発が求められていた。

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。本発明の課題とするところは、高気孔率であっても、アイソスタティック強度が高く且つ再生効率が高いセラミックスフィルタを提供することにある。

本発明によれば、以下に示す、セラミックスフィルタが提供される。

［１］排ガスが流入する側の端面である流入端面から前記排ガスが流出する側の端面であ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焼成体である隔壁及び前記セルの前記流入端面側または前記流出端面側のいずれかに配設された目封止部を有する複数個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、を有するセグメント構造体を備え、前記ハニカムセグメントの前記隔壁が、耐火性の骨材と、前記骨材同士を接合する接着材と、を有し、複数個の前記ハニカムセグメントが、外周面を構成する複数個の外周セグメントと、前記外周セグメントの内側に位置する少なくとも１つの中央セグメントと、からなり、一方の前記端面において、前記中央セグメントのうち、前記中央セグメントの重心と前記セグメント構造体の重心との距離が最も短い前記中央セグメントを重心セグメントとするとき、前記中央セグメントのうちの少なくとも前記重心セグメントにおける前記隔壁の前記接着材と、前記外周セグメントにおける前記隔壁の前記接着材とは、異なる材料であり、前記外周セグメントの熱伝導率が、前記重心セグメントの熱伝導率より低く、前記外周セグメントの前記隔壁及び前記重心セグメントの前記隔壁のそれぞれの気孔率が、５５％以上であり、前記外周セグメントは、前記重心セグメントよりアイソスタティック強度が高いセラミックスフィルタ。

［２］前記外周セグメントのアイソスタティック強度は、前記重心セグメントのアイソスタティック強度の１２０％以上の値であり、前記外周セグメントの熱伝導率は、前記重心セグメントの熱伝導率の５０％以下の値である前記［１］に記載のセラミックスフィルタ。

［３］前記外周セグメントの前記隔壁の前記骨材と前記重心セグメントの前記隔壁の前記骨材とが同じ材質のものである前記［１］または［２］に記載のセラミックスフィルタ。

［４］前記隔壁の前記骨材が、炭化ケイ素である前記［３］に記載のセラミックスフィルタ。

［５］前記外周セグメントの前記隔壁の前記接着材が、結晶質のコージェライトを含有し、更に、希土類元素又はジルコニウム元素を含有し、前記外周セグメントの前記隔壁において、前記骨材と前記接着材の合計質量に対する、前記接着材の質量の比率が、１２〜４５質量％である前記［１］〜［４］のいずれかに記載のセラミックスフィルタ。

［６］前記外周セグメントの前記隔壁の前記接着材が、前記外周セグメントの前記隔壁の前記接着材全体に対して、ＭｇＯを８．０〜１５．０質量％含有し、Ａｌ_２Ｏ_３を３０．０〜６０．０質量％含有し、ＳｉＯ_２を３０．０〜５５．０質量％含有し、更に、希土類酸化物又はジルコニウム酸化物を１．５〜１０．０質量％含有する前記［１］〜［５］のいずれかに記載のセラミックスフィルタ。

［７］前記外周セグメントの前記隔壁の前記接着材が、前記外周セグメントの前記隔壁の前記接着材全体に対して５０質量％以上の結晶質のコージェライトを含有する前記［１］〜［８］のいずれかに記載のセラミックスフィルタ。

［８］前記外周セグメントの前記隔壁の気孔率の値から前記重心セグメントの前記隔壁の気孔率の値を差し引いた値の絶対値が５％以下であり、且つ、前記外周セグメントの前記隔壁の平均細孔径の値から前記重心セグメントの前記隔壁の平均細孔径の値を差し引いた値が１０μｍ以下である前記［１］〜［７］のいずれかに記載のセラミックスフィルタ。

本発明のセラミックスフィルタは、高気孔率であっても、アイソスタティック強度が高く且つ再生効率が高いものである。

本発明のセラミックスフィルタの一の実施形態を模式的に示す斜視図である。本発明のセラミックスフィルタの一の実施形態におけるセルの延びる方向に平行な断面を模式的に示す断面図である。図２に示す領域Ｐ１を拡大して模式的に示す拡大図である。図２に示す領域Ｐ２を拡大して模式的に示す拡大図である。本発明のセラミックスフィルタの他の実施形態の端面を模式的に示す平面図である。本発明のセラミックスフィルタの更に他の実施形態の端面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。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、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］セラミックスフィルタ：
本発明のセラミックスフィルタの一実施形態は、図１、図２に示すセラミックスフィルタ１００である。セラミックスフィルタ１００は、排ガスが流入する側の端面である流入端面１１から排ガスが流出する側の端面である流出端面１２まで延びる複数のセル２を区画形成する多孔質焼成体である隔壁１を有している。そして、セラミックスフィルタ１００は、複数のセル２を区画形成する隔壁１を有する複数個のハニカムセグメント１０と、複数個のハニカムセグメント１０の側面同士を互いに接合する接合層１７と、を有するセグメント構造体５０を備えている。また、セラミックスフィルタ１００は、ハニカムセグメント１０の隔壁１が、耐火性の骨材３１と、この骨材３１同士を接合する接着材３３、３５と、を有している（図３、図４参照）。また、複数個のハニカムセグメント１０は、外周面３を構成する複数個の外周セグメント２１と外周セグメント２１の内側に位置する少なくとも１つの中央セグメント２３とからなる。そして、一方の端面（流入端面１１または流出端面１２）において、中央セグメント２３のうち、中央セグメント２３の重心Ｏ２とセグメント構造体の重心Ｏ１との距離が最も短い中央セグメント２３を重心セグメント２３ａとする（図５、図６参照）。このとき、中央セグメント２３のうちの少なくとも重心セグメント２３ａにおける隔壁１の接着材３５と、外周セグメント２１における隔壁１の接着材３３とは、異なる材料からなっている（図３、図４参照）。そして、外周セグメント２１の熱伝導率は、重心セグメント２３ａの熱伝導率より低い。更に、外周セグメント２１の隔壁１及び重心セグメント２３ａの隔壁１のそれぞれの気孔率は、５５％以上である。

このようなセラミックスフィルタ１００は、高気孔率であっても、アイソスタティック強度が高く且つ再生効率が高い（即ち、ススの燃焼効率が高い）ものである。つまり、隔壁の気孔率が高いと、隔壁の強度（具体的には、アイソスタティック強度）が低下する。そのため、缶体にセラミックスフィルタを収納する（キャニングする）際に、セラミックスフィルタが破損するおそれがある。また、隔壁の気孔率が高いと、隔壁の熱伝導性が低下してしまう。そのため、特に、外周セグメントに堆積したススは温度が高くなり難く、ススが燃焼し難い。更に、ＳＣＲ触媒は、ススの燃焼を促進する効果を有さない。そのため、ＳＣＲ触媒を担持したセラミックスフィルタは、ススの燃焼効率が悪く、その結果、再生効率が悪くなる。このような問題に対して、隔壁の細孔の構造を変更することも考えられる。しかし、この場合は、触媒を塗布し難くなるという問題が生じ得る。

また、熱伝導率が高くなることで、セラミックスフィルタの側面からの放熱が促進され、再生効率の改善効果が十分に得られなくなるという問題もある。上記構成のセラミックスフィルタであれば、上記構成を採用したことにより、上記のような放熱を抑制できる。これは、外周セグメントのアイソスタティック強度を向上させ、重心セグメントの熱伝導性を高くし且つ外周セグメントの熱伝導率が重心セグメントより低くすることに拠るものである。このようなことから、本発明のセラミックスフィルタは、高気孔率であっても、アイソスタティック強度が高く且つ再生効率が高くなる。

図１は、本発明のセラミックスフィルタの一の実施形態を模式的に示す斜視図である。図２は、本発明のセラミックスフィルタの一の実施形態におけるセルの延びる方向に平行な断面を模式的に示す断面図である。図３は、図２に示す領域Ｐ１を拡大して模式的に示す拡大図である。図４は、図２に示す領域Ｐ２を拡大して模式的に示す拡大図である。図５は、本発明のセラミックスフィルタの他の実施形態の端面を模式的に示す平面図である。

セラミックスフィルタ１００は、側面に外周壁２０（図１、図２参照）を更に備えていてもよい。

［１−１］ハニカムセグメント：
セラミックスフィルタ１００（セグメント構造体５０）は、上述の通り、外周面３を構成する複数個の外周セグメント２１と、この外周セグメント２１の内側に位置する中央セグメント２３と、からなる。そして、一方の端面（流入端面１１または流出端面１２）において、中央セグメント２３のうち、中央セグメント２３の重心Ｏ２とセグメント構造体の重心Ｏ１との距離が最も短い中央セグメント２３が、重心セグメント２３ａである。そして、ハニカムセグメント１０は、外周セグメント２１が、重心セグメント２３ａよりアイソスタティック強度が高い。外周セグメント２１が、重心セグメント２３ａよりアイソスタティック強度が高い場合、キャニングする際に、セラミックスフィルタ１００が破損してしまうことを防止できる。

なお、中央セグメント２３のうち、中央セグメント２３の重心Ｏ２とセグメント構造体の重心Ｏ１との距離が最も短い中央セグメント２３が複数存在する場合、複数の中央セグメント２３が重心セグメント２３ａとなる。図５に示すセラミックスフィルタ１０１は、セグメント構造体の重心Ｏ１と、中央セグメント２３のうち中央に位置する中央セグメント２３の重心Ｏ２とが重なるため、この中央セグメント２３が重心セグメント２３ａとなる。図５に示すセラミックスフィルタ１０１は、縦５列、横５列となるようにハニカムセグメント１０を組み合わせたものである。各ハニカムセグメント１０は、接合層１７によって接合されている。また、図６に示すセラミックスフィルタ１０２は、その重心Ｏ２がセグメント構造体の重心Ｏ１と最も短い中央セグメント２３が４つ存在する。そのため、これら４つの中央セグメント２３が重心セグメント２３ａとなる。図６に示すセラミックスフィルタ１０２は、縦６列、横６列となるようにハニカムセグメント１０を組み合わせたものである。各ハニカムセグメント１０は、接合層１７によって接合されている。図６は、本発明のセラミックスフィルタの更に他の実施形態の端面を模式的に示す平面図である。

外周セグメント２１の熱伝導率は、重心セグメント２３ａの熱伝導率より低い。この場合、ハニカムセグメント１０からの放熱を抑え、外周セグメント２１中に捕集されたススの燃焼効率を高めることができる。また、流入する排ガスの温度分布からすると、再生時に、重心セグメント２３ａにおいて温度が最高となる。そして、重心セグメントにおいて、熱伝導率が外周セグメントに比べて相対的に高い場合、外周セグメントと同一材料のハニカムセグメントを中央の全てに配置した場合と比べて、フィルタ再生時における熱の移動が起き易く、再生時の最高温度を抑えることができる。

外周セグメント２１のアイソスタティック強度は、重心セグメント２３ａのアイソスタティック強度の１２０％以上の値であり、且つ、外周セグメント２１の熱伝導率は、重心セグメント２３ａの熱伝導率の５０％以下の値であることが好ましい。そして、外周セグメント２１のアイソスタティック強度は、重心セグメント２３ａのアイソスタティック強度の１３０％以上の値であり、且つ、外周セグメント２１の熱伝導率は、重心セグメント２３ａの熱伝導率の４０〜５０％の値であることが好ましい。

そして、一方の端面（流入端面１１または流出端面１２）において、中央セグメント２３のうち、中央セグメント２３の重心Ｏ２とセグメント構造体５０の重心Ｏ１との距離が最も短い中央セグメント２３を重心セグメント２３ａとする。このとき、セラミックスフィルタ１００は、中央セグメント２３のうちの少なくとも重心セグメント２３ａにおける隔壁１の接着材３５と、外周セグメント２１における隔壁１の接着材３３とは、異なる材料である（図３、図４参照）。このように外周セグメントの接着材と中央セグメントのうちの少なくとも重心セグメントの接着材とが異なる材料であると、接着強度を増加させつつ熱伝導率を変化させられるため、高気孔率であっても、アイソスタティック強度が高く且つ再生効率が高くなる。

中央セグメント２３のうちの重心セグメント２３ａ以外のハニカムセグメント（第三セグメント２３ｂ）は、重心セグメント２３ａと同じものであってもよいし、外周セグメント２１と同じものであってもよい。図５、図６中、外周セグメント２１は、斜線を付して示している。重心セグメント２３ａは、ドットを付して示している。第三セグメント２３ｂは、無印で示している。

外周セグメントの隔壁の接着材としては、コージェライト、ムライト、チタン酸アルミニウムなどを挙げることができる。これらの中でも、コージェライトが好ましい。コージェライトを用いることにより、接着材による接着強度が高くなるためである。

外周セグメントの隔壁の接着材は、結晶質のコージェライトを含有し、更に、希土類元素又はジルコニウム元素を含有することが好ましい。更に、外周セグメントの隔壁において、骨材と接着材の合計質量に対する、接着材の質量の比率が、１２〜４５質量％であることが好ましい。上記接着材の質量の比率は、１５〜３７質量％であることが更に好ましい。上記条件を満たすことにより、耐熱衝撃性に優れる。

外周セグメントの隔壁の接着材は、外周セグメントの隔壁の接着材全体に対して５０質量％以上の結晶質のコージェライトを含有することが好ましい。結晶質のコージェライトの含有割合は、８０質量％以上であることが更に好ましい。上記条件を満たすことにより、十分な耐熱性及び耐熱衝撃性が得られる。

外周セグメントの隔壁の接着材は、外周セグメントの隔壁の接着材全体に対して、ＭｇＯを８．０〜１５．０質量％含有し、Ａｌ_２Ｏ_３を３０．０〜６０．０質量％含有し、ＳｉＯ_２を３０．０〜５５．０質量％含有することが好ましい。そして、更に、希土類酸化物又はジルコニウム酸化物を１．５〜１０．０質量％含有することが好ましい。上記条件を満たすことにより、焼成温度が十分に広くなる。

重心セグメントの隔壁の接着材としては、外周セグメントの隔壁の接着材とは異なる材料を用いる。具体的には、珪素（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、チタン酸アルミニウムなどを挙げることができる。これらの中でも、珪素（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）が好ましい。これらを用いることにより、熱伝導率が高くなる。

外周セグメント及び重心セグメントの隔壁の骨材は、耐火性のものである。具体的には、炭化ケイ素、ムライト、チタン酸アルミニウムなどを挙げることができる。これらの中でも、炭化ケイ素が好ましい。炭化ケイ素であると、熱伝導率が高くなるためである。なお、外周セグメントの隔壁の骨材と重心セグメントの隔壁の骨材とは、同じ材質のものであることが好ましい。熱膨張率差を小さくし、耐熱衝撃性を維持するためである。

セラミックスフィルタ１００（セグメント構造体５０）を構成する外周セグメント２１における隔壁１の気孔率は、５５％以上であり、５５〜７５％であることが好ましい。このような範囲を採用することにより、担持できる触媒を多くすることができる。外周セグメントにおける隔壁の気孔率が５５％未満であると、隔壁における気孔が、触媒によって閉塞して排ガスが上記隔壁内を流れ難くなる。なお、隔壁の気孔率は、水銀ポロシメーターによって測定した値である。

同様に、セラミックスフィルタ１００（セグメント構造体５０）を構成する重心セグメント２３ａにおける隔壁１の気孔率は、５５％以上であり、５５〜７５％であることが好ましい。このような範囲を採用することにより、担持できる触媒を多くすることができる。重心セグメント２３ａにおける隔壁の気孔率が５５％未満であると、隔壁における気孔が触媒によって閉塞して排ガスが上記隔壁内を流れ難くなる。

外周セグメント２１における隔壁１の気孔率と、重心セグメント２３ａにおける隔壁１の気孔率とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

セラミックスフィルタ１００は、このように高気孔率であっても、アイソスタティック強度が高く且つ再生効率が高いものである。

セラミックスフィルタ１００（セグメント構造体５０）を構成する外周セグメント２１における隔壁１の平均細孔径は、５〜４０μｍであることが更に好ましく、１５〜３０μｍであることが特に好ましい。このような範囲を採用することにより、触媒を担持させる際に、触媒による閉塞を防ぎ且つススの漏れを抑制することができる。なお、隔壁の平均細孔径は、水銀ポロシメーターによって測定した値である。

セラミックスフィルタ１００（セグメント構造体５０）を構成する重心セグメント２３ａにおける隔壁１の平均細孔径は、５〜４０μｍであることが更に好ましく、１５〜３０μｍであることが特に好ましい。このような範囲を採用することにより、触媒を担持させる際に、触媒による閉塞を防ぎ且つススの漏れを抑制することができる。

外周セグメントの隔壁の気孔率の値から重心セグメントの隔壁の気孔率の値を差し引いた値の絶対値（ｉ）は、５％以下であり、且つ、外周セグメントの隔壁の平均細孔径値から重心セグメントの隔壁の平均細孔径の値を差し引いた値の絶対値（ｉｉ）は、５μｍ以下であることが好ましい。そして、値（ｉ）は、３％以下であり、且つ、値（ｉｉ）は、３μｍ以下であることが更に好ましい。このように値（ｉ）と値（ｉｉ）を同時に満たすことにより、隔壁における細孔の構造の違いによる触媒の担持むらを抑制することができる。

隔壁１の厚さは、２００〜５００μｍであることが好ましく、２２０〜４３０μｍであることが更に好ましく、２５０〜３８０μｍであることが特に好ましい。隔壁の厚さが下限値未満であると、ハニカムセグメントの強度が低下し破損するおそれがある。上限値超であると、排ガスの透過時における抵抗が増加し、エンジン出力が低下するおそれがある。

ハニカムセグメント１０のセル密度は、１５〜９４個／ｃｍ^２であることが好ましく、２３〜７８個／ｃｍ^２であることが更に好ましく、３１〜６３個／ｃｍ^２であることが特に好ましい。セル密度が下限値未満であると、ススの捕集性能が十分でなくなるおそれがある。上限値超であると、ススによるセルの閉塞が起き易くなるおそれがある。

ハニカムセグメント１０のセル２の形状は、例えば、セル２の延びる方向に垂直な断面において、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等の多角形、円形、又は楕円形、あるいは四角形と、六角形又は八角形等との組み合わせであることができる。

ハニカムセグメント１０（セラミックスフィルタ１００）のセル２の延びる方向の長さは、５０〜２５０ｍｍとすることができる。

ハニカムセグメント１０の数は、特に制限はなく、セラミックスフィルタの用途などに合わせて適宜決定することができる。

［１−２］接合層：
接合層１７は、複数個のハニカムセグメント１０の側面同士を互いに接合するものである。つまり、この接合層は、複数個のハニカムセグメントの側面に塗布した接合材からなるものであり、複数個のハニカムセグメントを互いに接合するものである。

なお、接合層１７の厚さは、例えば、０．１〜２．０ｍｍとすることができる。

［１−３］目封止部：
ハニカムセグメント１０は、図１、図２に示すように、流入端面１１における所定のセル２である流入セル２ａの開口部、及び流出端面１２における残余のセル２である流出セル２ｂの開口部に配設された目封止部８を更に備えていてもよい。流入セル２ａと流出セル２ｂとは、隔壁１を挟んで交互に並んでいることが好ましい。そして、それによって、ハニカムセグメントの両端面に、目封止部と「セルの開口部」とにより、市松模様が形成されていることが好ましい。

目封止部の材質は、隔壁の材質と同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。

［２］セラミックスフィルタの製造方法：
本発明のセラミックスフィルタの製造方法について説明する。

まず、ハニカムセグメントを製造する。ハニカムセグメントは、骨材と接着材とを配合して原料とし、この原料を用いて成形用坏土を作製する。なお、成形用坏土の作製においては、上記原料に、有機バインダと水とを加え、必要に応じて、造孔材、界面活性剤等を添加した後、土練機等で混練され、可塑性の成形用坏土とすることができる。なお、有機バインダは、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。

ここで、本発明においては、外周セグメント用のハニカムセグメントと、重心セグメント用のハニカムセグメントとでは、原料に用いる接着材の種類を変える。具体的には、外周セグメント用のハニカムセグメントの作製に用いる接着材としては、コージェライト化原料、ムライト化原料、チタン酸アルミニウム化原料などを挙げることができる。また、重心セグメント用のハニカムセグメントの作製に用いる接着材としては、珪素（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などを挙げることができる。なお、コージェライト化原料は、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。

次に、作製した成形用坏土をハニカム形状に成形して成形体を得る。この成形は、従来公知の押出成形法等を採用することができる。得られた成形体は、必要に応じて乾燥や脱脂等の処理を施された後、材料に応じてＡｒ雰囲気等の不活性雰囲気下で焼成してもよい。この焼成により、骨材同士が接着材で接合される。なお、焼成の際の最高温度は、材料により異なるが、接着材が溶解し、かつ骨材を十分に接合できる温度に設定する必要がある。設定温度が低すぎると、接着材により骨材を十分に接合できないおそれがある。一方、設定温度が高すぎると、接着材が蒸発して骨材同士の接合が困難になるおそれがある。

セルに目封止部を形成する方法は、従来公知の方法を適宜採用することができる。なお、セルに目封止部を形成しようとするときは、セルに目封止部を形成する前に上記焼成を行っても良い。また、セルに目封止部を形成した後で上記焼成をおこなってもよい。つまり、目封止部の焼成と一緒に行うようにしても良い。

目封止部は、流入端面と流出端面の両方において目封止部と「セルの開口部」とにより、市松模様が形成されるようい形成することが好ましい。

以上のようにして、複数個のハニカムセグメントを作製することができる。

次に、作製した複数個のハニカムセグメントの側面に接合材を塗布し、ハニカムセグメント同士を上記接合材によって接合する。このようにして、ハニカムセグメントの接合体（セグメント構造体）を得る。ハニカムセグメントを接合する接合材が、セラミックスフィルタにおける接合層となる。

次に、得られた接合体の外周部を研削等によって加工して、当該接合体のセルの延びる方向に垂直な断面の形状を円形等にする。なお、外周壁を配設する場合、研削等によって加工した後、研削等がされた面（接合体の側面）にセラミック材料を塗工する。このようにして外周壁を配設することができる。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、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）
まず、中央セグメントとなるハニカムセグメントを作製した。なお、中央セグメントの全部を重心セグメントと同じものとした。具体的には、炭化珪素粉末を８０質量部と、Ｓｉ粉末２０質量部とを混合して、混合粉末を得た。この混合粉末に、バインダ、造孔材、及び水を添加して、成形原料とした。次に、成形原料を混練して円柱状の坏土を作製した。そして、得られた円柱状の坏土を、押出成形機を用いてハニカム形状に成形して、端面が正方形のハニカムセグメント成形体を、９個作製した。次に、得られたハニカムセグメント成形体を乾燥し、乾燥したハニカムセグメント成形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部を配設して、目封止部を備えたハニカムセグメント成形体を作製した。得られた目封止部を備えたハニカムセグメント成形体を焼成して、ハニカムセグメント（目封止部を備えたハニカムセグメント）を作製した。得られたハニカムセグメントは、端面の一辺の長さが３７ｍｍのものであった。

次に、外周セグメントとなるハニカムセグメントを作製した。具体的には、混合粉末を、炭化珪素粉末を８０質量部と、コージェライト化原料２０質量部を混合して得たこと以外は、上記中央セグメントと同様にして１６個のハニカムセグメントを作製した。作製したハニカムセグメントを外周セグメントとした。

次に、ハニカムセグメント接合体（セグメント構造体）を作製した。具体的には、得られ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隣接して配置された状態で接合した。このとき、ハニカムセグメント接合体は、端面の縦方向及び横方向に、それぞれ４個ずつハニカムセグメントを接合材で接合して作製した。なお、中央の９個のハニカムセグメントには、「中央セグメント（重心セグメント）となるハニカムセグメント」を配置し、その外周に、１６個の「外周セグメントとなるハニカムセグメント」を配置した。

次に、ハニカムセグメント接合体の外周部を研削によって加工して、ハニカムセグメント接合体のセルの延びる方向に垂直な断面の形状を円形にした後、最外周にセラミック材料を塗工することによって外周壁を配設した。以上のようにして、セラミックスフィルタを作製した。なお、セラミックスフィルタにおける接合層の厚さは、１ｍｍであった。

作製したセラミックスフィルタは、セルの延びる方向の長さ（全長）が１５２ｍｍであり、流入端面及び流出端面の外径が１７７ｍｍの円柱状のものであった。また、隔壁の厚さは０．１ｍｍであった。セルの延びる方向に垂直な断面における各セルの形状は正方形であり、セル密度は、４６個／ｃｍ^２であった。また、セラミックスフィルタの隔壁の気孔率は６０％であった。気孔率は、マイクロメリティクス社（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社）製の「オートポアＩＩＩ９４２０（商品名）」によって測定した値である。

次に、得られたセラミックスフィルタについて、以下に示す方法で、「セラミックスフィルタのアイソスタティック強度」、及び「再生時の温度比」の評価を行った。結果を表３に示す。

［セラミックスフィルタのアイソスタティック強度］
セラミックスフィルタのアイソスタティック強度は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格（ＪＡＳＯ規格）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測定した。この試験は、ゴムの筒状容器にセラミックス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。アイソスタティック強度は、セラミックスフィルタが破壊したときの加圧圧力値（ＭＰａ）で示される。

上記のようにして測定された加圧圧力値（ＭＰａ）を用いて、基準フィルタのアイソスタティック強度を１としたときの比率を算出した。基準フィルタは、接着材としてＳｉのみを用いたこと以外は実施例１と同様にして作製したセラミックスフィルタのことである。

その後、上記のようにして算出した値について、以下の評価基準で評価を行った。算出された比率が１０％以上であるときを「Ａ」とする。算出された比率が０％以上で１０％未満であるときを「Ｂ」とする。算出された比率が０％未満である（強度の低下がある）ときを「Ｃ」とする。結果を表３に示す。

［再生時の温度比］
再生時の温度比は、「再生時における外周セグメントの温度」と「再生時における重心セグメントの温度」から算出した。具体的には、再生時の重心セグメント内の最高温度に対する、外周セグメント内の最高温度の減少率を算出して得られる値である。即ち、式：［（「再生時における外周セグメントの温度」−「再生時における重心セグメントの温度」）÷「再生時における重心セグメントの温度」］により算出される値である。ここで、重心セグメント内の最高温度及び外周セグメント内の最高温度は、各セグメント内に熱電対を挿入することで測定した。なお、本評価における再生は、以下の「再生限界試験」に従って行った。

［再生限界試験］
排気量２０００ｃｃのディーゼルエンジンを用いて、エンジン回転数を２０００ｒｐｍ、エンジントルクを６０Ｎｍに保ち、セラミックスフィルタ内にスートを堆積させた。堆積したスートの全量は、２５ｇであった。

次に、エンジン回転数１７００ｒｐｍ、トルク８０Ｎｍの条件において、ポストインジェクションを９０秒間行った。このようにして、セラミックスフィルタの流入端面側における排ガスの温度を６５０℃まで昇温させた。

その後、エンジン回転数１０００ｒｐｍ、トルクを無負荷とした状態を２００秒間、継続させた。このようにして、セラミックスフィルタの再生を行い、このときの「外周セグメントの温度」と「重心セグメントの温度」から上記「再生時の温度比」を算出した。

上記のようにして算出した値について、以下の評価基準で評価を行った。減少率が１０％以下であるときを「Ａ」とする。減少率が１０％超で２０％以下であるときを「Ｂ」とする。減少率が２０％より大きいときを「Ｃ」とする。結果を表３に示す。

表１中、「接着材」の欄は、接着材を構成する成分について示す。また、表２中、「熱伝導率比」の欄は、以下のようにして算出した熱伝導率の比の値である。即ち、接着材としてＳｉを用い、骨材としてＳｉＣを用いた気孔率６０％の材料（試験片）の熱伝導率を基準「１」とし、保護熱板法にて測定された各接着材との熱伝導率を算出したものである。なお、「保護熱板法」とは、ＪＩＳＡ１４１２−１に準拠した方法である。具体的には、熱板と冷却板とによって試験片を挟み込み、挟み込んだ試験片の表面の温度差を算出し、その温度差から熱伝導率を算出する方法である。熱板は、電気を流すことにより、電気抵抗によって発熱する板状の部材である。冷却板は、水槽により冷却されている板状の部材である。

また、表２中、「アイソスタティック強度比」の欄は、上記のようにして測定された各セグメントのアイソスタティック強度について、［セラミックスフィルタのアイソスタティック強度］の評価と同じ条件で測定したときの算出値を示す。具体的には、接着材としてＳｉを用い、骨材としてＳｉＣを用いた気孔率６０％の材料（試験片）の値を基準「１」とし、測定された各接着材のアイソスタティック強度比を算出した。また、表１、表２中、「第三セグメント」の欄は、重心セグメントを除く中央セグメントのことを示す。

（実施例２〜５，７、参考例６、比較例１〜５）
表１に示すように変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２〜５，７、参考例６、比較例１〜５のセラミックスフィルタをそれぞれ作製した。その後、各セラミックスフィルタについて、「セラミックスフィルタのアイソスタティック強度」、及び「再生時の温度比」の評価を行った。結果を表３に示す。

実施例２，４では、第三セグメントとして外周セグメントと同じハニカムセグメントを用いた。実施例３，５，７、参考例６では、実施例１と同様に、全ての中央セグメントが同じハニカムセグメントであった。つまり、実施例３，５，７、参考例６では、第三セグメントとして重心セグメントと同じハニカムセグメントを用いた。比較例２〜５では、全ての中央セグメントが同じハニカムセグメントであった。

表３から、実施例１〜５，７、参考例６のセラミックスフィルタは、比較例１〜５のセラミックスフィルタに比べて、高気孔率であっても、アイソスタティック強度が高く且つ再生効率が高いことが分かる。

本発明のセラミックスフィルタは、自動車等から排出される排ガスを浄化するフィルタとして採用することができる。

１：隔壁、２：セル、２ａ：流入セル、２ｂ：流出セル、３：外周面、８：目封止部、１０：ハニカムセグメント、１１：流入端面、１２：流出端面、１７：接合層、２０：外周壁、２１：外周セグメント、２３：中央セグメント、２３ａ：重心セグメント、２３ｂ：第三セグメント、３１：骨材、３３，３５：接着材、５０：セグメント構造体、１００，１０１，１０２：セラミックスフィルタ、Ｏ１，Ｏ２：重心、Ｐ１，Ｐ２：領域。

Claims

排ガスが流入する側の端面である流入端面から前記排ガスが流出する側の端面であ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焼成体である隔壁及び前記セルの前記流入端面側または前記流出端面側のいずれかに配設された目封止部を有する複数個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、を有するセグメント構造体を備え、
前記ハニカムセグメントの前記隔壁が、耐火性の骨材と、前記骨材同士を接合する接着材と、を有し、
複数個の前記ハニカムセグメントが、外周面を構成する複数個の外周セグメントと、前記外周セグメントの内側に位置する少なくとも１つの中央セグメントと、からなり、
一方の前記端面において、前記中央セグメントのうち、前記中央セグメントの重心と前記セグメント構造体の重心との距離が最も短い前記中央セグメントを重心セグメントとするとき、前記中央セグメントのうちの少なくとも前記重心セグメントにおける前記隔壁の前記接着材と、前記外周セグメントにおける前記隔壁の前記接着材とは、異なる材料であり、
前記外周セグメントの熱伝導率が、前記重心セグメントの熱伝導率より低く、
前記外周セグメントの前記隔壁及び前記重心セグメントの前記隔壁のそれぞれの気孔率が、５５％以上であり、
前記外周セグメントは、前記重心セグメントよりアイソスタティック強度が高いセラミックスフィルタ。
前記外周セグメントのアイソスタティック強度は、前記重心セグメントのアイソスタティック強度の１２０％以上の値であり、前記外周セグメントの熱伝導率は、前記重心セグメントの熱伝導率の５０％以下の値である請求項１に記載のセラミックスフィルタ。
前記外周セグメントの前記隔壁の前記骨材と前記重心セグメントの前記隔壁の前記骨材とが同じ材質のものである請求項１または２に記載のセラミックスフィルタ。
前記隔壁の前記骨材が、炭化ケイ素である請求項３に記載のセラミックスフィルタ。
前記外周セグメントの前記隔壁の前記接着材が、結晶質のコージェライトを含有し、更に、希土類元素又はジルコニウム元素を含有し、
前記外周セグメントの前記隔壁において、前記骨材と前記接着材の合計質量に対する、前記接着材の質量の比率が、１２〜４５質量％である請求項１〜４のいずれか一項に記載のセラミックスフィルタ。
前記外周セグメントの前記隔壁の前記接着材が、前記外周セグメントの前記隔壁の前記接着材全体に対して、ＭｇＯを８．０〜１５．０質量％含有し、Ａｌ_２Ｏ_３を３０．０〜６０．０質量％含有し、ＳｉＯ_２を３０．０〜５５．０質量％含有し、更に、希土類酸化物又はジルコニウム酸化物を１．５〜１０．０質量％含有する請求項１〜５のいずれか一項に記載のセラミックスフィルタ。
前記外周セグメントの前記隔壁の前記接着材が、前記外周セグメントの前記隔壁の前記接着材全体に対して５０質量％以上の結晶質のコージェライトを含有する請求項１〜６のいずれか一項に記載のセラミックスフィルタ。
前記外周セグメントの前記隔壁の気孔率の値から前記重心セグメントの前記隔壁の気孔率の値を差し引いた値の絶対値が５％以下であり、且つ、前記外周セグメントの前記隔壁の平均細孔径の値から前記重心セグメントの前記隔壁の平均細孔径の値を差し引いた値の絶対値が５μｍ以下である請求項１〜７のいずれか一項に記載のセラミックスフィルタ。